(57)【要約】      （修正有）【課題】バランサー装置を用いることなく内燃機関の振動を低減し、かつ、コントロールシャフトをクランクシャフトと連動して回転させることによって、コントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要を無くし、燃費の向上や装置の小型化を図る。【解決手段】クランクシャフト２のクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンク１１とピストン１とをアッパーリンク１２により連結する。コントロールシャフト１３とロアーリンク１１とをコントロールリンク１４により連結する。振動低減用のバランスウェイト１９を備えたバランサーシャフト１７をコントロールシャフト１３と同軸上に配置する。バランサーシャフト１７がクランクシャフト１と同速度で逆方向に回転するように両者を連結する。バランサーシャフト１７に対するコントロールシャフト１３の回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更可能とする。【選択図】図３
2015215045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアーリンクと、
上記ロアーリンクと内燃機関のピストンとを連結するアッパーリンクと、
上記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトと、
このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、
上記コントロールシャフトと同軸上に配置されたバランサーシャフトと、
このバランサーシャフトに設けられた振動低減用のバランスウェイトと、
上記クランクシャフトの回転と同期して上記バランサーシャフトが回転するように、上記クランクシャフトと上記バランサーシャフトとを連結する第１のリンク機構と、
上記バランサーシャフトの回転に連動して上記コントロールシャフトが回転するように、上記バランサーシャフトと上記コントロールシャフトとを連結する第２のリンク機構と、を有し、
この第２のリンク機構が、上記バランサーシャフトに対する上記コントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段を含んでなることを特徴とする複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置。
【請求項２】
上記クランクシャフトが中空形状をなし、
上記バランサーシャフトが、上記クランクシャフトの内部を相対回転可能に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置。
【請求項３】
上記第１のリンク機構は、上記バランサーシャフトが上記クランクシャフトに対して逆方向に等速で回転するように、上記クランクシャフトと上記バランサーシャフトとを連結していることを特徴とする請求項１又は２に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動を低減するために、バランサー装置を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０７６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関では、ピストンとクランクシャフトとを一本のコネクティングロッドにより連結した単リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関に比して、ピストンストローク特性の設定の自由度が高いことから、その構造上、クランクシャフトの回転周期に対して２次（１／２の回転周期）以上の高次振動成分を低減することは可能である。但し、内燃機関の小型化を図るために気筒数を抑制し、例えば単気筒，直列２気筒あるいは直列３気筒の４サイクル式内燃機関とした場合には、クランクシャフトの回転に対する１次の振動が生じ易い。
【０００５】
このような振動を低減するために、上記特許文献１に記載の技術のように、バランサー装置を別途設けると、コストアップとなるとともに、フリクションの増加や重量の増加によって燃費性能が悪化するという問題がある。
【０００６】
また、複リンク式ピストン−クランク機構を利用して圧縮比を変更可能な構造では、一般的には上記特許文献１に記載のように、コントロールシャフトの回転角度に応じて圧縮比を変更する構造となっている。このような構造の場合、機関運転中に高速で回転するクランクシャフト側からコントロールシャフトに大きな燃焼荷重や慣性荷重が繰り返し作用し、例えば機関圧縮比を一定に保持する運転条件の場合、これらの荷重に抗してコントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要があり、また機関圧縮比を変更する場合にも、これらの荷重に抗してコントロールシャフトを回転駆動する必要があるために、コントロールシャフトを保持及び駆動する電動モータや油圧アクチュエータ等のアクチュエータに大きな駆動力が要求され、アクチュエータの大型化やコストの増加を招き易い。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、バランサー装置を別途追加することのない簡素な構成で内燃機関の振動を低減するとともに、コントロールシャフトをクランクシャフトと連動して回転させることによって、コントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要を無くし、装置の小型化や燃費の向上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】
