JP4984093B2

JP4984093B2 - 動力伝達機構

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Publication number: JP4984093B2
Application number: JP2009032817A
Authority: JP
Inventors: 得鈴木; 健一大石; 直人吉本; 庄栄中嶋; 敏夫成田; 幸弘野村; 知治酒井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010190260A; CN101806245A; CN101806245B

Description

本発明は、アイドラギヤを介して２つのギヤ間に動力を伝達する動力伝達機構において、ギヤシャフトの支持構造に関するものである。

従来より、振動を低減させるためにバランサシャフトを備えたエンジンが知られている。このエンジンでは、クランクシャフトに同期して回転するバランサシャフトを備え、ピストンの往復動に伴う振動を相殺させる。特にディーゼルエンジンのようにトルク変動が大きいエンジンでは、クランクシャフトとバランサシャフトとが正確に同期されるように、これらのシャフト間の動力伝達用にギヤが用いられている場合がある。この場合、クランクシャフトに設けられたクランクギヤとバランサシャフトに設けられたバランサギヤとの間には、アイドラギヤが設けられている場合がある（特許文献１）。

特開２００７−２３９５２１号公報

上記特許文献１のようにアイドラギヤを備えたエンジンでは、アイドラギヤを支持するアイドラギヤシャフトの両端がシリンダブロックとギヤケースとに固定されており、アイドラギヤシャフトとアイドラギヤとの間に軸受け等を設けてアイドラギヤを回転可能にしている構造が一般的である。そして、組立性の向上を図るために、アイドラギヤシャフトの一端部（外側端部）はギヤケースにボルト等により固定される一方、他端部（内側端部）はシリンダブロックに設けられた軸受孔に挿入される構造となっている。更に、アイドラギヤとシリンダブロックとの間には、アイドラギヤの焼きつきを防止するためにスラストプレートが設けられている。このスラストプレートは、アイドラギヤシャフトの他端部に設けられたＤカット部により廻り止めがなされている。

しかしながら、上記のような構造では、Ｄカット部が設けられたアイドラギヤシャフトの他端部が軸受孔に挿入されるので、アイドラギヤシャフトに作用する力の方向が変動することで、Ｄカット部の角部とシリンダブロックの軸受孔の内壁とが繰り返し衝突し、軸受孔の内壁が徐々に摩耗して、ついにはガタツキが発生してしまう虞がある。
本発明の目的は、Ｄカット部を備えたギヤシャフトの廻り止め構造において、Ｄカット部と軸受孔との摩耗を抑制する動力伝達機構を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、入力ギヤを支持する入力ギヤシャフトと、入力ギヤと離間して配置された出力ギヤを支持する出力ギヤシャフトと、軸心が入力ギヤシャフトの軸心と出力ギヤシャフトの軸心とを結ぶ線よりオフセットして配置され、入力ギヤ及び出力ギヤと噛み合って入力ギヤから出力ギヤに動力を伝達するアイドラギヤを回転可能に枢支するとともに、一端部に断面がＤ字状に切り欠かれたＤカット部が形成され、該Ｄカット部が支持部材に設けられた軸受孔に挿入されて回転不能に支持されるアイドラギヤシャフトと、を備えた動力伝達機構において、Ｄカット部は、アイドラギヤと入力ギヤとが噛み合う第１の噛合点とアイドラギヤと出力ギヤとが噛み合う第２の噛合点とを結ぶ第１の線に平行であってアイドラギヤシャフトの軸心を通過する第２の線に対して、第１の噛合点における入力ギヤの回転方向の先方側が該回転方向の反対側より小さく形成されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、アイドラギヤシャフトの軸心に垂直な平面上において、Ｄカット部を除くアイドラギヤシャフトの外周のうち、第２の線に対して回転方向の先方側の部分を第２の線に投影した第１の距離が、第２の線に対して回転方向の反対側の部分を第２の線に投影した第２の距離より大きくなるように、Ｄカット部の周方向位置が設定されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、入力ギヤからアイドラギヤに伝達するトルクが回転方向に対して正負変動し、第１の距離と第２の距離との比が、入力ギヤからアイドラギヤに伝達するトルクの回転方向側の最大値と、回転方向と反対側の最大値との比に一致するように、Ｄカット部の周方向位置が設定されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１または２において、入力ギヤシャフトはエンジンのクランクシャフトであるとともに、出力ギヤシャフトはエンジンのバランサシャフトであることを特徴とする。

