JP2002276386A - 奇数気筒のｖ型内燃機関 - Google Patents

奇数気筒のｖ型内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 内燃機関の重量増・大型化を招来することな
く、１次慣性力による１次振動の発生を防止する奇数気
筒のＶ型内燃機関を提供する。 【解決手段】 （２ｎ＋１）（ｎは自然数）個の気筒を
有するＶ型内燃機関において、Ｍ：往復運動部分の質量
ｋ：ｎで決まる係数 α：共用クランクピンＫCからの
回転方向への角度 ｒ：クランク半径 ω：クランク軸
の角速度 として、クランク軸には、ｋＭｒω2の大きさで、（α
＋１８０）度の向きのバランス力が発生するバランスウ
エイトＷBが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、奇数気筒のＶ型内
燃機関に関し、詳細には、ピストン等の往復運動部分の
１次慣性力に起因して発生する１次振動を防止するため
の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、往復動内燃機関のピストン等の往
復運動部分に発生する慣性力の不釣り合いによる振動を
防止するために、チェーンや歯車等の伝動機構を介して
伝達されるクランク軸の動力により、クランク軸と同期
して回転駆動されるバランサ軸等のバランサ機構を設け
ることが行われており、そのうち、奇数気筒のＶ型内燃
機関におけるバランサ機構として、特公平４−３６２５
２号公報に開示されたものが知られている。この公報に
開示されたＶ型内燃機関は、車体フレーム前方に配置さ
れた３つのシリンダと、車体フレーム後方に配置された
２つのシリンダとを有する５気筒内燃機関であり、クラ
ンク軸の２つのクランクピンには、それぞれ、前方シリ
ンダのコネクティングロッドおよび後方シリンダのコネ
クティングロッドが共に接続され、クランク軸の左端に
ある残りのクランクピンには、左端に位置する残りの１
つの前方シリンダのコネクティングロッドが接続され
る。そして、内燃機関の運転により発生する慣性力の不
釣り合いを解消するために、左端の前方シリンダのコネ
クティングロッドの大端部にバランサ機構が設けられ
る。このバランサ機構は、該大端部の回転に伴って振り
子運動をする２つのアームからなり、またバランサ機構
を収容する収容部が後方シリンダの左方に隣接して設け
られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術では、慣性力の不釣り合いを解消するために、バラン
サ機構が必要となり、しかも該バランサ機構を収容する
スペースも必要となるため、内燃機関の重量が増加する
と共に内燃機関が大型となるうえ、部品点数が増加する
ものであり、さらに摺動部が増えるため摩擦損失が増加
する難点があった。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、請求項１ないし請求項３記載の発明は、
内燃機関の重量増および大型化を招来することなく、１
次慣性力の不釣り合いに起因する１次振動の発生を防止
できる奇数気筒のＶ型内燃機関を提供することを目的と
する。そして、請求項２記載の発明は、さらに、奇数気
筒のうちの対とならない１つの気筒に嵌合するピストン
を利用して１次振動の発生を防止すると共に、気筒毎
に、クランク軸の回転方向での１次慣性力の均等化を図
ることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、簡
単な構造で１次慣性力が偶力となって発生するカップリ
ング振動を防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本願の
請求項１記載の発明は、Ｖ字状をなす２つのバンクを形
成する（２ｎ＋１）（ここで、ｎは自然数）個の気筒
と、前記各気筒のシリンダボアに嵌合するピストンと、
前記両バンクにそれぞれ属する１対の前記ピストンにそ
れぞれ連結されたコンロッドが共に連結されたｎ本の共
用クランクピンおよび１つの残りの前記ピストンに連結
されたコンロッドのみが連結された１本の単独クランク
ピンを有するクランク軸とを備えた奇数気筒のＶ型内燃
機関において、前記ｎ本の共用クランクピンは、同じ位
相に配置され、前記両バンクがなすバンク角θは次式を
満たすように設定され、
【数４】 前記単独クランクピンは、前記残りのピストンが前記ク
ランク軸の回転方向で進み側になる前記バンクに属する
場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の
角度をもって前記回転方向で遅れ側に配置され、前記残
りのピストンが前記回転方向で遅れ側になる前記バンク
に属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−
θ）度の角度をもって前記回転方向で進み側に配置さ
れ、前記全ての気筒において前記ピストン等の往復運動
部分の質量は等しく設定され、
【数５】
