CN108626239B - 曲轴的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制由推力轴承的油膜引起的压力损失同时降低轴承面的滑动摩擦损失的曲轴的轴承装置。轴承装置在支承曲轴的轴颈的轴承支承部的两侧面具备推力轴承。推力轴承具有对开圆环形状的轴承面、和以将轴承面从内周侧向外周侧横切的方式形成的多个油槽。另外，推力轴承包括：被配置于面向变速器侧的侧面的第1推力轴承、和被配置于面向与变速器相反的一侧的侧面的第2推力轴承。在第1推力轴承中，多个油槽之间的轴承面构成为包括以壁厚随着朝向曲轴旋转方向而变厚的斜面。另外，在第2推力轴承中，多个油槽之间的轴承面由壁厚为恒定的平面构成。

Description

曲轴的轴承装置
技术领域
本发明涉及内燃机的曲轴的轴承装置，特别涉及从曲轴承受轴线方向上的推力载荷的推力轴承的构造。
背景技术
内燃机具备承受曲轴的径向上的力的滑动轴承、和承受曲轴的轴向上的力的推力轴承。滑动轴承被配置于在汽缸体内设置的轴承支承部的轴承孔，并将曲轴的轴颈支承为旋转自如。另外，推力轴承为具有对开圆环形状的轴承面的轴承，并在轴承支承部的两侧面被配置于轴承孔的周缘。
关于推力轴承的形状，以往提出了各种形状。例如在专利文献1中，提出了采用在轴承面形成有包括斜面在内的斜-平面(英文：taper land)的、所谓的斜-平面轴承(英文：taper land bearing)作为推力轴承。根据这样的斜-平面轴承的构成，轴承面的负载容量增大，所以轴承面的摩擦被降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-040899号公报
专利文献2：日本特开2010-071312号公报
专利文献3：日本特开2003-113928号公报
专利文献4：日本特开2014-202295号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，内燃机的曲轴被连结于液力变矩器(英文：torque converter)等变速器。在这样的构造中，相对于曲轴主要产生从变速器侧朝向内燃机的主体的方向上的推力载荷。因此，在面向变速器侧的推力轴承和面向与变速器相反的一侧的推力轴承中，承受的载荷的大小不同。
如上所述，在使用上述的斜-平面轴承作为曲轴的推力轴承时，轴承面的滑动摩擦损失被降低。然而，斜-平面轴承存在压力损失因油膜的压力的上升而变大的这样的背离现象(日文：背反)。因此，在轴承面承受的推力载荷比较小的情况下，也有时不能说采用斜-平面轴承作为推力轴承是最好的。在上述以往的轴承装置中，没有在考虑了在曲轴产生的推力载荷的特征的基础上将推力轴承的油膜压力与轴承面的滑动摩擦最优化。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，其目的在于提供一种能够抑制由推力轴承的油膜引起的压力损失同时降低轴承面的滑动摩擦损失的曲轴的轴承装置。
用于解决问题的技术方案
为了达成上述目的，第1发明是一种曲轴的轴承装置，该曲轴的轴承装置支承在一端连结有变速器的曲轴，其特征在于，
所述轴承装置具备：
轴承支承部，该轴承支承部具有贯通互相相对的2个侧面之间的轴承孔，并通过所述轴承孔支承所述曲轴的轴颈；和
推力轴承，该推力轴承具有对开圆环形状的轴承面、和以将所述轴承面从内周侧向外周侧横切的方式形成的多个油槽，通过被配置于所述2个侧面的各侧面处的所述轴承孔的周缘从而承受所述曲轴的轴向上的力，
所述推力轴承包括：
第1推力轴承，该第1推力轴承被配置于所述2个侧面中的面向所述变速器侧的侧面；和
第2推力轴承，该第2推力轴承被配置于所述2个侧面中的面向与所述变速器相反的一侧的侧面，
在所述第1推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面构成为包括以壁厚随着朝向所述曲轴的旋转方向而变厚的方式形成的斜面，
