(57)【要約】【課題】捩り振動に伴う軸受打音を低減できる直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフトを提供する。【解決手段】クランクシャフト１は、５つのジャーナル部を有し、これらのジャーナル部のうち、フライホイールが装着される側の反対側の端部を起点として４番目に位置する第４ジャーナル部２Ｄが、回転軸線Ａｘびクランクピン３の中心線ＣＬのそれぞれと直交する第１方向Ｄ１の剛性よりも当該第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２の剛性が低くなるように中空状に構成され、かつ第４ジャーナル部２Ｄ以外のジャーナル部が中実状に構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列４気筒型の内燃機関に適用され、４つのクランクピンの中心線が同一平面内に位置するクランクシャフトであって、
シリンダブロック側の半割部材とクランクキャップ側の半割部材とが組み合わされ、かつ前記シリンダブロック側の半割部材の内周面に当該半割部材の周方向の両端部を避けるようにして周方向に延びる油溝が形成された軸受を介在させた状態で、回転軸線を中心として前記シリンダブロックに回転自在に支持される５つのジャーナル部を備え、
前記５つのジャーナル部のうち、フライホイールが装着される側の反対側の端部を起点として４番目に位置する第４ジャーナル部は、前記回転軸線及び前記クランクピンの中心線のそれぞれと直交する第１方向の剛性よりも当該第１方向と直交する第２方向の剛性が低くなるように中空状に構成されており、前記第４ジャーナル部以外の残りの各ジャーナル部は、中実状に構成されていることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記第４ジャーナル部には中空部が形成され、前記中空部内には前記第１方向に延びるリブが設けられている請求項２に記載のクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフトはクランクピンの位相が１８０度ずつずれていて、４つのクランクピンの中心線が同一平面内に位置するいわゆるシングルプレーン型として構成されている。こうしたクランクシャフトとして、ジャーナル部を中空構造とし、その中空部内にリブを設けて剛性を高めることにより、軽量化を図りながら曲げ振動によるジャーナル部の軸受打音を低減することを目的としたものが知られている（特許文献１）。また、クランクシャフトを特許文献１と同様に構成して、クランクピンやジャーナル部における摺動部の偏摩耗を低減し、偏摩耗に起因する騒音の発生を抑制するようにした技術も知られている（特許文献２）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特公平３−４０２４７号公報
【特許文献２】実開昭６３−２０５２０号公報
【特許文献３】特開平７−１３９５３８号公報
【特許文献４】特開２００６−１２５４４６号公報
【特許文献５】実開昭６１−１３３１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、各ジャーナル部は滑り軸受を介在させた状態で内燃機関のシリンダブロックに回転自在に支持される。この軸受はジャーナル部の回転軸線を基準として気筒の中心線方向の上側に位置するシリンダブロック側の半割部材と、気筒の中心線方向の下側に位置するクランクキャップ側の半割部材とが組み合わされ、かつ上側の半割部材の内周面にはその周方向の両端部を避けるようにして周方向に延びる油溝が形成されている。その油溝の存在により、ジャーナル部と軸受との間に生じる潤滑油の油面圧はその両端部が他の部位よりも高くなるような分布を呈することが知られている。
【０００５】
ところで、クランクシャフトの振動は曲げ振動の他に捩り振動も発生する。直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフトの捩り振動の場合、フライホイールが装着される側の反対側の端部を起点として４番目の第４ジャーナル部の振動レベルが最も大きいことが判明した。第４ジャーナル部の振動方向は、気筒の中心線方向を基準とし、上記起点となる端部側から見て左上方向に振動する。
【０００６】
こうした捩り振動が生じると、第４ジャーナル部の振動方向が左上方向で上側の半割部材の油溝を横切る方向になる。そのため、第４ジャーナル部の捩り振動によって、第４ジャーナル部が油面圧が低い部分に当たることから、第４ジャーナル部が軸受を叩く軸受打音が大きくなる問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、捩り振動に伴う軸受打音を低減できる直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフト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】
【０００８】
