JP6165827B2 - 内燃機関のクランク軸の軸受装置 - Google Patents

内燃機関のクランク軸の軸受装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6165827B2
JP6165827B2 JP2015231785A JP2015231785A JP6165827B2 JP 6165827 B2 JP6165827 B2 JP 6165827B2 JP 2015231785 A JP2015231785 A JP 2015231785A JP 2015231785 A JP2015231785 A JP 2015231785A JP 6165827 B2 JP6165827 B2 JP 6165827B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
oil
upper half
oil groove
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015231785A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017096474A (ja
Inventor
加藤 健太
健太 加藤
石吾 修
修 石吾
斉藤 康志
康志 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Metal Co Ltd
Original Assignee
Daido Metal Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Metal Co Ltd filed Critical Daido Metal Co Ltd
Priority to JP2015231785A priority Critical patent/JP6165827B2/ja
Priority to EP16199017.1A priority patent/EP3173636B1/en
Priority to US15/358,593 priority patent/US10145409B2/en
Publication of JP2017096474A publication Critical patent/JP2017096474A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6165827B2 publication Critical patent/JP6165827B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06Crankshafts
    • F16C3/14Features relating to lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/06Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02Arrangements of lubricant conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/022Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with a pair of essentially semicircular bearing sleeves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/26Systems consisting of a plurality of sliding-contact bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1065Grooves on a bearing surface for distributing or collecting the liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/02Crankshaft bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/06Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • F01M2001/062Crankshaft with passageways
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02Arrangements of lubricant conduits
    • F01M2011/026Arrangements of lubricant conduits for lubricating crankshaft bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/22Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with arrangements compensating for thermal expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/20Alloys based on aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/046Brasses; Bushes; Linings divided or split, e.g. half-bearings or rolled sleeves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045Details of supply of the liquid to the bearing
    • F16C33/1055Details of supply of the liquid to the bearing from radial inside, e.g. via a passage through the shaft and/or inner sleeve

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸の軸受装置に関する。
多気筒内燃機関のクランク軸は、複数のジャーナル部および複数のクランクピン部を有し、複数のジャーナル部は、クランクピン部への給油を行うための潤滑油路を有するジャーナル部A(以下、単に「ジャーナル部A」とする)と潤滑油路を有さないジャーナル部B(以下、単に「ジャーナル部B」とする)とからなる。クランク軸は、ジャーナル部Aにおいて主軸受Aを介して、また、ジャーナル部Bにおいて主軸受Bを介して、内燃機関のシリンダブロック下部に支持される。主軸受A、Bは、一対の半割軸受を軸受ハウジングの軸受保持穴に組み付けることにより円筒形状となる。軸受ハウジングは、シリンダブロックの一部である上側ハウジングと、軸受キャップとしての下側ハウジングからなる。主軸受A、Bを潤滑するために、オイルポンプによって吐出された油が、シリンダブロックの壁内に形成されたオイルギャラリーおよび主軸受A、Bの壁に形成された貫通口を通して、主軸受A、Bの内周面に沿って形成された油溝内に送り込まれる。ジャーナル部Aには、第1の潤滑油路が、ジャーナル部Aを直径方向に貫通形成されており、その両端開口で主軸受Aの油溝と連通する。さらに、第2の潤滑油路が、第1の潤滑油路から分岐してクランクアーム部を通るように形成され、クランクピン部の直径方向に貫通形成された第3の潤滑油路と連通している。したがって、主軸受Aの油溝内に送り込まれた油は、第1の潤滑油路、第2の潤滑油路、および第3の潤滑油路を通り、その後、第3の潤滑油路の端部開口(クランクピン部の外周面上に形成される油出口)からクランクピン部とコンロッド軸受の間の摺動面に供給される。
主軸受Aと主軸受Bは、同一の形状のものが用いられる。主軸受を構成する一対の半割軸受のうちの少なくとも一方の内周面に油溝が形成され、油溝は、その半割軸受の円周方向の全長に亘って形成される(特許文献1の図1)。この場合、主軸受Bでは、主軸受Bの内周面の潤滑のために必要な量を超える量の油が供給されていた。
