JP2017115604A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトのすりこぎ運動を抑制しつつ、バランスシャフトによるオイルパンの容積の圧迫を緩和する。【解決手段】前端側に設けたギヤがクランクシャフトの前端側に設けたギヤに噛合し、クランクシャフトと同一回転数かつ逆方向に回転する、クランクシャフトよりも短いバランスシャフトを備えた内燃機関において、バランスシャフトが存在しないと仮定した場合にクランクシャフトに生じるすりこぎ運動の節が内燃機関の前後方向の中央部よりも後方にあるようにウェイトをクランクシャフトに対して固定して設けるとともに、クランクシャフトのすりこぎ運動を抑制するためのウェイトをバランスシャフトに対して固定して設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、すりこぎ運動に起因する振動を抑制するための機構を備えた内燃機関に関する。

直列３気筒エンジン等のクランクシャフトで発生するすりこぎ運動を抑制するため、クランクシャフトと等速かつ逆回転するバランスシャフトを搭載した内燃機関が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１記載の内燃機関では、バランスシャフト上における第１気筒及び第３気筒に対応する位置にバランスウェイトを設けることで、クランクシャフトのカウンタウェイトにより生じる慣性偶力を打ち消し、すりこぎ運動を抑制している。換言すれば、前記バランスシャフトは、クランクシャフトと略同一の長さを有し、その前後両端部にバランスウェイトが設けられている。

このように長くて太く、かつ前後方向の複数箇所にバランスウェイトを設けているバランスシャフトは、クランクケース底部のオイルパンの容積を圧迫し、オイルパンに貯留される潤滑油の量を減殺してしまう。

以上に述べた問題は、直列３気筒の内燃機関に限らず、Ｖ型６気筒や直列５気筒といった、クランクシャフトのすりこぎ運動が発生しうる構成の内燃機関全般に存在する。

特開昭５４−２８９１４号公報

本発明は以上の点に着目したもので、クランクシャフトのすりこぎ運動を抑制しつつ、バランスシャフトによるオイルパンの容積の圧迫を緩和することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関は、前端側に設けたギヤがクランクシャフトの前端側に設けたギヤに噛合し、クランクシャフトと同一回転数かつ逆方向に回転する、クランクシャフトよりも短いバランスシャフトを備えた内燃機関であって、バランスシャフトが存在しないと仮定した場合にクランクシャフトに生じるすりこぎ運動の節が内燃機関の前後方向の中央部よりも後方にあるようにウェイトをクランクシャフトに対して固定して設けるとともに、クランクシャフトのすりこぎ運動を抑制するためのウェイトをバランスシャフトに対して固定して設けたものである。

本発明によれば、内燃機関におけるクランクシャフトのすりこぎ運動を抑制しつつ、バランスシャフトによるオイルパンの容積の圧迫を緩和することができる。

本実施形態の一実施形態に係る内燃機関を示す概略図。 本発明の内燃機関で発生するすりこぎ運動を説明するための図。 一般的な内燃機関で発生するすりこぎ運動を説明するための図。

本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照しつつ以下に述べる。

本発明の内燃機関０は、直列３気筒のものであり、３つの気筒１と、気筒１内に吸気を供給するための図示しない吸気通路と、気筒１内から排気を排出するための図示しない排気通路と、この気筒１内に配された図示しないピストンにより駆動され、前端部にクランクギヤ３が設けられたクランクシャフト２と、前記クランクギヤ３により駆動されるオイルポンプ５とを備えている。３つの気筒１は、内燃機関０の前後方向つまり図１におけるＹ軸方向に並んでいる。また、クランクシャフト２は、図１におけるＹ軸方向に延伸している。

