JP5306897B2 - 内燃機関のバランサ装置 - Google Patents

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、内燃機関のバランサ装置は、機関のクランクケースの下部に取り付けられつつオイルパン内に収容されたハウジングと、該ハウジング内に軸受を介して回転自在に収容され、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と、を備えている。

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、各カウンター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。

また、内燃機関の駆動が停止されたときなどは、オイルパン内のオイルの油面レベルが上昇して前記ハウジング内にオイルが流入して、前記駆動側バランサシャフトあるいは従動側バランサシャフトがオイルに浸漬された状態になる。

したがって、機関が始動されて前記各バランサシャフトが回転すると、各カウンターウエイトがハウジング内のオイルを攪拌しながら回転するため、回転フリクションが増大して内燃機関の回転駆動負荷が発生してしまう。

そこで、以下の特許文献１に記載されているように、ハウジング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両方にオイル排出孔を設けて、各バランサシャフトの回転中にハウジング内のオイルをオイルパン内に排出させて、回転フリクションを低減させる技術が提供されている。

特開２００６−１１８５１４号公報

ところで、前記バランサ装置にあっては、前記ハウジング内にオイルポンプが一体的に設けられており、該オイルポンプの駆動によって、ハウジングの下部に設けられたオイルストレーナを介してオイルパン内のオイルを吸入して機関の摺動部に供給するようになっている。

しかし、前記公報記載のバランサ装置にあっては、前記各バランサシャフトの回転に伴ってハウジングのオイルがオイル排出孔からオイルパン内に排出されるオイルには多くの空気が混入している。このため、前記オイルストレーナを介して吸入された気泡混入オイルによってオイルポンプでキャビティーションなどが発生し易くなると共に、吐出油圧の低下を招くおそれがある。

本発明は、ハウジング内からのオイル排出効率を向上させて回転フリクションを低減すると共に、オイルポンプで吸入されるオイル内への気泡の混入を抑制し得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に記載の発明にあっては、該ハウジングの重力方向の下方側に配置された前記いずれかの一方の回転体側に偏倚した位置でかつ重力方向の下面に設けられたオイルストレーナと、前記ハウジング内に設けられ、前記駆動回転体または従動回転体によって回転駆動されて前記オイルパン内のオイルを前記オイルストレーナから吸入すると共に機関の摺動部に供給するオイルポンプと、を備え、前記ハウジングの上壁部の下面の重力方向の上方側であって他方の回転体のカウンターウエイトと対応した位置に、該他方の回転体のカウンターウエイトによって掻き上げられたオイルを前記オイルパン内に排出するオイル排出孔が形成されていると共に、重力方向の下方側に位置する一方の回転体側の周囲が閉塞されていることを特徴としている。

駆動回転体などの回転に伴って掻き上げられたハウジング内のオイルは、特異な配置のオイル排出孔から効率良く排出される。このため、回転フリクションの低減化が図れる。

しかも、前記オイルストレーナは、ハウジングの重力方向の下方側に配置されたいずれかの一方の回転体側に偏倚した位置でかつ重力方向の下面に設けられていることから、たとえオイルパン内のオイルに気泡が混入していたとしても、該気泡のオイルストレーナ方向への回り込みを抑制できる。したがって、オイルポンプの気泡の吸い込みを十分に抑制できる。

本発明の第１の実施形態にかかるバランサ装置を示す図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 同バランサ装置が機関に取り付けられた状態を示す部分断面図である。 本実施形態のバランサ装置の側面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本実施形態のバランサ装置の底面図である。 第２の実施形態のバランサ装置を示す図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

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。
〔第１の実施形態〕
内燃機関のシリンダブロック１の下部には、図２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、内部のエンジンオイルＯを貯留したオイルパン４が取り付けられている。また、前記内燃機関は、エンジンルーム内のレイアウトの関係から図２中、左側が下がった傾斜状に形成されて、前記オイルパン４の傾斜状下面４ａが水平になるように配置されている。

前記クランクシャフト２は、シリンダブロック１の下部に図外のベアリングボルトによって結合されたベアリングキャップなどからなる複数の軸受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に大径なクランクスプロケット５が取り付けられている。

