JP2008309199A

JP2008309199A - Bearing structure

Info

Publication number: JP2008309199A
Application number: JP2007155591A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-25
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP4730342B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearing structure for suppressing friction in a low temperature region, suppressing the flow-out of oil and the run-out of an oil film in a high temperature region, and suppressing deterioration in mileage in a medium temperature region. <P>SOLUTION: The bearing structure 100 comprises a bearing part 10, and a shaft 20 fitted to the bearing part 10. A clearance between the bearing part 10 to be filled with lubricating liquid and the shaft 20 is smaller in the medium temperature region than in each of the low temperature region and the high temperature region. All or part of the bearing part 10 is formed of a thermal expansion material which has a negative thermal expansion coefficient in a range from the low temperature region to the medium temperature region and a positive thermal expansion coefficient in a range from the medium temperature region to the high temperature region. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、軸受構造に関する。 The present invention relates to a bearing structure.

内燃機関のクランクシャフト、カムシャフト等には軸受構造が採用されている。この軸受構造においては、軸と軸受との熱膨張率差に起因して、軸と軸受との間の間隙の体積が温度変化に伴って変化することがある。 Bearing structures are adopted for crankshafts, camshafts and the like of internal combustion engines. In this bearing structure, due to the difference in thermal expansion coefficient between the shaft and the bearing, the volume of the gap between the shaft and the bearing may change as the temperature changes.

例えば、エンジンのクランクシャフトに鉄系材料を使用し、軸受であるエンジンブロックに鉄系材料よりも熱膨張率が高いアルミ合金を使用する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、低熱膨張率を有する材料を軸受ハウジングに用いる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、軸受ハウジングを二重構造とし、熱膨張率が大きい支持部材を軸受ハウジングの内周面の外側に配置する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。 For example, a technique is disclosed in which an iron-based material is used for an engine crankshaft and an aluminum alloy having a higher thermal expansion coefficient than that of an iron-based material is used for an engine block that is a bearing (see, for example, Patent Document 1). Moreover, the technique which uses the material which has a low thermal expansion coefficient for a bearing housing is disclosed (for example, refer patent document 2). Furthermore, a technique is disclosed in which the bearing housing has a double structure and a support member having a large thermal expansion coefficient is disposed outside the inner peripheral surface of the bearing housing (see, for example, Patent Document 3).

特開昭６０−２１９４３６号公報JP 60-219436 A 特開２００５−４０８２６号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-40826 特開平９−２４２７４５号公報JP-A-9-242745

特許文献１の技術では、軸と軸受との間の間隙は、低温域においては小さく高温域においては大きくなる。この場合、低温域においては軸と軸受との摩擦が大きくなってしまう。また、高温域においてにはオイルの流出量が大きくなってしまい、オイルポンプの負担が大きくなる。特許文献２の技術では、温度上昇に伴って軸と軸受との間の間隙が小さくなる。したがって、高温域において油膜が不足するおそれがある。特許文献３の技術では、低温域および高温域において軸と軸受との間の間隙が適度に調整される。しかしながら、内燃機関の中温域に上記間隙が比較的大きくなってしまう。それにより、オイルポンプの負担が大きくなる。その結果、燃費が悪化するおそれがある。 In the technique of Patent Document 1, the gap between the shaft and the bearing is small in the low temperature range and large in the high temperature range. In this case, the friction between the shaft and the bearing becomes large in the low temperature range. In addition, the amount of oil outflow increases in a high temperature range, increasing the burden on the oil pump. In the technique of Patent Document 2, the gap between the shaft and the bearing becomes smaller as the temperature rises. Therefore, the oil film may be insufficient in the high temperature range. In the technique of Patent Document 3, the gap between the shaft and the bearing is appropriately adjusted in the low temperature range and the high temperature range. However, the gap becomes relatively large in the middle temperature range of the internal combustion engine. This increases the burden on the oil pump. As a result, fuel consumption may be deteriorated.

本発明は、低温域における摩擦を抑制することができ、高温域におけるオイル流出および油膜切れを抑制することができ、中温域における燃費悪化を抑制することができる軸受構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a bearing structure capable of suppressing friction in a low temperature range, suppressing oil outflow and oil film breakage in a high temperature range, and suppressing fuel consumption deterioration in a medium temperature range. To do.

