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JP2018194140A - バランサ装置 - Google Patents

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JP2018194140A
JP2018194140A JP2017100231A JP2017100231A JP2018194140A JP 2018194140 A JP2018194140 A JP 2018194140A JP 2017100231 A JP2017100231 A JP 2017100231A JP 2017100231 A JP2017100231 A JP 2017100231A JP 2018194140 A JP2018194140 A JP 2018194140A
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housing
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JP2017100231A
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大介 亀崎
Daisuke Kamezaki
大介 亀崎
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】内燃機関の剛性を向上させることが可能なバランサ装置を提供する。【解決手段】バランサ装置20は、バランスシャフト21および22と、バランスシャフト21および22が回転可能に設けられたバランサハウジング23とを備える。バランサハウジング23は、アッパハウジング231とロアハウジング232とを含む。アッパハウジング231は、シリンダブロックの下方に取り付けられ、平面的に見てクランク室内の大部分に配置され、かつ、クランクシャフトの下方に配置されるプレート部231dを有する。アッパハウジング231の長手方向においてプレート部231dおよびロアハウジング232が隣接するように配置されている。【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関のバランサ装置に関する。
従来、内燃機関の振動を低減するためのバランサ装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1のバランサ装置は、平行に配置される一対のバランスシャフトと、一対のバランスシャフトが回転可能に設けられたバランサハウジングとを備えている。バランサハウジングはアッパハウジングとロアハウジングとを含み、アッパハウジングにはバッフルプレートが一体的に形成されている。このバランサ装置は、ラダーフレームの下方に取り付けられ、オイルパンの内部に収容されている。
特開2008−115917号公報
ここで、NV(ノイズバイブレーション)性能を向上させるために、内燃機関の剛性を向上させることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、内燃機関の剛性を向上させることが可能なバランサ装置を提供することである。
本発明によるバランサ装置は、バランスシャフトと、バランスシャフトが回転可能に設けられたバランサハウジングとを備える。バランサハウジングは、アッパハウジングとロアハウジングとを含む。アッパハウジングは、シリンダブロックの下方に取り付けられ、平面的に見てクランク室内の大部分に配置され、かつ、クランクシャフトの下方に配置されるプレート部を有する。アッパハウジングの長手方向においてプレート部およびロアハウジングが隣接するように配置されている。
このように構成することによって、アッパハウジングがシリンダブロックに取り付けられるとともに、そのアッパハウジングがクランク室内の大部分に配置されることにより、バランサ装置を内燃機関の剛性向上に寄与させることができる。また、プレート部により、バランサ装置自体の剛性を向上させることができる。
上記バランサ装置において、アッパハウジングは、内部に油路が形成されたオイル通路部を有し、オイル通路部は、アッパハウジングの長手方向に延びるように形成され、アッパハウジングの短手方向の一方側に配置されていてもよい。
このように構成すれば、オイル通路部により、バランサ装置自体の剛性を向上させることができるので、内燃機関の剛性をより向上させることができる。
この場合において、オイル通路部の油路には、オイルポンプから吐出され、オイルフィルタに向かうオイルが流れるように構成されていてもよい。
このように構成すれば、オイル通路部の油路にオイルポンプから高圧のオイルが供給されるため、オイル通路部の剛性が高くされる。
