JP2005105819A - Scotch yoke type engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スコッチヨーク式エンジンに係り、特に、駆動時に生じる振動などを好適に抑制することができるスコッチヨークエンジンに関する。 The present invention relates to a scotch yoke engine, and more particularly, to a scotch yoke engine that can suitably suppress vibration generated during driving.
自動車等に使用されるエンジンとして、一般的なピストン、ピストンをコンロッドでつないだもの以外に、スコッチヨーク機構を利用したスコッチヨーク式エンジンがある。このスコッチヨーク式エンジンは、一対の連接棒(以下「ヨークエレメント」という)を有し、ヨークエレメントの延在方向に直交する長孔が形成されたヨークを有する。この長孔に、偏心させたクランク軸を挿入し、このクランクピンを長孔内で転がしながら往復運動させる機構を備えたものである。このスコッチヨーク式エンジンでは、クランク軸と接続されるヨークは往復運動を行うのみであるので、ヨークとシリンダボア壁スカート部との干渉が無くなるので、クランク軸とピストンの間を短くすることができる。このようなスコッチヨーク式エンジンのうち、4本のヨークを備えるものがあり、その例として、たとえば独国特許出願公開第10107921号明細書(特許文献1)に開示されたものがある。 As an engine used for automobiles and the like, there is a scotch yoke type engine using a scotch yoke mechanism, in addition to a general piston and a piston connected by a connecting rod. This Scotch yoke engine has a pair of connecting rods (hereinafter referred to as “yoke elements”), and has a yoke in which a long hole perpendicular to the extending direction of the yoke element is formed. An eccentric crankshaft is inserted into the long hole, and a mechanism for reciprocating the crankpin while rolling in the long hole is provided. In this Scotch yoke type engine, since the yoke connected to the crankshaft only reciprocates, there is no interference between the yoke and the cylinder bore wall skirt, so that the distance between the crankshaft and the piston can be shortened. Among such Scotch-yoke engines, there are those provided with four yokes, for example, those disclosed in German Patent Application Publication No. 10107921 (Patent Document 1).
このスコッチヨーク式エンジンは、互いに隣接し、かつ平行に設けられた2つのシリンダと、この2つのシリンダに対向する位置において、互いに隣接し、かつ平行に設けられた2つのシリンダを有する。また、スコッチヨーク式エンジンは、これらの4つのシリンダに対して、それぞれ往復運動可能に設けられた4本のピストンがそれぞれ取り付けられた4つのヨークエレメントを有するヨークを有している。また、ヨークには、長孔が形成されており、この長孔に出力軸となるクランク軸が偏心した状態で挿入されている。そして、各シリンダで通常のエンジンサイクルを順次経ることにより、ヨークを往復運動させて、クランク軸を回転させるものである。 This Scotch-yoke engine has two cylinders that are adjacent to each other and provided in parallel, and two cylinders that are provided adjacent to each other and parallel to each other at a position facing the two cylinders. Further, the Scotch yoke engine has a yoke having four yoke elements to which four pistons, which are provided so as to be reciprocally movable, are respectively attached to these four cylinders. In addition, a long hole is formed in the yoke, and a crankshaft serving as an output shaft is inserted into the long hole in an eccentric state. Then, each cylinder sequentially goes through a normal engine cycle to reciprocate the yoke and rotate the crankshaft.
また、この種のスコッチヨーク式エンジンにおいて、ヨークに設けられたピストンの移動に伴う振動を抑制するために、バランスウェイトが設けられたバランサを有するものがある。バランサは、クランク軸に平行に配置され、かつクランク軸の回転方向と反対方向に回転するバランサ軸を有しており、クランク軸に取り付けられたヨークに対応する位置にバランスウェイトが設けられているものである。このスコッチヨーク式エンジンでは、クランク軸の回転に伴ってバランサ軸が回転し、バランスウェイトによる力がピストンの移動に伴う慣性力と反対向きの方向に働いて、ピストンの移動に伴う慣性力をキャンセルするものである。 Some types of Scotch-yoke engines have a balancer provided with a balance weight in order to suppress vibration associated with movement of a piston provided on the yoke. The balancer has a balancer shaft that is arranged in parallel to the crankshaft and rotates in a direction opposite to the rotation direction of the crankshaft, and a balance weight is provided at a position corresponding to a yoke attached to the crankshaft. Is. In this Scotch Yoke type engine, the balancer shaft rotates as the crankshaft rotates, and the force due to the balance weight works in the direction opposite to the inertial force accompanying the piston movement, canceling the inertial force accompanying the piston movement. To do.
