JP5077189B2 - 複リンク式エンジンの振動低減構造 - Google Patents

Description

本発明は、複リンク式エンジンの振動低減構造に関する。

従来から、ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクを介して連結する複リンク式エンジンが知られている。

例えば、特許文献１には、ピストンとクランクシャフトとをアッパリンク及びロアリンクを介して連結し、ロアリンクの姿勢を制御することで圧縮比を可変に制御する複リンク式エンジンが開示されている。この複リンク式エンジンは、一端がロアリンクに連結し、他端がコントロールシャフトの偏心軸に連結するコントロールリンクを備え、コントロールシャフトの回転角を変化させることでコントロールリンクを介してロアリンクの姿勢を制御する。
特開２００６−２０７６３４号公報

ところで、複リンク式エンジンでは、各リンクの慣性力等に起因して、ピストン移動方向だけでなく、ピストン移動方向に対して横方向（クランクシャフト軸方向から見た場合のピストン移動方向に対する左右横方向）にも振動が生じる。この横方向の振動の中で、例えばエンジン回転２次の振動成分は、ピストンとクランクシャフトとを１本のコンロッドで連結する従来のピストン−クランク機構では問題とならず、複リンク式エンジンに特有のものである。

なお、振動成分の次数は、エンジン回転の周期（クランクシャフトが１回転するときの周期）と同じ周期の振動成分が１次であり、２分の１周期の振動成分は２次、以下何分の１周期かによって高次の振動成分の次数が特定される。

特許文献１に記載の複リンク式エンジンは、クランクシャフトの下方に２次バランサー装置を備え、２次バランサー装置の第１バランサーシャフト及び第２バランサーシャフトをクランクシャフト回転方向とは逆方向に回転させることで、ピストン移動方向に対して傾斜する方向の２次振動を低減する。

しかしながら、特許文献１に記載の複リンク式エンジンでは、２次バランサー装置を別途備えるので、コストアップとなるだけでなく、２次バランサー装置駆動時のフリクション増によって燃費性能が悪化するという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、簡素な構成で、ピストン移動方向に対して横方向の振動を低減できる複リンク式エンジンの振動低減構造を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明は、一端がピストンピンを介してピストンに連結されるアッパリンクと、前記アッパリンクの他端にアッパピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結されるロアリンクと、一端がコントロールピンを介して前記ロアリンクに連結されるとともに、他端が揺動軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクとを備える複リンク式エンジンの振動低減構造であって、コントロールリンク重心が前記コントロールピンの中心と前記揺動軸の中心を通る線上であって前記揺動軸の中心に対しコントロールピン側とは逆側に設定されるように、前記コントロールリンクの揺動軸側端部にバランスウェイトを設けることを特徴とする。

本発明によれば、簡素な構成で複リンク式エンジン本体に発生するピストン移動方向に対して横方向の２次以上の振動を低減することができ、コストアップや燃費性能の悪化を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の基礎となる複リンク式エンジンを示す概略構成図である。

複リンク式エンジン１００は、車両用の直列４気筒エンジンであって、ピストン上死点位置を変化させて圧縮比を変更する圧縮比可変機構１０を備える。圧縮比可変機構１０は、ピストン１１とクランクシャフト１２とを、アッパリンク１３及びロアリンク１４で連結し、コントロールリンク１５によってロアリンク１４の姿勢を制御することで圧縮比を変更する。

アッパリンク１３は、上端でピストンピン１６を介してピストン１１に連結する。アッパリンク１３は、下端でアッパピン１７を介してロアリンク１４の一端に連結する。ロアリンク１４の他端は、コントロールピン１８を介してコントロールリンク１５に連結する。

ロアリンク１４は、アッパピン１７の中心とコントロールピン１８の中心との間にクランクピン１２Ａが配置されるように、クランクピン１２Ａが連結される連結孔１４Ａを形成する。ロアリンク１４は、図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔１４Ａを有する。ロアリンク１４は、連結孔１４Ａにクランクシャフト１２のクランクピン１２Ａを挿入し、クランクピン１２Ａを中心に揺動する。

クランクシャフト１２は、クランクピン１２Ａ、ジャーナル１２Ｂ及びカウンターウェイト１２Ｃを備える。クランクピン１２Ａの中心はジャーナル１２Ｂの中心から所定量偏心している。カウンターウェイト１２Ｃは、クランクアームに一体形成されて、ピストン運動の回転１次振動成分を低減する。

コントロールリンク１５の上端は、コントロールピン１８を介してロアリンク１４に対して回動自在に連結する。コントロールリンク１５の下端は、コントロールシャフト２０の偏心軸（揺動軸）２１に連結する。コントロールリンク１５は、偏心軸２１を中心に揺動する。

コントロールシャフト２０は、クランクシャフト１２と平行に配置され、シリンダブロックに回転自在に支持される。コントロールシャフト２０の偏心軸２１は、コントロールシャフト軸心から所定量偏心した位置に形成される。コントロールシャフト２０は、図示しないアクチュエータによって回転制御され、偏心軸２１を移動させる。

