JP2006316625A - Vibration reducer of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の回転振動を低減するバランサを備えた内燃機関の振動低減装置に関する。 The present invention relates to a vibration reduction device for an internal combustion engine including a balancer that reduces rotational vibration of the internal combustion engine.
車両に搭載される内燃機関、特に直列多気筒型の内燃機関では、ピストン往復運動に伴う二次振動を低減するために二次バランサが設けられる。この二次バランサは、周知のように、クランクシャフトの2倍の速さで互いに逆向きに回転する一対のバランサシャフトを有し、各バランサシャフトに所定の質量を有するバランサウエイトが設けられている。このような二次バランサは、従来、内燃機関の内部に配置され、一般的には特許文献1に記載されているように潤滑が容易で比較的スペースに余裕のあるクランクケースやオイルパンの内部に収容配置され、ラダーフレームやブラケット等を用いてシリンダブロックやオイルパンに支持されていた。
車両に搭載される内燃機関では、一般的に、内燃機関の後方に変速機が接続され、これら内燃機関と変速機とを含むパワートレインが数カ所により車体側に支持される。従って、内燃機関を含むパワートレインの重心位置は、比較的機関後方寄りに位置し、典型的には内燃機関のクランク回転系の二次慣性力の中心位置よりも機関後方側へオフセットしている。上記重心位置に対する二次慣性力のモーメントが内燃機関の二次振動として表われるので、このモーメントを相殺するために必要なバランサウエイトの質量も、このバランサウエイトの位置、つまり重心位置からのモーメントの腕長さによって変化する。具体的には、バランサウエイトをできるだけ重心位置から機関前方へ遠ざるほど、その質量を低減することができる。 Generally, in an internal combustion engine mounted on a vehicle, a transmission is connected to the rear of the internal combustion engine, and a power train including the internal combustion engine and the transmission is supported on the vehicle body side at several locations. Accordingly, the position of the center of gravity of the powertrain including the internal combustion engine is located relatively toward the rear of the engine, and is typically offset to the rear of the engine from the center position of the secondary inertia force of the crank rotation system of the internal combustion engine. . Since the moment of the secondary inertia force with respect to the center of gravity position appears as secondary vibration of the internal combustion engine, the mass of the balancer weight required to cancel this moment is also the position of the balancer weight, that is, the moment from the center of gravity position. Varies with arm length. Specifically, the mass of the balancer weight can be reduced as far as possible from the position of the center of gravity to the front of the engine.
しかしながら、上述したように内燃機関の内部にバランサウエイトを配置する従来のレイアウトでは、バランサウエイトに比較的大きな質量を必要とし、バランサを十分に小型・軽量化することができなかった。また、上述したようにオイルパン内にバランサウエイトを配置する構成では、回転するバランサウエイト等に干渉する潤滑油の量が多く、その損失が大きいという問題があった。 However, in the conventional layout in which the balancer weight is disposed inside the internal combustion engine as described above, the balancer weight requires a relatively large mass, and the balancer cannot be sufficiently reduced in size and weight. In addition, as described above, the configuration in which the balancer weight is disposed in the oil pan has a problem that the amount of lubricating oil that interferes with the rotating balancer weight and the like is large and the loss thereof is large.
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、バランサを格段に軽量化及び小型化することができる新規な内燃機関の振動低減装置を提供することを主たる目的としている。 The present invention has been made paying attention to such points, and has as its main object to provide a novel vibration reduction device for an internal combustion engine that can significantly reduce the weight and size of a balancer.
内燃機関のクランクシャフトと平行に配置され、このクランクシャフトに連動して回転するバランサシャフトと、このバランサシャフトに設けられ、所定の質量を有するバランサウエイトと、を有するバランサを備える。少なくとも上記バランサウエイトが、内燃機関の前壁よりも機関前方に配置されている。 A balancer shaft that is arranged in parallel with the crankshaft of the internal combustion engine and rotates in conjunction with the crankshaft, and a balancer weight provided on the balancer shaft and having a predetermined mass is provided. At least the balancer weight is disposed in front of the engine with respect to the front wall of the internal combustion engine.
