[发明专利]往复式发动机的曲轴

说明书

曲轴包括成为旋转中心轴的轴颈部(J)、相对于该轴颈部(J)偏心的销部(P)、以及将轴颈部(J)和销部(P)相连的曲臂部(A)。经由连接杆在从活塞销的轴心朝向销部(P)的轴心的方向上对销部(P)负载由燃烧压力引起的载荷。在臂部(A)的轴颈部(J)侧的表面上，在沿着该表面的轮廓的边缘部(11)的内侧沿着该边缘部(11)具有凹部(10)。凹部(10)相对于将销部(P)的轴心和轴颈部(J)的轴心连结的臂部中心线(Ac)为非对称。在由燃烧压力引起的对销部(P)负载的载荷成为最大的时刻，臂部(A)的弯曲刚度成为最大。该曲轴能够实现轻量化和提升扭转刚度和弯曲刚度。

技术领域

本发明涉及一种搭载在汽车用发动机、船舶用发动机、发电机等通用发动机这样的往复式发动机上的曲轴。

背景技术

往复式发动机为了将活塞在缸体(气缸)内的往复运动转换为旋转运动而输出动力，需要曲轴。曲轴大致区分为利用模锻制造的曲轴和利用铸造制造的曲轴。特别是在要求高强度和高刚度的情况下，大多使用那些特性优异的前者的锻造曲轴。

图1是示意地表示通常的曲轴的一例子的侧视图。图1所示的曲轴1搭载在四缸发动机上，其包括五个轴颈部J1～J5、四个销部P1～P4、前端部Fr、凸缘部Fl以及分别将轴颈部J1～J5和销部P1～P4相连的八块曲臂部(以下也简称作“臂部”)A1～A8。该曲轴1在八块臂部A1～A8上均一体地具有平衡配重部(以下也简称作“配重部”)W1～W8，被称作四缸－八平衡配重的曲轴。

以下，在分别统称轴颈部J1～J5、销部P1～P4、臂部A1～A8以及配重部W1～W8时，将轴颈部的附图标记记为“J”，将销部的附图标记记为“P”，将臂部的附图标记记为“A”，将配重部的附图标记记为“W”。将销部P和与该销部P相连的一组臂部A(包含配重部W)也统称作“曲拐(日文：スロー)”。

轴颈部J、前端部Fr以及凸缘部Fl与曲轴1的旋转中心配置在同轴上。销部P自曲轴1的旋转中心偏心活塞冲程的一半距离地配置。轴颈部J利用滑动轴承支承在发动机体上，成为旋转中心轴。在销部P上利用滑动轴承连结有连接杆(以下也简称作“连杆”)的大端部，在该连杆的小端部利用活塞销连结有活塞。

在发动机中，在各缸体内燃料爆发。因该爆发而产生的燃烧压力带来活塞的往复运动，转换为曲轴1的旋转运动。此时，燃烧压力经由连杆作用于曲轴1的销部P，并经由与该销部P相连的臂部A传递到轴颈部J。由此，曲轴1一边反复弹性变形一边旋转。

在用于支承曲轴的轴颈部的轴承上存在润滑油。与曲轴的弹性变形相对应，轴承内的油膜压力和油膜厚度与轴承载荷和轴颈部的轴心轨迹互相关联地变化。而且，与轴承处的轴颈部的表面粗糙度和轴瓦的表面粗糙度相对应，不仅产生油膜压力，也发生局部的金属接触。为了防止由油耗尽引起的轴承烧粘并且防止局部的金属接触，确保油膜厚度是重要的。其原因在于，对燃料消耗性能产生影响。

此外，由于由曲轴的旋转引起的弹性变形和在轴承内的空隙中移动的轴颈部的轴心轨迹引起旋转中心的偏离，因此，对发动机振动(支座振动)产生影响。而且，该振动在车身中传播，对车厢内的噪音、乘坐舒适性产生影响。

为了提升这样的发动机性能，曲轴寻求刚度较高且不易变形。不仅如此，曲轴还寻求轻量化。

对曲轴负载筒内压力(缸体内的燃烧压力)的载荷，此外还负载旋转离心力的载荷。为了施加相对于这些载荷的变形阻力，谋求提升曲轴的扭转刚度和弯曲刚度。在曲轴的设计过程中决定轴颈部的直径、销部的直径、活塞冲程等这样的主要规格。在决定了主要规格之后，臂部的形状设计成为剩下的设计区域。因此，利用臂部的形状设计同时提升扭转刚度和弯曲刚度首先成为重要的要素。这里所说的臂部，像上述那样，严格地讲是限定于将轴颈部和销部相连的区域的长圆形状(日文：小判形状)的部分，是不包含平衡配重部的区域的部分。