JP5601112B2 - 多気筒内燃機関のクランクシャフト - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関のクランクシャフトに関する。

例えば、特許文献１には、クランクシャフトのジャーナル部からピン部へ貫通する油穴のピン部における油穴開口部を、クランクシャフトの軸方向視で、ジャーナル部とピン部とを連結しているクランクアームの軸線Ｋに対し、９０°または−９０°の位置に形成したクランクシャフトが開示されている。

この特許文献１においては、ピン部の外周面に形成される油穴開口部の位置を、発生する応力が小さいピン部の前記軸線Ｋに対し９０°の位置とすることで、ピン部における油穴開口部の応力を低減するようにしたものである。

特開昭５８−１７８０１２号公報

しかしながら、この特許文献１においては、クランクシャフトのピン部に油穴開口部を設けるにあたって、隣接気筒の影響を考慮しておらず、ピン部の軸方向に対して、ピン部のピン長さ方向における中心部に油穴開口部が位置する構成となっている。そのため、隣接気筒からの影響を考慮した場合、油穴開口部が最適な位置とはなっておらず、隣接気筒の慣性力により増大する曲げ応力の影響を受けた際に、油穴開口部に発生する応力が最小となる部位に、油穴開口部が位置していないという問題がある。

そこで、本発明は、多気筒内燃機関の最前端気筒及び最後端気筒に対応するクランクシャフトの両端のクランピンでは、隣接するクランクジャーナルから潤滑油を供給する油穴が、当該クランクピンの長さ方向中央よりも当該クランクピンが近接するクランクシャフト端部側にそれぞれ偏って開口するよう形成されていることを特徴としている。

クランクシャフトの前後端に位置するクランクピンにおいては、クランクピンの中央ではなく、クランクピンの中央からクランクピンの一端側もしくは他端側に偏った位置に、当該クランクピンに入力された燃焼荷重によって生じる応力が小さくなる領域が存在する。詳述すると、多気筒内燃機関のクランクシャフトの場合、最前端気筒に対応するクランクシャフトの最も一端部側に位置する最前端クランピンでは、最前端クランクピンの中央よりもクランクシャフトの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在し、最後端気筒に対応するクランクシャフトの最も他端部側に位置する最後端クランピンでは、最後端クランクピンの中央よりもクランクシャフトの他端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

本発明によれば、クランクピンに燃焼荷重が入力された際に当該クランクピンに生じる応力が小さくなる位置に油穴が開口するよう形成されているので、油穴の開口に生じる応力集中を緩和することができる。

本発明が適用されたクランクシャフトを備えた内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。 本発明の第１実施形態におけるクランクシャフトを模式的に示した説明図。 燃焼荷重の加わるタイミングにおけるクランクシャフトの姿勢を模式的に示した説明図。 第４気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおける第１実施形態のクランクシャフトの各部に作用する荷重の向きを示した説明図。 第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおける第１実施形態のクランクシャフトの各部に作用する荷重の向きを示した説明図。 油穴が形成されていないクランクピン外周面上の応力分布を模式的に示した説明図。 本発明の第２実施形態におけるクランクシャフトを模式的に示した説明図。 第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおける第２実施形態のクランクシャフトの各部に作用する荷重の向きを示した説明図。 第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおける第２実施形態のクランクシャフトの各部に作用する荷重の向きを示した説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用されたクランクシャフト２０を備えた内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図であって、燃焼荷重（最大荷重）が加わるタイミングの姿勢を示している。

この内燃機関１は、ピストン２のピストンピン３と、クランクシャフト２０のクランピン２１とが、複数のリンクから構成された複リンク式ピストンクランク機構４によって連結されたものである。

複リンク式ピストンクランク機構４は、ピストン２とクランクシャフト２０とを連結するアッパリンク５及びロアリンク６と、アッパリンク５及びロアリンク６の動きを規制するコントロールリンク７と、コントロールリンク７の基端が揺動可能に連結される偏心軸部９を有する制御軸８と、から大略構成されている。

