(57)【要約】クランク機構（１）は、好ましくは自動車内燃機関用として用いられる。クランク機構（１）は、互いに非破壊的に取付けられた１つの一体形クランク軸（２）と少なくとも１つの一体形コンロッド（３）とを有する。さらに、このようなクランク機構を備えたモジュラーシステム、クランク機構を製造するための製造方法、そして、クランク機構を製造するためのクランク機構製造設備が提案される。
2008519217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク機構であって、互いに非破壊的に取付けられた１つの一体形クランク軸と少なくとも１つの一体形コンロッドとを有するクランク機構。
【請求項２】
クランク機構が、少なくとも１つの一体形軸受ブロックを有し、この軸受ブロック内でクランク軸が支承されていることを特徴とする請求項１に記載のクランク機構。
【請求項３】
クランク機構が、一体形のみの軸受ブロックを有することを特徴とする請求項１または２に記載のクランク機構。
【請求項４】
一体形クランク軸が、少なくとも３つの一体形コンロッドと一緒に非破壊的に取付けられていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のクランク機構。
【請求項５】
クランク機構が、クランク軸用に少なくとも１つの転がり軸受装置を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項６】
転がり軸受装置が、少なくとも１つの玉軸受および／またはころ軸受を含むことを特徴とする先行請求項１から５のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項７】
クランク軸が専ら転がり軸受で支承されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項８】
クランク機構が、クランク軸用に少なくとも１つの転がり軸受装置と１つの滑り軸受装置とをそれぞれ有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項９】
少なくとも１つの転がり軸受が、特にすべての転がり軸受が、組付けられる保持器切片からなる保持器を有し、これらの保持器切片はクランク軸上での転がり軸受の組立を可能とするように寸法設計されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１０】
クランク軸が、軸受ジャーナルとウェブとの間の移行部に、一体形コンロッドをその脇に案内できるような丸みを有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１１】
クランク軸にバランスウエイトが配置されており、これらのバランスウエイトが特に個別のバランスウエイトとして配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１２】
バランスウエイトが、クランク軸に脱離可能に配置され、特に螺着されていることを特徴とする請求項１１に記載のクランク機構。
【請求項１３】
クランク機構が、軸受ブロックを受容するための長方形通路を有するクランクケースに嵌め込まれていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１４】
軸受ブロックが、横方向で固定されていることを特徴とする請求項１３記載のクランク機構。
【請求項１５】
クランク軸の少なくとも１つの軸受ブロックがシリンダヘッドボルトによって固定されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１６】
転がり軸受、特に玉軸受が、転動体を導入するための導入溝を縁に有することを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１７】
クランク機構が、自動車の内燃機関内に設けられていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のクランク機構。
【請求項１８】
クランク機構のモジュラーシステムであって、クランク機構が、互いに非破壊的に取付けられた少なくとも１つの一体形クランク軸と少なくとも１つの一体形コンロッドとを有し、モジュラーシステムがさまざまな応用のため少なくとも一体形クランク軸を備えているモジュラーシステム。
【請求項１９】
クランク軸が、個別に付け加えられたバランスウエイトを有し、これらのバランスウエイトが、ガソリン方式に従って作動する内燃機関用では、ディーゼル方式に従って作動する内燃機関用とは異なることを特徴とする請求項１８に記載のモジュラーシステム。
【請求項２０】
モジュラーシステムが、請求項１から１７のいずれかに記載のクランク機構を含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載のモジュラーシステム。
【請求項２１】
自動車の内燃機関を製造するための方法であって、
一体形クランク軸を製造する工程、
少なくとも１つのコンロッドを製造する工程、
一体形コンロッドと一体形クランク軸とを非破壊的に組付ける工程、
コンロッドとクランク軸との組合せ体をクランクケースに嵌め込む工程を含む方法。
【請求項２２】
少なくとも２つの一体形コンロッドの間でクランク軸上に一体形軸受ブロックが配置されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
コンロッドとクランク軸とを組付けるとき、転動体が少なくともコンロッド軸受および／またはクランク軸軸受に詰め込んで固定されることを特徴とする請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
内燃機関のピストンが各シリンダに導入される前に、これらのピストンがまずコンロッドと結合され、さらにクランク軸と結合されることを特徴とする請求項２１、２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
内燃機関のピストンがコンロッドと結合され、さらにクランク軸と結合されるよりも前に、これらのピストンがまず各シリンダに導入され、所定位置に移されることを特徴とする請求項２１、２２または２３に記載の方法。
【請求項２６】
コンロッドが、連結フランジとは反対側の軸端から出発してクランク軸に装着されることを特徴とする請求項２１から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
一体形軸受ブロックが、クランク軸用に製造されかつ使用されることを特徴とする請求項２１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
製造されるべき多数の一体形軸受ブロックが、穿孔されかつフライス加工される前に、積み重ねて互いに緊締されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
軸受ブロック内に配置される転がり軸受の軸受ブロックへの装着が行われることを特徴とする請求項２１から２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
請求項１から１７のいずれかに記載のクランク機構を製造するための設備であって、
一体形クランク軸を製造するステーション、
