特開 2024-5736 クランク軸支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005736

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】クランク軸支持構造

(51)【国際特許分類】

   F02F 7/00 20060101AFI20240110BHJP

   F02B 77/00 20060101ALI20240110BHJP

   F16C 9/02 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

F02F7/00 301F

F02B77/00 J

F02B77/00 Q

F16C9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106074

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】田中 多聞

(72)【発明者】

【氏名】猪飼 純也

(72)【発明者】

【氏名】井上 恭太

(72)【発明者】

【氏名】田中 貴巳

(72)【発明者】

【氏名】中馬 和幸

【テーマコード（参考）】

3G024

3J033

【Ｆターム（参考）】

3G024AA56

3G024FA01

3J033AA05

3J033AB03

3J033AC02

3J033BB01

3J033FA03

3J033FA06

3J033GA05

(57)【要約】

【課題】さらなる構造工夫により、クランクケースを大型化することなくビーム一体型のベアリングキャップ体を構成し、クランクケースとしての強度・剛性の向上が図れるクランク軸支持構造を提供する。
【解決手段】クランク軸５をシリンダブロック１の下部に軸支するベアリングキャップ１８の複数を、クランク軸５の軸心Ｐ方向に延びるビーム１９で一体化してなるベアリングキャップ体Ｂが設けられ、ビーム１９は、クランク軸５の回転軌跡ｔの外側領域で、かつ、シリンダブロック１の下に組付けられる下部クランクケース１Ｃの内側領域となる空隙箇所Ｓに、空隙箇所Ｓの断面形状に沿った又は似た形状の断面を有する状態に構成されているクランク軸支持構造。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランク軸をシリンダブロックの下部に軸支するベアリングキャップの複数を、前記クランク軸の軸心方向に延びるビームで一体化してなるベアリングキャップ体が設けられ、
前記ビームは、前記クランク軸の回転軌跡の外側領域で、かつ、前記シリンダブロックの下に組付けられる下部クランクケースの内側領域となる空隙箇所に、前記空隙箇所の断面形状に沿った又は似た形状の断面を有する状態に構成されているクランク軸支持構造。

【請求項2】

前記ビームにおける前記クランク軸の最大回転軌跡に対応するピーク箇所は、前記最大回転軌跡に近接する径内面を有する断面形状に設定されている請求項１に記載のクランク軸支持構造。

【請求項3】

前記ビームの断面積が、前記ピーク箇所から前記ベアリングキャップへの接続部位に行くに従って大となる漸増状態に設定されている請求項２に記載のクランク軸支持構造。

【請求項4】

前記ピーク箇所は、前記下部クランクケースの内側面に沿う外側面と、前記下部クランクケースの上面に沿う底面とを有している請求項２に記載のクランク軸支持構造。

【請求項5】

前記ビームは、前記クランク軸の軸心に対する左右のそれぞれに設けられている請求項１～４の何れか一項に記載のクランク軸支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クランク軸の軸受を下方から支えるベアリングキャップが装備されたエンジンのクランク軸支持構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、産業用や自動車用などのエンジンにおいては、特許文献１に開示されるように、シリンダ部とクランクケース部とが一体化された形状のシリンダブロックが用いられ、シリンダブロックの下部、即ちクランクケース部に設けられるクランク軸は、クランクケース部の上部に加工されるジャーナル部と、クランクケース部の中央下面に組付けられるベアリングキャップとによって軸支されている。

【0003】

例えば、農用トラクタに搭載されることを前提とした多気筒ディーゼルエンジンでは、クランクケース部（シリンダブロックの下部）がトラクタの機体フレームを兼ねる構造とされることが多いため（特許文献１など）、クランクケース部には強度や剛性が求められる。即ち、機体フレームを兼ねるクランクケース部とする場合は、図７（Ｂ）に示される略図のように、十分な強度・剛性が出せるように、下部クランクケース５７を設ける構成を採ることが多い。

【0004】

図７（Ｂ）において、５１はシリンダブロック、５１Ａはシリンダ部、５１Ｂはクランクケース部、５２はピストン、５３はコネクティングロッド、５４はクランク軸であり、クランクケース部５１Ｂの中央下面に、クランク軸５４を軸支するためのベアリングキャップ５５がボルト５６止めされている。そして、クランクケース部５１Ｂの左右両端部の下面に、ベアリングキャップ５５を覆うように無蓋箱状の（凹状の）下部クランクケース５７がボルト止めにより組付けられている。

【0005】

つまり、強度部材である下部クランクケース５７をクランクケース部５１Ｂの下に組付けて一体化させる構造とすることにより、機体フレームの機能が出せるように、クランクケース部ｋとしての強度・剛性を高める構成とされていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－０８５３５６号公報

