(57)【要約】【課題】ピストン、クランクシャフトおよび偏心軸が、リンク機構を介して連結されるリンク式ストローク可変エンジンにおいて、慣性加振力を効果的に抑制、緩和する。【解決手段】クランクシャフト１７に設けられるカウンターウエイトの重心Ｇが、クランクシャフト１７の回転軸線に直交する平面への投影図上で、リンク機構５１の各可動部分で生じる慣性加振力を合算した総合慣性加振力が最大となるときの該総合慣性加振力の方向とは反対方向にクランクシャフト１７の回転軸線から延びる直線Ｌ２上に配置される。【選択図】        図３
2009275552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体（１１）のクランクケース（１２）に、クランクシャフト（１７）が回転自在に支承されるとともに、該クランクシャフト（１７）と平行な軸線を有するとともに偏心位置には偏心軸（５０）が設けられる回転軸（４１）が前記クランクシャフト（１７）から１／２の減速比で減速された動力が伝達されるようにして回転自在に支承され、前記エンジン本体（１１）のシリンダブロック（１３）に摺動自在に嵌合されるピストン（２２）、前記クランクシャフト（１７）および前記偏心軸（５０）が、前記ピストン（２２）にピストンピン（５２）を介して一端が連結される主コンロッド（５３）と、前記クランクシャフト（１７）のクランクピン（１７ｃ）に回動可能に連結されるとともに前記主コンロッド（５３）の他端にコンロッドピン（５９）を介して回動可能に連結されるサブコンロッド（５４）と、前記主コンロッド（５３）の連結位置からずれた位置で前記サブコンロッド（５４）に一端がスイングピン（６０）を介して回動可能に連結されるとともに前記偏心軸（５０）に他端が回動可能に連結されるスイングロッド（５５）とを備えるリンク機構（５１）を介して連結されるリンク式ストローク可変エンジンにおいて、前記クランクシャフト（１７）に設けられるカウンターウエイト（１７ａ，１７ｂ）の重心（Ｇ）が、前記クランクシャフト（１７）の回転軸線に直交する平面への投影図上で、前記リンク機構（５１）の各可動部分で生じる慣性加振力を合算した総合慣性加振力が最大となるときの該総合慣性加振力の方向とは反対方向に前記クランクシャフト（１７）の回転軸線から延びる直線（Ｌ２）上に配置されることを特徴とするリンク式ストローク可変エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リンク式ストローク可変エンジンに関し、特に、エンジン本体のクランクケースに、クランクシャフトが回転自在に支承されるとともに、該クランクシャフトと平行な軸線を有するとともに偏心位置には偏心軸が設けられる回転軸が前記クランクシャフトから１／２の減速比で減速された動力が伝達されるようにして回転自在に支承され、前記エンジン本体のシリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストン、前記クランクシャフトおよび前記偏心軸が、前記ピストンにピストンピンを介して一端が連結される主コンロッドと、前記クランクシャフトのクランクピンに回動可能に連結されるとともに前記主コンロッドの他端に回動可能に連結されるサブコンロッドと、前記主コンロッドの連結位置からずれた位置で前記サブコンロッドに一端が回動可能に連結されるとともに前記偏心軸に他端が回動可能に連結されるスイングロッドとを備えるリンク機構を介して連結されるリンク式ストローク可変エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレシプロエンジンでは、ピストンおよびコンロッド小端部から成る往復部と、クランクピンおよびコンロッド大端部から成る回転部との２箇所で慣性振動を誘起する慣性加振力が発生し、その加振力を抑制、緩和するために、クランクシャフトに設けられるカウンタウエイトの重心が、クランクシャフトの軸線に関してクランクピンと反対側かつクランクシャフトの軸線およびクランクピンの軸線間を結ぶ直線上に配置されるのが一般的である。
【０００３】
一方、ピストンと、クランクシャフトと、クランクシャフトと平行な回転軸に設けられてクランクシャフトから１／２の減速比で減速された動力が伝達される回転軸に設けられた偏心軸とが、リンク機構を介して連結されるリンク式ストローク可変エンジンが、特許文献１等で既に知られており、このようなリンク式ストローク可変エンジンでも慣性加振力を抑制、緩和することが必要である。
