奇數汽缸的v型內燃機的製作方法
2023-05-25 19:57:16
專利名稱：奇數汽缸的v型內燃機的製作方法
技術領域：
本發明涉及奇數汽缸的V型內燃機，具體的是用於防止由1次慣性力起因的發生1次振動的構造。
背景技術：
以往，為了防止由於發生在往復運動內燃機的活塞等的往復運動部分的慣性力的不均衡的振動，進行平衡軸等的平衡機構的設置。平衡軸等的平衡機構通過由鏈或齒輪等的傳動機構被傳輸的曲軸的動力，與曲軸同期被旋轉驅動。其中，作為奇數汽缸的V型內燃機中的平衡機構，在日本特公平4-36252號公報中所公開的構造被公眾所知。在該公報中公開的V型內燃機是具有配置在車身架前方的3個汽缸和配置在車身架後方的2個汽缸的5汽缸內燃機，在其曲軸的2個曲柄銷上分別連接前方汽缸的連杆及後方汽缸的連杆，在位於曲軸的左端的(自動兩輪車裝載情況下的行進方向的左側)剩餘的曲柄銷上連接位於左端的剩餘的1個前方汽缸的連杆。而且，為了解除由於內燃機的運轉發生的慣性力的不均衡，在左側前方汽缸的連杆的大端部設置平衡機構。該平衡機構由伴隨著該大端部的旋轉做鐘擺運動的2個臂構成，還有收容平衡機構的收容部設置在鄰接後方汽缸的左方。
但是，由於前述現有技術為了解除慣性力的不均衡需要平衡機構，而且需要收容該平衡機構的空間，在增加內燃機的重量的同時，使內燃機變得大型化，增加零件數量，再有由於增加了滑動部存在摩擦損失增加的難點。
本發明是鑑於這樣的情況而提出的方案，其主要目的是提供不會招致內燃機的重量增加及大型化、防止由1次慣性力的不均衡起因的1次振動的發生的奇數汽缸的V型內燃機。
還有，其目的在於，在利用嵌合於奇數汽缸中不成對的1個汽缸中的活塞來防止1次振動發生的同時，謀求每個汽缸在曲軸的旋轉方向上的1次慣性力的均等化。
再有，本發明以通過簡單的構造防止1次慣性力成為力偶而發生的耦合振動為目的。
發明內容
為了達成前述主要目的，在本發明中的奇數汽缸的V型內燃機具有形成兩個V字狀的坡度的(2n+1)(在此，n為自然數)個汽缸；嵌合於前述各汽缸的汽缸內徑的活塞；與這些活塞分別連結的連杆；曲軸；前述曲軸具有與分別連接於分別屬於前述兩個坡度的活塞的對的連杆一起被連接的n根的共用曲柄銷；與只連接於一個剩餘的活塞的連杆連接的一根單獨的曲柄銷；其中，前述n根的共用曲柄銷被配置成相同的相位，前述兩個坡度所成的坡度角θ被設定為滿足下述算式，θ＝cos-1(1/(2n))前述單獨曲柄銷，在前述剩餘的活塞屬於位於前述曲軸的旋轉方向上前進側的前述坡度的情況下，被配置在從前述共用曲柄銷具有(180-θ)度角度的前述旋轉方向上的滯後側，在前述剩餘的活塞屬於位於前述曲軸的旋轉方向上滯後側的前述坡度的情況下，被配置在從前述共用曲柄銷具有(180-θ)度角度的前述旋轉方向上的前進側，在前述所有的汽缸中前述活塞等的往復運動部分的質量相等地被設定，當進行如下設定時k=(121-14n2)2+(n-14n)2]]>=sin-1(121-14n2k)]]>α從前述共用曲柄銷的向前述旋轉方向的角度M前述各往復運動部分的質量r曲柄半徑ω前述曲軸的角速度在前述曲軸上，設置以kMrω2的大小、且產生(α+180)度的方向的平衡力的配重機構。
根據本發明，在由(n+1)個汽缸形成的坡度和由n個汽缸形成的坡度形成坡度角θ的奇數汽缸的V型內燃機中，通過內燃機的運轉，發生在(2n+1)個活塞等的往復運動部分的1次慣性力，由於通過發生在設置於曲軸的配重機構的大小為kMrω2的、且具有(α+180)度的方向的平衡力而平衡，能夠防止1次振動的發生。其結果是1次振動通過設置在曲軸的配重機構被防止，據此，不必如現有技術那樣設置具有臂的平衡機構及具有傳動機構或平衡軸的平衡機構，在抑制內燃機的重量增加的同時，使內燃機小型化。還有，由於削減了零件數量而提高了生產性，再有通過減少滑動部而減少摩擦損失，能夠使有效的內燃機輸出增大。
