JP4967733B2 - Crankshaft - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関等に用いられるクランクシャフトに関する。   The present invention relates to a crankshaft used for an internal combustion engine or the like.

内燃機関やレシプロ式コンプレッサに用いられるクランクシャフトは、大まかに言えばクランクシャフトを内燃機関本体に対して回転可能に支承する部位であるメインジャーナルと、メインジャーナルの回転中心より偏心した部位に配置されコネクティングロッドに連結されるクランクピンと、メインジャーナルとクランクピンとを連結するクランクウェブから構成される。また多くの場合、クランクウェブのメインジャーナル中心を挟んでクランクピンと反対側の位置にカウンターウェイトが設けられている。カウンターウェイトはクランクウェブにボルト等で連結されるか、あるいは一体に形成されており、メインジャーナル回転中心を中心としたクランクピン及び該クランクピンに連結されるコネクティングロッドによって発生する回転アンバランスを相殺する。   Roughly speaking, crankshafts used in internal combustion engines and reciprocating compressors are arranged in a main journal that is a part that rotatably supports the crankshaft with respect to the main body of the internal combustion engine, and a part that is eccentric from the center of rotation of the main journal. The crank pin is connected to the connecting rod, and the crank web is connected to the main journal and the crank pin. In many cases, a counterweight is provided at a position opposite to the crankpin across the center of the main journal of the crank web. The counter weight is connected to the crank web with bolts or the like, or is formed integrally, and cancels the rotational imbalance generated by the crank pin around the main journal rotation center and the connecting rod connected to the crank pin. To do.

一方、従来の可変圧縮比内燃機関として、特許文献１や特許文献２に記載の複リンク式ピストンクランク機構を用いた構成が知られている。   On the other hand, as a conventional variable compression ratio internal combustion engine, a configuration using a multi-link type piston crank mechanism described in Patent Document 1 or Patent Document 2 is known.

図５は、この公知の複リンク式ピストンクランク機構の正面図（内燃機関前方からクランク軸に平行な視線で見た図）を示し、図６は、このような構成を直列４気筒内燃機関として適用した場合の図５の右側から見た縦断面図を示している。図６において左側が内燃機関前方であり、左側から順に１番〜４番気筒となる。   FIG. 5 shows a front view of this known multi-link type piston crank mechanism (viewed from the front of the internal combustion engine as viewed in parallel to the crankshaft), and FIG. 6 shows such a configuration as an in-line four-cylinder internal combustion engine. FIG. 6 is a longitudinal sectional view seen from the right side of FIG. 5 when applied. In FIG. 6, the left side is the front of the internal combustion engine, and the cylinders are Nos. 1 to 4 in order from the left side.

この公知の複リンク式ピストンクランク機構は、ピストン１のピストンピン２に連結されるアッパーリンク３と、このアッパーリンク３とクランクシャフト４のクランクピン５とを連結するロアリンク６と、クランクシャフト４に略並行に延びるコントロールシャフト７と、一端がコントロールシャフト７に揺動可能に支持され他端がロアリンク６に連結されるコントロールリンク８と、を備えている。また、コントロールシャフト７に対するコントロールリンク８の揺動中心と、コントロールシャフト７の回転中心とが偏心しており、このコントロールシャフト７の回転位置に応じてロアリンク６の姿勢が変化し、クランクピン５からピストンピン２までの距離が変化するようになっている。
アッパーリンク３とロアリンク６とはアッパーピン９を介して、コントロールリンク８とロアリンク６とはコントロールピン１０を介して、それぞれ揺動可能に連結される。 This known multi-link type piston crank mechanism includes an upper link 3 connected to the piston pin 2 of the piston 1, a lower link 6 connecting the upper link 3 and the crank pin 5 of the crankshaft 4, and the crankshaft 4. And a control link 8 having one end pivotably supported by the control shaft 7 and the other end coupled to the lower link 6. Further, the swing center of the control link 8 with respect to the control shaft 7 and the rotation center of the control shaft 7 are eccentric, and the posture of the lower link 6 changes according to the rotational position of the control shaft 7, The distance to the piston pin 2 changes.
The upper link 3 and the lower link 6 are connected through an upper pin 9 and the control link 8 and the lower link 6 are connected through a control pin 10 so as to be swingable.

尚、クランクシャフト７は、内燃機関前端、各気筒間および内燃機関後端の５箇所のバルクヘッドに設けられたメインベアリング１１ａ〜１１ｅによってシリンダブロック１２に保持されている。
特開２００１−２２７３６７号公報 特開２００２−６１５０１号公報 特開平４−６４７１５号公報 特開昭６１−２６２２１７号公報 特公昭５８−２８４４６号公報 特公平１−２９９６６号公報 特開昭６３−８８２１７号公報 The crankshaft 7 is held on the cylinder block 12 by main bearings 11a to 11e provided at five bulkheads at the front end of the internal combustion engine, between the cylinders, and at the rear end of the internal combustion engine.
JP 2001-227367 A JP 2002-61501 A JP-A-4-64715 JP-A-61-262217 Japanese Patent Publication No. 58-28446 Japanese Patent Publication No. 1-292966 JP-A-63-88217

