發動機的驅動力傳遞系統的製作方法

2023-10-11 09:06:29 2

本發明涉及發動機的驅動力傳遞系統。

背景技術：

以往，發動機的進氣凸輪軸及排氣凸輪軸經由包括正時鏈及鏈輪等的動力傳遞機構而與曲軸連結。正時鏈承受著因進氣門及排氣門等的往返運動而產生的激振力。

當激振力的振動頻率接近於動力傳遞機構的固有振動頻率(共振頻率)時，正時鏈成為共振狀態，從而對正時鏈產生一個過大的張力，其結果，存在著導致正時鏈的壽命變短這樣的問題。

為了應對這樣的問題，以往，採取了例如如下等對策：使與排氣凸輪軸連結的燃料泵(例如參照日本專利公開公報特開2011-43092號)的柱塞以與排氣門的往返運動相反的相位往返運動，從而利用燃料泵的激振力來抵消排氣門的激振力。

另外，近幾年，作為進一步提高發動機的燃料經濟性的手段之一，正在推進發動機的高壓縮比化，在這樣的發動機中，由於需要更精密地控制氣門正時，因此，進氣凸輪及排氣凸輪通過可變氣門正時機構(VVT)以成為最佳的開閉時期的方式被控制。凸輪軸和用於將轉動力傳遞給該凸輪軸的鏈輪通過VVT而彼此連接。此外，為了精細地控制往燃燒室內的燃料噴射，有時還會採用高壓燃料泵。

在普通的發動機中，燃料泵通過燃料泵驅動軸而連接於凸輪軸的一端，從而與凸輪軸一起通過正時鏈或正時帶而被曲軸的轉動力驅動，不過，由於高壓燃料泵的驅動需要較大的驅動力，因此，當經由VVT而將較大的驅動力傳遞給凸輪軸時，尤其是VVT為由馬達驅動的電動VVT時，有可能會出現因高壓燃料泵的驅動所需的轉矩大於電動VVT的馬達所能產生的轉矩而導致VVT不能工作的情況。因此，在凸輪軸上設置VVT的情況下，使高壓燃料泵連結於凸輪軸的做法並不恰當。在VVT為液壓式的情況下，也需要有高的液壓以便能夠滿足燃料泵的驅動轉矩，因而機油泵的工作增大，從而機械阻力也增大。

為此，本發明人研究了如下方案：將高壓燃料泵的驅動軸(泵驅動軸)設置在發動機高度方向上曲軸與凸輪軸之間，在泵驅動軸上設置兩個鏈輪，將第一正時鏈繞掛在一方的鏈輪及曲軸的鏈輪上，並且將第二正時鏈繞掛在另一方的鏈輪、進氣凸輪軸及排氣凸輪軸上，從而使高壓燃料泵工作。

然而，由於該方案的結構不是將所述公報所公開的燃料泵連接於排氣凸輪軸的結構，因而不能利用燃料泵的激振力來抵消排氣門的往返運動產生的激振力。因此，有可能不能抑制作用於正時鏈的激振力而導致正時鏈易於成為共振狀態。

技術實現要素：

本發明鑑於上述的情況而作，其目的在於提供一種能夠有效地抑制正時鏈成為共振狀態的情況從而能夠延長正時鏈的壽命的發動機的驅動力傳遞系統。

為了實現上述目的，本發明的發動機的驅動力傳遞系統包括：曲軸鏈輪，設置予曲軸；凸輪軸鏈輪，設置於凸輪軸；中間軸，設置在所述曲軸與所述凸輪軸之間；兩級鏈輪，設置於所述中間軸，具有以能夠相對轉動的狀態相向的第一鏈輪及第二鏈輪；第一環形傳動構件，繞掛於所述曲軸鏈輪和所述第一鏈輪；第二環形傳動構件，繞掛於所述凸輪軸鏈輪和所述第二鏈輪；其中，所述第一環形傳動構件和所述第二環形傳動構件將所述曲軸的驅動力傳遞給所述凸輪軸，所述兩級鏈輪具有：阻尼部，連接所述第一鏈輪和所述第二鏈輪，並且向所述第一鏈輪及所述第二鏈輪的轉動方向產生彈力。

