JP2020112036A - バランサシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】バランサシャフトを軽量化する。【解決手段】直列３気筒の内燃機関１２は、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側が、第１マウント１５を介して車体に支持され、他方側が、第１マウント１５よりもばね定数の大きい第２マウント１７を介して車体に支持されている。バランサシャフト２０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に位置している第１バランサマス２４の質量及び他方側に位置している第２バランサマス２６の質量に関して、気筒１２ａ内におけるピストン１１６の往復運動によって内燃機関１２に発生する力を１００％打ち消すことができる仮想的な質量を仮想基準質量としたとき、第２バランサマス２６の質量は仮想基準質量以下になっており、第１バランサマス２４の質量は第２バランサマス２６の質量よりも小さくなっている。【選択図】図１

Description

この発明は、バランサシャフトに関する。

特許文献１に開示された直列３気筒の内燃機関には、ピストンの往復運動に起因した慣性偶力による振動を抑制するためのバランサシャフトが設けられている。バランサシャフトは、クランクシャフトの中心軸線と平行に配置されている。バランサシャフトにおける中心軸線方向の中央よりも一方側と他方側には、バランサマスがそれぞれ固定されている。２つのバランサマスのそれぞれの重心は、バランサシャフトの中心軸線から外れた位置に位置している。また、２つのバランサマスは、互いに周方向に１８０度ずれて配置されている。バランサシャフトは、クランクシャフトと等速で逆回転する。

特開２００９−２３６０８５号公報

バランサシャフトにおいては、内燃機関の重量低下や油面たたきを抑える上で、バランサマスの軽量化や小型化が望まれる。しかし、バランサマスを軽量化すると、上記慣性偶力を完全には打ち消すことができなくなるため、従来、バランサシャフトの軽量化は実現できていない。したがって、内燃機関の振動を適切に抑制しつつもバランサシャフトを軽量化できる技術が求められる。

上記課題を解決するためのバランサシャフトは、クランクシャフトの中心軸線方向に関する中央よりも一方側が、弾性変形する第１マウントを介して車体に支持され、前記クランクシャフトの中心軸線方向に関する中央よりも他方側が、弾性変形するとともに前記第１マウントよりもばね定数の大きい第２マウントを介して車体に支持される直列３気筒の内燃機関に適用されるバランサシャフトであって、前記内燃機関に取り付けられた状態において前記クランクシャフトの中心軸線と平行に配置されるシャフト本体と、前記シャフト本体に固定されているとともに前記シャフト本体の中心軸線上から外れた位置に重心が位置する第１バランサマスと、前記シャフト本体に固定されているとともに前記シャフト本体の中心軸線上から外れた位置であって前記第１バランサマスの重心と周方向に１８０度ずれた位置に重心が位置している第２バランサマスとを備え、前記第１バランサマスは、前記シャフト本体における中心軸線方向の中央よりも前記クランクシャフトの中心軸線方向一方側に位置しており、前記第２バランサマスは、前記シャフト本体における中心軸線方向の中央よりも前記クランクシャフトの中心軸線方向他方側に位置しており、前記第１バランサマスの質量及び前記第２バランサマスの質量に関して、気筒内におけるピストンの往復運動によって前記内燃機関に生じる慣性偶力を１００％打ち消すことができる仮想的な質量を仮想基準質量としたとき、前記第２バランサマスの質量は前記仮想基準質量以下になっており、前記第１バランサマスの質量は前記第２バランサマスの質量よりも小さくなっている。

上記構成においては、第１バランサマスの質量及び第２バランサマスの質量が、仮想基準質量よりも小さくなっている。つまり、慣性偶力を１００％打ち消すことができるバランサシャフトに比べて、上記構成のバランサシャフトは軽量化されている。

