JP2005180550A - エンジンの動弁用カムチェーンテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】チェーンの振動による叩き音の抑制を可能とした動弁用カムチェーンテンショナを提供する。
【解決手段】クランクシャフト１７の駆動力をカムシャフト１８，１９に伝達するカムチェーン２２を有し、カムチェーンテンショナ２５を備えると共に、このテンショナはその一端が支持点３１としてクランクシャフト近傍に揺動自在に軸支される一方、当接面３０を円弧状に形成し、その仮想直径をクランクシャフトの中心と一方のカムシャフト１８の中心との距離３３より小さく設定すると共に、当接面はクランクシャフトの中心と一方のカムシャフトの中心との距離の中心位置を含む所定の範囲のみがカムチェーンに当接するように設定し、さらにテンショナの揺動支持点から当接面に至る部位の、テンショナのカムチェーン側表面にカムチェーンの連結ピン２８同士を順次結ぶカムチェーンの基準線２９から離間して逃げ部３４を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの動弁用カムチェーンテンショナに関する。

自動車や自動二輪車等に用いられる４サイクルエンジンはクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達し、このカムシャフトで吸・排気バルブを開閉操作するＯＨＣ形式の動弁構造を採用している。クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達する方法としては、例えばクランクシャフトにカムドライブスプロケットを設けると共に、カムシャフトにタイミングスプロケットを設け、両スプロケットをカムチェーン（動弁用チェーン）で連結する方法が一般的である。

また、エンジンにはその回転変動によりカムチェーンが撓んだときや、時間経過によってカムチェーンが伸びて弛みが出たとき等に、カムチェーンの張りを常に最適状態に調整することにより吸・排気バルブのタイミングや点火時期の狂い、騒音の発生等を防止するためのチェーンガイドおよびカムチェーンテンショナが備えられている。また、カムチェーンテンショナはカムチェーンアジャスタによって常時適切な圧力が掛けられており、変動するカムチェーンの張りや撓みに対応している（例えば特許文献１〜３参照）。
実公昭５６−４３４３２号公報（第１図） 実公昭５６−１７０３５０号公報（第１図） 特開平２−２８３８１８号公報（第１図）

しかしながら、カムチェーンはカムシャフトに掛かるバルブスプリングの反力やクランクシャフトの回転変動、カムチェーン自身の遠心力等によりある特定の回転域で共振現象を発生することが知られている。

具体例としては、例えば図４に示すように、まずクランクシャフト１と、吸気側カムシャフト２との間のチェーン長は長く、弓状に曲げるようにその外側からカムチェーンテンショナ３によって押さえられているが、ほぼ全域にわたって接するため、カムチェーンテンショナ３に圧力を掛けるカムチェーンアジャスタ４は、カムチェーン５からの荷重をカムチェーンテンショナ３の支持点と分配して支持する。その一方、クランクシャフト１からリリースされるカムチェーンテンショナ３側のカムチェーン５の振れは、なくすことができない。

特に、近年エンジンの高出力化に伴ったバルブリフト量の増加やバルブスプリング荷重の増加、エンジンの高回転化、さらにはバルブの挟み角縮小による吸・排気カムシャフトの、軸間距離の縮小等の諸事情により共振現象の発生が顕著になっている。

カムチェーン５が共振する場合、例えば図４に斜線で示すように、カムチェーン５はそのクランクシャフト１と吸気側カムシャフト２との間の、ほぼ中間の節６の両側で共振してカムチェーン５の腹７，８がカムチェーンテンショナ３を叩き、騒音を発生させたり、シュー面を磨耗させたりする。また、カムチェーンアジャスタ４へ大きな衝撃や荷重を加えている。