少なくとも１つの一体形コンロッドを製造するステーション、
一体形コンロッドと一体形クランク軸とを非破壊的に組付けるための第１ステーション、
コンロッドとクランク軸との組合せ体をケース内に嵌め込むための第２ステーションを含む設備。
【請求項３１】
第１ステーションでは、少なくとも２つの一体形コンロッドの間でクランク軸上に一体形軸受ブロックが配置されることを特徴とする請求項３０に記載の設備。
【請求項３２】
コンロッドとクランク軸とを組付けるとき、第１ステーションでは、転動体が少なくともコンロッド軸受および／またはクランク軸軸受に詰込み可能かつ固定されていることを特徴とする請求項３０または３１に記載の設備。
【請求項３３】
第２ステーションでは、クランク機構のピストンが各シリンダに導入可能となる前に、これらのピストンがまずコンロッドと結合され、さらにクランク軸と結合されることを特徴とする請求項３０、３１または３２に記載の設備。
【請求項３４】
第２ステーションでは、クランク機構のピストンがコンロッドと、さらにクランク軸と結合可能となる前に、これらのピストンがまず各シリンダに導入され、所定位置に移されることを特徴とする請求項３０、３１または３２に記載の設備。
【請求項３５】
第１ステーションでは、コンロッドが連結フランジとは反対側の軸端から出発してクランク軸に装着されることを特徴とする請求項３０から３４のいずれかに記載の設備。
【請求項３６】
第２ステーションは、一体形軸受ブロックがクランク軸用に製造されかつ使用されるように整えられていることを特徴とする請求項３０から３５のいずれかに記載の設備。
【請求項３７】
製造されるべき多数の積み重ねられた一体形軸受ブロックが穿孔されフライス加工される前に、これらの軸受ブロックを緊締するための緊締機構が設けられていることを特徴とする、請求項３６に記載の設備。
【請求項３８】
設備が、軸受ブロック内に配置される転がり軸受を軸受ブロックに装着することを特徴とする請求項３０から３７のいずれかに記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは自動車内燃機関用のクランク機構、そして好ましくは自動車内燃機関用のクランク機構を製造するための設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一体形に製造されたクランク軸は特別な動作信頼性を有することが知られている。例えばスイス特許第２９４８３５号明細書により明らかとなる内燃機関のクランク軸は自動車において利用可能であるが、しかし機関車や軌道モーターカにおいても利用可能である。クランク軸は１部材から作製され、ころ軸受と組合せられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、改良されたクランク機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴を有するクランク機構、請求項１８の特徴を有するクランク機構を備えたモジュラーシステム、そして請求項２１もしくは３０の特徴を有するクランク機構製造方法もしくは設備でもって解決される。本発明のその他の有利な実施形態および応用は従属請求項と本明細書とから詳細に明らかとなる。
【０００５】
本発明によれば、好ましくは自動車内燃機関用のクランク機構は、互いに非破壊的に取付けられた１つの一体形クランク軸と少なくとも１つの一体形コンロッドとを有する。
【０００６】
自動車内燃機関を製造するための本発明に係る方法では、一体形クランク軸を製造する工程、少なくとも１つのコンロッドを製造する工程、一体形コンロッドと一体形クランク軸とを非破壊的に構成する工程、コンロッドとクランク軸との組合せ体をクランクケースに嵌め込む工程を含む。
【０００７】
好ましくは自動車内燃機関を製造するためのクランク機構を製造するための本発明に係る設備では、一体形クランク軸を製造するステーション、少なくとも１つの一体形コンロッドを製造するステーション、一体形コンロッドと一体形クランク軸とを組立てるための第１ステーション、コンロッドとクランク軸との組合せ体をケース、好ましくはクランクケース内に嵌め込むための第２ステーションが設けられている。
【０００８】
すべてのステーションを備えた設備はひとまとめにして１つの敷地、特に共通の生産領域内に配置しておくことができる。しかし個々のステーションは相互に分離し、例えばさまざまな生産場所に設けることができる。２つのステーションを互いに一体化しておくこともできる。例えば第１ステーションと第２ステーションは１つの共通する生産場所を形成し、分離不可能としておくことができる。
【０００９】
本発明によれば、クランク機構が少なくとも１つの一体形軸受ブロックを有し、この軸受ブロック内でクランク軸が支承されている。好ましくは、クランク機構が一体形のみの軸受ブロックを有する。このように、一方で一体形クランク軸だけでなく、それぞれ一体形コンロッドも、一体形軸受ブロック内で支承されているので、製造時に達成された各精度は有利なことに維持することができる。このことは、個々の部材の一体性のゆえに設定寸法からの偏差を避けることができるので、このようなクランク機構が一方で高い耐摩耗性を有することを意味する。他方で部材の一体性のゆえに摩擦力は回避することができる。そのことからやはり、相互に動く個々の部材の摩耗が減少する。
【００１０】
有利には、クランク機構は特に多シリンダ内燃機関において利用される。この内燃機関は、例えば少なくとも３つのシリンダを有する。一体形クランク軸は少なくとも１つの一体形コンロッド、好ましくは２つ、特に３つの一体形コンロッドそれぞれと非破壊的に取付けられている。
【００１１】
好ましくは、クランク機構は、クランク軸用に少なくとも１つの転がり軸受装置を有する。一実施形態によれば、転がり軸受装置が少なくとも１つの玉軸受および／またはころ軸受を含む。別の実施形態によれば、クランク軸は専ら転がり軸受で支承されている。さらに、クランク機構がクランク軸用に少なくとも１つの転がり軸受装置と１つの滑り軸受装置とをそれぞれ有する。
【００１２】
クランク軸用転がり軸受装置の有利な実施形態は、例えば独国特許出願公開第１０１５３０１８号明細書、独国特許出願公開第１９９２６４０６号明細書からも、独国特許公開第２４３５３３２号明細書からも明らかとなる。転がり軸受の種類、浮動軸受および固定軸受の配置に関して、使用される軸受体、使用される軸受材料および軸受構造に関して、本発明の開示の枠内でそれらを参照するように指示する。
【００１３】
好ましくは、玉軸受は主軸受として利用される。玉軸受は、例えば別の転がり軸受、特にニードル軸受におけるように形状・位置精度に対する要求が厳しくない。それに対して形状・位置精度に関して厳しい精度を守ることができる。他方で軸受による力伝達向上が要求される場合、ころ軸受またはニードル軸受は、特に主軸受としても利用することができる。好ましくは、玉軸受を利用する場合単に１つの溝が設けられる。これにより、係止面も窪みもスラスト軸受と同様に省くことができる。
【００１４】
転がり軸受、特に玉軸受は、はじめてクランク軸に最終的に組付けられる。このため、軸受の単数または複数の構成部品、特に保持器は切片化し、組立可能としておくことができる。例えば転動体、特に玉軸受は、例えば１つの保持器によって閉鎖を行い、特に位置決めを行う前に、まず少なくとも大部分を軸受に導入することができる。
【００１５】
