JPH0776577B2 - 自動二輪車用直列４気筒型エンジン - Google Patents
自動二輪車用直列４気筒型エンジンInfo
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- JPH0776577B2 JPH0776577B2 JP59239239A JP23923984A JPH0776577B2 JP H0776577 B2 JPH0776577 B2 JP H0776577B2 JP 59239239 A JP59239239 A JP 59239239A JP 23923984 A JP23923984 A JP 23923984A JP H0776577 B2 JPH0776577 B2 JP H0776577B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/22—Compensation of inertia forces
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- F16F15/264—Rotating balancer shafts
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、自動二輪車用直列４気筒型エンジン、特
に、優れた低振動特性と低騒音特性を有する自動二輪車
用直列４多気筒エンジンに関する。
に、優れた低振動特性と低騒音特性を有する自動二輪車
用直列４多気筒エンジンに関する。
自動二輪車、乗用車等の車両に搭載する直列４多気筒型
エンジンにとって重要視される一つの項目に、乗り心
地、すなわち、エンジンの振動が少なく、かつ騒音が小
さいことが挙げられる。エンジンの振動及び騒音は、ピ
ストンの往復運動により生じる１次慣性力、２次慣性
力、１次慣性偶力及び２次慣性偶力が主因になってい
る。 従来の直列４気筒型エンジンにおけるエンジンの振動
（及び騒音）消去手段には、例えば、次の（ｉ）及び
（ii）のようなものがある。 （ｉ）第12図及び第13図に示すように、ピストン201、2
02、203、204がコンロッド205、206、207、208を介して
クランク軸209に設けられたクランクピン210、211、21
2、213と連結され、これにより１次慣性力、１次慣性偶
力及び２次慣性偶力を消去するようにする。このような
配置だけでは消去できずに残る２次慣性力を、シリンダ
の中心線に対して対称な位置L1、L1に一対のバランサ21
4、215を配置し、互いに逆の方向にクランク軸209の２
倍の速度で回転させるようにした振動消去手段があり、
この手段は舶用及び産業用のディーゼルエンジン等で実
用化されている。 （ii）直列４気筒型エンジンにおいて、クランク軸のク
ランクピンの配列を第１気筒０゜、第２気筒90゜、第３
気筒270゜、第４気筒180゜とし、バランサ軸をクランク
軸と平行に設け、バランサ軸をクランク軸と同一の回転
速度で逆方向に回転するようにし、バランサ軸上に第１
気筒及び第２気筒用のバランサと第３気筒及び第４気筒
用のバランサを設け、エンジンの駆動によりバランサ軸
を回転させて、振動を消去させる振動消去手段も提案
（特開昭57−69137号公報）されている。
エンジンにとって重要視される一つの項目に、乗り心
地、すなわち、エンジンの振動が少なく、かつ騒音が小
さいことが挙げられる。エンジンの振動及び騒音は、ピ
ストンの往復運動により生じる１次慣性力、２次慣性
力、１次慣性偶力及び２次慣性偶力が主因になってい
る。 従来の直列４気筒型エンジンにおけるエンジンの振動
（及び騒音）消去手段には、例えば、次の（ｉ）及び
（ii）のようなものがある。 （ｉ）第12図及び第13図に示すように、ピストン201、2
02、203、204がコンロッド205、206、207、208を介して
クランク軸209に設けられたクランクピン210、211、21
2、213と連結され、これにより１次慣性力、１次慣性偶
力及び２次慣性偶力を消去するようにする。このような
配置だけでは消去できずに残る２次慣性力を、シリンダ
の中心線に対して対称な位置L1、L1に一対のバランサ21
4、215を配置し、互いに逆の方向にクランク軸209の２
倍の速度で回転させるようにした振動消去手段があり、
この手段は舶用及び産業用のディーゼルエンジン等で実
用化されている。 （ii）直列４気筒型エンジンにおいて、クランク軸のク
ランクピンの配列を第１気筒０゜、第２気筒90゜、第３
気筒270゜、第４気筒180゜とし、バランサ軸をクランク
軸と平行に設け、バランサ軸をクランク軸と同一の回転
速度で逆方向に回転するようにし、バランサ軸上に第１
気筒及び第２気筒用のバランサと第３気筒及び第４気筒
用のバランサを設け、エンジンの駆動によりバランサ軸
を回転させて、振動を消去させる振動消去手段も提案
（特開昭57−69137号公報）されている。
前記振動消去手段（ｉ）は、２次慣性力を消去するため
に、一対のバランサ214、215をクランク軸209の２倍の
速度で回転させる必要があるが、この手段によると、高
速回転型エンジンではバランサ214、215の回転速度が大
きくなり過ぎて支障をきたし易く、また、バランサ21
4、215が一対必要であること等の理由から、エンジンが
大型化し、しかも部品点数も多くなり、小型エンジンで
はその実用化に多くの問題がある。 前記振動消去手段（ii）は、直列４気筒型エンジンの駆
動によって生じる振動の一次慣性力、二次慣性力及び二
次慣性偶力をクランク角を所定の角度に設定することで
打ち消し、それで打ち消されないで残る一次慣性偶力
を、クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するバ
ランサ軸に２個のバランサを取付けることにより、打ち
消すものであるが、クランク軸と別個にバランサを取付
けたバランサ軸を設ける必要があり、その分だけエンジ
ンの占有空間を増大させてしまう欠点がある。そのた
め、この振動消去手段（ii）は、そのままでは、狭い占