主軸受Bに関して、シリンダブロック側の半割軸受BUの油溝を廃止し、半割軸受BUの内周面と外周面を貫通して形成された油穴を介して外部から供給される油を主軸受Bの内周面とジャーナル部Bの表面間の隙間に流入させることで、主軸受Bへの供給油量を低減する軸受装置が提案されている(特許文献2)。さらに、この軸受装置の主軸受Aでは、一方の半割軸受AUの内周面に周方向に沿って形成される油溝の周方向両端部が、半割軸受AUの内周面の周方向両端部に形成されるクラッシュリリーフと連通していない。このように、半割軸受AUの油溝を部分溝の構造とすることによって、油溝内の油が、クラッシュリリーフによる隙間を介して主軸受Aの外部へ流出することを抑制する。特許文献2の軸受装置によれば、軸受装置の複数の主軸受A、Bへの供給油量を低減することができ、これによりオイルポンプの小型化が可能となり、内燃機関を低燃費化できるとされている。
特許文献3は、特許文献2の(図5に開示された)軸受装置では、主軸受Bが冷却不足となり、主軸受Bの耐久性が低下するという欠点を克服することを課題としている。特許文献3の軸受装置では、主軸受Bの一方の半割軸受BUの内周面に部分的な油溝が形成されており、この油溝は、半割軸受BUの円周方向の中央位置を含めて内周面の円周方向に延びて、円周方向の両端部の少し手前まで形成されている(段落[0009])。これにより、主軸受Bの内周面に対して油の給油量を増加させることができるので、主軸受Bの耐久性が低下することを防止することができるとしている。なお、特許文献3の軸受装置の主軸受Aでは、一方の半割軸受AUの内周面の全長に亘って、油溝が形成されている。特許文献3の軸受装置においては、主軸受Bへの給油量が増加するために、オイルポンプの大型化を要する。オイルポンプはクランク軸の回転力によって作動するため、オイルポンプの大型化は内燃機関の機械損失の増加を伴う。
さらに、近年、乗用車用の内燃機関では、軽量化のためにシリンダブロックにAl合金が採用される傾向にあり、主軸受の軸受ハウジングは、シリンダブロックの一部であるAl合金製の上側ハウジングと軸受キャップであるFe合金製の下側ハウジングとからなる。この軸受ハウジングを特許文献3の軸受装置に用いた場合には、内燃機関の始動時に(特に、寒冷地において軸受装置が低温である状態からの始動時に)、Fe合金製の軸受キャップ側に組み込まれる油溝を形成しない半割軸受BLの摺動面へ油が供給され難く、半割軸受BLの内周面に焼付が起こる問題がある。
主軸受の内周面とクランク軸のジャーナル部の表面との間には、油を供給するための軸受隙間が設けられている。この軸受隙間が過大になると、クランク軸にガタが生じ、内燃機関の振動や騒音の原因となる。Al合金製の上側ハウジングとFe合金製の下側ハウジングからなる軸受ハウジングを採用したときには、Al合金製ハウジングとFe合金製のクランク軸のジャーナル部の熱膨張率が異なるので、温度変化により軸受隙間が変化する。乗用車用の内燃機関の軸受装置は、内燃機関の静粛性のために、常用運転時における軸受ハウジングの温度(例えば、120℃)において、軸受隙間が狭くなるようになされているが、軸受ハウジングの温度が低くなると軸受隙間がさらに狭くなるように変化する。乗用車用の内燃機関は、寒冷地においては軸受ハウジングが低温(例えば、−30℃程度)である状態から始動がなされるため、Al合金製のハウジングとFe合金製のクランク軸の熱膨張率の違いにより、軸受隙間が極めて狭くなっており、さらに、油の粘度が高い状態にある。
特許文献3の軸受装置では、Al合金製の上側ハウジングに組み付けられた半割軸受BUの内周面の設けられる部分的な油溝内の油は、粘度が高い状態にあり、さらに、半割軸受BUの内周面とジャーナル部の表面との間の軸受隙間が極めて狭いために、油は、油溝内から外部へ流出し難くなっている。したがって、油は、Fe合金製の下側ハウジングに組み付けられた他方の半割軸受BLの内周面に早期に供給されない。このために、他方の半割軸受BLの内周面が損傷を起こす。
特開平8−277831号公報 国際公開第2004/038188号 特開2006−125565号公報
そこで、本発明は、低温状態からの内燃機関の始動時に軸受隙間に早期に油が供給され、常用運転時に油の供給量を少なくできる、内燃機関のクランク軸の軸受装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、複数のジャーナル部(61、62)および複数のクランクピン部(5)を有するクランク軸(3)と、前記クランク軸(3)を支承する主軸受(41、42)と、前記主軸受(41、42)を保持する軸受ハウジング(8)とを含む、内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)であって、
前記複数のジャーナル部は、前記クランク軸のクランクピン部へ油を送るための潤滑油路(63a)を有する第1のジャーナル部(61)と、前記潤滑油路を有さない第2のジャーナル部(62)とを有し、
前記第1のジャーナル部(61)は、第1の主軸受(41)により支承され、前記第1の主軸受(41)は、一対の半円筒形状の上側半割軸受(41U)および下側半割軸受(41L)から構成され、
前記第2のジャーナル部(62)は、第2の主軸受(42)により支承され、前記第2の主軸受(42)は、一対の半円筒形状の上側半割軸受(42U)および下側半割軸受(42L)から構成され、
前記軸受ハウジング(8)は、Al合金製の上側ハウジング(81)およびFe合金製の下側ハウジング(82)から構成され、前記上側ハウジングは、前記上側半割軸受の外周面と整合する半円筒面(83a)を有し、前記下側ハウジングは、前記下側半割軸受の外周面と整合する半円筒面(83b)を有し、前記上側ハウジングの前記半円筒面(83a)に前記上側半割軸受(41U、42U)が保持され、前記下側ハウジングの前記半円筒面(83b)に前記下側半割軸受(42L、42L)が保持されるようになっており、
前記上側ハウジングの内部には、前記第1および第2の主軸受へ油を供給するための内部油路(G2)が形成され、前記内部油路(G2)の開口(G2c)が、前記上側ハウジングの前記半円筒面(83a)に形成されており、
一対の半割軸受のうち前記上側半割軸受(41U、42U)のみが、内周面に形成された油溝(41G、42G)および少なくとも一つの油穴(45)を有し、
前記油穴(45)は、前記上側半割軸受(41U、42U)の軸受壁厚を貫通し、外周面に開口しており、
前記上側ハウジング(81)の前記内部油路(G2)の前記開口(G2c)と前記油溝(41G、42G)は、油穴(45)によって連通するようになっており、
前記上側および下側半割軸受(41U、41L、42U、42L)には、内周面の周方向両端部にクラッシュリリーフ(70)が形成されており、
前記第1の主軸受(41)の前記上側半割軸受(41U)の前記油溝(41G)が周方向に形成される範囲は、前記油溝(41G)の周方向両端部のそれぞれが、最小で前記クラッシュリリーフ(70)に連通し、最大で前記上側半割軸受(41U)の周方向端面(72)に開口するようになされており、
前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)が周方向に形成される範囲(θ1)は、最大で前記上側半割軸受(42U)の周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲であり、少なくとも前記上側半割軸受(42U)の周方向中央部を基準として±45°の円周角度の領域内において10°の円周角度の範囲であり、
前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、前記第1の主軸受(41)の前記上側半割軸受(41U)の前記油溝(41G)の溝深さ(D1)の半分以下である。
なお、「上側」および「下側」の用語は、本発明の構成の配置を限定するものではなく、本発明は、任意の配向で配置可能である。
本発明の別の実施形態では、前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、最大で0.5mmである。
また、本発明の別の実施形態では、前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部で最大となり、周方向両端部へ向かって小さくなる。
また、本発明の別の実施形態では、前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部に位置する。
また、本発明の別の実施形態では、前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部よりも前記第2のジャーナル部(62)の回転方向の後方側に位置する。
また、本発明の別の実施形態では、前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の前記第2のジャーナル部(62)の回転方向の後方側の端部に位置する。