【数６】 α：前記共用クランクピンからの前記回転方向への角度 Ｍ：前記各往復運動部分の質量 ｒ：クランク半径 ω：前記クランク軸の角速度 としたとき、前記クランク軸には、ｋＭｒω2の大きさ
で、かつ（α＋１８０）度の向きのバランス力が発生す
るバランスウエイトが設けられている奇数気筒のＶ型内
燃機関である。
【０００６】この請求項１記載の発明によれば、（ｎ＋
１）個の気筒で形成されるバンクとｎ個の気筒で形成さ
れるバンクとがバンク角θをなす奇数気筒のＶ型内燃機
関において、内燃機関の運転により、（２ｎ＋１）個の
ピストン等の往復運動部分に発生する１次慣性力が、ク
ランク軸に設けられたバランスウエイトに発生するｋＭ
ｒω2の大きさで、かつ（α＋１８０）度の向きを有す
るバランス力により釣り合うため、１次慣性力に起因す
る１次振動の発生が防止される。その結果、１次振動
が、クランク軸に設けられたバランスウエイトにより防
止されるので、従来技術のようにアームを有するバラン
サ機構や、伝動機構やバランサ軸を有するバランサ機構
を設ける必要がなく、内燃機関の重量増が抑制さると共
に、内燃機関が小型化される。また、部品点数が削減さ
れるので生産性が向上し、さらに摺動部の減少により摩
擦損失が減少して、有効な機関出力を増大させることが
できる。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の奇
数気筒のＶ型内燃機関において、前記バランスウエイト
は、複数個設けられて、前記ピストン等の往復運動部分
毎に５０％のバランス率となるように設定され、かつ前
記クランク軸の回転軸線に対して前記各クランクピンの
１８０度反対側に設けられているものである。
【０００８】この請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の効果に加えて、共用クランクピンに連結された
全てのピストン等の往復運動部分の不平衡１次慣性力
が、単独クランクピンに連結されたピストン等の往復運
動部分の不平衡１次慣性力と釣り合うことで１次振動の
発生が防止されるので、共用クランクピンに連結されて
１対となったピストン等の往復運動部分以外の残りのピ
ストン等の往復運動部分を利用して、バランスウエイト
の設置が容易な形態で１次振動の発生を防止できる。し
かも、バランスウエイトは、ピストン等の往復運動部分
毎に５０％のバランス率となるように設定されるため、
クランク軸の回転方向での１次慣性力が均等化されるの
で、クランク軸およびクランク軸を支持する軸受部の設
計が容易となると共に、剛性を高めるための重量増が回
避されて、内燃機関を軽量化できる。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の奇数気筒のＶ型内燃機関において、ｎは偶
数であり、前記バランスウエイトは複数個設けられ、前
記単独クランクピンは、前記クランク軸にその回転軸線
方向での中央に配置され、前記残りのピストンが嵌合す
るシリンダボアの中心軸線を含みかつ前記回転軸線に直
交する仮想平面に対して、前記全てのピストン等の往復
運動部分および前記全てのバランスウエイトが面対称に
配置されているものである。
【００１０】この請求項３記載の発明によれば、引用さ
れた請求項記載の発明の効果に加えて、クランク軸に発
生する１次慣性力はバランスウエイトに発生するバラン
ス力と釣り合ううえ、各ピストン等の往復運動部分に発
生する１次慣性力およびバランスウエイトに発生するバ
ランス力は仮想平面に関して面対称になるため、１次慣
性力およびバランス力により偶力が形成されることがな
いので、単独クランクピン、ピストン等の往復運動部分
およびバランスウエイトの面対称な配置という簡単な構
造により、１次慣性力およびバランス力に起因するカッ
プリング振動の発生が防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図９を参照して説明する。本発明が適用されるＶ
型内燃機関Ｅは、自動２輪車Ｖに搭載されるＤＯＨＣ型
で水冷式のＶ型５気筒４サイクル内燃機関である。図１
および図２を参照すると、内燃機関Ｅは、上部が、前後
方向にバンク角θのＶ字形のＶバンクを形成する前バン
ク1aおよび後バンク1bを形成し、下部が上クランクケー
ス1cを形成するシリンダブロック１と、各バンク1a，1b
においてシリンダブロック１にその上端面にて結合され
る前シリンダヘッド2aおよび後シリンダヘッド2bと、シ
リンダブロック１にその下端面にて結合される下クラン
クケース３と、下クランクケース３にその下端面にて結
合されるオイルパン４とを備える。
【００１２】前輪WFを支持するフロントサスペンション
を保持するヘッドパイプ30と該ヘッドパイプ30に前端が
接続されて後方斜め下方に延びる左右１対のメインフレ
ーム31，32等とを備える車体フレームに、左右方向を指
向するように横置き配置とされるクランク軸５は、シリ
ンダブロック１の下端面と下クランクケース３の上端面
との合わせ面上にその回転軸線Ｌが位置した状態で、シ
リンダブロック１および下クランクケース３に回転自在