そして、騒音の発生等をカムチェーンアジャスタ４の押圧力アップのみで対応しようとすると、カムチェーン５の張力やカムチェーンアジャスタ４への衝撃力が急増し、カムチェーン５が焼き付いたりチェーンガイド９およびカムチェーンテンショナ３に悪影響を与えたりすることになる。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、チェーンの振動による叩き音の抑制を可能としたエンジンの動弁用カムチェーンテンショナを提供することを目的とする。

本発明に係るエンジンの動弁用カムチェーンテンショナは、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、クランクシャフトの駆動力を複数のカムシャフトに伝達するカムチェーンを有し、このカムチェーンに当接してこのカムチェーンに一定の緊張を与えるカムチェーンテンショナを備えると共に、このカムチェーンテンショナはその一端が支持点として上記クランクシャフト近傍に揺動自在に軸支される一方、上記カムチェーンへの当接面を円弧状に形成し、その仮想直径を上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離より小さく設定すると共に、上記当接面は上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離の中心位置を含む所定の範囲のみが上記カムチェーンに当接するように設定し、さらに上記カムチェーンテンショナの揺動支持点から上記カムチェーンに当接する当接面に至る部位の、上記カムチェーンテンショナの上記カムチェーン側表面に上記カムチェーンの連結ピン同士を順次結ぶカムチェーンの基準線から離間して逃げ部を設けたものである。

また、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、上記カムチェーンテンショナが与える緊張を自動的に且つ経時的にほぼ一定とするカムチェーンアジャスタを、上記カムチェーンテンショナの揺動支持点に対し上記当接面を挟んで互いの反対の端部となる位置に設けたものである。

さらに、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、上記エンジン停止状態において上記カムチェーンの基準線を、上記クランクシャフトに巻装するその一側および他側となる位置において互いに略平行となるよう、上記他側の基準線を上記他方のカムシャフトの中心に指向するように設定すると共に、上記カムチェーンテンショナの当接面を略平行な上記カムチェーンの基準線を保つように上記カムチェーンに接触させ、また、この略平行な上記カムチェーンの基準線同士とほぼ同じ幅で且つ平行な仮想線を、上記他側の基準線を挟んで上記一側の基準線とは反対側に導出してこの仮想線と上記他側の基準線との幅内における上記カムチェーンテンショナの形状をＳ字状に蛇行させて上記カムチェーンから離間する上記逃げ部を設け、さらに、この同じ幅内に上記カムチェーンに当接する当接面を配置したものである。

そして、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、円弧状に形成される上記当接面を、上記二本のカムシャフトの軸間距離を仮想直径とする円弧より小さな曲率の円弧面に設定したものである。

さらにまた、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、上記カムチェーンテンショナの、上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離の中心位置を含む所定の範囲に上記カムチェーンに接触する転動体を回動自在に設けると共に、この転動体の円弧状の当接面を、上記クランクシャフトに設けられるスプロケットの直径より大きく、且つ上記カムシャフトに設けられるスプロケットの直径より小さい直径のものに設定したものである。

本発明に係るエンジンの動弁用カムチェーンテンショナによれば、エンジン回転域の全域にわたってカムチェーンの振動によるカムチェーンテンショナの叩き音が抑制できる。また、カムチェーンテンショナ自体の構造によるレバー比によってカムチェーンアジャスタへの衝撃荷重がカムチェーンテンショナ全体と揺動支持点に分散され、緩和される。さらに、カムチェーンやカムチェーンテンショナをコンパクトに配置することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した多気筒エンジンの第一実施形態を示す部分右側面図である。図１に示すように、このエンジン１１はシリンダブロック１２とアッパークランクケース１３とが一体化された例えばアルミニウム合金製のエンジンケース１４を有し、このエンジンケース１４の上部に同じくアルミニウム合金製のシリンダヘッド１５が載置される。エンジンケース１４の下部には同じくアルミニウム合金製のロアークランクケース１６が配置され、エンジンケース１４との合せ面に例えば鋳鉄製のクランクシャフト１７が狭持される。このクランクシャフト１７は例えば油圧によってエンジンケース１４にフローティング支持されると共に、シリンダブロック１２内のピストン（図示せず）の往復運動がコンロッド（図示せず）を介して伝えられ、回転駆動される。

