JPH03219144A - レシプロエンジンのクランクシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレジプロエンジンのクランクシャフトに係り
、詳しくは燃焼によるクランク角速度の変動を防止した
クランクシャフトに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、レジプロエンジン、特に車両用のエンジンにおい
ては乗車時の快適性を確保するために様々な防振対策が
施されている。その−例としては、多気筒化によって爆
発回数を増大させてトルク変動を減少させたり、クラン
クシャフトのカウンタウェイトの形状変更によりクラン
クシャフトの回転による振動を減少させたりする対策を
挙げることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、レジプロエンジンは混合気の急激な燃焼
によりピストンを押し下げてクランクシャフトを回転さ
せているため、クランクシャフトに回転力が付与される
のは一連の作動サイクルにおいてごく短い時間に集中す
ることになる。従って、クランクシャフトにはその回転
に同期したトルク変動、換言すれば角速度変動が生じ、
上記した防振対策を施してもこの角速度変動によってエ
ンジンに振動が発生し、乗員の疲労を促進させてしまう
という問題がある。

例えば、４サイクル４気筒のレジプロエンジンにおいて
はクランク１回転につき２回燃焼が行われるため、クラ
ンクシャフトが１回転する間に角速度のピークは２回生
じ、エンジンにはその周期に応じた振動か発生すること
になる。

本発明の目的は、混合気の燃焼によるクランクシャフト
の回転速度変動を低減して、エンジンの振動を減少させ
ることができるレジプロエンジンのクランクシャフトを
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、混合気の燃焼圧力にてピストンを押し下げて
コンロッドを介してクランクシャフトを回転させるよう
にしてなるレジプロエンジンにおいて、前記クランクシ
ャフトに設けられ、同シャフトの半径方向に重心を移動
可能なウェイトと、混合気の燃焼圧力によってクランク
シャフトの角速度が増加するときに、前記ウェイトの重
心をクランクシャフトの回転軸線に対して離間させる駆
動機構とを備えたレジプロエンジンのクランクシャフト
を要旨とするものである。

〔作用〕

混合気の燃焼圧力によってクランクシャフトの角速度が
増加するとき、ウェイトの重心がクランクシャフトの回
転軸線に対して離間することから同クランクシャフトの
慣性モーメントが増大されてその角速度増加が抑制され
る。

又、燃焼圧力が減少してピストンを押し下げる力が弱ま
ったり燃焼工程が終了してピストンに力が付与されなく
なったりしてクランクシャフトの角速度が減少するとき
、ウェイトの重心がクランクシャフトの回転軸線に対し
て接近することから同クランクシャフトの慣性モーメン
トが減少されてその角速度減少が抑制される。

その結果、燃焼圧力によるクランクシャフトの角速度変
動が軽減される。

〔実施例〕

以下、この発明を車両の駆動源として使用される４サイ
クル４気筒のレジプロエンジン用クランクシャフトに具
体化した第１実施例を第１〜４図に従って説明する。

第１図はエンジンの１番の気筒を示す断面図、第２図は
第１図Ｘ−Ｘ線断面図、第３図は第１図Ｘ−Ｘ線断面図
である。尚、図示はしないが第１図の左方（エンジンの
前方）にはクランクプーリが、右方（エンジンの後方）
には２番から４番の各気筒が設けられている。

シリンダブロックｌのメインベアリング２にはクランク
シャフト３のクランクジャーナル４が嵌め込まれるとと
もにクランクキャップ５にて固定されており、クランク
シャフト３はクランクジャーナル４を中心として回転す
るようになっている。

両クランクジャーナル４間にはクランクアーム６を介し
て偏心位置にクランクピン７が形成され、クランクアー
ム６の反対側にはカウンタウェイト８が形成されている
。

前記クランクピン７にはコンロッド９の大端部が軸着さ
れ、同コンロッド９の小端部はシリンダ１２に嵌挿され
たピストン１１に対してピストンピン１０にて接続され
ている。そして、ピストン１１上部の燃焼室Ｓ内で混合
気が燃焼することでピストン１１が押し下げられてクラ
ンクシャフト３が時計回りに回転する。

一方のメインベアリング２とクランクキャップ５の側面
にはクランクシャフト３を中心とするステイショナリギ
ア１３が形成されている。又、このステイショナリギア
１３側のカウンタウェイト８には回転軸１４が支持され
、同回転軸１４の両端には円盤状のムービングギア１５
とウェイト１６が固着されている。このムービングギア
１５はスティショナリギア１３と噛合し、両者１５．１
３のギア比はｌ：２に設定されている。

