JP2006207634A - Vibration removing device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンのストローク特性を変更するストローク特性可変機構と、エンジンの運転に伴う振動を低減するバランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置と、ピストンのストローク特性を変更するストローク特性可変機構と、ピストンの往復動に伴う二次振動を低減する二次バランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置とに関する。 The present invention relates to a stroke characteristic variable mechanism that changes a stroke characteristic of a piston, a vibration elimination device for an engine that includes a balancer device that reduces vibration caused by engine operation, and a stroke characteristic variable mechanism that changes a stroke characteristic of the piston. And a vibration elimination device for an engine provided with a secondary balancer device that reduces secondary vibration accompanying reciprocation of a piston.
クランクシャフトのクランクピンにロアリンクを枢支し、このロアリンクをアッパーリンクを介してピストンに連結するとともに、前記ロアリンクをエンジンブロックに支持したコントロールシャフトにコントロールリンクを介して連結し、コントロールシャフトをアクチュエータで回転させてコントロールリンクの一端の位置を変化させることで圧縮比を変更する複リンク式エンジンが、下記特許文献1、2により公知である。
ところで、コネクティングロッド以外のリンクを備えた複リンク式エンジンでは、それらのリンクがシリンダ軸線に対して非対称に配置されているため、ピストンの往復動に伴って発生する二次振動の方向がシリンダ軸線の方向に対して傾斜することになる。しかも圧縮比を変更すべくコントロールシャフトを回転させると、複数のリンクの配置関係がずれて振動特性、特に二次振動の方向が変化してしまう。 By the way, in the multi-link type engine having links other than the connecting rod, since these links are arranged asymmetrically with respect to the cylinder axis, the direction of the secondary vibration generated by the reciprocation of the piston is the cylinder axis. It will be inclined with respect to the direction. In addition, when the control shaft is rotated to change the compression ratio, the arrangement relationship of the plurality of links is shifted, and the vibration characteristics, particularly the direction of the secondary vibration is changed.
従って、このようなエンジンに二次バランサー装置を装着して二次振動を低減しようとしても、エンジンが高圧縮比状態にあるときの二次振動および低圧縮比状態にあるときの二次振動を共に低減することが難しいという問題がある。 Therefore, even if a secondary balancer device is attached to such an engine to reduce the secondary vibration, the secondary vibration when the engine is in the high compression ratio state and the secondary vibration when the engine is in the low compression ratio state are reduced. There is a problem that it is difficult to reduce both.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ピストンのストローク特性が異なる複数の運転状態を切り換え可能なエンジンの振動を効果的に除去できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to effectively remove vibrations of an engine capable of switching a plurality of operating states having different piston stroke characteristics.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、ピストンのストローク特性を変更するストローク特性可変機構と、エンジンの運転に伴う振動を低減するバランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置において、前記バランサー装置が発生する加振力の方向を、運転状態の切り換え時の振動変化を抑制するように設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an engine having a stroke characteristic variable mechanism that changes a stroke characteristic of a piston, and a balancer device that reduces vibration caused by engine operation. In the vibration removing apparatus, there is proposed an engine vibration removing apparatus characterized in that the direction of the exciting force generated by the balancer device is set so as to suppress a change in vibration at the time of switching of the operating state.
また請求項2に記載された発明によれば、ピストンのストローク特性を変更するストローク特性可変機構と、ピストンの往復動に伴う二次振動を低減する二次バランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置において、前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、第1の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向と、第2の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向との中間に設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置が提案される。 According to the second aspect of the present invention, the vibration removal of the engine including the stroke characteristic variable mechanism that changes the stroke characteristic of the piston and the secondary balancer device that reduces the secondary vibration caused by the reciprocating motion of the piston. In the device, the direction of the excitation force generated by the secondary balancer device is controlled by the direction of the excitation force that suppresses the secondary vibration in the first operation state and the secondary vibration in the second operation state. An engine vibration removing device is proposed which is set in the middle of the direction of the exciting force to be applied.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、第1の運転状態での二次振動の振幅と、第2の運転状態での二次振動の振幅とがほぼ等しくなるように設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置が提案される。
According to the invention described in
尚、実施例の二次バランサー装置43は本発明のバランサー装置に対応する。
In addition, the
請求項1の構成によれば、エンジンの運転状態の切り換え時に振動状態が変化しても、バランサー装置が発生する加振力の方向が前記変化を抑制するように設定されているので、エンジンの運転状態に関わらずに振動を効果的に抑制することができる。 According to the configuration of claim 1, even if the vibration state changes when the engine operating state is switched, the direction of the excitation force generated by the balancer device is set to suppress the change. Vibration can be effectively suppressed regardless of the operating state.
