JP5655539B2

JP5655539B2 - 回転変動低減装置

Info

Publication number: JP5655539B2
Application number: JP2010279554A
Authority: JP
Inventors: 山下　健一; 健一山下
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: JP2012127424A

Description

本発明は、ピストンの慣性力を打ち消す為にエンジンに設けられた２次バランサを利用し、クランク軸の回転変動の低減を図る回転変動低減装置に関する。

一般的な直列４気筒エンジンに用いられる２次バランサ機構は、クランク軸により歯車を介して駆動され互いに逆回転する２本のバランサ軸が設けられ、且つ、各バランサ軸には２次バランサ（不釣り合い重り）が設けられ、その２次バランサにより慣性力を発生するものである。２次バランサの慣性力は２次バランサが上下位置にあるときのみ外力として働き、それ以外の位置では２次バランサの慣性力が互いに打ち消し合い、若しくは弱め合い外力として働かない。２次バランサが上下位置にあるときの外力を利用して、ピストンに発生する慣性力を消去する。直列４気筒エンジンのピストンに発生する慣性力は、一般的にＮｏ．１気筒及びＮｏ．４気筒とＮｏ．２気筒及びＮｏ．３気筒とは１８０度の位相差を持っていることから、回転の１次成分は消し去られる。ところが、上死点の慣性力が下死点の慣性力よりも大きいことから回転の２次成分が不釣り合い力として残ってしまう。この不釣り合い力を消し去る、若しくは低減するのが２次バランサの役目である。この不釣り合い力を消し去る為に、クランク軸によりバランサ軸を駆動する歯車（ギア比）は１対２（１：２）に設定され、クランク軸が１回転するのに対して、２次バランサ（バランサ軸）は２回転する。

特開２００６−７０９００号公報

上記の２次バランサはピストンの上下の慣性力を消し去る、若しくは低減することは可能であるが、それ以外のエンジンの振動を低減することは出来ない。一般に、直列４気筒エンジンの振動では、主にピストンから発生する上下の起振力とクランク軸の回転変動から起こされるローリング振動とがある。２次バランサでは前者（上下の起振力）を低減することは可能であるが、後者（ローリング振動）を低減することは出来ない。

そこで、本発明の目的は、ピストンの慣性力を打ち消す為にエンジンに設けられた２次バランサを利用し、クランク軸の回転変動を低減出来る装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンのクランク軸により駆動され互いに逆回転する一対のバランサ軸と、前記クランク軸に作用するピストンの慣性力を打ち消す為に前記一対のバランサ軸に各々設けられ磁性材料からなるバランサウェイトと、前記バランサウェイトに対して前記ピストンと反対側の位置に配置された磁石とを備え、前記磁石と前記バランサウェイトとの相互作用により前記クランク軸の回転変動を低減するようにしたものである。

前記磁石が永久磁石であっても良い。

前記エンジンは直列４気筒４サイクルエンジンであり、前記クランク軸と前記バランサ軸との回転比が１対２であっても良い。

本発明によれば、ピストンの慣性力を打ち消す為にエンジンに設けられた２次バランサを利用し、クランク軸の回転変動を低減出来る装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る回転変動低減装置の概略図である。（ａ）はＮｏ．１気筒の作動を示す図であり、（ｂ）はクランク軸回転速度とクランク軸角度との関係を示す図であり、（ｃ）はバランサ軸回転速度とバランサ軸角度との関係を示す図である。クランク軸回転速度とクランク軸角度との関係を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、多気筒のエンジン（本実施形態では、直列４気筒４サイクルのディーゼルエンジン）１は、ピストン２が昇降可能（往復動可能）に設けられるシリンダ（気筒）３が形成されたシリンダブロック４と、シリンダブロック４の下部に取り付けられたクランクケース５と、クランクケース５の下部に取り付けられ、潤滑油を貯留するオイルパン６と、シリンダブロック４の上部に取り付けられたシリンダヘッド７とを備えている。

シリンダブロック４にはクランク軸８が回転可能に支持されており、クランク軸８とピストン２とがコンロッド（コネクティングロッド）９により連結されている。

図１に示すように、本実施形態に係る回転変動低減装置１０は、クランク軸８により駆動され、互いに逆回転する一対のバランサ軸１１と、ピストン２の上下の慣性力を打ち消すべく、一対のバランサ軸１１に各々設けられた２次バランサ（バランサウェイト）１２とを備えている。

バランサ軸１１は、歯車（図示せず）を介してクランク軸８により駆動される。クランク軸８とバランサ軸１１との回転比は、１対２（１：２）に設定されている。本実施形態では、バランサ軸１１は、クランクケース５に結合され且つオイルパン６内に収容されるケーシング１３に回転可能に支持されている。また、本実施形態では、一対のバランサ軸１１は、シリンダ３の中心線Ｙからの距離がほぼ等しくなるように配置され、且つ、クランク軸８の横中心線Ｚからの距離（即ち、高さ位置）がほぼ等しくなるように配置されている。即ち、一対のバランサ軸１１は、シリンダ３の中心線Ｙに対して左右対称となるように配置されている。また、本実施形態では、２次バランサ１２はバランサ軸１１に一体的に形成されており、２次バランサ１２及びバランサ軸１１は磁性材料（例えば、鋳鉄）からなる。

