(57)【要約】【課題】バランスウエイトの調整が簡単な４サイクルのエンジンを提供する。【解決手段】二つのシリンダ２１１が設けられたシリンダブロック２１と、シリンダ２１１ごとに設けられ、シリンダ２１１の内部を往復するピストン２３と、ピストン２３ごとに設けられ、ピストン２３に一端が連結されたコネクティングロッド２５と、コネクティングロッド２５の他端が連結され、コネクティングロッド２５とともに、ピストン２３の下降運動を回転運動に変換するクランクシャフト２２と、シリンダブロック２１の外部に設けられたバランサ３と、を備え、バランサ３は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行に設けられた回転軸３１１を回転させるアクチュエータ３１と、回転軸３１１上であって、二つのシリンダ６１１の中央位置に配置されたバランスウエイト３２と、を備えた。【選択図】図２
2014240690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偶数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、
前記気筒ごとに設けられ、前記気筒の内部を往復するピストンと、
前記ピストンごとに設けられ、前記ピストンに一端が連結されたコネクティングロッドと、
前記コネクティングロッドの他端が連結され、前記コネクティングロッドとともに、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、
前記シリンダブロックの外部に設けられたバランサと、
を備え、
前記バランサは、
前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と平行に設けられた第１の回転軸を回転させるアクチュエータと、
前記第１の回転軸上であって、前記偶数のシリンダの並び方向一方端側のシリンダと他方端側のシリンダとの中央位置に配置された第１のバランスウエイトと、
を備えたことを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記偶数のシリンダは二つのシリンダであることを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記アクチュエータは前記第１の回転軸を駆動軸とする電動モータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記第１の回転軸を前記シリンダの延在方向において前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と同じ高さに配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の４サイクルエンジン。
【請求項５】
前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と平行に設けられ、前記第１の回転軸と同調し、回転する第２の回転軸と、
該第２の回転軸に取り付けられた第２のバランスウエイトと、
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の４サイクルエンジン。
【請求項６】
前記第１の回転軸を前記シリンダの延在方向において前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線よりも高い位置に設けたことを特徴とする請求項５に記載の４サイクルエンジン。
【請求項７】
前記第２の回転軸は、第２のアクチュエータで回転駆動することを特徴とする請求項５又は６に記載の４サイクルエンジン。
【請求項８】
前記第２の回転軸は、前記第１の回転軸の二倍の速度で回転するもので、前記第２のバランスウエイトが二次振動を打ち消す２次バランスウエイトであることを特徴とする請求項５に記載の４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動の低減に好適なバランサを備えた４サイクルのエンジンに関するもので、より具体的には、バランサをシリンダブロックの外部に備えた４サイクルのエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを構成するシリンダブロックの外部にバランサを備えた直列三気筒４サイクルのエンジンが提案されている。バランサは、バランスシャフトと該バランスシャフトを回転させるモータとを備えている。バランスシャフトは、エンジンを構成するクランクシャフトと平行に配置され、シリンダブロックに設けられたシリンダごとにバランスウエイトが設けられる。モータは、クランクシャフトの角速度とクランク角とを検出する検出手段の出力に基づいて制御され、振動をバランスウエイトが打ち消すように回転する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
エンジンを構成するシリンダブロックの内部と外部とにバランサを備えた直列四気筒４サイクルのエンジンが提案されている。シリンダブロックの外部に備えたバランサは、バランスシャフトと該バランスシャフトを回転させるモータとを備えている。バランスシャフトは、エンジンを構成するクランクシャフトと平行に配置され、シリンダブロックに設けられたシリンダごとにバランスウエイトが設けられる。モータは、クランクシャフトの角速度を検出する検出手段の出力に基づいて制御され、振動をバランスウエイトが打ち消すように回転する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０１５３８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１０１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した４サイクルのエンジンは、いずれもシリンダごとにバランスウエイトを備えるので、シリンダごとにバランスウエイトの位置や角度を調整しなければならない。