JP2009167805A - クランクシャフトおよび内燃機関の潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクジャーナルに潤滑油供給用の孔をあけずに、クランクシャフトのクランクピンとコンロッドとの連接部に適切に潤滑油を供給する。
【解決手段】本発明のクランクシャフト１０では、クランクアーム１４におけるクランクピン１６側の外面とクランクジャーナル１２側の外面とを貫通する油路２０が、クランクアーム１４に形成される。より具体的には、油路２０は、ジャーナル周囲領域４０とピン周囲領域５２とを連通するように、クランクアーム１４に形成される。このようなクランクシャフト１０を備えた内燃機関の潤滑装置にあっては、クランクシャフト１０のクランクジャーナル１２のジャーナル周囲領域４０に潤滑油を供給可能にする潤滑油供給手段が設けられる。ジャーナル周囲領域４０の潤滑油は油路２０を介してピン周囲領域５２に供給される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトの摺動部に適切に潤滑油を供給可能にするように構成されたクランクシャフト、および、該クランクシャフトを備えた内燃機関の潤滑装置に関する。

一般に、内燃機関のクランクシャフトにおける摺動部、具体的にはクランクジャーナルとクランクケースとの連結部（連接部）やクランクピンとコンロッドとの連接部に潤滑油が供給されている。例えば、単気筒内燃機関において、クランクシャフトのクランクピンとコンロッドとの連結箇所に潤滑油を供給可能にする内燃機関の潤滑装置が、特許文献１に開示されている。この装置では、クランクシャフトを支持するためのクランクシャフトのアーム部に、オイルギャラリーを介して潤滑油が供給される給油路がその軸方向に貫通形成され、さらに、この給油路内の潤滑油をクランクピンとコンロッドとの連接部に供給するべく、アーム部の給油路の先端をクランクウェブのクランクピン側端面に開口させる構成が備えられている。具体的には、クランクシャフトのクランクウェブの端面に上記給油路の開口を閉塞する端部材が取着され、これによりこの端部材とクランクウェブの端面との間に一端が前記給油路に連なるとともに他端がクランクピンとコンロッドとの連接部に開口する油通路が形成される。

特開昭５９−２０１９１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、クランクピンとコンロッドとの連接部に潤滑油を供給するために、クランクシャフトを支持するための、クランクシャフトのアーム部（クランクジャーナル）にその軸方向に給油路を形成して、そこに潤滑油を供給しなければならない。特許文献１では、この装置が単気筒内燃機関に適用されているので、アーム部の軸方向端部から潤滑油をその給油路に供給できている。しかしながら、それを多気筒内燃機関に適用する場合には、クランクシャフトの一端部から各クランクジャーナルに形成した軸方向の給油路に潤滑油を供給するのに、例えば、従来のクランクシャフトに複数のさらなる油路を形成することが求められたり、クランクシャフトに対してさらなる設計変更が求められたりするので、かなりの困難が伴われる。

さもなければ、それを多気筒内燃機関に適用する場合には、クランクジャーナルのその給油路に径方向から潤滑油を供給可能にするように、クランクジャーナルに対してその軸方向に直交する方に延びる潤滑油供給用の孔をさらにあけることが必要とされる。これでは、クランクジャーナルにおけるメインベアリングとの接触可能面積が減ることになるので、クランクシャフトの耐えられる力がその分、低下することになる。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、クランクジャーナルに潤滑油供給用の孔をあけずに、クランクシャフトのクランクピンとコンロッドとの連接部に適切に潤滑油を供給することにある。

上記目的を達成するため、本発明のクランクシャフトは、クランクアームを介して連なるクランクジャーナルとクランクピンとを備えたクランクシャフトにおいて、前記クランクアームにおける前記クランクジャーナル側の外面と前記クランクピン側の外面とを貫通する油路が、前記クランクアームに形成されたことを特徴とする。かかる構成によれば、該クランクシャフトの使用時において、クランクジャーナル周囲の潤滑油が、クランクアームの油路を通して、クランクピン周囲に流れることが可能になる。したがって、クランクジャーナルに潤滑油供給用の孔をあけずに、潤滑油を、クランクシャフトのクランクピンとコンロッドとの連接部に供給することが可能になる。

