JP4271152B2 - Engine vibration removal device - Google Patents
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本発明は、ピストンのストローク特性をエンジンの運転状態に応じて変更してエンジンの圧縮比を、ピストンの上死点位置が最上位となる高圧縮比状態と最下位となる低圧縮比状態との間で変更するストローク特性可変機構と、ピストンの往復動に伴うエンジンの二次振動を低減する二次バランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置に関する。 The present invention changes the piston stroke characteristics according to the operating state of the engine to change the compression ratio of the engine between a high compression ratio state where the top dead center position of the piston is the highest and a low compression ratio state where the piston is at the lowest. a stroke characteristic variable mechanism for changing between relates to a vibration removal equipment of an engine and a secondary balancer apparatus for reducing secondary vibration of the engine caused by the reciprocating motion of the piston.
クランクシャフトのクランクピンにロアリンクを枢支し、このロアリンクをアッパーリンクを介してピストンに連結するとともに、前記ロアリンクをエンジンブロックに支持したコントロールシャフトにコントロールリンクを介して連結し、コントロールシャフトをアクチュエータで回転させてコントロールリンクの一端の位置を変化させることで圧縮比を変更する複リンク式エンジンが、下記特許文献1、2により公知である。
ところで、コネクティングロッド以外のリンクを備えた複リンク式エンジンでは、それらのリンクがシリンダ軸線に対して非対称に配置されているため、ピストンの往復動に伴って発生する二次振動の方向がシリンダ軸線の方向に対して傾斜することになる。しかも圧縮比を変更すべくコントロールシャフトを回転させると、複数のリンクの配置関係がずれて振動特性、特に二次振動の方向が変化してしまう。 By the way, in the multi-link type engine having links other than the connecting rod, since these links are arranged asymmetrically with respect to the cylinder axis, the direction of the secondary vibration generated by the reciprocation of the piston is the cylinder axis. It will be inclined with respect to the direction. Moreover, when the control shaft is rotated to change the compression ratio, the arrangement relationship of the plurality of links is shifted, and the vibration characteristics, particularly the direction of the secondary vibration, change.
従って、このようなエンジンに二次バランサー装置を装着して二次振動を低減しようとしても、エンジンが高圧縮比状態にあるときの二次振動および低圧縮比状態にあるときの二次振動を共に低減することが難しいという問題がある。 Therefore, even if a secondary balancer device is attached to such an engine to reduce the secondary vibration, the secondary vibration when the engine is in the high compression ratio state and the secondary vibration when the engine is in the low compression ratio state are reduced. There is a problem that it is difficult to reduce both.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ピストンのストローク特性が異なる複数の運転状態を切り換え可能なエンジンの振動を効果的に除去できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to effectively remove vibrations of an engine capable of switching a plurality of operating states having different piston stroke characteristics.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、ピストンのストローク特性をエンジンの運転状態に応じて変更してエンジンの圧縮比を、ピストンの上死点位置が最上位となる高圧縮比状態と最下位となる低圧縮比状態との間で変更するストローク特性可変機構と、ピストンの往復動に伴うエンジンの二次振動を低減する二次バランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置において、エンジンのクランクシャフトは、該シャフトの軸線をシリンダ軸線に対し一側に偏倚させて配置され、前記ストローク特性可変機構は、ピストンに接続されたアッパーリンク、このアッパーリンク及び前記クランクシャフトに接続されたロアリンク、このロアリンクに一端が接続されて他端がコントロールシャフトを介してエンジンブロックに移動可能に支持されたコントロールリンク、並びに前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータを有していると共に、前記コントロールシャフトと前記コントロールリンクとが前記シリンダ軸線に対し前記一側に配置されていて、前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、下向きの加振力が前記シリンダ軸線に対し前記一側を指向し、上向きの加振力が前記シリンダ軸線に対し他側を指向するように前記シリンダ軸線に対して傾斜させており、且つ前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向は、前記高圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向と、前記低圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向との中間の方向に設定されていることを特徴とするエンジンの振動除去装置が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the piston stroke characteristic is changed according to the operating state of the engine to change the compression ratio of the engine, and the top dead center position of the piston is the highest. An engine having a variable stroke characteristic mechanism that changes between a high compression ratio state that becomes the lowest and a low compression ratio state that is the lowest, and a secondary balancer device that reduces secondary vibrations of the engine due to the reciprocation of the piston The crankshaft of the engine is arranged such that the axis of the engine is biased to one side with respect to the cylinder axis, and the variable stroke characteristic mechanism includes an upper link connected to a piston, the upper link and the Lower link connected to the crankshaft, one end connected to the lower link and the other end connected to the engine block via the control shaft Movably supported control link to click, and with which an actuator for