ところが、このようなバランサを設けたとしても、バランサ軸とクランク軸とを一致させることができないことから、バランスウェイトによる不釣合いモーメントが生じてしまう。このような不釣合いモーメントをもキャンセルするために、クランクピンを2つ設けた2スローのクランク軸を用い、クランクピンにそれぞれヨークを取り付け、それぞれに対するバランスウェイトが設けられたバランサを用いている。そして、2スローのそれぞれにおけるヨークの位相差を180度として、ヨークを往復運動させるようにしている。こうして、2つのバランスウェイトのそれぞれによって生じる不釣合いモーメントを互いにキャンセルするようにしている。
しかし、上記特許文献1に開示されたスコッチヨーク式エンジンでは、ピストンの移動による慣性力をキャンセルする点については特に考慮されていないものであった。
However, in the Scotch yoke engine disclosed in
また、クランク軸にバランサを設けたスコッチヨーク式エンジンでは、2スロークランクを用いていることから、クランク軸が2スロー分の長さを必要とするので、その分エンジンが大きくなってしまうという問題があった。 In addition, since the Scotch Yoke type engine with a balancer on the crankshaft uses a two-throw crank, the crankshaft requires a length corresponding to two throws. was there.
さらに、180度の位相差をもって往復運動させる2つのヨークそれぞれの動きに対応するバランスウェイトを有していることから、クランクやバランサシャフトを支えるシリンダブロックに対して、捻りモーメントを与えることとなってしまう。したがって、クランク軸やシリンダブロックには、その捻りモーメントに耐える剛性の確保が要求されるという問題があった。 Furthermore, since the balance weight corresponding to each movement of the two yokes reciprocating with a phase difference of 180 degrees is provided, a torsional moment is given to the cylinder block that supports the crank and the balancer shaft. End up. Therefore, there has been a problem that the crankshaft and the cylinder block are required to have sufficient rigidity to withstand the twisting moment.
そこで、本発明の課題は、エンジンの小型化に寄与することができ、クランク軸やシリンダブロックに過大な剛性が要求されることのないスコッチヨーク式エンジンを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a scotch yoke engine that can contribute to downsizing of an engine and that does not require excessive rigidity of a crankshaft or a cylinder block.
上記課題を解決した本発明に係るスコッチヨーク式エンジンは、対向する位置に互いに平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、第一シリンダおよび第二シリンダのそれぞれに往復運動可能に設けられる第一ピストンおよび第二ピストンと、第一ピストンおよび第二ピストンがそれぞれ設けられた2本のヨークエレメントを備え、各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、クランク軸を挟んで互いに対称となる位置に、クランク軸の回転方向に対して反対方向に回転し、各ピストンの往復運動による振動を抑制するバランサがそれぞれ設けられているものである。 A scotch yoke engine according to the present invention that has solved the above-described problems is provided in a first cylinder and a second cylinder that are provided in parallel to each other at opposing positions, and to each of the first cylinder and the second cylinder so as to be able to reciprocate. A scotch yoke comprising a first piston and a second piston, and a yoke for providing two yoke elements each provided with the first piston and the second piston, and transmitting a reciprocating motion of each piston to a crankpin of a crankshaft. In this type of engine, balancers that rotate in opposite directions with respect to the rotation direction of the crankshaft and are symmetric with respect to the crankshaft are provided to suppress vibration caused by reciprocating motion of each piston. .
また、上記課題を解決した本発明に係るスコッチヨーク式エンジンは、互いに隣接しかつ平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、第一シリンダおよび第二シリンダに対向する位置に設けられ、互いに隣接しかつ平行に設けられた第三シリンダおよび第四シリンダと、第一シリンダから第四シリンダのそれぞれに往復運動可能に設けられる第一ピストン、第二ピストン、第三ピストン、および第四ピストンと、第一ピストンから第四ピストンがそれぞれ設けられた4本のヨークエレメントを備え、各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、クランク軸を挟んで互いに対称となる位置に、クランク軸の回転方向に対して反対方向に回転し、各ピストンの往復運動による振動を抑制するバランサがそれぞれ設けられているものである。 Further, the Scotch yoke engine according to the present invention that has solved the above problems is provided at a position facing the first cylinder and the second cylinder, and a first cylinder and a second cylinder that are adjacent to and parallel to each other, A third cylinder and a fourth cylinder that are provided adjacent to each other in parallel, and a first piston, a second piston, a third piston, and a fourth piston that are reciprocally movable from the first cylinder to the fourth cylinder. And a yoke for transmitting the reciprocating motion of each piston to the crankpin of the crankshaft, and a scotch yoke engine, Rotate in the opposite direction with respect to the rotation direction of the crankshaft to positions that are symmetrical to each other. Suppressing vibration caused by backward movement balancer in which are respectively provided.
