JP3906754B2

JP3906754B2 - クランク軸受

Info

Publication number: JP3906754B2
Application number: JP2002203435A
Authority: JP
Inventors: 一昭杉村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: US20040007199A1; CN1472445A; CN1225605C; DE10331079B4; DE10331079A1; JP2004044695A; US6984070B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のクランク軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関のシリンダブロックは、シリンダブロック長手方向と直交する方向の荷重を受けると、弾性曲げ変形を生じて、ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の同軸度および軸受メタル穴の同軸度が悪化する（たとえば、特開平９−２６９００４号公報）。したがって、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロックに組み付ける前に、シリンダブロック単体で、全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴を機械加工し、全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の同軸度を出したシリンダブロックでは、シリンダヘッドガスケット、シリンダヘッドを組み付けると、シリンダブロックの弾性変形により、軸受メタル装着穴の同軸度および軸受メタル穴の同軸度が悪化する。そのため、悪化度合いによっては、クランク軸が回転する時の摩擦は非常に大きくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッド組み付け時のシリンダボア変形改善法におけるダミーヘッド組み付け加工と同じ考え方で、シリンダブロックの機械加工時に、ダミーのシリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けた状態でシリンダブロックの全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴を機械加工すれば、エンジン組み立て後の、すなわち、シリンダヘッドガスケットおよびシリンダヘッド組み付け後の全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴の同軸度が良好になると考えられる。
しかし、ダミーのシリンダヘッドを組み付けてのシリンダブロックの軸受メタル装着穴の加工では、つぎの問題が生じる。
▲１▼ 加工ラインにダミーのシリンダヘッド組み付け・取外し工程が追加され、ラインが複雑、かつ、設備投資大となる。
▲２▼ 軸受メタル装着穴を加工した後ダミーのシリンダヘッドが外されてシリンダブロックが単体にある段階では、シリンダブロックの軸受メタル装着穴の同軸度が悪く、同軸度が悪い状態を基準としてシリンダブロックの軸受メタル装着穴の管理（加工精度の確認）をすることは困難であり、加工ラインおよび市場サービス時のシリンダブロックの品質補償が難しく、実質的には、無管理にせざるを得ない。
本発明の目的は、（ダミーではなく実際の）シリンダヘッドガスケット、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けた状態で全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴の同軸度が確保され得るクランク軸受を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、（ダミーではなく実際の）シリンダヘッドガスケット、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けた状態で全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴の同軸度が確保され、かつ、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットがシリンダブロックに組み付けられていない状態で全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴（軸受メタルを外した穴）の同軸度が従前通りに確保されるクランク軸受を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
同軸に配置された複数のジャーナル軸受部を有し、各ジャーナル軸受部が、シリンダブロックとそれに装着されたキャップに形成された軸受メタル装着穴と、該軸受メタル装着穴に装着されたメタルアッパとメタルロアからなる軸受メタルとを有し、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け前には全てのジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴が同軸であり、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時にはシリンダブロックの弾性曲げ変形により少なくとも一部のジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の中心が同一の基準の直線から該基準の直線と直交する方向にずれているクランク軸受であって、
シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時には軸受メタル装着穴の中心が前記基準の直線から該基準の直線と直交する方向にずれているジャーナル軸受部では、メタルアッパとメタルロアのうち前記軸受メタル装着穴のずれの方向と同じ方向に位置するメタルの前記ずれの方向と平行な方向の厚さが前記軸受メタル装着穴の中心の前記基準の直線からのずれ量だけ厚くされ、メタルアッパとメタルロアのうち前記軸受メタル装着穴のずれの方向と反対方向に位置するメタルの前記ずれの方向と平行な方向の厚さが前記軸受メタル装着穴の中心の前記基準の直線からのずれ量だけ薄くされた軸受メタルが装着されることによって、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時には軸受メタル孔が全ジャーナル軸受部にわたって同軸となっている、クランク軸受。
【０００５】
上記の本発明のクランク軸受では、ダミーのシリンダヘッドを組み付けることなく、シリンダブロック単体で、全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴を同軸に機械加工する。全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴に、従来の軸受メタルを装着すると、シリンダブロック単体の段階では、全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴は同軸となる。この段階で、同軸の全ジャーナル軸受部の軸受メタルにクランク軸を装着して回転させても摩擦は小であり、管理（加工精度の確認）は従来同様に容易である。
実際のシリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロックに組み付け締結すると、シリンダブロックは弾性曲げ変形して、少なくとも一部のジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の中心が同一の基準の直線から該基準の直線と直交する方向にずれる。ずれ分をαとする。各ジャーナル軸受部のαの大きさは異なってもよい。本発明のクランク軸受では、軸受メタル装着穴に装着される軸受メタルの、メタルアッパとメタルロアの上記ずれの方向と平行な方向の厚みを肉厚狙い値（従来の場合の肉厚狙い値）からα分変えてあるので、軸受メタル穴は全ジャーナル軸受部にわたって同軸となり、この軸受メタル穴に装着されるクランク軸の回転摺動摩擦は小であり、従来に比べて摩擦ロスを低減できる。
これによって、シリンダブロックの加工を従来と変えずに、軸受メタルを変えるだけで、内燃機関運転時のクランク軸の摩擦ロスを低減できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例に係るクランク軸受を、図１〜図８を参照して説明する。
図６、図７は、本発明の実施例に係るクランク軸受が適用される内燃機関のシリンダブロックの一例を示している。図示例はＶ型（左右バンクがＶ字状をなす）６気筒エンジンのシリンダブロック１を示しており、図７の、左右の上面にシリンダヘッドガスケット、シリンダヘッドが組み付けられて左右のバンクを構成し、各シリンダヘッドは、シリンダブロック１にボルトにより締結される。ただし、本発明のクランク軸受が適用されるエンジンは、Ｖ型６気筒エンジンに限られるものではなく、６気筒以外のＶ型エンジンでもよいし、あるいはＶ型でなく直列複数気筒エンジンでもよい。
【０００７】
シリンダブロック１には、クランク軸を回転自在に支持するための、複数のジャーナル軸受部２が設けられる。複数のジャーナル軸受部２は、シリンダブロック長手方向に、互いに間隔をおいて配置されている。各ジャーナル軸受部２は、シリンダブロックとそれに装着されたキャップ３に形成された軸受メタル装着穴４と、軸受メタル装着穴４に装着された軸受メタル５とを有している。
各軸受メタル５は、図１に示すように、メタルアッパ６とメタルロア７からなり、メタルアッパ６は軸受メタル装着穴４のうちシリンダブロック１に形成された部分に装着され、メタルロア７は軸受メタル装着穴４のうちキャップ３に形成された部分に装着される。図１において、５ａは位置決め用の爪、５ｂは潤滑オイルの供給穴、５ｃは潤滑オイルの供給溝である。
【０００８】
シリンダヘッドおよびシリンダヘッドガスケットがシリンダブロック１に組み付けられていない時（シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け前）には、図６に示すように、全ジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４は互いに同軸であり、同軸の軸芯８を有する。
また、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットがシリンダブロック１に組み付けられた時（シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時）には、図８に示すように、シリンダブロック１の弾性曲げ変形により、少なくとも一部のジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心が同一の基準の直線１０から該基準の直線１０と直交する方向にずれる。このずれ量をαとする。
