(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ字状をなす２つのバンクを形成する（２ｎ＋１）（ここで、ｎは自然数）個の気筒と、前記各気筒のシリンダボアに嵌合するピストンと、前記両バンクにそれぞれ属する１対の前記ピストンにそれぞれ連結されたコンロッドが共に連結されたｎ本の共用クランクピンおよび１つの残りの前記ピストンに連結されたコンロッドのみが連結された１本の単独クランクピンを有するクランク軸とを備えた奇数気筒のＶ型内燃機関において、
前記ｎ本の共用クランクピンは、同じ位相に配置され、
前記両バンクがなすバンク角θは次式を満たすように設定され、
【数１】
0003910016.tif 000025
前記単独クランクピンは、前記残りのピストンが前記クランク軸の回転方向で進み側になる前記バンクに属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の角度をもって前記回転方向で遅れ側に配置され、前記残りのピストンが前記回転方向で遅れ側になる前記バンクに属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の角度をもって前記回転方向で進み側に配置され、
前記全ての気筒において前記ピストン等の往復運動部分の質量は等しく設定され、
【数２】
0003910016.tif 000026
【数３】
0003910016.tif 000027
α：前記共用クランクピンからの前記回転方向への角度
Ｍ：前記各往復運動部分の質量
ｒ：クランク半径
ω：前記クランク軸の角速度
としたとき、
前記クランク軸には、ｋＭｒω2の大きさで、かつ（α＋１８０）度の向きのバランス力が発生するバランスウエイトが設けられていることを特徴とする奇数気筒のＶ型内燃機関。
【請求項２】
前記バランスウエイトは、複数個設けられて、前記ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定され、かつ前記クランク軸の回転軸線に対して前記各クランクピンの１８０度反対側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の奇数気筒のＶ型内燃機関。
【請求項３】
ｎは偶数であり、前記バランスウエイトは複数個設けられ、前記単独クランクピンは、前記クランク軸にその回転軸線方向での中央に配置され、前記残りのピストンが嵌合するシリンダボアの中心軸線を含みかつ前記回転軸線に直交する仮想平面に対して、前記全てのピストン等の往復運動部分および前記全てのバランスウエイトが面対称に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の奇数気筒のＶ型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、奇数気筒のＶ型内燃機関に関し、詳細には、ピストン等の往復運動部分の１次慣性力に起因して発生する１次振動を防止するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、往復動内燃機関のピストン等の往復運動部分に発生する慣性力の不釣り合いによる振動を防止するために、チェーンや歯車等の伝動機構を介して伝達されるクランク軸の動力により、クランク軸と同期して回転駆動されるバランサ軸等のバランサ機構を設けることが行われており、そのうち、奇数気筒のＶ型内燃機関におけるバランサ機構として、特公平４−３６２５２号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示されたＶ型内燃機関は、車体フレーム前方に配置された３つのシリンダと、車体フレーム後方に配置された２つのシリンダとを有する５気筒内燃機関であり、クランク軸の２つのクランクピンには、それぞれ、前方シリンダのコネクティングロッドおよび後方シリンダのコネクティングロッドが共に接続され、クランク軸の左端にある残りのクランクピンには、左端に位置する残りの１つの前方シリンダのコネクティングロッドが接続される。そして、内燃機関の運転により発生する慣性力の不釣り合いを解消するために、左端の前方シリンダのコネクティングロッドの大端部にバランサ機構が設けられる。このバランサ機構は、該大端部の回転に伴って振り子運動をする２つのアームからなり、またバランサ機構を収容する収容部が後方シリンダの左方に隣接して設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術では、慣性力の不釣り合いを解消するために、バランサ機構が必要となり、しかも該バランサ機構を収容するスペースも必要となるため、内燃機関の重量が増加すると共に内燃機関が大型となるうえ、部品点数が増加するものであり、さらに摺動部が増えるため摩擦損失が増加する難点があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１ないし請求項３記載の発明は、内燃機関の重量増および大型化を招来することなく、１次慣性力の不釣り合いに起因する１次振動の発生を