在本發明中，可以將前述配重機構由多個配重構成，對前述活塞等的每個往復運動部分成為50％的平衡率地被設定，而且，配重相對於前述曲軸的旋轉軸線設置在前述各曲柄銷的180度相反側。
通過這樣地設置，通過使連接在共用曲柄銷上的所有的活塞等的往復運動部分的不平衡1次慣性力與連接在單獨曲柄軸上的活塞等的往復運動部分的不平衡1次慣性力平衡來防止1次振動的發生，據此，能夠利用除連接在共用曲柄銷成為1對的活塞等的往復運動部分以外剩餘的活塞等的往復運動部分，以配重的設置容易進行的狀態防止1次振動的發生。而且，由於配重對前述活塞等的每個往復運動部分成為50％的平衡率地被設定，曲軸在旋轉方向的1次慣性力被均等化，在曲軸及支撐曲軸的軸承部的設計變得容易的同時，可以迴避為了提高剛性的重量增加使內燃機輕量化。
本發明在奇數汽缸的V型內燃機中，n為偶數，前述配重機構由多個配重構成，前述單獨曲柄銷被配置在前述曲軸上在其旋轉軸線方向的中央，相對於包括前述剩餘的活塞嵌合的汽缸內徑的中心軸線且與前述旋轉軸線正交的假想平面，前述所有的活塞等的往復運動部分及前述所有的配重被面對稱地配置。
通過這樣地設置，在發生於曲軸的1次慣性力與發生於配重的平衡力相互平衡的基礎上，由於發生於各活塞等的往復運動部分的1次慣性力及發生於配重的平衡力相對於假想平面成為面對稱，不會由於1次慣性力及平衡力而形成力偶，通過單獨曲柄銷、活塞等的往復運動部分及配重的面對稱的配置這一簡單的構造，可防止以1次慣性力及平衡力起因的耦合振動的發生。
圖1是裝載本發明的V型內燃機的兩輪摩託車的主要部分的左側視圖。
圖2是圖1兩輪摩託車的主要部位俯視圖。
圖3是圖1的以III-III線剖切時的概略展開圖。
圖4是用於說明產生在與同一曲柄銷連接的一對的活塞等的往復運動部分的1次慣性力的圖。
圖5是用於說明產生在與位於曲軸旋轉方向前進側的坡度的1個曲柄銷連接的活塞等的往復運動部分的1次慣性力的圖。
圖6是表示內燃機整體的1次慣性力的說明圖。
圖7是用於說明產生在與位於曲軸旋轉方向滯後側的坡度的1個曲柄銷連接的活塞等的往復運動部分的1次慣性力的圖。
圖8是表示發生在圖1的V型內燃機的配重處的平衡力的說明圖。
圖9是表示圖1的V型內燃機的不平衡1次慣性力的說明圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1至圖9說明本發明的實施例。
如圖1所示，本發明適用的V型內燃機E是裝載於兩輪摩託車V上的DOHC型水冷式的V型5汽缸4衝程的內燃機。另外，在本說明書中，「前後左右」是以兩輪摩託車V的車體為基準時的「前後左右」的意思。內燃機E具有氣缸體1，在該汽缸體1的上部形成前坡度1a及後坡度1b，該前、後坡度在前後方向形成坡度角θ的V字型的V坡度，下部形成上曲軸箱1c。在各坡度1a、1b中汽缸體1的上端面盡頭前汽缸蓋2a及後汽缸蓋2b被結合，在汽缸體1的下端面上結合著下曲軸箱3，在下曲軸箱3的下端面上結合著機油盤4。
如圖1及圖2所示，設置具有保持支撐前輪WF的前懸架的頭管30和與該頭管30連接向後斜下方延伸的左右一對的主車架31、32的車身架。還有，在內燃機E上設置被配置成指向左右方向的橫放的曲軸5。曲軸5以其旋轉軸線L位於汽缸體1的下端面與下曲軸箱3的上端面的對接面上的狀態，可自由旋轉地被支撐在汽缸體1的下端面與下曲軸箱3的上端面上，曲軸5在圖1中，由於向逆時針方向旋轉，前坡度1a相對於後坡度1b位於曲軸5的旋轉方向的前進側。
