内燃機関のトルク変動抑制構造
【課題】内燃機関におけるトルクの変動の抑制を図る。
【解決手段】内燃機関のトルク変動抑制装置は、ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、駆動軸に設けられるカムと、カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなる構成である。
【解決手段】内燃機関のトルク変動抑制装置は、ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、駆動軸に設けられるカムと、カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなる構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの往復運動によりトルクを発生させる内燃機関のトルク変動抑制構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンの往復動をコネクティングロッドによりクランク軸に伝達して、クランク軸よりトルクを取り出すいわゆるレシプロエンジン（以下、エンジン）が知られている。この種のエンジンでは、ピストンの往復動でクランク軸を回転させていることから、トルクが変動する。単気筒や二気筒などの気筒数が少ないエンジンにおいて、トルクの変動は顕著である。
【０００３】
このようなトルクの変動を抑制するために、種々の構造が考えられている。例えば、クランク軸に接続されるクラッチの容量やフライホイールの質量を大きくすることが考えられるが、ノイズが発生したり振動が大きくなるといった不具合が生じることがある。
【０００４】
例えば特許文献１のものでは、クランク軸と一体となって回転するトルクコンバータに相対回転可能に結合してクランク軸の捩り振動をトーショナルダンパにより吸収し、かつクランク軸と逆方向に回転するサブフライホイールにクランク軸の回転を増速して伝達する構成である。このような構成によれば、エンジンの運転時、トーショナルダンパがクランク軸のトルク変動を吸収することにより、トルクコンバータ又はクラッチなどを介して車両のパワートレインに伝達されるトルク変動を抑えるようにしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものでは、構造が複雑になり、その結果、重量が増加するとともに製造コストが増加することになった。このため、自動車などに搭載した場合、燃費が低下することになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１‐９１３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は以上の点に着目し、トルク変動の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関のトルク変動抑制構造は、ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、駆動軸に設けられるカムと、カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のクランク軸に同期して回転する駆動軸としては、クランク軸自体、クランク軸に駆動されて内燃機関の振動を相殺するバランス軸、バランス軸と同様にクランク軸に駆動される専用の軸などが挙げられる。
【００１０】
カムが補機を最も大きく駆動するとは、補機が最大出力になるように駆動することを言う。
【００１１】
このような構成によれば、ピストンが下死点に達する際、つまりクランク軸におけるトルクが最大になる時点で、カムが補機を最も大きく駆動することになる。したがって、補機の駆動によりトルクの一部を消費することで、トルクの変動を抑制することが可能になる。これにより、本発明を適用しない内燃機関に対して、クランク軸に接続されるクラッチディスクの容量を小さくすること、フライホイールの質量を小さくすること、及びノイズや振動を低くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したような構成であり、駆動軸とカムとを用い、ピストンが下死点にある位相で補機を最も大きく駆動するので、補機の駆動によりトルクが最も大きくなる時点でトルクの一部を消費することで、トルクの変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。
【図２】同実施形態の要部を拡大して示す構成説明図。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜３を参照して説明する。
【００１５】
