JP5781632B2 - クランク駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、凹形状面を備えたクランクシャフトジャーナルと、クランクシャフトジャーナルが回転可能に装着されるベアリング要素と、クランクシャフトジャーナルとベアリング要素との間に配置され、クランクシャフトジャーナルの凹形状面と連結される凸形状の第１の面を有するベアリングシェルとを具備するクランク駆動装置に関する。

クランクシャフトジャーナルは、クランクシャフトのクランクジャーナルであることができ、コネクティングロッドの大端部がこれに装着される。この場合には、コネクティングロッド又はそのコネクティングロッドの大端部は、本発明の意味におけるベアリング要素を形成する。しかしながら、クランクシャフトジャーナルはまた、クランクシャフトがエンジンハウジングのベアリング収容部に回転可能に装着されることによって、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルであることができる。この場合には、エンジンハウジングのベアリング収容部は、本発明の意味におけるベアリング要素を形成する。

従来技術から公知の多くのクランク駆動装置では、クランクシャフトジャーナルは円筒状であり、中空円筒状のベアリングシェルが、クランクシャフトジャーナルとベアリング要素との間に配置され、ベアリングシェルは、その幅にわたって見られるような一定の厚さの壁を有する。かくして、この中空円筒状のベアリングシェルは、その軸方向において一定の円形横断面を有する。

非円筒状の、クランクシャフトの凹形状のクランクジャーナルと、そのコネクティングロッドの大端部でクランクジャーナルに回転可能に装着されたコネクティングロッドとからなるクランク駆動装置が、国際公開第２００８／１２９３９５号から公知である。この公知のクランク駆動装置では、クランクジャーナルは、凹形状面を有し、クランクジャーナルに面しているコネクティングロッドの大端部の面は、対応する凸形状であり、これにより、互いに面している２つの面が互いに適合される。国際公開第２００８／１２９３９５号に開示される発明の好ましい実施の形態によれば、コネクティングロッドの大端部は、クランクジャーナルに、即ちベアリングシェルを介在せずに装着されている。さらに、一実施の形態が、国際公開第２００８／１２９３９５号の概略的な説明の部分で述べられ、それによると、ベアリングシェルは、クランクジャーナルとコネクティングロッドの大端部との間に配置されている。ベアリングシェルに関するこの実施の形態では、クランクジャーナルに面しているコネクティングロッドの大端部の面もまた、クランクジャーナルの面の凹形状に適合される。

このように、国際公開第２００８／１２９３９５号は、コネクティングロッドの大端部の面の凸形状の曲率が、クランクジャーナルの凹形状の曲率と正確に同じようにされなければならないという技術的教示を当業者に示している。それ故、クランクジャーナルと相互作用するコネクティングロッドの大端部の内側のベアリング面に、機械加工による切断によってクランクジャーナルの凹形状に対する凸形状を与える必要がある。このプロセスでは、かなりの精度要求が、クランクジャーナルに対してコネクティングロッドのベアリングを摺動させるのに必要な形状の正確性を達成するために満たされなければならない。許容誤差に応じながら、クランクシャフトジャーナルにあるコネクティングロッドのベアリングに必要な精度でコネクティングロッドの大端部にこのような凸形状を形成するのは、複雑な製造技術を必要とする。それ故、このようなコネクティングロッドの製造コストは、比較的高く、このようなコネクティングロッドが装備されたクランク駆動装置の製造コストもまた高い。

国際公開第２００８／１２９３９５号から公知の解決策のさらなる欠点は、コネクティングロッドの大端部のベアリング面が、クランクシャフトに対してクランクジャーナルの凹形状面に所定の凹状のクランクジャーナルの面を適合させるので、単一のコネクティングロッドのみが係合するという点である。それ故、単一のクランク駆動装置の設計のみが可能である。この公知の解決策の場合には、さまざまなコネクティングロッドを所定の特定のクランクシャフトと組み合わせることが可能でなく、クランク駆動装置を設計する際に設計者に適応性を持たせることができない。