也如圖2所示，內燃機E被配置在燃料箱33的下方且座椅34的前斜下方、俯視下的兩主車架31、32之間。即，在各主車架31、32的前部設置大約向垂直下方延伸的前支架31a、32a，在該一對的前支架31a、32a上固定著在V坡度的外側一體地形成在前坡度1a的支撐部T1。還有，從各前支架31a、32a的上下方向的中間部向後方大約水平延伸地設置連結部31b、32b，在這些連結部31b、32b上固定著在V坡度的內側一體地形成在前坡度1a的支撐部T2。再有，在各主車架31、32的後部設置向大約垂直下方延伸的下垂部31c、32c，在該一對的下垂部31c、32c的上部位置固定著一體地形成在上曲軸箱1c的後部的支撐部T3，在該兩下垂部31c、32c的下部位置固定著一體地形成在下曲軸箱3的後部的支撐部T4。還有，在兩下垂部31c、32c中，在兩支撐部T3、T4被固定的部分的上下方向的中間部樞軸支撐著支撐後輪WR的U字狀的後叉35的前端部。
一起參照圖3，前坡度1a具有沿曲軸5的旋轉軸線L方向配列的被一體地結合的3個汽缸C1、C3、C5，形成於各汽缸C1、C3、C5汽缸內徑B1、B3、B5的中心軸線N1、N3、N5從旋轉軸線L指向前斜上方，各汽缸C1、C3、C5前傾。還有，後坡度1b具有沿旋轉軸線L方向配列的被一體地結合的2個汽缸C2、C4，形成於各汽缸C2、C4汽缸內徑B2、B4的中心軸線N2、N4從旋轉軸線L指向後斜上方，各汽缸C2、C4後傾。在各汽缸C1～C5的汽缸內徑B1～B5上可自由滑動地嵌合安裝著活塞環的活塞P1～P5，通過在對應各活塞P1～P5的汽缸蓋2a、2b之間形成的燃燒室的燃燒壓力而往復運動的活塞P1～P5，通過連結各活塞P1～P5和曲軸5之間的連杆R1～R5旋轉驅動曲軸5。
具體的是，曲軸5在缸體1及下曲軸箱3上，分別通過以規定的間隔形成於旋轉軸線L方向的4個軸承部D1～D4，在其軸頸J1～J4處通過主軸承被支撐。而且，在曲軸5中，軸承部D1和軸承部D2之間的曲柄銷K1上一起連接著連杆R1、R2，該連杆R1、R2分別連結於各自與分別屬於兩坡度1a、1b的汽缸C1、C2嵌合的1對的活塞P1、P2的活塞銷S1、S2。另外，軸承部D2與軸承部D3之間在與曲柄銷K1鄰接的曲柄銷K2上只連結著連杆R3，該連杆R3連結於嵌合在屬於前坡度1a的汽缸C3的活塞P3的活塞銷S3上，軸承部D3與軸承部D4之間在與曲柄銷K2鄰接的曲柄銷K3上一起連接著連杆R4、R5，該連杆R4、R5分別連結於各自與分別屬於兩坡度1a、1b的汽缸C4、C5嵌合的1對的活塞P4、P5的活塞銷S4、S5。因此，2個曲柄銷K1、K3構成連結2組1對的連杆R1、R2、R4、R5的共用曲柄銷，在曲軸5的兩端的軸頸J1、J4之間，配置在旋轉軸線L方向的中央的曲柄銷K2構成只連結與活塞P3相連結的1個連杆R3的單獨曲柄銷。
還有，曲柄銷K1和曲柄銷K3被配置在相同相位，即被配置在從曲軸5的旋轉軸線L方向看時重合的位置，連杆R1及連杆R5、連杆R2及連杆R4在包含汽缸C3的汽缸內徑B3的中心軸線N3、且相對於與旋轉軸線L正交的假想平面H面對稱的位置上，分別與曲柄銷K1及曲柄銷K3連結，而且相對於假想平面H，全體汽缸內徑B1～B5被配置成面對稱。因此，活塞P1～P5等的往復運動部分對於假想平面H被配置成面對稱。
另外，在本說明書中，活塞P1～P5等的往復運動部分是指活塞P1～P5、和活塞環及活塞銷S1～S5等的與活塞P1～P5一起往復運動的活塞P1～P5的附屬部件、以及通過活塞銷S1～S5與活塞P1～P5連結的連杆R1～R5中的往復運動部分的組合的意思。