転がり軸受の部材をクランク軸または軸受座に既に少なくとも部分的に取付けて転動体の導入を可能とするために、特に転がり軸受の内輪および／または外輪を既に載置した場合は、例えば導入溝を設けておくことができる。導入溝は、好ましくは転がり軸受の縁領域から転がり軸受の内部へと延び、例えば傾斜路の形状である。一実施形態によれば、転動体が導入されたなら、導入溝は再び閉鎖することもできる。このため、例えば金属挿入材は、またはプラスチック挿入材も、特に条片は、嵌合式および／または摩擦式に嵌め込むことができる。挿入材は螺着することもできる。転動体をなお追加的に転がり軸受に導入することは、導入溝を介して可能となる。そのことから特に、例えば内輪、外輪、保持器が既に予め組立てられているように、クランク軸上での転がり軸受の組立が可能となる。引き続き転がり軸受は転動体を詰め込むことができる。そのことから、例えば玉軸受の使用時に多くの玉を利用する。従って、担持荷重を分配することが可能となり、またこれにより寿命延長が可能となる。好ましくは、一実施形態により単列玉軸受の場合８〜１４個の玉が使用される。転がり軸受は他の実施形態によればＩＳＯ２８１による基本動定格荷重Ｃが少なくとも３５ｋＮでなければならない。
【００１６】
別の実施形態によれば、転がり軸受が導入溝を有していない。むしろその場合、転動体は、保持器を嵌め込む前に、準備された軸受にまず導入される。
【００１７】
第１の実施形態では、クランク軸のコンロッドジャーナル用に転がり軸受が使用され、クランク軸の主軸受用に玉軸受が使用される。好ましくはこの応用は、例えば３シリンダ内燃機関を装備した小型車において見られる。第２の実施形態では、クランク軸の小端軸受用に滑り軸受が設けられ、主軸受用に転がり軸受が設けられている。このことは特に、内燃機関のシリンダがＶ形状に配置される内燃機関において利用される。一体形クランク軸と少なくとも１つの一体形コンロッドとを備えた別の内燃機関においても同様に、付加的に、或いは少なくとも部分的に、転がり軸受で支承されるカム軸の軸受装置を利用することができる。好ましくは、カム軸は完全に転がり軸受で支承されている。さらに内燃機関においては、例えば、クラッチに最も近い個所に固定軸受が配置されるようになっている。例えば、玉軸受とスラスト軸受とがクランク軸の主軸受として使用される場合、両方のうち特に大きい方の軸受が連結フランジの領域に配置される。
【００１８】
転がり軸受として、下記種類の転がり軸受を個々にまたは互いに組合せて利用することが可能である。
【００１９】
スラスト軸受。例えば、
・単列または複列深溝玉軸受；例えばカバーディスクまたは密封ディスクまたはリテーナリング付きのもの。
・アンギュラ玉軸受；単列または複列のもの。
・自動調心玉軸受；例えば円筒形穴または円錐形穴付きのもの。
・円筒ころ軸受；例えば単列または複列、特に保持器付きのもの。
・トラックローラ軸受；
・ニードル軸受；
・マグネト玉軸受；
【００２０】
ラジアル軸受。例えば、
・ニードル軸受；
・円錐ころ軸受；
・球面軌道ころ軸受；
・自動調心ころ軸受；
・ニードル玉軸受；
【００２１】
そして、例えば軸スラストおよび半径方向力を吸収することのできる種類の転がり軸受。例えば、上に列記した軸受の幾つかまたはそれらを組合せたもの。
【００２２】
転がり軸受は正面配列、背面配列および／または並列配列に配置することができる。
【００２３】
転がり軸受を潤滑するために、例えばピストンポンプを使用することができる。ピストンポンプは特に、クランク機構を潤滑するために本来場合によって必要となる油ポンプの代わりとすることができる。潤滑は例えば油噴霧および／または油吹付けを介して可能とすることができる。潤滑手法としては、例えば、油浴潤滑、油はねかけ潤滑、油滴下潤滑、油循環潤滑、油遠心潤滑、油ミスト潤滑および／または油噴射潤滑が挙げられる。別の実施形態によれば、使用される転がり軸受の少なくとも１つ用にグリース潤滑も利用することができる。その際、例えばグリース量調節器を利用することができる。密封された軸受を少なくとも部分的に使用する可能性もある。
【００２４】
コンロッドおよび主軸受の潤滑は、好ましくは、クランクケース内にある油ミストを介して行われる。したがって、一実施形態によれば、クランクウエブ内の手間のかかる穴、主軸受に至る送り管路、遠心リングまたはウェブ凹部の態様の捕集装置を省くことができる。ピストン内の軸線方向案内面での周速度が著しく小さく、そこでは揺動運動のみが存在することを利用するために、好ましくはコンロッドはピストン内で特に上部案内として案内されている。このために不可欠なクランクピン上でのコンロッドの軸線方向の隙間が特に少なくとも２〜３ｍｍであり、コンロッドジャーナルの上側領域が良好に接近可能であるので、油ミストによるコンロッド軸受の十分な油供給は確保することができる。
【００２５】
コンロッドが下側で案内される場合、別の実施形態によればコンロッドは、十分な油供給を保証するために、周面の一部、特に僅かな荷重が支配的である個所に溝付するか、または、側部の係止面に潤滑溝付けするかのいずれかを実施することができる。一実施形態によれば、特定位置においてコンロッド軸受への油はねかけ潤滑が好ましい。このため、既存のピストン冷却油ノズルからの分岐を設けておくことができ、このノズルは上死点にあるコンロッドジャーナルに第２噴流を向ける。
【００２６】
クランク軸主軸受は、主軸受が取り囲まれていない限り、または接近困難でない限り、好ましくはやはり油ミストで潤滑される。クランク軸主軸受は遠心運動に曝されていないので、所要の油量はコンロッド軸受の所要油量よりもかなり少ない。
【００２７】
それとともに、構造に依存して異なる潤滑構想が可能である。コンロッドは、上部をピストン内で、または下部をクランク軸によって、軸線方向へ案内することができる。コンロッド軸受と主軸受の潤滑は強制潤滑、特にはねかけ／圧力油供給として行うか、または自由潤滑によって、特に油ミストとして行うかのいずれかが可能である。混合態様も可能である。
【００２８】
軸受用素材として、例えば耐熱ステンレス鋼、コバルト合金が考えられ、セラミックス素材も考えられる。保持器材料は、鋼にしろ黄銅にしろ、同様にそれらで構成することができる。保持器は薄板保持器とすることもできる。その他の保持器素材は青銅、例えばリン青銅またはフェロシリコン青銅とすることができる。若干の応用にはプラスチックも、特にガラス繊維強化プラスチック、例えばガラス繊維強化ポリアミド６６を使用することができる。
【００２９】
しかし一体形クランク軸用素材としても未分割形コンロッド用素材としても考慮に値するのは、浸炭鋼または調質鋼である。しかし、例えば軸受内輪挿入材を鋳込んだ鋳鉄も利用することができる。軸受輪は、例えばコンロッドに圧入することができ、このコンロッドは選択案として直接的支承に利用可能となる。これにより、ＧＧ（ねずみ鋳鉄）、ＧＧＧ（球状黒鉛鋳鉄）、ＡＤＩ（オーステンパ球状黒鉛鋳鉄）またはアルミニウム等の、転がり軸受能力のない素材も利用することができる。一実施形態によれば、転がり軸受鋼からなる軸受輪が鋳鉄からなるコンロッド内に一緒に鋳込まれる。一実施形態では、例えばコンロッド用材料として、特に直接支承用として、１５ＣｒＮｉ６または１６ＭｎＣｒ５が考えられる。クランクピン用には、例えば１５Ｃｒ３を使用することができる。
【００３０】
転動体用軌道は、好ましくは焼入れされ、特に表面硬化されている。表面硬化層の深さは特に０．４ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。
