(57)【要約】  本発明は、クランクハウジング内のクランクシャフト（１）を支持する少なくとも一の主軸受ジャーナル（１０）と、クランクシャフト（１）に連結ロッドを連結するピン軸受ジャーナル（１１）と、を具える内燃機関用のクランクシャフト（１）に関する。本発明によると、深さ（ｄ）が少なくとも１ｍｍである少なくとも一の凹部（１４、１５）を具える軸受ジャーナル面（１２、１３）を特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクハウジング内のクランクシャフト（１）を支持する少なくとも一の主軸受ジャーナル（１０）と、クランクシャフト（１）に連結ロッドを連結するピン軸受ジャーナル（１１）と、を具える内燃機関用のクランクシャフト（１）において、少なくとも一の軸受ジャーナル面（１２、１３）が深さ（ｄ）が少なくとも１ｍｍである少なくとも一の凹部（１４、１５）を具えることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載のクランクシャフト（１）において、前記少なくとも一の軸受ジャーナル面（１２、１３）に２つの凹部（１４、１５）が設けられていることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項３】
請求項１または２に記載のクランクシャフト（１）において、前記少なくとも一の軸受ジャーナル面（１２、１３）が、大きい凹部（１４）と小さい凹部（１５）を具えることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクランクシャフト（１）において、前記少なくとも一の凹部（１４、１５）の深さ（ｄ）が、３ｍｍから３０ｍｍ、好適には、６ｍｍから２０ｍｍ、最も好適には９ｍｍから１５ｍｍであることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項５】
請求項４に記載のクランクシャフト（１）において、前記少なくとも一の凹部（１４、１５）が、半円形状、好適には、深さ（ｄ）が半円形状の凹部（１４、１５）の半径を形成することを特徴とするクランクシャフト。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクランクシャフト（１）において、主軸受ジャーナル（１０）及び／またはピン軸受ジャーナル（１１）が、機械的負荷が高い少なくとも一の領域（ｘ）を特徴とするクランクシャフトであり、前記少なくとも一の凹部（１４、１５）が、機械的負荷が高い領域（ｘ）の横に設けられていることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項７】
請求項６に記載のクランクシャフト（１）において、内燃機関の燃焼行程及び／またはガス交換行程によって機械的負荷が高い領域（ｘ）に負荷がかけられることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のクランクシャフト（１）において、前記少なくとも一の凹部（１４、１５）の幅（ｗ１）が、軸受ジャーナル面（１２、１３）の幅（ｗ２）よりも小さいことを特徴とするクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクハウジング内でクランクシャフトを支持する少なくとも一の主軸受ジャーナルと、クランクシャフトに連結ロッドを連結する少なくとも一のピン軸受ジャーナルと、を具える、内燃機関用のクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許出願第ＥＰ０８００００８Ａ２号は、内燃機関のクランクシャフトを開示しており、軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の移行領域に、様々なパラメーターを有する半円形状が設けられている。クランクウェブと軸受ジャーナルの間の半円形状によって、減量がなされ、軽量のクランクシャフトが得られる。奥行きがある、あるいは平坦な半円形状のラジアルポジションシャフトの動きの平均位置は、軸受ジャーナルに作用する負荷方向によって決まり、軸受ジャーナルとクランクウェブとの間の移行領域の弱体化が防止される。
【０００３】
米国特許出願第ＵＳ４，３５６，７４１Ａ１号は、軸受ジャーナル内の凹部と、軸受ジャーナル間の凹部または開口部に特徴のあるクランクシャフトを開示している。この凹部と開口部は、軽量クランクシャフトを提供するための減量につながる。
【０００４】
