JP2009236085A - 直列3気筒エンジンのバランサ機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クランクシャフト10のクランクジャーナル11に対し各気筒のクランクアーム12が順に120°間隔で配置されるとともにオフセットクランクとしている。各気筒のクランクアーム12にクランクウェイト21,22,23が設けられ、クランクジャーナル11と平行で且つ逆方向に等速度で回転する一本のバランスシャフト24にはバランスウェイト25,26が設けられ、オフセットクランク無しのときのクランクシャフト10に生ずる合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として第2気筒に対して第1気筒側と第3気筒側にそれぞれ同じ所定量αだけ遅角している。
【選択図】図2
Description
このバランサ機構は、往復運動部分によって発生する1次の慣性偶力をクランクシャフトのウェイトでハーフバランスとすることで滑らかな「すりこぎ運動」に変換した上でクランクシャフトと等速度で逆回転するバランスシャフトで逆位相の慣性偶力を発生させることによって慣性偶力をキャンセルするものである。
ここで、残存ピッチングモーメントの増加について考察する。
オフセットクランクを採用すると往復運動部分の質量によって発生するピッチングモーメントの波形が変化し、従来のオフセットクランク無しのバランサ機構に比べて残存ピッチングモーメントが増加してしまう。
請求項3に記載のように請求項1または2に記載の直列3気筒エンジンのバランサ機構において、遅角させる位相の量を、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量が大きいほど大きくするとよい。
ただし、連桿比λは、コンロッドの長さL/クランクアームの半径R
オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量d/クランクアームの半径R
直列3気筒エンジンは、図1に示すように、各気筒においてシリンダ1内にはピストン2が上下に摺動可能に配置されている。ピストン2にはコンロッド3の上端がピストンピン4により回転可能に連結支持されている。
また、この直列3気筒エンジンにおいては、所謂オフセットクランクを採用している。即ち、各気筒のシリンダ1の中心軸S1をクランクジャーナル11の中心に対して所定量dだけ偏心させている。
図3(a)は、オフセットクランクが無いときのピッチングモーメントを示す。図3(b)は、オフセットクランクが有るときのピッチングモーメントを示す。図3(a),(b)において、横軸にクランク角度をとり、縦軸にピッチングモーメントをとっている。図3(a),(b)において、往復運動部分の慣性力によるモーメント(主にピストンによるモーメント)と、回転運動部分によるモーメント(主にクランクシャフトによるモーメント)を示すとともに両モーメントの合計を示す。
図4(a)は、オフセットクランクを採用した直列3気筒エンジンにおいてバランスシャフトの角度位相を遅らせていない場合であり、運動系で発生するピッチングモーメントの合計(図中のL1)およびヨーイングモーメントの合計(図中のL2)と、バランサ機構によるピッチングモーメントの合計(図中のL3)およびヨーイングモーメントの合計(図中のL4)を示す。図4(b)は、図4(a)に対してバランスシャフトの角度位相を所定量だけ遅らせた場合であり、運動系で発生するピッチングモーメントの合計(図中のL11)およびヨーイングモーメントの合計(図中のL12)と、バランサ機構によるピッチングモーメントの合計(図中のL13)およびヨーイングモーメントの合計(図中のL14)を示す。図4(a),(b)において、横軸にクランク角度をとり、縦軸にモーメントをとっている。
図5において横軸にオフセット係数をとり、縦軸に位相角増加量をとっている。この図5において連桿比ごとにプロット点が直線上に乗っていることが分かる。つまり、連桿比とオフセット係数から位相角増加量を一義的に求めることができることを示している。
α=(147・λ−1.15)・ξ
ただし、連桿比λはコンロッドの長さL/クランクアームの半径R
オフセット係数ξはシリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量d/クランクアームの半径R
なお、図4(a)は、連桿比λ=3.08、オフセット係数ξ=0.21、位相角増加量α=0の場合のモーメントを求めたものであり、図4(b)は、連桿比λ=3.08、オフセット係数ξ=0.21、位相角増加量α=8.36の場合のモーメントを求めたものである。
(1)直列3気筒エンジンのバランサ機構20はオフセットクランクを採用したときにおいて、クランクジャーナル11の回転角度に対するバランスシャフト24の回転角度の位相を、シリンダ1の中心軸S1をクランクジャーナル11の中心に一致させたとき、即ち、オフセットクランク無しのときのクランクシャフト10に生ずる合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として第2気筒に対して第1気筒側と第3気筒側にそれぞれ同じ所定量αだけ遅角させた。これにより、2次成分の残存ピッチングモーメントがオフセットクランクの採用によって、従来(図6に示すような、第1気筒が上死点に来た状態において、バランスシャフトの前側のバランスウェイトが150°かつバランスシャフトの後側のバランスウェイトが330°に設置してある場合)より増加してしまうことを抑制または低減することができる。
(3)遅角させる位相の量αを、オフセットクランクのオフセット量(シリンダ1の中心軸S1とクランクジャーナル24の中心との偏心量)dが大きいほど大きくするとよい。
α=(147・λ−1.15)・ξ
ただし、連桿比λは、コンロッドの長さL/クランクアームの半径R
オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量d/クランクアームの半径R
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
Claims (4)
- クランクシャフトのクランクジャーナルに対し各気筒のクランクアームが順に120°間隔で配置されるとともに各気筒のシリンダの中心軸を前記クランクジャーナルの中心に対して偏心させた直列3気筒エンジンであって、
往復運動部分の質量および回転運動部分の質量によって前記クランクシャフトにおいて発生する慣性偶力の一部が、前記クランクシャフト側に設けたクランクウェイトにより緩和されて合成慣性偶力となり、他方、前記クランクジャーナルと平行で且つ逆方向に等速度で回転する一本のバランスシャフトを設けた直列3気筒エンジンにおいて、
前記バランスシャフトに、前記クランクシャフトに生ずる前記合成慣性偶力を打ち消すためのバランスウェイトを設け、前記クランクジャーナルの回転角度に対する前記バランスシャフトの回転角度の位相を、シリンダの中心軸をクランクジャーナルの中心に一致させたときの前記合成慣性偶力を打ち消す位相を基準として、第2気筒に対して第1気筒側と第3気筒側にそれぞれ同じ所定量だけ遅角させた
ことを特徴とする直列3気筒エンジンのバランサ機構。 - 前記遅角させる位相の量を、連桿比が大きいほど小さくした
ことを特徴とする請求項1に記載の直列3気筒エンジンのバランサ機構。 - 前記遅角させる位相の量を、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量が大きいほど大きくした
ことを特徴とする請求項1または2に記載の直列3気筒エンジンのバランサ機構。 - 前記遅角させる位相の量αを、連桿比λとオフセット係数ξとの関係において次式にて決定した
α=(147・λ−1.15)・ξ
ただし、連桿比λは、コンロッドの長さL/クランクアームの半径R
オフセット係数ξは、シリンダの中心軸とクランクジャーナルの中心との偏心量d/クランクアームの半径R
ことを特徴とする請求項1に記載の直列3気筒エンジンのバランサ機構。
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