本発明では、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42の上側半割軸受42Uの油溝42Gが、軸受装置1(軸受ハウジング8)の温度変化があった場合には、油溝42Gの溝底面と第2のジャーナル部62の表面との隙間の変化が大きい領域に形成されており、かつ、上側半割軸受42Uの油溝42Gの溝深さD2は、第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の上側半割軸受41Uの油溝41Gの溝深さD1の半分以下になされる。このため、寒冷地において低温状態(例えば、−30℃)からの内燃機関の始動時において、第2のジャーナル部62を支承する上側半割軸受42Uの油溝42Gの溝底面と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間が狭くなり、油溝42G内の全ての油は、回転するジャーナル部62の表面からの力の作用を強く受け、強制的に油溝42G内を軸回転方向の前方側へ送られる。この間に、油は、せん断され、早期に温度が上昇し、粘度が低くなる。
低温状態からの内燃機関の始動時には、第2のジャーナル部62の表面と第2の主軸受42の内周面71との間の軸受隙間が極めて狭いが、粘度が低くなった油は、油溝42G内から狭い軸受隙間へ侵入する。そして、Fe合金製の下側ハウジング82に収容される下側半割軸受42Lの内周面71と第2のジャーナル部62の表面との間の軸受隙間に早期に油が供給されるようになる。
一方、内燃機関の常用運転時、軸受装置1の温度が上昇すると、上側半割軸受42Uの油溝42Gの溝底面と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間が増加して、油溝内の油には回転するジャーナル部による力が作用し難くなる。さらに、油溝42Gの周方向両端部は、上側半割軸受42Uの内周面71に位置し閉ざされていることで、油が油溝42Gの周方向端部から上側半割軸受42Uの内周面と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間に過度に流出し難くなる。また、上側半割軸受42Uの油溝42Gの周方向の形成範囲が狭く、油溝42Gの溝深さは、第1の主軸受41の上側半割軸受41Uの油溝41Gの溝深さの半分以下である構成とすることで、油溝42Gの内容積が小さくなる。第2の主軸受42への油の供給量が少ないので、オイルポンプの小型化が可能である。
クランク軸の軸受装置を示す概略図である。 潤滑油路を有する第1のジャーナル部の正面図である。 潤滑油路を有さない第2のジャーナル部の正面図である。 図2に示す第1の主軸受41の正面図である。 図4に示す上側半割軸受41Uの内周面側を示す図である。 図2に示す第2の主軸受42の正面図である。 図6に示す上側半割軸受42Uの内周面側を示す図である。 上側半割軸受41Uの油溝41Gの断面図である。 上側半割軸受42Uの油溝42Gの断面図である。 軸受ハウジング8の軸受保持穴83の変化を示す図である。 軸受ハウジング8の軸受保持穴83の変化を示す図である。 軸受ハウジング8の軸受保持穴83の変化を示す図である。 実施例2の第2の主軸受42Aの正面図である。 図11に示す上側半割軸受41AUの底面図である。 実施例3の第2の主軸受42Bの正面図である。 図13に示す上側半割軸受42BUの底面図である。 実施例4の第2の主軸受42Cの正面図である。 図15に示す上側半割軸受42CUの底面図である。 実施例5の第2の主軸受42Dの正面図である。 図17に示す上側半割軸受42DUの底面図である。 図17に示す油穴45のY矢視図である。 実施例6の第2の主軸受42Eおよび軸受ハウジング8の断面図である。 図19に示す上側半割軸受42EUの底面図である。
(実施例1)
図1は、直列4気筒の内燃機関に適用された本発明のクランク軸3の軸受装置1を示す概略図である。図2は、図1に示す軸受装置1のクランクピン部5へ油を供給するための潤滑油路63aを有するジャーナル部61(図1において2番、4番ジャーナル部(61A、61B))における軸受構造を示す(以下、「潤滑油路を有するジャーナル部」は、「第1のジャーナル部」と記す)。図3は、図1に示す軸受装置1のクランクピン部5へ油を供給するための潤滑油路を有さないジャーナル部62(図1において1番、3番、5番ジャーナル部(62A、62B、62C))における軸受構造を示す(以下、「潤滑油路を有さないジャーナル部」は、「第2のジャーナル部」と記す)。
(軸受装置の全体構成)
図1に示すように、本実施例の軸受装置1は、シリンダブロックに支承される5箇所のジャーナル部6(61A、61B、62A、62B、62C)と、4箇所のクランクピン部5(5A〜5D)を有するクランク軸3を備えている。クランクピン部5は、ジャーナル部6同士の間にジャーナル部6と一体に形成されており、ジャーナル部6を中心として回転する。そして、軸受装置1は、クランク軸3を支承するすべり軸受として、各ジャーナル部6(61A、61B、62A、62B、62C)を回転自在に支承する5つの主軸受4と、各クランクピン部5(5A〜5D)を回転自在に支承する4つのコンロッド21およびコンロッド軸受24(図1では図示せず)とをさらに備えている。乗用車用の小型の内燃機関のクランク軸3は、Fe合金製であり、ジャーナル部6の直径は、40mm〜100mm程度である。複数のジャーナル部6は、通常は、同じ直径を有する。
第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41は、一対の半割軸受(上側半割軸受41Uおよび下側半割軸受41L)から構成され、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42は、一対の半割軸受(上側半割軸受42Uおよび下側半割軸受42L)から構成される。半割軸受は、Fe合金製の裏金層と軸受合金(Al合金、Cu合金等)層とからなる。主軸受41、42の内径は、ジャーナル部の直径に対応する寸法になされ、壁厚は、1.5mm〜3.0mm程度である。
Al合金製のシリンダブロックには、軸受ハウジング8が各ジャーナル部6と対応する位置に設けられており、軸受ハウジング8は、シリンダブロックの一部であるAl合金製の上側ハウジング81と、Fe合金製の軸受キャップである下側ハウジング82とからなる。上側ハウジング81および下側ハウジング82は、半割軸受41U、41L、42U、42Lと整合する半円筒面83a、83bを有し、上側ハウジング81と下側ハウジング82をボルト84で締結し一体化したときに円筒形状の軸受保持穴83が形成されるようになっている。円筒形状の主軸受41、42は、軸受保持穴83に保持される。
オイルポンプPによって吐出された油は、シリンダブロック壁内に形成されたオイルギャラリーG1へ送られ、さらに、オイルギャラリーG1から分岐した5つの内部油路G2へ送られる。内部油路G2は、上側ハウジング81の半円筒面83aに開口する。内部油路G2の開口G2cから流出する油は、主軸受41、42の壁を貫通して形成された油穴45を通して、主軸受41、42の内周面に形成された油溝41G、42Gに送り込まれる。
図1は、4気筒の内燃機関のクランク軸3の軸受装置1を示す。図1に示すように、クランク軸3の5箇所のジャーナル部6は、フロント(Fr)側からリア(Rr)側に向けて1番から5番の番号が付され、4箇所のクランクピン部5は、フロント(Fr)側からリア(Rr)側に向けて1番から4番の番号が付される。2番、4番ジャーナル部61A、61Bには、ジャーナル部の直径方向に第1の潤滑油路63aが貫通形成され、さらに、第1の潤滑油路63aから分岐してクランクアーム部を通る2つの第2の潤滑油路51aが形成され、第2の潤滑油路51aが、1番〜4番のクランクピン部5A〜5Dの直径方向に貫通形成された第3の潤滑油路51bに連通している。1番、3番、5番ジャーナル部62A、62B、62Cは、ジャーナル部の内部には潤滑油路が形成されない。なお、クランク軸3は、複数のジャーナル部6を有し、少なくとも1箇所のジャーナル部の内部に潤滑油路63aが形成されない構成であれば、図1に示す構成に限定されない。
図2において、紙面奥行き方向の位置関係は、第1のジャーナル部61が紙面の奥側で、クランクピン部5が手前側となっている。
第1のジャーナル部61は、第1の主軸受41を介して、内燃機関のAl合金製のシリンダブロックに支承されており、第1の主軸受41は、一対の上側半割軸受41Uおよび下側半割軸受41Lによって構成されている。上側半割軸受41Uには、内周面に油溝41Gが周方向の全長に亘って形成されている。また、第1のジャーナル部61は、直径方向に貫通する潤滑油路63aを有し、第1のジャーナル部61が矢印X方向に回転すると、潤滑油路63aの両端開口6cが交互に第1の主軸受41の油溝41Gに連通する。
クランクピン部5は、一対の半割軸受によって構成されるコンロッド軸受24を介して、コンロッド2の大端部ハウジング21に支承されている。
