JP6058613B2 - クランクシャフト - Google Patents

Description

本発明は内燃機関のクランクシャフトに関する。

内燃機関のクランクシャフトの軽量化を目的として、クランクピンやクランクジャーナルに肉抜き孔を形成したものがある（例えば、特許文献１）。これらの肉抜き孔は、クランク軸線と平行に延在し、両端が開口している。このクランクシャフトでは、クランクピンに肉抜き孔を形成したことに伴う回転質量の不釣り合いを解消するために、クランクジャーナルからクランクピン側と相反する側に突出するカウンターウエイトに付加的な調整ウエイトが設けられている。

実開昭５９−６６０１６号公報

しかしながら、特許文献１に係るクランクシャフトでは、クランクピンに対する肉抜き孔の相対位置については言及されておらず、クランクピンに対する肉抜き孔の相対位置によってピストン−クランク系の慣性力の低減効果を変化させるという思想はない。シリンダ軸線に対してクランク軸線がオフセットされたオフセットシリンダ（オフセットクランクともいう）の内燃機関では、ピストン−クランク系における往復質量と回転質量の位相がずれている。このような内燃機関では、クランクピンにおける肉抜き孔の相対位置を調整することによって、クランクピン及び回転質量の重心位置を変化させ、ピストン−クランク系の慣性力の低減効果を向上させ得る可能性がある。

本発明は、以上の背景に鑑み、ピストンに対して対応するクランクピンの回転位相が進むように、シリンダ軸線に対して、クランク軸線がオフセットして配置される内燃機関のクランクシャフトにおいて、慣性力を低減することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ピストン（３０）に対して対応するクランクピン（２２）の回転位相が進むように、シリンダ軸線（Ａ）に対して、クランク軸線（Ｂ）がオフセットして配置される内燃機関（１）のクランクシャフト（１４、１００、２００、３００）であって、当該クランクシャフトにおける、前記クランク軸線方向から見て前記クランクピンと重なる部分に形成された肉抜き孔（３５）を有し、前記クランクピンの軸線（Ｃ）と前記クランク軸線とを結ぶ直線が前記シリンダ軸線と平行となり、かつ前記クランクピンが前記クランク軸線よりも前記ピストン側に配置された基準位置において、前記肉抜き孔の中心（Ｄ）が前記クランクピンの軸線に対して前記シリンダ軸線側にオフセットしていることを特徴とする。

この構成によれば、肉抜き孔によって、クランクピンの重心及びピストン−クランク系の回転質量（クランクピンを含む）の重心が、ピストン−クランク系の往復質量（ピストンを含む）に対して遅れる側に移動し、ピストン−クランク系全体の慣性力が低減される。シリンダ軸線に対してクランク軸線がオフセットして配置されるクランクシャフトでは、往復質量の位相に対して回転質量の位相が進むため、ピストン−クランク系全体の慣性力は、最大となる方向がシリンダ軸線に対して傾斜する。上記構成のように肉抜き孔を配置することによって、クランクピン重心及び回転質量の重心が、位相が遅れる側に移動するため、往復質量及び回転質量の位相差が小さくなり、ピストン−クランク系全体の慣性力が最大となる方向とシリンダ軸線とがなす角度が小さくなる。これにより、ピストン−クランク系全体の慣性力が低減される。

上記の発明において、前記肉抜き孔は、前記クランク軸線と平行に延び、前記基準位置において、前記肉抜き孔の軸線（Ｄ）が前記クランクピンの軸線に対して前記シリンダ軸線側にオフセットしているとよい。

この構成によれば、肉抜き孔の容積を大きくすることができ、クランクピン及び回転質量の軽量化が図れる。

上記の発明において、前記肉抜き孔の中心は、前記クランク軸線の径方向において、前記クランクピンの軸線に対して外方にオフセットしているとよい。

この構成によれば、クランクピン及び回転質量の重心がクランク軸線側に移動するため、回転質量の回転半径が小さくなる。これにより、回転質量に起因する慣性力が小さくなり、ピストン−クランク系全体の慣性力が低減される。

上記の発明において、前記肉抜き孔は、前記クランク軸線と平行に延び、前記肉抜き孔の軸線は、前記クランク軸線の径方向において、前記クランクピンの軸線に対して外方にオフセットしているとよい。

この構成によれば、肉抜き孔の容積を大きくすることができ、クランクピン及び回転質量の軽量化が図れる。

上記の発明において、前記クランクピンの内部には油路（４０）が形成され、前記肉抜き孔は、少なくとも一方の端部が当該クランクシャフトの外面に開口すると共に、前記油路を避けて形成されているとよい。