【００３１】
さらに、軸受隙間とも称される半径方向隙間は、転がり軸受およびクランク軸寸法に応じて６０μｍ〜３００μｍの範囲内とすることができ、特にそれぞれ極小と極大を有する。
【００３２】
クランク機構は特に、クランク軸が軸受ジャーナルとウェブとの間の移行部に丸みを有し、一体形コンロッドをその脇に案内できるように構成されている。これにより、単数もしくは複数のコンロッドをクランク軸に装着することができる。異なる方向へコンロッドを変化させることによって、コンロッドは、コンロッド軸受用に設けられた穴がクランク軸の各ジオメトリを介して案内可能であるように回すことができる。このためコンロッドは、その穴の軸線を中心に回転可能なあらゆる方向に捻り回すことができる。
【００３３】
他の実施形態によれば、クランク軸にバランスウエイトが配置されている。このバランスウエイトは、好ましくは、個別のバランスウエイトとして配置されている。一実施形態では、バランスウエイトがクランク軸に螺着されている。この螺着は、好ましくは、少なくとも２つの締結ねじを介して行われる。バランスウエイトは、例えば、一体形コンロッド及び軸受ブロックのそれぞれがクランク軸と結合されているとき、クランク軸に配置することができる。このため、例えば、転動体は、コンロッド軸受および／またはクランク軸軸受に詰め込んで固定することができる。バランスウエイトの数はその都度の設計条件によって、或いはクランク機構の利用条件によって、任意に選択することができる。特に、螺着されるバランスウエイトの数はエンジン形式ごとに自由に選択することができる。直列４シリンダの場合、一実施形態によれば、例えば４つまたは８つのウェイトを設けることができる。クランク軸の釣合わせはウェイトを組立てて行うことができる。同様に、クランク軸単独の釣合わせも行うことができる。そのことが可能となるのは、特に、取付部品のもとに狭い寸法公差が存在するときである。
【００３４】
クランク機構の組立は、ピストンが各シリンダに導入される前に、内燃機関のピストンが先ずコンロッドと結合され、さらにクランク軸と結合されるように行うことができる。別の実施形態では、ピストンがコンロッドと結合され、さらにクランク軸と結合される前に、内燃機関のピストンが先ず各シリンダに導入され、所定位置に移される。コンロッドを先ずクランク軸と一体化し、その後にはじめてコンロッドをピストンと結合する可能性もある。
【００３５】
好ましくは、主軸受輪とコンロッドは、クランク軸を介して各位置に案内される。引き続き、相応する転動体が各軸受に嵌め込まれる。この嵌め込みは、相応する保持器が軸受に嵌め込まれることも含む。転動体の固定は、保持器自体を介しても相応する別の固定機構を介しても行うことができる。
【００３６】
自動車の内燃機関、特にガソリン原理で作動する４シリンダ内燃機関は、例えば以下の特徴を有する。すなわち、この内燃機関は、高周波焼入れ軸受軌道溝を有する調質鋼からなる一体形クランク軸を有する。さらに、クランク軸は、螺着されたバランスウエイトを有する。バランスウエイトは、好ましくは８つのバランスウエイトである。使用される一体形コンロッドは浸炭鋼からなる。使用される軸受保持器はジュラルミンで作製されている。クランクケースが設けられており、そのなかにクランク機構を嵌め込み可能である。クランクケースは個別の未分割形の軸受ブロックを有する。クランクケースはシリンダヘッドと螺着されている。好ましくは、軸受トンネル加工は施されていない。ピストンを含むクランク機構の組立は、好ましくは、下からクランクケース内へと行われる。引き続きクランクケースはシリンダヘッドと一体化することができる。付加的にスカートに横螺着部を設けておくことができる。選択的にまたは付加的に、使用される軸受ブロックもしくはクランク機構一式をシリンダヘッドと螺着することも可能である。
【００３７】
断熱のために、例えば、使用される軸受ブロックがクランクケースもしくはシリンダヘッドとは別の材料で構成されると有利であることがある。一実施形態によれば、軸受ブロックが、例えばアルミニウムまたはマグネシウムを含有しない素材で構成される。これに対して、例えばクランクケースはアルミニウムまたはマグネシウムで構成される。軸受ブロック用材料として考慮の対象となるのは鋳物材料であり、または鋼材料でもある。軸受ブロックは２部分構成または多部分構成としておくこともできる。
【００３８】
一実施形態では、内燃機関内でクランク機構を少なくとも部分的に取り囲む梯子枠が使用される。さらに、通気用としてクランクケースに設けられる切欠き内に軸受ブロックを配置することができる。シリンダヘッド螺合部が軸受ブロック内を貫通してクランクケース内に延びているか、またはその相手部材が軸受ブロック内の相応する螺合部にあることによって、シリンダヘッド螺合部は複数の軸受ブロックを同様に利用することができる。
【００３９】
貫通螺合部は水平に分割した軸受ブロックの場合でも応用可能である。その場合、ねじ山は好ましくは分割面の上方に配置される。別の実施形態では、梯子枠を直接一緒に螺着することのできる完全に貫通した螺着部が設けられている。このことはやはり両方の軸受ブロック用に適用可能である。
【００４０】
本発明の他の考えによれば、クランク軸ジャーナルの動作面加工が軸受溝のフライス加工と研削とに限定されるように、未分割形クランク軸が加工される。屈曲部半径も、窪み溝半径も、クランク軸の製造プロセスによって設けられる粗雑な輪郭に留めることができる。製造される軸受溝は、転がり軸受、特に転がり軸受玉および転がり軸受輪の標準部品と共に利用することができる。そのことから、例えば、クランク軸をコンロッドと共に、特に軸受ブロックと共にも、例えば転がり軸受製造業者のもとで予め組立てることが可能になる。クランク機構の組立実行後、このクランク機構は、例えばエンジン製造業者に発送することができる。エンジン製造業者は、例えばその間に、鋳物工場から納入されるシリンダヘッドやクランクケースも、場合によっては付加的に相応するクランクケース部品なども受け取っている。次に、内燃機関のさらなる組立は工場内の現場で行うことができる。
【００４１】
部材とエンジンブロックとの組立は、好ましくは、異なる組付処理指示によって行われる。数多くのさまざまな選択案が以下に列挙されるが、この列挙は最終的なものとみなすべきではない。選択的処理方式は以下の配置である：
１．長方形エンジンブロック‐通路内の密閉軸受ブロック。好ましくは断熱；
２．長方形エンジンブロック‐通路内の分割形軸受ブロック。好ましくは断熱；
３．従来のエンジンブロック‐通路内に主軸受輪を有する。例えば、アルミ合金使用時は断熱しない；
４．従来の軸受カバーを有する従来どおり形成されたエンジンブロック‐通路内の鋼製鋳込み部品。鋳込み部品と軸受カバーは転動体用直接軸受装置として一体形軌道を有する。
【００４２】
