JP6117692B2 - 内燃機関のクランクシャフト構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフト構造に関する。

内燃機関のクランクシャフトは、クランクジャーナル，クランクウエブ，クランクピンが連結して構成され、これらを鍛造で一体成型する一体式クランクシャフトと、別体のクランクピンをクランクジャーナルを一体に備えたクランクウエブ間に連結する組立て式クランクシャフトとがある。
一体式クランクシャフトの方が鍛造で成型されるので、強度的に優れており、本発明に係るクランクシャフトは、この一体式クランクシャフトに関するものである。

一体式クランクシャフトは、強度的に優れてはいるが、ピストンの往復動がコネクティングロッドを介してクランクピンに作用する力によりクランクシャフトに部分的に応力が集中しやすい。
すなわち、クランクピンとクランクウエブが別体であれば両者のズレによって応力の集中を避けることができるが、クランクピンとクランクウエブが一体であると両者の相対的移動がないため応力が集中しやすい。

特に、内燃機関の燃焼時に、膨張圧力がピストンを押しコネクティングロッドを介してクランクピンに大きな力が加わると、クランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部に極端に応力が集中する。
そこで、相対向するクランクウエブの対向面におけるクランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部のカウンタウエイト側に凹部（肉盗み部）を形成して、応力の分散を図った例がある（特許文献１参照）。

特許第３６５７４７４号公報

特許文献１に開示されたクランクシャフト構造は、クランクアーム部の対向面に、クランクピンの付け根周辺にコネクティングロッドの大端の軸方向の移動を規制するスラスト受面が円環状に形成されるとともに、スラスト受面よりカウンタウエイト側に離れたクランクアーム部の基端部両側からクランクジャーナルの軸心に向かって食い込むようにして両側に凹部（肉盗み部）が形成されている（同公報の図面図２参照）。

クランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部に生じる応力の集中が、スラスト受面の近くに形成された該凹部により分散されて極端な応力集中を回避することができる。

しかし、応力の集中は可能な限り回避して応力緩和を可及的に促進することが望ましく、特許文献１のクランクシャフト構造では、更なる応力緩和が期待される。

本発明の目的とする処は、応力緩和を促進して応力の集中を可及的に回避してクランクシャフトの耐久性を向上させることができる内燃機関のクランクシャフト構造を供する点にある。

上記目的を達成するために、本願発明者は、クランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部に生じる応力を解析して鋭意研究した結果、前記隅部の近傍に設けられる凹部がクランクピンに近ければ近い程、応力がより緩和されて応力の集中を可及的に回避することができることを見出した。

この解析結果に基づき、請求項１記載の発明は、
クランクアーム部に連続してカウンタウエイト部が形成されたクランクウエブが回転中心軸にクランクジャーナルを突出形成するとともに、相対向させたクランクウエブのクランクアーム部間をクランクピンが連結して一体に形成された一体式のクランクシャフトであって、
前記クランクアーム部における前記クランクピンの付け根の周囲に環状に膨出してコネクティングロッドの軸方向の移動を規制するスラスト受面が形成されたクランクシャフトにおける内燃機関のクランクシャフト構造において、
相対向するクランクウエブの対向面におけるクランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部(A)の近傍であって前記スラスト受面を一部切り欠く程に前記クランクピンに近い位置、かつ前記クランクジャーナルの中心軸に少なくとも一部が重なるように凹部(G)が形成され、
前記クランクジャーナルの中心軸に形成される第１給油路(31,61)と、前記第１給油路(31,61)の前記クランクジャーナルの中心軸から外方に離間した位置から前記クランクアーム部内を斜めに通って前記クランクピン内に延びる第２給油路(32,62)と、前記第２給油路(32,62)に直交して延び前記クランクピンの外周面に開口する第３給油路(33,63)とからなる油路構造が前記クランクシャフト内に形成され、
前記第２給油路(32,62)は、前記凹部Ｇから離れた応力中立面上に位置するように形成され、
前記凹部(G)は、少なくとも燃焼行程における最大圧力がコネクティングロッドを介してクランクピンに加わるクランク角度の時のピストンピンの中心軸(Cz)とクランクピンの中心軸(Cy)とを結ぶ最大圧力直線(P)上に形成されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記凹部(G)は、少なくとも一部が前記クランクシャフトの回転中心軸(Cx)よりクランクピン側に位置することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記凹部(G)は、前記クランクウエブを前記最大圧力直線(P)と交差する方向に直線的に貫通して形成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記凹部(G)は、前記最大圧力直線(P)と交差する方向に長尺に１つ形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記凹部(G)は、前記スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に延びて１つ形成されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、
請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記凹部(G)は、前記スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に複数形成されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の内燃機関のクランクシャフト構造において、
前記内燃機関は、気筒が互いにＶ字に配置されたＶ型内燃機関であり、
各気筒のコネクティングロッドがクランクシャフトの共通のクランクピンに連結されることを特徴とする。

