JP2007040340A - V型6気筒エンジンのクランクシャフト - Google Patents
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Abstract
【課題】V型6気筒エンジンにおいて、発生する不釣合い偶力を十分に低減することができるクランクシャフトを提供することを目的とする。
【解決手段】V型6気筒エンジンのクランクシャフト1は、第1〜第6クランクピンP1〜P6と、第1〜第4クランクジャーナルJ1〜J4と、これらを互いに連結する第1〜第9アームA1〜A9とを備える。第1〜第9アームA1〜A9のうち、第3アームA3および第7アームA7の余剰重量部分(カウンターウエイトを含む)X3およびX7は、その重心G3およびG7がそれぞれ第1クランクピンP1および第6クランクピンP6の略反対方向に位置するように構成される。
【選択図】図5
【解決手段】V型6気筒エンジンのクランクシャフト1は、第1〜第6クランクピンP1〜P6と、第1〜第4クランクジャーナルJ1〜J4と、これらを互いに連結する第1〜第9アームA1〜A9とを備える。第1〜第9アームA1〜A9のうち、第3アームA3および第7アームA7の余剰重量部分(カウンターウエイトを含む)X3およびX7は、その重心G3およびG7がそれぞれ第1クランクピンP1および第6クランクピンP6の略反対方向に位置するように構成される。
【選択図】図5
Description
この発明は、V型6気筒エンジンのクランクシャフトに関する。
V型6気筒エンジンに用いられるクランクシャフトは、一般に、6つのクランクピンと、4つのクランクジャーナルと、これらを互いに連結する9つのアームとを備える。このアームのうちいくつかには、各アームに生じる回転慣性力およびクランクシャフトに生じる不釣合い偶力を低減するための、カウンターウエイトが設けられている。
従来のクランクシャフトにおいては、カウンターウエイトは、クランクシャフトの中心軸線に関して、各アームに連結されるクランクピンの正反対方向に位置していた。すなわち、連結されるクランクピンが1つだけであるアームについてはそのクランクピンの正反対方向、2つのクランクピンを連結するアームについてはそれらの中点の正反対方向である。
こうしたクランクシャフトの例は、特許文献1に開示される。なお特許文献1では、第4アームおよび第6アームはカウンターウエイトを有しない構成となっている。
従来のクランクシャフトにおいては、カウンターウエイトは、クランクシャフトの中心軸線に関して、各アームに連結されるクランクピンの正反対方向に位置していた。すなわち、連結されるクランクピンが1つだけであるアームについてはそのクランクピンの正反対方向、2つのクランクピンを連結するアームについてはそれらの中点の正反対方向である。
こうしたクランクシャフトの例は、特許文献1に開示される。なお特許文献1では、第4アームおよび第6アームはカウンターウエイトを有しない構成となっている。
しかしながら、従来のクランクシャフトでは、クランクシャフトに発生する不釣合い偶力の低減が十分になされないという問題があった。
これは、カウンターウエイトが設けられるアームのすべてについて、クランクピンの位置を基準として、その正反対方向にカウンターウエイトの重心が位置する構成となっていることによる。
これは、カウンターウエイトが設けられるアームのすべてについて、クランクピンの位置を基準として、その正反対方向にカウンターウエイトの重心が位置する構成となっていることによる。
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、発生する不釣合い偶力を十分に低減することができる、V型6気筒エンジンのクランクシャフトを提供することを目的とする。
上述の問題点を解決するため、この発明に係るV型6気筒エンジンのクランクシャフトは、前端から後端に向かう順に、第1〜第4クランクジャーナルであって、それらによってクランクシャフトが外部の支持部材に支持される、第1〜第4クランクジャーナルが、互いに同軸に設けられ、第1〜第4クランクジャーナルの中心軸線は、クランクシャフトの中心軸線となり、クランクシャフトには、外部のコンロッドに連結される第1〜第6クランクピンが設けられ、第1クランクジャーナルと第2クランクジャーナルとの間には、第1クランクピンおよび第2クランクピンが、第2クランクジャーナルと第3クランクジャーナルとの間には、第3クランクピンおよび第4クランクピンが、第3クランクジャーナルと第4クランクジャーナルとの間には、第5クランクピンおよび第6クランクピンが、それぞれ前端から後端に向かう順に配置され、第1〜第4クランクジャーナルおよび第1〜第6クランクピンのそれぞれの間には、前端から後端に向かう順に、それぞれを互いに連結する第1〜第9アームが設けられるクランクシャフトにおいて、第1、第2、第8および第9アームはカウンターウエイトを有し、第4および第6アームはカウンターウエイトを有さず、第3アームはカウンターウエイトを有し、クランクシャフトの軸方向から見て、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と、クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第3アーム用中央直線とし、第2クランクピンの中心軸線を投影した点と、クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第3アーム用第1直線とし、第3アーム用中央直線に関して、第3アーム用第1直線と対称である直線を、第3アーム用第2直線とするとき、第3アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第3アーム用第1直線に関して、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、かつ、第3アーム用第2直線に関して、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、第7アームはカウンターウエイトを有し、クランクシャフトの軸方向から見て、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と、クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第7アーム用中央直線とし、第5クランクピンの中心軸線を投影した点と、クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第7アーム用第1直線とし、第7アーム用中央直線に関して、第7アーム用第1直線と対称である直線を、第7アーム用第2直線とするとき、第7アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第7アーム用第1直線に関して、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、かつ、第7アーム用第2直線に関して、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置することを特徴とする。
このV型6気筒エンジンのクランクシャフトは、第3アームおよび第7アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心が、クランクシャフトの中心軸線に関し、それぞれ第1クランクピンおよび第6クランクピンと正反対となる方向を含む所定の範囲に位置するよう構成される。
このV型6気筒エンジンのクランクシャフトは、第3アームおよび第7アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心が、クランクシャフトの中心軸線に関し、それぞれ第1クランクピンおよび第6クランクピンと正反対となる方向を含む所定の範囲に位置するよう構成される。
第5アームは、回転慣性力を低減するためのカウンターウエイトを有することを特徴としてもよい。
クランクシャフトの軸方向から見て、第3アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第3アーム用中央直線上にあり、第7アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第7アーム用中央直線上にあることを特徴としてもよい。
クランクシャフトの軸方向の断面から見て、第3アームの余剰重量部分の重心を投影した点は、クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置し、第7アームの余剰重量部分の重心を投影した点は、クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置することを特徴としてもよい。
クランクシャフトの軸方向から見て、第3アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第3アーム用中央直線上にあり、第7アームのカウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、第7アーム用中央直線上にあることを特徴としてもよい。
クランクシャフトの軸方向の断面から見て、第3アームの余剰重量部分の重心を投影した点は、クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置し、第7アームの余剰重量部分の重心を投影した点は、クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置することを特徴としてもよい。
この発明によれば、V型6気筒エンジンのクランクシャフトにおいて、第3アームおよび第7アームの余剰重量部分の重心が、それぞれ第1クランクピンおよび第6クランクピンと正反対となる方向を含む所定の範囲に位置するよう構成されるので、クランクシャフトに発生する不釣合い偶力を十分に低減することができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1〜図3に、この実施の形態1に係るクランクシャフト1を示す。図1〜図3はそれぞれ、クランクシャフト1の右側面図、上面図、および斜視図である。
クランクシャフト1は、バンク角60°のV型6気筒ディーゼルエンジンに用いられるものであり、4つのクランクジャーナル(第1〜第4クランクジャーナル)J1〜J4、6つのクランクピン(第1〜第6クランクピン)P1〜P6、および9つのアーム(第1〜第9アーム)A1〜A9を含む。
実施の形態1.
