JP2023156661A - 内燃機関のバランサ構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】バランサ従動ギアの変形に起因する噛み合い音が、バランサ従動ギアとバランサ駆動ギアとの間で発生することを抑制できるバランス構造を提供すること。【解決手段】バランス構造は、第1バランスシャフト30と、第2バランスシャフト40と、第1バランスシャフト30に設けられた第1バランサウェイト33と、第2バランスシャフト40に設けられた第2バランサウェイト42と、クランクシャフト12に設けられた伝達駆動ギア21と、第1バランスシャフト30に設けられた伝達従動ギア31と、第1バランスシャフト30に設けられたバランサ駆動ギア32と、第2バランスシャフト40に設けられたバランサ従動ギア41と、第1バランスシャフト30に設けられているとともに、オイルポンプ15にトルクを出力する出力ギア34とを備えている。【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関のバランサ構造に関する。
特許文献1には、クランクシャフトに沿う方向に延びる駆動側バランスシャフト及び従動側バランスシャフトを備えた内燃機関のバランサ構造が開示されている。このバランサ構造において、駆動側バランスシャフトは、クランクシャフトから駆動トルクが入力されることによって回転する。従動側バランスシャフトは、駆動側バランスシャフトから駆動トルクが入力されることによって回転する。具体的には、バランサ構造は、駆動側バランスシャフトと一体回転するバランサ駆動ギアと、バランサ駆動ギアに噛み合うとともに従動側バランスシャフトと一体回転するバランサ従動ギアとをさらに備えている。
なお、上記文献1のバランサ機構において、従動側バランスシャフトには、駆動機構を介してオイルポンプが連結されている。
オイルポンプが駆動機構を介して従動側バランスシャフトに連結されている構成では、従動側バランスシャフトにとってオイルポンプが負荷となる。そのため、両バランスシャフトが回転している場合、従動側バランスシャフトに設けられているバランサ従動ギアの歯が、バランサ駆動ギアの歯によって押されることによって変形する。この際、負荷が大きいほど、バランサ従動ギアの変形度合いが大きくなる。そして、バランサ従動ギアとバランサ駆動ギアとの間では、変形したバランサ従動ギアの形状が元に戻ることに起因する異音である噛み合い音が発生する。なお、噛み合い音は、駆動側バランサシャフトから従動側バランサシャフトに伝達される駆動トルクが大きいほど大きくなりやすい。
上記課題を解決するための内燃機関のバランサ構造は、内燃機関のクランクシャフトに沿う方向に延びている第1バランスシャフトと、前記クランクシャフトに沿う方向に延びている第2バランスシャフトと、前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられた第1バランサウェイトと、前記第2バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられた第2バランサウェイトと、前記クランクシャフトに一体回転可能な状態で設けられた伝達駆動ギアと、前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられているとともに、前記伝達駆動ギアと噛み合う伝達従動ギアと、前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられたバランサ駆動ギアと、前記第2バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられているとともに、前記バランサ駆動ギアと噛み合うバランサ従動ギアと、前記第1バランスシャフトに設けられているとともに、機関駆動式の補機にトルクを出力する出力部と、を備えている。
上記のバランサ構造では、機関駆動式の補機が、出力部を介して第1バランスシャフトに連結される。そのため、当該補機を駆動させる際の負荷は、第2バランスシャフトではなくて第1バランスシャフトに入力される。これにより、第1バランスシャフトと第2バランスシャフトとのうち、回転させられる側のシャフトである第2バランスシャフトの負荷を小さくできる。そのため、クランクシャフトの回転と同期して両バランスシャフトが回転している場合、バランサ従動ギアの歯がバランサ駆動ギアの歯によって押されてもバランサ従動ギアが変形しにくい。バランサ従動ギアの変形度合いが小さいほど、バランサ従動ギアの変形に起因する噛み合い音が発生しにくい。したがって、バランサ従動ギアの変形に起因する噛み合い音が、バランサ従動ギアとバランサ駆動ギアとの間で発生することを抑制できるようになる。
上記バランサ構造の一例において、前記バランサ駆動ギアの直径及び前記バランサ従動ギアの直径は、前記伝達駆動ギアの直径よりも小さい。
クランクシャフトの回転速度は振動するため、クランクシャフトの回転と同期して回転する第1バランスシャフトの回転速度も振動する。第1バランスシャフトの回転速度が振動すると、バランサ駆動ギアとバランサ従動ギアとの間で歯打ち音が発生するおそれがある。そこで、上記のバランサ構造では、バランサ駆動ギアの直径及びバランサ従動ギアの直径を、伝達駆動ギアの直径よりも小さくした。これにより、バランサ駆動ギアとバランサ従動ギアとの間で歯打ち音が発生することを抑制できる。
