JPS60256642A - エンジンのバランサ機構 - Google Patents

エンジンのバランサ機構

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JPS60256642A
JPS60256642A JP11268284A JP11268284A JPS60256642A JP S60256642 A JPS60256642 A JP S60256642A JP 11268284 A JP11268284 A JP 11268284A JP 11268284 A JP11268284 A JP 11268284A JP S60256642 A JPS60256642 A JP S60256642A
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JP
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center
crank
balance weight
line
center line
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JP11268284A
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JPH0259335B2 (ja
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Shinichi Tanba
丹波 晨一
Hitomi Miyake
三宅 仁見
Akio Ajikuchi
明夫 味口
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002Cylinder arrangements
    • F02F7/0019Cylinders and crankshaft not in one plane (deaxation)

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) 本発明はシリンダ中心線がクランク軸の回転中心に対し
て偏心しているエンジンに関する。この種のエンジンは
、膨張行程時にシリンダにかかる側圧を減少させるため
に、シリンダ中心線を膨張行程中クランクビンが位置す
る側へシリンダ中心線を偏心させている。
(従来技術) 従来エンジンではクランクビンに対して180゜の位相
差の位置に、バランスウェイトの中心を位置させている
。ところがシリンダ中心線がクランク軸の回転中心に対
して偏心していると、往復重量による慣性力とバランス
ウェイトの回転による位相が合わず、振動増を招いてい
る。
マタバランスウェイトのオーバーバランス率ヲ、シリン
ダ中心線とクランク軸の回転中心が偏心していないエン
ジンのオーバーバランス率と同じにしているので、慣性
力の最大値が増加し、それによっても振動増を招いてい
る。
(発明の目的) 本発明の目的は往Txli量による振動を効率良く減少
させることである。
(発明の構成) 寸 上記目的を達成するために本願第1発明は、バランスウ
ェイ【の中心を、クランクビンに対シて180’の位、
相差の位置から、クランク軸回転中心を通りシリンダ中
心線に平行な線と下死点状態のコンロッドの中心線によ
って挾まれる2つの挟角範囲のうち、クランクビンと反
対側の挟角範囲内へずらしたことを特徴としている。
第2発明は、クランクウェブに設けるバランスウェイト
のオーバーバランス率を、慣性力とクランク角度との関
係を示す特性曲線の8つの極大値のうちクランク角90
°付近の極大値と270甘近の極大値の大きい方と、0
°付近の極大値が均一化されるように設定したことを特
徴としている。
第3発明は、バランスウェイトの中心を、クランクビン
に対して180°の位相差の位置から、クランク軸回転
中心を通如シリンダ中心線に平行な線と下死点状態のコ
ンロッドの中心線によって挾まれる2つの挟角範囲のう
ち、クランクビンと反対側の挟角範囲内へずらし、バラ
ンスウェイトのオー /< −1<う″率を・慣性力と
″″角度(IQ 、、、1関係を示す特性曲線の8つの
極大値のうちクラン ”り角90°付近の極大値と27
0°付近の極大値の太きい方と、O″付近極大値が均一
化されるよりに設定したことを特徴としている。
(第1発明の実施例) 第1発明を適用したクランク室圧縮式2゛サイクμ二ン
、ジンの縦断面略図を示す第1図において、1はシリン
ダ、2はピストン、8はコンロッドであって、コンロッ
ド8の大端部はクランクビン6に嵌合しておシ、クラン
クビン6はクランクウェブ7を介してクランク軸8に連
結している。ウェブ7にはバランスウェイト10が形成
されている。
シリンダ中心線C3はクランク軸回転中心01に対しで
て、膨張行程中クランクビン6が占める側(第1図の左
側)へ偏心量Eだけ偏心している。12は吸気口、18
は排気口、14は掃気口である。
第1図の力関係図を示す第2図において、パフ益 ンウェイト中心A、は、クランクビン6に対して180
