JP6125813B2 - バランサシャフト、および燃焼機関 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲のプリアンブルに従った、少なくとも１つのアンバランス部と少なくとも１つのベアリングポイントを有する燃焼機関のバランサシャフトに関する。本発明は、さらに、少なくとも１つのそのようなバランサシャフトを有する燃焼機関に関する。

特許文献１によって、多気筒エンジンのための、少なくとも１つのアンバランス部と少なくとも１つのベアリングポイントを有する一般的なバランサシャフトが知られている。上記少なくとも１つのアンバランス部は、ベアリングポイントに配置されている。ベアリングポイント自体は、部分的にだけ、ベアリングポイントの周囲に延びる放射方向のランニングサーフェスを有し、バランサシャフトの回転による遠心力が、ベアリングポイントの周囲に部分的に延びるランニングサーフェスを通じて形成されるベアリングポイントの領域内に位置する。これは、多気筒エンジンの場合に、全重量および慣性質量を軽減しつつ、所望のアンバランス補償を維持するバランサシャフトを作り出すためである。

特許文献２によって、さらに、一般的なバランサシャフトが知られている。これにおいては、部分的に形成されたランニングサーフェスがランニングリングセグメントに配置され、それは、ベアリングポイントの部分的に形成されたランニングサーフェスに続き、そして上記と完全に閉じたランニングサーフェスを形成する。さらに、ランニングリングセグメントの幅を画する少なくとも１つの横方向の縁部が設けられ、それは部分的に形成されたランニングサーフェスに延び、自己支持デザインとなる。これもまた、全重量を軽減しつつ、アンバランス補償を維持するためである。

さらなるバランスシャフトは、例えば、特許文献３、特許文献４、および特許文献５によって知られている。

国際公開第２００７／１２１８６１号 国際公開第２００８／１５１７２３号 米国特許第７，４４４，９７６号明細書 欧州特許第１ ７７５ ４８４号明細書 欧州特許第２ ０１７ ４８６号明細書

これらの特に知られたバランサシャフトの欠点は、それらの複雑で、したがって高価な製造である。

本発明は、したがって、一般的なタイプのバランサシャフトの改良された、または少なくとも代替された実施例を提示するという課題を扱い、特に、合理的で安価な製造、および同時に軽量によって特徴付けられる。

本発明によれば、この問題は、独立請求項の主題を通じて解決される。有利な実施例は従属請求項の主題である。

本発明は、バランサシャフトのベアリングポイントの領域に、横断開口を設けるという一般的なアイデアに基づく。これは、一方で重量を軽減し、他方で、発明のバランサシャフトが、通常の鍛造ツールで容易に鍛造され得、それゆえ簡潔で、安価に製造し得るように、ベアリングポイントの領域に配置されたベアリング表面を構成する。本発明のバランサシャフトのための鍛造機械は、上型と下型の重量分散が（ほとんど）同じになるように選択される。これは、従来の鍛造との実質的な相違である。本発明のバランサシャフトの利点は、より経済的な製造である（フローコンディションなどが改良された滑らかな（even）ダイ）。この場合の横断開口は、ベアリングポイントの周囲に部分的に延びる第１ベアリング表面部と、同様に周囲に部分的に延びる第２ベアリング表面部とを分離し、２つのベアリング表面部を、バランサシャフト全体が１つの対応するダイ内で、また１つの鍛造ダイによる１つの工程で鍛造できるように分割する。特に、そのように構成されるバランサシャフトは、シャフトの鍛造自体を不可能にする鍛造方向に走るアンダーカット輪郭を有しない。本発明のバランサシャフトによれば、いくつかの際立った利点が同時に達成される。すなわち、一方で、バランサシャフト自体が軽量化できて慣性質量（moved masses）を低減でき、他方で、加えて、本発明のバランサシャフトは簡単、正確、およびさらに安価に製造され得る。

