JP4430462B2 - Ｖ型２気筒エンジンのバランサ構造 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトの軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される一対のバンクを有するＶ型２気筒エンジンに関し、特に、Ｖ型２気筒エンジンの振動を抑え得るようにしたバランサ構造の改良に関する。

Ｖ型２気筒エンジンにおいて、二次慣性力による振動のうち鉛直方向の振動を低減するために、一対のバンクのクランクピン間に位相角を設定するようにしたものが、特許文献１で知られている。
特公平１−４８４２３号公報

ところが上記従来のものでは、二次慣性力のうち水平方向の振動を低減することはできず、二次慣性力による振動の低減が不充分となっている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、二次バランサ軸を用いて二次慣性力による鉛直および水平方向の振動の発生を防止可能とし、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のＶ型２気筒エンジンを構成し得るようにしたＶ型２気筒エンジンのバランサ構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、クランクシャフトの軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される一対のバンクを有するＶ型２気筒エンジンであって、前記両バンクのバンク角が６０度に設定されるものにおいて、前記両バンクのピストンに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッドの他端部が、位相角を６０度としたクランクピンを介して前記クランクシャフトに連結され、エンジンの一次慣性偶力を打ち消すための少なくとも一対のバランスウエイトを有して前記クランクシャフトと等速で回転する一次バランサ軸を備え、エンジンの二次慣性力を打ち消すために、前記クランクシャフトの回転数の２倍の速さで回転する二次バランサ軸を１個だけ備えると共に、該１個の二次バランサ軸が前記両バンク間に配置されることを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、クランクシャフトの軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される一対のバンクを有するＶ型２気筒エンジンであって、前記両バンクのバンク角が６０度に設定されるものにおいて、前記両バンクのピストンに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッドの他端部が、位相角を０度としたクランクピンを介して前記クランクシャフトに連結され、エンジンの一次慣性偶力を打ち消すための少なくとも一対のバランスウエイトとエンジンの一次慣性力を打ち消すためのバランスウエイトとを有して前記クランクシャフトと等速で回転する一次バランサ軸を備え、エンジンの二次慣性力を打ち消すために、前記クランクシャフトの回転数の２倍の速さで回転する二次バランサ軸を１個だけ備えると共に、該１個の二次バランサ軸が前記両バンク間に配置されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記両バンクのシリンダボアの内側面のうち前記クランクシャフトの軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、前記一次慣性偶力を打ち消すためのバランスウエイトが配置されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記一次バランサ軸が、前記クランクシャフトの軸線と直交する平面内で前記クランクシャフトおよび前記二次バランサ軸間に配置されることを特徴とする。

さらに請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記一次バランサ軸および前記二次バランサ軸の回転軸線が、前記クランクシャフトの軸線と直交する平面内で前記両バンクの二等分線上に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、クランクシャフト回転数の２倍の速さで回転する二次バランサ軸を只１個だけ用いて、二次慣性力による鉛直および水平方向の振動の発生を防止することができ、これにより、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のＶ型２気筒エンジンを構成することができる。しかも上記１個の二次バランサ軸がＶ型２気筒エンジンの両バンク間に配置されるので、Ｖ型２気筒エンジンのデッドスペースを有効に利用して二次バランサ軸を配置することができる。その上、エンジンの一次慣性偶力を打ち消すための少なくとも一対のバランスウエイトを有してクランクシャフトと等速で回転する一次バランサ軸を備えるので、この一次バランサ軸が備える上記バランスウエイトによって一次慣性偶力を釣り合わせ、一次慣性偶力による振動の発生を抑えることができる。

また特に請求項１記載の発明によれば、クランクピンの位相角を６０度としたことで、一次慣性力による振動の発生を抑えることができるので、振動の発生を抑えたより小型のＶ型２気筒エンジンを得ることができる。

また特に請求項２記載の発明によれば、クランクピンの位相角を０度としたことでエンジンの一次慣性力が不釣り合い状態となっても、その一次慣性力を打ち消すバランスウエイトを一次バランサ軸が有するので、クランクピンの位相角を０度としたときの一次慣性力を一次バランサ軸で釣り合わせ、一次慣性力による振動の発生を抑制することができる。

