JP4396601B2 - エンジンのバランス修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのバランスを修正する技術に関する。

従来、エンジンのバランスを修正することは、エンジンの振動の抑制、ひいてはエンジンを搭載する車両等の静粛性の向上の観点から重要である。
エンジンのアンバランスは、エンジンの出力軸や当該出力軸に固設されるプーリ等の回転体の寸法精度のばらつき等の要因により起こることが知られており、従来はエンジンの出力軸に固設されたプーリ等の回転体に適宜錘を取り付けたり、当該回転体を適宜切削したりすることによりエンジンのバランスを修正している。例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の如くである。
特開平１０−４７４３５号公報 特開２００２−１４７５３３号公報 特開平８−１０５４９３号公報

しかし、従来のエンジンのバランス修正方法は、以下の問題点を有する。
すなわち、エンジンのバランス修正は、通常はエンジンを車両等に搭載する前の段階で行われるが、エンジンを車両等に搭載する際には、補機類（ラジエータのファン、エアーコンディショナー、発電機等）にエンジンの駆動力を伝達するためのベルト（以下、単に「ベルト」と表記する）がエンジンの出力軸に固設されたプーリに巻回され、当該ベルトには所定の張力が付与される。
従って、通常のエンジンの使用時には、ベルトによりエンジンの出力軸に常に所定の方向の曲げモーメントが付与される結果、エンジンのバランスが修正時のものから変化し、エンジンのバランスが使用時における許容範囲を超えて振動や騒音が発生する場合もある。

このような問題を解消する方法の一つとしては、エンジンの出力軸のプーリにベルトを巻回し、所定の張力を付与した状態でエンジンのバランスを修正する方法が挙げられるが、エンジンのバランス修正を行う工場であるエンジンの組み立てを行う工場と、エンジンを車両等に搭載する工場とが異なり、両者の間でバランスを修正済みのエンジンの搬送を行っている場合には、エンジンに補機類やベルト等を全て組み付けた状態でエンジンを車両等に搭載する工場に搬送する必要が生じ、重量や体積の増加により搬送時のコストの面で不利となる。
また、両工場の間で補機類の組付けやベルトの巻回を行う工程を移管する等の作業工程の大幅な見直しを必要とし、導入時の労力やコストといった面から好ましくない。

本発明は以上の如き状況に鑑み、エンジンのバランスを修正した後で補機類にエンジンの駆動力を伝達するためのベルトをエンジンの出力軸に固設されたプーリに巻回することに起因するエンジンのバランスの変化があっても、最終的な（使用状態での）エンジンのバランスを所望の範囲内に収めることが可能なエンジンのバランス修正方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
エンジンの出力軸に固設されたプーリにベルトを巻回しない状態でエンジンのバランスを修正するエンジンのバランス修正方法において、
予め求められた前記ベルトを巻回したときの該ベルトの張力と前記エンジンのバランスの変化との関係から、前記ベルトの巻回に起因するエンジンのバランスの変化量を求め、
前記ベルトを巻回した状態のエンジンのバランスの許容範囲を設定し、当該許容範囲から前記エンジンのバランスの変化量の分だけシフトした位置に、前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスの許容範囲を設定し、
前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスの許容範囲に収まるように、前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスを修正するものである。

請求項２においては、
前記ベルトに張力を付与するテンションプーリの位置と該テンションプーリの付勢力との関係により前記ベルトの張力を求めるものである。

請求項３においては、
前記エンジンの出力軸に固設されたプーリに錘を取り付ける、または前記プーリの一部を切削することにより前記エンジンのバランスを修正するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、エンジンのバランスを修正した後でエンジンに補機類を組み付けてベルトを巻回することによりエンジンのバランスが変化しても、当該バランスを所望の状態とすることが可能である。

請求項２においては、簡単な方法でベルトの張力を求めることが可能である。

請求項３においては、簡単な方法でエンジンのバランスを修正することが可能である。

以下では、図１乃至図５を用いて本発明に係るエンジンのバランス修正方法の実施例について説明する。

本出願における「エンジン」は種々のエネルギーを出力軸の回転駆動力に変換する装置を広く含む。本出願におけるエンジンの具体例としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン等の内燃機関が挙げられる。
また、本出願における「出力軸」は、エンジンの駆動力をエンジンの外部に出力（伝達）するための軸であり、エンジンの駆動力により回転駆動される。

