JP2001020937A - Internal combustion engine having irregular journal diameter crankshaft - Google Patents

Internal combustion engine having irregular journal diameter crankshaft

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JP2001020937A
JP2001020937A JP11193017A JP19301799A JP2001020937A JP 2001020937 A JP2001020937 A JP 2001020937A JP 11193017 A JP11193017 A JP 11193017A JP 19301799 A JP19301799 A JP 19301799A JP 2001020937 A JP2001020937 A JP 2001020937A
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JP
Japan
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journal
diameter
internal combustion
combustion engine
journals
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JP11193017A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Ozasa
俊博 小笹
Taku Noda
卓 野田
Shigeo Suzuki
繁雄 鈴木
Takanori Abekura
貴憲 阿部倉
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce frictional loss of a journal part while holding strength of a crankshaft by differing each diameter of journals from one another according to a difference of twist torques acted on a plurality of journals. SOLUTION: When a cylinder which is nearest to a timing belt of an in-line four-cylinder type gasoline engine is set as the first, a cylinder which is nearest to an output shaft is set as the fourth, and the maximum value of twist torques acted on journals 1J to 5J are set as T1max to T5max; there is a relation of T2max>T3max>T4max>T5max>T1max. On the basis of the difference of those torques, a second journal diameter D2 is set to the maximum value, a first journal diameter D1 is set to the minimum value, the rest of the journal diameters are set to the intermediate value between the diameters D2 and D1. Preferably, it is set to D2>D3>=D4>=D5>D1. Frictional loss generated at the journal parts can be reduced by contracting the journal diameters, and thereby, the frictional loss of the whole engine is largely reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に関し、
特にクランクシャフトの複数のジャーナルの直径が非同
一径に設定されている内燃機関に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an internal combustion engine,
In particular, the present invention relates to an internal combustion engine in which the diameters of a plurality of journals of a crankshaft are set to non-uniform diameters.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は、従来の一般的な車両用の直列4
気筒エンジンのクランクシャフトを示している。図示の
ように、各気筒の両側にクランクジャーナルが位置する
ように、5つのクランクジャーナル1J〜5Jが設けら
れている。全ジャーナルの直径は同一である。この直径
は、最も負荷の大きいジャーナルが必要とする大きさに
設定されている。
2. Description of the Related Art FIG.
2 shows a crankshaft of a cylinder engine. As shown, five crank journals 1J to 5J are provided such that the crank journals are located on both sides of each cylinder. All journals have the same diameter. This diameter is set to the size required by the heaviest loaded journal.

【0003】また、1番ジャーナル1Jと1番ピン1P
の間を給油孔が貫通している。この給油孔を用いて1番
ピン1Pへの給油、すなわち1番気筒のコンロッドへの
給油が行われる。同様に、2番ジャーナル2Jから2番
ピン2Pへ、4番ジャーナル4Jから3番ピン3Pへ、
5番ジャーナル5Jから4番ピン4Pへと給油孔が貫通
している。3番ジャーナル3Jには給油孔は設けられて
いない。
In addition, the first journal 1J and the first pin 1P
The oil supply hole penetrates between the two. Using this oil supply hole, oil supply to the first pin 1P, that is, oil supply to the connecting rod of the first cylinder is performed. Similarly, from the second journal 2J to the second pin 2P, the fourth journal 4J to the third pin 3P,
An oil supply hole extends from the fifth journal 5J to the fourth pin 4P. No oil hole is provided in the third journal 3J.

【0004】また特開平9−269004では、クラン
クシャフトのジャーナル径が非同一径に設定されてい
る。1番ジャーナルから5番ジャーナルにいくに従って
ジャーナル径が大きく設定されている。この設定によ
り、クランクシャフトの固有振動数を高くして、動剛性
を高めている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-269004, the journal diameter of the crankshaft is set to a non-uniform diameter. The journal diameter is set to increase from the first journal to the fifth journal. With this setting, the natural frequency of the crankshaft is increased to increase the dynamic rigidity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで従来より、燃
費向上等の理由から、内燃機関の摩擦損失を極力小さく
することが求められている。摩擦損失を大きく左右する
要因として、クランクシャフトのジャーナル径が挙げら
れる。したがってジャーナル径をできるだけ小さくし
て、摩擦損失を低減することが望ましい。しかしなが
ら、ジャーナル径を小さくするとクランクシャフトの強
度が低下してしまうという問題がある。
By the way, there has been a demand for minimizing the friction loss of the internal combustion engine as much as possible for the purpose of improving fuel efficiency. A factor that largely affects friction loss is a journal diameter of a crankshaft. Therefore, it is desirable to reduce the journal diameter as much as possible to reduce the friction loss. However, when the journal diameter is reduced, there is a problem that the strength of the crankshaft decreases.

