JP4229660B2 - エンジンのクランク軸のギヤ取付構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、エンジンのクランク軸のギヤ取付構造に関し、特にクランク軸にカム駆動用のチェーンスプロケットあるいはオイルポンプ駆動用のチェーンスプロケット等を形成する４サイクルエンジンに適したクランク軸のギヤ取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクルエンジンのクランク軸には、ミッションに動力を伝達するための一次ギヤ（クランクギヤ）の他に、エンジンに装備される各種装置を駆動するための出力用のギヤ又は出力用のチェーンスプロケットが必要に応じて設けられている。たとえば、バランサ駆動ギヤ、カム駆動用のチェーンスプロケット又はオイルポンプ゜駆動ギヤ（あるいはチェーンスプロケット）等が必要に応じて設けられる。
【０００３】
各出力用のギヤ及びチェーンスプロケットのクランク軸上の配列は、一例として図７に示すような配列がある（特許文献１参照）。すなわち、図７において、クランク軸１０１を一対の主軸受１０２，１０３により両持ち支持したエンジンにおいて、一方の主軸受１０３からクラッチ室内に突出したクランク軸部分には、クラッチギヤ１１５に噛み合う一次ギヤ１１１が固定され、該一次ギヤ１１１とクラッチ側の主軸受１０３の間にカム駆動用のチェーンスプロケット１１０が固定されている。しかも、カム駆動用のチェーンスプロケット１１０と一次ギヤ１１１とは共通のボス１１３に一体成形され、該ボス１１３がクランク軸１０１に固定されている。他方の主軸受１０２からジェネレータ室に突出した部分にはジェネレータ１２０が設けられている。しかし、バランサ駆動ギヤ１１２は、上記ジェネレータ室側の主軸受１０２とクランクウエブ１２２の間に設けられ、クランク室内に位置している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８７７１４号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クランク軸の一方の突出部分に出力用のチェーンスプロケットと出力用のギヤを並設する場合において、図７のようにカム駆動用のチェーンスプロケット１１０と一次ギヤ１１１とを共通のボス１１３によりクランク軸１０１に固定するようにしていると、チェーンスプロケット１１０の歯底径より小さなボス外径に対しボス肉厚を取らなければならないので、ボス内周のスプライン径も小さくならざるを得ず、クランク軸１０１の外周スプラインも小径となり、十分な強度及び剛性を確保し難い。逆に、十分な強度及び剛性を確保しようとすると、チェーンスプロケット１１０の歯底径を大きくするため、歯数の多いスプロケットを使用せざるを得ず、クランク軸１０１の重量増加のみならず、シリンダヘッドのカムスプロケット部でのエンジンの大型化となる。
【０００６】
また、チェーンスプロケット１１０と一次ギヤ１１１の各歯を小さなボス１１３に一体成形加工する作業にも手間がかかる。
【０００７】
これに対して、チェーンスプロケットをクランク軸と一体成形することにより、エンジンの小型化とクランク軸の軽量化と歯切り加工の容易化が図れるが、その場合は、出力用のギヤの組付性を考慮して、チェーンスプロケットは上記図７と同様に主軸受側に形成され、出力用のギヤはクランク軸先端側に固定される。
【０００８】
ところが、チェーンスプロケットとして、たとえばカム駆動用のチェーンスプロケットをクランク軸に一体成形する場合、その位置は、ボアの肉厚、水通路幅、カムチェーン室内側肉厚及び隙間を重ねることにより決まるため、カム駆動用チェーンスプロケットと主軸受の間には無駄なスペースが存在することになり、クランク軸の軸芯方向寸法が大きくなり、エンジンの大形化の原因になる。しかも、昨今のエンジンはボアが大径化する傾向にあるため、上記無駄なスペースも大きくなり、クランク軸の軸芯方向寸法の大形化を助長する。
