JP2001263425A - エンジンのバランサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸に２つのバランスウエイトが１８０°
位相をオフセットさせて設けられたバランサシャフトを
用いるエンジンのバランサ装置において、該バランサシ
ャフトへの動力伝達部で生じる騒音を抑制することを課
題とする。 【解決手段】 回転軸部１４ａに位相を１８０°オフセ
ットさせて第１、第２のバランスウエイト１４ｂ，１４
ｃを設けてなるバランサシャフト１４と、クランクシャ
フト１の回転を該バランサシャフト１４の回転軸部１４
ａに伝達する動力伝達手段としての駆動側及び従動側の
ギヤ１ｃ，１４ｅとを有する構成において、上記従動側
のギヤ１４ｅをバランサシャフト１４の回転軸部１４ａ
における第１、第２ウエイト部１４ｂ，１４ｃの中間部
に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエンジンのバラン
サ装置に関し、エンジンの振動騒音対策技術の分野に属
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用等のエンジンにおいては、騒音
の発生を抑制するためにバランサ装置が備えられること
があり、例えば特開平１０−９６４５０号公報には、５
気筒エンジン用のバランサ装置として、中間軸の両側に
１８０°位相をオフセットさせて２つのバランスウエイ
トを備えてなるバランサをクランクシャフトと平行に配
置するとともに、このバランサの一端の軸部に設けたス
プロケットと上記クランク軸に設けたスプロケットとの
間にチェーンを巻き掛け、クランクシャフトの回転によ
り該バランサを回転させるようにしたものが示されてい
る。

【０００３】このバランサ装置によれば、特に直列５気
筒エンジンにおいて問題となるシリンダブロックのピッ
チング振動が効果的に抑制され、騒音が低減されること
になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のバラン
サ装置においては、クランクシャフトの回転をバランサ
に伝達する動力伝達機構が、上記のようにバランサの一
端部に設けたスプロケットにチェーンを巻き掛けた構成
であり、また、動力伝達機構がギヤを用いたものである
場合も、従動側のギヤをバランサの一端部に設けた構成
であったため、この動力伝達機構が新たな騒音の原因と
なることがあった。

【０００５】つまり、上記のように回転軸の両端部に１
８０°位相をオフセットさせて２つのバランスウエイト
を設けたバランサの場合、両側のバランスウエイトに作
用する遠心力が１８０°反対側を向くためにバランサ全
体が略Ｓ字状に撓むことになり、これに伴って端部が軸
心からオフセットした状態で回転する所謂振れ回り現象
が発生することになる。そのため、端部に設けたスプロ
ケットにチェーンを捲き掛けて動力を伝達する構成の場
合は、該チェーンの張力が変動することになって、該チ
ェーンとスプロケットとの係合部で騒音が発生すること
になり、また、バランサの端部に設けたギヤを介して動
力を伝達する場合は、このギヤとクランクシャフト側の
ギヤとの間のバックラッシュが変動することになって、
両ギヤの噛み合い部で同じく騒音が発生することになる
のである。

【０００６】そこで、本発明は、上記のように、回転軸
に２つのバランスウエイトが１８０°位相をオフセット
させて設けられたバランサを用いるエンジンのバランサ
装置において、該バランサへの動力伝達部で生じる騒音
を抑制することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

【０００８】まず、請求項１に記載の発明（以下、第１
発明という）は、回転軸に位相を１８０°オフセットさ
せて第１、第２のバランスウエイトを設けてなるバラン
サ手段と、クランクシャフトの回転を該バランサ手段の
回転軸に伝達する動力伝達手段とを有するエンジンのバ
ランサ装置において、上記動力伝達手段を、上記バラン
サ手段における第１、第２ウエイト部の間で回転軸に接
続させたことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２に記載の発明（以下、第２
発明という）は、上記第１発明において、動力伝達手段
を、クランクシャフトの変形の節の近傍で該クランクシ
ャフトに接続させたことを特徴とする。

【００１０】さらに、請求項３に記載の発明（以下、第
３発明という）は、上記第１発明において、動力伝達機
構を、クランクシャフトに設けられた駆動側のハスバ歯
車と、バランサ手段の回転軸に設けられて上記駆動側の
歯車に噛み合う従動側のハスバ歯車とで構成したことを
特徴とする。

【００１１】そして、請求項４に記載の発明（以下、第
４発明という）は、上記第１発明において、動力伝達手
段が歯車で構成されており、かつクランクシャフトを支
持するシリンダブロックを形成する第１の材料と、動力
伝達手段の歯車を形成する第２の材料の熱膨張率が異な
る場合において、バランサ手段を、上記シリンダブロッ
クから延設された第２の材料と同等の熱膨張率を有する
材料でなる支持部材に支持させたことを特徴とする。

