(57)【要約】【課題】簡易な構造でギヤ歯打ち音の発生を防止できる、カム駆動ギヤの回転変動低減装置を提供する。【解決手段】４つの永久磁石１５は、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａ上に、その円周方向に等間隔に設けられている。また、４つの電磁石１６は、シリンダヘッド２の前面２ａ上に、円状に等間隔に設けられている。カム駆動ギヤ１４の回転に伴って４つの永久磁石１５が回転することよって、４つの永久磁石１５のそれぞれと、４つの電磁石１６のそれぞれとの位置関係が変化するようになっている。気筒３ａ内のピストンが圧縮上死点にあるときの、永久磁石１５及び電磁石１６の位相差θは、吸気カムシャフト１０の回転速度が加速され得る際に、永久磁石１５及び電磁石１６の間で反力が働くように設定する。【選択図】図２
2007303422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒が形成されたエンジン本体と、
前記気筒に設けられた吸気バルブまたは排気バルブを、開閉駆動させるためのカムを有するカムシャフトと、
前記カムシャフトを回転させるカム駆動ギヤと、
前記エンジン本体の外面に対向する前記カム駆動ギヤの表面に取り付けられた第１磁石部材と、
前記カム駆動ギヤの前記表面に対向する前記エンジン本体の前記外面に取り付けられた第２磁石部材と
を備え、
前記吸気バルブまたは前記排気バルブが閉じる動作中に、前記第１磁石部材及び前記第２磁石部材間で反力が働くように、前記第１磁石部材及び前記第２磁石部材がそれぞれ配置される、カム駆動ギヤの回転変動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カム駆動ギヤの回転変動低減装置に係り、特に、車両の内燃機関で用いられるカム駆動ギヤの回転変動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カムシャフトをドライブ側ギヤによって駆動するタイプのエンジン動弁系では、カムシャフトの回転変動でギヤ歯打ちによる異音が発生するといった問題点があった。これは、カムシャフトにタイミングベルト等の回転を拘束するものが接続されていない場合、カムノーズの乗り越えの加速やバルブスプリングによる抵抗の減速で発生する回転変動によって、ドライブギヤとドリブンギヤとの間で歯打ちが発生するからである。このようなギヤ歯打ち音の発生を防止するためのカムシャフトの駆動制御機構が、特許文献１に記載されている。このカムシャフトの駆動制御機構は、ダブルオーバーヘッドカム（ＤＯＨＣ）エンジンにて、カムシャフト間をギヤで駆動する構造を前提としており、ドリブン側カムシャフトに回転抵抗を加える抵抗機を備え、ドリブンギヤに取り付けられたドリブン側カムシャフトと関連して回転する出力軸の回転数と、ドリブン側カムシャフトを潤滑する潤滑油の温度と、車両の速度とに応じて、抵抗機がドリブン側カムシャフトに回転抵抗を加えることにより、ギヤ歯打ちによる異音の発生を防止するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２５７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなカムシャフトの駆動制御機構は、出力軸の回転数、潤滑油の温度、及び車両の速度を検出するための各種センサが必要であり、さらに、ドリブン側カムシャフトに回転抵抗を加えるためには構造の複雑な抵抗機が必要であるため、部品点数が多くなると共に構成が複雑になるといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、簡易な構造でギヤ歯打ち音の発生を防止できる、カム駆動ギヤの回転変動低減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】
【０００６】
この発明に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置は、気筒が形成されたエンジン本体と、気筒に設けられた吸気バルブまたは排気バルブを、開閉駆動させるためのカムを有するカムシャフトと、カムシャフトを回転させるカム駆動ギヤと、エンジン本体の外面に対向するカム駆動ギヤの表面に取り付けられた第１磁石部材と、カム駆動ギヤの表面に対向するエンジン本体の外面に取り付けられた第２磁石部材とを備え、吸気バルブまたは排気バルブが閉じる動作中に、第１磁石部材及び第２磁石部材間で反力が働くように、第１磁石部材及び第２磁石部材がそれぞれ配置される。