JP2011157944A - 往復動式内燃機関の振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
バランス軸の本数を最小限に抑えることができ、機関の大型化を回避できる往復動式内燃機関の振動低減装置を提供する。
【解決手段】
一次慣性力に対応した質量を有し、クランク軸８により、該クランク軸８と同軸をなすように、かつ回転自在に支承された一次バランスウェイト９，９′と、該一次バランスウェイト９，９′をクランク軸８と同速度でかつ逆方向に回転駆動する一次バランス駆動機構２１とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復動式内燃機関の振動低減装置に関する。

往復動式内燃機関では、ピストンがシリンダボア内を往復動することにより、一次振動及び二次振動を含む比較的大きな振動が発生することが知られている。特許文献１には、バランスウェイトを有する２本の一次バランス軸をクランク軸と平行に配置し、該一次バランス軸をクランク軸と同速で、かつ逆向きに回転させるようにした一次振動低減装置が開示されている。

特開２００６−３８１２６

ところで、前記従来技術では、２本の一次バランス軸をクランク軸と平行に配置する構造を採用している。しかし、クランク軸の近傍には各種の補機類が配置されるのが通常であるため、クランク軸の近傍に２本の一次バランス軸を配置するのに必要なスペースを確保するのは困難であり、その結果、機関が大型化し易いという問題がある。

また前記従来技術では、二次振動を低減することは考慮されていないが、二次振動低減機構を採用する場合には、さらに機関が大型化し易い。

本発明は、前記従来の実情に鑑みてなされたものであり、バランス軸の本数を最小限に抑えることができ、機関の大型化を回避できる往復動式内燃機関の振動低減装置を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、一次慣性力に対応した質量を有し、クランク軸により、該クランク軸と同軸をなすように、かつ回転自在に支承された一次バランスウェイトと、該一次バランスウェイトをクランク軸と同速度でかつ逆方向に回転駆動する一次バランス駆動機構とを備えたことを特徴とする往復動式内燃機関の振動低減装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、二次慣性力に対応した質量を有し、気筒軸線及びクランク軸線を挟んでクランク軸と平行に配置され、かつ回転自在に支承された２本の二次バランス軸と、前記２本の二次バランス軸を、クランク軸の２倍の速度でかつ互いに逆方向に回転駆動する二次バランス駆動機構とをさらに備え、前記一次バランス駆動機構は、前記何れかの二次バランス軸を介して前記一次バランスウェイトを回転駆動するように構成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、前記二次バランス駆動機構は、前記クランク軸の２倍の速度で同方向に第１の二次バランス軸を回転駆動し、該第１の二次バランス軸により第２の二次バランス軸を同速度でかつ逆方向に回転駆動し、前記一次バランス駆動機構は、前記第１の二次バランス軸により前記一次バランスウェイトを１／２倍の速度で逆方向に回転駆動することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項２に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、前記二次バランス機構は、前記クランク軸の２倍の速度で逆方向に第１の二次バランス軸を回転駆動し、該第１の二次バランス軸により第２の二次バランス軸を同速度でかつ逆方向に回転駆動し、前記一次バランス駆動機構は、前記第２の二次バランス軸により前記一次バランスウェイトを１／２倍の速度で逆方向に回転駆動することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、一次バランスウェイトを、クランク軸により同軸をなすように、かつ回転自在に支承し、クランク軸と同速度でかつ逆方向に回転駆動するようにしたので、一次バランス軸自体を不要とする簡単な構造により、往復動部材による一次慣性力を相殺できる。

また、２本の一次バランス軸をクランク軸と平行に配置する従来構造に比較して、必要な配置スペースを大幅に縮小できるとともに、コストを低減できる。

請求項２の発明によれば、２本の二次バランス軸を、気筒軸線及びクランク軸線を挟んでクランク軸と平行に配置し、クランク軸の２倍の速度でかつ互いに逆方向に回転駆動するようにしたので、往復動部材による二次慣性力を相殺できる。

そして前記２本の二次バランス軸の何れかを介して前記一次バランスウェイトを回転駆動するようにしたので、一次バランスウェイトを駆動するための専用の軸を不要にでき、さらに配置スペースの削減と、コストの低減を図ることができる。

請求項３の発明によれば、第１の二次バランス軸をクランク軸の２倍の速度で同方向に回転駆動するとともに、該第１の二次バランス軸により前記一次バランスウェイトを１／２倍の速度で逆方向に回転駆動したので、第１の二次バランス軸を一次バランスウェイトの駆動軸に兼用でき、一次バランスウェイト専用の駆動軸を不要にする具体的構成を実現できる。

