(57)【要約】【課題】エンジンの振動を抑制する機能と流体を供給する機能とを兼ね備えたエンジンの振動抑制装置を提供する。【解決手段】振動抑制装置１は、一対のロータ５１，５２を有する流体ポンプの一例であるルーツポンプ４０と、ロータ５１，５２をエンジンの回転に同期して回転させる連動機構とを備えている。第１ロータ５１は、その断面において長手方向に延びる軸線Ｙ１を境に対称形の第１質量部７１と第２質量部７２とを備えている。第２質量部７２の質量は第１質量部７１の質量よりも大きい。第２ロータ５２は、その断面において長手方向と直角な軸線Ｙ２を境に対称形の第３質量部７３と第４質量部７４とを備えている。第４質量部７４の質量は第３質量部７３の質量よりも大きい。第１ロータ５１の回転軸５３の中心と重心Ｇ１の位置が互いに異なっている。また第２のロータ５２の回転軸５４の中心と重心Ｇ２の位置が互いに異なっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ロータおよび第２ロータを備えた流体ポンプと、
前記第１ロータおよび第２ロータをエンジンの回転に同期して互いに反対方向に同一速度で回転させる連動機構とを具備し、かつ、
前記第１ロータと前記第２ロータの少なくとも一方は、該ロータの回転軸の中心と重心の位置とが互いに異なっていることを特徴とするエンジンの振動抑制装置。
【請求項２】
前記回転軸の中心と重心の位置とが互いに異なる前記ロータは、比重が異なる２種類以上の物質によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動抑制装置。
【請求項３】
前記第１ロータおよび前記第２ロータの双方の前記回転軸の中心と重心の位置が異なり、前記第１ロータの重心が前記ピストンの往復方向に変位すると前記第２ロータの重心が前記第１ロータの重心と同じ方向に変位することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの振動抑制装置。
【請求項４】
前記流体ポンプは、前記第１ロータの回転軸と前記第２ロータの回転軸が前記エンジンのクランクシャフトの中心軸と平行に配置され、かつ、前記クランクシャフトが１回転する間に前記第１ロータと第２ロータがそれぞれ２回転することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両等に搭載されるエンジンの振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（この明細書ではピストンが往復運動するレシプロエンジン）が回転するときに振動を生じることが知られている。例えばシリンダブロック内をピストンが往復移動することによって、エンジン回転数に対応した周波数の振動がシリンダブロックの軸線方向などに発生する。このような振動が車両の車室に伝わると、騒音や揺れの原因となったり、車内装備品が共振したりする原因となるため、エンジンの振動をなるべく小さくすることが望まれている。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンのロール振動を低減させるために、スーパーチャージャ等の流体機械にクランクシャフトと同方向に回転する駆動側ロータと、反対方向に回転する被動側ロータとを設け、該被動側ロータに回転マスを設けることが提案されている。あるいは特許文献２に開示されているように、クランクシャフトと平行に一対のバランサ軸を配置し、クランク軸の回転に連動して一対のバランサ軸を回転させることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６４８０４号公報
