JP2005351449A - エンジンのクランク潤滑装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 中空クランク軸を含むエンジンのクランク潤滑装置において、エンジン始動時における油圧立上がりを良好にして潤滑性能の信頼性を高める。
【解決手段】 クランク軸10の中空部11は、油圧経路を兼ねており、かつ、充填部材20を充填される。中空部11へは、ポンプから圧出された潤滑油が油穴14aより導入され、油穴14bから軸受メタルへ供給される。油穴14aは、充填部材20が接触した場合にも、充填部材20が流出せず、かつ、充填部材20で塞がれる部分および充填部材20によって塞がれない部分の両方が生じるような形状で設けられる。この結果、充填部材20の充填によって油圧経路容積を低減してエンジン始動時における油圧の立上がりを良好にするとともに、潤滑油供給経路を継続的に確保して、潤滑性能の信頼性を向上できる。
【選択図】 図2
【解決手段】 クランク軸10の中空部11は、油圧経路を兼ねており、かつ、充填部材20を充填される。中空部11へは、ポンプから圧出された潤滑油が油穴14aより導入され、油穴14bから軸受メタルへ供給される。油穴14aは、充填部材20が接触した場合にも、充填部材20が流出せず、かつ、充填部材20で塞がれる部分および充填部材20によって塞がれない部分の両方が生じるような形状で設けられる。この結果、充填部材20の充填によって油圧経路容積を低減してエンジン始動時における油圧の立上がりを良好にするとともに、潤滑油供給経路を継続的に確保して、潤滑性能の信頼性を向上できる。
【選択図】 図2
Description
この発明は、エンジンのクランク潤滑装置に関し、より特定的には、内部に油圧経路を兼ねる中空部が形成された中空クランク軸を含むクランク潤滑装置に関する。
軽量化のために内部に中空部を形成し、当該中空部をメタルへの潤滑油供給経路として利用する中空クランク軸が知られている(たとえば特許文献1)。潤滑油供給経路へはポンプより所定圧力を与えられた潤滑油が送出されるため、当該潤滑油供給経路は「油圧経路」とも称される。
特許文献1に開示された中空クランク軸では、中空部に成形体を挿入することによって油圧経路容積の減少および効果的な潤滑油流の形成を実現して、クランク軸の軽量化と、熱付加された軸受領域の冷却および潤滑とを両立する構造が開示されている。特に、中空部へ成形体を挿入可能とするために、分割された要素の摩擦要素によってクランク軸を組立てることが提案されている。
特開平9−126219号公報
しかしながら、従来の中空クランク軸には以下の問題点が存在する。
まず第1に、クランク軸の中空部に成形体を入れても、中空部内面と成形体外面との間には間壁が存在するため、ドリルパスで形成された通常の油圧経路容積に比べて大きな容積空間が存在する。そのため、エンジンを停止してクランク軸内の油圧経路空間から潤滑油が抜けた後、エンジン始動時にクランク軸内の油圧経路空間を潤滑油で再び充満し油圧が発生するのに時間がかかり、エンジン始動時に軸受メタルに焼付きが生じる恐れがある。
第2に、特許文献1に記載された中空クランク軸では、成形体をクランク軸の中空部へ挿入するのにクランク軸を分割要素の摩擦要素組立体とする等、クランク軸を特別な構造としなければならないためコストアップを招く。すなわち、成形体によって中空部容積(油圧経路容積)を低減する構造は、製造コストの低い、砂中子で中空部を作る通常の鋳物製造では作製できない。
この発明は、このような問題点を解決するためにされたものであって、この発明の目的は、中空クランク軸を含むエンジンのクランク潤滑装置において、エンジン始動時における油圧立上がりを良好にして潤滑性能の信頼性を高めることである。
この発明によるエンジンのクランク潤滑装置は、中空クランク軸と、複数個の充填部材とを備える。中空クランク軸には、内部に潤滑油の油圧経路を兼ねる中空部が形成される。複数個の充填部材は、各々が同一形状を有し、中空部に充填される。中空クランク軸には潤滑油を流出させるための油穴が設けられる。油穴は、充填部材が流出せず、かつ、充填部材と接触した場合に、充填部材によって塞がれる第1の部分および充填部材によって塞がれない第2の部分が生じるような形状で設けられる。
好ましくは、油穴は、充填部材のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能であり、かつ、投影面内の最大径よりも径の長い領域を有するような形状で設けられる。
