JP3855312B2

JP3855312B2 - 内燃機関用バランサーシャフト

Info

Publication number: JP3855312B2
Application number: JP21028596A
Authority: JP
Inventors: 玉久児; 井誠白
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: JPH1068445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復運動の内燃機関において、往復運動を行う部材により生じる振動を、偏心ウエイトしたシャフトの回転により低減するようにしたバランサーシャフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、偏心ウエイトを持ったバランサーシャフトをクランクシャフトと平行に配置して、このバランサーシャフトをクランクシャフトによって回転させて、往復運動を行うピストン等の部材により生じる振動を低減する内燃機関用バランサーシャフトに関する技術は知られている。また、近年、比較的重量のあるバランサーシャフトをエンジン下部のオイルパン内部に設けることによって、エンジンの重心を下げてエンジンの安定を確保する要求と、偏心ウエイトを備えたバランサーシャフトがオイルパン内部のオイルに浸漬中で回転することによってオイルを撹拌する回転抵抗による内燃機関の出力の損失を発生させない要求とを両立させるものが検討されている。これらの要求を両立させるものとして、例えば、実開平４−１０１８４３号（以下、第１の従来技術という）及び特開平５−２３１４７９号（以下、第２の従来技術という）がある。
【０００３】
第１の従来技術においては、鋳造等により成形した偏心部分が外側に膨張したバランサーシャフトの外周にカバーを被覆して、バランサーシャフト全体の外形を筒状とする技術が開示されている。
【０００４】
第２の従来技術においては、バランサーシャフトの軸方向に半円柱体の切欠部を備え、この切欠部を半円筒状のカバーにより被覆してバランサーシャフトの外形を筒状とする技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第１の従来技術及び第２の従来技術においては、偏心バランサーシャフトを鋳造等で成形していることから、多種類の内燃機関の製造を行う場合には、内燃機関の特性に応じた長さ、太さ、偏心量のバランサーシャフトを準備することとなり、内燃機関の種類毎の鋳造型が必要となり、バランサーシャフトの共通化はできない。
【０００６】
更に、第１の従来技術においては、回転動力を偏心した重量を形成するバランサーシャフトで伝達し、このバランサーシャフトの外周にカバーを被覆している。また、第２の従来技術においては、回転動力を切欠部を備えた半円柱体のバランサーシャフトで伝達し、バランサーシャフトの切欠部が軸方向に形成されており、半円筒状のカバーにより被覆している。第１の従来技術及び第２の従来技術に用いられる被覆カバーは、回転動力を伝達するバランサーシャフトに取り付けられるものであり、バランサーシャフトの遠心力やオイル中での回転抵抗により被覆したカバーが破損する可能性がある。
【０００７】
本発明は、多様な内燃機関に対して共通化を図ることができ、安定的な回転が得られる内燃機関用バランサーシャフトを開示するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために請求項１の発明によれば、バランサーシャフトを構成する部品の共通化を達成することができる。即ち、内燃機関の往復運動部材により生じる振動を偏心ウエイトの回転により低減するにあたり、内燃機関の種類毎に異なるバランサーシャフトの特性はバランサーウエイトの重量を変更することで簡単に変更することができる。また、内燃機関の種類を変更するにあたり、バランサーシャフトの長さを変更することが必要な場合には、円筒材の長さを変更することで対応できる。更に、バランサーシャフトの回転動力を円筒材によって伝達するので、バランサーシャフトを安定的に回転させることが可能となる。また、バランサーウエイトとしてパイプ材を屈曲させるだけで加工が完成し、特にパイプ材をプレス加工することによってバランサーウエイトを容易に成形することができ、加工コストを安価にすることが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、バランサーシャフトの内部で、バランサーウエイトのない空間を油通路として活用することができ、バランサーシャフトを回転させる際の摺動部に潤滑油を供給することを可能とする。
【００１１】