【0006】また、内燃機関が高回転状態にあるとき
は、クランクピンへの給油状態、すなわちコンロッド軸
受への給油状態が悪化する。この原因の一つとして、ク
ランクジャーナル部でオイルに作用する遠心力が挙げら
れる。高回転下では、シリンダブロックからクランクジ
ャーナルに供給されるオイルに作用する遠心力が大きく
なる。そのため、クランクジャーナルから給油孔を通っ
てクランクピンへ供給されるオイルの量が減ってしま
う。
[0006] When the internal combustion engine is in a high rotation state, the state of oil supply to the crankpin, that is, the state of oil supply to the connecting rod bearing, deteriorates. One of the causes is a centrifugal force acting on the oil at the crank journal. Under high rotation, the centrifugal force acting on the oil supplied from the cylinder block to the crank journal increases. Therefore, the amount of oil supplied from the crank journal to the crankpin through the oil supply hole is reduced.

【0007】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、クランクシャフトの強度を十分に維
持しつつ、ジャーナル部の摩擦損失を低減できる内燃機
関を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can reduce the friction loss of a journal while sufficiently maintaining the strength of a crankshaft.

【0008】本発明のさらなる目的は、高回転下でのコ
ンロッド軸受の給油状態を良好にできる内燃機関を提供
することにある。
A further object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of improving the lubrication state of a connecting rod bearing under high rotation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るため、本発明は、クランクシャフトが複数のジャーナ
ルを有する内燃機関であって、燃焼爆発トルクと損失ト
ルクに基づくジャーナルねじりトルクの相違に応じて、
前記複数のジャーナルのジャーナル径が異なって設定さ
れていることを特徴とする。
(1) To achieve the above object, the present invention relates to an internal combustion engine having a crankshaft having a plurality of journals, wherein a difference between a combustion explosion torque and a journal torsion torque based on a loss torque is provided. In response to the,
The journal diameters of the plurality of journals are set differently.

【0010】本発明によれば、ジャーナルに作用するね
じりトルクがジャーナル毎に相違することを利用して、
ねじりトルクに応じてジャーナルの直径を設定する。す
なわちねじりトルクが小さいジャーナルの直径を小さく
する。これにより、クランクシャフトの強度を維持しつ
つ、ジャーナル径を小さくして、ジャーナル部で発生す
る摩擦損失を低減できる。そして内燃機関全体の摩擦損
失を低減し、燃費を向上することができる。またジャー
ナル径の縮小により内燃機関を軽量化することができ
る。
According to the present invention, utilizing the fact that the torsional torque acting on the journal differs for each journal,
Set the diameter of the journal according to the torsional torque. That is, the diameter of the journal having a small torsion torque is reduced. Thus, the journal diameter can be reduced while maintaining the strength of the crankshaft, and the friction loss generated in the journal portion can be reduced. And the friction loss of the whole internal combustion engine can be reduced, and the fuel efficiency can be improved. Further, the weight of the internal combustion engine can be reduced by reducing the diameter of the journal.

【0011】例えば内燃機関は直列n気筒型であり、出
力軸と反対側のジャーナルを1番ジャーナルとし、出力
軸に最も近いジャーナルをn+1番ジャーナルとする。
このとき、クランクジャーナルに作用するねじりトルク
は、2番>3番>4番>・・・>n番>n+1番>1番
となる。すなわちねじりトルクは、2番ジャーナルで最
も大きく、3番、4番・・・に行くに従い小さくなる。
1番ジャーナルのねじりトルクが最小である。このよう
なトルクの相違に基づき、2番ジャーナルの直径を最大
とし、1番ジャーナルの直径を最小とすることが好適で
ある。
For example, the internal combustion engine is an in-line n-cylinder type, the journal on the opposite side to the output shaft is the first journal, and the journal closest to the output shaft is the n + 1th journal.
At this time, the torsional torque acting on the crank journal is as follows: No. 2> No. 3> No. 4>. That is, the torsional torque is the largest in the second journal, and decreases as going to the third, fourth,.
The torsion torque of the No. 1 journal is the minimum. Based on such a difference in torque, it is preferable that the diameter of the second journal is maximized and the diameter of the first journal is minimized.

【0012】本発明では全ジャーナルの直径が異なって
設定されてもよい。例えば、ねじりトルクにより生じる
応力が全ジャーナルでほぼ一定になるようにジャーナル
径を設定する。しかしながら、すべてのジャーナルの直
径が異なるのではなく、一部のジャーナルの直径は同じ
に設定されてもよい。具体的には、2番>3番≧4番・
・・n番≧n+1番>1番というような設定が適当と考
えられる。
In the present invention, the diameters of all the journals may be set differently. For example, the journal diameter is set so that the stress generated by the torsional torque is substantially constant in all the journals. However, not all journals have different diameters, but some journals may have the same diameter. Specifically, No. 2> No. 3> No. 4
.. It is considered that the setting such as n.gtoreq.n + 1> 1 is appropriate.