【特許文献2】特開２０１８－１８４１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

仕様変更や新規開発などにおいて、従来構造を保ったままエンジンの出力アップを図る場合、燃焼荷重の増大（爆発圧力の増大）によってベアリングキャップへの負担（挙動）が大きくなるため、何らかの対策が必要になってきた。対策としては、ベアリングキャップを下部クランクケースに一体化させる案や、ベアリングキャップへビームを追加する案が考えられる。

【0008】

前者の案（ベアリングキャップと下部クランクケースの一体化）は、大がかりでコスト負担が大きく、実現が非常には困難であるため、後者の案が現実的である。しかしながら、コスト上の利点があるビーム追加手段を採る場合、ベアリングキャップは下部クランクケースに隙間少なく覆われているため、下部クランクケースやクランクケース部を大型化することなく新たにビームを設けることも簡単ではない〔図７（Ｂ）参照〕。

【0009】

以上の実情に鑑みることにより、本発明の目的は、前記２つの案のうち、コスト的に有利な後者（ビームの追加）の案に着目し、さらなる構造工夫により、クランクケースを大型化することなくビームが一体化されたベアリングキャップ体を構成できるようにして、クランクケースとしての強度・剛性の向上が図れるクランク軸支持構造を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、クランク軸支持構造において、
クランク軸をシリンダブロックの下部に軸支する複数のベアリングキャップを、前記クランク軸の軸心方向に延びるビームで一体化してなるベアリングキャップ体が設けられ、
前記ビームは、前記クランク軸の回転軌跡の外側領域で、かつ、前記シリンダブロックの下に組付けられる下部クランクケースの内側領域となる空隙箇所に、前記空隙箇所の断面形状と相似又は似た形状の断面を有する状態に構成されていることを特徴とする。

【0011】

この場合、前記ビームにおける前記クランク軸の最大回転軌跡に対応するピーク箇所は、前記最大回転軌跡に近接する径内面を有する断面形状に設定されていると好都合である。その他の本発明については、特許請求の範囲の請求項３～５を参照のこと。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、クランク軸の回転軌跡（大端部やカウンタウェイトの回転軌跡）とベアリングキャップのボルト座面と下部クランクケースで覆われた三角部（空隙箇所）にビームを設置し、ベアリングキャップとビームとを繋いでベアリングキャップ体を構成してある。ビームは、空隙箇所の断面形状に沿った又は似た形状の断面を有するので、下部クランクケースを変えないでも、従来よりも大きな断面積をとることができる。

【0013】

従って、ビームの追加により、互いにベアリングキャップが独立していた従来では４本のボルトで負担していた燃焼荷重を、隣のベアリングキャップのボルトでも負担でき、ベアリングキャップの挙動を小さくできて、振動・騒音の悪化が抑制できる。

【0014】

その結果、下部クランクケース（クランクケース）を大型化することなくビーム一体型のベアリングキャップ体を構成できたので、コスト安にクランクケースとしての強度・剛性の向上が図れるクランク軸支持構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】産業用の直列多気筒ディーゼルエンジンの左側面図

【図2】図１に示すエンジンの正面図

【図3】エンジンにおける冷却水の概略の流れを示す側面図

【図4】ベアリングキャップ体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ａ）のＺ－Ｚ線で切った断面図

【図5】クランク軸の支持構造を示す要部の正面図

【図6】（Ａ）は下部クランクケースの平面図、（Ｂ）はビームとクランク軸との関係を示す図５の矢視Ｙで見た要部の図

【図7】クランク軸支持構造の特徴構成を示し、（Ａ）は本発明の模式図、（Ｂ）は従来の模式図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明によるクランク軸支持構造の実施の形態を、産業用直列多気筒ディーゼルエンジンについて、図面を参照しながら説明する。産業用ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）Ｅにおいては、冷却ファン１０の有る側を前、フライホイール７（フライホイールハウジング７Ａ）の有る側を後、排気マニホルド３１のある側を左、排気マニホルド３１の無い側〔吸気マニホルド（図示省略）のある側〕を右とする。

【0017】

図１～図３に示されるように、エンジン〔立型の直列４気筒（多気筒）水冷エンジン〕Ｅでは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー３が組付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組付けられている。５はクランク軸、６はピストン、７はフライホイール、８は伝動ベルト、９はウォータポンプ、１０は冷却ファン、１１はラジエータである。３２は過給機、３３は排気処理装置である。

【0018】

シリンダブロック１の上部は、ピストン６を内嵌するシリンダ部１Ａに形成され、シリンダ部１Ａの下側はクランクケース部Ｃに形成されている。クランクケース部ｋは、シリンダ部１Ａに一体形成されている上部クランクケース１Ｂと、上部クランクケース１Ｂの下に組付けられる下部クランクケース１Ｃ〔図６（Ａ）も参照〕とにより構成されている。オイルパン４は、下部クランクケース１Ｃの下に組付けられている。

