JP2012225264A - Vibration reducing device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのローリング振動低減を図るエンジンの振動低減装置に関する。 The present invention relates to an engine vibration reduction device for reducing rolling vibration of an engine.
気筒数の少ないレシプロエンジン（内燃機関）、特に３気筒以下のレシプロエンジンでは、トルク変動によるエンジンのローリング振動が問題となる。 In a reciprocating engine (internal combustion engine) having a small number of cylinders, particularly a reciprocating engine having three or less cylinders, rolling vibration of the engine due to torque fluctuation becomes a problem.
エンジンのクランクシャフト（クランク軸）と逆方向に回転する慣性系（所謂ヘロンバランサー）を追加し、その慣性系に生ずるトルク反力で、クランクシャフト廻りに生ずるトルク反力を打ち消し合い、エンジンのローリング振動を低減する装置（振動低減装置）が知られている（例えば、特許文献１等参照）。 An inertia system (so-called Heron balancer) that rotates in the direction opposite to the crankshaft of the engine is added, and the torque reaction force that occurs in the inertia system counteracts the torque reaction force that occurs around the crankshaft. An apparatus for reducing vibration (vibration reducing apparatus) is known (see, for example, Patent Document 1).
このような振動低減装置としては、（１）ジェネレーター（発電機）を利用したもの、（２）新たにウェイトを追加したもの、（３）１次バランサーにウェイトを追加したものがある。また、上述の（１）から（３）を全て一体としたものもある。 As such a vibration reducing device, there are (1) a device using a generator (2), (2) a device in which a weight is newly added, and (3) a device in which a weight is added to a primary balancer. Further, there is a case in which the above (1) to (3) are all integrated.
トルク変動に伴うエンジンのローリング振動を抑制するためにヘロンバランサーは大変有効ではある。しかしながら、ヘロンバランサーをクランクシャフトと逆方向に回転させるためにギアを介する必要があり、ギアノイズが大きな欠点である。 A heron balancer is very effective in suppressing the rolling vibration of the engine due to torque fluctuations. However, it is necessary to use a gear to rotate the heron balancer in the direction opposite to the crankshaft, and gear noise is a major drawback.
特に３気筒エンジンでは、１次の慣性偶力によるピッチング振動と、１．５次のトルク変動によるローリング振動とを伴う。ピッチング振動及びローリング振動はどちらもバランサー（１次バランサー、ヘロンバランサー）により低減することはできるが、トルク変動は、その大きさ故、著しいギアノイズを伴う。 In particular, a three-cylinder engine is accompanied by pitching vibration due to a first-order inertia couple and rolling vibration due to 1.5th-order torque fluctuation. Both pitching vibration and rolling vibration can be reduced by a balancer (primary balancer, heron balancer), but torque fluctuations are accompanied by significant gear noise due to their magnitude.
そこで、本発明の目的は、ギアノイズの発生を極力抑えつつ、エンジンのローリング振動低減を図ることにある。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the rolling vibration of the engine while suppressing the generation of gear noise as much as possible.
上述の目的を達成するために、本発明は、エンジンのクランクシャフトによりギアを介して前記クランクシャフトと逆方向に等速回転され、前記エンジンのピッチング振動を低減するためのバランサーシャフトと、前記バランサーシャフトによりベルトを介して前記バランサーシャフトと同一方向に増速駆動される発電機とを備え、前記発電機の内蔵ローターをヘロンバランサーとして利用して、前記エンジンのローリング振動の低減を図るものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a balancer shaft that is rotated at a constant speed in the opposite direction to the crankshaft by a crankshaft of an engine via a gear, and that reduces the pitching vibration of the engine, and the balancer. A generator driven by a shaft through a belt in the same direction as that of the balancer shaft, and the internal rotor of the generator is used as a heron balancer to reduce rolling vibration of the engine. .
前記ベルトは、前記バランサーシャフトに取り付けられる駆動プーリーと、前記発電機の回転軸に取り付けられ前記駆動プーリーよりも小径の従動プーリーとの間に掛け渡されるものであっても良い。 The belt may be stretched between a driving pulley attached to the balancer shaft and a driven pulley attached to a rotating shaft of the generator and having a smaller diameter than the driving pulley.
前記ベルトは伸長可能なものであり、前記ギアがトルク変動を受けるときに、前記ベルトが伸びて、前記ギアに作用する荷重の一部を前記ベルトの張力が負担するものであっても良い。 The belt may be stretchable, and when the gear is subjected to torque fluctuation, the belt may be stretched so that a part of the load acting on the gear is borne by the tension of the belt.