在所述第2推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面由壁厚为恒定的平面构成。
第2发明是在第1发明的基础上，其特征在于，
在所述第1推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面构成为包括以所述壁厚从所述斜面的最厚部起成为恒定的方式形成的平面。
第3发明是在第1发明或第2发明的基础上，其特征在于，
所述轴承支承部包括：
鞍部，该鞍部被设置于内燃机的汽缸体(英文：engine block)；和
盖部，该盖部被固定于所述鞍部，并将被配置于所述鞍部的所述曲轴支承为旋转自如，
所述推力轴承被设置于所述鞍部或所述盖部中的任一方或双方。
第4发明是在第1发明至第3发明中的任一发明的基础上，其特征在于，
所述推力轴承作为与承受所述曲轴的径向上的力的滑动轴承一体地构成的带凸缘的轴承而构成。
发明的效果
在曲轴，产生从变速器推压曲轴的方向上的推力载荷。因此，第1推力轴承与曲轴之间的摩擦比第2推力轴承与曲轴之间的摩擦大。根据第1发明，第1推力轴承的轴承面构成为包括以壁厚随着朝向曲轴的旋转方向而变厚的方式形成的斜面，第2推力轴承的轴承面由以壁厚为恒定的方式形成的平面构成。根据这样的构成，能够使摩擦大的轴承面的负载容量比摩擦小的轴承面的负载容量大，所以能够抑制推力轴承的油膜的压力损失同时降低轴承面的滑动摩擦损失。
根据第2发明，第1推力轴承的轴承面构成为包括以壁厚从斜面的最厚部起成为恒定的方式形成的平面。根据这样的构成，能够有效地增大轴承面的负载容量，所以能够大大地贡献于滑动摩擦损失的降低。
根据第3发明，推力轴承被设置于鞍部或盖部中的任一方或双方。因此，根据本发明，能够可靠地承受曲轴的推力载荷。
根据第4发明，推力轴承作为与滑动轴承一体地构成的带凸缘的轴承而构成。因此，根据本发明，能够削减部件件数。
附图说明
图1是示出应用了本发明的实施方式1所涉及的曲轴的轴承装置的内燃机(发动机)的发动机主体的构成的图。
图2是将图1中的曲轴的轴承部A放大了的图。
图3是对图2中的轴承部以B-B进行切断并从曲轴的轴线方向观察到的示意图。
图4是用于对斜-平面轴承的构成进行说明的图。
图5是示意性地示出沿着图4中的曲线C-C将轴承切断了的情况下的截面形状的图。
图6是用于对平面形状(日文：平形状)轴承的构成进行说明的图。
图7是示意性地示出沿着图6中的曲线D-D将轴承切断了的情况下的截面形状的图。
图8是示出在内燃机的运行时、在作为斜-平面轴承而构成的推力轴承的轴承面产生的油膜压力分布的图。
图9是示出在内燃机的运行时、在作为平面形状轴承而构成的推力轴承的轴承面产生的油膜压力分布的图。
图10是示出轴承装置的构造的变形例的图。
附图标记说明
1：发动机主体
2：曲轴
3：推力轴承
4：推力轴承
7：带凸缘的轴承
14：鞍部
16：盖部
18：轴承孔
21：轴颈
22：滑动面
31：轴承面
32：油槽
33：斜面部(英文：taper portion)
34：平面部(英文：land portion)
41：轴承面
42：油槽
43：平面形状部(日文：平形部)
44：缓和部(英文：relief portion)
121、122：滑动轴承
141、142：轴承座
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，在以下所示的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等的数的情况下，除了特别明示了的情况和/或原理上明确地特定于该数的情况之外，本发明并不限定于该提及了的数。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造，除了特别明示了的情况和/或明确地原理上特定于上述构造的情况之外，对于本发明而言不一定是必须的。
实施方式1.
