JP5062907B2

JP5062907B2 - エンジンの回転バランサ

Info

Publication number: JP5062907B2
Application number: JP2009073238A
Authority: JP
Inventors: 尚雄岡本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010223389A

Description

本発明は、エンジンの回転バランサに関し、詳しくは、エンジンの大型化を抑制することができるエンジンの回転バランサに関する。

従来、エンジンの回転バランサとして、ジャーナル部間で、回転中心軸から偏った位置にウェイト部を設け、回転中心軸と直交する回転中心軸直交断面図上、回転中心軸を挟んで、重心と反対側の位置で、ウェイト部から補強リブを突出させたものがある(例えば、特許文献１参照)。
この種の回転バランサによれば、遠心力に対するウェイト部の曲げ剛性を補強リブで補強できる利点がある。
しかし、この従来技術では、ウェイト部が断面半円形の一律形状であるため、問題がある。

特開２００３−１３０１３５号公報(図２、図５参照)

《問題》エンジンが大型化する場合がある。
ウェイト部が断面半円形の一律形状であるため、回転バランサ軸の隣に、クランク軸やコンロッド等の他のエンジン回転部品が配置された場合には、このエンジン回転部品がウェイト部と干渉しないように、エンジン回転部品と回転バランサとの軸間距離を長くとる必要があり、エンジンが大型化する。

本発明の課題は、エンジンの大型化を抑制することができるエンジンの回転バランサを提供することにある。

本発明の発明者は、本発明に先立ち、図４に示す回転バランサを試案した。
図４(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、この回転バランサは、回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と補強リブ(５)の幅方向中央部を通過するリブ中央部通過仮想線(６)を想定し、リブ中央部通過仮想線(６)で区分されるウェイト部(３)の両側部分をウェイト部横側部分(３ａ)(３ｂ)として、主に一方のウェイト部横側部分(３ａ)に他のエンジン回転部品との干渉を避ける干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成している。図４(Ｃ)中の符号(１０)はコンロッドの回転軌跡である。図４(Ａ)−(Ｄ)中の符号(１１)はオイル通路である。

この試案例では、上記従来の問題を解決することはできたが、次の新たな問題が生じる。
《問題》遠心力に対する回転バランサの曲げ剛性が低下する。
図４(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、主に一方のウェイト部横側部分(３ａ)に干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成することによってリブ中央部通過仮想線(６)上から他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に回転バランサの重心(４)が大きく変位する。この場合、リブ中央部通過仮想線(６)から重心(４)が大きく離れることにより、補強リブ(５)の補強機能が弱まり、遠心力に対する回転バランサの曲げ剛性が低下する。
この場合、遠心力による回転バランサの撓みが大きくなり、ジャーナル部(１)が軸受内で傾いて、ジャーナル部(１)とその軸受の摩擦抵抗が増大し、燃料消費率が悪化する。また、ジャーナル部(１)とその軸受が磨耗することもある。

《問題》振動低減機能が低い。
図４(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と重心(４)とを通過する重心通過仮想線(７)と、この重心通過仮想線(７)と回転中心軸(２)上で直交する重心線直交仮想線(８)とを想定した場合、一方のウェイト部横側部分(３ａ)では、重心線直交仮想線(８)よりも補強リブ(５)側に、振動低減に寄与する遠心力を相殺するウェイト部が配置され、他方のウェイト部横側部分(３ｂ)では、重心線直交仮想線(８)付近で振動低減に寄与する遠心力を発生するウェイト部が消失し、振動低減機能が低い。

