JPH0996341A - 内燃機関のバランサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バランスシャフト単体に生じる左右方向の荷
重変動を打ち消すことができる内燃機関のバランサ装置
を提供する。 【解決手段】 ピストン３０の往復動による起振力を打
ち消すべく、アンバランスウェイト４，５を有するバラ
ンスシャフト１をクランク軸９により回転させるように
した内燃機関のバランサ装置において、上記バランスシ
ャフト１を同速度で相互に逆回転する二重軸２，３で形
成すると共に、それら内外軸２，３にピストン３０の移
動方向に対して左右に対向させてアンバランスウェイト
４，５をそれぞれ設けて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの往復動
により生じる内燃機関の起振力を打ち消すための内燃機
関のバランサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のバランサ装置の概要を図８に
示す。図示するように、このバランサ装置は、ピストン
の往復運動により生じる起振力の２次成分を打ち消すべ
く、アンバランスウェイトａを有するバランスシャフト
ｂ₁ ，ｂ₂ をクランク軸ｃの２倍の回転速度で相互に逆
回転させるようにしている。

【０００３】各バランスシャフトｂ₁ ，ｂ₂ は、図９に
示すように、軸受ｄ（メタル、ボールベアリング、ニー
ドルベアリング等）を介してシリンダブロックｅに支持
されるシャフト部ｆと、シャフト部ｆの外周に偏芯して
設けられたアンバランスウェイトｇと、シャフト部ｆの
一端部に設けられたドライブギヤｈとから構成されてい
る。

【０００４】ドライブギヤｈは、クランク軸ｃに設けら
れたタイミングギヤｉに、各アイドルギヤｊ，ｋ，ｌを
介して噛合されている。ドライブギヤｈの歯数は、タイ
ミングギヤｉの歯数の半分に設定されている。バランス
シャフトｂ₁ ，ｂ₂ をクランクシャフトｃの２倍の回転
速度で回転させるためである。

【０００５】バランスシャフトｂ₁ ，ｂ₂ は、クランク
シャフトｃを挟んでその左右に２本設けられており、図
１０に示すように相互に逆回転するようになっている。
バランスシャフトｂが１本では、そのアンバランスウェ
イトａが偏芯回転することにより、ピストンの往復動に
よって生じる上下方向の力は釣り合わせることができる
ものの、それと直交方向すなわち左右方向の力が残って
しまうからである。

【０００６】そのため、左側バランスシャフトｂ₁ を第
１アイドルギヤｊによりクランク軸ｃと同方向に回転さ
せ、右側バランスシャフトｂ₂ を第２および第３アイド
ルギヤｋ，ｌによりクランク軸ｃと逆方向に回転させ
て、２本のバランスシャフトｂ₁ ，ｂ₂ を相互に逆回転
させることにより左右方向の力を打ち消し、エンジン全
体として上下左右方向の力を釣り合わせているのであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成では、エンジン全体としては力の釣り合いが取れてい
るものの、バランスシャフトｂ単体でみると、そのアン
バランスウェイトａが偏芯回転するため勿論アンバラン
スであり、バランスシャフトｂをシリンダブロックｅに
取り付ける軸受ｄの部分が加振される。

【０００８】このため、図１１に示すようにシリンダブ
ロックｅの壁全体がバランスシャフトｂの取付部（軸受
ｄ）によって揺すられてしまい、騒音が発生してしま
う。この騒音は、特にバランスシャフトｂの左右方向の
荷重変動によって生じる。何故なら、バランスシャフト
ｂ₁ ，ｂ₂ を２本エンジンの左右に設けると、各シャフ
トｂ₁ ，ｂ₂ がシリンダブロックｅの壁の内側に位置す
ることとなり、壁は主に左右方向の荷重変動で揺すられ
て発音するからである。

【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、バランスシャフト単体に生じる左右方向の荷重
変動を抑えることにより低騒音化を図った内燃機関のバ
ランサ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、ピストンの往復動による起振力を打ち消すべ
く、アンバランスウェイトを有するバランスシャフトを
クランク軸により回転させるようにした内燃機関のバラ
ンサ装置において、上記バランスシャフトを同速度で相
互に逆回転する二重軸で形成すると共に、それら内外軸
にピストンの移動方向に対して左右に対向させてアンバ
ランスウェイトをそれぞれ設けて構成されている‥‥
。