請求項４の発明によれば、第１の二次バランス軸をクランク軸と逆方向に回転転駆動し、該第１の二次バランス軸により第２の二次バランス軸を逆方向に回転駆動し、さらに該第２の二次バランス軸で一次バランスウェイトを逆方向に回転駆動したので、第２の二次バランス軸を一次バランスウェイトの駆動軸に兼用でき、一次バランスウェイト専用の駆動軸を不要にする具体的構成を実現できる。

本発明の実施例１による往復動式内燃機関の振動低減装置の断面側面図である。 前記装置の断面正面図（図１のII-II線断面図)である。 前記装置の作用効果を説明するための慣性力特性図である。 本発明の実施例２による振動低減装置の断面側面図である。 前記装置の断面正面図（図４のV-V線断面図)である。 本発明の実施例３による振動低減装置の断面側面図である。 前記装置の断面正面図（図６のVII-VII線断面図)である。 本発明の実施例４による振動低減装置の模式側面図である。 前記装置の一次バランスウェイトの断面側面図である。 前記装置の一次バランスウェイトの正面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図３は、本発明の実施例１に係る往復動式内燃機関の振動低減装置を説明するための図である。

図において、１は水冷式直列二気筒四サイクルエンジン（往復動式内燃機関）である。該エンジン１は、シリンダブロック２の上合面２ａにシリンダヘッド３，ヘッドカバー（図示せず）を積層搭載し、下合面２ｂにオイルパン４を接続した概略構造を有する。

前記シリンダブロック２の各シリンダボア２ｃ内には、ピストン５が気筒軸線Ａ方向に往復動自在に挿入されている。このピストン５にはコンロッド６の小端部６ａがピストンピン７を介して連結されている。該コンロッド６の大端部６ｂはクランクピン８ａを介してクランク軸８のクランクアーム部８ｂに連結されている。前記ピストン５及びコンロッド６が本発明の往復動部材である。

前記シリンダヘッド３には、前記シリンダボア２ｃの内周面とピストン５の頂面とで燃焼室を形成する燃焼凹部３ａが形成されている。この燃焼凹部３ａには、吸気ポート３ｂ，排気ポート３ｃが開口しており、該吸気ポート３ｂ，排気ポート３ｃは吸気弁３ｄ，排気弁３ｅにより開閉される。

前記クランク軸８は、クランク軸線Ｂ上に位置する３つのジャーナル部８ｄ ８ｄ，８ｄ，８ｄと、前記各気筒のクランクピン８ａ，８ａとを気筒毎に一対の前記クランクアーム部８ｂ，８ｂにより結合した構造を有する。前記各クランクピン８ａ，８ａは、前記クランク軸線Ｂから１／２ストロークだけ径方向外方に偏位している。前記ジャーナル部８ｄ ８ｄは、前記シリンダブロック２内に形成されたジャーナル軸受部２ｄと、これに着脱可能に固定された軸受キャップ部２ｅとにより回転自在に支持されている。

そして前記各クランクアーム部８ｂ，８ｂには、カウンタウェイト８ｃ，８ｃが、概ね半円状をなし、かつクランク軸線Ｂを挟んで前記クランクピン８ａの反対側に位置するように一体形成されている。

前記カウンタウェイト８ｃの形状，サイズは、１組のカウンタウェイト８ｃ，８ｃが前記１組のピストン５及びコンロッド６の有する一次慣性力の１／２に対応する質量を有するように設定されている。

また、前記クランク軸８には、左，右の一次バランスウェイト９，９′が、前記左，右のジャーナル部８ｄ，８ｄの軸方向外側に隣接するように配置され、かつ回転自在に支承されている。

前記一次バランスウェイト９，９′の各々の形状，サイズは、前記１組のピストン５及びコンロッド６の有する一次慣性力の１／４に対応する質量に設定されている。前記一次バランスウェイト９，９′は、具体的には、所定厚さの円盤状に形成され、前記クランク軸線Ｂを挟んだ一側に所定径の肉抜き穴９ａを複数形成した構造を有する。また前記一次バランスウェイト９，９′の外周面には、歯車９ｂが一体形成されている。

そして本実施例エンジン１は、前記一次バランスウェイト９，９′を前記クランク軸８と同速度で、かつ逆方向に回転駆動する一次バランス駆動機構２１を備えている。そして前記一次バランスウェイト９，９′は、前記一次バランス駆動機構２１により、前記肉抜き穴９ａが形成されていない部位（錘部）が、ピストン５が上死点に位置するとき下端に位置し、下死点に位置するとき上端に位置するように回転駆動される。

