JP2011058568A - 内燃機関のすべり軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の半円筒形状軸受10、30を円筒形に組み合わせて成るクランク軸用すべり軸受である。一方の半円筒形状軸受10の内周面に円周方向全体に亘って延在する円周方向油溝20が形成されている。各半円筒形状軸受の内周面が、曲率の異なる2種類の円弧に沿って形成された第一および第二彎曲面から成り、第一彎曲面16は、内周面の円周方向中央部を含む領域であり、第二彎曲面18は、第一彎曲面領域に連なって半円筒形状軸受の円周方向両端に向かって延在する、内周面の残部二領域である。一対の半円筒形状軸受の両突き合せ端面に沿って、軸受幅全体に亘る潤滑油用軸線方向溝Gが存在する。第二彎曲面の円周方向溝22と軸線方向溝とが互いに連通し、連通部において後者の深さが前者の深さよりも大きい。
【選択図】図5
Description
また、潤滑油に付随し軸受の摺動面に混入する異物を排出するために、半円筒形状軸受の周方向両端部の内周面に異物排出のための隙間を形成した軸受が提案されている(特許文献2、4参照)。
内燃機関の最初の運転時には、クランク軸用すべり軸受の円周方向油溝に供給される潤滑油中に、潤滑油路内に残留した異物が混在しがちである。異物とは、油路を切削加工した時の金属加工屑や鋳造時の鋳砂等を意味する。この異物は、クランク軸の回転によって潤滑油の流れに付随し、従来の内燃機関用すべり軸受では、軸受円周方向端部に形成されるクラッシュリリーフや面取等の隙間部を通じて潤滑油と共に軸受外部に排出される。しかしながら、近年の内燃機関は、クランク軸の高回転化により、潤滑油よりも比重の大きな異物に作用する慣性力(異物が円周方向に沿って前進しようとする慣性力)が大きくなって、すべり軸受の組み合わせ端面(一対の半円筒形状軸受の各組み合わせ端面)における隙間部分から異物が排出されずに、油溝を有しない側のすべり軸受(他方の半円筒形状軸受)の摺動面部分に進入し、異物による軸受摺動面の損傷が発生しやすくなっている。
一対の半円筒形状軸受のうち、一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向全体に亘って延在する円周方向油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
前記各半円筒形状軸受の内周面が、曲率の異なる2種類の円弧に沿って形成された第一および第二彎曲面から成り、前記第一彎曲面は、前記内周面の円周方向中央部を含む領域であり、前記第二彎曲面は、前記第一彎曲面領域に連なって前記半円筒形状軸受の円周方向両端に向かって延在する、前記内周面の残部二領域であり、前記第一彎曲面を形成する第一円弧の中心(C1)と、前記第二彎曲面を形成する第二円弧の中心(C2)との関係は、前記第一円弧の中心(C1)を通る軸受内径中心線に対する垂直線上で、該中心(C1)よりも外側、すなわち組み合う相手である半円筒形状軸受側に偏位した位置にあり、
前記第二彎曲面の形成範囲は、前記第一円弧の中心(C1)を中心として、前記各半円筒形状軸受の円周方向端面から測定した円周角(θ)が最小値20°、最大値50°であり、
前記第一および第二彎曲面から成る前記内周面は、多数の微細な円周方向溝が形成された摺動面であって、前記第二彎曲面の円周方向溝の溝深さが、前記第一彎曲面の円周方向溝の溝深さよりも大きく、
前記半円筒形状軸受の円周方向中央部における軸受壁厚(W1)が、円周方向端部における軸受壁厚(W2)よりも大きくなされ、
円筒形に組み合わされた前記一対の半円筒形状軸受の両突き合せ端面に沿って、すべり軸受の幅全体に亘る潤滑油用軸線方向溝が存在し、
前記円周方向油溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前記円周方向油溝の横断面積が前記軸線方向溝の横断面積よりも大きくなされており、
前記第二彎曲面の円周方向溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前者と後者の溝深さが異なり、前者の溝底が後者の溝底よりも軸受内周面側に偏位しており、