請求項2の構成によれば、ピストンの往復動に伴って発生する二次振動の方向が第1の運転状態と第2の運転状態とで異なっていても、二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、第1の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向と、第2の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向との中間に設定したことにより、第1、第2の運転状態での二次振動の両方を効果的に抑制することができる。
According to the configuration of
請求項3の構成によれば、二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、第1、第2の運転状態での二次振動の振幅がほぼ等しくなるように設定したので、第1、第2の運転状態での二次振動の両方を一層効果的に抑制することができる。 According to the configuration of the third aspect, the direction of the exciting force generated by the secondary balancer device is set so that the amplitudes of the secondary vibrations in the first and second operating states are substantially equal. Both secondary vibrations in the second operating state can be more effectively suppressed.
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1〜図8は本発明の一実施例を示すもので、図1は可変圧縮比エンジンの縦断面図(高圧縮比状態)、図2は図1の2−2線矢視図、図3は図1の3−3線矢視図、図4は図1の4方向矢視図、図5は可変圧縮比エンジンの縦断面図(低圧縮比状態)、図6はバランサーウエイトの位相と加振力の方向との関係を示す図、図7はエンジンの二次振動の方向を示すグラフ、図8は二次バランサー装置の効果を示すグラフである。
1 to 8 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a variable compression ratio engine (high compression ratio state), and FIG. 2 is a view taken along the line 2-2 in FIG. 3 is a view taken along line 3-3 in FIG. 1, FIG. 4 is a view taken in the direction of
図1〜図4に示すように、複数のリンクを備えることでピストンの上死点あるいは下死点に位置を変更可能なストローク特性可変エンジンの一例である可変圧縮比エンジンEは、シリンダブロック11およびクランクケース12を結合したエンジンブロック13を備えており、シリンダブロック11の上部にシリンダヘッド14およびヘッドカバー15が結合され、クランクケース12の下部にオイルパン16が結合される。シリンダブロック11およびクランクケース12の割り面にクランクシャフト17のメインジャーナル17aが回転自在に支持されており、メインジャーナル17aから偏心するピンジャーナル17bに概略三角形のロアリンク18の中間部が揺動自在に枢支される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the variable compression ratio engine E, which is an example of a variable stroke characteristic engine that can change the position to the top dead center or the bottom dead center of the piston by providing a plurality of links, And an
シリンダブロック11に設けたシリンダスリーブ20にピストン21が摺動自在に嵌合しており、アッパーリンク22(コネクティングロッド)の上端がピストンピン23を介してピストン21に枢支されるとともに、アッパーリンク22の下端が第1ピン24を介してロアリンク18の一端部に枢支される。
A
クランクシャフト17の位置から横方向に偏心したクランクケース12の下面に、クランク形状のコントロールシャフト25のメインジャーナル25aが、ボルト26,26でクランクケース12の締結されたキャップ27によって揺動自在に枢支される。コントロールリンク28は本体部28aと、その下端にボルト29,29で締結されたキャップ部28bとを備えており、本体部28aの上端が第2ピン30を介してロアリンク18の他端部に枢支されるとともに、本体部28aの下端およびキャップ部28b間にコントロールシャフト25のピンジャーナル25bが枢支される。コントロールシャフト25は、その一端に設けた油圧式のアクチュエータ31で所定角度の範囲で揺動する。
