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JP2021148290A - Crankshaft and method for setting position of counterweight - Google Patents

Crankshaft and method for setting position of counterweight Download PDF

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JP2021148290A
JP2021148290A JP2021010809A JP2021010809A JP2021148290A JP 2021148290 A JP2021148290 A JP 2021148290A JP 2021010809 A JP2021010809 A JP 2021010809A JP 2021010809 A JP2021010809 A JP 2021010809A JP 2021148290 A JP2021148290 A JP 2021148290A
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Abstract

To provide a crank shaft capable of reducing friction between a second main journal and a third main journal, and a method for setting a position of a counterweight.SOLUTION: A crankshaft 1 is for an in-line three-cylinder engine. Seen from an axial direction of a rotation axis X, a phase of a reference line extending downward from the rotation axis X is defined as a reference position B, a phase of a straight line connecting the rotation axis X and the center of gravity of a third counterweight 5c is defined as a third weight position C, and a phase of a straight line connecting the rotation axis X and the center of gravity of a fourth counterweight 5d is defined as a fourth weight position D. The third weight position C is set on the advance angle side and the fourth weight position D is set on the retard angle side with respect to the reference position B.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直列3気筒エンジン用のクランクシャフト、および当該クランクシャフトのカウンターウェイトの位置設定方法に関する。 The present invention relates to a crankshaft for an in-line 3-cylinder engine and a method for setting the position of a counterweight of the crankshaft.

特許文献1には、1番〜3番気筒を備える直列3気筒エンジン用のクランクシャフトが開示されている。1番気筒用のカウンターウェイトは進角側に、3番気筒用のカウンターウェイトは遅角側に、オフセットされている。1番気筒用のバランスウェイトにおいて、進み側部分は遅れ側部分よりも大径化されている。3番気筒用のバランスウェイトにおいて、遅れ側部分は進み側部分よりも大径化されている。同文献のクランクシャフトによると、2番気筒用の2つのカウンターウェイトを省略することができる。このため、クランクシャフトを軽量化することができる。 Patent Document 1 discloses a crankshaft for an in-line 3-cylinder engine including 1st to 3rd cylinders. The counterweight for the 1st cylinder is offset to the advance side, and the counterweight for the 3rd cylinder is offset to the retard side. In the balance weight for the first cylinder, the leading side portion has a larger diameter than the lagging side portion. In the balance weight for the third cylinder, the lagging side portion has a larger diameter than the advancing side portion. According to the crankshaft of the same document, the two counterweights for the second cylinder can be omitted. Therefore, the weight of the crankshaft can be reduced.

特開2012−247044号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-247044

直列3気筒エンジン用のクランクシャフトは、4つのメインジャーナル(1番〜4番メインジャーナル)を備えている。4つのメインジャーナルは、各々、軸受により回転可能に支持されている。クランクシャフトが回転する際、4つのメインジャーナルと4つの軸受との間には、各々、フリクション(摩擦損失。摩擦によるエネルギ損失)が発生する。 The crankshaft for an in-line 3-cylinder engine has four main journals (Nos. 1 to 4 main journals). Each of the four main journals is rotatably supported by bearings. When the crankshaft rotates, friction (friction loss, energy loss due to friction) is generated between the four main journals and the four bearings, respectively.

ここで、特許文献1に示すような、2番気筒用の2つのカウンターウェイト(3番カウンターウェイト、4番カウンターウェイト)が省略されたクランクシャフトの場合、1番〜4番メインジャーナルのうち、中央の2番メインジャーナル、3番メインジャーナルのフリクションが大きくなってしまう。特に、2番気筒内をピストンが上昇する際、2番メインジャーナル、3番メインジャーナルのフリクションが大きくなってしまう。 Here, in the case of a crankshaft in which two counterweights (3rd counterweight and 4th counterweight) for the 2nd cylinder are omitted as shown in Patent Document 1, among the 1st to 4th main journals, The friction of the 2nd main journal and the 3rd main journal in the center becomes large. In particular, when the piston rises in the second cylinder, the friction of the second main journal and the third main journal becomes large.

すなわち、2番気筒内をピストンが上昇する際、2番気筒用のクランクピン(2番クランクピン)には、上向きの慣性力(遠心力)が加わる。3番カウンターウェイト、4番カウンターウェイトが省略されているクランクシャフトの場合、当該慣性力の相殺が困難であるため、2番メインジャーナル、3番メインジャーナルのフリクションが大きくなってしまう。そこで、本発明は、3番カウンターウェイト、4番カウンターウェイトが配置されていないクランクシャフトに対して、2番メインジャーナル、3番メインジャーナルのフリクションを低減可能なクランクシャフトを提供することを目的とする。また、本発明は、当該クランクシャフトのカウンターウェイトの位置設定方法を提供することを目的とする。 That is, when the piston rises in the No. 2 cylinder, an upward inertial force (centrifugal force) is applied to the crankpin (No. 2 crankpin) for the No. 2 cylinder. In the case of a crankshaft in which the 3rd counterweight and the 4th counterweight are omitted, it is difficult to offset the inertial force, so that the friction of the 2nd main journal and the 3rd main journal becomes large. Therefore, an object of the present invention is to provide a crankshaft capable of reducing friction of the 2nd main journal and the 3rd main journal with respect to a crankshaft in which the 3rd counterweight and the 4th counterweight are not arranged. do. Another object of the present invention is to provide a method for setting the position of the counterweight of the crankshaft.

上記課題を解決するため、本発明のクランクシャフトは、軸受に回転可能に支持される4つのメインジャーナルと、前記メインジャーナルに対して偏心して配置される3つのクランクピンと、前記メインジャーナルと前記クランクピンとを連結する6つのクランクショルダーと、前記メインジャーナルを介して前記クランクショルダーに連なる6つのカウンターウェイトと、を備え、4つの前記メインジャーナルの中心軸を回転軸として回転可能な直列3気筒エンジン用のクランクシャフトであって、補機駆動端から順に、4つの前記メインジャーナルは1番〜4番メインジャーナルであり、3つの前記クランクピンは1番〜3番クランクピンであり、6つの前記クランクショルダーは1番〜6番クランクショルダーであり、6つの前記カウンターウェイトは1番〜6番カウンターウェイトであり、前記回転軸の回転方向前側を進角側、回転方向後側を遅角側、前記2番クランクピンに対応する2番ピストンが上死点から下死点に移動する方向を下方向、前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸から前記下方向に延在する基準線の位相を基準位置、前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸と前記3番カウンターウェイトの重心とを結ぶ直線の位相を3番ウェイト位置、前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸と前記4番カウンターウェイトの重心とを結ぶ直線の位相を4番ウェイト位置として、前記基準位置に対して、前記3番ウェイト位置は前記進角側に、前記4番ウェイト位置は前記遅角側に、各々設定されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the crankshaft of the present invention includes four main journals rotatably supported by a bearing, three crank pins arranged eccentrically with respect to the main journal, and the main journal and the crank. For an in-line 3-cylinder engine that is equipped with six crank shoulders that connect pins and six counter weights that are connected to the crank shoulders via the main journal, and that can rotate around the central axes of the four main journals as rotation axes. The four main journals are the first to fourth main journals, the three crankpins are the first to third crankpins, and the six cranks are, in order from the auxiliary drive end. The shoulders are the 1st to 6th crank shoulders, and the 6 counter weights are the 1st to 6th counter weights. The direction in which the No. 2 piston corresponding to the No. 2 crank pin moves from the top dead point to the bottom dead point is downward, and when viewed from the axial direction of the rotation axis, the reference line extending downward from the rotation axis. When the phase is viewed from the reference position and the axial direction of the rotation axis, the phase of the straight line connecting the rotation axis and the center of gravity of the third counter weight is the rotation when viewed from the third weight position and the axial direction of the rotation axis. The phase of the straight line connecting the shaft and the center of gravity of the 4th counter weight is set as the 4th weight position, the 3rd weight position is on the advance side, and the 4th weight position is the retard angle with respect to the reference position. It is characterized in that each is set on the side.