ここで、上記のように第１バランサマスの質量及び第２バランサマスの質量が仮想基準質量よりも小さくなっていることから、内燃機関に発生する慣性偶力はバランサシャフトによって完全には打ち消されず一部が残存する。この残存する力は、第１バランサマスの質量と第２バランサマスの質量との差が異なっていることから、一部が慣性力として作用する。一方で、第１マウントのばね定数と第２マウントとのばね定数とが異なっていることに起因して、この慣性力は、上記残存する力のうちの慣性偶力を打ち消すように逆位相で作用する。そのため、内燃機関の振動を抑制できる。

パワープラントの支持構造を表した概略図。 クランクシャフト及びバランサシャフトの斜視図。 パワープラントに発生する力の模式図。 パワープラントの支持特性の説明図。 パワープラントに残存する力の模式図。 慣性偶力及び慣性力に起因してパワープラントが変位しようとする方向の説明図。

以下、バランサシャフトの一実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、車両Ｃにおけるパワープラント１０の支持構造について説明する。図１に示すように、車両Ｃには、当該車両Ｃの駆動源として内燃機関１２が搭載されている。内燃機関１２には、変速機１４が連結されている。内燃機関１２と変速機１４とは、内燃機関１２のクランクシャフト１００の中心軸線方向に並んでいる。また、図示は省略するが、内燃機関１２における変速機１４とは反対側には、各種の補機等が搭載されている。内燃機関１２と変速機１４と各種の補機等で、パワープラント１０が構成されている。なお、図１では、内燃機関１２及び変速機１４を簡略化して図示している。

パワープラント１０は、車両ＣのエンジンルームＣＲ内に位置している。パワープラント１０は、内燃機関１２が横置きになるように配置されている。つまり、内燃機関１２のクランクシャフト１００の中心軸線方向が車幅方向に沿っている。車室から見て右側をクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側、車室から見て左側をクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側としたとき、変速機１４は、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に位置している。

パワープラント１０は、弾性変形するマウントを介して車体に支持されている。具体的には、内燃機関１２におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側の端には、第１マウント１５が取り付けられている。第１マウント１５は、車体の骨格１８（例えばサイドメンバ）に接続されている。第１マウント１５は、自身が有する弾性体が弾性変形することによって、内燃機関１２からの荷重が車体に伝達されるのを抑制する。なお、第１マウント１５は液封式になっており、弾性部材の弾性変形の動作が作動液で減衰される。なお、図１では、第１マウント１５を簡略化して表している。

変速機１４における、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側の端には、第２マウント１７が取り付けられている。第２マウント１７は、車体の骨格１９に接続されている。第２マウント１７は、自身が有する弾性体が弾性変形することによって、内燃機関１２からの荷重が車体に伝達されるのを抑制する。第２マウント１７のばね定数は、第１マウント１５のばね定数よりも大きくなっている。なお、図１では、第２マウント１７を簡略化して表している。

第１マウント１５のばね定数と第２マウント１７のばね定数は、車両Ｃに対して入力される路面からの振動を減衰させることを考慮して定められている。具体的には、上記のとおり、第２マウント１７のばね定数は第１マウント１５のばね定数よりも大きくなっている。このことから、路面から入力される上下振動に対して、パワープラント１０は、第１マウント１５が位置しているクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側のほうが、第２マウント１７が位置している他方側よりも上下に振れやすい。つまり、路面からの入力に対して、パワープラント１０はクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側と他方側とで上下に傾きをもつ。仮に、路面から連続的に上下振動が入力された場合には、パワープラント１０における、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側と他方側とが、シーソーのように上下方向に関して互いに反対方向に振れるように作用し、そうした動きによって路面からの振動を吸収する。つまり、パワープラント１０が、路面からの振動に対してダイナミックダンパであるかのように機能する。こうした減衰機能を発揮することができるように、第１マウント１５及び第２マウント１７のばね定数が定められている。

この実施形態では、パワープラント１０の重心Ｇは、クランクシャフト１００の中心軸線方向に関して、内燃機関１２の略中央に位置している。上記のとおりパワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側の端（内燃機関１２におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側の端）と車体との間に第１マウント１５が介在していることから、パワープラント１０における、重心Ｇよりもクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側は、第１マウント１５を介して車体に支持されている。また、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側の端（変速機１４におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側の端）と車体との間に第２マウント１７が介在していることから、パワープラント１０における、重心Ｇよりもクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側は、第２マウント１７を介して車体に支持されている。