前記発電機を制御するコントローラーを更に備え、前記コントローラーは、前記エンジンの始動時には、前記発電機に通電して、前記発電機により前記エンジンをクランキングするものであっても良い。 The controller may further include a controller that controls the generator, and the controller energizes the generator when the engine is started, and cranks the engine by the generator.
前記エンジンは、３気筒以下のエンジンであっても良い。 The engine may be an engine having 3 cylinders or less.
本発明によれば、ギアノイズの発生を極力抑えつつ、エンジンのローリング振動低減を図ることができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to reduce the rolling vibration of the engine while suppressing the generation of gear noise as much as possible.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１に示すように、本実施形態に係る振動低減装置は、直列３気筒のエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１に適用されるものである。エンジン１のクランクシャフト２の一端部にはフライホイール３が装着されている。また、図示を省略しているが、クランクシャフト２の他端部には、クランクシャフト２の捩れを抑制するためのダンパープーリーが装着されている。さらに、クランクシャフト２には、各気筒毎に、ピストン４がコンロッド（コネクティングロッド）５を介して連結されている。 As shown in FIG. 1, the vibration reducing device according to the present embodiment is applied to an in-line three-cylinder engine (in this embodiment, a diesel engine) 1. A flywheel 3 is attached to one end of the crankshaft 2 of the engine 1. Although not shown, a damper pulley for suppressing twisting of the crankshaft 2 is attached to the other end portion of the crankshaft 2. Further, a piston 4 is connected to the crankshaft 2 via a connecting rod (connecting rod) 5 for each cylinder.
本実施形態に係る振動低減装置は、エンジン１のピッチング振動を低減するための１次バランサー６と、スターター・ジェネレーター（発電機）７と、スターター・ジェネレーター７を制御するコントローラー８とを備えている。 The vibration reduction device according to the present embodiment includes a primary balancer 6 for reducing pitching vibration of the engine 1, a starter generator (generator) 7, and a controller 8 that controls the starter generator 7. .
１次バランサー６は、クランクシャフト２と平行な軸廻りに回転するバランサーシャフト９と、バランサーシャフト９の一端部に装着された第１カウンターウェイト１０と、バランサーシャフト９の他端部に装着された第２カウンターウェイト１１とを有している。本実施形態では、第２カウンターウェイト１１は、後述する従動ギア１３に一体に形成されている。第１カウンターウェイト１０及び第２カウンターウェイト１１は、互いに１８０度の位相差をもって配設されている。 The primary balancer 6 is mounted on a balancer shaft 9 that rotates about an axis parallel to the crankshaft 2, a first counterweight 10 mounted on one end of the balancer shaft 9, and the other end of the balancer shaft 9. And a second counterweight 11. In the present embodiment, the second counterweight 11 is formed integrally with a driven gear 13 described later. The first counterweight 10 and the second counterweight 11 are arranged with a phase difference of 180 degrees from each other.
クランクシャフト２の他端部に駆動ギア（ギア）１２が取り付けられていると共に、バランサーシャフト９の他端部には、駆動ギア１２と同一径の従動ギア（ギア）１３が取り付けられており、駆動ギア１２と従動ギア１３とは互いに噛み合っている。駆動ギア１２及び従動ギア１３としては、平歯車や、はすば歯車等を用いることができる（図示例では、平歯車）。 A drive gear (gear) 12 is attached to the other end of the crankshaft 2, and a driven gear (gear) 13 having the same diameter as that of the drive gear 12 is attached to the other end of the balancer shaft 9. The drive gear 12 and the driven gear 13 are meshed with each other. As the drive gear 12 and the driven gear 13, a spur gear, a helical gear, or the like can be used (in the illustrated example, a spur gear).
クランクシャフト２が回転すると、クランクシャフト２の回転が、駆動ギア１２及び従動ギア１３を介してバランサーシャフト９に伝達され、バランサーシャフト９がクランクシャフト２と逆方向に等速回転する。 When the crankshaft 2 rotates, the rotation of the crankshaft 2 is transmitted to the balancer shaft 9 via the drive gear 12 and the driven gear 13, and the balancer shaft 9 rotates at a constant speed in the opposite direction to the crankshaft 2.
スターター・ジェネレーター７は、エンジン１のローリング振動を低減するために、適量の慣性モーメントを付加したものである。本実施形態のスターター・ジェネレーター７は、インバーター１４を介して制御される交流モーターからなる。また、スターター・ジェネレーター７は、ハウジング１５に回転可能に支持された回転軸１６と、回転軸１６に取り付けられた内蔵ローター（図示せず）と、内蔵ローターの外周に配置された内蔵ステーター（図示せず）とを有する。 The starter / generator 7 is provided with an appropriate amount of moment of inertia in order to reduce rolling vibration of the engine 1. The starter generator 7 of the present embodiment is composed of an AC motor controlled via an inverter 14. The starter generator 7 includes a rotating shaft 16 rotatably supported by the housing 15, a built-in rotor (not shown) attached to the rotating shaft 16, and a built-in stator (see FIG. Not shown).
