JP7100004B2 - 半割軸受およびすべり軸受 - Google Patents
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Description
内燃機関の運転時には(特にクランク軸が高速回転する運転条件下で)半割軸受の摺動面とクランク軸表面とが近接する動作が繰り返されるが、摺動面とクランク軸表面とが最接近する瞬間、凹部内で油が圧縮され高温となる。凹部内で高温となった油中の水分は気化し、これが半割軸受の摺動面とクランク軸表面と間に流出すると、摺動面はキャビテーションエロージョンを起こし、損傷が起きやすくなるという問題があった。
なお、燃焼行程中の主軸受4においては、図1に示す紙面下側の軸受キャップ82に組み付けられた半割軸受42の周方向中央部付近の摺動面に向かう方向に負荷が加わり、ジャーナル部6の表面は下側の半割軸受42の周方向中央部付近の摺動面と最も接近する。
内燃機関の運転時には(特にクランク軸が高速回転する運転条件下で)半割軸受の摺動面とクランク軸表面とが近接する動作が繰り返されるが、摺動面とクランク軸表面とが最接近する瞬間、凹部内で油が圧縮され高温となる。凹部内で高温となった油中の水分は気化し、これが半割軸受の摺動面とクランク軸表面と間に流出すると、摺動面はキャビテーションエロージョンを起こし、損傷が起きやすくなるという問題があった。
また、コンロッド軸受3または主軸受4を構成する一対の半割軸受のうち両方が発明の半割軸受であってもよく、あるいは一対の半割軸受のうちの一方が発明の半割軸受であり、他方が摺動面に軸線方向溝を有さない従来の半割軸受であってもよい。
図3は、本発明に係る半割軸受31、32の第1実施形態を軸線方向から見た図である。コンロッド軸受3は、半割軸受31、32の周方向端面76同士を突き合わせ、全体として円筒形状に組み合わせることによって構成される。本実施形態において、円筒形状の内周面7は摺動面70を有する。
図5は、半割軸受31を内周面側から見た概略斜視図、および軸線方向溝71を拡大して示す拡大斜視図である。理解されるように、軸線方向溝71の平滑な溝表面71Sは複数の軸線方向細溝71Aの間に複数の小表面(分割表面)71S’を有し、したがって溝表面71Sと複数の軸線方向細溝71Aとは、図4に示す線A-Aに沿って交互に配置されている。小表面71S’は、溝や突起などの形成されていない平滑な面であるが、(軸線方向細溝に比べて十分小さい)微小な凹凸が存在してもよい。
軸線方向溝71の深さDが浅すぎると、軸受外部へ排出される、油中に混入した水分量が少なすぎてしまう。反対に深さDが深すぎると、軸受外部へ排出される油量が多すぎて摺動面への給油が極端に減ってしまう。軸線方向溝71の周方向長さLが短すぎると、軸受外部へ排出される、油中に混入した水分量が少なすぎてしまう。反対に軸線方向溝71の周方向長さLが長すぎると、軸受外部へ排出される油量が多すぎて摺動面への給油が極端に減ってしまう。
また軸線方向細溝71Aの幅WA(溝表面71Sにおける軸線方向細溝71Aの周方向の長さ)は、10~150μmであることが好ましい。さらに、軸線方向溝71の溝表面71Sにおける軸線方向細溝71Aの周方向のピッチPA(隣接する軸線方向細溝71Aの最深部の間の周方向の距離)は、10~200μmであることが好ましい。
軸線方向細溝71Aの深さDAや幅WAが上記寸法範囲から外れて小さすぎると、内燃機関のクランク軸の高速回転時に軸線方向溝71内の油中に混入した水分が外部に排出され難くなる。反対に深さDAや幅WAが大きすぎると、内燃機関のクランク軸の低速から中速回転時に軸線方向溝71内の油が外部に排出されすぎ、摺動面70への給油が不足してしまう。
反対に軸線方向細溝71AのピッチPAが上記寸法範囲から外れて小さすぎ、且つ軸線方向細溝71Aの幅WAが大きすぎる場合、溝表面71Sが極端に小さくなる。この場合、圧力が発生する範囲が小さく、クランクピン5の支承が不十分となるため、摺動面70とクランクピン5が直接接触しやすくなる。
また、溝表面71Sがない(軸線方向細溝71Aが周方向に直接連なるように配置される)場合、摺動面70とクランクピン5が最接近した際に軸線方向溝71内で油が圧縮され難く、圧力が発生し難くいため、摺動面70とクランクピン5が直接接触しやすくなる。
しかし、軸線方向細溝71Aの深さDAや幅WAは、軸線方向細溝71Aの伸長方向に沿って変化していてもよい。この場合、軸線方向細溝71Aの深さDAおよび幅WAは上述のとおり最大溝深さおよび最大溝幅であり、これらの最大値が上記寸法範囲内であることが好ましい。
内燃機関の運転時、水分が混入した油には、クランク軸の回転により遠心力が作用するので、油に対して比重が大きい水分は、軸線方向溝71内において溝表面71Sや軸線方向細溝71Aの表面近くにたまりやすい。(したがって軸線方向溝71内の摺動面70側の油には、水が混入していないか、混入量が極めて少ない。)