上記課題を解決するため、本発明のカウンターウェイトの位置設定方法は、前記2番ピストンが前記下死点から前記上死点に移動する方向を上方向として、前記2番ピストンが前記上方向に移動する際の、前記2番メインジャーナル、前記3番メインジャーナルの各々に作用する並進荷重を算出する並進荷重算出ステップと、前記2番ピストンが前記上方向に移動する際の、前記2番メインジャーナル、前記3番メインジャーナルの各々に作用するモーメントを算出するモーメント算出ステップと、前記2番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記3番ウェイト位置を設定し、前記3番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記4番ウェイト位置を設定するウェイト位置設定ステップと、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problem, in the method of setting the position of the counter weight of the present invention, the direction in which the second piston moves from the bottom dead center to the top dead center is set as the upward direction, and the second piston moves in the upward direction. A translational load calculation step for calculating the translational load acting on each of the 2nd main journal and the 3rd main journal when moving, and the 2nd main when the 2nd piston moves in the upward direction. The moment calculation step for calculating the moment acting on each of the journal and the third main journal, the translational load acting on the second main journal, and the third weight position are set so that the moment becomes smaller. It is characterized by having the translational load acting on the third main journal and a weight position setting step for setting the fourth weight position so that the moment becomes smaller.

本発明のクランクシャフト、カウンターウェイトの位置設定方法によると、3番ウェイト位置は、基準位置よりも進角側に設定されている。このため、3番カウンターウェイトが配置されていないクランクシャフトに対して、2番メインジャーナルに作用する並進荷重、モーメントを小さくすることができる。したがって、2番メインジャーナルのフリクションを低減させることができる。 According to the crankshaft and counterweight position setting method of the present invention, the third weight position is set to the advance angle side with respect to the reference position. Therefore, the translational load and moment acting on the No. 2 main journal can be reduced with respect to the crankshaft in which the No. 3 counterweight is not arranged. Therefore, the friction of the second main journal can be reduced.

また、4番ウェイト位置は、基準位置よりも遅角側に設定されている。このため、4番カウンターウェイトが配置されていないクランクシャフトに対して、3番メインジャーナルに作用する並進荷重、モーメントを小さくすることができる。したがって、3番メインジャーナルのフリクションを低減させることができる。 Further, the 4th weight position is set on the retard side of the reference position. Therefore, the translational load and moment acting on the No. 3 main journal can be reduced with respect to the crankshaft on which the No. 4 counterweight is not arranged. Therefore, the friction of the third main journal can be reduced.

図1は、本発明の一実施形態のクランクシャフトの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a crankshaft according to an embodiment of the present invention. 図2は、同クランクシャフトの右面図である。FIG. 2 is a right side view of the crankshaft. 図3は、図2のIII−III方向断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 図4は、図2のIV−IV方向断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the IV-IV direction of FIG. 図5は、図2の枠V内の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view in the frame V of FIG. 図6(A)は、比較例1の上下方向断面図である。図6(B)は、比較例2〜4の上下方向断面図である。FIG. 6A is a vertical cross-sectional view of Comparative Example 1. FIG. 6B is a vertical cross-sectional view of Comparative Examples 2 to 4. 図7(A)は、実施例1〜3、比較例1〜4の質量変化量と質量効率との関係を示すグラフである。図7(B)は、実施例1〜3、比較例1〜4の質量変化量とフリクション低減率との関係を示すグラフである。FIG. 7A is a graph showing the relationship between the amount of mass change and mass efficiency of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. FIG. 7B is a graph showing the relationship between the amount of mass change and the friction reduction rate in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. 図8は、実施例1〜3、比較例1の質量変化量と水平方向のNV低減率との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of mass change in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and the NV reduction rate in the horizontal direction.

以下、本発明のクランクシャフト、カウンターウェイトの位置設定方法の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the method for setting the positions of the crankshaft and counterweight of the present invention will be described.

(クランクシャフトの構成)
まず、本実施形態のクランクシャフトの構成について説明する。図1に、本実施形態のクランクシャフトの斜視図を示す。図2に、同クランクシャフトの右面図を示す。図1、図2に示すように、クランクシャフト1は、直列3気筒エンジン用である。クランクシャフト1は、4つのメインジャーナル2a〜2dと、3つのクランクピン3a〜3cと、6つのクランクショルダー4a〜4fと、6つのカウンターウェイト5a〜5fと、フランジ6と、を備えている。なお、図1前端の位相図においては、クランクピン3a〜3cを白丸で、カウンターウェイト5a〜5fを黒丸で、各々示す。
(Crankshaft configuration)
First, the configuration of the crankshaft of this embodiment will be described. FIG. 1 shows a perspective view of the crankshaft of the present embodiment. FIG. 2 shows a right side view of the crankshaft. As shown in FIGS. 1 and 2, the crankshaft 1 is for an in-line 3-cylinder engine. The crankshaft 1 includes four main journals 2a to 2d, three crank pins 3a to 3c, six crank shoulders 4a to 4f, six counterweights 5a to 5f, and a flange 6. In the phase diagram at the front end of FIG. 1, the crank pins 3a to 3c are indicated by white circles, and the counterweights 5a to 5f are indicated by black circles.

クランクシャフト1の前端(補機駆動端)には、クランクプーリー(図略)が取り付けられている。クランクシャフト1の後端のフランジ6には、フライホイール(図略)が取り付けられている。 A crank pulley (not shown) is attached to the front end (auxiliary drive end) of the crankshaft 1. A flywheel (not shown) is attached to the flange 6 at the rear end of the crankshaft 1.

4つのメインジャーナル2a〜2dは、前後方向(軸方向)に一列に並んでいる。メインジャーナル2a〜2dの中心軸は、クランクシャフト1の回転軸Xである。回転軸Xは、前後方向に延在している。軸受90は、いわゆるすべり軸受であり、シリンダーブロック(図略)に取り付けられている。メインジャーナル2a〜2dは、各々、油膜を介して、軸受90により、回転軸Xの軸周りに回転可能に支持されている。 The four main journals 2a to 2d are arranged in a row in the front-rear direction (axial direction). The central axis of the main journals 2a to 2d is the rotation axis X of the crankshaft 1. The rotation axis X extends in the front-rear direction. The bearing 90 is a so-called slide bearing and is attached to a cylinder block (not shown). Each of the main journals 2a to 2d is rotatably supported around the axis of the rotating shaft X by a bearing 90 via an oil film.

3つのクランクピン3a〜3cは、4つのメインジャーナル2a〜2dに対して、径方向(回転軸Xを基準とする径方向)に偏心して配置されている。3つのクランクピン3a〜3cは、互いに120°ずつ、ずれて配置されている。 The three crank pins 3a to 3c are arranged eccentrically in the radial direction (diameter direction with respect to the rotation axis X) with respect to the four main journals 2a to 2d. The three crank pins 3a to 3c are arranged so as to be offset from each other by 120 °.

