JP4373195B2 - エンジンのバランサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸に連動して回転するバランスウエイトを有し、ピストンの往復運動に伴う慣性力を打ち消すエンジンのバランサ装置に関する。

例えば自動二輪車用のエンジンにおいて、クランクケースの内部にピストンやコンロッド等の往復運動部分の慣性力を打ち消すバランサ装置を収容したものが知られている。

この種のバランサ装置は、クランク軸と同速度で逆方向に回転するバランスウエイトを有している。バランスウエイトは、クランク軸上に同軸状に設置する形態と、クランク軸とは別の軸上に設置する形態があり、いずれの場合もバランスウエイトはクランク軸からの動力伝達により駆動されるようになっている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
実公昭５０−３２６４１号公報 実開平４−３０３３９号公報

特許文献１に開示されたバランサ装置は、一対のバランスウエイトを有し、これらバランスウエイトは夫々クランク軸の両端に位置するジャーナル部の上に回転自在に支持されている。バランスウエイトは、クランク軸と逆方向に回転させる必要があるので、上記特許文献１では、クランク軸と平行に中間軸を配置している。中間軸は、その両端にクランク軸と同速度で逆方向に回転する一対のスプロケットを有し、これらスプロケットとバランスウエイトとの間にチェーンが架け渡されている。

このため、クランク軸に取り出された出力は、一旦中間軸上のスプロケットに伝えられた後、チェーンを介してバランスウエイトに伝えられるようになっている。

特許文献１に示すように、バランスウエイトをクランク軸上に同軸状に設置した場合は、バランスウエイトをクランク軸と逆方向に駆動するための専用の中間軸が必要となる。したがって、軸数が増大するとともに、これら軸を支持するクランクケースが大形化する不具合がある。

さらに、クランク軸の両端のジャーナル部に夫々バランスウエイトが位置するので、例えばクランク軸の軸端から歯車を利用して出力を取り出す場合に、バランスウエイトやチェーンが邪魔となって上記歯車をクランク軸の軸方向に沿う中央部に寄せることができなくなる。

この結果、出力取り出し用の歯車がクランク軸の軸方向外側に大きく張り出してしまい、クランクケースの大形化を招く原因となる。それとともに、クランク軸の軸端から出力を取り出すに際して、この出力の取り出し経路が煩雑となったり、出力の取り出しに苦慮するといった問題が生じてくる。

一方、特許文献２に開示されたバランサ装置によると、バランスウエイトは、変速機の主軸やバランサ軸上に位置している。主軸やバランサ軸は、クランク軸と平行に配置されているとともに、クランク軸のクランクウエブとの干渉を避けるように、クランクウエブの外周面が描く回転軌跡の外側に位置している。

ところが、この構成によると、クランク軸と主軸およびクランク軸とバランサ軸との間にクランクウエブが入り込むスペースを確保しなくてはならず、軸間距離が増大するのを避けられない。この結果、クランクケースが大形化し、バランスウエイトをクランクケースにコンパクトに組み込むことができなくなる。

本発明の目的は、クランク軸とは別のバランサ軸上にバランスウエイトが位置するにも拘らず、バランスウエイトをクランクケースにコンパクトに組み込むことができ、クランクケースの大型化を防止できるエンジンのバランサ装置を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るエンジンのバランサ装置は、
クランクケースと、
上記クランクケースに支持され、クランクピンが連結されるピン連結部およびカウンタウエイト部を有するクランクウエブを含むクランク軸と、
上記クランク軸と平行に配置され、このクランク軸に連動して回転するとともに、上記クランク軸を軸方向から見た時に上記クランクウエブと重なり合う位置に設置されたバランサ軸と、
上記バランサ軸上に設けられ、このバランサ軸と一体に回転するバランスウエイトと、を備えている。
上記バランスウエイトは、上記バランサ軸の外周面から径方向外側に張り出すとともに、上記クランク軸の軸方向から見た時に上記クランクウエブの外周面が描く回転軌跡の内側に位置することを特徴としている。

