(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022181004
(43)【公開日】2022-12-07
(54)【発明の名称】内燃機関
(51)【国際特許分類】
F16C 3/18 20060101AFI20221130BHJP
F16C 17/02 20060101ALI20221130BHJP
F01M 1/06 20060101ALI20221130BHJP
【ＦＩ】
F16C3/18
F16C17/02 Z
F01M1/06 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021087816
(22)【出願日】2021-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100127797
【弁理士】
【氏名又は名称】平田 晴洋
(72)【発明者】
【氏名】宮内 勇馬
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 るな
【テーマコード（参考）】
3G313
3J011
3J033
【Ｆターム（参考）】
3G313BC20
3G313FA05
3J011AA07
3J011BA02
3J011KA02
3J011MA23
3J033AA03
3J033BA11
3J033CD02
3J033GA05
(57)【要約】
【課題】カムジャーナルの軸受部分における潤滑性を維持しつつ、カムシャフトの変形に伴うカムジャーナルの摩耗を抑制する。
【解決手段】エンジン１は、気筒２の吸排気用の開口を開閉する吸気弁２５Ａ及び排気弁２５Ｂを備えたエンジン本体１０と、前記開口を開放するよう吸気弁２５Ａ、排気弁２５Ｂを押下するカム山２３１を備えたカムシャフト２１Ａ、２１Ｂと、潤滑油を介してカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを軸支する軸受部材３０と、を備える。カムシャフト２１Ａ、２１Ｂは、カム山２３１に近接した領域に配置され軸受部材３０で軸支されるカムジャーナル２４と、カム山２３１と周方向に対向する位置に形成され、カムジャーナル２４の径方向内側へ窪む凹部４とを含む。凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央部２４３よりも軸方向の端部２４１、２４２の方が深い凹部である。
【選択図】図９
【解決手段】エンジン１は、気筒２の吸排気用の開口を開閉する吸気弁２５Ａ及び排気弁２５Ｂを備えたエンジン本体１０と、前記開口を開放するよう吸気弁２５Ａ、排気弁２５Ｂを押下するカム山２３１を備えたカムシャフト２１Ａ、２１Ｂと、潤滑油を介してカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを軸支する軸受部材３０と、を備える。カムシャフト２１Ａ、２１Ｂは、カム山２３１に近接した領域に配置され軸受部材３０で軸支されるカムジャーナル２４と、カム山２３１と周方向に対向する位置に形成され、カムジャーナル２４の径方向内側へ窪む凹部４とを含む。凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央部２４３よりも軸方向の端部２４１、２４２の方が深い凹部である。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸排気用の開口を有する気筒と、前記開口を開閉する弁体とを備えたエンジン本体と、
前記開口を開放するよう前記弁体を押下するカム山を備えたカムシャフトと、
潤滑油を介して前記カムシャフトを軸支する軸受部材と、を備え、
前記カムシャフトは、
前記軸受部材で軸支されるカムジャーナルと、
前記カムジャーナルにおける前記カム山と周方向に対向する位置に形成され、前記カムジャーナルの径方向内側へ窪む凹部と、を含み、
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深い凹部であることを特徴とする内燃機関。
前記開口を開放するよう前記弁体を押下するカム山を備えたカムシャフトと、
潤滑油を介して前記カムシャフトを軸支する軸受部材と、を備え、
前記カムシャフトは、
前記軸受部材で軸支されるカムジャーナルと、
前記カムジャーナルにおける前記カム山と周方向に対向する位置に形成され、前記カムジャーナルの径方向内側へ窪む凹部と、を含み、
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深い凹部であることを特徴とする内燃機関。
【請求項2】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側から前記軸方向端部に向けて徐々に深さが深くなる凹部である、内燃機関。
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側から前記軸方向端部に向けて徐々に深さが深くなる凹部である、内燃機関。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の内燃機関において、
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、
前記凹部の前記軸方向幅は、前記カムシャフトの回転方向上流側の方が下流側よりも幅広である、内燃機関。
前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、
前記凹部の前記軸方向幅は、前記カムシャフトの回転方向上流側の方が下流側よりも幅広である、内燃機関。
【請求項4】
請求項３に記載の内燃機関において、
前記カムジャーナルを周方向に展開した平面形状における、前記凹部の平面視の形状は、
前記周方向幅の回転方向上流端近傍において急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ膨出部と、前記膨出部から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る緩曲部と、
を有する形状である、内燃機関。
前記カムジャーナルを周方向に展開した平面形状における、前記凹部の平面視の形状は、
前記周方向幅の回転方向上流端近傍において急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ膨出部と、前記膨出部から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る緩曲部と、
を有する形状である、内燃機関。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関において、
一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、
前記弁体として、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、
前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、
前記カムジャーナルは、前記第１カム山と前記第２カム山とに挟まれる位置に配置されている、内燃機関。
一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、
前記弁体として、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、
前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、
前記カムジャーナルは、前記第１カム山と前記第２カム山とに挟まれる位置に配置されている、内燃機関。
【請求項6】
請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関において、