本発明によれば、バランサウエイトを内燃機関の前壁よりも機関前方に配置することにより、バランサウエイトを著しく軽量化することが可能で、ひいてはバランサを格段に軽量化・小型化することができる。 According to the present invention, the balancer weight can be remarkably reduced in weight by disposing the balancer weight ahead of the front wall of the internal combustion engine, and thus the balancer can be significantly reduced in weight and size. .
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書では、クランクシャフト24の軸方向である図1の左右方向を(機関)前後方向La、ピストン12の往復方向である図1の上下方向を(機関)上下方向Lb、両者La、Lbに直交する方向である図1の紙面に垂直な方向を(機関)幅方向Lcと呼び、内燃機関10に対して変速機2が接続する側である図1の右側を(機関)後側、逆側の図1の左側を(機関)前側と呼ぶ。また、カムシャフト28のように内燃機関10の吸気弁側と排気弁側にそれぞれ設けられる構成要素には、必要に応じて、吸気弁側の構成要素には参照符号の後に”I”を付し、排気弁側の構成要素には参照符号の後に”E”を付している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the left-right direction of FIG. 1 that is the axial direction of the
図1を参照して、車両用の内燃機関10の機関後側には自動変速機2が配置されており、これら内燃機関10及び自動変速機2を含むパワートレインが、機関側マウンティング4及び変速機側マウンティング6を含む数カ所で車体側に支持されている。
Referring to FIG. 1, an
内燃機関10は、4つのピストン12が機関前後方向(気筒列方向)Laに沿って直列に配置された直列4気筒型であって、周知のように、ピストン12が昇降可能に嵌合するシリンダ(気筒)14が形成されたシリンダブロック16と、このシリンダブロック16の下側に取り付けられ、潤滑油が貯留されるオイルパン18と、シリンダブロック16の上側に固定されるシリンダヘッド20と、このシリンダヘッド20の上側に取り付けられるヘッドカバー22と、を有している。シリンダブロック16にはクランクシャフト24が回転可能に支持されており、このクランクシャフト24のクランクピンとピストン12とがコネクティングロッド26により連結されている。
The
吸気カムシャフト28I及び排気カムシャフト28Eは、吸・排気弁のバルブリフタを直接的に押圧・駆動するカム30が設けられた直動式のものであって、ピストン12の頭上をクランクシャフト24と平行に気筒列方向Laに延在しており、かつ、シリンダヘッド20とヘッドカバー22との間に回転可能に支持されている。
The intake camshaft 28I and the
内燃機関10の前壁34には、フロントカバー36が取り付けられている。この前壁34は、シリンダブロック16、オイルパン18、シリンダヘッド20及びヘッドカバー22等により構成されている。この前壁34との間に形成されるフロントカバー36の内部には、クランクシャフト24の前端に固定されたクランクスプロケット38と、カムシャフト28の前端に固定されたカムスプロケット40とが配置されている。これらのスプロケット38,40に回転動力伝達用のチェーン32が巻き掛けられている。この無端状のチェーン32を介してクランクシャフト24の回転動力がカムシャフト28に伝達され、カムシャフト28がクランクシャフト24の半分の速度で回転する。
A
そして、図1〜図4に示すように、本発明の第1実施例では、機関前壁34よりも機関前方(図1の左方向)に、内燃機関の振動を低減・相殺するバランサとして、内燃機関の二次振動を低減・相殺する二次バランサ42が配置されている。この二次バランサ42は、固定ボルト44によりシリンダヘッド20の前壁34に固定される一対のシャフト支持体46と、このシャフト支持体46に回転可能に支持され、クランクシャフト24と平行に気筒列方向Laに沿って延在する一対の金属製の円筒状のバランサシャフト48と、を有している。バランサシャフト48の外周には、所定の質量を有するバランサウエイト50と、バランサ側ギヤ52と、が設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 4, in the first embodiment of the present invention, as a balancer that reduces and cancels vibrations of the internal combustion engine in front of the engine front wall 34 (to the left in FIG. 1), A