前記軸線方向溝は、一対の前記半円筒形状軸受の少なくとも一方の前記半円筒形状軸受の内周面から円周方向端面に至る傾斜面によって規定されることを特徴とするクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。
すなわち、一対の半円筒形状軸受の内周面が、曲率の異なる2種類の円弧に沿って形成された第一および第二彎曲面から成り、第一彎曲面は、前記内周面の円周方向中央部を含む領域であり、第二彎曲面は、第一彎曲面領域に連なって半円筒形状軸受の円周方向両端に向かって延在する構成の半円筒形状軸受では、円周方向油溝内の潤滑油、異物の一部が第二彎曲面とクランク軸表面とが作る隙間にも分散して流れる傾向がある。そのため、円周方向油溝端部の更に先にある組合せ相手半円筒形状軸受の内周面位置に達して同内周面に局部的に埋収、堆積するという従来技術で生じがちな現象を抑制することができる。
内燃機関の運転による大きな負荷をうける第一彎曲面は、油膜形成を容易にして負荷能力を高めるために、第二彎曲面の円周方向溝深さよりも第一彎曲面の円周方向溝深さを小さくすることが好ましい。
円周方向油溝と軸線方向溝の連通部では、円周方向油溝の横断面積が前記軸線方向溝の横断面積よりも大きくなされており、円周方向油溝内の潤滑油の流速に比して、潤滑油用軸線方向溝内の潤滑油の流速が大きく、クランク軸の回転に従って軸受内周面に沿って円周方向に流れる潤滑油の流れの影響を異物が受け難く、潤滑油用軸線方向溝内から異物が押出されて軸受内周面に移動することによりすべり軸受とクランク軸の摺動面間に進入する可能性が低減化される。
第二彎曲面とクランク軸とが作る隙間部分に分散した潤滑油および異物を潤滑油用軸線方向溝に導くためには、円周方向溝を、溝深さ=4μm〜15μm、ピッチ=0.1mm〜0.8mmに形成するとよい。円周方向溝深さ=4μm未満、円周方向溝のピッチ(周方向溝幅)=0.1mm未満であると、潤滑油および異物が円周方向溝内から逸脱しやすくなる。円周方向溝深さが15μmを超え、円周方向溝のピッチ(周方向溝幅)が0.8mmを超えると、円周方向溝の山部頂点付近の一条あたりの横断面積が大きくなり過ぎて、クランク軸との接触が生じた場合に、山部頂点が摩耗し難く、軸受のなじみ性が低下する。
第一彎曲面の円周方向溝は、溝深さ=3μm以下、ピッチ=0.1mm〜0.8mmになされる。この構成によって、第一彎曲面上に油膜が形成され易く、負荷能力を高めることができる。
図1は、本発明の一実施例に係る内燃機関のクランク軸支承用半円筒形状軸受10を、その軸線方向から見た図である。図2は、半円筒形状軸受10の軸受内周面を見た図である。半円筒形状軸受10は、ほぼ同一形状の別体半円筒形状軸受30(図3)と円筒状に組み合わされてクランク軸用のすべり軸受になされる。両半円筒形状軸受10,30の違いは、半円筒形状軸受10の内周面の軸受幅中央部に、全円周方向に亘って、円周方向油溝20が形成されている点である。両半円筒形状軸受10,30のその他の構造に差異はない。
図1において、第一彎曲面16の円弧面中心はC1で示され、第二彎曲面18の円弧面中心はC2で示されている。今、図1において、半円筒形状軸受10の円周方向両端面12,14を通る仮想直線(X)を引き、該仮想直線Xと直角で、半円筒形状軸受10の円周方向長さを2等分するような仮想直線Yを引く。仮想直線X,Yの交点が、半円筒形状軸受10(すべり軸受)の軸線位置であり、第一彎曲面16の円弧面中心C1でもある。第一彎曲面16は、C1を中心とする半径RIの円弧面である。第二彎曲面18の円弧面中心C2は、仮想直線Y上にあり、第一彎曲面16の円弧面中心C1に対して、半円筒形状軸受10の外側に偏位した位置にある。第二彎曲面18は、C2を中心とする半径RIIの円弧面である。半径RIIは、半径RIよりも大きい。
また、第二彎曲面18の形成範囲は、半円筒形状軸受10の軸線位置であり第一彎曲面16の円弧面中心でもあるC1を中心として、半円筒形状軸受10の円周方向両端面12,14の各々を測定開始点とする円周角(θ)が最小値20°、最大値50°になる範囲である。
