JP2009079486A - クランクシャフト支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトのジャーナルを挿通したボールベアリングをアルミニウム合金製のクランクケースに設けた軸受け部で支持するクランクシャフト支持構造において、軸受け部の構造を簡素化した上で、エンジン熱間時における軸受け部とボールベアリングとの間のクリアランスの発生を効果的に抑える。
【解決手段】軸受け部５３の内周側に鉄合金製のブッシュ５４を設け、前記軸受け部５３における前記ブッシュ５４を外周側から支持するブッシュ支持層５５の径方向の厚みｂを、前記ブッシュ５４の径方向の厚みａの１／３以下とした。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両等のレシプロエンジンにおけるクランクシャフト支持構造に関する。

従来、上記クランクシャフト支持構造において、アルミニウム合金製のクランクケースに一体的に鋳込んだ鋳鉄製ブッシュと、該鋳鉄製ブッシュ内に圧入した鋼製ブッシュとで、クランクシャフトのジャーナルを挿通するボールベアリングの外周を支持するものがある（例えば、特許文献１参照。）。これは、アルミニウム合金製のクランクケースが熱膨張した際に、軸受け部の内周と鉄合金製のボールベアリングの外周との間にクリアランスが発生することを抑えたものである。
特開２００３−１８４６４８号公報

ところで、上記従来の構成においては、軸受け部の熱膨張率は若干小さくなるものの、二重のブッシュを有することで軸受け部の構造が複雑になり、かつ鋼製ブッシュの圧入工程も追加になってしまうという課題がある。また、軸受け部とボールベアリングとの間の熱膨張率の差は依然として存在しているので、前記クリアランスの発生が考えられる。
そこでこの発明は、クランクシャフトのジャーナルを挿通したボールベアリングをアルミニウム合金製のクランクケースに設けた軸受け部で支持するクランクシャフト支持構造において、軸受け部の構造を簡素化した上で、エンジン熱間時における軸受け部とボールベアリングとの間のクリアランスの発生を効果的に抑えることを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、クランクシャフト（例えば実施例のクランクシャフト１５）のジャーナル（例えば実施例のジャーナル４２）を挿通したボールベアリング（例えば実施例のボールベアリング５２）をアルミニウム合金製のクランクケース（例えば実施例のクランクケース１６）に設けた軸受け部（例えば実施例の軸受け部５３）で支持するクランクシャフト支持構造において、前記軸受け部の内周側に鉄合金製のブッシュ（例えば実施例のブッシュ５４）を設け、前記軸受け部における前記ブッシュを外周側から支持するブッシュ支持層（例えば実施例のブッシュ支持層５５）の径方向の厚み（例えば実施例の厚みｂ）を、前記ブッシュの径方向の厚み（例えば実施例の厚みａ）の１／３以下としたことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記ブッシュの径方向の厚みを、該ブッシュの軸方向の厚み（例えば実施例の厚みｃ）よりも厚くしたことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、軸受け部における鉄合金製のブッシュが占める割合を大きくし、該軸受け部の熱膨張率を鉄合金の熱膨張率に効率よく近付けることができるため、エンジン熱間時におけるブッシュの内周面（ベアリング支持面）とボールベアリングの外周面（被支持面）との間のクリアランスの発生を効果的に抑え、該クリアランスに基づく振動や騒音の発生を防止することができる。
また、軸受け部には一重のブッシュのみを設ければよく、該軸受け部の構造及び加工工程の簡素化を図ることができる。

請求項２に記載した発明によれば、ブッシュ支持層を薄肉にしたことによるブッシュ支持剛性の低下分を、ブッシュ自身の剛性で補うことができると共に、軸受け部におけるブッシュが占める割合をより大きくし、その熱膨張率を鉄合金の熱膨張率により効率よく近付けることができる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１に示すスクータ型自動二輪車１は、車体フレーム２の前端部にヘッドパイプ３を備え、このヘッドパイプ３に前輪４を軸支するフロントフォーク５及び操向ハンドル６を操舵可能に支持する。車体フレーム２の後部には、自動二輪車１の原動機であるエンジン７を前部に、駆動輪である後輪８を後部にそれぞれ配置した一体のスイング式動力ユニット（以下、スイングユニットという）１１が支持される。

スイングユニット１１の前部下側は、リンク部材１２を介して車体フレーム２の後部下側に上下揺動可能に支持される。一方、スイングユニット１１の後端部は、緩衝装置であるリアクッション１３を介して車体フレーム２の後端部に支持される。スイングユニット１１は、前記リンク部材１２周りをピボットとして後輪８と共に上下に揺動可能であり、所謂ユニットスイング式のリアサスペンションを構成する。