上記バランサ装置において、バランスシャフトは、クランクシャフトから動力が伝達される第1バランスシャフトと、第1バランスシャフトから動力が伝達される第2バランスシャフトとを含み、第1バランスシャフトは、アッパハウジングの短手方向の他方側に配置され、第2バランスシャフトに比べて軸方向の長さが大きくなるように形成され、プレート部には、第1バランスシャフトを回転可能に支持するための軸受部材が取り付けられていてもよい。
このように構成すれば、第1バランスシャフトにより、バランサ装置自体の剛性を向上させることができるので、内燃機関の剛性をより向上させることができる。
本発明のバランサ装置によれば、内燃機関の剛性を向上させることができる。
本発明の一実施形態によるバランサ装置を備える内燃機関を説明するための図である。 図1の内燃機関のクランクケース内を左側から見た概略図である。 図2の内燃機関に設けられたバランサ装置を示した平面図である。 図3のバランサ装置を示した底面図である。 図2の内燃機関のクランク室内におけるバランサ装置の平面的な配置位置を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
−内燃機関の概略構成−
まず、図1および図2を参照して、本発明の一実施形態によるバランサ装置20を備える内燃機関100の概略構成について説明する。
内燃機関100は、たとえば、直列4気筒ガソリンエンジンであり、車両(図示省略)に縦置きされる走行用の駆動力源である。この内燃機関100は、図1に示すように、シリンダブロック1と、シリンダヘッド2と、クランクケース3と、オイルパン4と、ヘッドカバー5と、チェーンカバー6(図2参照)とを備えている。なお、図1では4気筒のうちの1気筒のみを示している。また、各図において、X1方向側がフロント側であり、X2方向側がリア側であり、Y1方向側が右側であり、Y2方向側が左側である。
シリンダブロック1には、上部にシリンダヘッド2が取り付けられ、下部にクランクケース3が取り付けられている。シリンダヘッド2の上部にはヘッドカバー5が取り付けられている。図2に示すように、クランクケース3のリア側の下部には、オイルパン4が取り付けられている。また、シリンダブロック1、シリンダヘッド2およびクランクケース3のフロント側には、チェーンカバー6が取り付けられている。なお、図2では、見やすさを考慮して、後述するクランクシャフト8、および、そのクランクシャフト8を回転可能に支持するクランクケース3の軸受部などの図示を省略している。
図1に示すように、シリンダブロック1には4つのシリンダボア1aが形成され、各シリンダボア1a内に往復運動可能にピストン7が設けられている。ピストン7には、コネクティングロッド7aを介してクランクシャフト8が連結されている。ピストン7とシリンダヘッド2との間には燃焼室9が形成され、燃焼室9には吸気通路10および排気通路11が接続されている。
シリンダヘッド2には、燃焼室9と吸気通路10とを連通または遮断する吸気バルブ12が設けられるとともに、燃焼室9と排気通路11とを連通または遮断する排気バルブ13が設けられている。吸気バルブ12および排気バルブ13の開閉駆動は、クランクシャフト8の回転がタイミングチェーン(図示省略)などを介して伝達される吸気カムシャフト14および排気カムシャフト15の各回転によって行われる。なお、吸気カムシャフト14および排気カムシャフト15は、カム室(シリンダヘッド2とヘッドカバー5との間の空間)16に配置され、タイミングチェーンは、チェーンカバー6(図2参照)内に配置されている。
また、シリンダヘッド2には、吸気通路10に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)17が配置されるとともに、先端部が燃焼室9に臨むように点火プラグ18が配置されている。そして、インジェクタ17には燃料タンク(図示省略)から燃料が供給されており、インジェクタ17から吸気通路10に燃料が噴射される。この噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気となり、燃焼室9に導入される。燃焼室9に導入された混合気は点火プラグ18にて点火されて燃焼・爆発する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン7が往復運動されることにより、クランクシャフト8が回転されて内燃機関100の駆動力(出力トルク)が得られる。