防止できる奇数気筒のＶ型内燃機関を提供することを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、奇数気筒のうちの対とならない１つの気筒に嵌合するピストンを利用して１次振動の発生を防止すると共に、気筒毎に、クランク軸の回転方向での１次慣性力の均等化を図ることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、簡単な構造で１次慣性力が偶力となって発生するカップリング振動を防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本願の請求項１記載の発明は、Ｖ字状をなす２つのバンクを形成する（２ｎ＋１）（ここで、ｎは自然数）個の気筒と、前記各気筒のシリンダボアに嵌合するピストンと、前記両バンクにそれぞれ属する１対の前記ピストンにそれぞれ連結されたコンロッドが共に連結されたｎ本の共用クランクピンおよび１つの残りの前記ピストンに連結されたコンロッドのみが連結された１本の単独クランクピンを有するクランク軸とを備えた奇数気筒のＶ型内燃機関において、
前記ｎ本の共用クランクピンは、同じ位相に配置され、
前記両バンクがなすバンク角θは次式を満たすように設定され、
【数４】
0003910016.tif 000002
前記単独クランクピンは、前記残りのピストンが前記クランク軸の回転方向で進み側になる前記バンクに属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の角度をもって前記回転方向で遅れ側に配置され、前記残りのピストンが前記回転方向で遅れ側になる前記バンクに属する場合は、前記共用クランクピンから（１８０−θ）度の角度をもって前記回転方向で進み側に配置され、
前記全ての気筒において前記ピストン等の往復運動部分の質量は等しく設定され、
【数５】
0003910016.tif 000003
【数６】
0003910016.tif 000004
α：前記共用クランクピンからの前記回転方向への角度
Ｍ：前記各往復運動部分の質量
ｒ：クランク半径
ω：前記クランク軸の角速度
としたとき、
前記クランク軸には、ｋＭｒω2の大きさで、かつ（α＋１８０）度の向きのバランス力が発生するバランスウエイトが設けられている奇数気筒のＶ型内燃機関である。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、（ｎ＋１）個の気筒で形成されるバンクとｎ個の気筒で形成されるバンクとがバンク角θをなす奇数気筒のＶ型内燃機関において、内燃機関の運転により、（２ｎ＋１）個のピストン等の往復運動部分に発生する１次慣性力が、クランク軸に設けられたバランスウエイトに発生するｋＭｒω2の大きさで、かつ（α＋１８０）度の向きを有するバランス力により釣り合うため、１次慣性力に起因する１次振動の発生が防止される。その結果、１次振動が、クランク軸に設けられたバランスウエイトにより防止されるので、従来技術のようにアームを有するバランサ機構や、伝動機構やバランサ軸を有するバランサ機構を設ける必要がなく、内燃機関の重量増が抑制さると共に、内燃機関が小型化される。また、部品点数が削減されるので生産性が向上し、さらに摺動部の減少により摩擦損失が減少して、有効な機関出力を増大させることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の奇数気筒のＶ型内燃機関において、前記バランスウエイトは、複数個設けられて、前記ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定され、かつ前記クランク軸の回転軸線に対して前記各クランクピンの１８０度反対側に設けられているものである。
【０００８】
この請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果に加えて、共用クランクピンに連結された全てのピストン等の往復運動部分の不平衡１次慣性力が、単独クランクピンに連結されたピストン等の往復運動部分の不平衡１次慣性力と釣り合うことで１次振動の発生が防止されるので、共用クランクピンに連結されて１対となったピストン等の往復運動部分以外の残りのピストン等の往復運動部分を利用して、バランスウエイトの設置が容易な形態で１次振動の発生を防止できる。しかも、バランスウエイトは、ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定されるため、クランク軸の回転方向での１次慣性力が均等化されるので、クランク軸およびクランク軸を支持する軸受部の設計が容易となると共に、剛性を高めるための重量増が回避されて、内燃機関を軽量化できる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の奇数気筒のＶ型内燃機関において、ｎは偶数であり、前記バランスウエイトは複数個設けられ、前記単独クランクピンは、前記クランク軸にその回転軸線方向での中央に配置され、前記残りのピストンが嵌合するシリンダボアの中心軸線を含みかつ前記回転軸線に直交する仮想平面に対して、前記全てのピストン等の往復運動部分および前記全てのバランスウエイトが面対称に配置されているものである。