この構成によれば、肉抜き孔を鋳抜きや穿孔によって形成することができ、肉抜き孔の加工が容易である。また、油路をクランクピンに形成することができる。

上記の発明において、前記クランクピンの内部には油路が形成され、前記肉抜き孔は、少なくとも一方の端部が当該クランクシャフトの外面に開口すると共に、開口した前記端部がシール部材（４０１）によって閉塞され、前記油路の一部をなすとよい。

この構成によれば、肉抜き孔が油路の一部を兼ねる。油路には潤滑油が満たされるが、クランクピンを構成する金属よりも軽いため、回転質量が低減される。肉抜き孔は油路を避ける必要がないため、容積を大きくすることができる。また、肉抜き孔を鋳抜きや穿孔によって形成することができ、肉抜き孔の加工が容易である。

上記の発明において、当該クランクシャフトは、前記クランク軸線に対して前記クランクピンが設けられた側と相反する側にカウンターウエイト（２３）を有し、前記クランク軸線に沿った方向から見て、任意の第１のシリンダに対応した前記肉抜き孔と、前記第１のシリンダの隣に配置された第２のシリンダに対応したカウンターウエイトとが互いに重なり、前記第２のシリンダに対応したカウンターウエイトの前記肉抜き孔と重なる部分が当該クランクシャフトの本体部に対して分離可能な別部材から形成されているとよい。

この構成によれば、カウンターウエイトの肉抜き孔と重なる部分がクランクシャフトの本体と別部材から形成されているため、カウンターウエイトが取り外された状態では肉抜き孔を穿孔するためのドリル等の工具を穿孔位置に容易に配置することができる。

以上の構成によれば、ピストンに対して対応するクランクピンの回転位相が進むように、シリンダ軸線に対して、クランク軸線がオフセットして配置される内燃機関のクランクシャフトにおいて、慣性力を低減することができる。

第１実施形態に係るクランクシャフトを備えた内燃機関の側断面図 第１実施形態に係るクランクシャフトの正面図 実施形態及び比較例に係る内燃機関の慣性力を示すグラフ 第２実施形態に係るクランクシャフトの正面図 第３実施形態に係るクランクシャフトの正面図 図５のVI−VI断面図 第４実施形態に係るクランクシャフトの正面図 図７のVIII−VIII断面図

以下、図面を参照して、本発明に係るクランクシャフトを自動車の内燃機関に適用した実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る内燃機関１は直列４気筒のエンジンである。内燃機関１は、本体をなすシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に設けられたオイルパン４と、シリンダヘッド３の上部に設けられたヘッドカバー５とを有する。シリンダブロック２の下部は、下方に向けて開口したクランクケース２Ａをなし、クランクケース２Ａの内側にクランク室７が形成される。クランク室７は、クランクケース２Ａの下端に結合されるオイルパン４によって閉じられている。シリンダヘッド３の上部と、ヘッドカバー５との間には動弁室が形成されている。

シリンダブロック２には、第１〜第４シリンダ１０が形成されている。各シリンダ１０は、それぞれの軸線であるシリンダ軸線Ａが互いに平行となり、かつ１つの仮想平面上に配置されるように直列に配置されている。第１〜第４シリンダ１０の配列方向をシリンダ列方向という。各シリンダ１０は、一端がシリンダブロック２の上端面に開口し、他端がクランク室７に向けて開口している。各シリンダ１０は、半径が互いに等しく形成され、またシリンダ軸線Ａに沿った長さが互いに等しく形成されている。シリンダヘッド３の各シリンダ１０の上端に対応する部分には、燃焼室凹部１２が形成されている。

クランクケース２Ａには、クランクシャフト１４が回転可能に支持されている。クランクシャフト１４は、自身の軸線であるクランク軸線Ｂがシリンダ列方向と平行に延びるように配置されている。図２に示すように、クランクシャフト１４は、両端部である第１端部１５及び第２端部１６と、第１端部１５及び第２端部１６の間に第１端部１５側から順に第１〜第４クランクスロー１７Ａ〜１７Ｄを有する。また、クランクシャフト１４は、第１端部１５及び第２端部１６を含む両端部と、各クランクスロー１７の間の部分とにクランクジャーナル１８Ａ〜１８Ｅを有する。クランクジャーナル１８は、第１端部１５に形成されたものを第１クランクジャーナル１８Ａ、第１及び第２クランクスロー１７Ａ、１７Ｂの間に形成されたものを第２クランクジャーナル１８Ｂ、第２及び第３クランクスロー１７Ｂ、１７Ｃの間に形成されたものを第３クランクジャーナル１８Ｃ、第３及び第４クランクスロー１７Ｃ、１７Ｄの間に形成されたものを第４クランクジャーナル１８Ｄ、第２端部１６に形成されたものを第５クランクジャーナル１８Ｅとする。各クランクジャーナル１８は、互いに結合されるクランクケース２Ａ及びベアリングキャップ（不図示）の間に支持された軸受（不図示）に回転可能に支持されている。これにより、クランクシャフト１４は、各クランクジャーナル１８Ａ〜１８Ｅの中心を通るクランク軸線Ｂを中心として回転可能となっている。第１〜第４クランクスロー１７Ａ〜１７Ｄは、第１〜第４シリンダ１０と対応して配置される。

