JP5206069B2 - 直列３気筒エンジンのバランサ機構 - Google Patents

Description

本発明は、直列３気筒エンジンのバランサ機構に関するものである。

直列３気筒エンジンでは、１次の慣性偶力を低減するために、特許文献１のようにクランクシャフトと等速度で逆回転する１軸のバランサ機構を用いることがある。
このバランサ機構は、往復運動部分によって発生する１次の慣性偶力をクランクシャフトのウェイトでハーフバランスとすることで滑らかな「すりこぎ運動」に変換した上でクランクシャフトと等速度で逆回転するバランスシャフトで逆位相の慣性偶力を発生させることによって慣性偶力をキャンセルするものである。

直列３気筒エンジンではクランクピン配置は互いに１２０°間隔となり、これをキャンセルするためのバランスシャフトの角度位相は、第２気筒が上死点にあるときを基準とした場合には、図６に示すようになるが、一般的な表現である第１気筒が上死点にあるときには次のようになる。図６においてはクランクシャフトの回転方向が時計回り、バランスシャフトの回転方向が反時計回りであり、図６に対してクランクシャフトが時計回りに１２０°回転して第１気筒が上死点に来た状態ではバランスシャフトの前側のバランスウェイトが反時計回りに１２０°回転して１５０°（＝２７０°−１２０°）、バランスシャフトの後側のバランスウェイトが同じく反時計回りに１２０°回転して３３０°（＝９０°−１２０°＝−３０°）となる。

ところで最近、ピストンのフリクションが問題視されており、そのフリクションを低減するためにオフセットクランクを採用することが増えてきた（例えば、特許文献２等）。
特公昭５４−２３３３号公報 特開昭５６−９８５３１号公報

ところが、バランサ機構を設けた直列３気筒エンジンにオフセットクランクを採用する場合、残存ピッチングモーメントの増加を招き、そのため、振動が悪化する。この振動悪化を回避すべくエンジンマウントを工夫して、液封マウントを用いて封入したオイル量を調整して減衰力を可変にしたり、アクティブマウントを用いてエンジンによるマウント振動と逆位相の振動を電子制御で発生させたりすることで対策を講じると、質量とコストのアップを招き、さらに、エンジンマウント質量の増加により燃費が悪化してしまう。

そこで、エンジンマウントを工夫することなく振動を抑制する必要がある。
ここで、残存ピッチングモーメントの増加について考察する。
オフセットクランクを採用すると往復運動部分の質量によって発生するピッチングモーメントの波形が変化し、従来のオフセットクランク無しのバランサ機構に比べて残存ピッチングモーメントが増加してしまう。

本来、往復運動部分によって発生するピッチングモーメントは１次だけではなく２次以上の高次成分も存在するが、２次成分はクランクシャフトの倍速で回転する成分のため１次バランサ機構では除去できずに残存モーメントして残る。オフセットクランクを行うことで、この残存ピッチングモーメントが増加してしまう。

図７（ａ）はオフセットクランク無しの場合の残存モーメントであり、図７（ｂ）はオフセットクランクした場合の残存モーメントであるが、オフセットクランクの影響で残存ピッチングモーメントが１７％程度（≒（１５４．５−１３２．７）／１３２．７）増加している。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、２次成分の残存ピッチングモーメントがオフセットクランクの採用によって増加してしまうことを抑制または低減することができる直列３気筒エンジンのバランサ機構を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、クランクシャフトのクランクジャーナルに対し各気筒のクランクアームが順に１２０°間隔で配置されるとともに各気筒のシリンダの中心軸を前記クランクジャーナルの中心に対して偏心させた直列３気筒エンジンであって、往復運動部分の質量および回転運動部分の質量によって前記クランクシャフトにおいて発生する慣性偶力の一部が、前記クランクシャフト側に設けたクランクウェイトにより緩和されて合成慣性偶力となり、他方、前記クランクジャーナルと平行で且つ逆方向に等速度で回転する一本のバランスシャフトを設けた直列３気筒エンジンにおいて、前記バランスシャフトに、前記クランクシャフトに生ずる前記合成慣性偶力を打ち消すためのバランスウェイトを第１気筒及び第３気筒と対向する位置にそれぞれ設け、前記クランクジャーナルの回転角度に対する前記バランスシャフトの回転角度の位相を、シリンダの中心軸をクランクジャーナルの中心に一致させたときの前記合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として所定量だけ変更させ、前記所定量は、前記偏心により生じた回転運動部分のピッチングモーメントと往復運動部分のピッチングモーメントとの波形のずれ量により決定されることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、オフセットクランクを採用すると、往復運動部分の質量によって発生するピッチングモーメントの波形が変化し、残存モーメントとして残る２次成分が増加してしまうが、バランスシャフトの回転角度の位相を所定量だけ遅らせることにより、従来（図６に示すような、第１気筒が上死点に来た状態において、バランスシャフトの前側のバランスウェイトが１５０°かつバランスシャフトの後側のバランスウェイトが３３０°に設置してある場合）よりも残存モーメントして残るピッチングモーメントの２次成分を抑制あるいは低減することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構において、変更させる位相の量を、連桿比が大きいほど小さくするとよい。
請求項３に記載のように請求項１または２に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構において、変更させる位相の量を、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量が大きいほど大きくするとよい。

