JPH0610693A - エンジンのカムシャフト駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイミングプーリとカムプーリとの間に巻掛
けられた巻掛部材の張り側部分の張力変動を低減してカ
ムシャフトの角速度の変動を抑制するとともに上記巻掛
部材の２次曲げモード振動の発生を防止して、巻掛部材
の耐久性の向上とノイズの低減とを図ったエンジンのカ
ムシャフト駆動装置を提供する。 【構成】 タイミングプーリＡとカムプーリＢとの間に
環状に巻掛けられた歯付き巻掛部材Ｃの張り側部分Ｃａ
の長さＬａのほぼ１／４の距離だけカムプーリＢまたは
タイミングプーリＡから離れた位置において、巻掛部材
Ｃの歯に係合する歯を備えた偏心プーリのような回転部
材Ｄを巻掛部材Ｃに対して巻掛部材Ｃの環の内側から係
合させて、巻掛部材Ｃの張り側部分Ｃａを、クランクシ
ャフトの回転に同期して、かつ張り側部分Ｃａの弛緩時
期に一致させて、周期的に押圧させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンにおけるバルブ
駆動用カムシャフトの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンには、バルブ駆動用カム
シャフトをクランクシャフトの回転に同期させて駆動す
るために、例えば図９に示されているように、クランク
シャフトに取付けられたタイミングプーリＡと、カムシ
ャフトに取付けられたカムプーリＢとの間に環状に巻掛
けられたタイミングベルトＣまたはタイミングチェーン
よりなる巻掛部材を介してカムシャフトを駆動するよう
に構成されている。

【０００３】この種のカムシャフト駆動装置において
は、上記タイミングベルト（以下単に「ベルト」と呼
ぶ）Ｃの共振問題がある。

【０００４】すなわち、エンジンの駆動力の変動による
振動の周波数が、プーリＡ，Ｂ間の距離等によって振動
数が決定されるベルトＣの固有振動数に一致した時点で
ベルトＣが共振し、図９(a) に仮想線で示されているよ
うな１次曲げモード振動が発生する。特に上記ベルトＣ
としての歯付きベルトが使用されている場合には、ベル
トＣの上記１次曲げモード振動により、ベルトＣの歯と
プーリＡ，Ｂの歯との噛合いがずれるいわゆる歯飛び現
象が発生し、クランクシャフトとカムシャフトとの位相
がずれて吸排気バルブの開閉タイミングが狂う等の不具
合を生じる。

【０００５】このような不具合に対しては、共振を生じ
易いプーリＡ，Ｂ間にアイドルプーリを介設することが
考えられるが、アイドルプーリを設けたとしても、ベル
トＣの固有振動数が変化するだけで、エンジンから入力
される振動の周波数がその固有振動周波数に一致する
と、同じくベルトＣが共振することになる。

【０００６】そこで、例えば実開昭61-82165号公報に開
示された「エンジンのベルト振動防止装置」では、プー
リＡ，Ｂ間に巻掛けられたベルトＣの張り側部分のほぼ
中央に、すなわち、カムプーリＢからタイミングプーリ
Ａに向って引張されるベルト部分のほぼ中央の１次曲げ
振動の腹に相当する部分に、ベルトＣを押圧する方向に
移動可能なアイドルプーリをベルトＣの環の外側におい
てベルトＣに近接して設け、ベルトＣに一定振幅以上の
振動が生じたときに、上記アイドルプーリをベルトＣに
向って移動させてベルトＣに当接させ、これによってベ
ルトＣの振動を防止するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ベルトの振
動には、上述した１次曲げモード振動のほかに、図９
(b) に示されているように、上記１次曲げモード振動の
腹に相当する部分を節とする２次曲げモード振動があ
り、これがベルトノイズと呼ばれる騒音の原因となるこ
とが知られている。しかしながら、上記公報に開示され
た構成では、１次曲げモード振動は抑制できても、２次
曲げモード振動を防止することは不可能である。

