(57)【要約】【課題】一次バランサおよび二次バランサを備え占有容積が小さく安価に製造できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１は、クランクシャフト３０と一次バランサ１０と第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２と一次ギア機構４０と二次ギア機構５０とを備える。第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０に挿入されて一次バランサ１０の回転軸１０Ａと同軸に回転軸２１Ａが配置される。第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに平行に回転軸２２Ａが配置される。一次ギア機構４０は、一次駆動ギア４１および一次従動ギア４２を含む。二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０に対して一次ギア機構４０と同じ側に配置され、二次駆動ギア５１、第１の二次従動ギア５１２及び第２の二次従動ギア５２２を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトの回転軸と平行に回転軸が配置され当該回転軸に対して重心が変位した一次ウエイトを有する一次バランサと、
前記一次バランサに挿入されて前記一次バランサの回転軸と同軸に回転軸が配置され当該回転軸に対して重心が変位した二次ウエイトを有する第１の二次バランサと、
前記第１の二次バランサの回転軸と平行に回転軸が配置され当該回転軸に対して重心が変位した二次ウエイトを有する第２の二次バランサと、
前記クランクシャフトの片側端部に設けられた一次駆動ギア、および、前記一次バランサに設けられて前記一次駆動ギアに噛合する一次従動ギアを含み、前記クランクシャフトと逆方向に同じ回転速度で前記一次バランサを回転させる一次ギア機構と、
前記クランクシャフトの片側端部の前記一次駆動ギアのさらに先端側に設けられた二次駆動ギア、前記第１の二次バランサに設けられ前記二次駆動ギアに噛合する第１の二次従動ギア、および前記第２の二次バランサに設けられ前記第１の二次従動ギアに噛合する第２の二次従動ギアを含み、前記クランクシャフトの回転速度の２倍の速度で前記第１の二次バランサおよび前記第２の二次バランサを互いに逆方向に回転させる二次ギア機構と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第１の二次バランサの二次ウエイトおよび前記第２の二次バランサの二次ウエイトは、前記二次ギア機構側に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載された内燃機関。
【請求項３】
前記第１の二次従動ギアと反対側の前記第１の二次バランサの端部は、軸受を介して前記一次バランサの内部で支持される
ことを特徴とする請求項２に記載された内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸に起因する一次モードの振動を抑制する一次バランサおよび二次モードの振動を抑制する二次バランサをそれぞれ備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
１本のクランク軸に少なくとも２つのピストンが連結された内燃機関において、１本の一次用偏心バランス軸（一次バランサ）および２本の二次用偏心バランス軸（二次バランサ）を、それぞれクランク軸に対して平行に配置した内燃機関が特許文献１に開示されている。この内燃機関において、一次用偏心バランス軸は、クランク軸から伝達される動力によって、クランク軸と同じ回転速度で回転し、２本の二次用偏心バランス軸は、クランク軸から伝達される動力によって、クランク軸の２倍の回転速度で互いに逆方向へ回転する。
【０００３】
特許文献１に記載された内燃機関によれば、２本の二次用偏心バランス軸のうち第１の二次用偏心バランス軸を、一次用偏心バランス軸の軸線に一致するようにこの一次用偏心バランス軸に貫通させて、配置することで、重量を軽減しかつ嵩高くならないようにしている。そして、一次用偏心バランス軸に内蔵された第１の二次用偏心バランス軸の回転方向は、一次用偏心バランス軸の回転方向と同じ方向に設定されている。これにより、一次用偏心バランス軸と第１の二次用偏心バランス軸との回転速度差を小さくし摩耗や回転抵抗などのリスクを軽減している。
【０００４】