請求項４に記載のように、請求項１に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構において、変更させる位相の量αを、連桿比λとオフセット係数ξとの関係において次式にて決定するとよい。

α＝（１４７・λ−１．１５）・ξ
ただし、連桿比λは、コンロッドの長さＬ／クランクアームの半径Ｒ
オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量ｄ／クランクアームの半径Ｒ
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構において、各気筒のシリンダの中心軸を前記クランクジャーナルの中心に対してバランスシャフトの回転軸に近づくように偏心させるとよい。

本発明によれば、２次成分の残存ピッチングモーメントがオフセットクランクの採用によって、バランスウェイトが従来の装置に設置される場合よりも増加してしまうことを抑制または低減することができる。

以下、本発明を自動車用エンジンに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
直列３気筒エンジンは、図１に示すように、各気筒においてシリンダ１内にはピストン２が上下に摺動可能に配置されている。ピストン２にはコンロッド３の上端がピストンピン４により回転可能に連結支持されている。

クランクシャフト１０において、クランクジャーナル１１に対し各気筒のクランクアーム１２が設けられている。各気筒のコンロッド３の下端がクランクシャフト１０の気筒毎のクランクアーム１２にクランクピン５により回転可能に連結支持されている。

図２において、クランクシャフト１０のクランクジャーナル１１に対し３気筒での各気筒のクランクアーム１２が順に１２０°間隔で配置されている。
また、この直列３気筒エンジンにおいては、所謂オフセットクランクを採用している。即ち、各気筒のシリンダ１の中心軸Ｓ１をクランクジャーナル１１の中心に対して所定量ｄだけ偏心させている。

また、クランクシャフト１０の各気筒のクランクアーム１２にクランクウェイト２１，２２，２３が設けられている。クランクウェイト２１，２２，２３は、クランクアーム１２の反対側延設方向に設けられ、各気筒の回転運動部分（クランクシャフト関連）の質量に相当する質量、および、往復運動部分（ピストン関連）の質量の２分の１に相当する質量を有する。これにより、各気筒には往復運動部分の２分の１の質量による回転慣性力と往復運動部分による上下の慣性力とによって生じる一次の合成慣性力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３（図６参照）が残る。このようにしてクランクシャフト１０と逆方向に回転する合成慣性力を各気筒に残し、図６に示すようにクランクシャフト１０に第１気筒と第３気筒に発生する残存合成慣性力Ｆ１，Ｆ３の分力Ｆ１ａ，Ｆ３ａによって慣性偶力を生じさせている。即ち、往復運動部分の質量および回転運動部分の質量によってクランクシャフト１０において発生する慣性偶力の一部が、クランクシャフト１０側に設けたクランクウェイト２１，２２，２３により緩和されて合成慣性偶力（図６でいうとＦ１ａ，Ｆ３ａを指す）となる。これにより、クランクシャフト１０が滑らかな「すりこぎ運動」をする（往復運動部分によって発生する１次の慣性偶力をクランクウェイト２１，２２，２３でハーフバランスとすることでクランクシャフト１０が第２気筒を中心として滑らかな「すりこぎ運動」をする）。

なお、回転運動部分はクランクアーム、クランクピン等であり、往復運動部分はピストン、ピストンピン等であるが、コンロッド３については、ピストン２側の小端部が往復運動部分、クランクシャフト１０側の大端部が回転運動部分である。