吸気バルブまたは排気バルブが閉じる動作中に第１磁石部材及び第２磁石部材の間で反力が働くことにより、カム駆動ギヤが回転方向と逆向きの抵抗を受けるため、カムシャフトの回転速度の加速が抑制される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、吸気バルブまたは排気バルブが閉じる動作中に、第１磁石部材及び第２磁石部材間で反力が働くように、エンジン本体の外面に対向するカム駆動ギヤの表面に第１磁石部材を配置すると共に、カム駆動ギヤの表面に対向するエンジン本体の外面に第２磁石部材を配置することにより、カムシャフトの回転速度が加速され得る際にカム駆動ギヤに回転方向とは逆向きの力が作動するようになるので、カムシャフトの回転変動が抑制されて、ギヤ歯打ち音の発生を防止することができる。また、このカム駆動ギヤの回転変動低減装置は、カム駆動ギヤに第１磁石部材を設けると共にエンジン本体の外面に第２磁石部材を設けるだけの構成であるため、簡易な構成でギヤ歯打ち音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置を備えたエンジンの平面図を示す。エンジン１は、シリンダヘッド２と、シリンダヘッド２の下部に設けられたシリンダブロック８とを備え、シリンダブロック８には、４つの気筒３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが直線状に形成されている。シリンダヘッド２には、各気筒３ａ〜３ｄへの吸気を制御する２つの吸気バルブ４及び５が設けられると共に各気筒３ａ〜３ｄからの排気を制御する２つの排気バルブ６及び７がそれぞれ、気筒３ａ〜３ｄごとに設けられている。ここで、シリンダヘッド２及びシリンダブロック８は、エンジン本体を構成する。
【０００９】
エンジン１には、吸気バルブ４及び５を開閉駆動させるための吸気カムシャフト１０が設けられている。吸気カムシャフト１０には、４つの吸気バルブ４に対応する４つのカム１７と、４つの吸気バルブ５に対応する４つのカム１８とが設けられている。また、吸気カムシャフト１０の一方の端部付近であって、シリンダヘッド２の外部には、クランクシャフト２１（図３参照）の回転が伝達されると共にその回転によって吸気カムシャフト１０をその軸方向を中心に回転させるカム駆動ギヤ１４が設けられている。尚、図１では概略的に記載されているが、排気バルブ６及び７を開閉駆動させるための排気カムシャフト１１が設けられている。
【００１０】
シリンダヘッド２の前面２ａに対向するカム駆動ギヤ１４の表面１４ａには、第１磁石部材である永久磁石１５が４つ設けられ（図１には２つのみ図示）、シリンダヘッド２の前面２ａには、第２磁石部材である電磁石１６が４つ設けられている（図１には２つのみ図示）。すなわち、永久磁石１５及び電磁石１６は互いに対向すると共に互いの磁力の影響を受け得る間隔を空けて設けられている。また、永久磁石１５及び電磁石１６が互いに対向する面の極性は同極となっている。したがって、永久磁石１５及び電磁石１６の間の電磁的相互作用は反力となる。
【００１１】
電磁石１６は、電線３１によって、バッテリー等の電源に電気的に接続されている。電線３１には、電磁石１６への通電をオンまたはオフにするスイッチ部材３０が設けられている。スイッチ部材３０は、一端が閉じた円筒形状のシリンダ部３２と、シリンダ部３２の内部に設けられると共に一端がシリンダ部３２の閉じた端部に接続するばね３４と、シリンダ部３２の内周面に沿って摺動するピストン部３３と、一端がピストン部３３に接続されると共に他端がばね３４に接続された導電性材料からなる導電部材３３ａとを備えている。シリンダ部３２の内部はピストン部３３によって２つの区画に隔離されており、ばね３４が設けられていない側の区画には、エンジン１の回転数に応じた油圧がかかるようになっている。この油圧とばね３４の弾性力との大小関係により、ピストン部３３は、シリンダ部３２の内周面に沿って移動可能になっている。シリンダ部３２には、導電性材料からなる２つの導電部材３５及び３６が、シリンダ部３２の外周面から内周面に向かって貫通するように設けられ、導電部材３５及び３６は、シリンダ部３２の内周面に対して突出している。ピストン部３３の位置に応じて、ピストン部３３の導電部材３３ａは、導電部材３５及び３６の両方に接触したり、導電部材３５及び３６の両方から離れたりするようになっている。これにより、バッテリーから電磁石１６への通電が、オンまたはオフとなる。
【００１２】
図２には、気筒３ａ内の図示しないピストンが圧縮上死点にあるときの、永久磁石１５及び電磁石１６の配置が図示されている。永久磁石１５及び電磁石１６はそれぞれ、矩形板状の同じ形状を有すると共に同じ大きさを有している。４つの永久磁石１５は、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａ上に、その円周方向に等間隔に設けられている。また、４つの電磁石１６は、シリンダヘッド２の前面２ａ上に、円状に等間隔に設けられている。カム駆動ギヤ１４の回転に伴って４つの永久磁石１５が回転することよって、４つの永久磁石１５のそれぞれと、４つの電磁石１６のそれぞれとの位置関係が変化するようになっている。尚、気筒３ａ内のピストンが圧縮上死点にあるときの、永久磁石１５及び電磁石１６の位相差θの設定については後述する。