以上の形状特性を有するように形成された半円筒形状軸受10は、第一彎曲面16に対応する領域の壁厚さ(W1)に対して、第二彎曲面18に対応する領域の壁厚さが円周方向両端面12,14に向かって漸減し、端面12,14位置で最小壁厚さ(W2)になるような形状を有する。ただし、壁厚さ(W2)については、以下で説明される留意点がある。
この結果、半円筒形状軸受10,30を円筒形状になるように組み合わせた時、両者の突き合わせ部分に、軸受幅全長に亘る断面V字形の軸線方向溝Gが画成される(図4、図5)。
図4、図5において、円周方向油溝20内の潤滑油および付随する異物FMは、クランク軸CRの回転(回転方向Z)に伴なって円周方向端面14に向かって移動する。円周方向端面14には、傾斜面14a,34aによって画成される軸線方向溝Gが存在し、潤滑油および異物FMが軸線方向溝G内に流入する。円周方向油溝20が軸線方向溝Gに連通する箇所では、軸線方向溝Gの横断面積が、円周方向油溝20の横断面積よりも小さくなされており、軸線方向溝Gに流入した潤滑油および異物FMの移動速度が円周方向油溝20内での移動速度よりも大きくなるので、潤滑油および異物FMは、主として軸線方向溝G内の流れに従って軸受幅方向端面部分から軸受外部に排出される。
なお、円周方向溝22は、軸線方向溝Gを画成する一方の傾斜面14aで軸線方向溝Gと連通するが、連通部における円周方向溝22および軸線方向溝Gの溝深さは、両溝が交差する直前における、円周方向溝22の深さと、交差部分において、半円筒形状軸受10,30の第二彎曲面18,38を互いに延長した仮想面を基準として定める軸線方向溝Gの深さとを対比することとする。
また、図5では、第二彎曲面18のみに、多数の円周方向溝22を記載したが、実際には、第一彎曲面16にも同様な円周方向に指向する図示されない多数の円周方向溝が存在する。
12 円周方向端面
12a 傾斜面
14 円周方向端面
14a 傾斜面
16 第一彎曲面
18 第二彎曲面
20 円周方向油溝
22 円周方向溝
30 半円筒形状軸受
32 円周方向端面
32a 傾斜面
34 円周方向端面
34a 傾斜面
36 第一彎曲面
38 第二彎曲面
C1 第一彎曲面の円弧面中心
C2 第二彎曲面の円弧面中心
CR クランク軸
G 軸線方向溝
W1,W2 軸受壁厚さ
θ 円周角
Claims (6)
- 一対の半円筒形状軸受のうち、一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向全体に亘って延在する円周方向油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
前記各半円筒形状軸受の内周面が、曲率の異なる2種類の円弧に沿って形成された第一および第二彎曲面から成り、前記第一彎曲面は、前記内周面の円周方向中央部を含む領域であり、前記第二彎曲面は、前記第一彎曲面領域に連なって前記半円筒形状軸受の円周方向両端に向かって延在する、前記内周面の残部二領域であり、前記第一彎曲面を形成する第一円弧の中心(C1)と、前記第二彎曲面を形成する第二円弧の中心(C2)との関係は、前記第一円弧の中心(C1)を通る軸受内径中心線に対する垂直線上で、該中心(C1)よりも外側、すなわち組み合う相手である半円筒形状軸受側に偏位した位置にあり、
前記第二彎曲面の形成範囲は、前記第一円弧の中心(C1)を中心として、前記各半円筒形状軸受の円周方向端面から測定した円周角(θ)が最小値20°、最大値50°であり、
前記第一および第二彎曲面から成る前記内周面は、多数の微細な円周方向溝が形成された摺動面であって、前記第二彎曲面の円周方向溝の溝深さが、前記第一彎曲面の円周方向溝の溝深さよりも大きく、
前記半円筒形状軸受の円周方向中央部における軸受壁厚(W1)が、円周方向端部における軸受壁厚(W2)よりも大きくなされ、
円筒形に組み合わされた前記一対の半円筒形状軸受の両突き合せ端面に沿って、すべり軸受の幅全体に亘る潤滑油用軸線方向溝が存在し、
前記円周方向油溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前記円周方向油溝の横断面積が前記軸線方向溝の横断面積よりも大きくなされており、
前記第二彎曲面の円周方向溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前者と後者の溝深さが異なり、前者の溝底が後者の溝底よりも軸受内周面側に偏位しており、
