JP7464345B2 - モノブロック式内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとを一体化したモノブロック式内燃機関に関するもので、特に、クランク軸の構造に特徴を有している。

内燃機関は、ピストンが嵌挿されたシリンダブロックと吸排気ポートが形成されたシリンダヘッド、ピストンの往復動を回転運動に変換するコンロッド及びクランク軸を備えており、コンロッドは、ピストンピンによってピストン連結された小端部と、クランクピンに連結された大端部とを有している。

クランク軸には鋳造品と組み立て式とがあるが、いずれにしても、従来は、クランクピンはクランクジャーナルよりも小径に設定されている（例えば特許文献１）。

特開２０１１－１６９３７９号公報

さて、クランク軸のクランクジャーナルは、軸受けメタルを介してシリンダブロックに回転自在に保持されているが、メカロスを軽減して燃費を向上させるためには、クランクジャーナルを可能な範囲で小径化して軸受けメタルとの間のフリクションを抑制することが有益であるが、クランクジャーナルを小径化するとクランク軸の全体としての剛性が低下するため、クランク軸全体の剛性を保持しつつクランクジャーナルを小径化するためには、クランクピンを大径化してバランスを取る必要がある。

他方、シリンダヘッドとシリンダブロックとが別体になっている一般的な内燃機関では、組み立てに際してコンロッドを上からシリンボアに挿入しているため、クランクピンを大径化するとコンロッドの大端部も大きくなり、すると、コンロッドの大端部をシリンボアに挿入できずに内燃機関を組み立てできなくなってしまう。

そこで従来は、コンロッドの大端部はシリンボアに挿入できる大きさに設定せざるを得ない事情があり、このようなコンロッドの大端部の大きさの制約を受けて、クランクピンはクランクジャーナルよりも小径に設定されていたのであるが、上記のとおり、クランクジャーナルを小径化できずにメカロスを低減できていなかった。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、組み立ての問題なくクランク軸のメカロス低減等を実現できる内燃機関を提供せんとするものである。

本願発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとが一体化しているモノブロック構造に着目し、このモノブロック構造を有効利用すべく、本願発明を完成させた。

すなわち本願発明は、
「シリンダヘッドが一体化されると共にピストンが摺動自在に嵌まるシリンダボアを形成したシリンダブロックと、コンロッドを介して前記ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸とを備えており、
前記クランク軸は、クランクアームを介して連結されたクランクジャーナルとクランクピンとを備えており、前記クランクピンに前記コンロッドの大端部が連結されている」
という構成において、
「前記コンロッドの大端部は前記シリンダボアに挿入できない大きさに設定されて、前記クランクピンは前記クランクジャーナルよりも大径に設定されており、かつ、前記クランクピンとクランクジャーナルとはクランク軸線方向から見て重なっていない」
という構成が付加されている。

本願発明の内燃機関はモノブロック式であるので、ピストン及びコンロッドはクランクケースの側からシリンボアに挿入される。従って、大端部の大きさがシリンボアの内径に影響されることはなく、従って、内燃機関の組み立て性を阻害することなく、クランクピンを大径化してクランクジャーナルを小径化できる。結果として、シリンダボアを小径化してストロークも長くできる。

従って、本願発明では、組み立て性とクランク軸の剛性とを損なうことなくクランクジャーナルのフリクション（メカロス）を低減して、燃費の向上に貢献できる。また、クランク軸には鋳造品（鍛造品）と組み立て品とがあるが、クランクピンとクランクジャーナルとはクランク軸線方向から見て重なっていないため、組み立て品の場合に均等に圧入して製造を確実化できる。

実施形態をシリンボアの中心線箇所で切断しクランク軸線方向から見た縦断面図である。 図１のII-II 視側断面図である。 図１のIII-III 視平断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用（自動車用）の多気筒（例えば３気筒）内燃機関に適用している。以下では、方向を特定するため前後と左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンボア軸線方向と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前、変速機が配置される側を後ろとしている。

(1).基本構造
図１に示すように、内燃機関は、基本的要素として、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とが一体化したモノブロック式の本体ブロックと、シリンダブロック１の下面にボルト３で固定されたクランクケース４とを備えている。ボルト３は、各シリンダボア５の中心線を挟んだ左右両側と、各シリンダボア５の前後両側の部位、及び、左右両側の部位とに配置されている。

図１から容易に推測できるように、クランクケース４には、クランク軸６のクランクジャーナル７を上から保持する軸受け壁部８が形成されており、クランクジャーナル７は、軸受け壁部８の下面にボルト９で固定されたクランクキャップ１０によって回転自在に保持されている。軸受け壁部８及びクランクキャップ１０とクランクジャーナル７の間には、上下２割り方式の軸受けメタル１１が配置されている。

なお、図１において符号１２で示すのは吸気ポート、符号１３で示すのは排気ポート、符号１４で示すのは点火プラグを装着するイグニッションホール、符号１５で示すのは冷却水ジャケット、符号１６で示すのはオイルパンである。複数の排気ポート１３は、１つに集合して排気側面に開口している。

図１のとおり、各シリンダボア５にはピストン１７が摺動自在に嵌め込まれている。ピストン１７にはピストンピン１８を介してコンロッド１９の小端部１９ａが連結されており、コンロッド１９の大端部１９ｂは、クランク軸６のクランクアーム２０に固定されたクランクピン２１に連結されている。

コンロッド１９の大端部１９ｂは、コンロッド１９の本体部とコンロッドキャップ１９ｃとから成っており、コンロッドキャップ１９ｃを介して連結されている。図３に示すように、コンロッド１９のうち小端部１９ａと大端部１９ｂとを除いた部位は、断面Ｈ形になっている。コンロッドキャップ１９ｃは、図示しないボルトによってコンロッド１９の本体部に締結されている。なお、クランクアーム２０にカウンタウエイトを設けることも可能である。

