JP2007224858A - カム駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】各ギヤ間のバックラッシに起因する共振を防止した上で各ギヤの重量増加を抑えることができるカム駆動機構を提供する。
【解決手段】クランクシャフトと、吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７と、前記クランクシャフトの駆動力を前記吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７に伝達するギヤトレーン機構２９とを備え、前記ギヤトレーン機構２９における前記吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７の両者に噛み合ってこれらを駆動するフォースギヤ４７が、そのギヤ軸線方向で重なる相対回転自在な二重ギヤとされ、これら二重ギヤの一方である左半厚ギヤ８２が前記吸気用カムシャフト２６のみに噛み合い、他方である右半厚ギヤ８３が前記排気用カムシャフト２７にのみ噛み合う。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動二輪車等のエンジンのカム駆動機構に関する。

従来、上記カム駆動機構において、クランク軸の駆動力を吸気用及び排気用カム軸に伝達するためのギヤトレーン機構を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
実開平３−３５２０５号公報

ところで、上記カム駆動機構においては、各ギヤ間にバックラッシが存在することから、特に高負荷及び高回転型のエンジンの場合、エンジン回転数の変動時等に前記バックラッシに起因する共振現象が発生することがある。このため、ギヤトレーン機構の耐久性を確保するべく各ギヤの高強度化を図ることがあるが、各ギヤの高強度化は重量又は材料費の増加となり易く、特にギヤ等の回転体の重量増はエンジンの応答性にも影響を与える可能性がある。
そこでこの発明は、各ギヤ間のバックラッシに起因する共振を防止した上で各ギヤの重量増加を抑えることができるカム駆動機構を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、クランク軸（例えば実施例のクランクシャフト２）と、吸気用及び排気用カム軸（例えば実施例の吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７）と、前記クランク軸の駆動力を前記吸気用及び排気用カム軸に伝達するギヤトレーン機構（例えば実施例のギヤトレーン機構２９）とを備えるカム駆動機構において、前記ギヤトレーン機構における前記吸気用及び排気用カム軸を駆動する駆動ギヤ（例えば実施例のフォースギヤ４７）が、そのギヤ軸線方向で重なる相対回転自在な二重ギヤ（例えば各半厚ギヤ８２，８３）とされ、これら二重ギヤの一方が前記吸気用カム軸を、他方が前記排気用カム軸をそれぞれ駆動することを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記二重ギヤが互いにギヤ軸線方向で隣接して配置され、かつ二重ギヤにおける他方と隣接する側に該他方に接触する接触面（例えば実施例の各接触面８４，８５）を有することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記二重ギヤの接触面が、該二重ギヤにおける他表面に対して摩擦係数が異なることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記二重ギヤが互いの接触方向に付勢部材（例えば実施例の皿バネ９１）により付勢されることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、吸気用及び排気用カム軸の駆動トルク変動差が二重ギヤの相対回転により吸収されて駆動ギヤの振動が抑えられ、ギヤトレーン機構の各ギヤの共振点をずらすことができるため、各ギヤを高強度化する（重量増加させる）ことなく、ギヤトレーン機構の強度を高めることができる。

請求項２に記載した発明によれば、二重ギヤの接触面間の摩擦により、各カム軸の駆動トルクの変動差に基づく駆動ギヤの振動を効果的に抑えることができる。

請求項３に記載した発明によれば、二重ギヤの接触面の摩擦係数を増減させ、各カム軸と駆動ギヤとの間のバックラッシに起因する振動の減衰量（吸収量）の最適化を図ることができる。

請求項４に記載した発明によれば、二重ギヤの接触面間の摩擦を増加させて前記バックラッシに起因する振動の減衰量の最適化をさらに図ることができる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１に示すエンジン１は、水冷四ストロークＶ型四気筒エンジンであり、例えば自動二輪車の原動機としてそのクランクシャフト２の回転軸線Ｃ１を車両進行方向と直交させて（左右方向に沿わせて）で車体に搭載される。
エンジン１のクランクケース３の前部上側には、斜め前上方に向けて前シリンダ４が立設され、その直ぐ後方には斜め後上方に向けて後シリンダ５が立設される。クランクケース３の前部内側には前記クランクシャフト２が配設される。クランクケース３の後部には不図示の変速機が収容される。

