JP3753653B2

JP3753653B2 - クランクシャフトの支持構造

Info

Publication number: JP3753653B2
Application number: JP2001389074A
Authority: JP
Inventors: 充横山; 一郎須藤; 幸重桑原; 健夫斎藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2003184648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のクランクシャフトの支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のクランクシャフトの支持構造には、例えば、特開２０００−３４５８５４号公報「クランクシャフトの支持構造」に示されたものがある。このクランクシャフトの支持構造は、同公報の図５によれば、クランクシャフト３１（符号は同公報に記載されたものを使用する。）にベアリング８４の内輪を相対移動不能に取付け、クランクケース２９にベアリング８４の外輪を相対移動不能に取付けたもので、クランクシャフト３１の軸線に沿う方向でのベアリング８４のがたつき量を管理し、ベアリング８４の耐久性を向上させることができるとともに、クランクケース２９への振動騒音伝達のばらつきを抑えて騒音防止を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報のクランクシャフトの支持構造では、エンジンの温度の上昇に伴いクランクケース２９の温度が上昇すると、クランクケース２９とベアリング８４との間の締付力が減少する。クランクケース２９の材質とベアリング８４の材質とは異なり、環境や高速走行などクランクケース２９の温度が高温になりやすい条件が作用した場合には、お互いの膨張差が顕著になり、ベアリング８４を固定する締付力は減少し、エンジン音が大きくなり、静粛性が低下する。
【０００４】
また、クランクケース２９では、肉厚の違いや熱源からの距離の違いなどの条件によってベアリング８４を支持する支持孔９１の温度にばらつきが生じ、支持孔９１は不均一に熱膨張し、いびつに広がる。つまり、支持孔９１は熱膨張で楕円状になり、真円度が低下する。そのため、ベアリング８４の外輪の真円度も低下し、ベアリング８４の耐久性を低下させる場合があるとともに、静粛性を低下させる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ベアリングの耐久性を向上させ、エンジンの静粛性を向上させるクランクシャフトの支持構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１では、クランクシャフトの軸部にボールベアリングを嵌め、このボールベアリングを鉄製のブッシュを介してアルミニウム合金製のクランクケースに取付けるクランクシャフトの支持構造において、ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなることを特徴とする。
【０００７】
ブッシュは、鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなるので、外側ブッシュがクランクケースの熱膨張に伴い一体的に熱膨張し拡径しても、内側ブッシュは外側ブッシュに引張られることはなく、所望の締付力を確保する。従って、エンジンの静粛性が向上する。
【０００８】
また、ブッシュは、鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなるので、クランクケースの温度のばらつきによる不均一な熱膨張で外側ブッシュの真円度が低下しても、内側ブッシュは外側ブッシュに引張られることはなく、所望の真円度を確保する。その結果、ベアリングの真円度を確保することができ、ベアリングの耐久性は向上する。
【０００９】
請求項２では、外側ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、内側ブッシュは、鋼製ブッシュであることを特徴とする。
ブッシュは、外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入する内側ブッシュとの２部材からなる。外側ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだもので、クランクケースの熱膨張に伴い一体的に熱膨張し拡径する。一方、内側ブッシュは、外側ブッシュに圧入した雄部材であるから、外側ブッシュに引張られることはなく、ボールベアリングを所望の力で保持する。
【００１０】
ただし、外側ブッシュと内側ブッシュとの間のしめ代が過度に減少することは避けなければならない。