【００１０】
この請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、クランク軸に発生する１次慣性力はバランスウエイトに発生するバランス力と釣り合ううえ、各ピストン等の往復運動部分に発生する１次慣性力およびバランスウエイトに発生するバランス力は仮想平面に関して面対称になるため、１次慣性力およびバランス力により偶力が形成されることがないので、単独クランクピン、ピストン等の往復運動部分およびバランスウエイトの面対称な配置という簡単な構造により、１次慣性力およびバランス力に起因するカップリング振動の発生が防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図９を参照して説明する。
本発明が適用されるＶ型内燃機関Ｅは、自動２輪車Ｖに搭載されるＤＯＨＣ型で水冷式のＶ型５気筒４サイクル内燃機関である。図１および図２を参照すると、内燃機関Ｅは、上部が、前後方向にバンク角θのＶ字形のＶバンクを形成する前バンク1aおよび後バンク1bを形成し、下部が上クランクケース1cを形成するシリンダブロック１と、各バンク1a，1bにおいてシリンダブロック１にその上端面にて結合される前シリンダヘッド2aおよび後シリンダヘッド2bと、シリンダブロック１にその下端面にて結合される下クランクケース３と、下クランクケース３にその下端面にて結合されるオイルパン４とを備える。
【００１２】
前輪WFを支持するフロントサスペンションを保持するヘッドパイプ30と該ヘッドパイプ30に前端が接続されて後方斜め下方に延びる左右１対のメインフレーム31，32等とを備える車体フレームに、左右方向を指向するように横置き配置とされるクランク軸５は、シリンダブロック１の下端面と下クランクケース３の上端面との合わせ面上にその回転軸線Ｌが位置した状態で、シリンダブロック１および下クランクケース３に回転自在に支持される。クランク軸５は、図１において、反時計方向に回転するため、前バンク1aは後バンク1bに対してクランク軸５の回転方向で進み側にある。なお、この明細書において、「前後左右」は、車体を基準としたときの「前後左右」を意味するものとする。
【００１３】
内燃機関Ｅは、燃料タンク33の下方で、かつシート34の前方斜め下方であって、図２に図示されるように、平面視で両メインフレーム31，32の間に配置される。すなわち、各メインフレーム31，32の前部には、ほぼ鉛直下方に延びる前ブラケット31a，32aが設けられ、該１対の前ブラケット31a，32aに、Ｖバンクの外側で前バンク1aに一体に形成された支持部T1が固定され、各前ブラケット31a，32aの上下方向での中間部から後方にほぼ水平に延びる連結部31b，32bに、Ｖバンクの内側で前バンク1aに一体形成された支持部T2が固定される。さらに、各メインフレーム31，32の後部には、ほぼ鉛直下方に延びる垂下部31c，32cが設けられ、該１対の垂下部31c，32cの上部位置に、上クランクケース1cの後部に形成された支持部T3が固定され、両垂下部31c，32cの下部位置に、下クランクケース３の後部に形成された支持部T4が固定される。また、両垂下部31c，32cにおいて、両支持部T3，T4が固定される部分の、上下方向での中間部に、後輪WRを支持するＵ字状のリヤフォーク35の前端部が枢支される。
【００１４】
図３を併せて参照すると、前バンク1aは、クランク軸５の回転軸線Ｌ方向に沿って配列されて一体に結合された３つの気筒C1，C3，C5を有し、各気筒C1，C3，C5に形成されたシリンダボアB1，B3，B5の中心軸線N1，N3，N5は、回転軸線Ｌから前方斜め上方を指向して、各気筒C1，C3，C5が前傾している。また、後バンク1bは、回転軸線Ｌ方向に沿って配列されて一体に結合された２つの気筒C2，C4を有し、各気筒C2，C4に形成されたシリンダボアB2，B4の中心軸線N2，N4は、回転軸線Ｌから後方斜め上方を指向して、各気筒C2，C4が後傾している。各気筒C1〜C5のシリンダボアB1〜B5には、ピストンリングが装着されたピストンP1〜P5が摺動自在に嵌合し、各ピストンP1〜P5と対応するシリンダヘッド2a，2bとの間に形成される燃焼室の燃焼圧力により往復運動するピストンP1〜P5が、各ピストンP1〜P5とクランク軸５とを連結するコンロッドR1〜R5を介して、クランク軸５を回転駆動する。
【００１５】
