JPS6248105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンにおける吸気及び排気弁開
閉用のカム軸、燃料噴射ポンプのカム軸のよう
に、軸の一回転中に複数個の機構を順次作動する
ために位相をずらせた複数個の偏芯カムを有する
回転軸を備えたエンジンにおいて、これら複数個
の偏芯カムを有する回転軸が回転するに伴つて生
ずるトルク変動を低減するための装置に関するも
のである。

一般にエンジンにおける吸気弁及び排気弁はば
ねにて常閉に保持し、これらカム軸上の偏芯カム
にて前記ばねに抗して押圧することで開くように
構成されているから、カム軸には、吸・排気弁を
開く段階ではそのばねに抗する正の負荷が、吸・
排気弁を閉じる段階ではそのばねの反発力でカム
軸を進み回転する方向に付勢する負の負荷が各々
作用し、そして吸・排気弁が共に閉じている状態
ではカム軸は無負荷の状態であり、しかも、吸気
弁の開閉の時期と排気弁の開閉の時期とは位相が
ずれており、従つて、両方の弁に対する偏芯カム
も位相がずれているから、カム軸における回転ト
ルクは、その回転による吸・排気弁の開閉に伴つ
て正と負との間を往復するように変動することに
なる。

このように複数個の偏芯カムを有する回転軸に
おける回転トルクの変動は、多気筒機関の場合に
は一層拡大することになる。

例えば、４サイクル３気筒機関についてみれ
ば、第６図に示すようになる。この図において曲
線Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は各気筒における吸気弁の開
閉作動に関するトルク変動を、曲線Ｅ１，Ｅ２，
Ｅ３は同じく各気筒における排気弁の開閉作動に
関するトルク変動を各々示し（但し、この図にお
いてアルフアベツト符号の末尾における小さい番
号の１は第１気筒、２は第２気筒、３は第３気筒
に関するものを各々示す）、これら各トルク変動
曲線を合成すれば曲線Ａのようになり、カム軸に
おける回転トルクはこの合成曲線Ａのように略一
定の周期で大きく変動することになる。

ところが、カム軸とクランク軸とを連動させる
ためのタイミングチエーン又はタイミングギア等
には、ある程度の遊びが設けられているため、カ
ム軸に対して、前記のように正と負の負荷が交互
に作用すると、それに伴つてその遊び区間内にお
いて加速されたり減速されたりし、一回転中にお
いて角速度が微妙に変化してカム軸に回転むらが
生じることになる。また、カム軸は、完全な剛性
を保持している訳ではなく、偏芯カムを回転させ
るために正と負の負荷が交互に作用するのに伴つ
て、その軸線回りに捻られたり復元したりする変
形を繰り返すため、カム軸の回転むらは一層増幅
されることになる。

このため、カム軸と連動関係にあるクランク軸
や吸・排気弁、点火装置等に回転むらが伝播し
て、吸・排気弁の開閉時期のずれ、点火時期のず
れ等を招来し、機関の出力低下・制御機能の低下
をもたらすのみならず、タイミングチエーン又は
タイミングギア等の連動機構には、負荷と無負荷
とが交互に作用するため、衝撃によつて振動・騒
音が増大すると共に、それらタイミングチエーン
の伸び、タイミングギアの磨耗が促進されるとい
つた弊害を生じることになる。

しかも、負荷が正逆に大きく変動するため吸気
弁や排気弁に衝撃が生じ、動弁機構の振動・騒音
も一層増大させると共に、それら吸気弁・排気弁
の耐久性も低下させることになる。

特に、回転数が遅い機関のアイドリング運転に
おいては、前記の回転むらは顕著に表れるため、
アイドリング回転を比較的高い値に設定したり、
フライホイールの回転慣性マスを大きくする必要
があり、アイドリング回転を上げることは燃費及
びエンジン音の増大につながり、フライホイール
を大きくすることは始動が更に重くなるばかりか
始動モータを更に大きくしなければならないの
で、機関全体が大型化して重量が嵩むのであつ
た。

また、ボツシユポンプ等の燃料噴射ポンプにお
いても、一本のカム軸上に各気筒へのプランジヤ
を駆動する偏芯カムを各気筒ごとに複数個設け、
各偏芯カムの位相を機関の点火順序に従つてずら
せているから、前記吸・排気弁カム軸の場合と同
様に回転トルクの変動に伴つて、燃料の噴射時期
のずれ等をもたらし、これが機関に対して前記し
たような不具合を生起するのである。