また特に請求項３記載の発明によれば、一次バランサ軸が備える、一次慣性偶力を打ち消すためのバランスウエイトの、エンジン本体との干渉を回避しつつ、Ｖ型２気筒エンジンの高さを低く抑えることが可能となる。

また特に請求項４記載の発明によれば、クランクシャフト、一次バランサ軸および二次バランサ軸を隣接させて、コンパクトに配置することができ、Ｖ型２気筒エンジンのより一層の小型化に寄与することができる。

また特に請求項５記載の発明によれば、Ｖ型２気筒エンジンのデッドスペースを有効に利用して一次および二次バランサ軸を配置することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の第１実施例を示すものであり、図１はＶ型２気筒エンジンをクランクシャフトの軸線方向から見た概念的断面図、図２は第１および第２バンク分の二次慣性力の合力のＸ軸およびＹ軸方向成分の変化を示すグラフ、図３は二次慣性力のリサージュを示す図、図４は図１の４−４線矢視方向から見た概念図である。

先ず図１において、このエンジンは、車両たとえば自動二輪車に搭載されるＶ型２気筒のエンジンであり、前記自動二輪車の前後方向に沿う前方側の第１バンクＢＡと、後方側の第２バンクＢＢとを有し、それらのバンクＢＡ，ＢＢはクランクシャフト５の軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される。

前記第１および第２バンクＢＡ，ＢＢが１つずつ備えるシリンダボア６Ａ，６Ｂにはピストン７Ａ，７Ｂがそれぞれ摺動可能に嵌合され、両ピストン７Ａ，７Ｂには、コネクティングロッド８Ａ，８Ｂの小端部がピストンピン９Ａ，９Ｂを介してそれぞれ連結され、各コネクティングロッド８Ａ，８Ｂの大端部は、クランクピン１０Ａ，１０Ｂを介してクランクシャフト５にそれぞれ連結される。

このようなＶ型２気筒エンジンにおいて、両バンクＢＡ，ＢＢのバンク角をβ、両クランクピン１０Ａ，１０Ｂの位相角をαとしたときに、 α＝１８０−２β・・・（１）
が成立するときには一次慣性力が釣り合うことが知られている。一方、第１バンクＢＡ側のピストン７Ａ系の往復運動部のシリンダ軸線方向の二次慣性力ＦＡは、図１で示すように、第１バンクＢＡ側のピストン７Ａが上死点のときを原点としたときには次の第（２）式で表される。

ＦＡ＝（ｍｒω² ／λ）・ｃｏｓ２θ・・・（２） 但し、ｍ・・・ピストン７Ａ，７Ｂ系の往復運動部の質量 Ｌ・・・コネクティングロッド８Ａ，８Ｂの有効長 Ｒ・・・クランクピン１０Ａ，１０Ｂの回転半径 λ・・・Ｌ／Ｒ θ・・・クランクシャフト５の軸線まわりのクランクピン１０Ａ，１０Ｂの回転角度（クランク角） ω・・・クランクシャフト５の回転速度 である。

また第２バンクＢＢ側のピストン７Ｂ系の往復運動部のシリンダ軸線方向の二次慣性力ＦＢは、第１バンクＢＡ側のピストン７Ａが上死点となってから（α＋β）だけ位相が遅れて第２バンクＢＢ側のピストン７Ｂが上死点となることに基づいて、次の第（３）式で表される。

ＦＢ＝（ｍｒω² ／λ）・ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝・・・（３）
ここで（ｍｒω² ／λ）を「１」とすると、上記第（２）および第（３）式はそれぞれＦＡ＝ｃｏｓ２θ、ＦＢ＝ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝となり、クランクシャフト５の軸線と直交する平面内で両バンクＢＡ，ＢＢの二等分線ＬＣをＹ軸、そのＹ軸と直交する方向をＸ軸としたときに、第１バンクＢＡ側の二次慣性力ＦＡのＸ軸およびＹ軸方向成分ＦＡＸ，ＦＡＹは第（４）および第（５）式で表され、第２バンクＢＢ側の二次慣性力ＦＢのＸ軸およびＹ軸方向成分ＦＢＸ，ＦＢＹは第（６）および第（７）式で表される。