図2にも示すように、バランサシャフト48及びバランサウエイト50は、チェーン32の内側であって、一対のカムシャフト28のカムスプロケット40の直下位置に、機関幅方向Lcに隣接して並設されている。つまり、吸気側バランサシャフト48Iが吸気カムシャフト28Iの斜め下方に配置され、排気側バランサシャフト48Eが排気カムシャフト28Eの斜め下方に配置されている。すなわち、二次バランサ42は、機関上下方向に関してクランクシャフト24とカムシャフト28との間であって、かつ、クランクシャフト24に比してカムシャフト28に近い機関上方寄りに配置されている。
As shown in FIG. 2, the
図2及び図3にも示すように、各カムスプロケット40は、シリンダヘッド20の前壁34より突出するカムシャフト28の前端に固定ボルト54によって固定されている。各カムスプロケット40の外周には、上記のチェーン32が巻き掛けられるカム側チェーンギヤ56が設けられている。そして、一方の吸気カムスプロケット40Iの外周には、上記のバランサ側ギヤ52Iと噛み合うカム側ギヤ58が、そのカム側チェーンギヤ56Iに軸方向に隣接して設けられている。これらのギヤ58I,52Iが、一方の吸気カムシャフト28Iから対応する吸気側バランサシャフト48Iへ回転動力を伝達するギヤ列を構成している。これらのギヤ58I,52Iは、いわゆるラトラル音と呼ばれる歯打ち音を低減するために、合成樹脂を用いた樹脂ギヤである。あるいは、樹脂ギヤに代えてシザースギヤを用いるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
また、図4に示すように一対のバランサ側ギヤ52I,52Eは互いに噛み合っており、これらのギヤを介して吸気側バランサシャフト48Iから排気側バランサシャフト48Eへ回転動力が伝達される。これらのギヤを介して、両バランサシャフト48がクランクシャフト24の2倍の回転速度で互いに逆方向に回転する。
As shown in FIG. 4, the pair of
図3を参照して、金属接触部分であるシャフト支持体46の外周面とバランサシャフト48の内周面との軸受部分には、シリンダヘッド20及びシャフト支持体46等にわたって形成された給油通路60を通して潤滑油が供給される。
Referring to FIG. 3, an
フロントカバー36には、その裏面側より機関後方(図3の右側)へ突出する突起部62が一体的に形成されている。この突起部62は、バランサ42から所定の間隙64を隔てて上方に配置されており、バランサ42の機関上方を覆う半円弧形状をなしている。
The
図2に示すように、隣り合う2つのバランサシャフト48のバランサ側ギヤ52が互いに噛み合う噛合部53では、両シャフト48の回転方向(接線方向)55I,55Eが機関上方を指向するように設定されており、この噛合部53の上方位置には、矢印70に示すようにブローバイガスが通流可能な通路形成部66が設定されている。つまり、この噛合部53の上方位置には、突起部62が設けられておらず、つまり突起部62に切欠状の通路形成部66が形成されている。
As shown in FIG. 2, in the
次に、このような本実施例の特徴的な構成及び作用効果について説明する。図1を参照して、内燃機関10のクランク回転系の二次慣性力(二次振動成分)の中心位置78は、機関前後方向Laで内燃機関10のほぼ中央に位置する。また、内燃機関10及び自動変速機2を含むパワートレインは、機関側マウンティング4及び変速機側マウンティング6により車体側に支持されている。従って、一般的に、パワートレインの重心位置76は二次慣性力の中心位置78に比して機関後方側(図1の右側)へオフセットつまり偏っている。
Next, the characteristic configuration and operational effects of the present embodiment will be described. Referring to FIG. 1, the
重心位置76に対する二次慣性力(の中心位置78)のモーメントが内燃機関10の二次振動として表われるので、これを相殺するために必要なバランサウエイトの質量は重心位置76からの距離によって変化し、すなわちバランサウエイトを機関前方へ遠ざけるほど、バランサウエイトを軽量化することができる。
Since the moment of the secondary inertia force (the center position 78) with respect to the center of
従来技術としての比較例ではオイルパン18の内部にバランサウエイト74が収容配置されている(図1参照)。これに対して本実施例では、バランサウエイト50を含めたバランサ42全体が内燃機関10の前壁34よりも機関前方に配置されている。従って、一対のバランサシャフト48がクランクシャフト24の2倍の回転速度で互いに逆方向に回転する二次バランサに関し、本実施例では比較例に比してバランサウエイト50を十分に機関前方へ配置することが可能となり、この結果、本実施例では比較例に比してバランサウエイト50の質量を例えば半分以下に軽量化することが可能である。このようにバランサウエイト50を著しく軽量化できるために、バランサ42全体を格段に軽量化・小型化することが可能となる。このため、例えばシャフト支持体46の小型・軽量化も可能となり、このような軽量化に伴い駆動馬力も少なくて済み、ギヤ等への負荷・荷重も著しく軽減することができる。
