JP6076840B2

JP6076840B2 - バランサ装置

Info

Publication number: JP6076840B2
Application number: JP2013117255A
Authority: JP
Inventors: 木村　隆夫; 隆夫木村; 鈴木　義視; 義視鈴木
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: JP2014234887A

Description

本発明は、バランサ装置に関する。

自動車のレシプロエンジンにおいては、ピストン等の往復運動によって発生する慣性力を低減するために、クランクアームにカウンターウェイトを設けたり、クランクシャフトに従動回転するバランスシャフトにバランスウェイト（アンバランスマス）を設けたりすることがある。

例えば、特許文献１のバランサ装置は、シャフト部と、バランスウェイトと、バランスウェイトをシャフト部の軸心側に付勢する圧縮コイルバネ等の付勢手段とを備え、シャフト部の回転に伴いバランスウェイトに作用する遠心力に応じて付勢手段が弾性変形し、バランスウェイトがシャフト部に接近・離間する方向に移動して重心位置が可変となるように構成されている。したがって、特許文献１によれば、エンジンの回転数の変化に応じて適切にバランサ装置のバランス力（慣性力）を変化させることができ、エンジンの回転による振動の発生を効果的に抑えることができるようになっている。

特開第４４２１９５８号公報

上記の場合、シャフト部とバランスウェイトとに加えて付勢手段が必要とされるため、その分、部品点数が増加して、部品管理等が煩わしいという事情があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、部品点数の増加を招くことなく、エンジンの回転による振動の発生を効果的に抑えることが可能なバランサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンのバランサ装置であって、シャフト部と、そのシャフト部の回転数に応じた遠心力が作用するマス部とを備え、前記マス部に付与される流体の圧力が前記遠心力に抗する方向に作用することにより、前記マス部の重心位置が可変調整され、前記マス部は、ガイド収容部を有するマス本体と、前記ガイド収容部内に前記シャフト部の径方向に移動可能に嵌合収容されるウェイト部とを有し、前記ウェイト部はバネ等の付勢部材で付勢されないフリーピストンであり、前記ガイド収容部の径方向内側に外気連通部が開口して設けられ、前記ガイド収容部の径方向外側に流体としてのオイルを導入する導油孔が臨み、前記ウェイト部には、前記シャフト部の回転に伴って発生する遠心力が径方向外側へ向けて作用するとともに、前記ガイド収容部内に導入された前記オイルの油圧が遠心力に抗する方向となる径方向内側へ向けて作用し、前記ウェイト部は、前記ガイド収容部内において前記遠心力と前記オイルの油圧とのバランスがとれた位置で停止させられ、その停止位置で前記マス部の重心を位置付けるように構成されているところに特徴を有する。

マス部に付与される流体の圧力が遠心力に抗する方向に作用することにより、マス部の重心位置が可変調整されるため、シャフト部（ひいてはエンジン）の回転数に応じて、適切にマス部のバランス力を変化させることができる。したがって、エンジンの回転による振動の発生を効果的に抑えることが可能となる。また、バランサ装置から従来の付勢部材を省略することができるため、部品点数の増加を招くことがなく、部品管理等の煩わしさから解消される。

本発明の実施例１のバランサ装置におけるマス部の側面図である。マス部に導入されたオイルの油圧が遠心力を上回ってウェイト部が径方向内側に移動した状態を示す正面視方向の断面図である。マス部に導入されたオイルの油圧が遠心力を下回ってウェイト部が径方向外側に移動した状態を示す正面視方向の断面図である。バランサ装置の全体図である。エンジン内のクランクシャフトとバランサ装置との位置関係を示す全体図である。

本発明の好ましい形態を以下に示す。
前記オイルが前記シャフト部の内部を流れて前記マス部に導入される。したがって、流体として既存のオイルを流用することができ、汎用性に優れる。また、シャフト部の内部を流れるオイルによって軸受装置を潤滑することも可能となる。

