(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸によって回転駆動されるバランサ軸を備える内燃エンジンにおいて、
前記バランサ軸をウェイト部と、それ以外の非ウェイト部であって、前記バランサ軸の軸方向での長さが前記ウェイト部より短い非ウェイト部とに分割するとともに、両者の間にダンパー手段を介設し、
前記非ウェイト部に、前記クランク軸のギヤと噛み合うギヤと、当該ギヤと一体的に回転し、カム軸に回転を伝達するスプロケットとを設け、
前記ウェイト部に、前記スプロケットとは前記非ウェイト部の前記ギヤを挟んで反対側に位置し、前記非ウェイト部の前記ギヤと前記バランサ軸の軸方向に対向する、前記バランサ軸より大径のフランジを設け、
前記フランジと前記非ウェイト部の前記ギヤとの間に、前記ダンパー手段を構成する複数のスプリングを、前記バランサ軸を囲む周方向に配置し、
前記フランジの前記ギヤと対向する端面と、前記ギヤの前記フランジと対向する端面とに、前記複数のスプリングをそれぞれ収容する複数の溝を、前記バランサ軸を囲む周方向に等間隔で形成することを特徴とする内燃エンジン。
【請求項２】
前記フランジにバランスウェイトが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
【請求項３】
前記バランサ軸に設けられた前記ギヤにシザースギヤを組み込んだことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸によって回転駆動されるバランサ軸を備える内燃エンジンの前記バランサ軸の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＨＣ（オーバーヘッド・カムシャフト）式の動弁機構を採用する４サイクルエンジンにあっては、クランク軸の回転は一般にチェーン伝動機構によってカム軸に伝達され、該カム軸が回転することによって吸・排気バルブが所定のタイミングで開閉されてシリンダ内で所要のガス交換がなされる。
【０００３】
ところで、補機類の配置の関係でクランク軸の回転を中間軸を介してカム軸に伝達する構成を採用する内燃エンジンが提案されるが、この種の内燃エンジンにおいては中間軸をバランサ軸としても利用して振動の低減を図ることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
而して、クランク軸によって回転駆動されるバランサ軸への駆動力の伝達はギヤ、チェーン、タイミングベルト等によってなされるが、特にクランク軸の回転をギヤを介してバランサ軸に伝達する方式を採用する場合には、クランク軸のトルク変動がそのままバランサ軸に伝達されて騒音が発生したり、バランサ軸系の耐久性に悪影響が生じる等の問題が発生していた。特に、バランサ軸のバランスウェイトに発生する回転モーメントが大きい場合やバランサ軸で補機類を駆動する場合には前記問題が顕著であった。
【０００５】
従って、本発明の目的とする処は、クランク軸のトルク変動のバランサ軸への伝達を遮断して騒音の低減とバランサ軸系の耐久性向上を図ることができる内燃エンジンのバランサ軸構造を提供することにある。
【０００６】
ところで、クランク軸の回転をバランサ軸を介してカム軸に伝達する構成を採用する内燃エンジンにおいては、吸・排気バルブの開閉タイミングに正確を期すためにバランサ軸上でギヤ単体が振れる構成を採用することは不可能である。
【０００７】
従って、本発明の目的とする処は、吸・排気バルブの開閉タイミングにズレを発生させることなく、クランク軸のトルク変動のバランサ軸への伝達を遮断することができる内燃エンジンのバランサ軸構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、クランク軸によって回転駆動されるバランサ軸を備える内燃エンジンにおいて、前記バランサ軸をウェイト部とそれ以外の非ウェイト部とに分割するとともに、両者の間にダンパー手段を介設したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記クランク軸の回転を入力するギヤとカム軸に回転を伝達するスプロケットを前記バランサ軸の非ウェイト部に設けてもよい。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記バランサ軸に設けられたギヤにシザースギヤを組み込んでもよい。
