JP6597652B2 - Internal combustion engine balance device - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関のバランス装置に係り、特に、単気筒又は4サイクル二気筒の内燃機関への搭載に適したバランス装置に関する。 The present invention relates to a balance device for an internal combustion engine, and more particularly to a balance device suitable for mounting on a single cylinder or four-cycle two-cylinder internal combustion engine.
レシプロ式の内燃機関には、一般に、バランス装置が搭載される。内燃機関の運転中は、ピストンの運動に起因する慣性力が発生する。バランス装置は、その慣性力に起因する振動を打ち消すための加振力を発生するように構成される。バランス装置が適切に振動を打ち消せば、静粛性に優れた内燃機関を実現することができる。 A reciprocating internal combustion engine is generally equipped with a balance device. During operation of the internal combustion engine, an inertial force due to the movement of the piston is generated. The balance device is configured to generate an excitation force for canceling vibration caused by the inertial force. If the balance device appropriately cancels vibrations, an internal combustion engine with excellent quietness can be realized.
特許文献1には、4気筒の内燃機関に搭載するためのバランス装置が開示されている。このバランス装置は、偏心ウェイトが装着されたバランス軸を有している。バランス軸は、不等速歯車を介してクランク軸と連結されている。内燃機関の運転中にクランク軸が回転すると、不等速歯車を介してバランス軸が回転する。
この際、バランス軸に装着されている偏心ウェイトは、バランス軸の角速度及び角加速度に応じて周期的に加振力を発生する。そして、バランス軸の角速度及び角加速度は、不等速歯車の特性に応じたプロファイルで変化する。特許文献1において、その不等速歯車は、打ち消すべき振動が大きいクランク角において大きな加振力が生成されるように形成されている。このため、上記従来のバランス装置によれば、内燃機関の振動を有効に抑制して優れた静粛性を実現することができる。
At this time, the eccentric weight attached to the balance shaft periodically generates an excitation force according to the angular velocity and angular acceleration of the balance shaft. The angular velocity and angular acceleration of the balance shaft change with a profile corresponding to the characteristics of the inconstant speed gear. In
しかしながら、特許文献1に記載のバランス装置では、クランク軸の回転を歯車によりバランス軸に伝えることが必要である。このため、両者の距離が離れる内燃機関では、歯車が大型化せざるを得ない。その結果、バランス装置が大型化してしまい、内燃機関の小型軽量化が妨げられる事態が生ずる。
However, in the balance device described in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の小型軽量化を妨げることなく、内燃機関の振動を有効に打ち消すことの出来るバランス装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a balance device that can effectively cancel the vibration of the internal combustion engine without hindering the reduction in size and weight of the internal combustion engine. To do.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関のバランス装置であって、
CS主軸を回転軸として回転するクランク軸と、
前記CS主軸と平行なBS支持軸を回転軸として回転するバランス軸とを備え、
前記クランク軸は、当該クランク軸の重心を前記CS主軸の中心から偏心させるCS偏心ウェイトを備え、
前記バランス軸は、当該バランス軸の重心を前記BS支持軸の中心から偏心させるBS偏心ウェイトを備え、更に、
前記クランク軸の前記CS主軸の中心から外れた位置に設けられたCS連結点と、前記バランス軸の前記BS支持軸の中心から外れた位置に設けられたBS連結点とを連結する連結桿と、
前記CS連結点を回転中心とする前記クランク軸と前記連結桿との相対回転を可能とするCS連結機構と、
前記BS連結点を回転中心とする前記バランス軸と前記連結桿との相対回転を可能とするBS連結機構と、
前記バランス軸が前記クランク軸と逆回転するように前記連結桿の動きをガイドするガイド部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a balance device for an internal combustion engine,
A crankshaft rotating about the CS main shaft as a rotation axis;
A balance shaft that rotates using a BS support shaft parallel to the CS main shaft as a rotation shaft,
The crankshaft includes a CS eccentric weight that decenters the center of gravity of the crankshaft from the center of the CS main shaft,
The balance shaft includes a BS eccentric weight that decenters the center of gravity of the balance shaft from the center of the BS support shaft, and
A connecting rod for connecting a CS connecting point provided at a position off the center of the CS main shaft of the crankshaft and a BS connecting point provided at a position off the center of the BS support shaft of the balance shaft; ,
A CS coupling mechanism that enables relative rotation of the crankshaft and the coupling rod with the CS coupling point as a rotation center;
A BS connection mechanism that enables relative rotation between the balance shaft and the connection rod with the BS connection point as a rotation center;
A guide portion for guiding the movement of the connecting rod so that the balance shaft rotates in reverse with the crankshaft;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記CS連結点、及び前記BS連結点の少なくとも一方を、夫々の回転半径の方向に変位可能とする連結点調整機構と、
前記連結桿の一点に設けられた摺動部と、を備え、
前記ガイド部は、前記摺動部の動きを、前記CS主軸の側から前記BS支持軸の側に向かう直線運動及びその逆向きの直線運動に規制することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
A connection point adjustment mechanism that enables displacement of at least one of the CS connection point and the BS connection point in the direction of the respective rotation radius;
A sliding portion provided at one point of the connecting rod,
The guide part restricts the movement of the sliding part to a linear motion from the CS main shaft side toward the BS support shaft side and a linear motion in the opposite direction.
また、第3の発明は、第1の発明において、
前記CS連結点、及び前記BS連結点の少なくとも一方を、夫々の回転半径の方向に変位可能とする連結点調整機構を備え、
前記ガイド部は、前記連結桿と重なる位置を中心として前記連結桿の可動平面と同じ平面内で回転することができ、かつ、前記連結桿を、当該連結桿の中心線の方向に摺動可能に保持することを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein
A connection point adjustment mechanism that enables displacement of at least one of the CS connection point and the BS connection point in the direction of the respective rotation radius;
The guide portion can rotate in the same plane as the movable plane of the connecting rod around a position overlapping with the connecting rod, and can slide the connecting rod in the direction of the center line of the connecting rod. It is characterized by holding.
また、第4の発明は、第1の発明において、
前記連結桿の、前記CS連結点と前記BS連結点との中点に設けられた規制部を備え、
前記CS連結点と前記BS連結点の距離は、前記CS主軸と前記BS支持軸との距離に等しく、
前記CS主軸の中心と前記CS連結点との距離は、前記BS支持軸の中心と前記BS連結点との距離に等しく、
前記ガイド部は、前記規制部が前記BS支持軸に最接近する位置で、当該規制部が前記CS連結点と同じ回転方向に変位するのを阻止するBS側ガイドと、前記規制部が前記CS主軸に最接近する位置で当該規制部が前記CS連結点と同じ回転方向に変位するのを阻止するCS側ガイドと、を備えることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 1st invention,
A restriction portion provided at a midpoint between the CS connection point and the BS connection point of the connection rod;
The distance between the CS connection point and the BS connection point is equal to the distance between the CS main shaft and the BS support shaft,
The distance between the center of the CS main shaft and the CS connection point is equal to the distance between the center of the BS support shaft and the BS connection point;
The guide portion includes a BS side guide that prevents the restricting portion from being displaced in the same rotational direction as the CS connection point at a position where the restricting portion is closest to the BS support shaft, and the restricting portion is the CS A CS-side guide that prevents the restricting portion from being displaced in the same rotational direction as the CS connection point at a position closest to the main shaft.
また、第5の発明は、第2の発明において、
前記クランク軸は、CS主軸の中心が、ピストンの往復運動の軸線から一定値だけオフセットされた位置に設置されるオフセットクランクの手法で用いられ、
前記バランス軸及び前記ガイド部は、前記CS主軸の中心及び前記BS支持軸の中心の少なくとも一方が、前記直線運動の軸線から一定値だけオフセットされた位置に形成されるように配置されることを特徴とする。
The fifth invention is the second invention, wherein
The crankshaft is used in an offset crank method in which the center of the CS main shaft is installed at a position offset from the axis of reciprocating motion of the piston by a certain value.
The balance shaft and the guide portion are arranged so that at least one of the center of the CS main shaft and the center of the BS support shaft is formed at a position offset by a certain value from the axis of the linear motion. Features.
また、第6の発明は、第5の発明において、
前記CS主軸の中心と前記BS支持軸の中心とを結ぶCS−BS中心線が前記直線運動の軸線から一定値だけオフセットされていることを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
A CS-BS center line connecting the center of the CS main axis and the center of the BS support shaft is offset from the axis of the linear motion by a predetermined value.
また、第7の発明は、第5の発明において、
前記CS主軸の中心が前記直線運動の軸線上に位置し、かつ、前記BS支持軸の中心が前記直線運動の軸線から一定値だけオフセットされていることを特徴とする。
The seventh invention is the fifth invention, wherein
The center of the CS main axis is located on the axis of the linear motion, and the center of the BS support shaft is offset from the axis of the linear motion by a certain value.
また、第8の発明は、第5の発明において、
前記BS支持軸の中心が前記直線運動の軸線上に位置し、かつ、前記CS主軸の中心が前記直線運動の軸線から一定値だけオフセットさていることを特徴とする。
The eighth invention is the fifth invention, wherein
The center of the BS support shaft is located on the axis of the linear motion, and the center of the CS main shaft is offset from the axis of the linear motion by a certain value.
また、第9の発明は、第5の発明において、
前記BS支持軸の中心が前記直線運動の軸線から一方の側に一定値だけオフセットされており、かつ、前記CS主軸の中心が前記直線運動の軸線から他方の側に一定値だけオフセットされていることを特徴とする。
The ninth invention is the fifth invention, wherein
The center of the BS support shaft is offset from the linear motion axis to one side by a certain value, and the center of the CS main shaft is offset from the linear motion axis to the other side by a certain value. It is characterized by that.
また、第10の発明は、第3の発明において、
前記クランク軸は、CS主軸の中心が、ピストンの往復運動の軸線から一定値だけオフセットされた位置に設置されるオフセットクランクの手法で用いられ、
前記ガイド部の回転中心が、前記CS主軸の中心と前記BS支持軸の中心とを結ぶCS−BS中心線から一定値だけオフセットされていることを特徴とする。
The tenth invention is the third invention, wherein
The crankshaft is used in an offset crank method in which the center of the CS main shaft is installed at a position offset from the axis of reciprocating motion of the piston by a certain value.
The rotation center of the guide portion is offset by a certain value from a CS-BS center line connecting the center of the CS main shaft and the center of the BS support shaft.
また、第11の発明は、第1乃至第10の発明の何れかにおいて、
前記CS連結点は、前記CS主軸の中心に対して前記CS偏心ウェイトの重心と同じ側に設けられ、かつ
前記BS連結点は、前記BS支持軸の中心に対して前記BS偏心ウェイトの重心と同じ側に設けられていることを特徴とする。
Further, an eleventh aspect of the invention is any one of the first to tenth aspects of the invention,
The CS connection point is provided on the same side as the center of gravity of the CS eccentric weight with respect to the center of the CS main shaft, and the BS connection point is a center of gravity of the BS eccentric weight with respect to the center of the BS support shaft. It is provided on the same side.
また、第12の発明は、第1乃至第10の発明の何れかにおいて、
前記CS連結点は、前記CS主軸の中心に対して前記CS偏心ウェイトの重心と反対側に設けられ、かつ
前記BS連結点は、前記BS支持軸の中心に対して前記BS偏心ウェイトの重心と反対側に設けられていることを特徴とする。
In addition, a twelfth aspect of the invention is any one of the first to tenth aspects of the invention,
The CS connection point is provided on the opposite side to the center of gravity of the CS eccentric weight with respect to the center of the CS main shaft, and the BS connection point is a center of gravity of the BS eccentric weight with respect to the center of the BS support shaft. It is provided on the opposite side.
また、第13の発明は、第1乃至第12の発明の何れかにおいて、
前記バランス軸に、前記クランク軸の回転方向と逆向きの回転モーメントを与えるモーメント付与機構を備えることを特徴とする。
The thirteenth aspect of the invention is any one of the first to twelfth aspects of the invention.
The balance shaft is provided with a moment applying mechanism that gives a rotational moment opposite to the rotational direction of the crankshaft.
また、第14の発明は、第13の発明において、
前記モーメント付与機構は、バランス軸に装着されたカムと、当該カムに押圧されることにより縮小するバネ部材とを備え、
前記カムは、前記バランス軸の回転に伴って、前記連結桿が前記BS支持軸側に移動する過程で前記バネ部材を押圧し、前記連結桿の軸線が前記BS支持軸と重なる位置において、前記バネ部材から前記逆向きの回転モーメントを受けるように形成されていることを特徴とする。
The fourteenth invention is the thirteenth invention, in which
The moment application mechanism includes a cam mounted on the balance shaft, and a spring member that reduces by being pressed by the cam.
The cam presses the spring member in the process in which the connecting rod moves toward the BS support shaft as the balance shaft rotates, and the cam shaft is positioned at a position where the axis of the connecting rod overlaps the BS support shaft. It is formed to receive the reverse rotational moment from the spring member.
また、第15の発明は、第1乃至第14の発明の何れかにおいて、
単気筒又は4サイクル2気筒の内燃機関に搭載されることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect, in any one of the first to fourteenth aspects,
It is mounted on a single-cylinder or 4-cycle 2-cylinder internal combustion engine.
また、第16の発明は、第1乃至第15の発明の何れかにおいて、
前記連結桿は、内燃機関の上死点及び下死点においてピストンの往復運動の軸線から傾斜するように配置され、
前記CS偏心ウェイトは、前記上死点の状況下で、前記CS主軸の回転中心を通り前記ピストンの往復運動の軸線と平行なCS軸線を挟んで、前記CS連結点と反対側となる領域に重心を有し、
前記BS偏心ウェイトは、前記上死点の状況下で、前記BS支持軸の回転中心を通り前記ピストンの往復運動の軸線と平行なBS軸線を挟んで、前記BS連結点と反対側となる領域に重心を有していることを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the invention, in any one of the first to fifteenth aspects,
The connecting rod is disposed so as to be inclined from the axis of reciprocation of the piston at the top dead center and the bottom dead center of the internal combustion engine,
The CS eccentric weight is located in a region opposite to the CS connection point with a CS axis parallel to the axis of reciprocation of the piston passing through the center of rotation of the CS main shaft under the condition of the top dead center. Has a center of gravity,
The BS eccentric weight is a region on the opposite side of the BS connection point across the BS axis parallel to the axis of reciprocating motion of the piston through the rotation center of the BS support shaft under the condition of the top dead center Has a center of gravity.
また、第17の発明は、第16の発明において、
前記CS偏心ウェイトは、内燃機関のコンロッドに起因する加振力、内燃機関のピストンに起因する加振力の一部、及び前記連結桿に起因する加振力の一部の合成力を打ち消す大きさの重量及び重心を有し、
前記BS偏心ウェイトは、内燃機関のピストンに起因する加振力の残部及び前記連結桿に起因する加振力の残部を打ち消す大きさの重量及び重心を有し、
前記一部と前記残部は均等であることを特徴とする。
The seventeenth invention is the sixteenth invention, in which
The CS eccentric weight is large enough to cancel the combined force of the excitation force caused by the connecting rod of the internal combustion engine, a part of the excitation force caused by the piston of the internal combustion engine, and a part of the excitation force caused by the connecting rod. Has a weight and center of gravity,
The BS eccentric weight has a weight and a center of gravity large enough to cancel the remainder of the excitation force caused by the piston of the internal combustion engine and the remainder of the excitation force caused by the connecting rod,
The part and the remaining part are equal.
また、第18の発明は、第17の発明において、
前記バランス軸は、その一端において前記連結桿と連結されており、
前記BS偏心ウェイトが有する重量のうち、前記連結桿に起因する加振力の残部を打ち消すための重量は、前記バランス軸の他端の近傍に比して、前記一端の近傍に大きく反映されていることを特徴とする。
The eighteenth invention is the seventeenth invention, wherein
The balance shaft is connected to the connecting rod at one end thereof,
Of the weight of the BS eccentric weight, the weight for canceling the remainder of the excitation force caused by the connecting rod is largely reflected in the vicinity of the one end compared to the vicinity of the other end of the balance shaft. It is characterized by being.
また、第19の発明は、第1乃至第18の発明の何れかにおいて、
前記連結桿は、前記クランク軸の側にCS側軸受けを有し、
前記CS連結機構は、前記CS側軸受けにより回転可能に保持されたCS側偏心軸を有し、
前記CS側偏心軸は、その中心から一定値だけずれたCS偏心点が前記CS主軸の中心と一致するように前記CS主軸に固定されており、
前記CS側偏心軸の中心が、前記CS連結点を構成していることを特徴とする。
The nineteenth aspect of the invention is any one of the first to eighteenth aspects of the invention,
The connecting rod has a CS side bearing on the crankshaft side,
The CS coupling mechanism has a CS side eccentric shaft rotatably held by the CS side bearing,
The CS-side eccentric shaft is fixed to the CS main shaft such that a CS eccentric point shifted from the center by a predetermined value coincides with the center of the CS main shaft,
The center of the CS-side eccentric shaft constitutes the CS connection point.
また、第20の発明は、第1乃至第19の発明の何れかにおいて、
前記連結桿は、前記バランス軸の側にBS側軸受けを有し、
前記BS連結機構は、前記BS側軸受けにより回転可能に保持されたBS側偏心軸を有し、
前記BS側偏心軸は、その中心から一定値だけずれたBS偏心点が前記BS支持軸の中心と一致するように前記BS支持軸に固定されており、
前記BS側偏心軸の中心が、前記BS連結点を構成していることを特徴とする。
Further, a twentieth aspect of the invention is any one of the first to nineteenth aspects of the invention,
The connecting rod has a BS side bearing on the balance shaft side,
The BS coupling mechanism has a BS side eccentric shaft rotatably held by the BS side bearing,
The BS side eccentric shaft is fixed to the BS support shaft such that a BS eccentric point shifted from the center by a certain value coincides with the center of the BS support shaft,
The center of the BS side eccentric shaft constitutes the BS connection point.
第1の発明によれば、クランク軸とバランス軸は互いに逆回転する。それらが共に一回転する間に、クランク軸の重心とバランス軸の重心は二度位相を一致させる。以下、位相の一致する二点を結ぶ方向を「Y方向」、これに垂直な方向を「X方向」とする。クランク軸とバランス軸が逆回転する過程で、CS偏心ウェイトに起因する加振力(以下、「CS加振力」と称す)のX成分と、BS偏心ウェイトに起因する加振力(以下、「BS加振力]と称す」のX成分は互いに打ち消し合うように作用する。一方、それらのY成分は、互いに合成されて強められる。このため、本発明によれば、主としてY方向に加振力を発生させることができる。内燃機関においては、ピストンの往復運動に伴って、その往復方向に、振動の原因となる慣性力が発生する。本発明によれば、Y方向をその往復方向に合わせることにより、CS加振力とBS加振力の合成力によりピストンの慣性力を打ち消すことができる。
本発明において、CS偏心ウェイトはクランク軸と共に回転する。このため、CS加振力のY成分は、クランク角の変化に伴って正弦波状に変化する。一方、BS偏心ウェイトは、連結桿を介してクランク軸と逆回転させられる。この場合、BS偏心ウェイトの回転はクランク軸の回転が等速回転であれば、必然的に不等速回転となる。そして、BS加振力のY成分は、クランク角の変化に対して歪んだ正弦波状の変化を示す。
ピストンの往復運動に起因する慣性力は、クランク半径rcに対するコンロッド長lcの比、即ち連桿比lc/rcが無限大であれば、クランク軸の回転に対して正弦波状の変化を示す。そして、実用的な連桿比lc/rcでは、その慣性力は、クランク角の変化に対して歪んだ正弦波状の変化を示す。本発明によれば、BS加振力のY成分が歪んだ正弦波状に変化するため、CS加振力とBS加振力との合成力は、ピストンの往復運動に起因する慣性力と精度良く整合させることができる。このため、本発明によれば、内燃機関の振動を有効に抑制することができる。
そして、本発明は、上記の効果を、歯車を用いることなく連結桿とガイド部とで実現することができる。連結桿とガイド部は、歯車に比して軽量に、かつ小さなスペース収まるように形成することができる。このため、この発明によれば、内燃機関の小型軽量化を妨げることなく、内燃機関の振動を有効に打ち消すことができる。
According to the first invention, the crankshaft and the balance shaft rotate in reverse to each other. While they rotate together, the center of gravity of the crankshaft and the center of gravity of the balance shaft are in phase twice. Hereinafter, a direction connecting two points having the same phase is referred to as a “Y direction”, and a direction perpendicular thereto is referred to as “X direction”. In the process of reverse rotation of the crankshaft and the balance shaft, the X component of the excitation force caused by the CS eccentric weight (hereinafter referred to as “CS excitation force”) and the excitation force caused by the BS eccentric weight (hereinafter referred to as “CS eccentric weight”) The X components of “BS excitation force” act so as to cancel each other, while the Y components are combined and strengthened with each other. In an internal combustion engine, as the piston reciprocates, an inertial force that causes vibration is generated in the reciprocating direction.According to the present invention, the Y direction is the reciprocating direction. The inertial force of the piston can be canceled out by the combined force of the CS excitation force and the BS excitation force.