前記ウェイト部は、前記流体の圧力が前記遠心力を上回る場合には前記ガイド収容部内で前記シャフト部の径方向内側に移動し、前記流体の圧力が前記遠心力を下回る場合には前記ガイド収容部内で前記シャフト部の径方向外側に移動することによって前記マス部の重心を位置付ける。これによれば、エンジンの高回転時にはウェイト部が径方向外側に移動してバランス力が大きくなり、エンジンの低回転時にはウェイト部が径方向内側に移動してバランス力が小さくなるため、エンジンの振動特性に応じて的確に振動を抑えることができる。

＜実施例１＞
本発明の実施例１を図１〜図５によって説明する。本実施例のバランサ装置１０は、図示しないシリンダブロックの下部におけるオイルパン内に配置されるバランスシャフトを例示するものであって、エンジンのクランクシャフト７０の回転に応じて従動回転するシャフト部２０と、シャフト部２０に設けられて偏心荷重を付与するマス部３０（アンバランスマス）とを備えている。なお、オイルパン内には潤滑用のオイルが貯留されている。

図５に示すように、エンジンは、直列４気筒のレシプロエンジンとして構成され、外側に位置する２つのピストン９０が上死点に位置するとき、内側に位置する２つのピストン９０が下死点に位置するように動作する。各ピストン９０は、クランクシャフト７０のクランクアーム７２にコンロッド８０を介して連結されている。クランクアーム７２には、コンロッド８０の連結側と反対側に、カウンターウェイト７５が設けられている。また、クランクシャフト７０には、最も外側に位置するピストン９０とその内側に位置するピストン９０との間に、ドライブギヤ６０が設けられている。

シャフト部２０は円柱状であって、図４に示すように、シリンダブロックに設けられた一対の対向壁５０にジャーナル部５５を介して回転可能に支持され、互いに平行に配置される第１、第２シャフト部２１、２２によって構成されている。第１シャフト部２１には、ドリブンギヤ２３及び第１従動ギヤ２４がそれぞれ固定して設けられ、第２シャフト部２２には、第２従動ギヤ２５が固定して設けられている。ドリブンギヤ２３は、クランクシャフト７０のドライブギヤ６０に噛合し、ドリブンギヤ２３の歯数は、ドライブギヤ６０の歯数の半分に設定されている。第１、第２従動ギヤ２４、２５は、互いに噛合し、同一の歯数に設定されている。

ここで、ピストン９０の往復運動に連動してクランクシャフト７０が回転すると、ドライブギヤ６０及びドリブンギヤ２３を介して、クランクシャフト７０の回転力が第１シャフト部２１に伝達され、さらに、第１、第２従動ギヤ２４、２５を介して、該回転力が第２シャフト部２２に伝達される。このとき、第１、第２シャフト部２１、２２は、いずれもクランクシャフト７０の２倍の速度で回転し、相互間では、互いに反対方向に同じ速度で回転する。

マス部３０は、第１、第２シャフト部２１、２２に対応して設けられた第１、第２マス部３１、３２によって構成されている。第１マス部３１は、第１シャフト部２１の軸周りにドリブンギヤ２３側と反対側で第１従動ギヤ２４と隣接する位置に配設され、第２マス部３２は、第２シャフト部２２の軸周りに第１マス部３１と対向して第２従動ギヤ２５と隣接する位置に配設されている。

第１、第２マス部３１、３２は、第１、第２シャフト部２１、２２の回転中心に対して偏心した重心位置を有しており、第１、第２シャフト部２１、２２がクランクシャフト７０の２倍の速度で回転することにより、往復運動するピストン９０の二次慣性力を打ち消して、二次慣性力に起因する上下振動を抑制し、且つ、第１、第２シャフト部２１、２２が互いに反対方向に回転することにより、相互間に発生する振動を相殺する役割を担っている。