クランクシャフトの回転速度は振動するため、クランクシャフトの回転と同期して回転する第1バランスシャフトの回転速度も振動する。第1バランスシャフトの回転速度が振動すると、バランサ駆動ギアとバランサ従動ギアとの間で歯打ち音が発生するおそれがある。そこで、上記のバランサ構造では、バランサ駆動ギアの直径及びバランサ従動ギアの直径を、伝達駆動ギアの直径よりも小さくした。これにより、バランサ駆動ギアとバランサ従動ギアとの間で歯打ち音が発生することを抑制できる。
上記バランサ構造の一例において、前記バランサ駆動ギアは、前記第1バランスシャフトの延びる方向において、当該バランサ駆動ギアと前記出力部との間に前記伝達従動ギアが位置するように設置されている。
上記のバランサ構造では、第1バランスシャフトの延びる方向において、出力部と伝達従動ギアとの間にバランサ駆動ギアを配置する場合と比較し、第1バランスシャフトを長くできる。その結果、第1バランスシャフトに設ける第1バランサウェイトの径を小さくできるとともに、第1バランスシャフトの延びる方向における第1バランサウェイトの長さを長くできる。すなわち、第1バランサウェイトの径を小さくしつつ、第1バランサウェイトのイナーシャを大きくできる。これにより、バランサ駆動ギアとバランサ従動ギアとの間で歯打ち音が発生することの抑制効果を大きくできる。
上記バランサ構造の一例において、前記補機がオイルポンプであるとき、前記第1バランスシャフトは、前記出力部を介してトルクを前記オイルポンプに出力する。
(第1実施形態)
以下、内燃機関のバランサ機構の第1実施形態を図1~図4に従って説明する。なお、以降では、内燃機関のバランサ構造を単に「バランサ構造」という。
以下、内燃機関のバランサ機構の第1実施形態を図1~図4に従って説明する。なお、以降では、内燃機関のバランサ構造を単に「バランサ構造」という。
図1は、本実施形態のバランサ構造を備える内燃機関10を図示している。図1に示す内燃機関10は直列4気筒の内燃機関である。こうした内燃機関10は、オイルパン11とクランクシャフト12とを備えている。オイルパン11は内燃機関10の下部を構成しているとともに、オイルパン11内には内燃機関10内を循環するオイルが貯留されている。クランクシャフト12は、内燃機関10の出力軸であって、オイルパン11よりも上方に配置されている。
<バランサ構造>
図1及び図2を参照し、バランサ構造の構成について説明する。
図1に示すように、バランサ構造は、クランクシャフト12に沿う方向に延びる第1バランスシャフト30及び第2バランスシャフト40を備えている。なお、「沿う」とは、実質的に平行関係にあればよく、製造誤差などによって僅かに傾いているものも含んでいる。
図1及び図2を参照し、バランサ構造の構成について説明する。
図1に示すように、バランサ構造は、クランクシャフト12に沿う方向に延びる第1バランスシャフト30及び第2バランスシャフト40を備えている。なお、「沿う」とは、実質的に平行関係にあればよく、製造誤差などによって僅かに傾いているものも含んでいる。
第1バランスシャフト30及び第2バランスシャフト40は、クランクシャフト12よりも下方にそれぞれ配置されている。詳しくは、第1バランスシャフト30及び第2バランスシャフト40は、オイルパン11の内部にそれぞれ配置されている。また、内燃機関10の上下方向X及びクランクシャフト12の延びる方向の双方と直交する軸Zに沿う方向のうち、一方を「第1横方向Z1」とし、第1横方向Z1の反対方向を「第2横方向Z2」とする。このとき、第1バランスシャフト30は、クランクシャフト12よりも第1横方向Z1に位置している一方、第2バランスシャフト40は、クランクシャフト12よりも第2横方向Z2に位置している。
図1及び図2に示すように、バランサ構造は、伝達駆動ギア21と伝達従動ギア31とを備えている。伝達駆動ギア21は、クランクシャフト12に一体回転可能な状態で設けられている。伝達従動ギア31は、第1バランスシャフト30に一体回転可能な状態で設けられている。また、伝達従動ギア31は伝達駆動ギア21と噛み合う。そのため、クランクシャフト12が回転すると、伝達駆動ギア21及び伝達従動ギア31を介してトルクがクランクシャフト12から第1バランスシャフト30に入力される。これにより、第1バランスシャフト30が回転する。
バランサ構造は、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41とを備えている。バランサ駆動ギア32の直径及びバランサ従動ギア41の直径は、伝達駆動ギア21の直径よりも小さい。
バランサ駆動ギア32は、第1バランスシャフト30に一体回転可能な状態で設けられている。バランサ従動ギア41は、第2バランスシャフト40に一体回転可能な状態で設けられている。また、バランサ従動ギア41はバランサ駆動ギア32と噛み合う。そのため、第1バランスシャフト30が回転すると、バランサ駆動ギア32及びバランサ従動ギア41を介してトルクが第1バランスシャフト30から第2バランスシャフト40に入力される。これにより、第2バランスシャフト40が回転する。この際の第2バランスシャフト40の回転方向は、第1バランスシャフト30の回転方向の逆方向である。しかも、第2バランスシャフト40の回転速度は、第1バランスシャフト30の回転速度と等しい。
