(57)【要約】  直列４気筒内燃機関のクランクシャフト（１）は、５つのジャーナル部（２）を有し、♯１〜♯５主軸受部（６）によってジャーナル部（２）が各々支持される。各主軸受部（６）は、シリンダブロック側軸受部（７）とベアリングキャップ（８）とで構成される。♯１，♯２，♯４，♯５主軸受部（６）には、鉄系のベアリングキャップ（８Ａ）が用いられ、中央の♯３主軸受部（６）には、相対的に熱膨張率が高いアルミニウム合金製のベアリングキャップ（８Ｂ）が用いられる。高温時には、♯３主軸受部（６）の軸受クリアランスが拡大し、軸受荷重が抑制される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々のピストンが同位相で運動する互いに隣接する２つの気筒を有する多気筒内燃機関のクランクシャフト軸受構造であって、クランクシャフトの両端部および気筒間位置にそれぞれ主軸受部を備えた内燃機関のクランクシャフト軸受構造において、
上記の２つの気筒の間に位置する主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部の軸受クリアランスよりも大きい、内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項２】
上記の２つの気筒の間の主軸受部を構成するベアリングキャップの熱膨張率が、他の主軸受部におけるベアリングキャップの熱膨張率よりも大きい、請求項１に記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項３】
内燃機関の常用温度では、上記の２つの気筒の間の主軸受部における軸受クリアランスが他の主軸受部における軸受クリアランスとほぼ等しく、
常用温度よりも機関温度が高くなるに伴い、上記の２つの気筒の間の主軸受部における軸受クリアランスが他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きくなる、請求項２に記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項４】
上記の２つの気筒の間の主軸受部におけるベアリングキャップがアルミニウム合金からなり、他の主軸受部におけるベアリングキャップは、鉄を主体として構成されている、請求項２または３に記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項５】
上記内燃機関が、３つの主軸受部を備えた２気筒内燃機関であり、中央の♯２主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項６】
上記内燃機関が、５つの主軸受部を備えた４気筒内燃機関であり、中央の♯３主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のクランクシャフト軸受構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクシャフトは、シリンダブロック側の半円形凹部と該シリンダブロック下面に取り付けられるベアリングキャップとで構成される複数の主軸受部によって支持される。主軸受部は、一般に、クランクシャフトの両端部および気筒間位置にそれぞれ配置される。【０００３】
例えば直列４気筒内燃機関であれば、♯１〜♯５の５つの主軸受部によってクランクシャフトが支持されるのが一般的であり、各々の主軸受部には、半割状とした一対のベアリングメタルが装着され、該ベアリングメタルを介してクランクシャフトが回転自在に支持される。【０００４】
このような複数の主軸受部を具備するクランクシャフト軸受構造において、各主軸受部における軸受クリアランスは、互いに等しく設定されている。【０００５】
しかしながら、クランクシャフトが非常に高速で回転している状況下では、クランクシャフトは、慣性荷重によって弓状に撓みながら回転する。そのため、中央の♯３主軸受部における軸受荷重が他の主軸受部に比較して大きくなる。特に、直列４気筒内燃機関では、♯２気筒のピストンと♯３気筒のピストンとが同位相で運動するが、このように隣接する２つの気筒のピストンが同位相で運動するものにおいては、これら２つの気筒の間のメインジャーナルが最も大きく外周側に変位するため、中央の♯３主軸受部における軸受荷重がより大きなものとなる。従って、例えば機関温度が高くかつ機関が高速で回転しているときに、軸受耐久性が厳しくなる懸念がある。【０００６】
なお、上記のようなクランクシャフトの撓みを回避しようとすると、クランクシャフトに付加するカウンタウェイトの個数ならびに重量が増加し、クランクシャフトの重量増加を招来する。【０００７】
特許文献１には、複リンク式ピストンクランク機構を採用した直列４気筒内燃機関において、特定の主軸受部に大きな慣性荷重が入力されることを考慮して、各軸受部の荷重分担が均等となるように、特定の主軸受部の剛性を高くすることが開示されている。【０００８】
