JP2015215045A - Vibration reduction device of internal combustion engine with dual link piston-crank mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複リンク式ピストン−クランク機構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 reducing device for an internal combustion engine having a multi-link piston-crank mechanism.
特許文献1には、複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動を低減するために、バランサー装置を設ける技術が開示されている。
複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関では、ピストンとクランクシャフトとを一本のコネクティングロッドにより連結した単リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関に比して、ピストンストローク特性の設定の自由度が高いことから、その構造上、クランクシャフトの回転周期に対して2次(1/2の回転周期)以上の高次振動成分を低減することは可能である。但し、内燃機関の小型化を図るために気筒数を抑制し、例えば単気筒,直列2気筒あるいは直列3気筒の4サイクル式内燃機関とした場合には、クランクシャフトの回転に対する1次の振動が生じ易い。 In the internal combustion engine with a multi-link piston-crank mechanism, the piston stroke characteristics are set in comparison with an internal combustion engine with a single-link piston-crank mechanism in which the piston and crankshaft are connected by a single connecting rod. Because of the high degree of freedom, it is possible to reduce higher order vibration components of the second order (1/2 rotation period) or more with respect to the rotation period of the crankshaft. However, in order to reduce the size of the internal combustion engine, the number of cylinders is suppressed. For example, in the case of a four-cycle internal combustion engine having a single cylinder, two in-line cylinders or three in-line cylinders, the primary vibration with respect to the rotation of the crankshaft is It is likely to occur.
このような振動を低減するために、上記特許文献1に記載の技術のように、バランサー装置を別途設けると、コストアップとなるとともに、フリクションの増加や重量の増加によって燃費性能が悪化するという問題がある。
In order to reduce such vibration, if a balancer device is separately provided as in the technique described in
また、複リンク式ピストン−クランク機構を利用して圧縮比を変更可能な構造では、一般的には上記特許文献1に記載のように、コントロールシャフトの回転角度に応じて圧縮比を変更する構造となっている。このような構造の場合、機関運転中に高速で回転するクランクシャフト側からコントロールシャフトに大きな燃焼荷重や慣性荷重が繰り返し作用し、例えば機関圧縮比を一定に保持する運転条件の場合、これらの荷重に抗してコントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要があり、また機関圧縮比を変更する場合にも、これらの荷重に抗してコントロールシャフトを回転駆動する必要があるために、コントロールシャフトを保持及び駆動する電動モータや油圧アクチュエータ等のアクチュエータに大きな駆動力が要求され、アクチュエータの大型化やコストの増加を招き易い。
Further, in a structure in which the compression ratio can be changed using a multi-link type piston-crank mechanism, a structure in which the compression ratio is generally changed according to the rotation angle of the control shaft as described in
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、バランサー装置を別途追加することのない簡素な構成で内燃機関の振動を低減するとともに、コントロールシャフトをクランクシャフトと連動して回転させることによって、コントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要を無くし、装置の小型化や燃費の向上を図ることを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and reduces vibrations of the internal combustion engine with a simple configuration without adding a balancer device separately, and interlocks the control shaft with the crankshaft. Thus, it is intended to eliminate the need to hold the control shaft at a predetermined rotational position by rotating the device, thereby reducing the size of the device and improving the fuel consumption.
本発明に係る複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置は、内燃機関のクランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアーリンクと、上記ロアーリンクと内燃機関のピストンとを連結するアッパーリンクと、上記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトと、このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、上記コントロールシャフトと同軸上に配置されたバランサーシャフトと、このバランサーシャフトに設けられた振動低減用のバランスウェイトと、上記クランクシャフトの回転と同期して上記バランサーシャフトが回転するように、上記クランクシャフトと上記バランサーシャフトとを連結する第1のリンク機構と、上記バランサーシャフトの回転に連動して上記コントロールシャフトが回転するように、上記バランサーシャフトと上記コントロールシャフトとを連結する第2のリンク機構と、を有し、この第2のリンク機構が、上記バランサーシャフトに対する上記コントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段を含んでいる。 An internal combustion engine vibration reducing apparatus including a multi-link piston-crank mechanism according to the present invention includes a lower link rotatably attached to a crank pin of a crankshaft of the internal combustion engine, the lower link, and a piston of the internal combustion engine. An upper link for connecting the control shaft, a control shaft arranged in parallel to the crankshaft, a control link for connecting the control shaft and the lower link, a balancer shaft arranged coaxially with the control shaft, A balance weight for vibration reduction provided on the balancer shaft, and a first link mechanism for connecting the crankshaft and the balancer shaft so that the balancer shaft rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft; Above balancersha A second link mechanism that couples the balancer shaft and the control shaft so that the control shaft rotates in conjunction with rotation of the hub, and the second link mechanism is connected to the balancer shaft. Compression ratio changing means for changing the engine compression ratio by changing the rotational phase of the control shaft is included.
