JPS6334336B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、クランク軸上におけるクランクピン
を、複数の気筒について共通とすることなく各気
筒の各々について別々に構成したＶ型４気筒内燃
機関の改良に関するものである。 クランク軸上におけるクランクピンを、複数の
気筒について共通とすることなく各気筒の各々に
ついて別々に構成して成る従来公知のＶ型４気筒
内燃機関は、昭和49年１月29日、株式会社図書出
版社発行「新編・自動車工学ハンドブツク」第４
−22頁における表２−８に記載され、且つ、第８
図に示すように、エンジンをその出力側から見て
右側に位置する右側バンク３′における第１気筒
１１′及び第３気筒１３′のクランクピン５１′，
５３′、左側に位置する左側バンク４′における第
２気筒１２′及び第４気筒１４′のクランクピン５
２′，５４′を、エンジンを前面側から見た第８図
において、クランク軸９′の回転円上に互に位相
をずらせた位置に配設して、第１気筒１３′のピ
ストンと第４気筒１４′のピストンが同時に下降
すれば、第２気筒１２′のピストンと第３気筒１
３′のピストンが同時に上昇するように構成する
と共に、点火順序を第１気筒−第２気筒−第４気
筒−第３気筒又は第１気筒−第３気筒−第４気筒
−第２気筒の順に設定している。 しかし、このようにクランク軸を挾んで対角に
位置する第１気筒と第４気筒とを同時に往復動す
る一方、第２気筒と第３気筒とを前記より180゜遅
れて往復動することは、詳しくは後述するように
クランク軸の回転運動に伴う回転質量による慣性
力及び各ピストンの往復運動に伴う往復質量によ
る一次の慣性力は消去できても、回転質量による
偶力が存在することになり、従つてこの回転質量
による偶力を消去するためにはクランク軸には大
きなバランスウエイトを設けなければならないの
で、エンジン全体の重量が増大するばかりか、エ
ンジンが大型になるのである。 本発明、クランク軸上におけるクランクピン
を、複数の気筒について共通とすることなく各気
筒の各々について別々に構成したＶ型４気筒内燃
機関において、そのバランスを向上して、小型・
軽量化を図ることを目的とするものである。 このため本発明は、クランク軸上におけるクラ
ンクピンを、複数の気筒について共通とすること
なく各気筒の各々について別々に構成したＶ型４
気筒内燃機関において、左右両バンクのうち一方
のバンク側に位置する第１気筒におけるクランク
ピンと、他方のバンク側に位置する第４気筒にお
けるクランクピンとを同じ位相位置に配設する一
方、他方のバンク側に位置する第２気筒における
クランクピンと、一方のバンク側に位置する第３
気筒におけるクランクピンとを同じ位相位置に配
設し、且つ、前記第１気筒及び第４気筒における
クランクピンと、前記第２気筒及び第３気筒にお
けるクランクピンとを180度ずれた位相位置に配
設した構成にしたものである。 次に本発明の一例を実施例の図面について説明
する。図において１はＶ型エンジン本体で、該本
体１はその出力側から見て右側には右側バンク３
が、出力側から見て左側には左側バンク４が垂直
線ｘに対して適宜のバンク角度を有するＶ型に
クランクケース２と一体形に設けられ、クランク
ケース２の下面にはオイルパン５を備えており、
クランクケース２内にはその前面部、後面部及び
中央部に造形した３つの軸受部６，７，８で軸支
した一本のクランク軸９が設けられている。 前記右側バンク３には第１気筒１１と第３気筒
１３を、左側バンク４には第２気筒１２と第４気
筒１４を各々備え、且つ左右両バンク３，４は第
２気筒１２が第１気筒１１と第３気筒１３の間
に、第４気筒１４が第３気筒１３より後方に各々
位置するように、クランク軸の軸方向に適宜寸法
ｌだけずれており、左右両バンク３，４における
気筒間隔は3lに設定され、クランク軸９の後方出
力端９ａにはフライホイール１５が、前端部９ｂ
には左左側バンク４の前面に取付く冷却水ポンプ