バランサ構造は、第1バランサウェイト33と第2バランサウェイト42とを備えている。第1バランサウェイト33は、第1バランスシャフト30に一体回転可能な状態で設けられたウェイトである。第2バランサウェイト42は、第2バランスシャフト40に一体回転可能な状態で設けられたウェイトである。上述したように第2バランスシャフト40の回転方向は第1バランスシャフト30の回転方向の逆方向である。そのため、第1バランサウェイト33及び第2バランサウェイト42は、互いに反対方向に回転しながら第1バランスシャフト30及び第2バランスシャフト40の遠心力をキャンセルする。これにより、内燃機関10で二次振動が発生することが抑制される。
なお、内燃機関10は、機関駆動式の補機としてオイルポンプ15を備えている。本実施形態では、第1バランスシャフト30からオイルポンプ15に駆動トルクが入力されるようになっている。すなわち、第1バランスシャフト30には、出力ギア34が一体回転可能な状態で設けられている。出力ギア34が「出力部」に対応する。出力ギア34は、第1バランスシャフト30のうち、バランサ駆動ギア32を挟んだ伝達従動ギア31の反対側の端部に設置されている。オイルポンプ15の駆動軸16には入力ギア17が一体回転可能な状態で設けられている。入力ギア17は出力ギア34と噛み合う。そのため、第1バランスシャフト30が回転する場合、出力ギア34及び入力ギア17を介してトルクが第1バランスシャフト30からオイルポンプ15にトルクが入力される。これにより、オイルポンプ15が駆動する。
<本実施形態の作用及び効果>
図3を参照し、本実施形態の作用を説明する。図3は、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で発生する噛み合い音の騒音レベルと当該噛み合い音の周波数との関係を示している。図3において、実線は本実施形態のバランサ構造における噛み合い音の騒音レベルと周波数との関係を示している一方、一点鎖線は比較例のバランサ構造における噛み合い音の騒音レベルと周波数との関係を示している。
図3を参照し、本実施形態の作用を説明する。図3は、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で発生する噛み合い音の騒音レベルと当該噛み合い音の周波数との関係を示している。図3において、実線は本実施形態のバランサ構造における噛み合い音の騒音レベルと周波数との関係を示している一方、一点鎖線は比較例のバランサ構造における噛み合い音の騒音レベルと周波数との関係を示している。
比較例のバランサ構造は、第1バランスシャフト30ではなく第2バランスシャフト40に出力ギア34が設けられている点で本実施形態のバランサ構造と相違するものの、それ以外の部分は本実施形態のバランサ構造と略同一の構成である。
図3に示すように、本実施形態のバランサ構造では、比較例のバランサ構造と比較し、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で発生する噛み合い音の騒音レベルが低い。以下にその理由を記載する。
クランクシャフト12の回転に同期して両バランスシャフト30,40が回転している場合、バランサ駆動ギア32の歯にバランサ従動ギア41の歯が押されることによってバランサ従動ギア41が変形する。バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間では、変形したバランサ従動ギア41の形状が元に戻ることに起因する噛み合い音が発生する。比較例のバランサ構造のように第2バランスシャフト40にオイルポンプ15が連結されている場合、オイルポンプ15を駆動させる際の負荷が第2バランスシャフト40に入力される。こうした負荷は第2バランスシャフト40の回転を抑制する力として第2バランスシャフト40に作用する。そのため、バランサ駆動ギア32にバランサ従動ギア41が押された際における当該バランサ従動ギア41の変形度合いが大きくなりやすい。バランサ従動ギア41の変形度合いが大きいほど、噛み合い音の騒音レベルが高くなりやすい。
これに対し、本実施形態のバランサ構造では、第2バランスシャフト40ではなく第1バランスシャフト30にオイルポンプ15が連結されている。そのため、オイルポンプ15を駆動させる際の負荷は、第2バランスシャフト40ではなく第1バランスシャフト30に入力される。その結果、第2バランスシャフト40の回転を抑制する力を、比較例のバランサ構造と比較して小さくできる。これにより、バランサ駆動ギア32にバランサ従動ギア41が押された際の当該バランサ従動ギア41の変形度合いが、比較例のバランサ構造と比較して大きくなりにくい。よって、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で発生する噛み合い音の騒音レベルを、比較例のバランサ構造と比較して低くできる。