さらに好ましくは、充填部材は球形状で構成され、油穴は、2つの円形状の穴が一部領域で重なった形状を有する。さらに、油穴を構成する円形状の半径および中心点間距離をそれぞれraおよびlとし、油圧経路内の最小径部分の径をrbとし、充填部材の半径をrdとしたときに、「ra<rd<rb」および「l<2・ra」なる関係が成立する。
この発明の他の構成によるエンジンのクランク潤滑装置は、中空クランク軸と、複数個の充填部材とを備える。中空クランク軸には、内部に潤滑油の油圧経路を兼ねる中空部が形成される。複数個の充填部材は、各々が同一形状を有し、中空部に充填される。中空クランク軸には潤滑油を流出させるための油穴が設けられる。充填部材には、互いに接続された複数の貫通穴が設けられ、油穴は、充填部材が流出せず、かつ、充填部材によって塞がれた場合にも複数の貫通穴のうちの少なくとも1つが油穴へ開口するような形状で設けられる。
好ましくは、充填部材は球形状で構成され、かつ、油穴は円形状であり、充填部材には、互いに直交し、かつ、球の中心で交差する3つの貫通穴が設けられる。さらに、油穴の半径をraとし、油圧経路内の最小径部分の径をrbとし、充填部材の半径をrdとしたときに、「(√2/2)・rd<ra<rd<rb」なる関係が成立する。
また好ましくは、充填部材は、発泡スチロール粒である。
あるいは好ましくは、中空クランク軸は一体型構造を有する。
この発明によるエンジンのクランク潤滑装置では、クランク軸の中空部に充填部材を充填することによって油圧経路容積を低減するとともに、充填部材によって潤滑油供給経路が完全に塞がれないような形状で油穴を設ける。したがって、エンジン始動時における油圧の立上がりを良好にするとともに、潤滑油供給経路を確保して潤滑性能の信頼性を向上できる。
なお、充填部材のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能であり、かつ、投影面内の最大径よりも径の長い領域を有するような形状で油穴を設ける限り、油穴および充填部材の形状は任意に設計できるので、設計の自由度が向上する。
特に、油穴を2つの円形状の穴が一部領域で重なった形状で設けることにより、充填部材を中空部内に均一に行き渡るのに適した球状としたときに、円形加工の組合せによって油穴を作製できる。この結果、油穴を簡易に作製できるので、クランク軸の製造コストを抑制できる。
この発明の他の構成によるエンジンのクランク潤滑装置は、クランク軸の中空部に充填部材を充填することによって油圧経路容積を低減するとともに、油穴が充填部材で塞がれた場合にも、充填部材に設けられた貫通穴によって潤滑油供給経路を確保できる。したがって、エンジン始動時における油圧の立上がりを良好にするとともに、潤滑性能の信頼性を向上できる。
特に、充填部材が中空部内に均一に行き渡るように球状としたときに、油穴を単純な円形状で構成することにより、油穴を簡易に作製してクランク軸の製造コストを抑制できる。
この発明によるエンジンのクランク潤滑装置における充填部材は、発泡スチロール粒により安価に製造できる。
さらに、この発明によるエンジンのクランク潤滑装置は、中空クランク軸の中空部容積が比較的大きくても、内部の油圧低下によるエンジン始動時の油圧立上がり特性の悪化を回避できる。したがって、中空クランク軸を鋳物で製造可能な一体化構造としても、構造の複雑化を回避することによる低製造コスト化と、油圧立上がり特性に依存する潤滑性確保とを両立できる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明によるクランク潤滑装置に適用される中空クランク軸10の平面図である。
図1は、この発明によるクランク潤滑装置に適用される中空クランク軸10の平面図である。
図1を参照して、中空クランク軸10は、シリンダブロック(図示せず)から支持されるジャーナル軸部10aと、コンロッドの大端穴(図示せず)を挿通するピン部10bと、ジャーナル軸部10aおよびピン部10bを連結する連結部10cとを有する。
図2は、この発明によるクランク潤滑装置の構成を示す図である。図2においては、中空クランク軸10は、図1におけるII−II断面図で示される。
図2を参照して、中空クランク軸10の内部には、ジャーナル軸部10a、ピン部10bおよび連結部10cのそれぞれの部分を連通するように一体的に形成された中空部11が設けられる。
中空部11は油圧経路を兼ねており、図示しない油圧ポンプから圧出された潤滑油は、ジャーナル軸部に設けられた油穴14aから油圧経路へ導入され、さらに、ピン部に設けられた油穴14bからピン部10bの軸受メタルへ供給される。すなわち、油穴14bは、この発明における「油穴」に相当する。