ＦＡＸ＝ｃｏｓα・ｃｏｓ２θ・・・（４） ＦＡＹ＝ｓｉｎα・ｃｏｓ２θ・・・（５） ＦＢＸ＝ｃｏｓ（α＋β）・ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝・・・（６） ＦＢＹ＝ｓｉｎ（α＋β）・ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝・・・（７）
このような第（４）〜第（７）式に基づけば、第１および第２バンクＢＡ，ＢＢ分の二次慣性力の合力のＸ軸およびＹ軸方向成分ＦＸ，ＦＹは第（８）および第（９）式でそれぞれ表される。

ＦＸ＝ｃｏｓα・ｃｏｓ２θ ＋ｃｏｓ（α＋β）・ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝・・・（８） ＦＹ＝ｓｉｎα・ｃｏｓ２θ ＋ｓｉｎ（α＋β）・ｃｏｓ２｛θ−（α＋β）｝・・・（９）
ここでバンク角βを６０度に設定すると、クランクピン１０Ａ，１０Ｂの位相角αを６０度に設定することによって第（１）式を満足することになり、一次慣性力を釣り合わせることが可能となり、その状態で、上記第（８）および第（９）式をクランク角θ毎に演算すると、第１および第２バンクＢＡ，ＢＢ分の二次慣性力の合力のＸ軸およびＹ軸方向成分ＦＸ，ＦＹが図２で示すように変化することになり、またリサージュは図３で示すように真円となる。

上述のようにリサージュが真円となるのは、位相角αが６０度のときにはバンク角βが６０度のときに限られるものであり、そのようにリサージュが真円となる二次慣性力を打ち消すためには、第１および第２バンクＢＡ，ＢＢ分の二次慣性力の合力と反対側に位置するバランスウエイト１１を有する単一の二次バランサ軸１２を、クランクシャフト５の回転数の２倍の速さで回転せしめればよく、クランクシャフト５と平行な軸線を有する二次バランサ軸１２が、クランクシャフト５の回転数の２倍の速さで回転せしめるようにしてクランクシャフト５に連動、連結される。

図４を併せて参照して、前記クランクシャフト５の一端部には駆動ギヤ１３が設けられ、前記二次バランサ軸１２の一端部には駆動ギヤ１３の１／２の半径を有するように形成された被動ギヤ１４が設けられ、駆動ギヤ１３と同径である中間ギヤ１５が、駆動ギヤ１３および被動ギヤ１４に噛合される。

ところで上述の第（１）式を満足するように、バンク角βおよび位相角αを定めることによって、一次慣性力を打ち消すことは可能となるが、一次慣性偶力は残ったままであり、そのような一次慣性偶力を打ち消すために、少なくとも一対、この実施例では一対のバランスウエイト１６，１７が、前記クランクシャフト５および二次バランサ軸１２と平行な軸線を有する一次バランサ軸１８の両端部に設けられており、一次バランサ軸１８が、前記クランクシャフト５と等速で回転するようにしてクランクシャフト５に連動、連結される。すなわち前記中間ギヤ１５が一方のバランスウエイト１６に隣接して一次バランサ軸１８の一端部に設けられることにより、一次バランサ軸１８および両バランスウエイト１６，１７が、クランクシャフト５と等速で回転することになる。

しかも一次バランサ軸１８は、クランクシャフト５の軸線と直交する平面内で，クランクシャフト５および二次バランサ軸１２間に配置されるものであり、一次バランサ軸１８の軸線および二次バランサ軸１２の軸線は、クランクシャフト５の軸線と直交する平面内で第１および第２バンクＢＡ，ＢＢの二等分線ＬＣ上に配置されている。

さらに前記一次バランサ軸１８が有する一対のバランスウエイト１６，１７は、第１および第２バンクＢＡ，ＢＢのシリンダボア６Ａ，６Ｂの内側面のうちクランクシャフト５の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に配置される。