一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、
前記弁体として、吸気用のカムシャフト及び排気用のカムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、
前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、
前記カムジャーナルとして、前記第１カム山と前記第２カム山とを挟むように配置された一対のカムジャーナルを備える、内燃機関。
一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、
前記弁体として、吸気用のカムシャフト及び排気用のカムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、
前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、
前記カムジャーナルとして、前記第１カム山と前記第２カム山とを挟むように配置された一対のカムジャーナルを備える、内燃機関。
【請求項7】
請求項６に記載の内燃機関において、
前記エンジン本体は、所定の配列方向に一列に並ぶ複数の気筒を有し、
前記カムシャフトは、前記配列方向に延在するように配置され、
前記カムシャフトが備える前記カムジャーナルのうち、前記配列方向の一端側又は他端側に位置するカムジャーナルは、前記第１カム山又は前記第２カム山と対向する側にだけ前記凹部が設けられている、内燃機関。
前記エンジン本体は、所定の配列方向に一列に並ぶ複数の気筒を有し、
前記カムシャフトは、前記配列方向に延在するように配置され、
前記カムシャフトが備える前記カムジャーナルのうち、前記配列方向の一端側又は他端側に位置するカムジャーナルは、前記第１カム山又は前記第２カム山と対向する側にだけ前記凹部が設けられている、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カムシャフトのカムジャーナルを、潤滑油を介して軸受部材で軸支する構造を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関は、気筒の吸気ポートを開閉する吸気弁及び排気ポートを開閉する排気弁を動作させるカムシャフトを備える。前記カムシャフトは、吸気弁又は排気弁のステムエンドを押下するカム山と、シリンダヘッドの軸受部材に軸支される部分となるカムジャーナルとを備える。前記カムジャーナルは、潤滑油を介して滑り軸受で軸支される。特許文献１には、クランクシャフトの被軸支部分となるクランクジャーナルではあるが、その外表面に複数の凹部を設け、潤滑油の保持性を高めるようにした内燃機関が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－２５６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
内燃機関の燃費向上には、各種の機械的損失の低減が求められる。上記の潤滑油についても、粘度が低い低粘度油を使用することが、摺動面の摩擦損失の抑制の観点から望ましい。しかし、低粘度油を使用した場合、カムジャーナルの軸受部分で潤滑不良が発生し、カムジャーナルに摩耗が発生する懸念がある。また、カムシャフトには、カム山が吸気弁又は排気弁を押下したときに軸方向と交差する方向に荷重が加わるため、変形力が作用する。このため、カムジャーナル自体の変形による摩耗の発生も問題となる。
【0005】
本発明の目的は、カムジャーナルの軸受部分における潤滑性を維持しつつ、カムシャフトの変形に伴うカムジャーナルの摩耗を抑制できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一局面に係る内燃機関は、吸排気用の開口を有する気筒と、前記開口を開閉する弁体とを備えたエンジン本体と、前記開口を開放するよう前記弁体を押下するカム山を備えたカムシャフトと、潤滑油を介して前記カムシャフトを軸支する軸受部材と、を備え、前記カムシャフトは、前記軸受部材で軸支されるカムジャーナルと、前記カムジャーナルにおける前記カム山と周方向に対向する位置に形成され、前記カムジャーナルの径方向内側へ窪む凹部とを含み、前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深い凹部であることを特徴とする。
【0007】
カム山が弁体を押下すると、当該弁体の押下荷重がカムシャフトに作用する。前記押下荷重は、カムシャフトの軸方向と交差する方向の荷重であり、カム山の部分を前記弁体の押下方向とは反対側に変形させるような荷重である。カムシャフトは、当該カムシャフトを軸支するためのカムジャーナルを備える。このため、前記押下荷重に基づく変形力は、カムジャーナルの周面を軸受部材側に接近させる方向に作用する。つまり、カム山と周方向に対向する位置において、カムジャーナルの周面が軸受部材に接触し易い状態を形成する。
【0008】
上記の内燃機関によれば、前記カム山と周方向に対向する位置に凹部が形成され、且つ、前記凹部はカムジャーナルの軸方向中央側よりも前記軸方向端部の方が深い凹部である。このため、弁体の押圧荷重がカムシャフトに加わっても、前記カム山と周方向に対向する位置において、前記カムジャーナルの周面と軸受部材との間のクリアランスは前記凹部によって確保され、両者の接触を回避することができる。一方、前記凹部が設けられない領域では、カムジャーナルの周面と軸受部材との間のクリアランスを小さく設定することが可能である。このため、低粘度油を潤滑油として用いても、油抜けが生じ難く、潤滑性を確保することができる。従って、カムジャーナルの軸受部分で潤滑性の維持と、カムジャーナルの摩耗防止とを両立することができる。
【0009】
上記の内燃機関において、前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向中央側から前記軸方向端部に向けて徐々に深さが深くなる凹部であることが望ましい。
【0010】
弁体の押下荷重がカムシャフトに加わると、前記カム山と周方向に対向する位置において、カムジャーナルの軸方向端部が最も軸受部材に接近する方向に変形し、軸方向中央に向かうに連れて変形量が少なくなる。上記の内燃機関によれば、このようなカムジャーナルの変形態様にマッチした深さ分布を有する凹部とすることができ、より好適に潤滑性を確保と摩耗防止とを図ることができる。
【0011】
上記の内燃機関において、前記凹部は、前記カムジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、前記凹部の前記軸方向幅は、前記カムシャフトの回転方向上流側の方が下流側よりも幅広であることが望ましい。
【0012】
とりわけ、前記カムジャーナルを周方向に展開した平面形状における、前記凹部の平面視の形状は、前記周方向幅の回転方向上流端近傍において急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ膨出部と、前記膨出部から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る緩曲部と、を有する形状であることがより望ましい。
【0013】
本発明者らの解析によれば、弁体の押下荷重は、前記カム山と周方向に対向する位置において、カムシャフトの回転方向上流側部分の方が下流側の部分よりも大きい傾向があることが判明した。より詳しくは、回転方向上流端近傍において最も大きな荷重が加わり、回転方向下流端に向かうに連れて前記荷重が漸減してゆくことが判明した。上記の内燃機関によれば、このような荷重傾向に沿った軸方向幅を有する凹部とすることができ、カムジャーナルと軸受部材との接触をより確実に防止することができる。