次に、内燃機関１２について説明する。図１に示すように、内燃機関１２は、直列３気筒の内燃機関である。すなわち、内燃機関１２は、円柱状の気筒１２ａが３つ区画されたシリンダブロックを備えている。３つの気筒１２ａは、クランクシャフト１００の中心軸線方向に並んでいる。また、各気筒１２ａの軸線は、上下に延びている。

内燃機関１２における気筒１２ａよりも下側には、クランクシャフト１００が配置されている。図２に示すように、クランクシャフト１００は、略円柱状のジャーナル１０１を備えている。このジャーナル１０１の中心軸線方向がクランクシャフト１００の中心軸線方向となっている。

ジャーナル１０１の中心軸線方向他方側の端面には、略板状のクランクアーム１０２が固定されている。クランクアーム１０２は、ジャーナル１０１の中心軸線方向から平面視したときに当該ジャーナル１０１の径方向外側へと延びる略楕円形状のアーム部１０８と、アーム部１０８のうちジャーナル１０１の径方向内側の部分に連結された略扇形状のカウンタウエイト部１０９とで構成されている。カウンタウエイト部１０９の重心の位置は、ジャーナル１０１の中心軸線から外れている。カウンタウエイト部１０９の大きさや質量は、後述するピストン１１６やコネクティングロッド１１２の質量に基づいて定められている。

クランクアーム１０２における、ジャーナル１０１の中心軸線方向他方側の面には、略円柱状のクランクピン１０３が固定されている。クランクピン１０３は、アーム部１０８のうち、ジャーナル１０１の径方向外側部分に固定されている。つまり、クランクピン１０３は、ジャーナル１０１の中心軸線から外れた位置に固定されている。クランクピン１０３の中心軸線方向他方側の端面には、略板状のクランクアーム１０４が固定されている。このクランクアーム１０４は、上述したクランクアーム１０２と同一形状になっているとともに、ジャーナル１０１の周方向において上述したクランクアーム１０２と同一の配置になっている。

上記したジャーナル１０１、一対のクランクアーム１０２，１０４、クランクピン１０３の組には、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側から、ジャーナル１０１、一対のクランクアーム１０２，１０４、クランクピン１０３の組がさらに接続されている。この組における一対のクランクアーム１０２，１０４は、カウンタウエイト部１０９を有しておらず、アーム部１０８のみで構成されている。さらに、この組に対してクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側から、ジャーナル１０１、一対のクランクアーム１０２，１０４、クランクピン１０３の組が接続されている。この組における一対のクランクアーム１０２，１０４は、アーム部１０８及びカウンタウエイト部１０９で構成されている。

クランクシャフト１００の中心軸線方向における最も他方側に位置しているクランクアーム１０４には、その軸線方向他方側の面に、もう一つジャーナル１０１が固定されている。したがって、クランクシャフト１００には、計４個のジャーナル１０１が存在している。そして、これらの各ジャーナル１０１は、シリンダブロック及び当該シリンダブロックに取り付けられるクランクキャップによって回転可能に支持されている。

クランクシャフト１００の中心軸線方向に関して最も他方側に位置しているジャーナル１０１の外周面からは、径方向外側に向けてフランジ１０５が張り出している。一方、クランクシャフト１００の中心軸線方向に関して最も一方側に位置しているジャーナル１０１の中心軸線方向一方側の端面からは、略円柱状の突出軸１０６が突出している。突出軸１０６の外周面には、平面視で略円形のドライブギヤ１０７が固定されている。

クランクシャフト１００の３つのクランクピン１０３は、周方向に１２０度間隔で配置されている。これら３つのクランクピン１０３には、全体としては棒状のコネクティングロッド１１２を介して、ピストン１１６が連結されている。図１に示すように、ピストン１１６は気筒１２ａ内に収容されている。

