(57)【要約】【課題】フリクションの増大および歯打ち音を抑制することが可能な駆動装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関のクランクシャフトに設けられたはすば歯車であるドライブギヤと、クランクシャフトと同期して回転可能な従動シャフトと、従動シャフトに設けられ、ドライブギヤと噛み合い可能なはすば歯車であるドリブンギヤと、ドライブギヤが有する歯の回転方向の面と、ドリブンギヤが有する歯の回転方向とは反対側の面とが接触するように、ドリブンギヤにスラスト方向の付勢力を加えることが可能な付勢部と、クランクシャフトの回転数の変化率または前記内燃機関の負荷率が所定値以上の場合、付勢部がドリブンギヤに前記付勢力を加え、クランクシャフトの回転数の変化率または内燃機関の負荷率が所定値未満の場合、付勢部が前記付勢力を加えないように、付勢部を制御する付勢力制御部と、を具備する駆動装置。【選択図】図４
2018193938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトに設けられたはすば歯車であるドライブギヤと、
前記クランクシャフトと同期して回転可能な従動シャフトと、
前記従動シャフトに設けられ、前記ドライブギヤと噛み合い可能なはすば歯車であるドリブンギヤと、
前記ドライブギヤが有する歯の回転方向の面と、前記ドリブンギヤが有する歯の回転方向とは反対側の面とが接触するように、前記ドリブンギヤにスラスト方向の付勢力を加えることが可能な付勢部と、
前記クランクシャフトの回転数の変化率または前記内燃機関の負荷率が所定値以上の場合、前記付勢部が前記ドリブンギヤに前記付勢力を加え、前記クランクシャフトの回転数の変化率または前記内燃機関の負荷率が前記所定値未満の場合、前記付勢部が前記付勢力を加えないように、前記付勢部を制御する付勢力制御部と、を具備する駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関から伝達される駆動力により駆動する装置がある。例えば車両の振動を抑制するため、バランサ機構が利用されている。バランサ機構は、バランサシャフト、およびバランサシャフトに設けられたバランサギヤを備える。クランクギヤとバランサギヤとは、ともにはすば歯車とすることがあり、両ギヤが噛み合うことでクランクシャフトとバランサシャフトとが同期して回転する。クランクギヤとバランサギヤとの間のバックラッシュに起因して、騒音（歯打ち音）が発生することがある。圧縮ばねにより一方のギヤを軸線方向に付勢することで、ギヤ間のバックラッシュを抑制し、騒音を低減する技術がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０２２４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バランサギヤを付勢しクランクギヤと接触させると、クランクシャフトの回転に対するフリクションが増大する。そこで、フリクションの増大および歯打ち音を抑制することが可能な駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、内燃機関のクランクシャフトに設けられたはすば歯車であるドライブギヤと、前記クランクシャフトと同期して回転可能な従動シャフトと、前記従動シャフトに設けられ、前記ドライブギヤと噛み合い可能なはすば歯車であるドリブンギヤと、前記ドライブギヤが有する歯の回転方向の面と、前記ドリブンギヤが有する歯の回転方向とは反対側の面とが接触するように、前記ドリブンギヤにスラスト方向の付勢力を加えることが可能な付勢部と、前記クランクシャフトの回転数の変化率または前記内燃機関の負荷率が所定値以上の場合、前記付勢部が前記ドリブンギヤに前記付勢力を加え、前記クランクシャフトの回転数の変化率または前記内燃機関の負荷率が前記所定値未満の場合、前記付勢部が前記付勢力を加えないように、前記付勢部を制御する付勢力制御部と、を具備する駆動装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
フリクションの増大および歯打ち音を抑制することが可能な駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は駆動装置を例示する模式図である。
【図２】図２はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。