有空間が求められる自動二輪車用エンジンとして採用し
にくいものである。 この発明の解決しようとする課題は、従来の振動消去手
段（ｉ）及び（ii）の前記のような欠点を有しない自動
二輪車用直列４気筒型エンジンを提供すること、換言す
ると、確実に振動が低減でき、構造が簡単で、エンジン
の占有空間の増加が最小に抑え得る自動二輪車用直列４
気筒型エンジンを提供することにある。
に、一対のバランサ214、215をクランク軸209の２倍の
速度で回転させる必要があるが、この手段によると、高
速回転型エンジンではバランサ214、215の回転速度が大
きくなり過ぎて支障をきたし易く、また、バランサ21
4、215が一対必要であること等の理由から、エンジンが
大型化し、しかも部品点数も多くなり、小型エンジンで
はその実用化に多くの問題がある。 前記振動消去手段（ii）は、直列４気筒型エンジンの駆
動によって生じる振動の一次慣性力、二次慣性力及び二
次慣性偶力をクランク角を所定の角度に設定することで
打ち消し、それで打ち消されないで残る一次慣性偶力
を、クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するバ
ランサ軸に２個のバランサを取付けることにより、打ち
消すものであるが、クランク軸と別個にバランサを取付
けたバランサ軸を設ける必要があり、その分だけエンジ
ンの占有空間を増大させてしまう欠点がある。そのた
め、この振動消去手段（ii）は、そのままでは、狭い占
有空間が求められる自動二輪車用エンジンとして採用し
にくいものである。 この発明の解決しようとする課題は、従来の振動消去手
段（ｉ）及び（ii）の前記のような欠点を有しない自動
二輪車用直列４気筒型エンジンを提供すること、換言す
ると、確実に振動が低減でき、構造が簡単で、エンジン
の占有空間の増加が最小に抑え得る自動二輪車用直列４
気筒型エンジンを提供することにある。
この発明は、前記課題を解決するための手段として、次
の発明の構成を採用するものである。 この発明の構成は、車体フレームに搭載されるエンジン
の第１ないし第４の気筒が車両の進行方向に直交するよ
うに配置され、各気筒の下側にクランクケースが配置さ
れ、各気筒に接続される排気管が各気筒及びクランクケ
ースの前側からクランクケースの下側をとおって車体の
後方に延在にするように配置され、クランク軸の後方に
変速機のメイン軸が設けられ、クランク軸の各気筒に対
応するクランクピンの位相差が第１気筒と第２気筒のク
ランクピン間で90゜、第１気筒と第４気筒のクランクピ
ン間及び第２気筒と第３気筒のクランクピン間で180゜
となるように、クランク軸の各気筒に対応してクランク
ピンが配置され、クランク軸の各気筒に対応するクラン
クウェブによりそれらのバランスウェイトが形成され、
クランクケース内のクランク軸の前方にクランク軸と平
行にバランサ軸が設けられ、このバランサ軸の中央部に
被動歯車が設けられ、クランク軸の中央部の第２気筒と
第３気筒との間に駆動歯車が設けられ、バランサ軸の被
動歯車とクランク軸の駆動歯車とを噛合させて、バラン
サ軸がクランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転する
ようにされ、バランサ軸に間隔をおいて二つのバランサ
が設けられ、バランサ軸の一方のバランサが第１気筒の
クランクピンの両側のクランクウェブ間に対応して配さ
れ、バランサ軸の他方のバランサが第４気筒のクランク
ピンの両側のクランクウェブ間に対応して配され、各バ
ランサの半径方向の先端部分が前記クランクウェブの外
周部より内側の部分間を通過して回転するように構成さ
れていることを特徴とする自動二輪車用直列４気筒型エ
ンジンにある。
の発明の構成を採用するものである。 この発明の構成は、車体フレームに搭載されるエンジン
の第１ないし第４の気筒が車両の進行方向に直交するよ
うに配置され、各気筒の下側にクランクケースが配置さ
れ、各気筒に接続される排気管が各気筒及びクランクケ
ースの前側からクランクケースの下側をとおって車体の
後方に延在にするように配置され、クランク軸の後方に
変速機のメイン軸が設けられ、クランク軸の各気筒に対
応するクランクピンの位相差が第１気筒と第２気筒のク
ランクピン間で90゜、第１気筒と第４気筒のクランクピ
ン間及び第２気筒と第３気筒のクランクピン間で180゜
となるように、クランク軸の各気筒に対応してクランク
ピンが配置され、クランク軸の各気筒に対応するクラン
クウェブによりそれらのバランスウェイトが形成され、
クランクケース内のクランク軸の前方にクランク軸と平
行にバランサ軸が設けられ、このバランサ軸の中央部に
被動歯車が設けられ、クランク軸の中央部の第２気筒と
第３気筒との間に駆動歯車が設けられ、バランサ軸の被
動歯車とクランク軸の駆動歯車とを噛合させて、バラン
サ軸がクランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転する
ようにされ、バランサ軸に間隔をおいて二つのバランサ
が設けられ、バランサ軸の一方のバランサが第１気筒の
クランクピンの両側のクランクウェブ間に対応して配さ
れ、バランサ軸の他方のバランサが第４気筒のクランク
ピンの両側のクランクウェブ間に対応して配され、各バ
ランサの半径方向の先端部分が前記クランクウェブの外
周部より内側の部分間を通過して回転するように構成さ
れていることを特徴とする自動二輪車用直列４気筒型エ
ンジンにある。
この発明の自動二輪車用直列４気筒型エンジンは、各ク
ランクピンの位相差を特許請求の範囲に記載したとおり
に設定し、クランク軸の各気筒に対応するクランクウェ
ブにそれぞれバランスウェイトを形成したから、前記バ
ランスウェイトにより、エンジンの往復動部分により発
生する１次慣性力、２次慣性力、２次慣性偶力を消去す
ることができ、クランク軸と平行に設けたバランサ軸を
クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するように
し、バランサ軸に二つのバランサを設けたから、これら
のバランサにより、エンジンの往復動部分により発生し
