(57)【要約】【課題】主軸受キャップの合わせ面部に加わる応力がクランク軸の回転軸線方向に沿った一方側と他方側とで不均一な場合、対応するシリンダーブロックの合わせ面部の劣化が早まる。【解決手段】クランク軸のクランクジャーナル部２１を取り囲む半円弧状の凹面部３１と、シリンダーブロック１０に当接する一対の合わせ面部３２と、これら合わせ面部３２にそれぞれ開口し、シリンダーブロック１０にねじ込まれるボルト８０の軸部８１がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴３４とを有し、クランク軸２０のクランクジャーナル部２１をシリンダーブロック１０とで回転自在に支持する本発明の主軸受キャップ３０は、凹面部３１の中心軸線Ｃと平行な合わせ面部３２の幅方向の二等分線Ｌに対し、ボルト貫通穴３４が非対称に配されている。【選択図】図５
2017194112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、
前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、
これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴と
を有し、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックとで回転自在に支持する主軸受キャップであって、
前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とする主軸受キャップ。
【請求項２】
クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴とをそれぞれ有し、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックとで回転自在に支持する複数の主軸受キャップと、
前記クランク軸の回転軸線に沿って配列するこれら複数の主軸受キャップを相互に一体的に連結する連結ビームと
を具えた主軸受キャップユニットであって、前記複数の主軸受キャップのうちの少なくとも１つの主軸受キャップは、前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とする主軸受キャップユニット。
【請求項３】
クランク軸の複数のクランクジャーナル部をシリンダーブロックと複数の主軸受キャップとで取り囲み、それぞれボルトを用いて前記複数の主軸受キャップを前記シリンダーブロックに固定することにより、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックと前記主軸受キャップとで回転自在に支持するクランク軸支持構造であって、個々の前記主軸受キャップは、
クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、
前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、
これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴と
を有し、前記複数の主軸受キャップのうちの少なくとも１つの主軸受キャップは、前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とするクランク軸支持構造。
【請求項４】
前記クランク軸の回転に伴って前記合わせ面部の幅方向の一端縁部に加わる応力が前記合わせ面部の幅方向の他端縁部に加わる応力よりも大きい場合、前記ボルト貫通穴の中心が前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対して前記合わせ面部の幅方向の一端部側にオフセットされるように、前記少なくとも１つの主軸受キャップが配されていることを特徴とする請求項３に記載のクランク軸支持構造。
【請求項５】
前記複数の主軸受キャップが前記クランク軸の回転軸線に沿った一対の連結ビームを介して相互に一体的に連結されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のクランク軸支持構造。
【請求項６】
