JP5299013B2 - カムシャフト駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフト駆動装置に関する。

ＶＶＴ（Variable Valve Timing：バルブタイミング可変機構）を備えたエンジンが知られている。例えば、特許文献１では、ＶＶＴを備えたエンジンにおいて、吸気カムシャフト、排気カムシャフトに対し、中間軸を介してクランクシャフトの駆動力を二分して伝達することが開示されている。

また、特許文献２では、吸気カムシャフトに配設された第１のＶＶＴと排気カムシャフトに配設された第２のＶＶＴとを備えたエンジンにおいて、第１のＶＶＴと第２のＶＶＴに対し、第３のＶＶＴを介してクランクシャフトと同期回転するスプロケットからの回転駆動力を二分して伝達することが開示されている。

特開平６−１７６１７号公報 特開２００４−２５７３７３号公報

ところで、上述した吸気カムシャフトや排気カムシャフトはシリンダヘッドによって支持されている。特に、支持される部分には、スベリ軸受けが設けられている。近年、フリクション低減の観点からスベリ軸受けを転がり軸受けに置換する要請がある。しかしながら、ＶＶＴ制御のために吸気カムシャフトや排気カムシャフトを介して制御油圧を供給する必要があり、吸気カムシャフトか排気カムシャフトのいずれかに対するスベリ軸受けを残さなければならかった。このため、十分なフリクション低減を図ることができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＶＶＴを備えたカムシャフト駆動装置において、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの双方が転がり軸受けを介して支持されるカムシャフト駆動装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するための本発明のカムシャフト駆動装置は、転がり軸受に支持された吸気カムシャフトと並列配置され、転がり軸受に支持された排気カムシャフトの端部であって、クランクスプロケットに掛かるタイミングチェーン又はタイミングベルトが掛かる排気カムスプロケット側と異なる側の端部に設けられた第１のギアと、前記吸気カムシャフトの端部であって、前記第１のギアが設けられた側と同じ側の端部に設けられた第２のギアと、前記第１のギアと噛み合う中間ギアと、前記排気カムシャフトの回転位相を可変するＶＶＴと、前記ＶＶＴによって回転位相が変更された状態で前記第２のギアと噛み合うＶＶＴ伝達ギアと、を備え、前記排気カムシャフトの回転を前記吸気カムシャフトへ伝達する制御シャフトと、を有するカムシャフト駆動装置である。
この構成によれば、ＶＶＴが排気カムスプロケットと異なる制御シャフトに併設されるため、排気カムシャフトを介してＶＶＴの制御油圧を供給する必要がなくなる。この結果、排気カムシャフトの支持部分を転がり軸受けに置換でき、低フリクション効果が発揮される。

また、本発明のカムシャフト駆動装置は、転がり軸受に支持された排気カムシャフトと並列配置され、転がり軸受に支持された吸気カムシャフトの端部であって、クランクスプロケットに掛かるタイミングチェーン又はタイミングベルトが掛かる吸気カムスプロケット側と異なる側の端部に設けられた第１のギアと、前記排気カムシャフトの端部であって、前記第１のギアが設けられた側と同じ側の端部に設けられた第２のギアと、前記第１のギアと噛み合う中間ギアと、前記吸気カムシャフトの回転位相を可変するＶＶＴと、前記ＶＶＴによって回転位相が変更された状態で前記第２のギアと噛み合うＶＶＴ伝達ギアと、を備え、前記吸気カムシャフトの回転を前記排気カムシャフトへ伝達する制御シャフトと、を有するカムシャフト駆動装置である。
この構成によれば、ＶＶＴが吸気カムスプロケットと異なる制御シャフトに併設されるため、吸気カムシャフトを介してＶＶＴの制御油圧を供給する必要がなくなる。この結果、吸気カムシャフトの支持部分を転がり軸受けに置換でき、低フリクション効果が発揮される。

本発明によれば、排気カムシャフトや吸気カムシャフトが転がり軸受けに置換でき、低フリクション効果が発揮できる。

カムシャフト駆動装置の斜視図の一例である。 カムシャフト駆動装置を裏側図の一例である。 カムシャフト駆動装置の正面図の一例である。 カムシャフト駆動装置における部分側面図の一例である。 第２実施形態に係るカムシャフト駆動装置の正面図の一例である。 第２実施形態に係るカムシャフト駆動装置における部分側面図の一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、カムシャフト駆動装置１００の斜視図の一例、図２は、カムシャフト駆動装置１００を裏側図の一例、図３は、カムシャフト駆動装置１００の正面図の一例である。

