JP5815251B2 - クランクシャフト - Google Patents

Description

本発明は、軸端にフライホイールが装着される多気筒エンジンのクランクシャフトに関する。

多気筒エンジンに適用されるクランクシャフトは、クランクシャフトの軸芯を形成するクランクジャーナルと、クランクジャーナルから偏心した位置に設けられてコネクティングロッドが連結されるクランクピンとがクランクアームにより連結された構成とされている。クランクシャフトの前方の軸端には、タイミングベルトやファンベルト等を駆動するプーリーが装着される。またクランクシャフトの後方の軸端には、エンジンの軸トルクを平均化して回転を円滑とするフライホイールが装着される。フライホイールは、慣性モーメントを大きくするため、大型の円板形状に形成されている。

クランクシャフトの剛性が不足すると、フライホイールが振動し、フライホイールの装着軸端に近い位置に配設されたクランクアームから順に、強い振動応力を受けるようになる。そこで、従来、こうしたクランクシャフトとして、特許文献１に記載のような、フライホイールが装着される軸端に近い位置に配設される最終クランクアームの肉厚を、フライホイールから遠い位置に配設される他のクランクアームの肉厚よりも大きくすることで、クランクシャフトの剛性を確保したものが知られている。

実公平０５−００１０１３号公報

こうした従来のクランクシャフトによれば、より大きい振動応力を受ける最終クランクアームの剛性を高めて、捻りによる振動を低減することが確かに可能ではある。しかしながら、上記文献１に記載のクランクシャフトでは、カウンターウェイトも含めた最終クランクアーム全体の肉厚が大きくされており、クランクシャフトの重量が大幅に増加してしまうようになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、重量増加を抑えながらも、捻りによる振動を効果的に抑制することのできるクランクシャフトを提供することにある。

上記課題を解決するため、軸端にフライホイールが装着される多気筒エンジンのクランクシャフトとしての請求項１に記載の発明は、フライホイールに最も近いクランクピンに連結された一対のクランクアームの互いに対向する面におけるクランクピンが連結されている部分よりもカウンターウェイト側の部分であって、ジャーナル中心点を含む部分にのみ、クランクアームの全幅に亘って連続した肉盛り部をそれぞれ形成するようにしている。

上記構成によれば、肉盛り部によって、フライホイールに近い位置に配設されるクランクアームの剛性が高められ、これにより捻りによる振動が抑制されるようになる。その上、フライホイールに近い位置に配設されるクランクアームのみに、しかもそのジャーナル中心部のみに限って肉盛りがなされるため、クランクシャフトの重量増加は、僅かなものに留めることができる。したがって、上記構成によれば、重量増加を抑えながらも、捻りによる振動を効果的に抑制することができるようになる。

本発明の一実施の形態に係るクランクシャフトの側面構造を示す側面図。 同実施の形態のクランクシャフトの第２アームの（ａ）正面構造及び（ｂ）側面構造を併せ示す図。 同実施の形態のクランクシャフトの第８アームの（ａ）正面構造及び（ｂ）側面構造を併せ示す図。 同実施の形態の前提となった従来のクランクシャフトの各周波数に対する各方向の振動等級を示すグラフ。 同実施の形態のクランクシャフトの各周波数に対する各方向の振動等級を示すグラフ。 同実施の形態のクランクシャフト及びその前提となった従来のクランクシャフトの各クランクジャーナルの最大軸受面圧を示すグラフ。

以下、本発明のクランクシャフトを具体化した一実施の形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態のクランクシャフトは、直列４気筒の気筒配列のエンジンに適用されるものとなっている。

図１に示すように、本実施の形態のクランクシャフトには、その軸芯となる第１〜第５のクランクジャーナル１ａ〜１ｅが設けられる。また各クランクジャーナル１ａ〜１ｅの間には、クランクジャーナル１ａ〜１ｅから偏心した位置に設けられてコネクティングロッドが連結される第１〜第４のクランクピン２ａ〜２ｄが設けられ、各クランクジャーナル１ａ〜１ｅと各クランクピン２ａ〜２ｄとが８つのクランクアーム、すなわち第１〜第８アーム３ａ〜３ｈにより連結されている。なお、クランクシャフトの軸芯に対する第１〜第８アーム３ａ〜３ｈの反対側には、カウンターウェイト７ａ〜７ｈがそれぞれ設けられている。

なお、クランクシャフトの図中左方の軸端４には、タイミングベルトやファンベルト等を駆動するプーリーが装着される。またクランクシャフトの図中右方の軸端５には、エンジンの軸トルクを平均化して回転を円滑とするフライホイールが装着される。