残念ながら、深い凹部、開口部あるいはクランクウェブの一部に放射線状領域を具えるクランクシャフトは、クランクシャフト本体が非常に弱くなり、ガス圧あるいは慣性力によっては、クランクシャフトの断面積を大きくして設計しなければならない。
【発明の概要】
【０００５】
従って、本発明の目的は、上述の欠点を取り除くことである。特に、弱体化を最小に抑えたことを特徴とする重量最適化クランクシャフトを提供することである。
【０００６】
本目的は、本発明の請求項１に示すクランクシャフトによって達成することができる。本発明の好ましい実施例は、従属請求項によって規定される。
【０００７】
本発明は、クランクハウジング内でクランクシャフトを支持する少なくとも一の主軸受ジャーナルと、クランクシャフトに連結ロッドを連結する少なくとも一のピン軸受ジャーナルと、を具える内燃機関用のクランクシャフトを開示しており、少なくとも一の軸受ジャーナル面が、少なくとも１ｍｍの深さの少なくとも一の凹部を具えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によると、少なくとも一の主軸受ジャーナル及び／または少なくとも一のピン軸受ジャーナルは、材料欠損領域となる一以上の凹部を具えることを特徴とする。この凹部は、機械的ストレス及び／または流体油圧による、ストレスがより少ない領域に設けられ、従って、この凹部は、クランクシャフトの回転を切り替える負荷変動に応じて、領域内に画定される。凹部の深さと幅によって、軸受面内の各凹部の材料欠損は、クランクシャフト全体の重量を最小限に抑える軽量化につながり、また、軸受ジャーナルの断面を大きく設計することによって、本発明による材料欠損領域は、クランクシャフト全体を破壊的な弱体化をさせることはない。特に、クランクシャフトの負荷方向に従って領域内で凹部が画定されている場合は、軸受面内の凹部によって生じるクランクシャフトの弱体化を最小に抑えることができる。
【０００９】
本発明のクランクシャフトの好ましい実施例によると、少なくとも一の軸受ジャーナルが、２つの凹部を具えている。好適には、この２つの凹部が、機械の内燃機関のガス圧により、及び／又は、慣性力により生じるクランクシャフトの特定の負荷挙動に応じて、シフトの軸に対して対向する位置に画定されている。実験は、１つの軸受ジャーナル面における２つの凹部のおおよその対向する位置が、弱体化の影響を最小限に抑えた最適化された重量減少につながることを示している。
【００１０】
さらに別の実施例によると、少なくとも一の軸受ジャーナル面に２つの凹部が設けられており、一方の凹部がより大きい凹部を形成し、一方の凹部がより小さい凹部を形成する。さらに、主軸受ジャーナル面に、ピン軸受ジャーナル面における凹部と比較して異なる大きさ及び／又は異なる形状の凹部が画定してもよい。クランクシャフトの弱体化の影響を最小限に抑えると共に、クランクシャフトの重量を最小限にして計算した結果、主軸受ジャーナル及び／又はピン軸受ジャーナルは、各々、異なる数、異なるサイズ及び特に異なる深さの凹部を特徴とする。
【００１１】
本発明のクランクシャフトの別の改良例によると、少なくとも一の凹部の深さは、３ｍｍから３０ｍｍ、好適には６ｍｍから２０ｍｍ、最も好適には９ｍｍから１５ｍｍである。一例として、小さい凹部は深さが約９ｍｍ、大きい凹部は深さが１５ｍｍであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、少なくとも一の凹部は、円弧状であることを特徴としており、好適には深さが、その円弧形状あるいは、半円形状の凹部の放射形状を形成してもよい。凹部の円弧形状あるいは半円形状の軸受ジャーナル面内への移行部分は、鋭いエッジを回避するために移行半径を設けてもよい。
【００１３】
さらに別の実施例によると、主軸受ジャーナル及び／又は、ピン軸受ジャーナルは、機械的負荷が高い少なくとも一の領域を特徴としており、その領域は、少なくとも一の凹部が、軸受ジャーナルの円形状に関して、機械的負荷が高い領域に対して横の位置に設けられている。クランクシャフトの１回転に関して、負荷が最小限である少なくとも一のゾーンと負荷が最大限である少なくとも一のゾーンが、軸受ジャーナルに作用する。軸受ジャーナルに作用する機械的負荷が高い領域は、軸受負荷定格の弱体化につながる凹部の位置と併用されていないが、凹部は、クランクシャフトのダメージを回避するために、機械的負荷が高いゾーンの横に設けられている。特に、凹部は、軸受ジャーナルに作用する負荷が最小限の領域に配置されている。
【００１４】