【特許文献１】特開２０００−７３８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リンク式ストローク可変エンジンでは、ピストン全体および主コンロッドの一端側の質量による往復部質量と、クランクピンの質量ならびにサブコンロッドのクランクピン付近の質量による回転部質量とで慣性加振力が発生するのに加えて、サブコンロッドおよび主コンロッドを回動可能に連結するコンロッドピン付近の集中質量と、サブコンロッドおよびスイングロッドを連結するスイングピン付近の集中質量と、偏心軸付近の集中質量とによっても慣性加振力が発生するものであり、上記特許文献１で開示されるように、カウンタウエイトの重心がレシプロエンジンと同様に、クランクシャフトの軸線に関してクランクピンと反対側かつクランクシャフトの軸線およびクランクピンの軸線間を結ぶ直線上に配置される構成では、リンク式ストローク可変エンジンに特有の慣性加振力を効果的に低減することは不可能である。
【０００５】
而して慣性加振力が過大となって慣性振動が悪化すると、リンク式可変ストロークエンジンが搭載された装置たとえば作業機を使用している作業者が不快感を感じることになったり、作業機が勝手に移動するようになって接地性の悪化を招いたり、振動に起因した騒音の増大を招いたりする。また慣性加振力が過大となると、エンジン構成部品の強度低下を招く可能性もある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、慣性加振力を効果的に抑制、緩和し得るようにしたリンク式ストローク可変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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジン本体のクランクケースに、クランクシャフトが回転自在に支承されるとともに、該クランクシャフトと平行な軸線を有するとともに偏心位置には偏心軸が設けられる回転軸が前記クランクシャフトから１／２の減速比で減速された動力が伝達されるようにして回転自在に支承され、前記エンジン本体のシリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストン、前記クランクシャフトおよび前記偏心軸が、前記ピストンにピストンピンを介して一端が連結される主コンロッドと、前記クランクシャフトのクランクピンに回動可能に連結されるとともに前記主コンロッドの他端にコンロッドピンを介して回動可能に連結されるサブコンロッドと、前記主コンロッドの連結位置からずれた位置で前記サブコンロッドに一端がスイングピンを介して回動可能に連結されるとともに前記偏心軸に他端が回動可能に連結されるスイングロッドとを備えるリンク機構を介して連結されるリンク式ストローク可変エンジンにおいて、前記クランクシャフトに設けられるカウンターウエイトの重心が、前記クランクシャフトの回転軸線に直交する平面への投影図上で、前記リンク機構の各可動部分で生じる慣性加振力を合算した総合慣性加振力が最大となるときの該総合慣性加振力の方向とは反対方向に前記クランクシャフトの回転軸線から延びる直線上に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の上記構成によれば、クランクシャフトに設けられるカウンターウエイトの重心が、クランクシャフトの回転軸線に直交する平面への投影図上で、総合慣性加振力が最大となるときの該総合慣性加振力の方向とは反対方向にクランクシャフトの回転軸線から延びる直線上に配置されるので、カウンタウエイトの重心が発生する遠心力は、リンク機構の各可動部分の運動に伴って生じる総合慣性加振力を低減する方向に作用し、それによって総合慣性加振力が効果的に抑制、緩和され、振動を抑制するとともに振動に起因する騒音の発生ならびにエンジン各部の強度低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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一実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すものであり、図１はエンジンの縦断側面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は総合慣性加振力が最大である状態でのリンク機構の各可動部分の慣性加振力の方向を示す図、図４はクランクシャフトの回転に伴う総合慣性加振力の変化を示す図である。