クランクピン3a〜3dには、コンロッド(図略)を介して、各々ピストン(図略)が取り付けられている。ピストン(図略)は、気筒(図略)内を上下方向(上死点と下死点とを結ぶ方向)に往復動可能である。 Pistons (not shown) are attached to the crankpins 3a to 3d via connecting rods (not shown). The piston (not shown) can reciprocate in the cylinder (not shown) in the vertical direction (the direction connecting the top dead center and the bottom dead center).

6つのクランクショルダー4a〜4fは、各々、メインジャーナル2a〜2dとクランクピン3a〜3cとを径方向に連結している。6つのカウンターウェイト5a〜5fは、回転軸Xを介して、クランクショルダー4a〜4fに連なっている。 The six crank shoulders 4a to 4f connect the main journals 2a to 2d and the crank pins 3a to 3c in the radial direction, respectively. The six counterweights 5a to 5f are connected to the crank shoulders 4a to 4f via the rotation axis X.

以下、適宜、前側から後側に向かって、4つのメインジャーナル2a〜2dを1番〜4番メインジャーナル2a〜2dと、3つのクランクピン3a〜3cを1番〜3番クランクピン3a〜3cと、6つのクランクショルダー4a〜4fを1番〜6番クランクショルダー4a〜4fと、6つのカウンターウェイト5a〜5fを1番〜6番カウンターウェイト5a〜5fと、3つのピストンを1番〜3番ピストンと、各々称する。 Hereinafter, from the front side to the rear side, the four main journals 2a to 2d are the first to fourth main journals 2a to 2d, and the three crank pins 3a to 3c are the first to third crank pins 3a to 3c. , 6 crank shoulders 4a to 4f are 1st to 6th crank shoulders 4a to 4f, 6 counterweights 5a to 5f are 1st to 6th counterweights 5a to 5f, and 3 pistons are 1st to 3rd. They are called the number pistons.

(1番〜6番カウンターウェイトの位置)
次に、1番〜6番カウンターウェイト5a〜5fの位置(位相、周方向位置)、形状について説明する。1番カウンターウェイト5aと2番カウンターウェイト5bとは、回転軸Xを基準に、互いに同位置に配置されている。同様に、5番カウンターウェイト5eと6番カウンターウェイト5fとは、回転軸Xを基準に、互いに同位置に配置されている。後述する基準位置Bと、5番カウンターウェイト5eおよび6番カウンターウェイト5fと、1番カウンターウェイト5aおよび2番カウンターウェイト5bと、は回転軸Xを基準に互いに120°ずつ離間して配置されている。1番カウンターウェイト5a、2番カウンターウェイト5b、5番カウンターウェイト5e、6番カウンターウェイト5fは、各々、扇形状を呈している。
(Position of counterweights 1 to 6)
Next, the positions (phase, circumferential position) and shapes of the 1st to 6th counterweights 5a to 5f will be described. The first counterweight 5a and the second counterweight 5b are arranged at the same position with respect to the rotation axis X. Similarly, the 5th counterweight 5e and the 6th counterweight 5f are arranged at the same position with respect to the rotation axis X. The reference position B, which will be described later, the 5th counterweight 5e and the 6th counterweight 5f, and the 1st counterweight 5a and the 2nd counterweight 5b are arranged 120 ° apart from each other with respect to the rotation axis X. There is. The first counterweight 5a, the second counterweight 5b, the fifth counterweight 5e, and the sixth counterweight 5f each have a fan shape.

図3に、図2のIII−III方向断面図を示す。図4に、図2のIV−IV方向断面図を示す。なお、図3においては、軸受90を省略して示す。図1、図3、図4に示すように、3番カウンターウェイト5cと4番カウンターウェイト5dとは、回転軸Xを基準に、互いに異なる位置に配置されている。 FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the direction III-III of FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional view taken along the IV-IV direction of FIG. In FIG. 3, the bearing 90 is omitted. As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the No. 3 counterweight 5c and the No. 4 counterweight 5d are arranged at different positions with respect to the rotation axis X.

図3、図4に示すように、回転軸Xの回転方向前側(紙面、時計回り方向)を進角側、回転方向後側(紙面、反時計回り方向)を遅角側とする。また、前側(回転軸Xの軸方向)から見て、回転軸Xから下方向に延在する基準線の位相を基準位置B、回転軸Xと3番カウンターウェイト5cの重心(本実施形態の場合は周方向中心)とを結ぶ直線の位相を3番ウェイト位置C、回転軸Xと4番カウンターウェイト5dの重心とを結ぶ直線の位相を4番ウェイト位置Dとする。 As shown in FIGS. 3 and 4, the front side (paper surface, clockwise direction) of the rotation axis X is the advance angle side, and the rear side (paper surface, counterclockwise direction) of the rotation direction is the retard angle side. Further, when viewed from the front side (axial direction of the rotation axis X), the phase of the reference line extending downward from the rotation axis X is set to the reference position B, and the center of gravity of the rotation axis X and the third counter weight 5c (in the present embodiment). In this case, the phase of the straight line connecting the center in the circumferential direction is defined as the third weight position C, and the phase of the straight line connecting the rotation axis X and the center of gravity of the fourth counter weight 5d is defined as the fourth weight position D.

図3に示すように、基準位置Bに対して、3番ウェイト位置Cは進角側にずれて配置されている。また、図4に示すように、基準位置Bに対して、4番ウェイト位置Dは遅角側にずれて配置されている。ここで、基準位置Bを0°、基準位置Bに対して進角側を+側、遅角側を−側とする。3番ウェイト位置Cは、19.9°以上24.6°以下の範囲に含まれる位置に、設定されている。4番ウェイト位置Dは−13.7°以上−19.9°以下の範囲に含まれる位置に、設定されている。すなわち、3番カウンターウェイト5cと4番カウンターウェイト5dとは、周方向(回転方向)にオフセットされている。3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dは、各々、扇形状を呈している。 As shown in FIG. 3, the third weight position C is arranged so as to be offset to the advance angle side with respect to the reference position B. Further, as shown in FIG. 4, the fourth weight position D is arranged so as to be offset to the retard side with respect to the reference position B. Here, the reference position B is 0 °, the advance side is the + side, and the retard side is the − side with respect to the reference position B. The third weight position C is set at a position included in the range of 19.9 ° or more and 24.6 ° or less. The fourth weight position D is set to a position included in the range of -13.7 ° or more and -19.9 ° or less. That is, the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d are offset in the circumferential direction (rotational direction). The third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d each have a fan shape.

(カウンターウェイトの位置設定方法)
次に、本実施形態のカウンターウェイトの位置設定方法について説明する。カウンターウェイトの位置設定方法においては、3番ウェイト位置C、4番ウェイト位置Dを設定する。また、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの質量、形状を設定する。カウンターウェイトの位置設定方法は、並進荷重算出ステップと、モーメント算出ステップと、ウェイト位置設定ステップと、を有している。カウンターウェイトの位置設定方法は、CAE(Computer Aided Engineering)解析により実行される。図5に、図2の枠V内の拡大図を示す。
(How to set the position of the counterweight)
Next, a method of setting the position of the counterweight of the present embodiment will be described. In the counterweight position setting method, the third weight position C and the fourth weight position D are set. Further, the mass and shape of the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d are set. The counterweight position setting method includes a translational load calculation step, a moment calculation step, and a weight position setting step. The counterweight position setting method is executed by CAE (Computer Aided Engineering) analysis. FIG. 5 shows an enlarged view in the frame V of FIG.