上述したように、第1の主軸受41に関して、オイルポンプPによって吐出された潤滑油が、シリンダブロック壁内に形成された内部油路G2から、上側半割軸受41Uの壁を貫通して形成された油穴45を通して、上側半割軸受41Uの内周面に周方向の全長に亘って形成された油溝41G内に送り込まれる。
さらに、第1のジャーナル部61の直径方向に第1の潤滑油路63aが貫通形成され、第1の潤滑油路63aの両端開口6cが潤滑油溝41Gと連通している。そして、第1のジャーナル部61の第1の潤滑油路63aから分岐してクランクアーム部(図示せず)を通る第2の潤滑油路51aが形成され、第3の潤滑油路51bが、クランクピン部5の直径方向に貫通形成される。
このようにして、油は、第1の潤滑油路63a、第2の潤滑油路51aを経て、第3の潤滑油路51bの端部の吐出口5cから、クランクピン部5とコンロッド軸受24の間に形成される隙間に供給される。
図3に示すように、第2のジャーナル部62は、第2の主軸受42を介して、内燃機関のAl合金製のシリンダブロックに支承されており、第2の主軸受42は、一対の上側半割軸受42Uおよび下側半割軸受42Lによって構成されている。上側半割軸受42Uの内周面には、油溝42Gが周方向に部分的に形成されている。
上述したように、第2の主軸受42に対して、オイルポンプPによって吐出された潤滑油が、シリンダブロック壁内に形成された内部油路G2から、上側半割軸受42Uの壁を貫通して形成された油穴45を通して、上側半割軸受42Uの内周面に周方向に部分的に形成された油溝42G内に送り込まれる。
図4は、図2に示す第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の正面図を示す。図5は、上側半割軸受41Uの内面を示す。
上側および下側半割軸受41U、41Lの周方向の各端面72に隣接する領域に、クラッシュリリーフ70が形成される。クラッシュリリーフ70は、本来の内周面71(主要円弧)よりも壁厚が薄くなるように形成された壁厚減少領域である。クラッシュリリーフ70は、一対の半割軸受41U、41Lを軸受ハウジング8に組み付けた状態における、突き合せ端面(周方向の端面72)の位置ずれや変形を吸収するためのクラッシュリリーフ隙間70cを形成することを企図して設けられる(例えばSAE J506(項目3.26および項目6.4)、DIN1497(セクション3.2)、JIS D3102参照)。一般に、乗用車用の小型の内燃機関用軸受の場合、半割軸受の円周方向端面におけるクラッシュリリーフの深さ(本来の内周面から実際の内周面までの距離)は0.01〜0.075mm程度であり、長さは(半割軸受の円周方向端面から該端面に対してクラッシュリリーフ70の上縁部までの垂直方向の長さ)は、3〜7mm程度である。なお、第2の主軸受42を構成する上側および下側半割軸受42U、42Lにも、上側および下側半割軸受41U、41Lと同じクラッシュリリーフ70が形成される。
実施例1では、上側半割軸受41Uは、内周面に油溝41Gが周方向の全長に亘って形成されている。実施例1では、油溝41Gの溝深さD1、油溝41Gの軸線方向の長さ(油溝41Gの幅)は、上側半割軸受41Uの周方向に亘って概ね同じ寸法になされている。小型内燃機関のクランク軸3のジャーナル部の直径が40〜100mmの場合、油溝41Gの深さD1は、1mm〜2.5mm程度である。ジャーナル部の直径が大きいほど油溝41Gの溝深さD1は大きくなされる。
また、油溝41G部には、上側半割軸受41の壁を貫通した油穴45が形成される。本実施例では、一つの油穴45が、上側半割軸受41の周方向中央部位置かつ軸線方向中央部位置に形成される。第1のジャーナル部61の表面における潤滑油路63aの開口6cの直径は、一般的に3〜8mm程度であり、油溝41Gの軸線方向の長さは、潤滑油路63aの開口6cの直径よりも若干大きい寸法にされる。また、実施例1のように油穴45の開口が円形の場合、開口の直径は、油溝41Gの軸線方向の長さよりも若干大きい寸法にされる。
油溝41Gが内周面の全長に亘って形成されていることによって、潤滑油路63aの2つの開口6cの何れかが油溝41Gと連通するため、常時、クランクピン部5へ油を供給できる。
なお、本実施例とは異なり、油溝41Gは、油溝41Gの周方向両端部がクラッシュリリーフ70に位置するように変更してもよい。あるいは、油溝41Gの一方の周方向端部がクラッシュリリーフに位置し、他方の周方向端部が上側半割軸受41Uの周方向の端面72に位置するようにしてもよい。また、油溝41Gは、油溝の軸線方向の長さが油溝41Gの周方向中央部付近で最大となり、油溝41Gの周方向両端部側へ向かって小さくなるようにしてもよい。また、油溝41Gの溝深さD1は、油溝41Gの周方向中央部付近で最大となり、油溝41Gの周方向両端部側へ向かって小さくなるようにしてもよい。
下側半割軸受41Lは、油溝41Gおよび油穴45の構成を有さないことを除いて、上側半割軸受41Uと同じ寸法、形状となっている。
また、図1に示す軸受装置1では、2番、4番のジャーナル部61A、61Bの主軸受41は、互いに同じ寸法、形状のものが用いられている。
図6は、図3に示す第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42の正面図を示す。図7は、上側半割軸受42Uの内面を示す。
第2の主軸受42は、一対の上側半割軸受42Uおよび下側半割軸受42Lによって構成されている。上側半割軸受42Uおよび下側半割軸受42Lは、一対の上側および下側半割軸受41U、41Lと同じ軸受内径、軸受外径、軸受幅を有する半円筒形状になされ、また、クラッシュリリーフ70の寸法も同じになされている。また、上側半割軸受42Uには、上側半割軸受41Uと同じ油穴45が形成される。
上側半割軸受42Uの内周面には、油溝42Gが周方向に部分的に形成されている。油溝42Gの溝深さおよび溝の軸線方向長さ(溝の幅)は、周方向両端部を除いて一定になされている。
油溝42Gの形成範囲は、最大で上側半割軸受42Uの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲である。このため、油溝42Gは、周方向の端部が、上側半割軸受42Uのクラッシュリリーフに位置することもなく、半割軸受42Uの周方向端面に開口することもない。この油溝42Gの最大の形成範囲(半割軸受42Uの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲)は、後述するように軸受装置1(軸受ハウジング8)に温度変化があった場合に、第2のジャーナル部62の表面と油溝42Gの溝底面(内面)との間の隙間の変化が大きい領域である。
また、油溝42Gの溝深さD2(図9参照)は、油溝41Gの溝深さD1(図8参照)の半分以下の深さになされる。例えば、油溝41Gの溝深さD1が1.0mmである場合、油溝42Gの溝深さD2は、0.5mm以下になされる。
本実施例の油溝42Gの溝幅は、油溝41Gの溝幅と同じになされている。油溝42Gの溝幅は、これに限定されず、油溝41Gの溝幅よりも小さくしてもよく、あるいは、大きくしてもよい。また、油溝42Gに溝幅は、周方向に変化するようにしてもよい。
油溝42Gの溝深さD2は、最大深さを0.1mm以上とすることが好ましい。また、油溝41Gの深さD1が1.0mmを超える場合でも、油溝42Gの溝深さは、0.5mm以下とすることが望ましい。その理由は、後述するように、低温時の油溝42G内の油がせん断されるのに好適であり、また、溝内容積を小さくすることができ、常用運転時に油の供給量を少なくできるからである。
また、図1に示す軸受装置1は、潤滑油路を有さない1番、3番、5番ジャーナル部62A、62B、62Cの第2の主軸受42は、互いに同じ寸法、形状のものが用いられている。また、第2の主軸受42は、2番、4番ジャーナル部61A、61Bの第1の主軸受41と同じ外径、内径、軸受幅(軸線方向長さ)のものが用いられている。なお、各主軸受41、42は、ジャーナル部毎に、外径、内径、軸受幅の寸法が異なる主軸受とすることもできる。
Al合金製の上側ハウジングとFe合金製の下側ハウジングとからなる軸受ハウジングについて説明する。軸受ハウジング8の上側ハウジング81および下側ハウジング82は、Fe合金製のボルト84で締結した状態で、室温(例えば、20℃程度)で加工され、主軸受4を保持するための円筒形状の軸受保持穴83が形成される(図10A参照)。その後、ボルト84を弛緩し、上側ハウジング81と下側ハウジング82の半円筒面83a、83bに上側半割軸受41U、42Uと下側半割軸受41L、42Lをそれぞれ組み込む。そして、クランク軸のジャーナル部6が、上側半割軸受41U、42Uと下側半割軸受41L、42Lの内径部に設置される。次いで、上側ハウジング81と下側ハウジング82が、再度、ボルト締結され、軸受ハウジング8の軸受保持穴83に主軸受41、42が保持される。
