JP2008144931A - 内燃機関の軸受装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 エンジン１の組立て前の状態において、両端に位置するＮｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７のアッパベアリング７ａの板厚Ｔ１を厚く、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ２を薄くすると共に、これらの内側に位置するＮｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受のアッパベアリングの板厚Ｔ１を薄く、ロアベアリングの板厚Ｔ２を厚くして、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受の中心に対してＮｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受の中心をシリンダブロック側に変位させる。
エンジンの組み立てによってシリンダブロック２が変形し、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受がシリンダブロック側に変位すると、これに伴なって各すべり軸受の内周面の中心が相互に接近する方向に変位するようになる。
【効果】 シリンダブロックの変形によってすべり軸受の位置ずれが発生しても、すべり軸受とクランクシャフトとの摺動状態を良好に保つことが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の軸受装置に関し、詳しくはシリンダブロックに取り付けられてクランクシャフトを軸支する複数組の半割りすべり軸受を備えた内燃機関の軸受装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関には、シリンダブロックに取り付けられてクランクシャフトを軸支する複数組の半割りすべり軸受が設けられており、これら各組の半割りすべり軸受は、シリンダブロックに直接取り付けられる半円状の第１ベアリングと、該第１ベアリングと当接する半円状の第２ベアリングとを備えている。（特許文献１〜３）
特開昭５４−７１２２０号公報 特開昭５６−８０５１９号公報 特開昭５７−７６３１４号公報

ここで、近年燃費向上等を目的として内燃機関の軽量化が進められており、シリンダブロックをアルミ製としたり、その他の軽量化対策が施されるようになっている。
その結果、シリンダブロックの剛性が低下してしまい、内燃機関の組立ての際にシリンダブロックとシリンダヘッドとをボルトによって締結すると、シリンダブロックが変形して各すべり軸受の位置が変位してしまい、これによりすべり軸受とクランクシャフトとの摩擦抵抗が増大し、焼付き等の問題が発生していた。
このような問題に鑑み、シリンダブロックの変形によってすべり軸受の位置ずれが発生しても、すべり軸受とクランクシャフトとの摺動状態を良好に保つことの可能な内燃機関の軸受装置を提供するものである。

すなわち請求項１に記載の内燃機関の軸受装置は、シリンダブロックに取り付けられてクランクシャフトを軸支する複数組の半割りすべり軸受を備え、
各組の半割りすべり軸受は、シリンダブロックに直接取り付けられる半円状の第１ベアリングと、該第１ベアリングと当接する半円状の第２ベアリングとを備えている内燃機関の軸受装置において、
上記各組の半割りすべり軸受の外周面の直径は同一に設定されるとともに、少なくともいずれか１組の半割りすべり軸受における第１ベアリングの板厚は他の組の半割りすべり軸受における第１ベアリングの板厚よりも薄く設定されるとともに、当該薄く設定された第１ベアリングと組をなす第２ベアリングの板厚は上記他の第１ベアリングと組をなす第２ベアリングの板厚よりも厚く設定されて、
当該いずれか１組の半割りすべり軸受の内周面の中心は、上記他の組の半割りすべり軸受の内周面の中心よりもシリンダブロック側に変位して設けられていることを特徴としている。

上記発明によれば、いずれか１組の半割りすべり軸受の内周面の中心は、上記他の組の半割りすべり軸受の内周面の中心よりもシリンダブロック側に変位して設けられているため、内燃機関の組立てによってシリンダブロックが変形し、当該いずれか１組の半割りすべり軸受の位置がシリンダブロックとは反対方向に変位すると、その内周面の中心は他の組の半割りすべり軸受の内周面の中心に向けて移動することとなる。
その結果、すべての組の半割りすべり軸受の内周面の中心の相対的変位が減少することとなるので、すべり軸受とクランクシャフトとの摺動状態を良好に保つことが可能となる。

以下図示実施例について説明すると、図１は内燃機関の軸受装置の該略図を示し、具体的には直列４気筒のエンジン１における内部構造の該略図を示したものとなっている。
上記エンジン１はシリンダの形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に設けられるシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に軸支されたクランクシャフト４と、クランクシャフト４に連結された４つのコンロッド５と、コンロッド５の先端に設けられた４つのピストン６と、上記クランクシャフト４をシリンダブロック２に軸支するすべり軸受７とから構成されている。
上記シリンダブロック２およびシリンダヘッド３には、複数のボルト８が設けられ、上記エンジン１の組立ての際には、当該ボルト８によってシリンダブロック２およびシリンダヘッド３が相互に締結されるようになっている。
上記すべり軸受７は各コンロッド５の両側の位置でクランクシャフト４を軸支すると共に、それぞれキャップ９によって上記シリンダブロック２に固定されている。本実施例のすべり軸受７は合計で５箇所に設けられており、以下の説明では図示左方のすべり軸受７から順に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５のすべり軸受７とし、Ｎｏ．１のすべり軸受７がエンジン１のフロント側に位置しているものとする。