本発明に係る軸受構造は、軸受部と、軸受部に嵌合する軸と、を備え、潤滑液体が充填される軸受部と軸との間隙は、低温域および高温域に比較して中温域において小さくなることを特徴とするものである。本発明に係る軸受構造においては、低温域において軸と軸受部との間の摩擦を抑制することができる。また、高温域においてオイル流出および油膜切れを抑制することができる。さらに、中温域において燃費悪化を抑制することができる。 A bearing structure according to the present invention includes a bearing portion and a shaft that fits into the bearing portion, and a gap between the bearing portion and the shaft that is filled with a lubricating liquid is in a middle temperature range compared to a low temperature range and a high temperature range. It is characterized in that it becomes smaller at. In the bearing structure according to the present invention, friction between the shaft and the bearing portion can be suppressed in a low temperature range. In addition, oil outflow and oil film breakage can be suppressed at high temperatures. Furthermore, fuel consumption deterioration can be suppressed in the middle temperature range.

軸受部の一部または全部は、低温域から中温域にかけて負の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて正の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成されていてもよい。また、軸の一部または全部は、低温域から中温域にかけて正の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて負の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成されていてもよい。 A part or all of the bearing portion may be made of a thermal expansion material having a negative coefficient of thermal expansion from the low temperature range to the medium temperature range and a positive coefficient of thermal expansion from the medium temperature range to the high temperature range. A part or all of the shaft may be made of a thermal expansion material having a positive coefficient of thermal expansion from the low temperature range to the medium temperature range and a negative coefficient of thermal expansion from the medium temperature range to the high temperature range.

本発明に係る内燃機関の他の軸受構造は、軸受部と、軸受部に嵌合する軸と、を備え、軸受部の一部または全部は、低温域から中温域にかけて負の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて正の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成されることを特徴とするものである。本発明に係る内燃機関の他の軸受構造においては、低温域において軸と軸受部との間の摩擦を抑制することができる。また、高温域においてオイル流出および油膜切れを抑制することができる。さらに、中温域において燃費悪化を抑制することができる。 Another bearing structure of an internal combustion engine according to the present invention includes a bearing portion and a shaft fitted to the bearing portion, and a part or all of the bearing portion exhibits a negative coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a middle temperature range. And having a positive coefficient of thermal expansion from the middle temperature range to the high temperature range. In another bearing structure of the internal combustion engine according to the present invention, friction between the shaft and the bearing portion can be suppressed in a low temperature range. In addition, oil outflow and oil film breakage can be suppressed at high temperatures. Furthermore, fuel consumption deterioration can be suppressed in the middle temperature range.

本発明に係る内燃機関のさらに他の軸受構造は、軸受部と、軸受部に嵌合する軸と、を備え、軸の一部または全部は、低温域から中温域にかけて正の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて負の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成されることを特徴とするものである。本発明に係る内燃機関のさらに他の軸受構造においては、低温域において軸と軸受部との間の摩擦を抑制することができる。また、高温域においてオイル流出および油膜切れを抑制することができる。さらに、中温域において燃費悪化を抑制することができる。 Still another bearing structure of the internal combustion engine according to the present invention includes a bearing portion and a shaft fitted to the bearing portion, and a part or all of the shaft exhibits a positive coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a middle temperature range. And having a negative coefficient of thermal expansion from a middle temperature range to a high temperature range. In still another bearing structure of the internal combustion engine according to the present invention, friction between the shaft and the bearing portion can be suppressed in a low temperature range. In addition, oil outflow and oil film breakage can be suppressed at high temperatures. Furthermore, fuel consumption deterioration can be suppressed in the middle temperature range.

熱膨張部材は、Ｍｎ_３ＸＮで表されるマンガン窒化物からなり、Ｘの少なくとも一部はゲルマニウムで置換されていてもよい。 The thermal expansion member is made of manganese nitride represented by Mn ₃ XN, and at least a part of X may be replaced with germanium.

本発明によれば、低温域における摩擦を抑制することができ、高温域におけるオイル流出および油膜切れを抑制することができ、中温域における燃費悪化を抑制することができる。 According to the present invention, friction in a low temperature region can be suppressed, oil outflow and oil film breakage in a high temperature region can be suppressed, and fuel consumption deterioration in a medium temperature region can be suppressed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、本発明の第１実施例に係る軸受構造１００の全体構成を示す模式図である。軸受構造１００は、例えば内燃機関に用いられる軸受構造であり、クランクシャフト、カムシャフト等に用いられる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a bearing structure 100 according to a first embodiment of the present invention. The bearing structure 100 is a bearing structure used for an internal combustion engine, for example, and is used for a crankshaft, a camshaft, and the like.