また、この直列３気筒エンジンには、図１，２に示すように、バランスシャフト２４とバランスウェイト２５，２６によって構成される１軸のバランサ機構２０が設けられている。一本のバランスシャフト２４はクランクジャーナル１１と平行に設けられ、クランクジャーナル１１とバランスシャフト２４とは歯車２７，２８等により連結され、バランスシャフト２４は、クランクジャーナル１１と逆方向に等速度で回転する。バランスシャフト２４には、クランクシャフト１０に生ずる合成慣性偶力（図６のＦ１ａ，Ｆ３ａ）を打ち消すためのバランスウェイト２５，２６が前後、即ち、第２気筒を境に第１気筒側と第３気筒側に分けて設けられている。これにより第１気筒の合成慣性力Ｆ１の分力Ｆ１ａに対して反対方向の慣性力Ｐ１を生じさせることができるとともに第３気筒の合成慣性力Ｆ３の分力Ｆ３ａに対して反対方向の慣性力Ｐ３を生じさせることができ、クランクシャフト１０の慣性偶力による「すりこぎ運動」が打ち消される（キャンセルされる）。

さらに、オフセットクランクを採用したことにより、図２に示すように、クランクジャーナル１１の回転角度に対するバランスシャフト２４の回転角度の位相を、オフセットクランク無しのとき、即ち、シリンダ１の中心軸Ｓ１をクランクジャーナル１１の中心に一致させたときのクランクシャフト１０に生ずる慣性偶力を打ち消す位相を基準として所定量αだけ遅らせている。

オフセットクランクがないと仮定した場合における慣性偶力を打ち消す位置とは、図６に示すように、第２気筒が上死点にあるときを基準とすると、バランスシャフトの前側のバランスウェイトが第１気筒のクランクアームと同じ側で且つ第２気筒のクランクアームと直角をなす方向である２７０°となり、また、バランスシャフトの後側のバランスウェイトが第３気筒のクランクアームと同じ側で且つ第２気筒のクランクアームと直角をなす方向である９０°となる。したがって、一般的な表現である第１気筒が上死点にあるときを基準とすると、慣性偶力を打ち消す位置とは、第１気筒に対してバランスシャフトの前側のバランスウェイトが１５０°（＝２７０°−１２０°）、バランスシャフトの後側のバランスウェイトが３３０°（＝９０°−１２０°＝−３０°）となる。

しかし、この実施形態では、図２に示すようにバランスシャフト２４の角度位相を第１気筒の上死点基準時にバランスシャフト２４の前側のバランスウェイト（マス）２５を１５０°から、また、バランスシャフト２４の後側のバランスウェイト（マス）２６を３３０°から、それぞれ等しい量αだけ増角する。

このように、オフセットクランクによる残存ピッチングモーメントの増加を抑えるために、バランスシャフトの角度位相を通常、即ち、オフセットクランク無しのときより増角している。

具体的には、遅らせる位相の量αを、連桿比λが大きいほど小さくする。連桿比λは、図１における、コンロッド３の長さ（コンロッド３の中心間距離）Ｌ／クランクアーム１２の半径（クランクアーム１２におけるクランクピン５の回転半径）Ｒである。

また、遅らせる位相の量αを、オフセットクランクのオフセット量（シリンダ１の中心軸Ｓ１とクランクジャーナル１１の中心との偏心量）ｄが大きいほど大きくする。より詳しくは、オフセット係数ξとして、シリンダ１の中心軸Ｓ１とクランクジャーナル１１の中心との偏心量（オフセットクランクのオフセット量）ｄ／クランクアーム１２の半径（クランクアーム１２におけるクランクピン５の回転半径）Ｒで定義する。そして、このオフセット係数ξが大きいほど、遅らせる位相の量αを大きくする。

オフセットクランクを採用すると、往復運動部分の質量によって発生するピッチングモーメントの波形が変化し、残存モーメントとして残る２次成分が従来の場合（図６に示すような、第１気筒が上死点に来た状態において、バランスシャフトの前側のバランスウェイトが１５０°かつバランスシャフトの後側のバランスウェイトが３３０°に設置してある場合）よりも増加してしまうが、バランスシャフトの回転角度の位相を所定量だけ遅らせることにより、残存モーメントとして残るピッチングモーメントの２次成分を抑制あるいは低減することができる。

次に、図３（ａ），（ｂ）を用いて、オフセットクランクの有無によるピッチングモーメントの差について説明する。
図３（ａ）は、オフセットクランクが無いときのピッチングモーメントを示す。図３（ｂ）は、オフセットクランクが有るときのピッチングモーメントを示す。図３（ａ），（ｂ）において、横軸にクランク角度をとり、縦軸にピッチングモーメントをとっている。図３（ａ），（ｂ）において、往復運動部分の慣性力によるモーメント（主にピストンによるモーメント）と、回転運動部分によるモーメント（主にクランクシャフトによるモーメント）を示すとともに両モーメントの合計を示す。

