JP5745418B2 - クランクシャフト用部品、クランクシャフト、内燃機関及びコンプレッサ - Google Patents

Description

本願は、２００８年１１月１０日に「内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品、クランクシャフト、内燃機関及びコンプレッサ」の名称で中国特許庁に出願した中国特許出願２００８１０２２６４１７．４号の優先権を主張するものであり、その全体を参照として包含するものである。

本発明はエンジンまたはコンプレッサに用いるクランクシャフトに関し、特にクランク円形摺動ブロック式内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品及び、該部品で構成されたクランクシャフトに関する。本発明は更に、上記のクランクシャフトからなる内燃機関及びコンプレッサを提供する。

往復式内燃機関またはコンプレッサでは、ピストンの往復運動とクランクシャフトの回転運動の変換が必要であり、往復式内燃機関ではピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換し、往復式コンプレッサではクランクシャフトの回転運動をピストンの往復運動に変換している。現在の公知の技術では、上記の変換には、クランク連結機構を用いる必要がある。クランク連結機構内に連結装置があることで、機関はかさばって重くなり、バランスを完全に取るのは不可能になっている。

上述の問題を解決するため、中国特許ＣＮ８５１００３５９Ａ号（特許文献１）は「クランク二重円形摺動ブロックを備えた往復ピストン式内燃機関」を開示し、中国特許ＺＬ９５１１１４０４．２号（特許文献２）は「クランク二重円形摺動ブロックを備えた往復ピストン式内燃機関」を保護し、中国特許ＺＬ９５１１１４０３．４号（特許文献３）は「クランク多重円形摺動ブロックを備えた往復ピストン式内燃機関」を保護している。上記の内燃機関の共通の特徴は、周知技術の内燃機関のクランク連結機構に対して、連結装置を偏心円形孔を有する円形摺動ブロックに置き換えて、徹底した改良をなしたことである。偏心円形摺動ブロックは円筒状で、円筒軸と平行で、クランクシャフトのクランクピンが通過する偏心円形孔を備える。内燃機関のピストンは、その両端のクラウン部と、クラウン部を接続するガイド部を備える。ガイド部はその上に円形孔を備え、その内径面は円形摺動ブロックの外径面と適合して、円形摺動ブロックが、円形摺動ブロックの外周と適合するピストンのガイド部の円形孔に配置されるようにしている。ピストンがシリンダ内の燃焼ガスの押圧によりシリンダ内で往復すると、偏心円形摺動ブロックがそれ自身の円の中心について回転し、更にクランクシャフトを反対方向に回転させるので、ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換され、クランクシャフトに接続された回転部により動力が外に向かって伝達される。上述の特許のアイデアは、コンプレッサにも適宜適用され、クランク円形摺動ブロック式コンプレッサを得ることができる。

上述のクランク円形摺動ブロック式内燃機関またはコンプレッサにおいて、クランクシャフトは依然、必須部品である。クランクシャフトはメインジャーナルとクランクピンとからなる。メインジャーナルはベアリングによりクランクシャフトを機関本体に支持するのに用いられ、クランクピンは円形摺動ブロックの偏心円形孔を通過する。メインジャーナルの径はクランクピンの径よりも大きいので、両端のメインジャーナルは、必然的にクランクピンの左右の軸を完全に包含する。従って、円形摺動ブロックをクランクピンに対してどのように嵌合するかという問題を考慮する必要がある。

この問題を解決する一つの方法は、円形摺動ブロックを分割構造として設計、即ち、円形摺動ブロックをそれぞれ半円の左右の２つの部分に分けることである。取り付けの際に、左右の部分を互いに対面させることでクランクピンに嵌合し、固定構造により２つの部分を一体部品とする。この方法は上記の問題を解決できるが、円形摺動ブロック自身の大きさが小さく、偏心円形孔を設ける必要もあるので、固定構造を配置するスペースが限られる。それに加えて、エンジンが稼働する際に円形摺動ブロックには非常に大きな力がかかり、固定構造が破損しがちとなる。従って、分割構造を持つこのような円形摺動ブロックは最適な解決方法ではない。

中国特許公開８５１００３５９号公報 中国特許第ＺＬ９５１１１４０４．２号公報 中国特許第ＺＬ９５１１１４０３．４号公報

上記の問題に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、互いに協働してクランクシャフトを形成する、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品を提供することである。そのように組み合わせたクランクシャフトを形成することで、円形摺動ブロックのクランクピンへの設置を容易にし、製造と組み立てを簡単にし、確実に固定され、破損しにくいものとする。更に、分解し、再組み立てしても、部品間の位相関係は不変となる。本発明は更に、上記のクランクシャフトを利用した内燃機関とコンプレッサとを提供する。

本発明が提供する内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品は、単連メインジャーナルとクランクピンとの２つの部分からなる。クランクピンは単連メインジャーナルに対して垂直に延長し、クランクシャフトのメインジャーナルの軸に対して偏りした軸を有する。更にクランクピンは、テーパー化した前端部と、その小径端部または大径端部から始めて、テーパー端部の円錐面に設けられた少なくとも一つの位置決め半孔とを有する。第１の位置決め半孔は、クランクシャフトの第２の位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成する。以下、この部品を単連と称する。

好適には、第１の位置決め半孔を特にテーパー方向に設ける。

更に好適には、２つの第１の位置決め半孔を設ける。

好適には、フライホイールまたは他の動力出力接続構成部品を取り付ける構造を、単連メインジャーナルの外端面に設ける。

好適には、単連メインジャーナルとクランクピンの間に第１クランクアームを設け、それらを接続する。

好適には、第１クランクアームは単連メインジャーナルと同軸で、単連メインジャーナルのものよりもわずかに大きい径を有する。加えて、単連メインジャーナルの外端面の方向に突起部を設けて環状溝を設ける。環状溝の切り込みは逃げ溝である。環状溝をオイルスリンガ（油切り）と称する。環状溝の底に油路を設け、クランクピンの内部からクランクピンの表面のオイル開口部に延長する。