【００１１】また、上記バランスシャフトを形成する二
重軸の外軸の外周に、当該バランスシャフトをシリンダ
ブロックに軸支するための軸受を設けてもよい‥‥。

【００１２】また、上記バランスシャフトを形成する二
重軸の内軸と外軸との間に、内軸に接する内側ベアリン
グと外軸に接する外側ベアリングとこれら内外側のベア
リングを仕切る中間レースとからなる二重構造軸受を設
けてもよい‥‥。

【００１３】の構成によれば、バランスシャフトを形
成する二重軸の一方の軸に設けられたアンバランスウェ
イトが左方に位置するときには、他方の軸に設けられた
アンバランスウェイトが右方に位置することになるの
で、アンバランスウェイトによる左右方向の荷重変動が
打ち消される。また、これら各軸のアンバランスウェイ
トは、各軸が同速度で相互に逆回転するので、上下方向
（ピストンの移動方向）ではその位相が揃い、ピストン
の往復動による起振力を打ち消す。

【００１４】の構成によれば、バランスシャフトをシ
リンダブロックに支持するための軸受を外軸の外周に設
けたので、その軸受に生じる荷重変動は内外軸のアンバ
ランスウェイトによって前述の如く左右方向について打
ち消され、シリンダブロックが当該軸受によって左右方
向に揺すられることはない。逆をいえば、仮に内軸に軸
受を設けたとすると、内軸のアンバランスウェイトの偏
芯回転によって生じる左右方向の荷重変動が、打ち消さ
れることなく軸受を介してシリンダブロックを左右方向
に揺すってしまうのである。

【００１５】の構成によれば、内軸と外軸との間に二
重構造軸受を設けたので、その内側ベアリングと外側ベ
アリングとに加わるそれぞれの回転が中間レースで仕切
られ、内外軸の相対回転速度の1/2 となって耐久性が高
まる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
用いて説明する。

【００１７】図１は、本実施形態に係るバランスシャフ
ト１の概要を示す図である。このバランスシャフト１
は、図８に示すものと同様に、４サイクル４気筒エンジ
ンのシリンダブロックｅに、クランク軸ｃを挟んで左右
に配置される。図示するように、バランスシャフト１
は、筒体状に形成された外軸２とその内部に同芯的に配
置された内軸３とからなる二重軸で形成されている。内
軸３は、外軸２内に収容された収容部３ａと、外軸２か
ら突出した突出部３ｂとからなっている。

【００１８】内軸３の突出部３ｂおよび外軸２の外周部
には、ピストンの往復動等による２次起振力を打ち消す
ためのアンバランスウェイト４，５が、ピストンの移動
方向に対して左右に対向させて、それぞれ偏芯して設け
られている。アンバランスウェイト４，５が設けられた
内外軸２，３の一端部には、それぞれドライブギヤ６，
７が設けられている。これらドライブギヤ６，７は、図
３に示すギヤ装置８を介して、クランク軸９の一端部に
設けられたタイミングギヤ１０と噛合している。

【００１９】ギヤ装置８は、タイミングギヤ１０と外軸
ドライブギヤ７との間に設けられた大径の外軸用アイド
ルギヤ１１と、タイミングギヤ１０と内軸ドライブギヤ
６との間に設けられた小径の２個の内軸用アイドルギヤ
１２，１３とから構成されている。外軸用アイドルギヤ
１１は、シリンダブロックに軸支されており、外軸２に
クランク軸９と同方向の回転を伝える。内軸用アイドル
ギヤ１２，１３は、シリンダブロックに軸支されてお
り、内軸３にクランク軸９と逆方向の回転を伝える。外
軸および内軸ドライブギヤ６，７の歯数は、タイミング
ギヤ１０の歯数の1/2 に設定されている。かかる構成に
より、外軸と内軸２，３とは、クランク軸９の２倍の回
転速度で相互に逆回転することになる。

【００２０】なお、図３には一方のバランスシャフト１
を駆動するための一方のギヤ装置８のみを示したが、実
際にはクランク軸９を挟んだ反対側には他方のバランス
シャフトを駆動するための他方のギヤ装置が設けられて
いる。この他方のギヤ装置は、一方のギヤ装置８と略同
様の構成となっており、その外および内軸用アイドルギ
ヤ１１，１２，１３にそれぞれ噛合する逆転用アイドル
ギヤが付加され、他方のバランスシャフトが一方のバラ
ンスシャフト１に対して逆回転するようになっている点
のみが異なる（図８，図１０参照）。

