JPS61119842A - 直列４気筒型エンジン - 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】 （産業上の利用分野） この発明は直列４気筒型エンジン、詳しくは低振動、低
騒音特性を有する直列４気筒型エンジンに関するもので
ある。

（従来の技術） 自動二輪車、乗用車等に搭載される直列４気筒エンジン
にとって重要視される一つの項目として搭乗者の乗り心
地、即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。これらの振動、騒音はエンジンのピスト
ンの往復運動により生ずる１次慣性力、２次慣性力、１
次慣性偶力、２次慣性偶力が主因である。

従来の直列４気筒型エンジンにおいては、第１２図及び
第１３図に示すように、ピストン２０１、．２０２．２
０３．２０４がコンａ−）ド２０５，２０６，２０７，
２０８を介シテクランク軸２０９に設けられたクランク
ピン２１０，２１１．２１２，２１３と連結され、これ
により１次慣性力、１次慣性偶力、２次慣性偶力を消去
する。そして、このような配置で消去できずに残存する
２次慣性力は、シリンダ中心線に対して対称な位置Ｌ１
、Ｌｌに一対のバランサ２１４，２１５を配置し、互い
に逆方向にクランク軸２０９の２倍の速度で回転させて
消去する手段が舶用、産業用ディーゼルエンジン等で実
用化されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記のような手段では２次慣性力を消去するた
めに、バランサ２１４，２１５をクランク軸２０９の２
倍の速度で回転するため、高速回転型エンジンでは支障
をきたし易く、またバランサ２１４，２１５が２本必要
であること等の理由からエンジンが大型化し、しかも部
品点数が多くなるため実用化には問題が残っていた。

この発明はかかる実情に鑑みて為されたちので、１本の
バランサをクランク軸と同一速度で回転させることで、
低振動、低騒音特性を得て、高速回転型エンジンにも適
用できる直列４気筒型エンジンを提供することを目的と
している。

（問題点を解決するための手段） この発明は前記の問題点を解決するため、クランク軸の
軸方向に端から順に第１．第２．第３゜第４気筒が配置
された直列４気筒型エンジンにおいて、前記第１気筒と
第２気筒間及び前記第３気筒と第４気筒間のピッチがＳ
に、前記第２気筒と第３気筒間のピッチがＬに設定され
、前記各気筒にコンロッドを介して連結されたクランク
ピンの回転半径がｒ、ピストン及びコンロッド等による
往復質量がそれぞれｍに設定されるとともに、前記クラ
ンク軸の回転方向と逆方向に同一回転速度で回転し、両
端部に回転半径がｒｌとｒ２で、質量がｍｌとｍ２のバ
ランサを有するバランサ軸が配設され、このバランサ間
距離がＵでかつ前記クランク軸のクランクピンに対応し
て定まる基準線に対する前記バランサの取付角度をβと
したときｍｌ＊ｒ１＝ｍ２＊ｒ２ に設定されていることを特徴としている。

（作用） この発明では、クランクピンとクランクウェブのバラン
スウェイトの配置で、１次慣性力、２次慣性力、２次慣
性偶力を消去し、１次慣性偶力はクランク軸と逆方向に
、同一速度で回転する１本のバランサを取付けるだけで
消去する。従って、簡単な構成で低振動、低騒音であり
、しかも高速回転型エンジンにも容易に対応できる直列
４％筒型エンジンが得られる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図はこの発明になる直列４気筒型エンジンを搭載し
た自動二輪車の側面図、第２図はこの発明になる直列４
気筒型エンジンの一部断面図、第３図は第２図の■−■
一部断面図る。

直列４気筒型エンジン１は自動二輪車の車体フレーム２
に搭載され、エンジン１は４個ノ気筒３を有しており、
この気筒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。このそれぞれの
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の下方から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、さらにこの気化器５に
はエアクリーナ６が接続されている。

