JP2005273715A - エンジンの軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンロッド小端部油孔から常時ピストンの熱負荷に応じた油量のエンジンオイルを噴射しピストンを冷却するようにしたエンジンの軸受装置を提供する。
【解決手段】エンジン本体にクランクシャフト１のジャーナル１ａを軸支しオイルが供給される油路３ｃを有するメインベアリング３、一端がジャーナルの直径方向に貫通され油路３ｃに連通する油孔１１に連通し他端がクランクピン２の外周面に開口するクランクシャフト油孔１２、コンロッド大端部４ａにクランクピン２を軸支しクランクシャフト油孔と連通可能な油孔５ａが設けられたコンロッドベアリング５、一端がコンロッドベアリングの油孔に開口し他端が小端部４ｂ先端に開口してコンロッドジェット１３ｃをなすコンロッド油孔１３、コンロッドベアリングの内周面に周方向に設けられ両端が油孔の両側に連通しピストンの熱負荷に関連した油量のオイルをコンロッド油孔に供給する油溝５ｂ、５ｃを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンロッド小端部のコンロッドジェットからピストンの熱負荷に関連した油量のエンジンオイルを常時噴射させてピストンを冷却するようにしたエンジンの軸受装置に関する。

エンジンの軸受装置として、エンジン本体に設けられてクランクシャフトのジャーナルを軸支しエンジン本体のオイルギャラリからエンジンオイルが供給される油路を設けられたメインベアリングと、前記ジャーナルの直径方向に貫通されて前記メインベアリングの油路と連通する油孔と、一端が前記貫通孔に連通し、他端がクランクピンの外周面に開口するクランクシャフト油孔と、コンロッドの大端部に装着されて前記クランクピンを軸支し周方向に沿って前記クランクシャフト油孔と連通可能な油孔が設けられたコンロッドベアリングと、前記コンロッドの内部に設けられ一端が前記コンロッドベアリングの油孔に開口し、他端が小端部内周面に開口すると共に該小端部の先端（上端）に開口してコンロッドジェットを形成するコンロッド油孔とを備えた構成のものがある。

オイルポンプから吐出されたエンジンオイルの一部は、エンジン本体のオイルギャラリからメインベアリングの油路、クランクシャフトのジャーナルの油孔、クランクシャフト油孔を通してコンロッドベアリングに供給されてクランクピンとの間を潤滑すると共にコンロッドベアリングの油孔、コンロッド油孔を通してコンロッドブッシュに供給されてピストンピンとの間を潤滑し、更に小端部先端のコンロッドジェットから噴油されてピストンの裏面を冷却するようになっている。

エンジンの軸受装置としては、コンロッドベアリングの内周面に周方向に延びる微小断面の環状溝を軸方向に多数隣接させて形成し、コンロッドベアリングとクランクピンとの間に生じる負圧を低く抑えてキャビテーションを生じ難くし、コンロッドベアリングがエロージョンにより損傷されるのを抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１９６８２号公報

上記構成のエンジンの軸受装置においてエンジンオイルは、常時コンロッド大端部のコンロッドベアリングまでは供給されている。しかし、コンロッド小端部まで給油されるのは、クランクシャフト油孔とコンロッドベアリングの油孔が連通している間のみであり、間欠給油である。従って、コンロッド油孔にエンジンオイルが給油されている間のみコンロッドジェットから噴油されてピストンが冷却される。即ち、ピストンは、間欠的に冷却される。