本発明によれば、クランク軸とバランサ軸との間の軸間距離を短縮することができる。このため、クランクケースにバランサ軸やバランスウエイトをコンパクトに組み込むことができ、クランクケースの大形化を防止できる。

以下本発明の実施の形態を、図１ないし図６にもとづいて説明する。

図１は、本発明を適用した自動二輪車１を開示している。自動二輪車１は、クレードル形のフレーム２を有し、このフレーム２にフロントフォーク３およびリヤスイングアーム４が取り付けられている。フロントフォーク３は、前輪５を支持するとともに、リヤスイングアーム４は後輪６を支持している。

フレーム２は、燃料タンク７、シート８および空冷４サイクルＶ型２気筒エンジン９を支持している。エンジン９は、前輪５と後輪６との間であり、かつ燃料タンク７の下方に位置している。

エンジン９は、クランクケース１０、前シリンダ１１および後シリンダ１２を備えている。図３に示すように、クランクケース１０は、左ケース１４と右ケース１５とに分割されており、これら左ケース１４と右ケース１５の間にクランク室１６および変速室１７が形成されている。変速室１７は、クランク室１６の後方に位置している。

左ケース１４の外側面にクラッチカバー１８が取り付けられている。クラッチカバー１８は、左ケース１４との間にクラッチ室１９を形成している。クラッチ室１９は、左ケース１４を間に挟んでクランク室１６と隣り合っている。

右ケース15の外側面にジェネレータカバー２１が取り付けられている。ジェネレータカバー２１は、右ケース１５との間にジェネレータ室２２を形成している。ジェネレータ室２２は、クランクケース１０の前端部に位置するとともに、右ケース１５を間に挟んでクランク室１６と隣り合っている。

クランク室１６は、一本のクランク軸２３を収容している。クランク軸２３は、自動二輪車１の車幅方向に沿って水平に配置されている。クランク軸２３は、一対のジャーナル部２４ａ，２４ｂ、一対のクランクウエブ２５ａ，２５ｂおよびクランクピン２６を備えている。ジャーナル部２４ａ，２４ｂは、クランク軸２３の両端に位置するとともに、このクランク軸２３の回転中心を通る軸線O1上に位置している。

クランクウエブ２５ａ，２５ｂは、夫々ピン連結部２８とカウンタウエイト部２９を有している。ピン連結部２８は、ジャーナル部２４ａ，２４ｂに対し偏心しており、このピン連結部２８にクランクピン２６が連結されている。カウンタウエイト部２９は、クランクウエブ２５ａ，２５ｂの質量を確保するためのものであり、クランクピン２６に対しクランク軸２３の軸線O1を間に挟んだ反対側に張り出している。カウンタウエイト部２９の外周面の一部は、円弧状に湾曲する曲面２９ａとなっている。

クランク軸２３の一方のジャーナル部２４ａは、左ケース１４に回転自在に支持されている。ジャーナル部２４ａの先端部は、クラッチ室１９に導入されている。このジャーナル部２４ａの先端部に第１の減速歯車３１が固定されている。第１の減速歯車３１は、クランク軸２３の出力を取り出す出力伝達部材を構成するものであり、クラッチ室１９に位置している。

クランク軸２３の他方のジャーナル部２４ｂは、右ケース１５に回転自在に支持されている。このジャーナル部２４ｂの上に駆動歯車３４が固定されている。駆動歯車３４は、クランクウエブ２５ｂと右ケース１５との間に介在されて、クランク室１６に位置している。さらに、他方のジャーナル部２４ｂは、右ケース１５の外側方に突出する先端部３５を有している。

右ケース１５の外側面に筒状の外壁３６が形成されている。外壁３６は、ジャーナル部２４ｂの先端部３５を取り囲んでおり、この外壁３６の突出端は、ケースカバー３７によって閉じられている。ケースカバー３７は、外壁３６と協働してカム室３８を構成している。ジャーナル部２４ｂの先端部３５は、カム室３８に位置している。

ジャーナル部２４ｂの先端部３５は、軸方向に延長された延長部３９を有している。延長部３９は、ケースカバー３７を貫通してカム室３８の外に突出しており、この延長部３９の上にカム駆動歯車４１とバランサ駆動歯車４２が同軸状に固定されている。

