JP2020045766A - 内燃機関の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工数の増加を抑えつつ、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる内燃機関の製造方法を提供する。【解決手段】軸受Ｘの内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、軸受加工工程の後、ボルトＢを外してラダーフレーム２０をシリンダブロック１１から取り外す取り外し工程と、取り外し工程の後、第１軸受凹部１７と第２軸受凹部２３との間にクランクシャフト１３を配置した状態でラダーフレーム２０をシリンダブロック１１にボルトＢで固定し、クランクシャフト１３を内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程と、を備えた内燃機関の製造方法において、軸受加工工程でのラダーフレーム２０に対するボルト締めの軸力を、クランクシャフト組付工程でのラダーフレーム２０に対するボルト締めの軸力よりも大きくした。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の製造方法に関するものである。

内燃機関のクランクシャフト支持構造としては、例えば特許文献１に示されるように、シリンダブロックと、そのシリンダブロックの底部に固定された支持部材（特許文献１中、ベアリングキャップ）との間でクランクシャフトを支持する構造が知られている。このような構造では、クランクシャフトは、シリンダブロックに形成された軸受凹部と、支持部材に形成された軸受凹部とから構成された円形の軸受に回転可能に支持される。

特許文献１には、クランクシャフトを支持する軸受の軸受加工方法が開示されている。同方法では、支持部材を正規軸力（最終組立時の軸力）でシリンダブロックに固定した状態で、軸受を真円に加工（共加工）する。その後、支持部材を外し、クランクシャフトをシリンダブロックと支持部材の各軸受凹部の間に配置した状態で支持部材をボルトにより正規軸力で固定することで、クランクシャフトが組み付けられる。

特開平４−８７７１０号公報

上記のクランクシャフトの組付方法では、シリンダブロックや支持部材の材質などによっては、クランクシャフトの組付時（すなわち、支持部材の再組付時）のボルト締めによって軸受の円形状がボルト軸力に沿った方向に潰れるように扁平に変形して軸受の真円度が悪化するおそれがあった。

特許文献１では、支持部材をシリンダブロックにボルト締めして、支持部材とシリンダブロックの圧接面を変形させて硬化させた後、支持部材をシリンダブロックから取り外す予備工程を、軸受の共加工前に備えている。これにより、支持部材の組付時における軸受の変形を抑制できるとされているが、この方法では、支持部材の固定と取り外しの工数が増えてしまい好適ではない。

上記課題を解決する内燃機関の製造方法は、シリンダブロックと、前記シリンダブロックにボルトで固定された支持部材と、前記シリンダブロックに形成された第１軸受凹部及び前記支持部材に形成された第２軸受凹部で構成された軸受に回転可能に支持されたクランクシャフトとを備えた内燃機関の製造方法であって、前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、その状態で前記軸受の内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、前記軸受加工工程の後、ボルトを外して前記支持部材を前記シリンダブロックから取り外す取り外し工程と、前記取り外し工程の後、前記第１軸受凹部と前記第２軸受凹部との間に前記クランクシャフトを配置した状態で前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、前記クランクシャフトを内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程とを備え、前記軸受加工工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力を、前記クランクシャフト組付工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力よりも大きくした。

上記態様によれば、軸受加工時のボルト軸力を正規軸力（クランクシャフト組付工程での軸力）よりも大きくすることで、軸受の加工前の円形状をボルト軸力に沿った方向に潰れた扁平形状とし、その扁平形状になっている軸受を真円にするべく加工する。これにより、軸受加工後に支持部材を外したときに、軸受（各軸受凹部）がボルト軸力方向に沿って伸びる変形量が増加する。従って、クランクシャフトの組付時において、軸受のボルト軸力方向への扁平変形が相殺され、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる。また、この態様によれば、軸受加工工程の前に支持部材を着脱する予備工程（特許文献１参照）を必要としないため、工数の増加を抑えつつ、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる。

実施形態における内燃機関を概略的に表した断面図。 実施形態におけるラダーフレーム及びクランクシャフトの平面図。 （ａ）〜（ｄ）クランクシャフトの組付手順を説明するための断面図。

以下、内燃機関の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

図１に示すように、内燃機関１０は、全体として略直方体状のシリンダブロック１１を備えている。シリンダブロック１１内には、円筒状の気筒１２が区画されている。気筒１２の軸線は内燃機関１０の上下方向に延びている。本実施形態では、気筒１２は４つ設けられている（図１では１つのみ図示）。４つの気筒１２は、内燃機関１０のクランクシャフト１３の軸線方向（図１における紙面直交方向）に一列に並んでいる。各気筒１２内には、当該気筒１２内を往復移動するピストン（図示略）が配置されている。

