JP2018044624A - クランクシャフトのバランス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車体に対して傾斜した状態でエンジンが設置されたときに、同エンジンを含むパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向成分の変動幅が大きくなってしまうことを抑制できるクランクシャフトのバランス調整方法を提供する。【解決手段】バランス調整方法は、直列３気筒のエンジンに使用されるクランクシャフト２０のバランス調整方法である。この方法では、カウンタウェイト２３１の重心の回転位相ＰＧが、基準回転位相ＰＧＡから周方向Ｙにずれるとともに、ピストン往復方向と車両上下方向とのなす角である傾斜角が大きいほど、周方向Ｙにおけるカウンタウェイト２３１の重心の回転位相ＰＧと基準回転位相ＰＧＡとのずれ量ΔＡＣが大きくなるように、カウンタウェイト２３１を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、直列３気筒のエンジンに使用されるクランクシャフトのバランス調整方法に関する。

車両のパワープラントとして、直列３気筒のエンジンを含んだものが知られている。パワープラントとは、エンジン、トルクコンバータ、変速機及びトランスアクスルを含んだ動力発生装置のことである。直列３気筒のエンジンに使用されるクランクシャフトは３つのクランクピンを有しており、これら各クランクピンには、コネクティングロッド、ピストンピン及びピストンからなる質量体がそれぞれ連結されている。そして、クランクシャフトには、これら質量体の運動によって発生する力を相殺するためのカウンタウェイトが設けられている。

このようなクランクシャフトを回転させると、同クランクシャフトの回転や各質量体の運動によって同クランクシャフトで１次の慣性偶力が発生する。クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力は、クランクシャフトのヨー方向成分と、クランクシャフトのピッチ方向成分との双方を含んでいることがある。クランクシャフトが車両幅方向に延伸するようにエンジンが設置されている場合、クランクシャフトのヨー方向は、クランクシャフトの延伸方向（車両幅方向）と直交する方向のうち、車両上下方向に延びる軸回りの方向のことである。また、クランクシャフトのピッチ方向とは、クランクシャフトの延伸方向（車両幅方向）と直交する方向のうち、車両前後方向に延びる軸回りの方向のことである。

パワープラントを構成するエンジンでは、クランクシャフトのクランクジャーナルを回転自在な状態で支持している。そのため、クランクシャフトで１次の慣性偶力が発生していると、当該慣性偶力がクランクジャーナルからパワープラントに入力される。このようにクランクシャフトで発生している慣性偶力をパワープラントの構成部品で受け止めているときに、パワープラントでは当該慣性偶力に対する反力が慣性偶力として発生することとなる。なお、このようにパワープラントで発生する慣性偶力は、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力と同様に、ヨー方向成分及びピッチ方向成分を含んでいることがある。そして、このようにパワープラントで慣性偶力が発生すると、同パワープラントがすりこぎ運動をするようになる。

特許文献１に記載のエンジンにあっては、クランクシャフトに設けられるカウンタウェイトを調整することで、オーバーバランス率が１００％よりも小さく且つ５０％よりも大きくなっている。この場合にクランクシャフトに発生する１次の慣性偶力はヨー方向成分とピッチ方向成分との双方を含んでいるが、ヨー方向成分のほうがピッチ方向成分よりも大きい。そのため、パワープラントで発生する慣性偶力でも、ヨー方向成分のほうがピッチ方向成分よりも大きくなる。その結果、パワープラントでは、図９に破線で示すように、同パワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す軌跡１００が楕円形状をなすようなするこぎ運動が行われる。

そして、特許文献１によれば、このようなパワープラントをマウントを介して車体に支持させることとなるが、このマウントによって、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのヨー方向成分が減衰されるようになっている。そのため、ヨー方向成分に起因する振動が、車両の乗員に伝わりにくくなっている。なお、パワープラントに発生する慣性偶力のうちのピッチ方向成分は、マウントのバネ定数の制約や車体の振動感度などによってそれほど減衰されない。しかし、ピッチ方向成分はヨー方向成分よりも小さいため、ピッチ方向成分に起因する振動によって乗員が不快に感じることは少ない。