各クランクスロー１７は、それぞれクランクジャーナル１８から径方向外方に延びる一対のクランクアーム２１Ａ〜２１Ｄ（クランクウェブ）と、一対のクランクアーム２１の突出端間に掛け渡されたクランクピン２２Ａ〜２２Ｄと、クランクジャーナル１８からそれぞれクランクアーム２１と相反する側に突出したカウンターウエイト２３Ａ〜２３Ｄとを有する。

各クランクピン２２Ａ〜２２Ｄは、断面が円形の軸状に形成され、クランク軸線Ｂと平行に延在している。第１及び第４クランクピン２２Ｄは、クランク軸線Ｂを中心とした位相（回転角）が同位相に配置され、第２及び第３クランクピン２２Ｂ、２２Ｃは、第１クランクピン２２Ａに対して１８０°の位相差を有するように配置されている。各クランクピン２２Ａ〜２２Ｄとクランク軸線Ｂとの距離であるクランク半径は、互いに等しく設定されている。

図１に示すように、各シリンダ１０には、ピストン３０が往復動可能に収容されている。各ピストン３０は、クランク軸線Ｂと平行に配置されたピストンピン３１を有する。各シリンダ１０のピストン３０は、コンロッド３２によって対応するクランクピン２２に連結されている。コンロッド３２は、一端である大端部においてクランクピン２２に枢支され、他端である小端部においてピストンピン３１に枢支される。

本実施形態に係る内燃機関１は、いわゆるシリンダオフセット（又はクランクオフセットともいう）がなされている。クランクシャフト１４は、ピストン３０に対してクランクピン２２の位相が進むように、シリンダ軸線Ａに対してクランク軸線Ｂがオフセットするように配置されている。詳細には、各シリンダ軸線Ａを含む平面であるシリンダ平面が、クランク軸線Ｂに対して、シリンダ軸線方向において最もシリンダ１０側に位置するクランクピン２２がクランクシャフト１４の回転に応じて移動する方向にオフセットしている。図１に示すように、クランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、クランクシャフト１４はクランク軸線Ｂを中心として右回りに回転し、シリンダ平面がクランク軸線Ｂに対して右側にオフセットして配置されている。これにより、クランクピン２２がシリンダ軸線方向において、最もピストン側の位置に達した後に、ピストン３０が遅れて上死点に達するようになり、ピストン３０が下降する際の横力が低減される。

図１及び図２に示すように、クランクシャフト１４における、クランク軸線Ｂ方向から見て各クランクピン２２Ａ〜２２Ｄと重なる部分には、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄが形成されている。各肉抜き孔３５は、各クランクアーム２１及びクランクピン２２の少なくとも一方に形成されているとよい。本実施形態では、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、クランクアーム２１及びクランクピン２２に形成された、断面が円形の有底孔であり、その軸線がクランク軸線Ｂと平行に延在している。肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの一方の端部は、クランクアーム２１を貫通し、クランクアーム２１の側部に開口している。第１及び第２クランクピン２２Ａ、２２Ｂでは、肉抜き孔３５Ａ、３５Ｂは第１端部１５側に向けて開口し、第２及び第３クランクピン２２Ｃ、２２Ｄでは、肉抜き孔３５Ｃ、３５Ｄは第２端部１６側に向けて開口している。各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの他方の端部は底部を形成し、クランクピン２２の延在方向における略中央部に配置されている。

各クランクスロー１７において、クランクピン２２の軸線Ｃとクランク軸線Ｂとを結ぶ直線がシリンダ軸線Ａと平行となり、かつクランクピン２２がクランク軸線Ｂよりもシリンダ１０側に配置された位置を基準位置とする（図１参照）。基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側に位置するようにオフセットしている。これにより、クランクピン２２の重心は、基準位置において、クランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側と相反する側にオフセットしている。

また、クランク軸線Ｂを中心とした径方向において、各肉抜き孔３５の軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃよりも外方に配置されている。これにより、クランクピン２２の重心は、クランクピン２２の軸線Ｃに対してクランク軸線Ｂを中心とした径方向において内方にオフセットしている。

