JP2013113223A

JP2013113223A - 内燃機関のクランクケース構造

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Publication number: JP2013113223A
Application number: JP2011260456A
Authority: JP
Inventors: Koji Mori; 公二森; Shuichi Imanari; 修一今成; Kohei Kato; 耕平加藤; Makoto Nagao; 誠長尾
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: EP2599987B1; ES2755248T3; JP5903852B2; US9239028B2; EP2599987A3; US20130133612A1; EP2599987A2

Abstract

【課題】実質的に重量増加を抑えながら、有効にクランクケースの剛性強化を実現する内燃機関のクランクケース構造を提供する。
【解決手段】クランクケース１１内にベアリングを介してクランクシャフト１２を回転自在に支持し、ベアリングを嵌合保持するベアリング保持部３０が形成される。ベアリング保持部３０におけるクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線の方向に沿った第１の断面よりも、クランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線と直交方向に沿った第２の断面Ｓ₂の断面積が大きく設定される。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動二輪車等の車両に搭載されるエンジンのクランクケース構造に関するものである。

ガソリンエンジン等の内燃機関において、ピストン上部で発生する爆発エネルギがコンロッドを介してクランクシャフトに伝達され、これによりクランクシャフトが回転する。クランクシャフトはベアリングを介してクランクケースに支持されるが、そのベアリングばかりでなく、クランクケースのベアリング保持部に対しても、エンジン爆発による極めて大きな荷重が作用する。クランクシャフトはかかる大荷重を受けながら高速回転するため、これを支持する軸受ベアリングやベアリング保持部まわりに高い剛性強度が必要となる。

ここで、この種のエンジンの具体的な例で説明する。例えば図８及び図９に示すような４サイクル単筒エンジン１０において、クランクシャフト１２を回転可能に収容支持するクランクケース１１と、コンロッド１３を介してクランクシャフト１２と連結されたピストン１４を上下動可能に収容するシリンダ１５と、動弁装置１６を収容するシリンダヘッド１７と、シリンダヘッド１７に蓋着するシリンダヘッドカバー１８とが略上下方向に連接される。

図９に示されるようにシリンダヘッド１７には、それぞれ燃焼室２１に連通するインテークポート１９及びエキゾーストポート２０が形成される。これらインテークポート１９及びエキゾーストポート２０は、動力装置１６により駆動される吸気バルブ２２及び排気バルブ２３によって所定のタイミングで開閉される。

この例ではクランクケース１１は図８に示すように、割り面Ｓに沿って左右２つ割りに構成されている。この場合、図１０のように右側クランクケース１１Ｒと左側クランクケース１１Ｌによってクランク室２４が形成され、このクランク室２４内にクランクシャフト１２及びクランクシャフト１２と一体化して回転する左右一対のクランクウェブ１２Ａが回転自在に軸支されている。クランクウェブ１２Ａ相互間には、クランクピン２５を介してコンロッド１３が連結される。なお、クランク室２４の周囲においてケース隔壁を隔てて後側にはミッション室２６が、その右側にクラッチ室２７が、また左側にはマグネト室２８がそれぞれ隣接配置される。

クランクシャフト１２は一対のベアリング２９によって支持される。この例ではベアリング２９として玉ころ軸受を用いるが、円筒ころ軸受あるいはメタル滑り軸受であってもよい。各ベアリング２９は、右側クランクケース１１Ｒ及び左側クランクケース１１Ｌにそれぞれ設けたベアリング保持部３０に嵌め込まれ、これらのベアリング保持部３０内に固定支持される。ベアリング保持部３０はベアリング２９に対する締め代、即ち圧入代あるいは変形代を均等にするためにその断面は図１０で一点鎖線により示すように概略帯形状となっている。

