JP4196931B2 - 内燃機関のクランクシャフト支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックの下部に、クランクシャフトのジャーナル部を回転自在に支持する内燃機関のクランクシャフト支持構造に関する。

レシプロ式のエンジン（内燃機関）の多くは、シリンダボアを有するシリンダブロックの下部に、クランクシャフトを回転自在に組み込んで、シリンダボア内を往復動するピストンの動きを回転運動に変換させる構造が用いられている。

従来、こうしたエンジンのクランクシャフトを組み込む構造には、シリンダボアの両側から下側へ延びる一対のスカート部間に壁状のジャーナル受台を形成し、このジャーナル受台の下面に鞍形のベアリングキャップを組み合わせて、クランクシャフトのジャーナル部を回転自在に支持する構造が用いられている。

具体的には、通常、壁状のジャーナル受台は、クランクシャフトの軸心方向と交差する方向に延びる壁が用いられる。そして、クランクシャフトのジャーナル部は、このジャーナル受台の下面に、クランクシャフトのジャーナル部の片側（径方向）を収める半円形状の軸受部を形成し、同ジャーナル部を跨るようベアリングキャップをジャーナル受台の下面に設置することによって回転自在に支持させている。

ところで、レシプロエンジンは、種々の限界設計により製作される機械のため、同エンジンが最高出力付近やそれ以上の高回転数域でエンジンの運転が続けられると、ジャーナル受台にクラックが発生するおそれがある。これは、高回転数運転がもたらす慣性力により、ジャーナル受台に過大な荷重（加振力）に加わり、生じると考えられる。

このような場合、ジャーナル受台を補強するには、一般には例えば特許文献１で開示されているように軸受部を形成している軸受面の全体の幅寸法を大きくしたり、軸受部を含めジャーナル受部の全体の幅寸法を大きくしたりすることが考えられる。
特開平８−２７７７４７号公報

ところで、エンジンは、コンパクト性が求められているために、エンジンが大型になることは避けたい。

ところが、上記のような補強だと、クランクシャフトのジャーナル部は、幅広となる軸受部に合わせて幅広に変更することが求められる。これでは、クランクシャフトの全長が増加し、シリンダブロックの大型化をまねくので、エンジンが大型になってしまう。しかも、クランクシャフトの全長の増加を抑えるために、クランクシャフトのピン部の幅寸法を狭くして、軸受部の幅広分を吸収すると、今度はピン部に組み付くコンロッドの強度が不足するなどの問題をきたすおそれがある。

そこで、本発明の目的は、ジャーナル受台の軸受部を変更せずに、ベアリングキャップから加わる応力集中に対するジャーナル受台の補強が行えるようにした内燃機関のクランクシャフト支持構造を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、シリンダブロックと、同シリンダブロックの下部に組み込まれるクランクシャフトとを有する。前記クランクシャフトのジャーナル部が、前記シリンダブロックの下部に形成され前記クランクシャフトの軸心と交差する方向に延びる壁状のジャーナル受台と、同ジャーナル受台の下面に形成され前記ジャーナル部の片側が収まる半円形状の軸受部と、同軸受部のジャーナル部を跨るように前記ジャーナル受台の下面に設置される鞍形のベアリングキャップとにより回転自在に支持される。前記ジャーナル受台の下面のうち、前記ベアリングキャップの前記軸受部を挟んだ両端に配置される端面の縁部と重なり合う地点を基準とする。前記ジャーナル受台の下面のうち、前記軸受部側から前記基準となる地点をこえた位置までの所定域の下面部分を、他の部分よりも太くした太部分とする。前記ベアリングキャップにおいて前記ジャーナル受台の下面に設置される設置面は、前記太部分に沿って形成されている。

同構造により、ジャーナル受台の軸受部の幅方向の寸法を変更せずに、エンジンの高回転数運転時、特に過大な応力が集中するとされるジャーナル受台の下面部分、すなわちベアリングキャップ端の角部と重なり合う下面部分の剛性強度が高められるとともに、ジャーナル受台の太部分に加わる負担を抑えることができる。