クランクシャフトは微視的に見れば弾性体であるため、内燃機関の運転時に弾性変形する。特にクランクシャフトの振動系の共振周波数と内燃機関の回転速度の整数倍の周波数とが一致した場合、クランクシャフトの共振が励起され、振れ回るクランクシャフトがクランクシャフトの軸受部を経由して内燃機関本体に加振力を伝達するために内燃機関の運転騒音が悪化したり、クランクシャフトが変形しメインジャーナルやクランクピンの軸中心が連結される相手側部品の穴中心とずれるために潤滑状態が悪化するなどの不具合が発生する場合が有る。   Since the crankshaft is an elastic body when viewed microscopically, it is elastically deformed during operation of the internal combustion engine. In particular, when the resonance frequency of the crankshaft vibration system matches a frequency that is an integral multiple of the rotational speed of the internal combustion engine, the crankshaft resonance is excited and the swinging crankshaft passes through the bearing portion of the crankshaft. The operating condition of the internal combustion engine deteriorates due to the transmission of the excitation force to the main body, or the crankshaft is deformed and the center of the shaft of the main journal or crankpin is displaced from the center of the hole of the mating part. There may be cases where problems such as deterioration occur.

クランクシャフトの共振には、大きく分けて、クランクシャフトがメインジャーナルの回転中心を中心としてねじり変形する場合と、クランクシャフトがメインジャーナルの回転軸と直交する向きに曲げ変形する場合と、がある。後者の曲げ共振を改善するためにはクランクピンおよびメインジャーナルの曲げ剛性の改善、クランクウェブの曲げ剛性の改善、カウンターウェイトの等価曲げ質量の低減および等価曲げ剛性の改善等の方策が考えられるが、クランクピンおよびメインジャーナルの寸法は摩擦損失を低減する観点からあまり大きく出来ないため、現実にはクランクウェブやカウンターウェイトでの曲げ共振対策が必要になる。   The crankshaft resonance is broadly divided into a case where the crankshaft is torsionally deformed around the rotation center of the main journal and a case where the crankshaft is bent and deformed in a direction perpendicular to the rotation axis of the main journal. In order to improve the latter bending resonance, measures such as improving the bending rigidity of the crank pin and the main journal, improving the bending rigidity of the crank web, reducing the equivalent bending mass of the counterweight, and improving the equivalent bending rigidity can be considered. Since the dimensions of the crankpin and the main journal cannot be made very large from the viewpoint of reducing the friction loss, in reality, it is necessary to take measures against bending resonance with the crank web and the counterweight.

クランクウェブやカウンターウェイト部の形状に着目した従来技術としては、特許文献３〜６などが挙げられるが、いずれもクランクウェブやカウンターウェイトに凹部を形成するという特徴を有しているものの、ベアリング配置や潤滑性や鋳造性の改善を目的としたものである。   Prior arts that focus on the shape of the crank web and the counterweight part include Patent Documents 3 to 6 and the like, but all have a feature of forming a recess in the crank web and the counterweight, but bearing arrangement The purpose is to improve lubricity and castability.

また、クランクウェブのメインジャーナル回転中心に近い部位に凹部を設けた構成では、これらはクランクウェブの等価剛性を減少させるばかりでなく、等価質量に大きく寄与するカウンターウェイト外周付近の質量はほとんど減少させないために、曲げ変形にとっては悪化要因となりうるものである。   In addition, in the configuration in which the concave portion is provided in the portion near the rotation center of the main web of the crank web, these not only reduce the equivalent rigidity of the crank web but also hardly reduce the mass in the vicinity of the counterweight outer periphery that greatly contributes to the equivalent mass. Therefore, it can be a deteriorating factor for bending deformation.

従って、本発明の第１の目的は、クランクシャフトの曲げ共振の対策としてクランクウェブおよびカウンターウェイト部の等価曲げ剛性の改善と等価質量の低減である。   Therefore, the first object of the present invention is to improve the equivalent bending rigidity and reduce the equivalent mass of the crank web and the counterweight part as a countermeasure against the bending resonance of the crankshaft.

一方、前述の複リンク式内燃機関においては、圧縮比を可変に構成することが出来るというメリットに加え、複リンク式ピストンクランク機構のロアリンク６が梃子のような作用をすることによってクランクスロー（メインジャーナル回転中心からクランクピン５中心までの距離）に比べてピストン往復動のストロークを大きくすることが出来るというメリットを有する。すなわち、単リンク式のピストンクランク機構を用いる従前の内燃機関ではピストン往復動のストロークを拡大するためにはクランクスローを拡大しなければならず、クランクシャフトが回転する際の生存空間を大きくしなければならなかったが、複リンク機構を適切に設計すればクランクシャフトの生存空間はコンパクトに保ったままピストンストロークを拡大することが可能であるということであり、特にクランクシャフト４の回転中心よりも下方の内燃機関寸法を小さく保ったまま大排気量の内燃機関を実現することができ、内燃機関ひいてはそれが搭載される車両の低重心化に寄与する。   On the other hand, in the above-described multi-link internal combustion engine, in addition to the merit that the compression ratio can be made variable, the lower link 6 of the multi-link piston crank mechanism acts like a lever to perform crank throw ( Compared to the distance from the main journal rotation center to the center of the crankpin 5), the stroke of the piston reciprocation can be increased. That is, in a conventional internal combustion engine using a single link type piston crank mechanism, in order to increase the stroke of piston reciprocation, the crank throw must be increased, and the living space when the crankshaft rotates must be increased. However, if the multi-link mechanism is properly designed, the piston stroke can be expanded while keeping the living space of the crankshaft compact. An internal combustion engine having a large displacement can be realized while keeping the size of the internal combustion engine below, which contributes to lowering the center of gravity of the vehicle on which the internal combustion engine is mounted.