温度が変化した場合には、上側ハウジング81と下側ハウジング82は、熱膨張率の違いにより、膨張変形量あるいは収縮変形量が異なる。図10A〜Cは、温度が変化した場合の軸受ハウジング8の軸受保持穴83の変形を示す。
図10Aは、軸受装置が20℃程度の状態にある軸受ハウジング8の軸受保持穴83を示す。Al合金製の上側ハウジング81の半円筒面に関して、上側ハウジングの突き合せ端面に平行方向の内径RHと突き合せ端面に垂直方向の内径RVは、同じ値となる。
図10Bは、軸受装置1が、寒冷地において−30℃である場合を想定した軸受ハウジング8の軸受保持穴83を示す。上側ハウジング81の半円筒面83aに関して、上側ハウジング81の突き合せ端面に平行方向の半径RHよりも、突き合せ端面に垂直方向の内径RVが小さくなる。
その理由は、以下の通りである。軸受ハウジング8が、20℃程度(図10A)から−30℃(図10B)への温度変化に応じて収縮変形するとき、上側ハウジング81の収縮変形量は、下側ハウジング82の収縮変形量よりも大きい。相対的に熱膨張率が異なるAl合金製ハウジングとFe合金製ハウジングは、ボルトで締結されており、各ハウジングの突き合せ端面付近には、突き合せ端面に対して垂直方向の圧縮応力が発生している。相対的に低熱膨張率であるFe合金製の下側ハウジング82の突き合わせ端面が、相対的に高熱膨張率であるAl合金製の上側ハウジング81の突き合わせ端面付近の収縮変形の抵抗となる。このため、上側ハウジング81は、下側ハウジング82との突き合せ面付近では、熱収縮が抑制されるが、突き合せ端面付近の熱収縮が小さくなった分、ボルト締結による圧縮応力の影響を受けない上側ハウジング81の半円筒面83aの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の領域では、熱収縮量が大きくなる。
図10Cは、軸受装置1が、内燃機関の常用運転時に120℃である場合を想定した軸受ハウジング8の軸受保持穴83を示す。Al合金製の上側ハウジング81の半円筒面に関して、上側ハウジングの突き合せ端面に平行な方向の内径RHよりも、突き合せ端面に垂直方向の内径RVが大きくなる。
軸受ハウジング8が(内燃機関の運転により温度が上昇し)120℃になった時には、相対的に低熱膨張率であるFe合金製の下側ハウジング82の突き合わせ端面が、相対的に高熱膨張率であるAl合金製の上側ハウジング81の突き合わせ端面付近の熱膨張変形の抵抗となる。このため、上側ハウジング81は、下側ハウジング82との突き合せ面付近では、熱膨張が抑制されるが、突き合せ面付近の熱膨張が小さくなった分、ボルト締結による圧縮応力の影響を受けない上側ハウジング81の半円筒面83aの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の領域では、熱膨張量が大きくなる。
図10A〜Cに示す軸受ハウジング8に一対の上側および下側半割軸受42U、42Lと第2のジャーナル部62を装着した場合、上側半割軸受42Uの油溝42Gの形成範囲は、軸受ハウジング8の軸受保持穴の内径、特に、上側ハウジング81の半円筒面83aの半径の変化量が最も大きい領域となっていることが理解できる。軸受ハウジング8に温度の変化があった場合には、この油溝42Gの形成範囲において、油溝42Gの溝底面(内周)と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間の変化量が大きくなる。
本実施例の軸受装置1は、油溝42Gの溝深さD2は、油溝41Gの深さD1の半分以下にされており、油溝42Gの溝底面(内面)と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間が小さく設定してある。さらに、上側半割軸受42Uの内周面での油溝42Gの形成範囲は、最大で上側半割軸受42Uの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲であり、上記の軸受ハウジング8の温度変化があった場合に、油溝42Gの溝底面(内周)とジャーナル部62の表面との間の隙間の変化量が大きくなる領域内に油溝42Gは形成されている。
内燃機関が低温(例えば、−30℃)である状態であるときには、上側ハウジング81とFe合金製のクランク軸3の第2のジャーナル部62の熱膨張率の違いに起因し、第2の主軸受42の内周面と第2のジャーナル部62の表面との間の軸受隙間は極めて小さくなっている。内燃機関の始動直後のしばらくの間、外部から油溝42G内に供給された油は、温度が低く、粘度が高い状態にある。油溝42G内に供給された油の粘度が高いと、油溝42Gから軸受隙間へ油が流出し難く、特に、下側半割軸受42Lの内周面と第2のジャーナル部62の表面との間の軸受隙間へ供給され難い。
本実施例の軸受装置1の第2の主軸受42は、外部から油溝42G内に供給された油の温度が低く、粘度が高い状態であっても、油溝42Gの溝底面と第2のジャーナル部62の表面との間の隙間が十分に小さくなるようにしてある。そのため、内燃機関の始動がなされると、油溝42Gの溝底面側の油を含めた油溝42G内のすべての油には、回転するジャーナル部62の表面からの力が強く作用し、強制的にジャーナル部の回転方向の前方側へ油が送られる。この間に、油には、十分なせん断力が加えられ、早期に油の温度が上昇し、粘度が低くなる。このため、油は、油溝42G内から上側半割軸受42Uの内周面とジャーナル部62の表面との間の狭い軸受隙間にも侵入することが可能となり、さらに、下側半割軸受42Lの内周面とジャーナル部62の表面との間の軸受隙間にも早期に流入する。なお、油溝42Gの形成範囲を、最大で上側半割軸受42Uの周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲内において少なくとも円周角度で10°以上とすることによって、内燃機関の始動に、上側半割軸受42Uの内周面とジャーナル部62の表面との間の軸受隙間および下側半割軸受42Lの内周面とジャーナル部62の表面との間の軸受隙間に供給するための油量が確保される。
なお、油溝42Gは、図9に示すように、油溝42Gの横断面において溝底面が平坦であり、第1のジャーナル部62の表面と平行になっていると、油に十分なせん断力が加えやすくなるので好ましい。油溝42Gの断面形状は、図9に示す矩形の断面形状に限定されず、逆台形の断面形状や円弧断面形状等に変更することも可能である。
油溝42Gの溝深さD2を油溝41Gの溝深さD1の半分以下にする理由は、以下の通りである。本発明の軸受装置1は、乗用車用の小型内燃機関用に好適な軸受装置である。例えば、クランク軸のジャーナル部の径が40〜100mmである場合、油溝41Gの溝深さD1は1〜2.5mmであり、ジャーナル部の径の大きさに応じて油溝41Gの溝深さD1は大きくされる。例えば、油溝41Gの溝深さD1が2.5mmである場合、油溝42Gの溝深さD2は、最大で1.25mmでもよいことになるが、その場合には、ジャーナル部62の径が大きくなっているので、回転するジャーナル部の表面の力も大きくなり、低温時に油溝42G内の油が十分にせん断され、早期に油の温度が上昇し、油の粘度を低くすることができる。
また、本発明は、内燃機関の常用運転時に、第2の主軸受42への油の供給量を少なくすることができるため、軸受装置1全体に対する油の供給量を少なくできる。
その理由は、以下の通りである。(1)まず、油溝42Gの形成範囲は、最大でも上側半割軸受42Uの内周面の周方向長さの全長の半分になされ、かつ、溝深さD2は、油溝41Gの溝深さD1の半分以下になっているため、油溝42Gの内容積が小さくなっている。
(2)さらに、上記のように、油溝42Gの形成範囲を、軸受ハウジング8に温度変化があった場合に油溝42Gの溝底面とジャーナル部62の表面との間の隙間の変化が大きくなる領域内とすることによって、内燃機関の常用運転時に軸受ハウジング8が高温(例えば、120℃)である状態では、油溝42Gの溝底面とジャーナル部62の表面との間の隙間が大きくなる。したがって、回転するジャーナル部62の表面の力は、油溝42G内のジャーナル部62表面側付近の油に対して作用するのみであり、溝底面側の油には作用しない。このため、低温状態時のような、回転するジャーナル部62の表面からの力が油溝42G内の全ての油に作用して、ジャーナル部62の回転方向の前方側へ流れるようなことはない。油溝42Gから流出する油は、油溝42G内のジャーナル表面側付近の油が、回転するジャーナル62表面に付随して流出する少量のみである。
(3)さらに、油溝42Gの周方向両端部は、上側半割軸受42Uの内周面に位置し、内周面によって閉塞されるので、周方向端部からの油の流出が起き難い。油溝42Gの周方向端部がクラッシュリリーフ70と連通していないことによって、油溝42G内の油が、クラッシュリリーフ70とジャーナル部62の表面との間のリリーフ隙間70cの軸線方向両端部から軸受の外部へ流出することが防がれる。