アクチュエータによってコントロールシャフト２０が回転し、偏心軸２１がコントロールシャフト２０の中心軸に対して相対的に低くなる方向に移動すると、ロアリンク１４はクランクピン１２Ａを中心としてアッパピン１７の位置が相対的に上昇する方向に傾く。これによりピストン１１が上昇して、複リンク式エンジン１００の圧縮比が高くなる。これに対して、偏心軸２１がコントロールシャフト２０の中心軸に対して相対的に高くなる方向に移動すると、ロアリンク１４はクランクピン１２Ａを中心としてアッパピン１７の位置が相対的に低くなる方向に傾く。これによりピストン１１が下降して、複リンク式エンジン１００の圧縮比が低くなる。

複リンク式エンジン１００では、例えば高負荷運転領域においてエンジン回転速度によらずノッキング防止のために低圧縮比に設定され、ノッキング発生のおそれが低い低中負荷運転領域において出力の向上を図るために高圧縮比に設定される。

ところで、上記のような複リンク式エンジンでは、アッパリンク、ロアリンク及びコントロールリンクの各リンクに生じる慣性力の総和がエンジン本体を加振する加振力となり、この加振力によってエンジン本体はピストン移動方向（エンジン上下方向）だけでなく、ピストン移動方向に対して横方向（エンジン左右方向）にも振動する。このエンジン左右方向の振動の中で、例えばエンジン回転２次の振動成分は、複リンク式エンジンに特有のものである。

複リンク式エンジン１００は４気筒エンジンであることから、エンジン左右方向の振動のうち１次振動の影響は小さいので、エンジン回転に対して２次以上の振動を低減することを目的とする。特に、車室内騒音であるこもり音の要因となるエンジン左右方向の２次振動を低減する必要がある。そこで、複リンク式エンジン１００では、エンジン回転２次以上の少なくともいずれか１つの所定次数の慣性力として、アッパリンク１３、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５の各リンクの重心位置におけるエンジン左右方向２次の左方向慣性力の総和と右方向慣性力の総和が釣り合うように、各リンクの質量、形状等を構成して、エンジン左右方向の２次振動の低減を図る。

図２は、各リンクの重心位置におけるエンジン左右方向の２次以上慣性力の総和を計算するための複リンク式エンジン１００のモデル図である。図２は、クランクシャフト１２の回転中心を座標中心（０，０）として示した直交座標であって、エンジン左右方向にｘ軸を設け、エンジン上下方向にｙ軸を設ける。

図２に示すように、ピストンピン１６の中心を位置（ｘ₄，ｙ₄）とし、アッパピン１７の中心を位置（ｘ₃，ｙ₃）とし、クランクピン１２Ａの中心を位置（ｘ₁，ｙ₁）とし、コントロールピン１８の中心を位置（ｘ₂，ｙ₂）とし、コントロールシャフト２０の偏心軸２１の中心を位置（ｘ_c、ｙ_c）とする。

アッパリンク１３は、質量をｍ_uとし、ピストンピン１６の中心とアッパピン１７の中心との間の長さをＬ₆とする。アッパリンク重心Ｇ_uは、ピストンピン中心とアッパピン中心とを通る直線上又はその近傍に位置しており、直線近傍に位置する場合も簡略化の観点で、ピストンピン中心とアッパピン中心の内分点になっていると仮定する。そして、ピストンピン中心からアッパリンク重心Ｇ_uまでの距離をｘ_gu0とする。距離ｘ_gu0は、ピストンピン中心に対して、アッパピン側が正、その逆側が負となる。

ロアリンク１４は、質量をｍ_lとし、アッパピン１７の中心とクランクピン１２Ａの中心との間の長さをＬ₄とし、クランクピン中心とコントロールピン１８の中心との間の長さをＬ₂とする。ロアリンク１４においては、アッパピン１７の中心とコントロールピン１８の中心との間にクランクピン１２Ａが配置されるように、クランクピン１２Ａが連結される連結孔１４Ａを形成するように構成されることから、ロアリンク重心Ｇ_l及び連結孔１４Ａに挿入されるクランクピン１２Ａの中心が共に、アッパピン中心とコントロールピン中心とを通る直線上又はその近傍に位置している。直線近傍に位置する場合も簡略化の観点で、それぞれがアッパピン中心とコントロールピン中心の内分点になっていると仮定する。そして、クランクピン中心からロアリンク重心Ｇ_lまでの距離をｘ_gl0とする。距離ｘ_gl0は、クランクピン中心に対して、コントロールピン側が正、アッパピン側が負となる。

コントロールリンク１５は、質量をｍ_cとし、コントロールピン１８の中心と偏心軸２１の中心との間の長さをＬ₃とする。コントロールリンク重心Ｇ_cは、コントロールピン中心と偏心軸中心とを通る直線上又はその近傍に位置しており、直線近傍に位置する場合も簡略化の観点で、コントロールピン中心と偏心軸中心の内分点になっていると仮定する。そして、偏心軸中心からコントロールリンク重心Ｇ_cまでの距離をｘ_gc0とする。距離ｘ_gc0は、偏心軸中心に対して、コントロールピン側が正、その逆側が負となる。