本発明に係る複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置は、内燃機関のクランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアーリンクと、上記ロアーリンクと内燃機関のピストンとを連結するアッパーリンクと、上記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトと、このコントロールシャフトと上記ロアーリンクとを連結するコントロールリンクと、上記コントロールシャフトと同軸上に配置されたバランサーシャフトと、このバランサーシャフトに設けられた振動低減用のバランスウェイトと、上記クランクシャフトの回転と同期して上記バランサーシャフトが回転するように、上記クランクシャフトと上記バランサーシャフトとを連結する第１のリンク機構と、上記バランサーシャフトの回転に連動して上記コントロールシャフトが回転するように、上記バランサーシャフトと上記コントロールシャフトとを連結する第２のリンク機構と、を有し、この第２のリンク機構が、上記バランサーシャフトに対する上記コントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段を含んでいる。
【０００９】
このように、バランスウェイトを備えたバランサーシャフトをコントロールシャフトと同軸上に配置し、このバランサーシャフトをクランクシャフトに同期して回転させることによって、クランクシャフトの回転周期に応じて生じる１次もしくは２次以上の振動成分を有効に抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の複リンク式ピストン−クランク機構においては、機関圧縮比を変更するためのコントロールシャフトを、第２のリンク機構を介してバランサーシャフトと連動して回転させており、圧縮比変更手段によりバランサーシャフトに対するコントロールシャフトの回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更することができる。このために、コントロールシャフトを一定角度に保持するアクチュエータが不要となり、装置の小型化を図ることができるとともに、コントロールシャフトを保持するためのエネルギー損失が解消されて、燃費向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バランサー装置を別途追加することのない簡素な構成で、クランクシャフトの回転に同期して生じる振動成分を抑制しつつ、コントロールシャフトを所定の回転位置に保持する必要が無いことから、装置の小型化や燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置の一実施例を示す斜視図。
【図２】図１の斜視図からコントロールシャフトを省略して示す斜視図。
【図３】上記実施例の振動低減装置を示す側面図。
【図４】上記実施例の振動低減装置の一部を破断して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図示実施例により本発明を説明する。図１〜図４は、本発明の一実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の振動低減装置を示している。
【００１４】
この内燃機関は、直列３気筒の４サイクル内燃機関であり、各気筒毎にピストン１が設けられている。各ピストン１は、図示していないが、シリンダブロックのシリンダー（図示省略）に往復移動可能に嵌合している。また、シリンダブロックにはクランクシャフト２が回転可能に支持されている。
【００１５】
ピストン１とクランクシャフト２とを連結する複リンク式ピストン−クランク機構１０は、クランクシャフト２のクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンク１１と、ロアーリンク１１とピストン１とを連結するアッパーリンク１２と、クランクシャフト２と平行に配置され、機関本体としてのシリンダブロックに回転可能に支持されるコントロールシャフト１３と、このコントロールシャフト１３とロアーリンク１１とを連結するコントロールリンク１４と、を備えている。ピストン１とアッパーリンク１２の上端とはピストンピン１５により相対回転可能に連結され、アッパーリンク１２の下端とロアーリンク１１とは第１連結ピン１６により相対回転可能に連結され、コントロールリンク１４の上端とロアーリンク１１とは第２連結ピン（図示省略）により相対回転可能に連結されている。コントロールシャフト１３には、回転中心より偏心した偏心軸部１３Ａが各気筒毎に設けられ、この偏心軸部１３Ａにコントロールリンク１４の下端が回転可能に取り付けられている。
【００１６】
そして本実施例では、コントロールシャフト１３と同軸上に、バランサーシャフト１７が配置されている。具体的には、コントロールシャフト１３は、その内部に軸方向に延びる軸方向孔１８が形成された中空形状をなしており、このコントロールシャフト１３の軸方向孔１８の内部に、バランサーシャフト１７が相対回転可能に配置されている。つまり、コントロールシャフト１３の内部にバランサーシャフト１７が同軸上かつ回転可能に配置された２軸構造をなしている。
【００１７】
バランサーシャフト１７は、前端に第１ギヤ２１、後端にバランスウェイト１９が取り付けられている。バランスウェイト１９は、クランクシャフト１の回転に対する１次（同じ周期）の振動を低減するための所定の質量（マス）を備えるもので、例えば所定厚さの扇状をなしている。
