JPS63101539A - 機関のバランスシヤフト駆動装置 - Google Patents

機関のバランスシヤフト駆動装置

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JPS63101539A
JPS63101539A JP24640986A JP24640986A JPS63101539A JP S63101539 A JPS63101539 A JP S63101539A JP 24640986 A JP24640986 A JP 24640986A JP 24640986 A JP24640986 A JP 24640986A JP S63101539 A JPS63101539 A JP S63101539A
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JP
Japan
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engine
balance
pair
crankshaft
balance shaft
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JP24640986A
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English (en)
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Naoyuki Soma
相馬 直行
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation 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
    • F16F15/264Rotating balancer shafts
    • F16F15/265Arrangement of two or more balancer shafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for

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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

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〕 本発明は機関のバランスシャフト駆動装置に関し、特に
バランスシャフトにより、機関に生じる起振力と起振モ
ーメントとを除去する際に、機関の低速回転域のみに回
転駆動されるバランスシャフトを設けて、機関の低速回
転域から高速回転域までを低振動に抑えるバランスシャ
フト駆動装置に関するものである。
〔従来の技術〕
機関、特に4サイクル直列4気筒機関の場合、第4図に
示すように、クランクアームが180 ’おきに等間隔
でクランクシャフトに配置され、4個のピストン01〜
C4が連接棒を介してクランクアームに連結されている
機関の運転中には、ピストン、ピストンピン、連接棒小
端部等の往復質量により機関を振動させる力として次の
ものがある。
(イ) 起振力(主として2次成分) (ロ) 起振モーメント(主として2次成分)ところが
従来より直列4気筒機関の振動を除去するため、起振力
、即ち往復質量による上下の起振力(第4図のM、)の
2次成分を除去するバランサ装置として、第5図に示さ
れるものがあり、2本のバランスシャフト1及び2を気
筒中心線3に対称の位置に配置し、互いに逆方向に且つ
クランクシャフトの2倍の回転速度で回転させる。尚、
高さは同一であれば、任意である。
このバランサ装置によれば、往復質量による上下並進方
向の起振力M、を除去できるが、前記起振モーメント(
第1図のMZ)を除去することはできない。
そこで、起振力と起振モーメントの双方を除去するもの
として、例えば特開昭50−82409号(特公昭54
−17882号)公報に開示されているような直列4気
筒機関における2次バランサ装置が提案されている。こ
の2次バランサ装置は、第6図に示す如くクランクシャ
フト4に対してほぼ左右同距離位置で且つほぼ平行な線
上に一対のバランサ5及び6を設け、対を成すバランサ
軸間のシリンダ軸心方向距離をほぼピストンロッド7の
長さβに設定し、対を成すバランサ5及び6をクランク
シャフト4の回転数の2倍の回転数で互いに逆回転させ
ると共に、対を成す下側のバランサ5をクランクシャフ
ト4の回転方向とは逆方向に回転させるように構成して
いる。そしてバランサ5及び6がクランクシャフト4と
歯車、チェーン等で連動して駆動されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
直列4気筒機関の運転中には、前述したように往復質量
に起因する起振力及び起振モーメントにより機関に振動
が発生するが、機関の振動の原因になるものとして、往
復質量の他に、各気筒の爆発力がある。この爆発力によ
っても起振モーメントが発生する。そしてその起振モー
メントの方向は往復質量による起振モーメントと逆相で
あり、やはり2次成分が主である。
ところで、爆発力に起因する起振モーメントによるトル
ク変動は機関の回転数によらず、はぼ一定であるが、往