しかしながら、複リンク式ピストンクランク機構を用いてピストンストロークの拡大をしようとする際、ピストンストロークの拡大分だけ内燃機関の全高が増えるという問題点がある。仮に、内燃機関の全高を一定に保ったままピストンストロークを拡大しようとすると、下死点におけるピストン１の位置がクランクシャフト４回転中心に近接してくることになり、クランクシャフト４外周部とピストン１の干渉の恐れがでてくる。また、往復運動するピストン１を支えるシリンダボアはおおよそ下死点におけるピストンスカートの位置まで設ける必要が有り、同様にシリンダボアとクランクシャフト４外周部との干渉の恐れもでてくる。   However, when trying to expand the piston stroke using the multi-link piston crank mechanism, there is a problem that the total height of the internal combustion engine increases by the amount of the increased piston stroke. If an attempt is made to expand the piston stroke while keeping the overall height of the internal combustion engine constant, the position of the piston 1 at the bottom dead center will be close to the rotation center of the crankshaft 4, and the outer periphery of the crankshaft 4 and the piston There is a risk of 1 interference. Further, the cylinder bore that supports the reciprocating piston 1 needs to be provided up to the position of the piston skirt at the bottom dead center. Similarly, there is a risk of interference between the cylinder bore and the outer periphery of the crankshaft 4.

尚、ピストンとクランクシャフトの干渉問題に着目した従来技術としては特許文献７という例があるが、これはピストン側に切り欠きを設けてクランクシャフトのカウンターウェイトとの干渉を防止するものである。   As an example of the prior art focusing on the interference problem between the piston and the crankshaft, there is an example of Patent Document 7, which is provided with a notch on the piston side to prevent interference with the counterweight of the crankshaft.

本発明の第２の目的は、これらの干渉の恐れをクランクシャフト側の形状によって解消し、内燃機関の全高を増やすことなくピストンストロークの拡大を実現することである。   The second object of the present invention is to eliminate the possibility of such interference by the shape on the crankshaft side, and to realize the expansion of the piston stroke without increasing the overall height of the internal combustion engine.

そこで、本発明は、メインジャーナルとクランクピンとを連結するクランクウェブを有し、上記クランクウェブのメインジャーナル中心を挟んで上記クランクピンと反対側の位置にカウンターウェイトが設けられたクランクシャフトにおいて、上記クランクウェブのクランクピン側となる内側面に、メインジャーナル中心と同心状に段差を設け、この段差よりメインジャーナル中心寄りの部分よりも、この段差より外周側の部分が薄肉となるよう形成され、上記メインジャーナル中心から上記段差までの距離が、該メインジャーナル中心からピストン下死点時のピストンスカート下端までの距離より短くなるよう設定されていることを特徴としている。
Therefore, the present invention provides a crankshaft having a crank web that connects a main journal and a crankpin, and a counterweight provided at a position opposite to the crankpin across the center of the main journal of the crank web. the inner surface of the crank pin side of the web, a step provided on the main journal center and concentrically, than the portion of the main journal center closer than this step, part of the outer peripheral side of the step is formed so as to be thin, the The distance from the main journal center to the step is set to be shorter than the distance from the main journal center to the lower end of the piston skirt at the bottom dead center of the piston .

本発明によれば、カウンターウェイトが内燃機関前後方向に曲がるように振動する共振モードの周波数を高くすることができ、運転中のクランク共振による騒音の悪化や潤滑状態の悪化を抑制することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to increase the frequency of the resonance mode in which the counterweight vibrates so as to bend in the longitudinal direction of the internal combustion engine, and it is possible to suppress the deterioration of noise and the deterioration of the lubrication state due to crank resonance during operation. become.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、複リンク式ピストンクランク機構の基本的な構成自体は前述した公知技術のものと特に変わりがないので、対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Since the basic structure itself of the multi-link type piston crank mechanism is not particularly different from that of the above-described known technology, the corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１〜図４は、本発明の第１実施例の説明図である。図１は、クランクシャフトの側面図であり、直列４気筒の複リンク式内燃機関の１気筒分の構成部品を抜き出して図示したものである。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１のクランクシャフトをクランクピンの長手方向中心で切断した断面図である。図３は、本発明に係るクランクシャフトが適用された複リンク式ピストンクランク機構をクランクシャフト軸方向から見た構成説明図であり、図４は、本発明に係るクランクシャフトが適用された複リンク式ピストンクランク機構をクランクシャフト軸直角方向から見た構成説明図である。   1 to 4 are explanatory views of a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view of a crankshaft, in which components for one cylinder of an in-line four-cylinder multi-link internal combustion engine are extracted and illustrated. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and is a cross-sectional view of the crankshaft of FIG. 1 cut along the longitudinal center of the crankpin. FIG. 3 is an explanatory view of the structure of a multi-link piston crank mechanism to which the crankshaft according to the present invention is applied as viewed from the axial direction of the crankshaft. FIG. 4 is a multi-link to which the crankshaft according to the present invention is applied. It is composition explanatory drawing which looked at the type piston crank mechanism from the direction perpendicular to the crankshaft axis.

