JP2016200247A - バランスシャフトの支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の温度に影響されることなく、バランスシャフトと支持部材との間に生じる摩擦を軽減でき、バランスシャフトと軸受け部材との焼き付きを防止することが可能なバランスシャフトの支持構造を提供する。【解決手段】バランスシャフトに設けられたジャーナル２ａ（２ｂ）の外周面は、潤滑油を収容する溝を支持部材に備えられた軸受け２３により、潤滑油を介して回転可能に支持される。バランスシャフト１Ａの外周面には、潤滑油ＯＬを収容する溝Ｇが形成される。溝Ｇは、バランスシャフト１Ａの外周面の周方向の一部の領域であって、バランスシャフトの回転時において、バランスシャフトに設けられたジャーナル２ａ（２ｂ）の外周面と軸受け２３の内周面との間隔が最小となる位置Ｐを含む領域に形成されている。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関に設けられるバランスシャフトの外周面を、潤滑油を介して摺動回転可能に支持する支持部材を備えたバランスシャフトの支持構造に関する。

内燃機関には、クランクシャフトと同期して回転するバランスシャフトを回転可能に設けることができる。バランスシャフトには、その回転中心から重心をずらすようにカウンターウェイトが設けられており、クランクシャフトの回転時に発生する２次振動が、バランスシャフトの回転時に発生する慣性力によって抑制される。バランスシャフトは、軸受け部材に回動自在に支持され、ピストンを往復動作させるクランクシャフトに連動して、軸受け部材の支持面に摺動可能に支持される。このとき、バランスシャフトと摺動面との間の摺動摩擦によって焼付きが発生するのを回避するため、バランスシャフトと摺動面との間には潤滑油を供給することが必要となる。

バランスシャフトと摺動面との摺動部分に潤滑油を供給する技術として、特許文献１には、バランスシャフトを支持する軸受けに、油孔を形成し、その油孔にオイルポンプによって潤滑油を圧送し、軸受けとバランスシャフトとの摺動箇所へと潤滑油を供給する構成が開示されている。この特許文献１に開示の技術では、軸受けに形成した油孔の開口面積によってバランスシャフトと軸受けとの間に供給する潤滑油の供給量を設定している。

特開平０７−７１２１７号公報

上記のように特許文献１に開示の技術では、軸受けに形成する油孔の開口面積によってバランスシャフトと軸受けとの間に供給される潤滑油の量を制御するようになっているが、高温時には油量が不足し、焼き付きが発生することが懸念されている。

軸受けの全周にわたり延在する溝を設けることにより、潤滑油を保持する構造では、潤滑に寄与しない角度領域にも潤滑油が保持されるため、潤滑の必要な角度領域への潤滑が不足するおそれがある。他方、同様の滑り軸受け構造が採用される内燃機関のクランクシャフトでは、筒内圧によりクランクシャフトがロア側に押し付けられるため、溝はロア側の軸受部材にのみ設ければ良いが、バランスシャフトの場合にはロア側への押し付け力を受けないため、同様の構造は採用できない。

本発明は、上記課題を解消すべくなされたものであり、潤滑油の温度に影響されることなく、バランスシャフトと支持部材との間に生じる摩擦を軽減でき、バランスシャフトと軸受け部材との焼き付きを防止することが可能なバランスシャフトの支持構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、バランスシャフトの外周面を、潤滑油を介して摺動回転可能に支持する内周面を有する支持部材を備えたバランスシャフトの支持構造であって、前記バランスシャフトの外周面の周方向の一部の領域であって、前記バランスシャフトの回転時において、前記バランスシャフトの外周面と前記支持部材の前記支持部材の内周面との間隔が最小となる位置を含む領域に前記潤滑油を収容する溝を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、バランスシャフトの外周面と支持部材のない周面との間隔が最小となる位置を含む領域に潤滑油が保持されるため、潤滑油の温度に拘りなく、バランスシャフトと支持部材との間の摩擦を軽減でき、バランスシャフトと軸受けとの間の焼き付きを防止することができる。