並進荷重算出ステップにおいては、2番クランクピン3bが上昇する際(詳しくは、2番クランクピン3bに対応する2番ピストンが、下死点から上死点に移動する際であって、上死点の直近に位置する際)の、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cの各々に作用する並進荷重Fb、Fcを算出する。 In the translational load calculation step, when the 2nd crankpin 3b rises (specifically, when the 2nd piston corresponding to the 2nd crankpin 3b moves from the bottom dead center to the top dead center, the top dead center occurs. The translational loads Fb and Fc acting on each of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c (when located in the immediate vicinity of the point) are calculated.

すなわち、3番メインジャーナル2cには、前側に隣接する2番クランクピン3b、4番カウンターウェイト5d、後側に隣接する3番クランクピン3c、5番カウンターウェイト5eから、各々慣性力(遠心力)が加わる。これらの慣性力の合成慣性力が、並進荷重Fcである。並進荷重Fcは、3番メインジャーナル2cに対して、上方向(詳しくは、上方向成分を含む方向であって、回転軸Xに直交する方向)に作用する。同様に、2番メインジャーナル2bには、上方向の並進荷重Fbが加わる。本ステップにおいては、並進荷重Fb、Fcを算出する。 That is, the 3rd main journal 2c has inertial force (centrifugal force) from the 2nd crank pin 3b adjacent to the front side, the 4th counterweight 5d, and the 3rd crank pin 3c and the 5th counterweight 5e adjacent to the rear side. ) Is added. The combined inertial force of these inertial forces is the translational load Fc. The translational load Fc acts on the No. 3 main journal 2c in the upward direction (specifically, the direction including the upward component and orthogonal to the rotation axis X). Similarly, an upward translational load Fb is applied to the second main journal 2b. In this step, the translational loads Fb and Fc are calculated.

モーメント算出ステップにおいては、2番クランクピン3bが上昇する際の、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cの各々に作用するモーメントMb、Mcを算出する。図1に示すように、回転軸Xに直交し上下方向(2番ピストンのストローク方向)に延在する軸を垂直軸Z、回転軸Xおよび垂直軸Zに直交し左右方向に延在する軸を水平軸Yとする。図1、図5に示すように、2番クランクピン3b上昇時において、3番メインジャーナル2cには、水平軸Yの軸周りに、右側から見て時計回り方向(2番クランクピン3bに向かって上昇する方向)に、モーメントMcが加わる。同様に、2番メインジャーナル2bには、水平軸Yの軸周りに、右側から見て反時計回り方向(2番クランクピン3bに向かって上昇する方向)に、モーメントMbが加わる。本ステップにおいては、モーメントMb、Mcを算出する。 In the moment calculation step, the moments Mb and Mc acting on each of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c when the 2nd crank pin 3b rises are calculated. As shown in FIG. 1, an axis orthogonal to the rotation axis X and extending in the vertical direction (stroke direction of the second piston) is perpendicular to the vertical axis Z, the rotation axis X, and the vertical axis Z and extends in the left-right direction. Is the horizontal axis Y. As shown in FIGS. 1 and 5, when the 2nd crank pin 3b is raised, the 3rd main journal 2c is in the clockwise direction (toward the 2nd crank pin 3b) when viewed from the right side around the horizontal axis Y. Moment Mc is added in the upward direction). Similarly, a moment Mb is applied to the No. 2 main journal 2b in a counterclockwise direction (a direction ascending toward the No. 2 crank pin 3b) when viewed from the right side around the horizontal axis Y. In this step, the moments Mb and Mc are calculated.

ウェイト位置設定ステップにおいては、図3に示す3番ウェイト位置C、図4に示す4番ウェイト位置Dを設定する。また、3番カウンターウェイト5cの質量、形状、4番カウンターウェイト5dの質量、形状を設定する。具体的には、3番ウェイト位置C、3番カウンターウェイト5cの質量、形状を調整することにより、図5に示す2番メインジャーナル2bに作用する並進荷重Fb、モーメントMbの方向、大きさを調整する。並進荷重Fb、モーメントMbが総合的に小さくなるように、3番ウェイト位置C、3番カウンターウェイト5cの質量、形状を設定する。同様に、4番ウェイト位置D、4番カウンターウェイト5dの質量、形状を調整することにより、図5に示す3番メインジャーナル2cに作用する並進荷重Fc、モーメントMcの方向、大きさを調整する。並進荷重Fc、モーメントMcが総合的に小さくなるように、4番ウェイト位置D、4番カウンターウェイト5dの質量、形状を設定する。以上説明したカウンターウェイトの位置設定方法に基づいて、3番ウェイト位置C、3番カウンターウェイト5cの質量、形状、4番ウェイト位置D、4番カウンターウェイト5dの質量、形状は設定されている。 In the weight position setting step, the third weight position C shown in FIG. 3 and the fourth weight position D shown in FIG. 4 are set. Further, the mass and shape of the third counterweight 5c and the mass and shape of the fourth counterweight 5d are set. Specifically, by adjusting the mass and shape of the 3rd weight position C and the 3rd counterweight 5c, the direction and magnitude of the translational load Fb and the moment Mb acting on the 2nd main journal 2b shown in FIG. 5 can be adjusted. adjust. The mass and shape of the 3rd weight position C and the 3rd counterweight 5c are set so that the translational load Fb and the moment Mb are comprehensively reduced. Similarly, by adjusting the mass and shape of the 4th weight position D and the 4th counterweight 5d, the direction and size of the translational load Fc and the moment Mc acting on the 3rd main journal 2c shown in FIG. 5 are adjusted. .. The mass and shape of the 4th weight position D and the 4th counterweight 5d are set so that the translational load Fc and the moment Mc are totally small. Based on the counterweight position setting method described above, the mass and shape of the third weight position C and the third counterweight 5c are set, and the mass and shape of the fourth weight position D and the fourth counterweight 5d are set.

(作用効果)
次に、本実施形態のクランクシャフト、カウンターウェイトの位置設定方法の作用効果について説明する。図3に示すように、3番ウェイト位置Cは、基準位置Bよりも進角側に設定されている。このため、3番カウンターウェイト5cが配置されていないクランクシャフトに対して、図5に示す2番メインジャーナル2bに作用する並進荷重Fb、モーメントMbを小さくすることができる。したがって、2番メインジャーナル2bのフリクションを低減させることができる。
(Action effect)
Next, the effects of the crankshaft and counterweight position setting methods of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the third weight position C is set on the advance angle side with respect to the reference position B. Therefore, the translational load Fb and the moment Mb acting on the second main journal 2b shown in FIG. 5 can be reduced with respect to the crankshaft in which the third counterweight 5c is not arranged. Therefore, the friction of the second main journal 2b can be reduced.

また、図4に示すように、4番ウェイト位置Dは、基準位置Bよりも遅角側に設定されている。このため、4番カウンターウェイト5dが配置されていないクランクシャフトに対して、図5に示す3番メインジャーナル2cに作用する並進荷重Fc、モーメントMcを小さくすることができる。したがって、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。 Further, as shown in FIG. 4, the fourth weight position D is set on the retard side with respect to the reference position B. Therefore, the translational load Fc and the moment Mc acting on the No. 3 main journal 2c shown in FIG. 5 can be reduced with respect to the crankshaft in which the No. 4 counterweight 5d is not arranged. Therefore, the friction of the 3rd main journal 2c can be reduced.