た残りの１次慣性偶力を消去することができる。従っ
て、エンジンに不平衡慣性力がなくなり、簡単な構成
で、エンジンを低振動化及び低騒音化することができ、
エンジンを高速化することができる。
ランクピンの位相差を特許請求の範囲に記載したとおり
に設定し、クランク軸の各気筒に対応するクランクウェ
ブにそれぞれバランスウェイトを形成したから、前記バ
ランスウェイトにより、エンジンの往復動部分により発
生する１次慣性力、２次慣性力、２次慣性偶力を消去す
ることができ、クランク軸と平行に設けたバランサ軸を
クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するように
し、バランサ軸に二つのバランサを設けたから、これら
のバランサにより、エンジンの往復動部分により発生し
た残りの１次慣性偶力を消去することができる。従っ
て、エンジンに不平衡慣性力がなくなり、簡単な構成
で、エンジンを低振動化及び低騒音化することができ、
エンジンを高速化することができる。
この発明の一実施例を添付図面を使って詳細に説明す
る。 エンジン１は、自動二輪車の車体フレーム２に搭載さ
れ、４個の気筒３を備えており、これらの気筒３は、そ
れぞれ前方へ傾斜して車両の進行方向と直交するよう
に、直列に配置されている。それぞれの気筒３の前側に
は排気管４が接続され、排気管４はエンジン１のクラン
クレース９の前側及び下側をとおって車体後方に延びて
いる。また、気筒３の後側には気化器５が接続され、こ
の気化器５にはエアクリーナ６が接続されている。 各気筒３は、上ケース７と下ケース８とからなるクラン
クケース９上に載置されたシリンダブロック10及びシリ
ンダヘッド11で構成され、各気筒３にピストン12が摺動
自在に嵌合されている。各ピストン12はコンロッド13を
介してクランク軸14のクランクピン15に連結され、クラ
ンクピン15はそれぞれの気筒３に対応するクランク軸14
の一対のクランクウェブ16間に架設され、クランク軸14
はクランクケース９に回動自在に支持され、クランク軸
14に固設されたクランク歯車17は変速機18のメイン軸19
に回転自在に取付けられたクランク歯車20を噛合してい
る。クランク軸14の回転力は、クランク歯車17及びクラ
ッチ歯車20からクラッチ機構21を介してメイン軸19に伝
達され、図示しないドライブ軸を介して後輪に伝達され
る。 また、クランクケース９内には、バランサ軸22がクラン
ク軸14と平行に回動自在に支持され、このバランサ軸22
の中央部に設けた被動歯車23は、クランク軸14の中央部
に設けた駆動歯車24と噛合している。被動歯車23と駆動
歯車24とは同じ径にされ、クランク軸14とバランサ軸22
とが同じ回転速度で互いに反対の方向に回転するように
なっている。そして、バランサ軸22の両端よりの部分に
バランサ25、26が被動歯車23を中心とする対称位置にそ
れぞれ設けられ、バランサ軸22の一方のバランサ25を第
１気筒3aのクランクピン15aの両側のクランクウェブ1
6、16間に対応させて配し、バランサ軸22の他方のバラ
ンサ26を第４気筒3dのクランクピン15dを両側のクラン
クウェブ16、16間に対応させて配し、バランサ25、26の
半径方向の先端部分がウェブ16、16の外周部より内側の
部分間を通過して回転するようになっている。 気筒３、クランク軸14及びバランサ軸22とを含む主要部
の構成を第４図及び第５図に示されている。 第１気筒3a、第２気筒3b、第３気筒3c、第４気筒3dの４
個の気筒は、車両の進行方向と直交するように直列に配
置され、第１気筒3aと第２気筒3b間のピッチ及び第３気
筒3cと第４気筒3d間のピッチはそれぞれＳに設定され、
第２気筒3bと第３気筒3c間のピッチはＬに設定されてい
る。そして、第２気筒3bの第２クランクピン15bは第１
気筒3aの第１クランクピン15aに対して時計回りに90
゜、第３気筒3cの第３クランクピン15cは第２気筒3bの
第２クランクピン15bに対して時計回りに180゜、第４気
筒3dの第４クランクピン15dは第１気筒3aの第１クラン
クピン15aに対して時計回りに180゜それぞれ位相をづら
した位置に設定されている。 クランク軸14の各気筒3a、3b、3c、3dに対応して設けた
クランクウェブ16、16は、バランスウェイトが構成され
るような形状に形成され、その重量中心27a、27b、27
c、27dがそれぞれのクランクピン15a、15b、15c、15dと
対称位置に設定されている。 バランサ軸22はクランク軸14と所定の間隔を隔てて平行
に配置され、バランサ軸22の両端よりの部分には、バラ
ンサ25、26が取付けられている。バランサ25、26の間隔
はＵに設定され、その中心は、第２気筒3bと第３気筒3c
との中間で、エンジンセンターと一致するように設定さ
れている。 バランサ軸22は、クランク軸14と同一の回転速度で、ク
ランク軸14と逆の方向に回転し、このバランサ軸22の中
心からU/2の距離だけ離れた位置にバランサ25、26が設
置され、そのバランサ25、26は重さm1、m2に設定されて
いる。 このバランサ25,26はバランサ軸芯に対して対称位置に
配置され、クランク軸14との関係において、次のような
関係に設定されている。 m1・r1＝m2・r2 但し βはクランク軸14のクランクピンに対応して定ま
る基準線に対するバランサ25,26の取付角度である。 次に、この発明により振動成分が抑制される作動を第６
図乃至第10図に基づいて説明する。 第６図はこの発明の作動原理の説明図で、慣性力の方向
を複素平面上にとり、シリンダ軸線である縦方向のｘ軸
を実軸、横方向のｙ軸を虚軸として、クランク軸14の回
転角は時計回りにθとする。また、ωはクランク軸14及
びバランス軸22の回転角速度を示す。 このエンジン１に生じる慣性力は１次と２次が振動に大
きく影響するので、これについて検討する。１次及び２
次の慣性力Ｆは各気筒3a,3b,3c,3dに対応して生じる慣
性力F1乃至F4の和で表わせる。 従って、先ず、第７図に示す単気筒エンジンの１次及び
