JP2755054B2

JP2755054B2 - 内燃機関のトルクバランサー

Info

Publication number: JP2755054B2
Application number: JP20258792A
Authority: JP
Inventors: 史泰丹羽; 博文東; 隆堂ケ原; 信明村上; 克則上田; 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH0650388A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関本体内で回転
する回転体のトルク変動に伴い生じる車体振動を低減さ
せる内燃機関のトルクバランサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関はその運転時において、各気筒
毎に一定クランク角毎に、爆発行程を行ない、これに伴
い、内燃機関本体には上下方向の振動や、クランクシャ
フトの回転中心線回りの回転振動及びクランクシャフト
自体のねじり振動が発生する。ここで、内燃機関本体に
加わる上下方向の振動は燃焼室の爆発行程で内燃機関本
体に直接加わり、内燃機関本体の騒音の要因と成ってい
る。更に、内燃機関本体に加わる回転振動はクランクシ
ャフトの長手方向に分散して対向する各気筒の爆発行程
で生じた回転変動に伴うもので、これらは軸受部を介し
て内燃機関の本体側にローリングモーメントとして加わ
り、内燃機関本体の騒音の要因と成っている。更に、ク
ランクシャフトのねじり振動も軸受部を介して内燃機関
の本体側に振動として伝達され、内燃機関本体の騒音の
要因と成っている。

【０００３】これら各騒音要因の内、内燃機関本体に加
わる上下方向の振動は、クランクシャフトに並設され、
不釣合質量によって上下方向の振動を打ち消す逆振動を
生じさせるサイレントシャフトによって低減出来ること
が知られている。他方、クランクシャフトのねじり振動
もクランクシャフトに一体的に装着されるクランクシャ
フトねじり振動ダンパによって低減出来ることが知られ
ている。これらに対して、内燃機関本体内の回転体のト
ルク変動に伴う内燃機関本体のローリングモーメントに
よる回転振動を低減させる装置（トルクバランサー）と
しては次のようなものが知られている。

【０００４】たとえば、実開昭６２−８００５５号公報
の内燃機関用バランサ装置は主フライホイールの回転を
エンジン本体に枢支される遊星ギヤを介し副フライホイ
ールに逆転して伝えるよう構成される。実開昭６２−８
１７４１号公報の内燃機関用バランサ装置は主フライホ
イールに遠心クラッチを介し副フライホイールを断続自
在に連結し、これら主、副フライホイールのいずれかの
リングギヤにスタータを噛み合い可能に配備し、特に、
スタータの回転軸に主、副フライホイールとは逆回転す
る付加重量回転体を連結するよう構成される。特公昭５
１−３４９２２号公報の回転体による反力モーメント平
衡装置は、動力軸乃至出力軸側に連動する平衡回転体を
パワーユニットケースに支持し、出力軸側の回転によっ
てパワーユニットケースに生じる反力モーメントと、平
衡回転体側の回転によってパワーユニットケースに生じ
る反力モーメントとを釣り合わせ、これにより２輪車の
発進時における車体姿勢の倒れを防止出来るようにして
いる。更に、実開昭６０−１２２０４１号公報のローリ
ング振動制御装置は、クランク軸回転をベルト伝導装置
を介しリングギヤに伝達し、リングギヤの回転を遊星歯
車機構を介し太陽ギヤ側と一体の慣性質量体に増速して
逆転して伝えるよう構成される。

