JPH10280973A - 内燃機関のバランサ機構及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の回転数が振動や車両こもり音を増
大させるような領域ではバランスシャフトを回転駆動し
て振動・車両こもり音の低減を図り、内燃機関の回転数
が振動や車両こもり音をあまり増大させないような領域
ではバランスシャフトの回転駆動を休止させて燃費及び
出力トルクの向上を図る。 【解決手段】 バランサ機構１は、第一及び第二バラン
スシャフト４，７と、クラッチ機構２０、駆動スプロケ
ット３、チェーン１１及び第一及び第二スプロケット
６，９から構成される回転伝達装置１２とを備える。内
燃機関の回転数が中回転数以上のときにはクラッチ機構
２０が切になり、バランスシャフト４，７は休止する。
一方、内燃機関の回転数が中回転数以下のときにはクラ
ッチ機構２０が入になり、バランスシャフト４，７は回
転駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ン等の往復運動により生じる慣性力をバランスさせるバ
ランサ機構とその駆動方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関においては、ピストン
等の往復運動により生じる慣性力が、振動や騒音（主に
車両こもり音）の原因となる。この慣性力を低減するた
め、複数のピストンの往復運動を最適なタイミングで互
いにずらすことにより、各ピストン毎に生じた慣性力を
互いに打消し合うようにしている。しかし、例えば４気
筒内燃機関の場合、慣性力のうちの２次成分がアンバラ
ンスとして残り、結果として、振動や車両こもり音を十
分に低減することができなかった。

【０００３】この２次成分を低減するため、従来は、図
７及び図８に示すようなバランサ機構４０が採用されて
いた。バランサ機構４０は、内燃機関の回転を取り出す
クランク軸４１に固定されて一体的に回転する駆動スプ
ロケット４２と、各々第一及び第二偏心重り４４，４７
を備えた第一及び第二バランスシャフト４３，４６と、
これらに各々固定されて一体的に回転する第一及び第二
スプロケット４５，４８と、各スプロケット４２，４
５，４８を連結するチェーン４９と、第一スプロケット
４５をチェーン４９の外側に係合させるアイドラスプロ
ケット５０とを備える。

【０００４】クランク軸４１が回転すると、この回転が
駆動スプロケット４２→チェーン４９→第一及び第二ス
プロケット４５，４８と伝達されて、第一バランスシャ
フト４３がクランク軸４１に対して反対方向に倍速で回
転し、第二バランスシャフト４６がクランク軸４１に対
して同一方向に倍速で回転する。これにより、慣性力の
２次成分が打ち消され、振動や車両こもり音が低減され
るのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このバラン
サ機構４０は、内燃機関の回転数の高低に拘らず、常に
クランク軸４１の回転を第一及び第二バランスシャフト
４３，４６に伝達してこれらを回転駆動していたため、
次のような問題があった。

【０００６】バランサ機構４０を備えた内燃機関では、
上述のように、振動や車両こもり音を低減できるという
メリットがある反面、クランク軸４１から取り出される
出力の一部が第一及び第二バランスシャフト４３，４６
の回転駆動に使用されるため、燃費及び出力トルクが低
下するというデメリットがある。

【０００７】後出の図５は、内燃機関の回転数と音圧レ
ベルとの関係を示すグラフである。同図における曲線ｂ
はバランサ機構４０を備えた内燃機関を示し、曲線ｃは
バランサ機構を備えない内燃機関を示す。同図に示すよ
うに、内燃機関の回転数が中回転数（中速域、例えば３
０００ｒｐｍ）以上では、振動や車両こもり音が急激に
大きくなる（曲線ｃの音圧レベルで６０ｄＢ〜７５ｄ
Ｂ）ため、バランサ機構４０によるメリットは、デメリ
ットを大きく上回る。

