JP5160264B2

JP5160264B2 - エンジンのクランクシャフト機構

Info

Publication number: JP5160264B2
Application number: JP2008042561A
Authority: JP
Inventors: 尚史作山; 俊介室井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: US8474430B2; JP2009197749A; US20090211551A1

Description

本発明は、ピストンとコンロッドを介して連結されたエンジンのクランクシャフト機構に関する。

ピストンの直線運動を揺動可能なコンロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換し、回転動力を得るレシプロ式内燃機関が知られている。このクランクシャフトは、エンジンに回転自在に支持されるクランクジャーナルと、コンロッドと連結されるクランクピンと、クランクジャーナルとクランクピンとを偏心した状態で繋ぐクランクアームとを備えている。このクランクアームには、クランクジャーナルの回転軸を挟んでクランクピンと反対側の位置にカウンタウエイト部が設けられており、ピストンの往復運動や、コンロッドの揺動運動との回転バランスを取っている。このカウンタウエイト部の外縁部は、クランクジャーナルを中心に円弧状に形成されており、クランクジャーナルが回転してピストンが下死点に到達したときに、ピストンの下端部と最も接近するようになる。

近年、エンジンの高さ寸法をできるだけ小さくし、車体の低重心化が図られている。そのためには、上述したピストンの下死点において、ピストンとカウンタウエイト部とのすき間をできるだけ小さくすることが望まれる。従来、このすき間を確保するために、カウンタウエイト部の円弧状の外縁部であって、下死点でピストンに最も近くなる部分を切り取って、クランクシャフトをできるだけピストン側に寄せて配置する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１７４１３１号公報

しかしながら、カウンタウエイト部は、慣性モーメント（遠心力）によって回転バランスを取るものであるため、慣性モーメントを得るために最も有効な外縁部を切り欠くことは好ましくない。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、慣性モーメント量を確保しつつ、クランクシャフトをピストン側に寄せて配置することのできるエンジンのクランクシャフト機構を提供することにある。

上述課題を解決するため、本発明は、ピストン（３４）と、クランクシャフト（４０）と、前記ピストン（３４）のボス部（３６）に設けられたピストンピン（３７）、前記クランクシャフト（４０）のクランクピン（４２）間を連結するコンロッド（５５）とを備え、前記クランクシャフト（４０）が、前記クランクピン（４２）の両端部を支持する一対のクランクアーム（４３）と、これらのクランクアーム（４３）の対向する内側面（４３ａ）から内側に突出するように前記一対のクランクアーム（４３）に形成された一対のカウンタウエイト部（４４）とを備えたエンジンのクランクシャフト機構において、前記一対のカウンタウエイト部（４４）の内側面を、前記クランクピン（４２）の中心から等距離となる半径の円弧から前記カウンタウエイト部（４４）の外側縁部（４４ａ）まで車体幅方向に切り欠くことで、前記一対のカウンタウエイト部（４４）における外側縁部（４４ａ）の対向する角部にそれぞれ面取り部（５８）を形成し、ピストン（３４）が下死点に達したときにコンロッド（５５）のスモールエンド部（５５ｂ）下端のピストンピン（４２）方向の張り出し部（５６）を避ける形状としたことを特徴とする。
この構成によれば、カウンタウエイト部の半径方向の外縁部を切り取ることがないので、効果的に慣性力を得ることができる。
上記構成において、前記張り出し部（５６）は、前記コンロッド（５５）における前記スモールエンド部（５５ｂ）と腕部（５５ｃ）との接続部に形成され、前記カウンタウエイト部（４４）の外側縁部（４４ａ）は、前記ピストン（３４）が下死点に達したときに、前記張り出し部（５６）とピストンピン（３７）方向に重なる位置に配置されるようにしても良い。
また、上記構成において、前記ピストン（３４）のボス部（３６）は、その下縁が前記張り出し部（５６）に連続するように形成されるようにしても良い。
また、上記構成において、前記カウンタウエイト部（４４）は、側面視で三日月形状をなして、この三日月状の円弧状の外側縁部（４４ａ）は、前記クランクアーム（４３）の外周縁部と一致し、前記面取り部（５８）は、前記外側縁部（４４ａ）の一部に亘って形成されて三日月状に形成されていても良い。