本発明の請求項１の動力伝達機構によれば、入力ギヤが回転してアイドラギヤに動力が伝達しているときに、アイドラギヤシャフトには、第１の噛合点における入力ギヤの回転方向と同一の方向に力が作用するので、この回転方向の先方側の部位にその反対側の部位より小さくＤカット部を形成することで、力を受ける面積の減少を抑え、面圧を抑制することができる。よって、アイドラギヤシャフト及び支持部材の軸受孔の内壁の摩耗を抑制することができる。

本発明の請求項２の動力伝達機構によれば、第１の距離が第２の距離より大きくなるようにＤカット部の周方向位置を設定することで、入力ギヤからアイドラギヤへの動力伝達時にアイドラギヤシャフトに受ける力の方向に対応して確実に面圧を抑制することができる。
本発明の請求項３の動力伝達機構によれば、入力ギヤのトルクが変動して正負反転することでアイドラギヤシャフトに作用する力の方向が反転しても、正負夫々の最大値での面圧を一致するように設定でき、アイドラギヤシャフトの全周を最大限利用して面圧を最小限に抑えることができる。

本発明の請求項４の動力伝達機構によれば、バランサシャフトの動力伝達部におけるアイドラギヤシャフトの支持部材の面圧を抑え、支持部材の摩耗を抑制し、耐久性を向上させることができる。

本実施形態に係るエンジンのバランサシャフト駆動部の構造を示す斜視図である。バランサシャフト駆動部の構造を示す正面図である。バランサシャフト駆動部の構造を示す断面図である。アイドラギヤシャフトにおけるＤカット部の周方向位置を示す説明図である。クランクギヤに係るトルクの変動を示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１〜３は本実施形態に係るエンジン１のバランサシャフト２の動力伝達機構部の構造図であり、図１は斜視図、図２は正面図、図３は断面図である。
図１〜３に示すように、本実施形態のエンジン１のクランクケース３の下部には、クランクシャフト４と平行に配置されたバランサシャフト２が設けられている。

バランサシャフト２は、重心が軸心より偏在して形成されており、コネクティングロッドが傾斜していることによりエンジン１のピストンが往復動するに伴って発生する振動を相殺するように、クランクシャフト４に同期して回転駆動される。
クランクシャフト４及びバランサシャフト２は、クランクケース３に回転可能に支持されており、一端部がクランクケース３の側壁３ａより外方に突出している。

クランクシャフト４からバランサシャフト２への動力伝達は、ギヤにより行われる。クランクシャフト４の一端部にはクランクギヤ５が固定されている。一方、バランサシャフト２の一端部にはバランサギヤ６が固定されている。更に、クランクギヤ５とバランサギヤ６との間には、アイドラギヤ７が設けられている。クランクギヤ５、バランサギヤ６及びアイドラギヤ７は、クランクケース３の側壁３ａの外側に近接して同一平面上に配置され、クランクギヤ５とアイドラギヤ７とが噛み合うとともに、バランサギヤ６とアイドラギヤ７とが噛み合うように配置されている。

クランクケース３の下部には、バランサギヤ６及びアイドラギヤ７を覆うギヤカバー８がボルト９により締結されている。ギヤカバー８には、クランクケース３に固定されたときにバランサシャフト２の一端を回転可能に支持するように軸受孔１０が設けられている。
アイドラギヤ７はアイドラギヤシャフト２１に回転可能に枢支されている。アイドラギヤシャフト２１は、クランクシャフト４及びバランサシャフト２と平行に配置され、一端がボルト２２によりギヤカバー８に締結される。アイドラギヤシャフト２１の他端は、クランクケース３の側壁３ａ（支持部材）に設けられた軸受孔２３に隙間なく挿入されて支持される。