クランクシャフト１４には、クランクピン２２の外周面に潤滑油を供給するための油路４０が形成されている。油路４０は、第１及び第２主通路４１、４２と、第１主通路４１からそれぞれ分岐した第１〜第３分岐通路４３〜４５と、第２主通路４２からそれぞれ分岐した第４〜第６分岐通路４６〜４８とを有する。

第１主通路４１は、第１クランクピン２２Ａから、第２クランクジャーナル１８Ｂ側の第１クランクアーム２１Ａ、第２クランクジャーナル１８Ｂ、第２クランクジャーナル１８Ｂ側の第２クランクアーム２１Ｂを通過して第２クランクピン２２Ｂに到るように直線状に形成されている。第１分岐通路４３は、第１クランクピン２２Ａに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第１クランクピン２２Ａの外周面に開口すると共に、中間部において第１主通路４１と接続されている。第２分岐通路４４は、第２クランクジャーナル１８Ｂに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第２クランクジャーナル１８Ｂの外周面に開口すると共に、中間部において第１主通路４１と接続されている。第３分岐通路４５は、第２クランクピン２２Ｂに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第２クランクピン２２Ｂの外周面に開口すると共に、中間部において第１主通路４１と接続されている。

第２主通路４２は、第３クランクピン２２Ｃから、第４クランクジャーナル１８Ｄ側の第３クランクアーム２１Ｃ、第４クランクジャーナル１８Ｄ、第４クランクジャーナル１８Ｄ側の第４クランクアーム２１Ｄを通過して第４クランクピン２２Ｄに到るように直線状に形成されている。第４分岐通路４６は、第３クランクピン２２Ｃに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第３クランクピン２２Ｃの外周面に開口すると共に、中間部において第２主通路４２と接続されている。第５分岐通路４７は、第４クランクジャーナル１８Ｄに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第４クランクジャーナル１８Ｄの外周面に開口すると共に、中間部において第２主通路４２と接続されている。第６分岐通路４８は、第４クランクピン２２Ｄに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第４クランクピン２２Ｄの外周面に開口すると共に、中間部において第２主通路４２と接続されている。

第２及び第４クランクジャーナル１８Ｂ、１８Ｄを支持する軸受の内周面には、それぞれ周方向に延在する油溝（不図示）が形成されている。各油溝は、シリンダブロック２に形成された油通路と連通しており、潤滑油の供給を受ける。各油溝は、第２及び第４分岐通路４６の端部と対向する位置に形成されており、第２及び第４分岐通路４６に潤滑油を供給する。第２分岐通路４４に供給された潤滑油は、第１主通路４１を介して第１及び第３分岐通路４３、４５に供給され、第１及び第２クランクピン２２Ａ、２２Ｂの外周面に供給される。第４分岐通路４６に供給された潤滑油は、第２主通路４２を介して第４及び第６分岐通路４６、４８に供給され、第３及び第４クランクピン２２Ｃ、２２Ｄの外周面に供給される。

第１クランクピン２２Ａに形成された第１肉抜き孔３５Ａと、第１主通路４１及び第１分岐通路４３とは互いに連通しないように配置されている。図２に示すように、クランク軸線Ｂ方向において、第１肉抜き孔３５Ａの底部は、第１分岐通路４３及び第１主通路４１よりも第１端部１５側に配置されている。

同様に、第２クランクピン２２Ｂに形成された第２肉抜き孔３５Ｂと、第１主通路４１及び第３分岐通路４５とは互いに連通しないように配置されている。第３クランクピン２２Ｃに形成された第３肉抜き孔３５Ｃと、第２主通路４２及び第４分岐通路４６とは互いに連通しないように配置されている。第４クランクピン２２Ｄに形成された第４肉抜き孔３５Ｄと、第２主通路４２及び第６分岐通路４８とは互いに連通しないように配置されている。

各カウンターウエイト２３は、各クランクスロー１７に対して１つ設けられ、第１カウンターウエイト２３Ａは第１クランクジャーナル１８Ａから突出し、第２カウンターウエイト２３Ｂは第３クランクジャーナル１８Ｃから突出し、第３カウンターウエイト２３Ｃは第３クランクジャーナル１８Ｃから突出し、第４カウンターウエイト２３Ｄは第５クランクジャーナル１８Ｅから突出している。

クランクシャフト１４の第１〜第５クランクジャーナル１８Ａ〜１８Ｅ、第１〜第４クランクアーム２１Ａ〜２１Ｄ、第１〜第４クランクピン２２Ａ〜２２Ｄ、第２及び第３カウンターウエイト２３Ｂ、２３Ｃは、単一の部材から一体に形成され、本体部１４Ａをなす。第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄは、本体部１４Ａとは別部材から形成され、本体部１４Ａに溶接やボルト締結によって結合されている。本実施形態では、第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄは、それぞれ本体部１４Ａにボルト５０によって締結されている。

