JP4344648B2 - Engine balancer equipment - Google Patents
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Description
本発明は,クランク軸の回転に連動して往復運動するピストンを誘導するシリンダの軸線を前記クランク軸の軸線の一側方にオフセットして配置したエンジンに関するもので,特にそのエンジンにおける往復運動部の慣性力による振動の低減を図るためのバランサ装置に関する。 The present invention relates to an engine in which an axis of a cylinder for guiding a piston that reciprocates in conjunction with rotation of a crankshaft is offset to one side of the axis of the crankshaft, and in particular, a reciprocating motion part in the engine. The present invention relates to a balancer device for reducing vibration due to inertial force.
従来,クランク軸の回転に連動して往復運動するピストンを誘導するシリンダの軸線を前記クランク軸の軸線の一側方にオフセットして配置した,所謂オフセットシリンダ型エンジンは,例えば下記特許文献1に開示されるように知られている。
かゝるオフセットシリンダ型エンジンでは,ピストン系往復運動部の慣性力の出方が,シリンダ軸線がクランク軸の軸線と交差する一般のエンジンとは異なるため,振動の出方も相違してくるが,その振動を低減するバランサ装置については,技術的な指針が未だ提案されていない。 In such an offset cylinder type engine, the way in which the inertial force of the piston reciprocating part comes out is different from that in a general engine in which the cylinder axis intersects the axis of the crankshaft. Technical guidelines have not yet been proposed for balancer devices that reduce the vibration.
そこで,本発明は,オフセットシリンダ型エンジンにおいて,ピストン系往復運動部の慣性力による振動を効果的に低減し得,しかもエンジンの大型化を招くことがないバランサ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a balancer device capable of effectively reducing vibration due to inertial force of a piston system reciprocating portion in an offset cylinder type engine and not causing an increase in size of the engine. .
上記目的を達成するために,本発明は,クランク軸の回転に連動して往復運動するピストンを誘導するシリンダの軸線を前記クランク軸の軸線の一側方にオフセットして配置したエンジンにおいて,前記クランク軸の回転に連動して前記ピストンとは反対方向に往復運動するバランス・ウエイトを誘導するガイド軸の軸線を,前記シリンダの軸線と平行に,且つ前記クランク軸の軸線の他側方にオフセットして配置したことを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine in which an axis of a cylinder for guiding a piston that reciprocates in conjunction with rotation of a crankshaft is offset to one side of the axis of the crankshaft. The guide shaft axis that guides the balance weight that reciprocates in the opposite direction to the piston in conjunction with the rotation of the crankshaft is offset parallel to the cylinder axis and to the other side of the crankshaft axis. The first feature is that they are arranged.
また本発明は,第1の特徴に加えて,前記バランス・ウエイトを,その重心が前記クランク軸の軸線より前記シリンダの軸線側にくるように構成したことを第2の特徴とする。 Further, in addition to the first feature, the present invention has a second feature that the balance weight is configured such that the center of gravity thereof is closer to the cylinder axis than the crankshaft axis.
シリンダの軸線をクランク軸の軸線の一側方にオフセットして配置したエンジンにおいて,クランクピンの回転半径をR,クランクピンの回転角度をθ,クランク軸の軸線に対するシリンダの軸線のオフセット量をδとすると,(δ/R)sinθの1次慣性力が,シリンダの軸線がクランク軸の軸線に対してオフセットしていない通常エンジンよりも余分に加わることになる。In an engine arranged with the cylinder axis offset to one side of the crankshaft axis, the crankpin rotation radius is R, the crankpin rotation angle is θ, and the cylinder axis offset relative to the crankshaft axis is δ. Then, the primary inertial force of (δ / R) sin θ is applied more than a normal engine in which the cylinder axis is not offset from the crankshaft axis.