図２および図６に示すように、エンジン９の前シリンダ１１および後シリンダ１２は、夫々一つのピストン４４，４５を収容している。ピストン４４，４５は、コンロッド４６，４７を介してクランク軸２３のクランクピン２６に連結されている。本実施形態の場合、前後のシリンダ１１，１２のピストン４４，４５は、略同じようなタイミングで往復運動するようになっており、このピストン４４，４５の往復運動によりクランク軸２３が回転駆動される。

図２および図４に示すように、右ケース１５のカム室３８に二本のカム軸５０，５１が収容されている。カム軸５０，５１は、クランク軸２３のジャーナル部２４ｂの上方に位置している。これらカム軸５０，５１は、クランク軸２３と平行に配置されているとともに、エンジン９の前後方向に並んでいる。後側のカム軸５１は、後シリンダ１２の吸気弁および排気弁を開閉する二つの動弁カム５２ａ，５２ｂを有している。同様に前側のカム軸５０は、前シリンダ１１の吸気弁および排気弁を開閉する二つの動弁カム（図示せず）を有している。動弁カム５２ａ，５２ｂは、カム軸５０の軸方向に並んでいる。

カム軸５０，５１は、夫々中間歯車５３ａ，５３ｂを有している。中間歯車５３ａ，５３ｂは、カム室３８内で互いに噛み合っている。この噛み合いにより、二本のカム軸５０，５１が互いに同期して回転するようになっている。後側のカム軸５１は、ケースカバー３７を貫通してカム室３８の外に突出している。このカム軸５０の突出端にタイミング歯車５４が固定されている。タイミング歯車５４は、クランク軸２３と一体に回転するカム駆動歯車４１に噛み合っている。したがって、二本のカム軸５０，５１は、クランク軸２３からの動力伝達により回転駆動される。

カム室３８の上部に一対のリフタホルダ５５が取り付けられている。リフタホルダ５５は、夫々一対のバルブリフタ５６ａ，５６ｂを上下動可能に支持している。バルブリフタ５６ａ，５６ｂは、吸・排気弁に連動するプッシュロッド５７ａ，５７ｂとカム軸５０，５１の動弁カム５２ａ，５２ｂとの間に介在されている。

図３に示すように、クランクケース１０の変速室１７に歯車変速装置６０が収容されている。歯車変速装置６０は、第１および第２の変速軸６１，６２と、これら変速軸６１，６２の上に装着された複数の変速歯車列６３とを備えている。第１および第２の変速軸６１，６２は、左ケース１４と右ケース１５との間に跨るとともに、クランク軸２３と平行に配置されている。

第１の変速軸６１の一端は、左ケース１４を貫通してクラッチ室１９に導入されている。この第１の変速軸６１の一端に被駆動部材としてのクラッチ６４が取り付けられている。クラッチ６４は、クランク軸２３の出力を歯車変速装置６０に伝えたり遮断するためのものであり、この歯車変速装置６０の入力端に位置している。クラッチ６４は、第２の減速歯車６５を有している。第２の減速歯車６５は第１の減速歯車３１と噛み合っており、この噛み合いによりクランク軸２３の出力がクラッチ６４に伝わるようになっている。

クランク室１６の前端部に中継軸６７が配置されている。中継軸６７は、左ケース１４と右ケース１５との間に跨るとともに、クランク軸２３と平行に配置されている。中継軸６７は、従動歯車６８を有している。従動歯車６８は、クランク軸２３と一体に回転する駆動歯車３４と噛み合っている。この噛み合いにより、中継軸６７は、クランク軸２３の二倍の回転速度で逆方向に回転するようになっている。

中継軸６７の一端は、右ケース１５を貫通してジェネレータ室２２に導入されており、この中間軸６７の一端にジェネレータ６９が固定されている。ジェネレータ６９は、図示しないスタータモータによって駆動される始動歯車７０を有している。