請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図２に例示するように、ジャーナル部(１)(１)間で、回転中心軸(２)から偏った位置にウェイト部(３)を設け、
回転中心軸(２)を直交する回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)を挟んで、回転バランサの重心(４)と反対側の位置で、ウェイト部(３)から補強リブ(５)を突出させた、エンジンの回転バランサにおいて、
図２(Ｂ)−(Ｄ)に例示するように、回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と補強リブ(５)の幅方向中央部を通過するリブ中央部通過仮想線(６)を想定し、
図２(Ｃ)に例示するように、リブ中央部通過仮想線(６)で区分されるウェイト部(３)の両側部分をウェイト部横側部分(３ａ)(３ｂ)として、一方のウェイト部横側部分(３ａ)に他のエンジン回転部品との干渉を避ける干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成し、
図２(Ｃ)(Ｄ)に例示するように、他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成することにより、
回転中心軸直交断面図上、一方のウェイト部横側部分(３ａ)での干渉回避用除肉部(３ｃ)の形成によってリブ中央部通過仮想線(６)上から他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に変位する回転バランサの重心(４)を、重心位置修正用除肉部(３ｄ)の形成で、リブ中央部通過仮想線(６)側に戻すに当たり、
回転中心軸直交断面図上、リブ中央部通過仮想線(６)と平行で、上記他方のウェイト部横側部分(３ｂ)で補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)を通過するリブ幅方向最外仮想線(９)を想定し、
このリブ幅方向最外仮想線(９)よりも外側にのみ、重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成し、
図２(Ｃ)(Ｄ)に例示するように、回転中心軸直交断面図上、補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)からリブ幅方向最外仮想線(９)に沿った後、リブ幅方向最外仮想線(９)と実質的に直交する向きに沿って外側に曲がる除肉面(３ｆ)を形成し、この除肉面(３ｆ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の補強リブ寄り部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してある、ことを特徴とするエンジンの回転バランサ。

(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》エンジンの大型化を抑制することができる。
図２(Ｃ)に例示するように、リブ中央部通過仮想線(６)で区分されるウェイト部(３)の両側部分をウェイト部横側部分(３ａ)(３ｂ)として、一方のウェイト部横側部分(３ａ)に他のエンジン回転部品との干渉を避ける干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成したので、エンジン回転部品と回転バランサとの軸間距離を短くすることができ、エンジンの大型化を抑制することができる。図１(Ｃ)中の符号(１０)はコンロッドの回転軌跡である。

《効果》遠心力に対する回転バランサの曲げ剛性の低下を抑制することができる。
図２(Ｃ)(Ｄ)に例示するように、他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成することにより、回転中心軸直交断面図上、一方のウェイト部横側部分(３ａ)での干渉回避用除肉部(３ｃ)の形成によってリブ中央部通過仮想線(６)上から他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に変位する回転バランサの重心(４)を、重心位置修正用除肉部(３ｄ)の形成で、リブ中央部通過仮想線(６)側に戻すので、遠心力による回転バランサの曲げに対する補強リブ(５)の補強機能が発揮され、回転バランサの曲げ剛性の低下を抑制することができる。
この場合、遠心力による回転バランサの撓みが小さくなり、ジャーナル部(１)が軸受内で傾きにくく、ジャーナル部(１)とその軸受の摩擦抵抗が小さくなり、燃料消費率が良好になる。また、ジャーナル部(１)とその軸受が磨耗しにくい。

《効果》重心位置修正用除肉部の形成によるバランサ軸の曲げ剛性の低下を抑制することができる。
図２(Ｃ)(Ｄ)に例示するように、リブ幅方向最外仮想線(９)よりも外側にのみ、重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成しているので、リブ幅方向最外仮想線(９)よりも内側は重心位置修正用除肉部(３ｄ)による除肉がなく、補強リブ(５)の補強機能が相殺されず、重心位置修正用除肉部(３ｄ)の形成によるバランサ軸の曲げ剛性の低下を抑制することができる。

《効果》付加モーメントの調節に伴う回転バランサの軽量化が容易になる。
図２(Ｃ)(Ｄ)に例示するように、回転中心軸直交断面図上、補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)からリブ幅方向最外仮想線(９)に沿った後、リブ幅方向最外仮想線(９)と実質的に直交する向きに沿って外側に曲がる除肉面(３ｆ)を形成し、この除肉面(３ｆ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の補強リブ寄り部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してあるので、回転中心軸(２)から重心(４)までの腕長さが変化しにくい。このため、ウェイト部横側部(３ｂ)の除肉に対する付加モーメントの変化率が小さく、ウェイト部横側部(３ｂ)を大量に除肉することができ、回転バランサの軽量化が容易になる。
付加モーメントとは、回転バランサの振動低減に寄与する遠心力発生機能の指標で、振動低減に寄与する遠心力を発生させる回転バランサの重量と、回転中心軸(２)から回転バランサの重心(４)までの腕長さの積をいう。

(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》振動低減機能が高い。
図２(Ｂ)−(Ｃ)に例示するように、重心線直交仮想線よりも補強リブ(５)側にはウェイト部を設けないようにしたので、振動低減に寄与する遠心力を相殺するウェイト部がなく、振動低減機能が高い。