以下，参照附图对本发明的实施方式1进行说明。
[实施方式1的构成]
图1是示出应用了本发明的实施方式1所涉及的曲轴的轴承装置的内燃机(发动机)的发动机主体的构成的图。图1示意性地示出了以通过曲轴的中心轴的垂直面(日文：鉛直面)将发动机主体切断了的截面。本实施方式的发动机为火花点火式发动机。发动机作为动力源而搭载于车辆。在该发动机的发动机主体1设置有多个汽缸。在图1中示出了直列地配置了4个汽缸的例子，但汽缸数与汽缸的排列没有限定。
在发动机主体1中，内装有曲轴2。在曲轴2的一端侧，连结有未图示的变速器。变速器可以是具备液力变矩器的自动变速器(AT)和/或连续可变变速器(CVT)，另外也可以是具备离合器的变速器。此外，在以下的说明中，在发动机主体1中，将设有变速器的一侧称为“发动机后侧”，将没有设置有变速器的一侧称为“发动机前侧”。
图2是将图1中的曲轴的轴承部A放大了的图。另外，图3是对图2中的轴承部以B-B进行切断并从曲轴的轴线方向观察到的示意图。以下，参照图2以及图3，更详细地对曲轴2的轴承装置进行说明。如图2所示，曲轴2由被配置于轴承孔18的滑动轴承121、122支承为旋转自如，所述轴承孔18贯通轴承支承部的两侧面。滑动轴承121、122是用于承受曲轴的径向上的力的轴承，并作为以包括圆筒形状的部件的轴在内的平面将该圆筒形状的部件分割为二的对开型(日文：半割型)的一对轴承而构成。滑动轴承121、122分别被设置于作为轴承支承部的鞍部14和盖部16。鞍部14是在发动机主体1的汽缸体侧构成的构造物，另外，盖部16是作为发动机主体1的汽缸体之外的部件而构成的构造物。通过将盖部16固定于鞍部14，从而形成配置有滑动轴承121、122的轴承孔18。
在位于第2汽缸与第3汽缸之间的鞍部14的2个侧面中的、面向发动机后侧(即变速器侧)的侧面，设有轴承座141。另外，在鞍部14的2个侧面中的、面向发动机前侧(即与变速器相反的一侧)的侧面，设有轴承座142。轴承座141、142是用于进行推力轴承3、4的定位的凹部，被设置于轴承孔18的周缘。推力轴承3、4作为以包括圆环形状的部件的轴在内的平面将该圆环形状的部件分割为二的对开圆环形状的轴承而构成。此外，推力轴承3与本发明的“第1推力轴承”相对应，推力轴承4与本发明的“第2推力轴承”相对应。推力轴承3、4被以对开圆环形状的轴承面31、41与曲轴2的滑动面22相对的方式分别配置于轴承座141、142之上。滑动面22是被设置于轴颈21的两端的圆环状的平面。在曲轴2旋转时，滑动面22相对于轴承面31、41滑动。根据这样的构成，推力轴承3、4通过轴承面31、41承受在曲轴2产生的轴线方向上的推力载荷。
[实施方式1的特征性的构成]
接下来，对本实施方式1的轴承装置的特征性的构成进行说明。本申请的发明者不断地对曲轴2承受的推力载荷进行了专心研究。结果，发现：在车辆的行驶期间，在曲轴2主要产生从连结有变速器的发动机后侧朝向发动机前侧的方向上的推力载荷。如果基于这样的前提进行考察，则在例如在发动机主体经由液力变矩器连结有CVT的构成中，在车辆的行驶期间，主要产生从液力变矩器朝向发动机主体的方向上的推力载荷。在该情况下，由滑动面22的滑动引起的摩擦损失，在相对于鞍部14被设置于发动机后侧的推力轴承3侧比相对于鞍部14被设置于发动机前侧的推力轴承4侧相对大。
因此，在本实施方式1的轴承装置中，对推力轴承3使用了负载容量比推力轴承4的负载容量大的轴承。更详细地说，在被配置于发动机后侧的推力轴承3使用斜-平面轴承，在配置于发动机前侧的推力轴承4使用平面形状轴承。以下，更详细地对这些轴承的构成进行说明。