に支持される。クランク軸５は、図１において、反時計
方向に回転するため、前バンク1aは後バンク1bに対して
クランク軸５の回転方向で進み側にある。なお、この明
細書において、「前後左右」は、車体を基準としたとき
の「前後左右」を意味するものとする。
【００１３】内燃機関Ｅは、燃料タンク33の下方で、か
つシート34の前方斜め下方であって、図２に図示される
ように、平面視で両メインフレーム31，32の間に配置さ
れる。すなわち、各メインフレーム31，32の前部には、
ほぼ鉛直下方に延びる前ブラケット31a，32aが設けら
れ、該１対の前ブラケット31a，32aに、Ｖバンクの外側
で前バンク1aに一体に形成された支持部T1が固定され、
各前ブラケット31a，32aの上下方向での中間部から後方
にほぼ水平に延びる連結部31b，32bに、Ｖバンクの内側
で前バンク1aに一体形成された支持部T2が固定される。
さらに、各メインフレーム31，32の後部には、ほぼ鉛直
下方に延びる垂下部31c，32cが設けられ、該１対の垂下
部31c，32cの上部位置に、上クランクケース1cの後部に
形成された支持部T3が固定され、両垂下部31c，32cの下
部位置に、下クランクケース３の後部に形成された支持
部T4が固定される。また、両垂下部31c，32cにおいて、
両支持部T3，T4が固定される部分の、上下方向での中間
部に、後輪WRを支持するＵ字状のリヤフォーク35の前端
部が枢支される。
【００１４】図３を併せて参照すると、前バンク1aは、
クランク軸５の回転軸線Ｌ方向に沿って配列されて一体
に結合された３つの気筒C1，C3，C5を有し、各気筒C1，
C3，C5に形成されたシリンダボアB1，B3，B5の中心軸線
N1，N3，N5は、回転軸線Ｌから前方斜め上方を指向し
て、各気筒C1，C3，C5が前傾している。また、後バンク
1bは、回転軸線Ｌ方向に沿って配列されて一体に結合さ
れた２つの気筒C2，C4を有し、各気筒C2，C4に形成され
たシリンダボアB2，B4の中心軸線N2，N4は、回転軸線Ｌ
から後方斜め上方を指向して、各気筒C2，C4が後傾して
いる。各気筒C1〜C5のシリンダボアB1〜B5には、ピスト
ンリングが装着されたピストンP1〜P5が摺動自在に嵌合
し、各ピストンP1〜P5と対応するシリンダヘッド2a，2b
との間に形成される燃焼室の燃焼圧力により往復運動す
るピストンP1〜P5が、各ピストンP1〜P5とクランク軸５
とを連結するコンロッドR1〜R5を介して、クランク軸５
を回転駆動する。
【００１５】具体的には、クランク軸５は、シリンダブ
ロック１および下クランクケース３に、それぞれ回転軸
線Ｌ方向に所定の間隔をおいて形成された４つの軸受部
D1〜D4により、そのジャーナルＪ1〜J4にて主軸受を介
して支持される。そして、クランク軸５において、軸受
部D1と軸受部D2との間のクランクピンK1には、両バンク
1a，1bにそれぞれ属する気筒C1，C2にそれぞれ嵌合する
１対のピストンP1，P2のピストンピンS1，S2にそれぞれ
連結されたコンロッドR1，R2が共に連結され、軸受部D2
と軸受部D3との間にあってクランクピンK1に隣接するク
ランクピンK2には、前バンク1aに属する気筒C3に嵌合す
るピストンP3のピストンピンS3に連結されたコンロッド
R3のみが連結され、軸受部D3と軸受部D4との間にあって
クランクピンK2に隣接するクランクピンK3には、両バン
ク1b ，1aにそれぞれ属する気筒C4，C5にそれぞれ嵌合
する１対のピストンP4，P5のピストンピンS4，S5に連結
されたコンロッドR4，R5が共に連結される。したがっ
て、２つのクランクピンK1，K3は、２組の１対のコンロ
ッドR1，R2，R4，R5が連結される共用クランクピンを構
成し、クランク軸５の両端のジャーナルJ1，J4の間で、
回転軸線Ｌ方向での中央に配置されたクランクピンK2
は、ピストンP3に連結された１つのコンロッドR3のみが
連結される単独クランクピンを構成する。
【００１６】また、クランクピンK1とクランクピンK3と
は同じ位相に配置、すなわちクランク軸５の回転軸線Ｌ
方向から見たとき重なる位置に配置され、コンロッドR1
およびコンロッドR5と、コンロッドR2およびコンロッド
R4とは、気筒C3のシリンダボアB3の中心軸線N3を含み、
かつ回転軸線Ｌに直交する仮想平面Ｈに対して面対称な
位置において、クランクピンK1およびクランクピンK3に
それぞれ連結され、さらに仮想平面Ｈに対して、全シリ
ンダボアB1〜B5が面対称に配置される。そのため、ピス
トンP1〜P5等の往復運動部分は、仮想平面Ｈに対して面
対称に配置される。
【００１７】なお、この明細書において、ピストンP1〜
P5等の往復運動部分とは、ピストンP1〜P5と、ピストン
リングやピストンピンS1〜S5等のピストンP1〜P5と共に
往復運動するピストンP1〜P5の付属部材と、ピストンピ
ンS1〜S5を介してピストンP1〜P5に連結されるコンロッ
ドR1〜R5のうち往復運動する部分とを合わせたものを意
味する。
【００１８】さらに、回転軸線Ｌ方向において、クラン
クピンK1の両端には、２つのクランクウェブG1，G2が設
