JPH07139538A - 内燃機関のクランク軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関のクランク軸において、メインジャ
ーナルの潤滑性を改善する。 【構成】 内燃機関のクランク軸１において、互いに１
８０度の位相差をもって延びる２つのクランクアーム３
を結ぶメインジャーナル４の内部に中空部６を形成し、
中空部６を回転径方向についてメインジャーナル４の中
心軸よりクランクピン２に近い側に配置するとともに、
回転軸方向について連接するクランクアーム３に近い側
に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のクランク軸
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の自動車用機関は高速化により出力
の向上がはかられているが、機関のクランク軸とコンロ
ッドは高速、大荷重のもとで摺動するため、潤滑的に非
常に厳しい条件となる。

【０００３】従来の内燃機関のクランク軸として、例え
ば図５に示すようなものがある(参考資料…「自動車技
術ハンドブック」 第２分冊 設計編 ６３貢 図３−
７４等)。

【０００４】これについて説明すると、４気筒機関に備
えられるクランク軸１は、機関の主軸受に回転自在に支
持される５つのメインジャーナル４と、コンロッドの大
端部が回転自在に結合する４つのクランクピン２と、メ
インジャーナル４とクランクピン２をつなぐ８つのクラ
ンクアーム３を備え、ピストンの往復動をコンロッドを
介して回転運動に変換する働きをする。

【０００５】メインジャーナル４は図示しないオイルギ
ャラリから主軸受に導かれた潤滑油で潤滑し、さらにク
ランク軸１の内部に形成されたオイル通路５を経由して
クランクピン６に潤滑油を送り込むようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、４気筒機関
に備えられるクランク軸１は、＃２，＃４メインジャー
ナル４の両端から延びる２つのクランクアーム３が互い
に１８０度の位相差をもっており、＃１，＃４ピストン
が上死点に到達し、＃２，＃３ピストンが下死点に到達
するとき、各ピストンおよびコンロッド等の慣性力が図
６に矢印で示すように＃２，＃４メインジャーナル４を
挟んで上下方向に働くため、＃２，＃４メインジャーナ
ル４がその回転軸に対して傾斜する変形を起こす。な
お、図示したメインジャーナル４の変形状態は、便宜上
実際よりも誇張して大きくしてある。

【０００７】このようにクランク軸１は＃２，＃４メイ
ンジャーナル４が傾斜する変形が生じるため、＃２，＃
４メインジャーナル４の軸受隙間は不均一となり、主軸
受の偏磨耗を引き起こしやすいという問題点がある。

【０００８】本発明は上記の問題点に着目し、内燃機関
のクランク軸において、メインジャーナルの潤滑性を改
善することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、機関本体側に
回転自在に支持されるメインジャーナルと、コンロッド
の大端部が回転自在に結合されるクランクピンと、メイ
ンジャーナルとクランクピンを結ぶクランクアームとを
有する内燃機関のクランク軸において、互いに１８０度
の位相差をもって延びる２つのクランクアームを結ぶメ
インジャーナルの内部に中空部を形成し、中空部を回転
径方向についてメインジャーナルの中心軸よりクランク
ピンに近い側に配置するとともに、回転軸方向について
連接するクランクアームに近い側に配置する。

【００１０】

【作用】中空部を回転径方向についてメインジャーナル
の中心軸よりクランクピンに近い側に配置するととも
に、回転軸方向について連接するクランクアームに近い
側に配置することより、中空部はクランク軸の変形によ
り軸受隙間が小さくなる部位に近接する。

【００１１】中空部はメインジャーナルの軸受隙間が小
さくなる部位の表面剛性を低下させて、油膜圧力によっ
てメインジャーナルの表面が変形することを促す。これ
により、最大油膜圧力が生じる部位が油膜厚さを大きく
する方向に変形し、油膜圧力分布を均一化すると同時
に、最小油膜厚さを大きくする。この結果、メインジャ
ーナルおよび主軸受の偏磨耗を防止し、境界潤滑により
摩擦損失が増大することを回避できる。

【００１２】中空部がメインジャーナルの回転軸より偏
心して形成されることにより、所定部位の表面剛性を低
下させる一方、クランク軸全体の捩り剛性を大きく低下
させることはなく、クランク軸の変形を抑制できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図１に示すように、４気筒機関に備えられ
るクランク軸１は、機関の主軸受に回転自在に支持され
る５つのメインジャーナル４と、コンロッドの大端部が
回転自在に結合する４つのクランクピン２と、メインジ
ャーナル４とクランクピン２をつなぐ８つのクランクア
ーム３を備え、ピストンの往復動をコンロッドを介して
回転運動に変換する働きをする。

【００１５】メインジャーナル４は図示しないオイルギ
ャラリから主軸受に導かれた潤滑油で潤滑され、さらに
クランク軸１の内部に形成されたオイル通路５を経由し
てクランクピン６に潤滑油を送り込み、これらの摺接部
を強制的に潤滑するようになっている。

