特許 7652042 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-18

(45)【発行日】2025-03-27

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F16C 3/06 20060101AFI20250319BHJP

【ＦＩ】

F16C3/06

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021162916

(22)【出願日】2021-10-01

(65)【公開番号】P2023053713

(43)【公開日】2023-04-13

【審査請求日】2024-03-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100127797

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 晴洋

(72)【発明者】

【氏名】宮内 勇馬

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 るな

【審査官】大山 広人

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６３－１３３６３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－０１４３２４５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９５４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７７２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２７３０７９１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第００８００００８（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒及び該気筒に往復摺動可能に収容されたピストンを備えたエンジン本体と、
メインジャーナル及びピンジャーナルを有し、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記ピンジャーナルとを連結するコンロッドと、
潤滑油を介して前記メインジャーナルを軸支する第１軸受部材と、
前記ピンジャーナルの周上に配置され、潤滑油を介して前記コンロッドを軸支する第２軸受部材と、を備え、
前記ピンジャーナルは、前記ピストンが上死点に位置するときに当該ピストンと対向する対向領域に形成され、径方向内側へ窪む凹部を備え、
前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深い凹部である内燃機関において、
前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、
前記凹部の前記軸方向幅は、前記クランクシャフトの回転方向上流側の方が下流側よりも幅広である、内燃機関。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関において、
前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向中央側から前記軸方向端部に向けて徐々に深さが深くなる凹部である、内燃機関。

【請求項3】

請求項１に記載の内燃機関において、
前記ピンジャーナルを周方向に展開した平面形状における、前記凹部の平面視の形状は、
前記周方向幅の回転方向上流端近傍において急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ膨出部と、前記膨出部から前記軸方向端部に接近するように、前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る緩曲部と、
を有する形状である、内燃機関。

【請求項4】

請求項３に記載の内燃機関において、
前記凹部は、前記軸方向幅が長い部分ほど、前記軸方向端部における深さが深い、内燃機関。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関において、
前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、
前記凹部の深さは、前記周方向幅の回転方向上流端から下流側に向けて第１の傾きで深くなり、回転方向中央部よりも上流側に最深部が形成され、前記最深部から回転方向下流端に向けて第２の傾きで浅くなるプロファイルを有し、
前記第１の傾きは、前記第２の傾きよりも大きい傾きである、内燃機関。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関において、
前記ピンジャーナルは、前記軸方向の一端側端部から前記軸方向の中央に向けて凹設された第１凹部と、前記軸方向の他端側端部から前記軸方向の中央に向けて凹設された第２凹部と、を備える内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クランクシャフトのピンジャーナルとコンロッドとの連結部において、潤滑油を介して軸受部材で前記コンロッドを軸支する構造を備えた内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関は、気筒に往復摺動可能に収容されたピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトを備える。クランクシャフトはメインジャーナル及びピンジャーナル有し、ピンジャーナルとピストンとはコンロッドで連結される。メインジャーナルは、潤滑油を介してシリンダブロックに保持された滑り軸受で軸支される。コンロッドは、潤滑油を介してピンジャーナルの周囲に配置された滑り軸受で軸支される。特許文献１には、メインジャーナルの外表面に複数の凹部を設け、潤滑油の保持性を高めるようにした内燃機関が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－２５６５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内燃機関の燃費向上には、各種の機械的損失の低減が求められる。上記の潤滑油についても、粘度が低い低粘度油を使用することが、摺動面の摩擦損失の抑制の観点から望ましい。しかし、低粘度油を使用した場合、ピンジャーナルの軸受部分で潤滑不良が発生し、ピンジャーナルに摩耗が発生する懸念がある。また、ピストンが燃焼圧力を受けた際、ピンジャーナルには、コンロッドにより軸方向と交差する方向に押圧されることによる変形力が作用する。このため、ピンジャーナル自体の変形による摩耗の発生も問題となる。

【0005】

本発明の目的は、ピンジャーナルの軸受部分における潤滑性を維持しつつ、ピンジャーナル自体の変形に伴うピンジャーナルの摩耗を抑制できる内燃機関を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一局面に係る内燃機関は、気筒及び該気筒に往復摺動可能に収容されたピストンを備えたエンジン本体と、メインジャーナル及びピンジャーナルを有し、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、前記ピストンと前記ピンジャーナルとを連結するコンロッドと、潤滑油を介して前記メインジャーナルを軸支する第１軸受部材と、前記ピンジャーナルの周上に配置され、潤滑油を介して前記コンロッドを軸支する第２軸受部材と、を備え、前記ピンジャーナルは、前記ピストンが上死点に位置するときに当該ピストンと対向する対向領域に形成され、径方向内側へ窪む凹部を備え、前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深い凹部であることを特徴とする。

【0007】

ピストンが燃焼圧力を受けると、クランクシャフトのピンジャーナルには、コンロッドを通して軸方向と交差する方向の押圧力が作用する。コンロッドからの押圧力が作用するのは、ピンジャーナルの周面のうち、前記ピストンが上死点に位置するときに当該ピストンと対向する対向領域である。前記押圧力は、ピンジャーナルを下向きの凸状に変形させる力となり、ピンジャーナルの周面を、第２軸受部材に接近させる方向に作用する。つまり、前記対向領域において、ピンジャーナルの周面が第２軸受部材に接触し易い状態が形成されてしまう。