次にこの第１実施例の作用について説明すると、一気筒ずつの第１および第２バンクＢＡ，ＢＢがそれらのバンク角βを６０度として配置され、両バンクＢＡ，ＢＢのピストン７Ａ，７Ｂに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド８Ａ，８Ｂの他端部が、位相角αを６０度としたクランクピン１０Ａ，１０Ｂを介してクランクシャフト５に連結されている。

このため二次慣性力のリサージュが真円を描くことになり、単一の二次バランサ軸１２が、クランクシャフト５の回転数の２倍の速さで回転するようにしてクランクシャフト５に連動、連結されることにより、二次慣性力を釣り合わせることができる。したがって単一の二次バランサ軸１２を用いて二次慣性力による鉛直方向および水平方向の振動の発生を防止可能とし、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のＶ型２気筒エンジンを構成することができる。

しかもバンク角βを６０度に設定し、クランクピン１０Ａ，１０Ｂの位相角αを６０度に設定することによって一次慣性力を釣り合わせることができるので、一次慣性力による振動の発生を抑え、振動の発生を抑えたより小型のＶ型２気筒エンジンを得ることができる。

またクランクピン１０Ａ，１０Ｂの位相角を６０度としたときの一次慣性偶力を打ち消す一対のバランスウエイト１６，１７を有する一次バランサ軸１８が、クランクシャフト５と等速で回転するようにして前記クランクシャフト５に連動、連結されるので、一次慣性偶力による振動の発生を抑えることが可能となり、しかも一次バランサ軸１８がクランクシャフト５の軸線と直交する平面内でクランクシャフト５および二次バランサ軸１２間に配置されるので、クランクシャフト５、一次バランサ軸１８および二次バランサ軸１２を隣接させて、コンパクトに配置することができ、Ｖ型２気筒エンジンのより一層の小型化に寄与することができる。

また一次バランサ軸１８および二次バランサ軸１２の回転軸線が、クランクシャフト５の軸線と直交する平面内で両バンクＢＡ，ＢＢの二等分線ＬＣ上に配置されているので、Ｖ型２気筒エンジンのデッドスペースを有効に利用して一次バランサ軸１８および二次バランサ軸１２を配置することができる。

さらに両バンクＢＡ，ＢＢのシリンダボア６Ａ，６Ｂの内側面のうちクランクシャフト５の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、一次バランサ軸１８が備える一対のバランスウエイト１６，１７が配置されるので、両バランスウエイト１６，１７のエンジン本体との干渉を回避しつつＶ型２気筒エンジンの高さを比較的低く抑えることが可能となる。

図５および図６は本発明の第２実施例を示すものであり、図５は図１に対応したＶ型２気筒エンジンの概念的断面図、図６は図５の６−６線矢視方向から見た概念図である。

このＶ型２気筒エンジンでは、バンク角βが６０度に設定されるとともに、クランクピン１０Ａ，１０Ｂの位相角αが０度に設定される。すなわちバンク角βを６０度とし、クランクピン１０Ａ，１０Ｂを同軸上に配置したＶ型２気筒エンジンであり、このようなＶ型２気筒エンジンにおいても二次慣性力のリサージュが真円となるので、本発明に従って、二次慣性力を打ち消す単一の二次バランサ軸１２がクランクシャフト５の回転数の２倍の速さで回転するようにしてクランクシャフト５に連動、連結される。

この場合、一次慣性力および一次慣性偶力が不釣り合い状態となるので、一次慣性偶力を打ち消す一対のバランスウエイト１６，１７と、一次慣性力を打ち消すバランスウエイト１９を有する一次バランサ軸１８′が、クランクシャフト５と等速で回転するようにして前記クランクシャフト５に連動、連結される。

この第２実施例によれば、一次慣性力を打ち消すためのバランスウエイト１９が一次バランサ軸１８′に必要となることを除けば、第１実施例と同様の効果を奏することができる。