これらの本発明に係るスコッチヨーク式エンジンにおいては、ピストンの往復運動による振動を抑制するバランサが設けられている。このバランサは、クランク軸を挟んで対称となる位置に配置されており、クランク軸の回転方向に対して反対方向に回転する。このため、2スローのクランク軸を設けることなく、バランサによる不釣合いモーメントを発生させないようにすることができる。したがって、クランク軸を小型にすることができ、エンジンの小型化に寄与することができる。 In these Scotch yoke type engines according to the present invention, a balancer for suppressing vibration due to reciprocating motion of the piston is provided. The balancer is arranged at a position symmetrical with respect to the crankshaft, and rotates in the opposite direction to the rotation direction of the crankshaft. For this reason, it is possible to prevent an unbalanced moment from being generated by the balancer without providing a two-throw crankshaft. Therefore, the crankshaft can be reduced in size, which can contribute to downsizing of the engine.
また、シリンダおよびピストンを4組有する4気筒エンジンからなる態様とすることができる。 Moreover, it can be set as the aspect which consists of a 4-cylinder engine which has 4 sets of cylinders and pistons.
このような4組のシリンダおよびピストンを有する4気筒エンジンにおいても、ピストンの振動を抑制することができるとともに、エンジンの小型化を図ることができる。 In such a four-cylinder engine having four cylinders and pistons, the vibration of the pistons can be suppressed and the engine can be downsized.
さらに、バランサが、互いに対向するシリンダ同士のシリンダ軸およびクランク軸に対して、それぞれ直交する方向に離間して配置されている態様とすることもできる。 Further, the balancer may be arranged so as to be separated from each other in a direction orthogonal to the cylinder shaft and the crankshaft of the cylinders facing each other.
このような位置にバランサが配置されていることにより、バランサによる力を安定した状態でヨークに与えることができる。したがって、より安定した状態でエンジンの振動を抑制することができる。 By arranging the balancer at such a position, the force by the balancer can be applied to the yoke in a stable state. Therefore, engine vibration can be suppressed in a more stable state.
また、バランサは、クランク軸の軸方向に沿って配置されたバランサ軸と、バランサ軸に取り付けられたバランスウェイトを備え、バランスウェイトが、クランクピンを挟んだ位置に配置されている態様とすることもできる。 The balancer includes a balancer shaft disposed along the axial direction of the crankshaft and a balance weight attached to the balancer shaft, and the balance weight is disposed at a position sandwiching the crankpin. You can also.
このように、バランサを有するバランスウェイトが、クランクピンを挟んだ位置に配置されていることにより、バランサに生じる捻りモーメントを抑制することができる。したがって、バランサを支えるシリンダブロックに過大な剛性を要求しないものとすることができる。 As described above, the balance weight having the balancer is disposed at the position where the crank pin is sandwiched, so that the torsional moment generated in the balancer can be suppressed. Therefore, excessive rigidity is not required for the cylinder block that supports the balancer.
そして、クランク軸とともに回転するクランクギアがクランク軸に取り付けられているとともに、クランクギアの回転をバランサ軸に伝達するバランサギアがバランサ軸に取り付けられており、クランク軸とバランサ軸とが、相対的に逆方向に回転する態様とすることもできる。 A crank gear that rotates together with the crank shaft is attached to the crank shaft, and a balancer gear that transmits the rotation of the crank gear to the balancer shaft is attached to the balancer shaft, and the crank shaft and the balancer shaft are relatively It can also be set as the aspect rotated in the reverse direction.
このように、ギアを介してクランク軸の回転をバランサ軸に与えることにより、バランサ軸を回転させるための動力を別途設ける必要がなくなる。また、クランク軸の回転とバランサ軸の回転とを確実に同期させることができる。 In this way, by applying rotation of the crankshaft to the balancer shaft via the gear, it is not necessary to separately provide power for rotating the balancer shaft. Further, the rotation of the crankshaft and the rotation of the balancer shaft can be reliably synchronized.
