JP5190808B2 - エンジンの１次バランサ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、クランク軸の回転に伴う振動をバランサ軸の回転によるバランシング効果によって低減するためのエンジンの１次バランサ装置に関するものである。
単気筒エンジンや直列多気筒エンジンにおいては、ピストン・クランク機構によって１次及び２次慣性力が発生し、これらの慣性力のために振動と騒音が発生するが、一般には振動及び騒音に対して影響が大きな１次慣性力を打ち消すための１次バランサ装置が設けられる。
１次バランサ装置は、バランスウェイトが設けられたバランサ軸をクランク軸の回転方向とは逆方向に等速で回転させ、該バランサ軸に発生する不平衡慣性力によってクランク軸に発生する不平衡慣性力を相殺してエンジンの振動と騒音を低減するものである。例えば、単気筒エンジンの１次慣性力を打ち消すためには、クランク軸のカウンタウェイト量を往復運動部の質量の５０％、バランスウェイト量を往復運動部の質量の５０％とし、バランサ軸をクランク軸の回転方向とは逆方向に等速で回転させる。
ところで、特許文献１には、エンジンの２次慣性力を打ち消すため２軸２次バランサ装置において、駆動力伝達用の減速小歯車を多気筒のうち最外側以外の内側気筒の何れかの気筒のウェブ（カウンタウェイト）に形成し、第１のバランサ軸をクランク軸によって直接駆動し、第２のバランサ軸を減速小歯車に噛合する変速主軸に設けられた減速大歯車により駆動することによって、バランサ装置自体及び周辺の駆動系の構造を簡素化する提案がなされている。
ところで、１次バランサ装置のバランサ軸の配置位置にはシリンダブロックの横側又はクランク軸の下側が考えられるが、バランサ軸をシリンダブロックの横側に配置する場合、バランサ軸をシリンダブロックの前面又は後面からクランク軸に沿って挿入する必要があるため、バランスウェイト径をジャーナル径よりも小さく設定する必要があり、このために必要なバランスウェイト量を確保することができず、又、ジャーナル径が大きくなり過ぎるという問題がある。
他方、バランサ軸をクランク軸の下側に配置する場合、該バランサ軸はクランク・コンロッド運動との干渉を避けて設置する必要があり、必要なバランスウェイト量を確保するためにはバランサ軸を所定の位置まで下げる必要がある。ここで、バランサ軸の駆動はギヤによるものが一般的であり、前述のように必要なバランスウェイト量を確保するためにバランサ軸をクランク軸から遠ざけて下方に配置すると、必要なギヤ径もそれに応じて大きくなってレイアウト上の不利を招く。
又、バランサ軸をクランク軸の下側に配置する場合において必要なバランスウェイト量を確保するためにバランサ軸を２本用意する場合には、それぞれのバランサ軸に設けたバランサギヤ同士の干渉を避けるためにバランサ軸間距離を大きく設定する必要があり、１次バランサ装置が大型化して該装置のエンジンへの搭載性が悪くなるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、小型化を図ってエンジンへの搭載性を高めるとともに、クランク軸の軸方向の重量バランスの適正化を図ることができるエンジンの１次バランサ装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、バランスウェイトとバランサギヤを備えた２本のバランサ軸をクランク軸の下方に配置し、各バランサ軸のバランサギヤに噛合するクランクギヤを前記クランク軸にそれぞれ設け、クランク軸の回転を前記クランクギヤ及び前記バランサギヤを経て前記各バランサ軸に伝達して該バランサ軸をクランク軸の回転方向とは逆方向に等速で回転させるエンジンの１次バランサ装置において、前記クランク軸にクランクピンを挟んで互いに対向して配置された一対のカウンタウェイトを各気筒ごとに設け、前記各バランサ軸の前記クランクピンに対応する位置にバランスウェイトをそれぞれ設けるとともに、前記クランク軸の軸方向最外側に位置する２つのカウンタウェイトの軸方向外側に前記クランクギヤをそれぞれ配置したことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記バランサ軸の軸方向視において、各バランサギヤをシリンダ軸線に対して直交する方向で互いに重なり合う位置に配置したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記クランク軸の軸方向一端にオイルポンプを設け、該オイルポンプが設けられた側とは反対側の軸方向端部にバランサギヤが配置された一方のバランサ軸の外周部であって、且つ、クランク軸中心に対して他方のバランサ軸の前記オイルポンプの近傍に配置される他方のバランサギヤとは反対側に前記オイルポンプに連なるオイル通路とオイルフィルタを配置したことを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、クランク軸にクランクピンを挟んで互いに対向して配置された一対のカウンタウェイトを各気筒ごとに設け、各バランサ軸のクランクピンに対応する位置にバランスウェイトをそれぞれ設けたため、クランク軸の各一対のカウンタウェイトの間に形成される隙間を利用して所要の重量のバランスウェイトを合理的に配置することができ、バランサ軸の軸方向長さを短縮して１次バランサ装置の小型化を図ることができる。
又、クランク軸の軸方向最外側に位置する２つのカウンタウェイトの軸方向外側にクランクギヤをそれぞれ配置したため、これらのクランクギヤにそれぞれ噛合する各バランスギヤを互いに干渉しない位置に配置することができ、両バランサ軸間の軸間距離を短縮して１次バランサ装置の小型化を図ることができる。
以上のように１次バランサ装置を小型化することによって、該１次バランサ装置のエンジンへの搭載性を高めることができる。
更に、クランク軸の軸方向においてバランサギヤをエンジン中心に対して対称な位置に配置することができ、クランク軸の軸方向の重量バランスを適正化することができる。
請求項２記載の発明によれば、バランサ軸の軸方向視において、各バランサギヤをシリンダ軸線に対して直交する方向で互いに重なり合う位置に配置したため、両バランサ軸間の軸間距離を更に短縮して１次バランサ装置の小型化を図ることができ、該１次バランサ装置のエンジンへの搭載性を更に高めることができる。
請求項３記載の発明によれば、バランサギヤが配置されない空間を利用してオイルポンプに連なるオイル通路とオイルフィルタを効率的に配置することができる。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る１次バランサ装置を備えたエンジンの斜視図、図２は同エンジンの上下を逆にして示す斜視図、図３は同エンジンの下部バランサケースを取り外して示すシリンダブロックの上下を逆にして示す斜視図、図４は同エンジンの１次バランサ装置とピストン・クランク機構を上下を逆にして示す斜視図、図５は図３を上方から見た平面図、図６はクランクギヤとバランサギヤのクランク軸方向から見た位置関係を示す図である。
図１及び図２に示すエンジン１は、４サイクル２気筒エンジンであって、そのシリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド３が結着され、該シリンダヘッド３の上部はヘッドカバー４によって覆われている。そして、シリンダブロック２の下部にはロアケース５が取り付けられており、このロアケース５の下部にはオイルパン６が取り付けられている。
又、上記シリンダブロック２とロアケース５の前面にはチェーンケース７が取り付けられており、シリンダブロック２とロアケース５によって形成されるクランク室内の幅方向中央には、前後方向に延びるクランク軸８が回転可能に配されている。このクランク軸８の軸方向２箇所には各気筒ごとにクランクピン８ａ（図５参照）が形成されており、図４及び図５に示すように、クランク軸８の各クランクピン８ａ１，８ａ２を挟んでこれの前後には相対向する一対のカウンタウェイト（クランクウェブ）８ｂ１，８ｂ２，８ｂ３，８ｂ４が各気筒ごとに一体に形成されている。