請求項１記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、一体式のクランクシャフトであって、クランクアーム部におけるクランクピンの付け根の周囲に環状に膨出してコネクティングロッドの軸方向の移動を規制するスラスト受面が形成されたクランクシャフトにおいて、相対向するクランクウエブの対向面におけるクランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部(A)の近傍であってスラスト受面を一部切り欠く程にクランクピンに近い位置に凹部(G)が形成されるので、応力緩和が促進されて応力の集中を可及的に回避してクランクシャフトの耐久性をより一層向上させることができる。
前記凹部(G)の容積が大きい程、クランクシャフトの第２給油路(32,62)より凹部(G)側の体積が減少して引っ張り力も圧縮力も作用しない応力中立面は凹部(G)から離れる位置に変位することを考慮して、第１給油路(31,61)からクランクアーム部内を通ってクランクピン内に向かって直線的に延びる第２給油路(32,62)を、凹部(G)の容積が大きい程凹部(G)から離れる位置すなわち引っ張りも圧縮も受けない応力中立面上に形成することができ、第２給油路(32,62)に応力を殆ど生じさせずにできるだけ形状を維持して破断等を防止することができる。

前記凹部(G)が、少なくとも燃焼行程における最大圧力がコネクティングロッドを介してクランクピンに加わるクランク角度の時のピストンピンの中心軸(Cz)とクランクピンの中心軸(Cy)とを結ぶ最大圧力直線(P)上に形成されるので、クランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部(A)のうち最も応力が集中する隅部(A)の近傍に凹部(G)が形成され、応力の集中を効果的に緩和することができ、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。

請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、前記凹部(G)は、少なくとも一部がクランクシャフトの回転中心軸(Cx)よりクランクピン側に位置するので、凹部(G)に溜まったオイルは、クランクシャフトの回転による遠心力により少なくとも一部がクランクピン側に移動して凹部(G)からスラスト受面に漏れ出してスラスト受面とコネクティングロッドの大端との摺接部を容易に潤滑することができる。

請求項３記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、前記凹部(G)は、クランクウエブを最大圧力直線(P)と交差する方向に直線的に貫通して形成されるので、点火時期が変化して最大圧力がクランクピンに加わるクランク角度の変動に伴い最大圧力直線(P)が変位しても直線的に長尺に形成された凹部(G)のいずれかの部位が最大圧力直線(P)上にあって常に応力の集中を緩和することができる。
また、凹部(G)はクランクウエブを直線的に貫通して形成されるので、鍛造成型時に凹部(G)を形成することが容易である。

請求項４記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、前記凹部(G)は、最大圧力直線(P)と交差する方向に長尺に１つ形成されるので、内燃機関の燃焼時にクランクピンにかかる圧力により応力が集中する隅部(A)の必要な範囲を隅部(A)に近接した凹部(G)がカバーして応力の分散を図り、その上で、クランクピンに最大圧力が加わるクランク角度の時に隅部(A)に生じる最大の応力集中も、凹部(G)が最大圧力直線(P)上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。

請求項５記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、前記凹部(G)は、スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に延びて１つ形成されるので、内燃機関の燃焼時にクランクピンにかかる圧力により応力が集中する隅部(A)の必要な範囲を隅部(A)に近接した凹部(G)が円弧状に効率良くカバーして常時応力の分散を図ることができるとともに、最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線(P)上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。

請求項６記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、前記凹部(G)は、前記スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に複数形成されるので、内燃機関の燃焼時にクランクピンにかかる圧力により応力が集中する隅部(A)の広い範囲を複数の凹部(G)が効率良くカバーして応力の分散を図ることができるとともに、最大の応力集中も、凹部(G)が最大圧力直線(P)上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフトの耐久性を向上させることができる。