国際公開第２００８／１２９３９５号

本発明は、請求項１の前段の特徴部分を有するクランク駆動装置を提供するという目的に基づいており、製造が簡単かつ比較的安価である。所定の特定のクランクシャフトの設計に基づいて、単純なようにして、さまざまな設計のクランク駆動装置を提供することもまた可能であるべきである。

この目的は、請求項１の特徴部分を有するクランク駆動装置によって達成される。効果的な発展形態が従属請求項に規定される。

本発明は、凹形状面を備えたクランクシャフトジャーナルと、前記クランクシャフトジャーナルが回転可能に装着されるベアリング要素と、前記クランクシャフトジャーナルと前記ベアリング要素との間に配置され、前記クランクシャフトジャーナルの前記凹形状面と連結される凸形状の第１の面を有するベアリングシェルとを具備するクランク駆動装置から出発している。１つの同じクランクシャフトを備えたデザインの異なるクランク駆動装置に関して異なるベアリング要素を組み合わせることを可能にするために、本発明によれば、前記ベアリングシェルは、第２の面を有し、前記第２の面は、前記ベアリング要素と連結され、かつ、前記ベアリングシェルが前記クランクシャフトジャーナルの長手方向で一定でない横断面（nicht konstanten Querschnitt）を有するようにして設計され、前記ベアリングシェルに面している前記ベアリング要素の面は、前記ベアリングシェルの前記第２の面の形状に適合され、特に、前記ベアリングシェルの前記第２の面は、円筒状又は凹形状であり、前記クランクシャフトジャーナルの前記凹形状面よりも小さな曲率を有することが提案される。これにより、クランクシャフトジャーナルに面しているベアリング要素の面の形状を、クランクシャフトジャーナルの凹形状面に適合させる必要がない。ベアリング要素に面している特定の面を有する第１のベアリングシェルを、ベアリング要素に面しているデザインの異なる面を有する第２のベアリングシェルと簡単に置き換えることは、デザインの異なるベアリング要素が、さまざまなクランク駆動装置を製造するために１つの同じクランクシャフトに対して簡単かつ安価であるようにして使用されることができることを意味している。

ベアリング要素と連結されるベアリングシェルの第２の面が、ベアリングシェルの横断面がクランクシャフトジャーナルの長手方向、即ち、ベアリングシェルの幅にわたって見られるような一定でない横断面を有するようにして形成されているという事実は、クランクシャフトジャーナルから離れて面し、かつ、ベアリング要素と連結されるベアリングシェルの面が、湾曲していない（それ故、円筒形状を有する）か、クランクシャフトジャーナルと連結されるベアリングシェルの面の曲率よりもかなり小さな曲率である形状を有することができることを意味している。これにより、ベアリング要素のベアリング面がクランクシャフトジャーナルの凹状の面の形状に適合されるべきであるよりもかなり小さな曲率を有する円筒状、又は他の少なくともほとんど区別のない凸形状を備えたベアリングシェルに面しているベアリング要素のベアリング面の形成を可能にする。

それ故、本発明は、設計者に、クランクシャフトジャーナルの面の形状から完全に独立して、クランクシャフトジャーナルに面しているベアリング要素の面の形状の設計自由度を与える。それ故、ベアリング要素は、製造技術に関してはるかに少ない労力で製造されることができる。ベアリング要素のベアリング面の必要な形状に応じるために高価な測定器を用いる複雑な測定は、完全に省かれるか、より労力がかからずより簡単な測定器で行われることができる。これにより、本発明に係るクランク駆動装置のベアリング要素の製造コストは、国際公開第２００８／１２９３９５号から公知の解決策と比較してかなり減少されることができる。