中空部11には、同一形状を有する複数の充填部材20が充填される。充填部材20には種々の形状を適用可能であるが、中空部11内に均等に行き渡らせるためには、図2に示すように球形状とすることが好ましい。充填部材20は、たとえば安価な発泡スチロール粒で構成される。
これにより、中空部11では充填部材20の間に形成された隙間に潤滑油が存在することになる。充填部材20の充填個数は、中空部11の容積および各充填部材20の体積を考慮して、中空部11に保持させたい潤滑油量に応じて予め決定することができる。
このような構成とすることにより、従来の成形体挿入と同様に油圧経路空間の一部を占めて、油圧経路容積を少なくすることができる。既に説明したように、中空部11の油圧経路に潤滑油が充満されるまで油圧が立上がらず、油穴14bからの潤滑油供給が開始できないので、充填部材20による油圧経路容積低減によって、エンジン始動時における油圧の立上がりを良好にできる。これにより、軸受メタルへ速やかに潤滑油を供給することができ、エンジン始動時におけるメタル焼付きの可能性を低減できる。
特に、クランク軸10が一体型鋳物クランク軸であっても、充填部材20による油圧経路容積低減は、容易に実現できる。したがって、クランク軸を分割要素の組立体から構成する必要がなく、クランク軸自体のコストアップを伴うことなく、エンジン始動時における潤滑性能を向上できる。
中空部11への充填部材20の挿入については、中子砂抜き用の穴13を利用して充填部材20を中空部11へ入れた後、穴13を栓15で塞げばよい。
しかし、図2に示した構成では、充填部材20によって油穴14bが完全に塞がれてしまうと、ピン部10bから軸受メタルへ潤滑油を供給することができない。
したがって、この発明によるクランク潤滑装置では、潤滑性能の信頼性が低下しないように、充填部材20によって潤滑油供給経路が完全に塞がれないような形状で油穴14bを形成する。
なお、油穴14aへは、中空クランク軸10の外側からポンプにより圧送された潤滑油が供給されるため、充填部材20の詰まりの問題を考慮する必要性は低い。すなわち、油穴14aは、少なくとも充填部材20が脱け出さない形状とすればよい。
図3は、この実施の形態1による油穴14bの形状の第1の例を示す図である。
図3を参照して、充填部材20は、半径rdの球形状で構成される。したがって、充填部材20はいずれの方向からの投影面についても、半径rdの円となる。
充填部材20のこのような投影面に対し、油穴14bは、2つの円(半径ra)の穴が一部領域で重なった形状で設けられる。これら2つの円の中心点間の距離lを半径の2倍である2・raよりも小さくすることで、このような重なり領域が設けられる。これにより、油穴14bには、充填部材20の投影面の径2・rdよりも短い距離r1の部分が存在するため、充填部材20のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能な形状が実現される。また、油穴14bの最大距離r2=2・ra+lは、充填部材20の投影面の直径2・rdよりも長いので、充填部材20が油穴14bと接触した場合に、充填部材によって塞がれない部分22を確保することができる。
すなわち、中空部11の油圧経路内の最小径をrb(図1参照)とすると、下記(1)および(2)式が成立するように、充填部材20および油穴14bの形状を設計する。
これにより、油穴14aに充填部材20が接触した場合に、充填部材20が流出せず、かつ、充填部材20で塞がれる部分21および充填部材20によって塞がれない部分22の両方が生じるような、油穴14bの形状を実現することができる。この結果、実施の形態1に従う構成では、油穴14aからの充填部材20の流出を防止するとともに、潤滑油を継続的に軸受メタルへ供給することが可能となり潤滑性能が確保される。
なお、図3に示すように、円形状の組合せによって油穴14bを実現することにより、油穴14aを簡易に作製できるので中空クランク軸10の製造コストを抑制することができる。
また、実施の形態1に従う油穴14bの形状は、図3に示した例に限定されず、充填部材20のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能であり、かつ当該投影面内の最大径よりも径の長い領域を有するような形状で設けることにより、同様の効果を発揮できる。