前シリンダ４の後面側及び後シリンダ５の前面側には、不図示のスロットルボディに連なる吸気管取り付け部８が設けられる。前シリンダ４の前面側及び後シリンダ５の後面側には、不図示の排気管に連なる排気管取り付け部９が設けられる。クランクケース３の下側にはオイルパン１０が取り付けられる。クランクケース３の後部左側には、車両の駆動輪と例えばチェーンを介して連係する不図示の出力部が設けられる。

前後シリンダ４，５は、それぞれクランクケース３の前部上側に一体に設けられるシリンダ本体１２と、該各シリンダ本体１２の先端側に取り付けられるシリンダヘッド１３と、該各シリンダヘッド１３の先端側に取り付けられるヘッドカバー１４とを主としてなる。
図２を併せて参照し、各シリンダ本体１２内には左右一対のシリンダボア１５が形成され、該各シリンダボア１５内にピストン１６が往復動可能に嵌装される。なお、図中鎖線ＣＬはエンジン１の左右中心を示す。各ピストン１６には、それぞれピストンピンを介してコンロッド１７の小端部が揺動自在に連結される。各コンロッド１７の大端部は、クランクシャフト２のクランクピン１８に回転自在に連結される。

クランクシャフト２は左右一対のクランクピン１８を有し、左側のクランクピン１８には前後シリンダ４，５左側の気筒における各コンロッド１７が連結され、右側のクランクピン１８には前後シリンダ４，５右側の気筒における各コンロッド１７が連結される。クランクシャフト２の左端部には不図示のジェネレータが同軸配置される。

各シリンダヘッド１３は、各シリンダボア１５の先端開口を閉塞してピストン１６と共に燃焼室を形成する。この実施例におけるエンジン１はＤＯＨＣ四バルブであり、前記燃焼室の天井部には吸気ポート及び排気ポートにおける燃焼室側開口が二つずつ形成され、これら各燃焼室側開口がそれぞれ吸気バルブ２４又は排気バルブ２５により開閉される。

各バルブ２４，２５のステムは、シリンダヘッド１３先端側に向けて側面視Ｖ字状をなして延び、その先端がバルブリフタを介して吸気用又は排気用カムシャフト２６，２７の各カム山にそれぞれ摺接する。各カムシャフト２６，２７は、クランク軸と平行に（左右方向に沿って）延在するもので、これら各カムシャフト２６，２７の回転駆動により、各バルブ２４，２５がそのステムに沿って往復動して各ポートの燃焼室側開口を開閉させる。なお、図中鎖線Ｃ２，Ｃ３は吸気用又は排気用カムシャフト２６，２７の回転軸線を示す。これら各バルブ２４，２５及びカムシャフト２６，２７を主とする動弁機構は、シリンダヘッド１３及びヘッドカバー１４で形成される動弁室内に収容されている。

各カムシャフト２６，２７は、各シリンダ４，５右側に配設されたギヤトレーン機構２９を介して、クランクシャフト２と連係駆動して各バルブ２４，２５を開閉させる。ギヤトレーン機構２９は、各シリンダ４，５右側内部に形成されたギヤトレーン室３２内に収容される。ギヤトレーン室３２は左右幅を抑えた扁平状のギヤ収容空間を形成してなり、前記動弁室内に送給されたエンジンオイル（以下、単にオイルということがある）のクランクケース３内への戻り通路としても機能する。

クランクシャフト２は、その左右両側及び左右中央にそれぞれジャーナル３３を有し、該各ジャーナル３３がクランクケース３における左右両側及び左右中央のクランク軸受け３６に回転自在に支持される。各ジャーナル３３間には、左右一対のクランクウェブ３９を介して前記クランクピン１８が支持される。

クランクシャフト２の右側部には、右ジャーナル３３右側に隣接してプライマリドライブギヤ４１が同軸に設けられ、該プライマリドライブギヤ４１右側に隣接してカムドライブギヤ４４が同軸に設けられ、該カムドライブギヤ４４右側に隣接してパルサーロータ４２が同軸に設けられる。