【０００８】また、カムシャフトに設けられているカム
によって開閉駆動されるバルブがスプリングによって閉
弁方向に付勢されていて、カムシャフトの駆動に際して
は、上記スプリングの付勢力に抗してバルブを開弁する
時にバルブ閉弁時よりも大きな駆動トルクを必要とする
ことから、ベルトの張り側部分がバルブ開弁時には緊張
し、閉弁時には弛緩することになる。したがってベルト
の張力が大きく変動し、これらがカムシャフトの角速度
変動を招来してバルブの開閉タイミングを変動させ、エ
ンジンの出力性能を低下させるのみでなく、ベルトの耐
久性を損うという問題がある。しかしながら、上記公報
に開示された構成では、このような問題の解決策とはな
らなかった。

【０００９】上述の課題に鑑み、本発明は、上記ベルト
のような巻掛部材の張力変動を低減してカムシャフトの
角速度変動を抑制するとともに巻掛部材の耐久性を向上
させ、併せて巻掛部材から発生する騒音を低減すること
ができるエンジンのカムシャフト駆動装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるカムシャフ
ト駆動装置は、巻掛部材の張り側に、この巻掛部材を、
クランクシャフトの回転に同期して、かつ巻掛部材の張
り側の弛緩時期に一致させて、周期的に押圧する部材が
係合配置されてなることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の１つの態様によれば、前記巻掛部
材を周期的に押圧する部材は、上記巻掛部材の歯に係合
する歯を備えて、巻掛部材の環の内側に配置された回転
部材よりなる。そしてこの回転部材は、上記巻掛部材に
対する係合位置と回転中心との間の距離が、回転に伴っ
て連続的に変化するように構成されている。

【００１２】本発明によるカムシャフト駆動装置におい
て、図１に示されているように、巻掛部材Ｃの張り側部
分ＣａがカムプーリＢとタイミングプーリＡとの間に直
線的に架張されている場合には、上記回転部材（例えば
偏心プーリ）Ｄは、図１に実線で示されているように、
巻掛部材Ｃの張り側部分Ｃａの長さＬａのほぼ１／４の
距離だけカムプーリＢから離れた位置に設けられる。あ
るいは、図１に仮想線で示されているように、回転部材
Ｄを、巻掛部材Ｃの張り側部分Ｃａの長さのほぼ１／４
の距離だけタイミングプーリＡから離れた位置に設けて
もよい。なお、巻掛部材Ｃの張り側部分Ｃａの長さは、
この張り側部分ＣａがタイミングプーリＡおよびカムプ
ーリＢの各半径に対して直交している点Ｐ１，Ｐ２間の
長さである。

【００１３】また、図２に示されているように、軸位置
の固定されたアイドルプーリＥがタイミングプーリＡと
カムプーリＢとの間において巻掛部材Ｃの張り側に配置
されている場合には、上記回転部材Ｄは、図２(a) のよ
うに、巻掛部材ＣのタイミングプーリＡとアイドルプー
リＥとの間の部分Ｃｂの長さＬｂのほぼ１／４の距離だ
けアイドルプーリＥから離れた位置、あるいは、図２
(b) に示されているように、カムプーリＢとアイドルプ
ーリＥとの間の部分Ｃｃの長さＬｃのほぼ１／４の距離
だけアイドルプーリＥから離れた位置の何れかに配置さ
れる。

【００１４】上記回転部材には、その回転中心のまわり
の動的釣合いをとる方策が講じられる。

【００１５】また、場合によっては、回転部材の少なく
とも外周部分が軽量部材で構成される。

【００１６】

【作用および効果】本発明によれば、巻掛部材の張り側
に、この巻掛部材を、クランクシャフトの回転に同期し
て、かつ巻掛部材の張り側の弛緩時期に一致させて、周
期的に押圧する部材が設けられているため、カムによる
バルブの開閉動作に伴って緊張状態と弛緩状態とを反復
する巻掛部材の弛緩時に、上記押圧部材によって巻掛部
材を押圧することにより巻掛部材の張力をほぼ一定とす
ることができる。したがって、巻掛部材の振動が生じに
くくなり、かつカムシャフトの角速度変動が抑制されて
エンジン出力が向上するとともに、巻掛部材の耐久性も
向上する。