【０００９】
【発明の目的】
本願発明の目的は、クランク軸上に設けられる各種出力用のチェーンスプロケット及び出力用のギヤの配列及び形状を工夫することにより、クランク軸の軽量化及びクランク軸芯方向のコンパクト化を達成できるようにすると共に、出力用のギヤの組付性を向上させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、クランク軸を両持ち支持する一対の主軸受の一方と、該主軸受からクランク室外に突出するクランク軸部分に形成された出力用のチェーンスプロケットとの間に、出力用のギヤを固定しており、前記出力用のギヤは、前記クランク軸のギヤ取付位置に形成された外周スプラインにスプライン嵌合する内周スプラインを有し、該内周スプラインは、前記チェーンスプロケットと同じ歯数に形成されると共に、前記内周スプラインの各歯が前記チェーンスプロケットの各歯間を軸芯方向に通過しうる形状に形成されていることを特徴とするエンジンのクランク軸のギヤ取付構造である。
【００１１】
上記構造によると、クランク軸に一体成形された出力用のチェーンスプロケットと主軸受との間のスペースを、出力用のギヤの取付スペースとして有効に利用でき、クランク軸の軽量化並びにエンジンのクランク軸芯方向寸法のコンパクト化を達成できる。また、出力用のギヤを主軸受に隣接して配置することができることにより、出力用のギヤの支持剛性を高めることもできる。
【００１２】
また、上記構造によると、主軸受と出力用のチェーンスプロケットとの間のクランク軸部分の径を、チェーンスプロケットの外径よりも大きくする必要はなく、出力用のギヤをギヤ取付位置まで軸芯方向に挿入できる。これにより、クランク軸の軽量化を図りつつ、出力用のギヤの組付性を維持することができる。また、主軸受を大型化する必要もなくなる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエンジンのクランク軸のギヤ取付構造において、上記出力用のチェーンスプロケットは吸排気弁のカム駆動用チェーンスプロケットであり、出力用のギヤはバランサ駆動ギヤである。
【００１４】
上記構造によると、ボアの大径化に対応してカム駆動用チェーンスプロケットの形成位置が主軸受から遠くなる場合でも、ギヤ組付性の維持と共にクランク軸のクランク軸芯方向のコンパクト化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本願発明が適用された単気筒４サイクルエンジンであり、たとえばモトクロス用オートバイに搭載されており、これら図面に基づいて本願発明の一実施の形態を説明する。なお、説明の都合上、クランク軸芯方向を左右方向として説明する。
【００１７】
図１はエンジン内の主な回転軸及びギヤ類の配置を示す左側面略図であり、この図１において、クランクケース２の前半部はクランク軸１を収納するクランク室４となっており、後半部はギヤ式ミッションを収納するミッション室５となっており、クランク室４の上面にはシリンダ６、シリンダヘッド７及びヘッドカバー８が順次締着されている。
【００１８】
ミッション室５内には、クランク軸１と平行な変速入力軸１０と変速出力軸１１が前後に間隔を置いて配置され、周知のギヤ式ミッションと同様に、各軸１０，１１に装着された入力側変速ギヤ群１３と出力側変速ギヤ群１４が噛み合っている。変速出力軸１１は、図示しないが車輪駆動用のプロペラ軸あるいはチェーン伝導機構等に連動連結している。
【００１９】
