JPH04312241A - 一軸バランサを備えた直列二気筒エンジン - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一軸バランサを備えた
直列二気筒エンジンに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、一軸バランサを備えた直列二気筒エ
ンジンでは、クランクピンアングルは０゜または１８０
゜になっており、バランサはクランク軸の回転速度と同
速で回転するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、次
の問題がある。■クランクピンアングルが１８０゜の場
合、クランク角０゜の時に第一気筒の爆発が起こると、
クランク角１８０゜の時に第二気筒の爆発が起こり、ク
ランク角７２０゜の時に第一気筒の爆発が起こる。この
ため、各爆発の間隔は１８０゜、５４０゜となり、その
差が大きく、爆発音の発生状態や運転状態が滑らかでな
い。

【０００４】■クランクピンアングルが０゜・１８０゜
いずれの場合でも、バランサをクランク軸の回転速度と
同速度で回転させた場合、二次の慣性力が残る。この場
合、バランサの回転速度を増速することによりこれを回
避することもできるが、この場合には、クランクギヤが
大きくなり、エンジンが大型化するため、実用的ではな
い。

【０００５】本発明は、爆発音の発生状態や運転状態を
滑らかにすること、慣性力の釣り合いによって振動の軽
減を図ること、をその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、図１に例示
するように、クランク軸３の周囲に一軸のバランサ１０
を配置し、このバランサ１０を、クランク軸３の回転方
向３ｂと逆方向１０ｂで、かつクランク軸３の回転速度
と同速で回転させるように構成した、一軸バランサを備
えた直列二気筒エンジンにおいて、次の構成を特徴とす
る。

【０００７】第一気筒１のクランクピン１ｃに対して第
二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜進める。ラ
イナ中心線３ｃの上死点側を起点とした第一気筒１のク
ランクピン１ｃの位相をθ、バランサ軸１０ａ下側の鉛
直線１０ｃを起点としたバランサ１０の位相をθ１０と
して、バランサ軸１０の位相θ１０を第一気筒１のクラ
ンクピン１ｃの位相θよりも４５゜進める。

【０００８】クランク軸３のカウンタウェイト１ｅ・２
ｅのオーバーバランスｋ１が１／２となり、バランサ１
０のオーバーバランスｋ２が１／√２となるようにする
。

【０００９】

【作用】■クランクピンアングルが９０゜になるので、
クランク角０゜の時に第一気筒１の爆発が起こると、ク
ランク角４５０゜の時に第二気筒２の爆発が起こり、ク
ランク角７２０゜の時に第一気筒１の爆発が起こる。こ
のため、各爆発の間隔は４５０゜、２７０゜となり、ク
ランクピンアングルが１８０゜の場合に比べてその差が
小さく、各爆発の間隔がより等間隔に近づき、爆発音の
発生状態や運転状態が滑らかさになる。

【００１０】■第一気筒１のクランクピン１ｃに対して
第二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜進め、バ
ランサ１０の位相θ１０を第一気筒１のクランクピン１
ｃの位相θよりも４５゜進め、クランク軸３の各カウン
タウェイト１ｅ・２ｅのオーバーバランスｋ１が１／２
となり、バランサ１０のオーバーバランスｋ２が１／√
２となるようにしたので、エンジンの縦振動と横振動を
それぞれ軽減することができる。

【００１１】［作用■が成り立つ理由］上記作用■が成
り立つ理由を図１に基づいて説明する。まず、各気筒の
往復起振力等を求める。

【００１２】ライナ中心線３ｃの上死点側を起点とした
第一気筒１のクランクピン１ｃの位相をθとした時、第
一気筒１のピストン１ａ及びコンロッド小端部１ｂの往
復起振力Ｆは、次式（Ｉ）で表される。但し、４次以下
は無視する。 Ｆ＝ｍｒ０ω２［ｃｏｓθ＋ｃｏｓ２θ／λ］／ｇ…（
Ｉ）ここで、ｍは第一気筒１のピストン１ａ及びコンロ
ッド小端部１ｂの質量である。ｒ０はクランク半径であ
る。 ωはクランク軸３の角速度である。λはコンロッド４の
長さｓ（図示せず）とクランク半径ｒ０の比ｓ／ｒ０、
ｇは重力加速度である。以下同様とする。