たとえば、図4に示すように、球形状の充填部材20に対して、三角形形状の油穴14bを用いてもよい。この場合には、当該三角形形状を直径2・rdの円である充填部材20の投影面が遮られるような形状で、かつ2・rdよりも長い径r2を有するような形状とすればよい。
すなわち、充填部材20のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能であり、かつ当該投影面内の最大径よりも径の長い(r2)領域を有するような形状で油穴14bを設計する限り、油穴14bおよび充填部材20の形状は、任意に設計できる。たとえば、図5および図6に示すように、球形状の充填部材20に対して、長方形形状の油穴14bや、楕円形状の油穴14bを設けてもよい。あるいは、充填部材20の形状を、図7および図8に示すような立方体形状や三角錐形状、または図示しない楕円形状(ラグビーボール状)等とすることも可能である。上記の設計条件を満たす限り、油穴14aに充填部材20が接触した場合に、充填部材20が流出せず、かつ、充填部材20で塞がれる部分21および充填部材20によって塞がれない部分22の両方が生じるように油穴14を設けることができる。これにより、油穴14aからの充填部材20の流出を防止するとともに、潤滑油を継続的に軸受メタルへ供給することが可能となり潤滑性能が確保される。
[実施の形態2]
実施の形態1では、油穴14bの形状を特殊なものとすることにより、充填部材20と接触した場合でも油穴14bからの潤滑油供給経路を確保する構成について説明した。実施の形態2においては、充填部材20に貫通穴を設けることにより、同様の潤滑油経路を確保する構成について説明する。
実施の形態1では、油穴14bの形状を特殊なものとすることにより、充填部材20と接触した場合でも油穴14bからの潤滑油供給経路を確保する構成について説明した。実施の形態2においては、充填部材20に貫通穴を設けることにより、同様の潤滑油経路を確保する構成について説明する。
図9を参照して、実施の形態2に従う構成では、油穴14bは、充填部材20が流出しないような形状とされる。代表的には、半径rdの球形状で充填部材20が構成される場合には、油穴14bは、半径ra(ra<rd)の単純な円形状とすることができる。
図10に示されるように、実施の形態2に従う構成では、充填部材20に、複数の貫通穴25が設けられる。
図10(a)および図10(b)は、それぞれ充填部材20の平面図および側面図である。すなわち、充填部材20には、互いに直交し、かつ球の中心点で互いに接続される3方向(X方向、Y方向およびZ方向)に3本の貫通穴25がそれぞれ設けられている。
図11に示すように、油穴14bが充填部材20で遮られた場合にも、充填部材20に設けられた貫通穴25によって、潤滑油経路30が確保される。したがって、油穴14bの形状および径は、充填部材20に設けられた貫通穴との幾何学的関係を考慮して、いずれの方向で充填部材20が油穴14bを塞いでも、少なくとも1つの貫通穴25が油穴14bへ開口するように設ける必要がある。
たとえば、図9および図10で例示したように、油穴14bが半径raの円形状で形成され、かつ、充填部材20には互いに直交する3本の貫通穴25が設けられる場合には、図12に示されるように、油穴14bの直径2・rbは、√2・rdよりも長くする必要がある。すなわち、この場合における油穴14bの半径ra、充填部材20の半径rdおよび中空部11内の最小径をrbとすると、下記式(3)が成立するように、充填部材20および油穴14bを設計する必要がある。
このように実施の形態2に従う構成では、油穴14bが充填部材20によって塞がれた場合にも、貫通穴25によって潤滑油経路を確保することが可能となる。特に、油穴14aを円形状等の単純な形状とできるため、油穴14aを簡易に作製して中空クランク軸10の製造コストを抑制することができる。
また、充填部材20および油穴14bの形状および貫通穴25の配置については、図9〜図11での例示には限定されない。すなわち、油穴14bから充填部材20から流出せず、かつ、いずれの方向で充填部材20が油穴14bを塞いでも少なくとも1つの貫通穴25が油穴14bへ開口するような形状であれば、任意に設計することが可能である。
なお、中空クランク軸10は、一体化構造の鋳物、または分割した要素を結合した組立体により構成される。中空クランク軸を鋳物で作製する場合には、中空部11を構成するための砂中子などの中子を除去しやすくするために、生産性の面からは中空部の容積を大きくすることが好ましい。