その他の有利な実施形態は添付の図面から読取ることができる。しかし、そこに示された特徴は、その都度の実施形態に限定されていない。むしろ、これらの実施形態は、図面および上記説明の別の実施形態の特徴と組合せて実施形態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図１が示すクランク機構１は一体形クランク軸２を有する。クランク軸２に一体形コンロッド３が斜めに嵌着されている。一体形クランク軸２の寸法は、コンロッド３がクランク軸２を介して図示されるその位置まで案内され得るように、コンロッド３の穴４の寸法に応じて調整されている。第２コンロッド５は、既にその端位置に案内され、相応する軸受６を備えている。軸受６は、好ましくは転がり軸受装置、特に玉軸受装置である。これによりコンロッド３、５はクランク軸の前側６から装着される。クランク軸２の後側７には、やはり、既に後側主軸受８が組立てられている。クランク軸２は、例えばクランクジャーナル９の領域でウェブ１１への移行部に丸みを有する。さらにウェブ１１からコンロッド軸受軌道１２への移行部にやはり丸み１０が設けられている。したがって、コンロッド３、５や軸受輪１３を適切に装着することができる。これにより、一体形クランク軸２に一体形コンロッド３、５を備えることができる。一体形軸受ブロックを使用する場合、軸受ブロックは、例えばクランク軸の組立前に軸受輪に装着することができる。図示したように、クランク軸２は完全に転がり軸受、特に玉軸受を備えている。それゆえに、主軸受の内側軌道１４が周設溝１５を有する。ジャーナル軸受１７の第２内側軌道１６はやはり周設溝１５として形成されている。各内側軌道１４、１６の相手部材として軸受輪１３もしくはコンロッド３がそれぞれ周設溝１５を有する。これにより、溝１５のジオメトリによって、いかなる種類の転がり軸受装置であるのかを決定することができる。転がり軸受装置は、例えば玉軸受、ころ軸受、ニードル軸受、アンギュラ軸受、スラスト軸受とすることができる。
【００４４】
図２は第２クランク機構１８を示す。第２クランク機構１８は、コンロッド１９や主軸受２０の組立が完了している。コンロッド１９および主軸受２０の精確な組立は、以下で言及される。図２から付加的に読取ることができるように、バランスウエイト２１がクランク軸２２と螺着される。このため、各ウェブ２３は、好ましくはそれぞれ２つの平行に延びる袋穴を有する。バランスウエイト２１は、例えば嵌合式にウェブ２３に載置することができる。好ましくは、六角穴付き頭部を有する相応するボルトを介してバランスウエイト２１は明確な締付トルクで固定される。
【００４５】
図３と図４は、４シリンダ‐直列エンジンを例にして、玉軸受を使用したクランク機構の組立を略図で示す。
【００４６】
図３が示すクランクケース２４にシリンダヘッド２５が螺設される。クランクケース２４内でピストン２６は詳しくは図示しないピストンリング、特に所定数のワイパリングが装備され、上からシリンダ管２７に導入される。図示したように、導入されたピストン２６は下死点を越えて押し出され、ピストンピン２９用の穴２８はシリンダ管２７から現れる。予め組立てられたクランク軸３０は、詳しくは図示しない巻上機を介してその位置で保持することができ、４つのコンロッドのうち内側にある２つのコンロッドは下死点位置に配置されている。ピストンピン２９が導入され、固定リングを介してピストンピン２９に固定されたのち、クランク軸３０は概ね半分のピストン行程だけ矢印方向３１に移動することができる。同時にクランク軸３０は概ね９０°回転する。これにより、次に、外側にあるピストンを内側にあるピストンと同様に組立てることができる。すなわち、外側にあるピストンが固着される前に、内側にあるピストンがまずクランク機構に固着される。６シリンダ直列配列の場合、各ピストンピンを挿入するのに十分な隙間がそれぞれ設けられているように、異なるピストンの固着が行われねばならない。予め組立てられたクランク軸３０にピストン２６が完全に固着されたのち、クランク機構はさらに矢印方向３１に、各軸受ブロック３２がエンジンブロック２４内で当接するまで動かすことができる。エンジンブロック２４はこの組立方式用に長方形通路３３を有する。長方形通路３３はスカート３４を介して形成される。スカート３４はそれ自体、合せ面３５を有する。合せ面３５は、好ましくはフライス加工されている。特に、半径方向に配置される合せ面３５が設けられており、この合せ面３５内に溝孔３６が延設されている。こうして、相応する螺合を介して軸受ブロック３２はクランクケース２４内においてそれぞれ横方向で固定することができる。この螺合が明確な締付トルクで実行されたのち、シリンダヘッド２５は載置することができる。シリンダヘッドボルト３７は、やはり明確な締付トルクで締め付けられる。シリンダヘッドボルト３７は、好ましくは、クランクケース２４内を延びる相応する穴３８を介して各軸受ブロック３２に螺入できるように延びている。こうしてシリンダヘッドボルト３７を介してクランクケース内への力の流れは完結することができる。こうして組立完了したエンジンが、例えば図７から明らかとなる。
【００４７】
図４と図５は一体形軸受ブロック３８の組立を示す。軸受ブロック３８は固定軸受として構成されている。このため、まず第１固定リング３９が軸受ブロック３８に嵌め込まれる。引き続き、例えば、予め組立てられた転がり軸受、この場合玉軸受４０が、軸受ブロック３８内に固定リング３９と同一平面で嵌め込まれる。さらに、緊締するために、玉軸受４０は第２固定リング４１によって軸受ブロック３８内で固定される。これにより、固定軸受として組立完了した軸受ブロック３８の図４に示す例が得られる。
【００４８】
図６は一体形コンロッド４２を展開図で示す。この展開図からコンロッド４２用の転がり軸受の組立の一例が明らかとなる。転がり軸受はやはり玉軸受４３である。保持器４４は４つの１８０°切片４５を有する。切片４５の分割面４６はそれぞれ９０°ずらして配置されている。そのことから、組立時に同じ動作挙動と全周を閉鎖された保持器が得られる。保持器半片の接合は組込状態で螺合、リベット止めまたは溶接によって行われる。第１可能性によれば、第１保持器半片がコンロッド４２に嵌め込まれ、次に玉４７が導入され、引き続き第２保持器半片によって閉じ込められる。保持器が切片に分離されているので、コンロッド４２がクランク軸上の位置に装着されてはじめて保持器をコンロッドに配置することができる。さらに、例えば実矧嵌合、ピンの態様の逆鉤形状などによって保持器切片を互いに係止することができる。このため、多種多様なスナップ嵌めも、アンダカットを有するパズル形材も使用することができる。好ましくは、保持器切片は、軸線方向および／または半径方向において、例えば螺合、貼付け等によって固定される。保持器素材として鋼、アルミニウムの他に、プラスチックも考慮の対象とすることができる。薄板保持器も打抜き形材も利用することができる。第２可能性によれば、まず玉４７が導入されて位置合せされ、次にはじめて保持器切片が導入され、この保持器切片で玉４７は所定位置で保持される。特にこの方法でもって一層多くの玉を導入することができる。切片を持たない閉鎖保持器を使用する可能性もある。
【００４９】
図７が示すクランクケース内の組立が完了したクランク機構は、図２を用いて既に述べた手順に従って組立てられたものである。クランク軸をエンジン内に組み込むことは、図２に述べた可能性の他に、まずピストンに各ピストンリングを装着してからそれをコンロッドに組立てる可能性がある。引き続き、ピストンを下からシリンダ管に導入することによってクランク機構一式をエンジンブロックに挿入することができる。ピストンは特に同時に導入することもできる。このため、シリンダ管の出口の周縁に、導入斜面が設けられている。そのことで、ピストンリングの膠着が回避される。引き続きシリンダヘッドボルトが引き締められ、エンジンは組立てられている。
【００５０】