国際公開第２０１１／０６５４２６号公報

ところで、近年では、図１０に示すように、クランクシャフト５０の中心軸を中心とする周方向Ｆで、気筒５１内でのピストン５２の往復運動する方向であるピストン往復方向Ｂ１が上記車両上下方向Ｂ２と一致しないように、エンジンが車体に対して傾斜した状態で設置されることがある。この場合、図９に実線で示すように、パワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す楕円形状の軌跡１００が、周方向Ｆにおけるピストン往復方向Ｂ１と車両上下方向Ｂ２とのずれ量に応じた分だけ回転した楕円形状の軌跡１００Ａに変換されてしまう。その結果、図９に示すように、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向成分の変動幅が、第１の変動幅ΔＸｐ１から変動幅ΔＸｐ２まで大きくなってしまう。そのため、ピッチ方向成分に起因する振動が大きくなり、車両の乗員が不快に感じやすくなってしまう。

本発明の目的は、車体に対して傾斜した状態でエンジンが設置されたときに、同エンジンを含むパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向成分の変動幅が大きくなってしまうことを抑制できるクランクシャフトのバランス調整方法を提供することである。

上記課題を解決するためのクランクシャフトのバランス調整方法は、車両搭載時には、クランクシャフトの中心軸を中心とする周方向でピストンの往復運動する方向であるピストン往復方向が車両上下方向と相違するように、車体に対して傾斜した状態で設置される直列３気筒のエンジンに使用されるクランクシャフトのバランスを調整するための方法である。当該調整方法によってバランス調整されるクランクシャフトの３つのクランクピンには、コネクティングロッド及びピストンピンを介してピストンがそれぞれ連結されている。また、クランクシャフトは、コネクティングロッド、ピストンピン及びピストンからなる質量体の運動によって発生する力を相殺するカウンタウェイトを有しているとともに、オーバーバランス率が５０％よりも高くなるように構成されている。

そして、上記周方向においてピストン往復方向が車両上下方向と一致するように、車体に対して傾斜しないでエンジンを設置した際に同エンジンを含むパワープラントで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が最小となるときのカウンタウェイトの重心の回転位相を、基準回転位相とする。また、クランクシャフトを使用するエンジンが、ピストン往復方向が車両上下方向に対して上記周方向における一方側にずれるように、車体に対して傾斜して設置されるとする。

この場合、上記バランス調整方法では、カウンタウェイトの重心の回転位相が、基準回転位相から上記周方向における他方側にずれるとともに、ピストン往復方向と車両上下方向とのなす角である傾斜角が大きいほど、上記周方向におけるカウンタウェイトの重心の回転位相と基準回転位相とのずれ量が大きくなるように、同カウンタウェイトをクランクシャフトに設けるようにしている。

カウンタウェイトの重心の回転位相を変えると、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうち、ピッチ方向の成分の変動周期の回転位相がずれるとともに、ヨー方向の成分の変動周期の回転位相がずれる。例えば、上記重心の回転位相を進角側に変えると、ピッチ方向の成分の変動周期の回転位相が進角側にずれ、ヨー方向の成分の変動周期の回転位相が進角側にずれる。反対に、上記重心の変動周期の回転位相を遅角側に変えると、ピッチ方向の成分の変動周期の回転位相が遅角側にずれ、ヨー方向の成分の変動周期の回転位相が遅角側にずれる。また、このようにクランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうち、ピッチ方向の成分の変動周期の回転位相及びヨー方向の成分の変動周期の回転位相がずれると、クランクシャフトを含むパワープラントで発生する慣性偶力のうち、ピッチ方向の成分の変動周期の回転位相及びヨー方向の成分の変動周期の回転位相がずれることとなる。

そこで、上記のバランス調整方法では、当該方法によって調整されたクランクシャフトを使用するエンジンが、上記ピストン往復方向が車両上下方向に対して上記周方向における一方側にずれるように、車体に対して傾斜して設置されるとした場合、上記重心の回転位相が上記基準回転位相から上記周方向における他方側にずれるようにしている。これにより、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうち、ピッチ方向の成分の変動周期及びヨー方向の成分の変動周期が変わるため、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅を小さくすることが可能となる。そして、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅を小さくすると、同クランクシャフトを含むパワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す楕円形状の軌跡が、ピストン往復方向と車両上下方向とが上記周方向でずれていない場合の状態に近づくこととなる。すなわち、同パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が小さくなる。