これにより、バランスウエイトの調整が煩雑なものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、バランスウエイトの調整が簡単な４サイクルのエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、偶数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、前記シリンダごとに設けられ、前記シリンダの内部を往復するピストンと、前記ピストンごとに設けられ、前記ピストンに一端が連結されたコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドの他端が連結され、前記コネクティングロッドとともに、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、前記シリンダブロックの外部に設けられたバランサと、を備え、前記バランサは、前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と平行に設けられた第１の回転軸を回転させるアクチュエータと、前記第１の回転軸上であって、前記偶数のシリンダの並び方向一方端側のシリンダと他方端側のシリンダとの中央位置に配置された第１のバランスウエイトと、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、偶数のシリンダの並び方向一方端側のシリンダと他方端側のシリンダとの中央位置において第１のバランスウエイトを調整すればよいので、バランスウエイトの調整が簡単にできる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記偶数のシリンダは二つのシリンダであることが好ましい。
このようにすれば、二つのシリンダの中央位置に配置された第１のバランスウエイトがピストンと同調して回転することにより、一次振動を打ち消すことができる。これにより、本発明は、振動を低減した二気筒４サイクルのエンジンを提供できる。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記アクチュエータは前記第１の回転軸を駆動軸とする電動モータであることが好ましい。
このようにすれば、自動車に搭載した場合にオルタネータで発電した電力で第１のバランスウエイトを回転させることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記第１の回転軸を前記シリンダの延在方向において前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と同じ高さに配置することが好ましい。
このようにすれば、振動を効果的に打ち消すことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線と平行に設けられ、前記第１の回転軸と同調し、回転する第２の回転軸と、該第２の回転軸に取り付けられた第２のバランスウエイトと、を備えることが好ましい。
このようにすれば、振動を打ち消すことが可能となるので、振動を低減したエンジンとすることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記第１の回転軸を前記シリンダの延在方向において前記クランクシャフトの回転中心を通る軸線よりも高い位置に設けることが好ましい。
このようにすれば、ローリングモーメントの緩和が可能となるので、振動をさらに低減したエンジンとすることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記第２の回転軸は、第２のアクチュエータで回転駆動することが好ましい。
このようにすれば、アクチュエータと第２のアクチュエータを別個独立して駆動させることができるので、エンジンの振動を効率的に打ち消すことができる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記第２の回転軸は、前記回転軸の二倍の速度で回転するもので、前記第２のバランスウエイトが二次振動を打ち消す２次バランスウエイトであることが好ましい。
このようにすれば、二次振動を打ち消すことが可能となるので、振動を低減したエンジンとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、偶数のシリンダの並び方向一方端側のシリンダと他方端側のシリンダとの中央位置においてバランスウエイトを調整すればよいので、バランスウエイトの調整が簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１である二気筒４サイクルのエンジンを示す断面模式図であって、ピストンが上死点に移動した状態を示す図である。
【図２】図１に示した二気筒４サイクルのエンジンを示す断面模式図であって、ピストンが上死点と下死点との間に移動した状態を示す図である。
【図３】図１に示した二気筒４サイクルのエンジンを示す断面模式図であって、ピストンが下死点に移動した状態を示す図である。
【図４】図１に示した二気筒４サイクルのエンジンを示す平面模式図であって、シリンダとバランスウエイトとの関係を示す図である。
【図５】図１に示した二気筒４サイクルのエンジンを示す平面模式図であって、クランクシャフトとバランスウエイトとの関係を示す図である。
【図６】図１に示したバランサの取付構造を示す模式図である。
【図７】図１に示した二気筒４サイクルのエンジンの制御構成を示すブロック図である。
【図８】バランスウエイトの形状例１を示す図である。
【図９】バランスウエイトの形状例２を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例１であるエンジンを示す断面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンを示す断面模式図である。
【図１２】図１１に示したバランサモジュールを示す平面模式図である。
【図１３】図１２に示したバランサモジュールを変形した例を示す平面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンを示す断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態１の変形例４であるエンジンを示す断面模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態２である四気筒４サイクルのエンジンを示す断面模式図である。
