(57)【要約】【課題】外部偶力の発生を防止してカウンターウェイトの軽量化を図り得る直列３気筒エンジンを提供する。【解決手段】第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃを直列に備え且つ夫々の内部にピストンを昇降自在に収容し、該各ピストンをコンロッドを介しクランクシャフト６の各クランクアーム７ａ，７ｂ，７ｃと連結した直列３気筒エンジンに関し、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一気筒、第二気筒、第三気筒を直列に備え且つ夫々の内部にピストンを昇降自在に収容し、該各ピストンをコンロッドを介しクランクシャフトの各クランクアームと連結した直列３気筒エンジンにおいて、第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームを同位相としたことを特徴とする直列３気筒エンジン。
【請求項２】
第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームの位相に対し、第二気筒のピストンにコンロッドを介して連結されるクランクアームの位相をクランクシャフトの反回転方向に１８０゜ずら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。
【請求項３】
第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームの位相に対し、第二気筒のピストンにコンロッドを介して連結されるクランクアームの位相をクランクシャフトの反回転方向に９０゜ずら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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列３気筒エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は一般的なエンジンの構造を示すもので、気筒１内に昇降自在に収容されたピストン２がピストンピン３を介しコンロッド４の小端部４ｘと連結され、該コンロッド４の大端部４ｙがクランクピン５を介しクランクシャフト６と連結されており、ピストン２の上下方向の往復運動がコンロッド４を介しクランクシャフト６を回転する動力として作用するようになっている。
【０００３】
ここで、クランクピン５はクランクアーム７によりクランクシャフト６の回転中心Ｐからずらした位置に支持されており、前記クランクアーム７におけるクランクピン５の支持側と反対側には、回転部（コンロッドとコンロッドメタル）の質量をバランスさせて振動の低減を図るためのカウンターウェイト８が装備されている。
【０００４】
そして、斯かる構造がクランクシャフト６の軸心方向へ直列に並んだものが直列３気筒エンジンと称されるものであるが、図７及び図８に示す如く、従来の直列３気筒エンジンにおいては、クランクシャフト６の各クランクアーム７ａ，７ｂ，７ｃが前記クランクシャフト６の回転中心Ｐの軸周りに１２０゜ずつ均等にずらされた位相となっていて、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔を等間隔とし、なお且つ垂直荷重の１次成分と２次成分の釣り合いが取れるようになっている。
【０００５】
ただし、垂直荷重と外部偶力を完全に釣り合わせることができる直列６気筒エンジンの場合とは異なり、直列３気筒エンジンの場合は、対称の位置で逆方向に動くピストン２が存在しないため、第二気筒１Ｂを挟んだ両端の第一気筒１Ａと第三気筒１Ｃの内部で昇降する往復運動系と回転運動系の慣性力により外部偶力を生じてしまうことになる。
【０００６】
そして、この外部偶力はエンジンに振動を発生させてしまう一つの要因となっていた。
【０００７】
このため、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔を等間隔とした従来の直列３気筒エンジンにおいては、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの回転部（コンロッドとコンロッドメタル）の質量をカウンターウェイト８にてバランスさせる場合、夫々の回転部質量をＭｒ、１／２ストロークをｒとすると、クランクシャフト６の各スローにて「Ｍｒ×ｒ」に相当する質量分をカウンターウェイト８に持たせる必要があった。
【０００８】
尚、この種の直列３気筒エンジンに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７５８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようにクランクシャフト６の各スローに回転運動系による外部偶力を釣り合わせるための質量分をカウンターウェイト８に持たせると、クランクシャフト６の重量が大幅に増加してしまい、エンジン製造コストの上昇を招いてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、外部偶力の発生を防止してカウンターウェイトの軽量化を図り得る直列３気筒エンジン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】
【００１２】
本発明は、第一気筒、第二気筒、第三気筒を直列に備え且つ夫々の内部にピストンを昇降自在に収容し、該各ピストンをコンロッドを介しクランクシャフトの各クランクアームと連結した直列３気筒エンジンにおいて、第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームを同位相としたことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、第一気筒及び第三気筒における各クランクアームを同位相としたことにより、第一気筒及び第三気筒の各ピストンの昇降運動が同期して行われ、第一気筒及び第三気筒における各クランクアームに作用する慣性力が常に等しくなるため、第二気筒を挟んだ両端の第一気筒と第三気筒の内部で昇降する往復運動系と回転運動系が外部偶力を生じなくなる。
【００１４】