第１カウンターウエイト２３Ａが本体部１４Ａから取り外された状態では、クランク軸線Ｂに沿って第１端部１５側からクランクシャフト１４を見た場合に、第２肉抜き孔３５Ｂの開口端は第１端部１５側に向けて露出する。同様に、第４カウンターウエイト２３Ｄが本体部１４Ａから取り外された状態では、クランク軸線Ｂに沿って第２端部１６側からクランクシャフト１４を見た場合に、第３肉抜き孔３５Ｃの開口端は第２端部１６側に向けて露出する。

次に、クランクシャフト１４の製造方法について説明する。クランクシャフト１４の本体部１４Ａは、金属を材料として鍛造によって形成される。第１〜第４肉抜き孔３５Ｄ、油路４０は、ドリルによる穿孔によって形成される。第２及び第３肉抜き孔３５Ｂ、３５Ｃの穿孔は、第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄが本体部１４Ａに取り付けられる前に行われる。これにより、第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄが障害となることなく、第２及び第３肉抜き孔３５Ｂ、３５Ｃのドリルによる穿孔が可能になる。第１主通路４１は、第３クランクジャーナル１８Ｃ側の第２クランクアーム２１Ｂからドリルによって穿孔され、開口端がシール部材や溶接によってシールされることによって形成される。同様に、第２主通路４２は、第３クランクジャーナル１８Ｃ側の第３クランクアーム２１Ｃからドリルによって穿孔され、開口端がシール部材や溶接によってシールされることによって形成される。

次に、以上のように構成したクランクシャフト１４の効果について説明する。図３（Ａ）は、Ｘ方向（シリンダ軸線Ａ及びクランク軸線Ｂに直交する方向）及びＹ方向（シリンダ軸線Ａと平行な方向）におけるピストン−クランク系の慣性力を表すグラフであり、図３（Ｂ）はピストン−クランク系の慣性力のＸ方向成分及びＹ方向成分をクランク角に対して表した図である。

シリンダ軸線Ａに対するクランク軸線Ｂのオフセットがないクランクシャフトの場合（比較例１）は、ピストンを含む往復質量の位相とクランクシャフトを含む回転質量の位相とは互いに一致し、ピストン−クランク系の慣性力は、図３（Ａ）中の曲線７０で示すように、Ｙ方向（シリンダ軸線Ａ方向）に長い楕円形を呈する。これに対して、ピストン及びコンロッド大端部を含む往復質量の位相に対してクランクピン及びコンロッド小端部を含む回転質量の位相が進むように、シリンダ軸線Ａに対して、クランク軸線Ｂがオフセットして配置されるクランクシャフトの場合（比較例２）は、図３（Ａ）の曲線７１で示すように、ピストン−クランク系の慣性力を表す曲線の楕円形の長軸が傾斜する。曲線７１のＸ成分及びＹ成分を、クランク角に対して表すと、図３（Ｂ）の曲線７１Ａ（Ｘ成分）及び７１Ｂ（Ｙ成分）のようになる。

本実施形態では、ピストン３０及びコンロッド３２の大端部を含む往復質量の位相に対してクランクピン２２及びコンロッド３２の小端部を含む回転質量の位相が進むように、シリンダ軸線Ａに対して、クランク軸線Ｂがオフセットして配置されるクランクシャフト１４において、基準位置にある場合に各肉抜き孔３５の軸線Ｄがクランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側にオフセットしている。これにより、クランクピン２２の重心がクランクピン２２の軸線Ｃに対して位相が遅れる側に移動するため、往復質量及び回転質量の位相差が小さくなる。そのため、実施形態に係るピストン−クランク系の慣性力を表す曲線（図３（Ａ）中の曲線７２）は、ピストン−クランク系の慣性力を表す曲線の楕円形の長軸のＹ軸に対する傾斜が小さくなる。そのため、ピストン−クランク系全体の慣性力が低減される。曲線７２のＸ成分及びＹ成分を、クランク角に対して表すと、図３（Ｂ）の曲線７２Ａ（Ｘ成分）及び７２Ｂ（Ｙ成分）のようになる。

また、クランク軸線Ｂを中心とした径方向において、各肉抜き孔３５の軸線Ｄが各クランクピン２２の軸線Ｃよりも外方に配置されているため、クランクピン２２の重心がクランクピン２２の軸線Ｃに対して内方にオフセットしている。これにより、回転質量の回転半径が小さくなり、回転質量が生じる慣性力が低減され、ピストン−クランク系全体の慣性力が低減される。

