JP2016114134A

JP2016114134A - クランクシャフト

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Inventors: 大野　浩一; Koichi Ono; 浩一大野
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Filing date: 2014-12-12
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Abstract

【課題】軽量で高剛性なクランクシャフトを提供する。【解決手段】フラットプレーン型の直列４気筒エンジン用のクランクシャフトは、８つのクランクアームを備えている。第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームのそれぞれにはカウンターウェイトが設けられている。第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームの幅Ｈ５は、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも小さくする。そして、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３及び第６クランクアームの幅Ｈ６は、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも大きくする。【選択図】図２

Description

本発明は、直列４気筒エンジン用のクランクシャフトに関する。

直列４気筒エンジンのクランクシャフトは、クランクシャフトの回転中心になるクランクジャーナルと、クランクジャーナルから偏心した位置に設けられてコネクティングロッドが連結されるクランクピンと、クランクジャーナルとクランクピンとを連結するクランクアームとで構成されている。

クランクシャフトの剛性が不足すると、回転時に振動等が発生してしまうため、クランクシャフトに部分的な補強を行うことで剛性を確保するといったことがよく行われる。なお、こうした部分的な補強による剛性確保の一例としては、特許文献１に記載のクランクシャフトなどが挙げられる。この特許文献１に記載のクランクシャフトでは、クランクシャフトの軸端に設けられたフライホイールの振動によってフライホールに近い位置のクランクアームに捩り振動が発生することを抑えるために、フライホールに近い位置のクランクアームには局所的な肉盛り部を設けて同クランクアームの剛性を高めるようにしている。

特開２０１２−１７２７９７号公報

クランクシャフトに部分的な補強を行うようにすれば、クランクシャフトの剛性を確保することは可能である。しかし、そうした補強を行うだけではクランクシャフトの重量が増加してしまう。なお、クランクシャフトの重量が増加すると、例えばクランクシャフトの慣性モーメントが増加して燃費が悪化したり、エンジン重量が増加したりするなどの不都合が生じる。そのため、クランクシャフトの設計では、剛性を確保しつつ、極力軽くすることが望まれる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量で高剛性なクランクシャフトを提供することにある。

上記課題を解決するクランクシャフトは、５つのクランクジャーナルと、４つのクランクピンと、８つのクランクアームとを備える直列４気筒エンジン用のフラットプレーン型のクランクシャフトである。このクランクシャフトの両端のうちの一方の軸端から数えて４番目のクランクアームである第４クランクアーム及び前記軸端から数えて５番目のクランクアームである第５クランクアームのそれぞれにはカウンターウェイトが設けられている。

また、クランクシャフトの軸端側からクランクアームを見たときに、クランクジャーナルの中心軸及びクランクピンの中心軸に直交する線分に対して直交する方向におけるクランクアームの寸法であって、クランクジャーナルの中心軸とクランクピンの中心軸との間における前記寸法の最大値をクランクアームの幅と定義した場合に、第４クランクアームの幅及び第５クランクアームの幅は、前記軸端から数えて２番目のクランクアームである第２クランクアームの幅よりも小さくされている。そして、前記軸端から数えて３番目のクランクアームである第３クランクアームの幅及び前記軸端から数えて６番目のクランクアームである第６クランクアームの幅は、第２クランクアームの幅よりも大きくされている。

なお、同構成における上記「幅」には、クランクアームから突出した部位であって同クランクアームの剛性や重量に対する影響が少ない突出部（例えばテーキン（丁金）などを施すために設けられるボス部など）の寸法は含まないものとする。

上記クランクアームには、クランクジャーナルに対するクランクピンの反対側にカウンターウェイトを設けることがある。そして、クランクアームの重量を軽くして同クランクアームの回転モーメントを小さくするほど、そのクランクアームに設けるカウンターウエイトを軽く小さくすることができる。