再有，在旋轉軸線L方向上，在曲柄銷K1的兩端設置2個曲柄腹板G1、G2，同樣地，在曲柄銷K2的兩端設置2個曲柄腹板G3、G4，接著在曲柄銷K3的兩端分別設置2個曲柄腹板G5、G6。在這些曲柄腹板G1～G6上相對於假想平面H分別配置成面對稱地設置使在各活塞P1～P5等的往復運動部分產生的1次慣性力減少的產生平衡力的配重。而且，關於4個活塞P1、P2、P4、P5，在相對於旋轉軸線L曲柄銷K1、K3的180度相反側，曲柄銷K1、K3的中心軸線上，即使其重心位於具有曲柄半徑的假想圓上地設置配重。還有，關於活塞P3，在相對於旋轉軸線L曲柄銷K2的180度相反側，曲柄銷K2的中心軸線上，即使其重心位於具有曲柄半徑的假想圓上地(此半徑等於曲柄銷K1、K3的半徑)設置配重。再有，對於設置成具有全相等的質量的活塞P1～P5等的往復運動部分，通過配重，相對於各活塞P1～P5等的往復運動部分的1次慣性力的平衡率都設定為50％。
接著，若參照圖2，在旋轉軸線L方向上的寬度比前坡度1a小的後坡度1b佔據比前坡度1a靠近座椅34的位置、並全體汽缸內徑B1～B5相對於假想平面H面對稱地配置。因此，作為在前坡度1a及後坡度1b的旋轉軸線L方向的兩端部的左右端部相對於在左右方向的車體中心Y佔據大約對稱的位置，還有前坡度1a的3個汽缸C1、C3、C5及後坡度1b的2個汽缸C2、C4相對於車體中心Y佔據大約對稱的位置。
該內燃機E如前所述，通過內燃機E的運轉，由於具備由活塞P1～P5等的往復運動部分的往復運動起因發生的1次慣性力平衡的產生平衡力的配重，通過該平衡力使作為1次慣性力的不平衡部分的不平衡1次慣性力成為0(零)。防止1次振動的發生。下面說明該1次振動防止構造。
首先，說明一般的具有(2n+1)(在此n為自然數)個奇數的汽缸、坡度角θ的V型內燃機，之後，說明作為其特別的情況的前述的5汽缸的V型內燃機E。
在具有(2n+1)個的汽缸的V型內燃機中，(n+1)個的汽缸沿曲軸的旋轉軸線方向配列形成第1坡度，n個的汽缸沿前述旋轉軸線方向配列形成第2坡度。曲軸具有與分別連接於分別嵌合在分別屬於第1、第2坡度的2個汽缸的活塞的連杆一起被連接的n根的共用曲柄銷；與只連接於嵌合在第1坡度的剩餘汽缸的1個活塞的連杆連接的1根單獨曲柄銷。而且，n根的共用曲柄銷配置成同樣的相位，即從曲軸的旋轉軸線方向看時配置成重合的位置。還有，單獨曲柄銷在前述旋轉軸線方向上位於任何位置都可以。
最初，參照作為向曲軸的旋轉軸線方向看的說明圖的圖4，對通過被連結於1根的共用曲柄銷KC、且與分別屬於第1、第2坡度的2個汽缸CL、CM分別嵌合的2個活塞PL、PM的往復運動所發生的1次慣性力進行說明。曲軸設為向在圖中的A所示的箭頭方向旋轉，設前述旋轉軸線為原點，將從原點延伸的第2坡度的汽缸CM的汽缸內徑的中心軸作為Y軸，與Y軸正交的X軸，以在從Y軸的正方向朝與旋轉方向A相反方向旋轉90度的位置從原點延伸出的半直線作為正方向。屬於第1坡度的汽缸CL的汽缸內徑的中心軸線位於從Y軸只旋轉坡度角θ方向的前進側。再有，設M前述各往復運動部分的質量τ從Y軸的曲軸的旋轉角或者共用曲柄銷KC的旋轉角r曲柄半徑ω前述曲軸的角速度此時，發生在第1坡度的活塞PL等的往復運動部分的1次慣性力F1用式(1)、另外發生在第2坡度的活塞PM等的往復運動部分的1次慣性力F2用式(2)表示。F1XF1Y-Mr2cos(-)sinMr2cos(-)cos.......(1)]]>F2XF2Y=0Mr2cos......(2)]]>在此，添字X、Y表示X軸方向成分及Y軸方向成分。
