JP2014013028A - 動弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のシリンダヘッドを有するエンジンにおいて、タイミングチェーン及びスプロケットが発生する騒音を低減した動弁駆動装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の複数のシリンダヘッド２，３にそれぞれ設けられた動弁を駆動する動弁駆動装置を、第１のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第１のカムスプロケット２１，３１と、第２のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第２のカムスプロケット４１，５１と、クランクシャフトに固定されたクランクスプロケット１１，１２と、クランクスプロケット又はクランクスプロケットと連動するアイドラスプロケット７２から第１のカムスプロケットと第２のカムスプロケットとにそれぞれ駆動力を伝達する第１のチェーン８０及び第２のチェーン１００とを備え、第１のカムスプロケットの歯数と第２のカムスプロケットの歯数とを異ならせた構成とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、水平対向エンジンやＶ型エンジンのように複数のシリンダヘッドを有するエンジンの動弁駆動装置に関し、特にタイミングチェーン及びスプロケットが発生する騒音を低減したものに関する。

４ストロークのレシプロ内燃機関においては、一般にシリンダヘッドに設けられたカムシャフトによって、吸排気ポートにそれぞれ設けられた動弁（バルブ）の開閉を行っている。カムシャフトは、例えばタイミングチェーン等の動力伝達部材によって、クランクシャフトの１／２の回転数で駆動される。
また、クランク軸回りの位相を異ならせて振り分けられた複数のシリンダ（バンク）を有する水平対向エンジンやＶ型エンジン等の場合には、カムシャフトは各バンクのシリンダヘッドにそれぞれ設けられる。

例えば特許文献１には、Ｖ型内燃機関の動弁駆動装置において、クランクシャフトに設けられたクランクギヤによって駆動されるアイドラギヤに左右バンク用の駆動スプロケットを設け、各駆動スプロケットから左右バンクのカムスプロケットへタイミングチェーンによって動力伝達するようにし、さらに左右バンクの間に各タイミングチェーンの張力を調整するテンショナを配置することが記載されている。

このようなタイミングチェーンは、各スプロケットとの噛合い時に、スプロケット歯数に由来する次数のノイズ（噛合い音）を発生する。
例えば、各カムスプロケットを３６Ｔ、これを駆動するクランクスプロケットを１８Ｔとした場合、この動弁駆動装置が発生する噛合い音は１８次に特徴を持ち、聴感上目立ってしまう。

タイミングチェーンを用いた動弁駆動装置の騒音低減に関する従来技術として、例えば特許文献２には、チェーンガイドとチェーンとの接触面の形状や、その配設位置をチューニングすることによって、各スプロケットに対する巻付け駒数の二倍の値を、巻付け角が９０度未満の場合には奇数、９０度以上の場合には偶数とすることが記載されている。
また、特許文献３には、クランクスプロケットの歯とキー溝との位置関係を、左右バンク間で異ならせることによって、同一タイミングでの噛合いを防止することが記載されている。
また、特許文献４には、一対の駆動軸と従動軸にそれぞれ複数のスプロケットを設けるとともに、各スプロケットの歯数を異ならせることが記載されている。

特開２００５−１６３５８３号公報 特開平７−３５２０４号公報 特開平７―１５０９６８号公報 特開平４−２６２１５３号公報

上述した特許文献２，３に記載された技術は、一定の騒音低減効果はあるものと認められるが、これらを適用した場合であっても、各シリンダのカムスプロケット等から発せられる噛合い音の次数は同じであることから、依然として特定次数成分の騒音が目立ちやすいという問題があった。
また、特許文献４に記載された技術は、部品点数、重量、設置スペースなどがいずれも増加することから、自動車用エンジンの動弁駆動装置に適用することは現実的ではない。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、複数のシリンダヘッドを有するエンジンにおいて、タイミングチェーン及びスプロケットが発生する騒音を低減した動弁駆動装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、エンジンの複数のシリンダヘッドにそれぞれ設けられた動弁を駆動する動弁駆動装置であって、第１のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第１のカムスプロケットと、第２のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第２のカムスプロケットと、クランクシャフトに固定されたクランクスプロケットと、前記クランクスプロケット又は前記クランクスプロケットと連動するアイドラスプロケットから前記第１のカムスプロケットと前記第２のカムスプロケットとにそれぞれ駆動力を伝達する第１のチェーン及び第２のチェーンとを備え、前記第１のカムスプロケットの歯数と前記第２のカムスプロケットの歯数とを異ならせたことを特徴とする動弁駆動装置である。
これによれば、各シリンダヘッドのカムスプロケットの歯数を相互に異ならせることによって、噛合い音の次数を分散化し、特定次数の騒音が目立ちにくくすることができる。
このため、車両の静粛性を向上することができ、あるいは、静粛性が従来同等でよい場合には、遮音材等を低減して軽量化及びコスト低減を図ることができる。