【００１８】
図４にも示すように、前端の第１ギヤ２１は、バランサーシャフト１７の前端に固定されるハウジング２３にボルト２７等を用いて固定されており、バランサーシャフト１７と一体的に回転する。この第１ギヤ２１は、クランクシャフト２の前端に設けられた第２ギヤ２２に噛み合っている。両ギヤ２１，２２の外周に設けられた歯数は同数であり、両ギヤ２１，２２の噛み合い部分を介して、クランクシャフト２が回転すると、このクランクシャフト２の回転方向と逆方向に同じ速度でバランサーシャフト１７が回転する。つまり、クランクシャフト２の回転に同期してバランサーシャフト１７が回転するように、両ギヤ２１，２２が両シャフト２，１７を連結する第１のリンク機構を構成している。
【００１９】
コントロールシャフト１３は、バランサーシャフト１７の回転に連動して回転するように、第２のリンク機構２４によりバランサーシャフトと連結されている。この第２のリンク機構２４には、バランサーシャフト１７に対するコントロールシャフト１３の回転位相を変更することによって、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段としての位相変更機構を含んでいる。
【００２０】
この位相変更機構は、動弁系で良く用いられるバルブタイミング機構と同様のものであり、簡単に説明すると、バランサーシャフト１７と一体的に回転するハウジング２３の内部には、コントロールシャフト１３と一体的に回転するベーンが収容配置された凹部が設けられている。ベーンにより仕切られる凹部内の２つの油室には油圧制御弁２５を介してそれぞれ油圧が供給されており、油圧制御弁２５により２つの油室の供給油圧を制御することによって、凹部内でのベーンの回転位置が変化して、バランサーシャフト１７に対するコントロールシャフト１３の回転位相が制御される。油圧制御弁２５の動作は制御部２６によって機関運転状態に応じて制御される。なお、この実施例では位相変更機構を油圧駆動式としているが、応答性を向上するために電動モータにより駆動する方式としても良い。
【００２１】
上記の構成により、クランクシャフト２が回転すると、バランスウェイト１９を備えたバランサーシャフト１７が両ギヤ２１，２２を介して逆方向に同じ速度で回転する。これによって、気筒数が３気筒以下の内燃機関で特に懸念されるクランクシャフト２の回転周期に対する１次の振動成分を吸収・相殺し、クランクシャフト２の回転に対する１次振動を十分に低減することができる。
【００２２】
また、このバランサーシャフト１７には位相変更機構を介してコントロールシャフト１３が連結されており、バランサーシャフト１７の回転に連動してコントロールシャフト１３が回転する。そして、位相変更機構によりバランサーシャフト１７に対するコントロールシャフト１３の回転位相を変更することによって、ピストン−ストローク特性が変化し、これにより機関圧縮比を変更することができる。
【００２３】
このように本実施例では、コントロールシャフト１３と同軸上にバランサーシャフト１７を設け、両シャフト１３，１７を連結・接続する第２のリンク機構２４に位相変更機構を設けることで、機関圧縮比の変更と、バランサーシャフト１７による振動低減と、を両立することができる。
【００２４】
また、バランサーシャフト１７とコントロールシャフト１３とを同軸上に配置した２軸構造とし、特に本実施例ではコントロールシャフト１３の内部にバランサーシャフト１７を収容配置しているために、スペース効率に優れており、小型化・軽量化を図ることができる。
【００２５】
コントロールシャフト１３がクランクシャフト２に連動して回転する構造としたので、コントロールシャフト１３を一定の角度位置に保持するアクチュエータが不要となり、小型化，コスト削減，及び消費エネルギーの低減化を図ることができる。なお、本実施例においても、位相変更機構によりバランサーシャフト１７に対してコントロールシャフト１３の位相を変更する際にエネルギーは必要となるが、高速で回転するクランクシャフト２に対してコントロールシャフト１３を一定の角度位置に保持する従来の構造に比して、コントロールシャフト１３にかかる荷重は十分に低く抑えられることから、アクチュエータの小型化や消費エネルギーの低減化を図ることができる。
【００２６】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、本発明は、クランクシャフトに対する回転１次の振動を有効に低減できることから、クランクシャフトの回転に対する１次の振動を生じ易い３気筒，２気筒あるいは単気筒の内燃機関に好適であるが、これに限らず、４気筒以上の内燃機関にも同様に適用することができる。この場合、クランクシャフトの回転に対する２次以上の高次振動成分を除去するために、バランサーシャフトをクランクシャフトの２倍以上の速度で回転させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１…ピストン
２…クランクシャフト
１０…複リンク式ピストン−クランク機構
１１…ロアーリンク
１２…アッパーリンク
１３…コントロールシャフト
１４…コントロールリンク
１７…バランサーシャフト
１９…バランスウェイト
２１…第１ギヤ（第１のリンク機構）
２２…第２ギヤ（第１のリンク機構）
２４…第２のリンク機構
【図１】
2015215045.tif 000003
【図２】
2015215045.tif 000004
【図３】
2015215045.tif 000005
【図４】
2015215045.tif 000006