JPH02291406A - Ｏｈｃ式エンジンのカム軸駆動構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、一対のカム軸をコグドベルトを用いて駆動す
るＯＨＣ式エンジン用カム軸駆動構造に関し、特にコグ
ドベル１・の縦振動、即ちコグドベルトの長平方向に沿
う引張り圧縮振動を抑制し得るように改良された上記形
式のカム軸駆動構造に関する。

〈従来の技術〉 従来、ＯＨＣ式エンジンのカム軸を駆動するためにはチ
ェーンが用いられていたが、近年、軽量のコグドベルト
を用いるようになってきた。コグドベルトは軽量の割に
伸縮が極めて小さく、一般にはその縦振動が問題になる
ことはない。しがしながら、エンジンのカム軸の回転ト
ルクは、カム駆動により弁開閉荷重が間欠的に変動する
ことがら周期的に変動しており、カム軸には、これに起
因する捩り振動が発生する。この捩り振動は、カム軸プ
ーリからコグドベルトに伝達され、コグドベルトへの起
振力として作用する。と同時に、コグドベルトのプーリ
との噛合部に過大な荷重が作用すると、歯の歯元部分が
変形し、コグドベルトに部分的な縦方向（ベルトの長平
方向）変位を生ずることがある。また伸縮が小さいとは
言っても、コグドベルトが弾性体であるからには、ベル
トに作用する負荷の変動による微小な伸縮変形は避けら
れず、このような縦方向変位が周期化すると、コグドベ
ルトには縦振動が発生する。このコグドベルトの縦振動
がＯＨＣ式エンジンにおける一対のカム軸プーリの負荷
変動周期と共振した際には、プーリの回転方向と逆向き
の振幅によってコグドベルトのプーリとの噛合部の歯山
変形荷重が増大する。特に、Ｖ型エンジンのようにカム
軸プーリ間のコグドベルトのスパン長が大きくなりがち
なエンジンや、カム軸の捩り振動起振力が大きくなりが
ちな多気筒エンジンに於ける最高回転速度を高めようと
する場合には、フグドベルトの縦振動が過大となり、プ
ーリに歯合するコグドベルトの歯元強度が問題となり得
る。

く発明が解決しようとする課題〉 このようなカム軸駆動構造の運動は、特に動弁機構の運
動と連成するものであるため、極めて複雑なもので、そ
の挙動を予測することが極めて困難である。一般的には
、プーリの慣性二次モーメントを可及的に小さくするこ
とをもって系全体の固有振動数を高めることにより、エ
ンジンの最高回転速度以下の領域に於で問題が生じない
ようにすれば良いと考えられるが、発明者の行なった実
験によれば、複数のカム軸を共通のコグドベルトで駆動
する形式のＯＨＣ式エンジンのカム軸駆動措造に於では
、このような一般的な予測が的中せず、コグドベル１・
のクランク軸プーリ回りに於ける張り側に位置するカム
軸プーリの慣性二次モーメントを極小化すると、常用速
度域以下でのベルト荷重が増大する傾向が見られ、むし
ろ張り側のカム軸プーリの慣性二次モーメントを幾分か
大きくした方が良い結果を生むことを見出した。

このような従来技術の欠点及び発明者の知見に基づき、
本発明の主な目的は、コグドベルトの縦振動を効果的に
抑制し得るようなＯＨＣ式エンジンのカム軸駆動描造を
提供することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明に上れば、複数のカム軸プー
リと、クランク軸プーリとにコグドベルトを懸回してな
るＯＨＣ式エンジンのカム軸駆動構造に於て、前記コグ
ドベルトのクランク軸プーリ回りに於ける緩み側に位置
するカム軸プーリの慣性二次モーメントと、張り側に位
置するカム軸プーリの慣性二次モーメントとを、互いに
異なる如く設定すると共に、両慣性二次モーメントの比
を、所定の範囲内に設定することを特徴とするＯＨＣ式
エンジンのカム軸駆動構造を提供することにより達成さ
れる。