本発明の第１の好適な実施の形態によれば、ベアリングシェルの第２の面は、円筒状である。この場合には、ベアリングシェルとベアリング要素との両方が、製造技術に関して、経済的に、特に、簡単に製造されることができる。本発明のこの実施の形態では、ベアリングシェルを収容するベアリング要素の凹部が、例えば、単純な円筒状の窪みである、単純な円筒状の凹部として設計されることができる。ベアリング要素が、例えば、コネクティングロッドの大端部を有するコネクティングロッドであれば、単純な円筒状の窪みは、ベアリングシェルを収容し、クランクシャフトジャーナルを凹面と回転可能に装着するのに十分である。クランクシャフトジャーナルに面しているコネクティングロッドの大端部の面がクランクシャフトジャーナルの凹面形状に適合されなければならないことが必要とされるので、製造において厳密な形状及び許容公差を与える必要はない。ベアリング要素の円筒状の窪みの内面の単純な、荒い加工処理で十分である。クランクシャフトジャーナルの凹形状面にクランクシャフトジャーナルを面しているベアリングシェルの第１の凸形状面の適合は、クランクシャフトジャーナルに面しているベアリング要素の面の適合よりも製造に関してかなり簡単かつ安価である。複雑な「ベアリング要素」の部品は、クランクシャフトジャーナルのベアリング面の１対の凹形状／凸形状面の効果を損なうことなく簡単かつ容易に製造されるように設計されることができる。ベアリングシェルは、ベアリング要素よりもかなり小さいので、簡単に処理又は機械加工できる。さらに、ベアリングシェルは、例えば、軸対称であり、コネクティングロッドとして形成されたベアリング要素よりもかなりよい均一な質量分布を有する。ベアリングシェルの凸形状の第１の面は、より複雑なベアリング要素を有する場合でのように、機械加工による切断により製造される必要はなく、成形、鋳造、鍛造又は焼結のような他のさまざまな製造方法を使用して製造されることができる。

本発明の第２の好適な実施の形態によれば、ベアリングシェルの第２の面は、凹状に形成され、ベアリングシェルのこの第２の面の曲率は、クランクシャフトジャーナルの凹面の曲率よりも小さい。このようにして、クランクシャフトジャーナルに面しているベアリング要素の面がクランクシャフトジャーナルの凹状に湾曲された面に適合されることが必要であるような、クランクシャフトジャーナルに面しているベアリング要素の面がかなり湾曲される必要がない状況が達成される。本発明のこの実施の形態では、ベアリング要素が経済的に製造されることができ、比較的低い製造コストで製造されることができるという効果が得られる。

本発明の上で述べられた両実施の形態に共通することは、実際のベアリング要素の、即ち、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルを収容するエンジンハウジングのコネクティングロッドの大端部又はベアリング要素を有するコネクティングロッドの製造労力が、製造及び測定の観点においてより少ない労力で製造されることができ、この結果、製造コストがかなり減少されることができるということである。製造の観点においてかなり複雑でなくなり、それ故、クランクシャフトジャーナルに面している、ベアリング要素自体のベアリング面を、クランクシャフトジャーナルの凹形状に適合させるよりも、クランクシャフトジャーナルに面しているその第１の面を備えたベアリングシェルのみをクランクシャフトジャーナルの凹形状に適合させることは、かなり費用効果が高い。クランクシャフトベアリングの凹形状面にベアリング要素のベアリング面の形状を適合させる工程は、製造コスト及び製造労力を増加させるものであり、本発明によれば、ベアリング要素から離れるようにしてベアリングシェルにシフトされる。凹形状のベアリング面を有するクランクシャフトジャーナルにベアリング要素を装着させること及び円筒状又はわずかに湾曲した凸状のベアリング面を有するベアリング要素の単純な設計の効果が、本発明によって互いに組み合わせられ、同時に利用されることができる。