A
シリンダヘッド14の下面に形成された燃焼室14aに吸気ポート32および排気ポート33が開口しており、吸気ポート32を開閉する吸気バルブ34と排気ポート33を開閉する排気バルブ35とがシリンダヘッド14に設けられる。吸気バルブ34は吸気カムシャフト36により吸気ロッカーアーム37を介して開閉駆動され、排気バルブ35は排気カムシャフト38により排気ロッカーアーム39を介して開閉駆動される。
An
クランクシャフト17の下方のクランクケース12に固定された上部バランサーハウジング40と、その下面にボルト41…で結合された下部バランサーハウジング42との間に二次バランサー装置43が収納される。二次バランサー装置43は、第1バランサーウエイト44aを一体に有する第1バランサーシャフト44と、第2バランサーウエイト45aを一体に有する第2バランサーシャフト45とを備えており、第1バランサーシャフト44はクランクシャフト17に設けた第1ギヤ46に噛合する第2ギヤ47により駆動され、第2バランサーシャフト45は第1バランサーシャフト44に設けた第3ギヤ48に噛合する第4ギヤ49により駆動される。第1ギヤ46の歯数は第2ギヤ47の歯数の2倍に設定され、第3ギヤ48および第4ギヤ49の歯数は同じに設定されているため、第1、第2バランサーシャフト44,45はクランクシャフト17の2倍の回転数で相互に逆方向に回転し、エンジンEの二次振動を抑制する。
A
尚、二次バランサー装置43は、クランクシャフト17からチェーンあるいはタイミングベルトを用いて第1、第2バランサーシャフト44,45に駆動力を伝達するものであっても良い。
The
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
エンジンEの運転状態に応じてアクチュエータ31が駆動され、アクチュエータ31に接続されたコントロールシャフト25が図1に示す位置と図5に示す位置との間の任意の位置に回転する。図1に示す位置では、コントロールシャフト25のメインジャーナル25aに対してピンジャーナル25bが下方に位置するため、コントロールリンク28が引き下げられてロアリンク18がクランクシャフト17のピンジャーナル17bを中心に時計方向に揺動し、アッパーリンク22が押し上げられてピストン21の位置が高くなることで、エンジンEが高圧縮比状態になる。
The
逆に、図5に示す位置では、コントロールシャフト25のメインジャーナル25aに対してピンジャーナル25bが上方に位置するため、コントロールリンク28が押し上げられてロアリンク18がクランクシャフト17のピンジャーナル17bを中心に反時計方向に揺動し、アッパーリンク22が引き下げられてピストン21の位置が低くなることで、エンジンEが低圧縮比状態になる。
On the contrary, in the position shown in FIG. 5, the
このように、コントロールシャフト25の揺動によってコントロールリンク28が上下動し、ロアリンク18の運動拘束条件が変化してピストン21の上死点位置を含むストローク特性が変化することで、エンジンEの圧縮比が任意に制御される。
As described above, the
図7はX−Z平面(クランクシャフト17に直交する平面)における二次振動FX,FZの波形を示すもので、Z方向の二次振動FZおよびX方向の二次振動FXが同時に発生し、主たる二次振動の方向がZ方向に対してX方向に角度θ1,θ2だけ傾斜していることが分かる。実線で示す高圧縮比時の二次振動の方向θ1と破線で示す低圧縮比時の二次振動の方向θ2とは、角度αだけずれている。 FIG. 7 shows the waveforms of the secondary vibrations FX and FZ in the XZ plane (a plane perpendicular to the crankshaft 17). The secondary vibrations FZ in the Z direction and the secondary vibrations FX in the X direction are generated simultaneously. It can be seen that the direction of the main secondary vibration is inclined by the angles θ1 and θ2 in the X direction with respect to the Z direction. The direction θ2 of the secondary vibration at the high compression ratio indicated by the solid line and the direction θ2 of the secondary vibration at the low compression ratio indicated by the broken line are shifted by an angle α.