一方、このエンジン１１はシリンダヘッド１５の端面に吸気用のカムシャフト１８および排気用のカムシャフト１９をクランクシャフト１７と平行に並設し、これらのカムシャフト１８，１９によってシリンダヘッド１５内の吸・排気バルブ（図示せず）を開閉操作するＤＯＨＣ形式の動弁機構を有する。これらのカムシャフト１８，１９はクランクシャフト１７同様例えば鋳鉄製であり、例えば油圧によってシリンダヘッド１５にフローティング支持される。

駆動軸であるクランクシャフト１７の一端にはカムドライブスプロケット２０が設けられる。同様に、従動軸である両カムシャフト１８，１９の一端にもタイミングスプロケット２１がそれぞれ設けられる。そして、これらのスプロケット２０，２１は動弁用チェーンであるカムチェーン２２によって連結され、クランクシャフト１７の回転が二分の一に減速されて両カムシャフト１８，１９に伝達される。なお、カムチェーン２２は鉄系金属製のものとする。

また、カムチェーン２２はシリンダブロック１２とアッパークランクケース１３とが一体化されたエンジンケース１４およびシリンダヘッド１５の壁部２３によって概ね構成されるチェーン室２４内に収容される。

さらに、カムチェーン２２はカムチェーンテンショナ２５およびチェーンガイド２６，２７によって常時適切な張りが保たれ、各スプロケット２０，２１の巻き掛け長さを大きく確保しつつ略直線状の四辺で繋ぐ。また、図１において一点鎖線で示すカムチェーン２２の走行ライン、すなわちカムチェーン２２の連結ピン２８同士を順次結ぶカムチェーン２２の基準線２９は、幾何学的に表現すると、カムチェーン２２の走行面に対向して見て、両カムシャフト１８，１９を含むシリンダヘッド１５側ではおむすび型に近い略正三角形になるように配置されると共に、クランクシャフト１７を含むクランクケース１３，１６側ではクランクシャフト１７の巻き掛け前後でほぼ平行（あるいは極端な長円）となるように配置される。

チェーンガイド２６，２７は、カムチェーン２２の外周に面して複数個、本実施形態においては二個設けられる。チェーンガイド２６，２７は、両カムシャフト１８，１９間と、排気用カムシャフト１９とクランクシャフト１７との間にそれぞれ配置され、両チェーンガイド２６，２７とも略直線的な形状を備える。これらのチェーンガイド２６，２７が配置される位置は、カムチェーン２２のテンション（張力）が大きいので、局所的な接触になりやすく、カムチェーン２２に大きな負担を掛けないためにもあまり湾曲しない形状に設定される。

カムチェーンテンショナ２５はそのシュー面３０をカムチェーン２２に当接させてカムチェーン２２に一定の緊張を与えるものであり、例えば僅かに撓みの得られる鉄製の芯金にＮＢＲ系ゴムのシュー面３０を設けることによって形成されると共に、その一端が支持点３１としてクランクシャフト１７近傍に揺動自在に軸支される一方、他端はカムチェーンアジャスタ３２によってカムチェーン２２に向かって常時適切な圧力が掛けられる。なお、カムチェーンテンショナ２５をエンジンケース１４を構成する部材と同程度の熱膨張率を有するアルミニウム合金または合成樹脂によって形成してもよい。

カムチェーンアジャスタ３２は、カムチェーンテンショナ２５がカムチェーン２２に与える緊張を経時的に且つ自動的にほぼ一定とするオートアジャスタであり、カムチェーンテンショナ２５の揺動支持点３１に対しシュー面３０を挟んで互いの反対の端部となる位置に設けられる。