他の実施形態によれば、例えば軸受カバーを下から螺着して従来どおり滑り軸受で支承されたエンジンのように、クランク軸はエンジンブロック内で受容される。その際、組立は、基本的に図２または上で述べたように行うことができる。しかしながら隔壁は、ピストンが明確に下死点位置から外に現れることができ、もしくは下からエンジンブロックに導入できるように切欠かれねばならない。このため、シリンダ管に下から組立てるときには、ピストンリング用の導入斜面が必要である。シリンダヘッドも、軸受カバーも、共通の螺合を介して固定することができ、または個別にでも固定することができる。
【００５１】
図８は、特別小さく構成されたクランク機構４８の一実施形態を示す。これにより、利用可能なきわめて小さな構造空間を一体形クランク軸４９および一体形コンロッド５０と一緒に利用することもできる。このため、ウェブ５１が短い面取り部５２を備えている。但し、例えば図１のクランク機構で明らかとなるような丸みを有してはいない。クランク機構４８においてころ軸受装置を使用することによって一層高い負荷能力が達成可能である。さらに、ころ軸受装置と玉軸受装置との組合せを利用することも可能である。ころ軸受が使用されるので、ジャーナルおよびコンロッドの転動体軌道はそれぞれ円筒形状５３を有する。ころ保持器５４の軸線方向へのコンロッド５０および主軸受５５の案内は、それぞれ隣接するクランクウェブ５６を介して行われる。コンロッド５０の軸線方向への案内は、クランクウェブ５６‐いわゆる下部案内‐を介しても、また詳しくは図示しないピストン‐いわゆる上部案内‐によっても行うことができる。特に、使用目的に応じて、両方のうちいずれの案内を利用するのかが選択される。下部案内の場合、例えばクランクウェブと大径部軸受とへの潤滑剤供給用として、コンロッド端穴に単数または複数の溝、条溝または穴が設けられる。横方向で付加的に青銅ディスクまたは焼入れ鋼ディスクを載置しておくこともできる。上部案内の場合、例えばピストンボスにおける潤滑用の条溝等を省くことができる。ピストンボスの間でコンロッドを案内するために、Ｌ形横断面の好ましくは焼入れ鋼リングが利用される。この鋼リングは小さな半径方向隙間でピストンピンに座着される。例えば側部潤滑溝を介して案内面の潤滑は保証することができる。案内の方式に左右されることなく、一実施形態によればクランク軸もコンロッドも潤滑用の油穴を有していない。
【００５２】
図９は、図８のクランク機構４８へのころ軸受の組立を明らかとする。このため第１ころ保持器半片５７は、軸線方向を矢印方向５８で肩部５９を介してコンロッド５０に押し込まれる。主軸受５５に関しても、同様に、第１ころ保持器半片５７を使って同様の過程がそこで行われる。ころ保持器半片５７それぞれが押し込まれたのち、それぞれ１８０°回される。引き続き、詳しくは図示しない第２ころ保持器半片が同様に軸線方向でコンロッド５０もしくは主軸受５５に押し込まれる。これにより、嵌合式の蟻溝結合６０が得られる。引き続き、軸線方向で移動するのを防止するために、各保持器半片はボルトまたはリベットによって互いに固定される。別の実施形態によれば、第１ころ保持器半片５７は第２ころ保持器半片が既に事前に主軸受５５に嵌め込まれたのちに押し込まれる。例えば、第２ころ保持器半片はコンロッドをクランク軸に装着するときに既にコンロッド内に配置しておくことができる。別の分割形ころ保持器切片とすることもできるころ保持器半片の組立性を保証するために、外側にある領域６１における肩部の直径は各ジャーナル６２の直径よりも小さい。外側にある領域６１の周面は、特に、その都度使用される保持器切片の円周角に合せて調整される。図９に示す例では円周角が１８０°である。
【００５３】
ころ軸受保持器の接合はさまざまな仕方で可能である。保持器半片は軸線方向で遊動しないようにピン止め、リベット止め、螺合の他に同様に接着、コーキングおよび／または溶接によって固定することができる。
【００５４】
図１０〜図１４によって、好ましい保持器切片の結合が詳細に明らかとなる。図１０は第１保持器切片６３と第２保持器切片６４との嵌合式結合の図である。保持器内にころ６５が配置されている。しかし、ころ６５は玉、ニードル等とすることもできる。さらに、両方の保持器切片６３、６４は嵌合式結合として蟻溝結合６６を有する。図１１により、保持器の切片構造様式が詳しく明らかとなる。第１保持器切片６３は第２保持器切片６４から分離されている。そのことによって、蟻溝結合６６と、保持器切片６３、６４内にそれぞれ存在する蟻溝結合６６のためのジオメトリとが明らかとなる。その際注意すべき点として、各保持器切片６３、６４は片側に２つの溝、反対側に２つのばねを有する。これにより、蟻溝結合６６を介して均一な負荷が生じる。両方の保持器切片６３、６４は、好ましくは螺合を介して互いに固定される。しかしリベット止めも行うことができる。図１２は組立てられた保持器６７を示す。１８０°ごとに継目を有する切片の他に、別寸法の切片も使用することができる。図１３は蟻溝結合６６を再度拡大して示す。同様に、蟻溝結合６６は再度拡大して図１４の正面図でも明らかとなる。
【００５５】
図１５はクランク軸６８の横断面図である。クランク軸６８の表面が平坦面６９を有し、この面にバランスウエイトを載置することができる。平坦面６９は好ましくはフライス加工されている。特にこの面に、単数または複数の穴７０を、例えば嵌合穴として、または螺合用として設けておくことができる。平坦面６９は、クランク軸６８とバランスウエイトとの間に嵌合および／または摩擦結合を達成するのに利用することもできる。
【００５６】
図１６は別のクランク軸７１の他の横断面図である。クランク軸７１の表面は互いに角度を成した２つの平面７２、７３を有し、平面は合流して好ましくは切妻を形成する。しかし平面７２、７３は、合流することなくＶ形に配置しておくこともできる。さらに、両方の平面７２、７３の間に別の面、特に平面を配置する可能性も同様にある。これにより、例えば多角、溝および／または隆起部を有する表面を形成することができる。各平面は単数または複数の穴を、例えば嵌合穴として、または螺合用に有することができる。組合せた面は、クランク軸とバランスウエイトとの間に嵌合および／または摩擦結合を達成するのに利用することもできる。
【００５７】
図１７は例示的に他のクランク機構の構造を示しており、さらにこのクランク機構の構造について寸法と特性値が明示される。しかしこれらの寸法および特性値はこのクランク機構、特に図示したころ軸受クランク機構７４に限定されない。むしろ寸法、特性値もしくは範囲は、転がり軸受で支承された別のクランク機構用にも利用することができる。
【００５８】
この実施形態によれば、ころ軸受クランク機構７４は玉軸受で支承されたクランク機構における組立と相違していない。単数または複数のバランスウエイト用の受容部７５は、例えば角度が１２０°のＶ形材として構成された自動調心部を備えている。この構成は好ましくは、例えばピンおよび／またはスリーブ等の嵌合補助手段の使用を必要としない。ピンおよび／またはスリーブ等の嵌合補助手段は好ましくは、自動調心部を持たない直線的載置面の場合に使用される。バランスウエイトは組立時に軸線方向で当接面７６に押付けられ、次に螺合される。同様にこのクランク軸において特徴的なのは特殊成形される第１傾斜面７７と第２傾斜面７８、そして好ましくはやはり斜面である切欠き部７９である。これらの傾斜面および切欠き部を移行部に配置すると、この構成においてコンロッドおよび特に軸受ブロックを装着するとき動きの自由が保証されている。
【００５９】