具体的には、クランク軸５は、シリンダブロック１および下クランクケース３に、それぞれ回転軸線Ｌ方向に所定の間隔をおいて形成された４つの軸受部D1〜D4により、そのジャーナルＪ1〜J4にて主軸受を介して支持される。そして、クランク軸５において、軸受部D1と軸受部D2との間のクランクピンK1には、両バンク1a，1bにそれぞれ属する気筒C1，C2にそれぞれ嵌合する１対のピストンP1，P2のピストンピンS1，S2にそれぞれ連結されたコンロッドR1，R2が共に連結され、軸受部D2と軸受部D3との間にあってクランクピンK1に隣接するクランクピンK2には、前バンク1aに属する気筒C3に嵌合するピストンP3のピストンピンS3に連結されたコンロッドR3のみが連結され、軸受部D3と軸受部D4との間にあってクランクピンK2に隣接するクランクピンK3には、両バンク1b ，1aにそれぞれ属する気筒C4，C5にそれぞれ嵌合する１対のピストンP4，P5のピストンピンS4，S5に連結されたコンロッドR4，R5が共に連結される。したがって、２つのクランクピンK1，K3は、２組の１対のコンロッドR1，R2，R4，R5が連結される共用クランクピンを構成し、クランク軸５の両端のジャーナルJ1，J4の間で、回転軸線Ｌ方向での中央に配置されたクランクピンK2は、ピストンP3に連結された１つのコンロッドR3のみが連結される単独クランクピンを構成する。
【００１６】
また、クランクピンK1とクランクピンK3とは同じ位相に配置、すなわちクランク軸５の回転軸線Ｌ方向から見たとき重なる位置に配置され、コンロッドR1およびコンロッドR5と、コンロッドR2およびコンロッドR4とは、気筒C3のシリンダボアB3の中心軸線N3を含み、かつ回転軸線Ｌに直交する仮想平面Ｈに対して面対称な位置において、クランクピンK1およびクランクピンK3にそれぞれ連結され、さらに仮想平面Ｈに対して、全シリンダボアB1〜B5が面対称に配置される。そのため、ピストンP1〜P5等の往復運動部分は、仮想平面Ｈに対して面対称に配置される。
【００１７】
なお、この明細書において、ピストンP1〜P5等の往復運動部分とは、ピストンP1〜P5と、ピストンリングやピストンピンS1〜S5等のピストンP1〜P5と共に往復運動するピストンP1〜P5の付属部材と、ピストンピンS1〜S5を介してピストンP1〜P5に連結されるコンロッドR1〜R5のうち往復運動する部分とを合わせたものを意味する。
【００１８】
さらに、回転軸線Ｌ方向において、クランクピンK1の両端には、２つのクランクウェブG1，G2が設けられ、同様に、ククランクピンK2の両端には、２つのクランクウェブG3，G4が、そしてクランクピンK3の両端には、２つのクランクウェブG5，G6がそれぞれ設けられる。それらクランクウェブG1〜G6には、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に発生する１次慣性力を減少させるバランス力を発生するバランスウエイトが、仮想平面Ｈに対して面対称な配置となるようにぞれぞれ設けられる。そして、４つのピストンP1，P2，P4，P5については、回転軸線Ｌに対してクランクピンK1，K3の１８０度反対側で、クランクピンK1，K3の中心軸線、すなわちクランク半径上にその重心が位置するようバランスウエイトが設けられ、ピストンP3については、回転軸線Ｌに対してクランクピンK2の１８０度反対側で、クランクピンK2の中心軸線、すなわちクランク半径（この半径は、クランクピンK1，K3のそれと等しい）上にその重心が位置するようバランスウエイトが設けられる。さらに、全て等しい質量を有するように設定されたピストンP1〜P5等の往復運動部分に対して、バランスウエイトにより、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分の１次慣性力に対するバランス率がいずれも５０％に設定される。
【００１９】
そして、図１および図２を参照すると、回転軸線Ｌ方向での幅が前バンク1aのそれよりも小さい後バンク1bは、前バンク1aよりもシート34に近い位置を占め、また全シリンダボアB1〜B5は仮想平面Ｈに対して面対称に配置されることから、前バンク1aおよび後バンク1bの回転軸線Ｌ方向での両端部である左右端部は、左右方向での車体中心Ｙに対してほぼ対称な位置を占め、また前バンク1aの３つの気筒C1，C3，C5および後バンク1bの２つの気筒C2，C4は、車体中心Ｙに対してほぼ対称な位置を占める。
【００２０】
この内燃機関Ｅは、前述のように、内燃機関Ｅの運転により、ピストンP1〜P5等の往復運動部分の往復運動に起因して発生する１次慣性力に釣り合うバランス力を発生するバランスウエイトを備えており、このバランス力により１次慣性力の不釣り合い分である不平衡１次慣性力を０（零）として、１次振動の発生を防止している。そこで、以下、この１次振動防止構造について説明する。
【００２１】
まず、一般に、（２ｎ＋１）（ここで、ｎは自然数）個の奇数の気筒を有し、バンク角θのＶ型内燃機関について説明し、その後、その特別の場合としての前述の５気筒のＶ型内燃機関Ｅについて説明する。
【００２２】
（２ｎ＋１）個の気筒を有するＶ型内燃機関において、（ｎ＋１）個の気筒がクランク軸の回転軸線方向に配列されて第１バンクを形成し、ｎ個の気筒が前記回転軸線方向に配列されて第２バンクを形成する。クランク軸は、第１，第２バンクにそれぞれ属する２つの気筒にそれぞれ嵌合する２つのピストンにそれぞれ連結されたコンロッドが共に連結されるｎ本の共用クランクピンと、第１バンクの残りの気筒に嵌合する１つのピストンに連結されたコンロッドのみが連結される１本の単独クランクピンを有する。そして、ｎ本の共用クランクピンは同じ位相に配置、すなわちクランク軸の回転軸線方向から見たとき重なる位置に配置される。また、単独クランクピンは、前記回転軸線方向でクランク軸のどの位置にあってもよい。
