JP6904232B2 - 内燃機関のラダーフレーム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のラダーフレームに関する。

クランクシャフトをシリンダブロックとの間で支持する内燃機関のラダーフレームが知られている。ラダーフレームは、一般的に、クランクキャップとクランクキャップを両側から支持するための一対の側壁とが、アルミニウム合金を溶湯として共に鋳込まれることにより製造される。ここで、クランクキャップには、クランクシャフトを回転可能に支持する支持部が形成され、支持部の反対側には窪み部が形成されたものがある（例えば特許文献１参照）。完成後のラダーフレームでは、クランクキャップの両側部がアルミニウム合金により側壁に接合され、アルミニウム合金はクランクキャップの両側部から窪み部にかけて連続的にかつ部分的にクランクキャップを覆うようにして形成される。

特開平１１−０４４２５２号公報

ラダーフレームの完成後でのクランクキャップの厚みは、クランクキャップを部分的に覆うアルミニウム合金をも含めた厚みが所定の設計条件を満たす必要がある。このため、アルミニウム合金で覆われるクランクキャップの両側部での厚みは、アルミニウム合金の厚みを考慮して、アルミニウム合金で覆われない部分よりも予め薄く形成されている。このような設計条件下でクランクキャップの剛性を確保するためには、アルミニウム合金で覆われていた両側部からアルミニウム合金を除去して、その分だけ両側部の厚みを増大することが考えられる。この場合、クランクキャップの両側部を一対の側壁に接合するアルミニウム合金と、窪み部を覆うアルミニウム合金とが分断され、窪み部にアルミニウム合金が残留部として残留したままとなる。このような状態で内燃機関が使用されると、窪み部から残留部が脱落する可能性がある。

そこで本発明は、設計条件下でクランクキャップの厚みを確保しつつ、クランクキャップからの残留部の脱落を抑制した内燃機関のラダーフレームを提供することを目的とする。

上記目的は、クランクシャフトをシリンダブロックとの間で支持する内燃機関のラダーフレームにおいて、第１及び第２側壁と、金属製のクランクキャップと、前記クランクキャップを前記第１及び第２側壁のそれぞれに接合し、前記クランクキャップよりも剛性の低い金属材料により形成された第１及び第２接合部と、を備え、前記クランクキャップは、円弧状の中央部と、前記中央部を挟む位置にある第１及び第２側部と、を有し、前記第１及び第２側部は、それぞれ前記第１及び第２接合部により前記第１及び第２側壁に接合されており、前記中央部は、前記クランクシャフトを回転可能に支持する支持部と、前記支持部の反対側に形成された窪み部と、を有し、前記窪み部には、前記第１及び第２接合部から非連続であり前記第１及び第２接合部と材料が同じである残留部が接合されており、前記第１及び第２側部のそれぞれの厚みは、前記中央部と同じであって、前記窪み部には、前記残留部内に埋設されており当該窪み部からの前記残留部の脱落を抑制する突起部が形成され、前記突起部は、根元部及び先端部を有し、前記クランクキャップの厚み方向での前記根元部の少なくとも一部の厚みは、前記厚み方向での前記先端部の厚みよりも薄く、前記クランクキャップの幅方向での前記根元部の幅は、前記幅方向での前記先端部の幅よりも広い、内燃機関のラダーフレームによって達成できる。第１及び第２側部のそれぞれの厚みは、中央部と同じであって、窪み部に残留部の脱落を抑制する突起部が形成されていることにより、設計条件下でクランクキャップの厚みを確保しつつ、クランクキャップからの残留部の脱落が抑制される。