【特許文献２】特開平５−３２１９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているように被動側ロータに回転マスを設けると、回転マスの分だけ部品数が増えるし構造も複雑となる。特許文献２のようにクランクシャフトと平行にバランサシャフトを設けると、その分だけ大きなスペースが必要となり、部品数が増えるだけでなく構造も複雑化するなどの問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、エンジンが回転する際の振動を抑制することができ、かつ、流体供給機能も果たすことができるエンジンの振動抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
車両等に搭載されるエンジンでは、オイル等の流体をエンジン各部に供給するために、流体ポンプの一例であるルーツポンプが使用されることがある。ルーツポンプは、ポンプケースの内部に収容された一対のロータを有し、これらロータが互いに反対方向に同期して回転することにより、ポンプ室内に供給された流体を被供給部に供給するように構成されている。本発明者達はルーツポンプを利用してエンジンの振動を抑制することに着目した。
【０００８】
本発明に係るエンジンの振動抑制装置は、第１ロータおよび第２ロータを備えた流体ポンプと、前記第１ロータおよび第２ロータをエンジンの回転に同期して互いに反対方向に同一速度で回転させる連動機構とを具備し、かつ、前記第１ロータと前記第２ロータの少なくとも一方は、該ロータの回転軸の中心と重心の位置とが互いに異なっていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記回転軸の中心と重心の位置とが互いに異なる前記ロータは、例えば、比重が異なる２種類以上の物質によって構成されていてもよい。また前記第１ロータおよび前記第２ロータの双方の前記回転軸の中心と重心の位置が異なり、前記第１ロータの重心が前記ピストンの往復方向に変位すると前記第２ロータの重心が前記第１ロータの重心と同じ方向に変位するように構成されていてもよい。また前記流体ポンプは、前記第１ロータの回転軸と前記第２ロータの回転軸が前記エンジンのクランクシャフトの中心軸と平行に配置され、かつ、前記クランクシャフトが１回転する間に前記第１ロータと第２ロータがそれぞれ２回転するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るエンジンの振動抑制装置によれば、エンジンによって回転する第１ロータおよび第２ロータを備えた流体ポンプのロータの動きによって得られる起振力を利用してエンジンの振動を抑制することができるとともに、流体を被供給部に供給することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動抑制装置を備えたエンジンの縦断面図。
【図２】図１に示されたエンジンのルーツポンプを拡大して示す断面図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３線に沿うルーツポンプの断面図。
【図４】図２に示されたルーツポンプの各ロータが４５°回転した状態の断面図。
【図５】図２に示されたルーツポンプの各ロータが９０°回転した状態の断面図。
【図６】図２に示されたルーツポンプの各ロータが１３５°回転した状態の断面図。
【図７】図２に示されたルーツポンプの各ロータが１８０°回転した状態の断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るルーツポンプの断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るルーツポンプの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の第１の実施形態に係る振動抑制装置１を備えたエンジン１０について、図１から図７を参照して説明する。  
図１は、例えば自動車等の車両に搭載されるエンジン１０の一例を示す断面図である。エンジン１０は、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１２およびクランクケース部材１３などを含むエンジン本体１５を有している。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とクランクケース部材１３は、それぞれアルミニウム合金等の金属からなる鋳造品であり、いずれも実質的に剛体である。クランクケース部材１３の下部にオイルパン１６が設けられている。オイルパン１６にオイル１７が収容されている。