けられ、同様に、ククランクピンK2の両端には、２つの
クランクウェブG3，G4が、そしてクランクピンK3の両端
には、２つのクランクウェブG5，G6がそれぞれ設けられ
る。それらクランクウェブG1〜G6には、各ピストンP1〜
P5等の往復運動部分に発生する１次慣性力を減少させる
バランス力を発生するバランスウエイトが、仮想平面Ｈ
に対して面対称な配置となるようにぞれぞれ設けられ
る。そして、４つのピストンP1，P2，P4，P5について
は、回転軸線Ｌに対してクランクピンK1，K3の１８０度
反対側で、クランクピンK1，K3の中心軸線、すなわちク
ランク半径上にその重心が位置するようバランスウエイ
トが設けられ、ピストンP3については、回転軸線Ｌに対
してクランクピンK2の１８０度反対側で、クランクピン
K2の中心軸線、すなわちクランク半径（この半径は、ク
ランクピンK1，K3のそれと等しい）上にその重心が位置
するようバランスウエイトが設けられる。さらに、全て
等しい質量を有するように設定されたピストンP1〜P5等
の往復運動部分に対して、バランスウエイトにより、各
ピストンP1〜P5等の往復運動部分の１次慣性力に対する
バランス率がいずれも５０％に設定される。
【００１９】そして、図１および図２を参照すると、回
転軸線Ｌ方向での幅が前バンク1aのそれよりも小さい後
バンク1bは、前バンク1aよりもシート34に近い位置を占
め、また全シリンダボアB1〜B5は仮想平面Ｈに対して面
対称に配置されることから、前バンク1aおよび後バンク
1bの回転軸線Ｌ方向での両端部である左右端部は、左右
方向での車体中心Ｙに対してほぼ対称な位置を占め、ま
た前バンク1aの３つの気筒C1，C3，C5および後バンク1b
の２つの気筒C2，C4は、車体中心Ｙに対してほぼ対称な
位置を占める。
【００２０】この内燃機関Ｅは、前述のように、内燃機
関Ｅの運転により、ピストンP1〜P5等の往復運動部分の
往復運動に起因して発生する１次慣性力に釣り合うバラ
ンス力を発生するバランスウエイトを備えており、この
バランス力により１次慣性力の不釣り合い分である不平
衡１次慣性力を０（零）として、１次振動の発生を防止
している。そこで、以下、この１次振動防止構造につい
て説明する。
【００２１】まず、一般に、（２ｎ＋１）（ここで、ｎ
は自然数）個の奇数の気筒を有し、バンク角θのＶ型内
燃機関について説明し、その後、その特別の場合として
の前述の５気筒のＶ型内燃機関Ｅについて説明する。
【００２２】（２ｎ＋１）個の気筒を有するＶ型内燃機
関において、（ｎ＋１）個の気筒がクランク軸の回転軸
線方向に配列されて第１バンクを形成し、ｎ個の気筒が
前記回転軸線方向に配列されて第２バンクを形成する。
クランク軸は、第１，第２バンクにそれぞれ属する２つ
の気筒にそれぞれ嵌合する２つのピストンにそれぞれ連
結されたコンロッドが共に連結されるｎ本の共用クラン
クピンと、第１バンクの残りの気筒に嵌合する１つのピ
ストンに連結されたコンロッドのみが連結される１本の
単独クランクピンを有する。そして、ｎ本の共用クラン
クピンは同じ位相に配置、すなわちクランク軸の回転軸
線方向から見たとき重なる位置に配置される。また、単
独クランクピンは、前記回転軸線方向でクランク軸のど
の位置にあってもよい。
【００２３】最初に、クランク軸の回転軸線方向に見た
説明図である図４を参照して、１本の共用クランクピン
ＫCに連結され、かつ第１，第２バンクにそれぞれ属す
る２つの気筒ＣL，ＣMにそれぞれ嵌合する２つのピスト
ンＰL，ＰMの往復運動により発生する１次慣性力につい
て説明する。クランク軸は、図中のＡで示される矢印方
向に回転するものとし、前記回転軸線を原点として、原
点から延びる第２バンクの気筒ＣMのシリンダボアの中
心軸線をＹ軸とし、Ｙ軸と直交するＸ軸は、Ｙ軸の正方
向から回転方向Ａとは反対方向に９０度回転した位置で
原点から延びる半直線を正方向とする。第１バンクに属
する気筒ＣLのシリンダボアの中心軸線は、Ｙ軸からバ
ンク角θだけ回転方向で進み側に位置する。さらに、 Ｍ：ピストン等の往復運動部分の質量 τ：Ｙ軸からのクランク軸の回転角または共用クランク
ピンＫCの回転角 ｒ：クランク半径 ω：クランク軸の角速度 とする。このとき、第１バンクのピストンＰL等の往復
運動部分に発生する１次慣性力Ｆ1は式（１）で、また
第２バンクのピストンＰM等の往復運動部分に発生する
１次慣性力Ｆ2は式（２）で表される。
【数７】
【数８】 ここで、添字Ｘ，Ｙは、Ｘ軸方向成分およびＹ軸方向成
分を表す。
【００２４】したがって、この２つのピストンＰL，ＰM
等の往復運動部分を合わせた１次慣性力Ｆ12は、各１次
慣性力Ｆ1，Ｆ2のベクトル和となり、式（３）で表され
る。
【数９】
【００２５】よって、（２ｎ＋１）個の気筒を有するＶ
型内燃機関のｎ本の共用クランクピンに連結されたピス
トン等の往復運動部分の全体の１次慣性力Ｆnは、式
（４）で表される。
【数１０】
【００２６】次に、図５を参照して、単独クランクピン
ＫSに連結され、第１バンクの残りの気筒ＣNに嵌合する