また、上記目的は、クランクシャフトをシリンダブロックとの間で支持する内燃機関のラダーフレームにおいて、第１及び第２側壁と、金属製のクランクキャップと、前記クランクキャップを前記第１及び第２側壁のそれぞれに接合し、前記クランクキャップよりも剛性の低い金属材料により形成された第１及び第２接合部と、を備え、前記クランクキャップは、円弧状の中央部と、前記中央部を挟む位置にある第１及び第２側部と、を有し、前記第１及び第２側部は、それぞれ前記第１及び第２接合部により前記第１及び第２側壁に接合されており、前記中央部は、前記クランクシャフトを回転可能に支持する支持部と、前記支持部の反対側に形成された窪み部と、を有し、前記窪み部には、前記第１及び第２接合部から非連続であり前記第１及び第２接合部と材料が同じである残留部が接合されており、前記第１及び第２側部のそれぞれの厚みは、前記中央部と同じであって、前記窪み部には、前記残留部内に埋設されており当該窪み部からの前記残留部の脱落を抑制する突起部が形成され、前記突起部は、前記クランクシャフトの回転軸心を通過し前記クランクシャフトに連動したピストンの往復方向に平行な線分から退避した位置に設けられている、内燃機関のラダーフレームによっても達成できる。

本発明によれば、設計条件下でクランクキャップの厚みを確保しつつ、クランクキャップからの残留部の脱落を抑制した内燃機関のラダーフレームを提供できる。

図１Ａは、内燃機関の概略図であり、図１Ｂは、ラダーフレームの概略図である。 図２Ａは、クランクキャップの拡大斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ断面図である。 図３Ａは、比較例のラダーフレームのクランクキャップの拡大斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図４Ａは、本実施例でのクランクキャップを下方側から見た斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのＣ−Ｃ断面図である。 図５Ａは、クランクキャップの正面図であり、図５Ｂは、鋳込む前のクランクキャップを正面側から見た場合の突起部の部分拡大図である。

図１Ａは、エンジン１の概略図である。エンジン１は、シリンダブロック６の上部にＶ型に突出した一対のバンク２Ｌ及び２Ｒを有したＶ型６気筒エンジンであり、内燃機関の一例である。バンク２Ｌ及び２Ｒは、シリンダブロック６の上端部に設置されたシリンダヘッド５Ｌ及び５Ｒと、そのそれぞれの上端に取り付けられたヘッドカバー４Ｌ及び４Ｒをそれぞれ備えている。シリンダブロック６内には、各バンク２Ｌ及び２Ｒのそれぞれに３つのシリンダが設けられ、各シリンダ内にはピストンが設けられている。各ピストンは、クランクシャフト８に動力伝達可能に連結されている。更に、シリンダブロック６の下側にはラダーフレーム７が取り付けられている。シリンダブロック６及びラダーフレーム７により、クランクシャフト８は回転可能に支持されている。

図１Ｂは、ラダーフレーム７の概略図である。ラダーフレーム７は、互いに対向して略平行に配置された側壁１１及び１２と、側壁１１及び１２の間でこれらに接合されクランクシャフト８の軸心方向に並んだ４つのクランクキャップ２０とを含む。クランクキャップ２０のそれぞれには、上方側に半円弧状の支持部２２が形成され、支持部２２はクランクシャフト８のジャーナル部を下方から回転可能に支持する。側壁１１及び１２はアルミニウム合金製であり、クランクキャップ２０は鉄製である。これらの複数のクランクキャップ２０は、アルミニウム合金を溶湯として、予め成形された側壁１１及び１２と共に鋳込まれる。これによりクランクキャップ２０は側壁１１及び１２に接合され、その後にクランクキャップ２０に付着したアルミニウム合金を部分的に除去することにより、ラダーフレーム７として製造される。

図２Ａは、クランクキャップ２０の拡大斜視図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ断面図である。図２Ａに示すように、クランクキャップ２０は、円弧状の中央部２１と、中央部２１を挟む位置にある側部２４及び２５とを含む。側部２４及び２５は、それぞれ、接合部３１及び３２により、側壁１１及び１２に接合されている。中央部２１は、上面２６側に形成された支持部２２と、支持部２２とは反対側の下面２７側に窪み部２３とを有している。側部２４及び２５は、上面２６及び下面２７に連続している。このため、ラダーフレーム７として完成された後のクランクキャップ２０は、Ｍ字状に見える。図２Ｂは側部２４の断面を示しており、側部２４の厚さＴは、中央部２１及び側部２５でも同じである。