そして、クランクシャフト３が１回転すると、ムービン
グギア１５がステイショナリギア１３の周囲を１周する
とともに２回自転し、同時にウェイト１６も同じ動作を
行う。本実施例においては上記したステイショナリギア
１３とムービングギア１５により駆動機構が構成されて
いる。

前記ムービングギア１５とウェイト１６はそれぞれ薄肉
部１５ａ、１６ａと厚肉部１５ｂ、１６ｂとに片側づつ
分けられ、互いの薄肉部１５　ａ　＋１６ａと厚肉部１
５ｂ、１６ｂ同士が対応している。又、この１番のピス
トン１１が上死点のときムービングギア１５とウェイト
１６は最下位置（ステイショナリキア１３の下側）にあ
り、両者の薄肉部１５ａ、１６ａと厚肉部Ｌ５ｂ、１６
ｂはステイショナリギア１３の中心線を中心として左右
に振り分けられている。

次に、このように構成したレジプロエンジン用クランク
シャフトの作用を説明する。

第４図はエンジンのクランク角、クランクシャフト３の
慣性モーメント、及びステイショナリギア１３とムービ
ングギア１５の位置関係を示す図である。この図に示す
ように、エンジンは１番、３番、４番、２番の順にクラ
ンク角で１８０°毎に点火される。又、一般に知られて
いるように点火した後、上死点からクランク角で数１０
°回転する間は、混合気が急激に燃焼することからピス
トン１１の下降速度、即ちクランクシャフト３の角速度
が増加する。従って、クランクシャフト３は１８０°間
隔で角速度の大きな領域が生しることになる。

一方、ステイショナリギア１３とムービングギア１５の
位置関係を見ると、１番シリンダが点火されたとき、上
記したようにムービングギア１５は最下位置にあり、そ
の薄肉部１５ａと厚肉部１５ｂとは左右に振り分けられ
ている。図示はしないがウェイト１６の姿勢も同じであ
る。このときのクランクシャフト３の慣性モーメントは
ムービングギア１５とウェイト１６の重量が加味されて
平均値Ｍａｙをとる。

又、１番シリンダの上死点後クランクシャフト３が時計
回りに４５°回転すると、ムービングギア１５はステイ
ショナリギア１３の周囲を同方向に４５°周回するとと
もに、９０°時計回りに自転してその厚肉部１５ｂがス
テイショナリギア１３から最も離間した状態となる。又
、ウェイト１６の姿勢も同じである。従って、ムービン
グギア１５とウェイト１６の重心はクランクシャフト３
の回転軸線から離間し、同シャフト３の慣性モーメント
は最大値Ｍｍａｘに増加する。

さらに、１番シリンダの上死点後クランクシャフト３が
９０°回転すると、ムービングギア１５はステイショナ
リギア１３の周囲を同方向に９０゜周回するとともに、
１８０°時計回りに自転して薄肉部１５ａと厚肉部１５
ｂとは左右に振り分けられる。従って、クランクシャフ
ト３の慣性モーメントは再び平均値Ｍａｖまで減少する
。

次いで、１番シリンダの上死点後クランクシャフト３か
１３５°回転すると、ムービングギア１５はステイショ
ナリギア１３の周囲を同方向に１３５°周回するととも
に、２７０°時計回りに自転してその厚肉部１５ｂがス
テイショナリギア１３に最も接近した状態となる。従っ
て、ムービングギア１５とウェイト１６の重心はクラン
クシャフト３の回転軸線に接近し、同シャフト３の慣性
モーメントは平均値Ｍａｙからさらに減少して最小値Ｍ
ｍｉｎをとる。

そして、１番シリンダの上死点後クランクシャフト３か
１８０°回転すると、ムービングギア１５はステイショ
ナリキア１３の周囲を同方向に１８０°周回するととも
に、３６０°時計回りに自転して薄肉部１５ａと厚肉部
１５ｂとは左右に振り分けられる。従って、クランクシ
ャフト３の慣性モーメントは再び平均値Ｍａｙまで増加
する。

このようにクランクシャフト３の慣性モーメントは、ク
ランク角０°から１８０°までの間にサインカーブの１
周期に従って変化し、前半の９０゜は慣性モーメントを
増加方向へ、後半の９０°は減少方向へ変化させる。

一方、上記したように１番シリンダが点火した後、クラ
ンク角で上死点から数１０°回転する間はクランクシャ
フト３の角速度が増加し、その後、減少してクランク角
で１８０°に至る。

従って、１番シリンダの点火直後で燃焼圧力が大きくピ
ストン１１を押し下げる力の強いとき（約０°〜９０°
）には、クランクシャフト３の慣性モーメントが大きい
ことから同シャフト３の角速度増加が抑制される。又、
燃焼圧力が低下してピストン１１を押し下げる力が弱ま
ったとき（約９０°〜１８０°）には、クランクシャフ
ト３の慣性モーメントが小さくなることから同シャフト
３の角速度減少が抑制される。