【0008】

上記の内燃機関によれば、ピンジャーナルには、ピストンが上死点に位置するときに当該ピストンと対向する対向領域に凹部が形成され、且つ、前記凹部はピンジャーナルの軸方向中央側よりも前記軸方向端部の方が深い凹部である。このため、ピストンからの押圧力が加わっても、ピンジャーナルにおける前記対向領域の周面と第２軸受部材との間のクリアランスは前記凹部によって確保され、両者の接触を回避することができる。一方、前記凹部が設けられない領域では、ピンジャーナルの周面と第２軸受部材との間のクリアランスを小さく設定することが可能である。このため、低粘度油を潤滑油として用いても、油抜けが生じ難く、潤滑性を確保することができる。従って、ピンジャーナルの軸受部分で潤滑性の維持と、ピンジャーナルの摩耗防止とを両立することができる。

【0009】

上記の内燃機関において、前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向中央側から前記軸方向端部に向けて徐々に深さが深くなる凹部であることが望ましい。

【0010】

コンロッドから燃焼荷重に由来する押圧力がピンジャーナルに加わると、前記対向領域において、ピンジャーナル周面の軸方向端部が最も第２軸受部材に接近する方向に変形し、軸方向中央に向かうに連れて変形量が少なくなる。上記の内燃機関によれば、このようなピンジャーナルの変形態様にマッチした深さ分布を有する凹部とすることができ、より好適に潤滑性を確保と摩耗防止とを図ることができる。

【0011】

上記の内燃機関において、前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、前記凹部の前記軸方向幅は、前記クランクシャフトの回転方向上流側の方が下流側よりも幅広であることが望ましい。

【0012】

とりわけ、前記ピンジャーナルを周方向に展開した平面形状における、前記凹部の平面視の形状は、前記周方向幅の回転方向上流端近傍において急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ膨出部と、前記膨出部から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る緩曲部と、を有する形状であることがより望ましい。

【0013】

本発明者らの解析によれば、コンロッドからピンジャーナルに作用する荷重は、前記対向領域において、クランクシャフトの回転方向上流側部分の方が下流側の部分よりも大きい傾向があることが判明した。より詳しくは、回転方向上流端近傍において最も大きな荷重が加わり、回転方向下流端に向かうに連れて前記荷重が漸減してゆくことが判明した。上記の内燃機関によれば、このような荷重傾向に沿った軸方向幅を有する凹部とすることができ、ピンジャーナルと第２軸受部材との接触をより確実に防止することができる。

【0014】

上記の内燃機関において、前記凹部は、前記軸方向幅が長い部分ほど、前記軸方向端部における深さが深いことが望ましい。

【0015】

この内燃機関によれば、凹部の軸方向幅が長い部分において、ピンジャーナルと第２軸受部材とのクリアランスを大きくすることができる。このような、軸方向幅が長く且つ窪みが深い部分を、ピンジャーナルにおいてコンロッドから最も燃焼荷重を受ける部分に配置することで、ピンジャーナルの接触摩耗を的確に回避することができる。

【0016】

上記の内燃機関において、前記凹部は、前記ピンジャーナルの軸方向及び周方向において所定の軸方向幅及び周方向幅を有し、前記凹部の深さは、前記周方向幅の回転方向上流端から下流側に向けて第１の傾きで深くなり、回転方向中央部よりも上流側に最深部が形成され、前記最深部から回転方向下流端に向けて第２の傾きで浅くなるプロファイルを有し、前記第１の傾きは、前記第２の傾きよりも大きい傾きであることが望ましい。

【0017】

本発明者らの解析によれば、ピンジャーナルの変形に伴う前記対向領域における当該ピンジャーナルと軸受部材との直接接触によるエネルギー損失は、接触の前半期間が比較的急峻に立ち上がり、後半期間は比較的に緩やかに下降する特性を示す。前記直接接触は、ピンジャーナルの摩耗要因となるので、接触の前半期間では摩耗量が大きく、後半期間では摩耗量が小さいということになる。従って、上記の深さプロファイルを有する凹部をピンジャーナルに設けることで、上記のエネルギー損失特性に即した接触摩耗回避対策を施すことができる。

【0018】

上記の内燃機関において、前記ピンジャーナルは、前記軸方向の一端側端部から前記軸方向の中央に向けて凹設された第１凹部と、前記軸方向の他端側端部から前記軸方向の中央に向けて凹設された第２凹部と、を備えることが望ましい。

【0019】

コンロッドから燃焼加重がピンジャーナルに加わると、当該ピンジャーナルの軸方向中央部が押し下げられる一方で、その反作用で軸方向両端部が持ち上げられるような変形が、ピンジャーナルに生じる。このような変形挙動に伴うピンジャーナルと第２軸受部材との接触を、第１凹部及び第２凹部の形成によって未然に防止することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ピンジャーナルの軸受部分における潤滑性を維持しつつ、ピンジャーナル自体の変形に伴うピンジャーナルの摩耗を抑制できる内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明に係る内燃機関の一例であるエンジンの外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、上記エンジンの気筒列方向に沿った縦断面図である。