スイングユニット１１は、その前部のエンジン７と後部左側の動力伝達機構１４とを一体に設けてなる。
エンジン７は、そのクランクシャフト１５の回転軸線（クランク軸線）Ｃ１を左右方向（車幅方向）に沿わせた水冷四ストロークＯＨＣ単気筒エンジンであり、クランクケース１６の前端部からシリンダ１７を前方に向けて略水平に（詳細にはやや前上がりに傾斜させて）突出させてなる。なお、図１中符号Ｃ２はシリンダ１７の軸線（シリンダ軸線）を示す。

図２を参照し、クランクケース１６は、左右方向に直交する分割面を境に左右ケース半体１８，１９に分割構成される。
クランクケース１６の左ケース半体１８には、その後部左側から左方に張り出した後に後方に延出する左ケース本体２１が一体形成される。左ケース本体２１は、その左側に取り付く左ケースカバー２２と共に動力伝達機構１４における伝動ケース２３を構成する。

伝動ケース２３内には、前記動力伝達機構１４におけるベルト式無段変速機構２４が収容され、該ベルト式無段変速機構２４のドライブプーリ２５が、クランクシャフト１５の左側部上に同軸支持される。なお、伝動ケース２３内におけるベルト式無段変速機構２４の車幅方向外側には、キックスタータ装置２６が配設される。また、ドライブプーリ２５の左側には、伝動ケース２３内への冷却風導入用のファン２５ａが設けられる。

一方、クランクケース１６の右ケース半体１９の右側には、ラジエータ２７を支持する右ケースカバー２８が取り付けられる。右ケースカバー２８の内側には、自動二輪車１の発電機であるジェネレータ２９がクランクシャフト１５と同軸に設けられる。ジェネレータ２９の右側に位置するアウタロータ２９ａは、クランクシャフト１５の右側部上に一体回転可能に支持される。アウタロータ２９ａの右側には、その右方に隣接する前記ラジエータ２７への冷却風供給用のファン２９ｂが設けられる。アウタロータ２９ａは右方に開放するカップ状をなし、該アウタロータ２９ａの内側には右ケース半体１９が支持するステータコイル２９ｃが配置される。

エンジン７のシリンダ１７は、クランクケース１６の前端部に直接取り付けられるシリンダ本体３１と、該シリンダ本体３１の前端部に取り付けられるシリンダヘッド３２と、該シリンダヘッド３２の前端部に取り付けられるヘッドカバー３３とを有してなる。
シリンダ本体３１内には燃焼室３４を画定するピストン３５が往復動可能に嵌装され、該ピストン３５にはピストンピン３５ａを介してコンロッド３６の小端部が揺動可能に連結され、該コンロッド３６の大端部にはクランクシャフト１５のクランクピン３７がローラベアリング３８を介して回動可能に連結される。なお、図中符号３９は燃焼室３４内に臨む点火プラグを示す。

クランクシャフト１５は、前記クランクピン３７を支持する左右クランクウェブ４１と、該左右クランクウェブ４１から左右外側に突出する左右ジャーナル４２と、該左右ジャーナル４２からさらに左右外側に延出する左右支持軸４３とを一体的に有してなる。クランクシャフト１５は、左右のクランクウェブ４１、ジャーナル４２及び支持軸４３をそれぞれ一体化した左右分割体を構成し、該左右分割体をクランクピン３７を介して一体に結合した組み立て式とされる。

右支持軸４３の基端側には、シリンダヘッド３２内のカムシャフト４４駆動用のドライブスプロケット４５が同軸に設けられる。
カムシャフト４４は、シリンダヘッド３２内においてクランクシャフト１５と平行に配置され、その左右側部がシリンダヘッド３２に回転自在に支持される。カムシャフト４４の左端にはドリブンスプロケット４６が同軸に取り付けられ、該ドリブンスプロケット４６と前記ドライブスプロケット４５とにカムチェーン４７が巻き掛けられる。シリンダ１７の右側には、カムチェーン４７を収容するカムチェーン室４７ａが設けられる。
そして、クランクシャフト１５と連係してカムシャフト４４が回転駆動すると、シリンダヘッド３２内に支持された吸排気バルブが駆動して吸排気ポートを開閉させる（何れも不図示）。

シリンダヘッド３２の右方には、エンジン各部に冷却水を循環させるウォータポンプ４８がカムシャフト４４と同軸かつ一体回転可能に設けられる。ウォータポンプ４８の冷却水吸入口（又は吐出口）は、ラジエータ２７の冷却水導出口（又は導入口）に冷却水ホース４８ａを介して接続される。シリンダヘッド３２及びシリンダ本体３１上部の内側には、ウォータポンプ４８からの冷却水を流すウォータジャケット４９が適宜形成される。

