JP3804684B2 - パワープラントのバランサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、往復運動型エンジンにバランスシャフトを設けて往復動慣性質量により発生する振動を低減させるパワープラントのバランサ装置に関する。

往復運動型エンジンのバランサ装置は、たとえば特公昭５７−４４８６３号公報により知られている。そこでは、クランク軸に平行にバランスシャフトが設けられ、クランク軸と連動してバランスシャフトが回転される。そして、エンジン単体では、図２に示すように、ピストン・コネクティングロッド系の往復質量による慣性力Ｆと、バランスシャフト２の発生する慣性力（エンジン中心の各側でｆ）がエンジン１の長手方向中心３でつり合うように設計されている。すなわち、Ｆ＝２ｆとなるように設計されている。

実際の車両搭載状態では、振動系は、図３に示すように、エンジン＋トランスミッション４のパワープラントから成り、該パワープラントにはパワープラント重心５を中心としてエンジン中心３にかかる慣性力によりピッチングモーメントがかかっている。しかし、上記のように２つの慣性力をつり合わせることにより、ピッチングモーメントとしてもつり合っている。すなわち、図３において、エンジンの発生するモーメントＭ_E 、およびバランスシャフトの発生するモーメントＭ_B は、それぞれ次のように計算され、互いにつり合っている。
Ｍ_E ＝Ｆ（ａ＋ｌ）
Ｍ_B ＝ａｆ＋（ａ＋２ｌ）ｆ
＝２ｆ（ａ＋ｌ）
＝Ｆ（ａ＋ｌ）
∴Ｍ_E ＝Ｍ_B
特公昭５７−４４８６３号公報 特開昭５３−６２５０３号公報

バランスシャフト自体はエネルギ損失につながるので、エネルギ損失をできるだけ小さく抑えるために、バランスシャフトを軽量化させバランス率を低下させた場合、エンジンの発生する慣性力に対しバランスシャフトの発生する慣性力が小さくなり、ピッチングモーメントが発生し、エンジン振動、騒音が悪化する。つまり、振動、騒音の悪化なしではバランスウエイトの重量を軽くできない。

本発明の目的は、本質的にピッチングモーメントを発生させることなく、バランスシャフトの重量を軽減させることができるパワープラントのバランサ装置を提供することにある。

上記目的は、本発明によれば、つぎのパワープラントのバランサ装置によって達成される。すなわち、
エンジンとトランスミッションから成るパワープラントと、エンジンに回転可能にエンジンのクランク軸軸芯に平行に装着されたバランスシャフトとから成るパワープラントのバランサ装置において、バランスシャフトはクランク軸の両側に配置されていて回転されることによりエンジンのピストン・コネクティングロッド系の質量の往復によって生じる振動を低減しており、パワープラントの重心はエンジンの中心よりもトランスミッション側にあり、パワープラントの重心からエンジンが発生する慣性力の中心までの距離よりも、パワープラント重心からバランスシャフトが発生する慣性力の中心までの距離を長くして、バランスシャフトが発生する慣性力Ｆｘをエンジンのピストン・コネクティングロッド系の往復運動時の慣性力Ｆより小とし、パワープラント重心まわりにピッチングモーメントを生じることなくバランスウェイトを軽量化可能としたことを特徴とするパワープラントのバランサ装置。

エンジンの発生する慣性力Ｆによる、パワープラント重心まわりのピッチングモーメントＭ_E はＭ_E ＝ＦＬ_F である。一方、バランスシャフトの発生する慣性力Ｆ_X による、パワープラント重心まわりのピッチングモーメントＭ_B は、Ｍ_B ＝Ｆ_X Ｌ_X である。両慣性力によるピッチングモーメントを相殺させた場合は、ＦＬ_F ＝Ｆ_X Ｌ_X である。ここで、パワープラント重心からエンジンの発生する慣性力の中心までの距離Ｌ_F よりも、パワープラント重心からバランスシャフトが発生する慣性力の中心までの距離Ｌ_X を長くすることにより、すなわちＬ_X ＞Ｌ_F とすることにより、Ｆ_X ＜Ｆとすることができる。したがって、バランスウエイトの重量を、従来必要とされていたＦに対応する重量から、それよりも小さいＦ_X に対応する重量に、ピッチングモーメントの発生を伴なうことなく、低減できる。

図１は、本発明に係るパワープラントのバランサ装置の望ましい実施例を示している。
図１において、往復運動型エンジン１１とトランスミッション１４は、一体的に連結されて、パワープラント１７を構成している。エンジン１１のシリンダブロックには、バランスシャフト１２がクランク軸軸芯に平行に、クランク軸の両側に配設されており、クランク軸の回転に同期させて回転されることにより、エンジン１１のピストン・コネクティングロッド系の質量の往復によって生じる振動を低減している。

エンジン１１とトランスミッション１４とから成るパワープラント１７の重心１５は、エンジン１１の中心１３よりもトランスミッション１４側にあり、パワープラント重心１５とエンジン中心１３との間の距離をＬ_F とおく。エンジン１１のピストン・コネクティングロッド系の往復運動時の慣性力Ｆはエンジン中心１３にかかるので、慣性力Ｆによるパワープラント重心１５まわりのピッチングモーメントＭ_E はＭ_E ＝ＦＬ_F である。