【図3】図３は、４気筒エンジンのクランクシャフトの側面図である。

【図4A】図４Ａは、コンロッドを通してクランクシャフトに加わる燃焼荷重の力線を示す模式図である。

【図4B】図４Ｂは、上記燃焼荷重によるピンジャーナルの変形を説明するための模式図である。

【図5】図５は、コンロッドを通してピンジャーナルに加わる荷重を示す図である。

【図6】図６（Ａ）は、ピンジャーナルに設けられる凹部の一例を示す簡略断面図、図６（Ｂ）は、前記凹部の作用を示す図である。

【図7】図７は、前記凹部の配置箇所を付記したクランクシャフトの側面図である。

【図8】図８（Ａ）は、前記凹部を有するピンジャーナルの具体例を示す斜視図、図８（Ｂ）はその正面図、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線断面図である。

【図9】図９は、前記凹部の軸方向プロファイルを示す、４気筒分のピンジャーナル表面の展開図である。

【図10】図１０は、前記凹部の深さ方向プロファイルを示す、ピンジャーナルの側断面図である。

【図11】図１１（Ａ）～（Ｃ）は、前記凹部の変形例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る内燃機関を詳細に説明する。本実施形態では、内燃機関の一例として、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載されるエンジンを例示する。

【0023】

［エンジンの構造］
図１は、本実施形態に係るエンジン１の外観を示す斜視図である。図２は、エンジン１の気筒列方向に沿った縦断面図である。エンジン１は、４サイクル直列４気筒のエンジンである。図１及び他のいくつかの図には、エンジン１の前側、後側を各々示すＦ、Ｒの方向表示が付されている。エンジン１は、エンジン本体１０と、エンジン本体１０内に組み込まれたクランクシャフト３と、クランクシャフト３を軸支する主軸受４とを含む。

【0024】

エンジン本体１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２及びロアシリンダブロック１３を備える。シリンダブロック１１は、エンジン前後方向Ｆ－Ｒに沿って一列に並ぶ４つの気筒２を有する。各気筒２の内部には、ピストン２１が往復摺動可能に収容されている。シリンダブロック１１は、さらに多くの気筒２を含んでいても良く、例えば直列６気筒のエンジン用であっても良い。

【0025】

シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。シリンダヘッド１２には、気筒２内に吸気を取り入れる吸気ポート１４と、図１及び図２には現れない排気ポートとが形成されている。各気筒２は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式にて、吸気系及び排気系と接続されている。図１及び図２には、第１吸気ポート１４Ａ及び第２吸気ポート１４Ｂのペアからなる吸気ポート１４が４セット、気筒配列方向に並んでいる様子が表出している。さらに、シリンダヘッド１２には、吸気弁を動作させる吸気弁用カムシャフト１５と、排気弁を動作させる排気弁用カムシャフト１６とが組み込まれている。シリンダヘッド１２の上面には、図略のシリンダヘッドカバーが取り付けられる。

【0026】

ロアシリンダブロック１３は、シリンダブロック１１の下面に取り付けられ、クランクシャフト３を支持するブロックである。ロアシリンダブロック１３は、クランクシャフト３を支持する部分がエンジン前後方向に並ぶラダーフレーム構造を有している。

【0027】

クランクシャフト３は、ピストン２１の往復運動を回転運動に変換する、エンジン１の回転出力軸である。図３は、クランクシャフト３の側面図であり、図示している回転方向の位相は、図２の断面図と同じである。クランクシャフト３は、メインジャーナル３１、ピンジャーナル３２、カウンタウェイト３３及びクランクアーム３４を含む。ここで例示しているクランクシャフト３は、フルカウンタウェイト型である。

【0028】

メインジャーナル３１は、クランクシャフト３の回転軸となる部分であって、主軸受４にて軸支される部分である。ピンジャーナル３２は、コンロッド２２を介してピストン２１と連結される部分である。コンロッド２２は、上端側に小端部２３を、下端側に大端部２４を備える。小端部２３は、ピストンピン２５を介してピストン２１と結合されている。大端部２４は、ピンジャーナル３２に結合されている。クランクアーム３４は、メインジャーナル３１とピンジャーナル３２とを繋ぐ部分である。

【0029】

カウンタウェイト３３は、ピストン２１及びコンロッド２２の運動に伴う慣性力を軽減する部材である。カウンタウェイト３３は、メインジャーナル３１の軸方向（Ｆ－Ｒ方向）端部から径方向外側へ延出するように配置されている。カウンタウェイト３３が配置される周方向位置は、ピンジャーナル３２の対極位置である。換言すると、クランクアーム３４において、ピンジャーナル３２と連結されている部分とは反対側の部分から、カウンタウェイト３３が径方向外側へ延出している。

【0030】

クランクシャフト３は、直列４気筒のエンジン１に対応したものである。図３に示す＃１、＃２、＃３、＃４の矢印は、４つの気筒２の各コンロッド２２が配置される位置を示している。＃１気筒２は、軸方向の先端側気筒、＃４気筒２は、気筒配列方向の後端側気筒である。＃１～＃４気筒２の各々に対応して、クランクシャフト３はピンジャーナル３２として、第１、第２、第３、第４ピンジャーナル３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを備えている。図３では、＃１気筒２用の第１ピンジャーナル３２Ａとピストン２１とがコンロッド２２で連結されている状態を示している。