請求項２に係る発明は、前記クランクスプロケットに巻き掛けられかつエンジン補機及び前記アイドラスプロケットの駆動を行う第３のチェーンを備え、前記第１のチェーンは前記クランクスプロケットに巻き掛けられ、前記第２のチェーンは前記アイドラスプロケットに巻き掛けられ、前記アイドラスプロケットは、前記クランクスプロケットに対して減速されることを特徴とする請求項２に記載の動弁駆動装置である。
これによれば、アイドラスプロケットを減速し、ここから第２のカムスプロケットに駆動力を伝達することによって、第２のカムスプロケットの歯数を第１のカムスプロケットの歯数に対して減らすことができ、例えばＤＯＨＣエンジンの吸気、排気側カムシャフトの軸間距離等に起因して、カムスプロケットを大径化できないなど制約がある場合であっても、第１のカムスプロケットと第２のカムスプロケットの歯数を異ならせることができ、既存のエンジンにも比較的容易に本発明を適用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、複数のシリンダヘッドを有するエンジンにおいて、タイミングチェーン及びスプロケットが発生する騒音を低減した動弁駆動装置を提供することができる。

本発明の参考例である動弁駆動装置を有するエンジンをクランクシャフトの軸方向（縦置搭載の場合の車両前方側）から見た図である。 図１のII−II部矢視断面図である。 図１のIII−III部矢視断面図である。 図１のエンジンの各スプロケットの歯数を示す図である。 本発明を適用した動弁駆動装置の実施例１を有するエンジンの各スプロケットの歯数を示す図である。 本発明を適用した動弁駆動装置の実施例２を有するエンジンの各スプロケットの歯数を示す図である。

本発明は、複数のシリンダヘッドを有するエンジンにおいて、タイミングチェーン及びスプロケットが発生する騒音を低減した動弁駆動装置を提供する課題を、各シリンダヘッドに設けられたカムスプロケットの歯数を相互に異ならせて、噛合い音の次数を分散化することによって解決した。

まず、本発明の参考例として、本発明が適用される対象となる従来技術に係るエンジンについて説明する。
参考例の動弁駆動装置は、例えば乗用車等の自動車の車体前部に縦置搭載されるエンジンに設けられる。
図１に示すように、エンジン１は、右側シリンダ２及び左側シリンダ３を有する水平対向エンジンであって、例えば４気筒のターボディーゼルエンジンである。

エンジン１は、クランクシャフト１０、右側吸気カムシャフト２０、右側排気カムシャフト３０、左側吸気カムシャフト４０、左側排気カムシャフト５０、燃料ポンプ６０（図２、図３を参照）、アイドラスプロケット７０、ＲＨチェーン８０、プライマリチェーン（ＰＲチェーン）９０、ＬＨチェーン１００、オイルポンプ１１０、ウォーターポンプ１２０等を備えて構成されている。

クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸である。クランクシャフト１０には、気筒数分のクランクアーム及びクランクピンが形成され、各クランクピンは図示しない各気筒のピストンとコンロッドを介して連結される。クランクシャフト１０の図示しない車両後方部側の端部（以下「後端部」と称する）は、フライホイールが設けられ、変速機に接続される。
クランクシャフト１０は、エンジン１の運転時に、図１における時計回りに回転する。クランクシャフト１０の車両前方側の端部（以下「前端部」と称する）には、第１クランクスプロケット１１及び第２クランクスプロケット１２が固定されている。
第１クランクスプロケット１１は、ＲＨチェーン８０が巻き掛けられ、右側シリンダ２側に設けられた吸排気バルブを駆動するものである。
第２クランクスプロケット１２は、ＰＲチェーン９０が巻き掛けられ、燃料ポンプ６０の燃料ポンプスプロケット６１及びアイドラスプロケット７０の第１アイドラスプロケット７１を駆動するものである。第２クランクスプロケット１２は、第１クランクスプロケット１１に対して歯数が大きくかつ大径に形成されている。
図２及び図３に示すように、第１クランクスプロケット１１、第２クランクスプロケット１２は、クランクシャフト１０の前端部側から順次配列されている。