【0014】
上記の内燃機関において、一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、前記弁体として、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、前記カムジャーナルは、前記第１カム山と前記第２カム山とに挟まれる位置に配置されている構成とすることができる。
【0015】
この内燃機関によれば、カムジャーナルが第１カム山と第２カム山とに挟まれる位置に配置されるので、当該カムジャーナルに対して凹部は、前記第１カム山と周方向に対向する位置と、前記第２カム山と周方向に対向する位置とに各々設けられる。従って、前記第１カム山が第１弁体から、前記第２カム山が第２弁体から各々受ける押下荷重がカムシャフトに加わっても、前記カムジャーナルの周面と軸受部材との間のクリアランスを各々の凹部によって確保することができる。
【0016】
上記の内燃機関において、一つの気筒に対して吸気用及び排気用の開口が２つずつ備えられ、前記弁体として、吸気用のカムシャフト及び排気用のカムシャフトの各々が、前記２つの開口を各々開閉する第１弁体及び第２弁体を備え、前記カムシャフトは、前記第１弁体及び前記第２弁体を各々押下する第１カム山及び第２カム山を含み、前記カムジャーナルとして、前記第１カム山と前記第２カム山とを挟むように配置された一対のカムジャーナルを備える構成とすることができる。
【0017】
この内燃機関によれば、一対のカムジャーナルの一方には、第１カム山が第１弁体から受ける押下荷重が、他方には第２カム山が第２弁体から受ける押下荷重が専ら作用する。これら押下荷重が加わっても、前記一対のカムジャーナルの各々の周面と軸受部材との間のクリアランスを、各々の凹部によって確保することができる。
【0018】
上記の内燃機関において、前記エンジン本体は、所定の配列方向に一列に並ぶ複数の気筒を有し、前記カムシャフトは、前記配列方向に延在するように配置され、前記カムシャフトが備える前記カムジャーナルのうち、前記配列方向の一端側又は他端側に位置するカムジャーナルは、前記第１カム山又は前記第２カム山と対向する側にだけ前記凹部が設けられている構成とすることができる。
【0019】
第１カム山と第２カム山とを挟むように一対のカムジャーナルを配置する態様では、前記配列方向の一端側又は他端側に位置するカムジャーナルについては、軸方向の内側にしかカム山が存在しない。上記の内燃機関によれば、カムシャフトの端部に位置するカムジャーナルについて、前記第１カム山又は前記第２カム山と対向する側にだけ前記凹部が設けられる。従って、無用にカムジャーナルと軸受部材との間にクリアランスが形成されることはなく、潤滑性の確保とカムジャーナルの摩耗防止とを両立させることができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、カムジャーナルの軸受部分における潤滑性を維持しつつ、カムシャフトの変形に伴うカムジャーナルの摩耗を抑制できる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る内燃機関を詳細に説明する。本実施形態では、内燃機関の一例として、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載されるエンジンを例示する。
【0023】
［エンジンの構造］
図１は、本実施形態に係るエンジン１の外観を示す斜視図である。エンジン１は、４サイクル直列４気筒のエンジンである。図１及び他のいくつかの図には、エンジン１の前側、後側を各々示すＦ、Ｒの方向表示が付されている。エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０の上部に組み込まれた動弁機構２０とを含む。図２は、動弁機構２０の断面を含む、エンジン１の気筒列方向に沿った縦断面図である。図３は、動弁機構２０の斜視図である。
図１は、本実施形態に係るエンジン１の外観を示す斜視図である。エンジン１は、４サイクル直列４気筒のエンジンである。図１及び他のいくつかの図には、エンジン１の前側、後側を各々示すＦ、Ｒの方向表示が付されている。エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０の上部に組み込まれた動弁機構２０とを含む。図２は、動弁機構２０の断面を含む、エンジン１の気筒列方向に沿った縦断面図である。図３は、動弁機構２０の斜視図である。
【0024】
エンジン本体１０は、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２を備える。シリンダブロック１１は、エンジン前後方向Ｆ－Ｒ（所定の配列方向）に沿って一列に並ぶ４つの気筒２を有する。各気筒２の内部には、ピストンが往復摺動可能に収容されている。シリンダブロック１１は、さらに多くの気筒２を含んでいても良く、例えば直列６気筒のエンジン１用であっても良い。また、エンジン本体１０の下方内部には、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト１６が配設されている。
【0025】
シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。シリンダヘッド１２には、気筒２内に吸気を取り入れる開口である吸気ポート１４と、図１及び図２には現れない排気用の開口である排気ポートとが形成されている。各気筒２は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式にて、吸気系及び排気系と接続されている。図１及び図２には、第１吸気ポート１４Ａ及び第２吸気ポート１４Ｂのペアからなる吸気ポート１４が４セット、気筒配列方向に並んでいる様子が表出している。
【0026】
シリンダヘッド１２には、吸気ポート１４を開閉する吸気弁２５Ａ（弁体）と、前記排気ポートを開閉する排気弁２５Ｂ（弁体）とが装備されている。動弁機構２０は、シリンダヘッド１２の上面に組付けられている。この動弁機構２０を覆うように、シリンダヘッド１２の上面には、図略のシリンダヘッドカバーが取り付けられる。
【0027】
動弁機構２０は、吸気弁２５Ａ及び排気弁２５Ｂが吸気ポート１４及び前記排気ポートを開閉するよう駆動する機構である。動弁機構２０により、吸気弁２５Ａ及び排気弁２５Ｂが前記クランクシャフトの回転に連動するように駆動される。この駆動により、吸気弁２５Ａのバルブヘッド２５１が吸気ポート１４のポート開口１４Ｈ（図４）を開閉する。排気弁２５Ｂも同様である。
【0028】
吸気弁２５Ａ及び排気弁２５Ｂは、ポペット型バルブであり、実際に吸気ポート１４及び前記排気ポートを開閉するバルブヘッド２５１と、バルブヘッド２５１から上方に延びるステム２５２と、ステム２５２の上端であって動弁機構２０から押下力を受けるステムエンド２５３とを備える。ステム２５２にはバルブスプリング２５４が挿通されている。バルブスプリング２５４の一端は、ステム２５２に固定されたスプリング座２５５に当止されている。
【0029】
［動弁機構の詳細］
続いて、動弁機構２０の詳細構造及び動作について説明する。動弁機構２０は、吸気弁用カムシャフト２１Ａ及び排気弁用カムシャフト２１Ｂと、ローラーロッカーアーム２６と、ラッシュアジャスタ２７と、潤滑油を介してカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを軸支する軸受部材３０とを含む。吸気弁用カムシャフト２１Ａ及び排気弁用カムシャフト２１Ｂは、クランクシャフト１６とチェーン又はベルトで連結され、クランクシャフト１６の回転に連動して軸回りに回転駆動される。