本発明は、この問題を至極く簡単な構成によつ
て解消することを目的とするものである。

このため本発明は、一回転中に複数個の機構を
順次作動するために位相をずらせた複数個の偏芯
カムを有する回転軸を備えたエンジンにおいて、
前記回転軸の外周面又は端面に、前記複数個の偏
芯カムの合成位相と略反転した位相を有する捨カ
ムを設け、該捨カムには、前記各偏芯カムによつ
て当該回転軸に生ずるトルク変動と略反転したト
ルク変動を付与する押圧体を接当した構成にし
た。

次に本発明の実施例を、４サイクル３気筒機関
の吸・排気弁用カム軸に適用した場合の図面につ
いて説明すると、図において符号１０は、第１気
筒１１、第２気筒１２及び第３気筒１３を有する
シリンダブロツク、１４は前記シリンダブロツク
１０に複数本のボルト１５にて締結したシリンダ
ヘツド、１６は前記シリンダヘツド１４の上面を
覆うシリンダヘツドカバーを各々示し、前記シリ
ンダヘツド１４の上面には、機関のクランク軸
（図示せず）から２分の１に減速して動力伝達さ
れるカム軸２０が、両端の軸受部１７，１８にお
いて回転自在に軸支され、該カム軸２０上には、
前記各気筒１１，１２，１３の箇所に吸気弁用偏
芯カム２１，２２，２３と、排気弁用偏芯カム３
１，３２，３３とが各々一体的に設けられてお
り、各吸気用カム２１，２２，２３には、各気筒
における吸気弁に連動する揺動アーム４１，４
２，４３が、また、各排気用カム３１，３２，３
３には、各気筒における排気弁に連動する揺動ア
ーム５１，５２，５３が各々接当し、これら吸気
弁用揺動アーム４１，４２，４３及び排気弁用揺
動アーム５１，５２，５３は、前記カム軸２０と
平行に設けた中空のロツカー軸１９，２４に対し
て各々回転自在に支持されている。

なお、第２図は、第１気筒１１に関する縦断面
図で、この第２図において符号６１は、ばね７１
付き吸気弁を、８１はばね９１付き排気弁を各々
示し、他の第２気筒１２及び第３気筒１３にも、
同様にばね付き吸気弁とばね付き排気弁が各々設
けられている。

この場合、各気筒の点火は、第１気筒１１―第
２気筒１２―第３気筒１３の順序で行なわれ、そ
の間の位相はクランク角で互に240゜ずれてい
る。従つて、カム軸２０をその一端から軸方向に
見た場合において、第４図に示すように各気筒に
おける吸気弁用カム２１，２２，２３は互に120
゜位相がずれた位置に配設され、また第１気筒１
１の排気弁用カム３１は第３気筒１３の吸気弁用
カム２３の近くに、第２気筒１２の排気弁用カム
３２は第１気筒１１の吸気弁用カム２１の近く
に、そして第３気筒１３の排気弁用カム３３は第
２気筒１２の吸気弁用カム２２の近くにそれぞれ
配設され、全体として略三角形に重なつた合成形
状を呈することになる。

そして、前記カム軸２０には、前記各吸・排気
弁開閉用のカムの全体を合成した場合と略同じよ
うな三角形状の捨カム２５，２５を設け、該両捨
カム２５の三つの頂点を、前記のように全体とし
て略三角形状に重なつた合成状態を呈する各吸・
排気弁開閉用カムの中間位相に位置せしめる一
方、両捨カム２５，２５の該当箇所におけるシリ
ンダブロツク１４上面にはその締結ボルト１５に
てブラケツト２６，２６を固着して設け、該両ブ
ラケツト２６，２６には垂直状に孔２７，２７を
設けてこれに押圧体２８，２８を摺動自在に嵌挿
し、この両押圧体２８，２８を、ばね２９，２９
にて前記捨カム２５，２５の上面に押圧接当して
成るものである。

なお、前記両押圧体２８の上端を、ブラケツト
２６における孔２７の上面開口部から突出しない
ように構成しておけば、当該孔２７の上面開口部
にはヘツドカバー１６内に動弁機構から飛散する
潤滑油が流入して押圧体２８を潤滑できる。