【0019】

図３に示されるように、クランク軸５は、上部クランクケース１Ｂと、上部クランクケース１Ｂの下に複数のボルトにより組付けられるベアリングキャップ体Ｂとにより軸支されている。つまり、上部クランクケース１Ｂの下面には、下部クランクケース１Ｃとベアリングキャップ体Ｂとが組付けられており、ベアリングキャップ体Ｂは下部クランクケース１Ｃの内部に隙間なく収容されたような状態に構成されている。

【0020】

図４、図５に示されるように、ベアリングキャップ体Ｂは、前後に並ぶ複数カ所（５カ所）のベアリングキャップ（ベアリングキャップ部）１８と、隣合うベアリングキャップ１８どうしを繋いで一体化する計８カ所のビーム（ビーム部）１９とを備えた略梯子状〔図４（Ａ）を参照〕の構造体に構成されている。つまり、クランク軸５をシリンダブロック１の下部に軸支するベアリングキャップ１８の複数を、クランク軸５の軸心Ｐ方向に延びるビーム１９で一体化してなるベアリングキャップ体Ｂが設けられている。

【0021】

各ベアリングキャップ１８は、上部クランクケース１Ｂに垂下形成されている複数の軸受壁２０の下面に、左右の２カ所でボルト止めされている。つまり、ベアリングキャップ体Ｂは、１０本のボルト２１〔図７（Ａ）を参照〕によって上部クランクケース１Ｂに取付けられている。

【0022】

ベアリングキャップ１８は、キャップ本体１８Ａに、軸受（すべり軸受けなど）２２を載せ付ける半周状の内周面１８ａと、左右一対の取付座面１８ｂとを備えて形成されており、その下部における左右両端それぞれにビーム１９が接続されている。軸受２２は、クランク軸５のジャーナル５ａを軸支する部分であり、軸受壁２０下部のジャーナル部（符記省略）にも装着される（図５参照）。

【0023】

図４、図５、図６（Ｂ）に示されるように、ビーム１９は、ベアリングキャップ１８に連続される前ビーム部１９ａ及び後ビーム部１９ｂと、中間部１９ｃとを有している。なお、前後端の左右それぞれの４カ所のビーム１９においては、前ビーム部１９ａや後ビーム部１９ｂは、左右への張出しを規制して斜め梁のような形状に形成されている〔図４（Ａ）参照〕。ビーム１９は、クランク軸５の回転軌跡ｔの外側領域で、かつ、下部クランクケース１Ｃの内側領域となる空隙箇所Ｓに、空隙箇所Ｓの断面形状に沿った又は似た形状の断面を有する状態に構成されている（図５参照）。

【0024】

クランク軸５において、回転軌跡ｔが大きくなる箇所としては、上端部にピストン６を枢支するコンロッド２３の大端部２３Ａと、大端部２３Ａの両隣り（前後）それぞれに近接配置されるカウンタウェイト２４，２４であり、最も回転軌跡（回転半径）が大きい（最大回転軌跡ｓｔ）箇所は大端部２３Ａである。従って、ビーム１９は、一対のカウンタウェイト２４，２４及び大端部２３Ａとの干渉を避けるべく、それら三者２４，２３Ａ，２４の回転軌跡（最大回転軌跡）ｔの外側領域にあるサイド内面１９ｓ，１９ｓ及び中央内面１９ｄを有して、左右方向視で略Ｖ字状（略Ｕ字状）の形状を持つ状態に形成されている〔図６（Ｂ）参照〕。

【0025】

図１，２、図５、図６（Ａ）に示されるように、下部クランクケース１Ｃは、前壁２５，後壁２６、左側壁２７、右側壁２８、前後中間にある底壁２９を有し、また、軸受壁２０に対応した前後３カ所に、左右に延びる補強リブ壁３０が形成されている。前壁２５及び後壁２６には、クランク軸５を通すために左右中央部において上端から下方に凹入する切欠き部２５Ａ，２６Ａ〔図６（Ａ）参照〕が形成されている。

【0026】

図５に示されるように、各ビーム１９の左右の外側面は１９Ｌ，１９Ｒは、下部クランクケース１Ｃの対応する左右の内側面２７Ａ，２８Ａに近接して沿うように設定され、かつ、各ビーム１９の底面１９Ｂは、底壁２９の上面２９Ａに近接して沿うように設定されている。加えて、前後方向で回転軌跡ｔが最大となる最大回転軌跡ｓｔの箇所に位置する中間部１９ｃの上面（傾斜上面）である中央内面１９ｄは、回転軌跡ｔに近接して沿うように設定されている。その結果、中間部１９ｃは、左外側面は１９Ｌ、右外側面１９Ｒ、傾斜した中央内面１９ｄ、及び左右中央側の短側面１９ｅを有する異形四角形の断面形状を有している。