本発明の第１参考形態に係るエンジンの回転バランサを説明する図で、図１(Ａ)は全体斜視図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図１(Ｃ)は図１(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図、図１(Ｄ)は図１(Ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。本発明の実施形態に係るエンジンの回転バランサを説明する図で、図２(Ａ)は全体斜視図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図２(Ｃ)は図２(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図、図２(Ｄ)は図２(Ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。本発明の第２参考形態に係るエンジンの回転バランサを説明する図で、図３(Ａ)は全体斜視図、図３(Ｂ)は図３(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図３(Ｃ)は図３(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図、図３(Ｄ)は図３(Ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。試案例に係るエンジンの回転バランサを説明する図で、図４(Ａ)は全体斜視図、図４(Ｂ)は図４(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図４(Ｃ)は図４(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図、図４(Ｄ)は図４(Ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。

図１−３は本発明の第１参考形態と実施形態と第２参考形態に係るエンジンの回転バランサを説明する図、図１は第１参考形態、図２は実施形態、図３は第２参考形態に関する図であり、各参考形態と実施形態では、ディーゼルエンジンの二次回転バランサについて説明する。

第１参考形態の概要は、次の通りである。
図１(Ａ)に示すように、両端部と中央部にあるジャーナル部(１)(１)間で、回転中心軸(２)から偏った位置にウェイト部(３)を設けている。
図１(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸(２)を直交する回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)を挟んで、回転バランサの重心(４)と反対側の位置で、ウェイト部(３)から補強リブ(５)を突出させている。
ウェイト部(３)は断面半円形で、補強リブ(５)は断面半円形部分の突出端から断面矩形部分が突出している。バランサ軸には、回転中心軸(２)に沿ってオイル通路(１１)が設けられている。

図１(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と補強リブ(５)の幅方向中央部を通過するリブ中央部通過仮想線(６)を想定する。
図１(Ｃ)に示すように、リブ中央部通過仮想線(６)で区分されるウェイト部(３)の両側部分をウェイト部横側部分(３ａ)(３ｂ)として、主に一方のウェイト部横側部分(３ａ)に他のエンジン回転部品との干渉を避ける干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成する。
他のエンジン回転部品は、コンロッドであり、図１(Ｃ)中の符号(１０)はコンロッドの回転軌跡である。干渉回避用除肉部(３ｃ)の除肉面は、コンロッドの回転軌跡(１０)に沿って形成されている。この回転バランサは切削加工によって干渉回避用除肉部(３ｃ)の除肉面を形成しているため、除肉面の断面は折れ線状であるが、鋳造や鍛造の段階で干渉回避用除肉部(３ｃ)の除肉面を形成する場合には、干渉回避用除肉部(３ｃ)の除肉面の断面はコンロッドの回転軌跡(１０)に沿う滑らかなものとする。

図１(Ｃ)(Ｄ)に示すように、他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成することにより、回転中心軸直交断面図上、一方のウェイト部横側部分(３ａ)での干渉回避用除肉部(３ｃ)の形成によってリブ中央部通過仮想線(６)上から他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に変位する回転バランサの重心(４)を、重心位置修正用除肉部(３ｄ)の形成で、リブ中央部通過仮想線(６)側に戻す。この実施形態では、回転バランサの重心(４)は、リブ中央部通過仮想線(６)上まで戻されている。この回転バランサの重心(４)は、リブ中央部通過仮想線(６)上まで戻す必要はないが、リブ中央部通過仮想線(６)に近い位置まで戻すのが望ましく、リブ中央部通過仮想線(６)から補強リブ(５)の最大幅の２０％以内に配置するのが望ましく、１０％以内に配置するのがより望ましく、５％以内に配置するのが最も望ましい。

図１(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と重心(４)とを通過する重心通過仮想線(７)と、この重心通過仮想線(７)と回転中心軸(２)上で直交する重心線直交仮想線(８)とを想定する。
この重心線直交仮想線(８)よりも補強リブ(５)側にはウェイト部を設けないようにしている。

図１(Ｃ)(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、リブ中央部通過仮想線(６)と平行で、上記他方のウェイト部横側部分(３ｂ)で補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)を通過するリブ幅方向最外仮想線(９)を想定する。
このリブ幅方向最外仮想線(９)よりも外側にのみ、重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成している。

図１(Ｃ)(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、リブ幅方向最外仮想線(９)から外側に離れた位置でリブ幅方向最外仮想線(９)と実質的に平行な向きに沿う除肉面(３ｅ)を形成し、この除肉面(３ｅ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の外側部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してある。