２次慣性力について説明する。 予め回転バランスをとっておけば、慣性力Ｆは次の通り
になる。 m:ピストン101及びコンロッド102等による往復部質量 r:クランク軸103のクランクピン回転半径 ω：クランク軸103の回転角速度 θ：クランク軸103の回転角 ρ:r/l l:コンロッド102の長さ よって、第６図において、各気筒3a,3b,3c,3dにより生
じる１次及び２次の慣性力Ｆは下記の式のように表わせ
る。 （２）式は結局、第１気筒3aと第４気筒3dにおいて、ま
た第２気筒3bと第３気筒3cにおいて、それぞれ１次慣性
力及び２次慣性力の位相項同士が零となるから、慣性力
Ｆが消去される。 次に、前記エンジン１のシリンダセンタ周りの偶力を計
算し、１次及び２次慣性偶力Ｍを求めると、 （３）式は、さらに（４）式のように書き直せる。 （４）式における第１項は正転成分であり、前記のよう
にクランクウェブのバランスウェイト27a,27b,27c,27d
で釣合わせ消去可能である。さらに、第９図及び第10図
のように第１気筒3aから第４気筒3dまでのクランク軸14
に連結されたクランクピン15に50％バランスのダミーウ
ェイト28をボルト29で固定し、バランシングマシンに
て、回転時に振動が発生しなくなるように修正すること
により上記正転成分は消去できる。このためのクランク
ウェブ形状の設計には大きな自由度があり、50％バラン
スさえ満足すれば形状は自由である。ここで50％のダミ
ーウェイト28とはボルト29も含んだダミーウェイト28の
質量がコンロッド大端部質量に往復部質量の丁度半分を
加えたウェイトを意味する。往復部質量とは、ピストン
周りの質量、例えばピストン、リング、ピストンリン
グ、クリップ等にコンロッド小端部質量を加えたもので
ある。 これに対して（４）式における第２項は逆転成分であ
り、この慣性偶力の逆転成分はバランサ軸22で釣合わせ
消去する。 即ち、バランサ軸22に固定されたバランサ25,26の質量
をm1、m2とし、バランサ25,26により発生する慣性偶力
Ｍは で表わされる。 ここでm1・r1＝m2・r2 であるから Ｍ＝ｅ−ｉθ・（−m1・r1・ω２）・Ｕ・ｅ−ｉβ ＝−m1・r1・ω２・ｅ−ｉθ・Ｕ・ｅ−ｉβ また、（４）式における慣性偶力の逆転成分は で表わされる。 この関係を図示したのが第８図である。 つまり、 慣性偶力ベクトルの絶対値は で表わされる。 従って、（４）式中の慣性偶力Ｍの逆転成分をバランサ
25,26で消去するためには、 となるようにm1,r1,Uを選択し、 さらに、 となるように取付角度βを設定すれば良いことがわか
る。 ここで、バランス軸22は内部応力を少なくするためには
できる限りクランク軸14に近接して配置することが望ま
しい。 また、バランサ軸22は、クランク軸14と同一の回転速度
で、クランク軸14と逆の方向に回転させるために、駆動
歯車24と被動歯車23とは同じ歯数の歯車にしてある。 さらに、前記の実施例のように、m1・r1＝m2・r2と設定
し、バランサ25、26のセンタとバランサ軸22のセンタと
を結ぶ直接の延長線上にバランサ25、26のセンタがくる
ように、つまり慣性偶力が発生しても、慣性力が発生し
ないように、バランサ25、26を配置する。 r1＝r2のときはm1＝m2となり、バランサ軸22の軸心に対
して対称な位置にバランサ25、26が配置されることにな
る。 各気筒３の前側に接続された各排気管４は、上下に動く
前輪との接触を避けてエンジン１に接近して垂下させる
から、本発明のようにバランサ軸22をクランクケース内
のクランク軸14の前方に設けた場合は、クランクケース
のバランサ25、26の収容部分と排気管４との干渉に対す
る配慮が必要となる。 本発明のバランサ25、26は慣性偶力のみ消去するもので
あり、所要偶力の大きさは、バランサ25、26の重量m1、
m2と２個のバランサ25、26間の距離Ｕとの積である。実
施例のように、二つのバランサ25、26を、バランサ軸22
の両端よりのバランサ軸22の中心に対して対称な位置に
設け、一方のバランサ25を第１気筒3aのクランクピン15
aの両側のウェブ16、16間に対応させて配し、他方のバ
ランサ26を第４気筒3dのクランクピン15dの両側のウェ
ブ16、16間に対応させて配し、バランサ25、26の半径方
向の先端部がウェブ16、16の外周部より内側の部分間を
通って回転するように構成すると、バランサ軸22をクラ
ンク軸14に近づけることができ、かつバランサ25、26間
の距離Ｕを大きくすることができ、バランサ25、26を小
型化することができ、バランサ装置の収容空間を小さく
することができる。 バランサを小型化できる理由を以下説明する。 偶力の大きさはバランサの質量m1にバランサ間の距離Ｕ
を乗じたものであるから、バランサ間の距離Ｕを大きく
すれば、バランサの質量m1を減じることができる。前記
した の式において、 は気筒間の距離で定まる定数であるから、これをＡとす
ると、バランサの質量m1は、 m1＝（ｍ・ｒ・Ａ）／（２・r1・Ｕ） の式で求めることができる。 上記の式から明らかなように、バランサ間の距離Ｕを大
きくすると、バランサの質量m1を小さくすることができ
る。 なお、クランクピン15a、15b、15c、15dの配置関係は回
転方向の違いも考慮すると、前記の他に３通りの配置方
法があり、これをバランサ25、26との配置も合わせて第
11図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。いずれの場合にも
前記実施例の考え方は同じである。その詳細な説明は省
略する。
る。 エンジン１は、自動二輪車の車体フレーム２に搭載さ
れ、４個の気筒３を備えており、これらの気筒３は、そ
れぞれ前方へ傾斜して車両の進行方向と直交するよう
に、直列に配置されている。それぞれの気筒３の前側に
は排気管４が接続され、排気管４はエンジン１のクラン
クレース９の前側及び下側をとおって車体後方に延びて
いる。また、気筒３の後側には気化器５が接続され、こ
の気化器５にはエアクリーナ６が接続されている。 各気筒３は、上ケース７と下ケース８とからなるクラン