そこで、同構成では、カウンターウェイトが設けられた第４クランクアーム及び第５クランクアームの幅を、第２クランクアームの幅よりも小さくしている。そのため、第４クランクアーム及び第５クランクアームの幅を、第２クランクアームの幅と同等にする場合と比較して、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームの重量を軽くすることができる。また、第４クランクアーム及び第５クランクアームにおいて、クランクジャーナルとクランクピンとの間におけるクランクアームの重量が軽くなるため、上述したように、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームにそれぞれ設けられたカウンターウェイトの重量も軽くすることができる。このように第４クランクアーム及び第５クランクアームの幅を、第２クランクアームの幅よりも小さくすることにより、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームの重量のみならず、カウンターウェイトの重量も軽くすることができるため、効果的にクランクシャフトの重量を軽減することができる。

ここで、第４クランクアーム及び第５クランクアームの幅を、第２クランクアームの幅よりも小さくすると、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームの剛性が低下してしまう。

この点、直列４気筒エンジン用のクランクシャフトでは、前記軸端から数えて３番目のクランクアームである第３クランクアームは、第４クランクアームに固定されたクランクピンに固定されており、第３クランクアーム及び第４クランクアームは、クランクピンを支持する１対のクランクアームとなっている。同様に、前記軸端から数えて６番目のクランクアームである第６クランクアームは、第５クランクアームに固定されたクランクピンに固定されており、第５クランクアーム及び第６クランクアームも、クランクピンを支持する１対のクランクアームとなっている。

そこで、同構成では、第４クランクアームと対をなす上記第３クランクアームについてその幅を、第２クランクアームの幅よりも大きくしている。従って、第３クランクアームの幅を第２クランクアームの幅と同等にする場合と比較して、第３クランクアームの剛性は高くなる。このように第４クランクアームの剛性が低下したとしても、第３クランクアームの剛性は向上するようになるため、一対のクランクアーム全体としての剛性低下は抑制される。従って、第４クランクアームの重量軽減によるクランクシャフトの剛性の低下が抑えられるようになる。

同様に、同構成では、第５クランクアームと対をなす第６クランクアームについてその幅を、第２クランクアームの幅よりも大きくしている。従って、第６クランクアームの幅を第２クランクアームの幅と同等にする場合と比較して、第６クランクアームの剛性は高くなる。このように第５クランクアームの剛性が低下したとしても、第６クランクアームの剛性は向上するようになるため、一対のクランクアーム全体としての剛性低下は抑制される。従って、第５クランクアームの重量軽減によるクランクシャフトの剛性の低下も抑えられるようになる。

このように、同構成によれば、クランクシャフトの重量を軽減するとともに、その重量軽減による同クランクシャフトの剛性低下を抑えることができるため、軽量で高剛性なクランクシャフトを得ることができる。

他方、クランクアームの幅を小さくしていくと、これに伴ってクランクアームの剛性は低下していく。ここで、そうした剛性低下は、クランクアームの幅がクランクジャーナルの直径よりも小さくなると急激に増大する傾向がある。そこで、上記クランクシャフトにおいて、第４クランクアームの幅及び第５クランクアームの幅は、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームの間に設けられたクランクジャーナルの直径よりも大きくすることが好ましい。

同構成によれば、クランクアームの幅を小さくしたことによる同クランクアームの大きな剛性低下を抑えることができる。
また、上記クランクシャフトにおいて、第４クランクアームの幅に対する第３クランクアームの幅の比率、及び第５クランクアームの幅に対する第６クランクアームの幅の比率は、ともに１．０３〜１．２６の間の同一比率に設定することが好ましい。

同構成によれば、第３クランクアームの幅及び第４クランクアームの幅及び第５クランクアームの幅及び第６クランクアームの幅をすべて同じにした場合と比較して、クランクシャフトの剛性を同等に維持しつつ、同クランクシャフトの重量を軽減することができる。

なお、同構成において、第４クランクアームの幅に対する第３クランクアームの幅の比率とは、第４クランクアームの幅をＨ４、第３クランクアームの幅をＨ３とした場合に、（Ｈ３／Ｈ４）で表される比率である。同様に、第５クランクアームの幅に対する第６クランクアームの幅の比率とは、第５クランクアームの幅をＨ５、第６クランクアームの幅をＨ６とした場合に、（Ｈ６／Ｈ５）で表される比率である。