本発明は、概略的な図面を使用して以下でより詳細に説明される。

図１ａは、コネクティングロッドとして構成されたベアリング要素を有する本発明の一実施の形態を示す図であり、コネクティングロッドは、クランク駆動装置の一部のみを示す断面において、そのコネクティングロッドの大端部でクランクシャフトのクランクジャーナルに装着されている。 図１ｂは、本発明の一実施の形態を示す図であり、クランクシャフトジャーナルが、クランク駆動装置の一部のみを示す断面において、図１ａと同等のベアリングシェルを有する、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルとして構成されている。 図２ａは、ベアリング要素を有する、図１ａに関して変形された本発明の一実施の形態を示す図であり、同様に、クランク駆動装置の一部のみを示す断面において、ベアリング要素は、コネクティングロッドとして構成され、そのコネクティングロッドの大端部でクランクシャフトのクランクジャーナルに装着されている。 図２ｂは、図１ｂに関して変形された本発明の一実施の形態を示す図であり、本発明に係るベアリングシェルは、クランク駆動装置の一部のみを示す断面において、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルに配置された本発明に係るベアリングシェルを有する。 図３は、従来技術に係るクランク駆動装置を示す図である。

図３は、クランクシャフトジャーナル２に装着されたベアリング要素３の例を使用して、国際公開第２００８／１２９３９５号に係る従来技術により公知のクランク駆動装置Ｋを示す図である。ベアリング要素３は、コネクティングロッドとして形成されている。ベアリング要素３に面しているクランクシャフトジャーナル２のベアリング面１は、凹形状を有する。ベアリング面１に面しているベアリング要素３の面は、クランクシャフトジャーナル２のベアリング面１の凹面形状に適合される凸形状を有する。国際公開第２００８／１２９３９５号の好ましい実施の形態である図３に示される実施の形態では、ベアリング要素３とクランクシャフトジャーナル２との間に配置されたベアリングシェルがない。しかしながら、国際公開第２００８／１２９３９５号の説明では、ベアリングシェルが、ベアリング要素３とクランクシャフトジャーナル２との間に配置されることができると述べられている。本発明は、国際公開第２００８／１２９３９５号の説明で簡潔に述べられたこの例示的な実施の形態に基づいている。クランク駆動装置Ｋの主たるベアリングジャーナルには、参照符号２’が付されている。

図１ａ並びに図１ｂは、概略的な図による本発明の第１の実施の形態を示す図であり、本発明に係るクランク駆動装置の一部のみを示している。本発明のこの第１の実施の形態によれば、クランクシャフトジャーナル２とベアリング要素３との間に配置されたベアリングシェル４は、クランクシャフトジャーナル２の長手方向に（即ち、描画面に平行に見られるように）延びた一定でない横断面を有するようにして形成されている。図１ａに示される主題では、クランクシャフトジャーナル２は、クランクシャフトの偏心配置されたクランクシャフトジャーナルとして形成されている（詳細には図示されない）。ベアリング要素３は、クランクシャフトジャーナル２にコネクティングロッドの大端部で装着されたコネクティングロッドとして形成されている。同様に、図１ｂでは、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナル（詳細には図示されない）として形成されたクランクシャフトジャーナル２が、ベアリングシェル４によってベアリング要素３に装着されている。図１ｂに示される例示的な実施の形態では、ベアリング要素３は、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルを回転可能に収容するための内燃機関のエンジンハウジング（図示されない）に固定接続されたベアリング収容部である。

図１ａ並びに図１ｂの両方において、ベアリング要素３は、クランクジャーナル２の長手方向で、即ち、描画面に平行な方向で見られるような一定でない横断面の輪郭形状を有する。ベアリングシェル４は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１と連結される凸形状の第１の面５を有する。ベアリングシェル４の第１の面５は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１の形状に適合されている。ベアリング要素３は、窪みとして構成された円筒状の凹部を有し、ベアリングシェル４の円筒状の第２の面６がこの凹部に収容される。このようにして、ベアリング要素３の製造中に特定の形状の仕様や公差を配慮することなく、製造及び測定技術において少ない労力でベアリング要素３を製造することが可能となる。

