(57)【要約】【課題】クランクシャフトの耐久信頼性を確保しつつ、クランクシャフトの摺動抵抗を下げることで、内燃機関の燃費を向上させる。【解決手段】エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分１１と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分１２とを備えたクランクシャフト１０において、主軸部分１１に、幅Ｂ１が主軸部分１１の幅Ｂｍよりも狭く且つ直径Ｄ１が主軸部分１１の直径Ｄｍよりも小径であり、メインベアリングと係合するためのジャーナル部分１７を形成して、主軸部分１１を段付き形状とした。【選択図】図２
2011169379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分とを備えたクランクシャフトにおいて、前記主軸部分に、前記主軸部分の幅よりも狭く且つ前記主軸部分の直径よりも小径であり、前記メインベアリングと係合するためのジャーナル部分を形成して、前記主軸部分を段付き形状としたことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記偏心軸部分に、前記偏心軸部分の幅よりも狭く且つ前記偏心軸部分の直径よりも小径であり、前記コンロッドベアリングと係合するためのピン部分を形成して、前記偏心軸部分を段付き形状とした請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項３】
エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分とを備えたクランクシャフトにおいて、前記偏心軸部分に、前記偏心軸部分の幅よりも狭く且つ前記偏心軸部分の直径よりも小径であり、前記コンロッドベアリングと係合するためのピン部分を形成して、前記偏心軸部分を段付き形状としたことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項４】
前記主軸部分に、前記主軸部分の幅よりも狭く且つ前記主軸部分の直径よりも小径であり、前記メインベアリングと係合するためのジャーナル部分を形成して、前記主軸部分を段付き形状とした請求項３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、エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分とを備えたクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）においては、図５及び図６に示すようなクランクシャフトが用いられる。図５及び図６は４気筒の内燃機関に用いられるクランクシャフトの例である。
【０００３】
図５及び図６に示すように、クランクシャフト３０は、エンジンブロック（エンジンのシリンダブロック）にメインベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持され、クランクシャフト３０の回転中心Ｃと同心的に形成されたジャーナル部分（主軸部分）３１と、コンロッドにコンロッドベアリング（図示せず）を介して接続され、クランクシャフト３０の回転中心Ｃから偏心させて形成されたピン部分（偏心軸部分）３２と、ピン部分３２に対するカウンターウェイトとしてのカウンターウェイト部分３３とを備えている。ジャーナル部分３１、ピン部分３２及びカウンターウェイト部分３３はそれぞれ、クランクシャフト３０に複数形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１５４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クランクシャフト３０の摺動抵抗は、ジャーナル径Ｄ１（ジャーナル部分３１の直径）、ピン径Ｄ２（ピン部分３２の直径）が細いほど少ない。
【０００６】
摺動抵抗∝直径＾３；クランクシャフト３０の摺動抵抗は、直径（ジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２）の３乗に比例する。
【０００７】
クランクシャフト３０の摺動抵抗が下がると内燃機関の燃費が向上するので、ジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２はできる限り細いことが好ましい。
