CN106402296A - 发动机的驱动力传递系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机的驱动力传递系统，包括：曲轴链轮，设置于曲轴；凸轮轴链轮，设置于凸轮轴；中间轴，设置在所述曲轴与所述凸轮轴之间；两级链轮，设置于所述中间轴，具有以能够相对转动的状态相向的第一链轮及第二链轮；第一环形传动构件，绕挂于所述曲轴链轮和所述第一链轮；第二环形传动构件，绕挂于所述凸轮轴链轮和所述第二链轮；其中，所述第一环形传动构件和所述第二环形传动构件将所述曲轴的驱动力传递给所述凸轮轴，所述两级链轮具有：阻尼部，连接所述第一链轮和所述第二链轮，并且向所述第一链轮及所述第二链轮的转动方向产生弹力。由此，能够有效地抑制正时链成为共振状态的情况从而能够延长正时链的寿命。

Description

发动机的驱动力传递系统
技术领域
本发明涉及发动机的驱动力传递系统。
背景技术
以往，发动机的进气凸轮轴及排气凸轮轴经由包括正时链及链轮等的动力传递机构而与曲轴连结。正时链承受着因进气门及排气门等的往返运动而产生的激振力。
当激振力的振动频率接近于动力传递机构的固有振动频率(共振频率)时，正时链成为共振状态，从而对正时链产生一个过大的张力，其结果，存在着导致正时链的寿命变短这样的问题。
为了应对这样的问题，以往，采取了例如如下等对策：使与排气凸轮轴连结的燃料泵(例如参照日本专利公开公报特开2011-43092号)的柱塞以与排气门的往返运动相反的相位往返运动，从而利用燃料泵的激振力来抵消排气门的激振力。
另外，近几年，作为进一步提高发动机的燃料经济性的手段之一，正在推进发动机的高压缩比化，在这样的发动机中，由于需要更精密地控制气门正时，因此，进气凸轮及排气凸轮通过可变气门正时机构(VVT)以成为最佳的开闭时期的方式被控制。凸轮轴和用于将转动力传递给该凸轮轴的链轮通过VVT而彼此连接。此外，为了精细地控制往燃烧室内的燃料喷射，有时还会采用高压燃料泵。
在普通的发动机中，燃料泵通过燃料泵驱动轴而连接于凸轮轴的一端，从而与凸轮轴一起通过正时链或正时带而被曲轴的转动力驱动，不过，由于高压燃料泵的驱动需要较大的驱动力，因此，当经由VVT而将较大的驱动力传递给凸轮轴时，尤其是VVT为由马达驱动的电动VVT时，有可能会出现因高压燃料泵的驱动所需的转矩大于电动VVT的马达所能产生的转矩而导致VVT不能工作的情况。因此，在凸轮轴上设置VVT的情况下，使高压燃料泵连结于凸轮轴的做法并不恰当。在VVT为液压式的情况下，也需要有高的液压以便能够满足燃料泵的驱动转矩，因而机油泵的工作增大，从而机械阻力也增大。
为此，本发明人研究了如下方案：将高压燃料泵的驱动轴(泵驱动轴)设置在发动机高度方向上曲轴与凸轮轴之间，在泵驱动轴上设置两个链轮，将第一正时链绕挂在一方的链轮及曲轴的链轮上，并且将第二正时链绕挂在另一方的链轮、进气凸轮轴及排气凸轮轴上，从而使高压燃料泵工作。
然而，由于该方案的结构不是将所述公报所公开的燃料泵连接于排气凸轮轴的结构，因而不能利用燃料泵的激振力来抵消排气门的往返运动产生的激振力。因此，有可能不能抑制作用于正时链的激振力而导致正时链易于成为共振状态。
发明内容
本发明鉴于上述的情况而作，其目的在于提供一种能够有效地抑制正时链成为共振状态的情况从而能够延长正时链的寿命的发动机的驱动力传递系统。
为了实现上述目的，本发明的发动机的驱动力传递系统包括：曲轴链轮，设置予曲轴；凸轮轴链轮，设置于凸轮轴；中间轴，设置在所述曲轴与所述凸轮轴之间；两级链轮，设置于所述中间轴，具有以能够相对转动的状态相向的第一链轮及第二链轮；第一环形传动构件，绕挂于所述曲轴链轮和所述第一链轮；第二环形传动构件，绕挂于所述凸轮轴链轮和所述第二链轮；其中，所述第一环形传动构件和所述第二环形传动构件将所述曲轴的驱动力传递给所述凸轮轴，所述两级链轮具有：阻尼部，连接所述第一链轮和所述第二链轮，并且向所述第一链轮及所述第二链轮的转动方向产生弹力。
