JPH04224338A - エンジンのバランサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのピストン、
コンロッド等による慣性力や慣性偶力を消去して同エン
ジンの振動を減衰させるためのバランサ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のエンジンのバランサ装置
として例えばＵＳＰ３６６７３１７号公報に開示された
ものがある。図７及び図８に示すように、このバランサ
装置では、クランクシャフト３１中間部のクランクアー
ム３２に駆動ギア３３が取付けられている。駆動ギア３
３の下方には、第１及び第２のウエイト３４，３５が回
転可能に支持され、同ウエイト３４，３５に第１及び第
２の被動ギア３６，３７が取付けられている。そして、
駆動ギア３３に第１の被動ギア３６が噛合されるととも
に、同第１の被動ギア３６に第２の被動ギア３７が噛合
されている。

【０００３】前記構成のバランサ装置によれば、クラン
クシャフト３１及び駆動ギア３３が一体回転すると、そ
の回転が第１及び第２の被動ギア３６，３７に順に伝達
され、第１及び第２のウエイト３４，３５が回転して、
エンジンの振動を減衰させる。ところで、前記バランサ
装置においてはコンパクト化を図ることが要望されるが
、その一手段として両ウエイト３４，３５をクランクシ
ャフト３１に近づけることが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第１及び第
２のウエイト３４，３５をクランクシャフト３１に近づ
け過ぎると、同ウエイト３４，３５がコンロッド３９に
当接してその運動を妨げるという問題が生ずる。また、
図７に二点鎖線で示すように、クランクアーム３２にカ
ウンタウエイト３８が形成されている場合には、前記両
ウエイト３４，３５が同カウンタウエイト３８に当接す
る場合がある。そのため、カウンタウエイト３８やコン
ロッド３９と干渉しないように、前記ウエイト３４，３
５をクランクシャフト３１に近づけるには、そのウエイ
ト３４，３５の軸方向（図７の左右方向）の長さが規制
を受ける。加えて、前記駆動ギア３３及び両被動ギア３
６，３７として平歯車を用いた場合には、ギアの厚みが
大きいので、両ウエイト３４，３５の軸方向長さと被動
ギア３６，３７の軸方向長さとを合計した長さにおいて
ウエイト３４，３５が占める割合はさらに少なくなる。 このような制約を受けるため、ウエイト３４，３５は重
量効率の低い形状となってしまう。

【０００５】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ウエイトの軸方向長さを長くす
ることができ、同ウエイトを重量効率の高い形状にする
ことが可能なエンジンのバランサ装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、クランクシャフトの中間部に駆動ギアを一
体回転可能に取付けるとともに、前記クランクシャフト
とは別に振動減衰用ウエイトを回転可能に設け、同ウエ
イトには前記駆動ギアと噛合する被動ギアを取付け、ク
ランクシャフトの回転時に前記ウエイトを回転させるこ
とによりエンジンの振動を減衰させるようにしたエンジ
ンのバランサ装置において、前記駆動ギア及び被動ギア
をはすば歯車としている。

【０００７】

【作用】クランクシャフトが回転すると、その回転は駆
動ギア及び被動ギアを介してウエイトに伝達される。こ
のウエイトの回転により、ピストン、コンロッド等によ
る慣性力や慣性偶力を消去する方向の荷重が発生し、同
荷重がクランクシャフトの振動を低減させる。

【０００８】ところで、本発明では駆動ギア及び被動ギ
アとしてはすば歯車を用いているため、同じトルク伝達
を行うのに平歯車よりもギアの厚みが小さくてすみ、そ
の分、ウエイトの軸方向長さに余裕が生じる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図６に従って説明する。図１は自動車用４気筒エンジン
のクランクシャフト１及びバランサ装置２の配置状態を
示す正面図である。クランクシャフト１はピストンの往
復運動を回転運動に変換して動力を取り出すためのもの
で、第１〜第５のクランクジャーナル３ａ〜３ｅ、第１
〜第４のクランクピン４ａ〜４ｄ、第１〜第８のクラン
クアーム５ａ〜５ｈ、第１〜第８のカウンタウエイト６
ａ〜６ｈ等から構成されている。前記クランクシャフト
１は、第１〜第５クランクジャーナル３ａ〜３ｅにおい
て、シリンダブロックに矢印Ｄ方向への回転可能に支持
されている。クランクシャフト１の前端部にはクランク
プーリ２０が、また後端部にはフライホイール２１がそ
れぞれ取付けられる（図４〜図６参照）。また、第１〜
第４のクランクピン４ａ〜４ｄにはそれぞれコンロッド
７が連結されている。なお、図１においては便宜上コン
ロッド７の下端部のみを示している。