好適には、第１クランクアームの軸を、単連メインジャーナルのものと同軸とする。

好適には、第１クランクアームの軸を単連メインジャーナルのものに対して偏心させ、クランクピンの軸から離れた方に設ける。

好適には、クランクシャフトを単気筒エンジンに使用する際、少なくとも２つの歯を含む歯状部分をクランクピン上に設ける。歯状部分はピストン上の対応する内部歯状部分と適合する。クランクピン上に歯状部分と対称で、かつ歯状部分と１８０度の角度の位置に、突起部を設ける。

好適には、クランクピンの根元部分の周囲に減摩ボスを設ける。

好適には、クランクボルトと適合するねじ穴を、クランクピンのテーパー端部の前端面の中心に設ける。

好適には、クランクピンのテーパー端部のテーパーは、自己係止するテーパー幅からなるものとする。

クランクメインジャーナルからなる、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品であって、クランクピンのテーパー端部と適合するテーパー孔をクランクメインジャーナルに設け、テーパー孔の軸をクランクメインジャーナルの軸と平行とし、クランクメインジャーナルの軸に対して偏らせる。テーパー孔の内径面には、適合する単連上の協働する第１の位置決め半孔に対応する第２の位置決め半孔を、小径端面ないし大径端面から設ける。第２の位置決め半孔は、単連がこの部品と組み合わせた後に完全な位置決めピン孔を形成する。以下、この部品をクランクと称する。

好適には、クランクは、第２クランクアームと共にクランクピンに面する内部端面に設ける。

好適には、クランクボルト取り付けスペースをクランク上に設け、取り付けの際は、クランクとクランクピンを互いに嵌挿した後にクランクボルトを用いて固定する。

好適には、フライホイールを取り付ける構成または他の動力出力接続構成部品をクランクの外端面に設ける。

好適には、いくつかの軽減孔をクランクに設ける。

好適には、減摩ボスを、クランクピンとクランクの間の接触位置を中心としてクランクの内端面に設ける。

本発明は、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフトを提供する。クランクシャフトは、単連と、互いに適合するクランクとを含む。単連は前掲の技術的解決法のいずれかの単連であり、クランクは前掲の技術的解決法のいずれかのクランクである。クランクシャフトを組み立てる際、クランクはクランクのテーパー孔を使用して単連のクランクピンの前端部のテーパー端部に嵌挿し、位置決めピンを、第１の位置決め半孔と、互いに対応する第２の位置決め半孔を組み合わせることで形成される対応するピン孔に挿入し、クランクメインジャーナルの軸が単連メインジャーナルの軸と一致し、クランクピンの中心線と平行になるようにする。

本発明は、更に内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品を提供する。該部品は、第１クランクピンと、二連メインジャーナルと、第２クランクピンからなる。第１クランクピンと第２クランクピンはそれぞれ、二連メインジャーナルの左右の端面から垂直に延長し、第１クランクピンと第２クランクピンの前端部の両方をテーパー端部とし、少なくとも一つの第１位置決め半孔を第１クランクピンと第２クランクピンの円周上に設ける。第１位置決め半孔は、クランクまたはクランク単連上の対応する第２位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成できる。２つのクランクピンの軸からメインジャーナルの軸への垂直距離は等しい。以下、この部品を二連と称する。

好適には、第１クランクピンと第２クランクピンの径の両方は二連メインジャーナルの径よりも小さく、第１クランクピンの軸心と二連メインジャーナルの軸心とをつなぐ線は、第２クランクピンの軸心と二連メインジャーナルの軸心とをつなぐ線と、０から１８０度の角度をなす。

本発明は更に、クランク単連メインジャーナルとクランクピンの２つの部分からなる内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品を提供する。クランクピンはクランク単連メインジャーナルに対して垂直に延長し、クランク単連メインジャーナルの軸から偏った軸を有する。クランクピンは更に、テーパー化した前端部と、テーパー端部の円周上に設けた少なくとも一つの第１位置決め半孔を有する。第１位置決め半孔は、クランクまたはクランク単連上の対応する第２位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成できる。クランク単連メインジャーナルのクランクピンから離れた側に面する端面にテーパー孔を設け、テーパー孔の内径面に少なくとも一つの第２位置決め半孔を設け、テーパー孔の軸からクランク単連メインジャーナルの軸への距離は、クランクピンの軸からクランクの単連メインジャーナルの軸への距離に等しくする。第２位置決め半孔は、単連ないし二連クランクシャフトのクランクピン上の対応する第１位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成する。以下、この部品をクランクの単連と称する。

本発明は、少なくとも一つの前掲の技術的解決法の二連と、それと適合する一つのクランクからなる、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフトを提供する。

本発明は、少なくとも一つの前記二連と、一つの前記のクランクの単連と、上記のクランク単連または二連のクランクピンと適合するクランクとからなる、内燃機関またはコンプレッサに用いる別のクランクシャフトを提供する。

本発明は、前掲の技術的解決法のいずれかのクランクシャフトを使用した内燃機関を提供する。

本発明は、前掲技術的解決法のいずれかのクランクシャフトを使用したコンプレッサを提供する。

従来技術と比較し、本発明が提供する単連または二連はそれぞれ、一端で開口したクランクピンを有するので、円形摺動ブロックを直接クランクピンに取り付けることができる。更に、クランクまたはクランク単連などの組み合わせを通して、完全なクランクシャフトを形成できる。そのような組み合わせで形成されるクランクシャフトは製造が容易である。更に、様々な部品間の相対的な角度関係は、組立工程において、対応して穿孔される第１と第２の位置決め半孔が組み合わされることにより形成される位置決めピン孔により容易に決定できる。様々な部品間の位相関係は、それらを分解し、再組み立てしても不変である。クランクシャフトを組み立てる前に、円形摺動ブロックを都合よくクランクピンに挿入できる。従って、そのような組み合わせで形成されるクランクシャフトにより、内燃機関またはコンプレッサを非常に容易に組み立てることができる。

