(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-15
(45)【発行日】2022-02-24
(54)【発明の名称】エンジン
(51)【国際特許分類】
F02B 75/18 20060101AFI20220216BHJP
F01B 1/10 20060101ALI20220216BHJP
F02B 77/00 20060101ALI20220216BHJP
F16F 15/26 20060101ALI20220216BHJP
F16F 15/32 20060101ALI20220216BHJP
【ＦＩ】
F02B75/18 J
F01B1/10
F02B77/00 J
F02B77/00 L
F16F15/26 F
F16F15/32 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018032167
(22)【出願日】2018-02-26
(65)【公開番号】P2019148186
(43)【公開日】2019-09-05
【審査請求日】2020-09-28
(73)【特許権者】
【識別番号】521429672
【氏名又は名称】石川新能源研究院（安徽）有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100154014
【弁理士】
【氏名又は名称】正木 裕士
(72)【発明者】
【氏名】石川 満
(72)【発明者】
【氏名】中野 靖彦
【審査官】三宅 龍平
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５３８０６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１６３７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－０７０６２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０１０７４２６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１２／１６３９０２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－２３９１８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｂ ７５／００ － ７７／００
Ｆ０１Ｂ １／１０
Ｆ１６Ｆ １５／３２
Ｆ１６Ｆ １５／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、
前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、
前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、
前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、
前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、
前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトの回転中心は、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの回転中心よりも前記第１ピストンに接近する側に配置されることを特徴とするエンジン。
【請求項2】
第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、
前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、
前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、
前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、
前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、
前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフト、前記第２バランサシャフト、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの中心軸は、略一致することを特徴とするエンジン。
【請求項3】
前記第１バランスマスは、前記第１ピストン、前記第１クランクシャフトおよび前記第１コンロッドが動作することで生じる前記第１軸線に沿う１次慣性力を打ち消すことができる質量を有し、前記第２バランスマスは、前記第２ピストン、前記第２クランクシャフトおよび前記第２コンロッドが動作することで生じる前記第２軸線に沿う１次慣性力を打ち消すことができる質量を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン。
【請求項4】
前記第１バランスマスおよび前記第２バランスマスは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に対して対称的に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジン。