【0031】

メインジャーナル３１としては、＃１気筒２よりも軸方向のＦ側に位置する第１メインジャーナル３１Ａと、第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄの各ピン間に位置する第２、第３、第４メインジャーナル３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄと、＃４気筒２よりも軸方向のＲ側に位置する第５メインジャーナル３１Ｅとが備えられている。カウンタウェイト３３としては、第１ピンジャーナル３２Ａを挟むように配置された第１、第２カウンタウェイト３３Ａ、３３Ｂと、第２ピンジャーナル３２Ｂを挟むように配置された第３、第４カウンタウェイト３３Ｃ、３３Ｄと、第３ピンジャーナル３２Ｃを挟むように配置された第５、第６カウンタウェイト３３Ｅ、３３Ｆと、第４ピンジャーナル３２Ｄを挟むように配置された第７、第８カウンタウェイト３３Ｇ、３３Ｈとが備えられている。

【0032】

主軸受４は、ジャーナル支持部４１及びキャップ４２を含む。ジャーナル支持部４１は、ロアシリンダブロック１３にラダー状に複数配置されたフレームに形成された半円状のキャビティ部分であり、メインジャーナル３１を下方から支持している。キャップ４２は、各ジャーナル支持部４１に対して上側から被せるように取り付けられる半円形の凹部である。ジャーナル支持部４１とキャップ４２との係合により作られる軸支体により、メインジャーナル３１が保持されている。

【0033】

ジャーナル支持部４１及びキャップ４２とメインジャーナル３１との間には、ジャーナルメタル４３（第１軸受部材）が介在されている。ジャーナルメタル４３は、滑り軸受であり、潤滑油を介してメインジャーナル３１の外周面を直接軸支する軸受部材である。ジャーナルメタル４３は、二つ割れの環状金属片の組み合わせからなる円環体からなる。ジャーナルメタル４３の内周面とメインジャーナル３１の外周面との間には潤滑油が供給される。クランクシャフト３（メインジャーナル３１）が軸回りに回転すると前記潤滑油の油膜圧力が発生し、その油膜によってメインジャーナル３１の回転が支えられる。

【0034】

コンロッド２２の大端部２４とピンジャーナル３２との間には、滑り軸受からなるコンロッドメタル４４（第２軸受部材）が介在されている。コンロッドメタル４４は、ピンジャーナル３２の周上に配置され、潤滑油を介してコンロッド２２の大端部２４を軸支している。コンロッドメタル４４は、二つ割れの環状金属片の組み合わせからなる円環体からなる。コンロッドメタル４４の内周面とピンジャーナル３２の外周面との間には潤滑油が供給される。

【0035】

［ピンジャーナルへ加わる荷重］
次に、クランクシャフト３の回転時にピンジャーナル３２に加わる荷重について説明する。図４Ａは、コンロッド２２を通してクランクシャフト３に加わる燃焼荷重を示す模式図である。図４Ａには、図３の第１ピンジャーナル３２Ａ（ピンジャーナル３２）及び第１、第２メインジャーナル３１Ａ、３１Ｂ（メインジャーナル３１）が拡大して示され、ジャーナルメタル４３及びコンロッドメタル４４の断面が付記されている。上述の通り、メインジャーナル３１とジャーナルメタル４３との間、並びに、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との間には、潤滑油の油膜ＬＢが形成されている。

【0036】

第１メインジャーナル３１Ａは最もＦ側に、第２メインジャーナル３１Ｂは、＃１気筒２と＃２気筒２との間に、それぞれ位置するメインジャーナルである（図３）。第１ピンジャーナル３２Ａは、第１、第２メインジャーナル３１Ａ、３１Ｂの間に位置している。第１ピンジャーナル３２ＡのＦ側端部３２ｆは第１メインジャーナル３１Ａと、Ｒ側端部３２ｒは第２メインジャーナル３１Ｂと、それぞれクランクアーム３４で繋がっている。第１メインジャーナル３１ＡのＦ側端部及びＲ側端部からは、それぞれ第１、第２カウンタウェイト３３Ａ、３３Ｂが径方向外側の下方に向かうように延出している。

【0037】

第１ピンジャーナル３２Ａには、＃１気筒２のピストン２１が受けた燃焼圧力が、コンロッド２２の大端部２４から燃焼荷重となって入力される。図４Ａの矢印は、燃焼荷重が第１ピンジャーナル３２Ａに加わった場合の力線Ｆを模式的に示している。燃焼荷重は、専ら第１ピンジャーナル３２Ａの軸方向中心付近に作用し、その力線Ｆは、第１ピンジャーナル３２ＡのＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒからクランクアーム３４を通り、第１、第２メインジャーナル３１Ａ、３１Ｂに向かう。

【0038】

図４Ｂは、燃焼荷重による第１ピンジャーナル３２Ａの変形を説明するための模式図である。なお、図４Ｂでは、前記変形が相当誇張して描かれている。燃焼荷重が加わると、第１ピンジャーナル３２Ａには、図４Ｂで点線にて示すように、その軸方向中心付近が下方へ沈み込む一方で、その軸方向両端部が上方へ持ち上がるように弓形に変形する傾向が出る。また、図４Ａに示した力線Ｆに沿って燃焼荷重が第１、第２メインジャーナル３１Ａ、３１Ｂに加わると、第１ピンジャーナル３２Ａを挟んで配置されている第１カウンタウェイト３３Ａと第２カウンタウェイト３３Ｂとの間隔を拡開させるような変形力が発生する。図４Ｂでは、そのような第１、第２メインジャーナル３１Ａ、３１Ｂ並びに第１、第２カウンタウェイト３３Ａ、３３Ｂの変形状態が、点線で示されている。さらに図４には、これらの変形が生じることによるクランクシャフト３の変形傾向を示す、変形ラインＤＬが付記されている。

