JPH09184511A - 内燃機関の軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３個以上の主軸受を備えている多気筒内燃機
関において、クランクシャフトの振れ回りを防止して摩
擦トルクと振動を低減させる。 【解決手段】 クランクシャフト１を支持するために５
個の主軸受６ａ〜６ｅを備えている４気筒内燃機関にお
いて点火順序が＃１→＃３→＃４→＃２→＃１→であれ
ば、隣接する＃３と＃４の気筒、及び＃２と＃１の気筒
は連続して膨張行程に入ることになるので、クランクシ
ャフト１のなかでもそれらの特別の隣接気筒の間にある
ジャーナル部２ｂ及び２ｄは最も大きな荷重を受けて大
きく撓み、最も大きな振れ回りを起こす。そこで、問題
の部分を支持する主軸受６ｂ及び６ｄの軸心をピストン
３の運動方向に見てピストン３寄りに偏心させて設置
し、ジャーナル部の表面とそれを支持する軸受の面部分
との隙間を少なくして撓みを小さく抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の軸受装
置に係り、特にクランクシャフトに複数個の主軸受を備
えている多気筒内燃機関における主軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多気筒内燃機関のクランクシャフトは、
その両端に近い部分及び隣接する気筒に対応するクラン
クウエブの間に形成される円柱形のジャーナル部からな
る所謂主軸部が、それぞれ主軸受と呼ばれる軸受を介し
て回転自由にシリンダブロックによって支持されてい
る。各主軸受はそれぞれ２つ割りとされた上下の軸受メ
タルによって構成するのが普通である。多気筒内燃機関
においてクランクシャフトを支持する軸受装置が複数個
の軸受によって構成される場合、従来は、図４に示すよ
うに、全ての軸受の実質的な中心軸線をクランクシャフ
トの主軸部の軸線と一致させることが当然のこととして
行われていた。

【０００３】この点を図４に例示する従来の４気筒の内
燃機関１００について説明すると、クランクシャフト１
０１の両端に近い位置に形成される円柱形のジャーナル
からなる主軸部、即ちジャーナル部１０２ａ及び１０２
ｅと、各気筒のピストン１０３に枢着されるコンロッド
１０４の大端部にクランクピンを介して回転自由に連結
しているクランクウエブ１０５を、隣接する気筒の間に
おいて接続する主軸部として形成されたジャーナル部１
０２ｂ，１０２ｃ，及び１０２ｄは、全て主軸線Ｌ上に
配列されているだけでなく、それら同軸の５個のジャー
ナル部１０２をそれぞれ軸支している５個の主軸受１０
６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅもま
た、それぞれの中心軸線が全てクランクシャフト１０１
の主軸線Ｌと合致するように配置されている。

【０００４】どのような面軸受でも同じであるが、内燃
機関においても主軸受によって支持されるクランクシャ
フトの主軸部（ジャーナル部）の自由な回転を許すため
に、軸受メタルの表面とジャーナル部の表面との間には
予め僅かな隙間が与えられており、その隙間を埋めるよ
うに潤滑油膜が形成される。内燃機関の膨張行程におい
て燃焼による衝撃的な荷重がクランクシャフトに作用す
ると、クランクシャフトの主軸部の表面が油膜を介して
軸受メタルの表面を瞬間的に叩くことになる。それによ
ってクランク打音と呼ばれる異音が発生し、軸受には弾
性変形としての歪みが生じると共に、燃焼の振動成分を
含んでいるために騒音の起振力となり得る変動する燃焼
ガス圧力がシリンダブロックに伝達される。更に軸受に
生じた歪みが解放されるときには減衰する自由振動が生
じるので、いずれも内燃機関の騒音の発生原因となる。
（昭和５５年１０月２２日に自動車技術会秋季学術講演
会において発表され、自動車技術会論文集Ｎo.２３，１
９８１の第４２頁から第４７頁に掲載された窪塚孝夫他
３名による研究論文「エンジン運転中のクランク軸挙動
及びエンジン振動の実験解析」を参照）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示したような従
来の軸受構造を有する４気筒の内燃機関を４０００ｒｐ
ｍの全負荷で運転している状態において、クランクシャ
フト１０１の各部分が、部分的に作用する荷重の大きさ
に応じて微小な変形をして、Ｎo.１からＮo.５までの５
個の軸受１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１
０６ｅの各位置において振れ回りをすることによって、
クランクシャフト１０１の各ジャーナル部１０２ａ，１
０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅの軸心が本来一
点であるべき軸心位置から外れたところを複雑な形状の
軌跡を描いて移動するので、その移動軌跡を実測した結
果を図５に線図として示す。５つの図面に記入された×
印は軌跡を描いて移動する軸心の平均的な位置を示して
おり、その位置は、本来不動の１点の位置であるべきＸ
軸とＹ軸の交点に対していずれも下方へずれている。な
お、この４気筒内燃機関の点火順序は通常のものと同様
であって、点火は＃１→＃３→＃４→＃２→＃１→の順
に繰り返される。

