クロスプレーン型クランクシャフトを考察してみよう♪

まだ我が家にYZF-R1が納車前ですが、R1の最大の特徴であるクロスプレーン型クランクシャフトの長所を考察したいと思います。
クロスプレーンの利点や特徴を詳しく記しているブログ、雑誌があまり無いんだよね。
俺なりにクロスプレーンの利点をまとめました。
間違っていたらごめんなさい。(>_<)

 
ヤマハのカタログやホームページに書いてある利点を抜粋すると、以下になります。
既存の180°型クランクシャフトの等間隔爆発エンジン（通常の直列４気筒のエンジンのこと）では、「その慣性トルクの変動は、リニアなトラクションを得ようとするライダーにとって時にノイズとして感じられる場合がある。」とのこと。
その後、説明されていますが、いまいちよく分からないんだよね。
わざと分かりにくく書いてるんじゃない！？って思ってしまう。 
要は、180°型特有のトルク変動が出力を阻害し、またエンジンがスムーズに回らずライダーに悪い感触を与える、という事ですなぁ。(´へ｀)


 その対策として、クロスプレーンを選択したとのことなんだけど、

 じゃ、クロスプレーンって何？　ムカッ(￣∩￣#

ってことになるよね。


ヤマハのホームページから持ってきた図１で、クランクシャフトを軸方向に見た図があります。


 
既存の180°型では１番、４番ピストンが時計の１２時の位置にマウントされ、２番、３番が６時の位置にマウントされており、180°対向した位置に２つずつのピストンがマウントされています。
これに対してクロスプレーンでは、１番が１２時、２番が３時、３番が９時、４番が６時の位置にマウントされており、各90°の位置に均等にマウントされています。

Wikipediaから抜粋すると、こういうことですな。
 「このようにクランクシャフトが通る平面（プレーン）が交差（クロス）しており，クロスプレーンと呼ばれる。」

要は、トルク変動を小さくしたいために各90°ずらした位置にピストン（正確にはクランクアーム）を配置したのですね。

 
じゃ、何でクロスプレーンだとトルク変動が小さくなるの？　
( ﾟ曲ﾟ)ｷｨｨｨｨｨ！

ってことだけど、レシプロならではのトルク変動が関係します。
 
Wikipediaからコピった下の図を見てください。


ピストンが上死点（特に記さなくても分かると思うけどピストンが一番上になるタイミング）、下死点（反対にピストンが一番下のタイミング）に達するとピストンの速度は一瞬０になります。反対向きに切り替わる点なので当然だよね。
ピストンの速度が０になると、ピストンは連結されているクランクシャフトを止めようとする力を発生させます。上死点・下死点では、シャフトがスムーズに回らないなぁって、なんとなくイメージできると思うんだけど。

要するに上死点・下死点ではシャフトに負のトルクを発生させます。

 
一方、上死点・下死点の中間点ではピストンの速度が最大となるので、クランクシャフトを増速させようとする力が発生します。

要するに中間点では正のトルクが発生するという事だね。

 
以上を踏まえるとクロスプレーンの利点、ヤマハの狙いが分かります。

180°型では、１番、４番が上死点にある時に２番、３番が下死点にあり、４つの全てのピストンがシャフトに負のトルクを発生させます。
一方１番、４番が中間点にある時には、２番、３番も中間点にあり、４つの全てのピストンがシャフトに正のトルクを発生させます。
これが大きなトルク変動を発生させるということだね。

 
じゃ、クロスプレーンでは？　(・ε・)ﾑｰ
 
１番が上死点にある時には、４番が下死点なので、１番と４番が負のトルクを発生させますが、２番と３番が中間点にあるので、２番と３番が正のトルクを発生させます。
１番＋４番の負のトルクと２番＋３番の正のトルクが打ち消し合い、シャフトに与えるトルク変動を抑えることができるということ。
一方、１番と４番が中間点の時は、２番と３番が上死点、下死点にあり、同じく打ち消し合います。
このトルク変動を打ち消し合うというのが最大の利点ですなぁ。　Σ(゜ロ゜;)!!ギャフン！
上のヤマハの図２のグラフで180°型とクロスプレーン型の違いを明確に示しています。
惰性トルクを参照。^^

利点ばかりかというと、180°型に対して２番３番の爆発タイミングがずれるので、不等間隔の爆発になり、特に低回転ではV型の様な爆発がばらついてるエンジン音になるのですね。
人によっては不快なエンジン音だよね。
ま、俺は逆にそのV型っぽい音と、低回転でのパルス感に惹かれたんだけど。

俺の理解では、ヤマハは不等間隔の爆発をさせたいからクロスプレーンを選択したのではなく、あくまでもトルク変動を無くしたいから、と考えたんだけど違うかなぁ。　(￣∇￣;)
ブログや雑誌によると、タイヤのグリップ力向上のために不等間隔にした、みたいな記述があるけどね。
ま、モトGP、古くはWGPで同爆エンジンが採用されているから、全く間違いでは無いと思うけどさ。
結局は、実際のトルク変動がどう発生しているか測定しないと、どの程度効果があるか分からないよね。
ヤマハの使っているグラフがどこまで本当か分からんし・・・・。
ρ(-ε-｡)そこに行き着く？　ｲｲﾓﾝｲｲﾓﾝ

 
わかりやすく解説できたかなぁ？・・・・「何言ってるんだよ！間違ってる！」なんて言われたら、削除しちゃうかも。(￣m￣*）ﾌﾟﾌﾟﾌﾟ