アッパピン１７及びコントロールピン１８は、いずれかのリンクの一部分とみなすことで、各リンクの質量及び重心位置を求める際にその影響が織り込まれているものとする。

なお、クランクシャフト１２の回転中心とクランクピン１２Ａの中心を通る線と、ｘ軸とのなす角度をクランク角度θ_Aとする。

上記のようなモデル設定において、各リンクの重心位置におけるエンジン左右方向の２次以上慣性力の総和を算出するのに際し、まずロアリンク重心Ｇ_lのエンジン左右方向変位ｘ_gl、アッパリンク重心Ｇ_uのエンジン左右方向変位ｘ_gu及びコントロールリンク重心Ｇ_cのエンジン左右方向変位ｘ_gcをそれぞれ求める。

各リンクのエンジン左右方向変位ｘ_gl、ｘ_gu、ｘ_gcは、（１）〜（３）式のように表わされる。

ここで、コントロールピン１８のエンジン左右方向変位ｘ₂は、（４）式に示すように、エンジン回転に対して１次の変位ｘ_2Lと２次以上の変位ｘ_2Hに分離することができる。１次変位ｘ_2L及び２次以上変位ｘ_2Hは、それぞれ各リンク形状等によって決まる定数Ａ_n、Ｂ_nとクランク角度θ_Aとから算出される。

一方、クランクシャフト１２はシャフト端部に設けられたフライホイールによって回転変動が抑制されるので、クランクピン１２Ａのエンジン左右方向変位ｘ₁は（５）式のように１次変位だけで表わされ、２次以上変位ｘ_1Hはゼロとなる。

また、ピストン１１はシリンダに沿って摺動するので、ピストンピン１６はエンジン左右方向に変位しない。そのため、ピストンピン１６のエンジン左右方向の２次以上変位ｘ_4Hは（６）式のようにゼロになる。

偏心軸２１はコントロールシャフト２０が回転すると移動するが、偏心軸２１の移動速度はエンジン回転速度に比べて小さく、偏心軸２１は固定端とみなせるので、偏心軸２１のエンジン左右方向の２次以上変位ｘ_cHは（７）式のようにゼロになる。

上記（４）式〜（７）式を用いて（１）〜（３）式をエンジン左右方向の２次以上変位として整理すると、ロアリンク重心Ｇ_lの２次以上変位ｘ_glH、アッパリンク重心Ｇ_uの２次以上変位ｘ_guH及びコントロールリンク重心Ｇ_cの２次以上変位ｘ_gcHは（８）〜（１０）式となる。

そして、各リンク重心位置におけるエンジン左右方向の２次以上慣性力の総和Ｆｅｓは、各リンク質量ｍ_l、ｍ_u、ｍ_cと上記（８）〜（１０）式によって、（１１）式のように表わされる。なお、（１１）式において、右辺第１項はロアリンク１４の慣性力を示し、右辺第２項はコントロールリンク１５の慣性力を示し、右辺第３項はアッパリンク１３の慣性力を示す。

上記（１１）式においてエンジン左右方向の２次以上慣性力の総和Ｆｅｓがゼロ、具体的には（１１）式を整理して得られる（１２）式がゼロになれば、つまり各リンクのエンジン左右方向２次の左方向慣性力の総和と右方向慣性力の総和が釣り合うようになれば、エンジン本体をエンジン左右方向に加振する２次以上の加振力がなくなって、エンジン左右方向の２次以上の振動が抑制される。

したがって、複リンク式エンジン１００では、（１２）式を満たすように、アッパリンク１３、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５の質量、形状等を決定することができる。

図３は、（１２）式を満足するように設計した各リンクを示す図である。図３（Ａ）はアッパリンク１３を示し、図３（Ｂ）はロアリンク１４を示し、図３（Ｃ）コントロールリンク１５を示す。

図３（Ａ）に示すように、アッパリンク１３は、質量がｍ_uで、ピストンピン１６の中心とアッパピン１７の中心との間の長さがＬ₆となるように形成される。アッパリンク１３は棒状部材として形成され、ピストンピン１６の中心線とアッパピン１７の中心線を含んだ平面を挟んで対称な立体形状となっている。アッパリンク重心Ｇ_uはピストンピン中心とアッパピン中心とを通る線上又はその近傍であってピストンピン中心とアッパピン中心との間に設定される。ピストンピン中心からアッパリンク重心Ｇ_uまでの距離はｘ_gu0である。

