JP2010216346A - 内燃機関におけるバランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸６と同期回転するバランス軸１１を，クランク軸６と平行に軸支し，このバランス軸の一端部に，冷却水ポンプ２３を，そのポンプ軸２２が前記バランス軸と一直線になるように配設して成る内燃機関において，前記バランス軸の熱膨張が前記冷却水ポンプに及ぶことを回避する。
【解決手段】前記バランス軸は，少なくとも二つの軸受け部１３，１４にて回転自在に軸支されており，この各軸受け部のうち前記冷却水ポンプに隣接する軸受け部１４は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を阻止する構成であり，他の軸受け部１３は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を許容する構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は，ピストンの往復に起因する振動を抑制するためのバランス軸を備えた内燃機関に関するものである。

一般に，ピストン往復動式の内燃機関において，そのピストンの往復動に起因する振動の低減には，偏心バランスウエイトを備えて成るバランス軸を，クランク軸と平行にして設け，このバランス軸を前記クランク軸等からの動力伝達にて当該クランク軸と同期して回転するという方式が採用されている。

先行技術としての特許文献１は，前記バランス軸を備えた内燃機関において，この内燃機関における冷却水循環用の冷却水ポンプを，前記バランス軸の一端部に配設し，この冷却水ポンプを前記バランス軸にて駆動することを提案している。

実開昭６０−１９７２２号公報

ところで，前記バランス軸は，内燃機関におけるシリンダブロック又はシリンダヘッドに対して回転自在に軸支するという構成にされていることに加えて，シリンダブロック等の内燃機関側とは材料が相違しているから，このバランス軸と，内燃機関側との間には，クランク軸線の方向に相対的な熱膨張差が存在していることに加えて，前記バランス軸における軸端部は，当該バランス軸が撓み変形することのためにスラスト（軸線）に移動することになる。

従って，前記冷却水ポンプを前記バランス軸にて駆動する場合において，この冷却水ポンプにおけるポンプ軸を，前記バランス軸の一端に対して一体に結合するという構成にしたときには，前記バランス軸とポンプ軸とを一本の軸に構成できるから，部品点数を少なくすることができる等の利点を有するが，その反面，前記熱膨張差及びバランス軸の撓み変形による影響が冷却水ポンプにおける回転式の水封機構に対して及ぶことになるから，その水封機能の低下及び不能を招来するという問題がある。

そこで，前記特許文献１は，前記冷却水ポンプを前記バランス軸の一端部に，当該冷却水ポンプにおけるポンプ軸が前記バランス軸と一直線になるように配設して，このバランス軸にて駆動する場合において，この冷却水ポンプにおけるポンプ軸を，前記バランス軸とは切り離した構成にして，このポンプ軸を前記バランス軸の一端に，当該バランス軸における軸線方向への熱膨張差及びバランス軸の撓み変形による影響を吸収できるようにした軸継ぎ手を介して連結するという構成にしている。

しかし，この構成によると，前記バランス軸と前記ポンプ軸とが別体であることにより，部品点数及び組み立て手数の増加を招来するという問題があるばかりか，前記熱膨張差及びバランス軸の撓み変形による影響を吸収するための軸継ぎ手にガタ付きが存在するから，このガタ付きのために騒音及び振動が増大するばかりか，耐久性の低下を招来するという問題がある。

本発明は，冷却水ポンプをバランス軸の一端部に配設して，このバランス軸にて駆動する場合において，前記した各種の問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため請求項１は，
「偏心バランスウエイトを備えたバランス軸を，クランク軸と平行に延びるように軸支し，このバランス軸を前記クランク軸と同期して回転する一方，前記バランス軸の一端部に，冷却水ポンプを，当該冷却水ポンプにおけるポンプ軸が前記バランス軸と一直線になるように配設して成る内燃機関において，
前記バランス軸は，その軸線方向に沿って適宜距離を隔てた少なくとも二つの軸受け部にて回転自在に軸支されており，この各軸受け部のうち前記冷却水ポンプに隣接する軸受け部は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を阻止する構成であり，他の軸受け部は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を許容する構成である。」
ことを特徴としている。