【0039】

上記の変形力は、第１ピンジャーナル３２ＡのＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ付近の外周面を、コンロッドメタル４４の内周面に接近させる方向に作用する。つまり、第１ピンジャーナル３２Ａの外周面の一部が、コンロッドメタル４４に接触し易い状態を形成してしまう。詳しくは接触し易い部分は、第１ピンジャーナル３２Ａの周面の上半分の領域、つまり、ピストン２１が上死点に位置するときに当該ピストン２１と対向する対向領域における、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ付近の外周面である。

【0040】

機械抵抗の抑制には、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との間の隙間を小さく、これにより油膜ＬＢを可及的に薄くすることが望ましい。しかし、前記隙間を小さくすると、前記燃焼荷重が加わることに起因するピンジャーナル３２の変形により、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との接触が生じ、かえって機械抵抗の増大、摩耗の促進を招来することになりかねない。

【0041】

図５は、コンロッド２２からピンジャーナル３２に加わる燃焼荷重の測定例を示すグラフである。前記グラフは、ピンジャーナル３２の外周面を展開し、その外周面に加わる荷重を濃度分布で示している。濃い濃度の部分程、高い荷重が作用していることを示す。前記グラフの横軸はピンジャーナル３２の軸方向幅、縦軸は周方向幅に相当する。また、縦軸には、クランクシャフト３の軸回りの回転時における、ピンジャーナル３２の回転方向が付記されている。図５で示しているピンジャーナル３２は、＃２気筒２（又は＃３気筒２）に対応する第２ピンジャーナル３２Ｂ（又は第３ピンジャーナル３２Ｃ）を想定している。

【0042】

荷重の高い高荷重箇所ＰＡは、回転方向の１８０度付近に生じている。回転角＝１８０度付近では、第３、第４カウンタウェイト３３Ｃ、３３Ｄが下方に位置する一方、第２ピンジャーナル３２Ｂは上方に位置する。第２ピンジャーナル３２Ｂには、上死点から下降を始めるピストン２１から、下方に押下する燃焼荷重が加わる。このような回転方向のタイミングにおいて、第２ピンジャーナル３２Ｂに高荷重が作用していることが、図５から判る。

【0043】

高荷重箇所ＰＡは、単純な半円状の波紋を描く荷重分布ではなく、重心が回転方向上流側に偏心した滴型の荷重分布を備えている。これは、気筒２内において圧縮上死点付近で主に発生する燃焼により生じる大きな燃焼圧力が、ピストン２１及びコンロッド２２を介して一気に第２ピンジャーナル３２Ｂに燃焼荷重となって加わることに依ると考えられる。すなわち、前記燃焼荷重が一気に加わる高荷重箇所ＰＡの回転方向上流側では、第２ピンジャーナル３２Ｂに加わる荷重が比較的大きくなる。そして、回転が進み回転方向下流側に向かうに連れて、徐々に荷重が小さくなってゆく。当然、高荷重箇所ＰＡにおいて、より大きな荷重が加わる回転方向上流側の方が、第２ピンジャーナル３２Ｂの変形量が大きくなる。つまり、回転方向上流側の方が、より第２ピンジャーナル３２Ｂがコンロッドメタル４４へ接近し易い状態となる。

【0044】

［本実施形態のピンジャーナル］
本実施形態では、上記のような高荷重箇所ＰＡが生じたとしても、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との接触を回避出来ると共に、潤滑油の維持性を損なわないようにした、ピンジャーナル３２の具体例を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施形態のピンジャーナル３２は、径方向内側へ窪む凹部５を備える。凹部５は、ピンジャーナル３２の周面の、ピストン２１が上死点に位置するときに当該ピストン２１と対向する対向領域５０内であって、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ寄りの一部領域に各々形成される。また、凹部５は、ピンジャーナル３２の軸方向中央側よりも前記軸方向端部の方が深い凹部である。

【0045】

図６（Ａ）は、ピンジャーナル３２に設けられる凹部５の一例を示す簡略断面図、図６（Ｂ）は、凹部５の作用を示す図である。ピンジャーナル３２には、図４Ｂに示したように、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ付近に、図５に示したような高荷重箇所ＰＡが発生する。これに対応して、ピンジャーナル３２は、対向領域５０に配置される凹部５として、Ｆ側端部３２ｆ（軸方向の一端側端部）から軸方向の中央に向けて凹設された第１凹部５ｆと、Ｒ側端部３２ｒ（軸方向の他端側端部）から軸方向の中央に向けて凹設された第２凹部５ｒとを備えている。