図３（ａ）において、往復運動部分の慣性力によるモーメントと回転運動部分によるモーメントが、モーメント＝０点で一致している。このときのクランク角度は約２４０°である。図３（ｂ）において、往復運動部分の慣性力によるモーメントがゼロとなるのはクランク角度が約２５５°のときである。

よって、オフセットクランクの有無による発生ピッチングメーメントの差をみると、オフセットクランクによって往復運動部分で発生するピッチングモーメントの波形が図３（ａ）に比べ図３（ｂ）が右側（進角側）にずれていることが分かる。このため、バランスシャフトの角度位相をこれに合わせてタイミングを若干遅らせてやることで、増加したピッチングモーメントをキャンセルすることができる。

次に、遅らせる位相の量αについて、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を用いて説明する。
図４（ａ）は、オフセットクランクを採用した直列３気筒エンジンにおいてバランスシャフトの角度位相を遅らせていない場合であり、運動系で発生するピッチングモーメントの合計（図中のＬ１）およびヨーイングモーメントの合計（図中のＬ２）と、バランサ機構によるピッチングモーメントの合計（図中のＬ３）およびヨーイングモーメントの合計（図中のＬ４）を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対してバランスシャフトの角度位相を所定量だけ遅らせた場合であり、運動系で発生するピッチングモーメントの合計（図中のＬ１１）およびヨーイングモーメントの合計（図中のＬ１２）と、バランサ機構によるピッチングモーメントの合計（図中のＬ１３）およびヨーイングモーメントの合計（図中のＬ１４）を示す。図４（ａ），（ｂ）において、横軸にクランク角度をとり、縦軸にモーメントをとっている。

図４（ａ）におけるＬ１とＬ３の和、即ち、ピッチング同士を足し合わせたものを、図４（ｃ）においてＬ２０にてピッチング総合計として示す。また、図４（ａ）におけるＬ２とＬ４の和、即ち、ヨーイング同士を足し合わせたものを、図４（ｃ）においてＬ２１にてヨーイング総合計として示す。

同様に、図４（ｂ）におけるＬ１１とＬ１３の和、即ち、ピッチング同士を足し合わせたものを、図４（ｄ）においてＬ３０にてピッチング総合計として示す。また、図４（ｂ）におけるＬ１２とＬ１４の和、即ち、ヨーイング同士を足し合わせたものを、図４（ｄ）においてＬ３１にてヨーイング総合計として示す。

図４（ｃ）におけるオフセットクランクを採用した直列３気筒エンジンにおいてバランスシャフトの角度位相を遅らせていない場合の残存モーメントＬ２０と、図４（ｃ）に対してバランスシャフトの角度位相を所定量だけ遅らせた場合の残存モーメントＬ３０から次のことが分かる。

図４（ｄ）のようにバランスシャフトの位相角を適切な量α［°］だけ増角することによって、図４（ｃ）に比べてバランサ機構によって発生するピッチングモーメントの位相が全体に右側にα［°］だけずれる。この作用によって、運動系で発生するものとバランサ機構で発生するものとを足し合わせた最終的な残存ピッチングモーメントを減少することができ、図７（ａ）に示すオフセットクランク無しのレベルとほぼ同等にすることができる。即ち、図４（ｄ）ではピッチングモーメントの２次成分が１３３．４Ｎ・ｍであり、図７（ａ）では１３２．７Ｎ・ｍであり、ほぼ同じレベルにできる。

なお、図４（ａ），（ｂ）のＬ４とＬ１４の比較において、オフセットクランク有りの図４（ｂ）ではバランサ機構によるヨーイングモーメントＬ１４もα［°］分だけずれる。そのため、図４（ａ）ではバランサ機構によるヨーイングモーメントＬ４を運動系のヨーイングモーメントＬ２と完全に逆位相にでき、図４（ｃ）のＬ２１で示すごとく完全キャンセルできていた。これに対し図４（ｄ）ではＬ３１に示すごとく残存ヨーイングモーメントが新たに若干量発生する。しかし、レベルがピッチングモーメントＬ３０に比べて十分に低く、また一般的にヨーイングモーメントによる横揺れはピッチングモーメントによる縦ゆれ振動よりも人間に感知され難いので問題にならない。さらに、ピッチングモーメントＬ３０に比べて残存ヨーイングモーメントＬ３１は一次成分であるので周期が長く人間に感知され難い。