一方、バランスシャフト１２の重心、すなわちバランスシャフト１２の発生する慣性力中心１６とパワープラント重心１５との間の距離をＬ_X とおくと、バランスシャフト１２の発生する慣性力Ｆ_X がパワープラント重心１５まわりに発生するピッチングモーメントＭ_B は、Ｍ_B ＝Ｆ_X Ｌ_X である。

ピストン・コネクティングロッド系の慣性力Ｆがパワープラント重心１５まわりに発生するピッチングモーメントＭ_E と、バランスシャフト１２の慣性力Ｆ_X がパワープラント重心１５まわりに発生するピッチングモーメントＭ_B をつり合わせて、パワープラント重心１５まわりのピッチングモーメントを０にするには、ＦＬ_F ＝Ｆ_X Ｌ_X でなければならない。いま、パワープラント重心１５からバランスシャフト重心１６までの距離Ｌ_X を、パワープラント重心１５からピストン・コネクティングロッド系の重心１３までの距離Ｌ_F より大に設定すれば、すなわちＬ_X ＞Ｌ_F と設定すれば、Ｆ_X ＜Ｆとすることができる。したがって、バランスシャフト１２の発生する慣性力Ｆ_X が、従来必要とされていたＦよりも小さくでき、パワープラント重心１５まわりのピッチングモーメントを生じることなく、バランスシャフト１２のバランス率を小にして、バランスウエイトを軽量化することができる。

上記のように、パワープラント重心１５からバランスシャフト重心１６までの距離Ｌ_X を、パワープラント重心１５からピストン・コネクティングロッド系の重心１３までの距離Ｌ_F より大とするための構造は次の通りである。すなわち、バランスシャフト１２は、ピストン・コネクティングロッド系の重心１３に対応する位置にジャーナル部を有し、ジャーナル軸受を介してシリンダブロックに回転自在に支持される。バランスウエイトはバランスシャフト軸方向に２分割されて前記ジャーナル部の両側に配置され、このジャーナル部よりもパワープラント重心１５から遠い方のバランスウエイト１２ｃのアンバランス成分のマス（慣性力ｆ₁ ）を他方のバランスウエイト１２ｄのアンバランス成分のマス（慣性力ｆ₂ ）よりも大としてある。ただし、ｆ₁ ＋ｆ₂ ＝Ｆ_X である。これによって、バランスシャフト１２の重心１６がピストン・コネクティングロッド系重心１３よりも、パワープラント重心から離れる方向に移る。

つぎに、作用を説明する。
Ｌ_X ＞Ｌ_F により、Ｆ_X ＜Ｆとすることができ、バランスウエイトを従来より軽量化でき、車両の軽量化、バランスウエイト回転のフリクション低減、エンジン出力向上がはかられる。

また、バランスウエイトをエンジン中心１３に対して前後に均等に分配する必要がなくなったため、バランスシャフト１２を短かくでき、かつ２点支持にすることができる。このため、更なるフリクション低減がはかられるとともに、ベアリング数低減によるコストダウン、給油必要部位が減ることによるオイルポンプ容量の低減が可能となる。

さらに、バランスシャフト１２を短かくできることにより、エンジンオイルを撹拌する部位が減ることと、バランスシャフト配置の自由度が高いため、シリンダヘッドからシリンダブロックへのエンジンオイル落し穴を避けることが容易となる。その結果、ＰＣＶ（ポジティブクランクケースベンチレーション）システムからのオイル持ち去り量を低減できること、オイルフィラーキャップ締め忘れ時のオイル飛散量を低減できること、エンジンオイルへの気泡混入を低減できるため、各部ベアリングの焼付きに対して有利になること、などの種々の作用効果が得られる。

本発明によれば、パワープラントの重心からエンジンが発生する慣性力（Ｆ）の中心までの距離（Ｌ_F ）よりも、パワープラント重心からバランスシャフトが発生する慣性力（Ｆ_X ）の中心までの距離（Ｌ_X ）を長くしたので、パワープラント重心まわりにピッチングモーメントを発生させることなく、バランスシャフトの重量を低減できる。その結果、エンジン出力向上、バランスシャフトフリクション低減、バランスシャフトの長さの低減等の種々の効果も得られる。

本発明の一実施例に係るパワープラントのバランサ装置の概略側面図である。 従来のエンジンのバランサ装置の概略側面図である。 従来のパワープラントのバランサ装置の概略側面図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ バランスシャフト
１３ エンジン中心（エンジンの発生する慣性力中心）
１４ トランスミッション
１５ パワープラント重心
１６ バランスシャフトの発生する慣性力中心
１７ パワープラント

Claims (1)

1. エンジンとトランスミッションから成るパワープラントと、エンジンに回転可能にエンジンのクランク軸軸芯に平行に装着されたバランスシャフトとから成るパワープラントのバランサ装置において、バランスシャフトはクランク軸の両側に配置されていて回転されることによりエンジンのピストン・コネクティングロッド系の質量の往復によって生じる振動を低減しており、パワープラントの重心はエンジンの中心よりもトランスミッション側にあり、パワープラントの重心からエンジンが発生する慣性力の中心までの距離よりも、パワープラント重心からバランスシャフトが発生する慣性力の中心までの距離を長くして、バランスシャフトが発生する慣性力Ｆｘをエンジンのピストン・コネクティングロッド系の往復運動時の慣性力Ｆより小とし、パワープラント重心まわりにピッチングモーメントを生じることなくバランスウェイトを軽量化可能としたことを特徴とするパワープラントのバランサ装置。

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