ピストンＰN等の往復運動部分に発生する１次慣性力ＦC
を求める。第１バンクが、第２バンクに対して回転方向
で進み側にある場合について説明する。単独クランクピ
ンＫSの位相が、共用クランクピンＫCから回転方向Ａに
β度であるとすると、その１次慣性力ＦCは、式（５）
で表される。
【数１１】
【００２７】したがって、（２ｎ＋１）個の気筒を有す
るＶ型内燃機関全体の１次慣性力Ｆ Tは、１次慣性力Ｆn
と１次慣性力ＦCのベクトル和となり、式（６）で表さ
れる。
【数１２】
【００２８】ここで、バンク角θを式（７）を満たすよ
うに設定し、単独クランクピンＫSの位相を式（８）を
満たすように配置、すなわち共用クランクピンＫCから
（１８０−θ）度の角度をもって回転方向で遅れ側に配
置する。
【数１３】
【数１４】
【数１５】 なお、式（８）で、sinθが正の値となるのは、回転方
向でバンク角θが０度＜θ＜１８０度であることによ
る。
【００２９】式（７），(８)，（９）を式（６）に代入
して整理すると式（10）が得られる。
【数１６】 ここで、
【数１７】
【数１８】 とおくと、
【数１９】
【数２０】 であることから、式（13），（14）を考慮して、式（1
0）を変形すると次式が得られる。
【数２１】
【００３０】式（15）から、このＶ型内燃機関の各ピス
トンの往復運動部分に発生する１次慣性力の合力である
１次慣性力ＦTは、その大きさがｋＭｒω2であり、クラ
ンク軸の回転角τに対してα度遅れて、クランク軸と同
じ角速度で回るベクトルであることがわかる。それゆ
え、この１次慣性力ＦTに釣り合うバランス力を発生す
るバランスウエイトがクランク軸に設けられれば、この
Ｖ型内燃機関全体の不平衡１次慣性力を常に０（零）と
することができる。したがって、バランスウエイトＷB
は、共用クランクピンＫCがＹ軸上にある時の状態を示
す図６に示されるように、実線の白抜きの矢印で示され
る１次慣性力ＦTに対して、（α＋１８０）度の位置に
設けられ、その質量は、例えばクランク半径上にその重
心を有するｋＭに設定される。
【００３１】また、第１バンクが、第２バンクに対して
回転方向で遅れ側にある場合には、図７に図示されるよ
うに、式（５）に対応して、残りの気筒ＣNに嵌合する
ピストンＰN等の往復運動部分に発生する１次慣性力ＦC
は、単独クランクピンＫSの位相を、共用クランクピン
ＫCから回転方向Ａにβ度であるとすると、次式で表さ
れる。
【数２２】
【００３２】したがって、Ｖ型内燃機関全体の１次慣性
力ＦTは、１次慣性力Ｆnと１次慣性力ＦCのベクトル和
となり、式（17）で表される。
【数２３】
【００３３】ここで、バンク角θを式（７）を満たすよ
うに設定し、さらに単独クランクピンＫSの位相を式（1
8）を満たすように配置、すなわち共用クランクピンＫC
から（１８０−θ）度の角度をもって回転方向で進み側
に配置する。
【数２４】 式（７），(８)，（18）を式（17）に代入して整理する
と次式が得られる。
【数２５】 さらに、式（13），（14）を式（19）に代入すると、
【数２６】 となって、式（15）に対応する式が得られる。
【００３４】この式（20）から、残りの気筒が属する第
１バンクが、第２バンクに対して回転方向で遅れ側にあ
る場合には、１次慣性力ＦTは、その大きさがｋＭｒω2
であり、クランク軸の回転角τに対してα度進んで、ク
ランク軸と同じ角速度で回るベクトルであることがわか
る。それゆえ、この１次慣性力ＦTに釣り合うバランス
力を発生するバランスウエイトＷBをクランク軸に設け
れば、このＶ型内燃機関全体の不平衡１次慣性力を常に
０（零）とすることができる。したがって、バランスウ
エイトは、共用クランクピンＫCがＹ軸上にある時の状
態を示す図６に示されるように、破線の白抜きの矢印で
示される１次慣性力ＦTに対して、（α＋１８０）度の
位置に設けられ、その質量は、例えばクランク半径上に
その重心を有するｋＭに設定される。
【００３５】次に、このような一般的な１次振動防止構
造の特別な場合として、ｎ＝２の場合である前述のＶ型
５気筒の内燃機関Ｅの１次振動防止構造について説明す
る。（２ｎ＋１）気筒のＶ型内燃機関の場合は、式（1
5）または式（20）を満たす限り、バランスウエイトの
位置は、クランク軸のどの部分であってもよかったが、
この内燃機関Ｅでは、各ピストンP1〜P5等の往復運動部
分に対応して、全てのクランクウェブG1〜G6に設けられ
たバランスウエイトにより、各ピストンP1〜P5等の往復
運動部分の１次慣性力に対するバランス率がいずれも５
０％に設定されている。このことは、各ピストンP1〜P5
等の往復運動部分に対応して、クランク半径上にＭ／２
の質量を有するバランスウエイトが設けられることと等
価である。
【００３６】それゆえ、分かり易くするためクランクピ
ンK1，K3がＹ軸上に位置するときの状態を示す図８にお
いて、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に対応して、
バランスウエイトにより、図８の（Ａ）〜（Ｅ）に図示
されるようなバランス力ＦB1，ＦB2が発生し、内燃機関
