JP2021032177A - バランサハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】バランスシャフトの支持剛性を維持しつつ、バランサハウジングを軽量化すること。【解決手段】クランクシャフト１２の下方に配置されるバランスシャフト１３を保護するバランサハウジング１５であって、基部２１と、基部２１に設けられ、バランスシャフト１３が挿通可能である孔部２２と、基部２１の上部において、クランクシャフトの軸受け１４に締結される締結面２４、を備え、締結面２４と、孔部２２に挿通されたバランスシャフト１３の軸心と、を結ぶ経路より下方に、基部２１の一部を肉抜きした肉抜き部２３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに用いられるバランサハウジングに関する。

例えば、レシプロエンジンにおいて、クランクシャフトから発生する振動を低減するために、偏心シャフトであるバランスシャフトを用いる技術が知られている。また、バランスシャフトの少なくとも一部が格納されるバランサハウジングは、バランスシャフトの支持剛性を確保する機能を果たすとともに、フリクションの低減のために軸受け部の呼吸穴の設定の機能を果たす。

従来、このような分野の技術として、特開２００８−２５６１６１号公報がある。この公報に記載されたバランスシャフトのハウジングは、ボルトによって、軸受部の位置に対応する下面部に締結させることが記載されている。

特開２００８−２５６１６１号公報

しかしながら、前述した従来のハウジングは、ラダーフレーム直下に締結する構造であって、締結面とバランスシャフトの軸心との距離だけ離れた位置となる。そのため、ハウジングの質量が増加するとともに、フリクション（ポンピングロス）の増加を抑制するために呼吸穴を形成する必要がある。

より具体的には、ハウジングの締結面と、バランスシャフトの軸心との間が所定の距離だけ離れている構造であるため、これらの間に壁を設定することにより質量が増加する。ここで、軽量化のために鋳抜きを設定することが考えられるが、荷重経路に鋳抜きを配置した場合や鋳抜きの形状によって、支持剛性が低下することや、軸受荷重を受けた際にハウジングの一部に高応力が発生する場合がある。

また、バッフルプレート一体構造のバランサハウジングである場合、軸受部でピストンの摺動による空気の流れを塞いでしまうと、フリクション（ポンピングロス）が発生してしまう。そのため、バランサハウジングには、ピストン下降時の空気の逃げ先となる呼吸穴を形成することが望ましい。

本発明は、バランスシャフトの支持剛性を維持しつつ、軽量化されたバランサハウジングを提供するものである。

本発明にかかるバランサハウジングは、クランクシャフトの下方に配置されるバランスシャフトを保護するバランサハウジングであって、基部と、前記基部に設けられ、前記バランスシャフトが挿通可能である孔部と、前記基部の上部において、前記クランクシャフトの軸受けに締結される締結面、を備え、前記締結面と、前記孔部に挿通された前記バランスシャフトの軸心と、を結ぶ経路より下方に、前記基部の一部を肉抜きした肉抜き部が形成されている。
これにより、バランサハウジングにかかる荷重経路を避けて肉抜き部を設定することができる。

これにより、バランスシャフトの支持剛性を維持しつつ、バランサハウジングを軽量化できる。

エンジンの概略を示す図である。 バランサハウジングの拡大図である。 シリンダが下降した際の空気の流れを示す図である。 バランサハウジングにかかる応力分布の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、エンジン１は、複数のシリンダ１１と、クランクシャフト１２と、クランクシャフト１２と軸方向が平行であるように配置されているとともに、クランクシャフト１２の下方に配置されたバランスシャフト１３と、を備える。また、エンジン１は、クランクシャフト１２の延在方向における端部近傍においてクランクシャフト１２に当接して軸受けとして動作するクランクシャフトの軸受け（クランクキャップ）１４と、クランクキャップ１４に締結されており、バランスシャフト１３を保護するバランサハウジング１５と、を備える。