図２に示す実施形態は第１参考形態とは次の点が異なる。
図２(Ｃ)(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)からリブ幅方向最外仮想線(９)に沿った後、リブ幅方向最外仮想線(９)と実質的に直交する向きに沿って外側に曲がる除肉面(３ｆ)を形成し、この除肉面(３ｆ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の補強リブ寄り部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してある。回転中心軸直交断面図上、この除肉面(３ｆ)は、直角なＬ形に折り曲げているが、湾曲を持たせた緩やかに形状に曲げてもよい。
他の点は第１参考形態と同じであり、図２中、図１と同一の要素には同一の符号を付しておく。

図３に示す第２参考形態は第１参考形態とは次の点が異なる。
図３(Ｂ)−(Ｄ)に示すように、回転中心軸直交断面図上、補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)からリブ幅方向最外仮想線(９)に対して所定角度傾斜する向きに沿って外側に伸びる除肉面(３ｇ)を形成し、この除肉面(３ｇ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の補強リブ寄り部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してある。この除肉面(３ｇ)の傾斜角度はリブ幅方向最外仮想線(９)に対して４５°である。
他の点は第１実施形態と同じであり、図３中、図１と同一の要素には同一の符号を付しておく。

本発明の実施形態の内容は上記の通りであるが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。例えば、実施形態の除肉面(３ｆ)は平坦面に限らず、湾曲面であってもよい。なお、各参考形態の除肉面(３ｅ)(３ｇ)も平坦面に限らず、湾曲面であってもよい。

(１) ジャーナル部
(２) 回転中心軸
(３) ウェイト部
(３ａ)(３ｂ) ウェイト部横側部分
(３ｃ) 干渉回避用除肉部
(３ｄ) 重心位置修正用除肉部
(３ｅ) 除肉面
(３ｆ) 除肉面
(３ｇ) 除肉面
(４) 重心
(５) 補強リブ
(５ａ) 幅方向最外部
(６) リブ中央部通過仮想線
(７) 重心通過仮想線
(８) 重心線直交仮想線
(９) リブ幅方向最外仮想線

Claims

ジャーナル部(１)(１)間で、回転中心軸(２)から偏った位置にウェイト部(３)を設け、
回転中心軸(２)を直交する回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)を挟んで、回転バランサの重心(４)と反対側の位置で、ウェイト部(３)から補強リブ(５)を突出させた、エンジンの回転バランサにおいて、
回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と補強リブ(５)の幅方向中央部を通過するリブ中央部通過仮想線(６)を想定し、
リブ中央部通過仮想線(６)で区分されるウェイト部(３)の両側部分をウェイト部横側部分(３ａ)(３ｂ)として、一方のウェイト部横側部分(３ａ)に他のエンジン回転部品との干渉を避ける干渉回避用除肉部(３ｃ)を形成し、
他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成することにより、
回転中心軸直交断面図上、一方のウェイト部横側部分(３ａ)での干渉回避用除肉部(３ｃ)の形成によってリブ中央部通過仮想線(６)上から他方のウェイト部横側部分(３ｂ)に変位する回転バランサの重心(４)を、重心位置修正用除肉部(３ｄ)の形成で、リブ中央部通過仮想線(６)側に戻すに当たり、
回転中心軸直交断面図上、リブ中央部通過仮想線(６)と平行で、上記他方のウェイト部横側部分(３ｂ)で補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)を通過するリブ幅方向最外仮想線(９)を想定し、
このリブ幅方向最外仮想線(９)よりも外側にのみ、重心位置修正用除肉部(３ｄ)を形成し、
回転中心軸直交断面図上、補強リブ(５)の幅方向最外部(５ａ)からリブ幅方向最外仮想線(９)に沿った後、リブ幅方向最外仮想線(９)と実質的に直交する向きに沿って外側に曲がる除肉面(３ｆ)を形成し、この除肉面(３ｆ)に沿って、ウェイト部横側部分(３ｂ)の補強リブ寄り部分が重心位置修正用除肉部(３ｄ)として除肉してある、ことを特徴とするエンジンの回転バランサ。
請求項１に記載したエンジンの回転バランサにおいて、
回転中心軸直交断面図上、回転中心軸(２)と重心(４)とを通過する重心通過仮想線(７)と、この重心通過仮想線(７)と回転中心軸(２)上で直交する重心線直交仮想線(８)とを想定し、
この重心線直交仮想線(８)よりも補強リブ(５)側にはウェイト部を設けないようにした、ことを特徴とするエンジンの回転バランサ。