前記一次バランス駆動機構２１は一次駆動軸２１ａを有し、該一次駆動軸２１ａは、前記クランク軸８の下方に、該クランク軸８と平行に配設され、オイルパン４に形成された軸受部４ａ，４ａにより回転自在に支持されている。

そして前記一次駆動軸２１ａの軸方向左端部には、従動スプロケット１２が共に回転するように固着されている。この従動スプロケット１２は、チェーン１３により、前記クランク軸８に固着された駆動スプロケット１４に連結されている。なお前記駆動スプロケット１４は、前記左の一次バランスウェイト９に隣接するように前記クランク軸８に固着されている。

ここで前記駆動スプロケット１４と従動スプロケット１２との歯数比は２：１であり、従って前記一次駆動軸２１ａはクランク軸８の２倍の回転速度で、かつ同方向に回転駆動される。

また、前記一次駆動軸２１ａの左，右端部には、一次駆動ギヤ１６，１６′が固着されており、該各一次駆動ギヤ１６，１６′は前記各一次バランスウェイト９，９′の歯車９ｂに噛合している。

ここで、前記一次駆動ギヤ１６，１６′と一次バランスウェイト９，９′の歯車９ｂとの歯数比は１：２であり、従って一次バランスウェイト９，９′は、クランク軸８と同じ回転速度で、かつ逆方向に回転駆動される。

本実施例１では、クランク軸８の回転が一次バランス駆動機構２１を介して一次駆動軸２１ａに伝達され、該一次駆動軸２１ａはクランク軸８の２倍の速度で、かつ同方向に回転する。そして一次駆動軸２１ａの回転が一次バランスウェイト９，９′に伝達され、該一次バランスウェイト９，９′は一次駆動軸２１ａの１／２倍の速度で、かつ逆方向に回転する。これにより、一次バランスウェイト９，９′は、クランク軸８と同速度で、かつ逆方向に回転する。

本実施例１の作用効果を図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、１組の往復動部材（ピストン５＋コンロッド６）による一次慣性力ＦｐのＹ軸（シリンダ軸）方向成分の変化を示し、同図（ｂ）は、１組のカウンタウェイト８ｃ，８ｃによる慣性力ＦｃのＹ軸方向成分の変化を示し、同図（ｃ）（ｄ）は１つの一次バランスウェイト９による慣性力Ｆｐ1のＹ軸方向成分の変化を示す。そして、同図（ｅ）は、前記カウンタウェイト８ｃの慣性力Ｆｃ及び一次バランスウェイト９の慣性力Ｆｐ1のＹ軸方向成分の和（Ｆｃ＋２Ｆｐ1）の変化を示している。

前記図３（ａ）と同図（ｅ）から明らかなように、前記往復動部材による往復慣性力（Ｙ軸方向）Ｆｐに対して、前記カウンタウェイト８ｃと一次バランスウェイト９の慣性力のＹ軸方向成分の和（Ｆｃ＋２Ｆｐ1）は、大きさが同じで、位相が１８０°ずれており、従って前記慣性力Ｆｐは、前記慣性力の和（Ｆｃ＋２Ｆｐ１）により相殺されている。

一方X軸方向成分については、ＦｃとＦｐ1×2がそれぞれ逆回転して、常に同じ大きさの成分が逆方向に働いて釣り合うので、振動は発生しない。

ここで本実施例１では、一次バランスウェイト９，９′をクランク軸８上に同軸をなすように配設したので、一次バランス軸自体を不要にでき、構造を簡素化できる。

また一次バランスウェイト９、９′を駆動する一次駆動軸２１ａが必要であるものの、２本の一次バランス軸をクランク軸と平行に配置した従来技術に対して、軸本数を削減でき、配置スペースを縮小できるとともにコストを低減できる。

図４〜図５は本発明の実施例２に係る往復動式内燃機関の振動低減装置を説明するための図である。図中、図１，図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施例２では、クランク軸８の下方には、第１，第２の二次バランス軸１１，１０が前記クランク軸線Ｂと平行に、かつ前記気筒軸線Ａを挟んで対称をなすように配設されている。この二次バランス軸１０，１１は、前記オイルパン４に形成された軸受部４ａ，４ａによりそれぞれ回転自在に支持されている。

前記各二次バランス軸１０，１１には、前記往復動部材による二次慣性力に対応した質量を有する二次バランスウェイト１０ａ，１１ａが、前記クランク軸線Ｂ及び気筒軸線Ａを挟んで対称をなす位置に一体形成されている。