【図１７】図１６に示したバランサモジュールを示す平面模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンを示す断面模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の変形例２であるエンジンを示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１８】
［実施の形態１］
先ず、図１〜図６に基づいて、本発明の実施の形態１である二気筒４サイクルのエンジンについて説明する。尚、図１〜図３は、本発明の実施の形態１である二気筒４サイクルのエンジンを示す断面模式図であり、図４及び図５は、図１に示した二気筒４サイクルのエンジンを示す平面模式図である。図６は、図１に示したバランサの取付構造を示す模式図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態１であるエンジンは、クランク位相角度が３６０度の直列二気筒の４サイクルのエンジンで、エンジン本体２とバランサ３とを備える。エンジン本体２は、シリンダブロック２１とクランクシャフト２２とを備える。シリンダブロック２１には、二つのシリンダ（気筒）２１１が形成され、シリンダ２１１ごとに、ピストン２３、ピストンピン２４、コネクティングロッド２５を備える。シリンダ２１１は、円筒形の筒状に形成され、その内部を円筒形のピストン２３が往復する。ピストン２３には、ピストンピン２４により、コネクティングロッド２５の一端（スモール・エンド）が連結される。
【００２０】
クランクシャフト２２は、コネクティングロッド２５とともに、ピストン２３の往復運動（下降運動）を回転運動に変換するもので、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線に対して平行にクランクピン２２１（図５参照）を有する。そして、クランクピン２２１には、コネクティングロッド２５の他端（ラージ・エンド）が連結される。また、クランクシャフト２２は、回転中心（軸線Ｏ１）を対称軸としてクランクピン２２１と対称となる位置にカウンタウエイト２２２が設けられる。カウンタウエイト２２２は、振動を低減するためのもので、クランクシャフト２２の慣性トルク、ピストン２３の往復方向に生じるトルク成分を考慮して設けられる。
【００２１】
バランサ３は、クランクシャフト２２に設けたカウンタウエイト２２２だけでは打ち消すことができない振動（一次振動）を低減するためのもので、本発明の実施の形態１では、シリンダブロック２１の外部側面に取り付けられる。バランサ３は、アクチュエータ３１とバランスウエイト３２とを備える。アクチュエータ３１は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行であって、図１〜図３に示すように、シリンダ２１１の延在方向においてクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と同じ高さに回転軸（第１の回転軸）３１１が配置される。図６に示すように、アクチュエータ３１は、シリンダブロック２１の外部側面に一体鋳造したボス（台座）２１２に直接取り付けられる。具体的には、アクチュエータ３１には、取り付けに用いられる貫通穴３１ａが設けてあり、貫通穴を貫通したネジ３１２をボス２１２に設けたネジ穴２１２ａにネジ止めすることにより、取り付けられる。尚、バランスウエイト３２は、ウエイトケース３３に収納され、保護されるが、ウエイトケース３３に収納することが必須ではない。
【００２２】
本発明の実施の形態１では、アクチュエータ３１にステッピングモータやサーボモータ等の回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。バランスウエイト３２は、回転軸（駆動軸）３１１上であって、二つのシリンダ２１１の中央となる位置Ａに配置される。バランスウエイト３２は、重心が偏った錘であり、本発明の実施の形態１では、図１〜図５に示すように、円柱と直方体とを組み合わせた形状とする。
【００２３】
図７は、図１に示した二気筒４サイクルのエンジンの制御構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本発明の実施の形態１であるエンジンは、上死点検出部４１、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４を備える。上死点検出部４１は、基準とするピストン２３（以下、このピストンを「第１気筒のピストン」という）が上死点に移動したことを検出するもので、クランクシャフト２２とともに回転するプーリ（回転部材）（図示せず）に設けたマーク（図示せず）と、第１気筒のピストン２３が上死点に移動した場合にマークを検出するセンサ（検出手段）（図示せず）とで構成される。尚、本実施の形態であるクランク位相角度が３６０度の直列二気筒の４サイクルエンジンでは、第１気筒のピストンは、もう一つのピストン２３（以下、このピストンを「第２気筒のピストン」という）と同時に上死点に移動する。これにより、上死点検出部４１が第１気筒のピストン２３が上死点に移動したことを検出した時には、第１気筒のピストン２３と第２気筒のピストン２３とが上死点に位置することになる。
【００２４】
ＥＣＵ４は、エンジンを制御するためのもので、計時部（計時手段）４６、演算部（演算手段）４７、バランサ制御部（制御手段）４８を備える。計時部４６は、時間を計測する部分で、上死点検出部４１が第１気筒のピストン２３が上死点に移動したことを検出してから次に第１気筒のピストン２３が上死点に移動したことを検出するまでの時間（クランクシャフトが一回転するのに要する時間）を計測する。演算部４７は、ピストン（第１気筒のピストン）２３の位置、移動方向、速度及び加速度を算出する部分である。
【００２５】
ピストン２３の位置、移動方向、速度及び加速度は、上死点検出部４１が第１気筒のピストン２３が上死点に移動したことを検出したタイミング、計時部４６が計測した時間、コネクティングロッド２５の長さ、クランクアームの長さ（クランクシャフト２２の中心からクランクピン２２１の中心までの長さ）に基づいて算出する。
【００２６】
