JP3390171B2 - 2ストロークエンジンのクランクシャフト及びその使用法 - Google Patents
2ストロークエンジンのクランクシャフト及びその使用法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
- F16C3/06—Crankshafts
- F16C3/10—Crankshafts assembled of several parts, e.g. by welding by crimping
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
ンから成るクランクスローを有する2ストロークエンジ
ン(内燃機関)のクランクシャフトであって、各クラン
クアームが穴と、ピンと穴との間に位置した遷移領域に
位置した窪んだ面取り部とを有し、中央のジャーナル区
分と、このジャーナル区分に隣接して位置し、関連する
クランクアームの穴に挿入された2つの円状端区分とを
備えた主軸受ピンにより、クランクスローが一緒に連結
されており、各端区分がジャーナル区分の中心軸に関し
て半径方向に変位した中心軸を有する型式のクランクシ
ャフトに関する。
に、この種のクランクシャフトは既知である。クランク
ピンと穴との間の遷移領域に設けた窪んだ面取り部はこ
の領域における応力集中を許容できるレベルまで減少さ
せる。クランクピンに対する端区分の変位のため、大径
の中央ジャーナル区分を設けることが可能になる。上記
スイス国特許明細書では、中央ジャーナル区分及び2つ
の端区分は同じ直径を有する。
示しており、その主軸受ピンは焼き嵌め又は圧入により
関連するアームと共に一緒に連結されている。連結部即
ちジョイントの円筒状取り付け表面に段部を設けて、異
なる直径の少なくとも2つの区分を形成する。クランク
ピンのジャーナル表面に最も近い方の軸受ピンの取り付
け表面は最小直径を有する。上記英国特許明細書におけ
る発明の効果は、取り付け表面の第2区分を小さい方の
区分より大きな寸法とし、この大きい方の区分のまわり
の材料における応力を増大させることである。大きい方
の区分の直径が大きくなれば、軸受ピンの隣接するジャ
ーナル区分の直径も大きくでき、軸受面積を減少させる
ことなくジャーナルを短くすることができる。
取り部を備えていないクランクシャフトを開示してお
り、従って、このクランクシャフトには大きな負荷を加
えることができない。主軸受ピンは円筒状の端区分を有
し、これらの端区分は関連するクランクアームの穴内に
焼き嵌めされ、隣接するジャーナル区分より小さな直径
を有する。
ャーナルを備え、もってアームに弱化領域を発生させ
ず、大きな負荷に耐えることができ、大きなトルクを伝
達できるクランクシャフトを提供することである。
徴とするところは、主軸受ピンの2つの端区分が、それ
自体既知の方法で、隣接するジャーナル区分より小さな
直径を有し、端区分の円筒状外側(外表面)及び(又
は)穴の内側(内表面)が摩擦増大材料を備え、クラン
クピンジャーナルの直径と主軸受ジャーナルの直径との
合計値がエンジンのストローク長の少なくとも108%と
なっていることである。
い寸法のクランクシャフトを得ることが可能になり、主
軸受ピンのジャーナル区分と端区分との間の直径におけ
る格差が大きな直径を必要とするアームに穴を設けるこ
となく大きな直径のジャーナル区分を得ることができ、
アームはその強度を維持し、窪んだ面取り部は強度に影
響を及ぼさない。
ル区分上で端区分を偏心的に配置できる。これは、クラ
ンクピンの中心軸から一層離れた位置にアームの穴を位
置決めするために利用でき、このため、アームにおける
応力レベルを減少させることが可能となるか、クランク
ピンジャーナルの直径を増大させることが可能となり、
シャフトの長さを更に減少させることができる。
ようにジャーナルの面積を増大させるために増大したジ
ャーナル直径を利用する場合は、ジョイント、アーム及
び穴に挿入された端区分が一層大きなトルクを受け取る
ことができるようにしなければならない。従来、これは