【０００６】図５から判るように、クランクシャフト１
０１が最も大きく撓むことによって平均的な軸心位置×
が本来の軸心位置から最も大きくずれるのは、Ｎo.２の
軸受１０６ｂの位置と、Ｎo.４の軸受１０６ｄの位置に
ある部分であって、これはジャーナル部１０２ｂ及び１
０２ｄのことである。この２つの部分において平均的な
軸心位置×が最も大きくずれる理由は点火順序にあるも
のと考えられる。即ち点火順序が前述のように＃１→＃
３→＃４→＃２→＃１であれば、隣接する＃３気筒と＃
４気筒、及び＃２気筒と＃１気筒では相次いで燃焼が起
こって膨張行程に入るので、それら隣接する気筒の間に
あるジャーナル部１０２ｂ及び１０２ｄと、それらの部
分を支持しているＮo.２の軸受１０６ｂ及びＮo.４の軸
受１０６ｄは、連続する２つの行程にわたって大きな荷
重を受け続けることになるから、それらの部分の変形が
大きくなって振れ回りの程度も大きくなるのである。

【０００７】これらに対して、Ｎo.１，Ｎo.３，及びＮ
o.５の各軸受１０６ａ，１０６ｃ，及び１０６ｅによっ
て支持されるジャーナル部１０２ａ，１０２ｃ，１０２
ｅでは、連続する２つの行程にわたって大きな荷重を受
け続けることはないから、変形の量が比較的少なくて、
軸心の振れ回りの軌跡が許容し得る範囲を例示する楕円
の内部に概ねとどまっている。

【０００８】クランクシャフトの一部にでも振れ回りの
程度の大きい部分が生じると、その部分を支持している
軸受に無理な力が作用するので、軸受の摩耗が局部的に
大きくなって軸受装置全体の耐用期間を縮めるばかりで
なく、クランクシャフトを回転させるためのトルクが増
大するので、内燃機関全体の摩擦損失が増大して機関効
率が低下し、燃費が増大する要因になる。更に、振れ回
りが設計上の回転バランスを崩す程度の大きさになる場
合には機関の振動が増大することにもある。

【０００９】クランク打音を低減させるために軸受の剛
性を高めるとか、クランクシャフトのジャーナル部とそ
れを支持する軸受面との隙間を小さくするというような
方法は公知である。しかしながら、前者のように軸受の
剛性を高めるためには軸受の数を増加させるとか、軸受
面積を増大させる必要が生じるので、設計においてスペ
ースの面やコストの面から制約を受ける。また後者によ
って軸受面の隙間を小さくとると油膜の厚さも減少する
ので、摩擦が増大して機関効率の低下を招いたり、軸受
面の摩耗や焼き付きが生じやすくなる。

【００１０】従って、本発明は、従来技術における前述
のような問題点に対処して、それらの問題点を解消する
ことを目的としている。特に本発明は、機関の重量やコ
ストの増加を伴うことがない簡単な手段によって摩擦ト
ルクを減少させて燃費を向上させると同時に、振動を低
減させることができる軸受装置を提供することを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための第１の手段として、請求項１に記載され
た内燃機関の軸受装置を提供する。クランクシャフトの
うちで最も大きな荷重を受けて大きく撓み変形をするこ
とによって大きな振れ回りを起こす可能性がある部分
は、膨張行程が連続している隣接する２個の気筒の間に
あるジャーナル部であるから、第１の手段においてはそ
のようなジャーナル部を、ピストンの運動方向に見てピ
ストン寄りに偏心して設置した主軸受によって支持し、
ジャーナル部の表面とそれを支持する軸受面との隙間が
小さくなるようにしているので、そのジャーナル部に大
きな荷重が作用しても撓みが小さく抑えられ、振れ回り
も小さくなる。

【００１２】本発明は、より実際的な第２の手段として
請求項２に記載された内燃機関の軸受装置を提供する。
この場合はクランクシャフトのうちで大きな振れ回りを
起こす可能性がある部分を２つ割りのメタル軸受によっ
て支持する。基本的な作用、効果は第１の手段の場合と
同じであるが、通常のメタル軸受の利点として上下同じ
形の軸受メタルを使用することができるのと、軸受装置
の組み立て分解が容易になる。