【００２３】
最初に、クランク軸の回転軸線方向に見た説明図である図４を参照して、１本の共用クランクピンＫCに連結され、かつ第１，第２バンクにそれぞれ属する２つの気筒ＣL，ＣMにそれぞれ嵌合する２つのピストンＰL，ＰMの往復運動により発生する１次慣性力について説明する。クランク軸は、図中のＡで示される矢印方向に回転するものとし、前記回転軸線を原点として、原点から延びる第２バンクの気筒ＣMのシリンダボアの中心軸線をＹ軸とし、Ｙ軸と直交するＸ軸は、Ｙ軸の正方向から回転方向Ａとは反対方向に９０度回転した位置で原点から延びる半直線を正方向とする。第１バンクに属する気筒ＣLのシリンダボアの中心軸線は、Ｙ軸からバンク角θだけ回転方向で進み側に位置する。さらに、
Ｍ：ピストン等の往復運動部分の質量
τ：Ｙ軸からのクランク軸の回転角または共用クランクピンＫCの回転角
ｒ：クランク半径
ω：クランク軸の角速度
とする。このとき、第１バンクのピストンＰL等の往復運動部分に発生する１次慣性力Ｆ1は式（１）で、また第２バンクのピストンＰM等の往復運動部分に発生する１次慣性力Ｆ2は式（２）で表される。
【数７】
0003910016.tif 000005
【数８】
0003910016.tif 000006
ここで、添字Ｘ，Ｙは、Ｘ軸方向成分およびＹ軸方向成分を表す。
【００２４】
したがって、この２つのピストンＰL，ＰM等の往復運動部分を合わせた１次慣性力Ｆ12は、各１次慣性力Ｆ1，Ｆ2のベクトル和となり、式（３）で表される。
【数９】
0003910016.tif 000007
【００２５】
よって、（２ｎ＋１）個の気筒を有するＶ型内燃機関のｎ本の共用クランクピンに連結されたピストン等の往復運動部分の全体の１次慣性力Ｆnは、式（４）で表される。
【数１０】
0003910016.tif 000008
【００２６】
次に、図５を参照して、単独クランクピンＫSに連結され、第１バンクの残りの気筒ＣNに嵌合するピストンＰN等の往復運動部分に発生する１次慣性力ＦCを求める。第１バンクが、第２バンクに対して回転方向で進み側にある場合について説明する。単独クランクピンＫSの位相が、共用クランクピンＫCから回転方向Ａにβ度であるとすると、その１次慣性力ＦCは、式（５）で表される。
【数１１】
0003910016.tif 000009
【００２７】
したがって、（２ｎ＋１）個の気筒を有するＶ型内燃機関全体の１次慣性力ＦTは、１次慣性力Ｆnと１次慣性力ＦCのベクトル和となり、式（６）で表される。
【数１２】
0003910016.tif 000010
【００２８】
ここで、バンク角θを式（７）を満たすように設定し、単独クランクピンＫSの位相を式（８）を満たすように配置、すなわち共用クランクピンＫCから（１８０−θ）度の角度をもって回転方向で遅れ側に配置する。
【数１３】
0003910016.tif 000011
【数１４】
0003910016.tif 000012
【数１５】
0003910016.tif 000013
なお、式（８）で、sinθが正の値となるのは、回転方向でバンク角θが０度＜θ＜１８０度であることによる。
【００２９】
式（７），(８)，（９）を式（６）に代入して整理すると式（10）が得られる。
【数１６】
0003910016.tif 000014
ここで、
【数１７】
0003910016.tif 000015
【数１８】
0003910016.tif 000016
とおくと、
【数１９】
0003910016.tif 000017
【数２０】
0003910016.tif 000018
であることから、式（13），（14）を考慮して、式（10）を変形すると次式が得られる。
【数２１】
0003910016.tif 000019
【００３０】
式（15）から、このＶ型内燃機関の各ピストンの往復運動部分に発生する１次慣性力の合力である１次慣性力ＦTは、その大きさがｋＭｒω2であり、クランク軸の回転角τに対してα度遅れて、クランク軸と同じ角速度で回るベクトルであることがわかる。それゆえ、この１次慣性力ＦTに釣り合うバランス力を発生するバランスウエイトがクランク軸に設けられれば、このＶ型内燃機関全体の不平衡１次慣性力を常に０（零）とすることができる。したがって、バランスウエイトＷBは、共用クランクピンＫCがＹ軸上にある時の状態を示す図６に示されるように、実線の白抜きの矢印で示される１次慣性力ＦTに対して、（α＋１８０）度の位置に設けられ、その質量は、例えばクランク半径上にその重心を有するｋＭに設定される。
【００３１】
また、第１バンクが、第２バンクに対して回転方向で遅れ側にある場合には、図７に図示されるように、式（５）に対応して、残りの気筒ＣNに嵌合するピストンＰN等の往復運動部分に発生する１次慣性力ＦCは、単独クランクピンＫSの位相を、共用クランクピンＫCから回転方向Ａにβ度であるとすると、次式で表される。
【数２２】
0003910016.tif 000020
【００３２】
