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技術 内燃機関の製造方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 山口洋介
出願日 2018年9月14日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-172193
公開日 2020年3月26日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-045766
状態 未査定
技術分野 穴あけ、中ぐり加工 内燃機関のシリンダブロック、ケーシング 自動組立
主要キーワード 軸力方向 同支持部材 各仕切り壁 組付手順 クランクウエイト ボルト軸力 圧接面 ラダーフレーム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

工数の増加を抑えつつ、クランクシャフト組付時における軸受真円度を向上させることができる内燃機関の製造方法を提供する。

解決手段

軸受Xの内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、軸受加工工程の後、ボルトBを外してラダーフレーム20をシリンダブロック11から取り外す取り外し工程と、取り外し工程の後、第1軸受凹部17と第2軸受凹部23との間にクランクシャフト13を配置した状態でラダーフレーム20をシリンダブロック11にボルトBで固定し、クランクシャフト13を内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程と、を備えた内燃機関の製造方法において、軸受加工工程でのラダーフレーム20に対するボルト締め軸力を、クランクシャフト組付工程でのラダーフレーム20に対するボルト締めの軸力よりも大きくした。

概要

背景

内燃機関クランクシャフト支持構造としては、例えば特許文献1に示されるように、シリンダブロックと、そのシリンダブロックの底部に固定された支持部材(特許文献1中、ベアリングキャップ)との間でクランクシャフトを支持する構造が知られている。このような構造では、クランクシャフトは、シリンダブロックに形成された軸受凹部と、支持部材に形成された軸受凹部とから構成された円形の軸受に回転可能に支持される。

特許文献1には、クランクシャフトを支持する軸受の軸受加工方法が開示されている。同方法では、支持部材を正規軸力最終組立時の軸力)でシリンダブロックに固定した状態で、軸受を真円に加工(共加工)する。その後、支持部材を外し、クランクシャフトをシリンダブロックと支持部材の各軸受凹部の間に配置した状態で支持部材をボルトにより正規軸力で固定することで、クランクシャフトが組み付けられる。

概要

工数の増加を抑えつつ、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる内燃機関の製造方法を提供する。軸受Xの内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、軸受加工工程の後、ボルトBを外してラダーフレーム20をシリンダブロック11から取り外す取り外し工程と、取り外し工程の後、第1軸受凹部17と第2軸受凹部23との間にクランクシャフト13を配置した状態でラダーフレーム20をシリンダブロック11にボルトBで固定し、クランクシャフト13を内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程と、を備えた内燃機関の製造方法において、軸受加工工程でのラダーフレーム20に対するボルト締めの軸力を、クランクシャフト組付工程でのラダーフレーム20に対するボルト締めの軸力よりも大きくした。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

シリンダブロックと、前記シリンダブロックにボルトで固定された支持部材と、前記シリンダブロックに形成された第1軸受凹部及び前記支持部材に形成された第2軸受凹部で構成された軸受に回転可能に支持されたクランクシャフトとを備えた内燃機関の製造方法であって、前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、その状態で前記軸受の内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、前記軸受加工工程の後、ボルトを外して前記支持部材を前記シリンダブロックから取り外す取り外し工程と、前記取り外し工程の後、前記第1軸受凹部と前記第2軸受凹部との間に前記クランクシャフトを配置した状態で前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、前記クランクシャフトを内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程とを備え、前記軸受加工工程での前記支持部材に対するボルト締め軸力を、前記クランクシャフト組付工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力よりも大きくした、内燃機関の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

内燃機関のクランクシャフト支持構造としては、例えば特許文献1に示されるように、シリンダブロックと、そのシリンダブロックの底部に固定された支持部材(特許文献1中、ベアリングキャップ)との間でクランクシャフトを支持する構造が知られている。このような構造では、クランクシャフトは、シリンダブロックに形成された軸受凹部と、支持部材に形成された軸受凹部とから構成された円形の軸受に回転可能に支持される。