そこで本発明の第1の特徴によれば,ピストンとは反対方向に往復運動するバランス・ウエイトを誘導するガイド軸の軸線を,シリンダの軸線と平行に,且つクランク軸の軸線に対して,シリンダの軸線とは反対側にオフセットして配置したので,補助クランクピンの回転半径をR′,補助クランクピンの回転角度をθ′,クランク軸の軸線に対するガイド軸の軸線のオフセット量をδ′とすると,前記(δ/R)sinθの1次慣性力に対向する1次慣性力(δ′/R′)sinθ′が発生することになる。したがって,ピストン系往復運動部の慣性力にバランス・ウエイト系往復運動部の慣性力を正確に対抗させて,その慣性力に起因してエンジンに発生する1次振動を効果的に低減することができる。しかもガイド軸に沿って往復運動するバランス・ウエイトの両側には張り出し部が存在しないから,バランス・ウエイトによるエンジンの大型化を回避することができる。 Therefore, according to the first feature of the present invention, the axis of the guide shaft for guiding the balance weight that reciprocates in the direction opposite to the piston is set parallel to the cylinder axis and to the crankshaft axis. Since the rotation radius of the auxiliary crankpin is R ′, the rotation angle of the auxiliary crankpin is θ ′, and the offset amount of the guide shaft axis relative to the crankshaft axis is δ ′. Then, a primary inertia force (δ ′ / R ′) sin θ ′ that is opposite to the primary inertia force of (δ / R) sin θ is generated. Therefore, it is possible to accurately counteract the inertial force of the balance weight type reciprocating part with the inertial force of the piston type reciprocating part and effectively reduce the primary vibration generated in the engine due to the inertial force. it can. In addition, since there are no overhangs on both sides of the balance weight that reciprocates along the guide shaft, it is possible to avoid an increase in the size of the engine due to the balance weight.
また本発明の第2の特徴によれば,ピストンの往復運動軌跡と,バランス・ウエイトの往復運動軌跡とがクランク軸の軸線に対して互いに反対方向にオフセットすることに起因してエンジンに生ずる不平衡偶力をも低減することができる。 Further, according to the second feature of the present invention, the piston reciprocation locus and the balance weight reciprocation locus are offset in opposite directions with respect to the axis of the crankshaft. The equilibrium couple can also be reduced.
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described based on preferred embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1は本発明に係るバランサ装置を備えたエンジンの縦断側面図,図2は図1の2−2線断面図,図3は図1の要部拡大断面図,図4は図1の4−4線断面図,図5は上記エンジンの等価線図,図6は比較例エンジン(A)と本発明エンジン(B)との慣性力線図,図7は比較例エンジン(A)と本発明エンジン(B)との不平衡偶力線図である。 1 is a longitudinal side view of an engine equipped with a balancer device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. FIG. 5 is an equivalent diagram of the engine, FIG. 6 is a diagram of inertial force between the comparative engine (A) and the engine of the present invention (B), and FIG. 7 is a comparative engine (A) and the main engine. It is an unbalanced couple diagram with an invention engine (B).
