JP2010144857A - 内燃機関におけるバランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一本のクランク軸３の回転にて往復動するピストン１１，１２を有する内燃機関に，二本の偏心バランス軸１５，１６とヘロンバランス軸１７とをクランク軸と平行にして軸支し，前記両偏心バランス軸を互いに逆方向に同じ速度で回転し，前記両偏心バランス軸のうち一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸を，前記クランク軸にて不等速回転する一方，前記ヘロンバランス軸を前記クランク軸にて逆方向に回転する構成にしたバランス装置において，前記二本の偏心バランス軸１５，１６を設けることに加えて，前記ヘロンバランス軸１７を設けることによる大型化及び高重量化を回避する。
【解決手段】 前記ヘロンバランス軸１７を，中空軸に構成して，前記一方の偏心バランス軸１５における一端１５ｂの部分に，この偏心バランス軸と同一軸線上に位置して配設し，その内部に，前記一方の偏心バランス軸における一端１５ｂを挿入して軸支する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，一本のクランク軸の回転にて往復動するピストンを有する内燃機関において，前記ピストン等の往復動に伴う残存往復慣性力に起因する振動，及びクランク軸の回転に伴う残存回転慣性モーメントに起因する振動の両方を同時に抑制するようにしたバランス装置に関するものである。

一般に，一本のクランク軸の回転にて二つの気筒におけるピストンが同時に往復動するように構成した二気筒の内燃機関においては，その各気筒におけるピストンが同じ方向に同時に往復動することにより，その往復動に伴う残存往復慣性力に起因して内燃機関が前記往復動の方向に振動（以下，この振動を，「残存往復慣性力に起因する振動」と称する）が存在することに加えて，そのクランク軸の回転に伴う残存回転慣性モーメントに起因して内燃機関がクランク軸の回りに振動（以下，この振動を，「残存回転慣性モーメントに起因する振動」と称する）が存在する。

この場合，先行技術としての特許文献１には，
「内燃機関に，二本の偏心バランス軸をクランク軸と平行にして回転自在に軸支し，前記両偏心バランス軸を，その間に設けた歯車により，互いに逆方向に同じ速度で回転する構成にし，この両偏心バランス軸を前記クランク軸の一回転中に一回転するにおいて，前記クランク軸から前記両偏心バランス軸のうち一方の偏心バランス軸への動力伝達を不等速歯車にて行う構成にして，前記両偏心バランス軸を，その回転速度が一回転中において早くしたり遅くしたりするというように「不等速回転」するように構成し，この両偏心バランス軸の不等速回転にて前記両気筒におけるピストン等の往復動に伴う残存往復慣性力を打ち消することにより，前記残存往復慣性力に起因する一次ないし高次の振動を抑制する。」
という技術が開示されている。

また，別の先行技術としての特許文献２及び特許文献３には，
「内燃機関に，そのクランク軸と平行な軸線を有するヘロンバランス軸を設けて，このヘロンバランス軸を，前記クランク軸からの動力伝達にてクランク軸とは逆の方向に回転するように構成し，このヘロンバランス軸の逆方向への回転にて前記クランク軸の回転に伴う残存回転慣性モーメントを打ち消すことにより，前記クランク軸の回転に伴う残存回転慣性モーメントに起因する振動を抑制する。」
という技術が記載されている。
特開昭６０−１０９６３９号公報 特表２００４−５３３５７５号公報 英国特許出願公開ＧＥ−Ａ−１２１０４５

そこで，一本のクランク軸に対して二つの気筒を有する内燃機関に，前記特許文献１に記載されている「残存往復慣性力に対する二本の偏心バランス軸」と，前記特許文献２，３に記載されている「残存回転慣性モーメントに対するヘロンバランス軸」との両方を設けることにより，前記残存往復慣性力に起因する一次ないし高次の振動と，前記残存回転慣性モーメントに起因する振動との両方を同時に抑制することができる。

