JP2012197921A - 内燃機関の軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時に潤滑油の昇温を効率よく行う。
【解決手段】ラジアルすべり軸受３０には、潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から流出させる潤滑油流出口４３が形成され、軸受保持部１３とラジアルすべり軸受３０間には、潤滑油流出口４３と連通する軸受背面油路４２が形成されている。軸受保持部１３には、軸受背面油路４２と連通する潤滑油貯留部４５が形成され、ラジアルすべり軸受３０には、潤滑油貯留部４５内の潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に流入させる潤滑油流入口４６が形成されている。潤滑油貯留部４５内の潤滑油は、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間、潤滑油流出口４３、及び軸受背面油路４２を介して循環する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の軸受構造に関し、特に、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造に関する。

内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する軸受構造の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１では、オイルパン内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給する第１オイル通路と、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給する第２オイル通路とが設けられている。エンジンの冷間始動時には、蓄熱タンク内の高温のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺（主としてジャーナル）へ向けて吐出することで、クランクシャフト周辺の暖機を促進してフリクションの低減を図る。エンジンの暖機完了後は、サブポンプによって蓄熱タンク内に高温のオイルを貯留する。

特開２００９−１４４６２３号公報 特開平６−７４２３７号公報 特開平６−７４２３０号公報 特開２０１０−１２７３７５号公報

内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時には、潤滑油の粘度が高いため、回転軸が回転するときの粘性摩擦損失が大きくなる。粘性摩擦損失を小さくするためには、潤滑油の温度を速やかに上昇させて潤滑油の粘度を速やかに低くすることが望ましい。

特許文献１では、エンジンの冷間始動時に、蓄熱タンク内の高温の潤滑油をクランクシャフト周辺へ向けて吐出することで、粘性摩擦損失の低減を図っている。しかし、クランクシャフト部では熱容量が非常に大きく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するためには大きな熱量が必要となる。そのため、クランクシャフト周辺への潤滑油の吐出では、熱効率が低く、クランクシャフト周辺の暖機が不十分となる。また、潤滑油の顕熱容量は小さく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するのに十分な熱量を蓄熱するためには、膨大な潤滑油を蓄熱タンク内に貯留する必要がある。

本発明は、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時に潤滑油の昇温を効率よく行うことを目的とする。

本発明に係る内燃機関の軸受構造は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関の軸受構造は、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、軸受保持部または回転軸に形成され、潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、軸受保持部とラジアルすべり軸受間に形成され、潤滑油流出口と連通する軸受背面油路と、軸受保持部に形成され、軸受背面油路と連通する潤滑油貯留部と、ラジアルすべり軸受に形成され、潤滑油貯留部内の潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に流入させるための潤滑油流入口と、を有し、潤滑油供給路への潤滑油の供給状態を潤滑油供給制御手段により制御することが可能であり、潤滑油供給路への潤滑油の供給を潤滑油供給制御手段により遮断または制限した状態で、潤滑油貯留部内の潤滑油が、潤滑油流入口、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間、潤滑油流出口、及び軸受背面油路を介して循環することを要旨とする。

上記構成によれば、潤滑油の粘度が高い低温時に、潤滑油貯留部内の潤滑油を、潤滑油流入口、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間、潤滑油流出口、及び軸受背面油路を介して循環させることで、回転軸とラジアルすべり軸受の摺動摩擦により発生した潤滑油の熱を保持して、潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。

本発明の一態様では、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分よりも狭いことが好適である。

本発明の一態様では、軸受保持部に形成され、軸受背面油路と連通する潤滑油排出路をさらに有し、潤滑油排出路からの潤滑油の排出状態を潤滑油排出制御手段により制御することが可能であり、潤滑油供給路への潤滑油の供給を潤滑油供給制御手段により遮断または制限し、且つ潤滑油排出路からの潤滑油の排出を潤滑油排出制御手段により遮断した状態で、潤滑油貯留部内の潤滑油が、潤滑油流入口、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間、潤滑油流出口、及び軸受背面油路を介して循環することが好適である。