【０００８】
しかし実際は、「筒内圧による荷重」及び「慣性力（ピストン、ピストンピン等の往復運動部分）」による応力の限界のためジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２の最小限界があるので、ジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２はさほど細くはできない。また、ジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２を細くするとジャーナル部分３１の隅Ｒ部３４、ピン部分３２の隅Ｒ部３５に生じる応力が高くなる。
【０００９】
すなわち、クランクシャフトの耐久信頼性を確保するためには、クランクシャフトの摺動抵抗に関しては妥協をせざるを得なかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、クランクシャフトの耐久信頼性を確保しつつ、クランクシャフトの摺動抵抗を下げることで、内燃機関の燃費を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分とを備えたクランクシャフトにおいて、前記主軸部分に、前記主軸部分の幅よりも狭く且つ前記主軸部分の直径よりも小径であり、前記メインベアリングと係合するためのジャーナル部分を形成して、前記主軸部分を段付き形状としたものである。
【００１２】
前記偏心軸部分に、前記偏心軸部分の幅よりも狭く且つ前記偏心軸部分の直径よりも小径であり、前記コンロッドベアリングと係合するためのピン部分を形成して、前記偏心軸部分を段付き形状としても良い。
【００１３】
また、本発明は、エンジンブロックにメインベアリングを介して回転可能に支持される主軸部分と、コンロッドにコンロッドベアリングを介して接続される偏心軸部分とを備えたクランクシャフトにおいて、前記偏心軸部分に、前記偏心軸部分の幅よりも狭く且つ前記偏心軸部分の直径よりも小径であり、前記コンロッドベアリングと係合するためのピン部分を形成して、前記偏心軸部分を段付き形状としたものである。
【００１４】
前記主軸部分に、前記主軸部分の幅よりも狭く且つ前記主軸部分の直径よりも小径であり、前記メインベアリングと係合するためのジャーナル部分を形成して、前記主軸部分を段付き形状としても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、クランクシャフトの耐久信頼性を確保しつつ、クランクシャフトの摺動抵抗を下げることで、内燃機関の燃費を向上させることが可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの側面図である。
【図２】図２は、図１のクランクシャフトの要部拡大図である。
【図３】図３（ａ）は「改良（本発明）」に係る応力計算モデルであり、図３（ｂ）は「現状」に係るクランクシャフトの応力計算モデルである。
【図４】図４は、比較例に係るクランクシャフトの応力計算モデルである。
【図５】図５は、従来のクランクシャフトの側面図である。
【図６】図６は、図５のクランクシャフトの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るクランクシャフト１０は、４気筒の内燃機関に適用されるものである。クランクシャフト１０は、エンジンブロック（エンジンのシリンダブロック）にメインベアリング（図示せず）を介して回転可能に支持され、クランクシャフト１０の回転中心Ｃと同心的に形成された主軸部分１１と、コンロッド（コネクティングロッド）にコンロッドベアリング（図示せず）を介して接続され、クランクシャフト１０の回転中心Ｃから偏心させて形成された偏心軸部分１２と、偏心軸部分１２に対するカウンターウェイトとしてのカウンターウェイト部分１３とを備えている。これら主軸部分１１、偏心軸部分１２及びカウンターウェイト部分１３はそれぞれ、クランクシャフト１０に複数形成されている。また、主軸部分１１、偏心軸部分１２及びカウンターウェイト部分１３は、クランクシャフト１０に一体に形成されている。
【００１９】