好ましくは、ベアリングキャップは、安定した強度が確保されるよう、外周縁部の全体を、大きくした設置面にならって太くしてあるのがよい。

また、上記目的に加え、最も効果的な補強が行えるよう、太部分は、クランクシャフトの軸心方向中央のジャーナル部を支えるジャーナル受台に形成する構成とした。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、簡単な構造で、ベアリングキャップ端の角部から加わる応力に耐える強度が確保されるよう、前記太部分は、前記ジャーナル受台の下面の両側の縁のうち、前記所定域の縁部分に、前記ジャーナル受台の側面に沿うリブを形成する構成を採用した。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加え、リブを用いて十分な強度が確保されるよう、リブには、シリンダブロックに形成されているシリンダボアの近くまで直線状に延びる構成を用いた。

請求項１に記載の発明によれば、ジャーナル受台のベアリングキャップが載る下面部分に太部分を形成するという技術により、軸受部の軸受面の幅寸法を大きくせずに、ベアリングキャップ端の角部から加わる応力集中に対する補強ができる。さらにベアリングキャップの設置面が増加する分、ベアリングキャップ端からジャーナル受台の太くなった下面部分に加わる面圧が低減される。そのため、ジャーナル受台の太部分に加わる負担が小さくてすみ、太部分による補強を向上させることができる。

それ故、クランクシャフトの全長を延長せずにジャーナル受台の強度を高めることができ、エンジンの高回転数域での耐久性が向上する。しかも、太部分は、ジャーナル受台の縁部に局部的に形成されるので、シリンダブロックの重量の増大もわずかですむ。

さらに上記効果に加え、内燃機関の高回転数域の運転時、最も応力的な負担が大きい（荷重：大）部位だけを補強することができ、内燃機関の高回転数域の運転時のクラック発生の防止に適した補強が合理的にできる。

請求項２に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、リブをジャーナル受台の下面の両側の縁に局所的に形成するといった簡単な構造で、ベアリングキャップ端の角部から加わる応力に対する補強ができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、リブの特性を活かして、十分な補強ができる。

［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は、エンジン（内燃機関）、例えばレシプロ式の４気筒ガソリンエンジンのシリンダブロックを下側から見た下面図、図２は同シリンダブロックのベアリングキャップを取外した下面図、図３はその一部の斜視図、図４および図５はベアリングキャップを設置面から見た下面図をそれぞれ示している。

図１〜図３中１は、例えばアルミ合金製のシリンダブロック２の本体部、２０は同本体部１の下部に組み込まれるクランクシャフト（図1中に二点鎖線で図示）、３０は同クランクシャフト２０を回転自在に支持するベアリングキャップを示す。

クランクシャフト２０は、図１に示されるように例えば５つの直列に並ぶクランクジャーナル部２１ａ〜２１ｅ（本願のジャーナル部に相当）間に、クランク部として、クランクピン部２２が中間に介在された一対のバランスウェイト２３を一体に形成して構成される。

またシリンダブロック２の本体部１は、図１〜図３に示されるように頭部側（図１，２において紙面奥行き側）に直列に所定の間隔で並んだ４つのシリンダボア３を有し、底部側（図１，２において紙面手前側）に該シリンダボア列の両側から下側へ延びる一対のスカート部４（図３中に一部だけ図示）を有して形成される。なお、シリンダボア３の周りには、シリンダボア３を囲むようウォータジャケット（図示しない）が形成してある。またスカート部４の末端となる下端部にはフランジ状の取付座５が形成してある。