カムシャフト駆動装置１００は、図１及び図２に示すように、排気カムシャフト１０、吸気カムシャフト２０、第１のギア１５、第２のギア２５、ＶＶＴ３１が併設された制御シャフト３２（後述の図４参照）を含んで構成される。

排気カムシャフト１０と吸気カムシャフト２０は、並列配置されてシリンダヘッド４０によって支持される。特に、排気カムシャフト１０と吸気カムシャフト２０は共に、シリンダヘッド４０における５箇所の支持部分で支持される。この支持部分には、転がり軸受けが設けられている。これにより、低フリクション効果が発揮される。

尚、排気カムシャフト１０と吸気カムシャフト２０のジャーナルにおける支持部分をタイミングチェーン１９側から順に１番ジャーナル、２番ジャーナル、・・・、５番ジャーナルとした場合、タイミングチェーン１９の張力による引張り荷重を考えれば、図３に示すように、１番ジャーナルに最も大きな荷重が排気カムシャフト１０と吸気カムシャフト２０に対し矢印の方向にかかる。このため、低フリクションの影響度は、１番ジャーナルに強く依存する。したがって、少なくとも１番ジャーナルを転がり軸受けとすることが望ましい。

排気カムシャフト１０の一端には、図１に示すように、排気カムスプロケット１７が固定されている。この排気カムスプロケット１７には、タイミングチェーン１９が掛けられている。不図示の吸気カムスプロケットには、タイミングチェーン１９が掛けられていない。タイミングチェーン１９は、シリンダブロック５０（より詳しくは、シリンダブロック５０のロアケース）によって支持されるクランクシャフト５２の回転駆動力を排気カムスプロケット１７に伝達する。すなわち、クランクシャフト５２にはクランクスプロケット５４が固定されており、このクランクスプロケット５４にもタイミングチェーン１９が掛けられている。このため、クランクシャフト５２が回転すると、この回転に併せてクランクスプロケット５４も回転する。そして、クランクスプロケット５４に掛けられたタイミングチェーン１９を介して排気カムスプロケット１７を回転させ、この回転力が排気カムシャフト１０に伝達される。

排気カムシャフト１０の他端、すなわち、タイミングチェーン１９が掛かる排気カムスプロケット１７側と異なる側の端部には、図１及び図２に示すように、第１のギア１５が固定される。この第１のギア１５は、後述する中間ギア３０ａと噛み合う。このため、排気カムシャフト１０が回転すると、この回転力は第１のギア１５に伝達され、第１のギア１５が回転する。また、この回転に伴い、中間ギア３０ａも回転する。

吸気カムシャフト２０の一端、すなわち、上述した第１のギア１５と同じ側の端部には、図１及び図２に示すように、第２のギア２５が固定されている。また、この第２のギア２５は、後述するＶＶＴ伝達ギア３０ｂと噛み合う。このため、ＶＶＴ伝達ギア３０ｂが回転すれば、第２のギアも回転する。すなわち、第１のギア１５の回転による駆動力が中間ギア３０ａ及びＶＶＴ伝達ギア３０ｂを介して第２のギア２５に伝達される。一方、吸気カムシャフト２０の他端、すなわち、タイミングチェーン１９側には吸気カムスプロケットは固定されていない。このため、吸気カムシャフト２０には、クランクシャフト５２からの駆動力がタイミングチェーン１９を介して伝達されず、吸気カムシャフト２０は吸気カムスプロケットの回転力を得られない。

中間ギア３０ａは、上述したように、第１のギア１５と噛み合う。ＶＶＴ伝達ギア３０ｂは、上述したように、第２のギア２５と噛み合う。制御シャフト３２は、シリンダヘッド４０に回転可能に取り付けられる。したがって、第１のギア１５が回転すると中間ギア３０ａ及び制御シャフト３２は回転する。この制御シャフト３２には、ＶＶＴ３１が併設されている。ＶＶＴ３１は、排気カムシャフト１０の回転位相を可変した位相で吸気カムシャフト２０に駆動力を伝達する。