このように、バランスウェイトを備えたバランサーシャフトをコントロールシャフトと同軸上に配置し、このバランサーシャフトをクランクシャフトに同期して回転させることによって、クランクシャフトの回転周期に応じて生じる1次もしくは2次以上の振動成分を有効に抑制することができる。 As described above, the balancer shaft having the balance weight is arranged coaxially with the control shaft, and the balancer shaft is rotated in synchronization with the crankshaft, so that the primary or secondary generated according to the rotation cycle of the crankshaft. The above vibration components can be effectively suppressed.
また、本発明の複リンク式ピストン−クランク機構においては、機関圧縮比を変更するためのコントロールシャフトを、第2のリンク機構を介してバランサーシャフトと連動して回転させており、圧縮比変更手段によりバランサーシャフトに対するコントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更することができる。このために、コントロールシャフトを一定角度に保持するアクチュエータが不要となり、装置の小型化を図ることができるとともに、コントロールシャフトを保持するためのエネルギー損失が解消されて、燃費向上を図ることができる。 In the multiple link type piston-crank mechanism of the present invention, the control shaft for changing the engine compression ratio is rotated in conjunction with the balancer shaft via the second link mechanism, and the compression ratio changing means By changing the rotational phase of the control shaft with respect to the balancer shaft, the engine compression ratio can be changed. For this reason, an actuator for holding the control shaft at a constant angle is not required, so that the apparatus can be reduced in size and energy loss for holding the control shaft can be eliminated to improve fuel efficiency.
本発明によれば、バランサー装置を別途追加することのない簡素な構成で、クランクシャフトの回転に同期して生じる振動成分を抑制しつつ、コントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要が無いことから、装置の小型化や燃費の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is not necessary to hold the control shaft at a predetermined rotational position while suppressing a vibration component generated in synchronization with the rotation of the crankshaft with a simple configuration without adding a balancer device separately. Therefore, it is possible to reduce the size of the apparatus and improve the fuel efficiency.
以下、図示実施例により本発明を説明する。図1〜図4は、本発明の一実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置を示している。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to illustrated embodiments. 1 to 4 show an internal combustion engine vibration reducing apparatus having a multi-link piston-crank mechanism according to an embodiment of the present invention.