ピストン２は、シリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１内を摺動可能に配置されており、アッパリンク５の一端（図１における上端）にピストンピン３を介して揺動可能に連結されている。

アッパリンク５は、他端（図１における下端）が、第１連結ピン１２を介してロアリンク６の一端部に回転可能に連結されている。

ロアリンク６は、その中央部においてクランクシャフト２０のクランクピン２１に回転可能に取り付けられている。

ロアリンク６の運動を拘束するコントロールリンク７は、一端（図１における上端）が第２連結ピン１３を介してロアリンク６の他端部に回動可能に連結され、他端（図１おける下端）が内燃機関本体の一部となるシリンダブロック１０に揺動可能に支持されている。コントロールリンク７の他端は、内燃機関の圧縮比の変更のために、その揺動支点１４の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト２０と平行に延びた制御軸８を備え、この制御軸８に偏心して設けられた偏心軸部９にコントロールリンク７の他端が回転可能に嵌合している。

この制御軸８には、図示せぬアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータにより制御軸８を回転駆動することによって、揺動支点１４の位置が内燃機関本体に対して変位し、クランク角に対するピストン２の行程位置が変化し、ひいては圧縮比が変更されることになる。

図２は、本発明の第１実施形態におけるクランクシャフト２０を模式的に示した説明図である。この第１実施形態のクランクシャフト２０は、直列４気筒内燃機関に用いられるものであって、４つのクランクピン２１と、こららのクランクピン２１の両端に配置された合計５つのクランクジャーナル２２と、クランクピン２１とクランクジャーナル２２とを連結するクランクアーム２３と、一部のクランクアーム２３に一体に形成されたカウンタウエイト２４と、を有し、シリンダブロック１０に対して各クランクジャーナル２２がそれぞれ回転可能に支持されている。

ここで、クランクシャフト２０は、図２において最も左側のクランクピン２１ａが内燃機関１の前端の気筒である第１気筒に対応するものであり、図２において最も右側のクランクピン２１ｄが内燃機関１の後端の気筒である第４気筒に対応し、中央の２つのクランクピン２１ｂ、２１ｃが内燃機関１の中間気筒である第２、第３気筒にそれぞれ対応するものである。また、クランクピン２１ａ、２１ｄはクランピン２１ｂ、２１ｃ対して１８０°の位相となるよう配列されている。

クランクジャーナル２２は、クランクシャフト２０前端側から順に（図２における左側から順に）、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅとなっている。

クランクアーム２３は、クランクシャフト２０前端側から順に（図２における左側から順に）、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈとなっている。

カウンタウエイト２４は、クランクアーム２３ａ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｇ、２３ｈに対して一体に形成されており、クランクシャフト２０前端側から順に（図２における左側から順に）、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅとなっている。

そして、各クランクピン２１には、隣接するクランクジャーナル２２から油穴２５を介して潤滑油が供給されている。この第１実施形態における油穴２５は、一端がクランクピン２１の外周面に開口し、他端がクランクジャーナル２２外周面に開口している。この油穴２５によりクランクジャーナル２２外周面の潤滑油をクランクピン２１の外周面に供給する。クランクジャーナル２２外周面には、図示せぬメインギャラリから潤滑油が供給されている。

つまり、クランクピン２１ａにはクランクジャーナル２２ａから油穴２５ａを介して潤滑油が供給されている。クランクピン２１ｂにはクランクジャーナル２２ｂから油穴２５ｂを介して潤滑油が供給されている。クランクピン２１ｃにはクランクジャーナル２２ｃから油穴２５ｃを介して潤滑油が供給されている。クランクピン２１ｄにはクランクジャーナル２２ｄから油穴２５ｄを介して潤滑油が供給されている。尚、図２中の２６は、クランクシャフト２０の後端に取り付けられたフライホイールである。

ここで、クランクピン２１の外周面に油穴２５を開口させると、この開口部分に応力集中が生じることになるので、クランクピン２１に燃焼荷重が加わるタイミング、すなわち筒内圧荷重最大となるタイミングにおけるクランクピン２１の応力分布で、応力が低い位置に油穴２５を開口させることが求められる。