本発明の解決の有利なさらなる発展では、バランサシャフトは鍛造され、横断開口は、鍛造方向に平行に設けられる。本発明のバランサシャフトの製造は、例えば、適切な形状の鍛造ダイが、形成される鍛造材料を対応するダイに押し付けるダイ鍛造プロセスにおいて行われ得る。この場合、通過開口は、特に鍛造される材料の横断移動（transverse displacing）を可能にし、その結果、特にベアリング表面部が容易に鍛造される。

本発明の解決の有利なさらなる発展では、第２ベアリング表面部は、軸方向に短く、すなわち、第１ベアリング表面部よりもバランサシャフトの横断方向において狭く見えるようにデザインされる。この場合の異なるサイズのベアリング表面部は、異なる負荷の場合にもたらされる。なぜならば、第２ベアリング表面部は、第１ベアリング表面部よりもかなり小さなアンバランスウェイトに設定されるからである。個々のベアリング表面の領域負荷（area loading）は、２つのベアリング表面部の異なるサイズ、およびそれぞれの場合に割り当てられる異なるアンバランスウェイトゆえに、好ましくは（preferentially）等しい。２つのベアリング表面部は、このようにして、それぞれの吸収すべき負荷に合致する。ベアリング表面部の異なる幅を通じて、ベアリング表面部の領域に設けられるころ軸受、例えばニードルベアリングのかなり改善された潤滑が生じ、その結果、バランサシャフト自体が容易に、そして省エネルギなように組み付けられ得る。

本発明の解決の有利なさらなる発展では、横断開口は、バランサシャフトの軸心から離れて設けられる。これは、小さな第２ベアリング表面部は、軸心からずれた横断開口によって、かなり小さなアンバランスウェイトに設定されるのに対し、第１ベアリング表面部に比較的大きなアンバランスウェイトを割り当てることを可能にする。本発明のバランサシャフトは、このように、ベアリングポイントの領域自体に、対応するアンバランスウェイトを有し、これによって、隣接するアンバランス部が、そのウェイトを低減され得る。

本発明の解決の有利なさらなる発展では、第２ベアリング表面部は、軸方向に互いに間隔を空けた２つのウェブによって保持されている。ここで、横断開口は、四角形、三角形、または台形状（trapezium-shaped）であり得る。この（限定的でない）列挙は、もとより横断開口の構成がほとんどランダムに自由に選択され、これによって、生じるそれぞれの負荷に個々に適合され得ることを示している。横断開口自体は、通常、対応する関連した鍛造ダイが出入り可能なように、同一の連続した断面を有している。

実際的には、バランサシャフトは、ステディレストアプリケーション部（steady rest application portion、Luenettenangriffsabschnitt）を有している。そのような張り出したステディレストアプリケーション部は、設けられ得るが、必須ではなく、通常、この領域においてコネクティングロッドに対するバランサシャフトの回避が必要な場合に設けられるだけである。そのようなステディレストアプリケーション部は、さらに、何らかの条件下で必要になり得るこれらのリワーキング（reworking）の間、２つの端部領域に加えて、バランサシャフトの保持を可能にする。張り出したステディレストアプリケーション部を通じて、アンバランスウェイトの分散がさらに可能となる。この場合におけるステディレストアプリケーション部からアンバランス部分またはベアリングポイントへの遷移は、好ましくは互いに流れるようにしてマージされて構成される。

本発明の装置のさらに重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面に基づく図示の関連する記述から生じる。

上記の特徴および以下に説明される特徴は、それぞれの述べられた組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、または単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく用い得ることは理解されるべきである。

本発明の好ましい例示的実施例は、図面中に図示され、以下の記述中でより詳しく説明される

ベアリングポイントの領域に設けられた台形状の横断開口を有する本発明の類似するバランサシャフトを示す。 さらに可能な、ベアリングポイントの領域の三角形状の横断開口を有する本発明のバランサシャフトの実施例を示す。 それぞれわずかに変形した図１に類似するシャフトを示す。 さらに可能な本発明のバランサシャフトの実施例を示す。 本発明ではないバランサシャフトの変形例を示す。

