JP3109264B2 - クランクシャフトのカウンタウエイト - Google Patents

クランクシャフトのカウンタウエイト

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JP3109264B2
JP3109264B2 JP04196203A JP19620392A JP3109264B2 JP 3109264 B2 JP3109264 B2 JP 3109264B2 JP 04196203 A JP04196203 A JP 04196203A JP 19620392 A JP19620392 A JP 19620392A JP 3109264 B2 JP3109264 B2 JP 3109264B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はクランクシャフトのカ
ウンタウエイトに係り、特にクランクシャフトのベアリ
ング部位にかかる極荷重の回転慣性力を変更させるクラ
ンクシャフトのカウンタウエイトに関する。
【0002】
【従来の技術】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えるものであり、これによ
りピストンに働く圧力がエンジントルクに変換される。
【0003】また、クランクシャフトの材質には、一般
に、炭素鋼や特殊鋼、そして特殊鋳鉄等が用いられ、鍛
造のものと鋳造のものとがあるが、一般に鍛造のものが
多く使用されている。
【0004】前記クランクシャフトのカウンタウエイト
としては、特開昭61−218823号公報に開示され
るものがある。この公報に開示されるクランクシャフト
のバランス構造は、クランクシャフトのカウンタウエイ
ト部分に、回転数が高くなるに従い、遠心力で遠心方向
に移動できるウエイトを具備し、上記ウエイトを遠心力
に抗して回転中心方向に弾持する弾持手段を設け、エン
ジン回転領域全体において、振動値を一定値以下の抑制
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のクラ
ンクシャフトのカウンタウエイトにおいて、図3〜6に
示す如く、クランクシャフト102に一端側から順次8
個の第1〜第8カウンタウエイト104−1、104−
2、104−3、104−4、104−5、104−
6、104−7、104−8を夫々設け、クランクシャ
フト102の一端側から順次5個の第1〜第5メインベ
アリング106−1、106−2、106−3、106
−4、106−5を配設、つまりクランクシャフト10
2の一端側に第1メインベアリング106−1を配設
し、第2、第3カウンタウエイト104−2、104−
3間に第2メインベアリング106−2を配設し、第
4、第5カウンタウエイト104−4、104−5間に
第3メインベアリング106−3を配設し、第6、第7
カウンタウエイト104−6、104−7間に第4メイ
ンベアリング106−4を配設するとともに、前記クラ
ンクシャフト102の他端側に第5メインベアリング1
06−5を配設する。
【0006】そして、これら第1〜第8カウンタウエイ
ト104−1、104−2、104−3、104−4、
104−5、104−6、104−7、104−8の重
量を夫々W1〜W8とした際に、第1〜第8カウンタウ
エイト104−1、104−2、104−3、104−
4、104−5、104−6、104−7、104−8
の重量配分は、 W1≒W4≒W5≒W8、 W2≒W3≒W6≒W7、 W1+W2≒W3+W4 となっている。
【0007】ここで、第1シリンダ#1と第2シリンダ
#2とのカウンタウエイト配分は、第2メインベアリン
グ106−2に対して略点対称である。
【0008】また、第3シリンダ#3と第4シリンダ#
4とのカウンタウエイト配分は、第4メインベアリング
106−4に対して略点対称である。
【0009】前記第2メインベアリング106−2の極
荷重は、図7(a)及び図7(b)に示されるようにな
り、クランクシャフト102の1回転に対し極荷重ベク
トルは2回転するものである。
【0010】次に、クランクシャフト102の1回転に
対し極荷重ベクトルが2回転する理由を記載すれば、第
