JP4963753B2 - エンジンのクランク軸構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンのクランク軸構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平８−９３７４６号公報に記載されるように、多気筒エンジンのクランク軸構造として、各気筒のコネクチングロッドの大端部に接続するクランクピンと、そのクランクピンを両端から保持する一対のクランクウエブとが鍛造あるいは鋳造により一体成形されたものは知られている。そして、そのような構造においては、クランクウエブにおけるクランクピンと反対側に、バランスウエイトが設けられ、各気筒のピストンなどの往復運動質量の慣性力、及びコネクチングロッドの大端部周辺の回転運動質量の遠心力は、これらバランスウエイトの慣性力でバランスされるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような構造であると、クランク軸は外周の質量が大きいほど慣性質量が増すが、クランクウエブにおけるクランクピンと反対側にバランスウエイトを設けているだけであるので、慣性質量を十分に大きくすることができない。
【０００４】
また、慣性質量を十分に大きくするためには、クランクウエブの径を大きくして、その外周部にバランスウエイトを設ければよいと考えられるが、そのようにすると、クランクケースも大きくなり、鍛造による製造が困難になるのに加えて、重量が増大するので、組み付け性に劣ることにもなる。
【０００５】
この発明は、できるだけ大きい慣性質量を確保すると同時に、軽量化を図ったエンジンのクランク軸構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、クランク軸に対し、クランクウエブ及びクランクピンが一体に設けられてなるエンジンのクランク軸構造において、前記クランクウエブに対し、円形状の開孔を有する円板形状のバランスウエイトの前記開孔が、前記クランク軸と前記バランスウエイトとが同軸状になるように嵌合され、前記クランクウエブは、ほぼ一定幅で、前記クランク軸の軸線方向に延在し前記開孔の周面形状に対応する曲率を有する２つの湾曲面と、平行に延在し前記２つの湾曲面を繋ぐ２つの平坦面とを有し、かつ前記クランク軸の軸線方向に直交する面の外周側及び中心側に凹部がそれぞれ形成されたものであり、前記バランスウエイトは、その中心と前記開孔の中心とがオフセットし、かつ前記クランクウエブとの間に位置決めキーが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、慣性質量の増加にあまり影響しない部分であるクランク軸の回転中心付近の部分の重量を低減して、全体重量の増加を図ることなく、外周部分の質量を増大させることで、慣性質量の増加を図ることができる。特に、バランスウエイトは円板形状であり、それに開設する開孔も円形状であるので、バランスウエイトの製造が容易で、量産性の点で有利である。
【００１２】
また、バランスウエイトの中心とそれの開孔の中心とをオフセットさせるという簡単な構造で、慣性質量の増加にあまり影響しない部分であるクランク軸の回転中心付近の重量を低減して、全体重量の増加を図ることなく、外周部分の質量を増大させて、慣性質量の増大を図ることができる。
【００１４】
さらに、位置決めキーによって、バランスウエイトとクランクウエブの位置関係が一義的に決定され、ピストン、コネクチングロッド等の往復部質量とのバランスが損なわれることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る４気筒エンジンのクランク軸構造を示す縦断面図、図２は同一部拡大図、図３は図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、クランク軸１に対し、クランクウエブ２及びクランクピン３が、鍛造あるいは鋳造により、一体的に成形されている。ここで、クランクピン３は、両端が一対のクランクウエブ２にて保持されている。そして、クランク軸１の両端部及び各気筒間に対応する部分にジャーナル部１ａを有し、各ジャーナル部１ａが、クランクケース（図示せず）に対し回転可能に支持されることになる。
【００１８】
また、クランク軸１に一体的に成形されているほぼ一定幅のクランクウエブ２に対し、円形状の開孔５ａを有する円板形状のバランスウエイト５の前記開孔５ａが嵌合しており、その状態でバランスウエイト５はクランクウエブ２に対し溶接により固着されている。その嵌合し固着された状態では、前記クランク軸１の中心Ｏ１と前記バランスウエイト５の中心Ｏ２とが一致している。よって、バランスウエイト５が、クランクウエブ２に対し、クランク軸１と同軸状になるように嵌合され、溶接により固着されていることになる。
