JP4336563B2 - バランサ軸 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのクランクケース内にクランクシャフトと平行に設けて、振動や騒音等を低減させるバランサ軸の構成に関する。詳しくは、バランサ軸を改良してエンジンをコンパクトに構成する技術に関する。

従来から、エンジンのクランクケースにはクランクシャフトを横架し、該クランクシャフトとピストンをコンロッドで連結し、シリンダ内に前記ピストンを往復摺動可能に嵌挿して、シリンダ内に燃料を吸入して、燃焼させることで、ピストンを往復動させ、コンロッドを介してクランクシャフトを回転させ、該クランクシャフトの一端または両端を出力軸として、動力を取り出すようにしている。このようなエンジンにおいては、ピストンの往復動をクランクシャフトの回転運動に変換するため、クランクシャフトにはどうしても振動が発生する。この振動を低減させるためにクランクシャフトと平行にバランサ軸が配置され、該バランサ軸をクランクシャフトと反対に回転させてエンジンの作動時に発生する振動を打ち消すようにしている。

このようにエンジンにおいてはクランクシャフトと平行にバランサ軸を配置しているが、エンジン自体を小さく軽量化し、クランクケースをコンパクトに構成するには、バランスウエイトを小型化し、クランクシャフトとバランサ軸をできるだけ近づけて配置することが好ましい。しかし、バランスウエイトを小型化すると重量も減少して振動を低減することは難しく、クランクシャフトとバランサ軸をあまり近づけ過ぎると、バランサ軸に設けたウエイトが回転時にコンロッドの大端部に当たってしまう。そこで、バランサ軸に設けたバランスウエイトとコンロッドの大端部が当たらない（干渉しない）ように、バランスウエイトに逃げ部を構成した技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−９４０２６号公報

前記特許文献１に示される技術においては、コンロッドの大端部が干渉するバランスウエイトの部分を削っただけであるので、更に、クランクシャフトとバランサ軸を近づけることはできない。よって、エンジンのコンパクト化には限界があったのである。また、クランクシャフトからバランサ軸に駆動力を伝えるために、該クランクシャフトとバランサ軸の一側にはそれぞれ歯車を設けて互いに噛合させて配置していた。該バランサ軸上に設ける歯車は、できるだけ薄く、軸支部分をできるだけ短く形成することで、コンパクト化に貢献することができるが、あまり軸受部を短くしたり、歯車側面と当接するウエイトを省いたりすると歯車が倒れる問題があった。この倒れを防止するには歯車の両側にＣリング等を配置することもできるが、部品点数が増加し、組み立て工数も増加してしまうのである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、クランクシャフト（５）と平行にバランサ軸（８０）を配置し、該クランクシャフト（５）から歯車（８２・８３）を介して、該バランサ軸（８０）を回動する１シリンダ型のエンジンにおいて、該クランクシャフト（５）の前後中央部に、コンロッド（６）の大端部（６ａ）を枢支する枢支部（５ａ）を偏心して配置し、該枢支部（５ａ）の前後両側を、該枢支部（５ａ）と反対側に延設して、２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）とし、前記バランサ軸（８０）の前側の軸受部（８０ａ）よりも機体中央側で、前記ウエイト部（５ｂ）との間に、前バランスウエイト（８０ｂ）を一体的に構成し、前記バランサ軸（８０）の前後中央部で、前記クランクシャフト（５）の２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）の間に、中央バランスウエイト（８０ｃ）を一体的に構成し、該前バランスウエイト（８０ｂ）と反対側のバランサ軸（８０）の形状を偏平部（８０ｄ）とし、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の反対側のバランサ軸（８０）に窪み（８０ｅ）を形成し、該窪み（８０ｅ）の底部をバランサ軸（８０）の軸心よりも、中央バランスウエイト（８０ｃ）側に配置したものである。

請求項２においては、請求項１記載のバランサ軸において、前記窪み（８０ｅ）の断面形状を前記コンロッド（６）の大端部（６ａ）の軌跡と略同形状に構成し、前記窪み（８０ｅ）の前後方向の中心と、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の前後方向の中心と、コンロッド（６）の前後方向の中心を、同一面上に配置したものである。