図３（Ｂ）に示すように、ロアリンク１４は、質量がｍ_lで、アッパピン１７の中心とクランクピン１２Ａの中心との間の長さがＬ₄で、クランクピン中心とコントロールピン１８の中心との間の長さがＬ₂となるように形成される。ロアリンク１４には、アッパピン１７とコントロールピン１８との間であって、アッパピン中心とコントロールピン中心とを通る線上又はその近傍にクランクピン中心が配置されるように、連結孔１４Ａが形成される。このように連結孔１４Ａを形成すれば、連結孔１４Ａを挟んでアッパピン側とコントロールピン側が概ね対称となるロアリンク１４の構造上、ロアリンク重心Ｇ_lについてもアッパピン中心とコントロールピン中心とを通る線上又はその近傍に設定される。また、ロアリンク１４は、ロアリンク重心Ｇ_lがアッパピン中心とコントロールピン中心とを通る線上であって、コントロールピン中心とクランクピン中心との間に配置されるように構成される。なお、クランクピン中心からロアリンク重心Ｇ_lまでの距離はｘ_gl0である。

図３（Ｃ）に示すように、コントロールリンク１５は、質量がｍ_cで、コントロールピン１８の中心と偏心軸２１の中心との間の長さがＬ₃となるように形成される。コントロールリンク１５は棒状部材として形成され、コントロールピン１８の中心線と偏心軸１８の中心線を含んだ平面を挟んで対称な立体形状となっている。コントロールリンク重心Ｇ_cはコントロールピン中心と偏心軸中心とを通る線上又はその近傍であってコントロールピン中心と偏心軸中心との間に設定される。偏心軸中心からコントロールリンク重心Ｇ_cまでの距離はｘ_gc0である。

上記の各リンクについて、質量、ピン間長さ、所定のピン中心から重心までの距離で表わされる重心位置を（１２）式を満足するように構成すれば、複リンク式エンジン１００ではエンジン左右方向の２次以上の振動が抑制される。

図４及び図５を参照して、複リンク式エンジン１００の効果について説明する。図４は、複リンク式エンジン１００に対する比較例であって、（１２）式を満たしていない複リンク式エンジン２００を示す図である。図５は、複リンク式エンジン１００における、エンジン左右方向の２次慣性力を示す図である。

図４（Ａ）に示す複リンク式エンジン２００は、基本的には複リンク式エンジン１００と同じようなリンク配置であるが、複リンク式エンジン１００と比較して、アッパリンク２１３の質量が軽く、コントロールリンク２１５の質量が重く、さらにクランクピン中心からロアリンク重心までの距離が長くなるように構成されている。ロアリンク２１４の質量は、アッパリンク２１３やコントロールリンク２１５の質量よりも重く設定されている。このような場合には（１２）式の左辺にある３つの項の内、２つの正の項（第１項と第２項）の絶対値は１つの負の項（第３項）の絶対値よりも相対的に大きくなりやすく、（１２）式を満足しにくくなる。（１２）式を満たしていない複リンク式エンジン２００では、図４（Ｂ）に示すように、各リンクのエンジン左右方向の２次慣性力が釣り合わず、２次慣性力の総和を低減することができない。そのため、複リンク式エンジン２００では、エンジン左右方向の２次振動が発生する。

これに対して、複リンク式エンジン１００は（１２）式を満足するように各リンクが構成されており、図５に示すように、ロアリンク１４の２次慣性力（（１２）式の左辺第１項に相当）及びコントロールリンク１５の２次慣性力（（１２）式の左辺第３項に相当）がアッパリンク１３の２次慣性力（（１２）式の左辺第２項に相当）の半分程度となって、各リンクの２次の左右どちらか一方の向きの慣性力の総和とその反対向きの慣性力の総和が釣り合う。そのため各リンク重心位置におけるエンジン左右方向の２次慣性力の総和が、ほぼゼロとなる。これによりエンジン本体を振動させる２次加振力もほぼゼロになるので、複リンク式エンジン１００ではエンジン左右方向の２次振動の発生が抑制される。

以上、エンジン回転２次の振動に着目して説明したが、エンジン回転２次以上の少なくともいずれか１つの次数のピストン移動方向に対して左右横方向に作用する慣性力について、各リンクの所定次数の左方向慣性力と右方向慣性力の総和が釣り合うようにすれば、こもり音の抑制に寄与する。複リンク式エンジン１００では（１２）式を満足するように各リンクを構成しているので、２次よりも高い高次振動の発生も抑制される。

以上により、複リンク式エンジン１００では、下記の効果を得ることができる。

複リンク式エンジン１００では、アッパリンク１３、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５のエンジン左右方向の２次以上の慣性力の総和が略ゼロとなるように、具体的には（１２）式を満たすように、アッパリンク１３、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５の質量、形状等を決定するので、簡素な構成でエンジン左右方向の２次以上の振動を低減することが可能となる。

ところで、（１２）式については、ロアリンク１４においてロアリンク重心Ｇ_l及び連結孔１４Ａに挿入されるクランクピン１２Ａの中心がアッパピン中心とコントロールピン中心を通る線上にあることが望ましい。しかしながら、種々の制約から、図６（Ａ）に示すように、ロアリンク重心Ｇ_lやクランクピン１２Ａの中心をアッパピン中心とコントロールピン中心を通る線上からずらしてその近傍に位置するように、ロアリンク１４を形成せざるを得ない場合もあり得る。