なお、このように上記重心の回転位相を上記基準回転位相からずらすことにより、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動は小さくなるものの、上記重心の回転位相と上記基準回転位相とのずれ量を大きくしすぎると、上記重心の回転位相が上記基準回転位相と等しい場合よりも上記ピッチ方向の成分の変動幅が増大してしまうおそれがある。この点、上記構成では、上記重心の回転位相と上記基準回転位相とのずれ量を、上記傾斜角に応じた量とするようにしている。そのため、当該ずれ量が過剰に大きくなることを抑制できる。

したがって、上記のようにエンジンが車体に対して傾斜した状態で設置されたときに、クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分が大きくなってしまうことを抑制できるようになる。すなわち、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分が大きくなることを抑制できるようになる。

実施形態のクランクシャフトのバランス調整方法で調整されたクランクシャフトを備える直列３気筒のエンジンの模式図。 同エンジンのクランクシャフトを示すモデル図。 同クランクシャフトにおける、質量体と、カウンタウェイトの重心との位置関係を示すモデル図。 同クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのヨー方向の成分の推移を示すグラフ。 同クランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の推移を示すグラフ。 同エンジンを備えるパワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す図。 車体に対してエンジンが傾斜して設置された場合において、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅と、カウンタウェイトの重心の回転位相と基準回転位相とのずれ量との関係を模式的に示すグラフ。 別の実施形態において、クランクオフセットのエンジンの模式図。 従来において、パワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す図。 従来において、ピストン往復方向と車両上下方向とが相違するように車体に設置されたエンジンの模式図。

以下、クランクシャフトのバランス調整方法の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１及び図２には、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０を搭載する直列３気筒のエンジン１０（以下、単に「エンジン」という。）が模式的に図示されている。当該エンジン１０にあっては、オーバーバランス率が５０％よりも大きく且つ１００％よりも小さい値（例えば、７５％）となっているとともに、クランクオフセットがなされていない。そして、このエンジン１０は、例えば、クランクシャフト２０の中心軸ＺＣが車両幅方向に延伸する態様（すなわち、横置き）で車体に設置される。

図１及び図２に示すように、エンジン１０のクランクシャフト２０には、クランクジャーナル２１と、クランクジャーナル２１を中心とする周方向Ｙに１２０°間隔で配置される３つのクランクピン２２とが設けられている。クランクシャフト２０は、クランクジャーナル２１を介して支持されている。

クランクシャフト２０の中心軸ＺＣの延伸方向を軸方向とした場合、クランクシャフト２０の軸方向における中央には２番気筒用のクランクピン２２が配置されている。また、クランクシャフト２０において、２番気筒用のクランクピン２２よりも軸方向一方側には１番気筒用のクランクピン２２が配置され、２番気筒用のクランクピン２２よりも軸方向他方側には３番気筒用のクランクピン２２が配置されている。なお、クランクシャフト２０の軸方向の中心から１番気筒用のクランクピン２２までの距離Ｈ１は、クランクシャフト２０の軸方向の中心から３番気筒用のクランクピン２２までの距離Ｈ２と等しい。

そして、各クランクピン２２には、コネクティングロッド３１と、気筒１１内で往復運動するピストン３２と、コネクティングロッド３１の先端にピストン３２を連結するピストンピン３３とからなる質量体３０がそれぞれ連結されている。

また、クランクシャフト２０には、各質量体３０の運動によって発生する力（すなわち、各質量体３０のうち、回転運動成分の回転運動によって発生する力と、往復運動成分の往復運動によって発生する力）を相殺するカウンタウェイト２３が設けられている。本実施形態では、カウンタウェイト２３は、気筒１１毎にそれぞれ設けられている。そして、本明細書では、１番気筒用のカウンタウェイト２３を「カウンタウェイト２３１」といい、２番気筒用のカウンタウェイト２３を「カウンタウェイト２３２」といい、３番気筒用のカウンタウェイト２３を「カウンタウェイト２３３」というものとする。