カムチェーンテンショナ２５の、カムチェーン２２への当接面であるシュー面３０は円弧状に形成され、その仮想直径はクランクシャフト１７の中心と吸気用カムシャフト１８の中心との距離３３より小さく設定されると共に、クランクシャフト１７の中心と吸気用カムシャフト１８の中心との距離３３の中心位置を含む所定の範囲、好ましくはクランクシャフト１７の中心から３５％乃至７０％のみがカムチェーン２２に当接するように設定される。

また、カムチェーンテンショナ２５の揺動支持点３１からカムチェーン２２に当接するシュー面３０に至る部位の、カムチェーンテンショナ２５のカムチェーン２２側表面は、エンジン１１停止状態での前記カムチェーン２２の基準線２９から離間して逃げ部３４が設けられる。

前述したように、エンジン１１停止状態においてカムチェーン２２の基準線２９は、クランクシャフト１７に巻装するその前側および後側となる位置において互いに略平行となるよう、後側（図１において左側）の基準線２９Ｒはクランクシャフト１７より前側（図１において右側）の排気用カムシャフト１９の中心に指向するように設定される。

また、カムチェーンテンショナ２５はそのシュー面３０が上記略平行なカムチェーン２２の基準線２９Ｆ，２９Ｒを保つようにカムチェーン２２に接触されると共に、この略平行なカムチェーン２２の基準線２９Ｆ，２９Ｒ同士とほぼ同じ幅で且つ平行な仮想線３５を、後側の基準線２９Ｒを挟んで前側の基準線２９Ｆとは反対側に導出してこの仮想線３５と後側の基準線２９Ｒとの幅内におけるカムチェーンテンショナ２５の形状をＳ字状に蛇行させることにより上記カムチェーン２２から離間する逃げ部３４が設けられる。さらに、この同じ幅内に上記カムチェーン２２に当接するシュー面３０も配置される。

さらに、この円弧状に形成されるシュー面３０は、吸気用のカムシャフト１８および排気用のカムシャフト１９の軸間距離３６を仮想直径とする円弧より小さな曲率の円弧面に設定される。

そして、シュー面３０の位置に対応する外周方向のエンジンケース１４およびシリンダヘッド１５の壁部２３は、エンジン１１停止状態でのカムチェーン２２の基準線２９を短絡することによって設けられる仮想短絡線３７に掛かるようカムチェーン２２の方に向かって凹設されると共に、カムチェーンテンショナ２５の揺動支持点３１およびカムチェーンアジャスタ３２はこの凹設された壁部２３を挟んで、本実施形態おいては上下方向に離間して配置される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

カムチェーンテンショナ２５の、カムチェーン２２への当接面であるシュー面３０を円弧状に形成し、その仮想直径をクランクシャフト１７の中心と吸気用カムシャフト１８の中心との距離３３より小さく設定すると共に、クランクシャフト１７の中心と吸気用カムシャフト１８の中心との距離３３の中心位置を含む所定の範囲、本実施形態においてはクランクシャフト１７の中心から３５％乃至７０％のみがカムチェーン２２に当接するように設定し、さらにカムチェーンテンショナ２５の揺動支持点３１からカムチェーン２２に当接するシュー面３０に至る部位の、カムチェーンテンショナ２５のカムチェーン２２側表面にカムチェーン２２の基準線２９から離間して逃げ部３４を設けたことにより、カムドライブスプロケット２０やタイミングスプロケット２１の直前・直後といった、カムチェーン２２が大きい振幅で振れた場合の、振動の幅の中心にカムチェーンテンショナ２５のシュー面３０が接触しなくなる。

その結果、エンジン回転域の全域にわたってカムチェーン２２の振動によるカムチェーンテンショナ２５の叩き音が抑制できる。特に、エンジン回転数とカムチェーンアジャスタ３２がカムチェーン２２の振動によって受ける力との関係を示した図２に示すように、共振周波数となる特定エンジン回転数、すなわちカムチェーン２２の共振による加重増加域（図２におけるａ地点およびｂ地点）での低減効果が大きく、従来のものに比べて荷重が約６０％低減されて受け力も全体的に平滑化される。