そこで、線膨張係数の大きなアルミニウム合金製クランクケースに対して、外側ブッシュを小さな線膨張係数の鋳鉄とした。これにより、外側ブッシュの拡径を極力抑えることができる。さらに、内側ブッシュをアルミニウム合金と鋳鉄の中間の線膨張係数を有する鋼とした。鋼は鋳鉄より線膨張係数が大きいので外側ブッシュに向って拡径する。この結果、外側ブッシュがアルミニウム合金製クランクケースに引張られて拡径するものの、内側ブッシュが追従して拡径するため、外・内側ブッシュ間のしめ代の減少を抑えることができる。
【００１１】
請求項３では、内側ブッシュとボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、しめ代ａより大きく設定したことを特徴とする。
【００１２】
熱膨張による外側ブッシュの内径の拡径の値をしめ代ｂで吸収することができ、熱膨張で寸法が変化しても外側ブッシュと内側ブッシュとの間では締結力を確保するとともに、内側ブッシュとボールベアリングとの間でも締結力を確保する。
【００１３】
請求項４では、内側ブッシュとボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、２×ａ＜ｂ＜４×ａの範囲内に設定したことを特徴とする。
【００１４】
しめ代ｂが２×ａ未満では、しめ代が小さく、熱で外側ブッシュが膨張すると、外側ブッシュと内側ブッシュとの間に隙間が生じる心配がある。
しめ代ｂが４×ａを超えると、しめ代が大きく、低温〜中温時、内側ブッシュを介してボールベアリングの外輪を強く締付けるこになり、回転の際の摩擦抵抗が増加する。
つまり、高温時の隙間防止の点から下限を２×ａとし、低温〜中温時の回転の摩擦抵抗の増加を防止する点から上限を４×ａとした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。「左」「右」は運転者から見た方向、「前」は前進側、「後」はその逆側をいう。
【００１６】
図１は本発明に係るクランクシャフトの支持構造を採用した自動二輪車の側面図であり、自動二輪車１０は、車体フレーム１１と、車体フレーム１１のヘッドパイプ１２に取付けたフロントフォーク１３と、フロントフォーク１３の下方に取付けた前輪１４と、上方に取付けたハンドル１５と、車体フレーム１１の上部前側に配設した燃料タンク１６と、車体フレーム１１の上部中央に取付けたシート１７と、車体フレーム１１の中央に配設したエンジン２１と、エンジン２１に接続した排気管２２、車体フレーム１１の下部に取付けたスイングアーム２３と、スイングアーム２３の後端部を車体フレーム１１に懸架したリヤサスペンション２４と、スイングアーム２３に取付けた後輪２５と、を備える。
【００１７】
エンジン２１は、空冷単気筒４サイクルエンジンであり、シリンダ２６（シリンダヘッド２７、シリンダブロック２８）と、シリンダブロック２８内に摺動可能に設けたピストン３１（図２参照）と、ＡＣジェネレータ３２と、トランスミッション３３と、シリンダブロック２８を取付けたクランクケース３４と、を備える。３５はシリンダヘッド２７に接続した混合ガスを生成するキャブレタを示す。
【００１８】
図２は本発明に係るクランクシャフトの支持構造を採用したエンジンの断面図であり、シリンダヘッド２７と、シリンダブロック２８と、シリンダブロック２８内に摺動可能に設けたピストン３１と、ＡＣジェネレータ３２と、クランクケース３４と、クランクケース３４にブッシュ３７，３７およびボールベアリング３８，３８で取付けるとともに、ピストン３１をコネクティングロッド３９を介して連結したクランクシャフト４１と、を備えるエンジン２１を示す。
【００１９】
シリンダヘッド２７は、内側に形成した燃焼室４２と、外側に形成した冷却フィン４３と、中央に設けたプラグ孔４４を有する。４５はプラグ孔４４に取付けた点火プラグを示す。燃焼室４２では、ガソリンと空気の混合ガスを瞬時に燃焼させることで、爆発させ、膨張ガスを発生させる。
【００２０】
シリンダブロック２８は、内部にピストン３１を案内する壁部４６を形成し、外部に冷却フィン４７を形成したもので、冷却フィン４７で燃焼の際の熱を外へ逃す。
【００２１】
クランクシャフト４１は、爆発の際の膨張ガスで往復するピストン３１の往復運動を回転運動に変換し、回転力をトランスミッションに伝える。
また、クランクシャフト４１は、組立て式クランクシャフトで、一方に軸部であるところの第１ジャーナル５１を形成し、第１ジャーナル５１に第１ウェブ５２（第１アーム部５３、第１ウェイト５４）を形成し、他方に軸部であるところの第２ジャーナル５６を形成し、第２ジャーナル５６に第２ウェブ５７（第２アーム部６１、第２ウェイト６２）を形成し、第１ウェブ５２と第２ウェブ５７をクランクピン６３で一体的に接続したものである。６４は中心軸線を示す。
クランクシャフト４１の材質は、炭素鋼または合金鋼である。
