JP6418047B2 - Balance shaft support structure - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に設けられるバランスシャフトの外周面を、潤滑油を介して摺動回転可能に支持する支持部材を備えたバランスシャフトの支持構造に関する。 The present invention relates to a support structure for a balance shaft provided with a support member that supports an outer peripheral surface of a balance shaft provided in an internal combustion engine so as to be slidably rotatable via lubricating oil.
内燃機関には、クランクシャフトと同期して回転するバランスシャフトを回転可能に設けることができる。バランスシャフトには、その回転中心から重心をずらすようにカウンターウェイトが設けられており、クランクシャフトの回転時に発生する2次振動が、バランスシャフトの回転時に発生する慣性力によって抑制される。バランスシャフトは、軸受け部材に回動自在に支持され、ピストンを往復動作させるクランクシャフトに連動して、軸受け部材の支持面に摺動可能に支持される。このとき、バランスシャフトと摺動面との間の摺動摩擦によって焼付きが発生するのを回避するため、バランスシャフトと摺動面との間には潤滑油を供給することが必要となる。 The internal combustion engine can be rotatably provided with a balance shaft that rotates in synchronization with the crankshaft. The balance shaft is provided with a counterweight so as to shift the center of gravity from the center of rotation thereof, and secondary vibration generated when the crankshaft rotates is suppressed by inertial force generated when the balance shaft rotates. The balance shaft is rotatably supported by the bearing member, and is slidably supported on the support surface of the bearing member in conjunction with a crankshaft that reciprocates the piston. At this time, in order to avoid the occurrence of seizure due to sliding friction between the balance shaft and the sliding surface, it is necessary to supply lubricating oil between the balance shaft and the sliding surface.
バランスシャフトと摺動面との摺動部分に潤滑油を供給する技術として、特許文献1には、バランスシャフトを支持する軸受けに、油孔を形成し、その油孔にオイルポンプによって潤滑油を圧送し、軸受けとバランスシャフトとの摺動箇所へと潤滑油を供給する構成が開示されている。この特許文献1に開示の技術では、軸受けに形成した油孔の開口面積によってバランスシャフトと軸受けとの間に供給する潤滑油の供給量を設定している。 As a technology for supplying lubricating oil to the sliding portion between the balance shaft and the sliding surface, Patent Document 1 discloses that an oil hole is formed in a bearing that supports the balance shaft, and the lubricating oil is supplied to the oil hole by an oil pump. A configuration is disclosed in which lubricating oil is supplied to a sliding portion between the bearing and the balance shaft by pumping. In the technique disclosed in Patent Document 1, the supply amount of lubricating oil supplied between the balance shaft and the bearing is set by the opening area of the oil hole formed in the bearing.
上記のように特許文献1に開示の技術では、軸受けに形成する油孔の開口面積によってバランスシャフトと軸受けとの間に供給される潤滑油の量を制御するようになっているが、高温時には油量が不足し、焼き付きが発生することが懸念されている。 As described above, in the technique disclosed in Patent Document 1, the amount of lubricating oil supplied between the balance shaft and the bearing is controlled by the opening area of the oil hole formed in the bearing. There is a concern that the amount of oil is insufficient and seizure occurs.
軸受けの全周にわたり延在する溝を設けることにより、潤滑油を保持する構造では、潤滑に寄与しない角度領域にも潤滑油が保持されるため、潤滑の必要な角度領域への潤滑が不足するおそれがある。他方、同様の滑り軸受け構造が採用される内燃機関のクランクシャフトでは、筒内圧によりクランクシャフトがロア側に押し付けられるため、溝はロア側の軸受部材にのみ設ければ良いが、バランスシャフトの場合にはロア側への押し付け力を受けないため、同様の構造は採用できない。 By providing the groove extending over the entire circumference of the bearing, the lubricating oil is retained in the angular region that does not contribute to lubrication, and therefore the lubrication to the angular region that requires lubrication is insufficient. There is a fear. On the other hand, in a crankshaft of an internal combustion engine in which a similar sliding bearing structure is adopted, the crankshaft is pressed to the lower side due to the in-cylinder pressure, so the groove only needs to be provided in the lower bearing member. The same structure cannot be adopted because it does not receive a pressing force on the lower side.
本発明は、上記課題を解消すべくなされたものであり、潤滑油の温度に影響されることなく、バランスシャフトと支持部材との間に生じる摩擦を軽減でき、バランスシャフトと軸受け部材との焼き付きを防止することが可能なバランスシャフトの支持構造の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and can reduce friction generated between the balance shaft and the support member without being affected by the temperature of the lubricating oil, and the seizure between the balance shaft and the bearing member. It is an object of the present invention to provide a support structure for a balance shaft that can prevent the above-described problem.