機械的負荷が高い領域は、燃焼行程及び／又は、内燃機関のガス交換行程によって生じる。さらに、高い機械的負荷は、連結ロッド及び／又は、ピストンの慣性力によっても生じる。機械的負荷が高い領域は、主軸受けジャーナルとピン軸受ジャーナルとで異なっていてもよく、各軸受ジャーナルについての少なくとも一の凹部の数、位置、深さ及び幅は、クランクシャフトの角度位置と、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間の各軸受ジャーナルの角度位置によって算出される。
【００１５】
好適には、少なくとも一の凹部の幅が、回転軸の方向に対して軸受ジャーナル面の幅よりも小さい。凹部の幅と軸受ジャーナル面の軸制限エッジとの間の残りの領域は、その面内の残余接触領域につながっており、特にクランクシャフトの回転全体にわたる軸受の案内効果を維持する残余負荷面を形成している。
【００１６】
凹部を具える軸受ジャーナル面は、ガス力による機械的負荷及び／又は、連結ロッドとピストンの質量により生じる慣性力による機械的負荷が作用する負荷面を形成している。従って、軸受ジャーナル面内の少なくとも一の凹部は、直接、軸受ジャーナルと外軸受リングの接触面に配置されている。
【００１７】
上記の構成要素は、特許請求の範囲の構成要素や、本発明の示された実施例について用
いられた構成要素と同様に、大きさ、形、材料の選択、および技術概念に関して特別な例
外はなく、当分野で知られている選択基準を制限無く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の目的のさらなる詳細、特徴、および利点は従属クレームと各図面の詳細な説明に開示されていて、好ましい実施例を、添付図面とともに本発明にかかる主題の例示的な方法で示す。
【図１】図１は、本発明の特徴をもつクランクシャフトの実施例を示す。
【図２】図２は、クランクシャフトの軸受ジャーナルの断面図である。
【図３】図３は、外軸受リング内で回転する軸受ジャーナルを具える滑り軸受の概略図である。
【００１９】
図１は、内燃機関のクランクシャフト１の実施形態を示すものであり、クランクシャフト１は、４気筒機関用である。クランクシャフト１は、５つの主軸受ジャーナル１０を特徴としており、これはクランクシャフト１の左側から右側へ軸受Ａ、軸受Ｃ、軸受Ｅ、軸受Ｇ及び軸受Ｉと規定されている。クランクシャフト１は、クランク−ハウジング（図示せず）内で前記主軸受ジャーナル１０によって回転自在に回転軸１７で支持されている。
【００２０】
主軸受ジャーナル１０間に、クランクシャフト１は、連結ロッドを連結するピン軸受ジャーナル１１を具えており、そのピン軸受ジャーナルはクランクシャフト１の左側から右側へ軸受Ｂ、軸受Ｄ、軸受Ｆ及び軸受Ｈと規定されている。クランクシャフト１の回転位置に従って、位置ＢとＨにあるピン軸受ジャーナル１１は上死点（ＴＤＣ）に示されており、位置ＤとＦにあるピン軸受ジャーナル１１が下死点（ＢＤＣ）に示されている。
【００２１】
各軸受ジャーナル１０と１１は、さらに、上述した断面図と以下の専用ジャーナル１０と１１に示されている。
【００２２】
各主軸受ジャーナル１０と、各ピン軸受ジャーナル１１に示される通り、凹部１４、１５が軸受ジャーナル１０、１１の表面１２と１３に規定されている。凹部１４と１５は、大きい凹部１４と小さい凹部１５に分けられ、大きい凹部１４と小さい凹部１５のサイズは、凹部間で異なっていてもよく、大きい凹部１４と小さい凹部１５の分類は、おおよそ理解されればよい。
【００２３】
主軸受ジャーナル１０は、表面１２を特徴とし、ピン軸受ジャーナル１１は、表面１３を特徴とする。表面１２と１３が、滑り軸受１０、１１の機械的に負荷のかかった表面を形成している。各凹部１４と１５は、前記表面１２と１３内に材料欠損領域を形成して、軸受ジャーナル１０、１１の断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、Ｆ−Ｆ、Ｈ−Ｈ、Ｉ−Ｉに配置された凹部１４と１５が、ジャーナル１０と１１の各断面に示されている。凹部１４と１５の実施例は、表面１２と１３に深さと幅のある半円形を具えており、これらは互いに異なっていると共に、凹部１４と１５は大きい凹部１４と小さい凹部１５に細分される。
【００２４】
断面図に示すように、大きい凹部１４と小さい凹部１５は、断面図の矢印で示すように最上部に対して特定の位置に規定されており、ポジションＢとＨにおけるピン軸受ジャーナル１１の断面に示すように、最上部が上死点（ＴＤＣ）の方向を指している。
【００２５】
角度αは、上死点（ＴＤＣ）と大きい凹部１４位置との間に規定されており、角度βは、クランクシャフト１の回転位置に対して上死点（ＴＤＣ）と小さい凹部１５との間に規定されている。下記の表では、様々な角度αとβが、４気筒のクランクシャフト１の実施例について規定されている。