このエンジン１００は、二気筒３６０°位相のもので、シリンダ１内をピストン２が往復動するいわゆるレシプロエンジンである。エンジン１００は、シリンダ１が内部に形成されるシリンダブロック３と、シリンダブロック３とオイルパン４とで形成されるクランク室５内に配置されるクランク６軸と、一端がクランク軸６に回転可能に接続されるコネクティングロッド（以下、コンロッドと称する）７と、コンロッド７の他端に回転可能に接続されるピストン２とを備えている。なお、以下に説明するクランク軸６及び後述する補機である予備オイルポンプ８以外の構成、例えばオイルポンプ、ウォーターポンプ、吸排気弁、燃料噴射ポンプ、フライホイールなどについては、この分野でよく知られているものと同じであってよい。
【００１６】
クランク軸６は、その一部分を所定の厚みで径方向に膨出させてクランク軸６表面をカムプロファイルの一部として形成されるカム９を備える。カム９は、クランク軸６の軸芯から最も長い距離離れたカム山１０を備える。このカム山１０は、ピストン２が下死点にある位相で予備オイルポンプ８を最も大きく駆動する。カムプロファイルは、カム９の回転方向におけるカム山１０より前側が後側に比べて膨らむ形状である。
【００１７】
予備オイルポンプ８は、クランク室５内に取り付けられる。図２に示すように、予備オイルポンプ８は、潤滑油が溜められるポンプ本体１１と、ポンプ本体１１内を潤滑油が漏洩しない状態で往復動する弁１２と、ポンプ本体１１の外周面に沿って設けられて弁１１を付勢するコイルバネ１３と、ポンプ本体１１に設けられるオイル入口１４及びオイル出口１５とを備えている。
【００１８】
ポンプ本体１１は、例えば有底円筒形状で、その底面１６近傍の側面にオイル入口１４とオイル出口１５とを備えている。オイル入口１４とオイル出口１５とにはそれぞれ、図示しない逆止弁が取り付けてある。すなわちオイル出口１５に取り付けられる逆止弁は、弁１２がカム９の回転によりポンプ本体１１の底面１６の方向に押し込まれた際に、潤滑油がオイル出口１５からのみ吐出されるように作動する。一方、オイル入口１４に取り付けられる逆止弁は、弁１２がコイルバネ１３の付勢力で底面１６から離れるように移動する際に、潤滑油がオイル入口１４からポンプ本体１１内に吸入されるように作動する。なお、オイル入口１４は、オイルパン４内に設置されるストレーナ（図示しない）に接続されるとともに、オイル出口１５は、エンジン１００のオイルフィルタ（図示しない）に接続される。
【００１９】
弁１２は、ポンプ本体１１の内部に収容されてポンプ本体１１内を往復動する弁体１７と、その弁体１７にカム９の駆動力を伝達する軸体１８とを備える。軸体１８は、その一端に弁体１７が固定される軸部１９と、軸部１９の他端に固定されてポンプ本体１１の外面に沿って移動可能な頭部２０とを備えている。頭部２０は、コイルバネ１３により頭部２０がカム９に接触するように、つまりカム９の方向に付勢されている。
【００２０】
このような構成において、エンジン１００の運転中にあってはクランク軸６が回転する（図２において、その回転方向を矢印で示す）。クランク軸６の回転によりクランク軸６に形成されたカム９が回転し、予備オイルポンプ８を駆動する。具体的には、ピストン２が上死点ＴＤＣにある場合、カム９は弁１２を押し込まずに、カム９の押圧力とコイルバネ１３の付勢力とが均衡し（図２において二点鎖線で示す）、コイルバネ１３の縮み量は最小となる（図３に、発生するトルクと予備オイルポンプ８のコイルバネ１３の縮み量の関係を示す）。この後、ピストン２が下死点に向かって動くと、カム９がコイルバネ１３の付勢力に抗して弁１２を押す。これにより、コイルバネ１３の縮み量が増加するととともに、ポンプ本体１１内に存在する潤滑油がオイル出口１５より吐出される。そして、カム９の回転に対応して、弁１２がポンプ本体１１の底面１５に向かって押し込まれる。さらにピストン２が下死点ＢＤＣに達した時点で、弁１２はカム９のカム山１０により押され、コイルバネ１３が最も大きく収縮して、ポンプ本体１１の底面１６に最も近い位置まで移動する。つまり、ピストン２が下死点ＢＤＣに達する位相と予備オイルポンプ８がカム９により最も大きく駆動される位相とが一致するものである。
【００２１】
このように、ピストン２が上死点から下死点に至るまで移動する間は、カム９がコイルバネ１３の付勢力に抗して弁１２を押すため、クランク軸６に発生するトルクの一部は、コイルバネ１３に保存されることになる。これにより、発生したトルクのピーク（最大値）が、コイルバネ１３に保存される分だけ、言い換えれば潤滑油をポンプ本体１１から吐出させるに必要なトルクだけ低下してエンジン１００の出力トルクとなり（図３に、一点鎖線で示す）、後述する負のトルクを打ち消すこととにより、トルク変動を低減することができる。このように、補助オイルポンプ８により潤滑油を循環させるので、主となるオイルポンプを小容量化（小型化）若しくは廃止することができる。
【００２２】
