JP2005351449A - エンジンのクランク潤滑装置 - Google Patents

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

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。

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。

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の平面図である。 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。 実施の形態１による油穴形状の第１の例を示す図である。 実施の形態１による油穴形状の第２の例を示す図である。 実施の形態１による油穴形状の第３の例を示す図である。 実施の形態１による油穴形状の第４の例を示す図である。 実施の形態１による油穴形状の第５の例を示す図である。 実施の形態１による油穴形状の第６の例を示す図である。 実施の形態２による油穴形状の例を示す図である。 実施の形態２による充填部材に設けられる貫通穴の配置を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ充填部材の平面図および側面図である。 実施の形態２による構成での潤滑油供給路を説明する概念図である。 実施の形態２による構成での油穴の設計例を説明する図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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