JP2017067163A

JP2017067163A - トルク変動低減装置

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Publication number: JP2017067163A
Application number: JP2015192957A
Authority: JP
Inventors: 成人本瓦; Shigeto Hongawara; 亨成中島; Kyosei Nakashima; 成史堂面; Shigefumi Domen
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP6296033B2

Abstract

【課題】回転軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、トルク変動を有効に低減することができるトルク変動低減装置を提供する。【解決手段】トルクを伝達する回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１と、回転軸１の周方向に等間隔に配置され、ウエイト支持部材１１に回転可能に支持される支軸２１から偏心した重心位置を有する複数のウエイト部材２０と、回転軸１に連結されると共に支軸２１に連結され、回転軸１と支軸２１とが所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構３０とを備えたトルク変動低減装置１０は、遊星歯車機構３０を用いて回転軸１と支軸２１とを連動させる第１状態と、回転軸１と支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段４０を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、トルク変動低減装置に関し、特にエンジンの出力軸などの回転軸に発生するトルク変動を低減するトルク変動低減装置に関する。

自動車等の車両では、エンジンの各気筒における間欠的な爆発に起因してエンジンの出力軸にトルク変動が発生し、例えば直列４気筒４サイクルエンジンではエンジンの出力軸が１回転する間に２回のトルク変動が発生してエンジンの出力トルクに対して回転２次のトルク変動が生じ、このトルク変動が変速機などの駆動系へ伝達されて振動や騒音を引き起こし得る。

これに対し、例えば特許文献１には、エンジンの出力軸に発生するトルク変動を低減するトルク変動低減装置が開示されている。このトルク変動低減装置では、エンジンの出力軸に取り付けられたフライホイールに周方向に複数の円形凹部を形成し、これら円形凹部内にそれぞれベアリングを介して重心位置が円形凹部の中心線から偏奇したダンパウエイトを揺動自在に取り付けることで、エンジンの出力軸に発生するトルク変動をダンパウエイトの揺動運動によって低減するようになっている。

特開平１１−２２９４号公報

ところで、自動車等の車両では、エンジンの燃費性能の向上を図るため、複数の気筒の全てを作動させる全筒運転と複数の気筒のうち一部の気筒のみを作動させる減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンを備えたものが知られている。

例えば直列４気筒４サイクルエンジンが４気筒を作動させる全筒運転と２気筒のみを作動させる減筒運転とを切換可能に構成されている場合、全筒運転時にはエンジンの出力軸が１回転する間に２回のトルク変動が発生し、減筒運転時にはエンジンの出力軸が１回転する間に１回のトルク変動が発生し、全筒運転時と減筒運転時とでエンジンの出力軸に発生するトルク変動のモードが変化することとなる。

前記特許文献１に記載されるトルク変動低減装置において、全筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を有効に低減するように円形凹部の中心線やダンパウエイトの重心位置などが設定された場合、減筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を有効に低減することができないおそれがある。

したがって、エンジンの出力軸などの回転軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、回転軸に発生するトルク変動を有効に低減することが望まれる。

そこで、本発明は、回転軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、回転軸に発生するトルク変動を有効に低減することができるトルク変動低減装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、トルクを伝達する回転軸と、前記回転軸と一体的に回転するウエイト支持部材と、前記ウエイト支持部材にそれぞれ回転可能に支持されると共に前記回転軸の周方向に等間隔に配置された複数のウエイト部材であって、前記ウエイト部材がそれぞれ前記回転軸に平行に設けられると共に前記ウエイト支持部材に回転可能に支持される支軸から偏心した重心位置を有する複数のウエイト部材と、前記回転軸に連結されると共に前記支軸に連結され、前記回転軸と前記支軸とが所定の回転比となるように前記回転軸と前記支軸とを連動可能に構成された遊星歯車機構とを備えたトルク変動低減装置であって、前記遊星歯車機構を用いて前記回転軸と前記支軸とを連動させる第１状態と、前記回転軸と前記支軸とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段を備えていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のトルク変動低減装置において、前記切換手段は、前記遊星歯車機構の所定の回転要素をケースに固定する又はケースから解放するブレーキによって構成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載のトルク変動低減装置において、全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンを備え、前記回転軸は、前記エンジンの出力軸であり、前記切換手段は、前記エンジンの減筒運転時に前記第１状態に切り換えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載のトルク変動低減装置において、全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンを備え、前記回転軸は、前記エンジンの出力軸であり、前記切換手段は、前記エンジンの全筒運転時に前記第２状態に切り換えることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、トルク変動低減装置は、トルクを伝達する回転軸と一体的に回転するウエイト支持部材と、回転軸の周方向に等間隔に配置され、ウエイト支持部材に回転可能に支持される支軸から偏心した重心位置を有する複数のウエイト部材と、回転軸と支軸とが所定の回転比となるように回転軸と支軸とを連動可能に構成された遊星歯車機構とを備えると共に、遊星歯車機構を用いて回転軸と支軸とを連動させる第１状態と、回転軸と支軸とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段を備えている。

