JP6398172B2

JP6398172B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6398172B2
Application number: JP2013217590A
Authority: JP
Inventors: 博文東; 征二松田; 小島　光高; 光高小島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: JP2015078757A

Description

本発明は、クランク軸に起因する一次モードの振動を抑制する一次バランサおよび二次モードの振動を抑制する二次バランサをそれぞれ備える内燃機関に関する。

１本のクランク軸に少なくとも２つのピストンが連結された内燃機関において、１本の一次用偏心バランス軸（一次バランサ）および２本の二次用偏心バランス軸（二次バランサ）を、それぞれクランク軸に対して平行に配置した内燃機関が特許文献１に開示されている。この内燃機関において、一次用偏心バランス軸は、クランク軸から伝達される動力によって、クランク軸と同じ回転速度で回転し、２本の二次用偏心バランス軸は、クランク軸から伝達される動力によって、クランク軸の２倍の回転速度で互いに逆方向へ回転する。

特許文献１に記載された内燃機関によれば、２本の二次用偏心バランス軸のうち第１の二次用偏心バランス軸を、一次用偏心バランス軸の軸線に一致するようにこの一次用偏心バランス軸に貫通させて、配置することで、重量を軽減しかつ嵩高くならないようにしている。そして、一次用偏心バランス軸に内蔵された第１の二次用偏心バランス軸の回転方向は、一次用偏心バランス軸の回転方向と同じ方向に設定されている。これにより、一次用偏心バランス軸と第１の二次用偏心バランス軸との回転速度さを小さくし摩耗や回転抵抗などのリスクを軽減している。

また、一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸をそれぞれ駆動するためには、何らかの動力伝達機構が必要である。これらの動力伝達機構は、クランク軸に対して正確に一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸の回転角度及び回転速度を守らなければならない。したがって、特許文献１では、それぞれ歯車機構で動力を伝達している。一次用偏心バランス軸は、等速の歯車機構でクランク軸に連結され、第１の二次用偏心バランス軸は、二倍速の歯車機構でクランク軸に連結されている。そして、一次用偏心バランス軸をクランク軸に連結している歯車機構に対し、第１の二次用偏心バランス軸をクランク軸に連結している歯車機構は、クランク軸の反対側の端部に配置されている。

特開２０１１−１０２６０２号公報

ところで、気筒数の少ない内燃機関には、小型、軽量、安価であることが望まれており、振動を抑制するためにバランサを設けることは、これらに逆行する。特許文献１では、一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸の両方を備え、二次用偏心バランス軸の１つを一次用偏心バランス軸に組み込むことで軸の数を減らしている。しかし、一次用偏心バランス軸の内部に振動モードの異なる二次用偏心バランス軸を組み込むことは、高度な加工精度及び組立精度を要求される。また、一次用偏心バランス軸および第１の二次用偏心バランス軸とは独立して第２の二次用偏心バランス軸が配置されるため、二次用偏心バランス軸を配置するために必要なクランク室の容積が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、一次バランサおよび二次バランサを備えるための占有容積が小さく安価に製造できる内燃機関を提供する。

本発明に係る内燃機関は、クランクシャフトと一次バランサと第１の二次バランサと第２の二次バランサと一次ギア機構と二次ギア機構とを備える。一次バランサは、クランクシャフトの回転軸と平行に回転軸が配置される。第１の二次バランサは、一次バランサの回転軸に同軸に回転軸が配置され、一次バランサの端部に装着され、当該回転軸に対して偏心した第１の二次ウエイトを有する。第２の二次バランサは、第１の二次バランサの回転軸と平行に回転軸が配置され、当該回転軸に対して偏心した第２の二次ウエイトを有する。一次ギア機構は、一次バランサをクランクシャフトへ連結し、クランクシャフトの反対方向に同じ回転速度で一次バランサを回転させる。二次ギア機構は、第１の二次バランサおよび第２の二次バランサをクランクシャフトへ連結し、クランクシャフトの回転速度の２倍の速度でそれぞれを反対方向へ回転させる少なくとも２つのギアを有し、ギアのいずれか２つに一次ギア機構とは反対側の側面に第１の二次ウエイトと第２の二次ウエイトをそれぞれ一体に配置した二次ギア機構と、を備え、第１の二次ウエイトと第２の二次ウエイトをそれぞれ配置した２つのギアは、重量部分と軽量部分とで第１の二次ウエイトと第２の二次ウエイトを形成し、第１の二次ウエイトと第２の二次ウエイトをそれぞれ配置した２つのギア同士が噛合する際にそれぞれの重量部分と軽量部分が噛合する。