【０００５】これら各従来装置は、内燃機関のクランク
シャフト側の主フライホイール系慣性体が生じるローリ
ングモーメントを、これらと逆回転状態で連動する副フ
ライホイール系慣性体（トルクバランサー）を用いて消
去している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来装
置の場合、遊星歯車機構や慣性質量体（副フライホイー
ル、スタータ側の付加重量回転体等）のケーシング内で
の収容状態や枢支状態を記載するにあたり、回転ロスや
枢支部の耐久性を十分に考慮したものとは成っていな
い。即ち、ローリングモーメントによる回転振動を低減
させる装置（トルクバランサー）で用いる主フライホイ
ール系とトルクバランサーとを結ぶ回転力伝達手段とし
ては、トルク変動を常時確実にロス無く伝導することが
望ましく、特に、枢支部の耐久性を十分確保できるもの
が望まれている。本発明の目的は、回転ロスを低減する
と共に装置の耐久性を十分に確保出来る内燃機関のトル
クバランサーを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明は、ハウジングを中間壁により区画して
慣性質量体を収容する収容部と、同慣性質量体を増速さ
せるための増速手段を収容する収容部とを有する様に形
成し、上記慣性質量体が上記中間壁を貫通して増速手段
の収容部に回転軸として延びる延長部が設けられ、該延
長部に増速手段の出力を受ける被駆動伝達部としての太
陽伝導手段が装設され、軸心になる部分には中空の中央
孔が設けられて、上記ハウジングにシールリングを介し
て回転自在に支持され、また、上記増速手段は上記慣性
質量体の中央孔を貫通して延びるようハウジングに両持
ち支持される入力軸としての副回転軸に固定された回転
板と上記慣性質量体の回転軸との間に介在される遊星伝
導機構で構成され、上記副回転軸の一端縁側に取り付け
られたプーリから入力される回転駆動力は遊星伝導機構
の回転板のリング伝導手段から遊星伝導手段ならびに太
陽伝導手段を介して慣性質量体に逆方向回転力として増
速駆動伝達されるようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】この発明によれば、慣性質量体を収容する収容
部と増速手段を収容する収容部とにハウジングが中間壁
によって区分され、慣性質量体の中央孔を貫通する副回
転軸がハウジングにスパンの長い２点で両持ち支持さ
れ、慣性質量体を収容する収容部が増速手段を収容する
収容部及び慣性質量体の中央孔側とシールリングで区画
されるので、慣性質量体のドライ化を図り易く、しか
も、副回転軸側の撓みによる回転中心線のずれを防止出
来る。

【０００９】

【実施例】図１には本発明による内燃機関のトルクバラ
ンサー（以後端にトルクバランサーＴと記す）を直列４
気筒エンジン（以後単にエンジンと記す）１０に装着し
た図が示されている。このエンジン１０の本体１１は概
略的に見るとシリンダブロック３１とその上側のシリン
ダヘッド３２と、下側のクランクケース３３及びオイル
パン３４とによって構成されている。図４に示すよう
に、本体１１は中央部長手方向にクランクシャフト１２
を枢支し、各軸受２０は長手方向に所定間隔を隔てて複
数配設され、クランクシャフト１２を本体１１内に枢着
する。シリンダブロック３１の一側端側（紙面手前側）
にはクランクシャフト１２と一体にクランクプーリ３５
が、他端側には主フライホイール１３（クラッチ１７の
基板を成し、ここには一体的に回転するクラッチケース
１８やプレッシプレート１９が取り付けられる）が一体
的に結合される。図４、図５に示すように、その中間部
には複数の気筒（ここでは１番気筒♯１乃至４番気筒♯
４から成る）の各ピストン１８をコンロッド１９を介し
て連結しており、クランクシャフト１２と一体化されて
いる部材が主フライホイール系を成し、ここではその慣
性モーメントをＩ₁とする。

【００１０】更に、クランクプーリ３５には両面Ｖリブ
ドベルト３６が巻き掛けされ、これはエンジン補機類で
あるパワステポンプ３７、テンショナー３８及び慣性質
量体としての副フライホイール３９を備えたトルクバラ
ンサーＴを駆動するように構成されている。なお、クラ
ンクプーリ３５は２段に両面Ｖリブドベルト３６，４０
を巻き掛けしており、他方の両面Ｖリブドベルト４０は
一対のカムプーリ４１，４２及び複数のテンショナ４３
等に掛け渡された構造を成す。他方、図２に示すよう
に、ここでのトルクバランサーＴは副フライホイール３
９、副回転軸４４、これらを収容するケーシング２７を
備える。