而して、第１実施例は請求項１の発明に対応し、第２実施例は請求項２の発明に対応している。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

第１実施例のＶ型２気筒エンジンをクランクシャフトの軸線方向から見た概念的断面図である。 第１および第２バンク分の二次慣性力の合力のＸ軸およびＹ軸方向成分の変化を示すグラフである。 二次慣性力のリサージュを示す図である。 図１の４−４線矢視方向から見た概念図である。 第２実施例の図１に対応した概念的断面図である。 図５の６−６線矢視方向から見た概念図である。

５・・・・・・・クランクシャフト
６Ａ，６Ｂ・・・シリンダボア
７Ａ，７Ｂ・・・ピストン
８Ａ，８Ｂ・・・コネクティングロッド
１０Ａ，１０Ｂ・・クランクピン
１２・・・・・・二次バランサ軸
１６，１７・・・一次慣性偶力を打ち消すためのバランスウエイト
１８，１８′・・一次バランサ軸
１９・・・・・・一次慣性力を打ち消すためのバランスウエイト
ＢＡ，ＢＢ・・・バンク
ＬＣ・・・・・・両バンクの二等分線

Claims (5)

1. クランクシャフト（５）の軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される一対のバンク（ＢＡ，ＢＢ）を有するＶ型２気筒エンジンであって、前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）のバンク角が６０度に設定されるものにおいて、
   前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）のピストン（７Ａ，７Ｂ）に一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド（８Ａ，８Ｂ）の他端部が、位相角を６０度としたクランクピン（１０Ａ，１０Ｂ）を介して前記クランクシャフト（５）に連結され、
   エンジンの一次慣性偶力を打ち消すための少なくとも一対のバランスウエイト（１６，１７）を有して前記クランクシャフト（５）と等速で回転する一次バランサ軸（１８）を備え、
   エンジンの二次慣性力を打ち消すために、前記クランクシャフト（５）の回転数の２倍の速さで回転する二次バランサ軸（１２）を１個だけ備えると共に、該１個の二次バランサ軸（１２）が前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）間に配置されることを特徴とする、Ｖ型２気筒エンジンのバランサ構造。
2. クランクシャフト（５）の軸線と直交する平面内でＶ字形に配置される一対のバンク（ＢＡ，ＢＢ）を有するＶ型２気筒エンジンであって、前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）のバンク角が６０度に設定されるものにおいて、
   前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）のピストン（７Ａ，７Ｂ）に一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド（８Ａ，８Ｂ）の他端部が、位相角を０度としたクランクピン（１０Ａ，１０Ｂ）を介して前記クランクシャフト（５）に連結され、
   エンジンの一次慣性偶力を打ち消すための少なくとも一対のバランスウエイト（１６，１７）とエンジンの一次慣性力を打ち消すためのバランスウエイト（１９）とを有して前記クランクシャフト（５）と等速で回転する一次バランサ軸（１８′）を備え、
   エンジンの二次慣性力を打ち消すために、前記クランクシャフト（５）の回転数の２倍の速さで回転する二次バランサ軸（１２）を１個だけ備えると共に、該１個の二次バランサ軸（１２）が前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）間に配置されることを特徴とする、Ｖ型２気筒エンジンのバランサ構造。
3. 前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）のシリンダボア（６Ａ，６Ｂ）の内側面のうち前記クランクシャフト（５）の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、前記一次慣性偶力を打ち消すためのバランスウエイトが（１６，１７）が配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のＶ型２気筒エンジンのバランサ構造。
4. 前記一次バランサ軸（１８，１８′）が、前記クランクシャフト（５）の軸線と直交する平面内で前記クランクシャフト（５）および前記二次バランサ軸（１２）間に配置されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のＶ型２気筒エンジンのバランサ構造。
5. 前記一次バランサ軸（１８，１８′）および前記二次バランサ軸（１２）の回転軸線が、前記クランクシャフト（５）の軸線と直交する平面内で前記両バンク（ＢＡ，ＢＢ）の二等分線（ＬＣ）上に配置されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＶ型２気筒エンジンのバランサ構造。

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