又、他の気筒の点火時においても全く同様であり、各気
筒が点火してからクランク角で９０°までの領域はクラ
ンクシャフト３の慣性モーメントが大きいことから角速
度増加が抑制され、その後、１８０°まではクランクシ
ャフト３の慣性モーメントが小さいことから角速度減少
が抑制される。

その結果、本実施例のレジプロエンジン用クランクシャ
フトによれば、燃焼圧力による角速度変動を軽減してエ
ンジンの振動を減少させ、車両乗車時の快適性を向上さ
せることができる。

尚、上記したエンジンの運転時において、燃焼圧力の一
部はクランクシャフト３の角速度の増加に使われること
なく慣性モーメントの大きな状態のクランクシャフト３
に蓄えられ、その後、クランクシャフト３の慣性モーメ
ントが小さくなったときに角速度の増加として回収され
る。従って、本実施例のクランクシャフト３ではクラン
クシャフト３でムービングギア１５を回転させる以外の
燃焼エネルギの損失はない。

又、この第１実施例ではムービングギア１５とウェイト
１６を１組のみ設けたか、例えば、１８０°反対側にも
この両者１５．１６を設け、計２組のムービングギア１
５とウェイト１６によってクランクシャフト３の慣性モ
ーメントを変化させるようにしてもよい。

さらに、この第１実施例ではステイショナリギア１３と
ムービングギア１５とを噛合させてこのムービングギア
１５を回転させたか、第５図に示すように、両ギア１３
．１５をタイミングベルト２１で連結することでムービ
ングギア１５を回転させてもよい。尚、この図において
はムービングギア１５とウェイト１６を２組設けている
。

次に、この発明を別のクランクシャフトに具体化した第
２実施例を第６，７図に従って説明する。

第６図はクランクシャフト３１の先端部分を示す断面図
、第７図は第６図のＸ−Ｘ線断面図である。図示はしな
いか第６図の左方（エンジンの前方）にはクランクプー
リが、右方（エンジンの後方）には１番から４番の各気
筒が設けられている。

又、このクランクシャフト３１は図示しないメインベア
リングとクランクキャップにより回転可能に支持されて
いる。

クランクシャフト３１には一対の固定アーム３２が対向
位置に形成され、両固定アーム３２の先端にはそれぞれ
回転軸３３が支持されている。両回転軸３３の一端には
それぞれムービングギア３４が固着され、両ムービング
ギア３４はシリンダブロック３５に形成されたステイシ
ョナリギア３６に対してタイミングベルト３７で連結さ
れている。

尚、本実施例は第１実施例と同様にムービングギア３４
とステイショナリギア３６のギア比がｌ：２に設定され
ている。従って、クランクシャフト３１の回転に伴いム
ービングギア３４がステイショナリギア３６の周囲を１
周すると、ムービングギア３４自体は２回自転する。又
、本実施例のムービングギア３４は第１実施例のように
薄肉部と厚肉部に分けられておらず全面が同一の厚みに
設定されている。本実施例においては上記したムービン
グギア３４、ステイショナリギア３６及びタイミングベ
ルト３７により駆動機構が構成されている。

前記クランクシャフト３１において固定アーム３２の先
端側にはスライディングキャップ３８が嵌め込まれ、こ
のスライディングキャップ３８はガイドレール３９にて
回転を阻止された状態でクランクシャフト３１の軸線に
沿って摺動し得るようになっている。このスライディン
グキャップ３８には一対のスライディングアーム４０が
設けられ、各アーム４０はそれぞれ前記固定アーム３２
と相対向している。又、このスライディングアーム４０
にも固定アーム３２と同様に回転軸４１が支持されてい
る。各回転軸４１と固定アーム３２の回転軸３３との間
にはウェイト４２が配設され、このウェイト４２はそれ
ぞれの回転軸３３．４１にリンク４３を介してピンジヨ
イント４４にて軸着されている。

一方、シリンダブロック３５の一側にはサーボモータ４
５が設置され、その出力軸には送りねじ４５ａが形成さ
れて操作ピース４６に螺合している。操作ピース４６は
ガイドレール４７に案内されて前後動可能であり、その
−側は前記スライプインクキャップ３８の鍔部３８ａに
係合している。

そして、クランクシャフト３１の回転中においてサーボ
モータ４５により送りねじ４５ａが回転されると、その
回転量に応じて操作ピース４６と共にスライディングキ
ャップ３８の前後位置が変更される。