【００１３】本発明は、更に第３の手段として請求項３
に記載された内燃機関の軸受装置を提供する。この場合
も主軸受としてメタル軸受を使用するが、クランクシャ
フトのうちで最も大きな振れ回りを起こす可能性がある
部分を支持する軸受の軸受メタルの肉厚はピストンの運
動方向に見てピストンから比較的遠い側において厚くす
ると共に、ピストンに比較的近い側において薄くしてい
る。従って、第３の手段によれば、問題のジャーナル部
を支持する軸受も、他の軸受と見かけ上は全く同じよう
に配置することができる。この場合の主たる作用、効果
は、やはり第１の手段や第２の手段のそれと同様であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の軸受装置を最も
一般的な形で備えている第１実施形態としての４気筒の
内燃機関５０を示すものである。第１の実施形態から第
３の実施形態（図１から図３）までに共通な参照符号と
して、１はクランクシャフト、２、即ち２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ，２ｅはクランクシャフト１に主軸部として形
成された円柱形のジャーナル部であって、それらの軸心
は全て共通の主軸線Ｌに合致している。３は各気筒のピ
ストン、４は各気筒のコンロッド、５はクランクシャフ
ト１の各気筒に対応する部分においてコンロッド４の大
端部の両側に形成された一対のクランクウエブ、６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅは、ジャーナル部２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄ，２ｅをそれぞれ回転自由に支持する主軸受
であって、本発明の各実施形態はこれらの主軸受６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅの配置或いは構造に特徴を有す
るものである。

【００１５】第１実施形態の特徴は、点火順序が＃１→
＃３→＃４→＃２→＃１→である４気筒内燃機関５０に
おいて、図１に示されているように、５個の主軸受６
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅのうちの２個の主軸受６ｂ
及び６ｄだけが、それらの軸心線Ｅが主軸線Ｌから距離
ｅだけピストン３に近づくように、５μｍ程偏心した位
置に設置（オフセット）されていることである。２個の
主軸受６ｂ及び６ｄは、点火順序が＃２→＃１及び＃３
→＃４の場合に膨張行程が連続している隣接する２個の
気筒の間にあるジャーナル部２ｂ及び２ｄに対応するも
のであって、これらのジャーナル部が連続して大きな荷
重を受けるために、最も大きく撓み変形をして大きな振
れ回りを起こすことは前述の説明によって明らかであ
る。

【００１６】ジャーナル部２ｂ及び２ｄのように振れ回
りの大きくなる主軸部を支持している軸受だけを、その
軸心がピストン３に近づくようにオフセットすることに
よって、隣接する気筒の連続する膨張行程によって大き
な荷重を受けても、主軸受６ｂ及び６ｄをオフセットし
たことによって、クランクシャフト１が大きく撓み変形
するのを抑制し、それによって振れ回りが起こるのを効
果的に防止する。

【００１７】オフセット配置する主軸受６ｂ及び６ｄ以
外の主軸受６ａ，６ｃ，６ｅの軸心線は主軸線Ｌと一致
しており、前述のようにクランクシャフト１の全てのジ
ャーナル部２ａ〜２ｅの軸心線も主軸線Ｌと一致してい
るから、２個の主軸受６ｂ及び６ｄだけがピストン３寄
りに偏心しており、主軸受６ｂ及び６ｄにおいては、軸
受面とジャーナル部２ｂ及び２ｄの表面との隙間ｇが下
部において狭くなっていると共に、上部において広くな
っている。

【００１８】この場合、ジャーナル部２ｂ及び２ｄの表
面と主軸受６ｂ及び６ｄの軸受面との間の隙間ｇは、従
来の軸受の場合に比べてジャーナル部２ｂ及び２ｄの下
面において小さくなるが、従来から振動防止のために軸
受の全周にわたって隙間を５μｍ程度減少させることは
試みられており、それによって油膜切れ等の問題を生じ
ていないのと、本発明の場合は軸受の偏心配置によって
隙間ｇが従来よりも寧ろ大きくなる部分があり、その部
分に十分な厚さの油膜が形成されるために従来と同程度
の潤滑油が供給されるので、潤滑油による冷却効果は十
分であって、全周の一部に隙間ｇの小さくなる箇所があ
っても、それによって焼きつきが生じるような恐れはな
い。

