JP4735921B2 - 往復ピストン機関用平衡軸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、往復ピストン機関用平衡軸装置であって、平衡ハウジング内に支持される少なくとも１つの平衡軸と平衡軸上に取付けられる少なくとも１つの平衡おもりとから成るものに関する。平衡軸は、往復ピストン機関において生じる慣性力及び慣性モーメントを平衡させる目的を持っている。平衡軸はなるべく高速で軽量の内燃機関特に直列の４つのシリンダを持つ機関において対をなして、２次の慣性力を相殺するために使用される。平衡軸は一般にクランク軸により駆動され、この使用事例では２倍の回転数従って１０，０００回転以上までの回転数で駆動される。
【０００２】
これは精度及び支持に対する過度の要求を意味する。しかし同様に平衡軸は、製造及び組立においてできるだけ軽くかつ安価でなければならず、クランクケースにおいてできるだけ僅かな構造空間しか要求しないようにせねばならない。原理的には２つの異なる構造が可能である。即ち平衡軸はその平衡おもりと一体に構成されるか、又は取付けられており、平衡軸は完成した軸上に取付けられる。
【０００３】
第１のものは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７０５３４６号明細書に載され、第２のものは米国特許第４，４２５、８２１号明細書に記載されている。一体の構造は非常に費用がかかり、最高の精度を必要とし、２つより多い軸受を持つ軸の場合、高い回転数では潤滑技術上意のままにならない大きい軸受直径を生じる。まさにこれらの理由から、ころがり軸受もいけない。これに対し取付けられる平衡軸は、とりわけ一層小さい軸受直径を可能にするという利点を持っているが、軸の充分な剛性のために考慮を払わねばならない。更に２つより多い軸受でも、周囲を閉じられた軸受ブシユを持つ一体のハウジングを使用することができる。しかし限られた外側寸法で、最高の精度、確実な取付け及び充分な平衡を得ることは困難である。例えば米国特許第４，４２５、８２１号明細書では、精度、最小の外径及び結合部の強度は疑わしい。
【０００４】
従って本発明の目的は、最低の製造費で最高の精度、確実な取付け及び最小の外側寸法への要求を満たすように、取付けられる平衡軸を構成することである。
【０００５】
本発明によれば、平衡おもりが、軸線に対して直角な２つの端面及び縦方向中央の範囲に切欠きを持つ実質的に円筒状の環であり、平衡おもりが、両方の端面に続く２つの環部分とその間にある弓形部分とから成り、平衡おもりが平衡軸上に焼きばめされている。ここでズボン吊りのことが考えられる。閉じられた縁側の環は引張り力を受け止め、精確な固定的結合を与え、支持部の近くで軸に荷重をかけるので、曲げ荷重は生じない。環の最も簡単な固定的結合は焼きばめである。長さの中央範囲にある切欠き（この切欠きは実際上半周にわたって延びている）は、僅かな外径で大きい質量偏心を可能にする。弓形部分は周囲の他の半分を包囲している。この弓形部分は、曲げ荷重を受ける軸の引張り区域に接し、こうしてその剛性を著しく高める。抵抗モーメントを高めることによるこの変形阻止は、軸（曲げ応力の減少）及び軸受（僅かな曲げによる一層良好な荷重抵抗断面）にとって有利になる。従って軸は一層小さい直径で構成可能である。
【０００６】
こうして得られる質量偏心が充分でない場合、外形の僅かな増大で、平衡おもりが、切欠きとは反対の側に、偏心質量を増大する肥厚部を持っている（請求項２）。
【０００７】
有利な構成では、平衡おもりの端面の少なくとも１つが、平衡ハウジングの加工された面と共に、段付き軸受を形成している（請求項３）。それにより付加的な部分なしに、精確な軸線方向位置ぎめを保証する段付き軸受も形成される。
【０００８】
更に軽金属から成る一体の平衡ハウジング内に支持される平衡軸では、滑り軸受の軸受面が、平衡ハウジング自体に構成されている（請求項４）ことも、本発明の範囲内にある。こうして僅かな費用で、特に精確な支持が行われる。軸受面は中断されない円筒面であり、最高の精度で軽金属ハウジングに直接加工される範囲における軸の小さい直径のため、純流体力学的な潤滑が維持されることがわかった。
【０００９】
他の構成では、平衡おもりが、切欠きにおいて両側で切欠き平面と平衡軸との公差部に形成されている高エネルギ溶接継目により、平衡軸に結合されている。こうして特に速やかで確実な結合が行われて、なるべくレーザにより形成される対向溶接継目では、完全に歪みなしである。
【００１０】
他の構成では、平衡軸が少なくとも１つの第１の横穴を持ち、この第１の横穴が平衡おもりの少なくとも１つの第２の横穴と一直線をなし、両方の横穴が実質的に円柱状の結合素子を受入れている。この結合素子はねじ、取付けピン、締付けスリーブ又は鋲とすることができる。
