(57)【要約】【課題】クランク軸構造でフリクションロスを低減するために、クランクジャーナルと軸受部を省略すると、「たわみ」や「ねじれ」の原因となる。これを回避しようとすると、結局、クランク軸の太径化若しくは重量化に繋がる。【解決手段】コネクティングロッドの大端部を軸支するクランクピンと、前記クランクピンの両端に連結されたクランクウエブからなるクランクスロー部と、隣接する前記クランクスロー部を連結するクランクジャーナルと、前記クランクジャーナルを軸支する軸受部を含むクランク軸構造であって、前記隣接するクランクスロー部同士の前記クランクピンは互いに同位相に配置され、前記隣接するクランクスロー部同士を連結する前記クランクジャーナルは、断面形状における中心から前記クランクピンが設けられている方向の半径が、前記中心から前記クランクピンが設けられていない方向の半径より短いことを特徴とするクランク軸構造を提供する。【選択図】図２
2013210028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクティングロッドの大端部を軸支するクランクピンと、
前記クランクピンの両端に連結されたクランクウエブからなるクランクスロー部と、
隣接する前記クランクスロー部を連結するクランクジャーナルと、
前記クランクジャーナルを軸支する軸受部を含むクランク軸構造であって、
前記隣接するクランクスロー部同士の前記クランクピンは互いに同位相に配置され、
前記隣接するクランクスロー部同士を連結する前記クランクジャーナルは、
断面形状における中心から前記クランクピンが設けられている方向の半径が、
前記中心から前記クランクピンが設けられていない方向の半径より短いことを特徴とするクランク軸構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリクションロスを低減するクランク軸構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸構造は、エンジンのシリンダ内のピストンの往復運動を回転運動に変換し、取り出す部分である。クランク軸には、燃焼室内での爆発の衝撃がコネクティングロッド（以後「コンロッド」とも呼ぶ。）を通じて伝えられるため、大きな力が加わるタイミングがある。そこで、通常、気筒より１つ多い数のクランクジャーナルを軸受によって軸支する構造が採られる。
【０００３】
このような構造では、軸受とクランクジャーナルとの間のフリクションロスが発生するため、いわゆるメカロスの原因となる。このメカロスを軽減するための発明は従来提案されている。
【０００４】
特許文献１では、クランクピンの両端を夫々クランクウエブにより支持するクランクスロー部を少なくとも２組隣接させて設け、クランクスロー部の各クランクピンを同位相に位置させて、対向する側の各クランクウエブ間にクランクジャーナルを設けることなく連結部により連結したクランク軸構造が開示されている。
【０００５】
これは、クランクジャーナルと軸受との間のメカロスを低減させるため、クランクウエブ間のクランクジャーナルを省略するというものである。
【０００６】
また、特許文献２では、断面真円状の軸受部材にジャーナル部材が回転自由に軸支された構造であって、ジャーナルの断面形状を長円状とし、ジャーナル部材の長円の長軸が印加荷重方向に位置するように、ジャーナル部材と軸受部材との相対位置を設定した軸受構造が開示されている。
【０００７】
このような構造では、ジャーナル部材を長円状とすることにより、真円状の軸受部材との間でオイルリリーフが容易に形成されるという効果が得られる。
【０００８】
また、特許文献２ではさらに、ジャーナル部材の断面長円の長軸が、ジャーナル部材および軸受部材のうちの一方より他方に荷重が印加された際、荷重方向に位置するようにジャーナル部材と軸受部材の相対位置を設定する。
【０００９】
このようにすることで、ジャーナル部材および軸受部材の荷重方向への移動が極めて小さいものに抑制され、振動・騒音が非常に有効に低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−１０５４３１号公報
【特許文献２】特開平６−２９４４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
クランクシャフトは、気筒数に１を加えた数のクランクジャーナルによって軸支される。そこで、軸支する数を減らすことでメカロスを低減するというのが特許文献１の技術思想である。しかし、クランクジャーナルを省略することは、軸支する数を減らすことである。
【００１２】
つまり、軸支されていないクランクウエブ間では「たわみ」や「ねじれ」といった歪が発生する。これを解消するためには、クランクスロー間にブリッジ状のリブを形成したり、軸の大径化を行わなければならない。これは、重量の増大および、軸支している部分のメカロスを招来することに繋がる。
【００１３】
また、特許文献２のように、クランクジャーナルの断面形状を長円状とすると、オイルリリーフは確かに形成されやすくなるものの、クランクジャーナルと、軸受部の接触面積が小さくなるため、面圧が高くなり、軸が変形する可能性が高くなる。これを回避するには、クランクジャーナルの大径化を行う必要がある。しかし、これは上記同様、重量の増大とメカロスの増大を招来する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑み想到されたもので、メカロスを低減し、オイルリリーフも形成しやすく、さらにコンロッドからの爆発的な圧力でも「たわみ」や「ねじれ」が少ないクランク軸構造を提供するものである。
