JP4947527B2

JP4947527B2 - 内燃機関のバランサ装置

Info

Publication number: JP4947527B2
Application number: JP2009038229A
Authority: JP
Inventors: 秀憲田坂; 正晴北村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010190407A

Description

本発明は、内燃機関の二次振動を低減させるバランサ装置の改良に関する。

周知のように、機関のクランクケースの下部に取り付けられたバランサ装置は、クランクシャフトから回転力が伝達される駆動側バランサシャフトと、該駆動側バランサシャフトから回転力が伝達される従動側バランサシャフトがそれぞれ軸受を介してハウジングの内部に回転自在に収容されている。

そして、機関始動によりクランクシャフトが回転駆動すると、ギアなどを介して駆動側バランサシャフトがクランクシャフトの２倍の回転速度で回転駆動すると共に、駆動側ギアの回転に伴ってこれと噛合した従動側ギアが逆方向へ回転して従動側バランサシャフトを駆動側バランサシャフトと反対方向へ回転駆動させる。これによって、各バランスウエイトの回転によりエンジンの二次振動を効果的に抑制するようになっている。

このとき、前記ハウジングは、前記各バランサシャフトの回転に伴って各軸受に発生する大きな荷重によって変形しようとする力が作用して、比較的大きな振動や振動騒音が発生し易い。

そこで、特許文献1に記載されているような、ハウジングの表面に複数の補強リブを一体に設けて、ハウジング全体的な肉厚を厚くせずに強度を確保して前記振動などを抑制するようになっている。

特開２００１−２９５８９１号公報

しかし、前記公報記載の従来のバランサ装置にあっては、前記複数の補強リブがハウジング外面の駆動側バランサシャフト側と従動側バランサシャフト側の全体に形成されていることから、重量の増加を招いている。

すなわち、前述した軸受に作用する荷重は、駆動側バランサシャフト側が大きくなり、これに対するハウジングの補強リブも前記大きな荷重に合わせて全体的に大きく形成されていることから、ハウジングの重量が増加してしまうのである。

本発明は、駆動時におけるハウジングの変形を抑制しつつハウジングの重量を可及的に低減できる内燃機関のバランサ装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、ハウジングの軸受に大きな荷重が作用する駆動側バランサシャフト側に、第1、第２リブからなる駆動側リブを設け、前記駆動側バランサシャフトの軸受よりも小さな荷重となる従動側バランサシャフト側に、従動側リブを設け、さらに、前記第１リブと第２リブのそれぞれの内部に、互いに連通した油通路を設けた構成とした。

したがって、本発明によれば、駆動側リブと従動側リブによって各軸受に作用する荷重による振動を効率良く低減させてハウジングの変形を抑制できると共に、ハウジング全体の重量を可及的に小さくすることが可能になる。

本発明にかかるバランサ装置の実施形態を示す斜視図である。同バランサ装置の底面図である。本実施形態を示す図４のＡ一Ａ線に沿った断面図である。本実施形態を示す図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施形態を示す図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。本実施形態を示す図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。本実施形態のバランサ装置の背面図である。

以下、本発明に係るバランサ装置を、例えば自動車の直列４気筒の内燃機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

すなわち、内燃機関のシリンダブロック１の下部には、図３及び図４に示すように、クランクシャフト２を軸支する軸受部を有するアルミ合金材からなるラダーフレーム３が固定されていると共に、該ラダーフレーム３の下部に、オイルパン４が取り付けられている。

前記クランクシャフト２は、シリンダブロック１の下部にベアリングボルト５ｂによって結合されたベアリングキャップ５ａなどからなる複数の軸受５によって回転自在に支持されていると共に、前端側に一体的に有する軸２ａに大径なクランクギア６が取り付けられている。

このクランクギア６は、リング状に形成され、中央部に形成された挿通孔６ａを介してクランクシャフト２の軸部２ａに焼きばめによって結合されていると共に、外周に所定角度をもって軸方向へ捩れ角を有する複数のヘリカル歯６ｂを有している。

前記シリンダブロック１の下部とラダーフレーム３及びオイルパン４によって囲まれた空間内には、機関の二次振動を抑制するバランサ装置７が収容配置されている。

このバランサ装置７は、図１〜図４、図７に示すように、オイルパン４の下面に固定されたハウジング９と、該ハウジング９の内部に回転自在に支持されて、機関前後方向に並行に配置された駆動側バランサシャフト１３及び従動側バランサシャフト１４と、該両バランサシャフト１３，１４の各後端部側にそれぞれ固定されて、各歯部が互いに噛合したヘリカル型の駆動側ギア１５及び従動側ギア１６と、を備えている。

