(57)【要約】【課題】クランクシャフトを短縮する。【解決手段】クランクシャフト２は、クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１メインジャーナル３ａ、２番目の第２メインジャーナル３ｂ、３番目の第３メインジャーナル３ｃ、４番目の第４メインジャーナル３ｄの４つのメインジャーナル３と、クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１クランクピン４ａ、２番目の第２クランクピン４ｂ、３番目の第３クランクピン４ｃ、４番目の第４クランクピン４ｄの４つのクランクピン４と、を備え、第１クランクピンは、第１メインジャーナルと第２メインジャーナルとの間に位置し、第４クランクピンは、第３メインジャーナルと第４メインジャーナルとの間に位置し、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃは、第２メインジャーナル３ｂと第３メインジャーナル３ｃとの間に位置し、互いに連結されるか、または、一体形成される。【選択図】図１
2017223161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受に軸支されるメインジャーナル、および、コネクティングロッドに連結されるクランクピンが設けられたクランクシャフトを備える４気筒エンジンであって、
前記クランクシャフトは、
前記クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１メインジャーナル、２番目の第２メインジャーナル、３番目の第３メインジャーナル、４番目の第４メインジャーナルの４つの前記メインジャーナルと、
前記クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１クランクピン、２番目の第２クランクピン、３番目の第３クランクピン、４番目の第４クランクピンの４つの前記クランクピンと、
を備え、
前記第１クランクピンは、前記第１メインジャーナルと前記第２メインジャーナルとの間に位置し、前記第４クランクピンは、前記第３メインジャーナルと前記第４メインジャーナルとの間に位置し、
前記第２クランクピンと前記第３クランクピンは、前記第２メインジャーナルと前記第３メインジャーナルとの間に位置し、互いに連結されるか、または、一体形成されることを特徴とする４気筒エンジン。
【請求項２】
前記第２クランクピンおよび前記第３クランクピンの一方、または、双方に一端部側が連結された連結部と、
前記連結部の他端側に設けられたカウンターウェイトと、
を備え、
前記クランクシャフトの回転軸は、前記第２クランクピンおよび前記第３クランクピンの一方、または、双方と、前記カウンターウェイトとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載の４気筒エンジン。
【請求項３】
前記連結部および前記カウンターウェイトは、前記第２クランクピンおよび前記第３クランクピンの振動を吸収する構成であることを特徴とする請求項２に記載の４気筒エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクピンとメインジャーナルが形成されたクランクシャフトを備える４気筒エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトは、エンジンのピストンの往復運動の動力を回転運動に変換する。クランクシャフトには、軸受によって軸支されるメインジャーナルが複数設けられ、コネクティングロッドと連結される複数のクランクピンがメインジャーナルの中心軸に対して偏心して設けられている。クランクピンにコネクティングロッドを介してピストンの動力が伝達すると、クランクシャフトはメインジャーナルの中心軸を回転中心として回転する。４気筒エンジンの場合、５つのメインジャーナルの間に４つのクランクピンが設けられる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６９６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジンの小型化が進められており、クランクシャフトについても短縮して小型化する技術の開発が希求される。
【０００５】
そこで、本発明は、クランクシャフトを短縮することができる４気筒エンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、軸受に軸支されるメインジャーナル、および、コネクティングロッドに連結されるクランクピンが設けられたクランクシャフトを備える、本発明の４気筒エンジンは、クランクシャフトが、クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１メインジャーナル、２番目の第２メインジャーナル、３番目の第３メインジャーナル、４番目の第４メインジャーナルの４つのメインジャーナルと、クランクシャフトの一端部側から順に、１番目の第１クランクピン、２番目の第２クランクピン、３番目の第３クランクピン、４番目の第４クランクピンの４つのクランクピンと、を備え、第１クランクピンは、第１メインジャーナルと第２メインジャーナルとの間に位置し、第４クランクピンは、第３メインジャーナルと第４メインジャーナルとの間に位置し、第２クランクピンと第３クランクピンは、第２メインジャーナルと第３メインジャーナルとの間に位置し、互いに連結されるか、または、一体形成されることを特徴とする。
【０００７】