【0046】

凹部５（第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒ）は、ピンジャーナル３２の軸方向中央側から軸方向端部に向けて、徐々に深さが深くなる傾きを持つ断面形状を有している。第１凹部５ｆについては、Ｆ側端部３２ｆにおいて最も径方向内側へ深く窪み、軸方向中央側に連れて徐々に窪みが浅くなっている。第２凹部５ｒについては、Ｒ側端部３２ｒおいて最も径方向内側へ深く窪み、軸方向中央側に連れて徐々に窪みが浅くなっている。これは、図５の荷重分布において説明した通り、燃焼圧力が加わると、対向領域５０におけるＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒの近傍領域の燃焼荷重が最も大きくなる、つまりＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒの近傍領域の変形量が最も大きくなることに対応したものである。なお、図６では凹部５の深さが誇張して描かれており、実際の凹部５の最深部の深さは、数ミクロン～数十ミクロン程度である。

【0047】

図６（Ａ）には、コンロッドメタル４４の内周面とピンジャーナル３２の外周面との間のクリアランスＧ１、Ｇ２が示されている。凹部５が形成されていない頂部５ＴにおけるクリアランスＧ１は、滑り軸受の潤滑油粘度等を考慮して設定される標準クリアランスに設定されている。Ｇ１は、図６（Ａ）には現れない、コンロッドメタル４４の凹部５の形成箇所以外の外周面とコンロッドメタル４４の内周面とのクリアランスでもある。一方、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒが各々形成されている領域はＧ１に比べて大きいクリアランスを有し、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒで最も大きくなっている。

【0048】

図６（Ｂ）には、燃焼圧力が加わったときの、ピンジャーナル３２の変形態様が点線で示されている。燃焼圧力がピンジャーナル３２に加わると、図４Ｂに示したようにピンジャーナル３２は、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒが上方へ持ち上がるように変形する。つまり、ピンジャーナル３２のＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ寄りの部分がコンロッドメタル４４に接近する方向に変形する。

【0049】

このような変形が生じた場合、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒが存在しないと、ピンジャーナル３２のＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ付近がコンロッドメタル４４の内周面に接触し得る。しかし、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒが存在していると、前記変形が生じてもなお、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との間のクリアランスＧ３が確保されることとなり、両者の接触を回避することができる。

【0050】

第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒは、ピンジャーナル３２のＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ寄りの部分の全周に設けられるのではなく、高荷重箇所ＰＡに対応する箇所だけを凹没させるように設けられる。第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒをピンジャーナル３２に形成することは、対峙するコンロッドメタル４４との間のクリアランスを拡張することとなり、潤滑油が前記クリアランスから逃げ出す油抜けを生じさせる。本実施形態では、高荷重箇所ＰＡに対応する箇所だけに第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒが設けられ、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒが設けられない領域では、ピンジャーナル３２の周面とコンロッドメタル４４との間は標準のクリアランスＧ１に設定される。従って、前記油抜けは最小限に抑制される。

【0051】

また、図４Ｂに点線で示したように、燃焼圧力がピンジャーナル３２に加わった場合、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒが最もコンロッドメタル４４に接近する方向に変形し、それぞれ軸方向中央に向かうに連れて変形量が少なくなる。この変形傾向にマッチするように、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒは、ピンジャーナル３２の軸方向中央側からＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒに向けて徐々に深さが深くなるプロファイルを有する。この点においても、前記クリアランスが徒に拡張しない工夫が為されている。このため、例えば０Ｗ２０クラスの低粘度油を潤滑油として用いても、前記油抜けが生じ難く、潤滑性を確保することができる。従って、コンロッドメタル４４における潤滑性の維持と、ピンジャーナル３２の摩耗防止とを両立することができる。

【0052】

［凹部の配置位置と具体的形状］
続いて、クランクシャフト３に対する凹部５の配置位置と、凹部５の具体的形状について説明する。図７は、直列４気筒用のフルカウンタ型クランクシャフト３の、ピンジャーナル３２に対する凹部５の配置箇所を付記した側面図である。図８（Ａ）は、凹部５を有するピンジャーナル３２の具体例を示す斜視図、図８（Ｂ）はその正面図、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）のＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線断面図である。

【0053】

図７に示す通り、クランクシャフト３が備える第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄには、それぞれ、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒからなる凹部５が配設されている。フルカウンタ型クランクシャフト３の場合、凹部５はカウンタウェイト３３の延出位置とは反対側の位置において、ピンジャーナル３２に配設される。例えば＃１気筒２の第１ピンジャーナル３２Ａならば、図７の状態で言えば第１カウンタウェイト３３Ａ及び第２カウンタウェイト３３Ｂが第１ピンジャーナル３２Ａの下端側から下方に延び出している。この場合、第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒは、第１、第２カウンタウェイト３３Ａ、３３Ｂの延出位置とは反対側の、第１ピンジャーナル３２Ａの上端側に形成される。第２～第４ピンジャーナル３２Ｂ～３２Ｄも同様である。

【0054】

図８（Ａ）は、一つのピンジャーナル３２を切り出した斜視図である。このピンジャーナル３２は、クランクシャフト３の回転角が０度のときにピストン２１が上死点を迎える第１、第４ピンジャーナル３２Ａ、３２Ｄに対応している。既述の通り、凹部５が形成されるのは、ピンジャーナル３２の周面のうち、ピストン２１が上死点に位置するときに当該ピストン２１と対向する対向領域５０内である。対向領域５０の範囲は、ピンジャーナル３２の周面を上半分と下半分とに二分して言うならば、上半分である。好ましい対向領域５０の範囲は、上死点を指向する０度の位置から前後６０度の範囲、すなわち３００度～６０度の範囲である。