図１ａ並びに図１ｂに示される本発明の実施の形態では、円筒状の、外側の、ベアリングシェル４の第２の面６を収容するために、ベアリング要素３に、例えば、円筒状の窪みの形態である円筒状の凹部が設けられる必要がある。製造技術をより複雑にする、クランクジャーナル２の凹形状面１に適合される凸面５を製造する工程は、本発明では、ベアリング要素３から離れるようにしてベアリングシェル４に向かってシフトされる。凸形状の第１の面５の製造は、少ない労力で、比較的小さなベアリング要素３の製造に関する低コストで、かなり容易に実現されることができる。はるかに大きく複雑な部品、即ちベアリング要素３には、単純な円筒状の凹部が設けられなければならないのみである。

このように、本発明によれば、円筒状の凹部のみが、クランク駆動装置の複雑な部品、即ちベアリング要素３に設けられるべきであるので、複雑な部品が単純かつ安価に製造されることができる。同時に、クランクシャフトジャーナルの凹形状面へのベアリング要素の装着に関連付けられた利点が維持されることができる。これらの利点は、国際公開第２００８／１２９３９５号に詳細に記載されている。

本発明の第２の実施の形態が、図２ａ並びに図２ｂに示される。図２ａでは、ベアリング要素３は、コネクティングロッドとして設計されている。このコネクティングロッドは、このコネクティングロッドの大端部でベアリングシェル４を介在してクランクシャフトのクランクシャフトジャーナル２に装着されている（詳細には図示されない）。しかしながら、図２ｂの主題では、クランクシャフトジャーナル２は、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルとして構成されており（詳細には図示されない）、クランクシャフトジャーナル２は、ベアリングシェル４を介在してベアリング収容部に回転可能に収容されている。ベアリング収容部は、エンジンハウジング（図示されない）に固定接続され、ベアリング要素３を形成している。

図２ａの実施の形態と図２ｂの実施の形態との両方において、クランクシャフトジャーナル２は、凹形状面１を有する。ベアリング要素３とクランクシャフトジャーナル２との間に配置されたベアリングシェル４は、クランクシャフトジャーナルに面している第１の凸形状面５を有する。凸形状面５は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１の形状に適合される。

ベアリングシェル４は、クランクシャフトジャーナル２から離れて面している側に、第２の凹形状面６を有する。この第２の凹形状面６は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１の曲率よりもはるかに少ない曲率を有する。従って、ベアリングシェル４の第２の面６に面しているベアリング要素３の面もまた、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１に適合されなければならない場合に必要であるよりも実質的に小さな曲率を有する。このように、ベアリングシェル４の第２の凹形状面６の曲率は、ベアリングシェル４に面しているベアリングシェル４の凹形状のベアリング面の曲率を規定している。このため、ベアリング要素のこの凸形状のベアリング面の形状は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状のベアリング面から完全に独立して設計されることができる。

図１ａ並びに図１ｂに係る本発明の第１の実施の形態と同様に、図２ａ並びに図２ｂに係る本発明の実施の形態では、ベアリングシェル４の横断面は、クランクシャフトジャーナル２の長手方向で、即ち描画面に平行に見られる方向で、一定の輪郭形状を有しない。この事実は、ベアリングシェル４と面しているベアリング要素３の面が、ベアリングシェル４がクランクシャフトジャーナル２の長手方向で一定の横断面を有することが必要である場合よりも湾曲していなくてよいことを意味している。そして、クランクシャフトジャーナル２に面しているベアリング要素３の面の曲率は、クランクシャフトジャーナル２の凹形状面１の曲率に適合されなければならない。

図２ａ並びに図２ｂの実施の形態では、ベアリング要素３とベアリングシェル４との間のより大きな接触面の効果から利点が得られることができ、同時に、より少ない製造労力でのベアリング要素３の製造が維持される。なぜならば、ベアリングシェル４に面しているベアリング要素３の面のかなり小さな曲率は、適用装置に必要な形状及び測定公差に従うかなり湾曲した凸面の製造よりも測定及び製造技術において必要とされる労力がかなり少ないからである。