本発明の実施形態におけるバランスシャフトを示す正面図である。 図１に示すバランスシャフトのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１に示すバランスシャフトと支持部材とを示す縦断側面図である。 図３に示すアッパーハウジングの底面図である。 図３に示すロアハウジングの平面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 バランスシャフトの軸芯の移動軌跡を示す線図である。 バランスシャフトと支持部材との位置関係を模式図である。 エンジン回転数に対する潤滑油の漏れ量、油膜温度変化量、摩擦トルクの変化量の関係をそれぞれ示す線図である。

本発明に係るバランスシャフトの支持構造の一実施形態を説明する。

本実施形態におけるバランスシャフトの支持構造は、内燃機関としてのレシプロエンジンに発生する２次振動を抑制するバランサーに用いられる。バランサーは、クランクシャフトの回転に同期して駆動される１本または２本のバランスシャフトを備える。バランスシャフトは、クランクシャフトを回動自在に支持するクランクケースの下方などに設けられたバランスシャフトハウジングに回動自在に支持されている。

ここで、本実施形態におけるバランスシャフトおよびその支持構造を、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。図１は本実施形態におけるバランスシャフトの正面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線面図、図３は図１に示すバランスシャフトと支持部材とを示す縦断側面図であり、（ａ）は支持部材を分解した状態を、（ｂ）は支持部材にバランスシャフトを支持させた状態を、それぞれ示している。

図１および図２に示すように、バランスシャフト１には、同心円柱状のジャーナル２ａ，２ｂが形成されると共に、ジャーナル２ａ，２ｂの間には、アンバランスマス３が固定されている。アンバランスマス３は、略半円柱状をなし、ジャーナル２ａ，２ｂの中心軸線Ｃ１からずらした位置に重心を位置させるよう設けられている。このバランスシャフト１のジャーナル２ａ，２ｂは図３ないし図６に示すバランスシャフトハウジング１０によって支持されている。

本実施形態におけるバランスシャフトハウジング（以下、単にハウジングと称す）１０は、図３に示すように、２本のバランスシャフト（第１のバランスシャフト１Ａ、第２のバランスシャフト１Ｂ）を支持する支持部材として構成されている。このハウジング１０は、図３（ａ）に示すように、アッパーハウジング２０とロアハウジング３０とを備える。アッパーハウジング２０には、両バランスシャフト１Ａ，１Ｂのジャーナル２ａ，２ｂの上半部との対向位置に、それぞれ半円筒状の凹部２１（図４参照）が形成され、これらの凹部２１のそれぞれに、半円筒状の軸受け部材２２が固定されている。また、ロアハウジング３０には、バランスシャフト１Ａ，１Ｂのジャーナル２ａ，２ｂにおける下半部との対向位置に半円筒状の凹部３１が形成され、これら凹部３１のそれぞれに、半円筒状の軸受け部材３２が固定されている。このロアハウジング３０と前記アッパーハウジング２０とが、図３（ｂ）に示すように、不図示のボルトによって締結・固定されることにより、相対向する軸受け部材２２と３２とが組み合わせられ、第１、第２のバランスシャフト１Ａ，１Ｂの各ジャーナル２ａ，２ｂの全周を囲む円筒状の軸受け２３を構成している。

アッパーハウジング２０のうち、第１のバランスシャフト１Ａのジャーナル２ａ，２ｂに対応する位置には、図４および図６に示すように、凹部２１および軸受け部材を貫通する第１油路Ｗ１が形成されている。この第１油路Ｗ１の外側端部は、図外のポンプから送給された潤滑油を送給する不図示の潤滑油送給路に接続されている。また、第１、第２のバランスシャフト１Ａ，１Ｂに対応する凹部２１の一部から第２バランスシャフト１Ｂに対応する凹部２１の一部に亘って第２油路Ｗ２が形成されており、この第２油路Ｗ２は第１油路Ｗ１の内側端部に連通している。なお、図４ないし図６において、ｈ１はアッパーハウジング２０とロアハウジングを固定するボルトの挿入孔、ｈ２は該ボルトと螺合する螺孔である。

