(57)【要約】【課題】  軸受構造全体のフリクションロスを低減できるカム軸の軸受構造を提供する。【解決手段】  本発明の軸受構造は、内燃機関１の気筒２毎に設けられた吸気弁３を駆動するカム軸１１と、カム軸１１を回転可能に支持する軸受部１３〜１６と、を具備する。これらの軸受部１３〜１６は、吸気弁３から反力を受ける期間が重ならず、かつ互いに隣接する気筒２間におけるカム軸の支持剛性が他の気筒間におけるカム軸の支持剛性よりも小さくなるようにそれぞれ配置される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の気筒毎に設けられた弁手段を駆動するカム軸と、前記カム軸を回転可能に支持する軸受手段と、を具備するカム軸の軸受構造において、
前記軸受手段は、弁手段から反力を受ける期間が重ならず、かつ互いに隣接する気筒間におけるカム軸の支持剛性が他の気筒間におけるカム軸の支持剛性よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするカム軸の軸受構造。
【請求項２】
前記軸受手段の構成要素として、前記カム軸の支持剛性が小さくされた前記気筒間に配置されるとともに前記弁手段から受ける反力方向への前記カム軸の変位を規制する変位規制部材が設けられ、前記変位規制部材は、前記カム軸の静止時又は所定回転数以下での回転時において前記変位規制部材と前記カム軸とが非接触状態になる大きさのクリアランスが前記変位規制部材と前記カム軸との間に形成されるようにして設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカム軸の軸受構造。
【請求項３】
前記多気筒内燃機関は、一方向に並べられた４つの気筒を備えるとともに、前記カム軸の一端側から１番目の気筒、３番目の気筒、４番目の気筒、２番目の気筒、の順、又は前記１番目の気筒、前記２番目の気筒、前記４番目の気筒、前記３番目の気筒、の順に前記弁手段が開閉駆動されるように構成されており、
前記軸受手段は、前記２番目の気筒と前記３番目の気筒との間における前記カム軸の支持剛性が他の気筒間における前記カム軸の支持剛性よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカム軸の軸受構造。
【請求項４】
前記軸受手段は、前記カム軸の前記１番目の気筒側の一端、前記１番目の気筒と前記２番目の気筒との間、前記３番目の気筒と前記４番目の気筒との間、及び前記カム軸の前記４番目の気筒側の他端のみに軸受部が配置されて構成されることを特徴とする請求項３に記載のカム軸の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の気筒毎に設けられた弁を駆動するカム軸の軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
カム軸の軸受構造として、カム軸を支持するカムジャーナル部のうち、タイミングベルト又はチェーンが配置される内燃機関の前端側から１番目と２番目のカムジャーナル部のクリアランスを、他のカムジャーナル部のクリアランスよりも狭くして、タイミングベルト又はチェーンの張力によるカム軸の振れを防止したものがある（特許文献１）。また、カム軸の両端の軸受を転がり軸受とし、かつ転がり軸受のクリアランスを他の軸受のクリアランスよりも狭くして、低速回転時におけるフリクションロスの低減と高速回転時におけるカム軸の撓みの抑制とを図るものもある（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２４７７３号公報
【特許文献２】特許２９２７３６０号公報
【特許文献３】実開昭６１−４９００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの文献に記載された軸受構造は、互いに隣接する気筒間及びカム軸の両端のそれぞれに軸受が設けられ、これらの軸受によってカム軸が支持されているため、軸受構造全体のフリクションロスが依然として大きい。
【０００５】
そこで、本発明は軸受構造全体のフリクションロスを低減できるカム軸の軸受構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の軸受構造は、多気筒内燃機関の気筒毎に設けられた弁手段を駆動するカム軸と、前記カム軸を回転可能に支持する軸受手段と、を具備するカム軸の軸受構造において、前記軸受手段は、弁手段から反力を受ける期間が重ならず、かつ互いに隣接する気筒間におけるカム軸の支持剛性が他の気筒間におけるカム軸の支持剛性よりも小さくなるように構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