【請求項5】
前記第１クランクシャフトの回転方向と、前記第２クランクシャフトの回転方向とは、逆であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のエンジン。
【請求項6】
前記第１バランサシャフトと前記第２バランサシャフトとは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に関して対称的に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はエンジンに関し、特に、並設された２つのエンジン部を有する低振動型のエンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的なエンジンでは、ガソリン等の燃料を爆発させることでピストンを往復運動させ、この往復運動をクランクシャフトで回転運動に変換し、クランクシャフトに接続する駆動軸から回転トルクを外部に取り出している。このようなエンジンは、レシプロエンジンとも称されている。
【0003】
上記した構成のエンジンを運転すると、ピストンの往復運動およびクランクシャフトの回転運動等に起因して振動が発生するため、この振動を抑制するためにエンジンの内部にバランサシャフトが内蔵されている。所謂偏心シャフトであるバランサシャフトが、クランクシャフトと共に回転することで、クランクシャフトから発生する振動を低減することが出来る。
【0004】
特許文献１には、連続するシリンダの内部でピストンが対向して往復運動する対向ピストン型エンジンが記載されている。この対向ピストン型エンジンでは、エンジン稼働時に発生する振動が、シリンダを挟んだ一方部分と他方部分で互いにキャンセルされる。よって、この対向ピストン型エンジンでは、エンジン稼働時に発生する振動を極めて小さくすることができる。
【0005】
一方、複数の駆動ユニットを有し、各ユニットのピストンの移動方向が互いに平行であるエンジンも開発されている（特許文献２）。このような構成により、エンジンが運転される際の振動を軽減し、更に、動作効率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第５５０８６０４号公報
【文献】特許第６０５２７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された対向ピストン型エンジンでは、シリンダを挟んで両側にエンジン部が配設されていたことから、エンジンの幅方向の寸法が大きくなる課題があった。また、一つのシリンダを２つのピストンで共有することから、より大きな回転トルクを出力させるには改善の余地があった。更には、製造コストの観点からも改善の余地があった。
【0008】
更に、上記した特許文献２に記載されたエンジンでは、各エンジン部が平行に並列されている為、エンジン全体をコンパクトに構成することができるが、各エンジン部が運転される際に発生する振動を効率的に低減することは簡単ではなかった。
【0009】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、並設されたエンジン部から発生する慣性力を相殺することで低振動化を実現するエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のエンジンは、第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトの回転中心は、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの回転中心よりも前記第１ピストンに接近する側に配置されることを特徴とする。
【0011】
本発明のエンジンは、第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフト、前記第２バランサシャフト、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの中心軸は、略一致することを特徴とする。
【0012】
更に本発明のエンジンでは、前記第１バランスマスおよび前記第２バランスマスは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に対して対称的に配置されることを特徴とする。
【0013】
更に本発明のエンジンでは、前記第１クランクシャフトの回転方向と、前記第２クランクシャフトの回転方向とは、逆であることを特徴とする。
【0015】
更に本発明のエンジンでは、前記第１バランサシャフトと前記第２バランサシャフトとは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に関して対称的に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明のエンジンは、第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトの回転中心は、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの回転中心よりも前記第１ピストンに接近する側に配置されることを特徴とする。従って、第１エンジン部および第２エンジン部に於いて２次慣性力を低減することができる。