ここで、クランクシャフト8は、クランク室19に配置され、シリンダブロック1およびクランクケース3により回転可能に支持されている。このクランクシャフト8は、コネクティングロッド7aが連結されるクランクピン8aおよびバランスウェイト8bなどを有する。また、クランクシャフト8には、図2に示すように、補機ベルト(図示省略)が巻き掛けられるクランクプーリ8cがフロント側に設けられるとともに、リア側にドライブプレート8dが設けられている。また、クランク室19には、内燃機関100の振動を低減するためのバランサ装置20が設けられている。
−バランサ装置−
次に、図1〜図5を参照して、本実施形態のバランサ装置20について説明する。
バランサ装置20は、図1に示すように、平行に配置される一対のバランスシャフト21および22と、バランスシャフト21および22が回転可能に設けられたバランサハウジング23とを備えている。このバランサ装置20は、クランクケース3の内側においてシリンダブロック1の下方に取り付けられている。なお、バランスシャフト21および22は、それぞれ、本発明の「第1バランスシャフト」および「第2バランスシャフト」の一例である。
バランサハウジング23は、図4に示すように、アッパハウジング231とロアハウジング232と軸受部材233とを含み、ロアハウジング232および軸受部材233がアッパハウジング231の下側に取り付けられている。具体的には、複数(本実施形態では6つ)のボルト234aによりロアハウジング232がアッパハウジング231に組み付けられている。また、複数(本実施形態では2つ)のボルト234bにより軸受部材233がアッパハウジング231に組み付けられている。なお、軸受部材233がフロント側(アッパハウジング231の長手方向の一方側)に配置され、ロアハウジング232がリア側(アッパハウジング231の長手方向の他方側)に配置されている。そして、バランサハウジング23の短手方向(Y方向)において隣接するボルト234aの間には軸受部(図示省略)が設けられ、バランサハウジング23のボルト234bの間には軸受部(図示省略)が設けられている。このため、バランスシャフト21が3つの軸受部により回転可能に支持され、バランスシャフト22(図3参照)が2つの軸受部により回転可能に支持されている。
バランスシャフト21および22は、図3に示すように、気筒列方向(X方向)に延びるように形成され、クランクシャフト8(図1参照)と平行に配置されている。バランスシャフト21には、複数(本実施形態では2つ)のバランスマス211aおよび211bが一体的に回転するように組み付けられ、バランスシャフト22には、複数(本実施形態では2つ)のバランスマス221aおよび221bが一体的に回転するように組み付けられている。バランスマス211a、211b、221aおよび221bは、ほぼ半円柱状に形成され、回転中心に対して重心が偏心された状態で設けられている。
バランスシャフト21は、バランスシャフト22に比べて軸方向の長さが大きくなるように形成されている。このバランスシャフト21は、アッパハウジング231の長手方向(X方向)の全長にわたって配置されるとともに、アッパハウジング231よりもフロント側に突出されている。このため、バランスシャフト21の一方端部(フロント側の端部)は、チェーンカバー6(図2参照)内に配置され、スプロケット(図示省略)が取り付けられている。スプロケットにはチェーン(図示省略)が巻き掛けられ、そのチェーンを介してバランスシャフト21がクランクシャフト8に連結されている。これにより、バランスシャフト21にはクランクシャフト8から動力が伝達され、クランクシャフト8の回転数に対して2倍の回転数でバランスシャフト21が回転するようになっている。
また、バランスシャフト21には、バランスマス211bのリア側にドリブンギヤ212が一体的に回転するように取り付けられている。バランスシャフト22にはドリブンギヤ222が一体的に回転するように取り付けられ、そのドリブンギヤ222がドリブンギヤ212に噛み合わされている。これにより、バランスシャフト22にはバランスシャフト21から動力が伝達され、バランスシャフト21と同じ回転数で逆方向にバランスシャフト22が回転するようになっている。
このようなバランサ装置20では、クランクシャフト8の回転力によってバランスシャフト21および22を反対方向に回転させることにより、内燃機関100の二次慣性力に起因する上下振動を抑制することが可能である。
バランスシャフト21の他方端部(リア側の端部)には、ポンプ駆動用ギヤ213(図4参照)が一体的に回転するように取り付けられている。また、バランサハウジング23のリア側には、図2に示すように、オイルポンプ24が組み付けられている。このオイルポンプ24は、バランスシャフト21のポンプ駆動用ギヤ213(図4参照)によって駆動されるように構成されている。ここで、オイルパン4の内部にはオイルストレーナ25が設けられ、チェーンカバー6にはオイルフィルタ26が設けられている。そして、オイルパン4に貯留されたオイルがオイルストレーナ25を介してオイルポンプ24によって汲み上げられ、オイルポンプ24からオイルフィルタ26にオイルが圧送される。オイルフィルタ26でろ過されたオイルは内燃機関100の各部に供給され、そのオイルにより各部が潤滑や冷却される。潤滑や冷却に使用された後のオイルはオイルパン4に戻される。