１６及びをオルターネータ１７にベルト１８にて
動力伝達するためのプーリ１９が各々設けられて
いる。 また、各気筒における排気ポート２１，２２，
２３，２４はエンジン本体１の外側面に各々開口
し、両バンク３，４間には、各気筒にエアクリー
ナ２５及び気化器２６からの吸気混合気を分配吸
気するための吸気マニホールド２７が設けられ、
エンジン本体１には、両バンク３，４の付根部に
クランク軸９から回転伝動されるカム軸２８が、
右側バンク３下部におけるクランクケース２内に
はクランク軸９からの伝動によつてクランク軸９
と同速で逆回転するバランスシヤフト２９が各々
クランク軸９と平行に設けられている。なお、バ
ランスシヤフト２９は左側バンク４の下部におけ
クランクケース２内にも設けて、２本のバランス
シヤフトにしても良い。 右側バンク３の後面部にはカム軸２８から回転
伝動されるデイストリビユータ３０を備え、該デ
イストリビユータ３０は、各気筒の点火が第１気
筒−第３気筒−第２気筒−第４気筒の順序になる
ように設定されている。 そして、前記クランク軸９における前部軸受部
６と中央軸受部８との間には、第１気筒１１にお
けるピストン３１の連接棒のクランクピン５１と
第２気筒１２におけるピストン３２の連接棒４２
のクランクピン５２を、中央軸受部８と後部軸受
部７との間には、第３気筒１３におけるピストン
３３の連接棒４３のクランクピン５３と第４気筒
１４におけるピストン３４の連接棒４４のクラン
クピン５４を各々設け、第１気筒１１のクランク
ピン５１と第４気筒１４のクランクピン５４とを
同じ位相位置に配設する一方、第２気筒１２のク
ランクピン５２と第３気筒１３のクランクピン５
３とを同じ位置にして、前記第１及び第４気筒の
クランクピン５１，５４と対称の位相位置つまり
第１及び第４気筒のクランクピン５１，５４から
180゜の位相に配設することにより、第３気筒１３
のピストン３３は第１気筒１１のピストン３１の
下降・上昇動のとき逆に上昇・下降動し、このと
き第２気筒１２のピストン３２は、第３気筒のピ
ストンの上昇・下降動から両バンク間のバンク角
2遅れて浄昇・下降動し、また、第４気筒１４
のピストン３４は第１気筒のピストンの下降・上
昇動から両バンクのバンク角2遅れて下降・上
昇動するように構成して成るものである。 この構成において、第１気筒１１が爆発下降行
程のとき、第３気筒１３は圧縮上昇行程で、当該
第３気筒１３は第１気筒１１が爆発下降行程に入
つたときから180゜遅れて爆発下降行程に入る。第
３気筒１３が爆発下降行程に入つたとき、、第２
気筒１２は圧縮上昇行程の終期で、当該第２気筒
１２は第３気筒１３が爆発下降行程に入つたとき
から2遅れて爆発下降行程に入る。そして、第
２気筒１２の爆発下降行程のとき第４気筒１４は
圧縮上昇行程で、当該第４気筒１４は第２気筒１
２が爆発下降行程に入つたときから180゜遅れて爆
発下降行程に入つてエンジンが運転される。 次に、上記構成のエンジンの慣性力のバランス
について考案するに、先ず往復質量による一次の
慣性力については、各ピストンの位置にあるピス
トン質量と連接棒小端部の連接棒の質量を合計し
た往復質量をm_rec、クランク半径をｒ、クランク
軸の角速度をω、各連接棒の長さをｓ、ｘ軸から
クランク軸の回転方向にとつたクランク軸の回転
角をθとすれば（第６図）、右側バンク３におい
て当該右側バンクにおけるピストン往復動方向の
慣性力X_R1は、 X_R1＝m_rec・ｒ・ω² ｛cos（θ＋）＋cos（θ＋−π）｝ 左側バンク４において当該左側バンクにおける
ピストン往復動方向の慣性力X_L1は、 X_L1＝m_rec・ｒ・ω² ｛cos（θ−）＋cos（θ−＋π）｝ となり、ここにF₁＝m_rec・ｒ・ω²、F₂＝λm_rec・
ｒ・ω²＝λF₁（但し、λ＝ｒ／ｓ）、を上記２つの
