JP5771975B2

JP5771975B2 - ギア支持構造

Info

Publication number: JP5771975B2
Application number: JP2010280879A
Authority: JP
Inventors: 恒小澤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP2012127455A

Description

本発明は、中心部にシャフト挿入穴が設けられたギアと、該ギアのシャフト挿入穴に挿入され、先端部にボルト穴が設けられたギアシャフトと、該ギアシャフトのボルト穴に螺合され、前記ギアを前記ギアシャフトに固定するギア固定ボルトとを有するギア支持構造に関する。

エンジン（内燃機関）から放射される騒音（以下、エンジン騒音）は、様々な原因で発生する現象である。動弁系や補機の駆動にギア（以下、タイミングギア）を採用したエンジンでは、ギアの運動がエンジン騒音を発生させる原因の一つとなり、このギアの運動によって発生する成分をギア音と称する。ギアの運動がエンジン騒音の元となるエンジン振動を励起する加振入力を発生させるメカニズムは主に以下の（１）、（２）の二種類がある。

（１）噛み合いによるギア対の歯と歯との衝撃によって、加振入力を発生させる。

（２）噛み合うギア対に角速度差（以下、相対角速度）が生じた場合に、一方のギアの歯が他方のギアの歯との隙間（バックラッシュ）を移動することによるギア対の歯と歯との衝突（ラトル）によって、加振入力を発生させる。

以上の（１）、（２）のどちらの場合も、励起された振動によりギアそのもの、或いはギアシャフトを介して振動が伝達されたエンジン部品からエンジン騒音が放射される。

商業車用や産業用のディーゼルエンジンでは、耐久信頼性の観点からタイミングギアが多く採用されている。また、ディーゼルエンジンは優れた出力トルク特性を持つ反面、出力トルクのサイクル内における時間変動（以下、トルク変動）が大きいことや、動弁系や補機の駆動トルクが大きいことにより、タイミングギアに比較的大きな相対角速度が生じる。この相対角速度に起因してラトルによるギア音（ギアラトル音）が発生し、このギアラトル音は、トルク変動が大きい高負荷運転時や、アイドリング時ではエンジン騒音の主要な成分として騒音改善の対象になる。

ギアラトル音を低減する場合、上述の加振入力の発生メカニズムに基づく対策として、相対角速度が生じた際のギアの歯の衝突エネルギーの緩和を目的としたバックラッシュの縮小や、ギア対の相対運動そのものを抑制することを目的としたシザーズギア（例えば、特許文献１参照）の装着がある。

特許第３２７３７２０号公報

ギアラトル音の低減を目的とする場合、バックラッシュは極力縮小することが望ましいが、バックラッシュの縮小によって、ギアの歯面への潤滑油の供給状態が悪くなり、摩擦損失（以下、エンジンフリクション）が悪化する虞がある。

また、シザーズギアはメインギアとサブギアとで構成されており、サブギアに作用させたバネの弾性力を利用して、噛み合う相手のギアの歯をメインギアの歯とサブギアの歯とで挟み込むことでギア対の相対運動を抑制している。そのため、上述のバックラッシュの縮小による場合と同様に、ギアの歯面への潤滑油の供給状態の悪化やギアの歯の接触面積の増加、さらにはバネの弾性力によってギアの歯が押し付けられることによってギアの歯面の荷重が増加し、エンジンフリクションが増加する虞がある。