一実施形態にかかるクランクシャフトの構造を示す側面図。（Ｄ２）は、図１に示すＤ２−Ｄ２線に沿った断面図。（Ｄ３）は、図１に示すＤ３−Ｄ３線に沿った断面図。（Ｄ４）は、図１に示すＤ４−Ｄ４線に沿った断面図。同実施形態において、１気筒分のクランクアーム及びクランクピンの総重量とクランクアームの非対称度との関係を示すグラフ。クランクシャフトの各ジャーナルに作用する荷重の大きさを示すグラフ。

以下、クランクシャフトを具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のクランクシャフト１は、直列４気筒エンジンに使用されるフラットプレーン型のクランクシャフトである。そして、機構構造用合金鋼の一つであるマンガン鋼で形成されており、鍛造にて製造されている。

クランクシャフト１の図中左方の軸端４には、例えばタイミングベルトやファンベルト等を駆動するプーリーなどが装着される。また、クランクシャフト１の図中右方の軸端５には、エンジンの軸トルクを平均化して回転を円滑にするフライホイールが装着される。

クランクシャフト１には、同クランクシャフト１の回転中心となるクランクジャーナル（以下、ジャーナルという）が５つ設けられている。なお、以下では、軸端４から数えて１番目のジャーナルを第１ジャーナルＪ１といい、軸端４から数えて２番目のジャーナルを第２ジャーナルＪ２という。また、軸端４から数えて３番目のジャーナルを第３ジャーナルＪ３といい、軸端４から数えて４番目のジャーナルを第４ジャーナルＪ４といい、軸端４から数えて５番目のジャーナルを第５ジャーナルＪ５という。それら各ジャーナルＪ１〜Ｊ５の軸径は同一である。また、各ジャーナルＪ１〜Ｊ５の中心軸は同軸上にあり、クランクシャフト１の回転中心軸に一致している。以下、そうしたクランクシャフト１の回転中心軸をジャーナル中心軸ＪＬという。

各ジャーナルＪ１〜Ｊ５の間には、各ジャーナルＪ１〜Ｊ５から偏心した位置に設けられておりコネクティングロッドが連結されるクランクピンが配設されている。なお、以下では、軸端４から数えて１番目のクランクピンを第１クランクピンＣＰ１といい、軸端４から数えて２番目のクランクピンを第２クランクピンＣＰ２といい、軸端４から数えて３番目のクランクピンを第３クランクピンＣＰ３といい、軸端４から数えて４番目のクランクピンを第４クランクピンＣＰ４という。それら各クランクピンＣＰ１〜ＣＰ４の軸径は同一である。

また、クランクシャフト１は、フラットプレーン型のクランクシャフトであるため、クランクシャフト１の回転方向において、第１クランクピンＣＰ１及び第４クランクピンＣＰ４の配設位相は同位相になっている。従って、第１クランクピンＣＰ１の中心軸ＣＳ及び第４クランクピンＣＰ４の中心軸ＣＳは同軸上にある。また、クランクシャフト１の回転方向において、第２クランクピンＣＰ２の配設位相は、第１クランクピンＣＰ１の配設位相から１８０度ずれており、第３クランクピンＣＰ３の配設位相は、第２クランクピンＣＰ２の配設位相と同位相になっている。従って、第２クランクピンＣＰ２の中心軸ＣＳ及び第３クランクピンＣＰ３の中心軸ＣＳは同軸上にある。

ちなみに、直列４気筒エンジンの各気筒を配列順にそれぞれ１番気筒〜４番気筒と呼ぶ場合に、第１クランクピンＣＰ１には、同エンジンの１番気筒に設けられたコネクティングロッドが連結され、第２クランクピンＣＰ２には、同エンジンの２番気筒に設けられたコネクティングロッドが連結される。また、第３クランクピンＣＰ３には、同エンジンの３番気筒に設けられたコネクティングロッドが連結され、第４クランクピンＣＰ４には、同エンジンの４番気筒に設けられたコネクティングロッドが連結される。