式に代入して整理すると、 X_R1＝F₁cos（θ＋）＋F₁cos（θ＋−π） ＝F₁cos（θ＋）−F₁cos（θ＋）＝０ X_L1＝F₁cos（θ−）＋F₁cos（θ−＋π） ＝F₁cos（θ−）−F₁cos（θ−）＝０ となり、従つてこれらの両慣性力X_R1、X_L1のｘ
軸及びｙ軸に対する合成慣性力X_x1、X_y1は、 X_x1＝（X_R1＋X_L1）cosθ＝０ X_y1＝（X_R1−X_L1）sinθ＝０ で、往復質量による一次の慣性力X₁は発生せず、
つり合つていることになる。 また、往復質量による右側バンクの二次の慣性
力X_R2及び左側バンクの二次の慣性力X_L2は、 X_R2＝F₂｛cos2（θ＋） ＋cos2（θ＋−π）｝＝2F₂cos2（θ＋） X_L2＝F₂｛cos2（θ＋）＋ cos2（θ＋−π）｝＝2F₂cos2（θ−） で、これら両慣性力X_R2、X_L2のｘ軸及びｙ軸に
対する合成慣性力X_x2、X_y2は、 X_x2＝（X_R2＋X_L2）cos ＝2F₂cos｛cos2（θ＋）＋cos2（θ−）｝ ＝4F₂cos・cos2・cos2θ X_y2＝（X_R2−X_L2）sin ＝2F₂sin｛cos2（θ＋）−cos2（θ−）｝ ＝−4F₂sin・sin2・sin2θ となり、X_X2の絶対値はθが0゜、90、180゜及び270゜
のとき最大で、またX_y2の絶対値はθが45゜、
135゜、225゜及び315゜のとき最大となるから、往復
質量による二次の慣性力の最大値X₂は、バンク
角度（一定値）により、sin・cos・cos2・
cos2の値が変化するので、 X₂＝4F₂cos・cos2又は4F₂sin・sin2のうち
どちらか大きい値となる。 次に回転質量による慣性力については、連接棒
大端部の連接棒の質量とクランクの等価質量を合
計した回転質量をm₀、F₀＝m₀・ｒ・ω²とする
と、回転質量によつてｘ軸方向及びｙ軸方向に作
用する合成慣性力X_x0及びX_y0は X_X0＝F₀｛cosθ＋cos（θ＋π）＋cos（θ＋π）＋co
sθ｝＝F₀（cosθ−cosθ−cosθ＋cosθ）＝０ X_X0＝F₀｛cosθ＋cos（θ＋π）＋cos（θ＋π）＋co
sθ｝＝F₀（cosθ−cosθ−cosθ＋cosθ）＝０ X_y0＝F₀｛sinθ＋sin（θ＋π）＋sin（θ＋π）＋si
nθ｝＝F₀（sinθ−sinθ−sinθ＋sinθ）＝０ となり、回転質量による慣性力X₀は発生せず、
つり合つていることになる。 また、偶力のバランスについて考察するに、先
づ往復質量による一次の隅力については、第７図
に示すように中央の軸受部８から第２気筒１２及
び第３気筒１３までの距離を各々ｌ、第１気筒１
１及び第４気筒１４まのでの距離を各々2lとし、
中央の軸受部８を中心として矢印Ａ方向の偶力を
「正」矢印Ｂ方向の偶力を「負」とすれば、右側
バンク３において右側バンクにおけるピストン往
復動方向の偶力M_R1は、 M_R1＝2lF₁cos（θ＋）−lF₁cos（θ＋＋π） ＝2lF₁cos（θ＋）＋lF₁cos（θ＋） ＝3lF₁cos（θ＋） 左側バンク４において左側バンクにおけるピス
トン往復動方向の偶力M_L1は、 M_L1＝lF₁cos（θ−＋π）−2lF₁cos（θ−） ＝−lF₁cos（θ−）−2lF₁cos（θ−） ＝−3lF₁cos（θ−） となり、これら両偶力M_R1、M_L1によるｘ軸及び
ｙ軸方向の合成偶力M_x1、M_y1は、 M_X1＝（M_R1＋M_L1）cos ＝｛3lF₁cos（θ＋） −3lF₁cos（θ−）｝cos ＝3lF₁｛cos（θ＋）−cos（θ−）｝cos ＝−6lF₁sinθ・sin・cos ＝−3lF₁sin2・sinθ M_y1＝（M_R1−M_L1）sin ＝3lF₁｛cos（θ＋）＋cos（θ−）｝sinθ ＝6lF₁cosθ・cos・sin＝3lF₁sin2・cosθ となり、M_x1の絶対値はθが90゜と270゜のとき最大
で、またM_y1の絶対値はθが0゜と180゜のとき最大
となるから、往復質量による一次の偶力の最大値