【００１３】
シリンダブロック１１の下部とクランクケース部材１３とによって、クランク室２０が形成されている。クランク室２０には、クランクシャフト２１やコネクティングロッド２２の大端部２２ａおよびカウンタウエイト２３などが収容されている。クランクシャフト２１の中心軸Ｃ０は、図１において画面と直角な方向に延びている。シリンダブロック１１のシリンダライナー部２５にはピストン２６が収容されている。ピストン２６は、シリンダブロック１１の軸線Ｘ１方向に往復運動をする。すなわちシリンダブロック１１の軸線Ｘ１はピストン２６の往復方向でもある。
【００１４】
シリンダヘッド１２に吸気ポート３０と排気ポート３１が形成されている。吸気ポート３０は、動弁機構の吸気弁３２によって開閉する。排気ポート３１は、動弁機構の排気弁３３によって開閉する。これら吸気ポート３０と排気ポート３１は、ピストン２６とシリンダヘッド１２との間に形成された燃焼室に連通している。
【００１５】
シリンダブロック１１の下方に配置されたオイルパン１６の内側に、振動抑制装置１の一部をなすルーツポンプ４０が配置されている。この実施形態のルーツポンプ４０は流体ポンプの一例であり、クランクケース部材１３に固定されたポンプケース４１と、ポンプケース４１内のポンプ室４２に収容された一対のロータ（第１ロータ５１と第２ロータ５２）などを有している。このルーツポンプ４０は、シリンダブロック１１の軸線Ｘ１上に配置されている。ピストン２６は軸線Ｘ１に沿って往復運動する。なお、複数のシリンダを備えた多気筒エンジン（例えば４気筒のエンジン）において、シリンダと同数のルーツポンプ４０が各シリンダの配置方向に所定ピッチで配置されてもよい。
【００１６】
図２はルーツポンプ４０が設けられている部分を拡大した断面図である。図２に示されるようにポンプ室４２は、長軸Ｄ１と短軸Ｄ２とを有する長円形をなしている。長軸Ｄ１は、シリンダブロック１１の軸線Ｘ１と直角な方向に延びている。短軸Ｄ２は、シリンダブロック１１の軸線Ｘ１の延長線上にあり、長軸Ｄ１と直角な方向に延びている。短軸Ｄ２上に流入孔４３と流出孔４４とが形成されている。流入孔４３は吸入管４５（図１に示す）を介して、オイルパン１６の底部と連通している。流出孔４４は、流路４６を介して流体の被供給部、例えばシリンダブロック１１のオイル流通部４７と連通している。
【００１７】
ポンプ室４２に第１ロータ５１と第２ロータ５２とが収容されている。第１ロータ５１は第１の回転軸５３を中心に回転する。第２ロータ５２は第２の回転軸５４を中心に回転する。第１ロータ５１と第２ロータ５２とは、ピストン２６が往復する方向（シリンダブロック１１の軸線Ｘ１方向）に対して直角な方向に回転軸（第１の回転軸）５３，５４が並ぶように配置されている。回転軸５３，５４は、ポンプ室４２の長軸Ｄ１上に位置している。
【００１８】
これらロータ５１，５２は、それぞれ回転軸５３，５４を中心に回転可能であり、例えばギヤ６１，６２（図３に示す）等を用いた連動機構６０によって、図２に矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように互いに反対方向に同一の回転速度で同期して連続的に回転するようになっている。第１ロータ５１の回転軸５３と第２ロータ５２の回転軸５４は、それぞれクランクシャフト２１の中心軸Ｃ０と平行に配置され、かつ、クランクシャフト２１が１回転する間に第１ロータ５１と第２ロータ５２がそれぞれ２回転するように構成されている。この実施形態では、ルーツポンプ４０と連動機構６０（図１に示す）などによって、エンジン１０の振動を抑制するための振動抑制装置１が構成されている。
【００１９】
