JP2006038126A - Vibration reducer of reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は往復動式内燃機関の振動低減装置に関する。 The present invention relates to a vibration reducing device for a reciprocating internal combustion engine.
往復動式内燃機関ではピストンとコネクティングロッドがシリンダ内を上下動することに起因する一次上下振動と、爆発行程で生じる回転変動に起因するローリングモーメントが発生することが知られている。特許文献1にはローリングモーメントの発生を抑制する振動低減装置が開示されている。非特許文献1には上下振動を抑制する装置が開示されている。しかしながら、一次上下振動とローリングモーメントを同時に抑制できるものはない。 In a reciprocating internal combustion engine, it is known that a primary vertical vibration caused by the vertical movement of a piston and a connecting rod in a cylinder and a rolling moment caused by a rotational fluctuation generated in an explosion stroke are generated. Patent Document 1 discloses a vibration reducing device that suppresses generation of a rolling moment. Non-Patent Document 1 discloses an apparatus for suppressing vertical vibration. However, none can suppress the primary vertical vibration and the rolling moment at the same time.
本発明は上記問題に鑑み、ローリングモーメントと一次上下振動を同時に抑制できる振動低減装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a vibration reducing device that can simultaneously suppress a rolling moment and primary vertical vibration.
請求項1の発明によれば、ピストンがコネクティングロッドを介してクランクシャフトと結合されている往復動式内燃機関の振動低減装置であって、
クランクシャフトに取付けられるカウンタウェイトと、
クランクシャフトと等速で逆転する少なくとも一つのバランサとを具備し、
カウンタウェイトとバランサの慣性重量の総和が、ピストンとコネクティングロッドの慣性重量の総和に等しく、位相が180°異なるようにされていて、
かつ、バランサと一体に回転する部材を含むバランサの等価慣性モーメントがクランクシャフトと一体に回転する部材を含むクランクシャフトの等価慣性モーメントと等しくされている、振動低減装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a vibration reducing device for a reciprocating internal combustion engine in which a piston is coupled to a crankshaft via a connecting rod,
A counterweight attached to the crankshaft;
Comprising at least one balancer rotating at a constant speed with the crankshaft;
The sum of the inertia weights of the counterweight and the balancer is equal to the sum of the inertia weights of the piston and the connecting rod, and the phase is 180 ° different.
In addition, there is provided a vibration reducing device in which an equivalent moment of inertia of a balancer including a member rotating integrally with the balancer is equal to an equivalent moment of inertia of a crankshaft including a member rotating integrally with the crankshaft.
このように構成される振動低減装置ではピストンとコネクティングロッドの慣性重量はカウンタウェイトとバランサの慣性重量で相殺され、クランクシャフトと一体に回転する部材を含むクランクシャフトの等価慣性モーメントはバランサと一体に回転する部材を含むバランサの等価慣性モーメントで相殺され、一次上下振動とローリングモーメントを同時に抑制できる。 In the vibration reducing device configured as described above, the inertia weights of the piston and the connecting rod are offset by the inertia weights of the counterweight and the balancer, and the equivalent inertia moment of the crankshaft including a member that rotates together with the crankshaft is integrated with the balancer. It is canceled out by the equivalent inertia moment of the balancer including the rotating member, and the primary vertical vibration and the rolling moment can be suppressed simultaneously.
請求項2の発明では、カウンタウェイトとバランサが、それぞれ、ピストンとコネクティングロッドの慣性重量の50%の慣性重量を有するようにされている。
請求項3の発明では、2つのバランサを有するようにされており、請求項4の発明では2つのバランサの慣性重量が互いに等しくされており、請求項5の発明では2つのバランサ及びクランクシャフトの回転中心が一本の直線上にあるようにされている。請求項6の発明では2つのバランサ及びクランクシャフトの回転中心を結ぶ直線がピストンの移動軸線に対して直角をなすようにされている。
請求項7の発明では、往復動式内燃機関が単気筒または同方向に形成されたクランクピンを有する直列2気筒の機関とされている。
In the invention of
In the invention of
In the invention of claim 7, the reciprocating internal combustion engine is a single cylinder or an in-line two-cylinder engine having a crankpin formed in the same direction.