これにより、回転軸に発生するトルク変動の１つのモードと逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸と支軸とを連動可能に構成された遊星歯車機構を用いることで、遊星歯車機構を用いて回転軸と支軸とを連動させる第１状態では、回転軸に発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減することができる。

また、回転軸と支軸とを非連動とする第２状態では、回転軸と一体的に回転するウエイト支持部材に回転可能に支持されたウエイト部材の揺動運動によって、回転軸に発生する前記モードとは別のモードのトルク変動を有効に低減することができる。

したがって、回転軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、回転軸に発生するトルク変動を有効に低減することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、切換手段は、遊星歯車機構の所定の回転要素をケースに固定する又はケースから解放するブレーキによって構成されることにより、ブレーキとして油圧室への油圧供給時に複数の摩擦板を締結する油圧式ブレーキを用いる場合、油圧室をケースに固定させることができるので、油圧室が回転する油圧式クラッチを用いる場合に比べて、第１状態と第２状態との切換制御を応答性良く行うことができ、回転軸に発生するトルク変動を有効に低減することができる。また、油圧室が回転する油圧式クラッチを用いる場合のように、油圧室内の作動油に作用する遠心力をキャンセルするための遠心バランス室を設ける必要がなく、比較的簡単な構成によってトルク変動を有効に低減することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、切換手段は、全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンの減筒運転時に第１状態に切り換えることにより、エンジンの減筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸と支軸とを連動可能に構成された遊星歯車機構を用いることで、エンジンの減筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を確実に低減することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、切換手段は、全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンの全筒運転時に第２状態に切り換えることにより、回転軸と一体的に回転するウエイト支持部材に回転可能に支持されたウエイト部材の揺動運動によって、エンジンの全筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図である。図１におけるＹ２−Ｙ２線に沿ったトルク変動低減装置の断面図である。トルク変動低減装置の斜視図である。トルク変動低減装置の別の斜視図である。減筒運転時におけるトルク変動低減装置による変動トルクを示すグラフである。減筒運転時に回転軸の回転角度が０度及び４５度であるときのトルク変動低減装置による変動トルクを説明するための説明図である。減筒運転時に回転軸の回転角度が９０度及び１３５度であるときのトルク変動低減装置による変動トルクを説明するための説明図である。本発明の第２実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図である。本発明の第３実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図であり、図２は、図１におけるＹ２−Ｙ２線に沿ったトルク変動低減装置の断面図、図３は、トルク変動低減装置の斜視図、図４は、トルク変動低減装置の別の斜視図である。なお、図３及び図４では、トルク変動低減装置を構成する遊星歯車機構のキャリヤ及びキャリヤとケースとの間に設けられるブレーキを省略して示している。

本発明の第１実施形態に係るトルク変動低減装置は、自動車等の車両に搭載される車両用エンジンに適用されてエンジンの出力軸であるクランクシャフトなどのトルクを伝達する回転軸に発生するトルク変動を低減するように構成されている。

本実施形態では、４気筒の全てを作動させる全筒運転と４気筒のうち２気筒のみを作動させる減筒運転とを切換可能に構成された直列４気筒４サイクルエンジンに適用される場合におけるトルク変動低減装置について説明する。

前記直列４気筒４サイクルエンジンでは、全筒運転時にはクランクシャフトが１回転する間に２回のトルク変動が発生し、減筒運転時にはクランクシャフトが１回転する間に１回のトルク変動が発生し、全筒運転時と減筒運転時とでトルク変動のモードが変化する。前記エンジンのクランクシャフトに発生するトルク変動はまた、作動させる気筒数が少ないほど大きくなることから、減筒運転時には全筒運転時に比べてトルク変動が大きくなる。

本実施形態に係るトルク変動低減装置は、減筒運転時にクランクシャフトに発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減すると共に、全筒運転時にクランクシャフトに発生する前記モードとは別のモードのトルク変動を有効に低減するように構成されている。

図１から図４に示すように、第１実施形態に係るトルク変動低減装置１０は、トルクを伝達する回転軸１として直列４気筒４サイクルエンジンの出力軸であるクランクシャフト１を備えると共に、回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１と、ウエイト支持部材１１にそれぞれ回転可能に支持される４つのウエイト部材２０とを備えている。

ウエイト支持部材１１は、回転軸１の軸方向に離間して２つ設けられている。２つのウエイト支持部材１１は、同一形状を有し、回転軸１の軸方向に離間して同様に配置されている。ウエイト支持部材１１は、回転軸１の軸方向に所定の厚さを有すると共に回転軸１の軸方向から見て略十字形状に形成されている。ウエイト支持部材１１は、中心に形成された略円形状の開口部１１ａの内周面が回転軸１にスプライン嵌合されて回転軸１と一体的に回転するようになっている。