ところで、近年、エンジンの高出力化によりピストンの熱負荷も増してきており、前述した間欠給油によるピストンの冷却では、油量不足によりピストンの温度を充分に下げることが困難である。また、大量のエンジンオイルの噴油は、油圧系統の油圧の低下を招くこととなり好ましくない。コンロッドジェットから常時噴油する油圧システムも考えられるが、この場合潤滑系統の油圧の低下を防ぐためオイルポンプの能力を増強する必要があり、エンジンの補機駆動損失馬力の増大による燃費の悪化を来す。また、特許文献１に記載されているエンジンの軸受装置は、コンロッド軸受がエロージョンにより損傷するのを防止するものであり、ピストンを冷却する構成とはなっていない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、コンロッド小端部のコンロッドジェットから常時ピストンの熱負荷に関連した油量のエンジンオイルを噴射させてオイルポンプの能力を増大することなくピストンを冷却するようにしたエンジンの軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明によれば、エンジン本体にクランクシャフトのジャーナルを軸支すると共にエンジンオイルが供給される油路を有するメインベアリングと、一端が前記ジャーナルの直径方向に貫通されて前記油路に連通する油孔に連通し、他端がクランクピンの外周面に開口するクランクシャフト油孔と、コンロッドの大端部に装着されて前記クランクピンを軸支し前記クランクシャフト油孔と連通可能な油孔が設けられたコンロッドベアリングと、一端が前記コンロッドベアリングの油孔に開口し、他端が小端部先端に開口してコンロッドジェットをなすコンロッド油孔とを備え、前記コンロッドジェットから前記エンジンオイルを噴油してピストンを冷却するエンジンの軸受装置において、前記コンロッドベアリングの内周面に周方向に沿って全周に亘り設けられ、両端が前記コンロッドベアリングの油孔の両側に連通し、前記コンロッド油孔に前記ピストンの熱負荷に応じた油量のエンジンオイルを供給する油溝を備えた構成としている。

エンジンオイルは、エンジン本体のオイルギャラリからメインベアリング、クランクシャフトのジャーナルの油孔、クランクシャフト油孔を通してコンロッドベアリングまで常時供給されている。コンロッドベアリングの油孔がクランクシャフト油路と連通している範囲では、前記エンジンオイルがクランクシャフト油孔からコンロッド油孔に供給され、小端部先端のコンロッドジェットから噴油されてピストンの裏面を冷却する。クランクシャフトの回転に伴いコンロッドベアリングの油孔がクランクシャフト油路と一致しない範囲になると、前記クランクシャフト油孔のエンジンオイルは、油溝を通って油孔に至りコンロッド油孔に供給され、コンロッドジェットから噴油されて前記ピストンを冷却する。これにより、クランクピンが一周する間常時コンロッドジェットから前記ピストンの裏面にエンジンオイルを噴油して前記ピストンを冷却する。

請求項２の発明では、請求項１記載のエンジンの軸受装置において、前記コンロッドベアリングの油孔は、ピストンの熱負荷の高い領域に設けられ、前記油溝は、前記ピストンの熱負荷の低い領域に設けられ、且つ断面積が前記油孔の面積よりも小さく設定されている構成としている。
燃焼によりピストン上死点から下死点までのピストンの熱負荷が最も高い領域では、コンロッドベアリングの油孔がクランクシャフト油路と連通してコンロッド油孔にエンジンオイルが充分に確保されて多量のコンロッドジェット噴油量が得られ、前記ピストンを良好に冷却する。クランクシャフトの回転に伴いピストンの熱負荷の低い領域になると、クランクシャフト油孔のエンジンオイルは、油溝を通って油孔に至りコンロッドジェットから噴射される。油溝は、油孔よりも小さい断面積とされていることで通路抵抗が増大し、コンロッド油孔に供給されるエンジンオイルの油量が抑制される。即ち、ピストンの熱負荷が高い領域付近以外では、コンロッド油孔に供給するエンジンオイルの油量を減らしてコンロッドジェット噴油量を低減する。

請求項３の発明では、請求項１又は２記載のエンジンの軸受装置において、前記油溝は、断面積が前記クランクシャフトのクランク角に応じて異なる複数段階の油溝から成る構成としている。
油溝の断面積をクランクシャフトのクランク角即ち、熱負荷状況に応じて複数段階に設定することで、ピストンの熱負荷に関連して細かな油量調整が可能となり、コンロッドジェット噴油量を必要分だけに抑えることができる。

請求項４の発明では、請求項２記載のエンジンの軸受装置において、前記熱負荷の高い領域は、前記ピストンの上死点から下死点の間としている。
ピストンの上死点から下死点の間は、燃焼によりピストンの熱負荷が最も高い領域であり、この領域付近でコンロッドジェットから多量のエンジンオイルを噴油してピストンを良好に冷却する。

請求項１の発明によれば、コンロッド小端部のコンロッドジェットから常時エンジンオイルを噴油することで、ピストンを良好に冷却することができる。
請求項２の発明によれば、ピストンの熱負荷状況に応じてコンロッドジェット噴油量を可変とすることができ、上死点直後の熱負荷の高い領域では多油量とし、熱負荷の低い領域では少油量とすることができる。これにより、潤滑油系統の油圧の低下を防ぎ、ピストンの冷却と潤滑性能の両立を図ることが可能となる。