また、一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸をそれぞれ駆動するためには、何らかの動力伝達機構が必要である。これらの動力伝達機構は、クランク軸に対して正確に一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸の回転角度及び回転速度を守れなければならない。したがって、特許文献１では、それぞれ歯車機構で動力を伝達している。一次用偏心バランス軸は、等速の歯車機構でクランク軸に連結され、第１の二次用偏心バランス軸は、二倍速の歯車機構でクランク軸に連結されている。そして、一次用偏心バランス軸をクランク軸に連結している歯車機構に対し、第１の二次用偏心バランス軸をクランク軸に連結している歯車機構は、クランク軸の反対側の端部に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、気筒数の少ない内燃機関には、小型、軽量、安価であることが望まれており、振動を抑制するためにバランサを設けることは、これらに逆行する。特に、特許文献１では、一次用偏心バランス軸および二次用偏心バランス軸の両方を備え、二次用偏心バランス軸の１つを一次用偏心バランス軸に組み込むことで軸の数を減らしている。しかし、これらを駆動する歯車機構をクランク軸の両端にそれぞれ配置すると、歯車機構を保護するためのカバーなどがそれぞれに装着されるため、クランク軸の軸方向にエンジンの全長が長くなってしまう。特許文献１では、片側に集中して設けることも示唆されているが、両側に配置する場合に対する優位性など、具体的にどのようにするか記載されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、一次バランサおよび二次バランサを備えるための占有容積が小さく安価に製造できる内燃機関を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関は、クランクシャフトと一次バランサと第１の二次バランサと第２の二次バランサと一次ギア機構と二次ギア機構とを備える。一次バランサは、クランクシャフトの回転軸と平行に回転軸が配置され、その回転軸に対して重心が変位した一次ウエイトを有する。第１の二次バランサは、一次バランサに挿入されて一次バランサの回転軸と同軸に回転軸が配置され、その回転軸に対して重心が変位した二次ウエイトを有する。第２の二次バランサは、第１の二次バランサの回転軸と平行に回転軸が配置され、その回転軸に対して重心が変位した二次ウエイトを有する。一次ギア機構は、一次駆動ギアおよび一次従動ギアを含む。一次駆動ギアは、クランクシャフトの片側端部に設けられる。一次従動ギアは、一次バランサに設けられて一次駆動ギアに噛合する。そして、一次ギア機構は、クランクシャフトと逆方向に同じ回転速度で一次バランサを回転させる。二次ギア機構は、二次駆動ギアと第１の二次従動ギアと第２の二次従動ギアとを含む。二次駆動ギアは、クランクシャフトの片側端部の一次駆動ギアのさらに先端側に設けられる。第１の二次従動ギアは、第１の二次バランサに設けられ、二次駆動ギアに噛合する。第２の二次従動ギアは、第２の二次バランサに設けられ、第１の二次従動ギアに噛合する。そして、二次ギア機構は、クランクシャフトの回転速度の２倍の速度で第１の二次バランサおよび第２の二次バランサを互いに逆方向に回転させる。
【０００９】
上記構成の内燃機関において、第１の二次バランサの二次ウエイトおよび第２の二次バランサの二次ウエイトは、二次ギア機構側に配置する。また、第１の二次従動ギアと反対側の第１の二次バランサの端部は、軸受を介して一次バランサの内部で支持する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る内燃機関によれば、一次ギア機構および二次ギア機構がクランクシャフトの片側端部にまとまって配置されている。一次駆動ギア、一次従動ギア、二次駆動ギア、第１の二次従動ギアおよび第２の二次従動ギアの５つのギアで、一次バランサ、第１の二次バランサおよび第２の二次バランサの３つを駆動する。そして、一次駆動ギアと二次駆動ギア、一次従動ギアと第１の二次従動ギアが、それぞれ重なり合って配置されている。一次ギア機構および二次ギア機構を覆うカバーは、１つでよい。一次バランサおよび二次バランサに対する潤滑油の供給が片側に集約され構造が簡素化される。またメンテナンスを片側から行えるので、作業性にも優れている。さらに、クランクシャフトの回転軸に沿う方向に内燃機関の寸法を小さくすることができるので、この内燃機関を搭載する車両において、エンジンルーム内のレイアウトの自由度が増す。
【００１１】