根據本發明，通過有效地抑制環形傳動構件成為共振狀態的情況，能夠延長環形傳動構件的壽命。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施方式所涉及的發動機的驅動力傳遞系統的概略圖。

圖2是表示本發明的實施方式中的兩級鏈輪的立體圖。

圖3是圖2所示的兩級鏈輪的分解立體圖。

圖4是表示圖2所示的兩級鏈輪的例視圖。

圖5是表示圖2所示的兩級鏈輪的主視圖。

圖6是圖5所示的兩級鏈輪的VI-VI剖視圖。

圖7是圖6所示的兩級鏈輪的VII-VII剖視圖。

圖8是將本發明的實施方式所涉及的發動機的驅動力傳遞系統模擬為彈簧系統來表示的模式圖。

圖9是表示本發明的實施方式的效果的圖。

圖10是將兩級鏈輪中未設置彈簧情況下的驅動力傳遞系統模擬為彈簧系統來表示的模式圖。

具體實施方式

以下，參照附圖詳述本發明的具體實施方式。

如圖1所示，本發明的實施方式所涉及的發動機的驅動力傳遞系統1是通過正時鏈11、2將發動機30的曲軸9的驅動力傳遞給排氣凸輪軸5及進氣凸輪軸6的系統。

驅動力傳遞系統1包括：曲軸9、曲軸鏈輪10、排氣凸輪軸5、排氣凸輪軸鏈輪3、進氣凸輪軸6、進氣凸輪軸鏈輪4、中間軸13、兩級鏈輪16、第一正時鏈11、第二正時鏈2、排氣側可變氣門正時機構(以下，稱為「排氣側VVT」)7、進氣側可變氣門正時機構(以下，稱為「進氣側VVT」)8、張緊裝置32、33。

張緊裝置33具有與第一正時鏈11抵接的張緊臂31和將該張緊臂31朝著第一正時鏈11予以按壓的作為致動器的張緊器主體19。

張緊裝置32具有與第二正時鏈2抵接的張緊臂14和將該張緊臂14朝著第二正時鏈2予以按壓的作為致動器的張緊器主體18。

排氣側VVT7是設置於排氣凸輪軸5的電動式的VVT，其通過將排氣凸輪軸5的相對於曲軸9的轉動相位在指定的角度範圍內連續地變更從而變更排氣門的開閉時期。排氣凸輪軸5與排氣凸輪軸鏈輪3經由排氣側VVT7而被連結。

進氣側VVT8是設置於進氣凸輪軸6的電動式的VVT，其通過將進氣凸輪軸6的相對於曲軸9的轉動相位在指定的角度範圍內連續地變更從而變更進氣門的開閉時期。進氣凸輪軸6與進氣凸輪軸鏈輪4經由進氣側VVT8而被連結。

曲軸9是將活塞(省略圖示)的往返運動產生的驅動力作為轉動力而予以輸出的轉軸。曲軸鏈輪10設置於曲軸9。圖1所示的例中，曲軸9繞逆時針方向(繞左轉方向)轉動。

中間軸13是設置在發動機高度方向上所述曲軸9與排氣凸輪軸5及進氣凸輪軸6之間的轉軸。曲軸9的轉動力經由第一正時鏈11而傳遞給中間軸13。中間軸13是與驅動燃料泵(省略圖示)的燃料泵驅動軸同軸的轉軸。燃料泵基於往返移動的柱塞而將燃料加壓並將該燃料供應給噴射器，基於中間軸13的轉動，柱塞被驅動，從而燃料被加壓輸送。此外，支撐中間軸13的中間軸軸承部(未圖示)在本實施方式中與氣缸體一體成形。如此能夠提高中間軸軸承部的支撐剛性。