従って、上述のようなエンジン振動を励起する現象を抑制する改善策（以下、加振源対策）によるギアラトル音の低減は、エンジンフリクションを増加させる一因になっている。

そこで、本発明の目的は、ギア側からギアシャフト側への振動伝達を低減させることにより、ギアシャフト軸受を経由してエンジン本体からの騒音放射を低減することができるギア支持構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、中心部にシャフト挿入穴が設けられ、背面に周方向に沿って凹部が形成されたカムシャフト駆動ギアと、該カムシャフト駆動ギアのシャフト挿入穴に挿入され、先端部にボルト穴が設けられたエンジンのカムシャフトと、該カムシャフトのボルト穴に螺合され、前記カムシャフト駆動ギアを前記カムシャフトの軸と平行な方向に固定するギア固定ボルトと、前記カムシャフト駆動ギア側から前記カムシャフト側への振動伝達を低減するために、前記凹部に収容されて、前記カムシャフト駆動ギアの背面と前記カムシャフト駆動ギアの背面に対向する前記カムシャフトのフランジ面との間に挟み込まれ、振動減衰率が前記カムシャフト駆動ギア及び前記カムシャフトの材料よりも高いＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系制振合金からなる制振ワッシャーと、を備えたことを特徴とするギア支持構造である。

本発明によれば、ギア側からギアシャフト側への振動伝達を低減させることにより、ギアシャフト軸受を経由してエンジン本体からの騒音放射を低減することができるギア支持構造を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るギア支持構造の概略図である。振動伝達特性の測定方法の概要を示す説明図である。本発明による振動伝達特性の改善結果を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態は、本発明をディーゼルエンジンのカムシャフト駆動ギアに適用したものである。

本実施形態に係るギア支持構造１０を図１に示す。図１に示すように、カムシャフト駆動ギア（ギア）１１の中心部１２にはカムシャフト（ギアシャフト）１３をカムシャフト駆動ギア１１の背面１４側から挿入（嵌合）するためのシャフト挿入穴１５が設けられており、カムシャフト駆動ギア１１のシャフト挿入穴１５に挿入されたカムシャフト１３の先端部１６にはカムシャフト駆動ギア１１を固定するためのボルト穴１７が設けられている。カムシャフト駆動ギア１１は、キー１８によってカムシャフト１３に回転不可に係合された状態で、ワッシャー１９を介してギア固定ボルト２０によって軸方向からカムシャフト１３に固定される。カムシャフト１３は、エンジン本体側に設けられたカムシャフト軸受（図２参照）に回転可能に支持される。ギア固定ボルト２０は、カムシャフト駆動ギア１１の前面２１側からカムシャフト１３の先端部１６のボルト穴１７に螺合される。カムシャフト駆動ギア１１、カムシャフト１３、キー１８、ワッシャー１９及びギア固定ボルト２０は、例えば、鉄系材料からなる。

本実施形態に係るギア支持構造１０では、カムシャフト駆動ギア１１の背面１４とカムシャフト駆動ギア１１の背面１４に対向するカムシャフト１３のフランジ面２２との間に、カムシャフト駆動ギア１１の背面１４とカムシャフト１３のフランジ面２２とにそれぞれ当接するようにＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系等の振動減衰率が比較的高い金属材料（以下、制振合金：例えば、特開２００３−２５３３６９号公報参照）からなる環状（本実施形態では、円環状）の金属板で構成されるワッシャー（制振ワッシャー）２３を挟み込み、この結合面（制振ワッシャー２３）で振動を減衰させることで、カムシャフト駆動ギア１１側からカムシャフト１３側への振動伝達を低減する。即ち、本実施形態に係るギア支持構造１０では、制振ワッシャー２３は、カムシャフト駆動ギア１１、カムシャフト１３、キー１８、ワッシャー１９及びギア固定ボルト２０の材料よりも振動減衰率が高い金属材料からなる。

また、本実施形態に係るギア支持構造１０では、カムシャフト駆動ギア１１の背面１４に周方向に沿って凹部が形成されており、その凹部に制振ワッシャー２３が収容される。

要するに、本実施形態に係るギア支持構造１０では、エンジン振動を励起する現象を抑制する加振源対策ではなく、噛み合いやラトルによって励起されるカムシャフト駆動ギア１１の振動について、カムシャフト１３及びカムシャフト軸受を介してエンジン本体側へ伝達する振動を低減させ、エンジン本体側からの騒音放射を低減することを目的とした伝達系における改善策（伝達系対策）を採っている。