【0013】(2)本発明の好ましい一態様では、3番
ジャーナルのジャーナル径が2番ジャーナルより小さく
設定され、2番ジャーナルと3番ジャーナルの間の2番
クランプピンへの給油孔が、3番ジャーナルに設けられ
る。他のクランクピンの給油も本発明により小径化され
たジャーナルから行う。
(2) In a preferred embodiment of the present invention, the journal diameter of the third journal is set smaller than that of the second journal, and the lubrication hole for the second clamp pin between the second journal and the third journal is 3 Numbered journal. Refueling of other crankpins is also performed from the journal reduced in diameter according to the present invention.

【0014】上述したように、本発明では、ジャーナル
ねじりトルクの相違に基づいて、2番ジャーナル径より
3番ジャーナル径を小さく設定する。そして、従来は2
番ジャーナルから2番ピンへ給油していたのと異なり、
本発明では3番ジャーナルから2番ピンへオイルを供給
する。
As described above, in the present invention, the third journal diameter is set smaller than the second journal diameter based on the difference in the journal torsional torque. And conventionally, 2
Unlike refueling from pin # 2 to pin # 2,
In the present invention, oil is supplied from the third journal to the second pin.

【0015】したがって本発明によれば、直径が小さい
ジャーナルからクランクピンへの給油が行われる。ジャ
ーナル径が小さいので、ジャーナル部分でオイルに作用
する遠心力が小さい。特に高回転では遠心力が顕著に低
減する。遠心力の低下により、ジャーナルからクランク
ピンへの給油孔にオイルが入り易くなる。さらには、ジ
ャーナル径が小さいので、ジャーナル隙間の端から漏れ
るオイルの量も減る。以上よりクランクピンへの給油量
を増大し、給油状態を良好にすることができる。
Therefore, according to the present invention, lubrication from the small diameter journal to the crankpin is performed. Since the journal diameter is small, the centrifugal force acting on the oil in the journal portion is small. Especially at high rotation, the centrifugal force is significantly reduced. The decrease in the centrifugal force makes it easier for oil to enter the oil supply hole from the journal to the crankpin. Further, since the journal diameter is small, the amount of oil leaking from the end of the journal gap is reduced. As described above, the amount of lubrication to the crankpin can be increased, and the lubrication state can be improved.

【0016】本発明によれば、このような給油状態の改
善によりコンロッド軸受の負荷を軽減できる。さらに、
内燃機関の高回転化を図ったり、給油ポンプの小型化を
図ることもできる。
According to the present invention, the load on the connecting rod bearing can be reduced by improving the lubrication condition. further,
It is also possible to increase the rotation speed of the internal combustion engine and reduce the size of the oil supply pump.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
(以下、実施形態という)について、図面を参照し説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0018】図2は本実施形態の内燃機関を示してい
る。図2にはクランクシャフト1とその周辺部のみが簡
略化して示されている。エンジンの一端に出力軸が取り
付けられ、他端にはタイミングベルトが設けられる。
FIG. 2 shows the internal combustion engine of the present embodiment. FIG. 2 shows only the crankshaft 1 and its peripheral portion in a simplified manner. An output shaft is attached to one end of the engine, and a timing belt is provided at the other end.

【0019】この内燃機関は、直列4気筒型のガソリン
エンジンであり、4つのシリンダが等間隔に配列されて
いる。タイミングベルトに最も近いシリンダを1番、出
力軸に最も近いシリンダを4番とする。
This internal combustion engine is an in-line four-cylinder gasoline engine, in which four cylinders are arranged at equal intervals. The cylinder closest to the timing belt is numbered 1, and the cylinder closest to the output shaft is numbered 4.

【0020】クランクシャフト1は、5つのジャーナル
1J〜5Jおよび4つのクランクピン1P〜4Pを有
し、これらは交互に配置されている。ジャーナルとクラ
ンクピンは、カウンタウエイト付きのウエブ4で連結さ
れている。
The crankshaft 1 has five journals 1J to 5J and four crank pins 1P to 4P, which are arranged alternately. The journal and the crankpin are connected by a web 4 with a counterweight.

【0021】5つのジャーナル1J〜5Jは、隣合うシ
リンダの間と、1、4番シリンダの外側に配置されてい
る。出力軸から最も遠いジャーナル、すなわちタイミン
グベルト側のジャーナルを1番ジャーナル1Jとする。
以降、出力軸に近づくに従いジャーナル番号が大きくな
る。すなわち、1、2番シリンダの間に2番ジャーナル
2Jが、2、3番シリンダの間に3番ジャーナル3J
が、3、4番シリンダの間に4番ジャーナル4Jが、そ
して4番シリンダの出力軸側に5番ジャーナル5Jが配
置される。ジャーナルJ1〜J5のジャーナル径(直
径)をD1〜D5とする。
The five journals 1J to 5J are arranged between adjacent cylinders and outside the first and fourth cylinders. The journal furthest from the output shaft, that is, the journal on the timing belt side is defined as the first journal 1J.
Thereafter, the journal number increases as approaching the output shaft. That is, the second journal 2J is between the first and second cylinders, and the third journal 3J is between the second and third cylinders.
The fourth journal 4J is arranged between the third and fourth cylinders, and the fifth journal 5J is arranged on the output shaft side of the fourth cylinder. The journal diameters (diameters) of the journals J1 to J5 are D1 to D5.