In the comparative example as the prior art, a
バランサ42が、カムシャフト28とクランクシャフト24との間であって、かつ、クランクシャフト24に比してカムシャフト28に近い機関上方寄り、より具体的には一対のカムシャフト28の直下位置に配置されている。このように、バランサ42自体が小型である上、比較的スペースに余裕のあるカムシャフト28の近傍にバランサ42を配置できるために、バランサ42の機関搭載性が著しく向上する。また、バランサ42がオイルパン18を避けた位置に配置されているため、比較例のようにオイルパン18内にバランサウエイト74(図1参照)を配置する場合に比して、潤滑油との干渉を格段に軽減することができ、この潤滑油に起因するフリクションを大幅に軽減することができる。特に、極低温始動時のフリクションが大幅に低減されるために、始動時にクランクシャフトを回転駆動するスタータの低出力化・小型化を図ることができる。
The
一対のバランサシャフト48に互いに噛み合うバランサ側ギヤ52が設けられ、これら一対のバランサ側ギヤ52によって、簡素な構造でありながら確実に両バランサシャフト48を互いに逆向きに回転させることができる。そして、一方バランサ側ギヤ52Iが、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの一方28Iに設けられたカム側ギヤ58と噛み合っている。つまり、一方のバランサ側ギヤ52Iが他方のバランサ側ギヤ52Eとカム側ギヤ58の双方に噛み合っており、カムシャフトから両バランサシャフトへのギヤ機構の簡素化が図られている。
The balancer side gears 52 that mesh with each other are provided on the pair of
図2に示すように、カム側ギヤ58が、動力伝達用のチェーン32が巻き掛けられるカムスプロケット40の外周に設けられており、つまりチェーン32が巻き掛けられるギヤ56と軸方向に隣接してカムスプロケット40の外周に配置されている。このように、既存のカムスプロケット40にカム側ギヤ58を設けることにより、軽量化・小型化・省スペース化等の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 2, the
バランサ42が内燃機関10の前壁34に取り付けられるフロントカバー36の内部に収容配置されており、このフロントカバー36の裏面より突出する突起部62が、上記バランサ42の上方に配置されている。この突起部62により、回転するバランサ42によるオイルミストの飛散を効果的に抑制することができる。
The
図2に示すように、一対のバランサ側ギヤの回転方向55I,55Eが、両ギヤが互いに噛み合う部分53で機関上方を指向するように設定されており、この噛み合う部分53の機関上方に、ブローバイガスが通流可能な通路形成部66が形成されている。つまり、噛み合う部分53の上方を解放するように、突起部62に通路形成部66が切欠形成されている。従って、図2の矢印70に示すように、機関下方側のクランクケースから発生したブローバイガスを、2つのバランサの回転55I,55Eを利用して積極的に機関上方のヘッドカバー側へ導いて機関内部のオイル劣化を抑制することができる。また、矢印72に示すように、この通路形成部66を通して機関上方側から機関下方側へ向けて潤滑油を戻すことができる。つまり、この通路形成部66が、シリンダヘッド20側からオイルパン18側への油落とし経路の一部を構成している。
As shown in FIG. 2, the
各バランサウエイト50は、図2に示す軸方向視では、バランサシャフト48を中心とする略扇状をなしており、この実施例では周方向に略半分の長さの円板形状をなしている。両バランサウエイト50の重量及び軸方向での重心位置は同一に設定されている。そして、図4に示すように、両バランサウエイト50が径方向で部分的にオーバーラップするように、一方の吸気側のバランサウエイト50Iが、板状をなす他方の排気側のバランサウエイト50Eの軸方向両側に位置する挟持片部88を有する、断面略コ字状・断面略U字状・チャンネル状をなしている。すなわち、板状のバランサウエイト50Eの外周部をチャンネル状をなすバランサウエイト50Iの外周部が所定の間隙を介して囲う形態となっている。従って、両バランサウエイト50I,50Eの重心位置を軸方向で一致させつつ、両バランサウエイト50I,50Eを互いに十分に近づけて配置することができ、省スペース化を図ることができる。
Each
上述したように、バランサ42を十分に軽量化できることから、バランサシャフトへ回転動力を伝達するためのギヤ58I,52Iを、合成樹脂を用いた樹脂ギヤとすることができる。これにより、いわゆるラトラル音と呼ばれる歯打ち音を格段に低減することができる。また、樹脂ギヤに代えてシザースギヤを用いるようにしてもよい。