端区分の直径又は長さを増大させることにより行ってい
た。これに反し、本発明では、端区分の円筒状外側及び
(又は)穴の内側に摩擦増大材料を設け、ジョイントに
よる一層大きなトルクの伝達を可能にする。
する方法に関し、その特徴とするところは、関連するク
ランクアームに関して主軸受ピンをその中心軸のまわり
で回転させることによりエンジンのストローク長を変更
し、もって、主軸受ジャーナルとクランクピンジャーナ
ルとの間の中心間距離を変更することである。従って、
クランクシャフトの規格化された要素を用いて、ジョイ
ントの軸線間距離が互いに異なるシャフトを製造でき
る。中心間距離を変更すれば、エンジンのストローク長
がその2倍変化する。従って、同じ型式のエンジンで
も、そのエンジンの意図した使用に特に適するようなス
トローク長とすることができる。また、本発明では、特
殊な工具を使用して主軸受ピンに関してクランクスロー
を回転させることにより、与えられたエンジンのストロ
ーク長を変更することができ、例えば、エンジン作動状
態を永久的に変更する場合は、エンジンの効率を上げる
というような大なる融通性が得られる。
に説明する。
の側面図、及び、第1図のII−II線における断面図、 第3図及び第4図は、本発明に係るシャフトの(第1
図及び第2図にそれぞれ)対応する図であるが、僅かに
縮小した寸法で示す図、 第5図ないし第7図は、ジャーナルを相対回転させる
ことによりストローク長を変更する方法を示す、本発明
に係るシャフトを通る断面図であるが、更に縮小した寸
法で示す図である。
え、鍛造又は鋳造したクランクスロー1を示す。各アー
ムは軸方向に延びた穴4を備え、この穴は、ピンの周辺
部と穴の縁部との間の遷移領域において、アーム内に窪
んだ面取り部5を形成する余地が存在するような距離だ
け、クランクピンから半径方向に離れて位置している。
窪んだ面取り部5の形状は、既知の方法で、アームにお
ける応力集中を出来る限り小さくするように形成され
る。個々のクランクスローは、端区分8に実質上円滑に
連絡した中央のジャーナル区分7を有する主軸受ピン6
により相互連結され、この端区分は適当な超過寸法を有
していて、アーム2の円形穴4内に焼き嵌めされてい
る。この既知のクランクシャフトにおいては、穴4はジ
ャーナル区分7と同軸的に延び、エンジンのストローク
長は一定で、穴4とクランクピン3との間の中心間距離
cの2倍になっている。
クスロー11を示し、このクランクスローの2つのアーム
12はクランクピンジャーナル13と一体的に鍛造又は鋳造
されている。各アーム12は主軸受ピン16の端区分18に取
り付けられ、この端区分18はアームの穴14に関して超過
寸法を有する。軸受ピン16は端区分18より実質上大きな
直径を有する中央のジャーナル区分17を具備する。第4
図に明示するように、ジャーナル区分17の周辺部は破線
で示すが、端区分18はジャーナル区分17に関して偏心的
に位置する。この効果により、クランクピンジャーナル
の中心軸19と主軸受ジャーナルの中心軸20との間の距離
が中心軸19と穴14の中心軸21との間の距離とは異なる。
主軸受ピン16は中心軸20に対して直角な中央面22に関し
て対称的となっている。
軸受ジャーナル17は互いに重なるが、端区分18が偏心位
置にあるため、クランクピンジャーナル13と端区分18と
の間に最小の距離が依然として存在し、普通の方法で窪
んだ面取り部15を形成する余地が残る。
場合、ジャーナル区分17上で端区分18が偏心しているた
め、穴14は、隣接するジャーナル区分と同軸的に延びる
端区分を備え同じ中心間距離cを有するシャフトにおけ
る穴の場合に比べ、端区分の偏心度に対応する距離eだ
け、クランクピンジャーナルの中心軸19から一層離れる
という効果が得られる。クランクピンジャーナルから離
れる方向への穴14のこの変位は、図示の実施例のシャフ
トにおいてクランクピンジャーナルの直径を増大させる
ために利用される。
トはジャーナルの中心軸間距離cに関して極めて大きな
ジャーナル直径を有する。例えば、主軸受の直径dmは1.