バランサーシャフト９に駆動プーリー１７が取り付けられていると共に、スターター・ジェネレーター７の回転軸１６には、駆動プーリー１７よりも小径の従動プーリー１８が取り付けられており、駆動プーリー１７と従動プーリー１８との間にベルト１９が掛け渡されている。本実施形態のベルト１９は、伸長可能なものである。また、ベルト１９には、ベルト１９に張力を付与するテンショナー２０が設けられている。ベルト１９としては、平ベルトや、Ｖリブを有するＶリブドベルト等を用いることができる（図示例では、平ベルト）。また、ベルト１９の材料としては、ゴムや、ナイロン等を用いることができる。 A drive pulley 17 is attached to the balancer shaft 9, and a driven pulley 18 having a smaller diameter than the drive pulley 17 is attached to the rotating shaft 16 of the starter generator 7. A belt 19 is stretched between them. The belt 19 of the present embodiment can be extended. The belt 19 is provided with a tensioner 20 that applies tension to the belt 19. As the belt 19, a flat belt, a V-ribbed belt having a V-rib, or the like can be used (in the illustrated example, a flat belt). As a material for the belt 19, rubber, nylon, or the like can be used.
バランサーシャフト９が回転すると、バランサーシャフト９の回転が、駆動プーリー１７、ベルト１９及び従動プーリー１８を介してスターター・ジェネレーター７の回転軸１６に伝達され、スターター・ジェネレーター７がバランサーシャフト９と同一方向に増速駆動（例えば、３〜４倍）される。つまり、スターター・ジェネレーター７は、クランクシャフト２と逆方向に増速駆動される。 When the balancer shaft 9 rotates, the rotation of the balancer shaft 9 is transmitted to the rotating shaft 16 of the starter generator 7 via the drive pulley 17, the belt 19 and the driven pulley 18, and the starter generator 7 is in the same direction as the balancer shaft 9. Are driven at an increased speed (for example, 3 to 4 times). That is, the starter / generator 7 is driven to increase the speed in the direction opposite to that of the crankshaft 2.
コントローラー８は、エンジン１の始動時には、スターター・ジェネレーター７をスターターとして機能させるようになっている。つまり、コントローラー８は、エンジン１の始動時には、インバーター１４を介してスターター・ジェネレーター７に通電して、スターター・ジェネレーター７によりエンジン１をクランキングするようになっている。そのため、フライホイール３に装着するスターターを省略することができる。 The controller 8 causes the starter / generator 7 to function as a starter when the engine 1 is started. That is, when the engine 1 is started, the controller 8 energizes the starter generator 7 via the inverter 14 and cranks the engine 1 by the starter generator 7. Therefore, the starter to be mounted on the flywheel 3 can be omitted.
また、コントローラー８は、エンジン１を制動する際には、スターター・ジェネレーター７をジェネレーターとして機能させるようになっている。つまり、コントローラー８は、エンジン１を制動する際には、スターター・ジェネレーター７によりクランクシャフト２にブレーキをかけ、スターター・ジェネレーター７により発電した電力をバッテリー２１に充電するようになっている。そのため、スターター・ジェネレーター７はエンジン１の制動時以外は発電を行わず、エンジン１の燃費の悪化を招くことはない。 The controller 8 causes the starter / generator 7 to function as a generator when braking the engine 1. That is, when braking the engine 1, the controller 8 brakes the crankshaft 2 by the starter generator 7 and charges the battery 21 with the electric power generated by the starter generator 7. Therefore, the starter generator 7 does not generate electric power except when the engine 1 is braked, and the fuel consumption of the engine 1 is not deteriorated.
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
本実施形態では、クランクシャフト２と逆方向に等速回転するバランサーシャフト９に駆動プーリー１７を取り付けると共に、スターター・ジェネレーター７の回転軸１６に駆動プーリー１７よりも小径の従動プーリー１８を取り付け、且つ、駆動プーリー１７と従動プーリー１８との間にベルト１９を掛け渡している。このように構成することで、エンジン１の運転中に、スターター・ジェネレーター７をベルト１９を介して、バランサーシャフト９と同一方向に増速駆動、つまりクランクシャフト２と逆方向に増速駆動し、スターター・ジェネレーター７の内蔵ローターをヘロンバランサーとして利用することが可能となる。 In this embodiment, the drive pulley 17 is attached to the balancer shaft 9 that rotates at a constant speed in the opposite direction to the crankshaft 2, and the driven pulley 18 having a smaller diameter than the drive pulley 17 is attached to the rotary shaft 16 of the starter generator 7. The belt 19 is stretched between the driving pulley 17 and the driven pulley 18. With this configuration, during the operation of the engine 1, the starter generator 7 is driven to increase in speed in the same direction as the balancer shaft 9 via the belt 19, that is, increased in the direction opposite to the crankshaft 2. The built-in rotor of the starter generator 7 can be used as a heron balancer.