本実施形態においては、２本のバランスシャフトは、それぞれの軸線方向に沿って２箇所に配置した軸受け２３によって回動自在に支持される。２本のバランスシャフトのうち、第１のバランスシャフト１Ａは、図外のクランクシャフトに連動して回転駆動を行う。また、第２のバランスシャフト１Ｂは第１のバランスシャフト１Ａに連動して同一回転数で逆方向に回転する。これら２種類の連動のために、バランスシャフト１Ａの拡径部２ｃには、不図示のギヤが嵌合される。その結果、第１、第２のバランスシャフト１Ａ，１Ｂに生じる慣性力により、クランクシャフトの回転に伴って発生する慣性力を相殺し、２次振動の発生を抑制して静粛性の高い駆動を実現することができる。

第１、第２のバランスシャフトの回転時において、図外のポンプにより、アッパーハウジング２０に形成されている第１油路Ｗ１には、潤滑油送給路を介してポンプから送出された潤滑油が供給される。第１油路Ｗ１に供給された潤滑油は、第１のバランスシャフト１Ａに対応する軸受け部材２２に形成された油孔２２ａ（図６参照）から、第１のバランスシャフト１Ａのジャーナル２ａ，２ｂの外周面と軸受け２３の内周面との間に侵入し、両周面の間に油膜を形成する。また、第１油路Ｗ１に供給された潤滑油は、第２油路Ｗ２へも流入し、ここから軸受け部材２２に形成された油孔２２ａを経て第２のバランスシャフト１Ａのジャーナル２ａ，２ｂの外周面と軸受け２３の内周面との間に侵入し、両周面の間に油膜を形成する。このジャーナル２ａ，２ｂの外周面と軸受け部材２２の内周面との間に形成される油膜によってジャーナル２ａ，２ｂを潤滑した状態で回転させることが可能となる。また、潤滑に用いられた後の潤滑油は、ジャーナル２ａ，２ｂの軸線方向の両端から外部へと漏出する。

ところで、バランスシャフト１Ａ、１Ｂには、アンバランスマス３が設けられており、その重心がバランスシャフト１Ａ，１Ｂのジャーナル２ａ，２ｂの中心軸線Ｃ１からずれているため、各バランスシャフト１Ａ，１Ｂのジャーナル２ａ，２ｂの中心軸線Ｃ１は、図７に示すように、軸受け２３の内周面の中心軸線Ｃ０を中心とする環状の軌道Ｏｒを描きながら、軸受け２３の内周面に沿って回転する。従って、バランスシャフト１Ａ，１Ｂは、ジャーナル２ａ，２ｂの外周面の中の一定の位置Ｐ（図８参照）が常に軸受け２３の内周面に最も近づいた状態で回転することとなる。本実施形態では、図１および図２に示すように、それぞれの周面に沿って潤滑油を収容する円弧状の溝Ｇが形成されている。本実施形態では、溝Ｇが各ジャーナル２ａ，２ｂに２本ずつ形成されている。この円弧状の溝Ｇの形成範囲は、バランスシャフト１Ａ，１Ｂの周方向の全領域のうち一部の領域であって、バランスシャフト１Ａ，１Ｂの回転時において、上記のように、ジャーナル２ａ，２ｂの外周面に最も近づく位置Ｐを含む、所定の円周角度範囲の領域となっている。なお、図８に示すジャーナル２ａ，２ｂの外周面とバランスシャフト１Ａ，１Ｂの外周面との間隔は、説明の都合上、誇張して表されている。