内燃機関のクランク軸が高速回転する運転条件において、軸線方向溝71を有する半割軸受31の摺動面70とクランクピン5の表面は、離間した状態から相対的に近接して動作する。図2は、摺動面70とクランクピン5の表面とが最近接した状態を示す。このとき、軸線方向溝71内の油は圧縮されて高圧となり、したがって高温となるが、半割軸受31、32を内周面側から見た図9に矢印Mで示すように、軸線方向溝71内において溝表面71Sや軸線方向細溝71Aの表面近くの水分が混入した油は、水分が気化する前に軸線方向溝71の表面に形成された軸線方向細溝71Aに誘導されて、大部分が外部へ軸線方向に排出される。
このためキャビテーションエロージョンによる摺動面70の損傷を低減することができる。
以下、本発明の非限定的な他の実施形態について説明する。
図11は、本発明に係る半割軸受31’、32’の第2実施形態を軸線方向から見た図であり、図12は、半割軸受31’、32’を摺動面70側から見た図である。しかし、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、例えば複数の軸線方向溝71が摺動面70の軸線方向に亘って形成されていてもよい。なお、理解を容易にするため、各図面において軸線方向溝71はノンスケールで描かれている。
なお、複数の周方向細溝71Cは半割軸受31’、32’の周方向と平行な方向に延びるが、周方向に対し僅かに傾斜すること(最大1°)は許容される。また周方向細溝71Cは、軸線方向溝71の縁から対向する縁まで延びていることが望ましい。
図13は、溝表面71Sを拡大して示す概略斜視図である。理解されるように、軸線方向溝71の平滑な溝表面71Sは複数の周方向細溝71Cと複数の軸線方向細溝71Aの間に複数の小表面71S’を有し、したがって溝表面71Sと複数の周方向細溝71Cとは、図12に示す線B’-B’に沿って交互に配置されている。同様に、溝表面71Sと複数の軸線方向細溝71Aとは、図12に示す線A-Aに沿って交互に配置されている。小表面71S’は、溝や突起などの形成されていない平滑な面であるが、(周方向細溝や軸線方向細溝に比べて十分小さい)微小な凹凸が存在してもよい。
周方向細溝71Cの幅WC(溝表面71Sにおける周方向細溝71Cの軸線方向の長さ)は、5~85μmであることが好ましい。さらに、軸線方向溝71の溝表面71Sにおける周方向細溝71Cの軸線方向のピッチPC(隣接する周方向細溝71Cの最深部の間の軸線方向の距離)は、5~100μmであることが好ましい。
周方向細溝71Cの深さDCや幅WCが上記寸法範囲から外れて小さすぎると、内燃機関のクランク軸の低速から中速回転時に周方向細溝71Cから流れる油が減少し、摺動面70への給油量を増やす効果が十分でなくなる。反対に深さDCや幅WCが大きすぎると、内燃機関のクランク軸の高速回転時に軸線方向溝71内の水分が混入した油が多く摺動面70へ送られ、外部へ排出され難くなる。
反対に周方向細溝71CのピッチPCが上記寸法範囲から外れて小さすぎ、且つ周方向細溝71Cの幅WCが大きすぎる場合、溝表面71Sが極端に小さくなる。この場合、圧力が発生する範囲が小さく、クランクピン5の支承が不十分となるため、摺動面70とクランクピン5が直接接触しやすくなる。
また、溝表面71Sがない(軸線方向細溝71Aが周方向に直接連なるように、および/または周方向細溝71Cが軸線方向に直接連なるように配置される)場合、摺動面70とクランクピン5が最接近した際に軸線方向溝71内で油が圧縮され難く、圧力が発生し難くいため、摺動面70とクランクピン5が直接接触しやすくなる。
しかし、周方向細溝71Cの深さDCや幅WCは、周方向細溝71Cの伸長方向に沿って変化していてもよい。この場合、周方向細溝71Cの深さDCおよび幅WCは上述のとおり周方向細溝71Cの最大溝深さおよび最大溝幅であり、これらの最大値が上記寸法範囲内であることが好ましい。
このとき、軸線方向細溝71Aの深さは周方向細溝71Cの深さよりも大きいことが必要である。もし周方向細溝71Cが軸線方向細溝71Aよりも深いと、軸線方向溝71内の水分が混入した油が周方向細溝71Cに誘導されて摺動面に流れてしまい、外部に排出され難い。それゆえ、水分が混入した油が軸線方向細溝71Aに誘導され、外部に排出されやすくなる為に、
軸線方向細溝71Aの深さ>周方向細溝71Cの深さ
という関係が必要である。
以下、本発明の非限定的な他の実施形態について説明する。
図19および20は、複数の軸線方向溝71が内周面の全周に亘って設けられた半割軸受131を示す。なお、半割軸受131、132の内周面7は、摺動面70と、両周方向端面76に隣接して形成されたクラッシュリリーフ72とを有している。他の構成は既に説明した半割軸受31、32と同様である。