前記気筒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に載置されたシリンダブロック１０及びシリ
ンダへラド１１から構成され、それぞれにはピストン１
２が摺動可能に嵌合されている。これらのピストン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に設けられた一対のクランクウェブ１６間に架設され
ている。このクランク軸１４はクランクケース９に回動
可能に軸支され、クランク軸１４に設けられたクランク
ギヤ１７は変速機１８のメイン軸１９に遊転可使に設け
られたクラッチギヤ２０と噛合している。クランク軸１
４の回転力はクランクギヤ１７、クラッチギヤ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にはバランサ軸２ｚがクランク
軸１４と平行に回動可能に軸支され、このバランサ軸２
２の中央部に設けられた被動ギヤ２３は、クランク軸１
４の中央部に設けられた駆動ギヤ２４と＋１１合してい
る。この駆動ギヤ２４と被動ギヤ２３はそれぞれ同じ径
に形成され、クランク軸１４とバランサ軸２２とが同じ
回転速度で回転するように設定されている。そして、バ
ランサ軸２２の両端部にはバランサ２５．２６がそれぞ
れ対称位置に設けられている。

前記気筒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図に示している。

第１気筒３ａ、第２気筒３ｂ、！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
ように並列に配置され、゛第１気筒３ａと第２気筒３ｂ
間のピッチ、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クランクピン１５ｂに
対して１８０’、第４気筒３ｄの第４クランクピン１５
ｄは第１クランクピン１５ａに対して１８０°それぞれ
位相をずらした位置に設定されている。

前記クランク軸１４に各気筒３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに
対応して設けられたクランクウェブは、バランスウェイ
トが設定されるような形状に形成され、その質量中心２
７ａ、２７ｂ、２７ｃ　、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。

一方、前記バランサ軸２ｚ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ｚ２の両端部に
はバランサ２５．２６が配置されている。バランサ２５
．２６の間隔はＵに設定され、その中心は前記第２気筒
３ｂとＮ４３気筒３Ｃ間の中心で、即ちエンジンセンタ
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と逆方向に、同一回転
速度で回転し、このバランサ軸２２の中心からＵ／２の
距離に配置されたバランサ２５゜２６は重さｍｌ、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
ようにな関係に設定されている。

ｍｌｅｒ１＝ｍ２ｅｒ２ 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。

次辷、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０とする。また、ωはクランク軸１
４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Ｆｌ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。

Ｆ＝ｍ＠　ｒ＊　　ω　　＊　　（ｃｏｓ　θ＋、ｏｃ
ｏｓ２　θ）・　・　・　（１） 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Ｍ１０３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／立 交：コンロッド１０２の長さ よって、＄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。

Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２−１−Ｆ３＋Ｆ４ 乙 、（ｅｉ（θ＋−？）　　−Ｈ（θ十子））＋　ｅ ρ争ｍａｒ・ω ＋　　　−−一−−−−−−−−−−−−−−−−−ｍ
−３に−３几 （ｅ　ｉ　２（ｅ＋−）　　　−ｉ　２（０＋２）　。

２　　　＋ｅ り 乙 、（ｅｌ２（θ＋ｉ　）　　　−Ｘ２　（１３＋　７’
−）　）＋　ｅ ・　・　・　（２） （２）式は結局、第１気筒３ａ、！：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。

ｉ（θ十−）　　　−ｉ（θ＋＋）） ・　（ｅ　　　　　　２　　　＋ｅ （ｅ　１２　（０＋）　　−’　２　（’　”　２　）
　）　］２＋ｅ ・　（−）＋［− ！　（θ−２）　　−ｉ　（θ＋２） ・　（ｅ　　　　　　　２＋ｅ　　　　　　　　２）ρ
　ｍ　ｒ　ω （ｅｌ２（θ＋”）−ｉ２（θ十燭 ２＋ｅ　　　　　　　２　）］ ・　ｃ−−）＋ｃ’− （ｅｌ　（１！？＋“）　　　−ｉ　（５＋＋“））＋
　ｅ ρ　ｍ　ｒ　ω ＜ｅｊ２（θ“π）　　−＞　２　（＆　＋　ｗ）　）
］＋　ｅ ・　ｃ−−−Ｓ） ？ ・　・　・　・　（３） （３）式は、さらに（４）式のよう書き直せる。