【００２２】
クランクケース３４は、左右分割式で、クランクシャフト４１の中心軸線６４に直交する分割面６５を有する。
クランクケース３４の材質は、アルミニウム合金であり、例えば、ダイカスト合金（ＪＩＳＡＤＣ１２）である。
アルミニウム合金の線膨張係数は、２３×１０^-6である。
【００２３】
図３は本発明に係るクランクシャフトの支持構造の要部詳細図である。
クランクシャフトの支持構造は、クランクシャフト４１の軸部であるところの第１ジャーナル５１、第２ジャーナル５６にボールベアリング３８，３８を嵌め、このボールベアリング３８，３８をブッシュ３７，３７を介してアルミニウム合金製のクランクケース３４に取付けた構造でる。
【００２４】
ボールベアリング３８は、クランクシャフト４１に嵌合する内輪６６と、ブッシュ３７に嵌合する外輪６７とを有する。内輪６６の材質は、鋼である。外輪６７の材質は、鋼である。
【００２５】
ブッシュ３７は、外側ブッシュ７１と、この外側ブッシュ７１に圧入した内側ブッシュ７２との２部材からなる。圧入の際のはめあいについては次図で説明する
【００２６】
外側ブッシュ７１は、クランクケース３４に一体的に鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、外面に形成した掛止部７３のアンカ効果によりクランクケース３４と一体的になる。外側ブッシュ７１の鋳鉄は、例えば、ねずみ鋳鉄（ＪＩＳＦＣ材）であり、ねずみ鋳鉄の線膨張係数は、９．８×１０^-6である。
【００２７】
内側ブッシュ７２の鋼は、例えば、炭素鋼（ＪＩＳＳ４５Ｃ）であり、炭素鋼の線膨張係数は、１１．２×１０^-6である。
【００２８】
図４は本発明に係るブッシュとボールベアリングの詳細図であり、外側ブッシュ７１と、内側ブッシュ７２と、ボールベアリング３８のはめあいの関係を模式的に示す。
【００２９】
ボールベアリング３８の外径をＤｂに設定し、ボールベアリング３８のしめ代をａに設定した。
内側ブッシュ７２の内径は、ボールベアリング３８のしめ代ａに基づいてｄｓ（ｄｓ＝Ｄｂ−２×ａ／２）に設定した。
【００３０】
内側ブッシュ７２の外径をＤｓに設定し、内側ブッシュ７２の外周側のしめ代をｂに設定した。
外側ブッシュ７１の内径は、内側ブッシュ７２のしめ代ｂに基づいてｄｆ（ｄｆ＝Ｄｓ−２×ｂ／２）に設定した。
【００３１】
また、内側ブッシュ７２とボールベアリング３８のしめ代をａとし、内側ブッシュ７２と外側ブッシュ７１のしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、しめ代ａより大きく設定した。
さらに、しめ代ｂは、２×ａ＜ｂ＜４×ａの範囲内に設定した。
【００３２】
次にクランクシャフトの支持構造の組立てについて簡単に説明する。
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るクランクシャフトの支持構造の第１組立て説明図である。
（ａ）：まず、予めクランクケース３４に外側ブッシュ７１を鋳包む。その次に、外側ブッシュ７１，７１に内側ブッシュ７２，７２をそれぞれ矢印▲１▼，▲２▼の如く圧入する。その際、クランクケース３４側を加熱し、外側ブッシュ７１，７１を所定温度まで昇温するのが望ましい。
【００３３】
（ｂ）：引き続き、内側ブッシュ７２，７２にボールベアリング３８，３８の外輪６７，６７をそれぞれ嵌める。その際には、クランクケース３４ならびにブッシュ３７，３７を加熱し、ブッシュ３７，３７を所定温度まで昇温するのが望ましい。
【００３４】
図６は本発明に係るクランクシャフトの支持構造の第２組立て説明図である。
最後に、クランクシャフト４１の第１ジャーナル５１に左側のクランクケース３４とともにボールベアリング３８の内輪６６を矢印▲３▼の如く嵌め、クランクシャフト４１の第２ジャーナル５６に右側のクランクケース３４とともにボールベアリング３８の内輪６６を矢印▲４▼の如く嵌める。
【００３５】
以上に述べたクランクシャフトの支持構造の作用を次に説明する。
図３に示すように、ブッシュ３７は、クランクケース３４に一体的に鋳包んだ外側ブッシュ７１と、この外側ブッシュ７１に圧入した内側ブッシュ７２との２部材からなり、燃焼の際の熱でクランクケース３４の熱膨張に伴い一体的に外側ブッシュ７１が広がっても、内側ブッシュ７２は外側ブッシュ７１に引張られることはなく、締付力の減少は極めて小さい。その結果、ボールベアリング３８を確実に保持することができ、エンジンの静粛性は向上する。
【００３６】
また、ブッシュ３７は、クランクケース３４に一体的に鋳包んだ外側ブッシュ７１と、この外側ブッシュ７１に圧入した内側ブッシュ７２との２部材からなるので、クランクケース３４の温度のばらつきによる不均一な熱膨張で外側ブッシュ７１の真円度が低下しても、内側ブッシュ７２は外側ブッシュ７１に引張られることはなく、内側ブッシュ７２の真円度の低下を極めて小さく抑えることができる。その結果、内側ブッシュ７２の所望の真円度によって、ベアリング３８の真円度を確保することができ、ベアリングの耐久性を向上させることができる。