【００１６】＃２，＃４メインジャーナル４の両端から
延びる２つのクランクアーム３が互いに１８０度の位相
差をもっている。

【００１７】＃２，＃４メインジャーナル４の内部には
２つの中空部６がそれぞれ偏平形状の空間として形成さ
れる。図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）図にも示すよう
に、各中空部６はその端部がクランク軸１の変形により
軸受隙間が小さくなる部位４Ａに近接するように、回転
径方向についてメインジャーナル４の中心軸Ｏよりクラ
ンクピン２に近い側に配置されるとともに、回転軸方向
について連接するクランクアーム３に近い側に配置され
る。

【００１８】図２に示すように、各中空部６の断面は三
日月形に形成される。すなわち、中空部６は断面円弧形
に湾曲する２つ壁面７，８の間に画成される。回転径方
向外側に位置する壁面８はメインジャーナル４と同心円
状に延びる部位をもっている。

【００１９】各中空部６はクランクアーム３を貫通して
メインジャーナル４の内側に到達しており、クランク軸
１の鋳造時に中子を用いて形成される。

【００２０】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００２１】クランク軸１は、＃２，＃４メインジャー
ナル４の両端から延びる２つのクランクアーム３が互い
に１８０度の位相差をもっており、図６に示すように、
＃１，＃４ピストンが上死点に到達し、＃２，＃３ピス
トンが下死点に到達するとき、各ピストンおよびコンロ
ッド等の慣性力が図中矢印で示すように＃２，＃４メイ
ンジャーナル４を挟んで上下方向に働くため、高回転時
に＃２，＃４メインジャーナル４がその回転軸に対して
傾斜する変形を起こし、＃２，＃４メインジャーナル４
の軸受隙間は不均一となりやすい。

【００２２】中空部６を回転径方向についてメインジャ
ーナル４の中心軸Ｏよりクランクピン２に近い側に配置
するとともに、回転軸方向について連接するクランクア
ーム３に近い側に配置することより、中空部６はクラン
ク軸１の変形により軸受隙間が小さくなる部位４Ａに近
接し、部位４Ａの表面剛性を大幅に低下させる一方、ク
ランク軸１全体の捩り剛性が低下することを抑制でき
る。なお、メインジャーナル全体を中空構造とした場
合、表面剛性を低下させることはできるが、クランク軸
１全体の捩り剛性も大幅に低下する可能性がある。

【００２３】ちなみに、図４の図ｅに示すメインジャー
ナル４の断面形状において、断面極２次モーメントＩｐ
は、中実構造の断面極２次モーメントをＩｐ．ａとする
と、次式で表される。

【００２４】

【数１】

【００２５】ｘ軸についての断面２次モーメントＩｘ
は、中実構造の断面２次モーメントをＩｘ.ａとする
と、次式で表される。

【００２６】

【数２】

【００２７】ｙ軸についての断面２次モーメントＩｙ
は、中実構造の断面２次モーメントをＩｙ.ａとする
と、次式で表される。

【００２８】

【数３】

【００２９】クランク軸１は各中空部６によりメインジ
ャーナル４の軸受隙間が小さくなる部位４Ａの表面剛性
が低下しているため、油膜圧力によって物体の表面が変
形するＥＨＬ（弾性流体潤滑）効果により、最大油膜圧
力が生じる部位４Ａが油膜厚さを大きくする方向に変形
し、油膜圧力分布を均一化すると同時に、最小油膜厚さ
を大きくする。この結果、メインジャーナル４および主
軸受の偏磨耗を防止し、境界潤滑により摩擦損失が増大
することを回避できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、内燃機関
のクランク軸において、互いに１８０度の位相差をもっ
て延びる２つのクランクアームを結ぶメインジャーナル
の内部に中空部を形成し、中空部を回転径方向について
メインジャーナルの中心軸よりクランクピンに近い側に
配置するとともに、回転軸方向について連接するクラン
クアームに近い側に配置したため、中空部はメインジャ
ーナルの軸受隙間が小さくなる部位の表面剛性を低下さ
せて、油膜圧力によってメインジャーナルの表面が変形
することを促すことにより、油膜圧力分布を均一化して
メインジャーナルおよび主軸受の偏磨耗を防止し、境界
潤滑により摩擦損失が増大することを回避できる。ま
た、中空部をメインジャーナルの回転軸より偏心して形
成することにより、クランク軸全体の剛性を大きく低下
させることなく、クランク軸の変形を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すクランク軸の断面図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿うクランク軸の側面
図。

【図３】同じく中空部の三面図。

【図４】同じくクランク軸の断面モデル図。

【図５】従来例を示すクランク軸の断面図。

【図６】同じくクランク軸の変形状態を示す説明図。

【符号の説明】

１ クランク軸 ２ クランクピン ３ クランクアーム ４ メインジャーナル ６ 中空部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関本体側に回転自在に支持されるメイ
   ンジャーナルと、コンロッドの大端部が回転自在に結合
   されるクランクピンと、メインジャーナルとクランクピ
   ンを結ぶクランクアームとを有する内燃機関のクランク
   軸において、互いに１８０度の位相差をもって延びる２
   つのクランクアームを結ぶメインジャーナルの内部に中
   空部を形成し、中空部を回転径方向についてメインジャ
   ーナルの中心軸よりクランクピンに近い側に配置すると
   ともに、回転軸方向について連接するクランクアームに
   近い側に配置したことを特徴とする内燃機関のクランク
   軸。