【００１１】
本発明によれば、クランク軸のトルク変動はバランサ軸のウェイト部とそれ以外の非ウェイト部間に介設されたダンパー手段によるダンパー効果によって効果的に吸収されるため、クランク軸のトルク変動のバランサ軸への伝達が遮断されて騒音の低減とバランサ軸系の耐久性向上が図られる。
【００１２】
又、クランク軸の回転を入力するギヤとカム軸に回転を伝達するスプロケットをバランサ軸の非ウェイト部に設ける上記態様によれば、クランク軸の回転はダンパー手段を迂回してギヤを介してバランサ軸の非ウェイト部に直接伝達され、該非ウェイト部の回転はスプロケット及びチェーンを介してカム軸に伝達されるため、クランク軸の回転がカム軸に正確に伝達されて両軸間に位相差が発生することがなく、従って、カム軸によって駆動される吸・排気バルブの開閉タイミングにズレが発生することがない。
【００１３】
更に、バランサ軸に設けられたギヤにシザースギヤを組み込む態様によれば、バランサ軸側のギヤとクランク軸側のギヤ間にバックラッシュが発生せず、クランク軸の回転がバランサ軸に高精度に伝達される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るバランサ軸構造を備える内燃エンジンの縦断面図、図２は同内燃エンジンの補機駆動系及びカム−クランク駆動系の構成を示す破断面図である。
【００１６】
図１に示す内燃エンジン１は自動車用の４サイクル直列５気筒エンジンであって、そのシリンダブロック２には５つのシリンダ３が図１の紙面垂直方向に並設されており、各シリンダ３内にはピストン４が摺動自在に嵌装されている。そして、ピストン４は図１の紙面垂直方向に長く配されたクランク軸５にコンロッド６を介して連結されている。尚、クランク軸５は、シリンダブロック２とこれの下部に被着されたオイルパン７によって形成されるクランク室８内に回転自在に収納されている。
【００１７】
又、図１に示すように、シリンダブロック２の上部に被着されたシリンダヘッド９には各気筒毎に吸気通路１０と排気通路１１がそれぞれ形成されており、シリンダヘッド９には吸気通路１０に連なるインテークマニホールド１２が結着されるとともに、排気通路１１に連なるエキゾーストマニホールド１３が結着されている。尚、インテークマニホールド１２の先端にはサージタンク１４が取り付けられている。
【００１８】
そして、上記吸気通路１０と排気通路１１は各気筒のシリンダ３に吸気ポート１０ａ、排気ポート１１ａとしてそれぞれ開口しており、これらの吸気ポート１０ａと排気ポート１１ａは吸気バルブ１５と排気バルブ１６によってそれぞれ適当なタイミングで開閉される。即ち、吸気バルブ１５と排気バルブ１６は不図示のバルブスプリングによってそれぞれ閉じ側に付勢されており、これらはシリンダヘッド９の上部に回転自在に配された図１の紙面垂直方向に長いカム軸１７，１８に一体に形成されたカム１７ａ，１８ａにそれぞれ当接しており、カム軸１７，１８が回転駆動されることによって前述のように吸気ポート１０ａ、排気ポート１１ａをそれぞれ適当なタイミングで開閉して所要のガス交換を行う。
【００１９】
ところで、図２に示すように、前記クランク軸５の一端にはクランクダンパー１９が取り付けられており、同クランク軸５の前方（図１の左方）斜め上方には第１中間軸としてのバランサ軸２０がクランク軸５と平行に、且つ、クランク軸５に対して吸気側にオフセットして回転自在に配されている。そして、このバランサ軸２０の前記クランクダンパー１９が設けられる側の一端には補機駆動プーリ２１が取り付けられている。
【００２０】
又、図２に示すように、上記バランサ軸２０の一端側には大径のギヤ２２と小径のスプロケット２３が設けられており、大径のギヤ２２はクランク軸５の中間部に結着された同径のギヤ２４に噛合している。
【００２１】
他方、シリンダヘッド９の吸気側には第２中間軸２５がクランク軸５及びバランサ軸２０と平行、且つ、回転自在に配されており、該第２中間軸２５の一端にはスプロケット２６が、他端にはスプロケット２７がそれぞれ結着されている。そして、スプロケット２６と前記スプロケット２３の間には無端状のチェーン２８が巻装されている。