第２クランクピンおよび第３クランクピンの一方、または、双方に一端部側が連結された連結部と、連結部の他端側に設けられたカウンターウェイトと、を備え、クランクシャフトの回転軸は、第２クランクピンおよび第３クランクピンの一方、または、双方と、カウンターウェイトとの間に位置してもよい。
【０００８】
連結部およびカウンターウェイトは、第２クランクピンおよび第３クランクピンの振動を吸収する構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クランクシャフトを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】４気筒エンジンのクランクシャフトを説明する概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】変形例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
図１は、４気筒エンジン１のクランクシャフト２を説明する図である。図１に示すように、４気筒エンジン１は、例えば、水平対向エンジンであって、図１中、左側が車両の前方側、右側が車両の後方側、上側が車両の右側、下側が車両の左側となっている。クランクシャフト２は、４つのメインジャーナル３と、４つのクランクピン４と、６つのウェブ５とを有する。
【００１３】
ここで、４つのメインジャーナル３は、クランクシャフト２の一端部２ａ側から順に、第１メインジャーナル３ａ、第２メインジャーナル３ｂ、第３メインジャーナル３ｃ、第４メインジャーナル３ｄといった順に配置されている。
【００１４】
４つのクランクピン４は、クランクシャフト２の一端部２ａ側から順に、第１クランクピン４ａ、第２クランクピン４ｂ、第３クランクピン４ｃ、第４クランクピン４ｄといった順に配置されている。
【００１５】
６つのウェブ５は、クランクシャフト２の一端部２ａ側から順に、第１ウェブ５ａ、第２ウェブ５ｂ、第３ウェブ５ｃ、第４ウェブ５ｄ、第５ウェブ５ｅ、第６ウェブ５ｆといった順に配置されている。
【００１６】
４つのメインジャーナル３は、互いに中心軸を同軸として、中心軸方向に離隔して配置される。軸受６は、不図示のクランクボックスにメインジャーナル３ごとに設けられ、メインジャーナル３をそれぞれ軸支する。すなわち、クランクシャフト２は、軸受６（メインジャーナル３）の中心軸を回転中心として回転可能にクランクボックスに保持されている。
【００１７】
クランクピン４は、クランクシャフト２の軸方向（メインジャーナル３の中心軸方向）において、隣り合うメインジャーナル３の間に位置している。具体的に、第１クランクピン４ａは、第１メインジャーナル３ａと第２メインジャーナル３ｂとの間に位置し、第４クランクピン４ｄは、第３メインジャーナル３ｃと第４メインジャーナル３ｄとの間に位置する。また、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃは、第２メインジャーナル３ｂと第３メインジャーナル３ｃとの間に位置する。また、クランクピン４の中心軸は、クランクシャフト２の中心軸に対して偏心して設けられている。
【００１８】
また、隣り合うメインジャーナル３とクランクピン４は、ウェブ５によって連結される。したがって、ウェブ５は、クランクシャフト２の軸方向において、メインジャーナル３とクランクピン４との間に位置している。
【００１９】
また、４気筒エンジン１には、４つのシリンダ７が設けられており、ここでは、４つのシリンダ７を、クランクシャフト２の一端部２ａ側から順に、第１気筒７ａ、第２気筒７ｂ、第３気筒７ｃ、第４気筒７ｄとする。クランクシャフト２に対し、第１気筒７ａ、第３気筒７ｃは、図１中、下側に位置し、第２気筒７ｂ、第４気筒７ｄは、図１中、上側に位置する。
【００２０】
４つのシリンダ７には、それぞれ、ピストン８が挿通される。ピストン８には、コネクティングロッド９の一端が設けられる。ピストン８とコネクティングロッド９の一端には不図示のピストンピンが貫通し、コネクティングロッド９の他端には、クランクピン４が貫通している。そして、ピストン８とクランクピン４は、コネクティングロッド９に対し、メインジャーナル３の中心軸に平行な回転軸で回転自在に連結される。
【００２１】
ピストン８は、燃料の燃焼圧によってシリンダ７内を、図１中、上下方向に摺動して往復運動を繰り返す。このとき、クランクピン４は、コネクティングロッド９を介して押圧および引張の荷重を受ける。クランクピン４が偏心していることから、クランクピン４がコネクティングロッド９からの荷重を受けると、クランクシャフト２がメインジャーナル３の中心軸を回転軸として回転する。
【００２２】
また、本実施形態では、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃがクランクシャフト２の軸方向に連結されている。具体的に、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃは、例えば、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃにボルトを軸方向に挿通させてボルト締結される。
【００２３】
一般的な４気筒エンジンでは、本実施形態の４気筒エンジン１と異なり、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃとの間に５つ目のメインジャーナルを設け、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃと５つ目のメインジャーナルを７つ目、８つ目のウェブで連結する構成が用いられる。
【００２４】