尚、図１において、排気カムシャフト１０に設けられた排気カムスプロケット１７にタイミングチェーン１９を掛ける構成としたが、これに代えて、吸気カムシャフト２０に吸気カムスプロケットを構成し、タイミングチェーン１９をこの吸気カムスプロケットに掛けるようにしてもよい。この結果、クランクシャフト５２の駆動力は吸気カムシャフト２０に伝達され、第２のギア２５が回転することで、これに同期してＶＶＴ伝達ギア３０ｂ、中間ギア３０ａ、第１のギア１５が回転する。

さらに、第１のギア１５、第２のギア２５、中間ギア３０ａ及びＶＶＴ伝達ギア３０ｂのかみ合わせについて説明する。

図４は、カムシャフト駆動装置における部分側面図の一例である。より詳しくは、図２に示すカムシャフト駆動装置１００において、吸気カムシャフト２０側から見た側面図である。

図４において、第２のギア２５は、第１のギア１５より紙面手前に示される。図４によれば、第２のギア２５は、第１のギア１５よりシリンダヘッド４０に近い位置に配置されている。第１のギア１５と第２のギア２５の配置位置を逆にしてもよい。

また、図４において、制御シャフト３２は、第１のギア１５とかみ合わせるための中間ギア３０ａ、第２のギア２５とかみ合わせるためのＶＶＴ伝達ギア３０ｂ、ＶＶＴ３１を含んで構成される。図４に示すように、シリンダヘッド４０から近い順に、ＶＶＴ伝達ギア３０ｂ、中間ギア３０ａ、ＶＶＴ３１が取り付けられる。したがって、制御シャフト３２は、１段目をＶＶＴ伝達ギア３０ｂ、２段目を中間ギア３０ａとした２段型のギアを設けている。このため、第１のギア１５と第２のギア２５の径が異なり、第１のギア１５が第２のギア２５に段差を付けて重なることがあっても、第１のギア１５及び第２のギア２５の双方を回転させることができる。尚、これらのギア３０ａ，３０ｂは、シリンダヘッド４０に構成された制御シャフト３２に固定される。また、図４において、ＶＶＴ伝達ギア３０ｂと中間ギア３０ａの径（直径又は半径）は、同じ径で示されているが、異なる径としてもよい。これらのギア３０ａ，３０ｂの歯数を異ならせるようにしてもよい。

ＶＶＴ３１に対する制御油圧は、シリンダヘッド４０から供給される。より詳しくは、図４に示すように、シリンダヘッド４０にＶＶＴ作動給油路３３を設ける。このＶＶＴ作動給油路３３には、ＯＣＶ３４から供給された供給油が流れる。これにより、ＶＶＴ３１が制御される。

したがって、従来であれば、ＶＶＴ３１を吸気カムスプロケットに構成し、ＶＶＴ３１の制御油圧をＯＣＶ３４から排気カムシャフト１０または吸気カムシャフト２０のいずれかを介して供給していた。このため、１番ジャーナルを転がり軸受けとすることができなかった。しかし、本実施形態によれば、１番ジャーナルを転がり軸受けとしても、ＶＶＴ３１に対する制御油圧はシリンダヘッド４０を介して供給される。ＶＶＴ３１を備えたカムシャフト駆動装置であっても、低フリクションを実現し得る。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について図５及び図６を参照して説明する。
図５は、第２実施形態に係るカムシャフト駆動装置の正面図の一例、図６は、第２実施形態に係るカムシャフト駆動装置における部分側面図の一例である。尚、図１及び図４に示されるカムシャフト駆動装置の各装置と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、タイミングチェーン１９側に２つのＶＶＴ３１を有する点で上述した第１実施形態と相違する。
これらのＶＶＴ３１には、それぞれ２段目出力ギア３０ｃ、２段目入力ギア３０ｄが併設されている。ＶＶＴ３１、２段目出力ギア３０ｃ、２段目入力ギア３０ｄはそれぞれシリンダヘッド４０に回転可能に設けられた制御シャフト３２に固定されている。また、ＶＶＴ３１、２段目出力ギア３０ｃ、２段目入力ギア３０ｄは、図６に示すように、シリンダヘッド４０から近い順に２段目出力ギア３０ｃ、２段目入力ギア３０ｄ、ＶＶＴ３１の順で配置されている。すなわち、それぞれのＶＶＴ３１には共に、１段目を２段目出力ギア３０ｃ、２段目を２段目入力ギア３０ｄとした２段型のギアが併設されている。これらの径は、同じでもよいし異なっていてもよい。

一方のＶＶＴ３１に併設された２段目出力ギア３０ｃは、図６に示すように、排気カムシャフト１０に固定された排気カムスプロケット１７と噛み合う。他方のＶＶＴ３１に併設された２段目出力ギア３０ｄは、排気カムシャフト２０に固定された吸気カムスプロケット２７と噛み合う。

また、一方のＶＶＴ３１に併設された２段目入力ギア３０ｄ、他方のＶＶＴ３１に併設された２段目入力ギア３０ｄは、共に、図５及び図６に示すように、後述する１段目ギア３６と噛み合う。
１段目ギア３６は、図６に示すように、２段目入力ギア３０ｄと噛み合う第１のギア、タイミングチェーン１９がかかる第２のギアを含んで構成される。１段目ギア３６もシリンダヘッド４０に回転可能に設けられた制御シャフト３２に固定されている。尚、タイミングチェーン１９は、クランクスプロケット５４にもかかる。

したがって、クランクシャフト５２が回転すると、この回転に併せてクランクスプロケット５４も回転し、タイミングチェーン１９を介して１段目ギア３６の第２のギアに伝達される。１段目ギア３６の第２のギアが回転すると、１段目ギア３６の第１のギアも回転し、第１のギアと噛み合う２つの２段目入力ギア３０ｄも回転する。そして、この回転に併せて、２つの２段目出力ギア３０ｃも回転し、排気カムスプロケット１７、吸気カムスプロケット２７も回転し、これらのカムスプロケット１７，２７に固定された排気カムシャフト１０、吸気カムシャフト２０も回転する。

ここで、本実施形態に係るＶＶＴ３１もカムスプロケット１７や吸気カムスプロケット２７に併設されておらず、２段目出力ギア３０ｃ等と併設されている。このため、排気カムシャフト１０や吸気カムシャフト２０を介してＶＶＴ３１を制御するための制御油圧を供給する必要はなく、シリンダヘッド４０にＶＶＴ作動給油路３３を構成し、ＯＣＶ３４から供給される制御油圧をＶＶＴ作動給油路３３を介してＶＶＴ３１に供給できる。このため、排気カムシャフト１０や吸気カムシャフト２０の支持部分を転がり軸受けに置き換えることができ、低フリクション効果が実現できる。

以上、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。例えば、タイミングチェーンに代えて、タイミングベルトを利用してもよい。この場合、各スプロケットは、プーリーに変更すればよい。

１００ カムシャフト駆動装置
１０ 排気カムシャフト
１５ 第１のギア
１７ 排気カムスプロケット
１９ タイミングチェーン
２０ 吸気カムシャフト
２５ 第２のギア
３０ａ 中間ギア
３０ｂ ＶＶＴ伝達ギア
３１ ＶＶＴ
３２ 制御シャフト
４０ シリンダヘッド
５２ クランクシャフト
５４ クランクスプロケット

Claims (2)

1. 転がり軸受に支持された吸気カムシャフトと並列配置され、転がり軸受に支持された排気カムシャフトの端部であって、クランクスプロケットに掛かるタイミングチェーン又はタイミングベルトが掛かる排気カムスプロケット側と異なる側の端部に設けられた第１のギアと、
   前記吸気カムシャフトの端部であって、前記第１のギアが設けられた側と同じ側の端部に設けられた第２のギアと、
   前記第１のギアと噛み合う中間ギアと、前記排気カムシャフトの回転位相を可変するＶＶＴと、前記ＶＶＴによって回転位相が変更された状態で前記第２のギアと噛み合うＶＶＴ伝達ギアと、を備え、前記排気カムシャフトの回転を前記吸気カムシャフトへ伝達する制御シャフトと、
   を有するカムシャフト駆動装置。
2. 転がり軸受に支持された排気カムシャフトと並列配置され、転がり軸受に支持された吸気カムシャフトの端部であって、クランクスプロケットに掛かるタイミングチェーン又はタイミングベルトが掛かる吸気カムスプロケット側と異なる側の端部に設けられた第１のギアと、
   前記排気カムシャフトの端部であって、前記第１のギアが設けられた側と同じ側の端部に設けられた第２のギアと、
   前記第１のギアと噛み合う中間ギアと、前記吸気カムシャフトの回転位相を可変するＶＶＴと、前記ＶＶＴによって回転位相が変更された状態で前記第２のギアと噛み合うＶＶＴ伝達ギアと、を備え、前記吸気カムシャフトの回転を前記排気カムシャフトへ伝達する制御シャフトと、
   を有するカムシャフト駆動装置。

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