当該エンジン１０が搭載される車両が位置する路面に対して直交する方向を車両上下方向Ｘ１とする。この場合、図１に示すように、本実施形態では、エンジン１０は、中心軸ＺＣを中心とする周方向Ｙにおいて、ピストン３２の往復運動する方向であるピストン往復方向Ｘ２が車両上下方向Ｘ１とずれるように、車体に対して傾斜して設置されている。具体的には、エンジン１０は、クランクシャフト２０の回転方向Ｙ１の反対（図１では、反時計回り方向）にピストン往復方向Ｘ２が車両上下方向Ｘ１からずれるように、車体に対して傾斜して設置されている。なお、以降の記載にあっては、ピストン往復方向Ｘ２と車両上下方向Ｘ１とのなす角のことを「傾斜角θ」というものとする。

ところで、オーバーバランス率が上記のように設定されている場合、回転するクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力は、クランクシャフト２０のヨー方向の成分と、クランクシャフト２０のピッチ方向の成分との双方を含んでいる。なお、クランクシャフト２０のヨー方向は、クランクシャフト２０の延伸方向である車両幅方向と直交する方向のうち、車両上下方向Ｘ１に延びる軸回りの方向のことである。また、クランクシャフト２０のピッチ方向とは、クランクシャフト２０の延伸方向である車両幅方向と直交する方向のうち、車両前後方向に延びる軸回りの方向のことである。しかも、この場合の１次の慣性偶力では、ヨー方向の成分のほうがピッチ方向の成分よりも大きい。

このようなクランクシャフト２０を有するエンジン１０はパワープラントを構成しており、クランクシャフト２０で１次の慣性偶力が発生すると、パワープラントでは、クランクシャフト２０で発生している１次の慣性偶力に起因する慣性偶力が発生することとなる。すなわち、クランクシャフト２０で１次の慣性偶力が発生していると、クランクジャーナル２１から当該慣性偶力がパワープラントの軸受部に入力される。このようにクランクシャフト２０で発生している慣性偶力を軸受部で受け止めているときに、パワープラントでは当該慣性偶力に対する反力が慣性偶力として発生する。このようにパワープラントで慣性偶力が発生すると、同パワープラントがすりこぎ運動をすることとなる。なお、車両のパワープラントとは、エンジン１０、トルクコンバータ、変速機及びトランスアクスルを含んだ動力発生装置のことである。

パワープラントで発生する慣性偶力は、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力と同様に、ヨー方向の成分とピッチ方向の成分とを含んでいる。また、このようにオーバーバランス率が５０％よりも大きく且つ１００％よりも小さい場合、パワープラントで発生する慣性偶力では、ヨー方向の成分のほうがピッチ方向の成分よりも大きい。そのため、慣性偶力の推移を示す軌跡が楕円形状をなすようにパワープラントがするこぎ運動することとなる。

上述したように、クランクシャフト２０は、車体に対して傾斜した状態で設置されるエンジン１０で使用される。そのため、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が大きくなりやすい。すなわち、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅も大きくなりやすい。

そこで次に、図３〜図７を参照し、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分が大きくなるのを抑制し、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分が大きくなるのを抑制するためのバランス調整方法について説明する。

図３には、１番気筒用の質量体３０の回転位相と、１番気筒用のカウンタウェイト２３１の重心の回転位相ＰＧとの位置関係が模式的に図示されている。図３では、時計回り方向がクランクシャフト２０の回転方向Ｙ１である。なお、３番気筒用の質量体３０の回転位相と、３番気筒用のカウンタウェイト２３３の重心の回転位相ＰＧとの位置関係は、１番気筒用と同じである。

周方向Ｙでピストン往復方向Ｘ２が車両上下方向Ｘ１と一致するように、車体に対して傾斜しない状態でエンジン１０が設置されることを、「エンジン１０が直立状態で車体に設置される」というものとする。図３において破線で表されるカウンタウェイト２３１の重心の回転位相は、このようにエンジン１０が直立状態で車体に設置された際にクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が最小となるときの回転位相を表している。本明細書では、このような重心の回転位相を「基準回転位相ＰＧＡ」というものとする。