したがって、本実施形態のバランサ構造は、バランサ従動ギア41の変形に起因する噛み合い音が、バランサ従動ギア41とバランサ駆動ギア32との間で発生することを抑制できる。
なお、図4には、伝達駆動ギア21と伝達従動ギア31との間で発生する歯打ち音の騒音レベルと当該歯打ち音の周波数との関係を示している。図4において、実線は本実施形態のバランサ構造における歯打ち音の騒音レベルと周波数との関係を示している一方、一点鎖線は比較例のバランサ構造における歯打ち音の騒音レベルと周波数との関係を示している。図4に示すように、本実施形態のバランサ構造では、比較例のバランサ構造と比較し、伝達駆動ギア21と伝達従動ギア31との間で発生する歯打ち音の騒音レベルを低くできる。
本実施形態では、以下に示す効果をさらに得ることができる。
(1-1)内燃機関10では、複数の気筒内で混合気を燃焼させることによって生じた力によってクランクシャフト12が回転されるため、クランクシャフト12の回転速度が振動する。クランクシャフト12の回転速度が振動すると、クランクシャフト12の回転と同期して回転する第1バランスシャフト30の回転速度も振動する。第1バランスシャフト30の回転速度が振動すると、バランサ従動ギア41の回転速度を基準とするバランサ駆動ギア32の相対的な回転速度が変動する。その結果、バランサ駆動ギア32の歯がバランサ従動ギア41の歯に接触したり離間したりするため、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で歯打ち音が発生するおそれがある。
(1-1)内燃機関10では、複数の気筒内で混合気を燃焼させることによって生じた力によってクランクシャフト12が回転されるため、クランクシャフト12の回転速度が振動する。クランクシャフト12の回転速度が振動すると、クランクシャフト12の回転と同期して回転する第1バランスシャフト30の回転速度も振動する。第1バランスシャフト30の回転速度が振動すると、バランサ従動ギア41の回転速度を基準とするバランサ駆動ギア32の相対的な回転速度が変動する。その結果、バランサ駆動ギア32の歯がバランサ従動ギア41の歯に接触したり離間したりするため、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で歯打ち音が発生するおそれがある。
本実施形態のバランサ構造では、バランサ駆動ギア32及びバランサ従動ギア41として、伝達駆動ギア21の直径よりも小さいギアを用いている。これにより、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で歯打ち音が発生することを抑制できる。
(第2実施形態)
バランサ構造の第2実施形態を図5に従って説明する。以下の説明においては、第1実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第1実施形態と同一の部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。
バランサ構造の第2実施形態を図5に従って説明する。以下の説明においては、第1実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第1実施形態と同一の部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。
図5に示すように、本実施形態のバランサ構造は、クランクシャフト12に沿う方向に延びる第1バランスシャフト30A及び第2バランスシャフト40Aを備えている。本実施形態のバランサ構造では、上記第1実施形態のバランサ構造とは第1バランスシャフトに設けた複数のギア31,32,34の配置が相違している。すなわち、第1バランスシャフト30Aの延びる方向を「シャフト延伸方向Y」とする。このとき、バランサ駆動ギア32は、シャフト延伸方向Yにおいて、バランサ駆動ギア32と出力ギア34との間に伝達従動ギア31が位置するように設置されている。
このように複数のギア31,32,34の配置を変更することにより、第1バランスシャフト30Aが、上記第1実施形態の第1バランスシャフト30よりも長くなる。そのため、第1バランサウェイト33Aとして、第1実施形態における第1バランサウェイト33と比較し、径が小さいとともにシャフト延伸方向Yにおける寸法が大きいウェイトを採用できる。
さらに、本実施形態では、第2バランスシャフト40Aが、上記第1実施形態の第2バランスシャフト40よりも長くなる。そのため、第2バランサウェイト42Aとして、第1実施形態における第2バランサウェイト42と比較し、径が小さいとともにシャフト延伸方向Yにおける寸法が大きいウェイトを採用できる。
つまり、本実施形態では、第1バランサウェイト33A及び第2バランサウェイト42Aの径を小さくできるとともに、第1バランサウェイト33A及び第2バランサウェイト42Aのイナーシャを大きくできる。
したがって、本実施形態では、上記第1実施形態と同等の効果に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