３つのピストン１１６は、気筒１２ａ内を上下に往復運動する。ここで、直列３気筒の内燃機関においては、クランクシャフト１００の中心軸線方向に関して対称な位置で同方向に動くピストン１１６が存在しない。そのため、クランクシャフト１００の中心軸線方向の両端側に位置するピストン１１６の上下動に伴って、内燃機関１２に慣性偶力が生じる。この慣性偶力の一部は、クランクアーム１０２，１０４のカウンタウエイト部１０９の回転に伴う力によって一部相殺される。すなわち、クランクシャフト１００の回転方向を正回転方向、それとは反対の回転方向を逆回転方向として定義し、ピストン１１６の上下動に伴う慣性偶力を、便宜的にこれらの２つの回転方向の成分に分けて考える。ピストン１１６が生じる慣性偶力のうち、図３の（ａ）に示す正回転方向の成分は、図３の（ｂ）に示すように、同じく正回転方向に回転するカウンタウエイト部１０９が生じる慣性偶力であってピストン１１６が生じる慣性偶力とは逆位相の慣性偶力によって相殺される。一方、ピストン１１６が生じる慣性偶力のうち、図３の（ｃ）に示す逆回転方向の成分は、カウンタウエイト部１０９によって打ち消されることなく残存する。この残存する慣性偶力を打ち消すべく、内燃機関１２には、つぎに説明するバランサシャフト２０が搭載されている。なお、図３では、ピストン１１６やカウンタウエイト部１０９の動作によってパワープラント１０に発生する力を模式的に表している。

図１及び図２に示すように、内燃機関１２におけるクランクシャフト１００よりも下側には、ピストン１１６の運動に伴って生じる内燃機関１２の振動を抑制するバランサシャフト２０が配置されている。なお、図１では、バランサシャフト２０を簡略化して表している。

図２に示すように、バランサシャフト２０は、棒状のシャフト本体２２を備えている。シャフト本体２２の中心軸線は、クランクシャフト１００の中心軸線と平行になっている。詳しい図示は省略するが、シャフト本体２２における中心軸線方向の途中の部位は、軸受け機構によって回転可能に支持されている。

クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側をシャフト本体２２の中心軸線方向一方側としたとき、シャフト本体２２における中心軸線方向の中央よりも一方側には、平面視で略円形のドリブンギヤ２８が固定されている。ドリブンギヤ２８の径は、クランクシャフト１００に固定されているドライブギヤ１０７の径と同じになっている。ドリブンギヤ２８は、シャフト本体２２の中心軸線方向に関して、ドライブギヤ１０７と同じ位置に配置されている。また、ドリブンギヤ２８の歯は、ドライブギヤ１０７の歯と噛み合っている。このため、クランクシャフト１００が回転すると、バランサシャフト２０がクランクシャフト１００と等速で逆方向に回転する。

シャフト本体２２におけるドリブンギヤ２８よりも中心軸線方向一方側には、第１バランサマス２４が固定されている。詳細には、第１バランサマス２４は、シャフト本体２２における中心軸線方向一方側の端部に位置している。第１バランサマス２４は、シャフト本体２２の中心軸線方向からの平面視で、リング状の円環部２４ａの外周に、扇形状のマス部２４ｂの内周を結合させた形状となっている。そして、円環部２４ａの内周が、シャフト本体２２の外周に固定されている。したがって、マス部２４ｂは、シャフト本体２２よりも径方向外側に位置している。このため、第１バランサマス２４の重心は、シャフト本体２２の中心軸線から外れた位置に位置している。

シャフト本体２２における中心軸線方向の中央よりも他方側には、第２バランサマス２６が固定されている。詳細には、第２バランサマス２６は、シャフト本体２２における中心軸線方向他方側の端部に位置している。第２バランサマス２６は、シャフト本体２２の中心軸線方向からの平面視で、リング状の円環部２６ａの外周に、扇形状のマス部２６ｂの内周を結合させた形状となっている。そして、円環部２６ａの内周が、シャフト本体２２の外周に固定されている。したがって、マス部２６ｂは、シャフト本体２２よりも径方向外側に位置している。このため、第２バランサマス２６の重心は、シャフト本体２２の中心軸線から外れた位置に位置している。マス部２６ｂは、シャフト本体２２の周方向に関して、第１バランサマス２４のマス部２４ｂとは１８０度反対側に位置している。このため、第２バランサマス２６の重心は、シャフト本体２２の中心軸線から外れた位置であって尚且つ第１バランサマス２４の重心と周方向に１８０度ずれた位置に位置している。

