JP2010169045A - 多気筒内燃機関におけるバランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 四つの気筒１，２，３，４を有する内燃機関において，そのクランク軸５の回転に伴う往復慣性力に起因しての振動を抑制する。
【解決手段】 前記内燃機関に，各々偏心バランスウエイト２３ａ，２４ａを備えた二本のバランス軸２３，２４及び中間軸２５を軸支し，前記両バランス軸を，その間に設けた歯車２６，２７にて互いに逆方向に同じ回転数で回転する一方，前記中間軸を，前記クランク軸との間に設けた歯車２８，２９にてクランク軸の二倍の回転数で回転し，更に，前記両バランス軸のうちいずれか一方のバランス軸２３を，前記中間軸との間に設けた不等速歯車３０，３１にて中間軸と同じ回転数で不等速回転する。
【選択図】 図２

Description

本発明は，一本のクランク軸に対して少なくとも四つの気筒を備えて成る内燃機関において，そのクランク軸の回転に伴う往復慣性力に起因しての振動を抑制するようにしたバランス装置に関するものである。

一般に，一本のクランク軸に対して少なくとも四つの気筒を備えて成る内燃機関においては，そのクランク軸の回転に伴い，二次以上の高次の往復慣性力に起因する振動が存在しており，また，この高次の往復慣性力に起因する振動のために騒音が増大することになる。

この場合，先行技術としての特許文献１には，
「内燃機関に，それぞれ偏心バランスウエイトを備えた二本のバランス軸を前記クランク軸と平行にして軸支し，前記両バランス軸を，その間に設けた歯車にて互いに逆方向に同じ回転数で回転する構成にする一方，前記両バランス軸のうちいずれか一方のバランス軸を，前記クランク軸との間に設けた歯車にてクランク軸の二倍の回転数で回転する構成にしたバランス装置。」
が記載されている。

また，別の先行技術としての特許文献１には，
「内燃機関に，それぞれ偏心バランスウエイトを備えた二本のバランス軸及び中間軸をクランク軸と平行にして軸支し，前記両バランス軸を，その間に設けた歯車にて互いに逆方向に同じ回転数で回転する構成にする一方，前記中間軸を，前記クランク軸との間に設けた不等速歯車にてクランク軸と同じ回転数で不等速回転する構成にし，更に，前記両バランス軸のうちいずれか一方のバランス軸を，前記中間軸との間に設けた歯車にて中間軸の二倍の回転数で回転する構成にして成るバランス装置。」
が記載されている。

これらの場合において，二本のバランス軸を使用して，この両バランス軸を互いに逆方向に同じ回転数で回転するのは，両バランス軸の回転に起因する振動を互いに打ち消すためのである。

特開平１１−３２５１８５号公報 特開昭６０−１０９６３９号公報

前記特許文献１に記載のバランス装置においては，クランク軸の回転に伴う往復慣性力に起因した振動を，二本のバランス軸をクランク軸の二倍の回転数で回転することによって打ち消すものであるが，このバランス装置を前記四気筒の内燃機関に適用した場合に，このバランス装置にて低減できる振動は，二次成分の振動のみであり，二次を越える高次成分の振動は低減できないのであった。

また，前記特許文献２に記載のバランス装置は，両バランス軸が，クランク軸とは二倍の回転数で不等速回転するものの，先ず，中間軸を，クランク軸と同じ回転数で不等速回転し，次いで，前記両バランス軸を，前記中間軸における不等速回転を二倍に増速して不等速回転するという構成であることにより，前記両バランス軸の不等速回転による振動周期は，クランク軸の回転角度で３６０度になるというように一次成分のみであるから，四気筒の内燃機関において発生する高次の振動周期とは位相が一致せず，四気筒の内燃機関における高次成分の振動低減の効果は殆どないに等しいのであった。