As described above, since the
以下に説明する実施例では、基本的に既述した実施例との相違点のみを説明し、上記実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。 In the embodiment described below, only differences from the above-described embodiment will be basically described, and the same components as those in the above embodiment will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be appropriately omitted.
図5〜8は、それぞれ本発明の第1〜4実施例に対応している。いずれの実施例でも、バランサ42,42A,42B,42Cが内燃機関10の前壁34よりも機関前方に配置されている。図5に示す第1実施例では、図1〜4にも示すように、一対のバランサウエイト50が一対のカムスプロケット40の直ぐ下方に配置されている。
5 to 8 correspond to the first to fourth embodiments of the present invention, respectively. In any of the embodiments, the
図6に示す第2実施例のバランサ42Aでは、一対のバランサウエイト50がクランクスプロケット38の直ぐ下方に配置されており、互いに噛み合うバランサ側ギヤ52E,52Iの一方の排気側バランサ側ギヤ52Eがクランクスプロケット38に設けられたクランク側ギヤ80と噛み合うことにより、両バランサシャフト48I,48Eがクランクシャフトの二倍の速度で互いに逆向きに回転するように設定されている。
In the
図7に示す第3実施例では、第1実施例と同様、2つのカムスプロケット40の直ぐ下方にバランサ42Bが配置されている。但し、クランクスプロケット38に巻き掛けられるチェーン32Aが、第1実施例のようにカムスプロケット40ではなく、一対のバランサシャフト48I,48Eの一方の排気側バランサシャフト48Eに巻き掛けられており、この排気側バランサシャフト48Eから適宜なギヤ機構を介して他方の吸気側バランサシャフト48I及び一対のカムシャフト28へ回転動力が伝達されるようになっている。
In the third embodiment shown in FIG. 7, a
図8に示す第4実施例のバランサ42Cでは、第1実施例のようにクランクスプロケット38及びカムスプロケット40に巻き掛けられる第1のチェーン32に加えて、第3実施例のようにクランクスプロケット38と一対のバランサシャフト48I,48Eの一方の排気側バランサシャフト48Eとに巻き掛けられる第2のチェーン32Aが設けられ、この第2チェーン32Aを介してクランクシャフトの回転動力がバランサシャフトに伝達されるようになっている。この実施例によれば、上記第1〜第3実施例のようにバランサシャフトをカムシャフトやクランクシャフトとギヤ機構により連係するものに比して、バランサ42Cのレイアウトの自由度が高く、例えば図8に示すようにバランサ42Cをクランクスプロケット38及びカムスプロケット40の双方から離間した略中間位置に配置することができる。
In the
二次バランサでは、バランサシャフトをクランクシャフトに対して2倍の回転速度で回動する必要がある。一方、カムシャフトはクランクシャフトに対して半分の回転速度で回転する。従って、上記第1実施例のようにカム側ギヤとバランサ側ギヤとを直接噛み合わせる構成では、構成が簡素化される反面、カム側ギヤとバランサ側ギヤとの変速比が大きく、レイアウト等の面でその適用が困難となるおそれがある。 In the secondary balancer, it is necessary to rotate the balancer shaft at a rotational speed twice that of the crankshaft. On the other hand, the camshaft rotates at half the rotational speed with respect to the crankshaft. Therefore, in the configuration in which the cam side gear and the balancer side gear are directly meshed as in the first embodiment, the configuration is simplified, but the gear ratio between the cam side gear and the balancer side gear is large, and the layout, etc. The application may be difficult.