続いて、動弁機構２０の詳細構造及び動作について説明する。動弁機構２０は、吸気弁用カムシャフト２１Ａ及び排気弁用カムシャフト２１Ｂと、ローラーロッカーアーム２６と、ラッシュアジャスタ２７と、潤滑油を介してカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを軸支する軸受部材３０とを含む。吸気弁用カムシャフト２１Ａ及び排気弁用カムシャフト２１Ｂは、クランクシャフト１６とチェーン又はベルトで連結され、クランクシャフト１６の回転に連動して軸回りに回転駆動される。
【0030】
吸気弁用カムシャフト２１Ａは、直列に並ぶ８つの吸気弁２５Ａの上方に配置されている。同様に、排気弁用カムシャフト２１Ｂは、直列に並ぶ８つの排気弁２５Ｂの上方に配置されている。吸気弁用カムシャフト２１Ａ及び排気弁用カムシャフト２１Ｂは各々、シャフト本体２２、カム２３及びカムジャーナル２４を備えている。シャフト本体２２は、吸気弁２５Ａ又は排気弁２５Ｂの配列長に対応した長さで、エンジン前後方向Ｆ－Ｒに直線状に延在している。シャフト本体２２の内部には、冷却オイルの流通乃至は軽量化等の目的で、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂの軸方向に延びる中空孔２２Ｈが形成されている。
【0031】
カム２３は、８つの吸気弁２５Ａ又は８つの排気弁２５Ｂの配置位置に各々対応する箇所において、シャフト本体２２に配設されている。カム２３は、カム山２３１及びベースサークル２３２を備える。カム山２３１は、カム２３の長径部であり、吸気ポート１４又は前記排気ポートを開放するよう、ローラーロッカーアーム２６を介して吸気弁２５Ａ又は排気弁２５Ｂを押下する。なお、ローラーロッカーアーム２６を介することなく、カム山２３１が吸気弁２５Ａ又は排気弁２５Ｂを直接押下する直動式の構成としても良い。ベースサークル２３２は、カム２３の短径部であり、シャフト本体２２よりも大きい径を有している。
【0032】
カムジャーナル２４は、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂが軸受部材３０によって軸支される部分である。カムジャーナル２４は、シャフト本体２２よりもやや大径に形成され、カム２３に近接した領域に配置される。本実施形態では、一つの気筒１３に対して配設される一対のカム２３の間に、一つのカムジャーナル２４が配置されている。
【0033】
ローラーロッカーアーム２６は、カム２３の押下力を梃子の作用を利用して吸気弁２５Ａ又は排気弁２５Ｂへ伝達させる部材であり、８つのカム２３の各々に対して配置されている。ローラーロッカーアーム２６は、カム２３の周面と接触するローラー２６１と、このローラー２６１を軸支するスイングアーム２６２とを含む。スイングアーム２６２の一端側には、吸気弁２５Ａ又は排気弁２５Ｂのステムエンド２５３を押下するコンタクト部２６３が形成されている。スイングアーム２６２の他端側は、当該スイングアーム２６２の揺動支点となるピボット部２６４が形成されている。
【0034】
ラッシュアジャスタ２７は、ステムエンド２５３とコンタクト部２６３との間のバルブクリアランスを自動調整する。ラッシュアジャスタ２７としては、エンジンオイルの油圧を利用した油圧式ラッシュアジャスタを用いることができる。ラッシュアジャスタ２７は、摩耗等によって前記バルブクリアランスが拡がると、内部に貯留するオイル量を多くして前記バルブクリアランスを縮小させる。
【0035】
軸受部材３０は、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂの各カムジャーナル２４を、潤滑油を介して軸支する。軸受部材３０は、ヘッド側軸受３１及びカムキャップ３２を含む。ヘッド側軸受３１とカムキャップ３２との係合により作られる軸支体により、カムジャーナル２４が保持されている。ヘッド側軸受３１は、シリンダヘッド１２に一体的に形成された軸受部分であり、カムジャーナル２４の下半分の環状周面を軸支する。カムキャップ３２は、カムジャーナル２４の上半分の環状周面を軸支する半円形の軸受部分を備えた部材であり、ヘッド側軸受３１にネジ止め等により固定される。ヘッド側軸受３１及びカムキャップ３２の内周面と、カムジャーナル２４の外周面との間には、潤滑油が供給される。カムシャフト２１Ａ、２１Ｂが軸回りに回転すると前記潤滑油の油膜圧力が発生し、その油膜によってカムジャーナル２４の回転が支えられる。
【0036】
図４は、カム２３による吸気弁２５Ａの押圧動作を説明するための模式図である。なお、排気弁２５Ｂについても以下の説明と同様の動作となる。カム２３の周面は、図４では図略のバルブスプリング２５４のバネ力により、常時ローラーロッカーアーム２６のローラー２６１の周面に当接している。図４では、カム２３のベースサークル２３２がローラー２６１と接している状態を実線で示している。この状態では、スイングアーム２６２のコンタクト部２６３は、吸気弁２５Ａのステムエンド２５３を実質的に押下していない。このため、吸気弁２５Ａのバルブヘッド２５１はバルブシート１５に当接しており、吸気ポート１４のポート開口１４Ｈは閉じられている。
【0037】
図４の状態からカム２３が時計方向への回転が進むと、図中で点線にて示す通り、カム２３のカム山２３１がローラー２６１と接する状態となる。この状態では、カムリフト分だけローラー２６１が下方に押下され、スイングアーム２６２はピボット部２６４を揺動点として下方に傾く。この傾き動作により、コンタクト部２６３はステムエンド２５３を下方に押し下げる。このため、バルブヘッド２５１はバルブシート１５から下方へ離間して気筒１３内に進入し、ポート開口１４Ｈを開放する。この際、カム２３の、カム山２３１と周方向に対向する位置には、図４において点線の矢印で示すように、吸気弁２５Ａの押下荷重Ｆが作用することになる。この押下荷重Ｆについて、さらに説明を加える。
【0038】
［弁体の押下荷重とその影響］
図５（Ａ）～（Ｃ）は、カム２３のカム山２３１による吸気弁２５Ａの押圧動作を経時的に示す図、図５（Ｄ）は、カム２３に加わる押下荷重Ｆを示すグラフである。図５（Ａ）は、カム山２３１がローラー２６１に接し始める接触初期（カムシャフト２１Ａの回転方向の位相＝θ１）の状態を示している。カム山２３１とローラー２６１との接触位置から、カム２３の径方向の反対側に向けて押下荷重Ｆが作用する。この接触初期は、図５（Ｄ）に示すように、押下荷重Ｆは急激に大きくなる時期である。これは、吸気弁２５Ａの押下開始時に、カム２３が比較的大きな押圧力を要することによる。
図５（Ａ）～（Ｃ）は、カム２３のカム山２３１による吸気弁２５Ａの押圧動作を経時的に示す図、図５（Ｄ）は、カム２３に加わる押下荷重Ｆを示すグラフである。図５（Ａ）は、カム山２３１がローラー２６１に接し始める接触初期（カムシャフト２１Ａの回転方向の位相＝θ１）の状態を示している。カム山２３１とローラー２６１との接触位置から、カム２３の径方向の反対側に向けて押下荷重Ｆが作用する。この接触初期は、図５（Ｄ）に示すように、押下荷重Ｆは急激に大きくなる時期である。これは、吸気弁２５Ａの押下開始時に、カム２３が比較的大きな押圧力を要することによる。
【0039】
図５（Ｂ）は、カム山２３１のローラー２６１への接触が進んだ接触中期の前半（回転方向の位相＝θ２）の状態を示している。スイングアーム２６２は、ピボット部２６４を揺動支点として比較的大きく下方に揺動し、コンタクト部２６３は吸気弁２５Ａを押し下げている。この状態は、まだカム山２３１の頂点がローラー２６１に接する前の状態であるものの、図５（Ｄ）に示すように押下荷重Ｆは最大となる状態である。
【0040】
図５（Ｃ）は、カム山２３１とローラー２６１との接触が終わりに近い接触後期（回転方向の位相＝θ３）の状態を示している。位相＝θ２以降は、緩やかに押下荷重Ｆが低下してゆく。カム山２３１の頂点を過ぎた後は、吸気弁２５Ａが上昇する方向の動作をすることもあり、押下荷重Ｆがより緩やかに低下する傾向となる。さらに回転が進んで、カム山２３１とローラー２６１との係合が外れると、押下荷重Ｆは消失する。