本出願における「エンジンのバランス」は、エンジンにより回転駆動される出力軸および当該出力軸に固設されるもの（プーリ等）を合わせて一個の回転体として見たときの回転位相における重量の分布の状態を指すものであり、この分布の状態が回転位相において均等であることがエンジンバランスが良い状態を指す。
従って、「エンジンのバランスを修正すること」は、エンジンのバランスをより良い状態にすることを指し、より厳密には、エンジンのアンバランス量を所定の範囲内（大きさ）に収めることを指す。
ここで、「エンジンのアンバランス量」は、一般的にはエンジンの出力軸の軸線方向からのずれ量とエンジンの出力軸に設けられた回転体等の質量との積、すなわちモーメントで定義される。なお、エンジンの出力軸の軸線方向からのずれ量はベクトルで表されるため、エンジンのアンバランス量（モーメント）も通常はベクトルで表される。

図１および図２に示すエンジン１は、本実施例のエンジンのバランス修正方法の対象となるエンジンである。なお、本発明に係るエンジンのバランス修正方法は、本実施例のエンジン１に限定されず、他の構成のエンジンにも広く適用可能である。

図１に示す如く、組み立てが完了した状態のエンジン１の出力軸２にはメインプーリ３が固設され、エンジン１に組み付けられた補機類（ラジエータのファン、エアーコンディショナー、パワーステアリング機構、発電機等）に駆動力を伝達するための補機用プーリ４・５・６、従動プーリ７・８、テンションプーリ９が設けられる。
また、メインプーリ３、テンションプーリ９、補機用プーリ４、従動プーリ７、従動プーリ８、補機用プーリ６、補機用プーリ５、の順にベルト１０が巻回されるとともに、テンションプーリ９によりベルト１０に所定の張力が付与される。

図２に示す如く、組み立て完了前であってエンジンのバランスを修正するときのエンジン１の出力軸２にはメインプーリ３が固設され、テンションプーリ９が設けられているが、エンジン１には補機類が組み付けられておらず、補機用プーリ４・５・６、従動プーリ７・８も設けられていない。

以下では、エンジンのバランス修正方法の実施例の具体的な手順について説明する。

まず、図２に示す組み立て完了前であってエンジンのバランスを修正するときのエンジン１について、ベルト１０に張力を付与するテンションプーリ９の位置とテンションプーリ９の付勢力との関係を求める。
これは、一般的なエンジンの場合、テンションプーリ９を所定の方向に所定の力でバネ等の弾性体により付勢することによりベルト１０に張力を付与する構成であることから、テンションプーリ９の位置（変位）とテンションプーリ９の付勢力との間には相関関係があることによる。
テンションプーリ９の付勢力は、例えば、テンションプーリ９の移動方向（図１中の白い矢印Ａの方向）とプッシュプルゲージの端子の突出方向（没入方向）とが略平行となるように、テンションプーリ９の外周面にプッシュプルゲージの端子を当接することにより、測定することが可能である。

次に、先に求めたベルト１０に張力を付与するテンションプーリ９の位置とテンションプーリ９の付勢力との関係から、図１に示す組み立てが完了した状態、すなわち、エンジン１のプーリ群（メインプーリ３、補機用プーリ４・５・６、従動プーリ７・８、テンションプーリ９）にベルト１０を巻回した状態のベルト１０の張力と、エンジン１のバランスの変化との関係を求める。
より具体的には、図３に示す如きベルト１０の張力とエンジン１のアンバランス量の変化との関係を求める。
ここで、「エンジンのバランスの変化」は、組み立てが完了した状態（図１に示すベルト１０が巻回された状態）のエンジン１についてのエンジンのバランスと、組み立て完了前であってエンジンのバランスを修正するとき（図２に示すベルト１０が巻回されていない状態）のエンジン１についてのエンジンのバランスとの差、より厳密には、組み立てが完了した状態のエンジン１についてのエンジンのアンバランス量と、組み立て完了前であってエンジンのバランスを修正するときのエンジン１についてのエンジンのアンバランス量との差を成すベクトルで表される。