【００１９】図２に本発明の第２実施形態としての４気
筒の内燃機関６０を示す。点火順序は第１実施形態の場
合と同じである。第１実施形態における主軸受６ａ〜６
ｅは構造、材質等において特に限定のない一般的な軸受
であるが、第２の実施形態における主軸受６ａ’，６
ｂ’，６ｃ’，６ｄ’，６ｅ’は、いずれもクランクシ
ャフトの主軸受として内燃機関に従来からよく使用され
ているメタル軸受であって、その一部の隣接する気筒の
連続する膨張行程によって大きな荷重を受ける主軸受６
ｂ’及び６ｄ’だけを、略５μｍ程度ピストン３寄りに
ずらせて、オフセット配置する点だけが従来のものと異
なっている。

【００２０】第２の実施形態における主軸受６ｂ’及び
６ｄ’がクランクシャフト１の過大な振れ回りを抑制す
ることができる理由は、前述の第１の実施形態の場合と
同じである。第２実施形態の利点として、主軸受６
ａ’，６ｂ’，６ｃ’，６ｄ’，６ｅ’を２つ割りの軸
受メタルによって構成する場合には、上下同じ形の軸受
メタルを使用することができる。また、メタル軸受の利
点として軸受装置の組み立てや分解が容易になる。

【００２１】図３に本発明の第３実施形態としての４気
筒の内燃機関７０を示す。点火順序はやはり第１実施形
態の場合と同じである。第２の実施形態と同じように、
第３実施形態における主軸受６ａ”，６ｂ”，６ｃ”，
６ｄ”，６ｅ”もまたメタル軸受ではあるが、主軸受６
ｂ”及び６ｄ”の軸受メタルは、その肉厚がピストン３
から見て比較的遠い下部において厚く、ピストン３から
見て比較的近い上部において薄くなっている。従って、
主軸受６ｂ”及び６ｄ”を上下２つ割りの軸受メタルに
よって構成する場合には、下部に肉厚の大きな軸受メタ
ルを使用すると共に、上部に肉厚の小さい軸受メタルを
使用することになる。

【００２２】第３の実施形態によれば、主軸受６ｂ”及
び６ｄ”の取り付け位置についての特別の配慮が不要に
なる。第１の実施形態や第２の実施形態の場合と同様
に、主軸受６ｂ”及び６ｄ”の軸心も５μｍ程度オフセ
ットされるが、それは主軸受６ｂ”及び６ｄ”の内部に
異形の軸受メタルを使用することによって達成されるの
で、見かけ上は主軸受６ｂ”及び６ｄ”をそれ以外の主
軸受と全く同じように配置することができる。第３実施
形態の主たる作用、効果が実質的に第１実施形態や第２
実施形態のそれと同様であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。

【図４】従来技術を例示する断面図である。

【図５】軸受位置におけるクランクシャフトの軸心の軌
跡を示す線図である。

【符号の説明】

１，１０１…クランクシャフト ２，２ａ〜２ｅ，１０２ａ〜１０２ｅ…ジャーナル部 ３，１０３…ピストン ４，１０４…コンロッド ５，１０５…クランクウエブ ６，６ａ，６ｃ，６ｅ，１０６，１０６ａ，１０６ｃ，
１０６ｅ…主軸受 ６ｂ，６ｄ，６ｂ’，６ｄ’，６ｂ”，６ｄ”…偏心し
ている主軸受 ５０…第１実施形態としての４気筒の内燃機関 ６０…第２実施形態としての４気筒の内燃機関 ７０…第３実施形態としての４気筒の内燃機関 １００…従来の内燃機関 Ｌ…主軸線 Ｅ…偏心した軸受の軸心線 ｅ…偏心量 ｇ…隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のピストンに連結されているクラ
   ンクシャフトを支持するために複数個の主軸受を備えて
   いる多気筒内燃機関において、点火順序に応じて膨張行
   程が連続している隣接した２個の気筒の間にある前記ク
   ランクシャフトのジャーナル部を支持している主軸受
   を、その軸心が他の主軸受の軸心に対して前記ピストン
   の運動方向に見て前記ピストン寄りに所定の距離だけ接
   近するように偏心させて設置したことを特徴とする内燃
   機関の軸受装置。
2. 【請求項２】 偏心させて設置される前記主軸受が、２
   個の半円筒からなる２つ割りの軸受メタルを有するメタ
   ル軸受であることを特徴とする請求項１に記載された内
   燃機関の軸受装置。
3. 【請求項３】 ２つ割りの前記軸受メタルの肉厚が、ピ
   ストンの運動方向に見て、軸心が偏心していない主軸受
   のそれに対して、前記ピストンに近い側において薄く、
   前記ピストンから遠い側において厚くなっていることを
   特徴とする請求項２に記載された内燃機関の軸受装置。