しかし，この構成にすることは，バランス軸の本数がクランク軸の方向から見て三本になるというように多くなるばかりか，これら三本のバランス軸の両端に対する軸受け部を必要とし，しかも，内燃機関に，前記三本のバランス軸を設けるためのスペースを別々に確保しなければならないから，内燃機関の大幅な大型化及び高重量化を招来するばかりか，製造価格の大幅なアップを招来するという問題がある。

本発明は，二気筒の内燃機関に，残存往復慣性力に対する二本の偏心バランス軸を設けることに加えて，残存回転慣性モーメントに対するヘロンバランス軸を設ける場合に，前記した問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明は，
「一本のクランク軸の回転にて往復動するピストンを有する内燃機関に，二本の偏心バランス軸とヘロンバランス軸とをクランク軸と平行にして回転自在に軸支し，前記両偏心バランス軸を，その間に設けた歯車にて互いに逆方向に同じ速度で回転する構成にし，前記両偏心バランス軸のうち一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸を，前記クランク軸との間に設けた不等速歯車にて不等速回転する一方，前記ヘロンバランス軸を，前記クランク軸との間に設けた歯車にて前記クランク軸とは逆方向に回転する構成にしたバランス装置において，
前記ヘロンバランス軸を，中空軸に構成して，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸における一端の部分に，この偏心バランス軸と同一軸線上に位置して配設し，その内部に，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸の一端を挿入して回転自在に軸支する構成にした。」
ことを特徴としている。

この構成によると，ピストン等の往復動に伴う残存往復慣性力に起因する一次ないし高次の振動を，二本の偏心バランス軸にて確実に抑制できる一方，クランク軸の回転に伴う残存回転慣性モーメントに起因する振動を，中空軸に構成したヘロンバランス軸にて確実に抑制できる。

この場合において，前記中空軸に構成したヘロンバランス軸を，前記両偏心バランス軸のうち一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸における一端の部分に，この偏心バランス軸と同一軸線上に位置して配設したことにより，クランク軸の方向から見たとき，前記ヘロンバランス軸と，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸とは互いに重なって一本のバランス軸になっており，換言すると，恰も，全体としてのバランス軸が，二本であるという構成になっているから，バランス軸の本数を少なくできるとともに，バランス軸を設けるためのスペースを縮小できる。

しかも，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸の一端を，前記中空軸に構成したヘロンバランス軸の内部への挿入にて回転自在に軸支したことで，内燃機関に前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸の一端部に対する軸受け部を設けることを省略できることにより，内燃機関に設ける軸受け部の個数を少なくできる。

従って，本発明によると，残存往復慣性力に起因する一次ないし高次の振動，及び残存回転慣性モーメントに起因する振動との両方を，同時に確実に抑制することができるものでありながら，内燃機関の大型化及び高重量化を大幅に低減できるとともに，低価格化を達成できる効果を有する。

以下，本発明の実施の形態を，二気筒の内燃機関に適用した場合を示す図１及び図２の図面について説明する。

これらの図は，第１気筒１及び第２気筒２を，一本のクランク軸３の軸線方向に直列に配設して成る四サイクルの二気筒内燃機関を示す。

この四サイクルの二気筒内燃機関における前記クランク軸３は，前記第１気筒１の外側に位置する側壁板４に設けた軸受け部５と，前記各気筒１，２の間に設けた軸受け部６と，前記第２気筒２の外側に位置する側壁板７に設けた軸受け部８とによって軸支されている。

このクランク軸３の途中には，前記第１気筒１に対するクランクピン９と，前記第２気筒２に対するクランクピン１０とが，クランク半径Ｒの位置に一体に設けられ，これらクランクピン９，１０の各々には，前記各気筒１，２におけるピストン１１，１２が，コンロッド１３，１４を介して連結され，これにより，前記クランク軸３の回転によって前記両気筒１，２におけるピストン１１，１２が往復動するか，或いは，前記両気筒１，２におけるピストン１１，１２の往復動によって前記クランク軸３が回転するように構成されている。