【００２２】
又、前記カム軸１７，１８の各端部にはスプロケット２９，３０がそれぞれ結着されており、これらのスプロケット２９，３０と前記スプロケット２７の間には無端状のチェーン３１が巻装されている。尚、図２に示すように、吸気側のカム軸１７の端部にはＶＶＴ（油圧式可変バルブタイミング装置）３２が取り付けられている。又、図１に示すように、チェーン３１には不図示のウォータポンプの入力軸に結着されたスプロケット３３が外側から押し付けられて噛合せしめられている。
【００２３】
ところで、図１に示すように、前記チェーン２８，３１はクランク軸５の軸方向から見てこれらがシリング３にオーバーラップしない（つまり、シリンダ３を横切らない）ようシリンダ３の外側方（吸気側）に配置されている。又、図２に示すように、チェーン２８，３１はクランク軸５の軸方向長さの範囲内に配置されている。
【００２４】
而して、図１に示すように、シリンダブロック２の吸気側には前記バランサ軸２０を収納するバランサ軸室３４が形成されており、該バランサ軸室３４はシリンダブロック２の吸気側の側壁に形成された開口部を介して開口しており、開口部は脱着可能なカバー３５によって覆われている。
【００２５】
ところで、当該内燃エンジン１においては、図１に示すように、吸気側の一側（図１の奥側）には補機であるオルタネータ３６とエアコン用コンプレッサー３７が配設されており、これらとアイドラプーリ３８及びテンションプーリ３９の間には無端状のベルト４０が巻装されている。尚、本実施例の形態においては、第２中間軸２５の端部に不図示のパワーステアリングポンプが直結されている。
【００２６】
ここで、バランサ軸２０の構造の詳細を図３〜図６に基づいて説明する。尚、図３はバランサ軸の破断側面図（図４のＡ−Ａ線断面図）、図４は同バランサ軸の破断正面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は同バランサ軸の分解斜視図である。
【００２７】
本実施の形態においては、図３に示すように、バランサ軸２０は長尺のウェイト部２０Ａとそれ以外の短尺の非ウェイト部２０Ｂに２分割されており、ウェイト部２０Ａの非ウェイト部２０Ｂに対向する一端外周にはフランジ４１が一体に形成され、その中心部には円孔状の嵌合穴４２が形成されている。
【００２８】
又、バランサ軸２０のウェイト部２０Ａの外周には３つのジャーナル部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが軸方向に適当な間隔で形成されており、隣接するジャーナル部２０ａと２０ｂの間には半円柱状のバランスウェイト４３が一体に形成され、他のジャーナル部２０ｃを挟んでこれの前後にはバランスウェイト４４，４５が前記バランスウェイト４３に対して１８０°の位相差をもって一体に形成されている。ここで、半円柱状の一方のバランスウェイト４４はウェイト部２０Ａの外周に一体に形成され、他方のバランスウェイト４５は前記フランジ４１に一体に形成されている。そして、図６に示すように、ウェイト部２０Ａの端部に一体に形成されたフランジ４１の外端面には略矩形状の２種類の溝４６，４７が各３つずつ等角度ピッチ（１２０°ピッチ）で交互に形成されるとともに、３つのボルト穴４８が等角度ピッチで形成されている。
【００２９】
一方、バランサ軸２０の前記非ウェイト部２０Ｂの軸方向中間部には前記ギヤ２２が一体に形成されており、該ギヤ２２から前方（図３の左方）には小径の嵌合軸部４９が一体に延出しており、ギヤ２２の後方部分の外周にはジャーナル部２０ｄが形成されている。そして、この非ウェイト部２０Ｂの端部には前記スプロケット２３とクランクタイミング調整用のプレート５０が嵌着されている。
【００３０】
そして、図６に示すように、上記ギヤ２２には周方向に長い３つの長孔５１が等角度ピッチで貫設されており、同ギヤ２２の前記ウェイト部２０Ａのフランジ４１に対向する端面には矩形状の２種類の溝５２，５３が各３つずつ等角度ピッチで交互に形成されている。
【００３１】