本発明に係るエンジンのクランクシャフト機構では、カウンタウエイトのクランクピンと反対側の周端内側をクランクピンの中心から等距離で切り欠き、ピストンが下死点に達したときにコンロッドのスモールエンド部下端のピストンピン方向の張り出し部を避ける形状としているので、クランクアームのカウンタウエイト部に必要な慣性モーメント量を確保しつつ、カウンタウエイト部をピストンの下端に近接させることができる。これにより、クランクシャフトをピストン側に寄せて配置することができるので、エンジンの高さ方向の大きさを小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るエンジンのクランクシャフト機構について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るオフロード系自動２輪車の側面図である。
この自動２輪車の車体フレーム１は、ヘッドパイプ２，メインフレーム３，センターフレーム４、ダウンフレーム５及びロアフレーム６を備え、これらをループ状に連結し、その内側にエンジン７を支持している。エンジン７はシリンダ８とクランクケース９を備える。メインフレーム３，センターフレーム４及びロアフレーム６はそれぞれ左右一対で設けられ、ヘッドパイプ２及びダウンフレーム５は車体中心に沿って１本で設けられる。

メインフレーム３は、エンジン７の上方を直線状に斜め下がり後方へ延び、エンジン７の後方を上下方向へ延びるセンターフレーム４の上端部へ連結している。ダウンフレーム５は、エンジン７の前方を斜め下がりに下方へ延び、その下端部でロアフレーム６の前端部へ連結している。ロアフレーム６はエンジン７の前側下部からエンジン７の下方へ屈曲して略直線状に後方へ延び、後端部でセンターフレーム４の下端部と連結している。

エンジン７は水冷４サイクル式であり、シリンダ８は、そのシリンダ軸線が略垂直になる直立状態でクランクケース９の前部に設けられ、下から上へ順に、シリンダブロック１０，シリンダヘッド１１，ヘッドカバー１２を備える。シリンダ８を直立させることにより、エンジン７の前後方向を短くして、エンジン７をオフロード車に適した構成にしている。

エンジン７の上方には、燃料タンク１３が配置されメインフレーム３上に支持される。この燃料タンク１３の内部には、内蔵式の燃料ポンプ（図６参照）が収容されており、この燃料ポンプから燃料供給管を介してスロットルボディ１８へ高圧燃料が供給される。
燃料タンク１３の後方にはシート１４が配置され、センターフレーム４の上端から後方へ延びるシートレール１５上に支持される。シートレール１５の下方には、リアフレーム１６が配置されている。シートレール１５とリアフレーム１６には、エアクリーナ１７が支持され、スロットルボディ１８を介してシリンダヘッド１１へ車体後方側から吸気される。

シリンダ８の前部には、排気管２０が設けられている。この排気管２０は、シリンダ８の前部からクランクケース９の前方へ延出し、右側へ曲げられた後に車体右側を後方に向かって引き回されている。この排気管２０からはマフラー２２が後方へ延出している。マフラー２２の後端部は、リアフレーム１６によって支持されている。

ヘッドパイプ２にはフロントフォーク２３が支持され、下端部に支持された前輪２４がハンドル２５で操向される。センターフレーム４にはピボット軸２６によりリヤアーム２７の前端部を揺動自在に支持されている。リヤアーム２７の後端部には後輪２８が支持され、エンジン７のドライブスプロケット７ａと後輪２８の従動スプロケット２８ａとに巻き掛けられた駆動チェーン１９によって駆動される。リヤアーム２７とセンターフレーム４の後端部との間には、リヤサスペンションのクッションユニット２９が設けられている。

なお、図１において、符号６０はラジエタ、６１はそのラバーマウント部、６２，６３はエンジンマウント部、６４はエンジンハンガである。なお、エンジン７は、ピボット軸２６にてもセンターフレーム４へ支持されている。