本発明の第１の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の正面図である。 本発明の第１の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の右側面図である。 本発明の第１の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図である。 本発明の第１の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図である。 クランクシャフトを組合せた後の、本発明の第１の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの正面図である。 本発明の第２の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の正面図である。 本発明の第２の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図である。 クランクシャフトを組合せた後の、本発明の第２の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの正面図である。 本発明の第３の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の正面図である。 本発明の第３の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の右側面図である。 本発明の第３の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図である。 本発明の第３の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図である。 クランクシャフトを組合せた後の、本発明の第３の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの正面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの二連の正面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの二連の左側面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の正面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの単連の右側面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図である。 本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図である。 クランクシャフトを組合せた後の、本発明の第４の実施の形態のモジュール式クランクシャフトの概略図である。

本発明の第１の実施の形態は、小型２ストローク単気筒エンジンのモジュール式クランクシャフトを提供する。モジュール式クランクシャフトは単連と、それと組合せるクランクとを含み、それらを組み合わせて完全なクランクシャフトを形成する。図１はこのモジュール式クランクシャフトを示し、図１−１はモジュール式クランクシャフトの単連の正面図であり、図１−２は図１−１に示す単連の右側面図であり、図１−３はモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図であり、図１−４はモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図であり、図１−５は組合せ後のモジュール式クランクシャフトの正面図である。

ここで図１−１を参照すると、モジュール式クランクシャフトの単連は、互いに平行で以下の順序で接続された軸を有する３つの部分を備える。即ち、単連メインジャーナル５と、第１クランクアーム２２と、クランクピン２１とである。３つの部分は全て円筒形で、互いに異なる径を有する。

単連メインジャーナル５は、単連の一端に位置している。単連メインジャーナル５は、クランクメインジャーナル１３と共に、モジュール式クランクシャフトの回転軸心を提供するようにモジュール式クランクシャフトを支持している。図１−２に示すように、単連メインジャーナル５の外端面にはフライホイールまたは他の動力出力接続部品（図示せず）を取り付けるいくつかのねじ孔１２がある。単連メインジャーナル５の外端面は、クランクピン２１から離れた方のメインジャーナル５の端面であり、作動中、クランクシャフトの外側の端面となる。

第１クランクアーム２２は単連メインジャーナル５と同軸であり、単連メインジャーナル５より少し大きい径を有する。加えて、単連メインジャーナル５の外端面の方向の突起部に環状溝を設ける。環状溝の外部切り込みは内向きに傾斜させる。環状溝をオイルスリンガ４と称する。

クランクピン２１は、単連メインジャーナル５より小さい径を持つ円筒で、第１クランクアーム２２の外端面から垂直に延長している。クランクピン２１の軸は、単連メインジャーナル５と第１クランクアーム２２の共通軸について一方に偏っている。クランクピン２１の外周には、３つの歯を含む歯状部分７が設けられている。突起部２０は、歯状部分７と１８０度の角をなす位置に設ける。クランクピン２１の前端部は、テーパー端部９となっている。テーパー端部９の前端面の中心には、細かいねじ山を有する中央孔１１を軸方向に設ける。テーパー端部９の前端面から、テーパー方向に延長した２つの第１位置決め半孔１０−１を、テーパー端部９の外周面に沿って設ける。第１位置決め半孔１０−１は更に、テーパー端部９の大径端から始めて、その円周面に沿ってテーパー方向に延長することもできる。第１位置決め半孔１０−１は、クランクに設けられた第２の位置決め半孔と組合せて、完全な位置決めピン孔を形成する。クランクピン２１のピン本体の内側に、油路６を設ける。油路６の一端は、オイルスリンガ４の底溝に開口し、その他端はクランクピン２１の表面のオイル開口部８に開口している。

ここで図１−３を参照すると、クランクは、クランクメインジャーナル１３と第２クランクアーム１８という、軸方向に直線で接続された２つの部分からなる。軸位置が、クランクメインジャーナル１３の軸から偏った側に、クランクピン２１のテーパー端部９のテーパーと適合するテーパー孔１５を設ける。クランクピン２１から離れた方向のクランクメインジャーナル１３の外端面には、クランクボルト取り付けスペース１４を設ける。このスペースは、平坦面（図示せず）によりテーパー孔１５の小端部上に設ける。クランクボルト１７を中央孔１１にねじ止めすると、この平坦面を押圧して押圧力をもたらす。このスペースには内孔円形ストップ切り込み（図示せず）も設け、磁気シャフトを取り付ける時にそれを位置決めする。端面には、磁気シャフトを固定するねじ孔３も設けている。（第２位置決め半孔１０−２と適合する第１位置決め半孔１０−１が、テーパー端部９の小径端から始まると想定して）、テーパー孔１５のテーパー方向の小径端面から、テーパー孔１５の内径面に２つの第２位置決め半孔１０−２を設ける。第２位置決め半孔１０−２は、クランクピンのテーパー端部９の第１位置決め半孔１０−１と組み合わせると、完全な円形孔（位置決めピン孔と称する）を形成する。更に、強度と剛性要件を満たせば、クランクには軽減孔２をいくつか設けることもできる。

