JP3657374B2 - 内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用クランク軸のクランクアームにおける回転バランスの向上化を目的とする構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関用クランク軸及びその軸支構造について、図６及び図７より説明する。
図６は従来のクランクアーム構造を有する内燃機関におけるクランク室部分の正面断面図、図７は従来のクランク軸におけるクランクピン３’を共有するクランクアーム１’とクランクアーム２’を示す部分正面図である。
【０００３】
シリンダブロック１１’内に形成されるクランク室において、クランク軸を左右方向に横設軸支するものであって、その一端をシリンダブロック１１’より外側に突出させ、フライホイル７’を取り付けている。クランク室内においては、シリンダブロック１１’と一体状に複数のクランクジャーナル受け部１１’ａを形成し、メタルキャップ１２’と各クランクジャーナル受け部１１’ａとで、ラジアル軸受であるジャーナルメタル１３’を挟持しており、各ジャーナルメタル１３’にてクランク軸のクランクジャーナル４’を回転自在に軸受けしている。更に、最もフライホイル７’寄りのクランクジャーナル受け部１１’ａにおいては、クランク軸のスラスト圧を受けるべく、最もフライホイル７’側のクランクアーム２’への接触部分（クランクアーム２’のクランクジャーナル４’への連接部分）と、クランクジャーナル４’に環状に形成されるスラスト受け部５’への接触部分とに、スラスト軸受としてのスラストメタル１４’・１４’を配設している。
【０００４】
クランク軸は、内燃機関の気筒数に応じて、複数のクランクアーム１’・２’やクランクピン３’、及びクランクジャーナル４’等を組み合わせてなるものである。クランクピン３’は、ラジアル軸受としてのクランクピンメタル１５’を介して、シリンダライナ１７’内のピストン（図示せず）より連接されるコンロッド１６’の大端部に軸受けされる。
【０００５】
通常、クランクピン３’を共有する左右のクランクアーム１’・２’は、対称形となっており、左右いずれのクランクアーム１’・２’にも、反クランクピン３’側にバランスウェイト８’を取り付ける。しかし、例えば、図６図示の最もフライホイル寄りのクランクアーム２’に関しては、図７の如く、バランスウェイト８’を取り付けず、代わって、該バランスウェイト８’の取付部分に該当する部分を、それ以外の（一般の）クランクアーム１’のバランスウェイト８’の取付部分に比して延出させ、延出部Ａ’を形成している。
しかし、該従来の構成では、該クランクアーム２’における、クランクピン３’とクランクジャーナル４’との間の連結部分であるアーム部分２’ａの形状は、加工経済上、図７の如くに、クランクピン３’を共有する他の一般の（バランスウェイト８’を取り付ける）クランクアーム１’のアーム部分１’ａと対称形である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関のスラスト軸受（スラストメタル１４’）の寿命向上や、低騒音化を図る上では、前記のクランクアーム２’におけるスラストメタル１４’に対する接触面積を拡大してスラスト力をより大きく受けられるようにすることが重要である。
【０００７】
クランクジャーナル４’に対して反アーム部分２’ａ側の部分については、前記の如く延出部Ａ’を一層延出させることで、接触面積を拡大できるが、これは、その反対側のアーム部分２’ａのスラストメタル１４’への接触面積と均等にしなければならない。然るに、クランクアーム２’のアーム部分２’ａがクランクピン３’を共有するクランクアーム１’のアーム部分１’ａと対称形である状態では、該クランクアーム２’におけるアーム部分２’ａのスラストメタル１４’への接触面積は制約される。
【０００８】