シリンダブロック１１内において、各気筒１２の下側には、空隙部１４が区画されている。空隙部１４は、シリンダブロック１１の下面まで続いている。すなわち、各気筒１２は、空隙部１４を介してシリンダブロック１１の下面よりも下側に連通している。各空隙部１４内では、各気筒１２内のピストンに連結されたコネクティングロッド（図示略）が動作できるようになっている。コネクティングロッドはクランクシャフト１３に連結されていて、内燃機関１０の運転時には、ピストンの上下方向への往復移動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト１３の回転運動に変換されるようになっている。

上記のとおり、４つの空隙部１４が並設されているため、隣り合う空隙部１４の間、及び、クランクシャフト１３の軸線方向におけるシリンダブロック１１の両端には、各空隙部１４を区画する仕切り壁１５が存在している。すなわち、仕切り壁１５は、シリンダブロック１１におけるクランクシャフト１３の軸線方向両側の側壁を構成する２つの仕切り壁１５、及び４つの空隙部１４の各間の３つの仕切り壁１５で、合計５つ存在している（図１では１つのみ図示）。クランクシャフト１３の軸線方向及び内燃機関１０の上下方向の双方に直交する方向（図１における左右方向）を内燃機関１０の幅方向としたとき、各仕切り壁１５における幅方向の両端部は、シリンダブロック１１における幅方向の両端の側壁を構成する外壁１６に接続されている。

各仕切り壁１５の下面においては、クランクシャフト１３の軸線方向から見て半円状の第１軸受凹部１７が上側へ窪んでいる。第１軸受凹部１７は、仕切り壁１５における幅方向の略中央に位置している。なお、シリンダブロック１１における第１軸受凹部１７を構成する部位の材質は、例えばアルミニウム合金よりなる。

シリンダブロック１１の下側には、例えばアルミニウム合金製のラダーフレーム２０がボルトＢによって固定されている。クランクシャフト１３は、シリンダブロック１１とラダーフレーム２０とによって挟まれる態様で回転可能に支持されている。

図２に示すように、ラダーフレーム２０は、クランクシャフト１３の軸線方向に延設された一対の第１フレーム２１と、一対の第１フレーム２１の間に架設された５つの第２フレーム２２とを備えている。第１フレーム２１及び第２フレーム２２はアルミニウム合金よりなる。５つの第２フレーム２２の延設方向は、内燃機関１０の幅方向（図２における左右方向）に一致している。５つの第２フレーム２２は、クランクシャフト１３の軸線方向に略等間隔で並んでいる。また、５つの第２フレーム２２の互いの間隔は、シリンダブロック１１における５つの仕切り壁１５の間隔と一致している。

なお、５つの第２フレーム２２のうち、クランクシャフト１３の軸線方向の両端に位置している各第２フレーム２２は、一対の第１フレーム２１の延設方向の端部同士を接続している。その結果として、クランクシャフト１３の軸線方向の両端に位置している各第２フレーム２２と、一対の第１フレーム２１とは、四角形の枠状に繋がっている。なお、第１フレーム２１と第２フレーム２２の各上端面（シリンダブロック１１の下面に対向する面）は互いに略面一となっている。

図１に示すように、ラダーフレーム２０がシリンダブロック１１に固定された状態では、各第１フレーム２１は、シリンダブロック１１における各外壁１６と対向する位置に配置されている。そして、第１フレーム２１の上端面は、外壁１６の下面に当接している。また、５つの第２フレーム２２は、シリンダブロック１１の５つの仕切り壁１５と対向する位置に配置されている。そして、第２フレーム２２の上端面は、仕切り壁１５の下面と当接している。

各第２フレーム２２の上端面においては、クランクシャフト１３の軸線方向から見て半円状の第２軸受凹部２３が形成されている。第２軸受凹部２３は、第２フレーム２２の延設方向の略中央に位置していて、シリンダブロック１１における仕切り壁１５の第１軸受凹部１７と対向して配置されている。そして、互いに向かい合う第１軸受凹部１７及び第２軸受凹部２３で、クランクシャフト１３を回転可能に支持する円形の軸受Ｘが構成されている。

シリンダブロック１１に対してラダーフレーム２０を固定するボルトＢの固定位置は、各軸受Ｘの幅方向両側にそれぞれ設定されている。すなわち、ラダーフレーム２０の各第２フレーム２２において、第２軸受凹部２３の幅方向両側には、ボルトＢが挿通される一対のボルト孔２４が形成されている（図２も参照）。

図２に示すように、クランクシャフト１３は、該クランクシャフト１３の軸線方向に互いに間隔を空けて設けられた５つのジャーナル３１を備えている。各ジャーナル３１の軸線は一致しており、各ジャーナル３１は各軸受Ｘに回転可能に支持される。クランクシャフト１３における隣り合うジャーナル３１の各間には、クランクピン３２で互いに連結された一対のクランクウエイト３３が設けられている。