図２は、水冷４サイクル単気筒エンジン７の側部断面図、図３は図２の正面図であってＡ−Ａ線で切断した断面図である。
エンジン７は、上述の通り、シリンダ８（シリンダブロック１０，シリンダヘッド１１，ヘッドカバー１２）と、クランクケース９とで構成されている。
シリンダヘッド１１の車体後側には、スロットルボディ１８からの混合気がエンジン７内へ供給される吸気口３０を備えている。この吸気口３０は、ヘッドカバー１２に設けられたカム３１、バルブリフター３２によって上下動する吸気バルブ３３を介して開閉され、混合気が燃焼室Ｓ（図５参照）内に供給される。同様に、シリンダヘッド１１の車体前側には、排気口（図示せず）を備えており、燃焼室Ｓ内で燃焼した混合気を排出する。
シリンダブロック１０には、ピストン３４が上下方向（より正確には、前方斜め上側に若干傾いた方向）に往復移動可能なシリンダ部３５が形成されている。

一方、クランクケース９には、図２に示すように、ピストン３４の下側に位置するクランクシャフト４０と、このクランクシャフト４０から車体後方側に位置するメインシャフト４５と、このメインシャフト４５よりもさらに車体後方側に位置するドライブシャフト５０とが設けられている。これらのクランクシャフト４０、メインシャフト４５，ドライブシャフトの回転軸は互いに平行に配置され、後述する歯車によって動力が伝達される。

クランクシャフト４０は、図３に示すように、クランクケース本体に回転自在に支持される左右両端のクランクジャーナル４１と、このクランクジャーナル４１と偏心して位置するクランクピン４２と、これらのクランクジャーナル４１とクランクピン４２とをつなぐ左右一対のクランクアーム４３とで構成されている。これらのクランクジャーナル４１、クランクアーム４３は、図３に示すように、一体に形成されている。

両端のクランクジャーナル４１は、図３に示すように、軸受３８ａ、３８ｂによって回転自在に支持されている。
クランクピン４２には、コンロッド５５の一端部５５ａ（以下、ビッグエンド部５５ａという）が回動自在に取り付けられている。一方、コンロッド５５の他端部５５ｂ（以下、スモールエンド部５５ｂという）は、ピストン３４の下端に位置するボス部３６にピストンピン３７を介して回動自在に取り付けられている。
このコンロッド５５は、図２に示すように、上下に延びてリンク機構のアームを構成しており、ピストン３４が上下動したときに、クランクピン４２がクランクジャーナル４１の回転軸を中心に回転し、クランクシャフト４０に回転動力を与えることになる。

クランクアーム４３は、図２に示すように、側面視において真円状に形成されている。また、クランクアーム４３には、クランクジャーナル４１の回転軸を挟んでクランクピン４２と反対側の位置にカウンタウエイト部４４が設けられている。このカウンタウエイト部４４は、車体幅方向において、左右のクランクアーム４３の内側面４３ａからさらに内側に突出する態様で、クランクアーム４３と一体に形成されており、図２に示すように、側面視で三日月形状をなしている。この三日月状の円弧状の外側縁部４４ａは、クランクアーム４３の外周縁部と一致している。

また、クランクシャフト４０の車体右側部分には、クランクシャフト４０と共に回転する一次減速ギヤ４６が設けられている。この一次減速ギヤ４６は、メインシャフト４５上に配置された多板クラッチ４７のハウジングギヤ４７ａと噛み合っている。これにより、クランクシャフト４０の回転動力は、一次減速ギヤ４６、多板クラッチ４７を介してメインシャフト４５に伝達される。

メインシャフト４５及びドライブシャフト５０上には、複数の変速ギヤが設けられており、トランスミッション機構５１が構成されている。詳細には、メインシャフト４５には、第１変速ギヤ４８ａ〜第５変速ギヤ４８ｅが設けられており、ドライブシャフト５０上にも、変速ギヤ４８ａ〜４８ｅと対応して噛み合う第１変速ギヤ４９ａ〜第５変速ギヤ４９ｅが設けられている。これらの変速ギヤの噛み合いが切り換えられることにより、ドライブシャフト５０の回転数が切り換えられると共に、メインシャフト４５からドライブシャフト５０に回転動力が伝達される。

