JP2019132326A - 内燃機関の制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で内燃機関の振動の低減を図る。【解決手段】内燃機関のクランクシャフトと同軸または略同軸に配置され、クランクシャフトが所定方向に回転するときにこれに従動して当該クランクシャフトとは逆方向に回転する逆回転部材６を具備する内燃機関の制振装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関、特に少数気筒の内燃機関の制振装置に関する。

内燃機関の気筒数を削減する、例えば単気筒、二気筒ないし三気筒の内燃機関として構造をよりシンプル化すれば、内燃機関の機械損失を低減させることができる。のみならず、一気筒あたりの排気量（一個の気筒の容積）を増大させて、各気筒が生み出すエンジントルクを増強し、低回転数領域での燃費性能を向上させることも可能となる。

その一方で、気筒数が少なくなることにより、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトの回転速度の変動が大きくなる。さらには、ピストンの往復慣性に起因して内燃機関本体が振動する問題も顕著となる。単気筒の機関は勿論のこと、二気筒の機関でも、第一気筒のピストンと第二気筒のピストンとが同時に進退することから、単気筒の機関と同様の大きな往復慣性振動が発生する。

このような振動を抑制する目的で、内燃機関にヘロンバランサの一種であるバランスシャフトを実装することがよく知られている（例えば、下記特許文献を参照）。バランスシャフトは、バランスウェイトを有するとともに、クランクシャフトと平行に配置され、クランクシャフトに従動してこれと等回転速度で回転する。バランスシャフトは、ピストンが上昇するときにバランスウェイトが下降し、ピストンが下降するときにバランスウェイトが上昇するように回転し、バランスウェイトの遠心力を以てピストンの往復慣性と逆方向の力を生み、往復慣性を相殺する働きをする。

しかしながら、バランスシャフトを追加することで、内燃機関の寸法が肥大化するきらいがあった。

特開２０１２−２３７３５７号公報

本発明は、簡便な構成で内燃機関の振動の低減を図ることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関のクランクシャフトと同軸または略同軸に配置され、クランクシャフトが所定方向に回転するときにこれに従動して当該クランクシャフトとは逆方向に回転する逆回転部材を具備する内燃機関の制振装置を構成した。

本発明は、簡便な構成で内燃機関の振動の低減を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体概要を示す図。 同実施形態の内燃機関のクランクシャフト及び逆回転部材を示す平面図。 同実施形態の内燃機関の逆回転部材及び遊星歯車機構を示す斜視図。 本発明の変形例の一を示す平面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を包有している。内燃機関が二気筒エンジンである場合、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、クランクシャフト５を介して接続されている第一気筒１のピストン１０と第二気筒１のピストン１０とは同時に上昇し、また同時に下降する。

各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気ガスを各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路４を流通するガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフト５の回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び空気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態の内燃機関には、逆回転部材６を具備してなる制振装置を付設している。図２及び図３に示すように、逆回転部材６は、内燃機関のクランクシャフト５と同軸または略同軸に配置される。逆回転部材６の回転の中心軸Ａは、クランクシャフト５の回転の中心軸Ａと一致または略一致する。

そして、逆回転部材６は、クランクシャフト５が所定方向に回転するときに、これに従動して当該クランクシャフト５とは逆方向に回転する。より具体的には、クランクシャフト５と逆回転部材６との間に遊星歯車機構７を介在させ、クランクシャフト５と逆回転部材６との間で回転トルクを伝達できるようにしている。遊星歯車機構７は、クランクシャフト５に固定したサンギヤ７１と、サンギヤ７１と噛合するプラネタリギヤ７２と、プラネタリギヤ７２を回転可能に支持するプラネタリキャリア７３と、プラネタリギヤ７２と噛合しつつサンギヤ７１及びプラネタリギヤ７２を内包する内歯車であるリングギヤ７４とを要素とする。

その上で、リングギヤ７４を逆回転部材６の内周に形成するとともに、プラネタリキャリア７３を内燃機関の本体または当該内燃機関が搭載される車体等に対し固定して、プラネタリギヤ７２のサンギヤ７１回りの公転を阻止する。これにより、クランクシャフト５及びサンギヤ７１の回転方向と、逆回転部材６及びリングギヤ７４の回転方向とが互いに相反するようにしている。

逆回転部材６は、一定の重量を有しており、かつその重心またはその近傍に回転の中心軸Ａが通っている。クランクシャフト５の回転に従動して回転する逆回転部材６は、内燃機関の運転中のクランクシャフト５の回転速度の増減変動を抑制し、並びに、各気筒１のピストンの往復慣性に起因した内燃機関本体の振動を抑圧する。

逆回転部材６は、内燃機関のクランクシャフト５に通常設けられるフライホイールまたはドライブプレートを兼ねることがある。その場合には、逆回転部材６の外周に外歯車６１を形成しておき、この外歯車６１に内燃機関の始動の際のクランキングを実行する電動機（スタータまたはモータジェネレータ。図示せず）の出力軸を噛合させる。クランキング時には、逆回転部材６から遊星歯車機構７を介してクランクシャフト５に回転トルクを伝達し、クランクシャフト５を回転駆動することができる。逆回転部材６を回転トルクの入力側、クランクシャフト５を出力側とするときの遊星歯車機構７による減速比を大きくとれば、つまりは遊星歯車機構７が減速機として働くようにすれば、クランキングを実行する電動機に作用する負荷が軽減される。

本実施形態では、内燃機関のクランクシャフト５と同軸または略同軸に配置され、クランクシャフト５が所定方向に回転するときにこれに従動して当該クランクシャフト５とは逆方向に回転する逆回転部材６を具備する内燃機関の制振装置を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関の振動を効果的に沈静化することができる。これを利用して、内燃機関の気筒数を削減し、以て内燃機関の構造のシンプル化及び軽量化、機械損失の低減、低回転数領域での燃費性能の向上を図ることが可能となる。また、クランクシャフト５と平行してバランスシャフトを配置する態様と比較して、内燃機関の寸法の肥大化が抑制される。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、クランクシャフト５の回転に逆回転部材６の回転を従動させるべく両者の間で回転トルクを伝達するための機構は、遊星歯車機構７には限定されない。

また、上記実施形態では、クランクシャフト５の端部に逆回転部材６（及び、遊星歯車機構７）を配設していたが、図４に示すように、クランクシャフト５の中間部、気筒１と気筒１との間の位置に逆回転部材６を配設することを妨げない。

その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。

５…クランクシャフト
６…逆回転部材
７…遊星歯車機構
Ａ…クランクシャフト及び逆回転部材の回転の中心軸

Claims (1)

1. 内燃機関のクランクシャフトと同軸または略同軸に配置され、クランクシャフトが所定方向に回転するときにこれに従動して当該クランクシャフトとは逆方向に回転する逆回転部材を具備する内燃機関の制振装置。

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