【0055】

凹部５は、単純な半球冠の形状を有する窪みや、Ｆ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒのエッジ付近を斜め方向に直線状に切り欠いたような窪みであっても良い。これらに対し、図８（Ａ）～（Ｃ）に示す本実施形態に係る凹部５は、ピンジャーナル３２に加わる燃焼荷重を考慮して、その軸方向幅、周方向幅及び深さが設定されている。この点について、図９及び図１０を参照して説明を加える。

【0056】

図９は、凹部５（第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒ）の軸方向プロファイルを示す、第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄの表面の展開図、すなわち第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄを各々周方向に展開した平面形状を示す図である。各々の凹部５の配置位置は図７の例に対応したものであり、第１、第４ピンジャーナル３２Ａ、３２Ｄの凹部５は回転角＝０度付近に、第２、第３ピンジャーナル３２Ｂ、３２Ｃの凹部５は回転角＝０度付近に、各々配置されている。

【0057】

図９では、第１凹部５ｆと第２凹部５ｒとが対称の形状を有し、且つ、第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄの凹部５が同一形状である例を示している。従って、以下に説明する凹部５の形状は、第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄの全ての凹部５に当て嵌まる。なお、第１凹部５ｆと第２凹部５ｒとを非対称の形状とする、或いは、第１～第４ピンジャーナル３２Ａ～３２Ｄの一部又は全部において凹部５を異なる形状としても良い。

【0058】

凹部５は、ピンジャーナル３２の軸方向（幅方向）及び周方向（回転方向）において所定の軸方向幅及び周方向幅を有している。凹部５の前記軸方向幅は、クランクシャフト３の回転方向上流側の方が下流側よりも幅広である形状を有している。つまり、凹部５の平面視の形状を、回転方向において上流側と下流側（回転方向の前半側と後半側と同義）との二つに区分した場合、凹部５は前記下流側より前記上流側の方が比較的広い前記軸方向幅を有している。なお、軸方向幅は、第１凹部５ｆではピンジャーナル３２のＦ側端部３２ｆから凹部５の軸方向中央側のエッジまでの長さ、第２凹部５ｒではＲ側端部３２ｒから凹部５の軸方向中央側のエッジまでの長さである。また、周方向幅は、回転方向に沿った凹部５の幅である。

【0059】

より詳しくは、ピンジャーナル３２を周方向に展開した平面視の形状において、凹部５は、回転方向上流側の膨出部５１と、回転方向下流側の緩曲部５２とを備える滴型の形状を有している。膨出部５１は、凹部５の前記周方向幅の回転方向上流端近傍において、急峻な曲線で軸方向中央側に膨らむ部分である。緩曲部５２は、膨出部５１から前記周方向幅の回転方向下流端へ緩い曲線で至る部分である。つまり、凹部５の軸方向中央側のエッジは、回転方向上流端からＦ側端部３２ｆ（第１凹部５ｆ）又はＲ側端部３２ｒ（第２凹部５ｒ）に対して急峻に立ち上がり、回転方向上流側の領域において最大幅となるピーク位置に至り、以降は緩やかにＦ側端部３２ｆ又はＲ側端部３２ｒに接近する曲線形状を有している。

【0060】

このような凹部５の平面視形状は、図５に示したピンジャーナル３２の高荷重箇所ＰＡの平面視形状に対応している。既述の通り、コンロッド２２からピンジャーナル３２に作用する燃焼荷重は、対向領域５０のＦ側端部３２ｆ及びＲ側端部３２ｒ付近において、クランクシャフト３の回転方向上流側部分の方が下流側の部分よりも大きい傾向がある。詳しくは、回転方向上流端近傍において最も大きな荷重が加わり、回転方向下流端に向かうに連れて前記荷重が漸減してゆく傾向がある。このため、高荷重箇所ＰＡは、回転方向上流側に荷重重心が偏心した滴型の分布を有する。このような高荷重箇所ＰＡの荷重傾向に沿うように、凹部５の軸方向プロファイルもまた、回転方向上流側が幅広となるような滴型の形状を有している。これにより、ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との接触を確実に防止することができる。

【0061】

凹部５の窪み深さも、高荷重箇所ＰＡの荷重傾向に沿うように設定される。つまり、ピンジャーナル３２において荷重が大きく加わる部分ほど、凹部５の深さが深く設定される。図１０は、回転方向に沿った凹部５の深さ方向プロファイルを示す、ピンジャーナル３２を平面展開した側断面図である。このプロファイルは、Ｆ側端部３２ｆ又はＲ側端部３２ｒにおける凹部５の深さ方向プロファイルである。なお、このプロファイルも、深さ方向のサイズを誇張している。

【0062】

凹部５は、窪み形状において、回転方向上流側の上流傾斜部５３と、回転方向下流側の下流傾斜部５４とを備えている。上流傾斜部５３は、凹部５の周方向幅の回転方向上流端から回転方向中央部ＬＣに向かう方向に第１の傾きＬ１で深くなる傾斜面を有する。凹部５の最深部ＭＤは、回転方向中央部ＬＣよりも上流側に位置している。下流傾斜部５４は、最深部ＭＤから回転方向下流端に向けて第２の傾きＬ２で浅くなる傾斜面を有する。第１の傾きＬ１と第２の傾きＬ２との関係は、両者の傾き方向を揃えた場合、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある。つまり、凹部５は、回転方向の上流側で急峻に深くなり、最深部ＭＤよりも下流側では緩やかに浅くなる窪み形状を有している。例えば、Ｌ１，Ｌ２をピンジャーナル３２の周面の接線に対してなす角で比較する場合、Ｌ１は、Ｌ２の１．２倍～３倍程度に設定することができる。