次に、形式の異なるエンジンを用いてオフセットクランクのオフセット量、コンロッドの長さ、連桿比、および、オフセット係数を変えて位相角増加量（第１気筒が上死点にあるときを基準としたときにおける、前側のバランスウェイトでは１５０°に対する増加量、後側のバランスウェイトでは３３０°に対する増加量）αについてのシミュレーションを行ったので説明する。

表１，２，３，４，５に各シミュレーション条件およびその結果を示す。

表１，２，３，４，５において、三つの形式のエンジン（エンジンＡ，Ｂ，Ｃ）のうちの表１ではエンジンＡを使用し、表２ではエンジンＢを使用し、表３ではエンジンＣを使用し、表４ではエンジンＣを使用し、表５ではエンジンＡを使用している。具体的には、表１においては連桿比が「３．０８０６」、表２においては連桿比が「３．３６０７」、表３においては連桿比が「３．０７７７」である。一方、表４は表３と同じ型式のエンジンであるがコンロッドを短くしており、連桿比が「２．８１５５」である。また、表５は表１と同じ型式のエンジンであるがコンロッドを長くしており、連桿比が「３．８６３８」である。

また、オフセットクランクのオフセット量（シリンダ１の中心軸Ｓ１とクランクジャーナル１１の中心との偏心量）について、表１では、オフセット量＝０を含めて８種類、表２ではオフセット量＝０を含めて９種類、表３ではオフセット量＝０を含めて７種類、表４ではオフセット量＝０を含めて７種類、表５ではオフセット量＝０を含めて１０種類のものを使用している。表１，２，３，４，５において、オフセットクランクのオフセット量に応じて（オフセット係数に応じて）、バランスシャフトの前側のバランスウェイトの位相角、後側のバランスウェイトの位相角、位相角増加量を変えている。表１〜５において、オフセット量＝０のときバランスシャフトの前側のバランスウェイトの位相角が１５０°、後側のバランスウェイトの位相角が３３０°であり、位相角増加量を「０」としている。また、オフセットクランクのオフセット量に応じて（オフセット係数に応じて）、残存ピッチングモーメント、残存ヨーイングモーメントを算出している。

この表１，２，３，４，５について、データを整理してまとめたのが図５である。
図５において横軸にオフセット係数をとり、縦軸に位相角増加量をとっている。この図５において連桿比ごとにプロット点が直線上に乗っていることが分かる。つまり、連桿比とオフセット係数から位相角増加量を一義的に求めることができることを示している。

つまり、位相角増加量を簡易的に計算で求める場合、以下の式に連桿比λとオフセット係数ξを代入すればよい。
α＝（１４７・λ^{−１．１５}）・ξ
ただし、連桿比λはコンロッドの長さＬ／クランクアームの半径Ｒ
オフセット係数ξはシリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量ｄ／クランクアームの半径Ｒ
なお、図４（ａ）は、連桿比λ＝３．０８、オフセット係数ξ＝０．２１、位相角増加量α＝０の場合のモーメントを求めたものであり、図４（ｂ）は、連桿比λ＝３．０８、オフセット係数ξ＝０．２１、位相角増加量α＝８．３６の場合のモーメントを求めたものである。

以上のように、バランス機構を設けた直列３気筒エンジンにオフセットクランクを採用した場合において、バランスシャフトの角度位相を変更するという簡便であり、しかもコストアップ・質量増加を招くことのない手法で振動悪化を抑制できる。つまり、振動悪化対策のためにエンジンマウントを工夫するとコスト増大や質量アップを招き、また、質量アップにより燃費が悪化するが、本実施形態においては、コスト増大や質量アップを招くことがなく、これにより質量アップに伴う燃費悪化を回避しつつ振動悪化対策を講じることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）直列３気筒エンジンのバランサ機構２０はオフセットクランクを採用したときにおいて、クランクジャーナル１１の回転角度に対するバランスシャフト２４の回転角度の位相を、シリンダ１の中心軸Ｓ１をクランクジャーナル１１の中心に一致させたとき、即ち、オフセットクランク無しのときのクランクシャフト１０に生ずる合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として第２気筒に対して第１気筒側と第３気筒側にそれぞれ同じ所定量αだけ遅角させた。これにより、２次成分の残存ピッチングモーメントがオフセットクランクの採用によって、従来（図６に示すような、第１気筒が上死点に来た状態において、バランスシャフトの前側のバランスウェイトが１５０°かつバランスシャフトの後側のバランスウェイトが３３０°に設置してある場合）より増加してしまうことを抑制または低減することができる。