シリンダボア列の最前部、シリンダボア間、最後部となるスカート部４，４間の各地点には、それぞれスカート部４間を遮るようにジャーナル受台６ａ〜６ｅ（５つ）が一体に形成されている。ジャーナル受台６ａ〜６ｅは、いずれもシリンダボア列と交差する方向（クランクシャフト１０の軸心と交差する方向に相当）に延びる壁部で形成されている。これらジャーナル受台６ａ〜６ｅのうち、最前部と最後部に配置されるジャーナル受台６ａ，６ｆは、本体部１の頭部から取付座５まで続いていて、シリンダブロック２の前後のパネルを形成している。このジャーナル受台６ａ，６ｅにより、シリンダブロック２の下側にクランクケース７（スカート部４、ジャーナル受台６ａ，６ｅで囲まれる構造部分）を形成している。また残るジャーナル受台６ｂ〜６ｄは、図３に示されるようにシリンダボア３の下端部から取付座５まで続いている。

これらシリンダボア列に沿って並ぶジャーナル受台６ａ〜６ｅの下面中央（シリンダボア列の中心あるいはその近くの地点）には、それぞれ図３に示されるような半円形状の軸受部９が形成されている。９ａはその軸受部９の円弧形の軸受面を示す。これら軸受部９にそれぞれクランクシャフト２０のジャーナル部２１ａ〜２１ｅが収まり、各クランクピン部２２をシリンダボア３下側に配置させている。

ベアリングキャップ３０の本体部３０ａは、図３に示されるように鞍形をなしている。そして、凹んだ部分に半円形状の軸受面３１を形成し、同軸受面３１の両側に一対の設置面３２を形成している。なお、３３は、設置面３２から反対側の側部へ貫通するボルト孔を示す。

このベアリングキャップ３０が、それぞれ図３に示されるように各軸受部９に収まるクランクジャーナル部２１ａ〜２１ｅを跨ぐようジャーナル受台６ａ〜６ｅの下面に組み込まれる。この組み込みには、例えばベアリングキャップ３０をジャーナル受台６ａ〜６ｅに嵌め込む構造が用いてある。同構造は、例えば図３に示されるようにジャーナル受台６ａ〜６ｆのうち、軸受部９の両側の上記ベアリングキャップ３０が載る下面部分に、他の下面部分より凹陥した凹陥部１０を形成する構造である。つまり、ベアリングキャップ３０は、凹陥部１０に嵌めて、同ベアリングキャップ３０の設置面３２を凹陥した下面部分に重ねた後、締結具、例えばボルト部材３４を、ボルト孔３３から、凹陥した下面部分に形成してあるねじ孔１０ｂへねじ込むことにより、ベアリングキャップ３０全体が各ジャーナル受台６ａ〜６ｆの下面に設置される。これで、各クランクジャーナル部２１ａ〜２１ｅが、ジャーナル受台６ａ〜６ｅと各ベアリングキャップ３０とにより、回転自在に支えられるようにしてある。そして、図示はしないが、この支持されたクランクシャフト２０の各クランクピン部２２が、各シリンダボア３内の往復動可能に収まるピストン（図示しない）から延びるコンロッド（図示しない）に回転自在に支持され、ピストンの往復直線運動を回転運動に変換できるようにしている。

こうした４気筒のクランクシャフト支持構造において、ジャーナル受台６ａ〜６ｅの下面、特に高回転数運転時、慣性力により、最も過大な荷重（加振力）に加わりやすいジャーナル受台６ｃ（４気筒エンジンでは３番目のジャーナル受台：クランクシャフト２０の軸心方向中央のクランクジャーナル部２１ｃを支えるもの）には、それに見合う補強が施されている。