前記クランクシャフト２は、図１におけるＹ軸方向に並ぶ４つのクランクジャーナル２ａと、互いに隣接するクランクジャーナル２ａの間にそれぞれ位置し、前記気筒１内のピストンに図示しないピストンロッドを介して接続される３つのクランクピン２ｂと、クランクジャーナル２ａと前記クランクピン２ｂとをそれぞれ接続するクランクアーム２ｃと、前記クランクアーム２ｃの基端から前記クランクピン２ｂとそれぞれ反対側に延設されたカウンタウェイト２ｄとを備えている。各クランクピン２ｂは、Ｙ軸周りに１２０°ずつずらして設けられている。また、このクランクシャフト２の後端には、ドライブプレート７が接続されている。このドライブプレート７には、クランクシャフト２の回転中心すなわちクランクジャーナル２ａの中心軸から偏心した位置（Ｙ軸から偏心した位置）に、クランクシャフト２に対して固定して設けたウェイト、より具体的には第１の偏心マス８が固定されている。すなわち、前記第１の偏心マス８は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケースを一体化した内燃機関本体の中央部（以下、内燃機関０の前後方向の中央部と称する）よりも後方に配されている。

前記オイルポンプ５は、動力の伝達を受けるための入力軸６を有するオイルポンプ本体５ａと、前記入力軸６の前端部に設けられクランクギヤ３に噛合して該クランクギヤ４から動力を前記入力軸６に伝達するオイルポンプギヤ４とを備えている。前記入力軸６は、図１におけるＹ軸方向に延伸しており、の全長は、前記クランクシャフト２の全長よりも短い。前記オイルポンプギヤ４には、回転中心から偏心した位置に第２の偏心マス９が固定されている。つまり、前記第２の偏心マス９は、内燃機関０の前後方向の中央部よりも前方に配されている。

ここで、一般的な直列３気筒の内燃機関のクランクシャフトは、図３を参照しつつ以下に示すような原理により、すりこぎ運動をする。すなわち、前記図３に示すようにクランクシャフトが延伸する方向をＹ軸方向、前記Ｙ軸方向と直角をなしクランクシャフトから気筒に向かう方向をＺ軸方向、前記Ｙ軸方向及びＺ軸方向と直角をなす方向をＸ軸方向としたときに、クランクシャフトが回転すると、クランクピンに生じる力のＺ軸成分がアンバランスとなり、ピッチ振動が発生する。このピッチ振動は、クランクウェイトが設けられることにより、クランクウェイトに生じる力のＺ軸成分と相殺し低減されるものの依然として生じ、また、クランクウェイトによってＸ軸成分の力も生じる。このＸ軸成分の力は、力がそれぞれ生じる第１の気筒と第３の気筒とで互いに逆方向に作用するため、クランク軸にＸ軸方向の偶力が発生し、内燃機関０にヨー振動が発生する。このヨー振動とピッチ振動とが発生すると、このようなクランクシャフトを備えた内燃機関０にすりこぎ運動が生じ、内燃機関０及び動力分割機構１０が振動する。

これに対して、本実施形態の内燃機関においてクランクシャフト２が回転すると、図３を参照しつつ前述したような原理により、クランクシャフト２がすりこぎ運動しようとするが、以下のような原理によりこのすりこぎ運動が打ち消される。すなわち、図２に示すように、内燃機関０の前後方向の中央部よりも後方、より具体的にはドライブプレート７の回転中心から偏心した位置にウェイト（第１の偏心マス８）が固定して設けられているので、すりこぎ運動するクランクシャフト２において振幅が最も小さくなる位置、換言すればすりこぎ運動の節Ｎは、内燃機関０の前後方向の中央Ｃよりも後方に位置することとなる。ここで、内燃機関０の前後方向の中央Ｃとは、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケースを一体化した内燃機関本体の中央である。一方、オイルポンプギヤ４、及びオイルポンプ５の入力軸６は、クランクシャフト２と同一回転数かつ逆方向に回転するとともに、内燃機関０の前後方向の中央Ｃよりも前方、より具体的にはオイルポンプギヤ４の回転中心軸から偏心した位置にウェイト（第２の偏心マス９）が固定して設けられているので、第２の偏心マス９の重心移動によりクランクシャフト２がすりこぎ運動することにより内燃機関０の各部に与えられる作用が打ち消される。つまり、オイルポンプ５の入力軸６は、クランクシャフト２のすりこぎ運動を打ち消すためのバランスシャフトとしての機能を有する。