上述のクランクと単連を組合せると、モジュール式クランクシャフトを形成できる。まず、円形摺動ブロックをクランクピン２１に嵌合するように配置し、クランクシャフトガスケットを使用して軸方向のクリアランスを調整する。次に、テーパー孔１５をクランクピン２１のテーパー端部９に適合させてクランクをクランクピンに挿入し、互いに対称的に係合する第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２が完全な円形位置決めピン孔を形成するように、回転させることにより調整する。円形位置決めピン孔は、テーパー端部９の小径端側に開口部を有する。２本の位置決めピンのビームを、開口部から位置決めピン孔に挿入して、角度関係にあるクランクと単連の位置決めする。クランクピンのテーパー端部９の第１位置決め半孔１０−１が大径端から始まる場合は、組合せ後の位置決めピン孔の開口部が大径端面にあり、位置決めピンのビームをこの開口部を通して位置決めピン孔に挿入できるように、第２位置決め半孔１０−２をテーパー孔１５の大径端面から始める。最後に、クランクボルト１７を中央孔１１に螺合する。クランクシャフトとクランクは事前締め付け力により押圧される。このようにして、完全なクランク・円形摺動ブロック組立体が形成される。

モジュール式クランクシャフトのいくつかの技術的特徴を以下に述べる。

モジュール式クランクシャフトの組立て後、モジュール式クランクシャフトが正常に作動するように、クランクメインジャーナル１３の軸が単連メインジャーナル５の軸と一致し、クランクピンの軸がメインジャーナルの軸と平行になるようにする必要がある。ここで、第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２の２つの組み合わせにより、クランクと単連との正確な位置決めが可能となり、位置決めピンの挿入後、上述の幾何学的関係を確保できる。更に、位置決めピンのビームが２つの位置決め半孔を接続する上記の構造は、部分的作用力を伝達する役割も果たす。本実施の形態では、第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２は２つの対からなる。この数字は非常に合理的である。実際に、互いに適合する第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２の１つだけの対でも、本質的な位置決め機能を果たすことができる。しかし、第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２の２つの対が互いに適合する本実施の形態と比較すると、位置決めピン孔と位置決めピン間の嵌合許容値の限界ゆえに位置決め精度は低く、作用力を伝達する効果はわずかに低くなる。

ここで位置決め半孔の構造を、第１位置決め半孔１０−１を例にとって、詳細に説明する。第１位置決め半孔１０−１は単連のクランクピン２１の外円錐面をテーパー方向に延長したくぼみであり、その断面は円形の一部となる。それは半円とすることができるが、クランクのテーパー孔１５の内径面上の対応する第２位置決め半孔１０−２と適合して、断面が完全な円筒孔を形成する限り、半円より大きくあるいは小さくすることもできる。位置決め半孔は、単連クランクピンのテーパー端部９をクランクのテーパー孔１５と嵌合させ、その間の共通部分を穿孔することで得られる。勿論、別のミリング工程もあり得る。一般に、第１位置決め半孔１０−１と第２位置決め半孔１０−２は円錐面に沿ったある距離だけ延長し、円錐の他の端面に到達することはない。従って、位置決め半孔は止まり穴である。

モジュール式クランクシャフトでは、クランクピン２１のテーパー面９のテーパーとテーパー孔１５のテーパーは小さく、自己係止範囲内にある。従って、クランクボルト１７が緩くなっても、運動中はクランクピン２１とクランクが緩くなることはない。

オイルスリンガ４は、モジュール式クランクシャフト用に特別に設計したものである。オイルミストがエンジンのシリンダーブロックに存在する。オイルスリンガが高速で回転すると、オイルが遠心力の作用によりオイルスリンガの溝に蓄積し、油路６とオイル開口部８を通って、円形摺動ブロックベアリングがクランクピン２１と接触する位置まで流れ、モジュール式クランクシャフトの潤滑油となる。

歯状部分７は、単気筒エンジンに用いられるモジュール式クランクシャフト用に特別に設計したものである。歯状部分７の目的は、活動点の問題を解消するためである。歯状部分７はピストンの内部歯状部分と、２対１のギア比で協働する。ピストンが動くと、モジュール式クランクシャフトは、２つの歯状部分の周期的な協働により、活動点を通過するように突かれる。歯状部分７に対応して突起部２０が設けられている。突起部２０は取り付け完了後に歯状部分７と協働して、クランクシャフトガスケットが、クランクに直面する突起部２０の端面に安定して当接して、運動中のクランクシャフトガスケットの応力状態を向上する。

本発明の第２の実施の形態は、３気筒エアコンプレッサに使用されるモジュール式クランクシャフトを提供する。モジュール式クランクシャフトは単連と、単連と組合せるクランクとからなり、その両方を一体に組み合わせて完全なクランクシャフトを形成する。図２はこのモジュール式クランクシャフトを例示したもので、図２−１はモジュール式クランクシャフトの単連の正面図、図２−２はモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図、図２−３は組合せ後のモジュール式クランクシャフトの正面図である。

ここで図２−１を参照すると、モジュール式クランクシャフトの単連は、互いに平行な軸を持ち、以下の順序で接続された３つの部分からなる。即ち、単連メインジャーナル２８と、第１クランクアーム２９と、クランクピン３１である。単連の構造は実質的に上述の第１の実施の形態と同じであるが、それらの間の相違のみを以下に述べる。

図２−１に示すように、減摩ボス３０と称する円形ボスを、単連の第１クランクアーム２９がクランクピン３１の根元に接触する部分に設ける。減摩ボス３０は、クランクピン３１の根元の周囲に配置する。減摩ボス３０は、クランクシャフトガスケットと協働して摩擦を低減するため、精密加工と熱処理を行う。従って、クランクアーム面全体を加工したり処理する必要がなく、製造コストを低減できる。図２−１に更に示すように、クランクピン３１上に歯状部分は設けていない。これは、このクランクシャフトが活動点の問題なしに、多気筒機関に使用されるからである。更に単連に、オイルスリンガがない。