複数の前記主軸受キャップが前記シリンダーブロックに連結される台板と一体に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のクランク軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランク軸の主軸受キャップおよびそのユニットならびにこれらを用いたクランク軸支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランク軸は、そのクランクジャーナル部がシリンダーブロックとこのシリンダーブロックにボルトを介して固定される主軸受キャップとで回転自在に支持される。シリンダーブロックおよび主軸受キャップには、それぞれ半円弧状をなす凹面部が形成され、主軸受キャップがシリンダーブロックに締結された状態では、これら凹面部が半割り構造の環状をなす軸受メタルを介してクランクジャーナル部を取り囲んだ構造となる。このような内燃機関のクランク軸の支持構造は、特許文献１などに開示されている。
【０００３】
通常、主軸受キャップにはボルトの軸部を挿通するためのボルト貫通穴と、このボルト貫通穴の中心軸線に対して直交する平坦な合わせ面部とが形成されている。また、シリンダーブロックにはボルトの軸部をねじ込むための雌ねじ孔と、この雌ねじ孔の中心軸線に対して直交する平坦な合わせ面部とが形成されている。そして、主軸受キャップおよびシリンダーブロックの合わせ面部を相互に突き合わせた状態で、ボルトが主軸受キャップのボルト貫通穴を介し所定の締め付けトルクにてシリンダーブロックの雌ねじ孔にねじ込まれる。これにより、主軸受キャップがシリンダーブロックに固定され、クランク軸がこれらに支持された状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１２４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気筒数やクランク軸の構造など、内燃機関の構成によってはクランク軸の回転に伴い、このクランク軸の回転軸線方向に沿って交互に倒れるようなモーメントが主軸受キャップに発生する場合がある。ここで、主軸受キャップの合わせ面部の中央部を貫通するボルトを中心として、クランク軸の回転軸線と平行な方向なシリンダーブロックの合わせ面部の幅方向両端縁部に加わる応力が極端に不均一となる場合がある。このような場合、主軸受キャップによりも強度の低いシリンダーブロックの劣化が早まってしまい、早期に新たなシリンダーブロックと交換する必要が生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、クランク軸の回転に伴い、主軸受キャップを介してシリンダーブロックの合わせ面部に加わる応力を従来のものよりも均一に分散させることができる主軸受キャップおよびそのユニットならびにクランク軸支持構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態は、クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴とを有し、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックとで回転自在に支持する主軸受キャップであって、前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の形態は、クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴とをそれぞれ有し、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックとで回転自在に支持する複数の主軸受キャップと、
前記クランク軸の回転軸線に沿って配列するこれら複数の主軸受キャップを相互に一体的に連結する連結ビームと
を具えた主軸受キャップユニットであって、前記複数の主軸受キャップのうちの少なくとも１つの主軸受キャップは、前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の形態は、クランク軸の複数のクランクジャーナル部をシリンダーブロックと複数の主軸受キャップとで取り囲み、それぞれボルトを用いて前記複数の主軸受キャップを前記シリンダーブロックに固定することにより、前記クランク軸のクランクジャーナル部を前記シリンダーブロックと前記主軸受キャップとで回転自在に支持するクランク軸支持構造であって、個々の前記主軸受キャップは、クランク軸のクランクジャーナル部をシリンダーブロックとで取り囲む半円弧状の凹面部と、前記シリンダーブロックに当接する平坦な一対の合わせ面部と、これら一対の合わせ面部にそれぞれ開口し、前記シリンダーブロックにねじ込まれるボルトの軸部がそれぞれ挿通されるボルト貫通穴とを有し、前記複数の主軸受キャップのうちの少なくとも１つの主軸受キャップは、前記半円弧状の凹面部の中心軸線と平行な前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対し、前記ボルト貫通穴が非対称に配されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の何れの形態においても、主軸受キャップの合わせ面部の幅方向の二等分線に対してボルト貫通穴を非対称に配したことにより、シリンダーブロックの合わせ面部に加わる応力の分布を変更させることができる。