図１〜図４に示すように、図示しない燃焼機関のための本発明のバランスシャフト１は、いくつかのアンバランス部２・３と、２つのベアリングポイント４・５とを有している。それぞれのベアリングポイント４・５は、少なくとも１つのアンバランス部２・３に配置されている。本発明では、バランスシャフト１は、ベアリングポイント４・５に横断開口６・６’を有している。それは、第１ベアリング表面部７を第２ベアリング表面部８から分離する。この場合に本発明に従って設けられる横断開口６・６’は、いくつかの重要な利点をもたらす。すなわち、一方で、それらはベアリングポイント４・５の領域で重量を軽減し、その結果、バランスシャフト１も軽量に設計でき、これによって、より省エネルギに運転される。他方では、横断開口６・６’は、従来のダイと関連する鍛造ダイによるバランスシャフト１の鍛造を可能にし、その結果、バランスシャフト１は正確なだけでなく、比較的安価に製造される。この場合の横断開口６・６’は、通常、鍛造方向に平行に設けられる。

図１〜図４に示すように、２つの横断開口６・６’が、それぞれ示されるバランスシャフト１に設けられているが、本発明のバランスシャフト１は、単に１つのベアリングポイント４・５、または２つよりも多くのベアリングポイント４・５を含むことも、明らかに想定される。横断開口６・６’は、さらに、中心からずれて、すなわちバランスシャフト１の長手方向の軸からずれて配置され、その結果、バランスシャフト１自身がベアリングポイント４・５の領域でアンバランスを有し、そこで、特に近傍のアンバランス部２・３が、その重量を軽量化され得る。

図１〜図４に示す本発明のバランスシャフト１を考慮すれば、第２ベアリング表面部８は、第１ベアリング表面部７よりも小さな円周角（circumference angle）に亘って延び
ていることが明らかである。オプショナリには、第２ベアリング表面部８は、また、バランスシャフト１の軸方向に短く、すなわち、例えば図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ａ）のバランスシャフト１によって示されるように、第１ベアリング表面部７よりも横断方向で狭く見えるように、設計することも可能である。また、例えば図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されるように、第２ベアリング表面部８が第１ベアリング表面部７よりも広い逆の実施例も、また、考えられる。しかし、通常は、それぞれのベアリング表面部７・８のサイズは、それぞれのベアリングの吸収されるべき負荷に適合され、純粋に領域の点から見て、その低いアンバランスウェイトによって、第２ベアリング表面部８によって吸収されるべき負荷は小さいため、第１ベアリング表面部７は第２ベアリング表面部８よりも大きく設計される。

本発明の全てのバランスシャフト１は、共通に、横断開口６・６’がバランスシャフト１の中心の軸からずれて配置されている。その結果、第１ベアリング表面部７に設定されるアンバランスウェイトは、第２ベアリング表面部８に設定されるアンバランスウェイトよりもかなり大きい。さらに、全てのバランスシャフト１は単一の部材として、すなわち、１つの材料から一体的に製造される。その結果、製造が合理化される。この場合の第２ベアリング表面部８は、２つのウェブ９・１０によって、軸方向に互いに間隔を空けて保持され、それぞれ対応する横断開口６・６’のマージンを形成する。この場合の２つのウェブ９・１０は、例えば図１〜図３（ｂ）のバランスシャフト１によって示されるようにセミサークルのように、または図４のバランスシャフト１によって示されるように単に純粋な放射状のウェブとして設計され得る。横断開口６・６’は、一般に、その形状において、例えば図２（ａ）および図２（ｂ）のバランスシャフト１によって示されるように、四角形状に、特に長方形状、または台形状に、または三角形状に設計され得る。長手方向端部１１では、バランスシャフト１は、駆動要素、例えば図示しない歯車に回転固定的に結合され得、バランスシャフト１が例えば燃焼機関のクランクシャフトを介して駆動される。２つのベアリングポイント４・５の間には、さらに、張り出したステディレストアプリケーション部１２が設けられ得る。それは、図示しないコネクティングロッドに対するバランスシャフト１の回避を可能にする。さらに、ステディレストアプリケーション部１２は、バランスシャフト１の特にそのリワーキングにおける保持を可能にする。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明のバランスシャフト１に関しては、比較的狭い第２ベアリング表面部８によって、ベアリングポイント４・５のかなり改善された潤滑も達成される。本発明のバランスシャフト１の材料としては、例えば「rolling bearing steel C56E2」が可能である。それぞれ異なる図１〜図４に示される本発明の個々のバランスシャフト１は、例えば全体の重量、直径、密度、または回転質量が異なる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）では、さらにバランスシャフト１’の実施例が示されるが、これらは、本発明の主題ではなく、ベアリングポイント４’・５’に連続したベアリング表面を有している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるバランスシャフト１’は、同様に単一の鍛造工程で製造され得るが、ダイの分割は、９０°回転されている。図５（ｃ）のバランスシャフト１’は、それぞれのベアリングポイント４’・５’の領域における、その領域での重量が低減されるための軸方向穴１３を示している。そのような重量軽減は、図５（ａ）に示されるバランスシャフト１’にも明らかに同様に示され、ベアリング表面の円周方向のテーパリングは、やはりベアリングポイント４’・５’の明らかに改善された潤滑を可能にする。