単連の中央孔３５の底部に、メイン油路３６を軸方向に設ける。メインジャーナル２８とクランクピン３１の外周面につながるいくつかのオイル開口部３２をメイン油路３６と連通し、様々なベアリングに潤滑油を供給できるようにしている。

単連と直面するモジュール式クランクシャフトのクランクにも、減摩ボス２７を設ける。

モジュール式クランクシャフトの組合せ方法は、第１の実施の形態と同じである。３気筒エアコンプレッサにモジュール式クランクシャフトを使用しているので、２つの円形摺動ブロックをクランクピンに取り付ける必要がある。

本発明の第３の実施の形態は、２．０リットルの排気量を持つガソリンエンジンに使用されるモジュール式クランクシャフトを提供する。このモジュール式クランクシャフトも、単連と、この単連と組合されるクランクとを有し、その両方は一体になって完全なクランクシャフトを形成する。図３はそのようなモジュール式クランクシャフトを例示し、図３−１はモジュール式クランクシャフトの単連の正面図、図３−２は図３−１に示す単連の右側面図、図３−３はモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図、図３−４はモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図、図３−５は組合せ後のモジュール式クランクシャフトの正面図である。本実施の形態は実質的に第１の実施の形態と同じであるが、それらの間の相違のみを以下に述べる。

上記の第１、第２の実施の形態では、単連メインジャーナルの軸は、第１クランクアームの軸と一致するが、クランクピンの軸は、クランクメインジャーナルと単連メインジャーナルにより決まるクランクシャフト回転軸と同軸ではない。この構成では、モジュール式クランクシャフトが回転すると、クランクピンが遠心力を出して、メインジャーナルを支持しているベアリングの応力が周期的に変化し、寿命に影響を与える。この問題に鑑みて、本実施の形態では、クランクアームをクランクシャフトの回転軸に対して偏心構造として構成する。図３−１に示すように、モジュール式クランクシャフトの単連も、単連メインジャーナル３９と、第１クランクアーム４２と、クランクピン４６とからなるが、第１クランクアーム４２のＭ−Ｍ軸は単連メインジャーナル３９のＬ−Ｌ軸（即ち、クランクシャフト回転軸）と一致せず、クランクピンのＮ−Ｎ軸から離れた側に位置する。理想的には、上記の３つの軸は、同一平面上にあり、互いに平行である。クランクピン４６の軸と第１クランクアーム４２の軸はそれぞれ、単連メインジャーナル３９の軸の両側に位置している。図３−２から、第１クランクアーム４２と単連メインジャーナル３９間の偏心関係が分かる。

同様に、モジュール式クランクシャフトのクランクメインジャーナルと第２クランクアームの軸も、上記の位置関係を有している。

上記の偏心構造の利点は、モジュール式クランクシャフトが回転するときに、クランクメインジャーナルの主軸と単連メインジャーナルの主軸により共通に形成されたクランクシャフト回転軸について回転するということで、第１と第２クランクアームの回転重心と、クランクピンの回転重心が、クランクシャフト回転軸の異なる側に位置する。第１クランクアームと第２クランクアームにより生成される遠心力は、クランクピンにより生成される遠心力を相殺し、クランクシャフトメインジャーナルと単連メインジャーナルを支持するベアリングに対する応力の周期的な変動振幅を低減できる。これはエンジンの寿命の伸展に有益である。

第３の実施の形態では、単連メインジャーナル３９に環状溝を設けてオイル溝４０としていることが分かる。一方で、オイル溝４０をメイン油路４４と連通するオイル開口部４１が設けられる。この構造を通して、潤滑油をオイル溝４０からメイン油路４４に供給できる。それに加えて、クランクピン４６の前端部の円錐部４８の表面をメイン油路４４と連通する傾斜オイル開口部４７が円錐部４８上に設けられている。クランク上には、クランクメインジャーナル５２の表面とテーパー孔５９の内径面とを連通するオイル開口部６０が設けられている。図３−５に示すように、組み立てが完了すると、傾斜オイル開口部４７はオイル開口部６０と協働してオイルをクランクメインジャーナル５２のベアリングに供給する。

上記の３つの実施の形態では、全てのモジュール式クランクシャフトは単連とクランクの組み合わせで形成している。しかし、エンジンまたはコンプレッサの出力が増加すると、２つのメインジャーナルを使用してクランクシャフトを支持していると、エンジンは正常に作動しなくなる。この状況では、複数のメインジャーナルを有するモジュール式クランクシャフトが必要になる。この状況下では、単連、二連、クランクにより形成されたモジュール式クランクシャフトを使用する必要がある。本発明の第４の実施の形態はそのようなモジュール式クランクシャフトを提供する。

図４は、６００ＫＷの出力を持つ２ストロークディーゼルエンジンに使用されるモジュール式クランクシャフトを示す。そのようなモジュール式クランクシャフトは二連、２つのクランク単連及び２つのクランクの組み合わせにより形成される四連クランクシャフトである。図４−１はモジュール式クランクシャフトの二連の正面図、図４−２はモジュール式クランクシャフトの二連の左側面図、図４−３はモジュール式クランクシャフトのクランク単連の正面図、図４−４はモジュール式クランクシャフトのクランク単連の右側面図、図４−５はモジュール式クランクシャフトのクランクの正面図、図４−６はモジュール式クランクシャフトのクランクの左側面図、図４−７はクランクシャフトの組み合わせの完了後のモジュール式クランクシャフトの概略図である。