【００２１】図１に示すように、外軸２の外周には、ア
ンバランスウェイト５を挟む両端部に位置させて、バラ
ンスシャフト１をシリンダブロックに軸支するための軸
受１４が設けられている。軸受１４は、メタルベアリン
グ、ボールベアリングまたはニードルベアリング等が用
いられる。また、外軸２と内軸３との間には、外軸２の
両端部に位置させて、内軸３を軸支するための二重構造
軸受１５が設けられている。この二重構造軸受１５は、
図４に示すように、内軸３に接する内側ベアリング１６
と外軸に接する外側ベアリング１７とこれら内外側のベ
アリング１６，１７を仕切るリング状の中間レース１８
とからなっている。

【００２２】外側ベアリング１７は、リング状に形成さ
れ外軸２の内周面に固定されるアウターレース１７ａ
と、その内周部に周方向に所定間隔を隔てて複数設けら
れた外側ニードル１７ｂとからなっている。内側ベアリ
ング１６は、リング状に形成され内軸の外周面に固定さ
れるインナーレース１６ａと、その外周部に周方向に所
定間隔を隔てて複数設けられた内側ニードル１６ｂとか
らなっている。中間レース１８は、リング状に形成され
ており、上記外側ニードル１７ｂと内側ニードル１６ｂ
とを相互に回転自在に仕切るものである。ニードルベア
リングとしたのは、二重構造軸受１５の小径化を図るた
めである。

【００２３】以上の構成からなる本実施形態の作用につ
いて述べる。

【００２４】図３に示すクランク軸９が回転すると、バ
ランスシャフト１を形成する外軸２と内軸３とはギヤ装
置８を介してクランク軸９の２倍の速度で相互に逆回転
する。すると、内外の軸２，３にそれぞれ設けられたア
ンバランスウェイト４，５が、図２に示すように相互に
逆回転する。

【００２５】ここで、各軸２，３に設けられるアンバラ
ンスウェイト４，５は、ピストンの移動方向に対して左
右に対向するように配置されているので、図２(a) に示
すように、一方の軸２のアンバランスウェイト５が左方
に位置するときには、他方の軸３のアンバランスウェイ
ト４が右方に位置することになる（図２(c) も同様）。
よって、アンバランスウェイト４，５によるバランスシ
ャフト１単体の左右方向の荷重変動が打ち消される。

【００２６】また、これら各軸２，３のアンバランスウ
ェイト４，５は、各軸２，３が同速度で逆回転するの
で、上下方向（ピストンの移動方向）では図２(b),(d)
に示すように位相が揃い、ピストンの往復動による２次
の起振力を打ち消す（図１０参照）。すなわち、各軸
２，３のアンバランスウェイト４，５の取付位置は、ピ
ストンが上死点または下死点のとき、図２(d) の位置と
なるように調整されている。よって、クランク軸９がピ
ストン上死点から下死点まで 180度回転すると、バラン
スシャフト１の内外軸２，３が相互に逆方向に１回転
（360 度）することになる。

【００２７】また、バランスシャフト１をシリンダブロ
ックに支持するための軸受１４を外軸２の外周に設けた
ので、その軸受１４に生じる荷重変動は、前述の如く内
外軸２，３のアンバランスウェイト４，５によって左右
方向について打ち消される。よって、この軸受１４を支
持するシリンダブロックの壁が図１１に示すように左右
方向に揺すられることはなく、これに起因する騒音が抑
制される。

【００２８】逆をいえば、バランスシャフト１をシリン
ダブロックに支持するための軸受１４を仮に内軸３の突
出部３ｂに設けたとすると、内軸３のアンバランスウェ
イト４の偏芯回転によって生じる左右方向の荷重変動
は、打ち消されることなくその軸受を介してシリンダブ
ロックの壁に伝わり、壁を左右方向に揺すってしまうの
である。

【００２９】ところで、このように内軸３と外軸２とが
クランク軸９の２倍の速度で相互に逆回転すると、内軸
３と外軸２との間の軸受１５には相対的にクランク軸９
の４倍の速度が加わることになり、耐久性が懸念され
る。しかし、実際には、エンジン（クランク軸９）の定
格回転数を3200rpm としても、上記軸受１５には3200×
4 ＝12800rpmが加わるに過ぎず、ボールベアリングを用
いても問題ない。