【００１３】
図３には、エンジン１において、動力を伝達するためのギヤトレインが示されている。クランクシャフト２１には、クランクシャフト２１と共に回転するクランクギヤ２２が設けられ、クランクギヤ２２に噛み合うように、アイドルギヤ２３及び２５が設けられている。アイドルギヤ２３には、カム駆動ギヤ１４と、図示しないインジェクションポンプを駆動するためのインジェクションポンプ駆動ギヤ２４とが噛み合うように設けられている。また、アイドルギヤ２５には、図示しないオイルポンプを駆動するためのオイルポンプ駆動ギヤ２７が噛み合うように設けられている。尚、図３では省略されているが、排気カムシャフト１１をその軸方向を中心に回転させるカム駆動ギヤがアイドルギヤ２３に噛み合うように設けられている。
【００１４】
次に、この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置を備えたエンジンの動作を、図１〜３に基づいて説明する。
エンジン１が始動すると、クランクシャフト２１の回転がアイドルギヤ２３を介してカム駆動ギヤ１４に伝達されて、カム駆動ギヤ１４が回転する。すると、吸気カムシャフト１０がその軸方向を中心に回転する。これにより、各気筒３ａ〜３ｄに対応する吸気バルブ４及び５が、カム１７及び１８によって開閉駆動されて、各気筒３ａ〜３ｄ内に空気が吸入される。各気筒３ａ〜３ｄの空気は図示しないピストンによって圧縮され、さらに図示しないインジェクションポンプから燃料が添加されて燃焼が発生する。この燃焼によりピストンが各気筒３ａ〜３ｄ内で押し下げられることにより、クランクシャフト２１が回転する。尚、各気筒３ａ〜３ｄにおける燃焼は同時には起こらず、気筒３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｂの順に順次燃焼を繰り返していく。燃焼によって各気筒３ａ〜３ｄには排気ガスが生成するが、排気カムシャフト１１に設けられたカムによって、各気筒３ａ〜３ｄに対応する排気バルブ６及び７が駆動されて、各気筒３ａ〜３ｄから排気ガスが排出される。
【００１５】
ここで、図４に基づいて、カム１７の回転と吸気バルブ４の開閉動作との関係について説明する。図４（ａ）に示されるように、カム１７側では、吸気バルブ４のタペット４ａが、圧縮されたバルブスプリング４ｂの弾性力により、カム１７に押し付けられている。吸気カムシャフト１０の回転によりカム１７が矢印Ｂの方向に回転する。すると、カム１７のカムノーズ１７ａが吸気バルブ４のタペット４ａを下方に押し下げることにより、吸気バルブ４が矢印Ａ１の方向に駆動される。この状態では、バルブスプリング４ｂの弾性力は、吸気カムシャフト１０の回転に対し、抵抗となる方向に働く。さらにカム１７が矢印Ｂの方向に回転し、図４（ｂ）に示されるように、カムノーズ１７ａが吸気バルブ４のタペット４ａを乗り越えると、吸気バルブ４は、カムノーズ１７ａによって押し下げられなくなる。すると、バルブスプリング４ｂの弾性力により、吸気バルブ４は、位置を戻すように、矢印Ａ２の方向に駆動される。この状態では、バルブスプリング４ｂの弾性力は、吸気カムシャフト１０の回転方向に対し、回転を加速する方向に作用する。
【００１６】
このようなカム１７に作用するバルブスプリングの弾性力は、カム１７に限定するものではなく、カム１８についても同様である。したがって、カム１７，１８にバルブスプリングの弾性力が作用することにより、吸気カムシャフト１０に回転変動が発生することになる。このような現象は、吸気カムシャフト１０の回転速度が遅い場合、すなわち、エンジン１がアイドル運転を行っているときのように、エンジン１の回転数が小さい場合に特に顕著となる。吸気カムシャフト１０に回転変動が発生すると、カム駆動ギヤ１４とアイドルギヤ２３との間で歯打ちが発生するようになる。尚、排気カムシャフト１１についても、同様の原理で回転変動が発生するため、排気カムシャフト１１を駆動するための図示しないカム駆動ギヤとアイドルギヤ２３との間でも歯打ちが発生するようになる。
【００１７】
しかしながら、エンジン１では、以下の動作によって、ギヤ歯打ちの発生が回避される。