因此，這2個活塞PL、PM等的往復運動部分加起來的1次慣性力F12為各1次慣性力F1、F2的向量和、以式(3)表示。F12XF12Y=F1XF1Y+F2XF2Y]]>=Mr2-cos(-)sincos+cos(-)cos....(3)]]>據此，與具有(2n+1)個汽缸的V型內燃機的n根的共用曲柄銷連結的活塞等的往復運動部分的1次慣性力Fn用式(4)表示。FnXFnY=nF12XF12Y]]>=nMr2-cos(-)sincos+cos(-)cos......(4)]]>下面，參照圖5求出發生在與單獨曲柄銷KS連結、嵌合在第1坡度的剩餘的汽缸CN的活塞PN等的往復運動部分的1次慣性力FC。說明第1坡度相對於第2坡度在旋轉方向上位於前進側的情況。如果單獨曲柄銷KS的相位設為從共用曲柄銷KC向旋轉方向A轉β度，其1次慣性力FC用式(5)表示。FCXFCY=Mr2-cos(-+)sincos(-+)cos....(5)]]>因此，具有(2n+1)個汽缸的V型內燃機全體的1次慣性力FT為1次慣性力Fn和1次慣性力FC的向量和，用式(6)表示。FTXFTY=FnXFnY+FCXFCY]]>=Mr2-ncos(-)sin-cos(-+)sinncos+ncos(-)cos+cos(-+)cos.....(6)]]>
在此，設定坡度角θ滿足式(7)，單獨曲柄銷KS的相位滿足式(8)地配置，即配置在從共用曲柄銷KC在具有(180-θ)度的角度的旋轉方向的滯後側。
θ＝cos-1(1/(2n)) (7)sin=1-cos2=1-14n2.....(8)]]>β＝-(180-θ) (9)另外、在式(8)中，sinθ成為正的值是由於在旋轉方向θ角為0度＜θ＜180度。
若將式(7)、(8)、(9)代入式(6)整理可得出式(10)。FTXFTY=Mr2-ncos(-)sin+cossinncos+ncos(-)cos-coscos]]>=Mr2-(n-14n)sin+121-14n2cos(n-14n)cos+121-14n2sin.....(10)]]>在此，若使k=(121-14n2)2+(n-14n)2......(11)]]>=sin-1(121-14n2k).....(12)]]>則sin=121-14n2k.....(13)]]>cos=n-14nk.......(14)]]>若考慮式(13)、(14)，將式(10)進行變形得出下式。FTXFTY=kMr2-sin(-)cos(-).....(15)]]>從式(15)可知，作為發生在該V型內燃機的各活塞的往復運動部分的1次慣性力的合力的1次慣性力FT其大小為kMrω2，是相對於曲軸的旋轉角τ滯後α度、以與曲軸同樣的角速度旋轉的向量。因此，如果在曲軸上設置與該1次慣性力FT平衡的產生平衡力的配重，能夠使該V型內燃機全體的不平衡1次慣性力通常為0(零)。因此，配重WB如表示共用曲柄銷KC位於Y軸時的狀態的圖6所示那樣，相對於以實線中空的箭頭所示的1次慣性力FT，被設置在(α+180)度的位置，其質量例如設定為在曲柄半徑上具有其重心的kM。
還有，當第1坡度相對於第2坡度位於旋轉方向的滯後側的情況下，如圖7所示，對應式(5)，在嵌合於剩餘的汽缸CN的活塞PN等的往復運動部分產生的1次慣性力FC，若將單獨曲柄銷KS的相位設為從共用曲柄銷KC向旋轉方向A轉β度，則可以下式表示。FCXFCY=Mr20cos(+)....(16)]]>因此，V型內燃機全體的1次慣性力FT為1次慣性力FN和1次慣性力FC的向量和，以式(17)表示。FTXFTY=FnXFnY+FCXFCY]]>=Mr2-ncos(-)sinncos+ncos(-)cos+cos(+).....(17)]]>在此，設定坡度角θ滿足式(7)，再有將單獨曲柄銷KS的相位滿足式(18)地設置，即配置在從共用曲柄銷KC具有(180-θ)度角度的旋轉方向的前進側。
β＝(180-θ) (18)若將式(7)、(8)、(18)代入式(17)進行整理得出下式。FTXFTY=Mr2-(n-14n)sin-121-14n2cos(n-14n)cos-121-14n2sin.....(19)]]>若再將式(13)、(14)代入式(19)，則成為FTXFTY=Mr2-sin(+)cos(+).......(20)]]>得到對應於式(15)的式。