ここで図２に示すように、複数のシリンダ１１が連続するように配置される方向をＸ方向とする。すなわち、クランクシャフト１２及びバランスシャフト１３の延在方向をＸ方向とする。また、シリンダ１１内におけるピストンの動作方向は上下方向であって、上下方向をＺ方向として説明する。また、Ｘ方向及びＺ方向の夫々に対して垂直である方向をＹ方向とする。なお図２は、図１に示した点線部分の拡大図である。

なお典型的には、エンジン１は、エンジン１の上部に設けられたシリンダヘッドと、シリンダヘッドの下部に配置され複数のシリンダ１１及びクランクシャフト１２が配置されているシリンダブロックと、シリンダヘッドとシリンダブロックの間に配置されるヘッドガスケットを備える。

シリンダ１１には、略円筒状のシリンダ本体内において、往復運動が可能であるようにピストンが配置されている。典型的には、ピストンは、燃焼行程によって往復運動を行う。またピストンは、コネクティングロッドを介して、クランクシャフト１２に接続されている。

クランクシャフト１２は、それぞれのシリンダ１１の下方であるように配置されている。クランクシャフト１２は、ピストンの上下動を、コネクティングロッドを介して受けて回転運動とする。なお例えば、クランクシャフト１２の一端部にはフライホイールが配置され、他端部にはタイミングギアやクランクプーリーが接続される。またクランクシャフト１２には、ベアリングや、ベアリングにオイルを供給するための油路が設けられている。

クランクシャフト１２の端部は、クランクキャップ１４により、回動可能である状態で支持されている。例えばクランクキャップ１４は、エンジン１を構成するフレームの一部であって、シリンダブロックに対し、シリンダブロックＸ方向端部側に連結されるように配置されている。

バランスシャフト１３は、クランクシャフト１２の下方に設けられたバランサハウジング１５内に、回動可能である状態で配置されている。ここで、図１に示したエンジン１は直列３気筒であり、バランスシャフト１３はクランクシャフト１２の下方に、Ｘ方向に延在する１本が配置されるものとして説明する。この場合、バランスシャフト１３の回転速度はクランクシャフト１２と等速である。なお例えば、エンジン１が直列４気筒である場合には、バランスシャフト１３は軸方向が略平行に設けられた２本のシャフトとすることができる。この場合、２本のバランスシャフト１３は、クランクシャフト１２の回転力を受けて互いに逆方向に回転するとともに、クランクシャフト１２の２倍の速度で回転する。これによりバランスシャフト１３は、エンジン１に発生する振動を低減することができる。

バランスシャフト１３の端部近傍は、図２に示すバランサハウジング１５の孔部２２によって回動可能の状態で支持される。ここで図２及び図３を用いて、より詳細にバランサハウジング１５について説明する。

図３に示すように、バランサハウジング１５は、第１の部位１５ａと、第２の部位１５ｂと、第１の部位１５ａと第２の部位１５ｂの間に配置され、Ｘ方向の端部にそれぞれ第１の部位１５ａ、第２の部位１５ｂが配置されるバッフルプレート１５ｃを有する。

図２に示すように、第１の部位１５ａは、基部２１と、基部２１のＹ方向の略中央に設けられ、Ｘ方向に貫通する孔である孔部２２と、基部２１において孔部２２から離間した位置に形成された肉抜き部２３と、基部２１のＹ方向両端部の夫々の近傍かつＺ方向上部側においてクランクキャップ１４の下部に締結される締結面２４と、を備える。すなわち、締結面２４は、バランサハウジング１５とクランクキャップ１４が面で当接する箇所である。

基部２１は、例えばＺ方向に比べてＹ方向に長く形成され、Ｘ方向に所定の厚みで形成されている。

また基部２１の上部には、図２に示すようにＸ方向外側からの視点において、Ｙ方向中央部がＹ方向端部に比べて下方に凹んだ形状の呼吸穴２５が形成されている。この呼吸穴２５は、図３に示すようにシリンダ１１のピストンが下降動作したときに、空気がエンジン１の外に逃げる孔としての役割を果たす。すなわち、クランクキャップ１４の前後に空気が流れる通路を確保することができ、フリクションを低減できる。