【0041】
図５（Ａ）～（Ｃ）には、カム山２３１とローラー２６１との接触によってカム２３に押下荷重Ｆが作用するカム高荷重箇所ＰＡが示されている。カム高荷重箇所ＰＡは、カム山２３１と周方向に対向する箇所、換言するとカムシャフト２１Ａの軸心を挟んでカム山２３１と反対側の箇所においてカム２３に発生する。図中において、カム高荷重箇所ＰＡが三日月型の形状で表されている。これは、押下荷重Ｆの分布を模式的に示すために、押下荷重Ｆが大きい箇所ほど、径方向の厚みが厚くなるよう描いている為である。但し、カム高荷重箇所ＰＡは、実際には単純な三日月型を描く荷重分布ではなく、図５（Ｄ）に示す通り、荷重重心が回転方向上流側に偏心した荷重分布となる。
【0042】
図６は、図１～図３に示した吸気弁用カムシャフト２１Ａ（排気弁用カムシャフト２１Ｂ）を簡略的に示す図であって、カム２３の回転位相と、カムジャーナル２４に加わる吸気弁２５Ａ（排気弁２５Ｂ）の押下荷重の位置との関係を示す図である。図中の＃１～＃４の符号は、エンジン前後方向Ｆ－Ｒに並ぶ４つの気筒１３を示している。既述の通り、吸気弁用カムシャフト２１Ａには、４バルブ形式の＃１～＃４気筒の各々に対して２個のカム２３が配置され、２個のカム２３の中間にカムジャーナル２４が配置されている。
【0043】
このような配置関係とされる結果、シャフト本体２２においてカムジャーナル２４はカム２３（カム山２３１）に近接した領域に配置されている。ここで、「近接した領域」とは、カム２３が受ける押下荷重Ｆによってシャフト本体２２に変形力が作用する領域である。例えば、図２に示すように、カムジャーナル２４とカム２３との軸方向の間隔が、カム２３の一つ分の軸方向幅程度であることは、「近接した領域」の典型例である。
【0044】
図６では、＃４気筒に対応する吸気弁２５Ａがローラーロッカーアーム２６を介してカム山２３１で押下され、＃１～＃３気筒についてはカム山２３１がローラー２６１と係合しない位相にある状態を示している。＃４気筒のカム２３については、上述したカム高荷重箇所ＰＡに現に押下荷重Ｆが作用している。一方、＃１～＃３気筒のカム２３については、カム高荷重箇所ＰＡとなる箇所に押下荷重Ｆは作用していない。
【0045】
カム２３においてカム高荷重箇所ＰＡに押下荷重Ｆが作用すると、連動してカムジャーナル２４にも高荷重が加わるジャーナル高荷重箇所ＰＢが発生する。ジャーナル高荷重箇所ＰＢの発生位置は、カム高荷重箇所ＰＡと同じく、カム山２３１を周方向に対向する位置である。このジャーナル高荷重箇所ＰＢでは、カム２３に加わる押下荷重Ｆに由来する、カムジャーナル２４の変形が生じる。図７は、吸気弁２５Ａの押下荷重Ｆが加わったときのカムジャーナル２４の変形状況を示す模式図である。
【0046】
カムジャーナル２４は、ヘッド側軸受３１とカムキャップ３２との係合によって作られる滑り軸受の軸支体によって、回転自在に支持されている。ヘッド側軸受３１及びカムキャップ３２の内周面とカムジャーナル２４の外周面との間には、潤滑油の油膜ＬＢが形成されている。カム山２３１がローラーロッカーアーム２６のローラー２６１を押下すると、カム山２３１と周方向に対峙するカム高荷重箇所ＰＡに向けて押下荷重Ｆが作用する。この押下荷重Ｆは、図７に点線で示す如く、カム２３を上方に持ち上げるようにカムシャフト２１Ａ（シャフト本体２２）を変形させる変形力Ｆｗを発生させる。なお、図７ではカム２３の変形が誇張して描かれている。
【0047】
このようにカム２３が変形すると、カム２３に近接しているカムジャーナル２４にもジャーナル高荷重箇所ＰＢが発生し、カムジャーナル２４も変形する。本実施形態では、一対のカム２３に挟まれる位置にカムジャーナル２４が配置されており、これら一対のカム２３が上方に持ち上がるようにシャフト本体２２が変形する。このため、カムジャーナル２４は、軸方向の両端部が持ち上げられるように弓なりに変形する。このような変形は、カムジャーナル２４のＦ側及びＲ側端部付近の外周面を、カムジャーナル２４の上半分の環状周面を軸支しているカムキャップ３２の内周面に接近させる。つまり、カムジャーナル２４がカムキャップ３２に接触し易い状態が形成されてしまう。＃１～＃３気筒についても、カム２３の回転方向の位相が＃４気筒と同じになるときに、カムジャーナル２４のジャーナル高荷重箇所ＰＢに変形が生じることとなる。
【0048】
機械抵抗の抑制には、ヘッド側軸受３１及びカムキャップ３２の内周面とカムジャーナル２４との間の隙間を小さくし、これにより油膜ＬＢを可及的に薄くすることが望ましい。しかし、前記隙間を小さくすると、押下荷重Ｆがカム２３に加わることに起因するカムジャーナル２４の変形により、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との接触が生じ、かえって機械抵抗の増大、摩耗の促進を招来することになりかねない。この問題に鑑み、本実施形態では、全体的には前記隙間を小さく保ちつつ、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との接触を回避できる形状的工夫を、カムジャーナル２４に施している。以下、この形状的工夫について説明する。
【0049】
［本実施形態のカムジャーナル］
本実施形態では、上記のようなカムジャーナル２４の弓なり変形が生じたとしても、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との接触を回避出来ると共に、潤滑油の維持性を損なわないようにした、カムジャーナル２４の具体例を示す。図８を参照して、本実施形態のカムジャーナル２４は、当該カムジャーナル２４の径方向内側へ窪む凹部４を備える。凹部４は、カム山２３１と周方向に対向する位置、つまりカム山２３１の突出位置と反対側の位置において、カムジャーナル２４の周面に形成される。また、凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央側よりも前記軸方向端部の方が深い凹部である。
本実施形態では、上記のようなカムジャーナル２４の弓なり変形が生じたとしても、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との接触を回避出来ると共に、潤滑油の維持性を損なわないようにした、カムジャーナル２４の具体例を示す。図８を参照して、本実施形態のカムジャーナル２４は、当該カムジャーナル２４の径方向内側へ窪む凹部４を備える。凹部４は、カム山２３１と周方向に対向する位置、つまりカム山２３１の突出位置と反対側の位置において、カムジャーナル２４の周面に形成される。また、凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央側よりも前記軸方向端部の方が深い凹部である。
【0050】
図８（Ａ）は、カムジャーナル２４に設けられる凹部４の一例を示す簡略断面図、図８（Ｂ）は、凹部４の作用を示す図である。ここでは、カムジャーナル２４のＦ側に近接するカム２３のカム山２３１が、押下荷重Ｆを受ける位相にあるとする。この場合、カムジャーナル２４のＦ側であってカム山２３１と反対側の領域に、図６に示したようなジャーナル高荷重箇所ＰＢが発生する。凹部４は、そのような領域に対応する部分を凹没させるように設けられている。
【0051】
凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央部２４３からＦ側端部２４１（軸方向端部）に向けて徐々に深さが深くなる傾きを持つ断面形状を有している。すなわち、Ｆ側端部２４１において凹部４は、最も径方向内側へ深く窪んでいる。図７に示したように、押下荷重Ｆがカム２３に加わると、カム山２３１と周方向に対向する位置において、カムジャーナル２４のＦ側端部２４１が最もカムキャップ３２に接近する方向に変形し、軸方向中央に向かうに連れて変形量が少なくなる。つまりＦ側端部２４１付近の変形量が最も大きくなる。凹部４は、このようなカムジャーナル２４の変形態様にマッチした深さ分布を有している。なお、図８では凹部４の深さが誇張して描かれており、実際の凹部４の最深部の深さは、数ミクロン～数十ミクロン程度である。