比較例３としてクランクピンの軸線Ｃと肉抜き孔３５の軸線Ｄとを同軸に形成したクランクシャフトの慣性力を図３（Ａ）の曲線７３、図３（Ｂ）の曲線７３Ａ（Ｘ成分）及び曲線７３Ｂ（Ｙ成分）に示す。比較例３での肉抜き孔の容積は、本実施形態の肉抜き孔３５の容積と同じである。比較例３では、肉抜き孔によってクランクピンの重心は変化しないため、曲線７３に示すように、ピストン−クランク系の慣性力を表す曲線の楕円形の長軸のＹ軸に対する傾斜は小さくならない。また、肉抜き孔をクランク軸線Ｃよりも径方向外方に形成した本実施形態と比較して慣性力の低減効果が小さい。このように、同じ容積の肉抜き孔３５を形成しても、その位置によって慣性力の低減効果に差が生じる。

各肉抜き孔３５の一方の端部がクランクアーム２１の側面に開口しているため、穿孔等の加工によって肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄを容易に形成することができる。第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄがクランクシャフト１４の本体部１４Ａに対して別部材から構成されているため、第１及び第４カウンターウエイト２３Ａ、２３Ｄをクランクシャフト１４の本体部１４Ａから分離した状態で、第２及び第３肉抜き孔３５Ｂ、３５Ｃを穿孔することができ、ドリル等の穿孔工具の使用が容易である。

以下に、第１実施形態に係るクランクシャフト１４の各肉抜き孔３５の構成を変更した第２〜第４実施形態に係るクランクシャフト１００、２００、３００について説明する。以下の第２〜第４実施形態に係るクランクシャフト１００、２００、３００の説明では、第１実施形態に係るクランクシャフト１４と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

（第２実施形態）
図４に示すように、第２実施形態に係るクランクシャフト１００では、各肉抜き孔３５は、クランクピン２２内をクランク軸線Ｂと平行に延在し、一方の端部がクランクピン２２の一端側に配置されたクランクアーム２１を貫通してその側部に開口すると共に、他方の端部がクランクピン２２の他端側に配置されたクランクアーム２１を貫通してその側部に開口している。

各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、断面が円形であり、内径が大きい大径部１０１と、断面が円形であり、大径部１０１よりも径が小さい小径部１０２とを直列に有する段付き孔である。大径部１０１と小径部１０２とは、それぞれの軸線が互いにオフセットして接続されている。基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、大径部１０１の軸線はクランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側に位置するようにオフセットしている。また、基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、小径部１０２の軸線は大径部１０１の軸線に対してシリンダ軸線Ａ側に位置するようにオフセットしている。大径部１０１の重心は大径部１０１の軸線上にあり、小径部１０２の重心は小径部１０２の軸線上にある。これにより、クランクピン２２の重心は、基準位置において、クランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側と相反する側にオフセットしている。

クランク軸線Ｂの径方向において、大径部１０１の軸線はクランクピン２２の軸線Ｃよりも外方に配置されている。また、クランク軸線Ｂを中心とした径方向において、小径部１０２の軸線は大径部１０１の軸線よりも外方に配置されている。これにより、クランクピン２２の重心は、クランクピン２２の軸線Ｃに対してクランク軸線Ｂを中心とした径方向において内方にオフセットしている。

小径部１０２を設け、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄがクランクピン２２及びクランクピン２２の両側のクランクアーム２１を貫通するように延在させたため、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの容積が拡張される。これにより、第２実施形態に係るクランクシャフト１００は、第１実施形態に係るクランクシャフト１４よりも更に軽量化を図ることができる。肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの内径を一定とせずに、小径部１０２を設けたため、油路４０の形成部位を確保しながら、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄを拡張することができる。

（第３実施形態）
図５及び図６に示すように、第３実施形態に係るクランクシャフト２００では、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、クランクピン２２内をクランク軸線Ｂと平行に延在し、一方の端部がクランクピン２２の一端側に配置されたクランクアーム２１を貫通してその側部に開口すると共に、他方の端部がクランクピン２２の他端側に配置されたクランクアーム２１を貫通してその側部に開口している。

各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、断面が円形であり、長手方向における各部において内径が一定となっている。基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側に位置するようにオフセットしている。クランク軸線Ｂを中心とした径方向において、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃよりも外方に配置されている。

基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、油路４０の第１、第３、第４、第６分岐通路４３、４５、４６、４８は、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄのシリンダ軸線Ａ側と相反する側に配置されている。第１、第３、第４、第６分岐通路４３、４５、４６、４８は、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄを避けながら、それぞれ直線状に延び両端が各クランクピン２２Ａ〜２２Ｄの外周面に開口している。