本発明の一態様では、軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップをボルトにより締結して構成され、ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に装着された第１の半割り軸受と、キャップに装着された第２の半割り軸受とを含み、軸受背面油路がキャップと第２の半割り軸受間に形成され、潤滑油貯留部がキャップに形成され、潤滑油流入口が第２の半割り軸受に形成されていることが好適である。

本発明の一態様では、軸受保持部本体とラジアルすべり軸受との間に断熱層が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、キャップが断熱層を介して軸受保持部本体に締結されていることが好適である。

本発明の一態様では、ボルトの頭部とキャップとの間に断熱材リングが設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、回転軸の外周面に断熱層が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能であることが好適である。

以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時に潤滑油の昇温を効率よく行うことができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜４は、本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。図１は軸受構造の回転軸方向から見た断面図を示し、図２，４は軸受構造の回転軸方向に垂直な方向から見た内部構成図を示し、図３は図２のＡ部の拡大図を示す。本実施形態に係る内燃機関の軸受構造では、内燃機関の回転軸であるクランクシャフトのクランクジャーナル１８が潤滑油を介してラジアルすべり軸受（ジャーナルすべり軸受とも称される）３０で支持され、ラジアルすべり軸受３０が軸受保持部１３で保持される。

軸受保持部１３は、内燃機関のシリンダブロックの一部分により構成される軸受保持部本体２０と、軸受保持部本体２０に締結されるキャップ２１とを含んで構成される。軸受保持部１３（軸受保持部本体２０及びキャップ２１）には、鉄やアルミニウム等の金属材料が用いられる。軸受保持部本体２０の体積はキャップ２１の体積よりも大きく、軸受保持部本体２０の熱容量はキャップ２１の熱容量よりも大きい。軸受保持部本体２０には、略半円筒形状の凹曲面である軸受装着面１３Ａが形成されており、キャップ２１には、略半円筒形状の凹曲面である軸受装着面１３Ｂが形成されている。締結部材であるボルト１５により軸受保持部本体２０にキャップ２１を締結することで、クランクジャーナル１８が挿通される貫通孔が軸受装着面１３Ａ，１３Ｂ間に形成される。より具体的には、ボルト１５の軸部１５Ｂの直径より僅かに大きい直径のボルト貫通穴１６がキャップ２１に形成され、ボルト貫通穴１６を貫通したボルト１５のおねじ１５Ａを軸受保持部本体２０に形成されためねじ２０Ａとねじ係合させてボルト１５の頭部１５Ｃをキャップ２１に当接させることで、キャップ２１が軸受保持部本体２０に締結される。そして、半割り構造のラジアルすべり軸受３０が軸受装着面１３Ａ，１３Ｂに装着されることで軸受保持部１３に保持される。

ラジアルすべり軸受３０は、回転軸の周方向に関して２分割された略半円筒形状の半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂを含んで構成される。一方の半割り軸受メタル３１Ａは軸受保持部本体２０の軸受装着面１３Ａに装着されることで軸受装着面１３Ａと対向し、他方の半割り軸受メタル３１Ｂはキャップ２１の軸受装着面１３Ｂに装着されることで軸受装着面１３Ｂと対向し、２つの半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂの周方向に関する両端部同士を合わせることで、ラジアルすべり軸受３０が構成される。各半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂは、裏金と、裏金の内周側に形成されたライニング層としての軸受合金層とを含んで構成される。裏金の種類としては、例えば鋼等が挙げられ、軸受合金層の種類としては、例えば銅−鉛合金やアルミニウム合金等が挙げられる。