図２に示すように、典型的には呼吸穴２５は、応力集中しないように大きな半径を採用する。ここで、呼吸穴２５が大きく設定されるほど、バランサハウジング１５の支持剛性は低くなる。したがって、呼吸穴２５は、支持剛性とのバランスをとりつつ、開口面積が最大化されるように設定する。

締結面２４よりＹ方向内側には、クランクキャップ１４の下部に設けられているフレームボルト２６の頭部が配置される。なお、Ｘ方向からの視点において、フレームボルト２６は呼吸穴２５内に形成されている。すなわち、呼吸穴２５は、フレームボルト２６の逃げを利用して設定されている。このフレームボルト２６は、クランクキャップ１４と、バランサハウジング１５とを締結させる締結ボルトであってもよい。

肉抜き部２３は、基部２１において荷重経路を避けて鋳抜きにより設定する。典型的には、肉抜き部２３は、基部２１の一部においてＸ方向に凹んだ形状とする。ここで、荷重経路とは、孔部２２の中心と、Ｙ方向の端部かつ上方に設けられた２つの締結面２４のそれぞれと、を直線で繋いだ経路であるものとする。より具体的には、Ｘ方向から見た場合における荷重経路の一方は、孔部２２に挿入されたバランスシャフト１３の軸心２７と、一方の締結面２４ａにおける締結中心とを繋いだ直線の経路であり、他方の荷重経路は、孔部２２に挿入されたバランスシャフト１３の軸心２７と、他方の締結面２４ｂにおける締結中心とを繋いだ直線の経路である。

肉抜き部２３は、この荷重経路上を避けるとともに、荷重経路よりＺ方向下方に設定されている。また肉抜き部２３が大きく設定されるほど、バランサハウジング１５の支持剛性は低くなるため、肉抜き部２３は、支持剛性とのバランスをとりつつ、軽量化が最大化されるように設定する。例えば図４は、バランサハウジング１５にかかる応力分布の測定結果の一例である。

なお、第１の部位１５ａの構成と、第２の部位１５ｂの構成は、同様の構成にすることができる。

バッフルプレート１５ｃは、上方向から落ちてくるオイルの整流板であり、クランクシャフト１２から落ちてくるオイルをバランスシャフト１３に直接当てないように、オイルを受けることができる。

このように、バランサハウジング１５の基部２１において、荷重経路を避けて肉抜き部２３を設定することにより、支持剛性を維持しながら、バランサハウジング１５を軽量化することができる。

さらに、バランサハウジング１５に、フレームボルト２６の頭部の逃げとして利用できる呼吸穴２５を設定し、フリクションの発生を低減させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

荷重経路は、バランスシャフト１３の軸心２７と、締結面２４における締結中心であるものとして説明したが、これに限られない。例えば、締結面２４の形状が複雑である場合には、その重心としてもよく、あるいは中心や重心の近傍の任意の点を基準点として用いて、荷重経路を設定することができる。または、図４に示したような応力分布のＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析結果を用い、荷重経路を設定し、肉抜き部２３の位置や形状を決定することができる。

１ エンジン
１１ シリンダ
１２ クランクシャフト
１３ バランスシャフト
１４ クランクキャップ
１５ バランサハウジング
１５ａ 第１の部位
１５ｂ 第２の部位
１５ｃ バッフルプレート
２１ 基部
２２ 孔部
２３ 肉抜き部
２４ 締結面
２５ 呼吸穴
２６ フレームボルト
２７ 軸心

Claims (1)

1. クランクシャフトの下方に配置されるバランスシャフトを保護するバランサハウジングであって、
   基部と、
   前記基部に設けられ、前記バランスシャフトが挿通可能である孔部と、
   前記基部の上部において、前記クランクシャフトの軸受けに締結される締結面、を備え、
   前記締結面と、前記孔部に挿通された前記バランスシャフトの軸心と、を結ぶ経路より下方に、前記基部の一部を肉抜きした肉抜き部が形成されている、
   バランサハウジング。