In the present invention, the CS eccentric weight rotates together with the crankshaft. For this reason, the Y component of the CS excitation force changes in a sine wave shape as the crank angle changes. On the other hand, the BS eccentric weight is rotated reversely to the crankshaft through the connecting rod. In this case, the rotation of the BS eccentric weight inevitably becomes an inconstant speed rotation if the rotation of the crankshaft is a constant speed rotation. The Y component of the BS excitation force shows a sine wave-like change distorted with respect to the change in the crank angle.
If the ratio of the connecting rod length lc to the crank radius rc, that is, the linkage ratio lc / rc is infinite, the inertial force resulting from the reciprocating motion of the piston shows a sinusoidal change with respect to the rotation of the crankshaft. At a practical linkage ratio lc / rc, the inertial force shows a sine wave-like change distorted with respect to the change in the crank angle. According to the present invention, since the Y component of the BS excitation force changes to a distorted sine wave shape, the combined force of the CS excitation force and the BS excitation force is accurate with the inertial force resulting from the reciprocating motion of the piston. Can be matched. For this reason, according to this invention, the vibration of an internal combustion engine can be suppressed effectively.
And this invention can implement | achieve said effect with a connecting rod and a guide part, without using a gearwheel. The connecting rod and the guide portion can be formed so as to be lighter and smaller than a gear. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively cancel the vibration of the internal combustion engine without hindering the reduction in size and weight of the internal combustion engine.
第2の発明によれば、連結桿上の摺動部の位置は、ガイド部が許容する直線運動上の何れかの点に制限される。以下、この直線の方向を「y方向」とし、これに直行する方向を「x方向」とする。クランク軸が回転すれば、CS連結点は、y方向の位置と共にx方向の位置を変化させる。そして、摺動部のx座標が規制されているため、CS連結点がx正方向に移動すれば、BS連結点は、必然的にx負方向に移動する。また、CS連結点の変位方向がx正方向からx負方向に変化すれば、BS連結点の変位方向は、x負方向からx正方向に変化する。この際、BS連結点は、y方向に関しては常にCS連結点と同じ方向に変位する。その結果、バランス軸は、クランク軸に対して逆向きに回転することとなる。 According to the second invention, the position of the sliding portion on the connecting rod is limited to any point on the linear motion allowed by the guide portion. Hereinafter, the direction of this straight line will be referred to as the “y direction”, and the direction perpendicular thereto will be referred to as the “x direction”. When the crankshaft rotates, the CS connection point changes the position in the x direction together with the position in the y direction. And since the x coordinate of the sliding part is regulated, if the CS connection point moves in the x positive direction, the BS connection point inevitably moves in the x negative direction. If the displacement direction of the CS connection point changes from the x positive direction to the x negative direction, the displacement direction of the BS connection point changes from the x negative direction to the x positive direction. At this time, the BS connection point is always displaced in the same direction as the CS connection point in the y direction. As a result, the balance shaft rotates in the opposite direction with respect to the crankshaft.
第3の発明においても、CS連結点とBS連結点とは、第2の発明の場合と同様に、y方向では同じ方向に変位し、一方、x方向では逆の方向に変位する。このため、本発明によっても、クランク軸の回転に伴ったバランス軸をクランク軸に対して逆回転させることができる。また、本発明では、BS連結点からガイド部までの距離(BS距離)とCS連結点からガイド部までの距離(CS距離)との比BS/CSが、クランク軸の回転に伴って変化する。第2の発明では、この比は常に一定である。梃子の原理により、上記の比が大きいほど、クランク角の変化に伴うバランス軸の回転角変化が大きなものとなる。このため、本発明によれば、ピストンの慣性力を相殺するための加振力に、第2の発明の場合とは異なるプロファイルを与えることができる。 Also in the third invention, the CS connection point and the BS connection point are displaced in the same direction in the y direction, while being displaced in the opposite direction in the x direction, as in the second invention. For this reason, according to the present invention, the balance shaft accompanying the rotation of the crankshaft can be reversely rotated with respect to the crankshaft. In the present invention, the ratio BS / CS between the distance from the BS connection point to the guide portion (BS distance) and the distance from the CS connection point to the guide portion (CS distance) varies with the rotation of the crankshaft. . In the second invention, this ratio is always constant. Due to the lever principle, the larger the ratio, the greater the change in the rotation angle of the balance shaft that accompanies the change in the crank angle. For this reason, according to this invention, the profile different from the case of 2nd invention can be given to the excitation force for canceling the inertial force of a piston.
第4の発明によれば、連結桿の規制部は、CS主軸の中心、CS連結点、規制部、BS支持軸の中心及びBS連結点が一直線上に並ぶ状況下でBS支持軸に最接近する。以下、この位置を「第1思案点」とする。第1思案点では、BS連結点に作用する連結桿の軸力が回転モーメントとならない。このため、移動方向に制約がなければ、BS連結点は、クランク角の変化に伴い、第1思案点から何れの方向にも回転することができる。そして、BS連結点がクランク軸の回転方向と同じ方向に変位すれば、バランス軸はクランク軸と同方向に回転することとなる。本発明では、その方向の変位が連結桿の規制部とBS側ガイドとにより阻止される。このため、上記の状況からクランク角が変化すれば、BS連結点はクランク軸の回転方向とは逆方向に変位することになる。第1思案点を外れるとBS連結点に作用する連結桿の軸力が回転モーメントを発生させる。このため、バランス軸はクランク軸の回転に伴って逆回転を続ける。第1思案点の状態からクランク軸が180°回転すると、連結桿の規制部がCS主軸に最接近する状態で、CS主軸の中心、CS連結点、規制部、BS支持軸の中心及びBS連結点が一直線上に並ぶ状況が形成される。以下、この位置を「第2思案点」とする。第2思案点では、規制部の変位がCS側ガイドに規制される。その結果、第2思案点でもBS連結点は、クランク軸の回転方向と逆方向に導かれる。以上の作動が繰り返されることにより、本発明によっても、連結桿を介して、バランス軸をクランク軸と逆回転させ続けることができる。 According to the fourth invention, the restriction part of the connecting rod is closest to the BS support shaft in a situation where the center of the CS main shaft, the CS connection point, the restriction part, the center of the BS support shaft and the BS connection point are aligned. To do. Hereinafter, this position is referred to as a “first thought point”. At the first thought point, the axial force of the connecting rod acting on the BS connecting point does not become a rotational moment. For this reason, if there is no restriction | limiting in a moving direction, BS connection point can be rotated to any direction from a 1st thought point with the change of a crank angle. If the BS connection point is displaced in the same direction as the rotation direction of the crankshaft, the balance shaft rotates in the same direction as the crankshaft. In the present invention, displacement in that direction is prevented by the restricting portion of the connecting rod and the BS side guide. For this reason, if the crank angle changes from the above situation, the BS connection point is displaced in the direction opposite to the rotation direction of the crankshaft. When the first thought point is deviated, the axial force of the connecting rod acting on the BS connecting point generates a rotational moment. For this reason, the balance shaft continues to rotate in reverse with the rotation of the crankshaft. When the crankshaft is rotated 180 ° from the state of the first thought point, the center of the CS main shaft, the CS connection point, the control portion, the center of the BS support shaft, and the BS connection with the restriction portion of the connecting rod closest to the CS main shaft A situation is formed in which the dots are aligned. Hereinafter, this position is referred to as a “second thought point”. At the second thought point, the displacement of the restricting portion is restricted by the CS side guide. As a result, the BS connection point is also led in the direction opposite to the rotation direction of the crankshaft at the second thought point. By repeating the above operation, the balance shaft can continue to rotate reversely with respect to the crankshaft via the connecting rod according to the present invention.
第5乃至第9の何れかに記載の発明によれば、クランク軸がオフセットクランクの手法で用いられるため、上死点から下死点に向かうピストンの動きに起因する慣性力と、下死点から上死点に向かうピストンの動きに起因する慣性力とが非対象となる。連結部の摺動部が、CS主軸の中心とBS支持軸の中心とを結ぶ線分(以下、「CS−BS中心線」とする)上を往復運動する場合には、バランス軸が、上死点側から下死点側に向かう過程とその逆の過程とで対象な角速度プロファイルを示す。この場合、BS偏心ウェイトが発する加振力は、往路と復路で対象なものとなる。これに対して、本発明では、摺動部の直線運動が、CS−BS中心線と一致しない直線上にガイドされる。この場合、バランス軸の角速度プロファイルに歪みが生じ、BS偏心ウェイトが発する加振力は往路と復路で非対称なものとなる。このため、本発明によれば、往路と復路で非対称となる加振力を発生させることができ、オフセットクランクの条件下でピストンが発生する慣性力を適切に打ち消すことができる。 According to any of the fifth to ninth inventions, since the crankshaft is used in the offset crank method, the inertial force resulting from the movement of the piston from the top dead center toward the bottom dead center, and the bottom dead center. The inertial force resulting from the movement of the piston from the top to the top dead center becomes non-target. When the sliding part of the connecting part reciprocates on a line segment connecting the center of the CS main shaft and the center of the BS support shaft (hereinafter referred to as “CS-BS center line”), the balance shaft is The target angular velocity profile is shown in the process from the dead center to the bottom dead center and vice versa. In this case, the excitation force generated by the BS eccentric weight becomes a target in the forward path and the return path. On the other hand, in this invention, the linear motion of a sliding part is guided on the straight line which does not correspond with CS-BS centerline. In this case, distortion occurs in the angular velocity profile of the balance axis, and the excitation force generated by the BS eccentric weight is asymmetric between the forward path and the backward path. Therefore, according to the present invention, it is possible to generate a vibration force that is asymmetric between the forward path and the return path, and to appropriately cancel the inertial force generated by the piston under the condition of the offset crank.
第10の発明によれば、第9の発明の場合と同様に、ピストンが発する慣性力は往路と復路で非対称なものとなる。回転可能なガイド部が連結桿を保持する構成では、その回転中心がCS−BS中心線上に設定されていると、バランス軸の角速度プロファイルが往路と復路で対象となり、その結果、BS偏心ウェイトが発する加振力も往路と復路で対象なものとなる。これに対して、ガイド部の回転中心が、CS−BS中心線上から外れていると、BS偏心ウェイトが発する加振力は往路と復路で非対称なものとなる。このため、本発明によれば、オフセットクランクの条件下でピストンが発する慣性力を適切に打ち消すことができる。 According to the tenth invention, as in the case of the ninth invention, the inertial force generated by the piston is asymmetric between the forward path and the return path. In the configuration in which the rotatable guide portion holds the connecting rod, when the rotation center is set on the CS-BS center line, the angular velocity profile of the balance axis is the target in the forward path and the return path, and as a result, the BS eccentric weight is The excitation force to be generated is also subject to the forward and return journeys. On the other hand, if the rotation center of the guide part deviates from the CS-BS center line, the excitation force generated by the BS eccentric weight becomes asymmetric between the forward path and the return path. For this reason, according to the present invention, it is possible to appropriately cancel the inertial force generated by the piston under the condition of the offset crank.
第11の発明によれば、CS偏心ウェイトの回転位相とBS偏心ウェイトの回転位相を概ね揃えた上で、所望のプロファイルで変化する加振力をY方向に発生させることができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to generate an excitation force that changes in a desired profile in the Y direction after substantially aligning the rotational phase of the CS eccentric weight and the rotational phase of the BS eccentric weight.
第12の発明によれば、CS偏心ウェイトの回転位相とBS偏心ウェイトの回転位相を概ね揃えた上で、第11の発明で実現されるプロファイルとは異なるプロファイルで変化する加振力をY方向に発生させることができる。 According to the twelfth aspect of the invention, the rotational force of the CS eccentric weight and the rotational phase of the BS eccentric weight are substantially aligned, and the excitation force that changes in a profile different from the profile realized in the eleventh aspect is applied in the Y direction. Can be generated.
第13の発明において、バランス軸には、連結桿を介して回転モーメントが与えられる。この構成において、連結桿の軸線がバランス軸の回転中心に重なる位置(以下、「思案点」とする)では、連結桿の軸力は、バランス軸に何ら回転モーメントを与えない。このため、バランス軸に付与される外力が連結桿の軸力だけであると、バランス軸は、思案点において、正逆何れの方向にも回転できる状態となる。本発明では、モーメント付与機構によってバランス軸に逆回転のモーメントが与えられる。このため、本発明によれば、バランス軸を、安定してクランク軸の回転方向と逆向きに回転させ続けることができる。 In the thirteenth invention, a rotational moment is applied to the balance shaft through a connecting rod. In this configuration, the axial force of the connecting rod does not give any rotational moment to the balance shaft at a position where the axis of the connecting rod overlaps the rotation center of the balance shaft (hereinafter referred to as “think point”). For this reason, when the external force applied to the balance shaft is only the axial force of the connecting rod, the balance shaft can be rotated in either the forward or reverse direction at the thought point. In the present invention, a moment of reverse rotation is applied to the balance shaft by the moment applying mechanism. For this reason, according to the present invention, the balance shaft can be continuously rotated in the direction opposite to the rotation direction of the crankshaft.
第14の発明によれば、カムとバネ部材により、思案点において適切な回転モーメントをバランス軸に与えることができる。 According to the fourteenth invention, an appropriate rotational moment can be given to the balance shaft at the thought point by the cam and the spring member.
第15の発明によれば、内燃機関は、単独で作動する一のピストン、又は同じ位相で作動する二つのピストンを備える。これらの内燃機関では、ピストン同士で往復運動の慣性力を打ち消し合うことがない。本発明によれば、バランス装置が発する加振力により、これらの内燃機関の振動を適正に抑えることができる。 According to the fifteenth aspect of the invention, the internal combustion engine includes one piston that operates alone or two pistons that operate in the same phase. In these internal combustion engines, the pistons do not cancel out the inertial force of the reciprocating motion. According to the present invention, vibrations of these internal combustion engines can be appropriately suppressed by the excitation force generated by the balance device.
第16の発明によれば、上死点の状況下では、ピストン及びコンロッドが、ピストンの往復運動の軸線に沿った方向(以下、「基準方向」とする)の加振力を発生する。この際、連結桿は、概ねCS主軸の中心からCS連結点に向かう方向(以下、「第1傾斜方向」とする)の加振力をCS偏心ウェイトに与え、かつ、概ねBS支持軸の中心からBS連結点に向かう方向(以下、「第2傾斜方向」とする)の加振力をBS偏心ウェイトに与える。これらの加振力の合成力は、上記の基準方向に向かう成分に加えて、第1傾斜方向及び第2傾斜方向に向かう成分を有するものとなる。本発明では、CS偏心ウェイトの重心が、CS軸線を挟んでCS連結点の反対側に設けられている。この重心によれば、基準方向の加振力成分に加えて第1傾斜方向の加振力成分を打ち消すことができる。また、本発明では、BS偏心ウェイトの重心が、BS軸線を挟んでBS連結点の反対側に設けられている。この重心によれば、基準方向の加振力成分に加えて第2傾斜方向の加振力成分を打ち消すことができる。内燃機関の下死点でも、同様の原理によって加振力の相殺が生ずる。このため、本発明によれば、ピストン、コンロッド、及び連結桿の夫々が発する加振力、適切に打ち消すことができる。 According to the sixteenth invention, under the condition of top dead center, the piston and the connecting rod generate an exciting force in a direction along the axis of reciprocating motion of the piston (hereinafter referred to as “reference direction”). At this time, the connecting rod applies an exciting force to the CS eccentric weight in a direction from the center of the CS main axis to the CS connecting point (hereinafter referred to as “first inclination direction”), and approximately the center of the BS support shaft. An excitation force in a direction from the first to the BS connection point (hereinafter referred to as “second inclination direction”) is applied to the BS eccentric weight. The combined force of these excitation forces has a component toward the first tilt direction and the second tilt direction in addition to the component toward the reference direction. In the present invention, the center of gravity of the CS eccentric weight is provided on the opposite side of the CS connection point across the CS axis. According to this center of gravity, in addition to the excitation force component in the reference direction, the excitation force component in the first tilt direction can be canceled out. In the present invention, the center of gravity of the BS eccentric weight is provided on the opposite side of the BS connection point across the BS axis. According to this center of gravity, in addition to the excitation force component in the reference direction, the excitation force component in the second tilt direction can be canceled. At the bottom dead center of the internal combustion engine, the excitation force is canceled by the same principle. For this reason, according to this invention, the exciting force which each of a piston, a connecting rod, and a connecting rod can cancel | amend appropriately.
第17の発明によれば、内燃機関の上死点及び下死点では、CS偏心ウェイトとBS偏心ウェイトに起因する加振力を、コンロッド、ピストン及び連結桿に起因する加振力と釣り合わせることができる。また、上死点及び下死点を除く状況下では、コンロッドとBS偏心ウェイトに起因する加振力を、CS偏心ウェイトに起因する加振力と釣り合わせることができる。このため、本発明によれば、個々の要素に起因する加振力を、常に良好に打ち消し合わせることができる。 According to the seventeenth aspect, at the top dead center and the bottom dead center of the internal combustion engine, the excitation force caused by the CS eccentric weight and the BS eccentric weight is balanced with the excitation force caused by the connecting rod, the piston and the connecting rod. be able to. In addition, under the situation excluding top dead center and bottom dead center, the excitation force caused by the connecting rod and the BS eccentric weight can be balanced with the excitation force caused by the CS eccentric weight. For this reason, according to this invention, the excitation force resulting from each element can always be canceled out favorably.
第18の発明によれば、連結桿に起因する加振力はバランス軸の一端に入力される。そして、バランス軸が備えるBS偏心ウェイトは、その一端の付近に大きく反映された重量により、その加振力を相殺することができる。加振力の入力箇所と、これを相殺するための重量の箇所とが離れているほど、バランス軸に作用するモーメントは大きくなる。本発明によれば、そのモーメントを十分に小さく抑えつつ、各要素に加振力を打ち消し合わせることができる。 According to the eighteenth aspect, the excitation force resulting from the connecting rod is input to one end of the balance shaft. And the BS eccentric weight with which a balance axis | shaft is provided can cancel the excitation force with the weight largely reflected in the vicinity of the one end. The further the moment the force is applied to the balance shaft, the greater is the distance between the place where the excitation force is input and the place where the weight for canceling the vibration force is placed. According to the present invention, it is possible to cancel the excitation force to each element while suppressing the moment sufficiently small.
第19の発明によれば、連結桿とCS主軸をCS側偏心軸により連結させることができる。この構造によれば、連結桿が有するCS側軸受けの中心を回転中心として、クランク軸と連結桿は相対的に回転することができる。つまり、CS側軸受けの中心に、第1の発明における「CS連結点」を形成することができる。また、CS側偏心軸によれば、CS主軸の中心をCS側軸受けの中心、つまり、CS連結点から一定値だけ偏心させることができる。このように、本発明によれば、第1の発明が要求する機能を満たす「CS連結機構」を具体的に実現することができる。 According to the nineteenth aspect, the connecting rod and the CS main shaft can be connected by the CS side eccentric shaft. According to this structure, the crankshaft and the connecting rod can be rotated relatively with the center of the CS side bearing of the connecting rod as the center of rotation. That is, the “CS connection point” in the first invention can be formed at the center of the CS-side bearing. Further, according to the CS side eccentric shaft, the center of the CS main shaft can be decentered by a certain value from the center of the CS side bearing, that is, the CS connection point. Thus, according to the present invention, a “CS connection mechanism” that satisfies the functions required by the first invention can be specifically realized.