図１に示すように、軸受構造１００は、軸受部として機能する軸受ハウジング１０に軸２０が回転可能に嵌合した構造を有する。軸受ハウジング１０は、二分割された一対の分割ハウジングであり、ブロックハウジング１１とキャップハウジング１２とからなる。ブロックハウジング１１とキャップハウジング１２とは、ボルト１３によって締結されている。軸受ハウジング１０と軸２０との間には間隙３０が介在する。この間隙３０には潤滑油等の潤滑液体が充填されている。それにより、軸受ハウジング１０と軸２０との間の摩擦が低減される。潤滑液体は、潤滑液体循環手段として機能するオイルポンプ２００によって循環する。 As shown in FIG. 1, the bearing structure 100 has a structure in which a shaft 20 is rotatably fitted to a bearing housing 10 that functions as a bearing portion. The bearing housing 10 is a pair of divided housings divided into two, and includes a block housing 11 and a cap housing 12. The block housing 11 and the cap housing 12 are fastened by bolts 13. A gap 30 is interposed between the bearing housing 10 and the shaft 20. The gap 30 is filled with a lubricating liquid such as lubricating oil. Thereby, the friction between the bearing housing 10 and the shaft 20 is reduced. The lubricating liquid is circulated by an oil pump 200 that functions as a lubricating liquid circulating means.

間隙３０は、低温域（例えば、２０℃以下のいずれかの温度域）および高温域（例えば、１００℃以上のいずれかの温度域）に比較して中温域（例えば、２０℃〜１００℃のいずれかの温度域）において小さくなる。ここでいう低温域とは、内燃機関の低温始動時等で、機関温度が比較的低い温度であることにより、カムシャフトやクランクシャフト近傍の温度が比較的低くなる場合の温度域である。一方、高温域とは、内燃機関が高負荷、高回転で運転するとき等で、機関温度が比較的高い温度であることによりカムシャフトやクランクシャフト近傍の温度が比較的高くなる場合の温度域である。中温域とは、定常運転時等の温度域のことをいう。 The gap 30 has a medium temperature range (for example, 20 ° C. to 100 ° C.) as compared with a low temperature range (for example, any temperature range of 20 ° C. or less) and a high temperature range (for example, any temperature range of 100 ° C. or more). In any temperature range). The low temperature range here is a temperature range when the temperature in the vicinity of the camshaft or the crankshaft becomes relatively low due to the engine temperature being relatively low, such as when the internal combustion engine is started at a low temperature. On the other hand, the high temperature range is a temperature range when the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, etc., and the temperature in the vicinity of the camshaft or crankshaft becomes relatively high due to the engine temperature being relatively high. It is. The middle temperature range refers to a temperature range during steady operation.

本実施例においては、軸受ハウジング１０の熱膨張率が所定の温度範囲において負になることによって、間隙３０の体積が調整されている。具体的には、軸２０は、低温域〜高温域のいずれの温度域においても正の熱膨張率を有する材料からなり、例えば鉄系材料からなる。ブロックハウジング１１およびキャップハウジング１２は、低温域から中温域にかけて負の熱膨張率を有し、中温域から高温域において正の熱膨張率を有する熱膨張材料からなる。ブロックハウジング１１およびキャップハウジング１２を構成する材料は、後述する。 In the present embodiment, the volume of the gap 30 is adjusted by making the coefficient of thermal expansion of the bearing housing 10 negative in a predetermined temperature range. Specifically, the shaft 20 is made of a material having a positive coefficient of thermal expansion in any temperature range from a low temperature range to a high temperature range, for example, an iron-based material. The block housing 11 and the cap housing 12 are made of a thermal expansion material having a negative coefficient of thermal expansion from the low temperature range to the medium temperature range and a positive coefficient of thermal expansion from the medium temperature range to the high temperature range. The material constituting the block housing 11 and the cap housing 12 will be described later.

図２（ａ）は、温度と軸２０の径または軸受ハウジング１０の軸受の径との関係を示す模式図である。図２（ｂ）は、温度と間隙３０の体積との関係を示す模式図である。図２（ａ）において、横軸は温度を示し、縦軸は軸２０の径および軸受ハウジング１０の軸受の径を示す。図２（ｂ）において、横軸は温度を示し、縦軸は間隙３０の体積を示す。なお、間隙３０の体積が小さい場合には軸２０と軸受ハウジング１０の軸受との距離は小さく、間隙３０の体積が大きい場合には軸２０と軸受ハウジング１０の軸受との距離は大きくなる。 FIG. 2A is a schematic diagram showing the relationship between the temperature and the diameter of the shaft 20 or the diameter of the bearing of the bearing housing 10. FIG. 2B is a schematic diagram showing the relationship between the temperature and the volume of the gap 30. In FIG. 2A, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the diameter of the shaft 20 and the diameter of the bearing of the bearing housing 10. In FIG. 2B, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the volume of the gap 30. Note that when the volume of the gap 30 is small, the distance between the shaft 20 and the bearing of the bearing housing 10 is small, and when the volume of the gap 30 is large, the distance between the shaft 20 and the bearing of the bearing housing 10 is large.