これらの作用により、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42への供給油量を少なくでき、この分だけ、軸受装置1の供給油量を少なくすることができる。
仮に、油溝42Gが、本発明の形成範囲(周方向中央部を基準として±45°)を超えて形成された場合、本発明の形成範囲以外の部分では、油溝42Gの溝底面とジャーナル部の表面との間の隙間の変化が十分でない。このため、内燃機関の低温始動時には、本発明の形成範囲以外の部分の油溝42Gの溝底面とジャーナル部の表面との間の隙間が大きくなり、油がせん断されず、油の粘度が高い状態のままであり、下側半割軸受の摺動面への油の供給が遅れる。
さらに、内燃機関の常用運転時には、本発明の形成範囲以外の部分の油溝42Gの溝底面とジャーナル部の表面との間の隙間が小さく、油溝内の油が、回転するジャーナル表面の力の作用を受けやすく、油溝内から流出する油の量が多くなる。また、油溝42Gを上側半割軸受42Uのクラッシュリリーフ70と連通させた場合(油溝42Gの周方向端部がクラッシュリリーフ70に位置する場合)、内燃機関の常用運転時にリリーフ隙間70cから外部への油の流出量が多くなる。
また、油溝42Gの油溝深さD2が、油溝41Gの溝深さD1の半分を超えるようにした場合には、低温時に、内燃機関の始動直後の油溝内の油がせん断され難くなり、早期に油の温度が上昇せず、油の粘度が低くなり難い。また、油溝の内容積が大きくなるので、常用運転時の油供給量が増加する。
また、軸受ハウジング8に、一対のFe合金製の上側および下側ハウジングの構成を採用した場合、あるいは、一対のAl合金製の上側および下側ハウジングの構成を採用した場合には、図10A〜Cに示すような軸受ハウジングの軸受保持穴の熱膨張変形が起こらなくなるので、本発明の作用効果が得られなくなる。
(実施例2)
以下、図11および図12を用いて、実施例1とは別の形態の上側半割軸受42AUを備える、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42Aについて説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一または均等な部分の説明については、同一符号を付して説明する。
(構成)
まず、構成について説明する。本実施例の第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の構成は、実施例1と同様である。第2の主軸受42Aの構成は、上側半割軸受42AUの油溝42Gの形状を除いて、実施例1と概ね同様である。
具体的には、本実施例の油溝42Gの溝深さD2は、図11に示すように、油溝42Gの周方向長さの中央部付近で最大でとなり、油溝42Gの周方向両端部へ向かって小さくなるように構成されている。
実施例2のように油溝42Gの溝深さD2が周方向で変化する場合、上側半割軸受42AUの油溝42Gの溝深さD2は、周方向全長において(周方向の何れの位置においても)、周方向で対応する位置での油溝41Gの溝深さD1の半分以下になされている。
(作用)
内燃機関の低温始動時、第2のジャーナル部62の回転方向(図11の矢印X方向)の前方側の油溝42Gの溝深さD2が小さい領域において、回転するジャーナル部の表面の力が低温の油に作用しやすく、油が十分にせん断され、早期に油の温度が上昇し、油の粘度を低くすることができ、第2の主軸受42Aの摺動面への油の供給が早期に行われる。
(実施例3)
以下、図13および図14を用いて、実施例1および2とは別の形態の上側半割軸受42BUを備える、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42Bについて説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一または均等な部分の説明については、同一符号を付して説明する。
(構成)
まず、構成について説明する。本実施例の第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の構成は、実施例1と同様である。第2の主軸受42Bの構成は、上側半割軸受42BUの油溝42Gの形状および油穴45の位置を除いて、実施例1および2と概ね同様である。
具体的には、本実施例の油溝42Gの溝深さD2は、図13に示すように、周方向両端部を除いて一定になされている。油溝42Gの周方向中央部位置は、半割軸受41BUの周方向中央部よりも第2のジャーナル部62の回転方向(矢印X方向)の後方側に位置している。油穴45は、油溝42Gの周方向長さの中央部位置よりも第2のジャーナル部62の回転方向の後方側に位置する構成となっている。
(作用)
半割軸受42BUは、油穴45が油溝42Gの周方向長さの中央部位置よりもジャーナル回転方向の後方側に位置する構成であり、油穴45から油溝42Gに導入された油は、油溝42G内をジャーナル62の回転方向の前方側に流れやすくなり、さらに、油溝42Gの周方向中央部位置は、半割軸受41BUの周方向中央部よりもジャーナル62の回転方向の後方側に位置する構成であり、第2のジャーナル部62の表面との間の隙間の変化量が最も大きくなる半割軸受42BUの周方向中央部に42Gの溝底面が形成される(油穴45Gの開口部がない)ので、特に、内燃機関の低温始動時に早期に油の温度を高くし、粘度を低くする効果が高くできる。
(実施例4)
以下、図15および図16を用いて、実施例1〜3とは別の形態の上側半割軸受42CUを備える、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42Cについて説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一または均等な部分の説明については、同一符号を付して説明する。
(構成)
まず、構成について説明する。本実施例の第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の構成は、実施例1と同様である。第2の主軸受42Cの構成は、上側半割軸受42CUの油溝42Gの形状および油穴45の位置を除いて、実施例1〜3と概ね同様である。
具体的には、図15に示すように、本実施例の上側半割軸受41CUの油穴45は、油穴45の開口の中心が上側半割軸受42CUの周方向中央部から第2のジャーナル部62の回転方向(矢印X方向)の後方側の円周角度30°に位置している。油溝42Gは、第2のジャーナル部62の回転方向の後方側の周方向端部が油穴45と連通している。油溝深さD2は、油穴45と連通する位置において最大となり、ジャーナル部62の回転方向の前方側の周方向端部へ向かって小さくなるようになっている。
(作用)
上側半割軸受42CUは、油穴45が油溝42Gのジャーナル回転方向の後方側の端部と連通する構成であり、油穴45から油溝42Gに導入された油は、油溝42G内をジャーナル62の回転方向の前方側のみに流れるので、特に、内燃機関の低温始動時に早期に油の温度を高くし、粘度を低くする効果が高くできる。
(実施例5)
以下、図17、図18、および図19を用いて、実施例1〜4とは別の形態の上側半割軸受42DUを備える、第2のジャーナル部62を支承する上側主軸受42Dについて説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一または均等な部分の説明については、同一符号を付して説明する。
(構成)
まず、構成について説明する。本実施例の第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の構成は、実施例1と同様である。第2の主軸受42Dの構成は、上側半割軸受42DUの油穴45の形状を除いて、実施例1〜4と概ね同様である。
具体的には、図19(図17のY矢視方向の油穴45の形状を示す。)に示すように、本実施例の上側半割軸受42DUの油穴45の開口は、長穴形状になされており、その長軸が上側半割軸受42DUの周方向に平行になっており、その短軸が上側半割軸受42DUの軸線方向に平行になっている。長穴の寸法としては、長軸が5〜10mm程度、短軸が3〜5mm程度であればよい。
本実施例の構成も、他の実施例と同様の作用効果を有する。
なお、第1の主軸受41の上側半割軸受41Uの油穴45を、上側半割軸受42DUの油穴45と同じ長穴形状とすることもできる。
(実施例6)
以下、図20および図21を用いて、実施例1とは別の形態の上側半割軸受42EUを備える、第2のジャーナル部62を支承する第2の主軸受42Eおよび上側ハウジング81について説明する。なお、実施例1で説明した内容と同一または均等な部分の説明については、同一符号を付して説明する。