【0022】5つのジャーナル1J〜5Jはシリンダブ
ロック3に支持されている。具体的には、シリンダブロ
ック3のブロック本体3aとキャップ3bが形成する穴
(ハウジング)にジャーナル軸受が組み込まれ、この軸
受にジャーナルが支持される。
The five journals 1J to 5J are supported by the cylinder block 3. Specifically, a journal bearing is incorporated into a hole (housing) formed by the block body 3a and the cap 3b of the cylinder block 3, and the journal is supported by this bearing.

【0023】4つのクランクピン1P〜4Pは、それぞ
れ1〜4番シリンダの中央に位置している。各クランク
ピンにはコンロッド5が取り付けられている。コンロッ
ド5の大端部側の穴に取り付けられたコンロッド軸受5
aがクランクピンに接している。コンロッド5の小端部
にはピストンが取り付けられている(図示せず)。
The four crank pins 1P to 4P are located at the centers of the first to fourth cylinders, respectively. A connecting rod 5 is attached to each crank pin. Connecting rod bearing 5 attached to the hole on the large end side of connecting rod 5
a is in contact with the crankpin. A piston is attached to the small end of the connecting rod 5 (not shown).

【0024】また1番ジャーナル1Jの先には、オイル
ポンプ取付け部7、タイミングベルトプーリ取付け部9
およびクランクプーリ取付け部11が順次設けられてい
る。一方、5番ジャーナル5Jの先には、出力軸を取り
付けるためのフランジ部13が設けられている。フラン
ジ部13は、クラッチまたはトルクコンバータを介して
変速機に連結される。
At the end of the first journal 1J, an oil pump mounting portion 7, a timing belt pulley mounting portion 9
And a crank pulley mounting portion 11 are sequentially provided. On the other hand, a flange 13 for attaching an output shaft is provided at the end of the fifth journal 5J. The flange portion 13 is connected to a transmission via a clutch or a torque converter.

【0025】「ジャーナル径の設定」次に本実施形態の
特徴について説明する。本実施形態では、5つのジャー
ナルに作用するねじりトルクの相違に応じて、5つのジ
ャーナルの直径が異なって設定されている。
[Setting of Journal Diameter] Next, features of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the diameters of the five journals are set differently according to the difference in the torsional torque acting on the five journals.

【0026】5つのジャーナル1J〜5Jに作用するね
じりトルクの最大値をT1max〜T5maxとする。
このとき、T2max>T3max>T4max>T5
max>T1maxの関係がある。すなわち、2番ジャ
ーナルに最も大きなトルクがかかり、3、4、5番ジャ
ーナルの順でトルクが小さくなる。そして1番ジャーナ
ルのトルクは、5番ジャーナルより小さく、最小であ
る。
The maximum value of the torsional torque acting on the five journals 1J to 5J is defined as T1max to T5max.
At this time, T2max>T3max>T4max> T5
There is a relation of max> T1max. That is, the largest torque is applied to the second journal, and the torque decreases in the order of the third, fourth, and fifth journals. The torque of the first journal is smaller than that of the fifth journal and is the minimum.

【0027】このようなトルクの相違に基づき、大きな
トルクが作用するジャーナルの直径を大きく設定し、小
さなトルクが作用するジャーナルの直径を小さく設定す
る。すなわち2番ジャーナル径D2を最大に、1番ジャ
ーナル径D1を最小に設定する。残りのジャーナル径
は、D2とD1の中間であればよい。好ましくは、D2
>D3≧D4≧D5>D1というように、4番ジャーナ
ル径は3番ジャーナル径以下、5番ジャーナル径は4番
ジャーナル径以下に設定する(D5=D1でもよい)。
Based on such a difference in torque, the diameter of the journal on which a large torque acts is set large, and the diameter of the journal on which a small torque acts is set small. That is, the second journal diameter D2 is set to the maximum and the first journal diameter D1 is set to the minimum. The remaining journal diameter may be between D2 and D1. Preferably, D2
The fourth journal diameter is set to be equal to or smaller than the third journal diameter such that> D3 ≧ D4 ≧ D5> D1 (D5 = D1 may be used).

【0028】図2の例の場合は、3、4、5番ジャーナ
ル径が同一に設定されている(D2>D3=D4=D5
>D1)。これらのジャーナル径を同一にしたことによ
り、クランクシャフトおよびシリンダブロックの加工が
容易になっている。
In the example of FIG. 2, the diameters of the third, fourth and fifth journals are set to be the same (D2> D3 = D4 = D5).
> D1). By making these journal diameters the same, machining of the crankshaft and cylinder block is facilitated.

