(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクピンの軸端から軸線と直交する方向にクランクウェブを延設し、前記クランクピンの軸線に沿って延びるクランクジャーナルを前記クランクウェブの外側に連設したクランクシャフトにおいて、
前記クランクシャフトは、複数気筒用機関に対応したクランクシャフトであると共に、
前記クランクシャフトの軸線方向の両端以外の少なくとも１気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、前記クランクウェブの最大幅Ｗと前記クランクピンの径Ｄp と前記クランクジャーナルの径Ｄj との関係式
Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４乃至１．６になるように設定し、
両端の気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、関係式
Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４未満になるように設定したことを特徴とするクランクシャフト構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のエンジン等に用いられるクランクシャフトの構造に関し、軽量化と信頼性向上の強度確保との両立を企図したものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用のエンジンの高出力化及び高回転に伴い、エンジンの主要運動系部品であるクランクシャフトは、信頼性の向上と共に軽量化の要求があり、形状の最適化が必要となってきている。クランクシャフトの形状の最適化を図るために、従来、特開平9-25925 号公報に示されているように、クランクピンとクランクジャーナルとをクランクウエブにより連設すると共に、クランクウエブに肉抜き部を形成したクランクシャフトが提案されている。従来のクランクシャフトは、クランクウエブによりフィレットＲ部の耐応力を向上させると共に、肉抜き部により軽量化を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のクランクシャフトでは、クランクピン径やクランクジャーナル径に対してクランクウエブの幅や肉抜き部の最適形状が特定されていないため、必ずしも軽量化と信頼性向上の強度確保とが両立しているとはいえないものであった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、軽量化と信頼性向上の強度確保を両立できるクランクシャフト構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１では、クランクピンの軸端から軸線と直交する方向にクランクウェブを延設し、前記クランクピンの軸線に沿って延びるクランクジャーナルを前記クランクウェブの外側に連設したクランクシャフトにおいて、前記クランクシャフトは、複数気筒用機関に対応したクランクシャフトであると共に、前記クランクシャフトの軸線方向の両端以外の少なくとも１気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、前記クランクウェブの最大幅Ｗと前記クランクピンの径Ｄp と前記クランクジャーナルの径Ｄj との関係式
Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４乃至１．６になるように設定し、
両端の気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、関係式
Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４未満になるように設定したことを特徴とする。
【０００６】
そして、複数気筒に適用されるクランクシャフトのフィレットＲ部の応力が大きい部位の応力低減効果を図り、フィレットＲ部の応力が比較的小さい部位で応力低減効果を悪化させることなく重量を低減し、クランクシャフトの更なる軽量化を図る。
【０００７】
また、クランクピンとクランクジャーナルとをクランクウェブで連設し、クランクピンに向かってクランクウェブに穴を形成し、穴の径ｄとクランクピンの径Ｄp との関係を、ｄ／Ｄp が０．３以下になるように設定し、曲げ剛性及びねじり剛性を低下させることなくクランクシャフトの軽量化を図る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係るクランクシャフト構造を表す要部の側面、図２には図１中のII-II 線断面、図３にはクランクシャフト構造のウェブ幅に対する応力特性を示してある。
【０００９】
図１、図２に示すように、クランクシャフト１にはクランクピン２が備えられており、クランクピン２の軸端には軸線と直交する方向にクランクウェブ３がそれぞれ延設されている。各クランクウェブ３の外側にはクランクピン２の軸線に沿って延びるクランクジャーナル４がそれぞれ連設されている。クランクウェブ３を備えたことで、特に、フィレットＲ部5a,5b に対する応力が低減されている。
【００１０】
クランクウェブ３の幅Ｗとクランクピン２の径Ｄp とクランクジャーナル４の径Ｄj との関係は、（クランクウェブ３の幅Ｗ）／（クランクピン２の径Ｄp とクランクジャーナル４の径Ｄj の平均）が、即ち、Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４乃至１．６に設定されている。
【００１１】