図２は所要のすべり軸受７の側面図を示し、各すべり軸受７はそれぞれ半割り軸受であって、各すべり軸受７はシリンダブロック２側に設けられる半円状の第１ベアリングとしてのアッパベアリング７ａと、キャップ９側に設けられる半円状の第２ベアリングとしてのロアベアリング７ｂとから構成されている。
上記シリンダブロック２における上記アッパベアリング７ａが装着される部分はアッパベアリング７ａの外周面と同径に加工されており、その高さ方向の位置はエンジン組立て前の状態、すなわち設計段階の状態で同一高さに位置するように設定されている。
これを換言すると、上記エンジン１の組立て前の状態において、すべり軸受７をシリンダブロック２に装着すれば、すべてのすべり軸受７の外周面の中心が一直線上に整列することとなる。
次に、本実施例ではすべり軸受７の設けられる位置によってアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの板厚を変化させるようになっており、以下アッパベアリング７ａの中央の板厚をＴ１、ロアベアリング７ｂの中央の板厚をＴ２、アッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂのオイルリリーフ部の板厚をＴ３として説明する。
そしてアッパベアリング７ａでは、中央の板厚Ｔ１からオイルリリーフ部の板厚Ｔ３にかけてその板厚が滑らかに徐変するようになっており、またロアベアリング７ｂでも中央の板厚Ｔ２からオイルリリーフ部の板厚Ｔ３にかけてその板厚が滑らかに徐変するようになっている。
なお、上記アッパベアリング７ａとロアベアリング７ｂの合せ面には図示しないクラッシリリーフや必要に応じて面取りが形成されており、板厚Ｔ３はこれらクラッシリリーフ等の形状を無視した寸法となっている。またクラッシリリーフ等自体は従来公知であるため、その詳細な説明は省略するものとする。

そして図３は、各すべり軸受７におけるアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの各部分についての板厚を示した表となっている。
ここで、表中の「厚」「薄」「同」とは、所定の基準板厚に対する板厚の状態を示したものであり、この基準板厚とは、仮にアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの全周の板厚を同一とし、かつすべり軸受７の外周面の中心と内周面の中心とを一致させた場合の板厚をいう。
最初にクランクシャフト４の両端部分を軸支するＮｏ．１とＮｏ．５のすべり軸受７について説明すると、アッパベアリング７ａの板厚Ｔ１は基準板厚に比べて厚く設定され、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ２は基準板厚に比べて薄く設定され、オイルリリーフ部の位置の板厚Ｔ３は基準板厚と同じ厚さに設定されている。
このように板厚を設定することにより、Ｎｏ．１とＮｏ．５のすべり軸受７ではすべり軸受７の外周面の中心に対し、内周面の中心の位置がシリンダブロック２のデッキ面から離隔する方向、すなわちキャップ９側に変位していることとなる。
次に上記Ｎｏ．１とＮｏ．５のすべり軸受７の間に位置するＮｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７について説明すると、アッパベアリング７ａの板厚Ｔ１は基準板厚に比べて薄く設定され、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ２は基準板厚に比べて厚く設定され、オイルリリーフ部の位置の板厚Ｔ３は基準板厚と同じ厚さに設定されている。
このように板厚を設定することにより、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７ではすべり軸受７の外周面の中心に対し、内周面の中心の位置がシリンダブロック２のデッキ面に接近する方向に変位していることとなる。
上記すべり軸受７について、上記アッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂのオイルリリーフ部の板厚Ｔ３を基準板厚と同一とすることで段差を無くし、クランクシャフト４との摺動抵抗を軽減することができる。