【0029】またシリンダブロック3のハウジング径も
ジャーナル径に対応して異なって設定されている。各ハ
ウジング径は、該当ジャーナルの直径に、軸受厚さの2
倍を加算した値になっている。
The housing diameter of the cylinder block 3 is set differently in accordance with the journal diameter. Each housing diameter is the diameter of the corresponding journal, 2 times the bearing thickness.
It is a value obtained by adding double.

【0030】以上のジャーナル径の設定について、さら
に詳細に説明する。ジャーナルの伝達トルクをTi(i
はジャーナル番号)とする。燃焼爆発によって発生する
トルクをTbjとし、各シリンダの損失トルクをTlj
とする(jはシリンダ番号)。損失トルクは、摩擦、慣
性、ガスの圧縮、吸排気仕事などに起因するトルクであ
る。j番シリンダの燃焼爆発時のi番ジャーナルの伝達
トルクは下記のように表される。この式より、2番ジャ
ーナルの伝達トルクT2が最大、1番ジャーナルの伝達
トルクT1が最小であることが導かれる。
The setting of the journal diameter will be described in more detail. Let the transmission torque of the journal be Ti (i
Is the journal number). The torque generated by the combustion explosion is Tbj, and the loss torque of each cylinder is Tlj
(J is the cylinder number). The loss torque is a torque resulting from friction, inertia, gas compression, intake / exhaust work, and the like. The transmission torque of the i-th journal at the time of combustion explosion of the j-th cylinder is expressed as follows. From this equation, it is derived that the transmission torque T2 of the second journal is maximum and the transmission torque T1 of the first journal is minimum.

【0031】[0031]

【数1】 図3は、4気筒エンジンにおける各ジャーナルのねじり
モーメントの算出結果の例を示している。横軸はクラン
ク回転角であり、縦軸はモーメントである。図3より、
トルクの最大値は、2、3、4、5番ジャーナルの順に
小さくなることが分かる。1番ジャーナルは図中に示さ
れていないが、1番ジャーナルには補機ベルト等の駆動
のために比較的小さなトルクが作用するので、そのトル
ク値を適当に設定する。ジャーナルに作用するトルク
は、実験やシミュレーションにより求めてもよい。
(Equation 1) FIG. 3 shows an example of the calculation result of the torsional moment of each journal in a four-cylinder engine. The horizontal axis is the crank rotation angle, and the vertical axis is the moment. From FIG.
It can be seen that the maximum value of the torque decreases in the order of the second, third, fourth and fifth journals. Although the first journal is not shown in the drawing, a relatively small torque acts on the first journal for driving the accessory belt and the like, so the torque value is appropriately set. The torque acting on the journal may be determined by experiment or simulation.

【0032】ここで、ジャーナルに作用する最大せん断
応力τmaxは、ねじりモーメントMzを用いて下記のよ
うに表される。rはジャーナル半径、Izは断面極2次
モーメント、Dはジャーナル径である。
Here, the maximum shear stress τmax acting on the journal is expressed as follows using the torsional moment Mz. r is the journal radius, Iz is the second moment of area pole, and D is the journal diameter.

【0033】[0033]

【数2】τmax = Mz・r/Iz = 2Mz/πr3 =
16Mz/πD3 Mzは上述したようにMz2>Mz3>Mz4>Mz5>Mz
1となっている(添え字はジャーナル番号)。したがっ
てτmaxを一定にすると、1番〜5番ジャーナルの直径
D1〜D5の関係は、D2>D3>D4>D5>D1と
なる。この関係に基づき、本発明では2番ジャーナルの
直径が最大に、1番ジャーナルの直径が最小に設定され
ている(D2>D3≧D4≧D5>D1)。したがっ
て、必要な強度を維持しつつ、各ジャーナルのねじりト
ルクに応じてジャーナル径を適当な小さな値に設定する
ことができる。
Τmax = Mz · r / Iz = 2Mz / πr3 =
16Mz / πD3 Mz is Mz2>Mz3>Mz4>Mz5> Mz as described above.
1 (subscript is the journal number). Therefore, when τmax is fixed, the relationship between the diameters D1 to D5 of the first to fifth journals is D2>D3>D4>D5> D1. Based on this relationship, in the present invention, the diameter of the second journal is set to the maximum and the diameter of the first journal is set to the minimum (D2> D3 ≧ D4 ≧ D5> D1). Therefore, the journal diameter can be set to an appropriate small value according to the torsional torque of each journal while maintaining the required strength.