前記軸線方向溝は、一対の前記半円筒形状軸受の少なくとも一方の前記半円筒形状軸受の内周面から円周方向端面に至る傾斜面によって規定されることを特徴とするクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。 - 前記円周方向油溝は、前記半円筒形状軸受の幅中央に位置することを特徴とする請求項1に記載されたクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。
- 前記第二彎曲面の円周方向溝は、溝深さ=4μm〜15μm、ピッチ=0.1mm〜0.8mmであり、前記第一彎曲面の円周方向溝は、溝深さ=3μm以下、ピッチ=0.1mm〜0.8mmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。
- 前記半円筒形状軸受の円周方向中央部における軸受壁厚(W1)と、円周方向端部における軸受壁厚(W2)との差「W1−W2」が、5μm〜30μmであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載されたクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。
- 前記半円筒形状軸受の円周方向中央部における軸受壁厚(W1)と、円周方向端部における軸受壁厚(W2)との差「W1−W2」が、5μm〜15μmであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載されたクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受。
- 一対の半円筒形状軸受のうち、一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向全体に亘って延在する円周方向油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受を含む軸受装置において、
前記各半円筒形状軸受の内周面が、曲率の異なる2種類の円弧に沿って形成された第一および第二彎曲面から成り、前記第一彎曲面は、前記内周面の円周方向中央部を含む領域であり、前記第二彎曲面は、前記第一彎曲面領域に連なって前記半円筒形状軸受の円周方向両端に向かって延在する、前記内周面の残部二領域であり、前記第一彎曲面を形成する第一円弧の中心(C1)と、前記第二彎曲面を形成する第二円弧の中心(C2)との関係は、前記第一円弧の中心(C1)を通る軸受内径中心線に対する垂直線上で、該中心(C1)よりも外側、すなわち組み合う相手である半円筒形状軸受側に偏位した位置にあり、
前記第二彎曲面の形成範囲は、前記第一円弧の中心(C1)を中心として、前記各半円筒形状軸受の円周方向端面から測定した円周角(θ)が最小値20°、最大値50°であり、
前記第一および第二彎曲面から成る前記内周面は、多数の微細な円周方向溝が形成された摺動面であって、前記第二彎曲面の円周方向溝の溝深さが、前記第一彎曲面の円周方向溝の溝深さよりも大きく、
前記半円筒形状軸受の円周方向中央部における軸受壁厚(W1)が、円周方向端部における軸受壁厚(W2)よりも大きくなされ、
円筒形に組み合わされた前記一対の半円筒形状軸受の両突き合せ端面に沿って、すべり軸受の幅全体に亘る潤滑油用軸線方向溝が存在し、
前記円周方向油溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前記円周方向油溝の横断面積が前記軸線方向溝の横断面積よりも大きくなされており、
前記第二彎曲面の円周方向溝と前記軸線方向溝とが互いに連通し、該連通部における前者と後者の溝深さが異なり、前者の溝底が後者の溝底よりも軸受内周面側に偏位しており、
前記軸線方向溝は、一対の前記半円筒形状軸受の少なくとも一方の前記半円筒形状軸受の内周面から円周方向端面に至る傾斜面によって規定されることを特徴とする内燃機関のすべり軸受装置。
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