0の位相差の位置A0から、回転方向Pの後方側の挟角
範囲a1内へずれている。挟角範囲a1とは、クランク
軸回転中心o1を通りシリンダ中心線C8と平行な線C
0と下死点状態におけるコンロッド中心線C2によって
挾まれる2つの挟角範囲a1、α2のうち、クランクビ
ン6と反対側の挟角範囲α1である。
いい換えると、バランスウェイト中心A、を、クランク
ビン6に対して180°の位相差の位置A;から、往復
型1fWR11Gcに対し、バランスウェイト1oの釣
合重量W0の往復重量釣合成分”RECが最大となる位
置A2へ近づくようKずらしている。位置Arに対して
バランスウェイト中心へ〇がずれている量、・即ちバラ
ンスウェイト位相調整角度dθは、回転重量WROTに
よるクランク軸8と直角方向の慣性力が生じない程度の
範囲で適切に定められる。
(作用) ピストン2の往復動によシフランク軸8は矢印P方向へ
回転するが、ピストン2の往復重量WRECはバランス
ウェイ)10の釣合重量W1の往復重量釣合成分WRE
Cにより打ち消される。
ここで第1発明のバランサ機構による慣性力をFbとし
、従来のようにバランスウェイト中心をクランクビンに
対して180°の位相差に位置させた場合の慣性力をF
、とすると、F、、 Faは次のような式で表わされる
/ g + WROT X RW” cos O/ g
 −(WROT+δWREO) ×Rw”cos (θ
−dθ)/g ”’b= ”ROTXRw”sinθ/g−(%OT+
δwREO) ×RW’s1n (i9−+lθ)/g FY a =WROT X Rw” 81nθ/g−(
WROT+δWREO) ×Rw”sinθ/g 表お上記式において、FXは例えば第2図のシリンダ中
心線方向の慣性力、FTは例えば第2図” のシリンダ
中心線方向と直角方向の慣性力、WREcは往復重量、
WROT は回転重量、Rはクランク半径、Lはコンロ
ッド長、1は連桿比(R/L)、Eは偏心量、Cは偏心
比(K/L)、σはクランク回転角、ωはクランク軸角
速度、δはオーバーバランス率、dθはバランスウェイ
ト位相調整角度、gは重力加淳度である。
上記21式を比較すると、 IF al max) j F bJ max となる
第4図のグラyは、WREC= 0.81 kg、wR
OT=0−8865 kg、R=86wt、I、=l1
5#、δ=0.606、E=1g+n、回転速度=88
5Orpmの条件のもとで、破線で示す従来例のFa 
と実線で示す第1発明にヨルF′b とを比較したグラ
フである。F’b Kおけるバランスウェイト調整角度
dθは8.6”である。
Fbの最大@ l Fb l maxはFaの最大にI
Fal maXよルも10.7%減少している。
なお第4図において一点#腺で示すグラフは、Vリンダ
中心線がクランク軸の回転中心に対して偏心していない
エンジン、即ち偏心Ji EE = Oテあって、δ−
0,606、dθ=0のエンジンの慣性力を :、1f
示している。
(第2発明の実施例) 第8図において、バランスウェイト中心A工をクランク
ピン6から1800の位相差に位置させているカ、オー
バーバランス率δヲ、慣性力Fとクランク角度θの関係
を示すグラフの8つの極大値のうちクランク角[9Q”
付近の極大値と270″′付近の極大値の大きい方と、
θ°付近の極大値が均一化されるように設定している6
例えばオーバーバランス率δを下式に示す通りに偏心量
Eの増加とともに減少させ、慣性力Fの最゛大値を小さ
くしている。
a = 0.606−0.128E/R第5図のグラフ
は、WBB(2−0,81kg、wROT=o−a86
5に9、R=86鰭、L=118M%E=18鱈の条件
のもとで、第2発明を適用したバランサ機構の慣性力変
化を実線で示している。即ち第5図において、破線で示
すグラフはオーバーバランス率δを従来通350.60
6 K保ったバランサ機構の慣性力変化を示し、第2発
明による実線で示すグラフは、8つの極大値F1、F2
、F3のうちクランク角90°付近の極大fl[IF3
と270°付近の極大値F0の大きい方の値F1と、O
0付近の極大MFxが均一化されるように、オーバーバ
ランス率δを0.606から0.542に変化させた場
合のグラフである。実線で示すグラフのIPImaxは
破線で示すグラフのlFlmax よりも4.5%小さ
くなっている。クランク角90°付近の極大値は270
°付近の極大値の増減と同一の傾向を示゛すので、オー
バーバランス率の操作による、振動低減にはO0付近の
極大値と90’あるいは2700付ぐいずれかの大きい
方との均一化を図る方が効果的である事がわかる。
なお第5図に一点鎖線、で示すグラフは第4図に一点鎖
線で示すグラフと同じである。
(第8発明の実施例) 第1、第2図に示すようにバランスウェイト中心A、を
、クランクピン6に対して180°の位相差の位置A1
から、回転方向Pの後方側の挟角範囲α1内へずらし、
さらにバランスウェイト10のオーバー /<ランス率
δを、慣性力Fとクランク角度θの関係を示すグラフの
8つの極大値のうち最大の値と2番目の値が均一化され
るように設定している。