【0052】
図８（Ａ）には、カムキャップ３２の内周面とカムジャーナル２４の外周面との間のクリアランスＧ１、Ｇ２が示されている。凹部４が形成されていないＲ側端部２４２寄りの箇所のクリアランスＧ１は、滑り軸受の潤滑油粘度等を考慮して設定される標準クリアランスに設定されている。一方、凹部４が形成されているＦ側端部２４１寄りの箇所のクリアランスＧ２は、Ｇ１に比べて大きく、Ｆ側端部２４１において最も大きくなっている。
【0053】
図８（Ｂ）には、押下荷重Ｆが加わったときの、カム２３及びカムジャーナル２４（凹部４）の変形態様が点線で示されている。既述の通り、押下荷重Ｆがカム２３に加わると、カム２３が上方に持ち上がるようにシャフト本体２２が変形する。この変形に追従して、カムジャーナル２４のＦ側端部２４１寄りの部分が、カムキャップ３２に接近する方向に変形する。このような変形が生じても、凹部４が存在していることにより、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との間のクリアランスＧ３が確保される。従って、両者の接触を回避することができる。
【0054】
凹部４は、カムジャーナル２４におけるＦ側端部２４１寄りの部分の全周に設けられるのではなく、ジャーナル高荷重箇所ＰＢに対応する箇所だけを凹没させるように設けられる。凹部４をカムジャーナル２４に形成することは、対峙するカムキャップ３２との間のクリアランスを拡張することとなり、潤滑油が前記クリアランスから逃げ出す油抜けを生じさせ得る。本実施形態では、ジャーナル高荷重箇所ＰＢに対応する箇所だけに凹部４が設けられ、凹部４が設けられない領域では、カムジャーナル２４の周面とカムキャップ３２との間は標準のクリアランスＧ１に設定される。従って、前記油抜けは最小限に抑制される。
【0055】
また、凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央部２４３からＦ側端部２４１に向けて徐々に深さが深くなるプロファイルを有する。この点においても、前記クリアランスが徒に拡張しない工夫が為されている。このため、例えば０Ｗ８クラスの低粘度油を潤滑油として用いても、前記油抜けが生じ難く、潤滑性を確保することができる。従って、カムキャップ３２（軸受部材３０）における潤滑性の維持と、カムジャーナル２４の摩耗防止とを両立することができる。
【0056】
［凹部の配置位置と具体的形状／第１実施形態］
続いて、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂに対する凹部４の配置位置、及び、凹部４の具体的形状について説明する。凹部４は、図６に示した、カムジャーナル２４のジャーナル高荷重箇所ＰＢに相当する位置に設けられる。図９は、第１実施形態に係るカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを示す断面図である。図９には、図６の＃４気筒に対応するカムジャーナル２４及び軸受部材３０と、これに近接するカム２３と、凹部４の形成態様とが示されている。＃１～＃３気筒についても、ジャーナル高荷重箇所ＰＢに同様な凹部４が形成される。
続いて、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂに対する凹部４の配置位置、及び、凹部４の具体的形状について説明する。凹部４は、図６に示した、カムジャーナル２４のジャーナル高荷重箇所ＰＢに相当する位置に設けられる。図９は、第１実施形態に係るカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを示す断面図である。図９には、図６の＃４気筒に対応するカムジャーナル２４及び軸受部材３０と、これに近接するカム２３と、凹部４の形成態様とが示されている。＃１～＃３気筒についても、ジャーナル高荷重箇所ＰＢに同様な凹部４が形成される。
【0057】
図６及び図９に示す吸気弁用カムシャフト２１Ａのカムジャーナル２４は、一対のカム２３に挟まれるように配置されている。Ｆ側のカム山２３１（第１カム山）は、第１吸気ポート１４Ａ（図２）を開閉する吸気弁２５Ａ（第１弁体）を押下し、Ｒ側のカム山２３１（第２カム山）は、第２吸気ポート１４Ｂを開閉する吸気弁２５Ａ（第２弁体）を押下する。排気弁用カムシャフト２１Ｂの場合も同様である。カムジャーナル２４は、Ｆ側カム山２３１とＲ側カム山２３１との双方に近接して挟まれる位置に配置されている。
【0058】
このような配置では、カムジャーナル２４におけるＦ側カム山２３１及びＲ側カム山２３１と周方向に対向する位置に、それぞれジャーナル高荷重箇所ＰＢが発生する。従って、凹部４として、カムジャーナル２４のＦ側に第１凹部４ａが、Ｒ側に第２凹部４ｂが、各々設けられる。第１凹部４ａは、カムジャーナル２４のＦ側端部２４１において最も深く、軸方向中央部２４３に向けて徐々に浅くなる形状を有している。第２凹部４ｂは、Ｒ側端部２４２において最も深く、軸方向中央部２４３に向けて徐々に浅くなる形状を有している。このような配置により、Ｆ側カム山２３１及びＲ側カム山２３１から押下荷重Ｆがカムシャフト２１Ａに加わっても、カムジャーナル２４の周面とカムキャップ３２との間のクリアランスを第１凹部４ａ及び第２凹部４ｂによって確保することができる。
【0059】
次に、凹部４の具体的形状について説明する。図１０Ａは、凹部４の軸方向プロファイルを示す、カムジャーナル２４の表面の展開図、すなわちカムジャーナル２４を周方向に展開した平面形状を示す図である。凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向（幅方向）及び周方向（回転方向）において所定の軸方向幅及び周方向幅を有している。凹部４の前記軸方向幅は、カムジャーナル２４（カムシャフト２１Ａ、２１Ｂ）の回転方向上流側の方が下流側よりも幅広である形状を有している。つまり、凹部４の平面視の形状を、回転方向において上流側と下流側（回転方向の前半側と後半側と同義）との二つに区分した場合、凹部４は前記下流側より前記上流側の方が比較的広い前記軸方向幅を有している。なお、軸方向幅は、カムジャーナル２４のＦ側端部２４１又はＲ側端部２４２から凹部４の軸方向中央側のエッジまでの長さである。また、周方向幅は、回転方向に沿った凹部の幅である。
【0060】
より詳しくは、カムジャーナル２４を周方向に展開した平面視の形状において、凹部４は、回転方向上流側の膨出部４１と、回転方向下流側の緩曲部４２とを備える滴型の形状を有している。膨出部４１は、凹部４の前記周方向幅の回転方向上流端近傍において、急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ部分である。緩曲部４２は、膨出部４１から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る部分である。つまり、凹部４の軸方向中央側のエッジは、回転方向上流端からＦ側端部２４１又はＲ側端部２４２に対して急峻に立ち上がり、回転方向上流側の領域において最大幅となるピーク位置に至り、以降は緩やかにＦ側端部２４１又はＲ側端部２４２に接近する曲線形状を有している。
【0061】