本実施形態では、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃを連結させ、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃとの間にメインジャーナルやウェブを配置しない構成となっている。したがって、上記の５つ目のメインジャーナルや７つ目、８つ目のウェブの分、クランクシャフト２の軸方向の長さを短縮し、小型化することが可能となる。また、１つのメインジャーナルおよび２つのウェブを取り除いた分、クランクシャフト２を軽量化することが可能となる。
【００２５】
また、本実施形態の４気筒エンジン１では、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃは、メインジャーナル３の中心軸に対して偏心する位置（クランクシャフト２の回転方向の位相）が等しくなっている。したがって、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃを直結でき、２つのウェブを不要とすることができる。そのため、他のメインジャーナル３を取り除く場合に比べ、２つのウェブの分だけ、クランクシャフト２の短縮幅を大きくでき、かつ、軽量化することが可能となる。
【００２６】
しかし、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの間のメインジャーナルを取り除くと、その分、高速回転時のクランクシャフト２の曲げが大きくなる。クランクシャフト２の回転数の上限値を下げることで、クランクシャフト２の曲げを許容範囲に抑えることも可能であるが、本実施形態では、ステム部（連結部）１０およびカウンターウェイト１１を設けて、かかる課題に対応する。
【００２７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。ただし、図２では、理解を容易とするため、クランクシャフト２、ステム部１０、および、カウンターウェイト１１のみを示す。図１、図２に示すように、ステム部１０は、薄板形状の本体部１０ａを有する。
【００２８】
また、図２に示すように、本体部１０ａの一端部１０ｂには、クランクシャフト２の軸方向に貫通する貫通孔１０ｃが設けられている。また、本体部１０ａの他端部１０ｄには、カウンターウェイト１１が設けられる。カウンターウェイト１１は、例えば、ステム部１０と一体形成される。
【００２９】
本体部１０ａは、クランクシャフト２の軸方向から見たとき、一端部１０ｂ、他端部１０ｄ側が太くなっており、クランクシャフト２の回転軸Ｃ（メインジャーナル３の中心軸）側に、一端部１０ｂ、他端部１０ｄより細く括れた節部１０ｅが形成される。ここでは、クランクシャフト２の回転軸Ｃが、節部１０ｅのうち、最も細い最小幅部１０ｆを通っている。
【００３０】
ステム部１０の貫通孔１０ｃには、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの連結部分が挿通されており、ステム部１０の一端部１０ｂが第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃに連結されて固定される。このとき、クランクシャフト２の回転軸Ｃは、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃと、カウンターウェイト１１との間に位置する。
【００３１】
第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃは、クランクシャフト２の回転方向の位相が等しいため、慣性力が大きくなり易い。クランクシャフト２の回転軸Ｃを挟んで、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃと反対側にカウンターウェイト１１を設けることで、第２クランクピン４ｂ、第３クランクピン４ｃに作用する慣性力が、カウンターウェイト１１の慣性力で相殺される。その結果、クランクシャフト２の曲げを抑制することが可能となる。
【００３２】
また、４気筒エンジン１の稼働時、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃには振動が生じる。そこで、ステム部１０およびカウンターウェイト１１を、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの振動を吸収するマスダンパとして機能させる。
【００３３】
具体的には、ステム部１０は、クランクシャフト２の回転に伴って弾性変形し、ステム部１０の弾性変形によってカウンターウェイト１１が振動する。カウンターウェイト１１の固有振動数は、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの固有振動数と近くなるように設計されている。その結果、カウンターウェイト１１は、共振周波数付近で、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの振動と逆位相で振動し、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃの振動が吸収される。
【００３４】
図３は、変形例を説明するための説明図であり、図２と同じ向きから見た変形例におけるステム部１１０、２１０、３１０とカウンターウェイト１１１、２１１、３１１を示す。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、第１変形例においては、節部１１０ｅの最小幅部１１０ｆが、クランクシャフト２の回転軸Ｃよりも一端部１１０ｂ（第２クランクピン４ｂ、第３クランクピン４ｃ）側に位置している。また、カウンターウェイト１１１を、上述した実施形態のカウンターウェイト１１よりも大きく、重くしている。この場合、低回転時に回転変動が大きいときに効果的に振動を吸収することが可能となる。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、第２変形例においては、節部２１０ｅの最小幅部２１０ｆが、クランクシャフト２の回転軸Ｃよりも他端部２１０ｄ側に位置している。また、カウンターウェイト２１１を、上述した実施形態のカウンターウェイト１１よりも小さく軽くしている。この場合、高回転時の回転変動による振動を効果的に吸収することが可能となる。