ここで、図3に示すように、バランサ装置20のアッパハウジング231は、平面的に見て矩形状に形成されている。このアッパハウジング231は、取付部231aおよび231bと、支柱部231cと、プレート部231dと、オイル通路部231eとを有し、これらが一体的に形成されている。また、アッパハウジング231には、バランスマス211aおよび221aが配置される開口部231fが形成されるとともに、バランスマス211bおよび221bとドリブンギヤ212および222とが配置される開口部231gが形成されている。
取付部231aおよび231bは、ロアハウジング232を取り付けるために設けられている。この取付部231aおよび231bとロアハウジング232との間には、軸受部を介してバランスシャフト21および22が配置されている。取付部231aは、アッパハウジング231の長手方向(X方向)において開口部231fおよび231gの間に配置され、アッパハウジング231の短手方向(Y方向)に延びるように形成されている。取付部231bは、アッパハウジング231のリア側の端部(X2方向側の端部)に配置され、アッパハウジング231の短手方向に延びるように形成されている。なお、取付部231aおよび231bと開口部231fおよび231gとの下方にロアハウジング232が配置されている。
支柱部231cは、アッパハウジング231をシリンダブロック1(図1参照)に取り付けるために設けられている。支柱部231cは、上方に延びるように形成され、ボルト234c(図2参照)が挿入されるボルト挿入孔231hを有する。このボルト挿入孔231hに挿入されるボルト234cがシリンダブロック1に締結されることにより、アッパハウジング231がシリンダブロック1に取り付けられている。このため、アッパハウジング231は、図1に示すように、クランク室19内においてシリンダブロック1に吊り下げられるように設けられており、バランスシャフト21および22がクランクシャフト8の下方に配置されている。また、図3に示すように、支柱部231cは、平面的に見てアッパハウジング231の外縁部に間隔を隔てて複数(本実施形態では6つ)設けられている。具体的には、支柱部231cは、アッパハウジング231の四隅に配置されるとともに、長手方向中間部(取付部231aと対応する位置)における短手方向の両端部に配置されている。
プレート部231dは、クランクシャフト8の下方に配置され、クランクシャフト8の回転に起因する風圧によってオイルパン4(図2参照)に戻ろうとするオイルの流れが阻害されないように構成されている。すなわち、プレート部231dは、クランクシャフト8の回転に起因する風圧がプレート部231dの下方空間に作用するのを抑制するために設けられている。これにより、潤滑や冷却に使用されたオイルがクランクケース3(図2参照)の底部に沿ってオイルパン4に戻りやすくなる。
具体的には、プレート部231dは、開口部231fに対してフロント側に配置されている。このため、図4に示すように、プレート部231dおよびロアハウジング232は、アッパハウジング231の長手方向において隣接するように配置されており、プレート部231dが一方側(X1方向側)に配置され、ロアハウジング232が他方側(X2方向側)に配置されている。プレート部231dは、アッパハウジング231の短手方向における中央部が両端部に比べて下方に突出するように円弧状に形成されている。
また、プレート部231dには、図3に示すように、下方に窪んだ凹部231iが形成されるとともに、凹部231iに開口部231jが形成されている。凹部231iは、プレート部231dがコネクティングロッド7a(図1参照)と干渉するのを回避するために設けられている。開口部231jは、凹部231iがバランスシャフト21と干渉するのを回避するために設けられている。
オイル通路部231eは、内部に油路が形成され、アッパハウジング231の長手方向に延びるように形成されている。このオイル通路部231eは、アッパハウジング231の長手方向の全長にわたって設けられ、アッパハウジング231の短手方向の一方側(Y1方向側)に配置されている。このため、プレート部231dの右側の端部(Y1方向側の端部)がオイル通路部231eに接続されている。なお、アッパハウジング231の短手方向の他方側(Y2方向側)には、バランスシャフト21が配置されている。