【００１１】
本発明の第３の形態によるクランク軸支持構造において、前記クランク軸の回転に伴って前記合わせ面部の幅方向の一端縁部に加わる応力が前記合わせ面部の幅方向の一端縁部に加わる応力よりも大きい場合、前記ボルト貫通穴の中心が前記合わせ面部の幅方向の二等分線に対して前記合わせ面部の幅方向の一端部側にオフセットされるように、前記少なくとも１つの主軸受キャップを配することが有効である。また、前記複数の主軸受キャップが前記クランク軸の回転軸線に沿った一対の連結ビームを介して相互に一体的に連結されているものであってよい。あるいは、複数の前記主軸受キャップが前記シリンダーブロックに連結される台板と一体に形成されているものであってよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の主軸受キャップによると、合わせ面部の幅方向の二等分線に対してボルト貫通穴を非対称に配したことにより、クランク軸の回転に伴って主軸受キャップの合わせ面部に加わる応力を従来のものよりも均一に分散させることができる。これにより、主軸受キャップよりも強度の低いシリンダーブロックの寿命を延ばすことが可能となる。
【００１３】
本発明の主軸受キャップユニットによると、合わせ面部の幅方向の二等分線に対してボルト貫通穴を非対称に配したことにより、クランク軸の回転に伴って主軸受キャップの合わせ面部に作用する応力を従来のものよりも均一に分散させることができる。この結果、主軸受キャップよりも強度の低いシリンダーブロックの寿命を延ばすことができる。しかも、個々の主軸受キャップが連結ビームを介して一体的に連結されているので、シリンダーブロックに対する主軸受キャップの取り付け作業を容易かつ迅速に行うことも可能となる。
【００１４】
本発明のクランク軸支持構造によると、主軸受キャップの合わせ面部の幅方向の二等分線に対してボルト貫通穴を非対称に配したことにより、主軸受キャップの合わせ面部に作用する応力を従来のものよりも均一に分散させることができる。この結果、主軸受キャップよりも強度の低いシリンダーブロックの寿命を延ばすことが可能となる。
【００１５】
ボルト貫通穴の中心が合わせ面部の幅方向の二等分線に対して合わせ面部の幅方向の一端部側にオフセットされるように、少なくとも１つの主軸受キャップを配した場合、クランク軸の回転に伴って合わせ面部の幅方向の一端縁部に加わる応力をより均一に分散させることができる。
【００１６】
複数の主軸受キャップをクランク軸の回転軸線に沿った一対の連結ビームを介して相互に一体的に連結した場合、組立時の作業性を向上させることができる。
【００１７】
複数の主軸受キャップをシリンダーブロックに連結される台板と一体に形成した場合、シリンダーブロックと台板とを連結する際に、主軸受キャップも同時にシリンダーブロックに固定することができる。この結果、組立時の作業性を向上に加え、内燃機関の運転時に発生する騒音を低減させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の対象となる内燃機関の主要部分を分解状態で示す立体投影図である。
【図２】図１に示した主軸受キャップのうちの一つを抽出拡大した立体投影図である。
【図３】図２に示した主軸受キャップの平面図である。
【図４】シリンダーブロックに主軸受キャップを締結した状態の破断図である。
【図５】図４に対する底面図である。
【図６】本発明による主軸受キャップユニットを図１に示す内燃機関に適用した一実施例の外観を表す立体投影図である。
【図７】図１に示す主軸受キャップが一体に形成された台板の外観を表す立体投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明による主軸受キャップおよびそのユニットならびにクランク軸支持構造の実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、対象となる内燃機関に要求される特性に応じて構成を適宜変更することが可能である。
【００２０】
本発明の対象となる内燃機関の一実施形態の主要部を分解状態で図１に示す。本実施形態における内燃機関は、直列３気筒の火花点火方式の内燃機関であるが、これに限定されない。図１には、シリンダーブロック１０と、クランク軸ユニット２０Ｕと、主軸受キャップ３０と、クランクケース４０と、オイルパン５０とが示され、内燃機関を構成する他のシリンダーヘッドや動弁機構ならびにシリンダーヘッドカバーなどは便宜的に省略されている。
【００２１】