アイドル運転時のようにエンジン１の回転数が小さい場合には、スイッチ部材３０のピストン部３３にかかる油圧が低いため、導電部材３３ａは、ばね３４に押されて導電部材３５及び３６に接する状態になる。これにより、バッテリーからの電流が、導電部材３５，３３ａ，３６に順次流れ、さらに電線３１を通って、各電磁石１６に電流が送られる状態になる。すなわち、スイッチ部材３０はオンとなり、永久磁石１５及び電磁石１６の間に電磁的相互作用が生じるようになる。ここで、カム１７または１８にバルブスプリングの弾性力が作用して吸気カムシャフト１０の回転速度が加速され得る際に、永久磁石１５及び電磁石１６の間で反力が働くように、永久磁石１５及び電磁石１６を配置すると、カム駆動ギヤ１４がその回転方向とは逆向きの抵抗を受ける。すると、吸気カムシャフト１０の回転速度が低下するようになり、カム１７または１８にバルブスプリングの弾性力が作用することに起因する吸気カムシャフト１０の回転速度の加速が相殺されて、吸気カムシャフト１０の回転変動が抑制される。これにより、ギヤ歯打ちの発生が回避される。
【００１８】
図５に、クランク角に対する、各気筒３ａ〜３ｄに対応する吸気バルブ４，５及び排気バルブ６，７のバルブリフトのプロフィールと、永久磁石１５及び電磁石１６の間で生じる電磁的相互作用による、カム駆動ギヤ１４へ作動する力のプロフィールとを示す。クランク角が１２０°〜１６０°の範囲では、気筒３ｂの排気バルブ６及び７のバルブリフトと気筒３ｄの吸気バルブ４及び５のバルブリフトとが共に低下する状態にある。すなわち、排気バルブ６及び７と吸気バルブ４及び５とが共に閉じる状態にある。以下、同様に、クランク角が３００°〜３４０°の範囲では、気筒３ａの排気バルブ６及び７と気筒３ｂの吸気バルブ４及び５とが共に閉じる状態にあり、クランク角が４８０°〜５２０°の範囲では、気筒３ｂの排気バルブ６及び７と気筒３ａの吸気バルブ４及び５とが共に閉じる状態にあり、クランク角が６６０°〜７００°の範囲では、気筒３ｄの排気バルブ６及び７と気筒３ｃの吸気バルブ４及び５とが共に閉じる状態にある。したがって、これらのクランク角の範囲（図５における斜線部分）において、カム１７，１８のいずれかにバルブスプリングの弾性力が作用して、吸気カムシャフト１０の回転速度が加速され得る状態になる。
【００１９】
この実施の形態では、これらのクランク角の範囲（図５における斜線部分）において永久磁石１５及び電磁石１６の間で反力が発生するようにすることによって、カム駆動ギヤ１４に、回転方向とは逆向きの力が作動する。特に、これらの範囲の始まりのクランク角、すなわち１２０°、３００°、４８０°、及び６６０°のクランク角において、回転方向とは逆方向にカム駆動ギヤ１４へ作動する力が最大になると共に、これらの範囲の終わりのクランク角、すなわち１６０°、３４０°、５２０°、及び７００°において、カム駆動ギヤ１４へ力が作動しなくなるようにしている。このような動作を実現するために、吸気バルブ４及び５が閉じる動作中に、永久磁石１５及び電磁石１６の間で反力が働くように、図２に示された永久磁石１５及び電磁石１６の位相差θを設定する。これにより、吸気カムシャフト１０の回転速度が加速され得る際に、カム駆動ギヤ１４に回転方向とは逆向きの力が作動するので、吸気カムシャフト１０の回転速度の加速が回避される。その結果、吸気カムシャフト１０の回転変動が抑制されて、ギヤ歯打ちによる異音の発生が抑えられる。
【００２０】
エンジン１の回転数が上昇すると、ピストン部３３にかかる油圧が上昇して、ピストン部３３がシリンダ部３２の閉じた端部に向かって押し込まれる。これにより、導電部材３３ａが導電部材３５及び３６から離れ、バッテリーから電磁石１６への通電がオフとなり、永久磁石１５及び電磁石１６の間で電磁的相互作用が生じなくなる。エンジン１の回転数が高い状態では、吸気カムシャフト１０の回転変動によるギヤ歯打ちの発生のおそれがなくなるので、永久磁石１５及び電磁石１６の間の電磁的相互作用がなくなっても、ギヤ歯打ちによる異音は発生しない。
【００２１】
このように、シリンダヘッド２の前面２ａに対向するカム駆動ギヤ１４の表面１４ａに永久磁石１５を配置すると共に、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａに対向するシリンダヘッド２の前面２ａに電磁石１６を配置して、吸気バルブ４及び５が閉じる動作中に永久磁石１５及び電磁石１６の間で反力が働くようにすることにより、吸気カムシャフト１０の回転速度が加速され得る際にカム駆動ギヤ１４に回転方向とは逆向きの力が作動するので、吸気カムシャフト１０の回転変動が抑制されて、ギヤ歯打ち音の発生を防止することができる。また、この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置は、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａに永久磁石１５を設けると共にシリンダヘッド２の前面２ａに電磁石１６を設けるだけの構成であるため、簡易な構成でギヤ歯打ち音の発生を防止することができる。