【００３７】
図３（ｃ）に示すように、第３変形例においては、節部１０ｅを設けず、ステム部３１０は、一端部３１０ｂから他端部３１０ｄまで大凡同じ幅となっている。また、カウンターウェイト３１１を、上述した第１変形例のカウンターウェイト１１１よりも大きく重くしている。この場合、例えば、スポーツエンジン等、回転数の上限値が大きいエンジンにおいて、第２クランクピン４ｂ、第３クランクピン４ｃの曲げ（弓なり変形）を効率的に抑制することが可能となる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００３９】
例えば、上述した実施形態および変形例では、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃが互いに連結される場合について説明したが、第２クランクピン４ｂと第３クランクピン４ｃが一体形成されてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態および変形例では、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃと、ステム部１０、１１０、２１０、３１０が別体に形成される場合について説明したが、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃと、ステム部１０、１１０、２１０、３１０を一体形成してもよい。ただし、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃと、ステム部１０、１１０、２１０、３１０を別体とすることで、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃの素材に拘わらず、ステム部１０、１１０、２１０、３１０の素材を選択でき、振動吸収機能を持たせるための弾性係数の設計自由度が向上する。
【００４１】
また、上述した実施形態および変形例では、ステム部１０、１１０、２１０、３１０とカウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１が一体形成される場合について説明したが、ステム部１０、１１０、２１０、３１０とカウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１は別体に形成され締結されていてもよい。この場合、カウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１を比重の重い素材とすれば、カウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１を小型化することが可能となる。
【００４２】
また、上述した実施形態および変形例では、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃの双方にステム部１０、１１０、２１０、３１０が連結される場合について説明したが、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃの一方にステム部１０、１１０、２１０、３１０が連結されてもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態および変形例では、ステム部１０、１１０、２１０、３１０およびカウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１が設けられる場合について説明したが、ステム部１０、１１０、２１０、３１０およびカウンターウェイト１１、１１１、２１１、３１１は必須の構成ではない。ただし、上記の４気筒エンジン１では、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃの間にメインジャーナルやウェブを設けないため、第２クランクピン４ｂおよび第３クランクピン４ｃ近傍の空間を広く確保でき、ステム部１０、１１０、２１０、３１０の形状の設計自由度を向上することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、クランクピンとメインジャーナルが形成されたクランクシャフトを備える４気筒エンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｃ  回転軸
１  ４気筒エンジン
２  クランクシャフト
２ａ  一端部
３  メインジャーナル
３ａ  第１メインジャーナル
３ｂ  第２メインジャーナル
３ｃ  第３メインジャーナル
３ｄ  第４メインジャーナル
４  クランクピン
４ａ  第１クランクピン
４ｂ  第２クランクピン
４ｃ  第３クランクピン
４ｄ  第４クランクピン
６  軸受
９  コネクティングロッド
１０、１１０、２１０、３１０  ステム部（連結部）
１０ｂ、１１０ｂ、３１０ｂ  一端部
１０ｄ、２１０ｄ、３１０ｄ  他端部
１１、１１１、２１１、３１１  カウンターウェイト
【図１】
2017223161.tif 000003
【図２】
2017223161.tif 000004
【図３】
2017223161.tif 000005