本発明のクランクシャフトは、直列４気筒型の内燃機関に適用され、４つのクランクピンの中心線が同一平面内に位置するクランクシャフトであって、シリンダブロック側の半割部材とクランクキャップ側の半割部材とが組み合わされ、かつ前記シリンダブロック側の半割部材の内周面に当該半割部材の周方向の両端部を避けるようにして周方向に延びる油溝が形成された軸受を介在させた状態で、回転軸線を中心として前記シリンダブロックに回転自在に支持される５つのジャーナル部を備え、前記５つのジャーナル部のうち、フライホイールが装着される側の反対側の端部を起点として４番目に位置する第４ジャーナル部は、前記回転軸線及び前記クランクピンの中心線のそれぞれと直交する第１方向の剛性よりも当該第１方向と直交する第２方向の剛性が低くなるように中空状に構成されており、前記第４ジャーナル部以外の残りの各ジャーナル部は、中実状に構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００９】
このクランクシャフトによれば、回転軸線及びクランクピンの中心線のそれぞれと直交する第１方向の剛性よりもこの方向と直交する第２方向の剛性が低くなるように第４ジャーナル部が中空状に構成され、かつ他の各ジャーナル部が中実状に構成されている。このような構成により、本発明のクランクシャフトを内燃機関に組み込んだ場合、捩り振動時の第４ジャーナル部の振動方向が、全ジャーナル部が均等に中空状又は中実状に構成されている場合に比べて、気筒の中心線と直交する方向（気筒の中心線方向を鉛直方向に一致させた場合は水平方向）に近づくことが判明した。それにより、第４ジャーナル部の振動方向を、油溝が形成されていない半割部材の両端部に近づけることができる。半割部材の両端部はそれ以外の部位よりも潤滑油の油面圧が高い。そのため、捩り振動に伴って発生する第４ジャーナル部の軸受に対する衝突を油面圧が相対的に高い部分で受けることができる。これにより、第４ジャーナル部が軸受を叩くことによる軸受打音を低減することができる。
【００１０】
第４ジャーナル部は、第１方向よりも第２方向の剛性が低くなっていればどのような形状であってもよい。例えば、第４ジャーナル部に楕円状の中空部を設けるとともに、第４ジャーナル部の第１方向に関する肉厚を第２方向に関する肉厚よりも小さくしてもよい。また、前記第４ジャーナル部には中空部が形成され、前記中空部内には前記第１方向に延びるリブが設けられていてもよい（請求項２）。この場合には、中空部内に設けられたリブによって第１方向に関する剛性が強化されるため、第１方向の剛性よりも第２方向の剛性を低くすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、回転軸線及びクランクピンの中心線のそれぞれと直交する第１方向の剛性よりもこの方向と直交する第２方向の剛性が低くなるように第４ジャーナル部が中空状に構成され、かつ他の各ジャーナル部が中実状に構成されているため、捩り振動時の第４ジャーナル部の振動方向を、油溝が形成されていない半割部材の両端部に近づけることができる。これにより、第４ジャーナル部の軸受に対する衝突を油面圧が相対的に高い部分で受けることができる。その結果、第４ジャーナル部が軸受を叩くことによる軸受打音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一形態に係るクランクシャフトを示している。クランクシャフト１は直列４気筒型の内燃機関に適用され、内燃機関に回転自在に組み込まれて使用される。クランクシャフト１は、回転軸線Ａｘの方向に並ぶ５つのジャーナル部２と、ジャーナル部２の間に位置する４つのクランクピン３と、ジャーナル部２とクランクピン３とを連結するクランクアーム４と、各クランクアーム４からクランクピン３の反対側に延びるバランスウエイト５とを備えている。クランクシャフト１のこれらの構成要素は鋳造により一体的に形成されている。図１から明らかなように、クランクシャフト１はクランクピン３の位相が１８０度ずつずれており、各クランクピン３の中心線ＣＬが同一平面内（図１の紙面内）に位置するシングルプレーン型のフルカウンターのクランクシャフトとして構成されている。クランクシャフト１が内燃機関に組み込まれた際には図１の右側の端部１ａに不図示のフライホイールが装着される。以下、５つのジャーナル部２を互いに区別するため、フライホイールが装着される側の反対側（図１の左側）の端部１ｂを起点として、１番目を第１ジャーナル部２Ａ、２番目を第２ジャーナル部２Ｂ、３番目を第３ジャーナル部２Ｃ、４番目を第４ジャーナル部４Ｄ、及び５番目を第５ジャーナル部４Ｅとそれぞれ表示する場合がある。
【００１３】
図２は、図１のクランクシャフトが内燃機関に組み込まれた状態を示した図であり、この図には第４ジャーナル部２Ｄの周辺構成の断面が示されている。なお、第４ジャーナル部２Ｄ以外のジャーナル部２Ａ〜２Ｃ、２Ｅの周辺構成も図２と略同様である。各ジャーナル部２は、内燃機関のシリンダブロック１０に形成されたジャーナル受け１０ａと、クランクキャップ１１とに挟まれて、これらの間に軸受１２を介在させた状態で回転軸線Ａｘを中心としてシリンダブロック１０に回転自在に支持される。クランクキャップ１１は不図示のボルト等の締結手段にてシリンダブロック１０に固定される。
【００１４】
軸受１２は、半割型の周知の滑り軸受として構成されいる。軸受１２は、図示しない気筒の中心線方向（図２の上下方向）を基準として上下に二分割されたシリンダブロック１０側の半割部材１５と、クランクキャップ１１側の半割部材１６とが組み合わされた状態で装着される。上側の半割部材１５の内周面には周方向に延びる所定幅の油溝１８が周方向の両端部１５ａを避けるようにして形成されている。また、この半割部材１５には油溝１８に開口する油孔１９が形成されており、ジャーナル部２と軸受１２との間にはその油孔１９を介してシリンダブロック１０の側から潤滑油が供給される。なお、シリンダブロック１０には油孔１９に潤滑油を供給するための所定の油路が形成されているが図示を省略した。