第１バランサマス２４の重心と第２バランサマス２６の重心とが、シャフト本体２２の周方向に１８０度ずれていることから、シャフト本体２２が回転する際には当該シャフト本体２２はすりこぎ運動し、慣性偶力を生じる。ここで、図３の（ｄ）に示すように、第１バランサマス２４のマス部２４ｂ及び第２バランサマス２６のマス部２６ｂの周方向の位置は、シャフト本体２２が回転する際に、ピストン１１６が生じる慣性偶力とは逆位相の慣性偶力がシャフト本体２２に発生する位置として定められている。このことに加え、シャフト本体２２の回転方向が上記逆回転方向であることから、シャフト本体２２に発生する慣性偶力によって、ピストン１１６が生じる慣性偶力のうち、カウンタウエイト部１０９によって打ち消されることなく内燃機関１２に残存する逆回転方向の慣性偶力成分を打ち消すことが可能である。

ここで、第１バランサマス２４の質量及び第２バランサマス２６の質量に関して、ピストン１１６の往復運動によって内燃機関１２に生じる慣性偶力を１００％打ち消すことができる仮想的な質量を仮想基準質量とする。第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６の双方の質量は、仮想基準質量よりも小さくなっている。また、第１バランサマス２４の質量は、第２バランサマス２６の質量よりも小さくなっている。この実施形態では、第１バランサマス２４の質量は、仮想基準質量の６０％の大きさになっている。また、第２バランサマス２６の質量は、仮想基準質量の８０％の大きさになっている。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
先ず、パワープラント１０の支持特性について説明する。本実施形態では、パワープラント１０の振動を小さく抑えることができるように、第２マウント１７のばね定数を、第１マウント１５のばね定数よりも大きくしている。

仮に、第２マウント１７のばね定数が、第１マウント１５のばね定数と同じであるものとする。この場合、図４の（ａ）に示すように、鉛直方向に関する弾性主軸Ｐがパワープラント１０の重心Ｇを通っている。弾性主軸Ｐとは、弾性体によって支持された系において特定の軸に沿って力を加えたときに、力の方向と弾性変位の方向とが一致し、尚且つ角変位が生じないような軸をいう。第２マウント１７のばね定数が第１マウント１５のばね定数と同じである場合には、パワープラント１０に上下への慣性力が作用すると、パワープラント１０は傾くことなく上下に変位する。

一方、図４の（ｂ）に示すように、第１マウント１５のばね定数を上記の例と同じとし、第２マウント１７のばね定数を第１マウント１５のばね定数よりも大きくしたとする。この場合、弾性主軸Ｐの位置は、パワープラント１０の重心Ｇの位置よりもクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に寄る。そして、パワープラント１０に上下への慣性力が作用したときには、パワープラント１０に傾きが生じる。詳細には、パワープラント１０に上下への慣性力が作用した場合、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側の方が、他方側よりも上下方向の振幅が大きくなる。このように、第２マウント１７のばね定数が第１マウント１５よりも大きい場合、パワープラント１０に傾きが生じる一方で、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側の上下の変位が小さくなる。そのため、重心Ｇの位置におけるパワープラント１０の上下の変位も小さくなる。

さらに、本実施形態では、第１マウントが液封式であることから、図４の（ｃ）に示すように、第１マウント１５の弾性変形の動きが妨げられて、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側の変位は速やかに減衰する。そのため、クランクシャフト１００の中心軸線方向の一方側と他方側とでのパワープラント１０の変位量の差は小さくなる。このように、本実施形態のパワープラント１０の支持構造においては、パワープラント１０の振動を比較的小さく抑えられるようになっている。