この後、下死点にあるピストン２が上死点に向かって移動する際、つまりピストン２を移動させるための負のトルクが発生するが、その負のトルクをコイルバネ１３に保存されたトルク、つまりコイルバネ１３の付勢力により、カム９が弁１２の軸体１８により駆動されることになる。したがって、このトルクが生じている間、コイルバネ１３の付勢力がカム９の回転、ひいてはクランク軸６の回転を補助することになる。この結果、負のトルクが小さくなることにより、膨張行程において発生するトルクの最大値と負のトルクの最大値との差が小さくなり、トルク変動を小さくすることができるものである。
【００２３】
トルク変動を小さくできることにより、フライホイール２１の質量を小さくすることができ、エンジン１００の軽量化をすることができる。又同様にして、クラッチディスクの容量を小さくすることができるので、騒音や振動を低減することができる。しかもこれらを小型化することにより、製造コストを低減することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
上記実施形態においては、カム９をクランク軸６に一体に形成したものを説明したが、例えばクランク軸により駆動されるバランス軸に形成するものであってもよい。このようにバランス軸と本発明とを併用することによりさらにトルク変動を低減することができる。さらには、クランク軸と回転の位相を一致させて回転させることができる専用の駆動軸に、カムを形成するものであってもよい。
【００２６】
また、カムは、上述したようないわゆる板カム以外に、クランク軸の回転を往復動に変換するものであれば、円筒カム、端面カム、斜板カムなどを適用するものであってもよい。
【００２７】
補機としては、上述した予備オイルポンプ８以外に、冷却水を循環させるウォーターポンプを補助するポンプなどであってもよい。
【００２８】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の活用例として、自動車などの車両に搭載され頻繁に回転数が変更される内燃機関、特には気筒数の少ない内燃機関が挙げられる。
【符号の説明】
【００３０】
２…ピストン
６…クランク軸
９…カム
８…予備オイルポンプ
１００…エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの往復運動によりトルクを発生させる内燃機関のトルク変動抑制構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンの往復動をコネクティングロッドによりクランク軸に伝達して、クランク軸よりトルクを取り出すいわゆるレシプロエンジン（以下、エンジン）が知られている。この種のエンジンでは、ピストンの往復動でクランク軸を回転させていることから、トルクが変動する。単気筒や二気筒などの気筒数が少ないエンジンにおいて、トルクの変動は顕著である。
【０００３】
このようなトルクの変動を抑制するために、種々の構造が考えられている。例えば、クランク軸に接続されるクラッチの容量やフライホイールの質量を大きくすることが考えられるが、ノイズが発生したり振動が大きくなるといった不具合が生じることがある。
【０００４】
例えば特許文献１のものでは、クランク軸と一体となって回転するトルクコンバータに相対回転可能に結合してクランク軸の捩り振動をトーショナルダンパにより吸収し、かつクランク軸と逆方向に回転するサブフライホイールにクランク軸の回転を増速して伝達する構成である。このような構成によれば、エンジンの運転時、トーショナルダンパがクランク軸のトルク変動を吸収することにより、トルクコンバータ又はクラッチなどを介して車両のパワートレインに伝達されるトルク変動を抑えるようにしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものでは、構造が複雑になり、その結果、重量が増加するとともに製造コストが増加することになった。このため、自動車などに搭載した場合、燃費が低下することになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１‐９１３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は以上の点に着目し、トルク変動の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関のトルク変動抑制構造は、ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、駆動軸に設けられるカムと、カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のクランク軸に同期して回転する駆動軸としては、クランク軸自体、クランク軸に駆動されて内燃機関の振動を相殺するバランス軸、バランス軸と同様にクランク軸に駆動される専用の軸などが挙げられる。