本発明の上で述べられた両実施の形態に共通することは、非常に適応性のあるクランク駆動装置が設けられているという点である。例えば、異なるコネクティングロッドが１つの同じクランクシャフトと組み合わせられることができ、デザインの異なるベアリングシェル４が、クランクシャフトジャーナルとコネクティングロッドの大端部との間に配置されることのみが必要である。同様に、形状の異なるベアリングのブラケットが、１つの同じクランクシャフトの主たるベアリングジャーナルを収容するために使用されることができ、対応するようにして配置されたベアリングシェル４が、クランクシャフトの主たるベアリングジャーナルとベアリングのブラケットとの間に配置されることのみが必要である。このように、実際の適用装置に最適に適合されるベアリング要素が、１つの同じクランクシャフトと容易に組み合わせられることができる。クランクシャフトを収容するためのデザインの異なるベアリングのブラケットで異なるエンジンハウジングの１つの同じクランクシャフトを使用することも可能である。

上述の利点は、実際にはかなり重要である。ベアリングの配置、即ち、互いに機能的に接続しているベアリング面の配置は、適用装置の観点から、例えば、ベアリングのパートナ、ベアリングの注油、エンジンの動作中のプロセスパラメータ等の動的挙動の観点から、本発明を用いて最適化されることができる。これは、例えば、エンジンが動作されるかなり異なる圧力レベルに対して利用されることができる。例えば、動作中、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとでかなり異なる圧力が発生する。動作中に発生する圧力は、ガソリンエンジンよりもディーゼルエンジンでかなり大きい。それ故、例えば、クランクシャフトのクランクジャーナルにあるコネクティングロッドのベアリング、又はエンジンハウジング中の主たるクランクシャフトジャーナルのベアリングに対する要求もまた、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとで異なっているので、それぞれのベアリングは、各場合においてクランク駆動装置の必要寿命を達成するために、異なるようにして設計されなければならない。ベアリングの設計に関する必要な差異は、ベアリングシェルに適合されるコネクティングロッドと一緒に適用装置に適用されるベアリングシェルの使用によって、本発明により実現されるので、本発明は、これらの要求の差異があるにもかかわらず、さまざまなエンジンで１つの同じクランクシャフトを使用することを可能にする。

本発明に係るベアリングシェルの解決策は、設計者に、適用装置に関連する適応性及び最適プロセスの観点でかなりの適応性を提供する。ベアリング要素３とベアリングシェル４との間の１対のベアリング面が、クランクシャフト自体の配置及び設計を変更することなく、単純なようにして設計されることができる。

Claims (1)

1. 凹形状面（１）を備えた、内燃機関用のクランク駆動装置のクランクシャフトジャーナル（２）と、
   前記クランクシャフトジャーナル（２）が回転可能に装着されるベアリング要素（３）と、
   前記クランクシャフトジャーナル（２）と前記ベアリング要素（３）との間に配置され、前記クランクシャフトジャーナル（２）の前記凹形状面（１）と連結される凸形状の第１の面（５）を有するベアリングシェル（４）とを具備するクランク駆動装置であって、
   前記ベアリングシェル（４）は、第２の面（６）を有し、前記第２の面は、前記ベアリング要素（３）と連結され、かつ、前記ベアリングシェル（４）が前記クランクシャフトジャーナル（２）の長手方向で一定でない横断面を有するようにして設計され、
   前記ベアリングシェル（４）に面している前記ベアリング要素（３）の面は、前記ベアリングシェル（４）の前記第２の面（６）の形状に適合され、
   前記ベアリングシェル（４）の前記第２の面（６）は、凹形状であり、前記クランクシャフトジャーナル（２）の前記凹形状面（１）よりも小さな曲率を有するクランク駆動装置。