また、本発明においては、第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームの位相に対し、第二気筒のピストンにコンロッドを介して連結されるクランクアームの位相をクランクシャフトの反回転方向に１８０゜ずらすことが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、第一気筒及び第三気筒における各ピストンの昇降作動に対し、第二気筒のピストンがクランクシャフトの１／２回転分遅れて昇降作動する結果、第一気筒及び第三気筒における垂直荷重の１次成分が、第二気筒における垂直荷重の１次成分により最大限に打ち消され、外部偶力が作用しない代わりに作用する１次の垂直荷重が最小となる。
【００１６】
更に、本発明においては、第一気筒及び第三気筒の夫々のピストンにコンロッドを介して連結される各クランクアームの位相に対し、第二気筒のピストンにコンロッドを介して連結されるクランクアームの位相をクランクシャフトの反回転方向に９０゜ずらすことが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、第一気筒及び第三気筒における各ピストンの昇降作動に対し、第二気筒のピストンがクランクシャフトの１／４回転分遅れて昇降作動する結果、第一気筒及び第三気筒における垂直荷重の２次成分が、第二気筒における垂直荷重の２次成分により最大限に打ち消され、外部偶力が作用しない代わりに作用する２次の垂直荷重が最小となる。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の直列３気筒エンジンによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１９】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、第一気筒及び第三気筒における各クランクアームに常に等しい慣性力が作用するようにして外部偶力の発生を防止することができ、クランクシャフトの各スローに外部偶力を釣り合わせるための質量分をカウンターウェイトに持たせる必要性をなくして該カウンターウェイトの軽量化を図ることができ、エンジン製造コストの上昇を回避することができる。
【００２０】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、第一気筒及び第三気筒における垂直荷重の１次成分を、第二気筒における垂直荷重の１次成分により最大限に打ち消すことができ、外部偶力が作用しない代わりに作用する１次の垂直荷重を最小とすることができる。
【００２１】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、第一気筒及び第三気筒における垂直荷重の２次成分を、第二気筒における垂直荷重の２次成分により最大限に打ち消すことができ、外部偶力が作用しない代わりに作用する２次の垂直荷重を最小とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向の矢視図である。
【図３】垂直荷重と外部偶力について従来例と比較した表である。
【図４】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。
【図６】一般的なエンジンの構造を示す概略図である。
【図７】直列３気筒エンジンの従来例を示す概略図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向の矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中で図示が省略されているものについては、一般的なエンジンの構造について説明した図６を参照するものとする。
【００２５】
図１及び図２に示す如く、本形態例の直列３気筒エンジンにおいては、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの夫々のピストン２（図６参照）にコンロッド４（図６参照）を介して連結される各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相とし、これら各クランクアーム７ａ，７ｃの位相に対し、第二気筒１Ｂのピストン２（図６参照）にコンロッド４（図６参照）を介して連結されるクランクアーム７ｂの位相をクランクシャフト６の反回転方向（図１で反時計回りの方向）に１８０゜ずらした構成としている。
【００２６】
而して、このようにすれば、前述の第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相としたことにより、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各ピストン２（図６参照）の昇降運動が同期して行われ、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各クランクアーム７ａ，７ｃに作用する慣性力が常に等しくなるため、第二気筒１Ｂを挟んだ両端の第一気筒１Ａと第三気筒１Ｃの内部で昇降する往復運動系と回転運動系が外部偶力を生じなくなる。
【００２７】
従って、上記形態例によれば、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各クランクアーム７ａ，７ｃに常に等しい慣性力が作用するようにして外部偶力の発生を防止することができ、クランクシャフト６の各スローに外部偶力を釣り合わせるための質量分をカウンターウェイト８（図６参照）に持たせる必要性をなくして該カウンターウェイト８（図６参照）の軽量化を図ることができ、エンジン製造コストの上昇を回避することができる。
【００２８】
より具体的には、図３の表に示す通り、クランクシャフト６の各クランクアーム７ａ，７ｂ，７ｃをクランクシャフト６の回転中心Ｐの軸周りに１２０゜ずつ均等にずらした位相として、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔を等間隔（２４０゜→２４０゜→２４０゜）とした従来例（「等間隔」という表題を付した欄）では、１次の垂直荷重も２次の垂直荷重も釣り合って零となる一方、１次の外部偶力は
√３・ｍp・ｒ・ω2・Ｌ
ｍp：往復部（ピストンとピストンピン）の質量
ｒ：１／２ストローク
ω：クランクシャフト角速度
Ｌ：ボアピッチ
λ：連接比（コンロッド大小端ピッチ／ｒ）
となり、２次の外部偶力は