この構成において、クランク軸に連動するカム
軸２０の回転に伴つて、第２気筒１２の吸気弁用
カム２２及び第３気筒１３の排気弁用カム３３
が、各々の気筒における吸気弁及び排気弁を最大
に開く位相を過ぎて、カム軸２０に当該吸気弁及
び排気弁におけるばね７１，９１の反発力で負の
回転トルクが作用するようになれば、両捨カム２
５における一つの頂点２５′が押圧体２８をその
ばね２９に抗して押し上げるようになつて、カム
軸２０にはこのばね２９に抗する正の回転トルク
が作用することになり、そして、第１気筒１１の
排気弁用カム３１及び第３気筒１３の吸気弁用カ
ム２３で当該気筒における吸気弁及び排気弁を開
き始めるようになつて、カム軸２０にそのばね７
１，９１に抗する正の回転トルクが作用するよう
になれば、両捨カム２５における前記一つの頂点
２５′が押圧体２８を過ぎ、カム軸２０にはその
ばね２９の反発力によつて負の回転トルクが作用
する、と言うように上記作用を繰り返すから、カ
ム軸２０には、捨カム２５及びばね２９付き押圧
体２８によつて第７図に曲線Ｂで示すように、カ
ム軸に吸・排気弁の開閉によつて作用する合成曲
線Ａのトルク変動とはその位相が反転したトルク
変動が付与されることになる。

従つて吸・排気弁の開閉に伴つてカム軸２０に
生じるトルク変動は、捨カム２５を介して押圧体
２８によつて付与した位相が反転のトルク変動に
よつて相殺でき、カム軸２０を回転させるために
要するトルク曲線は、両トルク曲線Ａ，Ｂを合成
した曲線Ｃのようになり、トルク変動を著しく低
減できるのである。

この場合において、両押圧体２８における各ば
ね２９力を、各吸気弁６１及び排気弁８１におけ
るばね７１，９１力と等しくすれば、合成したト
ルク曲線Ｃは直線となりカム軸２０におけるトル
ク変動を略完全に消去できるが、両押圧体２５の
押圧接当は機関の出力に対して機械的損失となる
ので、これを考慮して設定すべきである。

そして、前記実施例は、捨カム２５を２個にし
た場合であつたが、この捨カム２５は一個又は３
個以上の複数個にしたり、捨カムを各頂点ごとに
分割した偏芯カムにしても良い。また、押圧体の
形態も上記の実施例に限るものではなく、例えば
第８図に示すように、板ばねを湾曲形成するなど
してそれ自体ばね力を有するようにした押圧体２
８ａに形成し、これを捨カム２５に押圧接当する
ようにしても良い。更に、捨カムは、第９図に示
すように回転軸の端面カム２５ａとし、該端面カ
ム２５ａに回転軸の軸線方向に摺動自在に設けた
転子付き押圧体２８ｂを、ばね２９ｂにて押圧接
当するようにしても良い。

また、４サイクル２気筒機関の場合には、第１
気筒の吸気弁用カム２１と排気弁用カム３１及び
第２気筒の吸気弁用カム２２と排気弁用カム３２
は、カム軸２０ａを前記第４図と同様に一端から
軸方向に見た場合において第１０図に示すよう
に、円周方向に４個の頂点を有する合成位相の配
列となるから、第１気筒の吸気弁用カム２１と排
気弁用カム３１との中間位相及び、第２気筒の吸
気弁用カム２２と排気弁用カム３２との中間位相
に捨カム２５ｂ，２５ｂを各々設け、該両捨カム
２５ｂ，２５ｂにばね２９ｄ付き押圧体２８ｄ又
は板ばね等の押圧体を押圧接当することにより、
カム軸２０ａには、吸・排気弁の開閉によるトル
ク変動とは位相が反転したトルク変動を付与で
き、カム軸２０ａにおけるトルク変動を低減でき
る。

勿論本発明は、２及び３気筒機関に限るもので
はなく、４気筒以上の機関及び多気筒デイーゼル
機関についても同様に適用できる。また、ボツシ
ユ式等の多気筒機関用燃料噴射ポンプも、周知の
ように機関のクランク軸に連動するカム軸に、各
気筒へのプランジヤごとにプランジヤ駆動用の偏
芯カムを位相をずらせて複数個設けており、該カ
ム軸の駆動回転には前記吸・排気弁用カム軸と同
様にトルク変動を伴うものであるから、このカム
軸に捨カムを設けこれに押圧体を押圧接当して、
カム軸に、プランジヤ駆動によるトルク変動とは
位相が反転したトルク変動を付与することによ
り、当該カム軸における回転トルクの変動を低減
できるのである。

更に本発明は、エンジンにおいて位相をずらせ
た複数個の偏芯カムを有する回転軸の回転に伴つ
て、その回転軸に発生するトルク変動とは位相が
反転したトルク変動を付与するにおいて、そのト
ルク変動とは位相が反転したトルク変動を、エン
ジンにおける燃料ポンプ、二次空気供給用ポンプ
等のエンジン補機の駆動力を利用して付与するこ
ともできる。つまり、前記押圧体としてエンジン
の補記を駆動するための負荷を利用することもで
きる。

