説明

V型2気筒エンジンのバランサ構造

【課題】クランクシャフトの軸線と直交する平面内でV字形に配置される一対のバンクを有するV型2気筒エンジンにおいて、二次バランス軸を用いて二次慣性力による鉛直方向および水平方向の振動の発生を防止可能とし、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のV型2気筒エンジンを構成する。
【解決手段】一対のバンクBA,BBのバンク角が60度に設定されるとともに、クランクシャフト5の回転数の2倍の速さで回転する二次バランス軸12を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、クランクシャフトの軸線と直交する平面内でV字形に配置される一対のバンクを有するV型2気筒エンジンに関し、特に、V型2気筒エンジンの振動を抑え得るようにしたバランサ構造の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
V型2気筒エンジンにおいて、二次慣性力による振動のうち鉛直方向の振動を低減するために、一対のバンクのクランクピン間に位相角を設定するようにしたものが、特許文献1で知られている。
【特許文献1】特公平1−48423号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところが上記従来のものでは、二次慣性力のうち水平方向の振動を低減することはできず、二次慣性力による振動の低減が不充分となっている。
【0004】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、二次バランス軸を用いて二次慣性力による鉛直および水平方向の振動の発生を防止可能とし、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のV型2気筒エンジンを構成し得るようにしたV型2気筒エンジンのバランサ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、クランクシャフトの軸線と直交する平面内でV字形に配置される一対のバンクを有するV型2気筒エンジンにおいて、前記両バンクのバンク角が60度に設定されるとともに、前記クランクシャフトの回転数の2倍の速さで回転する二次バランス軸を備えることを特徴とする。
【0006】
また請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の構成に加えて、前記両バンクのピストンに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッドの他端部が、位相角を0度としたクランクピンを介して前記クランクシャフトに連結されるとともに、前記クランクシャフトと等速で回転する一次バランス軸を備えることを特徴とする。
【0007】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明の構成に加えて、前記両バンクのピストンに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッドの他端部が、位相角を60度としたクランクピンを介して前記クランクシャフトに連結されることを特徴とする。
【0008】
請求項4記載の発明は、請求項2または3記載の発明の構成に加えて、少なくとも一対のバランスウエイトを有するとともに前記クランクシャフトと等速で回転する一次バランス軸を備えることを特徴とする。
【0009】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明の構成に加えて、前記両バンクのシリンダボアの内側面のうち前記クランクシャフトの軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、前記一次バランス軸が有する一対のバランスウエイトがが配置されることを特徴とする。
【0010】
請求項6記載の発明は、請求項2、4または5記載の発明の構成に加えて、前記一次バランス軸が、前記クランクシャフトの軸線と直交する平面内で前記クランクシャフトおよび前記二次バランス軸間に配置されることを特徴とする。
【0011】
さらに請求項7記載の発明は、請求項2、4、5または6記載の発明の構成に加えて、前記一次バランス軸および前記二次バランス軸の回転軸線が、前記クランクシャフトの軸線と直交する平面内で前記両バンクの二等分線上に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
請求項1記載の発明によれば、二次バランス軸を用いて二次慣性力による鉛直および水平方向の振動の発生を防止することができ、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のV型2気筒エンジンを構成することができる。
【0013】
また請求項2記載の発明によれば、クランクピンの位相角を0度としたときの一次慣性力を一次バランス軸で釣り合わせ、一次慣性力による振動の発生を抑制することができる。
【0014】