從該式(20)可知，剩餘的汽缸所屬的第1坡度相對於第2坡度位於旋轉方向的滯後側的情況下，1次慣性力FT其大小為kMrω2，是相對於曲軸的旋轉角τ前進α度、以與曲軸同樣的角速度旋轉的向量。因此，如果在曲軸上設置與該1次慣性力FT平衡的發生平衡力的配重，能夠使該V型內燃機全體的不平衡1次慣性力通常為0(零)。因此，配重如表示共用曲柄銷KC位於Y軸時的狀態的圖6所示那樣，相對於以虛線中空的箭頭所示的1次慣性力FT，被設置在(α+180)度的位置，其質量例如設定為擁有曲柄半徑在假想圓上具有其重心的kM。
下面，作為這種一般的1次振動防止構造的特別情況，說明作為n＝2的情況的前述5汽缸的內燃機E的1次振動防止構造。在(2n+1)汽缸的V型內燃機的情況下，只要滿足式(15)或式(20)，配重的位置位於曲軸的任何部分都可以，在此內燃機E中，對應各活塞P1～P5等的往復運動部分，通過在所有的曲柄腹板G1～G6上設置的配重，相對於各活塞P1～P5等的往復運動部分往復運動部分的1次慣性力的平衡率都設定為50％。這相當於對應各活塞P1～P5等的往復運動部分、在具有曲柄半徑的假想圓上設置具有M/2的質量的配重。
因此，為了易於理解，在表示曲柄銷K1、K3位於Y軸上時的狀態的圖8A至圖8E中，對應各活塞P1～P5等的往復運動部分，通過配重產生圖示那樣的平衡力FB1、FB2，內燃機E全體的平衡力FB為各平衡力FB1、FB2的向量和。而且，如圖8F所示，由於該平衡力FB在式(15)中，通過將n＝2所得到的值與1次慣性力FT大小相同、其方向差異180度，兩者的合力為0(零)，可防止由於1次慣性力的振動。
另外，這也表示，作為連結於曲柄銷K1、K3的4個活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分的1次慣性力與對應該活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分的配重的平衡力的和所剩餘的不平衡1次慣性力，通過作為連結於曲柄銷K2的活塞P3等的往復運動部分的1次慣性力與對應該活塞P3等的往復運動部分的配重的平衡力的和所剩餘的不平衡1次慣性力被平衡，內燃機E全體的不平衡1次慣性力為0(零)。
即，為了易於理解，若參照表示曲柄銷K1、K3位於Y軸上時的狀態的圖9，被連結於曲柄銷K1、K3、屬於前坡度1a的汽缸C1、C5的活塞P1、P5等的往復運動部分的1次慣性力互相相等，分別通過式(1)求得，其合力的大小為2×(Mrω2cosθ)，其方向為從Y軸的正方向開始θ度。而且，根據對應這些活塞P1、P5等的往復運動部分所設置的配重的平衡力其大小為2×(Mrω2)/2，其方向為從Y軸的正方向開始180度。因此，兩活塞P1、P5等的往復運動部分的不平衡1次慣性力FU1為1次慣性力和平衡力的向量和，其大小為2×(Mrω2)/2，其方向為從Y軸的正方向開始2θ度。
一方面，被連結於曲柄銷K1、K3、屬於後坡度1b的汽缸C2、C4的活塞P2、P4等的往復運動部分的1次慣性力互相相等，分別通過式(2)求得，其合力的大小為2×Mrω2，其方向為從Y軸的正方向。而且，根據對應這些活塞P2、P4等的往復運動部分所設置的配重的平衡力其大小為2×Mrω2/2，其方向為從Y軸的正方向開始180度。因此，兩活塞P2、P4等的往復運動部分的不平衡1次慣性力FU2為1次慣性力和平衡力的向量和，其大小為2×(Mrω2)/2，其方向為從Y軸的正方向。