Ｅ全体でのバランス力ＦBは、各バランス力ＦB1，ＦB 2
のベクトル和となる。そして、図８の（Ｆ）に図示され
るように、このバランス力ＦBは、式（15）において、
ｎ＝２とすることにより得られる１次慣性力ＦTと、大
きさが同じで、その向きが１８０度異なるため、両者の
合力は０（零）となり、１次慣性力による振動の発生が
防止される。
【００３７】また、このことは、クランクピンK1，K3に
連結された４つのピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動
部分の１次慣性力と該ピストンP1，P2，P4，P5等の往復
運動部分に対応するバランスウエイトのバランス力との
和として残る不平衡１次慣性力が、クランクピンK2に連
結されたピストンP3等の往復運動部分の１次慣性力と該
ピストンP3等の往復運動部分に対応するバランスウエイ
トのバランス力との和として残る不平衡１次慣性力によ
り釣り合わされて、内燃機関Ｅ全体の不平衡１次慣性力
が０（零）となることも示している。
【００３８】すなわち、分かり易くするためクランクピ
ンK1，K3がＹ軸上に位置するときの状態を示す図９を参
照すると、クランクピンK1，K3にそれぞれ連結されて、
前バンク1aに属する気筒C1，C5のピストンP1，P5等の往
復運動部分の１次慣性力は互いに等しく、それぞれ式
（１）で求められ、それらの合力の大きさは、２×（Ｍ
ｒω2cosθ）であり、その向きはＹ軸の正方向からθ度
である。そして、それらピストンP1，P5等の往復運動部
分に対応して設けられたバランスウエイトによるバラン
ス力は、その大きさが２×（Ｍｒω2）／２で、その向
きはＹ軸の正方向から１８０度である。したがって、両
ピストンP1，P5等の往復運動部分の不平衡１次慣性力Ｆ
U1は、１次慣性力とバランス力とのベクトル和となり、
その大きさは２×（Ｍｒω2）／２であり、その向きは
Ｙ軸の正方向から２θ度である。
【００３９】一方、クランクピンK1，K3に連結されて、
後バンク1bに属する気筒C2，C4のピストンP2，P4等の往
復運動部分の１次慣性力は互いに等しく、それぞれ式
（２）で求められ、それらの合力の大きさは、２×Ｍｒ
ω2であり、その向きはＹ軸の正方向である。そして、
それらピストンP2，P4等の往復運動部分に対応して設け
られたバランスウエイトによるバランス力は、その大き
さが２×Ｍｒω2／２で、その向きがＹ軸の正方向から
１８０度である。したがって、両ピストンP2，P4等の往
復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU2は、１次慣性力とバ
ランス力とのベクトル和となり、その大きさは２×（Ｍ
ｒω2）／２であり、その向きはＹ軸の正方向である。
【００４０】したがって、両不平衡１次慣性力ＦU1，Ｆ
U2のベクトル和である２本のクランクピンK1，K3に連結
されたピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分の不平
衡１次慣性力ＦU12は、その大きさが２×Ｍｒω2cosθ
であり、その向きがＹ軸の正方向からθ度である。そし
て、式（７）より、不平衡１次慣性力ＦU12の大きさ
は、Ｍｒω2／２である。
【００４１】そして、クランクピンK2に連結されて、前
バンク1aに属する気筒C3のピストンP3等の往復運動部分
の１次慣性力は、式（５）で求められ、その大きさは、
Ｍｒω2であり、その向きがＹ軸の正方向から−（１８
０−θ）度である。そして、ピストンP3等の往復運動部
分に対応して設けられたバランスウエイトによるバラン
ス力は、その大きさがＭｒω2／２で、その向きがＹ軸
からθ度である。したがって、ピストンP3等の往復運動
部分の不平衡１次慣性力ＦU3は、１次慣性力とバランス
力とのベクトル和となり、その大きさはＭｒω2／２で
あり、その向きはＹ軸の正方向から−（１８０−θ）度
である。
【００４２】以上のことから、クランクピンK1，K3に連
結された４つのピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部
分の１次不平衡慣性力ＦU12が、クランクピンK2に連結
されたピストンP3等の往復運動部分の１次不平衡慣性力
ＦU3により釣り合わされて、内燃機関Ｅ全体の不平衡１
次慣性力が０（零）となることがわかる。さらに、同様
のことが、（２ｎ＋１）気筒を有し、バランスウエイト
が、各ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバランス
率となるように設定されるＶ型内燃機関についてもいえ
る。
【００４３】次に、前述のように構成された実施例の作
用および効果について説明する。３の気筒C1，C3，C5で
形成される前バンク1aと２個の気筒C2，C4で形成される
後バンク1bとがバンク角θをなす内燃機関Ｅが運転され
たとき、クランク軸５に、ｋＭｒω2の大きさで、かつ
（α＋１８０）度（ここで、ｋ＝（１５／４）1/2であ
り、α＝−sin-1（１／４）である）の向きのバランス