根据本发明，通过有效地抑制环形传动构件成为共振状态的情况，能够延长环形传动构件的寿命。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的发动机的驱动力传递系统的概略图。
图2是表示本发明的实施方式中的两级链轮的立体图。
图3是图2所示的两级链轮的分解立体图。
图4是表示图2所示的两级链轮的例视图。
图5是表示图2所示的两级链轮的主视图。
图6是图5所示的两级链轮的VI-VI剖视图。
图7是图6所示的两级链轮的VII-VII剖视图。
图8是将本发明的实施方式所涉及的发动机的驱动力传递系统模拟为弹簧系统来表示的模式图。
图9是表示本发明的实施方式的效果的图。
图10是将两级链轮中未设置弹簧情况下的驱动力传递系统模拟为弹簧系统来表示的模式图。
具体实施方式
以下，参照附图详述本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的实施方式所涉及的发动机的驱动力传递系统1是通过正时链11、2将发动机30的曲轴9的驱动力传递给排气凸轮轴5及进气凸轮轴6的系统。
驱动力传递系统1包括：曲轴9、曲轴链轮10、排气凸轮轴5、排气凸轮轴链轮3、进气凸轮轴6、进气凸轮轴链轮4、中间轴13、两级链轮16、第一正时链11、第二正时链2、排气侧可变气门正时机构(以下，称为“排气侧VVT”)7、进气侧可变气门正时机构(以下，称为“进气侧VVT”)8、张紧装置32、33。
张紧装置33具有与第一正时链11抵接的张紧臂31和将该张紧臂31朝着第一正时链11予以按压的作为致动器的张紧器主体19。
张紧装置32具有与第二正时链2抵接的张紧臂14和将该张紧臂14朝着第二正时链2予以按压的作为致动器的张紧器主体18。
排气侧VVT7是设置于排气凸轮轴5的电动式的VVT，其通过将排气凸轮轴5的相对于曲轴9的转动相位在指定的角度范围内连续地变更从而变更排气门的开闭时期。排气凸轮轴5与排气凸轮轴链轮3经由排气侧VVT7而被连结。
进气侧VVT8是设置于进气凸轮轴6的电动式的VVT，其通过将进气凸轮轴6的相对于曲轴9的转动相位在指定的角度范围内连续地变更从而变更进气门的开闭时期。进气凸轮轴6与进气凸轮轴链轮4经由进气侧VVT8而被连结。
曲轴9是将活塞(省略图示)的往返运动产生的驱动力作为转动力而予以输出的转轴。曲轴链轮10设置于曲轴9。图1所示的例中，曲轴9绕逆时针方向(绕左转方向)转动。
中间轴13是设置在发动机高度方向上所述曲轴9与排气凸轮轴5及进气凸轮轴6之间的转轴。曲轴9的转动力经由第一正时链11而传递给中间轴13。中间轴13是与驱动燃料泵(省略图示)的燃料泵驱动轴同轴的转轴。燃料泵基于往返移动的柱塞而将燃料加压并将该燃料供应给喷射器，基于中间轴13的转动，柱塞被驱动，从而燃料被加压输送。此外，支撑中间轴13的中间轴轴承部(未图示)在本实施方式中与气缸体一体成形。如此能够提高中间轴轴承部的支撑刚性。
如图2至7所示，两级链轮16具有以能够相对转动的状态相向的第一链轮12及第二链轮15，并且具有阻尼部(damping portion)17，该阻尼部17将第一链轮12与第二链轮15连接，包括向第一链轮12及第二链轮15的转动方向施加弹力的弹簧17a、17b。
详细而言，如图3所示，两级链轮16包括第一链轮12、第二链轮15、弹簧17a、17b、轴承18、摩擦式弹簧19、环部件20、环状板构件21。