また、第１の二次バランサの二次ウエイトおよび第２の二次バランサの二次ウエイトを二次ギア機構側に配置する発明の内燃機関によれば、駆動トルクが入力される二次ギア機構に二次ウエイトが近いため、第１の二次バランサおよび第２の二次バランサのそれぞれ回転速度が変化するときに捩れが生じにくくなる。第１の二次バランサのウエイトを一次バランサのシャフトの中に挿入した発明の内燃機関によれば、二次振動を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の内燃機関の制振装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る第１の実施形態の内燃機関１は、図１を参照して説明する。この内燃機関１は、２気筒４サイクルのエンジンであり、制振装置として一次バランサ１０および二次バランサ２０を装備している。この内燃機関１は、クランクシャフト３０と、一次バランサ１０と、二次バランサ２０と、一次ギア機構４０と、二次ギア機構５０とを備える。
【００１４】
クランクシャフト３０は、同じ回転角度位置にそれぞれコンロッド３１で２つのピストンが連結されている。クランクシャフト３０は、コンロッド３１でピストンが連結された部位の１８０°対称の位置にカウンタウエイト３２を有している。
【００１５】
一次バランサ１０は、クランクシャフト３０のカウンタウエイト３２と協動してピストンの往復動による起振力（一次振動）を打ち消すとともに、ピストンが往復動する方向を横切る方向にクランクシャフト３０のカウンタウエイト３２によって生じる振動を相殺するために設けられている。一次バランサ１０は、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに対して平行に回転軸１０Ａを配置しており、この回転軸１０Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した一次ウエイト１１を備えている。一次バランサ１０の両端は、クランクケース６を貫通しており、それぞれ軸受１０１，１０２によって支持されている。軸受１０１，１０２は、滑り軸受でもよいし、転がり軸受であってもよい。一次バランサ１０は、図１に示すように、全長にわたってシャフト１２が中空である。
【００１６】
二次バランサ２０は、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の２つで一組に設けられており、ピストンが往復動する方向の振動として残存する二次振動を打ち消すために設けられている。図１に示すように第１の二次バランサ２１は、中空になった一次バランサ１０のシャフト１２の内部に挿入されている。この第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０の回転軸１０Ａに対して同軸に回転軸２１Ａを配置しており、その回転軸２１Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した二次ウエイト２１１を有している。第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに対して平行に回転軸２２Ａを配置しており、その回転軸２２Ａに対して重心の位置が変位（偏心）した二次ウエイト２２１を有している。
【００１７】
第１の二次バランサ２１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２２１は、同じ起振力を発生するように質量および偏心量が設定される。また、第１の実施形態において、第１の二次バランサ２１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２２１は、それぞれの回転軸２１Ａ，２２Ａに沿う方向へ二次ギア機構５０側に偏らせて配置される。したがって、図１に示すように、本実施形態の内燃機関１において、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２１１，２２１のそれぞれ重心は、クランクケース６の内側に配置されている。二次ウエイト２１１，２２１の重心がクランクケース６の内側にあることによって、二次振動を抑制する効率が良い。
【００１８】
一次ギア機構４０は、クランクシャフト３０の回転速度と同じ回転速度でクランクシャフト３０と逆方向に、一次バランサ１０を回転させる動力を伝達する。この一次ギア機構４０は、一次駆動ギア４１と一次従動ギア４２とを有する。一次駆動ギア４１は、クランクケース６から突出したクランクシャフト３０の片側端部となる第１の端部３３に設けられている。一次従動ギア４２は、クランクケース６から突出した一次バランサ１０の端部に取り付けられ、一次駆動ギア４１に噛合する。一次バランサ１０は、ピストンの上死点および下死点においてカウンタウエイト３２に対して一次ウエイト１１が同位相に位置するように、クランクシャフト３０に対して一次ギア機構４０を介して連結される。
【００１９】