【００１１】ケーシング２７は図２に示すように、概略
筒状を成し、副フライホイール３９の収容部２７１及び
増速手段としての遊星ギア列ＰＧを収容する増速手段収
容部２７２、両収容部間の中間壁２７３及びクラッチ取
付壁２７４とを備える。ここでケーシング２７は複数の
取付用ブラケット６０を突出形成しており、このブラケ
ットを介して本体１１側であるシリンダブロック３１及
びクランクケース３３の外壁面にその回転中心線Ｌ１を
クランクシャフト１２と平行状にしてボルトオン結合さ
れる。

【００１２】副フライホイール収容部２７１には副フラ
イホイール３９が遊嵌され、同ホイールの両端は副回転
軸４４と同心的に配設される一対の軸受４５、５０を介
し副フライホイール収容部２７１の側壁及び中間壁２７
３に枢着される。なお、ここでの副フライホイール３９
は軸受５０側の回転軸としての延出部が後述するサンギ
ア４６に一体結合される。しかも副フライホイール３９
はサンギア４６をも貫通する中央孔５１を有し、同孔に
副回転軸４４が遊嵌される。この副回転軸４４は一端が
軸受５６を介し副フライホイール収容部２７１の側壁
に、他端、即ち、ベルト対向側がベルト対向側軸受５２
を介してクラッチ取付壁２７４に枢着されている。ここ
で、軸受５６は側壁蓋６４を介し副フライホイール収容
部２７１の側壁にボルトオン結合される。このように２
層構造を成す側壁に軸受５６が支持されるので、副回転
軸４４の軸心合わせと副フライホイール３９の軸芯合わ
せとの調整が容易化される利点がある。

【００１３】このベルト対向側軸受５２はその内側の遊
星伝達機構としての遊星ギア列ＰＧと外側のクラッチ基
板５３の間に配設される。この結果、副回転軸４４はそ
の端部に両面Ｖリブドベルト３６を巻き掛けする副回転
軸プーリ４９と断続されるクラッチ基板５３を片持ち支
持し、更に、遊星ギア列ＰＧの回転板５４を両持ち支持
することと成る。

【００１４】この構成を採ることによって、ベルト対向
側軸受５２とクラッチ基板５３との間隔を極小さく出
来、副回転軸４４をスパンの長い２点で確実に枢支出
来、軸の撓みによる回転中心線Ｌ１のずれを防止出来
る。しかも、両面Ｖリブドベルト３６側よりの外力は副
回転軸プーリ４９を介し後述のクラッチ軸受５８で受け
取られる。

【００１５】このため、例えば、副回転軸４４がベルト
対向側軸受５２の外側の部分に遊星ギア列や副回転軸プ
ーリを共に取り付けた片持ち構造（図示せず）の場合に
はオーバーハング量が大きく、軸長手方向に沿った曲げ
方向の撓みが大きくなってしまい、遊星ギア列内の各要
素の噛み合いずれが生じ、スラスト力が生じてしまって
いたものを、ここでは完全に防止出来、回転中心線Ｌ１
のずれに伴う噛み合いずれによるギア等の偏摩耗を防止
出来、装置の耐久性の低下を防止できる。

【００１６】次に、副フライホイール収容部２７１は一
対の軸受４５、５０にそれぞれ並設される一対のシール
リング５５，５５によって外部よりシールされる。更
に、副フライホイール３９を貫通する中央孔５１を介し
て増速手段収容部２７２と副フライホイール収容部２７
１の側壁側の両軸受４５，５６の収容空間とが連通して
いる。ここでは、副フライホイール収容部２７１の内部
空間５７をドライ状に保持し、増速手段収容部２７２側
の内部空間及び中央孔５１にオイルを充填した。これに
よって、摺動部の潤滑性を確保すると共に、内部空間５
７の副フライホイール３９がオイルを撹拌することによ
る回転抵抗を低減する効果が得られる。