この場合，前記第１気筒１におけるクランクピン９と，前記第２気筒２におけるクランクピン１０とは，前記第１気筒１が吸気行程又は爆発行程（ピストン１１の下降行程）のとき前記第２気筒２が爆発行程又は吸気行程（ピストン１２の下降行程）になり，前記第１気筒１が圧縮行程又は排気行程（ピストン１１の上昇行程）のとき前記第２気筒２が排気行程又は圧縮行程（ピストン１２の上昇行程）になるというように，前記クランク軸３の方向から見て，同じ位相に位置している。

前記両側壁板４，７の間の部位には，偏心バランスウエイト１５ａを備えた第１の偏心バランス軸１５と，同じく偏心バランスウエイト１６ａを備えた第２の偏心バランス軸１６と，中空軸に構成したヘロンバランス軸１７とが，前記クランク軸３と平行にして配設されている。

前記第１の偏心バランス軸１５は，前記両側壁板４，７のうち一方の側壁板４に軸受け部１８にて回転自在に軸支されており，前記他方の偏心バランス軸１６の両端は，前記両側壁板４，７に軸受け部１９，２０にて回転自在に軸支されている。

一方，前記ヘロンバランス軸１７は，前記両側壁板４，７のうち他方の側壁板７に隣接する部分，つまり，前記第１の偏心バランス軸１５における一端１５ｂの部分に，前記第１の偏心バランス軸１５と同一軸線上に位置するように配設されいて，前記他方の側壁板７に軸受け部２１にて回転自在に軸支されており，この中空軸に構成したヘロンバランス軸１７の内部に，前記第１の偏心バランス軸１５の一端１５ｂを回転自在に挿入することにより，前記第１の偏心バランス軸１５を軸支するという構成にしている。

前記クランク軸３と，前記第１の偏心バランス軸１５との間には，互いに噛合する同じ歯数の歯車２２，２３が設けられおり，これにより，前記第１の偏心バランス軸１５が，前記クランク軸３の一回転中に一回転するように構成されている。

前記両偏心バランス軸１５，１６の間には，互いに噛合する同じ歯数の歯車２４，２５が設けられており，これにより，両偏心バランス軸１５，１６が，互いに逆方向に同じ速度で連動回転するように構成されている。

この場合，前記第１の偏心バランス軸１５における偏心バランスウエイト１５ａと，前記第２の偏心バランス軸１６における偏心バランスウエイト１６ａとは，互いに釣り合うように，同じ質量に構成されていることに加えて，これら両偏心バランスウエイト１５ａ，１６ａの合計の質量が，前記両気筒１，２における往復質量に釣り合うように構成されている。

その上，前記両気筒１，２におけるピストン１１，１２と，前記両偏心バランス軸１５，１６における偏心バランスウエイト１５ａ，１６ａとは，ピストン１１，１２が上死点から下死点に向かうように下降行程するとき偏心バランスウエイト１５ａ，１６ａが下死点から上死点に向かって回転し，ピストン１１，１２が下死点から上死点に向かうように上昇行程するとき偏心バランスウエイト１５ａ，１６ａが上死点から下死点に向かって回転するように，位相が設定されている。

更に，前記クランク軸３と前記第１の偏心バランス軸１５との間で互いに噛合する歯車２２，２３は，その中心点２２ａ，２３ａを当該両歯車２２，２３の回転中心である前記クランク軸３の中心Ｏ１と第１の偏心バランス軸１５の中心Ｏ２とを結ぶ直線２８に沿って上方に適宜寸法Ｅだけ偏心した偏心歯車に構成されており，これにより，前記両偏心バランス軸１５，１６が，その回転速度が一回転中において早くしたり遅くしたりするというように「不等速回転」し，しかも，前記両偏心バランス軸１５，１６における回転角速度が前記各気筒１，２におけるピストン１１，１２の上死点で最大となるように構成されている。

この構成により，前記両気筒１，２におけるピストン１１，１２等の往復動に伴う残存往復慣性力を，両偏心バランス軸１５，１６における不等速回転にて打ち消すことができるから，前記残存往復慣性力に起因する一次ないし高次の振動を，二本の偏心バランス軸１５，１６にて，当該二本の偏心バランス軸１５，１６の相互間での釣り合いを保ちながら，確実に抑制することができる。