そして、本実施形態では、各カウンタウェイト２３１〜２３３のうち、１番気筒用のカウンタウェイト２３１の重心の回転位相ＰＧと、３番気筒用のカウンタウェイト２３３の重心の回転位相ＰＧとの双方を、図３に白抜きの矢印で示すように、基準回転位相ＰＧＡから回転方向Ｙ１側（すなわち、進角側）にずらしている。このように回転位相ＰＧを基準回転位相ＰＧＡからずらすことにより、本件発明者は、以下に述べる効果があるという知見を得た。なお、以降の説明においては、回転位相ＰＧを基準回転位相ＰＧＡと等しくした場合を比較例というものとする。
・図４に示すように、比較例の場合と比較し、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのヨー方向の成分の変動周期が進角側にずれる。
・比較例の場合と比較し、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動周期が進角側にずれる。

すなわち、図５において、実線Ｌ１は、クランクシャフトの回転及び各質量体３０の運動によって、カウンタウェイトを備えていないクランクシャフトで生じる１次の慣性偶力のピッチ方向の成分の推移を表している。また、破線Ｌ２Ａは、回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しいときのカウンタウェイト２３１，２３３の運動によってクランクシャフト２０で生じる１次の慣性偶力のピッチ方向の成分の推移を表している。また、一点鎖線Ｌ２は、回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡから進角側にずれているときのカウンタウェイト２３１，２３３の運動によってクランクシャフト２０で生じる１次の慣性偶力のピッチ方向の成分の推移を表している。また、実線Ｌ３Ａは、実線Ｌ１で表されるピッチ方向の成分と、破線Ｌ２Ａで表されるピッチ方向の成分とを合成した結果であり、比較例のクランクシャフトで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の推移を表している。また、実線Ｌ３は、実線Ｌ１で表されるピッチ方向の成分と、一点鎖線Ｌ２で表されるピッチ方向の成分とを合成した結果であり、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の推移を表している。そして、図５において、実線Ｌ３と実線Ｌ３Ａとを比較した場合、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動周期は、比較例の場合のピッチ方向の成分の変動周期よりも進角側にずれている。また、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が、比較例の場合のピッチ方向の成分の変動幅とは異なっている。

図６には、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０を含むパワープラントで発生する慣性偶力の推移と、比較例のクランクシャフトを含むパワープラントで発生する慣性偶力の推移とが図示されている。すりこぎ運動をするパワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す軌跡Ｔは、楕円形状をなすようになっている。そして、図６に示すように、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０を含むパワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す楕円状の軌跡Ｔは、その中心を基準とし、比較例のクランクシャフトを含むパワープラントで発生する慣性偶力の推移を示す楕円状の軌跡ＴＡから回転する。すなわち、上記回転位相ＰＧを基準回転位相ＰＧＡからずらすことで、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨを変化させることができる。

図７には、カウンタウェイト２３１，２３３の重心の回転位相ＰＧの基準回転位相ＰＧＡからの進角側へのずれ量ΔＡＣと、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨとの関係が図示されている。図７に示すように、上記ずれ量ΔＡＣが大きくなるにつれて、ピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが徐々に小さくなる。そして、エンジン１０におけるピストン往復方向Ｘ２と車両上下方向Ｘ１とのなす角である傾斜角θに上記ずれ量ΔＡＣが達すると、それ以降では、ずれ量ΔＡＣが大きくなるにつれてピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが徐々に大きくなる。すなわち、ずれ量ΔＡＣが傾斜角θと等しいときに、ピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが最小となる。ここではパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分について述べているが、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅についても、ずれ量ΔＡＣが傾斜角θと等しいときに最小となる。

そこで、本実施形態のバランス調整方法では、ずれ量ΔＡＣが傾斜角θと等しくなるように、クランクシャフト２０に対してカウンタウェイト２３１，２３３が設けられる。なお、２番気筒用のカウンタウェイト２３２は、回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しくなるようにクランクシャフト２０に設けられる。すなわち、２番気筒用のカウンタウェイト２３２は、クランクシャフト２０の軸方向における中心付近に配置されているため、その回転位相ＰＧを変えてもクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅はほとんど変わらない。すなわち、パワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨはほとんど変わらない。