好ましい一実施形態によれば、十分な剛性を有するクランク機構に関して、特にコンロッドおよび軸受ブロックの装着のため、以下の寸法比が考えられ、その値は約±２０％変動することができる。以下に明示する値は図１８、図１９、図２０、図２１に詳しく示してある。これらの図から例示的クランク機構とそれぞれに付属する部材が明らかとなる。
【００６０】
クランク軸：
ＤＨｚ／ＤＨＬ＝１（ＤＨｚ／ＤＨＬ≠１、大きな直径が決定的である場合好ましくは１）
ＢＫｒｏｅｐｆ／ＤＨｚ＝１．１
ＢＷ／ＤＨｚ＝０．４８
ＳＷ／ＤＨｚ＝０．４８
ＢＨｚ／ＤＨｚ＝０．４
ピストン行程／ＤＨｚ＝１．５５
【００６１】
コンロッド：
ＤＰｌ／ｄＰｌ＝１．２９〜１．３６（最大１．４）
ｄＰｌ／ＤＨｚ＝１．２８〜１．３２
ＢＰｌ／ＤＨｚ＝０．３８
【００６２】
軸受ブロック（図示せず、但し寸法はコンロッドと同じ）
ＢＬａｇｅｒｂｏｃｋ／ＤＨｚ＝０．３６
ｄＬａｇｅｒｂｏｃｋ／ＤＨｚ＝最大１．４（最も薄い個所に関して）
【００６３】
転動体：
ＤＲｏｌｌｅ／ＤＨｚ＝０．１４〜０．１８
ＤＲｏｌｌｅ／長さＲｏｌｌｅ＝１．２５〜１．９
【００６４】
±２０％、一層好ましくは±５％の寸法変動はコンロッドおよび軸受ブロックの組立隙間に現れる。円滑な組立が保証されるように、組立隙間は、装着時に少なくとも１つの位置、好ましくは少なくとも支配的位置、特にすべての位置において、好ましくは少なくとも絶対値０．４ｍｍでなければならないであろう。
【００６５】
例えば４シリンダ‐乗用車エンジンに十分な基本動定格荷重４５ｋＮ用に好ましくは１４〜２０個のころを使用することができ、好ましいころ寸法は７〜９ｍｍとすべきであろう。
【００６６】
ころ軸受で支承されたクランク軸に妥当する寸法比は玉軸受で支承されたクランク軸に同様に応用可能であり、溝深さの２倍を引いた玉軌道直径を外輪直径として使用することができる。
【００６７】
図２２は、エンジンブロックを梯子枠の他にピストンおよびクランク機構と組立てる可能性を例示的展開図で示す。エンジンブロック内へのクランク機構の組立原理とピストン組立は、この実施例によれば、玉軸受で支承された態様におけるものと好ましくは同一である。締め付け時の捩りに関してタイロッドを負担軽減するために、好ましくは図１７のスタッドを使用することができ、このスタッドは頭部の六角穴を介して捩りなしに締め付けるために固定することができる。特にクランク軸方向での振動を避けるための軸受ブロックの第２固着は、好ましくは、図２２の例示的実施形態から明らかとなるような梯子枠８１を介して行うことができる。梯子枠８１はねじ８２を介して軸受ブロック８３と結合されている。簡素化のため、所要のねじは詳しく図示されていない。梯子枠８１は、詳しく図示されていないねじ結合によってエンジンブロック８４の図示しない油パンフランジと結合されている。スペース上の理由から、例えば後方で平坦になる油パンによって外側の軸受ブロック８５が梯子枠８１を介して互いに結合できない場合は、エンジンブロックへの結合は例えばケースカバー８６を介して、または側部螺合によって可能である。
【００６８】
図２２に示す軸受ブロック８３は、好ましくは、軸受ブロック内での直接支承用に直接加工された摺動面を有する。これにより、軸受ブロック８３および所要の部材を小型化することも可能となる。
【００６９】
図２３はクランク軸の好ましい軸線方向案内が具現されているクランク機構の例示的実施形態を示す。
【００７０】
クランク軸の軸線方向への案内は、軸の自由端に嵌着されるＮＵＰ型の標準円筒ころ軸受によって引き受けることができる。この軸受は外輪内にも内輪内にも案内フランジを有し、案内フランジは連結解除力を吸収し、クランク軸が軸線方向で連結方向に移動するのを妨げることができる。標準軸受の内輪は、位置ずれしないよう固定されている。一実施形態によれば、この固定は例えば半径方向締り嵌めを介して、または別の実施形態により、例えば制御輪もしくはスプロケットを使って軸線方向の緊締によって行われる。
【００７１】
図示した円筒ころ軸受の代わりに同様に玉軸受を使用することができる。
【００７２】
軸線方向の固定は特に青銅製の滑りリング８７、８８を介して行うこともできる。滑りリングは、例えばケース固定軸受ブロック８９に固着され、特に螺着されている。連結解除力は連結フランジ９０から滑りリング８８に伝達される。フライホイール方向でクランク軸を固定するためにバランスウエイト９１が滑りリング８７の方に移動して滑りリング８７に接触する。滑りリングおよびその間に閉じ込められた保持器９３付きころ軸受９２の潤滑は、例えば、詳しくは図示しない油穴を介して捕捉油または圧力油で行われる。
【００７３】
スラスト軸受装置もしくは滑り軸受を介した固定部は、図示したように、連結側に、若しくは軸の自由端にも、または別のいずれの主軸受にも配置することができる。滑りリングの代わりにニードル軸受輪も使用することができる。
【００７４】
連結解除力を吸収する滑りリング、そしてクランク軸を連結側に対して固定するフランジ付きＮＪ型円筒ころ軸受との複合スラスト軸受装置が同様に利用可能である。
【００７５】
さらに、図２３から転がり軸受の保持器案内を読取ることができる。主軸受およびコンロッド軸受内での軸線方向への保持器の案内は、クランクウェブ内面の摺動面９４を介して行われる。コンロッド軸受保持器の半径方向への案内は、遠心力のゆえにコンロッド内の外側軌道を介して行われる。主軸受保持器の半径方向への案内は、内側軌道としてのクランク軸ジャーナルを介して、または保持器ポケットの好適な造形を利用して転動体に対する支持によって、保持器が内側摺動面および外側摺動面と接触することのないように行われる。
【００７６】
以下、クランク機構に関してさまざまな転がり軸受装置において利用することのできる好ましい値を明記する。
【００７７】
軸受隙間
保持器の直径隙間：
クランク軸の側面隙間  ０．００８〜０．０１２（０．３以下）＊幅
コンロッド内の半径方向隙間  ０．００３〜０．００５＊軌道直径（好ましくは軽金属保持器用の上側値）
ころの直径隙間：
保持器ポケット内のころの隙間  ０．００８〜０．０２（０．５以下）＊ころ直径
保持器内のころの側面隙間  ０．０１〜０．０２（０．５以下）＊ころ長
主軸受隙間（冷）：
直径  ０．０００４〜０．０００８（０．０２５以下）＊ジャーナル直径（玉軸受隙間は約５０％小さい）
コンロッド軸受隙間（冷）：
直径  ０．０００１〜０．０００３（０．００７５以下）＊ジャーナル直径（玉軸受隙間は約５０％小さい）
【００７８】
これらの隙間限界は動作技術上有利であることが実証された。好ましくは、主軸受隙間は２０〜８０μｍとすべきであろう。個々の隙間の上限は、括弧内に一部明示したように２５倍の値まで高めることができる。
【００７９】
図２４〜図３３は、このようなクランク機構においてピストンをシリンダに嵌め込むことのできるさまざまな可能性を示す。例えばこのためピストンリング緊締帯を利用することができる。
【００８０】
拡大図としての図２４と図２５は鍔部９５を有する緊締帯もしくは緊締リングの使用を示す。鍔部９５がシリンダ管９７の正面９６に載置されると、緊締帯は押し込み時にピストンのリング束から自動的に外される。ピストン９８が完全に押し込まれると、緊締帯はピストンスカートを介してピストン９８から滑り落ちる。次に、コンロッド上にある緊締帯は、鉤で外側から引き剥がしまたは鋏で切断することができる。引裂き線を同様に設けておくことができる。鍔部を有する緊締帯は、縁曲げされた薄板帯、または、末端が溶接され若しくは折り曲げられたプラスチック帯のいずれかから作製することができ、または薄板リングから深絞り成形することができる。帯が切断されない限り、目標破断個所としてミシン目を設けておくこともできる。