請求項３の発明によれば、パイプ材をプレス加工することによってバランサーウエイトを容易に成形することができ、加工コストを安価にすることが可能となる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、パイプ材をバランサーシャフトを回転させるための潤滑油を送るための通路として用いているので、通路を流れる潤滑油の重量もバランサーシャフトのバランサーウエイトの一部として利用することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明を用いた第１の実施の形態のバランサーシャフト１０の断面図である。１２はバランサーシャフト１０の外形を形成する中空円筒形状のパイプ材であり、パイプ材１２の両端を蓋２０、３０によって閉鎖している。蓋２０、３０はパイプ材１２の内周に圧入またはロウ付けして固定されている。４０は内部が充填されたパイプ材であり、バランサーシャフト１０の重量分布を偏心させる重り（バランサーウエイト）である。重り４０の両端の中央部には凸部４２、４４が形成されている。蓋２０、３０のそれぞれの内側には、重り４０の凸部４２、４４を受容可能な大きさの受容孔２２、３２が設けられている。受容孔２２は、重り４０をバランサーシャフト１０内に固定したときに、バランサーシャフト１０の径方向の重量分布が偏心するように、蓋２０の中心から偏心した位置に設けられる。同様に受容孔３２も蓋３０の中心から偏心した位置に設けられる。図２にＡ−Ａ断面図を示すように、パイプ材１２の内周と重り４０の外周との間に空間１４が形成されている。
【００１７】
第１の実施の形態においては、この空間１４をバランサーシャフト１０を回転させるときに図示しない軸受けとの間を潤滑するオイル通路として利用している。つまり、蓋２０にオイル導入通路２４を形成し、蓋３０にオイル排出通路３４を形成し、オイル導入通路２４とオイル排出通路３４とは空間１４に連通している。また、図示しない軸受けに対応するパイプ材１２の中央にも油排出孔１６を形成している。なお、空間１４をオイル通路として活用する点については、バランサーシャフト１０を取り付けるエンジンの部位によって適宜選択することとなる。つまり、エンジンのオイルパンにバランサーシャフト１０を取り付けるならば、オイルパンに蓄えたオイルの中で回転駆動することとなり、潤滑油を必要としない。
【００１８】
図３には、本発明を用いた第２の実施の形態のバランサーシャフト５０の断面図が示されている。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態のバランサーシャフト１０に用いたパイプ材１２の強度を補強するため、パイプ材１２を１２ａ、１２ｂの２部材に分割し、重り４０も４０ａ、４０ｂの２部材に分割している。パイプ材１２ａと１２ｂとの間に、継手蓋５２を配置し、継手蓋５２の両端にパイプ材１２ａ、１２ｂ及び重り４０ａ、４０ｂを固定している。バランサーシャフト５０においては、蓋２６、３６、継手蓋５２にパイプ材１２ａ、１２ｂの内周と同形の小径部２８、３８、５２ａ、５２ｂを形成し、小径部２８、３８、５２ａ、５２ｂがパイプ材１２ａ、１２ｂに挿入されて固定している。そして、バランサーシャフト５０の軸受けに対応する位置に蓋２６、３６、継手蓋５２を配置することによって、薄肉のパイプ材１２ａ、１２ｂでバランサーシャフト５０の回転を支持することなく回転時における強度も確保している。
【００１９】
図４および図５に、本発明を用いた第１の実施の形態のバランサーシャフト１０を４気筒のエンジンに搭載した一例を示す。エンジンのシリンダーブロック６１内にはクランクシャフト６２と平行に第１バランサーシャフト１０、第２バランサーシャフト１０（図示せず）が設けられる。クランクシャフト６２の図示左端にはクランクプーリ６３、クランクタイミングプーリ６０およびスプロケット６４が設けられている。クランクプーリ６０にはタイミングベルト６０ａが架けられエンジンの吸気弁、排気弁を開閉するカムシャフトを回転させる。図５に示すようにスプロケット６４にはチェーン６５が架けられ、チェーン６５は第１バランサーシャフト１０に固定されたスプロケット６６、オイルポンプを駆動するスプロケット６７を回転させている。スプロケット６７の外周にはギヤ歯車が設けられており、図示しない第２バランサーシャフト１０の端部のギヤ歯車６８を介して、第２バランサーシャフト１０も回転する。６９はテンショナーであり、チェーン６５に所望の張りを与えている。クランクシャフト６２は、シリンダーブロック６１の軸受７０と、ベアリングキャップ７１とに支持されて回転し、各気筒毎に設けられる図示しないピストンに連結するコネクティングロッド７２を上下動させる。
【００２０】
図４に示すように第１バランサーシャフト１０は、オイルパン７３とオイルパン７３の隔壁７４との間に設けられ、軸受７５、７６、７７、７８によって支持され、スプロケット６６の回転によって回転する。軸受け７６には、図示しないオイルポンプの吐出口に連通する油路７９が設けられ、オイルを蓋２０のオイル導入通路２４、空間１４、孔１６、蓋３０のオイル排出通路３４に導いて、第１バランサーシャフト１０のパイプ材１２と軸受７５、７６、７７、７８との間を潤滑している。なお、潤滑するためのオイルが確実にパイプ材１２と軸受７５、７６、７７、７８との摺動面に供給されるように、軸受７６、７７、７８にパイプ材１２の周方向に沿ってリング溝７６ａ、７７ａ、７８ａを形成している。