【0017】
本発明のエンジンは、第１ピストンと、第１クランクシャフトと、前記第１ピストンと前記第１クランクシャフトとを回転可能に連結する第１コンロッドと、前記第１クランクシャフトの前記第１コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第１バランスマスと、を有し、前記第１ピストンおよび前記第１クランクシャフトが第１軸線に沿って配設される第１エンジン部と、第２ピストンと、第２クランクシャフトと、前記第２ピストンと前記第２クランクシャフトとを回転可能に連結する第２コンロッドと、前記第２クランクシャフトの前記第２コンロッドの接続箇所に対向する位置に設置された第２バランスマスと、を有し、前記第２ピストンおよび前記第２クランクシャフトが第２軸線に沿って配設される第２エンジン部と、を具備し、前記第１エンジン部の前記第１軸線と、前記第２エンジン部の前記第２軸線とは、実質的に平行であり、前記第１エンジン部は、前記第１クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第１バランサシャフトを有し、前記第２エンジン部は、前記第２クランクシャフトの２倍の回転速度で回転する第２バランサシャフトを有し、前記第１バランサシャフトおよび前記第２バランサシャフトは、前記第１クランクシャフトと前記第２クランクシャフトとの間に配置され、前記第１ピストンが往復する方向において、前記第１バランサシャフト、前記第２バランサシャフト、前記第１クランクシャフトおよび前記第２クランクシャフトの中心軸は、略一致することを特徴とする。従って、第１エンジン部および第２エンジン部に於いて２次慣性力を低減することができる。
【0018】
更に本発明のエンジンでは、前記第１バランスマスおよび前記第２バランスマスは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に対して対称的に配置されることを特徴とする。従って、第１バランスマスが回転することで発生する慣性力と、第２バランスマスが回転することで発生する慣性力とを相殺することができる。
【0019】
更に本発明のエンジンでは、前記第１クランクシャフトの回転方向と、前記第２クランクシャフトの回転方向とは、逆であることを特徴とする。従って、１次慣性力を相殺する効果を顕著にすることができる。
【0021】
更に本発明のエンジンでは、前記第１バランサシャフトと前記第２バランサシャフトとは、前記第１エンジン部と前記第２エンジン部との間に規定された対称面に関して対称的に配置されることを特徴とする。従って、バランサシャフト同士で慣性力がキャンセルされ、制振効果を更に顕著にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジンを示す図であり、各エンジン部の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施形態に係るエンジンを示す図であり、エンジンの外観を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係るエンジンを示す図であり、（Ａ）はエンジンを模式的に示す斜視図であり、（Ｂ）はエンジンを模式的に示す側面図である。
【図4】本発明の実施形態に係るエンジンを示す図であり、エンジンの詳細を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図を参照して本実施形態に係るエンジン１０を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。以下では、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各方向を適宜用いて説明する。ここで、Ｘ方向とは第１エンジン部２０および第２エンジン部３０の第１ピストン２１および第２ピストン３１が往復運動する方向であり、Ｙ方向とは後述する第１エンジン部２０および第２エンジン部３０が並設される方向であり、Ｚ方向とは第１エンジン部２０および第２エンジン部３０の第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２が伸びる方向である。これらの各方向は相互に直交している。また、本出願に於いて、実質的とは、製造誤差や取付誤差の範囲を考慮した範囲で等しいことを意味している。
【0024】
図１を参照して、本実施形態に係るエンジン１０は、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とを有している。第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とは、エンジン１０の内部で並設されている。
【0025】
第１エンジン部２０は、第１ピストン２１と、第１クランクシャフト２２と、第１ピストン２１と第１クランクシャフト２２とを回転可能に連結する第１コンロッド２３とを有する。また、第１クランクシャフト２２には、第１バランスマス２４が形成されている。第１バランスマス２４は、第１エンジン部２０が運転されるときに１次慣性力をキャンセルするための偏心マスである。
【0026】