請求項７記載の内燃機関のクランクシャフト構造によれば、気筒が互いにＶ字に配置されたＶ型内燃機関で、各気筒のコネクティングロッドがクランクシャフトの共通のクランクピンに連結されるので、各気筒の燃焼による最大圧力がクランクピンに加わるクランク角度は同じであり、各最大圧力直線(P)のクランクウエブに対する位置関係も同じとなるため、両最大圧力直線(P)のいずれの直線上にも同一の凹部(G)が位置して、いずれの最大圧力時にも応力の集中を緩和することができ、少ない構成でクランクシャフトの耐久性を向上することができる。

本発明の第１の実施形態に係るクランクシャフトを採用した内燃機関の一部断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 同クランクシャフトの側面図である。 同クランクシャフトの縦断面図（図５のＩＶ−ＩＶ線断面図）である。 同クランクシャフトの横断面図（図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。 第２の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。 第３の実施形態に係るクランクシャフトの側面図である。 同クランクシャフトの縦断面図（図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図）である。 同クランクシャフトの横断面図（図７のＩＸ−ＩＸ線断面図）である。 第４の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。 第５の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。 第６の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。 第７の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。 第８の実施形態に係るクランクシャフトの横断面図である。

以下、本発明に係る第１の実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施形態に係る内燃機関１は、Ｖ型４気筒の４ストローク内燃機関であり、図１は、同内燃機関１の一部断面図である。

同内燃機関１は自動二輪車にクランクシャフト20を左右方向に指向させた横置きに搭載される。
なお、本明細書の説明において、前後左右の向きは、自動二輪車の直進方向を前方とする車両の通常の基準に従うものとする。

内燃機関１は、クランクシャフト20が下側のクランクケース２とその上側のシリンダブロック３との合わせ面に挟まれて支持されている。
シリンダブロック３はクランクケース２とともにクランク室を構成する部分から前後斜め上方に前バンクシリンダ部３Ｆ，後バンクシリンダ部３Ｒが延出し、前後バンクシリンダ部３Ｆ，３Ｒの上に前後シリンダヘッド４Ｆ，４Ｒがそれぞれ重ねられ、さらにその上を前後シリンダヘッドカバー５Ｆ，５Ｒが覆っている。

クランクシャフト20は、クランクアーム部21ａに連続してカウンタウエイト部21ｗが形成されたクランクウエブ21が回転中心軸（クランクシャフト中心軸Ｃｘ）にクランクジャーナル22を突出形成するとともに、相対向させたクランクウエブ21，21のクランクアーム部21ａ，21ａ間をクランクピン23が連結して一体に形成された一体式のクランクシャフト20であり、クランクピン23とその両側のクランクウエブ21，21の組み合わせを、２組前後に配して共通のクランクジャーナル22で一体に連結して形成されている。

図５を参照して、クランクウエブ21は、クランク軸方向視（側面視）でクランクアーム部21ａがクランクピン23からクランクシャフト中心軸Ｃｘに向かってクランクピン23の外径より幅広に広がって延びてカウンタウエイト部21ｗに至り、カウンタウエイト部21ｗはさらに幅広に拡がった幅長を外径とする略半円板状をなしている。

このような一体式のクランクシャフト20の左右方向３つのクランクジャーナル22が、シリンダブロック３の軸受壁３ｂとクランクケース２の軸受壁２ｂに軸受10を介して挟まれて回転自在に架設される。
このV型４気筒内燃機関の場合、左右のクランクピン23，23のクランク角度位置は同じである。
すなわち、クランク軸方向視で左右のクランクピン23，23は重なる。

前後バンクシリンダ部３Ｆ，３Ｒのシリンダボアを往復摺動する前後ピストン６Ｆ，６Ｒの前後ピストンピン７Ｆ，７Ｒと左右のクランクピン23，23とを、前後コネクティングロッド８Ｆ，８Ｒがそれぞれ連結してクランク機構を構成している。
左右のクランクピン23，23のそれぞれに前コネクティングロッド８Ｆの大端８Fbと後コネクティングロッド８Ｒの大端８Rbが、左右に並んでメタルベアリング９，９を介して回動自在に嵌合している。
すなわち、同一のクランクピン23に前コネクティングロッド８Ｆと後コネクティングロッド８Ｒが２つとも連結される。