カム軸には、気筒毎に設けられた弁手段からの反力が作用し、その反力を受ける期間が互いに隣接する気筒間において重ならない場合が存在する。このような気筒のそれぞれは、一方の気筒の弁手段が完全に閉じられた後に他方の気筒の弁手段が開かれる関係にあるから、隣接する気筒間のカム軸の支持においては、それぞれの弁手段からの反力が同時に作用しない。このため、カム軸の支持の強さ（支持剛性）を他の気筒間の支持剛性より相対的に弱めることができる。この発明によれば、隣接する気筒間におけるカム軸の支持剛性が他の気筒間よりも小さくなるように構成された軸受手段にてカム軸が支持されるので、軸受手段とカム軸との摩擦抵抗力を支持剛性を小さくしただけ低減できる。その結果、軸受構造全体のフリクションロスを低減できる。
【０００８】
本発明の軸受構造において、前記軸受手段の構成要素として、前記カム軸の支持剛性が小さくされた前記気筒間に配置されるとともに前記弁手段から受ける反力方向への前記カム軸の変位を規制する変位規制部材が設けられ、前記変位規制部材は、前記カム軸の静止時又は所定回転数以下での回転時において前記変位規制部材と前記カム軸とが非接触状態になる大きさのクリアランスが前記変位規制部材と前記カム軸との間に形成されるようにして設けられてもよい（請求項２）。この形態によれば、カム軸の支持剛性が相対的に小さくされた気筒間におけるカム軸の変形を抑えることができるので、例えば高速回転するカム軸の捩れや振動を防止できる。しかも、カム軸との間にクリアランスが形成されているので、変位がそのクリアランスの大きさを超えない限り変位規制部材とカム軸とが非接触状態に保持される。従って、摩擦抵抗力の増加を極力抑えつつ軸受構造全体のフリクションロスの低減効果を維持できる。
【０００９】
また、本発明の軸受構造を適用する多気筒内燃機関としては、一方向に並べられた４つの気筒を備えるとともに、前記カム軸の一端側から１番目の気筒、３番目の気筒、４番目の気筒、２番目の気筒、の順、又は前記１番目の気筒、前記２番目の気筒、前記４番目の気筒、前記３番目の気筒、の順に前記弁手段が開閉駆動されるように構成されていてもよく、前記軸受手段は、前記２番目の気筒と前記３番目の気筒との間における前記カム軸の支持剛性が他の気筒間における前記カム軸の支持剛性よりも小さくなるように構成されていてもよい（請求項３）。更にこの形態の多気筒内燃機関において、前記軸受手段は、前記カム軸の前記１番目の気筒側の一端、前記１番目の気筒と前記２番目の気筒との間、前記３番目の気筒と前記４番目の気筒との間、及び前記カム軸の前記４番目の気筒側の他端のみに軸受部が配置されて構成されてもよい（請求項４）。これらの形態においても、上述した本発明の効果を奏することができる。
【００１０】
なお、本発明において、カム軸の支持剛性が「小さくなる」とは、支持剛性が低減されることを意味し、支持剛性がゼロ、つまり支持を省略した場合も含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、弁手段から反力を受ける期間が重ならず、かつ互いに隣接する気筒間におけるカム軸の支持剛性が他の気筒間におけるカム軸の支持剛性よりも小さくなるように軸受手段が構成されているので、軸受構造全体のフリクションロスを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本発明の軸受構造を４サイクル内燃機関に適用した第１の実施形態を示している。内燃機関１は４つの気筒２を有し、これらの気筒が一方向に並べられた直列４気筒のエンジンである。なお、各気筒２には、内燃機関１の前方Ａから順に＃１〜＃４の気筒番号を付して互いに区別する。各気筒２には弁手段としての吸気弁３が２本ずつ設けられている。各吸気弁３はバルブスプリング４により上方（閉方向）に付勢されており、カム軸１１によってバルブリフタ５を介して開閉駆動される。
【００１３】
カム軸１１には、複数（図１では８個）のカム１２Ａ〜１２Ｄがカム軸１１と一体回転可能に設けられている。カム１２Ａ〜１２Ｄ（符号１２で代表される場合がある）は、内燃機関１のクランク軸（不図示）の回転に応じて＃１〜＃４の各気筒２の吸気弁３が＃１、＃３、＃４、＃２の順序で開閉駆動されるようにカム軸１１に設けられている。また、カム１２は、各気筒２に設けられた２本の吸気弁３が略同じ動作をするようにカム軸１１に設けられている。例えば、カム１２Ａ，１２Ａは、＃１の気筒２のバルブリフタ５，５に同時期にノーズが接触するようにカム軸１１に設けられている。カム軸１１の一端側には、スプロケット６が設けられており、スプロケット６に巻き掛けられたチェーン（不図示）を介してクランク軸の回転がカム軸１１に伝達される。
【００１４】
カム軸１１は、複数（図１では４つ）の軸受部１３〜１６により回転可能に支持されている。各軸受部１３〜１６は、詳しい図示は省略したがシリンダヘッドに形成されたカムジャーナル部とカムキャップとを含んで構成される。カム軸１１の一端側には、軸受部１３が、他端側には軸受部１６がそれぞれ配置され、カム１２Ａとカム１２Ｂとの間（＃１と＃２の気筒２の間）には軸受部１４が、カム１２Ｃとカム１２Ｄとの間（＃３と＃４の気筒２の間）には軸受部１５がそれぞれ配置されている。この形態では、カム１２Ｂとカム１２Ｃとの間（＃２と＃３の気筒２の間）においてカム軸１１の支持が省略されているため、この箇所におけるカム軸１１の支持剛性が他の気筒２間における支持剛性よりも小さくされている。本実施形態では、以上の軸受部１３〜１６によって本発明の軸受手段が構成される。