【００１１】
本発明を図に基いて以下に説明する。
【００１２】
図１には、往復ピストン機関１がそのクランク軸２及びクランク軸用主軸受３のみによって示されている。主軸受３は、トンネル構造でも自由軸受ブリツジでも構成できる機関ブロツク全体を代表している。クランク軸２の下で機関ブロツクに取付けられる質量平衡装置は全体を４で示されている。この質量平衡装置４は、平衡ハウジング５と、その中で互いに逆向きに回転して平衡おもり８を持つ２つの平衡軸６，７とから成っている。主軸受３を通る法線面９は、鎖線で示され、この法線面９に質量平衡装置４の軸受もある。平衡軸６，７は、クランク軸２に相対回転しないように結合される歯車１０により、駆動歯車１１を介して駆動され、同期歯車１２，１３が互いに逆向きに同じ回転数を与える。
【００１３】
図２は平衡ハウジング５を示し、実施例ではこの平衡ハウジング５は軽金属から成る鋳造部分である。このハウジング５は、油流出穴１６と多数の軸受ブリツジ１７，１８，１９を持つ底殻１５から成っている。各軸受ブリツジは、その両側に、概略的にのみ示すそれぞれ１つのボルト２２用の垂直な穴２１を有する付加鋳造部２０を持ち、このボルト２２により平衡ハウジング５が機関ブロツクにねじ止めされる。このため穴２１の周囲に立上がり面２３が形成されている。この立上がり面２３を介して、組立てられた平衡ハウジング５が、軸受ブリツジを持つ共通な法線面９にある機関ブロツクの適当な個所に結合されている。結合は、図示してないが、主軸受のソケツトを形成する機関ブロツクの横ひれによるか、又は主軸受の軸受ブリツジにより行われる。
【００１４】
図は第１の平衡軸８の垂直縦断面を示し、この平衡軸は前述した構造の特徴のため、一定の直径の簡単な純円柱状軸とすることができる。３つの軸受ブリツジ１７，１８，１９は、平衡軸８を支持する滑り軸受３０を形成している。これらの軸受ブリツジは、平衡ハウジング５又は軸受ブリツジの基本材料に半径方向支持のための軸受面３１が加工され、固有の軸受ブシユを必要としない、という特徴を持っている。両方の外側ブリツジ１７，１９には段付き軸受３２が構成され、そのため同様に基本材料に、精密加工される軸受面３３が設けられている。
【００１５】
平衡軸６，７上には、平衡おもり８を種々のやり方で取付けることができる。そのため図３，５及び７の縦断面には、それぞれ２つの異なる取付け方が示され、それに応じて図４，６及び８において両方の平衡軸６，７は一方及び他方の実施例のそれぞれ１つに対応している。しかし通常のように両方の平衡軸及びすべての平衡おもりに対して、同じ種類の取付けを選ぶだろうことも明らかである。
【００１６】
図３の右側では、平衡おもり８は平衡軸６上に単純に焼きばめ３４され、左側では直径上に対向して設けられて縦方向に向く２つのレーザ溶接継目３５，３５′により結合されている。溶接継目をこのように配置しかつ密に集束される高エネルギ線を使用すると、平衡軸６は歪みなしのままである。
【００１７】
図５及び６は、平衡軸６と平衡おもり８との結合の２つの別のやり方を示している。左側では平衡軸６にねじ穴３８が設けられ、平衡おもり８には凹所を持つはめ合い穴３９が設けられ、これらの穴を通して１つ又は２つの取付けねじ４０が平衡おもり８の側からねじ込まれている。右側では逆である。即ち平衡軸６にあるねじ穴４２を通して取付けねじ４３がねじ込まれる。
【００１８】
図７及び８では、結合が平衡軸６にあるはめ合い穴４５及び平衡おもり８にあるなるべく段付きのはめ合い穴４６を介して行われ、組立ての際少なくとも１つの取付けピン４７（ここでは２つ）がこれらの穴へ打込まれる。右側では同じ直径の２つのはめ合い穴４８，４９が設けられ、組立ての際２つの締付けスリーブ５０がこれらの穴へ差込まれる。
【００１９】
図９は平衡おもり８を詳細に示している。その基本形状は、破線で示すように、円筒状環又は厚い壁を持つ中空円筒である。これは種々のやり方で製造することができ、例えば鋳造するか又は精密鋳物から製造することができる。それにもかかわらず、形状の説明では、カンテラ状切欠き５５について述べられ、この切欠き５５は長さの一部にわたってほぼ半周だけ延びている。切欠き５５は２つの切欠き平面５６，５７及び側方の切欠き面５８により区画されている。軸との結合がレーザ溶接により行われる時、切欠き平面５６，５７が重要であり、その場合溶接継目は、切欠き平面５６，５７と平衡軸６の円柱との交線の所にある。縦方向に両側で切欠き５５に続いて、閉じた環である２つの環部分５９，６０が残っており、遠心力及び焼きばめ結合の場合収縮応力を生じる周囲力も受止める。環部分５９，６０はそれぞれ外側に端面６１を持ち、これらの端面６１が軸受ブリツジ１７の軸受面３３と共同作用して、段付き軸受３２を形成している。切欠き５５はほぼ半円にわたって延び、残りの半円には弓形部分６２があって、偏心質量を形成している。切欠き５５の側で環部分５９，６０の間に材料が全くないことによって、弓形部分６２の僅かな厚さで大きい偏心が得られる。これでも充分でない場合、付加的に肥厚部６３を構成することもできる。