軸受保持部１３には、潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給するための潤滑油供給路４１が形成されている。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０及びキャップ２１に潤滑油供給路４１がそれぞれ形成され、これら２つの潤滑油供給路４１が軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では１８０°）配置されている。潤滑油供給路４１には、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油が供給される。オイルポンプ４０の出口４０ｂ側（オイルポンプ４０の出口４０ｂと潤滑油供給路４１との間）には潤滑油供給制御弁８１が設けられており、オイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１への潤滑油の供給状態を潤滑油供給制御弁８１により制御することが可能である。潤滑油供給制御弁８１を開けることでオイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１への潤滑油の供給が許容され、潤滑油供給制御弁８１を閉じることでオイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１への潤滑油の供給が遮断される。さらに、潤滑油供給制御弁８１の開度を制御することで、オイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１への潤滑油の供給流量を制御することも可能である。

本実施形態では、図２，３に示すように、ラジアルすべり軸受３０（半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂ）の内周面は、回転軸方向（クランクシャフト軸線方向）に関して、両端部が他の部分より径方向内側（クランクジャーナル１８側）へ張り出している。これによって、ラジアルすべり軸受３０の内周面とクランクジャーナル１８の外周面間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分より狭くなる。さらに、クランクシャフト（クランクジャーナル１８）においては、ラジアルすべり軸受３０の内周側に位置する部分の直径が、この部分より回転軸方向両側に位置する部分の直径よりも小さく、段付き形状となっている。さらに、ラジアルすべり軸受３０には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間と連通し、潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から流出させるための潤滑油流出口４３が形成されている。図１〜４に示す例では、半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂ同士の合わせ面（軸受周方向両端面）間に例えば切り欠きや窪み等によりクリアランスを形成することで潤滑油流出口４３が形成されており（ただし回転軸方向両端部については潤滑油が外部へ漏れ出ないようにクリアランスを形成しないか狭くする）、潤滑油供給路４１に対して軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では９０°）潤滑油流出口４３が配置されている。ただし、潤滑油流出口４３を半割り軸受メタル３１Ａや半割り軸受メタル３１Ｂに形成することも可能である。

さらに、本実施形態では、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０との対向面に複数の溝が形成されていることで、複数の軸受背面油路４２が軸受保持部１３とラジアルすべり軸受３０間に形成されている。各軸受背面油路４２は潤滑油流出口４３と連通しており、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から潤滑油流出口４３を通って各軸受背面油路４２に潤滑油が供給される。さらに、軸受保持部１３には、潤滑油を貯留するための潤滑油貯留部４５が形成されている。潤滑油貯留部４５は、軸受保持部１３に形成された複数の潤滑油戻り路４４を介して複数の軸受背面油路４２と連通しており、各軸受背面油路４２から各潤滑油戻り路４４を通って潤滑油貯留部４５に潤滑油が供給されて貯留される。複数の軸受背面油路４２の一端部が回転軸方向に互いに間隔をおいた状態で潤滑油流出口４３と連通し、各軸受背面油路４２の他端部が各潤滑油戻り路４４と連通する。さらに、軸受保持部１３及びラジアルすべり軸受３０には、潤滑油貯留部４５、及びラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間と連通し、潤滑油貯留部４５内の潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に流入させるための潤滑油流入口４６が潤滑油戻り路４４に近接して形成されている。潤滑油供給路４１は、潤滑油貯留部４５と連通していることで、潤滑油貯留部４５及び潤滑油流入口４６を介してラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間と連通しており、潤滑油供給路４１から潤滑油貯留部４５及び潤滑油流入口４６を介してラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に潤滑油が供給される。