前記ハウジング９は、全体がアルミニュウム合金材から形成され、オイルパン４側のロアーハウジング１０と、該ロアーハウジング１０の上部に配置されたアッパーハウジング１１とから構成され、この両ハウジング１０，１１は、複数のボルト１２によって上下方向から締結固定されている。

駆動側バランサシャフト１３は、前端部に軸方向から螺着した固定用ボルトによってファーストギア１７が固定されていると共に、このファーストギア１７と前記クランクギア６が噛合してクランクシャフト２からの回転力が伝達されるようになっている。これによって、前記駆動側ギア１５と従動側ギア１６を介して前記両バランサシャフト１３，１４が回転されるようになっている。

なお、両シャフト１３，１４は、クランクシャフト２の１回転当たり２回転するように設定されている。また、前記駆動側ギア１５と従動側ギア１６は、ロアーハウジング１０の後端部に突起１０ａを介して一体に設けられたほぼ円弧状の受け部１０ｂによって下部が非接触状態で保持されている。

前記駆動ギア１５は、駆動側バランサシャフト１３の後端部に圧入などによって固定されていると共に、図５に示すように、ロアーハウジング１０の前記突起１０ａによって軸方向前方への移動が規制されるようになっている。

前記ファーストギア１７は、図５に示すように、ロアーハウジング１０の前端部に一体に設けられた、ボックス状の受け部１０ｂ内に配置されており、軸方向前端側に配置固定されたメインギア１７ａと、該メインギア１７ａの後側に相対回転自在に当接配置されたサブギア１７ｂと、両ギア１７ａ、１７ｂ間に配置された捩りばねであるスプリング１７ｃと、を備えている。

前記メインギア１７ａとサブギア１７ｂは、前記クランクギア６に噛み合う各ヘリカル歯の歯すじが同一に設定されていると共に、前記スプリング１７ｃのばね力を介して前記クランクギア６を挟み込んで噛合するいわゆるシザースギアになっている。

前記スプリング１７ｃは、前記ギア１７ａ、１７ｂにそれぞれ設けられた両係止ピン１７ｅ、１７ｆに係止されて、サブギア１７ｂをメインギア１７ａに対して周方向へ相対回転するように付勢して、前記クランクギア６との噛合時におけるバックラッシ隙間を消失するようになっている。

また、このファーストギア１７は、内周側に一体に有する円筒部１７ｄに駆動側バランサシャフト１３が圧入して固定され、メインギア１７ａと駆動側バランサシャフト１３の前端部に一体に有するフランジ部１３ｃとの間で、前記サブギア１７ｂが軸方向の所定のクリアランスをもって回転摺動可能になっている。

前記駆動側バランサシャフト１３は、図５に示すように、軸長が比較的長く形成され、軸方向の前端側と後端側にジャーナル部１３ａ、１３ｂが形成されていると共に、該ジャーナル部１３ａ、１３ｂが前記ロアーハウジング１０とアッパーハウジング１１の対応する位置にそれぞれ設けられた２つの軸受部１９ａ、１９ｂに設けられた半割状のプレーンベアリング１８ａ、１８ｂを介して回転自在に支持されている。

この各プレーンベアリング１８ａ、１８ｂは、内周面に径方向孔１８ｃ、１８ｄが貫通形成されていると共に、これらに対応して各ハウジング１０，１１の軸受部１９ａ、１９ｂの内周面に形成された半円弧状の油溝１９ｃ、１９ｄを介して後述する油通路３０から潤滑油が供給されるようになっている。

また、駆動側バランサシャフト１３の前記両ジャーナル部１３ａ、１３ｂの間には、カウンターウエイト２０が一体に設けられている。

一方、前記従動側バランサシャフト１４は、その軸長が駆動側バランサシャフト１３よりも短尺に形成され、図６に示すように、軸方向の２個所に形成されたジャーナル部１４ａ（１４ｂ）が前記両ハウジング１０、１１の間に設けられた２つの軸受部に半割状のプレーンベアリング４０ａ、４０ｂを介して回転自在に支持されている。また、前記プレーンベアリング４０ａ、４０ｂに径方向孔４０ｃ、４０ｄなどが形成されているなどは、前記駆動側バランサシャフト１３と同じである。さらに、従動側バランサシャフト１４の前記両ジャーナル部の間には、図外のカウンターウエイトが一体に設けられている。