また前記実施例１と同様に、第１の二次バランス軸１１の軸方向左端部には、従動スプロケット１２が共に回転するように固着されている。この従動スプロケット１２は、チェーン１３により前記クランク軸８に固着された駆動スプロケット１４に連結されている。なお前記駆動スプロケット１４は、前記左の一次バランスウェイト９に隣接するように前記クランク軸８に固着されている。

ここで前記駆動スプロケット１４と従動スプロケット１２との歯数比は２：１であり、従って第１の二次バランス軸１１はクランク軸８の２倍の回転速度で、かつ同方向に回転駆動される。

また、前記第１の二次バランス軸１１には駆動ギヤ１５ａが共に回転するように固着されており、該駆動ギヤ１５ａは前記第２の二次バランス軸１０に固着された従動ギヤ１５ｂに噛合している。

ここで前記駆動ギヤ１５ａと従動ギヤ１５ｂの歯数は同一であり、従って前記第１，第２の二次バランス軸１１，１０は共に前記クランク軸８の２倍の回転速度で、かつ互いに逆方向に回転する。

このように、前記駆動スプロケット１４，チェーン１３，従動スプロケット１２，駆動ギヤ１５ａ，従動ギヤ１５ｂにより、第１，第２の二次バランス軸１１，１０を回転駆動する二次バランス駆動機構２２が構成されている。

さらにまた、前記第１の二次バランス軸１１の左，右端部には、一次駆動ギヤ１６，１６′が固着されており、該各一次駆動ギヤ１６，１６′は前記各一次バランスウェイト９，９′の歯車９ｂに噛合している。

ここで、前記一次駆動ギヤ１６，１６′と一次バランスウェイト９，９′の歯車９ｂとの歯数比は１：２であり、従って一次バランスウェイト９は、クランク軸８と同じ回転速度で、かつ逆方向に回転駆動される。

このようにして前記一次バランスウェイト９，９′をクランク軸８と同速度で、かつ逆方向に回転する一次バランス駆動機構２１′が構成されており、本実施例２では、前記第１の二次バランス軸１１が一次バランスウェイト駆動軸に兼用されている。

その結果、実施例１と同様に、前記往復動部材による慣性力Ｆｐは、前記カウンタウェイト８ｃと一次バランスウェイト９の慣性力の和（Ｆｃ＋２Ｆｐ1）により相殺される。

さらに前記第１，第２の二次バランス軸１１，１０は、第１，第２バランスウェイト１１ａ，１０ａを互いに気筒軸Ａを挟んで対称の位置に備えた状態で、共に前記クランク軸８の２倍の回転速度で、かつ互いに逆方向に回転するので、両バランス軸の慣性力は、気筒軸Ａ方向においては互いの慣性力の和となり、気筒軸直角方向においては互いに打ち消すこととなり、これはエンジンの二次慣性力と釣り合う。その結果、二次慣性力についても相殺することができる。

そして本実施例２では、一次バランスウェイト９，９′をクランク軸８上に同軸をなすように配設するとともに、第１の二次バランス軸１１により一次バランスウェイト９，９′を回転駆動するように構成した。その結果、一次バランスウェイト９，９′を駆動するための専用の軸を不要にでき、一次バランス軸をクランク軸と平行に配置した従来技術に対して、より一層配置スペースを縮小できるとともにコストを低減できる。

図６〜図７は本発明の実施例３に係る往復動式内燃機関の振動低減装置を説明するための図である。図中、図１〜図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施例３では、クランク軸８の右端部に二次駆動ギヤ１８が固着されている。この二次駆動ギヤ１８は、第１の二次バランス軸１１の右端部に固着された二次従動ギヤ１９に噛合している。ここで二次駆動ギヤ１８と二次従動ギヤ１９の歯数比は２：１に設定されている。従って、第１の二次バランス軸１１はクランク軸８の２倍速で、かつ逆方向に回転する。

また前記実施例２と同様に、前記第１の二次バランス軸１１に固着された駆動ギヤ１５ａは前記第２の二次バランス軸１０に固着された従動ギヤ１５ｂに噛合しており、該第１，第２の二次バランス軸１１，１０は、同速度で、かつ互いに逆向きに回転する。

さらにまた前記第２の二次バランス軸１０に固着された一次駆動ギヤ１６，１６′は前記クランク軸８に支承された一次バランスウェイト９，９′に噛合している。その結果、一次バランスウェイト９，９′は、前記クランク軸８と同速度で、かつ逆向きに回転する。