また、各ジャーナルＪ１〜Ｊ５及び各クランクピンＣＰ１〜ＣＰ４は、８つのクランクアームでそれぞれ連結されている。なお、以下では、軸端４から数えて１番目のクランクアームを第１クランクアームＡ１といい、軸端４から数えて２番目のクランクアームを第２クランクアームＡ２といい、軸端４から数えて３番目のクランクアームを第３クランクアームＡ３といい、軸端４から数えて４番目のクランクアームを第４クランクアームＡ４という。また、軸端４から数えて５番目のクランクアームを第５クランクアームＡ５といい、軸端４から数えて６番目のクランクアームを第６クランクアームＡ６といい、軸端４から数えて７番目のクランクアームを第７クランクアームＡ７といい、軸端４から数えて８番目のクランクアームを第８クランクアームＡ８という。

第１ジャーナルＪ１と第１クランクピンＣＰ１とは、第１クランクアームＡ１によって連結されている。第１クランクピンＣＰ１と第２ジャーナルＪ２とは、第２クランクアームＡ２によって連結されている。第２ジャーナルＪ２と第２クランクピンＣＰ２とは、第３クランクアームＡ３によって連結されている。第２クランクピンＣＰ２と第３ジャーナルＪ３とは、第４クランクアームＡ４によって連結されている。第３ジャーナルＪ３と第３クランクピンＣＰ３とは、第５クランクアームＡ５によって連結されている。第３クランクピンＣＰ３と第４ジャーナルＪ４とは、第６クランクアームＡ６によって連結されている。第４ジャーナルＪ４と第４クランクピンＣＰ４とは、第７クランクアームＡ７によって連結されている。第４クランクピンＣＰ４と第５ジャーナルＪ５とは、第８クランクアームＡ８によって連結されている。

第２クランクアームＡ２及び第３クランクアームＡ３及び第４クランクアームＡ４は、それぞれ形状が異なっている。そして、第２クランクアームＡ２及び第７クランクアームＡ７は同一形状で作られている。また、第３クランクアームＡ３及び第６クランクアームＡ６は同一形状で作られている。そして、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５は同一形状で作られている。

第２クランクアームＡ２及び第７クランクアームＡ７の形状は、それら各アームに要求される曲げ剛性や捻れ剛性などの各種剛性を確保した上で可能な限り重量が軽くなるように、予めの実験やシミュレーションなどの結果を通じてその形状が決められている。

第３クランクアームＡ３及び第６クランクアームＡ６を除く各クランクアームには、ジャーナルに対するクランクピンの反対側にカウンターウェイトが設けられている。それらカウンターウェイトは、ピストン及びコネクティングロッドの運動により生じる回転慣性力とバランスをとるための錘であり、そうしたカウンターウェイトを設けることにより、各ジャーナルに作用する荷重の低減が図られる。なお、以下では、第１クランクアームＡ１に設けられたカウンターウェイトを第１カウンターウェイトＣＷ１といい、第２クランクアームＡ２に設けられたカウンターウェイトを第２カウンターウェイトＣＷ２といい、第４クランクアームＡ４に設けられたカウンターウェイトを第４カウンターウェイトＣＷ４という。また、第５クランクアームＡ５に設けられたカウンターウェイトを第５カウンターウェイトＣＷ５といい、第７クランクアームＡ７に設けられたカウンターウェイトを第７カウンターウェイトＣＷ７といい、第８クランクアームＡ８に設けられたカウンターウェイトを第８カウンターウェイトＣＷ８という。

第４カウンターウェイトＣＷ４及び第５カウンターウェイトＣＷ５は同一形状で作られている。なお、本実施形態では、第１カウンターウェイトＣＷ１、第２カウンターウェイトＣＷ２、第７カウンターウェイトＣＷ７、及び第８カウンターウェイトＣＷ８はそれぞれ形状が異なっている。しかし、それら第１カウンターウェイトＣＷ１、第２カウンターウェイトＣＷ２、第７カウンターウェイトＣＷ７、及び第８カウンターウェイトＣＷ８の形状は適宜変更することができる。

図２に、クランクシャフト１の軸端４側から見たときの各クランクアームの正面図を示す。より詳細には、図２（Ｄ２）には、軸端４側から見たときの第２クランクアームＡ２の正面図を示す。図２（Ｄ３）には、軸端４側から見たときの第３クランクアームＡ３の正面図を示す。そして、図２（Ｄ４）には、軸端４側から見たときの第４クランクアームＡ４の正面図を示す。