図1〜図3に、この実施の形態1に係るクランクシャフト1を示す。図1〜図3はそれぞれ、クランクシャフト1の右側面図、上面図、および斜視図である。
クランクシャフト1は、バンク角60°のV型6気筒ディーゼルエンジンに用いられるものであり、4つのクランクジャーナル(第1〜第4クランクジャーナル)J1〜J4、6つのクランクピン(第1〜第6クランクピン)P1〜P6、および9つのアーム(第1〜第9アーム)A1〜A9を含む。
クランクジャーナルJ1〜J4は略円筒形であり、軸方向中央近傍を含む円筒部と、アームA1〜A9に接する両端部に応力集中を避けるために形成される丸み部Rとを含む。クランクジャーナルJ1〜J4は、この順で互いに離間して、互いに同軸に配置される。このクランクジャーナルJ1〜J4の中心軸線が、クランクシャフト1の中心軸線となる。
ここで、軸方向においてクランクジャーナルJ1側を前方、クランクジャーナルJ4側を後方とする。クランクジャーナルJ1〜J4はジャーナルベアリング(図示せず)を介してシリンダブロック(図示せず)に支持され、これによってクランクシャフト1が支持部材であるシリンダブロックに回転自在に支持される。
ここで、軸方向においてクランクジャーナルJ1側を前方、クランクジャーナルJ4側を後方とする。クランクジャーナルJ1〜J4はジャーナルベアリング(図示せず)を介してシリンダブロック(図示せず)に支持され、これによってクランクシャフト1が支持部材であるシリンダブロックに回転自在に支持される。
クランクジャーナルJ1〜J4の間に、コンロッド大端部(図示せず)が取り付けられるクランクピンP1〜P6が、この順で前端から後端に向かって配置される。クランクジャーナルJ1とクランクジャーナルJ2との間にクランクピンP1およびクランクピンP2が、クランクジャーナルJ2とクランクジャーナルJ3との間にクランクピンP3およびクランクピンP4が、クランクジャーナルJ3とクランクジャーナルJ4との間にクランクピンP5およびクランクピンP6が、それぞれ位置する。クランクピンP1〜P6は略円筒形であり、それぞれの端部にはクランクジャーナルJ1〜J4と同様に丸み部が形成される。
図4に、クランクシャフト1の軸方向前方から見た際の、クランクジャーナルJ1〜J4およびクランクピンP1〜P6の位置関係を示す。各クランクピンは60°ずつオフセットしており、周方向にクランクピンP1、P2、P5、P6、P3、P4の順に配置される。
図4に、クランクシャフト1の軸方向前方から見た際の、クランクジャーナルJ1〜J4およびクランクピンP1〜P6の位置関係を示す。各クランクピンは60°ずつオフセットしており、周方向にクランクピンP1、P2、P5、P6、P3、P4の順に配置される。
各クランクジャーナルおよび各クランクピンそれぞれの間には、これらを互いに連結するアームA1〜A9が、この順で前端から後端に向かって配置される。すなわち、クランクジャーナル、クランクピン、およびアームは、前端から後端に向かって、クランクジャーナルJ1、アームA1、クランクピンP1、アームA2、クランクピンP2、アームA3、クランクジャーナルJ2、アームA4、クランクピンP3、アームA5、クランクピンP4、アームA6、クランクジャーナルJ3、アームA7、クランクピンP5、アームA8、クランクピンP6、アームA9、クランクジャーナルJ4の順に連結される。
アームのうち、アームA1〜A3およびアームA7〜A9にはそれぞれ、各アームに生じる回転慣性力およびクランクシャフト1に生じる不釣合い偶力を低減するための、カウンターウエイトW1〜W3およびカウンターウエイトW7〜W9が形成される。残りのアーム、すなわちアームA4〜A6にはカウンターウエイトは形成されない。
図5にアームA3の形状を示す。図5は、図1のV−V線における断面図である。アームA3は、クランクピンP2およびクランクジャーナルJ2を連結する連結部分A3aと、連結部分A3aの外縁を囲む外縁部分A3bと、回転慣性力および不釣合い偶力を低減するためのカウンターウエイトW3とを含む。このうち、外縁部分A3bとカウンターウエイトW3とを合わせた領域を余剰重量部分X3とする。
以下、連結部分A3aおよび余剰重量部分X3の定義を示す。
以下、連結部分A3aおよび余剰重量部分X3の定義を示す。
図5には、クランクピンP2の外周を投影した円P2’と、クランクジャーナルJ2の外周を投影した円J2’とが示されている。円P2’および円J2’は、クランクピンP2およびクランクジャーナルJ2の軸方向両端の丸み部Rではなく、コンロッドまたはジャーナルベアリングと回転可能に嵌合する、円筒をなす部分の外周が投影されたものである。
クランクピンP2の中心軸線を投影した点(すなわち円P2’の中心)を点OP2とし、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点(すなわち円J2’の中心)を点OJとし、点OP2と点OJとを通る直線を、第3アーム用第1直線である直線cとする。円P2’と円J2’との共通接線をt1およびt2とする(共通接線が3本以上存在する場合は、直線cに関して両円で同じ側の接点を通る接線のみを考慮する)。この、円P2’および円J2’と、それらの共通接線t1およびt2によって画定される領域が連結部分A3aである。
