(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの弁機構を作動するようにカム軸に設けられたカムのカム構造の設計方法において、前記カムのカムプロフィールに接する従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧を小さくするために、前記カムプロフィールの最小曲率半径部位におけるバルブリフトの２階微分値に、最小曲率半径角度で最大の振幅となる正の変化値を加えるとともにこの正の変化値の振幅の略半分の振幅であり且つ前記正の変化値の作用角の略半分の作用角を持つ負の変化値を前記正の変化値の前後に加えて、局所的に曲率半径を増加することを特徴とするカム構造の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カム構造の設計方法に係り、特にエンジン性能を確保しつつ摩耗を減少し得るカム構造の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、カム軸に設けたカムの回転により、弁機構のロッカアームやタペットを介して吸気弁・排気弁を動作させている。
【０００３】
図５に示す如く、カム１０２は、カム軸１０４と一体的に形成され、カム軸１０４の外周面と同じカムベースサークルＢＣから突出したカムリフト部１０６によって外周面にカムプロフィール１０８を形成している。このカムプロフィール１０８には、先端側に最小曲率半径部位Ｓが形成されている。また、図６に示す如く、この最小曲率半径部位Ｓにおいては、最小曲率半径となるが、最小曲率半径角度θ１が存在する。カムプロフィール１０８は、図示しないが、ロッカアームやタペットの従動体の接触面に直接接するものである。
【０００４】
この図５に示すカム１０２においては、バルブリフトＹ（リフト曲線）とカム曲率半径（ＲＲ）との関係は、図６に示されている。また、バルブリフトＹ（リフト曲線）の２階微分した２階微分値ｄ２Ｙ／ｄθ２は、図６に示すようになっている。
【０００５】
また、このようなカム構造としては、例えば、実公平６−１００９０号公報、実開昭６２−１４８７３５号公報、実開昭６３−８３４０３号公報、特開平２−９５７０５号公報に開示されている。実公平６−１００９０号公報に記載のものは、緩衝部での着座速度を一定速度とせず、中間部で上昇させる構成とし、機関回転速度変化に伴う着座タイミングのずれを拡げることなく支持体の変形が大きい高速回転域の着座速度を遅くし、低速回転域の燃焼性を悪化させることなく高速回転域の騒音を低減するものである。実開昭６２−１４８７３５号公報に記載のものは、４サイクル内燃機関において、排気行程の後半に開き始め、吸気行程の直前で閉じる弁を設け、吸気行程に先立って燃焼室内に空気を導入するようにするものである。実開昭６３−８３４０３号公報に記載のものは、吸・排気弁の着座時の緩衝部における弁速度特性が緩衝部の初期と終期で減少し、中間部で増大するようにカムのカムプロフィールを形成したものである。特開平２−９５７０５号公報に記載のものは、最大バルブリフトとなる位置がクランクアングルにおいて最大２０度だけ開弁期間中の中間位置より開弁側に偏った非対称なプロフィルとした排気バルブ開閉用カムに形成し、開弁期間や最大バルブリフトを変更することなく、しかも、開弁時の排気ガスの圧力を高めることが可能になり、これにより、ターボチャージャの効率をより一層向上することが可能にするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カムのカムプロフィールと従動体の接触面とには、接触面圧が作用するので、摩耗が生じるものである。
【０００７】
この摩耗を許容範囲に抑えるために、第１に、カムリフト部の高さの変更、第２に、カムリフト部の幅（作用角）の変更、第３に、カムリフト部の面積の変更、第４に、バルブリフトの非対称化、第５に、カムベースサークルの変更等の諸対策を講じることがある。
【０００８】
しかし、最小曲率半径部位の曲率半径が小さければ小さい程、カムプロフィールと従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧が大きくなり、よって、摩耗が大きくなるものである。従って、最小曲率半径部位の最小曲率半径は、許容範囲以上にしなければならないものである。
【０００９】
ところが、従来の技術においては、最小曲率半径部位のみを変えるものではなく、バルブリフトＹ（リフト曲線）全体を変化させている。このため、バルブリフトＹ（リフト曲線）の全体的変化は、エンジン性能に影響を与え、エンジン性能の低下を招くという不都合がある。
【００１０】
また、カムベースサークルの変更は、シリンダヘッド全体のレイアウトの変更を必要とし、製作工数が増加し、コスト的にも不利になるという不都合がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、エンジンの弁機構を作動するようにカム軸に設けられたカムのカム構造の設計方法において、前記カムのカムプロフィールに接する従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧を小さくするために、前記カムプロフィールの最小曲率半径部位におけるバルブリフトの２階微分値に、最小曲率半径角度で最大の振幅となる正の変化値を加えるとともにこの正の変化値の振幅の略半分の振幅であり且つ前記正の変化値の作用角の略半分の作用角を持つ負の変化値を前記正の変化値の前後に加えて、局所的に曲率半径を増加することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