本実施形態では、スターター・ジェネレーター７をクランクシャフト２と逆方向に増速駆動させるために、スターター・ジェネレーター７をクランクシャフト２により直接ギアを介して駆動するのではなく、スターター・ジェネレーター７をクランクシャフト２と逆方向に回転するバランサーシャフト９によりベルト１９を介して駆動しているので、エンジン１或いは振動低減装置全体におけるギアの数を減らすことができる。エンジン１或いは振動低減装置全体におけるギアの数を減らすことにより、ギア１２、１３のバックラッシュのコントロールが容易となる上、ギアノイズの発生を極力抑えつつ、エンジン１のローリング振動低減を図ることが可能となる。 In this embodiment, in order to drive the starter / generator 7 at an increased speed in the direction opposite to that of the crankshaft 2, the starter / generator 7 is not driven directly via the gear by the crankshaft 2, but the starter / generator 7 is cranked. Since the balancer shaft 9 that rotates in the opposite direction to the shaft 2 is driven via the belt 19, the number of gears in the engine 1 or the entire vibration reduction device can be reduced. By reducing the number of gears in the engine 1 or the entire vibration reduction device, it is possible to easily control the backlash of the gears 12 and 13 and to reduce the rolling vibration of the engine 1 while suppressing the generation of gear noise as much as possible. It becomes.
なお、スターター・ジェネレーター７を直接クランクシャフト２により逆方向に増速駆動させる場合、駆動プーリー１７をクランクシャフト２に取り付け、駆動プーリー１７と従動プーリー１８との間にベルト１９をたすき掛けする必要がある（クロスベルト）。その場合、たすき掛けしたベルト１９に横方向の力が作用するので、ベルト１９の耐久性への影響が懸念される。これに対して、本実施形態では、駆動プーリー１７と従動プーリー１８との間にベルト１９をたすき掛けすることがないので（オープンベルト）、ベルト１９に横方向の力が作用することなく、ベルト１９の耐久性に影響はない。 When the starter / generator 7 is directly driven in the reverse direction by the crankshaft 2, it is necessary to attach the drive pulley 17 to the crankshaft 2 and apply the belt 19 between the drive pulley 17 and the driven pulley 18. Yes (cross belt). In this case, since a lateral force acts on the belt 19 that is overlaid, there is a concern about the influence on the durability of the belt 19. On the other hand, in the present embodiment, the belt 19 is not struck between the driving pulley 17 and the driven pulley 18 (open belt), so that no lateral force acts on the belt 19 and the belt 19 The durability of 19 is not affected.
また、本実施形態では、ギア１２、１３がトルク変動を受けるときに、ベルト１９が瞬間的に伸びて、ギア１２、１３に作用する荷重の一部をベルト１９の張力が負担するため、ギアノイズを著しく低減することが可能である。 Further, in the present embodiment, when the gears 12 and 13 are subjected to torque fluctuation, the belt 19 is instantaneously extended, and the tension of the belt 19 bears a part of the load acting on the gears 12 and 13. Can be significantly reduced.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be adopted.
例えば、スターター・ジェネレーター７に代えて、ジェネレーターを用いることが可能である。 For example, a generator can be used instead of the starter generator 7.
また、エンジン１は、３気筒以下のエンジンであれば良く、１気筒又は２気筒のエンジンであっても良い。 Moreover, the engine 1 should just be an engine of 3 cylinders or less, and may be a 1-cylinder or 2-cylinder engine.
１ エンジン（内燃機関）
２ クランクシャフト
７ スターター・ジェネレーター（発電機）
８ コントローラー
９ バランサーシャフト
１２ 駆動ギア（ギア）
１３ 従動ギア（ギア）
１６ 回転軸
１７ 駆動プーリー
１８ 従動プーリー
１９ ベルト
1 engine (internal combustion engine)
2 Crankshaft 7 Starter generator (generator)
8 Controller 9 Balancer shaft 12 Drive gear (gear)
13 Driven gear (gear)
16 Rotating shaft 17 Drive pulley 18 Driven pulley 19 Belt
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