エンジン爆発時、図９のようにその爆発圧Ｐはピストン１４で受け、そのピストン１４からコンロッド１３を介してクランクシャフト１２に伝わる。クランクシャフト１２は回転運動するが、その爆発力は同時にクランクシャフト１２からベアリング保持部３０に対して、図１１に示すように荷重Ｆ₁となって作用する。爆発圧Ｐはシリンダヘッド１７側にも作用する。ここで、シリンダヘッド１７は図８に示すように、シリンダヘッドボルト３１によってクランクケース１１に締結される。この場合、シリンダヘッドボルト３１は、クランクケース１１に設けたボス部３２に形成された雌ネジ３３に螺着する。シリンダヘッド１７側に作用する爆発圧Ｐはシリンダヘッドボルト３１を介して、荷重Ｆ₂となってクランクケース１１に作用する。

特開２００９−２４３４４０号公報

エンジン爆発時に上記のような荷重Ｆ₁や荷重Ｆ₂が作用することで、そのままではクランクケース１１にシリンダ軸線方向の応力歪Ｅ₁やシリンダ軸線と直交方向の応力歪Ｅ₂を発生させる原因となる。かかる応力歪Ｅ₁，Ｅ₂に起因してクランクケース１１に亀裂や変形が生じるのを抑制すべく、ベアリング保持部３０とボス部３２の間にリブ３４が設けられる。リブ３４を設けることで剛性強化を図ることができるが、必ずしも十分でない場合があった。つまり、ベアリング保持部３０やリブ３４が図１１の二点鎖線により示すように、応力歪Ｅ₁，Ｅ₂に対応して変形するのを完全に抑制するのは困難であった。
なお、特許文献１にはこの種のリブの例が開示されている。

本発明はかかる実情に鑑み、実質的に重量増加を抑えながら、有効にクランクケースの剛性強化を実現する内燃機関のクランクケース構造を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のクランクケース構造は、クランクケース内にベアリングを介してクランクシャフトを回転自在に支持し、該ベアリングを嵌合保持するベアリング保持部が形成された内燃機関のクランクケース構造であって、前記ベアリング保持部におけるクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線の方向に沿った第１の断面よりも、前記クランクシャフト軸線を通り前記シリンダ軸線と直交方向に沿った第２の断面の断面積が大きく設定されたことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクケース構造において、前記第１の断面の前記シリンダ軸線の方向に沿った長さよりも、前記第２の断面の前記シリンダ軸線と直交方向に沿った長さが大きく設定されたことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクケース構造において、一対の前記ベアリング保持部が前記シリンダ軸線を挟んで、前記クランクシャフト軸線の方向に隔置され、少なくともいずれか一方の前記ベアリング保持部における前記第２の断面の断面積が前記第１の断面よりも大きく設定されることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクケース構造において、シリンダヘッドボルトが螺着する複数のボス部と、このボス部と前記ベアリング保持部と繋ぐように形成された第１のリブとを有し、前記第１のリブの相互間隔が前記ベアリング保持部よりも幅広であることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクケース構造において、前記ボス部の下端部付近の相互間を繋ぐように形成された第２のリブを有することを特徴とする。

また、本発明の内燃機関のクランクケース構造において、前記クランクケースは前記シリンダ軸線に関して左右２つ割りに構成され、それぞれが前記ベアリング保持部を持つことを特徴とする。

本発明によれば、ベアリング保持部においてクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線と直交方向に沿った断面をシリンダ軸線の方向に沿った断面よりも大きくことにより、ベアリング保持部全体としての重量増加を可能な限り抑えながら剛性強化を図ることができる。これによりエンジン爆発時に作用する荷重によってベアリング保持部まわりが変形等するのを有効に抑制することができる。

本発明に係る自動二輪車の全体構成を示す前方斜視図である。本発明の実施形態に係るエンジンにおけるシリンダ軸線方向に沿う縦断面図である。本発明の実施形態に係るエンジンのクランクケースを示す斜視図である。本発明の実施形態に係るエンジンの右側クランクケースを示す側面図である。本発明の実施形態に係るエンジンの左側クランクケースを示す側面図である。本発明の実施形態に係るエンジンのクランクケースを示す一部破断斜視図である。本発明の実施形態に係るエンジンのクランクケースにおけるベアリング保持部まわりを示す部分側面図である。従来のクランクケース構造に係るエンジンの分解斜視図である。従来のクランクケース構造に係るエンジンの縦断面図及び部分拡大図である。従来のクランクケース構造に係るエンジンにおけるシリンダ軸線方向に沿う縦断面図である。従来のクランクケース構造におけるベアリング保持部まわりを示す部分側面図である。