く作用〉 コグドベルトのクランク軸プーリ回りに於ける緩み側に
位置するカム軸プーリの慣性二次モーメントを十分小さ
く定め、張り側に位置するカム輔プーリの慣性二次モー
メントを緩み側と同じ値から徐々に増大させると、コグ
ドベルトに加わる荷重が減少し、張り側のカム軸プーリ
の慣性二次モーメントが或る値を越えて初めてコグドベ
ルトに加わる荷重が増大し始めることが実験により見出
された。即ち、コグドベルトに作用する荷重の最大値で
あるクランク軸プーリ回りに於けるコグドベルトの張力
荷重は、張り側荷重と緩み側荷重との差で決まるが、緩
み側のカム軸プーリと張り側のカム軸プーリとの慣性二
次モーメントを共に限界軽量化し、かつ一方のカム軸プ
ーリの慣性二次モーメントを、このようなコグドベルト
の荷重が最小となる値に設定することにより、コグドベ
ルトの縦振動の発生が抑制されると共にその歯元部分の
変形が緩和される。従って、コグドベルトの耐久性を大
幅に改善することができる。

く実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図は、本発明が適用されたＶ型多気筒エンジンを一
部切除して示す正面図である。このエンジン１は、■字
形に配設された２つのバンク２ａ、２ｂからなるシリン
ダ列を有するもので、これら両バンクの交点に対応する
位置にクランク軸３を備えている。第１図に示された側
のエンジンの軸線方向端部は３分割にされたカバー４ａ
〜４ｃにより覆われており、これらカバーのうちの１つ
４Ｃから突出するクランク軸３の端部にクランク軸プー
リ５が固設されている。このプーリ５は、少なくとも２
本のプーリ溝を何し、これらプーリ溝に懸回されたＶベ
ルト８により、両バンク２ａ●２ｂ間のシリンダブロッ
ク上面に配設されたパワーステアリング用油圧ポンプ６
及びＡＣジエネレータ７のプーリ６ａ・７ａを回転駆動
している。

カバー４ａ・４ｂの内側のカム軸９・１９の端部及びク
ランク軸３の外周にはそれぞれコグドベルト用のプーリ
１０・２０・１１が固設されている。これら３つのプー
リ間には、コグドベルト１４が懸回されており、両カム
軸９・１９のプーリ１０・２０間のコグドベルト１４が
、その裏面にて、冷却水ポンプのプーリ１２に懸回され
ており、一方のバンク２ａのカム軸９のプーリ１０とク
ランク軸側のプーリ１１との間のコグドベルト１４が、
その裏面にて、ベルトテンショナのアイドラプーリ１３
に懸回されている。

第２図は、第１図の実施例に於けるカム軸駆動構造の振
動モデルである。ここで、クランク軸プーリ１１の回転
方向を矢印Ａにより示したように時；１回り方向とし、
クランク軸プーリ回りに於けるペルー・張り側に位置す
るカム軸プーリ２０の慣性二次モーメントを■　、半径
をｒ１、角変位をθ１とし、同じく緩み側に位置するカ
ム軸プーリ１０の慣性二次モーメントを１　１半径をｒ
２、角変位をθ２とし、クランク軸のプーリ１１と張り
側のカム軸プーリ２０との間の部分のコグドベルトのば
ね定数をｋｌ、張り側のカム軸プーリ２０と緩み側のカ
ム軸プーリ１０との間の部分のコグドベルトのばね定数
をｋ２、クランク軸のプーリ１１と緩み側のカム軸プー
リ１０との間の部分のコグドベルトのばね定数を１ｃ３
とした場合、両カム軸プーリ１０・２０の運動は以下の
式により表される。

■　θ　””　　Ｊ　ｒ１　θｌ ＋ｌｃ２　ｒｌ（　　Ｊθｌ＋ｒ２θ２）＋ＡＬ　ｓｉ
ｎ　（ＩＪ　ｔ Ｉ２　１Ｊ２＝　　ｋａ　ｒ２　θ１ ＋ｋ２ｒ２（ｒ２θ２　＋　ｒ　ｔθｌ）＋Ａ２ｓ１ｎ
　　（（ＩＪ　ｔ　＋２／３　φπ）・・・（１） このとき、冷却水ポンプのプーリ１２及びアイドラプー
リ１３はコグドベルトの背面に当接するものであり、コ
グドベルトの縦振動を解析する場合には無視することが
できる。またＡ１ｓｉｎωｔ１Ａ２ＳＩｎ　（ωｔ＋２
／３φπ）は、両カム軸プーリ１０・２０に対する動弁
機構による加振力を表す。