この内燃機関は、直列3気筒の4サイクル内燃機関であり、各気筒毎にピストン1が設けられている。各ピストン1は、図示していないが、シリンダブロックのシリンダー(図示省略)に往復移動可能に嵌合している。また、シリンダブロックにはクランクシャフト2が回転可能に支持されている。
This internal combustion engine is an in-line three-cylinder four-cycle internal combustion engine, and a
ピストン1とクランクシャフト2とを連結する複リンク式ピストン−クランク機構10は、クランクシャフト2のクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンク11と、ロアーリンク11とピストン1とを連結するアッパーリンク12と、クランクシャフト2と平行に配置され、機関本体としてのシリンダブロックに回転可能に支持されるコントロールシャフト13と、このコントロールシャフト13とロアーリンク11とを連結するコントロールリンク14と、を備えている。ピストン1とアッパーリンク12の上端とはピストンピン15により相対回転可能に連結され、アッパーリンク12の下端とロアーリンク11とは第1連結ピン16により相対回転可能に連結され、コントロールリンク14の上端とロアーリンク11とは第2連結ピン(図示省略)により相対回転可能に連結されている。コントロールシャフト13には、回転中心より偏心した偏心軸部13Aが各気筒毎に設けられ、この偏心軸部13Aにコントロールリンク14の下端が回転可能に取り付けられている。
The multi-link type piston-
そして本実施例では、コントロールシャフト13と同軸上に、バランサーシャフト17が配置されている。具体的には、コントロールシャフト13は、その内部に軸方向に延びる軸方向孔18が形成された中空形状をなしており、このコントロールシャフト13の軸方向孔18の内部に、バランサーシャフト17が相対回転可能に配置されている。つまり、コントロールシャフト13の内部にバランサーシャフト17が同軸上かつ回転可能に配置された2軸構造をなしている。
In this embodiment, a
バランサーシャフト17は、前端に第1ギヤ21、後端にバランスウェイト19が取り付けられている。バランスウェイト19は、クランクシャフト1の回転に対する1次(同じ周期)の振動を低減するための所定の質量(マス)を備えるもので、例えば所定厚さの扇状をなしている。
The
図4にも示すように、前端の第1ギヤ21は、バランサーシャフト17の前端に固定されるハウジング23にボルト27等を用いて固定されており、バランサーシャフト17と一体的に回転する。この第1ギヤ21は、クランクシャフト2の前端に設けられた第2ギヤ22に噛み合っている。両ギヤ21,22の外周に設けられた歯数は同数であり、両ギヤ21,22の噛み合い部分を介して、クランクシャフト2が回転すると、このクランクシャフト2の回転方向と逆方向に同じ速度でバランサーシャフト17が回転する。つまり、クランクシャフト2の回転に同期してバランサーシャフト17が回転するように、両ギヤ21,22が両シャフト2,17を連結する第1のリンク機構を構成している。
As shown in FIG. 4, the
コントロールシャフト13は、バランサーシャフト17の回転に連動して回転するように、第2のリンク機構24によりバランサーシャフトと連結されている。この第2のリンク機構24には、バランサーシャフト17に対するコントロールシャフト13の回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段としての位相変更機構を含んでいる。
The
この位相変更機構は、動弁系で良く用いられるバルブタイミング機構と同様のものであり、簡単に説明すると、バランサーシャフト17と一体的に回転するハウジング23の内部には、コントロールシャフト13と一体的に回転するベーンが収容配置された凹部が設けられている。ベーンにより仕切られる凹部内の2つの油室には油圧制御弁25を介してそれぞれ油圧が供給されており、油圧制御弁25により2つの油室の供給油圧を制御することによって、凹部内でのベーンの回転位置が変化して、バランサーシャフト17に対するコントロールシャフト13の回転位相が制御される。油圧制御弁25の動作は制御部26によって機関運転状態に応じて制御される。なお、この実施例では位相変更機構を油圧駆動式としているが、応答性を向上するために電動モータにより駆動する方式としても良い。
This phase changing mechanism is the same as a valve timing mechanism often used in a valve operating system. Briefly, the phase changing mechanism is integrated with the
上記の構成により、クランクシャフト2が回転すると、バランスウェイト19を備えたバランサーシャフト17が両ギヤ21,22を介して逆方向に同じ速度で回転する。これによって、気筒数が3気筒以下の内燃機関で特に懸念されるクランクシャフト2の回転周期に対する1次の振動成分を吸収・相殺し、クランクシャフト2の回転に対する1次振動を十分に低減することができる。
With the above configuration, when the
また、このバランサーシャフト17には位相変更機構を介してコントロールシャフト13が連結されており、バランサーシャフト17の回転に連動してコントロールシャフト13が回転する。そして、位相変更機構によりバランサーシャフト17に対するコントロールシャフト13の回転位相を変更することによって、ピストン−ストローク特性が変化し、これにより機関圧縮比を変更することができる。
A
このように本実施例では、コントロールシャフト13と同軸上にバランサーシャフト17を設け、両シャフト13,17を連結・接続する第2のリンク機構24に位相変更機構を設けることで、機関圧縮比の変更と、バランサーシャフト17による振動低減と、を両立することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、バランサーシャフト17とコントロールシャフト13とを同軸上に配置した2軸構造とし、特に本実施例ではコントロールシャフト13の内部にバランサーシャフト17を収容配置しているために、スペース効率に優れており、小型化・軽量化を図ることができる。
In addition, the
コントロールシャフト13がクランクシャフト2に連動して回転する構造としたので、コントロールシャフト13を一定の角度位置に保持するアクチュエータが不要となり、小型化,コスト削減,及び消費エネルギーの低減化を図ることができる。なお、本実施例においても、位相変更機構によりバランサーシャフト17に対してコントロールシャフト13の位相を変更する際にエネルギーは必要となるが、高速で回転するクランクシャフト2に対してコントロールシャフト13を一定の角度位置に保持する従来の構造に比して、コントロールシャフト13にかかる荷重は十分に低く抑えられることから、アクチュエータの小型化や消費エネルギーの低減化を図ることができる。
Since the
