JPS62159826A - ピストン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構 - Google Patents

ピストン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構

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JPS62159826A
JPS62159826A JP61304079A JP30407986A JPS62159826A JP S62159826 A JPS62159826 A JP S62159826A JP 61304079 A JP61304079 A JP 61304079A JP 30407986 A JP30407986 A JP 30407986A JP S62159826 A JPS62159826 A JP S62159826A
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combustion engine
crankshaft
camshaft
cams
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ホセイン　ニビ
ナサニエル　エル．フイールド　ザ　サード
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    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/261—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system where masses move linearly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一つ以上の往復つりあいＪ３もりが回転する
カムの運動によって駆動される、ピストン式内燃（層間
の往復つりあいおもり機構にかかわる。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点ある形式
の機関では、その中のすべての動く買置を完全に動力学
的つりあわすことは非常に困難である。この種の機関で
は、−次の力と偶力は、゛回転するクランク軸の上のつ
りあいおもりによって補正されない。機関の中に生じる
二次不つりあいは、機関の中に備えられたつりあい軸の
使用によってしばしば処理された。これらのつりあい軸
は、回転偶力または力を生じてかき、１Ｌ寸偶力につり
あわせるために、典型的に機関のクランク軸の速度の二
倍で軸とともに回転される偏心おもりを組み入れている
。そのようなつりあい軸は典型的に、カム軸またはクラ
ンク軸に隣接して置かれた実体の棒を含み、一対の偏心
おもりは棒の両端に取り付けられている。おムリは棒か
ら突出し、そしてＵいに１８０°回転方向に変位されて
いる。
そのようなつりあい軸の回転は、回転偶力につりありけ
るために有効なことがわか゛つたが、偏心して置かれた
おしりの回転は実体の軸の曲げを生じる。この曲げは、
特に１１速度でかなり大きな、軸の半径り向のふれを生
じる。これらのふれは、軸をいくらかＳ形に曲げる。こ
れは、軸受が支える軸を望みの軸線方向の整合から動か
し、こうして軸受に過度の負荷を掛ける。これらの負荷
は過度に軸受を１１耗させて早く破損さける。そのうえ
、もし軸がそれに取り付けられた歯車によって駆動され
るとづれば、軸の曲げは、歯車をその正しい回転平面か
らふれ出させる。こうして、歯車は正しく′整合しない
で正しくかみ合わない。ごれらの要因は過度の摩耗を生
じるばかりでなく、軸を駆動するためにより多くの動力
を必要とする。１１１１記の欠点を有するつりあい軸の
例は、米国特許第２゜６３２．３４０号、第２，８３８
，９５７号、第４．３０５．３５２号、第４．５０８．
０６９号、および第４，５２３．５５’３号に量水され
ている。
これまでに述べた形式のつりあい軸のためのすべての既
知の装ｄは、軸を機関の中に正しく取り付番）るに必要
な多くの軸受がずべて、さもなければはずみ車ぐ利用で
きる機関の動力を消費するので、さらにもう一つの欠点
を有している。この間題は、そのようなつりあい軸がク
ランク軸の速度の二倍で普通駆動されることによってざ
らに悪化され、それは軸受界面におけるｉ関の潤滑剤の
剪断から生じる摩擦１υ失を大いに増加させる。
米国特許第１．９５８．１４８号は、定置機関プラント
に起こる振動をつりあわず、すなわち減らずための装置
