JP2005076738A - 内燃機関のクランクシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転を円滑化し、エンジン性能を向上し得る内燃機関のクランクシャフトを提供する。
【解決手段】１気筒に離間して設けられる複数のクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌをクランクピン１１を介して一体的に結合する。クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌの重心Ｇ_R，Ｇ_Lに相対的なクランク軸まわりの位相差を生じさせるとともに、それらのクランクウェブを総合した総合重心Ｇが、クランク軸を挟んでクランクピン１１と反対側に設定されるようにクランクピン１１にて結合する。クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌは同一の重量を有し、クランクピン軸心とクランク軸心とを通るクランク半径延長線上に位置する総合重心Ｇに対して、クランク軸まわりで反対方向に同一角度の位相差を持つ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動二輪車あるいは自動車などにおける内燃機関におけるクランクシャフトに関するものである。

この種の内燃機関において、クランクシャフトはコネクチングロッドの往復運動を回転運動に変換する機能を有し、これによりピストンに作用する圧力がエンジントルクに変換される。なお、クランクシャフトの材質としては一般に、炭素鋼や特殊鋼、あるいは特殊鋳鉄等が用いられる。

クランクシャフトは振動することなく円滑回転することが要求されるが、クランクピンの軸心はクランクジャーナルの軸心に対して偏心しているため、そのままでは回転の均衡をとるのが難しい構造となっている。一般にクランクアームのクランクピンとは反対側にバランスウェイトを付加し、回転の均衡をとるようにしている。

なお、多気筒エンジンにおいて、バランスウェイトを点対称に設けたものが知られている（特許文献１参照）。

特開平７−７１５３１号公報

ところで、単気筒用のクランクシャフトにあっては一般に、バランスウェイトが左右のクランクウェブで同位相に配置される。そのためバランスウェイトの慣性力に起因して、クランクシャフトの回転慣性力に周期性が生じ、この周期性がエンジントルクの変動を招来する場合ある。

本発明はかかる実情に鑑み、エンジン回転を円滑化し、エンジン性能を向上し得る内燃機関のクランクシャフトを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のクランクシャフトは、１気筒に離間して設けられる複数のクランクウェブをクランクピンを介して一体的に結合してなる組立クランクシャフトにおいて、前記複数のクランクウェブの重心にクランク軸まわりの相対的な位相差を生じさせるとともに、それらのクランクウェブを総合した総合重心が、前記クランク軸を挟んで前記クランクピンと反対側に設定されるように該クランクピンにて結合したことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクシャフトにおいて、前記複数のクランクウェブは同一の重量を有し、クランクピン軸心とクランク軸心とを通るクランク半径延長線上に位置する前記総合重心に対して、前記クランク軸まわりで反対方向に同一角度の位相差を持つことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクシャフトにおいて、１つの前記クランクウェブの重心に前記クランク半径延長線に対する前記位相差を持たせるために、該クランクウェブの回転軌跡に沿った外周上で、前記クランクピンを挟むクランク半径両側部位に略円弧状の切欠きを設け、前記クランク半径両側の前記切欠きの大きさをそれぞれ変更することを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクシャフトにおいて、前記切欠きに仮想重心を設定し、それぞれの切欠きの仮想重心の前記クランク軸まわりの位相を、前記クランク半径に対して異なるように変更し、選択的にこれに加えて、またはその代わりに、それぞれの前記切欠きの前記仮想重心の前記クランク軸心からの距離を、互いに異なるように変更することにより前記切欠きの大きさを変更することを特徴とする。

本発明によれば、典型的態様において単気筒に一対のクランクウェブを備え、それらのクランクウェブの重心に相対的なクランク軸まわりの位相差を生じさせる。その場合、クランクウェブはその総合重心位置が、クランク軸を挟んでクランクピンと反対側に設定される。このような位相差を設けることで回転慣性力の周期性を緩和し、エンジン回転をスムースにすることができる。

以下、図面に基づき、本発明による内燃機関のクランクシャフトの好適な実施の形態を説明する。
本発明による内燃機関のクランクシャフトは、自動二輪車あるいは四輪自動車に搭載される各種のガソリンエンジンに対して有効に適用可能であり、この実施形態ではたとえば図１に示すように自動二輪車のエンジンの例とする。