そして、前記ロアーハウジング１０は、図１及び図２に示すように、長手方向の四隅部と長手方向のほぼ中央位置の外側面に６つのボス部２１ａ〜２１ｅが一体に形成されている。この各ボス部２１ａ〜２１ｅは、バランサ装置を前記オイルパン４に固定するための図外のボルトが挿通されるボルト挿通孔が内部軸方向に沿って形成されている。

また、前記ロアーハウジング１０の外底面には、図１〜図３に示すように、前記駆動側バランサシャフト１３側の駆動側リブ２２と、従動側バランサシャフト１４側の従動側リブ２３が一体に設けられている。

前記駆動側リブ２２は、駆動側バランサシャフト１３の軸方向に沿って延出した第１補強リブ２４と、一端部が第１補強リブ２４の長手方向のほぼ中央位置に一体に結合され、他端部(先端部)がロアーハウジング１０の一方の外側面側に延出した第２補強リブ２５とから構成されている。

前記第１補強リブ２４は、ロアーハウジング１０の前端側から後端側に亘って延出した長方体状に形成されていると共に、断面積が比較的大きなほぼ正方向に形成されてその幅長さがＷに設定されている。また、その高さＨは比較的低い所定高さに設定されている。

一方、第２補強リブ２５は、同じく長方体状に形成されて、その高さＨは第１補強リブ２４と同じ高さになっているが、断面積が第１補強リブ２４よりも小さく形成されてその幅長さＷ１がＷより細長く形成されて、例えば断面ほぼ長方形状に形成されている。

また、この第２補強リブ２５は、第１補強リブ２４に対して９０°の角度でロアーハウジング１０の幅方向に沿って延出し、その先端部２５ａがロアーハウジング１０の外側面１０ｃよりも外方へ自身の半分程度の長さ分だけ突出している。したがって、第１補強リブ２４と第２補強リブ２５は、ほぼＴ字形状に形成されて、かかる駆動側バランサシャフト１３側のロアーハウジング１０の軸方向(長手方向)及び幅方向の剛性が十分に大きくなるように形成されている。

前記従動側リブ２３は、前記第１補強リブ２４に平行でかつ同じ長さでロアーハウジング１０の前端側から後端側に亘って延出した長方体状に形成されていると共に、断面矩形状に形成されてその幅長さＷ２が第１補強リブ２４の幅長さＷより小さく設定されている。したがって、この従動側リブ２３は、第１補強リブ２４よりも剛性が低く設定されている。また、前記従動側リブ２３の高さは、第１補強リブ２４の高さＨと同じ長さに設定されている。

また、従動側リブ２３と前記第１補強リブ２４の長手方向のほぼ中央位置には、両リブ２３，２４の対向内面を互いに幅方向から連結する第３補強リブ２６が一体に形成されている。

また、第１補強リブ２４と前記中央のボス部２１ｃとの間には、第１補強リブ２４とボス部２１ｃとを連結する第４補強リブ２７がロアーハウジング１０と一体に設けられていると共に、従動側リブ２３と前記他の中央のボス部２１ｄとの間には、従動側リブ２３とボス部２１ｄとを連結する第５補強リブ２８がロアーハウジング１０と一体に設けられている。前記第３補強リブ２６と第４補強リブ２７及び第５補強リブ２８は、前記第１補強リブ２４と従動側リブ２３を挟んで直列に配置されている。つまり、ロアーハウジング１０の幅方向に沿って直線状に配置されている。

前記第３補強リブ２６〜第５補強リブ２８は、それぞれの断面積が同一の細長い矩形状に形成され、各幅長さＷ３が前記第１補強リブ２４の幅長さＷの半分よりも僅かに小さく設定されていると共に、その高さＨ１も各リブ２３，２４，２５よりも僅かに低く設定されている。なお、前記第３補強リブ２６〜第５補強リブ２８の断面形状や断面の大きさは仕様に応じて適宜変更されるものである。

前記アッパーハウジング１１は、図６などに示すように、上端部に複数の補強リブ１１ａが設けられている。

さらに、前記第１補強リブ２４と第２補強リブ２５の各内部には、図５及び図６に示すように、前記駆動側バランサシャフト１３のプレーンベアリング１８ａ、１８ｂ側に潤滑油を供給する油通路３０が形成されている。