(構成)
まず、構成について説明する。本実施例の第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の構成は、実施例1と同様である。第2の主軸受42Eの構成は、上側半割軸受41EUの油穴45の形状を除いて、実施例1〜5と概ね同様である。
具体的には、本実施例の半割軸受41EUは、図20および図21に示すように、油溝42Gと連通する2つの油穴45が形成されている。また図20に示すように、上側ハウジング81の半円筒面83aには、上側ハウジング81の内部油路G2の開口G2cと連通し、半割軸受42EUの2つの油穴45を跨ぐように形成された凹部85を有する。
本実施例の構成も、他の実施例と同様の作用効果を有する。
なお、半割軸受42の油穴45の数は、1つあるいは2つに限定されず、3つ以上であってもよい。また、上側半割軸受42の油溝42Gは、複数の油穴45のうちの少なくとも一つとのみと連通するように形成されてもよい。また、第1のジャーナル部61を支承する第1の主軸受41の上側半割軸受41Uは、上側半割軸受42Uと同じく複数の油穴45を形成し、上側ハウジング81を、図20に示す凹部85を有するものとしてもよい。
1 軸受装置
2 コンロッド
3 クランク軸
4 主軸受
5 クランクピン部
5c 吐出口
6 ジャーナル部
8 軸受ハウジング
41 第1の主軸受
41G 油溝
41U 上側半割軸受
41L 下側半割軸受
42 第2の主軸受
42G 油溝
42U 上側半割軸受
42L 下側半割軸受
45 油穴
51a 第2の潤滑油路
51b 第3の潤滑油路
61 第1のジャーナル部(潤滑油路を有するジャーナル部)
62 第2のジャーナル部(潤滑油路を有さないジャーナル部)
63a 第1の潤滑油路
70 クラッシュリリーフ
70c クラッシュリリーフ隙間
71 内周面(摺動面)
72 端面
81 Al合金製の上側ハウジング
82 Fe合金製の下側ハウジング
83 軸受保持穴
83a、83b 半円筒面
84 ボルト
85 凹部(分配油路)
P ポンプ
G1 オイルギャラリー
G2 内部油路
G2c 開口
θ1 油溝の最大形成範囲
D1、D2 溝深さ

Claims (6)

  1. 複数のジャーナル部(61、62)および複数のクランクピン部(5)を有するクランク軸(3)と、前記クランク軸(3)を支承する主軸受(41、42)と、前記主軸受(41、42)を保持する軸受ハウジング(8)とを含む、内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)であって、
    前記複数のジャーナル部は、前記クランク軸のクランクピン部へ油を送るための潤滑油路(63a)を有する第1のジャーナル部(61)と、前記潤滑油路を有さない第2のジャーナル部(62)とを有し、
    前記第1のジャーナル部(61)は、第1の主軸受(41)により支承され、前記第1の主軸受(41)は、一対の半円筒形状の上側半割軸受(41U)および下側半割軸受(41L)から構成され、
    前記第2のジャーナル部(62)は、第2の主軸受(42)により支承され、前記第2の主軸受(42)は、一対の半円筒形状の上側半割軸受(42U)および下側半割軸受(42L)から構成され、
    前記軸受ハウジング(8)は、Al合金製の上側ハウジング(81)およびFe合金製の下側ハウジング(82)から構成され、前記上側ハウジングは、前記上側半割軸受の外周面と整合する半円筒面(83a)を有し、前記下側ハウジングは、前記下側半割軸受の外周面と整合する半円筒面(83b)を有し、前記上側ハウジングの前記半円筒面(83a)に前記上側半割軸受(41U、42U)が保持され、前記下側ハウジングの前記半円筒面(83b)に前記下側半割軸受(41L、42L)が保持されるようになっており、
    前記上側ハウジングの内部には、前記第1および第2の主軸受へ油を供給するための内部油路(G2)が形成され、前記内部油路(G2)の開口(G2c)が、前記上側ハウジングの前記半円筒面(83a)に形成されており、
    一対の半割軸受のうち前記上側半割軸受(41U、42U)のみが、内周面に形成された油溝(41G、42G)および少なくとも一つの油穴(45)を有し、
    前記油穴(45)は、前記上側半割軸受(41U、42U)の軸受壁厚を貫通し、外周面に開口しており、
    前記上側ハウジング(81)の前記内部油路(G2)の前記開口(G2c)と前記油溝(41G、42G)は、油穴(45)によって連通するようになっており、
    前記上側および下側半割軸受(41U、41L、42U、42L)には、内周面の周方向両端部にクラッシュリリーフ(70)が形成されており、
    前記第1の主軸受(41)の前記上側半割軸受(41U)の前記油溝(41G)が周方向に形成される範囲は、前記油溝(41G)の周方向両端部のそれぞれが、最小で前記クラッシュリリーフ(70)に連通し、最大で前記上側半割軸受(41U)の周方向端面(72)に開口するようになされており、
    前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)が周方向に形成される範囲(θ1)は、最大で前記上側半割軸受(42U)の周方向中央部を基準として±45°の円周角度の範囲であり、少なくとも前記上側半割軸受(42U)の周方向中央部を基準として±45°の円周角度の領域内において10°の円周角度の範囲であり、
    前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、前記第1の主軸受(41)の前記上側半割軸受(41U)の前記油溝(41G)の溝深さ(D1)の半分以下である、内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
  2. 前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、最大で0.5mmである、請求項1に記載の内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
  3. 前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記油溝(42G)の溝深さ(D2)は、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部で最大となり、周方向両端部へ向かって小さくなる、請求項1または2に記載の内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
  4. 前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部に位置する、請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
  5. 前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の周方向長さの中央部よりも前記第2のジャーナル部(62)の回転方向の後方側に位置する、請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
  6. 前記第2の主軸受(42)の前記上側半割軸受(42U)の前記少なくとも一つの油穴(45)が、前記油溝(42G)の前記第2のジャーナル部(62)の回転方向の後方側の端部に位置する、請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸の軸受装置(1)。
JP2015231785A 2015-11-27 2015-11-27 内燃機関のクランク軸の軸受装置 Active JP6165827B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015231785A JP6165827B2 (ja) 2015-11-27 2015-11-27 内燃機関のクランク軸の軸受装置
EP16199017.1A EP3173636B1 (en) 2015-11-27 2016-11-16 Bearing apparatus of crankshaft for internal combustion engine
US15/358,593 US10145409B2 (en) 2015-11-27 2016-11-22 Bearing apparatus of crankshaft for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015231785A JP6165827B2 (ja) 2015-11-27 2015-11-27 内燃機関のクランク軸の軸受装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017096474A JP2017096474A (ja) 2017-06-01