【0027】

つまり、ビーム１９におけるクランク軸５の最大回転軌跡ｓｔに対応する中間部（「ピーク箇所」の一例）１９ｃは、最大回転軌跡ｓｔに近接する中央内面（「径内面」の一例）１９ｄを有する断面形状に設定されている。そして、ビーム１９の断面積（左右方向で切った断面の面積）が、ピーク箇所である中間部１９ｃから前後に行くに従って（ベアリングキャップ１８への接続部位に行くに従って）大となる漸増状態に設定されている。中間部１９ｃは、下部クランクケース１Ｃの内側面２７Ａ，２８Ａに沿う外側面１９Ｌ，１９Ｒと、下部クランクケース１Ｃの上面２９Ａに沿う底面１９Ｂとを有している。

【0028】

中間部１９ｃの左右幅は、即ち、短側面１９ｅの左右方向の位置は、中間部１９ｃに応力集中が起き難いように（底面１９Ｂと中央内面１９ｄとが直接交わって鋭角先端部が形成されないように）、ある程度の長さを有する断面四角形が確保される程度の短い長さに設定されている。また、ベアリングキャップ１８を軸受壁２０に取付けるボルト（図示省略）着脱やその回し工具の操作が行える範囲内で、極力左右方向で内側に寄せた位置に短側面１９ｅが設けられている、とも言える。

【0029】

〔作用効果について〕
下部クランクケース１Ｃを上部クランクケース１Ｂに取付けてあるので、クランクケース部ｋの強度・剛性が大きく向上し、クランクケース部ｋが機体フレームを兼ねる作業機（農用トラクタなど）に好適に用いることができる。そして、クランク軸５を軸支するためのベアリングキャップ１８の隣り合うものどうしを繋いで一体化するビーム１９を設けたので、ベアリングキャップ１８の強度・剛性が向上し、出力アップによって燃焼荷重が増大しても、ベアリングキャップ１８（ベアリングキャップ体Ｂ）の挙動が大きくならないようになった。

【0030】

本発明においては、図７（Ａ）に示すように、クランク軸５の最大回転軌跡ｓｔの外側領域で、かつ、下部クランクケース（ライナーケース）１Ｃの内側領域に収まる範囲で、極力大きい断面積が取れるようにしてビームを設けたので、下部クランクケース１Ｃの大きさを変えることなく、強度・剛性のあるビーム１９が構成でき、従って、ベアリングキャップ体Ｂとして十分な強度・剛性を持たせることができた。なお、図７（Ａ）において、空隙箇所Ｓを示す左右のハッチング付きの略三角形部分は、ボルト２１の頭部（符記省略）が配置されるスペースを含んで描いてあるが、ボルト２１の無い部分では、下部クランクケース１Ｃの上面２９Ａ（図５参照）がベアリングキャップ１８の底に近付いて、前述の略三角形部分は、その底がベアリングキャップ１８の底の位置まで上がってさらに小さくなることがある。

【0031】

つまり、クランク軸５の回転軌跡ｔ（大端部２３Ａやカウンタウェイト２４の回転軌跡など）とベアリングキャップ１８のボルト座面と下部クランクケース１Ｃで覆われた三角部（空隙箇所Ｓ）にビーム１９を設置し、ベアリングキャップ１８とビーム１９とを繋いでベアリングキャップ体Ｂを構成した。
ビーム１９の追加により、互いにベアリングキャップが独立していた従来では４本のボルトで負担していた燃焼荷重を、隣のベアリングキャップのボルト２１でも負担でき、ベアリングキャップ１８の挙動を小さくできて、振動・騒音の悪化が抑制できる。

【0032】

そして、図６（Ｂ）に示されるように、ビーム１９の形状を、中間部１９ｃからベアリングキャップ１８に近付くに連れて断面積が大きくなるように前及び後ビーム部１９ａ，１９ｂが形成されているので、最小断面積の部分は中間部１９ｃだけになり、ビーム１９としての強度・剛性が大きく向上し、結果として、ベアリングキャップ体Ｂの強度・剛性も大きく向上する利点もある。

【0033】

〔別実施形態〕
ビーム１９の中間部１９ｃ（最大回転軌跡ｓｔに対応する箇所）の断面形状を、部品間隙間の寸法公差が許される範囲内で、下部クランクケース１Ｃの内面や最大回転軌跡ｓｔにより近づけて大面積にしてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ シリンダブロック
１Ｃ 下部クランクケース
５ クランク軸
１８ ベアリングキャップ
１９ ビーム
１９Ｌ，１９Ｒ 外側面
１９ｃ ピーク箇所
１９ｄ 径内面
２７Ａ，２８Ａ 内側面
Ｂ ベアリングキャップ体
Ｐ 軸心
Ｓ 空隙箇所
ｔ 回転軌跡
ｓｔ 最大回転軌跡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】