この油通路３０は、前記第２補強リブ２５の先端部２５ａ内の上下方向に形成された第１油孔３１と、同じく第１補強リブ２４の下端部内の長手方向に沿って形成されて、一端部が前記第１油孔３１の下端部と接続された第２油孔３２と、前記第１補強リブ２４の下端部内に長手方向に沿って形成されて、途中で前記第２油孔３２の他端部が接続された第３油孔３３と、第１補強リブ２４の前後端部内及びロアーハウジング１０の内部に上下方向へ形成され、各下端部が前記第３油孔３３の両端部３３ａ、３３ｂに、各上端部が前記各油溝１９ｃ、１９ｃにそれぞれ接続された第４，第５油孔３４，３５と、から主として構成されている。

前記各油孔３１〜３５は、ドリル加工によって直線状に穿設されている共に、前記第２油孔３２と第３油孔３３の各開口端部はボール栓体３６、３７によって閉止されている。これらを、外側からのドリル加工によって形成したことにより、その加工作業がきわめて容易である。

前記第１油孔３１内には、オイルポンプから吐出されたオイルパン４内の潤滑油がラダーフレーム３に形成された図外の油供給孔を介して上端開口３１ａから強制的に供給されるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、ロアーハウジング１１に設けられた駆動側リブ２２や従動側リブ２３及び第３〜第５補強リブ２６〜２８やアッパーハウジング１１の補強リブ１１ａによって、ハウジング９の長手方向及び幅方向全体の剛性が高くなる。したがって、前記駆動側バランサシャフト１３と従動側バランサシャフト１４の回転に伴う振動を効果的に抑制することが可能になる。

特に、前記駆動側リブ２２を、Ｔ字形状の第１補強リブ２４と第２補強リブ２５とにより構成することにより、剛性を従動側リブ２３よりも十分に高くして、駆動側バランサシャフト１３側の各軸受１８ａ、１８ｂに作用する大きな荷重による振動を効率良く低減させてハウジング９の変形を抑制できる。

つまり、前記ハウジング９に作用する振動(起振力)は、特に、両バランサシャフト１３，１４の軸直角方向(ハウジングの幅方向)に大きく作用することから、ハウジング９は幅方向に撓み変形しようとするが、第１補強リブ２４を比較的大きく形成すると共に、前記第２補強リブ２４を、ロアーハウジング１０の幅方向に沿って延設したことから、前記振動の発生を効果的に抑制することが可能になるのである。

しかも、駆動側バランサシャフト１３側の駆動側リブ２２に比べて大きな荷重が作用しない従動側バランサシャフト１４側の従動側リブ２３を、駆動側リブ２２よりも小さく形成し、また前記各補強リブ２６〜２８も小さく形成したことから、ハウジング９全体の重量を可及的に小さくすることが可能になる。

また、前記第３〜第５補強リブ２６〜２８によって、ハウジング９の幅方向の剛性を一層高くすることができることから、前記幅方向の振動をさらに抑制することが可能になる。

とりわけ、前記各補強リブ２６〜２８は、ロアーハウジング１０の両ボス部２１ｃ、２１ｄと第１補強リブ２４及び従動側リブ２３にそれぞれ結合されて全体が幅方向に沿って直線状に形成されていることから、ロアーハウジング１０の幅方向の剛性を一層高めることが可能になり、この点でも幅方向の振動を効果的に抑制することが可能になる。

また、駆動側リブ２２と従動側リブ２３とを並設し、かつ前記駆動側リブ２２の剛性を従動側リブ２３よりも高くしたことによって、前記クランクギア６からファーストギア１７に回転力が伝達された際に発生する分離力によってロアーハウジング１０の駆動側バランサシャフト１３側に生じる変形量を従動側バランサシャフト１４側の変形量程度に抑制することができる。したがって、各リブ２２〜２８以外のロアーハウジング１０の剛性設計を幅方向で対称にすることができる。

さらに、前記油通路３０をアッパーハウジング１１の内部ではなくロアーハウジング１０の駆動側リブ２２の内部に形成して各軸受１８ａ、１８ｂに潤滑油を強制的に供給したことから、かかる各軸受１８ａ、１８ｂと各ジャーナル部１３ａ、１３ｂとの間の潤滑性能が向上することは勿論のこと、バランサ装置を前記クランクシャフト２の下部に十分に近づけることが可能になる。この結果、内燃機関の全体のコンパクト化が図れ、エンジンルーム内でのレイアウトの自由度が向上する。