を開示しており、そこでは大きなマスブロックが、カム
で動かされるレバー装置によって刺激されるとき、マス
ブロックとそのばね取り付は装置が、自己の質量と弾力
ある取り付は装置のばね定数によって決められる固有周
波数で振動する、整調された吸収装置を構成するように
、弾力的に支えられている。したがって機関は、ただマ
スとばねの装置を刺激するために働く。このタイプの装
置は、小さい周波数範囲より以上で作動するに適せず、
そしてこれはそのような装置の利用できる周波数レスポ
ンスに厳しい制限を加える。換ａ１れば、米１１特許第
１．９５８．１４８号の装置は、広い速度範囲で作動す
る現代の自動車機関に必要な、減衰を生じるに適しない
。
本発明の一つの目的は、摩擦損失の少ない特性を有し、
そして回転する軸受を有しない、ピストン式内燃機関の
往復つりあいお６つ機構を得ることである。
本発明のもう一つの目的は、小さいパッケージング寸法
を有する往復つりあいおもり機構を得ることである。
本発明のさらに一つの目的は、−次、二次、およびより
高次の調波の振動力と振動偶力の両、方をずべて同時に
打ち演ずために使用される、往復つりあいおもり機構を
（７ることである。
問題点を解決するための手段 クランク軸とカム軸を有するピストン式内燃機関の振動
を減らすためのつりあい機構は、回転するカムの運動に
よって駆動される一つ以上の往復つりあいおもりを含み
、カムは、機関のクランク軸またはカム軸のいずれかに
よって駆動される。
駆１ＦＩＪ？ｌるカムは好ましくも、カム軸またはクラ
ンク軸のいずれかと一体である。往復つりあいおもりは
好ましくも、二つの回転するカムによって駆動され、カ
ムの少なくとも一つは、機関のクランク軸またはカム軸
のいずれかによって駆動される。
一実施例では、一つ以上のピストンと連接棒の組立体と
協働するクランク軸は、一つ以上の多ローブカムをそれ
に取り付けられている。クランク軸によって駆動され、
そしてそれと同時に動かされ、そして協ＩＪ＋　する一
つ以上の吸込み弁または排出弁を有するカム軸は、一つ
以上の多ローブカムをカム軸に取り付けられている。機
関の中に取り付けられた一つ以上の直線に動くことので
きるつりあいおもりは、クランク軸に取り付けられた多
ローブカムの一つと、カム軸に取り付けられた多ローブ
カムの一つを含む一対のカムによって往復可能に駆動さ
れる。こうして、直線に動くことのできるつりあいおり
りは好ましくも、一対の前記多ローブカムの間に往復運
動する。
本発明に使用するに適する直線に動くことのできるつり
あいおりりは好ましくも、カム従切子を両端に取り付け
られただいたい細長い本体を含んでいる。
実施例 第１図は、本発明による（↑復つりあいおもり機構の使
用に適する典型的内燃機関を示す。機関２は、カム軸１
２で駆動される弁列機構によって動かされるポペット型
弁４を備えている。カム軸は、遊び車３の上を同様に動
くタイミングチェーンまたはベルト１４を介してクラン
ク＠６によって駆動される。連接棒８とピストン１０は
、クランク軸６と臨画する。連接棒の下端８ａは、クラ
ンク軸の連接棒ジャーナル２０に取り付けられている。
次に第２図について述べると、クランク軸６は四つの連
接棒ジャーナル２０とＬつの主軸受ジャーナル１８を有
するので、クランク軸は４シリンダーｉ関に適りる形状
であることがわかる。しかし、当業者にはこの開示にか
んがみて、本発明による往復つりあいおもり機構は、奇
数または偶数のシリンダー数を含む秒々なシリンダー数
を有する、直列だけでなくＶ型の形状を有する機関にも
使用できることがわかるであろう。本発明による往復つ
りあいおもり機構は、ガソリン内燃機関だ（プでなくデ
ィーゼル燃焼原理を使用するものにも使用するに適し、
そしてざらに在来のような気化器だＵでなく、燃料噴射
装置、ターボヂャージャー、または他の燃料送り出し装
置を使用する機関に５適する。本装置は、ピストン式ガ
ス圧縮機のような伯の往復機械にも有利に使用すること
ができる。
当業者にはさらに、本発明による往復つりあいおらり機
構は、第１図に示すように機関のシリンダーヘッドの中
に置かれたカム軸を有する機関だけでなく、シリンダー
ブロックの中に取り付けられたカム軸を有する；ｂのに
も使用するに適することがわかるであろう。そのにうな
場合、つりあいおもりは、クランク軸とカム軸によって
動かされるリンク仕掛は機構によって駆動されることが
できる。
第２図に示すように、カム＠１２は機関の弁４を動かづ
“ためにいくつかのローブを有している。
カム軸は、エンジンブロックの中の軸受ジャーナル２６
の上に回転される。
本発明によるつりあいおもり機構は好ましくも、クラン