図６（Ｂ）は、ロアリンク１４においてロアリンク重心Ｇ_lがアッパピン中心とコントロールピン中心を通る線からずれた場合における、ロアリンク重心Ｇ_lのずれ量Ｄと、各リンクのエンジン左右方向の２次慣性力の総和である２次加振力との関係を示す。ロアリンク重心Ｇ_lのずれ量Ｄは、アッパピン中心とコントロールピン中心を通る線と、ロアリンク重心Ｇ_lとの距離として表わされる。

複リンク式エンジン１００では、図６（Ｂ）の実線Ａに示すように、ロアリンク重心Ｇ_lがアッパピン中心とコントロールピン中心を通る線からずれるほど、エンジン左右方向の２次加振力は大きくなるが、ロアリンク重心Ｇ_lのずれ量Ｄが０ｍｍから十数ｍｍ以内の範囲Ｒ₁であれば、破線Ｂで示されるエンジン左右方向の慣性力を考慮していない複リンク式エンジン（例えば、図４の比較例）よりも２次加振力を小さくして、車室内騒音であるこもり音を抑制することができる。このように複リンク式エンジン１００では、ロアリンク重心Ｇ_lのずれが僅かであれば、（１２）式を満たすように各リンクを構成して、エンジン左右方向の２次以上の振動を低減することが可能である。

図６（Ｃ）は、クランクピン１２Ａの中心がアッパピン中心とコントロールピン中心を通る線からずれるようにロアリンク１４の連結孔１４Ａが形成された場合における、クランクピン中心のずれ量相関値θ_Bと、各リンクのエンジン左右方向の２次慣性力の総和である２次加振力との関係を示す。クランクピン中心のずれ量相関値θ_Bは、アッパピン中心とクランクピン中心を通る線と、コントロールピン中心とクランクピン中心を通る線とがなす角度として表わされる。

複リンク式エンジン１００では、クランクピン中心のずれ量相関値θ_Bが１８０°よりも小さくなると、図６（Ｃ）の実線Ｃに示すようにエンジン左右方向の２次加振力は大きくなるが、クランクピン中心のずれ量相関値θ_Bが１８０°から十数°以内の範囲Ｒ₂であれば、破線Ｂで示されるエンジン左右方向の慣性力を考慮していない複リンク式エンジン（例えば、図４の比較例）よりも２次加振力を小さくして、車室内騒音であるこもり音を抑制することができる。このように複リンク式エンジン１００では、クランクピン中心のずれが僅かであれば、（１２）式を満たすように各リンクを構成して、エンジン左右方向の２次以上の振動を低減することが可能である。

図７は、図３とは別の、本実施形態の基礎となる複リンク式エンジン１００の各リンクを示す図である。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれロアリンク１４、アッパリンク１３、コントロールリンク１５を示す。

図７の複リンク式エンジン１００の基本構成は、図３とほぼ同様であるが、ロアリンク１４の構成において相違する。

図７（Ａ）に示すように、ロアリンク１４には、アッパピン１７の中心とコントロールピン１８の中心とを通る線上であって、アッパピン中心とコントロールピン中心との間にクランクピン中心が配置されるように連結孔１４Ａが形成される。また、ロアリンク１４は、ロアリンク重心Ｇ_lが連結孔１４Ａに挿入されるクランクピン１２Ａの中心に一致するように形成される。

このようにロアリンク１４を形成すると、クランクピン中心からロアリンク重心Ｇ_lまでの距離ｘ_gl0がゼロになる。そして、連結孔１４Ａを挟んでアッパピン側とコントロールピン側が概ね対称となるロアリンク１４の構造上、アッパピン中心からクランクピン中心までの長さＬ₄とクランクピン中心からコントロールピン中心までの長さＬ₂が略等しくなる。

距離ｘ_gl0がゼロになると（１２）式の左辺第１項のロアリンク項がゼロになり、長さＬ₂及びＬ₄が略等しくなると（１２）式の左辺第３項のアッパリンク項を整理できるので、（１２）式は（１３）式のように変形される。

上記のアッパリンク１３とコントロールリンク１５について、質量、ピン間長さ、所定のピン中心から重心までの距離で表わされる重心位置を（１３）式を満足するように構成すれば、複リンク式エンジン１００ではエンジン左右方向の２次以上の振動が抑制される。

つまり、各リンクにピストン移動方向に対して横方向に作用する、エンジン回転２次以上の少なくともいずれか１つの次数の振動を抑制するように、ロアリンク１４は、アッパピン中心とコントロールピン中心との間にクランクピンが配置されるようにクランクピン１２Ａが連結される連結孔１４Ａを形成する。また、アッパリンク１３及びコントロールリンク１５は、ピストンピン中心からアッパピン中心までの長さＬ₆に対するピストンピン中心からアッパリンク重心までの距離ｘ_gu0の比と、アッパリンク質量ｍ_uとの積が、コントロールピン中心から揺動軸中心までの長さＬ₃に対する揺動軸中心からコントロールリンク重心までの距離ｘ_gc0の比と、コントロールリンク質量ｍ_cとの積と、バランスするように構成される。