本発明に係るスコッチヨーク式エンジンによれば、エンジンの小型化に寄与することができる。また、クランク軸やシリンダブロックに過大な剛性が要求されることのないようにすることができる The scotch yoke engine according to the present invention can contribute to the downsizing of the engine. Further, it is possible to prevent excessive rigidity from being required for the crankshaft and the cylinder block.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図1は、本発明の第1の実施形態に係るスコッチヨーク式エンジンの要部斜視図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. FIG. 1 is a perspective view of a main part of a Scotch yoke type engine according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係るスコッチヨーク式エンジン(以下「エンジン」という)1は、いわゆる4気筒エンジンであり、エンジン1は、ヨーク2を備えている。ヨーク2には、4本のヨークエレメント11,12,13,14が設けられており、これらのうち、第一ヨークエレメント11および第二ヨークエレメント12が互いに隣接し、かつ平行に設けられている。また、第三ヨークエレメント13および第四ヨークエレメント14が互いに隣接し、かつ平行に設けられている。また、第一ヨークエレメント11および第二ヨークエレメント12に対して、第三ヨークエレメント13および第四ヨークエレメント14が対向する位置に設けられている。
As shown in FIG. 1, a Scotch yoke engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to this embodiment is a so-called four-cylinder engine, and the
また、各ヨークエレメント11〜14の先端部には、それぞれピストン15〜18が設けられている。このうち、第一ピストン15および第二ピストン16は、対向する位置に互いに平行に設けられた図示しない第一シリンダおよび第二シリンダにそれぞれ往復運動可能に設けられている。さらに、第三ピストン17および第四ピストン18は、対向する位置に互いに平行に設けられた図示しない第三シリンダおよび第四シリンダにそれぞれ往復運動可能に設けられている。このように、エンジン1は、4組のシリンダおよびピストンを有するものである。
Pistons 15 to 18 are provided at the tip portions of the
第一ヨークエレメント11および第二ヨークエレメント12と、第三ヨークエレメント13および第四ヨークエレメントとの間には、レール19が形成されている。このレール19は、ヨーク2の往復運動方向に直交する方向に沿って形成されており、レール19には、スライダ20が挿入されている。
A
このスライダ20には、クランク軸21に形成されたクランクピン22に回動可能に取り付けられている。クランク軸21は、図示しないシリンダブロックに回転可能に取り付けられている。また、クランクピン22は、クランク軸21の軸心から偏心した位置に形成されており、ヨーク2が往復運動することにより、レール19に沿ってスライダ20が移動し、スライダ20の移動に伴ってクランクピン22が上下運動することにより、クランク軸21が回転する。
The
また、クランク軸21には、クランク軸21を介してクランクピン22と対向する位置に、カウンタウェイト23が設けられている。このカウンタウェイト23は、クランク軸21に対してクランクピン22と対称となる位置にあり、ヨーク2およびピストン15〜18の移動により生じる慣性力(以下、「ヨーク2の移動により生じる慣性力」という)をキャンセルする方向に遠心力を与えている。ここで、カウンタウェイト23の重量は、カウンタウェイトによる遠心力がヨーク2の移動による慣性力の最大値の半分(1/2)となるように調整されている。
The
クランク軸21のフロント側には、図示しない補機駆動用プーリ(クランクプーリ)および動弁駆動系チェーンスプロケットが取り付けられており、リア側には、フライホイール25が取り付けられている。さらに、クランク軸21におけるヨーク2が設けられている位置よりもフロント側の位置には、クランク軸21の回転に伴って回転する。また、クランク軸21における補機駆動用プーリよりも後方位置には、クランク軸21と同軸に配置され、クランク軸21の回転とともに回転するクランクギア24が取り付けられている。
Auxiliary drive pulleys (crank pulleys) and valve drive chain sprockets (not shown) are attached to the front side of the
また、互いに対向する第一シリンダおよび第二シリンダ同士のシリンダ軸と、クランク軸21によって形成される面に対して、直交する方向に離間した上方位置には、第一バランサ30が設けられている。さらに、シリンダ軸とクランク軸21によって形成される面に対して、直交する方向に離間した下方位置には、第二バランサ40が設けられている。これら第一バランサ30および第二バランサ40は、クランク軸21を軸として対称となる位置に配置されている。
A
第一バランサ30は、クランク軸21の軸方向に沿って配置された第一バランサ軸31を有している。第一バランサ軸31は、図示しないシリンダブロックに回転可能に取り付けられ、そのフロント側端部には、第一バランサギア32が取り付けられている。第一バランサギア32は、クランク軸21に設けられたクランクギア24と噛み合っており、クランク軸21の回転は、クランクギア24および第一バランサギア32を介して第一バランサ軸31に伝達される。また、クランクギア24と第一バランサギア32のギア比(回転数比)は1対1に設定されており、クランク軸21の回転に同期して第一バランサ軸31が回転する。こうして、第一バランサ軸31は、クランク軸21と反対方向に同期して回転する。
The
