JP7359722B2 - ２気筒内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、２気筒内燃機関に関するものである。

レシプロ式の内燃機関はピストンの往復動をクランク軸の回転に変換しているが、例えば、２つのピストンが同期して往復動する４サイクル２気筒内燃機関では、ピストンの慣性力がクランク軸に１８０°間隔で逆向きに作用するという問題がある。そこで、バランサを設けて慣性力を打ち消すことが行われている。

その例として特許文献１には、ピストンと逆の動きをするピストン状のバランサをクランク軸に設けて、バランサを、シリンダボアと反対側に配置されたガイドボアに嵌挿した構成が開示されている。また、特許文献２には、クランク軸のクランクアームに設けたカウンタウエイトと逆の動きをするリンク式（振り子式）のバランサウエイトをクランクケースに回動自在に連結し、バランサウエイトとクランク軸とをバランサ用コンロッドで連結することが開示されている。

特開昭６２－５２２３６号公報 特開２０１９－５２７４１号公報

特許文献１のようにバランサをシリンダボア（ピストン）と反対側に配置すると、慣性力の消去効果は高いが、オイルパンが必要以上に深くなって機関が大型化するという問題がある。他方、特許文献２においても、バランサウエイトがクランク軸と直交した横方向に大きくはみ出しているため、バランサウエイトの動きを許容するスペースを確保するためにはオイルパンが大型化せざるを得ないという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、２気筒内燃機関を対象にしており、この内燃機関は、請求項１のとおり、
「２つのシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに回転自在に保持されたクランク軸と、前記シリンダブロックの下面に固定されたオイルパンとを備えており、前記２つのシリンダボアに、前記クランク軸にコンロッドを介して連結されたピストンが、互いに同期して往復動するように嵌挿されている」
という基本構成になっている。なお、「上下動」とはシリンダボア軸線方向に往復動するということであり、鉛直線方向と同じにならない場合もある。

そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、
「前記クランク軸のうち前記両コンロッドで挟まれた部位に、前記両ピストンと位相を１８０°ずらして上下動するバランサを上向きに設けて、前記バランサを、クランク軸線と平行な軸心回りに回動するリンクに連結しており、
前記ピストンと前記バランサとが、前記ピストンが上死点にあるときには前記バランサの上端が前記ピストン頂面よりも下方に位置して、前記ピストンが下死点にあるときには前記バランサの上端が前記ピストン頂面よりも上方に位置するように連動している」
という特徴を有している。

本願発明は、請求項２の構成も含んでいる。この請求項２の発明は、請求項１において、
「前記リンクは、前記シリンダブロックのうちクランク軸と平行な長手一側面から突出した張り出し部に連結されている」
という特徴を有している。

本発明では、バランサはピストンと逆方向に動くため、ピストンの慣性力を打ち消して、安定した高速回転を実現できる。そして、バランサはクランク軸から上向きに延びているため、バランサがオイルパンに入り込むことはないと共に、バランサを支持するリンクは、クランク軸よりも上にあってシリンダボアの軸心と交叉した方向に延びているため、リンクがオイルパンに入り込むこともない。従って、オイルパンの大型化を防止できる。その結果、自動車用内燃機関のように高さの制約が厳しい場合でも対応できて、実機対応性に優れている。

また、バランサは隣り合ったコンロッドの間に配置されていることにより、２つのシリンダボアの間隔が通常の内燃機関よりも広がるが、この広がりを利用して、各シリンダボアの全周を囲うように冷却水ジャケットを形成できるため、シリンダブロックのうち最も高温になるボア間部を的確に冷却することが可能になる。これにより、シリンダボアの真円度を確保してピストンの摺動抵抗を低減できると共に、ブローバイガスの発生量を抑制できる。

なお、隣り合ったシリンダボアの間隔が広がると、機関の前後長さ（クランク軸方向の長さ）は少し長くなるが、２気筒内燃機関は元々長さが短いため、ボア間部を少し広げても、例えば同じ排気量の３気筒内燃機関に比べて、全体として小型化できる。従って、単位質量当たりの出力を向上させて燃費を向上させつつ、ピストンやコンロッドの慣性力を打ち消して円滑な高速回転を実現できる。

請求項２のようにリンクをシリンダブロックの張り出し部に内蔵すると、シリンダブロックの全体が大型化することを防止できる。また、張り出し部はシリンダブロックに設けているため、張り出し部を設けたことに起因してオイルパンの横幅が増大することはない。従って、オイルパンの大型化防止を確実化できる。また、張り出し部がリブ効果を発揮してシリンダブロックの剛性を向上できる利点もある。