したがって、Ｖ型内燃機関全体の１次慣性力ＦTは、１次慣性力Ｆnと１次慣性力ＦCのベクトル和となり、式（17）で表される。
【数２３】
0003910016.tif 000021
【００３３】
ここで、バンク角θを式（７）を満たすように設定し、さらに単独クランクピンＫSの位相を式（18）を満たすように配置、すなわち共用クランクピンＫCから（１８０−θ）度の角度をもって回転方向で進み側に配置する。
【数２４】
0003910016.tif 000022
式（７），(８)，（18）を式（17）に代入して整理すると次式が得られる。
【数２５】
0003910016.tif 000023
さらに、式（13），（14）を式（19）に代入すると、
【数２６】
0003910016.tif 000024
となって、式（15）に対応する式が得られる。
【００３４】
この式（20）から、残りの気筒が属する第１バンクが、第２バンクに対して回転方向で遅れ側にある場合には、１次慣性力ＦTは、その大きさがｋＭｒω2であり、クランク軸の回転角τに対してα度進んで、クランク軸と同じ角速度で回るベクトルであることがわかる。それゆえ、この１次慣性力ＦTに釣り合うバランス力を発生するバランスウエイトＷBをクランク軸に設ければ、このＶ型内燃機関全体の不平衡１次慣性力を常に０（零）とすることができる。したがって、バランスウエイトは、共用クランクピンＫCがＹ軸上にある時の状態を示す図６に示されるように、破線の白抜きの矢印で示される１次慣性力ＦTに対して、（α＋１８０）度の位置に設けられ、その質量は、例えばクランク半径上にその重心を有するｋＭに設定される。
【００３５】
次に、このような一般的な１次振動防止構造の特別な場合として、ｎ＝２の場合である前述のＶ型５気筒の内燃機関Ｅの１次振動防止構造について説明する。（２ｎ＋１）気筒のＶ型内燃機関の場合は、式（15）または式（20）を満たす限り、バランスウエイトの位置は、クランク軸のどの部分であってもよかったが、この内燃機関Ｅでは、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に対応して、全てのクランクウェブG1〜G6に設けられたバランスウエイトにより、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分の１次慣性力に対するバランス率がいずれも５０％に設定されている。このことは、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に対応して、クランク半径上にＭ／２の質量を有するバランスウエイトが設けられることと等価である。
【００３６】
それゆえ、分かり易くするためクランクピンK1，K3がＹ軸上に位置するときの状態を示す図８において、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に対応して、バランスウエイトにより、図８の（Ａ）〜（Ｅ）に図示されるようなバランス力ＦB1，ＦB2が発生し、内燃機関Ｅ全体でのバランス力ＦBは、各バランス力ＦB1，ＦB2のベクトル和となる。そして、図８の（Ｆ）に図示されるように、このバランス力ＦBは、式（15）において、ｎ＝２とすることにより得られる１次慣性力ＦTと、大きさが同じで、その向きが１８０度異なるため、両者の合力は０（零）となり、１次慣性力による振動の発生が防止される。
【００３７】
また、このことは、クランクピンK1，K3に連結された４つのピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分の１次慣性力と該ピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分に対応するバランスウエイトのバランス力との和として残る不平衡１次慣性力が、クランクピンK2に連結されたピストンP3等の往復運動部分の１次慣性力と該ピストンP3等の往復運動部分に対応するバランスウエイトのバランス力との和として残る不平衡１次慣性力により釣り合わされて、内燃機関Ｅ全体の不平衡１次慣性力が０（零）となることも示している。
【００３８】
すなわち、分かり易くするためクランクピンK1，K3がＹ軸上に位置するときの状態を示す図９を参照すると、クランクピンK1，K3にそれぞれ連結されて、前バンク1aに属する気筒C1，C5のピストンP1，P5等の往復運動部分の１次慣性力は互いに等しく、それぞれ式（１）で求められ、それらの合力の大きさは、２×（Ｍｒω2cosθ）であり、その向きはＹ軸の正方向からθ度である。そして、それらピストンP1，P5等の往復運動部分に対応して設けられたバランスウエイトによるバランス力は、その大きさが２×（Ｍｒω2）／２で、その向きはＹ軸の正方向から１８０度である。したがって、両ピストンP1，P5等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU1は、１次慣性力とバランス力とのベクトル和となり、その大きさは２×（Ｍｒω2）／２であり、その向きはＹ軸の正方向から２θ度である。
【００３９】