また、一次ギア機構は、クランクシャフトの片側端部に設けられた一次駆動ギア、および、一次バランサの片側端部に設けられて一次駆動ギアに噛合する一次従動ギアを有し、二次ギア機構は、クランクシャフトの片側端部に設けられた一次駆動ギアのさらに先端側に設けられた第１の二次駆動ギア、および、第１の二次駆動ギアに噛合し、一次バランサの片側端部に設けられた一次従動ギアのさらに先端側に設けられ、一次バランサと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第１の二次従動ギアを含む第１の二次ギア機構と、一次バランサの片側端部に設けられた第１の二次従動ギアのさらに先端側に設けられ、一次バランサと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第２の二次駆動ギア、および、第２の二次駆動ギアに噛合し、クランクシャフトの片側端部に設けられた第１の二次駆動ギアのさらに先端側に設けられ、前記クランクシャフトと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第２の二次従動ギアを含む第２の二次ギア機構と、を備え、第１の二次ウエイトは、第２の二次駆動ギアに配置され、第２の二次ウエイトは、第２の二次従動ギアに配置される。

本発明に係る内燃機関によれば、第１の二次ウエイトおよび第２の二次ウエイトが二次ギア機構のギアに一体に設けられるので、二次バランサを備えるための構造が簡素化され、製造及び組立のコストを軽減することができ、小型で軽量かつ安価な内燃機関を提供できる。

また、一次ギア機構を一次バランサの片側の端部に配置し、二次ギア機構を一次バランサの回転軸に沿って一次ギア機構よりも先端側となる一次バランサの片側の端部に配置する発明の内燃機関によれば、一次ギア機構および二次ギア機構を覆うカバーは、１つでよいし、これらのギア機構に対する潤滑油の供給を片側にまとめて配置することができるため、構造が簡素化される。また、ギア機構に対するメンテナンスを片側から行えるので、この内燃機関を搭載する車両におけるエンジンルーム内のレイアウトの自由度が増し、作業性にも優れている。

第２の二次バランサの回転軸がクランクシャフトの回転軸と同軸に配置される発明の内燃機関によれば、二次バランサを配置するために必要となる占有スペースを小さくすることができる。

本発明に係る第１の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。本発明に係る第２の実施形態の内燃機関の制振装置のギア機構の断面図。本発明に係る第３の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。本発明に係る第４の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。本発明に係る第５の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。本発明に係る第６の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。

本発明に係る第１の実施形態の内燃機関１は、図１を参照して説明する。この内燃機関１は、２気筒４サイクルのエンジンであり、制振装置として一次バランサ１０および二次バランサ２０を装備している。この内燃機関１は、クランクシャフト３０と、一次バランサ１０と、二次バランサ２０と、一次ギア機構４０と、二次ギア機構５０とを備える。

クランクシャフト３０は、同じ回転角度位置にそれぞれコンロッド３１で２つのピストンが連結されている。クランクシャフト３０は、コンロッド３１でピストンが連結された部位の１８０°対称の位置にカウンタウエイト３２を有している。

一次バランサ１０は、クランクシャフト３０のカウンタウエイト３２と協動してピストンの往復動による起振力（一次振動）を打ち消すとともに、ピストンが往復動する方向を横切る方向にクランクシャフト３０のカウンタウエイト３２によって生じる振動を相殺するために設けられている。一次バランサ１０は、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに対して平行に回転軸１０Ａを配置しており、この回転軸１０Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した一次ウエイト１１を備えている。一次バランサ１０の両端は、クランクケース６を貫通しており、それぞれ軸受け１０１，１０２によって、支持されている。軸受１０１，１０２は、すべり軸受けでもよいし、転がり軸受であってもよい。

二次バランサ２０は、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の２つで一組に設けられており、ピストンが往復動する方向の振動として一次バランサ１０で相殺できずに残存する二次振動を打ち消すために設けられている。図１に示すように、第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０の回転軸１０Ａに対して同軸に回転軸２１Ａを配置しており、その回転軸２１Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した第１の二次ウエイト２１１を有している。第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに対して平行に回転軸２２Ａを配置しており、その回転軸２２Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した第２の二次ウエイト２２１を有している。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、同じ起振力を発生するように質量および偏心量が設定される。本実施形態において、第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１は、二次ギア機構５０に含まれるギアに一体に設けられる。詳細は後述する。

一次ギア機構４０は、一次バランサ１０をクランクシャフト３０へ連結し、クランクシャフト３０の回転速度と同じ回転速度でクランクシャフト３０と反対方向へ、一次バランサ１０を回転させる動力を伝達する。この一次ギア機構４０は、一次バランサ１０の片側の端部、すなわちクランクシャフト３０の第１の端部３３側に配置され、一次駆動ギア４１と一次従動ギア４２とを有する。一次駆動ギア４１は、クランクケース６から突出したクランクシャフト３０の片側端部となる第１の端部３３に取り付けられる。一次従動ギア４２は、クランクケース６から突出した一次バランサ１０の端部に取り付けられ、一次駆動ギア４１に噛合する。一次バランサ１０は、ピストンの上死点及び下死点において、カウンタウエイト３２に対して一次ウエイト１１が同位相に位置するように、クランクシャフト３０に対して一次ギア機構４０を介して連結される。