また、オイル通路部231eの油路には、オイルポンプ24(図2参照)から吐出され、オイルフィルタ26(図2参照)に向かうオイルが流れるようになっている。したがって、オイル通路部231eの油路には高圧のオイルが供給されることから、オイル通路部231eの剛性が高くされている。
ここで、図5は、クランク室19内におけるバランサ装置20の平面的な配置位置を説明するための図である。なお、図5では、見やすさを考慮して、クランクシャフト8およびクランクケース3の軸受部などの図示を省略している。
図5に示すように、クランクケース3は、側壁3aおよび3bと、前端3cと、後端壁3dとを有する。側壁3a、3bおよび後端壁3dは、シリンダブロック1(図1参照)の下方に取り付けられ、前端3cは、チェーンカバー6(図2参照)によって覆われている。クランクケース3、シリンダブロック1、チェーンカバー6およびオイルパン4により、クランク室19が形成されている。
本実施形態では、バランサ装置20のアッパハウジング231は、平面的に見てクランク室19内の大部分に配置されている。すなわち、アッパハウジング231は、平面的に見て、クランク室19内におけるオイルポンプ24(図2参照)が配置される領域Rを除いた部分に配置されている。つまり、アッパハウジング231の短手方向の一方端部(Y1方向側の端部)がクランクケース3の側壁3aの近傍に配置され、アッパハウジング231の短手方向の他方端部(Y2方向側の端部)がクランクケース3の側壁3bの近傍に配置されている。また、アッパハウジング231の長手方向の一方端部(X1方向側の端部)がクランクケース3の前端3cの近傍に配置され、アッパハウジング231の長手方向の他方端部(X2方向側の端部)がクランクケース3の後端壁3dから所定の間隔(オイルポンプ24が配置される領域R)を隔てて配置されている。したがって、シリンダブロック1の下方に取り付けられるアッパハウジング231は、鉛直方向においてシリンダブロック1の大部分と対応する(重なる)ように設けられている。
−効果−
本実施形態では、上記のように、アッパハウジング231をシリンダブロック1に取り付けるとともに、平面的に見てクランク室19内の大部分にアッパハウジング231を配置することによって、バランサ装置20を内燃機関100の剛性向上に寄与させることができる。その結果、バランサ装置20により内燃機関100の剛性を向上させることができるので、NV(ノイズバイブレーション)性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、プレート部231dをアッパハウジング231に一体的に形成することによって、バランサ装置20自体の剛性を向上させることができるので、内燃機関100の剛性をより向上させることができるとともに、組付工数の低減を図ることができる。また、プレート部231dにより、クランクケース3の底部に沿って流れるオイルがクランクシャフト8の回転による影響を受けるのを抑制することができるので、潤滑や冷却に使用されたオイルがオイルパン4に戻りやすくすることができる。
また、本実施形態では、オイル通路部231eをアッパハウジング231に一体的に形成することによって、バランサ装置20自体の剛性を向上させることができるので、内燃機関100の剛性をより向上させることができるとともに、組付工数の低減を図ることができる。
また、本実施形態では、オイルポンプ24からオイルフィルタ26に向かうオイルがオイル通路部231eの油路を流れることによって、この油路には高圧のオイルが供給されるため、オイル通路部231eの剛性が高くされるので、バランサ装置20自体の剛性を向上させることができる。
また、本実施形態では、バランスシャフト21をバランスシャフト22に比べて長くするとともに、バランスシャフト21を回転可能に支持するための軸受部材233をプレート部231dに取り付けることによって、バランスシャフト21により、バランサ装置20自体の剛性を向上させることができるので、内燃機関100の剛性をより向上させることができる。
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、本実施形態では、内燃機関100がガソリンエンジンである例を示したが、これに限らず、内燃機関がディーゼルエンジンなどであってもよい。
また、本実施形態では、内燃機関100が直列4気筒である例を示したが、これに限らず、内燃機関が直列4気筒以外の気筒数や気筒配置であってもよい。この場合には、気筒数や気筒配置に応じて、バランスシャフトの本数、および、バランスシャフトのクランクシャフトに対する回転数を設定するようにしてもよい。すなわち、本実施形態では、2本のバランスシャフト21および22を設け、そのバランスシャフト21および22の回転数をクランクシャフト8の2倍にする例を示したが、これに限らず、1本のバランスシャフトを設け、そのバランスシャフトの回転数をクランクシャフトと同じにするようにしてもよい。