また、後述するCAE解析から明らかなように、本実施形態のクランクシャフト(基準位置Bに対して、3番ウェイト位置Cが進角側に、4番ウェイト位置Dが遅角側に、各々設定されているクランクシャフト)1によると、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dが共に基準位置B(同位相)に設定されているクランクシャフトに対して、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。このため、全てのメインジャーナル2a〜2dのフリクションの合計値を低減させることができる。 Further, as is clear from the CAE analysis described later, the crankshaft of the present embodiment (the third weight position C is set on the advance angle side and the fourth weight position D is set on the retard angle side with respect to the reference position B, respectively. According to the crankshaft 1), the 2nd main journal 2b and the 3rd main are compared to the crankshaft in which the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d are both set to the reference position B (in the same phase). The friction of the journal 2c can be reduced. Therefore, the total value of friction of all the main journals 2a to 2d can be reduced.

図3に示す3番ウェイト位置Cは、19.9°以上24.6°以下の範囲に、設定されている。このため、2番メインジャーナル2bに作用する並進荷重Fb、モーメントMbを、さらに小さくすることができる。ただし、3番ウェイト位置Cが19.9°未満、24.6°超過の場合であっても、従来のクランクシャフト(3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを備えないクランクシャフト、長方形状の3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dが同位置(同位相)に設定されているクランクシャフト)に対して、2番メインジャーナル2bに作用する並進荷重Fb、モーメントMbを小さくすることができる。 The third weight position C shown in FIG. 3 is set in the range of 19.9 ° or more and 24.6 ° or less. Therefore, the translational load Fb and the moment Mb acting on the second main journal 2b can be further reduced. However, even if the 3rd weight position C is less than 19.9 ° and exceeds 24.6 °, the conventional crankshaft (crankshaft without the 3rd counterweight 5c and 4th counterweight 5d, rectangular shape) The translational load Fb and moment Mb acting on the 2nd main journal 2b can be reduced with respect to the crankshaft in which the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d are set at the same position (in the same phase). can.

図4に示す4番ウェイト位置Dは、−13.7°以上−19.9°以下の範囲に、設定されている。このため、3番メインジャーナル2cに作用する並進荷重Fc、モーメントMcを、さらに小さくすることができる。ただし、4番ウェイト位置Dが−13.7°未満、−19.9°超過の場合であっても、従来のクランクシャフトに対して、3番メインジャーナル2cに作用する並進荷重Fc、モーメントMcを小さくすることができる。 The fourth weight position D shown in FIG. 4 is set in the range of -13.7 ° or more and -19.9 ° or less. Therefore, the translational load Fc and the moment Mc acting on the No. 3 main journal 2c can be further reduced. However, even when the 4th weight position D is less than -13.7 ° and exceeds -19.9 °, the translational load Fc and the moment Mc that act on the 3rd main journal 2c with respect to the conventional crankshaft. Can be made smaller.

また、図3、図4に示すように、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dは、扇形状を呈している。このため、本実施形態のカウンターウェイトは、従来のクランクシャフト(長方形状の3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dが同位置(同位相)に設定されているクランクシャフト)に対して、質量効率(クランクシャフト1の質量1グラムあたりのフリクション低減率)が高い。したがって、クランクシャフト1を軽量化しながら、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d have a fan shape. Therefore, the counterweight of the present embodiment has a mass with respect to the conventional crankshaft (crankshaft in which the rectangular third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are set at the same position (in the same phase)). High efficiency (friction reduction rate per gram of mass of crankshaft 1). Therefore, it is possible to reduce the friction of the second main journal 2b and the third main journal 2c while reducing the weight of the crankshaft 1.

本実施形態のカウンターウェイトの位置設定方法は、並進荷重算出ステップと、モーメント算出ステップと、ウェイト位置設定ステップと、を有している。このため、並進荷重Fb、モーメントMb、つまり2番メインジャーナル2bのフリクションが小さくなるように、3番ウェイト位置C、3番カウンターウェイト5cの質量、形状を設定することができる。同様に、並進荷重Fc、モーメントMc、つまり3番メインジャーナル2cのフリクションが小さくなるように、4番ウェイト位置D、4番カウンターウェイト5dの質量、形状を設定することができる。 The counterweight position setting method of the present embodiment includes a translational load calculation step, a moment calculation step, and a weight position setting step. Therefore, the mass and shape of the 3rd weight position C and the 3rd counterweight 5c can be set so that the translational load Fb and the moment Mb, that is, the friction of the 2nd main journal 2b are reduced. Similarly, the mass and shape of the 4th weight position D and the 4th counterweight 5d can be set so that the translational load Fc and the moment Mc, that is, the friction of the 3rd main journal 2c are reduced.

また、本実施形態のカウンターウェイトの位置設定方法によると、従来のクランクシャフト(3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを備えないクランクシャフト)に対して、クランクシャフト1の質量増加を抑制しつつ、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。 Further, according to the counterweight position setting method of the present embodiment, the mass increase of the crankshaft 1 is suppressed with respect to the conventional crankshaft (crankshaft not provided with the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d). On the other hand, the friction of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c can be reduced.

また、本実施形態のカウンターウェイトの位置設定方法によると、従来のクランクシャフト(長方形状の3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dが同位置(同位相)に設定されているクランクシャフト)に対して、クランクシャフト1を軽量化しながら、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。 Further, according to the counterweight position setting method of the present embodiment, the conventional crankshaft (crankshaft in which the rectangular third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are set at the same position (in the same phase)) is used. On the other hand, the friction of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c can be reduced while reducing the weight of the crankshaft 1.

(その他)
以上、本発明のクランクシャフト、カウンターウェイトの位置設定方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
(others)
The embodiment of the method for setting the position of the crankshaft and the counterweight of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. It is also possible to carry out in various modified forms and improved forms that can be performed by those skilled in the art.

図3に示す3番ウェイト位置C(3番カウンターウェイト5cの重心の位置)と3番カウンターウェイト5cの周方向中心とは、一致していても異なっていてもよい。例えば、軽量化のために3番カウンターウェイト5cに減肉部(孔など)が設定される場合、重心と周方向中心とが異なる場合がある。図4に示す4番ウェイト位置Dについても同様である。 The third weight position C (the position of the center of gravity of the third counterweight 5c) and the center of the third counterweight 5c in the circumferential direction shown in FIG. 3 may be the same or different. For example, when a thinned portion (hole or the like) is set in the third counterweight 5c for weight reduction, the center of gravity and the center in the circumferential direction may be different. The same applies to the fourth weight position D shown in FIG.

3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの形状は特に限定しない。扇形状、長方形状などであってもよい。3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの形状が扇形状である場合、長方形状である場合と比較して、質量効率が高くなる。このため、クランクシャフト1を軽量化しながら、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。ただし、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの形状が長方形状であっても、基準位置Bに対して、3番ウェイト位置Cを進角側に、4番ウェイト位置Dを遅角側に、各々設定することにより、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができる。その他のカウンターウェイト5a、5b、5e、5fの形状、位置(位相)は特に限定しない。クランクシャフト1の回転バランスが取れる形状、位置であればよい。 The shape of the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d is not particularly limited. It may be fan-shaped, rectangular, or the like. When the shape of the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d is a fan shape, the mass efficiency is higher than when the shape is a rectangular shape. Therefore, it is possible to reduce the friction of the second main journal 2b and the third main journal 2c while reducing the weight of the crankshaft 1. However, even if the shape of the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d is rectangular, the 3rd weight position C is on the advance side and the 4th weight position D is on the retard side with respect to the reference position B. By setting each of them, the friction of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c can be reduced. The shapes and positions (phases) of the other counterweights 5a, 5b, 5e, and 5f are not particularly limited. Any shape and position may be used as long as the rotation of the crankshaft 1 can be balanced.