2メインベアリング106−2にかかる極荷重は、第1
シリンダ#1と第2シリンダ#2とのコンロッド、クラ
ンクピン、カウンタウエイト等の回転慣性力と、ピスト
ン系往復部慣性力とからなる。
【0011】第1シリンダ#1の往復部慣性力をFP1
すると、第1シリンダ#1の往復部慣性力FP1は、エン
ジンの機械力学により、 FP1=m・r・ω2 (cosθ+cos2θ/λ) m:往復部重量 r:クランク回転半径 ω:クランク角速度 θ:クランク角度 λ:コンロッド比 なお、コンロッド比λは、コネクチングロッドの長さを
Lとするとともに、クランク半径をrとした際に、 λ=L/r にて算出することができる。
【0012】また、第2シリンダ#2の往復部慣性力を
P2とすると、第2シリンダ#2の往復部慣性力F
P2は、第1シリンダ#1に対して180度の位相差があ
るので、 FP2=m・r・ω2 {cos(θ+180) +cos2(θ+180)/λ} =m・r・ω2 (−cosθ+cos2θ/λ) となる。
【0013】したがって、第2メインベアリング106
−2にかかる往復部慣性力FP は、 FP =FP1+FP2 =2mrω2 cos2θ/λ となり、クランク角が1回転すると、往復部慣性力FP
は2周期する。
【0014】また、第1、第2シリンダ#1、#2の回
転慣性力ベクトルは、大きさが同じで向きが逆であるこ
とにより、第2メインベアリング106−2にかかる回
転慣性力は0(零)となる。
【0015】前記クランクシャフト102の1回転に対
し極荷重ベクトルは2回転することは、ピストン2次慣
性力によるものであり、軸心軌跡もオイルクリアランス
内を極荷重線図に従って激しく動作する(図9(a)、
(b)、(c)参照)。
【0016】この結果、振動や騒音が大となり、実用上
不利であるという不都合がある。
【0017】また、オーババランス率を0%とした際
に、各メインベアリングの極荷重は、図9(a)、
(b)、(c)に夫々示す如き状態となる。そして、第
2、第3シリンダ#2、#3のピストン往復の周期が同
じために、往復部の慣性力が第3メインベアリング10
6−3に大きく作用することとなり、極荷重が大となる
という不都合がある。
【0018】念のために、前記オーババランス率の定義
を記載する。
【0019】1気筒当りのピストン、コンロッド、クラ
ンクシャフトの慣性力は、ピストンとコンロッドの一部
とによる往復部の慣性力FP と、コンロッドの一部とク
ランクピンとによる回転部の慣性力Frとに分けて考え
ることができ、カウンタウエイトはこれらの慣性力を打
ち消すために取り付けられるものである。ここで、カウ
ンタウエイトは、回転運動するため、回転部の慣性力F
rは100%打ち消すことができる。
【0020】しかし、往復部の慣性力FP をカウンタウ
エイトで100%打ち消すことはできず、最大約50%
である。
【0021】ここで、回転部の慣性力Frを完全に打ち
消すカウンタウエイトにさらに往復部重量に比較して何
%のおもりを加えたかを前記オーババランス率と言う。
また、オーババランス率は、一般に、0〜50%程度で
ある。
【0022】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、4個の気筒を直列に配設し
たエンジンのクランクシャフトにおいて、このクランク
シャフトに一端側から順次8個の第1〜第8カウンタウ
エイトを夫々設け、これら第1〜第8カウンタウエイト
の重量を夫々W1〜W8とした際に、 W1=W8、 W2=W7、 W3=W6、 W4=W5、 W1+W2=W3+W4=Fr、 W2>W3、 W4>W3、 W1≧W2 の関係を満足し、オーババランス率を0%とする構成と
したことを特徴とする。
【0023】
【作用】上述の如く発明したことにより、クランクシャ
フトの回転時には、第1〜第8カウンタウエイトによっ
て第2メインベアリングの激しい動きを抑制するととも
に、第3メインベアリングの最大極荷重を減少させてい
る。
【0024】
【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。
【0025】図1、図2はこの発明の実施例を示すもの
である。図2において、2は4個の気筒(図示せず)を