以下、図面に基づき、本発明による内燃機関のクランクケース構造の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る自動二輪車の前方斜視図である。先ず、図１を用いて自動二輪車１００の全体構成について説明する。なお、以下の説明において図１を含めた各図において、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒによりそれぞれ示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌによりそれぞれ示す。

図１の自動二輪車１００は典型的には所謂オフロード用であってよく、図示を省略するがその車体前方上部にはステアリングヘッドパイプが配置されており、該ステアリングヘッドパイプ内にはステアリング軸が回動可能に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル１０１が結着されており、同ステアリング軸の下端にはフロントフォーク１０２が取り付けられ、該フロントフォーク１０２の下端には操向輪である前輪１０３が回転可能に軸支されている。

また、ステアリングヘッドパイプからは左右一対のメインフレーム１０４が、車体後方に向かって斜め下方に傾斜して延出すると共に、ダウンチューブ１０５が略垂直下方に延びている。そして、ダウンチューブ１０５はその下部付近でロアフレーム１０６として左右に分岐し、これら一対のロアフレーム１０６は下方に延びた後に、車体後方に向かって略直角に曲げられ、その後端部は左右一対のボディフレーム１０７を介してメインフレーム１０４の各後端部に連結されている。

左右一対のメインフレーム１０４とダウンチューブ１０５及びロアフレーム１０６とボディフレーム１０７とによって囲まれる空間には、駆動源である水冷式のエンジン１０が搭載されている。エンジン１０の上方には燃料タンク１０８が配され、その燃料供給口はキャップ１０９によって栓止されている。燃料タンク１０８の後方にはシート１１０が配されている。また、エンジン１０の前方にはラジエータ１１１が配置されている。

車体の前後方向略中央の下部に設けられた左右一対のボディフレーム１０７には、リヤスイングアーム１１２の前端部がピボット軸１１３によって上下に揺動可能に支持されている。リヤスイングアーム１１２の後端部には駆動輪である後輪１１４が回転可能に軸支されている。なお、図示を省略するがリヤアーム１１２は、リンク機構とこれに連結されたショックアブソーバ（後輪懸架装置）を介して車体に懸架されている。

また、燃料タンク１０８内には燃料ポンプユニットが配置され、この燃料ポンプユニットによってエンジン１０に燃料を供給する。一方、上述のショックアブソーバの後側にはエアクリーナボックスが配置され、エアクリーナボックスとエンジン１０の間が吸気通路を介して連結される。この吸気通路はエンジン１０のシリンダヘッドに設けられたインテークポートに接続され、その途中で吸気通路の一部としてスロットルボディが配置される。このスロットルボディには燃料インジェクタが配設されており、この燃料インジェクタに対して燃料ポンプユニットから所定圧力の燃料が供給されるようになっている。

次に、エンジン１０の構成について説明する。ここで、この例ではエンジン１０の基本構成は、既に従来例として説明した図８〜図１０に記載のものと同様とし、以下の説明において従来例と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を付し、必要に応じて適宜、図８〜図１０を参照するものとする。本実施形態においてもエンジン１０は、クランクシャフト１２を回転可能に収容支持するクランクケース１１と、ピストン１４を上下動可能に収容するシリンダ１５と、動弁装置１６を収容するシリンダヘッド１７と、シリンダヘッド１７に蓋着するシリンダヘッドカバー１８とを有し、これらが略上下方向に連接される。

図２は、クランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線方向に沿う縦断面図を示している。本例でもクランクケース１１は図２に示すように、左右２つ割りに構成される。右側クランクケース１１Ｒと左側クランクケース１１Ｂによってクランク室２４が形成され、このクランク室２４内にクランクシャフト１２及びクランクシャフト１２と一体化して回転する左右一対のクランクウェブ１２Ａが回転自在に軸支されている。クランクウェブ１２Ａ相互間には、クランクピン２５を介してコンロッド１３が連結される。なお、クランク室２４の周囲においてケース隔壁を隔てて後側にはミッション室２６が、その右側にクラッチ室２７が、また左側にはマグネト室２８がそれぞれ隣接配置される。