JP6165827B2 true JP6165827B2 (ja) 2017-07-19

Family

ID=57345744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015231785A Active JP6165827B2 (ja) 2015-11-27 2015-11-27 内燃機関のクランク軸の軸受装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10145409B2 (ja)
EP (1) EP3173636B1 (ja)
JP (1) JP6165827B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014108879A1 (de) * 2014-06-25 2016-01-14 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Hybridlagerbock für eine Nockenwelle
DE102015215519A1 (de) * 2015-08-14 2017-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kurbelwelle mit Ölnut
JP6233438B2 (ja) * 2016-03-25 2017-11-22 マツダ株式会社 エンジンの回転部支持構造
JP6224156B2 (ja) * 2016-04-08 2017-11-01 大同メタル工業株式会社 内燃機関のクランク軸の軸受装置
JP6317786B2 (ja) 2016-07-06 2018-04-25 大同メタル工業株式会社 内燃機関のクランク軸の軸受装置
JP6356201B2 (ja) * 2016-11-15 2018-07-11 大同メタル工業株式会社 内燃機関のクランク軸の軸受装置
EP3707398B1 (en) 2017-11-06 2024-04-17 Cummins, Inc. System and method for on-engine component defect detection
DE102020212572A1 (de) 2020-10-06 2022-04-07 Zf Friedrichshafen Ag Unrunde Gleitfläche

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4023547A (en) * 1975-08-06 1977-05-17 Josef Reisacher Reciprocating-piston-type internal combustion engine particularly for the operation of passenger automobiles
DE3833794A1 (de) * 1988-10-06 1990-04-26 Nippon Dia Clevite Co Gleitlager und kurbelwelle zur verwendung bei einer kurbelwellen-kurbelstangen-anordnung
EP0438121B1 (en) * 1990-01-17 1995-04-05 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Variable compression ratio apparatus for internal combustion engine
US5138991A (en) * 1991-12-23 1992-08-18 Ford Motor Company Crankshaft for internal combustion engine
JPH08277831A (ja) 1995-04-03 1996-10-22 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関のクランク潤滑装置
US6244237B1 (en) * 1998-12-04 2001-06-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Balancer device for a four-cycle V-type eight cylinder engine
JP2000346045A (ja) * 1999-06-01 2000-12-12 Daido Metal Co Ltd エンジン用主軸受
ATE404777T1 (de) 2002-10-24 2008-08-15 Taiho Kogyo Co Ltd Ölzufuhrvorrichtung für motorkurbelwelle
US6907848B2 (en) * 2003-10-09 2005-06-21 General Motors Corporation Connecting rod with lubricant tube
JP4513001B2 (ja) * 2004-10-29 2010-07-28 大豊工業株式会社 軸受給油装置
JP2012112472A (ja) * 2010-11-25 2012-06-14 Daido Metal Co Ltd 内燃機関のクランク軸用の軸受装置
JP5884266B2 (ja) * 2010-12-27 2016-03-15 日産自動車株式会社 ベアリングキャップ及びラダーフレーム
JP6112019B2 (ja) * 2014-01-07 2017-04-12 マツダ株式会社 多気筒エンジンのクランク軸受装置
US10690176B2 (en) * 2015-04-16 2020-06-23 Ford Global Technologies, Llc System for piston cooling

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017096474A (ja) 2017-06-01
EP3173636A1 (en) 2017-05-31
US20170152885A1 (en) 2017-06-01
EP3173636B1 (en) 2018-11-14
US10145409B2 (en) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6165827B2 (ja) 内燃機関のクランク軸の軸受装置
JP6224156B2 (ja) 内燃機関のクランク軸の軸受装置
JP6185702B2 (ja) すべり軸受及び軸受装置
JP6112019B2 (ja) 多気筒エンジンのクランク軸受装置
JP5290738B2 (ja) 内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受および分割型すべり軸受装置
JP6727758B2 (ja) 連接棒およびこれを備えたクロスヘッド型エンジン
JP6317786B2 (ja) 内燃機関のクランク軸の軸受装置
EP2813718B1 (en) Bearing device
JP2018155355A (ja) 軸受
JP4994356B2 (ja) 内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受および分割型すべり軸受装置
US11143066B2 (en) Crankshaft assembly with oiling scheme
JP6356201B2 (ja) 内燃機関のクランク軸の軸受装置
JP4775354B2 (ja) エンジンクランク軸の潤滑装置
JP5089572B2 (ja) 内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受および分割型すべり軸受装置
JP4366590B2 (ja) エンジンの油路構造
WO2017130457A1 (ja) 連接棒およびこれを備えたクロスヘッド型エンジン
JP2009114945A (ja) 直列4気筒型内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170531

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170621

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6165827

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250