JPS6319740B2 - - Google Patents

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JPS6319740B2
JPS6319740B2 JP15102380A JP15102380A JPS6319740B2 JP S6319740 B2 JPS6319740 B2 JP S6319740B2 JP 15102380 A JP15102380 A JP 15102380A JP 15102380 A JP15102380 A JP 15102380A JP S6319740 B2 JPS6319740 B2 JP S6319740B2
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JP
Japan
Prior art keywords
crank
balancer
crankshaft
balance weight
primary
Prior art date
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Expired
Application number
JP15102380A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5776342A (en
Inventor
Kosaku Yamauchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Corp filed Critical Suzuki Motor Corp
Priority to JP15102380A priority Critical patent/JPS5776342A/ja
Publication of JPS5776342A publication Critical patent/JPS5776342A/ja
Publication of JPS6319740B2 publication Critical patent/JPS6319740B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F16F15/264Rotating balancer shafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 a 産業上の利用分野 本発明は、往復動内燃機関のクランクバランサ
ーに関する。さらに詳しくは、単気筒又は2気筒
360゜クランクの一次慣性力を0に又は少なくする
クランクバランサーに関する。
b 従来の技術 単気筒内燃機関のクランク部の一次慣性力をバ
ランスさせるバランサーとして、バランサー軸を
有さず、クランク部にカウンターウエイトを設け
て成るクランクバランスのみのものが存在する。
従来技術によるクランクバランサーについて、
「モーターフアン」1965年1月号に記載された島
本進の“クランク・バランス”に従つて簡単に説
明する。
第1図は対称型クランクバランサーの概念的断
面図である。
対称型クランクバランサーとは、クランクの回
転部質量中心に対してクランク回転軸に関して対
称の位置、すなわち180゜ずれた位置にカウンター
ウエイトの質量中心を配置するクランクバランサ
ーをいう。
たとえば、第1図に示す如くクランク部にカウ
ンターウエイトを設けてクランクバランスを設定
した場合、x方向、y方向の慣性力Fx、Fyは下
式で表わされる。
Fx=−am1+m22cosθ +(m2+km1)rω2cos(θ+π) =−am1−km12cosθ ……(1a) Fy=m22sinθ+(m2+km1)rω2sin(θ+π) =−km12sinθ ……(1b) A:往復部質量m1の重心点 B:回転部質量m2の重心点 O:クランク軸の回転中心 C:B点のO点に関する対称位置で、カウンター
ウエイト質量(m2+km1)を付加した点 k:オーバーバランス率 r:クランク半径 ω:クランク角速度 a:往復部の加速度 往復部の加速度aは次のようにフーリエ展開さ
れる。
a=rω2(cosθ+〓A2ocos2nθ) ……(2) コンロツドの長さをlとするとき、(2)式は次の
ように近似される。
a=rω2(cosθ+r/lcos2θ+……) ……(3) (3)式を(1a)、(1b)式に代入すると次式が得
られる。なお(4b)式は(1b)式と同一である。
Fx=rω2(cosθ+r/lcos2θ+……) m1−km12cosθ ……(4a) Fy=−km12sinθ ……(4b) (4a)、(4b)式で表わされる慣性力において
cosθ、sinθに比例する部分を一次慣性力、cos2θ、
sin2θに比例する部分を二次慣性力、……と呼ぶ。
一次慣性力だけを考える時は次の関係が成り立