33cであり、クランクピンジャーナルの直径dcは0.95cで
ある。
シャフトにおける主軸受ジャーナルの直径とクランクピ
ンジャーナルの直径との合計値はエンジンのストローク
長より短く(0.9倍)、一方、本発明に係るシャフトに
おいては、上記合計値はエンジンのストローク長より、
少なくとも8%、好ましくは12%だけ、長い。選択した
エンジンの型式に応じて、2つのジャーナルの合計直径
は両方のジャーナルに均等に振り分けてもよいし、一方
のジャーナルの直径より他方のジャーナルの直径を大き
くしてもよい。大きなジャーナル直径はシャフトの長さ
に比して大きなパワーを伝達することができ、これによ
り、シャフトをV型エンジンのクランクシャフト、特に
クロスヘッド型式の2ストロークV型エンジンのクラン
クシャフトに適用できる。このようなエンジンは同一の
クランクピンジャーナルに連結された2つのピストンを
有するが、クランクピンジャーナル及び主軸受ジャーナ
ルに大きな負荷が加わる。
上の関連する表面の一方又は両方には、カーボランダム
粉末(SiC)の如きクランクシャフトのアーム及びジャ
ーナル要素の基礎材料より実質上堅い粒子やニッケルの
コーティングの如き摩擦増大材料を設けることができ
る。摩擦増大材料は端区分とアームとの間の把持力を改
善して、ジョイントが大きなモーメントを伝達できるよ
うにする。
に関連するアーム(これらのアームにピンの端区分が挿
入されている)との間の相対角度位置にどのように依存
するかを説明する。まず、第3図を参照すると、軸受ピ
ンの中心軸20は主軸受の中心軸と同軸でこれに一致して
いること明らかである。個々のクランクスロー11はエン
ジンのシリンダの数に応じた相対角度位置に普通の方法
で配置されている。
に関してクランクスロー11を回転させたときの効果を示
す。第5図においては、端区分の偏心距離eがジャーナ
ルの中心軸19、20間を結ぶ線上に位置するように、か
つ、これら中心軸間の距離c及びエンジンのストローク
長が最小となるように、アーム12が軸受ピン16に関して
取り付けられている。
受ピン16に関して約60゜及び約120゜の角度だけそれぞ
れ回転してしまっており、特に、第6図においては、中
心軸19、20間の距離c′は第5図における距離cより大
きくなるが、第7図における距離c″より小さくなって
いる。距離cは偏心距離eの2倍まで変更でき、このこ
とは、エンジンのストローク長を偏心距離eの4倍まで
変更できることを意味する。図示の実施例においては、
エンジンのストローク長は18.3%まで変更できる。これ
により、同じエンジン構成要素の場合、エンジンパラメ
ータを修正する際に著しい融通性が与えられる。
Claims (3)
- 【請求項1】2つのクランクアーム(12)を備えたクラ
ンクピンから成るクランクスロー(11)を有する2スト
ロークエンジンのクランクシャフトであって、上記各ク
ランクアームが、穴(14)と、該穴(14)と上記クラン
クピンとの間に位置する遷移領域に配置された窪んだ面
取り部(15)とを有し、上記クランクスロー(11)が、
主軸受ピン(16)によって一緒に連結されており、各主
軸受ピン(16)が、中央のジャーナル区分(17)と、該
ジャーナル区分に隣接する2つの端区分(18)とを有
し、該端区分(18)は、関連するクランクアームの穴
(14)内にはめ込まれ、上記中央のジャーナル区分(1
7)は、上記関連するクランクアーム間に位置し、上記
端区分(18)と上記関連するクランクアームとの間の把
持力が、上記端区分(18)の外表面と上記穴(14)の内
表面の双方にそれぞれ供給された摩擦増大材料、或い
は、上記端区分(18)の外表面、又は上記穴(14)の内
表面のうち、何れか一方に供給された摩擦増大材料によ
って改善された、クランクシャフトにおいて、 上記主軸受ピンの2つの上記端区分(18)が、隣接する
上記ジャーナル区分(17)よりも小さな直径を有し、上
記各端区分(18)が、上記ジャーナル区分の中心軸(2
0)に関して半径方向に変位した中心軸を有し、クラン
クピンジャーナル(13)の直径と上記主軸受ピンのジャ
ーナル区分(17)の直径の合計値が、上記主軸受ジャー
ナルと上記クランクピンジャーナルの中心間距離の2倍
の少なくとも108%となっていることを特徴とするクラ
ンクシャフト。 - 【請求項2】請求の範囲第1項に記載のクランクシャフ
トにおいて、上記直径の合計値が、上記主軸受ジャーナ
ルと上記クランクピンジャーナルの中心間距離の2倍の
少なくとも112%となっていることを特徴とするクラン
クシャフト。 - 【請求項3】請求の範囲第1項又は第2項に記載のクラ
ンクシャフトにおいて、クランクシャフトが大型2スト
ローククロスヘッドエンジンの如きV型エンジン用であ
ることを特徴とするクランクシャフト。
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