このクランクスプロケット５は、リング状に形成され、中央部に形成された挿通孔５ａ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、外周にギア部５ｂ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６が収容配置されている。このバランサ装置６は、図１に示すように、前記内燃機関の傾斜角度と同じ角度で傾斜して配置され、後述する従動側バランサシャフト９側が駆動側バランサシャフト８よりも重力方向の下方側となるように配置されている。

そして、このバランサ装置６は、図１〜図６に示すように、オイルパン４の下面に固定されたバランサハウジング７と、該バランサハウジング７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回転体である駆動側バランサシャフト８及び従動回転体である従動側バランサシャフト９と、該両バランサシャフト８，９の各ほぼ中央部側にそれぞれ設けられて、各歯部が互いに噛合したヘリカル型の駆動側ギア１０及び従動側ギア１１と、前記バランサハウジング７の前記従動側バランサシャフト９側の前端部に設けられたオイルポンプ１２と、を備えている。

前記バランサハウジング７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１３と、該ロアーハウジング１３の上部に配置されたアッパーハウジング１４とから構成され、この両ハウジング１３，１４は、複数のボルト１５によって上下方向から締結固定されている。

前記駆動側バランサシャフト８は、図４に示すように、先端軸８ｃの前端部にバランサスプロケット１７が軸方向から螺着した固定用ボルト１６によって固定されていると共に、このバランサスプロケット１７と前記クランクスプロケット５との間に巻装された駆動チェーン３１を介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、前記両バランサシャフト８，９が、前記駆動側ギア１０と従動側ギア１１を介して互いに反対方向へ回転されるようになっている。なお、前記両シャフト８，９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、前記駆動側バランサシャフト８は、図４に示すように、軸方向の前端側と後端側にジャーナル部８ａ、８ｂが形成されていると共に、該ジャーナル部８ａ、８ｂが前記ロアーハウジング１３とアッパーハウジング１４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に回転自在に支持されている。なお、後部側の軸受部１９ｂ側には半割円環状のプレーンベアリング２０が介装されている。

また、各ハウジング１３，１４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８の後側ジャーナル８ｂを挟んだ前後位置には、半円形状の２つのカウンターウエイト２１ａ、２１ｂが一体に設けられている。

前記駆動側ギア１０は、駆動側バランサシャフト８に圧入などによって固定されていると共に、図４に示すように、ロアーハウジング１３の対向するスラスト壁１３ａ、１３ｂによって挟まれて軸方向への移動が規制されるようになっている。

一方、前記従動側バランサシャフト９は、図５に示すように、その軸長が駆動側バランサシャフト８よりも短尺に形成され、軸方向の２個所に形成されたジャーナル部９ａ、９ｂが前記両ハウジング１３、１４の間に設けられた２つの軸受部２２ａ、２２ｂを介して回転自在に支持されている。なお、後部側の軸受部２２ｂ側には半割円環状のプレーンベアリング２３が介装されている。

また、各ハウジング１３，１４の軸受部２２ａ、２２ｂの内周面に形成された半円弧状の油溝２２ｃ、２２ｄを介して図外の油通路から潤滑油が供給されるようになっている。

従動側バランサシャフト９の前記後部側のジャーナル部９ｂを挟んだ前後位置には、２つの半円形状のカウンターウエイト２４ａ、２４ｂが一体に設けられている。

前記従動側ギア１１は、従動側バランサシャフト９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１３の対向するスラスト壁１３ｃ、１３ｄにより挟まれて軸方向への移動が規制されるようになっている。

前記オイルポンプ１２は、一般的なトロコイド型であって、図５及び図６に示すように、バランサハウジング７の前端側に複数のボルト２５によって結合固定されたポンプハウジング２６と、該ポンプハウジング２６の内部に回転自在に収容されたインナーロータ２７及びアウターロータ２８と、を備えている。

前記インナーロータ２７は、軸心方向に貫通形成された固定用孔２７ａに前記従動側バランサシャフト９の小径先端部９ｃが貫通固定されて、従動側バランサシャフト９によって回転駆動されるようになっている。なお、前記インナーロータ２７は、図５に示すように、中央から突出した円筒部２７ｂが前記ポンプハウジング２６に形成された嵌合孔２６ａに嵌合して前記小径先端部９ｃと一緒に回転自在に軸受けされている。