連動機構６０は、クランクシャフト２１の回転をチェーンあるいはタイミングベルト等の巻掛伝動体６５を介してギヤ６１，６２に伝えることにより、エンジン１０の回転数とロータ５１，５２の回転数とが一定の関係を保つようにしている。本実施形態の連動機構６０は、クランクシャフト２１の回転数の２倍の回転数でロータ５１，５２が回転するように、駆動側のギヤ６６と被動側のギヤ６１，６２のギヤ比が２：１に設定されている。よって、クランクシャフト２１が１回転する間に、ロータ５１，５２が２回転する。
【００２０】
第１ロータ５１と第２ロータ５２とは互いに共通の形状である。すなわち各ロータ５１，５２は、回転軸５３，５４の中心Ｃ１，Ｃ２（図３に示す）と直角な方向の断面がいわゆる繭形（両端部が略半円形で、両端部間がくびれた形状）をなしている。これらロータ５１，５２によって、ポンプ室４２が流入側チャンバ４２ａと流出側チャンバ４２ｂとに仕切られている。流入側チャンバ４２ａは流入孔４３に連通している。流出側チャンバ４２ｂは流出孔４４に連通している。
【００２１】
図２は、各ロータ５１，５２を回転軸５３，５４と直角な方向（径方向）に切断した断面を示している。図２に示されるように第１ロータ５１は、その断面において、回転軸５３の中心Ｃ１を通る長手方向の軸線Ｙ１を境に対称形の第１質量部７１と第２質量部７２とを有している。すなわち第１ロータ５１は、長手方向の軸線Ｙ１を境に、一方側（図２では上側）に位置する第１質量部７１と、他方側（図２では下側）に位置する第２質量部７２とを有している。
【００２２】
そして第１質量部７１に中空部７１ａが形成されている。第２質量部７２には中空部が形成されていない。このため、第２質量部７２は第１質量部７１よりも質量が大となっている。すなわち第１質量部７１と第２質量部７２とは、互いに比重が異なる少なくとも２種類の物質によって構成されている。そして第１ロータ５１の重心Ｇ１の位置が第１ロータ５１の中心（回転軸５３の中心Ｃ１）に対して第２質量部７２側に片寄っている。
【００２３】
図２に示されるように第２ロータ５２は、その断面において、回転軸５４の中心Ｃ２を通る長手方向と直角な軸線Ｙ２を境に対称形の第３質量部７３と第４質量部７４とを有している。すなわち第２ロータ５２は、長手方向と直角な軸線Ｙ２を境に、一方側（図２では上側）に位置する第３質量部７３と、他方側（図２では下側）に位置する第４質量部７４とを有している。
【００２４】
そして第３質量部７３に中空部７３ａが形成されている。第４質量部７４には中空部が形成されていない。このため、第４質量部７４は第３質量部７３よりも質量が大となっている。すなわち第３質量部７３と第４質量部７４とは、互いに比重が異なる少なくとも２種類の物質によって構成されている。そして第２ロータ５２の重心Ｇ２の位置が第２ロータ５２の中心（回転軸５４の中心Ｃ２）に対して第４質量部７４側に片寄っている。
【００２５】
第１質量部７１と第３質量部７３とは、ロータ５１，５２が互いに反対方向に回転する際に、各ロータ５１，５２の回転軸５３，５４の中心Ｃ１，Ｃ２を結ぶ線分（ポンプ室４２の長軸Ｄ１）に対して一方側（図２において上側）に片寄った状態から、互いに近付いた状態（図５）を経て、反対側（図７において下側）に片寄った状態となるような位置関係としている。
【００２６】
次に、図２から図７を参照してルーツポンプ４０の作用について説明する。  
例えば図２に示されるように、第１ロータ５１がポンプ室４２の長軸Ｄ１に沿う位置にあるとき、第２ロータ５１はポンプ室４２の短軸Ｄ２に沿う位置となる。しかも第１質量部７１と第３質量部７３とは、ポンプ室４２の長軸Ｄ１に対して、一方側（図２において上側）に片寄っている。この状態を、説明の便宜上「第１の状態」と称する。
【００２７】
エンジン１０の回転に伴って、ロータ５１，５２が図２に示す状態から矢印Ｒ１，Ｒ２に４５°回転すると、図４に示すようにロータ５１，５２が斜めに傾き、互いに平行な状態となる。このとき第１質量部７１と第３質量部７３とは、図２に示す「第１の状態」よりも互いに近付いている。
【００２８】