図２（ａ）に示すように、軸２０の径は、低温域、中温域および高温域のいずれの温度範囲においても、温度上昇に伴って大きくなる。一方、軸受ハウジング１０の軸受の径は、低温域から中温域にかけて温度上昇に伴って小さくなり、中温域から高温域にかけて温度上昇に伴って大きくなる。 As shown in FIG. 2A, the diameter of the shaft 20 increases as the temperature rises in any of the low temperature range, the intermediate temperature range, and the high temperature range. On the other hand, the bearing diameter of the bearing housing 10 decreases with increasing temperature from the low temperature range to the intermediate temperature range, and increases with increasing temperature from the intermediate temperature range to the high temperature range.

したがって、図２（ｂ）に示すように、低温域においては、間隙３０の体積は比較的大きくなる。この場合、軸２０と軸受ハウジング１０との間の摩擦が低減される。それにより、クランキング回転数が大きくなる。その結果、内燃機関の始動性が向上する。 Therefore, as shown in FIG. 2B, the volume of the gap 30 is relatively large in the low temperature range. In this case, the friction between the shaft 20 and the bearing housing 10 is reduced. Thereby, cranking rotation speed becomes large. As a result, the startability of the internal combustion engine is improved.

中温域においては、軸受ハウジング１０の軸受の径が小さくなることから、間隙３０の体積は小さくなる。この場合、潤滑液体流出量が抑制される。それにより、潤滑液体を循環させるオイルポンプ２００の負担が軽減される。その結果、燃費が向上する。なお、内燃機関の定常運転時における温度域は、中温域である。すなわち、内燃機関が作動中に最も長い時間とりうる温度域は中温域である。したがって、中温域において燃費が向上すると、大幅な燃費向上がもたらされる。 In the middle temperature range, the diameter of the bearing of the bearing housing 10 is reduced, so that the volume of the gap 30 is reduced. In this case, the outflow amount of the lubricating liquid is suppressed. Thereby, the burden on the oil pump 200 for circulating the lubricating liquid is reduced. As a result, fuel consumption is improved. Note that the temperature range during steady operation of the internal combustion engine is an intermediate temperature range. That is, the temperature range in which the internal combustion engine can take the longest time during operation is the intermediate temperature range. Therefore, when the fuel efficiency is improved in the middle temperature range, the fuel efficiency is greatly improved.

高温域においては、軸受ハウジング１０の軸受の径が再度大きくなることから、間隙３０の体積が過小となることが抑制される。それにより、油膜切れが抑制される。また、軸受ハウジング１０の軸受の径は、中温域において一度小さくなっていることから、高温域において過大となることが抑制される。それにより、潤滑液体流出量が抑制される。また、軸２０の回転に伴う振動、騒音の発生が抑制される。 In the high temperature range, the bearing diameter of the bearing housing 10 is increased again, so that the volume of the gap 30 is suppressed from being excessively small. Thereby, oil film breakage is suppressed. Moreover, since the diameter of the bearing of the bearing housing 10 is once reduced in the middle temperature range, it is suppressed from becoming excessive in the high temperature range. Thereby, the outflow amount of the lubricating liquid is suppressed. Further, the generation of vibration and noise associated with the rotation of the shaft 20 is suppressed.

以上のことから、本実施例に係る軸受構造を用いることによって、低温域における摩擦を抑制することができ、高温域におけるオイル流出および油膜切れを抑制することができ、内燃機関の定常運転時における燃費悪化を抑制することができる。 From the above, by using the bearing structure according to the present embodiment, it is possible to suppress the friction in the low temperature range, to suppress the oil outflow and the oil film breakage in the high temperature range, and during the steady operation of the internal combustion engine Deterioration of fuel consumption can be suppressed.

次に、軸受ハウジング１０に用いることができる熱膨張材料について説明する。上述したように、上記熱膨張材料は、所定の温度域において負の熱膨張率を有する。このような性質を有する材料は、例えば、逆ペロブスカイト構造を有するマンガン窒化物Ｍｎ_３ＸＮ（Ｘの少なくとも一部はＧｅで置換）、タングステン酸ジルコニウムＺｒＷ_２Ｏ_８、シリコン酸化物Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ｎＳｉＯ_２等である。これらの熱膨張材料は、軸受および軸に用いられる金属に求められる強度と同程度の強度を備える。 Next, a thermal expansion material that can be used for the bearing housing 10 will be described. As described above, the thermal expansion material has a negative coefficient of thermal expansion in a predetermined temperature range. Materials having such properties include, for example, manganese nitride Mn ₃ XN having an inverted perovskite structure (at least part of X is replaced by Ge), zirconium tungstate ZrW ₂ O ₈ , silicon oxide Li ₂ O—Al ₂ O ₃ —nSiO ₂ or the like. These thermal expansion materials have a strength comparable to that required for metals used in bearings and shafts.