0003

特許文献1には、クランクシャフトを支持する軸受の軸受加工方法が開示されている。同方法では、支持部材を正規軸力最終組立時の軸力)でシリンダブロックに固定した状態で、軸受を真円に加工(共加工)する。その後、支持部材を外し、クランクシャフトをシリンダブロックと支持部材の各軸受凹部の間に配置した状態で支持部材をボルトにより正規軸力で固定することで、クランクシャフトが組み付けられる。

先行技術

0004

特開平4−87710号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記のクランクシャフトの組付方法では、シリンダブロックや支持部材の材質などによっては、クランクシャフトの組付時(すなわち、支持部材の再組付時)のボルト締めによって軸受の円形状がボルト軸力に沿った方向に潰れるように扁平に変形して軸受の真円度が悪化するおそれがあった。

0006

特許文献1では、支持部材をシリンダブロックにボルト締めして、支持部材とシリンダブロックの圧接面を変形させて硬化させた後、支持部材をシリンダブロックから取り外す予備工程を、軸受の共加工前に備えている。これにより、支持部材の組付時における軸受の変形を抑制できるとされているが、この方法では、支持部材の固定と取り外しの工数が増えてしまい好適ではない。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決する内燃機関の製造方法は、シリンダブロックと、前記シリンダブロックにボルトで固定された支持部材と、前記シリンダブロックに形成された第1軸受凹部及び前記支持部材に形成された第2軸受凹部で構成された軸受に回転可能に支持されたクランクシャフトとを備えた内燃機関の製造方法であって、前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、その状態で前記軸受の内面を真円にするべく加工する軸受加工工程と、前記軸受加工工程の後、ボルトを外して前記支持部材を前記シリンダブロックから取り外す取り外し工程と、前記取り外し工程の後、前記第1軸受凹部と前記第2軸受凹部との間に前記クランクシャフトを配置した状態で前記支持部材を前記シリンダブロックにボルトで固定し、前記クランクシャフトを内燃機関に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程とを備え、前記軸受加工工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力を、前記クランクシャフト組付工程での前記支持部材に対するボルト締めの軸力よりも大きくした。

0008

上記態様によれば、軸受加工時のボルト軸力を正規軸力(クランクシャフト組付工程での軸力)よりも大きくすることで、軸受の加工前の円形状をボルト軸力に沿った方向に潰れた扁平形状とし、その扁平形状になっている軸受を真円にするべく加工する。これにより、軸受加工後に支持部材を外したときに、軸受(各軸受凹部)がボルト軸力方向に沿って伸びる変形量が増加する。従って、クランクシャフトの組付時において、軸受のボルト軸力方向への扁平変形が相殺され、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる。また、この態様によれば、軸受加工工程の前に支持部材を着脱する予備工程(特許文献1参照)を必要としないため、工数の増加を抑えつつ、クランクシャフトの組付時における軸受の真円度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0009

実施形態における内燃機関を概略的に表した断面図。
実施形態におけるラダーフレーム及びクランクシャフトの平面図。
(a)〜(d)クランクシャフトの組付手順を説明するための断面図。

実施例

0010

以下、内燃機関の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。

0011

図1に示すように、内燃機関10は、全体として略直方体状のシリンダブロック11を備えている。シリンダブロック11内には、円筒状の気筒12が区画されている。気筒12の軸線は内燃機関10の上下方向に延びている。本実施形態では、気筒12は4つ設けられている(図1では1つのみ図示)。4つの気筒12は、内燃機関10のクランクシャフト13の軸線方向(図1における紙面直交方向)に一列に並んでいる。各気筒12内には、当該気筒12内を往復移動するピストン(図示略)が配置されている。

0012

シリンダブロック11内において、各気筒12の下側には、空隙部14が区画されている。空隙部14は、シリンダブロック11の下面まで続いている。すなわち、各気筒12は、空隙部14を介してシリンダブロック11の下面よりも下側に連通している。各空隙部14内では、各気筒12内のピストンに連結されたコネクティングロッド(図示略)が動作できるようになっている。コネクティングロッドはクランクシャフト13に連結されていて、内燃機関10の運転時には、ピストンの上下方向への往復移動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト13の回転運動に変換されるようになっている。