即ち、図７の如く、アーム部分１’ａ・２’ａともに先端の左右幅がＬで、アーム部分１’ａ・２’ａの外側端の正面視傾斜角度が同一であって、クランクジャーナル４’の軸芯Ｘ’からアーム部分２’ａのスラストメタル１４’への接触部分の外縁部までの距離は、クランクピン３’を共有するクランクアーム１’における当該距離と同一のＲに制約される。従って、延出部Ａ’についても、これに釣り合うべく、あまり大きく延出させることはできない。
【０００９】
また、一クランク軸中の全クランクアームの中で、一クランクアームのみ、延出部Ａ’のように延出することは、他のクランクアームとのアンバランスを生じやすく、起振源となる。
このように、従来の構造では、スラスト軸受に対する接触面積には制約があり、低騒音化等についても、ある程度までの限界があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上のような課題を解決すべく、次のような手段を用いる。
請求項１においては、内燃機関用クランク軸の中で、一つのクランクピン３を共有する二つのクランクアーム１・２のうち、一方のクランクアーム２のクランクジャーナル４への連接部をスラストメタル１４に接触させる場合において、他方のクランクアーム１のアーム部分１ａ先端の左右幅をＬ１とすると、前記クランクアーム２のアーム部分２ａの先端の左右幅は、Ｌ１より長いＬ２とし、該クランクアーム１・２において、該アーム部分１ａ・２ａの先端よりクランクジャーナル４・４にかけての側面を、正面視傾斜角度を同一として、各アーム部分１ａ・２ａを加工し、該クランクアーム２のアーム部分２ａにつ いては、クランクピン３と反対側へ膨出する膨出部Ｂを形成し、クランクジャーナル４の軸芯Ｘより、アーム部分２ａのクランクジャーナル４への連接部分に形成されるスラストメタル１４への接触部分の外縁部までの距離Ｒ２を、該膨出部Ｂの分だけ、クランクアーム１における当該距離Ｒ１に比して長くしたものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１記載の内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造において、該クランクピン３を共有する他方のクランクアーム１の反クランクピン３の側には、バランスウエイト８を取付け、最もフライホイール寄りのクランクアーム２に関しては、反クランクピン３側にバランスウエイト８を取付ける代わりに、バランスウエイト８の取付部分に、前記クランクアーム１に比して延出させた延出部Ａを形成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付の図面を基に説明する。
図１は本発明に係るクランクアーム構造を有する内燃機関におけるクランク室部分の正面断面図、図２はクランク軸におけるクランクピン３を共有するクランクアーム１とクランクアーム２を示す部分正面図、図３はクランクアーム１にバランスウェイト８を取り付けたクランク軸の部分正面図、図４はバランスウェイト８を取り付けたクランクアーム１の側面断面図、図５はクランクアーム１をバランスウェイト座面１ｂより見た平面図である。
【００１３】
図１より、クランク軸の軸支構造について説明する。
まず、シリンダブロック１１内に形成されるクランク室において、クランク軸を左右方向に横設軸支するものであって、その一端をシリンダブロック１１より外側に突出させ、フライホイル７を取り付けている。クランク室内においてはシリンダブロック１１と一体状に複数のクランクジャーナル受け部１１ａを形成し、メタルキャップ１２と各クランクジャーナル受け部１１ａとで、ラジアル軸受であるジャーナルメタル１３を挟持しており、各ジャーナルメタル１３にて、クランク軸のクランクジャーナル４を回転自在に軸受けしている。更に、最もフライホイル７寄りのクランクジャーナル受け部１１ａにおいてはクランク軸のスラスト圧を受けるべく、最もフライホイル７側のクランクアーム２への接触部分と、クランクジャーナル４に環状に形成されるスラスト受け部５への接触部分とに、スラスト軸受であるスラストメタル１４・１４を配設している。
【００１４】
クランク軸の構成について、図１及び図２より説明する。