力が発生するバランスウエイトが設けられた（図８の
（Ｆ）参照）ことにより、全ピストンP1〜P5等の往復運
動部分に発生する１次慣性力が、クランク軸５に設けら
れたバランスウエイトに発生するバランス力により釣り
合うため、１次慣性力に起因する１次振動の発生が防止
される。その結果、１次振動がクランク軸５に設けられ
たバランスウエイトにより防止されるので、従来技術の
ようにアームを有するバランサ機構や、伝動機構やバラ
ンサ軸を有するバランサ機構を設ける必要がなく、内燃
機関Ｅの重量増が抑制さると共に、内燃機関Ｅが小型化
される。また、部品点数が削減されるので生産性が向上
し、さらに摺動部の減少により摩擦損失が減少して、有
効な機関出力を増大させることができる。
【００４４】バランスウエイトが、ピストンP1〜P5等等
の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設
定され、かつ回転軸線Ｌに対して各クランクピンの１８
０度反対側に設けられるので、クランクピンK1，K3にそ
れぞれ連結された全てのピストンP1，P2，P4，P5等の往
復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU12が、クランクピンK
2に連結されたピストンP3等の往復運動部分の不平衡１
次慣性力ＦU3と釣り合うことで１次振動の発生が防止さ
れるので、クランクピンK1，K3にそれぞれ連結されて１
対となったピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分以
外の、クランクピンK2に連結されたピストンP3等の往復
運動部分を利用して、バランスウエイトの設置が容易な
形態で１次振動の発生を防止できる。しかも、バランス
ウエイトは、ピストンP1〜P5等の往復運動部分毎に５０
％のバランス率となるように設定されるため、クランク
軸５の回転方向での１次慣性力が均等化されるので、ク
ランク軸５およびクランク軸５を支持する軸受部D1〜D4
の設計が容易となると共に、剛性を高めるための重量増
が回避されて、内燃機関Ｅを軽量化できる。そのうえ、
クランク軸５が組立式クランク軸から構成される場合に
は、クランクウェブG1〜G6を含む部品の共用化が可能と
なり、コスト削減ができる。
【００４５】クランクピンK2は、クランク軸５の、回転
軸線Ｌ方向での中央に配置され、仮想平面Ｈに対して、
５つのピストンP1〜P5等の往復運動部分および全ての前
記バランスウエイトが面対称に配置されていることか
ら、クランク軸５に発生する１次慣性力はバランスウエ
イトに発生するバランス力と釣り合ううえ、各ピストン
P1〜P5等の往復運動部分に発生する１次慣性力およびバ
ランスウエイトに発生するバランス力は仮想平面Ｈに関
して面対称になり、１次慣性力およびバランス力により
偶力が形成されることがない。その結果、クランクピン
K1〜K3、ピストンP1〜P5等の往復運動部分およびバラン
スウエイトの面対称な配置という簡単な構造により、１
次慣性力およびバランス力に起因するカップリング振動
の発生が防止される。
【００４６】内燃機関Ｅが自動２輪車Ｖに搭載された状
態で、回転軸線Ｌ方向の幅が前バンク1aのそれよりも小
さい後バンク1bが、シート34に近い位置を占めるため、
運転者が両膝を狭めて、両脚の内側で燃料タンク33を挟
むことで、乗車姿勢をより安定化させるニーグリップ性
が良好になると共に、前バンク1aのみでなく後バンク1b
の２つの気筒C2，C4も、左右方向での車体中心Ｙに対し
てほぼ対称に位置することから、車体に対する内燃機関
Ｅの左右での重量のバランスがとれるうえ、内燃機関Ｅ
の重心が左右方向で車体中心Ｙに近づくので、操縦性お
よび走行安定性が向上する。また、また仮想平面Ｈに対
して、全シリンダボアB1〜B5が面対称に配置されること
から、回転軸線Ｌ方向での前バンク1aおよび後バンク1b
の左右端部は、車体中心Ｙに対してほぼ対称な位置を占
めるので、内燃機関Ｅの、車体フレームに対する搭載性
が向上する。
【００４７】５気筒Ｖ型内燃機関Ｅにおいて、クランク
ピンK2に連結されるピストンP3が後バンク1bに属する場
合、さらに、前述したように、５気筒Ｖ型内燃機関Ｅに
限られることなく、一般に（２ｎ＋１）気筒のＶ型内燃
機関においても、１次振動の発生が防止される。
【００４８】以下、前述した実施例の一部の構成を変更
した実施例について、変更した構成に関して説明する。
ｎ＝２の場合である前述の５気筒Ｖ型内燃機関Ｅ以外に
も、ｎが２以外の偶数であって、全気筒のピストン等の
往復運動部分および全てのバランスウエイトが、クラン
ク軸の両端のジャーナルの間で、回転軸線Ｌ方向での中
央に配置された単独クランクピンに連結されるピストン
が嵌合する気筒のシリンダボアの中心軸線を含み、かつ
回転軸線Ｌに直交する仮想平面に対して面対称に配置さ
れるものであれば、カップリング振動の発生が防止され
る。
【００４９】また、内燃機関は車両以外に使用されるも
のであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＶ型内燃機関が搭載された自動２輪車