カムドライブギヤ４４は前記ギヤトレーン機構２９の一部をなすもので、該カムドライブギヤ４４からの回転駆動力は、その上方に位置するセカンドギヤ４５に伝達された後、シリンダ本体１２右側に位置するサードギヤ４６に振り分けて伝達され、かつ該各サードギヤ４６からシリンダヘッド１３右側に位置するフォースギヤ４７に伝達された後、さらに該各フォースギヤ４７から各カムシャフト２６，２７の右側端に同軸固定された吸気用又は排気用カムドリブンギヤ４８，４９に振り分けて伝達される。

各ギヤは、クランクシャフト２及び各カムシャフト２６，２７の回転軸線Ｃ２，Ｃ３と平行なギヤ軸線（回転軸線）を有する。カムドライブギヤ４４及びセカンドギヤ４５はクランクケース３内に配置され、サードギヤ４６及びフォースギヤ４７はギヤトレーン室３２内に配置され、各カムドリブンギヤ４８，４９は前記動弁室内に配置される。サードギヤ４６及びフォースギヤ４７を支持する各ギヤ軸４６ａ，４７ａの両端部は、それぞれギヤトレーン室３２における左右内側の内壁５０又は左右外側の外壁５１に支持される。

クランクケース３の後部内側には、クランクシャフト２と平行をなすメインシャフト５９が配設される。なお、図中鎖線Ｃ４はメインシャフト５９の回転軸線を示す。メインシャフト５９は、不図示のカウンタシャフトと共に変速ギヤ群を支持して前記変速機を構成する。クランクケース３の後部右側には、メインシャフト５９と同軸をなす乾式多板クラッチ６３が配設され、該クラッチ６３を介してクランクシャフト２とメインシャフト５９との間の動力伝達が断続される。

メインシャフト５９の右側部には、前記プライマリドライブギヤ４１と噛み合う比較的大径のプライマリドリブンギヤ６２が同軸かつ相対回転自在に設けられる。プライマリドリブンギヤ６２のハブ部には、クラッチ６３のクラッチアウタ６４のハブ部が相対回転不能に嵌合支持される。メインシャフト５９の右端部には、クラッチ６３のクラッチインナ６５が相対回転不能に嵌合支持されており、該クラッチインナ６５とクラッチアウタ６４とが複数のクラッチ板６６を介して摩擦係合可能とされる。プライマリドリブンギヤ６２とクラッチアウタ６４との間は、クランクケース３の外壁により仕切られている。

クランクケース３の下部内側には、エンジン１内の各オイル通路にエンジンオイルを圧送するオイルポンプ６８が配設される。オイルポンプ６８は、前記メインシャフト５９に同軸固定されたポンプドライブスプロケット６９と無端状のチェーンを介して連係され、クランクシャフト２の回転駆動に伴い作動する。オイルポンプ６８の下部からは、オイルパン１０内に向けてオイルストレーナ７０が延出する。オイルポンプ６８の前部からは、クランクケース３の下部前側に設けられたオイルフィルタ７２に向けて吐出通路７１が延出する。

エンジン１運転時にオイルポンプ６８が作動すると、まずオイルストレーナ７０を介してオイルパン１０内に貯留されたエンジンオイルが吸引され、該オイルが吐出通路７１を介してオイルフィルタ７２内に吐出される。オイルフィルタ７２を通過したエンジンオイルは、これに隣接するオイルクーラ７３を通過した後、エンジン１内に形成された各オイル通路を経て各給油箇所に圧送される。エンジン１内に供給されたエンジンオイルは、自然滴下等によりオイルパン１０内に戻り、再びオイルポンプ６８により圧送されることでエンジン１内を循環する。

ここで、図３を併せて参照し、ギヤトレーン機構２９における前記フォースギヤ４７は、そのギヤ軸線方向（左右方向）で重なる相対回転自在な二重ギヤとして構成される。具体的には、フォースギヤ４７は、その左側（シリンダボア１５側）を構成する左半厚ギヤ８２と、右側（シリンダ４，５外壁側）を構成する右半厚ギヤ８３とを、ギヤ軸線方向で互いに相対回転可能に重ねてなる。このフォースギヤ４７の外周には、左半厚ギヤ８２の外周に形成されるギヤ歯と、右半厚ギヤ８３の外周に形成されるギヤ歯とが、ギヤ軸線方向で隣接して配置される。