接合部３１及び３２と残留部３３とは、側壁１１及び１２と共にクランクキャップ２０を鋳込んだ後に、溶湯であるアルミニウム合金が硬化して形成された部分である。従って、接合部３１及び３２と残留部３３とは同じアルミニウム合金製である。アルミニウム合金は、クランクキャップ２０よりも剛性の低い金属材料の一例である。接合部３１及び３２と残留部３３とは、互いに非連続である。尚、上面２６及び下面２７には、上下方向に貫通した、クランクキャップ２０をシリンダブロック６に固定するためのボルトの挿通用の孔が複数設けられている。上面２６は上述したようにシリンダブロック６に固定され、下面２７は不図示のオイルパンに固定される。

図３Ａは、比較例のラダーフレーム７ｘのクランクキャップ２０ｘの拡大斜視図である。図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。比較例においては、本実施例と類似する構成に関して類似する符号を付することにより重複する説明を省略する。クランクキャップ２０ｘでの接合部３１ｘ及び３２ｘは、本実施例での側部２４及び２５に相当する領域にまで広がっており、接合部３１ｘ及び３２ｘは、支持部２２とは反対側に位置する連続部３３ｘにまで連続している。即ち、接合部３１ｘ、３２ｘ、及び連続部３３ｘは、連続的にクランクキャップ２０ｘの多くの部分を覆っている。接合部３１ｘ及び３２ｘと連続部３３ｘとは、接合部３１等と同様に、溶湯であるアルミニウム合金が硬化して形成された部分である。

ここで、クランクキャップ２０ｘの厚みは、接合部３１ｘで覆われている部分も、接合部３１ｘで覆われていない中央部２１等でも同じである。図３Ｂは、接合部３１ｘ周辺でのクランクキャップ２０ｘの厚みを示している。接合部３１ｘで覆われているクランクキャップ２０ｘの部分である側部２４ｘの一方側の面には、凹部２４ｘａが形成されており、同様に反対側の面にも接合部３１ｘで覆われており凹部２４ｘａが形成されている。即ち、凹部２４ｘａは、接合部３１ｘの厚みを逃がすように形成されている。従って、クランクキャップ２０ｘの面が露出した部分での厚みＴは、凹部２４ｘａが形成されている部分でのクランクキャップ２０ｘの厚みＴｘよりも厚いが、接合部３１ｘを含んだ凹部２４ｘａが形成されている部分でのクランクキャップ２０ｘでの厚みは、上述した厚みＴと同じである。

このように、比較例でのクランクキャップ２０ｘも本実施例でのクランクキャップ２０も、最大の厚さが同じ厚みＴに設定されている。このように、厚みが設定されている理由は、重量の増大や大型化を抑制する観点により、クランクキャップ２０及び２０ｘの厚みに対して所定の設計条件が課せられているからである。

クランクキャップ２０及び２０ｘを比較すると、クランクキャップ２０では接合部３１及び３２により覆われている領域が少なく、側部２４及び２５では中央部２１と厚みが同じである。このため、クランクキャップ２０において厚みＴが確保されている領域が広い。これに対してクランクキャップ２０ｘでは接合部３１ｘ及び３２ｘにより覆われる領域が大きいため、クランクキャップ２０ｘにおいて厚みＴが確保されている領域は狭い。ここで、クランクキャップ２０ｘをより多く覆っている接合部３１ｘ及び３２ｘはアルミニウム合金であり、鉄製であるクランクキャップ２０及び２０ｘよりも剛性が低い。このため比較例でのクランクキャップ２０ｘよりも厚みＴとなる領域が広い本実施例のクランクキャップ２０の方が、剛性が確保されており、高出力の内燃機関に対しても適用できる。即ち、上述した設計条件下でクランクキャップ２０の厚みが確保されている。

ここで、比較例では接合部３１ｘ及び３２ｘと連続部３３ｘとは連続しているため、クランクキャップ２０ｘからこれらが脱落するおそれはない。しかしながら、本実施例でのクランクキャップ２０は、側部２４及び２５の厚みが中央部２１と同じであるため、残留部３３は接合部３１及び３２からは非連続である。図４Ａは、本実施例でのクランクキャップ２０を下方側から見た斜視図である。エンジン１の使用中において、残留部３３が窪み部２３から脱落する可能性がある。このため、クランクキャップ２０は、窪み部２３からの残留部３３の脱落を抑制する構造を有している。