【０００８】しかし、内燃機関の回転数が中回転数以下
では、振動や車両こもり音は小さく、それほど問題にな
らないため、バランサ機構４０によるメリットはほとん
ど無く、実質的にデメリットのみとなる。この中回転数
以下の領域は、平均的な自動車走行で最も頻度の高い市
街地走行の領域であるから、ここでのデメリットは大き
な問題となる。例えば、排気量２リットルクラスの内燃
機関では、バランサ機構４０を備えたものは、バランサ
機構４０を備えないものに比べて、２〜３％の燃費の低
下、１〜２％の出力トルクの低下が見られる。これは、
回転伝達装置としてベルトやギヤ等を使用したバランサ
機構でも同様である。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決し、内燃
機関の回転数が振動や車両こもり音を増大させるような
領域ではバランスシャフトを回転駆動して振動・車両こ
もり音の低減を図り、内燃機関の回転数が振動や車両こ
もり音をあまり増大させないような領域ではバランスシ
ャフトの回転駆動を休止させて燃費及び出力トルクの向
上を図ることができる内燃機関のバランサ機構とその方
法とを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の内燃機関のバランサ機構は、内燃機関の回
転を取り出すクランク軸に平行して回転可能に支持され
たバランスシャフトと、クランク軸の回転をバランスシ
ャフトに伝達してバランスシャフトを回転させる回転伝
達装置とを備え、回転伝達装置に、内燃機関の回転数に
応じて入切することによりバランスシャフトの回転駆動
とその休止とを切換えるクラッチ機構を設けたことを特
徴としている。

【００１１】ここで、「回転伝達装置」としては、スプ
ロケット及びチェーンを使用したもの、ギヤ及びベルト
を使用したもの、ギヤ同志の噛み合いによるもの等を例
示できる。

【００１２】「クラッチ機構」としては、多板クラッチ
等の油圧式のものや、電磁クラッチ等の電磁式のものを
例示できる。クラッチ機構は、回転伝達装置のクランク
軸寄りに設けられてもよいが、バランスシャフト寄りに
設けられてもよい。

【００１３】クラッチ機構の入切は、内燃機関の回転数
センサからの検知値に基づいてコンピュータにより制御
されることが好ましい。

【００１４】さらに好ましくは、前記入切は、内燃機関
の回転数センサからの検知値に基づくとともに、車速セ
ンサ又は油温センサからの検知値を加味して、コンピュ
ータにより制御される。

【００１５】また、本発明の内燃機関のバランサ機構の
駆動方法は、内燃機関の回転を取り出すクランク軸に平
行して回転可能に支持されたバランスシャフトと、クラ
ンク軸の回転をバランスシャフトに伝達してバランスシ
ャフトを回転させる回転伝達装置とを備えた方法であっ
て、回転伝達装置に設けたクラッチ機構を内燃機関の回
転数等の運転状況に応じて入切することにより、バラン
スシャフトの回転駆動とその休止とを切換えることを特
徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車の４気筒内
燃機関のバランサ機構に具体化した形態例を図１〜図６
に基づいて説明する。バランサ機構１は、内燃機関の回
転を取り出すクランク軸２に平行して回転可能に支持さ
れた第一及び第二バランスシャフト４，７を備え、第一
及び第二バランスシャフト４，７は各々第一及び第二偏
心重り５，８を備えている。クランク軸２の端部には、
クラッチ機構２０を介して駆動スプロケット３が固定さ
れており、第一及び第二バランスシャフト４，７の端部
には、その径が駆動スプロケット３の１／２である第一
及び第二スプロケット６，９が、各々第一及び第二バラ
ンスシャフト４，７と一体となって回転するよう固定さ
れている。

【００１７】駆動スプロケット３、第二スプロケット９
及び別途設けられたアイドラスプロケット１０には無端
環状のチェーン１１が巻き掛けられてこれらと係合し、
チェーン１１の外側には第一スプロケット６が係合して
いる。

【００１８】クラッチ機構２０は２枚の摩擦板２１，２
１より成り、これらが互いに接触したり離れたりするこ
とによって入切される。なお、クラッチ機構２０の入切
は、内燃機関の回転数センサ１６からの検知値に基づく
とともに、車速センサ１７又は油温センサ１８からの検
知値を加味して、コンピュータ１５により制御される。

【００１９】上記クラッチ機構２０、駆動スプロケット
３、チェーン１１並びに第一及び第二スプロケット６，
９から回転伝達装置１２が構成され、同装置１２によ
り、クランク軸２の回転が下記の態様で第一及び第二バ
ランスシャフト４，７に伝達される。

【００２０】まず、内燃機関の回転数が３０００ｒｐｍ
以下のときには、回転数センサ１６からの検知値に基づ
き、コンピュータ１５はクラッチ機構２０を切にする。
この状態では、図２に示すように、摩擦板２１，２１は
互いに離れ、クランク軸２の回転は駆動スプロケット３
に伝達されず、従って、第一及び第二バランスシャフト
４，７は休止する。

