JP2008510113A - 内燃機関エンジン用のクランクシャフト - Google Patents

Abstract

本発明はシャフトジャーナル（２）を用いてつながれている２つの面（３）の間に配置されている少なくとも１つのクランクピン（４）を含有する、内燃機関エンジンのためのクランクシャフト（１）に関する。本発明の目的は、クランクピン軸受がクランクシャフトの静的また動的な軸受能力を弱めることなく潤滑されるのを確実にすることである。クランクピン（４）と少なくとも１つのシャフトジャーナル（２）とは空洞（１１，１６）を含有し、この空洞（１１，１６）は実質的に面（３）の外側に延在している配管（１２）によってつながれている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、いずれの場合でもシャフトジャーナルと連接された２つのチークの間に配置されている少なくとも１つのクランクピンジャーナルを含有する内燃機関エンジン用のクランクシャフトとこの種のクランクシャフトを有する内燃機関エンジンに関する。

クランクシャフトは、通常、１つ又は２つ以上のシャフトジャーナルと１つ又は２つ以上のクランクピンジャーナルとのどちらもが滑り軸受という手段によって備え付けられているという方法で搭載されている。滑り軸受は潤滑油の十分な供給を必要とし、その結果、滑り軸受は十分な油圧を増加させることができる。シャフトジャーナルの軸受は、通常、油圧ポンプによって提供される潤滑油が外部から供給され、また、油は、クランクシャフトを通るように、具体的にはクランクシャフトのチークを通るように孔が開けられ、クランクピンジャーナルで終わる供給孔を通したシャフトジャーナルの軸受の潤滑油圧の結果として、クランクピンジャーナルの軸受に供給される。

この種の油供給孔を有する従来のクランクシャフトの不都合は、具体的には、クランクピンジャーナル及びシャフトジャーナルの幾何学的配置の理由により、生じる静的及び動的な力のために多大な伝達能力を担うチークの領域を通るように孔が配置されなければならないということである。クランクシャフトはそれゆえ、油供給のための従来の孔の結果としてその荷重耐性に関して全体として弱められている。

それゆえ、特にクランクピンジャーナルの軸受の潤滑がクランクシャフトの静的と動的の荷重耐性の低下なく確保されうるクランクシャフトを提供するのが本発明の目的である。

この問題は、独立請求項で請求されたクランクシャフトと内燃機関エンジンによって解決される。この問題は、具体的には、いずれの場合でもシャフトジャーナルに連接された２つのチークの間に配置されている、少なくとも１つのクランクピンジャーナルを備え、
クランクピンジャーナル及び少なくとも１つのシャフトジャーナル両方が中空空間を有しており、実質的にチークの外に延在しているパイプ管によって中空空間が互いにつながっていることを特徴とする内燃機関エンジン用のクランクシャフトによって解決される。

クランクジャーナル及びシャフトジャーナル両方の中空空間は、例えば、個々の部品の鋳造工程の状況下で最初に作られる中空空間であり、その後、材質を取り除く工程段階でさらに成形される。

クランクジャーナル及びシャフトジャーナルはそれゆえ実質的に中空円筒構造である。できるだけ大きい機械的な荷重耐性を達成するため、従来の型からの移行、すなわち、できるかぎり縁端がなく、断面における大きな変化がないように移行がなされるべきである。

パイプ管は、その後取り付けられる、細くて、好ましくは曲がりやすいパイプ管で、例えば金属製又はプラスチックから作られ、また、クランクジャーナル及びシャフトジャーナルの中空空間を互いにつないでいるものである。

この目的のため、パイプ管は、取り付けられ、溶接され、接着結合され、又はネジ込み固定手段のような従来の固定手段によって固定または孔の中に固定にされる。

クランクジャーナル及びシャフトジャーナルの中空空間への連結孔は別として、パイプ管は実質的に、クランクシャフトの外側に、具体的にはチークの外側に延在しており、その結果として、連続した直線の孔として、または、互いにある角度をもって延在している複数の孔長によって、孔がシャフトジャーナル及びクランクジャーナルの中空空間を互いに直接つないでいるという構造では、チークを通る孔は作られていない。

このように、チークそれ自体は弱められないこと、具体的には、シャフトジャーナル及びクランクジャーナルの中心線の間にあり、大部分の力伝達がこの２つの中心線の間で生じる連結線においては弱められないことが確実とされる。