M₁は、 M₁＝3lF₁sin2となる。 往復質量による右側バンクの二次の偶力M_R2及
び左側バンクの二次偶力M_L2は、 M_R2＝2lF₂cos2（θ＋）−lF₂cos2（θ＋−π） ＝lF₂cos2（θ＋） M_L2＝2F₂cos2（θ−＋π）−2lF₂cos2（θ−） ＝−lF₂cos2（θ−） となり、ｘ軸及びｙ軸方向の合成偶力M_x2、M_y2
は M_x2＝（M_R2＋M_L2）cos ＝｛lF₂cos2（θ＋）−lF₂cos2（θ−）｝cos ＝−2lF₂cos・sin2・sin2θ M_y2＝（M_R2−M_L2）sin ＝｛lF₂cos2（θ＋）＋lF₂cos2（θ−）｝sin ＝2lF₂sin・cos2・cos2θ となり、M_x2の絶対値はθが45゜、135゜、225゜、及
び315゜のとき最大で、また、M_y2の絶対値はθが
0゜、90゜、180゜及び270゜のとき最大となるから、往
復質量による二次の偶力の最大値M₂は、バンク
角度（一定値）により、sin、cos、sin2、
cos2の値が変化するので、 M₂＝2lF₂cos・sin2又は2lF₂sin、cos2 のうちどちらか大きい値となる。 また回転質量によつてｘ軸方向及びｙ軸方向に
生ずる偶力M_x0及びM_y0は、 M_x0＝lF₀｛2cosθ＋cos（θ＋π）−cos（θ＋π）−
2cosθ｝＝lF₀（2cosθ−cosθ＋cosθ−2cosθ）＝０ M_x0＝lF₀｛2cosθ＋cos（θ＋π）−cos（θ＋π）−
2cosθ｝＝lF₀（2cosθ−cosθ＋cosθ−2cosθ）＝０ M_y0＝lF₁｛2sinθ＋sin（θ＋π）−sin（θ＋π）−
2sinθ｝ ＝lF₀（2sinθ−sinθ＋sinθ−2sinθ）＝０ となり、往復質量による偶力M₀は発生せず、つ
り合つている。 これに対し、前記した従来公知のＶ型４気筒エ
ンジンについてのバランスを、クランクピンの配
列を除き他は本発明と同じと仮定して同様に考案
するに、先づ往復質量による一次の慣性力X₁に
ついては、 X_R1＝F₁｛cos（θ＋）＋cos（θ＋＋π）｝ ＝Ｆ（cos（θ＋）−cos（θ＋）｝＝０ X_L1＝F₁｛cos（θ＋＋π）＋cos（θ＋）｝ ＝F₁｛−cos（θ＋）＋cos（θ＋）｝＝０ ∴X₁＝０ また、往復質量による２次の慣性力の最大値
X₂は、 X_R2＝F₂｛cos2（θ＋）＋cos2（θ＋＋π）｝ ＝2F₂cos2（θ＋） X_L2＝F₂｛cos2（θ＋＋π）＋cos2（θ＋）｝ ＝2F₂cos2（θ＋） X_X2＝（X_R2＋X_L2）cos ＝4F₂・cos・cos2（θ＋） X_y2＝（X_R2−X_L2）Sin＝０ ∴X₂＝4F₂cos 回転質量による慣性力の最大値X₀は、 X_R0＝F₀cosθ＋F₀cos（θ＋2） ＋F₀cos（θ＋π）＋F₀cos（θ＋2＋π）＝０ X_L0＝F₀sinθ＋F₀sin（θ＋2） ＋F₀sin（θ＋π）＋F₀sin（θ＋2＋π）＝０ ∴X₀＝０ また、往復質量による一次の偶力の最大値M₁
は、 M_R1＝2lF₁cos（θ＋）−lF₁cos（θ＋＋π） ＝3lF₁cos（θ＋） M_L1＝lF₁cos（θ＋＋π）−2lF₁cos（θ＋） ＝−3lF₁cos（θ＋） M_X1＝（M_R1＋M_L1）cos＝０ M_y1＝（M_R1＋M_L1）sin ＝6lF₂・sin・cos（θ＋） ∴M₁＝6lF₁sin 往復質量による二次の偶力の最大値M₂は、 M_R2＝2lF₂cos2（θ＋）−lF₁cos2（θ＋＋π） ＝lF₂cos2（θ＋） M_L2＝lF₂cos2（θ＋＋π）−2lF₂cos2（θ＋） ＝−lF₂cos2（θ＋） M_x2＝（M_R2＋M_L2）cos＝０ My₂＝（M_R2−M_L2）sin ＝2lF₂・sin・cos2（θ＋） ∴M₂＝2lF₂・sin・cos2（θ＋） 更に、回転質量による偶力の最大値M₀は、 M_R0＝lF₀｛2cosθ−cos（θ＋π）＋cos（θ＋2＋