請求項３の発明によれば、油溝の断面積をクランクシャフトのクランク角に応じて複数段階に設定することで、ピストンの熱負荷に関連して細かな油量調整が可能となり、コンロッドジェット噴油量を必要分だけに抑えることができ、オイルポンプの能力を抑えることができる。これに伴いエンジンの補機駆動損失馬力を抑えることが可能となり、省燃費にも寄与する。更に、必要以上にオイルポンプの能力を増やすことがないので、オイルポンプ単体としても小型・軽量・安価にすることが可能である。

請求項４の発明によれば、上死点直後の燃焼によりピストンの熱負荷の最も高い領域ではコンロッドジェット噴油量を多油量とし、熱負荷の低い領域では少油量とすることで、効率よくピストンを冷却することができる。

以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエンジンの軸受装置のクランクシャフトとコンロッドの要部断面図である。図においてクランクシャフト１のジャーナル１ａは、不図示のエンジン本体としてのクランクケースに設けられているメインベアリング３に軸支されており、該クランクシャフト１のクランクピン２にはコンロッド４の大端部４ａがコンロッドベアリング５を介して軸支されている。コンロッド４の小端部４ｂにはコンロッドブッシュを介してピストンピン、ピストン（何れも図示せず）が支持されている。

図１に示すようにメインベアリング３は、半割滑り軸受で上下２つに分かれた半円筒形のアッパメインベアリング３Ａとロアメインベアリング３Ｂとから成り、アッパメインベアリング３Ａには中央近傍に油路を構成する油孔３ａが設けられ、内周面の中央に周方向に沿って油孔３ａの両側に連通する油溝３ｂが設けられている。この油溝３ｂは、アッパメインベアリング３Ａの両端面に開口されている。即ち、油溝３ｂは、メインベアリング３の内周面の半周に亘り設けられている。このメインベアリング３は、前記クランクケースに装着された状態において油孔３ａが前記クランクケースのオイルギャラリに常時連通される。

クランクシャフト１のジャーナル１ａにはアッパメインベアリング３Ａの油孔３ａと油溝３ｂから成る油路３ｃと連通可能に直径方向に油孔としての貫通孔１１が穿設されており、ジャーナル１ａとクランクピン２との間には、一端が貫通孔１１に開口し、他端がクランクピン２の外周面略中央に開口するクランクシャフト油孔１２が設けられている。そして、貫通孔１１は、クランクシャフト１が回転することによって一方の開口部が交互にアッパメインベアリング３Ａの油路３ｃに連通する連続してエンジンオイルが供給されるようになる。

コンロッド４の大端部４ａに装着されているコンロッドベアリング５は、半割滑り軸受で上下２つに分割された半円筒形のアッパコンロッドベアリング５Ａとロアコンロッドベアリング５Ｂとから成り、アッパコンロッドベアリング５Ａには図２及び図３に示すように幅方向中央に周方向に沿って油孔５ａと油溝５ｂが連通して設けられている。油孔５ａは、周方向に長い長孔とされ、クランクシャフト油孔１２の開口端１２ａと連通可能とされている。油溝５ｂは、アッパコンロッドベアリング５Ａの内周面に設けられており、油孔５ａの両側から周方向に沿って延出されて当該アッパコンロッドベアリング５Ａの両端面に開口している。油溝５ｂは、油孔５ａの幅よりも幅狭とされ、その断面積が油孔５ａの面積よりも小さく設定されている。

図４及び図５に示すようにロアコンロッドベアリング５Ｂの内周面には、アッパコンロッドベアリング５Ａの油溝５ｂと対応して幅方向中央に周方向に沿って油溝５ｂと同じ溝幅及び深さ（同じ断面積）の油溝５ｃが設けられており、両端が当該ロアコンロッドベアリング５Ｂの両端面に開口している。これらの油溝５ｂと油溝５ｃは、図１に示すようにアッパコンロッドベアリング５Ａとロアコンロッドベアリング５Ｂとが大端部４ａに装着されてクランクピン２を軸支しときに連通される。これにより、油孔５ａと油溝５ｂと５ｃが連通されてコンロッドベアリング５の内面全周に亘り連続した油路が形成される。

アッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａは、ピストンの熱負荷の高い領域においてクランクシャフト油孔１２と連通可能な位置に設けられており、不図示のピストンが上死点から下死点までの間の燃焼により最も熱負荷が高い領域付近に設けられている。また、油溝５ｂ、５ｃは、前記ピストンの熱負荷の高い領域以外の領域に設けられている。
図１に戻り、コンロッド４の内部には一端１３ａが大端部４ａの軸孔４ｃの内周面に開口してアッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａに連通し、他端１３ｂが小端部４ｂの軸孔４ｄの内周面に開口し更に先端（上端）４ｅに開口するコンロッド油孔１３が設けられている。コンロッド油孔１３の小端部４ｂの先端４ｅに開口する開口端１３ｃは、前記ピストンの裏面にエンジンオイルを噴油（噴射）して冷却するコンロッドジェット（以下「コンロッドジェット１３ｃ」という）とされる。コンロッドベアリング５は、コンロッド４の大端部４ａに装着された図１に示す状態において当該大端部４ａに固定され、アッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａとコンロッド油孔１３ａとが常時連通される。

以下に作用を説明する。
図１に示すようにエンジンオイルは、矢印のように前記クランクケースのオイルギャラリからアッパメインベアリング３Ａの油孔３ａから油溝３ｂに供給され、クランクシャフト１のジャーナル１ａとメインベアリング３との間を潤滑すると共に、貫通孔１１、クランクシャフト油孔１２を通してコンロッドベアリング５の油孔５ａ、油溝５ｂ、５ｃに供給される。クランクピン２とコンロッドベアリング５との間は、このオイルにより潤滑される。そして、前記エンジンオイルは、コンロッド大端部４ａのコンロッドベアリング５まで常時供給されている。

前記ピストンは、圧縮された燃料が燃焼して上死点から下死点まで下降する間の最も熱負荷が高い領域付近においてアッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａがクランクシャフト油孔１２と連通し、この範囲では前記エンジンオイルがクランクシャフト油孔１２からコンロッド油孔１３に供給され、小端部４ｂの先端のコンロッドジェット１３ｃから矢印のように噴射されて前記ピストンの裏面を冷却する。アッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａがクランクシャフト油孔１２と一致している範囲では、コンロッド油孔１３にエンジンオイルが充分に確保されているので多量のコンロッドジェット噴油量が得られ、熱負荷が最も高い上死点から下死点までの間における前記ピストンを良好に冷却することができる。

クランクシャフト１の回転に伴いアッパコンロッドベアリング５Ａの油孔５ａがクランクシャフト油孔１２と一致しない範囲になると、クランクシャフト油孔１２からの前記エンジンオイルは、コンロッドベアリング５の油溝５ｂ、５ｃを通って油孔５ａに至り、コンロッド油孔１３に供給される。油溝５ｂ、５ｃは、油孔５ａよりも小さい断面積とされていることで通路抵抗が増大し、コンロッド油孔１３に供給されるエンジンオイルの油量が抑制される。即ち、ピストンの熱負荷が最も高い領域付近以外ではコンロッド油孔１３に供給するエンジンオイルの油量を減らしてコンロッドジェット噴油量を低減する。これにより、クランクシャフト１が３６０°回転する間中常時コンロッドジェット１３ｃからエンジンオイルを噴油することが可能となり、ピストンを効率よく冷却することができる。

図６は、コンロッド５のロアコンロッドベアリングの他の実施例を示す。半円筒形のロアコンロッドベアリング５Ｃは、幅方向中央に周方向に沿って油溝５ｄ、５ｅ、５ｄが連通して設けられている。両側の油溝５ｄは、両端面に開口し、アッパコンロッドベアリング５Ａの油溝５ｂと同じ幅及び深さ（同じ断面積）とされている。中央の油溝５ｅは、油溝５ｄよりも幅狭の形状とされており、油溝５ｄの断面積よりも小さい断面積に設定されている。即ち、ロアコンロッドベアリング５Ｃは、油溝の断面積を２段階に設定したものである。この油溝５ｅは、ピストンの最も熱負荷の低い領域例えば、下死点付近の領域に設定されている。

そして、前記アッパコンロッドベアリング５Ａとロアコンロッドベアリング５Ｃとを組み合わせて使用した場合、クランクシャフト１が３６０°回転する間にコンロッドジェット噴油量を３段階で変化させることができる。即ち、コンロッドジェット噴油量は、コンロッドベアリング５の油孔５ａがクランクシャフト油孔１２と一致している範囲では最大となり、油溝５ｂ、５ｄと一致している範囲では中程度となり、油溝５ｅと一致している範囲では最小となる。