ク軸とカム軸に取り付けられた多ローブカムによって駆
動される。したがって、第２図から第６図までに示すよ
うに、多ローブカム２２はカム軸１２に取り付けられ、
そして多ローブカム２８はクランク軸６に取り付けられ
ている。第２図と第５図は、本発明によるつりあいおも
り機構の異なる形式を示すが、それらの番号は、この開
示をわかりやすくするためにこれらの図面で同じになっ
ている。
第２図は、ただ一つの往復つりあいおもりを示すのに対
して、第５図は本発明による複式つりあいおもり機構を
示す。現代の自動車内燃機関は、最小の振動で高速度で
作動することを要求される。
この要求は、機関の中の回転および往復運動する？ｊｆ
ｆｌによってつくられる不つりあいな力と偶力の正確で
完全なつりあいを必要とする。もし機関の力と偶力がつ
りあわされなければ、過度の振動が生じることは周知で
ある。この振動は、機関の諸部分の摩耗を増し、そして
機関の寿命を縮める。
機関は、不つりあいな力または不つりあいを偶力のいず
れかのためにつりあいを失って、振動と過度の摩耗を生
じる。不つりあいの力は、「−次」すなわち機関の速度
で作用するもの、またはそれらが認められる機関の速度
の特殊の高調波に該当する、「二次」、「三次」などに
分類されるより高次の力である。ここに使用される用語
「不つりあいな偶力」は、剛体構造物に加えられるトル
クまたはモーメントの同等物である。これらの偶力は、
機関の縦の軸線に横たわる単一平面内に作用する力によ
って示されるいわゆる「振動」偶力であるか、またはそ
れらは機関の速度、またはそのある高調波のいずれかで
、機関の中心についてそれらの加える方向を変える、回
転偶力のいずれかである。
例として述べると、本発明によるつりあいおもり機構を
使用するによく適する二つの機関は、９０″Ｖ−６と４
シリンダ一直列自動車機関である。
９０°Ｖ−６機関のためには、振動力はつりあっている
。しかしこれらの機関は不つりあいな偶力を承り。この
不つりあいな偶力を除くには、第５図に示すような二つ
のつりあいおもり機構が必要である。つりあい機構は、
機関の他の部分によってつくられる偶力に反対するよう
にされた偶力を発生ずる。不つりあいな偶力は一次と二
次の現われの両方を有するので、カム軸とクランク軸に
取り付けられた多ローブカムの側面は、つりあい質量の
一次、二次の両方、Ｊ３よびより高次の作用を与えるよ
うに輪廓を付けられている。したがって、もし各多ロー
ブカムの一次持ちとげ輪廓が一次シヌソイド関数と考え
られるとずれば、より小さい大ぎさの第二のシヌソイド
関数は、二次（すなわら、よりへ次の高調波）の作用能
力を与えるために一次関数の上に巾ねられることができ
る。
Ｖ形機関の不つりあいな偶力は、例えば機関が１ｕ輪駆
動の自動車に「北−南」の形態に取り付けられるとぎ、
ＩａＩ３１１の一端にだけいやな振動を生じることがわ
かった。この場合、本発明によるつりあい機構は、第二
のつりあいおもり機構の必要なしに経済的に振動を除く
ように、クランク軸のただ一端に右利に使用される。
４シリンダ一機関は普通、−衣服動力が不つりあいであ
るように、しかし−法王つりあい偶力がないように設計
される。したがって、４シリンダ一機関のコストと重Ｉ
を最小にすることが普通、　・設計者の望みであるから
、ただ一つのつりあいおもり機構が、第２図に示すよう
に４シリンダ一機関に使用されることができる。こうし
て二次振動力は最小のコストでつりあわされる。
第３図と第４図は、つりあいおもり機構の運動の特徴を
示す。これらの図面に示すように、つりあいおもりはク
ランク軸とカム軸の上に支えられた多ローブカムの間に
往復運動する。つりあいおもりは、それがカムの間にた
だ前後に動揺するように、クランク軸とカム軸と同時に
動かされる二つの多［１−ブカムの間に捕えられている
ので、ばねまたは他の装置は、つりあいおもり機構を望
みの位置に維持するために必要でない。第３図と第４図
から容易にわかるように、カムｌＮ１１２の上に支えら
れた多ローブカム２２は四つのロー１２４を有するのに
対して、クランク＠６の上に支えられた多ローブカム２
８は二つのローフ３０を有している。当業者には、これ
らの形状は、４サイクル内燃機関のカム軸は４サイクル
機関のクランク軸の回転速度の半分で回転する、ことに
よって必要とされることがわかるであろう。しかし、本
発明によるつりあいおもりｍ構が２サイクル、ずなわら
らつと正しくは２行程ナイクル内燃機関に使用される場
合、カム軸とクランク軸の上に支えられた多ローブカム
は全く同じ数のローブを有している。というのは、２行
程サイクル機関のカム軸とクランク軸は、同じ速度で回
転するからである。