【００１１】
先ず図１および図２において、このリンク式ストローク可変エンジンは、たとえば作業機等に用いられる空冷の単気筒エンジンであり、エンジン本体１１は、クランクケース１２と、該クランクケース１２の一側面から上向きに傾斜して突出するシリンダブロック１３と、該シリンダブロック１３の頭部に接合されるシリンダヘッド１４とで構成されるものであり、シリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４の外側面には多数の空冷用フィン１３ａ…，１４ａ…が設けられている。
【００１２】
クランクケース１２は、シリンダブロック１３と一体に鋳造成形されて一側を開放したケース本体１５と、そのケース本体１５の開放端に結合されるサイドカバー１６とから成るものであり、一対のカウンタウエイト１７ａ，１７ｂおよび両カウンタウエイト１７ａ，１７ｂ間を結ぶクランクピン１７ｃとを一体に有するクランクシャフト１７がクランクケース１２に回転自在に支承される。而して前記クランクシャフト１７の両端部はクランクケース１２における前記ケース本体１５および前記サイドカバー１６を回転自在に貫通して外方に突出するものであり、クランクシャフト１７およびケース本体１５間には、ボールベアリング１８と、該ボールベアリング１８の外方に配置される環状のシール部材１９とが介装され、前記クランクシャフト１７および前記サイドカバー１６間には、ボールベアリング２０と、該ボールベアリング２０の外方に配置される環状のシール部材２１とが介装される。
【００１３】
シリンダブロック１３には、ピストン２２を摺動自在に嵌合せしめるシリンダボア２３が形成されており、ピストン２２の頂部を臨ませる燃焼室２４がシリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４間に形成される。またシリンダヘッド１４には、燃焼室２４に通じ得る吸気ポート２５および排気ポート２６が形成されるとともに、吸気ポート２５および燃焼室２４間を開閉する吸気弁２７、ならびに排気ポート２６および燃焼室２４間を開閉する排気弁２８が開閉作動可能に配設される。
【００１４】
吸気弁２７および排気弁２８を開閉駆動する動弁機構３０は、１／２の減速比でクランクシャフト１７から回転駆動される動弁カム３１と、該動弁カム３１に一端部を摺接させるとともに他端部には吸気弁２７および排気弁２８の上端部に当接されるタペットねじ３４，３５が進退位置を調節可能として螺合される吸気側および排気側ロッカアーム３２，３３とを備え、前記動弁カム３１は、クランクシャフト１７と平行な軸線を有してシリンダヘッド１４に固定的に支持される第１支軸３６で回転自在に支承され、吸気側および排気側ロッカアーム３２，３３は、第１支軸３６と平行な軸線を有してシリンダヘッド１４に支持される第２支軸３７で揺動自在に支承される。
【００１５】
シリンダヘッド１４には、第１支軸３６を嵌入するための嵌入孔３９ａ，３９ｂが相互に間隔をあけて同軸に設けられ、嵌入孔３９ｂはシリンダヘッド１４の一側面に開口するようにして設けられる。而して動弁機構３０はヘッドカバー４０で覆われるものであり、ヘッドカバー４０は、第１支軸３６の前記嵌入孔３９ｂからの離脱および軸線まわりの回転を阻止するようにして、前記嵌入孔３９ｂからの第１支軸３６の突出端に係合する係合部４０ａを有してシリンダヘッド１４に結合される。
【００１６】
前記クランクケース１２のケース本体１５およびサイドカバー１６には、クランクシャフト１７と平行な軸線を有するとともにクランクシャフト１７の回転軸線よりも上方に回転軸線を有する回転軸４１の両端部がボールベアリング６３，６４を介して回転自在に支承されており、該回転軸４１およびクランクシャフト１７間に、クランクシャフト１７の回転動力を１／２に減速して回転軸４１に伝達する第１調時伝動手段４２が設けられる。また動弁機構３０の動弁カム３１およびクランクシャフト１７間には、クランクシャフト１７の回転動力を１／２に減速して動弁カム３１に伝達する第２調時伝動手段４３が設けられる。