本実施形態では、クランク軸６はクランクジャーナル７とクランクアーム２０とクランクピン２１とが別体に製造されてから組み立てられている。従って、本願発明のクランク軸６は組み立て式（分割式）である。このため、クランクアーム２０には、クランクジャーナル７の一端部が圧入されるセンター穴２３と、クランクピン２１の一端部が圧入されるエンド穴２４とが空いている。

図２に示すように、クランクジャーナル７及びクランクピン２１には、それらの軸心を横切る潤滑用横穴２５，２６が空いており、かつ、クランクピン２１とクランクアーム２０とクランクジャーナル７とに、クランクジャーナル７の潤滑用横穴２５とクランクピン２１の潤滑用横穴２６とを繋ぐ潤滑用傾斜穴２７が空いている。この場合、クランクジャーナル７の潤滑用横穴２５は軸心の部分が潤滑用傾斜穴２７と連通し、クランクピン２１の潤滑用横穴２６はクランクジャーナル７から離れた端部が潤滑用傾斜穴２７と連通している。

更に、クランクジャーナル７を回転自在に保持する上下の軸受けメタル１１には、クランクジャーナル７の潤滑用横穴２５と連通する潤滑用環状溝２８が形成されて、潤滑用環状溝２８には、シリンダブロック１に形成したオイルギャラリー２９が連通している。

他方、クランクピン２１については、コンロッドキャップ１９ｃのみに半円状の潤滑用円弧溝３２が形成されて、コンロッド１９の本体部には潤滑用円弧溝３２は形成されていない。もとより、潤滑用円弧溝３２はコンロッド１９の本体部とコンロッドキャップ１９ｃとの両方に形成してもよいし、コンロッド１９の本体部のみに形成してもよい。

(2).クランクジャーナルとクランクピンと大端部の特徴
図１に明示するように、本実施形態では、クランクジャーナル７の外径Ｄ１はクランクピン２１の外径Ｄ２よりも小径に設定されており、かつ、クランク軸線方向から見て、クランクジャーナル７とクランクピン２１とは重なっておらず、両者の間には若干の間隔が空いている。

クランクジャーナル７を従来よりも小径に設定したことに起因して、クランク軸６の剛性の低下を防止するためクランクピン２１の外径Ｄ２を従来よりも大きくしたが、クランクピン２１の外径Ｄ２が大きくなると大端部１９ｂの大きさも大きくなっており、図３に示すように、コンロッド１９の軸心方向から見た大端部１９ｂの外接円３１の直径Ｄ３はシリンダボア５の直径よりも大径になっている。

つまり、大端部１９ｂの外接円３１をシリンダボア５の直径よりも大径にすることにより、従来に比べてクランクジャーナル７を小径化してクランクピン２１を大径化したのであるが、本実施形態のようなモノブロック式の内燃機関では、組み立てに際しては、ピストン１７及びコンロッド１９はシリンダボア５に下方から（シリンダヘッド２と反対側から）挿入しており、大端部１９ｂがシリンダボア５に入り込むことはないため、大端部１９ｂの大きさはシリンダボア５に制約されることなく設定できるのであり、その結果、クランクジャーナル７を必要最小限度の外径Ｄ１に設定して、フリクションの低減を通じて燃費の向上に貢献できる。

本実施形態では、クランク軸６は組み立て式になっており、クランクジャーナル７及びクランクピン２１は一対の治具を使用して加熱下で軸方向に押圧して圧入（焼き嵌め）しているが、クランクジャーナル７とクランクピン２１とはクランク軸線方向から見て重複していないため、圧入用の治具はクランクジャーナル７及びクランクピン２１の端面全体を支持するように配置できる。その結果、圧入圧力を一定化してクランク軸６の精度良く組み立てることができる。

本実施形態では、クランクキャップ１０のみに潤滑用円弧溝３２を形成しているため、クランクピン２１への給油は半回転ごとに行われる間欠給油方式になっているが、クランクピン２１は大径化されて大端部１９ｂとのフリクションは低下しているため、間欠給油方式であっても支障なく潤滑できる。従って、オイルポンプの負担を軽減して、燃費の向上に貢献できる。この点も、本実施形態の利点の一つである。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、クランクアーム２０やコンロッド１９の形態は任意に変更できる。

本願発明は、モノブロック式内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
４ クランクケース
６ クランク軸
７ クランクジャーナル
８ 軸受け壁部
１０ クランクキャップ
１１ 軸受けメタル
１７ ピストン
１９ コンロッド
１９ａ 小端部
１９ｂ 大端部
１９ｃ コンロッドキャップ
２０ クランクアーム
２１ クランクピン
２５，２６ 潤滑用横穴
２７ 潤滑用傾斜穴

Claims (1)

1. シリンダヘッドが一体化されると共にピストンが摺動自在に嵌まるシリンダボアを形成したシリンダブロックと、コンロッドを介して前記ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸とを備えており、
   前記クランク軸は、クランクアームを介して連結されたクランクジャーナルとクランクピンとを備えており、前記クランクピンに前記コンロッドの大端部が連結されている構成であって、
   前記コンロッドの大端部は前記シリンダボアに挿入できない大きさに設定されて、前記クランクピンは前記クランクジャーナルよりも大径に設定されており、かつ、前記クランクピンとクランクジャーナルとはクランク軸線方向から見て重なっていない、
   モノブロック式内燃機関。

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