第6図のグラフは、 WREC= O、’ 81 kc
l、 WRQT = 0.8865#、R=86囮、L
=118麿の条件のもとで、第8発明を適用したバラン
サ機構の慣性力変化を実線で示している。破線で示すグ
ラフFaは第4図の従来−例の破線のグラフと同じであ
)、偏心量E:113jff、バランスウェイト位相調
整角度dθ=0、オーバーバランス率δ= 0.606
のグラフである。第8発明による第6図の実線のグラフ
F’bは、8つの極大llFm、FR%F、のうちクラ
ンク角90″付近の極大[F、と2700付、近の極大
値F0の大きい方tD [Fl(lFlmax )と、
θ°付近の極大値F2とが均一化されるように、オーバ
ーバランス率δヲ0.606から0.622 K変更し
、さらにバランスウェイト位相調節角度dθを4.8’
にしたグラフである。実線で示すグラフF’bのlFl
maxは破線で示すグラフのlFlmax K対して1
1.2%減少している。
(発明の効果) V′シリンダ中心線クランク軸の回転中心に対しっ て
偏心しているエンジンにシいて、特許請求の範囲第1項
に記載の第1発明では、バランスウェイト中心を、クラ
ンクピンに対して180°の位相差の位置から、クラン
ク軸回転中心を通如″シリンダ中心線に平行な線と下死
点状態のコンロッドの中心線によって挾まれる2つの挟
角範囲のうち、クランクピンと反対側の挟角範囲内へず
らしているので、ピストンの往復重量によるエンジン振
動は大幅に減少する。いい砺えると、シリンダ中心線を
クランク軸の回転中心から偏心させることによる振動場
を効率的に防止できる。
特許請求の範囲第2項に記載の第2発明では、バランス
ウェイトのオーバーバランス率t−1慣性力曲線の8つ
の極大値のうちクランク角90″付近の極大値と270
°付近の極大値の大きい方と、0°付近の極大値を均一
化できるように設定しているので、エンジン振動を減少
させることができる。
特許請求の範囲第8項に記載の第8発明では、バランス
ウェイト中心を第1発明と同様にずらし、−y<−t<
 5 :y x$に′″1“1aFefiWfゝ 、1
.1更しているので、ピストンの往復重量によるエン 
kジン振動はより一層低減する。
なおここでは単気筒エンジンのバランスについてのみ論
じたが、本発明によるl<ランサ機構は直列、水平対向
、■型等の多気筒エンジンにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1及びjg8発明を適用した2サイクμエン
ジンの縦断面略図、第2図は第1図の力関係図、第8図
は第2発明を適用する2サイクルエンジンの縦断面略図
、第4、第5、第6図はそれぞれ第1、第2、第8発明
を適用した場合の慣性力とクランク角度の関係を示すグ
ラフである。8・・・コンロッド、7・・・クランクウ
ェブ、8・・・クランク41111.10・・・バラン
スウェイト、co・・・シリンダ中心線、C2・・・コ
ンロッド中心線、0、・・・クランク軸回転中心、a□
・・・挟角範囲 特許出願人 川崎重工業株式会社 第1図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリンダ中心線がクランク軸の回転中心に対し−
    て偏心したエンジンにおいて、クランクウェブに設ケる
    バランスウェイトの中心を、クランクビンに対して18
    0°の位相差の位置から、クランク軸回転中心を通りシ
    リンダ中心線に平行な線と下死点状態のコンロッドの中
    心線によって挾まれる2つの挟角範囲のうち、クランク
    ビンと反対側の挟角範囲内へずらしたことを特徴とする
    エンジンのバランサ機構。
  2. (2)シリンダ中心線がクランク軸の回転中心に対して
    偏心したエンジンにおいて、クランクウェブに設ケルバ
    ランスウェイトのオーバーバランス率ヲ、慣性力とクラ
    ンク角度との関係を示す特性曲線の8つの極大値のうち
    クランク角90°付近の極大値と270°付近の極大値
    の大きい方と、o0付近の極大値が均一化されるように
    設定したことを特徴とするエンジンのバランサ機構。
  3. (3)シリンダ中心線がクランク軸の回転中心に対して
    偏心したエンジンにおいて、クランクウェブに設けるバ
    ランスウェイトの中心を、クランクビンに対して180
    °の位相差の位置から、クランク軸回転中心を通Bvv
    ンダ中心線に平行な線と下死点状態のコンロッドの中心
    線によって挾まれる2つの挟角範囲のうち、クランクビ
    ンと反対側の挟角範囲内へずらし、バランスウェイトの
    オーバーバランス率を、慣性力とクランク角度との関係
    を示す特性曲線の8つの極大値のうちクランク角90゜
    付近の極大値と270°付近の極大値の大きい方と、O
    0付近の極大値が均一化されるように設定したことを特
    徴とするエンジンのバランサ機構。
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