本実施例の場合、エンジンのバランス（実体的にはエンジンのアンバランス量）は、図４に示す如きエンジンバランス測定装置２０により測定される。
エンジンバランス測定装置２０は、エンジン１の出力軸２を外部から回転駆動する外部駆動源２１（例えば、モータ）と、外部駆動源２１の駆動軸２１ａとエンジン１の出力軸２とを連結して外部駆動源２１の回転駆動力をエンジン１の出力軸２に伝達する連結手段２２と、駆動軸２１ａの回転数（回転速度）あるいは位相を検出する回転数検出手段２３（ロータリーエンコーダ等）と、エンジン１を支持する支持手段２４と、支持手段２４に伝わる振動を検出する振動検出手段２５（加速度センサ等）と、回転数検出手段２３により検出された駆動軸２１ａの回転数（回転速度）あるいは位相に係る情報および振動検出手段２５により検出された支持手段２４の振動に係る情報に基づいてエンジン１のアンバランス量を算出する算出手段２６と、を具備する。
なお、本実施例のエンジンバランス測定装置２０に限らず、他の構成のエンジンバランス測定装置によりエンジンのバランスを測定しても良い。

図３に示す如く、エンジン１のプーリ群にベルト１０を巻回した状態のベルト１０の張力とエンジン１のアンバランス量の変化との関係は、テンションプーリ９の寸法精度や組み付け時の精度等にエンジン１の個体差があるため多少ばらついているが、通常は一次の相関関数（図３中の太い実線）を求めることが可能な程度の相関を有している。
この一次の相関関数を求めることは、本実施例においてベルトの張力とエンジンのバランスの変化との関係を求めることに相当する。

続いて、エンジン１のプーリ群にベルト１０を巻回した状態のベルト１０の張力とエンジン１のバランスの変化との関係から、ベルト１０の巻回に起因するエンジンのバランスの変化量（実体的には、ベルト１０の巻回に起因するエンジンのバランスの変化量であり、図１中の黒い矢印Ｂの長さで表される）を求める。
本実施例の場合、先に求められた一次の相関関数（図３中の太い実線）に所定の値のベルト１０の張力を代入することにより、ベルト１０の巻回に起因するエンジンのバランスの変化量（実体的にはエンジンのアンバランス量の変化量）を求める。
ここで、所定の値のベルト１０の張力は、例えば図３に示すエンジン１のプーリ群にベルト１０を巻回した状態のベルト１０の張力とエンジン１のアンバランス量の変化との関係における実験データ（各測定結果）の中間値でも良く、平均値でも良い。
また、ベルト１０の巻回に起因するエンジンのアンバランス量の変化量は通常はベクトルであり、所定の方向（図１に示す黒い矢印Ｂの方向）を有しているが、当該ベクトルの方向はエンジン１の構成、すなわちテンションプーリ９とその他のプーリ等との幾何学的な位置関係やテンションプーリ９の変位する方向等により適宜求められる。

続いて、図５に示す如く、ベルト１０を巻回した状態のエンジン１のバランスの許容範囲３１、およびベルト１０を巻回しない状態のエンジン１のバランスの許容範囲３２、を設定する。ここで、許容範囲３１は実体的には「ベルト１０を巻回した状態のエンジン１のアンバランス量の許容範囲」であり、許容範囲３２は実体的には「ベルト１０を巻回しない状態のエンジン１のアンバランス量の許容範囲」である。
なお、図５はエンジン１の出力軸２の軸線方向に垂直なベクトル平面を指し、当該ベクトル平面におけるベクトルの長さは、エンジン１のアンバランス量の大きさを表す。
ここで、本出願における「エンジンのバランスの許容範囲」は、基本的には、許容し得るエンジンの駆動時の振動、言い換えれば、所望のレベルのエンジンの静粛性、を達成し得るエンジンのバランス（実体的には、エンジンのアンバランス量の大きさの許容上限値）を指すものである。

本実施例の場合、ベルト１０を巻回した状態（図１参照）のエンジン１のバランスの許容範囲３１を、出力軸２の軸線方向に垂直なベクトル平面上、かつ原点を中心とする所定の半径（すなわち、所定の大きさのアンバランス量）の同心円として設定する。これは、エンジン１の駆動時の振動を軽減し、所望の静粛性を確保するためには出力軸２の位相に関わらずエンジン１のアンバランス量の大きさを所定の大きさ以下とすることが望ましいからである。
そして、ベルト１０を巻回しない状態（図２参照）のエンジン１のバランスの許容範囲３２を、許容範囲３１から先に求めたエンジン１のバランスの変化量の分だけシフトした位置、より厳密には図１および図５に示す黒い矢印Ｂの逆方向にエンジン１のアンバランス量の変化量の大きさの分だけシフトした位置に設定する。