如圖2至7所示，兩級鏈輪16具有以能夠相對轉動的狀態相向的第一鏈輪12及第二鏈輪15，並且具有阻尼部(damping portion)17，該阻尼部17將第一鏈輪12與第二鏈輪15連接，包括向第一鏈輪12及第二鏈輪15的轉動方向施加彈力的彈簧17a、17b。

詳細而言，如圖3所示，兩級鏈輪16包括第一鏈輪12、第二鏈輪15、彈簧17a、17b、軸承18、摩擦式彈簧19、環部件20、環狀板構件21。

第一鏈輪12具有圓環狀的鏈輪主體12a、兩個突起部12b。鏈輪主體12a的中央形成有通孔12d，圓環狀的軸承18插入設置在通孔12d中，並且中間軸13穿通在軸承18的內側。由於軸承18位於第一鏈輪12與中間軸13之間，因此，第一鏈輪12能夠相對於中間軸13繞其軸心轉動。

如圖3所示，兩個突起部12b在通孔12d的第二鏈輪15側的端部的周緣處從徑向彼此相向的兩個位置向第二鏈輪15側突出。

此外，如圖3、6所示，在通孔12d的第二鏈輪15側的端部的周緣處形成有兩個槽部12c。如圖3所示，兩個槽部12c形成在隔著兩個突起部12b在第一鏈輪12的徑向上相向的位置。各槽部12c在從第二鏈輪15側觀察下呈圓弧狀(參照圖3)，而且形成為剖面圓弧狀(參照圖6)。兩個槽部12c中，一方的槽部12c內設置有彈簧17a，另一方的槽部12c內設置有彈簧17b(參照圖6)。

如圖1所示，第一正時鏈11繞掛在第一鏈輪12及曲軸鏈輪10上。

第二鏈輪15具有圓環狀的鏈輪主體15a和圓柱狀的彈簧保持部15b，鏈輪主體15a具有比第一鏈輪12的外徑更小的外徑。

彈簧保持部15b中形成有兩個從外周部向內周部被局部切去而成的凹部15c。兩個凹部15c形成在彈簧保持部15b中徑向上彼此相向的位置。如圖4、7所示，各凹部15c的周方向的長度比突起部12b的周方向的長度大。此外，各凹部15c的徑向的長度比突起部12b的徑向的長度大。由此，在第一鏈輪12的突起部12b插入在第二鏈輪15的凹部15c內的狀態下，第一鏈輪12能夠相對於第二鏈輪15在指定角度的範圍沿周方向轉動。

在第一鏈輪12的突起部12b插入在第二鏈輪15的凹部15c內的狀態下，第一鏈輪12相對於第二鏈輪15相對轉動時，彈簧17a、17b的彈力(反作用力)以抑制這些鏈輪的相對轉動的方式發揮作用。

如圖6、7所示，在第二鏈輪15中的第一鏈輪12側的面上形成有兩個槽部15d。如圖7所示，兩個槽部15d形成在隔著兩個凹部15c在第二鏈輪15的徑向上相向的位置。各槽部15d在從第一鏈輪12側觀察下呈圓弧狀(參照圖7)，而且形成為剖面圓弧狀(參照圖6)。兩個槽部15d中，一方的槽部15d與第一鏈輪12中的一方的槽部12c相對，另一方的槽部15d與第一鏈輪12中的另一方的槽部12c相對。而且，彈簧17a設置在一方的槽部15d中，彈簧17b設置在另一方的槽部15d中(參照圖6、7)。

如圖1所示，第二正時鏈2繞掛在第二鏈輪15、排氣凸輪軸鏈輪3及進氣凸輪軸鏈輪4上。

彈簧17a、17b是壓縮線圈彈簧。彈簧17a在設置在槽部12c及槽部15d內的狀態下，沿著槽部12c及槽部15d呈圓弧狀彎曲。而且，彈簧17a的一端側(第一鏈輪12的逆轉動方向側)與槽部12c及槽部15d的周方向一端部的內壁面抵接，彈簧17a的另一端側(第一鏈輪12的轉動方向側)與槽部12c及槽部15d的周方向另一端部的內壁面抵接。彈簧17b也以與彈簧17a同樣的狀態設置在槽部12c及槽部15d內。