driving the control shaft, and between the control shaft and the control link are disposed on the one side with respect to the cylinder axis, wherein The direction of the excitation force generated by the secondary balancer device is such that the downward excitation force is directed to the one side with respect to the cylinder axis, and the upward excitation force is directed to the other side with respect to the cylinder axis. and it is inclined with respect to the cylinder axis, and the direction of the exciting force the secondary balancer device occurs, the direction of vibration force said that give suppressing secondary vibration in the high compression ratio state, vibration removing device proposed of the engine, wherein the set in the middle direction between the direction of the secondary vibration that obtained by the suppression exciting force at a low compression ratio state That.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、高圧縮比状態での前記二次振動の振幅と、低圧縮比状態での前記二次振動の振幅とがほぼ等しくなるように設定したことを特徴とするエンジンの振動除去装置が提案される。
According to the invention described in
請求項1の構成によれば、ピストンのストローク特性をエンジンの運転状態に応じて変更してエンジンの圧縮比を、ピストンの上死点位置が最上位となる高圧縮比状態と最下位となる低圧縮比状態との間で変更するストローク特性可変機構と、ピストンの往復動に伴うエンジンの二次振動を低減する二次バランサー装置とを備えたエンジンの振動除去装置において、エンジンのクランクシャフトは、該シャフトの軸線をシリンダ軸線に対し一側に偏倚させて配置され、前記ストローク特性可変機構は、ピストンに接続されたアッパーリンク、このアッパーリンク及び前記クランクシャフトに接続されたロアリンク、このロアリンクに一端が接続されて他端がコントロールシャフトを介してエンジンブロックに移動可能に支持されたコントロールリンク、並びに前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータを有していると共に、前記コントロールシャフトと前記コントロールリンクとが前記シリンダ軸線に対し前記一側に配置されていて、前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、下向きの加振力が前記シリンダ軸線に対し前記一側を指向し、上向きの加振力が前記シリンダ軸線に対し他側を指向するように前記シリンダ軸線に対して傾斜させており、且つ前記二次バランサー装置が発生する加振力の方向は、前記高圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向と、前記低圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向との中間の方向に設定されているので、ピストンの往復動に伴って発生する二次振動の方向が高圧縮比状態と低圧縮比状態とで異なっていても、高圧縮比状態及び低圧縮比状態での二次振動の両方を効果的に抑制することができる。 According to the configuration of the first aspect, the piston stroke characteristic is changed in accordance with the operating state of the engine, so that the engine compression ratio becomes the lowest in the high compression ratio state where the top dead center position of the piston is the highest. In an engine vibration elimination apparatus comprising a stroke characteristic variable mechanism that changes between a low compression ratio state and a secondary balancer device that reduces secondary vibration of the engine due to reciprocation of a piston, the engine crankshaft is The stroke characteristic variable mechanism is arranged such that the shaft axis is biased to one side with respect to the cylinder axis. A controller with one end connected to the link and the other end movably supported on the engine block via the control shaft A vibration source generated by the secondary balancer device, having a link and an actuator for driving the control shaft, wherein the control shaft and the control link are disposed on the one side with respect to the cylinder axis. The direction of the force is inclined with respect to the cylinder axis so that the downward excitation force is directed to the one side with respect to the cylinder axis and the upward excitation force is directed to the other side with respect to the cylinder axis. And the direction of the exciting force generated by the secondary balancer device is the direction of the exciting force capable of suppressing the secondary vibration in the high compression ratio state and the secondary force in the low compression ratio state. because it is set in the middle direction between the direction of the excitation force capable of suppressing vibration, the direction of the secondary vibration generated with the reciprocating motion of the piston and a high compression ratio state and a low compression ratio state Be different, it is possible to effectively suppress both secondary vibration in a high compression ratio condition and a low compression ratio state.
請求項2の構成によれば、二次バランサー装置が発生する加振力の方向を、高圧縮比状態及び低圧縮比状態での二次振動の振幅がほぼ等しくなるように設定したので、高圧縮比状態及び低圧縮比状態での二次振動の両方を一層効果的に抑制することができる。 According to the second aspect, the direction of the excitation force secondary balancer device generates, the amplitude of the secondary vibration in a high compression ratio condition and a low compression ratio state is set to be substantially equal, high Both secondary vibrations in the compression ratio state and the low compression ratio state can be more effectively suppressed.