クランク軸は、内燃機関の気筒数に応じて、複数のクランクアーム１及び２、クランクピン３、クランクジャーナル４等を組み合わせてなるものである。クランクピン３は、ラジアル軸受としてのクランクピンメタル１５を介して、シリンダライナ１７内のピストン（図示せず）より連接されるコンロッド１６の大端部に軸受けされる。
【００１５】
通常、クランクピン３を共有する左右のクランクアーム１・２は、対称形となっており、左右いずれのクランクアーム１・２にも、クランクジャーナル４を介して反クランクピン３側にバランスウェイト８を取り付ける。
しかし、図１図示の最もフライホイル寄りのクランクアーム２に関しては、図２の如く、バランスウェイト８を取り付けず、代わって、該バランスウェイト８の取付部分に該当する部分をそれ以外の（一般の）クランクアーム１に比して延出させ、延出部Ａを形成している。そして、該クランクアーム２における、クランクピン３とクランクジャーナル４との間の連結部分であるアーム部分２ａに関しては、図２の如く一般のクランクアーム１のアーム部分１ａに比して、反クランクピン３側に膨出させている。
【００１６】
具体的に言うと、クランクアーム１のアーム部分１ａ先端の左右幅がＬ１である場合に、クランクアーム２のアーム部分２ａの先端の左右幅は、Ｌ１より長いＬ２としており、クランクアーム１・２について、該アーム部分１ａ・２ａの先端よりクランクジャーナル４・４にかけての正面視傾斜角度を同一にして各アーム部分１ａ・２ａを加工すると、該クランクアーム２のアーム部分２ａについては、クランクピン３の反対側（外側）に膨出する膨出部Ｂが形成される。この膨出部Ｂの分だけ、クランクジャーナル４の軸芯Ｘより、アーム部分２ａのクランクジャーナル４への連接部分に形成されるスラストメタル１４への接触部分の外縁部までの距離（即ち、円状のスラストメタル接触部の半径）は、Ｒ２となり、クランクアーム１における当該距離Ｒ１に比して長くなる。即ち、スラストメタル１４への接触面積を拡張できる。そして、これに伴って、延出部Ａの延出幅も従来の図７に図示する延出部Ａ’の延出幅に比して長くなり、この部分においてのスラストメタル１４への接触面積も拡張できるのである。
【００１７】
こうして、最もフライホイル寄りのクランクアーム２に関して、スラスト軸受面積を大きく取ることができ、各クランクアーム１・２の重量バランスも均一化されて、低振動化及び低騒音化を図ることができるのである。
【００１８】
なお、本実施例では、最もフライホイル寄りのクランクアームのみを、延出部Ａ及び膨出部Ｂを付与するクランクアーム２として、後はバランスウェイト８を取り付ける一般のクランクアーム１としているが、その他にも、クランクピン３を共有する左右のクランクアームについて、一方をバランスウェイト８を取り付けるクランクアーム１とし、他方を延出部Ａ及び膨出部Ｂを設けたクランクアーム２としてもよい。
【００１９】
次に、従来のクランクアームとバランスウェイトとの締結構造について図６、図８乃至図１０より説明する。
図８は従来のクランクアーム１’にバランスウェイト８’を取り付けたクランク軸の部分正面図、図９は従来のバランスウェイト８’を取り付けたクランクアーム１’の側面断面図、図１０は従来のクランクアーム１’をバランスウェイト座面１’ｂより見た平面図である。
【００２０】
従来、クランクアーム１’（スラストメタル１４’に接触させないクランクアーム）とバランスウェイト８’との締結は、中央に一本の位置決めピン１０’を配し、その両側に一本ずつのボルト９’を配しており、つまり、一本の位置決めピン１０’と、二本のボルト９’・９’にて締結している。なお、クランクアーム１’におけるバランスウェイト座面１’ｂ及びバランスウェイト８’の取付面については、図８乃至図１０図示のものは平面状であるが、この部分をインロー（凹凸）形状としたり、或いはセレーション形状としたりするものも公知となっている。
【００２１】