この補強には、図２および図３に示されるようにジャーナル受台６ｃのうち、ベアリングキャップ３０の前後端と重なり合う下面部分、すなわち軸受面３１（軸受部９、クランクジャーナル部２１ｃ）を挟んだ最も前方、最も後方の端面３０ｘ，３０ｙの縁部３０ｚと重なり合う下面部分、本実施形態では凹む凹陥部１０の境界部１０ａを含む周辺の下面部分の厚み寸法を他の下面部分よりも太くした太部分３６を形成した技術が用いられる。具体的には、太部分３６には、例えば図２，３に示されるようにジャーナル受台６ｃの下面の幅方向両側の縁のうち、境界部１０ａを基準として、境界部１０ａを跨るベアリングキャップ３０の内側から外側までの所定長Ａ（所定域）で、かつねじ孔１０ｂの中心位置から外側となる縁部分に、それぞれジャーナル受台６ｃの側面に沿うリブ３７（例えば角形断面）を形成した構造が用いられる。このリブ３７で形成される太部分３６により、特にエンジンの高回転数運転時において、応力が集中するとされる、ベアリングキャップ端の角部３０ｂと重なり合う下面部分およびその周辺の剛性強度を高めている。なお、図２中、Ｂは太部分３６の厚み寸法を示している。また各リブ３７は、図３に示されるようにシリンダボア３の下端部近くまで直線状に延びていて、高い剛性強度をジャーナル受台６ｃにもたらしている。なお、リブ３７の一部は、バランスウェイト２３と干渉しないよう、切欠いてある。３７ａはその切欠いた部分を示している。

また図３および図４に示されるようにベアリングキャップ３０の各両端の設置面３２は、太部分３６にならい、太部分３６と同じ形状に変更させてある。つまり、各設置面３２は、前後方向の各端部の幅寸法を大きくさせている。具体的には、設置面３２は、外側部分が内側より広くなるＴ字状にしてある。また本体部３０ａの外周縁の全体も、この広くしたＴ字状の設置面３２に沿って太く形成してある。３８は、その太くなった本体部３０ａの外周縁部を示している。

一方、図２に示されるようにジャーナル受台６ｃと隣合うジャーナル受台６ｂ，６ｄ（４気筒エンジンでは２番目と４番目のジャーナル受台）の下面両側には、同様の地点に、上記ジャーナル受台６ｃ（３番目）のリブ３７の外形（長さＡ，幅Ｂ）より小さな外形をもつリブ４７（太部分）が形成されている。このリブ４７にて、一般的なエンジンの爆発行程によりシリンダブロック２へ伝わる荷重（加振力）に対する剛性を高めている。このリブ外形が、シリンダブロック２の中央のジャーナル受台６ｃから、両端側のジャーナル受台６ａ，６ｅへ向かいにしたがい、順に小さくなる構造により、シリンダブロック２の剛性強度をバランス良く補強させている。また図５に示されるようにこれらジャーナル受台６ｂ，６ｄと組み合うベアリングキャップ３０にも、先に述べたのと同様、設置面３２を大きくする構造、外周縁部３８，３８を太くする構造が用いられている。

なお、図３中３９は、ジャーナル受台６ｃ（３番目）の軸受面９ａの周りの側面部分に形成されたスラストベアリング用の凹部を示す。

このようにベアリングキャップ３０の前後端の角部３０ｂが載るジャーナル受台６ｃの下面部分だけを太く（太部分３６）すると、軸受部９に影響を与えずに、ジャーナル受台６ｃの補強ができる。つまり、ジャーナル受台６ｃの軸受部９（軸受面９ａ）の幅寸法を大きくすることなく、ベアリングキャップ端の角部３０ｂから加わる応力集中（荷重）に対する補強ができる。

したがって、クランクシャフト２０の全長を延長せずにジャーナル受台６ｃの強度を高めることができ、エンジン高回転数域において安定した運転が期待できる。しかも、太くする部分は、局部的なので、シリンダブロック２の重量の増大もわずかである。特にジャーナル受台６ｃの下面部分に太部分３６が形成されると、エンジンの高回転数域の運転時、最も応力的な負担が大きくなる部位だけが合理的に補強できる。このため、クラック発生（エンジンの高回転数域の運転時）の抑制に適した補強ができる。

しかも、両端を除く各ジャーナル受台６ｂ〜６ｄが、外形が順に小さくなる太部分３６で補強される構造を採用することによって、シリンダブロック２を各部に合わせてバランス良く補強できる。