ウエイト支持部材１１はまた、図２に示すように、回転軸１の軸心Ｃ１から半径ｒ１に中心を有する円形状の４つの開口部１１ｂを有している。４つの開口部１１ｂは、同一形状を有して回転軸１の周方向に９０度ごとに等間隔に設けられている。ウエイト部材２０は、ウエイト支持部材１１の開口部１１ｂを介してウエイト支持部材１１に回転可能に支持されている。

ウエイト部材２０は、回転軸１と平行に設けられた支軸２１と、支軸２１に固定されたウエイト２２とを有し、支軸２１は、ウエイト２２の両側に設けられている。支軸２１は、円柱状に形成され、回転軸１の軸心Ｃ１と平行に設けられた軸心Ｃ２を有してウエイト支持部材１１に回転可能に支持されている。ウエイト２２は、図２に示すように、支軸２１の軸心Ｃ２の軸方向から見て軸心Ｃ２から径方向外側に向かって中心角が、これに限定されるものではないが、１２０度で拡がる略扇形状に形成されている。

ウエイト部材２０では、支軸２１とウエイト２２とが一体的に形成されている。ウエイト部材２０は、図２に示すように、支軸２１の軸心Ｃ２から距離ｒ２偏心した重心位置Ｃ３を有し、支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ平面に対して対称に形成されている。４つのウエイト部材２０は、同一形状を有して回転軸１の周方向に９０度ごとに等間隔に配置されている。本実施形態では、ウエイト２２は、略扇形状に形成されているが、ウエイト部材２０が支軸２１の軸心Ｃ２から偏心した重心位置を有する他の形状に形成することも可能である。

トルク変動低減装置１０はまた、ウエイト部材２０の支軸２１に設けられた支軸被駆動ギヤ２５と、支軸被駆動ギヤ２５に噛み合いウエイト部材２０の支軸２１を駆動させる支軸駆動ギヤ２６と、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構３０とを備えている。

ウエイト部材２０の支軸２１は、回転軸１の軸方向一方側に配置されたウエイト支持部材１１に支持される部分が該ウエイト支持部材１１よりも軸方向一方側に延びる延設部２１ａを備え、該延設部２１ａに支軸被駆動ギヤ２５が固定して結合されている。支軸駆動ギヤ２６は、ウエイト支持部材１１の軸方向一方側において支軸被駆動ギヤ２５に噛み合い、回転軸１に軸受５を介して回転可能に支持されている。

遊星歯車機構３０は、支持被駆動ギヤ２５及び支軸駆動ギヤ２６の回転軸１の軸方向一方側に配置されている。遊星歯車機構３０は、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であり、サンギヤ３１と、サンギヤ３１に噛み合う３つの内側ピニオン３３と、内側ピニオン３３にそれぞれ噛み合う３つの外側ピニオン３４と、内側ピニオン３３及び外側ピニオン３４を回転可能に支持するキャリヤ３５と、外側ピニオン３４に噛み合うリングギヤ３２とで構成されている。

リングギヤ３２の軸方向一方側には動力伝達部材３２ａが一体的に形成されている。動力伝達部材３２ａは、リングギヤ３２から回転軸１の径方向内方に延び、その内周側が回転軸１にスプライン嵌合されている。これにより、遊星歯車機構３０のリングギヤ３２が回転軸１に連結されている。

キャリヤ３５は、内側ピニオン３３を回転可能に支持する内側ピニオンシャフト３５ａと、外側ピニオン３４を回転可能に支持する図示しない外側ピニオンシャフトと、内側ピニオンシャフト３５ａ及び前記外側ピニオンシャフトの両端部を固定して支持するキャリヤ本体３５ｂとを有している。

キャリヤ本体３５ｂは、内側ピニオンシャフト３５ａ及び前記外側ピニオンシャフトにおける回転軸１の軸方向一方側及び軸方向他方側の端部をそれぞれ支持する一方側プレート部３５ｃ及び他方側プレート部３５ｄと、一方側プレート部３５ｃと他方側プレート部３５ｄとを連結する図示しない連結部とで構成されている。

本実施形態では、キャリヤ本体３５ｂの他方側プレート部３５ｄが、回転軸１の径方向外方に延び、その外周側が回転軸１の外周側に配置されるケース３に固定される又はケース３から解放され、遊星歯車機構３０のキャリヤ３５がケース３に固定される又はケース３から解放されるようになっている。

サンギヤ３１は、回転軸１に軸受５を介して回転可能に支持されている。本実施形態では、サンギヤ３１に、該サンギヤ３１の回転軸１の軸方向他方側に配置される支軸駆動ギヤ２６が一体的に形成されている。

トルク変動低減装置１０はまた、遊星歯車機構３０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段４０を備え、切換手段４０は、これに限定されるものではないが、遊星歯車機構３０のキャリヤ３５をケース３に固定する又はケース３から解放するブレーキ４０によって構成されている。