なお、コネクティングロッド８Ｆ，８Ｒの大端８Lb，８Rbは、半割のロッド本体側とロッドキャップ側の２分割構造をなし、クランクピン23をメタルベアリング９を介装して挟むようにして嵌合される。

一体式のクランクシャフト20は、クランクアーム部21ａにおけるクランクピン23の付け根の周囲に環状に膨出してスラスト受面21ｓが形成され、スラスト受面21ｓがコネクティングロッド８Ｆ，８Ｒの大端８Lb，８Rbの軸方向の移動を規制している。
クランクピン23のクランクピン中心軸Ｃｙを中心として円環状に形成されるスラスト受面21ｓの外周縁は、クランクシャフト中心軸Ｃｘに近接する位置にある（図５参照）。

相対向するクランクウエブ21の対向面におけるクランクピン23からクランクアーム部21ａにかけて連続する隅部Ａ（クランクピン23の付け根のクランクシャフト中心軸Ｃｘ側部位であり、図５に散点模様で示した部位）の近傍であってスラスト受面21ｓを一部切り欠く程にクランクピン23に近い位置に凹部Ｇが形成されている。
凹部Ｇは、クランクアーム部21ａのカウンタウエイト部21ｗとの連結部をクランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙを結ぶ直線に直交する方向に指向して直線的に溝状をなして貫通している。

一体式のクランクシャフト20の内部には、クランクピン23とコネクティングロッド８Ｆ，８Ｒの大端８Fb，８Rbとの連結部のメタルベアリング９，９に潤滑油を供給する給油路が形成されている。
クランクシャフト20の縦断面図である図４を参照して、前後のクランクジャーナル22，22には軸心に、前後両側から潤滑油を採り入れる第１給油路31，31が形成されており、第１給油路31，31からクランクアーム部21ａ，21ａ内を通ってクランクピン23内に第２給油路32，32が斜めに延びて形成されている。

第２給油路32，32は、クランクアーム部21ａ，21ａ内は内径が小さい小径第２給油路32ａ，32ａを形成し、クランクピン23内は内径が大きい大径第２給油路32ｂ，32ｂを形成している。
そして、クランクピン23内の大径第２給油路32ｂ，32ｂに直交して第３給油路33，33が穿孔されて、第３給油路33，33は両端がクランクピン23の外周面に開口して潤滑油の吐出口としてメタルベアリング９の内側に潤滑油を供給する。

本クランクシャフト20は、以上のように一体に鍛造成型され、穿孔加工により給油路を形成して成形されている。
クランクピン23からクランクアーム部21ａにかけて連続する隅部Ａは、内燃機関の燃焼時にクランクピン23にかかる圧力により応力が集中する部位であり、本願発明者による凹部Ｇを隅部Ａに近づければ近づける程、隅部Ａに生じる応力を分散して緩和する効果が増大するという解析結果に基づいて、直線溝状をなす凹部Ｇを、隅部Ａにより近づけるために、スラスト受面21ｓを一部切り欠いてまで接近した位置に形成している。

そして、内燃機関の燃焼行程において、ピストンの上死点の手前で点火して燃焼が開始した後に上死点を多少過ぎた辺りで膨張圧力が最大となり、コネクティングロッド８Ｆ，８Ｒを介してクランクピン23に最大圧力が加わる。
図２は、前バンクシリンダ部３Ｆの右気筒の燃焼行程において膨張圧力が最大となり、前コネクティングロッド８Ｆを介してクランクピン23に最大圧力が加わった時の状態を示している。

このクランクピン23に最大圧力が加わるクランク角度の時におけるピストンピン７の中心軸（ピストンピン中心軸Ｃｚ）とクランクピン23の中心軸（クランクピン中心軸Ｃｙ）とを結ぶ直線を最大圧力直線Ｐとすると、最大圧力直線Ｐは、凹部Ｇに交差する（図２，図５参照）。

したがって、凹部Ｇを、隅部Ａに極力近い位置に形成して隅部Ａにおける応力を可及的に分散可能とした上で、クランクピン23に最大圧力が加わるクランク角度の時に隅部Ａに生じる最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト20の耐久性を向上させることができる。