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1〜図8は本発明の一実施例を示すもので、図1は可変圧縮比エンジンの縦断面図(高圧縮比状態)、図2は図1の2−2線矢視図、図3は図1の3−3線矢視図、図4は図1の4方向矢視図、図5は可変圧縮比エンジンの縦断面図(低圧縮比状態)、図6はバランサーウエイトの位相と加振力の方向との関係を示す図、図7はエンジンの二次振動の方向を示すグラフ、図8は二次バランサー装置の効果を示すグラフである。
1 to 8 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a variable compression ratio engine (high compression ratio state), and FIG. 2 is a view taken along the line 2-2 in FIG. 3 is a view taken along line 3-3 in FIG. 1, FIG. 4 is a view taken in the direction of
図1〜図4に示すように、複数のリンクを備えることでピストンの上死点あるいは下死点に位置を変更可能なストローク特性可変エンジンの一例である可変圧縮比エンジンEは、シリンダブロック11およびクランクケース12を結合したエンジンブロック13を備えており、シリンダブロック11の上部にシリンダヘッド14およびヘッドカバー15が結合され、クランクケース12の下部にオイルパン16が結合される。シリンダブロック11およびクランクケース12の割り面にクランクシャフト17のメインジャーナル17aが回転自在に支持されており、メインジャーナル17aから偏心するピンジャーナル17bに概略三角形のロアリンク18の中間部が揺動自在に枢支される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the variable compression ratio engine E, which is an example of a variable stroke characteristic engine that can change the position to the top dead center or the bottom dead center of the piston by providing a plurality of links, And an
シリンダブロック11に設けたシリンダスリーブ20にピストン21が摺動自在に嵌合しており、アッパーリンク22(コネクティングロッド)の上端がピストンピン23を介してピストン21に枢支されるとともに、アッパーリンク22の下端が第1ピン24を介してロアリンク18の一端部に枢支される。
A
クランクシャフト17の位置から横方向に偏心したクランクケース12の下面に、クランク形状のコントロールシャフト25のメインジャーナル25aが、ボルト26,26でクランクケース12の締結されたキャップ27によって揺動自在に枢支される。コントロールリンク28は本体部28aと、その下端にボルト29,29で締結されたキャップ部28bとを備えており、本体部28aの上端が第2ピン30を介してロアリンク18の他端部に枢支されるとともに、本体部28aの下端およびキャップ部28b間にコントロールシャフト25のピンジャーナル25bが枢支される。コントロールシャフト25は、その一端に設けた油圧式のアクチュエータ31で所定角度の範囲で揺動する。
A
シリンダヘッド14の下面に形成された燃焼室14aに吸気ポート32および排気ポート33が開口しており、吸気ポート32を開閉する吸気バルブ34と排気ポート33を開閉する排気バルブ35とがシリンダヘッド14に設けられる。吸気バルブ34は吸気カムシャフト36により吸気ロッカーアーム37を介して開閉駆動され、排気バルブ35は排気カムシャフト38により排気ロッカーアーム39を介して開閉駆動される。
An
クランクシャフト17の下方のクランクケース12に固定された上部バランサーハウジング40と、その下面にボルト41…で結合された下部バランサーハウジング42との間に二次バランサー装置43が収納される。二次バランサー装置43は、第1バランサーウエイト44aを一体に有する第1バランサーシャフト44と、第2バランサーウエイト45aを一体に有する第2バランサーシャフト45とを備えており、第1バランサーシャフト44はクランクシャフト17に設けた第1ギヤ46に噛合する第2ギヤ47により駆動され、第2バランサーシャフト45は第1バランサーシャフト44に設けた第3ギヤ48に噛合する第4ギヤ49により駆動される。第1ギヤ46の歯数は第2ギヤ47の歯数の2倍に設定され、第3ギヤ48および第4ギヤ49の歯数は同じに設定されているため、第1、第2バランサーシャフト44,45はクランクシャフト17の2倍の回転数で相互に逆方向に回転し、エンジンEの二次振動を抑制する。
A
尚、二次バランサー装置43は、クランクシャフト17からチェーンあるいはタイミングベルトを用いて第1、第2バランサーシャフト44,45に駆動力を伝達するものであっても良い。
The
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
エンジンEの運転状態に応じてアクチュエータ31が駆動され、アクチュエータ31に接続されたコントロールシャフト25が図1に示す位置と図5に示す位置との間の任意の位置に回転する。図1に示す位置では、コントロールシャフト25のメインジャーナル25aに対してピンジャーナル25bが下方に位置するため、コントロールリンク28が引き下げられてロアリンク18がクランクシャフト17のピンジャーナル17bを中心に時計方向に揺動し、アッパーリンク22が押し上げられてピストン21の位置が高くなることで、エンジンEが高圧縮比状態になる。
The
逆に、図5に示す位置では、コントロールシャフト25のメインジャーナル25aに対してピンジャーナル25bが上方に位置するため、コントロールリンク28が押し上げられてロアリンク18がクランクシャフト17のピンジャーナル17bを中心に反時計方向に揺動し、アッパーリンク22が引き下げられてピストン21の位置が低くなることで、エンジンEが低圧縮比状態になる。
On the contrary, in the position shown in FIG. 5, the
このように、コントロールシャフト25の揺動によってコントロールリンク28が上下動し、ロアリンク18の運動拘束条件が変化してピストン21の上死点位置を含むストローク特性が変化することで、エンジンEの圧縮比が任意に制御される。
As described above, the