図４に示す状態からロータ５１，５２がさらに４５°回転すると、図５に示すように第１ロータ５１がポンプ室４２の短軸Ｄ２に沿い、かつ、第２ロータ５２がポンプ室４２の長軸Ｄ１に沿う状態となり、第１質量部７１と第３質量部７３とが互いに最も近付く。このように第１質量部７１と第３質量部７３とが互いに最も近付いた状態を、便宜上「第２の状態」と称する。
【００２９】
図５に示す状態からロータ５１，５２がさらに４５°回転すると、図６に示すようにロータ５１，５２が斜めに傾き、互いに平行な状態となる。このとき第１質量部７１と第３質量部７３とは、図４に示す「第２の状態」よりも互いに遠ざかりつつある。
【００３０】
図６に示す状態からロータ５１，５２がさらに４５°回転すると、図７に示すように第１ロータ５１がポンプ室４２の長軸Ｄ１に沿い、かつ、第２ロータ５２がポンプ室４２の短軸Ｄ２に沿う状態となる。しかも第１質量部７１と第３質量部７３とは、ポンプ室４２の長軸Ｄ１に対して、他方側（図７において下側）に片寄っている。この状態を、便宜上「第３の状態」と称する。
【００３１】
図７に示す状態からロータ５１，５２がさらにＲ１，Ｒ２方向に９０°回転すると、図示していないが、第１質量部７１と第３質量部７３とが互いに最も離れた状態となる。この状態を、便宜上「第４の状態」と呼ぶ。「第４の状態」からロータ５１，５２が矢印Ｒ１，Ｒ２方向にさらに９０°回転すると、図２に示す「第１の状態」に戻る。
【００３２】
このようにロータ５１，５２がＲ１，Ｒ２方向に連続的に回転することにより、吸入管４５から吸入された流体（例えばオイル１７）が流入孔４３から流入側チャンバ４２ａ内に供給されるとともに、流入側チャンバ４２ａ内の流体が流出孔４４から流路４６（図１に示す）に向けて吐出される。
【００３３】
以上説明したように各ロータ５１，５２は、エンジン１０の回転（クランクシャフト２１の回転）と同期して回転し、かつ、各ロータ５１，５２はクランクシャフト２１の回転数に応じて例えば２倍の回転数で回転する。そしてロータ５１，５２が１回転する間に、９０°ごとに第１質量部７１と第３質量部７３が一方側に片寄る「第１の状態」と、第１質量部７１と第３質量部７３が最も近付く「第２の状態」と、第１質量部７１と第３質量部７３が反対側に片寄る「第３の状態」と、第１質量部７１と第３質量部７３が最も離れる「第４の状態」とが順に生じる。このように本実施形態は、第１ロータ５１および第２ロータ５２の双方が、いずれも回転軸５３，５４の中心と重心Ｇ１，Ｇ２の位置が互いに異なり、第１ロータ５１の重心Ｇ１がピストン２６の往復方向（図１において軸線Ｘ１方向）に変位すると、第２ロータ５２の重心Ｇ２が第１ロータ５１の重心Ｇ１と同じ方向に変位するものである。
【００３４】
本実施形態の場合、ロータ５１，５２が回転することにより、質量の大きな第２質量部７２と第４質量部７４とがシリンダブロック１１の軸線Ｘ１方向に交互に振られるように移動するため起振力が生じる。また、図４に示されるようにロータ５１，５２が「第１の状態」と「第２の状態」の中間にあるとき、あるいは図６に示されるようにロータ５１，５２が「第２の状態」と「第３の状態」の中間にあるときなどでは、第１質量部７１と第３質量部７３とが互いに軸線Ｘ１を境に左右両側に分かれて移動し、第２質量部７２と第４質量部７４も互いに軸線Ｘ１を境に左右両側に分かれて移動するため、曲げモーメント等の振動の発生要因が抑制される。
【００３５】
このようにロータ５１，５２が回転することによる重心Ｇ１，Ｇ２の周期的な移動が起振力を生じ、ピストン２６の往復運動等によってエンジン１０に発生する軸線Ｘ１方向の振動成分を抑える方向に作用するため、回転するロータ５１，５２は、エンジン１０の振動を抑制するためのバランサとしての機能を果たすことができる。しかもロータ５１，５２の回転によるポンプ機能によって、ポンプ室４２内のオイル等の流体をエンジン１０の被供給部に供給することができる。
【００３６】