而して、バランサ軸２０は、図３に示すように非ウェイト部２０Ｂに形成された嵌合軸部４９をウェイト部２０Ａの嵌合穴４２に嵌め込み、ウェイト部２０Ａのフランジ４１と非ウェイト部２０Ｂのギヤ２２を連結することによって組み立てられるが、フランジ４１とギヤ２２との間には、クランク軸５側の前記ギヤ２４に噛合するリング状のシザースギヤ５４と皿バネ６５が介設されている。又、ギヤ２２及びシザースギヤ５４とフランジ４１との間には２種のコイルスプリング５５，５６と円筒状のスペーサ５７がそれぞれ３つずつ介設されている。尚、シザースギヤ５４はクランク軸５側のギヤ２４との噛合において発生するバックラッシュを無くして騒音低減等を図るものであって、バックラッシュが無くなることによってクランク軸５の回転がバランサ軸２０に高精度に伝達される。ここで、シザースギヤ５４は前記コイルスプリング５５によって一回転方向に付勢されており、図６に示すように、該シザースギヤ５４には各３つの長孔５８と矩形孔５９，６０が等角度ピッチで交互に貫設されている。
【００３２】
そして、バランサ軸２０が図３に示すように組み付けられた状態においては、ウェイト部２０Ａのフランジ４１に形成された溝４６，４７とシザースギヤ５４に貫設された矩形孔５９，６０及び非ウェイト部２０Ｂのギヤ２２に形成された溝５２，５３とでそれぞれ形成される矩形状の各空間には、図４及び図５に示すように前記コイルスプリング５５，５６が周方向に配列されて収納されている。
尚、各コイルスプリング５６の両端にはキャップ６１が被着されている。
【００３３】
而して、上述のように各空間にコイルスプリング５５，５６をそれぞれ収納した状態で、前記各スペーサ５７の端面にワッシャ６２を当ててボルト６３をこれらのスペーサ５７とワッシャ６２に通し、これらをギヤ２２とシザースギヤ５４にそれぞれ形成された長孔５１，５８に挿入してボルト６３をフランジ４１に形成された前記ボルト穴４８にねじ込むことによってフランジ４１とギヤ２２及びシザースギヤ５４が連結されてウェイト部２０Ａと非ウェイト部２０Ｂが一体化され、これによってバランサ軸２０が組み付けられる。
【００３４】
上述のように、バランサ軸２０が組み付けられた状態では、ウェイト部２０Ａのフランジ４１と非ウェイト部２０Ｂのギヤ２２及び両者の間に介設されたシザースギヤ５４との間には、前記コイルスプリング５５，５６とスペーサ５７が介設されている。従って、バランサ軸２０においては、ウェイト部２０Ａと非ウェイト部２０Ｂとはダンパー手段を構成するコイルスプリング５６の圧縮変形によってスペーサ５７が各長孔５１，５８を移動し得る範囲で相対回転が可能であり、コイルスプリング５６の弾性変形によって所期のダンパー効果が得られて後述のようにクランク軸５のトルク変動が吸収される。
【００３５】
以上において、当該内燃エンジン１が作動してクランク軸５が回転駆動されると、該クランク軸５の回転は同径のギヤ２４，２２を介してバランサ軸２０に伝達され、該バランサ軸２０がクランク軸５と同速度で回転駆動されるが、本実施の形態ではバランサ軸２０をウェイト部２０Ａと非ウェイト部２０Ｂに２分割して両者の間にダンパー手段を構成するコイルスプリング５６を介設したため、クランク軸５のトルク変動はコイルスプリング５６のダンパー効果によって吸収され、バランサ軸２０側へのトルク変動の伝達が遮断されて騒音の低減とバランサ軸２０の耐久性向上が図られる。
【００３６】
而して、バランサ軸２０の回転は補機駆動プーリ２１及びベルト４０を介してオルタネータ３６及びエアコン用コンプレッサー３７に伝達されてこれらが回転駆動される。尚、当該内燃エンジン１には、図１に示すように補機としてオイルポンプ６４も設けられているが、該オイルポンプ６４へはバランサ軸２０の回転が不図示の伝達機構を介して伝達され、これによって該オイルポンプ６４が駆動されてオイルがエンジン１の各部に供給される。
【００３７】
又、バランサ軸２０の回転はスプロケット２３、チェーン２８及びスプロケット２６を介して減速されて第２中間軸２５に伝達され、該第２中間軸２５に直結された不図示のパワーステアリングポンプが駆動される。更に、この第２中間軸２５の回転はスプロケット２７、チェーン３１及びスプロケット２９，３０を介して更に減速されてカム軸１７，１８にも伝達され、これらのカム軸１７，１８が回転駆動されることによって前述のように吸気バルブ１５と排気バルブ１６が吸気ポート１０ａと排気ポート１１ａをそれぞれ適当なタイミングで開閉して所要のガス変換を行う。そして、更にチェーン３１の駆動によってスプロケット３３が回転し、これによって不図示のウォーターポンプが駆動されて内燃エンジン１内に冷却水が循環せしめられる。尚、本実施の形態では、バランサ軸２０の一端に設けられたジャーナル部２０ｄの近傍にスプロケット２３を配置したため、該スプロケット２３の振れが小さく抑えられてバランサ軸２０から第２中間軸２５を経て両カム軸１７，１８への回転伝達が確実且つ高精度に行われる。