復質量の慣性力に起因する起振モーメントによるトルク
変動は機関の回転数の2乗に比例して大きくなるため、
爆発力と往復質量の慣性力による合成(2次成分による
)起振モーメントは第7図の特性曲線■で示すようにな
る。その曲線は、爆発力と往復質量とによる起振モーメ
ントが逆相であるため、打ち消し合って極小になる所が
ある。
一方、2本のバランサ(第6図の5及び6)が発生する
モーメントも機関の回転数の2乗に比例して大きくなる
。第6図に示すような2本のバランサ5及び6の高さの
オフセット量を0.71に改良して、機関回転数全域で
平均的に起振モーメントを打ち消す効果を得る工夫も提
案されているが、第7図の点線曲線■で示すように、エ
ンジンの低速回転域では爆発力に起因する起振モーメン
トが支配的となり、起振モーメントの打ち消し効果をあ
まり期待できなくなる。実験で見ても、機関の低速回転
域では、むしろバランサがない場合より大きな振動が発
生することすらある。
それ故、第6図に示したバランサ装置を設けても、エン
ジン回転数の全域にわたって起振モーメントを打ち消す
ことができないという問題点があった。
従って、本発明の目的は、機関の低速回転域を含む機関
の全回転域で低振動となる機関のバランスシャフト駆動
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の問題点を解決するための手段として、本発明の機
関のバランスシャフト駆動装置においては、バランサ装
置と、このバランサ装置と電動結合されたクランクシャ
フトに平行で同一高さに配置され且つ偏心質量を有する
一対のバランスシャフトと、前記一対のバランスシャフ
トを回転駆動する手段と、前記クランクシャフトの角速
度が設定値以下になった時だけ該角速度及びクランク角
に応じて前記回転駆動手段により前記一対のバランスシ
ャフトを回転制御する制御手段と、を備えている。
前記第1の対のバランスシャフトの角速度はクランクシ
ャフトの2倍とし、同一方向に回転制御されることが好
ましい。
〔作   用〕
本発明においては、制御手段において、クランクシャフ
トの回転数が設定値以下となったことを検出した時のみ
、バランサ装置とは別に並設した一対のバランスシャフ
トを、好ましくはクランクシャフトと同一方向に且つ2
倍の角速度で駆動することによりエンジンの低速回転域
で前記バランサ装置では除去しきれなかった爆発力に起
因する起振モーメントを打ち消している。
〔実 施 例〕
以下、本願発明に係る機関のバランスシャフト駆動装置
の一実施例を説明する。
第1図及び2図は本発明の実施例を示したもので、8は
機関本体、9はクランクシャフト、10及び11は前述
した従来の機関内に設けられたバランサ装置(一対のバ
ランスシャフト機構)、12及び13はクランクシャフ
ト9の左右対称に機関本体8の外側に配置した一対のバ
ランスシャフト、14及び15は前記バランスシャフト
12及び13のそれぞれに図示の位相関係で取り付けら
れたバランスウェイト、17は機関本体8の左右に配置
され、軸受16に支持されたバランスシャツ)12を駆
動するモーター(機関本体8の外側左右にある)、18
は入力インターフェイス19、CPU20、メモリ21
、出力インターフェイス22(モーター17の駆動装置
(図示せず)を含む)を含み、クランクシャフト9の角
速度及びクランク角を検出する検出部24及び25から
の電気信号を人力して、モーター17を制御する制御装
置である。尚、バランスシャフト13も別のモーター(
図示せず)によって同様に駆動されるが、説明の便宜上
、モーター17のみを示した。
本発明のバランスシャフト12及び13はモーター17
で駆動され、クランクシャフト9の回転力を直接利用し
なくて済むので、バランスシャフト12及び13を機関
本体8内に置く必要がなく、機関本体8の外側壁にクラ
ンク軸に対称に取り付けられている。
バランスシャフト12及び13に設けたバランスウェイ
ト14及び15は、それぞれのバランスシャフトの軸芯
に対して重心を偏位させ、相互の位相差が180′に設
定されている。そして、その回転方向はバランスシャフ
ト12及び13、クランクシャフト9共に同じであり、
その回転速度は、2次成分を除去するため、クランクシ
ャフトの2倍の速度にしである。
バランスシャフト12に対しては、図示のように一つの
気筒におけるピストンが爆発上死点を過ぎた位置、即ち
ピストンに大きな爆発圧力が作用して起振モーメントM
、が最大となる位置に来た時に、一方のバランスシャフ
ト(図示のように起振モーメントM、が反時計回りであ
る場合、左方のバランスシャフト)12におけるバラン
スウェイ)14が軸心の上方に、他方のバランスシャフ
ト(同じく右方のバランスシャフト)13におけるバラ
ンスウェイト15が下方に向くように設定される。
以上のように構成された直列4気筒機関のバランスシャ
フト駆動装置の制御動作を説明する。
バランサ装置10及び11により往復質量に起因する起
振力Ml、起振モーメントM2を除去する原理について
は、前述の通り特開昭50−82409号公報に詳述さ
れているので、ここでは省略する。
直列4気筒機関における第1及び第4気筒のピストンが
第1図に示す位置にあって、該第1及び第4気筒の爆発
により起振モーメントM、が生じているものとする。こ
の時、一対のバランスウェイト14及び15には図示の
ように遠心力Fが生じる。そこで、水平成分Fcos 