次に、」二記第（１）式を数値計算により解き、以下の
式に代入し、 ｆ　ｌ＝ｋｔ　ｒｔ°１ ｆ２＝ｌｃ２　　（−ｒ１θ１＋ｒ２θ２）ｆ＝−ｋ３
ｒ３θ２・（２） コグドベルト１４の各スパンに於ける張力ｆ，ｆ２、ｆ
３を求めると、最終的に、クランク軸プーリ１１に於け
るコグドベルトの荷重ＦＴは以下の式により表される。

Ｆ，＝ｆ１−ｆ３　　　　　　　　　・・・（３）発明
者の行なった数値解析によれば、張り側のカム軸プーリ
２０の慣性二次モーメントＩ１を固定し、緩み側のカム
軸プーリ１０の慣性二次モーメント■２を可能である最
小値から徐々に増大させると、第３図に示すようにエン
ジン回転速度Ｎｅの低速域及び高速域のいずれに於いて
もベルト荷重の最大値ＦＴｍａｘが増大することが見出
された。

実際、緩み側のカム軸プーリ１０の慣性二次モーメント
■２に対してコグドベルト１４の荷重の最大値ＦＴｌｌ
ｌａｘ！プロットすると、第４図に示されるように、慣
性二次モーメントを可及的に小さくすると良い結果が得
られることが見出された。これにより、両カム軸プーリ
１０・２０の慣性二次モーメント■１・■２を可及的に
低減してその固有振動数を高めることにより、常用エン
ジン回転速度域から外れた高速域側へと両カム軸プーリ
１０・２０の共振点が移行し、ベルト荷重の最大値ＦＴ
ｌｌｌａｘの低減に効果があることが分かる。

一方、緩み側のカム軸プーリ１０の慣性二次モ？メント
■２を前記した最小限の値とし、張り側のカム軸プーリ
２０の慣性二次モーメントＩ１を前記緩み側のものと同
じ値から徐々に増大させると、第５図に示すように、張
り側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメントＴ１と緩
み側のそれ■２とが同じ値であると、ベルト荷重の最大
値ＦＴＩＩ１，Ｘがむしろ全体的に増大傾向となり、張
り側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメント■ｌを大
きくするに従って高速域に於けるベルト荷重の最大値Ｆ
ｒ■８が増大するが、低速域に於けるベルト荷重の最大
値ＦＴｍａｘが減少することが見出された。

そして張り側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメント
Ｉ１に対するコグドベルト１４のベルト荷重の最大値Ｆ
Ｔｍａｘをプロットしたところ、第６図に示されるよう
な結果が得られ、両カム軸プーリ１０・２０の慣性二次
モーメントＩ　・■　の比が所定の範囲内に於て、張り
側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメントＩ１を緩み
側のカム軸プーリ１０の慣性二次モーメントＩ２よりも
やや太き《することにより、コグドベルト１４の荷重の
最大値Ｆ。Ｉ，ｌａｘを最小化し得ることが見出された
。

これらのことから、両カム軸プーリ１０・２０の慣性二
次モーメントＩ　　−Ｉ　　が等しいと、両力ｌ２ ム軸プーリ１０・２０の回転変動が共振するためにコグ
ドベルトｌ４の荷重の最大”Ｔｍａｘが増大し、両カム
軸プーリ１０・２０の慣性二次モーメントＩ　φ■　を
互いに異ならせることにより、［　　２ 両カム軸プーリ１０・２０の共振点も互いにずれるので
、結果的にクランク軸プーリ１１回りにおけるベルト荷
重の最大値ＦＴｍａｘを低減し得るものと考えられる。

加えて、張り側のカム軸プーリ２０が緩み側のカム軸プ
ーリ１０と同等か、またはより軽量であると、緩み側の
カム軸プーリ１０の起振力がコグドベルト１４を介して
張り側のカム軸プーリ２０に伝達され、これが直接的に
クランク軸プーリ１１に伝えられるものと推量される。