カウンターウェイトの位置設定方法における、並進荷重算出ステップとモーメント算出ステップとの先後関係は特に限定しない。並進荷重算出ステップの前にモーメント算出ステップを行ってもよい。並進荷重算出ステップとモーメント算出ステップとを並行して行ってもよい。 The relationship between the translational load calculation step and the moment calculation step in the counterweight position setting method is not particularly limited. A moment calculation step may be performed before the translational load calculation step. The translational load calculation step and the moment calculation step may be performed in parallel.

2番ピストンのストローク方向(図2における上下方向)は特に限定しない。垂直方向でも、水平方向でも、垂直方向および水平方向に対して交差する方向であってもよい。エンジンと電池(二次電池、燃料電池など)とを併用してもよい。エンジンの駆動対象物は、自動車、バイクなどであってもよい。 The stroke direction of the second piston (vertical direction in FIG. 2) is not particularly limited. It may be vertical, horizontal, or intersecting the vertical and horizontal directions. An engine and a battery (secondary battery, fuel cell, etc.) may be used together. The driving object of the engine may be an automobile, a motorcycle, or the like.

以下、本発明のクランクシャフトのフリクション低減効果、水平方向のNV(Noise Vibration)低減効果を検証するためのCAE解析について説明する。フリクション低減効果の解析においては、実施例1〜3、比較例1〜4の合計七つのモデルを用いた。水平方向のNV低減効果の解析においては、実施例1〜3、比較例1の合計四つのモデルを用いた。 Hereinafter, CAE analysis for verifying the friction reduction effect of the crankshaft and the NV (Noise Vibration) reduction effect in the horizontal direction of the present invention will be described. In the analysis of the friction reduction effect, a total of seven models of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were used. In the analysis of the NV reduction effect in the horizontal direction, a total of four models of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were used.

まず、実施例1〜3、比較例1〜4の形状について説明する。図6(A)に、比較例1の上下方向断面図を示す。図6(B)に、比較例2〜4の上下方向断面図を示す。なお、図6(A)、図6(B)の断面位置は、図3に対応している。図6(A)、図6(B)において、図3と対応する部位については同じ符号で示す。 First, the shapes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 will be described. FIG. 6A shows a vertical sectional view of Comparative Example 1. FIG. 6B shows a vertical sectional view of Comparative Examples 2 to 4. The cross-sectional positions of FIGS. 6 (A) and 6 (B) correspond to those of FIG. In FIGS. 6 (A) and 6 (B), the parts corresponding to those in FIG. 3 are indicated by the same reference numerals.

実施例1〜3は、図1、図2に示すクランクシャフト1である。図6(A)に示すように、比較例1は、図1、図2に示すクランクシャフト1から、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを省略したクランクシャフト1である。図6(B)に示すように、比較例2〜4は、図1、図2に示すクランクシャフト1において、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを扇形状から長方形状(カウンターウェイトの周方向両縁が上下方向に直線状に延在する形状)に変更したクランクシャフト1である。また、比較例2〜4は、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを同位置(同位相)に配置したクランクシャフト1である。すなわち、3番ウェイト位置C、4番ウェイト位置Dは、基準位置Bと一致している。表1に、実施例1〜3、比較例1〜4の仕様を示す。

Figure 2021148290
Examples 1 to 3 are the crankshaft 1 shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 6A, Comparative Example 1 is a crankshaft 1 in which the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are omitted from the crankshafts 1 shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 6B, in Comparative Examples 2 to 4, in the crankshaft 1 shown in FIGS. 1 and 2, the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d are changed from a fan shape to a rectangular shape (counter weights). This is a crankshaft 1 changed to a shape in which both edges in the circumferential direction extend linearly in the vertical direction). Further, Comparative Examples 2 to 4 are crankshafts 1 in which the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are arranged at the same position (in the same phase). That is, the 3rd weight position C and the 4th weight position D coincide with the reference position B. Table 1 shows the specifications of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4.
Figure 2021148290

表1中、「CW」は「カウンターウェイト」を示す。表1に示すように、比較例1を基準に、比較例2は1600g、比較例3は1200g、比較例4は800g、各々質量が増加している。同様に、比較例1を基準に、実施例1は1600g、実施例2は1200g、実施例3は800g、各々質量が増加している。 In Table 1, "CW" indicates "counterweight". As shown in Table 1, based on Comparative Example 1, the mass of Comparative Example 2 is increased by 1600 g, that of Comparative Example 3 is 1200 g, and that of Comparative Example 4 is 800 g. Similarly, based on Comparative Example 1, the mass of Example 1 is increased by 1600 g, that of Example 2 is increased by 1200 g, and that of Example 3 is increased by 800 g.

実施例1〜3、比較例2〜4の質量変化量は、主に、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの質量変化によるものである。ただし、3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dの質量変化に伴い、クランクシャフト1の回転バランスが崩れる場合は、回転バランスを取るために、適宜、1番カウンターウェイト5a、2番カウンターウェイト5b、5番カウンターウェイト5e、6番カウンターウェイト5fの質量も変化させている。 The amount of mass change in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 is mainly due to the mass change of the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d. However, if the rotational balance of the crankshaft 1 is lost due to the mass change of the 3rd counterweight 5c and the 4th counterweight 5d, the 1st counterweight 5a and the 2nd counterweight 5b are appropriately used to maintain the rotational balance. The masses of the 5th counterweight 5e and the 6th counterweight 5f are also changed.

次に、フリクション低減効果の解析結果について説明する。フリクション低減効果は、フリクション低減率により評価した。図7(A)に、実施例1〜3、比較例1〜4の質量変化量と質量効率との関係を示す。縦軸の質量効率は、クランクシャフト1の質量1グラムあたりの、比較例1に対するフリクション低減率である。当該フリクション低減率は、全てのメインジャーナル2a〜2dのフリクション低減率の合計値である。質量効率は、比較例1の質量効率を100%とした場合の、比較例1に対する質量効率の変化量である。横軸の質量変化量は、比較例1に対するクランクシャフトの質量変化量(質量増加量)である。 Next, the analysis result of the friction reduction effect will be described. The friction reduction effect was evaluated by the friction reduction rate. FIG. 7A shows the relationship between the amount of mass change and the mass efficiency of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. The mass efficiency on the vertical axis is the friction reduction rate with respect to Comparative Example 1 per gram of mass of the crankshaft 1. The friction reduction rate is the total value of the friction reduction rates of all the main journals 2a to 2d. The mass efficiency is the amount of change in mass efficiency with respect to Comparative Example 1 when the mass efficiency of Comparative Example 1 is 100%. The mass change amount on the horizontal axis is the mass change amount (mass increase amount) of the crankshaft with respect to Comparative Example 1.

図7(A)に示すように、比較例1に対して、実施例1〜3、比較例2〜4は、いずれも質量効率が高くなっている。また、比較例1に対する質量変化量が小さいほど、質量効率は高くなっている。また、実施例1〜3、比較例2〜4に着目して、質量が同じクランクシャフト1同士を比較すると、実施例1は比較例2よりも、実施例2は比較例3よりも、実施例3は比較例4よりも、各々質量効率が高くなっている。 As shown in FIG. 7A, the mass efficiency of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 is higher than that of Comparative Example 1. Further, the smaller the amount of change in mass with respect to Comparative Example 1, the higher the mass efficiency. Further, when the crankshafts 1 having the same mass are compared with each other by paying attention to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4, Example 1 is more than Comparative Example 2, and Example 2 is more than Comparative Example 3. Example 3 has higher mass efficiency than Comparative Example 4.