また，請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記バランス軸の他端に，当該バランス軸への入力用動力伝達輪が設けられている。」
ことを特徴としている。

請求項１によると，内燃機関に対して回転自在に軸支されるバランス軸における熱によるその軸線方向への膨張及び収縮，並びにバランス軸の撓み変形による軸端部のスラスト（軸線）方向への移動は，当該バランス軸のうち冷却水ポンプ側の一端部がその軸線方向に移動しないように固定された状態で，前記冷却水ポンプとは反対側の他端部がその軸線方向に移動するようにして行われることになるから，前記バランス軸と内燃機関側との間における熱膨張差及びバランス軸の撓み変形による影響が，前記バランス軸の一端部における前記冷却水ポンプに対して及ぶことを皆無にできるか，或いは小さくできる。

これにより，前記冷却水ポンプにおけるポンプ軸を前記バランス軸に対して一体結合するという構成にした場合に，前記冷却水ポンプにおける回転式の水封機構の水封機能が前記熱膨張差及び及びバランス軸の撓み変形等のために低下したり又は不能になったりすることを確実に回避できるのであり，しかも，前記ポンプ軸が前記バランス軸と一体の構成で，先行技術のように熱膨張差及びバランス軸の撓み変形による影響を吸収するための軸継ぎ手を必要としないことにより，部品点数及び組み立て手数を少なくできるとともに，騒音及び振動を低減できる。

また，請求項２によると，前記した効果に加えて，前記バランス軸のうち入力用動力伝達輪に隣接する軸受け部にて軸支されている部分にかかる応力を，当該部分が軸線方向に移動しないように軸支されている場合によりも軽減することができるから，この分，軸径を細くして，小型・軽量化できる。

内燃機関の縦断正面図である。 図１のII−II視拡大断面図である。 図２の分解図である。 図２における要部（第１軸受け部）の拡大図である。 図４の分解図である。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図５の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，シリンダ２を備えて成るシリンダブロックを，符号３は，前記シリンダブロック１の上面に前記シリンダ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを各々示す。

前記シリンダブロック１及びシリンダヘッド３は，いずれもアルミニウム等の軽合金製で，前記シリンダブロック１の下部には，クランクケース４が一体に設けられ，このクランクケース４の内部には，前記シリンダ２内のピストン５の往復動にて回転するクランク軸６が軸支されている。

また，前記シリンダブロック１における前記クランク軸６の軸線方向に沿った左右両側面７，８のうち一方の第１側面７には，チエンケース９が締結されており，このチエンケース９の内部には，前記クランク軸６から前記シリンダヘッド３における吸排気弁用カム軸（図示せず）への動力伝達用のタイミングチエン（図示せず）が配設されている。

前記シリンダブロック１におけるクランクケース４の内部には，円筒形にしたバランス軸ハウジング１０が，前記クランク軸６と平行に延びるように形成されており，このバランス軸ハウジング１０の内部には，前記ピストン５に釣り合う偏心バランスウエイト１２を備えて成るバランス軸１１が，前記クランク軸６と平行に延びるように挿入されている。

このバランス軸１１の一端におけるジャナール部１１ａは，前記シリンダブロック１の左右両側面７，８のうち第１側面７に隣接する部分に設けた第１軸受け部１３にて回転自在に軸支されている一方，前記バランス軸１１の他端におけるジャナール部１１ｂは，前記左右両側面７，８のうち他方の第２側面８に隣接する部分に設けた第２軸受け部１４にて回転自在に軸支されている。