第３実施形態に係るクランクシャフト２００では、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄを基準位置においてクランクピン２２の軸線Ｃよりもシリンダ軸線Ａ側にオフセットして配置し、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄのシリンダ軸線Ａ側と相反する側に形成されるクランクピン２２の駄肉部分に第１、第３、第４、第６分岐通路４３、４５、４６、４８を形成したため、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄと各分岐通路とを互いに分離させつつ配置することができる。そのため、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの容積を拡張することができ、クランクピン２２を一層軽量化することができる。

（第４実施形態）
図７に示すように、第４実施形態に係るクランクシャフト３００では、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、断面が円形の有底孔であり、その軸線がクランク軸線Ｂと平行となるように、クランクピン２２内に延在している。各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの一方の端部は、クランクアーム２１を貫通し、クランクアーム２１の側部に開口している。第１及び第２肉抜き孔３５Ａ、３５Ｂは第１端部１５側に向けて開口し、第３及び第４肉抜き孔３５Ｃ、３５Ｄは第２端部１６側に向けて開口している。各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄは、基準位置にある各クランクスロー１７をクランク軸線Ｂに沿った方向から見た場合に、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側に位置するようにオフセットしている。また、クランク軸線Ｂを中心とした径方向において、肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの軸線Ｄはクランクピン２２の軸線Ｃよりも外方に配置されている。各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの中心は、それぞれの軸線上にある。

肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの開口端は、シール部材３０１によって閉塞されている。シール部材３０１は、例えばシールボルトやシールプラグであり、螺着や圧入、溶接等の公知の結合手法によって各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの開口端に結合されている。なお、他の実施形態では、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄを両端が開口した孔として形成し、両端をシール部材３０１によって閉塞してもよい。

第１主通路４１は、第１クランクピン２２Ａから、第２クランクジャーナル１８Ｂ側の第１クランクアーム２１Ａ、第２クランクジャーナル１８Ｂ、第２クランクジャーナル１８Ｂ側の第２クランクアーム２１Ｂを通過して第２クランクピン２２Ｂに到るように直線状に形成され、一方の端部において第１肉抜き孔３５Ａに接続すると共に、他方の端部において第２肉抜き孔３５Ｂに接続している。図８に示すように、第１分岐通路４３は、第１クランクピン２２Ａに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第１クランクピン２２Ａの外周面に開口すると共に、中間部において第１肉抜き孔３５Ａと接続されている。第２分岐通路４４は、第２クランクジャーナル１８Ｂに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第２クランクジャーナル１８Ｂの外周面に開口すると共に、中間部において第１主通路４１と接続されている。第３分岐通路４５は、第２クランクピン２２Ｂに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第２クランクピン２２Ｂの外周面に開口すると共に、中間部において第２肉抜き孔３５Ｂと接続されている。

第２主通路４２は、第３クランクピン２２Ｃから、第４クランクジャーナル１８Ｄ側の第３クランクアーム２１Ｃ、第４クランクジャーナル１８Ｄ、第４クランクジャーナル１８Ｄ側の第４クランクアーム２１Ｄを通過して第４クランクピン２２Ｄに到るように直線状に形成され、一方の端部において第３肉抜き孔３５Ｃに接続すると共に、他方の端部において第４肉抜き孔３５Ｄに接続している。第４分岐通路４６は、第３クランクピン２２Ｃに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第３クランクピン２２Ｃの外周面に開口すると共に、中間部において第３肉抜き孔３５Ｃと接続されている。第５分岐通路４７は、第４クランクジャーナル１８Ｄに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第４クランクジャーナル１８Ｄの外周面に開口すると共に、中間部において第２主通路４２と接続されている。第６分岐通路４８は、第４クランクピン２２Ｄに形成され、直線状に延びて両端がそれぞれ第４クランクピン２２Ｄの外周面に開口すると共に、中間部において第４肉抜き孔３５Ｄと接続されている。

第４実施形態に係るクランクシャフト３００では、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄが油路４０の一部を兼ねる。そのため、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄと油路４０とを互いに分離して配置する必要がなく、各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄの拡張が可能になる。これにより、クランクピン２２の更なる軽量化が可能になると共に、回転質量の低減が可能になる。各肉抜き孔３５Ａ〜３５Ｄには潤滑油が満たされるが、潤滑油はクランクピン２２を形成する金属よりも軽いため、クランクピン２２の軽量化が可能になる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態では、クランクシャフト１４の本体部１４Ａを鍛造によって形成し、肉抜き孔３５及び油路４０を穿孔によって形成したが、本体部１４Ａは鋳造によって形成してもよく、肉抜き孔３５及び油路４０は本体部１４Ａの鋳造時に同時に形成してもよい。また、上記の実施形態では本発明を直列４気筒の内燃機関に適用した例を示したが、本発明は気筒数やエンジンの形態（例えば、Ｖ形）が異なる様々な内燃機関に適用できる。