図7(B)に、実施例1〜3、比較例1〜4の質量変化量とフリクション低減率との関係を示す。縦軸のフリクション低減率は、比較例1のフリクション低減率を100%とした場合の、比較例1に対するフリクション低減率の変化量である。当該フリクション低減率は、全てのメインジャーナル2a〜2dのフリクション低減率の合計値である。横軸の質量変化量は、図7(A)同様である。 FIG. 7B shows the relationship between the amount of mass change and the friction reduction rate of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. The friction reduction rate on the vertical axis is the amount of change in the friction reduction rate with respect to Comparative Example 1 when the friction reduction rate of Comparative Example 1 is 100%. The friction reduction rate is the total value of the friction reduction rates of all the main journals 2a to 2d. The amount of change in mass on the horizontal axis is the same as in FIG. 7 (A).

図7(B)に示すように、比較例1に対して、実施例1〜3、比較例2〜4は、いずれもフリクション低減率が高くなっている。また、比較例1に対する質量変化量が大きいほど、フリクション低減率は高くなっている。また、実施例1〜3、比較例2〜4に着目して、質量が同じクランクシャフト1同士を比較すると、実施例1は比較例2よりも、実施例2は比較例3よりも、実施例3は比較例4よりも、各々フリクション低減率が高くなっている。 As shown in FIG. 7B, the friction reduction rates of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 are higher than those of Comparative Example 1. Further, the larger the amount of change in mass with respect to Comparative Example 1, the higher the friction reduction rate. Further, when the crankshafts 1 having the same mass are compared with each other by paying attention to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4, Example 1 is more than Comparative Example 2 and Example 2 is more than Comparative Example 3. Example 3 has a higher friction reduction rate than Comparative Example 4.

以上まとめると、図6(A)に示す比較例1(3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dを省略したクランクシャフト1)に対して、実施例1〜3によると、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができるため、全てのメインジャーナル2a〜2dのフリクションの合計値を低減させることができる。 Summarizing the above, with respect to Comparative Example 1 (crankshaft 1 in which the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are omitted) shown in FIG. 6 (A), the second main journal 2b is according to Examples 1 to 3. Since the friction of the third main journal 2c can be reduced, the total value of the friction of all the main journals 2a to 2d can be reduced.

また、図6(B)に示す比較例2〜4(3番カウンターウェイト5c、4番カウンターウェイト5dが長方形状であって同位相のクランクシャフト1)に対して、実施例1〜3によると、質量が同じクランクシャフト1同士を比較する場合、2番メインジャーナル2b、3番メインジャーナル2cのフリクションを低減させることができるため、全てのメインジャーナル2a〜2dのフリクションの合計値を低減させることができる。すなわち、より高い質量効率でフリクションを低減させることができる。 Further, with respect to Comparative Examples 2 to 4 (crankshaft 1 in which the third counterweight 5c and the fourth counterweight 5d are rectangular and have the same phase) shown in FIG. 6B, according to Examples 1 to 3. When comparing crankshafts 1 with the same mass, the friction of the 2nd main journal 2b and the 3rd main journal 2c can be reduced, so that the total value of the friction of all the main journals 2a to 2d should be reduced. Can be done. That is, friction can be reduced with higher mass efficiency.

次に、水平方向のNV低減効果の解析結果について説明する。水平方向のNV低減効果は、水平方向のNV低減率(以下、適宜、「NV低減率」と略称する)により評価した。なお、「水平方向」は、図1に示す水平軸Yの延在方向(左右方向)に対応している。すなわち、「水平方向」とは、シリンダーブロックの底面に対して平行であって、回転軸Xの延在方向(クランクシャフト1の延在方向)に対して垂直の方向である。 Next, the analysis result of the NV reduction effect in the horizontal direction will be described. The horizontal NV reduction effect was evaluated by the horizontal NV reduction rate (hereinafter, appropriately abbreviated as "NV reduction rate"). The "horizontal direction" corresponds to the extending direction (horizontal direction) of the horizontal axis Y shown in FIG. That is, the "horizontal direction" is a direction parallel to the bottom surface of the cylinder block and perpendicular to the extending direction of the rotation axis X (extending direction of the crankshaft 1).

実施例1〜3、比較例1のNV低減率は、各々、以下の手順で取得した。クランクシャフト1の回転数(エンジン回転数)は2800rpm(rotation per minute)とした。また、3つの気筒の筒内圧は、各々10MPaとした。まず、Th側(スラスト側。図1に示す左側。ピストンが上死点通過後に、ピストン外周面から気筒内周面に、側圧が加わる側)、ATh側(反スラスト側。図1に示す右側。水平方向においてTh側の反対側)における、シリンダーブロックのボトムレールの各メインジャーナル2a〜2d付近の水平方向の加速度(以下、適宜、「加速度」と略称する)を出力した。すなわち、合計8箇所(Th側4箇所、ATh側4箇所)の加速度を出力した。 The NV reduction rates of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were obtained by the following procedures, respectively. The rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft 1 was set to 2800 rpm (rotation per minute). The in-cylinder pressure of each of the three cylinders was 10 MPa. First, Th side (thrust side. Left side shown in FIG. 1. Side pressure is applied from the outer peripheral surface of the piston to the inner peripheral surface of the cylinder after the piston passes the top dead center), ATh side (anti-thrust side. Right side shown in FIG. 1). The horizontal acceleration (hereinafter, appropriately abbreviated as “acceleration”) in the vicinity of each main journal 2a to 2d of the bottom rail of the cylinder block on the opposite side of the Th side in the horizontal direction was output. That is, a total of 8 acceleration points (4 points on the Th side and 4 points on the ATh side) were output.

次に、8箇所の加速度(詳しくは、各メインジャーナル2a〜2dの1回転(1周期)分の加速度波形)各々の2乗平均値の平方根つまり実効値を算出した。続いて、8箇所の実効値の平均値を算出した。このようにして、実施例1〜3、比較例1の各々について、実効値の平均値を算出した。 Next, the square root, that is, the effective value of the squared average value of each of the accelerations at eight locations (specifically, the acceleration waveforms for one rotation (one cycle) of each main journal 2a to 2d) was calculated. Subsequently, the average value of the effective values at eight locations was calculated. In this way, the average value of the effective values was calculated for each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

それから、実施例1〜3、比較例1各々のNV低減率を算出した。具体的には、基準となる比較例1の実効値の平均値をAav0、実施例1の実効値の平均値をAav1、実施例2の実効値の平均値をAav2、実施例3の実効値の平均値をAav3として、以下の式(1)により、実施例1のNV低減率を算出した。
NV低減率={1−(Aav1/Aav0)}×100 ・・・式(1)
Then, the NV reduction rate of each of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was calculated. Specifically, the average value of the effective values of Comparative Example 1 as a reference is Av0, the average value of the effective values of Example 1 is Av1, the average value of the effective values of Example 2 is Av2, and the effective value of Example 3 is. The NV reduction rate of Example 1 was calculated by the following formula (1), where the average value of Aav3 was used.
NV reduction rate = {1- (Av1 / Av0)} x 100 ... Equation (1)

比較例1のNV低減率は式(1)のAav1にAav0を、実施例2のNV低減率は式(1)のAav1にAav2を、実施例3のNV低減率は式(1)のAav1にAav3を、各々代入することにより算出した。 The NV reduction rate of Comparative Example 1 is Av0 for Av1 of the formula (1), the NV reduction rate of Example 2 is Av2 for Av1 of the formula (1), and the NV reduction rate of Example 3 is Av1 of the formula (1). It was calculated by substituting Av3 into.