また，前記バランス軸１１のうち前記第１軸受け部１３より外側に突出する部分には，前記クランク軸６に固着の主動歯車１５に噛合する従動歯車１６が固着されていて，これらの歯車１５，１６により，前記バランス軸１１は，前記ピストン５が上死点及び下死点に向かうときその偏心バランスウエイト１２が下死点上死点に向かうように，前記クランク軸６に同期して同じ回転数で回転される構成になっている。

しかも，前記バランス軸１１のうち一端のジャナール部１１ａには，更に外向きに突出する駆動軸１７が一体に設けられ，この駆動軸１７により前記前記チエンケース９の内部に設けた潤滑油ポンプ１８を回転駆動するように構成しており，この潤滑油ポンプ１８は，前記クランクケース４の下部におけるオイルパン４４に溜まる潤滑油を汲み上げて，前記シリンダブロック１にクランク軸６と平行に延びるように穿設したオイルメインギャラリ１９に送るものであり，このメインギャラリ１９に送られた潤滑油は，前記クランク軸６に対する各軸受け部やピストン５等のような各種の作動部分に供給されてこれらを潤滑したのち前記オイルパン４４に戻るように構成されている。

一方，前記バランス軸１１のうち他端のジャーナル部１１ｂより外側に一体に突出する小径軸２０には，オイルシール２１が被嵌されており，この小径軸２０には，一直線状に更に外向きに突出するポンプ軸２２が一体に設けられ，このポンプ軸２２により前記シリンダブロック１における左右両側面７，８のうち第２側面８に取付けた冷却水ポンプ２３を回転駆動するように構成している。

前記冷却水ポンプ２３は，前記シリンダブロック１に着脱可能に取付くポンプケーシング２４と，前記ポンプ軸２２に嵌着したインペラー２５とで構成されており，そのインペラー２５の回転により，内燃機関に対する冷却水を，従来から良く知られているように，前記シリンダブロック１における冷却水ジャケット４５と前記シリンダヘッド３における冷却水ジャケット（図示せず）との間を循環するか，或いは，これら冷却水ジャケットと図示しないラジエータ等との間を循環するものである。

前記冷却水ポンプ２３において，前記インペラー２５と前記オイルシール２１との間の部位には，シリンダブロック１側に固定される固定リング２６と，この固定リング２６の一端面に密接した状態でインペラー２５と一緒に回転する回転リング２７とから成る回転式の水封機構２８が設けられており，前記冷却水ポンプ２３における水が第２軸受け部１４側に漏れ出すのを，この水封機構２８にて阻止するという構成にしている。

前記バランス軸１１における一端のジャーナル部１１ａに対する第１軸受け部１３は，前記ジャーナル部１１ａに嵌まってラジアル荷重（半径方向の荷重）及びスラスト荷重（軸線方向の荷重）の両方を受けることができる転がり軸受２９（例えば，ＪＩＳ規格の深みぞ玉軸受等）と，前記バランス軸ハウジング１０が前記第１側面７に開口する部分に設けた軸受け孔３０に密接して嵌まるスペーサリング体３１とで構成されており，前記転がり軸受２９における内輪２９ａは，前記ジャーナル部１１ａに対してその軸線方向（スラスト方向）に移動しないように，圧入にて固く嵌まっているか，或いは嵌まった状態で前記従動歯車１６の押さえ等にて固着されているが，この転がり軸受２９における外輪２９ｂは，前記スペーサリング体３１の内部に，軸線方向（スラスト方向）に移動し得るように緩く嵌まっている。

図５に示すように，前記第１軸受け部１３における軸受け孔３０の内径Ｄ１は，前記バランス軸１１の偏心バランスウエイト１２における最大直径Ｄ０より適宜寸法だけ大きく構成され，これにより，前記バランス軸１１は，前記バランス軸ハウジング１０内に前記軸受け孔３０から挿入するように構成している。更に，前記軸受け孔３０の内面には，雌ねじ３２が刻設されている。