図４Ｂは、図４ＡのＣ−Ｃ断面図である。図４Ｂに示すように、窪み部２３には、下方側に突出し残留部３３内に埋設されている突起部２３ａが形成されている。突起部２３ａは、根元部２３ａ１及び先端部２３ａ２を有している。クランクキャップ２０の厚み方向での根元部２３ａ１での最小厚みｔ１は、先端部２３ａ２での最大厚みｔ２よりも薄く形成されている。残留部３３は、上述したように鋳込み後に溶湯であるアルミニウム合金が硬化して形成された部分であるため、根元部２３ａ１及び先端部２３ａ２周囲に隙間なく形成されている。このため、仮に残留部３３に下方側に移動しようとする力が作用したとしても、根元部２３ａ１の厚みが最小となる部分周辺にある残留部３３の一部がその下の先端部２３ａ２の厚みが最大となる部分に干渉して、残留部３３の下方側への移動が妨げられる。このようにして、残留部３３が窪み部２３から脱落することが抑制されている。

尚、上記のように窪み部２３からの残留部３３の脱落を防止するために、加工により窪み部２３から残留部３３を除去することが考えられる。しかしながらこの場合、ラダーフレーム７の製造工数が増えて製造コストが増大する可能性がある。また、クランクキャップ２０に窪み部２３自体を形成しないことが考えられる。しかしながらこの場合、円弧状の支持部２２とは反対側にある底面が完全に平坦となり、クランクシャフト８から受ける荷重を周方向に適切に分散させることが困難となり、クランクキャップ２０の一部分に荷重が集中して、耐荷重性を確保できない可能性がある。従って、窪み部２３に残留部３３の脱落を抑制する突起部２３ａを設けることにより、製造コストの増大を抑制しつつクランクキャップ２０に加わる荷重を分散して耐荷重性を確保できる。

次に、突起部２３ａの位置について説明する。図５Ａは、クランクキャップ２０の正面図である。図５Ａには、バンク２Ｌ及び２Ｒでの各ピストンの往復方向を示した線分Ｌａ及びＲａを示している。また、図５Ａには、残留部３３内に埋設された突起部２３ａを点線で示している。線分Ｌａ及びＲａの間の角度は例えば６０度である。突起部２３ａは、線分Ｌａ及びＲａとの間に位置し、換言すれば線分Ｌａ及びＲａと交差しない退避した位置に設けられている。ここで、各ピストンが往復動することにより、中央部２１にはクランクシャフト８から線分Ｌａ及びＲａの方向に大きな荷重を受ける。従って、突起部２３ａは、このように大きな負荷を受ける部分から退避した位置に設けられている。このため、突起部２３ａを設けたことによるクランクキャップ２０の耐荷重性への影響が抑制される。

図５Ｂは、鋳込む前のクランクキャップ２０を正面側から見た場合の突起部２３ａの部分拡大図である。正面側から見た場合の突起部２３ａの形状は、根元部２３ａ１から先端部２３ａ２にかけて徐々に幅が狭くなるテーパー状である。即ち、上述した最小厚みｔ１の位置に対応したクランクキャップ２０の幅方向での根元部２３ａ１の位置での幅ｗ１は、最大厚みｔ２の位置に対応した先端部２３ａ２の位置での幅ｗ２よりも広くなっている。即ち、正面から見た場合の突起部２３ａの形状は、図４Ｂに示した側面側から見た突起部２３ａの形状とは異なり、残留部３３の脱落を抑制できない形状となっている。