そこで、クランクピン２１に燃焼荷重が加わるタイミングにおいてクランクピン２１に作用する様々な影響を考慮して、油穴２５のクランクピン２１の外周面の開口位置を決定する。

この第１実施形態の複リンク式ピストンクランク機構４においては、図１及び図３に示すように、クランクピン２１の角度が上死点後３６°（ＡＴＣＤ３６°）が燃焼荷重の加わるタイミングであり、このタイミングにおけるクランクピの荷重の方向は、図１及び図３において矢印Ａで示すようように、シリンダ軸線に対して２３°傾いた向きとなる。ここで、図１中の矢印Ｂは燃焼荷重の加わるタイミングで第１連結ピン１２に加わる荷重の向きを示し、図１中の矢印Ｃは燃焼荷重の加わるタイミングで第２連結ピン１２に加わる荷重の向きを示している。

クランクピン２１に燃焼荷重が作用すると、クランクピン２１は燃焼荷重が作用する方向に向かって凸となるような曲げ変形をすることなり、クランクピン２１の燃焼荷重が入力される側には圧縮応力が発生し、クランクピン２１の燃焼荷重が入力される側と対向する側（反対側）には引っ張り応力が発生し、これらの間の位置が圧縮応力と引っ張り応力の中立位置となる。

つまり、クランクピン２１に作用した燃焼荷重によるクランピン２１の曲げ変形に対しては、クランクピン２１を軸方向視した際に、クランクピン２１中心を通り燃焼荷重の入力方向と直交する方向に応力が小さくなる領域である前記中立位置が存在することになる。

そこで、油穴２５のクランクピン２１外周面の周方向の開口位置は、クランクシャフト２０軸方向視で、燃焼荷重が作用するクランクピン２１のクランクピン中心を通り、燃焼荷重が最大となるタイミングにおける燃焼荷重のクランクピン２１に対する作用方向と直交する直線とクランクピン２１の外周面との交点付近となるように設定されている。

このように、燃焼荷重が最大となるタイミングで、クランクピン２１に発生する圧縮応力と引っ張り応力の中立位置に、油穴２５のクランクピン周方向における開口位置を設定することで、クランクピン２１の外周面の油穴２５の開口に生じる応力を低減することができる。

また、クランクピン２１に燃焼荷重が入力されると、クランクピン２１の両端には入力された燃焼荷重に対する反力が作用することなるが、このときクランクピン２１の両端に作用する反力の大きさは同じではない。

クランクピン２１の配列やクランクピン２１とピストンピン３とを連係するロアリンク６やアッパリンク５等のリンク機構の構成や形状、この燃焼荷重と同じタイミングで隣接する気筒に生じる慣性力の影響等によって、燃焼荷重が入力されたクランクピン２１の応力分布は変化するが、全体的な傾向としては、燃焼荷重が生じた気筒のクランクピン２１に作用する反力は、それ以外のクランクピン２１（燃焼荷重が生じていない気筒のクランクピン２１）に作用する反力に比べて大きく、かつ燃焼荷重が生じた気筒のクランクピン２１の両端に作用する反力は、互いに異なる大きさとなる。

図４及び図５は、燃焼荷重が生じたタイミング、すなわち筒内圧荷重最大となったタイミングにおいて、燃焼荷重が生じた気筒のクランクピン２１に作用する荷重Ｆを基準として、クランクシャフト２０のクランクピン２１及びクランクジャーナル２２に加わる荷重の向きと大きさを模式的に示した説明図であり、図４は内燃機関１の後端の気筒である第４気筒で燃焼荷重が生じたタイミングを示し、図５は内燃機関１の中間気筒である第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングを示している。

図４に示すように、内燃機関１後端の第４気筒で燃焼荷重が生じたタイミングで、クランクピン２１ｄに下向きにＦの大きさ荷重が作用するとすると、第３気筒及び第２気筒のクランクピン２１ｃ、２１ｂにはそれぞれ下向きに（１／３）Ｆの大きさの荷重が作用し、第１気筒のクランクピン２１ａには上向きに（１／３）Ｆの大きさの荷重が作用する。