第一链轮12具有圆环状的链轮主体12a、两个突起部12b。链轮主体12a的中央形成有通孔12d，圆环状的轴承18插入设置在通孔12d中，并且中间轴13穿通在轴承18的内侧。由于轴承18位于第一链轮12与中间轴13之间，因此，第一链轮12能够相对于中间轴13绕其轴心转动。
如图3所示，两个突起部12b在通孔12d的第二链轮15侧的端部的周缘处从径向彼此相向的两个位置向第二链轮15侧突出。
此外，如图3、6所示，在通孔12d的第二链轮15侧的端部的周缘处形成有两个槽部12c。如图3所示，两个槽部12c形成在隔着两个突起部12b在第一链轮12的径向上相向的位置。各槽部12c在从第二链轮15侧观察下呈圆弧状(参照图3)，而且形成为剖面圆弧状(参照图6)。两个槽部12c中，一方的槽部12c内设置有弹簧17a，另一方的槽部12c内设置有弹簧17b(参照图6)。
如图1所示，第一正时链11绕挂在第一链轮12及曲轴链轮10上。
第二链轮15具有圆环状的链轮主体15a和圆柱状的弹簧保持部15b，链轮主体15a具有比第一链轮12的外径更小的外径。
弹簧保持部15b中形成有两个从外周部向内周部被局部切去而成的凹部15c。两个凹部15c形成在弹簧保持部15b中径向上彼此相向的位置。如图4、7所示，各凹部15c的周方向的长度比突起部12b的周方向的长度大。此外，各凹部15c的径向的长度比突起部12b的径向的长度大。由此，在第一链轮12的突起部12b插入在第二链轮15的凹部15c内的状态下，第一链轮12能够相对于第二链轮15在指定角度的范围沿周方向转动。
在第一链轮12的突起部12b插入在第二链轮15的凹部15c内的状态下，第一链轮12相对于第二链轮15相对转动时，弹簧17a、17b的弹力(反作用力)以抑制这些链轮的相对转动的方式发挥作用。
如图6、7所示，在第二链轮15中的第一链轮12侧的面上形成有两个槽部15d。如图7所示，两个槽部15d形成在隔着两个凹部15c在第二链轮15的径向上相向的位置。各槽部15d在从第一链轮12侧观察下呈圆弧状(参照图7)，而且形成为剖面圆弧状(参照图6)。两个槽部15d中，一方的槽部15d与第一链轮12中的一方的槽部12c相对，另一方的槽部15d与第一链轮12中的另一方的槽部12c相对。而且，弹簧17a设置在一方的槽部15d中，弹簧17b设置在另一方的槽部15d中(参照图6、7)。
如图1所示，第二正时链2绕挂在第二链轮15、排气凸轮轴链轮3及进气凸轮轴链轮4上。
弹簧17a、17b是压缩线圈弹簧。弹簧17a在设置在槽部12c及槽部15d内的状态下，沿着槽部12c及槽部15d呈圆弧状弯曲。而且，弹簧17a的一端侧(第一链轮12的逆转动方向侧)与槽部12c及槽部15d的周方向一端部的内壁面抵接，弹簧17a的另一端侧(第一链轮12的转动方向侧)与槽部12c及槽部15d的周方向另一端部的内壁面抵接。弹簧17b也以与弹簧17a同样的状态设置在槽部12c及槽部15d内。
例如，基于曲轴9的角速度变动而使第一链轮12相对于第二链轮15转动(在第一链轮12的转速与第二链轮15的转速之间产生速度差)时，随着该转动，弹簧17a、17b伸缩。基于弹簧17a、17b伸缩，所述角速度变动产生的曲轴9的转矩变动被弹簧17a、17b吸收，其结果，正时链系统(驱动力传递系统1)中的共振的发生得以抑制。
弹簧17a、17b整体的弹性模量(弹簧常数)亦即阻尼部17的弹性模量的值以驱动力传递系统1整体的共振频率小于与发动机30的怠速转速对应的发动机30的振动频率的方式设定(参照图9)。
以下，作详细说明。若将驱动力传递系统1的第一正时链2及第二正时链11看作成弹簧，则可将驱动力传递系统1考虑为图8所示般的弹簧的连结体。