クランクピンP2の中心軸線を投影した点(すなわち円P2’の中心)を点OP2とし、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点(すなわち円J2’の中心)を点OJとし、点OP2と点OJとを通る直線を、第3アーム用第1直線である直線cとする。円P2’と円J2’との共通接線をt1およびt2とする(共通接線が3本以上存在する場合は、直線cに関して両円で同じ側の接点を通る接線のみを考慮する)。この、円P2’および円J2’と、それらの共通接線t1およびt2によって画定される領域が連結部分A3aである。
以上のように連結部分A3aが定義され、アームA3のうち連結部分A3a以外の部分が余剰重量部分X3として定義される。この余剰重量部分X3の重心を、重心G3として図5に示す。
クランクシャフト1の中央に位置するアームA5からみて、アームA3側の最外端にあるクランクピン、すなわちクランクピンP1(図5には示されず)の中心軸線が投影された点を点OP1とする。この点OP1と、点OJとを通る直線を、第3アーム用中央直線である直線vとすると、重心G3は直線v上に位置し、点OJに関して点OP1と反対側である。すなわち、重心G3は、クランクシャフト1の中心軸線に関してクランクピンP1と正反対方向にある。
クランクシャフト1の中央に位置するアームA5からみて、アームA3側の最外端にあるクランクピン、すなわちクランクピンP1(図5には示されず)の中心軸線が投影された点を点OP1とする。この点OP1と、点OJとを通る直線を、第3アーム用中央直線である直線vとすると、重心G3は直線v上に位置し、点OJに関して点OP1と反対側である。すなわち、重心G3は、クランクシャフト1の中心軸線に関してクランクピンP1と正反対方向にある。
図6にアームA7の形状を示す。図6は、図1のVI−VI線における断面図である。アームA7は、上記のアームA3と同様に、連結部分A7aと、外縁部分A7bおよびカウンターウエイトW7を合わせた余剰重量部分X7とを含む。
余剰重量部分X7は、アームA3における余剰重量部分X3と同様に定義される。すなわち、クランクピンP5の中心軸線を投影した円P5’(中心は点OP5である)と、クランクジャーナルJ3の外周を投影した円J3’とに関連して連結部分A7aが画定され、アームA7から連結部分A7aを除いた部分が余剰重量部分X7となる。
余剰重量部分X7の重心G7は、クランクピンP6(図6には示されず)の中心軸線を投影した点OP6と、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点(すなわち円J3’の中心)である点OJとを通る直線上に位置し、点OJに関して点OP6と反対側である。
余剰重量部分X7は、アームA3における余剰重量部分X3と同様に定義される。すなわち、クランクピンP5の中心軸線を投影した円P5’(中心は点OP5である)と、クランクジャーナルJ3の外周を投影した円J3’とに関連して連結部分A7aが画定され、アームA7から連結部分A7aを除いた部分が余剰重量部分X7となる。
余剰重量部分X7の重心G7は、クランクピンP6(図6には示されず)の中心軸線を投影した点OP6と、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点(すなわち円J3’の中心)である点OJとを通る直線上に位置し、点OJに関して点OP6と反対側である。
アームA1、A2、A8、およびA9の形状は周知のものに従えばよいが、たとえば本実施の形態では、図1〜図3に示すように、各カウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心が、各々不釣合い偶力を低減する最適方向に位置するように構成される。
アームA1では、アームA1の余剰重量部分(図示せず。アームA3およびA7と同様に画定される)の重心は、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点とクランクピンP1の中心軸線を投影した点とを通る直線上に位置し、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点に関してクランクピンP1の中心と反対方向である。
アームA2では、アームA2の余剰重量部分(図示せず。アームA3およびA7と同様に画定される)の重心は、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点と、クランクピンP1の中心軸線を投影した点とを通る直線上に位置し、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点に関してクランクピンP1の中心と反対方向である。
アームA8およびA9に関しては、それぞれアームA2およびA1と同様である。