【００１２】上記のように構成することにより、本願各
発明によれば次の作用が得られる。

【００１３】まず、第１発明によれば、動力伝達手段
が、バランサ手段の回転軸における第１、第２ウエイト
部の間に接続されているので、該バランサ手段の全体
が、位相を１８０°オフセットさせて設けられた２つの
ウエイト部にそれぞれ作用する遠心力によって略Ｓ字状
に撓んでも、該動力伝達部の接続部は、その撓みの節も
しくはその近傍に位置することになって殆ど変位しない
ことになる。したがって、該動力伝達手段がスプロケッ
トとチェーンとを用いたものである場合には、該チェー
ンの張力の変動が低減され、また、該動力伝達手段がギ
ヤを用いたものである場合には、駆動側ギヤと従動側ギ
ヤとの間のバックラッシュの変動が抑制されるなど、新
たな騒音発生の原因となる状況が回避されることにな
る。

【００１４】また、第２発明によれば、上記動力伝達手
段のクランクシャフト側の接続部が該クランクシャフト
の変形の節の近傍に設定されているので、クランクシャ
フトと動力伝達手段との接続部における該クランクシャ
フトの変形による新たな騒音の発生も防止されることに
なる。

【００１５】さらに、第３発明によれば、動力伝達手段
を歯車を用いて構成する場合に、これらの歯車をハスバ
歯車で構成したので、歯車の厚さを抑制しながら両歯車
の歯面の接触面積を広くすることができ、当該バランサ
手段の軸方向寸法の増大を回避しながら、騒音の発生を
一層効果的に抑制することが可能となる。

【００１６】そして、第４発明によれば、動力伝達手段
が歯車を用いて構成される場合に、バランサ手段をシリ
ンダブロックから延設された支持部材に支持させるとと
もに、この支持部材を上記歯車を構成する材料と同等の
熱膨張率を有する材料で形成したから、熱膨張により駆
動側及び従動側の歯車の半径が増大したときに、支持部
材もほぼ等しい量だけ熱膨張して、クランクシャフトと
バランサ手段との軸間距離が同様に変化することにな
る。したがって、上記両ギヤの噛み合い部におけるバッ
クラッシュがほぼ一定に保持されることになる。

【００１７】つまり、バランサ手段を歯車とは熱膨張率
が異なる材料で形成されているシリンダブロックに支持
させた場合、歯車の熱膨張量と、シリンダブロックの熱
膨張による軸間距離の変化量とが異なるため、駆動側ギ
ヤと従動側ギヤの噛み合い部におけるバックラッシュが
変化することになり、これが新たな騒音の原因となるの
であるが、上記第４発明によれば、このような原因によ
る騒音の発生も防止されることになるのである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１９】図１はこの実施の形態に係る５気筒エンジ
ンのクランクシャフト１及びその週辺部を示すもので、
このクランクシャフト１は、シリンダブロックの前後の
壁部及び各気筒間の壁部に設けられる主軸受に回転自在
に支持される６つのクランクジャーナル部１ａ…１ａ
と、これらのクランクジャーナル部１ａ…１ａ間に軸心
に対してオフセットさせて設けられた５つのクランクピ
ン部１ｂ…１ｂとを有し、各クランクピン部１ｂ…１ｂ
に、前方（図の左側）から第１〜第５気筒のピストン
（図示せず）がそれぞれコンロッド（図示せず）を介し
て連結されており、また、このクランクシャフト１の後
端部には、フライホイール２が取り付けられている。

【００２０】ここで、上記主軸受の構成を図２により説
明すると、この主軸受３は、シリンダブロック４の壁部
４ａの下端に設けられた半円状の上部軸受孔３ａと、こ
の壁部４ａにボルト５，５を用いて結合された軸受ビー
ム６に設けられた同じく半円状の下部軸受孔３ｂとで構
成され、これらの軸受孔３ａ，３ｂ間に上記クランクシ
ャフト１のジャーナル部１ａが回転自在に保持されてい
る。

【００２１】そして、このクランクシャフト１の下方に
はオイルパン７内に位置させてバランサ装置１０が備え
られており、次に、このバランサ装置１０について説明
する。

【００２２】まず、このバランサ装置１０の取付構造を
説明すると、図２に示すように、シリンダブロック４の
左右のスカート部４ｂ，４ｂの内側には、上記軸受ビー
ム６の左右両側から下方に延びる１対の支持部材２１，
２１が配設され、それぞれ複数のボルト２２…２２を用
いてシリンダブロック３の下端面に結合されている。そ
して、左右の支持部材２１，２１の下端部間にバランサ
装置１０が吊り下げ状に取り付けられている。