ここで、アッパリンク１３及びコントロールリンク１５は、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように２つの連結部１３Ａ、１５Ａを有する棒状部材であって、ほぼ同じような形状として形成される。そのため、アッパリンク１３においてピストンピン中心からアッパリンク重心Ｇ_uまでの距離ｘ_gu0をピストンピン中心とアッパピン中心との間の長さＬ₆で割った値と、偏心軸中心からコントロールリンク重心Ｇ_cまでの距離ｘ_gc0をコントロールピン中心と偏心軸中心との間の長さＬ₃で割った値とはおおよそ等しくなる。したがって、アッパリンク１３の質量ｍ_uと、コントロールリンク１５の質量ｍ_cとをほぼ等しく設定すれば、（１３）式を満たすことができる。

図７の複リンク式エンジン１００では、各リンクにピストン移動方向に対して横方向に作用する、エンジン回転２次以上の少なくともいずれか１つの次数の振動を抑制するように、ロアリンク１４は、アッパピン中心とコントロールピン中心との間にクランクピン１２Ａが配置されるようにクランクピン１２Ａが連結される連結孔１４Ａを形成するとともに、アッパリンク１３及びコントロールリンク１５は、アッパリンク質量とコントロールリンク質量とが等しくなるように構成されている。

以上により、図７の複リンク式エンジン１００では、下記の効果を得ることができる。

複リンク式エンジン１００では、ロアリンク１４は、アッパピン中心とコントロールピン中心とを通る線上であって、アッパピン中心とコントロールピン中心との間にクランクピン中心が配置されるように連結孔１４Ａを形成するとともに、ロアリンク重心Ｇ_lがクランクピン中心に略一致するように構成され、アッパリンク１３及びコントロールリンク１５は、アッパリンク質量ｍ_uとコントロールリンク質量ｍ_cがほぼ等しくなるように構成されるので、（１３）式を満たし、図３の複リンク式エンジンと同様にエンジン左右方向の２次以上の振動を低減することが可能となる。

図８及び図９を参照して、第１実施形態の複リンク式エンジン１００について説明する。図８は、第１実施形態の複リンク式エンジン１００の概略構成図である。図９は、各リンク重心に作用するエンジン左右方向の２次慣性力を示す図である。

第１実施形態の複リンク式エンジン１００は、（１２）式あるいは（１３）式を満たすように各リンクを形成する点において図３や図７の複リンク式エンジンと同様であるが、コントロールリンク１５の構成において相違する。つまり、コントロールリンク１５にバランスウェイト１５Ｂを設置するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

（１１）式に示したように、エンジン左右方向の２次以上の慣性力のうち、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５に作用する慣性力はそれぞれ同方向にあり（正の項で示される）、コントロールリンク１５に作用する慣性力のみが逆方向にある（負の項で示される）。そのためロアリンク１４、コントロールリンク１５の慣性力の和をアッパリンク１３の慣性力によって打ち消して（１２）式を満足させる場合には、アッパリンク１３の質量ｍ_uを増加させる等してアッパリンク１３の慣性力をかなり大きくする必要がある。

そこで、第１実施形態の複リンク式エンジン１００では、コントロールリンク１５にバランスウェイト１５Ｂを設け、ロアリンク１４とコントロールリンク１５の慣性力の和を出来る限り小さくすることで、各リンクの慣性力の釣り合いの容易化を図りつつ、エンジン左右方向の２次以上の振動を低減する。すなわち、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５におけるピストン移動方向に対して左右横方向に作用するエンジン回転２次以上の所定の次数の慣性力の和が低下するように、コントロールリンク１５の揺動軸側端部にバランスウェイト１５Ｂを設ける。

図８に示すように、複リンク式エンジン１００のコントロールリンク１５は、偏心軸側端部にバランスウェイト１５Ｂを備える。バランスウェイト１５Ｂによって、コントロールリンク重心Ｇ_cは、コントロールピン１８の中心と偏心軸２１の中心を通る線上であって、偏心軸中心に対してコントロールピン側とは逆側に設定される。

このようにコントロールリンク重心Ｇ_cを設定すると、コントロールリンク重心Ｇ_cのエンジン左右方向の挙動が図３や図７の複リンクしきエンジンとは逆となる。そのため、コントロールリンク重心Ｇ_cにおけるエンジン左右方向の２次慣性力の向きは、図９に示すように、ロアリンク重心Ｇ_lに作用する慣性力の向きと逆向きとなって、アッパリンク重心Ｇ_uに作用する慣性力と同じ向きとなる。これは、偏心軸中心からコントロールリンク重心Ｇ_cまでの距離ｘ_gc0が負の値となって、（１１）式及び（１２）式のコントロールリンク項（（１２）式の左辺第１項）が負になることを意味している。