【００３７】
図３の外側ブッシュ７１は、クランクケース３４に鋳包んだ鋳鉄であり、内側ブッシュ７２は鋼であり、ここでの外側ブッシュ７１の線膨張係数は、クランクケース３４の大きな線膨張係数（２３×１０^-6）に引張られて本来の線膨張係数（９．８×１０^-6）より大きな値となる。一方、内側ブッシュ７２の線膨張係数は、１１．２×１０^-6であり、鋳包んだ状態の外側ブッシュ７１の線膨張係数に近く、熱による膨張の差を小さくすることができる。その結果、熱膨張の差の減少と圧入の際のしめ代によりクランクケース３４の寸法変化を吸収することができ、ボールベアリング３８を締結する力を維持することができる。
【００３８】
つまり、外側ブッシュ７１は鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、内側ブッシュ７２は鋼製ブッシュなので、燃焼の際の熱でクランクケース３４の膨張とともに、クランクケース３４に一体的に鋳包んだ外側ブッシュ７１が膨張しても、その膨張による径の変化を内側ブッシュ７２が吸収するので、しめ代ａ（図４参照）によって与えている力の減少は小さく、ボールベアリング３８を所望の力で保持することができる。従って、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００３９】
図４に示すように、内側ブッシュ７２とボールベアリング３８のしめ代をａとし、内側ブッシュ７２と外側ブッシュ７１のしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、しめ代ａより大きく設定したので、熱膨張による外側ブッシュ７１の内径ｄｆの拡径の値をしめ代ｂで吸収することができ、熱膨張で寸法が変化しても外側ブッシュ７１と内側ブッシュ７２との間の締結力を確保することができるとともに、内側ブッシュ７２とボールベアリング３８との間の締結力を確保することができる。従って、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００４０】
また、内側ブッシュ７２とボールベアリング３８のしめ代をａとし、内側ブッシュ７２と外側ブッシュ７１のしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、２×ａ＜ｂ＜４×ａの範囲内に設定した。
しめ代ｂが２×ａ未満では、しめ代が小さく、熱で外側ブッシュ７１が膨張すると、外側ブッシュ７１と内側ブッシュ７２との間に隙間が生じる心配がある。
しめ代ｂが４×ａを超えると、しめ代が大きく、低温〜中温時、内側ブッシュ７２を介してボールベアリング３８の外輪６７を強く締付けるこになり、回転の際の摩擦抵抗が増加する。
つまり、高温時の隙間防止の点から下限を２×ａとし、低温〜中温時の回転の摩擦抵抗の増加を防止する点から上限を４×ａとした。
その結果、低温〜中温時においても回転の摩擦抵抗が増加することはなく、所望の回転の摩擦抵抗を維持することができる。
【００４１】
尚、本発明の実施の形態に示した外側ブッシュ７１の外周の形状は任意である。
内側ブッシュ７２の長さや両端部の形状は任意であり、例えば、鍔を形成したり溝を形成することも可能である。
ボールベアリング３８を止めるための止め輪の有無は任意である。
ボールベアリング３８を止めるためのクランクケース３４の孔の形状は任意である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、クランクシャフトのボールベアリングに嵌める鉄製のブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなるので、外側ブッシュがクランクケースの熱膨張に伴い一体的に熱膨張し拡径しても、内側ブッシュは外側ブッシュに引張られることはなく、締付力の減少を極めて小さく抑えることができる。その結果、ボールベアリングを確実に保持することができ、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００４３】
また、ブッシュは、鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなるので、クランクケースの温度のばらつきによる不均一な熱膨張で外側ブッシュの真円度が低下しても、内側ブッシュは外側ブッシュに引張られることはなく、真円度の低下を極めて小さく抑えることができる。その結果、内側ブッシュの所望の真円度によって、ベアリングの真円度を確保することができ、ベアリングの耐久性を向上させることができる。