图4是用于说明斜-平面轴承的构成的图。另外，图5是示意性地示出沿着图4中的曲线C-C将轴承切断了的情况下的截面形状的图。此外，这些图中通过箭头X表示的方向表示轴承面31的相对于滑动面22的相对滑动方向，图中通过箭头Y表示的方向表示曲轴2的旋转方向。如这些图所示，作为推力轴承3的斜-平面轴承在轴承面31形成有油槽32、斜面部33以及平面部34。油槽32是以从轴承面31的内周侧朝向轴承面31的外周侧横切的方式形成的槽，并形成有多个。
在轴承面31中的2个油槽32之间，形成有斜面部33和平面部34。斜面部33由以作为轴承的厚度的壁厚随着从油槽32的端部朝向曲轴2的旋转方向(即沿着相对滑动方向)逐渐变厚的方式倾斜的斜面形成。根据这样的斜面部33的形状，沿着轴承面31的相对滑动方向，轴承面31与滑动面22的间隙逐渐变窄。平面部34由从壁厚最厚的斜面部33的最厚部起沿着轴承面31的相对滑动方向延伸至相邻的油槽32的平面构成。根据这样的平面部34的形状，轴承面31与滑动面22的间隙成为恒定。此外，油槽32为比斜面部33以及平面部34深的槽，所以油槽32与斜面部33的分界以及油槽32与平面部34的分界有高度差(日文：段差)。由这样的斜面部33以及平面部34构成的斜-平面部在轴承面31的周向上多个连续地形成于推力轴承3。
图6是用于对平面形状轴承的构成进行说明的图。另外，图7是示意性地示出沿着图6中的曲线D-D将轴承切断了的情况下的截面形状的图。此外，这些图中通过箭头X表示的方向表示轴承面41的相对于滑动面22的相对滑动方向，图中通过箭头Y表示的方向表示曲轴2的旋转方向。如这些图所示，作为推力轴承4的平面形状轴承在除了油槽42与缓和部44后的轴承面41形成有平面形状部43。平面形状部43由随着朝向曲轴2的旋转方向(即沿着轴承面41的相对滑动方向)而轴承面41与滑动面22的间隙成为恒定的平面形成。油槽42是以从轴承面41的内周侧朝向轴承面41的外周侧横切的方式形成的槽，并形成有多个(在图中为2个)。此外，油槽42为比平面形状部43深的槽，所以油槽42与平面形状部43的分界有高度差。缓和部44是将轴承面41的两端部的边缘切掉而形成的。
[实施方式1的轴承装置的作用效果]
接下来，参照图8以及图9对通过上述的构造得到的轴承装置的作用效果进行说明。
图8是示出在内燃机的运行时、在作为斜-平面轴承而构成的推力轴承的轴承面产生的油膜压力分布的图。如图8所示，在斜-平面部产生的油膜压力在斜面部33的最厚部最大，随着朝向平面部34而接近零。将该油膜压力在轴向上积分而得到的值、即油膜压力分布的面积示出了轴承面31的油膜保持滑动面22的力的大小。另一方面，图9是示出在内燃机的运行时、在作为平面形状轴承而构成的推力轴承的轴承面产生的油膜压力分布的图。如图9所示，在平面形状部43不产生油膜压力。
如上所述，在本实施方式1的发动机的构成中，在曲轴2产生从连结有变速器的发动机后侧朝向发动机前侧的方向上的推力载荷。因此，如果推力轴承3的轴承面31与曲轴2的滑动面22之间的油膜压力低，则恐怕由轴承面31的磨损和/或摩擦损失引起的燃料经济性的恶化会成为问题。因此，关于推力轴承3，提高油膜压力的必要性高。另一方面，推力轴承4的轴承面41承受的推力载荷比推力轴承3的轴承面31承受的推力载荷相对小。因此，关于推力轴承4，提高油膜压力的必要性低，倒不如优选将油膜压力保持得低而抑制压力损失的构成。