例如，基於曲軸9的角速度變動而使第一鏈輪12相對於第二鏈輪15轉動(在第一鏈輪12的轉速與第二鏈輪15的轉速之間產生速度差)時，隨著該轉動，彈簧17a、17b伸縮。基於彈簧17a、17b伸縮，所述角速度變動產生的曲軸9的轉矩變動被彈簧17a、17b吸收，其結果，正時鏈系統(驅動力傳遞系統1)中的共振的發生得以抑制。

彈簧17a、17b整體的彈性模量(彈簧常數)亦即阻尼部17的彈性模量的值以驅動力傳遞系統1整體的共振頻率小於與發動機30的怠速轉速對應的發動機30的振動頻率的方式設定(參照圖9)。

以下，作詳細說明。若將驅動力傳遞系統1的第一正時鏈2及第二正時鏈11看作成彈簧，則可將驅動力傳遞系統1考慮為圖8所示般的彈簧的連結體。

即，曲軸鏈輪10與第一鏈輪12由第一正時鏈11(彈簧)連結，第一鏈輪12與第二鏈輪15由彈簧17a、17b連結，第二鏈輪15與排氣凸輪軸鏈輪3及進氣凸輪軸鏈輪4由第二正時鏈2連結。

若第一正時鏈11與第二正時鏈2串聯連結情況下(參照圖10)的其整體的彈性模量為k1，彈簧17a、17b整體的彈性模量(阻尼部17的彈性模量)為k2，這些要素被組合而成的圖8所示的連結體整體的質量為m時，則該連結體整體的彈性模量k』可由以下的式(1)所表示。在圖10的模型中，符號16A表示不具備彈簧17a、17b的兩級鏈輪。

於是，該彈性模量k』的彈簧的共振頻率f』可由以下的式(2)所表示。

另一方面，圖10所示的彈簧連結體(彈性模量k1)的共振頻率f可由以下的式(3)所表示。

上述的式(2)包含彈性模量k2，因此，圖8所示的模型的共振頻率f』比圖10所示的模型的共振頻率f小(f』＜f)。因此，如圖9所示般，本實施方式中，能夠容易地將驅動力傳遞系統1整體的共振頻率設定為較小。

如上所述，根據本實施方式，通過設置連接第一鏈輪12與第二鏈輪15的彈簧17a、17b，能夠調節驅動力傳遞系統1整體的彈性模量，以使驅動力傳遞系統1整體的共振頻率與激振力的振動頻率不相一致。由此，能夠有效地抑制正時鏈2、11成為共振狀態的情況，能夠抑制正時鏈2、11的壽命變短的情況。

此外，根據本實施方式，彈簧17a、17b的彈性模量的值以驅動力傳遞系統1整體的共振頻率f』小於與在無負荷狀態下運轉發動機30時的發動機轉速亦即怠速轉速對應的發動機30的振動頻率的方式設定，因此，驅動力傳遞系統1整體的共振頻率小於與發動機30的常用區域對應的振動頻率，因而能夠進一步有效地抑制正時鏈2、11成為共振狀態的情況。

此外，根據本實施方式，中間軸13被設為驅動燃料泵的燃料泵驅動軸，因此，中間軸13的驅動力只用於燃料泵的驅動，不會對其他的發動機附屬機件的工作給予不良影響便能夠驅動燃料泵。

此外，根據本實施方式，排氣凸輪軸5及進氣凸輪軸6上設置有VVT，因此，能夠精密地控制排氣凸輪軸5及進氣凸輪軸6的轉動相位。

此外，為了避免正時鏈成為共振狀態的情況而將共振頻率(固有振動頻率)設為較小的方法中，有增加正時鏈系統(驅動力傳遞系統)的重量的方法和將正時鏈系統整體的彈簧常數的合成值設為較小的方法，本實施方式中，通過追加彈簧來使正時鏈系統的彈簧常數的合成值較小，因此，既能夠抑制因正時鏈系統的重量增加而導致的發動機的機械阻力增大而且不會對燃燒性帶來不良影響，並且能夠抑制正時鏈的壽命變短的情況。