【００１０】前記第５のクランクアーム５ｅ及び第５の
カウンタウエイト６ｅの前部において、第３のクランク
ジャーナル３ｃと同軸上には駆動ギア８が固定されてい
る。駆動ギア８は、歯スジが軸線に対して斜めになった
はすば歯車によって構成されている。本実施例では、は
すば歯車のねじれ方向が左ねじれ（左肩上がり）となっ
ている。はすば歯車は、同一径でかつ同一厚みという条
件の下では、■平歯車に比べ歯幅が広く、歯厚が厚く、
噛み合い率が大きくなるので、同平歯車よりも強度が大
きく、■平歯車よりも円滑に回転するので、噛み合い時
に生ずる音が小さい、等の特性を有する歯車である。

【００１１】第４のクランクアーム５ｄ、第３のクラン
クジャーナル３ｃ、駆動ギア８、第５のクランクアーム
５ｅ及び第５のカウンタウエイト６ｅの下方には、バラ
ンサ装置２が近接配置されている。図３に示すように、
バランサ装置２のバランサケース９は、互いに平行した
状態で左右方向へ延びる一対の支持片１０，１１と、両
支持片１０，１１の対向する左右端部間を繋ぐ一対の連
結片１２とから四角枠状に形成されている。そして、バ
ランサケース９は、その四隅においてボルト（図示しな
い）によってシリンダブロックに固定されている。

【００１２】図１に示すように、前側の支持片１０の前
面は、第４のカウンタウエイト６ｄ前面とほぼ同一面上
に位置し、また、後側の支持片１１の後面は第５のカウ
ンタウエイト６ｅ後面とほぼ同一面上に位置している。 従って、バランサケース９は第４及び第５のカウンタウ
エイト６ｄ，６ｅの軸方向長さ（前後長さ）Ｌ１内に配
置されていることになる。さらに、本実施例では前側の
支持片１０の厚みｔ１を後側の支持片１１の厚みｔ２よ
りも大きく設定している。

【００１３】図３に示すようにバランサケース９には、
第１のウエイト１３及び第２のウエイト１４が一対の固
定軸１５により回転可能に支持されている。すなわち、
各固定軸１５の両端部は、前後各支持片１０，１１に貫
設された左右一対の孔１７内に挿入係止され、回転不能
となっている。また、第１及び第２のウエイト１３，１
４は略半円柱状をなしており、軸受部１３ａ，１４ａに
て前記固定軸１５上に回転可能に外嵌されている。

【００１４】さらに、前記第１及び第２のウエイト１３
，１４の後部には、前記駆動ギア８よりも小径状の第１
及び第２の被動ギア１８，１９が外嵌固定されている。 両被動ギア１８，１９は、前記第１及び第２のウエイト
１３，１４と一体で前記固定軸１５上を回転可能である
。前記両被動ギア１８，１９は、前記駆動ギア８と同様
にはすば歯車によって構成されている。第１の被動ギア
１８のねじれ方向は右ねじれ（右肩上がり）に、また第
２の被動ギア１９のねじれ方向は左ねじれ（左肩上がり
）に設定されている。そして、図２に示すように、第１
の被動ギア１８が駆動ギア８に噛み合うとともに、同第
１の被動ギア１８に第２の被動ギア１９が噛み合ってい
る。前記のようにギア同士が噛み合った状態では、図１
に示すように、第１及び第２のウエイト１３，１４が第
３のクランクジャーナル３ｃの前後長さＬ２内に配置さ
れている。