【００１９】
前記バランスウエイト５は、その中心Ｏ２と前記開孔５ａの中心Ｏ３とが、バランスウエイト５の直径方向において一定量だけオフセットしている。その結果、図４に示すように、バランスウエイト５は、直径方向において、一方の側の肉厚が大きく、他方の側の肉厚が小さくなるように形成されていることになり、クランク軸１付近の質量を低減し、軽量化を図る一方、外周部分の質量を増大し、慣性質量を大きくするようにされている。
【００２０】
前記バランスウエイト５の前記一方の側においては、開孔５ａに臨むウエイト側キー溝５ｂが形成されおり、そのウエイト側キー溝５ｂに対応してクランクウエブ２にも、図５に示すように、ウエブ側キー溝２ａが形成されている。そして、バランスウエイト５とクランクウエブ２との間において、前記キー溝５ｂ，２ａに対し位置決めキー６が挿入され、バランスウエイト５とクランクウエブ２との間の位置決めをするようになっている。これは、バランスウエイト５の開孔５ａにクランクウエブ２を挿入する関係上、クランクウエブ２の端面２ｂ，２ｃが前記開孔５ａの周面形状に対応する曲率を有する湾曲面となっているので、位置決めキー６を用いないと、クランクウエブ２とバランスウエイト５との間の相対位置が決定されないからである。
【００２１】
また、クランクウエブ２の側面において、外周部分側には、回転バランスを確保するために外周凹部２ｄが形成される一方、中心部分側には、重量軽減のために中央凹部２ｅが形成されている。
【００２２】
このようにして形成されたクランク軸１のクランクピン３が、図６に示すように、各気筒（図示せず）のコネクチングロッド１１の大端部１１ａに接続され、このコネクチングロッド１１の小端部１１ｂにピストン１２がピストンピン１３を介して接続されている。そして、各気筒のピストン１２などの往復運動質量の慣性力、及びコネクチングロッド１１の大端部周辺の回転運動質量の遠心力は、バランスウエイト５の慣性力で、効果的にバランスされることになる。
【００２３】
上記のように構成すれば、クランク軸１に一体的に成形されたほぼ一定幅のクランクウエブ２に対し、円板形状のバランスウエイト５の開孔５ａを、前記クランク軸１と前記バランスウエイト５とが同軸状になるように嵌合しているので、慣性質量の増加にあまり影響しない部分であるクランク軸１の回転中心Ｏ１付近の部分の重量を低減して、全体重量の増加を図ることなく、外周部分の重量を増大させることで、慣性質量の増加を図ることができる。特に、開孔５ａを有する円板形状のバランスウエイト５を用いているので、外周部分の重量を無理なく増大させることを実現することができる。
【００２４】
慣性質量を増すためにはクランク軸１の中心からの距離が大きい位置の質量を大きくすることが効果的であり、慣性質量を低下せずに軽量化を行うためには慣性質量の増加にあまり影響のないクランク軸の中心に近い位置の重量を低下させることが必要であるからである。
【００２５】
前記バランスウエイト５は、中心Ｏ２がクランク軸１の中心Ｏ２と同軸状であり、また、前記中心Ｏ２と前記開孔５ａの中心Ｏ３とが、直径方向において、オフセットしているので、クランク軸１の中心Ｏ１に近い部分の質量を低下させ、遠い位置の部分の質量を増加させることができるからである。このように、バランスウエイト５の中心Ｏ２とそれの開孔５ａの中心Ｏ３とをオフセットさせるという簡単な構造で、慣性質量の増加にあまり影響しない部分であるクランク軸１の回転中心付近の部分の重量を低減して、全体重量の増加を図ることなく、外周部分の重量を増大させて、慣性質量の増大を図ることができる。
【００２６】
しかも、バランスウエイト５は円板形状であり、それに開設する開孔５ａも円形状であるので、加工が容易で、バランスウエイト５の製造も容易である。
【００２７】
さらに、前記バランスウエイト５と、前記クランクウエブ２との間に、位置決めキー６を設けているので、バランスウエイト５を別体としても、位置決めキー６によって、バランスウエイト５とクランクウエブ２の位置関係が一義的に決定され、ピストン１２、コネクチングロッド１１等の往復部重量の慣性力、及びコネクチングロッド１１の大端部周辺の回転運動質量の遠心力は、バランスウエイト５の慣性力でバランスされ、それらの力のバランスが損なわれることがない。
【００２８】