なお、図２に示すように、以下では、クランクシャフト１の軸端４側から１つのクランクアームを見たときに、ジャーナル中心軸ＪＬ及びクランクピンの中心軸ＣＳに直交する線分ＣＬに対して直交する方向におけるクランクアームの寸法であって、ジャーナル中心軸ＪＬとクランクピンの中心軸ＣＳとの間の範囲Ｒにおける同寸法の最大値をクランクアームの幅と定義する。

従って、図２（Ｄ２）に示すように、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２は、クランクシャフト１の軸端４側から第２クランクアームＡ２を見たときに、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第１クランクピンＣＰ１の中心軸ＣＳに直交する線分ＣＬに対して直交する方向における第２クランクアームＡ２の寸法であって、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第１クランクピンＣＰ１の中心軸ＣＳとの間の範囲Ｒにおける同寸法の最大値である。なお、上述したように、第２クランクアームＡ２と第７クランクアームＡ７とは同一形状であるため、第７クランクアームＡ７の幅Ｈ７は、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同一である。

また、図２（Ｄ３）に示すように、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３は、クランクシャフト１の軸端４側から第３クランクアームＡ３を見たときに、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第２クランクピンＣＰ２の中心軸ＣＳに直交する線分ＣＬに対して直交する方向における第３クランクアームＡ３の寸法であって、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第２クランクピンＣＰ２の中心軸ＣＳとの間の範囲Ｒにおける同寸法の最大値である。なお、上述したように、第３クランクアームＡ３と第６クランクアームＡ６とは同一形状であるため、第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６は、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３と同一である。

また、図２（Ｄ４）に示すように、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４は、クランクシャフト１の軸端４側から第４クランクアームＡ４を見たときに、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第２クランクピンＣＰ２の中心軸ＣＳに直交する線分ＣＬに対して直交する方向における第４クランクアームＡ４の寸法であって、ジャーナル中心軸ＪＬ及び第２クランクピンＣＰ２の中心軸ＣＳとの間の範囲Ｒにおける同寸法の最大値である。なお、上述したように、第４クランクアームＡ４と第５クランクアームＡ５とは同一形状であるため、第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５は、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４と同一である。なお、同図２（Ｄ４）に二点鎖線にて示すように、上述したクランクアームの幅には、クランクアームから突出した部位であって同クランクアームの剛性や重量に対する影響が少ない突出部Ｂ（例えばテーキン（丁金）などを施すために設けられるボス部など）の寸法は含まないものとする。

そして、上記のように定義されるクランクアームの幅について、本実施形態では、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５は、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも小さくされている。また、同図２（Ｄ４）に示されるように、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５は、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の間に設けられた第３ジャーナルＪ３の直径Ｔよりも大きい幅となるようにしている。

また、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３及び第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６は、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも大きくされている。
そして、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率、すなわち（Ｈ３／Ｈ４）で表される比率と、第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５に対する第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６の比率、すなわち（Ｈ６／Ｈ５）で表される比率とを、ともに１．０３〜１．２６の間の同一比率に設定している。

このようにクランクシャフト１では、幅の異なるクランクアームを備えるようにしており、これにより次の作用が得られる。
すなわち、クランクアームの重量を軽くして同クランクアームの回転モーメントを小さくするほど、そのクランクアームに設けるカウンターウエイトを軽く小さくすることができる。そこで、第４カウンターウェイトＣＷ４が設けられる第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４と、第５カウンターウェイトＣＷ５が設けられる第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５とを、ともに第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも小さくしている。そのため、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同等にする場合と比較して、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の重量を軽くすることができる。

また、先の図２に示したように、ジャーナル中心軸ＪＬとクランクピンの中心軸ＣＳとの間の範囲Ｒにおけるクランクアームの幅が小さくされるため、第４クランクアームＡ４においては、第３ジャーナルＪ３と第２クランクピンＣＰ２との間の重量が軽くなる。そのため、上述したように、第４クランクアームＡ４に設けられる第４カウンターウェイトＣＷ４の重量も軽くすることができる。同様に、第５クランクアームＡ５においては、第３ジャーナルＪ３と第３クランクピンＣＰ３との間の重量が軽くなる。そのため、上述したように、第５クランクアームＡ５に設けられる第５カウンターウェイトＣＷ５の重量も軽くすることができる。