ドライブシャフト５０の車体左側の端部であって、クランクケース９の外側に突出する軸端には、ドライブスプロケット７ａが組み付けられている。このドライブスプロケット７ａには、図１に示すように、駆動チェーン１９が巻き掛けられ、これにより後輪２８が駆動されることになる。
なお、図２及び図３において、符号５２はクランクシャフト４０の軸端に取り付けられたジェネレータ、符号５３はクランクシャフト４０の動力をカムシャフト５４へ伝達するチェーンである。

図４は、ピストン３４が上死点に位置する状態での断面図、図５は、下死点に位置する状態での断面図を示す。また、図６は、図５のＸ部の拡大図であって、カウンタウエイト部４４とコンロッド５５とが接近した状態を示す図である。

コンロッド５５は、図４及び図５に示すように、ビッグエンド部５５ａ（クランクピン４２との取付部）及びスモールエンド部５５ｂ（ピストンピン３７との取付部）の板厚が厚く形成されている。また、このビッグエンド部５５ａとスモールエンド部５５ｂとをつなぐ腕部５５ｃは、一端部５５ａ及び他端部５５ｂと比較して板厚が薄く形成されると共に、図２に示すように、その中央部に両側から肉盗みが設けられている。このコンロッド５５は、クランクシャフト４０が回転すると、図４及び図５に示すように、両側のクランクアーム４３およびカウンタウエイト部４４の間を通過することになる。

スモールエンド部５５ｂと腕部５５ｃとの接続部には、応力集中を避けるために、Ｒ形状に肉盛り（張り出し）が施されたＲ形状部５６（張り出し部）が形成されている。同様に、ビッグエンド部５５ａと腕部５５ｃとの接続部にもＲ形状部５７が形成されている。
一方、カウンタウエイト部４４の外側縁部４４ａであって、両側のカウンタウエイト部４４が互いに対向する角部には、対向する内側面を切り欠いたＲ面取り部５８が形成されている。

本実施の形態では、エンジン７の高さ方向の寸法を小さくするために、図６に示すように、ピストン３４のボス部３６及びコンロッドのスモールエンド部５５ｂと、カウンタウエイト部４４の外側縁部４４ａとの上下方向におけるすき間をできるだけ詰めて配置している。一方、このすき間を必要最小限にしたときに、コンロッド５５とカウンタウエイト部４４との干渉を避けるため、スモールエンド部５５ｂ下端の車体幅方向（ピストンピン３７が延在する方向）に張り出すＲ形状部５６を避ける態様で、Ｒ面取り部５８の形状を決定している。

より詳細には、Ｒ面取り部５８は、図２に示すように、クランクピン４２の中心Ｑから等距離となる半径Ｒの円弧から、カウンタウエイト部４４の外側縁部４４ａまでの内側面を車体幅方向に切り欠いたものである。このＲ面取り部５８は、図６に示すように、ピストン３４が下死点に位置する状態で、車体幅方向において、Ｒ形状部５６とＲ面取り部５８とが干渉しない（隙間Ｐが生じるように）形状に形成されている。

本発明の実施の形態に係るエンジンのクランクシャフト機構によれば、カウンタウエイト部４４のクランクピン４２と反対側の周端内側をクランクピン４２の中心Ｑから等距離（半径Ｒの距離）の部分で切り欠き、ピストン３４が下死点に達したときにコンロッド５５のスモールエンド部５５ｂ下端のピストンピン３７方向の張り出し部５６を避ける形状としているので、クランクアーム４３のカウンタウエイト部４４に重量増加なしで必要な慣性モーメント、アンバランスウエイト量を確保しつつ、カウンタウエイト部４４をピストン３４の下端に近接させることができる。これにより、クランクシャフト４０をピストン３４側に寄せて配置することができるので、エンジン７の高さ方向の大きさを小さくすることができる。また、実施例では、Ｒ形状部５６（切り欠き）は、大きなＲ形状の面取りで形成されているが、斜めにカットする（いわゆるＣ面取り）等、他の切り欠き形状であってもよい。