【図３】図３はエンジンのアイドリング期間を示すタイムチャートである。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は実施形態におけるギヤを例示する拡大図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）は比較例におけるギヤを例示する拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本実施形態の駆動装置１００について説明する。駆動装置１００は例えば直列４気筒エンジンなどの内燃機関に適用される。図１は駆動装置１００を例示する模式図であり、クランクシャフト２０、バランサシャフト３０、支持部４０、ニードルベアリング４４については断面を示している。図１に示すように、駆動装置１００は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０、クランクシャフト２０、およびバランサシャフト３０を備えるバランサ機構である。
【０００９】
クランクシャフト２０とバランサシャフト３０とは、互いに平行であり、図１の水平方向に延伸する。クランクシャフト２０は、不図示のエンジンの軸受に回転可能に支持されている。エンジンの燃焼室において燃料と空気の混合気が燃焼すると、ピストンがエンジンのシリンダ内部で往復運動する。シリンダの往復運動によりクランクシャフト２０は回転し、この回転が車両の駆動力となる。クランクギヤ２２は、はすば歯車であり、クランクシャフト２０とともに回転可能である。回転数センサ１２はクランクシャフト２０の回転数を測定する。エアフローメータ１３はエンジンの吸入空気量を測定する。
【００１０】
バランサシャフト３０（従動シャフト）にはバランサギヤ３２およびバランサウェイト３４が設けられている。バランサギヤ３２は、はすば歯車であり、バランサシャフト３０とともに回転可能である。バランサギヤ３２はクランクギヤ２２と噛み合い、クランクシャフト２０からクランクギヤ２２を通じてバランサギヤ３２へと駆動力が伝達される。これにより、バランサシャフト３０およびバランサギヤ３２は、クランクシャフト２０とは反対方向に回転する。すなわち、クランクギヤ２２はドライブギヤとして機能し、バランサギヤ３２はドリブンギヤとして機能する。
【００１１】
支持部４０は例えば円筒形の部材であり、滑り軸受４１の支持部である。バランサシャフト３０は滑り軸受４１を介して支持部４０に支持されている。ニードルベアリング４４はスラスト軸受であり、支持部４０とバランサギヤ３２との間に介在する。支持部４０の内部にはオイル通路１８およびピストン４２が設けられている。ピストン４２はバランサシャフト３０の軸線方向（スラスト方向）に移動可能であり、オイル通路１８から供給される油圧によりニードルベアリング４４に接触する。ニードルベアリング４４はピストン４２からの付勢力を受けて、バランサギヤ３２をスラスト方向に付勢する。
【００１２】
オイル通路１８はオイルポンプ１４から支持部４０にかけて延伸し、オイル通路１８の途中にバルブ１６が設けられている。オイルポンプ１４はオイル通路１８にオイルを供給する。バルブ１６の開度が小さくなるとオイル通路１８内の油圧は低下し、バランサギヤ３２への付勢力も低下する。開度が大きくなると油圧は上昇し、バランサギヤ３２への付勢力も増加する。
【００１３】
ＥＣＵ１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ１０は、クランクシャフト２０の回転数の変化率と歯打ち音の発生との関係を示すマップを記憶している。また、ＥＣＵ１０は、回転数センサ１２、エアフローメータ１３およびバルブ１６に電気的に接続され、回転数センサ１２から回転数を、エアフローメータ１３から吸入空気量を取得し、バルブ１６の開度を制御する。バルブ１６、オイル通路１８、ピストン４２、およびニードルベアリング４４は付勢力を発生させる付勢部として機能する。ＥＣＵ１０は付勢力を制御する付勢力制御部として機能する。
【００１４】
図２はＥＣＵ１０が実行する制御を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ１０はクランクシャフト２０の回転数を取得する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ１０は、回転数に基づいて所定時間内における回転数の変化率を算出し、変化率が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、変化率とは絶対値を意味し、例えばクランクシャフト２０の回転の加速または減速が急激なほど、変化率は大きくなる。ステップＳ１２において肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ１０はバランサギヤ３２への油圧をオンにする（ステップＳ１４）。すなわち、ＥＣＵ１０はバルブ１６を開き、オイルポンプ１４からオイル通路１８を通じてピストン４２にオイルを供給する。ピストン４２およびニードルベアリング４４は、バランサギヤ３２をスラスト方向に付勢する。
【００１５】
ステップＳ１２において否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ１０はバルブ１６を閉じて、油圧をオフにする（ステップＳ１６）。これによりバランサギヤ３２へのスラスト方向の付勢力がオフになる。ステップＳ１４またはＳ１６の後、制御は終了する。
【００１６】