従って、残留部３３の脱落の可能性をより低減するために、正面側から見た場合での突起部２３ａの形状についても、側面側から見た図４Ｂの場合と同様に、根元部２３ａ１の最小幅が先端部２３ａ２の最大幅よりも狭くすることが考えられる。ここで上述したように正面側から見た場合に円弧状である中央部２１には、クランクシャフト８から支持部２２を介して荷重を周方向に分散する役割があり、窪み部２３の形状もその役割を担う。このため、窪み部２３に形成された突起部２３ａの幅が大きく変化する形状であると、このような荷重の周方向での分散に対して影響を与える可能性がある。従って本実施例のように、突起部２３ａの厚みが変化した形状とすることにより、残留部３３の脱落を抑制しつつ、クランクシャフト８からの荷重の周方向での分散への影響を抑制することが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例ではＶ型６気筒エンジンを例に説明したが、６気筒に限定されず、また、Ｖ型エンジンに限定されず直列エンジンであってもよい。直列エンジンの場合にも、脱落抑制用の突起部は、クランクシャフトの回転軸心を通過しクランクシャフトに連動したピストンの往復方向に平行な線分から退避した位置から離れているのが望ましい。図４Ｂに示したように、根元部２３ａ１と先端部２３ａ２とは滑らかに湾曲して互いに連続した形状であるが、これに限定されず、例えば直線状に形成されていてもよい。

１ エンジン
６ シリンダブロック
７ ラダーフレーム
１１、１２ 側壁
２０ クランクキャップ
２１ 中央部
２２ 支持部
２３ 窪み部
２３ａ 突起部
２３ａ１ 根元部
２３ａ２ 先端部
２４、２５ 側部
３１、３２ 接合部
３３ 残留部

Claims (2)

1. クランクシャフトをシリンダブロックとの間で支持する内燃機関のラダーフレームにおいて、
   第１及び第２側壁と、
   金属製のクランクキャップと、
   前記クランクキャップを前記第１及び第２側壁のそれぞれに接合し、前記クランクキャップよりも剛性の低い金属材料により形成された第１及び第２接合部と、を備え、
   前記クランクキャップは、円弧状の中央部と、前記中央部を挟む位置にある第１及び第２側部と、を有し、
   前記第１及び第２側部は、それぞれ前記第１及び第２接合部により前記第１及び第２側壁に接合されており、
   前記中央部は、前記クランクシャフトを回転可能に支持する支持部と、前記支持部の反対側に形成された窪み部と、を有し、
   前記窪み部には、前記第１及び第２接合部から非連続であり前記第１及び第２接合部と材料が同じである残留部が接合されており、
   前記第１及び第２側部のそれぞれの厚みは、前記中央部と同じであって、
   前記窪み部には、前記残留部内に埋設されており当該窪み部からの前記残留部の脱落を抑制する突起部が形成され、
   前記突起部は、根元部及び先端部を有し、
   前記クランクキャップの厚み方向での前記根元部の少なくとも一部の厚みは、前記厚み方向での前記先端部の厚みよりも薄く、
   前記クランクキャップの幅方向での前記根元部の幅は、前記幅方向での前記先端部の幅よりも広い、内燃機関のラダーフレーム。
2. クランクシャフトをシリンダブロックとの間で支持する内燃機関のラダーフレームにおいて、
   第１及び第２側壁と、
   金属製のクランクキャップと、
   前記クランクキャップを前記第１及び第２側壁のそれぞれに接合し、前記クランクキャップよりも剛性の低い金属材料により形成された第１及び第２接合部と、を備え、
   前記クランクキャップは、円弧状の中央部と、前記中央部を挟む位置にある第１及び第２側部と、を有し、
   前記第１及び第２側部は、それぞれ前記第１及び第２接合部により前記第１及び第２側壁に接合されており、
   前記中央部は、前記クランクシャフトを回転可能に支持する支持部と、前記支持部の反対側に形成された窪み部と、を有し、
   前記窪み部には、前記第１及び第２接合部から非連続であり前記第１及び第２接合部と材料が同じである残留部が接合されており、
   前記第１及び第２側部のそれぞれの厚みは、前記中央部と同じであって、
   前記窪み部には、前記残留部内に埋設されており当該窪み部からの前記残留部の脱落を抑制する突起部が形成され、
   前記突起部は、前記クランクシャフトの回転軸心を通過し前記クランクシャフトに連動したピストンの往復方向に平行な線分から退避した位置に設けられている、内燃機関のラダーフレーム。
   

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