次に、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０を使用するエンジン１０を含むパワープラントの作用について効果とともに説明する。
当該エンジン１０は、クランクシャフト２０の回転方向Ｙ１の反対側にピストン往復方向Ｘ２が車両上下方向Ｘ１からずれるように、車体に対して傾斜して設置されている。クランクシャフト２０は、本実施形態のバランス調整方法によってカウンタウェイト２３１，２３３の重心の回転位相ＰＧの基準回転位相ＰＧＡからの進角側へのずれ量ΔＡＣが上記傾斜角θと等しくなるように構成されている。そのため、図５に示すように、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが大きくなることが抑制される。

したがって、本実施形態のバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０を、車体に対して傾斜して設置されるエンジン１０で使用することにより、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が大きくなってしまうことを抑制できる。その結果、図６に示すように、当該エンジン１０を含むパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが大きくなってしまうことを抑制できる。そのため、当該パワープラントを搭載する車両では、上記ピッチ方向の成分に起因する振動が大きくなることが抑制されるため、当該振動によって車両の乗員が不快に感じにくい。

ここで、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅を小さくする方法としては、オーバーバランス率をより大きくする方法も考えられるが、この方法を実現するためにはカウンタウェイト２３の重量を大きくする必要があり、エンジン１０全体として重量が増大してしまう。これに対し、本実施形態では、カウンタウェイト２３１，２３３の重心の回転位相ＰＧを変えることで、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅を小さくしている。すなわち、エンジン１０全体として重量の増大を抑制しつつ、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅を小さくし、ひいてはパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨを小さくすることができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態では、上記回転位相ＰＧの進角側への基準回転位相ＰＧＡからのずれ量ΔＡＣが上記傾斜角θと等しくなるようにクランクシャフト２０のバランスを調整するようにしている。しかし、上記回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しいときよりもパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨを小さくすることができるのであれば、ずれ量ΔＡＣは、上記傾斜角θと相違していてもよい。上記ずれ量ΔＡＣを上記傾斜角θよりも大きくすると、上記ピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが徐々に大きくなり、当該変動幅ΔＰＨが、上記回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しいときの変動幅よりも大きくなる。そして、上記回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しいときの変動幅と当該変動幅ΔＰＨが等しくなるときの上記ずれ量ΔＡＣをずれ量最大値とする。この場合、ずれ量ΔＡＣが上記傾斜角θとは異なる値であっても、ずれ量ΔＡＣをずれ量最大値よりも小さい値とすることで、上記回転位相ＰＧが基準回転位相ＰＧＡと等しいときよりも上記ピッチ方向の成分の変動幅を小さくすることができる。

・エンジン１０が、クランクシャフト２０の回転方向Ｙ１側にピストン往復方向Ｘ２が車両上下方向Ｘ１からずれるように、車体に対して傾斜して設置されることもあり得る。この場合、１番気筒用のカウンタウェイト２３１の重心の回転位相ＰＧと、３番気筒用のカウンタウェイト２３３の重心の回転位相ＰＧとの双方を、基準回転位相ＰＧＡから回転方向Ｙ１の反対側（すなわち、遅角側）にずらすことが好ましい。これによって、このようにエンジン１０が車体に対して傾斜している場合であっても、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうち、ピッチ方向の成分の変動周期が遅角側にずれ、且つヨー方向の成分の変動周期が遅角側にずれる。その結果、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分が大きくなることを抑制し、ひいてはパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨを小さくすることができる。

・上記のようなバランス調整方法によって調整されたクランクシャフト２０をクランクオフセットのエンジンに使用してもよい。
図８には、クランクオフセットのエンジン１０Ａの一例が図示されている。上記軸線方向とピストン往復方向Ｘ２との双方と直交する方向を規定方向Ｚとした場合、当該エンジン１０Ａでは、クランクシャフト２０のクランクジャーナル２１と気筒１１の中心軸１１ａとの規定方向Ｚでのずれ量のことを「オフセット量Ｑ」というものとする。図８に示すエンジン１０Ａでは、気筒１１の中心軸１１ａがクランクジャーナル２１よりも、クランクシャフト２０の回転方向Ｙ１側にずれている。