第20の発明によれば、連結桿とBS支持軸をBS側偏心軸により連結させることができる。この構造によれば、連結桿が有するBS側軸受けの中心を回転中心として、バランス軸と連結桿は相対的に回転することができる。つまり、BS側軸受けの中心に、第1の発明における「BS連結点」を形成することができる。また、BS側偏心軸によれば、BS支持軸の中心をBS側軸受けの中心、つまり、BS連結点から一定値だけ偏心させることができる。このように、本発明によれば、第1の発明が要求する機能を満たす「BS連結機構」を具体的に実現することができる。 According to the twentieth invention, the connecting rod and the BS support shaft can be connected by the BS side eccentric shaft. According to this structure, the balance shaft and the connecting rod can rotate relatively with the center of the BS side bearing of the connecting rod as the center of rotation. That is, the “BS connection point” in the first invention can be formed at the center of the BS side bearing. Further, according to the BS side eccentric shaft, the center of the BS support shaft can be eccentric by a certain value from the center of the BS side bearing, that is, the BS connection point. Thus, according to the present invention, the “BS coupling mechanism” that satisfies the functions required by the first invention can be specifically realized.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。本実施形態は内燃機関10を備えている。内燃機関10はピストン12を有している。本実施形態において、内燃機関10は、ピストン12を一つだけ備える単気筒の4サイクル式機関である。
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. The present embodiment includes an
ピストン12は、コンロッド14を介してクランク軸16に連結されている。クランク軸16は、コンロッド14と連結されるクランクピン18を備えている。クランクピン18は、クランクアーム20を介してクランクジャーナル(以下、「CS主軸」とする)22と一体成形されている。CS主軸22は、シリンダブロックに設けられた軸受けにより回転可能に保持されている。
The
クランク軸16は、CS偏心ウェイト24を備えている。CS偏心ウェイト24は、その重心が、CS主軸22の中心を挟んでクランクピン18の概ね反対側に位置するように設けられている。また、CS偏心ウェイト24には、コンロッド14の重量を打ち消すための重量(mc)と、ピストン12の重量の半分に当たる重量(mp/2)を打ち消すための重量が与えられている。
The
クランク軸16は、ピストン12が上死点と下死点の間を一往復する間に1回転する。以下、ピストン12の往復運動の方向を「Y方向」、これに垂直な方向を「X方向」とする。
The
本実施形態において、CS偏心ウェイト24は、ピストン12との間に概ね180°クランク角(°CA)の位相差が生ずるように設定されている。つまり、CS偏心ウェイト24の位相は、下記の二つの条件が成立するように設定されている。
(1)ピストン12が上死点に位置する際に、CS偏心ウェイト24の重心が概ねY方向の下死点側変位端に位置する。
(2)ピストン12が下死点に位置する際に、CS偏心ウェイト24の重心が概ねY方向の上死点側変位端に位置する。
In the present embodiment, the CS
(1) When the
(2) When the
内燃機関10は、バランス装置30を備えている。クランク軸16は、バランス装置30の構成要素である。クランク軸16には、CS主軸22の中心から外れた位置にCS連結点32が設けられている。より具体的には、CS連結点32は、CS主軸22の中心を挟んでCS偏心ウェイト24の反対側に設けられている。
The
CS連結点32には、CS連結機構34を介して連結桿36が連結されている。連結桿36はCS連結機構34によって回転可能に保持されている。このため、クランク軸16と連結桿36とは、CS連結点32を回転中心として、クランク軸16の回転面と平行な平面内で相対的に回転することができる。
A connecting
連結桿36の他端は、BS連結点38においてバランス軸40と連結されている。バランス軸40は、BS連結点38にBS連結機構42を備えている。連結桿36はBS連結機構42によって回転可能に保持されている。このため、連結桿36とバランス軸40は、BS連結点38を回転中心として相対的に回転することができる。
The other end of the connecting
バランス軸40は、BS連結点38から外れた位置にBS支持軸44を備えている。BS支持軸44は、CS主軸22と平行に設けられ、シリンダブロックが備える軸受けにより回転可能に保持されている。このため、バランス軸40は、BS支持軸44を回転軸としてクランク軸16の回転面と平行な平面内で回転することができる。
The
バランス軸40には、また、BS連結機構42を保持するBS連結点調整機構46が設けられている。BS連結点調整機構46は、バランス軸40上のBS連結機構42の位置、つまり、BS連結点38の位置が正しい位置に受動的に調整されるための機構である。BS連結点調整機構46の機能により、BS連結点38は、BS支持軸44の中心を通るバランス軸40の回転半径の方向に一定の範囲内で変位することができる。
The
バランス軸40には、更に、BS偏心ウェイト48が設けられている。BS偏心ウェイト48は、BS支持軸44の中心を挟んでBS連結点38の反対側にその重心が位置するように設けられている。また、BS偏心ウェイト48には、概ねピストン12の重量の半分に当たる重量(mp/2)を打ち消すための重量が与えられている。
The
本実施形態において、バランス軸40は、クランク軸16が一回転する際に、その回転方向と逆向きに一回転する。ここで、BS偏心ウェイト48は、図1に示すように、CS偏心ウェイト24と位相が揃うように設けられている。つまり、BS偏心ウェイト48の位相は、CS偏心ウェイト24の位相と同様に、ピストン12の位相と概ね180°CAだけずれている。このため、BS偏心ウェイト48の位相とピストン12の位相との間でも、下記の二つの条件が成立する。
(1)ピストン12が上死点に位置する際に、BS偏心ウェイト48の重心が概ねY方向の下死点側変位端に位置する。
(2)ピストン12が下死点に位置する際に、BS偏心ウェイト48の重心が概ねY方向の上死点側変位端に位置する。
In the present embodiment, the
(1) When the
(2) When the
連結桿36は、その中点にピボット50を備えている。ピボット50には円形の摺動部52が装着されている。シリンダブロックには、摺動部52の動きを規制するガイド部54が設けられている。ガイド部54は、CS主軸22の中心とBS支持軸44の中心とを結ぶCS−BS中心線56の方向を長手方向とする摺動スペースを有している。摺動部52は、その摺動スペースの内壁に沿って移動することができる。その結果、ピボット50の運動は、CS−BS中心線56上の直線運動に制限される。
The connecting
[実施の形態1のバランス装置の基本動作の説明]
図2は、図1に示すバランス装置30の動作を説明するための図である。図2において、横軸はクランク角θ[°CA]を示す。以下、クランク角θは、0[°CA]又は360[°CA]が上死点に対応し、180[°CA]が下死点に対応するものとする。また、CS−BS中心線56の方向を「y方向」、これに垂直な方向を「x」方向とする。但し、図2では、説明の便宜上、y方向をY方向(ピストン12の運動方向)と一致させている。
[Description of Basic Operation of Balance Device of Embodiment 1]
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the
図2において、θ=0[°CA]の状態では、バランス軸40の回転角α(以下、「BS回転角α」とする)も0[deg]である。この際、CS偏心ウェイト24の重心及びBS偏心ウェイト48の重心は、共に下死点側変位端に位置している。
In FIG. 2, in the state of θ = 0 [° CA], the rotation angle α of the balance shaft 40 (hereinafter referred to as “BS rotation angle α”) is also 0 [deg]. At this time, the center of gravity of the CS
図2において、クランク軸16は時計回りの方向で回転するものとする。θ=0[°CA]の状態からクランク軸16が回転すると、CS連結点は(x正方向、y負方向)に変位する。この際、ピボット50のx座標はガイド部54により常に原点に維持される。このため、BS連結点38は、(x負方向、y負方向)に変位する。その結果、バランス軸40はクランク軸16の回転方向とは逆向きに回転する。
In FIG. 2, it is assumed that the
CS連結点32は、θが90[°CA]に達するまでは、(x正方向、y負方向)に変位し続ける。この際、BS連結点38のx座標がCS連結点32のx座標と同じ距離だけ変化すれば、つまり、図2において連結桿36が垂直な状態を保ったままであれば、BS連結点38のy座標は、CS連結点32のy座標と同等の距離だけ変位することになる。しかしながら、バランス装置30では、θが90[°CA]に達するまでは、CS連結点32とBS連結点38とがx方向において遠ざかる。このx方向の距離を補うため、BS連結点38のy座標は、CS連結点32のy座標より大きく変位せざるを得ない。その結果、クランク軸16が90[°CA]回転した段階で、BS回転角αは90[deg]を超えている。
The
クランク角θが90[°CA]を超えて180[°CA]に至るまでは、CS連結点32が(x負方向、y負方向)に変化する。この際、BS連結点38は、(x正方向、y負方向)に変位する。ここでは、クランク角θの増加に伴ってCS連結点32とBS連結点38とがx方向において接近する。このため、BS連結点38のy座標の変化は、CS連結点32のy座標の変化より少量となる。そして、クランク角θが180[°CA]に達した段階で、BS回転角αも同様に180[deg]に達する。
Until the crank angle θ exceeds 90 [° CA] and reaches 180 [° CA], the
上記の理由により、バランス軸40は、クランク角θが0[°CA]から90[°CA]まで変化する過程では、クランク軸16より早い速度で回転する。そして、バランス軸40の回転速度は、クランク角θが90[°CA]から180[°CA]まで変化する過程では、クランク軸16の回転速度より低速となる。このような速度変化は、同様のメカニズムによってクランク角θが180[°CA]から360[°CA]に変化する際にも生ずる。
For the above reason, the
以上説明した通り、本実施形態におけるバランス装置30は、下記の特性を有している。
(1)クランク軸16とバランス軸40が、同周期で逆方向に回転する。
(2)クランク軸16が等速で回転する際にバランス軸40には不等速回転が生ずる。この際、バランス軸40の回転速度は、クランク角θが0[°CA]〜90[°CA]の範囲及び270[°CA]〜360[°CA]の範囲に属する場合はクランク軸16の回転速度より高速となる。また、クランク角θが90[°CA]〜270[°CA]の範囲に属する場合はバランス軸40の回転速度がクランク軸16の回転速度より低速となる。
(3)クランク角θ=0[°CA]の状態、つまり、ピストン12が上死点に位置する状態では、クランク軸16の重心及びバランス軸40の重心が共に下死点側の変位端に位置する。また、クランク角θ=180[°CA]の状態、つまり、ピストン12が下死点に位置する状態では、クランク軸16の重心及びバランス軸40の重心が共に上死点側の変位端に位置する。
As described above, the
(1) The
(2) When the
(3) In a state where the crank angle θ = 0 [° CA], that is, a state where the
内燃機関10の作動中は、ピストン12に往復運動が生じ、クランク軸16とバランス軸40に回転運動が生ずる。この際、コンロッド14には、往復運動と回転運動の複合運動が生ずる。コンロッド14の主たる重量はクランクピン18と共に回転する部分に存在している。このため、クランク軸16の重量(mc+mp/2)のうち(mc)は、コンロッド14の回転部分と相殺される。従って、内燃機関10の作動中は、その内部において以下のような運動が生じていると見なすことができる。
(1)ピストン12の運動に伴う重量(mp)のY方向往復運動
(2)クランク軸16の回転に伴う偏心重量(mp/2)の正転運動
(3)バランス軸40の回転に伴う偏心重量(mp/2)の逆転運動
During operation of the
(1) Reciprocation of weight (mp) in the Y direction accompanying the movement of the piston 12 (2) Forward rotation of the eccentric weight (mp / 2) accompanying the rotation of the crankshaft 16 (3) Eccentricity accompanying the rotation of the
重量(mp)のY方向往復運動は、Y方向の慣性力を発生させる。この慣性力は、ピストン12の動作に同期して大きさを変化させ、上死点において概ね負の最大値となり、下死点において概ね正の最大値となる。
The Y direction reciprocating motion of weight (mp) generates an inertia force in the Y direction. This inertial force changes its magnitude in synchronization with the operation of the
偏心重量(mp/2)の正転運動と、偏心重量(mp/2)の逆転運動は、夫々の回転半径の外向きに加振力を発生する。それらの加振力のうちX成分は互いに打ち消され、Y成分は合成される。そして、合成された加振力Y成分は、ピストン12の作動に伴う慣性力を打ち消す。このため、本実施形態におけるバランス装置30によれば、内燃機関10の作動中における振動を十分に小さく抑えることができる。
The forward rotation motion of the eccentric weight (mp / 2) and the reverse motion of the eccentric weight (mp / 2) generate an excitation force outward of the respective rotation radii. Of these excitation forces, the X components cancel each other and the Y components are synthesized. The synthesized excitation force Y component cancels out the inertial force accompanying the operation of the
[実施の形態1のバランス装置の詳細な動作説明]
図3は、本実施形態においてクランク角θとBS回転角αの間に成立する関係を示す。図3は、クランク軸16の回転に伴い、バランス軸40に、上述した不等速回転が生じている様子を表している。
[Detailed Description of Operation of Balance Device of Embodiment 1]
FIG. 3 shows a relationship established between the crank angle θ and the BS rotation angle α in the present embodiment. FIG. 3 shows a state in which the above-mentioned non-uniform rotation occurs on the
図4は、図3に示すBS回転角αを、BS角速度dα/dθに置き換えた図である。バランス軸40がクランク軸16と等速で逆回転していれば、BS角速度dα/dθは常に−1となる。これに対して、本実施形態では、バランス軸40の不等速回転に起因して、上死点の付近ではBS角速度dα/dθが絶対値の大きな値となる。また、下死点の付近では、BS角速度dα/dθが、絶対値の小さな値となる。
FIG. 4 is a diagram in which the BS rotation angle α shown in FIG. 3 is replaced with a BS angular velocity dα / dθ. If the
図5は、図4に示すBS角速度dα/dθを、更にBS角加速度d2α/dθ2に置き換えた図である。バランス軸40の回転速度がクランク軸16と等速であれば、BS角加速度d2α/dθ2は常に0となる。これに対して、本実施形態では、バランス軸40の不等速回転に起因して、BS角加速度d2α/dθ2が上死点と下死点の中間付近で絶対値の大きな値となる。
FIG. 5 is a diagram in which the BS angular velocity dα / dθ shown in FIG. 4 is further replaced with BS angular acceleration d2α / dθ2. If the rotation speed of the
バランス軸40には、角速度の二乗に比例する遠心力が作用する。また、バランス軸40に角加速度が生ずれば、バランス軸40にはその反力が作用する。そして、バランス軸40は、上述した遠心力と反力の合成値に応じた加振力を発生する。このため、本実施形態においてバランス軸40が発生する加振力は、クランク軸16が発する加振力に対して歪んだものとなる。
A centrifugal force proportional to the square of the angular velocity acts on the
図6は、クランク角θの変化に対するピストン12の動きを説明するための図である。内燃機関10において、ピストン12は、クランク軸16とコンロッド14を介してCS主軸22と連結されている。ここでは、コンロッド長をlc、クランク半径をrcとする。また、両者の比、即ち連桿比をlc/rcで表す。
FIG. 6 is a diagram for explaining the movement of the
図6に示すように、クランク角θが0[°CA]から90[°CA]に向かって変化する過程では、クランクピン18の座標が(X正方向、Y負方向)に変位する。ピストン12のX座標は一定であるから、この過程でクランクピン18はX方向においてピストン12から遠ざかる。そして、このX方向の距離を補うために、ピストン12のY座標は、クランクピン18のY座標に比して大きく変位せざるを得ない。このため、クランク角θが0[°CA]から90[°CA]に変化する際にピストン12に生ずるストロークPS90は、その間にクランクピン18に生ずるY方向の変位量より大きなものとなる。
As shown in FIG. 6, in the process of changing the crank angle θ from 0 [° CA] to 90 [° CA], the coordinates of the
クランク角θが90[°CA]から180[°CA]に向かって変化する過程では、クランクピン18の座標が(X負方向、Y負方向)に変位する。この過程で、クランクピン18はX方向においてピストン12に接近する。そして、両者がX方向に接近することから、ピストン12のY方向変位量は、クランクピン18のY方向変位量に比して小さなものとなる。このため、クランク角θが90[°CA]から180[°CA]に変化する際のピストン変位量(PS180−PS90)は、上述したPS90より小さくなる。同様の変位量の変化は、ピストン12が下死点側から上死点側に変位する際にも生ずる。以上の理由により、クランク軸16が等速回転する場合に、ピストン12の変位速度は、上死点近傍において比較的高速となり、一方、下死点近傍において比較的低速になる。
In the process of changing the crank angle θ from 90 [° CA] to 180 [° CA], the coordinates of the
図7は、ピストン12が発する慣性力とバランス装置30が発する加振力のプロファイルを示す。波形60、62及び64は、夫々下記力のプロファイルである。
波形60:クランク軸16の偏心重量(mp/2)が発する加振力のY成分
波形62:バランス軸40の偏心重量(mp/2)が発する加振力のY成分
波形64:ピストン12が発する慣性力
FIG. 7 shows a profile of the inertial force generated by the
Waveform 60: Y component of excitation force generated by eccentric weight (mp / 2) of
クランク軸16は、偏心重量(mp/2)を等速回転させる。このため、クランク軸16の加振力に対応する波形60は、ほぼ歪みのない正弦波となる。
バランス軸40は、上死点から中間点に向かう過程で速く、また、中間点から下死点に向かう過程ではゆっくりと、偏心重量(mp/2)を不等速回転させる。このため、バランス軸40に対応する波形62は、90[°CA]付近と270[°CA]付近に張りを有する歪んだ正弦波状となる。
The
The
ピストン12は、その変位速度に応じた慣性力を発生する。そして、ピストン12の変位速度は、上述した通り上死点付近では高速となり、下死点付近では低速となる。このため、ピストン12に対応する波形64は、上死点側の0[°CA]又は360[°CA]にはピークを有するが、下死点側の180[°CA]付近にはピークを有しない歪んだ正弦波状となる。
The
図8は、クランク軸16が発する加振力Y成分とバランス軸40が発する加振力Y成分を合成した加振力を、ピストン12の慣性力と対比して表した図である。図8中に示す3種類の波形は、夫々下記の通りである。
波形60×2:図7に示す波形60の加振力の2倍に相当
波形60+62:図7に示す波形60と波形62の合成に相当
波形64:図7に示す波形64と同じ
FIG. 8 is a diagram showing the excitation force obtained by synthesizing the excitation force Y component generated by the
本実施形態では、クランク軸16の回転を、連結桿36を介してバランス軸40に伝えている。これに対して、クランク軸16の回転は、例えば、通常の真円形状の歯車機構を用いてバランス軸40に伝えることもできる。この場合、バランス軸40がクランク軸16と等速で回転することとなり、バランス軸40の加振力Y成分は、波形60と同様に歪みのない正弦波に沿ったものとなる。従って、この場合は、クランク軸16とバランス軸40の双方により生成される加振力Y成分の合成力が、波形60の加振力を2倍したもの、つまり、図8に示す波形60×2に相当したものとなる。
In the present embodiment, the rotation of the
波形60には歪みが含まれていない。このため、波形60に波形60を合成しても、合成された波形60×2は、ピストン12の慣性力の波形64にさほど近づかない。これに対して、波形60に波形62を合成して生成した波形60+62は、下死点付近が比較的平坦で、上死点付近にピーク的盛り上がりを有するものとなる。この波形60+62は、波形60×2に比して、遥かに波形64の対象形に近い。
The
図9は、図8に示す波形60×2及び波形60+62に、更に波形64を合成して生成した波形を示す。夫々の波形の意味は下記の通りである。
波形60×2+64:バランス軸40を歯車機構で作動させた場合に、内燃機関10に残存する不釣合い力
波形60+62+64:本実施形態において内燃機関10に残存する不釣合い力
FIG. 9 shows a waveform generated by further combining the
波形60+62+64が示すように、本実施形態において内燃機関10に残存する不釣合い力は、クランク角θの全域において十分に小さなものとなる。そして、その不釣合い力は、バランス軸40を歯車機構で等速回転させる場合の不釣合い力(波形60×2+64)に比しても十分に小さなものとなる。
As indicated by the
本実施形態において用いた連結桿36は、歯車機構に比して著しく軽量に、かつ小型に形成することができる。このため、本実施形態の構成によれば、歯車機構を用いてバランス軸40を回転させる場合に比して、内燃機関10の小型軽量化に有利であると共に、内燃機関10に優れた静粛性を与えることができる。
The connecting
[実施の形態1の変形例]
図10は、本発明の実施の形態1の変形例の構成を説明するための図である。上述した実施の形態1では、CS連結点32を、CS主軸22の中心を挟んでCS偏心ウェイト24の反対側に設け、かつ、BS連結点38を、BS支持軸44の中心を挟んでBS偏心ウェイト48の反対側に設けている(図1参照)。しかしながら、本発明の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、図10に示すように、CS連結点32を、CS主軸22の中心に対してCS偏心ウェイト24と同じ側に設け、かつ、BS連結点38を、BS支持軸44の中心に対してBS偏心ウェイト48と同じ側に設けることとしてもよい。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of a modification of the first embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the
図11、図12及び図13は、上述した変形例の動作に伴って発生する慣性力及び加振力の波形を示す。各図に示す波形には、図7、図8及び図9に記した符号と共通する符号を付している。図13に示すように、本変形例の構成によれば、内燃機関10に残存する不釣合い力(波形60+62+64)を、実施の形態1の場合に比して更に小さくすることができる。尚、CS連結点32及びBS連結点38の位置は、図10に示す位置に限定されるものでもなく、バランス装置30に発生させるべき加振力Y成分の波形に応じて適宜設定することができる。
11, 12 and 13 show waveforms of inertial force and excitation force generated in accordance with the operation of the above-described modification. The waveforms shown in each figure are given the same reference numerals as those shown in FIG. 7, FIG. 8, and FIG. As shown in FIG. 13, according to the configuration of the present modification, the unbalanced force (
また、上述した実施の形態1では、内燃機関10を単気筒の機関としているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。例えば、4サイクル式の二気筒式機関では、二つの気筒のピストンが同じ位相で往復運動する。本発明は、それら二つのピストンが発生する慣性力を打ち消すために用いることとしてもよい。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1では、上死点及び下死点において、クランク軸16の重心の位相とバランス軸40の重心の位相を合わせることとしているが、両者の位相は、所望の加振力を得るために必要であれば相違させてもよい。両者の位相は、具体的には、45[°CA]の範囲内、30[°CA]の範囲内、15[°CA]の範囲内、又は5[°CA]の範囲内で必要に応じて相違させることとしてもよい。
In the above-described first embodiment, the phase of the center of gravity of the
尚、上述した3つの変形は、実施の形態1の変形として用い得るだけではなく、後述する他の全ての実施形態の変形としても用いることができる。 The three modifications described above can be used not only as modifications of the first embodiment but also as modifications of all other embodiments described later.