請求項３においては、請求項１記載のバランサ軸において、前記バランサ軸（８０）の端部上に、前記歯車（８３）を嵌合する嵌合部（９０）を設け、該嵌合部（９０）の機体中央側に鍔部（９０ｂ）を形成するとともに、該歯車（８３）に形成する軸孔（８３ａ）の機体中央側端部に段部（８３ｂ）を形成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、クランクシャフト（５）と平行にバランサ軸（８０）を配置し、該クランクシャフト（５）から歯車（８２・８３）を介して、該バランサ軸（８０）を回動する１シリンダ型のエンジンにおいて、該クランクシャフト（５）の前後中央部に、コンロッド（６）の大端部（６ａ）を枢支する枢支部（５ａ）を偏心して配置し、該枢支部（５ａ）の前後両側を、該枢支部（５ａ）と反対側に延設して、２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）とし、前記バランサ軸（８０）の前側の軸受部（８０ａ）よりも機体中央側で、前記ウエイト部（５ｂ）との間に、前バランスウエイト（８０ｂ）を一体的に構成し、前記バランサ軸（８０）の前後中央部で、前記クランクシャフト（５）の２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）の間に、中央バランスウエイト（８０ｃ）を一体的に構成し、該前バランスウエイト（８０ｂ）と反対側のバランサ軸（８０）の形状を偏平部（８０ｄ）とし、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の反対側のバランサ軸（８０）に窪み（８０ｅ）を形成し、該窪み（８０ｅ）の底部をバランサ軸（８０）の軸心よりも、中央バランスウエイト（８０ｃ）側に配置したので、バランサ軸上のバランスウエイトを大きくすることなく偏心量を大きくすることが可能となる。
つまり、同じ重量であっても、偏心量を大きくすることができ、コンパクト化に貢献できる。また、窪みによりバランスウエイトと反対側の空間を大きくとることができる。よって、反対側に位置するクランクシャフトに近づけることができる。

また、窪みによりコンロッドとの干渉を避けることができ、窪みにコンロッドの大端部が入り込んで、バランサ軸をできるだけクランクシャフトに近づけることができる。つまり、バランサ軸とクランクシャフトの軸間距離を短くすることができて、エンジン自体をコンパクトに構成することができる。

請求項２においては、請求項１記載のバランサ軸において、前記窪み（８０ｅ）の断面形状を前記コンロッド（６）の大端部（６ａ）の軌跡と略同形状に構成し、前記窪み（８０ｅ）の前後方向の中心と、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の前後方向の中心と、コンロッド（６）の前後方向の中心を、同一面上に配置したので、窪みとバランスウエイトとコンロッドがクランクシャフトと直角方向に一列上に配置されることになり、バランスウエイトがコンロッドと反対側に位置した時にコンロッドの大端部が窪みに位置して、効率良く配置されることになり、回転時における振動を抑えてバランスさせることができる。

請求項３においては、請求項１記載のバランサ軸において、前記バランサ軸（８０）の端部上に、前記歯車（８３）を嵌合する嵌合部（９０）を設け、該嵌合部（９０）の機体中央側に鍔部（９０ｂ）を形成するとともに、該歯車（８３）に形成する軸孔（８３ａ）の機体中央側端部に段部（８３ｂ）を形成したので、鍔部に歯車の側面を当接させるだけで、歯車とバランサ軸の位置決めが容易にできる。そして、軸に対して容易に直角に取り付けることができ、歯車の端面を鍔部が受けて倒れを防止できる。また、鍔部を設けることで、Ｃリング等の位置決め部材を省くことができてコスト低減化が図れる。更に、歯車の軸孔側面に段部を設けることで、前記鍔部を入り込ませることができて、バランサ軸の軸心方向の長さを短く構成できる。或いは、鍔部を更に側端側に配置することができるようになるので、バランスウエイトを配置する空間を大きくでき、バランスウエイトの重量も増加することができる。

また、バランサ軸の重量の増加を抑えながら偏心量を増加させることができ、バランサ軸をコンパクトに構成できる。そして、バランサ軸の重量を減少できるので、エンジン自体を軽量化することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係るエンジンの正面断面図、図２は本発明に係るエンジン下部の平面断面図、図３は本発明に係るバランサ軸部分の平面断面図である。