ブレーキ４０は、図１に示すように、内周部が遊星歯車機構３０のキャリヤ３５の他方側プレート部３５ｄの外周面に形成されたスプライン３５ｅに係合された複数枚の回転側摩擦板４１と、外周部がケース３の内周面に形成されたスプライン３ａに係合された複数枚の固定側摩擦板４２とを備え、固定側摩擦板４１と回転側摩擦板４２とが交互に配置されている。

回転側摩擦板４１及び固定側摩擦板４２の軸方向一方側には、ケース３に一体的に設けられたシリンダ４３と、シリンダ４３内に収容されて回転側摩擦板４１と固定側摩擦板４２とを締結するためのピストン４４が設けられ、ピストン４４とシリンダ４３とによって油圧室４５が形成されている。

回転側摩擦板４１及び固定側摩擦板４２の軸方向他方側には、ケース３に固定されたリテーニングプレート４６が設けられ、回転側摩擦板４１及び固定側摩擦板４２が軸方向他方側に抜けることが防止されている。

また、油圧室４５への油圧供給制御を行うための制御ユニット（図示せず）が備えられ、前記制御ユニットによって、油圧室４５へ油圧を供給する制御が行われると回転側摩擦板４１及び固定側摩擦板４２が相対回転不能となってケース３にキャリヤ３５が固定され、油圧室４５から油圧を排出する制御が行われると回転側摩擦板４１及び固定側摩擦板４２が相対回転可能となってケース３からキャリヤ３５が解放される。

このように、ブレーキ４０は、遊星歯車機構３０のキャリヤ３５をケース３に固定する又はケース３から解放し、キャリヤ３５をケース３に固定して遊星歯車機構３０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、キャリヤ３５をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換えるようになっている。

本実施形態では、ブレーキ４０は、減筒運転時にキャリヤ３５をケース３に固定して遊星歯車機構３０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態に切り換えられ、全筒運転時にキャリヤ３５をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態に切り換えられる。

このようにして構成されるトルク変動低減装置１０では、減筒運転時にキャリヤ３５がケース３に固定され、図１及び図２に示すように、回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転されると、回転軸１の回転が動力伝達部材３２ａを介して遊星歯車機構３０のリングギヤ３２に入力され、外側ピニオン３４及び内側ピニオン３３を介してサンギヤ３１が回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転される。

サンギヤ３１が回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転されるとき、サンギヤ３１に一体的に形成された支軸駆動ギヤ２６も回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転され、支持被駆動ギヤ２５がウエイト部材２０の支軸２１の軸心Ｃ２周りにＲ１方向と反対方向であるＲ２方向に回転され、ウエイト部材２０は支軸２１の軸心Ｃ２周りにＲ２方向に回転される。ウエイト部材２０はまた、回転軸１と一体的に回転されるウエイト支持部材１１に支持されており、回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転されるとき回転軸１と共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転される。

このように、遊星歯車機構３０は、減筒運転時に回転軸１に連結されると共に支軸駆動ギヤ２６及び支軸被駆動ギヤ２５を介してウエイト部材２０の支軸２１に連結され、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる。トルク変動低減装置１０では、遊星歯車機構３０は、減筒運転時に回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる。

本実施形態では、支軸被駆動ギヤ２５及び支軸駆動ギヤ２６の歯数がともに４０枚に設定され、遊星歯車機構３０を構成するサンギヤ３１及びリングギヤ３２の歯数がそれぞれ５０枚及び１００枚に設定されている。なお、支軸被駆動ギヤ２５、支軸駆動ギヤ２６、並びに遊星歯車機構３０を構成するサンギヤ３１及びリングギヤ３２の歯数は、これに限定されるものでなく、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように適宜設定することが可能である。

図５は、減筒運転時におけるトルク変動低減装置による変動トルクを示すグラフである。図５では、回転軸１の角度位置である回転角度を横軸にとって表し、トルク変動低減装置１０によって回転軸１に発生させる変動トルクを縦軸にとり、変動トルクは、回転軸１の回転方向である場合を上向きに、回転軸１の回転方向と反対方向である場合を下向きにとって表示している。

図５ではまた、直列４気筒４サイクルエンジンの減筒運転時における回転軸１に発生するトルク変動を破線Ｌ２で示しているが、トルク変動低減装置１０は、図５の実線Ｌ１で示すように、回転軸１に発生するトルク変動Ｌ２と逆位相の変動トルクＬ１を発生させる。

本実施形態では、回転軸１は、４気筒のうち両端側の２気筒と中央側の２気筒とが１８０度の位相差で配置された直列４気筒４サイクルエンジンのクランクシャフトであり、減筒運転時にはクランクシャフトが１回転する間に１回のトルク変動が発生し、遊星歯車機構３０は、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように構成されている。