図３（ａ）および図３（ｂ）に、上記マンガン窒化物の線膨張率ΔＬ／Ｌ_０および線膨張係数αを示す。ここで、α（Ｔ）＝（ｄＬ／ｄＴ）／Ｌ_０である。また、Ｔは温度、Ｌは温度Ｔでの長さ、Ｌ_０は基準温度での長さ、ΔＬは（Ｌ−Ｌ_０）を示す。図３（ａ）および図３（ｂ）においては、基準温度は４００Ｋである。図３（ａ）および図３（ｂ）において、横軸は温度Ｔを示し、縦軸はマンガン窒化物の線膨張率ΔＬ／Ｌ_０を示す。 FIG. 3A and FIG. 3B show the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ and the linear expansion coefficient α of the manganese nitride. Here, α (T) = (dL / dT) / L ₀ . Further, T is the temperature, L is the length at the temperature T, L ₀ is the length at the reference temperature, and ΔL is (L−L ₀ ). In FIG. 3A and FIG. 3B, the reference temperature is 400K. 3A and 3B, the horizontal axis indicates the temperature T, and the vertical axis indicates the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ of the manganese nitride.

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、線膨張率ΔＬ／ΔＬ_０は、所定の温度域において負になる。また、上記マンガン窒化物の組成を変更することによって、線膨張係数α、線膨張率ΔＬ／Ｌ_０、および線膨張率ΔＬ／Ｌ_０が負になる温度域が変化する。したがって、軸受構造１００を用いる温度域、間隙３０の望ましい範囲等に応じて上記マンガン窒化物の組成を変更することによって、間隙３０を最適化することができる。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the linear expansion coefficient ΔL / ΔL ₀ becomes negative in a predetermined temperature range. Further, by changing the composition of the manganese nitride, the temperature range in which the linear expansion coefficient α, the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ , and the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ become negative changes. Therefore, the gap 30 can be optimized by changing the composition of the manganese nitride according to the temperature range in which the bearing structure 100 is used, the desired range of the gap 30, and the like.

タングステン酸ジルコニウムおよびシリコン酸化物についても、組成を変更することによって、線膨張係数α、線膨張率ΔＬ／Ｌ_０、および線膨張率ΔＬ／Ｌ_０が負になる温度域を変化させることができる。 For zirconium tungstate and silicon oxide, the temperature range where the linear expansion coefficient α, the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ , and the linear expansion coefficient ΔL / L ₀ are negative can be changed by changing the composition. .

なお、ボルト１３を構成する材料は特に限定されるものではないが、軸受ハウジング１０を構成する材料と同じであることが好ましい。この場合、ボルト１３の熱膨張は、軸受ハウジング１０の熱膨張と略同一となる。それにより、ボルト１３の緩みを抑制することができる。 In addition, although the material which comprises the volt | bolt 13 is not specifically limited, It is preferable that it is the same as the material which comprises the bearing housing 10. FIG. In this case, the thermal expansion of the bolt 13 is substantially the same as the thermal expansion of the bearing housing 10. Thereby, loosening of the bolt 13 can be suppressed.

また、ブロックハウジング１１およびキャップハウジング１２の熱膨張率が正から負に変化する変極点は、−２０℃〜―５０℃程度であることが好ましい。内燃機関が使用される最低温度環境域において間隙３０が大きくなるからである。また、間隙３０が最も小さくなる温度は、内燃機関の定常運転における軸受構造１００の温度（例えば、８０℃〜１２０℃程度）であることが好ましい。この場合、燃費悪化を特に抑制できるからである。 The inflection point at which the coefficient of thermal expansion of the block housing 11 and the cap housing 12 changes from positive to negative is preferably about −20 ° C. to −50 ° C. This is because the gap 30 becomes large in the lowest temperature environment region where the internal combustion engine is used. Further, the temperature at which the gap 30 becomes the smallest is preferably the temperature of the bearing structure 100 in the steady operation of the internal combustion engine (for example, about 80 ° C. to 120 ° C.). In this case, the fuel consumption deterioration can be particularly suppressed.