クケース９上に載置されたシリンダブロック10及びシリ
ンダヘッド11で構成され、各気筒３にピストン12が摺動
自在に嵌合されている。各ピストン12はコンロッド13を
介してクランク軸14のクランクピン15に連結され、クラ
ンクピン15はそれぞれの気筒３に対応するクランク軸14
の一対のクランクウェブ16間に架設され、クランク軸14
はクランクケース９に回動自在に支持され、クランク軸
14に固設されたクランク歯車17は変速機18のメイン軸19
に回転自在に取付けられたクランク歯車20を噛合してい
る。クランク軸14の回転力は、クランク歯車17及びクラ
ッチ歯車20からクラッチ機構21を介してメイン軸19に伝
達され、図示しないドライブ軸を介して後輪に伝達され
る。 また、クランクケース９内には、バランサ軸22がクラン
ク軸14と平行に回動自在に支持され、このバランサ軸22
の中央部に設けた被動歯車23は、クランク軸14の中央部
に設けた駆動歯車24と噛合している。被動歯車23と駆動
歯車24とは同じ径にされ、クランク軸14とバランサ軸22
とが同じ回転速度で互いに反対の方向に回転するように
なっている。そして、バランサ軸22の両端よりの部分に
バランサ25、26が被動歯車23を中心とする対称位置にそ
れぞれ設けられ、バランサ軸22の一方のバランサ25を第
１気筒3aのクランクピン15aの両側のクランクウェブ1
6、16間に対応させて配し、バランサ軸22の他方のバラ
ンサ26を第４気筒3dのクランクピン15dを両側のクラン
クウェブ16、16間に対応させて配し、バランサ25、26の
半径方向の先端部分がウェブ16、16の外周部より内側の
部分間を通過して回転するようになっている。 気筒３、クランク軸14及びバランサ軸22とを含む主要部
の構成を第４図及び第５図に示されている。 第１気筒3a、第２気筒3b、第３気筒3c、第４気筒3dの４
個の気筒は、車両の進行方向と直交するように直列に配
置され、第１気筒3aと第２気筒3b間のピッチ及び第３気
筒3cと第４気筒3d間のピッチはそれぞれＳに設定され、
第２気筒3bと第３気筒3c間のピッチはＬに設定されてい
る。そして、第２気筒3bの第２クランクピン15bは第１
気筒3aの第１クランクピン15aに対して時計回りに90
゜、第３気筒3cの第３クランクピン15cは第２気筒3bの
第２クランクピン15bに対して時計回りに180゜、第４気
筒3dの第４クランクピン15dは第１気筒3aの第１クラン
クピン15aに対して時計回りに180゜それぞれ位相をづら
した位置に設定されている。 クランク軸14の各気筒3a、3b、3c、3dに対応して設けた
クランクウェブ16、16は、バランスウェイトが構成され
るような形状に形成され、その重量中心27a、27b、27
c、27dがそれぞれのクランクピン15a、15b、15c、15dと
対称位置に設定されている。 バランサ軸22はクランク軸14と所定の間隔を隔てて平行
に配置され、バランサ軸22の両端よりの部分には、バラ
ンサ25、26が取付けられている。バランサ25、26の間隔
はＵに設定され、その中心は、第２気筒3bと第３気筒3c
との中間で、エンジンセンターと一致するように設定さ
れている。 バランサ軸22は、クランク軸14と同一の回転速度で、ク
ランク軸14と逆の方向に回転し、このバランサ軸22の中
心からU/2の距離だけ離れた位置にバランサ25、26が設
置され、そのバランサ25、26は重さm1、m2に設定されて
いる。 このバランサ25,26はバランサ軸芯に対して対称位置に
配置され、クランク軸14との関係において、次のような
関係に設定されている。 m1・r1＝m2・r2 但し βはクランク軸14のクランクピンに対応して定ま
る基準線に対するバランサ25,26の取付角度である。 次に、この発明により振動成分が抑制される作動を第６
図乃至第10図に基づいて説明する。 第６図はこの発明の作動原理の説明図で、慣性力の方向
を複素平面上にとり、シリンダ軸線である縦方向のｘ軸
を実軸、横方向のｙ軸を虚軸として、クランク軸14の回
転角は時計回りにθとする。また、ωはクランク軸14及
びバランス軸22の回転角速度を示す。 このエンジン１に生じる慣性力は１次と２次が振動に大
きく影響するので、これについて検討する。１次及び２
次の慣性力Ｆは各気筒3a,3b,3c,3dに対応して生じる慣
性力F1乃至F4の和で表わせる。 従って、先ず、第７図に示す単気筒エンジンの１次及び
２次慣性力について説明する。 予め回転バランスをとっておけば、慣性力Ｆは次の通り
になる。 m:ピストン101及びコンロッド102等による往復部質量 r:クランク軸103のクランクピン回転半径 ω：クランク軸103の回転角速度 θ：クランク軸103の回転角 ρ:r/l l:コンロッド102の長さ よって、第６図において、各気筒3a,3b,3c,3dにより生
じる１次及び２次の慣性力Ｆは下記の式のように表わせ
る。 （２）式は結局、第１気筒3aと第４気筒3dにおいて、ま
た第２気筒3bと第３気筒3cにおいて、それぞれ１次慣性
力及び２次慣性力の位相項同士が零となるから、慣性力
Ｆが消去される。 次に、前記エンジン１のシリンダセンタ周りの偶力を計
算し、１次及び２次慣性偶力Ｍを求めると、 （３）式は、さらに（４）式のように書き直せる。 （４）式における第１項は正転成分であり、前記のよう
にクランクウェブのバランスウェイト27a,27b,27c,27d
で釣合わせ消去可能である。さらに、第９図及び第10図
のように第１気筒3aから第４気筒3dまでのクランク軸14
に連結されたクランクピン15に50％バランスのダミーウ
ェイト28をボルト29で固定し、バランシングマシンに
て、回転時に振動が発生しなくなるように修正すること
により上記正転成分は消去できる。このためのクランク
ウェブ形状の設計には大きな自由度があり、50％バラン
スさえ満足すれば形状は自由である。ここで50％のダミ
ーウェイト28とはボルト29も含んだダミーウェイト28の
質量がコンロッド大端部質量に往復部質量の丁度半分を