各カムシャフト２６，２７右端の各カムドリブンギヤ４８，４９において、例えば吸気用カムドリブンギヤ４８は、その外周のギヤ歯が左半厚ギヤ８２のギヤ歯にのみ噛み合うべくギヤ軸線方向で左側にオフセットして設けられる。一方、排気用カムドリブンギヤ４９は、その外周のギヤ歯が右半厚ギヤ８３のギヤ歯にのみ噛み合うべくギヤ軸線方向で右側にオフセットして設けられる。
すなわち、ギヤトレーン機構２９により各カムシャフト２６，２７を駆動する際には、フォースギヤ４７に伝達された回転動力は、各半厚ギヤ８２，８３から各カムドリブンギヤ４８，４９に個別に伝達されて各カムシャフト２６，２７をそれぞれ駆動する。

また、各半厚ギヤ８２，８３は、互いに他方と隣接する側に所定の接触面８４，８５をそれぞれ有し、これら各接触面８４，８５を互いに接触させるように重ねた状態で一体に組み付けられる。各接触面８４，８５は、各半厚ギヤ８２，８３における他の部位に対して例えば表面仕上げ等を変化させることで、その摩擦係数を所望の値に設定可能である。

フォースギヤ４７は、その中央部をギヤ軸線に沿って貫通する円筒状の前記ギヤ軸４７ａを介してギヤトレーン室３２に支持される。ギヤ軸４７ａは、ギヤトレーン室３２の外壁５１を右方から貫通するようにギヤトレーン室３２に取り付けられ、その左右端部をギヤトレーン室３２の内外壁５０，５１に支持された状態で、前記外壁５１のカム軸貫通孔にさらにプラグ８６を螺着することで固定される。
左半厚ギヤ８２は、その中央部から右方に突出する円筒状の左ハブ部８７を有し、該左ハブ部８７内にギヤ軸４７ａが相対回転自在に挿通される。また、右半厚ギヤ８３の中央部は、左ハブ部８７を相対回転自在に挿通可能な右ハブ部８８とされる。

左ハブ部８７は、その左右端がスラストワッシャ８９を介してギヤトレーン室３２の内外壁５０，５１に当接することで、ギヤ軸線方向での位置決めがなされる。左ハブ部８７の右端部は、右ハブ部８８を貫通してその右方に突出しており、該右端部外周にはスナップリング９０が取り付けられ、該スナップリング９０と右ハブ部８８右端との間には、右ハブ部８８すなわち右半厚ギヤ８３に対して所定の弾性力を付与する皿バネ（付勢部材、弾性部材）９１が介設される。この皿バネ９１の弾性力により、右半厚ギヤ８３が左半厚ギヤ８２側に付勢され、これらの各接触面８４，８５間に所定の垂直抗力を発生させる。すなわち、各接触面８４，８５間の垂直抗力は、前記弾性力（付勢力）を変化させることで、所望の値に設定可能である。

そして、左右半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５間の垂直抗力を変化させると共に、前述の如く各接触面８４，８５の摩擦係数を変化させることで、各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５間の摩擦力を変化させ、もって各半厚ギヤ８２，８３の相対回転時における該回転の減衰力を調整可能である。

エンジン１運転時には、吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７の駆動トルクの変動差がフォースギヤ４７に作用する。このとき、フォースギヤ４７が二重ギヤ化されて各半厚ギヤ８２，８３が各カムシャフト２６，２７の各カムドリブンギヤ４８，４９の一方にのみ噛み合うことで、前記駆動トルクの変動差が生じた際には、各半厚ギヤ８２，８３間にそれぞれのバックラッシ分の相対回転が生じる。この相対回転は、各半厚ギヤ８２，８３間で減衰（吸収）されるため、フォースギヤ４７ひいてはギヤトレーン機構２９全体の振動が抑えられ、かつ各ギヤの共振点をずらすことが可能である。