クランクシャフト４はシリンダブロック１２のバルクヘッドのメインベアリング１１にメインジャーナル１３で支持され、クランクピン５にロアリンク６が回転自由に連結されている。本実施例の場合はクランクシャフト４は４気筒分すべてを連続した単一の材料から形成されている。クランクピン５とメインジャーナル１３とはクランクウェブ１４で連結されている。クランクウェブ１４のメインジャーナル中心１７を挟んでクランクピンと反対側の位置に、カウンターウェイト１５が形成されている。カウンターウェイト１５は、クランクピン５とロアリンク６の質量に起因するメインジャーナル中心１７周りの回転アンバランスをなるべく釣り合わせるように設定されている。カウンターウェイト１５の外周は、メインジャーナル中心１７を中心とする円弧状に形成されている。   The crankshaft 4 is supported by a main journal 13 on a main bearing 11 of a bulkhead of the cylinder block 12, and a lower link 6 is rotatably connected to the crankpin 5. In the case of the present embodiment, the crankshaft 4 is formed from a single material in which all four cylinders are continuous. The crank pin 5 and the main journal 13 are connected by a crank web 14. A counterweight 15 is formed at a position opposite to the crankpin across the main journal center 17 of the crank web 14. The counterweight 15 is set so as to balance the rotational imbalance around the main journal center 17 caused by the masses of the crankpin 5 and the lower link 6 as much as possible. The outer periphery of the counterweight 15 is formed in an arc shape with the main journal center 17 as the center.

そして、本実施例では、クランクウェブ１４のクランクピン５の方向を向いた内側面１４ａに、メインジャーナル中心１７と同心円状に段差１６が形成されており、段差１６よりもメインジャーナル中心１７に近い部位のクランクウェブ１４及びカウンターウェイト１５の肉厚は、段差１６よりも外周側のカウンターウェイト１５に比べて厚くなるよう形成されている。   In this embodiment, a step 16 is formed concentrically with the main journal center 17 on the inner side surface 14a of the crank web 14 facing the direction of the crankpin 5, and is closer to the main journal center 17 than the step 16. The thickness of the crank web 14 and the counterweight 15 at the site is formed so as to be thicker than the counterweight 15 on the outer peripheral side of the step 16.

内燃機関の運転時には、クランクピン５にはそれに連結される部品から燃焼荷重や慣性力が入力される。これらの入力のうち図１の上下方向の成分はクランクシャフト４を曲げ変形させようとする力として作用する。この力が交番荷重として作用することにより、クランクシャフト４は図１の矢印Ｐに示される方向に変形する。この変形時にカウンターウェイト１５の先端部は片持ち梁の曲げ振動に類似した振動モードを示すが、段差１６を境にカウンターウェイト１５の根元側が厚く、先端側が薄くなっているため、カウンターウェイト１５の全体を同一の肉厚で形成する場合や、先端側を根元側に比べて厚くする場合に比べ、本実施例のクランクシャフト４は片持ち梁の曲げ振動モードの等価質量が小さくなり、かつ等価剛性が高い形状になっている。従って、クランクシャフト４の曲げ共振の周波数、特にカウンターウェイトが振動の腹となるような共振モードの固有振動数は、従来技術のクランクシャフトに比較して高くなる。また、同一振幅の荷重がクランクピン５に作用した際のカウンターウェイト１５の振幅は従来技術より本実施例のほうが小さくなる。このように曲げ振動特性が改善されることにより、内燃機関運転時のクランク曲げ振動、特に回転速度の整数倍とクランクシャフト４の曲げ振動の固有振動数が一致する運転条件でのクランク曲げ振動が低減され、内燃機関に発生する騒音を減少させることができると共に、メインジャーナル１３やクランクピン５の軸受に対する傾きや偏心が減少するので、メインジャーナル中心１７やクランクピン中心１８が連結される相手側部品（メインベアリング１１やロアリンク６）の穴中心とずれるために生じる潤滑状態の悪化が防止され、フリクションロスを低減することができる。   During operation of the internal combustion engine, a combustion load and an inertial force are input to the crankpin 5 from components connected thereto. Of these inputs, the vertical component in FIG. 1 acts as a force to bend and deform the crankshaft 4. When this force acts as an alternating load, the crankshaft 4 is deformed in the direction indicated by the arrow P in FIG. At the time of this deformation, the tip of the counterweight 15 shows a vibration mode similar to the bending vibration of a cantilever beam. However, since the base side of the counterweight 15 is thick and the tip is thin at the step 16, the counterweight 15 The crankshaft 4 of this embodiment has a smaller equivalent mass in the bending vibration mode of the cantilever than the case where the whole is formed with the same thickness or the tip side is thicker than the base side. The shape is highly rigid. Therefore, the frequency of the bending resonance of the crankshaft 4, particularly the natural frequency of the resonance mode in which the counterweight becomes a vibration antinode, is higher than that of the crankshaft of the prior art. Further, the amplitude of the counterweight 15 when a load having the same amplitude is applied to the crankpin 5 is smaller in the present embodiment than in the prior art. By improving the bending vibration characteristics in this way, the crank bending vibration during the operation of the internal combustion engine, particularly the crank bending vibration under an operating condition in which the integral multiple of the rotational speed and the natural frequency of the bending vibration of the crankshaft 4 coincide with each other. As a result, the noise generated in the internal combustion engine can be reduced, and the inclination and eccentricity of the main journal 13 and the crankpin 5 with respect to the bearings can be reduced, so that the main journal center 17 and the crankpin center 18 are connected to each other. Deterioration of the lubrication state caused by shifting from the hole center of the component (main bearing 11 or lower link 6) is prevented, and friction loss can be reduced.