アームA1では、アームA1の余剰重量部分(図示せず。アームA3およびA7と同様に画定される)の重心は、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点とクランクピンP1の中心軸線を投影した点とを通る直線上に位置し、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点に関してクランクピンP1の中心と反対方向である。
アームA2では、アームA2の余剰重量部分(図示せず。アームA3およびA7と同様に画定される)の重心は、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点と、クランクピンP1の中心軸線を投影した点とを通る直線上に位置し、クランクシャフト1の中心軸線を投影した点に関してクランクピンP1の中心と反対方向である。
アームA8およびA9に関しては、それぞれアームA2およびA1と同様である。
図7〜図9に、各アームの全体重量および重心位置を含むバランスの状態を示す。
図7は図1を簡略化し、アームA1〜A3およびA7〜A9について、アーム全体の重量(連結部分と余剰重量部分とを含む)のバランスをアームごとに円で示したバランス図である。円の中心の位置はアームの全体重心の位置を表す。なお、アームA4〜A6はカウンターウエイトを有しないので、円は示されていない。
図8は、図2を同様に簡略化したバランス図であり、図9は、図7および図8のバランス図を軸方向前方から見たものである。
なお、この図7〜図9に示される円は、上記のようにアーム全体のバランスを示すものであり、カウンターウエイトのみのバランスや、余剰重量部分のみのバランスを示すものではない。たとえば、アームA3について、図7〜図9においてその全体重心を示す円は、図5における連結部分A3aと余剰重量部分X3との両方を含む重心を示すものであり、余剰重量部分X3のみの重心G3とは異なる位置にある。
図7は図1を簡略化し、アームA1〜A3およびA7〜A9について、アーム全体の重量(連結部分と余剰重量部分とを含む)のバランスをアームごとに円で示したバランス図である。円の中心の位置はアームの全体重心の位置を表す。なお、アームA4〜A6はカウンターウエイトを有しないので、円は示されていない。
図8は、図2を同様に簡略化したバランス図であり、図9は、図7および図8のバランス図を軸方向前方から見たものである。
なお、この図7〜図9に示される円は、上記のようにアーム全体のバランスを示すものであり、カウンターウエイトのみのバランスや、余剰重量部分のみのバランスを示すものではない。たとえば、アームA3について、図7〜図9においてその全体重心を示す円は、図5における連結部分A3aと余剰重量部分X3との両方を含む重心を示すものであり、余剰重量部分X3のみの重心G3とは異なる位置にある。
アームA1〜A3およびA7〜A9について、アーム全体の重量は、A1=A9>A2=A8>A3=A7という関係を満たす。また、クランクシャフト1の中心軸線とアームの全体重心との距離も、同じくA1=A9>A2=A8>A3=A7という関係を満たす。
図9において、クランクシャフト1の中心軸線からみたアーム全体重心の方向は、アームA1とアームA9が互いに正反対方向である。また、アームA1およびアームA9の全体重心を通る直線に関して、アームA2、A3、A7、A8の全体重心はすべて、クランクピンP2およびP5の中心と同じ側にある。さらに、アームA1およびアームA9の全体重心を通る直線と直交し、クランクシャフト1の中心軸線と交わる直線(図9に一点鎖線で示す)に関して、アームA1、A2、A3の全体重心はクランクピンP3、P5、P6の中心と同じ側にあり、アームA7、A8、A9の全体重心はこれと逆側、すなわちクランクピンP1、P2、P4の中心と同じ側にある。
図9において、クランクシャフト1の中心軸線からみたアーム全体重心の方向は、アームA1とアームA9が互いに正反対方向である。また、アームA1およびアームA9の全体重心を通る直線に関して、アームA2、A3、A7、A8の全体重心はすべて、クランクピンP2およびP5の中心と同じ側にある。さらに、アームA1およびアームA9の全体重心を通る直線と直交し、クランクシャフト1の中心軸線と交わる直線(図9に一点鎖線で示す)に関して、アームA1、A2、A3の全体重心はクランクピンP3、P5、P6の中心と同じ側にあり、アームA7、A8、A9の全体重心はこれと逆側、すなわちクランクピンP1、P2、P4の中心と同じ側にある。
次に、上記のように構成されるクランクシャフト1、各アーム、および各カウンターウエイトの作用を説明する。
エンジンが作動すると、ピストンに連結されたコンロッドの小端部が往復運動し、これに伴ってコンロッド大端部に連結されたクランクピンP1〜P6がクランクシャフト1の中心軸線の周りを回転する。この際、クランクピンP1〜P6およびコンロッド大端部を含む回転部重量による回転慣性力が働き、クランクジャーナルJ1〜J4とそれぞれを支持するジャーナルベアリングとの間で軸受荷重が発生する。