従来のクランクアーム１’に対するバランスウェイト８’の締結構造においては、二本のボルト９’を必要とし、締結作業に時間がかかる。また、位置決めに際しては、中央の一本の位置決めピン１０’を中心としてバランスウェイト８’が回動する傾向があり、クランクアーム１’とバランスウェイト８’との螺子孔を合わせにくく、また、螺子孔の合わせを目視で確認しながらの作業となるため、バランスウェイト８’の取付方向にも制約があった。従来に見られる、クランクアームとバランスウェイトとの接触面をインロー（凹凸）形状やセレーション形状にしたものは、この位置決めが容易にできるが、加工が複雑になる。
【００２２】
次に、クランクアーム１におけるバランスウェイト８の取付構造について、図１、図３乃至図５より説明する。
クランクアーム１には、図５の如く、バランスウェイト座面１ｂが形成されていて、該バランスウェイト座面１ｂにて、中央には、螺子孔１ｃ、その両側には、位置決めピン孔１ｄ・１ｄが穿設されている。
【００２３】
一方、バランスウェイト８においても、中央に貫通孔８ａを穿設し、クランクアーム１のバランスウェイト取付面１ｂへの接触面において、該貫通孔８ａの両側に位置決めピン孔８ｂ・８ｂを穿設している。バランスウェイト８の取付に際しては、位置決めピン１０・１０を位置決めピン孔１ｄ・１ｄに挿入して突出させておき、該突出部をバランスウェイト８の位置決めピン孔８ｂ・８ｂに挿入するようにして、（逆に、バランスウェイト８の位置決めピン孔８ｂ・８ｂに予め位置決めピン１０・１０を挿入して突出させ、その突出部をクランクアーム１の位置決めピン孔１ｄ・１ｄに挿入する方法もある。）バランスウェイト８を位置決めすると、貫通孔８ａ・螺子孔１ｃが合致する。そして、ボルト９を貫通孔８ａ・螺子孔１ｃに螺入して、バランスウェイト８をクランクアーム１に締止するのである。
【００２４】
このように、本発明に係るクランクアーム１とバランスウェイト８との締結構造においては、ボルト９が一本ですみ、また、ボルト９の螺装前に、二本の位置決めピン１０・１０にて位置決めすることで、螺子孔１ｃ・貫通孔８ａが合うので、ボルト９の螺装作業も非常に容易化される。
【００２５】
そして、クランクアームへのバランスウェイト取付作業に際しては、まず二本の位置決めピンにて位置決めすることで、クランクアームとバランスウェイトとの一本分の螺子孔が合致し、そして、一本のボルトにて締結するので、バランスウェイトの着脱作業は非常に容易化され、更には、ボルト点数削除分の低コスト化も図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、内燃機関用クランク軸に関して、以上のように構成するので、次のような効果を奏する。
請求項１記載の如く、内燃機関用クランク軸の中で、一つのクランクピン３を共有する二つのクランクアーム１・２のうち、一方のクランクアーム２のクランクジャーナル４への連接部をスラストメタル１４に接触させる場合において、他方のクランクアーム１のアーム部分１ａ先端の左右幅をＬ１とすると、前記クランクアーム２のアーム部分２ａの先端の左右幅は、Ｌ１より長いＬ２とし、該クランクアーム１・２において、該アーム部分１ａ・２ａの先端よりクランクジャーナル４・４にかけての側面を、正面視傾斜角度を同一として、各アーム部分１ａ・２ａを加工し、該クランクアーム２のアーム部分２ａについては、クランクピン３と反対側へ膨出する膨出部Ｂを形成し、クランクジャーナル４の軸芯Ｘより、アーム部分２ａのクランクジャーナル４への連接部分に形成されるスラストメタル１４への接触部分の外縁部までの距離Ｒ２を、該膨出部Ｂの分だけ、クランクアーム１における当該距離Ｒ１に比して長くしたので、膨出部を設けたクランクアームについては、スラスト軸受に対する接触面積が拡張される。従って、クランク軸全体のスラスト力を多くの面積で軸受けできるようになり、内燃機関の低振動化に貢献する。
【００２７】