【００１７】遊星ギア列ＰＧは副回転軸４４の増速手段
収容部２７２との対向位置に回転板５４を介して一体的
に取り付けられるリング伝導手段としてのリングギア４
８と、副フライホイール３９に一体的に取り付けられる
太陽伝導手段としてのサンギア４６と、サンギア４６と
リングギア４８に共に噛合すると共に中間壁２７３に枢
着される複数の遊星伝導手段としての遊星ギア４７とか
ら成る。この遊星ギア列ＰＧは増速手段の要部を成し、
後述のクラッチＣＬを介して副回転軸４４に伝導された
回転力を逆転増速して副フライホイール３９に伝える。

【００１８】ここで、副回転軸４４と一体の回転板５４
は概略皿状に形成されており、その周縁が中間壁２７３
側に延出するように一体的にリングギア４８を取付てお
り、その中央部がサンギア４６と複数の遊星ギア４７を
覆うように形成されている。このため、ここでの回転板
５４は遊星ギア４７の脱落防止効果が有ると共に、同部
がグリース溜り機能をも発揮することが出来る。次に、
クラッチＣＬはクラッチ取付壁２７４に枢支された副回
転軸４４に一体結合されているクラッチ基板５３と、ク
ラッチ取付壁２７４のボス部にクラッチ軸受５８を介し
て外嵌される副回転軸プーリ４９と、クラッチ取付壁２
７４にブラケットを介し装着される電磁石５９とを備え
る。この電磁石５９はコントローラ６１に制御される。
図３に示すように、電磁石５９は回転中心線Ｌ１回りに
環状に複数配設され、クラッチ基板５３と一体回転する
皿バネ６２の可動端である環状外周端に常時対向するよ
うに設けられている。なお、副回転軸プーリ４９はその
電磁石５９と皿バネ６２との両対向部に挾まれた位置に
環状に多数のスリット６３を形成される。このスリット
によって、電磁石５９と皿バネ６２との間の磁束密度の
低下を防止している。

【００１９】コントローラ６１は周知のエンジンコント
ロールユニットであり、適宜入力されるエンジン回転数
Ｎｅを取り込み、図６に示す制御特性に沿った制御を行
なうよう機能する。即ち、現回転数Ｎｅが設定回転数Ｎ
ｅ１（例えば２０００ｒｐｍ）を下回っているか否かの
判断を行ない、下回っている間はオン出力を発してクラ
ッチＣＬを接続し、副フライホイール系にトルクバラン
サーとしての機能を発揮させ、上回ると、オフ出力を発
してクラッチＣＬを遮断し、副フライホイール系を主フ
ライホイール系より遮断する。このような制御特性によ
れば、エンジン回転数が高回転側ではクランクシャフト
側のマスの低減を図り、エンジンの加速応答性や燃費の
低下を防止でき、低回転時には主フライホイール系と副
フライホイール系を連結してローリングモーメントの完
全消去を達成することが出来る。

【００２０】次に、ここでの両面Ｖリブドベルト３６は
クランクプーリ３５及び副回転軸プーリ４９の外側にそ
れぞれ巻き掛けされ、両プーリを同方向に回転すべく回
転を伝達しており、これらとクラッチＣＬと遊星ギア列
ＰＧとがここでの増速手段を構成する。なお、クランク
プーリ３５と副回転軸プーリ４９とクラッチＣＬ及び遊
星ギア列ＰＧとの働きでクランクシャフト１２の回転は
逆転増速され、ここでの増速手段としての増速比ρは
３．６に設定されている。特にここでは、クランクシャ
フト１２とクランクプーリ３５とクラッチ１７とから成
る主フライホイール系慣性モーメントＩ₁が（＝０、０
５Ｋｇｍ）とされ、副フライホイール３９の副フライホ
イール系慣性モーメントＩ₂が（＝０．０１４Ｋｇｍ）
とされ、増速比ρが（＝３．６）と設定される。このた
め、後述のローリングモーメントの完全消去条件式であ
る（３）式は下記のように満足されている。