本発明は，四気筒の内燃機関において，そのクランク軸の回転に伴う往復慣性力に起因して発生する高次成分の振動を確実に抑制できるようにしたバランス装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明は，
「一本のクランク軸に対して少なくとも四つの気筒を有する内燃機関に，それぞれ偏心バランスウエイトを備えた二本のバランス軸及び中間軸を前記クランク軸と平行にして軸支し，前記両バランス軸を，その間に設けた歯車機構にて互いに逆方向に同じ回転数で回転する構成にする一方，前記クランク軸の回転を，前記クランク軸と前記中間軸との間に設けた歯車機構にて二倍に増速して前記中間軸又はこの中間軸における歯車に伝達し，次いで，前記両バランス軸のうちいずれか一方のバランス軸を，前記中間軸との間に設けた不等速歯車機構にて前記中間軸又はこの中間軸における歯車と同じ回転数で不等速回転する構成にした。」
ことを特徴としている。

この構成によると，先ず中間軸又はこの中間軸における歯車が，クランク軸にてこのクランク軸の二倍の回転数で回転され，この中間軸の回転，又はこの中間軸における歯車の回転に次いで，両バランス軸が，前記中間軸又はこの中間軸における歯車と同じ回転数，ひいては，前記クランク軸の二倍の回転数で不等速回転されることにより，前記両バランス軸の不等速回転による振動周期は，クランク軸の回転角度で１８０度になるというように，前記特許文献２の場合（先ず中間軸をクランク軸と同じ回転数で不等速回転し次いで両バランス軸を前記中間軸の二倍の回転数で回転するという構成にした場合）における３６０度の半分になる。

これにより，前記両バランス軸の不等速回転による振動周期の位相を，四気筒の内燃機関において発生する高次の振動周期の位相に一致することができるから，四気筒の内燃機関における高次成分の振動低減を確実に達成できる。

本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。 バランス軸の不等速回転による振動周期とクランク軸の回転角度との関係を示す図である。

以下，本発明の実施の形態を，四気筒の内燃機関に適用した場合を示す図１及び図２の図面について説明する。

これらの図は，第１気筒１，第２気筒２，第３気筒３及び第４気筒４を，一本のクランク軸５の軸線方向に直列に配設して成る四サイクルの四気筒内燃機関を示す。

この四サイクルの二気筒内燃機関における前記クランク軸５は，前記第１気筒１の外側に位置する側壁板６に設けた軸受け部７と，前記各気筒１，２，３，４の間に設けた軸受け部８と，前記第４気筒４の外側に位置する側壁板９に設けた軸受け部１０とによって軸支されている。

このクランク軸５の途中には，前記第１気筒１に対するクランクピン１１と，前記第２気筒２に対するクランクピン１２と，前記第３気筒３に対するクランクピン１３と，前記第４気筒４に対するクランクピン１４とが，クランク半径Ｒの位置に一体に設けられ，これらクランクピン１１，１２，１３，１４の各々には，前記各気筒１，２，３，４におけるピストン１５，１６，１７，１８が，コンロッド１９，２０，２１，２２を介して連結され，これにより，前記クランク軸５の回転によって前記両気筒におけるピストン１５，１６，１７，１８が往復動するか，或いは，前記両気筒におけるピストン１５，１６，１７，１８の往復動によって前記クランク軸５が回転するように構成されている。

前記四気筒内燃機関における点火順序が，例えば，第１気筒１−第３気筒３−第４気筒４−第２気筒２の順番である場合，前記第１気筒１におけるクランクピン１１と前記第４気筒４におけるクランクピン１４とは同じ位相に位置しているが，前記第２気筒２におけるクランクピン１２と前記第３気筒３におけるクランクピン１３とは，前記とはクランク角度で１８０度ずれた位相に位置している。

前記両側壁板６，９の間の部位には，偏心バランスウエイト２３ａを備えた第１バランス軸２３と，同じく偏心バランスウエイト２４ａを備えた第２バランス軸２４とが，前記クランク軸５と平行にして配設され，これら両バランス軸２３，２４の両端は，前記両側壁板６，９に対して回転自在に軸支されている。