アイドラギヤ７とクランクケース３ａの側壁３ａとの間には、アイドラギヤ７の軸方向の移動を受ける円盤状のスラストプレート２４が設けられている。そして、アイドラギヤシャフト２１の軸受孔２３に挿入される側の端部にはＤカット部２５が設けられるとともに、このＤカット部２５と相対するようにスラストプレート２４の軸受孔にもＤカット部が設けられている。したがって、アイドラギヤシャフト２１とスラストプレート２４とは回転不能に係止され、スラストプレート２４の廻り止めがなされている。

図４は、アイドラギヤシャフト２１のＤカット部２５の周方向位置を示す説明図である。
図４に示すように、アイドラギヤシャフト２１の軸心Ｃ1は、クランクシャフト４の軸心Ｃ2とバランサシャフト２の軸心Ｃ3とを結ぶ線Ｌ1より図中右側にオフセットして配置されている。この例では、クランクギヤ５は図中右回転（時計回り）をする。このような配置の場合、アイドラギヤシャフト２１に作用する力は、クランクギヤ５とアイドラギヤ７とが噛み合う第１の噛合点Ｐ1と、バランサギヤ６とアイドラギヤ７とが噛み合う第２の噛合点Ｐ2とを結ぶ線Ｌ2（第１の線）に垂直であってアイドラギヤシャフト２１の軸心Ｃ1を通過する線Ｌ3の延びる方向に作用する。クランクギヤ５が右回転をする本実施形態のエンジン１では、アイドラギヤシャフト２１に作用する力は、線Ｌ3に沿って図中左方向に大きく作用する（図中Ａ）。即ち、線Ｌ2に平行であってアイドラギヤシャフト２１の軸心Ｃ1を通過する線Ｌ4（第２の線）に対して、図中右側より図中左側のアイドラギヤシャフト２１の外周壁が大きく軸受孔２３の内壁より反力を受ける。

図５は、クランクギヤ５のトルクの変動を示すグラフである。図５では、図中上側がクランクギヤ５の正回転方向（右回転方向）、図中下側がクランクギヤ６の負回転方向（左回転方向）であり、エンジン各回転速度におけるトルクの最大値及び最小値（負方向の最大値）を示している。
図５に示すように、エンジン１のクランクギヤ６には、正回転方向だけではなく負回転方向にも、正回転方向よりは少ないもののトルクが発生する。したがって、このようなトルクの反転により、アイドラギヤシャフト２１に作用する力も、図４中左方向（Ａ方向）だけではなく右方向（Ｂ方向）にも作用する。本実施形態のエンジン１では、このクランクギヤ６に係るトルクの最大値がａ、最小値（負方向の最大値）がｂである。

そして、図４に示すように、アイドラギヤシャフト２１に形成するＤカット部２５の周方向位置は、あらかじめ計測した最大値ａ及び最小値ｂに基づいて設定される。
詳しくは、下式（１）に示すように、Ｄカット部２５（図中斜線部）を除くアイドラギヤシャフト２１の外周のうち、線Ｌ4に対して左側の部分を線Ｌ4に投影した距離Ｌa（第１の距離）と、右側の部分を線Ｌ4に投影した距離Ｌb（第２の距離）との比が、クランクギヤ６に係るトルクの最大値ａと最小値ｂとの比に一致するように、Ｄカット部２５の周方向位置が設定される。

Ｌa：Ｌb＝ａ：ｂ・・・（１）
以上のように、Ｄカット部２５の周方向位置を設定することで、アイドラギヤシャフト２１の面圧が、最大値ａの場合と最小値ｂ（反対方向の最大値）の場合とで同程度となる。したがって、アイドラギヤシャフト２１に係る正負反転する力を均一に周壁に分担させて、面圧を抑制することができる。これにより、Ｄカット部２５の角部と軸受孔２３の内壁との接触圧が抑えられ、内壁の磨耗を抑制することができる。