二次ギア機構５０は、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２をクランクシャフト３０へ連結し、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で第１の二次バランサ２１及び第２の二次バランサ２２を回転させる動力を伝達する。この二次ギア機構５０は、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２を互いに逆方向に回転するように構成される。二次ギア機構５０は、一次バランサ１０の片側の端部、すなわちクランクシャフト３０の第１の端部３３側で、一次バランサ１０の回転軸に沿って一次ギア機構４０よりも先端側、つまりクランクケース６に対して外側に配置される。

二次ギア機構５０は、第１の二次ギア機構５１と第２の二次ギア機構５２とを有する。第１の二次ギア機構５１は、第１の二次バランサ２１をクランクシャフト３０へ連結し、クランクシャフト３０の２倍の速度で第１の二次バランサ２１を回転させる動力を伝達する。第２の二次ギア機構５２は、第２の二次バランサ２２をクランクシャフト３０へ連結し、クランクシャフト３０の２倍の速度で第２の二次バランサ２２を回転させる動力を伝達する。

第１の実施形態における二次ギア機構５０は、図１に示すように、クランクシャフト３０の第１の端部３３に取り付けられる第１の二次駆動ギア５１１と、第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１が一体に設けられて第１の二次駆動ギア５１１に噛合する第１の二次従動ギア５１２と、第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１が一体に設けられて第１の二次従動ギア５１２に噛合する第２の二次従動ギア５２２と、で構成される。したがって、第１の二次ギア機構５１は、第１の二次駆動ギア５１１と第１の二次従動ギア５１２とで構成される。また、第２の二次ギア機構５２は、第１の二次駆動ギア５１１と第１の二次従動ギア５１２と第２の二次従動ギア５２２とで構成される。

第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次従動ギア５２２は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転される。なお、第１の二次従動ギア５１２は、第２の二次従動ギア５２２に噛合してクランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で第２の二次バランサ２２を回転させる第２の二次駆動ギア５２１を兼ねる。

以上のように、二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転する少なくとも２つのギアとして、第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次従動ギア５２２を有している。そして、これらのギアのいずれか２つに、本実施形態の場合は第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次従動ギア５２２に、第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１を一体に備える。

第１の二次駆動ギア５１１は、クランクケース６に対して一次駆動ギア４１の外側、すなわちクランクシャフト３０の第１の端部３３の一次駆動ギア４１よりもクランクシャフト３０の軸方向に先端側、に重ねて配置される。第１の二次従動ギア５１２は、クランクケース６に対して一次従動ギア４２の外側に重なるように配置され、クランクシャフト３０の回転方向と反対方向へ、すなわち一次バランサ１０と同じ回転方向へ、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転される。第２の二次従動ギア５２２は、第１の二次従動ギア５１２に噛合し、クランクケース６の外側に配置されている。第２の二次従動ギア５２２は、第１の二次従動ギア５１２の回転方向と逆方向へクランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転される。

第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０の回転軸１０Ａに対して同軸に設けられた第１の支持ロッド２１３を有している。第１の支持ロッド２１３は、一次バランサ１０の第１の端部１３に設けられた穴１４に軸受２１４を介して装着される。第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに平行に回転軸２２Ａが配置される第２の支持ロッド２２３を有している。この第２の支持ロッド２２３は、エンジンのクランクケース６に設けられる基部６１に対して軸受２２４を介して装着される。

第１の二次バランサ２１は、回転軸２１Ａに沿う方向に、第１の二次従動ギア５１２が形成された外周よりも内側が分厚くなった重量部分２１５と、刳り貫かれた軽量部分２１６とをほぼ半円ずつ有している。第２の二次バランサ２２は、回転軸２１Ａに沿う方向に、第２の二次従動ギア５２２が形成された外周よりも内側が分厚くなった重量部分２２５と、刳り貫かれた軽量部分２２６とをほぼ半円ずつ有している。重量部分２１５，２２５は、第１の二次ウエイト２１１、第２の二次ウエイト２２１としてそれぞれ機能する。軽量部分２１６，２２６は、刳り貫かれることなく厚みが薄いだけでも良い、また重量部分２１５，２２５は、それぞれ二次ウエイトとして機能すればよいので、比重の大きい部材、例えば鉛を装着して構成されてもよい。なお、第１の二次バランサ２１及び第２の二次バランサ２２は、二次ギア機構５０の一部として設けられるので、一次ギア機構４０及び二次ギア機構５０とともにカバーで覆われる。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、ピストンが上死点にあるときにクランクシャフト３０のカウンタウエイト３２及び一次バランサ１０の一次ウエイト１１が位置する回転角度と同じ位置、すなわちピストンと反対方向に位置するように、二次ギア機構５０によって連結されている。第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０及び一次バランサ１０の回転速度の２倍の速度で回転するので、第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１は、ピストンが下死点にあるときにも、ピストンが上死点にあるときと同じ回転位置にある。