前記第１軸受け部１３におけるスペーサリング体３１は，その外周面に前記軸受け孔３０内に密接して嵌まる嵌合部４７を備える構成であり，その外周面には，図５に示すように，前記軸受け孔３０内における雌ねじ３２に螺合する雄ねじ３３が設けられているとともに，環状のオイル溝３４が凹み形成されており，更に，当該スペーサリング体３１の前記軸受け孔３０内への挿入を容易に誘導（ガイド）するための先細状のテーパ面３５が設けられている。

また，前記スペーサリング体３１における内周には，当該スペーサリング体３１内への前記転がり軸受２９を嵌め込みを容易に誘導（ガイド）するためのラッパ状の傾斜面３６が設けられている。

この場合において，前記第１軸受け部１３の軸受け孔３０における雌ねじ３２の内径Ｄ２は，前記軸受け孔３０の内径Ｄ１よりも少しの寸法だけ大きく構成されている一方，前記スペーサリング体３１の前記軸受け孔３０内への組み付けに際しては，先ず，当該スペーサリング体３１における雄ねじ３３が前記軸受け孔３０における雌ねじ３２に螺合し，次いで，この螺合によるねじ込みにより，前記スペーサリング体３１における嵌合部４７が前記軸受け孔３０内に密接して嵌まるというように構成されている。

なお，前記スペーサリング体３１の外周におけるオイル溝３４には，前記オイルメインギャラリ１９からのオイル通路３７が連通しており，このオイル溝３４に入った潤滑油は，前記スペーサリング体３１に半径方向に穿設したオイル通路３８を介してその内部における転がり軸受２９に供給されたのち，前記バランス軸ハウジング１０及びクランクケース４を経て前記オイルパン４４に戻るように構成されている。

これに加えて，前記スペーサリング体３１の外周には，当該スペーサリング体３１を前記軸受け孔３０内の所定位置に装填したときに前記第１側面７に接当する構成の外向き鍔３９が一体に設けられている一方，前記スペーサリング体３１の内周には，内向き鍔４０が一体に設けられている。

この場合，前記内向き鍔４０と，前記転がり軸受２９における外輪２９ｂとの間には，図４に示すように，前記バランス軸１１及び前記スペーサリング体３１を所定位置に組み付けた状態において，軸線方向に沿って適宜寸法Ｓの隙間を設けることにより，前記転がり軸受２９が前記バランス軸１１の軸線方向（スラスト方向）に移動し得るように構成されている。

これにより，前記第１軸受け部１３は，前記バランス軸１１を，その軸線方向への移動を許容する状態で回転自在に軸支するという構成になっている。

なお，前記第１軸受け部１３は，その転がり軸受２９における外輪２９ｂを前記スペーサリング体３１には軸線方向（スラスト方向）に移動しないように固く嵌め込みする一方，その転がり軸受２９における内輪２９ａをバランス軸１１のジャーナル部１１ａには軸線方向（スラスト方向）に移動し得るように緩く嵌めることにより，前記バランス軸１１を，その軸線方向への移動を許容する状態で回転自在に軸支するという構成にできる。

そして，前記第２軸受け部１４は，前記バランス軸１１の他端におけるジャーナル部１１ｂに嵌まってラジアル荷重（半径方向の荷重）及びスラスト荷重（軸線方向の荷重）の両方を受ける転がり軸受４１（例えば，ＪＩＳ規格の深みぞ玉軸受等）の構成であり，この転がり軸受４１における内輪４１ａは，前記ジャーナル部１１ｂに対してその軸線方向に移動しないように，圧入等にて固く嵌まっている一方，この転がり軸受４１における外輪４１ｂは，前記シリンダブロック１に穿設した軸受け孔４２内に，その軸線方向に移動しないように，圧入等にて固く嵌まっている。