さて、本実施例の場合、第１、第２マス部３１、３２は、エンジンの回転数に応じて重心を変更可能な重心可変機構を備えており、以下、その重心可変機構について説明する。なお、第１、第２マス部３１、３２はいずれも同形同大であるため、以下においては、第１、第２マス部３１、３２を区別することなくマス部３０として説明する。

図２及び図３に示すように、マス部３０は、その外郭を構成するマス本体３３と、マス本体３３内に設けられて重心を位置付けるウェイト部３４とを有している。
マス本体３３は、図１に示すように、シャフト部２０に連なる部分からシャフト部２０の径方向（以下、単に径方向という）外側に末広がり状に突出する側面視（シャフト部２０の軸方向から見た場合）略半円形の形態とされている。本実施例の場合、マス本体３３は、シャフト部２０とは別体とされ、シャフト部２０が挿通固定される固定孔３５を有している。また、マス本体３３内には、ウェイト部３４を収容可能なガイド収容部３６が設けられている。ガイド収容部３６は、マス本体３３内において径方向に延びる空洞領域とされ、径方向内端がマス本体３３の固定孔３５に臨み、径方向外端がマス本体３３の外周面寄りの位置に達している。このため、ウェイト部３４は、固定孔３５を経てガイド収容部３６内に収容される。さらに、マス本体３３には、図２及び図３に示すように、固定孔３５の内面に沿って延びてマス本体３３の端面及びガイド収容部３６の内面に開口する細溝状の外気連通部３７が設けられている。

ガイド収容部３６内には、ウェイト部３４に油圧を付与するためのオイル（流体）が導入される。オイルは、オイルパン内から供給されるものであって、図４に示すように、対向壁５０の壁面に沿って延びる油溝５７と、油溝５７に連通してシャフト部２０の外周面からシャフト部２０の径方向に延びる第１連通孔２６と、第１連通孔２６に連通してシャフト部２０の軸心に沿って延びる軸孔２７と、軸孔２７に連通して軸孔２７の延出端部からシャフト部２０の外周面にかけて延びる第２連通孔２８と、図２及び図３に示すように、第２連通孔２８に連通してマス本体３３内を固定孔３５に臨む位置から径方向に延びる給油孔３８と、給油孔３８に連通して給油孔３８の延出端部からガイド収容部３６に臨む位置にかけて延びる導油孔３９と、を順次経てガイド収容部３６内に導入される。ここでは、給油孔３８は、ガイド収容部３６と平行に並んで配置されている。また、軸孔２７がシャフト部２０の外端に臨む位置、給油孔３８がマス本体３３の外周面に臨む位置及び導油孔３９がマス本体３３の端面に臨む位置には、それぞれ、シール部材４０が液密に内嵌されている。なお、本実施例の場合、ガイド収容部３６内に導入されるオイルの油圧はエンジン駆動時にほぼ一定に保たれている。

ウェイト部３４は、バネ等の付勢部材で付勢されないフリーピストンであって、ガイド収容部３６内に嵌合可能な円筒状（円柱状、角筒状、又は角柱状でも可）をなし、ガイド収容部３６の内壁を摺動しつつ径方向に移動可能とされている。ウェイト部３４には、クランクシャフト７０の回転に伴って発生する遠心力が径方向外側へ向けて作用するとともに、ガイド収容部３６内に導入されたオイルの油圧が遠心力に抗する方向となる径方向内側へ向けて作用する。そして、ウェイト部３４は、かかる遠心力と油圧とのバランスがとれた位置で停止させられ、且つ、その停止位置で重心を位置付けることが可能とされている。

次に、上述したマス部３０の重心可変機構の動作について説明する。
エンジンの回転数が低い状態のときには、ピストン９０等の往復運動に伴って発生する慣性力が小さいため、バランサ装着におけるバランス力（慣性力）も小さくして釣り合いをとり、駆動力にロスが生じないようにすることが求められる。その点、本実施例によれば、図２に示すように、エンジンの低回転時には、オイルの油圧が遠心力を上回ることで、ウェイト部３４がガイド収容部３６内を径方向内側に移動してシャフト部２０に近接又は当接する位置で停止させられるため、マス量（シャフト部２０の軸心からウェイト部３４までの距離）が小さく、ひいてはバランス力が小さくなって、駆動力のロスを効果的に低減することが可能となる。