（２）遅角させる位相の量αを、連桿比λが大きいほど小さくするとよい。
（３）遅角させる位相の量αを、オフセットクランクのオフセット量（シリンダ１の中心軸Ｓ１とクランクジャーナル２４の中心との偏心量）ｄが大きいほど大きくするとよい。

（４）遅らせる位相の量αを、連桿比λとオフセット係数ξとの関係において次式にて決定するとよい。
α＝（１４７・λ^{−１．１５}）・ξ
ただし、連桿比λは、コンロッドの長さＬ／クランクアームの半径Ｒ
オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量ｄ／クランクアームの半径Ｒ
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・上記の実施形態においては、クランクシャフトの各アームに各気筒の回転運動部分の質量に相当する質量、および、往復運動部分の質量の２分の１に相当する質量のクランクウェイトを設ける場合のクランクウェイト配列を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、クランクシャフト全体の質量を軽量化する為にクランクウェイトの配列や各ウェイト質量を様々に変化させてもよい。あるいは、クランクシャフトの外部（クランクシャフトより前側に設置されるプーリーやクランクシャフトより後側に設置されるフライホイールなど）にクランクウェイトとしての錘を設置してもよい。これらのような場合においても、本願は本実施形態と同様に有効に作用する。要は、往復運動部分の質量および回転運動部分の質量によってクランクシャフトにおいて発生する慣性偶力の一部が、クランクシャフト側に設けたクランクウェイトにより緩和されて合成慣性偶力となればよい。

・直列３気筒エンジン以外にも、直列５気筒エンジン、直列７気筒エンジン等の直列の奇数気筒エンジンに適用することが可能である。

本実施形態におけるエンジンの側面図。 本実施形態におけるバランサ機構の斜視図。 （ａ），（ｂ）はピッチングモーメントについてのシミュレーション結果を示す図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はモーメントについてのシミュレーション結果を示す図。 オフセット係数と位相角増加量との関係を示す図。 クランクシャフト系とバランスシャフト系についての斜視図。 （ａ），（ｂ）は残存モーメントについてのシミュレーション結果を示す図。

符号の説明

１…シリンダ、１０…クランクシャフト、１１…クランクジャーナル、１２…クランクアーム、２０…バランサ機構、２１…クランクウェイト、２２…クランクウェイト、２３…クランクウェイト、２４…バランスシャフト、２５…バランスウェイト、２６…バランスウェイト、Ｓ１…中心軸、α…位相の量。

Claims (5)

1. クランクシャフトのクランクジャーナルに対し各気筒のクランクアームが順に１２０°間隔で配置されるとともに各気筒のシリンダの中心軸を前記クランクジャーナルの中心に対して偏心させた直列３気筒エンジンであって、
   往復運動部分の質量および回転運動部分の質量によって前記クランクシャフトにおいて発生する慣性偶力の一部が、前記クランクシャフト側に設けたクランクウェイトにより緩和されて合成慣性偶力となり、他方、前記クランクジャーナルと平行で且つ逆方向に等速度で回転する一本のバランスシャフトを設けた直列３気筒エンジンにおいて、
   前記バランスシャフトに、前記クランクシャフトに生ずる前記合成慣性偶力を打ち消すためのバランスウェイトを第１気筒及び第３気筒と対向する位置にそれぞれ設け、前記クランクジャーナルの回転角度に対する前記バランスシャフトの回転角度の位相を、シリン
   ダの中心軸をクランクジャーナルの中心に一致させたときの前記合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として所定量だけ変更させ、
   前記所定量は、前記偏心により生じた回転運動部分のピッチングモーメントと往復運動部分のピッチングモーメントとの波形のずれ量により決定される
   ことを特徴とする直列３気筒エンジンのバランサ機構。
2. 前記変更させる位相の量を、連桿比が大きいほど小さくした
   ことを特徴とする請求項１に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構。
3. 前記変更させる位相の量を、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量が大きいほど大きくした
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構。
4. 前記変更させる位相の量αを、連桿比λとオフセット係数ξとの関係において次式にて決定した
   α＝（１４７・λ−１．１５）・ξ
   ただし、連桿比λは、コンロッドの長さＬ／クランクアームの半径Ｒ
   オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量ｄ／クランクアームの半径Ｒ
   ことを特徴とする請求項１に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構。
5. 各気筒のシリンダの中心軸を前記クランクジャーナルの中心に対してバランスシャフトの回転軸に近づくように偏心させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直列３気筒エンジンのバランサ機構。

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