図６は、減筒運転時に回転軸の回転角度が０度及び４５度であるときのトルク変動低減装置による変動トルクを説明するための説明図であり、図６（ａ）及び図６（ｂ）はそれぞれ、回転軸１の回転位置が０度及び４５度であるときの状態を示している。図７は、減筒運転時に回転軸の回転角度が９０度及び１３５度であるときのトルク変動低減装置による変動トルクを説明するための説明図であり、図７（ａ）及び図７（ｂ）はそれぞれ、回転軸１の回転角度が９０度及び１３５度であるときの状態を示している。

図６及び図７では、トルク変動低減装置１０のウエイト部材２０、支軸被駆動ギヤ２５及び支軸駆動ギヤ２６を模式的に示し、ウエイト部材２０に作用する遠心力Ｆ１をそれぞれ、ウエイト部材２０の軸心Ｃ２にとって表示している。

図６（ａ）に示すように、減筒運転時に、例えば直列４気筒４サイクルエンジンの第１気筒のピストンが上死点にあるときなど、回転軸１の回転角度が０度であるときに、４つのウエイト部材２０はそれぞれ支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶラインが回転軸１の軸心Ｃ１を通るように位置付けられる。

そして、回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転されるとき、支軸駆動ギヤ２６が回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に２回転され、支軸被駆動ギヤ２６がウエイト部材２０の軸心Ｃ２周りにＲ２方向に２回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転され、ウエイト部材２０は、ウエイト部材２０の軸心Ｃ２周りにＲ２方向に２回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転される。

本実施形態では、回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転されるときに、ウエイト部材２０は、ウエイト部材２０の軸心Ｃ２周りにＲ１方向と反対方向に２回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転され、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは回転方向が逆方向に回転され、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは１：−１の回転比となるように連動されている。なお、回転方向が反対方向である場合にはマイナス（−）として表している。

回転軸１が軸心Ｃ１周りに回転されるとき、ウエイト部材２０にはそれぞれ、支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ方向に遠心力Ｆ１が作用し、ウエイト部材２０に作用する遠心力Ｆ１がそれぞれウエイト部材２０の支軸２１からウエイト支持部材１１に伝達される。

図６（ａ）に示すように、回転軸１の回転角度が０度であるとき、ウエイト部材２０にはそれぞれ支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ方向に遠心力Ｆ１が作用し、この遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向外方に向かう力Ｆ１のみを有し、回転軸１の周方向の力がゼロとなる。

そして、ウエイト支持部材１１に伝達される４つのウエイト部材２０にそれぞれ作用する遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向外方に向かう力Ｆ１がそれぞれ打ち消し合って回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による径方向の力がゼロとなると共に、回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による回転軸１の周方向の力がゼロとなり、図５のＳ１で示すトルク変動低減装置１０による変動トルクを発生させる。

回転軸１が軸心Ｃ１周りに回転され、図６（ｂ）に示すように、回転軸１の回転角度が４５度であるとき、ウエイト部材２０にはそれぞれ支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ方向に遠心力Ｆ１が作用し、この遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向外方に向かう力Ｆ２と回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ３とに分解される。

回転軸１の回転角度が４５度であるとき、ウエイト支持部材１１に伝達される４つのウエイト部材２０にそれぞれ作用する遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向外方に向かう力Ｆ２がそれぞれ打ち消し合って回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による径方向の力がゼロとなる一方、回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による周方向の力は回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ３がそれぞれ作用し、図５のＳ２で示すトルク変動低減装置１０による変動トルクを発生させる。

回転軸１が軸心Ｃ１周りにさらに回転され、図７（ａ）に示すように、回転軸１の回転角度が９０度であるとき、ウエイト部材２０にはそれぞれ支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ方向に遠心力Ｆ１が作用し、この遠心力Ｆ１は、回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ１のみを有し、回転軸１の径方向の力がゼロとなる。

回転軸１の回転角度が９０度であるとき、ウエイト支持部材１１に伝達される４つのウエイト部材２０にそれぞれ作用する遠心力Ｆ１は、回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による回転軸１の径方向の力がゼロとなる一方、回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による周方向の力は回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ１がそれぞれ作用し、図５のＳ３で示すトルク変動低減装置１０による変動トルクを発生させる。

回転軸１が軸心Ｃ１周りにさらに回転され、図７（ｂ）に示すように、回転軸１の回転角度が１３５度であるとき、ウエイト部材２０にはそれぞれ支軸２１の軸心Ｃ２と重心位置Ｃ３とを結ぶ方向に遠心力Ｆ１が作用し、この遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向内方に向かう力Ｆ２と回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ３とに分解される。

回転軸１の回転角度が１３５度であるとき、ウエイト支持部材１１に伝達される４つのウエイト部材２０にそれぞれ作用する遠心力Ｆ１は、回転軸１の径方向内方に向かう力Ｆ２はそれぞれ打ち消し合って回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による径方向の力がゼロとなる一方、回転軸１に作用する遠心力Ｆ１による周方向の力は回転軸１の回転方向と反対方向の周方向の力Ｆ３がそれぞれ作用し、図５のＳ４で示すトルク変動低減装置１０による変動トルクを発生させる。