次に、パワープラント１０の支持特性と、バランサシャフト２０における２つのバランサマス２４，２６の質量のアンバランスと、の兼ね合いから、内燃機関１２が自立して駆動を継続できる最小限度のエンジン回転数であるとき（以下、アイドル時と称する。）のパワープラント１０の振動が抑制されることについて説明する。

パワープラント１０（内燃機関１２）においては、ピストン１１６が生じる慣性偶力のうち、カウンタウエイト部１０９によって打ち消されることなく残存する逆回転方向の慣性偶力成分に起因して、すりこぎ運動が生じる。このすりこぎ運動の周波数は、概ねクランクシャフト１００の回転数と一致する（一次振動）。したがって、クランクシャフト１００の回転数が第１マウント１５や第２マウント１７の共振周波数に近いと（例えばアイドル時）、上述したパワープラント１０の支持特性を採用したとしても、第１マウント１５及び第２マウント１７がパワープラント１０と共振して振動が一層大きくなり得る。

ここで、仮にバランサシャフト２０の第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６の双方の質量が共に仮想基準質量であるものとする。この場合、ピストン１１６の動作に伴ってパワープラント１０に発生する慣性偶力のうち、カウンタウエイト部１０９によって打ち消されることなく残存する成分は、以下に示すようにほぼ完全に打ち消されるため、上記共振は生じ得ない。具体的には、図３の（ｃ）に示すように、パワープラント１０に発生する慣性偶力に関して、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側が上向きの位相、他方側が下向きの位相になっているものとする。こうした位相状態の下、図３の（ｄ）の点線の丸で示すように、バランサシャフト２０の第１バランサマス２４の質量が仮想基準質量である場合、シャフト本体２２におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側には、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に作用する力と同じ大きさの力が逆向き（下向き）に発生する。また、第２バランサマス２６の質量が仮想基準質量である場合、シャフト本体２２におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側には、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に作用する力と同じ大きさの力が逆向き（上向き）に発生する。したがって、バランサシャフト２０には、カウンタウエイト部１０９によって打ち消されることなくパワープラント１０に残存している慣性偶力を完全に打ち消すことができる慣性偶力が発生することから、パワープラント１０全体としてはすりこぎ運動に伴う振動は生じない。

これに対して、本実施形態のバランサシャフト２０の第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６の双方の質量は、仮想基準質量よりも小さくなっている。そのため、パワープラント１０に発生する力の一部は、バランサシャフト２０によって打ち消されることなく残存する。具体的には、図５の（ａ）に示すように、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側では上向きの力が、他方側では下向きの力が残存する。さらに、本実施形態では、第１バランサマス２４の質量が第２バランサマス２６の質量よりも小さいことから、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に残存する上向きの力は、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に残存する下向きの力よりも大きくなっている。詳細には、第１バランサマス２４の質量が、仮想基準質量の６０％の大きさであることから、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に残存する上向きの力は、バランサシャフト２０が存在しなかったときに残存する慣性力の４０％に該当する。また、第２バランサマス２６の質量が、仮想基準質量の８０％の大きさであることから、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に残存する下向きの力は、バランサシャフト２０が存在しなかったときに残存する慣性力の２０％に該当する。

上記のとおりクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側と他方側とでパワープラント１０に残存する力が異なっていることから、この残存する力の一部は慣性偶力とは別に、慣性力として作用する。すなわち、上記残存する力は、慣性偶力と慣性力とに区分できる。図５の（ｂ）に示すように、慣性偶力に関しては、クランクシャフト１００の中心軸線方向の一方側と他方側とにそれぞれ残存する力の向きを反映して、中心軸線方向一方側では上向きの位相、他方他では下向きの位相となっている。慣性偶力の大きさは、残存する力を、パワープラント１０の重心Ｇ位置からのクランクシャフト１００の中心軸線方向の距離で乗じて総和することで決まる。なお、一方側と他方側とで、残存する力を、同じ大きさであり且つ逆向きとすることで、図５の（ｂ）では慣性力は発生しない。