続いて、本発明の第２実施例に係る軸受構造１００ａについて説明する。本実施例においても、間隙３０は、低温域および高温域に比較して中温域において小さくなる。本実施例においては、軸受ハウジングの一部の部材の熱膨張率が所定の温度範囲において負になることによって、間隙３０の体積が調整されている。以下、詳細を説明する。 Subsequently, a bearing structure 100a according to a second embodiment of the present invention will be described. Also in the present embodiment, the gap 30 is smaller in the intermediate temperature region than in the low temperature region and the high temperature region. In the present embodiment, the volume of the gap 30 is adjusted by making the coefficient of thermal expansion of some members of the bearing housing negative in a predetermined temperature range. Details will be described below.

図４は、軸受構造１００ａの全体構成を示す模式図である。図４に示すように、軸受構造１００ａは、図１の軸受構造１００と異なり軸受ハウジング１０の代わりに軸受ハウジング１０ａを備える。軸受ハウジング１０ａは、ブロックハウジング１１の代わりにブロックハウジング１１ａを備える。ブロックハウジング１１ａは、低温域〜高温域のいずれの温度範囲においても正の熱膨張率を有する。したがって、ブロックハウジング１１ａの軸受の径は、低温域において比較的小さくなる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the overall configuration of the bearing structure 100a. As shown in FIG. 4, the bearing structure 100 a includes a bearing housing 10 a instead of the bearing housing 10, unlike the bearing structure 100 of FIG. 1. The bearing housing 10 a includes a block housing 11 a instead of the block housing 11. The block housing 11a has a positive coefficient of thermal expansion in any temperature range from a low temperature range to a high temperature range. Therefore, the diameter of the bearing of the block housing 11a is relatively small in the low temperature range.

ここで、軸受構造１００ａにおいては、内燃機関の筒内圧、バルブスプリング等に起因して、回転軸が軸受ハウジング１０ａのキャップハウジング１２側に偏っている。また、実施例１で説明したようにキャップハウジング１２の軸受の径は低温域において比較的大きくなっている。したがって、低温域においてブロックハウジング１１ａの軸受の径が小さくても、軸２０と軸受ハウジング１０ａとの間の摩擦を抑制することができる。 Here, in the bearing structure 100a, the rotation shaft is biased toward the cap housing 12 of the bearing housing 10a due to the in-cylinder pressure of the internal combustion engine, the valve spring, and the like. Further, as described in the first embodiment, the diameter of the bearing of the cap housing 12 is relatively large in the low temperature range. Therefore, even if the diameter of the bearing of the block housing 11a is small in the low temperature range, the friction between the shaft 20 and the bearing housing 10a can be suppressed.

続いて、本発明の第３実施例に係る軸受構造１００ｂについて説明する。本実施例においても、間隙３０は、低温域および高温域に比較して中温域において小さくなる。本実施例においては、軸の熱膨張率が所定の温度範囲において負になることによって、間隙３０の体積が調整されている。以下、詳細を説明する。 Then, the bearing structure 100b which concerns on 3rd Example of this invention is demonstrated. Also in the present embodiment, the gap 30 is smaller in the intermediate temperature region than in the low temperature region and the high temperature region. In this embodiment, the volume of the gap 30 is adjusted by making the thermal expansion coefficient of the shaft negative in a predetermined temperature range. Details will be described below.

図５は、軸受構造１００ｂの全体構成を示す模式図である。図５に示すように、軸受構造１００ｂは、図１の軸受構造１００と異なり、軸受ハウジング１０ｂに軸２０ｂが回転可能に嵌合した構造を有する。軸受ハウジング１０ｂは、ブロックハウジング１１ｂとキャップハウジング１２ｂとからなる。ブロックハウジング１１ｂおよびキャップハウジング１２ｂは、低温域〜高温域において正の熱膨張率を有する材料からなり、例えばアルミ合金からなる。また、軸２０ｂは、低温域から中温域にかけて軸受ハウジング１０ｂの熱膨張率よりも大きい正の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて負の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of the bearing structure 100b. As shown in FIG. 5, the bearing structure 100b has a structure in which a shaft 20b is rotatably fitted to the bearing housing 10b, unlike the bearing structure 100 of FIG. The bearing housing 10b includes a block housing 11b and a cap housing 12b. The block housing 11b and the cap housing 12b are made of a material having a positive coefficient of thermal expansion in a low temperature range to a high temperature range, for example, an aluminum alloy. Further, the shaft 20b is made of a thermal expansion material having a positive thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the bearing housing 10b from the low temperature range to the intermediate temperature range and having a negative thermal expansion coefficient from the intermediate temperature range to the high temperature range. The

図６（ａ）は、温度と軸２０ｂの径または軸受ハウジング１０ｂの軸受の径との関係を示す模式図である。図６（ｂ）は、温度と間隙３０の体積との関係を示す模式図である。図６（ａ）において、横軸は温度を示し、縦軸は軸２０ｂの径および軸受ハウジング１０ｂの軸受の径を示す。図６（ｂ）において、横軸は温度を示し、縦軸は間隙３０の体積を示す。 FIG. 6A is a schematic diagram showing the relationship between the temperature and the diameter of the shaft 20b or the diameter of the bearing of the bearing housing 10b. FIG. 6B is a schematic diagram showing the relationship between the temperature and the volume of the gap 30. 6A, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the diameter of the shaft 20b and the diameter of the bearing of the bearing housing 10b. In FIG. 6B, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the volume of the gap 30.