【００１３】第一気筒１のクランクピン１ｃに対して第
二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜進めた場合
、第二気筒２のピストン２ａ及びコンロッド小端部２ｂ
の往復起振力ｆは、次式（ＩＩ）で表される。但し、４
次以下は無視する。 　　　　ｆ＝ｍｒ０ω２［ｃｏｓ（θ＋９０゜）＋ｃｏ
ｓ２（θ＋９０゜）／λ］／ｇ　　…（ＩＩ）ここで、
ｍは第二気筒２のピストン１ａとコンロッド小端部１ｂ
の質量である。尚、第一気筒１における積ｍｒ０の値と
第二気筒２における積ｍｒ０の値とは等しい。以下同様
とする。

【００１４】第一気筒１のクランクピン１ｃ及びコンロ
ッド大端部１ｄの遠心力をＦ０、カウンタウェイト１ｅ
の遠心力をＦ１、第二気筒２のクランクピン２ｃ及びコ
ンロッド大端部２ｄの遠心力をｆ０、カウンタウェイト
１ｅの遠心力をｆ１として、第一気筒１のカウンタウェ
イト１ｅの実質的な遠心力Ｆ１−Ｆ０、第二気筒２のカ
ウンタウェイト２ｅの実質的な遠心力ｆ１−ｆ０は、次
式（ＩＩＩ）で表される。 　　　　Ｆ１−Ｆ０＝ｆ１−ｆ０＝（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ
０）ω２／ｇ　　　　…（ＩＩＩ）ここで、ｍ１は第一
気筒１のカウンタウェイト１ｅの質量、または第二気筒
２のカウンタウェイト２ｅの質量である。ｒ１は各カウ
ンタウェイト１ｅ・２ｅの回転半径である。ｍ０は第一
気筒１のクランクピン１ｃ及びコンロッド大端部１ｄの
質量または第二気筒２のクランクピン２ｃ及びコンロッ
ド大端部２ｄの質量である。以下同様とする。

【００１５】バランサ１０の遠心力Ｐは次式（ＩＶ）で
表される。 Ｐ＝ｍ２ｒ２ω２／ｇ　　　　…（ＩＶ）ここで、ｍ２
はバランサ１０の質量である。ｒ２はバランサ１０の回
転半径である。以下同様とする。

【００１６】（エンジンの縦振動について）第一気筒１
のクランクピン１ｃに対して第二気筒２のクランクピン
２ｃの位相を９０゜進め、第一バランサ１０の位相θ１
０を第一気筒１のクランクピン１ｃの位相θよりも４５
゜進めた時、エンジンの縦方向（図中ｘ軸方向）の力の
釣り合い式ｘは、次式（Ｖ）で表される。符号は上向き
を＋とする。 　　ｘ＝Ｆ＋ｆ−（Ｆ１−Ｆ０）ｃｏｓθ−（ｆ１−ｆ
０）ｃｏｓ（θ＋９０゜）　　　　　　−Ｐｃｏｓ（４
５゜＋θ）　　　　…（Ｖ）