第１ピストン２１は、第１シリンダ４０の内部をＸ方向に対して平行に往復運動する。また、第１シリンダ４０の上方には複数のバルブ２９が配設されている。バルブ２９は、排気バルブと吸気バルブとを有し、第１エンジン部２０が吸気行程および排気行程を行う際に、適宜進退動作を行う。バルブ２９の進退動作は、第１バルブギア４４に繋がるカムシャフトに接続されたカムにより制御されている。更に、第１エンジン部２０は、２次慣性力をキャンセルするための第１バランサシャフト２６を有している。
【0027】
第２エンジン部３０は、第１エンジン部２０と同様に、第２ピストン３１と、第２クランクシャフト３２と、第２ピストン３１と第２クランクシャフト３２とを回転可能に連結する第２コンロッド３３とを有する。第２バランスマス３４は、第２エンジン部３０が運転されるときに１次慣性力をキャンセルするための偏心マスである。
【0028】
第２ピストン３１は、第２シリンダ４１の内部をＸ方向に対して平行に往復運動する。また、第２シリンダ４１の上方には複数のバルブ３９が配設されている。バルブ３９は、排気バルブと吸気バルブとを有し、第２エンジン部３０が吸気行程および排気行程を行う際に、適宜進退動作を行う。バルブ３９の進退動作は、第２バルブギア４５に繋がるカムシャフトに接続されたカムにより制御されている。更に、第２エンジン部３０は、２次慣性力をキャンセルするための第２バランサシャフト３６を有している。
【0029】
第１クランクシャフト２２の＋Ｚ側には第１クランクギア２７が取り付けられている。第１クランクギア２７は、第１バランサシャフト２６の＋Ｚ側に取り付けられた第１バランサギア４６と歯合している。ここで、第１バランサギア４６の歯数は第１クランクギア２７の半分であるので、第１バランサシャフト２６は第１クランクシャフト２２の２倍の速さで回転する。
【0030】
第２クランクシャフト３２の＋Ｚ側には第２クランクギア３７が取り付けられている。第２クランクギア３７は、第２バランサシャフト３６の＋Ｚ側に取り付けられた第２バランサギア４７と歯合している。第２バランサギア４７の歯数は第２クランクギア３７の半分であるので、第２バランサシャフト３６は第２クランクシャフト３２の２倍の速さで回転する。
【0031】
第１クランクシャフト２２の更に＋Ｚ側には第１反転ギア２８が取り付けられており、第２クランクシャフト３２の更に＋Ｚ側には第２反転ギア３８が取り付けられており、第１反転ギア２８と第２反転ギア３８とは歯合している。また、第１反転ギア２８と第２反転ギア３８とで歯数は同一である。よって、第１反転ギア２８と第２反転ギア３８とが歯合することで、第１クランクシャフト２２と第２クランクシャフト３２とは互いに等回転速度で反転する。
【0032】
第１クランクシャフト２２の－Ｚ側にはクランクギア４２が取り付けられており、クランクギア４２、第１バルブギア４４および第２バルブギア４５にはベルト４３が掛け渡されている。このように構成することで、第１クランクシャフト２２の駆動力が、ベルト４３を介して第１バルブギア４４および第２バルブギア４５に伝達され、バルブ２９およびバルブ３９が所定のタイミングで進退動作を行う。
【0033】
図２を参照して、上記したエンジン１０を構成する各部位は、エンジン本体５３の内部に収納される。第２クランクシャフト３２の上端における－Ｚ側にはエアクリーナ４８が備えられている。エアクリーナ４８は、上記した第１シリンダ４０および第２シリンダ４１に送られる空気を浄化する機能を有する。
【0034】
マフラ５０は、エンジン本体５３の＋Ｚ側に配設され、上記した第１シリンダ４０および第２シリンダ４１と配管を経由して連通しており、排気を消音する機能を有する。
【0035】
インテークマニフォールド４９は、エアクリーナ４８から取り入れた外気を、上記した第１シリンダ４０および第２シリンダ４１に導く導管である。
【0036】
発電機５１は、上記した第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２に接続されており、発電機５１に内蔵された図示しない回転子が、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２と共に回転することで発電する。
【0037】
上記した概略構成のエンジン１０は、例えば、充電電池と共に車両に搭載され、車両の連続走行距離を延長するべく充電電池を充電するレンジエクステンダとして用いられる。本実施形態に係るエンジン１０は、後述するように、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とで１次慣性力および２次慣性力を相殺することから、エンジン１０が運転される際に車体に与える振動を小さくし、乗員が搭乗する際の快適性を向上することができる。また、エンジン１０は複数のロータで飛行する飛行装置に備えることができる。このような飛行装置はドローンとも称される。このようにすることで、エンジン１０から発生する振動が少ないこと及びジャイロ効果を相殺できることから、飛行装置を安定的に飛行させることが出来る。
【0038】
図３および図４を参照して、本実施形態に係るエンジン１０で１次慣性力および２次慣性力が低減される原理を説明する。図３（Ａ）はエンジン１０を模式的に示した斜視図であり、図３（Ｂ）は第１エンジン部２０および第２エンジン部３０を－Ｚ側から見た模式図である。
【0039】