一方、エンジンの回転数が高い状態のときには、図３に示すように、上記とは逆に、遠心力がオイルの油圧を上回ることで、ウェイト部３４がガイド収容部３６内を径方向外側に移動してシャフト部２０から離れた位置で停止させられ、これにより、高回転時に必要とされる大きなマス量及びバランス力が確保されるようになっている。なお、ウェイト部３４がガイド収容部３６の内壁に沿って移動することにより、ウェイト部３４の移動動作の安定性が確保されている。

以上説明したように、本実施例によれば、マス部３０に付与されるオイルの油圧が遠心力に抗する方向に作用することにより、マス部３０の重心位置が可変調整されるため、エンジンの回転数に応じて、適切にマス部３０のバランス力を変化させることができる。具体的には、エンジンの高回転時にはウェイト部３４が径方向外側に移動してバランス力が大きくなり、エンジンの低回転時にはウェイト部３４が径方向内側に移動してバランス力が小さくなるようにしたため、エンジンの振動特性に応じて的確に振動を抑えることができる。しかも、付勢部材等の付加的な部材が不要とされるため、部品点数の増加を招くことがなく、部品管理等の煩わしさから解消される。また、既存のオイルを流用することができるため、汎用性にも優れたものとなる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）オイルをガイド収容部に導くための軸孔がジャーナル部に連通してジャーナル部にも給油可能となる構成にしてもよい。
（２）オイルの油圧はエンジン駆動時に可変となるものであってもよい。
（３）ピストンとコンロッドの振動に起因する慣性力を低減するためにクランクアームに設けられたカウンターウェイトをマス部として本発明を適用することも可能である。
（４）マス部がシャフト部に一体に形成されるものであってもよい。

１０…バランサ装置
２０…シャフト部
２１…第１シャフト部
２２…第２シャフト部
３０…マス部
３１…第１マス部
３２…第２マス部
３３…マス本体
３４…ウェイト部
３６…ガイド収容部

Claims

エンジンのバランサ装置であって、
シャフト部と、そのシャフト部の回転数に応じた遠心力が作用するマス部とを備え、
前記マス部に付与される流体の圧力が前記遠心力に抗する方向に作用することにより、前記マス部の重心位置が可変調整され、
前記マス部は、ガイド収容部を有するマス本体と、前記ガイド収容部内に前記シャフト部の径方向に移動可能に嵌合収容されるウェイト部とを有し、前記ウェイト部はバネ等の付勢部材で付勢されないフリーピストンであり、
前記ガイド収容部の径方向内側に外気連通部が開口して設けられ、前記ガイド収容部の径方向外側に流体としてのオイルを導入する導油孔が臨み、
前記ウェイト部には、前記シャフト部の回転に伴って発生する遠心力が径方向外側へ向けて作用するとともに、前記ガイド収容部内に導入された前記オイルの油圧が遠心力に抗する方向となる径方向内側へ向けて作用し、
前記ウェイト部は、前記ガイド収容部内において前記遠心力と前記オイルの油圧とのバランスがとれた位置で停止させられ、その停止位置で前記マス部の重心を位置付けるように構成されていることを特徴とするバランサ装置。
前記オイルが前記シャフト部の内部を流れて前記マス部に導入されることを特徴とする請求項１記載のバランサ装置。
前記ウェイト部は、前記流体の圧力が前記遠心力を上回る場合には前記ガイド収容部内で前記シャフト部の径方向内側に移動し、前記流体の圧力が前記遠心力を下回る場合には前記ガイド収容部内で前記シャフト部の径方向外側に移動することによって前記マス部の重心を位置付けることを特徴とする請求項１又は２記載のバランサ装置。