図７は、コンロッドジェット噴油量と油圧との関係の一例を示し、コンロッドベアリング５の油孔５ａがクランクシャフト油孔１２と一致している場合には曲線Ｉで示すようにコンロッドジェット噴油量が最大となり、油溝５ｂ、５ｃ、又は５ｄがクランクシャフト油孔１２と一致している場合には曲線IIで示すように中程度となり、油溝５ｅがクランクシャフト油孔１２と一致している場合には曲線IIIで示すように最小となる。また、コンロッドジェット噴油量は、油圧を変えることで調整することができる。

このように、ピストンの熱負荷状況（クランク角度）に応じてコンロッドジェット噴油量を可変とすることで、燃焼により上死点直後のピストンの熱負荷の最も高い領域ではコンロッドジェット噴油を多油量とし、熱負荷の低い領域ではコンロッドジェット噴油を少油量とすることができ、油圧の低下を防ぎ、ピストンの冷却とエンジン全体の潤滑性能の両立を図ることが可能となる。

更に、コンロッドベアリングの油溝の断面積を必要に応じて複数段階に設定することでクランク角度に応じて即ち、ピストンの熱負荷に関連して細かな油量調整が可能となり、コンロッドジェット噴油量を必要分だけに抑えることができる。これにより、オイルポンプの能力を抑えることができ、これに伴いエンジンの補機駆動損失馬力を抑えることが可能となり、省燃費にも寄与する。更に、必要以上にオイルポンプの能力を増やすことがないのでオイルポンプも小型・軽量化が図られと共に安価にすることが可能である。

本発明に係るエンジンの軸受装置の実施形態を示すクランクシャフトとコンロッドの要部断面図である。 図１のコンロッドベアリングのアッパコンロッドベアリングの平面図である。 図２の矢線III−III方向断面図である。 図１に示すコンロッドベアリングのロアコンロッドベアリングの平面図である。 図４の矢線Ｖ−Ｖ方向断面図である。 図１のコンロッドベアリングのロアベアリングの他の実施例を示す平面図である。 本発明に係るコンロッドベアリングを適用した場合のコンロッドジェット噴油量と油圧との関係の一例を示す特性図である。

符号の説明

１ クランクシャフト
１ａ ジャーナル
２ クランクピン
３ メインベアリング
３ａ 油孔
３ｂ 油溝
４ コンロッド
４ａ 大端部
４ｂ 小端部
５ コンロッドベアリング
５Ａ アッパコンロッドベアリング
５Ｂ、５Ｃ ロアコンロッドベアリング
５ａ 油孔
５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ 油溝
１１ 貫通孔（油孔）
１２ クランクシャフト油孔
１３ コンロッド油孔
１３ｃ コンロッドジェット

Claims (4)

1. エンジン本体にクランクシャフトのジャーナルを軸支すると共にエンジンオイルが供給される油路を有するメインベアリングと、一端が前記ジャーナルの直径方向に貫通されて前記油路に連通する油孔に連通し、他端がクランクピンの外周面に開口するクランクシャフト油孔と、コンロッドの大端部に装着されて前記クランクピンを軸支し前記クランクシャフト油孔と連通可能な油孔が設けられたコンロッドベアリングと、一端が前記コンロッドベアリングの油孔に開口し、他端が小端部先端に開口してコンロッドジェットをなすコンロッド油孔とを備え、前記コンロッドジェットから前記エンジンオイルを噴油してピストンを冷却するエンジンの軸受装置において、
   前記コンロッドベアリングの内周面に周方向に沿って全周に亘り設けられ、両端が前記コンロッドベアリングの油孔の両側に連通し、前記コンロッド油孔に前記ピストンの熱負荷に応じた油量のエンジンオイルを供給する油溝を備えたことを特徴とするエンジンの軸受装置。
2. 前記コンロッドベアリングの油孔は、前記ピストンの熱負荷の高い領域に設けられ、前記油溝は、前記ピストンの熱負荷の低い領域に設けられ且つ断面積が前記油孔の面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの軸受装置。
3. 前記油溝は、断面積が前記クランクシャフトのクランク角に応じて異なる複数段階の油溝から成ることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの軸受装置。
4. 前記熱負荷の高い領域は、前記ピストンの上死点から下死点の間である請求項２記載のエンジンの軸受装置。

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