また、上述した実施の形態1では、ガイド部54によって保持される摺動部52を円形としているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。摺動部52は、ガイド部54に沿ってピボット50を直線運動させ得るものであればよく、その形状は、角を落とした正方形又は長方形のような形状としてもよい。
Moreover, in
また、上述した実施の形態1では、ガイド部54によって保持されるピボット50を、連結桿36の中点に設けることとしているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、連結桿36のピボット50は、バランス装置30の作動が可能な範囲で、連結桿36上の任意の点に設けることができる。
Moreover, in
また、上述した実施の形態1では、バランス軸40の側にBS連結点調整機構46を設けているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、連結点調整機構は、バランス装置30の作動を可能とするために、バランス軸40及びクランク軸16の双方に、又はクランク軸16の側に設けることとしてもよい。
In the first embodiment described above, the BS connection
実施の形態2.
次に、図14を参照して本発明の実施の形態2について説明する。図14は、本実施形態におけるバランス装置66の動作を説明するための図である。本実施形態の構成は、図1に示す内燃機関10に、図2に示すバランス装置30に代えて、図14に示すバランス装置66を搭載することにより実現することができる。以下、図14において、図2に示す要素と共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the
図14に示すバランス装置66は、連結桿36の軌道を規制するためにガイド部68を備えている。ガイド部68は、連結桿36の幅と概ね等しい溝70を有している。連結桿36は、その溝70に収まった状態で、その溝70の中を摺動することができる。
The
ガイド部68は、図14において連結桿36と重なっている部分に回転軸72を備えている(本来は連結桿36の裏側であり目視はできない)。この回転軸72は、CS主軸22及びBS支持軸44と平行であり、かつ、それらを結ぶCS−BS中心線56と重なる位置に設けられている。このため、ガイド部68は、連結桿36を保持した状態で、連結桿36の可動平面内で回転することができる。
The
図14において、連結桿36上に記した●点74は、連結桿36の中点を表している。上述した実施の形態1では、連結桿36の中点(ピボット50)がCS−BS中心線56上を移動するように連結桿36の動きが規制される(図2参照)。この場合、連結桿36は、CS連結点32に生じた変位を常に1:1の梃子比でBS連結点38に伝える。
In FIG. 14, a
本実施形態では、図14に示すように、クランク角θ=0[°CA]の状況では、連結桿36の中点74が、ガイド部68の上、つまりBS連結点38の側に外れている。この場合、CS連結点32に生じた変位は、1より大きな梃子比で増幅されてBS連結点38に伝えられる。そして、クランク角θが90[°CA]を超えると、連結桿36の中点74が、ガイド部68の下側、つまりCS連結点32の側に外れた状態となる。この場合、CS連結点32側に生じた変位は、1に満たない梃子比で縮小されてBS連結点38に伝えられる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, in the situation where the crank angle θ = 0 [° CA], the
このように、本実施形態の構成によれば、CS連結点32に生ずる変位を、適宜異なる梃子比でBS連結点38に伝達することができる。より具体的には、クランク角θが0[°CA]に近い上死点付近の領域では、クランク角θの回転に対して、バランス軸40を、実施の形態1の場合に比して更に高速で回転させることができる。そして、クランク角θが180[°CA]に近い下死点付近の領域では、クランク角θの回転に対して、バランス軸40を、実施の形態1の場合に比して更にゆっくりと回転させることができる。
Thus, according to the configuration of the present embodiment, the displacement generated at the
バランス軸40の速度プロファイルが変化すれば、バランス軸40が発生する加振力のプロファイルも異なったものとなる。このため、本実施形態におけるバランス装置66によれば、実施の形態1の場合とは異なる加振力プロファイルを発生させることができる。
If the speed profile of the
内燃機関10のピストン12が発する慣性力は、種々の設計値に応じて様々なプロファイルを示す。本実施形態の構成によれば、ピストン12の発する慣性力のプロファイルが図14に示すバランス装置66が発する加振力のプロファイルと近似する場合において、内燃機関10に対して優れた静粛性を付与することができる。
The inertial force generated by the
実施の形態3.
次に、図15乃至図18を参照して本発明の実施の形態3について説明する。図15は、本実施形態におけるバランス装置78の動作を説明するための図である。本実施形態の構成は、図1に示す内燃機関10に、図2に示すバランス装置30に代えて、図15に示すバランス装置78を搭載することにより実現することができる。バランス装置78は、下記の三点を除いて図2に示すバランス装置30と同様である。尚、図15において、図2に示す要素と共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the
(相違点1)
本実施形態のバランス装置78はバランス軸80を備えている。バランス軸80には、BS連結点調整機構46(図2参照)を介することなくBS連結機構42が直接装着されている。
(Difference 1)
The
(相違点2)
本実施形態のバランス装置78は以下の条件を満たしている。
(1)CS主軸22の中心とBS支持軸44の中心との距離LCBが、CS連結点32とBS連結点38との距離lcbに等しい。
(2)CS連結点32の回転半径r1が、BS連結点38の回転半径r2に等しい。
(Difference 2)
The
(1) The distance L CB between the center of the CS
(2) The rotation radius r1 of the
(相違点3)
本実施形態のバランス装置78はガイド部82を備えている。図15において、ガイド部82の中に示す8の字状の破線はピボット50の軌跡84を示している。ガイド部82には、ピボット50が軌跡84に沿って移動することができるように、摺動部52の直径より広い幅が与えられている。
(Difference 3)
The
図15において、クランク角θが0[°CA]の状態では、連結桿36の中心線が、BS支持軸44の中心とBS連結点38を結ぶ線分と重なる。以下、この点を「第1思案点」と称す。第1思案点では、連結桿36からBS連結点38に与えられる軸力は、バランス軸80に回転モーメントを与えない。このため、バランス軸80は、第1思案点において正転方向にも逆転方向にも回転し得る状態となる。
In FIG. 15, when the crank angle θ is 0 [° CA], the center line of the connecting
第1思案点からクランク軸16が正転すれば、CS連結点32には僅かに(x正方向、y負方向)への変位が生ずる。CS連結点32とBS連結点38の距離は常に一定であるから、CS連結点32に上記の変位が生じれば、その変位を補うためにBS連結点38も何れかの方向に変位せざるを得ない。
If the
連結桿36が自由に変位できるとすれば、BS連結点38は、この際、x正方向にもx負方向にも、つまり、正転方向にも逆転方向にも変位することができる。そして、BS連結点38がCS連結点32と共に正転方向に変位すれば、それらの中間点にある連結桿36のピボット50は、必然的にほぼ真円の軌跡を辿って正転方向に変位することになる。他方、BS連結点38がCS連結点32と逆向きに変位すれば、それらの中間点にあるピボット50には、僅かなx変位と大きなy変位が生ずる。この際ピボット50は、8の字状の軌跡84に沿って変位する。
If the connecting
図16は、上述した8の字状の軌跡(以下、「逆回転軌跡」と称す)84を、BS連結点38の正回転に伴うピボット50の軌跡(以下、「正回転軌跡」と称す)86と対比して表した図である。尚、図16中に符号88を付して示す摺動軌跡88は、ピボット50が逆回転軌跡84に沿って変位する際に摺動部52の外壁が辿る形状を表している。
In FIG. 16, the above-mentioned 8-shaped trajectory (hereinafter referred to as “reverse rotation trajectory”) 84 is a trajectory of the
図17は、図15に示すガイド部82の詳細を説明するための図である。図17に示すように、ガイド部82は、その一端にBS側ガイド90を備えている。BS側ガイド90は、第1思案点において摺動部52が位置する箇所に設けられており、図16に示す摺動軌跡88の上端部と同じ形状を有している。BS側ガイド90によれば、第1思案点において、摺動部52が正回転軌跡86に沿って変位するのを阻止し、摺動部52を逆回転軌跡84に沿って変位させることができる。
FIG. 17 is a diagram for explaining the details of the
以上説明した理由により、本実施形態のバランス装置78においては(図15参照)、第1思案点からクランク軸16が僅かに回転する際に、摺動部52を常に逆回転軌跡84に沿って変位させることができる。この際、BS連結点38の変位方向は、必然的に逆回転の方向、つまり、x負方向となる。そして、BS連結点38が第1思案点から少しでもx負方向に変位すれば、連結桿36が発する軸力がバランス軸40に回転モーメントを与える。以後、クランク角θが180[°CA]に達するまで、バランス軸80は、その回転モーメントを受けて安定した逆回転を維持する。
For the reason described above, in the
クランク角θが180[°CA]に達すると、BS支持軸44の中心とBS連結点38を結ぶ線分が連結桿36の中心線と重なる状態が再び形成される。以下、この点を「第2思案点」と称す。第2思案点でも、第1思案点と同様に、バランス軸80が正転方向にも逆転方向にも回転し得る状態となる。
When the crank angle θ reaches 180 [° CA], the line connecting the center of the
図17に示すように、本実施形態におけるガイド部82は、BS側ガイド90の反対側にCS側ガイド92を備えている。CS側ガイド92は、第2思案点において摺動部52が位置する箇所に設けられており、図16に示す摺動軌跡88の下端部と同じ形状を有している。CS側ガイド92によれば、第2思案点において、摺動部52が正回転軌跡86に沿って変位するのを阻止し、摺動部52を逆回転軌跡84に沿って変位させることができる。
As shown in FIG. 17, the
CS側ガイド92による規制に起因して、第2思案点からクランク軸16が回転する際に、摺動部52は常に逆回転軌跡84に沿って変位する。そして、僅かな変位が発生すれば、第1思案点に戻るまでバランス軸80には安定して逆回転方向の回転モーメントが作用する。以上の動作が繰り返されることにより、本実施形態においても、バランス軸80をクランク軸16の回転方向とは逆の方向に不等速回転させることができる。
Due to the restriction by the
図16に示すように、ピボット50が逆回転軌跡84に沿って移動する際に、摺動部52の外壁は、中央部に括れを有する摺動軌跡88を辿る。このため、ガイド部82の内壁は、その摺動軌跡88と同様に、曲線の集合で形成することとしてもよい。しかしながら、本実施形態においてガイド部82に求められる機能は、第1思案点と第2思案点で摺動部52の動きを規制することだけである。
As shown in FIG. 16, when the
つまり、本実施形態では、第1思案点と第2思案点で摺動部52の動きが適切に規制できれば、その間の過程では、連結桿36の軸力によりバランス軸80を安定して逆回転させることができる。このため、ガイド部82は、第1思案点と第2思案点との間で摺動部52と接している必要はない。
That is, in this embodiment, if the movement of the sliding
図17において、ガイド部82は、BS側ガイド90とCS側ガイド92との間に、直線状の側壁94,96を備えている。これらの側壁94,96は、直線状であるため、摺動軌跡88(図16参照)が有する曲線状の側壁に比して製造が容易である。また、これらの側壁94,96は摺動軌跡88に沿って変位する摺動部52と干渉することがない。このため、図17に示すようなガイド部82によれば、製造工程を簡素化しつつ所望の機能を実現することができる。
In FIG. 17, the
以上説明した通り、本実施形態の構成によっても、連結桿36を介する構造により、バランス軸80をクランク軸16の回転方向とは逆方向に不等速回転させることができる。このため、本実施形態の構成によっても、実施の形態1又は2の場合と同様に、静粛性に優れた小型の内燃機関10を実現することができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the
尚、上述した実施の形態3では、連結桿36のピボット50及び摺動部52が前記第4の発明における「規制部」に相当している。
In the third embodiment described above, the
[実施の形態3の変形例]
図18は、実施の形態3においてガイド部82として用いることのできる他の構成の例を示す。上述した実施の形態3では、BS側ガイド90とCS側ガイド92の間に直線状の側壁94,96を設けることとしている。図18に示す例では、それらの側壁94,96を省略している。実施の形態3におけるガイド部82は、このような簡素な構成で実現することとしてもよい。
[Modification of Embodiment 3]
FIG. 18 shows an example of another configuration that can be used as the
実施の形態4.
次に、図19乃至図24を参照して本発明の実施の形態4について説明する。図19は、本実施形態の構成を説明するための図である。本実施形態の構成は、上述した実施の形態3の構成に対して、モーメント付与機構98を追加することにより実現することができる。尚、図19において、図1又は図15に示す要素と共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of the present embodiment. The configuration of the present embodiment can be realized by adding a
モーメント付与機構98はカム100を備えている。カム100はBS支持軸44に装着されている。カム100は、BS支持軸44と共に回転するカムノーズ106を有している。
The
モーメント付与機構98は、また、バネ部材102及び104を備えている。バネ部材102及び104は、位相が180[deg]ずれた位置でカム100の側面にばね力を伝達するように配置されている。
The
本実施形態の構成は、実施の形態3の場合と同様のバランス装置78を備えている。バランス装置78においては、第1思案点及び第2思案点において、バランス軸80に回転モーメントが伝わらない状態が生ずる。モーメント付与機構98は、それらの状態下で、クランク軸16の回転方向とは逆向きの回転モーメントをバランス軸80に加えるための機構である。
The configuration of the present embodiment includes a
図20は、本実施形態の構成の動作を説明するための図である。また、図21は、図20に示す(1)〜(8)の状況下でカム100がバネ部材102,104から受けるばねトルクの大きさを示す。尚、図21において、ばねトルクが負の領域はバネ部材102,104が圧縮されている領域であり、ばねトルクが正の領域はバネ部材102,104が開放されている領域である。
FIG. 20 is a diagram for explaining the operation of the configuration of the present embodiment. FIG. 21 shows the magnitude of spring torque received by the
図20及び図21において、(1)〜(2)の区間では、連結桿36の軸力108がバランス軸80を回転させるモーメント110を発生し、かつ、カム100の回転に伴ってバネ部材102に圧縮方向の変位112が生じている。 (2)〜(4)の区間では、バネ部材102に解放方向の変位112が生ずると共に、バランス軸80にカム100を介してモーメント110が伝達される。本実施形態の構成は、第1思案点が(2)〜(4)の区間に含まれるように設計されている。この区間においてバランス軸80にモーメント110が伝達されると、バランス軸80に安定した逆回転を維持させることができる。
20 and 21, in the sections (1) to (2), the
本実施形態のカム100は、(4)〜(5)の区間は、バネ部材102に伸縮が生じないように形成されている。このため、バランス軸80は、この区間においては、主として連結桿36の軸力により逆回転を維持する。(5)〜(8)の区間では、バネ部材104の機能により、概ね(1)〜(4)の区間と同様のモーメント110が発生する。そして、本実施形態の構成は、バネ力がモーメント110を発生する(6)〜(8)の区間に第2思案点が含まれるように設計されている。このため、本実施形態の構成によれば、バランス軸80を、全回転域において安定してクランク軸16と逆回転させることができる。
The
[実施の形態4の変形例]
ところで、上述した実施の形態4では、図20及び図21に示す(4)〜(5)の区間及び(8)〜(1)の区間を、ばねトルクを発生させない区間としている。しかしながら、本発明の構成はこれに限定されるものではない。これらの区間では、連結桿36の軸力により十分にモーメントを発生させることができるため、駆動トルクを平滑化させるために、図22に示すようにそれらの区間をバネ部材102,104の圧縮のための区間として用いることとしてもよい。
[Modification of Embodiment 4]
By the way, in
また、上述した実施の形態4では、2つのバネ部材102,104を用いることで第1思案点付近及び第2思案点付近の双方で所望の回転モーメントを発生させることとしている。しかしながら、本発明の構成はこれに限定されるものではない。図23は、2つのカムノーズを有するカム114を用いた構成を示す。このような構成によれば、第1思案点及び第2思案点の双方において、一つのバネ部材102に所望の回転モーメントを発生させることができる。
Further, in the above-described fourth embodiment, by using the two
また、上述した実施の形態4では、BS支持軸44にカム100を装着して回転モーメントを発生させることとしている。しかしながら、本発明の構成はこれに限定されるものではない。図24は、シリンダブロック等の静止部材側に2つのカム機構116,118を設けた例を示す。カム機構116,118は、夫々、BS連結点38の回転動作をバネトルクに変換する機能を有している。このような構成によれば、実施の形態4の場合と同様に、バランス軸80を安定して逆回転させ続けるための回転モーメントを適切に発生させることができる。
In the fourth embodiment described above, the
また、上述した実施の形態4では、バランス軸80に所望の回転モーメントを与えるために、カム100及びバネ部材102,104を新たに内燃機関10に組み込むこととしている。しかしながら、本発明の構成はこれに限定されるものではない。例えば、筒内直噴式のガソリン機関やディーゼル機関は高圧燃料噴射ポンプを備えている。そして、高圧燃料噴射ポンプには、内燃機関の動作サイクルと同期して作動するカムと、そのカムに係合するバネ部材が含まれていることがある。実施の形態4において生成した回転モーメントは、それら既存のカム及びバネ部材等を用いて発生させることとしてもよい。
In the fourth embodiment described above, the
また、上述した実施の形態4では、モーメント付与機構98を実施の形態3の構成に組み込むこととしている。実施の形態3のバランス装置78は、実施の形態1のバランス装置30及び実施の形態2のバランス装置66に比して、第1思案点及び第2思案点においてセルフロックを起こし易い。このため、実施の形態4の構成は、実施の形態3の構成を前提とする場合に特に高い有用性を発揮する。しかしながら、その組み合わせの条件はこれに限定されるものではない。即ち、実施の形態4におけるモーメント付与機構98は、実施の形態1又は実施の形態2の構成と組み合わせることとしてもよい。
In the fourth embodiment described above, the
実施の形態5.