また、本実施形態では、内燃機関100が縦置きされる例を示したが、これに限らず、内燃機関が横置きされていてもよい。
また、本実施形態では、吸気通路10に燃料を噴射するインジェクタ17が設けられる例を示したが、これに限らず、燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタが設けられていてもよい。
また、本実施形態では、平面的に見てアッパハウジング231がクランク室19内の大部分(ほぼ全体)に配置される例を示したが、これに限らず、平面的に見てアッパハウジングがクランク室内の全体に配置されていてもよい。
また、本実施形態では、オイルポンプ24およびオイルパン4がリア側に配置される例を示したが、これに限らず、オイルポンプおよびオイルパンがフロント側に配置されていてもよい。このような場合には、オイル通路部231eが設けられていなくてもよい。
また、本実施形態では、プレート部231dがフロント側に配置されるとともに、ロアハウジング232がリア側に配置される例を示したが、これに限らず、プレート部がリア側に配置されるとともに、ロアハウジングがフロント側に配置されるようにしてもよい。
また、本実施形態では、バランスシャフト21が左側(Y2方向側)に配置されるとともに、オイル通路部231eが右側(Y1方向側)に配置される例を示したが、これに限らず、バランスシャフトが右側に配置されるとともに、オイル通路部が左側に配置されるようにしてもよい。
また、本実施形態では、バランスシャフト21のフロント側からクランクシャフト8の動力が伝達される例を示したが、これに限らず、バランスシャフトのリア側からクランクシャフトの動力が伝達されるようにしてもよい。このような場合には、軸受部材233が設けられていなくてもよい。
また、本実施形態では、チェーンを介してクランクシャフト8とバランスシャフト21とが連結される例を示したが、これに限らず、ギヤまたはベルトなどを介してクランクシャフトとバランスシャフトとが連結されるようにしてもよい。
本発明は、内燃機関のバランサ装置に利用可能である。
1 シリンダブロック
8 クランクシャフト
19 クランク室
21 バランスシャフト(第1バランスシャフト)
22 バランスシャフト(第2バランスシャフト)
23 バランサハウジング
24 オイルポンプ
26 オイルフィルタ
100 内燃機関
231 アッパハウジング
231d プレート部
231e オイル通路部
232 ロアハウジング
233 軸受部材

Claims (4)

  1. バランスシャフトと、前記バランスシャフトが回転可能に設けられたバランサハウジングとを備えるバランサ装置であって、
    前記バランサハウジングは、アッパハウジングとロアハウジングとを含み、
    前記アッパハウジングは、シリンダブロックの下方に取り付けられ、平面的に見てクランク室内の大部分に配置され、かつ、クランクシャフトの下方に配置されるプレート部を有し、
    前記アッパハウジングの長手方向において前記プレート部および前記ロアハウジングが隣接するように配置されていることを特徴とするバランサ装置。
  2. 請求項1に記載のバランサ装置において、
    前記アッパハウジングは、内部に油路が形成されたオイル通路部を有し、
    前記オイル通路部は、前記アッパハウジングの長手方向に延びるように形成され、前記アッパハウジングの短手方向の一方側に配置されていることを特徴とするバランサ装置。
  3. 請求項2に記載のバランサ装置において、
    前記オイル通路部の油路には、オイルポンプから吐出され、オイルフィルタに向かうオイルが流れるように構成されていることを特徴とするバランサ装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1つに記載のバランサ装置において、
    前記バランスシャフトは、前記クランクシャフトから動力が伝達される第1バランスシャフトと、前記第1バランスシャフトから動力が伝達される第2バランスシャフトとを含み、
    前記第1バランスシャフトは、前記アッパハウジングの短手方向の他方側に配置され、前記第2バランスシャフトに比べて軸方向の長さが大きくなるように形成され、
    前記プレート部には、前記第1バランスシャフトを回転可能に支持するための軸受部材が取り付けられていることを特徴とするバランサ装置。
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