0013

上記のとおり、4つの空隙部14が並設されているため、隣り合う空隙部14の間、及び、クランクシャフト13の軸線方向におけるシリンダブロック11の両端には、各空隙部14を区画する仕切り壁15が存在している。すなわち、仕切り壁15は、シリンダブロック11におけるクランクシャフト13の軸線方向両側の側壁を構成する2つの仕切り壁15、及び4つの空隙部14の各間の3つの仕切り壁15で、合計5つ存在している(図1では1つのみ図示)。クランクシャフト13の軸線方向及び内燃機関10の上下方向の双方に直交する方向(図1における左右方向)を内燃機関10の幅方向としたとき、各仕切り壁15における幅方向の両端部は、シリンダブロック11における幅方向の両端の側壁を構成する外壁16に接続されている。

0014

各仕切り壁15の下面においては、クランクシャフト13の軸線方向から見て半円状の第1軸受凹部17が上側へ窪んでいる。第1軸受凹部17は、仕切り壁15における幅方向の略中央に位置している。なお、シリンダブロック11における第1軸受凹部17を構成する部位の材質は、例えばアルミニウム合金よりなる。

0015

シリンダブロック11の下側には、例えばアルミニウム合金製のラダーフレーム20がボルトBによって固定されている。クランクシャフト13は、シリンダブロック11とラダーフレーム20とによって挟まれる態様で回転可能に支持されている。

0016

図2に示すように、ラダーフレーム20は、クランクシャフト13の軸線方向に延設された一対の第1フレーム21と、一対の第1フレーム21の間に架設された5つの第2フレーム22とを備えている。第1フレーム21及び第2フレーム22はアルミニウム合金よりなる。5つの第2フレーム22の延設方向は、内燃機関10の幅方向(図2における左右方向)に一致している。5つの第2フレーム22は、クランクシャフト13の軸線方向に略等間隔で並んでいる。また、5つの第2フレーム22の互いの間隔は、シリンダブロック11における5つの仕切り壁15の間隔と一致している。

0017

なお、5つの第2フレーム22のうち、クランクシャフト13の軸線方向の両端に位置している各第2フレーム22は、一対の第1フレーム21の延設方向の端部同士を接続している。その結果として、クランクシャフト13の軸線方向の両端に位置している各第2フレーム22と、一対の第1フレーム21とは、四角形の枠状に繋がっている。なお、第1フレーム21と第2フレーム22の各上端面(シリンダブロック11の下面に対向する面)は互いに略面一となっている。

0018

図1に示すように、ラダーフレーム20がシリンダブロック11に固定された状態では、各第1フレーム21は、シリンダブロック11における各外壁16と対向する位置に配置されている。そして、第1フレーム21の上端面は、外壁16の下面に当接している。また、5つの第2フレーム22は、シリンダブロック11の5つの仕切り壁15と対向する位置に配置されている。そして、第2フレーム22の上端面は、仕切り壁15の下面と当接している。

0019

各第2フレーム22の上端面においては、クランクシャフト13の軸線方向から見て半円状の第2軸受凹部23が形成されている。第2軸受凹部23は、第2フレーム22の延設方向の略中央に位置していて、シリンダブロック11における仕切り壁15の第1軸受凹部17と対向して配置されている。そして、互いに向かい合う第1軸受凹部17及び第2軸受凹部23で、クランクシャフト13を回転可能に支持する円形の軸受Xが構成されている。

0020

シリンダブロック11に対してラダーフレーム20を固定するボルトBの固定位置は、各軸受Xの幅方向両側にそれぞれ設定されている。すなわち、ラダーフレーム20の各第2フレーム22において、第2軸受凹部23の幅方向両側には、ボルトBが挿通される一対のボルト孔24が形成されている(図2も参照)。