従って、サーボモータ４５の回転量に応じてスライディ
ングアーム４０と固定アーム３２の間隔が変更され、リ
ンク４３の角度か変更されることから回転軸３３．４１
に対するウェイト４２の偏心量か変更される。本実施例
では最大偏心時に第６図に示す状態となり、最小偏心時
には両リンク４３が回転軸３３．４１と一線状をなして
ウェイト４２を回転軸３３．４１付近に位置させるよう
になっている。

次に、このように構成したレジプロエンジン用クランク
シャフト３１の作用を説明する。

第６図に示すように、ウェイト４２が回転軸３３．４１
に対して偏心位置にあるとき、タイミングベルト３７を
介してムービングギア３４が回転すると、ウェイト４２
は回転軸３３．４１の軸線を中心として円運動を行う。

従って、前記第１実施例のムービングギア１５と同様に
、ウェイト４２の重心がクランクシャフト３１の回転軸
線に対して接近離間することになる。

そして、図示は省略するが本実施例においても、燃焼圧
力の高いときにウェイト４２がクランクシャフト３１の
回転軸線から離間して同シャフト３１の慣性モーメント
を増加させ、燃焼圧力の低いときにクランクシャフト３
１の回転軸線に接近して同シャフ）３１の慣性モーメン
トを減少させる。

その結果、燃焼圧力によるクランクシャフト３１の角速
度変動が軽減される。

又、上記した状態からサーボモータ４５にてスライディ
ングキャップ３８を前進させると、スライディングアー
ム４０と固定アーム３２の間隔が広がり、回転軸３３．
４１に対するウェイト４２の偏心量が次第に減少する。

その結果、クランクシャフト３１の慣性モーメントの増
減幅が減少する。そして、ウェイト４２が回転軸３３．
４１の軸線上に位置して偏心しなくなると、通常のクラ
クシャフトと同様にクランクシャフト３１の慣性モーメ
ントは変動せず一定値に保たれる。

このように本実施例のレジプロエンジンのクランクシャ
フトは前記第１実施例と同様に、燃焼圧力によるクラン
クシャフト３１の角速度変動を軽減してエンジンの振動
を減少させ、車両乗車時の快適性を向上させることがで
きる。

又、一般に燃焼圧力は負荷等のエンジンの運転状態に応
じて変化するが、本実施例ではクランクシャツ１−３１
の慣性モーメントの増減幅を任意に変更可能であるため
、運転状態に応じて慣性モーメントの増減幅を変更して
エンジンの振動を常に最小限に抑制することができる。

さらに、一般にエンジンは３８００　ｒｐｍ前後で共振
して振動が大きくなるか、ウェイト４２の偏心量を増減
させることにより慣性モーメントを変更して回避するこ
とができる。

尚、この発明は上記第１及び第２実施例に限定されるこ
とはなく、例えば、上記各実施例は４サイクル４気筒エ
ンジン用クランクシヤフト３，３１として具体化したが
、スティショナリギア１３゜３６とムービングギア１５
．３４とのギア比を変更することで２サイクルエンジン
用や気筒数を変更したエンジン用のクランクシャフトと
して具体化することもできる。

又、上記各実施例は慣性モーメントを変化させる機構を
クランクシャフト３，３１に１組のみ設けたが、各気筒
に１組ずつ設けてもよい。この場合のギア比は例えば１
：１に設定することが考えられる。

さらに、上記各実施例はクランクシャフト３゜３１の回
転力を利用してムービングギア１５とウェイト１６．４
２を移動させたが、専用の駆動源を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のレジプロエンジンのクラン
クシャフトによれば、混合気の燃焼によるクランクシャ
フトの回転速度変動を低減して、エンジンの振動を減少
させることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例のエンジンにおける１番の気筒を示
す断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線断面図、第３図は
第１図のＹ−Ｙ線断面図、第４図はクランク角、クラン
クシャフトの慣性モーメント、及び各ギア位置を示す図
、第５図は別個のクランクシャフトを示すエンジンの断
面図、第６図は第２実施例のエンジンの断面図、第７図
は第６図のＺ−Ｚ線断面図である。 ９はコンロッド、１１はピストン、１３．３６は駆動機
構を構成するステイショナルギア、１５゜３４は駆動機
構を構成するムービングギア、１６はウェイト、３７は
駆動機構を構成するタイミングベルト、４２はウェイト
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、混合気の燃焼圧力にてピストンを押し下げてコンロ
   ッドを介してクランクシャフトを回転させるようにして
   なるレジプロエンジンにおいて、前記クランクシャフト
   に設けられ、同シャフトの半径方向に重心を移動可能な
   ウェイトと、混合気の燃焼圧力によってクランクシャフ
   トの角速度が増加するときに、前記ウェイトの重心をク
   ランクシャフトの回転軸線に対して離間させる駆動機構
   と を備えたレジプロエンジンのクランクシャフト。