【００１７】また、本発明によれば、図１に示されてい
るように、巻掛部材Ｃの張り側部分ＣａがカムプーリＢ
とタイミングプーリＡとの間に直線的に架張されている
場合は、その張り側部分Ｃａの長さＬａのほぼ１／４の
距離だけカムプーリＢまたはタイミングプーリＡから離
れた位置、すなわち巻掛部材Ｃの２次曲げモード振動の
腹に対応する位置に、巻掛部材Ｃを周期的に押圧する回
転部材Ｄが配置されているため、巻掛部材Ｃの張り側部
分Ｃａにおける２次曲げモード振動の発生が抑制され、
巻掛部材Ｃから発生するノイズを低減することができ
る。さらに、図２(a) ，(b) に示されているように、軸
位置を固定されたアイドルプーリＥが巻掛部材Ｃの張り
側に配置されている場合も、同様にして巻掛部材Ｃの部
分ＣｂまたはＣｃの２次曲げモード振動の腹に対応する
位置に、巻掛部材Ｃを周期的に押圧する回転部材Ｄが配
置されていることによって、巻掛部材Ｃの部分Ｃｂまた
はＣｃにおける２次曲げモード振動の発生を抑制するこ
とができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明によるエンジンのカムシャフト
駆動装置を、図２(a) に示された構成に適用した場合の
実施例について図面を参照して説明する。

【００１９】図３に示されているように、エンジンの一
端部に設けられたカムシャフト駆動装置１は、シリンダ
ブロック２に回転自在に軸支されたクランクシャフト３
の端部に固着されたタイミングプーリＡと、シリンタヘ
ッド４に回転自在に軸支された２本のカムシャフト５，
５（ＤＯＨＣエンジンの場合）の端部にそれぞれ固着さ
れたカムプーリＢ，Ｂと、これらカムプーリＢ，Ｂとタ
イミングプーリＡとの間に環状に巻掛けられた巻掛部材
としてのタイミングベルトＣと、タイミングプーリＡと
各カムプーリＢとの間においてタイミングベルトＣの外
側からタイミングベルトＣに当接する一対のアイドルプ
ーリＥ，Ｅとを備えている。アイドルプーリＥ，Ｅの軸
６，６はシリンダブロック２に固定されている。なお、
７および８は、シリンダブロック２およびシリンダヘッ
ド４にそれぞれ固定されたベルトカバーである。

【００２０】タイミングベルトＣは、このベルトＣが形
成する環状の内側に、タイミングプーリＡおよびカムプ
ーリＢ，Ｂがそれらの外周に備えている歯（図示は省
略）に係合する歯９を備えていることによって、カムシ
ャフト５，５がクランクシャフト３により所定のタイミ
ングで回転駆動されるように構成されている。

【００２１】図３においては、タイミングプーリＡおよ
びカムプーリＢ，Ｂが時計方向に回動されることによっ
て、図の右側がベルトＣの張り側部分Ｃｂとなってい
る。そして、ベルトＣの張り側におけるアイドルプーリ
ＥとタイミングプーリＡとの間の位置に、かつベルトＣ
が形成する環の内側に、回転部材としての偏心プーリＤ
が配置されている。この偏心プーリＤは、回転中心から
外周までの距離が、回転に伴って連続的に変化する外周
形状を有し、ベルトＣの歯９に常時係合する歯10を上記
外周に備え、シャフト11を介してシリンダブロック２に
回転自在に軸支されている。したがって、ベルトＣがタ
イミングプーリＡによって駆動されると、上記偏心プー
リＤが駆動されて、図４に示されているように、偏心プ
ーリＤの１回転ごとにベルトＣの張り側部分Ｃｂが右方
へ押圧されるようになっている。

【００２２】偏心プーリＤの歯10の歯数は、直列４気筒
エンジンの場合、タイミングプーリＡの歯数の１／２に
設定される。したがって、偏心プーリＤは、クランクア
ングル180 °ごとに１回転することになっている（カム
プーリＢ，ＢはタイミングプーリＡの２回転、すなわち
クランクアングル720 °ごとに１回転する）。

【００２３】また、直列またはＶ型６気筒エンジンの場
合、上記偏心プーリＤの歯10の歯数は、タイミングプー
リＡの歯数の１／３に設定される。

【００２４】偏心プーリＤは、ベルトＣの張り側におけ
るタイミングプーリＡとアイドルプーリＥとの間の部分
Ｃｂの長さＬｂのほぼ１／４の距離だけアイドルプーリ
Ｅから離れた位置に配置されている。この位置は、ベル
トＣの張り側部分Ｃｂにおける２次曲げモード振動の腹
に相当する位置である。したがって、ベルト部分Ｃｂの
長さＬｂのほぼ１／４の距離だけタイミングプーリＡか
ら離れた位置に偏心プーリＤを配置してもよい。