しかし、各主軸受部における軸受クリアランスを異ならせることは、特許文献１には開示がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６２６３７号公報
【発明の概要】
【００１０】
この発明は、各々のピストンが同位相で運動する互いに隣接する２つの気筒を有する多気筒内燃機関のクランクシャフト軸受構造であって、クランクシャフトの両端部および気筒間位置にそれぞれ主軸受部を備えた内燃機関のクランクシャフト軸受構造において、
上記の２つの気筒の間に位置する主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部の軸受クリアランスよりも大きい。
【００１１】
好ましい一つの態様では、上記の２つの気筒の間の主軸受部を構成するベアリングキャップの熱膨張率が、他の主軸受部におけるベアリングキャップの熱膨張率よりも大きくなっており、機関の温度上昇に伴って軸受クリアランスが拡大する。
【００１２】
このように、ピストンが同位相で運動する２つの気筒に挟まれた特定の主軸受部における軸受クリアランスが機関高温時に他の主軸受部の軸受クリアランスよりも大きいと、クランクシャフトが弓状に撓んで回転したときに、上記の特定の主軸受部における軸受荷重が低下する。従って、他の主軸受部における軸受荷重との差が小さくなる。この結果、複数の主軸受部における軸受荷重がより均等となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】直列２気筒内燃機関に適用した第１実施例のクランクシャフトを示す側面図。
【図２】第１実施例の主軸受部を示す断面図。
【図３】クランクシャフトの変形の態様を示す説明図。
【図４】クランクシャフトの変形に伴う主軸受部の変位を示す説明図。
【図５】直列４気筒内燃機関に適用した第２実施例のクランクシャフトを示す側面図。
【図６】第２実施例の主軸受部を示す断面図。
【図７】♯３軸受部に沿ったシリンダブロックの断面図。
【図８】（ａ）冷間時、（ｂ）常用温度、および（ｃ）高温時における軸受クリアランスを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図４は、この発明を直列２気筒内燃機関に適用した第１実施例を示している。この２気筒内燃機関においては、互いに隣接する♯１気筒と♯２気筒とで、各々のピストン（図示せず）が同位相で運動する。図１は、クランクシャフト１を示しており、前後両端部および中間部の計３箇所にジャーナル部２を有するとともに、２つのクランクピン３を有し、それぞれクランクウェブ４を介してジャーナル部２とクランクピン３とが連結されている。また、各クランクウェブ４は、クランクピン３と１８０°反対側にカウンタウェイト５を備えている。
【００１６】
図２は、上記クランクシャフト１のジャーナル部２を各々支持する♯１〜♯３の３つの主軸受部６を示している。これらの主軸受部６は、半円形の凹部として形成されるシリンダブロック側軸受部７と、このシリンダブロック側軸受部７に対向して取り付けられる半円形のベアリングキャップ８と、で各々構成されており、その内周に、図示せぬベアリングメタルが装着される。
【００１７】
ここで、クランクシャフト１の前端部を支持する♯１主軸受部６および後端部を支持する♯３主軸受部６は、互いに等しい軸受クリアランスを有している。これに対し、クランクシャフト１の中央部を支持する♯２主軸受部６は、♯１主軸受部６および♯３主軸受部６に比べて、軸受クリアランスが大きく設定されている。例えば、♯２主軸受部６の上半部を構成するシリンダブロック側軸受部７および下半部を構成するベアリングキャップ８の双方において、軸受面の径が僅かに大きく設定されている。
【００１８】
ピストンが同位相で運動する２つの気筒を備えた上記の内燃機関においては、ピストン等の慣性荷重により、図３の実線Ｌに示すように、クランクシャフト１が弓状に撓みながら回転運動する。なお、図３は、２つのピストンが下死点に達したときの荷重ならびに変形を示している。このように弓状に撓みながら運動するクランクシャフト１に対し、例えばピストン下死点において、３つの主軸受部６は、図４に示すように、破線で示す初期位置から下方に沈み込むように変位しながら各ジャーナル部２を支承する。そして、このように主軸受部６が下方へ変位することに伴い、各主軸受部６に軸受荷重が発生する。ここで、クランクシャフト１が弓状に撓む結果、中央の♯２ジャーナル部２の変位が前後の♯１，♯３ジャーナル部２に比較して大きくなるが、中央の♯２主軸受部６の軸受クリアランスが♯１，♯３主軸受部６の軸受クリアランスに比較して予め大きく設定されているので、♯２主軸受部６の変位が小さくなり、発生する軸受荷重が低減する。
【００１９】
♯２主軸受部６と♯１，♯３主軸受部６との軸受クリアランスの差は、内燃機関の温度（より詳しくは主軸受部６周辺の温度）が暖機後の通常の温度（例えば８０℃）よりも高く、かつ機関高速域の条件下で、３つの主軸受部６の軸受荷重がほぼ均等となるように設定することが望ましい。
【００２０】