即，曲轴链轮10与第一链轮12由第一正时链11(弹簧)连结，第一链轮12与第二链轮15由弹簧17a、17b连结，第二链轮15与排气凸轮轴链轮3及进气凸轮轴链轮4由第二正时链2连结。
若第一正时链11与第二正时链2串联连结情况下(参照图10)的其整体的弹性模量为k1，弹簧17a、17b整体的弹性模量(阻尼部17的弹性模量)为k2，这些要素被组合而成的图8所示的连结体整体的质量为m时，则该连结体整体的弹性模量k’可由以下的式(1)所表示。在图10的模型中，符号16A表示不具备弹簧17a、17b的两级链轮。
于是，该弹性模量k’的弹簧的共振频率f’可由以下的式(2)所表示。
另一方面，图10所示的弹簧连结体(弹性模量k1)的共振频率f可由以下的式(3)所表示。
上述的式(2)包含弹性模量k2，因此，图8所示的模型的共振频率f’比图10所示的模型的共振频率f小(f’＜f)。因此，如图9所示般，本实施方式中，能够容易地将驱动力传递系统1整体的共振频率设定为较小。
如上所述，根据本实施方式，通过设置连接第一链轮12与第二链轮15的弹簧17a、17b，能够调节驱动力传递系统1整体的弹性模量，以使驱动力传递系统1整体的共振频率与激振力的振动频率不相一致。由此，能够有效地抑制正时链2、11成为共振状态的情况，能够抑制正时链2、11的寿命变短的情况。
此外，根据本实施方式，弹簧17a、17b的弹性模量的值以驱动力传递系统1整体的共振频率f’小于与在无负荷状态下运转发动机30时的发动机转速亦即怠速转速对应的发动机30的振动频率的方式设定，因此，驱动力传递系统1整体的共振频率小于与发动机30的常用区域对应的振动频率，因而能够进一步有效地抑制正时链2、11成为共振状态的情况。
此外，根据本实施方式，中间轴13被设为驱动燃料泵的燃料泵驱动轴，因此，中间轴13的驱动力只用于燃料泵的驱动，不会对其他的发动机附属机件的工作给予不良影响便能够驱动燃料泵。
此外，根据本实施方式，排气凸轮轴5及进气凸轮轴6上设置有VVT，因此，能够精密地控制排气凸轮轴5及进气凸轮轴6的转动相位。
此外，为了避免正时链成为共振状态的情况而将共振频率(固有振动频率)设为较小的方法中，有增加正时链系统(驱动力传递系统)的重量的方法和将正时链系统整体的弹簧常数的合成值设为较小的方法，本实施方式中，通过追加弹簧来使正时链系统的弹簧常数的合成值较小，因此，既能够抑制因正时链系统的重量增加而导致的发动机的机械阻力增大而且不会对燃烧性带来不良影响，并且能够抑制正时链的寿命变短的情况。
本实施方式中，两个弹簧17a、17b设置在第一链轮12与第二链轮15之间，不过，弹簧的个数可以作适当变更。
此外，本实施方式中，作为阻尼部17的一例而采用了由压缩线圈弹簧组成的弹簧17a、17b，不过，只要目的是将正时链系统的弹簧常数的合成值设为较小，也可替代压缩线圈弹簧而采用板弹簧或橡胶等。
此外，本实施方式中，曲轴链轮10绕逆时针方向(参照图1)转动，不过，曲轴链轮10也可绕顺时针方向转动。
<实施方式的总结>
最后，对上述实施方式中所公开的发动机的驱动力传递系统的特征结构及其作用效果作总结说明。
上述实施方式中所公开的发动机的驱动力传递系统包括：曲轴链轮，设置于曲轴；凸轮轴链轮，设置于凸轮轴；中间轴，设置在所述曲轴与所述凸轮轴之间；两级链轮，设置于所述中间轴，具有以能够相对转动的状态相向的第一链轮及第二链轮；第一环形传动构件，绕挂于所述曲轴链轮和所述第一链轮；第二环形传动构件，绕挂于所述凸轮轴链轮和所述第二链轮；其中，所述第一环形传动构件和所述第二环形传动构件将所述曲轴的驱动力传递给所述凸轮轴，所述两级链轮具有；阻尼部，连接所述第一链轮和所述第二链轮，并且向所述第一链轮及所述第二链轮的转动方向施加弹力。