また，前記両側壁板６，９のうち一方の側壁板９には，前記クランク軸５と平行に延びる中間軸２５が，回転自在に軸支されている。

前記両バランス軸２３，２４の間には，互いに噛合する同じ歯数の歯車２６，２７から成る歯車機構３２が設けられており，これにより，両バランス軸２３，２４は，互いに逆方向に同じ回転数で等速回転するように構成されている。

この場合，前記第１バランス軸２３における偏心バランスウエイト２３ａと，前記第２バランス軸２４における偏心バランスウエイト２４ａとは，互いに釣り合うように，同じ質量に構成されている。

前記クランク軸５の一端と，前記中間軸２５との間には，互いに噛合する大径の主動歯車２８と小径の従動歯車２９とから成る歯車機構３３が設けられており，これにより，前記中間軸２５を，前記クランク軸５の二倍の回転数で回転するように構成している。

前記中間軸２５と前記第１バランス軸２３との間には，互いに噛合する同じ歯数の歯車３０，３１から成る歯車機構３４が設けられており，これにより，前記両バランス軸２３，２４を，前記中間軸２５と同じ回転数，ひいては，前記クランク軸５の二倍の回転数で回転するように構成している。

前記中間軸２５と前記第１バランス軸２３とを連動する前記歯車機構３４における両歯車３０，３１は，その中心点３０ａ，３１ａを当該両歯車３０，３１の回転中心である前記中間軸２５の中心Ｏ１と第１バランス軸２３の中心Ｏ２とを結ぶ直線３２に沿って上方に適宜寸法Ｅだけ偏心した偏心歯車に構成されており，これにより，前記両バランス軸２３，２４が，その回転速度が一回転中において早くしたり遅くしたりするというように「不等速回転」するように構成している。つまり，前記中間軸２５と第１バランス軸２３との間における歯車機構３４は，前記第１バランス軸２３を前記中間軸２５と同じ回転数で不等速回転するという不等速歯車機構３４に構成されている。

前記した構成に加えて，前記両バランス軸２３，２４における偏心バランスウエイト２３ａ，２４ａは，前記第１気筒１及び第４気筒４におけるピストン１５，１８が上死点にあるとき，及び，前記第２気筒２及び第３気筒３におけるピストン１６，１７が上死点にあるときにおいて，下死点に位置するという構成になっており，更には，前記両バランス軸２３，２４を前記クランク軸５の二倍の回転数で不等速回転するときにおける回転角速度は，前記第１気筒１及び第４気筒４におけるピストン１５，１８が上死点にあるとき，及び，前記第２気筒２及び第３気筒３におけるピストン１６，１７が上死点にあるときにおいて，最大となるように構成されている。

なお，前記中間軸２５から前記第１バランス軸２３への不等速回転の伝達には，前記した偏心歯車３０，３１を使用することができるほか，楕円歯車等の不等速歯車機構を使用できることは勿論である。

この構成において，先ず，中間軸２５が，クランク軸５からの歯車２８，２９を介しての動力伝達により，前記クランク軸５における時計方向の回転数Ｎの二倍の回転数Ｎ１（Ｎ１＝２×Ｎ）で反時計方向に回転される。

この中間軸２５の回転に次いで，両バランス軸２３，２４のうち第１バランス軸２３が，偏心歯車３０，３１等の不等速歯車により，前記中間軸２５と同じ回転数Ｎ１，ひいては，前記クランク軸における回転数Ｎの二倍の回転数Ｎ１で反時計方向に不等速回転される。

これと同時に，前記両バランス軸２３，２４のうち第２バランス軸２４が，前記第１バランス軸２３との間の歯車２６，２７により，前記中間軸２５と同じ回転数Ｎ１，ひいては，前記クランク軸における回転数Ｎの二倍の回転数Ｎ２で時計方向に不等速回転される。