次に、図５〜図８は、この発明を直列４気筒内燃機関に適用した第２実施例を示している。この４気筒内燃機関においては、互いに隣接する♯２気筒と♯３気筒とで、各々のピストン（図示せず）が同位相で運動する。図５は、クランクシャフト１を示しており、前後両端部および各気筒間の計５箇所にジャーナル部２を有するとともに、４つのクランクピン３を有し、それぞれクランクウェブ４を介してジャーナル部２とクランクピン３とが連結されている。また、一部のクランクウェブ４は、クランクピン３と１８０°反対側にカウンタウェイト５を備えている。詳しくは、前後両端の一対のクランクウェブ４および中央の♯３ジャーナル部２の両端に位置する一対のクランクウェブ４の計４箇所にカウンタウェイト５が設けられている。
【００２１】
図６は、上記のクランクシャフト１のジャーナル部２を各々支持する♯１〜♯５の５つの主軸受部６を示している。これらの主軸受部６は、前述した第１実施例と同様に、半円形の凹部として形成されるシリンダブロック側軸受部７と、このシリンダブロック側軸受部７に対向して取り付けられる半円形のベアリングキャップ８と、で各々構成されており、その内周に、図示せぬベアリングメタルが装着される。
【００２２】
ここで、クランクシャフト１の前端部を支持する♯１主軸受部６、♯１，♯２気筒間の♯２主軸受部６、♯３，♯４気筒間の♯４主軸受部６、クランクシャフト１の後端部を支持する♯５主軸受部６の計４箇所の主軸受部６は、基本的に同一の構成を有しており、ベアリングキャップ８として、鉄を主体としたベアリングキャップ８Ａが用いられている。例えば、全体が鋳鉄にて鋳造されたベアリングキャップ、鋳鉄からなるアーチ状の部材をアルミニウム合金で鋳ぐるんだ鋳ぐるみ型ベアリングキャップ、などの鉄系ベアリングキャップが用いられる。クランクシャフト１の中央部を支持する♯３主軸受部６においては、鉄系ベアリングキャップ８Ａよりも熱膨張率が相対的に大きな金属材料からなるベアリングキャップ８Ｂ、例えば全体がアルミニウム合金からなるベアリングキャップ８Ｂが用いられている。このようにベアリングキャップ８の材質が異なることで、機関温度（より詳しくは主軸受部６周辺の温度）が上昇したときに、アルミニウム合金製のベアリングキャップ８Ｂの方が鉄系ベアリングキャップ８Ａよりも半径方向により大きく熱膨張する。従って、機関高温時に、♯３主軸受部６の軸受クリアランス（特に下半部における軸受クリアランス）が他の主軸受部６に比較して拡大する。
【００２３】
また、本実施例では、主軸受部６の上半部を構成するシリンダブロック側軸受部７についても、中央の♯３主軸受部６は、他の♯１，♯２，♯４，♯５主軸受部６と多少異なる構成となっている。具体的には、図７は、♯３主軸受部６に沿ったシリンダブロック１１の断面を示しているが、この断面に沿って設けられるシリンダヘッドボルト孔１２の軸方向長さが他の位置のシリンダヘッドボルト孔に比べて長くなっている。換言すれば、♯３主軸受部６に沿って配置されるシリンダヘッドボルト（図示せず）の長さが、他の位置のシリンダヘッドボルトに比べて長くなっており、より下側の位置までボルト軸力が伝達されるようになっている。また、♯２気筒と♯３気筒との間のバルクヘッド１１ａに♯３シリンダブロック側軸受部７が形成されているが、図示せぬベアリングキャップボルトが螺合するボルト孔１３の両側に沿って、下面側から一対の切欠部１４が形成されている。この切欠部１４によって、シリンダブロック側軸受部７がシリンダブロック１１の側壁部から切り離され、より自由に変位できるようになっている。従って、いずれもアルミニウム合金からなるシリンダブロック１１およびシリンダヘッド（図示せず）が機関温度の上昇に伴って熱膨張したときに、相対的に熱膨張の小さな鋼からなるシリンダヘッドボルトによってシリンダブロック側軸受部７が上方へ引き上げられる作用が生じる。これにより、機関高温時に、♯３主軸受部６の軸受クリアランス（特に上半部における軸受クリアランス）が他の主軸受部６に比較して拡大する。なお、本発明においては、♯３シリンダブロック側軸受部７の上記のような構成は必ずしも必須のものではなく、ベアリングキャップ８側のみを♯３主軸受部６で異なる構成としてもよい。
【００２４】
図８は、上記のような構成を採用したときの好ましい軸受クリアランスの設定を図示した説明図である。ここでは、軸受クリアランスを模式的に拡大して示している。常温時（例えば２０℃）つまり機関冷間時においては、図（ａ）に示すように、♯３主軸受部６の軸受クリアランスが他の♯１，♯２，♯４，♯５主軸受部６の軸受クリアランスよりも僅かに小さくなっている。双方の軸受クリアランスの差は、機関温度（より詳しくは主軸受部６周辺の温度）が上昇するに伴って小さくなり、暖機後の内燃機関の常用域での温度（例えば８０℃）に達すると、図（ｂ）に示すように、♯３主軸受部６の軸受クリアランスが他の♯１，♯２，♯４，♯５主軸受部６の軸受クリアランスと等しくなる。つまり、暖機後に多用される５０℃〜１００℃の温度域では、全ての主軸受部６の軸受クリアランスがほぼ等しい。従って、過大な軸受クリアランスによる打音の発生などが回避される。
【００２５】