【0034】なお、上式のτmaxに許容応力を代入し、
Mzにねじりモーメントの最大値(図3参照)を代入す
れば、ジャーナル径の最小値(下限)が求まる。すべて
のジャーナル径をそれぞれの最小値に設定することが好
適であり、これにより本発明の利点が最大限に得られ
る。しかし、ジャーナル径が最小値に設定されなくて
も、本発明の利点は十分に得られる。
By substituting the allowable stress for τmax in the above equation,
By substituting the maximum value of the torsional moment (see FIG. 3) into Mz, the minimum value (lower limit) of the journal diameter can be obtained. It is preferred to set all journal diameters to their respective minimum values, thereby maximizing the advantages of the present invention. However, even if the journal diameter is not set to the minimum value, the advantages of the present invention can be sufficiently obtained.

【0035】以上に説明したように、本発明によれば、
せん断応力を考慮して、ねじりトルクに基づきジャーナ
ルの直径が異なって設定されている。これによりクラン
クシャフトの強度を維持しつつ、ジャーナル径を小さく
できる。
As described above, according to the present invention,
In consideration of the shear stress, the diameter of the journal is set differently based on the torsional torque. Thus, the journal diameter can be reduced while maintaining the strength of the crankshaft.

【0036】ジャーナル径の縮小により、ジャーナル部
で発生する摩擦損失を低減できる。ジャーナル部の潤滑
における摩擦せん断力τは、下式で表される。
By reducing the diameter of the journal, the friction loss generated in the journal can be reduced. The friction shear force τ in lubrication of the journal portion is expressed by the following equation.

【0037】[0037]

【数3】τ = μ・U/h = μ・(D・ω/2)/h μはオイルの粘度、hは軸受隙間、U(=Dω/2)は
ジャーナル軸受の相対速度、Dはジャーナル径、ωはジ
ャーナル角速度である。この式より、ジャーナル径を小
さくすると、摩擦損失が減ることが分かる。実際、ジャ
ーナル径の縮小は、エンジン全体の摩擦損失の低減に大
きく寄与する。
Τ = μ · U / h = μ · (D · ω / 2) / h μ is the oil viscosity, h is the bearing clearance, U (= Dω / 2) is the relative speed of the journal bearing, and D is The journal diameter, ω, is the journal angular velocity. From this equation, it can be seen that reducing the journal diameter reduces the friction loss. In fact, reducing the diameter of the journal contributes significantly to reducing the friction loss of the entire engine.

【0038】したがって本発明によれば、摩擦損失が低
減するのでエンジンの燃費を向上できる。さらには、本
発明によればジャーナル径の縮小によりクランクシャフ
トおよびエンジン全体を軽量化することができる。
Therefore, according to the present invention, since the friction loss is reduced, the fuel efficiency of the engine can be improved. Further, according to the present invention, the weight of the crankshaft and the entire engine can be reduced by reducing the diameter of the journal.

【0039】なお、本実施形態では4気筒エンジンを取
り上げたが、気筒数が異なる場合も同様であることはも
ちろんである。直列n気筒型内燃機関において、ねじり
トルクは2番ジャーナルで最大となり、1番ジャーナル
で最小となる。そこで、2番ジャーナル径D2を最大
に、1番ジャーナル径D1を最小に、残りのジャーナル
J3〜J(n+1)の中間に設定する。各ジャーナル径
は、ねじりトルクから得られるせん断応力に基づいて適
当に設定する。
In this embodiment, a four-cylinder engine has been described, but the same applies to a case where the number of cylinders is different. In the in-line n-cylinder internal combustion engine, the torsional torque is maximum at the second journal and minimum at the first journal. Therefore, the diameter of the second journal D2 is set to the maximum, the diameter of the first journal D1 is set to the minimum, and the middle is set between the remaining journals J3 to J (n + 1). Each journal diameter is appropriately set based on the shear stress obtained from the torsional torque.

【0040】「給油構成」次に、本実施形態のもう一つ
の特徴であるクランク給油構造について説明する。
Next, a crank lubrication structure which is another characteristic of the present embodiment will be described.

【0041】図2を参照すると、シリンダブロック3の
キャップ3bを貫通してジャーナル給油孔15が設けら
れている。ジャーナル給油孔15は、5つのジャーナル
に対応する5つのキャップ3bのすべてに設けられてい
る。この給油孔15を通って、ジャーナルとジャーナル
軸受の隙間にオイルが供給される。
Referring to FIG. 2, a journal oil supply hole 15 is provided through the cap 3b of the cylinder block 3. The journal oil holes 15 are provided in all five caps 3b corresponding to the five journals. Oil is supplied to the gap between the journal and the journal bearing through the oil supply hole 15.

【0042】給油孔15は3bにかえて3a側のブロッ
ク本体に設けることもできる。
The oil supply hole 15 can be provided in the block body on the 3a side instead of 3b.