さらに、第一バランサ軸31におけるフロント側端部には、第一前バランスウェイト33が設けられており、リア側端部には、第一後バランスウェイト34が設けられている。これら第一前バランスウェイト33および第一後バランスウェイト34は、互いに同一の重量とされている。第一前バランスウェイト33および第一後バランスウェイト34は、第一バランサ軸31に対して互いに同位相に配置されている。
Further, a first
一方、第二バランサ40は、第一バランサ30と同様にクランク軸21の軸方向に沿って配置された第二バランサ軸41を有している。第二バランサ軸41は、図示しないシリンダブロックに回転可能に取り付けられ、そのフロント側端部には、第二バランサギア42が取り付けられている。この第二バランサギア42には、クランク軸21に設けられたクランクギア24と噛み合っており、クランク軸21の回転は、クランクギア24および第二バランサギア42を介して第二バランサ軸41に伝達される。また、クランクギア24と第二バランサギア42のギア比は1対1に設定されており、クランク軸21の回転に同期して第二バランサ軸41が回転する。こうして、第二バランサ軸41は、クランク軸21と反対方向に同期して回転する。
On the other hand, the
さらに、第二バランサギア42のフロント側表面には、第二前バランスウェイト43が設けられており、第二バランサ40におけるリア側端部に、第二後バランスウェイト44が設けられている。これら第二前バランスウェイト43および第二後バランスウェイト44は、互いに同一の重量とされている。
Further, a second
また、第二前バランスウェイト43および第二後バランスウェイト44は、第一バランスウェイト33および第二バランスウェイト34とも同一の重量とされている。第二前バランスウェイト43および第二後バランスウェイト44は、互いに第二バランサ軸41に対して同位相に配置されている。
The second
これらのバランサ30,40がクランク軸21に回転に伴って回転することにより、ヨーク2の移動による慣性力が、各バランスウェイト33,34,43,44の回転によって生じる遠心力、およびカウンタウェイト23の回転によって生じるによって適宜キャンセルされる。これら各バランスウェイト33,34,43,44の重量は、互いに同一である。また、第一バランサ30のバランスウェイト33,34,の回転によって生じる遠心力は、ヨーク2の移動による慣性力の最大値の4分の1(1/4)となるように調整されている。同様に、第二バランサ40のバランスウェイト43,44の回転によって生じる遠心力は、ヨーク2の移動による慣性力の最大値の4分の1(1/4)となるように調整されている。
When these
以上の構成を有する本実施形態に係るエンジン1の動作、作用について説明する。
The operation and action of the
本実施形態に係るエンジン1においては、4つのシリンダにおける吸入工程、圧縮工程、燃焼行程、排気工程の各エンジン工程を循環により、ヨーク2に取り付けられたピストン15〜18が各シリンダに出入りすることにより、ヨーク2が往復運動する。このヨーク2が往復運動すると、ヨーク2に取り付けられたスライダ20およびクランクピン22は、クランク軸21に対して相対的に上下運動し、クランクピン22の上下運動に伴ってクランク軸21が回転する。
In the
このクランク軸21の回転がクランクプーリを介して動力として供給される。また、クランク軸21の回転は、クランクギア24および第一バランサギア32を介して第一バランサ軸31に伝達される。また、クランク軸21の回転は、クランクギア24および第二バランサギア42を介して第二バランサ軸41に伝達される。こうして、第一バランサ軸31および第二バランサ軸41は、いずれもクランク軸21の回転方向に対して反対方向に回転する。
The rotation of the
このバランサ軸31,41の回転により、バランスウェイト33,34,43,44も回転する。このバランスウェイト33,34,43,44の回転移動によって生じる遠心力およびクランクピン22に対してクランク軸21を介して対称位置に配置されるカウンタウェイト23の遠心力によって、ヨーク2に取り付けられたピストン15〜18の移動による慣性力がキャンセルされる。この点について、図2を用いて説明する。
The
図2(a)は、クランク軸の軸方向から見たエンジンの模式図、(b)は、クランク軸に直交する方向から見たエンジンの模式図である。図2(a)において、クランク軸21は反時計回りに回転し、バランサ軸31,41はいずれも時計回りに回転する。また、以後の説明においてクランクピン22が最上端にある状態をクランク角が0°の状態とする。図2には、クランク角が90°の状態が示されている。なお、図2(b)には、シリンダSの位置を仮想線で示している。
FIG. 2A is a schematic diagram of the engine viewed from the axial direction of the crankshaft, and FIG. 2B is a schematic diagram of the engine viewed from the direction orthogonal to the crankshaft. In FIG. 2A, the
図2(a)に示すように、クランク角が90°の状態では、ヨーク2に取り付けられたピストン15〜18は、最左方に移動しており、クランクピン22はクランク軸21に対して左側に位置している。このとき、ヨーク2の移動に伴う慣性力FYは、図2(a)の左側に作用している。なお、ヨーク2の移動に伴う慣性力FYは、常にヨーク2の往復運動方向(水平方向)にのみ作用しており、上下方向(鉛直方向)には作用しない。
As shown in FIG. 2A, when the crank angle is 90 °, the
一方、カウンタウェイト23による遠心力FC、第一バランサ30に設けられたバランスウェイト33,34による遠心力FB1、第二バランサ40に設けられたバランスウェイト43,44による遠心力FB2は、いずれも図2(a)の水平方向右側に作用している。また、バランスウェイト33,34,43,44はいずれも互いに同一の重量とされていることから、遠心力FB1,FB2は、同一の大きさとなる。ここで、カウンタウェイト23による遠心力FCは、ヨーク2の移動に伴う慣性力FYの2分の1、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2は、いずれもヨーク2の移動に伴う慣性力FYの4分の1である。このため、カウンタウェイト23およびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FC,FB1,FB2により、ヨーク2の移動に伴う慣性力FYが相殺され、ピストン15〜18の往復運動による振動が抑制される。