在本实施方式1的轴承装置中，对推力轴承3使用上述的斜-平面轴承，对推力轴承4使用上述的平面形状轴承。根据这样的构成，保持推力轴承3的轴承面31与曲轴2的滑动面22之间的油膜，同时降低推力轴承4的轴承面41与滑动面22之间的油膜的压力损失。由此，能够抑制由推力轴承3、4的油膜引起的压力损失同时降低轴承面31、41的滑动摩擦损失。
另外，若在轴承面的油膜压力产生负压，则有可能将异物引入轴承面。这样的状况例如在包括轴承面的壁厚沿着滑动方向变薄那样的、所谓的反斜面(日文：逆テーパ面)在内的轴承面产生。在这方面，在本实施方式1的轴承装置中，推力轴承4由平面形状部43构成，所以能够有效地防止由负的油膜压力引起的向轴承面引入异物。
另外，在本实施方式1的轴承装置中，推力轴承3构成为包括平面部34，推力轴承4构成为包括平面形状部43。根据这样的构成，通过由平面形成的轴承面产生的挤压效应(英文：squeeze effect)，能够有效地抑制由曲轴2的变形引起的滑动面22的偏离。
[轴承装置的构造的变形例]
图10是示出轴承装置的构造的变形例的图。在该图所示的例子中，推力轴承3、4作为与滑动轴承121一体的带凸缘的轴承7而构成。根据这样的轴承装置的构造，能够削减部件件数。
推力轴承3、4也可以代替鞍部14或除了鞍部14还设置于盖部16的两侧面。另外，推力轴承3的轴承面31也可以不包括平面部34而仅由斜面部33构成。进而，在推力轴承3中，斜-平面部连续的数量没有特别限定。

Claims (5)

1.一种曲轴的轴承装置，该曲轴的轴承装置支承在一端连结有变速器的曲轴，其特征在于，
所述轴承装置具备：
轴承支承部，该轴承支承部具有贯通互相相对的2个侧面之间的轴承孔，并通过所述轴承孔支承所述曲轴的轴颈；和
推力轴承，该推力轴承具有对开圆环形状的轴承面、和以将所述轴承面从内周侧向外周侧横切的方式形成的多个油槽，通过被配置于所述2个侧面的各侧面处的所述轴承孔的周缘从而承受所述曲轴的轴向上的力，
所述推力轴承包括：
第1推力轴承，该第1推力轴承被配置于所述2个侧面中的面向所述变速器侧的侧面；和
第2推力轴承，该第2推力轴承被配置于所述2个侧面中的面向与所述变速器相反的一侧的侧面，
在所述第1推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面构成为包括以壁厚随着朝向所述曲轴的旋转方向而变厚的方式形成的斜面，
在所述第2推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面由壁厚为恒定的平面构成。
2.根据权利要求1所述的曲轴的轴承装置，其特征在于，
在所述第1推力轴承中，所述多个油槽之间的轴承面构成为包括以所述壁厚从所述斜面的最厚部起成为恒定的方式形成的平面。
3.根据权利要求1所述的曲轴的轴承装置，其特征在于，
所述轴承支承部包括：
鞍部，该鞍部被设置于内燃机的汽缸体；和
盖部，该盖部被固定于所述鞍部，并将被配置于所述鞍部的所述曲轴支承为旋转自如，
所述推力轴承被设置于所述鞍部或所述盖部中的任一方或双方。
4.根据权利要求2所述的曲轴的轴承装置，其特征在于，
所述轴承支承部包括：
鞍部，该鞍部被设置于内燃机的汽缸体；和
盖部，该盖部被固定于所述鞍部，并将被配置于所述鞍部的所述曲轴支承为旋转自如，
所述推力轴承被设置于所述鞍部或所述盖部中的任一方或双方。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的曲轴的轴承装置，其特征在于，
所述推力轴承作为与承受所述曲轴的径向上的力的滑动轴承一体地构成的带凸缘的轴承而构成。
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