因此，為兩不平衡1次慣性力FU1、FU2的向量和的連結於2根曲柄銷K1、K3的活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分的不平衡1次慣性力FU12其大小為2×Mrω2cosθ，其方向為從Y軸的正方向開始θ度。而且，根據式(7)，不平衡1次慣性力FU12其大小為Mrω2/2。
接著，被連結於曲柄銷K2、屬於前坡度1a的汽缸C3的活塞P3等的往復運動部分的1次慣性力通過式(5)求得，其大小為Mrω2，其方向為從Y軸的正方向開始-(180-θ)度。而且，根據對應活塞P3等的往復運動部分所設置的配重的平衡力其大小為Mrω2/2，其方向為從Y軸的正方向開始θ度。因此，活塞P3等的往復運動部分的不平衡1次慣性力FU3為1次慣性力和平衡力的向量和，其大小為Mrω2/2，其方向為從Y軸的正方向開始-(180-θ)度。
從上述可知，連結於K1、K3的4個活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分的1次慣性力FU12通過連結於K2的活塞P3等的往復運動部分的1次慣性力FU2被平衡，內燃機E全體的不平衡1次慣性力為0(零)。再有，同樣的效果對於具有(2n+1)個汽缸、配重被設置成各活塞等的往復運動部分分別各50％的平衡率的V型內燃機也可以適用。
下面，說明如前述那樣構成的實施例的作用及效果。
在由3個汽缸C1、C3、C5形成的前坡度1a和由2個汽缸C2、C4形成的後坡度1b所成的坡度角θ的內燃機E運轉時，通過在曲軸5上設置產生大小為kMrω2、且方向為(α+180)度(在此，k＝(15/4)1/2、α＝-sin-1(1/4))的平衡力的配重(參照圖8的(F))，由於在全體活塞P1～P5等的往復運動部分發生的1次慣性力，通過設置於曲軸5的配重所發生的平衡力平衡，可防止由1次慣性力起因的1次振動的發生。其結果，由於1次振動通過設置於曲軸5的配重可防止，不需要如現有技術那樣設置具有臂的平衡機構、傳動機構或平衡軸，在可抑制內燃機E的重量增加的同時，內燃機E被小型化。還有，由於削減了部件個數提高了生產性，再有通過減少了滑動部而減少了摩擦損失，能夠使有效的內燃機輸出增大。
由於配重被設置成活塞P1～P5等的往復運動部分分別各50％的平衡率，且相對於旋轉軸線L設置在各曲柄銷的180度相反側，通過分別連結於K1、K3的全體的活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分的1次慣性力FU12與連結於K2的活塞P3等的往復運動部分的1次慣性力FU3平衡而防止1次振動的發生。因此，分別連結於曲柄銷K1、K3成為1對的活塞P1、P2、P4、P5等的往復運動部分以外的、利用連結於曲柄銷K2的活塞P3等的往復運動部分，配重的設置能夠以容易的形態防止1次振動的發生。而且，由於配重被設置成活塞P1～P5等的往復運動部分分別各50％的平衡率，曲軸5在旋轉方向的1次慣性力被均等化。據此，在使曲軸5以及支撐曲軸5的軸承部D1～D4的設計變得容易的同時，迴避了為了提高剛性的重量增加，能夠使內燃機E輕量化。在其基礎上，在曲軸5為由組裝式曲軸構成的情況下，能使包含曲柄腹板G1～G6的部件的共用化成為可能，削減成本。
由於曲柄銷K2被配置在曲軸5的在旋轉軸線L方向的中央，相對於假想平面H，5個活塞P1～P5等的往復運動部分以及所有的前述配重面對稱地配置，在發生於曲軸5的1次慣性力與發生於配重的平衡力平衡的基礎上，在各活塞P1～P5等的往復運動部分發生的1次慣性力以及在配重發生的平衡力相對於假想平面H成為面對稱，不會形成由於1次慣性力及平衡力的力偶。其結果是通過曲柄銷K1～K3、活塞P1～P5等的往復運動部分以及配重的面對稱的配置這一簡單構造，可防止由1次慣性力以及平衡力起因的偶合振動的發生。