次に、内燃機関１０の製造方法におけるクランクシャフト１３の組付手順について、その作用とともに説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、シリンダブロック１１に対してラダーフレーム２０を各ボルトＢで固定する。このときの各ボルトＢの軸力は、正規軸力（後述のクランクシャフト組付工程におけるボルト軸力）よりも大きく設定されている。このとき、軸受Ｘの軸方向視の円形状は、両側のボルトＢの軸力によってその軸力方向に潰れた扁平形状に変形する。

次に、図３（ｂ）に示すように、上記のラダーフレーム２０の固定状態で、軸受Ｘの内面を真円にするべく切削加工する軸受加工工程を行う。
次に、図３（ｃ）に示すように、ボルトＢを外してラダーフレーム２０をシリンダブロック１１から取り外す取り外し工程を行う。このとき、軸受Ｘ（第１及び第２軸受凹部１７，２３）の軸方向視の円形状は、ボルトＢの軸力の解放によって、縦長（ボルト軸力に沿った方向に長い形状）となる。

次に、図３（ｄ）に示すように、クランクシャフト１３を内燃機関１０に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程を行う。同工程では、第１軸受凹部１７と第２軸受凹部２３との間にクランクシャフト１３のジャーナル３１を配置した状態で、ラダーフレーム２０をシリンダブロック１１に各ボルトＢによって正規軸力で固定する。このとき、軸受Ｘは、ボルト軸力方向に潰れるように変形（横長変形）する。従って、上記取り外し工程後における軸受Ｘ（第１及び第２軸受凹部１７，２３）の縦長変形が相殺されて、軸受Ｘの真円度が向上されるようになっている。

本実施形態の効果について説明する。
（１）軸受加工工程におけるボルトＢの軸力を正規軸力（クランクシャフト組付工程での軸力）よりも大きくすることで、軸受Ｘの加工前の円形状を縦方向（ボルト軸力に沿った方向）に潰れた扁平形状とし、その扁平形状となっている軸受Ｘを真円にするべく切削する。これにより、軸受Ｘの加工後にラダーフレーム２０を外したときの第１及び第２軸受凹部１７，２３の縦方向に伸びる変形量（ボルト軸力に沿った方向への変形量）が増加する。従って、クランクシャフト１３の組付時において、軸受Ｘのボルト軸力方向への扁平変形が相殺され、クランクシャフト１３の組付時における軸受Ｘの真円度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、軸受加工工程の前にラダーフレーム２０を着脱する予備工程を必要としないため、工数の増加を抑えつつ、クランクシャフト１３の組付時における軸受Ｘの真円度を向上させることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、シリンダブロック１１と協働してクランクシャフト１３を支持する支持部材をラダーフレーム２０としたが、これに特に限定されるものではない。例えば、同支持部材として第２軸受凹部２３を有するクランクキャップを用い、各仕切り壁１５の下端に対しそれぞれ互いに別体をなすクランクキャップを固定する構成としてもよい。

・ラダーフレーム２０及びシリンダブロック１１（第１軸受凹部１７が形成された底部）の材質はアルミニウム合金に限定されるものではなく、例えば、鋳鉄等のように、鉄を主成分とする合金（鉄系合金）でもよい。

・クランクシャフト１３のジャーナル３１及び軸受Ｘの数は例示であり、内燃機関１０の構成に応じて適宜変更可能である。
・上記実施形態におけるシリンダブロック１１及びラダーフレーム２０の構成は、あくまでも概略的に例示したものであり、それらの寸法や形状は適宜変更できる。

１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１３…クランクシャフト、１７…第１軸受凹部、２０…ラダーフレーム（支持部材）、２３…第２軸受凹部、Ｂ…ボルト、Ｘ…軸受。

Claims (1)

1. シリンダブロックと、
   前記シリンダブロックにボルトで固定された支持部材と、
   前記シリンダブロックに形成された第１軸受凹部及び前記支持部材に形成された第２軸受凹部で構成された軸受に回転可能に支持されたクランクシャフトと
   を備えた内燃機関の製造方法であって、
   前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、その状態で前記軸受の内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、
   前記軸受加工工程の後、ボルトを外して前記支持部材を前記シリンダブロックから取り外す取り外し工程と、
   前記取り外し工程の後、前記第１軸受凹部と前記第２軸受凹部との間に前記クランクシャフトを配置した状態で前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、前記クランクシャフトを内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程と
   を備え、
   前記軸受加工工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力を、前記クランクシャフト組付工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力よりも大きくした、内燃機関の製造方法。

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