このように第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも小さくすることにより、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の重量のみならず、それら各クランクアームに設けられるカウンターウェイトの重量も軽くすることができる。そのため、効果的にクランクシャフト１の重量を軽減することができる。

他方、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の幅を、第２クランクアームＡ２の幅よりも小さくすると、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の幅を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同等にする場合と比較して、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の剛性は低下してしまう。

この点、クランクシャフト１において、第３クランクアームは、第４クランクアームに固定された第２クランクピンＣＰ２に固定されており、第３クランクアームＡ３及び第４クランクアームＡ４は、第２クランクピンＣＰ２を支持する１対のクランクアームとなっている。同様に、第６クランクアームＡ６は、第５クランクアームＡ５に固定された第３クランクピンＣＰ３に固定されており、第５クランクアーム及び第６クランクアームも、クランクピンを支持する１対のクランクアームとなっている。

そこで、第４クランクアームＡ４と対をなす第３クランクアームＡ３についてその幅Ｈ３を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも大きくしている。従って、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３を第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同等にする場合と比較して、第３クランクアームＡ３の剛性は高くなる。このように第４クランクアームＡ４の剛性が低下したとしても、第３クランクアームＡ３の剛性は向上するようになるため、一対のクランクアーム全体としての剛性低下は抑制される。従って、第４クランクアームＡ４の重量軽減によるクランクシャフト１の剛性低下が抑えられる。

同様に、第５クランクアームＡ５と対をなす第６クランクアームＡ６についてその幅Ｈ６を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも大きくしている。従って、第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６を第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同等にする場合と比較して、第６クランクアームＡ６の剛性は高くなる。このように第５クランクアームＡ５の剛性が低下したとしても、第６クランクアームＡ６の剛性は向上するようになるため、一対のクランクアーム全体としての剛性低下は抑制される。従って、第５クランクアームＡ５の重量軽減によるクランクシャフト１の剛性の低下も抑えられる。

他方、クランクアームの幅を小さくしていくと、これに伴ってクランクアームの剛性は低下していく。ここで、そうした剛性低下は、クランクアームの幅がジャーナルの直径よりも小さくなると急激に増大する傾向がある。そこで、本実施形態のクランクシャフト１では、上述したように、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の間に設けられた第３ジャーナルＪ３の直径Ｔよりも大きくしている。従って、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の幅を、第２クランクアームＡ２の幅よりも小さくしたことによるそれら各クランクアームＡ４，Ａ５の大きな剛性低下が抑えられる。

図３に、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３を第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２と同じにしたクランクシャフトの剛性と同等の剛性を確保した上で、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率（Ｈ３／Ｈ４）を変化させたときの１気筒分のクランクシャフト１の重量変化について、その試験結果を示す。なお、図３に示す「非対称度」とは、上述した第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率のことである。また、図３のグラフのＸ軸に示す「１気筒分の重量」とは、２番気筒に対応するクランクシャフト１の重量、より詳細には第３クランクアームＡ３及び第４クランクアームＡ４及び第４カウンターウェイトＣＷ４及び第２クランクピンＣＰ２の各重量の合算値である。そして、図３のグラフのＹ軸に示す「比較重量Ｗ１」とは、本実施形態のクランクシャフト１に対する比較対象であって、非対称度が「１」、つまり第４クランクアームＡ４と第３クランクアームＡ３の形状が同じであって、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４と第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３とが同一である場合の上記「１気筒分の重量」である。

この図３に示されるように、非対称度が「１」よりも大きく「１．１４」以下の範囲では、非対称度が大きくなるにつれて「１気筒分の重量」は比較重量Ｗ１よりも軽くなっていった。そして、非対称度が「１．１４」を超えると、減少傾向にあった「１気筒分の重量」が増加に転じるようになり、非対称度が「１．２９」の近傍を超えて大きくなると、「１気筒分の重量」は比較重量Ｗ１よりも重くなった。