【００３８】
而して、本実施の形態においては、バランサ軸２０の非ウェイト部２０Ｂにギヤ２２とスプロケット２３を設けたため、クランク軸５の回転はダンパー手段を構成するコイルスプリング５６を迂回してギヤ２２を介して非ウェイト部２０Ｂに直接伝達され、該非ウェイト部２０Ｂの回転はスプロケット２３、チェーン２８及びスプロケット２６を介して第２中間軸２５に伝達され、第２中間軸２５の回転はスプロケット２７、チェーン３１及びスプロケット２９，３０を介してカム軸１７，１８に伝達される。このため、クランク軸５の回転がカム軸１７，１８に正確に伝達されて両軸間に位相差が発生することがなく、従って、カム軸１７，１８によって駆動される吸・排気バルブ１５，１６の開閉タイミングにズレが発生することがない。
【００３９】
尚、以上は本発明を特に５気筒エンジンのバランサ軸に適用した形態について述べたが、本発明はクランク軸によって回転駆動されるバランサ軸を備える他の任意の内燃エンジンのバランサ軸に対して同様に適用可能である。
【００４０】
又、以上の実施の形態ではダンパー手段としてコイルスプリングを用いたが、ダンパー手段としてはゴム等の弾性体を含む他の任意のアブソーバーを用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、クランク軸のトルク変動はバランサ軸のウェイト部とそれ以外の非ウェイト部間に介設されたダンパー手段によるダンパー効果によって効果的に吸収されるため、クランク軸のトルク変動のバランサ軸への伝達が遮断されて騒音の低減とバランサ軸系の耐久性向上を図ることができるという効果が得られる。
【００４２】
又、クランク軸の回転を入力するギヤとカム軸に回転を伝達するスプロケットをバランサ軸の非ウェイト部に設けているので、クランク軸の回転はダンパー手段を迂回してギヤを介してバランサ軸の非ウェイト部に直接伝達され、該非ウェイト部の回転はスプロケット及びチェーンを介してカム軸に伝達されるため、クランク軸の回転がカム軸に正確に伝達されて両軸間に位相差が発生することがなく、カム軸によって駆動される吸・排気バルブの開閉タイミングにズレが発生するのを防ぐことができるという効果が得られる。
【００４３】
更に、バランサ軸に設けられたギヤにシザースギヤを組み込んだため、バランサ軸側のギヤとクランク軸側のギヤ間にバックラッシュが発生せず、クランク軸の回転がバランサ軸に高精度に伝達されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバランサ軸構造を備える内燃エンジンの縦断面図である。
【図２】本発明に係るバランサ軸構造を備える内燃エンジンの補機駆動系及びカム−クランク駆動系の構成を示す破断面図である。
【図３】バランサ軸の破断側面図（図４のＡ−Ａ線断面図）である。
【図４】バランサ軸の破断正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】バランサ軸の分解斜視図である。
【符号の説明】
１          内燃エンジン
５          クランク軸
２０        バランサ軸
２０Ａ      ウェイト部
２０Ｂ      非ウェイト部
２２        ギヤ
２３        スプロケット
５４        シザースギヤ
５６        コイルスプリング（ダンパー手段）
【図１】
0004546604.tif 000002
【図２】
0004546604.tif 000003
【図３】
0004546604.tif 000004
【図４】
0004546604.tif 000005
【図５】
0004546604.tif 000006
【図６】
0004546604.tif 000007