【００１７】式（Ｖ）に式
（Ｉ）〜式（ＩＶ）を代入すると、次式（ＶＩ）が得ら
れる。 　　ｘ＝ｍｒ０ω２［ｃｏｓθ＋ｃｏｓ２θ／λ］／ｇ
　　　　　　＋ｍｒ０ω２［ｃｏｓ（θ＋９０゜）＋ｃ
ｏｓ２（θ＋９０゜）／λ］／ｇ　　　　　　−（ｍ１
ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｃｏｓθ／ｇ　　　　　　−（ｍ
１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｃｏｓ（θ＋９０゜）／ｇ　　
　　　　−ｍ２ｒ２ω２ｃｏｓ（４５゜＋θ）／ｇ　　
　　＝ｍｒ０ω２［ｃｏｓθ＋ｃｏｓ２θ／λ］／ｇ　
　　　　　＋ｍｒ０ω２［−ｓｉｎθ−ｃｏｓ２θ／λ
］／ｇ　　　　　　−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｃｏ
ｓθ／ｇ　　　　　　＋（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｓ
ｉｎθ／ｇ　　　　　　−ｍ２ｒ２ω２［ｃｏｓ４５゜
ｃｏｓθ−ｓｉｎ４５゜ｓｉｎθ］／ｇ　　　　＝ｍｒ
０ω２［ｃｏｓθ−ｓｉｎθ］／ｇ　　　　　　−（ｍ
１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）／ｇ　
　　　　　−ｍ２ｒ２ω２［ｃｏｓ４５゜ｃｏｓθ−ｃ
ｏｓ４５゜ｓｉｎθ］／ｇ　　　　＝ｍｒ０ω２［ｃｏ
ｓθ−ｓｉｎθ］／ｇ　　　　　　−（ｍｒ０ω２［ｃ
ｏｓθ−ｓｉｎθ］／ｇ）［（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／
ｍｒ０］　　　　　　−ｍ２ｒ２［ｃｏｓ４５゜（ｃｏ
ｓθ−ｓｉｎθ）］／ｇ　　　　＝ｍｒ０ω２［ｃｏｓ
θ−ｓｉｎθ］／ｇ　　　　　　−（ｍｒ０ω２［ｃｏ
ｓθ−ｓｉｎθ］／ｇ）［（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／ｍ
ｒ０］　　　　　　−（ｍｒ０ω２［ｃｏｓθ−ｓｉｎ
θ］／ｇ）［（ｍ２ｒ２／ｍｒ０）ｃｏｓ４５゜］　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　…（ＶＩ）

【００１８】この
場合に、クランク軸３の各カウンタウェイト１ｅ・２ｅ
のオーバーバランス（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／ｍｒ０を
ｋ１と置き、バランサ１０のオーバーバランスｍ２ｒ２
／ｍｒ０をｋ２と置くと、式（ＶＩ）は次式（ＶＩＩ）
で表される。 　　ｘ＝（ｍｒ０ω２［ｃｏｓθ−ｓｉｎθ］／ｇ）［
１−ｋ１−ｋ２ｃｏｓ４５゜］　　…（ＶＩＩ）

【００
１９】ここで、ｋ１＝１／２，ｋ２＝１／√２の時、ｘ
＝０となる。したがって、第一気筒１のクランクピン１
ｃに対して第二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０
゜進め、第一バランサ１０の位相θ１０を第一気筒１の
クランクピン１ｃの位相θよりも４５゜進め、クランク
軸３の各カウンタウェイト１ｅ・２ｅのオーバーバラン
スｋ１が１／２，バランサ１０のオーバーバランスｋ２
が１／√２となるようにした時に、エンジンの一次・二
次の縦振動が０になることが解る。

【００２０】（エンジンの横振動について）エンジンの
横方向（図中ｙ軸方向）の力の釣り合い式ｙは、次式（
ＶＩＩＩ）で表される。符号は右向きを＋とする。 　　ｙ＝−（Ｆ１−Ｆ０）ｓｉｎθ−（ｆ１−ｆ０）ｓ
ｉｎ（θ＋９０゜）　　　　　　＋Ｐｓｉｎ（４５゜＋
θ）　　　　…（ＶＩＩＩ）式（ＶＩＩＩ）に式（ＩＩ
Ｉ）・（ＩＶ）を代入すると、次式（ＩＸ）が得られる
。 　　ｙ＝−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｓｉｎθ／ｇ　
　　　　　−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２ｓｉｎ（θ＋
９０゜）／ｇ　　　　　　＋ｍ２ｒ２ω２ｓｉｎ（４５
゜＋θ）／ｇ　　　　＝−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２
ｓｉｎθ／ｇ　　　　　　−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω
２ｃｏｓθ／ｇ　　　　　　＋ｍ２ｒ２ω２（ｓｉｎ４
５゜ｃｏｓθ＋ｃｏｓ４５゜ｓｉｎθ）／ｇ　　　　＝
−（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）ω２（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）
／ｇ　　　　　　＋ｍ２ｒ２ω２［ｃｏｓ４５゜（ｓｉ
ｎθ＋ｃｏｓθ）］／ｇ　　　　＝−（ｍｒ０ω２［ｓ
ｉｎθ＋ｃｏｓθ］／ｇ）［（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／
ｍｒ０］　　　　　　＋（ｍｒ０ω２［ｓｉｎθ＋ｃｏ
ｓθ］／ｇ）［（ｍ２ｒ２／ｍｒ０）ｃｏｓ４５゜］　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　…（ＩＸ）