また、クランクジャーナル２２ｅには上向きに（１７１／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｄには上向きに（３８７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｃには上向きに（１２５／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｂには下向きに（２４／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ａには下向きに（６１／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。

内燃機関１後端の第４気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン２１ｄの両端には、両側のクランクジャーナル２２ｄ、２２ｅからそれぞれ上向きの荷重が作用する。このときのクランクピン２１ｄの一端である内燃機関１前端側の端部にはクランクジャーナル２２ｄから上向きに（３８７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクピン２１ｄの他端である内燃機関１後端側の端部にはクランクジャーナル２２ｅから上向きに（１７１／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。このようにクランクピン２１ｄの両端に作用する荷重は均等ではなく、かつ内燃機関１前端側の端部に作用する荷重が相対的に大きくなることから、第４気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおいて、クランクピン２１ｄの外周面には、クランクピン２１ｄの中央ではなく、クランクピン２１ｄの他端側（図２における右側）に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在することになる。

図６は、油穴２５ｄが形成されていないクランクピン２１ｄおいて、クランクピン２１ｄに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン２１ｄの中心軸を含む平面と交わるクランクピン２１ｄの外周面上の応力分布を示すものであって、縦軸が応力レベル、横軸がクランクピン２１の軸方向に沿った位置を表している。この図６からも明らかなように、このようにクランクピン２１ｄの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ｄに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン２１ｄの中心軸を含む平面と交わるクランクピン２１ｄの外周面上には、クランクピン２１ｄの中央ではなく、クランクピン２１ｄの他端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列４気筒内燃機関の第４気筒に対応するクランクピン２１ｄにおいては、上述した油穴２５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン２１ｄの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関１後端側に偏った位置に、油穴２５ｄのクランクピン２１ｄ軸方向における開口位置を設定することで、油穴２５ｄの開口に生じる応力集中を緩和することができる。また、油穴２５ｄの開口における応力集中を緩和できるため、クランクピン２１ｄの軸径を小さくすることによるクランクピン２１ｄの軽量化を図ることや、あるいは、クランクピン２１ｄに作用する燃焼荷重を大きく設定することが可能となる。

尚、直列４気筒の内燃機関１において、クランクシャフト２０の全体形状は概ね左右対称であるので、第１気筒に対応するクランクピン２１ａについては、上述した第４気筒に対応するクランクピン２１ｄと傾向が逆になる。

つまり、内燃機関１前端の第１気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン２１ａの一端である内燃機関１前端側の端部にはクランクジャーナル２２ａから上向きの大きさの荷重が作用し、クランクピン２１ａの他端である内燃機関１後端側の端部にはクランクジャーナル２２ｂから上向きに荷重が作用するが、クランクピン２１ａの他端にクランクジャーナル２２ｂから作用する荷重の方が、クランクピン２１ａの一端にクランクジャーナル２２ａから作用する荷重よりも相対的に大きくなる。

そのため、クランクピン２１ａの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ａの外周面には、クランクピン２１ａの中央ではなく、クランクピン２１ａの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

詳述すると、クランクピン２１ａの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ａに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン２１ａの中心軸を含む平面と交わるクランクピン２１ａの外周面上には、クランクピン２１ａの中央ではなく、クランクピン２１ａの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列４気筒内燃機関の第１気筒に対応するクランクピン２１ａにおいては、上述した油穴２５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン２１ａの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関１前端側に偏った位置に、油穴２５ａのクランクピン２１ａ軸方向における開口位置を設定すればよい。

次に、直列４気筒の内燃機関１の中間気筒である第３気筒に対応するクランクピン２１ｃについて説明する。

図５に示すように、内燃機関１の第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングで、クランクピン２１ｃに下向きにＦの大きさ荷重が作用するとすると、第１気筒及び第４気筒のクランクピン２１ａ、２１ｄにはそれぞれ下向きに（１／３）Ｆの大きさの荷重が作用し、第２気筒のクランクピン２１ｂには上向きに（１／３）Ｆの大きさの荷重が作用する。