１つの形態として、クランクシャフトは、いずれの場合でも１つのチークと１つのクランクピンジャーナルとさらなるチークとを有する複数の直角曲部材を備え、直角曲部材はいずれの場合でも互いに螺合されており、クランクピンジャーナルの各中空空間はパイプ管によってシャフトジャーナルの中空空間につなげられている、という提供策がある。ここで、このクランクシャフトは複数のシリンダーのための複数の結合部位を有するクランクシャフトであり、いずれの場合でも連続するチーク−クランクピンジャーナル−チークは直角曲部材として認識され、また、各クランクピンジャーナルはコネクティングロッドにつながっているか、または、例えば、Ｖエンジンの場合、いずれの場合でもシリンダーの１つのピストンのために複数のコネクティングロッドにつながっている。直角曲部材はそれゆえ個々の部材として製作されることができ、後になってのみ互いにつなげられ得る。

ここで、いずれの場合でも１つのシャフトジャーナル接合部を含む直角曲部材を提供する有利な策があり、シャフトジャーナル接合部の領域は互いに一致する歯合機構が供与されており、また、シャフトジャーナル接合部の他の領域は歯状がなく、その結果として、歯状のない領域はシャフトジャーナルの中空空間とシャフトジャーナルの外表面との間に経路を形成する。ここで、歯合機構は（クランクシャフトの回転軸に対して）異なる角度で互いに螺合されうるという方式で構成されている。ここで、異なる角度でのみ歯合機構が互いに接合されるのが可能であるという対策もあり得、その結果、クランクシャフトの欠陥搭載が避けられ得る。歯状のないシャフトジャーナル接合部の部位は、それぞれのシャフトジャーナルの滑り軸受から、結合された中空空間の中へ、さらにはパイプ管を経由して割り当てられたクランクジャーナルへ、潤滑油を運ぶ経路を形成する。

クランクシャフトの１つの形態として、軸方向の一方側に右回りネジ山、もう一方側に左回りネジ山を有する螺合ピンによって互いに結合されている直角曲部材の提供策がある。右回りネジ山と左回りネジ山を有するピンの使用の結果、ピンは一方の側から螺合して入れられることができ、同時の過程において互いに結合される部位を互いに押圧する。ここで、もし少なくとも１つの螺合ピンのネジ山が自己固定されるのであれば都合良い。ここで、自己固定の作用は、自己固定の特性が潤滑油の影響下であっても維持されるような方式で構成されており、その結果、さらなる固定手段が除かれ得る。別の案として、ピンは、例えば、杭打、溶接、または同様な手段によって固定もされ得る。

１つの好ましい代替改良策として、いずれの場合であっても両側に異なったピッチの右回りネジ山または左回りネジ山を有する螺合ピンによって互いにつながっている直角曲部材の提供策がある。螺合中の全体としてのピッチは両ネジ山のピッチの相違の結果として表される。仮に、例えば、一方側が１．５ｍｍのピッチを有し、もう一方が１．０ｍｍのピッチを有するとしたら、有効なピッチは０．５ｍｍであり、すなわち、螺合されている両側部分の距離は、ピンの１回転中に互いに近づく。２つのネジ山のピッチの違いとしての有効ピッチは自己固定動作には欠かせない。

クランクシャフトの１つの形態として、チークの力伝達部の外にありシャフトジャーナルの中へ入っているパイプ管を提供する策がある。これは、具体的には、シャフトジャーナルの中空空間にパイプ管がつなげられているという方式による連結孔が、軸とクランクピンジャーナルとの間の力伝達部の領域に位置するチークの領域内を通っていない、それゆえ例えば、直接連結線上を、または、その２つの間の直接連結線に平行な領域内を通っていない、ということを意味する。

好ましくは、クランクジャーナル及びシャフトジャーナルの回転軸の周りにある、この２つの軸の間隔を半径とする２つの円の共通部分を意味する表面の外にあって、クランクジャーナルの中に通じているパイプ管の提供策がある。パイプ管はいずれの場合でもこの表面の外にあり、チークまたはクランクジャーナルの中へ入っている。

好ましくは、クランクジャーナルの封鎖キャップへ開通するパイプ管を提供する策がある。封鎖キャップは、例えば、プラスチックまたは金属板から製作され、それ自体は力の伝達に関与しない。