前記ドライブスプロケット４５の直ぐ左側には、不図示のオイルポンプ駆動用のドライブギヤ４５ａが設けられる。前記オイルポンプは例えばクランクケース１６の下部内側に位置し、該オイルポンプから吐出されたエンジンオイルが、クランクピン３７等を通じてコンロッド３６周辺に供給されると共に、シリンダ本体３１及びシリンダヘッド３２等を通じてカムシャフト４４周辺に供給される。

そして、クランクケース１６（左右ケース半体１８，１９）におけるクランク軸線Ｃ１と略直交する左右側壁５１には、クランクシャフト１５の左右ジャーナル４２を左右ボールベアリング５２を介して支持する左右軸受け部５３がそれぞれ設けられる。
左右軸受け部５３は、左右側壁５１にクランク軸線Ｃ１中心に形成された貫通孔の周囲を、左右ボールベアリング５２支持用に軸方向で厚肉（幅広）に形成すると共に、該厚肉部分の内周側を左右ブッシュ５４で構成してなる。

ここで、クランクケース１６（左右ケース半体１８，１９）は、（例えばＪＩＳ５３０２等の）アルミニウム合金を素材とした例えば鋳造品とされ、クランクシャフト１５は、（例えばＪＩＳ４０５１等の）鉄合金を素材とした例えば鍛造品とされる。クランクケース１６（アルミニウム合金）の熱膨張率としての線膨張係数は概ね２．４×１０^−５／Ｋであり、クランクシャフト１５（鉄合金）の熱膨張率としての線膨張係数は概ね１．２×１０^−５／Ｋである。

また、左右ボールベアリング５２のアウタレース及びインナレースは、（例えばＪＩＳ４８０５等の）クランクシャフト１５と同等の熱膨張率を有する鉄合金からなり、左右ブッシュ５４は、（例えばＪＩＳ５５０２等の）同じくクランクシャフト１５と同等の熱膨張率を有する鉄合金からなる。

左右ブッシュ５４はクランク軸線Ｃ１を中心とした環状のもので、その周方向と直交する断面形状が、概ねクランク軸線Ｃ１と平行な二辺及びクランク軸線Ｃ１と直交する二辺を有する略方形状とされる。左右ブッシュ５４の内周側には、左右ボールベアリング５２のアウタレースが圧入保持され、左右ボールベアリング５２の内周側には、左右ジャーナル４２が挿通保持される。

図３（ａ）を参照し、左右ブッシュ５４は、アルミニウム合金製の鋳造品であるクランクケース１６（左右ケース半体１８，１９）の成型時にインサートされることで、その外周側及び左右外側を支持された状態でクランクケース１６に一体的に保持される。以下、左右軸受け部５３の前記厚肉部分における左右ブッシュ５４を外周側から支持する部位（アルミニウム合金層）をブッシュ支持層５５とする。なお、図３（ａ）は左軸受け部５３を示すが、本図に示す構成は特に記載が無ければ右軸受け部５３も同様に有するものとする。

また、左右軸受け部５３の前記厚肉部分における左右外側の部位は、左右ブッシュ５４を左右外側から支持する左右ブッシュ外側支持部５６とされ、該左右ブッシュ外側支持部５６の内周側（先端側）の部位は、左右ボールベアリング５２のアウタレースの左右外側を支持する左右ベアリング外側支持部５７とされる。

左右軸受け部５３は、クランクケース１６内のエンジンオイル用の油路形成等の都合上、左右非対称とされる。例えば右軸受け部５３においては、右側壁５１内に形成された油路５９（図２参照）に連なる油路が右ブッシュ５４に適宜形成され、該右ブッシュ５４からクランクピン３７側にエンジンオイルを供給可能としている。

ところで、アルミニウム合金製のブッシュ支持層５５が鉄合金製のブッシュ５４よりも厚いような場合には、ブッシュ支持層５５の熱膨張に引きずられてブッシュ５４が過大に膨張することとなり、軸受け部５３全体の熱膨張率がアルミニウム合金の熱膨張率に近付いてしまう。このため、エンジン熱間時には、軸受け部５３（ブッシュ５４）の内周面が鉄合金製のボールベアリング５２の外周面よりも大きく拡径し、これらの間にクリアランスが発生することがあった。

これに対し、上記軸受け部５３においては、図３（ａ）に示すように、ブッシュ支持層５５の径方向の厚みｂをブッシュ５４の径方向の厚みａよりも薄く（具体的には１／３以下に）しており、該軸受け部５３におけるブッシュ５４が占める割合を増やし、該軸受け部５３全体の熱膨張率を鉄合金の熱膨張率に近付けている。なお、ブッシュ支持層５５を切り欠いた構成としてもよい。