また、クランクジャーナル２２ｅには上向きに（２３／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｄには上向きに（３８７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｃには上向きに（１３３／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ｂには上向きに（１３６／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル２２ａには上向きに（５７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。

内燃機関１の第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン２１ｃの両端には、両側のクランクジャーナル２２ｃ、２２ｄからそれぞれ上向きの荷重が作用する。このときのクランクピン２１ｃの一端である内燃機関１前端側の端部にはクランクジャーナル２２ｃから上向きに（１３３／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクピン２１ｃの他端である内燃機関１後端側の端部にはクランクジャーナル２２ｄから上向きに（３８７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。このようにクランクピン２１ｃの両端に作用する荷重は均等ではなく、かつ内燃機関１後端側の端部に作用する荷重が相対的に大きくなることから、第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおいて、クランクピン２１ｃの外周面には、クランクピン２１ｃの中央ではなく、クランクピン２１ｃの一端側（図２における左側）に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在することになる。

詳述すると、クランクピン２１ｃの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ｃに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン２１ｃの中心軸を含む平面と交わるクランクピン２１ｃの外周面上には、クランクピン２１ｃの中央ではなく、クランクピン２１ｃの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列４気筒の内燃機関１の第３気筒に対応するクランクピン２１ｃにおいては、上述した油穴２５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン２１ｃの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関１前端側に偏った位置に、油穴２５ｃのクランクピン２１ｃ軸方向における開口位置を設定することで、油穴２５ｃの開口に生じる応力集中を緩和することができる。

尚、直列４気筒の内燃機関１において、クランクシャフト２０の全体形状は概ね左右対称であるので、第２気筒に対応するクランクピン２１ｂについては、上述した第３気筒に対応するクランクピン２１ｃと傾向が逆になる。

つまり、内燃機関の第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン２１ｂの一端である内燃機関１前端側の端部にはクランクジャーナル２２ｂから上向きの大きさの荷重が作用し、クランクピン２１ｂの他端である内燃機関１後端側の端部にはクランクジャーナル２２ｃから上向きに荷重が作用するが、クランクピン２１ｂの一端にクランクジャーナル２２ｂから作用する荷重の方が、クランクピン２１ｂの他端にクランクジャーナル２２ｃから作用する荷重よりも相対的に大きくなる。

そのため、クランクピン２１ｂの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ｂの外周面には、クランクピン２１ｂの中央ではなく、クランクピン２１ｂの他端側（図２おける左側）に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

詳述すると、クランクピン２１ｂの両端に作用する荷重により、クランクピン２１ｂに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン２１ｂの中心軸を含む平面と交わるクランクピン２１ｂの外周面上には、クランクピン２１ｂの中央ではなく、クランクピン２１ｂの他端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列４気筒の内燃機関１の第２気筒に対応するクランクピン２１ｂにおいては、上述した油穴２５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン２１ｂの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関１後端側に偏った位置に、油穴２５ｂのクランクピン２１ｂ軸方向における開口位置を設定すればよい。

また、この第１実施形態においては、ピストンピン３とクランクピン２１とが複リンク式ピストンクランク機構４により連結されているので、ピストンピンとクランクピンとがコネクティングロッドで連結された単リンク式のピストンクランク機構の内燃機関に比べて、てこ比により燃焼荷重が増大するため、燃焼荷重が最大となるタイミングにおいて、油穴の開口における応力集中を効果的に低減することができる。

尚、この第１実施形態においては、中間気筒に対応するクランクピン２１ｂ、２１ｃに開口する油穴２５ｂ、２５ｃのクランクピン２１ｂ、２１ｃの中央からのオフセット量は、最前端気筒及び最後端気筒に対応するクランクピン２１ａ、２１ｄに開口する油穴２５ａ、２５ｄのクランクピン２１ａ、２１ｄの中央からのオフセット量に比べて小さくなっている。これは、燃焼荷重が生じた中間気筒に対応するクランクピン２１の両端に作用する反力の差分が、燃焼荷重が生じた最前端気筒のクランクピンあるいは燃焼荷重が生じた最後端気筒のクランクピン２１の両端に作用する反力の差分よりも相対的に大きくなるからである。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、本発明が直列３気筒内燃機関に適用されたものである。