好ましくは、少なくとも１つの保持装置によってチークに固定されるパイプ管の提供策がある。保持装置は、例えば、締め付け保持装置、螺合保持装置またはそのような装置として構成され、また、パイプ管がクランクシャフトの運転中、すなわちクランクシャフトが（高速で）回転するときに過剰に変形されるのを防ぐ。加えて、パイプ管の（共鳴）振動は所望の方法で抑えられることができ、その結果、振動はクランクシャフトの運転している回転速度で（顕著に）抑えられ、弱められる。

代替策として、あるいは螺合手段に付加して、互いに溶接される、あるいは、例えば、ハンダ付けまたは接着結合といった部材−部材接合といった別の方法で結合される直角曲部材の提供策がある。

実質的にチークの外側に延在するパイプ管に代わり、中空空間からチークを通ってクランクピンジャーナルの中空空間を通る孔の提供策がある。その孔はそれゆえ、断面係数がその孔により少しだけ低下するため、孔によって少しだけ弱められている領域に存在する。孔は実質的に、クランクシャフトの曲げ荷重に関して中立的な領域に存在する。

冒頭で述べられた問題も、クランクシャフトに関して指図された本発明のいずれか１の請求項で請求されたようなクランクシャフトを有する内燃機関エンジンによって解決される。

次の本文で、本発明の典型的な一実施形態が、添付の図面を用いつつ、より詳細に説明される。

図１は、８シリンダーエンジンのためのクランクシャフトの３次元図を示している。クランクシャフト１は全部で２ａから２ｅの５つのシャフトジャーナルを備え、クランクシャフト１は滑り軸受（示されていない）を伴い、エンジンブロック（同じく示されていない）の中に搭載されている。いずれの場合でもクランクピンジャーナル４ａから４ｄはチークの間に配置され、３ａから３ｈのチークは、いずれの場合でも、シャフトジャーナル２の間に配置されている。クランクピンジャーナル４はいずれの場合でも、通常同様に分割されているところの滑り軸受である、コネクティングロッドベアリング（ここには示されていない）につながっている。

クランクシャフト１はいずれの場合にもシャフトジャーナル２に沿ってチークセグメント５に分割されており、これらの１つが図２に示されている。夫々のチークセグメント５はいずれの場合でも２つのチークを含み、これらは図２中の３．１と３．２とによって示されており、その間にはクランクピンジャーナル４が配置されている。クランクピンジャーナル４は実質的に中空円筒構造であり、チーク３．１と３．２とに溶接、螺合、又は、押圧され得る。それらの軸方向の縁端では、それぞれのチークセグメント５はいずれの場合でも歯合機構７を有するシャフトジャーナル接合部６．１，６．２を含んでいる。歯合機構７はいずれの場合でも、シャフトジャーナル接合部６．１，６．２が互い違いに一致するという様式のピッチを有し、その結果、複数のチークセグメント５は歯合機構のピッチに依存する相対角度で、互いに対して結合されることができ、図１のような完全なクランクシャフトを形成する。

図３は、図２が３次元的に回転された斜視図を示しており、その結果シャフトジャーナル接合部６．１はほぼ平面図で示されている。歯合機構７が最初に観察されることができ、次に螺合孔８が観察されることができる。歯合機構７はシャフトジャーナル２ａから２ｅによって規定されるクランクシャフト１の回転軸に対して同心円状に配列されている。シャフトジャーナル接合部６．１と６．２の螺合孔８はいずれの場合でも、ネジ山の一方は左回り、他のネジ山は右回りといった異なる向きのネジ山を有する。

このように、図４に示すように、いずれの場合でも２つのチーク３．１，３．２は螺合ピンを用いて他のチークセグメントに結合され得る。螺合ピン９の夫々は、チークセグメントと連結して他のチークセグメントに螺着されることができ、両チークセグメント５は左回りと右回りでもあるネジ山によって互いに押圧されている。ここで、螺合孔８と螺合ピン９との螺合対は、いずれの場合でも自己固定構造のものであり、その結果、さらなる締め付け手段が螺合ピン９に与えられていない。左回りあるいは右回りのネジ山対の１つが自己固定のものであれば十分である。

