JPH04507277A - クランクピン支承構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クランクビン支承構造 本発明は多気筒エンジン、特にクランクシャフト軸を中心に概ね半径方向に同一 平面上に複数の気筒を配設したことがら成るエンジンに間するものである。

半径方向に気筒を配設したエンジンに共通した問題の一つは、エンジン・クラン クシャフトの各偏心ジャーナルに二つ以上の連結棒を連結することにある。この 問題を克服する様々な試みがなされているけれども、これまで行われた提案のほ とんどは、特にそれらを小さな体積排気量で高出力を必要とする、つまり約２５ ０Ｏｒｐｍ以上の高回転速度を必要とする。エンジンに応用する場合、様々な問 題点を提起している。

こうしたラジアル型エンジンの一般的な構造については、以下のアメリカ特許に 開示されている。

２２２６９４０　マイヤーら ２０９６１８９　ミラー ２８９４４１４　ジョンソン １９８８１１９　ヒル アメリカ特許第２８９　（４１４号の開示は、単一のクランクシャフト・ジャー ナル上に複数の連結棒を正しい作動関係で保持するにあたりてリングを用い、そ れらのリングをクランクシャフトに固定してそれと一体的に回転するようにした ものであって、特に注目すべきものである。クランクシャフトとリングが一体と して回転する方式は潤滑上有利であるが、製造許容精度上、心出しの・困難性に 伴なう大きな問題がこの構造に内在する。

あらゆる種類の機械について、それらの製造上、「許容度積上げＪ　（ｔｏｌｅ ｒａｎｃｅ−ｓｔａｃｋｕｐ　）が相対運動構成部材間の作動クリアランスの維 持について重要な問題となる。これはエンジンのように、滑り軸受により高荷重 を支持し、小さなりリアランスで高回転速度を保証しなければならない機械につ いては特に重要な意味をもっている。

アメリカ特許第２８９４４１４号に開示の構成では、通常連絡棒スリッパ−がク ランクシャフト・ジャーナルと相対回転する内支承面と保持リングと相対的に回 転する外支承面とを備えている。このスリッパ−とクランクシャフト・ジャーナ ルおよび保持リングとの間のクリアランスは有効な潤滑のためには小さく維持さ れていなければならないが、同時にエンジンで生じる高温条件下での膨張によっ て主として生じる固着を防止するに充分なものでなければならない、従来の提案 では二つの保持リングをそれぞれクランクシャフト・ジャーナルとの正確な相対 位置に配設することが必要であるけれども、クランクシャフト・ジャーナルの反 対端ではクランクシャフトの各ウェッブに固定されている。また、保持リングを クランクシャフト・ウェッブに取り付けるためボルトを用いるが、このため龜こ はウェッブと保持リングに心出し用の孔を設けておく必要がある。全ての支承面 間に要求される限定されたクリアランスを保証するきわめて厳格な許容値を維持 しつつ上記の如き様々な部材を製作することは極めて困難であり、コストも高く なることは明らかであろう。

従って本発明の目的は、同一のクランクシャフト・ジャーナルに二つ以上の連結 棒を簡単かつ容易に連結して有効な作動状態を得、かつ比較的製作も経済的に可 能であるような、一般にラジアル状シリンダー配置をもつ内燃機間の構造を提供 することにある。

上記の目的を達成するため、本発明はそれぞれが往復運動可能なピストンをもつ 二つ以上のシリンダーと、少なくとも一つの偏心クランクシャフト・ジャーナル を備えたクランクシャフトを含む内燃機関であって、前記のピストンの少なくと も二つが前記の一つのクランク・ジャーナルにそれらを連結するための連結棒を 備えており、前記の連結棒はクランクシャフトおよびジャーナルの軸に直交する 共通平面内で往復運動し、前記の各連結棒が前記一つのジャーナルと係合する弧 状内支承面と同軸弧状外支承面とを含む支承部を備え、前記連結棒の内支承面が ジャーナルを中心として同心状にジャーナルと係合すると共に外支承面もまた同 心に配設され、さらに前記一つのジャーナルと同心の支承リングを前記連結棒の 外支承面と荷重支持係合することによって前記連結棒の内支承面を前記ジャーナ ルと作動関係に保持するようにし、前記の支承リングはクランクシャフトと相互 に係合してそれと一体に回転し、かつ半径方向および軸方向においてそれと相対 的に限定された運動だけを行うことができるようにした内燃機関を提供するもの である。