変速入力軸１０の下方には、クランク軸１と平行な左右一対のオイルポンプ軸１７，１８が配置され、クランク室４の前部にはクランク軸１と平行なバランサ軸１９が配置され、シリンダヘッド７の上端には、吸，排気弁駆動用の一対のカム軸２１，２２がクランク軸１と平行に配置されている。
【００２０】
各カム軸２１，２２にはそれぞれチェーンスプロケット２３，２４が固着されており、両チェーンスプロケット２３，２４とクランク軸１に一体成形されたカム駆動用のチェーンスプロケット２５に亘ってカムチェーン２６が巻き掛けられ、該カムチェーン２６を介してクランク軸１から各カム軸２１，２２にカム駆動用動力が出力されるようになっている。なお、Ｏ1はクランク軸芯、Ｏ2は変速入力軸芯、Ｏ3はポンプ軸芯、Ｏ4は変速出力軸芯、Ｏ5はバランサ軸芯、Ｃはシリンダ中心線である。
【００２１】
図３は図１のIII-III断面展開図であり、クランクケース２は左右２つ割り構造となっており、シリンダ中心線Ｃを含みクランク軸芯Ｏ1と直角な面を合わせ面として、左右のクランクケース部材２ａ，２ｂが結合されている。クランクケース２の左右の側壁３４，３５にはクランク軸支持孔４１，４２がそれぞれ形成され、各クランク軸支持孔４１，４２には主軸受３７，３８がそれぞれ嵌着され、両主軸受３７，３８によりクランク軸１を両持ち支持している。
【００２２】
クランク軸１も左右２分割構造となっており、クランクピン３９により左右のクランク軸部材を結合してある。クランク軸１の右側の端部は、右側主軸受３８を貫通して右側のクラッチ室４４内に突出し、該右側突出部分には、クランク軸１とは別部材でできた車輪駆動用の一次ギヤ５２が固定されると共に、該一次ギヤ５２と右側主軸受３８との間に、ポンプ駆動用のチェーンスプロケット５１がクランク軸１と一体に成形されている。上記一次ギヤ５２はクランク軸１にスプライン嵌合すると共にサークリップ５３により軸芯方向移動不能に固定されている。
【００２３】
クランク軸１の左側の端部は、左側主軸受３７を貫通して左側のジェネレータ室４５に突出し、左側突出端部にはジェネレータ４７のロータ４８が固定されている。該ロータ４８と左側主軸受３７の間のクランク軸１部分に、カム駆動用のチェーンスプロケット２５がクランク軸１と一体成形され、該カム駆動用のチェーンスプロケット２５と左側主軸受３７の間に、クランク軸１とは別部材でできたバランサ駆動ギヤ３０がスプライン嵌合している。バランサ駆動ギヤ３０の径方向の内方端部には右方へ突出するボス部３０ａが一体成形されており、該ボス部３０ａの右端が左側主軸受３７に当接し、バランサ駆動ギヤ３０の左端はサークリップ６５により抜け止めされている。
【００２４】
ミッション室５の変速入力軸１０は左右一対の軸受を介してクランクケース２の両側壁３４，３５に支持されると共に、右側の端部がクラッチ室４４内に突出し、右側突出部分に多板式摩擦クラッチ５０が取り付けられている。
【００２５】
多板式摩擦クラッチ５０の入力側アウターケース５０ａの左端面にはクラッチギヤ５４が結合されており、該クラッチギヤ５４はクランク軸１の一次ギヤ５２に噛み合っている。クラッチギヤ５４とクランクケース右側壁３５の間には、始動ギヤ５５がクラッチギヤ５４と一体成形されている。
【００２６】
バランサ軸１９は左右一対の軸受５８，５９を介してクランクケース２の左右側壁３４，３５に支持されている。バランサ軸１９の右側の端部はクラッチ室４４内に突出し、該右側突出部分には右側ウエイト部１９ａが一体に形成されると共に、継手機構を介して水ポンプ５６のポンプ軸５７が連結している。バランサ軸１９の左側の端部はジェネレータ室４５内に突出し、該左側突出部分にはバランサギヤ２９が固定され、該バランサギヤ２９はクランク軸１のバランサ駆動ギヤ３０に噛み合っている。また、バランサギヤ２９には、バランサ軸１９とは別部材で形成された左側ウエイト部１９ｂが固定されている。
【００２７】