【００４４】
請求項２では、外側ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、内側ブッシュは、鋼製ブッシュなので、クランクケースに一体的に鋳包んだ外側ブッシュがクランクケースの熱膨張に伴い一体的に熱膨張しても、圧入した内側ブッシュは、外側ブッシュの熱膨張による径の広がりに引張られることはなく、ボールベアリングを所望の力で保持することができる。従って、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００４５】
また、外側ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、内側ブッシュは、鋼製ブッシュなので、熱膨張で外側ブッシュがアルミニウム合金製クランクケースに引張られて拡径しても、鋳鉄より線膨張係数の大きい内側ブッシュが追従して拡径するため、外・内側ブッシュ間のしめ代の減少を抑えることができる。従って、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００４６】
請求項３では、内側ブッシュとボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、しめ代ａより大きく設定したので、熱膨張による外側ブッシュの内径の拡径の値をしめ代ｂで吸収することができ、熱膨張で寸法が変化しても外側ブッシュと内側ブッシュとの間の締結力を確保することができるとともに、内側ブッシュとボールベアリングとの間の締結力を確保することができる。従って、エンジンの静粛性を向上させることができる。
【００４７】
請求項４では、内側ブッシュとボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、２×ａ＜ｂ＜４×ａの範囲内に設定した。
しめ代ｂが２×ａ未満では、しめ代が小さく、熱で外側ブッシュが膨張すると、外側ブッシュと内側ブッシュとの間に隙間が生じる心配がある。
しめ代ｂが４×ａを超えると、しめ代が大きく、低温〜中温時、内側ブッシュを介してボールベアリングの外輪を強く締付けるこになり、回転の際の摩擦抵抗が増加する。
【００４８】
つまり、高温時の隙間防止の点から下限を２×ａとし、低温〜中温時の回転の摩擦抵抗の増加を防止する点から上限を４×ａとした。
その結果、低温〜中温時においても回転の摩擦抵抗が増加することはなく、所望の回転の摩擦抵抗を維持することができるとともに、高温時の外側ブッシュと内側ブッシュとの間の隙間防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランクシャフトの支持構造を採用した自動二輪車の側面図
【図２】本発明に係るクランクシャフトの支持構造を採用したエンジンの断面図
【図３】本発明に係るクランクシャフトの支持構造の要部詳細図
【図４】本発明に係るブッシュとボールベアリングの詳細図
【図５】本発明に係るクランクシャフトの支持構造の第１組立て説明図
【図６】本発明に係るクランクシャフトの支持構造の第２組立て説明図
【符号の説明】
３４…クランクケース、３７…ブッシュ、３８…ボールベアリング、４１…クランクシャフト、５１…軸部（第１ジャーナル）、５６…軸部（第２ジャーナル）、７１…外側ブッシュ、７２…内側ブッシュ。

Claims

クランクシャフトの軸部にボールベアリングを嵌め、このボールベアリングを鉄製のブッシュを介してアルミニウム合金製のクランクケースに取付けるクランクシャフトの支持構造において、
前記ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ外側ブッシュと、この外側ブッシュに圧入した内側ブッシュとの２部材からなることを特徴とするクランクシャフトの支持構造。
前記外側ブッシュは、クランクケースに一体的に鋳包んだ鋳鉄ブッシュであり、前記内側ブッシュは、鋼製ブッシュであることを特徴とする請求項１記載のクランクシャフトの支持構造。
前記内側ブッシュと前記ボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと前記外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、しめ代ａより大きく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のクランクシャフトの支持構造。
前記内側ブッシュと前記ボールベアリングのしめ代をａとし、内側ブッシュと前記外側ブッシュのしめ代をｂとしたときに、しめ代ｂは、２×ａ＜ｂ＜４×ａの範囲内に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のクランクシャフトの支持構造。