望ましくは、支承リングはクランクシャフトに一体回転するよう取り付けられる 。また各連結棒は二つの弧状外支承面を連結棒の各軸端に隣接して見λているこ とが望ましく、支承リングは二つを設けて、それらの一方は前記二つの連結棒の 一軸端における外支承面と共働し、他の支承リングは連結棒の反対側の軸端で外 支承面と共働するように配設される。

支承リングがクランクシャフトに連結されているので、支承リングと連結棒との 間に相対運動が生じる。この相対運動によって連結棒と支承リングの係合面間に 滑り速度が生じ、流体力学的な潤滑原理の応用が可能となる。連結棒と支承リン グとの間の荷重伝達面に流体力学的潤滑を与えつるということの結果として容認 可能な負荷レベルを上げることになり、従ってまたエンジンの回転速度ならびに 可能出力の増大をもたらす。

この支承リングが半径方向および軸方向への運動自由度が制限されることによっ て、クランクシャフト、連結棒と支承リングにおける寸法変差が吸収されること となり、支承面間に所要の許容度を維持することが可能となる。

シリンダー内のガス圧が高いときエンジンのクランクシャフトと連結棒との間に 大きな力が伝達され、この力は連結棒の外支承面をクランクシャフトのジャーナ ルと接触状態に保つことが理解されるであろう、これに対し、連結棒の内支承面 を軸受から遠ざかるように働く力は著しく小さく、従って連結棒上の外支承面と 支承リングとの間の接触支承面はやや小さくても充分に対応することができる。

しかしながら高い回転速度にあっては、遠心力が著しく、支承リングはこれらの 力に耐えることによって連結棒とクランクシャフト軸受部とを正しい位置関係に 保持しなければならない。

エンジンが過吸エンジンとして作用している場合、通常の条件下ではエンジンの シリンダー中にガス圧が常時存在し、連結棒を介して負荷を与えており、高速で 内支承面をクランクシャフト・ジャーナルと接触状態に保つのに貢献している。

この状態は２行程サイクル・エンジンの場合特に有効である。

以下、本発明の望ましい一実施例を添付図面を引照しながら詳細に説明する。

図面において、 第１図は三気筒ラジアル・エンジンの側面図であり。

第２図は第１図の線２−２に沿った断面図であり、１３３図は単一連結棒の側面 図であり。

第４図は第３図に示す連結棒の縦断面図であり、第５図は支承リングの軸方向図 であり、第６図は第５図に示す支承リングの端面図であり、第７図は支承リング を硬線で上書きしたクランクシャフトの断面図である。

添付図面中、第１図および第２図は本発明を応用した三気筒ラジアル・エンジン の実施例を示す、このエンジンは中央クランクケース４０を含み、その上に三つ の同様なシリンダー装置４１が装着されている。これらのシリンダー装置の各軸 はクランクケース４０中の軸受４４に支承されたクランクシャフト４２の回転軸 に対して沿直な同一面内に配設されている。

第１図に示したシリンダ装置の具体的形状は本発明を限定するものではなく、後 に詳しく述べるように同一面内に取り付けることのできるシリンダー装置の数は クランクシャフトの一つのジャーナルに取り付けることのできる連結棒の数によ ってのみ限定されるものである。また１図示のエンジンではクランクシャフトに 偏心ジャーナルが一つのみ示されているにすぎないが、エンジンは二つ以上の偏 心ジャーナルをもつクラックシャフトを備え、それらの偏心ジャーナルの各々と 関与して複数のシリンダー装置が同一面内に配設されていてもよい。

クランクシャフト４２はクランクケース４０の対向壁に取り付けられた同軸の軸 受４４に支持されている。このクランクシャフトの端３８は該エンジンにって駆 動される機械・設備と連結するためのものであり、クランクシャフトの他端部４ ９はエンジンを作動させるに必要な各種の補助装置、たとえばオイルポンプ６２ や燃料ポンプ６３、を駆動するためのものである。第２図では、これらの構成要 素や駆動部および駆動部ハウジング６４を省いて見やすいようにしである。