【0043】クランクピンとコンロッド軸受の隙間への
給油は以下のようにして行われる。クランクシャフトを
貫通して4本のピン給油孔17〜23が設けられてい
る。ピン給油孔17は1番ジャーナルから1番ピンへ達
し、ピン給油孔19は3番ジャーナルから2番ピンへ達
し、ピン給油孔21は4番ジャーナルから3番ピンへ達
し、ピン給油孔17は5番ジャーナルから4番ピンへ達
している。
Oil is supplied to the gap between the crankpin and the connecting rod bearing as follows. Four pin oil supply holes 17 to 23 are provided through the crankshaft. The pin lubrication hole 17 reaches from the first journal to the first pin, the pin lubrication hole 19 reaches from the third journal to the second pin, the pin lubrication hole 21 reaches from the fourth journal to the third pin, and the pin lubrication hole 17 is It reaches from the 5th journal to the 4th pin.

【0044】ジャーナルに供給されたオイルの一部が、
これらのピン給油孔を通ってクランクピンに供給され
る。さらに、クランクピンに供給されたオイルの一部に
より、ピストン、ピストンリング、シリンダおよびピス
トンピンが潤滑される。
A part of the oil supplied to the journal is
The oil is supplied to the crank pin through these pin oil supply holes. Further, the piston, the piston ring, the cylinder and the piston pin are lubricated by a part of the oil supplied to the crank pin.

【0045】ここで2番ピンへの給油孔19に着目す
る。従来の一般的なクランクシャフトでは、図1に示し
たように、2番ピンへの給油は2番ジャーナルから行わ
れる。しかし本実施形態では、3番ジャーナルから2番
ピンへと給油が行われる。上述したように、本発明では
ねじりトルクを考慮して3番ジャーナル径が小さく設定
されている。この小径のジャーナルから給油を行うの
で、2番ピンの給油状態を良好にすることができる。
Here, attention is paid to the oil supply hole 19 to the second pin. In a conventional general crankshaft, as shown in FIG. 1, lubrication to a No. 2 pin is performed from a No. 2 journal. However, in this embodiment, refueling is performed from the third journal to the second pin. As described above, in the present invention, the third journal diameter is set small in consideration of the torsional torque. Since lubrication is performed from this small-diameter journal, the lubrication state of the second pin can be improved.

【0046】給油状態が良好になる理由は以下のように
考えられる。
The reason why the refueling condition is improved is considered as follows.

【0047】クランクシャフトの回転によりジャーナル
には遠心力が作用し、ジャーナル部に供給されるオイル
にも遠心力が作用する。クランクピンへの給油孔に入る
ためには、オイルは遠心力と反対の方向に移動しなけれ
ばならない。
A centrifugal force acts on the journal due to the rotation of the crankshaft, and a centrifugal force also acts on the oil supplied to the journal. To enter the oil hole to the crankpin, the oil must move in a direction opposite to the centrifugal force.

【0048】本実施形態の場合、直径が小さい3番ジャ
ーナルから給油を行う。したがって、オイルに作用する
遠心力が小さいので、より多くのオイルが給油孔に進入
し、クランクピンに到達できる。
In the case of this embodiment, refueling is performed from the third journal having a small diameter. Therefore, since the centrifugal force acting on the oil is small, more oil can enter the oil supply hole and reach the crankpin.

【0049】また、ジャーナル部では、オイルが軸受端
部から漏れてオイルパンへと戻る。3番ジャーナルは直
径が小さいので、オイルの漏れ量が少ない。この点でも
2番ピンへの給油量を増大できる。
In the journal, oil leaks from the bearing end and returns to the oil pan. Since the third journal has a small diameter, the amount of oil leakage is small. Also in this respect, the amount of lubrication to the second pin can be increased.

【0050】このように本発明によれば、クランクピン
への給油量を増大できるので、コンロッド軸受の給油状
態を改善できる。
As described above, according to the present invention, the amount of lubrication to the crankpin can be increased, so that the lubrication state of the connecting rod bearing can be improved.

【0051】特に、高回転状態ではクランクピンの給油
状態が厳しくなり、コンロッド軸受の負荷が大きくな
る。一方、ジャーナル小径化による遠心力の低減とオイ
ル漏れ量の低減は、高回転で顕著である。したがって本
発明によれば、条件が厳しい高回転での給油状態を効果
的に改善することができる。
Particularly, in a high rotation state, the lubrication state of the crankpin becomes severe, and the load on the connecting rod bearing increases. On the other hand, the reduction of the centrifugal force and the reduction of the amount of oil leakage by reducing the diameter of the journal are remarkable at high rotation. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively improve a refueling state at a high rotation speed under severe conditions.

【0052】そして本発明によれば、給油状態の改善に
よりコンロッド軸受の負荷を軽減できる。さらに、内燃
機関の高回転化を図ったり、給油ポンプの小型化を図る
こともできる。
According to the present invention, the load on the connecting rod bearing can be reduced by improving the lubrication condition. Further, it is possible to increase the rotation speed of the internal combustion engine and reduce the size of the oil supply pump.