0021

図2に示すように、クランクシャフト13は、該クランクシャフト13の軸線方向に互いに間隔を空けて設けられた5つのジャーナル31を備えている。各ジャーナル31の軸線は一致しており、各ジャーナル31は各軸受Xに回転可能に支持される。クランクシャフト13における隣り合うジャーナル31の各間には、クランクピン32で互いに連結された一対のクランクウエイト33が設けられている。

0022

次に、内燃機関10の製造方法におけるクランクシャフト13の組付手順について、その作用とともに説明する。
まず、図3(a)に示すように、シリンダブロック11に対してラダーフレーム20を各ボルトBで固定する。このときの各ボルトBの軸力は、正規軸力(後述のクランクシャフト組付工程におけるボルト軸力)よりも大きく設定されている。このとき、軸受Xの軸方向視の円形状は、両側のボルトBの軸力によってその軸力方向に潰れた扁平形状に変形する。

0023

次に、図3(b)に示すように、上記のラダーフレーム20の固定状態で、軸受Xの内面を真円にするべく切削加工する軸受加工工程を行う。
次に、図3(c)に示すように、ボルトBを外してラダーフレーム20をシリンダブロック11から取り外す取り外し工程を行う。このとき、軸受X(第1及び第2軸受凹部17,23)の軸方向視の円形状は、ボルトBの軸力の解放によって、縦長(ボルト軸力に沿った方向に長い形状)となる。

0024

次に、図3(d)に示すように、クランクシャフト13を内燃機関10に対する組付状態とするクランクシャフト組付工程を行う。同工程では、第1軸受凹部17と第2軸受凹部23との間にクランクシャフト13のジャーナル31を配置した状態で、ラダーフレーム20をシリンダブロック11に各ボルトBによって正規軸力で固定する。このとき、軸受Xは、ボルト軸力方向に潰れるように変形(横長変形)する。従って、上記取り外し工程後における軸受X(第1及び第2軸受凹部17,23)の縦長変形が相殺されて、軸受Xの真円度が向上されるようになっている。

0025

本実施形態の効果について説明する。
(1)軸受加工工程におけるボルトBの軸力を正規軸力(クランクシャフト組付工程での軸力)よりも大きくすることで、軸受Xの加工前の円形状を縦方向(ボルト軸力に沿った方向)に潰れた扁平形状とし、その扁平形状となっている軸受Xを真円にするべく切削する。これにより、軸受Xの加工後にラダーフレーム20を外したときの第1及び第2軸受凹部17,23の縦方向に伸びる変形量(ボルト軸力に沿った方向への変形量)が増加する。従って、クランクシャフト13の組付時において、軸受Xのボルト軸力方向への扁平変形が相殺され、クランクシャフト13の組付時における軸受Xの真円度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、軸受加工工程の前にラダーフレーム20を着脱する予備工程を必要としないため、工数の増加を抑えつつ、クランクシャフト13の組付時における軸受Xの真円度を向上させることができる。

0026

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、シリンダブロック11と協働してクランクシャフト13を支持する支持部材をラダーフレーム20としたが、これに特に限定されるものではない。例えば、同支持部材として第2軸受凹部23を有するクランクキャップを用い、各仕切り壁15の下端に対しそれぞれ互いに別体をなすクランクキャップを固定する構成としてもよい。

0027

・ラダーフレーム20及びシリンダブロック11(第1軸受凹部17が形成された底部)の材質はアルミニウム合金に限定されるものではなく、例えば、鋳鉄等のように、鉄を主成分とする合金鉄系合金)でもよい。

0028

・クランクシャフト13のジャーナル31及び軸受Xの数は例示であり、内燃機関10の構成に応じて適宜変更可能である。
・上記実施形態におけるシリンダブロック11及びラダーフレーム20の構成は、あくまでも概略的に例示したものであり、それらの寸法や形状は適宜変更できる。

0029

10…内燃機関、11…シリンダブロック、13…クランクシャフト、17…第1軸受凹部、20…ラダーフレーム(支持部材)、23…第2軸受凹部、B…ボルト、X…軸受。

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