【００２２】
この実施の形態では、吸気カムシャフト１０を駆動するカム駆動ギヤ１４の表面１４ａに永久磁石１５を設けたが、これに限定するものではない。排気バルブ６，７を駆動する排気カムシャフト１１も回転変動が発生するので、これを防止するために、排気カムシャフト１１を駆動するためのカム駆動ギヤの表面に永久磁石を設けることもできる。これにより、排気カムシャフト１１を駆動するためのカム駆動ギヤとアイドルギヤ２３との間における歯打ち音の発生を防止することができる。
【００２３】
この実施の形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンを例にして説明したが、この形態のエンジンに限定するものではない。Ｖ型８気筒エンジン等のあらゆる形態のエンジンでもよい。さらに、ディーゼルエンジンに限定するものではなく、ガソリンエンジンでもよい。
また、この実施の形態では、永久磁石１５及び電磁石１６をそれぞれ４つずつ設けたが、４つに限定するものではない。永久磁石１５及び電磁石１６の個数は１つのカムシャフトで駆動する気筒の数によって決まり、この実施の形態では、直列４気筒エンジンであることから４つずつの永久磁石１５及び電磁石１６を設けた。従って、例えば、直列２気筒エンジンであれば、２つずつの永久磁石及び電磁石でよく、Ｖ型８気筒エンジンでは、４つずつの永久磁石及び電磁石を設けることになる。
また、この実施の形態では、カム駆動ギヤをアイドルギヤにて駆動するものとしているが、本発明は、特にこれに限定するものではない。例えば、特許文献１に記載されたような、カムシャフト間をギヤによって駆動するタイプの動弁系であっても、ドリブン側ギヤ及びカムシャフトに本発明を適用し、ドリブン側ギヤにおける歯打ち音を抑制することができる。本発明は、少なくとも、カムシャフトの一方が、動弁系の動力伝達経路の末端に位置し、カム駆動ギヤがドリブン側ギヤとして、ドライブ側ギヤにより駆動されるものであれば、特に動力伝達経路の差異によらず、適用することができる。
さらに、この実施の形態では、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａに永久磁石１５を設けると共にシリンダヘッド２の前面２ａに電磁石１６を設けたが、この形態に限定するものではない。カム駆動ギヤ１４の表面１４ａに電磁石１６を設けると共にシリンダヘッド２の前面２ａに永久磁石１５を設けてもよい。さらに、両方に電磁石１６を設けてもよい。すなわち、カム駆動ギヤ１４の表面１４ａとシリンダヘッド２の前面２ａとの間で、電磁的相互作用を発生することができるのであれば、どのような形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置を備えたエンジンの平面図である。
【図２】この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置における第１磁石部材と第２磁石部材との位置関係を説明するための図である。
【図３】この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置を備えたエンジンにおけるギヤトレインの平面図である。
【図４】吸気カムシャフトに回転変動が生じる原理を説明するための図である。
【図５】この実施の形態に係るカム駆動ギヤの回転変動低減装置を備えたエンジンにおいて、クランク角に対する、各気筒に対応する排気バルブ及び吸気バルブのバルブリフトのプロフィールと、第１磁石部材及び第２磁石部材間における電磁的相互作用によるカム駆動ギヤへ作動する力のプロフィールとを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン、２  シリンダヘッド（エンジン本体）、２ａ  （シリンダヘッドの）前面（エンジン本体の外面）、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  気筒、４，５  吸気バルブ、６，７  排気バルブ、８  シリンダブロック（エンジン本体）、１０  吸気カムシャフト（カムシャフト）、１１  排気カムシャフト（カムシャフト）、１４  カム駆動ギヤ、１４ａ  （カム駆動ギヤの）表面、１５  永久磁石（第１磁石部材）、１６  電磁石（第２磁石部材）、１７，１８  カム。
【図１】
2007303422.tif 000003
【図２】
2007303422.tif 000004
【図３】
2007303422.tif 000005
【図４】
2007303422.tif 000006
【図５】
2007303422.tif 000007