各請求項に記載の発明では、クランクシャフトに取付けられるカウンタウェイトと、クランクシャフトと等速で逆転する少なくとも一つのバランサとを具備し、カウンタウェイトとバランサの慣性重量の総和が、ピストンとコネクティングロッドの慣性重量の総和に等しく位相が180°異なるようにされているので一次上下振動が抑制され、バランサと一体に回転する部材を含むバランサの等価慣性モーメントがクランクシャフトに取付けられてクランクシャフトと一体に回転する部材を含むクランクシャフトの等価慣性モーメントと等しくされているのでローリングモーメントの発生が抑制される。 The invention according to each claim includes a counterweight attached to the crankshaft and at least one balancer that rotates at a constant speed with respect to the crankshaft, and the sum of the inertia weights of the counterweight and the balancer is the piston and the connecting rod. Since the phase is 180 ° different from the sum of the inertia weights, the primary vertical vibration is suppressed, and the equivalent inertia moment of the balancer including the member that rotates together with the balancer is attached to the crankshaft and integrated with the crankshaft. Therefore, the generation of the rolling moment is suppressed because it is made equal to the equivalent moment of inertia of the crankshaft including the member that rotates at a high speed.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は第1の実施の形態を説明する図である。機関1は単気筒の往復動式内燃機関を示している。機関1のシリンダ2内をピストン10が上下動する。コネクティングロッド12は小端部13と大端部14を有する。ピストン10とコネクティングロッド12は往復動をするのでこれらをまとめて往復動部材15という。ピストン10のピストンピン11にコネクティングロッド12の小端部13が回動可能に結合されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment. The engine 1 is a single cylinder reciprocating internal combustion engine. The
クランクシャフト20は、一体的に形成されたクランクピン21とクランクアーム22とクランクジャーナル23とカウンタウェイト24を含む。コネクティングロッド12の大端部14がクランクピン21に回動可能に結合されている。クランクピン21はクランクアーム22と結合され、クランクアーム22はクランクジャーナル23と結合されている。クランクジャーナル23は機関1の図示しない本体部材に取付けられたクランクベアリング4により回転可能に支持されている。
The
クランクアーム22はクランクジャーナル23を越えてクランクピン21と反対側に延伸し、この延伸した部分はカウンタウェイト24とされている。カウンタウェイト24の重心25はクランクシャフト20の中心軸に関してクランクピン21と反対側の位置にある。
そして、カウンタウェイト24の慣性重量WBが往復動部材15(ピストン10+コネクティングロッド12)の慣性重量WAの50%の大きさとなるようにカウンタウェイト24は形成されている。
The
The
クランクシャフト20にはフライホイール40が取付けられている。フライホイール40は図示しないが外周に歯列が形成され、この歯列には図示しないスタータのギヤが噛合する。
A
クランクシャフト20にはさらに駆動歯車40が固定結合されている。駆動歯車40にはバランサ歯車50が噛合しており、バランサ歯車50は駆動歯車40と同じ径を有している。したがって、バランサ歯車50はクランクシャフト20と同じ速度で逆方向に回転する。バランサ歯車50にはバランサウェイト51が取付けられていて、バランサウェイト51は慣性重量WBが往復動部材15の慣性重量WAの50%となるように形勢されている。
A
ここで、ピストン10が移動する軸をYとし、バランサ歯車50の回転中心50’を通りピストン10の移動軸Yに平行な軸をY1とする。
カウンタウェイト24の重心25とクランクシャフト20の中心20’を結ぶ線の軸Yから回転方向(この場合時計回り方向)に計った角度θ0と、バランサウェイト51の重心52とバランサ歯車50の中心50’を結ぶ線の軸Y1から回転方向(この場合反時計回り方向)計った角度θ1が同一となるようにバランサウェイト51は取付けられている。
Here, an axis on which the
The angle θ 0 measured in the rotational direction (in this case, clockwise) from the axis Y connecting the center of
このように構成することにより、往復運動部(ピストン10+コネクティングロッド20)の慣性重量が、カウンタウェイト24の慣性重量とバランサウェイト51の慣性重量により打ち消され上下方向の振動が発生しない。