実施形態の大まかな平面図である。 図１のII-II視断面図である。 図１のIII-III視縦断面図である。 図１のIV-IV視断面図である。

次に、本願発明を自動車用の４サイクル２気筒内燃機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。

(1).構造の説明
図２に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１とその頂面に固定されたシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体を備えており、シリンダブロック１には２つのシリンダボア３が形成されて、各シリンダボア３にはそれぞれピストン４が摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド２には、ペントルーフ形の凹所５が形成されている。シリンダブロック１の下面にはオイルパン６が固定されている。他方、シリンダヘッド２の頂面にはヘッドカバー（図示せず）が固定されている。

各ピストン４は、コンロッド７を介してクランク軸８に連結されている。クランク軸８は、その一端部と他端部に形成したエンドジャーナル９及びその間に位置した一対の中間ジャーナル１０を備えており、これらジャーナル９，１０は、それぞれクランクキャップ１１を介してシリンダブロック１に回転自在に保持されている。

また、クランク軸８は、２つのピストン４に対応した一対ずつのピストン用クランクアーム１２（図３も参照）を備えており、一対のピストン用クランクアーム１２に固定されたピストン用クランクピン１３にコンロッド７の大端部７ａが連結されて、コンロッド７の小端部７ｂはピストン４にピストンピン１４で連結されている。

図２，４に示すように、一対の中間ジャーナル１０には、ピストン用クランクアーム１２と反対方向に突出したバランサ用クランクアーム１６が固定されており、両バランサ用クランクアーム１６に連結されたバランサ用クランクピン１７に、ピストン４の質量の２倍の質量を有するバランサ（重り）１８が連結されている。

バランサ１８は、上に位置した重り部１８ａと下に位置した連結部１８ｂとを有しており、連結部１８ｂはバランサキャップ１８ｃによってバランサ用クランクピン１７に相対動自在に連結されている。なお、バランサ用クランクピン１７の回転半径（バランサ１８の上下動ストローク）はピストン用クランクピン１３の回転半径と同じ寸法に設定しており、図２に実線及び一点鎖線に示すように、ピストン４が上死点にあるときにはバランサ１８の上端はピストン４の頂面よりも下方に位置して、ピストン４が下死点にあるときにはバランサ１８の上端はピストン４の頂面よりも上に位置しているが、クランクピン１３の回転半径より小さくする（又は大きくする）ことも可能である。

図４に示すように、バランサ１８の重り部１８ａに、クランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向に長いリンク１９の一端を第１ピン２０で連結している。他方、リンク１９の他端は、シリンダブロック１の長手一側面（排気側面）１ａに突設した山形のハウジング２１に第２ピン２２で連結されている。

ハウジング２１は請求項に記載した張り出し部の一例であり、リンク１９を覆うようにケース状に形成されていて、シリンダブロック１の長手一側面１ａにボルト（図示せず）で固定されているが、シリンダブロック１に一体に鋳造することも可能である。バランサ１８の重り部１８ａには、リンク１９の一端部が回動可能に入り込む凹所１８ｄが形成されている。

第１ピン２０及び第２ピン２２の軸心はクランク軸８と平行になっている。従って、リンク１９が第２ピン２２を支点にして回動することにより、バランサ１８の上下動が許容されている。換言すると、バランサ１８は、リンク１９に支持された状態で上下動する。リンク１９の回動によって第１ピン２０は上下動しつつ左右動するが、左右動ストロークはリンク１９の長さと反比例している。

図１に示すように、シリンダブロック１には、シリンダボア３を囲うウォータジャケット２４が上向きに開口すするように形成されているが、隣り合ったシリンダボア３の間にバランサ１８を配置したことによって２つのシリンダボア３の間隔が通常の内燃機関よりも広がっていることを利用して、ウォータジャケット２４がボア間部２５の箇所でもシリンダボア３を囲うように形成している。すなわち、ウォータジャケット２４を、２つのシリンダボア３の全周を囲うように形成している。

冷却水は、シリンダブロック１の長手一側面１ａの側でかつ前部に設けた入り口２６からウォータジャケット２４に流入して、２つのシリンダボア３の群を周回してからシリンダブロック１の前部に設けた出口２７からシリンダヘッド２に送られる。そこで、ウォータジャケット２４のうちボア間部２５の箇所に、ウォータジャケット２４に往路と復路とを形成する整流板２８を配置している。また、ウォータジャケット２４には、冷却水の還流を阻止する仕切り板２９を配置している。なお、整流板２８や仕切り板２９は、専用品と製造して個別に配置してもよいし、ウォータジャケット２４の全体に嵌め込まれる環状等のスペーサに形成してもよい。