本実施の形態のクランクシャフトでは、フライホイールから遠い第１〜第６アーム３ａ〜３ｆは、図２（ａ）、（ｂ）に示す第２アーム３ｂの形状と同様に形成されている。一方、フライホイールに近い第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈは、図３（ａ）、（ｂ）に示す第８アーム３ｈの形状と同様に形成されている。これらの図から明らかなように、本実施の形態のクランクシャフトでは、フライホイールに近い第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈにのみ、そのジャーナル中心部に局所的な肉盛り部６が形成されている。そしてこれにより、フライホイールに近い第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈのジャーナル中心部の肉厚が、フライホイールから遠い第１〜第６アーム３ａ〜３ｆのジャーナル中心部の肉厚に比して大きくされている。その一方で、ジャーナル中心部以外の肉厚は、第１〜第８アーム３ａ〜３ｈのすべてにおいて共通とされている。

図４は、肉盛り部６が無く、クランクアームのすべてが共通の形状に形成された従来のクランクシャフトの振動等級の測定結果を示している。また図５は、本実施の形態のクランクシャフトの振動等級の測定結果を示している。両図には、クランクピンを上にしたときのクランクアームの左側、及び右側でそれぞれ測定された、軸方向、横方向、縦方向のそれぞれにおける各周波数の振動等級が示されている。両図の比較から明らかなように、第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈに肉盛り部６を形成した本実施の形態のクランクシャフトでは、全般的に振動等級が小さくなっており、肉盛り部６の形成が振動の抑制に有効であることを確認できる。

一方、図６は、上記従来のクランクシャフトと本実施の形態のクランクシャフトの各クランクジャーナル（ＣＪ）における最大軸受面圧を示している。同図から明らかなように、肉盛り部６の形成は、最大軸受面圧の低減に、ひいてはクランクジャーナルでのフリクションの低減にも有効となっている。

以上説明した本実施の形態のクランクシャフトによれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、フライホイールに近い第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈにのみ、そのジャーナル中心部に局所的な肉盛り部６を形成するようにしている。そしてこれにより、フライホイールに近い第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈのジャーナル中心部の肉厚が、フライホイールから遠い第１〜第６アーム３ａ〜３ｆのジャーナル中心部の肉厚に比して大きくされている。その一方で、ジャーナル中心部以外の肉厚は、第１〜第８アーム３ａ〜３ｈのすべてにおいて共通とされている。こうした本実施の形態では、肉盛り部６によって、フライホイールに近い位置に配設される第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈの剛性が高められ、これにより捻りによる振動が抑制されるようになる。その上、フライホイールに近い位置に配設される第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈのみに、しかもそのジャーナル中心部のみに限って肉盛りがなされるため、クランクシャフトの重量増加は、僅かなものに留めることができる。したがって、本実施の形態によれば、重量増加を抑えながらも、捻りによる振動を効果的に抑制することができるようになる。

（２）肉盛り部６の形成により、剛性を高めたことで、各クランクジャーナル１ａ〜１ｅの最大軸受面圧が低減されるようになり、各クランクジャーナル１ａ〜１ｅのフリクションを有効に低減することができるようにもなる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、第７アーム３ｇ及び第８アーム３ｈに肉盛り部６を形成していたが、十分な剛性を確保できるのであれば、第８アーム３ｈにのみ肉盛り部６を形成しても良い。また十分な剛性の確保に必要であれば、第５アーム３ｅや第６アーム３ｆ等にも、肉盛り部６を形成するようにしても良い。

・上記実施の形態では、直列４気筒の気筒配列を有するエンジンに本発明のクランクシャフトを適用した場合を説明したが、本発明のクランクシャフトは、それ以外の気筒配列のエンジンにも同様に適用することができる。

１ａ〜１ｅ…第１〜第５のクランクジャーナル、２ａ〜２ｄ…第１〜第４のクランクピン、３ａ〜３ｈ…第１〜第８アーム、４…軸端、５…軸端、６…肉盛り部、７ａ〜７ｈ…カウンターウェイト。

Claims (1)

1. 軸端にフライホイールが装着される多気筒エンジンのクランクシャフトにおいて、
   ジャーナルの中心軸とクランクピンの中心軸とを結ぶ直線及び前記ジャーナルの中心軸の双方に垂直な方向をクランクアームの幅方向とするとき、
   前記フライホイールに最も近いクランクピンに連結された一対のクランクアームの互いに対向する面における前記クランクピンが連結されている部分よりもカウンターウェイト側の部分であって、ジャーナル中心点を含む部分にのみ、前記クランクアームの全幅に亘って連続した肉盛り部がそれぞれ形成されてなる
   ことを特徴とするクランクシャフト。

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