JP2007285495A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、クランクシャフトに生じるねじれ現象を低減することができる内燃機関を提供することである。
【解決手段】内燃機関１００においては、クランクシャフト１０においてピストンの直線往復運動が回転運動に変換される。クランクシャフト１０と平行に設けられたバランスシャフト６０と、クランクシャフト１０とが、各両端部でバランスシャフトギア９０およびクランクシャフトギア８０により同期が図られる。すなわち、クランクシャフト１０のねじれ現象をバランスシャフト６０の剛性により抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンの直線往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトを備えた内燃機関に関する。

従来、内燃機関においては、種々の開発が行われている。

例えば、特許文献１には、Ｖ型エンジンのバランサ構造について開示されている。この特許文献１におけるバランサ構造は、振動発生源であるクランクシャフトの最近接部位にバランサシャフトを配接し得て、慣性偶力を効果的にキャンセルし得て、振動を低減するものである。

特許文献１においては、Ｖ型エンジンにおいてピストンの往復慣性力により発生する回転モーメントを抑止するためにバランサシャフトを配設している。すなわち、Ｖ型エンジン特有のピストンの位相差による回転モーメントがＶ型エンジン全体における回転モーメントを発生させているため、当該回転モーメントを慣性偶力によりキャンセルさせている。
特開２００３−４２２３０号公報

しかしながら、内燃機関（エンジン）においては、クランクシャフト自体のねじれ現象も発生する。特に、クランクシャフトの長さが長くなるに連れて（例えば、気筒数の増加）ねじれ現象が顕著に現れる。そして、さらに、フライホイールをクランクシャフトの片側に設けることによりクランクシャフトの一端と他端との回転速度に差が生じ、ねじれ現象がより顕著に発生することとなる。

本発明の目的は、クランクシャフトに生じるねじれ現象を低減することができる内燃機関を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

（１）
本発明に係る内燃機関は、ピストンの直線往復運動を回転運動に変化させるクランクシャフトと、クランクシャフトに平行に設けられたねじり剛性向上シャフトと、クランクシャフトとねじり剛性向上シャフトとの回転を連動させる伝達装置と、を備え、伝達装置は、ねじり剛性向上シャフトとクランク軸とを複数箇所において連動するように設けられたものである。

本発明に係る内燃機関においては、クランクシャフトにおいてピストンの直線往復運動が回転運動に変換される。クランクシャフトと平行に設けられたねじり剛性向上シャフトと、クランクシャフトとが、伝達装置により回転の同期が図られる。

この場合、クランクシャフトの両端部において発生するねじり現象が、ねじり剛性向上シャフトおよび伝達装置の働きにより改善される。すなわち、多気筒の内燃機関の場合、クランクシャフトの全長が長くなりクランクシャフトの両端部（前後端部）において回転差が生じる、いわゆるねじり現象が発生しやすい。しかし、本発明に係る内燃機関においては、ねじり剛性向上シャフトおよび伝達装置によりクランクシャフトの回転速度を一定に維持させるように複数箇所において働くため、クランクシャフトにおけるねじり現象を抑制することができる。また、伝達装置は、一対のギアであってもよい。さらに伝達装置は、チェーン、ベルト、複数個数からなるギア、はすば歯車、やまば歯車等、他の任意の伝達装置であってもよい。

（２）
伝達装置は、少なくともクランクシャフトおよびねじり剛性向上シャフトの両端部に設けられ、クランクシャフトは、端部にスムーズに回転させるためのフライホイールを有し、ねじり剛性向上シャフトは、両端部近傍にそれぞれ質量体を設けてもよい。

この場合、クランクシャフトの両端とねじり剛性向上シャフトの両端に伝達装置が設けられ、クランクシャフトのねじれをねじり剛性向上シャフトおよび伝達装置の働きにより抑制することができる。また、クランクシャフトの両端とねじり剛性向上シャフトの両端とに限定されず、クランクシャフトの両端および中央部とねじり剛性向上シャフトの両端および中央部に伝達装置を設けることとしてもよく、クランクシャフトの一端および中央部と、ねじり剛性向上シャフトの一端および中央部とに伝達装置を設けることとしてもよい。