ちなみに、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の形状は同一であり、第３クランクアームＡ３及び第６クランクアームＡ６の形状も同一である。そのため、図３に示す試験結果は、第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６に対する第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５の比率（Ｈ６／Ｈ５）を変化させたときの１気筒分のクランクシャフト１の重量変化と同等である。なお、この場合の「１気筒分の重量」とは、３番気筒に対応するクランクシャフト１の重量、より詳細には第５クランクアームＡ５及び第６クランクアームＡ６及び第５カウンターウェイトＣＷ５及び第３クランクピンＣＰ３の各重量の合算値である。

図３に示される試験結果を考慮して、本実施形態のクランクシャフト１では、第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率（Ｈ３／Ｈ４）、及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５に対する第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６の比率（Ｈ６／Ｈ５）を、ともに１．０３〜１．２６の間の同一比率に設定している。従って、第３クランクアームの幅及び第４クランクアームの幅及び第５クランクアームの幅及び第６クランクアームの幅をすべて同じにした場合と比較して、クランクシャフト１の剛性を同等に維持しながらも同クランクシャフト１の重量を軽減することができる。

また、クランクシャフト１の第３ジャーナルＪ３は、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５に固定されている。そして、第４クランクアームＡ４には第２クランクピンＣＰ２が固定されており、第５クランクアームＡ５には第３クランクピンＣＰ３が固定されている。従って、第３ジャーナルＪ３には、第２クランクピンＣＰ２に作用する荷重及び第３クランクピンＣＰ３に作用する荷重が作用する。ここで、フラットプレーン型のクランクシャフト１では、上述したように、クランクシャフト１の回転方向において第２クランクピンＣＰ２の配設位相及び第３クランクピンＣＰ３の配設位相は同位相になっている。従って、第３ジャーナルＪ３には、同一方向に２つの荷重が作用する。

そのため、図４に示すように、フラットプレーン型のクランクシャフト１では、第３ジャーナルＪ３に作用する荷重が他のジャーナルに作用する荷重と比べて大きくなる。この第３ジャーナルＪ３に作用する大きな荷重をできる限り軽減するために、第４クランクアームＡ４に設けられる第４カウンターウェイトＣＷ４や、第５クランクアームＡ５に設けられる第５カウンターウェイトＣＷ５は、他のクランクアームに設けられるカウンターウェイトよりも大きくされる。

ここで、鍛造前のクランクシャフト１の素材径は、鍛造後のクランクシャフト１の径方向における最大寸法に合わせて決められるため、そうした第４カウンターウェイトＣＷ４や第５カウンターウェイトＣＷ５の大きさがクランクシャフト１の素材径を決定する要因になることが多い。

この点、本実施形態のクランクシャフト１では、上述したように、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の重量を軽減することにより、第４カウンターウェイトＣＷ４や第５カウンターウェイトＣＷ５の重量も軽くすることができる。そのため、それら第４カウンターウェイトＣＷ４や第５カウンターウェイトＣＷ５の大きさを小さくすることができる。従って、鍛造前のクランクシャフト１の素材径も小さくすることが可能になり、これによりクランクシャフト１の製造コストを低減することも可能になる。

以上説明した本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも小さくしている。そして、第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３及び第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６を、第２クランクアームＡ２の幅Ｈ２よりも大きくしている。従って、クランクシャフト１の重量を軽減するとともに、その重量軽減による同クランクシャフト１の剛性低下を抑えることができるようになり、軽量で高剛性なクランクシャフト１を得ることができる。

（２）第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の間に設けられた第３ジャーナルＪ３の直径Ｔよりも大きくしている。従って、第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の幅を小さくしたことによるそれら各クランクアームＡ４，Ａ５の大きな剛性低下が抑えられるようになる。

（３）第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率、及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５に対する第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６の比率（Ｈ６／Ｈ５）をともに１．０３〜１．２６の間の同一比率に設定している。従って、第３クランクアームＡ３から第６クランクアームＡ６までの各クランクアームの幅をすべて同じにした場合と比較して、クランクシャフト１の剛性を同等に維持しながらも同クランクシャフト１の重量を軽減することができる。