代替として、直角曲部材が、いずれの場合でも両端において異なったピッチの右回りあるいは左回りのネジ山を有する螺合ピン９によって互いに結合され得る。両ネジ山ピッチの違いとして、“特異的なネジ山”の全ピッチが決まる。もし、例えば、一端が１．５ｍｍのピッチを有し、他端が１．０ｍｍのピッチを有する場合、有効ピッチは０．５ｍｍとなり、つまりは、螺合されている両部分の距離は１回のピンの回転の間に互いに近づく。

さらなる代替として、直角曲部材は互いに溶接され得る。１つの代替として、直角曲部材は、例えば、ハンダ付け又は接着付着という材料同士の嵌め合いといった、別の方法で互いに結合され得る。ここで、歯合機構は、少なくともある程度は直角曲部材の互いに適当な角度位置を決定するための組み立て補助部材として存在し得る。代替として、歯合機構は完全に除かれ得る。螺合ピン９に類似するピン（例えば、ネジ山のない又は両端で同じネジ山を有する）が、中央位置決めのための組み立て補助部材として任意に用いられ得る。そして直角曲部材は螺合ピン９によりまず最初に組み立てられ、次にそれらは溶接され、そして螺合ピンは取り除かれる。

図２で見られるように、歯合機構７はいずれの場合でも歯合機構７．１と非歯合機構７．２とを含んでいる。放射状通路の形をしている油供給孔１０は、非歯合機構の適当な配置によってシャフトジャーナル２に形成されており、結果として、油はシャフトジャーナル２が設置されている滑り軸受から、シャフトジャーナルの中空円筒構造によって形成されている中空空間１１へ貫通することができる。

中空空間１１はそしていずれの場合でもパイプ管１２によって結びついたクランクピンジャーナル４につなげられている。図１に示されているように、例えば、シャフトジャーナル２ａはパイプ管１２ａによってクランクピンジャーナル４ａへつなげられており、シャフトジャーナル２ｂはパイプ管１２ｂによってクランクピンジャーナル４ｂへつなげられている等である。

この目的のため、例えば図４で見られるように、クランクピンジャーナル４は、例えば、空洞となるように孔を開けられて中空空間１１が供与されており、そして封鎖キャップ１３ａ，１３ｂを両方の軸端に有し、また、封鎖キャップ１３ａはカップ型の形状であり実質的に密封されており、封鎖キャップ１３ｂはパイプ管１２を受け取るために孔１４を有する。

例えば、図２と図４で見られるように、クランクピンジャーナル４は、実質的に中空円筒クランクピンジャーナルと封鎖キャップ１３によって形成されているクランクピンジャーナル中空空間１６を、クランクピンジャーナル４とコネクティングロッド（未表示）との間にある滑り軸受につなげる、ある意味それ自体が既知であるところの、複数の放射状孔１５を含有している。図２，図４にあるように、いずれの場合でも２つの放射状孔１５はクランクピンジャーナル４に形成されており、いずれの場合でも２つのコネクティングロッドは各クランクピンジャーナル（８シリンダーエンジン、４つの直角曲部材を有するクランクシャフト）上で作動する。

例えば、図２で見られるように、パイプ管１２はほぼ希望通りに中空空間１１の方へ通じ得る。中空空間１１への開孔部１７は、好ましくは、クランクピンジャーナル４とシャフトジャーナル２との間にある力伝達部に位置するチーク３の領域の外に配置される。チーク３に貫通孔１８として作られた開孔部１７は、例えば、図４から推測されるように、それゆえクランクシャフトを弱めない。

代替として、図５，図６による孔１９は、中空空間１１からチークを通って、ここで例えばチーク３．２を通って、クランクピンジャーナル中空空間１６へ通じることができる。図６から推測され得るように、孔は横断面において中央に存在する。孔は個々のチーク部材５の組み立て前に製造されるので、これは可能である。従来技術の孔の場合、少なくとも注入孔が外側から到達できるように孔が配置されなければならない。もし注入孔と排出口がデバリングされるのであれば、これら両者は接近されなければならない？従来技術の孔の場合、孔１９はそれゆえ、図６に示される通り、外縁端２０と２１からａ'とｂ'の間隔の孔１９．１のように偏在している。曲げに対する断面係数は、断面の上部領域あるいは下部領域の近辺に存在する孔によって弱められる。中央部にある孔はそれゆえ危険度が最も低い。この発明による、螺合された、又は溶接されたクランクシャフトの場合、孔１９は好ましくは中央に配置され、それゆえ放射部分面で測定された場合のａとｂの間隔は同一である。孔１９はチークの組み立ての前に製造されるため、問題なくデバリングされることができ、よって大いに自由に利用できる。