上記目的を達成するため、本発明は、バランスシャフトの外周面を、潤滑油を介して回転可能に支持する内周面を備えた円筒状の支持部材を備えたバランスシャフトの支持構造であって、前記バランスシャフトの外周面の周方向に延在して当該外周面の全周における一部の領域のみに形成されている溝を備え、前記溝は、前記バランスシャフトの回転時において、前記バランスシャフトの外周面と前記支持部材の内周面との間隔が最小となる位置を含む領域で前記潤滑油を収容することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a support structure for a balance shaft including a cylindrical support member having an inner peripheral surface that rotatably supports the outer peripheral surface of the balance shaft via lubricating oil. A groove extending in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the balance shaft and formed in only a part of the entire circumference of the outer peripheral surface, and the groove has the balance when rotating the balance shaft. characterized in that for accommodating the lubricating oil in a region including a position gap between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the front Symbol support shaft is minimized.
本発明によれば、バランスシャフトの外周面と支持部材のない周面との間隔が最小となる位置を含む領域に潤滑油が保持されるため、潤滑油の温度に拘りなく、バランスシャフトと支持部材との間の摩擦を軽減でき、バランスシャフトと軸受けとの間の焼き付きを防止することができる。 According to the present invention, since the lubricating oil is held in the region including the position where the distance between the outer peripheral surface of the balance shaft and the peripheral surface without the support member is minimized, the balance shaft and the support are supported regardless of the temperature of the lubricating oil. Friction between the members can be reduced, and seizure between the balance shaft and the bearing can be prevented.
本発明に係るバランスシャフトの支持構造の一実施形態を説明する。 An embodiment of a support structure for a balance shaft according to the present invention will be described.
本実施形態におけるバランスシャフトの支持構造は、内燃機関としてのレシプロエンジンに発生する2次振動を抑制するバランサーに用いられる。バランサーは、クランクシャフトの回転に同期して駆動される1本または2本のバランスシャフトを備える。バランスシャフトは、クランクシャフトを回動自在に支持するクランクケースの下方などに設けられたバランスシャフトハウジングに回動自在に支持されている。 The support structure of the balance shaft in the present embodiment is used for a balancer that suppresses secondary vibration generated in a reciprocating engine as an internal combustion engine. The balancer includes one or two balance shafts that are driven in synchronization with the rotation of the crankshaft. The balance shaft is rotatably supported by a balance shaft housing provided below a crankcase that rotatably supports the crankshaft.
ここで、本実施形態におけるバランスシャフトおよびその支持構造を、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。図1は本実施形態におけるバランスシャフトの正面図、図2は図1のII−II線面図、図3は図1に示すバランスシャフトと支持部材とを示す縦断側面図であり、(a)は支持部材を分解した状態を、(b)は支持部材にバランスシャフトを支持させた状態を、それぞれ示している。 Here, the balance shaft and the support structure thereof in the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings. 1 is a front view of a balance shaft in the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a longitudinal side view showing the balance shaft and the support member shown in FIG. Shows a state in which the support member is disassembled, and (b) shows a state in which the balance shaft is supported by the support member.
図1および図2に示すように、バランスシャフト1には、同心円柱状のジャーナル2a,2bが形成されると共に、ジャーナル2a,2bの間には、アンバランスマス3が固定されている。アンバランスマス3は、略半円柱状をなし、ジャーナル2a,2bの中心軸線C1からずらした位置に重心を位置させるよう設けられている。このバランスシャフト1のジャーナル2a,2bは図3ないし図6に示すバランスシャフトハウジング10によって支持されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, concentric