次に、図25乃至図27を参照して本発明の実施の形態5について説明する。図25は、本実施形態の構成を説明するための図である。本実施形態の構成は、上述した実施の形態3の構成に対して、モーメント付与機構120を追加することにより実現することができる。尚、図25において、図1又は図15に示す要素と共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a diagram for explaining the configuration of the present embodiment. The configuration of the present embodiment can be realized by adding a
本実施形態において、モーメント付与機構120は、第1バネ部材122を備えている。第1バネ部材122は、バネ材124と当接部126を備えている。当接部126は、連結桿36の軸線がBS支持軸44の中心と重なる第1思案点において、BS連結点38と当接するように設けられている。また、バネ材124は、その際に、BS連結点38を図中反時計回りの方向に付勢するバネ力を発生するように設けられている。
In the present embodiment, the
モーメント付与機構120は、また、第2バネ部材128を備えている。第2バネ部材128は、第1バネ部材122から概ね180[deg]位相がずれた位置に設けられている。第2バネ部材128は、バネ材132と当接部130を備えている。当接部130は、第1思案点から180[deg]だけバランス軸80が回転した状態を指す第2思案点においてBS連結点38と当接するように設けられている。また、バネ材132は、その際に、BS連結点38を図中反時計回りの方向に付勢するバネ力を発生するように設けられている。
The
図26は、本実施形態の構成の動作を説明するための図である。また、図27は、図26に示す(1)〜(8)の状況下で、BS連結点38が受けるx方向の付勢力の大きさを示す。図26に示すように、(1)〜(2)の区間では、クランク軸16の回転に伴って、第1バネ部材122に縮小方向の変位136を生じさせる軸力134が発生する。また、 (3)〜(4)の区間では、第1バネ部材122に伸張方向の変位136が発生する。そして、BS連結点38には、(1)〜(4)のほぼ全域においてx負方向の反力138が作用する。
FIG. 26 is a diagram for explaining the operation of the configuration of the present embodiment. FIG. 27 shows the magnitude of the urging force in the x direction received by the
BS連結点38がBS支持軸44の中心より上に位置している場合、x負方向の反力138は、バランス軸80を、クランク軸と逆方向に回転させるモーメントを発生する。本実施形態において、バランス装置78は、(1)〜(4)の区間内に第1思案点が含まれるように設計されている。このため、この装置78によれば、第1思案点の近傍においてバランス軸80を安定して逆回転の方向に回転させることができる。
When the
図26において、(5)〜(8)の区間では、第2バネ部材128が、BS連結点38をx正方向に付勢する。BS連結点38がBS支持軸44の中心より下に位置している場合、BS連結点38に作用するx正方向の力は、バランス軸80をクランク軸16の回転方向と逆向きに回転させるモーメントを発生する。本実施形態において、バランス装置78は、(5)〜(8)の区間内に第2思案点が含まれるように設計されている。このため、この装置78によれば、第2思案点の近傍においてバランス軸80を安定して逆回転の方向に回転させることができる。
In FIG. 26, in the sections (5) to (8), the
以上説明した通り、本実施形態の構成によっても、実施の形態4の場合と同様に、バランス軸80を安定的にクランク軸16に対して逆方向に回転させることができる。このため、本実施形態の構成によっても、静粛性に優れた小型の内燃機関10を提供することができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the
実施の形態6.
[実施の形態6の構成]
次に、図28乃至図34を参照して本発明の実施の形態6について説明する。図28は本発明の実施の形態6の構成を説明するための図である。本実施形態の構成は、バランス装置30がオフセット構造のバランス装置140に置き換えられている点を除いて、実施の形態1の構成(図1参照)と同様である。
[Configuration of Embodiment 6]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 28 is a diagram for explaining the configuration of the sixth embodiment of the present invention. The configuration of the present embodiment is the same as the configuration of the first embodiment (see FIG. 1) except that the
本実施形態において、内燃機関10のクランク軸16は、オフセットクランクの手法で用いられている。図28において、符号142を付して示す破線はピストン12の往復運動の軸線である。内燃機関10において、クランク軸16の軸線144は、そのピストン12の軸線142から距離Hだけ平行に離れた位置に配置されている。
In the present embodiment, the
(オフセットクランクによる効果)
図29はオフセットクランクの手法により得られる効果を説明するための図である。図29の左側の図形は比較例の構造を示す。この構造においては、CS主軸22の中心がピストン12の往復運動の軸線142と重なっている。図29の右側の図形は、オフセットクランクの手法を用いた構造を模式的に示している。この構造においては、CS主軸22の中心が、ピストン12の往復運動の軸線142から距離Hだけオフセットされている。
(Effect of offset crank)
FIG. 29 is a diagram for explaining the effect obtained by the offset crank method. The figure on the left side of FIG. 29 shows the structure of the comparative example. In this structure, the center of the CS
図29において、符号146を付して示す矢印は、ピストン12に作用する燃焼圧を表している。燃焼圧146は、爆発行程においてピストン12が上死点を僅かに超えた辺りから大きな値となる。図29に示す二つの図形は、何れも、ピストン12に大きな燃焼圧146が作用している状態を示している。
In FIG. 29, an arrow denoted by
ピストン12は、コンロッド14を介してクランクピン18に連結されている。このため、ピストン12には、燃焼圧146の反力148がコンロッド14から入力される。ピストン12の軸線142に対してコンロッド14がδ[deg]傾いていれば、その反力148には、(反力148*sinδ)で表される水平成分150が含まれる。そして、この水平成分150は、ピストン12を筒内側壁に押し付ける力として作用する。
The
ピストン12の往復運動の軸線142がCS主軸22の中心と重なる比較例の構造では、軸線142に対してコンロッド14が傾斜した段階でピストン12に大きな燃焼圧146がかかる。このため、この構成では、大きな水平成分150が発生し、ピストン12のフリクションが大きくなり易い。
In the structure of the comparative example in which the
オフセットクランクの手法によれば、大きな燃焼圧146がピストン12に作用する際のコンロッド14の傾斜角δを小さな値にすることができる。このため、この構成によれば、ピストン12が、大きな水平成分150を受けることなく筒内を往復運動することができる。このため、本実施形態の構成によれば、比較例の構成に比して、ピストン12のフリクションが低減でき、燃費が向上する。
According to the offset crank method, the inclination angle δ of the connecting
(オフセットに起因する非対象性)
図30は、本実施形態においてピストン12が示す速度プロファイルの非対象性を説明するための図である。図30において、ピストン12は、クランク角θ=0[°CA]において上死点に位置し、θ=180[°CA]において下死点に位置する。
(Non-objectivity due to offset)
FIG. 30 is a diagram for explaining the non-target property of the speed profile indicated by the
θ=90[°CA]とθ=270[°CA]は、クランク角θに関しては上死点と下死点の中間点である。しかしながら、θ=90[°CA]におけるコンロッド14の傾斜角δ90と、θ=270[°CA]における傾斜角δ270との間には、オフセットクランクの影響で大きな差異が生ずる。その結果、クランク角θ=90[°CA]で発生するピストンストロークPS90と、θ=270[°CA]で生ずるピストンストロークPS270は異なった値となる。必然的に、θが90〜180[°CA]に変化する際に生ずるストローク(PS180−PS90)と、θが180〜270[°CA]に変化する際に生ずるストローク(PS270−PS180)も異なる値となる。
θ = 90 [° CA] and θ = 270 [° CA] are intermediate points between the top dead center and the bottom dead center with respect to the crank angle θ. However, there is a large difference between the inclination angle δ90 of the connecting
このように、オフセットクランクの手法が用いられた内燃機関10においては、クランク角θが上死点から下死点に向かう往路の過程と、下死点から上死点に向かう復路の過程とで、ピストン12が非対称な変位プロファイルを示す。そして、変位プロファイルが非対称であれば、その変位に伴って生ずる慣性力も非対称なものとなる。このため、内燃機関10のピストン12が発する慣性力を精度良く打ち消すためには、バランス装置140にも非対称な加振力を発生させることが有効である。
Thus, in the
(本実施形態のバランス装置の構成)
図31(A)は、本実施形態において用いられるバランス装置140の構成を示す。バランス装置140は、CS主軸22の中心とBS支持軸44の中心を結ぶCS−BS中心線56が、ガイド部54の軸線152から距離hだけ離れるようにてオフセットされている点を除いて実施の形態1におけるバランス装置30(図2参照)と同様である。以下、図31(A)において、図2に示す要素と共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
(Configuration of balance device of this embodiment)
FIG. 31A shows the configuration of the
図31(A)に示すバランス装置140において、連結桿36の摺動部52は、クランク軸16の回転に伴ってガイド部54の内部を直線運動する。この際、連結桿36のピボット50は、ガイド部54の軸線152に沿って移動する。ピボット50がCS−BS中心線56の上を移動する場合、BS回転角αは、クランク角θが0〜180[°CA]まで変化する往路の過程と、θが180〜360[°CA]まで変化する復路の過程とで対象な変化プロファイルを示す。しかしながら、ピボット50がCS−BS中心線56から外れた軸線152の上を移動する場合、BS回転角αのプロファイルは往路の過程と復路の過程で非対称なものとなる。
In the
このようなBS回転角αの非対象性は、ピボット50が、CS−BS中心線56から外れた軸線152の上を移動することに起因して発生する。図31(B)、図31(C)及び図31(D)は、そのような非対称性が生ずる他のバランス装置の例を示す。具体的には、図31(B)は、ガイド部54の軸線152からBS支持軸44の中心が距離hだけオフセットされたバランス装置154を示す。図31(C)は、CS主軸22の中心がガイド部54の軸線152から距離hだけオフセットされたバランス装置156を示す。また、図31(D)は、CS主軸22の中心とBS支持軸44の中心の双方が、夫々反対方向に軸線152から距離hだけオフセットされたバランス装置158を示す。これらのバランス装置154,156,158は、ピストン12が発する慣性力の非対称性に応じて、図31(A)に示すバランス装置140と適宜入れ替えて用いることができる。
Such non-objectivity of the BS rotation angle α occurs due to the
(本実施形態のバランス装置が発する加振力)
以下、図31(A)と共に図32乃至図34を参照して、本実施形態のバランス装置140が発する加振力について説明する。バランス装置140の各種寸法は、BS回転角αのプロファイルに影響を与える各種パラメータとなる。ここでは、CS連結点32の回転半径r1と連結桿36の長さlcbとの比r1/lcbを一般的な値に固定し、オフセット値hと回転半径r1との比h/r1を“−a”、“−b”、“+a”に変えて実施したシミュレーションの結果について説明する。尚、a及びbに付した符号は、距離hをオフセットさせた方向の違いを表している。
(Excitation force generated by the balance device of this embodiment)
Hereinafter, the excitation force generated by the
図32は、クランク角θとBS角速度dα/dθとの関係を示す。バランス軸40はクランク軸16と逆向きに回転しているため、αがθと同じ変化を示せば、BS角速度dα/dθは−1となる。例えば、“−a”の波形には、上死点から下死点に向かう往路ではθに対してαの変化が少なく、下死点から上死点に向かう復路ではその逆の傾向となる非対称性が現れている。また、”−b”の波形には、“−a”の波形に比して弱い非対象性が表れている。更に、“+a”の波形には、“−a”の非対称性とは逆の非対象性が現れている。
FIG. 32 shows the relationship between the crank angle θ and the BS angular velocity dα / dθ. Since the
このように、本実施形態のバランス装置140は、往路と復路で非対称なプロファイルを持つBS角速度dα/dθを発生させることができる。上述した通り、バランス軸40には、角速度の二乗に比例する遠心力と、角加速度に対する反力とが作用する。そして、バランス軸40は、それらの遠心力と反力の合成値に応じた加振力を発生する。本実施形態では、BS角速度dα/dθが非対称なプロファイルを有するため、バランス軸40が発する加振力も、ピストン12の慣性力と同様に、往路と復路で非対称なプロファイルを有するものとなる。
As described above, the
図33は、クランク軸16が発する加振力Y成分とバランス軸40が発する加振力Y成分を合成した加振力を、ピストン12の慣性力と対比して表した図である。図33中に示す5種類の波形は、夫々下記の通りである。
波形60×2:クランク軸16が発する加振力Y成分の2倍に相当(図8参照)
波形160:ピストン12が発する非対称な慣性力
波形162:“−a”の条件下でバランス軸40が発する加振力Y成分と、クランク軸16が発する加振力Y成分との合成に相当
波形164:“−b”の条件下でバランス軸40が発する加振力Y成分と、クランク軸16が発する加振力Y成分との合成に相当
波形166:“+a”の条件下でバランス軸40が発する加振力Y成分と、クランク軸16が発する加振力Y成分との合成に相当
FIG. 33 is a diagram showing the excitation force obtained by synthesizing the excitation force Y component generated by the
Waveform 160: Asymmetric inertial force generated by
クランク軸16が発する加振力は、クランク角θの変化に対してほぼ歪みのない正弦波状となる。そして、バランス軸40がクランク軸16と等速で回転すれば、両者が発する加振力はほぼ同じものとなる。この場合、バランス装置140が発生する慣性力は、波形60×2が示すように往路と復路でほぼ対象なプロファイルを示す。一方、波形162、164及び166は、何れも非対称なプロファイルを有している。ピストン12の発する慣性力が非対称であるため、それらの波形162、164及び166には、ピストン12の慣性力を打ち消すことに関して、波形60×2に比して高い可能性が認められる。
The exciting force generated by the
図34は、図33に示す各種の加振力をピストン12の慣性力に合成した結果、内燃機関10に残存する不釣合い力の波形を示す。図34に示す波形の意味は、夫々下記の通りである。
波形160+162:条件“−a”の下で内燃機関10に残存する不釣合い力
波形160+164:条件“−b”の下で内燃機関10に残存する不釣合い力
波形160+166:条件“+a”の下で内燃機関10に残存する不釣合い力
波形160+60×2:バランス軸40を歯車機構で作動させた場合に、内燃機関10に残存する不釣合い力
FIG. 34 shows waveforms of the unbalanced force remaining in the
図34に示すように、何れの条件の下でも、本実施形態のバランス装置140によれば、バランス軸40を歯車機構で作動させる場合に比して、残存する不釣合い力を小さくすることができる。特に、今回のシミュレーションでは、条件“−b”を用いた場合に、残存する不釣合い力を十分に小さな値にすることができる(波形160+164参照)。このように、本実施形態の構成によれば、オフセットクランクの手法が用いられている場合においても、連結桿36を用いたコンパクトな機構で、内燃機関10に対して優れた静粛性を付与することができる。
As shown in FIG. 34, under any condition, according to the
実施の形態7.
[実施の形態7の構成]
次に、図35乃至図38を参照して本発明の実施の形態7について説明する。
図35は本発明の実施の形態7において用いられるバランス装置168の構成を説明するための図である。本実施形態の構成は、バランス装置30が、バランス装置168に置き換えられている点を除いて、実施の形態1の構成(図1参照)、又は実施の形態6の構成(図28参照)と同様である。
[Configuration of Embodiment 7]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 35 is a diagram for explaining the configuration of a
また、本実施形態のバランス装置168は、ガイド部68の回転軸72の中心が、CS−BS中心線56から距離hだけ離れるようにてオフセットされている点を除いて、実施の形態2におけるバランス装置66(図14参照)と同様である。以下、図35において、図14に示す要素と同一又は共通する要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
The
本実施形態のバランス装置168は、実施の形態6のバランス装置140と同様に、オフセットクランクの手法に対応している。換言すると、図35に示すバランス装置168は、実施の形態6のバランス装置140と同様に、クランク角θが0〜180[°CA]に変化する過程と、θが180〜360[°CA]に変化する過程とで、バランス軸40を非対称に不等速回転させる。
The
図35に示すバランス装置168において、ガイド部68の回転軸72の中心がCS−BS中心線56と重なっていれば、BS回転角αは、クランク角θ=0[°CA]を境にして正側(90[°CA]側)と負側(270[°CA]側)で対象な変化プロファイルを示す。しかしながら、その回転軸72の中心がCS−BS中心線56から外れていると、上記の対象性が崩れ、BS回転角αの変化プロファイルが非対称なものとなる。
In the
図36、図37及び図38は、夫々、上述した実施の形態6における図32、図33及び図34に対応している。これらの図の説明は、対応する図の説明と共通するため、ここでは重複する説明を省略する。 36, 37, and 38 respectively correspond to FIGS. 32, 33, and 34 in the sixth embodiment described above. The description of these figures is the same as the explanation of the corresponding figures, so that the duplicate description is omitted here.
図36乃至図38に示すように、本実施形態におけるバランス装置168によっても、実施の形態6の場合と同様に、非対称な慣性力を打ち消すのに適した非対象な加振力を生成することができる。このため、本実施形態の構成によっても、実施の形態6の場合と同様に、オフセットクランクの手法が用いられた内燃機関10に対して、小型軽量化を妨げることなく優れた静粛性を付与することができる。
As shown in FIG. 36 to FIG. 38, the
実施の形態8.