請求項3記載の発明によれば、クランクピンの位相角を60度とすることで、一次慣性力による振動の発生を抑えることができるので、振動の発生を抑えたより小型のV型2気筒エンジンを得ることができる。
【0015】
請求項4記載の発明によれば、一次バランス軸が備える少なくとも一対のバランスウエイトによって一次慣性偶力を釣り合わせ、一次慣性偶力による振動の発生を抑えることができる。
【0016】
請求項5記載の発明によれば、一次バランス軸が備える一対のバランスウエイトのエンジン本体との干渉を回避しつつV型2気筒エンジンの高さを低く抑えることが可能となる。
【0017】
請求項6記載の発明によれば、クランクシャフト、一次バランス軸および二次バランス軸を隣接させて、コンパクトに配置することができ、V型2気筒エンジンのより一層の小型化に寄与することができる。
【0018】
さらに請求項7記載の発明によれば、V型2気筒エンジンのデッドスペースを有効に利用して一次および二次バランス軸を配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0020】
図1〜図4は本発明の第1実施例を示すものであり、図1はV型2気筒エンジンをクランクシャフトの軸線方向から見た概念的断面図、図2は第1および第2バンク分の二次慣性力の合力のX軸およびY軸方向成分の変化を示すグラフ、図3は二次慣性力のリサージュを示す図、図4は図1の4−4線矢視方向から見た概念図である。
【0021】
先ず図1において、このエンジンは、車両たとえば自動二輪車に搭載されるV型2気筒のエンジンであり、前記自動二輪車の前後方向に沿う前方側の第1バンクBAと、後方側の第2バンクBBとを有し、それらのバンクBA,BBはクランクシャフト5の軸線と直交する平面内でV字形に配置される。
【0022】
前記第1および第2バンクBA,BBが1つずつ備えるシリンダボア6A,6Bにはピストン7A,7Bがそれぞれ摺動可能に嵌合され、両ピストン7A,7Bには、コネクティングロッド8A,8Bの小端部がピストンピン9A,9Bを介してそれぞれ連結され、各コネクティングロッド8A,8Bの大端部は、クランクピン10A,10Bを介してクランクシャフト5にそれぞれ連結される。
【0023】
このようなV型2気筒エンジンにおいて、両バンクBA,BBのバンク角をβ、両クランクピン10A,10Bの位相角をαとしたときに、 α=180−2β・・・(1)
が成立するときには一次慣性力が釣り合うことが知られている。一方、第1バンクBA側のピストン7A系の往復運動部のシリンダ軸線方向の二次慣性力FAは、図1で示すように、第1バンクBA側のピストン7Aが上死点のときを原点としたときには次の第(2)式で表される。
【0024】
FA=(mrω2 /λ)・cos2θ・・・(2) 但し、m・・・ピストン7A,7B系の往復運動部の質量 L・・・コネクティングロッド8A,8Bの有効長 R・・・クランクピン10A,10Bの回転半径 λ・・・L/R θ・・・クランクシャフト5の軸線まわりのクランクピン10A,10Bの回転角度(クランク角) ω・・・クランクシャフト5の回転速度 である。
【0025】
また第2バンクBB側のピストン7B系の往復運動部のシリンダ軸線方向の二次慣性力FBは、第1バンクBA側のピストン7Aが上死点となってから(α+β)だけ位相が遅れて第2バンクBB側のピストン7Bが上死点となることに基づいて、次の第(3)式で表される。
【0026】
FB=(mrω2 /λ)・cos2{θ−(α+β)}・・・(3)
ここで(mrω2 /λ)を「1」とすると、上記第(2)および第(3)式はそれぞれFA=cos2θ、FB=cos2{θ−(α+β)}となり、クランクシャフト5の軸線と直交する平面内で両バンクBA,BBの二等分線LCをY軸、そのY軸と直交する方向をX軸としたときに、第1バンクBA側の二次慣性力FAのX軸およびY軸方向成分FAX,FAYは第(4)および第(5)式で表され、第2バンクBB側の二次慣性力FBのX軸およびY軸方向成分FBX,FBYは第(6)および第(7)式で表される。
【0027】
FAX=cosα・cos2θ・・・(4) FAY=sinα・cos2θ・・・(5) FBX=cos(α+β)・cos2{θ−(α+β)}・・・(6) FBY=sin(α+β)・cos2{θ−(α+β)}・・・(7)
このような第(4)〜第(7)式に基づけば、第1および第2バンクBA,BB分の二次慣性力の合力のX軸およびY軸方向成分FX,FYは第(8)および第(9)式でそれぞれ表される。
【0028】
FX=cosα・cos2θ +cos(α+β)・cos2{θ−(α+β)}・・・(8) FY=sinα・cos2θ +sin(α+β)・cos2{θ−(α+β)}・・・(9)
ここでバンク角βを60度に設定すると、クランクピン10A,10Bの位相角αを60度に設定することによって第(1)式を満足することになり、一次慣性力を釣り合わせることが可能となり、その状態で、上記第(8)および第(9)式をクランク角θ毎に演算すると、第1および第2バンクBA,BB分の二次慣性力の合力のX軸およびY軸方向成分FX,FYが図2で示すように変化することになり、またリサージュは図3で示すように真円となる。
【0029】