図７は、直列３気筒内燃機関に適用された場合のクランクシャフト３０を模式的に示した説明図である。

クランクシャフト３０は、３つのクランクピン３１と、こららのクランクピン３１の両端に配置された合計４つのクランクジャーナル３２と、クランクピン３１とクランクジャーナル３２とを連結するクランクアーム３３と、クランクアーム３３に一体に形成されたカウンタウエイト３４と、を有し、シリンダブロック１０に対して各クランクジャーナル３２がそれぞれ回転可能に支持されている。

クランクピン３１には、上述した第１実施形態と同様に、複リンク式ピストンクランク機構４のロアリンク６が回転可能に取り付けられている。

ここで、クランクシャフト３０は、図７において最も左側のクランクピン３１ａが内燃機関の前端の気筒である第１気筒に対応するものであり、図７において最も右側のクランクピン３１ｃが内燃機関の後端の気筒である第３気筒に対応し、中央のクランクピン３１ｂが内燃機関の中間気筒である第２気筒にそれぞれ対応するものである。また、各クランクピン３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、互いに１２０°の位相となるよう配列されている。

クランクジャーナル３２は、クランクシャフト３０前端側から順に（図７における左側から順に）、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとなっている。

クランクアーム３３は、クランクシャフト３０前端側から順に（図７における左側から順に）、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆとなっている。

カウンタウエイト３４は、全てのクランクアーム３３に対して一体に形成されており、クランクシャフト３０前端側から順に（図７における左側から順に）、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆとなっている。

そして、各クランクピン３１には、隣接するクランクジャーナル３２から油穴３５を介して潤滑油が供給されている。この第２実施形態における油穴３５も、一端がクランクピン３１の外周面に開口し、他端がクランクジャーナル３２外周面に開口している。この油穴３５によりクランクジャーナル３２外周面の潤滑油をクランクピン３１の外周面に供給する。クランクジャーナル３２外周面には、図示せぬメインギャラリから潤滑油が供給されている。

つまり、クランクピン３１ａにはクランクジャーナル３２ａから油穴３５ａを介して潤滑油が供給されている。クランクピン３１ｂにはクランクジャーナル３２ｂから油穴３５ｂを介して潤滑油が供給されている。クランクピン３１ｃにはクランクジャーナル３２ｃから油穴３５ｃを介して潤滑油が供給されている。尚、図７中の３６は、クランクシャフト３０の後端に取り付けられたフライホイールである。

この第２実施形態においても、油穴３５のクランクピン３１外周面の周方向の開口位置は、上述した第１実施形態と同様の理由から、クランクシャフト３０軸方向視で、燃焼荷重が作用するクランクピン３１のクランクピン中心を通り、燃焼荷重が最大となるタイミングにおける燃焼荷重のクランクピン３１に対する作用方向と直交する直線とクランクピン３１の外周面との交点付近となるように設定されている。

図８及び図９は、燃焼荷重が生じたタイミング、すなわち筒内圧荷重最大となったタイミングにおいて、燃焼荷重が生じた気筒のクランクピン３１に作用する荷重Ｆを基準として、クランクシャフト３０のクランクピン３１及びクランクジャーナル３２に加わる荷重の向きと大きさを模式的に示した説明図であり、図８は内燃機関の後端の気筒である第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングを示し、図９は内燃機関の中間気筒である第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングを示している。

図８に示すように、内燃機関後端の第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングで、クランクピン３１ｃに下向きにＦの大きさ荷重が作用するとすると、第２気筒及び第１気筒のクランクピン２ｂ、２１ａにはそれぞれ下向きに（１／６）Ｆの大きさの荷重が作用する。