また、前記ポンプハウジング２６内には、ロアーハウジング１３の下部内に形成されたオイル吸入通路２９に連通する吸入ポート３０が形成されていると共に、前記両ロータ２７，２８の回転に伴うポンプ作用によって前記吸入ポート３０から吸入したオイルを吐出する図外の吐出ポートが形成されている。この吐出ポートから吐出されたオイルは、吐出通路を介して機関の各摺動部や駆動部に供給されるようになっている。

また、前記アッパーハウジング１４の駆動側バランサシャフト８側の上壁部１４ａには、バランサハウジング７内に貯留されたオイルＯを前記オイルパン４内に排出する２つのオイル排出孔３２、３２が形成されている。

すなわち、この２つのオイル排出孔３２、３２は、図１、図３に示すように重力方向の上側に位置する駆動側バランサシャフト８側のほぼ平坦な前記上壁部１４ａに前記２つのカウンターウエイト２１ａ、２１ｂと対応した位置に形成されていると共に、前記カウンターウエイト２１ａ、２１ｂの外周縁回転方向の接線方向に沿ってほぼ直線状に形成されている。つまり、バランサハウジング７の内部に臨む各一端開口３２ａ、３２ａが延長部である前記上壁部１４ａに沿って形成されていると共に、他端開口３２ｂ、３２ｂがカウンターウエイト２１ａ、２１ｂの外周縁回転方向の接線方向に直線状に形成されてオイルパン４内に臨んでいる。

前記アッパーハウジング１４の前記従動側バランサシャフト９側、つまり従動側カウンターウエイト２４ａ、２４ｂ側の円弧状上壁部１４ｂは、開口されることなく閉塞された状態になっている。

前記バランサハウジング７の内部には、図１に示すように、オイルパン４に貯留されたオイルの一部が機関の駆動停止時において貯留された状態になっており、このオイルＯの油面レベルＬの下に、カウンターウエイト２４ａ、２４ｂを含む従動側バランサシャフト９の全体が配置されていると共に、駆動側バランサシャフト８の全体とカウンターウエイト２１ａ、２１ｂの一部が配置されている。

また、前記ロアーハウジング１３には、図１、図５及び図６に示すように、前記オイルポンプ１２の駆動時に前記オイルパン４内に貯留されたオイルＯを濾過して前記オイル吸入通路２９内に流入させるオイルストレーナ３３が設けられている。

このオイルストレーナ３３は、受け皿状の金属製リテーナ３４と、該リテーナ３４に保持されたメッシュ状の濾過部材３５とから構成されている。前記リテーナ３４は、外周縁の前記ロアーハウジング１３の下端部に一体に有する円筒壁１３ｅの内周面の円環状の保持溝に圧入またはかしめによって固定されるフランジ部３４ａが形成されていると共に、底壁にほぼ半円形状の開口部３４ｂが形成されている。また、前記底壁には、外周部側とほぼ中央部側に、オイルパン４の内底面との所定の隙間を形成するための５つの突部３４ｃが設けられている。

そして、このオイルストレーナ３３の配置構成としては、図１に示すように、前記ロアーハウジング１３の従動側バランサシャフト９側に偏倚して配置されている。つまり、両バランサシャフト８，９の間の中心線Ｘよりも従動側バランサシャフト９側寄りに形成された円筒壁１３ｅに配置固定されて、重力方向の最下方に位置している。

したがって、このバランサ装置６によれば、機関が始動されてクランクシャフト２が回転駆動すると、クランクスプロケット５と駆動チェーン３１及びバランサスプロケット１７を介して駆動側バランサシャフト８が一方向へ前記クランクシャフト２の２倍の速度で回転する。これによって、従動側バランサシャフト９が、駆動側ギア１０と従動側ギア１１の噛み合い回転伝達を経て駆動側バランサシャフト８と反対方向へ同速度で回転する。

よって、それぞれのカウンターウエイト２１ａ、２１ｂ、２４ａ、２４ｂも互いに反対方向へ回転しながらバランサシャフト自体の左右の遠心力をキャンセルする。

このとき、バランサハウジング７は、オイルパン４内に滞留するオイルＯと各バランサシャフト８，９の干渉を防止し、該各バランサシャフト８，９が回転する際に発生する起振力を受けると同時に起振力を機関に伝達する。

また、前記従動側バランサシャフト９の回転に伴ってインナーロータ２７とアウターロータ２８が回転してオイルポンプ１２がポンプ作動して、オイルパン４内のオイルＯを、オイルストレーナ３３を介して吸入すると共に、機関の各摺動部などへ吐出する。