以上のように構成された内燃機関１においてクランクシャフト３０が回転すると、一次バランサ１０は、クランクシャフト３０と同じ速度で逆方向へ回転する。また、第１の二次バランサ２１は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で逆方向へ、すなわち一次バランサ１０の２倍の回転速度で同じ方向へ回転する。そして、第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で同じ方向へ、すなわち第１の二次バランサ２１と同じ速度で逆方向へ回転する。その結果、内燃機関１の一次振動および二次振動が抑制される。

また、第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０と同じ方向へ回転するので、一次バランサ１０の第１の端部１３に設けられた穴１４に対して軸受２１４を介して支持されている第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３と一次バランサ１０との相対速度が半減され、回転抵抗が小さく抑えられる。また、一般に、２つの回転軸の間で動力をギア機構によって動力（回転力）を伝達する場合、駆動ギアと従動ギアの少なくとも２つが必要である。一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１、第２の二次バランサ２２の３つに動力を伝達しようとする場合、クランクシャフト３０と一次バランサ１０との間、クランクシャフト３０と第１の二次バランサとの間、及び、第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２との間には、それぞれ２つずつのギア、合計で６つのギアが必要になる。

これに対して、本実施形態では、クランクシャフト３０と一次バランサ１０との間は、一次ギア機構４０で連結されている。この一次ギア機構４０は、クランクシャフト３０に取り付けられた一次駆動ギア４１と、一次バランサ１０に取り付けられた一次従動ギア４２と、の２つのギアで構成され、同一平面上に配置されて互いに噛合している。また、クランクシャフト３０と第１の二次バランサ２１との間、および第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２との間は、二次ギア機構５０で連結されている。この二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０に取り付けられた第１の二次駆動ギア５１１と、第１の二次バランサ２１に設けられた第１の二次従動ギア５１２と、第２の二次バランサ２２に設けられた第２の二次従動ギア５２２の３つのギアで構成され、同一平面上に配置されて互いに直列に噛合している。

このように、この内燃機関１は、クランクシャフト３０から駆動力を得て一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の３つを回転させるために、５つのギアで動力の伝達を行う。そして、一次ギア機構４０と二次ギア機構５０とは、クランクシャフト３０に対して同じ第１の端部３３側に、二次ギア機構５０が外側になるように重ねて配置されている。すべてのギアがクランクシャフト３０の軸方向へ片側に集約されているだけでなく、ギアの総数も少ない、つまり、二次ギア機構５０は、回転軸２１Ａ，２２Ａに沿う方向へ寸法が小さい。一次ギア機構４０および二次ギア機構５０にカバーを取り付けた場合に、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに沿う方向にこの内燃機関１の寸法は、小さくなる。一次バランサ１０及び二次バランサ２０の両方を装備するために必要となる容積が小さくなるので、内燃機関１の全体の嵩も小さくなる。

本発明に係る第２から第６の実施形態の内燃機関１について、それぞれ図面を参照して以下に説明する。第１の実施形態の内燃機関１の構成と同じ機能を有する構成は、各実施形態の説明及び図中において同一の符号を付し、その詳細な説明は、第１の実施形態の対応する記載を参酌することとする。

本発明に係る第２の実施形態の内燃機関１は、図２を参照して説明する。図２は、一次ギア機構４０、二次ギア機構５０、第１の二次バランサ２１、第２の二次バランサ２２が組みつけられた内燃機関１のクランクシャフト３０の第１の端部３３側を示している。この第２の実施形態の内燃機関１では、クランクシャフト３０、一次バランサ１０、二次バランサ２０のそれぞれ回転軸３０Ａ，１０Ａ，２１Ａ，２２Ａに沿う方向に、一次ギア機構４０と二次ギア機構５０とが入れ替わって配置されている。

第１の実施形態では、クランクケース６から突出したクランクシャフト３０および一次バランサ１０の端部に一次ギア機構４０が組み付けられ、さらにその一次ギア機構４０の外側に二次ギア機構５０が組み付けられていた。これに対して、第２の実施形態では、クランクケース６から突き出したクランクシャフト３０および一次バランサ１０の端部に二次ギア機構５０が組み付けられ、さらにその二次ギア機構５０の外側に一次ギア機構４０が組み付けられている。つまり、二次ギア機構５０がクランクケース６に近い内側に配置され、一次ギア機構４０がクランクケース６に対して二次ギア機構５０よりも外側に配置されている。その結果、クランクシャフト３０および一次バランサ１０に対して２倍の速度で回転する二次バランサ２０がクランクケース６に近い側に配置される。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１が、クランクシャフト３０のカウンタウエイト３２及び一次バランサ１０の一次ウエイト１１に対して回転軸２１Ａ，２２Ａに沿う方向へ近くなるので、二次バランサ２０による二次振動に対する振動抑制効果が向上する。

また、一次ギア機構４０と二次ギア機構５０の配置が入れ替わったことに伴い、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２のそれぞれ軸受け部分の構造が第１の実施形態から変更されている。