直列に配設した図示しないエンジンのクランクシャフト
である。
【0026】このクランクシャフト2に一端側から順次
8個の第1〜第8カウンタウエイト4−1、4−2、4
−3、4−4、4−5、4−6、4−7、4−8を夫々
設け、クランクシャフト2の一端側から順次5個の第1
〜第5メインベアリング6−1、6−2、6−3、6−
4、6−5を配設、つまり図2に示す如く、クランクシ
ャフト2の一端側に第1メインベアリング6−1を配設
し、第2、第3カウンタウエイト4−2、4−3間に第
2メインベアリング6−2を配設する。
【0027】また、第4、第5カウンタウエイト4−
4、4−5間に第3メインベアリング6−3を配設し、
第6、第7カウンタウエイト4−6、4−7間に第4メ
インベアリング6−4を配設するとともに、前記クラン
クシャフト2の他端側に第5メインベアリング6−5を
配設する。
【0028】そして、これら第1〜第8カウンタウエイ
ト4−1、4−2、4−3、4−4、4−5、4−6、
4−7、4−8の重量を夫々W1〜W8とした際に、 W1=W8、 W2=W7、 W3=W6、 W4=W5、 W1+W2=W3+W4=Fr、 W2>W3、 W4>W3、 W1≧W2 の関係を満足し、オーババランス率を0%とする構成と
する。
【0029】詳述すれば、上述の関係によって、回転部
の慣性力Frを完全に打ち消すカウンタウエイトとし、
オーババランス率を0%として最大極荷重を減少させる
ものである。
【0030】また、第1〜第8カウンタウエイト4−
1、4−2、4−3、4−4、4−5、4−6、4−
7、4−8の重量配分を適正化した一例を開示すれば、 W1=W2 =2・W3 =2/3・W4 =2/3・W5 =2・W6 =W7 =W8、 とするとともに、 W1+W2=W3+W4=Fr =W5+W6 =W7+W8、 とし、オーババランス率を0%とする。
【0031】次に、図2に沿って第1、第2メインベア
リング6−1、6−2の極荷重を算出すると、 R1 =(S3+S4)/L・Fp −(S2+S3+S4)/L・FW1−S4/L・FW22 =(S1+S2)/L・Fp −S1/L・FW1−(S1+S2+S3)/L・FW21 :第1メインベアリング6−1の極荷重 R2 :第2メインベアリング6−2の極荷重 S1〜S4:支点・カウンタウエイト重心位置・クラン
クピン中心位置の各距離 Fp:クランクピンにかかる力 FW1:第1カウンタウエイト4−1の慣性力 FW2:第2カウンタウエイト4−2の慣性力 L:コネクチングロッドの長さ となる。
【0032】そしてこのとき、クランクシャフト2が各
気筒で分割されているとともに、剛体であると仮定す
る。
【0033】次に作用について説明する。
【0034】前記クランクシャフト2の回転時には、第
2メインベアリング6−2の荷重ベクトルはクランク回
転と略同じとなり、図1(a)、(b)、(c)に夫々
示す如く、クランク1回転に対し荷重も1回転し、第1
〜第8カウンタウエイト4−1、4−2、4−3、4−
4、4−5、4−6、4−7、4−8の重量配分によっ
て第2メインベアリング6−2の激しい動きを抑制する
とともに、第3メインベアリング6−3の最大極荷重を
減少させている。
【0035】これにより、カウンタウエイト4の総重量
を変化させることなく、第1〜第8カウンタウエイト4
−1、4−2、4−3、4−4、4−5、4−6、4−
7、4−8の重量配分を変更するのみで、回転部の慣性
力Frを完全に打ち消すカウンタウエイトとしてオーバ
バランス率を0%とし、第2メインベアリング6−2の
激しい動きを抑制することができ、振動や騒音を低減し
得るとともに、第3メインベアリング6−3の最大極荷
重を減少させることができ、実用上有利である。
【0036】また、第1〜第8カウンタウエイト4−
1、4−2、4−3、4−4、4−5、4−6、4−
7、4−8の重量配分を変更するのみであることによ
り、構成が複雑化する惧れが全くなく、従来の製造方策
を利用することができ、製作が容易であり、コストを低
廉とし得て、経済的にも有利である。
【0037】なお、この発明は上述実施例に限定される
ものではなく、種々の応用改変が可能である。
【0038】例えば、この発明の実施例においては、第
1〜第8カウンタウエイト4−1、4−2、4−3、4