特に、クランクシャフトにおいて、端部にスムーズに回転させるためのフライホイールを設けた場合、クランクシャフトのフライホイールを設けた端部と設けていない端部との回転差が大きくなり、クランクシャフトのねじれ現象が生じやすくなる。その場合でも、ねじり剛性向上シャフトおよび伝達装置の働きによりクランクシャフトのフライホイールを設けた端部と設けていない端部との回転速度を一定にすることができるので、クランクシャフトのねじれ現象を低減することができる。

さらに、ねじり剛性向上シャフトの両端部には、質量体が設けられる。また、ねじり剛性向上シャフトは、伝達装置の働きによりクランクシャフトの回転方向と逆方向に回転される。その結果、質量体がクランクシャフトに生じる回転モーメントを打ち消すことができる。例えば、一部のＶ型８気筒の内燃機関においては、各ピストンの往復慣性力の位相差によって、内燃機関全体に回転モーメントが発生する。その場合でも、当該回転モーメントを打ち消すように、ねじり剛性向上シャフトに設けられた質量体により回転モーメントが発生され、クランクシャフトに伝達されるので、内燃機関全体の振動を低減することができる。また、伝達装置は、一対のギアであってもよい。さらに伝達装置は、チェーン、ベルト、複数個数からなるギア、はすば歯車、やまば歯車等、他の任意の伝達装置であってもよい。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）

図１は、本発明に係る第１の実施の形態に係る内燃機関１００の一例を示す模式的断面図である。図１に示す内燃機関１００は、Ｖ型８気筒エンジン（図２参照）である。また、図１は、本発明に関係する主要部のみを示す。したがって、コンロッドおよびピストン等は図示を省略する。

図１に示すように、内燃機関１００は、クランクシャフト１０、クランクプーリ２０、プーリーダンパー３０、フライホイール４０、オイルパン５０、バランスシャフト６０、バランスシャフトギア８０、クランクシャフトギア９０およびエンジンブロック２００を含む。

内燃機関１００のエンジンブロック２００内には、クランクシャフト１０が設けられる。クランクシャフト１０の一端にはクランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０が取付けられ、さらにその他端にはフライホイール４０がとりつけられている。また、クランクシャフト１０の両端近傍には、それぞれクランクシャフトギア９０が１枚ずつ設けられる。クランクシャフト１０と平行にバランスシャフト６０が設けられ、バランスシャフト６０の両端近傍に、それぞれバランスシャフトギア８０が１枚ずつ設けられる。バランスシャフトギア８０は、クランクシャフトギア９０と噛合して設けられる。クランクシャフト１０の下方には、オイルパン５０が配設されている。

図１に示すように、内燃機関１００は、クランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０が車体の前方側に配置され、フライホイール４０が車体の後方側に配置される。

図１に示す内燃機関１００は、始動時にスタータ（図示せず）からフライホイール４０の外周に設けられたリングギア（図示せず）にトルク（回転力）が加わり、クランクシャフト１０が長手方向を軸として回転する。そして、クランクシャフト１０に設けられたコンロッド（図示せず）によりピストン（図示せず）の往復運動が開始され、爆発、膨張、排気、吸気のサイクルが繰り返され、クランクシャフト１０に爆発力が加わる。

この場合、クランクシャフト１０の回転を一定の回転速度に安定させるためにはずみ車（以下、フライホイールと呼ぶ）４０を設けているが、このフライホイール４０を設けることにより、フライホイール４０側のクランクシャフト１０の回転動作と、クランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０との回転速度に差が発生する。すなわち、フライホイール４０側のクランクシャフト１０は、フライホイール４０により安定して回転する。しかし、クランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０は、フライホイール４０と距離が離れているため、完全に同期して同速度で回転することができない。その結果、従来の内燃機関においては、クランクシャフト１０自体にねじれ現象と呼ばれる状態が発生する。なお、クランクプーリ２０は、ファンベルト（図示せず）によりファンに回転力を伝達するものである。また、プーリーダンパー３０は、環状からなるゴムおよび質量体からなり、クランクシャフト１０の共振振動を抑制する働きを有する。