図7はX−Z平面(クランクシャフト17に直交する平面)における二次振動FX,FZの波形を示すもので、Z方向の二次振動FZおよびX方向の二次振動FXが同時に発生し、主たる二次振動の方向がZ方向に対してX方向に角度θ1,θ2だけ傾斜していることが分かる。実線で示す高圧縮比時の二次振動の方向θ1と破線で示す低圧縮比時の二次振動の方向θ2とは、角度αだけずれている。 FIG. 7 shows waveforms of the secondary vibrations FX and FZ in the XZ plane (a plane orthogonal to the crankshaft 17). The secondary vibration FX in the Z direction and the secondary vibration FX in the X direction are generated simultaneously. It can be seen that the direction of the main secondary vibration is inclined by the angles θ1 and θ2 in the X direction with respect to the Z direction. The direction θ2 of the secondary vibration at the high compression ratio indicated by the solid line and the direction θ2 of the secondary vibration at the low compression ratio indicated by the broken line are shifted by an angle α.
図6に示すように、Z方向に対して傾斜した二次振動を効果的に打ち消すには、二次バランサー装置43が発生する加振力の方向をシリンダ軸線L1に対して角度θだけ傾斜させれば良い。即ち、相互に逆方向に回転する第1、第2バランサーウエイト44a,45aの位相が揃ったとき、その第1、第2バランサーウエイト44a,45aの方向に最大の加振力が発生するが、そのときの第1、第2ランサーウエイト44a,45aの位相をシリンダ軸線L1に対してθだけ偏倚させることにより、最大の加振力が発生する方向をシリンダ軸線L1に対してθだけ傾けている。従って、θの値を変更するだけで、二次バランサー装置43が発生する加振力の方向を任意に設定することができる。
As shown in FIG. 6, in order to effectively cancel the secondary vibration inclined with respect to the Z direction, the direction of the exciting force generated by the
しかしながら、高圧縮比時の角度θ1と低圧縮比時の角度θ2とは不一致であり、高圧縮比時の二次振動を有効に抑える角度θ1を採用すると低圧縮比時の二次振動を有効に抑えることができなくなり、逆に低圧縮比時の二次振動を有効に抑える角度θ2を採用すると高圧縮比時の二次振動を有効に抑えることができなくなる問題がある。そこで本実施例では、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向を、高圧縮比時の二次振動の方向θ1と低圧縮比時の二次振動の方向θ2との中間の方向θに設定している。具体的には、高圧縮比時の二次振動の振幅と低圧縮比時の二次振動の振幅とがほぼ一致するように、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向θを設定している。これにより、高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動の両方を効果的に低減することができる。
However, the angle θ1 at the time of the high compression ratio and the angle θ2 at the time of the low compression ratio are inconsistent. If the angle θ1 that effectively suppresses the secondary vibration at the high compression ratio is adopted, the secondary vibration at the low compression ratio is effective. If the angle θ2 that effectively suppresses the secondary vibration at the low compression ratio is adopted, the secondary vibration at the high compression ratio cannot be effectively suppressed. Therefore, in the present embodiment, the direction in which the first and
エンジンEの圧縮比を変更しても、二次バランサー装置43によってエンジンEの二次振動の方向の変化が極めて小さく抑えられるので、乗員がエンジンEの運転状態の変化による違和感を覚えることが少なくて済む。
Even if the compression ratio of the engine E is changed, the change in the direction of the secondary vibration of the engine E is suppressed to be extremely small by the
図8における細い実線および細い破線は、二次バランサー装置43を持たないエンジンEの高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動FZの波形であり、太い実線および太い破線は、二次バランサー装置43を持つエンジンEの高圧縮比時および低圧縮比時の二次振動FZの波形である。何れの場合にも、二次バランサー装置43を設けたことにより二次振動FZが大幅に低減している。
A thin solid line and a thin broken line in FIG. 8 are waveforms of the secondary vibration FZ when the engine E without the
図8(A)〜(C)は、第1、第2バランサーウエイト44a,45aが最大の加振力が発生する方向が異なっている。図8(A)は高圧縮比時の二次振動(太い実線)を最も効果的に抑制するように設定したものであり、高圧縮比時の二次振動は充分に低減しているが低圧縮比時の二次振動(太い破線)がかなり残存している。図8(B)は低圧縮比時の二次振動(太い破線)を最も効果的に抑制するように設定したものであり、低圧縮比時の二次振動は充分に低減しているが高圧縮比時の二次振動(太い実線)がかなり残存している。図8(C)は高圧縮比時および低圧縮比時の中間の設定(本実施例の設定)であり、高圧縮比時の二次振動(太い実線)の振幅および低圧縮比時の二次振動(太い破線)の振幅が同じ大きさに低減している。