ここで先ず、本実施形態に係る自動二輪車のエンジンまわりの構成を説明する。図１において、エンジンユニット１００はクランクケース１０１、シリンダブロック１０２およびシリンダヘッド１０３を含み、この例では２サイクル単気筒エンジンとして構成されている。クランクケース１０１内には後述するクランクシャフト１０が、車両進行方向に対して直交配置される。シリンダブロック１０２の内部に形成されたシリンダボアにはピストン１０４が往復動可能に内嵌する。ピストン１０４とクランクシャフト１０はコンロッド１０５を介して連結され、すなわちコンロッド１０５の大端部はクランクピン１１を介してクランクシャフト１０と連結し、その小端部はピストンピン１０６を介してピストン１０４と連結する。

シリンダヘッド１０３に形成された燃焼室１０７の頂部には点火プラグ（図示せず）が装着されている。インレットパイプ１０８からインテークポート１０９を介してクランク室に供給された燃料混合気は、掃気ポートを経て燃焼室１０７に充填される。点火プラグによって爆発された燃料混合気は燃焼ガスとなって、エキゾーストポート１１０を介してエキゾーストパイプ１１１から排気される。なお、エキゾーストポート１１０側には排気制御バルブ１１２が設けられているとともに、概してシリンダブロック１０２の周囲はウォータジャケット１１３によって覆われる。

クランクケース１０１の後部側にはミッション室１１４が連設され、クランクシャフト１０の軸出力はカウンタ軸１１５を介してミッション室１１４に伝達される。運転者の操作により作動するシフトドラム軸１１６により、ミッション室１１４内の変速装置が駆動制御され、その変速装置を経由してドライブ軸１１７から出力されるようになっている。なお、エンジンユニット１００はキックスタータ装置１１８を備えている。

以上概略説明したエンジンユニット１００は自動二輪車等の車両に搭載され、その出力はドライブ軸１１７からたとえば動力伝達チェーンを介して後輪へと伝達される。なお、エンジンユニット１００を自動二輪車等の車両に搭載する場合、懸架ボス１１９，１２０あるいはピボット軸１２１等を含む支承手段を介して車体フレームに支持される。

図２および図３は、クランクシャフト１０の主要構成を示している。クランクシャフト１０は左右に２分割構成され、右側のクランクシャフト１０Ｒと左側のクランクシャフト１０Ｌとを有し、それらはクランクピン１１を介して相互に一体化するようになっている。各クランクシャフト１０Ｒ，１０Ｌはシリンダ中心線の左右の配置されるクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌとクランクジャーナル１３Ｒ，１３Ｌとを有する。各クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌにはクランクピン１１が嵌入する孔１４が形成されている。なお、この例では分割構成されたクランクシャフト１０Ｒ，１０Ｌを一体に組み立ててなる組立式のクランクシャフトとなっている。

本発明では２つのクランクウェブ１１Ｒ，１１Ｌの重心に相対的なクランク軸まわりの位相差を生じさせるとともに、それらのクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌを総合した総合重心が、クランク軸を挟んでクランクピン１１と反対側に設定されるように該クランクピン１１にて結合される。

この場合、クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌは同一の重量を有し、クランクピン軸心１５とクランク軸心１６とを通るクランク半径延長線上に位置する総合重心に対して、クランク軸まわりで反対方向に同一角度の位相差を持つ。

ここで、図３に示すように各クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌはその回転軌跡に沿った外周上で、クランクピン１１を挟むようにクランク半径Ｌ両側部位に略円弧状の切欠き１７Ａ，１７Ｂが設けられる。切欠き１７Ａ，１７Ｂはたとえば図示例のように木の葉状を呈し、その大きさを変更することでクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌの重心Ｇ_R，Ｇ_Lにクランク半径Ｌの延長線Ｌ′に対する位相差を持たせる。この例では切欠き１７Ａが、切欠き１７Ｂよりも幾分大きく形成され、そのため延長線Ｌ′に対して切欠き１７Ｂ側に偏倚して重心Ｇ_R（あるいはＧ_L）が設定される。

上記のように切欠き１７Ａ，１７Ｂの大きさを変更する場合、切欠き１７Ａ，１７Ｂに仮想重心Ｇ₁，Ｇ₂を設定し、それぞれの仮想重心Ｇ₁，Ｇ₂のクランク軸まわりの位相を、クランク半径Ｌに対して異なるように設定することで変更することができる。あるいはまた、切欠き１７Ａ，１７Ｂの仮想重心Ｇ₁，Ｇ₂のクランク軸心１６からの距離Ｌ₁，Ｌ₂を、互いに異なるように変更することにより行なうことができ、これらの変更方法はいずれか一方を採用し、あるいは両者を併用してもよい。