本実施例においては、クランクシャフト４のカウンターウェイト１５の最大外径（最大半径）、すなわちメインジャーナル中心１７からカウンターウェイト先端部１５ａまでの距離が、従来技術のクランクシャフトよりも大きく形成されており、図３のように内燃機関を前方から見た際に、カウンターウェイト１５がシリンダボアの下端２０と重なる。このように、カウンターウェイト１５の最大外径（最大半径）がメインジャーナル中心１７からシリンダボア下端２０までの距離よりも大きく構成されていることにより、カウンターウェイト１５は充分大きい質量をもつことになり、クランクピン５およびロアリンク６に起因するメインジャーナル中心１７を基準とした回転アンバランスをさらに好適な方向に釣り合わせることが可能になる。尚、カウンターウェイト先端部１５ａと干渉するシリンダボア下端部２０には切り欠き２１が設けられている。   In the present embodiment, the maximum outer diameter (maximum radius) of the counterweight 15 of the crankshaft 4, that is, the distance from the main journal center 17 to the counterweight tip 15a is formed larger than that of the crankshaft of the prior art. When the internal combustion engine is viewed from the front as shown in FIG. 3, the counterweight 15 overlaps the lower end 20 of the cylinder bore. Thus, since the maximum outer diameter (maximum radius) of the counterweight 15 is configured to be larger than the distance from the main journal center 17 to the cylinder bore lower end 20, the counterweight 15 has a sufficiently large mass. It becomes possible to balance the rotational imbalance based on the main journal center 17 caused by the crankpin 5 and the lower link 6 in a more preferable direction. A notch 21 is provided in the cylinder bore lower end 20 that interferes with the counterweight tip 15a.

また、カウンターウェイト１５に設けられた段差１６は、メインジャーナル中心１７から段差１６まで距離が、メインジャーナル中心１７からピストン下死点時のピストンスカート下端２２までの距離より短くなるよう設定されていると共に、メインジャーナル中心１７からシリンダボア下端２０までの距離より短くなるよう設定されている。   Further, the step 16 provided on the counterweight 15 is set such that the distance from the main journal center 17 to the step 16 is shorter than the distance from the main journal center 17 to the piston skirt lower end 22 at the bottom dead center of the piston. At the same time, it is set to be shorter than the distance from the main journal center 17 to the cylinder bore lower end 20.

このように段差１６を設けることにより、クランクウェブ１４のピストンスカートと干渉しない部分及び、クランクウェブ１４のシリンダボアと干渉しない部分の厚さをそれぞれ大きくすることができ、クランクウェブ１４の剛性、ひいてはクランクシャフト４の剛性を高くすることができる。   By providing the step 16 in this way, the thickness of the portion of the crank web 14 that does not interfere with the piston skirt and the portion of the crank web 14 that does not interfere with the cylinder bore can be increased. The rigidity of the shaft 4 can be increased.

そして、カウンターウェイト１５をその一般断面部１５ｂにおいては厚肉にし良好な回転バランス改善効果と曲げ振動低減効果を得つつ、カウンターウェイト１５との干渉を避けるためのシリンダボア下端の切り欠き２１をより小さくし、かつピストンスカートをより幅広い形状にすることができる。すなわち、段差１６を設けたことにより前述の振動特性改善のみならず、カウンターウェイト１５の最大外径を大きな値にしつつもピストン１やシリンダボアとの干渉問題は最小限の範囲でしか発生し得ないという効果も得ることができる。また、メインジャーナル中心１７からカウンターウェイト先端部１５ａまでの距離、すなわちカウンターウェイト１５のメインジャーナル中心１７を基準とした半径、を大きく保ちつつもピストン１が下降した際にピストン１とクランクシャフト４とが干渉することを防止でき、ピストン１の下降量すなわち内燃機関の行程容積を拡大することが可能になる。   Then, the counterweight 15 is thickened at the general cross section 15b, and the notch 21 at the lower end of the cylinder bore for avoiding interference with the counterweight 15 is made smaller while obtaining a good effect of improving the rotational balance and reducing the bending vibration. In addition, the piston skirt can have a wider shape. That is, by providing the step 16, not only the above-described vibration characteristic improvement but also the problem of interference with the piston 1 and the cylinder bore can occur only in a minimum range while the maximum outer diameter of the counterweight 15 is increased. The effect that can be obtained. Further, when the piston 1 is lowered while the distance from the main journal center 17 to the counterweight tip 15a, that is, the radius with respect to the main journal center 17 of the counterweight 15, is kept large, the piston 1 and the crankshaft 4 Can be prevented, and the descending amount of the piston 1, that is, the stroke volume of the internal combustion engine can be increased.