以上に述べたように、本実施形態の内燃機関０では、オイルポンプ５の入力軸６の前端側に設けたオイルポンプギヤ４がクランクシャフト２の前端側に設けたクランクギヤ３に噛合し、クランクシャフト２よりも短いバランスシャフトであるオイルポンプ５の入力軸６がクランクシャフト２と同一回転数かつ逆方向に回転し、バランスシャフトとして機能する軸が存在しないと仮定した場合にクランクシャフト２に生じるすりこぎ運動の節Ｎが内燃機関０の前後方向の中央Ｃよりも後方にあるように第１の偏心マス８をドライブプレート７に固定して設けており、かつクランクシャフト２のすりこぎ運動を抑制すべく第２の偏心マス９をオイルポンプ５の入力軸６に固定して設けている。このことにより、以下のような効果を得ることができる。具体的には、クランクシャフト２と略同一の長さ寸法を有するバランスシャフトを設ける従来の内燃機関と比較して、バランスシャフトとして機能するオイルポンプ５の入力軸６が短く、かつ、クランクシャフト２に生じるすりこぎ運動の節が内燃機関０の前後方向の中央部よりも後方であることから、クランクシャフト２のすりこぎ運動を抑制するための第２の偏心マス９を前方側に１つだけ設けることによりクランクシャフト２のすりこぎ運動を抑制できるので、バランスシャフトを設けるためのスペースを節減できる。従って、内燃機関０におけるクランクシャフト２のすりこぎ運動を抑制しつつ、バランスシャフトによるオイルパンの容積の圧迫を緩和することができる。

さらに本実施形態では、バランスシャフトを特別に設けるのでなく、オイルポンプ５の入力軸６をバランスシャフトとして機能させているので、従来の内燃機関のように、クランクシャフト２が他の補機とは別にバランスシャフトにも回転駆動力を供給する構成のものと比較して、構造の簡単化及び部品点数の削減を図ることもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、「クランクシャフトに対して固定して設けたウェイト」として、上述した実施形態ではドライブプレートに固定した第１の偏心マスを採用しているが、手動変速機を搭載した車両においては、フライホイールに固定した偏心マスを採用してももちろんよく、クランクシャフト自体の後端部、または少なくともクランクシャフトの延伸方向における中央よりも後方に固定した偏心マスを採用してももちろんよい。さらに、クランクアーム及びクランクピンとバランスさせるためにクランクシャフトに設けるカウンタウェイトのうちでクランクシャフトの延伸方向における中央よりも後方に位置するものを他のカウンタウェイトよりも重いものとしてもよい。

一方、「バランスシャフトに対して固定して設けたウェイト」として、上述した実施形態ではオイルポンプギヤに固定した第２の偏心マスを採用しているが、オイルポンプの入力軸自体における延伸方向における中央より前方に固定した偏心マスを採用してももちろんよい。

加えて、オイルポンプの入力軸をバランスシャフトとして機能させる代わりに、クランクシャフトよりも短く、クランクシャフトと同一回転数かつ互いに逆方向に回転するバランスシャフトをオイルポンプの入力軸とは別に設け、このバランスシャフトが行うすりこぎ運動の節がバランスシャフトの延伸方向における中央よりも前方となるように該バランスシャフトに対してウェイトを固定して設ける態様を採用してもよい。

そして、直列３気筒の内燃機関に限らず、Ｖ型６気筒の内燃機関や、直列５気筒の内燃機関といった、クランクシャフトですりこぎ運動が発生しうる構成の内燃機関全般に本発明を適用してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

０…内燃機関
２…クランクシャフト
３…クランクシャフトの前端側に設けたギヤ（クランクギヤ）
４…バランスシャフトの前端側に設けたギヤ（オイルポンプギヤ）
６…バランスシャフト（オイルポンプの入力軸）
８…ウェイト（第１の偏心マス）
９…ウェイト（第２の偏心マス）

Claims (1)

1. 前端側に設けたギヤがクランクシャフトの前端側に設けたギヤに噛合し、クランクシャフトと同一回転数かつ逆方向に回転する、クランクシャフトよりも短いバランスシャフトを備えた内燃機関であって、
   バランスシャフトが存在しないと仮定した場合にクランクシャフトに生じるすりこぎ運動の節が内燃機関の前後方向の中央部よりも後方にあるようにウェイトをクランクシャフトに対して固定して設けるとともに、
   クランクシャフトのすりこぎ運動を抑制するためのウェイトをバランスシャフトに対して固定して設けた内燃機関。

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