ピストン６０を摺動自在に収容するシリンダーボア１１が形成されたシリンダーブロック１０には、クランクケース４０が図示しないタイロッドなどの締結手段を用いて固定される。さらに、このクランクケース４０にはオイルパン５０が図示しないボルトなどの締結手段を用いて固定される。連接棒７０を介してピストン６０が連結されたクランク軸ユニット２０Ｕは、シリンダーブロック１０とクランクケース４０との間に収容される。
【００２２】
図１に示した主軸受キャップ３０の１つ（第１軸受キャップ３０ａ）を抽出拡大して図２に示し、その平面形状を図３に示し、これをシリンダーブロック１０に固定した破断構造を模式的に図４に示し、その底面形状を模式的に図５に示す。本実施形態では、クランク軸２０に形成された複数（図示例では４つ）のクランクジャーナル部２１が環状をなす半割り構造の図示しない軸受メタルを介してシリンダーブロック１０と複数（図示例では４つ）の主軸受キャップ３０とで取り囲まれる。そして、ボルト８０を用いて主軸受キャップ３０をシリンダーブロック１０にそれぞれ固定することにより、クランク軸２０のクランクジャーナル部２１がシリンダーブロック１０と主軸受キャップ３０とで回転自在に支持された状態となる。
【００２３】
個々の主軸受キャップ３０は、半円弧状の凹面部３１と、この凹面部３１の周方向両端にて当該凹面部３１にそれぞれ接続する平坦な一対の合わせ面部３２と、これら凹面部３１および合わせ面部３２に接続する一対の側端面部３３ａ，３３ｂとを有する。主軸受キャップ３０の凹面部３１は、上述した図示しない軸受メタルを介し、シリンダーブロック１０に形成された半円弧状の凹面部１２と共にクランク軸２０のクランクジャーナル部２１を取り囲む。主軸受キャップ３０の合わせ面部３２は、凹面部３１の周方向両端にて当該凹面部３１にそれぞれつながり、シリンダーブロック１０に形成された平坦な合わせ面部１３に対して当接する。主軸受キャップ３０の側端面部３３ａ，３３ｂは、半円弧状の凹面部３１の中心軸線Ｃに沿って相隔てて位置し、凹面部３１の中心軸線Ｃと平行な合わせ面部３２の幅方向（図４中、上下方向）の両端縁３２ｅにつながる。主軸受キャップ３０には、その合わせ面部３２にそれぞれ開口し、シリンダーブロック１０にねじ込まれるボルト８０の軸部８１がそれぞれ挿通される複数のボルト貫通穴３４が形成されている。シリンダーブロック１０の合わせ面部１３には、主軸受キャップ３０のボルト貫通穴３４に挿通されるボルト８０の軸部８１がねじ込まれる雌ねじ孔１４が形成されている。
【００２４】
以下、本実施形態における４つの主軸受キャップ３０を便宜的に図５の上側から順に第１主軸受キャップ３０ａ，第２主軸受キャップ３０ｂ，第３主軸受キャップ３０ｃ，第４主軸受キャップ３０ｄと記述する。
【００２５】
本実施形態に記載の内燃機関においては、クランク軸２０の回転に伴い、このクランク軸２０の回転軸線方向に沿って交互に倒れるようなモーメントが特に第１主軸受キャップ３０ａに大きく発生する。このため、第１主軸受キャップ３０ａの合わせ面部３２に当接するシリンダーブロック１０の合わせ面部１３の劣化が第２〜第４主軸受キャップ３０ｂ〜３０ｄの合わせ面部３２に当接するシリンダーブロック１０の合わせ面部１３よりも早まる傾向を持つ。より具体的には、第１主軸受キャップ３０ａの合わせ面部３２の幅方向の両端縁部に加わる応力を比較した場合、合わせ面部３２の幅方向の一端縁部（図３中、右側）に加わる応力が他端縁部（図３中、左側）よりも著しく大きい傾向を持つ。このため、本実施形態では、第１主軸受キャップ３０におけるボルト貫通穴３４の中心Ｏから、合わせ面部３２の幅方向の一端縁３２ｅまでの距離Ｄ1を、このボルト貫通穴３４の中心Ｏから合わせ面部３２の幅方向の他端縁３２ｅまでの距離Ｄ2よりも長く設定している。換言すると、図３中、二点鎖線で示す合わせ面部３２の幅Ｗの二等分線Ｌに対し、ボルト貫通穴３４の中心Ｏを合わせ面部３２の幅方向他端縁３２ｅ側にオフセットした状態となっている。これにより、合わせ面部３２の幅方向の一端縁部の面圧が低下する結果、第１主軸受キャップ３０の合わせ面部３２に当接するシリンダーブロック１０の合わせ面部１３の幅方向の一端縁部に加わる応力をより均一に分散させることができる。合わせ面部３２の幅Ｗの二等分線Ｌに対するボルト貫通穴３４の中心Ｏのオフセット量ｄは、より均一な応力の分散が可能となるようにすればよいが、主軸受キャップ３０およびシリンダーブロック１０の合わせ面部１３の強度低下を起こさせない程度に止めておく必要がある。
【００２６】
なお、第２〜第４の主軸受キャップ３０ｂ〜３０ｄに関しては、上述したような大きなモーメントが発生せず、合わせ面部３２に加わる応力がそれほど大きくならない。このため、第２〜第４の主軸受キャップ３０ｂ〜３０ｄは、従来の主軸受キャップと同様、ボルト貫通穴３４の中心Ｏから合わせ面部３２の幅方向の両端縁３２ｅまでの距離Ｄ1，Ｄ2を等しく設定したものを採用している。要するに、合わせ面部３２に極端に大きな応力集中が起こる主軸受キャップ３０に対してのみ、本発明の構成を適用させればよい。