本實施方式中，兩個彈簧17a、17b設置在第一鏈輪12與第二鏈輪15之間，不過，彈簧的個數可以作適當變更。

此外，本實施方式中，作為阻尼部17的一例而採用了由壓縮線圈彈簧組成的彈簧17a、17b，不過，只要目的是將正時鏈系統的彈簧常數的合成值設為較小，也可替代壓縮線圈彈簧而採用板彈簧或橡膠等。

此外，本實施方式中，曲軸鏈輪10繞逆時針方向(參照圖1)轉動，不過，曲軸鏈輪10也可繞順時針方向轉動。

最後，對上述實施方式中所公開的發動機的驅動力傳遞系統的特徵結構及其作用效果作總結說明。

上述實施方式中所公開的發動機的驅動力傳遞系統包括：曲軸鏈輪，設置於曲軸；凸輪軸鏈輪，設置於凸輪軸；中間軸，設置在所述曲軸與所述凸輪軸之間；兩級鏈輪，設置於所述中間軸，具有以能夠相對轉動的狀態相向的第一鏈輪及第二鏈輪；第一環形傳動構件，繞掛於所述曲軸鏈輪和所述第一鏈輪；第二環形傳動構件，繞掛於所述凸輪軸鏈輪和所述第二鏈輪；其中，所述第一環形傳動構件和所述第二環形傳動構件將所述曲軸的驅動力傳遞給所述凸輪軸，所述兩級鏈輪具有；阻尼部，連接所述第一鏈輪和所述第二鏈輪，並且向所述第一鏈輪及所述第二鏈輪的轉動方向施加彈力。

所述「環形傳動構件」包含正時鏈及正時帶。此外，所述「阻尼部」包含各種彈性構件，具體而言，包含彈簧(例如壓縮線圈彈簧、板彈簧等)及橡膠等。

根據所述發動機的驅動力傳遞系統，阻尼部在第一鏈輪與第二鏈輪之間以向第一鏈輪和第二鏈輪的轉動方向施加彈力的方式設置，從而能夠調節驅動力傳遞系統整體的彈性模量，以使驅動力傳遞系統整體的共振頻率與激振力的振動頻率不相一致。由此，能夠有效地抑制因來自活塞、進氣凸輪及排氣凸輪的激振力而使環形傳動構件成為共振狀態的情況，能夠抑制環形傳動構件的壽命變短的情況。

所述發動機的驅動力傳遞系統中，較為理想的是所述阻尼部包含彈簧。

根據該結構，以比較簡單的結構便能夠調節驅動力傳遞系統整體的彈性模量，有效地抑制環形傳動構件成為共振狀態的情況。

所述發動機的驅動力傳遞系統中，較為理想的是所述阻尼部的彈性模量的值以所述驅動力傳遞系統整體的共振頻率小於所述發動機以指定轉速運轉時的該發動機的振動頻率的方式設定，所述指定轉速較為理想的是所述發動機在無負荷狀態下的怠速轉速時的發動機轉速。

根據該結構，由於驅動力傳遞系統整體的共振頻率小於與發動機的常用區域(怠速轉速以上的轉速區域)對應的該發動機的振動頻率，因此，能夠進一步有效地抑制環形傳動構件成為共振狀態的情況。

所述發動機的驅動力傳遞系統中，較為理想的是所述中間軸用作驅動燃料泵的燃料泵驅動軸。

根據該結構，中間軸的驅動力只用於燃料泵的驅動，因此，不會對其他的發動機附屬機件的工作給予不良影響便能夠驅動燃料泵。

所述發動機的驅動力傳遞系統中，較為理想的是所述凸輪軸上設有可變氣門正時機構。

根據該結構，能夠不受燃料泵驅動的影響地精密地控制凸輪軸的轉動相位。