右側吸気カムシャフト２０は、右側シリンダ２の吸気バルブを駆動するものである。
右側排気カムシャフト３０は、右側シリンダ２の排気バルブを駆動するものである。
右側吸気カムシャフト２０及び右側排気カムシャフト３０は、右側吸気カムシャフト２０が上方となるように、上下方向に並べて配置されている。
右側吸気カムシャフト２０及び右側排気カムシャフト３０の前端部には、それぞれ右側吸気カムスプロケット２１、右側排気カムスプロケット３１が固定されている。

左側吸気カムシャフト４０は、左側シリンダ３の吸気バルブを駆動するものである。
左側排気カムシャフト５０は、左側シリンダ３の排気バルブを駆動するものである。
左側吸気カムシャフト４０及び左側排気カムシャフト５０は、左側吸気カムシャフト４０が上方となるように、上下方向に並べて配置されている。
左側吸気カムシャフト４０及び左側排気カムシャフト５０の前端部には、それぞれ左側吸気カムスプロケット４１、左側排気カムスプロケット５１が固定されている。

燃料ポンプ６０は、図３に示すように、エンジン１の上部に設けられ、例えば軽油等の燃料を高圧に加圧して図示しないコモンレールに供給するものである。
燃料ポンプ６０は、その本体部がクランクシャフト１０のほぼ上方に設けられ、前方に突き出した入力軸６０ａ（図３参照）を備えている。この入力軸６０ａの先端部には、図１に示す燃料ポンプスプロケット６１が固定されている。燃料ポンプスプロケット６１には、ＰＲチェーン９０が巻き掛けられている。

アイドラスプロケット７０は、第１アイドラスプロケット７１及び第２アイドラスプロケット７２が一体となってクランクシャフト１０と平行な回転軸回りに回転可能となるように構成したものである。
第１アイドラスプロケット７１は、ＬＨチェーン１００の張り側（燃料ポンプスプロケット６１側から第２クランクスプロケット１２側へ戻る側）と、ＬＨチェーン１００の内側から噛合するように、第２クランクスプロケット１２の上方側でありかつ燃料ポンプスプロケット６１の下方側であって、左側シリンダ３側にオフセットした位置に配置されている。
第２アイドラスプロケット７２は、第１アイドラスプロケット７１の後方側（変速機側）に同心に配置されている。第２アイドラスプロケット７２は、第１アイドラスプロケット７１よりも歯数が小さくかつ小径に形成されている。

ＲＨチェーン８０は、第１クランクスプロケット１１、右側排気カムスプロケット３１、右側吸気カムスプロケット２１に順次巻き掛けられている。
ＲＨチェーン８０には、チェーンテンショナ８１、チェーンテンショナレバー８２、チェーンガイド８３が設けられている。
チェーンテンショナ８１は、チェーンテンショナレバー８２をチェーンに対して押圧させるプランジャを備えている。
チェーンテンショナレバー８２は、エンジン本体に対してクランクシャフト１０と平行な回転軸回りに揺動可能に取り付けられ、チェーンテンショナ８１のプランジャに押されることによってＲＨチェーン８０に押し付けられ、ＲＨチェーン８０のテンションを適切な範囲内となるように調整する。なお、以下説明する他のチェーンテンショナ及びチェーンテンショナレバーもこれらと同様の機能を有する。
チェーンテンショナ８１及びチェーンテンショナレバー８２は、ＲＨチェーン８０の弛み側（被駆動側スプロケットから駆動側スプロケットへ戻る側。ＲＨチェーン８０の場合には下側。）に配置されている。
チェーンガイド８３は、ＲＨチェーン８０に当接し、ＲＨチェーン８０を案内するものである。チェーンガイド８３は、ＲＨチェーン８０の張り側（駆動側スプロケットから被駆動側スプロケットへ行く側。ＲＨチェーン８０の場合には上側。）に配置されている。