以上説明したように、上記実施例におけるカム駆動機構は、クランクシャフト２と、吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７と、前記クランクシャフト２の駆動力を前記吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７に伝達するギヤトレーン機構２９とを備えるものであって、前記ギヤトレーン機構２９における前記吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７の両者に噛み合ってこれらを駆動するフォースギヤ４７が、そのギヤ軸線方向で重なる相対回転自在な二重ギヤとされ、これら二重ギヤの一方である左半厚ギヤ８２が前記吸気用カムシャフト２６のみに噛み合い、他方である右半厚ギヤ８３が前記排気用カムシャフト２７にのみ噛み合うものである。

この構成によれば、吸気用及び排気用カムシャフト２６，２７の駆動トルク変動差が各半厚ギヤ８２，８３の相対回転により吸収されてフォースギヤ４７の振動が抑えられ、かつギヤトレーン機構２９の各ギヤの共振点をずらすことができるため、各ギヤを高強度化する（重量増加させる）ことなく、ギヤトレーン機構２９の強度を高めることができる。

また、上記カム駆動機構においては、前記各半厚ギヤ８２，８３が互いにギヤ軸線方向で隣接して配置され、かつ各半厚ギヤ８２，８３における他方と隣接する側に該他方に接触する各接触面８４，８５を有することで、各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５間の摩擦により、各カムシャフト２６，２７の駆動トルクの変動差に基づくフォースギヤ４７の振動を効果的に抑えることができる。

さらに、上記カム駆動機構においては、前記各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５が、該各半厚ギヤ８２，８３における他表面に対して摩擦係数が異なることで、各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５の摩擦係数を増減させ、各カムシャフト２６，２７とフォースギヤ４７との間のバックラッシに起因する振動の減衰量（吸収量）の最適化を図ることができる。

さらにまた、上記カム駆動機構においては、前記各半厚ギヤ８２，８３が互いの接触方向に皿バネ９１により付勢されることで、各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５間の摩擦を増加させて前記バックラッシに起因する振動の減衰量の最適化をさらに図ることができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、ギヤトレーン機構２９のギヤ数は適宜増減してもよい。また、各半厚ギヤ８２，８３の各接触面８４，８５を別部材で構成してもよく、各半厚ギヤ８２，８３の付勢部材を皿バネ９１ではなくコイルバネ等としてもよい。さらに、Ｖ型四気筒エンジンに限らず、並列四気筒や各種二気筒、あるいはクランク軸を前後方向に沿わせた縦置きエンジン等、各種形式のレシプロエンジンに適用してもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例におけるエンジンの右側説明図である。 上記エンジンの要部の断面説明図である。 図２の要部拡大図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ クランクシャフト（クランク軸）
２６ 吸気用カムシャフト（吸気用カム軸）
２７ 排気用カムシャフト（排気用カム軸）
２９ ギヤトレーン機構
４７ フォースギヤ（駆動ギヤ）
８２ 左半厚ギヤ（二重ギヤ）
８３ 右半厚ギヤ（二重ギヤ）
８４，８５ 接触面
９１ 皿バネ（付勢部材）

Claims (4)

1. クランク軸と、吸気用及び排気用カム軸と、前記クランク軸の駆動力を前記吸気用及び排気用カム軸に伝達するギヤトレーン機構とを備えるカム駆動機構において、
   前記ギヤトレーン機構における前記吸気用及び排気用カム軸を駆動する駆動ギヤが、そのギヤ軸線方向で重なる相対回転自在な二重ギヤとされ、これら二重ギヤの一方が前記吸気用カム軸を、他方が前記排気用カム軸をそれぞれ駆動することを特徴とするカム駆動機構。
2. 前記二重ギヤが互いにギヤ軸線方向で隣接して配置され、かつ二重ギヤにおける他方と隣接する側に該他方に接触する接触面を有することを特徴とする請求項１に記載のカム駆動機構。
3. 前記二重ギヤの接触面が、該二重ギヤにおける他表面に対して摩擦係数が異なることを特徴とする請求項２に記載のカム駆動機構。
4. 前記二重ギヤが互いの接触方向に付勢部材により付勢されることを特徴とする請求項２又は３に記載のカム駆動機構。
   
   

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