この実施形態では、形状や寸法が同じである複数の軸線方向溝71が内周面7のほぼ全面に略等間隔に設けられている。なお、図20は、半円筒形状の半割軸受131を内周面側からから見た平面図であり、このため周方向端面76付近の軸線方向溝71の形状は歪んで描かれている。また図20では、軸線方向細溝71Aは省略され、示されていない。
図21および22は、複数の軸線方向溝71が内周面の周方向の一部に設けられた半割軸受231を示す。半割軸受231、232の内周面7は、摺動面70と、両周方向端面76に隣接して形成されたクラッシュリリーフ72とを有している。他の構成は既に説明した半割軸受31、32と同様である。なお、図21では、軸線方向細溝71Aは省略され、示されていない。
この実施形態では、形状や寸法が同じである複数の軸線方向溝71が、内周面7の周方向の一部に設けられている。なお、図22は、半円筒形状の半割軸受231を内周面側からから見た平面図であり、このため周方向端面76付近の軸線方向溝71の形状は歪んで描かれている。
なお、運転時に半割軸受231の内周面7の周方向中央部に近いほどクランクピン5の表面との接触が生じやすい仕様の内燃機関の場合、本実施形態とは異なり、複数の軸線方向溝71を、半割軸受231の内周面7の周方向中央部近くに配置することもできる。
図23および24は、軸線方向溝71が半割軸受331の軸線方向端面77に達しておらず、軸線方向溝71が軸線方向に閉塞された実施形態を示す。これにより、油が過剰に排出されることが防止される。
なお、図24では、軸線方向細溝71Aは省略され、示されていない。また図23および24には1つの軸線方向溝71が描かれているが、これは一例にすぎず、軸線方向に閉塞された構成は、上述のいずれの実施形態にも適用することができる。本実施例において、軸線方向溝71は、その軸線方向長さL2の中央が半割軸受331の軸線方向長さL1の中央と一致するように形成される。また軸線方向溝71は、その軸線方向長さL2が、半割軸受331の軸線方向長さL1の70%~95%となるように形成されることが望ましい。
しかし、周方向細溝71Cの深さDCや幅WCは、周方向細溝71Cの伸長方向に沿って変化していてもよい。この場合、周方向細溝71Cの深さDCおよび幅WCは上述のとおり周方向細溝71Cの最大溝深さおよび最大溝幅であり、これらの最大値が上記寸法範囲内であることが好ましい。
2 コンロッド
3 コンロッド軸受
31、32、31’、32’ 半割軸受
4 主軸受
41、42 半割軸受
41a 油溝
5 クランクピン
5a、5b 潤滑油路
5c 吐出口
6 ジャーナル部
6a 潤滑油路
6c 入口開口
7 内周面
70 摺動面
72 クラッシュリリーフ
71 軸線方向溝
71C 周方向細溝
71A 軸線方向細溝
71S 平滑面
71S’ 小表面
76 周方向端面
131、132 半割軸受
231、232 半割軸受
331、332 半割軸受
D 軸線方向溝の深さ
DA 軸線方向細溝の深さ
DC 周方向細溝の深さ
WA 軸線方向細溝の幅
WC 周方向細溝の幅
PA 軸線方向細溝のピッチ
PC 周方向細溝のピッチ
L 軸線方向溝の周方向の長さ
L1 半割軸受の軸線方向の長さ
L2 軸線方向溝の軸線方向の長さ
Q クランクピンの移動方向
Claims (7)
- 内燃機関のクランク軸を支承するすべり軸受を構成するようになされた半円筒形状を有する半割軸受であって、
前記半割軸受は、その内周面に形成された少なくとも1つの軸線方向溝を有し、前記軸線方向溝は、前記内周面から前記半割軸受の径方向外側に後退した溝表面を有し、前記溝表面は、前記半割軸受の軸線方向に垂直な断面において前記径方向外側に向かって凸形状の曲線を形成し、また前記軸線方向に平行な断面において前記軸線方向に延びる直線を形成している、半割軸受において、
前記半割軸受は、前記溝表面に、前記溝表面から前記径方向外側に後退するように形成された複数の軸線方向細溝をさらに有し、前記複数の軸線方向細溝は、前記半割軸受の前記軸線方向に延び、また前記内周面から前記軸線方向細溝の最深部までの深さが2~50μmである、半割軸受。 - 前記溝表面からの前記軸線方向細溝の深さが0.3μm~10μmであり、前記溝表面上における前記軸線方向細溝の幅が10~150μmであり、また前記軸線方向細溝のピッチが10~200μmである、請求項1に記載の半割軸受。
- 複数の前記軸線方向溝が前記内周面に形成されている、請求項1又は2に記載の半割軸受。
- 前記複数の軸線方向溝が前記周方向に略等間隔に形成されている、請求項3に記載の半割軸受。
- 前記軸線方向溝が、前記半割軸受の軸線方向のいずれの端面でも開口していない、請求項1から4までのいずれか一項に記載の半割軸受。
- 請求項1から5までのいずれか一項に記載の半割軸受を有する、内燃機関のクランク軸を支承するための円筒形状のすべり軸受。
- 前記半割軸受の対からなる、請求項6に記載のすべり軸受。
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