しかし、本発明に係る図１の内燃機関１００においては、フライホイール４０側のクランクシャフト１０にクランクシャフトギア９０が設けられており、そのクランクシャフトギア９０と噛合するように一のバランスシャフトギア８０が設けられる。さらに、バランスシャフトギア８０には、バランスシャフト６０を介して他のバランスシャフトギア８０がクランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０に設けられたクランクシャフトギア９０と噛合する。本実施の形態におけるバランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０のギア比は、１対１であり、クランクシャフト１０が所定の回転速度で回転することによりバランスシャフト６０も同じ回転速度で従動回転する。

この場合、クランクシャフト１０の両端部において発生するねじれ現象が、バランスギアを介してバランスシャフト６０に伝えられるが、バランスシャフト６０の剛性によりねじれ現象を低減する方向に力が働く。例えば、フライホイール４０側のクランクシャフト１０の回転速度がクランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０の回転速度よりも大きい場合、バランスシャフト６０の剛性によりフライホイール４０側のクランクシャフト１０の回転速度を小さくする方向に力が加わり、クランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０の回転速度を大きくする方向に力が加わる。一方、フライホイール４０側のクランクシャフト１０の回転速度がクランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０の回転速度よりも小さい場合、バランスシャフト６０の剛性によりフライホイール４０側のクランクシャフト１０の回転速度を大きくする方向に力が加わり、クランクプーリ２０およびプーリーダンパー３０側のクランクシャフト１０の回転速度を小さくする方向に力が加わる。

以上により、クランクシャフト１０の両端部において発生するねじり現象が、バランスシャフト６０、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０の働きにより改善される。すなわち、多気筒の内燃機関の場合、クランクシャフト１０が長くなりクランクシャフト１０の両端部（前後端）においてねじり現象が発生しやすい。しかし、内燃機関１００においては、バランスシャフト６０、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０の働きによりクランクシャフト１０の両端の回転速度を一定に維持させるように働くため、クランクシャフト１０におけるねじり現象を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０のギア比は、１対１であるとしたが、これに限定されず、１対２、２対１、または他の任意のギア比であってもよい。これにより、ねじり剛性を高めることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る第２の実施の形態に係る内燃機関１００ａの一例を示す模式的断面図である。第２の実施の形態に係る内燃機関１００ａが第１の実施の形態に係る内燃機関１００と異なるのは以下の点である。

図３に示す内燃機関１００ａは、図１の内燃機関１００の構成にさらに一対のアンバランスマス７０を含む。

図３に示す内燃機関１００ａは、Ｖ型８気筒エンジン（図２参照）であるため、内燃機関１００ａの中心を軸として内燃機関１００ａの前方が下へ傾斜した場合、内燃機関１００ａの後方が上へ傾斜し、内燃機関１００ａの前方が上へ傾斜した場合、内燃機関１００ａの後方が下へ傾斜するモーメント力による振動が発生する。

そのため、当該モーメントを低減させるため、一対のアンバランスマス７０は、バランスシャフト６０の両端に設けられる。また、一対のアンバランスマス７０は、バランスシャフト６０がクランクシャフト１０と１対１のギア比で逆回転することにより、ピストンにより発生されるモーメント力と逆のモーメント力を発生するように設けられる。本実施の形態においては、バランスシャフト６０の両端近傍に上下にそれぞれ設けられる（図３参照）。

すなわち、クランクシャフト１０が回転し、ピストンが往復することにより生じるモーメント力をクランクシャフト１０と異なる方向で回転するバランスシャフト６０に設けられたバランスマス７０により生じるモーメント力で打ち消すことが可能となる。

この場合、クランクシャフト１０の両端とバランスシャフト６０の両端にバランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０が設けられ、クランクシャフト１０のねじれをバランスシャフト６０、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０の働きにより抑制することができる。

特に、クランクシャフト１０において、端部にスムーズに回転させるためのフライホイール４０を設けた場合、クランクシャフト１０のフライホイール４０を設けた端部と設けていない端部との回転差が大きくなり、クランクシャフト１０のねじれ現象が生じやすくなる。その場合でも、バランスシャフト６０、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０の働きによりクランクシャフト１０のフライホイール４０を設けた端部と設けていない端部との回転速度を一定にすることができるので、クランクシャフト１０のねじれ現象を低減することができる。