【００２３】このバランサ装置１０は、図１〜図３に示
すように、上下に分割された上部ケース１１ａと下部ケ
ース１１ｂとを有し、これらのケース１１ａ，１１ｂが
複数のボルト１２…１２によって結合されているととも
に、左右両側部を結合するボルト１２…１２は上記支持
部材２１，２１に締め込まれ、これによりバランサ装置
１０の全体が左右の支持部材２１、２１に支持されてい
る。その場合に、支持部材２１，２１の下面と上部ケー
ス１１ａの上面との間には、バランサ装置１０の取りつ
け高さを調整するためのシム１３，１３が挟み込まれて
いる。

【００２４】また、上記ケース１１ａ，１１ｂ内に、２
本のバランサシャフト１４，１４が回転自在に収納、保
持されている。これらのバランサシャフト１４，１４
は、クランクシャフト１の軸心方向に互いに隣接して平
行に配置され、いずれも、回転軸部１４ａと、その前端
部及び後端部に重心を軸心からオフセットさせてそれぞ
れ設けられた第１、第２ウエイト部１４ｂ，１４ｃとを
有するとともに、図１、図４に示すように、両バランサ
シャフト１４，１４は、第１ウエイト部１４ｂ，１４ｂ
の後方に隣接されて設けられた連動ギヤ１４ｄ，１４ｄ
が互いに噛み合わされていることにより、等速で反対方
向に回転するように構成されている。

【００２５】その場合に、両バランサシャフト１４，１
４における第１、第２ウエイト部１４ｂ，１４ｃの重心
のオフセット方向の位相は１８０°反対側とされている
とともに、両バランサシャフト１４，１４の第１ウエイ
ト部１４ｂ，１４ｂ同士、及び第２ウエイト部１４ｃ，
１４ｃ同士が常に同じ高さに位置するように、上記連動
ギヤ１４ｄ，１４ｄの噛み合せが設定されている。

【００２６】さらに、図１、図５に示すように、一方の
バランサシャフト１４の回転軸部１４ａにおける第１、
第２ウエイト部１４ｂ，１４ｃの中間の部分には従動ギ
ヤ１４ｅが設けられており、この従動ギヤ１４ｅが、上
記クランクシャフト１における前方から４番目の（第４
気筒の）クランクピン部１ｂとその後方のクランクジャ
ーナル部１ａとの間に設けられた駆動ギヤ１ｃに噛み合
わされている。その場合に、この駆動ギヤ１ｃと上記従
動ギヤ１４ｅとは、歯面が傾斜したハスバ歯車とされて
いる。なお、この実施の形態においては、一対のバラン
サシャフト１４，１４を連動させる連動ギヤ１４ｄ，１
４ｄもハスバ歯車で構成されている。

【００２７】ここで、上記シリンダブロック３はアルミ
系金属で形成されているとともに、バランサ装置１０を
支持する左右一対の支持部材２１，２１は、上記駆動ギ
ヤ１ｃ及び従動ギヤ１４ｅが鉄系金属で形成されている
のに合わせて、鉄系金属で形成されている。

【００２８】次に、この実施の形態の作用を説明する。

【００２９】エンジンの作動時において、クランクシャ
フト１が回転すると、該クランクシャフト１に設けられ
た駆動ギヤ１ｃとバランサ装置１０の一方のバランサシ
ャフト１４に設けられた従動ギヤ１４ｅとを介して、こ
の一方のバランサシャフト１４が回転駆動されるととも
に、さらに連動ギヤ１４ｄ，１４ｄを介して他方のバラ
ンサシャフト１４も回転駆動されることになる。

【００３０】その場合に、これらのバランサシャフト１
４，１４には、位相を１８０°オフセットさせて第１、
第２ウエイト部１４ｂ，１４ｃが設けられているととも
に、両バランサシャフト１４，１４の第１ウエイト部１
４ｂ，１４ｂ同士及び第２ウエイト部１４ｃ，１４ｃ同
士は常に同じ高さになるように回転するから、例えば図
１に示すように、両バランサシャフト１４，１４の第１
ウエイト部１４ｂ，１４ｂが上死点に位置するときに
は、両バランサシャフト１４，１４の第２ウエイト部１
４ｃ，１４ｃは下死点に位置することになり、このと
き、バランサ装置１０の全体によりＭ方向のモーメント
が生成されることになる。