由於內燃機E在裝載於兩輪摩託車的狀態下，旋轉軸線L方向的寬度比前坡度1a小的後坡度1b佔據靠近座椅34的位置，通過使駕駛者兩膝間距變窄、在兩腳的內側夾著燃料箱33，可使乘車姿勢更加穩定化的膝夾持性更加良好。還有，由於不僅前坡度1a後坡度1b的2個汽缸C2、C4也相對於在左右方向的車體中心Y位於大致對稱的位置，在能夠保持相對於車體在內燃機E左右的重量的平衡的基礎上，由於內燃機E的重心接近在左右方向的車體中心Y，能夠提高操縱性以及穩定性。還有，由於相對於假想平面H，全體汽缸內徑B1～B5被面對稱地配置，在旋轉軸線L方向的前坡度1a及後坡度1b的左右端部相對於車體中心Y大約佔據對稱的位置。因此，提高了內燃機E對車身架的裝載性。
在5汽缸的V型內燃機E中，在連結於曲柄銷K2的活塞P3屬於後坡度1b的情況下，而且，如前所述，不只局限於5汽缸的V型內燃機，對於一般的(2n+1)汽缸的V型內燃機也可防止1次振動的發生。
下面，關於變更了前述實施例的一部分的實施例，對於其變更的構成進行說明。
對於即使是n＝2的情況下的前述5汽缸V型內燃機E以外、n為2以外的偶數，只要是全體汽缸的活塞等的往復運動部分以及全部的配重，在曲軸的兩端的軸頸之間，包括與配置在旋轉軸線L方向的中央的單獨曲柄銷連結的活塞嵌合的汽缸的汽缸內徑的中心軸線、且相對於與旋轉軸線L正交的假想平面H面對稱地配置的內燃機，也可防止偶合振動的發生。
另外，內燃機即使是使用於車輛以外也可以。
權利要求
1.一種奇數汽缸的V型內燃機，該內燃機具有形成兩個V字狀的坡度的(2n+1)(在此，n為自然數)個汽缸；嵌合於前述各汽缸的汽缸內徑的活塞；與這些活塞分別連結的連杆；曲軸；前述曲軸具有與分別連接於分別屬於前述兩個坡度的活塞的對的連杆一起被連接的n根的共用曲柄銷；與只連接於一個剩餘的活塞的連杆連接的一根單獨的曲柄銷；其特徵在於，前述n根的共用曲柄銷被配置成相同的相位，前述兩個坡度所成的坡度角θ被設定為滿足下述算式，θ＝cos-1(1/(2n))前述單獨曲柄銷，在前述剩餘的活塞屬於位於前述曲軸的旋轉方向上前進側的前述坡度的情況下，被配置在從前述共用曲柄銷具有(180-θ)度角度的前述旋轉方向上的滯後側，在前述剩餘的活塞屬於位於前述曲軸的旋轉方向上滯後側的前述坡度的情況下，被配置在從前述共用曲柄銷具有(180-θ)度角度的前述旋轉方向上的前進側，在前述所有的汽缸中前述活塞等的往復運動部分的質量相等地被設定，當進行如下設定時k=(121-14n2)2+(n-14n)2]]>=sin-1(121-14n2k)]]>α從前述共用曲柄銷的向前述旋轉方向的角度M前述各往復運動部分的質量r曲柄半徑ω前述曲軸的角速度在前述曲軸上，設置以kMr2的大小、且產生(α+180)度的方向的平衡力的配重機構。
2.如權利要求1所述的奇數汽缸的V型內燃機，其特徵在於，前述配重機構由多個配重構成，對前述活塞等的每個往復運動部分成為50％的平衡率地被設定，而且，配重相對於前述曲軸的旋轉軸線設置在前述各曲柄銷的180度相反側。
3.如權利要求1所述的奇數汽缸的V型內燃機，其特徵在於，n為偶數，前述配重機構由多個配重構成，前述單獨曲柄銷被配置在前述曲軸上在其旋轉軸線方向的中央，相對於包括前述剩餘的活塞嵌合的汽缸內徑的中心軸線且與前述旋轉軸線正交的假想平面，前述所有的活塞等的往復運動部分及前述所有的配重被面對稱地配置。
全文摘要
具有(2n+1)(n為自然數)個汽缸的V型內燃機具有曲軸，該曲軸具有與兩坡度的一對的活塞一起被連接的n根的共用曲柄銷K
文檔編號F02B61/00GK1416502SQ01806225
公開日2003年5月7日 申請日期2001年12月13日 優先權日2001年1月10日
發明者山下昇 申請人:本田技研工業株式會社