【００１５】
より具体的には、本発明のクランク軸構造は、
コネクティングロッドの大端部を軸支するクランクピンと、
前記クランクピンの両端に連結されたクランクウエブからなるクランクスロー部と、
隣接する前記クランクスロー部を連結するクランクジャーナルと、
前記クランクジャーナルを軸支する軸受部を含むクランク軸構造であって、
前記隣接するクランクスロー部同士の前記クランクピンは互いに同位相に配置され、
前記隣接するクランクスロー部同士を連結する前記クランクジャーナルは、
断面形状における中心から前記クランクピンが設けられている方向の半径が、
前記中心から前記クランクピンが設けられていない方向の半径より短いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のクランク軸構造によれば、クランクジャーナルの断面を中心からクランクピンが設けられている方向の半径が、中心からクランクピンが設けられていない方向の半径より短くしたので、燃焼室内で混合気が爆発し、クランクジャーナルに大きな力が加わる際には、従来同様クランクジャーナルを軸受部が軸支する。
【００１７】
一方、排気工程といった比較的荷重がかからない場合には、軸受部とクランクジャーナルとのクリアランスが大きくなる。そのため、クランクジャーナルは軸受部と接触しなくなるため、メカロスは従来より低減させることができる。これは、燃費の向上に繋がる。
【００１８】
また、本発明は、クランク軸の軸支の数を低減するものではないので、「たわみ」や「ねじれ」といった歪は抑制されている。クランク軸の歪は、潤滑不良に繋がる。したがって、言い換えると本発明では、潤滑不良を低減しているとも言える。また、クランク軸の歪の抑制は異音・振動の発生を抑制するという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランク軸構造を示した図である。
【図２】各工程での図１のＡ−Ａ断面に示した図である。
【図３】隙間の形成につき、他の実施形態を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のクランク軸構造を図を用いて説明を行うが、以下の説明は本発明の一実施形態を示すのであり、下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、下記の実施形態は変更することができる。
【００２１】
図１（ａ）には、本発明に係るクランク軸構造１のクランク軸１０を示す。クランク軸１０は、クランクピン１２とクランクウエブ１４と、クランクジャーナル１６を含む。
【００２２】
クランクピン１２は、コンロッド（図示せず）の大端部を軸支する部分である。クランクピン１２には、コンロッドとの間の摺動部を潤滑するための潤滑油を供給する潤滑油穴１３が設けられている。潤滑油は図示しない潤滑油供給源からポンプによって送油される。
【００２３】
クランクピン１２は、１対のクランクウエブ１４によって挟持されている。クランクウエブ１４はクランク軸１０の軸芯１０ｃ（図１（ｂ）参照）に対してクランクピン１２を所定の距離に保持するためのクランクアームと、バランサウエイトが一体となった部材である。クランクピン１２と一対のクランクウエブ１４をまとめてクランクスロー部２０が構成される。
【００２４】
本発明にかかわるクランク軸構造１では、クランクスロー部２０は、少なくとも一対のクランクスロー部２０が隣接している。図１は、そのような構成の最小数である、２気筒の場合を示す。さらに、隣接するクランクスロー部２０では、それぞれのクランクピン１２が同位相になるように配置される。
【００２５】
ここで、同位相とは、クランク軸芯１０ｃ方向から見た時に、２つのクランクピン１２は同じ位置にあることをいう。言い換えると、隣接するクランクスロー部２０によって支持される２つの気筒のピストンは、同位相でシリンダ内を往復運動する。
【００２６】
一対のクランクスロー部２０は、対向するクランクウエブ１４の間にクランクジャーナル１６が設けられる。また、離間する方向のクランクウエブ１４同士にもクランクジャーナル１６が設けられる。また、離間する方向のクランクウエブ１４同士に設けられたクランクジャーナル１６の端部には、それぞれ、基端部２２と先端部２４が設けられる。
【００２７】
したがって、説明の便宜上、クランクジャーナル１６を基端部２２側から符号１６ａ、１６ｂ、１６ｃとする。クランクジャーナル１６ｂは、隣接するクランクスロー部２０同士を連結するクランクジャーナル１６である。
【００２８】
クランクジャーナル１６のそれぞれには、軸受が設けられる。すなわち、２気筒のピストンを支持するクランク軸１０は、３箇所の軸受で軸支されることになる。
【００２９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）では、クランクジャーナル１６を受ける軸受部３０も示してある。クランクジャーナル１６の周囲には軸受部３０が配置されている。クランクウエブ１４はクランクジャーナル１６を中心に上下に２分されているが、一体として形成されている。クランクウエブ１４の上側は、クランクアーム１４ａであり、下側はバランスウエイト１４ｂである。クランクピン１２は、点線で示した。