図2は上記の効果を説明する図であって(A)は往復運動部(ピストン10+コネクティングロッド12)の慣性重量WAの変化を示し、(B)はカウンタウェイト24の慣性重量WBの変化を示し、(C)はバランサウェイト51の慣性重量WCの変化を示し、(D)はカウンタウェイト24の慣性重量WBとバランサウェイト51の慣性重量WCの和WDの変化を示している。
(A)に示される往復運動部の慣性重量WAに対して(D)に示されるカウンタウェイト24の慣性重量WBとバランサウェイト51の慣性重量WCの和WDは同じ大きさで位相が180°異なっており、往復運動部の慣性重量WAはカウンタウェイト24の慣性重量WBとバランサウェイト51の慣性重量WCによって相殺される。
With this configuration, the inertia weight of the reciprocating motion part (
Figure 2 is a diagram for explaining the effect of the (A) shows the change of the inertia weight W A reciprocating (
The sum of the inertia weight W C of the inertia weight W B and balancer
ここで、クランクピン21とクランクアーム22とクランクジャーナル23とカウンタウェイト24を含むクランクシャフト20にフライホイール30及び駆動歯車40を加えたものをクランクシャフト系回転体と称し、バランサ歯車50にバランサウェイト51を加えたものをバランサ系回転体と称する。
Here, the
そして、クランクシャフト系回転体の等価慣性モーメントをI0とし、バランサ系回転体の等価慣性モーメントをI1とすると、I0とI1の大きさが同じになるようにバランサ歯車50とバランサウェイト51は形成されている。
しかしながら回転方向は逆であるので両者は互いに相殺されローリングモーメントの発生が抑制される。
Then, the equivalent moment of inertia of the crankshaft based rotator and I 0, the equivalent moment of inertia of the balancer system rotating body and I 1, I 0 and the
However, since the rotation directions are opposite, both cancel each other and the generation of the rolling moment is suppressed.
第1の実施の形態は上記のように構成され、往復動部材の往復動に起因する一次上下振動と燃焼圧力に起因するローリングモーメントを同時に消去できる。
なお、クランクシャフト系回転体の等価慣性モーメントI0が大きいと、それを打ち消すためのバランサ系回転体の等価慣性モーメントI1も大きくしなければならず全体の重量が増加する。したがって、クランクシャフト系回転体の等価慣性モーメントI0をできるだけ小さくすることが好ましい。そのために、例えば、制約の少ない駆動歯車40をできるだけ等価慣性モーメントが小さくなるように形成することが好ましい。
The first embodiment is configured as described above, and can eliminate simultaneously the primary vertical vibration caused by the reciprocating motion of the reciprocating member and the rolling moment caused by the combustion pressure.
If the equivalent inertia moment I 0 of the crankshaft rotating body is large, the equivalent inertia moment I 1 of the balancer rotating body for canceling it must be increased, and the overall weight increases. Therefore, it is preferable to make the equivalent moment of inertia I 0 of the crankshaft rotating body as small as possible. Therefore, for example, it is preferable to form the
次に第2の実施の形態について説明する。
図3が第2の実施の形態の構成を示す図である。同図に示されるようにこの第2の実施の形態は第1バランサ歯車60と第2バランサ歯車70の2つのバランサ歯車が駆動歯車40に噛合している点が、第1の実施の形態とは異なる。
第1バランサ歯車60、第2バランサ歯車70は共に駆動歯車40と同じ径を有しており、駆動歯車40と同じ速度で逆方向に回転する。第1バランサ歯車60、第2バランサ歯車70には、それぞれ、第1バランサウェイト61、第2バランサウェイト71が取付けられている。参照符号62、72は第1バランサウェイト61、第2バランサウェイト71の重心を示している。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment. As shown in the figure, the second embodiment is different from the first embodiment in that the two balancer gears of the
Both the
また、第1バランサ歯車60の中心60’、第2バランサ歯車70の中心70’とクランクシャフト20の中心20’は一直線上にあり、かつ、この直線はピストン10の移動軸Yに対して直角を成している。このようにすることにより機関1の全体のバランスをよくしている。
Further, the