クランクシャフト１の各部の寸法を前述のように設定した理由を図３に基づいて説明する。図３は、応力振幅比と［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］との関係を示したグラフで、クランクウェブ３の幅Ｗが応力振幅比にどのように影響するかを示したものである。図中実線はクランクジャーナル４側のフィレットＲ部5bの応力振幅比を示し、図中点線はクランクピン２側のフィレットＲ部5aの応力振幅比を示してある。
【００１２】
図３に示すように、クランクウェブ３の幅Ｗが相対的に小さい場合、即ち、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が小さい場合、応力振幅比が大きく応力低減効果が得られず、クランクウェブ３が応力低減に効果的に寄与していない。クランクウェブ３の幅Ｗを相対的に大きくした場合、即ち、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値を大きくすると、応力振幅比が小さくなって応力低減効果が得られるようになり、クランクウェブ３が応力低減に効果的に寄与している。
【００１３】
クランクウェブ３の幅Ｗを相対的に大きくして［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．４になるようにすると、応力振幅比の低下の度合いが少なくなり、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．６以上になるようにすると、応力振幅比が略一定になる。このため、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．４以上になるようにクランクウェブ３の幅Ｗ、クランクピン２の径Ｄp 及びクランクジャーナル４の径Ｄj を設定することにより、応力振幅比が小さくなり応力低減効果が得られるようになる。
【００１４】
一方、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．６以上になると、応力振幅比が略一定になり、クランクウェブ３の幅Ｗを相対的に大きくして［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値を１．６よりも大きくしても、応力低減効果は変わらない。このため、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値を１．６よりも大きくしてもクランクシャフト１の重量が増すだけで一層の応力低減効果は得られない。
【００１５】
従って、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．４から１．６になるようにクランクピン２の径Ｄp 及びクランクジャーナル４の径Ｄj に対してクランクウェブ３の幅Ｗを設定することにより、最小限の重量増加で最大限の応力低減効果が得られるようになる。即ち、クランクウェブ３の幅Ｗを必要以上に増大させることによるクランクシャフト１の重量増を招くことなく、フィレットＲ部5a,5b の応力低減効果を適切に保ち、クランクシャフト１の軽量化を図ることができる。このため、信頼性向上の強度確保と軽量化の両立が図れる。
【００１６】
クランクシャフト１における全てのクランクピン２の径Ｄp 及びクランクジャーナル４の径Ｄj に対してクランクウェブ３の幅Ｗが、上述した［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値を１．４から１．６に設定することも可能であるが、実際のエンジンにおいては、気筒の部位によりクランクシャフト１が受ける曲げ応力の状況は様々である。
【００１７】
図４には４気筒エンジンにおけるクランクシャフト１の各クランクピン２及びクランクジャーナル４のフィレットＲ部5a,5b の応力振幅の状況を示してある。クランクピン２での最大応力位置は、No2 気筒のフロントＰF とNo3 気筒のリヤＰR である。また、クランクジャーナル４での最大応力位置は、No2 気筒のフロントＪF とNo3 気筒のリヤＪR である。
【００１８】
各クランクピン２及びクランクジャーナル４のフィレットＲ部5a,5b は、隣接する気筒の爆発による振動の影響を受ける。このため、両側にクランクピン２及びクランクジャーナル４が隣接するNo2 気筒及びNo3 気筒に対応する部位が、片側にしかクランクピン２及びクランクジャーナル４が隣接しない両端の気筒であるNo1 気筒及びNo4 気筒に対応する部位に比べ、応力が大きくなる。
【００１９】
このため、４気筒エンジンにおけるクランクシャフト１の場合、No2 気筒及びNo3 気筒（もしくはどちらか一方）に対応するクランクウェブ３の幅Ｗを、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］の値が１．４から１．６になるように設定し、No1 気筒及びNo4 気筒に対応するクランクウェブ３の幅Ｗを、［Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝］が１．４未満になるように設定している。
【００２０】
このようにすることにより、４気筒エンジンに適用されるクランクシャフト１のフィレットＲ部５の応力が大きい部位の応力低減効果が図れ、フィレットＲ部５の応力が比較的小さい部位では応力低減効果を悪化させることなく重量を低減し、クランクシャフト１の更なる軽量化が図れる。
【００２１】
次に、図５、図６に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。図５には本発明の第２実施形態例に係るクランクシャフト構造を表す要部の側面、図６には穴の径ｄ／クランクピンの径Ｄp に対する剛性と質量の解析状況を示してある。尚、クランクシャフトの構造は図１に示したものと同一であるので、同一部材には同一符号を付してある。
【００２２】