一方，前記クランク軸３と，前記ヘロンバランス軸１７との間には，互いに噛合する同じ歯数の歯車２６，２７が設けられており，これにより，前記ヘロンバランス軸１７が，前記クランク軸３の一回転中に逆方向に一回転するように構成されている。

この構成により，前記クランク軸３の回転に伴う残存回転慣性モーメントを，ヘロンバランス軸１７の逆回転にて打ち消すことができるから，前記残存回転慣性モーメントに起因する振動を，確実に抑制することができる。

そして，前記中空軸に構成したヘロンバランス軸１７を，前記両偏心バランス軸１５，１６のうち第１の偏心バランス軸１５における一端１５ｂの部分，この偏心バランス軸１５と同一軸線上に位置して配設したことにより，クランク軸３の方向から見たとき，前記ヘロンバランス軸１７と，前記第１の偏心バランス軸１５とは互いに重なって一本のバランス軸になったようになり，換言すると，恰も，全体としてのバランス軸が，二本であるという構成になっているから，バランス軸の本数を少なくできるとともに，バランス軸を設けるためのスペースを縮小できる。

しかも，前記第１の偏心バランス軸１５における一端１５ｂを，前記中空軸に構成したヘロンバランス軸１７の内部への挿入にて回転自在に軸支したことで，内燃機関に前記第１の偏心バランス軸１５の一端１５ｂに対する軸受け部を設けることを省略できる。

なお，前記した実施の形態においては，前記クランク軸３から第１の偏心バランス軸１５に不等速回転を伝達し，この第１の偏心バランス軸１５から前記第２の偏心バランス軸１６に逆回転を伝達する構成にすることに加えて，前記第１の偏心バランス軸１５の一端１５ｂを，前記ヘロンバランス軸１７にて軸支するという構成にした場合であったが，本発明は，これに限らず，先ず，クランク軸３から第２の偏心バランス軸１６に不等速回転を伝達し，次いで，この第２の偏心バランス軸１６から第１の偏心バランス軸１５に逆回転を伝達するという構成にしたり，或いは，前記ヘロンバランス軸１７を，前記第２の偏心バランス軸１６における同一軸線上に位置して，このヘロンバランス軸１７にて前記第２の偏心バランス軸１６の一端を軸支するという構成にすることができる。

また，前記クランク軸３から前記第１の偏心バランス軸１５又は前記第２の偏心バランス軸１６への不等速回転の伝達には，前記した偏心歯車２２，２３を使用することができるほか，楕円歯車等の不等速歯車を使用できることは勿論である。

本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。

符号の説明

１，２ 気筒
３ クランク軸
９，１０ クランクピン
１１，１２ ピストン
１３，１４ コンロッド
１５ 第１の偏心バランス軸
１６ 第２の偏心バランス軸
１５ａ，１６ａ 偏心バランスウエイト
１５ｂ 第１の偏心バランス軸の一端
１７ ヘロンバランス軸
２２，２３ 偏心歯車（不等速歯車）
２４，２５ 歯車
２６，２７ 歯車

Claims (1)

1. 一本のクランク軸の回転にて往復動するピストンを有する内燃機関に，二本の偏心バランス軸とヘロンバランス軸とをクランク軸と平行にして回転自在に軸支し，前記両偏心バランス軸を，その間に設けた歯車にて互いに逆方向に同じ速度で回転する構成にし，前記両偏心バランス軸のうち一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸を，前記クランク軸との間に設けた不等速歯車にて不等速回転する一方，前記ヘロンバランス軸を，前記クランク軸との間に設けた歯車にて前記クランク軸とは逆方向に回転する構成にしたバランス装置において，
   前記ヘロンバランス軸を，中空軸に構成して，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸における一端の部分に，この偏心バランス軸と同一軸線上に位置して配設し，その内部に，前記一方の偏心バランス軸又は他方の偏心バランス軸の一端を挿入して回転自在に軸支する構成にしたことを特徴とする内燃機関におけるバランス装置。

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