第１１図はこの場合の実施例で、カム軸２０の
一端には前記第９図で示した端面カム２５ａを設
ける一方、シリンダヘツド１４の側面に取付くハ
ウジング３０に、エンジンの気化器（図示せず）
に燃料タンクの燃料を連続的に供給するダイヤフ
ラム又はプランジヤ式の燃料ポンプ３４を設け、
該燃料ポンプ３４と前記端面カム２５ａとをばね
３５付きロツド３６を介して連動するにおいて、
カム軸２０に吸・排気弁の開動によつて正の回転
トルクが作用しているときに、カム軸２０に燃料
ポンプ３４の復元力又はロツド３６のばね３６力
にて負の回転トルクが作用し、カム軸２０に吸・
排気弁の開動で負の回転トルクが作用していると
きに、カム軸２０に燃料ポンプ３４の駆動力によ
つて正の回転トルクが作用するように設定するこ
とにより、カム軸２０には燃料ポンプ３４の駆動
によつて、吸・排気弁の開閉によるトルク変動と
は位相が反転したトルク変動を付与できる。

この場合、燃料ポンプは、前記実施例のように
捨カムに摺動ロツド又は揺動リンクを介して連動
しても良いし、燃料ポンプに代え又は同時に、エ
ンジンの排気系に排気浄化用の二次空気を供給す
るためのダイヤフラム又はプランジヤ式のエアポ
ンプを連動するようにして良いし、或いは、燃料
ポンプ又はエアポンプ以外のエンジン補機を適用
できることはいうまでもない。

以上のように本発明は、一回転中に複数個の機
構を順次作動するために位相をずらせた複数個の
偏芯カムを有する回転軸を備えたエンジンにおい
て、前記回転軸の外周面又は端面に、前記複数個
の偏芯カムの合成位相と略反転した位相を有する
捨カムを設け、該捨カムには、前記各偏芯カムに
よつて当該回転軸に生ずるトルク変動と略反転し
たトルク変動を付与する押圧体を接当することに
よつて、回転軸に、当該回転軸における複数個の
偏芯カムによるトルク変動と逆転した位相のトル
ク変動を付与するようにしたもので、回転軸にお
ける回転トルクの変動を低減できて、回転むらを
防止又は著しく低減できるから、エンジンの振
動・騒音を低減できると共に、吸気弁・排気弁の
開閉時期や点火時期、燃料噴射時期等がずれるこ
とを防止できるから、機関の出力と制御機能の向
上を図ることができる効果を有する。

しかも、捨カムを設けたことによつて、複数個
の偏芯カムを有する回転軸に必要とする最大トル
クを小さくでき、エンジンの回転数が低くて出力
が弱い状態であつても円滑に回転させることがで
きるから、アイドリング回転数を低く設定できて
アイドリング時における燃費を向上できると共に
エンジン音を低くすることができ、且つフライホ
イールの回転慣性マスを小さくできて、エンジン
の小型、軽量化を図ることができる効果も有す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は機関の
要部断面図、第２図は第１図の―視拡大断面
図、第３図は第１図の―視拡大断面図、第４
図は第１図のカム軸をその右端から軸方向に見た
ときの拡大図、第５図は捨カムの拡大図、第６図
及び第７図はカム軸におけるトルク変動を示す
図、第８図は押圧体の別例図、第９図は本発明の
別の実施例図、第１０図は本発明を２気筒機関に
適用した場合の図、第１１図はカム軸に燃料ポン
プを関連したときの断面図である。 １０……シリンダブロツク、１４……シリンダ
ヘツド、２０，２０ａ……カム軸、２１，２２，
２３……吸気弁用カム、３１，３２，３３……排
気弁用カム、２５，２５ａ，２５ｂ……捨カム、
２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｄ……押圧体、２
９，２９ｂ，２９ｄ……ばね、３４……燃料ポン
プ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一回転中に複数個の機構を順次作動するため
   に位相をずらせた複数個の偏芯カムを有する回転
   軸を備えたエンジンにおいて、前記回転軸の外周
   面又は端面に、前記複数個の偏芯カムの合成位相
   と略反転した位相を有する捨カムを設け、該捨カ
   ムには、前記各偏芯カムによつて当該回転軸に生
   ずるトルク変動と略反転したトルク変動を付与す
   る押圧体を接当したことを特徴とするエンジンに
   おけるカムを有する回転軸のトルクバランス装
   置。