【００１０】
カムが補機を最も大きく駆動するとは、補機が最大出力になるように駆動することを言う。
【００１１】
このような構成によれば、ピストンが下死点に達する際、つまりクランク軸におけるトルクが最大になる時点で、カムが補機を最も大きく駆動することになる。したがって、補機の駆動によりトルクの一部を消費することで、トルクの変動を抑制することが可能になる。これにより、本発明を適用しない内燃機関に対して、クランク軸に接続されるクラッチディスクの容量を小さくすること、フライホイールの質量を小さくすること、及びノイズや振動を低くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したような構成であり、駆動軸とカムとを用い、ピストンが下死点にある位相で補機を最も大きく駆動するので、補機の駆動によりトルクが最も大きくなる時点でトルクの一部を消費することで、トルクの変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のエンジンの概略構成説明図。
【図２】同実施形態の要部を拡大して示す構成説明図。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜３を参照して説明する。
【００１５】
このエンジン１００は、二気筒３６０°位相のもので、シリンダ１内をピストン２が往復動するいわゆるレシプロエンジンである。エンジン１００は、シリンダ１が内部に形成されるシリンダブロック３と、シリンダブロック３とオイルパン４とで形成されるクランク室５内に配置されるクランク６軸と、一端がクランク軸６に回転可能に接続されるコネクティングロッド（以下、コンロッドと称する）７と、コンロッド７の他端に回転可能に接続されるピストン２とを備えている。なお、以下に説明するクランク軸６及び後述する補機である予備オイルポンプ８以外の構成、例えばオイルポンプ、ウォーターポンプ、吸排気弁、燃料噴射ポンプ、フライホイールなどについては、この分野でよく知られているものと同じであってよい。
【００１６】
クランク軸６は、その一部分を所定の厚みで径方向に膨出させてクランク軸６表面をカムプロファイルの一部として形成されるカム９を備える。カム９は、クランク軸６の軸芯から最も長い距離離れたカム山１０を備える。このカム山１０は、ピストン２が下死点にある位相で予備オイルポンプ８を最も大きく駆動する。カムプロファイルは、カム９の回転方向におけるカム山１０より前側が後側に比べて膨らむ形状である。
【００１７】
予備オイルポンプ８は、クランク室５内に取り付けられる。図２に示すように、予備オイルポンプ８は、潤滑油が溜められるポンプ本体１１と、ポンプ本体１１内を潤滑油が漏洩しない状態で往復動する弁１２と、ポンプ本体１１の外周面に沿って設けられて弁１１を付勢するコイルバネ１３と、ポンプ本体１１に設けられるオイル入口１４及びオイル出口１５とを備えている。
【００１８】
ポンプ本体１１は、例えば有底円筒形状で、その底面１６近傍の側面にオイル入口１４とオイル出口１５とを備えている。オイル入口１４とオイル出口１５とにはそれぞれ、図示しない逆止弁が取り付けてある。すなわちオイル出口１５に取り付けられる逆止弁は、弁１２がカム９の回転によりポンプ本体１１の底面１６の方向に押し込まれた際に、潤滑油がオイル出口１５からのみ吐出されるように作動する。一方、オイル入口１４に取り付けられる逆止弁は、弁１２がコイルバネ１３の付勢力で底面１６から離れるように移動する際に、潤滑油がオイル入口１４からポンプ本体１１内に吸入されるように作動する。なお、オイル入口１４は、オイルパン４内に設置されるストレーナ（図示しない）に接続されるとともに、オイル出口１５は、エンジン１００のオイルフィルタ（図示しない）に接続される。
【００１９】
弁１２は、ポンプ本体１１の内部に収容されてポンプ本体１１内を往復動する弁体１７と、その弁体１７にカム９の駆動力を伝達する軸体１８とを備える。軸体１８は、その一端に弁体１７が固定される軸部１９と、軸部１９の他端に固定されてポンプ本体１１の外面に沿って移動可能な頭部２０とを備えている。頭部２０は、コイルバネ１３により頭部２０がカム９に接触するように、つまりカム９の方向に付勢されている。
【００２０】