請求項２の如く、請求項１記載の内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造において、該クランクピン３を共有する他方のクランクアーム１の反クランクピン３の側には、バランスウエイト８を取付け、最もフライホイール寄りのクランクアーム２に関しては、反クランクピン３側にバランスウエイト８を取付ける代わりに、バランスウエイト８の取付部分に、前記クランクアーム１に比して延出させた延出部Ａを形成したので、請求項１の構成により、スラストメタル１４への接触面積を拡張できることに伴って、延出部Ａの延出幅も、従来の図７に図示する延出部Ａ’の延出幅に比して長くなり、この部分においてのスラストメタル１４への接触面積も拡張できるようになったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るクランクアーム構造を有する内燃機関におけるクランク室部分の正面断面図である。
【図２】 クランク軸におけるクランクピン３を共有するクランクアーム１とクランクアーム２を示す部分正面図である。
【図３】 クランクアーム１にバランスウェイト８を取り付けたクランク軸の部分正面図である。
【図４】 バランスウェイト８を取り付けたクランクアーム１の側面断面図である。
【図５】 クランクアーム１をバランスウェイト座面１ｂより見た平面図である。
【図６】 従来のクランクアーム構造を有する内燃機関におけるクランク室部分の正面断面図である。
【図７】 従来のクランク軸におけるクランクピン３’を共有するクランクアーム１’とクランクアーム２’を示す部分正面図である。
【図８】 従来のクランクアーム１’にバランスウェイト８’を取り付けたクランク軸の部分正面図である。
【図９】 従来のバランスウェイト８’を取り付けたクランクアーム１’の側面断面図である。
【図１０】 従来のクランクアーム１’をバランスウェイト座面１’ｂより見た平面図である。
【符号の説明】
１ クランクアーム
１ａ アーム部分
１ｂ バランスウェイト座面
１ｃ 螺子孔
１ｄ 位置決めピン孔
２ クランクアーム
２ａ アーム部分
Ａ 延出部
Ｂ 膨出部
３ クランクピン
４ クランクジャーナル
８ バランスウェイト
８ａ 貫通孔
８ｂ 位置決めピン孔
９ ボルト
１０ 位置決めピン
１１ シリンダブロック
１１ａ クランクジャーナル受け部
１３ ジャーナルメタル
１４ スラストメタル

Claims (2)

1. 内燃機関用クランク軸の中で、一つのクランクピン３を共有する二つのクランクアーム１・２のうち、一方のクランクアーム２のクランクジャーナル４への連接部をスラストメタル１４に接触させる場合において、
   他方のクランクアーム１のアーム部分１ａ先端の左右幅をＬ１とすると、前記クランクアーム２のアーム部分２ａの先端の左右幅は、Ｌ１より長いＬ２とし、
   該クランクアーム１・２において、該アーム部分１ａ・２ａの先端よりクランクジャーナル４・４にかけての側面を、正面視傾斜角度を同一として、各アーム部分１ａ・２ａを加工し、
   該クランクアーム２のアーム部分２ａについては、クランクピン３と反対側へ膨出する膨出部Ｂを形成し、クランクジャーナル４の軸芯Ｘより、アーム部分２ａのクランクジャーナル４への連接部分に形成されるスラストメタル１４への接触部分の外縁部までの距離Ｒ２を、該膨出部Ｂの分だけ、クランクアーム１における当該距離Ｒ１に比して長くしたことを特徴とする内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造。
2. 請求項１記載の内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造において、
   該クランクピン３を共有する他方のクランクアーム１の反クランクピン３の側には、バランスウエイト８を取付け、
   最もフライホイール寄りのクランクアーム２に関しては、反クランクピン３側にバランスウエイト８を取付ける代わりに、バランスウエイト８の取付部分に、前記クランクアーム１に比して延出させた延出部Ａを形成したことを特徴とする内燃機関用クランク軸のクランクアーム構造。

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