図８は、第２の実施形態に係るルーツポンプ４０Ａを示している。このルーツポンプ４０Ａは、第１ロータ５１の第１質量部７１に、例えば鉛等のように比重の大きな高密度部材８０が設けられている。第２ロータ５１の第３質量部７３にも、例えば鉛等のように比重の大きな高密度部材８１が設けられている。第２質量部７２と第４質量部７４とは、例えば樹脂あるいはセラミックスなどのように金属よりも比較的軽量な材料からなり、高密度部材は設けられていない。このような構成とすることにより、第１質量部７１と第３質量部７３の質量を、第２質量部７２と第４質量部７４の質量よりも大きくし、ロータ５１，５２の回転軸５３，５４の中心と重心Ｇ１，Ｇ２の位置を互いに異ならせている。
【００３７】
このルーツポンプ４０Ａ（図８）は第１の実施形態のルーツポンプ４０（図１〜図７）と同様に、ロータ５１，５２が１回転する間に、第１質量部７１と第３質量部７３が一方側（図８において上側）に片寄る「第１の状態」と、互いに近付く「第２の状態」と、反対側（図８において下側）に片寄る「第３の状態」と、互いに離れる「第４の状態」とが、回転の９０°ごとに順に生じるようにしている。それ以外の構成と作用、効果についてこのルーツポンプ４０Ａは第１の実施形態のルーツポンプ４０と共通であるため、両者に共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図９は、第３の実施形態に係るルーツポンプ４０Ｂを示している。このルーツポンプ４０Ｂは、第１ロータ５１の第１質量部７１の全体が、例えば鉛等のように比重の大きな高密度材料９０によって形成されている。また、第２質量部７２の全体が、例えば樹脂あるいはセラミックスなどのように金属よりも比較的軽量（比重が小さい）な低密度材料９１によって形成されている。第２ロータ５１の第３質量部７３は、例えば鉛等のように比重の大きな高密度材料９２によって形成されている。第４質量部７４は、例えば樹脂あるいはセラミックスなどのように比較的軽量な低密度材料９３によって形成されている。
【００３９】
こうすることによって第１質量部７１と第３質量部７３の質量を第２質量部７２と第４質量部７４の質量よりも大きくし、ロータ５１，５２の回転軸５３，５４の中心と重心Ｇ１，Ｇ２の位置を互いに異ならせている。それ以外の構成と作用、効果についてこのルーツポンプ４０Ａは第１の実施形態のルーツポンプ４０と共通であるため、両者に共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
なお本発明を実施するに当たり、エンジンや流体ポンプおよび連動機構の具体的な構造および配置等の態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。流体ポンプは、エンジンによって回転する第１ロータおよび第２ロータを備えたものであればよい。また第１ロータと第２ロータのうちの一方のみ、回転軸の中心と重心の位置を異ならせてもよい。
【００４１】
また本発明に係る流体ポンプを、潤滑油以外の流体（例えばエンジン冷却水）をエンジン各部に送るために使用してもよいし、エンジンの排気系に設けるＥＧＲ装置において高圧のＥＧＲガスを吸気系に圧送するために使用されてもよい。また本発明に係る流体ポンプを送風機あるいはコンプレッサとして用いることもできるし、真空ポンプ（ブースタポンプ）として用いることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１…振動抑制装置、１０…エンジン、１１…シリンダブロック、Ｘ１…軸線、２１…クランクシャフト、２６…ピストン、４０，４０Ａ，４０Ｂ…ルーツポンプ（流体ポンプ）、４１…ポンプケース、４２…ポンプ室、４３…流入孔、４４…流出孔、５１…第１ロータ、５２…第２ロータ、５３，５４…回転軸、Ｇ１…第１ロータの重心、Ｇ２…第２ロータの重心、６０…連動機構、７１…第１質量部、７１ａ…中空部、７２…第２質量部、７３…第３質量部、７３ａ…中空部、７４…第４質量部、８０，８１…高密度部材、９０…高密度材料、９１…低密度材料、９２…高密度材料、９３…低密度材料。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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