図４はバランサ軸の平面図、図５はバランサ軸駆動歯車の断面図、図６は図４におけるＡ−Ａ矢視断面図、図７は図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

本発明に係るエンジンの全体構成について図１、図２を用いて説明する。図１に示すように、エンジン１の本体は上部のシリンダブロック２と下部のクランクケース３とから構成されており、該シリンダブロック２の中央にシリンダ２ａが上下方向に形成され、該シリンダ２ａにピストン４が収納されている。そして、該シリンダブロック２上にはシリンダヘッド７が配置され、該シリンダヘッド７上に弁腕ケース８が配置されて、弁腕２７や吸気弁と排気弁の上端部、プッシュロッド２５の上端部等を内装する弁腕室８ａが形成されている。該エンジン１上部の弁腕ケース８の一側（図１における左側）にはマフラー９が配置され、他側（図１における右側）には燃料タンク１０が配置されている。

前記クランクケース３にはクランクシャフト５が前後水平方向に軸支されており、該クランクシャフト５と前記ピストン４とがコンロッド６により連結されている。また、該クランクシャフト５と平行に後述するバランサ軸８０やカム軸１３がクランクケース３に横架され、該カム軸１３の下方のクランクケース３内にはやガバナ装置１１が配置されている。該カム軸１３上方には燃料噴射ポンプ１２やタペット２３等が配置されている。該カム軸１３の一端にカムギア１７が固定されている。該カムギア１７はクランクシャフト５の一端に固定されたギア１８と噛合されて、該ギア１８とカムギア１７とを介してクランクシャフト５からカム軸１３に駆動力を伝達可能としている。

また、前記カム軸１３上には吸気カムと燃料噴射用カム１４と排気カムとが所定間隔を開けて設けられている。吸気カムと排気カムにはそれぞれタペットが当接され、各タペットに吸気プッシュロッド・排気プッシュロッドを介して弁腕ケース８内の吸気弁腕２７・排気弁腕の一側下端にそれぞれ当接されている。該吸気弁腕２７・排気弁腕の他側の下端にはそれぞれ吸気弁と排気弁の上端が当接されている。

また、前記燃料噴射ポンプ１２はガバナ装置１１と連結されるコントロールレバー１６が回動されることにより、燃料噴射量が変更される。該燃料噴射ポンプ１２には高圧管を介してシリンダ２ａ上部に配置した燃料噴射ノズル１５と連通され、クランクシャフト５の回転及びピストン４の上下動に同期して燃料が所定量シリンダ２ａ内に噴射される構成としている。

そして、図１、図２に示すように、クランクシャフト５の一側は出力軸とし、他側にはフライホイール８１を固設している。該クランクシャフト５の前後中央部にコンロッド６の大端部６ａを枢支している。該大端部６ａの枢支部５ａは偏心して配置され、該枢支部５ａの前後両側は枢支部５ａと反対側に延設してウエイト部５ｂ・５ｂとしている。このようにして、該ウエイト部５ｂ・５ｂによりエンジン駆動時における振動を低減するようにしている。

また、クランクケース３内のクランクシャフト５上の後側には、歯車８２が固設され、該歯車８２は前記バランサ軸８０上に固定した駆動歯車８３と噛合させている。こうして、クランクシャフト５の回動力を歯車８２、駆動歯車８３を介してバランサ軸８０に伝え、該バランサ軸８０をクランクシャフト５の逆方向に回転駆動するようにしている。

次に、本発明のバランサ軸８０について図３、図４より説明する。バランサ軸８０の前後両端には軸受部８０ａ・８０ａを形成して、該軸受部８０ａ・８０ａはベアリング８４・８４を介してクランクケース３に回転自在に支持されている。なお、本実施例では、クランクケース３前面をギアケース８５で覆っており、バランサ軸８０前端の軸受部８０ａはベアリング８４を介してギアケース８５に支持されている。