【００２５】図５は、点火順序を＃１→＃３→＃４→＃
２とする直列４気筒エンジンの排気バルブおよび吸気バ
ルブのリフトタイミングを示すタイミングチャートであ
り、各気筒における排気バルブおよび吸気バルブの開弁
期間はオーバーラップしている。なお、クランクアング
ル０°は＃１気筒の圧縮Ｔｏｐに設定してある。図５か
ら明らかなように、吸気バルブの最大リフト時点から排
気バルブが開くまでの間は、ベルトＣの張り側部分に負
荷がかからずこの張り側部分が弛緩する時期に相当し、
かつこの弛緩時期がクランクアングル180 °の周期で反
復される。上記弛緩時期における最大張力から最小張力
までの張力変動が大きい程、ベルトＣもしくはプーリ
Ａ，Ｂの歯欠け、歯飛びさらにベルト騒音を発生しやす
くなるため、偏心プーリＤは、最大張力が発生するとき
（吸気バルブが全開されたとき）に、偏心プーリＤの中
心からベルトＣまでの距離が、偏心プーリＤの半径と同
じ長さになるように、すなわち、偏心プーリＤの長辺が
上方を向くように配置される。

【００２６】この偏心プーリＤの長辺が上方に向くとき
は、クランクアングル107 °の状態であり、その後の動
作は図６に示すとおりである。

【００２７】すなわち、図６(a) は図５に対応した偏心
プーリＤの回動位置を示しており、クランクアングル72
0 °の間に偏心プーリＤは４回転している。

【００２８】図６(b) は、偏心プーリＤのベルトＣに対
する係合位置の偏位量を示している。すなわち、０位置
は偏心プーリＤの半径を示し、プラス側は上記半径に対
する偏心プーリＤの長辺側偏位量を、マイナス側は、上
記半径に対する偏心プーリＤの短辺側偏位量を示してい
る。

【００２９】図６(c) は、偏心プーリＤを設けない場合
のベルトＣの張力変動を示しており、プラス側は張力が
大きい状態を、マイナス側は張力が小さい状態をそれぞ
れ示している。ベルトＣの最大張力状態は、上記のとお
り、吸気バルブ最大リフト時であり、その後、吸気バル
ブが閉作動するため、カムシャフトの駆動トルクが減少
し、これに伴ってベルトＣの張力は一気に弛緩する。そ
の後、他の気筒の吸気バルブが開作動状態となり、上述
と同様の張力変動が生じる。

【００３０】図６(d) は、偏心プーリＤを設けたことに
よって、ベルトＣの張力変動が著しく低減された状態を
示している。すなわち、最大張力が発生するクランクア
ングル107 °で、偏心プーリＤの長辺は上を向いた状態
であり、そのときの張力は図６(c) と変らないが、その
後張力の低下に伴い、偏心プーリＤの長辺部がベルトＣ
と噛み合うため、図６(c) のような著しい張力低下は生
じず、最大張力と最小張力との間の張力変動は、図６
(c) よりもはるかに低減されている。

【００３１】図６(d) における最小張力後の僅かな張力
変動は、偏心プーリＤの長辺がベルトＣと噛み合うこと
による張力増大と、偏心プーリＤの長辺が下を向いた状
態へ回動してベルトＣと噛み合うことによる張力減少と
によって形成され、その後、他の気筒の吸気バルブが開
作動することにより、張力は増大する。

【００３２】上記偏心プーリＤには、回転時における軸
11まわりの動的な釣合いをとるために、図７(a) に示さ
れているように、その外周と軸11との距離が長い方の部
分に例えば孔12を設けるのが好ましい。あるいは、図７
(b) に示されているように、偏心プーリＤ全体または少
なくとも外周部分をプラスチックのような、金属に比較
して軽量な部材13で構成して、大きな動的不釣合が発生
しないようにしてもよい。