これにより，前記両バランス軸２３，２４の不等速回転による振動周期は，図３に実線の曲線２３Ａ，２４Ａで示すように，クランク軸５の回転角度で１８０度になるから，前記両バランス軸２３，２４の不等速回転による振動周期の位相を，四気筒の内燃機関において発生する高次の振動周期の位相に一致することができる。

これに対し，前記特許文献２のように，先ず中間軸をクランク軸と同じ回転数で不等速回転し，次いで，両バランス軸を前記中間軸の二倍の回転数で回転するという構成にした場合には，両バランス軸がクランク軸とは二倍の回転数で不等速回転するものの，この両バランス軸の不等速回転による振動周期は，図３に二点鎖線の曲線２３Ｂ，２４Ｂで示すように，クランク軸５の回転角度で３６０度になるから，その振動周期の位相を，四気筒の内燃機関において発生する高次の振動周期の位相に一致することができない。

従って，本発明の構成によると，前記両バランス軸２３，２４の不等速回転による振動周期がクランク軸５の回転角度で１８０度になることにより，その振動周期の位相を，四気筒の内燃機関において発生する高次の振動周期の位相に一致することができるから，四気筒の内燃機関における高次成分の振動低減を確実に達成できる。

なお，前記実施の形態においては，前記両バランス軸２３，２４のうち一方の第１バランス軸２３に，中間軸２５の回転を不等速回転にして伝達するという構成にした場合であったが，本発明においてはこれに限らず，前記両バランス軸２３，２４のうち他方の第２バランス軸２４に，中間軸２５の回転を不等速回転にして伝達するという構成にしても良いことはいうまでもない。

また，前記実施の形態は，先ず，クランク軸５の回転を，歯車機構３３にて二倍に増速して中間軸２５に伝達し，次いで，この中間軸２５の回転を，不等速歯車機構３４にて不等速回転に変換して両バランス軸２３，２４に伝達するという構成にした場合であったが，本発明は，これに限らず，前記クランク軸５と前記中間軸２５との間における歯車機構３３のうち中間軸２５上の歯車２９と，前記中間軸２５と前記第１バランス軸２３との間における不等速歯車機構３４のうち中間軸２５上の歯車３０とを，互いに連結した状態で，中間軸２５上を自在に回転するというように，前記クランク軸５の回転を，前記クランク軸５と前記中間軸２５との間に設けた歯車機構３３にて二倍に増速して前記中間軸２５における歯車２９，３０に伝達し，次いで，前記第１バランス軸２３を，前記中間軸２５との間に設けた不等速歯車機構３４にて前記中間軸における歯車２９，３０と同じ回転数で不等速回転することにより，前記中空軸２５を回転しない構成にすることができる。

１，２，３，４ 気筒
５ クランク軸
１１，１２，１３，１４ クランクピン
１５，１６，１７，１８ ピストン
１９，２０，２１，２２ コンロッド
２３，２４ バランス軸
２３ａ，２４ａ 偏心バランスウエイト
２５ 中間軸
２６，２７ 歯車
３２ 歯車機構
２８，２９ 歯車
３３ 歯車機構
３０，３１ 偏心歯車
３４ 不等速歯車

Claims (1)

1. 一本のクランク軸に対して少なくとも四つの気筒を有する内燃機関に，それぞれ偏心バランスウエイトを備えた二本のバランス軸及び中間軸を前記クランク軸と平行にして軸支し，前記両バランス軸を，その間に設けた歯車機構にて互いに逆方向に同じ回転数で回転する構成にする一方，前記クランク軸の回転を，前記クランク軸と前記中間軸との間に設けた歯車機構にて二倍に増速して前記中間軸又はこの中間軸における歯車に伝達し，次いで，前記両バランス軸のうちいずれか一方のバランス軸を，前記中間軸との間に設けた不等速歯車機構にて前記中間軸又はこの中間軸における歯車と同じ回転数で不等速回転する構成にしたことを特徴とする多気筒内燃機関におけるバランス装置。

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