前記バランサ軸８０の一端、本実施例では後部軸受部８０ａの前部には歯車嵌合部９０が形成されている。該歯車嵌合部９０は前記駆動歯車８３の幅に合わせた取付軸部９０ａを形成している。該取付軸部９０ａの軸心方向の長さは駆動歯車８３を焼嵌めして軸方向に滑らないようにするに十分な長さとしている。なお、バランサ軸８０と駆動歯車８３が互いに相対回転しないように両者の間にはキー８６を介装している。前記取付軸部９０ａの機体中央側には鍔部９０ｂを形成している。該鍔部９０ｂにおける取付軸部９０ａ側の軸心に対して直角方向に形成した垂直面９０ｃは、駆動歯車８３の位置決め用の面、及び、バランサ軸８０に対して駆動歯車８３を直角に取り付けるための当接面としている。
また、該鍔部９０ｂの機体中央側は徐々に径が小さくなるようにしたテーパ部９０ｄとしている。こうして応力が集中することを防止している。

一方前記駆動歯車８３は図５に示すように、中心に設けた軸孔８３ａの鍔部９０ｂ側には段部（階段状部分）８３ｂを形成している。該段部８３ｂの内径は前記鍔部９０ｂの外径よりも若干大きく構成し、該段部８３ｂの幅は鍔部９０ｂの幅と略同じとしている。このように構成することで、段部８３ｂの側面が前記鍔部９０ｂの垂直面９０ｃに当接して、駆動歯車８３をバランサ軸８０に対して直角に取り付けることができる。そして、鍔部９０ｂが段部８３ｂ内に入り込んで軸方向の長さを短くしてコンパクトに構成するとともに、駆動歯車８３からの出っ張りをなくして、バランスウエイトを配置するための空間ができるだけ大きくなるようにしている。

そして、バランサ軸８０の前側の軸受部８０ａの機体中央側と、前後中央部にはそれぞれ前バランスウエイト８０ｂと中央バランスウエイト８０ｃが形成されている。詳しくは、該前バランスウエイト８０ｂはギアケース８５と前記ウエイト部５ｂの間に配置され、中央バランスウエイト８０ｃは前記ウエイト部５ｂ・５ｂの間に配置されている。また、中央バランスウエイト８０ｃと駆動歯車８３の間にウエイト部５ｂが配置される。この前バランスウエイト８０ｂと中央バランスウエイト８０ｃは、クランクシャフト５とバランサ軸８０が回動してウエイト部５ｂ・５ｂと対向した位置に回転したときに、丁度交互に位置して平面視で重ならないように配置し、且つ、両者の間の隙間はできるだけ小さくなる形状に構成して、偏心量ができるだけ大きくなるようにしている。このように配置して、クランクシャフト５とバランサ軸８０の間において、バランスウエイトが効率良く配置されて、前後方向の長さができるだけ短くなるようにして、エンジン本体がコンパクトとなるようにし、クランクケース３内の空間を有効に利用できるようにしている。

そして更に、前バランスウエイト８０ｂが位置する軸部、及び前記鍔部９０ｂから前後中心側に位置する軸部は図４、図６に示すように、バランスウエイトと反対側を削って略半円状に構成して、バランスウエイトと反対側の軸部を偏平面８０ｄとしている。但し、バランスウエイトの荷重及び回転時に受ける遠心力により変形しない剛性を有する断面積は確保されている。このように、バランスウエイトと反対側の軸部を削ることにより、軸心に対する偏心量を大きくすることができて、バランサ軸８０を小型化することができ、クランクシャフト５にも近づけることができるのである。

更に、中央バランスウエイト８０ｃが位置する軸部は、図４、図７に示すように、前記バランサ軸８０上の前後中央、つまり、軸心方向中央部におけるバランスウエイトと反対側の軸径を小径としている。こうして、バランサを大きくすることなく偏心量を大きくすることができ、バランサと反対側の空間を大きくとることができるのである。

そして、前記バランサ軸８０上に配置する中央バランスウエイト８０ｃと反対側のバランサ軸部に形成した小径部分を窪み８０ｅとして形成している。該窪み８０ｅは底部をバランサ軸８０の軸心Ｏよりもバランスウエイト側に位置するように構成して、中央バランスウエイト８０ｃ側に入り込むように構成している。なお、前記偏平面８０ｄから窪み８０ｅへ至る面は傾斜面としている。