エンジンが作動すると、ピストンに連結されたコンロッドの小端部が往復運動し、これに伴ってコンロッド大端部に連結されたクランクピンP1〜P6がクランクシャフト1の中心軸線の周りを回転する。この際、クランクピンP1〜P6およびコンロッド大端部を含む回転部重量による回転慣性力が働き、クランクジャーナルJ1〜J4とそれぞれを支持するジャーナルベアリングとの間で軸受荷重が発生する。
カウンターウエイトW1〜W3およびW7〜W9は、それぞれ対応するアームにおける余剰重量部分の重心を、クランクシャフト1の中心軸線に関して、各アームに連結されるクランクピンと正反対方向または略反対方向に位置させるよう構成されているので、この回転慣性力を低減する。これによって、クランクジャーナルJ1〜J4に発生する軸受荷重が低減される。
また、ピストンおよびコンロッド小端部を含む往復部重量と、クランクピンP1〜P6およびコンロッド大端部を含む回転部重量とによって、回転一次成分の不釣合い偶力が発生する。これは、クランクシャフト1にいわゆるみそすり運動を発生させる原因となる。
カウンターウエイトW1〜W3は、それぞれ対応するアームにおける余剰重量部分の重心を、クランクシャフト1の中心軸線に関して、クランクピンP1と正反対方向または略反対方向に位置させるよう構成されている。同様に、カウンターウエイトW7〜W9は、それぞれ対応するアームにおける余剰重量部分の重心を、クランクシャフト1の中心軸線に関して、クランクピンP6と正反対方向または略反対方向に位置させるよう構成されている。
このような構成によって、クランクシャフト1に発生する不釣合い偶力が低減される。
このような構成によって、クランクシャフト1に発生する不釣合い偶力が低減される。
このように、実施の形態1に係るV型6気筒ディーゼルエンジンのクランクシャフト1においては、アームA3の余剰重量部分X3の重心は、クランクシャフト1の中心軸線に関してクランクピンP1の正反対方向にある。また、アームA7についても同様に、余剰重量部分X7の重心が、クランクピンP6の正反対方向にある。
この構成によって、クランクピンP1およびP6によってクランクシャフト1に発生する不釣合い偶力を効率的に低減することができる。
この構成によって、クランクピンP1およびP6によってクランクシャフト1に発生する不釣合い偶力を効率的に低減することができる。
また、従来のクランクシャフトでは、アームA4およびA6に相当するアームのカウンターウエイトは、それぞれ、連結されるクランクピン(それぞれ図4におけるP3およびP4に相当)の略反対方向に設けられる。図4に示されるように、これらはそれぞれ最外端のクランクピン(図4におけるP1およびP6に相当)によって発生するクランクシャフトの不釣合い偶力を増加させる方向となっていた。
これに対し、実施の形態1におけるクランクシャフト1では、アームA4およびA6はカウンターウエイトを有しないので、クランクシャフト1の不釣合い偶力を増加させない。すなわち、従来のクランクシャフトに比較して、不釣合い偶力を低減することができる。
これに対し、実施の形態1におけるクランクシャフト1では、アームA4およびA6はカウンターウエイトを有しないので、クランクシャフト1の不釣合い偶力を増加させない。すなわち、従来のクランクシャフトに比較して、不釣合い偶力を低減することができる。
なお、上述の実施の形態1において、エンジンのバンク角は60°であるが、これは60°前後であればよく、45°や72°であってもよい。また、0より大きくかつ90°未満の角度であれば、異なる角度であってもよい。すなわち、直列V型と90°V型との中間となる角度であってもよい。
上述の実施の形態1において、アームA3の余剰重量部分X3の重心G3は、クランクシャフト1の中心軸線に関して点OP1の正反対方向、すなわち直線v上にあるが、これは直線v上でなくとも、所定の範囲の方向であればよい。
図5を用いて、この所定の範囲について説明する。直線vに関して直線cと対称な直線を、第3アーム用第2直線である直線c1とする。重心G3は、直線cに関して、クランクピンP1の中心軸線が投影された点OP1と反対側にあり、かつ、直線c1に関しても点OP1と反対側にある。すなわち、図5ではαで示される範囲の方向に位置する。重心G3がこの範囲にある構成では、重心G3が直線c上またはc1上にある構成と比較して、重心G3が点OJに関して点OP1の正反対方向により近くなるので、クランクシャフト1の不釣合い偶力をより効率よく低減することができる。
図5を用いて、この所定の範囲について説明する。直線vに関して直線cと対称な直線を、第3アーム用第2直線である直線c1とする。重心G3は、直線cに関して、クランクピンP1の中心軸線が投影された点OP1と反対側にあり、かつ、直線c1に関しても点OP1と反対側にある。すなわち、図5ではαで示される範囲の方向に位置する。重心G3がこの範囲にある構成では、重心G3が直線c上またはc1上にある構成と比較して、重心G3が点OJに関して点OP1の正反対方向により近くなるので、クランクシャフト1の不釣合い偶力をより効率よく低減することができる。