そこで、図9及び図10に示す第5実施例では、一方の吸気カムシャフトに設けられたカム側ギヤ58に対してバランサ側ギヤ52Iを増速するための中間ギヤ機構82が設けられている。この中間ギヤ機構82は、カム側ギヤ58に噛み合う第1中間ギヤ84と、バランサ側ギヤ52Iに噛み合う第2中間ギヤ86と、を有し、両ギヤ84,86が同軸上に配置され、一体的に回転するように構成されている。第2中間ギヤ86は第1中間ギヤ84に対して大径で歯数が多く(例えば4倍)設定されている。
Therefore, in the fifth embodiment shown in FIGS. 9 and 10, an
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例によって限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記第1実施例では吸気側カムスプロケット40Iにカム側ギヤ58を設けているが、排気側カムスプロケット40Eにカム側ギヤ58を設けるようにしても良い。
As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. For example, although the
10…内燃機関
28…カムシャフト
32…チェーン
34…前壁
36…フロントカバー
38…クランクスプロケット
40…カムスプロケット
42…二次バランサ
48…バランサシャフト
50…バランサウエイト
52…バランサ側ギヤ
58…カム側ギヤ
62…突起部
66…通路形成部
82…中間ギヤ機構
DESCRIPTION OF
Claims (11)
少なくとも上記バランサウエイトが、内燃機関の前壁よりも機関前方に配置されていることを特徴とする内燃機関の振動低減装置。 A balancer shaft disposed in parallel with the crankshaft of the internal combustion engine and rotating in conjunction with the crankshaft; and a balancer weight provided on the balancer shaft and having a predetermined mass;
The vibration reduction device for an internal combustion engine, wherein at least the balancer weight is disposed in front of the engine with respect to the front wall of the internal combustion engine.
上記カム側ギヤがカムスプロケットの外周に設けられていることを特徴とする請求項5又は6に記載の内燃機関の振動低減装置。 A chain for power transmission is wound around the crank sprocket of the crankshaft and the cam sprocket of the camshaft,
The vibration reducing device for an internal combustion engine according to claim 5 or 6, wherein the cam side gear is provided on an outer periphery of the cam sprocket.
両バランサウエイトの重心位置が同一軸方向位置に設定されており、
かつ、両バランサウエイトが径方向で部分的にオーバーラップするように、一方のバランサウエイトが、板状をなす他方のバランサウエイトの軸方向両側に位置する挟持片部を有することを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の内燃機関の振動低減装置。 Each of the pair of balancer weights of the secondary balancer has a substantially fan shape centered on the balancer shaft.
The center of gravity of both balancer weights is set to the same axial position,
In addition, one balancer weight has clamping pieces located on both sides in the axial direction of the other balancer weight forming a plate shape so that both balancer weights partially overlap in the radial direction. Item 8. The vibration reduction device for an internal combustion engine according to any one of Items 3 to 7.
上記噛み合う部分の機関上方に、ブローバイガスが通流可能な通路形成部が形成されていることを特徴とする請求項3〜9のいずれかに記載の内燃機関の振動低減装置。 The rotation direction at the portion where the pair of balancer side gears mesh with each other is set so as to be directed above the engine,
10. The vibration reducing device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein a passage forming portion through which blow-by gas can flow is formed above the meshing portion of the engine.
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