図１に示すように、シリンダブロック１には、シリンダヘッド２を固定するためのヘッドボルト穴（タップ穴）３０が形成されている。この場合、実線で示すように、ボア間部２５の箇所に両方のシリンダボア３に対応してヘッドボルト穴３０を形成して、合計８本のヘッドボルトを使用してもよいし、一点鎖線で示すように、ボア間部２５の箇所では前後中間部のみに形成して、合計６本のヘッドボルトを使用してもよい。

ボア間部２５の下方にバランサ１８を配置したことに起因してボア間部２５の前後幅が広がったことにより、８本のヘッドボルトを使用することが可能になって、シリンダヘッド４の締結強度を向上できるに至っている。

ボア間部２５にウォータジャケット２４が存在している一方、バランサ１８はボア間部２５の真下に配置されているため、図２，４に示すように、バランサ１８は、ウォータジャケット２４の下方の空間において上下動する。

シリンダボア３を囲うように円形のウォータジャケット２４を形成しつつ、ボア間部２５で連通させずに、図１に二点で示すように、２つのウォータジャケット２４を、排気側に位置した冷却水送り通路３１を接続すると共に、吸気側に位置した冷却水戻り通路３２で連通して、冷却水戻り通路３２に、シンリダヘッドへの送り通路となる出口２７を形成することも可能であり、この場合は、バランサ１８の配置空間をシリンダブロック１の上面に開口させることも可能である。

(2).まとめ・他の実施形態
実施形態の内燃機関は４サイクル２気筒であるため、点火時期を３６０°ずらした状態で２つのピストン４は同期して上下動する。このため、ピストン４の慣性力が１８０°周期で変動し、円滑な回転の妨げになる。これに対して実施形態のように、両ピストン４の質量の総和と同じ質量のバランサ１８を設けると、ピストン４とバランサ１８とが釣り合うことにより、円滑な高速回転を実現できる。

そして、バランサ１８とリンク１９とはオイルパン６よりも上の空間で動くため、オイルパン６の深さを深くする必要はなくて、機関が必要以上に嵩高になることはない。従って、自動車のエンジンルームに配置する内燃機関についても問題なく適用できる。

また、リンク１９を格納するハウジング２１はシリンダブロック１の長手一側面１ａから張り出しているため、補助ボア２２を設けたことによってオイルパン６の左右幅が増大することはない。この面でもオイルパン６の大型化を防止できる。

図２に一点鎖線で示すように、一対のピストン用クランクアーム１２のうち一方又は両方にカウンタウエイト３３を形成することも可能である。この場合は、バランサ１８の質量をカウンタウエイト３３の分だけ軽減できる。

ピストン用クランクアーム１２にカウンタウエイト３３を設けると、左右方向の慣性力が問題になるが、本実施形態では、リンク１９の上下回動によってバランサ１８が左右動するため、カウンタウエイト３３の慣性力をバランサ１８の慣性力によって打ち消すことができる。この場合は、リンク１９の長さを調節することにより、バランサ１８に必要とする慣性力を持たせたらよい。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、リンクは必ずしもバランサの重り部に連結する必要はないのであり、重り部より下方の部位に連結してもよい。また、図示した実施形態では、バランサに頭のような形状の重り部を受けたが、全長（全高）に亙って略同じ断面形状に形成することも可能である。

本願発明は、４サイクル等の２気筒内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用でき。

１ シリンダブロック
１ａ 長手一側面
３ シリンダボア
４ ピストン
６ オイルパン
７ コンロッド
８ クランク軸
９ エンドジャーナル
１０ 中間ジャーナル
１６ バランサ用クランクアーム
１７ バランサ用クランクピン
１８ バランサ
１８ａ 重り部
１９ リンク
２１ 張り出し部の一例としてのハウジング
２４ ウォータジャケット
２５ ボア間部

Claims (2)

1. ２つのシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに回転自在に保持されたクランク軸と、前記シリンダブロックの下面に固定されたオイルパンとを備えており、前記２つのシリンダボアに、前記クランク軸にコンロッドを介して連結されたピストンが、互いに同期して往復動するように嵌挿されている構成であって、
   前記クランク軸のうち前記両コンロッドで挟まれた部位に、前記両ピストンと位相を１８０°ずらして上下動するバランサを上向きに設けて、前記バランサを、クランク軸線と平行な軸心回りに回動するリンクに連結しており、
   前記ピストンと前記バランサとが、前記ピストンが上死点にあるときには前記バランサの上端が前記ピストン頂面よりも下方に位置して、前記ピストンが下死点にあるときには前記バランサの上端が前記ピストン頂面よりも上方に位置するように連動している、
   ２気筒内燃機関。
2. 前記リンクは、前記シリンダブロックのうちクランク軸と平行な長手一側面から突出した張り出し部に連結されている、
   請求項１に記載した２気筒内燃機関。

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