図３はエンジンのアイドリング期間を示すタイムチャートである。上から順にクランクシャフト２０の回転数、バランサシャフト３０の回転数、バランサギヤ３２のスラスト方向の変位を示している。実線で示す変位は実施形態における変位であり、点線で示す変位は比較例における変位である。また最下段には、比較例における歯打ち音を図示している。比較例とは、バランサギヤ３２にスラスト方向の付勢力を印加しない例である。
【００１７】
図３に示すように、エンジンが燃焼することで、クランクシャフト２０の回転数は周期的に変化し、バランサシャフト３０の回転数もクランクシャフト２０と同様の周期で変化する。時間ｔ１はクランクシャフト２０の回転が減速している時間である。時間ｔ２はクランクシャフト２０の回転が減速から加速に転じ、クランクシャフト２０のトルクがゼロ付近になる時間である。時間ｔ３はクランクシャフト２０の回転が加速している時間である。
【００１８】
図４（ａ）から図４（ｃ）は実施形態におけるギヤを例示する拡大図であり、図５（ａ）から図５（ｃ）は比較例におけるギヤを例示する拡大図である。いずれの図も、クランクギヤ２２が有する歯２３とバランサギヤ３２が有する歯３３とが噛み合う部分を模式的に図示している。歯２３の表面のうち、回転方向の面を面２３ａ、回転方向とは反対側の面を面２３ｂとする。歯３３の表面のうち、回転方向の面を面３３ａ、回転方向とは反対側の面を面３３ｂとする。図４（ａ）から図５（ｃ）のブロック矢印Ａ１で示すように、図中の上方向がギヤの回転方向である。また水平方向はスラスト方向である。図４（ａ）から図４（ｃ）に示したブロック矢印Ａ２はバランサギヤ３２に加わる付勢力を表す。
【００１９】
図４（ａ）および図５（ａ）はクランクシャフト２０の減速時を示しており、図３の時間ｔ１に対応する。図４（ｂ）および図５（ｂ）は、クランクシャフト２０が減速から加速に転じる時点を示しており、図３の時間ｔ２に対応する。図４（ｃ）および図５（ｃ）はクランクシャフト２０の加速時を示しており、図３の時間ｔ３に対応する。
【００２０】
図３の時間ｔ１においてクランクシャフト２０およびバランサシャフト３０の回転は減速する。このとき、図４（ａ）に示すように、クランクギヤ２２の歯２３の回転方向の面２３ａと、バランサギヤ３２の歯３３の回転方向とは反対側の面３３ｂとの間には、バックラッシュ４５（隙間）が生じる。また、歯２３の回転方向とは反対側の面２３ｂと、歯３３の回転方向の面３３ａとは接触する。バランサギヤ３２は、クランクギヤ２２から回転方向とは反対方向のトルクを受ける。このため、図３および図４（ａ）に示したようにバランサギヤ３２は、クランクギヤ２２からスラスト方向（図４（ａ）の右方向）の力を受け、スラスト方向に変位する。
【００２１】
クランクシャフト２０が減速および加速するとき、回転数の変化率は大きくなり、所定値以上となることがある（図２のステップＳ１２）。このとき、ＥＣＵ１０はバルブ１６を開き、油圧をオンにする（ステップＳ１４）。これによりピストン４２がスラスト方向に移動し、図４（ａ）〜図４（ｃ）にブロック矢印Ａ２で示すスラスト方向の付勢力がバランサギヤ３２に加わる。
【００２２】
図４（ｂ）および図３に示す時間ｔ２において、付勢力によりバランサギヤ３２はスラスト方向に大きく変位する。図４（ｂ）に示すように、バランサギヤ３２が右方向に変位することで、バランサギヤ３２の歯３３の面３３ｂはクランクギヤ２２の歯２３の面２３ａに接触する。すなわちバックラッシュ４５がゼロになる。
【００２３】
図４（ｃ）に示すように、クランクシャフト２０の加速時に、バランサギヤ３２の面３３ｂはクランクギヤ２２の面２３ａに接触しており、バックラッシュ４５は生じない。したがって、クランクギヤ２２とバランサギヤ３２との衝突、およびそれによる歯打ち音が抑制される。なお、バランサギヤ３２はクランクギヤ２２から回転方向のトルクを受けてクランクギヤ２２とともに回転し、かつ図４（ｃ）の左方向に変位する。
【００２４】
次に比較例について説明する。図５（ａ）に示すように、クランクシャフト２０の減速時、クランクギヤ２２の歯２３の面２３ａと、バランサギヤ３２の歯３３の面３３ｂとの間にはバックラッシュ４５が生じる。比較例においては、バランサギヤ３２にスラスト方向の付勢力を加えない。このため、図３および図５（ｂ）に示すように、バランサギヤ３２のスラスト方向の変位は、実施形態に比べて小さい。また、図５（ｂ）に示すようにバックラッシュ４５が生じた状態のまま、クランクシャフト２０は減速から加速に転じる（図３の時間ｔ２）。図５（ｃ）に示すように、クランクシャフト２０が加速すると、クランクギヤ２２がバックラッシュ４５の距離の分、回転方向に移動する。この結果、クランクギヤ２２の面２３ａがバランサギヤ３２の面３３ｂに衝突し、図３の最下段に示すように、歯打ち音が発生する。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、クランクシャフト２０の回転数の変化率が所定値以上の場合、ＥＣＵ１０は油圧をオンにして、バランサギヤ３２にスラスト方向の付勢力を加える（図２のステップＳ１４）。これによりバランサギヤ３２とクランクギヤ２２との間のバックラッシュ４５が低減し、クランクシャフト２０が加速した際のギヤ同士の衝突が抑制される。この結果、歯打ち音を抑制することができる。