第２図において、前記シリンダ装置の各々は往復ピストン３９を内蔵し、また連 結棒４５はビジョン・ビン４６によってピストン３９に連結され、クランクシャ フト４２の偏心ジャーナル４８と係合するスリッパ一端Ｉ４を備えている。

三つの連結棒４５の三つのスリッパ−１４は支承リング対３０によってジャーナ ル４８と運動支承間係に保持されている。支承リングの舌部３７はクランクシャ フトのウェッブ５２の回５１と当接し、舌部３７の対向縁５２．５３はクランク シャフト４２のウェッブ５２に取り外し可能に取り付けられたバランスウェイト ５４間に支持されている。第２図においてバランスウェイトは同図の右側ではク ランクシャフトのウェッブ５２から取り外されており、図の左側では取り付けた 状態を示している。支承リング３０の構造は、舌部３７がバランスウェイトとし ても作用することによって該支承リング３Ｇがクランクシャフト４２の軸を中心 として実質的にバランス状態に保たれるようにしである。

いま第３図および第４図において、連結棒４５は後に詳述するようにその下端す なわち大端部位を除いて他は概ね従来のものと同一の構造である。連結棒の中央 棒状部ｌＯは従来公知のウェッブを備えた構造であり、小端部１１は第２図にも 示されているように連結棒をピストンに取り付けるための公知のビジョン・ビン ４６と係合可能に構成されている。

その大端部１３において連結棒は従来のような完全に円形の構造ではなく、エン ジンのクランクシャフト・ジャーナル４８と共働する弧状のスリッパ−軸受１４ を備えている。スリッパ−軸受１４は弧状の内支承？ｊｌｆ１５を持ち、中央棒 状部１０の両側には第４図から明らかなように弧状の外支承面１６が設けられて いる。支承面１５と１６は同心である。この例ではスリッパ−１４は名目９０° の弧角度で延設され、この円弧の範囲は同一クランクシャフト・ジャーナルと共 働する連結棒の数によっである程度決定される。ジャーナルを中心とした各連結 棒の角運動城もまた一つのクランクシャフト・ジャーナルが対応することのでき る連結棒の数に関係し、この角運動はピストンのストローク比に対する連結棒の 長さの比に依存する。

第３図から明らかなように、連結棒の弧状部１７は弧状内面に軸受材料層を接合 して内支承面１５を形成している。中央棒状部１０の両側にある弧状部１７の弧 状外面にも同じような軸受材料層が適用されて弧状支承面１６を構成している。

さらに、第４図から明らかなように、中央棒状部１０の両側にラジアル支承面１ ８が支承面１６から延設されて後に詳述するように支承リング３０と係合する側 軸受を構成している。支承面Ｉｓ、　１６．１８を形成する軸受材料は公知の接 合技術によって連結棒の対応部に噴射その他のやり方で有効に適用することがで き、必要に応じてさらに機械仕上げを行うことができる。

第３図から明らかなように弧状のスリッパ−軸受１４は連結棒１０の軸に対して 対称に位置しているのではなくて、符号１９が示すようにクランクシャフトの中 心線からクランクシャフトの回転方向に対し進み方向により大きな部分を持つよ うに設けられている。このスリッパ−軸受１４の長さの中心点が連結棒軸から約 ７１だけ偏位していることが望ましい。スリッパ−軸受のこのような形状はクラ ンクシャフト・ジャーナル４８と連結棒の支承面１５との間の油膜形成を容易に することによって流体力学的潤滑を確立し維持する作用を果たす。

次に第５図および第６図は、第１図および第２図について言及した支承リング３ ０を示したもので、同一面内の複数の連結棒１０をクランクシャフト４２のジャ ーナル４８と係合状態に保持するためにこうした支承リングを二つ使用する。リ ング部４２の孔３１は保持リングを貫通する平行な孔であって連結棒の外支承面 １６と係合可能な径の内支承面３２を備えている。リング部３２は直径線３４に 沿って鋲３５で連結される二つの部分に分割されており、ドウエル・ビン３６に よって所要の相対関係に位置されている。