−4、4−5、4−6、4−7、4−8の重量配分を適
正化した一例を開示したが、開示した各第1〜第8カウ
ンタウエイト4−1、4−2、4−3、4−4、4−
5、4−6、4−7、4−8の重量配分を、所定の関係
を満足すべく変更することもできる。
【0039】
【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの発明によれ
ば、4個の気筒を直列に配設したエンジンのクランクシ
ャフトに一端側から順次8個の第1〜第8カウンタウエ
イトを夫々設け、これら第1〜第8カウンタウエイトの
重量を夫々W1〜W8とした際に、 W1=W8、 W2=W7、 W3=W6、 W4=W5、 W1+W2=W3+W4=Fr、 W2>W3、 W4>W3、 W1≧W2 の関係を満足し、オーババランス率を0%とする構成と
したので、カウンタウエイトの総重量を変化させること
なく、第1〜第8カウンタウエイトの重量配分を変更す
るのみで、回転部の慣性力Frを完全に打ち消すカウン
タウエイトとしてオーババランス率を0%とし、第2メ
インベアリングの激しい動きを抑制することができ、振
動や騒音を低減し得るとともに、第3メインベアリング
の最大極荷重を減少させ得て、実用上有利である。ま
た、第1〜第8カウンタウエイトの重量配分を変更する
のみであることにより、構成が複雑化する惧れが全くな
く、従来の製造方策を利用することができ、製作が容易
であり、コストを低廉とし得て、経済的にも有利であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)この発明の実施例を示す適正なカウンタ
ウエイト重量配分の第1、第5メインベアリングの極荷
重線図である。 (b)カウンタウエイト重量配分の第2、第4メインベ
アリングの極荷重線図である。 (c)カウンタウエイト重量配分の第3メインベアリン
グの極荷重線図である。
【図2】第1、第2メインベアリングの極荷重を算出す
るための概略図である。
【図3】この発明の従来の技術を示すクランクシャフト
の正面図である。
【図4】クランクシャフトの右側面図である。
【図5】クランクシャフトの概略正面図である。
【図6】クランクシャフトの概略右側面図である。
【図7】(a)第2メインベアリングの極荷重線図であ
る。 (b)カウンタウエイトW2、W3を所定に設定した際
の第2メインベアリングの極荷重線図である。
【図8】(a)第2メインベアリングの軸心軌跡を示す
図である。 (b)カウンタウエイトW2、W3を所定に設定した際
の第2メインベアリングの軸心軌跡を示す図である。
【図9】(a)オーババランス0%における第1、第5
メインベアリングの極荷重線図である。 (b)オーババランス0%における第2、第4メインベ
アリングの極荷重線図である。 (c)オーババランス0%における第3メインベアリン
グの極荷重線図である。
【符号の説明】
2 クランクシャフト 4−1 第1カウンタウエイト 4−2 第2カウンタウエイト 4−3 第3カウンタウエイト 4−4 第4カウンタウエイト 4−5 第5カウンタウエイト 4−6 第6カウンタウエイト 4−7 第7カウンタウエイト 4−8 第8カウンタウエイト 6−1 第1メインベアリング 6−2 第2メインベアリング 6−3 第3メインベアリング 6−4 第4メインベアリング 6−5 第5メインベアリング W1〜W8 第1〜第8カウンタウエイトの重量

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4個の気筒を直列に配設したエンジンの
    クランクシャフトにおいて、このクランクシャフトに一
    端側から順次8個の第1〜第8カウンタウエイトを夫々
    設け、これら第1〜第8カウンタウエイトの重量を夫々
    W1〜W8とした際に、 W1=W8、 W2=W7、 W3=W6、 W4=W5、 W1+W2=W3+W4=Fr、 W2>W3、 W4>W3、 W1≧W2 の関係を満足し、オーババランス率を0%とする構成と
    したことを特徴とするクランクシャフトのカウンタウエ
    イト。
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