【００２１】
このように構成された内燃機関用バランサーシャフトの作動を説明する。
【００２２】
エンジンを始動すると、コネクティングロッド７２によりクランクシャフト６２が回転し、スプロケット６４に架けられたチェーン６５によってスプロケット６６が図５において時計の回転方向に回転する。そして、スプロケット６７に噛み合うギヤ歯車６８は時計と反対方向に回転する。従って、スプロケット６６に固定される第１バランサーシャフト１０とギヤ歯車６８に固定される図示しない第２バランサーシャフト１０とは、それぞれ反対方向に回転する。第１、第２のバランサーシャフト１０の回転動力は、パイプ材１２の回転によって行われており、安定した回転が得られる。また、バランサーシャフト１０の外形が一体のパイプ材１２の円柱形状をしていることにより、オイルパン７３に蓄えられるオイルの量が増えてバランサーシャフト１０を浸漬しても、バランサーシャフト１０がオイル内で回転するのみで、オイルの抵抗によるバランサーシャフト１０の破損等は発生しない。図示しないピストンの往復運動により慣性力が発生しても、バランサーシャフト１０、１０の回転による慣性力でピストンの往復運動による慣性力を打ち消すことによって、エンジンの出力損失とエンジンの振動を抑えることが可能となる。
【００２３】
なお、上記の第１、第２の実施の形態においては、バランサーウエイトとして内部が充填したパイプ材の重り４０を用いているが、パイプ材の重り４０に代えて、パイプ材１２の中に所望の重量をなす砂鉄や、鉛又は鉄の玉（例えば、パチンコ玉等）などを封入して偏心するようにパイプ材１２の内周にロウ付けして固定することも可能である。
【００２４】
また、異なるエンジンの機種に対しても、長さや太さの異なるパイプ材１２を用いることによって、他の部材を共通して用いることができる。しかも、パイプ材１２の長さを変更する場合には、パイプ材１２を切断する間隔を調節することで所望の長さのパイプ材１２を得られるので、鋳造等を行う場合のように所望のサイズの鋳造型を準備する必要はなく、非常に安価に製造することができる。
【００２５】
図６には、図３に対応する第３の実施の形態のバランサーシャフト１００の断面図を示している。バランサーシャフト１００は、中空円筒形状のパイプ材１０２、１０４、両端の蓋１０６、１０８、継手蓋１１０、バランサーウエイトとなるパイプ材１１２から形成されている。パイプ材１１２は、蓋１０６と継手蓋１１０との間、蓋１０８と継手蓋１１０との間に位置する部分に、屈曲部１１４、１１６を備えている。パイプ材１１２は両端の蓋１０６、１０８、継手蓋１１０のそれぞれの略中央部を貫通しており、パイプ材１１２の両端は、プラグ１１８、１２０によって水密的に閉鎖されている。パイプ材１１２の内部空間１２２は、バランサーシャフト１００を回転させるときの図示しない軸受けとの間を潤滑するオイル通路である。１２４、１２６、１２８は潤滑油の導入、排出通路である。
【００２６】
図７は、バランサーシャフト１００を製造するときの、パイプ材１１２を屈曲させるプレス工程の様子を示している。プレス工程に先立ち、直線状のパイプ材１１２に継手蓋１１０をパイプ材１１２に挿入する。そして、継手蓋１１０を挿入したパイプ材１１２をプレスの下型１３０にセットする。下型１３０には、継手蓋１１０を保持するための凹部１３１が設けられている。
【００２７】
第１のプレス工程は、押さえ上型１３２、１３４、１３６がパイプ材１１２を保持するように下降する。押さえ上型１３４には、継手蓋１１０を保持するための凹部１３５が設けられている。押さえ上型１３２、１３４、１３６がパイプ材１１２を保持した後に、第２のプレス工程が行われる。即ち、図７に示すように、パンチ１３８、１４０が下降して、屈曲部１１４、１１６を形成する。なお、図８に屈曲部１１４、１１６の断面を示すように、屈曲部１１４、１１６はパンチ１３８、１４０で潰された平坦部１４２と、下型１３０によってパイプ材１１２の屈曲率を大きくされた湾曲部１４４とを備えた偏平形状となる。
【００２８】
なお、第２のプレス工程では、押さえ上型１３２、１３４、１３６がパイプ材１１２をしっかりと保持しているので、パンチ１３８、１４０がパイプ材１１２に作用したときに、パイプ材１１２の両端が継手蓋１１０の方向に引っ張られて、パイプ材１１２が短くなるなどの不具合は発生しない。また、第３の実施の形態のバランサーシャフト１００は、第２の実施の形態のバランサーシャフト５０に比べて部品点数も少なく、安価に加工することができる。
【００２９】
図９には、図３に対応する第４の実施の形態のバランサーシャフト１５０の断面図を示している。バランサーシャフト１５０は、中空円筒形状のパイプ材１５２、１５４、両端の蓋１５６、１５８、継手蓋１６０、芯棒１６２、重り（バランサーウエイト）１７２、１７４とから形成されている。重り１７２、１７４は、それぞれ蓋１５６と継手蓋１６０との間隔及び蓋１５８と継手蓋１６０との間隔の長さである。また、重り１７２、１７４は、図１０に示すように円筒を縦方向に分割した形状をしており、ボルト１６４、１６６、１６８、１７０によって、芯棒１６２及びパイプ材１５２、１５４に固定されている。