図示のクランクシャフト１は、クランクピン２とクランクジャーナル４とがクランクウェブ３で連設され、クランクウェブ３にはクランクピン２に向かって穴６が形成されている。穴６を形成することにより、肉抜きによる軽量化が図られている。肉抜き等を行ってクランクシャフト１の軽量化を図る場合、曲げ剛性の低下によるベアリングインパクト力増大により、クランクケース振動が増大しエンジン騒音が増大することがある。
【００２３】
そこで、曲げ剛性の低下を抑えて軽量化を可能とするため、クランクピン２の径Ｄp と穴６の径ｄとは、ｄ／Ｄp が０．３以下となる関係になっている。この関係は、曲げ剛性及びねじり剛性を低下させることなく軽量化を図るためのものであり、ｄ／Ｄp が０．３を越えると、肉抜きが多過ぎてクランクシャフト１の軽量化が図れるものの剛性が低下してしまう。ｄ／Ｄp を０．３以下にすると曲げ剛性の低下を抑えて軽量化が可能になる理由を図６に基づいて説明する。
【００２４】
図６はｄ／Ｄp に対する曲げ剛性、ねじり剛性及び質量の関係を示したグラフで、ｄ／Ｄp が曲げ剛性、ねじり剛性及び質量にどのように影響するかを示したものである。図中実線はｄ／Ｄp に対する曲げ剛性の比を示し、図中点線はｄ／Ｄp に対するねじり剛性の比を示し、図中一点鎖線はｄ／Ｄp に対する質量の比を示してある。
【００２５】
図から判るように、穴６の径ｄを大きくするにしたがって（ｄ／Ｄp を大きくするにしたがって）、曲げ剛性及びねじり剛性が共に低下し、特に曲げ剛性は、ｄ／Ｄp が０．１５を越えると低下しはじめ０．３を越えると急激に低下する。また、穴６の径ｄを大きくするにしたがって質量が少なくなり軽量化が図れる。つまり、軽量化と剛性確保の両立を図るためには、ｄ／Ｄp が０．３以下にすると最適であることが判る。特に、ｄ／Ｄp を０．１５以下にすると、剛性低下がほとんどない状態で軽量化が図れ、ｄ／Ｄp を０．３以下にすると、実用可能な範囲の剛性低下で軽量化が図れる。
【００２６】
従って、上述したクランクシャフト１は、ｄ／Ｄp を０．３以下に設定したことにより、曲げ剛性及びねじり剛性を低下させることなくクランクシャフト１の軽量化を図ることが可能となる。このため、信頼性向上の強度確保と軽量化の両立が可能となる。
また、クランクピンとクランクジャーナルとがクランクウェブで連設されたクランクシャフトにおいて、クランクウェブの幅Ｗとクランクピンの径Ｄp とクランクジャーナルの径Ｄj との関係を、Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４乃至１．６になるように設定したので、クランクウェブの幅を必要以上に増大させることによる重量増を招くことなく、フィレットＲ部の応力低減効果を適切に保ち、クランクシャフトの軽量化を図ることができる。この結果、信頼性向上の強度確保と軽量化とを両立させることが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１では、クランクピンの軸端から軸線と直交する方向にクランクウェブを延設し、前記クランクピンの軸線に沿って延びるクランクジャーナルを前記クランクウェブの外側に連設したクランクシャフトにおいて、前記クランクシャフトは、複数気筒用機関に対応したクランクシャフトであると共に、前記クランクシャフトの軸線方向の両端以外の少なくとも１気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、前記クランクウェブの最大幅Ｗと前記クランクピンの径Ｄp と前記クランクジャーナルの径Ｄj との関係式Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４乃至１．６になるように設定し、
両端の気筒に対応する前記クランクウェブの最大幅Ｗを、関係式
Ｗ／｛０．５・（Ｄp ＋Ｄj ）｝が１．４未満になるように設定したので、
複数気筒に適用されるクランクシャフトのフィレットＲ部の応力が大きい部位の応力低減効果を図り、フィレットＲ部の応力が比較的小さい部位で応力低減効果を悪化させることなく重量を低減し、クランクシャフトの更なる軽量化を図ることができる。この結果、信頼性向上の強度確保と軽量化とを高次元で両立させることが可能となる。
【００２８】
また、クランクピンとクランクジャーナルとをクランクウェブで連設し、クランクピンに向かってクランクウェブに穴を形成し、穴の径ｄとクランクピンの径Ｄp との関係を、ｄ／Ｄp が０．３以下になるように設定したので、曲げ剛性及びねじり剛性を低下させることなくクランクシャフトの軽量化を図る。この結果、信頼性向上の強度確保と軽量化とを両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るクランクシャフト構造を表す要部の側面図。
【図２】図１中のII-II 線断面図。
【図３】クランクシャフト構造のウェブ幅に対する応力特性を表すグラフ。
【図４】４気筒エンジンのクランクシャフト１の応力振幅の状況を表すグラフ。
【図５】本発明の第２実施形態例に係るクランクシャフト構造を表す要部の側面図。
【図６】穴の径ｄ／クランクピンの径Ｄp と剛性及び質量との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１  クランクシャフト
２  クランクピン
３  クランクウェブ
４  クランクジャーナル
5a,5b   フィレットＲ部
６  穴
Ｄj クランクジャーナル４の径
Ｄp クランクピン２の径
ｄ  穴６の径
【図１】
0003670124.tif 000002
【図２】
0003670124.tif 000003
【図３】
0003670124.tif 000004
【図４】
0003670124.tif 000005
【図５】
0003670124.tif 000006
【図６】
0003670124.tif 000007