ここで、図３（ｂ）の曲線Ｊは、ブッシュ支持層５５の径方向の厚みｂをブッシュ５４の径方向の厚みａで割った比率ｂ／ａに対する軸受け部５３全体の線膨張係数の変化を示したものである。なお、前記曲線Ｊは、前記比率ｂ／ａを異ならせて得た前記線膨張係数の複数の実測値から求められる。また、図中直線Ａはアルミニウム合金の線膨張係数を、直線Ｆは鉄合金の線膨張係数をそれぞれ示す。

図３（ｂ）の記載から、ブッシュ支持層５５の径方向の厚みｂが減少すると共にブッシュ５４の径方向の厚みａが増加することで（前記比率ｂ／ａが減少することで）、軸受け部５３全体の線膨張係数が減少して鉄合金のそれに近付くことが分かる。また、前記比率が１／３以下となる範囲では、軸受け部５３全体の線膨張係数の減少の割合が大きくなることが分かる。すなわち、前記比率ｂ／ａを１／３以下とすれば、軸受け部５３全体の線膨張係数を鉄合金のそれに効率よく近付けることができる。

また、図３（ａ）を参照し、上記軸受け部５３においては、ブッシュ５４の軸方向の厚みｃが、その径方向の厚みａと略同一となるように（詳細には径方向の厚みａが軸方向の厚みｃよりもやや厚くなるように）設定される。この結果、ブッシュ５４における前記周方向と直交する断面形状が略正方形状とされ、ブッシュ支持層５５を薄肉としたことによるブッシュ支持剛性の低下分がブッシュ５４自身の剛性でバランスよく確保される。

以上説明したように、上記実施例におけるクランクシャフト支持構造は、クランクシャフト１５のジャーナル４２を挿通したボールベアリング５２をアルミニウム合金製のクランクケース１６に設けた軸受け部５３で支持するものであって、前記軸受け部５３の内周側に鉄合金製のブッシュ５４を設け、前記軸受け部５３における前記ブッシュ５４を外周側から支持するブッシュ支持層５５の径方向の厚みｂを、前記ブッシュ５４の径方向の厚みａの１／３以下としたものである。

この構成によれば、軸受け部５３における鉄合金製のブッシュ５４が占める割合を大きくし、該軸受け部５３の熱膨張率を鉄合金の熱膨張率に効率よく近付けることができるため、エンジン熱間時におけるブッシュ５４の内周面（ベアリング支持面）とボールベアリング５２の外周面（被支持面）との間のクリアランスの発生を効果的に抑え、該クリアランスに基づく振動や騒音の発生を防止することができる。
また、軸受け部５３には一重のブッシュ５４のみを設ければよく、該軸受け部５３の構造及び加工工程の簡素化を図ることができる。

また、上記クランクシャフト支持構造においては、前記ブッシュ５４の径方向の厚みａを、該ブッシュ５４の軸方向の厚みｃよりも厚くしたことで、ブッシュ支持層５５を薄肉にしたことによるブッシュ支持剛性の低下分を、ブッシュ５４自身の剛性で補うことができると共に、軸受け部５３におけるブッシュ５４が占める割合をより大きくし、該軸受け部５３の熱膨張率を鉄合金の熱膨張率により効率よく近付けることができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば自動二輪車に限らず、三輪又は四輪等の各種車両や、航空機及び船舶等の各種輸送機器にも適用可能であり、さらにはクランクシャフトを有するレシプロエンジン全般に適用可能である。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、エンジン気筒数やその配置等を含め、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における自動二輪車の左側面図である。 上記自動二輪車のエンジンのクランク軸線に沿う展開断面図である。 （ａ）は図２における軸受け部の拡大図、（ｂ）は前記軸受け部の寸法変更に伴う線膨張係数の変化を示すグラフである。

符号の説明

１５ クランクシャフト
１６ クランクケース
４２ ジャーナル
５２ ボールベアリング
５３ 軸受け部
５４ ブッシュ
５５ ブッシュ支持層
ａ ブッシュの径方向の厚み
ｂ ブッシュ支持層の径方向の厚み
ｃ ブッシュの軸方向の厚み

Claims (2)

1. クランクシャフトのジャーナルを挿通したボールベアリングをアルミニウム合金製のクランクケースに設けた軸受け部で支持するクランクシャフト支持構造において、
   前記軸受け部の内周側に鉄合金製のブッシュを設け、前記軸受け部における前記ブッシュを外周側から支持するブッシュ支持層の径方向の厚みを、前記ブッシュの径方向の厚みの１／３以下としたことを特徴とするクランクシャフト支持構造。
2. 前記ブッシュの径方向の厚みを、該ブッシュの軸方向の厚みよりも厚くしたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト支持構造。
   

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