そのうえ、太部分３６には、ジャーナル受台６ｃの下面縁部にリブ３７を形成する構造を採用したので、ベアリングキャップ端の角部３０ｂから加わる荷重に対処しやすいリブ３７の特性を活用して、ジャーナル受台６ｃを簡単な構造で補強できる。特に、シリンダボア３の下端部の近くまで連続して直線状に延びるリブ３７は、リブ３７の特性を活用して、十分な補強が期待できる。

またベアリングキャップ３０には、リブ３７で増加したジャーナル受台６ｃにならい設置面３２を大きくした構造を用いたので、ベアリングキャップ端からジャーナル受台６ｃの太部分３６（リブ３７）に加わる面圧が低減され、太部分３６による補強を助けることができる（ジャーナル受台の太部分に加わる負担が小さくてすむことによる）。特にベアリングキャップ３０の外周縁部の全体を、太くした設置面部分にならって太くしてあると、ベアリングキャップ３０において安定した強度が確保できる。

なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、シリンダブロック中央（軸心方向中央）のジャーナル受台、その両側のジャーナル受台に太部分を形成したが、これに限らず、クランクシャフトの軸心方向中央のジャーナル部を支えるジャーナル受台だけに、太部分を設ける構造を採用してもよい。また一実施形態では、嵌め込み式のベアリングキャップを用いた例を挙げたが、嵌め込まずにジャーナル受台の下面に載せて設置するタイプのベアリングキャップを用いた構造でも構わない。また一実施形態では、４気筒エンジンのシリンダブロックを例に用いたが、これに限らず、その他の複数気筒のエンジンのシリンダブロックにも本発明を適用してもよい。むろん、ガソリンエンジン以外の他のレシプロエンジンでもよい。

本発明の一実施形態のクランクシャフト支持構造を示すシリンダブロックの下面図。 ジャーナル受台からベアリングキャップを外したときのシリンダブロックの下面図。 同中央に配置されているジャーナル受台からベアリングキャップを外したときを示す分解斜視図。 同中央のジャーナル受台に組み付くベアリングキャップの下面図。 同中央のジャーナル受台の隣りに配置されたジャーナル受台に組み付くベアリングキャップの下面図。

符号の説明

２…シリンダブロック、３…シリンダボア、４…スカート部、６ｃ…ジャーナル受台、９…軸受部、２０…クランクシャフト、２１ａ〜２１ｅ…クランクジャーナル部（ジャーナル部）、３０…ベアリングキャップ、３０ｂ…角部、３０ｘ…端面、３０ｚ…縁部、３１…軸受面、３２…設置面、３７…リブ（太部分）。

Claims (3)

1. シリンダブロックと、同シリンダブロックの下部に組み込まれるクランクシャフトとを有し、
   前記クランクシャフトのジャーナル部が、前記シリンダブロックの下部に形成され前記クランクシャフトの軸心と交差する方向に延びる壁状のジャーナル受台と、同ジャーナル受台の下面に形成され前記ジャーナル部の片側が収まる半円形状の軸受部と、同軸受部のジャーナル部を跨るように前記ジャーナル受台の下面に設置される鞍形のベアリングキャップとにより回転自在に支持され、
   前記ジャーナル受台の下面のうち、前記ベアリングキャップの前記軸受部を挟んだ両端に配置される端面の縁部と重なり合う地点を基準とし、
   前記ジャーナル受台の下面のうち前記軸受部側から前記基準となる地点をこえた位置までの所定域の下面部分を、他の部分よりも太くした太部分とし、
   前記ベアリングキャップにおいて前記ジャーナル受台の下面に設置される設置面は、前記太部分に沿って形成されており、
   前記太部分は、前記クランクシャフトの軸心方向中央に配置されるジャーナル部を支えるジャーナル受台に形成されることを特徴とする内燃機関のクランクシャフト支持構造。
2. 前記太部分は、前記ジャーナル受台の下面の両側の縁のうち、前記所定域の縁部分に、前記ジャーナル受台の側面に沿うリブを形成してなることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のクランクシャフト支持構造。
3. 前記リブは、前記シリンダブロックに形成されているシリンダボアの近くまで直線状に延びていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のクランクシャフト支持構造。

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