以上説明したように、この発明によるクランク潤滑構造は、軽量化に適した中空クランク軸の中空部容積が比較的大きくても、充填部材により油圧経路容積を低減させて、エンジン始動時の油圧立上がり特性の悪化を回避できる。したがって、中空クランク軸を鋳物製造とした場合にも、構造の複雑さを回避することによる低製造コスト化と、油圧立上がり特性に依存する潤滑性確保とを両立できる。
なお、上記の実施の形態では、ジャーナル軸部の油穴14aから潤滑油を導入する構成について説明したが、両端の穴13の一方を栓15で塞ぐとともに、他方から油圧ポンプにより潤滑油を供給する、いわゆる「フロント給油方式」を適用することも可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 クランク軸(中空)、10a ジャーナル軸部、10b ピン部、10c 連結部、11 中空部、13 穴(中子砂抜き用)、14a 油穴(潤滑油流入)、14b 油穴(潤滑油流出)、15 栓、20 充填部材、21 充填部材で塞がれる部分(油穴)、22 充填部材で塞がれない部分(油穴)、25 貫通穴、30 潤滑油経路。
Claims (7)
- 内部に潤滑油の油圧経路を兼ねる中空部が形成された中空クランク軸と、
前記中空部に充填された、同一形状を有する複数個の充填部材とを備え、
前記中空クランク軸には前記潤滑油を流出させるための油穴が設けられ、
前記油穴は、前記充填部材が流出せず、かつ、前記充填部材と接触した場合に、前記充填部材によって塞がれる第1の部分および前記充填部材によって塞がれない第2の部分が生じるような形状で設けられる、エンジンのクランク潤滑装置。 - 前記油穴は、前記充填部材のいずれの方向からの投影面についても遮ることが可能であり、かつ、前記投影面内の最大径よりも径の長い領域を有するような形状で設けられる、請求項1記載のエンジンのクランク潤滑装置。
- 前記充填部材は球形状で構成され、
前記油穴は、2つの円形状の穴が一部領域で重なった形状を有し、
前記油穴を構成する前記円形状の半径および中心点間距離をそれぞれraおよびlとし、前記油圧経路内の最小径部分の径をrbとし、前記充填部材の半径をrdとしたときに、
ra<rd<rbなる関係およびl<2・raなる関係が成立する、請求項1記載のエンジンのクランク潤滑装置。 - 内部に潤滑油の油圧経路を兼ねる中空部が形成された中空クランク軸と、
前記中空部に入れられた、同一形状を有する複数個の充填部材とを備え、
前記中空クランク軸には前記潤滑油を流出させるための油穴が設けられ、
前記充填部材には、互いに接続された複数の貫通穴が設けられ、
前記油穴は、前記充填部材が流出せず、かつ、前記充填部材によって塞がれた場合にも前記複数の貫通穴のうちの少なくとも1つが前記油穴へ開口するような形状で設けられる、エンジンのクランク潤滑装置。 - 前記充填部材は球形状で構成され、かつ、前記油穴は円形状であり、
前記充填部材には、互いに直交し、かつ、球の中心で交差する3つの貫通穴が設けられ、
前記油穴の半径をraとし、前記油圧経路内の最小径部分の径をrbとし、前記充填部材の半径をrdとしたときに、
(√2/2)・rd<ra<rd<rbなる関係が成立する、請求項4記載のエンジンのクランク潤滑装置。 - 前記充填部材は、発泡スチロール粒である、請求項1から5のいずれか1項に記載のエンジンのクランク潤滑装置。
- 前記中空クランク軸は一体型構造を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載のエンジンのクランク潤滑装置。
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DE102007056203A1 (de) * | 2007-11-22 | 2008-11-20 | Audi Ag | Vorrichtung zur Schmierung von Kurbelwellen- und Pleuellagern einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine |
FR2951236A1 (fr) * | 2009-10-14 | 2011-04-15 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Vilebrequin pour moteur a combustion interne |
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2004
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070904 |