先ず,図1及び図2において,図示例のエンジンEは4サイクル2気筒エンジンである。そのエンジン本体1は,下面に据え付けフランジ2Aを有してクランク軸4を水平に支承するクランクケース2と,このクランクケース2から一側方に斜め上向きに突出するシリンダブロック3と,このシリンダブロックの上端面に接合されるシリンダヘッド4とからなっている。そのクランクケース2は,据え付けフランジ2A及びシリンダブロック3と一体に成形されて,一側面を開放したケース本体2aと,このケース本体2aの開放側面にボルト接合される軸受ブラケット2bとで構成され,このケース本体2aの側壁と,軸受ブラケット2bとでクランク軸5の両端部がそれぞれボールベアリング6,7を介して支承される。このクランク軸5は,同位相の左右一対のクランクピン5a,5aと,これらクランクピン5a,5aの中間部にそれらと逆位相に配置される補助クランクピン5bとを備えており,上記クランクピン5a,5aに対応して互いに平行して左右に並ぶ一対のシリンダ9,9がシリンダブロック3に形成される。シリンダ9,9における点火時期は,互いにクランク角で360°ずれるように設定される。
First, in FIGS. 1 and 2, the engine E in the illustrated example is a four-cycle two-cylinder engine. The engine body 1 includes a
図3及び図5に示すよう,上記シリンダ9,9は,それらの軸線Ayがクランク軸5の軸線Acの上方に所定距離δ,オフセットするように配置される。そしてシリンダ9,9にそれぞれ摺動可能に嵌装される一対のピストン8,8に一対のコンロッド10,10を介して前記クランクピン5a,5aが連接される。
As shown in FIGS. 3 and 5, the cylinders 9 and 9 are arranged such that their axis Ay is offset by a predetermined distance δ above the axis Ac of the
このように,シリンダ9,9の軸線Ayをクランク軸5の軸線Acに対してオフセットすることは,エンジンEの膨張行程における最大圧力時,コンロッド10,10の傾き角度の減少をもたらす。その結果,ピストン8,8がシリンダ9,9内面から受けるサイドスラストが減少し,ピストン8,8の摺動摩擦抵抗が減じて,出力性能の向上に寄与することになる。
In this manner, offsetting the axis Ay of the cylinders 9 and 9 with respect to the axis Ac of the
クランクケース2内には,ピストン8,8等の往復運動部の慣性力と対抗する慣性力を発揮すべく往復運動するバランス・ウエイト11が配設される。バランス・ウエイト11は円板状をなすと共に,それを直径線に沿って貫通するガイド孔12を有しており,このガイド孔12に相対摺動自在に嵌合するガイド軸13がクランクケース2の周壁に螺着される。このガイド軸13は,その軸線Abがシリンダ9,9の軸線Ayと平行し,且つクランク軸5の軸線Acからシリンダ9,9の軸線Ayと反対側に所定距離δ′,オフセットするように配置される。バランス・ウエイト11は,補助コンロッド14を介して前記補助クランクピン5bに連接される。即ち,補助クランクピン5bの一端に形成された小径環状部14aが補助クランクピン5bの外周に相対回転自在に嵌合され,その他端に形成された大径環状部14bが円板状のバランス・ウエイト11の外周に相対回転自在に嵌合される。この大径環状部14bには,ガイド軸13に貫通される長孔17が設けられ,この補助コンロッド14のバランス・ウエイト11周りの揺動がガイド軸13に干渉されないようになっている。
In the
再び図1及び図2において,各コンロッド10,10の大端部にはオイルディッパ16,16が形成され,これらが,クランク軸5の回転に伴ない,クランクケース2内の底部に貯留する潤滑オイルを飛散させることにより,クランクケース2内の各部を潤滑するようになっており,その飛散オイルをバランス・ウエイト11のガイド孔12に導入するオイル孔15(図4参照)がバランス・ウエイト11の両側壁に設けられる。
In FIGS. 1 and 2 again,
バランス・ウエイト11は,図3及び図4に示すように,その両側面に三日月状の付加ウエイト部11a,11aを突出させており,これら付加ウエイト部11a,11aをクランク軸5の軸線Acからシリンダ9,9の軸線Ay側にオフセットすることにより,バランス・ウエイト11の重心Gは,クランク軸5の軸線Acからシリンダ9,9の軸線Ay側へ所定距離δ″,オフセット配置される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