なお、本Ｖ型４気筒内燃機関の場合、同じクランクピン23に前コネクティングロッド８Ｆと後コネクティングロッド８Ｒの各大端８Lb，８Rbが連結され、前後バンクシリンダ部３Ｆ，３Ｒの各燃焼行程の膨張圧力が、前後ピストン６Ｆ，６Ｒを押して前後コネクティングロッド８Ｆ，８Ｒを介して同じクランクピン23に作用する。
前後バンクシリンダ部３Ｆ，３Ｒの各膨張圧力の最大圧力が作用するいずれの場合も、最大圧力直線Ｐとクランクウエブ21との位置関係は同じなるように点火時期は設定されており、よって最大圧力直線Ｐ上に凹部Ｇが同じ位置関係で位置し、いずれの最大圧力時にも応力の集中を緩和することができ、少ない構成でクランクシャフト20の耐久性を向上することができる。

内燃機関の燃焼時にクランクピン23にかかる圧力によりクランクピン23からクランクアーム部21ａにかけて連続する隅部Ａに応力が集中するが、このときのクランクアーム部21ａにおける応力分布を解析すると、引っ張り力も圧縮力も作用しない応力中立面が隅部Ａの周囲に形成され、応力中立面より隅部Ａ側が引っ張られ、応力中立面より隅部Ａと反対側が圧縮される。
応力中立面より隅部Ａ側に凹部Ｇがあり、応力中立面より隅部Ａ側の体積が凹部Ｇにより減少している分、通常凹部Ｇが存在しないクランクシャフトに比べて応力中立面は凹部Ｇから離れた位置にある。

一体式の本クランクシャフト20の内部に穿設された給油路31，32，33のうちクランクアーム部21ａ内を斜めに穿設される小径第２給油路32ａは、この凹部Ｇから離れた位置にある応力中立面上に形成されている。
したがって、小径第２給油路32は、引っ張り力も圧縮力も作用しない応力中立面にあるので、小径第２給油路32ａには応力が殆ど生じないため、小径第２給油路32ａの形状が維持されて破断等を防止することができる。

凹部Ｇの容積が大きい程、凹部Ｇから離れる位置に引っ張りも圧縮も受けない応力中立面が移動するため、小径第２給油路32も凹部Ｇから離れた応力中立面上に位置するように形成する。
また、小径第２給油路32の内径を小径に形成することで、応力中立面周囲の体積を増加させてクランクアーム部21ａの剛性を向上させることができ、応力による変形を抑制することができる。

凹部Ｇは、少なくとも一部がクランクシャフト20の回転中心軸（クランクシャフト中心軸Ｃｘ）よりクランクピン23側に位置するので、凹部Ｇに溜まったオイルは、クランクシャフト20の回転による遠心力により少なくとも一部がクランクピン23側に片寄って凹部Ｇからスラスト受面21ｓに漏れ出してスラスト受面21ｓとコネクティングロッド８Ｌ，８Ｒの大端８Lb，８Rbとの摺接部を容易に潤滑することができる。

凹部Ｇは、クランクウエブ21を最大圧力直線Ｐと交差する方向に直線的に貫通して長尺に形成されるので、点火時期が変化して最大圧力がクランクピン23に加わるクランク角度の変動に伴い最大圧力直線Ｐが変位しても直線的に長尺に形成された凹部Ｇのいずれかの部位が最大圧力直線Ｐ上にあって常に応力の集中を緩和することができる。
また、凹部Ｇはクランクウエブ21を直線的に貫通して形成されるので、鍛造成型時に凹部Ｇを形成することが容易である。

次に、クランクウエブを変形した第２の実施形態を図６に示し説明する。
本クランクシャフト40は、前記第１の実施形態に係るクランクシャフト20のうちクランクウエブを変形したものである。

第１の実施形態に係るクランクシャフト20のクランクウエブ21は、クランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを含む平面に関して面対称に形成されていたが、本クランクシャフト40は、クランクアーム部41ａに対してカウンタウエイト部41ｗがクランクシャフト中心軸Ｃｘを中心に若干回転変位した形状をしてクランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを含む平面に関して非対称となっている。

カウンタウエイト部41ｗとともに直線的に貫通する溝状の凹部Ｇもともに回転変位している。
凹部Ｇは、クランクピン43からクランクアーム部41ａにかけて連続する隅部Ａの近傍であってスラスト受面41ｓを一部切り欠く程にクランクピン43に近い位置にある。