【００２６】
また、回転数の変化率が所定値未満の場合、ＥＣＵ１０は油圧をオフにし、バランサギヤ３２のスラスト方向への付勢を停止する。これは、例えば車両の通常の走行時など、クランクシャフト２０の回転数がアイドリング期間よりも大きい状態に対応する。回転数が大きいと、クランクシャフト２０の回転変動が小さくなるため、ギヤの衝突および歯打ち音が発生しにくい。また、歯打ち音が発生しにくい場合には、油圧をオフにする（図２のステップＳ１６）。これによりピストン４２はバランサギヤ３２から離れる方向に退避し、バランサギヤ３２への付勢力の印加が停止する。これにより、クランクシャフト２０の回転に対するフリクションの増大が抑制され、燃費が改善する。
【００２７】
油圧以外の仕組みにより付勢力を発生させてもよく、付勢力のオン／オフを切り替えられる機構であればよい。付勢力を発生させる機構は支持部４０以外の部材に設けてもよい。また、バランサギヤ３２への付勢力を定常的に発生させる機構（バネなど）を設け、油圧をアシストしてもよい。
【００２８】
クランクシャフト２０の回転数の変動は、エンジンにおける燃焼だけでなく、例えば車両に搭載された機器（エア・コンディショナ、オルタネータ、トルクコンバータなど）の動作などによっても変化する。機器の動作のためエンジンにトルクが要求されると、ＥＣＵ１０は不図示のスロットルバルブの開度を大きくし、また燃料噴射弁からの燃料噴射量を増大させる。これによりエンジンの回転数およびトルクが変化する。ＥＣＵ１０は、例えば回転数の変化率と歯打ち音の発生との関係を示すマップをあらかじめ記憶しておき、変化率が歯打ち音発生の範囲（変化率が所定値以上）の場合、油圧をオンにすればよい（図２のステップＳ１４）。
【００２９】
また、上記のようなエンジンのトルク要求に応じて、エンジンの負荷率および吸入空気量も変化する。負荷率は吸入空気量および燃料噴射量などに基づいて、ＥＣＵ１０が算出することができ、吸入空気量はエアフローメータ１３により測定することができる。ＥＣＵ１０は、負荷率が所定値以上の場合に油圧をオンにし、所定値未満の場合に油圧をオフにしてもよい。負荷率に代えて吸入空気量を用いてもよい。
【００３０】
クランクギヤ２２およびバランサギヤ３２の歯のピッチおよびねじれ角などは変更してもよい。ギヤのねじれ方向が逆の場合、油圧に起因する付勢力の方向も反対にすればよい。図４（ａ）〜図４（ｃ）例ではねじれ方向が左下がりで、付勢力は右方向である。ねじれ方向が右下方向ならば、付勢力は左方向とする。本実施形態は、バランサ機構以外に、クランクギヤ２２と噛み合い、クランクギヤ２２から駆動力が伝達されるドリブンギヤを有する駆動装置に適用することができる。
【００３１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０                            ＥＣＵ（付勢力制御部）
１２                            回転数センサ
１３                            エアフローメータ
１４                            オイルポンプ
１６                            バルブ
１８                            オイル通路
２０                            クランクシャフト
２２                            クランクギヤ（ドライブギヤ）
２３、３３                      歯
２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ  面
３０                            バランサシャフト（従動シャフト）
３２                            バランサギヤ（ドリブンギヤ）
３４                            バランサウェイト
４０                            支持部
４１                            滑り軸受
４２                            ピストン
４４                            ニードルベアリング
４５                            バックラッシュ
１００                          駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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