クランクシャフト20のカウンタウェイト24は第1の実施の形態と同様に往復動部材15(ピストン10+コネクティングロッド12)の慣性重量WAの50%の慣性重量を有する。
第1バランサ歯車60に往復動部材15の慣性重量WAの25%の慣性重量WC1を有するバランサウェイト61が取付けられ、第2バランサ歯車70にも往復動部材15の慣性重量WAの25%の慣性重量WC2を有するバランサウェイト71が取付けられている。
Counterweight of the
ここで、第1バランサ歯車60の回転中心60’を通りピストン10の移動軸Yに平行な軸をY1、第2バランサ歯車70の回転中心70’を通りピストン10の移動軸Yに平行な軸をY2とする。
カウンタウェイト24の重心25とクランクシャフト20の中心20’を結ぶ線の軸Yから回転方向(この場合時計回り方向)に計った角度θ0と、第1バランサウェイト61の重心62と第1バランサ歯車60の中心60’を結ぶ線の軸Y1から回転方向(この場合反時計回り方向)計った角度θ1が同一となるように第1バランサウェイト61は取付けられている。
Here, an axis parallel to the movement axis Y of the
The angle θ 0 measured in the rotational direction (in this case, clockwise) from the axis Y of the line connecting the center of
同様に、カウンタウェイト24の重心25とクランクシャフト20の中心20’を結ぶ線の軸Yから回転方向(この場合時計回り方向)に計った角度θ0と、第2バランサウェイト71の重心72と第2バランサ歯車70の中心70’を結ぶ線の軸Y2から回転方向(この場合反時計回り方向)計った角度θ1が同一となるように第2バランサウェイト71は取付けられている。
Similarly, an angle θ 0 measured in the rotation direction (clockwise direction in this case) from the axis Y of the line connecting the center of
このように構成することにより、往復運動部(ピストン10+コネクティングロッド20)の慣性重量WAが、カウンタウェイト24の慣性重量WBと第1バランサウェイト61の慣性重量WC1、第2バランサウェイト71の慣性重量WC2により打ち消され上下方向の振動が発生しない。
With this configuration, the inertia weight W A of the reciprocating motion portion (
図4は上記の効果を説明する図であって(A)は往復運動部(ピストン10+コネクティングロッド12)の慣性重量WAの変化を示し、(B)はカウンタウェイト24の慣性重量WBの変化を示し、(C1)は第1バランサウェイト61の慣性重量WC1の変化を示し、(C2)は第2バランサウェイト71の慣性重量WC2の変化を示し、(D)はカウンタウェイト24の慣性重量WBと第1バランサウェイト51の慣性重量WC1と第2バランサウェイト71の慣性重量WC2との和WDの変化を示している。
Figure 4 is a diagram for explaining the effect of the (A) shows the change of the inertia weight W A reciprocating (
(A)に示される往復運動部の慣性重量WAに対して(D)に示されるカウンタウェイト24の慣性重量WBと第1バランサウェイト61の慣性重量WC1と第2バランサウェイト71の慣性重量WC2の和WDは同じ大きさで、位相が180°異なっており、往復運動部の慣性重量WAはカウンタウェイト24の慣性重量WBと第1バランサウェイト61の慣性重量WC1と第2バランサウェイト71の慣性重量WC2によって相殺される。
An inertial weight W B and inertia weight W C1 of the
また、バランサ歯車60にバランサウェイト61を加えたものの等価慣性モーメントをI1Aとし、バランサ歯車70にバランサウェイト71を加えたものの等価慣性モーメントをI1Bとし、すると、I0=I1A+I1Bとなるようにされている。しかしながら回転方向は逆である。したがって、クランクシャフト20がベアリングを介して機関1の本体に作用するローリングモーメントを打ち消すことができる。
第2の実施の形態は上記のように構成され、往復動部材の往復動に起因する一次上下振動と燃焼圧力に起因するローリングモーメントを同時に消去できる。
Further, assuming that the equivalent moment of inertia of the
The second embodiment is configured as described above, and can eliminate simultaneously the primary vertical vibration caused by the reciprocating motion of the reciprocating member and the rolling moment caused by the combustion pressure.
第2の実施の形態は上記のように構成され、第1の実施の形態と同様に、往復動部材の往復動に起因する一次上下振動と燃焼圧力に起因するローリングモーメントを同時に消去できる。 The second embodiment is configured as described above, and, similarly to the first embodiment, the primary vertical vibration caused by the reciprocating motion of the reciprocating member and the rolling moment caused by the combustion pressure can be eliminated simultaneously.