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【００２６】
凹部１４、１５は幅ｗ１と示されており、この幅は回転軸１７の方向で測った軸受ジャーナル面１２と１３の幅ｗ２より小さい。円周方向における凹部１４、１５の拡張は、直径約６０ｍｍの軸受ジャーナル１０と１１について約１００ｍｍである。凹部による減量は、最大６００ｇにすることができ、これはクランクシャフト１の全重量の１．５３％の減量に相当する。図２は、例示的に、断面線Ｆ−Ｆの断面図を示す。
【００２７】
図２は、位置Ｆにおけるピン軸受ジャーナル１１の断面を示す。断面の右側に大きい凹部１４が画定され、断面の左側に小さい凹部１５が画定されている。小さい凹部１５の下には、油路１８の開口が示されており、ピン軸受ジャーナル１１の表面１３を滑りやすくするために油が油路１８を通過することができる。クランクシャフト１のピン軸受ジャーナル１１の断面領域の後方には、第一クランクウェブ１９が示されており、主軸受ジャーナルの後方（図示せず）には、主軸受ジャーナル１０を隣接するピン軸受ジャーナル１１に連結する別のクランクウェブ１９が設けられている。この実施例では、２つの凹部１４、１５が、ジャーナル１１の円周に対して対向する位置にあり、前記凹部１４、１５は異なる直径で画定されている。
【００２８】
図３は、外軸受リング２０で回転する軸受ジャーナル１０、１１を具える滑り軸受の概略図である。回転軸１７における軸受ジャーナル１０、１１の回転が、矢印で示されている。軸受ジャーナル１０、１１は、例示的に、単一の凹部１４、１５と共に示されており、さらに、凹部１４、１５の深さｄが規定されている。半円形の凹部１４、１５と主軸受ジャーナルの表面との間の移行部分は、凹部１４、１５を鋭いエッジがトレースするのを回避するために、移行放射部分１６を具える。
【００２９】
軸受ジャーナル１０、１１には、力Ｆによって負荷がかけられており、その負荷によって軸受ジャーナル１０、１１は、収束領域２２につながる外軸受リング２０における偏位を特徴とする。収束領域２２における、いわゆるくさび効果により流体油圧場２１が生じる。この圧場２１における流体動圧により、軸受ジャーナル１０、１１が、外軸受リング２０で支持される。軸受ジャーナル１０、１１と外軸受リング２０により形成される滑り軸受が、クランクシャフト１を支持するクランクハウジングに適用されるとき、あるいは、クランクシャフト１に連結ロッドを連結する連結ロッドに適用されるとき、圧場２１の位置は、様々な角度で、従って軸受ジャーナル１０、１１周囲の様々な位置で変わる。本発明では、凹部１４、１５の位置は、流体圧のない領域で画定され、凹部１４、１５が一つだけである図に示す実施例では、流体油圧場２１は、凹部１４、１５と正反対に位置する。
【００３０】
図１に示すクランクシャフト１の主軸受ジャーナル１０とピン軸受ジャーナル１１の小さい凹部と大きい凹部１４と１５の様々な位置に対して、凹部１４と１５の位置は、流体油圧場２１が生じない軸受１０、１１の円周による領域に画定されている。
【００３１】
軸受Ａから軸受Ｉによって異なる、凹部１４、１５の特別な位置のため、材料欠損領域をもたらす凹部１４、１５の位置は、軸受ジャーナル１０、１１と外軸受リング２０との間の流体油圧場が維持されるように、コンピュータープログラムによって算出される。
【００３２】
本発明は上記の実施例に制限されるものではなく、これは例示のみとして示されており、添付された特許請求の範囲によって規定された保護範囲内において、様々な方法で変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    クランクシャフト
１０  主軸受ジャーナル
１１  ピン軸受ジャーナル
１２  主軸受ジャーナル面
１３  ピン軸受ジャーナル面
１４  凹部，大
１５  凹部，小
１６  移行放射部分
１７  回転軸
１８  油路
１９  クランクウェブ
２０  外軸受リング
２１  流体油圧場
２２  収束領域
Ｆ  力
ｄ  深さ
ｘ  機械的負荷が高い領域
ｗ１  少なくとも一の凹部の幅
ｗ２  軸受ジャーナル面の幅
ＴＤＣ  上死点
ＢＤＣ  下死点
α  上死点と大凹部との間の角度
β  上死点と小凹部との間の角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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