加えたウェイトを意味する。往復部質量とは、ピストン
周りの質量、例えばピストン、リング、ピストンリン
グ、クリップ等にコンロッド小端部質量を加えたもので
ある。 これに対して（４）式における第２項は逆転成分であ
り、この慣性偶力の逆転成分はバランサ軸22で釣合わせ
消去する。 即ち、バランサ軸22に固定されたバランサ25,26の質量
をm1、m2とし、バランサ25,26により発生する慣性偶力
Ｍは で表わされる。 ここでm1・r1＝m2・r2 であるから Ｍ＝ｅ−ｉθ・（−m1・r1・ω２）・Ｕ・ｅ−ｉβ ＝−m1・r1・ω２・ｅ−ｉθ・Ｕ・ｅ−ｉβ また、（４）式における慣性偶力の逆転成分は で表わされる。 この関係を図示したのが第８図である。 つまり、 慣性偶力ベクトルの絶対値は で表わされる。 従って、（４）式中の慣性偶力Ｍの逆転成分をバランサ
25,26で消去するためには、 となるようにm1,r1,Uを選択し、 さらに、 となるように取付角度βを設定すれば良いことがわか
る。 ここで、バランス軸22は内部応力を少なくするためには
できる限りクランク軸14に近接して配置することが望ま
しい。 また、バランサ軸22は、クランク軸14と同一の回転速度
で、クランク軸14と逆の方向に回転させるために、駆動
歯車24と被動歯車23とは同じ歯数の歯車にしてある。 さらに、前記の実施例のように、m1・r1＝m2・r2と設定
し、バランサ25、26のセンタとバランサ軸22のセンタと
を結ぶ直接の延長線上にバランサ25、26のセンタがくる
ように、つまり慣性偶力が発生しても、慣性力が発生し
ないように、バランサ25、26を配置する。 r1＝r2のときはm1＝m2となり、バランサ軸22の軸心に対
して対称な位置にバランサ25、26が配置されることにな
る。 各気筒３の前側に接続された各排気管４は、上下に動く
前輪との接触を避けてエンジン１に接近して垂下させる
から、本発明のようにバランサ軸22をクランクケース内
のクランク軸14の前方に設けた場合は、クランクケース
のバランサ25、26の収容部分と排気管４との干渉に対す
る配慮が必要となる。 本発明のバランサ25、26は慣性偶力のみ消去するもので
あり、所要偶力の大きさは、バランサ25、26の重量m1、
m2と２個のバランサ25、26間の距離Ｕとの積である。実
施例のように、二つのバランサ25、26を、バランサ軸22
の両端よりのバランサ軸22の中心に対して対称な位置に
設け、一方のバランサ25を第１気筒3aのクランクピン15
aの両側のウェブ16、16間に対応させて配し、他方のバ
ランサ26を第４気筒3dのクランクピン15dの両側のウェ
ブ16、16間に対応させて配し、バランサ25、26の半径方
向の先端部がウェブ16、16の外周部より内側の部分間を
通って回転するように構成すると、バランサ軸22をクラ
ンク軸14に近づけることができ、かつバランサ25、26間
の距離Ｕを大きくすることができ、バランサ25、26を小
型化することができ、バランサ装置の収容空間を小さく
することができる。 バランサを小型化できる理由を以下説明する。 偶力の大きさはバランサの質量m1にバランサ間の距離Ｕ
を乗じたものであるから、バランサ間の距離Ｕを大きく
すれば、バランサの質量m1を減じることができる。前記
した の式において、 は気筒間の距離で定まる定数であるから、これをＡとす
ると、バランサの質量m1は、 m1＝（ｍ・ｒ・Ａ）／（２・r1・Ｕ） の式で求めることができる。 上記の式から明らかなように、バランサ間の距離Ｕを大
きくすると、バランサの質量m1を小さくすることができ
る。 なお、クランクピン15a、15b、15c、15dの配置関係は回
転方向の違いも考慮すると、前記の他に３通りの配置方
法があり、これをバランサ25、26との配置も合わせて第
11図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。いずれの場合にも
前記実施例の考え方は同じである。その詳細な説明は省
略する。
この発明は、特許請求の範囲に記載した構成を備えるこ
とにより、次の（イ）ないし（ニ）の効果を奏する。 （イ）直列４気筒エンジンでクランクピンの位相差を特
許請求の範囲に記載したとおりに設定し、クランク軸の
各気筒に対応するクランクウェブに各気筒のバランスウ
ェイトを形成したから、エンジンの往復動部分により発
生する１次慣性力、２次慣性力、２次慣性偶力を消去す
ることができ、クランク軸と平行に設けたバランサ軸を
クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するように
して、バランサ軸に二つのバランサを設けたから、エン
ジンの往復動部分により発生した残りの１次慣性偶力を
消去することができる。従って、エンジンに不平衡慣性
力がなくなり、優れた低振動特性と低騒音特性を有する
エンジンを提供することができ、かつ２次慣性力を消去
するのにバランサ軸をクランク軸に対し２倍の速度で回
転させる必要がないから、エンジンを高速化することが
できる。 （ロ）バランサ軸をクランク軸の前方に設けるから、ク
ランク軸の後方に変速機のメイン軸を設ける従来のエン
ジンのレイアウトを大きく変更することなく、バランサ
装置を設けることができる。 （ハ）本発明のバランサは、慣性偶力のみ消去するもの
であり、所要偶力の大きさは、バランサの重量と２個の
バランサ間の距離と積であり、バランサを第１気筒のク
ランクウェブ間と第４気筒のクランクウェブ間とに配置
したから、バランサ間の距離が大きくなり、バランサの
重量を小さくしても、所望の大きさの偶力を得ることが
でき、バランサを小型化することができる。 しかも、小型化したバランサを、その半径方向の先端が
クランクウェブの外周部より内側を通過して回転するよ
うにしたから、クランク軸とバランサ軸との間の距離が
短縮でき、バランサ装置の前方への突出を少なくするこ
とが可能となり、排気管との干渉を避けることができ
る。 （ニ）被動歯車をバランサ軸の中央部に設けたため、ク
ランクケースの中央の被動歯車の収容部が最も前方に突
出することになっても、第２気筒及び第３気筒の排気管