【００２７】
上述した実施形態における主軸受キャップ３０ｂ〜３０ｄは、個々の合わせ面部３２にボルト貫通穴３４を１つずつ形成したものであるが、個々の合わせ面部３２にボルト貫通穴３４を複数形成した主軸受キャップであっても、本発明を適用することが可能である。例えば、２つのボルト貫通穴３４を凹面部３１の中心軸線Ｃと平行に個々の合わせ面部３２に形成する場合、合わせ面部３２の幅方向の二等分線Ｌに対し、ボルト貫通穴３４を非対称に配すればよい。この場合、合わせ面部３２の一方の側端面部３２ａ側に近接する一方のボルト貫通穴３４の中心Ｏから、この一方の側端面部３２ａまでの距離と、合わせ面部３２の他方の側端面部３２ａ側に近接する他方のボルト貫通穴３４の中心Ｏから、この他方の側端面部３２ａまでの距離とが相違することとなる。
【００２８】
また、連結ビームを介して上述した第１〜第４主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄを一体的に連結した主軸受キャップユニットとして構成することも可能である。この場合、シリンダーブロック１０へのクランク軸ユニット２０Ｕの組立作業性を著しく改善することができる。
【００２９】
このような本発明による主軸受キャップユニットの一実施形態の外観を模式的に図６に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに留め、重複する説明を省略する。すなわち、本実施形態における主軸受キャップユニット３０Ｕは、複数（図示例では４つ）の主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄと、これら複数の主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄを相互に一体的に連結する一対の連結ビーム９０とを具えている。クランク軸２０の回転軸線、すなわち凹面部３１の中心軸線Ｃと平行な方向に沿って所定間隔で配列する主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄに連結ビーム９０を一体的に固定するため、本実施形態では連結ビーム９０と主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄとを一体的に鋳込んでいる。しかしながら、図示しないボルトなどの一般的な締結器具を用いて主軸受キャップ３０ａ〜３０ｄと連結ビーム９０とを一体的に連結するようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態においても、クランク軸２０の回転軸線方向に沿った合わせ面部３２の幅方向の両端縁部に作用する応力が大きく異なる主軸受キャップ３０ａに関し、そのボルト貫通穴３４の中心Ｏから合わせ面部３２の幅方向の両端縁３２ｅまでの距離を異ならせている。これにより、合わせ面部３２の幅方向の両端縁部に加わる応力をより均一に分散させることができる。
【００３１】
クランクケース４０の代わりに台板を具えた内燃機関であっても本発明を適用させることができる。この場合、主軸受キャップ３０を台板と一体に鋳込むことも可能であり、このような台板の外観を図７に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに留め、重複する説明を省略する。本実施形態では、台板４０ａをシリンダーブロック１０に固定する際、主軸受キャップ３０も同時にボルト８０を用いてシリンダーブロック１０に固定することができ、その組立作業性を向上させることが可能である。
【００３２】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  シリンダーブロック
２０  クランク軸
２１  クランクジャーナル部
３０Ｕ  主軸受キャップユニット
３０，３０ａ〜３０ｄ  主軸受キャップ
３１  凹面部
３２  合わせ面部
３２ｅ  合わせ面部の幅方向端縁
３４  ボルト貫通穴
４０ａ  台板
８０  ボルト
８１  軸部
９０  連結ビーム
Ｃ  凹面部の中心軸線
Ｄ1，Ｄ2  ボルト貫通穴の中心から合わせ面部の幅方向端縁までの距離
ｄ  二等分線に対するボルト貫通穴の中心のオフセット量
Ｌ  合わせ面部の幅の二等分線
Ｏ  ボルト貫通穴の中心
【図１】
2017194112.tif 000003
【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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