図３（Ａ）を参照して、ここでは、第１クランクシャフト２２の回転軸を通過する軸をＺ１軸とし、第２クランクシャフト３２を通過する軸をＺ２としている。Ｚ１軸およびＺ２軸は、上記したＺ軸に対して平行である。また、Ｚ１軸およびＺ２軸と交差するＸ軸に平行な軸を、それぞれ、Ｘ１軸およびＸ２軸としている。ここでは、Ｘ１軸に沿って第１ピストン２１が往復運動することで、第１クランクシャフト２２はＺ１軸を中心に回転する。また、Ｘ２軸に沿って第２ピストン３１が往復運動することで、第２クランクシャフト３２がＺ２軸を中心に回転する。－Ｚ側からエンジン１０を見た場合、第１クランクシャフト２２は反時計回りに回転し、第２クランクシャフト３２は時計周りに回転する。
【0040】
図３（Ｂ）を参照して、各エンジン部の慣性力に関して説明する。ここで、第１エンジン部２０の第１ピストン２１、第１クランクシャフト２２および第１コンロッド２３は、Ｘ１軸に沿って配設されている。Ｘ１軸は第１軸線に対応している。
【0041】
同様に、第２エンジン部３０の第２ピストン３１、第２クランクシャフト３２および第２コンロッド３３は、Ｘ２軸に沿って配置されている。Ｘ２軸は第２軸線３５に対応している。
【0042】
先ず、第１エンジン部２０の等価力学系のＸ方向成分は次の式１で記述することができる。
式１： ＦＸ１＝（ＭＡ＋ＭＢ）ｒω２ｃｏｓθ＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ－ｍＵｒω２ｃｏｓθ
式１の、ＭＡは、第１ピストン２１および第１コンロッド２３の往復質量である。また、ＭＢは、第１クランクシャフト２２および第１コンロッド２３の回転質量である。ｍＵは後述するバランスマスの質量である。また、式１の右辺の第１項は往復１次慣性力と回転慣性力とを加算した慣性力であり、第２項は往復２次慣性力であり、第３項はバランスマスの回転慣性力である。θは第１クランクシャフト２２の回転角である。
式１： ＦＸ１＝（ＭＡ＋ＭＢ）ｒω２ｃｏｓθ＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ－ｍＵｒω２ｃｏｓθ
式１の、ＭＡは、第１ピストン２１および第１コンロッド２３の往復質量である。また、ＭＢは、第１クランクシャフト２２および第１コンロッド２３の回転質量である。ｍＵは後述するバランスマスの質量である。また、式１の右辺の第１項は往復１次慣性力と回転慣性力とを加算した慣性力であり、第２項は往復２次慣性力であり、第３項はバランスマスの回転慣性力である。θは第１クランクシャフト２２の回転角である。
【0043】
一方、第１エンジン部２０の等価力学系のＹ方向成分は次の式２で記述することができる。
式２：ＦＹ１＝ｍＢｒω２ｓｉｎθ－ｍＵｒω２ｓｉｎθ
また、第２エンジン部３０の位相角を（－θ）とすれば、第２エンジン部３０の等価力学系のＸ方向成分は次の式３で記述することができる。
式３：ＦＸ２＝（ｍＡ＋ｍＢ）ｒω２ｃｏｓ（－θ）＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ（－２θ）－ｍＵｒω２ｃｏｓ（－θ）
＝（ｍＡ＋ｍＢ）ｒω２ｃｏｓθ＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ＋ｍＵｒω２ｃｏｓθ
また、第２エンジン部３０の等価力学系のＹ方向成分は、次の式４で記述することができる。
式４：ＦＹ２＝－ｍＢｒω２ｓｉｎθ＋ｍＵｒω２ｓｉｎθ
ここで、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２を１００％バランスとする。即ち、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２に於いて、ｍＵ＝ｍＡ＋ｍＢとする。これにより、式５に示すように、Ｘ方向の１次慣性力は次のようにキャンセルされ、２次慣性力が残存するようになる。
式５：ＦＸ１＝ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ
ＦＸ２＝ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ
また、次の式６で記述されるＹ方向の１次慣性力は、第１エンジン部２０および第２エンジン部３０の間でキャンセルされる。かかる事項は後述する。
式６：ＦＹ１＝－ｍＡｒω２ｓｉｎθ
ＦＹ２＝ｍＡｒω２ｓｉｎθ
また、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とでＺ座標が同一である。換言すると、Ｙ方向から第１エンジン部２０および第２エンジン部３０を見た場合、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とは重なり合う位置にある。よって、エンジン１０が運転されることにより発生する１次慣性力によるＺ軸周りの偶力は０となる。更に、二本のシリンダ軸のＺ座標は同一なので、Ｘ軸、Ｙ軸まわりの偶力も０となる。
式２：ＦＹ１＝ｍＢｒω２ｓｉｎθ－ｍＵｒω２ｓｉｎθ
また、第２エンジン部３０の位相角を（－θ）とすれば、第２エンジン部３０の等価力学系のＸ方向成分は次の式３で記述することができる。
式３：ＦＸ２＝（ｍＡ＋ｍＢ）ｒω２ｃｏｓ（－θ）＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ（－２θ）－ｍＵｒω２ｃｏｓ（－θ）