クランクシャフト１２は一対のベアリング２９によって支持される。この図示例ではベアリング２９として玉ころ軸受を用いるが、円筒ころ軸受あるいはメタル滑り軸受であってもよい。各ベアリング２９は、右側クランクケース１１Ｒ及び左側クランクケース１１Ｂのそれぞれ側壁に設けたベアリング保持部３０に圧入状態で嵌め込まれ、これらのベアリング保持部３０内に固定支持される。シリンダ軸線Ｚ（図３参照）を挟んで、クランクシャフト軸線の方向に隔置されるベアリング保持部３０の断面は、図２において一点鎖線により示すように概略帯形状となっている。以上の基本構成は、従来例の場合と実質的に同様である。

図３は、本実施形態におけるエンジン１０のクランクケース１１を示しており、割り面Ｓに沿って右側クランクケース１１Ｒと左側クランクケース１１Ｌとにより左右２つ割りで構成されている。なお、図４は右側クランクケース１１Ｒを右外側から見た図、図５は左側クランクケース１１Ｌを左外側から見た図である。ここでは主に右側クランクケース１１Ｒに関して説明するが、左側クランクケース１１Ｌの場合も実質的に同様である。シリンダヘッド１７をクランクケース１１に締結するためのシリンダヘッドボルト３１が螺着する複数の雌ネジ３３、この例ではシリンダ１３を囲むようにシリンダ軸線Ｚに関して周囲対角位置に４つの雌ネジ３３を有する。各雌ネジ３３はシリンダ軸線Ｚ方向に沿って下方、即ちクランクケース１１側へ延設したボス部３２に形成される。また、ベアリング保持部３０とボス部３２の間にリブ３４（第１のリブ）が設けられる。

ベアリング保持部３０はベアリング２９の周囲を囲むように、その全外周に亘って概略リング状に形成される。ここで、本発明では特にベアリング保持部３０のクランクシャフト軸線を通る断面積はそのリング状に沿って一定でなく、所定の関係で変化する。即ち、図２に示されるようにベアリング保持部３０におけるクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線Ｚの方向に沿った断面を第１の断面Ｓ₁とし、また、図６に示されるようにクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線Ｚと直交方向に沿った断面を第２の断面Ｓ₂とする。そして、第１の断面Ｓ₁よりも第２の断面Ｓ₂が大きく設定される。

上記のような断面積変化を持たせるためにこの例では、図７に示されるように第１の断面Ｓ₁におけるシリンダ軸線Ｚの方向に沿った長さＡよりも、第２の断面Ｓ₂におけるシリンダ軸線Ｚと直交方向に沿った長さＢが大きく設定される。このように第２の断面Ｓ₂の長さＢを第１の断面Ｓ₁の長さＡよりも長くすることで、ベアリング２９を囲む保持部３０のリング状は真円ではなく、全体として見るとシリンダ軸線Ｚ方向に適度に潰れた形状を呈する。この場合、シリンダ軸線Ｚ方向の長さＡは、実質的に通常のクランクケースの寸法に準拠し、シリンダ軸線Ｚと直交方向の長さＢを通常の場合よりも長く設定することで対応している。なお、保持部３０のかかる形状は、図７では右側クランクケース１１Ｒについて図示されているが、左側クランクケース１１Ｌの場合も実質的に同様である。

上記のように保持部３０におけるシリンダ軸線Ｚと直交方向の第２の断面Ｓ₂を増大することで、エンジン爆発時に作用する荷重によって保持部３０が変形等するのを有効に抑制することができる。この場合、保持部３０のシリンダ軸線Ｚの方向に沿った長さＡについては実質的に長くしておらず、また長くしないでもエンジン爆発時の荷重による変形要因とならず、保持部３０全体としての重量増加を可能な限り抑えながら剛性強化を図ることができる。一方、ベアリング２９の圧入代に関して、エンジン始動後、十分に暖機運転が行われるとアルミニウム合金製のクランクケース１１はベアリング２９よりも熱膨張することで、圧入代は殆どなくなり、従ってベアリング保持部３０が均一でなくても何ら差し支えない。