が、第２気筒及び第３気筒の略中心の上方からクランク
ケースの下方に向けて垂下するから、垂下する各排気管
と最も前方に突出するクランクレースの部分とが干渉し
合うことがない。 しかも、駆動歯車と被動歯車とからなる伝動部分が、ク
ランク軸及びバランサ軸の中央部に設けられ、クランク
ケース内に収容されるから、クランク軸とバランサ軸の
端部に前記伝動部分を設けたもののように、潤滑油の油
路や伝動部分を覆うカバーに漏油対策を施す必要がな
く、バランサ装置の構造が簡単になる。そのうえ、駆動
歯車及び被動歯車により発生する騒音が外に漏れにくい
から、エンジンの低温特性を一層向上させることができ
る。
とにより、次の（イ）ないし（ニ）の効果を奏する。 （イ）直列４気筒エンジンでクランクピンの位相差を特
許請求の範囲に記載したとおりに設定し、クランク軸の
各気筒に対応するクランクウェブに各気筒のバランスウ
ェイトを形成したから、エンジンの往復動部分により発
生する１次慣性力、２次慣性力、２次慣性偶力を消去す
ることができ、クランク軸と平行に設けたバランサ軸を
クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するように
して、バランサ軸に二つのバランサを設けたから、エン
ジンの往復動部分により発生した残りの１次慣性偶力を
消去することができる。従って、エンジンに不平衡慣性
力がなくなり、優れた低振動特性と低騒音特性を有する
エンジンを提供することができ、かつ２次慣性力を消去
するのにバランサ軸をクランク軸に対し２倍の速度で回
転させる必要がないから、エンジンを高速化することが
できる。 （ロ）バランサ軸をクランク軸の前方に設けるから、ク
ランク軸の後方に変速機のメイン軸を設ける従来のエン
ジンのレイアウトを大きく変更することなく、バランサ
装置を設けることができる。 （ハ）本発明のバランサは、慣性偶力のみ消去するもの
であり、所要偶力の大きさは、バランサの重量と２個の
バランサ間の距離と積であり、バランサを第１気筒のク
ランクウェブ間と第４気筒のクランクウェブ間とに配置
したから、バランサ間の距離が大きくなり、バランサの
重量を小さくしても、所望の大きさの偶力を得ることが
でき、バランサを小型化することができる。 しかも、小型化したバランサを、その半径方向の先端が
クランクウェブの外周部より内側を通過して回転するよ
うにしたから、クランク軸とバランサ軸との間の距離が
短縮でき、バランサ装置の前方への突出を少なくするこ
とが可能となり、排気管との干渉を避けることができ
る。 （ニ）被動歯車をバランサ軸の中央部に設けたため、ク
ランクケースの中央の被動歯車の収容部が最も前方に突
出することになっても、第２気筒及び第３気筒の排気管
が、第２気筒及び第３気筒の略中心の上方からクランク
ケースの下方に向けて垂下するから、垂下する各排気管
と最も前方に突出するクランクレースの部分とが干渉し
合うことがない。 しかも、駆動歯車と被動歯車とからなる伝動部分が、ク
ランク軸及びバランサ軸の中央部に設けられ、クランク
ケース内に収容されるから、クランク軸とバランサ軸の
端部に前記伝動部分を設けたもののように、潤滑油の油
路や伝動部分を覆うカバーに漏油対策を施す必要がな
く、バランサ装置の構造が簡単になる。そのうえ、駆動
歯車及び被動歯車により発生する騒音が外に漏れにくい
から、エンジンの低温特性を一層向上させることができ
る。
第１図はこの発明による直列４気筒型エンジンを搭載し
た自動二輪車の側面図、第２図はこの発明を適用した直
列４気筒型エンジンの一部の断面図、第３図は第２図の
ものをそのIII−IIIで断面した平面図、第４図及び第５
図は気筒、クランク軸及びバランサ軸とを含む主要部の
構成図、第６図はこの発明の作動原理の説明を容易にす
るための概略図、第７図は単気筒の１次及び２次慣性力
を説明する図、第８図は慣性偶力の逆転成分のベクトル
図、第９図はダミーウェイトによるバランス調整を示す
図、第10図は第９図のものをそのＸ−Ｘ線で断面した断
面図、第11図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明の他の
実施例のクランクピンとバランサとの関係を示す概略
図、第12図及び第13図は従来の慣性力及び慣性偶力を消
去する手段の説明図である。 １……エンジン、２……車体フレーム、３……気筒 ４……排気管、９……クランクケース、12……ピストン 13……コンロッド、14……クランク軸、15……クランク
ピン 16……クランクウェブ、19……メイン軸、22……バラン
サ軸 23……被動歯車、24……駆動歯車、25、26……バランサ
た自動二輪車の側面図、第２図はこの発明を適用した直
列４気筒型エンジンの一部の断面図、第３図は第２図の
ものをそのIII−IIIで断面した平面図、第４図及び第５
図は気筒、クランク軸及びバランサ軸とを含む主要部の
構成図、第６図はこの発明の作動原理の説明を容易にす
るための概略図、第７図は単気筒の１次及び２次慣性力
を説明する図、第８図は慣性偶力の逆転成分のベクトル
図、第９図はダミーウェイトによるバランス調整を示す
図、第10図は第９図のものをそのＸ−Ｘ線で断面した断
面図、第11図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明の他の
実施例のクランクピンとバランサとの関係を示す概略
図、第12図及び第13図は従来の慣性力及び慣性偶力を消
去する手段の説明図である。 １……エンジン、２……車体フレーム、３……気筒 ４……排気管、９……クランクケース、12……ピストン 13……コンロッド、14……クランク軸、15……クランク
ピン 16……クランクウェブ、19……メイン軸、22……バラン
サ軸 23……被動歯車、24……駆動歯車、25、26……バランサ
Claims (1)
- 【請求項１】車体フレームに搭載されるエンジンの第１
ないし第４の気筒が車両の進行方向に直交するように配
置され、各気筒の下側にクランクケースが配置され、各
気筒に接続される排気管が各気筒及びクランクケースの