このような凹部４の平面視形状は、図５（Ｄ）に示した、カム２３に加わる押下荷重Ｆの分布に対応している。押下荷重Ｆの分布は、カム山２３１の頂点がローラー２６１と接するよりも回転方向上流側の位相＝θ２にピークを有し、荷重重心が回転方向上流側に偏心した滴型の分布を有している。つまり、回転方向上流端近傍において最も大きな押下荷重Ｆがカム２３に加わり、回転方向下流端に向かうに連れて押下荷重Ｆが漸減してゆく傾向がある。このような荷重傾向がカム２３のカム高荷重箇所ＰＡ（図６）に現れ、これに追従してカムジャーナル２４のジャーナル高荷重箇所ＰＢにも同様な荷重傾向が現れる。このため、ジャーナル高荷重箇所ＰＢは、回転方向上流側に荷重重心が偏心した滴型の分布を有する。このようなジャーナル高荷重箇所ＰＢの荷重傾向に沿うように、凹部４の軸方向プロファイルもまた、回転方向上流側が幅広となるような滴型の形状を有している。これにより、カムジャーナル２４とカムキャップ３２との接触を確実に防止することができる。
【0062】
凹部４の窪み深さも、ジャーナル高荷重箇所ＰＢの荷重傾向に沿うように設定される。つまり、カムジャーナル２４において荷重が大きく加わる部分ほど、凹部４の深さが深く設定される。図１０Ｂは、回転方向に沿った凹部４の深さ方向プロファイルを示す、カムジャーナル２４の展開側面図である。このプロファイルは、Ｆ側端部２４１又はＲ側端部２４２における凹部４の深さ方向プロファイルである。なお、このプロファイルも、深さ方向のサイズを誇張している。
【0063】
凹部４は、窪み形状において、回転方向上流側の上流傾斜部４３と、回転方向下流側の下流傾斜部４４とを備えている。上流傾斜部４３は、凹部４の周方向幅の回転方向上流端から回転方向中央部ＬＣに向かう方向に第１の傾きＬ１で深くなる傾斜面を有する。凹部４の最深部ＭＤは、回転方向中央部ＬＣよりも上流側に位置している。下流傾斜部４４は、最深部ＭＤから回転方向下流端に向けて第２の傾きＬ２で浅くなる傾斜面を有する。第１の傾きＬ１と第２の傾きＬ２との関係は、両者の傾き方向を揃えた場合、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある。つまり、凹部４は、回転方向の上流側で急峻に深くなり、最深部ＭＤよりも下流側では緩やかに浅くなる窪み形状を有している。例えば、Ｌ１，Ｌ２をカムジャーナル２４の周面の接線に対してなす角で比較する場合、Ｌ１は、Ｌ２の１．２倍～３倍程度に設定することができる。
【0064】
本発明者らの解析によれば、カムシャフト２１Ａ、２１Ｂの変形に伴うカムジャーナル２４とカムキャップ３２との直接接触によるエネルギー損失は、接触の前半期間が比較的急峻に立ち上がり、後半期間は比較的に緩やかに下降する特性を示す。前記直接接触は、カムジャーナル２４の摩耗要因となるので、接触の前半期間では摩耗量が大きく、後半期間では摩耗量が小さいということになる。従って、第１の傾きＬ１及び第２の傾きＬ２を備えた深さプロファイルを有する凹部４をカムジャーナル２４に設けることで、上記のエネルギー損失特性に即した接触摩耗回避対策を施すことができる。
【0065】
図１０Ｂに示す凹部４の回転方向の深さプロファイルを、図１０Ａに示した軸方向プロファイルに関連付けると、凹部４の軸方向幅が長い部分ほど、凹部４の軸方向端部（Ｆ側端部２４１又はＲ側端部２４２）における深さが深いという関係となる。なお、軸方向の深さプロファイルは、軸方向中央側（滴型のエッジ）からＦ側端部２４１又はＲ側端部２４２に向けて徐々に深さが深くなる凹部４である点は、図８（Ａ）に示した基本例と同様である。
【0066】
つまり、ジャーナル高荷重箇所ＰＢの荷重分布に沿って、荷重が大きい箇所は比較的深く、荷重が小さい所は比較的浅くなるように、凹部４の深さプロファイルが設定される。この実施形態によれば、凹部４の軸方向幅が長く且つ窪みが深い部分が、カムジャーナル２４において最も大きい押下荷重Ｆを受ける部分に配置される。従って、カムジャーナル２４のカムキャップ３２への接触による摩耗を的確に回避することができる。
【0067】
［凹部の配置位置と具体的形状／第２実施形態］
続いて、図６とは異なるタイプのカムシャフト２１Ａ、２１Ｂに、本発明を適用する例について説明する。図１１は、異なるタイプの吸気弁用カムシャフト２１Ａ（排気弁用カムシャフト２１Ｂ）を簡略的に示す図であって、カム２３の回転位相と、カムジャーナル２４に加わる押下荷重Ｆの位置との関係を示す図である。図中の＃１～＃４の符号は、エンジン前後方向Ｆ－Ｒに並ぶ４つの気筒１３を示している。４バルブ形式の＃１～＃４気筒の各々に対して２個のカム２３が配置されている点は、図６の例と同じである。図６と相違する点は、図１１のカムシャフト２１Ａでは、２個のカム２３を挟むように、カムジャーナル２４（カムキャップ３２）が配置されている点である。
続いて、図６とは異なるタイプのカムシャフト２１Ａ、２１Ｂに、本発明を適用する例について説明する。図１１は、異なるタイプの吸気弁用カムシャフト２１Ａ（排気弁用カムシャフト２１Ｂ）を簡略的に示す図であって、カム２３の回転位相と、カムジャーナル２４に加わる押下荷重Ｆの位置との関係を示す図である。図中の＃１～＃４の符号は、エンジン前後方向Ｆ－Ｒに並ぶ４つの気筒１３を示している。４バルブ形式の＃１～＃４気筒の各々に対して２個のカム２３が配置されている点は、図６の例と同じである。図６と相違する点は、図１１のカムシャフト２１Ａでは、２個のカム２３を挟むように、カムジャーナル２４（カムキャップ３２）が配置されている点である。
【0068】
カムシャフト２１Ａのシャフト本体２２は、＃１～＃４気筒が各々備える一対の吸気弁２５Ａを押下する一対のカム２３（第１カム山及び第２カム山）を４組備えている。さらに、シャフト本体２２は、一対のカム２３を挟むように配置された、第１～第５カムジャーナル２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅを備える。これら５つのカムジャーナル２４Ａ～２４Ｅの上半面は、それぞれカムキャップ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅで軸支されている。図１１では、＃４気筒に対応する吸気弁２５Ａがローラーロッカーアーム２６を介してカム山２３１で押下され、＃１～＃３気筒についてはカム山２３１がローラー２６１と係合しない位相にある状態を示している。すなわち、＃４気筒のカム２３のカム高荷重箇所ＰＡだけに現に押下荷重Ｆが作用している。
【0069】
図６に示すカムシャフト２１Ａでは、一つのカムジャーナル２４が＃１～＃４気筒のいずれかの一対のカム２３で挟まれる構造である。このため、一対のカム２３のカム高荷重箇所ＰＡによって作られる２つのジャーナル高荷重箇所ＰＢは、カムジャーナル２４の周面の同じ位相の部分に現れる。しかし、図１１のタイプのカムシャフト２１Ａでは、２つのジャーナル高荷重箇所ＰＢがカムジャーナル２４の周面の異なる位相の部分に現れたり、１つのジャーナル高荷重箇所ＰＢしか現れなかったりする。
【0070】
＃１～＃４気筒の配列方向において、最もＦ側の第１カムジャーナル２４Ａについては、＃１気筒のＦ側カム２３のカム山２３１（第１カム山）と周方向に対向する箇所（周方向１８０度の位置）において、当該第１カムジャーナル２４ＡのＲ側にだけジャーナル高荷重箇所ＰＢが生じることになる。一方、最もＲ側の第５カムジャーナル２４Ｅについては、＃４気筒のＲ側カム２３のカム山２３１（第２カム山）と周方向に対向する箇所（周方向０度の位置）において、そのＦ側にだけジャーナル高荷重箇所ＰＢが生じることになる。
【0071】
一方、Ｆ側２番目の第２カムジャーナル２４Ｂについては、カム山２３１の突出位相の異なる＃１気筒のＲ側カム２３と＃２気筒のＦ側カム２３とから押下荷重Ｆの影響を受ける。従って、第２カムジャーナル２４ＢのＦ側とＲ側とに、各カム２３のカム山２３１とそれぞれ周方向に対向する箇所にジャーナル高荷重箇所ＰＢが生じ得る。図１１の例では、第２カムジャーナル２４ＢのＦ側では周方向１８０度の位置が、Ｒ側では周方向２７０度の位置が、それぞれジャーナル高荷重箇所ＰＢの発生予定箇所となる。第３、第４カムジャーナル２４Ｃ、２４Ｄについても、第２カムジャーナル２４Ｂと同様に、異なる周方向位置においてＦ側とＲ側とにジャーナル高荷重箇所ＰＢが現れる。