基準の直線１０は、上記の同軸の軸芯８と一致する直線であってもよいし、同軸の軸芯８と平行な直線であってもよいし、あるいは同軸の軸芯８と平行でかつ同軸の軸芯８から傾いた直線であってもよい（ただし、傾きはクランク軸の回転の摩擦力を上げない程度の微小の傾きとする）。αの大きさはジャーナル軸受部２で変わってもよい。１番ジャーナルのαをα₁、２番ジャーナルのαをα₂、３番ジャーナルのαをα₃、４番ジャーナルのαをα₄とすると、α₁、α₂、α₃、α₄は同一の値でなくてもよい。αの大きさはエンジンの種類、シリンダブロック剛性、ヘッドガスケット諸元等によって異なるが、Ｖ型６気筒エンジンのシリンダブロックの場合１０〜５０μｍ程度である。なお、図中、符号１１は、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の、シリンダブロックの弾性曲げ変形による、軸受メタル装着穴４の中心を結ぶ曲線を示している。
たとえば、図３、図４、図８は、シリンダブロック長手方向中央部に位置する２つのジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心を通る直線を基準の直線１０とした場合に、シリンダブロック長手方向両端に位置する２つのジャーナル軸受部２が、シリンダブロック長手方向中央部に位置する２つのジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心が基準の直線１０から、直線１０と直交する方向にαだけずれた状態を示している。
【０００９】
シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時に軸受メタル装着穴４の中心が基準の直線１０から基準の直線１０と直交する方向（図３、図４、図８の例では上下方向）にずれるジャーナル軸受部２に装着される軸受メタル５では、メタルアッパ６とメタルロア７のうち軸受メタル装着穴４のずれの方向と同じ方向に位置するメタル（図３、図４、図８の例ではメタルアッパ６）の上記ずれの方向と平行な方向（図３、図４、図８の例では上下方向）の厚さが、軸受メタル装着穴４の中心の、基準の直線１０からのずれ量αだけ厚くされ、メタルアッパ６とメタルロア７のうち軸受メタル装着穴４のずれの方向と反対方向に位置するメタル（図３、図４、図８の例ではメタルロア７）の上記ずれの方向と平行な方向（図３、図４、図８の例では上下方向）の厚さが、軸受メタル装着穴４の中心の、基準の直線１０からのずれ量αだけ薄くされている（図１参照）。
【００１０】
言い換えれば、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時に軸受メタル装着穴４の中心が基準の直線１０から基準の直線１０と直交する方向にずれるジャーナル軸受部２に装着される軸受メタル５の内周面（軸受メタル穴９）の軸芯を、軸受メタル５の外周面の軸芯に対して、軸芯と直交する方向に、軸受メタル装着穴４の中心の、基準の直線１０からのずれα分だけ、該ずれの方向と反対方向にずらす。
【００１１】
図２、図３、図４の例は、ジャーナル軸受部２（エンジンフフロント（Ｆｒ）側から順に１番ジャーナル、２番ジャーナル、３番ジャーナル、４番ジャーナル）のうちシリンダブロック長手方向にみて中央に位置するジャーナル軸受部２（２番ジャーナル、３番ジャーナル）の軸受メタル装着穴（軸受メタルが無い、シリンダブロックに形成された穴）４の中心を通る直線を基準の直線１０にとった場合を示す。基準の直線１０は、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け前の複数のジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の同軸の軸芯８と一致するかまたは平行な直線である。
図２、図３、図４の例では、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時には、複数のジャーナル軸受部２のうち両端に位置するジャーナル軸受部２（１番ジャーナル、４番ジャーナル）の軸受メタル装着穴４の中心は、基準の直線１０からαだけ上方にずれている。
【００１２】
そして、図１、図３に示すように、軸受メタル装着穴４の中心が基準の直線１０からαだけ上方にずれたジャーナル軸受部（１番ジャーナル、４番ジャーナル）の軸受メタル装着穴４に装着される軸受メタル５は、メタルアッパ６の厚みが上下方向にαだけ厚くされ、メタルロア７の厚みが上下方向にαだけ薄くされている。これによって、軸受メタル穴９の軸芯はメタル外周面の軸芯に対して下方にαだけずれ、軸受メタル穴９の中心は基準の直線１０上にくる。
軸受メタル装着穴４が基準の直線１０からずれないジャーナル軸受部（図２、図３、図４の例では、シリンダブロック長手方向にみてジャーナル軸受部列の中央に位置する２番ジャーナル、３番ジャーナル）の軸受メタル装着穴４に装着される軸受メタル５は、メタルアッパ６もメタルロア７も厚みは変えられず（従来と同じ厚みのまま）、したがって、全ジャーナル軸受部２の軸受メタル穴９の中心は、図３に示すように、基準の直線１０上にある。
これによって、全ジャーナル軸受部２について、軸受メタル穴９の中心が基準の直線１０上に位置することとなり、クランク軸を基準の直線１０上で回転自在に支持できるようになる。
【００１３】
なお、基準の直線１０の、ジャーナル軸受部２に対する位置は、任意に選定できる。