そのうえ、当業者にはこの開示にかんがみて、本　　−
発明によるつりあいおもり機構は、カムによってしいら
れる各行程に続いて、つりあいおもりをその最初の位置
に戻すためにばねつき機構によって確実に往復運動する
、ただ一つのカムで駆動されることができることがわか
るであろう。
次に第６図から第８図までについて述べると、そこには
つりあい機構の構造の詳細が示されている。これらの図
面に示すように、つりあいおもりは、この場合好ましく
も円筒形の形状を有する、だいたいｆＪＡ長い本体３４
を含んでいる。しかし、当業者にはこの開示にかんがみ
て、おもりの形状は、つりあいおらり機構が使用される
ｍ関の中の変化する状況に順応するように調節されるこ
とがわかるであろう。細長い本体３４は、機関の構造物
１１の中につくられた穴４６の中に往復運動する。青銅
の軸受４８は、つりあいおムリの往復運動のために滑ら
かな軸受面を与えるにうに穴４６を′復打）５するため
に使用されている。６らろん、他の材料も軸受材料とし
て使用するに適する。カム従動子３６は、各多ローブカ
ムと接触を保つために細長い本体３４の両端に使用され
ている。各カム従動子は、ローラーの軸３９で細長い本
体３４に取り付けられたローラー３８を含み、そしてさ
らにニードル軸受４０を備えている。ローラーとニード
ル軸受を有するこの装置は、機関から過度の９）Ｊ力の
４を吸収Ｕずに、振動を減らすことのできる非常に摩擦
の少ない機構にする。当業者にはこの開示にかんがみて
、在来の平タペットを含む他のカム従動子装置も、本発
明に使用することができることがわかるであろう。
ｍ長い本体３４は円形ａ新面を有するので、ローラーを
多ローブカムに正しく整合させておくために案内板４２
が備えられている。案内板はねじ４４で機関に取り付け
られ、そして細長い本体が軸受４８の中で確実に回転し
ないようにする。
本出願人らは、本発明によるただ二つの実施例を示して
説明したが、それらは、そのものに制限されるのでなく
、ｄ通の当業者に知られるような多くの改変を加えるこ
とができると理解されたく、したがって本出願人らは、
ここに示して説明した細部に制限されることを望まず、
ぞしてすべてのそのような改変は、前掲特許請求の範囲
に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を含む内燃機関の破断端面図、第２図
は、第１図の線２−２における、第１図に示ず機関のク
ランク軸、カム軸、およびつりあいＪ３もり機構の破断
図、 第３図と第４図は、第２図の線３−３における立面図、 第５図は、第２図に似た図で、複式つりあいおもりを使
用する本発明のつりあいおもり機構のもう一つの装置を
示し、 第６図は、本発明に使用される往復つりあいおもりをよ
り詳しく示寸、第３図と第４図に似た拡大図、 第７図は、第６図に示すつりあいおもりの側面図、 第８図は、第６図の線８−８における第６図のつりあい
Ｊ３らりの平面図である。 図面の符合２は［ピストン式内燃機関」、３は「遊び巾
」、４は［ポペット型弁］、６は「クランク軸」、８は
「連接棒」、８ａは「連接棒の下端」、１０は「ピスト
ン」、１２は「カム軸」、１４は［タイミングヂエーン
またはベルト」、１８は「主軸受ジャーナル］、２ｏは
「連接棒ジャーナルＪ、２２．２８は「多ローブカムＪ
、２４゜３０は［ロープ］、２６は「カム軸の軸受ジャ
ーナル１．３４は「往復つりあいおもり」、または「細
長い本体」、３６は「カム従動子」、３８は「ローラー
」、３９は「ローラーの軸」、４０は「ニードル軸受」
、４２は「案内板」、４４は「ねじ」、４６は「穴」、
４８は「青銅の軸受」を示す。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）クランク軸とカム軸を有するピストン式内燃機関
    の振動を減らすためのつりあい機構にして、前記つりあ
    い機構は、回転するカムの運動によつて駆動される一つ
    以上の往復つりあいおもりを包含し、前記カムは、前記
    カム軸または前記クランク軸のいずれかによつて駆動さ
    れることを特徴とするピストン式内燃機関の振動を減ら
    すためのつりあい機構。
  2. （２）特許請求の範囲第１項記載のつりあい機構におい
    て、前記回転するカムは、前記カム軸または前記クラン
    ク軸のいずれかと一体である、ことを特徴とする、ピス
    トン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構。
  3. （３）クランク軸とカム軸を有するピストン式内燃機関
    の振動を減らすためのつりあい機構にして、前記つりあ