・　（−千Ｓ） ｍｒ　　ω　　　　　　　　　　　ｉ　　０　　　　　
　−ｉθ＋□・ｉ・（ｅ　　　　−ｅ　　　　）・　（
−） ・　（−） ・　（−＋Ｓ） ・　・　・　・　（４） （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１
５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、１＜ランサ袖２２に固定されたバランサ２５．２
６の質量をｍｌ、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　ｍｌ＊ｒ１＝ｍ２・ｒ２ であるから −　ｉθ　　　　　　　　　　　２ Ｍ＝ｅ　　　　　ｅ　（−ｍｌ＊ｒｌ＊ω　）＊［Ｊ＊
６−１β ２　　−ｉθ ＝−ｍｌ・ｒｌ・ω　９ｅ ・Ｕ−ｅ−’β 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ｍｌ、ｒ
ｌ、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、バランサ軸２２の位置は任意で良いが、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
接して配置するのが望ましい。

また／ヘランサ軸２２をクランク軸１４と逆方向に同一
速度で回転させるために、駆動ギヤ２４と被動ギヤ２３
とは同−歯数のギヤにしである。

さらに、前記実施例の如く、ｍｌ＊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線の延長線上にバランサ２５．２６
のセンタがくるように、つまり慣性偶力は発生しても慣
性力は発生しないように、バランサ２５．２８を配置す
る。

ｒｌ＝ｒ２のときはｍ　１　＝　ｍ　２となり、バラン
サ軸２２の軸芯に対して対称な位置にバランサ２５．２
６が配置されることになる。

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５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（＆）、（ｂ）、（Ｃ
）に示す、いずれの場合にも前記実施例と考え方は同じ
であるのでその詳細は省略する。

（発明の効果） この発明は前記のように、クランクピンとクランクピン
ブのバランスウェイトの配置で、１次慣性力、２次慣性
力、２次慣性偶力を消去し、１次慣性偶力はクランク軸
と逆方向、同一速度で回転する１本のバランサ軸に適当
なバランサを取付けるだけで消去できるため、簡単な構
成で低振動、低騒音とすることができ、小型で且つ高速
回転型エンジンにも容易に適用できる直列４気筒型エン
ジンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発１７１になる直列４気筒型エンジンを搭
載した自動二輪車の側面図、第２図はこの発明になる直
列４気筒型エンジンの一部断面図、第３図は第２図の■
−■一部断面図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Ｘ
−Ｘ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。 ３・・・気筒　　　　　　　１２・・・ピストン１３・
・・コンロッド　　　１４・・・クランク軸１５・・・
クランクピン　　２２・・・バランサ軸ｚ３・・・被動
ギヤ　　　　２４・・・駆動ギヤ２５．２６・・・バラ
ンサ ｊｉＷ１１図 第１ｚ図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 クランク軸の軸方向に端から順に第１、第２、第３、第
   ４気筒が配置された直列４気筒型エンジンにおいて、前
   記第１気筒と第２気筒間及び前記第３気筒と第４気筒間
   のピッチがＳに、前記第２気筒と第３気筒間のピッチが
   Ｌに設定され、前記各気筒にコンロッドを介して連結さ
   れたクランクピンの回転半径がｒ、ピストン及びコンロ
   ッド等による往復質量がそれぞれｍに設定されるととも
   に、前記クランク軸の回転方向と逆方向に同一回転速度
   で回転し、両端部に回転半径がｒ１とｒ２で、質量がｍ
   １とｍ２のバランサを有するバランサ軸が配置され、こ
   のバランサ間距離がＵでかつ前記クランク軸のクランク
   ピンに対応して定まる基準線に対する前記バランサの取
   付角度をβとしたとき ｍ１・ｒ１＝ｍ２・ｒ２ ｍ１・ｒ１・Ｕ＝ｍ・ｒ／２ ・√（２Ｌ＾２＋４Ｌ・Ｓ＋４Ｓ＾２） β＝ｔａｎ＾−＾１［Ｌ／（Ｌ＋２Ｓ）］ に設定されている直列４気筒型エンジン。