図２は図１のII-II断面展開図であり、エンジンには一対のオイルポンプ１５，１６が備えられており、両オイルポンプ１５，１６は、クランクケース２の左右側壁３４，３５に振分け配置されている。左側のオイルポンプ１５は、エンジン内の各注油個所からの戻りオイルをミッション室５の下部に形成されたオイルタンク室側へ汲み上げるスカベンジングポンプであり、右側のオイルポンプ１６は、エンジン内の各注油個所にオイルを圧送するフィードポンプである。
【００２８】
両オイルポンプ１５，１６のポンプ軸１７，１８は、クランク軸芯Ｏ1と平行な同一軸芯Ｏ3上に配置されると共に継手を介して連結されている。右側のポンプ軸１８はクラッチ室４４内に突出し、該突出部分にチェーンスプロケット３１が固定され、該チェーンスプロケット３１とクランク軸１に形成されたポンプ駆動用のチェーンスプロケット５１に亘ってチェーン３２が巻き掛けられ、該チェーン３２を介してクランク軸１からオイルポンプ軸１７，１８へオイルポンプ駆動用動力を出力するようになっている。
【００２９】
[バランサ駆動ギヤの取付構造]
図４はバランサ駆動ギヤ３０を外した組立前の状態でクランク軸１の左側端部を示す断面図であり、本実施の形態では、クランク軸１の左側端部におけるバランサ駆動ギヤ３０とカム駆動用チェーンスプロケット２５の配列及び取付構造に、本願発明を適用しており、以下、詳しく説明する。
【００３０】
図４において、カム駆動用チェーンスプロケット２５は前述のようにクランク軸１と一体成形されており、上記カム駆動用チェーンスプロケット２５と左側主軸受３７との間がバランサ駆動ギヤ３０の取付位置となっている。バランサ駆動ギヤ取付位置には外周スプライン７０が形成されており、該外周スプライン７０の外径（歯末の径）Ｄ１はカム駆動用チェーンスプロケット２５の大径（歯末の径）Ｄ３と略同じかあるいは若干大きく設定され、外周スプライン７０の小径（谷底径）ｄ１は、カム駆動用チェーンスプロケット２５の小径（谷底径）ｄ３と略同じかあるいは若干大きく設定されている。外周スプライン７０の左端部には、抜け止めクリップ取付用の環状溝６６が形成されている。
【００３１】
一方、バランサ駆動ギヤ３０のボス部３０ａには、前記クランク軸１の外周スプライン７０にスプライン嵌合する内周スプライン７１が形成されている。該内周スプライン７１の小径（歯末の径）ｄ２は、カム駆動用チェーンスプロケット２５の小径ｄ３より若干大きく、内周スプライン７１の大径（谷底径）Ｄ２は、カム駆動用チェーンスプロケット２５の大径Ｄ３より若干大きく設定されている。
【００３２】
図５は図４のV-V断面拡大図であり、バランサ駆動ギヤ３０の内周スプライン７１とクランク軸１の外周スプライン７０は、当然同じ歯数に形成されているが、カム駆動用チェーンスプロケット２５も内周スプライン７１及び外周スプライン７０と同じ歯数に形成されており、しかも、カム駆動用チェーンスプロケット２５の各歯間を、バランサ駆動ギヤ３０の内周スプライン７１の各歯がクランク軸芯Ｏ1方向に通過し得る歯形状に形成されている。
【００３３】
【作用】
[クランク軸の組付]
（１）図２において、左右のクランク軸部材をクランクピン３９で結合することによりクランク軸１を組み立てる。左右のクランクケース２ａ、２ｂに主軸受３７、３８をそれぞれ嵌め込む。
【００３４】
（２）クランク軸１の左右両側の端部を、結合前（分割状態）の左右のクランクケース部材２ａ、２ｂの軸支持孔４１，４２に嵌め込まれた主軸受３７，３８に挿入し、両クランクケース部材２ａ，２ｂを結合する。
【００３５】
（３）クランク軸１の右側突出部分に一次ギヤ５２をスプライン嵌合し、サークリップ５３によりクランク軸芯Ｏ1方向に固定する。
【００３６】