また、ボス部３２とベアリング保持部３０がリブ３４によって繋がれ、図７のようにリブ３４の相互間隔Ｗがベアリング保持部３０よりも幅広となっている。
先ず、エンジン爆発時に作用する荷重によって、ベアリング２９直上のボス部３２が引っ張られ、そのままではボス部３２同士が内側に変形してしまうが、ボス部３２の下端から比較的大径のリブ３４を延設することで、そのような変形を有効に防止することができる。これによりクランクケース１１に亀裂や変形が生じるのを抑制することができる。更に、リブ３４の相互間隔Ｗをベアリング保持部３０の長さＢよりも幅広とすることで、荷重が直接ベアリング保持部３０に作用するのを抑止し、この点でもベアリング保持部３０まわりの変形を防ぐことができる。

更に、図２〜図４あるいは図７等に示されるようにボス部３２の下端部付近の相互間を繋ぐように形成されたリブ３５（第２のリブ）を有する。
リブ３５を付設することで、エンジン爆発時に作用する荷重によってボス部３２が互いに近づくように変形し、またこれに対応してリブ３４が内側に変形するのをより確実に防止することができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、ボス部３２の下端部付近の相互間を繋ぐリブ３５の断面形状は、図２に示すように円形状の場合をはじめ、概略矩形状等その他の形状であってもよい。また、リブ３５は均一断面でなくてもよく、２本もしくは２つ以上設けてもよい。

また、右側クランクケース１１Ｒ及び左側クランクケース１１Ｌのそれぞれベアリング保持部３０に適用する場合を説明したが、いずか一方でもクランクケース１１の変形防止に有効に機能する。
更に、クランクケース１１が左右２つ割りの例を説明したが、クランクシャフト軸線に関して上下割りのクランクケースの場合にも適用可能である。

１０エンジン、１１クランクケース、１１Ｒ右側クランクケース、１１Ｌ左側クランクケース、１２クランクシャフト、１３コンロッド、１４ピストン、１５シリンダ、１６動弁装置、１７シリンダヘッド、１８シリンダヘッドカバー、１９インテークポート、２０エキゾーストポート、２１燃焼室、２２吸気バルブ、２３排気バルブ、２４クランク室、２５クランクピン、２６ミッション室、２７クラッチ室、２８マグネト室、２９ベアリング、３０ベアリング保持部、３１シリンダヘッドボルト、３２ボス部、３３雌ネジ、３４リブ（第２のリブ）、３５リブ（第２のリブ）、１００自動二輪車。

Claims

クランクケース内にベアリングを介してクランクシャフトを回転自在に支持し、該ベアリングを嵌合保持するベアリング保持部が形成された内燃機関のクランクケース構造であって、
前記ベアリング保持部におけるクランクシャフト軸線を通りシリンダ軸線の方向に沿った第１の断面よりも、前記クランクシャフト軸線を通り前記シリンダ軸線と直交方向に沿った第２の断面の断面積が大きく設定されたことを特徴とする内燃機関のクランクケース構造。
前記第１の断面の前記シリンダ軸線の方向に沿った長さよりも、前記第２の断面の前記シリンダ軸線と直交方向に沿った長さが大きく設定されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランクケース構造。
一対の前記ベアリング保持部が前記シリンダ軸線を挟んで、前記クランクシャフト軸線の方向に隔置され、少なくともいずれか一方の前記ベアリング保持部における前記第２の断面の断面積が前記第１の断面よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のクランクケース構造。
シリンダヘッドボルトが螺着する複数のボス部と、このボス部と前記ベアリング保持部と繋ぐように形成された第１のリブとを有し、前記第１のリブの相互間隔が前記ベアリング保持部よりも幅広であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のクランクケース構造。
前記ボス部の下端部付近の相互間を繋ぐように形成された第２のリブを有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のクランクケース構造。
前記クランクケースは前記シリンダ軸線に関して左右２つ割りに構成され、それぞれが前記ベアリング保持部を持つことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関のクランクケース構造。