このように構成することで、窪み８０ｅは中央バランスウエイト８０ｃ（突出側）と反対側の重量を削ることになり、中央バランスウエイト８０ｃの重心位置は窪みを設けない時（真円の軸）に比べて軸心Ｏから更に遠く離れて位置させることができ、偏心量を大きくすることができ、ウエイトを効率良く配置して回転時における振動を抑えてバランスさせることができる。

更に、前記窪み８０ｅの前後方向（軸心方向）の中心と、中央バランスウエイト８０ｃの前後方向の中心と、前記コンロッド６の前後方向の中心を略同一面上に配置している。言い換えれば、窪み８０ｅと中央バランスウエイト８０ｃとコンロッド６がクランクシャフト５と直角方向に一列上に配置しているのである。そして、該窪み８０ｅの平面断面形状は、コンロッド６の大端部６ａの（断面視における外側の）軌跡と略同じ形状に構成している。

このように構成することにより、クランクシャフト５回転時において、バランスウエイト８０ｂ・８０ｃとウエイト部５ｂ・５ｂが互いに離れたときに、窪み８０ｅにコンロッド６の大端部６ａが近づくことになるが、その形状が略同じであるために、若干の隙間を介して当接することがなく回転することができる。つまり、コンロッド６とバランサ軸８０の干渉をさけてバランサ軸を回動することができる。そして、コンロッド６の大端部６ａ、つまり、クランクシャフト５にバランサ軸８０をできるだけ近づけることができ、クランクシャフト５とバランサ軸８０との軸間距離を従来よりも短くなるように配置でき、エンジン自体をコンパクトに構成することができるのである。

本発明に係るエンジンの正面断面図。 本発明に係るエンジン下部の平面断面図。 本発明に係るバランサ軸部分の平面断面図。 バランサ軸の平面図。 バランサ軸駆動歯車の断面図。 図４におけるＡ−Ａ矢視断面図。 図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図。

５ クランクシャフト
６ コンロッド
６ａ 大端部
８０ バランサ軸
８０ｃ バランスウエイト
８０ｅ 窪み
８２・８３ 歯車
８３ａ 軸孔
８３ｂ 段部
９０ 嵌合部
９０ｂ 鍔部

Claims (3)

1. クランクシャフト（５）と平行にバランサ軸（８０）を配置し、該クランクシャフト（５）から歯車（８２・８３）を介して、該バランサ軸（８０）を回動する１シリンダ型のエンジンにおいて、該クランクシャフト（５）の前後中央部に、コンロッド（６）の大端部（６ａ）を枢支する枢支部（５ａ）を偏心して配置し、該枢支部（５ａ）の前後両側を、該枢支部（５ａ）と反対側に延設して、２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）とし、前記バランサ軸（８０）の前側の軸受部（８０ａ）よりも機体中央側で、前記ウエイト部（５ｂ）との間に、前バランスウエイト（８０ｂ）を一体的に構成し、前記バランサ軸（８０）の前後中央部で、前記クランクシャフト（５）の２つのウエイト部（５ｂ・５ｂ）の間に、中央バランスウエイト（８０ｃ）を一体的に構成し、該前バランスウエイト（８０ｂ）と反対側のバランサ軸（８０）の形状を偏平部（８０ｄ）とし、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の反対側のバランサ軸（８０）に窪み（８０ｅ）を形成し、該窪み（８０ｅ）の底部をバランサ軸（８０）の軸心よりも、中央バランスウエイト（８０ｃ）側に配置したことを特徴とするバランサ軸。
2. 請求項１記載のバランサ軸において、前記窪み（８０ｅ）の断面形状を前記コンロッド（６）の大端部（６ａ）の軌跡と略同形状に構成し、前記窪み（８０ｅ）の前後方向の中心と、前記中央バランスウエイト（８０ｃ）の前後方向の中心と、コンロッド（６）の前後方向の中心を、同一面上に配置したことを特徴とするバランサ軸。
3. 請求項１記載のバランサ軸において、前記バランサ軸（８０）の端部上に、前記歯車（８３）を嵌合する嵌合部（９０）を設け、該嵌合部（９０）の機体中央側に鍔部（９０ｂ）を形成するとともに、該歯車（８３）に形成する軸孔（８３ａ）の機体中央側端部に段部（８３ｂ）を形成したことを特徴とするバランサ軸。

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