On the other hand, the centrifugal force FC by the
また、図2(b)に示すように、クランク軸21を挟んでバランサ30,40が設けられていることから、第一バランサ30による不釣合いモーメントと、第二バランサ40による不釣合いモーメントは、互いに相反する方向に働く。このため、第一バランサ30による不釣合いモーメントと第二バランサ40による不釣合いモーメントを相殺して打ち消すことができる。このようにして、2スローのクランク軸を用いることなく1スローのクランク軸で不釣合いモーメントを打ち消すことができる。したがって、エンジン1自体の小型化に寄与することができる。
Further, as shown in FIG. 2B, since the
しかも、バランスウェイト33,34,43,44は、互いに同位相を維持した状態で回転移動している。このため、クランク軸21やバランサ軸31,41を支えるシリンダブロックに対して、捻りモーメントを与えることがない。したがって、シリンダブロックに対して過大な剛性が要求されることがない。
In addition, the
また、クランク軸21が他のクランク角の状態における力の釣り合い関係について説明する。図3は、クランク軸の軸方向から見たエンジンの模式図であり、(a)はクランク角が0°、(b)はクランク角が90°(c)はクランク角が180°、(d)はクランク角が270°の状態を示している。さらに、図4は、クランク軸に直交する方向から見たエンジンの模式図であり、(a)はクランク角が0°、(b)はクランク角が90°(c)はクランク角が180°、(d)はクランク角が270°の状態を示している。
Further, the balance of force when the
図3(a)に示すように、クランク角が0°の状態では、クランクピン22は最上部に移動しており、カウンタウェイト23は最下部に移動している。また、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれも最上部に移動している。さらに、クランクピン22、カウンタウェイト23、バランスウェイト33,34,43,44は、略鉛直線上に一直線に並んでいる。
As shown in FIG. 3A, when the crank angle is 0 °, the
クランク角が0°の状態では、ヨーク2の移動による慣性力FY、カウンタウェイト23による遠心力FC、およびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2は、いずれも作用しない。ところが、鉛直方向において、カウンタウェイト23による遠心力FC、およびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2のバランスが崩れると、振動を生じる原因となる。
In a state where the crank angle is 0 °, none of the inertial force FY due to the movement of the
ところが、カウンタウェイト23による遠心力FCは、鉛直下向きに作用し、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2は、いずれも鉛直上向きに作用する。ここで、カウンタウェイト23による遠心力FCは、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2の2倍とされている。このため、カウンタウェイト23による遠心力FCと、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2とが相殺され、カウンタウェイト23およびバランスウェイト33,34,43,44による振動が生じないようにすることができる。
However, the centrifugal force FC caused by the
また、図4(a)に示すように、クランク角が0°の状態において、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれも上方に位置した状態となっている。このため、第一バランサ30による不釣合いモーメントと、第二バランサ40による不釣合いモーメントは、互いに相反する方向に働くので、第一バランサ30による不釣合いモーメントと第二バランサ40による不釣合いモーメントを相殺して打ち消すことができる。
Further, as shown in FIG. 4A, when the crank angle is 0 °, the
次に、図3(b)に示すように、クランク角が90°の状態では、図2の説明で示したように、水平方向におけるヨーク2の移動に伴う慣性力を、カウンタウェイト23による遠心力FC、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2によって、キャンセルすることができる。また、図4(b)に示すように、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれもバランサ軸31,42と同じ高さに位置した状態となっている。このため、第一バランサ30による不釣合いモーメントと、第二バランサ40による不釣合いモーメントは、互いに相反する方向に働くので、第一バランサ30による不釣合いモーメントと第二バランサ40による不釣合いモーメントを相殺して打ち消すことができる。
Next, as shown in FIG. 3B, in the state where the crank angle is 90 °, the inertial force accompanying the movement of the
さらに、図3(c)に示すように、クランク角が180°の状態では、クランクピン22は最下部に移動しており、カウンタウェイト23は最上部に移動している。また、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれも最下部に移動している。さらに、クランクピン22、カウンタウェイト23、バランスウェイト33,34,43,44は、略鉛直線上に一直線に並んでいる。