また、叩き音が抑制されるため、カムチェーンアジャスタ３２の押し付け力を下げることができ、エンジン回転域の全域にわたって荷重が低減できる。そして、カムチェーンテンショナ２５とカムチェーン２２との接触長が従来のものに比べて大幅に短くなるので、メカニカルロスの低減にも繋がる。

さらに、逃げ部３４によってクランクシャフト１７でのカムチェーン２２とカムドライブスプロケット２０との噛み合いから離脱する位置（離脱後の近傍位置）においてカムチェーン２２を自由にさせることができる。

一方、カムチェーンテンショナ２５が与える緊張を自動的に且つ経時的にほぼ一定とするカムチェーンアジャスタ３２を、カムチェーンテンショナ２５の揺動支持点３１に対しシュー面３０を挟んで互いの反対の端部となる位置に設けたことにより、接触位置を細かく選択する、上述した効果によるカムチェーンテンショナ２５への入力荷重の低減に加え、カムチェーンテンショナ２５自体の構造によるレバー比によってカムチェーンアジャスタ３２への衝撃荷重がカムチェーンテンショナ２５全体と揺動支持点３１に分散され、緩和される。

そして、エンジン１１停止状態においてカムチェーン２２の基準線２９を、クランクシャフト１７に巻装するその前側および後側となる位置において互いに略平行となるよう、後側の基準線２９Ｒをクランクシャフト１７より前側の排気用カムシャフト１９の中心に指向するように設定したり、カムチェーンテンショナ２５のシュー面３０を略平行なカムチェーン２２の基準線２９Ｆ，２９Ｒを保つようにカムチェーン２２に接触させたり、また、この略平行なカムチェーン２２の基準線２９Ｆ，２９Ｒ同士とほぼ同じ幅で且つ平行な仮想線３５を、後側の基準線２９Ｒを挟んで前側の基準線２９Ｆとは反対側に導出してこの仮想線３５と後側の基準線２９Ｒとの幅内におけるカムチェーンテンショナ２５の形状をＳ字状に蛇行させてカムチェーン２２から離間する逃げ部３４を設けたり、さらに、この同じ幅内に上記カムチェーン２２に当接するシュー面３０も配置したことにより、カムチェーン２２やカムチェーンテンショナ２５をコンパクトに配置することができる。

図３は、本発明を適用した多気筒エンジン１１の第二実施形態を示す部分右側面図である。なお、第一実施形態と同一の構成部材に関しては、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、カムチェーンテンショナ２５の、クランクシャフト１７の中心と吸気用カムシャフト１８の中心との距離３３の中心位置を含む所定の範囲、好ましくはクランクシャフト１７の中心から３５％乃至７０％の部位にはカムチェーン２２に接触する転動体３８が回動自在に軸支される。また、この転動体３８の円弧状のシュー面３０は、クランクシャフト１７に設けられるカムドライブスプロケット２０の直径より大きく、且つカムシャフトに設けられるタイミングスプロケット２１の直径より小さい直径のものに設定される。

カムチェーン２２との接触を転動体３８とすれば、特定のエンジン回転域における共振の抑制に特化して上述した効果を得ることができる。

なお、詳細には図示しないが、Ｖ型エンジンのようにクランクシャフト１７とカムシャフトとの間にアイドルシャフトを備え、クランクシャフト１７とアイドルシャフトとの間やカムシャフトとアイドルシャフトとの間に巻装されるチェーンに本案のカムチェーンテンショナ２５を適用することも可能である。