これにより，前記第２軸受け部１４は，前記バランス軸１１を，その軸線方向への移動を阻止する状態で回転自在に軸支するという構成になっている。

なお，前記第２軸受け部１４における転がり軸受４１には，前記オイルメインギャラリ１９における潤滑油がオイル通路４３を介して供給され，この転がり軸受４１を潤滑したあとの潤滑油は，前記バランス軸ハウジング１０及びクランクケース４を経て前記オイルパン４４に戻るように構成されている。

このような構成において，バランス軸１１は，冷却水ポンプ２３に隣接した部位に位置する第２軸受け部１４と，前記冷却水ポンプ２３からクランク軸６の軸線方向に沿って離れた部位に位置する第１軸受け部１３とによって回転自在に軸支されている。

この場合，前記第２軸受け部１４は，前記したように，前記バランス軸１１におけるその軸線方向への移動を阻止する構成である一方，前記第１軸受け部１３は，前記したように，前記バランス軸１１におけるその軸線方向への移動を許容する構成であることにより，前記バランス軸１１における熱によるその軸線方向への膨張及び収縮，並びにバランス軸の撓み変形による軸端部のスラスト（軸線）に移動は，当該バランス軸のうち冷却水ポンプ２３側の第２軸受け部１４の部分がその軸線方向に移動しないように固定された状態で，前記冷却水ポンプ２３とは反対側の第１軸受け部１３の部分がその軸線方向に移動するようにして行われることになる。

これにより，前記バランス軸１１とシリンダブロック１側との間における熱膨張差及びバランス軸１１の撓み変形等によるスラスト（軸線）方向への移動が，前記バランス軸１１の一端部における前記冷却水ポンプ２３に対して及ぶことを皆無にできるか，或いは小さくできる。

従って，前記冷却水ポンプ２３におけるポンプ軸２２を前記バランス軸１１に対して一体結合するという構成にした場合において，前記冷却水ポンプ２３における回転式の水封機構２８における水封機能が，前記熱膨張差及びバランス軸の撓み変形等のために低下したり又は不能になったりすることを確実に回避できる。

次に，図３は，前記バランス軸１１をシリンダヘッド１に対して組み付ける途中の状態を示している。

このバランス軸１１の組み付けに際しては，先ず，前記バランス軸ハウジング１０における軸受け孔４２内に，第２軸受け部１４を構成する転がり軸受４１を圧入にて装填する一方，前記バランス軸１１の一端部に，第１軸受け部１３を構成する転がり軸受２９とスペーサリング体３１とを組み付けるとともに従動歯車１６を組み付ける。

なお，前記バランス軸１１に対する前記転がり軸受２９及びスペーサリング体３１の組み付けは，前記転がり軸受２９を前記バランス軸１１における一方のジャーナル部１１ａに圧入にて装着し，次いで，この転がり軸受２９に，前記スペーサリング体３１を被嵌するようにして行うか，或いは，前記転がり軸受２９を，先に前記スペーサリング体３１内に嵌め込み，次いで，この転がり軸受２９に，前記バランス軸１１における一方のジャーナル部１１ａを圧入にて挿入するようにして行う。

そして，前記スペーサリング体３１に前記従動歯車１６を，当該従動歯車１６をその軸線方向に貫通して前記スペーサリング体３１における雌ねじ孔４６に螺合する複数本のねじ４７にて回転不能に仮り固定するか，或いは，当該従動歯車１６をその軸線方向に貫通して前記スペーサリング体３１における前記雌ねじ孔４６等に係合する複数本のピン（図示せず）にて回転不能に仮り固定する。

次いで，前記仮り固定の状態で，前記スペーサリング体３１を前記バランス軸ハウジング１０における軸受け孔３０内に嵌め，次いで，前記従動歯車１６を回すことにより，前記スペーサリング体３１は，その外周の雄ねじ３３が軸受け孔３０の内周の雌ねじ３２に螺合することにより，以後は，この螺合によるねじ込みにて，前記バランス軸ハウジング１０内に順次押し込まれることになる。