【００２０】
図１０は、主として油供給装置を示している。主軸受３に従って機関ブロツク全体が概略的にのみ示されている。主軸受自体は図より上方にあり、もはや見えない。平衡ハウジング５も一部だけ示され、平衡ハウジングを機関ブロツク又は主軸受３にねじ止めするボルト２２は、鎖線により示されている。断面は軸受ブリツジ１９（図２）を通っている。平衡ハウジング５には第１の垂直な潤滑通路７０があり、これはねじ穴２１（図２）に対して平行であり、これらのねじ穴との締付け部において穴あけすることができる。主軸受３又は機関ブロツクには第２の垂直な潤滑通路７１が設けられて、第１の潤滑通路７０と一直線をなしているが、小さい間隔７２をおいて終っている。それにより万一の熱膨張により生じる移動が受止められて、平行ハウジング５の歪みを引き起こすことがない。両方の潤滑通路７０，７１は、差込まれるスリーブ７３により接続されている。第１の垂直な潤滑通路７０は盲穴として構成することができるけれども、両方の平行軸６，７が存在する面の下へ通じている。軸受３０への接続は、再び上方へ延びる油出し穴７４，７５により行われる。これらの油出し穴７４，７５は、潤滑通路７０と交差し、下から平衡ハウジング５へ穴あけされることができる。これらの潤滑通路は、押込まれた玉７６により閉鎖され、滑り軸受３０の油分配溝７７へ開口している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置の配置図を示す。
【図２】 本発明による装置の一部として平衡ハウジングの上からの軸測投影図を示す。
【図３】 本発明による装置の実施例の縦断面を示す。
【図４】 図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線及びＩＶ−ＩＶ線による断面を示す。
【図５】 本発明によらない装置の縦断面を示す。
【図６】 図５のＶ−Ｖ線及びＶＩ−ＶＩ線による断面を示す。
【図７】 本発明によらない装置の縦断面を示す。
【図８】 図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線及びＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面を示す。
【図９】 本発明による平衡おもりの軸測投影図を示す。
【図１０】 図２のＸ−Ｘ線による断面を示す。

Claims (5)

1. 往復ピストン機関用平衡軸装置であって、平衡ハウジング（５）内に支持される少なくとも１つの平衡軸（６，７）と平衡軸上に取付けられる少なくとも１つの平衡おもり（８）とから成るものにおいて、平衡おもり（８）が、軸線に対して直角な２つの端面（６１）及び縦方向中央の範囲に切欠き（５５）を持つ実質的に円筒状の環であり、平衡おもり（８）が、両方の端面（６１）に続く２つの環部分（５９，６０）とその間にある弓形部分（６２）とから成り、平衡おもり（８）が平衡軸（６，７）上に焼きばめされていることを特徴とする、往復ピストン内燃機関用平衡軸装置。
2. 平衡おもり（８）が、切欠き（５５）とは反対の側に、偏心質量を増大する肥厚部（６３）を持っていることを特徴とする、請求項１に記載の平衡軸装置。
3. 平衡軸装置が平衡ハウジング（５）内で滑り軸受（３０）に支持されているものにおいて、平衡おもり（８）の端面（６１）の少なくとも１つが、平衡ハウジング（５）の加工された面（３３）と共に、段付き軸受（３２）を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の平衡軸装置。
4. 平衡軸が軽金属から成る平衡ハウジング（５）内に支持され、滑り軸受の軸受面（３１）が、平衡ハウジング（５）自体に構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の平衡軸装置。
5. 平衡ハウジング（５）が、軽金属から成る１つの鋳造部分であり、多数の軸受ブリッジ（１７，１８，１９）を持つ底殻（１５）から構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の平衡軸装置。

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