更に、図示しないが、シリンダブロック２には各気筒に対応して２つのシリンダが車両前後方向に垂直に形成されており、各シリンダ２には図４及び図６に示すピストン９がそれぞれ上下摺動可能に嵌挿されている。そして、各ピストン９は、コンロッド１０を介してクランク軸８の前記クランクピン８ａ１，８ａ２に連結されており、ピストン９のシリンダ内での上下往復運動はコンロッド１０によってクランク軸８の回転運動に変換される。
又、図示しないが、シリンダブロック２とロアケース５の前面に取り付けられた前記チェーンケース７内には、クランク軸８の前端に結着されたチェーンスプロケット、前記シリンダヘッド３に前後方向に配された回転可能な吸・排気カム軸の各前端に結着されたカムスプロケット、これらのカムスプロケットと前記チェーンスプロケットに巻き掛けられた無端状のチェーン等が収容されている。そして、図５に示すように、チェーンケース７の内部には、クランク軸８の前端部に結着されたオイルポンプ１１が収容されており、このオイルポンプ１１はクランク軸８によって直接回転駆動される。
更に、図１及び図２に示すように、クランク軸５のチェーンケース７から前方へと突出する前端部にはクランクプーリ１２が結着されており、シリンダブロック２の左右に設けられた補機であるウォータポンプ１３とオルタネータ１４を回転駆動する大小異径のプーリ１５，１６には無端状の駆動ベルト１７が巻き掛けられている。
ところで、本実施の形態に係るエンジン１の前記オイルパン６の内部には、図２に示す１次バランサ装置１８が収容されている。この１次バランサ装置１８は、バランサケース１９内に収容されており、バランサケース１９は、上下に２分割された上部バランサケース１９Ａと下部バランサケース１９Ｂを接合一体化して構成されている。
１次バランサ装置１８の内部構造を図３〜図５に示すが、この１次バランサ装置１８には、クランク軸８を挟んでその両側にクランク軸８と平行且つ回転可能に配された２本のバランサ軸２０，２１を備えている。これらのバランサ軸２０，２１は、その軸方向両端部と中間部の３箇所がバランサケース１９にそれぞれ回転可能に支持されており、図６に示すように、これらはクランク軸８の下方に配置されている。
又、図５に示すように、各バランサ軸２０，２１のクランク軸８のクランクピン８ａ１，８ａ２に対応する軸方向２箇所、つまり、クランク軸８の各気筒に対応するクランクピン８ａ１，８ａ２を挟んでこれの前後に配された一対のカウンタウェイト８ｂ１，８ｂ２と８ｂ３，８ｂ４の間の各隙間にはバランスウェイト２２がそれぞれ設けられており、クランク軸８の軸方向最外側に位置する２つのカウンタウェイト８ｂ１，８ｂ４の軸方向外側の前後両端部にはクランクギヤＧ１，Ｇ２がそれぞれ結着されている。
そして、図３〜図５に示すように、一方のバランサ軸２０の後端部には後側のクランクギヤＧ２に噛合するバランサギヤＧ３が結着され、他方のバランサ軸２１の前端部には前側のクランクギヤＧ１に噛合するバランサギヤＧ４が結着されている。ここで、図６に示すように、バランサ軸２０，２１の軸方向視において、これらのバランサ軸２１，２２にそれぞれ結着されたバランサギヤＧ３，Ｇ４はシリンダ軸線（本実施の形態では垂直線）Ｍに対して直交する方向（本実施の形態では左右方向）で互いに重なり合う位置にされている。尚、クランクギヤＧ１，Ｇ２とバランサギヤＧ３，Ｇ４の外径と歯数は共に同一に設定されている。