以上の作業により求められた許容範囲３２を、以後のバランス修正を行う同型のエンジン１に適用可能なものとして取り扱う。すなわち、以後の同型のエンジン１のバランス修正については、先に求められた許容範囲３２を用いて以下の作業を行う。

続いて、ベルト１０を巻回しない状態（図２参照）のエンジン１のバランスの許容範囲３２に収まるように、ベルト１０を巻回しない状態のエンジン１のバランスを修正する。
エンジン１のバランスを修正する方法の具体例としては、エンジンバランス測定装置２０により求められたエンジン１のバランスの測定結果に基づいて、エンジン１の出力軸２に固設されたメインプーリ３に錘を取り付ける、またはメインプーリ３の一部を切削することが挙げられる。

以上の如く、本実施例のエンジン１のバランス修正方法は、
エンジン１の出力軸２に固設されたメインプーリ３にベルト１０を巻回しない状態でエンジン１のバランスを修正するエンジンのバランス修正方法において、
予め求められたベルト１０を巻回したときのベルト１０の張力とエンジン１のバランスの変化との関係から、ベルト１０の巻回に起因するエンジン１のバランスの変化量を求め、
ベルト１０を巻回した状態のエンジン１のバランスの許容範囲３１を設定し、許容範囲３１から前記バランスの変化量の分だけシフトした位置に、ベルト１０を巻回しない状態のエンジン１のバランスの許容範囲３２を設定し、
ベルト１０を巻回しない状態のエンジン１のバランスの許容範囲３２に収まるように、ベルト１０を巻回しない状態でエンジン１のバランスを修正するものである。
このように構成することにより、エンジン１のバランスを修正した後でエンジン１に補機類を組み付けてベルト１０を巻回することによりエンジン１のバランスが変化しても、当該バランスを所望の状態とする、すなわちエンジン１のバランスを許容範囲３１に収めることが可能である。従って、エンジン１のバランスを修正する作業を補機類の組み付けやベルト１０の巻回の後に行う必要が無い。

また、本実施例のエンジン１のバランス修正方法は、
ベルト１０に張力を付与するテンションプーリ９の位置とテンションプーリ９の付勢力との関係によりベルト１０の張力を求めるものである。
このように構成することにより、簡単な方法でベルト１０の張力を求めることが可能である。

また、本実施例のエンジン１のバランス修正方法は、
エンジン１の出力軸２に固設されたメインプーリ３に錘を取り付ける、またはメインプーリ３の一部を切削することによりエンジン１のバランスを修正するものである。
このように構成することにより、簡単な方法でエンジン１のバランスを修正することが可能である。

ベルトが巻回された状態の本発明に係るエンジンを示す模式図。 ベルトが巻回されない状態の本発明に係るエンジンを示す模式図。 ベルトの張力とエンジンのアンバランス量の変化との関係を示す図。 エンジンバランス測定装置の実施の一形態を示す模式図。 ベルトが巻回された状態のエンジンのアンバランス量の許容範囲とベルトが巻回されない状態のエンジンのアンバランス量の許容範囲との関係を示す図。

符号の説明

１ エンジン
２ 出力軸
３ メインプーリ
１０ ベルト
３１ エンジンのアンバランス量の許容範囲（ベルトが巻回された状態）
３２ エンジンのアンバランス量の許容範囲（ベルトが巻回されない状態）

Claims (3)

1. エンジンの出力軸に固設されたプーリにベルトを巻回しない状態でエンジンのバランスを修正するエンジンのバランス修正方法において、
   予め求められた前記ベルトを巻回したときの該ベルトの張力と前記エンジンのバランスの変化との関係から、前記ベルトの巻回に起因するエンジンのバランスの変化量を求め、
   前記ベルトを巻回した状態のエンジンのバランスの許容範囲を設定し、当該許容範囲から前記エンジンのバランスの変化量の分だけシフトした位置に、前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスの許容範囲を設定し、
   前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスの許容範囲に収まるように、前記ベルトを巻回しない状態のエンジンのバランスを修正することを特徴とするエンジンのバランス修正方法。
2. 前記ベルトに張力を付与するテンションプーリの位置と該テンションプーリの付勢力との関係により前記ベルトの張力を求めることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバランス修正方法。
3. 前記エンジンの出力軸に固設されたプーリに錘を取り付ける、または前記プーリの一部を切削することにより前記エンジンのバランスを修正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンのバランス修正方法。

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