上述のようにリサージュが真円となるのは、位相角αが60度のときにはバンク角βが60度のときに限られるものであり、そのようにリサージュが真円となる二次慣性力を打ち消すためには、第1および第2バンクBA,BB分の二次慣性力の合力と反対側に位置するバランスウエイト11を有する単一の二次バランス軸12を、クランクシャフト5の回転数の2倍の速さで回転せしめればよく、クランクシャフト5と平行な軸線を有する二次バランサ軸12が、クランクシャフト5の回転数の2倍の速さで回転せしめるようにしてクランクシャフト5に連動、連結される。
【0030】
図4を併せて参照して、前記クランクシャフト5の一端部には駆動ギヤ13が設けられ、前記二次バランサ軸12の一端部には駆動ギヤ13の1/2の半径を有するように形成された被動ギヤ14が設けられ、駆動ギヤ13と同径である中間ギヤ15が、駆動ギヤ13および被動ギヤ14に噛合される。
【0031】
ところで上述の第(1)式を満足するように、バンク角βおよび位相角αを定めることによって、一次慣性力を打ち消すことは可能となるが、一次慣性偶力は残ったままであり、そのような一次慣性偶力を打ち消すために、少なくとも一対、この実施例では一対のバランスウエイト16,17が、前記クランクシャフト5および二次バランサ軸12と平行な軸線を有する一次バランサ軸18の両端部に設けられており、一次バランス軸18が、前記クランクシャフト5と等速で回転するようにしてクランクシャフト5に連動、連結される。すなわち前記中間ギヤ15が一方のバランスウエイト16に隣接して一次バランス軸18の一端部に設けられることにより、一次バランサ軸18および両バランスウエイト16,17が、クランクシャフト5と等速で回転することになる。
【0032】
しかも一次バランサ軸18は、クランクシャフト5の軸線と直交する平面内で,クランクシャフト5および二次バランサ軸12間に配置されるものであり、一次バランサ軸18の軸線および二次バランサ軸12の軸線は、クランクシャフト5の軸線と直交する平面内で第1および第2バンクBA,BBの二等分線LC上に配置されている。
【0033】
さらに前記一次バランス軸18が有する一対のバランスウエイト16,17は、第1および第2バンクBA,BBのシリンダボア6A,6Bの内側面のうちクランクシャフト5の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に配置される。
【0034】
次にこの第1実施例の作用について説明すると、一気筒ずつの第1および第2バンクBA,BBがそれらのバンク角βを60度として配置され、両バンクBA,BBのピストン7A,7Bに一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド8A,8Bの他端部が、位相角αを60度としたクランクピン10A,10Bを介してクランクシャフト5に連結されている。
【0035】
このため二次慣性力のリサージュが真円を描くことになり、単一の二次バランス軸12が、クランクシャフト5の回転数の2倍の速さで回転するようにしてクランクシャフト5に連動、連結されることにより、二次慣性力を釣り合わせることができる。したがって単一の二次バランス軸12を用いて二次慣性力による鉛直方向および水平方向の振動の発生を防止可能とし、二次慣性力による振動の発生を抑えた小型のV型2気筒エンジンを構成することができる。
【0036】
しかもバンク角βを60度に設定し、クランクピン10A,10Bの位相角αを60度に設定することによって一次慣性力を釣り合わせることができるので、一次慣性力による振動の発生を抑え、振動の発生を抑えたより小型のV型2気筒エンジンを得ることができる。
【0037】
またクランクピン10A,10Bの位相角を60度としたときの一次慣性偶力を打ち消す一対のバランスウエイト16,17を有する一次バランス軸18が、クランクシャフト5と等速で回転するようにして前記クランクシャフト5に連動、連結されるので、一次慣性偶力による振動の発生を抑えることが可能となり、しかも一次バランス軸18がクランクシャフト5の軸線と直交する平面内でクランクシャフト5および二次バランス軸12間に配置されるので、クランクシャフト5、一次バランス軸18および二次バランス軸12を隣接させて、コンパクトに配置することができ、V型2気筒エンジンのより一層の小型化に寄与することができる。
【0038】
また一次バランス軸18および二次バランス軸12の回転軸線が、クランクシャフト5の軸線と直交する平面内で両バンクBA,BBの二等分線LC上に配置されているので、V型2気筒エンジンのデッドスペースを有効に利用して一次バランス軸18および二次バランス軸12を配置することができる。
【0039】
さらに両バンクBA,BBのシリンダボア6A,6Bの内側面のうちクランクシャフト5の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、一次バランス軸18が備える一対のバランスウエイト16,17が配置されるので、両バランスウエイト16,17のエンジン本体との干渉を回避しつつV型2気筒エンジンの高さを比較的低く抑えることが可能となる。
【0040】
図5および図6は本発明の第2実施例を示すものであり、図5は図1に対応したV型2気筒エンジンの概念的断面図、図6は図5の6−6線矢視方向から見た概念図である。
【0041】