【００１５】
図３は図１のIII-III線に関する第４ジャーナル部２Ｄの断面を、図４は図１のIV-IV線に関する第３ジャーナル部２Ｃ断面をそれぞれ示している。図３に示すように、第４ジャーナル部２Ｄは肉抜きされた中空状に構成されており、第３ジャーナル部２Ｃは図４に示すように肉抜きされていない中実状に構成されている。なお、断面の図示を省略したジャーナル部２Ａ、２Ｂ、２Ｅは図４に示した第３ジャーナル部２Ｃと同様に中実状に構成されている。図３に示すように、第４ジャーナル部２Ｄには中空部２０が形成されており、その中空部２０内には、回転軸線Ａｘ及びクランクピン３の中心線ＣＬのそれぞれと直交する第１方向Ｄ１に延びるリブ２１が形成されている。なお、リブ２１は中空部２０を完全に区分するように回転軸線Ａｘの方向（紙面と直交する方向）にも延びている。このため、第４ジャーナル部２Ｄは、第１方向Ｄ１の剛性よりも第１方向と直交する第２方向Ｄ２の剛性が低くなっている。これに対し、第４ジャーナル部２Ｄ以外の各ジャーナル部２Ａ〜２Ｃ、２Ｅは中実状に構成されているため、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のそれぞれの剛性は略等しくなっている。なお、ここで言う剛性とは曲げ剛性を意味する。
【００１６】
図５はクランクシャフト１を内燃機関に組み込んで運転した場合のクランクシャフト１の作用を説明する説明図であり、第４ジャーナル部２Ｄの周辺構成が示されている。図５において、内燃機関の気筒の中心線方向をＹ方向、それと直交する方向をＸ方向とそれぞれ定義する。言うまでもないが、気筒の中心線方向であるＹ方向を鉛直方向に一致させた場合にはＸ方向は水平方向となる。また、図中のＰは内燃機関の運転時における潤滑油の油面圧の分布を示している。
【００１７】
上述したように、直列４気筒型の内燃機関に適用されるクランクシャフトには曲げ振動の他に捩り振動も発生し、その捩り振動の振動レベルは第４ジャーナル部で最も大きくなることが判明した。本形態のクランクシャフト１は、第４ジャーナル部２Ｄの剛性が第１方向Ｄ１よりも第２方向Ｄ２の方が低く、かつ他の各ジャーナル部の剛性がこれらの方向で略等しい。このことを原因として、図５に示すように、第４ジャーナル部２Ｄの振動方向Ｆが、全ジャーナル部が均等に中空状又は中実状に構成されている比較例と比べてＸ方向に近づく。換言すれば、クランクシャフト１は、Ｘ方向に対する第４ジャーナル部２Ｄの振動方向の傾きが比較例よりも小さくなる。それにより、第４ジャーナル部２Ｄの振動方向を、油溝１８が形成されていない半割部材１５の両端部１５ａに近づけることができる。図５の分布Ｐを参照すれば明らかなように、半割部材１５の両端部１５ａはそれ以外の部位よりも潤滑油の油面圧が高くなっている。そのため、捩り振動に伴って発生する第４ジャーナル部２Ｄの軸受１２に対する衝突を油面圧が相対的に高い部分で受けることができる。これにより、第４ジャーナル部２Ｄが軸受１２を叩くことによる軸受打音を低減することができる。
【００１８】
本発明は上記の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施することが可能である。本発明に係る第４ジャーナル部は図３に示した形態に限定されず、肉抜きがされた中空状であって第１方向の剛性よりも第２方向の剛性が低い限りにおいて種々の形態で実現してよい。図６は第４ジャーナル部の他の形態を示した断面図である。図６の第４ジャーナル部２Ｄ′には楕円状の中空部３０が形成されており、第１方向Ｄ１に関する肉厚ｔ１は第２方向Ｄ２に関する肉厚ｔ２よりも小さくなっている。従って、この第４ジャーナル部２Ｄ′を持つクランクシャフトは、第１方向Ｄ１の剛性よりも第２方向Ｄ２の剛性が低くなるため、図１等に示したクランクシャフト１と同等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一形態に係るクランクシャフトを示した図。
【図２】図１のクランクシャフトが内燃機関に組み込まれた状態を示した図。
【図３】図１のIII-III線に関する第４ジャーナル部の断面図。
【図４】図１のIV-IV線に関する第３ジャーナル部の断面図。
【図５】図１のクランクシャフトを内燃機関に組み込んで運転した場合の作用を説明する説明図。
【図６】第４ジャーナル部の他の形態を示した断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１  クランクシャフト
１ｂ  フライホイールが装着される側の反対側の端部
２Ａ〜２Ｅ  ジャーナル部
３  クランクピン
１０  シリンダブロック
１１  クランクキャップ
１２  軸受
１５  半割部材
１５ａ  端部
１６  半割部材
１８  油溝
２０  中空部
２１  リブ
３０  中空部
Ａｘ  回転軸線
ＣＬ  クランクピンの中心線
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
【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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