さらに、本実施例では、シリンダブロック１２のシリンダボア下端２０は、従来の内燃機関より低い位置まで下げられており、メインジャーナル中心１７からシリンダボア下端２０までの距離はカウンターウェイト１５の最大外径よりも小さくなっている。つまり、筒状に下方に延びたシリンダボア壁の側方をカウンターウェイト先端部１５ａが通過する。このように構成することにより、前述のようにピストン１を従来より下方までストロークさせた場合にもピストン１の姿勢を安定させることが可能になる。   Further, in this embodiment, the cylinder bore lower end 20 of the cylinder block 12 is lowered to a position lower than that of the conventional internal combustion engine, and the distance from the main journal center 17 to the cylinder bore lower end 20 is larger than the maximum outer diameter of the counterweight 15. It is getting smaller. That is, the counterweight front end portion 15a passes through the side of the cylinder bore wall that extends downward in a cylindrical shape. By configuring in this way, it is possible to stabilize the posture of the piston 1 even when the piston 1 is stroked downward from the conventional level as described above.

また、本実施例では、上記のように構成したことにより、従来のピストンクランク機構を用いる内燃機関や従来の複リンク式内燃機関よりも、下死点におけるピストン１の下端からメインジャーナル中心１７までの距離を小さくすることが可能になる。換言すれば、内燃機関のシリンダーブロックの高さを一定に保ったまま、本発明のクランクシャフト４を適用することによりピストン１のストローク量を大きくすることができ、排気量を拡大することが可能になる。通常の単リンク式ピストンクランク機構を用いる内燃機関においてはピストンのストローク量はクランクスロー（メインジャーナル中心１７からクランクピン中心１８までの距離）の略２倍であるが、複リンク式ピストンクランク機構を用いる内燃機関においてはロアリンク６がてこのような役割をすることにより、クランクスローの２倍以上のピストンストロークが得られる。特に、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリ（各リンク節の長さ）を適切に設定すれば、大きなピストンストローク拡大効果が得られる。   Further, in the present embodiment, since it is configured as described above, the lower end of the piston 1 at the bottom dead center to the main journal center 17 than the internal combustion engine using the conventional piston crank mechanism or the conventional multi-link internal combustion engine. The distance can be reduced. In other words, by applying the crankshaft 4 of the present invention while keeping the height of the cylinder block of the internal combustion engine constant, the stroke amount of the piston 1 can be increased and the exhaust amount can be increased. become. In an internal combustion engine using a normal single link type piston crank mechanism, the stroke amount of the piston is approximately twice the crank throw (distance from the main journal center 17 to the crankpin center 18). In the internal combustion engine to be used, the lower link 6 plays a role like this, so that a piston stroke more than twice the crank throw can be obtained. In particular, if the link geometry (the length of each link node) of the multi-link piston crank mechanism is set appropriately, a large piston stroke expansion effect can be obtained.

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。   The technical idea of the present invention that can be grasped from the above embodiment will be listed together with the effects thereof.

（１） メインジャーナルとクランクピンとを連結するクランクウェブを有し、上記クランクウェブのメインジャーナル中心を挟んで上記クランクピンと反対側の位置にカウンターウェイトが設けられたクランクシャフトにおいて、上記クランクウェブのクランクピン側となる内側面に、メインジャーナル中心と同心状に段差が設けられ、この段差よりもメインジャーナル中心寄りの部分に対して、この段差より外周側の部分が薄肉となるよう形成されている。これによって、カウンターウェイトが内燃機関前後方向に曲がるように振動する共振モードの周波数を高くすることができ、運転中のクランク共振による騒音の悪化や潤滑状態の悪化を抑制することが可能になる。また、クランクウェブもしくはカウンターウェイトの一部分と、ピストンスカートもしくはシリンダボア壁との干渉を避けることができる。換言すれば、上記段差を設けないクランクシャフトを採用する場合に比べてピストンスカートもしくはシリンダボア壁をクランクシャフト回転中心により近い位置に配置することが可能になり、内燃機関の高さを一定に保ったままピストンストロークを拡大することが可能になる。   (1) In a crankshaft having a crank web for connecting a main journal and a crank pin, and having a counterweight at a position opposite to the crank pin across the center of the main journal of the crank web, A step is provided concentrically with the center of the main journal on the inner surface on the pin side, and a portion closer to the center of the main journal than the step is formed so that a portion on the outer peripheral side from the step is thin. . As a result, the frequency of the resonance mode in which the counterweight vibrates so as to bend in the longitudinal direction of the internal combustion engine can be increased, and deterioration of noise and lubrication due to crank resonance during operation can be suppressed. Further, interference between a part of the crank web or the counterweight and the piston skirt or the cylinder bore wall can be avoided. In other words, the piston skirt or cylinder bore wall can be disposed closer to the crankshaft rotation center than when a crankshaft without a step is used, and the height of the internal combustion engine is kept constant. The piston stroke can be expanded as it is.