Further, as shown in FIG. 3C, when the crank angle is 180 °, the
この状態では、図3(a)に示したクランク角が0°の状態と比較して、カウンタウェイト23による遠心力FCと、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2の向きが上下入れ替わっている。この状態でも、カウンタウェイト23による遠心力FCと、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2とが相殺され、カウンタウェイト23およびバランスウェイト33,34,43,44による振動が生じないようにすることができる。
In this state, the direction of the centrifugal force FC by the
また、図4(c)に示すように、クランク角が180°の状態では、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれも下方に位置した状態となっている。このため、第一バランサ30による不釣合いモーメントと、第二バランサ40による不釣合いモーメントは、互いに相反する方向に働くので、第一バランサ30による不釣合いモーメントと第二バランサ40による不釣合いモーメントを相殺して打ち消すことができる。
Moreover, as shown in FIG.4 (c), when the crank angle is 180 degrees, the
そして、図3(d)に示すように、クランク角が270°の状態では、ヨーク2の移動による慣性力FYは水平方向右側に作用する。一方、カウンタウェイト23による遠心力FCおよびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2は、いずれも水平方向左側に作用する。ここで、ヨーク2の移動による慣性力FYは、カウンタウェイト23による遠心力FCおよびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2を加算した大きさと同じである。したがって、ヨーク2の移動による慣性力FYをカウンタウェイト23による遠心力FCおよびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力FB1,FB2を相殺してキャンセルすることができる。
As shown in FIG. 3D, when the crank angle is 270 °, the inertia force FY due to the movement of the
また、図4(d)に示すように、バランスウェイト33,34,43,44は、いずれもバランサ軸31,42と同じ高さに位置した状態となっている。このため、第一バランサ30による不釣合いモーメントと、第二バランサ40による不釣合いモーメントは、互いに相反する方向に働くので、第一バランサ30による不釣合いモーメントと第二バランサ40による不釣合いモーメントを相殺して打ち消すことができる。
Further, as shown in FIG. 4D, the
ここで、クランク角の変動に伴う不釣合い力の変化状況について説明する。ここでいう不釣合い力とは、ヨーク2の移動に伴う慣性力、カウンタウェイト23による遠心力、およびバランスウェイト33,34,43,44による遠心力である。図5は、クランク角の変化に伴うx方向の不釣合い力の変化を示すグラフ、図6は、クランク角の変化に伴うy方向の不釣合い力の変化を示すグラフである。
Here, the change state of the unbalanced force accompanying the change of the crank angle will be described. The unbalanced force here is an inertial force accompanying the movement of the
x方向については、図5に示すように、ヨーク2の変動に伴う慣性力FYxは、クランク角θに対してsinθで変動する。また、カウンタウェイト23による遠心力FCxは、−1/2sinθで変動する。さらに、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FBxは、−1/4sinθで変動する。そして、ヨーク2の移動に対するトータルの強制力FTxは、下記(1)で表される。
For the x direction, as shown in FIG. 5, the inertial force FYx accompanying the fluctuation of the
FTx=FTx+FCx+2×FBx・・・(1)
この(1)式に、それぞれの不釣合い力FTx,FCx,FBxを代入すると、トータルの強制力FTxは、θの値に拘わらず、常に0となる。したがって、x方向については、常に不釣合い力を生じないようにすることができる。なお、このように、完全な正弦波となるのは、従来の一般的なクランク、ピストンをコンロッドでつないだものと異なり、スコッチヨーク方式を用いているので、高次ハーモニクス成分を含まないことによるものである。
FTx = FTx + FCx + 2 × FBx (1)
When the unbalanced forces FTx, FCx, and FBx are substituted into the equation (1), the total forcing force FTx is always 0 regardless of the value of θ. Accordingly, it is possible to prevent an unbalanced force from being always generated in the x direction. In this way, the complete sine wave is due to the fact that it does not contain high-order harmonics components because it uses the Scotch yoke method, unlike the conventional general crank and piston connected by connecting rods. Is.