ＰＲチェーン９０は、第２クランクスプロケット１２、第１アイドラスプロケット７１、燃料ポンプスプロケット６１に順次巻き掛けられている。
ＰＲチェーン９０の弛み側（右側シリンダ２側）には、チェーンテンショナ９１、チェーンテンショナレバー９２が設けられている。

ＬＨチェーン１００は、第２アイドラスプロケット７２、左側吸気カムスプロケット４１、左側排気カムスプロケット５１に順次巻き掛けられている。
ＬＨチェーン１００の弛み側（上側）には、チェーンテンショナ１０１、チェーンテンショナレバー１０２が設けられ、張り側（下側）には、チェーンガイド１０３が設けられている。

オイルポンプ１１０は、エンジン１の潤滑油を加圧して吐出するものである。
オイルポンプ１１０は、例えば、クランクシャフト１０に固定されたインナロータ及びこのインナロータと連動して回転するアウタロータを有するトロコイドポンプである。
図２、図３に示すように、オイルポンプ１１０は、その内部にクランクシャフト１０が挿入され、第２クランクスプロケット１２と、エンジン前端部側のクランクジャーナル１０ａとの間に配置されている。

ウォーターポンプ１２０は、エンジン１の冷却水を循環させるものである。ウォーターポンプ１２０は、クランクシャフト１０の軸方向から見た位置がクランクシャフト１０と左側排気カムシャフト５０との間における左側シリンダ３の下部に配置されている。

図４は、参考例における各スプロケットの歯数を示す図である。
図４に示すように、参考例においては、各スプロケットの歯数は、以下のように設定されている。

第１クランクスプロケット１１： １８Ｔ
第２クランクスプロケット１２： ２７Ｔ
右側吸気カムスプロケット２１： ３６Ｔ
右側排気カムスプロケット３１： ３６Ｔ
左側吸気カムスプロケット４１： ３６Ｔ
左側排気カムスプロケット５１： ３６Ｔ
燃料ポンプスプロケット６１： ２７Ｔ
第１アイドラスプロケット７１： ２７Ｔ
第２アイドラスプロケット７２： １８Ｔ

このようなスプロケット歯数の場合、エンジンの運転時に発生する各チェーン、スプロケットの噛合い音の次数は、１８次と２７次に集中し、聴感上目立ってしまう。

以下、本発明を適用した動弁駆動装置の実施例１について説明する。
なお、以下説明する各実施例において、上述した参考例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図５は、実施例１における各スプロケットの歯数を示す図である。
図５に示すように、実施例１においては、各スプロケットの歯数は、以下のように設定されている。

第１クランクスプロケット１１： １９Ｔ
第２クランクスプロケット１２： ２７Ｔ
右側吸気カムスプロケット２１： ３８Ｔ
右側排気カムスプロケット３１： ３８Ｔ
左側吸気カムスプロケット４１： ３６Ｔ
左側排気カムスプロケット５１： ３６Ｔ
燃料ポンプスプロケット６１： ２７Ｔ
第１アイドラスプロケット７１： ２７Ｔ
第２アイドラスプロケット７２： １８Ｔ

実施例１においては、エンジンの運転時に発生する各チェーン、スプロケットの噛合い音の次数は、１８次、１９次、２７次に分散されることから、聴感上特定の次数の騒音が目立ちにくくすることができる。
これによって、車両の静粛性を向上することができ、あるいは、静粛性を維持しつつ遮音材を低減するなどして車両の軽量化、コスト低減を図ることができる。

次に、本発明を適用した動弁駆動装置の実施例２について説明する。
図６は、実施例２における各スプロケットの歯数を示す図である。
図６に示すように、実施例２においては、各スプロケットの歯数は、以下のように設定されている。

第１クランクスプロケット１１： １８Ｔ
第２クランクスプロケット１２： ２１Ｔ
右側吸気カムスプロケット２１： ３６Ｔ
右側排気カムスプロケット３１： ３６Ｔ
左側吸気カムスプロケット４１： ２８Ｔ
左側排気カムスプロケット５１： ２８Ｔ
燃料ポンプスプロケット６１： ２１Ｔ
第１アイドラスプロケット７１： ２７Ｔ
第２アイドラスプロケット７２： １８Ｔ