クランクピン43に最大圧力が加わるクランク角度の時のピストンピンの中心軸（ピストンピン中心軸Ｃｚ）とクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ最大圧力直線Ｐ側に寄ってカウンタウエイト部41ｗと凹部Ｇが回転変位しているので、最大圧力直線Ｐは溝状の凹部Ｇに垂直に近くなって交差する。

凹部Ｇを、隅部Ａに極力近い位置に形成して隅部Ａにおける応力を可及的に分散可能とした上で、クランクピン23に最大圧力が加わるクランク角度の時に隅部Ａに生じる最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上に垂直に近く交差して位置することにより効果的に緩和され、クランクシャフト40の耐久性を向上させることができる。

次に、第３の実施形態に係る一体式のクランクシャフト50について図７ないし図９に基づき説明する。
本クランクシャフト50は、クランクウエブ51の形状と給油路の構造が前記実施の形態と異なる例である。
本クランクシャフト50は、Ｖ型４気筒内燃機関に用いられるもので、相対向させたクランクウエブ51，51のクランクアーム部51ａ，51ａ間をクランクピン53が連結して一体に形成された一体式のクランクシャフト50であり、クランクピン53とその両側のクランクウエブ51，51の組み合わせを、２組前後に配して共通のクランクジャーナル52で一体に連結して形成されている。

図９を参照して、クランクウエブ51は、クランク軸方向視（側面視）でクランクアーム部51ａがクランクピン53からクランクシャフト中心軸Ｃｘに向かってクランクピン53の外径より大きく幅広に広がって延びてカウンタウエイト部51ｗに至り、カウンタウエイト部51ｗはクランクアーム部51ａの幅広に拡がった最大幅長を外径とする略半円板状をなしている。

クランクアーム部51ａにおけるクランクピン53の付け根の周囲に環状に膨出してスラスト受面21ｓが形成され、クランクピン53からクランクアーム部51ａにかけて連続する隅部Ａの近傍であってスラスト受面51ｓを一部切り欠く程にクランクピン53に近い位置に凹部Ｇが長円状に形成されている。

凹部Ｇは、クランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ直線より一方の側に片寄って位置している。
クランクピン53に最大圧力が加わるクランク角度の時におけるピストンピン中心軸Ｃｚとクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ最大圧力直線Ｐが通る側に、凹部Ｇは片寄って形成され、最大圧力直線Ｐ上にある。

したがって、内燃機関の燃焼時にクランクピン53にかかる圧力により応力が集中する隅部Ａの必要な範囲を隅部Ａに近接した凹部Ｇが効率良くカバーして応力の分散を図り、その上で、クランクピン53に最大圧力が加わるクランク角度の時に隅部Ａに生じる最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト50の耐久性を向上させることができる。

本一体式のクランクシャフト50の内部に形成される給油路は、図８を参照して、前後のクランクジャーナル52，52には軸心に、前後両側から潤滑油を採り入れる第１給油路61，61が形成されており、第１給油路61，61からクランクアーム部51ａ，51ａ内を通ってクランクピン53内に第２給油路62，62が斜めに延びて穿設されている。

そして、第２給油路62，62にクランクピン53の中央で交差するように連結給油路62ｃ，62ｃが穿設され、左右の連結給油路62ｃ，62ｃは中央のクランンクジャーナル52の中央で連結している。
第２給油路62，62および連結給油路62ｃ，62ｃに直交して第３給油路63，63が穿孔されて、第３給油路63，63は両端がクランクピン53の外周面に開口して潤滑油の吐出口としてクランクピンとコネクティングロッドの大端との連結部に潤滑油を供給する。

一体式の本クランクシャフト50の内部に穿設された給油路のうちクランクアーム部51ａ内を斜めに穿設される第２給油路62は、この凹部Ｇから離れた位置にある応力中立面上に形成されている。
したがって、第２給油路62は、引っ張り力も圧縮力も作用しない応力中立面にあるので、第２給油路62には応力が殆ど生じないため、第２給油路62の形状が維持されて破断等を防止することができる。