（２） 上記（１）に記載のクランクシャフトは、ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、一端が本体部の支持点に揺動可能に支持され、他端が上記ロアリンクに連結されたコントロールリンクと、を備えてなるピストンクランク機構に適用される。これによって、クランクシャフトの共振を抑制することが出来るため、内燃機関の潤滑性能改善や音振性能改善に大きく寄与することができる。また、上記ピストンクランク機構の各リンク節の長さを適切に設計すれば、クランクスローに比べてピストンストロークを大きく設定することが出来るため、クランクウェブもしくはカウンターウェイトの一部分と、ピストンスカートもしくはシリンダボア壁との干渉を避け内燃機関の高さを一定に保ったままピストンストロークを従来よりも拡大できる効果がより顕著に得られる。   (2) The crankshaft described in the above (1) includes an upper link having one end connected to a piston via a piston pin, a lower link connecting the other end of the upper link and a crankpin of the crankshaft, and one end And a control link having the other end connected to the lower link and supported by a support point of the main body, and is applied to a piston crank mechanism. Accordingly, the resonance of the crankshaft can be suppressed, which can greatly contribute to the improvement of the lubrication performance and the sound vibration performance of the internal combustion engine. In addition, if the length of each link node of the piston crank mechanism is appropriately designed, the piston stroke can be set larger than the crank throw, so that a part of the crank web or counterweight and the piston skirt or cylinder bore wall The effect that the piston stroke can be expanded more than the conventional one while maintaining the height of the internal combustion engine constant is avoided.

（３） 上記（１）または（２）に記載のクランクシャフトにおいて、上記カウンターウェイトの最大半径が、上記メインジャーナル中心からシリンダボア下端までの距離より大きくなるよう設定されている。これによって、カウンターウェイトを上記段差を設けない場合よりも大きな径に形成することができ、各クランクスローでのクランクシャフトのバランス率を改善することができ、内燃機関の音振性能を効果的に改善することができる。   (3) In the crankshaft described in (1) or (2) above, the maximum radius of the counterweight is set to be larger than the distance from the center of the main journal to the lower end of the cylinder bore. As a result, the counterweight can be formed with a larger diameter than when the step is not provided, the balance ratio of the crankshaft at each crank throw can be improved, and the sound vibration performance of the internal combustion engine can be effectively improved. Can be improved.

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載のクランクシャフトにおいて、上記メインジャーナル中心から上記段差までの距離が、該メインジャーナル中心からピストン下死点時のピストンスカート下端までの距離より短くなるよう設定されている。これによって、カウンターウェイトのメインジャーナル中心を基準とした半径を大きく保ちつつも、ピストンが下降した際にピストンとクランクシャフトとが干渉することを防止でき、ピストンの下降量すなわち内燃機関の行程容積を拡大することが可能になる。その際に、上記段差が設けられているためにピストンスカートと干渉しない部分のクランクウェブの厚さは大きくすることができ、クランクシャフトの剛性を高くできるため潤滑状態や音振性能を改善することが可能になる。   (4) In the crankshaft according to any one of (1) to (3), the distance from the center of the main journal to the step is a distance from the center of the main journal to the lower end of the piston skirt at the bottom dead center of the piston. It is set to be shorter. As a result, while maintaining a large radius with respect to the center of the main journal of the counterweight, it is possible to prevent the piston and the crankshaft from interfering with each other when the piston is lowered. It becomes possible to expand. At that time, since the step is provided, the thickness of the crank web that does not interfere with the piston skirt can be increased, and the rigidity of the crankshaft can be increased to improve the lubrication state and sound vibration performance. Is possible.

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載のクランクシャフトのおいて、上記メインジャーナル中心から上記段差までの距離が、該メインジャーナル中心からシリンダボア下端までの距離より短くなるよう設定されている。これによって、カウンターウェイトのメインジャーナル中心を基準とした半径を大きく保ちつつも、シリンダボアとクランクシャフトとが干渉することを防止でき、ピストンの下降量すなわち内燃機関の行程容積を拡大することが可能になる。その際に、上記段差が設けられているためにシリンダボアと干渉しない部分のクランクウェブの厚さは大きくすることができ、クランクシャフトの剛性を高くできるため潤滑状態や音振性能を改善することが可能になる。   (5) In the crankshaft according to any one of (1) to (4) above, the distance from the main journal center to the step is set to be shorter than the distance from the main journal center to the cylinder bore lower end. Has been. As a result, it is possible to prevent the cylinder bore and the crankshaft from interfering with each other while maintaining a large radius with respect to the center of the main journal of the counterweight, and it is possible to increase the piston lowering amount, that is, the stroke volume of the internal combustion engine. Become. At that time, since the step is provided, the thickness of the crank web that does not interfere with the cylinder bore can be increased, and the rigidity of the crankshaft can be increased, so that the lubrication state and sound vibration performance can be improved. It becomes possible.

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかに記載のクランクシャフトのおいて、ピストン往復のストロークが、クランクピン中心から上記メインジャーナル中心までの距離の２倍より大きくなるよう設定されている。これによって、クランクシャフトのクランクスローに比べて内燃機関の排気量を拡大することが可能になる。特にピストンの往復位置を段差を設けない従来のクランクシャフトを採用する場合よりも全体的に下側にすることが可能になり、大きなピストン往復量を確保しつつも内燃機関全体の高さを低く保つことが可能になる。   (6) In the crankshaft according to any one of (1) to (5), the reciprocating stroke of the piston is set to be greater than twice the distance from the center of the crankpin to the center of the main journal. Yes. As a result, the displacement of the internal combustion engine can be increased compared to the crank throw of the crankshaft. In particular, the reciprocating position of the piston can be entirely lower than when a conventional crankshaft without a step is adopted, and the overall height of the internal combustion engine is reduced while ensuring a large piston reciprocating amount. It becomes possible to keep.