【0072】
図１２は、第２実施形態に係るカムシャフト２１Ａ（２１Ｂ）を示す断面図である。図１２には、図１１の＃４気筒に対応する一対のカム２３と、これらのカム２３を挟むように配置された第４、第５カムジャーナル２４Ｄ、２４Ｅ及びその軸受部材３０と、第４、第５カムジャーナル２４Ｄ、２４Ｅに対する凹部４の形成態様と、が示されている。
【0073】
既述の通り、第５カムジャーナル２４Ｅについては、＃４気筒のＲ側カム２３のカム山２３１と反対側の箇所だけがジャーナル高荷重箇所ＰＢとなる。従って、凹部４として、第５カムジャーナル２４ＥのＦ側におけるジャーナル高荷重箇所ＰＢにだけ、第１凹部４Ａが設けられる。第１凹部４Ａは、第５カムジャーナル２４ＥのＦ側端において最も深く、軸方向中央側に向けて徐々に浅くなる形状を有している。
【0074】
第４カムジャーナル２４Ｄについては、カム山２３１の突出位相の異なる＃３気筒のＲ側カム２３と＃４気筒のＦ側カム２３とから押下荷重Ｆの影響を受ける。このため、第４カムジャーナル２４ＤのＲ側には、＃４気筒のＦ側カム２３のカム山２３１と反対側に対応する箇所に、第２凹部４Ｂが設けられる。一方、第４カムジャーナル２４ＤのＦ側には、＃３気筒のＲ側カム２３のカム山２３１と反対側に対応する箇所に、第３凹部４Ｃが設けられる。第２凹部４Ｂは第４カムジャーナル２４Ｄの周方向０度の位置に、第３凹部４Ｃは、周方向９０度の位置に、各々設けられる。
【0075】
第１カムジャーナル２４Ａについては、第５カムジャーナル２４Ｅとミラーの態様で、第２、第３カムジャーナル２４Ｂ、２４Ｃについては第４カムジャーナル２４Ｄと同様にして、それぞれ凹部４が形成される。このような凹部４の配置により、各々のカム２３のカム山２３１から押下荷重Ｆがカムシャフト２１Ａに加わっても、カムジャーナル２４の周面とカムキャップ３２との間のクリアランスを各々の凹部４によって確保することができる。
【0076】
図１３（Ａ）～（Ｃ）は、第２実施形態のカムシャフト２１Ａにおいて形成される凹部４の軸方向プロファイルを示す、カムジャーナル表面の展開図である。図１３（Ａ）は、最もＦ側の第１カムジャーナル２４Ａに設けられる凹部４を、周方向に展開した平面形状として示す図である。第１カムジャーナル２４Ａは、その周方向１８０度の位置に形成され、Ｒ側端部２４２から軸方向中央側に延びる一つの凹部４を備える。この凹部４は、先に図１０Ａで例示したものと同様の、滴型の形状を有する。すなわち、凹部４は、回転方向上流側の膨出部４１と、回転方向下流側の緩曲部４２とを備える。第５カムジャーナル２４Ｅの凹部４は、この第１カムジャーナル２４Ａと対称に、Ｆ側端部２４１を基準として形成される。なお、凹部４の深さプロファイルは、図１０Ｂに例示した通りに設定される。
【0077】
図１３（Ｂ）は、第２カムジャーナル２４Ｂに設けられる凹部４を示す。第２カムジャーナル２４Ａは、Ｆ側端部２４１から軸方向中央側に延びるＦ側凹部４と、Ｒ側端部２４２から軸方向中央側にＲ側凹部４とを備える。これら凹部４も、膨出部４１及び緩曲部４２を備える滴型の形状を有する。Ｆ側凹部４は、第２カムジャーナル２４Ｂの周方向１８０度の位置付近に、Ｒ側凹部４は周方向２７０度の位置付近に形成される。第４カムジャーナル２４Ｄについても、同様の位相関係で、Ｆ側及びＲ側凹部４が設けられる。
【0078】
図１３（Ｃ）は、第３カムジャーナル２４Ｃに設けられる凹部４を示す。第３カムジャーナル２４Ｃも、Ｆ側端部２４１から軸方向中央側に延びるＦ側凹部４と、Ｒ側端部２４２から軸方向中央側にＲ側凹部４とを備える。これら凹部４も、膨出部４１及び緩曲部４２を備える滴型の形状を有し、第３カムジャーナル２４Ｃの周方向に互いに対向する位置関係で配置される。Ｆ側凹部４は、第３カムジャーナル２４Ｃの周方向９０度の位置付近に、Ｒ側凹部４は周方向２７０度の位置付近に形成される。
【0079】
以上説明した第２実施形態によれば、一つのカムジャーナル２４について、Ｆ側とＲ側とで異なる周方向位置にジャーナル高荷重箇所ＰＢが発生するようなカムシャフト２１Ａであっても、カムジャーナル２４の各々の周面と軸受部材３０（カムキャップ３２）との間のクリアランスを、各々の凹部４によって確保することができる。また、カムシャフト２１Ａの端部に位置する第１、第５カムジャーナル２４Ａ、２４Ｅについては、近接する一つのカム２３に対応した一つの凹部４だけが設けられる。従って、無用にカムジャーナル２４Ａ、２４Ｅと軸受部材３０との間にクリアランスが形成されることはなく、潤滑性の確保とカムジャーナルの摩耗防止とを両立させることができる。
【0080】
［変形例］
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取ることができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取ることができる。
【0081】
（１）上記実施形態では、直列４気筒のエンジン１に対応したカムシャフト２１Ａ、２１Ｂを例示した。カムシャフト２１Ａ、２１Ｂは、他の多気筒型エンジン、例えば直列６気筒用のカムシャフトであっても良い。
【0082】
（２）上記実施形態では、カムジャーナル２４の軸方向中央側から軸方向端部（Ｆ側端部２４１又はＲ側端部２４２）に向けて徐々に深さが深くなる凹部４を例示した。凹部４は、カムジャーナル２４の軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深いという関係を満たす限りにおいて、種々の変形実施形態を取ることができる。図１４（Ａ）～（Ｃ）に、変形例に係る凹部４－１、４－２、４－３を示す。
【0083】
図１４（Ａ）は、階段型の窪み形状を有する凹部４－１を示すカムジャーナル２４の概略断面図である。凹部４－１は、傾斜のない水平部４５と、傾きを有する傾斜部４６とが交互に連なる窪み形状を有し、カムジャーナル２４の軸方向中央側よりも軸方向端部の方が窪み深さが深くなっている。図１４（Ｂ）は、一つの水平部４７と一つの傾斜部４８とで構成された凹部４－２を示している。傾斜部４８は、カムジャーナル２４の軸方向中央側に配置され、水平部４７は傾斜部４８の最深端から軸方向端部に至っている。図１４（Ｃ）は、凹凸傾斜部４９を有する凹部４－３を示している。凹凸傾斜部４９は、出没を繰り返しながらカムジャーナル２４の軸方向中央側から軸方向端部へ、全体としては深くなる傾斜部である。このような凹部４－１、４－２、４－３であっても、上述の凹部４と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【0084】
１ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体
１３ 気筒
１４ 吸気ポート
１４Ｈ ポート開口（吸排気用の開口）
２１Ａ 吸気弁用カムシャフト（カムシャフト）
２１Ｂ 排気弁用カムシャフト（カムシャフト）
２３ カム
２３１ カム山
２４ カムジャーナル
２４１ Ｆ側端部（軸方向端部）
２４２ Ｒ側端部（軸方向端部）
２４３ 軸方向中央部
２５Ａ、２５Ｂ 吸気弁、排気弁（弁体）
３０ 軸受部材
３１ ヘッド側軸受
３２ カムキャップ（軸受部材）
４ 凹部
４１ 膨出部
４２ 緩曲部
１０ エンジン本体
１３ 気筒
１４ 吸気ポート
１４Ｈ ポート開口（吸排気用の開口）
２１Ａ 吸気弁用カムシャフト（カムシャフト）
２１Ｂ 排気弁用カムシャフト（カムシャフト）
２３ カム
２３１ カム山
２４ カムジャーナル
２４１ Ｆ側端部（軸方向端部）
２４２ Ｒ側端部（軸方向端部）
２４３ 軸方向中央部
２５Ａ、２５Ｂ 吸気弁、排気弁（弁体）
３０ 軸受部材
３１ ヘッド側軸受
３２ カムキャップ（軸受部材）
４ 凹部
４１ 膨出部
４２ 緩曲部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