このV型2気筒エンジンでは、バンク角βが60度に設定されるとともに、クランクピン10A,10Bの位相角αが0度に設定される。すなわちバンク角βを60度とし、クランクピン10A,10Bを同軸上に配置したV型2気筒エンジンであり、このようなV型2気筒エンジンにおいても二次慣性力のリサージュが真円となるので、本発明に従って、二次慣性力を打ち消す単一の二次バランス軸12がクランクシャフト5の回転数の2倍の速さで回転するようにしてクランクシャフト5に連動、連結される。
【0042】
この場合、一次慣性力および一次慣性偶力が不釣り合い状態となるので、一次慣性偶力を打ち消す一対のバランスウエイト16,17と、一次慣性力を打ち消すバランスウエイト19を有する一次バランス軸18′が、クランクシャフト5と等速で回転するようにして前記クランクシャフト5に連動、連結される。
【0043】
この第2実施例によれば、一次慣性力を打ち消すためのバランスウエイト19が一次バランス軸18′に必要となることを除けば、第1実施例と同様の効果を奏することができる。
【0044】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】第1実施例のV型2気筒エンジンをクランクシャフトの軸線方向から見た概念的断面図である。
【図2】第1および第2バンク分の二次慣性力の合力のX軸およびY軸方向成分の変化を示すグラフである。
【図3】二次慣性力のリサージュを示す図である。
【図4】図1の4−4線矢視方向から見た概念図である。
【図5】第2実施例の図1に対応した概念的断面図である。
【図6】図5の6−6線矢視方向から見た概念図である。
【符号の説明】
【0046】
5・・・クランクシャフト
6A,6B・・・シリンダボア
7A,7B・・・ピストン
8A,8B・・・コネクティングロッド
10A,10B・・・クランクピン
12・・・二次バランス軸
16,17・・・バランスウエイト
18,18′・・・一次バランス軸
BA,BB・・・バンク
LC・・・両バンクの二等分線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
クランクシャフト(5)の軸線と直交する平面内でV字形に配置される一対のバンク(BA,BB)を有するV型2気筒エンジンにおいて、前記両バンク(BA,BB)のバンク角が60度に設定されるとともに、前記クランクシャフト(5)の回転数の2倍の速さで回転する二次バランス軸(12)を備えることを特徴とするV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項2】
前記両バンク(BA,BB)のピストン(7A,7B)に一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド(8A,8B)の他端部が、位相角を0度としたクランクピン(10A,10B)を介して前記クランクシャフト(5)に連結されるとともに、前記クランクシャフト(5)と等速で回転する一次バランス軸(18′)を備えることを特徴とする請求項1記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項3】
前記両バンク(BA,BB)のピストン(7A,7B)に一端部がそれぞれ連結されるコネクティングロッド(8A,8B)の他端部が、位相角を60度としたクランクピン(10A,10B)を介して前記クランクシャフト(5)に連結されることを特徴とする請求項1記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項4】
少なくとも一対のバランスウエイト(16,17)を有するとともに前記クランクシャフトと等速で回転する一次バランス軸(18,18′)を備えることを特徴とする請求項2または3記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項5】
前記両バンク(BA,BB)のシリンダボア(6A,6B)の内側面のうち前記クランクシャフト(5)の軸線方向に沿う最外端に位置する部分よりも外側に、前記一次バランス軸(18,18′)が有する一対のバランスウエイトが(16,17)が配置されることを特徴とする請求項4記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項6】
前記一次バランス軸(18,18′)が、前記クランクシャフト(5)の軸線と直交する平面内で前記クランクシャフト(5)および前記二次バランス軸(12)間に配置されることを特徴とする請求項2、4または5記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。
【請求項7】
前記一次バランス軸(18,18′)および前記二次バランス軸(12)の回転軸線が、前記クランクシャフト(5)の軸線と直交する平面内で前記両バンク(BA,BB)の二等分線(LC)上に配置されることを特徴とする請求項2、4、5または6記載のV型2気筒エンジンのバランサ構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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