JP2012225264A - エンジンの振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】エンジン１のクランクシャフト２によりギア１２、１３を介してクランクシャフト２と逆方向に等速回転され、エンジン１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９と、バランサーシャフト９によりベルト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される発電機７とを備え、発電機７の内蔵ローターをヘロンバランサーとして利用して、エンジン１のローリング振動の低減を図る。
【選択図】図１

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。

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。

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）。

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。

特開２０１０−５９９０６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記エンジンは、３気筒以下のエンジンであっても良い。

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。

本発明の実施形態に係るエンジンの振動低減装置の斜視図である。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本実施形態の作用を説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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ことを特徴とするエンジンの振動低減装置。
2. 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請求項１に記載のエンジンの振動低減装置。
3. 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請求項１又は２に記載のエンジンの振動低減装置。
4. 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請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの振動低減装置。
5. 前記エンジンは、３気筒以下のエンジンである請求項１から４のいずれかに記載のエンジンの振動低減装置。