図２に示すように、第１の二次バランサ２１は、クランクケース６の外へ突出した一次バランサ１０のシャフト１２の端部に軸受２１７を介在させて外嵌している。第２の二次バランサ２２は、一次バランサ１０の回転軸１０Ａと平行にクランクケース６の外側に設けられたボス６２に軸受２２７を介在させて外嵌している。一次バランサ１０は、第１の二次バランサ２１を同軸に配置するために、外径を加工するだけでよくなるので、加工精度もよく製造コストを安くすることができる。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、第１の実施形態と同様に、第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次従動ギア５２２にそれぞれ一体に形成されている。そして、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２のそれぞれ第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１の重心によって設定される回転軌道面を横切るように軸受２１７，２２７が配置される。したがって、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２が回転した場合に第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａおよび第２の二次バランサ２２の回転軸２２Ａに傾きが生じにくく、軸受２１７，２２７に係る負担が軽減される。

なお、第１の実施形態で第１の支持ロッド２１３及び第２の支持ロッド２２３を設ける代わりに、第２の実施形態の構造と同様の構造を採用してもよい。つまり、第１の二次バランサ２１は、一次従動ギア４２が装着された一次バランサ１０の端部に軸受２１７を介して外嵌され、第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに平行にクランクケース６の外側に設けられたボス６２に軸受２２７を介して外嵌されてもよい。このように構成することで、二次ギア機構５０の構成が簡素化される。

本発明に係る第３の実施形態の内燃機関１は、図３を参照して説明する。本実施形態の内燃機関１において、第２の二次バランサ２２の配置が第１の実施形態の内燃機関１と異なっている。また、これに伴い、二次ギア機構５０の構成も異なっている。

本実施形態において、第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに対して同軸に回転軸２２Ａを配置している。第２の二次バランサ２２は、回転軸２２Ａに対して重心が変位（偏心）した第２の二次ウエイト２２１と、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに対して同軸に配置された第２の支持ロッド２２３と、を有している。クランクシャフト３０は、クランクケース６の外側に突出した第１の端部３３の先端に、回転軸３０Ａに沿って設けられた穴３４を有している。第２の支持ロッド２２３は、クランクシャフト３０のこの穴３４に軸受２２４を介して装着される。第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、同じ起振力を発生するように質量および偏心量が設定される。

一次ギア機構４０は、クランクシャフト３０の回転速度と同じ回転速度でクランクシャフト３０と逆方向に、一次バランサ１０を回転させる動力を伝達する。この一次ギア機構４０は、一次駆動ギア４１と一次従動ギア４２とを有する、一次駆動ギア４１は、クランクシャフト３０の一端側となる第１の端部３３に取り付けられている。一次従動ギア４２は、一次バランサ１０の第１の端部１３に取り付けられている。一次駆動ギア４１に噛合する。一次ギア機構４０は、ピストンの上死点および下死点においてカウンタウエイト３２に対し一次ウエイト１１が同位相に位置するように一次バランサ１０をクランクシャフト３０に連結する。

二次ギア機構５０は、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２をクランクシャフト３０に連結し、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転する少なくとも２つのギアを有し、これらのギアのうちいずれか２つに第１の二次ウエイト２１１および第２の二次ウエイト２２１を一体に備える。二次ギア機構５０は、第１の二次駆動ギア５１１と第１の二次従動ギア５１２と第２の二次駆動ギア５２１と第２の二次従動ギア５２２とを含む。

第１の二次駆動ギア５１１は、回転軸３０Ａに沿う方向へクランクケース６に対して一次駆動ギア４１よりも外側に配置され、一次駆動ギア４１よりも先端側のクランクシャフトの第１の端部３３に取り付けられる。第１の二次従動ギア５１２は、回転軸１０Ａに沿う方向へクランクケース６に対して一次従動ギア４２よりも外側に配置され、一次バランサ１０の第１の端部１３の穴１４に装着された第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３に取り付けられる。第２の二次駆動ギア５２１は、回転軸２１Ａに沿う方向へクランクケース６に対して第１の二次従動ギア５１２の外側に重ねて配置され、第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３に取り付けられる。第２の二次従動ギア５２２は、回転軸２２Ａに沿う方向へクランクケース６に対して第１の二次駆動ギア５１１の外側に重ねて配置され、第２の二次バランサ２２の第２の支持ロッド２２３に取り付けられる。第２の二次駆動ギア５２１は、第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１を一体に有し、第２の二次従動ギア５２２は、第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１を一体に有している。

第１の二次従動ギア５１２は、第１の二次駆動ギア５１１に噛合し、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で逆方向へ回転される。第２の二次駆動ギア５２１は、第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３を介して第１の二次従動ギア５１２に結合されている。したがって、第２の二次駆動ギア５２１は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転する。第２の二次従動ギア５２２は、第２の二次駆動ギア５２１に噛合し、第２の二次駆動ギア５２１の回転速度と同じ速度で逆方向へ回転される。つまり、第２の二次従動ギア５２２は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で、クランクシャフト３０と同じ方向へ回転する。