また、y方向については、ヨーク2の変動に伴う慣性力FYyは、クランク角θによらず常に0となる。図6では、この慣性力FYyは示していない。また、カウンタウェイト23による遠心力FCyは、図6に示すように、1/2sin(θ−π/2)で変動する。さらに、バランスウェイト33,34,43,44による遠心力FByは、−1/4sin(θ−π/2)で変動する。そして、ヨーク2の移動に対するトータルの強制力FTyは、下記(2)で表される。
In the y direction, the inertial force FYy accompanying the fluctuation of the
FTy=FTy+FCy+2×FBy・・・(2)
この(2)式に、それぞれの不釣合い力FTy,FCy,FByを代入すると、トータルの強制力FTyは、θの値に拘わらず、常に0となる。したがって、y方向についても、常に不釣合い力を生じないようにすることができる。
FTy = FTy + FCy + 2 × FBy (2)
When the unbalanced forces FTy, FCy, and FBy are substituted into the equation (2), the total forcing force FTy is always 0 regardless of the value of θ. Therefore, it is possible to prevent an unbalanced force from always occurring in the y direction.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では両バランサ30,40にそれぞれ2つのバランスウェイト33,34,43,44を設けているが、それぞれに1つ、あるいはさらに多くのバランスウェイトを設ける態様とすることができる。また、上記実施形態では、ギアを介してバランサ軸を回転させているが、他の動力を用いてバランサを回転させる態様とすることもできる。さらに、バランスウェイト33,34,43,44を同一の重量とし、カウンタウェイト23の重量を2つのバランスウェイトの重さの2倍に設定しているが、ヨーク2との距離関係を調整することにより、異なる重量のバランスウェイト、カウンタウェイトを用いる態様とすることもできる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, although two
1…スコッチヨーク式エンジン、2…ヨーク、11…第一ヨークエレメント、12…第二ヨークエレメント、13…第三ヨークエレメント、14…第四ヨークエレメント、15…第一ピストン、16…第二ピストン、17…第三ピストン、18…第四ピストン、19…レール、20…スライダ、21…クランク軸、22…クランクピン、23…カウンタウェイト、24…クランクギア、25…フライホイール、30…第一バランサ、31…第一バランサ軸、32…第一バランサギア、33…第一(前)バランスウェイト、34…第一(後)バランスウェイト、40…第二バランサ、41…第二バランサ軸、42…第二バランサギア、43…第二前バランスウェイト、44…第二後バランスウェイト、FB1,FB2,FC…遠心力、FY…慣性力、θ…クランク角。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記クランク軸を挟んで互いに対称となる位置に、前記クランク軸の回転方向に対して反対方向に回転し、前記各ピストンの往復運動による振動を抑制するバランサがそれぞれ設けられていることを特徴とするスコッチヨーク式エンジン。 A first cylinder and a second cylinder provided in parallel to each other at opposite positions; a first piston and a second piston provided in each of the first cylinder and the second cylinder so as to be capable of reciprocating; the first piston and the A scotch yoke engine comprising two yoke elements each provided with a second piston, and a yoke for transmitting a reciprocating motion of each piston to a crankpin of a crankshaft;
A balancer that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the crankshaft and that suppresses vibration due to the reciprocating motion of the pistons is provided at positions symmetrical to each other across the crankshaft. Scotch yoke engine.
前記クランク軸を挟んで互いに対称となる位置に、前記クランク軸の回転方向に対して反対方向に回転し、前記各ピストンの往復運動による振動を抑制するバランサがそれぞれ設けられていることを特徴とするスコッチヨーク式エンジン。 A first cylinder and a second cylinder provided adjacent to each other in parallel, and a third cylinder and a fourth cylinder provided at positions opposed to the first cylinder and the second cylinder, provided adjacent to each other and in parallel. A first piston, a second piston, a third piston, and a fourth piston that are reciprocally provided to each of the cylinder, the first cylinder to the fourth cylinder, and the fourth piston to the fourth piston. A scotch-yoke type engine comprising four yoke elements, and a yoke for transmitting the reciprocating motion of each piston to a crankpin of a crankshaft,
A balancer that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the crankshaft and that suppresses vibration due to the reciprocating motion of the pistons is provided at positions symmetrical to each other across the crankshaft. Scotch yoke engine.
前記バランスウェイトが、前記クランクピンを挟んだ位置に配置されている請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記載のスコッチヨーク式エンジン。 The balancer includes a balancer shaft disposed along the axial direction of the crankshaft, and a balance weight attached to the balancer shaft.
The scotch yoke engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the balance weight is disposed at a position sandwiching the crank pin.
前記クランクギアの回転を前記バランサ軸に伝達するバランサギアが前記バランサ軸に取り付けられており、
前記クランク軸と前記バランサ軸とが、相対的に逆方向に回転する請求項5に記載のスコッチヨーク式エンジン。 A crank gear that rotates with the crankshaft is attached to the crankshaft,
A balancer gear that transmits rotation of the crank gear to the balancer shaft is attached to the balancer shaft,
The scotch yoke engine according to claim 5, wherein the crankshaft and the balancer shaft rotate in opposite directions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003286017A JP2005105819A (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Scotch yoke type engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2005105819A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8127736B2 (en) | 2008-05-09 | 2012-03-06 | Hyundai Motor Company | Balancing assembly of an engine |
KR101534720B1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-07-24 | 현대자동차 주식회사 | Balance shaft unit and balance shaft module |
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2003
- 2003-08-04 JP JP2003286017A patent/JP2005105819A/en active Pending
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KR101534720B1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-07-24 | 현대자동차 주식회사 | Balance shaft unit and balance shaft module |
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