図３に示すように、Ｖ型２気筒エンジン９は、エンジン振動を低減するバランサ７５を装備している。バランサ７５は、ピストン４４，４５およびコンロッド４６，４７のような往復運動部分の慣性力の一次成分を打ち消すためのものであり、第１のバランスウエイト７６と第２のバランスウエイト７７とを備えている。

第１のバランスウエイト７６は、クランク軸２３のジャーナル部２４ａの先端部に同軸状に支持されている。第１のバランスウエイト７６は、クラッチ室１９に収容されているとともに、第１の減速歯車３１と左ケース１４との間に介在されている。

第１のバランスウエイト７６は、ボス部７８とウエイト部７９とを備えている。ボス部７８は、ジャーナル部２４ａの先端部にブッシュ８０を介して回転自在に支持されている。ウエイト部７９は、ボス部７８の外周面から径方向外側に張り出す円盤状をなしており、その外径寸法が第１の減速歯車３１よりも僅かに大きくなっている。

第１のバランスウエイト７６は、上記中継軸６７からの動力伝達によりクランク軸２３と同速度で逆方向に駆動される。この第１のバランスウエイト７６の駆動経路について説明する。図３に示すように、中継軸６７の他端は、左ケース１４を貫通してクラッチ室１９の前端部に導入されており、この中継軸６７の他端に駆動歯車８１が固定されている。さらに、第１のバランスウエイト７６のボス部７８の外周面に従動歯車８２が固定されている。従動歯車８２は、第１の減速歯車３１に対しウエイト部７９を間に挟んだ反対側に位置し、第１の減速歯車３１よりもクランク軸２３の軸方向に沿う中央部の方向にずれている。

駆動歯車８１および従動歯車８２は、共通のアイドル歯車８３に噛み合っている。この噛み合いにより、中継軸６７の回転速度が半分に減じられて第１のバランスウエイト７６に伝わるとともに、この第１のバランスウエイト７６が中継軸６７と同方向に回転するようになっている。

一方、第２のバランスウエイト７７は、クランク軸２３とは別のバランサ軸８５上に設けられている。バランサ軸８５は、クラッチ６４や第１のバランスウエイト７６に対しクランクケース１０を間に挟んだ反対側に位置し、本実施形態では右ケース１５のカム室３８に収容されている。

具体的に述べると、図２および図５に示すように、バランサ軸８５は右ケース１５とケースカバー３７との間に跨っている。このバランサ軸８５は、クランク軸２３のジャーナル部２４ｂと平行をなすとともに、このジャーナル部２４ｂの後方に位置している。

バランサ軸８５の先端部は、ケースカバー３７を貫通してカム室３８の外に突出しており、このバランサ軸８５の先端部に従動歯車８６が固定されている。従動歯車８６は、クランク軸２３と一体に回転するバランサ駆動歯車４２に噛み合っている。この噛み合いにより、バランサ軸８５は、クランク軸２３と同速度で逆方向に回転するようになっている。

第２のバランスウエイト７７は、バランサ軸８５の外周面から径方向外側に張り出すとともに、このバランサ軸８５の軸方向に延びている。この第２のバランスウエイト７７は、カム室３８内でバランサ軸８５と一体に回転する。

図３および図６に示すように、カム室３８をクランク軸２３の軸方向から見た場合に、カム室３８内のバランサ軸８５は、クランクウエブ２５ｂと重なり合う位置に設置されている。それとともに、本実施形態では、第２のバランスウエイト７７にしてもその全てがクランクウエブ２５ｂと重なり合う位置に設置されている。このことから、第２のバランスウエイト７７の外周縁が描く回転軌跡T1は、上記クランクウエブ２５ａ，２５ｂの最大径部分の外周面が描く回転軌跡T2の内側に入り込んでいる。

ジャーナル部２４ｂの先端部３５は、カム室３８内で第２のバランスウエイト７７と向かい合っている。先端部３５は、その軸端に位置する延長部３９の方向に進むに従い縮径された小径部８７を有している。この結果、ジャーナル部２４ｂとバランサ軸８５との間の軸間距離が一定であるにも拘わらず、小径部８７の外周面とバランサ軸８５の外周面との間の間隔が広がっている。言い換えると、第２のバランスウエイト７７は、小径部８７に入り込むように拡張された拡張部８８を有し、この拡張部８８の分だけ第２のバランスウエイト７７の質量が増えている。