【００１７】
しかも第１および第２調時伝動手段４２，４３は、クランクシャフト１７の軸方向に隣接して配設されるものであり、クランクシャフト１７における一対のカウンタウエイト１７ａ，１７ｂのうちカウンタウエイト１７ｂとサイドカバー１６との間に配置される。
【００１８】
第１調時伝動手段４２は、クランクシャフト１７に固定される駆動ギヤ４４と、該駆動ギヤ４４に噛合するようにして回転軸４１に相対回転不能に結合される被動ギヤ４５とから成る。また第２調時伝動手段４３は、クランクシャフト１７に一体に設けられる駆動スプロケット４６と、前記動弁カム３１に固着される被動スプロケット４７と、駆動スプロケット４６および被動スプロケット４７に巻き掛けられるタイミングベルト４８とから成り、シリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４には前記タイミングベルト４８を走行させるタイミングベルト室４９が形成される。
【００１９】
前記クランクシャフト１７が備える一対のカウンタウエイト１７ａ，１７ｂ間に対応する位置で前記回転軸４１には、該回転軸４１の軸線から偏心した位置に軸線を有する偏心軸５０が一体に設けられており、この偏心軸５０と、ピストン２２と、クランクシャフト１７とは、リンク機構５１を介して連結される。
【００２０】
前記リンク機構５１は、一端がピストンピン５２を介してピストン２２に連結される主コンロッド５３と、クランクシャフト１７の両カウンタウエイト１７ａ，１７ｂ間に配置されてクランクピン１７ｃに連結されるとともに主コンロッド５３の他端に回動可能に連結されるサブコンロッド５４と、主コンロッド５３の連結位置からずれた位置でサブコンロッド５４に一端が回動可能に連結されるとともに前記偏心軸５０に他端が回動可能に連結されるスイングロッド５５とから成る。
【００２１】
サブコンロッド５４は、クランクピン１７ｃの半周に摺接するように形成されるものであり、クランクピン１７ｃの残余の半周に摺接するクランクキャップ５６が、一対のボルト５７，５７でサブコンロッド５４に締結され、クランクキャップ５６には、クランクケース１２内に貯留されたオイルを掻き揚げるためのオイルディッパ５８が設けられる。
【００２２】
主コンロッド５３の他端部は、コンロッドピン５９を介してサブコンロッド５４の一端部に回動可能に連結される。スイングロッド５５の一端部はスイングピン６０を介してサブコンロッド５４に回動可能に連結されるものであり、スイングロッド５５の他端部には前記偏心軸５０を貫通せしめる円形の軸孔６１が設けられ、スイングロッド５５および前記偏心軸５０間にニードルベアリング６２が介装される。
【００２３】
而してクランクシャフト１７の回転に応じて回転軸４１が１／２の減速比で回転駆動され、偏心軸５０が回転軸４１の回転軸線まわりに回転するのに伴って、リンク機構５１は、たとえば膨張行程でのピストン２２のストロークを圧縮行程でのストロークよりも大とするように作動し、それにより同じ吸入混合気量でより大きな膨張仕事を行なわせるようにして、サイクル熱効率を向上することができる。
【００２４】
このようなリンク式ストローク可変エンジンのリンク機構５１では、図３で示すように、リンク機構５１の各可動部分で慣性加振力Ｆ１〜Ｆ５が発生する。すなわちピストンリング、クリップ類およびピストンピン５２を含むピストン２２全体の質量および主コンロッド５３のピストンピン５２側の質量を加算して得られる往復部の質量Ｍｒｅｃによる慣性加振力Ｆ１と、クランクピン１７ｃの質量ならびにサブコンロッド５４のクランクピン１７ｃ付近の質量を加算して得られる回転部の質量Ｍｒｏｔによる慣性加振力Ｆ２と、主コンロッド５３のコンロッドピン５９側質量、コンロッドピン５９の質量、ならびにサブコンロッド５４のコンロッドピン５９付近の質量を加算して得られるコンロッドピン部の質量Ｍｃｐによる慣性加振力Ｆ３と、スイングピン６０の質量、サブコンロッド５４のスイングピン６０付近の質量、ならびにスイングロッド５５のスイングピン６０側の質量を加算して得られるスイングピン部の質量Ｍｓｐによる慣性加振力Ｆ４と、偏心軸５０の質量ならびにスイングロッド５５の偏心軸５０側の質量を加算して得られる偏心軸部の質量Ｍｐｖによる慣性加振力Ｆ５とが、リンク機構５１の各可動部分で生じ、それらの慣性加振力Ｆ１〜Ｆ５を合算したエンジン全体の総合慣性加振力Ｆが、クランクシャフト１７の回転軸線から図３で示す方向に直線状に延びる方向でクランクシャフト１７に作用することになる。
