(57)【要約】【課題】偏心マス部の質量及びバランスシャフトの寸法を小さく維持しつつ、バランスシャフトの発生モーメントを確保する。【解決手段】直列３気筒内燃機関に使用されるのに適したバランスシャフト１は、シャフト部２と、シャフト部の軸方向両端に１８０度の位相差でもってそれぞれ取り付けられた一対の偏心マス部３，３であって、互いに同一の扇形状をなしている偏心マス部と、を備える。バランスシャフトの設計方法は、シャフト部の軸方向長さ及び偏心マス部の外径をそれぞれ設定し、設定されたシャフト部の軸方向長さ及び偏心マス部の外径のもとで発生モーメントをあらかじめ定められた目標モーメントにするのに必要な偏心マス部の扇角及び質量の複数の組み合わせを求め、複数の組み合わせのうち扇角が１８０度よりも小さい１つから偏心マス部の扇角及び厚さを設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列３気筒内燃機関に使用されるのに適したバランスシャフトの設計方法であって、
前記バランスシャフトは、
シャフト部と、
前記シャフト部の軸方向両端に１８０度の位相差でもってそれぞれ取り付けられた一対の偏心マス部であって、互いに同一の扇形状をなしている偏心マス部と、
を備えており、
前記設計方法は、
前記シャフト部の軸方向長さ及び前記偏心マス部の外径をそれぞれ設定する工程と、
設定された前記シャフト部の軸方向長さ及び前記偏心マス部の外径のもとで発生モーメントをあらかじめ定められた目標モーメントにするのに必要な前記偏心マス部の扇角及び質量の複数の組み合わせを求める工程と、
前記複数の組み合わせのうち前記扇角が１８０度よりも小さい１つから前記偏心マス部の扇角及び厚さを設定する工程と、
を備える、設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバランスシャフトの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列３気筒内燃機関のバランスシャフトであって、シャフト部と、シャフト部の軸方向両端に１８０度の位相差でもってそれぞれ取り付けられた一対の偏心マス部と、を備えた、バランスシャフトが公知である（例えば、特許文献１参照）。このバランスシャフトはクランクジャーナルと平行に設けられ、クランクジャーナルと逆方向に等速度で回転される。その結果、内燃機関の騒音及び振動が低減される。
【０００３】
一方、内燃機関のバランスシャフトであって、半円形状をなす偏心マス部を備えたバランスシャフトも公知である（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２００９−２３６０８５号公報
【特許文献２】特開２０１２−５７７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料消費量を低減する手法の一つとして、内燃機関の高比出力化（ダウンサイズ）が知られている。ところが、内燃機関を高比出力化すると、筒内圧力が高くなり、高い筒内圧力に対応するために運動部品の質量が増大する。その結果、内燃機関の騒音及び振動が増大するおそれがある。増大した騒音及び振動を低減するために、バランスシャフトの発生モーメントを大きくする必要がある。
【０００６】
この点、大まかに言うと、偏心マス部の質量を大きくするか、シャフト部の軸方向長さを大きくするか、又は、偏心マス部の外径を大きくすれば、バランスシャフトの発生モーメントを大きくすることができる。しかしながら、偏心マス部の質量を大きくすると、燃料消費量が増大するおそれがある。また、バランスシャフトの搭載性のことを考えると、シャフト部の軸方向長さ及び偏心マス部の外径を大きくするのは困難である。したがって、偏心マス部の質量、シャフト部の軸方向長さ及び偏心マス部の外径を小さく維持しつつ、バランスシャフトの発生モーメントを大きくすることが可能な、バランスシャフトの新たな設計方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、直列３気筒内燃機関に使用されるのに適したバランスシャフトの設計方法であって、前記バランスシャフトは、シャフト部と、前記シャフト部の軸方向両端に１８０度の位相差でもってそれぞれ取り付けられた一対の偏心マス部であって、互いに同一の扇形状をなしている偏心マス部と、を備えており、前記設計方法は、前記シャフト部の軸方向長さ及び前記偏心マス部の外径をそれぞれ設定する工程と、設定された前記シャフト部の軸方向長さ及び前記偏心マス部の外径のもとで発生モーメントをあらかじめ定められた目標モーメントにするのに必要な前記偏心マス部の扇角及び質量の複数の組み合わせを求める工程と、前記複数の組み合わせのうち前記扇角が１８０度よりも小さい１つから前記偏心マス部の扇角及び厚さを設定する工程と、を備える、設計方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
偏心マス部の質量及びバランスシャフトの寸法を小さく維持しつつ、バランスシャフトの発生モーメントを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】バランスシャフトの斜視図である。
【図２】バランスシャフトの側面図である。
【図３】バランスシャフトの端面図である。
【図４】本発明による実施例のバランスシャフトの設計方法を示すフローチャートである。
【図５】偏心マス部の扇角θ及び質量Ｍの組み合わせの例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１から図３を参照すると、バランスシャフト１はシャフト部２と、一対の偏心マス部３，３と、一対のジャーナル４，４とを備える。偏心マス部３，３はシャフト部２の軸方向両端に１８０度の位相差をもってそれぞれ取り付けられる。この場合、シャフト部２の外面２ａ，２ａと偏心マス部３，３の外面３ａ，３ａとが面一になるように、偏心マス部３，３がシャフト部２に固定される。また、偏心マス部３，３は互いに同一の扇形状をなしている。一方、ジャーナル４，４はそれぞれ対応する偏心マス部３，３に隣接してシャフト部２に固定される。バランスシャフト１はジャーナル４，４において、回転軸線Ａ回りに回転可能に支持される。