たとえば、図２〜図４、図８の例では、図５の（イ）に示すように、シリンダブロック長手方向にみてジャーナル軸受部列の中央のジャーナル軸受部２（２番ジャーナル、３番ジャーナル）の軸受メタル装着穴４の中心を通る直線を基準の直線１０に選定して、両端（１番ジャーナル、４番ジャーナル）のジャーナル軸受部２の軸受メタル５の厚さを変える（軸受メタル５の内周の中心を外周の中心に対して下方にずらす）ようにした。
それに代えて、図５の（ロ）に示すように、両端に位置するジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心を通る直線を基準の直線１０に選定して、両端ジャーナル軸受部の軸受メタルの厚さは従来のままにして、中央（２番ジャーナル、３番ジャーナル）のジャーナル軸受部２の軸受メタル５の厚さを図５（イ）の場合と逆方向に変える（メタルアッパを薄くし、メタルロアを厚くする）ようにしてもよい。
あるいは、図５の（ハ）に示すように、両端に位置するジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心と、中央に位置するジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４の中心との中間を通る直線を基準の直線１０に選定して、両端（１番ジャーナル、４番ジャーナル）のジャーナル軸受部２の軸受メタル５の内周の軸芯をα／２分（または、α／ｎ。ここで、ｎは１以上の数で、整数とは限らない。）分外周の軸芯に対して下方にずらし、中央部（２番ジャーナル、３番ジャーナル）のジャーナル軸受部２の軸受メタル５の内周の軸芯をα／２分（または、（ｎ−１）α／ｎ）分外周の軸芯に対して上方にずらすようにしてもよい。
なお、図５の（ニ）に示すように、各ジャーナル軸受部２でαの値、α₁、α₂、α₃、α₄は変わってもよい。また、ジャーナル軸受部２の数は４でも、４以外でもよい。
【００１４】
つぎに、作用を説明する。
本発明の実施例のクランク軸受では、ダミーシリンダヘッドを組み付けることなく、シリンダブロック単体で、全ジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４を同軸に機械加工する。同軸のため、従来同様に全軸受メタル装着穴４を同一の工具の直線送りで一度に加工でき、シリンダブロック単体段階での軸受メタル装着穴４の機械加工とその管理（加工精度の確認）は容易である。
全ジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４に、全周にわたって均一厚さとされたダミーの軸受メタルを装着すると、シリンダブロック単体の段階（シリンダヘッドを組み付けない段階）では、全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴は同軸となる。この段階で、同軸の全ジャーナル軸受部の軸受メタルにクランク軸を装着して回転させても摩擦は小である。その結果、シリンダブロック単体での軸受メタル装着穴４の管理は従来通り容易である。もしダミーヘッド付きで加工すると、シリンダブロック単体では同軸度が崩れることになり、管理が難しくなる。
【００１５】
エンジン組立工場で、実際のシリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロック１に組み付け締結すると、シリンダブロック１は弾性曲げ変形して、図４に示すように、少なくとも一部のジャーナル軸受部２の軸受メタル装着穴４が基準の直線１０（シリンダヘッドを組み付けない状態で全ジャーナル軸受部の中心を通る軸芯）から基準の直線１０と直交する方向にずれる。ずれ分をαとする。
【００１６】
しかし、軸受メタル装着穴４に装着される軸受メタル５の、メタルアッパ６とメタルロア７の上記ずれの方向と平行な方向の厚みを肉厚狙い値（肉厚が全周にわたって同じ場合の肉厚狙い値）からα分変えてあるので、たとえば図３の例ではシリンダブロック長手方向両端にある１番ジャーナル、４番ジャーナルのメタルアッパ６の上下方向厚さをαだけ厚くするとともにメタルロア７の上下方向厚さをαだけ薄くし、シリンダブロック長手方向中央部にある２番ジャーナル、３番ジャーナルのメタルアッパ６、メタルロア７の厚さは従来の厚さ（均一厚さ）のままとしてあるので、軸受メタル穴９は全ジャーナル軸受部２にわたって同軸となり（全軸受メタル穴９の中心が基準の直線１０に位置するようになり）、この軸受メタル穴９に装着されるクランク軸の回転摺動摩擦は小であり、従来に比べて摩擦ロスを低減できる。
【００１７】
言い換えれば、軸受メタル装着穴４に装着される軸受メタル５の、内周面（軸受メタル穴９）の軸芯を軸受メタル外周面の軸芯に対してα分ずらしてある（内外周を、α分、互いに偏芯させてある）ので、軸受メタル穴９は全ジャーナル軸受部２にわって同軸となり、この軸受メタル穴９に装着されるクランク軸の回転摺動摩擦は小であり、従来に比べて摩擦ロスを低減できる。
【００１８】