【００３０】
ここで、図１（ｂ）に示すように、クランクピン１２が紙面上側に来るように配置させて説明を続ける。本発明のクランク軸構造１では、クランクジャーナル１６のクランクピン１２に近い側の上半分１６ｕの、中心（クランク軸芯１０ｃ）からの半径ｒｕが、下半分１６ｄの半径ｒｄより短く加工されている。一方、軸受部３０の内壁は真円状に形成されている。
【００３１】
より詳細に説明すると、まずクランクジャーナル１６の上半分１６ｕの半径ｒｕは、下半分１６ｄの半径ｒｄとの接続点１６ｍで、半径ｒｄと等しくなる。そして、最もクランクピン１２に近い最上点１６ｔで最も短くなる。そして、接続点１６ｍから最上点１６ｔに至るまで半径ｒｕは連続的に短くなる。なお、軸受部３０の内壁との距離を隙間３２とする。
【００３２】
なお、これらは言い換えると、クランクジャーナル１６の、断面形状における中心からクランクピン１２が設けられている方向の半径ｒｕが、中心（１０ｃ）からクランクピン１２が設けられていない方向の半径ｒｄより短いといえる。また、クランクピン１２側の半径ｒｕは真円状の半径より短いと言っても良い。
【００３３】
図２には、エンジンの各サイクルでのクランクジャーナル１６と軸受部３０の関係を示す。吸気の際には、ピストン（図示せず）は、紙面上から下方向に下がり（図２（ａ）から図２（ｂ））、ピストンの最下点では、図２（ｂ）に示すようになる。この時半径ｒｕは、軸受部３０の下半分３０ｄに位置する。
【００３４】
次に圧縮工程では、ピストンは紙面下から上方向に上がる。ピストンの最上点では、図２（ｃ）に示すようになる。この時、半径ｒｕは、軸受部３０の上半分３０ｕに位置する。また、爆発、排気の工程もこれを繰り返す。
【００３５】
クランクジャーナル１６に対して負荷がかかる程度を考えると、燃焼室で爆発が生じる圧縮から燃焼行程が最も大きな負荷がかかる。これがちょうど図２（ｂ）乃至図２（ｃ）の状態である。この時は、クランクジャーナル１６ｂと軸受部３０（３０ｕ、３０ｄ）は、通常のクリアランスで摺動し、荷重をしっかりと受ける。
【００３６】
一方、排気若しくは吸気といった工程では、クランクジャーナル１６ｂには、大きな負荷はかからない。これはちょうど図２（ｄ）乃至図２（ａ）と図２（ａ）乃至図２（ｂ）である。この区間では、軸受部３０とクランクジャーナル１６ｂとの隙間３２は大きくなり、実質的に接触しなくなる。したがって、この時のフリクションロスは非常に小さくできる。
【００３７】
また、この時、隙間３２は、軸受部３０と、クランクジャーナル１６ｂとの間に潤滑油を引き込む。これによって、その後の回転での、軸受部３０とクランクジャーナル１６ｂとのフリクションロスを低減する。
【００３８】
また、クランクジャーナル１６ａおよび１６ｃ（図１参照）は、真円状に加工されていてよい。すべてのクランクジャーナル１６がクランクジャーナル１６ｂと同様に加工されていると、逆に振動・異音の原因となるからである。
【００３９】
なお、隙間３２は、大きすぎると、「たわみ」や「ねじれ」の原因となるため、フリクションロスが低減する程度で、できる限り小さくするのが好ましい。
【００４０】
図３には、図１（ｂ）と同じ図１（ａ）のＡ−Ａでの断面を示す。本発明に係るクランク軸構造１では、クランクピン１２側のクランクジャーナル１６の半径ｒｕが真円よりも短く加工される。図３（ａ）を参照して、半径ｒｕと半径ｒｄの接続点である１６ｍは、水平の位置でなく軸受部３０の上半分３０ｕの範囲にある。このように隙間３２は、１８０度の角度で形成されていなくてもよい。圧縮燃焼行程でクランクジャーナル１６ｂの負荷が高くなるのは、最上死点の前後である進角から遅角までの区間だからである。
【００４１】
また、図３（ｂ）を参照して、予め最大進角の角度が分かっている場合は、クランクジャーナル１６ｂの縦中心線１０ｃＬを対称軸として、左右の接続点１６ｍを非対称の位置にしてもよい。図３（ｂ）では、右側の接続点１６ｍａは軸受部３０の上半分３０ｕにあり、また左側の接続点１６ｍｂは軸受部３０の下半分３０ｄにある。
【００４２】
以上のように本発明では、同位相のクランクスロー部を連結するクランクジャーナルのクランクピン側の半径を真円状の半径より短くしたので、負荷が低い工程では、軸受部との間の隙間が大きくなりフリクションロスを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のクランク軸構造は、２気筒だけでなく、同位相のクランクスロー部が隣接する構造を有する多気筒エンジンに広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  クランク軸構造
１０  クランク軸
１２  クランクピン
１３  潤滑油穴
１４  クランクウエブ
１６  クランクジャーナル
２０  クランクスロー部
２２  基端部
２４  先端部
３０  軸受部
３２  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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