さらに、上記ジャーナル部２４ａの軸方向に沿う第１のバランスウエイト７６の寸法をL1、上記バランサ軸８５の軸方向に沿う第２のバランスウエイト７７の寸法をL2とした時、第１および第２のバランスウエイト７６，７７は、L1＜L2の関係に定められている。

このため、クランク軸２３と同軸の第１のバランスウエイト７６は、径を大きくすることで質量を確保しているとともに、クランク軸２３と非同軸の第２のバランスウエイト７７は、バランサ軸８５の軸方向の寸法L2を大きくすることで質量を確保している。

このような構成において、ピストン４４，４５の往復運動によりクランク軸２３が回転すると、第１のバランスウエイト７６および第２のバランスウエイト７７がクランク軸２３と同速度で逆方向に回転する。この回転により、ピストン４４，４５の往復運動に伴う慣性力の一次成分がクランク軸２３のカウンタウエイト部２９と第１および第２のバランスウエイト７６，７７によって打ち消され、エンジン９の不快な振動が低減される。

上記実施の形態によると、第２のバランスウエイト７７を有するバランサ軸８５は、クランク軸２３の軸方向から見た時に、クランクウエブ２５ａ，２５ｂと重なり合うような位置に設置されている。それとともに、第２のバランスウエイト７７にしても、その外周縁が描く回転軌跡T1がクランクウエブ２５ａ，２５ｂの最大径部分が描く回転軌跡T2によって囲まれる領域に位置している。

このため、バランサ軸８５をクランク軸２３のジャーナル部２４ｂに近づけて、これら両者間の軸間距離を短縮することができ、第２のバランスウエイト７７がクランク軸２３の周囲に大きく張り出すことはない。したがって、スペース的に限りがあるクランクケース２３にバランサ軸８５や第２のバランスウエイト７７をコンパクトに組み込むことが可能となり、クランクケース１０の大形化を防止できる。

さらに、第１のバランスウエイト７６は、クランク軸２３と同軸状に設置されているので、第１のバランスウエイト７６に慣性偶力が生じることはなく、アンバランスな慣性力が生じ難くなる。この結果、第２のバランスウエイト７７で第１のバランスウエイト７６の慣性偶力を打ち消す、言い換えると、第１および第２のバランスウエイト７６，７７の慣性偶力のつり合いを考慮する必要はない。

よって、バランサ軸８５を極力クランク軸２３のジャーナル部２４ａに近づけることができ、バランサ軸８５および第２のバランスウエイト７７をクランクウエブ２５ａ，２５ｂの回転軌跡T2の内側に無理なく収めることができる。

加えて、上記構成によると、第２のバランスウエイト７７を有するバランサ軸８５は、クランク軸２３の出力を取り出す第１の減速歯車３１やクラッチ６４に対しクランクケース１０を間に挟んだ反対側に位置している。このため、第２のバランスウエイト７７を設置するに当って、第１の減速歯車３１およびクラッチ６４が邪魔な存在とならずに済む。

言い換えると、第２のバランスウエイト７７やこれを支持するバランサ軸８５がクランク軸２３の出力の取り出しを妨げることはなく、クランク軸２３とは別のバランサ軸８５を有する構成でありながら、クランク軸２３からの出力の取り出しを容易に行うことができる。

なお、本発明はV型２気筒エンジンに特定されるものではなく、例えば振動が大きな単気筒エンジンであっても同様に実施可能である。

空冷４サイクルＶ型２気筒エンジンを搭載した自動二輪車の側面図。 クランク軸、カム軸およびバランサ軸の位置関係を示す空冷４サイクルＶ型２気筒エンジンの側面図。 クランク軸、歯車変速装置、中継軸およびバランサ軸の位置関係を示す空冷４サイクルＶ型２気筒エンジンの断面図。 図２のF4−F4線に沿う断面図。 図３のF5−F5線に沿う断面図。 クランク軸のクランクウエブと第２のバランスウエイトとの位置関係を示す空冷４サイクルＶ型２気筒エンジンの側面図。