本発明に係るエンジンの動弁用カムチェーンテンショナの第一実施形態を示す部分右側面図。 エンジン回転数とカムチェーンアジャスタがカムチェーンの振動によって受ける受け力との関係を示した図。 本発明に係るエンジンの動弁用カムチェーンテンショナの第二実施形態を示す部分右側面図。 従来のエンジンの動弁用カムチェーンテンショナの形態を示す部分右側面図。

符号の説明

１１ エンジン
１７ クランクシャフト
１８ 吸気用カムシャフト
１９ 排気用カムシャフト
２０ カムドライブスプロケット
２１ タイミングスプロケット
２２ カムチェーン
２５ カムチェーンテンショナ
２８ カムチェーンの連結ピン
２９ カムチェーンの基準線
２９Ｒ 後側の基準線
２９Ｆ 前側の基準線
３０ シュー面（カムチェーンへの当接面）
３１ 支持点
３２ カムチェーンアジャスタ
３３ クランクシャフトの中心とカムシャフトの中心との距離
３４ 逃げ部
３５ 仮想線
３６ 二本のカムシャフトの軸間距離
３８ 転動体

Claims (5)

1. クランクシャフトの駆動力を複数のカムシャフトに伝達するカムチェーンを有し、このカムチェーンに当接してこのカムチェーンに一定の緊張を与えるカムチェーンテンショナを備えると共に、このカムチェーンテンショナはその一端が支持点として上記クランクシャフト近傍に揺動自在に軸支される一方、上記カムチェーンへの当接面を円弧状に形成し、その仮想直径を上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離より小さく設定すると共に、上記当接面は上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離の中心位置を含む所定の範囲のみが上記カムチェーンに当接するように設定し、さらに上記カムチェーンテンショナの揺動支持点から上記カムチェーンに当接する当接面に至る部位の、上記カムチェーンテンショナの上記カムチェーン側表面に上記カムチェーンの連結ピン同士を順次結ぶカムチェーンの基準線から離間して逃げ部を設けたことを特徴とするエンジンの動弁用カムチェーンテンショナ。
2. 上記カムチェーンテンショナが与える緊張を自動的に且つ経時的にほぼ一定とするカムチェーンアジャスタを、上記カムチェーンテンショナの揺動支持点に対し上記当接面を挟んで互いの反対の端部となる位置に設けた請求項１記載のエンジンの動弁用カムチェーンテンショナ。
3. 上記エンジン停止状態において上記カムチェーンの基準線を、上記クランクシャフトに巻装するその一側および他側となる位置において互いに略平行となるよう、上記他側の基準線を上記他方のカムシャフトの中心に指向するように設定すると共に、上記カムチェーンテンショナの当接面を略平行な上記カムチェーンの基準線を保つように上記カムチェーンに接触させ、また、この略平行な上記カムチェーンの基準線同士とほぼ同じ幅で且つ平行な仮想線を、上記他側の基準線を挟んで上記一側の基準線とは反対側に導出してこの仮想線と上記他側の基準線との幅内における上記カムチェーンテンショナの形状をＳ字状に蛇行させて上記カムチェーンから離間する上記逃げ部を設け、さらに、この同じ幅内に上記カムチェーンに当接する当接面を配置した請求項１または２記載のエンジンの動弁用カムチェーンテンショナ。
4. 円弧状に形成される上記当接面を、上記二本のカムシャフトの軸間距離を仮想直径とする円弧より小さな曲率の円弧面に設定した請求項１、２または３記載のエンジンの動弁用カムチェーンテンショナ。
5. 上記カムチェーンテンショナの、上記クランクシャフトの中心と上記一方のカムシャフトの中心との距離の中心位置を含む所定の範囲に上記カムチェーンに接触する転動体を回動自在に設けると共に、この転動体の円弧状の当接面を、上記クランクシャフトに設けられるスプロケットの直径より大きく、且つ上記カムシャフトに設けられるスプロケットの直径より小さい直径のものに設定した請求項１記載のエンジンの動弁用カムチェーンテンショナ。

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