而して,ピストン8,8がシリンダ9,9に沿って往復運動すると,その往復運動はコンロッド10,10及びクランクピン5a,5aにより回転運動に変換されてクランク軸5に伝達され,クランク軸5から回転動力として外部に出力される。またこのクランク軸5の回転運動は,補助コンロッド14及び補助クランクピン5bを介して再び往復運動に変換されてバランス・ウエイト11に伝達され,バランス・ウエイト11はガイド軸13に沿って往復運動をする。
Thus, when the
その際,クランクピン5a,5a及び補助クランクピン5bは,互いに逆位相の関係にあり,即ち180°の位相差があるので,ピストン8,8系の往復運動方向とバランス・ウエイト11系の往復運動方向とは互いに正反対となる。したがって,ピストン8,8系の往復運動部のシリンダ軸線Ay方向の慣性力と,バランス・ウエイト11のガイド軸13の軸線Ab方向の慣性力とを釣り合わせれば,ピストン8,8等の往復運動に伴ない発生するエンジンEの1次振動を無くすることができる。
At that time, the
図5に基づいて,ピストン8,8系の往復運動部のシリンダ軸線Ay方向の慣性力と,バランス・ウエイト11のガイド軸13の軸線Ab方向の慣性力との釣り合いについて解析する。
Based on FIG. 5, the balance between the inertial force in the cylinder axis Ay direction of the reciprocating motion part of the
ピストン8,8系の往復運動部のシリンダ軸線Ay方向の慣性力Fは次式で表すことができる。
The inertial force F in the cylinder axis Ay direction of the reciprocating part of the
但し,M・・・ピストン8系の往復運動部の質量
L・・・コンロッド10の有効長
R・・・クランクピン5aの回転半径
λ・・・L/R
δ・・・クランク軸5の軸線Acに対するシリンダ9の軸線Ayのオフセット量 θ・・・軸線Ac周りのクランクピン5aの回転角度
ω・・・クランク軸5の回転速度
上式中の(δ/R)sinθは,シリンダ9の軸線Ayがクランク軸5の軸線Acに対してオフセットしていない通常エンジンよりも余分に発生する慣性力である。
Where M is the mass of the reciprocating part of the
δ: Offset amount of the axis line Ay of the cylinder 9 with respect to the axis line Ac of the
一方,バランス・ウエイト11系のガイド軸13の軸線Ab方向の慣性力F′は次式で表すことができる。
On the other hand, the inertial force F ′ in the direction of the axis Ab of the
但し,M′・・・バランス・ウエイトの質量
L′・・・補助コンロッド14の有効長
R′・・・補助クランクピン5bの回転半径
λ′・・・L′/R′
δ′・・・クランク軸5の軸線Acに対するガイド軸13の軸線Abのオフセッ ト量
θ′・・・軸線Ac周りの補助クランクピン5bの回転角度
上式中の(δ′/R′)sinθ′は,前記(δ/R)sinθの1次慣性力に対向する1次慣性力となる。
However, M ′: Balance weight mass L ′: Effective length of auxiliary connecting rod 14 R ′: Turning radius of
δ ′: Offset amount of the axis Ab of the
(Δ ′ / R ′) sin θ ′ in the above equation is a primary inertia force opposed to the primary inertia force of the (δ / R) sin θ.
上記二式より明らかなように,バランス・ウエイト11が往復運動する軌跡,即ちガイド軸13の軸線Abをクランク軸5の軸線Acに対してシリンダ9の軸線Ayと反対側に距離δ′オフセットすることにより,ピストン5及びバランス・ウエイト11は,クランク軸5の回転に連動して常にシリンダ9の軸線Ayに沿って互いに正反対方向に往復運動することになり,これにより二つの慣性力FとF′を正確に対抗させ,1次振動を低減することができる。そのオフセット量δ′の最適値は,
δ′=−(L′/L)δ
である。
As is apparent from the above two formulas, the trajectory of the
δ ′ = − (L ′ / L) δ
It is.
またM′=M,λ′=λ,θ′=θとすることにより,二つの慣性力FとF′とを完全に釣り合わせて,1次振動を無くすることができる。 Further, by setting M ′ = M, λ ′ = λ, and θ ′ = θ, the two inertia forces F and F ′ can be perfectly balanced, and the primary vibration can be eliminated.