本発明に係るクランクシャフトの側面図。The side view of the crankshaft which concerns on this invention. 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。Sectional drawing along the AA line of FIG. 本発明に係るクランクシャフトが適用された複リンク式ピストンクランク機構をクランクシャフト軸方向から見た構成説明図。The structure explanatory view which looked at the multi-link type piston crank mechanism to which the crankshaft concerning the present invention was applied from the direction of the crankshaft axis. 本発明に係るクランクシャフトが適用された複リンク式ピストンクランク機構をクランクシャフト軸直角方向から見た構成説明図。The structure explanatory view which looked at the multilink type piston crank mechanism to which the crankshaft concerning the present invention was applied from the direction perpendicular to the crankshaft axis. 公知の複リンク式ピストンクランク機構の構成説明図。An explanatory view of a configuration of a known multi-link type piston crank mechanism. 直列４気筒内燃機関の例の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the example of an in-line 4 cylinder internal combustion engine.

符号の説明Explanation of symbols

５…クランクピン
１３…メインジャーナル
１４…クランクウェブ
１５…カウンターウェイト
１６…段差
１７…メインジャーナル中心
１８…クランクピン中心 5 ... Crank pin 13 ... Main journal 14 ... Crank web 15 ... Counter weight 16 ... Step 17 ... Main journal center 18 ... Crank pin center

Claims (5)

メインジャーナルとクランクピンとを連結するクランクウェブを有し、上記クランクウェブのメインジャーナル中心を挟んで上記クランクピンと反対側の位置にカウンターウェイトが設けられたクランクシャフトにおいて、
上記クランクウェブのクランクピン側となる内側面に、メインジャーナル中心と同心状に段差が設けられ、この段差よりもメインジャーナル中心寄りの部分に対して、この段差より外周側の部分が薄肉となるよう形成され、
上記メインジャーナル中心から上記段差までの距離が、該メインジャーナル中心からピストン下死点時のピストンスカート下端までの距離より短くなるよう設定されていることを特徴とするクランクシャフト。 In a crankshaft having a crank web that connects a main journal and a crankpin, and a counterweight provided at a position opposite to the crankpin across the center of the main journal of the crank web,
A step is provided concentrically with the center of the main journal on the inner surface on the crank pin side of the crank web, and the outer peripheral portion of the step is thinner than the step closer to the center of the main journal. It is formed as,
The crankshaft is characterized in that a distance from the center of the main journal to the step is shorter than a distance from the center of the main journal to the lower end of the piston skirt at the bottom dead center of the piston . メインジャーナルとクランクピンとを連結するクランクウェブを有し、上記クランクウェブのメインジャーナル中心を挟んで上記クランクピンと反対側の位置にカウンターウェイトが設けられたクランクシャフトにおいて、
上記クランクウェブのクランクピン側となる内側面に、メインジャーナル中心と同心状に段差が設けられ、この段差よりもメインジャーナル中心寄りの部分に対して、この段差より外周側の部分が薄肉となるよう形成され、
上記メインジャーナル中心から上記段差までの距離が、該メインジャーナル中心からシリンダボア下端までの距離より短くなるよう設定されていることを特徴とするクランクシャフト。 In a crankshaft having a crank web that connects a main journal and a crankpin, and a counterweight provided at a position opposite to the crankpin across the center of the main journal of the crank web,
A step is provided concentrically with the center of the main journal on the inner surface on the crank pin side of the crank web, and the outer peripheral portion of the step is thinner than the step closer to the center of the main journal. It is formed as,
A crankshaft characterized in that a distance from the main journal center to the step is set to be shorter than a distance from the main journal center to a cylinder bore lower end . ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、一端が本体部の支持点に揺動可能に支持され、他端が上記ロアリンクに連結されたコントロールリンクと、を備えてなるピストンクランク機構に適用されることを特徴とする請求項１または２に記載のクランクシャフト。 An upper link having one end connected to the piston via a piston pin, a lower link connecting the other end of the upper link and the crank pin of the crankshaft, and one end supported to be swingable at a support point of the main body, The crankshaft according to claim 1 or 2 , wherein the crankshaft is applied to a piston crank mechanism including a control link having the other end connected to the lower link. 上記カウンターウェイトの最大半径が、上記メインジャーナル中心からシリンダボア下端までの距離より大きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクランクシャフト。 The crankshaft according to any one of claims 1 to 3, wherein a maximum radius of the counterweight is set to be larger than a distance from the center of the main journal to a lower end of the cylinder bore. ピストン往復のストロークが、クランクピン中心から上記メインジャーナル中心までの距離の２倍より大きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクランクシャフト。 The crankshaft according to any one of claims 1 to 4 , wherein the reciprocating stroke of the piston is set to be greater than twice the distance from the center of the crankpin to the center of the main journal.
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