図１は、クランクシャフトの３次元図を示している； 図２は、直角曲部材の３次元図を示している； 図３は、異なる視点からの図２からの図を示している； 図４は、外側に延在するパイプ管を有するクランクシャフトを通した部分縦断面図を示している； 図５は、チークを貫通している孔を有するクランクシャフトを通した部分縦断面図を示している； 図６は、図５の通りの実施形態におけるチークの３次元の図を示している。

符号の説明

１・・・クランクシャフト
２ａ−２ｅ・・・シャフトジャーナル
３ａ−３ｈ・・・チーク
４ａ−４ｄ・・・クランクピンジャーナル
５・・・チークセグメント
６．１・・・シャフトジャーナル接合部
６．２・・・
７・・・歯合機構
７．１・・・歯合機構
７．２・・・非歯合機構
８・・・螺合孔
９・・・螺合ピン
１０・・・油供給孔
１１・・・中空空間
１２ａ−１２ｄ・・・パイプ管
１３ａ，１３ｂ・・・封鎖キャップ
１４・・・パイプ管受け取り用孔
１５・・・放射状孔
１６・・・クランクピンジャーナル中空空間
１７・・・中空空間１１への開孔部
１８・・・貫通孔
１９・・・中空空間１１をクランクピン中空空間１６につなげる孔

Claims (13)

1. いずれの場合でもシャフトジャーナル（２）に連接された２つのチーク（３）の間に配された、少なくとも１つのクランクピンジャーナル（４）を備えている内燃機関エンジン用のクランクシャフト（１）であって、クランクピンジャーナル（４）と少なくとも１つのシャフトジャーナル（２）との両方が中空空間（１１，１６）を有し、中空空間（１１，１６）は実質的にチークの外側に延在しているパイプ管（１２）によって互いに連通していることを特徴とするクランクシャフト。
2. いずれの場合でも１つのチークと１つのクランクピンジャーナルとさらなるチークとを備えている複数の直角曲部材を有するクランクシャフトであって、該直角曲部材はいずれの場合でも互いに螺合されており、クランクピンジャーナル（４）の各中空空間（１６）はシャフトジャーナル（２）の中空空間（１１）にパイプ管（１２）という手段によってつながっていることを特徴とする請求項１記載のクランクシャフト。
3. いずれの場合でも直角曲部材が１つのシャフトジャーナル接合部（６）を備えているクランクシャフトであって、シャフトジャーナル接合部の領域は互いに一致する歯合機構（７）が設けられており、シャフトジャーナル接合部の他の領域は歯状がなく、結果として歯状のない範囲はシャフトジャーナル（２）の中空空間（１１）とシャフトジャーナル（２）の外表面との間に油供給開口部（１０）を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフト。
4. 軸の一方に右回りのネジ山を有し、もう一方に左回りのネジ山を有する螺合ピン（９）によって直角曲部材が互いに結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
5. いずれの場合でも両端で異なるピッチの、右回りあるいは左回りのネジ山を有する螺合ピン（９）によって直角曲部材が互いに結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
6. 螺合ピン（９）のネジ山の少なくとも１つが自己固定するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
7. パイプ管（１２）がチーク（３）の力伝達部の外でシャフトジャーナル（２）の中に通じていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
8. パイプ管が、クランクジャーナル（４）及びシャフトジャーナル（２）の回転軸の周りにある、この２つの軸の間隔を半径とする２つの円の共通部分である表面の外にあって、クランクジャーナル（２）の中に通じていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
9. パイプ管（１２）がクランクジャーナルの封鎖キャップ（１３ｂ）中に入っていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
10. パイプ管（１２）が少なくとも１つの保持装置によってチーク（３）に固定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
11. 直角曲部材が、互いに溶接、はんだ付け、又は、接着接合されていることを特徴とする
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
12. 孔（１９）が中空空間（１１）からチーク（３，３．１，３．２）の中央を通ってクランクピンジャーナル中空空間（１６）へと通じられていることを特徴とする請求項１１に記載のクランクシャフト。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のクランクシャフトを有する内燃機関エンジン。

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