【００３１】また、これとは逆に、両バランサシャフト
１４，１４の第１ウエイト部１４ｂ，１４ｂが下死点に
位置するときには、両バランサシャフト１４，１４の第
２ウエイト部１４ｃ，１４ｃは上死点に位置することに
なり、このときは、バランサ装置１０の全体によりＭ′
方向のモーメントが生成されることになる。

【００３２】そして、このようにしてバランサ装置１０
によって生成されるモーメントＭ，Ｍ′が、エンジン各
気筒の爆発によって発生するエンジン全体の振動を抑制
することになり、これにより、該エンジンの騒音が低減
されることになる。その場合に、特にこの実施の形態の
ように、当該バランサ装置１０をピッチング振動が現れ
やすい５気筒エンジンに適用することにより、このピッ
チング振動が効果的に抑制されることになる。

【００３３】一方、バランサ装置１０の内部において
は、図６に示すように、各バランサシャフト１４の回転
軸部１４ａの前、後端部にそれぞれ設けられた第１、第
２ウエイト部１４ｂ，１４ｃに作用する遠心力Ｆ，Ｆが
１８０°反対側を向くため、図に鎖線Ｘ，Ｘで示すよう
なモードの曲げ変形が発生し、この状態で回転するため
に、回転軸部１４ａの両端部が矢印Ｙ，Ｙで示すように
振れ回りすることになる。したがって、この回転軸部１
４ａに動力を伝達するためのギヤやスプロケットを回転
軸部の端部に取り付けた場合、これらの回転中心の位置
が変動して、ギヤの噛み合わせ部におけるバックラッシ
ュの変動やチェーンの張力の変動等が発生することにな
る。

【００３４】しかし、このバランサ装置１０において
は、クランクシャフト１の駆動ギヤ１ｃから動力が入力
される従動ギヤ１４ｅが上記第１、第２ウエイト部１４
ｂ，１４ｃの中間部に設けられているので、この従動ギ
ヤ１４ｅの配設位置が上記曲げモードの節もしくはその
近傍に位置することになり、このようなモードの撓みが
発生しても、従動ギヤ１４ｅの回転中心がほぼ一定位置
に保持されることになる。したがって、駆動ギヤ１ｃと
の噛み合い部におけるバックラッシュの変動が抑制さ
れ、この変動に起因するバランサ装置内部での新たな騒
音の発生が防止されることになる。

【００３５】ここで、クランクシャフト１も各気筒の爆
発によって所定のモードで変形するのであるが、その場
合の変形の節は該シャフト１の重心位置の近傍に発生す
る。つまり、この実施の形態に係るクランクシャフト１
の場合、図１に示すように、後端部にフライホイール２
が取り付けられているので、前後方向の中央部より後端
部寄りに変形の節が発生することになる。

【００３６】そこで、この実施の形態では、上記バラン
サ装置１０を駆動する駆動ギヤ１ｃを、クランクシャフ
ト１における後端部寄りの第４気筒のクランクピン部１
ｂの後方に設けることにより、この駆動ギヤ１ｃをクラ
ンクシャフト１の変形の節の近傍に位置させているので
ある。これにより、クランクシャフト１の変形による駆
動ギヤ１ｃと従動ギヤ１４ｅの間のバックラッシュの変
動も抑制され、バランサ装置１０の駆動機構での新たな
騒音の発生が一層効果的に抑制されることになる。

【００３７】また、この実施の形態では、互いに噛み合
う上記駆動ギヤ１ｃと従動ギヤ１４ｅがハスバ歯車によ
って構成されているので、歯幅を厚くしなくても歯面の
広い接触面積が得られることになる。したがって、当該
バランサ装置１０の軸方向寸法を抑制しながら、両ギヤ
１ｃ，１４ｅの噛み合い部における騒音の発生がさらに
抑制されることになる。

【００３８】そして、特にこのバランサ装置１０は、シ
リンダブロック４のスカート部４ｂ，４ｂの内側に配設
されて、主軸受３を構成する軸受ビーム６の左右両側か
ら下方に延びる１対の支持部材２１，２１を介してシリ
ンダブロック３に取り付けられているが、この支持部材
２１，２１は上記駆動ギヤ１ｃ及び従動ギヤ１４ｅと同
様に鉄系金属で形成されているので、エンジンの運転に
伴い、熱膨張により従動ギヤ１ｃ及び駆動ギヤ１４ｅの
半径Ｒ１，Ｒ２（図５参照）が増加しても、それらの増
加量の和とほぼ等しい量だけ該支持部材２１，２１が熱
膨張し、図５に示すクランクシャフト１とバランサシャ
フト１４の軸間距離Ｌも同様に増加することになる。