つ。
Fx=(1−k)m12cosθ…… ……(5a) Fy=−km12sinθ…… ……(5b) 従つて、 (i) オーバーバランス率k=0のとき、 Fx=m12cosθ ……(6a) Fy=0 ……(6b) となり、一次慣性力はx軸方向にのみ発生す
る。
(ii) オーバーバランス率k=1のとき、 Fx=0 ……(7a) Fy=−m12sinθ ……(7b) となり、一次慣性力はy軸方向にのみ発生す
る。
以上は、対称型クランクバランスの場合であ
り、一次慣性力をxあるいはy軸方向の一直線上
に出すことができる。他方、非対称型クランクバ
ランスの場合は、カウンターウエイトを適宜に設
けることにより一次慣性力を一直線上に出し、か
つその直線のx軸に対する角度を任意に設定する
ことができる。そして、この方法もまた上記文献
により公知である。
非対称型クランクバランサーにおいては、クラ
ンクの回転部質量中心に対してクランク回転軸に
関して非対称の位置にカウンターウエイトの質量
中心を配置する。すなわちクランク回転部質量中
心とカウンターウエイトの質量中心のクランク回
転軸に対する角度は180゜ではない。
例えば、クランクの回転部質量中心に対してク
ランク回転軸に関して対称の位置に第1のカウン
ターウエイトを配置し、対称型クランクバランス
を実現した上で、さらにクランクピンから角度α
の位置に回転部質量のk2倍の質量を有する第2の
カウンターウエイトを配置した場合の慣性力は次
式で与えられる。
Fx=(1−k)m12cosθ +k2m12cos(θ+α) ……(8a) Fy=(−k)m12sinθ+ k2m12sin(θ+α) ……(8b) (8a)、(8b)式は簡単な計算により次の形式
に書き替えられる。
Fx=A11cosθ+A12sinθ ……(9a) Fy=A21cosθ+A22sinθ ……(9b) さらに(9a)、(9b)式は適当な座標回転を行
うことにより、直交化することができる。直交化
した時の固有値λ1、λ2は、行列式の固有値から求
められる。
A11−λ A21 A12 A22−λ =0 座標回転の回転角ψは、 (A11 A21 A21 A22)(cos sin ψ− ψsin cos ψ ψ) =λi(cos sin ψ ψ−sin cos ψ ψ:i=1、2 から求められる。ここでk、k1を適宜選択するこ
とによりλ1=0またはλ2=0とし、ψによつて定
まる方向における一次慣性力をゼロとすることが
できる。
このように、対称型クランクバランサーであつ
ても非対称型クランクバランサーであつても一方
向の一次慣性力はゼロにすることができる。逆に
述べると、一次慣性力を完成に釣り合わすことは
できない。そこで、一次慣性力を完全に釣り合わ
すバランサーとして、2本のバランサー軸を備え
たものが存在する。
しかし、2本のバランサー軸を備えたものは、
エンジンケースが大きくなり、広いスペースを必
要とすると共にバランサー軸の駆動に複雑な機構
が必要となる。重量軽減を図るために、バランス
ウエイトを一次慣性力を完全に釣り合わすことが
できる往復部質量の25%より小さくすると、慣性
力が偶力が発生し、フレームの振動が最も小さく
なる方向にのみ慣性力を出すことができないので
振動に不利である。
本発明の目的は、バランサー軸を一本にするこ
とにより小型化することができ、かつ一次慣性力
を0に、あるいは少なくしてその慣性力をフレー
ムの振動が最も少さくなる方向にのみ出すことが
できる様にした単気筒または2気筒360゜クランク
のクランクバランサーを提供することにある。
d 問題点を解決するための手段 上記問題点は、内燃機関のクランク軸に対して
垂直かつ往復振動部質量の重心を含む平面内にお
ける第1の方向の一次慣性力をゼロとし、該平面
内における上記第1の方向に対して直角な第2の
方向の一次慣性力のみを残すカウンターウエイト
を備えるクランクバランサーにおいて、クランク
軸から見て上記第2の方向にクランク軸と平行に
設けられたバランサー軸と、上記平面内で該バラ
ンサー軸を中心として上記クランクの回転方向と
同方向にクランク軸と同一回転速度で回転する順
回転バランスウエイトと、上記平面内で該バラン
サー軸を中心として上記順回転バランスウエイト
と同心にかつ上記クランクの回転方向に対して逆
方向にクランク軸と同一回転速度で回転する逆回
転バランスウエイトを備え、上記第2の方向に残
つた一次慣性力が最大の時点に、上記順回転バラ
ンスウエイトと逆回転バランスが該第2の方向に
おいて、その時点の一次慣性力の方向と反対側の
位置で交差することを特徴とする内燃機関のクラ
ンクバランサーによつて解決された。
d 作用 上記カウンターウエイトによつて、第1の方向
の一次慣性力がゼロとなり、第2の方向の一次慣
性力のみが残る。他方、上記順回転バランスウエ