2θは互いに逆方向であるため打ち消し合い、垂直成分
Fsin 2θは上下反対方向になり、クランクシャフ
ト9を中心にモーメントMs’を発生させる。このモー
メン) M s”は起振モニメントM3と逆向きになる
ので、モーメントM3′の大きさを調節しておけば、モ
ーメントM、°により起振モーメントM、を打ち消すこ
とができる。
しかしながら、エンジンの中高速回転域では前記従来の
バランサ装置10及び11の発生するモーメントにより
起振モーメントの2次成分はよ(打ち消すことができる
ものの、低速回転域では、第7図の点線曲線■で示され
るように打ち消すことができな(なる。
そこで、クランクシャフトの回転が低速域となった時、
即ち角速度がΩ以下になった時、モーターを制御してバ
ランスシャフト12及び13を回転させてやれば良い。
検出部24及び25により、クランクシャフト9の角速
度及びクランク角度を検出し、制御装置18により、メ
モリ21に格納されたプログラムに従って、前記角速度
がΩ以下の時のみ、モーター17を角速度がクランクシ
ャフト9の2倍に、一対のバランスシャフト12及び1
3が共にクランクシャフトと同方向で且つバランスウェ
イト14及び15が180°の位相差になるように制御
する。
制御装置18内のメモリ21には設定値Nが記憶されて
おり、第3図で示されるフローチャートに従った手順に
より、モーター17を制御する。
尚、上記の実施例では、クランクシャフトの角速度を検
出して制御に用いたが、角速度の平均値をCPU20で
演算することにより、機関回転数を検出した場合と全く
同等の制御を行うことができる。
〔発明の効果〕
以上のように、本願発明では、モーターで駆動される一
対のバランスシャフトを従来のバランサ装置とは別に設
け、クランクシャフトの回転数が設定値以下になった時
のみ駆動するようにしたので、第7図の曲線■で示す打
ち消モーメントを発生して曲線■で示すようなモーメン
トに合成され、従来のバランサ装置では除去できなかっ
た低速回転域での起振モーメントを大幅に減少すること
ができた。
このため、低速回転域から高速回転域までエンジンの振
動を大幅に低減でき、低速走行時の車室内こもり音等の
ない快適な運転ができる。
また、バランスシャフトをモーターで駆動するので、シ
リンダブロックの外側に取り付は可能であり、エンジン
の大幅な設計変更を必要とせず、既存のエンジンにも簡
単に取り付けられる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るバランスシャフト駆動装置の一
実施例を示した構成図、 第2図は、本発明に係る機関のバランスシャフト駆動装
置の一実施例における制御系を示したブロック図、 第3図は、第2図における制御装置で実行されるプログ
ラムのフローチャート図、 第4図<a>及び(b)は、一般的な直列4気筒機関の
クランク機構の説明図、 第5図及び第6図は、従来のバランサ装置を原理的に説
明するための図、 第7図は、ローリングモーメントのクランクシャフトの
角速度に対する変動を説明するグラフ図、である。 図中、8はエンジン本体、9はクランクシャフト、IO
及び11はバランサ装置、12及び13はバランスシャ
フト、14及び15はバランスウェイト、17はバラン
スシャフトを駆動するモーター、18は制御装置、24
及び25は検出部、を示す。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 特 許出願人  いすり自動車株式会社代理人弁理士 
 茂  泉  修  司(α)(b) 第4図 第5図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バランサ装置と、該バランサ装置と電動結合され
    たクランクシャフトに平行で同一高さに配置され且つ偏
    心質量を有する一対のバランスシャフトと、前記一対の
    バランスシャフトを回転駆動する手段と、前記クランク
    シャフトの角速度が設定値以下になった時だけ該角速度
    及びクランク角に応じて前記回転駆動手段により前記一
    対のバランスシャフトを回転制御する制御手段と、を備
    えたことを特徴とする機関のバランスシャフト駆動装置
  2. (2)前記バランスシャフトの回転駆動手段として、モ
    ーターを用いた特許請求の範囲第1項記載の機関のバラ
    ンスシャフト駆動装置。
  3. (3)前記第1の対のバランスシャフトは同一方向に且
    つクランク角速度の2倍の角速度で回転させるものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の機関のバランスシャフト
    駆動装置。
  4. (4)前記第1の対のバランスシャフトが前記機関外に
    設置されている特許請求の範囲第1項記載の機関のバラ
    ンスシャフト駆動装置。
  5. (5)前記バランサ装置が機関内にあって高さをオフセ
    ットし且つ互いに反対方向に回転する一対のバランスシ
    ャフトである特許請求の範囲第1項記載の機関のバラン
    スシャフト駆動装置。
  6. (6)前記機関が直列4気筒機関である特許請求の範囲
    第1項記載の機関のバランスシャフト駆動装置。
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