一方、クランクピンK1，K3に連結されて、後バンク1bに属する気筒C2，C4のピストンP2，P4等の往復運動部分の１次慣性力は互いに等しく、それぞれ式（２）で求められ、それらの合力の大きさは、２×Ｍｒω2であり、その向きはＹ軸の正方向である。そして、それらピストンP2，P4等の往復運動部分に対応して設けられたバランスウエイトによるバランス力は、その大きさが２×Ｍｒω2／２で、その向きがＹ軸の正方向から１８０度である。したがって、両ピストンP2，P4等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU2は、１次慣性力とバランス力とのベクトル和となり、その大きさは２×（Ｍｒω2）／２であり、その向きはＹ軸の正方向である。
【００４０】
したがって、両不平衡１次慣性力ＦU1，ＦU2のベクトル和である２本のクランクピンK1，K3に連結されたピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU12は、その大きさが２×Ｍｒω2cosθであり、その向きがＹ軸の正方向からθ度である。そして、式（７）より、不平衡１次慣性力ＦU12の大きさは、Ｍｒω2／２である。
【００４１】
そして、クランクピンK2に連結されて、前バンク1aに属する気筒C3のピストンP3等の往復運動部分の１次慣性力は、式（５）で求められ、その大きさは、Ｍｒω2であり、その向きがＹ軸の正方向から−（１８０−θ）度である。そして、ピストンP3等の往復運動部分に対応して設けられたバランスウエイトによるバランス力は、その大きさがＭｒω2／２で、その向きがＹ軸からθ度である。したがって、ピストンP3等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU3は、１次慣性力とバランス力とのベクトル和となり、その大きさはＭｒω2／２であり、その向きはＹ軸の正方向から−（１８０−θ）度である。
【００４２】
以上のことから、クランクピンK1，K3に連結された４つのピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分の１次不平衡慣性力ＦU12が、クランクピンK2に連結されたピストンP3等の往復運動部分の１次不平衡慣性力ＦU3により釣り合わされて、内燃機関Ｅ全体の不平衡１次慣性力が０（零）となることがわかる。さらに、同様のことが、（２ｎ＋１）気筒を有し、バランスウエイトが、各ピストン等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定されるＶ型内燃機関についてもいえる。
【００４３】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
３の気筒C1，C3，C5で形成される前バンク1aと２個の気筒C2，C4で形成される後バンク1bとがバンク角θをなす内燃機関Ｅが運転されたとき、クランク軸５に、ｋＭｒω2の大きさで、かつ（α＋１８０）度（ここで、ｋ＝（１５／４）1/2であり、α＝−sin-1（１／４）である）の向きのバランス力が発生するバランスウエイトが設けられた（図８の（Ｆ）参照）ことにより、全ピストンP1〜P5等の往復運動部分に発生する１次慣性力が、クランク軸５に設けられたバランスウエイトに発生するバランス力により釣り合うため、１次慣性力に起因する１次振動の発生が防止される。その結果、１次振動がクランク軸５に設けられたバランスウエイトにより防止されるので、従来技術のようにアームを有するバランサ機構や、伝動機構やバランサ軸を有するバランサ機構を設ける必要がなく、内燃機関Ｅの重量増が抑制さると共に、内燃機関Ｅが小型化される。また、部品点数が削減されるので生産性が向上し、さらに摺動部の減少により摩擦損失が減少して、有効な機関出力を増大させることができる。
【００４４】
バランスウエイトが、ピストンP1〜P5等等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定され、かつ回転軸線Ｌに対して各クランクピンの１８０度反対側に設けられるので、クランクピンK1，K3にそれぞれ連結された全てのピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU12が、クランクピンK2に連結されたピストンP3等の往復運動部分の不平衡１次慣性力ＦU3と釣り合うことで１次振動の発生が防止されるので、クランクピンK1，K3にそれぞれ連結されて１対となったピストンP1，P2，P4，P5等の往復運動部分以外の、クランクピンK2に連結されたピストンP3等の往復運動部分を利用して、バランスウエイトの設置が容易な形態で１次振動の発生を防止できる。しかも、バランスウエイトは、ピストンP1〜P5等の往復運動部分毎に５０％のバランス率となるように設定されるため、クランク軸５の回転方向での１次慣性力が均等化されるので、クランク軸５およびクランク軸５を支持する軸受部D1〜D4の設計が容易となると共に、剛性を高めるための重量増が回避されて、内燃機関Ｅを軽量化できる。そのうえ、クランク軸５が組立式クランク軸から構成される場合には、クランクウェブG1〜G6を含む部品の共用化が可能となり、コスト削減ができる。