図8に、実施例1〜3、比較例1の質量変化量と水平方向のNV低減率との関係を示す。縦軸のNV低減率は、比較例1のNV低減率を100%とした場合の、比較例1に対するNV低減率の変化量である。横軸の質量変化量は、図7(A)、図7(B)同様である。図8に示すように、比較例1に対して、実施例1〜3は、いずれもNV低減率が高くなっている。また、比較例1に対する質量変化量が大きいほど、NV低減率は高くなっている。 FIG. 8 shows the relationship between the amount of mass change in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 and the NV reduction rate in the horizontal direction. The NV reduction rate on the vertical axis is the amount of change in the NV reduction rate with respect to Comparative Example 1 when the NV reduction rate of Comparative Example 1 is 100%. The amount of change in mass on the horizontal axis is the same as in FIGS. 7 (A) and 7 (B). As shown in FIG. 8, the NV reduction rate is higher in all of Examples 1 to 3 than in Comparative Example 1. Further, the larger the amount of change in mass with respect to Comparative Example 1, the higher the NV reduction rate.

1:クランクシャフト、2a〜2d:1番〜4番メインジャーナル、3a〜3c:1番〜3番クランクピン、4a〜4f:1番〜4番クランクショルダー、5a〜5f:1番〜4番カウンターウェイト、6:フランジ、B:基準位置、C:3番ウェイト位置、D:4番ウェイト位置、Fb:並進荷重、Fc:並進荷重、Mb:モーメント、Mc:モーメント、X:回転軸、Y:水平軸、Z:垂直軸 1: Crankshaft, 2a to 2d: 1 to 4 main journals, 3a to 3c: 1 to 3 crankpins, 4a to 4f: 1 to 4 crank shoulders, 5a to 5f: 1 to 4 Counter weight, 6: Flange, B: Reference position, C: No. 3 weight position, D: No. 4 weight position, Fb: Translational load, Fc: Translational load, Mb: Moment, Mc: Moment, X: Rotation axis, Y : Horizontal axis, Z: Vertical axis

Claims (4)

軸受に回転可能に支持される4つのメインジャーナルと、
前記メインジャーナルに対して偏心して配置される3つのクランクピンと、
前記メインジャーナルと前記クランクピンとを連結する6つのクランクショルダーと、
前記メインジャーナルを介して前記クランクショルダーに連なる6つのカウンターウェイトと、
を備え、4つの前記メインジャーナルの中心軸を回転軸として回転可能な直列3気筒エンジン用のクランクシャフトであって、
補機駆動端から順に、4つの前記メインジャーナルは1番〜4番メインジャーナルであり、3つの前記クランクピンは1番〜3番クランクピンであり、6つの前記クランクショルダーは1番〜6番クランクショルダーであり、6つの前記カウンターウェイトは1番〜6番カウンターウェイトであり、
前記回転軸の回転方向前側を進角側、回転方向後側を遅角側、
前記2番クランクピンに対応する2番ピストンが上死点から下死点に移動する方向を下方向、
前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸から前記下方向に延在する基準線の位相を基準位置、
前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸と前記3番カウンターウェイトの重心とを結ぶ直線の位相を3番ウェイト位置、
前記回転軸の軸方向から見て、前記回転軸と前記4番カウンターウェイトの重心とを結ぶ直線の位相を4番ウェイト位置として、
前記基準位置に対して、前記3番ウェイト位置は前記進角側に、前記4番ウェイト位置は前記遅角側に、各々設定されることを特徴とするクランクシャフト。
Four main journals rotatably supported by bearings and
Three crank pins arranged eccentrically with respect to the main journal,
Six crank shoulders connecting the main journal and the crank pin,
Six counterweights connected to the crank shoulder via the main journal,
A crankshaft for an in-line 3-cylinder engine that can rotate around the central axis of the four main journals as a rotation axis.
From the auxiliary drive end, the four main journals are the 1st to 4th main journals, the 3 crank pins are the 1st to 3rd crank pins, and the 6 crank shoulders are the 1st to 6th crank pins. It is a crank shoulder, and the six counterweights are the 1st to 6th counterweights.
The front side in the rotation direction of the rotation axis is the advance angle side, and the rear side in the rotation direction is the retard angle side.
The direction in which the 2nd piston corresponding to the 2nd crankpin moves from the top dead center to the bottom dead center is downward.
When viewed from the axial direction of the rotation axis, the phase of the reference line extending downward from the rotation axis is set as the reference position.
When viewed from the axial direction of the rotation axis, the phase of the straight line connecting the rotation axis and the center of gravity of the third counter weight is set to the third weight position.
When viewed from the axial direction of the rotation axis, the phase of the straight line connecting the rotation axis and the center of gravity of the No. 4 counter weight is set as the No. 4 weight position.
The crankshaft is characterized in that the third weight position is set on the advance angle side and the fourth weight position is set on the retard angle side with respect to the reference position.
前記基準位置を0°、前記基準位置に対して前記進角側を+側、前記遅角側を−側として、
前記3番ウェイト位置は19.9°以上24.6°以下の範囲に、前記4番ウェイト位置は−13.7°以上−19.9°以下の範囲に、各々設定される請求項1に記載のクランクシャフト。
The reference position is 0 °, the advance side is the + side, and the retard side is the-side with respect to the reference position.
The third weight position is set in the range of 19.9 ° or more and 24.6 ° or less, and the fourth weight position is set in the range of -13.7 ° or more and -19.9 ° or less in claim 1. The described crankshaft.
前記2番ピストンが前記下死点から前記上死点に移動する方向を上方向として、
前記2番ピストンが前記上方向に移動する際の、前記2番メインジャーナル、前記3番メインジャーナルの各々に作用する並進荷重を算出する並進荷重算出ステップと、
前記2番ピストンが前記上方向に移動する際の、前記2番メインジャーナル、前記3番メインジャーナルの各々に作用するモーメントを算出するモーメント算出ステップと、
前記2番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記3番ウェイト位置を設定し、前記3番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記4番ウェイト位置を設定するウェイト位置設定ステップと、
を有する請求項1または請求項2に記載のクランクシャフトのカウンターウェイトの位置設定方法。
The direction in which the second piston moves from the bottom dead center to the top dead center is defined as the upward direction.
A translational load calculation step for calculating the translational load acting on each of the second main journal and the third main journal when the second piston moves upward.
A moment calculation step for calculating the moment acting on each of the 2nd main journal and the 3rd main journal when the 2nd piston moves upward.
The third weight position is set so that the translational load acting on the second main journal and the moment become smaller, and the translational load acting on the third main journal and the moment become smaller. The weight position setting step to set the weight position and
The method for setting the position of the counterweight of the crankshaft according to claim 1 or 2.
前記ウェイト位置設定ステップにおいて、前記2番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記3番カウンターウェイトの質量を設定し、前記3番メインジャーナルに作用する前記並進荷重、前記モーメントが小さくなるように前記4番カウンターウェイトの質量を設定する請求項3に記載のカウンターウェイトの位置設定方法。 In the weight position setting step, the translational load acting on the second main journal, the mass of the third counterweight is set so that the moment becomes smaller, and the translational load acting on the third main journal, said. The method for setting the position of the counterweight according to claim 3, wherein the mass of the fourth counterweight is set so that the moment becomes small.
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