このように、二次駆動ギヤ１８，二次従動ギヤ１９，駆動ギヤ１５ａ，従動ギヤ１５ｂにより二次バランス駆動機構２２′が構成され、また一次バランス駆動機構２１′は、第２の二次バランス軸１０を一次バランスウェイト駆動軸に兼用している。

本実施例３では、前記実施例２と同様に、一次バランスウェイト９，９′が、クランク軸８と同速度で、かつ逆方向に回転することにより、前記往復動部材による一次慣性力Ｆｐを、前記カウンタウェイト８ｃと一次バランスウェイト９の慣性力の和（Ｆｃ＋２Ｆｐ１）により相殺できる。

また、前記第１，第２の二次バランス軸１１，１０がクランク軸８の２倍の回転速度で、かつ互いに逆方向に回転することにより、二次慣性力についても相殺できる。

さらにまた、本実施例３では、第２の二次バランス軸１０により一次バランスウェイト９，９′を回転駆動するように構成したので、前記実施例２と同様に、一次バランスウェイト９，９′を駆動するための専用の軸を不要にでき、配置スペースを縮小できるとともにコストを低減できる。

図８〜図１０は本発明の実施例４に係る往復動式内燃機関の振動低減装置を説明するための図である。図中、図１〜図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。

前記実施例１〜３では、一次バランスウェイトをクランク軸の両端部に一対設けた場合を説明したが、本実施例４は、左，右の気筒の中央部分に１つの一次バランスウェイト９０を設けた例である。

前記一次バランスウェイト９０は、クランク軸８の中央部のジャーナル部８ｄに装着する都合上、肉抜き穴９０ａを有する基部９０ｃと、錘部９０ｄとの二分割構造となっている。そして基部９０ｃと錘部９０ｄはボルト９１により結合され、外周には歯車９０ｂが形成されている。

本実施例４では、一次バランスウェイト９０が１つで済み、部品点数を削減でき、コストを低減できる。

なお、前記実施例では、２気筒エンジンの場合を説明したが、本発明は、単気筒エンジンにも、またさらに気筒数の多いエンジンにも適用可能である。

１ エンジン（往復動式内燃機関）
８ クランク軸
９，９′ 一次バランスウェイト
１０ 第２の二次バランス軸
１１ 第１の二次バランス軸
２１，２１′ 一次バランス駆動機構
２２ ２２′ 二次バランス駆動機構
Ａ 気筒軸線
Ｂ クランク軸線

Claims (4)

1. 一次慣性力に対応した質量を有し、クランク軸により、該クランク軸と同軸をなすように、かつ回転自在に支承された一次バランスウェイトと、
   該一次バランスウェイトをクランク軸と同速度で、かつ逆方向に回転駆動する一次バランス駆動機構と
   を備えたことを特徴とする往復動式内燃機関の振動低減装置。
2. 請求項１に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、
   二次慣性力に対応した質量を有し、気筒軸線及びクランク軸線を挟んでクランク軸と平行に配置され、かつ回転自在に支承された２本の二次バランス軸と、
   前記２本の二次バランス軸を、クランク軸の２倍の速度でかつ互いに逆方向に回転駆動する二次バランス駆動機構とをさらに備え、
   前記一次バランス駆動機構は、前記何れかの二次バランス軸を介して前記一次バランスウェイトを回転駆動するように構成されている
   ことを特徴とする往復動式内燃機関の振動低減装置。
3. 請求項２に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、
   前記二次バランス駆動機構は、前記クランク軸の２倍の速度で同方向に第１の二次バランス軸を回転駆動し、該第１の二次バランス軸により第２の二次バランス軸を同速度でかつ逆方向に回転駆動し、
   前記一次バランス駆動機構は、前記第１の二次バランス軸により前記一次バランスウェイトを１／２倍の速度で逆方向に回転駆動する
   ことを特徴とする往復動式内燃機関の振動低減装置。
4. 請求項２に記載の往復動式内燃機関の振動低減装置において、
   前記二次バランス機構は、前記クランク軸の２倍の速度で逆方向に第１の二次バランス軸を回転駆動し、該第１の二次バランス軸により第２の二次バランス軸を同速度でかつ逆方向に回転駆動し、
   前記一次バランス駆動機構は、前記第２の二次バランス軸により前記一次バランスウェイトを１／２倍の速度で逆方向に回転駆動する
   ことを特徴とする往復動式内燃機関の振動低減装置。

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