    い機構は、二つの回転するカムによつて駆動される一つ
    以上の往復つりあいおもりを包含し、前記カムの少なく
    とも一つは、前記クランク軸または前記カム軸のいずれ
    かによつて駆動されることを特徴とするピストン式内燃
    機関の振動を減らすためのつりあい機構。
  4. （４）特許請求の範囲第３項記載のつりあい機構におい
    て、前記カムの少なくとも一つは、前記クランク軸また
    は前記カム軸のいずれかと一体である、ことを特徴とす
    る、ピストン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい
    機構。
  5. （５）特許請求の範囲第３項記載のつりあい機構におい
    て、前記つりあいおもりは、カム従動子を両端に取り付
    けられた細長い本体を含む、ことを特徴とする、ピスト
    ン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構。
  6. （６）内燃機関にして、 一つ以上の多ローブカムを取り付けられた、一つ以上の
    ピストンと連接棒の組立体と協働するクランク軸、 前記クランク軸によつて駆動され、そしてそれと同時に
    動かされ、そして協働する一つ以上の吸込み弁または排
    出弁を有するカム軸を包含し、前記カム軸は、それに取
    り付けられた一つ以上の多ローブカムをさらに含み、ま
    た 前記おもりが、前記クランク軸に取り付けられた前記多
    ローブカムの一つと、前記カム軸に取り付けられた前記
    多ローブカムの一つを含む一対のカムによつて往復可能
    に駆動されるように前記機関の中に取り付けられた、一
    つ以上の直線に動くことのできるつりあいおもりを包含
    する、 ことを特徴とする内燃機関。
  7. （７）特許請求の範囲第６項記載の内燃機関において、
    前記クランク軸に取り付けられた前記多ローブカムのお
    のおのは二つのローブを有し、そして前記カム軸に取り
    付けられた前記多ローブカムのおのおのは四つのローブ
    を有する、ことを特徴とする内燃機関。
  8. （８）特許請求の範囲第６項記載の内燃機関において、
    前記クランク軸は、前記カム軸に取り付けられた多ロー
    ブカムと協力して前記つりあいおもりの一つを駆動する
    多ローブカムを、両端に取り付けられている、ことを特
    徴とする内燃機関。
  9. （９）特許請求の範囲第６項記載の内燃機関において、
    前記直線に動くことのできるつりあいおもりのおのおの
    は、前記一対の多ローブカムの間に往復運動する、こと
    を特徴とする内燃機関。
  10. （１０）特許請求の範囲第９項記載の内燃機関において
    、前記直線に動くことのできるつりあいおもりのおのお
    のは、カム従動子を両端に取り付けられただいたい細長
    い本体を含む、ことを特徴とする内燃機関。
  11. （１１）特許請求の範囲第１０項記載の内燃機関におい
    て、前記カム従動子のおのおのはローラーを含む、こと
    を特徴とする内燃機関。
JP61304079A 1985-12-23 1986-12-22 ピストン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構 Pending JPS62159826A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/812,081 US4688528A (en) 1985-12-23 1985-12-23 Reciprocating balance weight mechanism for a piston type internal combustion engine
US812081 1991-12-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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ID=25208428

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61304079A Pending JPS62159826A (ja) 1985-12-23 1986-12-22 ピストン式内燃機関の振動を減らすためのつりあい機構

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