8A to 8C differ in the direction in which the first and
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 Having described the embodiments of the present invention, the present invention is Ru can der to perform various design changes without departing from the spirit and scope thereof.
14 エンジンブロック
17 クランクシャフト
18 ロアリンク
21 ピストン
22 アッパーリンク
25 コントロールシャフト
28 コントロールリンク
31 アクチュエータ
43 二次バランサー装置
E エンジン
L1 シリンダ軸線
14 Engine block
17 Crankshaft
18
22 Upper link
25 Control shaft
28 Control link
31 the
L1 Cylinder axis
Claims (2)
エンジン(E)のクランクシャフト(17)は、該シャフトの軸線をシリンダ軸線(L1)に対し一側に偏倚させて配置され、
前記ストローク特性可変機構は、ピストン(21)に接続されたアッパーリンク(22)、このアッパーリンク(22)及び前記クランクシャフト(17)に接続されたロアリンク(18)、このロアリンク(18)に一端が接続されて他端がコントロールシャフト(25)を介してエンジンブロック(14)に移動可能に支持されたコントロールリンク(28)、並びに前記コントロールシャフト(25)を駆動するアクチュエータ(31)を有していると共に、前記コントロールシャフト(25)と前記コントロールリンク(28)とが前記シリンダ軸線(L1)に対し前記一側に配置されていて、前記二次バランサー装置(43)が発生する加振力の方向を、下向きの加振力が前記シリンダ軸線(L1)に対し前記一側を指向し、上向きの加振力が前記シリンダ軸線(L1)に対し他側を指向するように前記シリンダ軸線(L1)に対して傾斜させており、且つ前記二次バランサー装置(43)が発生する加振力の方向は、前記高圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向と、前記低圧縮比状態での前記二次振動を抑制し得る加振力の方向との中間の方向に設定されていることを特徴とするエンジンの振動除去装置。 The compression ratio of the change the stroke characteristic of the piston (21) in accordance with the operating condition of the engine (E) engine (E), a high compression ratio state the top dead center position of the piston (21) is the top-level A variable stroke characteristic mechanism that changes between the lowest compression ratio state and a secondary balancer device (43) that reduces secondary vibrations of the engine (E) accompanying the reciprocating motion of the piston (21). In the engine vibration elimination device,
The crankshaft (17) of the engine (E) is arranged with the axis of the shaft biased to one side with respect to the cylinder axis (L1),
The variable stroke characteristic mechanism includes an upper link (22) connected to the piston (21), a lower link (18) connected to the upper link (22) and the crankshaft (17), and a lower link (18). A control link (28) having one end connected to the engine block and the other end movably supported by the engine block (14) via the control shaft (25), and an actuator (31) for driving the control shaft (25). And the control shaft (25) and the control link (28) are disposed on the one side with respect to the cylinder axis (L1), so that the secondary balancer device (43) is generated. the direction of force, the downward pressing force is relative to the cylinder axis (L1) directed to one side, upwards Of the excitation force generated by the secondary balancer device (43) is inclined with respect to the cylinder axis (L1) so that the excitation force of direction, midway between the secondary vibration and the direction of the excitation force that obtained by the suppression, the direction of vibrating force said that give suppressing secondary vibration of the low-compression ratio state in the high compression ratio state An engine vibration eliminating device characterized by being set in the direction of.
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