この発明の構成によれば、カムプロフィールと従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧が小さくなるので、カムプロフィールと従動体の接触面との摩耗を小さくすることができ、耐久性を向上することができる。また、バルブリフト（リフト曲線）の全体的変化を不要とし、つまり、初期のバルブリフト（リフト曲線）を確保し、また、カムベースサークルの変更を不要とするので、エンジン性能を確保し、また、カムリフト部の製作工数を犠牲にせず、更に、シリンダヘッド全体のレイアウトの変更を不要とし、製作工数の増大を回避し、しかも、廉価にすることができる。
【００１３】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。図１〜４は、この発明の実施例を示すものである。図３において、２はエンジンの弁機構（図示せず）を作動するカムである。このカム２は、カム軸４に一体的に形成され、カム軸４の外周面と同じカムベースサークルＢＣから突出したカムリフト部６によって外周面にカムプロフィール８を形成している。
【００１４】
このカムプロフィール８には、カムリフト部６の先端側に最小曲率半径部位Ｓが形成されている。
【００１５】
この最小曲率半径部位Ｓにおいては、図２に示す如く、カム曲率半径ＲＲが、カムプロフィール８に接する従動体（図示せず）の接触面との単位面積当りの接触面圧が小さくなるように設定、つまり、従来のカム曲率半径（図２、３の破線で示す）よりも大きく形成される。
【００１６】
また、このバルブリフトＹ（リフト曲線）の２階微分した２階微分値ｄ２Ｙ／ｄθ２は、下記に示す方法で、初期のリフト曲線を確保したまま、曲率半径を増加するように修正される。
【００１７】
バルブリフトＹ（リフト曲線）の２階微分値ｄ２ｙ／ｄθ２の最小曲率半径角度θ１の前後には、下記に示すように、正の変化値と、必要に応じて、負の変化値とを加え、局所的に曲率半径を増加している。即ち、図１に示す如く、波長Ａにおいて、付加された振幅がａとなり、また、波長Ｂにおいて、付加された振幅がｂとなり、更に、波長Ｃにおいては、振幅がｃとなる。ここで、ａ≦０、ｂ≧０、ｃ≦０であり、これらの関係が｜ａ｜≒｜ｃ｜≒｜ｂ／２｜程度、又は、Ａ≒Ｃ≒Ｂ／２程度である。
【００１８】
このバルブリフトＹ（リフト曲線）の２階微分値ｄ２ｙ／ｄθ２の付加成分の修正方法は、図４に示す如く、コンピュータ上のｄ２ｙ／ｄθ２のデジタルデータの該当部分をエディタで修正する。そして、この修正したｄ２ｙ／ｄθ２を積分し、バルブリフトＹ（リフト曲線）を作り直すものである。
【００１９】
次に、この実施例の作用を説明する。
【００２０】
最小曲率半径角度θ１のある最小曲率半径部位Ｓは、動弁系や幾何寸法（形状）によって異なる（例えば、直打式やロッカアーム等の従動体）。そして、最小曲率半径角度θ１に修正（ｂ、Ｂ）を行えば、修正した最小曲率半径が従来よりも大きくなるものである（図１〜３参照）。
【００２１】
負の変化値（ａ、Ａ、）、（ｃ、Ｃ）は、周辺のスムーズさや、リフト形状の保持のために用いられ、正の変化値（ｂ、Ｂ）が小さい時には、（ａ、Ａ）（ｃ、Ｃ）は小さくなり、付加する必要がない場合がある。
【００２２】
この修正により、カムプロフィール８の変化率ｄ２Ｙ／ｄθ２の局部的な変更だけで、最小曲率半径ＲＲを従来よりも大きくして、図３に示すカム形状にする。
【００２３】
この結果、図１、２に示す如く、初期のバルブリフトＹ（リフト曲線）を確保して最小曲率半径部位Ｓの最小曲率半径ＲＲを、従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧が小さくなるように設定し、つまり、摺動面の摩耗が許容できる範囲まで最小曲率半径ＲＲを緩和し（従来よりも大径化）、これにより、初期のリフト曲線を確保し、よって、摩耗を少なくし、カム２や従動体の耐久性を向上することができる。
【００２４】
また、図４に示す如く、ｄ２Ｙ／ｄθ２の付加成分の修正をプログラム化すれば、修正が更に簡単になる。
【００２５】
また、カムリフト部６の全体的変更を不要とし、また、カムベースサークルＢＣの変更を不要とし、カムプロフィール８に与える影響をなくし、これにより、エンジン性能を確保し、また、カムリフト部６の作成工数を犠牲にせず、更に、シリンダヘッド全体のレイアウトの変更を不要とし、製作工数の増大を回避し、廉価とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細な説明から明らかなようにこの発明によれば、カムのカムプロフィールに接する従動体の接触面との単位面積当りの接触面圧を小さくするために、カムプロフィールの最小曲率半径部位におけるバルブリフトの２階微分値に、最小曲率半径角度で最大の振幅となる正の変化値を加えるとともにこの正の変化値の振幅の略半分の振幅であり且つ正の変化値の作用角の略半分の作用角を持つ負の変化値を正の変化値の前後に加えて、局所的に曲率半径を増加することにより、バルブリフトの最大量は同じで、エンジン性能を確保しつつ、カムプロフィールと従動体の接触面との摩耗を小さくし、耐久性を向上し得る。
【００２７】
また、バルブリフト（リフト曲線）の全体的変化を不要とし、つまり、初期のバルブリフト（リフト曲線）を確保し、また、カムベースサークルの変更を不要とするので、エンジン性能を確保し、カムリフト部の作成工数を犠牲にせず、更に、シリンダヘッドのレイアウトの変更を不要とし、製作工数の増大を回避し、しかも、廉価とし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２における最小曲率半径部位の拡大図である。
【図２】  バルブリフトとカム曲率半径との関係を説明する図である。
【図３】  カムの構成図である。
【図４】  デジタルデータ修正の説明図である。
【図５】  従来のカムの構成図である。
【図６】  従来のバルブリフトとカム曲率半径の関係を示す図である。
【符号の説明】
２  カム
４  カム軸
６  カムリフト部
８  カムプロフィール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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