前記実施の形態においては、クランク軸１に一体的に成形されたクランクウエブ２に設けるバランスウエイト５としては、そのバランスウエイト５の中心Ｏ２とそれの開孔５ａの中心Ｏ３とがオフセットしたものを用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、全周に亘って肉厚が一定である一様厚さの円環状のバランスウエイト２１を用いることも可能である。すなわち、図７に示すように、クランクウエブ２２及びクランクピン２３が一体的に成形されてなるクランク軸２４の前記クランクウエブ２２に対し、円環形状のバランスウエイト２１が外嵌され、溶接によりクランク軸２４に対し固着されている。このように外嵌されることにより、前記クランク軸２４の中心と、バランスウエイト２１の中心とが一致し、前述した実施の形態と同様に、クランク軸２４にバランスウエイト２１が同軸状に外嵌されている構造になる。よって、クランクウエブ２２に円環形状のバランスウエイト２１を外嵌するという簡単な構造で、全体重量をあまり増加させることなく、外周部分の重量を増大させることを実現できる。
【００２９】
この場合には、図７におけるＳ１，Ｓ２の部分に対しては質量を付加することができないため、慣性質量の増加に制約を受けるものの、前述した特開平８−９３７４６号公報に記載のものに比べれば、外径を大きくすることなく、慣性質量の増大を図ることを実現することが可能となる。
【００３０】
また、前記実施の形態においては、バランスウエイトは溶接によりクランクウエブに固着されるようにしているが、そのほか、ボルトによる締結固定や圧入による固定を採用することもできる。
【００３１】
さらに、前記クランクウエブに切り欠きや突起を設けたり、バランスウエイトに切り欠きやギャップ（空隙部分）を設けてもよい。そのほか、クランクウエブを、バランスウエイトのギャップに挿入（圧入）するようにして設けるようにしてもよい。
【００３２】
さらに、また、本発明に係るエンジンのクランク軸構造は、エンジンの気筒数に関係なく、単気筒でも多気筒でも適用することができるのはもちろん、２ストロークエンジンでも４ストロークエンジンでも使用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように実施され、以下に述べるような効果を奏する。
【００３５】
請求項１の発明は、クランク軸に設けられたクランクウエブに対し、開孔を有する円板形状のバランスウエイトの前記開孔を、前記クランク軸と前記バランスウエイトとが同軸状になるように嵌合しているので、慣性質量の増加にあまり影響しない部分であるクランク軸の回転中心付近の部分の重量を低減して、全体重量の増加を図ることなく、外周部分の重量を増大させることで、慣性質量の増加を図ることができる。
【００３６】
また、バランスウエイトの中心とそれの開孔の中心とをオフセットさせるようにすれば、簡単な構造で、全体重量を増加させることなく、慣性質量の増大を図ることができる。
【００３７】
さらに、前記バランスウエイトと、前記クランクウエブとの間に、位置決めキーを設けるようにすれば、位置決めキーによって、バランスウエイトとクランクウエブの位置関係を一義的に決定し、ピストン、コネクチングロッド等の往復部重量とのバランスを損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る４気筒エンジンのクランク軸構造を示す縦断面図である。
【図２】同一部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】本発明に係るバランスウエイトの正面図である。
【図５】本発明に係るクランクウエブの正面図である。
【図６】本発明に係るクランク軸とピストンとの関係を示す図である。
【図７】他の実施の形態を示す図３と同様の図である。
【符号の説明】
１ クランク軸
１ａ ジャーナル部
２ クランクウエブ
２ａ キー溝
３ クランクピン
５ バランスウエイト
５ａ 開孔
５ｂ キー溝
６ 位置決めキー
１１ コネクチングロッド
１２ ピストン
１３ ピストンピン
Ｏ１ クランク軸１の中心
Ｏ２ バランスウエイト５の中心
Ｏ３ 開孔５ａの中心

Claims (1)

1. クランク軸に対し、クランクウエブ及びクランクピンが一体に設けられてなるエンジンのクランク軸構造において、
   前記クランクウエブに対し、円形状の開孔を有する円板形状のバランスウエイトの前記開孔が、前記クランク軸と前記バランスウエイトとが同軸状になるように嵌合され、
   前記クランクウエブは、ほぼ一定幅で、前記クランク軸の軸線方向に延在し前記開孔の周面形状に対応する曲率を有する２つの湾曲面と、平行に延在し前記２つの湾曲面を繋ぐ２つの平坦面とを有し、かつ前記クランク軸の軸線方向に直交する面の外周側及び中心側に凹部がそれぞれ形成されたものであり、
   前記バランスウエイトは、その中心と前記開孔の中心とがオフセットし、かつ前記クランクウエブとの間に位置決めキーが設けられていることを特徴とするエンジンのクランク軸構造。

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