JP2019019840A - 内燃エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの仕様に合わせてクランクシャフトの保持部材を最適に設計する。
【解決手段】内燃エンジンは、複数のシリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内に設けられるピストンと連結されるクランクシャフトを軸支孔にて軸支する部材であって、シリンダブロックに固定されるクランク保持部と、を有する。クランク保持部は、端面に軸支孔の一部分となる第１凹部を有する第１クランク保持部と、第１クランク保持部との対向面に設けられる凹部であって、第１凹部とともに軸支孔を構成する第２凹部を有する第２クランク保持部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジンに関するものである。

内燃エンジン（内燃機関）においてクランクシャフトを軸支する構成として、シリンダブロックと、シリンダブロックとは別に設けられるバルクキャップとによって、クランクシャフトを回転可能に挟み込んで固定する構成が知られている。

このような構成においては、シリンダブロックには断面が半円状の凹部が設けられ、バルクキャップにも同様に断面が半円状の凹部が設けられている。そして、シリンダブロックとバルクキャップとが互いの凹部が対向するように固定されることで、シリンダブロック及びバルクキャップの凹部によってクランク保持孔が構成され、該クランク保持孔にクランクシャフトが回転可能に軸支される。（例えば、特許文献１）

特開２０１２−１３７１５１号公報

特許文献１のように、シリンダブロックにクランク保持孔となる凹部が設けられている場合には、シリンダブロックの強度は、クランクシャフトの材料などの内燃エンジン全体の設計仕様に応じて定められる。したがって、内燃エンジンの設計仕様が変更されるたびに、バルクキャップだけでなくシリンダブロック全体の設計変更が必要になるという課題がある。

本発明はこのような課題を解決するために発明されたもので、内燃エンジンの仕様に合わせてクランクシャフトの保持部を最適に設計することを目的とする。

本発明のある態様によれば、内燃エンジンは、複数のシリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内に設けられるピストンと連結されるクランクシャフトを軸支孔にて軸支する部材であって、シリンダブロックに固定されるクランク保持部と、を有する。クランク保持部は、端面に軸支孔の一部分となる第１凹部を有する第１クランク保持部と、第１クランク保持部との対向面に設けられる凹部であって、第１凹部とともに軸支孔を構成する第２凹部を有する第２クランク保持部と、を有する。

本発明によれば、内燃エンジンの仕様に合わせてクランクシャフトの保持部材を最適に設計することができる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本実施形態の内燃エンジンの分解断面図である。 図２は、並設されるクランク保持部の斜視図である。 図３Ａは、分割形成されるクランク保持部の側面図である。 図３Ｂは、分割形成されるクランク保持部の側面図である。 図３Ｃは、分割形成されるクランク保持部の側面図である。 図４は、内燃エンジンの断面図である。 図５は、内燃エンジンをクランク保持部の側から見た図である。 図６は、変形例のクランク保持部の断面図である。

本発明の実施形態における内燃エンジンについて説明する。

図１は、本実施形態の内燃エンジンの分解断面図である。

内燃エンジン１００の全体は、軽量化のために、鉄系材料や、鉄系材料よりも軽量であるアルミニウム合金（あるいはアルミニウム材）などで形成されている。内燃エンジン１００は、内部にシリンダ１１が設けられたシリンダブロック１を有しており、シリンダブロック１は図面上方にてシリンダヘッド（不図示）と一体に構成される。また、シリンダブロック１の図面下方には、シリンダ１１において図上下方向に駆動するピストン（不図示）と連結されるクランクシャフト（不図示）を回転可能に軸支するクランク保持部２が設けられている。

シリンダ１１は、紙面手前奥方向に複数並設されており、シリンダ１１同士は、隔壁により隔てられている。シリンダブロック１の図下方の平面であるシリンダブロック下面１２には、その略中央に、クランク保持部２を収容するクランク収容部１３が設けられている。なお、シリンダブロック下面１２のうちのクランク収容部１３が設けられていない箇所においては、外周の一部が弧状の切り欠き１４が設けられている。

クランク保持部２は、第１クランク保持部３と、第２クランク保持部４とにより構成される。また、クランク保持部２は、図面の紙面手前奥方向に複数並設されており、固定部５と一体となって構成されることで互いに連結されている。このように並設される複数のクランク保持部２が、図２に示されている。

図２は、並設されるクランク保持部２の斜視図である。

第２クランク保持部４はクランクシャフトの軸方向に沿って複数並設されており、これらの第２クランク保持部４は、固定部５と一体となって構成されている。一般に、このような複数のクランク保持部が並設されて一体となる構成はラダー構造と称される。また、図１及び図２に示されるように、第１クランク保持部３と第２クランク保持部４とには、それぞれ、断面が半円状の第１凹部３１と第２凹部４１とが互いに対向するように設けられている。