(2-1)本実施形態のバランサ構造では、シャフト延伸方向Yにおいて、出力ギア34と伝達従動ギア31との間にバランサ駆動ギア32を配置する場合と比較し、第1バランサウェイト33Aの径を小さくできるとともに、シャフト延伸方向Yにおける第1バランサウェイト33Aの長さを長くできる。すなわち、第1バランサウェイト33Aの径を小さくしつつ、第1バランサウェイト33Aのイナーシャを大きくできる。また、第2バランサウェイト42Aの径を小さくしつつ、第2バランサウェイト42Aのイナーシャを大きくできる。これにより、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で歯打ち音が発生することの抑制効果を大きくできる。
(2-1)本実施形態のバランサ構造では、シャフト延伸方向Yにおいて、出力ギア34と伝達従動ギア31との間にバランサ駆動ギア32を配置する場合と比較し、第1バランサウェイト33Aの径を小さくできるとともに、シャフト延伸方向Yにおける第1バランサウェイト33Aの長さを長くできる。すなわち、第1バランサウェイト33Aの径を小さくしつつ、第1バランサウェイト33Aのイナーシャを大きくできる。また、第2バランサウェイト42Aの径を小さくしつつ、第2バランサウェイト42Aのイナーシャを大きくできる。これにより、バランサ駆動ギア32とバランサ従動ギア41との間で歯打ち音が発生することの抑制効果を大きくできる。
(変更例)
上記複数の実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記複数の実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
上記複数の実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記複数の実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第1バランスシャフトに設けた複数のギア31,32,34の配置は、上記複数の実施形態で説明した配置とは異なる配置であってもよい。
・出力部を介して第1バランスシャフト30,30Aに連結される機関駆動式の補機は、オイルポンプ15でなくてもよい。
・出力部を介して第1バランスシャフト30,30Aに連結される機関駆動式の補機は、オイルポンプ15でなくてもよい。
・バランサ駆動ギア32の直径及びバランサ従動ギア41の直径は、伝達駆動ギア21の直径よりも小さくなくてもよい。
10…内燃機関
12…クランクシャフト
15…オイルポンプ
21…伝達駆動ギア
30,30A…第1バランスシャフト
31…伝達従動ギア
32…バランサ駆動ギア
33,33A…第1バランサウェイト
34…出力ギア
40,40A…第2バランスシャフト
41…バランサ従動ギア
42,42A…第2バランサウェイト
12…クランクシャフト
15…オイルポンプ
21…伝達駆動ギア
30,30A…第1バランスシャフト
31…伝達従動ギア
32…バランサ駆動ギア
33,33A…第1バランサウェイト
34…出力ギア
40,40A…第2バランスシャフト
41…バランサ従動ギア
42,42A…第2バランサウェイト
Claims (4)
- 内燃機関のクランクシャフトに沿う方向に延びている第1バランスシャフトと、
前記クランクシャフトに沿う方向に延びている第2バランスシャフトと、
前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられた第1バランサウェイトと、
前記第2バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられた第2バランサウェイトと、
前記クランクシャフトに一体回転可能な状態で設けられた伝達駆動ギアと、
前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられているとともに、前記伝達駆動ギアと噛み合う伝達従動ギアと、
前記第1バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられたバランサ駆動ギアと、
前記第2バランスシャフトに一体回転可能な状態で設けられているとともに、前記バランサ駆動ギアと噛み合うバランサ従動ギアと、
前記第1バランスシャフトに設けられているとともに、機関駆動式の補機にトルクを出力する出力部と、を備える
内燃機関のバランサ構造。 - 前記バランサ駆動ギアの直径及び前記バランサ従動ギアの直径は、前記伝達駆動ギアの直径よりも小さい
請求項1に記載の内燃機関のバランサ構造。 - 前記バランサ駆動ギアは、前記第1バランスシャフトの延びる方向において、当該バランサ駆動ギアと前記出力部との間に前記伝達従動ギアが位置するように設置されている
請求項2に記載の内燃機関のバランサ構造。 - 前記補機はオイルポンプであり、
前記第1バランスシャフトは、前記出力部を介してトルクを前記オイルポンプに出力する
請求項1~請求項3のうち何れか一項に記載の内燃機関のバランサ構造。
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