また、上記目的を達成するため、本発明は、上記クランクシャフトを備えた内燃機関の潤滑装置にも存する。この内燃機関の潤滑装置は、上記クランクシャフトを備えるので、クランクジャーナルに潤滑油供給用の孔をあけずに、潤滑油を、クランクピンとコンロッドとの連接部に供給することが可能になる。

さらに、上述の内燃機関の潤滑装置にあっては、前記油路は、前記クランクジャーナルの周囲領域と前記クランクピンの周囲領域とを連通するとよい。具体的には、前記クランクジャーナルの周囲領域は、前記クランクシャフトおよび該クランクシャフトの支持部材の内の少なくとも一方に設けられたシール部材によって、少なくとも一部が定められた空間領域である。また、具体的には、前記クランクピンの周囲領域は、前記クランクシャフトおよび前記クランクピンに取り付けられたコンロッドの内の少なくとも一方に設けられたシール部材によって、少なくとも一部が定められた空間領域である。こうすることで、クランクジャーナルの周囲領域やクランクピンの周囲領域に、潤滑油を適切に保持することができるので、それら各々における摺動部の潤滑およびそれらにおける相互の潤滑油の供給受け渡しがより適切に行われ得る。なお、好ましくは、前記シール部材は、ラビリンスシールを含む。こうすることで、クランクジャーナルの周囲領域やクランクピンの周囲領域に適切に適量の潤滑油を保ちながら、それら潤滑油を内燃機関内で循環させることが可能になる。

好ましくは、前記クランクジャーナルの周囲領域に潤滑油を供給可能にする潤滑油供給手段が設けられている。こうすることで、クランクジャーナルの周囲領域に潤滑油を適切に供給することが可能になる。具体的には、前記潤滑油供給手段は、前記クランクシャフトの支持部材に形成されて前記クランクジャーナルの周囲領域に開口する供給油路を含むとよい。こうすることで、クランクシャフトの支持部材の供給油路を介して、クランクジャーナルの周囲領域に潤滑油を供給することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。ただし、以下、説明される、本発明が適用された一実施形態としてのクランクシャフトは、フルカウンター形式のクランクシャフトである。しかしながら、本発明は、他の形式、例えばハーフカウンター形式のクランクシャフトにも同様に適用される。

図１は、本発明の実施形態のクランクシャフト１０を示している。クランクシャフト１０は、直列４気筒内燃機関用のクランクシャフトである。クランクシャフト１０は、内燃機関のクランクケース内に支持される。クランクシャフト１０は、内燃機関のピストンに与えられた燃焼による爆発力を往復運動から回転運動に変換するものであり、ピストンの往復運動はコンロッド（コネクティングロッド）によりクランクシャフト１０に伝達される。

クランクシャフト１０は、クランクジャーナル１２と、クランクアーム１４と、クランクピン１６とを備えている。図１から明らかなように、隣り合うクランクジャーナル１２とクランクピン１６とはクランクアーム１４を介して連なる。なお、ここでは、クランクシャフト１０は、５つのクランクジャーナル１２と、８つのクランクアーム１４と、４つのクランクピン１６とを備えている。

クランクジャーナル１２は、ベアリングを介して、支持部材としてのクランクケースに連結支持される部位である。クランクピン１６は、ベアリングを介してコンロッドの大端部が取り付けられる部位であり、コンロッドを介してシリンダ内を往復運動するピストンに連結される。クランクアーム１４は、このようなクランクジャーナル１２とクランクピン１６とをつなげている。なお、クランクアーム１４の一端にはクランクピンが連結され、その他端にはバランスウエイトが備えられている。