具体的に説明する。上死点検出部４１が検出したタイミングからは、ピストン２３が上死点に位置すること、ピストン２３の移動方向が上死点から下死点に向かうこと、が特定できる（図１参照）。また、ピストン２３の位置は、コネクティングロッド２５の長さ、クランクアームの長さ、クランクシャフト２２の回転角度（θ）で表すことができる。また、回転角度（θ）は、角速度（ω）と時間（ｔ）の積で表すことができるから、ピストン２３の位置は、コネクティングロッド２５の長さ、クランクアームの長さ、クランクシャフト２２の角速度（ω）と時間（ｔ）で表すことができる。これを時間で微分すれば、ピストン２３の速度（数式）を求めることができる。そして、さらに微分すれば、ピストン２３の加速度（数式）を求めることができる。一方、計時部４６が計測した時間からは、クランクシャフト２２が一回転するのに要する時間、すなわち、クランクシャフト２２の角速度を特定できる。これにより、ピストン２３の位置、移動方向、速度、加速度が算出される。
【００２７】
バランサ制御部４８は、バランサ３を制御する部分で、演算部４７で求めたピストン２３の位置、移動方向、速度及び加速度に基づいて、アクチュエータ３１を制御する。
【００２８】
そして、図１に示すように、ピストン２３が上死点に位置する場合には、カウンタウエイト２２２がクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１よりも下方に位置する。この時、バランスウエイト３２の重心は、アクチュエータ３１の回転軸３１１によりも下方に位置する。一方、図２に示すように、ピストン２３が上死点と下死点との間、略中央に位置する場合には、カウンタウエイト２２２がクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１の側方（図２において左方）に位置する。この時、バランスウエイト３２の重心は、アクチュエータ３１の回転軸３１１を境にカウンタウエイト２２２と反対側（図２において右方）に位置する。これにより、カウンタウエイト２２２、クランクシャフト２２、コネクティングロッド２５、バランスウエイト３２が水平方向において静的に釣り合う。他方、図３に示すように、ピストン２３が下死点に位置する場合には、カウンタウエイト２２２がクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１よりも上方に位置する。この時、バランスウエイト３２の重心は、アクチュエータ３１の回転軸３１１よりも上方に位置する。
【００２９】
上述した本発明の実施の形態１であるエンジンは、クランクシャフト２２の回転に同調してバランサ３（バランスウエイト３２）が回転することにより、エンジンの一次振動を低減できる。また、二つのシリンダ２１１に対して一つのバランスウエイト３２で一次振動を低減するので、調整するバランスウエイト３２は一つで済む。これにより、バランスウエイト３２の調整が簡単にできる。
【００３０】
また、電動モータでバランスウエイト３２を回転させるので、本発明の実施の形態１であるエンジンを自動車に搭載した場合にオルタネータ（発電機）（図示せず）で発電した電力を活用でき、回生した電力を有効に活用できる。特に、ハイブリッド車（ＨＶ）はバッテリーの容量が大きいので、ハイブリッド車に搭載した場合には、電力を有効に活用できる。
【００３１】
さらに、バランサ３はシリンダブロック２１の外部側方に取り付けられるので、シリンダブロックの内部にバランサを設ける場合よりもシリンダブロックを小さくできる。
【００３２】
上述した本発明の実施の形態１において、バランスウエイト３２は、目的に合わせて任意の形状を採用可能である。例えば、図８に示すように、正三角形の角を丸めた形状を採用することもできるし、図９に示すように、径の異なる円板を二つ組み合わせた形状を採用することもできる。
【００３３】
［変形例１］
次に、図１０に基づいて、本発明の実施の形態１の変形例１であるエンジンを説明する。尚、図１０は、本発明の実施の形態１の変形例１であるエンジンを示す断面模式図である。また、本発明の実施の形態１の変形例１において、本発明の実施の形態１と共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図１０に示すように、本発明の実施の形態１の変形例１であるエンジンは、上述したアクチュエータ３１の回転軸（第１の回転軸）３１１をエンジン本体２のローリングモーメントを打ち消す位置に配置したものである。図１０に示す例では、アクチュエータ３１の回転軸３１１をシリンダ２１１の延在方向において、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１よりも高い位置に配置する。
【００３５】
このように、アクチュエータ３１の回転軸３１１をエンジン本体２のローリングモーメントを打ち消す位置に配置すると、一次振動のほかに、ローリングモーメントによる振動を低減できる。
【００３６】
［変形例２］
次に、図１１に基づいて、本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンを説明する。尚、図１１は、本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンを示す断面模式図であり、図１２は、図１１に示したバランサモジュールを示す平面模式図である。また、本発明の実施の形態１の変形例２において、本発明の実施の形態１と共通する箇所には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図１１に示すように、本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンは、上述したバランサ３に代えて、シリンダブロック２１の下方にバランサモジュール５を備える。バランサモジュール５は、クランクシャフト２２に設けたカウンタウエイト２２２だけでは打ち消すことができない振動（一次振動と二次振動）を低減するためのもので、一次バランサ５１と二次バランサ５２とを備える。
【００３８】
一次バランサ５１は、上述したバランサ３と同様、一次振動を低減するためのもので、バランスシャフト（第1の回転軸）５１１、バランスウエイト（第１のバランスウエイト）５１２、アクチュエータ５１３を備える。バランスシャフト５１１は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行に設けられる。図１２に示すように、バランスウエイト５１２は、バランスシャフト５１１上であって、二つのシリンダ２１１の中央となる位置Ａに設けられる。バランスウエイト５１２は、重心が偏った錘であり、一次振動の低減に適した形状とする。アクチュエータ５１３は、バランスシャフト５１１を回転させるもので、ここでは、回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。また、バランスシャフト５１１には、二次バランサ５２に動力を伝達するための駆動ギア５１４が取り付けてある。