これと同時に，前記スペーサリング体３１における螺合によるねじ込みにて，前記バランス軸１１における他方のジャーナル部１１ｂが，前記転がり軸受４１に対して圧入にて挿入されるとともに，前記スペーサリング体３１が前記軸受け孔３０内に密接して嵌め込まれることになる。

そして，前記スペーサリング体３１の外向き鍔３９が前記第１側面７に接当したとき，このスペーサリング体３１を回すことを止めて，前記ねじ４７又はピンを抜いて仮り固定の状態を解除することにより，前記バランス軸１１の組み付けを完了する。

ところで，前記バランス軸１１の組み付けに際しては，そのスペーサリング体３１に対して従動歯車１６を仮り固定することなく，前記スペーサリング体３１を直接に回すことによっても行うことができる。

このように，前記バランス軸１１の最大径Ｄ０よりも大きい内径Ｄ１の軸受け孔３０内に，前記スペーサリング体３１を密接して嵌め込むことが，当該スペーサリング体３１の外周の雄ねじ３３を前記軸受け孔３０の内周の雌ねじ３２に螺合するというねじ込みにて行うという構成であることにより，その嵌め込み作業が，ねじ込みを適用しない場合に比べて，こじれを生ずることなく，著しくスムースに簡単にできるから，その作業性を大幅に向上できる。

特に，前記した実施の形態においては，前記スペーサリング体３１における前記軸受け孔３０内への螺合によるねじ込みにて，当該スペーサリング体３１における軸受け孔３０内への嵌め込みと，前記バランス軸１１の他端におけるジャーナル部１１ｂの転がり軸受４１への圧入による嵌め込みとが同時にできるから，その作業性をより向上できる。

なお，前記実施の形態は，前記バランス軸１１を，内燃機関におけるシリンダブロック１に対して設ける場合であったが，本発明は，これに限らず，前記バランス軸１１を，内燃機関におけるシリンダヘッド３に対して設ける場合に適用できることはいうまでもない。

また，前記クランク軸６から前記バランス軸１１への動力伝達は，図示の歯車１５，１６によることに限らず，チエン伝動又はベルト伝動等を適用することができ，本発明において「入力用動力伝達輪」は，前記歯車伝動の場合における摺動歯車１６は勿論のこと，チエン伝動の場合における従動スプロケット，ベルト伝動の場合における従動プーリを含むという概念である。

１ シリンダブロック
２ シリンダ
３ シリンダヘッド
４ クランクケース
５ ピストン
６ クランク軸
７ 第１側面
８ 第２側面
９ チエンケース
１１ バランス軸
１２ 偏心バランスウエイト
１３ 第１軸受け部
１４ 第２軸受け部
１５ 主動歯車
１６ 従動歯車（入力用動力伝達輪）
２２ ポンプ軸
２３ 冷却水ポンプ
２８ 水封機構
２９，４１ 転がり軸受
３０ 軸受け孔
３１ スペーサリング体
３２ 雌ねじ
３３ 雄ねじ

Claims (2)

1. 偏心バランスウエイトを備えたバランス軸を，クランク軸と平行に延びるように軸支し，このバランス軸を前記クランク軸と同期して回転する一方，前記バランス軸の一端部に，冷却水ポンプを，当該冷却水ポンプにおけるポンプ軸が前記バランス軸と一直線になるように配設して成る内燃機関において，
   前記バランス軸は，その軸線方向に沿って適宜距離を隔てた少なくとも二つの軸受け部にて回転自在に軸支されており，この各軸受け部のうち前記冷却水ポンプに隣接する軸受け部は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を阻止する構成であり，他の軸受け部は，前記バランス軸におけるその軸線方向への移動を許容する構成であることを特徴とする内燃機関におけるバランス装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記バランス軸の他端に，当該バランス軸への入力用動力伝達輪が設けられていることを特徴とする内燃機関におけるバランス装置。

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