クランクジャーナル１２はクランクシャフト１０の長手方向の軸すなわち回転軸Ａに一致する軸を有する。これに対して、クランクピン１６はクランクシャフト１０の回転軸Ａからピストン行程の半分ずれた位置に設けられ、内燃機関に取り付けられた状態でクランクシャフト１０が回転軸Ａ周りに回転するとき、クランクシャフト１０の回転軸Ａを中心として同一軌道上を回る。

クランクシャフト１０のクランクアーム１４には、油路２０が形成されている。この油路２０は、クランクアーム１４を貫通して形成されていて、より正確にはクランクアーム１４に穿設された孔２０ａにより区画形成される。そして図１から明らかなように、油路２０は、クランクピン１６やクランクジャーナル１２内を通ることなしに、クランクアーム１４におけるクランクピン１６側の外面（側面）とクランクジャーナル１２側の外面（側面）とを貫通してクランクアーム１４のみに形成される。以下、油路２０に関して詳述する。

油路２０は、クランクアーム１４の内、クランクピン１６との連接部（ピン連接部）１６ｃおよびクランクジャーナル１２との連接部（ジャーナル連接部）１２ｃの間の部分を貫通するように、クランクアーム１４に形成されている。換言すると、油路２０は、クランクジャーナル１２の周囲のドーナツ状領域２２と、クランクピン１６の径方向内側の円板状領域２４とを連通するように形成されている。ここで、ドーナツ状領域２２とは、クランクシャフト１０がその回転軸Ａ周りに回転されたときにクランクジャーナル１２の外周側にクランクジャーナル１２やクランクアーム１４の回転軌跡によって概念的に形成される空間領域のことである。これに対して、円板状領域２４とは、クランクシャフト１０がその回転軸Ａ周りに回転されたときにクランクピン１６の径方向内側にクランクピン１６やクランクアーム１４の回転軌跡によって形成される概念的な空間領域のことである。

そして、本実施形態では、クランクアーム１４に形成された油路２０は、図１において、クランクシャフト１０の回転軸Ａを横切らないように、クランクシャフト１０の略回転軸Ａ方向に延びている。特に、本実施形態では、油路２０は、クランクアーム１４の内、クランクジャーナル１２近傍の上記外面から、クランクピン１６近傍の上記外面にかけて、クランクシャフト１０の軸Ａを中心としてそこから径方向外側に広がるように延びている。それ故、本実施形態のクランクシャフト１０では、その使用時において、ドーナツ状領域２２から油路２０に入った潤滑油は、クランクシャフト１０の回転によって、適切に円板状領域２４方向に付勢される。

このような構成のクランクシャフト１０の作製に関して次に図２に基づいて説明する。上記の如きクランクシャフト１０では、クランクアーム１４に孔２０ａをあけることが求められる。そこでこの孔あけを容易にするために、クランクシャフト１０は、組み立てられたときにクランクジャーナル１２、クランクアーム１４、クランクピン１６になる、各部材１２ａ、１４ａ、１６ａを用いて作製される。これら部材１２ａ、１４ａ、１６ａは、それぞれ鋳造により作製される。そして、アーム部材１４ａが独立した状態で、アーム部材１４ａには油路２０となる孔２０ａがあけられる。ただし、アーム部材１４ａ作製時の鋳造段階で、アーム部材１４ａに孔２０ａが形成されてもよい。こうして孔２０ａがあけられたアーム部材１４ａは、ピン部材１６ａやジャーナル部材１２ａと接合され、クランクシャフト１０が完成される。なお、これらの部材の相互接続は、摩擦圧接などの溶接、接着剤を用いての接着、機械的接合等により達成され得る。

上記クランクシャフト１０の使用状態について、具体的に図３に基づいて説明する。図３は、クランクシャフト１０の一部分に関しての模式図であり、そこには、クランクシャフト１０がクランクケース３０内に支持された内燃機関の作動時の油の流れが矢印で概念的に示されている。