【００３９】
二次バランサ５２は、二次振動を低減するためのもので、バランスシャフト（第２の回転軸）５２１、バランスウエイト（第２のバランスウエイト）５２２を備える。バランスシャフト５２１は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行に設けられる。バランスウエイト５２２は、バランスシャフト５２１上であって、各シリンダ２１１の中央となる位置にそれぞれ設けられる。バランスウエイト５２２は、重心が偏った錘であり、二次振動の低減に適した重さ、形状とする。また、バランスシャフト５２１には、従動ギア５２３が取り付けてある。そして、上述した駆動ギア５１４と従動ギア５２３との間には、アイドルギア５１５が設けてある。これにより、駆動ギア５１４と従動ギア５２３とは、同一方向（クランクシャフト２２と反対方向）に回転する。また、駆動ギア５１４と従動ギア５２３のギア比は、１対２であり、二次バランサ５２は一次バランサ５１の二倍の速度で回転する。
【００４０】
上述した本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンは、シリンダ２１１の内部をピストン２３が往復することにより、クランクシャフト２２が回転すると、上死点検出部４１からＥＣＵ４に信号を出力する。ＥＣＵ４は、これらから入力された信号に同調し、一次バランサ５１を駆動する。これにより、二次バランサ５２は一次バランサ５１に従動する。一次バランサ５１の回転方向は、クランクシャフト２２の回転方向と反対方向で、クランクシャフト２２が時計まわりに回転する場合には、一次バランサ５１は反時計まわりに回転する。また、一次バランサ５１の回転速度（角速度）は、クランクシャフト２２の回転速度（角速度）と同じで、クランクシャフト２２が一回転すると一次バランサ５１が一回転する。二次バランサ５２の回転方向は、一次バランサ５１の回転方向と同一方向で、クランクシャフト２２の回転方向と反対方向に回転する。したがって、クランクシャフト２２が時計まわりに回転する場合には、二次バランサ５２は反時計まわりに回転する。また、二次バランサ５２の回転速度（角速度）は、一次バランサ５１の回転速度（角速度）の二倍で、一次バランサ５１が一回転すると二次バランサ５２が二回転する。したがって、クランクシャフト２２が一回転すると二次バランサ５２が二回転する。
【００４１】
上述した本発明の実施の形態１の変形例２であるエンジンは、クランクシャフト２２の回転に同調して一次バランサ５１と二次バランサ５２とが回転することにより、エンジンの一次振動と二次振動を低減できる。
【００４２】
また、図１２に示すように、アイドルギア５１５の回転中心を通る軸線上にオイルポンプ等の補機５１６を設けてもよいし、図１３に示すように、アイドルギア５１５をモータ５１７で駆動し、一次バランサ５１の駆動ギア５１４を従動させてもよい。
【００４３】
［変形例３］
次に、図１４に基づいて、本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンを説明する。尚、図１４は、本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンを示す断面模式図である。また、本発明の実施の形態１の変形例３において、本発明の実施の形態１と共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図１４に示すように、本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンは、シリンダブロック２１の一方側の側面（図１３において右側面）と他方側の側面（図１３において左側面）とに一次バランサ５３，５４を備える。一次バランサ５３，５４は、一次振動を低減するもので、一方の一次バランサ５３は、シリンダブロック２１の一方の側面（図１３において右側面）に設けられ、他方の一次バランサ５４は、シリンダブロックの他方の側面（図１３において左側面）に設けられる。
【００４５】
一方の一次バランサ５３は、バランスシャフト（第１の回転軸）５３１、バランスウエイト（第１のバランスウエイト）５３２、アクチュエータ５３３を備える。バランスシャフト５３１は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行であって、シリンダ２１１の延在方向においてクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と同じ高さに設けられる。バランスウエイト５３２は、バランスシャフト５３１上であって、二つのシリンダ２１１の中央となる位置に設けられる。バランスウエイト５３２は、重心が偏った錘であり、一次振動の低減に適した形状とする。アクチュエータ５３３は、バランスシャフト５３１を回転させるもので、ここでは、回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。
【００４６】
他方の一次バランサ５４は、上述した一方の一次バランサ５３と協働して一次振動を低減するもので、シリンダブロック２１を挟んで一次バランサ５３と反対側となるシリンダブロック２１の側面（図１３において左側面）に設けられる。他方の一次バランサ５４は、バランスシャフト（第２の回転軸）５４１、バランスウエイト（第２のバランスウエイト）５４２、アクチュエータ５４３を備える。バランスシャフト５４１は、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と平行であって、シリンダ２１１の延在方向においてクランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１と同じ高さに設けられる。バランスウエイト５４２は、バランスシャフト５４１上であって、各シリンダ２１１の中央となる位置にそれぞれ設けられるが、上述した一方の一次バランサ５３と同様に、二つのシリンダ２１１の中央となる位置に設けてもよい。バランスウエイト５４２は、重心が偏った錘であり、一次振動の低減に適した重さ、形状とする。アクチュエータ５４３は、バランスシャフト５４１を回転させるもので、ここでは、回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。