【００２１】内燃機関の回転数が３０００ｒｐｍ以上に
なると、回転数センサ１６からの検知値に基づき、コン
ピュータ１５はクラッチ機構２０を入にする。ただし、
コンピュータ１５においては、車速センサ１７又は油温
センサ１８からの検知値も加味される。つまり、内燃機
関の回転数が３０００ｒｐｍ以上となっても、車速が６
０ｋｍ／ｈに達するか、又は、油温が８０℃に達するの
を待ってから、クラッチ機構２０を入にする。反対に、
内燃機関の回転数が３０００ｒｐｍ以下に下がっても、
車速が６０ｋｍ／ｈ以上のままであるか、油温が８０℃
以上のままであれば、すぐにはクラッチ機構を切にしな
い。タイムラグを持たせてクラッチ機構２０の頻繁な入
切を防止し、最適なタイミングで第一及び第二バランス
シャフト４，７の回転駆動とその休止とを切換えるため
である。

【００２２】クラッチ機構２０が入にされると、図３に
示すように、摩擦板２１，２１が互いに接触し、クラン
ク軸２の回転が駆動スプロケット３に伝達される。これ
により、クランク軸２の回転が駆動スプロケット３→チ
ェーン１１→第一及び第二スプロケット６，９と伝達さ
れて、第一バランスシャフト４がクランク軸２に対して
反対方向に倍速で回転し、第二バランスシャフト７がク
ランク軸２に対して同一方向に倍速で回転する。

【００２３】従来例でも援用したように、図５は、内燃
機関の回転数と音圧レベルとの関係を示すグラフであ
る。同図における曲線ａはバランサ機構１を備えた内燃
機関を示す。同図から明らかなように、曲線ａは、内燃
機関の回転数が中回転数（中速域、例えば３０００ｒｐ
ｍ）以上では、曲線ｂ（従来のバランサ機構を備えない
内燃機関）と略重なるとともに、中回転数以下では曲線
ｃ（バランサ機構を備えない内燃機関）と略重なってい
る。

【００２４】本実施形態のバランサ機構１によれば、図
５に示すように、内燃機関の回転数が中回転数以上であ
って、振動や車両こもり音が急激に大きくなる領域（曲
線ｃの音圧レベルで６０ｄＢ〜７５ｄＢ）では、クラッ
チ機構２０が入になるため、第一及び第二バランスシャ
フト４，７が回転駆動され、もって、従来のバランサ機
構によるメリットを享受して、振動・車両こもり音の低
減を図ることができる。

【００２５】一方、内燃機関の回転数が中回転数以下で
あって、振動や車両こもり音が小さい領域では、クラッ
チ機構２０が切になるため、第一及び第二バランスシャ
フト４，７の回転駆動が休止され、従来のバランサ機構
によるデメリットを排除して、燃費及び出力トルクの向
上を図ることができる。

【００２６】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、例えば次のように発明の趣旨から逸脱し
ない範囲で適宜変更して具体化することもできる。 （１）上記実施形態ではクラッチ機構２０をクランク軸
２寄りに１つ設けたが、図６に示すように、第一及び第
二バランスシャフト４，７寄りに１つずつ設けてもよ
い。この構成によれば、クランク軸２の回転が常に駆動
スプロケット３→チェーン１１→第一及び第二スプロケ
ット６，９と伝達される。しかし、クラッチ機構２０，
２０が切のときには、該回転は第一及び第二バランスシ
ャフト４，７に伝達されない空回りとなる。従って、上
記実施形態と同様に、燃費及び出力トルクの向上を図る
ことができる。 （２）スプロケット３，６，９，１０及びチェーン１１
の代りに、ギヤ及びベルトや、ギヤ同志の噛み合いを利
用してもよい。 （３）本発明は、４気筒以外の内燃機関に具体化しても
よい。その場合、バランスシャフトの数やその回転方向
及び回転速度も変更される。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に係る内
燃機関のバランサ機構によれば、内燃機関の回転数が振
動や車両こもり音を増大させるような領域ではバランス
シャフトを回転駆動して振動・車両こもり音の低減を図
り、内燃機関の回転数が振動や車両こもり音をあまり増
大させないような領域ではバランスシャフトの回転駆動
を休止させて燃費及び出力トルクの向上を図ることがで
きるという優れた効果を奏する。