√３・ｍp・ｒ・ω2・Ｌ／λ
となるのに対し、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相とし且つ第二気筒１Ｂのクランクアーム７ｂの位相を１８０゜ずらして、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔を不等間隔（１８０゜→１８０゜→３６０゜）とした本形態例（「実施事例１」という表題を付した欄）では、１次の外部偶力も２次の外部偶力も零となる。
【００２９】
ただし、本形態例においては、外部偶力が作用しない代わりに、１次の垂直荷重が
ｍp・ｒ・ω2
として作用し、２次の垂直荷重が
３・ｍp・ｒ・ω2／λ
として作用することになるが、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各クランクアーム７ａ，７ｃの位相に対し第二気筒１Ｂのクランクアーム７ｂの位相を１８０゜ずらしているので、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各ピストン２（図６参照）の昇降作動に対し、第二気筒１Ｂのピストン２（図６参照）がクランクシャフト６の１／２回転分遅れて昇降作動する結果、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける垂直荷重の１次成分を、第二気筒１Ｂにおける垂直荷重の１次成分により最大限に打ち消すことができ、外部偶力が作用しない代わりに作用する１次の垂直荷重を最小とすることができる。
【００３０】
尚、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔が不等間隔となることで低回転時における回転変動が増加する懸念はあるが、フライホイールのイナーシャを増加したり、エンジンをハイブリット化してアイドル停車時や発進時を電導モータに担わせたりして解決することが可能である。
【００３１】
図４及び図５は本発明の別の形態例を示すもので、この形態例においては、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの夫々のピストン２（図６参照）にコンロッド４（図６参照）を介して連結される各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相とし、これら各クランクアーム７ａ，７ｃの位相に対し、第二気筒１Ｂのピストン２（図６参照）にコンロッド４（図６参照）を介して連結されるクランクアーム７ｂの位相をクランクシャフト６の反回転方向（図４で反時計回りの方向）に９０゜ずらすようにしている。
【００３２】
而して、このようにした場合にも、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの夫々のピストン２（図６参照）にコンロッド４（図６参照）を介して連結される各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相としたことにより、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各ピストン２（図６参照）の昇降運動が同期して行われ、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各クランクアーム７ａ，７ｃに作用する慣性力が常に等しくなるため、第二気筒１Ｂを挟んだ両端の第一気筒１Ａと第三気筒１Ｃの内部で昇降する往復運動系と回転運動系が外部偶力を生じなくなる。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各クランクアーム７ａ，７ｃに常に等しい慣性力が作用するようにして外部偶力の発生を防止することができ、クランクシャフト６の各スローに回転運動系による外部偶力を釣り合わせるための質量分をカウンターウェイト８（図６参照）に持たせる必要性をなくして該カウンターウェイト８（図６参照）の軽量化を図ることができ、エンジン製造コストの上昇を回避することができる。
【００３４】
しかも、先の図３に表で示す通り、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各クランクアーム７ａ，７ｃを同位相とし且つ第二気筒１Ｂのクランクアーム７ｂの位相を９０゜ずらして、第一気筒１Ａ、第二気筒１Ｂ、第三気筒１Ｃの爆発間隔を不等間隔（９０゜→２７０゜→３６０゜）とした本形態例（「実施事例２」という表題を付した欄）では、１次の外部偶力と２次の外部偶力が零となる一方、１次の垂直荷重が
√５・ｍp・ｒ・ω2
として作用し、２次の垂直荷重が
ｍp・ｒ・ω2／λ
として作用することになるが、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃの各クランクアーム７ａ，７ｃの位相に対し第二気筒１Ｂのクランクアーム７ｂの位相を９０゜ずらしているので、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける各ピストン２（図６参照）の昇降作動に対し、第二気筒１Ｂのピストン２（図６参照）がクランクシャフト６の１／４回転分遅れて昇降作動する結果、第一気筒１Ａ及び第三気筒１Ｃにおける垂直荷重の２次成分を、第二気筒１Ｂにおける垂直荷重の２次成分により最大限に打ち消すことができ、外部偶力が作用しない代わりに作用する２次の垂直荷重を最小とすることができる。
【００３５】
尚、本発明の直列３気筒エンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ  第一気筒
１Ｂ  第二気筒
１Ｃ  第三気筒
２  ピストン
４  コンロッド
６  クランクシャフト
７ａ  クランクアーム
７ｂ  クランクアーム
７ｃ  クランクアーム
【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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【図７】
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【図８】
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