【００３９】したがって、両ギヤ１ｃ，１４ｅの噛み合
い部におけるバックラッシュは運転前に設定された最適
な値に維持されることになり、バランサ装置１０を熱膨
張率の大きなアルミ系金属で形成されたシリンダブロッ
ク３に直接支持させた場合のように、ギヤ１ｃ，１４ｅ
の半径Ｒ１，Ｒ２の和の増加量よりも軸間距離Ｌの増加
量が大きくなって、バックラッシュが増大するといった
事態が防止され、このようなバックラッシュの増大によ
る新たな騒音の発生も回避されることになる。

【００４０】なお、以上の実施の形態は本発明を５気筒
エンジンに適用した場合のものであるが、本発明は、こ
れに限らず、回転軸に位相を１８０°オフセットさせて
２つのウエイト部が設けられるバランサシャフトが用い
られる場合に、広く適用できるものである。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本願の第１発明によれ
ば、バランサ手段が位相を１８０°オフセットさせて設
けられた２つのウエイト部にそれぞれ作用する遠心力に
より略Ｓ字状に撓んでも、該バランサ手段の回転軸部に
おける動力伝達手段の接続部の位置は殆ど変位しないこ
とになる。したがって、該動力伝達手段がスプロケット
とチェーンとを用いたものである場合には、該チェーン
の張力の変動が抑制され、また、該動力伝達手段がギヤ
を用いたものである場合には、駆動側のギヤと従動側の
ギヤの間のバックラッシュの変動が抑制されるなど、新
たな騒音発生の原因となる状況が回避されることにな
り、このバランサ装置を用いることによるエンジンの騒
音低減効果が一層高められることになる。

【００４２】また、第２発明によれば、上記動力伝達手
段のクランクシャフト側の接続部が該クランクシャフト
の変形の節の近傍に設定されているので、クランクシャ
フトと動力伝達手段との接続部における該クランクシャ
フトの変形による新たな騒音の発生も防止され、さらに
騒音が低減されることになる。

【００４３】また、第３発明によれば、動力伝達手段を
歯車を用いて構成する場合に、これらの歯車をハスバ歯
車によって構成したので、歯車の厚さ、即ちバランサ手
段の軸方向の寸法の増大を回避しながら、噛み合い部に
おける騒音の発生が一層効果的に低減されることにな
る。

【００４４】そして、第４発明によれば、動力伝達手段
が歯車を用いて構成される場合に、これらの歯車を形成
する材料とシリンダブロックを形成する材料の熱膨張率
が異なることによる両歯車間のバックラッシュの変化が
防止されることになり、このバックラッシュの変化によ
る新たな騒音の発生も抑制されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るエンジンのクラン
クシャフト周辺を示す側面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線による断面図である。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線による断面図である。

【図４】 図１のＣ−Ｃ線による断面図である。

【図５】 図１のＤ−Ｄ線による断面図である。

【図６】 バランサシャフトの変形のモードを示す説明
図である。

【符号の説明】

１ クランクシャフト １ｃ 駆動ギヤ（動力伝達手段） ３ シリンダブロック １０ バランサ装置 １４ バランサシャフト（バランサ手段） １４ａ 回転軸部 １４ｂ 第１ウエイト部 １４ｃ 第２ウエイト部 １４ｅ 従動ギヤ（動力伝達手段） ２１ 支持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に位相を１８０°オフセットさせ
   て第１、第２のウエイト部を設けてなるバランサ手段
   と、クランクシャフトの回転を該バランサ手段の回転軸
   に伝達する動力伝達手段とを有し、該動力伝達手段が、
   上記バランサ手段における第１、第２ウエイト部の間で
   回転軸に接続されていることを特徴とするエンジンのバ
   ランサ装置。
2. 【請求項２】 動力伝達手段は、クランクシャフトの変
   形の節の近傍で該クランクシャフトに接続されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバランサ装
   置。
3. 【請求項３】 動力伝達手段は、クランクシャフトに設
   けられた駆動側のハスバ歯車と、バランサ手段の回転軸
   に設けられて上記駆動側の歯車に噛み合う従動側のハス
   バ歯車とで構成されていることを特徴とする請求項１に
   記載のエンジンのバランサ装置。
4. 【請求項４】 動力伝達手段が歯車で構成されており、
   かつクランクシャフトを支持するシリンダブロックを形
   成する第１の材料と、上記動力伝達手段の歯車を形成す
   る第２の材料の熱膨張率が異なる場合において、バラン
   サ手段は、上記シリンダブロックから延設された第２の
   材料と同等の熱膨張率を有する材料でなる支持部材に支
   持されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジ
   ンのバランサ装置。