本実施形態におけるバランスシャフトハウジング(以下、単にハウジングと称す)10は、図3に示すように、2本のバランスシャフト(第1のバランスシャフト1A、第2のバランスシャフト1B)を支持する支持部材として構成されている。このハウジング10は、図3(a)に示すように、アッパーハウジング20とロアハウジング30とを備える。アッパーハウジング20には、両バランスシャフト1A,1Bのジャーナル2a,2bの上半部との対向位置に、それぞれ半円筒状の凹部21(図4参照)が形成され、これらの凹部21のそれぞれに、半円筒状の軸受け部材22が固定されている。また、ロアハウジング30には、バランスシャフト1A,1Bのジャーナル2a,2bにおける下半部との対向位置に半円筒状の凹部31が形成され、これら凹部31のそれぞれに、半円筒状の軸受け部材32が固定されている。このロアハウジング30と前記アッパーハウジング20とが、図3(b)に示すように、不図示のボルトによって締結・固定されることにより、相対向する軸受け部材22と32とが組み合わせられ、第1、第2のバランスシャフト1A,1Bの各ジャーナル2a,2bの全周を囲む円筒状の軸受け23を構成している。
As shown in FIG. 3, a balance shaft housing (hereinafter simply referred to as a housing) 10 in the present embodiment is a support member that supports two balance shafts (
アッパーハウジング20のうち、第1のバランスシャフト1Aのジャーナル2a,2bに対応する位置には、図4ないし図6に示すように、凹部21および軸受け部材を貫通する第1油路W1が形成されている。この第1油路W1の外側端部は、図外のポンプから送給された潤滑油を送給する不図示の潤滑油送給路に接続されている。また、第1のバランスシャフト1Aに対応する凹部21の一部から第2バランスシャフト1Bに対応する凹部21の一部に亘って第2油路W2が形成されており、この第2油路W2は第1油路W1の内側端部に連通している。なお、図4ないし図6において、h1はアッパーハウジング20とロアハウジングを固定するボルトの挿入孔、h2は該ボルトと螺合する螺孔である。
Of the
本実施形態においては、2本のバランスシャフトは、それぞれの軸線方向に沿って2箇所に配置した軸受け23によって回動自在に支持される。2本のバランスシャフトのうち、第1のバランスシャフト1Aは、図外のクランクシャフトに連動して回転駆動を行う。また、第2のバランスシャフト1Bは第1のバランスシャフト1Aに連動して同一回転数で逆方向に回転する。これら2種類の連動のために、バランスシャフト1Aの拡径部2cには、不図示のギヤが嵌合される。その結果、第1、第2のバランスシャフト1A,1Bに生じる慣性力により、クランクシャフトの回転に伴って発生する慣性力を相殺し、2次振動の発生を抑制して静粛性の高い駆動を実現することができる。
In the present embodiment, the two balance shafts are rotatably supported by
第1、第2のバランスシャフトの回転時において、図外のポンプにより、アッパーハウジング20に形成されている第1油路W1には、潤滑油送給路を介してポンプから送出された潤滑油が供給される。第1油路W1に供給された潤滑油は、第1のバランスシャフト1Aに対応する軸受け部材22に形成された油孔22a(図6参照)から、第1のバランスシャフト1Aのジャーナル2a,2bの外周面と軸受け23の内周面との間に侵入し、両周面の間に油膜を形成する。また、第1油路W1に供給された潤滑油は、第2油路W2へも流入し、ここから軸受け部材22に形成された油孔22aを経て第2のバランスシャフト1Aのジャーナル2a,2bの外周面と軸受け23の内周面との間に侵入し、両周面の間に油膜を形成する。このジャーナル2a,2bの外周面と軸受け部材22の内周面との間に形成される油膜によってジャーナル2a,2bを潤滑した状態で回転させることが可能となる。また、潤滑に用いられた後の潤滑油は、ジャーナル2a,2bの軸線方向の両端から外部へと漏出する。
During the rotation of the first and second balance shafts, the lubricating oil sent from the pump via the lubricating oil supply passage is fed to the first oil passage W1 formed in the
ところで、バランスシャフト1A、1Bには、アンバランスマス3が設けられており、その重心がバランスシャフト1A,1Bのジャーナル2a,2bの中心軸線C1からずれているため、各バランスシャフト1A,1Bのジャーナル2a,2bの中心軸線C1は、図7に示すように、軸受け23の内周面の中心軸線C0を中心とする環状の軌道Orを描きながら、軸受け23の内周面に沿って回転する。従って、バランスシャフト1A,1Bは、ジャーナル2a,2bの外周面の中の一定の位置P(図8参照)が常に軸受け23の内周面に最も近づいた状態で回転することとなる。本実施形態では、図1および図2に示すように、それぞれの周面に沿って潤滑油を収容する円弧状の溝Gが形成されている。本実施形態では、溝Gが各ジャーナル2a,2bに2本ずつ形成されている。この円弧状の溝Gの形成範囲は、バランスシャフト1A,1Bの周方向の全領域のうち一部の領域であって、バランスシャフト1A,1Bの回転時において、上記のように、ジャーナル2a,2bの外周面に最も近づく位置Pを含む、所定の円周角度範囲の領域となっている。なお、図8に示すジャーナル2a,2bの外周面とバランスシャフト1A,1Bの外周面との間隔は、説明の都合上、誇張して表されている。
By the way, the
上記のように構成された本実施形態におけるバランスシャフトの支持構造では、ジャーナル2a,2bの回転方向(図8の矢印にて示す方向)において、位置Pの上流側に近接する領域R1には、ジャーナル2a,2bの回転によって生じる潤滑油OLの流れによってくさび効果が生じ、油膜圧力が増大した状態となる。これに対し、位置Pの下流側に近接する領域R2には、逆くさび効果が生じる。この逆くさび効果は、摺動物と被摺動物との隙間が摺動方向に沿って拡大される箇所で負圧が生じる現象であり、本実施形態では、ジャーナル2a,2bの外周面と軸受け23の外周面とが拡大する領域R2で発生する。本実施形態では、ジャーナル2a,2bの周面が軸受け23の内周面に最も近づく位置Pを基準として、その上流側から下流側に亘って溝Gが形成されているため、軸受外部へ流出した潤滑油が逆くさび効果による負圧よって溝G内に引き戻され、ジャーナル2a,2bの外周面と軸受け23の内周面との間に潤滑油が保たれた状態となる。
In the support structure of the balance shaft in the present embodiment configured as described above, the region R1 close to the upstream side of the position P in the rotation direction of the