イトと逆回転バランスウエイトは上記第2の方向
で交差しかつ互いに逆方向に回転するので、両者
によつて発生する一次慣性力は上記第2の方向の
みに発生する。またその方向は第2の方向に残つ
た一次慣性力の方向と反対である。したがつて順
回転バランスウエイトと逆回転バランスウエイト
の質量と寸法を適宜選択することにより、第2の
方向の一次慣性力をもゼロとすることができる。
f 実施例 第2図および第3図は本発明に係るクランクバ
ランサーの一実施例を示す正面および側面概念図
である。
図示した実施例は、上記した対称型クランクで
オーバーバランス率k=0として一次慣性力をx
軸方向にのみに出る様にしたタイプのものであ
る。
クランク軸から見てx軸上即ち一次慣性力が出
る直線上にクランク軸1と平行に1本のバランサ
ー軸2を設け、該バランサー軸2上に2個のバラ
ンスウエイト3,4を回転可能に設け、両バラン
スウエイト3,4の質量をクランク半径r上に換
算してm1/2またはそれ以下とし、両バランス
ウエイト3,4をクランクと同一角速度で互いに
逆回転させる様に構成し、かつ両バランスウエイ
ト3,4をクランク部の一次慣性力の反対方向に
該バランスウエイト3,4の慣性力の合力が出る
位置に設定すると共に両バランスウエイトの重心
G3,G4が共に往復部質量m1の重心点Aからクラ
ンク軸1に直角な線上に位置させる様に構成して
ある。
具体的には、クランク軸1にギヤ7を固設し、
バランサー軸2にギヤ8を回転可能に設け、該ギ
ヤ8に一方のバランスウエイト4を固設し、上記
両ギヤ7,8の歯数を同一にして歯合させること
によりバランスウエイト4をクランク軸1と同一
角速度でクランク軸と反対方向にバランサー軸2
上で回転させ、またクランク軸1にスプロケツト
ホイール9を固設し、バランス軸2にスプロケツ
トホイール10を回転可能に設け、両スプロケツ
トホイール9,10の歯数を同一にしてこれらを
チエーン11で連結し、上記スプロケツトホイー
ル10に他方のバランスウエイト3を固設するこ
とにより該バランスウエイト3をクランク軸1と
同一角速度でクランク軸と同一方向にバランサー
軸2上で回転させる様に構成してある。
上記した両バランスウエイト3,4をクランク
部の一次慣性力の反対方向に該バランスウエイト
3,4の慣性力の合力が出る位置に設けるとは、
たとえば本実施例の場合往復部質量m1の重心点
Aが最上位置にあるとき、両バランスウエイトの
重心G3,G4が最下位置になる様に設けるという
ことである。かくすることにより、クランク部の
一次慣性力とバランスウエイト部の慣性力とは共
にx軸方向にのみ発生し、かつ両慣性力はその方
向が反対となる。
また、上記した両バランスウエイトの重心G3
G4が共に往復部質量m1の重心点Aからクランク
軸1に垂直な線上に位置させるとは、クランク軸
1に垂直な平面であつて、上記重心点Aを含む平
面内に両バランスウエイトの重心G3,G4を位置
させるということである。
次に、本実施例における一次慣性力のバランス
について説明する。
(i) クランク部の一次慣性力 クランク部の一次慣性力は上記オーバーバラ
ンス率k=0のところで述べた様に、 Fxm12cosθ Fy=0 であり、x軸方向にのみ発生する。
(ii) バランスウエイト部の一次慣性力合力 Fx=m1/2・rω2cos(π+θ) +m1/2・rω2cos(π−θ) =−m12cosθ Fy=m1/2・rω2sin(π+θ) +m1/2・rω2sin(π−θ)=0 従つて、クランク部とバランスウエイト部の一
次慣性力は共にx軸方向にのみ発生し、その大き
さは同じで方向が反対である。よつて、本実施例
における一次慣性力はx軸、y軸方向共に0とな
り、完全にバランスをとることができる。
なお、上記実施例は説明を簡単にするため、ク
ランク部の一次慣性力がx軸方向にのみ出る様に
したタイプのものを示したが、前述の様にクラン
ク部の一次慣性力は任意の角度の直線上にのみ出
る様に設定することができ、その場合でも上記し
た本発明の要旨を備えることにより、一次慣性力
を完全にバランスさせ、0とすることができるこ
とは容易に理解されよう。
また、本実施例においては、両バランスウエイ
ト3,4の質量をクランク半径に換算してm1/2と したが、本発明は上記質量がクランク半径に換算
してm1/2より小さい場合を含むものである。両バ ランスウエイトの質量を共にクランク半径に換算
してm1/2より小さい同一質量とした場合は、クラ ンク部の一次慣性力が出る直線上、即ちクランク
軸1とバランサー軸2とを結ぶ直線上に一次慣性
力が残ることになる。しかし既に説明したように
この残存一次慣性力の方向は任意に決定すること
ができるので、その方向をフレームの振動が最も
少なくなる方向に選ぶことができる。そうするこ
とにより重量軽減を図ることができると共に残存