第１凹部３１が設けられる上部面３２と、第２凹部４１が設けられる下部面４２とが接触するように、第１クランク保持部３と第２クランク保持部４とが配置されることで、第１凹部３１と第２凹部４１とにより断面が円状の軸受孔２１が形成される。この軸受孔２１に、クランクシャフト（不図示）が回転可能に軸支される。

また、図１に示されるように、第１クランク保持部３には、軸受孔２１をはさんで図上下方向に延在する２つの貫通孔３３、３４が設けられている。第２クランク保持部４にも同様に、２つの貫通孔４３、４４が設けられている。また、シリンダブロック１のクランク収容部１３には、第１ボルト５１、及び、第２ボルト５２を収容可能な挿入孔１５、１６が鉛直方向上方に向けて所定深さまで形成されている。なお、挿入孔１５、１６には、第１ボルト５１、及び、第２ボルト５２と螺合するねじ溝が設けられている。

第１ボルト５１は、貫通孔４３、３３に挿入され、さらに、シリンダブロック１の挿入孔１５に挿入される。第２ボルト５２は、貫通孔４４、３４に挿入され、さらに、シリンダブロック１の挿入孔１６に挿入される。そして、第１ボルト５１及び第２ボルト５２が、挿入孔１５及び挿入孔１６に設けられる溝と螺合することで、第１クランク保持部３、及び、第２クランク保持部４が共締めされる。

なお、第１ボルト５１の図下方の先端には第１ボルトヘッド５１Ａが設けられ、第２ボルト５２の図下方の先端には第２ボルトヘッド５２Ａが設けられている。また、第２ボルト５２は、第１ボルト５１よりも短いものとする。

ここで、第１クランク保持部３と、第２クランク保持部４とは、一体形成されたクランク保持部２を分割することで形成される。この分割形成について、図３Ａ乃至３Ｃを用いて詳細に説明する。

図３Ａ乃至３Ｃは、分割形成されるクランク保持部２の側面図である。

図３Ａに示されるように、固定部５と一体に構成され分割形成前のクランク保持部２が複数並設されている。なお、クランク保持部２には、すでに軸受孔２１が設けられている。そして、それぞれの軸受孔２１の内側に上下分割可能な治具を挿入し、当該治具を介して、図上下方向のそれぞれに向かって力を加えると、上方側と下方側とが離間するように押圧される。

図３Ｂに示されるように、このような力が加えられると、クランク保持部２は図上下方向に分割され、第１クランク保持部３の上部面３２と、第２クランク保持部４の下部面４２とが成形される。

図３Ｃに示されるように、最終的には、クランク保持部２は、第１クランク保持部３と、第２クランク保持部４とに分割される。そして、第１クランク保持部３には第１凹部３１が設けられ、第２クランク保持部４には第２凹部４１が設けられる。この状態では、複数の第２クランク保持部４が並設された状態で固定部５と一体に構成される。

ここで、第１クランク保持部３の上部面３２と第２クランク保持部４の下部面４２とは、分割面であるため平滑ではない。両者を接触させて固定する場合には、分割面である上部面３２と下部面４２とが噛合うことで位置決めが行われるので、第１クランク保持部３と第２クランク保持部４との位置ズレを防ぐことができる。

図４は、内燃エンジン１００の断面図である。この図を用いて、クランク保持部２に設けられる軸受孔２１の位置について説明する。

この図においては、クランク保持部２の軸受孔２１が示されるとともに、軸受孔２１の中心Ｏが示されている。本実施形態ではシリンダ１１の中心線上に中心Ｏがくるように軸受孔２１が設けられている。しかしながら、軸受孔２１を中心線からずらすように構成してもよく、このような構造はオフセットクランク構造と称される。このようなオフセットクランク構造によれば、クランクシャフトの位置をシリンダ１１の中心線から図左右方向にずらされているので、シリンダの駆動効率を向上できることが知られている。そのため、軸受孔２１’のように、その中心Ｏ’がシリンダ１１の中心線からずれるように構成することで、駆動効率を向上させることができる。なお、このズレは、実際には数ミリ程度であることが多い。

このような軸受孔２１のずれは、内燃エンジン１００の設計仕様に応じて変更される。そのため、シリンダブロック１とは別にクランク保持部２を構成することにより、軸受孔２１のずれ量が変更されても、クランク保持部２だけの設計を変更すればよく、シリンダブロック１の設計変更をする必要がない。