一体形成された舌部３７はクランクシャフトのバランスウェイト５４とウェッブ ５２とによって画定される凹部に１°關前後のクリアランスをもって密に嵌入す るような寸法に構成されている。第７図において、クランクシャフト４２のウェ ッブ５２はその両側に固定されたバランスウェイト５４を持ち、それらはウェッ ブの面５１を越えてクランクシャフト４２の軸方向に突出している０面５１と各 バランスウェイト５４の縁面５６．５７は凹部を形成し、そこに支承リングの舌 部３７が受容される。舌部３７はクランクシャフトに対するリング部の位置を決 めて、それが取り付けられたジャーナルに対するその相対回転を阻止すると共に 、運動負荷によってクランクシャフトなどの部材に生じるたわみを吸収し、また 製作上の許容誤差や運動負荷によってジャーナル、連結棒の支承面および支承リ ングの中心孔３１間の偏心を吸収する。

上記のような支承リング３０の構造ならびにそれとクランクシャフトのウェッブ との係合間係によって、クランクシャフトの半径方何および軸方向における支承 リングとクランクシャフト間の限定された運動を可能とするクリアランスを設け ることができる。

上２のエンジン構造は単なる一例であって、本発明は複数の偏心ジャーナルを備 えたクランクシャフトや各ジャーナルに複数の連結補正書の写しく翻訳文）提出 書（特許法第１８４条の８）平成　３年　４月２５日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれが往復運動可能なピストンを持つ二つ以上のシリンダーと、少なく とも一つの偏心クランクシャフト・ジャーナルを備えたクランクシャフトを含む 内燃機関であって、前記のピストンの少なくとも二つが前記の一つのクランク・ ジャーナルにそれらを連結するための連結棒を備えており、前記の連結棒はクラ ンクシャフトおよびジャーナルの軸に直交する共通平面内で往復運動し、前記の 各連結棒が前記一つのジャーナルと係合する弧状内支承面と同軸弧状外支承面と を含む支承部を備え、前記連結棒の内支承面がジャーナルを中心として同心状に ジャーナルと係合すると共に外支承面もまた同心に配設され、さらに前記一つの ジャーナルと同心の支承リングを前記連結棒の外支承面と荷重支持係合すること によって前記連結棒の内支承面を前記ジャーナルと作動関係に保持するようにし 、前記の支承リンクはクランクシャフトと相互に係合してそれと一体に回転し、 かつ半径方向および軸方向においてそれと相対的に限定された運動だけを行うこ とができるようにした内燃エンジン。
2. ２．各連結棒が前記弧状の外支承面と直交する支承面を有しクランクシャフトの 軸に直交する支承リンクの面と係合するようにした請求項１のエンジン。
3. ３．各連結棒が一端に支承部を持つ中央長部を持ち、前記の中央長部はクランク シャフトの軸に直交する面内で概ね円弧状をなしかつ内支承面を形成する連続し た凹面と二つの軸方向に隔置された凸面を備え、該凸面は中央長部の両側にあっ て、それぞれ同心の外支承面を形成し、前記の連結棒はまた二つのラジアル支承 面を有し、それぞれクランクシャフトの軸に直交する各面内で各外支承面に隣接 した連結棒中央部の対向側にあることからなる請求項１の内燃エンジン。
4. ４．支承リンクが貫通孔を有するリンク部を含み、該孔に各連結棒の支承部が偏 心ジャーナルを中心として隔置集合体として受容され、該支承部の外支承面がそ れと回転係合し、前記の支承リンクはさらにリンク部と一体の舌部を含み、該舌 部は前記の孔に対して半径方向に突出してクランクシャフトと相互に係合するこ とによって一体として回転するように構成された請求項１ないし３のいずれかの 内燃エンジン。
5. ５．偏心ジャーナルがクランクシャフトの各ウエッブ部により支持され、かつそ れらの間に延設され、各ウエッブ部がバランスウエイト部分を担持し、支承リン クの舌部がウエッブとバランスウエイトとによって画定される凹部に受容され、 クランクシャフトの軸に対して半径方向に延設された請求項６の内燃エンジン。
6. ６．バランスウエイトがウエッブに取り外し可能に装置されている請求項７の内 燃エンジン。
7. ７．支承リンクがクランクシャフト軸に対して実質的にバランスされている前記 請求項のいずれかの内燃エンジン。
8. ８．添付図面を引照して本文中に記載された構造と配設を持つ内燃エンジン。