ところで、前述のようにクランク軸８の前端部にはオイルポンプ１１が設けられているが、図５に示すように、該オイルポンプ１１が設けられた前側とは反対側の軸方向後端部にバランサギヤＧ３が配置された一方のバランサ軸２０の外周部であって、且つ、クランク軸中心Ｎに対して他方のバランサ軸２１のオイルポンプ１１の近傍に配置された他方のバランサギヤＧ４とは反対側（図５の左側）には、オイルポンプ１１に連なるオイル通路２３とオイルフィルタ２４が配置されている。尚、図１に示すように、ロアケース５の左側部には、オイルフィルタ２４から車両後方へと延びるメインギャラリ２５が形成されおり、このメインギャラリ２５はエンジン１内部の各種摺動部に連通している。
而して、図１及び図２に示すエンジン１が駆動されると、前述のようにシリンダブロック２の不図示のシリンダ内でのピストン９の上下の往復運動はコンロッド１によってクランク軸８の回転運動に変換され、該クランク軸８が所定の速度で回転駆動される。すると、このクランク軸８の回転は前後のクランクギヤＧ１，Ｇ２を介して両バランサ軸２１，２０の前後にそれぞれ結着されたバランサギヤＧ４，Ｇ３を経て各バランサ軸２１，２０に伝達され、これらのバランサ軸２０，２１及びバランサウェイト２２が回転駆動されることによってクランク軸８に発生する１次慣性力が相殺され、エンジン１の振動と騒音が低く抑えられる。
又、図５に示すオイルポンプ１１がクランク軸８によって回転駆動されると、オイルパン６内に溜められたオイルがオイルポンプ１１によって吸引されて昇圧され、昇圧されたオイルは図５に示すオイル通路２３を通ってオイルフィルタ２４へと導かれて浄化される。そして、オイルフィルタ２４にて浄化されたオイルは、図１に示すメインギャラリ２５を通ってエンジン１内部の各部摺動部に供給されてその部分の潤滑に供される。
更に、クランク軸８の回転は、図１及び図２に示すクランクプーリ１２、駆動ベルト１７及びプーリ１５，１６を経てウォータポンプ１３とオルタネータ１４に伝達され、これらのウォータポンプ１３とオルタネータ１４がそれぞれ回転駆動されて冷却水がエンジン１内を循環するとともに、所要の発電がなされる。
以上のように、本実施の形態では、クランク軸８にクランクピン８ａ１，８ａ２を挟んで互いに対向して配置された一対のカウンタウェイト８ｂ１，８ｂ２と８ｂ３，８ｂ４を各気筒ごとに設け、各バランサ軸２０，２１のクランクピン８ａ１，８ａ２に対応する位置にバランスウェイト２２をそれぞれ設けたため、クランク軸８の各一対のカウンタウェイト８ｂ１，８ｂ２と８ｂ３，８ｂ４の間にそれぞれ形成される隙間を利用して所要の重量のバランスウェイト２２を合理的に配置することができ、バランサ軸２０，２１の軸方向長さを短縮して１次バランサ装置１８の小型化を図ることができる。
又、クランク軸８の軸方向最外側に位置する２つのカウンタウェイト８ｂａ，８ｂ４の軸方向外側にクランクギヤＧ１，Ｇ２をそれぞれ配置したため、これらのクランクギヤＧ１，Ｇ２に噛合する各バランスギヤＧ４，Ｇ３を互いに干渉しない位置に配置することができ、両バランサ軸２０，２１間の軸間距離を短縮して１次バランサ装置１８の小型化を図ることができる。
以上のように１次バランサ装置１８を小型化することによって、該１次バランサ装置１８のエンジン１への搭載性を高めることができる。
更に、本実施の形態では、図５に示すように、クランク軸８の軸方向においてバランサギヤＧ３，Ｇ４をエンジン中心Ｏに対して対称な位置に配置することができ、クランク軸８の軸方向の重量バランスを適正化することができる。
又、本実施の形態では、バランサ軸２０，２１の軸方向視において、各バランサギヤＧ３，Ｇ４をシリンダ軸線（本実施の形態では鉛直線）Ｍに対して直交する方向（本実施の形態では左右方向）で互いに重なり合う位置に配置したため（図６参照）、両バランサ軸間２０，２１の軸間距離を更に短縮して１次バランサ装置１８の小型化を図ることができ、該１次バランサ装置１８のエンジン１への搭載性を一層高めることができる。