【００４７】
上述した本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンは、シリンダ２１１の内部をピストン２３が往復することにより、クランクシャフト２２が回転すると、上死点検出部４１からＥＣＵ４に信号を出力する。ＥＣＵ４は、上死点検出部４１から入力された出力信号に同調し、一方の一次バランサ５３と他方の一次バランサ５４とを駆動する。一方の一次バランサ５３と他方の一次バランサ５４の回転方向は、クランクシャフト２２の回転方向と反対方向で、クランクシャフト２２が時計まわりに回転する場合には、一次バランサ５３，５４は反時計まわりに回転する。また、一次バランサ５３，５４の回転速度（角速度）は、クランクシャフト２２の回転速度（角速度）と同じで、クランクシャフト２２が一回転すると一次バランサ５３，５４が一回転する。
【００４８】
上述した本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンは、クランクシャフト２２の回転に同調して一次バランサ５３，５４が回転することにより、エンジンの一次振動を低減できる。
【００４９】
尚、上述した本発明の実施の形態１の変形例３であるエンジンは、他方の一次バランサ５４を二次バランサとして機能させることも可能である（以下、この段落において「一次バランサ５４」を「二次バランサ５４」という）。このとき、二次バランサ５４の回転方向は、クランクシャフト２２の回転方向と反対方向で、クランクシャフト２２が時計まわりに回転する場合には、二次バランサ５４は反時計まわりに回転する。また、二次バランサ５４の回転速度（角速度）は、クランクシャフト２２の回転速度（角速度）の二倍で、クランクシャフト２２が一回転すると二次バランサ５４が二回転する。
【００５０】
［変形例４］
次に、図１５に基づいて、本発明の実施の形態１の変形例４であるエンジンを説明する。尚、図１５は、本発明の実施の形態１の変形例４であるエンジンを示す断面模式図である。また、本発明の実施の形態１の変形例４において、本発明の実施の形態１と共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図１５に示すように、本発明の実施の形態１の変形例４であるエンジンは、変形例３と同様、一次バランサ５５，５６がそれぞれバランスシャフト（回転軸）５５１，５６１、バランスウエイト５５２，５６２、アクチュエータ５５３，５６３を備えるもので、一次バランサ５５のバランスシャフト５５１をエンジンンのローリングモーメントを打ち消す位置に配置したものである。図１５に示す例では、一次バランサ５５のバランスシャフト５５１をシリンダ２１１の延在方向において、クランクシャフト２２の回転中心を通る軸線Ｏ１よりも高い位置に配置することになる。
【００５２】
このように、一次バランサ５５のバランスシャフト５５１をエンジンのローリングモーメントを打ち消す位置に配置すると、一次振動のほかに、ローリングモーメントを低減できる。
【００５３】
［実施の形態２］
つぎに、図１６及び図１７に基づいて本発明の実施の形態２である四気筒４サイクルのエンジンについて説明する。なお、図１６は、本発明の実施の形態２であるエンジンを示す断面模式図であり、図１７は、図１６に示したバランサモジュールを示す平面模式図である。
【００５４】
図１６及び図１７に示すように、本発明の実施の形態２であるエンジンは、クランク位相角度が１８０度の直列四気筒のエンジンでエンジン本体６とバランサモジュール７とを備える。エンジン本体６は、シリンダブロック６１とクランクシャフト６２とを備える。シリンダブロック６１には、四つのシリンダ（気筒）６１１が形成され、シリンダ６１１ごとに、ピストン６３、ピストンピン６４、コネクティングロッド６５を備える。シリンダ６１１は、円筒形の筒状に形成され、その内部を円筒形のピストン６３が往復する。ピストン６３には、ピストンピン６４により、コネクティングロッド６５の一端（スモール・エンド）が連結される。
【００５５】
図１６に示すように、クランクシャフト６２は、コネクティングロッド６５とともに、ピストン６３の往復運動（下降運動）を回転運動に変換するもので、クランクシャフト６２の回転中心（軸線）と平行となる位置にクランクピン（図示せず）を有する。そして、クランクピンには、コネクティングロッド６５の他端（ラージ・エンド）が連結される。また、クランクシャフト６２は、回転中心（軸線Ｏ２）を対称軸としてクランクピンと対称となる位置にカウンタウエイト６２２が設けられる。カウンタウエイト６２２は、振動を低減するためのもので、クランクシャフト６２の慣性トルク、ピストン６３の往復方向に生じるトルク成分を考慮して設けられる。
【００５６】
バランサモジュール７は、クランクシャフト６２に設けたカウンタウエイト６２２だけでは打ち消すことができない振動を低減するためのもので、シリンダブロック６１の外部下方に取り付けられる。バランサモジュール７は、第１のバランサ７１と第２のバランサ７２とを備える。
【００５７】
第１のバランサ７１と第２のバランサ７２は、二次振動（クランクシャフト一回転につき二回だけ生じる振動）を低減するためのものである。図１６に示すように、第１のバランサ７１は、バランスシャフト（第１の回転軸）７１１、バランスウエイト（第１のバランスウエイト）７１２、アクチュエータ７１３（図１７参照）を備える。バランスシャフト７１１は、クランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２と平行に設けられる。図１７に示すように、バランスウエイト７１２は、バランスシャフト７１１上であって、中央二つのシリンダ（２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３）６１１の中央となる位置Ａに設けられる。これは、２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３の内部を往復するピストン６３が同じ動作となることによる。バランスウエイト７１２は、重心が偏った錘であり、２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３に生じる振動（二次振動）を低減するのに適した形状とする。アクチュエータ７１３は、バランスシャフト７１１を回転させるもので、ここでは、ステッピングモータやサーボモータ等の回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。また、バランスシャフト７１１には、第２のバランサ７２に動力を伝達するための駆動ギア７１４が取り付けてある。