【００３０】本実施形態においては、念を入れて上記軸
受１５を図４に示すような二重構造軸受としたので、外
側ニードル１７ｂの回転と内側ニードル１６ｂの回転と
が中間レース１８によって仕切られ、内側ベアリング１
６と外側ベアリング１７とに加わる実質的な回転速度が
内外軸２，３の相対回転速度の1/2 の6400rpm となるた
め、耐久性が高まる。

【００３１】図５は、図１に示すバランスシャフト１の
別の実施形態を示す図である。

【００３２】図示するようにこのバランスシャフト１ａ
は、筒体状に形成された外軸２の軸方向の中央部分に拡
径部２ａが形成されており、この外軸２の外周には拡径
部２ａの両側に位置させてアンバランスウェイト５ａ，
５ｂがそれぞれ設けられている。外軸２の両端部には、
アンバランスウェイト５ａ，５ｂを挟むように、バラン
スシャフト１ａをシリンダブロックに軸支するための軸
受１４，１４が設けられている。

【００３３】また、外軸２内に収容された内軸３には、
拡径部２ａが対向する位置に、アンバランスウェイト４
が設けられている。内軸３と外軸２との間には、アンバ
ランスウェイト４の両側に位置させて、内軸３を外軸２
に軸支するための二重構造軸受１５，１５が設けられて
いる。アンバランスウェイト５ａ，５ｂの重量は、アン
バランスウェイト４の重量の1/2 となっている。なお、
内外軸２，３の一端部にそれぞれドライブギヤ６，７が
設けられており、内外軸２，３がクランク軸９の２倍の
速度で相互に逆回転するようになっている点は、前実施
形態を同様である。

【００３４】このバランスシャフト１ａによれば、図１
に示すものと比べてアンバランスウェイト４、５の重量
配分が軸方向に釣り合っているため、軸方向のアンバラ
ンスが低減する。よって、各軸受１４，１５に加わる荷
重変動が小さくなり、耐久性が向上する。

【００３５】図６は、図３に示すギヤ装置８の別の実施
形態を示す図である。

【００３６】図示するように、このギヤ装置８ａは、ク
ランク軸６に取り付けられたタイミングギヤ１０に、固
定軸２０を介してタイミングプーリ２１が設けられてい
る。他方、バランスシャフト１を形成する外軸２にはド
ライブギヤ７が設けられ、内軸３にはドライブプーリ２
２が設けられている（これらドライブギヤ７とドライブ
プーリ２２とは逆でもよい）。

【００３７】タイミングギヤ１０は、第１アイドルギヤ
２３および第２アイドルギヤ２４を介して外軸２のドラ
イブギヤ７に噛合され、タイミングプーリ２１は、ベル
ト２５を介して内軸３のドライブプーリ２２に連結され
ている。ドライブギヤ７の歯数はタイミングギヤ１０の
歯数の1/2 であり、ドライブプーリ２２の直径はタイミ
ングプーリ２１の直径の1/2 となっている。

【００３８】このギヤ装置８ａによれば、図３に示すギ
ヤ装置８と同様に、バランスシャフトを形成する内外軸
２，３がクランク軸９の２倍の速度で相互に逆回転す
る。なお、各プーリ２１，２２に歯を形成し、ベルト２
５をコグドベルト（歯付きベルト）としてもよい。

【００３９】図７は、図４に示す二重構造軸受１５の別
の実施形態を示す図である。

【００４０】図示するように、この二重構造軸受１５ａ
は、図４に示すものからアウターレース１７ａとインナ
ーレース１６ａとを省略したものである。この二重構造
軸受１５ａによっても、図４に示すものと同様に、外側
ニードル１７ｂの回転と内側ニードル１６ｂの回転とが
中間レース１８によって仕切られるので、各ニードル１
７ｂ，１６ｂに加わる回転負荷が内軸３と外軸２との相
対速度の1/2 となる。

【００４１】ところで、これまで述べてきたバランス装
置（２次バランサ）は、図８に示すように、クランク軸
ｃの左右に配置された２本のバランスシャフトｂ₁ ，ｂ
₂ をクランク軸ｃの２倍の速度で相互に逆回転させて上
下方向の２次起振力を打ち消すものであるが、現実には
ピストンの往復動に伴ってピストンとクランク軸ｃとを
連結するコンロッドが左右方向に揺れるためクランク軸
ｃ廻りの起振モーメントが発生し、これがアンバランス
として残ってしまう。