前側からクランクケースの下側をとおって車体の後方に
延在にするように配置され、クランク軸の後方に変速機
のメイン軸が設けられ、クランク軸の各気筒に対応する
クランクピンの位相差が第１気筒と第２気筒のクランク
ピン間で90゜、第１気筒と第４気筒のクランクピン間及
び第２気筒と第３気筒のクランクピン間で180゜となる
ように、クランク軸の各気筒に対応してクランクピンが
配置され、クランク軸の各気筒に対応するクランクウェ
ブによりそれらのバランスウェイトが形成され、クラン
クケース内のクランク軸の前方にクランク軸と平行にバ
ランサ軸が設けられ、このバランサ軸の中央部に被動歯
車が設けられ、クランク軸の中央部の第２気筒と第３気
筒との間に駆動歯車が設けられ、バランサ軸の被動歯車
とクランク軸の駆動歯車とを噛合させて、バランサ軸が
クランク軸と同一の回転速度で逆方向に回転するように
され、バランサ軸に間隔をおいて二つのバランサが設け
られ、バランサ軸の一方のバランサが第１気筒のクラン
クピンの両側のクランクウェブ間に対応して配され、バ
ランサ軸の他方のバランサが第４気筒のクランクピンの
両側のクランクウェブ間に対応して配され、各バランサ
の半径方向の先端部分が前記クランクウェブの外周部よ
り内側の部分間を通過して回転するように構成されてい
ることを特徴とする自動二輪車用直列４気筒型エンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59239239A JPH0776577B2 (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 自動二輪車用直列４気筒型エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59239239A JPH0776577B2 (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 自動二輪車用直列４気筒型エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61119842A JPS61119842A (ja) | 1986-06-07 |
| JPH0776577B2 true JPH0776577B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=17041808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59239239A Expired - Fee Related JPH0776577B2 (ja) | 1984-11-13 | 1984-11-13 | 自動二輪車用直列４気筒型エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0776577B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2110532A2 (en) | 2008-04-14 | 2009-10-21 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Engine and vehicle including the same |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH078820Y2 (ja) * | 1988-03-24 | 1995-03-06 | マツダ株式会社 | バランサ付エンジンのシリンダケース構造 |
| WO2004111409A1 (ja) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | 無段変速装置内蔵エンジン |
| CN100400821C (zh) * | 2003-06-16 | 2008-07-09 | 雅马哈发动机株式会社 | 具有内置无级变速器的发动机 |
| JP4587371B2 (ja) * | 2004-10-27 | 2010-11-24 | ヤマハ発動機株式会社 | 並列多気筒４サイクルエンジン及び鞍乗型車両 |
| JP5584459B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2014-09-03 | 川崎重工業株式会社 | 車輌用複数気筒エンジン |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5769137A (en) * | 1980-10-17 | 1982-04-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Balancer for four-cylinder engine |
-
1984
- 1984-11-13 JP JP59239239A patent/JPH0776577B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2110532A2 (en) | 2008-04-14 | 2009-10-21 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Engine and vehicle including the same |
| JP2009257360A (ja) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジン及びそれを備えた車両 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61119842A (ja) | 1986-06-07 |
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| JPH0260886B2 (ja) | ||
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