以上により、第１実施形態の複リンク式エンジン１００では、下記の効果を得ることができる。

複リンク式エンジン１００では、コントロールリンク１５の偏心軸側端部にバランスウェイト１５Ｂを設け、コントロールリンク重心Ｇ_cをコントロールピン中心と偏心軸中心を通る線上であって、偏心軸中心からコントロールピン側とは逆側に設定する。ロアリンク１４はコントロールリンク１５よりも質量が重くなりがちで、２次以上慣性力も大きくなりやすいが、コントロールリンク重心Ｇ_cに作用するエンジン左右方向の２次以上慣性力の向きを図３や図７の複リンク式エンジンとは逆向きにすることができるので、ロアリンク１４とコントロールリンク１５の２次以上慣性力の和を小さくすることができる。これにより、ロアリンク１４及びコントロールリンク１５に起因するエンジン左右方向の２次以上振動を低減することができる。また、ロアリンク１４とコントロールリンク１５の慣性力の和が小さくなれば、アッパリンク１３によってエンジン左右方向の２次以上慣性力をバランスさせやすくなり、各リンクの慣性力の釣り合いの容易化を図ることができる。

複リンク式エンジン１００では、アッパリンク重心及びコントロールリンク重心におけるエンジン左右方向の２次以上慣性力の和と、ロアリンク重心におけるエンジン左右方向の２次以上の慣性力を等しく設定し、各リンクが（１２）式を満たすように構成するので、図９に示すように、エンジン左右方向の２次慣性力の総和もほぼゼロとなる。これによりエンジン本体を振動させる２次加振力が低減され、２次振動の発生が抑制される。

図９においては２次振動についてのみ説明したが、第１実施形態の複リンク式エンジン１００においても、図３や図７の複リンク式エンジンと同様に２次よりも高い高次振動の発生も抑制される。

なお、第１実施形態では、コントロールリンク重心Ｇ_cがコントロールピン中心と偏心軸中心を通る線上であって、偏心軸中心からコントールピン側とは逆側に設定されるように、バランスウェイト１５Ｂをコントロールリンク１５に設置したが、これに限られるものではない。つまり、コントロールリンク重心Ｇ_cがコントロールピン中心と偏心軸中心を通る線上であって、偏心軸中心とコントールピン中心との間にある場合であっても、バランスウェイト１５Ｂをコントロールリンク１５に設置して、コントロールリンク重心Ｇ_cを偏心軸中心に近づけるようにしてもよい。そうすると、偏心軸中心からコントロールリンク重心Ｇ_cまでの距離ｘ_gc0が短くなって、（１２）式のコントロールリンク項の値を小さくなるので、ロアリンク１４とコントロールリンク１５の２次以上慣性力の和を小さくすることができ、各リンクの慣性力の釣り合いの容易化を図りつつ、エンジン左右方向の２次以上の振動を低減することができる。
（第２実施形態）
図１０及び図１１を参照して、第２実施形態の複リンク式エンジン１００について説明する。図１０（Ａ）は第２実施形態の複リンク式エンジン１００の概略構成図であり、図１０（Ｂ）はコントロールリンク１５の概略構成図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、エンジン左右方向及びエンジン上下方向（ピストン移動方向）の２次慣性力を示す。

第２実施形態の複リンク式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、コントロールリンク１５の重心位置において相違する。つまり、コントロールリンク重心Ｇ_cがコントロールピン中心と偏心軸中心とを通る線からずれるように、コントロールリンク１５にバランスウェイト１５Ｂを設置したもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図１０（Ａ）に示すように、複リンク式エンジン１００のコントロールリンク１５は、偏心軸側端部にバランスウェイト１５Ｂを備える。バランスウェイト１５Ｂは、コントロールリンク１５に設置された時に、コントロールリンク重心Ｇ_cが偏心軸２１の中心からコントールピン側とは逆側で、コントロールピン１８の中心と偏心軸中心を通る線の近傍であって、当該線から若干ずれるように構成される。

したがって、コントロールリンク重心Ｇ_cは、図１０（Ｂ）に示すように、偏心軸２１の中心を基準にすると、コントロールピン中心と偏心軸中心を通る線Ｘ上の重心成分Ｐと、線Ｘに直交し、偏心軸中心を通る線Ｙ上の重心成分Ｑとを有している。

重心成分Ｐは、コントロールピン中心と偏心軸中心を通る線上であって、偏心軸中心からコントロールピン側とは逆側にあり、第１実施形態において詳述したように、コントロールリンク１５のエンジン左右方向の慣性力に寄与する。コントロールリンク１５において、重心成分Ｐに作用するエンジン左右方向の２次以上慣性力の向きは、ロアリンク重心Ｇ_lに作用する２次以上慣性力とは逆向きになるので、第１実施形態と同様に、各リンクの２次以上慣性力の釣り合いの容易化を図りつつ、図１１（Ａ）に示すようにエンジン左右方向の２次以上の振動を低減することができる。