また、本実施の形態では、カウンタウエイト部４４を車幅方向に切り欠いているが、これにより減少したモーメント量を確保するために、クランクアーム４３の幅方向の厚みを僅かに厚くすることで対処し得る。すなわち、従来技術のようにカウンタウエイト部４４の外縁部を切り取っていないので、減少するモーメント量は僅かである。そのため、クランクアーム４３の厚みを僅かに厚くするだけで対応することができ、エンジン７の車幅方向の寸法を大きくする必要がない。

本発明の実施の形態における自動２輪車の側面図である。水冷４サイクル単気筒エンジンの側部断面図である。図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。ピストンが上死点に位置する状態の断面図である。ピストンが下死点に位置する状態の断面図である。図５のＸ部の拡大図である。

符号の説明

１車体フレーム
７エンジン
７ａドライブスプロケット
１８スロットルボディ
１９駆動チェーン
２４前輪
２８後輪
２８ａ従動スプロケット
３０吸気口
３１カム
３２バルブリフター
３３吸気バルブ
３４ピストン
３５シリンダ部
３６ボス部
３７ピストンピン
３８ａ、３８ｂ軸受
４０クランクシャフト
４１クランクジャーナル
４２クランクピン
４３クランクアーム
４４カウンタウエイト部
４４ａ外側縁部
４５メインシャフト
４６一次減速ギヤ
４７多板クラッチ
４８ａ〜４８ｅ変速ギヤ
４９ａ〜４９ｅ変速ギヤ
５０ドライブシャフト
５１トランスミッション機構
５２ジェネレータ
５３チェーン
５４カムシャフト
５５コンロッド
５５ａビッグエンド部（一端部）
５５ｂスモールエンド部（他端部）
５５ｃ腕部
５６Ｒ形状部（張り出し部）
５７Ｒ形状部
５８Ｒ面取り部

Claims

ピストン（３４）と、クランクシャフト（４０）と、前記ピストン（３４）のボス部（３６）に設けられたピストンピン（３７）、前記クランクシャフト（４０）のクランクピン（４２）間を連結するコンロッド（５５）とを備え、前記クランクシャフト（４０）が、前記クランクピン（４２）の両端部を支持する一対のクランクアーム（４３）と、これらのクランクアーム（４３）の対向する内側面（４３ａ）から内側に突出するように前記一対のクランクアーム（４３）に形成された一対のカウンタウエイト部（４４）とを備えたエンジンのクランクシャフト機構において、
前記一対のカウンタウエイト部（４４）の内側面を、前記クランクピン（４２）の中心から等距離となる半径の円弧から前記カウンタウエイト部（４４）の外側縁部（４４ａ）まで車体幅方向に切り欠くことで、前記一対のカウンタウエイト部（４４）における外側縁部（４４ａ）の対向する角部にそれぞれ面取り部（５８）を形成し、ピストン（３４）が下死点に達したときにコンロッド（５５）のスモールエンド部（５５ｂ）下端のピストンピン（４２）方向の張り出し部（５６）を避ける形状としたことを特徴とするエンジンのクランクシャフト機構。
前記張り出し部（５６）は、前記コンロッド（５５）における前記スモールエンド部（５５ｂ）と腕部（５５ｃ）との接続部に形成され、前記カウンタウエイト部（４４）の外側縁部（４４ａ）は、前記ピストン（３４）が下死点に達したときに、前記張り出し部（５６）とピストンピン（３７）方向に重なる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのクランクシャフト機構。
前記ピストン（３４）のボス部（３６）は、その下縁が前記張り出し部（５６）に連続するように形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのクランクシャフト機構。
前記カウンタウエイト部（４４）は、側面視で三日月形状をなして、この三日月状の円弧状の外側縁部（４４ａ）は、前記クランクアーム（４３）の外周縁部と一致し、前記面取り部（５８）は、前記外側縁部（４４ａ）の一部に亘って形成されて三日月状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンのクランクシャフト機構。