そして、前述のように、駆動側バランサシャフト８の回転に伴いカウンターウエイト２１ａ、２１ａが回転してバランサハウジング７内のオイルＯを掻き上げると、この掻き上げられたオイルＯは、各オイル排出孔３２，３２からオイルパン４内に効率良く排出される。つまり、前記オイル排出孔３２，３２は、カウンターウエイト２１ａ、２１ａの外周縁回転方向の接線方向に沿って形成されていることから、掻き上げられたオイルＯはそのままカウンターウエイト２１ａ、２１ａの外周縁から遠心力によって各オイル排出孔３２，３２方向へ飛散することから効率良く排出させることができる。

このため、両バランサシャフト８，９のオイルＯによる攪拌抵抗、つまり回転フリクションを十分に低下させることが可能になり、この結果、機関の回転負荷を低減させることができる。

特に、前記オイル排出孔３２，３２は、前記カウンターウエイト２１ａ、２１ａの遠心力が作用する方向に開口しているため、バランサハウジング７内のオイルＯがカウンターウエイト２１ａ、２１ａによって掻き上げられて遠心方向へそのまま飛散されることをから、オイル排出孔３２，３２からオイルパン４内へ排出されやすくなる。

また、前記カウンターウエイト２１ａ、２１ａによって掻き上げられてオイル排出孔３２，３２方向に飛散したオイルＯの一部は、前記上壁部１４ａの下面に当たってそのままオイルパン４内へ案内されることから、オイルＯの排出性がさらに向上する。

しかも、前記オイルストレーナ３３は、バランサハウジング７の重力方向の下方側に配置された従動側バランサシャフト９側に偏倚した位置で、かつ重力方向の最下方位置に設けられていることから、前記各カウンターウエイト２１ａ、２１ｂ２４ａ、２４ｂの攪拌作用によってたとえオイルパン４内のオイルに気泡が混入していたとしても、該気泡のオイルストレーナ３３方向への回り込みを抑制できる。したがって、前記オイルポンプ１２に吸入されるオイルＯ内の気泡が大幅に減少してキャビティーションの発生や吐出油圧の低下を抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
図７は本発明の第２の実施形態を示し、この実施形態では、オイルパン４内の油面レベルＬをさらに高くすると共に、オイルストレーナ３３の小型化を図りつつ配設位置を中心線Ｘからさらに離間する方向へ偏倚させたものである。

すなわち、まず、機関駆動停止時におけるオイルパン４内のオイルＯの油面レベルＬを、バランサハウジング７のアッパーハウジング１４のほぼ全体が埋没するように高く設定して、前記従動側バランサシャフト９の他に、駆動側バランサシャフト８のカウンターウエイト２１ａ、２１ｂ側もその大部分がオイルＯに浸漬されるような高さに設定されている。

また、ロアーハウジング１３に設けられた円筒壁１３ｅの外径を小さく形成して、その一部を前記両バランサシャフト８，９間の中心線Ｘ上に位置させるようになっている。

一方、前記オイルストレーナ３３の外径も円筒壁１３ｅの外径に合わせて小さく設定されている。したがって、このオイルストレーナ３３は、全体が前記中心線Ｘから離れた位置、つまり前記オイル排出孔３２、３２に対して対角側にさらに離間した偏倚した位置に配置されている。

したがって、前記オイルパン４の高さを可及的に小さくすることができるので、内燃機関全体の上下方向の高さを小さくでき、エンジンルーム内へのレイアウトの自由度が向上する。

また、駆動側バランサシャフト８と従動側バランサシャフト９の各ジャーナル部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂもオイルに浸漬された状態になることから、該各ジャーナル部８ａ〜９ｂと軸受部１９ａ、１９ｂ、２２ａ、２２ｂとの間の潤滑性がさらに向上する。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
(ア)請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記オイル排出孔は、前記ハウジングにおける重力方向の上方側に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。
(イ)請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記オイル排出孔は、前記カウンターウエイトから遠心力が作用する方向に開口していることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。

ハウジング内のオイルがカウンターウエイトによって掻き上げられて遠心方向へ飛散されることをから、オイル排出孔からオイルパン内へ排出されやすくなる。
(ウ)請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記オイル排出孔は、前記カウンターウエイトの外周縁から回転方向の接線延長方向に沿って開口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。