＝（ｍＡ＋ｍＢ）ｒω２ｃｏｓθ＋ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ＋ｍＵｒω２ｃｏｓθ
また、第２エンジン部３０の等価力学系のＹ方向成分は、次の式４で記述することができる。
式４：ＦＹ２＝－ｍＢｒω２ｓｉｎθ＋ｍＵｒω２ｓｉｎθ
ここで、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２を１００％バランスとする。即ち、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２に於いて、ｍＵ＝ｍＡ＋ｍＢとする。これにより、式５に示すように、Ｘ方向の１次慣性力は次のようにキャンセルされ、２次慣性力が残存するようになる。
式５：ＦＸ１＝ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ
ＦＸ２＝ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ
また、次の式６で記述されるＹ方向の１次慣性力は、第１エンジン部２０および第２エンジン部３０の間でキャンセルされる。かかる事項は後述する。
式６：ＦＹ１＝－ｍＡｒω２ｓｉｎθ
ＦＹ２＝ｍＡｒω２ｓｉｎθ
また、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とでＺ座標が同一である。換言すると、Ｙ方向から第１エンジン部２０および第２エンジン部３０を見た場合、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とは重なり合う位置にある。よって、エンジン１０が運転されることにより発生する１次慣性力によるＺ軸周りの偶力は０となる。更に、二本のシリンダ軸のＺ座標は同一なので、Ｘ軸、Ｙ軸まわりの偶力も０となる。
【0044】
また、図３（Ｂ）に示す構成では２次慣性力が残存するが、この２次慣性力は後述する第１バランサシャフト２６および第２バランサシャフト３６で除去することができる。更に、ρ２以上の高次項に係る往復質量は、一次および二次の項に係る往復質量と比較して極めて微少であるため、無視することができる。
【0045】
図３（Ｂ）を参照して、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とで一次振動のＹ成分が相殺される事項を詳述する。この図は、エンジン１０を－Ｚ側から見た側面図である。
【0046】
第１エンジン部２０では、第１コンロッド２３と第１クランクシャフト２２とが接続する接続箇所１３に対して、第１クランクシャフト２２の回転中心を挟んで対向する部分に第１バランスマス２４が形成されている。第２エンジン部３０に関しても同様に、第２コンロッド３３と第２クランクシャフト３２とが接続する接続箇所１２に対して、第２クランクシャフト３２の回転中心を挟んで対向する箇所に第２バランスマス３４が形成されている。ここでは、第１バランスマス２４および第２バランスマス３４の重心を点で示している。また、第１バランスマス２４と第２バランスマス３４とは、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０との中央に規定された対称面１１に対して面対称となる位置に形成されている。接続箇所１２および接続箇所１３は、クランクピンとも称される。
【0047】
第１エンジン部２０に関して、回転質量による１次慣性力は、第１バランスマス２４のｍＢ分による１次慣性力で打ち消される。また、往復質量による１次慣性力は、第１バランスマス２４のｍＡに由来する１次慣性力のＸ方向の成分（ｍＡｒω２ｃｏｓθ）で打ち消される。第１バランスマス２４のｍＡに由来する１次慣性力のＹ方向成分は第１エンジン部２０の内部では残存するが、後述するように、この成分は、第２エンジン部３０の第２バランスマス３４のＹ方向成分と打ち消される。
【0048】
同様に、第２エンジン部３０に関して、回転質量による１次慣性力は、第２バランスマス３４のｍＢ分による１次慣性力で打ち消される。また、往復質量による１次慣性力は、第２バランスマス３４のｍＡに由来する１次慣性力のＸ方向の成分（ｍＡｒω２ｃｏｓθ）で打ち消される。第２バランスマス３４のｍＡに由来する１次慣性力のＹ方向成分は第１エンジン部２０の内部では残存するが、後述するように、この成分は、第１エンジン部２０の第１バランスマス２４のＹ方向成分と打ち消される。
【0049】
上記のように、第１エンジン部２０の第１バランスマス２４のＹ方向成分はｍＡｒω２ｓｉｎθである。また、第２エンジン部３０の第２バランスマス３４のＹ方向成分もｍＡｒω２ｓｉｎθであり、第１バランスマス２４のＹ方向成分と逆方向に作用している。よって、第１エンジン部２０の第１バランスマス２４のＹ方向成分と、第２エンジン部３０の第２バランスマス３４のＹ方向成分とは打ち消しあう。このことから、エンジン１０では、実質的に全ての１次慣性力がキャンセルされている。
【0050】
図４を参照して、２次慣性力を打ち消す構成を説明する。この図に示すように、第１エンジン部２０は第２バランサシャフト３６を有し、第２エンジン部３０は第２バランサシャフト３６を有する。第１バランサシャフト２６および第２バランサシャフト３６の位置は、対称面１１に対して面対称に配置されている。上記したように、対称面１１は、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０との中央に配置され、Ｘ－Ｚ平面に対して平行な仮想面である。