上記のように構成された本実施形態におけるバランスシャフトの支持構造では、ジャーナル２ａ，２ｂの回転方向（図８の矢印にて示す方向）において、位置Ｐの上流側に近接する領域Ｒ１には、ジャーナル２ａ，２ｂの回転によって生じる潤滑油ＯＬの流れによってくさび効果が生じ、油膜圧力が増大した状態となる。これに対し、位置Ｐの下流側に近接する領域Ｒ２には、逆くさび効果が生じる。この逆くさび効果は、摺動物と被摺動物との隙間が摺動方向に沿って拡大される箇所で負圧が生じる現象であり、本実施形態では、ジャーナル２ａ，２ｂの外周面と軸受け２３の外周面とが拡大する領域Ｒ２で発生する。本実施形態では、ジャーナル２ａ，２ｂの周面が軸受け２３の内周面に最も近づく位置Ｐを基準として、その上流側から下流側に亘って溝Ｇが形成されているため、軸受外部へ流出した潤滑油が逆くさび効果による負圧よって溝Ｇ内に引き戻され、ジャーナル２ａ，２ｂの外周面と軸受け２３の内周面との間に潤滑油が保たれた状態となる。

すなわち、低温環境下における内燃機関の始動直後は、バランスシャフトと軸受との間から潤滑油が外部に漏出すると、それだけ潤滑油の温度上昇が遅れることになるが、本実施形態では回転時に摩擦熱が発生し易い領域に形成された溝Ｇに減圧によって潤滑油が保持されているため、潤滑油の温度が上昇し易くなり、ジャーナル２ａ，２ｂと軸受け２３との間の摩擦を低減することが可能になる。

また、溝Ｇはバランスシャフト１Ａ，１Ｂの周方向の全領域でなく、アンバランスマスの慣性力により、油膜厚さが薄く、摩擦の大きな箇所に設置したため、上記の原理により、大きな摩擦低減効果が得られる。

このように、本実施形態では、潤滑油の温度が低温の場合、ジャーナル２ａ，２ｂと軸受け２３との間に潤滑油を適正な状態で保持することが可能となる。図９（ａ）に本実施形態によって得られる効果を検証した結果の一例を示す。ここでは、油温が低温（５度）の場合と、油温が高温（２０度を超える温度）の場合を例に採り、エンジン回転数（ｒｐｍ）に対する潤滑油の漏れ量（Ｌ／ｍｉｎ）を計算予測した結果を示している。図示のように、本実施形態では、油温が高温（２０度を超える温度）の場合にも、軸受外部へ流出する潤滑油量を低減させることができた。

図９（ｂ）は、ジャーナル２ａ，２ｂと軸受け２３との間に形成される油膜の温度変化量と、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）との関係を、計算予測した結果を示す線図である。同図に示すように、本実施形態によれば、潤滑油量を低減できたことで、油膜温度が上昇した。このように、低温の油膜の温度は迅速に高められることにより、油膜による抵抗は大幅に低減され、円滑な回転を実現することが可能になった。

図９（ｃ）は、ジャーナル２ａ，２ｂの回転時の摩擦トルクの変化量（Ｎｍ）と内燃機関の回転数との関係を示す線図である。図示のように、潤滑油の流出量が低減し、油膜温度が上昇したことで、摩擦を低減することができる。

なお、上記実施形態では、第１、第２のバランスシャフト１Ａ，１Ｂにおいて、ジャーナル２ａ，２ｂのそれぞれに２本の溝Ｇを形成した例を示したが、各ジャーナルに形成する溝の本数を２本以外に設定とすることも可能であり、本発明は特に上記実施形態に限定されるものではない。

また、本発明は、２本のバランスシャフトをハウジングによって支持する場合に限らず、１本のバランスシャフトを支持する場合にも適用可能である。

１Ａ，１Ｂ バランスシャフト
１０ ハウジング
２０ アッパーハウジング
３０ ロアハウジング
Ｇ 溝
Ｒ 領域

Claims (1)

1. バランスシャフトの外周面を、潤滑油を介して回転可能に支持する内周面を備えた円筒状の支持部材を備えたバランスシャフトの支持構造であって、
   前記バランスシャフトの外周面の周方向の一部の領域であって、前記バランスシャフトの回転時において、前記バランスシャフトの外周面と前記支持部材の前記支持部材の内周面との間隔が最小となる位置を含む領域に前記潤滑油を収容する溝を形成したことを特徴とするバランスシャフトの支持構造。

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