図6に示すように、Z方向に対して傾斜した二次振動を効果的に打ち消すには、二次バランサー装置43が発生する加振力の方向をシリンダ軸線L1に対して角度θだけ傾斜させれば良い。即ち、相互に逆方向に回転する第1、第2バランサーウエイト44a,45aの位相が揃ったとき、その第1、第2バランサーウエイト44a,45aの方向に最大の加振力が発生するが、そのときの第1、第2ランサーウエイト44a,45aの位相をシリンダ軸線L1に対してθだけ偏倚させることにより、最大の加振力が発生する方向をシリンダ軸線L1に対してθだけ傾けている。従って、θの値を変更するだけで、二次バランサー装置43が発生する加振力の方向を任意に設定することができる。
As shown in FIG. 6, in order to effectively cancel the secondary vibration inclined with respect to the Z direction, the direction of the excitation force generated by the
しかしながら、高圧縮比時の角度θ1と低圧縮比時の角度θ2とは不一致であり、高圧縮比時の二次振動を有効に抑える角度θ1を採用すると低圧縮比時の二次振動を有効に抑えることができなくなり、逆に低圧縮比時の二次振動を有効に抑える角度θ2を採用すると高圧縮比時の二次振動を有効に抑えることができなくなる問題がある。そこで本実施例では、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向を、高圧縮比時の二次振動の方向θ1と低圧縮比時の二次振動の方向θ2との中間の方向θに設定している。具体的には、高圧縮比時の二次振動の振幅と低圧縮比時の二次振動の振幅とがほぼ一致するように、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向θを設定している。これにより、高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動の両方を効果的に低減することができる。
However, the angle θ1 at the time of the high compression ratio and the angle θ2 at the time of the low compression ratio are inconsistent. If the angle θ1 that effectively suppresses the secondary vibration at the high compression ratio is adopted, the secondary vibration at the low compression ratio is effective. If the angle θ2 that effectively suppresses the secondary vibration at the low compression ratio is adopted, the secondary vibration at the high compression ratio cannot be effectively suppressed. Therefore, in the present embodiment, the direction in which the first and
エンジンEの圧縮比を変更しても、二次バランサー装置43によってエンジンEの二次振動の方向の変化が極めて小さく抑えられるので、乗員がエンジンEの運転状態の変化による違和感を覚えることが少なくて済む。
Even if the compression ratio of the engine E is changed, the change in the direction of the secondary vibration of the engine E is suppressed to be extremely small by the
図8における細い実線および細い破線は、二次バランサー装置43を持たないエンジンEの高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動FZの波形であり、太い実線および太い破線は、二次バランサー装置43を持つエンジンEの高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動FZの波形である。何れの場合にも、二次バランサー装置43を設けたことにより二次振動FZが大幅に低減している。
A thin solid line and a thin broken line in FIG. 8 are waveforms of the secondary vibration FZ when the engine E without the
図8(A)〜(C)は、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向が異なっている。図8(A)は高圧縮比時の二次振動(太い実線)を最も効果的に抑制するように設定したものであり、高圧縮比時の二次振動は充分に低減しているが低圧縮比時の二次振動(太い破線)がかなり残存している。図8(B)は低圧縮比時の二次振動(太い破線)を最も効果的に抑制するように設定したものであり、低圧縮比時の二次振動は充分に低減しているが高圧縮比時の二次振動(太い実線)がかなり残存している。図8(C)は高圧縮比時および低圧縮比時の中間の設定(本実施例の設定)であり、高圧縮比時の二次振動(太い実線)の振幅および低圧縮比時の二次振動(太い破線)の振幅が同じ大きさに低減している。
8A to 8C differ in the direction in which the first and
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施例では可変圧縮比エンジンについて説明したが、同様の構造で各部の寸法を変更することによって、エンジンの圧縮比および排気量の何れか一方または両方を変更可能に構成することができる。本発明は、これらの可変ストローク特性エンジンを含む多リンク式エンジンに対して適用することができる。 For example, although the variable compression ratio engine has been described in the embodiments, it is possible to change either or both of the compression ratio and the displacement of the engine by changing the dimensions of each part with the same structure. The present invention can be applied to a multi-link engine including these variable stroke characteristics engines.
21 ピストン
43 二次バランサー装置(バランサー装置)
E エンジン
21
E engine
Claims (3)
前記バランサー装置(43)が発生する加振力の方向を、運転状態の切り換え時の振動変化を抑制するように設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置。 In an engine vibration elimination apparatus comprising: a stroke characteristic variable mechanism that changes a stroke characteristic of the piston (21); and a balancer device (43) that reduces vibration associated with operation of the engine (E).
The engine vibration removing device, wherein the direction of the exciting force generated by the balancer device (43) is set so as to suppress a vibration change at the time of switching of the operating state.
前記二次バランサー装置(43)が発生する加振力の方向を、第1の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向と、第2の運転状態での二次振動を抑制する加振力の方向との中間に設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置。 In an engine vibration elimination apparatus comprising: a stroke characteristic variable mechanism that changes a stroke characteristic of a piston (21); and a secondary balancer device (43) that reduces secondary vibration caused by reciprocation of the piston (21).
The direction of the exciting force generated by the secondary balancer device (43), the direction of the exciting force that suppresses the secondary vibration in the first operating state, and the secondary vibration in the second operating state are suppressed. An engine vibration removing device, which is set in the middle of the direction of the exciting force to be applied.
The direction of the exciting force generated by the secondary balancer device (43) is such that the amplitude of the secondary vibration in the first operating state is substantially equal to the amplitude of the secondary vibration in the second operating state. The engine vibration elimination device according to claim 2, wherein
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