カウンターウエイトの回転に伴って掻き上げられたオイルは、カウンターウエイトの回転方向の接線延長方向へ飛散されることから、ここに形成されたオイル排出孔からのオイルパン内への排出効率が向上する。
(エ)請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記オイル排出孔の重力方向の上方側には、前記オイル排出孔の重力方向の下方側よりも外側に延長された延長部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。

カウンターウエイトによって掻き上げられてオイル排出孔方向に飛散したオイルが延長部の下面に当たってそのままオイルパン内へ案内されることから、オイルの排出性がさらに向上する。
(オ)請求項１に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記オイルストレーナは、前記駆動回転体と従動回転体の間の中心位置から重力方向の下方側に位置する前記いずれかの一方の回転体側に偏倚して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。
(カ)請求項３に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記駆動回転体と従動回転体は、回転中心が重力方向の上下側となるようにそれぞれ配置され、前記ハウジング内の重力方向の下方側に配置される前記いずれかの回転体が機関の駆動停止時にハウジング内のオイルの油面レベル以下に位置するように構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。
(キ)請求項３に記載の内燃機関のバランサ装置において、
前記駆動回転体と従動回転体は、機関の駆動停止時にハウジング内のオイルの油面レベル以下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。

オイルパンの高さを可及的に小さくすることができるので、内燃機関全体の上下方向の高さを小さくでき、エンジンルーム内へのレイアウトの自由度が向上する。

また、駆動回転体と従動回転体のハウジング内の各ジャーナル部もオイルに浸漬された状態になることから、該ジャーナル部の潤滑性が向上する。

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
５…クランクギア
６…バランサ装置
７…バランサハウジング
８…駆動側バランサシャフト(駆動回転体)
９…従動側バランサシャフト(従動回転体)
１０…駆動側ギア
１１…従動側ギア
１３…ロアーハウジング
１４…アッパーハウジング
１４ａ…上壁部(延長部)
１９ａ、１９ｂ…軸受部
２１ａ・２１ｂ…駆動側カウンターウエイト
２４ａ・２４ｂ…従動側カウンターウエイト
３３…オイルストレーナ
Ｏ…オイル
Ｌ…油面レベル
Ｘ…中心線

Claims (2)

1. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周にカウンターウエイトを有する駆動回転体と、
   前記駆動回転体から回転力が伝達され、外周にカウンターウエイトを有する従動回転体と、
   オイルパン内で重力方向に傾斜した状態で内燃機関に取り付けられ、互いの回転軸心が重力方向の上下に配置された前記駆動回転体と従動回転体とを内部に回転自在に収容するハウジングと、
   該ハウジングの重力方向の下方側に配置された前記いずれかの一方の回転体側に偏倚した位置でかつ重力方向の下面に設けられたオイルストレーナと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記駆動回転体または従動回転体によって回転駆動されて前記オイルパン内のオイルを前記オイルストレーナから吸入すると共に機関の摺動部に供給するオイルポンプと、を備え、
   前記ハウジングの上壁部の下面の重力方向の上方側であって他方の回転体のカウンターウエイトと対応した位置に、該他方の回転体のカウンターウエイトによって掻き上げられたオイルを前記オイルパン内に排出するオイル排出孔が形成されていると共に、
   重力方向の下方側に位置する一方の回転体側の周囲が閉塞されていることを特徴とする内燃機関のバランサ装置。
2. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周にカウンターウエイトを有する駆動回転体と、
   前記駆動回転体から回転力が伝達され、外周にカウンターウエイトを有する従動回転体と、
   オイルパン内で重力方向に傾斜した状態で内燃機関に取り付けられ、互いの回転軸心が重力方向の上下に配置された前記駆動回転体と従動回転体とを内部に回転自在に収容するハウジングと、
   該ハウジングの重力方向の下方側に配置された前記いずれかの一方の回転体側に偏倚した位置でかつ重力方向の下面に設けられたオイルストレーナと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記駆動回転体または従動回転体によって回転駆動されて前記オイルパン内のオイルを前記オイルストレーナから吸入すると共に機関の摺動部に供給するオイルポンプと、を備え、
   前記ハウジングの上壁部の重力方向の上方側であって他方の回転体のカウンターウエイトと対応した位置のみに、前記他方の回転体のカウンターウエイトによって掻き上げられたオイルを前記オイルパン内に排出するオイル排出孔が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。

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