【００４２】そこで、図１３に示すように左右のバラン
スシャフトｂ₁ ，ｂ₂ の高さをずらし、ピストン３０の
往復動に伴って左右に揺れるコンロッド３１による起振
モーメントを打ち消すモーメントを発生させるようにし
たものが知られている（実公昭52-32802号公報等）。こ
の場合、左右のバランスシャフトｂ₁ ，ｂ₂ のアンバラ
ンスウェイトａ₁ ，ａ₂ とクランク軸９との距離Ｌ₁ 、
Ｌ₂ が異なるので、クランク軸９廻りのモーメントが発
生する。よって、このモーメントが上記起振モーメント
を打ち消すように、左右のバランスシャフトｂ₁ ，ｂ₂
の高さのずらし具合を調整すればよいのである。

【００４３】然るに図１または図５に示す本実施形態に
係るバランスシャフト１，１ａは、それを１本のみエン
ジンに取り付けた概要を表すと図１２の如くとなり、そ
の内外軸２，３にそれぞれ設けられたアンバランスウェ
イト４，５とクランク軸９との距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ が異なる
こととなる。よって、本実施形態に係るバランスシャフ
ト１，１ａを１本のみエンジンに設けることにより、図
１３に示すものと同様にコンロッド３１のよる起振モー
メントを打ち消すモーメントを発生させることができ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る内燃機
関のバランサ装置によれば、ピストンの移動方向（上下
方向）の起振力を打ち消すことができるのは勿論、バラ
ンスシャフト単体に生じる左右方向の荷重変動をも打ち
消すことができるので、より低騒音化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す内燃機関のバランサ
装置のバランスシャフトの概略を示す平断面図である。

【図２】上記バランスシャフト内外軸に設けられたアン
バランスウェイトが回転する様子を示す図である。

【図３】上記バランスシャフトの内外軸をクランク軸に
より駆動するためのギヤ装置を示す図であり、(a) は正
面図、(b) は平面図である。

【図４】上記バランスシャフトの内軸と外軸との間に設
けられた二重構造軸受を示す断面図である。

【図５】図１に示すバランスシャフトの別の実施の形態
を示す平断面図である。

【図６】図３に示すギヤ装置の別の実施形態を示す図で
あり、(a) は正面図、(b) は平面図である。

【図７】図４に示す二重構造軸受の別の実施形態を示す
断面図である。

【図８】バランスシャフトを備えたエンジンの透視図で
ある。

【図９】従来例を示す内燃機関のバランサ装置のバラン
スシャフトの概略を示す平断面図である。

【図１０】バランスシャフトの回転によって起振力（２
次慣性力）を打ち消す様子を示すた図である。

【図１１】バランスシャフトの回転に伴う左右方向の荷
重変動によりシリンダブロックの壁が発音する様子を示
す図である。

【図１２】図１または図５に示すバランスシャフトを１
本のみ使用した場合の概略を示す図である。

【図１３】別の従来例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ バランスシャフト ２ 二重軸を構成する外軸 ３ 二重軸を構成する内軸 ４ アンバランスウェイト ５ アンバランスウェイト ９ クランク軸 １４ 軸受 １５ 二重構造軸受 １６ 内側ベアリング １７ 外側ベアリング １８ 中間レース ３０ ピストン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの往復動による起振力を打ち消
   すべく、アンバランスウェイトを有するバランスシャフ
   トをクランク軸により回転させるようにした内燃機関の
   バランサ装置において、上記バランスシャフトを同速度
   で相互に逆回転する二重軸で形成すると共に、それら内
   外軸にピストンの移動方向に対して左右に対向させてア
   ンバランスウェイトをそれぞれ設けたことを特徴とする
   内燃機関のバランサ装置。
2. 【請求項２】 上記バランスシャフトを形成する二重軸
   の外軸の外周に、当該バランスシャフトをシリンダブロ
   ックに軸支するための軸受を設けた請求項１記載の内燃
   機関のバランサ装置。
3. 【請求項３】 上記バランスシャフトを形成する二重軸
   の内軸と外軸との間に、内軸に接する内側ベアリングと
   外軸に接する外側ベアリングとこれら内外側のベアリン
   グを仕切る中間レースとからなる二重構造軸受を設けた
   請求項１記載の内燃機関のバランサ装置。