【００３３】さらに、偏心プーリＤの代りに、図８に示
されているような楕円形の外周形状を有するプーリＤ′
を用いてもよい。その他、ベルトＣに対する係合位置と
回転中心との間の距離が回転に伴って連続的に変化する
外周形状を有するプーリであればよい。

【００３４】なお、図８のような楕円プーリＤ′を用い
る場合、その１回転の間に２回ベルトＣを押圧して緊張
させる機能を有するため、楕円プーリＤ′の歯10′の歯
数は、タイミングプーリＡの歯数と同一に設定すればよ
い。

【００３５】また、上述の実施例においては、偏心プー
リＤを用いてベルトＣの張力変動を規制したが、これに
代えて、クランクアングルに同期してピストンのように
出し入れされるテンションをベルトＣの外側からベルト
Ｃに押し当てて、ベルトＣの張力変動を規制するように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカムシャフト駆動装置の一例構成
の説明に供する図

【図２】本発明によるカムシャフト駆動装置の他の構成
の説明に供する図

【図３】本発明の実施例の正面図

【図４】図３の装置の動作説明図

【図５】直列４気筒エンジンにおける排気バルブおよび
吸気バルブのリフト特性を示すタイミングチャート

【図６】本発明の装置の動作の説明に供するタイミング
チャート

【図７】偏心プーリＤの変形を示す正面図

【図８】楕円プーリの正面図

【図９】従来のカムシャフト駆動装置の正面図

【符号の説明】

Ａ タイミングプーリ Ｂ カムプーリ Ｃ タイミングベルト Ｄ 偏心プーリ Ｅ アイドルプーリ １ カムシャフト駆動装置 ２ シリンダブロック ３ クランクシャフト ４ シリンダヘッド ５ カムシャフト ６ アイドルプーリＥの軸 ９ タイミングベルトＣの歯 10 偏心プーリＤの歯 11 偏心プーリＤの軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのクランクシャフトに取付けら
   れたタイミングプーリとカムシャフトに取付けられたカ
   ムプーリとの間に環状に巻掛けられた巻掛部材を介して
   前記カムシャフトを駆動するカムシャフト駆動装置にお
   いて、 前記巻掛部材の張り側に、該巻掛部材を、前記クランク
   シャフトの回転に同期して、かつ該巻掛部材の張り側の
   弛緩時期に一致させて、周期的に押圧する部材が係合配
   置されてなることを特徴とするエンジンのカムシャフト
   駆動装置。
2. 【請求項２】 前記巻掛部材を周期的に押圧する部材
   は、前記巻掛部材に対する係合位置と回転中心との間の
   距離が回転に伴って連続的に変化する外周形状と、前記
   巻掛部材の歯に係合する歯とを備えて、前記巻掛部材の
   環の内側に配置された回転部材よりなることを特徴とす
   る請求項１記載のエンジンのカムシャフト駆動装置。
3. 【請求項３】 前記巻掛部材の張り側部分が、前記カム
   プーリと前記タイミングプーリとの間に直線的に架張さ
   れ、前記回転部材は、前記巻掛部材の張り側部分の長さ
   のほぼ１／４の距離だけ前記カムプーリまたは前記タイ
   ミングプーリから離れた位置に配置されてなることを特
   徴とする請求項２記載のエンジンのカムシャフト駆動装
   置。
4. 【請求項４】 軸位置を固定されたアイドルプーリが前
   記巻掛部材の張り側に配置され、前記回転部材は、前記
   巻掛部材の前記タイミングプーリと前記アイドルプーリ
   との間の部分の長さのほぼ１／４の距離だけ前記アイド
   ルプーリから離れた位置、または前記巻掛部材の前記カ
   ムプーリと前記アイドルプーリとの間の部分の長さのほ
   ぼ１／４の距離だけ前記アイドルプーリから離れた位置
   に配置されてなることを特徴とする請求項２記載のエン
   ジンのカムシャフト駆動装置。
5. 【請求項５】 前記回転部材に、その回転中心のまわり
   の動的な釣合いをとる方策が講じられてなることを特徴
   とする請求項２記載のエンジンのカムシャフト駆動装
   置。
6. 【請求項６】 前記回転部材の少なくとも外周部分が軽
   量部材で構成されてなることを特徴とする請求項２記載
   のエンジンのカムシャフト駆動装置。