クランクジャーナル１２は、メタルベアリングであるメインベアリング３２を介して、クランクケース３０に支持されている。より具体的には、クランクジャーナル１２は、クランクケース３０の隔壁部３４とクランクキャップ３６との間に回転可能に挟持されている。クランクケース３０には、シール部材としてのラビリンスシール３８が取り付けられている。したがって、ラビリンスシール３８と、クランクケース３０と、クランクジャーナル１２と、そしてクランクアーム１４とにより、適量の潤滑油の保持およびその適度の漏れが両立される空間領域である、クランクジャーナル１２の周囲領域（ジャーナル周囲領域）４０が区画形成される。ただし、ジャーナル周囲領域４０の形成をより適切なものにするために、クランクアーム１４には段部１４ｓが形成されているが、このような形状は、種々変更され得る。

クランクピン１６には、メタルベアリングであるコンロッドベアリング４２を介して、コンロッド４４が取り付けられている。より具体的には、クランクピン１６は、コンロッド４４の大端部４６の大端部本体４６ｂとコンロッドキャップ４８との間に回転可能に挟持されている。コンロッド４４の大端部４６には、シール部材としてのラビリンスシール５０が取り付けられている。これにより、ラビリンスシール５０と、コンロッド４４と、クランクピン１６と、そしてクランクアーム１４とにより、適量の潤滑油の保持およびその適度の漏れが両立される空間領域である、クランクピン１６の周囲領域（ピン周囲領域）５２が区画形成される。ただし、ピン周囲領域５２の形成をより適切なものにするために、クランクアーム１４には段部１４ｓｓが形成されているが、このような形状は、種々変更され得る。

ピン周囲領域５２およびジャーナル周囲領域４０は、共に、クランクシャフト１０の軸Ａ方向においては、クランクアーム１４の面により定められる。このようなクランクアーム１４の面は、クランクケース３０やコンロッド４４との間でスラスト力を受け止める面としても機能するので、ここではスラスト面Ｓと称され得る。図から明らかなように、クランクアーム１４に形成される油路２０は、クランクアーム１４の両側の概ね反対側を向いた２つのスラスト面Ｓを貫通する。

クランクシャフト１０の支持部材であるクランクケース３０の隔壁部３４には、枝ギャラリ６０が形成されている。枝ギャラリ６０は、ジャーナル周囲領域４０に開口する供給油路である。オイルポンプ６２によってオイルパンから汲み上げられて圧送された潤滑油は、適宜オイルフィルター等を介してメインギャラリ６４に至る。詳細には示さないが、メインギャラリ６４と枝ギャラリ６０とは連通しているので、メインギャラリ６４の潤滑油の一部は枝ギャラリ６０に供給される。枝ギャラリ６０はメインベアリング３２に面する隔壁部３４端部に開口するので、潤滑油はメインベアリング３２およびジャーナル周囲領域４０に適切に供給される。

潤滑油はジャーナル周囲領域４０に一時的に溜まるが、ジャーナル周囲領域４０の一部はラビリンスシール３８で区画形成されているので、徐々にジャーナル周囲領域４０から漏れる。他方、ジャーナル周囲領域４０には油路２０が連通しているので、ジャーナル周囲領域４０の潤滑油は油路２０に流れ込むことができる。この潤滑油の流れ込みは、主に、クランクシャフト１０の回転に伴う遠心力により促される。こうして油路２０を介して、ジャーナル周囲領域４０からピン周囲領域５２に潤滑油が供給される。この結果、クランクピン１６とコンロッド４４との連接部、具体的にはコンロッドベアリング４２には適切に潤滑油が供給される。このようにしてピン周囲領域５２に供給された潤滑油は、同様に、ラビリンスシール５０が用いられているが故に、適当に漏れ得る。なお、ピン周囲領域５２やジャーナル周囲領域４０を漏れ出た潤滑油は、図示しないオイルパンに流れ着く。

なお、本実施形態では、潤滑油供給手段は、枝ギャラリ６０、オイルポンプ６２、メインギャラリ６４を含んで構成される。なお、オイルポンプ６２は、既知のオイルポンプであり、既知の動力を用いて、さらに既知のタイミングで駆動される。