図6(A)は,バランス・ウエイト11の往復運動軌跡をクランク軸5の軸線Acからオフセットさせない場合の慣性力線図であり,1次慣性力が残存していることがわかる。それに対して,同図(B)は本発明の実施例における慣性力線図であり,1次慣性力がゼロとなることがわかる。
FIG. 6A is an inertial force diagram when the reciprocating motion locus of the
ところで,ガイド軸13に沿って往復運動するバランス・ウエイト11の両側には張り出し部が存在しないから,バランス・ウエイト11の存在によってエンジンEが特別大型化することもない。
By the way, since there are no overhangs on both sides of the
またバランス・ウエイト11の重心Gは,クランク軸5の軸線Acに対してシリンダ9,9の軸線Ay側に距離δ″,オフセットしてあるので,ピストン8,8の往復運動軌跡と,バランス・ウエイト11の往復運動軌跡とがクランク軸5の軸線Acに対して互いに反対方向にオフセットすることに起因してエンジンE全体に生ずる不平衡偶力をも低減することができ,その最適値は,δ″=δであり,そうすることで不平衡偶力をゼロにすることができる。
The center of gravity G of the
図7(A)は,バランス・ウエイト11の重心Gをガイド軸13の軸線Ab上に設定した場合の不平衡偶力線図であり,ピストン8,8系の往復運動による不平衡偶力に,バランス・ウエイト11系の往復運動に不平衡偶力が加算されて,エンジンE全体に大きな不平衡偶力が発生することがわかる。それに対して,同図(B)は本発明の実施例における不平衡偶力線図であり,ピストン8,8系の往復運動による不平衡偶力と,バランス・ウエイト11系の往復運動に不平衡偶力とが互いに釣り合って,エンジンEには不平衡偶力が殆ど発生しないことがわかる。
FIG. 7A is an unbalanced couple diagram in the case where the center of gravity G of the
本発明は,上記実施例に限定されるものではなく,その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば本発明を単気筒エンジンに適用することもできる。勿論,2サイクルエンジンへの適用も可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, the present invention can be applied to a single cylinder engine. Of course, application to a two-cycle engine is also possible.
E・・・・・エンジン
5・・・・・クランク軸
8・・・・・ピストン
9・・・・・シリンダ
11・・・・バランス・ウエイト
13・・・・ガイド軸
Ac・・・・クランク軸5の軸線
Ab・・・・ガイド軸13の軸線
Ay・・・・シリンダ9の軸線
E ...
Claims (2)
前記クランク軸(5)の回転に連動して前記ピストン(8)とは反対方向に往復運動するバランスウエイト(11)を誘導するガイド軸(13)の軸線(Ab)を,前記シリンダ(9)の軸線(Ay)と平行に,且つ前記クランク軸(5)の軸線(Ac)の他側方にオフセットして配置したことを特徴とする,エンジンのバランサ装置。 The axis (Ay) of the cylinder (9) for guiding the piston (8) that reciprocates in conjunction with the rotation of the crankshaft (5) is offset to one side of the axis (Ac) of the crankshaft (5). In the deployed engine,
The axis (Ab) of the guide shaft (13) that guides the balance weight (11) that reciprocates in the opposite direction to the piston (8) in conjunction with the rotation of the crankshaft (5) is used as the cylinder (9). The engine balancer device is arranged in parallel with the axis (Ay) of the crankshaft and offset to the other side of the axis (Ac) of the crankshaft (5).
前記バランスウエイト(11)を,その重心(G)が前記クランク軸(5)の軸線(Ac)より前記シリンダ(9)の軸線(Ay)側にくるように構成したことを特徴とする,エンジンのバランサ装置。
The engine balancer device according to claim 1,
An engine characterized in that the balance weight (11) has a center of gravity (G) located closer to an axis (Ay) of the cylinder (9) than an axis (Ac) of the crankshaft (5). Balancer equipment.
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