すなわち、低温環境下における内燃機関の始動直後は、バランスシャフトと軸受との間から潤滑油が外部に漏出すると、それだけ潤滑油の温度上昇が遅れることになるが、本実施形態では回転時に摩擦熱が発生し易い領域に形成された溝Gに減圧によって潤滑油が保持されているため、潤滑油の温度が上昇し易くなり、ジャーナル2a,2bと軸受け23との間の摩擦を低減することが可能になる。
That is, immediately after the start of the internal combustion engine in a low temperature environment, if the lubricating oil leaks to the outside from between the balance shaft and the bearing, the temperature rise of the lubricating oil will be delayed by that amount. Since the lubricating oil is held by the pressure reduction in the groove G formed in the region where the oil is likely to occur, the temperature of the lubricating oil is likely to rise, and the friction between the
また、溝Gはバランスシャフト1A,1Bの周方向の全領域でなく、アンバランスマスの慣性力により、油膜厚さが薄く、摩擦の大きな箇所に設置したため、上記の原理により、大きな摩擦低減効果が得られる。
In addition, the groove G is not located in the entire area of the
このように、本実施形態では、潤滑油の温度が低温の場合、ジャーナル2a,2bと軸受け23との間に潤滑油を適正な状態で保持することが可能となる。図9(a)に本実施形態によって得られる効果を検証した結果の一例を示す。ここでは、油温が低温(5度)の場合と、油温が高温(20度を超える温度)の場合を例に採り、エンジン回転数(rpm)に対する潤滑油の漏れ量(L/min)を計算予測した結果を示している。図示のように、本実施形態では、油温が高温(20度を超える温度)の場合にも、軸受外部へ流出する潤滑油量を低減させることができた。
Thus, in the present embodiment, when the temperature of the lubricating oil is low, the lubricating oil can be held in an appropriate state between the
図9(b)は、ジャーナル2a,2bと軸受け23との間に形成される油膜の温度変化量と、内燃機関の回転数(rpm)との関係を、計算予測した結果を示す線図である。同図に示すように、本実施形態によれば、潤滑油量を低減できたことで、油膜温度が上昇した。このように、低温の油膜の温度は迅速に高められることにより、油膜による抵抗は大幅に低減され、円滑な回転を実現することが可能になった。
FIG. 9B is a diagram showing the result of calculating and predicting the relationship between the temperature change amount of the oil film formed between the
図9(c)は、ジャーナル2a,2bの回転時の摩擦トルクの変化量(Nm)と内燃機関の回転数との関係を示す線図である。図示のように、潤滑油の流出量が低減し、油膜温度が上昇したことで、摩擦を低減することができる。
FIG. 9C is a diagram showing the relationship between the amount of change in friction torque (Nm) during rotation of the
なお、上記実施形態では、第1、第2のバランスシャフト1A,1Bにおいて、ジャーナル2a,2bのそれぞれに2本の溝Gを形成した例を示したが、各ジャーナルに形成する溝の本数を2本以外に設定とすることも可能であり、本発明は特に上記実施形態に限定されるものではない。
In the above embodiment, the example in which the two grooves G are formed in each of the
また、本発明は、2本のバランスシャフトをハウジングによって支持する場合に限らず、1本のバランスシャフトを支持する場合にも適用可能である。 The present invention is not limited to the case where the two balance shafts are supported by the housing, but can also be applied to the case where one balance shaft is supported.
1A,1B バランスシャフト
10 ハウジング
20 アッパーハウジング
30 ロアハウジング
G 溝
R 領域
1A,
Claims (1)
前記バランスシャフトの外周面の周方向に延在して当該外周面の全周における一部の領域のみに形成されている溝を備え、
前記溝は、前記バランスシャフトの回転時において、前記バランスシャフトの外周面と前記支持部材の内周面との間隔が最小となる位置を含む領域で前記潤滑油を収容することを特徴とするバランスシャフトの支持構造。 A balance shaft support structure including a cylindrical support member having an inner peripheral surface that rotatably supports an outer peripheral surface of the balance shaft via lubricating oil,
A groove that extends in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the balance shaft and is formed only in a partial region in the entire circumference of the outer peripheral surface;
The groove upon rotation of the balance shaft, characterized in that for accommodating the lubricating oil in a region including a position gap between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the front Symbol supporting member of the balance shaft is minimized Balance shaft support structure.
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