また、クランクジャーナル３２ｄには上向きに（１７５／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ｃには上向きに（３６０／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ｂには上向きに（２０／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ａには上向きに（３７／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。

内燃機関後端の第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン３１ｃの両端には、両側のクランクジャーナル３２ｃ、３２ｄからそれぞれ上向きの荷重が作用する。このときのクランクピン３１ｃの一端である内燃機関前端側の端部にはクランクジャーナル３２ｃから上向きに（３６０／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクピン３１ｃの他端である内燃機関後端側の端部にはクランクジャーナル３２ｄから上向きに（１７５／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。このようにクランクピン２１ｄの両端に作用する荷重は均等ではなく、かつ内燃機関１前端側の端部に作用する荷重が相対的に大きくなることから、第３気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおいて、クランクピン３１ｃの外周面には、クランクピン３１ｃの中央ではなく、クランクピン３１ｃの他端側（図７における右側）に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在することになる。

詳述すると、クランクピン３１ｃの両端に作用する荷重により、クランクピン３１ｃに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン３１ａｃ中心軸を含む平面と交わるクランクピン３１ｃの外周面上には、クランクピン３１ｃの中央ではなく、クランクピン３１ｃの他端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列３気筒内燃機関の第３気筒に対応するクランクピン３１ｃにおいては、上述した油穴３５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン３１ｃの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関後端側に偏った位置に、油穴３５ｃのクランクピン３１ｃ軸方向における開口位置を設定することで、油穴３５ｃの開口に生じる応力集中を緩和することができる。また、油穴３５ｃの開口における応力集中を緩和できるため、クランクピン３１ｃの軸径を小さくすることによるクランクピン３１ｃの軽量化を図ることや、あるいは、クランクピン３１ｃに作用する燃焼荷重を大きく設定することが可能となる。

尚、直列３気筒内燃機関においても、クランクシャフト３０の全体形状は概ね左右対称であるので、第１気筒に対応するクランクピン３１ａについては、上述した第３気筒に対応するクランクピン３１ｃと傾向が逆になる。

つまり、内燃機関前端の第１気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン３１ａの一端である内燃機関前端側の端部にはクランクジャーナル３２ａから上向きの大きさの荷重が作用し、クランクピン３１ａの他端である内燃機関後端側の端部にはクランクジャーナル３２ｂから上向きに荷重が作用するが、クランクピン３１ａの他端にクランクジャーナル３２ｂから作用する荷重の方が、クランクピン３１ａの一端にクランクジャーナル３２ａから作用する荷重よりも相対的に大きくなる。

そのため、クランクピン３１ａの両端に作用する荷重により、クランクピン３１ａの外周面には、クランクピン３１ａの中央ではなく、クランクピン３１ａの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

詳述すると、クランクピン３１ａの両端に作用する荷重により、クランクピン３１ａに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン３１ａの中心軸を含む平面と交わるクランクピン３１ａの外周面上には、クランクピン３１ａの中央ではなく、クランクピン３１ａの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列３気筒内燃機関の第１気筒に対応するクランクピン３１ａにおいては、上述した油穴３５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン３１ａの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関前端側に偏った位置に、油穴３５ａのクランクピン３１ａ軸方向における開口位置を設定すればよい。

次に、直列３気筒の内燃機関の中間気筒である第２気筒に対応するクランクピン３１ｂについて説明する。

図９に示すように、内燃機関の第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングで、クランクピン３１ｂに下向きにＦの大きさ荷重が作用するとすると、第１気筒及び第３気筒のクランクピン３１ａ、３１ｃにはそれぞれ下向きに（１／６）Ｆの大きさの荷重が作用する。

また、クランクジャーナル３２ｃには上向きに（３００／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ｂには上向きに（２１４／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ａには下向きに（９４／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクジャーナル３２ｄには下向きに（１／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。