【００１５】前記のように構成された本実施例のバラン
サ装置によれば、駆動ギア８がクランクシャフト１と一
体回転すると、その回転は第１の被動ギア１８に伝達さ
れ、第１のウエイト１３が固定軸１５上を回転する。ま
た、第１の被動ギア１８の回転は第２の被動ギア１９に
伝達され、第２のウエイト１４が固定軸１５上を回転す
る。両ウエイト１３，１４の回転により、ピストン、コ
ンロッド７等による慣性力や慣性偶力を消去する方向の
荷重が発生し、同荷重がクランクシャフト１の振動を低
減させる。

【００１６】すなわち、クランクシャフト１の振動とし
ては曲げ振動及びねじり振動がある。図４は４５０Ｈｚ
でのクランクシャフト１の曲げ振動モードを、図５は２
００Ｈｚでのクランクシャフト１の曲げ振動を概略的に
示している。４５０Ｈｚではクランクシャフト１の前部
（図の左側部）が矢印で示すように上下方向へ振動し、
２００Ｈｚではクランクシャフト１の後部（図の右側部
）が矢印で示すように上下方向へ振動しており、いずれ
の場合にも、第３のクランクジャーナル３ｃ付近の振幅
が小さいことがわかる。従って、シリンダブロックで発
生する振動も、この第３のクランクジャーナル３ｃ付近
で小さいことになる。

【００１７】ここで、例えばクランクシャフト１の曲げ
振動が大きな部位、例えば同クランクシャフト１の前端
や後端に駆動ギア８を取付け、同駆動ギア８の近傍にバ
ランサケース９や第１及び第２のウエイト１３，１４を
配置すると、駆動ギア８が大きく振動しながら回転する
。この振動により、駆動ギア８と第１の被動ギア１８と
の間のバックラッシュが増減し、ギア打音やフリクショ
ン（摩擦）が増大する。

【００１８】しかし、本実施例では、第５のカウンタウ
エイト６ｅの前部に駆動ギア８を取付けるとともに、第
１及び第２のウエイト１３，１４を第３のクランクジャ
ーナル３ｃの前後長さＬ２内に配設し、かつバランサケ
ース９の前後支持片１０，１１を第４及び第５のカウン
タウエイト６ｄ，６ｅの前後長さＬ１内に配設している
。このため、前記のようにクランクシャフト１が曲げ振
動を起こしても、駆動ギア８回転時の振れは小さい。 また、同様の理由によりバランサケース９の振動も小さ
くなるので、同バランサケース９に取付けられた第１及
び第２の被動ギア１８，１９の回転時の振れが小さくな
る。従って、特に駆動ギア８と第１の被動ギア１８との
中心間距離がほぼ一定に保たれ、バックラッシュ増減に
よるギア打音やフリクションの増加が抑制される。

【００１９】また、前記のように第１及び第２のウエイ
ト１３，１４を第３のクランクジャーナル３ｃの前後長
さＬ２内に配設したことにより、両ウエイト１３，１４
の回転時に第４及び第５のカウンタウエイト６ｄ，６ｅ
やコンロッド７と干渉することがない。このため、各ウ
エイト１３，１４の回転可能スペースが拡大し、同ウエ
イト１３，１４の半径を比較的長く設定することが可能
となる。加えて、本実施例では駆動ギア８及び両被動ギ
ア１８，１９としてはすば歯車を用いているため、同じ
トルク伝達を行うのに平歯車よりもギアの厚みが小さく
なり、その分、両ウエイト１３，１４の前後長さに余裕
が生じる。従って、両ウエイト１３，１４を軸方向にも
半径方向にも長く、重量効率の高い形状にすることがで
きる。

【００２０】エンジン運転時には、クランクシャフト１
は曲げ振動の他にもねじり振動を起こす。図６は４５０
Ｈｚでのクランクシャフト１のねじり振動モードを概略
的に示している。図から、第４のカウンタウエイト６ｄ
部分の振幅θ４よりも、第５のカウンタウエイト６ｅ部
分の振幅θ５の方が小さいことがわかる。本実施例では
、前記のように駆動ギア８を第５のカウンタウエイト６
ｅの前部に取付けたので、同駆動ギア８を第４のカウン
タウエイト６ｄよりも前側に取付けた場合に比べ、駆動
ギア８の回転変動が小さい。従って、ギア打音や回転変
動により、第１のウエイト１３とバランサケース９との
間で２次的に派生するスラスト打音を低減できる。