【００２１】この場
合に、クランク軸３の各カウンタウェイト１ｅ・２ｅの
オーバーバランス（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／ｍｒ０をｋ
１と置き、バランサ１０のオーバーバランスｍ２ｒ２／
ｍｒ０をｋ２と置くと、式（ＩＸ）は次式（Ｘ）で表さ
れる。 　　ｙ＝（ｍｒ０ω２［ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ］／ｇ）［
−ｋ１＋ｋ２ｃｏｓ４５゜］　　　　…（Ｘ）

【００２
２】ここで、ｋ１＝１／２，ｋ２＝１／√２の時、ｙ＝
０となる。したがって、第一気筒１のクランクピン１ｃ
に対して第二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜
進め、第一バランサ１０の位相θ１０を第一気筒１のク
ランクピン１ｃの位相θよりも４５゜進め、クランク軸
３の各カウンタウェイト１ｅ・２ｅのオーバーバランス
ｋ１が１／２、バランサ１０のオーバーバランスｋ２が
１／２となるようにした時に、エンジンの一次・二次の
横振動が０になることが解る。

【００２３】

【発明の効果】■クランクピンアングルが９０゜になる
ので、クランク角０゜の時に第一気筒の爆発が起こり、
クランク角４５０゜の時に第二気筒の爆発が起こり、ク
ランク角７２０゜の時に第一気筒の爆発が起こる。この
ため、各爆発の間隔は４５０゜，２７０゜となり、クラ
ンクピンアングルが１８０゜の場合に比べ、その差が小
さく、各爆発の間隔がより等間隔に近づき爆発音の発生
状態や運転状態が滑らかさになる。

【００２４】■第一気筒１のクランクピン１ｃに対して
第二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜進め、バ
ランサ１０の位相θ１０を第一気筒１のクランクピン１
ｃの位相θよりも４５゜進め、クランク軸３の各カウン
タウェイト１ｅ・２ｅのオーバーバランスｋ１が１／２
となり、バランサ１０のオーバーバランスｋ２が１／√
２となるようにしたので、エンジンの縦振動と横振動を
それぞれ軽減することができる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）図１は本考案の第１実施例に係る二軸バ
ランサを備えた直列二気筒エンジンの模式図である。

【００２６】このエンジンでは、第１気筒１と第２気筒
２とを直列に配置している。第一気筒１の構成要素は次
の通りである。符号１ａはピストン、１ｂはコンロッド
小端部、１ｃはクランクピン、１ｄはコンロッド大端部
、１ｅはカウンタウェイトを示している。第二気筒２の
構成要素は次の通りである。符号２ａはピストン、２ｂ
はコンロッド小端部、２ｃはクランクピン、２ｄはコン
ロッド大端部、２ｅはカウンタウェイトを示している。