【００１５】
図２はクランク角度（°ＣＡ）に対する駆動反力の変化を、軸受部１３，１４間、軸受部１４，１５間、軸受部１５，１６間のそれぞれについて模式的に示している。この図から明らかなように、軸受部１３，１４間にはカム１２Ａの駆動反力が、軸受部１４，１５間にはカム１２Ｂ及びカム１２Ｃの駆動反力が、軸受部１５，１６間にはカム１２Ｄの駆動反力がそれぞれ作用する。各カム１２には、上述の吸気弁３が開閉駆動される順序（＃１、＃３、＃４、＃２）で駆動反力が作用する。ここで、互いに隣接する気筒２のうち、＃１，＃２間及び＃３，＃４間のそれぞれには、カム１２が駆動反力を同時に受ける期間Ｔが存在するが、＃２，＃３間では、駆動反力を受ける期間が重ならない。つまり、カム１２Ｂ及びカム１２Ｃのそれぞれに作用する駆動反力が軸受部１４又は軸受部１５に同時に作用することがない。このため、＃２，＃３間の支持を省略してこの間の荷重を軸受部１４と軸受部１５によって受ける構造とした。この場合でもカム軸１１全体の支持剛性が必要以上に低下することがない。
【００１６】
以上の軸受構造によれば、＃２，＃３間の支持の省略に応じ軸受構造全体のフリクションロスを低減できる。また、＃２，＃３間を支持する形態と比べて、カム軸１１の全長、及び＃２と＃３の気筒２の間隔を短縮できるので、内燃機関の全長を短縮できる。更に、軸受部に関する給油量を少なくとも１／５削減できるのでオイルポンプの容量を低減できオイルポンプの駆動損失を低減できる。更にまた、部品点数を削減でき内燃機関を軽量化できる。
【００１７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３及び図４を参照して説明する。第１の実施形態と共通する構成については、図３及び図４に同一の符号を付して重複する説明を省略する。図３に示したように、この形態の軸受構造では、本発明の軸受手段の構成要素として、＃２，＃３の気筒間に変位規制部材としてのストッパ２０が設けられている。ストッパ２０は、図４に示したように、カム軸１１の上側（駆動反力の方向側）に沿うようにして配置され、ストッパ２０とカム軸１１との間にクリアランスＣが形成されている。クリアランスＣはカム軸１１の静止時又は低速回転時（所定回転数以下での回転時）においてこれらが互いに非接触状態に保持される大きさに適宜に設定される。ストッパ２０は金属よりも摩擦係数が小さい樹脂材料で形成され、強制的な潤滑を必要としない。
【００１８】
この形態によれば、低速回転時には、カム軸１１とストッパ２０とが非接触状態となり＃２，＃３間の支持を省略した形態と同等である。このため、＃２，＃３間におけるカム軸１１の支持剛性は他の気筒２の間よりも小さくなり、結果として、軸受構造全体のフリクションロスが低減する。そして、高速回転時には、駆動反力方向へのカム軸１１の変位がストッパ２０により規制されるため、カム軸１１の変形を抑制でき、カム軸１１の捩れや振動を防止できる。
【００１９】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施してよい。多気筒内燃機関として、気筒数は特に制限されず、また、直列型、Ｖ型、水平対向型等の気筒の配列方向についても特に制限はない。要は弁手段から反力を受ける期間が重ならず、かつ互いに隣接する気筒が存在する内燃機関であれば本発明を適用できる。
【００２０】
また、内燃機関１の各気筒２の燃焼順序（吸気弁３の開閉駆動順序）は、＃１、＃２、＃４、＃３でもよい。上述した実施形態では、カム軸１１として、吸気弁３を開閉するカム軸を例示したが、排気弁を開閉駆動するカム軸でもよい。この場合には排気弁が本発明の弁手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の軸受構造を適用した第１の実施形態を示した図。
【図２】クランク角度に対する駆動反力の変化を、各軸受部間のそれぞれについて模式的に示した説明図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示した図。
【図４】図３のIII−III線に関する断面概略図。
【符号の説明】
【００２２】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気弁（弁手段）
１１  カム軸
１３〜１６  軸受部（軸受手段）
２０  ストッパ（変位規制部材）
Ｃ  クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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