図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０の軸受装着面１３Ａ（半割り軸受メタル３１Ａとの対向面）に複数の溝が形成されていることで、軸受保持部本体２０の軸受装着面１３Ａと半割り軸受メタル３１Ａの外周面との間に複数の軸受背面油路４２が形成されており、キャップ２１の軸受装着面１３Ｂ（半割り軸受メタル３１Ｂとの対向面）に複数の溝が形成されていることで、キャップ２１の軸受装着面１３Ｂと半割り軸受メタル３１Ｂの外周面との間に複数の軸受背面油路４２が形成されている。そして、軸受保持部本体２０とキャップ２１に潤滑油戻り路４４及び潤滑油貯留部４５が形成され、軸受保持部本体２０及び半割り軸受メタル３１Ａと、キャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂとに潤滑油流入口４６が形成され、潤滑油流出口４３に対して軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では９０°）潤滑油戻り路４４、潤滑油貯留部４５、及び潤滑油流入口４６が配置されている。なお、半割り軸受メタル３１Ａの外周面（軸受保持部本体２０の軸受装着面１３Ａとの対向面）や半割り軸受メタル３１Ｂの外周面（キャップ２１の軸受装着面１３Ｂとの対向面）に溝を形成する等、ラジアルすべり軸受３０の外周面に溝を形成することで、軸受背面油路４２を軸受保持部１３の軸受装着面１３Ａ，１３Ｂとラジアルすべり軸受３０（半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂ）の外周面との間に形成することも可能である。

さらに、本実施形態では、軸受保持部１３には、潤滑油を軸受保持部１３外部へ排出するための潤滑油排出路４７が形成されている。潤滑油排出路４７は軸受背面油路４２と連通しており、軸受背面油路４２から潤滑油排出路４７を介して軸受保持部１３外部へ潤滑油を排出することが可能である。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０及びキャップ２１に潤滑油排出路４７がそれぞれ形成され、潤滑油流出口４３に対して軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では４５°）潤滑油排出路４７が配置されている。潤滑油排出路４７より下流側（潤滑油排出路４７とオイルポンプ４０の入口４０ａとの間）には潤滑油排出制御弁８７が設けられており、潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部への潤滑油の排出状態を潤滑油排出制御弁８７により制御することが可能である。潤滑油排出制御弁８７を開けることで潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部への潤滑油の排出が許容され、潤滑油排出制御弁８７を閉じることで潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部への潤滑油の排出が遮断される。なお、図１〜４を含む各図において、ラジアルすべり軸受３０の厚さや、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間や、潤滑油供給路４１、軸受背面油路４２、潤滑油流出口４３、潤滑油戻り路４４、潤滑油流入口４６、及び潤滑油排出路４７の幅等のサイズについては、説明の便宜上、実際のサイズよりも大きく図示している。

潤滑油供給制御弁８１が開いているときに、オイルポンプ４０から潤滑油供給路４１に供給された潤滑油は、潤滑油貯留部４５に供給されて貯留され、潤滑油貯留部４５から潤滑油流入口４６を介してラジアルすべり軸受３０の内周面とクランクジャーナル１８の外周面間の隙間に流入する。ラジアルすべり軸受３０は、クランクジャーナル１８を潤滑油を介して回転自在に支持することで、クランクジャーナル１８の径方向に沿った荷重を潤滑油を介して受ける。潤滑油は、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間を軸受周方向（クランクジャーナル１８の回転方向）に流れ、潤滑油流出口４３から流出する。その際には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分より狭いことで、潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられる。さらに、クランクシャフト（クランクジャーナル１８）を前述の段付き形状にすることによっても、潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられる。ここでの潤滑油は、油膜を形成することにより、回転軸と軸受が焼き付くことなく機関を運転すること、回転軸と軸受との摩擦損失や磨耗を低減することを主な役割とするが、冷却、洗浄、防錆等の役割も果たしている。

潤滑油排出制御弁８７が開いているときに、潤滑油流出口４３から流出した潤滑油は、各軸受背面油路４２を流れて潤滑油排出路４７に供給され、潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部へ排出される。潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部へ流出した潤滑油は、オイルポンプ４０の入口４０ａ側へ戻る。図１では、オイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１に潤滑油を供給するための具体的構成、及び潤滑油排出路４７からオイルポンプ４０の入口４０ａへ潤滑油を戻すための具体的構成を簡略化しているが、周知の構成で実現可能である。