【００５８】
図１６に示すように、第２のバランサ７２は、バランスシャフト（第２の回転軸）７２１、バランスウエイト（第２のバランスウエイト）７２２を備える。バランスシャフト７２１は、クランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２と平行に設けられる。バランスウエイト７２２は、バランスシャフト７２１上であって、外側二つのシリンダ（１番、４番のシリンダ６１１１，６１１４（図１６参照））６１１のそれぞれ中央となる位置に設けられる。バランスウエイト７２２は、重心が偏った錘であり、それぞれ、１番、４番のシリンダ６１１１，６１１４に生じる振動を低減するのに適した形状とする。また、バランスシャフト７２１には、上述した駆動ギア７１４と噛合する従動ギア７２３が取り付けてある。駆動ギア７１４と従動ギア７２３のギア比は、１対１であり、第２のバランサ７２は第１のバランサ７１と同じ速度で回転する。
【００５９】
上述した本発明の実施の形態２であるエンジンは、シリンダ６１１の内部をピストン６３が往復することにより、クランクシャフト６２が回転すると、上死点検出部からＥＣＵに信号を出力する。ＥＣＵは、上死点検出部から入力された信号に同調し、第１のバランサ７１を駆動する。これにより、第２のバランサ７２は第１のバランサ７２に従動する。第１のバランサ７１の回転方向は、クランクシャフト６２の回転方向と反対方向で、クランクシャフト６２が時計まわりに回転する場合には、第１のバランサ７１は反時計まわりに回転する。また、第１のバランサ７１の回転速度（角速度）は、クランクシャフト６２の回転速度（角速度）の二倍で、クランクシャフト６２が一回転すると第１のバランサ７１が二回転する。一方、第２のバランサ７２の回転方向は、第１のバランサ７１の回転方向と反対方向で、クランクシャフト６２と同一方向に回転する。したがって、クランクシャフト６２が時計まわりに回転する場合には、第２のバランサ７２も時計まわりに回転する。また、第２のバランサ７２の回転速度（角速度）は、第１のバランサ７１の回転速度と同じで、クランクシャフト６２が一回転すると第２のバランサ７２が二回転する。
【００６０】
上述した本発明の実施の形態２であるエンジンは、クランクシャフト６２の回転に同調して第１のバランサ７１と第２のバランサ７２とが回転することにより、エンジンの二次振動を低減できる。また、二つのシリンダ（２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３）６１１に対して一つのバランスウエイト７１２で二次振動を低減するので、安価に振動を低減できる。
【００６１】
また、電動モータでバランスウエイト７１２を回転させるので、本発明の実施の形態２であるエンジンを自動車に搭載した場合にオルタネータ（発電機）で発電した電力を活用でき、回生した電力を有効に活用できる。特に、ハイブリッド車（ＨＶ）はバッテリーの容量が大きいので、ハイブリッド車に搭載した場合には、電力を有効に活用できる。
【００６２】
［変形例１］
次に、図１８に基づいて、本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンを説明する。尚、図１８は、本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンを示す断面模式図である。また、本発明の実施の形態２の変形例１において、本発明の実施の形態２と共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
図１８に示すように、本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンは、実施の形態１と同様、第１のバランサ７３と第２のバランサ７４とを備える。第１のバランサ７３は、アクチュエータ７３１、バランスウエイト（第１のバランスウエイト）７３２を備える。アクチュエータ７３１は、バランスウエイト７３２を回転させるためのもので、ここでは、回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。アクチュエータ７３１は、クランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２と平行であって、シリンダ６１１の延在方向においてクランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２と同じ高さにバランスシャフト（第１の回転軸）７３１１が配置される。また、第１のバランサ７３のバランスウエイト７３２は、回転軸７３１１上であって、中央二つのシリンダ（２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３）６１１の中央となる位置に設けられる。バランスウエイト７３２は、重心が偏った錘であり、２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３に生じる振動を低減するのに適した形状とする。
【００６４】
第２のバランサ７４は、バランスシャフト（第２の回転軸）７４１１、バランスウエイト（第２のバランスウエイト）７４２、アクチュエータ７４１を備える。バランスシャフト７４１１は、クランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２と平行に設けられる。バランスウエイト７４２は、バランスシャフト７４１１上であって、外側二つのシリンダ（１番、４番のシリンダ６１１１，６１１４）６１１のそれぞれ中央となる位置に設けられる。バランスウエイト７４２は、重心が偏った錘であり、それぞれ１番、４番のシリンダ６１１１，６１１４に生じる振動（二次振動）を低減するのに適した形状とする。アクチュエータ７４１は、バランスシャフト７４１を回転させるためのもので、ここでは、回転速度の制御が可能な電動モータを用いる。