[実施の形態8の構成]
次に、図39乃至図45を参照して本発明の実施の形態8について説明する。
図39は本発明の実施の形態8のバランス装置170を搭載した内燃機関の構成を示す。バランス装置170は、上述した実施の形態1乃至7の場合と同様にピストン12の往復運動の軸線172に対して傾斜して配置される連結桿36を有している。ここでは、ピストン12の軸線172と連結桿36との傾斜角が「β」°であるものとする。また、ピストン12の軸線172と平行でCS主軸22を通る直線、並びにBS支持軸44を通る直線を、夫々「CS軸線174」及び「BS軸線176」と称す。
[Configuration of Embodiment 8]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 39 shows the configuration of an internal combustion engine equipped with a
本実施形態のバランス装置170は、クランク軸178及びバランス軸180を備えている。クランク軸178及びバランス軸180は、夫々CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184を有している。本実施形態のバランス装置170は、CS偏心ウェイト182及びBS偏心ウェイト184が、夫々図39中に●点で示す位置に重心186,188を備えている点を除き、実施の形態1のバランス装置30(図1参照)と同様である。
The
図40は、本実施形態のバランス装置170が、内燃機関において生ずる加振力を打ち消す原理を説明するための図である。具体的には、図40の左側は、ピストン12に起因する加振力Fpとコンロッド14に起因する加振力Fcとを打ち消すために、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184が満たすべき条件を示した図である。また、図40の右側は、連結桿36に起因する加振力Fcを打ち消すために、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184が満たすべき条件を示した図である。以下、実施の形態1での説明と同様に、ピストン12の重量を「mp」、コンロッドの重量を「mc」で表す。更に、本実施形態では、連結桿36の重量を「mr」で表す。
FIG. 40 is a view for explaining the principle by which the
図40に示す二つの図形は、何れもピストン12が上死点に達した際の状態を表している。この際、ピストン12及びコンロッド14は、ピストン12の往復運動の軸線172に沿って図中上向きに「mp+mc」に対応する加振力(Fp+Fc)を発する。この加振力(Fp+Fc)を打ち消すためには、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184が、図中下向きに同じ大きさの加振力を発生する必要がある。
Each of the two figures shown in FIG. 40 represents a state when the
本実施形態では、上記の要求に応えるべく、図40左側に示すように、CS偏心ウェイト182に、「mc+mp/2」に対応する図中下向きの加振力を分担させている。また、BS偏心ウェイトには、「mp/2」に対応する図中下向きの加振力を分担させている。このような設定によれば、ピストン12及びコンロッド14が上死点で発する加振力(Fp+Fc)を適切に打ち消すことができる。
In the present embodiment, in order to meet the above requirements, as shown on the left side of FIG. 40, the CS
ピストン12が下死点に達する状況下では、ピストン12及びコンロッド14が、上死点の場合とは方向を反転させた加振力(Fp+Fc)を発生する。この際、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184も方向を反転させた加振力を発する。このため、上記の設定によれば、下死点においても加振力を打ち消し合わせることができる。
Under the situation where the
上死点と下死点の間では、ピストン12は、ピストン12の往復運動の軸線172に沿って上下動するだけで、前記軸線方向以外の加振力を発生しない。コンロッド14は、CS主軸22の周りを回転し、重量mcの遠心力に応じた加振力Fcを発する。この際、同様に回転するCS偏心ウェイト182は、重量「mc+mp/2」の遠心力に対応する加振力を発する。そして、コンロッド14に起因する加振力Fcは、CS偏心ウェイト182の加振力のうち「mc」に対応する部分によって打ち消される。更に、CS偏心ウェイト182が発する加振力の残部、つまり、「mp/2」に対応する部分は、CS偏心ウェイト182と逆方向に回転するBS偏心ウェイト184の加振力によって打ち消される。このように、図40の左側に示す条件によれば、ピストン12及びコンロッド14の運動に伴う加振力(Fp+Fc)を、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184により常時打ち消すことができる。
Between the top dead center and the bottom dead center, the
図40の右側の図形は、ピストン12が上死点に達するのと同期して、連結桿36が図中右上側の動作端に達した状態を示している。この状態で、連結桿36は、CS軸線174に対してβ°の傾斜角で図中右上に向かう加振力Frを発する。本実施形態では、この加振力Frを打ち消すために、上死点の状況下で、CS偏心ウェイト182及びBS偏心ウェイト184に、夫々「mr/2」の重量に対応する図中左下向きの加振力を発生させる。
The figure on the right side of FIG. 40 shows a state in which the connecting
図40に示す状況下で、CS偏心ウェイト182及びBS偏心ウェイト184は、重量「mr/2」に対応する加振力を夫々発している。それらの加振力は、CS軸線174及びBS軸線176に対してβ°の角度で図中左下に向かっている。これらの加振力によれば、連結桿36に起因する加振力Frを適切に打ち消すことができる。
Under the situation shown in FIG. 40, the CS
ピストン12が下死点に達した際には、連結桿36が、図中左下向きに重量mrに対応する加振力Frを発する。この際、CS偏心ウェイト182及びBS偏心ウェイト184は、図中右上向きに加振力を発する。このため、上記の設定によれば、下死点においても連結桿36に起因する加振力を打ち消すことができる。
When the
上死点と下死点の間では、連結桿36は大きな加振力を発生しない。他方、CS偏心ウェイト182に与えられた重量「mr/2」と、BS偏心ウェイト184に与えられた重量「mr/2」は、夫々逆方向に回転しながら加振力を発する。そして、それらの加振力は、互いに逆向きであることから打ち消される。
Between the top dead center and the bottom dead center, the connecting
このように、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184が図40の右側に示す条件を満たす場合は、連結桿36の運動に伴う加振力を、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184により常時打ち消すことができる。
As described above, when the CS
本実施形態では、CS偏心ウェイト182及びBS偏心ウェイト184に、夫々、図40の左側に示す条件と右側に示す条件を合成して課している。具体的には、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184に、夫々下記の条件を満たすような重量と重心を付与している。
In the present embodiment, the CS
<CS偏心ウェイト>
ピストン12が上死点に達する際に下記の大きさと向きを有する2つの加振力を合成した加振力を発生する。
(1)大きさ:重量(mc+mp/2)に対応
向き :加振力Fpと逆向きの方向(以下、「反Fp方向」とする)
(2)大きさ:重量(mr/2)に対応
向き :加振力Frと逆向きの方向(以下、「反Fr方向」とする)
<CS eccentric weight>
When the
(1) Size: corresponding to weight (mc + mp / 2) Direction: direction opposite to the excitation force Fp (hereinafter referred to as “anti-Fp direction”)
(2) Size: corresponding to weight (mr / 2) Direction: direction opposite to the excitation force Fr (hereinafter referred to as “anti-Fr direction”)
<BS偏心ウェイト>
ピストン12が上死点に達する際に下記の大きさと向きを有する2つの加振力を合成した加振力を発生する。
(1)大きさ:重量(mp/2)に対応
向き :反Fp方向
(2)大きさ:重量(mr/2)に対応
向き :反Fr方向
<BS eccentric weight>
When the
(1) Size: corresponding to weight (mp / 2) Direction: anti-Fp direction (2) Size: corresponding to weight (mr / 2) Direction: anti-Fr direction
図41は、図39に示すクランク軸178、即ち本実施形態において用いられるクランク軸178の拡大図である。クランク軸178は、上記の条件を満たす重量と重心を有している。具体的には、クランク軸178は、概ね(mc+mp/2+mr/2)の重量を有し、図41中に●点で示す位置に重心186を有している。
FIG. 41 is an enlarged view of the
クランク軸178が、ピストン12とコンロッド14に起因する加振力(Fp+Fc)だけを打ち消すものであれば、上死点における重心186の位置はCS軸線174と重なるのが望ましい。これに対して、本実施形態では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すために、重心186の位置が、CS軸線174から反Fr方向の側にβcs°だけずらされている。つまり、本実施形態のクランク軸178は、CS軸線174に対して、CS連結点32の反対側に重心186を有している。尚、重心186のずれ角βcs°は、必然的に連結桿36の傾斜角β°より小さな角度となる。
If the
図42は、クランク軸178の斜視図である。ここでは、クランク軸178の左側に連結桿36が配置されるものとする。クランク軸178は、クランクピン18を挟んで2枚のCS偏心ウェイト182を有している。ピストン12及びコンロッド14の加振力(Fp+Fc)は、クランクピン18に作用する。このため、その力を打ち消す重量「mc+mp/2」は、2枚のCS偏心ウェイト182に均等に配分されていることが望ましい。他方、連結桿36に起因する加振力Frは、クランク軸178の図中左端付近に作用する。この力を打ち消すための重量が図中右側のCS偏心ウェイト182に与えられた場合、連結桿36が発する加振力Frと図中右側のCS偏心ウェイト182が発する加振力とがクランク軸178に大きなモーメントを与える。このため、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量「mr/2」は、連結桿36に近い側のCS偏心ウェイト182に与えられていることが望ましい。
FIG. 42 is a perspective view of the
本実施形態では、上記の要求に応えて、図中右側のCS偏心ウェイト182には「mc+mp/2」の半分の重量のみを与える。尚、このCS偏心ウェイト182単体での重心は上死点でCS軸線174と重なる位置に存在する。そして、図中左側のCS偏心ウェイト182には、「mc+mp/2」の半分の重量に加えて「mr/2」の全ての重量を与えている。この際、「mr/2」の重量は、2枚のCS偏心ウェイト182の重心が図41に示す重心186となるように、図中左側のCS偏心ウェイト182に与えられる。このような設定によれば、クランク軸178に大きなモーメントを作用させることなく、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すことができる。
In the present embodiment, in response to the above request, only the half weight of “mc + mp / 2” is given to the CS
図43は、図39に示すバランス軸180、即ち本実施形態において用いられるバランス軸180の拡大図である。ここでは、バランス軸180の左側に連結桿36が配置されるものとする。バランス軸180のBS偏心ウェイト184は、大径部190と小径部192を有している。大径部190は、連結桿36と連結される側の一端194の近傍に設けられている。小径部192は、バランス軸180の他端196側に設けられている。
FIG. 43 is an enlarged view of the
BS偏心ウェイト184には、概ね「mp/2+mr/2」の重量が与えられる。この重量のうち、ピストン12に起因する加振力Fpを打ち消すための重量「mp/2」は、大径部190と小径部192に等しく分配される。他方、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量「mr/2」は大径部190だけに与えられる。その結果、大径部190は、小径部192より大きな外径を有する。
The BS
BS偏心ウェイト184の重心188は、クランク軸178の場合と同様にBS軸線176を挟んでBS連結点38の反対側に設けられる(図39参照)。具体的には、BS偏心ウェイト184の重心188は、BS軸線176から連結桿36の傾斜方向に一定角だけずらされている。このずれ角は、必然的に連結桿36の傾斜角β°より小さな角度となる。このような設定によれば、バランス軸180に大きなモーメントを作用させることなく、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すことができる。
The center of
図44は、本実施形態のバランス装置170を搭載した内燃機関の動作を説明するための図である。具体的には、図44は、内燃機関の様子を0[°CA]から360[°CA]まで、45[°CA]刻みで表している。図中、CS偏心ウェイト182が発する加振力をFcsと示し、BS偏心ウェイト184が発する加振力をFbsとして示している。尚、これらの加振力Fcs及びFbsは、理解を容易にするため、(Fp+Fc)を打ち消すための加振力と、Frを打ち消すための加振力の2つに分解して表している。図44に示すように、本実施形態の構成によれば、ピストン12及びコンロッド14に起因する加振力(Fp+Fc)のみならず、連結桿36に起因する加振力Frをも常時適切に打ち消すことができる。
FIG. 44 is a view for explaining the operation of the internal combustion engine equipped with the
[実施の形態8の変形例]
図45は、本実施形態のバランス装置170に適用可能なバランス軸の他の例の斜視図である。図45に示すバランス軸198は、BS偏心ウェイト200を有している。BS偏心ウェイト200は、連結桿36に連結される側の一端194から他端196にかけて、外径が徐々に小さくなるように形成されている。このような構成によれば、図43に示すバランス軸180の場合と同様に、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量mrを、一端194の側に他端196の側に比して大きく反映させることができる。このため、図45に示すバランス軸198によっても、大きなモーメントを生じさせることなく加振力Frを打ち消すことができる。
[Modification of Embodiment 8]
FIG. 45 is a perspective view of another example of a balance shaft applicable to the
ところで、上述した実施の形態8では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量を、連結桿36に近い側に大きく反映させることとしている。しかしながら、この特徴は本発明に必須のものではない。即ち、加振力Frを打ち消すためにクランク軸178に付与する重量「mr/2」は、2つのCS偏心ウェイト182に均等に配分することとしてもよい。同様に、バランス軸180に対しても、重量「mr/2」は、バランス軸180の全域に均等に配分することとしてもよい。
By the way, in the above-described eighth embodiment, the weight for canceling the excitation force Fr caused by the connecting
また、上述した実施の形態8では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための構成を、実施の形態1のバランス装置に組み込むこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、加振力Frを打ち消す構成は、実施の形態2乃至7の何れにも組み込むことが可能である。
In the above-described eighth embodiment, the configuration for canceling the excitation force Fr caused by the connecting
また、上述した実施の形態8では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量を、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184に均等に反映させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、加振力Frを打ち消すための重量は、CS偏心ウェイト182とBS偏心ウェイト184に不均等に反映させることとしてもよい。この点は、後述する実施の形態9についても同様である。
In the above-described eighth embodiment, the weight for canceling the excitation force Fr caused by the connecting
実施の形態9.
次に、図46乃至図51を参照して本発明の実施の形態9について説明する。
図46は本発明の実施の形態9のバランス装置202を搭載した内燃機関の構成を示す。バランス装置202は、クランク軸204及びバランス軸206を備えている。クランク軸204及びバランス軸206は、夫々CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210を有している。本実施形態のバランス装置202は、以下の2つの点を除いて実施の形態8のバランス装置170(図39参照)と同様である。
(1)CS連結点32がCS主軸22に対してCS偏心ウェイト208の重量側に設けられており、かつ、BS連結点38がBS支持軸44に対してBS偏心ウェイト210の重量側設けられている点。
(2)CS偏心ウェイト208及びBS偏心ウェイト210が、夫々図46中に●点で示す位置に重心212,214を備えている点。
Embodiment 9 FIG.
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 46 shows the configuration of an internal combustion engine equipped with the
(1) The
(2) The CS
図47は、本実施形態のバランス装置202が、内燃機関において生ずる加振力を打ち消す原理を説明するための図である。図47の左側は、ピストン12及びコンロッド14に起因する加振力(Fp+Fc)を打ち消すために、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210が満たすべき条件を示した図である。この条件は、図40の左側欄を参照して実施の形態8において説明した条件と実質的に同様である。
FIG. 47 is a view for explaining the principle by which the
図47に示す二つの図形は、何れもピストン12が上死点に達した際の状態を表している。本実施形態の構成では、連結桿36は、ピストン12が下死点から上死点に向かって移動する過程で図中右上から左下に向かって変位する。そして、上死点の状況下では、図中左下側の変位端に達する。
Each of the two figures shown in FIG. 47 represents a state when the
図47の右側の図形は、ピストン12が上死点に達するのと同期して、連結桿36が図中左下側の動作端に達した状態を示している。この状態で、連結桿36は、CS軸線174に対してβ°の傾斜角で図中左下に向かう加振力Frを発する。本実施形態では、この加振力Frを打ち消すために、上死点の状況下で、CS偏心ウェイト208及びBS偏心ウェイト210に、夫々「mr/2」の重量に対応する図中右上向きの加振力を発生させる。
The right-hand figure in FIG. 47 shows a state in which the connecting
図47に示す状況下で、CS偏心ウェイト208及びBS偏心ウェイト210は、重量「mr/2」に対応する加振力を夫々発している。それらの加振力は、CS軸線174及びBS軸線176に対してβ°の角度で図中右上に向かっている。これらの加振力によれば、連結桿36に起因する加振力Frを適切に打ち消すことができる。
47, the CS
ピストン12が下死点に達した際には、連結桿36が、図中右上側の変位端に達し、右受け向きに重量mrに対応する加振力Frを発する。この際、CS偏心ウェイト208及びBS偏心ウェイト210は、図中左下向きに加振力を発する。このため、上記の設定によれば、下死点においても連結桿36に起因する加振力を打ち消すことができる。
When the
上死点と下死点の間では、連結桿36は大きな加振力を発生しない。他方、CS偏心ウェイト208に与えられた重量「mr/2」と、BS偏心ウェイト210に与えられた重量「mr/2」は、夫々逆方向に回転しながら、互いに加振力を打ち消し合う。
Between the top dead center and the bottom dead center, the connecting
このように、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210が図47の右側に示す条件を満たす場合は、連結桿36の運動に伴う加振力を、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210により常時打ち消すことができる。
As described above, when the CS
本実施形態では、CS偏心ウェイト208及びBS偏心ウェイト210に、夫々、図47の左側に示す条件と右側に示す条件を合成して課している。具体的には、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210に、夫々下記の条件を満たすような重量と重心を付与している。
In the present embodiment, the conditions shown on the left side and the conditions shown on the right side of FIG. 47 are combined and imposed on the CS
<CS偏心ウェイト>
ピストン12が上死点に達する際に下記の大きさと向きを有する2つの加振力を合成した加振力を発生する。
(1)大きさ:重量(mc+mp/2)に対応
向き :反Fp方向
(2)大きさ:重量(mr/2)に対応
向き :反Fr方向
<CS eccentric weight>
When the
(1) Size: corresponding to weight (mc + mp / 2) Direction: anti-Fp direction (2) Size: corresponding to weight (mr / 2) Direction: anti-Fr direction
<BS偏心ウェイト>
ピストン12が上死点に達する際に下記の大きさと向きを有する2つの加振力を合成した加振力を発生する。
(1)大きさ:重量(mp/2)に対応
向き :反Fp方向
(2)大きさ:重量(mr/2)に対応
向き :反Fr方向
<BS eccentric weight>
When the
(1) Size: corresponding to weight (mp / 2) Direction: anti-Fp direction (2) Size: corresponding to weight (mr / 2) Direction: anti-Fr direction
図48は、図46に示すクランク軸204、即ち本実施形態において用いられるクランク軸204の拡大図である。クランク軸204は、上記の条件を満たす重量と重心を有している。具体的には、クランク軸204は、概ね(mc+mp/2−mr/2)の重量を有し、図48中に●点で示す位置に重心212を有している。
FIG. 48 is an enlarged view of the
クランク軸204が、ピストン12とコンロッド14に起因する加振力(Fp+Fc)だけを打ち消すものであれば、上死点における重心212の位置はCS軸線174と重なるのが望ましい。これに対して、本実施形態では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すために、重心212の位置が、CS軸線174から反Fr方向の側にβcs°だけずらされている。つまり、本実施形態のクランク軸204は、CS軸線174に対して、CS連結点32の反対側に重心212を有している。
If the
クランク軸204は、図42に示すクランク軸178と同様に2枚のCS偏心ウェイト208を備えている。本実施形態でも、実施の形態8の場合と同様に、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量「Fr/2」は、連結桿36の近くに配置されるCS偏心ウェイト208にのみ反映される。具体的には、連結桿36から離れた位置に配置されるCS偏心ウェイト208には加振力(Fp+Fc)を打ち消すための重量「mc+mp/2」の半分が与えられる。他方、連結桿36の近くに配置されるCS偏心ウェイト208には、加振力Frを打ち消すための重量「mr/2」をそこから差し引いた重量「(mc+mp/2)/2−mr/2」が与えられる。そして、後者のCS偏心ウェイト208は、2枚のCS偏心ウェイト208の重心が図48に示す重心212となるように形成される。このような構成によれば、実施の形態8の場合と同様に、クランク軸204に大きなモーメントを作用させることなく、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すことができる。
The
図49は、図46に示すバランス軸206、即ち本実施形態において用いられるバランス軸206の拡大図である。バランス軸206のBS偏心ウェイト201には小径部216と大径部218が設けられている。小径部216は、連結桿36と連結される側の一端194の近傍に形成されている。大径部218は、バランス軸206の他端196の近傍に形成されている。
FIG. 49 is an enlarged view of the
BS偏心ウェイト210には、概ね「mp/2−mr/2」の重量が与えられる。この重量のうち、重量「mp/2」は、小径部216と大径部218に等しく分配される。そして、重量の減量分「mr/2」は小径部216だけに反映される。BS偏心ウェイト210の重心214は、クランク軸204の場合と同様にBS軸線176を挟んでBS連結点38の反対側に設けられる(図46参照)。このような設定によれば、バランス軸206に大きなモーメントを作用させることなく、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すことができる。
The BS
図50は、本実施形態のバランス装置202を搭載した内燃機関の動作を説明するための図である。具体的には、図50は、内燃機関の様子を0[°CA]から360[°CA]まで、45[°CA]刻みで表している。図中、CS偏心ウェイト208が発する加振力をFcsと(−Fcs)で表している。「Fcs」は重量「mc+mp/2」に対応する仮想的な加振力であり、「−Fcs」は、重量の減量分「−mr/2」によって生ずる仮想的なマイナス加振力である。現実には、CS偏心ウェイト208は、「Fcs」のベクトルと「−Fcs」のベクトルとの合成ベクトルに相当する加振力を発生する。
FIG. 50 is a view for explaining the operation of the internal combustion engine equipped with the
図50には、同様に、BS偏心ウェイト210が発する加振力をFbsと(−Fbs)で表している。「Fbs」は重量「mp/2」に対応する仮想的な加振力であり、「−Fbs」は、重量の減量分「−mr/2」によって生ずる仮想的なマイナス加振力である。現実には、BS偏心ウェイト210は、「Fbs」のベクトルと「−Fbs」のベクトルとの合成ベクトルに相当する加振力を発生する。
Similarly, in FIG. 50, the excitation force generated by the BS
図50に示すように、本実施形態の構成によれば、ピストン12及びコンロッド14に起因する加振力(Fp+Fc)が、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210に起因する加振力(Fcs+Fbs)によって打ち消されている。また、連結桿36に起因する加振力Frが、CS偏心ウェイト208とBS偏心ウェイト210の減量効果(−Fcs−Fbs)により打ち消されている。このため、本実施形態の構成によれば、内燃機関の作動に伴う加振力を常時適切に打ち消すことができる。
As shown in FIG. 50, according to the configuration of the present embodiment, the excitation force (Fp + Fc) caused by the
[実施の形態9の変形例]
図51は、本実施形態のバランス装置202に適用可能なバランス軸の他の例の斜視図である。図51に示すバランス軸220は、BS偏心ウェイト222を有している。BS偏心ウェイト222は、連結桿36に連結される側の一端194から他端196にかけて、外径が徐々に大きくなるように形成されている。このような構成によれば、図49に示すバランス軸206の場合と同様に、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量mrを、一端194の側に他端196の側に比して大きく反映させることができる。このため、図51に示すバランス軸220によっても、大きなモーメントを生じさせることなく加振力Frを打ち消すことができる。
[Modification of Embodiment 9]
FIG. 51 is a perspective view of another example of a balance shaft applicable to the
ところで、上述した実施の形態9では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための重量を、連結桿36に近い側に大きく反映させることとしている。しかしながら、この特徴は本発明に必須のものではない。即ち、加振力Frを打ち消すためにクランク軸204から減ずる重量「mr/2」は、2つのCS偏心ウェイト208から均等に減じてもよい。同様に、バランス軸206についても、重量「mr/2」はバランス軸206の全域から均等に減ずることとしてもよい。
By the way, in the above-described ninth embodiment, the weight for canceling the excitation force Fr caused by the connecting
また、上述した実施の形態9では、連結桿36に起因する加振力Frを打ち消すための構成を、実施の形態1を基礎とするバランス装置に組み込むこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、加振力Frを打ち消す構成は、実施の形態2乃至7の何れを基礎とするバランス装置にも組み込むことが可能である。
In the above-described ninth embodiment, the configuration for canceling the excitation force Fr caused by the connecting
実施の形態10.