カムシャフト駆動ギア１１とカムシャフト軸受（エンジン本体側）との間の振動伝達特性を測定し、本発明による振動伝達特性の改善結果を確認した。

振動伝達特性の測定方法の概要を図２に示す。なお、当該測定方法ではカムシャフト１３をシリンダヘッドのカムシャフト軸受に取り付けた状態で測定を行ったが、図２ではシリンダヘッドのカムシャフト軸受のみを図示し、その他のシリンダヘッドの部分を図示省略している。

図２に示すように、力センサー付きのインパクトハンマーによってカムシャフト駆動ギア１１を打撃し、力センサーによってカムシャフト駆動ギア１１に与えた加振力：Ｆ［Ｎ］を測定する。同時に、カムシャフト軸受に取り付けた振動センサーによって振動速度：ｖ［ｍ／ｓ］を測定する。このときの各センサー（力センサー、振動センサー）の出力を電圧信号として高速フーリエ変換機（ＦＦＴアナライザー）に入力し、周波数応答関数：ｖ／Ｆ［（ｍ／ｓ）／Ｎ］を測定した。

本発明を適用した状態（対策後；制振ワッシャー２３有）の周波数応答関数と本発明を適用していない状態（対策前；制振ワッシャー２３無）の周波数応答関数との比較を図３に示す。この周波数応答関数は単位入力あたりの振動速度を表し、振動伝達し難いほど、そのレベルが低くなる。図３に示すように、本発明を適用することで、２ｋＨｚ（２０００Ｈｚ）以上の周波数領域で周波数応答関数のレベルが低下し、カムシャフト駆動ギア１１からカムシャフト１３を介したカムシャフト軸受（エンジン本体側）への振動伝達の低減効果が確認できる。

以上要するに本実施形態に係るギア支持構造１０によれば、振動伝達特性の改善により、カムシャフト駆動ギア１１からカムシャフト１３及びカムシャフト軸受を介してエンジン本体側へ伝達される振動を抑制でき、エンジン騒音を改善することができる。

また、本実施形態に係るギア支持構造１０では、噛み合うギア対の歯面の接触状態は変化しないため、シザーズギア装着等による加振源対策で見られるエンジンフリクションの悪化を防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、本発明は、ディーゼルエンジン以外でも噛み合いやラトルによってギアに加振入力が作用し、ギアシャフトを介して振動が伝達して騒音が発生する装置や機器等に適用することができる。例えば、本発明は、ガソリンエンジンや変速機等にも適用することができる。

１０ギア支持構造
１１カムシャフト駆動ギア（ギア）
１２ギアの中心部
１３カムシャフト（ギアシャフト）
１４ギアの背面
１５シャフト挿入穴
１６ギアシャフトの先端部
１７ボルト穴
２０ギア固定ボルト
２２ギアシャフトのフランジ面
２３ワッシャー（制振ワッシャー）

Claims

中心部にシャフト挿入穴が設けられ、背面に周方向に沿って凹部が形成されたカムシャフト駆動ギアと、
該カムシャフト駆動ギアの該シャフト挿入穴に挿入され、先端部にボルト穴が設けられたエンジンのカムシャフトと、
該カムシャフトのボルト穴に螺合され、前記カムシャフト駆動ギアを前記カムシャフトの軸と平行な方向に固定するギア固定ボルトと、
前記カムシャフト駆動ギア側から前記カムシャフト側への振動伝達を低減するために、前記凹部に収容されて、前記カムシャフト駆動ギアの背面と前記カムシャフト駆動ギアの背面に対向する前記カムシャフトのフランジ面との間に挟み込まれ、振動減衰率が前記カムシャフト駆動ギア及び前記カムシャフトの材料よりも高いＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ系制振合金からなる制振ワッシャーと、
を備えたギア支持構造。