【００２８】上記効果に加え、請求項２に係る内燃機関
のバランサ機構によれば、複数本のバランスシャフトを
備えたバランサ機構（例えば４気筒内燃機関用）に実施
した場合であっても、全てのバランスシャフトの回転駆
動とその休止とを切換えるのに、１つのクラッチ機構を
設ければ足りる。

【００２９】また、請求項３に係る内燃機関のバランサ
機構によれば、１本のみのバランスシャフトを備えたバ
ランサ機構（例えば５気筒内燃機関用）に実施した場合
に、１つのクラッチ機構を設ければ足りる。

【００３０】上記効果に加え、請求項４に係る内燃機関
のバランサ機構によれば、内燃機関の回転数に応じて容
易にクラッチ機構を入切できる。

【００３１】さらに、請求項５に係る内燃機関のバラン
サ機構によれば、クラッチ機構の頻繁な入切を防止し、
最適なタイミングでバランスシャフトの回転駆動とその
休止とを切換えることができる。

【００３２】また、請求項６に係る内燃機関のバランサ
機構の駆動方法によっても、請求項１と同様の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るバランサ機構を示す概
略正面図である。

【図２】同バランサ機構に使用するクラッチ機構が切に
された状態を示す、図１をＩＩ側から見た要部側面図で
ある。

【図３】同バランサ機構に使用するクラッチ機構が入に
された状態を示す、図１をＩＩＩ側から見た要部側面図
である。

【図４】同バランサ機構に使用するバランスシャフトの
回転駆動方法を示すフローチャートである。

【図５】同バランサ機構を備えた内燃機関等の回転数と
音圧レベルとの関係を示すグラフである。

【図６】別の実施形態に係るバランサ機構を示す要部側
面図である。

【図７】従来のバランサ機構を示す概略正面図である。

【図８】同バランサ機構を示す、図７をＶＩＩＩ側から
見た要部側面図である。

【符号の説明】

１ バランサ機構 ２ クランク軸 ３ 駆動スプロケット ４ 第一バランスシャフト ６ 第一スプロケット ７ 第二バランスシャフト ９ 第二スプロケット １１ チェーン １５ コンピュータ １６ 回転数センサ １７ 車速センサ １８ 油温センサ ２０ クラッチ機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の回転を取り出すクランク軸に
   平行して回転可能に支持されたバランスシャフトと、前
   記クランク軸の回転をバランスシャフトに伝達してバラ
   ンスシャフトを回転させる回転伝達装置とを備えたバラ
   ンサ機構において、前記回転伝達装置に、内燃機関の回
   転数に応じて入切することにより前記バランスシャフト
   の回転駆動とその休止とを切換えるクラッチ機構を設け
   たことを特徴とする内燃機関のバランサ機構。
2. 【請求項２】 前記クラッチ機構が、前記回転伝達装置
   のクランク軸寄りに設けられた請求項１記載の内燃機関
   のバランサ機構。
3. 【請求項３】 前記クラッチ機構が、前記回転伝達装置
   のバランスシャフト寄りに設けられた請求項１記載の内
   燃機関のバランサ機構。
4. 【請求項４】 前記クラッチ機構の入切は、内燃機関の
   回転数センサからの検知値に基づいてコンピュータによ
   り制御される請求項１、２又は３記載の内燃機関のバラ
   ンサ機構。
5. 【請求項５】 前記クラッチ機構の入切は、内燃機関の
   回転数センサからの検知値に基づくとともに車速センサ
   又は油温センサからの検知値を加味してコンピュータに
   より制御される請求項１、２又は３記載の内燃機関のバ
   ランサ機構。
6. 【請求項６】 内燃機関の回転を取り出すクランク軸に
   平行して回転可能に支持されたバランスシャフトと、前
   記クランク軸の回転をバランスシャフトに伝達してバラ
   ンスシャフトを回転させる回転伝達装置とを備えたバラ
   ンサ機構の駆動方法であって、前記回転伝達装置に設け
   たクラッチ機構を内燃機関の回転数等の運転状況に応じ
   て入切することにより、前記バランスシャフトの回転駆
   動とその休止とを切換えることを特徴とする内燃機関の
   バランサ機構の駆動方法。