（４）フラットプレーン型のクランクシャフト１において、第４クランクアームＡ４に設けられる第４カウンターウェイトＣＷ４及び第５クランクアームＡ５に設けられる第５カウンターウェイトＣＷ５を小さくすることができるため、クランクシャフト１の製造コストを低減することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５を、それら第４クランクアームＡ４及び第５クランクアームＡ５の間に設けられた第３ジャーナルＪ３の直径Ｔ以下にしてもよい。この場合でも上記（２）以外の効果を得ることができる。

・第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率、及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５に対する第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６の比率（Ｈ６／Ｈ５）を同一比率に設定したが、異なった比率にしてもよい。

・第４クランクアームＡ４の幅Ｈ４に対する第３クランクアームＡ３の幅Ｈ３の比率、及び第５クランクアームＡ５の幅Ｈ５に対する第６クランクアームＡ６の幅Ｈ６の比率（Ｈ６／Ｈ５）を１．０３〜１．２６の範囲内の値に設定した。この他、クランクシャフト１の重量を軽減するとともに、その重量軽減による同クランクシャフト１の剛性低下を抑えることができるのであれば、各比率を１．０３〜１．２６の範囲から外れた値に設定してもよい。

・第４クランクアームＡ４や第５クランクアームＡ５の幅を小さくしたことで得られる重量軽減効果を相殺しない程度の小さなクランクウェイトを第３クランクアームＡ３や第６クランクアームＡ６に設けてもよい。

・クランクシャフト１をマンガン鋼で形成するようにしたが、他の機構構造用合金鋼で形成してもよい。そうした例としては、以下の合金鋼が挙げられる。クロム鋼、マンガンクロム鋼、バナジウム鋼、鉛快削鋼、硫黄快削鋼。なお、それら機構構造用合金鋼においては、炭素の含有量が０．５％以下の合金鋼を使用することがより好ましい。また、クランクシャフト１を機構構造用炭素鋼で形成してもよい。

・クランクシャフト１は鍛造品であったが、鋳造品でもよい。

１：クランクシャフト、４，５：軸端、Ａ１〜Ａ８：第１〜第８クランクアーム、Ｊ１〜Ｊ５：第１〜第５ジャーナル、ＣＰ１〜ＣＰ４：第１〜第４クランクピン、ＣＷ１：第１カウンターウェイト、ＣＷ２：第２カウンターウェイト、ＣＷ４：第４カウンターウェイト、ＣＷ５：第５カウンターウェイト、ＣＷ７：第７カウンターウェイト、ＣＷ８：第８カウンターウェイト、Ｂ：突出部。

Claims

５つのクランクジャーナルと、４つのクランクピンと、８つのクランクアームとを備えるフラットプレーン型の直列４気筒エンジン用のクランクシャフトであって、
当該クランクシャフトの両端のうちの一方の軸端から数えて４番目のクランクアームである第４クランクアーム及び前記軸端から数えて５番目のクランクアームである第５クランクアームのそれぞれにはカウンターウェイトが設けられており、
前記軸端側から前記クランクアームを見たときに、前記クランクジャーナルの中心軸及び前記クランクピンの中心軸に直交する線分に対して直交する方向における前記クランクアームの寸法であって、前記クランクジャーナルの中心軸と前記クランクピンの中心軸との間における前記寸法の最大値を前記クランクアームの幅と定義した場合に、
前記第４クランクアームの幅及び前記第５クランクアームの幅は、前記軸端から数えて２番目のクランクアームである第２クランクアームの幅よりも小さくされており、
前記軸端から数えて３番目のクランクアームである第３クランクアームの幅及び前記軸端から数えて６番目のクランクアームである第６クランクアームの幅は、前記第２クランクアームの幅よりも大きくされている
ことを特徴とするクランクシャフト。
前記第４クランクアームの幅及び前記第５クランクアームの幅は、それら第４クランクアーム及び第５クランクアームの間に設けられたクランクジャーナルの直径よりも大きくされている
請求項１に記載のクランクシャフト。
前記第４クランクアームの幅に対する前記第３クランクアームの幅の比率、及び前記第５クランクアームの幅に対する前記第６クランクアームの幅の比率は、ともに１．０３〜１．２６の間の同一比率に設定されている
請求項１または２に記載のクランクシャフト。