【００２１】Ｉ₁＝ρ×Ｉ₂＝３．６×０．０１４≒０．０５・・・・・・（３）この時のローリングモーメント消去条件を後述する図８
の振動低減特性線図上に特性点Ｐ１として示した。この
特性点は、残留ローリングモーメント比≒０．１（−２
０ｄＢ）、等価慣性モーメントＩ’≒１．３となり、回
転振動の低減、低速こもり音あるいは動力性能の判断値
を低減できる理想域ａ内にある。ここで、トルクバラン
サーＴを備えた内燃機関のローリングモーメント消去装
置の基本原理を図７及び図８を用いて説明する。なお、
ここで図１中の構成部材と同様の部材には同一符号を付
し、その重複説明を略す。

【００２２】ここでも、本体１１に軸受２０を介しクラ
ンクシャフト１２が枢着され、このクランクシャフト１
２には主フライホイール１３が結合される。クランクシ
ャフト１２より所定量離れた平行位置の回転中心線Ｌ１
上にトルクバランサーＴの副回転軸２１が配備され、同
軸は軸受２２を介して本体１１に枢支されている。副回
転軸２１は副フライホイール１４と一体化される。主フ
ライホイール１３の半径ｒ１と副フライホイール１４の
半径ｒ２の比であるｒ１／ｒ２は１以上の値であり、こ
こでの増速比ρは例えば、（＝２．５）と設定される。
そして、主フライホイール１３上の主ギア１５とこれに
噛み合い逆転する副フライホイール１４の副ギア１６と
が逆転増速手段を構成する。

【００２３】ここでは、クランクシャフト１２と主フラ
イホイール１３等とから成る主フライホイール系の慣性
モーメントをＩ₁とし、副フライホイール１４とその副
回転軸２１とによる副フライホイール系の慣性モーメン
トをＩ₂とする。このようなトルクバランサーＴを備え
たエンジンでは所定クランク角毎に爆発行程が成され、
その時のクランクシャフト１２は各軸受２０を介して本
体１１にＮ１の押圧力を与え、同時に本体１１には爆発
反力に応じたクランクシャフト回りの爆発反力モーメン
トＭ１が加わる。これが従来の残留ローリングモーメン
トとしてエンジン１０の回転振動となる。即ち、爆発行
程で主ギア１５よりの押圧力ｎ１を副ギア１６が上向き
の押圧力ｎ２として受けると、上向きの押圧力ｎ２に応
じて軸受２２を介し本体１１には上向きの押圧力Ｎ２が
働く。この結果、クランクシャフト１２と軸受２２間の
間隔をＬ１とすると、本体１１にはクランクシャフト１
２回りの逆モーメントＭ２（＝Ｌ１×Ｎ２）が働く。こ
の逆モーメントＭ２はクランクシャフト回りの爆発反力
モーメントＭ１を打ち消すように働き、両値が一致する
時、残留ローリングモーメントを完全消去出来るものと
見做せる。

【００２４】そこで、このような図１の内燃機関のロー
リングモーメント消去装置の原理に基づく運動方程式に
沿って、後述の（１），（２），（３）式を導く。な
お、これら運動方程式の詳細は本願発明に先立ち出願さ
れた内燃機関のローリングモーメント消去装置（特願平
４−１９１１３８号）に明記されている。ここで、エン
ジンの本体１１が受ける残留ローリングモーメント比
（回転振動量）は、 αｍ＝（Ｉ₁−ρ×Ｉ₂）／（Ｉ₁＋ρ²×Ｉ₂｝・・・・・・（１）として表され、更に、本体１１が受ける低速こもり音あ
るいは動力性能の判断値である等価慣性モーメントは、Ｉ’＝Ｉ₁＋ρ²×Ｉ₂・・・・（２）として表される。更に、残留ローリングモーメント比α
ｍをゼロとするのは、即ち、完全消去条件は（１）がゼ
ロとなる下記（３）式を満たすことと成る。