[実施の形態10の構成]
次に、図52乃至図60を参照して本発明の実施の形態10について説明する。
上述した実施の形態1のバランス装置30(図1参照)は、BS連結点38がバランス軸40の径方向にスライドすることができるように構成されている。以下、この方式を「スライド式」と称す。本明細書に開示したバランス装置の中では、実施の形態1のバランス装置に加えて、実施の形態2(図14参照)、実施の形態6(図28参照)、実施の形態7(図35参照)、実施の形態8(図39参照)、及び実施の形態9(図46参照)のバランス装置がスライド式である。
[Configuration of Embodiment 10]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The balance device 30 (see FIG. 1) of the first embodiment described above is configured such that the
一方、上述した実施の形態3のバランス装置78は、BS連結点38が、相対的な回転だけが可能となるように、バランス軸80に連結されている。以下、この方式を「リンク式」と称す。本明細書に開示したバランス装置の中では、実施の形態3のバランス装置に加えて、実施の形態4(図19参照)、及び実施の形態5(図25参照)のバランス装置がリンク式である。
On the other hand, the
図52は本発明の実施の形態10のバランス装置224の分解斜視図である。本実施形態のバランス装置224は、上述したリンク式のバランス装置を実現する具体的構成の一例を提供する点に特徴を有している。
FIG. 52 is an exploded perspective view of the
バランス装置224はクランク軸226を備えている。クランク軸226はクランクピン228を備えている。クランクピン228は、コンロッド(図示せず)を介して内燃機関のピストン(図示せず)に連結される。クランクピン228の両側にはCS偏心ウェイト230が設けられている。また、それらの回転軸として、クランク軸226はCS主軸232を備えている。
The
バランス装置224は、CS主軸232に固定されるCS側偏心軸234を備えている。CS側偏心軸234には、CS主軸232と嵌め合いの関係となる貫通孔236が設けられている。貫通孔236はCS側偏心軸234の中心から一定値だけ偏心した位置に設けられている。貫通孔236には、位置決め溝238が設けられている。CS側偏心軸234は、CS主軸232の位置決めガイド240が位置決め溝238に係り合うようにCS主軸232に装着される。その結果、CS側偏心軸234は、相対的な回転が許容されない状態でCS主軸232に固定される。CS側偏心軸234には、更に、貫通孔236と干渉しない位置に複数の軽減孔242が設けられている。
The
バランス装置224はバランス軸244を備えている。バランス軸244はBS偏心ウェイト246を備えている。また、バランス軸244は、CS主軸232と平行なBS支持軸248を備えている。バランス軸244はBS支持軸248を回転軸として回転することができる。
The
BS支持軸248にはBS側偏心軸250が装着される。BS側偏心軸250には、BS支持軸248と嵌め合いの関係となる貫通孔252が設けられている。貫通孔252はBS側偏心軸250の中心から一定値だけ偏心した位置に設けられている。BS側偏心軸250も、CS側偏心軸234の場合と同様に、相対的な回転が許容されない状態でBS支持軸248に固定される。BS側偏心軸250には、更に、貫通孔252と干渉しない位置に複数の軽減孔254が設けられている。
A BS-side
バランス装置224は、連結桿256を備えている。
図53は連結桿256の分解斜視図である。図53に示すように、連結桿256は連結桿本体258を備えている。連結桿本体258はCS側環状部260とBS側環状部262を備えている。CS側環状部260とBS側環状部262は連結部264によって一体化されている。
The
FIG. 53 is an exploded perspective view of the connecting
CS側環状部260には、CS側軸受け266が収納された後、止め輪268が装着される。止め輪268は、CS側軸受け266の脱落を防止する。同様に、BS側環状部262には、BS側軸受け270が収納された後、止め輪272が装着される。止め輪272は、BS側軸受け270の脱落を防止する。CS側軸受け266及びBS側軸受け270には、夫々複数のベアリングボールを内包する転がり軸受けである。
After the CS-
連結桿256の連結部264にはピボット274が装着される。ピボット274は、転がり軸受けとして機能することができる。ピボット274は、連結部264を挟んで反対側に配置されるナット276により固定される。
A
再び図52を参照して説明を続ける。上述したCS側偏心軸234は、CS側軸受け266の内部に挿入される。その結果、CS側偏心軸234は、連結桿256により回転可能に保持される。同様に、上述したBS側偏心軸250は、BS側軸受け270の内部に挿入される。その結果、BS側偏心軸250は、連結桿256により回転可能に保持される。
The description will be continued with reference to FIG. The CS-side
バランス装置224はガイド部278を備えている。ガイド部278は、その内部に長穴280を有している。ガイド部278は、長穴280の中にピボット274が収納されるように所定の位置に固定される。長穴280は、ピボット274の直径より僅かに大きな幅を有しており、実施の形態3におけるガイド部82と同様に、8の字の軌道を描くようにピボット274の動作をガイドする。
The
図54は、本実施形態のバランス装置224の側面断面図である。図54には、上方にバランス軸244の断面が、また、下方にクランク軸226の断面が夫々描かれている。内燃機関において、クランク軸226は、吸排気弁を駆動するタイミングチェーンやオイルポンプの駆動源として機能する。ここには一例として、CS主軸232にスプロケット282を設け、このスプロケット282にタイミングチェーン284を架設した状態を示している。
FIG. 54 is a side sectional view of the
図54に示すように、CS主軸232の先端には、セットボルト286によりCS側偏心軸234が装着されている。以下、CS主軸232の中心点を「C232」と称し、CS側偏心軸234の中心点を「C234」と称する。本実施形態において、C232の点とC234の点との間には偏心量Aが確保されている。
As shown in FIG. 54, a CS-side
上述した通り、CS主軸232は、相対的な回転が生じないようにCS側偏心軸234に固定されている。このため、CS主軸232が回転すると、CS側偏心軸234は、偏心量Aを保ったままCS主軸232と共に回転する。この際、C234の点は、C232の点を中心とする半径Aの円軌道を描く。
As described above, the CS
CS側偏心軸234は、連結桿256の内部に回転可能に保持されている。このため、連結桿256は、C234の点を回転中心としてCS側偏心軸234の周りを回転することができる。CS側偏心軸234はクランク軸226と一体化されている。従って、連結桿256とクランク軸226とは、C234の点を中心として相対的に回転可能であることになる。この点において、CS側偏心軸234の中心点C234は、上述した実施の形態3におけるCS連結点32に相当している。
The CS side
図54に示す状態からCS主軸232が90[°CA]回転すると、C234の点はC232の点と同じ高さにまで低下する。この間、連結桿256は、図中下方向に距離Aだけ移動する。CS主軸232が更に90[°CA]回転すると、C234の点は、C232の点より下方に距離Aだけ離れた点まで移動する。この間、連結桿256は更に距離Aだけストロークして図中下方側の変位端に達する。このようにして、本実施形態の構成によれば、クランク軸226の回転に伴い、連結桿256にストローク距離2Aの往復運動を生じさせることができる。
When the CS
ところで、本実施形態では、CS主軸232が半径Bを有している。このため、CS側偏心軸234の中心点C234からCS主軸232の外周までの距離は、最大で「A+B」となる。そして、本実施形態では、そのA+Bの距離がCS側偏心軸234の半径(D/2)に十分に収まるよう、その直径Dを十分に大きな値としている。このため、本実施形態によれば、所望の強度を損なうことなく、CS側偏心軸234の外径内にCS主軸232の直径全体を収納することのできる貫通孔236(図52参照)を確保することができる。
By the way, in this embodiment, the CS
図54の上方に示すように、BS支持軸248の先端には、セットボルト288によりBS側偏心軸250が装着されている。以下、BS支持軸248の中心点を「C248」と称し、BS側偏心軸250の中心点を「C250」と称する。本実施形態において、C248の点とC250の点との間には、CS主軸232の側と同様に、偏心量Aが確保されている。
As shown in the upper part of FIG. 54, a BS side
図54に示す状態から、CS側偏心軸234の中心点C234が、C232の点を中心として紙面手前側に回転するようにクランク軸226が回転すると、ガイド部278は、実施の形態3におけるガイド部82と同様に機能する。具体的には、ガイド部278はこの際、ピボット274が紙面手前側に変位するのを許さず、その動きを紙面奥側へ向かう動きだけに制限する。その結果、連結桿256には、BS側偏心軸250を紙面奥側へ変位させる動きが生ずる。
When the
BS側偏心軸250の動作は、連結桿256とBS支持軸248とによって拘束されている。他方、BS側偏心軸250は、連結桿256の内部で回転することはできる。連結桿256の拘束によれば、BS側偏心軸250は、図54に示す状態から紙面奥側へ変位するためには、同時に紙面下方へ変位する必要がある。また、C248の点はBS支持軸248によって固定されているため、上記の変位は、C250の点とC248との距離が偏心量Aに維持されたままで生じなければならない。
The operation of the BS side
このような拘束条件の下、図54に示す状態からクランク軸226の回転が継続されると、BS側偏心軸250は、その中心点C250がC248の点を中心として半径Aの円軌道を描くうように、BS支持軸248の周りを公転するような動作を示す。BS側偏心軸250は、上述した通り相対的に回転することがないようにBS支持軸248と固定されている。このため、BS側偏心軸250の回転はBS支持軸248にそのまま伝達される。
If the rotation of the
本実施形態の構成において、連結桿256は、C250の点を通る軸線を回転軸としてBS側偏心軸250に対して相対的に回転することができる。そして、BS側偏心軸250はバランス軸244と一体化されている。従って、連結桿256とバランス軸244とは、C250の点を中心として相対的に回転可能であることになる。この点において、BS側偏心軸250の中心点C250は、リンク式のバランス装置におけるBS連結点38に相当している(図15参照)。
In the configuration of the present embodiment, the connecting
BS側偏心軸250がBS支持軸248の周りを一回公転する間に、C250の点はストローク距離2Aの往復運動を示す。この間、連結桿256は、同様にストローク距離2Aの往復運動を示す。そして、この往復運動は、CS主軸232の側で生ずる往復運動と同期して行われる。その結果、本実施形態の構成によれば、実施の形態3において説明した動作及び機能を実現することができる。
While the BS side
ところで、本実施形態では、BS支持軸248が半径Eを有している。このため、BS側偏心軸250の中心点C250からBS支持軸248の外周までの距離は、最大で「A+E」となる。そして、本実施形態では、そのA+Eの距離がBS側偏心軸250の半径(F/2)に十分に収まるよう、その直径Fを十分に大きな値としている。このため、本実施形態によれば、所望の強度を損なうことなく、BS側偏心軸250の外径内にBS支持軸248の直径全体を収納することのできる貫通孔252(図52参照)を確保することができる。
By the way, in this embodiment, the
[CS側偏心軸及びBS側偏心軸の加工方法]
図55は、本実施形態におけるCS側偏心軸234とBS側偏心軸250を共穴加工により成形する手法を説明するための図である。上述した通り、本実施形態のバランス装置224では、CS主軸232とCS側偏心軸234との偏心量と、BS支持軸248とBS側偏心軸250との偏心量が、同一量「A」に設定されている。
[Processing method for CS side eccentric shaft and BS side eccentric shaft]
FIG. 55 is a diagram for explaining a method of forming the CS-side
実施の形態3の欄で説明した通り、リンク式のバランス装置においては、CS連結点の回転半径r1とBS連結点の回転半径r2とが同じ値でなければならない。本実施形態では、CS連結点がC234であり、その回転半径r1が偏心量Aに当たる。同様に、BS連結点がC250であり、その回転半径r2が偏心量Aである。従って、本実施形態では、CS主軸232側の偏心量AとBS支持軸248側の偏心量Aを正確に一致させることが必要である。
As described in the third embodiment, in the link type balance device, the rotation radius r1 of the CS connection point and the rotation radius r2 of the BS connection point must be the same value. In the present embodiment, the CS connection point is C234, and the rotation radius r1 corresponds to the eccentric amount A. Similarly, the BS connection point is
図55は、具体的には、BS側偏心軸250とCS側偏心軸234を同一の治具290の中にセットした状態を示す。治具290は、図中にC234,C250を付して示す軸線を中心とする2段階の窪み292,294を有している。窪み292はCS側偏心軸234の直径と等しい直径を有する円形に成形されている。また、窪み294は、BS側偏心軸250の直径と等しい直径を有する円形に成形されている。これらの窪み292,294は同心となるように加工されている。
FIG. 55 specifically shows a state where the BS-side
本実施形態では、外形及び軽減孔242の加工が終わった段階のBS側偏心軸250が先ず治具290の窪み294にセットされる。次いで、外形及び軽減孔254の加工が終わった段階のCS側偏心軸234が治具290の窪み292にセットされる。その後、BS側偏心軸250の貫通孔252と、CS側偏心軸234の貫通孔236が、共穴加工の手法で順次設けられる。このような手法によれば、CS側偏心軸234の偏心量AとBS側偏心軸250の偏心量Aを正確に一致させることができる。
In the present embodiment, the BS side
[軽減孔による効果]
図56は、本実施形態のバランス装置224を備える内燃機関を正面視で表した図である。より具体的には、図56の左側は、ピストン12が上死点に位置する状態を表す。また、図56の右側はピストン12が下死点に位置する状態を表している。
[Effects of reduced holes]
FIG. 56 is a front view of an internal combustion engine including the
本実施形態のバランス装置224は、ピストン12が上死点に達する際に連結桿256が図中右上側の変位端に達し、ピストン12が下死点に達する際に連結桿256が図中左下側の変位端に達するように構成されている。つまり、本実施形態のバランス装置224は、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246を、連結桿256と概ね反対向きに作動させる構成を有している。
In the
このような構成のバランス装置では、連結桿256に起因する加振力Frを打ち消すために、連結桿256の重量mrを、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246に付加する必要が生ずる。このため、内燃機関を軽量化する観点から連結桿256は軽いほど望ましい。この意味で、連結桿256と一体に変位するCS側偏心軸234及びBS側偏心軸250は軽いほど望ましい。
In the balance device having such a configuration, it is necessary to add the weight mr of the connecting
また、本実施形態のバランス装置224では、連結桿256が図中右上側の変位端に達する時期と同期して、CS側偏心軸234の幅広部分(軽減孔242が穿たれた部分)、及びBS側偏心軸250の幅広部分(軽減孔254が穿たれた部分)が、その変位端の方向に回転してくる。このため、それらの幅広部分が大きな重量を有していると、CS側偏心軸234自身の遠心力、並びにBS側偏心軸250自身の遠心力に起因して、大きな加振力が生ずる。このため、CS側偏心軸234の幅広部分、及びBS側偏心軸250の幅広部分については、特に減量化が望まれる。
Further, in the
図56に示すように、本実施形態では、それらの幅広部分に軽減孔242、254が設けられている。これらの軽減孔242,254によれば、上記の幅広部分の重量を大きく低減させることができる。その結果、CS側偏心軸234の遠心力並びにBS側偏心軸250の遠心力に起因する加振力は大きく低下する。更に、連結桿256の重量に起因する加振力も大きく低下する。このため、本実施形態の構成によれば、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246の軽量化を図り、引いては内燃機関の軽量化を進めることができる。
As shown in FIG. 56, in the present embodiment, lightening
[実施の形態10の変形例]
図57は、本実施形態のバランス装置224の変形例の側面断面図である。本実施形態のバランス装置224は、上述した通り、CS主軸232の直径がCS側偏心軸234の外形内に十分に収まるように設計されている。このため、CS主軸232は、円形の形状を保ったままCS側偏心軸234を貫通することができる。
[Modification of Embodiment 10]
FIG. 57 is a side sectional view of a modified example of the
また、本実施形態のバランス装置224は、ピボット274とガイド部278をクランク軸226及びバランス軸244の側に配置することで、連結桿256の表面側(図57における左側)をほぼフラットな状態とすることができる。このため、バランス装置224によれば、CS主軸232を連結桿256から長く突き出して、様々な機器の駆動に利用することができる。図57は、吸排気弁を駆動するための282に加えて、CS主軸232にオイルポンプの駆動軸296を装着した例を示す。このように、本実施形態のバランス装置224によれば、内燃機関の小型化を促進することができる。
Further, in the
図58は、本実施形態において用い得るBS側偏心軸の変形例の構成を説明するための図である。図58に示すBS側偏心軸298は、直径G、つまり半径(G/2)を有している。半径(G/2)は、種々の制約から、偏心量AとBS支持軸248の半径Eの和より小さくせざるを得ない場合がある。図58に示す構成は、このような場合における解決の一例を示す。この構成は、BS側偏心軸298が、BS支持軸248の断面より小さな貫通孔を有している。他方、BS支持軸248の先端は、その貫通孔への挿入が可能な形状に加工されている。そして、加工されたBS支持軸248の先端は、BS側偏心軸298の貫通孔に挿入された状態で固定されている。このような構成によれば、BS側偏心軸298のために十分に大きなスペースが確保できない場合でも、連結桿256を用いたバランス装置を実現することができる。
FIG. 58 is a diagram for explaining a configuration of a modified example of the BS side eccentric shaft that can be used in the present embodiment. 58 has a diameter G, that is, a radius (G / 2). The radius (G / 2) may have to be smaller than the sum of the eccentricity A and the radius E of the
図59は、本実施形態において用い得るCS側偏心軸の変形例の構成を説明するための図である。図59に示すCS側偏心軸300は、直径H、つまり半径(H/2)を有している。半径(H/2)は、種々の制約から、偏心量AとCS主軸232の半径Bの和より小さくせざるを得ない場合がある。図59に示す構成は、このような場合における解決の一例を示す。この構成は、CS側偏心軸300が、CS主軸232の断面より小さな貫通孔を有している。他方、CS主軸232の先端は、その貫通孔への挿入が可能な形状に加工されている。そして、加工されたCS主軸232の先端は、CS側偏心軸300の貫通孔に挿入された状態でセットボルト288が締め付けられている。このような構成によれば、CS側偏心軸300のために十分に大きなスペースが確保できない場合でも、連結桿256を用いたバランス装置を実現することができる。
FIG. 59 is a diagram for explaining a configuration of a modified example of the CS-side eccentric shaft that can be used in the present embodiment. The CS-side
図60は、本実施形態のバランス装置の変形例を正面視で表した図である。具体的には、図60の左側は、変形例においてピストン12が上死点に位置する状態を表す。また、図60の右側は変形例においてピストン12が下死点に位置する状態を表している。
FIG. 60 is a front view of a modification of the balance device of the present embodiment. Specifically, the left side of FIG. 60 represents a state where the
図60に示すバランス装置302では、ピストン12が上死点に達する際に連結桿256が図中左下側の変位端に達し、ピストン12が下死点に達する際に連結桿256が図中右上側の変位端に達するように構成されている。つまり、バランス装置302では、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246が、連結桿256と概ね同じ向きに作動する。
In the
このような構成のバランス装置では、連結桿256に起因する加振力Frを、ピストン12及びコンロッド14に起因する加振力Fp+Fcを打ち消す力として利用することができる。そして、その加振力Frが大きいほど、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246に与えるべき重量を軽くすることができる。
In the balance device having such a configuration, the excitation force Fr caused by the connecting
図60に示すCS側偏心軸304は、実施の形態10におけるCS側偏心軸234と異なり軽減孔を有していない。同様に、図60に示すBS側偏心軸306は、実施の形態10におけるBS側偏心軸250と異なり軽減孔を有していない。このようなCS側偏心軸304並びにBS側偏心軸306によれば、自身の遠心力により大きな加振力を生成することができ、かつ、連結桿256に大きな加振力Frを発生させることができる。このため、図60に示す構成は、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246の軽量化を促進することができる。
Unlike the CS-side
また、上述した実施の形態10では、連結桿256に内包させるCS側軸受け266及びBS側軸受けを転がり軸受けで構成している。しかしながら、それらの軸受けは転がり軸受けに限定されるものではない。例えば、それらは潤滑油を用いる滑り軸受けであってもよい。この点は後述する実施の形態11についても同様である。
In the tenth embodiment described above, the CS-
実施の形態11.
次に、図61乃至図66を参照して本発明の実施の形態11について説明する。
図61は本発明の実施の形態11のバランス装置308の分解斜視図である。本実施形態のバランス装置308は、実施の形態1(図1参照)等に示すスライド式のバランス装置を実現する具体的構成の一例を提供する点に特徴を有している。以下、図61乃至図66において、上述した実施の形態10の要素と同一又は共通する要素については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
Embodiment 11 FIG.