の要部左側面図である。
【図２】図１の自動２輪車の要部平面図である。
【図３】図１の概略ＩＩＩ−ＩＩＩ線で截断したときの
展開図である。
【図４】同じクランクピンに連結される１対のピストン
等の往復運動部分に生じる１次慣性力を説明するための
図である。
【図５】クランク軸の回転方向で進み側のバンクにある
１つのクランクピンに連結されるピストン等の往復運動
部分に生じる１次慣性力を説明するための図である。
【図６】内燃機関全体の１次慣性力を示す説明図であ
る。
【図７】クランク軸の回転方向で遅れ側のバンクにある
１つのクランクピンに連結されるピストン等の往復運動
部分に生じる１次慣性力を説明するための図である。
【図８】図１のＶ型内燃機関のバランスウエイトに発生
するバランス力を示す説明図である。
【図９】図１のＶ型内燃機関の不平衡１次慣性力を示す
説明図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、1a，1b…バンク、2a，2b…シリ
ンダヘッド、３…下クランクケース、４…オイルパン、
５…メインフレーム、30…ヘッドパイプ、31，32…メイ
ンフレーム、33…燃料タンク、34…シート、35…リヤフ
ォーク、Ｅ…内燃機関、Ｖ…自動２輪車、Ｌ…回転軸
線、T1〜T4…支持部、WF…前輪、WR…後輪、C1〜C5…気
筒、B1〜B5…シリンダボア、P1〜P5…ピストン、N1〜N5
…中心軸線、D1〜D4…軸受部、J1〜J4…ジャーナル、K1
〜K3…クランクピン、S1〜S5…ピストンピン、Ｈ…仮想
平面、G1〜G6…クランクウェブ、Ｙ…車体中心、Ｃ L，
ＣM，ＣN…気筒、ＰL，ＰM，ＰN…ピストン、ＫC…共用
クランクピン、ＫS…単独クランクピン、ＦT…１次慣性
力、ＷB…バランスウエイト、ＦB1，ＦB2，Ｆ B…バラン
ス力、ＦU1，ＦU2，ＦU12，ＦU3…不平衡１次慣性力、
θ…バンク角。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｖ字状をなす２つのバンクを形成する
    （２ｎ＋１）（ここで、ｎは自然数）個の気筒と、前記
    各気筒のシリンダボアに嵌合するピストンと、前記両バ
    ンクにそれぞれ属する１対の前記ピストンにそれぞれ連
    結されたコンロッドが共に連結されたｎ本の共用クラン
    クピンおよび１つの残りの前記ピストンに連結されたコ
    ンロッドのみが連結された１本の単独クランクピンを有
    するクランク軸とを備えた奇数気筒のＶ型内燃機関にお
    いて、 前記ｎ本の共用クランクピンは、同じ位相に配置され、 前記両バンクがなすバンク角θは次式を満たすように設
    定され、 【数１】 前記単独クランクピンは、前記残りのピストンが前記ク
    ランク軸の回転方向で進み側になる前記バンクに属する
    場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の
    角度をもって前記回転方向で遅れ側に配置され、前記残
    りのピストンが前記回転方向で遅れ側になる前記バンク
    に属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−
    θ）度の角度をもって前記回転方向で進み側に配置さ
    れ、前記全ての気筒において前記ピストン等の往復運動
    部分の質量は等しく設定され、 【数２】 【数３】 α：前記共用クランクピンからの前記回転方向への角度 Ｍ：前記各往復運動部分の質量 ｒ：クランク半径 ω：前記クランク軸の角速度 としたとき、 前記クランク軸には、ｋＭｒω2の大きさで、かつ（α
    ＋１８０）度の向きのバランス力が発生するバランスウ
    エイトが設けられていることを特徴とする奇数気筒のＶ
    型内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記バランスウエイトは、複数個設けら
    れて、前記ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバラ
    ンス率となるように設定され、かつ前記クランク軸の回
    転軸線に対して前記各クランクピンの１８０度反対側に
    設けられていることを特徴とする請求項１記載の奇数気
    筒のＶ型内燃機関。
  3. 【請求項３】 ｎは偶数であり、前記バランスウエイト
    は複数個設けられ、前記単独クランクピンは、前記クラ
    ンク軸にその回転軸線方向での中央に配置され、前記残
    りのピストンが嵌合するシリンダボアの中心軸線を含み
    かつ前記回転軸線に直交する仮想平面に対して、前記全
    てのピストン等の往復運動部分および前記全てのバラン
    スウエイトが面対称に配置されていることを特徴とする
    請求項１または請求項２記載の奇数気筒のＶ型内燃機
    関。
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