（４）図４において、クランク軸１の左端からバランサ駆動ギヤ３０を嵌め、図５のように内周スプライン７１の歯をカム駆動用チェーンスプロケット２５の歯間に合わせ、バランサ駆動ギヤ３０を図４のカム駆動チェーンスプロケット２５の右方へ通過させる。そして、クランク軸１の外周スプライン７０にスプライン嵌合すると共に、ボス部３０ａを左側主軸受３７に当接させる。しかる後、環状溝６６にサークリップ６５を嵌着して、クランク軸芯Ｏ1方向に固定する。
【００３７】
該実施の形態のように、バランサ駆動ギヤ３０の内周スプライン７１とカム駆動用チェーンスプロケット２５の歯数を合わせ、かつ、内周スプライン７１の各歯がカム駆動用チェーンスプロケット２５の歯間を通過するように形成してあると、カム駆動用チェーンスプロケット２５と左側主軸受３７の間のクランク軸部分（バランサ駆動ギヤ取付位置）のクランク軸径を大きくすることなく、バランサ駆動ギヤ３０を組み付けることができる。すなわち、内周スプライン７１の小径ｄ２を、カム駆動用チェーンスプロケット２５の外径Ｄ３より大きくする必要がなく、クランク軸１の軽量化を達成できる。
【００３８】
また、該実施の形態では、クランク軸１のジェネレータ側の突出部分にカム駆動用チェーンスプロケット２５及びバランサ駆動ギヤ３０を配置していることにより、クランク軸１のクラッチ側の突出部分において、一次ギヤ５２の位置をさらに右方に張り出させることなく、右側主軸受３８と一次ギヤ５２の間にオイルポンプ駆動用チェーンスプロケット５１を配置することができ、クランク軸芯方向寸法のコンパクト化ができると共にオイルポンプ１５，１６等の配置自由度が増える。
【００３９】
また、オイルポンプ駆動用のチェーンスプロケット５１をクラッチ側に配置してあることにより、クラッチ５０とクランクケース右側壁３５との間の空間を、ポンプ軸１８等のチェーンスプロケット３１の配置スペースとして有効利用することができ、この点においてもクランク軸芯方向寸法のコンパクト化になる。
【００４０】
【発明のその他の実施の形態】
（１）図６に示す実施の形態は、カムチェーン２６がクランク軸芯方向のクラッチ側（右側）に配置されたエンジンにおいて、クランク軸１の右側突出部分に配置される一次ギヤ５２及びカム駆動用チェーンスプロケット２５の構造に、本発明を適用した例である。
【００４１】
図６において、クランク軸１の右側突出部分にカム駆動用のチェーンスプロケット２５が一体成形されており、該チェーンスプロケット２５と右側主軸受３８の間のクランク軸部分に外周スプライン９０を形成し、該外周スプライン９０に一次ギヤ５２の内周スプライン９１をスプライン嵌合し、サークリップ９２で固定してある。一次ギヤ５２の内周スプライン９１とカム駆動用チェーンスプロケット２５との関係は、図４及び図５で説明したバランサ駆動ギヤ３０の内周スプライン７１とチェーンスプロケット２５との関係と同様であり、同じ歯数を備え、一次ギヤ５２がチェーンスプロケット２５に対してクランク軸芯方向に挿通可能となっている。
【００４２】
なお、ポンプ軸１８にはポンプギヤ９５が固定され、該ポンプギヤ９５はクラッチギヤ５４と一体に形成された始動ギヤ５５に噛み合っている。
【００４３】
（２）前記各実施の形態は、クランク軸に固定される出力用のギヤとして、バランサ駆動ギヤ又は一次ギヤを適用し、クランク軸と一体成形されるチェーンスプロケットとして、カム駆動用のチェーンスプロケットを適用してあるが、オイルポンプ用のポンプ駆動ギヤとカム駆動用のチェーンスプロケットとの関係、またはポンプ駆動用チェーンスプロケットと他の出力用のギヤとの関係において、本願を適用することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によると、（１）クランク軸を両持ち支持する一対の主軸受の一方（たとえば左側主軸受３７）と、該主軸受からクランク室外に突出するクランク軸部分に形成された出力用のチェーンスプロケット（たとえばカム駆動用チェーンスプロケット２５）との間に、出力用のギヤ（たとえばバランサ駆動ギヤ３０）を固定してあるので、出力用のチェーンスプロケットと主軸受との間のスペースを、出力用のギヤの取付スペースとして有効に利用でき、エンジンのクランク軸芯方向寸法をコンパクトに保つことができる。また、上記出力用のギヤを主軸受に隣接配置できることにより、出力用のギヤの支持剛性を高くすることができる。また、主軸受の大形化も防ぐことができる。