内燃機関１の第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングでは、クランクピン３１ｂの両端には、両側のクランクジャーナル３２ｂ、３２ｃからそれぞれ上向きの荷重が作用する。このときのクランクピン３１ｂの一端である内燃機関前端側の端部にはクランクジャーナル３２ｂから上向きに（２１４／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用し、クランクピン３１ｂの他端である内燃機関後端側の端部にはクランクジャーナル３２ｃから上向きに（３００／４４８）Ｆの大きさの荷重が作用する。このようにクランクピン３１ｂの両端に作用する荷重は均等ではなく、かつ内燃機関後端側の端部に作用する荷重が相対的に大きくなることから、第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおいて、クランクピン３１ｂの外周面には、クランクピン３１ｂの中央ではなく、クランクピン３１ｂの一端側（図７における左側）に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在することになる。

詳述すると、クランクピン３１ｂの両端に作用する荷重により、クランクピン３１ｂに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン３１ｂの中心軸を含む平面と交わるクランクピン３１ｂの外周面上には、クランクピン３１ｂの中央ではなく、クランクピン３１ｂの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在する。

そこで、直列３気筒の内燃機関の第２気筒に対応するクランクピン３１ｂにおいては、上述した油穴３５のクランクピン周方向における開口位置の設定に加えて、クランクピン３１ｂの中央ではなく、もともと応力の低い内燃機関前端側に偏った位置に、油穴３５ｂのクランクピン３１ｂ軸方向における開口位置を設定することで、油穴３５ｂの開口に生じる応力集中を緩和することができる。

尚、直列３気筒のクランクシャフト３０の場合、クランクピン３１の配列が１２０°間隔となっているため、中間気筒となる第２気筒で燃焼荷重が生じたタイミングにおいて、クランクピン３１ｂに作用する燃焼荷重の作用方向に対して直交し、かつクランクピン３１ｂの中心軸を含む平面と交わるクランクピン３１ｂの外周面上には、理論上はクランクピン３１ｂの一端側に偏った位置に応力が小さくなる領域が存在するものの、クランクピン３１ｂの中央からのオフセット量は、クランクピン３１ａ、３１ｃにおけるオフセット量に比べる小さなものとなり、実質的には、クランクピン３１ｂの中央と見なすこともできる。

また、上述した各実施形態においては、直列４気筒内燃機関、直列３気筒内燃機関への適用例を示したが、直列８気筒内燃機関や直列６気筒内燃機関へ適用することも可能である。

２０…クランクシャフト
２１…クランクピン
２２…クランクジャーナル
２５…油穴

Claims (4)

1. 各クランクピンの両端にクランクジャーナルが配置されるとともに、前記各クランクピンがそれぞれリンクを介して互いに異なる単一のピストンのピストンピンに連結された多気筒内燃機関のクランクシャフトであって、
   隣接するクランクジャーナルからクランピンに潤滑油を供給する油穴を有し、前記油穴が前記クランクピンの外周面上に開口する多気筒内燃機関のクランクシャフトにおいて、
   前記多気筒内燃機関の最前端気筒及び最後端気筒に対応する前記クランクシャフトの両端のクランピンでは、前記油穴が、当該クランクピンの長さ方向中央よりも当該クランクピンが近接するクランクシャフト端部側にそれぞれ偏って開口するよう形成されていることを特徴とする多気筒内燃機関のクランクシャフト。
   
2. 前記クランクシャフトは、直列４気筒内燃機関のクランクシャフトであり、前記最後端気筒と前記最前端気筒との間に位置する気筒に対応する中間位置クランクピンでは、当該中間位置クランクピンの長さ方向中央よりも、隣接する中間位置クランクピン側に偏った位置に前記油穴が開口するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関のクランクシャフト。
3. クランクシャフト軸方向視で、燃焼荷重が作用するクランクピンのクランクピン中心を通り、当該クランクピンに作用する燃焼荷重が最大となるタイミングにおける当該燃焼荷重の作用方向と直交する直線と、前記クランクピンの外周面との交点付近に、前記油穴のクランクピン周方向における開口位置が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関のクランクシャフト。
4. 前記クランクピンは、複数のリンクからなる複リンク式のピストンクランク機構を介してピストンのピストンピンに連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関のクランクシャフト。

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