その他、本実施の形態では、オイルポンプ１１が設けられた前側とは反対側の軸方向後端部にバランサギヤＧ３が配置された一方のバランサ軸２０の外周部であって、且つ、クランク軸中心Ｎに対して他方のバランサ軸２１のオイルポンプ１１の近傍に配置された他方のバランサギヤＧ４とは反対側に（図５の左側）、オイルポンプ１１に連なるオイル通路２３とオイルフィルタ２４を配置する構成を際したため、バランサギヤＧ３，Ｇ４が配置されない空間を利用してオイル通路２３とオイルフィルタ２４を効率的に配置することができるという効果も得られる。
尚、以上は本発明を２気筒エンジンの１次バランサ装置に適用した形態について説明したが、本発明は、単気筒エンジン或いは３気筒以上の多気筒エンジンに設けられる１次バランサ装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ヘッドカバー
５ ロアケース
６ オイルパン
７ チェーンケース
８ クランク軸
８ａ１，８ａ２ クランク軸のクランクピン
８ｂ１〜８ｂ４ クランク軸のカウンタウェイト
９ ピストン
１０ コンロッド
１１ オイルポンプ
１２ クランクプーリ
１３ ウォータポンプ
１４ オルタネータ
１５，１６ プーリ
１７ 駆動ベルト
１８ １次バランサ装置
１９ バランサケース
１９Ａ 上部バランサケース
１９Ｂ 下部バランサケース
２０，２１ バランサ軸
２２ バランサウェイト
２３ オイル通路
２４ オイルフィルタ
２５ メインギャラリ
Ｇ１，Ｇ２ クランクギヤ
Ｇ３，Ｇ４ バランサギヤ
Ｍ シリンダ軸線
Ｎ クランク軸中心
Ｏ エンジン中心
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ヘッドカバー
５ ロアケース
６ オイルパン
７ チェーンケース
８ クランク軸
８ａ１，８ａ２ クランク軸のクランクピン
８ｂ１〜８ｂ４ クランク軸のカウンタウェイト
９ ピストン
１０ コンロッド
１１ オイルポンプ
１２ クランクプーリ
１３ ウォータポンプ
１４ オルタネータ
１５，１６ プーリ
１７ 駆動ベルト
１８ １次バランサ装置
１９ バランサケース
１９Ａ 上部バランサケース
１９Ｂ 下部バランサケース
２０，２１ バランサ軸
２２ バランサウェイト
２３ オイル通路
２４ オイルフィルタ
２５ メインギャラリ
Ｇ１，Ｇ２ クランクギヤ
Ｇ３，Ｇ４ バランサギヤ
Ｍ シリンダ軸線
Ｎ クランク軸中心
Ｏ エンジン中心
Claims (3)
- バランスウェイトとバランサギヤを備えた２本のバランサ軸をクランク軸の下方に配置し、各バランサ軸のバランサギヤに噛合するクランクギヤを前記クランク軸にそれぞれ設け、クランク軸の回転を前記クランクギヤ及び前記バランサギヤを経て前記各バランサ軸に伝達して該バランサ軸をクランク軸の回転方向とは逆方向に等速で回転させるエンジンの１次バランサ装置において、
前記クランク軸にクランクピンを挟んで互いに対向して配置された一対のカウンタウェイトを各気筒ごとに設け、前記各バランサ軸の前記クランクピンに対応する位置にバランスウェイトをそれぞれ設けるとともに、前記クランク軸の軸方向最外側に位置する２つのカウンタウェイトの軸方向外側に前記クランクギヤをそれぞれ配置したことを特徴とするエンジンの１次バランサ装置。 - 前記バランサ軸の軸方向視において、各バランサギヤをシリンダ軸線に対して直交する方向で互いに重なり合う位置に配置したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの１次バランサ装置。
- 前記クランク軸の軸方向一端にオイルポンプを設け、該オイルポンプが設けられた側とは反対側の軸方向端部にバランサギヤが配置された一方のバランサ軸の外周部であって、且つ、クランク軸中心に対して他方のバランサ軸の前記オイルポンプの近傍に配置される他方のバランサギヤとは反対側に前記オイルポンプに連なるオイル通路とオイルフィルタを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの１次バランサ装置。
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