このような構成において、エンジン１００の運転中にあってはクランク軸６が回転する（図２において、その回転方向を矢印で示す）。クランク軸６の回転によりクランク軸６に形成されたカム９が回転し、予備オイルポンプ８を駆動する。具体的には、ピストン２が上死点ＴＤＣにある場合、カム９は弁１２を押し込まずに、カム９の押圧力とコイルバネ１３の付勢力とが均衡し（図２において二点鎖線で示す）、コイルバネ１３の縮み量は最小となる（図３に、発生するトルクと予備オイルポンプ８のコイルバネ１３の縮み量の関係を示す）。この後、ピストン２が下死点に向かって動くと、カム９がコイルバネ１３の付勢力に抗して弁１２を押す。これにより、コイルバネ１３の縮み量が増加するととともに、ポンプ本体１１内に存在する潤滑油がオイル出口１５より吐出される。そして、カム９の回転に対応して、弁１２がポンプ本体１１の底面１５に向かって押し込まれる。さらにピストン２が下死点ＢＤＣに達した時点で、弁１２はカム９のカム山１０により押され、コイルバネ１３が最も大きく収縮して、ポンプ本体１１の底面１６に最も近い位置まで移動する。つまり、ピストン２が下死点ＢＤＣに達する位相と予備オイルポンプ８がカム９により最も大きく駆動される位相とが一致するものである。
【００２１】
このように、ピストン２が上死点から下死点に至るまで移動する間は、カム９がコイルバネ１３の付勢力に抗して弁１２を押すため、クランク軸６に発生するトルクの一部は、コイルバネ１３に保存されることになる。これにより、発生したトルクのピーク（最大値）が、コイルバネ１３に保存される分だけ、言い換えれば潤滑油をポンプ本体１１から吐出させるに必要なトルクだけ低下してエンジン１００の出力トルクとなり（図３に、一点鎖線で示す）、後述する負のトルクを打ち消すこととにより、トルク変動を低減することができる。このように、補助オイルポンプ８により潤滑油を循環させるので、主となるオイルポンプを小容量化（小型化）若しくは廃止することができる。
【００２２】
この後、下死点にあるピストン２が上死点に向かって移動する際、つまりピストン２を移動させるための負のトルクが発生するが、その負のトルクをコイルバネ１３に保存されたトルク、つまりコイルバネ１３の付勢力により、カム９が弁１２の軸体１８により駆動されることになる。したがって、このトルクが生じている間、コイルバネ１３の付勢力がカム９の回転、ひいてはクランク軸６の回転を補助することになる。この結果、負のトルクが小さくなることにより、膨張行程において発生するトルクの最大値と負のトルクの最大値との差が小さくなり、トルク変動を小さくすることができるものである。
【００２３】
トルク変動を小さくできることにより、フライホイール２１の質量を小さくすることができ、エンジン１００の軽量化をすることができる。又同様にして、クラッチディスクの容量を小さくすることができるので、騒音や振動を低減することができる。しかもこれらを小型化することにより、製造コストを低減することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
上記実施形態においては、カム９をクランク軸６に一体に形成したものを説明したが、例えばクランク軸により駆動されるバランス軸に形成するものであってもよい。このようにバランス軸と本発明とを併用することによりさらにトルク変動を低減することができる。さらには、クランク軸と回転の位相を一致させて回転させることができる専用の駆動軸に、カムを形成するものであってもよい。
【００２６】
また、カムは、上述したようないわゆる板カム以外に、クランク軸の回転を往復動に変換するものであれば、円筒カム、端面カム、斜板カムなどを適用するものであってもよい。
【００２７】
補機としては、上述した予備オイルポンプ８以外に、冷却水を循環させるウォーターポンプを補助するポンプなどであってもよい。
【００２８】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の活用例として、自動車などの車両に搭載され頻繁に回転数が変更される内燃機関、特には気筒数の少ない内燃機関が挙げられる。
【符号の説明】
【００３０】
２…ピストン
６…クランク軸
９…カム
８…予備オイルポンプ
１００…エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、
駆動軸に設けられるカムと、
カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、
ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなる内燃機関のトルク変動抑制構造。
【請求項１】
ピストンの往復動により回転するクランク軸を備える内燃機関において、クランク軸に同期して回転する駆動軸と、
駆動軸に設けられるカムと、
カムの回転によって駆動される補機とを備えてなり、
ピストンが下死点にある位相とカムが補機を最も大きく駆動する位相とを一致させてなる内燃機関のトルク変動抑制構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８８９９８（Ｐ２０１２−１８８９９８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３１０４（Ｐ２０１１−５３１０４）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]