【００４５】
クランクピンK2は、クランク軸５の、回転軸線Ｌ方向での中央に配置され、仮想平面Ｈに対して、５つのピストンP1〜P5等の往復運動部分および全ての前記バランスウエイトが面対称に配置されていることから、クランク軸５に発生する１次慣性力はバランスウエイトに発生するバランス力と釣り合ううえ、各ピストンP1〜P5等の往復運動部分に発生する１次慣性力およびバランスウエイトに発生するバランス力は仮想平面Ｈに関して面対称になり、１次慣性力およびバランス力により偶力が形成されることがない。その結果、クランクピンK1〜K3、ピストンP1〜P5等の往復運動部分およびバランスウエイトの面対称な配置という簡単な構造により、１次慣性力およびバランス力に起因するカップリング振動の発生が防止される。
【００４６】
内燃機関Ｅが自動２輪車Ｖに搭載された状態で、回転軸線Ｌ方向の幅が前バンク1aのそれよりも小さい後バンク1bが、シート34に近い位置を占めるため、運転者が両膝を狭めて、両脚の内側で燃料タンク33を挟むことで、乗車姿勢をより安定化させるニーグリップ性が良好になると共に、前バンク1aのみでなく後バンク1bの２つの気筒C2，C4も、左右方向での車体中心Ｙに対してほぼ対称に位置することから、車体に対する内燃機関Ｅの左右での重量のバランスがとれるうえ、内燃機関Ｅの重心が左右方向で車体中心Ｙに近づくので、操縦性および走行安定性が向上する。また、また仮想平面Ｈに対して、全シリンダボアB1〜B5が面対称に配置されることから、回転軸線Ｌ方向での前バンク1aおよび後バンク1bの左右端部は、車体中心Ｙに対してほぼ対称な位置を占めるので、内燃機関Ｅの、車体フレームに対する搭載性が向上する。
【００４７】
５気筒Ｖ型内燃機関Ｅにおいて、クランクピンK2に連結されるピストンP3が後バンク1bに属する場合、さらに、前述したように、５気筒Ｖ型内燃機関Ｅに限られることなく、一般に（２ｎ＋１）気筒のＶ型内燃機関においても、１次振動の発生が防止される。
【００４８】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
ｎ＝２の場合である前述の５気筒Ｖ型内燃機関Ｅ以外にも、ｎが２以外の偶数であって、全気筒のピストン等の往復運動部分および全てのバランスウエイトが、クランク軸の両端のジャーナルの間で、回転軸線Ｌ方向での中央に配置された単独クランクピンに連結されるピストンが嵌合する気筒のシリンダボアの中心軸線を含み、かつ回転軸線Ｌに直交する仮想平面に対して面対称に配置されるものであれば、カップリング振動の発生が防止される。
【００４９】
また、内燃機関は車両以外に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＶ型内燃機関が搭載された自動２輪車の要部左側面図である。
【図２】図１の自動２輪車の要部平面図である。
【図３】図１の概略ＩＩＩ−ＩＩＩ線で截断したときの展開図である。
【図４】同じクランクピンに連結される１対のピストン等の往復運動部分に生じる１次慣性力を説明するための図である。
【図５】クランク軸の回転方向で進み側のバンクにある１つのクランクピンに連結されるピストン等の往復運動部分に生じる１次慣性力を説明するための図である。
【図６】内燃機関全体の１次慣性力を示す説明図である。
【図７】クランク軸の回転方向で遅れ側のバンクにある１つのクランクピンに連結されるピストン等の往復運動部分に生じる１次慣性力を説明するための図である。
【図８】図１のＶ型内燃機関のバランスウエイトに発生するバランス力を示す説明図である。
【図９】図１のＶ型内燃機関の不平衡１次慣性力を示す説明図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、1a，1b…バンク、2a，2b…シリンダヘッド、３…下クランクケース、４…オイルパン、５…メインフレーム、
30…ヘッドパイプ、31，32…メインフレーム、33…燃料タンク、34…シート、35…リヤフォーク、
Ｅ…内燃機関、Ｖ…自動２輪車、Ｌ…回転軸線、T1〜T4…支持部、WF…前輪、WR…後輪、C1〜C5…気筒、B1〜B5…シリンダボア、P1〜P5…ピストン、N1〜N5…中心軸線、D1〜D4…軸受部、J1〜J4…ジャーナル、K1〜K3…クランクピン、S1〜S5…ピストンピン、Ｈ…仮想平面、G1〜G6…クランクウェブ、Ｙ…車体中心、ＣL，ＣM，ＣN…気筒、ＰL，ＰM，ＰN…ピストン、ＫC…共用クランクピン、ＫS…単独クランクピン、ＦT…１次慣性力、ＷB…バランスウエイト、ＦB1，ＦB2，ＦB…バランス力、ＦU1，ＦU2，ＦU12，ＦU3…不平衡１次慣性力、
θ…バンク角。
【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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【図９】
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