このように、回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転されるとき、ウエイト部材２０は、ウエイト部材２０の軸心Ｃ２周りにＲ２方向に２回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に１回転され、ウエイト部材２０に作用する遠心力Ｆ１がそれぞれウエイト部材２０の支軸２１を介してウエイト支持部材１１に伝達され、図５の実線Ｌ１で示すように、トルク変動低減装置１０は、減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動Ｌ２と逆位相の変動トルクを発生させる。

これにより、エンジンの減筒運転時にエンジンの出力軸である回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが連動可能に構成された遊星歯車機構３０を用いて、エンジンの減筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を確実に低減することができる。

一方、トルク変動低減装置１０では、エンジンの全筒運転時にはキャリヤ３５がケース３から解放され、遊星歯車機構３０の回転要素のいずれも固定されないことから回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが非連動とされ、ウエイト部材２０はそれぞれ、回転軸１に一体的に回転するウエイト支持部材１１に回転可能に支持されている。

ウエイト部材２０と該ウエイト部材２０を回転可能に支持するウエイト支持部材１１は、振り子ダンパとして機能し、エンジンの全筒運転時にウエイト部材２０の揺動運動によって回転軸１に発生するトルク変動を低減するようになっている。

本実施形態では、回転軸１の軸心Ｃ１とウエイト部材２０の軸心Ｃ２との距離ｒ１及びウエイト部材２０の軸心Ｃ２とウエイト部材２０の重心位置Ｃ３の距離ｒ２は、エンジンの全筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動を有効に低減するように設定されている。

これにより、エンジンの全筒運転時に回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１に支持されたウエイト部材２０の揺動運動によって、エンジンの全筒運転時にエンジンの出力軸に発生するトルク変動を有効に低減することができる。

本実施形態では、トルク変動低減装置１０は、直列４気筒４サイクルエンジンにおいて減筒運転時に発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減すると共に、全筒運転時に発生する前記モードとは別のモードのトルク変動を有効に低減するようになっているが、例えば全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成された直列６気筒４サイクルエンジンなどにも適用することができる。

例えば全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成された直列６気筒４サイクルエンジンに適用する場合、直列６気筒４サイクルエンジンにおける減筒運転時に発生するトルク変動に対してその逆位相の変動トルクを発生させるようにトルク変動低減装置１０の遊星歯車機構３０を構成する回転要素３１、３２の歯数や支軸被駆動ギヤ２５及び支軸駆動ギヤ２６の歯数が適宜設定されると共に減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動とトルク変動低減装置１０によって発生させる変動トルクとの位相合せが適宜調整される。

また、直列６気筒４サイクルエンジンにおける全筒運転時に発生するトルク変動を有効に低減するように、回転軸１の軸心Ｃ１とウエイト部材２０の軸心Ｃ２との距離ｒ１及びウエイト部材２０の軸心Ｃ２とウエイト部材２０の重心位置Ｃ３の距離ｒ２が設定される。

このように、本実施形態に係るトルク変動低減装置１０では、トルクを伝達する回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１と、回転軸１の周方向に等間隔に配置され、ウエイト支持部材１１に回転可能に支持される支軸２１から偏心した重心位置Ｃ３を有する複数のウエイト部材２０と、回転軸１と支軸２１とが所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構３０とを備えると共に、遊星歯車機構３０を用いて回転軸１と支軸２１とを連動させる第１状態と、回転軸１と支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段４０を備えている。

これにより、回転軸１に発生するトルク変動の１つのモードと逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構３０を用いることで、遊星歯車機構３０を用いて回転軸１と支軸２１とを連動させる第１状態では、回転軸１に発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減することができる。

また、回転軸１と支軸２１とを非連動とする第２状態では、回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１に回転可能に支持されたウエイト部材２０の揺動運動によって、回転軸１に発生する前記モードとは別のモードのトルク変動を有効に低減することができる。

したがって、回転軸１に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、回転軸１に発生するトルク変動を有効に低減することができる。

また、切換手段４０は、遊星歯車機構３０の所定の回転要素３５をケース３に固定する又はケース３から解放するブレーキ４０によって構成されることにより、ブレーキ４０として油圧室４５への油圧供給時に複数の摩擦板４１、４２を締結する油圧式ブレーキを用いる場合、油圧室４５をケース３に固定させることができるので、油圧室が回転する油圧式クラッチを用いる場合に比べて、第１状態と第２状態との切換制御を応答性良く行うことができ、回転軸１に発生するトルク変動を有効に低減することができる。また、油圧室が回転する油圧式クラッチを用いる場合のように、油圧室内の作動油に作用する遠心力をキャンセルするための遠心バランス室を設ける必要がなく、比較的簡単な構成によって回転軸１に発生するトルク変動を有効に低減することができる。