第1の実施の形態では1個のバランサウェイトを使用し、第2の実施の形態では2個のバランサウェイトを使用しているが、往復動部材の慣性重量をカウンタウェイトと共に相殺でき、かつ、主回転系の等価慣性モーメントがバランサウェイトを含む回転体の等価慣性モーメントと等しくされている限り、さらに多くのバランサウェイトを使用することもできる。 In the first embodiment, one balancer weight is used, and in the second embodiment, two balancer weights are used. However, the inertia weight of the reciprocating member can be offset together with the counterweight, and More balancer weights can be used as long as the equivalent moment of inertia of the main rotating system is equal to the equivalent moment of inertia of the rotating body including the balancer weight.
また、第1の実施の形態と第2の実施の形態では共に、カウンタウェイトの慣性重量が往復動部材の慣性重量の50%にされ、バランサウェイトの慣性重量が往復動部材の慣性重量の50%にされているが、60%対40%のように他の比率としてもよい。また、第2の実施の形態では2つのバランサウェイトの慣性重量がそれぞれ往復動部材の慣性重量の25%とされ同じ値を有するようにされているが同じ値にすることが必須ではない。 In both the first embodiment and the second embodiment, the inertia weight of the counterweight is set to 50% of the inertia weight of the reciprocating member, and the inertia weight of the balancer weight is 50% of the inertia weight of the reciprocating member. However, other ratios such as 60% to 40% may be used. In the second embodiment, the inertia weights of the two balancer weights are 25% of the inertia weight of the reciprocating member and have the same value, but it is not essential to have the same value.
また、第1、第2の実施の形態は単気筒におけるものであるが、本発明は直列2気筒(クランクピンが同じ方向に形成されたもの)の機関の場合にも効果がある。 Although the first and second embodiments are for a single cylinder, the present invention is also effective in the case of an inline two-cylinder engine (with crank pins formed in the same direction).
本発明は往復動式内燃機関、特に単気筒、または直列2気筒(クランクピンが同じ方向に形成されたもの)の往復動式内燃機関に適用すると効果がある。 The present invention is effective when applied to a reciprocating internal combustion engine, particularly a reciprocating internal combustion engine having a single cylinder or in-line two cylinders (with crank pins formed in the same direction).
1 機関
4 ベアリング
10 ピストン
12 コネクティングロッド
15 往復動部材(ピストン+コネクティングロッド)
20 クランクシャフト
21 クランクピン
22 クランクアーム
23 クランクジャーナル
24 カウンタウェイト
30 フライホイール
40 駆動歯車
50 バランサ歯車
51 バランサウェイト
60 第1バランサ歯車
61 第1バランサウェイト
70 第2バランサ歯車
71 第2バランサウェイト
1
20
Claims (7)
クランクシャフトに取付けられるカウンタウェイトと、
クランクシャフトと等速で逆転する少なくとも一つのバランサとを具備し、
カウンタウェイトとバランサの慣性重量の総和が、ピストンとコネクティングロッドの慣性重量の総和に等しく、位相が180°異なるようにされていて、
かつ、バランサと一体に回転する部材を含むバランサの等価慣性モーメントがクランクシャフトと一体に回転する部材を含むクランクシャフトの等価慣性モーメントと等しくされている、
ことを特徴とする振動低減装置。 A vibration reducing device for a reciprocating internal combustion engine in which a piston is coupled to a crankshaft via a connecting rod,
A counterweight attached to the crankshaft;
Comprising at least one balancer rotating at a constant speed with the crankshaft;
The sum of the inertia weights of the counterweight and the balancer is equal to the sum of the inertia weights of the piston and the connecting rod, and the phase is 180 ° different.
And the equivalent moment of inertia of the balancer including the member that rotates integrally with the balancer is made equal to the equivalent moment of inertia of the crankshaft that includes the member that rotates together with the crankshaft.
A vibration reducing device characterized by that.
Priority Applications (1)
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JP2004219851A JP2006038126A (en) | 2004-07-28 | 2004-07-28 | Vibration reducer of reciprocating internal combustion engine |
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- 2004-07-28 JP JP2004219851A patent/JP2006038126A/en active Pending
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