【0063】

本発明者らの解析によれば、ピンジャーナル３２の変形に伴う対向領域５０における当該ピンジャーナル３２とコンロッドメタル４４との直接接触によるエネルギー損失は、接触の前半期間が比較的急峻に立ち上がり、後半期間は比較的に緩やかに下降する特性を示す。前記直接接触は、ピンジャーナル３２の摩耗要因となるので、接触の前半期間では摩耗量が大きく、後半期間では摩耗量が小さいということになる。従って、第１の傾きＬ１及び第２の傾きＬ２を備えた深さプロファイルを有する凹部５をピンジャーナル３２に設けることで、上記のエネルギー損失特性に即した接触摩耗回避対策を施すことができる。

【0064】

上記の凹部５の回転方向の深さプロファイルを、図９に示した軸方向プロファイルに関連付けると、凹部５の軸方向幅が長い部分ほど、凹部５の軸方向端部（Ｆ側端部３２ｆ又はＲ側端部３２ｒ）における深さが深いという関係となる。なお、軸方向の深さプロファイルは、軸方向中央側（滴型のエッジ）からＦ側端部３２ｆ又はＲ側端部３２ｒに向けて徐々に深さが深くなる凹部５である点は、図６（Ａ）に示した基本例と同様である。

【0065】

つまり、高荷重箇所ＰＡの荷重分布に沿って、荷重が大きい箇所は比較的深く、荷重が小さい所は比較的浅くなるように、凹部５の深さプロファイルが設定される。この実施形態によれば、凹部５の軸方向幅が長く且つ窪みが深い部分が、ピンジャーナル３２においてコンロッド２２から最も燃焼荷重を受ける部分に配置される。従って、ピンジャーナル３２のコンロッドメタル４４への接触による摩耗を的確に回避することができる。

【0066】

［変形例］
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取ることができる。

【0067】

（１）上記実施形態では、フルカウンタ型のカウンタウェイト３３を有するクランクシャフト３を例示した。クランクシャフト３は、ハーフカウンタ型のものであっても良いし、カウンタウェイト３３自体が省かれているタイプでも良い。いずれのタイプでも、コンロッド２２から加わる燃焼荷重によりピンジャーナル３２の変形は生じるので、上掲の凹部５は有効である。

【0068】

（２）上記実施形態では、直列４気筒のエンジン１に対応したクランクシャフト３を例示した。クランクシャフト３は、例えば直列６気筒のエンジン１に対応したクランクシャフトであっても良い。この場合でも、６つのピンジャーナル３２の各々に、ピストン２１が上死点に位置するときに当該ピストン２１と対向する対向領域５０に凹部５（第１凹部５ｆ及び第２凹部５ｒ）を設ければ良い。

【0069】

（３）上記実施形態では、ピンジャーナル３２の軸方向中央側から軸方向端部（Ｆ側端部３２ｆ又はＲ側端部３２ｒ）に向けて徐々に深さが深くなる凹部５を例示した。凹部５は、ピンジャーナル３２の軸方向中央側よりも軸方向端部の方が深いという関係を満たす限りにおいて、種々の変形実施形態を取ることができる。図１１（Ａ）～（Ｃ）に、変形例に係る凹部５Ａ、５Ｂ、５Ｃを示す。

【0070】

図１１（Ａ）は、階段型の窪み形状を有する凹部５Ａを示すピンジャーナル３２の概略断面図である。凹部５Ａは、傾斜のない水平部５５と、斜めに傾いた傾斜部５６とが交互に連なる窪み形状を有し、ピンジャーナル３２の軸方向中央側よりも軸方向端部の方が窪み深さが深くなっている。図１１（Ｂ）は、一つの水平部５７と一つの傾斜部５８とで構成された凹部５Ｂを示している。傾斜部５８は、ピンジャーナル３２の軸方向中央側に配置され、水平部５７は傾斜部５８の最深端から軸方向端部に至っている。図１１（Ｃ）は、凹凸傾斜部５９を有する凹部５Ｃを示している。凹凸傾斜部５９は、出没を繰り返しながらピンジャーナル３２の軸方向中央側から軸方向端部へ、全体としては深くなる傾斜部である。このような凹部５Ａ、５Ｂ、５Ｃであっても、上述の凹部５と同様の作用効果を奏する。

【符号の説明】

【0071】

１ エンジン（内燃機関）
１０ エンジン本体
２ 気筒
２１ ピストン
２２ コンロッド
３ クランクシャフト
３１、３１Ａ～３１Ｅ メインジャーナル
３２、３２Ａ～３２Ｄ ピンジャーナル
３２ｆ Ｆ側端部（軸方向の一端側端部）
３２ｂ Ｒ側端部（軸方向の他端側端部）
４ 主軸受
４３ ジャーナルメタル（第１軸受部材）
４４ コンロッドメタル（第２軸受部材）
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 凹部
５１ 膨出部
５２ 緩曲部
５３ 上流傾斜部
５４ 下流傾斜部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】