そして、機関温度が軸受耐久性の上で問題となるような高温域（１００℃以上。例えば１４０℃）となると、図（ｃ）に示すように、♯３主軸受部６の軸受クリアランスが他の♯１，♯２，♯４，♯５主軸受部６の軸受クリアランスよりも大きくなる。
【００２６】
互いに隣接する♯２気筒および♯３気筒のピストンが同位相で運動する上記の直列４気筒内燃機関においては、ピストン等の慣性荷重により、前述した第１実施例と同様に、クランクシャフト１が弓状に撓みながら回転運動する。この結果、♯２，♯３気筒間の♯３ジャーナル部２の変位が他の４つのジャーナル部２に比較して大きくなるが、高温時には、上記のように中央の♯３主軸受部６の軸受クリアランスが他の主軸受部６の軸受クリアランスに比較して大きくなるので、♯３主軸受部６に発生する軸受荷重が低減する。従って、主軸受部６周辺が高温でかつ機関が高速回転している状況下でも、各主軸受部６における軸受荷重がほぼ均等なものとなり、♯３主軸受部６のみの早期の劣化が抑制される。
【００２７】
なお、上記のようなクランクシャフト１の弓状の撓みを抑制するためには、８個のクランクウェブ４の全てに比較的大きなカウンタウェイト５を設けることが有効であるが、このように大きなカウンタウェイト５を多数設けることは、クランクシャフト１の重量増加ひいては内燃機関全体の重量増加を伴い、好ましくない。本発明によれば、クランクシャフト１の重量増加を伴わずに各主軸受部６の軸受荷重の均一化が図れる。
【００２８】
また上記実施例では、♯３主軸受部６のベアリングキャップ８として、相対的に剛性の低いアルミニウム合金製のベアリングキャップ８Ｂが用いられるので、軸方向両端のエッジがジャーナル部２に局部的に強く接触する現象が生じにくくなる、という利点もある。
【００２９】
上記のような軸受クリアランスの拡大による♯３主軸受部６の軸受荷重の抑制に加えて、さらに、♯３主軸受部６（より具体的には♯３ベアリングキャップ８Ａ）の支持剛性を他の主軸受部６に比較して低くすることも有効である。例えば、♯３ベアリングキャップ８Ａの肉厚を薄くして、剛性を低くするようにしてもよい。あるいは、♯１，♯２ベアリングキャップ８および♯４，♯５ベアリングキャップ８を、ビーム構造ないしラダー構造によって前後に連結する一方、♯３ベアリングキャップ８Ａは独立した構成として、♯３ベアリングキャップ８Ａの支持剛性を相対的に低くすることができる。
【００３０】
以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、上記の直列２気筒内燃機関や直列４気筒内燃機関に限らず、種々の内燃機関に適用が可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月16日(2015.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々のピストンが同位相で運動する互いに隣接する２つの気筒を有する多気筒内燃機関のクランクシャフト軸受構造であって、クランクシャフトの両端部および気筒間位置にそれぞれ主軸受部を備えた内燃機関のクランクシャフト軸受構造において、
内燃機関の常用温度では、上記の２つの気筒の間の主軸受部における軸受クリアランスが他の主軸受部における軸受クリアランスとほぼ等しく、
常用温度よりも機関温度が高くなるに伴い、上記の２つの気筒の間の主軸受部における軸受クリアランスが他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きくなる、内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項２】
上記の２つの気筒の間の主軸受部を構成するベアリングキャップの熱膨張率が、他の主軸受部におけるベアリングキャップの熱膨張率よりも大きい、請求項１に記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
上記の２つの気筒の間の主軸受部におけるベアリングキャップがアルミニウム合金からなり、他の主軸受部におけるベアリングキャップは、鉄を主体として構成されている、請求項２に記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項５】
上記内燃機関が、３つの主軸受部を備えた２気筒内燃機関であり、中央の♯２主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きい、請求項１、２、４のいずれかに記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【請求項６】
上記内燃機関が、５つの主軸受部を備えた４気筒内燃機関であり、中央の♯３主軸受部の軸受クリアランスが、機関高温時において、他の主軸受部における軸受クリアランスよりも大きい、請求項１、２、４のいずれかに記載の内燃機関のクランクシャフト軸受構造。
【国際調査報告】
2016027337.tif 000011
2016027337.tif 000012
2016027337.tif 000013
2016027337.tif 000014