π）−2cos（θ＋2）｝＝3lF₀｛cosθ−cos（θ＋2
）｝ M_R0＝lF₀｛2cosθ−cos（θ＋π）＋cos（θ＋2＋
π）−2cos（θ＋2）｝＝3lF₀｛cosθ−cos（θ＋2
）｝ ＝6lF₀sin・sin（θ＋2） M_L0＝lF₀｛2si
nθ−sin（θ＋π）＋sin（θ＋2＋π）−2sin（θ＋
2）｝ M_R0＝lF₀｛2cosθ−cos（θ＋π）＋cos（θ＋2＋
π）−2cos（θ＋2）｝＝3lF₀｛cosθ−cos（θ＋2
）｝ ＝6lF₀sin・sin（θ＋2） M_L0＝lF₀｛2si
nθ−sin（θ＋π）＋sin（θ＋2＋π）−2sin（θ＋
2）｝ ＝3lF₀｛sinθ−sin（θ＋2）｝＝−6lF₀sin
・sin（θ＋2） ∴M₀＝6lF₀sin 以上の結果を、表にまとめると次表の通りにな
る。

【表】 以上の通り本発明によると、クランク軸上にお
けるクランクピンを、複数の気筒について共通と
することなく各気筒の各々について別々に構成し
たＶ型４気筒内燃機関において、その往復質量に
よる一次の偶力、二次の慣性力及び偶力を、頭記
した従来のＶ型４気筒内燃機関の場合によりも小
さい値にすることができると共に、これらを、ラ
ンク軸と平行に設けた従来よりも小さな一本又は
二本のバランスシヤフトによつて容易に消去でき
るのであり、しかも、頭記した従来のＶ型４気筒
内燃機関において残存していた回転質量の偶力を
完全に無くすることができるから、クランク軸に
は、回転質量の慣性力及び偶力に対するバランス
ウエイトを設ける必要が無くなるのである。 従つて本発明によればクランク軸を、これに回
転質量に対するバランスウエイトがないだけ細径
にすることができると共に、クランク軸が軽るく
なつて共振周波数を高くできて捩り振動を低減で
きるばかりか、クランク軸に回転質量に対するバ
ランスウエイトがないこと及びクランク軸の細径
化更にはバランスシヤフトの小型化によつて、エ
ンジン全体の軽量化と小型化とを有効に図ること
ができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示し、第１
図は本発明Ｖ型エンジンの平面図、第２図は第１
図のエンジンを前面から見たときの図、第３図は
クランク軸の正面図、第４図は第３図の−視
断面図、第５図は第３図の−視断面図、第６
図はエンジンのバランスを求めるためにエンジン
を前面から見たときの図、第７図はエンジンを平
面に展開したときの平面図、第８図は従来のＶ型
エンジンを第６図と同じように見たときの図であ
る。 １……エンジン本体、２……クランクケース、
３……右側バンク、４……左側バンク、９……ク
ランク軸、１１……第１気筒、１２……第２気
筒、１３……第３気筒、１４……第４気筒、２８
……カム軸、２９……バランスシヤフト、６，
７，８……軸受部、３１，３２，３３，３４……
ピストン、４１，４２，４３，４４……連接棒、
５１……第１気筒クランクピン、５２……第２気
筒クランクピン、５３……第３気筒クランクピ
ン、５４……第４気筒クランクピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ クランク軸上におけるクランクピンを、複数
   の気筒について共通とすることなく各気筒の各々
   について別々に構成したＶ型４気筒内燃機関にお
   いて、左右両バンクのうち一方のバンク側に位置
   する第１気筒におけるクランクピンと、他方のバ
   ンク側に位置する第４気筒におけるクランクピン
   とを同じ位相位置に配設する一方、他方のバンク
   側に位置する第２気筒におけるクランクピンと、
   一方のバンク側に位置する第３気筒におけるクラ
   ンクピンとを同じ位相位置に配設し、且つ、前記
   第１気筒及び第４気筒におけるクランクピンと、
   前記第２気筒及び第３気筒におけるクランクピン
   とを180度ずれた位相位置に配設したことを特徴
   とするＶ型４気筒内燃機関。