また、メインベアリング及びコンロッドベアリングの潤滑のために、潤滑油が流通するオイル通路１４がクランクシャフト１０内に設けられ、オイル通路１４の入口又は出口となるオイル穴１５、１６がそれぞれ、主軸部分１１（後述するジャーナル部分１７）及び偏心軸部分１２（後述するピン部分２１）の外周面に開口させて設けられている。
【００２０】
本実施形態では、主軸部分１１に、幅Ｂ１が主軸部分１１の幅（全幅）Ｂｍよりも狭く且つ直径（ジャーナル径）Ｄ１が主軸部分１１の直径（最大直径）Ｄｍよりも小径であり、メインベアリングと係合するためのジャーナル部分１７を形成して、主軸部分１１を段付き形状としている。主軸部分１１を段付き形状としたことにより、主軸部分１１には、ジャーナル部分１７よりも大径（Ｄｍ）の大径軸部分１８がジャーナル部分１７に隣接して形成される。本実施形態では、ジャーナル部分１７と大径軸部分１８とは互いに同心的に形成されている。ジャーナル部分１７の幅方向端部には、所定半径の隅Ｒ部１９が形成されている。大径軸部分１８の軸方向端部の内、ジャーナル部分１７とは反対側の端部には、所定半径の隅Ｒ部２０が形成されている。本実施形態では、ジャーナル部分１７の隅Ｒ部１９の半径と大径軸部分１８の隅Ｒ部２０の半径とは等しく設定されている。
【００２１】
また、本実施形態では、偏心軸部分１２に、幅Ｂ２が偏心軸部分１２の幅（全幅）Ｂｅよりも狭く且つ直径（ピン径）Ｄ２が偏心軸部分１２の直径（最大直径）Ｄｅよりも小径であり、コンロッドベアリングと係合するためのピン部分２１を形成して、偏心軸部分１２を段付き形状としている。偏心軸部分１２を段付き形状としたことにより、偏心軸部分１２には、ピン部分２１よりも大径（Ｄｅ）の大径軸部分２２がピン部分２１に隣接して形成される。本実施形態では、ピン部分２１と大径軸部分２２とは互いに同心的に形成されている。ピン部分２１の幅方向端部には、所定半径の隅Ｒ部２３が形成されている。大径軸部分２２の軸方向端部の内、ピン部分２１とは反対側の端部には、所定半径の隅Ｒ部２４が形成されている。本実施形態では、ピン部分２１の隅Ｒ部２３の半径と大径軸部分２２の隅Ｒ部２４の半径とは等しく設定されている。
【００２２】
ここで、本実施形態では、ジャーナル径Ｄ１（ジャーナル部分１７の直径）、ピン径Ｄ２（ピン部分２１の直径）はそれぞれ、図５及び図６に示すジャーナル径Ｄ１（ジャーナル部分３１の直径）、ピン径Ｄ２（ピン部分３２の直径）よりも小さい（細い）ものとする。また、本実施形態では、ジャーナル部分１７の幅Ｂ１、ピン部分２１の幅Ｂ２はそれぞれ、図５及び図６に示すジャーナル部分３１の幅Ｂ１、ピン部分３２の幅Ｂ２よりも小さい（細い）ものとする。
【００２３】
なお、ジャーナル径Ｄ１、ピン径Ｄ２を細くすると、対応してメインベアリング（すべり軸受）、コンロッドベアリング（すべり軸受）の径も小さくなる。そのため、メインベアリング、コンロッドベアリングの面圧が上昇するので、メインベアリング、コンロッドベアリングの材質アップ（剛性を高める）で対応する必要がある場合もある。
【００２４】
また、本実施形態では、主軸部分１１（大径軸部分１８）の直径Ｄｍ、偏心軸部分１２（大径軸部分２２）の直径Ｄｅはそれぞれ、図５及び図６に示すジャーナル部分３１の直径（ジャーナル径）Ｄ１、ピン部分３２の直径（ピン径）Ｄ２と等しいものとする。さらに、本実施形態では、主軸部分１１の幅（全幅）Ｂｍ、偏心軸部分１２の幅（全幅）Ｂｅはそれぞれ、図５及び図６に示すジャーナル部分３１の幅Ｂ１、ピン部分３２の幅Ｂ２と等しいものとする。
【００２５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２６】
図３（ａ）に、偏心軸部分を段付き形状とした「改良（本発明）」に係るクランクシャフトの応力計算モデルを示し、図３（ｂ）に、「現状」に係るクランクシャフトの応力計算モデルを示す。
【００２７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す応力計算モデルでは、クランクシャフトがジャーナル中心（ジャーナル部分の幅方向中間）にて支持され、ピン中心（ピン部分の軸方向中間）に荷重Ｆを加えている。
【００２８】
なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すクランクシャフト各部の寸法は、応力計算をするための一例であり、勿論寸法に関する制約はない。
【００２９】
〔ピン部分の応力計算結果〕