【００８１】
同様に利用可能な曲げられた側板は、目標破断個所の横で緊締帯に取付けられ、または一緒に折畳み結合とされる。横断面で側板は鍔部９５と同じ外観である。側板が衝突すると、ピストンに張設された帯が引き裂かれる。
【００８２】
下からピストンを組立てるとき、例えば図２７〜図３３にも示したように、シリンダライナ等に導入斜面を設けると有利であることが実証された。ピストンを上から組立てるとき、ピストンは、好ましくはスカートで、長い他の導入斜面を有する組立スリーブに押し込まれ、そして、ピストンリングが徐々に緊締され、ピストンリング溝に押し込まれる。導入斜面は好ましくは最大直径として、弛緩したピストンリングよりも大きな直径を有する。リングがピストンリング溝と一直線に並んだ位置を失うことのないよう、そしてピストンリングが極力少ない軸スラストを吸収するように、斜面自体は浅い角度を有する。
【００８３】
エンジンブロックを通して下からピストンを組立てるとき、同様にピストンリング用導入斜面が設けられている。導入斜面は好ましくはごく短い。これにより、エンジンの構造高さが導入斜面のゆえに増加しなければならなくなることは回避される。例えば導入斜面の高さは概ねリング束高さの１倍〜１．５倍のオーダである。好ましくは、斜面は、角度が最大１０°である。ピストンリングを最低直径に引張するために緊締帯が設けられている。最低直径は最小可能な直径である必要はない。ピストンリングが斜面に導入可能である程度にピストンリングを押付ければ十分とすることができる。次に緊締帯は取り除くことができる。このため、例えば、引裂線を引っ張り、緊締帯を分離し、細分して取り出すことができる。引裂線またはその他の分離手段は、例えばプラスチック条片または薄板条片の態様で貼付け、素材に溶接し、または緊締帯の周りに巻き付けておくことができる。制御下の緊締帯の引裂きは、例えばミシン目またはその他の種類の破断個所によって可能である。
【００８４】
好ましくは、緊締帯は、薄い薄板またはプラスチックで構成される。好ましくは、緊締帯の厚さは０．２ｍｍ未満である。特に、緊締帯は、一体に熱収縮チューブの態様としてリング束を介して、嵌め込まれたピストンリングから引き出すことができる。接線方向の緊締後に閉鎖可能な開放帯を使用することもできる。この閉鎖は、例えば、互いに重なった帯端の貼付けまたは溶接によって行うことができる。別の可能性としては、折りたたみ式の部材を用いてもよい。折りたたみ式の部材は、付加的に貼付けもしくは溶接しておくことができる。好ましくは、折りたたみ式の部材は、塑性加工後に平らにされる。
【００８５】
一体形クランク軸と一体形コンロッドを有し、特に一体形軸受ブロックも有するクランク機構に関するこの発明は、自動車用内燃機関においてだけでなく、例えば航空機一般、例えば二輪自動車、ジェネレータ用の内燃機関、相応するクランク機構を有する作業機械一般においても適用可能である。内燃機関においてこのようなクランク機構は、直列エンジン、Ｖ型エンジン、ガソリン方式或いはディーゼル方式で作動する内燃機関において利用することができる。さらに、ポンプ、クランク機構を備えた圧縮機等においても適用することができる。さらに、定置用途においてもクランク機構を利用可能とする可能性がある。クランク機構を発電機において利用することもできる。例えば、クランク機構は、ジェネレータ内で適用することができる。好ましくは、転がり軸受を適用する場合に消費量低減の大きな潜在力が提供されるところで、本発明のクランク機構の利用可能性が大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】クランク軸を介して部材組込位置で案内される部材を有するクランク軸の略図である。
【図２】コンロッドも軸受も予め組立てられかつバランスウエイトが組付けられるクランク機構の略図である。
【図３】クランク機構をクランクケース内で組立てる可能性を示す。
【図４】例えば軸受用に軸線方向支えを引き受けるのに適した軸受ブロックの展開図である。
【図５】組立完了した軸受ブロックを示す。
【図６】コンロッド軸受装置を有するコンロッドの展開図である。
【図７】組立完了してクランクケース内に固定設置されたクランク機構を示す。
【図８】組立完了したコンロッドを有するクランク軸の要部図であり、特にころ軸受とＵ形載置部を使用することができる。
【図９】図８に示す要部の組込を明確にするための準展開図である。
【図１０】分割形転がり軸受保持器を示す。
【図１１】図１０に示す転がり軸受保持器の展開図である。
【図１２】転がり軸受保持器の正面図である。
【図１３】図１１の細部図である。
【図１４】図１２の要部拡大図である。
【図１５】バランスウエイトをクランク軸に固着するための他の実施形態を示す。
【図１６】バランスウエイトをクランク軸に固着するための別の実施形態を示す。
【図１７】ころ軸受を有する例示的に組立てられたクランク機構を示す。
【図１８】図１７の一体形クランク軸の第１図である。
【図１９】図１８の一体形クランク軸の第２図である。
【図２０】第１図における図１７のコンロッドを示す。
【図２１】第２図における図１７のコンロッドを示す。
【図２２】一体形クランク軸と一体形コンロッドとを有するクランク機構をエンジンブロックに嵌め込む１例を示す。
【図２３】断面図においてそれぞれ破線で示す載置されたバランスウエイトところ軸受とを有する一体形クランク軸の図である。
【図２４】シリンダライナ内へのピストン嵌め込みの、可能な第１の実施形態を例示的に示す。
【図２５】図２４において破線で囲まれた領域の拡大図である。
【図２６】図２４、図２５に示す部材の展開図である。
【図２７】シリンダライナ内へのピストン嵌め込みの第２可能性を示す。
【図２８】緊締帯を示す。
【図２９】図２８の第１緊締帯の要部拡大図である。
【図３０】ピストンをシリンダライナに嵌め込むことができるようにピストンリングを圧縮する嵌め込まれた緊締帯を示す。
【図３１】図３０において破線で囲まれた領域の拡大図である。
【図３２】ピストンをシリンダライナに嵌め込み後にピストンから緊締帯を外す可能性を例示的に示す。
【図３３】図３０から明らかとなる部材の展開図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，１８，４８，７４・・・クランク機構
２，２２，３０，４９，６８，７１・・・クランク軸
３，５，１９，４２，５０・・・コンロッド
６・・・軸受
８・・・後側主軸受
９・・・クランクジャーナル
１０・・・丸み
１１・・・ウェブ
１２・・・コンロッド軸受軌道
１３・・・軸受輪
１４・・・内側軌道
１５・・・周設溝
１６・・・第２内側軌道
１７・・・ジャーナル軸受
２０，５５・・・主軸受
２１，９１・・・バランスウエイト
２４・・・クランクケース
２５・・・シリンダヘッド
２６，９８・・・ピストン
２７，９７・・・シリンダ管
３２，３８，８３，８５・・・軸受ブロック
４４，５４，６７，９３・・・保持器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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