第１実施形態に係るトルク変動低減装置１０は、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とが回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動させる遊星歯車機構３０が、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いているが、シングルピニオン型の遊星歯車機構を用いることも可能である。

図８は、本発明の第２実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図である。第２実施形態に係るトルク変動低減装置５０は、第１実施形態に係るトルク変動低減装置１０と、遊星歯車機構としてシングルピニオン型の遊星歯車機構を用いること以外は同様であるので、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係るトルク変動低減装置５０についても、図８に示すように、回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１と、ウエイト支持部材１１にそれぞれ回転可能に支持されると共に回転軸１の周方向に等間隔に配置され、支軸２１から偏心した重心位置Ｃ３を有する複数のウエイト部材２０と、回転軸１と支軸２１とが所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構６０とを備えている。

遊星歯車機構６０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、サンギヤ６１と、サンギヤ６１に噛み合う３つのピニオン６３と、ピニオン６３を回転可能に支持するキャリヤ６５と、ピニオン６３に噛み合うリングギヤ６２とで構成されている。

リングギヤ６２は、リングギヤ６２に一体的に形成された動力伝達部材３２ａを介して回転軸１に連結されている。キャリヤ６５は、ピニオン６３を回転可能に支持するピニオンシャフト６５ａとピニオンシャフト６５ａの両端部を固定して支持するキャリヤ本体６５ｂとを有し、回転軸１の外周側に配置されるケース３に固定される又はケース３から解放されるようになっている。サンギヤ６１には、支軸駆動ギヤ２６が一体的に形成されている。

トルク変動低減装置５０はまた、遊星歯車機構６０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段としてのブレーキ４０を備えている。

ブレーキ４０は、遊星歯車機構６０のキャリヤ６５に係合された複数枚の回転側摩擦板４１、ケース３に係合された複数枚の固定側摩擦板４２、ケース３に一体的に設けられたシリンダ４３、ピストン４４、油圧室４５、及びリテーニングプレート４６を備え、キャリヤ６５をケース３に固定して遊星歯車機構６０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、キャリヤ６５をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換えるようになっている。

本実施形態においても、ブレーキ４０は、減筒運転時にキャリヤ６５をケース３に固定して遊星歯車機構６０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態に切り換えられ、全筒運転時にキャリヤ６５をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態に切り換えられる。

そして、エンジンの減筒運転時に回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転されるときに、ウエイト部材２０は、支軸２１の軸心Ｃ２周りにＲ１方向と同一方向に回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転され、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは回転方向が同方向に回転される。

トルク変動低減装置５０についても、遊星歯車機構６０は、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とがエンジンの減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる。

本実施形態では、直列４気筒４サイクルエンジンの減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動を低減するように、遊星歯車機構６０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは１：１の回転比となるように連動される。

トルク変動低減装置５０の遊星歯車機構６０を構成する回転要素６１、６２の歯数や支軸駆動ギヤ２５及び支軸被駆動ギヤ２６の歯数が適宜設定されると共に、減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動とトルク変動低減装置５０によって発生させる変動トルクとの位相合せが適宜調整される。

本実施形態に係るトルク変動低減装置５０においても、回転軸１に発生するトルク変動の１つのモードと逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構６０を用いることで、遊星歯車機構６０を用いて回転軸１と支軸２１とを連動させる第１状態では、回転軸１に発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減することができる。

第２実施形態に係るトルク変動低減装置５０は、遊星歯車機構６０としてシングルピニオン型の遊星歯車機構を用い、リングギヤ６２が回転軸１に連結され、キャリヤ６５がケース３に固定される又はケース３から解放されるようになっているが、キャリヤを回転軸１に連結し、リングギヤをケース３に固定する又はケース３から解放するようにすることも可能である。

図９は、本発明の第３実施形態に係るトルク変動低減装置の断面図である。第３実施形態に係るトルク変動低減装置７０は、第２実施形態に係るトルク変動低減装置５０と、遊星歯車機構を構成するキャリヤが回転軸１に連結されると共にリングギヤがケース３に固定される又はケース３から解放されるようになっていること以外は同様であるので、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態に係るトルク変動低減装置７０についても、図９に示すように、回転軸１と一体的に回転するウエイト支持部材１１と、ウエイト支持部材１１にそれぞれ回転可能に支持されると共に回転軸１の周方向に等間隔に配置され、支軸２１から偏心した重心位置Ｃ３を有する複数のウエイト部材２０と、回転軸１と支軸２１とが所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構８０とを備えている。

遊星歯車機構８０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、サンギヤ８１と、サンギヤ８１に噛み合う３つのピニオン８３と、ピニオン８３を回転可能に支持するキャリヤ８５と、ピニオン８３に噛み合うリングギヤ８２とで構成されている。