２次バランサ１２とピストン２との位相関係は、両方の２次バランサ１２が下方位置にあるときにＮｏ．１気筒のピストン２が上死点にあるように設定されている（図２（ａ）参照）。また、シリンダ３間のピストン２の位相関係は、Ｎｏ．１気筒及びＮｏ．４気筒のピストン２とＮｏ．２気筒及びＮｏ．３気筒のピストン２とが１８０度の位相差を持つように設定されている。

本実施形態では、２次バランサ１２が下方位置に来るときに近接するように２次バランサ１２の下方に磁石（強力磁石）１４を配置している。即ち、２次バランサ１２に対してピストン２と反対側の位置に磁石１４を配置している。

本実施形態の磁石１４は、永久磁石（例えば、ネオジム磁石）であり、上下方向に磁極面を有している。本実施形態では、磁石１４は、ケーシング１３に取り付けられている。また、本実施形態では、２次バランサ１２毎に磁石１４を配置しており、これら磁石１４は、シリンダ３の中心線Ｙからの距離がほぼ等しくなるように配置され、且つ、クランク軸８の横中心線Ｚからの距離（即ち、高さ位置）がほぼ等しくなるように配置されている。即ち、２つの磁石１４は、シリンダ３の中心線Ｙに対して左右対称となるように配置されている。

本実施形態の作用を説明する。

図２（ｂ）及び（ｃ）に磁石１４が無い場合の回転変動を示す。

図２（ｂ）に示すように、クランク軸８は回転速度を変化させながら回転している。各シリンダ３の圧縮行程ではクランク軸８の回転は減速され、各シリンダ３における爆発後にはクランク軸８の回転は加速される。このクランク軸８の回転変動の反作用をシリンダブロック４が受けてローリング振動を発生させる。

一方、図２（ｃ）に示すように、クランク軸８の回転変動を受けてバランサ軸１１も、クランク軸８の４回転に対して４回変動する回転変動を起こしている。また、クランク軸８とバランサ軸１１との回転比は１対２（１：２）であるので、クランク軸８が７２０度（７２０ー）回転（２回転）するとき、２次バランサ１２（バランサ軸１１）は１４４０度（１４４０ー）回転（４回転）する。

これに対して、本実施形態では、図１に示すように２次バランサ１２の下方に磁石１４を配置することにより、バランサ軸１１の回転変動に対して、回転変動を減らすように作用させることできる。即ち、磁石１４による吸引力が、２次バランサ１２が磁石１４に近づいていくときにはバランサ軸１１の回転を加速させ、２次バランサ１２が磁石１４から遠ざかっていくときにはバランサ軸１１の回転を減速させるように作用する（図３参照）。この磁石１４と２次バランサ１２との相互作用により、クランク軸８の回転変動を受けて起こるバランサ軸１１の回転変動が低減される。バランサ軸１１は歯車を介してクランク軸８により駆動されることから、バランサ軸１１の回転変動低減により、クランク軸８の回転変動を低減することが可能である。

図３に本発明を適用した場合（磁石１４が有る場合）のクランク軸８の回転変動低減効果を示す。なお、図３中、実線は本発明を適用した場合（磁石１４が有る場合）のクランク軸８の回転変動を示し、破線は従来例の場合（磁石１４が無い場合）のクランク軸８の回転変動を示す。図３に示すようにクランク軸８の回転変動を低減出来、クランク軸８の回転変動低減により、エンジン１のローリング振動の低減が可能となる。

以上要するに本実施形態によれば、２次バランサ１２に対してピストン２と反対側の位置に磁石１４を配置することで、クランク軸８の回転変動を低減出来、またクランク軸８の回転変動により起こされるエンジン１のローリング振動を低減出来る。

また、本実施形態によれば、磁石（永久磁石）１４をエンジン１に配置するだけなので、構造が簡略で、低コストで実現できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記の実施形態ではエンジン１がディーゼルエンジンであるとしたが、これには限定はされず、エンジン１が例えばガソリンエンジンであっても良い。

１エンジン
２ピストン
８クランク軸
１０回転変動低減装置
１１バランサ軸
１２２次バランサ（バランサウェイト）
１４磁石

Claims

エンジンのクランク軸により駆動され互いに逆回転すると共に前記クランク軸の２倍の回転数で回転する一対のバランサ軸と、前記クランク軸に作用するピストンの慣性力を打ち消す為に前記一対のバランサ軸に各々設けられ磁性材料からなるバランサウェイトと、前記バランサウェイトに対して前記ピストンと反対側の位置に配置され前記ピストンが上死点および下死点にあるときに前記バランサウェイトに近接する磁石とを備えたことを特徴とする回転変動低減装置。
前記磁石が永久磁石である請求項１に記載の回転変動低減装置。
前記エンジンは直列４気筒４サイクルエンジンである請求項１又は２に記載の回転変動低減装置。