図６（ａ）に示すように、軸受ハウジング１０ｂの軸受の径は、低温域、中温域および高温域のいずれの温度範囲においても、温度上昇に伴って大きくなる。一方、軸２０ｂの径は、低温域から中温域にかけて温度上昇に伴って大きくなり、中温域から高温域にかけて温度上昇に伴って小さくなる。また、低温域から中温域においては軸２０ｂの熱膨張率は軸受ハウジング１０ｂの熱膨張率に比較して大きいことから、図６（ｂ）に示すように、低温域から中温域にかけて体積３０は小さくなり、中温域から高温域にかけて体積３０は大きくなる。したがって、本実施例に係る軸受構造を用いることによって、低温域における摩擦を抑制することができ、高温域におけるオイル流出および油膜切れを抑制することができ、内燃機関の定常運転時における燃費悪化を抑制することができる。 As shown in FIG. 6 (a), the diameter of the bearing of the bearing housing 10b increases as the temperature rises in any of the low temperature range, the intermediate temperature range, and the high temperature range. On the other hand, the diameter of the shaft 20b increases with increasing temperature from the low temperature range to the intermediate temperature range, and decreases with increasing temperature from the intermediate temperature range to the high temperature range. Further, since the coefficient of thermal expansion of the shaft 20b is larger than the coefficient of thermal expansion of the bearing housing 10b in the low temperature range to the medium temperature range, the volume 30 is from the low temperature range to the medium temperature range as shown in FIG. It becomes smaller and the volume 30 becomes larger from the middle temperature range to the high temperature range. Therefore, by using the bearing structure according to this embodiment, it is possible to suppress friction in the low temperature range, to suppress oil outflow and oil film breakage in the high temperature range, and to reduce fuel consumption during steady operation of the internal combustion engine. Can be suppressed.

なお、軸２０ｂを構成する材料は、実施例１で挙げたマンガン窒化物Ｍｎ_３ＸＮ（Ｘの少なくとも一部はＧｅで置換）、タングステン酸ジルコニウムＺｒＷ_２Ｏ_８、シリコン酸化物Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ｎＳｉＯ_２等の組成を変更することによって、組成される。 Incidentally, the material constituting the shaft 20b is (substituted with at least part of Ge X) manganese nitride _Mn 3 XN mentioned in Example 1, zirconium tungstate _ZrW 2 _{O 8,} a silicon oxide _Li 2 O-Al The composition is made by changing the composition of ₂ O ₃ —nSiO ₂ or the like.

続いて、本発明の第４実施例に係る軸受構造１００ｃについて説明する。本実施例においても、間隙３０は、低温域および高温域に比較して中温域において小さくなる。本実施例においては、軸受ハウジングの熱膨張率が所定の温度範囲において負になり、軸の熱膨張率が所定の温度範囲において負になることによって、間隙３０の体積が調整されている。以下、詳細を説明する。 Then, the bearing structure 100c which concerns on 4th Example of this invention is demonstrated. Also in the present embodiment, the gap 30 is smaller in the intermediate temperature region than in the low temperature region and the high temperature region. In this embodiment, the volume of the gap 30 is adjusted by making the coefficient of thermal expansion of the bearing housing negative in a predetermined temperature range and making the coefficient of thermal expansion of the shaft negative in a predetermined temperature range. Details will be described below.

図７は、軸受構造１００ｃの全体構成を示す模式図である。図７に示すように、軸受構造１００ｃは、図１の軸受構造１００と異なり、軸受ハウジング１０ｃに軸２０ｃが回転可能に嵌合した構造を有する。軸受ハウジング１０ｃは、低温域から中温域にかけて負の熱膨張率を有し、中温域から高温域において正の熱膨張率を有する熱膨張材料からなる。軸２０ｃは、低温域から中温域にかけて正の熱膨張率を有し、中温域から高温域にかけて負の熱膨張率を有する熱膨張材料から構成される。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the overall configuration of the bearing structure 100c. As shown in FIG. 7, unlike the bearing structure 100 of FIG. 1, the bearing structure 100c has a structure in which a shaft 20c is rotatably fitted to the bearing housing 10c. The bearing housing 10c is made of a thermal expansion material having a negative coefficient of thermal expansion from the low temperature range to the medium temperature range and a positive coefficient of thermal expansion from the medium temperature range to the high temperature range. The axis | shaft 20c is comprised from the thermal expansion material which has a positive thermal expansion coefficient from a low temperature range to a middle temperature range, and has a negative thermal expansion coefficient from a middle temperature range to a high temperature range.