【0051】
第１バランサシャフト２６には第１バランスマス５４が形成され、第２バランサシャフト３６には第２バランスマス５５が形成されている。第１バランスマス５４と第２バランスマス５５とは、対称面１１に対して面対称に配置される。また、上記したように、第１バランサシャフト２６および第２バランサシャフト３６の回転速度は、第１クランクシャフト２２および第２クランクシャフト３２の２倍である。第２バランスマス５５および第１バランスマス５４は、それぞれＭＷの質量を有する。また、上述したように、－Ｚ側から見た場合、第１バランサシャフト２６は反時計回りに回転し、第２バランサシャフト３６は時計回りに回転する。
【0052】
第１エンジン部２０に関して、第１バランスマス５４の慣性のＸ方向成分はｍＷｒ’（２ω）２ｃｏｓ２θとなる。ここで、ｒ’は、第１バランサシャフト２６の回転中心から第１バランスマス５４の重心までの距離である。この成分により、第１エンジン部２０の往復質量二次成分（ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ）を打ち消すことができる。
【0053】
第２エンジン部３０に関して、第２バランスマス５５の慣性のＸ方向成分はｍＷｒ’（２ω）２ｃｏｓ２θとなる。この成分により、第２エンジン部３０の往復質量二次成分（ρｍＡｒω２ｃｏｓ２θ）を打ち消すことができる。
【0054】
また、第１バランスマス５４の慣性のＹ方向成分と、第２バランスマス５５の慣性のＹ方向成分とは、両者共にｍＷｒ’（２ω）２ｓｉｎ２θとなり、更に互いに逆方向に向かって作用している。よって、Ｙ方向に関しても２次慣性力は打ち消されている。
【0055】
更に、第１エンジン部２０と第２エンジン部３０とでＺ軸座標は同一であるので、Ｘ軸およびＹ軸周りの偶力も発生しない。
【0056】
通常のエンジンでは、Ｘ方向およびＹ方向における２次慣性力を打ち消すために、２つのバランサシャフトを有する。係る構成をそのまま本願発明に適用させると、４つのバランサシャフトが必要にある。しかしながら、本実施形態に係るエンジン１０では、対称面１１に対して面対称に第１バランサシャフト２６および第２バランサシャフト３６を配設した。よって、第１エンジン部２０に対して一つの第１バランサシャフト２６を配設し、第２エンジン部３０に対して１つの第２バランサシャフト３６を配設するのみで２次慣性力を充分に打ち消すことができる。よって、エンジン１０全体の構成を簡素化しつつ制振化を促進することができる。
【0057】
ここで、図４では、Ｘ方向に於いて、第１クランクシャフト２２、第２クランクシャフト３２、第１バランサシャフト２６および第２バランサシャフト３６の中心軸は一致していたが、これらの位置は必ずしも一致する必要は無い。また、図４では、第１バランサシャフト２６と第２バランサシャフト３６とは対称面１１に対して面対称に配設されているが、必ずしも面対称に配設される必要は無い。Ｘ方向に於いて、第１バランサシャフト２６の中心軸および第２バランサシャフト３６の中心軸が一致していれば、２次慣性力をキャンセルすることが出来る。
【0058】
以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0059】
１０ エンジン
１１ 対称面
１２ 接続箇所
１３ 接続箇所
２０ 第１エンジン部
２１ 第１ピストン
２２ 第１クランクシャフト
２３ 第１コンロッド
２４ 第１バランスマス
２５ 第１軸線
２６ 第１バランサシャフト
２７ 第１クランクギア
２８ 第１反転ギア
２９ バルブ
３０ 第２エンジン部
３１ 第２ピストン
３２ 第２クランクシャフト
３３ 第２コンロッド
３４ 第２バランスマス
３５ 第２軸線
３６ 第２バランサシャフト
３７ 第２クランクギア
３８ 第２反転ギア
３９ バルブ
４０ 第１シリンダ
４１ 第２シリンダ
４２ クランクギア
４３ ベルト
４４ 第１バルブギア
４５ 第２バルブギア
４６ 第１バランサギア
４７ 第２バランサギア
４８ エアクリーナ
４９ インテークマニフォールド
５０ マフラ
５１ 発電機
５３ エンジン本体
５４ 第１バランスマス
５５ 第２バランスマス
１１ 対称面
１２ 接続箇所
１３ 接続箇所
２０ 第１エンジン部
２１ 第１ピストン
２２ 第１クランクシャフト
２３ 第１コンロッド
２４ 第１バランスマス
２５ 第１軸線
２６ 第１バランサシャフト
２７ 第１クランクギア
２８ 第１反転ギア
２９ バルブ
３０ 第２エンジン部
３１ 第２ピストン
３２ 第２クランクシャフト
３３ 第２コンロッド
３４ 第２バランスマス
３５ 第２軸線
３６ 第２バランサシャフト
３７ 第２クランクギア
３８ 第２反転ギア
３９ バルブ
４０ 第１シリンダ
４１ 第２シリンダ
４２ クランクギア
４３ ベルト
４４ 第１バルブギア
４５ 第２バルブギア
４６ 第１バランサギア
４７ 第２バランサギア
４８ エアクリーナ
４９ インテークマニフォールド
５０ マフラ
５１ 発電機
５３ エンジン本体
５４ 第１バランスマス
５５ 第２バランスマス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】