一次慣性力によるフレーム振動は問題のない程度
まで小さく押えることができる。
g 発明の効果 本発明は上記の如く構成されているので、両バ
ランスウエイトの質量をクランク半径に換算して
m1/2とすることにより、一次慣性力を完全にバラ ンスさせることができる。
また、両バランスウエイトの質量をクランク半
径に換算してm1/2より小さくした場合でも、残存 一次慣性力の方向を適宜に選ぶことができるので
その慣性力によるフレーム振動を問題のない範囲
内に押えることができ、かつそうすることにより
重量軽減を図ることができる。
さらに、本発明はバランサー軸が一本で良いの
で小型化でき、大きなスペースを必要としない。
このことは自動車等の内燃機関においては極めて
重要な意義を有する。また、バランサー軸が一本
であるので、その駆動機構が簡単となる。
なお、本実施例では単気筒について説明した
が、2気筒360゜クランクの場合にも本発明は適用
可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のクランクバランサーの一例を示
す概念図、第2図および第3図は本発明に係るク
ランクバランサーの一実施例を示す正面概念図お
よび側面概念図である。 1……クランク軸、2……バランサー軸、3,
4……バランスウエイト、G3,G4……バランス
ウエイトの重心点、A……往復部質量m1の重心
点、B……回転部質量m1の重心点。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関のクランク軸に対して垂直かつ往復
    運動部質量の重心を含む平面内における第1の方
    向の一次慣性力をゼロとし、該平面内における上
    記第1の方向に対して直角な第2の方向の一次慣
    性力のみを残すカウンターウエイトを備えるクラ
    ンクバランサーにおいて、クランク軸から見て上
    記第2の方向にクランク軸と平行に設けられたバ
    ランサー軸と、上記平面内で該バランサー軸を中
    心として上記クランクの回転方向と同方向にクラ
    ンク軸と同一回転速度で回転する順回転バランス
    ウエイトと、上記平面内で該バランサー軸を中心
    として上記順回転バランスウエイトと同心にかつ
    上記クランクの回転方向に対して逆方向にクラン
    ク軸と同一回転速度で回転する逆回転バランスウ
    エイトを備え、上記第2の方向に残つた一次慣性
    力が最大の時点に、上記順回転バランスウエイト
    と逆回転バランスが該第2の方向において、その
    時点の一次慣性力の方向と反対側の位置で交差す
    ることを特徴とする内燃機関のクランクバランサ
    ー。 2 上記カウンターウエイトが対称型クランクバ
    ランサーであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の内燃機関のクランクバランサー。 3 上記カウンターウエイトが非対称型クランク
    バランサーであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の内燃機関のクランクバランサー。 4 上記順回転バランスウエイトとクランク軸が
    スプロケツトで結合され、上記逆回転バランスウ
    エイトとクランク軸が歯車で結合されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の内燃機
    関のクランクバランサー。
JP15102380A 1980-10-28 1980-10-28 Crank balancer for internal combustion engine Granted JPS5776342A (en)

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JP15102380A JPS5776342A (en) 1980-10-28 1980-10-28 Crank balancer for internal combustion engine

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Publication Number Publication Date
JPS5776342A JPS5776342A (en) 1982-05-13
JPS6319740B2 true JPS6319740B2 (ja) 1988-04-25

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ID=15509605

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