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限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、本発明は、クランクシャフトに対する回転1次の振動を有効に低減できることから、クランクシャフトの回転に対する1次の振動を生じ易い3気筒,2気筒あるいは単気筒の内燃機関に好適であるが、これに限らず、4気筒以上の内燃機関にも同様に適用することができる。この場合、クランクシャフトの回転に対する2次以上の高次振動成分を除去するために、バランサーシャフトをクランクシャフトの2倍以上の速度で回転させ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-described embodiments, and includes various modifications and changes. For example, the present invention is suitable for a three-cylinder, two-cylinder, or single-cylinder internal combustion engine that is likely to cause primary vibration with respect to rotation of the crankshaft because it can effectively reduce primary vibration with respect to the crankshaft. The present invention is not limited to this, and can be similarly applied to an internal combustion engine having four or more cylinders. In this case, the balancer shaft may be rotated at a speed twice or more that of the crankshaft in order to remove the secondary and higher order vibration components with respect to the rotation of the crankshaft.
1…ピストン
2…クランクシャフト
10…複リンク式ピストン−クランク機構
11…ロアーリンク
12…アッパーリンク
13…コントロールシャフト
14…コントロールリンク
17…バランサーシャフト
19…バランスウェイト
21…第1ギヤ(第1のリンク機構)
22…第2ギヤ(第1のリンク機構)
24…第2のリンク機構
DESCRIPTION OF
22 ... Second gear (first link mechanism)
24. Second link mechanism
Claims (3)
上記ロアーリンクと内燃機関のピストンとを連結するアッパーリンクと、
上記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトと、
このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、
上記コントロールシャフトと同軸上に配置されたバランサーシャフトと、
このバランサーシャフトに設けられた振動低減用のバランスウェイトと、
上記クランクシャフトの回転と同期して上記バランサーシャフトが回転するように、上記クランクシャフトと上記バランサーシャフトとを連結する第1のリンク機構と、
上記バランサーシャフトの回転に連動して上記コントロールシャフトが回転するように、上記バランサーシャフトと上記コントロールシャフトとを連結する第2のリンク機構と、を有し、
この第2のリンク機構が、上記バランサーシャフトに対する上記コントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段を含んでなることを特徴とする複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置。 A lower link rotatably mounted on a crankpin of an internal combustion engine crankshaft;
An upper link connecting the lower link and the piston of the internal combustion engine;
A control shaft arranged parallel to the crankshaft;
A control link connecting the control shaft and the lower link;
A balancer shaft arranged coaxially with the control shaft;
Balance weight for vibration reduction provided on this balancer shaft,
A first link mechanism that connects the crankshaft and the balancer shaft so that the balancer shaft rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft;
A second link mechanism that connects the balancer shaft and the control shaft such that the control shaft rotates in conjunction with the rotation of the balancer shaft;
The second link mechanism includes a compression ratio changing means for changing an engine compression ratio by changing a rotational phase of the control shaft with respect to the balancer shaft. An internal combustion engine vibration reduction device comprising:
上記バランサーシャフトが、上記クランクシャフトの内部を相対回転可能に貫通していることを特徴とする請求項1に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置。 The crankshaft has a hollow shape,
2. The vibration reduction apparatus for an internal combustion engine having a multi-link piston-crank mechanism according to claim 1, wherein the balancer shaft penetrates the crankshaft so as to be relatively rotatable.
Priority Applications (1)
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