【００２５】Ｉ₁＝ρ×Ｉ₂・・・・・・・（３）このような（１）式乃至（３）式に基づくトルクバラン
サー性能特性線図の一例を図８に示し、同トルクバラン
サー性能特性線図上に、図７の内燃機関のトルクバラン
サーの特性点をＰ０として示した。この特性点Ｐ０が達
成されたのは、主フライホイール系慣性体である主フラ
イホイール１３等をアルミ合金化し、その慣性モーメン
トＩ₁を（＝０．０４Ｋｇｍ）とし、副フライホイール
系慣性モーメントＩ₂を（＝０．０１６Ｋｇｍ）とし、
増速比ρ（＝２．５）と設定したことによる。これによ
って残留ローリングモーメント比αｍがほぼゼロの完全
消去を達成出来、等価慣性モーメントＩ’も１．４近傍
で比較的小さく、低速こもり音や動力性能の低下を押さ
えることが出来、ほぼトルクバランサー振動特性を理想
域ａに保持出来る。なお図８中符号ｂは動力性能悪化域
を示し、符号ｃは振動低減効果小域を示す。なお、上述
の処において遊星伝達機構として遊星ギア列ＰＧを説明
したがこれに代えて遊星ローラ機構を用いても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明は慣性質量体の
収容部と増速手段の収容部を中間壁で区分し、副回転軸
がハウジングに２点で両持ち支持され、慣性質量体収容
部が増速手段収容部及び中央孔側と区画されるようにし
たので、慣性質量体のドライ化を図り易く、慣性質量体
の回転抵抗を低減して無駄な回転エネルギロスを防げ、
しかも、副回転軸側の撓みによる回転中心線のずれを防
止出来るので、増速手段側のギア列の偏摩耗を防止し、
噛合い時のスラスト力の発生を押さえ、トルクバランサ
ーの耐久性を向上させることがきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関のトルクバランサーを備えた
エンジンの概略全体構成図である。

【図２】図１のトルクバランサーの側断面図である。

【図３】図２のトルクバランサーのＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図４】図１のトルクバランサーを装着したエンジンの
概略側面図である。

【図５】図１のトルクバランサーを装着したエンジンの
クランクシャフトの機能説明概略斜視図である。

【図６】図１のトルクバランサーを装着したエンジンの
コントローラの制御機能特性線図である。

【図７】本発明のトルクバランサーの基本原理説明用の
装置の概略全体構成図である。

【図８】本発明のトルクバランサーの振動低減特性線図
である。

【符号の説明】

１０エンジン１１本体１２クランクシャフト１３主フライホイール１４副フライホイール４４副回転軸４６サンギア４７遊星ギア４８リングギア４９副回転軸側プーリ５２ベルト対向側軸受５４回転板６４側壁蓋２７１収容部２７２収容部２７３中間壁ＴトルクバランサーＣＬクラッチＰＧ遊星ギア列Ｌ１回転中心線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上信明東京都港区芝五丁目33番８号・三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者上田克則東京都港区芝五丁目33番８号・三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者宮本勝彦東京都港区芝五丁目33番８号・三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献実開昭63−100638（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングを中間壁により区画して慣性質
量体を収容する収容部と、同慣性質量体を増速させるた
めの増速手段を収容する収容部とを有する様に形成し、
上記慣性質量体が上記中間壁を貫通して増速手段の収容
部に回転軸として延びる延長部が設けられ、該延長部に
増速手段の出力を受ける被駆動伝達部としての太陽伝導
手段が装設され、軸心になる部分には中空の中央孔が設
けられて、上記ハウジングにシールリングを介して回転
自在に支持され、また、上記増速手段は上記慣性質量体
の中央孔を貫通して延びるようハウジングに両持ち支持
される入力軸としての副回転軸に固定された回転板と上
記慣性質量体の回転軸との間に介在される遊星伝導機構
で構成され、上記副回転軸の一端縁側に取り付けられた
プーリから入力される回転駆動力は遊星伝導機構の回転
板のリング伝導手段から遊星伝導手段ならびに太陽伝導
手段を介して慣性質量体に逆方向回転力として増速駆動
伝達されるようにしたことを特徴とする内燃機関のトル
クバランサー。