【0053】なお、ここでは3番ジャーナルから2番ピ
ンへの給油を取り上げて本発明の利点を説明した。しか
し、他のクランクピンへの給油も、本発明の適用により
小径化されたジャーナル、すなわち1、4、5番ジャー
ナルから行われており、したがって2番ピンと同様に給
油状態が改善される。
Here, the advantages of the present invention have been described by taking up the lubrication from the third journal to the second pin. However, lubrication to other crankpins is also performed from the journal whose diameter is reduced by applying the present invention, that is, the first, fourth, and fifth journals, and therefore, the lubrication condition is improved similarly to the second pin.

【0054】またここでは4気筒エンジンを取り上げて
説明したが、他の気筒数のエンジンについても同様であ
る。すなわち1番ピンへは1番ジャーナルから給油す
る。残りのピンについては、n番ピンへの給油をn+1
番ジャーナルから行う。これにより同様の効果が得られ
る。またV型エンジンや4気筒で3番ジャーナルなど主
軸受よりクランクピンの多いエンジンでは、給油は各ジ
ャーナルから行うが、径は2番ジャーナルが最大で1番
ジャーナルを最小にする。
Although a four-cylinder engine has been described here, the same applies to engines with other numbers of cylinders. That is, the first pin is refueled from the first journal. For the remaining pins, lubricate pin n by n + 1
From the number journal. Thereby, a similar effect can be obtained. In a V-type engine or an engine having a larger number of crankpins than the main bearing such as a 3rd journal in a 4-cylinder engine, lubrication is performed from each journal, but the diameter of the 2nd journal is the maximum and the diameter of the 1st journal is the minimum.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来の一般的な内燃機関のクランクシャフト
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a crankshaft of a conventional general internal combustion engine.

【図2】 本発明の実施形態の内燃機関を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

【図3】 クランクシャフトのジャーナルに作用するね
じりトルクを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a torsional torque acting on a journal of a crankshaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 クランクシャフト、1J 1番ジャーナル、2J
2番ジャーナル、3J3番ジャーナル、4J 4番ジャ
ーナル、5J 5番ジャーナル、1P 1番ピン、2P
2番ピン、3P 3番ピン、4P 4番ピン、3 シ
リンダブロック、3a ブロック本体、3b キャッ
プ、5 コンロッド、9 タイミングベルトプーリ取付
け部、13 フランジ部、15 ジャーナル給油孔、1
7,19,21,23 ピン給油孔。
1 crankshaft, 1J 1st journal, 2J
2nd journal, 3J3rd journal, 4J 4th journal, 5J 5th journal, 1P 1st pin, 2P
2nd pin, 3P 3rd pin, 4P 4th pin, 3 cylinder block, 3a block body, 3b cap, 5 connecting rod, 9 timing belt pulley mounting part, 13 flange part, 15 journal oil hole, 1
7,19,21,23 Pin oil hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 繁雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 阿部倉 貴憲 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 3J033 AA02 BA06 BA13 BB10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shigeo Suzuki 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Takanori Abekura Nagakute-machi, Aichi-gun, Aichi No. 41, No. 41, Changchun-ji, F-term in Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. (reference) 3J033 AA02 BA06 BA13 BB10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のジャーナルを有するクランクシャ
フトを含む内燃機関であって、 ジャーナルに作用するねじりトルクの相違に応じて、前
記複数のジャーナルのジャーナル径が異なって設定され
ていることを特徴とする内燃機関。
1. An internal combustion engine including a crankshaft having a plurality of journals, wherein journal diameters of the plurality of journals are set differently according to a difference in torsional torque acting on the journals. Internal combustion engine.
【請求項2】 請求項1に記載の内燃機関において、 前記内燃機関は直列n気筒型であり、 出力軸と反対側のジャーナルを1番ジャーナルとし、出
力軸に近づくに従いジャーナル番号が大きくなるとする
とき、 2番ジャーナルが最大ジャーナル径を有し、1番ジャー
ナルが最小ジャーナル径を有することを特徴とする内燃
機関。
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is an in-line n-cylinder type, the journal on the side opposite to the output shaft is the first journal, and the journal number increases as approaching the output shaft. The internal combustion engine wherein the second journal has a maximum journal diameter and the first journal has a minimum journal diameter.
【請求項3】 請求項2に記載の内燃機関において、 3番ジャーナルのジャーナル径が2番ジャーナルより小
さく設定され、 2番ジャーナルと3番ジャーナルの間の2番クランクピ
ンへの給油孔が、3番ジャーナルに設けられていること
を特徴とする内燃機関。
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the journal diameter of the third journal is set smaller than that of the second journal, and an oil supply hole for the second crank pin between the second journal and the third journal is provided. An internal combustion engine provided in a third journal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003049224A (en) * 2001-08-06 2003-02-21 Denki Kogyo Co Ltd Method for induction-hardening shaft-shaped member and its apparatus
CN114738261A (en) * 2021-11-10 2022-07-12 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 Variable-diameter crankshaft and power end shell for plunger pump and assembling method thereof

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