所述“环形传动构件”包含正时链及正时带。此外，所述“阻尼部”包含各种弹性构件，具体而言，包含弹簧(例如压缩线圈弹簧、板弹簧等)及橡胶等。
根据所述发动机的驱动力传递系统，阻尼部在第一链轮与第二链轮之间以向第一链轮和第二链轮的转动方向施加弹力的方式设置，从而能够调节驱动力传递系统整体的弹性模量，以使驱动力传递系统整体的共振频率与激振力的振动频率不相一致。由此，能够有效地抑制因来自活塞、进气凸轮及排气凸轮的激振力而使环形传动构件成为共振状态的情况，能够抑制环形传动构件的寿命变短的情况。
所述发动机的驱动力传递系统中，较为理想的是所述阻尼部包含弹簧。
根据该结构，以比较简单的结构便能够调节驱动力传递系统整体的弹性模量，有效地抑制环形传动构件成为共振状态的情况。
所述发动机的驱动力传递系统中，较为理想的是所述阻尼部的弹性模量的值以所述驱动力传递系统整体的共振频率小于所述发动机以指定转速运转时的该发动机的振动频率的方式设定，所述指定转速较为理想的是所述发动机在无负荷状态下的怠速转速时的发动机转速。
根据该结构，由于驱动力传递系统整体的共振频率小于与发动机的常用区域(怠速转速以上的转速区域)对应的该发动机的振动频率，因此，能够进一步有效地抑制环形传动构件成为共振状态的情况。
所述发动机的驱动力传递系统中，较为理想的是所述中间轴用作驱动燃料泵的燃料泵驱动轴。
根据该结构，中间轴的驱动力只用于燃料泵的驱动，因此，不会对其他的发动机附属机件的工作给予不良影响便能够驱动燃料泵。
所述发动机的驱动力传递系统中，较为理想的是所述凸轮轴上设有可变气门正时机构。
根据该结构，能够不受燃料泵驱动的影响地精密地控制凸轮轴的转动相位。

Claims (7)

1.一种发动机的驱动力传递系统，其特征在于包括：
曲轴链轮，设置于曲轴；
凸轮轴链轮，设置于凸轮轴；
中间轴，设置在所述曲轴与所述凸轮轴之间；
两级链轮，设置于所述中间轴，具有以能够相对转动的状态相向的第一链轮及第二链轮；
第一环形传动构件，绕挂于所述曲轴链轮和所述第一链轮；
第二环形传动构件，绕挂于所述凸轮轴链轮和所述第二链轮；其中，
所述第一环形传动构件和所述第二环形传动构件将所述曲轴的驱动力传递给所述凸轮轴，
所述两级链轮具有：
阻尼部，连接所述第一链轮和所述第二链轮，并且向所述第一链轮及所述第二链轮的转动方向产生弹力。
2.根据权利要求1所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述阻尼部包含弹簧。
3.根据权利要求2所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述阻尼部的弹性模量的值以所述驱动力传递系统整体的共振频率小于所述发动机以指定转速运转时的该发动机的振动频率的方式设定。
4.根据权利要求3所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述指定转速是所述发动机在无负荷状态下的怠速运转时的发动机转速。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述中间轴用作驱动燃料泵的燃料泵驱动轴。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述凸轮轴上设有可变气门正时机构。
7.根据权利要求5所述的发动机的驱动力传递系统，其特征在于：
所述凸轮轴上设有可变气门正时机构。
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