【００６５】
上述した本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンは、シリンダ６１１の内部をピストン６３が往復することにより、クランクシャフト６２が回転すると、上死点検出部からＥＣＵに信号を出力する。ＥＣＵは、上死点検出部から入力された信号に同調し、第１のバランサ７３と第２のバランサ７４を駆動する。第１のバランサ７３の回転方向は、クランクシャフト６２の回転方向と反対方向で、クランクシャフト６２が時計まわりに回転する場合には、第１のバランサ７３は反時計まわりに回転する。また、第１のバランサ７３の回転速度（角速度）は、クランクシャフト６２の回転速度（角速度）の二倍で、クランクシャフト６２が一回転すると第１のバランサ７３が二回転する。一方、第２のバランサ７４の回転方向は、第１のバランサ７３の回転方向と反対方向で、クランクシャフト６２と同一方向に回転する。したがって、クランクシャフト６２が時計まわりに回転する場合には、第２のバランサ７４も時計まわりに回転する。また、第２のバランサ７４の回転速度（角速度）は、第１のバランサ７３の回転速度と同じで、クランクシャフト６２が一回転すると第２のバランサ７４が二回転する。
【００６６】
上述した本発明の実施の形態２の変形例１であるエンジンは、クランクシャフト６２の回転に同調して第１のバランサ７３と第２のバランサ７４とが回転することにより、エンジンの二次振動を低減できる。また、二つのシリンダ（２番、３番のシリンダ６１１２，６１１３）６１１に対して一つのバランスウエイト７３２で二次振動を低減するので、安価に振動を低減できる。
【００６７】
［変形例２］
次に、図１９に基づいて、本発明の実施の形態２の変形例２であるエンジンを説明する。尚、図１９は、本発明の実施の形態２の変形例２であるエンジンを示す断面模式図である。また、本発明の実施の形態２の変形例２において、本発明の実施の形態２と共通する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
図１９に示すように、本発明の実施の形態２の変形例２であるエンジンは、変形例１と同様、第１のバランサ７５と第２のバランサ７６とがそれぞれアクチュエータ７５１，７６１、バランスウエイト７５２，７６２を備えるもので、第１のバランサ７５のバランスシャフト（第１の回転軸）７５１１，第２のバランサ７６のバランスシャフト（第２の回転軸）７６１１をエンジンのローリングモーメントを打ち消す位置に配置したものである。図１９に示す例では、第１のバランサ７５のバランスシャフト７５１１をシリンダ６１１の延在方向において、クランクシャフト６２の回転中心を通る軸線Ｏ２よりも高い位置に配置する一方、第２のバランサ７６のバランスシャフト７６１１をシリンダ６１１の延在方向において、クランクシャフト２の回転中心を通る軸線Ｏ２よりも高い位置に配置する。
【００６９】
このように、第１のバランサ７５のバランスシャフト７５１１と第２のバランサ７６のバランスシャフト７６１１をエンジンのローリングモーメントを打ち消す位置に配置すると、二次振動のほかに、ローリングモーメントによる振動を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、バランスウエイトの調整が簡単にできるので、自動車用の４サイクルのエンジンに好適である。
【符号の説明】
【００７１】
２    エンジン本体
２１    シリンダブロック
２１１    シリンダ（気筒）
２１２    ボス
２２    クランクシャフト
２２１    クランクピン
２２２    カウンタウエイト
２３    ピストン
２５    コネクティングロッド
３    バランサ
３１    アクチュエータ（電動モータ）
３１１    回転軸（駆動軸）（第１の回転軸）
３２    バランスウエイト
３３    ウエイトケース
４    ＥＣＵ
４１    上死点検出部
４６    計時部
４７    演算部
４８    バランサ制御部
５    バランサモジュール
５１    一次バランサ
５１１    バランスシャフト（第１の回転軸）
５１２    バランスウエイト（第１のバランスウエイト）
５１３    アクチュエータ（電動モータ）
５１４    駆動ギア
５１５    アイドルギア
５１６    補機
５１７    モータ
５２    二次バランサ
５２１    バランスシャフト（第２の回転軸）
５２２    バランスウエイト（第２のバランスウエイト）
５２３    従動ギア
５３，５５，５６    一次バランサ
５４    一次バランサ（二次バランサ）（第２のバランスウエイト）
６    エンジン本体
６１    シリンダブロック
６１１    シリンダ（気筒）
６１１１    １番のシリンダ
６１１２    ２番のシリンダ
６１１３    ３番のシリンダ
６１１４    ４番のシリンダ
６２    クランクシャフト
６２２    カウンタウエイト
６３    ピストン
６５    コネクティングロッド
７    バランサモジュール
７１，７３    第１のバランサ
７２，７４    第２のバランサ
【図１】
2014240690.tif 000003
【図２】
2014240690.tif 000004
【図３】
2014240690.tif 000005
【図４】
2014240690.tif 000006
【図５】
2014240690.tif 000007
【図６】
2014240690.tif 000008
【図７】
2014240690.tif 000009
【図８】
2014240690.tif 000010
【図９】
2014240690.tif 000011
【図１０】
2014240690.tif 000012
【図１１】
2014240690.tif 000013
【図１２】
2014240690.tif 000014
【図１３】
2014240690.tif 000015
【図１４】
2014240690.tif 000016
【図１５】
2014240690.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2014240690.tif 000021