符号の説明

１０…クランクケース、２３…クランク軸、２５ａ，２５ｂ…クランクウエブ、２６…クランクピン、２８…ピン連結部、２９…カウンタウエイト部、７６…第１のバランスウエイト、７７…第２のバランスウエイト、８５…バランサ軸、Ｔ２…回転軌跡。

Claims (9)

1. クランクケースと、
   上記クランクケースに支持され、クランクピンが連結されるピン連結部およびカウンタウエイト部を有するクランクウエブを含むクランク軸と、
   上記クランク軸と平行に配置され、このクランク軸に連動して回転するとともに、上記クランク軸を軸方向から見た時に上記クランクウエブと重なり合う位置に設置されたバランサ軸と、
   上記バランサ軸上に設けられ、このバランサ軸と一体に回転するバランスウエイトと、を具備し、
   上記バランスウエイトは、上記バランサ軸の外周面から径方向外側に張り出すとともに、上記クランク軸の軸方向から見た時に上記クランクウエブの外周面が描く回転軌跡の内側に位置することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
2. 請求項１の記載において、上記クランク軸は、その軸方向に沿う端部に上記クランクケースに回転自在に支持されるジャーナル部を有し、このジャーナル部は、上記クランクケースの外に突出されて上記バランスウエイトと向かい合う先端部を含み、この先端部は、上記バランスウエイトが入り込むように縮径された小径部を有することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
3. 請求項２の記載において、上記クランクケースは、複数の動弁カムを有するカム軸を支持し、このカム軸は、上記クランク軸のジャーナル部の上方に位置するとともに、上記クランク軸および上記バランサ軸と平行に配置されていることを特徴とするエンジンのバランサ装置。
4. 請求項１又は請求項２の記載において、上記クランク軸は、その軸方向に沿う一端に上記クランク軸の出力を取り出すための出力伝達部材を有し、上記バランサ軸は、上記出力伝達部材に対し上記クランクケースを間に挟んだ反対側に位置することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
5. 請求項１の記載において、上記バランサ軸は、上記クランク軸と同速度で逆方向に回転することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
6. クランクケースと、
   上記クランクケースに支持され、クランクピンが連結されるピン連結部およびカウンタウエイト部を有するクランクウエブを含むクランク軸と、
   上記クランク軸に同軸状に支持され、このクランク軸に連動して回転する第１のバランスウエイトと、
   上記第１のバランスウエイトに対し上記クランクウエブを間に挟んだ反対側において上記クランク軸と平行に配置され、上記クランク軸に連動して回転するとともに、上記クランク軸を軸方向から見た時に上記クランクウエブと重なり合う位置に設置されたバランサ軸と、
   上記バランサ軸上に設けられ、このバランサ軸と一体に回転する第２のバランスウエイトと、を具備し、
   上記第２のバランスウエイトは、上記バランサ軸の外周面から径方向外側に張り出すとともに、上記クランク軸の軸方向から見た時に上記クランクウエブの外周面が描く回転軌跡の内側に位置することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
7. 請求項６の記載において、上記第１のバランスウエイトおよび上記第２のバランスウエイトは、夫々上記クランク軸と同速度で逆方向に回転することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
8. 請求項６又は請求項７の記載において、上記クランク軸は、その軸方向に沿う一端に上記クランク軸の出力を取り出すための出力伝達部材を有し、上記第１のバランスウエイトは、上記クランク軸に対し上記出力伝達部材と同じ側に位置するとともに、上記バランサ軸は、上記出力伝達部材に対し上記クランクケースを間に挟んだ反対側に位置することを特徴とするエンジンのバランサ装置。
9. 請求項６の記載において、上記クランク軸の軸方向に沿う上記第１のバランスウエイトの寸法をＬ１、上記バランサ軸の軸方向に沿う上記第２のバランスウエイトの寸法をＬ２とした時、Ｌ１＜Ｌ２の関係に規定されていることを特徴とするエンジンのバランサ装置。

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