また、油通路３０を駆動側リブ２２の内部に形成したことから、デッドスペースの有効利用が図れると共に、外部からの形成作業が容易になる。

本実施形態では、前記油通路３０によって駆動側バランサシャフト１３の各軸受に対して潤滑油を供給するようになっているが、前記従動側リブ２３の内部に前記油通路３０と連通する別異の油通路を設けて前記従動側バランサシャフト１４の各軸受に潤滑油を供給するように構成することも可能である。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記リブ２２〜２８をアッパーハウジング１１側に設けることも可能である。

また、クランクギア６とファーストギア１７との間にアイドラギアを配置したり、クランクギア６をクランクシャフト２の後端部に設けることも可能である。

１…シリンダブロック
２…クランクシャフト
３…ラダーフレーム
４…オイルパン
６…クランクギア
７…バランサ装置
９…ハウジング
１０…ロアーハウジング
１１…アッパーハウジング
１２…ボルト
１３…駆動側バランサシャフト
１４…従動側バランサシャフト
１５…駆動側ギア
１６…従動側ギア
１７…ファーストギア
１８ａ、１８ｂ…プレーンベアリング(軸受)
１９ａ、１９ｂ…軸受部
２０…カウンターウエイト
２１ｃ、２１ｄ…ボス部
２２…駆動側リブ
２３…従動側リブ
２４…第１補強リブ
２５…第２補強リブ
２６…第３補強リブ
２７…第４補強リブ
２８…第５補強リブ
３０…油通路
３１…第１油孔
３２…第２油孔
３３…第３油孔
３４…第４油孔
３５…第５油孔

Claims

クランクシャフトから回転力が伝達される駆動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトから回転力が伝達される従動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトと従動側バランサシャフトとを内部に収容すると共に、前記両バランサシャフトを回転自在に軸受するハウジングと、
該ハウジングの外面にそれぞれ設けられ、前記駆動側バランサシャフトの軸方向に沿って延びた第１リブと、該第１リブから分岐して第１リブに対して所定の角度をもって前記ハウジングの一方の外側面に向かって延びた第２リブと、によって構成された駆動側リブと、
前記ハウジングの外面に設けられ、従動側バランサシャフトの軸方向に沿って延びた従動側リブと、
を備え、
前記第１リブと第２リブのそれぞれの内部に、互いに連通した油通路が設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記第１リブと第２リブは、Ｔ字形状に形成されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記第１リブに対する第２リブの所定角度を、約９０°に設定したことを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記油通路は、潤滑油を前記駆動側バランサシャフト及び／又は前記従動側バランサシャフトの軸受に供給するように形成されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記油通路は、前記第２リブのハウジング外側面側の端部から潤滑油が導入され、前記第１リブの内部から前記駆動側シャフト及び／又は前記従動側バランサシャフトの軸受に潤滑油を供給するように形成されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記ハウジングの外面に、前記駆動側リブと従動側リブを接続する第３リブが設けられていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項６に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記第３リブは、前記第１リブと従動側リブに対して直交するように延設されて、前記第１リブと従動側リブの対向面を接続するように配置されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
請求項６に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記ハウジングは、機関側の部材に複数のボルトによって固定されていると共に、前記第３リブは、前記各ボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成された各ボス部を結合するように配置されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
クランクシャフトから回転力が伝達される駆動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトから回転力が伝達される従動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトと従動側バランサシャフトとを内部に収容すると共に、前記両バランサシャフトを回転自在に軸受するハウジングと、
前記ハウジング外面の前記駆動側バランサシャフト側に設けられた駆動側リブと、
前記ハウジング外面の前記従動側バランサシャフト側に設けられた従動側リブと、
を備え、
前記駆動側リブは、前記従動側リブよりも剛性が高いことを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
クランクシャフトから回転力が伝達される駆動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトから回転力が伝達される従動側バランサシャフトと、
前記駆動側バランサシャフトと従動側バランサシャフトとを内部に収容すると共に、前記両バランサシャフトを回転自在に軸受するハウジングと、
前記ハウジングの外面に前記駆動側バランサシャフトの軸方向に延設された駆動側リブと、
前記ハウジングの外面に前記従動側バランサシャフトの軸方向に延設された従動側リブと、
を備え、
前記駆動側リブは、その幅長さが前記従動側リブの幅長さよりも大きく形成されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。