また、この所定の範囲の方向は、直線vを中心として前後各50°の範囲、すなわち、点OJに関し、点OP1と正反対方向を0°とした場合に、その両側各50°の範囲の方向であってもよい。これは、図5ではβで示される範囲の方向である。
図10のグラフは、X軸には重心G3の方向を示し、Y軸には余剰重量部分X3が発生するモーメントのうち0°の方向成分の比率を百分率で示したものである。このグラフによると、重心G3の方向が50°に達するまではモーメント成分の減少は非線形で比較的緩やかであるが、50°を超えるとほぼ直線的に急激に減少する。0°方向のモーメント成分は、クランクシャフト1の不釣合い偶力を低減するものなので、これが大きいほうが不釣合い偶力を効率的に低減することができる。
よって、図10のグラフから、点OJに関して点OP1と正反対方向を0°とした場合に、その両側各50°の範囲の方向に重心G3が位置すれば、クランクシャフト1の不釣合い偶力をより効率よく低減することができると言える。
図10のグラフは、X軸には重心G3の方向を示し、Y軸には余剰重量部分X3が発生するモーメントのうち0°の方向成分の比率を百分率で示したものである。このグラフによると、重心G3の方向が50°に達するまではモーメント成分の減少は非線形で比較的緩やかであるが、50°を超えるとほぼ直線的に急激に減少する。0°方向のモーメント成分は、クランクシャフト1の不釣合い偶力を低減するものなので、これが大きいほうが不釣合い偶力を効率的に低減することができる。
よって、図10のグラフから、点OJに関して点OP1と正反対方向を0°とした場合に、その両側各50°の範囲の方向に重心G3が位置すれば、クランクシャフト1の不釣合い偶力をより効率よく低減することができると言える。
上記の所定の範囲に関する記述はアームA3に関する説明であるが、これはアームA7においても同様である。ただし、アームA3はアームA7に、余剰重量部分X3は余剰重量部分X7に、重心G3は重心G7に、点OP1は点OP6に、点OP2は点OP5に、それぞれ対応する。この対応関係に基づいて、第3アーム用中央直線、第3アーム用第1直線、および第3アーム用第2直線にそれぞれ対応する、第7アーム用中央直線、第7アーム用第1直線、および第7アーム用第2直線が定義される。
実施の形態2.
実施の形態2に係るクランクシャフト2(図示せず)は、実施の形態1に係るクランクシャフト1において、アームA5がカウンターウエイトW5を有する構成としたものである。
カウンターウエイトW5は、以下に説明するように、クランクシャフト1の中心軸線に関してクランクピンP3およびP4の反対方向に設けられる。
実施の形態2に係るクランクシャフト2(図示せず)は、実施の形態1に係るクランクシャフト1において、アームA5がカウンターウエイトW5を有する構成としたものである。
カウンターウエイトW5は、以下に説明するように、クランクシャフト1の中心軸線に関してクランクピンP3およびP4の反対方向に設けられる。
アームA5は、アームA3およびA7と同様に定義される、クランクピンP3およびP4を連結する連結部分A5aと、連結部分A5aの外縁を囲む外縁部分A5bと、回転慣性力を低減するためのカウンターウエイトW5とを含む。このうち、アームA3およびA7と同様に、外縁部分A5bとカウンターウエイトW5とを合わせた領域を余剰重量部分X5とする。さらに、余剰重量部分X5の重心を重心G5とする。
クランクシャフト1の軸方向の断面において、重心G5が投影される点は、クランクシャフト1の中心軸線に関して、クランクピンP3およびP4それぞれの中心軸線が投影される2つの点の中点の正反対方向にある。すなわち、重心G5が投影される点は、アームA5が連結されるクランクピンP3およびP4が投影される点のいずれに対しても、略反対方向に位置することとなる。
クランクシャフト1の軸方向の断面において、重心G5が投影される点は、クランクシャフト1の中心軸線に関して、クランクピンP3およびP4それぞれの中心軸線が投影される2つの点の中点の正反対方向にある。すなわち、重心G5が投影される点は、アームA5が連結されるクランクピンP3およびP4が投影される点のいずれに対しても、略反対方向に位置することとなる。
このように、実施の形態2に係るクランクシャフト2においては、アームA5がカウンターウエイトW5を有するので、クランクピンP3およびP4が発生する回転慣性力を低減し、これによってクランクジャーナルJ2およびJ3に発生する軸受荷重を低減することができる。
1 クランクシャフト、A1〜A9 アーム(第1〜第9アーム)、c 直線(第3アーム用第1直線)、c1 直線(第3アーム用第2直線)、G3およびG7 重心(余剰重量部分の重心)、J1〜J4 クランクジャーナル(第1〜第4クランクジャーナル)、P1〜P6 クランクピン(第1〜第6クランクピン)、OJ クランクシャフトの中心軸線を投影した点、OP1、OP2、OP5、OP6 第1、第2、第5、第6クランクピンの中心軸線を投影した点、v 直線(第3アーム用中央直線)、W1〜W3およびW7〜W9 カウンターウエイト、X3およびX7 余剰重量部分。