ここで、モジュール式クランクシャフトの二連１０１の正面図である図４−１を参照する。二連１０１は第１クランクピン６４、二連メインジャーナル７０と第２クランクピン７２からなる。専用クランクアームはなく、二連メインジャーナル７０がクランクアームの機能を行う。クランクアームがないこの構成は上記の第１から第３の実施の形態の状況に実際に適用でき、第１クランクピン６４と第２クランクピン７２をそれぞれ、メインジャーナル７０の左右の端面から垂直に延長させる。第１クランクピン６４と第２クランクピン７２の両径は、二連メインジャーナル７０の径よりも小さい。更に、図４−２に示すように、第１クランクピン６４と第２クランクピン７２の軸心はそれぞれ、９０度の角度を形成するメインジャーナル７０の２つの径上に位置している。それに加えて、それらの軸心とメインジャーナル７０の軸心の間のそれぞれの距離は互いに等しく、第１クランクピン６４と第２クランクピン７２の外縁は、二連メインジャーナル７０の円周内にある。実際には、第１クランクピン６４と第２クランクピン７２及びメインジャーナル７０間の幾何学的関係は、必要に応じて本実施の形態のものと違っていてもよい。例えば、２つの軸心からメインジャーナル７０の軸心に対して接続している線分は、その間で０から１８０度の範囲で変化させることができる。テーパー端部６１を第１クランクピン６４の前端
部に設け、テーパー端部７６を第２クランクピン７２の前端部に設ける。第１減摩ボス６７を、第１クランクピン６４の根元が二連メインジャーナル７０の端面と連結する位置に設ける。第２減摩ボス７１は、第２クランクピン７２の根元が二連メインジャーナル７０の端面と連結する位置に設ける。第１減摩ボス６７と第２減摩ボス７１の構成と機能は、第２と第３の実施の形態と同様である。環状溝をメインジャーナル７０の外周面の軸方向中心位置に設け、オイル溝６９とする。オイル溝６９は第１クランクピン６４の第１メイン油路６６及び第２クランクピン７２の第２メイン油路７４と連通し、二連メインジャーナルのベアリングに潤滑油を供給する。第１メイン油路６６と第２メイン油路７４はそれぞれ、第１クランクピン６４と第２クランクピン７２の軸に沿って設けられて、エンジンの様々な円形摺動ブロックの取り付け位置につながる第１クランクピンオイル開口部６５と第２クランクピンオイル開口部７３とそれぞれ連通する。それに加えて、第１から第３の実施の形態のように、二つの位置決め半孔６２，７５をそれぞれ、２つのクランクピンのテーパー端部の外周面に設ける。第１の位置決め半孔は、クランクないしクランク単連に設けられた第２の位置決め半孔と組合せて、完全な位置決めピン孔を形成する。クランクボルトと協働する中心孔６３，７７を設ける。

図４−３は、モジュール式クランクシャフトのクランク単連の概略図を示す。このクランク単連と上記の第１から第３の実施の形態のものとの違いは、組み合わせた時にこのクランク単連のクランク単連メインジャーナル８６の端面を、二連のクランクピンのテーパー端部と適合させる必要があるという点である。即ち、クランク単連メインジャーナル８６はクランクとしての働きもする。このため、テーパー孔８８をクランク単連メインジャーナル８６の端面に設ける。第２位置決め半孔８９はテーパー孔８８の内径面に設けられる。ボルト取り付けスペース８７などの他の対応する構造も設ける。第２位置決め半穴孔８９は二連のクランクピンの第１の位置決め半孔６２又は７５に対応して、完全な位置決めピン孔を形成する。テーパー孔８８は二連のクランクピンの前端部のテーパー端部に対応する。この構成によりクランク単連は二連のクランクピンと適合する。図４−４はクランク単連の右側面図であり、テーパー孔８８とクランクピン８２の位置関係を示す。テーパー孔８８とクランクピン８２は、クランク単連メインジャーナル８６の軸の両側に位置していて１８０度の角度を形成している。テーパー孔８８とクランクピン８２の軸とメインジャーナルの軸の間の距離は等しい。このクランク単連の他の構造は、上記の第１から第３の実施の形態のものと同じである。クランクアームは設けていないが、ここではその詳細な説明を省く。

図４−５はこのモジュール式クランクシャフトのクランクの構造を示す。このクランクは、組み合わせた際にクランク単連のクランクピンと適合する。このクランクは専用クランクアームを設けていない。他の部分は、クランク単連のクランクピンのテーパーと協働するテーパー孔９４と、クランク単連のクランクピンの対応する第１の位置決め半孔と適合する２つの第２位置決め半孔９５と、クランクボルト取り付けスペース９０とを含め、本発明の第１の実施の形態で設けられたクランクのものと同じである。図４−６もクランクの外端面に、いくつかのねじ穴９６を設けて動力出力軸を接続することを示している。

ここで図４−７を参照すると、一体に組み合わせた後のモジュール式クランクシャフトの様々な部分を示している。二連１０１は、モジュール式クランクシャフトの中間位置に接続されている。二連１０１の第１クランクピン１００は第１クランク単連９８のクランク単連メインジャーナルと協働し、二連１０１の第２クランクピン１０２は第２クランク単連１０３のクランク単連メインジャーナルと協働する。第１クランク単連９８のクランクピンは第１クランク９７と適合し、第２クランク単連１０３のクランクピンは第２クランク１０４と適合する。

上記の協働関係で、二連１０１の２つのクランクピンの間の角度関係は、二連１０１自身の設計により決定される。クランクピンとクランク単連間の角度関係は、二連１０１とクランク単連メインジャーナルの２つのクランクピン間の、対応する第１位置決め半孔と第２位置決め半孔の組み合わせにより形成される完全な位置決めピン孔に位置決めピンを挿入することで決定される。同様に、第１クランク単連９８のクランクピンと第１クランク９７では、対応する第１位置決め半孔と第２位置決め半孔の組み合わせにより形成される完全な位置決めピン孔に位置決めピンを挿入することで位置決めされ、第２クランク単連１０３のクランクピンと第２クランク１０４の間でも位置決めが上記のようになされる。それらの部品を一体に組み合わせた後、それらの部品を固定するクランクボルトが更に必要となる。最終的に形成されたモジュール式クランクシャフトの様々なメインジャーナルの軸は、同一直線上にある。様々なクランクピンは間隙を介して互いに一定の角度を形成し、即ちいくつかの連があるように見える。最終的なモジュール式クランクシャフトは４連クランクシャフトである。それぞれのクランクピンは、円形摺動ブロックを備えている。