これに対して、重心成分Ｑは、コントロールリンク１５が偏心軸２１を中心に揺動した時にエンジン上下方向に揺動するので、コントロールリンク１５のエンジン上下方向の慣性力に寄与する。そのため、バランスウェイト１５Ｂの形状や質量等を調整して、偏心軸中心から重心成分Ｑまでの距離ｙ_gc0を調整すれば、図１１（Ｂ）に示すように、各リンク１３〜１５及びピストン１１に作用するエンジン上下方向の２次慣性力の総和をほぼゼロにすることができ、エンジン上下方向の２次振動を低減することができる。

以上により、第２実施形態の複リンク式エンジン１００では、下記の効果を得ることができる。

複リンク式エンジン１００では、コントロールリンク１５の偏心軸側端部にバランスウェイト１５Ｂを設け、コントロールリンク重心Ｇ_cを偏心軸中心からコントールピン側とは逆側で、コントロールピン中心と偏心軸中心を通る線からずれるように設定することにより、エンジン左右方向だけでなく、エンジン上下方向の振動を低減することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

第１及び第２実施形態では、本発明を４気筒エンジンに適用した例を説明したが、本発明を６気筒エンジンに適用すれば、６気筒エンジンおいて問題となるエンジン左右方向の３次振動を低減することができる。

第１実施形態の前提となる複リンク式エンジンの概略構成図である。 各リンクの重心位置における慣性力の総和を計算するための複リンク式エンジンのモデル図である。 アッパリンク、ロアリンク及びコントロールリンクの概略構成図である。 比較例である複リンク式エンジンの概略構成図である。 各リンク重心におけるエンジン左右方向の２次慣性力を示す図である。 ロアリンク重心とエンジン左右方向の２次加振力との関係、及びクランクピン中心とエンジン左右方向の２次加振力との関係について示す図である。 第１実施形態の前提となる別の複リンク式エンジンのアッパリンク、ロアリンク及びコントロールリンクの概略構成図である。 第１実施形態の複リンク式エンジンの概略構成図である。 エンジン左右方向の２次慣性力を示す図である。 第２実施形態の複リンク式エンジンの概略構成図である。 エンジン左右方向及びエンジン上下方向の２次慣性力を示す図である。

符号の説明

１００ 複リンク式エンジン
１１ ピストン
１２ クランクシャフト
１２Ａ クランクピン
１３ アッパリンク
１４ ロアリンク
１４Ａ 連結孔
１５ コントロールリンク
１５Ｂ バランスウェイト
１６ ピストンピン
１７ アッパピン
１８ コントロールピン
２０ コントロールシャフト
２１ 偏心軸（揺動軸）

Claims (6)

1. 一端がピストンピンを介してピストンに連結されるアッパリンクと、前記アッパリンクの他端にアッパピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結されるロアリンクと、一端がコントロールピンを介して前記ロアリンクに連結されるとともに、他端が揺動軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクとを備える複リンク式エンジンの振動低減構造であって、
   コントロールリンク重心が前記コントロールピンの中心と前記揺動軸の中心を通る線上であって前記揺動軸の中心に対しコントロールピン側とは逆側に設定されるように、前記コントロールリンクの揺動軸側端部にバランスウェイトを設けることを特徴とする複リンク式エンジンの振動低減構造。
2. 一端がピストンピンを介してピストンに連結されるアッパリンクと、前記アッパリンクの他端にアッパピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結されるロアリンクと、一端がコントロールピンを介して前記ロアリンクに連結されるとともに、他端が揺動軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクとを備える複リンク式エンジンの振動低減構造であって、
   コントロールリンク重心が、前記コントロールピンの中心と前記揺動軸の中心を通る線からずれるとともに、前記揺動軸の中心に対しコントロールピン側とは逆側に設定されるように、前記コントロールリンクの揺動軸側端部にバランスウェイトを設けることを特徴とする複リンク式エンジンの振動低減構造。
3. 前記コントロールリンクは、前記バランスウェイトによって、前記コントロールリンクにおける慣性力の向きが前記ロアリンクにおける慣性力の向きとは逆向きになるように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複リンク式エンジンの振動低減構造。
4. 各リンクにおけるピストン移動方向に対して左右横方向に作用するエンジン回転２次以上の所定の次数の慣性力の総和がゼロとなるように、前記アッパリンク、前記ロアリンク及び前記コントロールリンクを構成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の複リンク式エンジンの振動低減構造。
5. 前記アッパリンク及び前記コントロールリンクにおける慣性力の和と、前記ロアリンクにおける慣性力が等しくなることを特徴とする請求項４に記載の複リンク式エンジンの振動低減構造。
6. 前記複リンク式エンジンは、４気筒エンジンであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の複リンク式エンジンの振動低減構造。

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