また、肉抜き孔３５の形状は様々な形状を適用することができる。例えば、肉抜き孔３５の横断面（クランク軸線Ｂと直交する断面）は、半円形、三日月形、三角形等の多角形であってよい。肉抜き孔３５は、基準位置において、肉抜き孔３５の中心がクランクピンの軸線Ｃに対してシリンダ軸線Ａ側にオフセットしていればよい。肉抜き孔３５の横断面を半円形等にすることによって肉抜き孔３５の中心を一層所定の方向にオフセットさせることができる。また、上記実施形態では、肉抜き孔３５がクランクピン２２及びクランクアーム２１の双方に形成された例を示したが、他の実施形態では肉抜き孔３５がクランクピン２２のみ、又はクランクアーム２１のみに形成されてもよい。

１...内燃機関、２...シリンダブロック、２Ａ...クランクケース、７...クランク室、１０...シリンダ、１４、１００、２００、３００...クランクシャフト、１４Ａ...本体部、１５...第１端部、１６...第２端部、１７Ａ〜１７Ｄ（１７）...第１〜第４クランクスロー、１８Ａ〜１８Ｅ（１８）...第１〜第５クランクジャーナル、２１Ａ〜２１Ｄ（２１）...第１〜第４クランクアーム、２２Ａ〜２２Ｄ（２２）...第１〜第４クランクピン、２３Ａ〜２３Ｄ（２３）...第１〜第４カウンターウエイト、３０...ピストン、３１...ピストンピン、３２...コンロッド、３５Ａ〜３５Ｄ（３５）...第１〜第４肉抜き孔、４０...油路、４１...第１主通路、４２...第２主通路、４３...第１分岐通路、４４...第２分岐通路、４５...第３分岐通路、４６...第４分岐通路、４７...第５分岐通路、４８...第６分岐通路、５０...ボルト、１０１...大径部、１０２...小径部、３０１...シール部材、Ａ...シリンダ軸線、Ｂ...クランク軸線、Ｃ...クランクピンの軸線、Ｄ...肉抜き孔の軸線（中心）

Claims (7)

1. ピストンに対して対応するクランクピンの回転位相が進むように、シリンダ軸線に対して、クランク軸線がオフセットして配置される内燃機関のクランクシャフトであって、
   当該クランクシャフトにおける、前記クランク軸線方向から見て前記クランクピンと重なる部分に形成された肉抜き孔を有し、
   前記クランクピンの軸線と前記クランク軸線とを結ぶ直線が前記シリンダ軸線と平行となり、かつ前記クランクピンが前記クランク軸線よりも前記ピストン側に配置された基準位置において、前記肉抜き孔の中心が前記クランクピンの軸線に対して前記シリンダ軸線側にオフセットしていることを特徴とするクランクシャフト。
2. 前記肉抜き孔は、前記クランク軸線と平行に延び、
   前記基準位置において、前記肉抜き孔の軸線が前記クランクピンの軸線に対して前記シリンダ軸線側にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
3. 前記肉抜き孔の中心は、前記クランク軸線の径方向において、前記クランクピンの軸線に対して外方にオフセットしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフト。
4. 前記肉抜き孔は、前記クランク軸線と平行に延び、
   前記肉抜き孔の軸線は、前記クランク軸線の径方向において、前記クランクピンの軸線に対して外方にオフセットしていることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフト。
5. 前記クランクピンの内部には油路が形成され、
   前記肉抜き孔は、少なくとも一方の端部が当該クランクシャフトの外面に開口すると共に、前記油路を避けて形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト。
6. 前記クランクピンの内部には油路が形成され、
   前記肉抜き孔は、少なくとも一方の端部が当該クランクシャフトの外面に開口すると共に、開口した前記端部がシール部材によって閉塞され、前記油路の一部をなすことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト。
7. 当該クランクシャフトは、前記クランク軸線に対して前記クランクピンが設けられた側と相反する側にカウンターウエイトを有し、
   前記クランク軸線に沿った方向から見て、任意の第１のシリンダに対応した前記肉抜き孔と、前記第１のシリンダの隣に配置された第２のシリンダに対応したカウンターウエイトとが互いに重なり、前記第２のシリンダに対応したカウンターウエイトの前記肉抜き孔と重なる部分が当該クランクシャフトの本体部に対して分離可能な別部材から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載のクランクシャフト。

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