このようなオフセットクランクのエンジン１０Ａにあっては、オフセットクランクではないエンジン１０よりも、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力の変動周期がオフセット位相β分だけ遅れる。なお、オフセット位相βは「ｔａｎ^−１（Ｑ／Ｌ）」のことであり、「Ｌ」はコネクティングロッド３１の長さのことである。

このようなオフセットクランクのエンジン１０Ａが直立状態で車体に設置された際にクランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が最小となるときの回転位相を「基準回転位相ＰＧＡ１」というものとする。この場合の基準回転位相ＰＧＡ１は、上記実施形態で説明した場合のようにオフセットクランクではないエンジン１０における基準回転位相ＰＧＡよりもオフセット位相βだけ大きい。

そして、このようなオフセットクランクのエンジン１０Ａでも、上記回転位相ＰＧの進角側への基準回転位相ＰＧＡ１からのずれ量ΔＡＣが上記ずれ量最大値未満の値となるように、クランクシャフト２０を構成することで、クランクシャフト２０で発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が大きくなることを抑制することができる。その結果、オフセットクランクのエンジン１０Ａを含むパワープラントで発生する慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅ΔＰＨが大きくなることを抑制することができる。

なお、上記ピッチ方向の成分の変動幅を最も小さくするためには、上記回転位相ＰＧの進角側への基準回転位相ＰＧＡ１からのずれ量ΔＡＣが傾斜角θと等しくなるように、クランクシャフト２０を構成することである。

・バランス調整方法によって調整されるクランクシャフトは、１番気筒用のカウンタウェイト２３１と３番気筒用のカウンタウェイト２３３とを備えているのであれば、２番気筒用のカウンタウェイト２３２を備えない構成であってもよい。この場合、１番気筒用のカウンタウェイト２３１と３番気筒用のカウンタウェイト２３３との双方の重量は、２番気筒用のカウンタウェイト２３１を備えるクランクシャフト２０のカウンタウェイト２３１，２３３の重量よりも大きくなる。

・１番気筒用のカウンタウェイトは、１番気筒用のクランクピン２２よりも軸方向外側に配置されるアンバランスマスを備えた構成であってもよい。同様に、３番気筒用のカウンタウェイトは、３番気筒用のクランクピン２２よりも軸方向外側に配置されるアンバランスマスを備えた構成であってもよい。

１０，１０Ａ…エンジン、２０…クランクシャフト、２１…クランクジャーナル、２２…クランクピン、２３，２３１〜２３３…カウンタウェイト、３０…質量体、３１…コネクティングロッド、３２…ピストン、３３…ピストンピン、ＺＣ…中心軸。

Claims (1)

1. 車両搭載時には、クランクシャフトの中心軸を中心とする周方向でピストンの往復運動する方向であるピストン往復方向が車両上下方向と相違するように、車体に対して傾斜した状態で設置される直列３気筒のエンジンに使用されるクランクシャフトのバランス調整方法であって、
   前記クランクシャフトの３つのクランクピンには、コネクティングロッド及びピストンピンを介して前記ピストンがそれぞれ連結されており、
   前記クランクシャフトは、前記コネクティングロッド、前記ピストンピン及び前記ピストンからなる質量体の運動によって発生する力を相殺するカウンタウェイトを有しているとともに、オーバーバランス率が５０％よりも高くなるように構成されており、
   前記周方向において前記ピストン往復方向が前記車両上下方向と一致するように、前記車体に対して傾斜しないで前記エンジンを設置した際に同エンジンを含むパワープラントで発生する１次の慣性偶力のうちのピッチ方向の成分の変動幅が最小となるときの前記カウンタウェイトの重心の回転位相を、基準回転位相とし、
   前記クランクシャフトを使用する前記エンジンが、前記ピストン往復方向が前記車両上下方向に対して前記周方向における一方側にずれるように、前記車体に対して傾斜して設置されるとした場合、
   前記カウンタウェイトの重心の回転位相が、前記基準回転位相から前記周方向における他方側にずれるとともに、前記ピストン往復方向と前記車両上下方向とのなす角である傾斜角が大きいほど、前記周方向における前記カウンタウェイトの重心の回転位相と前記基準回転位相とのずれ量が大きくなるように、同カウンタウェイトを前記クランクシャフトに設ける
   クランクシャフトのバランス調整方法。

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