本発明のバランスシャフト１によれば、重量を軽減して製造され得るだけでなく、運転中のエネルギ的有利ももたらし、しかし、また、同時に簡素に設計され、よってより安価に、特に単一の鍛造工程で製造される。概して、この場合には、本発明のバランスシャフト１は、レシプロピストンエンジンの慣性力（free mass forces）を公知のように低減または除去するように働き、これによって、運転中のノイズおよび振動を低減する。バランスシャフト１によって発生されるマスフォースは、それらのクランクドライブを相殺する。ほとんどの場合、燃焼機関のタイプに応じて、シングルまたはダブルのクランクシャフトに連動する１つまたは２つのバランスシャフト１が用いられる。

Claims (10)

1. 少なくとも１つのアンバランス部（２・３）と、少なくとも１つのベアリングポイント（４・５）を有し、少なくとも１つのアンバランス部（２・３）が、少なくとも１つのベアリングポイント（４・５）に配置された燃焼機関のバランスシャフト（１）であって、
   ベアリングポイント（４・５）におけるバランスシャフト（１）は、第１ベアリング表面部（７）を第２ベアリング表面部（８）から分離する横断開口（６・６’）を有していることを特徴とするバランサシャフト（１）。
2. 請求項１のバランサシャフト（１）であって、
   バランスシャフト（１）は、鍛造され、横断開口（６・６’）は、鍛造方向に平行に設けられていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   第２ベアリング表面部（８）は、第１ベアリング表面部（７）よりも小さな円周角に亘って延びていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
4. 請求項１から請求項３のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   第２ベアリング表面部（８）は、第１ベアリング表面部（７）よりも軸方向に短く、横断方向において狭く設定されていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   横断開口（６・６’）が、バランスシャフト（１）の軸中心からずれて配置されていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
6. 請求項１から請求項５のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   バランスシャフト（１）は、単一の部材から製造されていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
7. 請求項１から請求項６のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   第２ベアリング表面部（８）は、軸方向に互いに間隔を空けた２つのウェブ（９・１０）によって保持され、それぞれ横断開口（６・６’）のマージンを形成することを特徴とするバランサシャフト（１）。
8. 請求項７のバランサシャフト（１）であって、
   ２つのウェブ（９・１０）は、半円板状に形成されていることを特徴とするバランサシャフト（１）。
9. 請求項１から請求項８のうち何れか１項のバランサシャフト（１）であって、
   バランスシャフト（１）は、端部にクランクシャフト側の歯車に結合可能な歯車を有し、および／または、
   バランスシャフト（１）は、２つのベアリングポイント（４・５）の間に、張り出したステディレストアプリケーション部（１２）を有し、および／または
   横断開口（６・６’）が四角形状、三角形状、または台形状であることを特徴とするバランサシャフト（１）。
10. 請求項１から請求項９のうち何れか１項の少なくとも１つのバランサシャフト（１）を有することを特徴とする燃焼機関。
    

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