リングギヤ８２は、回転軸１の外周側に配置されるケース３に固定される又は解放されるようになっている。キャリヤ８５は、ピニオン８３を回転可能に支持するピニオンシャフト８５ａとピニオンシャフト８５ａの両端部を固定して支持するキャリヤ本体８５ｂとを有し、キャリヤ本体８５ｂに一体的に形成された動力伝達部材８５ｃを介して回転軸１に連結されている。サンギヤ８１には、支軸駆動ギヤ２６が一体的に形成されている。

トルク変動低減装置７０はまた、遊星歯車機構８０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段としてのブレーキ４０を備えている。

ブレーキ４０は、遊星歯車機構８０のリングギヤ８２に係合された複数枚の回転側摩擦板４１、ケース３に係合された複数枚の固定側摩擦板４２、ケース３に一体的に設けられたシリンダ４３、ピストン４４、油圧室４５、及びリテーニングプレート４６を備え、リングギヤ８２をケース３に固定して遊星歯車機構８０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態と、リングギヤ８２をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態とを切り換えるようになっている。

本実施形態においても、ブレーキ４０は、減筒運転時にリングギヤ８２をケース３に固定して遊星歯車機構８０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる第１状態に切り換えられ、全筒運転時にリングギヤ８２をケース３から解放して回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを非連動とする第２状態に切り換えられる。

そして、エンジンの減筒運転時に回転軸１が軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転されるときに、ウエイト部材２０は、支軸２１の軸心Ｃ２周りにＲ１方向と反対方向のＲ２方向に回転されると共に回転軸１の軸心Ｃ１周りにＲ１方向に回転され、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは回転方向が逆方向に回転される。

トルク変動低減装置７０についても、遊星歯車機構８０は、回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とがエンジンの減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動と逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とを連動させる。

本実施形態では、直列４気筒４サイクルエンジンの減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動を低減するように、遊星歯車機構８０を用いて回転軸１とウエイト部材２０の支軸２１とは１：−１の回転比となるように連動される。

トルク変動低減装置７０の遊星歯車機構８０を構成する回転要素８１、８２の歯数や支軸駆動ギヤ２５及び支軸被駆動ギヤ２６の歯数が適宜設定されると共に、減筒運転時に回転軸１に発生するトルク変動とトルク変動低減装置７０によって発生させる変動トルクとの位相合せが適宜調整される。

本実施形態に係るトルク変動低減装置７０においても、回転軸１に発生するトルク変動の１つのモードと逆位相の変動トルクを発生させる所定の回転比となるように回転軸１と支軸２１とを連動可能に構成された遊星歯車機構８０を用いることで、遊星歯車機構８０を用いて回転軸１と支軸２１とを連動させる第１状態では、回転軸１に発生する１つのモードのトルク変動を確実に低減することができる。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、回転軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合においても、トルク変動を有効に低減することができることが可能となるから、例えば車両に搭載されるエンジンの出力軸に発生するトルク変動が２つのモードを有する場合など、車両の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１回転軸
３ケース
１０、５０、７０トルク変動低減装置
１１ウエイト支持部材
２０ウエイト部材
２１支軸
２５支軸被駆動ギヤ
２６支軸駆動ギヤ
３０、６０、８０遊星歯車機構
３１、６１、８１サンギヤ
３２、６２、８２リングギヤ
３３、３４、６３、８３ピニオン
３５、６５、８５キャリヤ
４０ブレーキ

Claims

トルクを伝達する回転軸と、前記回転軸と一体的に回転するウエイト支持部材と、前記ウエイト支持部材にそれぞれ回転可能に支持されると共に前記回転軸の周方向に等間隔に配置された複数のウエイト部材であって、前記ウエイト部材がそれぞれ前記回転軸に平行に設けられると共に前記ウエイト支持部材に回転可能に支持される支軸から偏心した重心位置を有する複数のウエイト部材と、前記回転軸に連結されると共に前記支軸に連結され、前記回転軸と前記支軸とが所定の回転比となるように前記回転軸と前記支軸とを連動可能に構成された遊星歯車機構とを備えたトルク変動低減装置であって、
前記遊星歯車機構を用いて前記回転軸と前記支軸とを連動させる第１状態と、前記回転軸と前記支軸とを非連動とする第２状態とを切り換える切換手段を備えている、
ことを特徴とするトルク変動低減装置。
前記切換手段は、前記遊星歯車機構の所定の回転要素をケースに固定する又はケースから解放するブレーキによって構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のトルク変動低減装置。
全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンを備え、
前記回転軸は、前記エンジンの出力軸であり、
前記切換手段は、前記エンジンの減筒運転時に前記第１状態に切り換える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルク変動低減装置。
全筒運転と減筒運転とを切換可能に構成されたエンジンを備え、
前記回転軸は、前記エンジンの出力軸であり、
前記切換手段は、前記エンジンの全筒運転時に前記第２状態に切り換える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルク変動低減装置。