従って、張り側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメン
トＩ１を緩み側のカム軸プーリ１０のそれＩ２に比して
幾分か大きく設定することにより、緩み側のカム軸プー
リ１０の起振力を緩衝するのに有効であるため、ベルト
荷申の最大値ＦＴｍａｘの低減により一層効果的である
ものと思われる。また、張り側のカム軸プーリ２０の慣
性二次モーメントＩ１の値がある領域を超えると、再び
ベルト荷重の最大値ＦＴＩＩｌａＸｏ増大傾向が現れる
が、これは張り側のカム軸プーリ２０の慣性二次モーメ
ントｆ１が過大になると、これの共振周波数が低回転速
度域側へと移行し、これの支配的な影響が大きくなるか
らであるものと推量される。

なお、一般的にコグドベルトには、その初期張力を設定
するためのアイドラプーリ１３や冷却水ポンプのプーリ
１２などが当接しているが、これらはコグドベルト１４
の背面に当接しており、歯の変形荷重への影響は極めて
小さいものと考えられるので、縦振動に関する限りはそ
の存在は無視し得る。

以上本発明をＶ型エンジンについて詳細に説明したが、
本発明は、ベルトへの起振力を伝達するプーリが複数設
けられている直列４〜６気筒などのＤＯＨＣエンジンに
も等しく適用し得る。

［発明の構成］ このように本発明によれば、コグドベルトの縦振動を効
果的に抑制することができ、コグドベルトの負担を軽減
してコグドベルトの耐久性を向上させることができるた
め、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づくカム軸駆動構造を有するＯＨ
Ｃ式Ｖ型エンジンを一部破断して示す正面図である。 第２図は、第１図のカム軸駆動構造の振動モデルである
。 第３図は、エンジンの回転速度に対するコグドベルトの
最大荷重ＦＴｍａｘの、緩み側のカム軸プーリの慣性二
次モーメントＩ２の変化に対する変化を示すグラフであ
る。 第４図は、緩み側のカム軸プーリの慣性二次モーメント
Ｉ２の変化に対するコグドベル１・の最大荷”　ＦＴｍ
ａｘの変化を示すグラフである。 第５図は、エンジンの回転速度に対するコグドベルトの
最大荷重ＦＴＩｎａｘの、張り側のカム軸プーリの慣性
二次モーメントＩ１の変化に対する変化を示すグラフで
ある。 第６図は、張り側のカム軸プーリの慣性二次モーメント
Ｉ１の変化に対するコグドベルトの最大荷重ＦＴｍａｘ
の変化を示すグラフである。 １・・・エンジン　　　　２・・・シリンダブロック２
ａ１２ｂ・・・バンク　３・・・クランク軸４　ａ　ｓ
　４　ｂ　ｓ　４　ｃ　”’カバー５・・・クランク軸
プーリ６・・・油圧ポンプ７・・・ＡＣジエネレータ６
ａ，７ａ・・・プーリ８・・・Ｖベルト　　　　９・・
・カム軸１０、１１、１２・・・プーリ １３・・・アイドラプーリ１４・・・コグドベルト１９
・・・カム軸　　　　２０・・・プーリ特　許　出　願
　人　　本田技研工業株式会社代　　　理　　　人　　
弁理士　大　島　陽　一第２図 第３図 第４図 ４！Ｊ５図 ｓ６図 −→エンジン回転達度Ｎε ー−一一−一吟張り倒Ｉ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数のカム軸プーリと、クランク軸プーリとにコグド
   ベルトを懸回してなるＯＨＣ式エンジンのカム軸駆動構
   造に於て、 前記コグドベルトのクランク軸プーリ回りに於ける緩み
   側に位置するカム軸プーリの慣性二次モーメントと、張
   り側に位置するカム軸プーリの慣性二次モーメントとを
   、互いに異なる如く設定すると共に、両慣性二次モーメ
   ントの比を、所定の範囲内に設定することを特徴とする
   ＯＨＣ式エンジンのカム軸駆動構造。