本実施例においては、低温域から中温域にかけて、軸２０ｃの径が大きくなるとともに軸受ハウジング１０ｃの軸受の径が小さくなることから、中温域において間隙３０の体積は小さくなる。この場合、軸２０ｃの径が大きくなるか軸受ハウジング１０ｃの軸受の径が小さくなるかいずれかである場合に比較して、間隙３０の体積をより小さくすることができる。それにより、中温域における潤滑液体流出量がより抑制される。その結果、燃費がより向上する。 In the present embodiment, since the diameter of the shaft 20c increases and the bearing diameter of the bearing housing 10c decreases from the low temperature region to the intermediate temperature region, the volume of the gap 30 decreases in the intermediate temperature region. In this case, the volume of the gap 30 can be made smaller than when either the diameter of the shaft 20c is increased or the bearing diameter of the bearing housing 10c is decreased. Thereby, the amount of outflow of the lubricating liquid in the middle temperature range is further suppressed. As a result, fuel efficiency is further improved.

なお、上記各実施例においては内燃機関の軸受構造について説明したが、本発明はそれに限定されない。本発明は、低温域、中温域および高温域の３つの温度範囲で使用される軸受構造であれば適用することができる。 In the above embodiments, the bearing structure of the internal combustion engine has been described, but the present invention is not limited thereto. The present invention can be applied to any bearing structure that is used in three temperature ranges, a low temperature region, a medium temperature region, and a high temperature region.

本発明の第１実施例に係る軸受構造の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the bearing structure which concerns on 1st Example of this invention. （ａ）は温度と軸の径または軸受ハウジングの軸受の径との関係を示す模式図であり、（ｂ）は温度と間隙の体積との関係を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the relationship between temperature and the diameter of a shaft, or the diameter of the bearing of a bearing housing, (b) is a schematic diagram which shows the relationship between temperature and the volume of a gap | interval. マンガン窒化物の線膨張率ΔＬ／Ｌ_０および線膨張係数αを示す図である。It is a diagram showing a linear expansion coefficient [Delta] L / L ₀ and the linear expansion coefficient of the manganese nitride alpha. 本発明の第２実施例に係る軸受構造の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the bearing structure which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第３実施例に係る軸受構造の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the bearing structure which concerns on 3rd Example of this invention. （ａ）は温度と軸の径または軸受ハウジングの軸受の径との関係を示す模式図であり、（ｂ）は温度と間隙の体積との関係を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the relationship between temperature and the diameter of a shaft, or the diameter of the bearing of a bearing housing, (b) is a schematic diagram which shows the relationship between temperature and the volume of a gap | interval. 本発明の第４実施例に係る軸受構造の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the bearing structure which concerns on 4th Example of this invention.

Explanation of symbols

１０軸受ハウジング
１１ブロックハウジング
１２キャップハウジング
１３ボルト
２０軸
１００軸受構造 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bearing housing 11 Block housing 12 Cap housing 13 Bolt 20 Shaft 100 Bearing structure

Claims

A bearing portion;
A shaft fitted to the bearing portion,
A bearing structure characterized in that a gap between the bearing portion filled with a lubricating liquid and the shaft is smaller in a middle temperature region than in a low temperature region and a high temperature region.

A part or all of the bearing part has a negative coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a medium temperature range and is composed of a thermal expansion material having a positive coefficient of thermal expansion from a medium temperature range to a high temperature range. The bearing structure according to claim 1.

A part or all of the shaft is made of a thermal expansion material having a positive coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a medium temperature range and a negative coefficient of thermal expansion from a medium temperature range to a high temperature range. Item 3. The bearing structure according to Item 1 or 2.

A bearing portion;
A shaft fitted to the bearing portion,
A part or all of the bearing part has a negative coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a medium temperature range and is composed of a thermal expansion material having a positive coefficient of thermal expansion from a medium temperature range to a high temperature range. Bearing structure.

A bearing portion;
A shaft fitted to the bearing portion,
Part or all of the shaft is composed of a thermal expansion material having a positive coefficient of thermal expansion from a low temperature range to a medium temperature range and a negative coefficient of thermal expansion from a medium temperature range to a high temperature range. Construction.

The bearing structure according to claim 1, wherein the thermal expansion member is made of manganese nitride represented by Mn ₃ XN, and at least a part of the X is replaced with germanium. .