上記の第４の実施の形態は、二連と、クランク単連と、クランクの柔軟な組み合わせにより形成されるモジュール式クランクシャフトの一例を提供している。その主要な特徴は、二連のクランクピンのテーパー面と適合するテーパー孔ならびに対応する位置決めピン孔がクランク単連のメインジャーナル上に設けて、クランク単連が同時にクランクとしての役割をするということにある。実際には、二連、クランク単連、単連及びクランクの組み合わせ態様は非常に柔軟性がある。上記の実施の形態による教示によれば、上記部品の様々な組み合わせができ、様々なモジュール式クランクシャフトを達成できる。

上述の実施の形態のいずれにおいても、クランクピンとクランク間、あるいは二連のクランクピンと対応するクランク単連メインジャーナル間の角嵌合関係は全て、互いに適合する位置決め半孔の位置決めピンを接続することで確保される。従って、同部品により、組み合わせ過程において、設計要件に合致するクランクシャフトを都合よく形成できる。互いに対応する位置決め半孔は、技術的に穿孔を適合することで得られる。上述の実施の形態では、それぞれのクランクとクランクピンは、互いに適合して２つの位置決めピン孔を形成する２対の位置決め半孔を備えている。位置決めピン孔のこの数は、最適設計の組み合わせである。実際には、２対以上の位置決め半孔を必要に応じて設けて２本以上の位置決めピン孔を形成できるが、これも十分な位置決め効果をもたらす。１対の位置決め半孔だけを使って１本の位置決めピン孔を形成しても、位置決め機能を果たすことができる。しかし、この場合、位置決め精度が幾分低くなり、需要の低い応用品だけに適用される。

加えて、上記の位置決め半孔をクランクピンのテーパー端部のテーパー方向あるいはクランクのテーパー孔のテーパー方向と平行に設けることが好ましい。この構成により処理が容易になる。しかし、第１位置決め半孔と対応する第２位置決め半孔が完全な位置決めピン孔を形成でき、位置決めピンを適切に挿入して、クランク、クランクピンなどの相対的位置関係の位置決めができるならば、クランクとクランクピンの軸と平行あるいは他の方向に設けることができる。互いに適合する２つの位置決め半孔はそれぞれ、必ずしも位置決めピン孔のちょうど半分とする必要はない。

上記の様々なモジュール式クランクシャフトを内燃機関またはコンプレッサに適用すると、モジュール式クランクシャフトを使用した内燃機関またはコンプレッサを得ることができる。

上記は本発明の実施の形態を述べただけのものであり、当業者は本発明の原理を逸脱しない範囲で様々な変更や変形をすることは明らかであろう。従って、それらも本発明の保護の範囲内に入るものとみなされる。

Claims (18)