このように構成された二次ギア機構５０は、第１の二次バランサ２１に動力を伝達する第１の二次ギア機構５１と、第２の二次バランサ２２に動力を伝達する第２の二次ギア機構５２とを構成する。第１の二次ギア機構５１は、第１の二次駆動ギア５１１と第１の二次従動ギア５１２とで構成され、第２の二次ギア機構５２は、第２の二次駆動ギア５２１と第２の二次従動ギア５２２とで構成される。また、二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転するギアとして、第１の二次従動ギア５１２、第２の二次駆動ギア５２１、第２の二次従動ギア５２２を含み、このうちの２つである第２の二次駆動ギア５２１及び第２の二次従動ギア５２２に、第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１を一体に有している。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、ピストンが上死点にあるときにクランクシャフト３０のカウンタウエイト３２及び一次バランサ１０の一次ウエイト１１が位置する回転角度と同じ方位、すなわちピストンとは反対に位置するように、二次ギア機構５０によって連結されている。第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０および一次バランサ１０の回転速度の２倍の速度で回転するので、第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１は、ピストンが下死点にあるときにもピストンが上死点にあるときと同じ回転位置にある。

第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１は、ピストンが往復動する方向に二次振動を打ち消す起振力を発生するとともに、ピストンが往復動する方向を横切る方向に互いの起振力を打ち消すように作用するように配置されていればよい。したがって、第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１は、第２の二次駆動ギア５２１に一体に設けられる代わりに、この第２の二次駆動ギア５２１と同軸に配置されている第１の二次従動ギア５１２に一体に設けられていてもよい。第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、第１及び第２の実施形態と同様に、重量部分２１５，２２５及び軽量部分２１６，２２６をそれぞれ有している。

以上のように構成された内燃機関１において、クランクシャフト３０が回転すると、一次ギア機構４０によって一次バランサ１０が回転し、二次ギア機構５０によって第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２が回転する。その結果、内燃機関１の一次振動および二次振動が抑制される。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、クランクケース６の外側に配置された第２の二次駆動ギア５２１及び第２の二次従動ギア５２２に一体に設けられる。また、一次ギア機構４０および二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａと一次バランサ１０の回転軸１０Ａに沿う方向へ重なるように配置されている。本実施形態の場合、クランクケース６に対して一次ギア機構４０の外側に二次ギア機構５０が配置されている。したがって、構造が簡素になるので、製造コストが軽減される。また、一次ギア機構４０および二次ギア機構５０が同じ側に配置されているため、メンテナンスなどの際の作業性の点で優れている。そして、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２が、これらを駆動する二次ギア機構５０に組み込まれるので、小型で軽量な内燃機関１を安価に提供することができる。

また駆動トルクが入力される二次ギア機構５０のギアに第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１が一体に設けられるので、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の回転速度が変化するときに回転軸２１Ａ，２２Ａに作用する捩れが生じにくい。

本発明に係る第４の実施形態の内燃機関１は、図４を参照して説明する。図４に示す内燃機関１において、クランクシャフト３０の第１の端部３３および一次バランサ１０の第１の端部１３は、クランクケース６の外側へ突出している。第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次駆動ギア５２１は、互いに結合されて一体化しているとともに、軸受２１７、例えばベアリング、を介在させて一次バランサ１０のシャフト１２の第１の端部１３の外周面１３ａに装着されている。第２の二次従動ギア５２２は、軸受２２７、例えばベアリング）を介在させてクランクシャフト３０の第１の端部３３の外周面３３ａに装着される。

第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１は、第３の実施形態と同様に、第２の二次駆動ギア５２１及び第２の二次従動ギア５２２にそれぞれ一体に形成される。この実施形態では、第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１の重心によって設定される回転軌道面上に、軸受２１７，２２７が配置される。したがって、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２が回転した場合、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａおよび第２の二次バランサ２２の回転軸２２Ａに傾きが生じにくく、軸受２１７，２２７に係る負担が軽減される。

以上のように構成された内燃機関１によれば、一次バランサ１０及びクランクシャフト３０の端部に穴をあけてその穴に軸受２１４，２２４を介在させて第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２を装着する第２の実施形態に比べて構造が簡単であるため、各部材の加工がしやすく、組み立て作業も容易になる。