そして、面圧を許容範囲内に抑制するために、アイドラギヤシャフト２１の径を大きくする必要がなく、動力伝達部の小型化を図ることができる。
なお、本実施形態では、クランクギヤ５に係るトルクの最大値ａ及び最小値ｂに基づいてＤカット部２５の周方向位置を設定したが、本願発明はこれに限定するものではない。例えば、上記実施形態において図４中線Ｌ4より右側にＤカット部２５を設けてもよい。このようにすれば、正回転時にクランクギヤ５に係るトルクが最大値ａである場合に、アイドラギヤシャフト２１が軸受孔２３に接触する側である左側周面全体で力を受けることができるので、正回転時における面圧を最大限低減させることができる。また、少なくとも、距離Ｌaが距離Ｌbより大きくなるようにＤカット部２５の周方向位置を設定すれば、正回転時における面圧を低減させることができる。

また、以上の実施形態では、エンジン１のバランサギヤ６とクランクギヤ５との間のアイドラギヤ７を支持するアイドラギヤシャフト２１の支持部に設けているが、本願発明はこれに限定するものではなく、エンジンのタイミングギヤ系等、ギヤシャフトの回り止めとしてＤカット部を備えた他の動力伝達機構にも広く採用することができる。

１エンジン
２バランサシャフト
３クランクケース
３ａ側壁（支持部材）
４クランクシャフト
５クランクギヤ
６バランサギヤ
７アイドドラギヤ
２１アイドラギヤシャフト
２３軸受孔
２５Ｄカット部

Claims

入力ギヤを支持する入力ギヤシャフトと、
前記入力ギヤと離間して配置された出力ギヤを支持する出力ギヤシャフトと、
軸心が前記入力ギヤシャフトの軸心と前記出力ギヤシャフトの軸心とを結ぶ線よりオフセットして配置され、前記入力ギヤ及び出力ギヤと噛み合って前記入力ギヤから前記出力ギヤに動力を伝達するアイドラギヤを回転可能に枢支するとともに、一端部に断面がＤ字状に切り欠かれたＤカット部が形成され、該Ｄカット部が支持部材に設けられた軸受孔に挿入されて回転不能に支持されるアイドラギヤシャフトと、を備えた動力伝達機構において、
前記Ｄカット部は、前記アイドラギヤと前記入力ギヤとが噛み合う第１の噛合点と前記アイドラギヤと前記出力ギヤとが噛み合う第２の噛合点とを結ぶ第１の線に平行であって前記アイドラギヤシャフトの軸心を通過する第２の線に対して、前記第１の噛合点における前記入力ギヤの回転方向の先方側が該回転方向の反対側より小さく形成されることを特徴とする動力伝達機構。
前記アイドラギヤシャフトの軸心に垂直な平面上において、前記Ｄカット部を除く前記アイドラギヤシャフトの外周のうち、前記第２の線に対して前記回転方向の先方側の部分を前記第２の線に投影した第１の距離が、前記第２の線に対して前記回転方向の反対側の部分を前記第２の線に投影した第２の距離より大きくなるように、前記Ｄカット部の周方向位置が設定されることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
前記入力ギヤから前記アイドラギヤに伝達するトルクが前記回転方向に対して正負変動し、
前記第１の距離と前記第２の距離との比が、前記入力ギヤから前記アイドラギヤに伝達するトルクの前記回転方向側の最大値と、前記回転方向と反対側の最大値との比に一致するように、前記Ｄカット部の周方向位置が設定されることを特徴とする請求項２に記載の動力伝達機構。
前記入力ギヤシャフトはエンジンのクランクシャフトであるとともに、
前記出力ギヤシャフトは前記エンジンのバランサシャフトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動力伝達機構。