以上、上記したように、潤滑油は、クランクケース３０を介してクランクジャーナル１２周囲のメインベアリング３２に供給され、さらにクランクアーム１４に形成された油路２０を介してクランクピン１６周囲のコンロッドベアリング４２に供給される。こうしてクランクシャフト１０の摺動部に潤滑油が適切に供給されるので、従来のクランクシャフトとは異なり、本発明に係る実施形態のクランクシャフト１０では、クランクジャーナル１２やクランクピン１６に孔あるいは穴をあけることが必要とされない。したがって、本発明によれば、そのような孔あけによりクランクシャフト１０の強度を損なうことが防止される。また、それ故に、クランクシャフト１０において局所的な応力集中や面圧の過度の上昇が生じることを回避することができるので、クランクシャフト１０や各種ベアリング３２、４２の使用環境を緩和することが可能になる。

以上本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されない。具体的には、油路２０は、上記クランクシャフト１０では、全てのクランクアーム１４の各々に１つずつ形成されていたが、本発明は全てのクランクアーム１４の各々にそれが形成されることに限定されない。例えば、その内のいくつかのみに、油路２０は形成され得る。また、１つのクランクアーム１４に対する油路２０の数は１つでなく複数でもよい。また、上記油路２０は、クランクジャーナル１２やクランクピン１６に孔あるいは穴をあけないで、ジャーナル周囲領域４０およびピン周囲領域５２を連通させるのであれば、如何なる構成を有してもよい。例えば、油路２０は、図１において、クランクシャフト１０の軸Ａを横切るようにクランクアーム１４に形成されてもよい。

そして、上記ラビリンスシール３８、５０の各々は、ジャーナル周囲領域４０やピン周囲領域５２が適切に形成されるのであれば、クランクシャフト１０のクランクアーム１４に設けられてもよい。また、潤滑油供給手段は、ジャーナル周囲領域４０に適切に潤滑油を供給するのであれば、上記構成以外の構成を備えてもよい。例えば、潤滑油供給手段は、オイルポンプから直接的に潤滑油をジャーナル周囲領域４０に供給するように構成されてもよい。

なお、上記では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。

本発明の実施形態のクランクシャフトの概念図である。 図１のクランクシャフトの一部の概念的な分解図である。 図１のクランクシャフトにおける潤滑油の流れを説明するための図であり、その一部分に関しての模式図である。

符号の説明

１０ クランクシャフト
１２ クランクジャーナル
１４ クランクアーム
１６ クランクピン
２０ 油路
４０ ジャーナル周囲領域
５２ ピン周囲領域

Claims (8)

1. クランクアームを介して連なるクランクジャーナルとクランクピンとを備えたクランクシャフトにおいて、
   前記クランクアームにおける前記クランクジャーナル側の外面と前記クランクピン側の外面とを貫通する油路が、前記クランクアームに形成されたことを特徴とするクランクシャフト。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトを備えた内燃機関の潤滑装置。
3. 前記油路は、前記クランクジャーナルの周囲領域と前記クランクピンの周囲領域とを連通することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の潤滑装置。
4. 前記クランクジャーナルの周囲領域は、前記クランクシャフトおよび該クランクシャフトの支持部材の内の少なくとも一方に設けられたシール部材によって、少なくとも一部が定められた空間領域であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の潤滑装置。
5. 前記クランクピンの周囲領域は、前記クランクシャフトおよび前記クランクピンに取り付けられたコンロッドの内の少なくとも一方に設けられたシール部材によって、少なくとも一部が定められた空間領域であることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の潤滑装置。
6. 前記シール部材は、ラビリンスシールを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の潤滑装置。
7. 前記クランクジャーナルの周囲領域に潤滑油を供給可能にする潤滑油供給手段が設けられていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の内燃機関の潤滑装置。
8. 前記潤滑油供給手段は、前記クランクシャフトの支持部材に形成されて前記クランクジャーナルの周囲領域に開口する供給油路を含むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の潤滑装置。

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