【００３０】
バランサーシャフト１５０は、重り１７２、１７４を中空円筒形状のパイプ材１５２、１５４の外側からボルト１６４、１６６、１６８、１７０で固定できるので、バランサーシャフト１５０の組付けを容易に行うことができる。
尚、これまで述べた実施の形態のなかで、第１の実施の形態、第２の実施の形態および第４の実施の形態は、本願発明の実施の形態ではなく参考となる実施の形態を示したものである。
【００３１】
【発明の効果】
上記した請求項１の発明によれば、内燃機関用バランサーシャフトを円筒材と、円筒材の内部に偏心固定したバランサーウエイトと、円筒材の両端を封鎖する複数の蓋材とから構成したことにより、バランサーシャフトを構成する部品の共通化を達成することができる。また、内燃機関の種類を変更するにあたり、長さ又は太さの異なるバランサーシャフトに変更するのみで対応することができる。更に、バランサーシャフトの回転動力を円筒材によって伝達するので、バランサーシャフトを安定的に回転させることができる。また、バランサーウエイトとしてパイプ材を屈曲させるだけで加工が完成し、特にパイプ材をプレス加工することによってバランサーウエイトを容易に成形することができ、加工コストを安価にすることが可能となる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、蓋材のうち、一方の蓋材に軸受け部からの油導入孔を設け、他方の蓋材に軸受け部への油排出孔を設けたことにより、バランサーシャフトの内部で、バランサーウエイトのない空間を油通路として活用することができ、バランサーシャフトを回転させる際の摺動部に潤滑油を供給することができる。
【００３４】
請求項３の発明によれば、パイプ材をプレス加工することによってバランサーウエイトを容易に成形することができ、加工コストを安価にすることができる。
【００３５】
請求項４の発明によれば、パイプ材をバランサーシャフトを回転させるための潤滑油を送るための通路として用いているので、通路を流れる潤滑油の重量もバランサーシャフトのバランサーウエイトの一部として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトを示したものである。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図を示したものである。
【図３】本発明の第２の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトを示したものである。
【図４】本発明の第１の実施の形態の内燃機関用バランサーシャフトをエンジンに取り付けた様子を示したものである。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図を示したものである。
【図６】本発明の第３の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトを示したものである。
【図７】本発明の第３の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトのプレス工程をを示したものである。
【図８】本発明の第３の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトのパイプ材の断面を拡大して示したものである。
【図９】本発明の第４の実施の形態である内燃機関用バランサーシャフトを示したものである。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図を示したものである。
【符号の説明】
１２、１０２、１０４、１５２、１５４・・・パイプ材（円筒材）
２０、３０、２６、３６、１０６、１０８、１１０、１５６、１５８、１６０・・・蓋（蓋材）
２４、１２４・・・油導入溝
３４、１２６、１２８・・・油排出溝
４０・・・棒材（バランサーウエイト）
１１２・・・パイプ材
１６２・・・芯材
１７２、１７４・・・重り

Claims

円筒材と、該円筒材の内部に偏心固定したバランサーウエイトと、前記円筒材の両端を封鎖する複数の蓋材とからなり、前記バランサーウエイトはパイプ材で形成し、該パイプ材を屈曲させ偏心させ、前記パイプ材を前記蓋材の中央部分で保持したことを特徴とする内燃機関用バランサーシャフト。
前記円筒材の両端の蓋材のうち、一端の蓋材に軸受け部からの油導入孔を設け、他端の蓋材に前記軸受け部への油排出孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バランサーシャフト。
前記パイプ材をプレス加工で屈曲形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用バランサーシャフト。
前記パイプ材を、プラグ材で両端を封止し、内部空間を前記軸受け部を潤滑するための油通路にしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用バランサーシャフト。