本実施形態では、潤滑油貯留部４５→潤滑油流入口４６→ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間→潤滑油流出口４３→軸受背面油路４２→潤滑油戻り路４４→潤滑油貯留部４５による循環油路が形成される。潤滑油供給制御弁８１を閉じることで潤滑油供給路４１への潤滑油の供給を遮断し、且つ潤滑油排出制御弁８７を閉じることで潤滑油排出路４７からの潤滑油の排出を遮断した状態では、図１の矢印に示すように、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間の潤滑油が、クランクジャーナル１８の回転に伴って引きずられてクランクジャーナル１８の回転方向に流れて潤滑油流出口４３から流出するのに応じて、潤滑油貯留部４５内に貯留された潤滑油が吸い出されて、潤滑油流入口４６を通ってラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に自立的に供給される。一方、潤滑油流出口４３の潤滑油は、クランクジャーナル１８の回転に伴って引きずられた潤滑油が溜まり押されるために高圧となり、図１，４の矢印に示すように、軸受背面油路４２及び潤滑油戻り路４４を通って低圧となった潤滑油貯留部４５に自立的に回収される。そのため、外部から潤滑油を供給するためのポンプ動力を利用せずに、潤滑油貯留部４５内の潤滑油を、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間、潤滑油流出口４３、軸受背面油路４２、及び潤滑油戻り路４４を介して自立的に循環させることが可能となる。

内燃機関の始動直後等、低温時においては、潤滑油の粘度が高くなる。クランクジャーナル１８がラジアルすべり軸受３０に対して回転する際には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給された潤滑油がせん断力（摺動摩擦）により発熱し、潤滑油の粘度が高いほど、せん断力による発熱量が増加する。本実施形態では、内燃機関の始動直後等、低温時に潤滑油を昇温させて粘度を低くする暖機動作を行う場合は、潤滑油貯留部４５内に潤滑油が貯留された状態で、潤滑油供給制御弁８１を閉じることで潤滑油供給路４１への潤滑油の供給を遮断し、且つ潤滑油排出制御弁８７を閉じることで潤滑油排出路４７からの潤滑油の排出を遮断する。これによって、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動摩擦により発熱した潤滑油が潤滑油流出口４３から流出するのに応じて、潤滑油貯留部４５内に貯留された潤滑油が潤滑油流入口４６を通ってラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に自立的に供給され、摺動摩擦により発熱した潤滑油が軸受背面油路４２及び潤滑油戻り路４４を通って低圧となった潤滑油貯留部４５に自立的に回収される。摺動摩擦により発熱した潤滑油が上記の循環油路を自立的に循環することで、潤滑油を昇温させて粘度を低くすることができ、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失を低減することができる。その際には、潤滑油の粘度が高い低温時（例えば２０℃程度）に潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられるように、回転軸方向両端部でのラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間を設計することが好ましい。潤滑油が昇温して設定温度（例えば７０℃程度）以上になったら、潤滑油供給制御弁８１を開けてオイルポンプ４０から潤滑油供給路４１への潤滑油の供給を許容し、潤滑油排出制御弁８７を開けて潤滑油排出路４７から軸受保持部１３外部への潤滑油の排出を許容する。

このように、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、潤滑油供給路４１への潤滑油の供給を潤滑油供給制御弁８１により遮断し、且つ潤滑油排出路４７からの潤滑油の排出を潤滑油排出制御弁８７により遮断した状態で、潤滑油貯留部４５内の潤滑油を、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間、潤滑油流出口４３、軸受背面油路４２、及び潤滑油戻り路４４を介して自立的に循環させる。これによって、摺動摩擦により発熱した潤滑油は、軸受保持部１３外部へ放熱されることなく、潤滑油貯留部４５に自立的に回収され、潤滑油貯留部４５からラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に自立的に供給されるので、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱を保持して、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を効率よく速やかに昇温させて粘度を低くすることができる。その際には、摺動摩擦により発熱した潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられることによっても、摺動摩擦により発生した熱が軸受保持部１３外部へ逃げるのが抑えられる。さらに、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から潤滑油貯留部４５に潤滑油を回収する際には、摺動摩擦により加熱されたラジアルすべり軸受３０の外周面に面する軸受背面油路４２を潤滑油が流れることで、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から軸受背面油路４２を介して潤滑油貯留部４５へ潤滑油を回収する際に、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱が逃げるのを抑えることができる。さらに、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から潤滑油貯留部４５に潤滑油を回収する際には、潤滑油戻り路４４を通る潤滑油が、潤滑油戻り路４４に近接して配置された潤滑油流入口４６を通る潤滑油と熱交換を行うことで、潤滑油流入口４６を通る潤滑油を加熱することができ、潤滑油流入口４６からラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を加熱することができる。