【００４５】
（２）出力用のギヤは、クランク軸のギヤ取付位置に形成された外周スプラインにスプライン嵌合する内周スプラインを有し、該内周スプラインは、上記チェーンスプロケットと同じ歯数に形成されると共に、内周スプラインの各歯がチェーンスプロケットの各歯間を軸芯方向に通過しうる形状に形成されていると、主軸受と出力用のチェーンスプロケットとの間のクランク軸部分の径をチェーンスプロケットの外径よりも大きくする必要がなく、出力用のギヤを軸芯方向に取付位置まで挿入し、固定することができる。すなわち、クランク軸芯方向のエンジンのコンパクト化を図りながらも、出力用のギヤの組付性向上とクランク軸の軽量化を達成することができる。
【００４６】
（３）上記出力用のチェーンスプロケットとして、カム駆動用のチェーンスプロケットを配置し、出力用のギヤとしてバランサ駆動ギヤを配置してあると、ボアの大径化に対応してカム駆動用チェーンスプロケットの形成位置が主軸受から遠くなる場合でも、ギヤ組付性とクランク軸の軽量化を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明を適用した４サイクルエンジンの主な軸配置を示す左側面簡略図である。
【図２】 図１のII-II断面展開図である。
【図３】 図１のIII-III断面展開図である。
【図４】 バランサ駆動ギヤを外して示すクランク軸の左側部分の拡大断面図である。
【図５】 図４のV-V断面図である。
【図６】 本願発明の別の実施の形態を示しており、前記図２と同じ切断面での断面展開図である。
【図７】 従来例の断面図である。
【符号の説明】
１ クランク軸
２ クランクケース
２ａ 左側クランクケース部材
２ｂ 右側クランクケース部材
４ クランク室
５ ミッション室
１９ バランサ軸
２１，２２ カム軸
２５ カム駆動用チェーンスプロケット（出力用のチェーンスプロケットの一例）
２６ カムチェーン
３０ バランサ駆動ギヤ（出力用のギヤの一例）
３４ クランクケース左側壁
３５ クランクケース右側壁
３７ 左側主軸受
３８ 右側主軸受
４４ クラッチ室
４５ ジェネレータ室
５２ 一次ギヤ（出力用のギヤの別の例）
７０ 外周スプライン
７１ 内周スプライン
９０ 外周スプライン
９１ 内周スプライン

Claims (2)

1. クランク軸を両持ち支持する一対の主軸受の一方と、該主軸受からクランク室外に突出するクランク軸部分に形成された出力用のチェーンスプロケットとの間に、出力用のギヤを固定しており、
   前記出力用のギヤは、前記クランク軸のギヤ取付位置に形成された外周スプラインにスプライン嵌合する内周スプラインを有し、該内周スプラインは、前記チェーンスプロケットと同じ歯数に形成されると共に、前記内周スプラインの各歯が前記チェーンスプロケットの各歯間を軸芯方向に通過しうる形状に形成されていることを特徴とするエンジンのクランク軸のギヤ取付構造。
2. 上記出力用のチェーンスプロケットは吸排気弁のカム駆動用チェーンスプロケットであり、出力用のギヤはバランサ駆動ギヤであることを特徴とする請求項１記載のエンジンのクランク軸のギヤ取付構造。

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