また、図５の（ｃ）に示すように、慣性力に関しては、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に残存する上向きの力が、他方側に残存する下向きの力よりも大きくなっていることを反映して、上向きの位相となる。この慣性力に係る力の大きさは、クランクシャフト１００の中心軸線方向の一方側と他方側とにそれぞれ残存する力を、位相を考慮して足し合わせたものである。そして、この慣性力は、パワープラント１０の重心Ｇ位置に作用する。

内燃機関１２のアイドル時において、上記のようにパワープラント１０に残存する力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向を、パワープラント１０の支持特性を考慮して説明する。先ず、パワープラント１０に残存する慣性偶力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向を説明する。慣性偶力がクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側で上向きの位相、他方他で下向きの位相となっていることから、図６の（ａ）に示すように、パワープラント１０は、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側が上側へ変位しようとし、他方側が下側へ変位しようとする。

次に、パワープラント１０に残存する慣性力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向を説明する。前提として、パワープラント１０の支持特性において説明したとおり、第２マウント１７のばね定数が第１バランサマス２４のばね定数よりも大きくなっている結果として、弾性主軸Ｐが、パワープラント１０の重心Ｇよりもクランクシャフト１００の中心軸線方向他方側に寄っている。弾性主軸Ｐが寄っている結果として、図４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、上下の慣性力に対して、パワープラント１０は傾いて変位する。ここで、弾性主軸Ｐは、パワープラント１０に作用する支持力を合算して一点に集約したときの作用点となる。上記のとおり、パワープラント１０に残存している慣性力は上向きの位相であることから、パワープラント１０の弾性主軸Ｐの位置においては上向きの力が作用する。そのため、図６の（ｂ）に示すように、パワープラント１０においては、弾性主軸Ｐが寄っている側である、クランクシャフト１００の中心軸線方向他方側が上向きに変位しようとする。その一方で、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側は下向きに変位しようとする。つまり、慣性力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向は、慣性偶力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向と逆位相になっている。

上記のとおり、パワープラント１０に残存する慣性力と慣性偶力との双方の大きさは、互いに似通った大きさとなっている。その上で、慣性力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向と、慣性偶力に起因してパワープラント１０が変位しようとする方向とが逆位相になっている。この結果として、慣性力に係るパワープラント１０の動作と、慣性偶力に係るパワープラント１０の動作とが互いに相殺される。このように、本実施形態によれば、パワープラント１０の支持特性により、パワープラント１０に残存する力のうち慣性力と慣性偶力とが互いを打ち消すように作用する。したがって、パワープラント１０の振動は抑制される。

以上のとおり、バランサシャフト２０の第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６の双方の質量が共に仮想基準質量よりも小さいことから、パワープラント１０に発生する慣性偶力を１００％打ち消すことができるバランサシャフトに比べて、バランサシャフト２０を軽量化できる。尚且つ、第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６のばね定数の違いにより、パワープラント１０に残存する力のうちの慣性偶力成分と慣性力成分とが互いに打ち消し合うように作用する。したがって、パワープラント１０の全体としては、振動を抑制できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第１バランサマス２４及び第２バランサマス２６の双方の質量が仮想基準質量以下となっていて尚且つ第１バランサマス２４の質量が第２バランサマス２６の質量よりも小さくなっていることを前提として、第１バランサマス２４の質量及び第２バランサマス２６の質量を、上記実施形態の例から変更してよい。第１バランサマス２４の質量及び第２バランサマス２６の質量は、パワープラント１０に残存する力のうち、慣性力と慣性偶力とが互いをある程度打ち消すように作用する大きさになっていればよい。なお、慣性力と慣性偶力とがどの程度打ち消し合うかは、第１マウント１５及び第２マウント１７のばね定数の差や、仮想基準質量に対する第１バランサマス２４や第２バランサマス２６の質量の差等によって左右される。