Claims (4)
- V型6気筒エンジンのクランクシャフトであって、
前記クランクシャフトには、前端から後端に向かう順に、第1〜第4クランクジャーナルであって、それらによって前記クランクシャフトが外部の支持部材に支持される、第1〜第4クランクジャーナルが、互いに同軸に設けられ、前記第1〜第4クランクジャーナルの中心軸線は、前記クランクシャフトの中心軸線となり、
前記クランクシャフトには、外部のコンロッドに連結される第1〜第6クランクピンが設けられ、前記第1クランクジャーナルと第2クランクジャーナルとの間には、第1クランクピンおよび第2クランクピンが、前記第2クランクジャーナルと第3クランクジャーナルとの間には、第3クランクピンおよび第4クランクピンが、前記第3クランクジャーナルと第4クランクジャーナルとの間には、第5クランクピンおよび第6クランクピンが、それぞれ前端から後端に向かう順に配置され、
前記第1〜第4クランクジャーナルおよび第1〜第6クランクピンのそれぞれの間には、前端から後端に向かう順に、それぞれを互いに連結する第1〜第9アームが設けられる
クランクシャフトにおいて、
前記第1、第2、第8および第9アームはカウンターウエイトを有し、前記第4および第6アームはカウンターウエイトを有さず、
前記第3アームはカウンターウエイトを有し、
前記クランクシャフトの軸方向から見て、
前記第1クランクピンの中心軸線を投影した点と、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第3アーム用中央直線とし、
前記第2クランクピンの中心軸線を投影した点と、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第3アーム用第1直線とし、
前記第3アーム用中央直線に関して、前記第3アーム用第1直線と対称である直線を、第3アーム用第2直線とするとき、
前記第3アームの前記カウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、前記第3アーム用第1直線に関して、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、かつ、前記第3アーム用第2直線に関して、第1クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、
前記第7アームはカウンターウエイトを有し、
前記クランクシャフトの軸方向から見て、
前記第6クランクピンの中心軸線を投影した点と、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第7アーム用中央直線とし、
前記第5クランクピンの中心軸線を投影した点と、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点とを通る直線を、第7アーム用第1直線とし、
前記第7アーム用中央直線に関して、前記第7アーム用第1直線と対称である直線を、第7アーム用第2直線とするとき、
前記第7アームの前記カウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、前記第7アーム用第1直線に関して、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置し、かつ、前記第7アーム用第2直線に関して、第6クランクピンの中心軸線を投影した点と反対側に位置する
ことを特徴とする、V型6気筒エンジンのクランクシャフト。 - 前記第5アームは、回転慣性力を低減するためのカウンターウエイトを有することを特徴とする、請求項1に記載のV型6気筒エンジンのクランクシャフト。
- 前記クランクシャフトの軸方向から見て、
前記第3アームの前記カウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、前記第3アーム用中央直線上にあり、
前記第7アームの前記カウンターウエイトを含む余剰重量部分の重心を投影した点は、前記第7アーム用中央直線上にある
ことを特徴とする、請求項1または2に記載のV型6気筒エンジンのクランクシャフト。 - 前記クランクシャフトの軸方向から見て、
前記第3アームの前記余剰重量部分の重心を投影した点は、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、前記第1クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置し、
前記第7アームの前記余剰重量部分の重心を投影した点は、前記クランクシャフトの中心軸線を投影した点を基準として、前記第6クランクピンの中心軸線を投影した点と正反対の方向を中心とする両側各50°の範囲の方向に位置する
ことを特徴とする、請求項1または2に記載のV型6気筒エンジンのクランクシャフト。
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