これによって、軸受メタル装着穴４は全ジャーナル軸受部２にわたって同軸加工としてシリンダブロックの加工を従来と変えずに、軸受メタル９の上下方向厚さをα分変えるだけで（言い換えれば、軸受メタル９の内外周を、α分、互いに偏芯させるだけで）、内燃機関運転時のクランク軸の回転の摩擦ロスを低減できる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１のクランク軸受によれば、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時に軸受メタル装着穴の中心が基準の直線から基準の直線と直交する方向にずれるジャーナル軸受部に装着される軸受メタルでは、メタルアッパとメタルロアのうち、軸受メタル装着穴のずれの方向と同じ方向に位置するメタルの、ずれの方向と平行な方向の厚さが軸受メタル装着穴の中心の、基準の直線からのずれ量だけ厚くされ、メタルアッパとメタルロアのうち、軸受メタル装着穴のずれの方向と反対方向に位置するメタルの、ずれの方向と平行な方向の厚さが軸受メタル装着穴の中心の、基準の直線からのずれ量だけ薄くされたので、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロックに組み付けた状態で全ジャーナル軸受部の軸受メタル穴の同軸度が確保される。また、シリンダヘッドガスケット、シリンダヘッド、シリンダブロックが組み付けられていない状態では全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴（軸受メタルを外した穴）の同軸度が従来同様に確保されているので、軸受メタル装着穴の加工と加工ラインおよび市場サービス時の管理、品質保証は、従来と同様に容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のクランク軸受の軸受メタルの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例のＶ６エンジンのシリンダブロックにおける、各ジャーナル軸受部（１番ジャーナル、２番ジャーナル、３番ジャーナル、４番ジャーナル）の軸受中心位置と、ずれを示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例のＶ６エンジンのシリンダブロックにおける、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の、各ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴と軸受メタル穴の位置関係を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例のＶ６エンジンのシリンダブロックにおける、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の、各ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の位置関係を示す斜視図である。
【図５】シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の、各ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の種々の変位モードにおける、基準の直線の種々の位置を示す図である。
【図６】一般のＶ６エンジンのシリンダブロックの左側面図（下半分は断面図）である。
【図７】図６のＶ６エンジンのシリンダブロックのフロント側の正面図である。
【図８】エンジンシリンダブロックの、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の弾性曲げ変形のモードを示す概略側面図である。
【符号の説明】
１シリンダブロック
２ジャーナル軸受部
３キャップ
４軸受メタル装着穴
５軸受メタル
６メタルアッパ
７メタルロア
８シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け前の全ジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴中心を通る同軸の軸芯
９軸受メタル穴
１０基準の直線（シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時には、全軸受メタル穴の軸芯となる）
１１シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け時の、軸受メタル装着穴の中心を結ぶ曲線

Claims

同軸に配置された複数のジャーナル軸受部を有し、各ジャーナル軸受部が、シリンダブロックとそれに装着されたキャップに形成された軸受メタル装着穴と、該軸受メタル装着穴に装着されたメタルアッパとメタルロアからなる軸受メタルとを有し、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケット組み付け前には全てのジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴が同軸であり、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時にはシリンダブロックの弾性曲げ変形により少なくとも一部のジャーナル軸受部の軸受メタル装着穴の中心が同一の基準の直線から該基準の直線と直交する方向にずれているクランク軸受であって、
シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時には軸受メタル装着穴の中心が前記基準の直線から該基準の直線と直交する方向にずれているジャーナル軸受部では、メタルアッパとメタルロアのうち前記軸受メタル装着穴のずれの方向と同じ方向に位置するメタルの前記ずれの方向と平行な方向の厚さが前記軸受メタル装着穴の中心の前記基準の直線からのずれ量だけ厚くされ、メタルアッパとメタルロアのうち前記軸受メタル装着穴のずれの方向と反対方向に位置するメタルの前記ずれの方向と平行な方向の厚さが前記軸受メタル装着穴の中心の前記基準の直線からのずれ量だけ薄くされた軸受メタルが装着されることによって、シリンダヘッド、シリンダヘッドガスケットが組み付けられた時には軸受メタル孔が全ジャーナル軸受部にわたって同軸となっている、クランク軸受。