さらに、バランスシャフト６０の両端部には、アンバランスマス７０が設けられる。また、バランスシャフト６０は、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０の働きによりクランクシャフト１０の回転方向と逆方向に回転される。その結果、アンバランスマス７０がクランクシャフト１０に生じる回転モーメントを打ち消すことができる。

なお、本実施の形態においては、バランスシャフト６０に一対のバランスシャフトマス７０を設けることとしたが、これに限定されず、バランスシャフト６０に一体としてバランスシャフトマス７０を設けてもよく、バランスシャフト６０に圧入するようにバランスシャフトマス７０を設けてもよい。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る内燃機関１００ｂの一例を示す模式的断面図である。第３の実施の形態に係る内燃機関１００ｂが第１の実施の形態に係る内燃機関１００と異なるのは以下の点である。

図４に示す内燃機関１００ｂは、図１の内燃機関１００の構成のプーリーダンパー３０の代わりにプーリーダンパー３１を含む。

図５は、プーリーダンパー３１の構造を説明するための説明図である。図５に示すように、プーリーダンパー３１は、環状からなるゴム３２および質量体３３を含む。プーリーダンパー３１は、環状からなるゴム３２を介して質量体３３が回転し、遠心力によりはずみ車の効果を奏し、バランスシャフト６０の共振振動を抑制する働きをする。

第３の実施の形態における内燃機関１００ｂにおいては、プーリーダンパー３１をバランスシャフト６０の一端側に設ける。それにより、内燃機関１００ｂ全体の長さを短くすることができ、内燃機関１００ｂの配置の自由度をあげることができる。

なお、第１から第３までの実施の形態においては、クランクシャフト１０およびバランスシャフト６０の両端それぞれにバランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０を設けることとしたが、これに限定されず、クランクシャフト１０およびバランスシャフト６０の中央部にもバランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０を設けることとしてもよい。また、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０を用いることとしたが、これに限定されず、チェーン、ベルト、複数個数からなるギア、はすば歯車、やまば歯車等、他の任意の伝達装置を用いてもよい。さらに、上記実施の形態においては、V型８気筒の内燃機関１００，１００ａ，１００ｂについて説明したが、これに限定されず、他の任意の内燃機関、例えば、直列４気筒、２気筒、単気筒等の任意の内燃機関に適用してもよい。

上記第１から第３までの実施の形態においては、クランクシャフト１０がクランクシャフトに相当し、バランスシャフト６０がねじり剛性向上シャフトに相当し、バランスシャフトギア８０およびクランクシャフトギア９０が伝達装置に相当し、フライホイール４０がフライホイールに相当し、アンバランスマス７０が質量体に相当する。

本発明は、上記の好ましい第１から第３までの実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

本発明に係る第１の実施の形態に係る内燃機関の一例を示す模式的断面図 Ｖ型８気筒エンジンの外観図 本発明に係る第２の実施の形態に係る内燃機関の一例を示す模式的断面図 第３の実施の形態に係る内燃機関の一例を示す模式的断面図 プーリーダンパーの構造を説明するための説明図

符号の説明

１０ クランクシャフト
４０ フライホイール
６０ バランスシャフト
７０ アンバランスマス
８０ バランスシャフトギア
９０ クランクシャフトギア

Claims (2)

1. ピストンの直線往復運動を回転運動に変化させるクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトに平行に設けられたねじり剛性向上シャフトと、
   前記クランクシャフトと前記ねじり剛性向上シャフトとの回転を連動させる伝達装置と、を備え、
   前記伝達装置は、
   前記ねじり剛性向上シャフトと前記クランクシャフトとを複数箇所において連動させるように設けられたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記伝達装置は、少なくとも前記クランクシャフトおよび前記ねじり剛性向上シャフトの両端部に設けられ、
   前記クランクシャフトは、一端にスムーズに回転させるためのフライホイールを有し、
   前記ねじり剛性向上シャフトは、両端部近傍にそれぞれ偏心した質量体を設けることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
   

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