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 61 is an exploded perspective view of the
バランス装置308において、CS主軸232には、実施の形態10の場合と同様にCS側偏心軸234が固定される。BS支持軸248には、BS側偏心軸310が固定される。BS側偏心軸310は、BS支持軸248に固定される側の面とは反対の面に長穴312を有している。BS側偏心軸310の外形は円筒状であり、長穴312はその円の径方向に沿って設けられている。
In the
バランス装置308は、CS側偏心軸234とBS側偏心軸310とを連結する連結桿314を備えている。
図62は連結桿314の分解斜視図である。図62に示すように、連結桿314は連結桿本体316を有している。連結桿本体316は、CS側環状部260から伸びる柱状部318を有している。柱状部318の端部には、ナット320によりBSピボット322が固定されている。また、柱状部318には、CS側環状部260との境界付近に、ナット276によりピボット274が固定されている。BSピボット322は、ピボット274と同様に転がり軸受けとして機能する。
The
FIG. 62 is an exploded perspective view of the connecting
再び図61を参照して説明を続ける。上述したCS側偏心軸234は、実施の形態10の場合と同様に、連結桿314のCS側軸受け266に挿入される。他方、BS側偏心軸310は、長穴312の中にBSピボット322を収納することで連結桿314と連結される。
The description will be continued with reference to FIG. The CS-side
バランス装置308はガイド部324を備えている。ガイド部324は、その内部に長穴326を有している。長穴326は、ピボット274の直径に合致する幅を有しており、実施の形態1におけるガイド部54と同様にピボット274の運動を直線運動に規制する。
The
図63は、本実施形態のバランス装置308の側面断面図である。図63には、上方にバランス軸244の断面が、また、下方にクランク軸226の断面が夫々描かれている。クランク軸226には、実施の形態10の場合と同様にタイミングチェーン284を駆動するスプロケット282が設けられている。
FIG. 63 is a side sectional view of the
図63に示す構成において、CS側偏心軸234は、実施の形態10の場合と同様に作動する。具体的には、本実施形態においてもCS側偏心軸234の中心点「C234」がバランス装置のCS連結点32に相当する。そして、クランク軸226が回転すると、そのCS連結点32(C234)が、偏心量Aを保ってCS主軸の中心点C232の回りで円軌道を描く。これに伴い、連結桿314は距離2Aのストロークで往復運動を行う。
In the configuration shown in FIG. 63, CS-side
尚、本実施形態においても、CS側偏心軸234の半径(D/2)は、偏心量AとCS主軸232の半径Bの和に対して十分に大きな値とされている。このため、本実施形態の構造においても、図57に示したような小型化に適したパッケージングを適用することは可能である。
Also in the present embodiment, the radius (D / 2) of the CS-side
図63の上方に示すように、BS支持軸248の先端には、セットボルト328によりBS側偏心軸310が固定されている。そして、BS側偏心軸310の長穴312の中に、連結桿314のBSピボット322が収納されている。以下、BS支持軸248の中心点を「C248」と称すると共に、BSピボット322の中心点を「C322」と称する。
As shown in the upper part of FIG. 63, the BS side
本実施形態の構成では、連結桿314は、C322の点を通る軸線を回転軸としてBS側偏心軸310に対して相対的に回転することができる。そして、BS側偏心軸310はバランス軸244と一体化されている。従って、連結桿314とバランス軸244とは、C322の点を中心として相対的に回転可能であることになる。この点において、BSピボット322の中心点C322は、スライド式のバランス装置におけるBS連結点38に相当している(図2参照)。
In the configuration of the present embodiment, the connecting
図2を参照して説明した通り、スライド式のバランス装置30においては、連結桿36の作動に伴い、BS連結点38とバランス軸40の中心点との距離が変化する。本実施形態のバランス装置308もスライド式であるため、BS連結点38とバランス軸244の中心点との距離、つまり、BSピボット322の中心点C322とBS支持軸248の中心点C248との距離が変化可能でなければならない。
As described with reference to FIG. 2, in the sliding
図64は、BS支持軸248の中心点C248とBSピボット322の中心点C322との位置関係を、図63に示すLXIV矢視で表した図である。図64に示すように、本実施形態の構成によれば、C248に対するC322の偏心量Iは、BSピボット322が長穴312に沿ってスライドすることで変化する。このため、本実施形態におけるBS側偏心軸310と連結桿314の構成によれば、スライド式のバランス装置の作動に必要な要求を満たすことができる。
FIG. 64 is a diagram showing the positional relationship between the center point C248 of the
再び図63を参照してバランス装置308の動作を説明する。図63に示す状態から、CS側偏心軸234の中心点C234が、C232の点を中心として紙面手前側に回転するようにクランク軸226が回転すると、ガイド部324は、実施の形態1におけるガイド部54と同様に機能する。具体的には、ガイド部324はこの際、ピボット274が紙面手前に変位するのを許さず、その動きを紙面下方へ向かう動きだけに制限する。その結果、連結桿314には、BSピボット322を紙面奥側かつ下方へ変位させる動きが生ずる。
The operation of the
BSピボット322のこの動きは、BS側偏心軸310に、クランク軸226の回転と逆向きの回転を与える。そして、BS側偏心軸310がBS支持軸248と固定されているため、BSピボット322の変位に合わせてBS支持軸248に回転運動が生ずる。以後、クランク軸226の回転が継続すると、BSピボット322の中心点C322がC248の周囲を回転し、バランス軸244に継続的な回転が生ずる。この際、連結桿314には、距離2Aをストローク長とする上下動が生ずる。
This movement of the
[軽減孔による効果]
図65は、本実施形態のバランス装置308を備える内燃機関を正面視で表した図である。より具体的には、図65の左側は、ピストン12が上死点に位置する状態を表す。また、図65の右側はピストン12が下死点に位置する状態を表している。
[Effects of reduced holes]
FIG. 65 is a front view of an internal combustion engine including the
本実施形態のバランス装置308は、実施の形態10の場合と同様に、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246を、連結桿314と概ね反対向きに作動させる構成を有している。このような構成のバランス装置では、内燃機関を軽量化する観点から連結桿314は軽いほど望ましい。そして、本実施形態では、実施の形態10の場合と同様にCS側偏心軸234の幅広部に軽減孔242を設けている。このため、本実施形態の構成によっても、実施の形態10の場合と同様に内燃機関を軽量化することができる。
As in the case of the tenth embodiment, the
[実施の形態11の変形例]
上述した通り、実施の形態11では、CS側偏心軸234に、偏心量AとCS主軸232の半径Bの和より十分に大きな半径(D/2)を与えることとしている。しかしながら、種々の制約によりCS主軸232の半径(D/2)は、A+Bより小さくせざるを得ない場合がある。本実施形態のバランス装置308においても、このような場合には、実施の形態10の場合と同様に、図59に示すような構成を採用することとしてもよい。
[Modification of Embodiment 11]
As described above, in the eleventh embodiment, the CS-side
図66は、本実施形態のバランス装置の変形例を正面視で表した図である。具体的には、図66の左側は、変形例においてピストン12が上死点に位置する状態を表す。また、図66の右側は変形例においてピストン12が下死点に位置する状態を表している。図66に示すバランス装置330では、実施の形態11の場合と異なり、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246が、連結桿314と概ね同じ向きに作動する。
FIG. 66 is a front view of a modified example of the balance device of the present embodiment. Specifically, the left side of FIG. 66 represents a state where the
このような構成のバランス装置330では、連結桿314の重量を、ピストン12及びコンロッド14に起因する加振力Frを打ち消すために利用することができる。このため、バランス装置330においては、連結桿314に大きな重量を残すことでCS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246に与えるべき重量を軽くすることができる。このため、図66に示す構成では、実施の形態11の場合と異なり、CS側偏心軸に軽減孔を設けないこととしている。このような構成によれば、CS偏心ウェイト230及びBS偏心ウェイト246の軽量化を図ることができる。
In the
10 内燃機関
12 ピストン
16,178,204,226 クランク軸
18,228 クランクピン
20 クランクアーム
22,232 CS主軸
24,182,208,230 CS偏心ウェイト
30、66、78,140、154、156、158,168,170,202,224,302,308,330 バランス装置
32 CS連結点
34 CS連結機構
36,256,314 連結桿
38 BS連結点
40、80,180,198,206,220,244 バランス軸
42 BS連結機構
44,248 BS支持軸
46 BS連結点調整機構
48,184,200,210,222,246 BS偏心ウェイト
50,274 ピボット
52 摺動部
54、68、82,278,324 ガイド部
56 CS−BS中心線
72 回転軸
90 BS側ガイド
92 CS側ガイド
98,120 モーメント付与機構
100、114 カム
102;104 バネ部材
116;118 カム機構
122 第1バネ部材
128 第2バネ部材
152 軸線
172 ピストンの往復運動の軸線
174 CS軸線
176 BS軸線
186,188,212,214 重心
190,218 大径部
192,216 小径部
194 一端
196 他端
234,300,304 CS側偏心軸
242,254 軽減孔
250,298,306,310 BS側偏心軸
266 CS側軸受け
270 BS側軸受け
322 BSピボット
DESCRIPTION OF
Claims (20)
CS主軸を回転軸として回転するクランク軸と、
前記CS主軸と平行なBS支持軸を回転軸として回転するバランス軸とを備え、
前記クランク軸は、当該クランク軸の重心を前記CS主軸の中心から偏心させるCS偏心ウェイトを備え、
前記バランス軸は、当該バランス軸の重心を前記BS支持軸の中心から偏心させるBS偏心ウェイトを備え、更に、
前記クランク軸の、前記CS主軸の中心から外れた位置に設けられたCS連結点と、前記バランス軸の、前記BS支持軸の中心から外れた位置に設けられたBS連結点とを連結する連結桿と、
前記CS連結点を回転中心とする前記クランク軸と前記連結桿との相対回転を可能とするCS連結機構と、
前記BS連結点を回転中心とする前記バランス軸と前記連結桿との相対回転を可能とするBS連結機構と、
前記バランス軸が前記クランク軸と逆回転するように前記連結桿の動きをガイドするガイド部と、を備え、
前記ガイド部は、前記連結桿が備える摺動部または前記連結桿との摺動により、前記ガイドを達成することを特徴とする内燃機関のバランス装置。 A balance device for an internal combustion engine,
A crankshaft rotating about the CS main shaft as a rotation axis;
A balance shaft that rotates using a BS support shaft parallel to the CS main shaft as a rotation shaft,
The crankshaft includes a CS eccentric weight that decenters the center of gravity of the crankshaft from the center of the CS main shaft,
The balance shaft includes a BS eccentric weight that decenters the center of gravity of the balance shaft from the center of the BS support shaft, and
A connection for connecting a CS connection point provided at a position off the center of the CS main shaft of the crankshaft and a BS connection point provided at a position off the center of the BS support shaft of the balance shaft.桿,
A CS coupling mechanism that enables relative rotation of the crankshaft and the coupling rod with the CS coupling point as a rotation center;
A BS connection mechanism that enables relative rotation between the balance shaft and the connection rod with the BS connection point as a rotation center;
A guide portion for guiding the movement of the connecting rod so that the balance shaft rotates in reverse with the crankshaft ,
The guide portion, the sliding of the sliding portion or the connecting rod to the connecting rod comprises, balancing device for an internal combustion engine, it characterized that you achieve the guide.
前記連結桿の一点に設けられた摺動部と、を備え、
前記ガイド部は、前記摺動部の動きを、前記CS主軸の側から前記BS支持軸の側に向かう直線運動及びその逆向きの直線運動に規制することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のバランス装置。 A connection point adjustment mechanism that enables displacement of at least one of the CS connection point and the BS connection point in the direction of the respective rotation radius;
A sliding portion provided at one point of the connecting rod,
The said guide part restrict | limits the movement of the said sliding part to the linear motion which goes to the said BS support shaft side from the said CS main axis | shaft side, and its reverse linear motion. A balance device for an internal combustion engine.
前記ガイド部は、前記連結桿と重なる位置を中心として前記連結桿の可動平面と同じ平面内で回転することができ、かつ、前記連結桿を、当該連結桿の中心線の方向に摺動可能に保持することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のバランス装置。 A connection point adjustment mechanism that enables displacement of at least one of the CS connection point and the BS connection point in the direction of the respective rotation radius;
The guide portion can rotate in the same plane as the movable plane of the connecting rod around a position overlapping with the connecting rod, and can slide the connecting rod in the direction of the center line of the connecting rod. The balance device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the balance device is held by the engine.
前記CS連結点と前記BS連結点の距離は、前記CS主軸と前記BS支持軸との距離に等しく、
前記CS主軸の中心と前記CS連結点との距離は、前記BS支持軸の中心と前記BS連結点との距離に等しく、
前記ガイド部は、前記規制部が前記BS支持軸に最接近する位置で、当該規制部が前記CS連結点と同じ回転方向に変位するのを阻止するBS側ガイドと、前記規制部が前記CS主軸に最接近する位置で当該規制部が前記CS連結点と同じ回転方向に変位するのを阻止するCS側ガイドと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のバランス装置。 A restriction portion provided at a midpoint between the CS connection point and the BS connection point of the connection rod;
The distance between the CS connection point and the BS connection point is equal to the distance between the CS main shaft and the BS support shaft,
The distance between the center of the CS main shaft and the CS connection point is equal to the distance between the center of the BS support shaft and the BS connection point;
The guide portion includes a BS side guide that prevents the restricting portion from being displaced in the same rotational direction as the CS connection point at a position where the restricting portion is closest to the BS support shaft, and the restricting portion is the CS 2. The balance device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a CS-side guide that prevents the restricting portion from being displaced in the same rotational direction as the CS connection point at a position closest to the main shaft.
前記バランス軸及び前記ガイド部は、前記CS主軸の中心及び前記BS支持軸の中心の少なくとも一方が、前記直線運動の軸線から一定値だけオフセットされた位置に形成されるように配置されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関のバランス装置。 The crankshaft is used in an offset crank method in which the center of the CS main shaft is installed at a position offset from the axis of reciprocating motion of the piston by a certain value.
The balance shaft and the guide portion are arranged so that at least one of the center of the CS main shaft and the center of the BS support shaft is formed at a position offset by a certain value from the axis of the linear motion. The balance device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the balance device is an internal combustion engine.
前記ガイド部の回転中心が、前記CS主軸の中心と前記BS支持軸の中心とを結ぶCS−BS中心線から一定値だけオフセットされていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関のバランス装置。 The crankshaft is used in an offset crank method in which the center of the CS main shaft is installed at a position offset from the axis of the reciprocating motion of the piston by a constant value.
4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the rotation center of the guide portion is offset by a predetermined value from a CS-BS center line connecting the center of the CS main shaft and the center of the BS support shaft. Balance device.
前記BS連結点は、前記BS支持軸の中心に対して前記BS偏心ウェイトの重心と同じ側に設けられていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の内燃機関のバランス装置。 The CS connection point is provided on the same side as the center of gravity of the CS eccentric weight with respect to the center of the CS main shaft, and the BS connection point is a center of gravity of the BS eccentric weight with respect to the center of the BS support shaft. The balance device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the balance device is provided on the same side.
前記BS連結点は、前記BS支持軸の中心に対して前記BS偏心ウェイトの重心と反対側に設けられていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の内燃機関のバランス装置。 The CS connection point is provided on the opposite side to the center of gravity of the CS eccentric weight with respect to the center of the CS main shaft, and the BS connection point is a center of gravity of the BS eccentric weight with respect to the center of the BS support shaft. The balance device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the balance device is provided on an opposite side.
前記カムは、前記バランス軸の回転に伴って、前記連結桿が前記BS支持軸の側に移動する過程で前記バネ部材を押圧し、前記連結桿の軸線が前記BS支持軸と重なる位置において、前記バネ部材から前記逆向きの回転モーメントを受けるように形成されていることを特徴とする請求項13に記載の内燃機関のバランス装置。 The moment application mechanism includes a cam mounted on the balance shaft, and a spring member that reduces by being pressed by the cam.
The cam presses the spring member in the process in which the connecting rod moves toward the BS support shaft as the balance shaft rotates, and the axis of the connecting rod overlaps the BS support shaft. 14. The balance device for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the balance member is formed so as to receive the rotational moment in the reverse direction from the spring member.
前記CS偏心ウェイトは、前記上死点の状況下で、前記CS主軸の中心を通り前記ピストンの軸線と平行なCS軸線を挟んで、前記CS連結点と反対側となる領域に重心を有し、
前記BS偏心ウェイトは、前記上死点の状況下で、前記BS支持軸の中心を通り前記ピストンの軸線と平行なBS軸線を挟んで、前記BS連結点と反対側となる領域に重心を有していることを特徴とする請求項1乃至15の何れか1項に記載の内燃機関のバランス装置。 The connecting rod is disposed so as to be inclined from the axis of reciprocation of the piston at the top dead center and the bottom dead center of the internal combustion engine,
The CS eccentric weight has a center of gravity in a region opposite to the CS connecting point across the CS axis passing through the center of the CS main shaft and parallel to the axis of the piston under the condition of the top dead center. ,
The BS eccentric weight has a center of gravity in a region opposite to the BS connection point across the BS axis parallel to the axis of the piston passing through the center of the BS support shaft under the condition of the top dead center. 16. The internal combustion engine balance device according to claim 1, wherein the balance device is an internal combustion engine.
前記BS偏心ウェイトは、内燃機関のピストンに起因する加振力の残部及び前記連結桿に起因する加振力の残部を打ち消す大きさの重量及び重心を有し、
前記一部と前記残部は均等であることを特徴とする請求項16に記載の内燃機関のバランス装置。 The CS eccentric weight is large enough to cancel the combined force of the excitation force caused by the connecting rod of the internal combustion engine, a part of the excitation force caused by the piston of the internal combustion engine, and a part of the excitation force caused by the connecting rod. Has a weight and center of gravity,
The BS eccentric weight has a weight and a center of gravity large enough to cancel the remainder of the excitation force caused by the piston of the internal combustion engine and the remainder of the excitation force caused by the connecting rod,
The balance device for an internal combustion engine according to claim 16, wherein the part and the remaining part are equal.
前記BS偏心ウェイトが有する重量のうち、前記連結桿に起因する加振力の残部を打ち消すための重量は、前記バランス軸の他端の近傍に比して、前記一端の近傍に大きく反映されていることを特徴とする請求項17に記載の内燃機関のバランス装置。 The balance shaft is connected to the connecting rod at one end thereof,
Of the weight of the BS eccentric weight, the weight for canceling the remainder of the excitation force caused by the connecting rod is largely reflected in the vicinity of the one end compared to the vicinity of the other end of the balance shaft. 18. The balance device for an internal combustion engine according to claim 17, wherein the balance device is an internal combustion engine.
前記CS連結機構は、前記CS側軸受けにより回転可能に保持されたCS側偏心軸を有し、
前記CS側偏心軸は、その中心から一定値だけずれたCS偏心点が前記CS主軸の中心と一致するように前記CS主軸に固定されており、
前記CS側偏心軸の中心が、前記CS連結点を構成していることを特徴とする請求項1乃至18の何れか1項に記載の内燃機関のバランス装置。 The connecting rod has a CS side bearing on the crankshaft side,
The CS coupling mechanism has a CS side eccentric shaft rotatably held by the CS side bearing,
The CS-side eccentric shaft is fixed to the CS main shaft such that a CS eccentric point shifted from the center by a certain value coincides with the center of the CS main shaft,
The balance device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 18, wherein a center of the CS-side eccentric shaft constitutes the CS connection point.
前記BS連結機構は、前記BS側軸受けにより回転可能に保持されたBS側偏心軸を有し、
前記BS側偏心軸は、その中心から一定値だけずれたBS偏心点が前記BS支持軸の中心と一致するように前記BS支持軸に固定されており、
前記BS側偏心軸の中心が、前記BS連結点を構成していることを特徴とする請求項1乃至19の何れか1項に記載の内燃機関のバランス装置。 The connecting rod has a BS side bearing on the balance shaft side,
The BS coupling mechanism has a BS side eccentric shaft rotatably held by the BS side bearing,
The BS side eccentric shaft is fixed to the BS support shaft such that a BS eccentric point shifted from the center by a certain value coincides with the center of the BS support shaft,
The balance apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 19, wherein a center of the BS side eccentric shaft constitutes the BS connection point.
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