【００２５】
前記総合慣性加振力Ｆはクランクシャフト１７の実回転角度すなわち実クランク角度に応じて図４の点線で示すように変化し、実クランク角度が１８０度のとき、すなわちピストン５２が膨張工程の終端となる下死点で総合慣性加振力Ｆが最大となるものであり、図３は総合慣性加振力Ｆが最大となる状態を示すものである。
【００２６】
ところで、従来のレシプロエンジンでは、クランクシャフト１７の回転軸線に直交する平面への投影図上で、クランクシャフト１７の回転軸線に関してクランクピン１７ｃと反対側かつクランクシャフト１７の回転軸線およびクランクピン１７ｃの軸線間を結ぶ第１の直線Ｌ１上にカウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心が配置されるのが一般的であるが、リンク式ストローク可変エンジンでは、上述のようにリンク機構５１の各可動部分で慣性加振力Ｆ１〜Ｆ５が生じるので、第１の直線Ｌ１上にカウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心が配置される構成では、リンク式ストローク可変エンジンに特有の慣性加振力を効果的に低減することは不可能であり、本発明に従えば、クランクシャフト１７の回転軸線に直交する平面への投影図上で、第１の直線Ｌ１とは異なる第２の直線Ｌ２上に、カウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心Ｇが配置される。
【００２７】
すなわち本発明に従うリンク式ストローク可変エンジンでは、クランクシャフト１７の回転軸線に直交する平面への投影図上で、最大である前記総合慣性加振力Ｆの方向とは反対方向に前記クランクシャフト１７の回転軸線から延びる第２の直線Ｌ２上に、カウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心Ｇが配置される。
【００２８】
次にこの実施例の作用について説明すると、クランクシャフト１７にはカウンターウエイト１７ａ，１７ｂが設けられるのであるが、それらのカウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心Ｇが、クランクシャフト１７の回転軸線に直交する平面への投影図上で、リンク機構５１の各可動部分で生じる慣性加振力Ｆ１〜Ｆ５を合算した総合慣性加振力Ｆが最大となるときの該総合慣性加振力Ｆの方向とは反対方向に前記クランクシャフト１７の回転軸線から延びる第２の直線Ｌ２上に配置されるので、カウンタウエイト１７ａ，１７ｂの重心Ｇが発生する遠心力は、リンク機構５１の各可動部分の運動に伴って生じる総合慣性加振力Ｆを低減する方向に作用し、それによって総合慣性加振力Ｆが、図４の実線で示すように効果的に抑制、緩和され、振動を抑制するとともに振動に起因する騒音の発生ならびにエンジン各部の強度低下を抑制することができる。
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】エンジンの縦断側面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】総合慣性加振力が最大である状態でのリンク機構の各可動部分の慣性加振力の方向を示す図である。
【図４】クランクシャフトの回転に伴う総合慣性加振力の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１・・・エンジン本体
１２・・・クランクケース
１３・・・シリンダブロック
１７・・・クランクシャフト
１７ａ，１７ｂ・・・カウンターウエイト
１７ｃ・・・クランクピン
２２・・・ピストン
４１・・・回転軸
５０・・・偏心軸
５１・・・リンク機構
５２・・・ピストンピン
５３・・・主コンロッド
５４・・・サブコンロッド
５５・・・スイングロッド
５９・・・コンロッドピン
６０・・・スイングピン
Ｇ・・・重心
Ｌ２・・・第２の直線
【図１】
2009275552.tif 000003
【図２】
2009275552.tif 000004
【図３】
2009275552.tif 000005
【図４】
2009275552.tif 000006