二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０の回転速度の２倍の速度で第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２を互いに逆方向に回転させる動力を伝達する。この二次ギア機構５０は、二次駆動ギア５１と第１の二次従動ギア５１２と第２の二次従動ギア５２２とを有する。二次駆動ギア５１は、クランクシャフト３０の軸方向に一次駆動ギア４１に重ねて配置され、クランクシャフト３０の片側端部となる第１の端部３３に一次駆動ギア４１のさらに先端側に設けられている。
【００２０】
第１の二次従動ギア５１２は、回転軸２１Ａに沿って一次バランサ１０の端部から突出した第１の二次バランサ２１の端部に取り付けられ、一次従動ギア４２に重ねて配置される。この第１の二次従動ギア５１２は、二次駆動ギア５１に噛合している。したがって、第１の二次バランサ２１は、クランクシャフト３０の回転方向と反対方向、すなわち、一次バランサ１０と同じ回転方向へ回転する。
【００２１】
第２の二次従動ギア５２２は、第２の二次バランサ２２に設けられて、第１の二次従動ギア５１２に噛合している。したがって、第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１および一次バランサ１０の回転方向と逆方向、すなわちクランクシャフト３０の回転方向と同じ方向に回転する。
【００２２】
第１の二次バランサ２１は、一次従動ギア４２が取り付けられている位置、及び、回転軸１０Ａに沿う方向にシャフト１２の中間の位置で、一次バランサ１０の内側に軸受２１４，２１８を介して支持されている。第１の二次バランサ２１に対して平行に配置される第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２２１は、クランクケース６の中に配置され、第１の二次バランサ２１が一次バランサ１０の内部で支持されている位置に対応するように、それぞれクランクケース６に対して軸受２２４，２２８を介して支持されている。
【００２３】
第１の二次バランサ２１の二次ウエイト２１１および第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２２１は、ピストンが上死点にあるときにクランクシャフト３０のカウンタウエイト３２および一次バランサ１０の一次ウエイト１１が位置する回転角度と同じ位置、すなわちピストンと反対方向に位置するように、二次ギア機構５０によって連結されている。第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、クランクシャフト３０および一次バランサ１０の回転速度の２倍の速度で回転するので、それぞれの二次ウエイト２１１，２２１は、ピストンが下死点にあるときにも、ピストンが上死点にあるときと同じ回転位置にある。
【００２４】
以上のように構成された内燃機関１において、クランクシャフト３０が回転すると、一次バランサ１０は、クランクシャフト３０と逆の回転方向へ同じ回転速度で回転する。また、第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０と同じ回転方向へ２倍速の回転速度で回転する。第１の二次バランサ２１は、一次バランサ１０の内部に挿入されている状態であるにもかかわらず、一次バランサ１０と同じ方向へ回転するので、第１の二次バランサ２１の回転抵抗は、小さく抑えられる。第２の二次バランサ２２は、第１の二次バランサ２１と逆の回転方向へ同じ速度で回転する。その結果、内燃機関１の一次振動および二次振動が抑制される。
【００２５】
また、一般に、２つの回転軸の間で動力をギア機構によって伝達する場合、駆動ギアと従動ギアの２つが必要である。したがって、一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１、第２の二次バランサ２２の３つに対して動力を伝達しようとする場合、クランクシャフト３０と一次バランサ１０との間、クランクシャフト３０と第１の二次バランサ２１との間、および、第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２との間には、それぞれ２つのギア、合計で６つのギアが必要になる。
【００２６】
これに対し、この実施形態では、クランクシャフト３０と一次バランサ１０との間は、一次ギア機構４０で連携されている。この一次ギア機構４０は、クランクシャフト３０に取り付けられた一次駆動ギア４１と一次バランサ１０に取り付けられた一次従動ギア４２との２つのギアで構成され、同一平面上に配置されて互いに噛合している。
【００２７】
また、クランクシャフト３０と第１の二次バランサ２１との間、および第１の二次バランサ２１と第２の二次バランサ２２との間は、二次ギア機構５０で連携されている。この二次ギア機構５０は、クランクシャフト３０に取り付けられた二次駆動ギア５１と第１の二次バランサ２１に設けられた第１の二次従動ギア５１２と第２の二次バランサ２２に設けられた第２の二次従動ギア５２２との３つのギアで構成され、同一平面上に配置されて互いに直列に噛合している。