1. 単連と称する、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品であって、
   単連メインジャーナルとクランクピンとの２つの部分を備え、
   前記クランクピンは、前記単連メインジャーナルに対して垂直に延長し、
   前記クランクピンの軸は、前記単連メインジャーナルの軸に関して偏り、
   更に前記クランクピンは、前記クランクシャフト用部品と組み合わせて作動するクランクが取付けられるテーパー状の前端部と、前記前端部の前端面から始めて、この前端部のテーパー面に軸方向に沿って所定長さ設けられた２つの第１の位置決め半孔とを有し、
   前記第１の位置決め半孔のそれぞれは、前記クランク上の第２の位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成し、前記位置決めピン孔に対して前記クランクピンの前端面側から位置決めピンが嵌挿されることにより前記クランクに対して位置決めされ、
   前記単連メインジャーナルと前記クランクピンの間に第１クランクアームを設けて、それらを接続し、
   前記第１クランクアームは前記単連メインジャーナルと同軸で、前記単連メインジャーナルよりもわずかに大きい径を有し、前記単連メインジャーナルの外端面の方向に設けた突起部にオイルスリンガと称する環状溝を設け、前記環状溝の切り込みは前記突起部をくり抜くように形成され、前記環状溝の底に、前記クランクピンの内部からクランクピンの表面のオイル開口部に延長した油路を設けた、
   ことを特徴とするクランクシャフト用部品。
2. 前記第１の位置決め半孔は、前記第２の位置決め半孔と組み合わされた状態で円形となるように形成された、請求項１記載のクランクシャフト用部品。
3. フライホイールまたは動力出力接続構成部品を取り付ける構造を、前記単連メインジャーナルの外端面に設けた、請求項１又は２記載のクランクシャフト用部品。
4. 前記第１クランクアームの軸が、前記第１クランクアームの軸が前記単連メインジャーナルの軸と一致するように、あるいは前記第１クランクアームの軸が前記単連メインジャーナルの軸に対して偏って設けられており、前記クランクピンの軸から離れた側に位置するように構成されている、請求項１記載のクランクシャフト用部品。
5. 前記クランクシャフトを単気筒エンジンに使用する際、少なくとも２つの歯を含む歯状部分を前記クランクピン上に設け、前記歯状部分はピストン上の対応する内部歯状部分と適合し、前記クランクピン上に前記歯状部分と対称で、かつ歯状部分と１８０度の角度の位置に突起部を設けた、請求項１乃至４のいずれか１項記載のクランクシャフト用部品。
6. クランクボルトと適合するねじ穴を、前記クランクピンのテーパー端部の前端面の中心に設けた、請求項１乃至５のいずれか１項記載のクランクシャフト用部品。
7. 前記クランクピンの前端部のテーパーは、自己係止するテーパー幅からなる、請求項１乃至６のいずれか１項記載のクランクシャフト用部品。
8. クランクと称する、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品であって、
   クランクメインジャーナルを備え、
   クランクピンのテーパー状に形成された前端部と適合するテーパー孔を前記クランクメインジャーナルに設け、
   前記テーパー孔の軸は前記クランクメインジャーナルの軸と平行で、前記クランクメインジャーナルの軸に対して偏り、
   前記クランクピンの前端部に設けられた第１の位置決め半孔に対応して適合する２つの第２の位置決め半孔を、小径端面ないし大径端面から始めて、前記テーパー孔の内径面に設け、
   前記第２の位置決め半孔のそれぞれは、前記第１の位置決め半孔と組み合わされて完全な位置決めピン孔を形成し、クランクボルト取り付けスペースが前記クランク上にて前記テーパー孔の小径端に平坦面と共に設けられ、かつ、クランクボルトが中央孔にねじ止めされることにより、前記平坦面を押圧して押圧力をもたらし、取り付けの際は、前記クランクと前記クランクピンを互いに嵌挿した後に、前記第１及び第２位置決め半孔とにより完全な位置決めピン孔を形成し、これら完全な位置決めピン孔に位置決めピンが嵌挿されることにより前記クランクピンに対して位置決めされ、クランクボルトを用いて該クランクピンに固定される、クランクシャフト用部品。
9. 前記第２の位置決め半孔は、前記第１の位置決め半孔と組み合わされた状態で円形となるように形成された請求項８記載のクランクシャフト用部品。
10. フライホイールを取り付ける構成または動力出力接続構成部品を前記クランクの外端面に設けた、請求項８又は９記載のクランクシャフト用部品。
11. 単連と、互いに適合したクランクとからなる内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフトであって、前記単連は前掲請求項１〜７のいずれかの単連であり、クランクは前掲請求項８〜１０のいずれかのクランクであり、クランクシャフトを組み立てる際、クランクはクランクのテーパー孔を使用して単連のクランクピンの前端部のテーパー端部に嵌挿し、位置決めピンを、第１の位置決め半孔と、互いに対応する第２の位置決め半孔を組み合わせることで形成される対応するピン孔に挿入し、クランクメインジャーナルの軸が単連メインジャーナルの軸と一致し、クランクピンの中心線と平行になるようにした、
    ことを特徴とするクランクシャフト。
12. 二連と称する、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品であって、
    第１クランクピンと、二連メインジャーナルと、第２クランクピンとを備え、
    前記第１クランクピンと第２クランクピンがそれぞれ、前記二連メインジャーナルの左右の端面から垂直に延長し、
    前記第１クランクピンと第２クランクピンの前端部の両方をテーパー端部とし、
    ２つの第１位置決め半孔を前記第１クランクピンと第２クランクピンの円周上にそれぞれ設け、
    前記第１位置決め半孔はクランクまたはクランク単連上の対応する第２位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成し、前記完全な位置決めピン孔に対して位置決めピンが嵌挿されることにより、前記クランクまたはクランク単連が前記第１及び第２クランクピンに位置決めされるように構成され、
    ２つの前記クランクピンの軸からメインジャーナルの軸への垂直距離が等しく、
    前記二連メインジャーナルの外周面の軸方向中央位置に環状溝を設けてオイル溝とし、前記オイル溝は、前記第１クランクピンの第１メイン油路及び前記第２クランクピンの第２メイン油路と連通し、前記二連メインジャーナルのベアリングに潤滑油を供給する、
    ことを特徴とするクランクシャフト用部品。
13. 前記第１クランクピンと第２クランクピンの径の両方が前記二連メインジャーナルの径よりも小さく、前記第１クランクピンの軸心と前記二連メインジャーナルの軸心とをつなぐ線と、前記第２クランクピンの軸心と前記二連メインジャーナルの軸心とをつなぐ線との間に０から１８０度の角度がある、請求項１２記載のクランクシャフト用部品。
14. クランク単連と称する、内燃機関またはコンプレッサに用いるクランクシャフト用部品であって、
    クランク単連メインジャーナルとクランクピンとの２つの部分を備え、
    前記クランクピンは前記クランク単連メインジャーナルに対して垂直に延長し、前記クランク単連メインジャーナルの軸から偏った軸を有し、
    前記クランクピンは更にテーパー化した前端部と、テーパー端部の円周上に設けた少なくとも一つの第１位置決め半孔を有し、
    第１位置決め半孔はクランクまたはクランク単連上の対応する第２位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成し、
    前記クランクピンから離れた側に面する前記クランク単連メインジャーナルの端面にテーパー孔を設け、
    テーパー孔の内径面に少なくとも一つの第２位置決め半孔を設け、
    テーパー孔の軸からクランク単連メインジャーナルの軸への距離は、クランクピンの軸からクランク単連メインジャーナルの軸への距離に等しく、
    第２位置決め半孔は単連または二連のクランクピン上の対応する第１位置決め半孔と適合して完全な位置決めピン孔を形成することを特徴とする、クランクシャフト用部品。
15. 少なくとも請求項１２または１３の二連と、それと適合するクランクからなることを特徴とする、クランクシャフト。
16. 請求項１２または１３の少なくとも一つの二連と、請求項１４の一つのクランク単連と、クランク単連または二連のクランクピンと適合するクランクとからなる、クランクシャフト。
17. 請求項１１，１５または１６のいずれかのクランクシャフトを使用した内燃機関。
18. 請求項１１，１５または１６のいずれかのクランクシャフトを使用したコンプレッサ。

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