図５は、内燃エンジン１００をクランク保持部２側から見た図である。

なお、この図においては、シリンダ１１を介して、シリンダヘッドに設けられる２つの吸気口１７Ａ、１７Ｂと、２つの排気口１８Ａ、１８Ｂと、点火プラグ１９と、が示されている。また、説明のために、クランク保持部２だけが示されており、固定部５の記載は省略されている。

ここで、図左右方向のクランクシャフト（不図示）の軸方向における、シリンダ１１の間隔をシリンダ間隔Ｐとし、シリンダ１１の直径をシリンダ径Ｒとし、クランク保持部２の幅をクランク保持部幅Ｗとする。なお、シリンダ間隔Ｐは、ボアピッチＰと称されることもある。

近年の内燃エンジン１００においては、小型化の要請により、内燃エンジン１００のシリンダ１１の並設方向（図左右方向）の距離が短くなる傾向にある。本実施形態においては、シリンダ間隔Ｐは、シリンダ径Ｒとクランク保持部幅Ｗとの和よりも短くなるよう（Ｐ＜Ｒ＋Ｍ）に構成されている。

ここで、吸気口１７Ａ、１７Ｂ、排気口１８Ａ、１８Ｂ、及び、点火プラグ１９を有するシリンダヘッド（不図示）がシリンダブロック１と一体になって構成される場合には、ピストンをシリンダ１１へ組みつける際に、クランクシャフトが設けられる側（クランク保持部２が設けられる側）から挿入する必要がある。また、ピストンの挿入工程を自動化するひとつの方法としても、クランクシャフトが設けられる側からピストンをシリンダ１１に対して挿入することが検討されている。

本実施形態のように、シリンダ間隔Ｐがシリンダ径Ｒとクランク保持部幅Ｗとの和よりも短くなるように構成されている場合には、シリンダ１１の開口の一部がクランク保持部２により覆われてしまう。そのため、シリンダ１１にピストンを挿入した後に、クランク保持部２をシリンダブロック１に取り付けることになる。

ここで、シリンダブロックとクランク保持部の一部が一体となって設けられており、この一体となった部材に本実施形態の第１凹部３１に相当する凹部が設けられている比較例について検討する。この比較例においては、シリンダ間隔Ｐがシリンダ径Ｒとクランク保持部に相当する部分の幅Ｗ’との和よりも短くなるように構成されると（Ｐ＜Ｒ＋Ｗ’）、クランク保持部に相当する構成の一部には、シリンダの開口を覆わないようにピストン挿入軌跡加工がなされる。そして、この加工により構成される挿入軌跡に沿って、ピストンをシリンダに挿入する。

このように、ピストン挿入軌跡加工がなされることにより一部が肉薄に構成されてしまうので、クランク保持部２に相当する部分の強度が低下してしまう。しかしながら、本実施形態のようにシリンダブロック１と第１クランク保持部３とが別体に設けられることにより、ピストン挿入軌跡加工がなされる必要がなくなるので、クランク保持部２の強度の低下を防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、複数の第２クランク保持部４が固定部５と一体となるように構成されたが、これに限らない。第２クランク保持部４のそれぞれが別体として構成されてもよい。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態の内燃エンジン１００によれば、シリンダブロック１とクランク保持部２とは別に構成されており、クランク保持部２は、第１クランク保持部３と第２クランク保持部４とにより構成される。また、第１クランク保持部３の第１凹部３１と、第２クランク保持部４の第２凹部４１とにより、軸受孔２１が構成され、この軸受孔２１にてクランクシャフトが軸支される。

ここで、内燃エンジン１００の設計変更に応じて、クランクシャフトの材料などを変更する必要がある場合がある。このような場合には軸受孔２１の強度を変更することになるので、軸受孔２１を構成する第１クランク保持部３及び第２クランク保持部４のみの設計を変更すればよく、シリンダブロック１については設計変更する必要がない。

シリンダブロックとクランク保持部の一部が一体となって設けられている例においては、内燃エンジン１００の設計変更に応じてクランクシャフトの材料などを変更すると、シリンダブロック１全体の設計の変更が必要になってしまう。これに対して、本実施形態においては、シリンダブロック１と第１クランク保持部３とが別体となって形成されているため、クランクシャフトの材料の変更等にあわせてクランク保持部２のみを変更すればよいので、クランク保持部２を最適に設計しやすくなる。

また、図４に示されるように、オフセットクランク構造のように、軸受孔２１’は、中心Ｏ’がシリンダ１１の中心線からずれるように設けられる場合がある。このような軸受孔２１のズレの大きさが変更される場合にも、シリンダブロック１の全体を変更する必要はなく、クランク保持部２の軸受孔２１の位置を変更するだけでよい。そのため、設計コストの低減を図ることができる。