各切欠き１７Ａ，１７Ｂには、図４および図５に示したようにそれぞれの形状に整合するように形成されたバランサ１８Ａ，１８Ｂが付設される。この場合、バランサ１８Ａ，１８Ｂにはボルト装着用の挿通孔１９が形成されるとともに、各切欠き１７Ａ，１７Ｂにはネジ部２０（図３参照）が形成される。そして、図４のようにボルト２１によってバランサ１８Ａ，１８Ｂを各切欠き１７Ａ，１７Ｂに締着固定することができる。

クランクピン１１を介してクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌが一体化したクランクシャフト１０において、図４に示されるように一方のクランクウェブ１２Ｒ（実線）の重心Ｇ_Rはクランク半径Ｌの延長線Ｌ′に対して一側に偏倚し、他方のクランクウェブ１２Ｌ（二点鎖線）の重心Ｇ_Lが他側に偏倚する。クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌの重心Ｇ_R，Ｇ_Lは、クランク軸まわりで反対方向に同一角度の位相差を持つため、それらを総合した総合重心Ｇがクランク軸を挟んでクランクピン１１と反対側に設定される。

このようにクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌの重心Ｇ_R，Ｇ_Lに位相差を持たせ、それらの総合重心Ｇをクランク軸を挟んでクランクピン１１と反対側に設定することで、クランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌの重量を減らすことなく、軸受部にかかる極荷重による回転慣性力の周期性を緩和する。これによりエンジン回転をスムースにすることができ、実走行におけるエンジン性能を向上することができる。

また、２つのクランクウェブ１２Ｒ，１２Ｌは実質的に同一であり、これらをクランクピン１１に対して対向配置することで点対称の配置構造とする。これにより部品の共通化を図り、構成を簡素にすることができる。

また、クランクウェブ１１Ｒ，１１Ｌの重心Ｇ_R，Ｇ_Lに相対的なクランク軸まわりの位相差を生じさせる際、切欠き１７Ａ，１７Ｂの大きさの変更で対応することができ、設定変更の管理が容易である。また、簡素な加工により実現可能であり、利便性に優れている。その場合、切欠き１７Ａ，１７Ｂの仮想重心Ｇ₁，Ｇ₂のクランク軸まわりの位相を設定変更し、あるいは仮想重心Ｇ₁，Ｇ₂のクランク軸心１６からの距離Ｌ₁，Ｌ₂を変更することにより行なうことができ、選択肢を適宜選ぶことができる。

以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
たとえば上記実施形態で説明した具体的な数値例等は、必ずしもこれに限定されず、必要に応じて変更可能である。また、各実施形態において、２サイクルエンジンの場合の例を説明したが、本発明は４サイクルエンジンに対しても有効に適用可能である。

本発明の適用例に係るエンジンまわりの構成例を示す図である。 本発明のクランクシャフトの主要構成を示す図である。 図２のＡ矢視図およびＢ矢視図である。 本発明のクランクシャフトにおける重心設定例を示す図である。 本発明のクランクシャフトにおけるバランサの例を示す正面図および側断面図である。

符号の説明

１０ クランクシャフト
１１ クランクピン
１２Ｒ，１２Ｌ クランクウェブ
１５ クランクピン軸心
１６ クランク軸心
１７Ａ，１７Ｂ 切欠き
１８Ａ，１８Ｂ バランサ

Claims (4)

1. １気筒に離間して設けられる複数のクランクウェブをクランクピンを介して一体的に結合してなる内燃機関のクランクシャフトにおいて、
   前記複数のクランクウェブの重心にクランク軸まわりの相対的な位相差を生じさせるとともに、それらのクランクウェブを総合した総合重心が、前記クランク軸を挟んで前記クランクピンと反対側に設定されるように該クランクピンにて結合したことを特徴とする内燃機関のクランクシャフト。
2. 前記複数のクランクウェブは同一の重量を有し、クランクピン軸心とクランク軸心とを通るクランク半径延長線上に位置する前記総合重心に対して、前記クランク軸まわりで反対方向に同一角度の位相差を持つことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランクシャフト。
3. １つの前記クランクウェブの重心に前記クランク半径延長線に対する前記位相差を持たせるために、該クランクウェブの回転軌跡に沿った外周上で、前記クランクピンを挟むクランク半径両側部位に略円弧状の切欠きを設け、前記クランク半径両側の前記切欠きの大きさをそれぞれ変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のクランクシャフト。
4. 前記切欠きに仮想重心を設定し、それぞれの切欠きの仮想重心の前記クランク軸まわりの位相を、前記クランク半径に対して異なるように変更し、
   選択的にこれに加えて、またはその代わりに、それぞれの前記切欠きの前記仮想重心の前記クランク軸心からの距離を、互いに異なるように変更することにより前記切欠きの大きさを変更することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のクランクシャフト。

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