【００２８】
つまり、この内燃機関１は、クランクシャフト３０から駆動力を得て一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の３つを回転させるために、５つのギアで動力の伝達を行っている。そして、一次ギア機構４０と二次ギア機構５０とはクランクシャフト３０に対して同じ第１の端部３３側に重ねて配置されている。すべてのギアがクランクシャフト３０の軸方向へ片側に集約されて配置されているだけでなく、その総数も少ない。つまり、二次ギア機構５０は、回転軸２１Ａ，２２Ａに沿う方向に寸法が小さい。したがって、一次ギア機構４０および二次ギア機構５０にカバーを取り付けた場合にも、クランクシャフト３０の回転軸３０Ａに沿う方向にこの内燃機関１の寸法が小さくなる。一次バランサ１０および二次バランサ２０の両方を装備するために必要となる容積が小さくなるため、内燃機関１全体の嵩も小さくなる。
【００２９】
本発明に係る第２の実施形態の内燃機関１について、図２を参照して説明する。第２の実施形態の構成において、第１の実施形態の構成と同じ構成は、図２中において同じ符号を付し、その詳細な説明は第１の実施形態の記載を参酌することとする。第２の実施形態の内燃機関１は、二次ギア機構５０が配置された側と反対側のクランクケース６の外に、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２の二次ウエイト２１１，２２１を、配置している。
【００３０】
図２に示すように、一次バランサ１０は、全長にわたって中空であり、クランクケース６から突出した片側端部である第１の端部３３に一次従動ギア４２が取り付けられている。一次バランサ１０の回転軸１０Ａに同軸に回転軸２１Ａが配置される第１の二次バランサ２１は、一次従動ギア４２が取り付けられた側から反対側までクランクケース６を貫通する一次バランサ１０の中に通された第１のロッド２１９を有している。この第１のロッド２１９は、第１の二次従動ギア５１２と第１の二次バランサ２１の二次ウエイト２１１とを連結する。第１の二次バランサ２１の回転軸２１Ａに平行に回転軸２２Ａが配置される第２の二次バランサ２２は、二次ギア機構５０が配置される側から反対側まで、クランクケース６を貫通して第２の二次従動ギア５２２と二次ウエイト２２１を連結する第２のロッド２２９を有する。第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、二次ギア機構５０が配置される側と反対側のクランクケース６の外へ突出したロッド２１９，２２９の先端に、二次ウエイト２１１，２２１が取り付けられる。
【００３１】
以上のように構成された内燃機関によれば、一次ギア機構４０および二次ギア機構５０が重ねて配置されているので、組み立て作業が簡素化される。また、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、クランクケース６を貫通しており、それぞれのロッド２１９，２２９の両端部が軸受２１４，２２４で支持されている。一次バランサ１０、第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２がそれぞれ回転する際の芯振れなどが少なく、安定しやすい。そして、クランクシャフト３０および一次バランサ１０に対して、２倍の速度で回転する第１の二次バランサ２１および第２の二次バランサ２２は、二次ウエイト２１１，２２１をクランクケース６の外に配置しており、第１の実施形態の場合と同様に、組み立てた後でも二次ウエイトの重量の調整を容易に行える。
【００３２】
なお、各実施形態の各図において、クランクシャフト３０に対して一次バランサ１０及び二次バランサ２０（第１の二次バランサ２１及び第２の二次バランサ２２）を一方向に平行に並べた配置を示しているが、クランクシャフト３０に対する一次バランサおよび二次バランサ２０のレイアウトは、図面に示した配置に限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１…内燃機関、１０…一次バランサ、１０Ａ…（一次バランサの）回転軸、１２…（一次バランサの）シャフト、２０…二次バランサ、２１…第１の二次バランサ、２１Ａ…（第１の二次バランサの）回転軸、２１１…二次ウエイト、２２…第２の二次バランサ、２２Ａ…（第２の二次バランサの）回転軸、２２１…二次ウエイト、３０…クランクシャフト、３０Ａ…（クランクシャフトの）回転軸、４０…一次ギア機構、４１…一次駆動ギア、４２…一次従動ギア、５０…二次ギア機構、５１…二次駆動ギア、５１２…第１の二次従動ギア、５２２…第２の二次従動ギア。
【図１】
2015078755.tif 000003
【図２】
2015078755.tif 000004