【００２１】さらに、本実施例では、バランサケース９
における前側の支持片１０を後側の支持片１１よりも厚
くして剛性を高めている。このように前側の支持片１０
を厚くできたのは次の理由による。つまり、本実施例で
は第３のクランクジャーナル３ｃの前後長さＬ２内に第
１及び第２のウエイト１３，１４を配置し、第４及び第
５のカウンタウエイト６ｄ，６ｅの前後長さＬ１内にバ
ランサケース９を配置するという構成を採っているので
、被動ギア１８，１９が配置される側の支持片の厚みは
同被動ギア１８，１９の厚み分だけ薄くなる。加えて、
本実施例では駆動ギア８を第５のカウンタウエイト６ｅ
前部に取付けている。このため、後側の支持片１１を薄
くして前側の支持片１０を厚くすることができた。 従って、前側の支持片１０には後側の支持片１１よりも
大きなねじり振動が加わるにもかかわらず、そのねじり
振幅によって受ける悪影響は低く抑えられる。

【００２２】また、本実施例では駆動ギア８及び両被動
ギア１８，１９をはすば歯車としたので、平歯車に比べ
噛み合い率が大きくなりギア打音を低減できる。反面、
第１の被動ギア１８の回転時には、図１において矢印Ｃ
で示すように、クランクシャフト１前方へ向かうスラス
ト力が同第１の被動ギア１８に作用し、第１のウエイト
１３がバランサケース９の前側の支持片１０に当たる。 ところが、前記のように前側の支持片１０の剛性が高め
られているので、前記第１のウエイト１３は前側の支持
片１０によって受け止められ、同支持片１０が変形する
ことがない。

【００２３】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば、以下のように発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。（１）前記
実施例では、第３のクランクジャーナル３ｃの前後長さ
Ｌ２内に第１及び第２のウエイト１３，１４が収まるよ
うにそれらの厚みを設定したが、同厚みを拡大してもよ
い。ただし、この場合にはバランサケース９の支持片１
０，１１を前後にずらす必要があり、このようにすると
、曲げ振動やねじり振動に基づくギア打音、スラスト打
音等の増大の点で前記実施例よりも若干不利である。 （２）駆動ギア８を、第５のカウンタウエイト６ｅに代
えて第４のカウンタウエイト６ｄ後部に取付けてもよい
。この場合には、バランサケース９の前側の支持片１０
の厚みを小さくするとともに、被動ギア１８，１９を各
ウエイト１３，１４の前部に固定する。そして、バラン
サケース９の後側の支持片１１の厚みを大きくし、かつ
、駆動ギア８及び第１の被動ギア１８のはすばの方向を
、後方へのスラスト力が発生するような方向、つまり、
前記実施例と逆方向に変更することが好ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ク
ランクシャフトと一体で回転する駆動ギアと、前記駆動
ギアに噛合し、かつ振動減衰用ウエイトと一体で回転す
る被動ギアとをはすば歯車にしたので、平歯車の場合に
比べウエイトの軸方向長さを長くすることができ、同ウ
エイトを重量効率の高い形状にすることが可能になると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クランクシャフト及びバランサ装置の一部破断
正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】バランサ装置の分解斜視図である。

【図４】４５０Ｈｚにおけるクランクシャフトの曲げ振
動モードを概略的に示した図である。

【図５】２００Ｈｚにおけるクランクシャフトの曲げ振
動モードを概略的に示した図である。

【図６】４５０Ｈｚにおけるクランクシャフトのねじり
振動モードを概略的に示した図である。

【図７】従来のクランクシャフト及びバランサ装置の一
部破断正面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１　　クランクシャフト、８　　駆動ギア、１３　　第
１のウエイト、１８　　第１の被動ギア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クランクシャフトの中間部に駆動ギア
   を一体回転可能に取付けるとともに、前記クランクシャ
   フトとは別に振動減衰用ウエイトを回転可能に設け、同
   ウエイトには前記駆動ギアと噛合する被動ギアを取付け
   、クランクシャフトの回転時に前記ウエイトを回転させ
   ることによりエンジンの振動を減衰させるようにしたエ
   ンジンのバランサ装置において、前記駆動ギア及び被動
   ギアをはすば歯車としたことを特徴とするエンジンのバ
   ランサ装置。