・第１マウント１５を液封化することは必須ではない。第１マウント１５のばね定数と第２マウント１７のばね定数との差が小さければ、クランクシャフト１００の中心軸線方向の一方側と他方側とにおけるパワープラント１０の変位量の差を小さくできる。

・第１マウント１５と第２マウント１７とを入れ替えてもよい。つまり、パワープラント１０におけるクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側を、第２マウント１７を介して車体で支持し、他方側を、第１マウント１５を介して車体で支持するようにしてもよい。この場合、バランサシャフト２０において、第１バランサマス２４と第２バランサマス２６とを入れ替えればよい。つまり、第２バランサマス２６をクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に配置し、第１バランサマス２４を他方側に配置すればよい。

・パワープラント１０は、内燃機関１２が縦置きになるように配置してもよい。つまり、クランクシャフト１００の中心軸線方向が車幅方向と直交していてもよい。この場合でも、バランサマスを軽量化し、尚且つパワープラント１０の振動を抑制できる。具体的には、パワープラント１０をクランクシャフト１００の中心軸線方向一方側と他方側とでマウントによって支持するとともに、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側のマウントと他方側のマウントとでばね定数を異なる大きさにする。そして、クランクシャフト１００の中心軸線方向一方側に位置するバランサマスと他方側に位置するバランサマスとの双方の質量を基準仮想質量よりも小さくするとともに、ばね定数が大きいマウントの側のバランサマスの質量を、ばね定数が小さいマウントの側のバランサマスの質量よりも大きくすればよい。

・上記実施形態におけるパワープラント１０の重心Ｇの位置は一例である。例えば内燃機関１２における補機の配置等によって、パワープラント１０の重心Ｇの位置が、クランクシャフト１００の中心軸線方向に関して内燃機関１２の中央から離れていることもあり得る。

・上記実施形態における第１バランサマス２４の形状は一例である。第１バランサマス２４は、当該第１バランサマス２４の重心の位置が、シャフト本体２２の中心軸線上から外れた位置にくる形状になっていればよい。例えば、円環部２４ａを廃止してマス部２４ｂのみによって第１バランサマス２４を構成してもよい。この場合、マス部２４ｂの内周をシャフト本体２２の外周に固定すればよい。第２バランサマス２６についても同様である。

１０…パワープラント、１２…内燃機関、１５…第１マウント、１７…第２マウント、２０…バランサシャフト、２２…シャフト本体、２４…第１バランサマス、２６…第２バランサマス、１００…クランクシャフト。

Claims (1)

1. クランクシャフトの中心軸線方向に関する中央よりも一方側が、弾性変形する第１マウントを介して車体に支持され、前記クランクシャフトの中心軸線方向に関する中央よりも他方側が、弾性変形するとともに前記第１マウントよりもばね定数の大きい第２マウントを介して車体に支持される直列３気筒の内燃機関に適用されるバランサシャフトであって、
   前記内燃機関に取り付けられた状態において前記クランクシャフトの中心軸線と平行に配置されるシャフト本体と、前記シャフト本体に固定されているとともに前記シャフト本体の中心軸線上から外れた位置に重心が位置する第１バランサマスと、前記シャフト本体に固定されているとともに前記シャフト本体の中心軸線上から外れた位置であって前記第１バランサマスの重心と周方向に１８０度ずれた位置に重心が位置している第２バランサマスとを備え、
   前記第１バランサマスは、前記シャフト本体における中心軸線方向の中央よりも前記クランクシャフトの中心軸線方向一方側に位置しており、前記第２バランサマスは、前記シャフト本体における中心軸線方向の中央よりも前記クランクシャフトの中心軸線方向他方側に位置しており、
   前記第１バランサマスの質量及び前記第２バランサマスの質量に関して、気筒内におけるピストンの往復運動によって前記内燃機関に生じる慣性偶力を１００％打ち消すことができる仮想的な質量を仮想基準質量としたとき、前記第２バランサマスの質量は前記仮想基準質量以下になっており、前記第１バランサマスの質量は前記第２バランサマスの質量よりも小さくなっている
   バランサシャフト。