【００１１】
図２及び図３において、２ｃはバランスシャフト１の重心、３ｃは偏心マス部３の重心、ＬＣはこれら重心２ｃ，３ｃの軸方向距離である軸方向重心間距離、ＲＣは重心２ｃ，３ｃの径方向距離である径方向重心間距離、ＬＳはシャフト部２の軸方向長さ、Ｒは偏心マス部３の外径、θは偏心マス部３の扇角、Ｄは偏心マス部３の厚さ、をそれぞれ示している。
【００１２】
バランスシャフト１は直列３気筒内燃機関に使用されるのに適している。本発明による実施例では、シャフト部２の軸方向一端に歯車（図示しない）が固定されており、この歯車は内燃機関のクランクシャフト（図示しない）に設けられた歯車（図示しない）と噛合される。その結果、バランスシャフト１はクランクシャフトと互いに逆方向に、等速度で回転される。このとき発生するバランスシャフト１のモーメントにより、内燃機関の騒音及び振動が低減される。
【００１３】
次に、本発明による実施例におけるバランスシャフト１の設計方法を、図４を参照しながら説明する。図４を参照すると、まずシャフト部２の軸方向長さＬＳ及び偏心マス部３の外径Ｒが設定される。これら軸方向長さＬＳ及び外径Ｒは例えば、バランスシャフト１が収容される空間の大きさに応じて設定される。
【００１４】
また、バランスシャフト１が発生すべきモーメント、すなわち目標モーメントが設定される。この目標モーメントは例えば、内燃機関が発生する騒音及び振動に応じて設定される。
【００１５】
次いで、設定されたシャフト部２の軸方向長さＬＳ及び偏心マス部３の外径Ｒのもとで発生モーメントを目標モーメントにするのに必要な偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍの複数の組み合わせが求められる。すなわち、バランスシャフト１が回転したときに発生するモーメントは、偏心マス部３の質量Ｍと、径方向重心間距離ＲＣと、軸方向重心間距離ＬＣとの積で表される（Ｍ・ＲＣ・ＬＣ）。ここで、径方向重心間距離ＲＣは偏心マス部３の扇角θに応じて定まる。すなわち、扇角θが小さくなるにつれて、径方向重心間距離ＲＣは、偏心マス部３の外径Ｒよりも小さい範囲内で、大きくなる。一方、軸方向重心間距離ＬＣは偏心マス部３の厚さＤに応じて定まる。すなわち、厚さＤが小さくなるにつれて、軸方向重心間距離ＬＣは、ＬＳ／２よりも小さい範囲内で、大きくなる。更に、偏心マス部３の質量Ｍは、偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤに応じて定まる。すなわち、扇角θが大きくなるにつれて質量Ｍは大きくなり、厚さＤが大きくなるにつれて質量Ｍは大きくなる。そうすると、発生モーメントは扇角θ及び厚さＤに応じて定まるということになる。
【００１６】
したがって、扇角θが与えられると、発生モーメントを目標モーメントにするのに必要な偏心マス部３の厚さＤが決まる。言い換えると、発生モーメントを目標モーメントにするのに必要な偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤの組み合わせが決まる。この点、偏心マス部３の質量Ｍが偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤに応じて定まるので、発生モーメントを目標モーメントにするのに必要な偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍの組み合わせが決まる、ということになる。更に、複数の扇角θが与えられると、発生モーメントを目標モーメントにするのに必要な偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍの複数の組み合わせが決まる、ということになる。
【００１７】
図５には、互いに異なる３つの軸方向長さＬＳにおける、偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍの組み合わせの例が示される。図５に示されるように、いずれの軸方向長さＬＳにおいても、質量Ｍは、扇角θが１８０度から小さくなると小さくなり、扇角θが更に小さくなると大きくなる。すなわち、質量Ｍには最小値が存在する。
【００１８】
次いで、複数の組み合わせのうち扇角θが１８０度よりも小さい１つから偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤが設定される。すなわち、複数の組み合わせのうち扇角θが１８０度よりも小さい組み合わせ、すなわち偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍが決定される。質量Ｍが決まると、厚さＤが決まる。したがって、偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍを決定するということは、偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤを決定するということでもある。このようにして決定された偏心マス部３の扇角θ及び厚さＤを用いてバランスシャフト１、特に偏心マス部３が設計される。
【００１９】
このように扇角θが１８０度よりも小さいと、扇角θが１８０度である場合に比べて、質量Ｍを小さくすることができる。特に、偏心マス部３の扇角θ及び質量Ｍを、質量Ｍが最小となる扇角θ及び質量Ｍの組み合わせに設定すれば、質量Ｍを更に小さくすることができる。したがって、偏心マス部３の質量Ｍ及びバランスシャフト１の寸法を小さく維持しつつ、バランスシャフト１の発生モーメントを確保することができる。
【符号の説明】
【００２０】
１    バランスシャフト
２    シャフト部
３    偏心マス部
θ    偏心マス部の扇角
Ｍ    偏心マス部の質量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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