次の第４の実施形態のクランクシャフト70は、図１０に示すように、前記第３の実施形態のクランクシャフト50（図９参照）における長円状の凹部Ｇの形状を変更して円弧状に形成した変形例である。
内燃機関の燃焼時にクランクピン53にかかる圧力により応力が集中するクランクピン73からクランクアーム部71ａにかけて連続する隅部Ａが円弧状に存在するので、凹部Ｇは隅部Ａに沿って近接してスラスト受面71ｓを一部切り欠いて円弧状に形成されることになり、隅部Ａの必要な範囲を隅部Ａに近接した円弧状の凹部Ｇが効率良くカバーして応力を効果的に分散し、かつ隅部Ａに生じる最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上にあることにより緩和され、クランクシャフト50の耐久性を向上させることができる。

次の第５の実施形態のクランクシャフト80は、図１１に示すように、前記第３の実施形態のクランクシャフト50（図９参照）における長円状の凹部Ｇの位置を変更してクランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ直線上に移動したもので、同直線に対してクランクシャフト80は対称形状をなす。
但し、凹部Ｇは、最大圧力直線Ｐ上にあるようにする。

したがって、第５の実施形態のクランクシャフト80も、凹部Ｇを、隅部Ａに極力近い位置に形成して隅部Ａにおける応力を可及的に分散可能とした上で、クランクピン83に最大圧力が加わるクランク角度の時に隅部Ａに生じる最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト80の耐久性を向上させることができる。

次の第６の実施形態のクランクシャフト90は、図１２に示すように、上記第５の実施形態のクランクシャフト80（図１１参照）における長円状の凹部Ｇの形状を変更して円弧状に形成した変形例である。
内燃機関の燃焼時にクランクピン93にかかる圧力により応力が集中する隅部Ａの必要な範囲を隅部Ａに近接した凹部Ｇが円弧状に効率良くカバーして常時応力の分散を図ることができるとともに、最大の応力集中も、凹部Ｇが最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト90の耐久性を向上させることができる。

次の第７の実施形態のクランクシャフト100は、図１３に示すように、前記第３の実施形態のクランクシャフト50（図１１参照）における円弧状の凹部Ｇの変形例であり、凹部Ｇを２つに分割したものである。
クランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ直線上に円形の凹部Ｇ１が形成され、同直線より一方の側に片寄って円弧状の凹部Ｇ２が形成されており、円弧状の凹部Ｇ２は最大圧力直線Ｐが通る側に片寄って位置して最大圧力直線Ｐ上にある。

内燃機関の燃焼時にクランクピン103にかかる圧力により応力が集中する隅部Ａの広い範囲を分割された凹部Ｇ１と凹部Ｇ２が効率良くカバーして対応可能として応力の分散を図ることができるとともに、最大の応力集中も、凹部Ｇ２が最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト100の耐久性を向上させることができる。

次の第８の実施形態のクランクシャフト110は、図１４に示すように、前記第３の実施形態のクランクシャフト50（図１１参照）における円弧状の凹部Ｇの変形例であり、凹部Ｇを３つに分割したものである。
クランクシャフト中心軸Ｃｘとクランクピン中心軸Ｃｙとを結ぶ直線上に円弧状の凹部Ｇ１が形成され、同直線の両側にそれぞれ円弧状の凹部Ｇ２，Ｇ３が形成されている。
一方の側に片寄った凹部Ｇ２は、最大圧力直線Ｐ上にある。

内燃機関の燃焼時にクランクピン113にかかる圧力により応力が集中する隅部Ａの広い範囲を分割された凹部Ｇ１と凹部Ｇ２と凹部Ｇ３が十分カバーして対応可能として応力の分散を図ることができるとともに、最大の応力集中も、凹部Ｇ２が最大圧力直線Ｐ上にあることにより効果的に緩和され、クランクシャフト110の耐久性を向上させることができる。

以上の実施形態では、Ｖ型４気筒内燃機関に用いられるクランクシャフトに適用した例を挙げて説明したが、本発明は、Ｖ型４気筒内燃機関に限らず単気筒、直列多気筒等の内燃機関に用いられるクランクシャフトにも適用可能である。