【００２７】第一気筒１のピストン１ａ及びコンロッド
小端部１ｂの質量ｍとクランク半径ｒ０の積ｍｒ０の値
と、第二気筒２のピストン２ａ及びコンロッド小端部２
ｂの質量ｍとクランク半径ｒ０の積ｍｒ０の値は等しく
してある。第一気筒１のクランクピン１ｃ及びコンロッ
ド大端部１ｄの質量ｍ０とクランク半径ｒ０の積ｍ０ｒ
０の値と、第二気筒２のクランクピン２ｃ及びコンロッ
ド大端部２ｄの質量ｍ０とクランク半径ｒ０の積ｍ０ｒ
０の値は等しくしてある。第一気筒１のカウンタウェイ
ト１ｅの質量ｍ１とその回転半径ｒ１の積ｍ１ｒ１の値
と、第二気筒２のカウンタウェイト２ｅの質量ｍ１とそ
の回転半径ｒ１の積ｍ１ｒ１の値は等しくしてある。

【００２８】クランク軸３の周囲に一軸のバランサ１０
を配置している。このバランサ１０の質量はｍ２、回転
半径はｒ２である。バランサ１０は歯車伝動機構（図外
）を介してクランク軸３に連動連結してある。クランク
軸３の回転方向３ｂは時計回りである。バランサ１０の
回転方向１０ｂは反時計回りである。クランク軸３の回
転速度とバランサ１０の回転速度はいずれも等しい。

【００２９】第一気筒１のクランクピン１ｃに対して第
二気筒２のクランクピン２ｃの位相を９０゜進めてある
。

【００３０】ライナ中心線３ｃの上死点側を起点とした
第一気筒１のクランクピン１ｃの位相をθ、バランサ軸
１０ａ下側の鉛直線１０ｃを起点としたバランサ１０の
位相をθ１０として、バランサ１０の位相θ１０を第一
気筒１のクランクピン１ｃの位相θよりも４５゜進めて
ある。

【００３１】クランク軸３の各カウンタウェイト１ｅ・
２ｅのオーバーバランス（ｍ１ｒ１−ｍ０ｒ０）／ｍｒ
０をｋ１とし、更に、バランサ１０のオーバーバランス
ｍ２ｒ２／ｍｒ０をｋ２として、ｋ１を１／２，ｋ２を
１／√２に設定してある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る一軸バランサを備えた直
列二気筒エンジンの正面の模式図である。

【符号の説明】

１…第一気筒、１ｃ…１のクランクピン、１ｅ…１のカ
ウンタウェイト、２…第二気筒、２ｃ…２のクランクピ
ン、２ｅ…２のカウンタウェイト、３…クランク軸、３
ｂ…３の回転方向、３ｃ…ライナ中心線、１０…バラン
サ、１０ａ…バランサ軸、１０ｂ…１０の回転方向、１
０ｃ…１０ａ下側の鉛直線、θ…３ｃの上死点側を起点
とした１ｃの位相、θ＋９０゜…３ｃの上死点側を起点
とした２ｃの位相、θ１０…１０ｃを起点とした１０の
位相、ｋ１…１ｅ・２ｅのオーバーバランス、ｋ２…１
０のオーバーバランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クランク軸（３）の周囲に一軸のバラ
   ンサ（１０）を配置し、このバランサ（１０）を、クラ
   ンク軸（３）の回転方向（３ｂ）と逆方向（１０ｂ）で
   、かつクランク軸（３）の回転速度と同速で回転させる
   ように構成した、一軸バランサを備えた直列二気筒エン
   ジンにおいて、第一気筒（１）のクランクピン（１ｃ）
   に対して第二気筒（２）のクランクピン（２ｃ）の位相
   を９０゜進め、ライナ中心線（３ｃ）の上死点側を起点
   とした第一気筒（１）のクランクピン（１ｃ）の位相を
   θ、バランサ軸（１０ａ）下側の鉛直線（１０ｃ）を起
   点としたバランサ（１０）の位相をθ１０として、バラ
   ンサ（１０）の位相θ１０を第一気筒（１）のクランク
   ピン（１ｃ）の位相θよりも４５゜進め、クランク軸（
   ３）の各カウンタウェイト（１ｅ）・（２ｅ）のオーバ
   ーバランスｋ１が１／２となり、バランサ（１０）のオ
   ーバーバランスｋ２が１／√２となるようにした、こと
   を特徴とする直列二気筒エンジン。