本発明に係る第５の実施形態の内燃機関１は、図５を参照して説明する。第４の実施形態の内燃機関１に対して、第５の実施形態の内燃機関１は、クランクシャフト３０、一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１、第２の二次バランサ２２のそれぞれ回転軸３０Ａ，１０Ａ，２１Ａ，２２Ａに沿う方向へ一次ギア機構４０および二次ギア機構５０が入れ替わった配置になっている。つまり第５の実施形態では、クランクケース６から突出したクランクシャフト３０の第１の端部３３および一次バランサの第１の端部１３に二次ギア機構５０が組み付けられ、さらにクランクケース６に対してこの二次ギア機構５０の外側に一次ギア機構４０が組み付けられている。クランクシャフト３０および一次バランサ１０の回転速度に対して２倍の速度で回転する二次バランサ２０（第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２）が、第４の実施形態の場合よりもクランクケース６に近い。第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１が、クランクシャフト３０のカウンタウエイト３２及び一次バランサ１０の一次ウエイト１１に対して、回転軸３０Ａ，１０Ａに沿う方向に近くなるため、二次バランサ２０による振動抑制効果が向上する。

本発明に係る第６の実施形態の内燃機関１は、図６を参照して説明する。第３の実施形態の内燃機関１に対して、第６の実施形態の内燃機関１は、第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２がクランクシャフト３０の回転軸３０Ａに沿う方向へクランクシャフト３０の両方の端部に分かれて配置される。図６に示すように第６の実施形態では、クランクシャフト３０は、クランクケース６から外側へ突出した第１の端部３３と、これと反対側に位置して同じくクランクケース６から外側へ突出した第２の端部３５とを有している。同様に一次バランサ１０は、クランクシャフト３０の第１の端部３３と同じ方向へクランクケース６から外側へ突出した第１の端部１３と、これと反対側、すなわちクランクシャフト３０の第２の端部３５と同じ側に位置してクランクケース６の外側に突出した第２の端部１５とを有する。

一次ギア機構４０の一次駆動ギア４１は、クランクシャフト３０の第１の端部３３に取り付けられ、一次従動ギア４２は、一次バランサ１０の第１の端部１３に取り付けられる。一次駆動ギア４１と一次従動ギア４２が噛合しているので、クランクシャフト３０から一次バランサ１０へ回転力が伝達される。

第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０の第２の端部１５側のクランクケース６の外側に配置される。一次バランサ１０の第２の端部１５は、回転軸１０Ａに沿う方向に穴１４を有しており、第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３が軸受２１４を介在させて装着される。

二次ギア機構５０の第１の二次駆動ギア５１１は、クランクシャフト３０の第２の端部３５に取り付けられる。第１の二次従動ギア５１２は、一次バランサ１０の第２の端部１５側に配置された第１の二次バランサ２１の第１の支持ロッド２１３に取り付けられ、第１の二次駆動ギア５１１に噛合してクランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で回転する。本実施形態の場合、第１の二次従動ギア５１２は、第１の二次バランサ２１の第１の二次ウエイト２１１と一体に設けられる。

第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０の第１の端部３３側のクランクケース６の外側に配置される。クランクシャフト３０の第１の端部３３は、回転軸３０Ａに沿う方向に穴３４を有しており、第２の二次バランサ２２の第２の支持ロッド２２３が軸受２２４を介在させて装着される。したがって、第２の二次バランサ２２は、クランクケース６に対して一次駆動ギア４１よりも外側に配置される。

二次ギア機構５０の第２の二次駆動ギア５２１は、クランクケース６に対して一次従動ギア４２よりも外側、すなわち一次バランサ１０の回転軸１０Ａに沿って一次従動ギア４２よりも先端側の一次バランサ１０の第１の端部１３に取り付けられる。第２の二次従動ギア５２２は、クランクシャフト３０の第１の端部３３側に配置された第２の二次バランサ２２の第２の支持ロッド２２３に取り付けられ、第２の二次駆動ギア５２１に噛合して一次バランサ１０の回転速度の２倍の速度、すなわちクランクシャフトの回転速度の２倍の速度で回転する。本実施形態の場合、第２の二次従動ギア５２２は、第２の二次バランサ２２の第２の二次ウエイト２２１と一体に設けられる。

上記構成によれば、本実施形態の第１の二次ギア機構５１は、クランクシャフト３０の回転力を第１の二次バランサ２１に伝達するために、第１の二次駆動ギア５１１と第１の二次従動ギア５１２とで構成される。また、第２の二次ギア機構５２は、クランクシャフト３０の回転力を第２の二次バランサ２２に伝達するために、一次駆動ギア４１と一次従動ギア４２と第２の二次駆動ギア５２１と第２の二次従動ギア５２２とで構成される。

以上のように構成された第６の実施形態の内燃機関１によれば、第１の二次バランサ２１及び第２の二次バランサ２２で構成される二次バランサ２０の各ウエイト（第１の二次ウエイト２１１及び第２の二次ウエイト２２１）は、クランクシャフト３０に対してそれぞれ独立した伝達経路を経て回転力が伝達される。すなわち、第１の二次ウエイト２１１を有した第１の二次バランサ２１は、第１の二次ギア機構５１によってクランクシャフト３０から回転力を伝達され、第２の二次ウエイト２２１を有した第２の二次バランサ２２は、第２の二次ギア機構５２によって、一次バランサ１０を経由してクランクシャフト３０から回転力を伝達される。クランクシャフト３０の回転速度が変動する場合、伝達経路が分かれていることによって、二次バランサの二次ウエイトの質量による慣性力の影響を分散させることができる。