また、第１実施形態の内燃エンジン１００によれば、複数のクランク保持部２はクランクシャフトの軸方向に並設されており、それぞれが固定部５と一体となって構成されるラダー構造となっている。このような構成となることにより、クランク保持部２をまとめて取り扱うことができるようになるだけでなく、クランク保持部２の位置決めが容易になる。

また、第１実施形態の内燃エンジン１００によれば、シリンダ１１のシリンダ間隔Ｐは、シリンダ１１のシリンダ径Ｒと、クランク保持部２のクランク保持部幅Ｗと和よりも小さい。そのため、シリンダ１１の開口の一部がクランク保持部２により覆われてしまう。

本実施形態によれば、シリンダブロック１とは別にクランク保持部２が設けられているため、シリンダ１１にピストンを挿入した後に、クランク保持部２をシリンダブロック１に固定できる。したがって、クランク保持部２にピストン挿入軌跡加工を施す必要がないので、剛性の低下を抑制することができる。

（変形例）
本実施形態において、クランク保持部２は、並設方向の幅が等しく構成される例について説明したがこれに限らない。たとえば、クランク保持部２は、固定部５と一体形成される側からシリンダブロック１を支持する側に向かって幅が狭くなるテーパ状に設けられてもよい。

図６は、分割形成されるクランク保持部２の断面図である。

第１クランク保持部３は、第２クランク保持部４との接触面である上部面３２との反対側の固定面３５にて、シリンダブロック１（不図示）に固定される。そして、第１クランク保持部３は、上部面３２から固定面３５に向けて幅が狭くなるテーパ状に構成されている。なお、また、第２クランク保持部４においても、固定部５にて固定されている側から下部面４２に向けて幅が狭くなるテーパ状に構成されている。

本変形例によれば、以下の効果を得ることができる。

本変形例の内燃エンジン１００によれば、第１クランク保持部３は、クランクシャフトの軸方向の幅が第２クランク保持部４からシリンダブロック１に向かって狭くなるテーパ状に構成されている。

ここで、シリンダブロックとクランク保持部の一部が一体となって設けられており、その一体となった部材に本実施形態の第１凹部３１に相当する凹部が設けられている比較例について検討する。一般に、一体となって構成される部材は、鋳造により製造される。また、鋳造により製造される部材を型枠から取り出すためには、部材において抜き勾配を設ける必要がある。クランク保持部２に相当する部材においては、第１クランク保持部３に相当する箇所から第２クランク保持部４に相当する箇所にかって幅が狭くなるように勾配が設けられるテーパ状に構成される。

しかしながら、本変形例においては、シリンダブロック１とクランク保持部２とは別に構成されるため、クランク保持部２において抜き勾配を設ける必要がない。そのため、例えば、上部面３２側を幅広に設計することもできる。このように、シリンダブロック１とクランク保持部２とを別体として構成することにより、それぞれの部材、特に、クランク保持部２における設計の自由度を向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ シリンダブロック
２ クランク保持部
３ 第１クランク保持部
４ 第２クランク保持部
５ 固定部
１１ シリンダ
２１ 軸受孔
３１ 第１凹部
４１ 第２凹部
１００ 内燃エンジン

Claims (4)

1. 複数のシリンダを有するシリンダブロックと、
   前記シリンダ内に設けられるピストンと連結されるクランクシャフトを軸支孔にて軸支する部材であって、前記シリンダブロックに固定されるクランク保持部と、を有し、
   前記クランク保持部は、
   端面に前記軸支孔の一部分となる第１凹部を有する第１クランク保持部と、
   前記第１クランク保持部との対向面に設けられる凹部であって、前記第１凹部とともに前記軸支孔を構成する第２凹部を有する第２クランク保持部と、を有する内燃エンジン。
2. 請求項１に記載の内燃エンジンであって、
   前記第１クランク保持部は、前記シリンダブロックの固定面に固定され、前記クランクシャフトの軸方向の幅が前記第２クランク保持部に接触する前記端面から前記シリンダブロックの固定面に向かって狭くなるテーパ状に構成される、内燃エンジン。
3. 請求項１または２に記載の内燃エンジンであって、
   前記クランク保持部は、前記クランクシャフトの軸方向に複数並設され、前記クランク保持部のそれぞれは固定部を介して一体形成される、内燃エンジン。
4. 請求項３に記載の内燃エンジンであって、
   前記クランクシャフトの軸方向において、前記シリンダブロックに設けられる前記シリンダの間隔は、前記シリンダの径と、前記クランク保持部の幅との和よりも短い、内燃エンジン。

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