１…内燃機関、
Ｃｘ…クランクシャフト中心軸、Ｃｙ…クランクピン中心軸、Ｃｚ…ピストンピン中心軸、
20…クランクシャフト、21…クランクウエブ、21ａ…クランクアーム部、21ｗ…カウンタウエイト部、21ｓ…スラスト受面、22…クランクジャーナル、23…クランクピン、
31…第１給油路、32…第２給油路、32…第２給油路、32ａ…小径第２給油路、32ｂ…大径第２給油路、33…第３給油路、
40…クランクシャフト、41…クランクウエブ、41ａ…クランクアーム部、41ｗ…カウンタウエイト部、41ｓ…スラスト受面、43…クランクピン、
50…クランクシャフト、51…クランクウエブ、51ａ…クランクアーム部、51ｗ…カウンタウエイト部、51ｓ…スラスト受面、52…クランクジャーナル、53…クランクピン、
61…第１給油路、62…第２給油路、63…連結給油路、64…第３給油路、
70…クランクシャフト、71…クランクウエブ、71ａ…クランクアーム部、71ｗ…カウンタウエイト部、71ｓ…スラスト受面、72…クランクジャーナル、73…クランクピン、
80…クランクシャフト、81…クランクウエブ、81ａ…クランクアーム部、81ｗ…カウンタウエイト部、81ｓ…スラスト受面、82…クランクジャーナル、83…クランクピン、
90…クランクシャフト、91…クランクウエブ、91ａ…クランクアーム部、91ｗ…カウンタウエイト部、91ｓ…スラスト受面、92…クランクジャーナル、93…クランクピン、
100…クランクシャフト、101…クランクウエブ、101ａ…クランクアーム部、101ｗ…カウンタウエイト部、101ｓ…スラスト受面、102…クランクジャーナル、103…クランクピン、
110…クランクシャフト、111…クランクウエブ、111ａ…クランクアーム部、111ｗ…カウンタウエイト部、111ｓ…スラスト受面、112…クランクジャーナル、113…クランクピン。

Claims (7)

1. クランクアーム部に連続してカウンタウエイト部が形成されたクランクウエブが回転中心軸にクランクジャーナルを突出形成するとともに、相対向させたクランクウエブのクランクアーム部間をクランクピンが連結して一体に形成された一体式のクランクシャフトであって、
   前記クランクアーム部における前記クランクピンの付け根の周囲に環状に膨出してコネクティングロッドの軸方向の移動を規制するスラスト受面が形成されたクランクシャフトにおける内燃機関のクランクシャフト構造において、
   相対向するクランクウエブの対向面におけるクランクピンからクランクアームにかけて連続する隅部(A)の近傍であって前記スラスト受面を一部切り欠く程に前記クランクピンに近い位置、かつ前記クランクジャーナルの中心軸に少なくとも一部が重なるように凹部(G)が形成され、
   前記クランクジャーナルの中心軸に形成される第１給油路(31,61)と、前記第１給油路(31,61)の前記クランクジャーナルの中心軸から外方に離間した位置から前記クランクアーム部内を斜めに通って前記クランクピン内に延びる第２給油路(32,62)と、前記第２給油路(32,62)に直交して延び前記クランクピンの外周面に開口する第３給油路(33,63)とからなる油路構造が前記クランクシャフト内に形成され、
   前記第２給油路(32,62)は、前記凹部Ｇから離れた応力中立面上に位置するように形成され、
   前記凹部(G)は、少なくとも燃焼行程における最大圧力がコネクティングロッドを介してクランクピンに加わるクランク角度の時のピストンピンの中心軸(Cz)とクランクピンの中心軸(Cy)とを結ぶ最大圧力直線(P)上に形成されることを特徴とする内燃機関のクランクシャフト構造。
2. 前記凹部(G)は、少なくとも一部が前記クランクシャフトの回転中心軸(Cx)よりクランクピン側に位置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のクランクシャフト構造。
3. 前記凹部(G)は、前記クランクウエブを前記最大圧力直線(P)と交差する方向に直線的に貫通して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造。
4. 前記凹部(G)は、前記最大圧力直線(P)と交差する方向に長尺に１つ形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造。
5. 前記凹部(G)は、前記スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に延びて１つ形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造。
6. 前記凹部(G)は、前記スラスト受面の外周縁に沿って前記最大圧力直線(P)の両側に円弧状に複数形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関のクランクシャフト構造。
7. 前記内燃機関は、気筒が互いにＶ字に配置されたＶ型内燃機関であり、
   各気筒のコネクティングロッドがクランクシャフトの共通のクランクピンに連結されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の内燃機関のクランクシャフト構造。

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