なお、第６の実施形態において、第１の二次バランサ２１は、第１の支持ロッド２１３によって一次バランサ１０の第２の端部１５に軸受２１４を介して支持され、第２の二次バランサ２２は、第２の支持ロッド２２３によってクランクシャフト３０の第１の端部３３に軸受２２４を介して支持されている。第１の支持ロッド２１３及び第２の支持ロッド２２３を設ける代わりに、第２の実施形態または第４の実施形態のように、一次バランサ１０の第２の端部１５及びクランクシャフト３０の第１の端部３３をそれぞれ回転軸１０Ａ、３０Ａに沿って延ばし、その先端に軸受２１７，２２７を介して、第１の二次従動ギア５１２に第１の二次ウエイト２１１が一体に設けられた第１の二次バランサ２１および第２の二次従動ギア５２２に第２の二次ウエイト２２１が一体に設けられた第２の二次バランサ２２をそれぞれ外嵌させてもよい。さらに上記構造を採用する場合、第６の実施形態でクランクシャフト３０の第２の端部３５および一次バランサ１０の第２の端部１５側に配置された第１の二次ギア機構５１をクランクシャフト３０の第１の端部３３および一次バランサ１０の第１の端部１３側に配置してもよい。

なお、各実施形態の各図において、クランクシャフト３０に対して一次バランサ１０及び二次バランサ２０（第１の二次バランサ２１及び第２の二次バランサ２２）を一方向に平行に並べた配置を示しているが、クランクシャフト３０に対する一次バランサおよび二次バランサ２０のレイアウトは、図面に示した配置に限定されない。

１…内燃機関、１０…一次バランサ、１０Ａ…回転軸、２０…二次バランサ、２１…第１の二次バランサ、２１Ａ…回転軸、２１１…第１の二次ウエイト、２２…第２の二次バランサ、２２Ａ…回転軸、２２１…第２の二次ウエイト、３０…クランクシャフト、３０Ａ…回転軸、４０…一次ギア機構、５０…二次ギア機構、

Claims

クランクシャフトと、
前記クランクシャフトの回転軸と平行に回転軸が配置される一次バランサと、
前記一次バランサの回転軸に同軸に回転軸が配置され、前記一次バランサの端部に装着されて当該回転軸に対して偏心した第１の二次ウエイトを有した第１の二次バランサと、
前記第１の二次バランサの回転軸と平行に回転軸が配置され、当該回転軸に対して偏心した第２の二次ウエイトを有した第２の二次バランサと、
前記一次バランサを前記クランクシャフトへ連結して前記クランクシャフトの反対方向に同じ回転速度で前記一次バランサを回転させる一次ギア機構と、
前記第１の二次バランサおよび前記第２の二次バランサを前記クランクシャフトへ連結して前記クランクシャフトの回転速度の２倍の速度でそれぞれを反対方向へ回転させる少なくとも２つのギアを有し、前記ギアのいずれか２つに前記一次ギア機構とは反対側の側面に前記第１の二次ウエイトと前記第２の二次ウエイトをそれぞれ一体に配置した二次ギア機構と、を備え、
前記第１の二次ウエイトと前記第２の二次ウエイトをそれぞれ配置した２つの前記ギアは、重量部分と軽量部分とで前記第１の二次ウエイトと前記第２の二次ウエイトを形成し、
前記第１の二次ウエイトと前記第２の二次ウエイトをそれぞれ配置した２つの前記ギア同士が噛合する際にそれぞれの重量部分と軽量部分が噛合することを特徴とする内燃機関。
前記一次ギア機構は、前記クランクシャフトの片側端部に設けられた一次駆動ギア、および、前記一次バランサの片側端部に設けられて前記一次駆動ギアに噛合する一次従動ギアを有し、
前記二次ギア機構は、前記クランクシャフトの片側端部に設けられた前記一次駆動ギアのさらに先端側に設けられた第１の二次駆動ギア、および、前記第１の二次駆動ギアに噛合し、前記一次バランサの片側端部に設けられた前記一次従動ギアのさらに先端側に設けられ、前記一次バランサと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第１の二次従動ギアを含む第１の二次ギア機構と、
前記一次バランサの片側端部に設けられた前記第１の二次従動ギアのさらに先端側に設けられ、前記一次バランサと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第２の二次駆動ギア、および、前記第２の二次駆動ギアに噛合し、前記クランクシャフトの片側端部に設けられた前記第１の二次駆動ギアのさらに先端側に設けられ、前記クランクシャフトと同じ方向に２倍の回転速度で回転する第２の二次従動ギアを含む第２の二次ギア機構と、を備え、
前記第１の二次ウエイトは、前記第２の二次駆動ギアに配置され、
前記第２の二次ウエイトは、前記第２の二次従動ギアに配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。