実施例２においては、エンジンの運転時に発生する各チェーン、スプロケットの噛合い音の次数は、１４次、１８次、２１次に分散される。
実施例２においては、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果に加えて、吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの軸間距離等の制約によってカムスプロケットの大型化が困難である場合にも、アイドラスプロケットをクランクスプロケットに対して減速することによって、カムスプロケットの歯数を減らすことが可能となり、本発明を適用することができる。
例えば、参考例のエンジンをもとに、実施例１の構成を適用しようとした場合、右側吸気カムスプロケット２１、右側排気カムスプロケット３１を３６Ｔから３８Ｔに変更する必要があるが、このようなスプロケットの歯数増加がスペース的に困難な場合もありうる。
実施例２の構成によれば、このような場合であっても本発明を適用することが可能である。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例の内燃機関は、例えば、水平対向４気筒ＤＯＨＣのターボディーゼルエンジンであったが、本発明は他種類の内燃機関にも適用することができる。本発明は、例えば、Ｖ型エンジンや６気筒以上の多気筒エンジン、吸排気弁を共通のカムシャフトで駆動するＳＯＨＣエンジン、ディーゼル以外のエンジンにも適用することができる。また、エンジンの搭載方向、搭載位置も特に限定されない。
（２）動弁駆動装置を構成する各要素の形状、構造、配置等は上述した実施例のものに限定されず適宜変更することができる。例えば、各スプロケットの歯数は、各カムシャフトがクランクシャフトの半分の回転数となり、燃料ポンプの回転数が適切となるように適宜設定することができる。また、Ｖ型エンジンの場合には燃料ポンプは左右（前後）バンク内、バンク外のいずれにも配置可能である。
（３）各実施例では、左側の各カムシャフトを駆動するチェーンを、アイドラスプロケットを介して駆動しているが、各シリンダヘッドのカムスプロケットを駆動するチェーンを、ともに同軸に設けられたクランクスプロケットに直接巻き掛ける構成としてもよい。

１ エンジン
２ 右側シリンダ ３ 左側シリンダ
１０ クランクシャフト １０ａ クランクジャーナル
１１ 第１クランクスプロケット １２ 第２クランクスプロケット
２０ 右側吸気カムシャフト ２１ 右側吸気カムスプロケット
３０ 右側排気カムシャフト ３１ 右側排気カムスプロケット
４０ 左側吸気カムシャフト ４１ 左側吸気カムスプロケット
５０ 左側排気カムシャフト ５１ 左側排気カムスプロケット
６０ 燃料ポンプ ６０ａ 入力軸
６１ 燃料ポンプスプロケット
７０ アイドラスプロケット ７１ 第１アイドラスプロケット
７２ 第２アイドラスプロケット
８０ ＲＨチェーン ８１ チェーンテンショナ
８２ チェーンテンショナレバー ８３ チェーンガイド
９０ ＰＲチェーン ９１ チェーンテンショナ
９２ チェーンテンショナレバー
１００ ＬＨチェーン １０１ チェーンテンショナ
１０２ チェーンテンショナレバー １０３ チェーンガイド
１１０ オイルポンプ １２０ ウォーターポンプ

Claims (2)

1. エンジンの複数のシリンダヘッドにそれぞれ設けられた動弁を駆動する動弁駆動装置であって、
   第１のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第１のカムスプロケットと、
   第２のシリンダヘッドに設けられたカムシャフトに取付けられた第２のカムスプロケットと、
   クランクシャフトに固定されたクランクスプロケットと、
   前記クランクスプロケット又は前記クランクスプロケットと連動するアイドラスプロケットから前記第１のカムスプロケットと前記第２のカムスプロケットとにそれぞれ駆動力を伝達する第１のチェーン及び第２のチェーンと
   を備え、
   前記第１のカムスプロケットの歯数と前記第２のカムスプロケットの歯数とを異ならせたこと
   を特徴とする動弁駆動装置。
2. 前記クランクスプロケットに巻き掛けられかつエンジン補機及び前記アイドラスプロケットの駆動を行う第３のチェーンを備え、
   前記第１のチェーンは前記クランクスプロケットに巻き掛けられ、
   前記第２のチェーンは前記アイドラスプロケットに巻き掛けられ、
   前記アイドラスプロケットは、前記クランクスプロケットに対して減速されること
   を特徴とする請求項１に記載の動弁駆動装置。

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