そして本実施例の具体的な例として、実際のエンジン１に以下のように設定したすべり軸受７を装着した場合について説明する。
まず、エンジン１の設計段階においては、各すべり軸受７を上記基準板厚で設計し、かつすべり軸受７をシリンダブロック２に装着した状態で、各すべり軸受７の外周面および内周面の中心が一直線上に位置するように設計した。
そしてこのエンジン１を実際に組み立て、各すべり軸受７の中心の変位量を測定した。その結果、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７の中心を結んだ線に対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の中心は約３０μｍキャップ９側に変位していることが判明した。
これは、近年の自動車等の燃費向上等を目的としてエンジン１の軽量化が図られた結果、シリンダブロック２のアルミ化やその他軽量化の対策が施され、シリンダブロックの剛性が低下したことが原因と考えられる。
さらに、上記エンジン１を実際に作動させ、シリンダブロック２が十分に熱変形した状態で再び各すべり軸受７の中心の変位量を測定したところ、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７の中心を結んだ線に対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の中心は約１２μｍキャップ９側に変位していることが判明した。

このような測定結果に応じ、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７に対してはアッパベアリング７ａの板厚Ｔ１を上記基準板厚に比べて６μｍ厚く、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ２を６μｍ薄く設定した。
またアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂのオイルリリーフ部の板厚を同一とするため、アッパベアリング７ａの板厚Ｔ３を上記板厚Ｔ１よりも６μｍ薄くし、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ３を上記板厚Ｔ２よりも６μｍ厚く設定した。
次に、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７に対してはアッパベアリング７ａの板厚Ｔ１を上記基準板厚に比べて６μｍ薄く、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ２を６μｍ厚く設定し、さらにアッパベアリング７ａの板厚Ｔ３を上記板厚Ｔ１よりも６μｍ厚くし、ロアベアリング７ｂの板厚Ｔ３を上記板厚Ｔ２よりも６μｍ薄く設定した。
なお、実際のすべり軸受７の加工に際しては、加工精度のばらつきを考慮して、上記板厚の設定を所要の寸法公差に基づいて設定することができる。

そしてこれら各部の板厚が変更された上記すべり軸受７をシリンダブロック２に装着する。
このときシリンダブロック２は変形しておらず、各すべり軸受７の外周面の中心は同一直線上に位置するとともに（図１の破線）、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７の内周面の中心はキャップ９側に、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の内周面の中心はシリンダブロック２側に変位している。（図１の２点鎖線）
これにより、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７の内周面の中心とＮｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の内周面の中心とは合計で１２μｍ変位していることとなる。
次に、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とをボルト８により締結し、エンジン１を組み立てる。
すると、シリンダブロック２が変形してすべり軸受７の位置が変位し、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７は相対的にシリンダブロック２側に変位し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７は相対的にキャップ９側に変位する。
その結果、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７の外周面の中心に対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の外周面の中心はキャップ９側に変位してしまう（図１の一点鎖線）が、各すべり軸受７の内周面の中心はそれぞれ接近する方向に変位することとなる。なお、このときはまだ内周面の中心は一直線上に整列していない。
そして、さらに上記組み立てられたエンジン１を始動させ、エンジン１が十分に熱変形すると、上記各すべり軸受７の中心が一直線上に整列するようになる。
このように、上記各すべり軸受７の中心が一直線上に整列することで、クランクシャフト４とすべり軸受７との摺動抵抗を低く抑えることができ、耐焼付性や燃費の向上といった効果が得られることとなる。
また他の効果として、シリンダブロック２におけるアッパベアリング７ａが装着される位置の寸法は、アッパベアリング７ａの外周面の中心が同一直線上に位置するように設定すればよく、シリンダブロックの変形を考慮しないで設計を行なうことができる。

上述したようにすべり軸受７の各部の板厚を設定することにより、摺動抵抗を低く抑えることができたが、今度は上記すべり軸受７を備えたエンジン１を運転した時に、タッピングノイズが発生することが判明した。
このタッピングノイズとは、シリンダ内の爆発によってクランクシャフト４の中心とすべり軸受７の中心とが急激にずれ、クランクシャフト４の外周面とすべり軸受７の内周面との間隔が瞬間的に離隔してその部分の潤滑油内に負圧が発生し、それにより発生したキャビティがすべり軸受７の外部に排出されて破裂することにより発生するノイズであるといわれている。
以下、エンジン１の運転時に発生するタッピングノイズを解消するための、上記すべり軸受７の設定手順について説明する。
最初に、タッピングノイズの発生する位置の特定を行なう。そのためには上記板厚で製造されたＮｏ．１〜Ｎｏ．５のすべり軸受７を用いてエンジン１を組み立てる。このとき使用する各すべり軸受７の内周面とクランクシャフト４の外周面とのクリアランスはいずれも同一となっている。
そしてこのような構成のエンジン１を始動させ、シリンダから発生するタッピングノイズを測定する。本実施例のエンジン１の場合、測定の結果Ｎｏ．１とＮｏ．３のすべり軸受７からタッピングノイズが発生していることが判明した。
そこでタッピングノイズの発生したＮｏ．１とＮｏ．３のすべり軸受７におけるクランクシャフト４とのクリアランスを、他のＮｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ５のすべり軸受７とクランクシャフト４とのクリアランスよりも狭く設定した。
その結果、クランクシャフト４の中心とすべり軸受７の中心とが急激にずれても、これらの間の潤滑油内におけるキャビティの発生が抑えられ、タッピングノイズの低減を図ることができた。
具体的には、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５のすべり軸受７とクランクシャフト４とのクリアランスを３２〜４０μｍで設定するのに対し、Ｎｏ．１およびＮｏ．３のすべり軸受７とクランクシャフト４とのクリアランスを２０〜３８μｍに設定した。