図３（ａ）の「改良（本発明）」の応力計算結果（応力の比率）を〔表１〕に示す。
【００３０】
【表１】
2011169379.tif 000003
【００３１】
つまり、図３（ａ）の「改良（本発明）」では、図３（ａ）の〔１〕部（大径軸部分の隅Ｒ部）の応力は、図３（ｂ）の「現状」における〔１〕部（ピン部分の隅Ｒ部）の応力と同一であり、図３（ａ）の〔２〕部（ピン部分の隅Ｒ部）の応力は、図３（ａ）の〔１〕部（大径軸部分の隅Ｒ部）の応力の９７．８％であった。よって、クランクシャフトのピン部分（偏心軸部分）に発生する最大応力を上げずに、ピン径Ｄ２を「φ５３」から「φ５１」まで細くすることができており、クランクシャフトのピン部分の摺動抵抗を下げることができる。また、クランクシャフトのピン部分（偏心軸部分）に発生する最大応力は上がっていないので、クランクシャフトのピン部分（偏心軸部分）の耐久信頼性を確保できる。
【００３２】
勿論図３（ａ）の「改良（本発明）」における〔２〕部（ピン部分の隅Ｒ部）の応力自体は、図３（ｂ）の「現状」における〔２〕部の応力に対して高くなっているが、最大応力（図３（ａ）の〔１〕部（大径軸部分の隅Ｒ部）の応力）以下なので、問題無い。
【００３３】
なお、図４に示すように、偏心軸部分を段付き形状としないで、ピン部分の直径Ｄ２を細くし且つピン部分の隅Ｒ部の半径を大きくし上記と同じ応力計算を行うと、図４の〔１〕部（ピン部分の隅Ｒ部）の応力は図３（ａ）の〔１〕部（大径軸部分の隅Ｒ部）の応力の１０５％となり、クランクシャフトのピン部分（偏心軸部分）に発生する最大応力が上がってしまう。これは図３（ａ）の「改良（本発明）」に対し、最大応力発生箇所がピン中心から離れていて、モーメントが大きくなるからである。
【００３４】
〔ジャーナル部分の応力計算結果〕
ジャーナル部分についても同様で、クランクシャフトのジャーナル部分（主軸部分）に発生する最大応力を上げずに、ジャーナル径Ｄ１を「φ７０」から「φ６８」まで細くすることができ、クランクシャフトのジャーナル部分の摺動抵抗を下げることができる。また、クランクシャフトのジャーナル部分（主軸部分）に発生する最大応力は上がっていないので、クランクシャフトのジャーナル部分（主軸部分）の耐久信頼性を確保できる。
【００３５】
〔クランクシャフトの摺動抵抗の低減率〕
ジャーナル部分；｛１−（６８÷７０）＾３｝×１００＝８．３％
ピン部分；｛１−（５１÷５３）＾３｝×１００＝１０．９％
よって、クランクシャフト全体で９．５％ほど摺動抵抗を下げることができる。
【００３６】
以上要するに、本実施形態に係るクランクシャフト１０によれば、主軸部分１１に、主軸部分１１の幅Ｂｍよりも狭く且つ主軸部分１１の直径Ｄｍよりも小径であり、メインベアリングと係合するためのジャーナル部分１７を形成して、主軸部分１１を段付き形状としたことにより、クランクシャフト１０のジャーナル部分１７（主軸部分１１）の耐久信頼性を確保しつつ、クランクシャフト１０のジャーナル部分１７の摺動抵抗を下げることで、内燃機関の燃費を向上させることが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態に係るクランクシャフト１０によれば、偏心軸部分１２に、偏心軸部分１２の幅Ｂｅよりも狭く且つ偏心軸部分１２の直径Ｄｅよりも小径であり、コンロッドベアリングと係合するためのピン部分２１を形成して、偏心軸部分１２を段付き形状としたことにより、クランクシャフト１０のピン部分２１（偏心軸部分１２）の耐久信頼性を確保しつつ、クランクシャフト１０のピン部分２１の摺動抵抗を下げることで、内燃機関の燃費を向上させることが可能になる。
【００３８】
さらに、クランクシャフト１０の基本形態は従来のものから大きく変えないので、最小の投資規模で本実施形態に係るクランクシャフト１０を作ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  クランクシャフト
１１  主軸部分
１２  偏心軸部分
１７  ジャーナル部分
２１  ピン部分
【図１】
2011169379.tif 000004
【図２】
2011169379.tif 000005
【図３】
2011169379.tif 000006
【図４】
2011169379.tif 000007
【図５】
2011169379.tif 000008
【図６】
2011169379.tif 000009