なお、上記実施例はあくまで一例であり、内燃機関の気筒数やボルト８の締結位置などにより、シリンダブロック２はさまざま状態に変形するため、必ずしもクランクシャフト４の両端のすべり軸受７の内周面の中心よりも、その他のすべり軸受７の内周面の中心をシリンダブロック２側に変位させるとは限らない。
また気筒数や各シリンダにおける燃焼タイミングなどにより、タッピングノイズの発生するすべり軸受７も変化するため、必ずしもＮｏ．１とＮｏ．３のすべり軸受７とクランクシャフト４とのクリアランスを狭く設定するとは限らない。
さらに、上記実施例ではＮｏ．１〜Ｎｏ．５のすべてのすべり軸受７のアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの板厚を基準板厚に対して変化させていたが、例えばＮｏ．１、Ｎｏ．５のすべり軸受７のアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの板厚だけを変化させ、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４のすべり軸受７の板厚は基準板厚のままとすることも可能である。

内燃機関の摺動装置の該略図。 すべり軸受７についての側面図。 各すべり軸受７におけるアッパベアリング７ａおよびロアベアリング７ｂの各部分の板厚を示した表。

符号の説明

１ エンジン ２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド ４ クランクシャフト
７ すべり軸受 ７ａ アッパベアリング
７ｂ ロアベアリング

Claims (5)

1. シリンダブロックに取り付けられてクランクシャフトを軸支する複数組の半割りすべり軸受を備え、
   各組の半割りすべり軸受は、シリンダブロックに直接取り付けられる半円状の第１ベアリングと、該第１ベアリングと当接する半円状の第２ベアリングとを備えている内燃機関の軸受装置において、
   上記各組の半割りすべり軸受の外周面の直径は同一に設定されるとともに、少なくともいずれか１組の半割りすべり軸受における第１ベアリングの板厚は他の組の半割りすべり軸受における第１ベアリングの板厚よりも薄く設定されるとともに、当該薄く設定された第１ベアリングと組をなす第２ベアリングの板厚は上記他の第１ベアリングと組をなす第２ベアリングの板厚よりも厚く設定されて、
   当該いずれか１組の半割りすべり軸受の内周面の中心は、上記他の組の半割りすべり軸受の内周面の中心よりもシリンダブロック側に変位して設けられていることを特徴とする内燃機関の軸受装置。
2. 上記すべての組の半割りすべり軸受の外周面の中心は、上記シリンダブロックが内燃機関に組み込まれる前に一直線上に位置するように設定され、
   かつ、シリンダブロックが内燃機関に組み込まれた際に全ての組の半割りすべり軸受の内周面の中心が一直線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の軸受装置。
3. 上記シリンダブロックが内燃機関に組み込まれる前の状態で、
   クランクシャフトの両端部を軸支する２組の半割りすべり軸受の内周面の中心が、これら２組の半割りすべり軸受よりも内側に位置する半割りすべり軸受の内周面の中心よりもシリンダブロックのデッキ面から離隔する方向に変位していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の内燃機関の軸受装置。
4. 上記第１ベアリングおよび第２ベアリングのオイルリリーフ部の軸受板厚がそれぞれ同一に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の軸受装置。
5. シリンダブロックおよび上記すべり軸受を内燃機関に組み込んだ状態で内燃機関を運転し、クランクシャフトと半割りすべり軸受の内周面との間でタッピングノイズが発生したすべり軸受とクランクシャフトとのクリアランスを、他の位置のすべり軸受とクランクシャフトとのクリアランスよりも狭くすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関の軸受装置。

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