したがって、本実施形態によれば、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動摩擦により発生した潤滑油の熱を有効利用して、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。その結果、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失を速やかに低減することができる。

本実施形態では、潤滑油排出路４７及び潤滑油排出制御弁８７を省略し、内燃機関の始動直後等、低温時に潤滑油を昇温させて粘度を低くする暖機動作を行う場合は、潤滑油供給路４１への潤滑油の供給を潤滑油供給制御弁８１により遮断した状態で、潤滑油貯留部４５内の潤滑油を、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間、潤滑油流出口４３、軸受背面油路４２、及び潤滑油戻り路４４を介して自立的に循環させることも可能である。その際には、潤滑油の粘度が高い低温時（例えば２０℃程度）に潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられ、潤滑油の粘度が低い高温時（例えば７０℃程度）に潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するように、回転軸方向両端部でのラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間を設計することが好ましい。

また、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、低温時に暖機動作を行う場合は、潤滑油供給制御弁８１の開度を所定開度以下に絞ることで潤滑油供給路４１への潤滑油の供給流量を所定流量以下に制限した状態で、潤滑油貯留部４５内の潤滑油を、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間、潤滑油流出口４３、軸受背面油路４２、及び潤滑油戻り路４４を介して自立的に循環させることも可能である。その際には、軸受保持部１３の回転軸方向両端面からの潤滑油の漏れ流量を補償するように、潤滑油供給路４１への潤滑油の供給流量（潤滑油供給制御弁８１の開度）を調整することが好ましい。

また、本実施形態では、例えば図５〜７に示すように、潤滑油供給路４１、潤滑油戻り路４４、潤滑油貯留部４５、及び潤滑油排出路４７を、軸受保持部本体２０及びキャップ２１のうち、熱容量（体積）の小さい方のキャップ２１だけに形成し、軸受背面油路４２を、軸受保持部本体２０と半割り軸受メタル３１Ａ間、及びキャップ２１と半割り軸受メタル３１Ｂ間のうち、キャップ２１と半割り軸受メタル３１Ｂ間だけに形成し、潤滑油流入口４６を、半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂのうち、半割り軸受メタル３１Ｂだけに形成することも可能である。図５〜７に示す構成例では、図１〜４に示す構成例と比較して、軸受保持部本体２０の潤滑油供給路４１、潤滑油戻り路４４、潤滑油貯留部４５、及び潤滑油排出路４７が省略され、軸受保持部本体２０と半割り軸受メタル３１Ａ間の軸受背面油路４２が省略され、半割り軸受メタル３１Ａの潤滑油流入口４６が省略されている。さらに、軸受保持部本体２０と半割り軸受メタル３１Ａとの間に断熱層５２が設けられている。さらに、キャップ２１が断熱層５４を介して軸受保持部本体２０に締結されており、断熱層５４が軸受保持部本体２０とキャップ２１との間に挟まれている。さらに、ボルト１５の頭部１５Ｃとキャップ２１との間に断熱材リング５６が設けられており、ボルト１５の頭部１５Ｃが断熱材リング５６を介してキャップ２１に押圧される。さらに、クランクジャーナル１８の外周面に断熱層５８が設けられており、潤滑油貯留部４５からラジアルすべり軸受３０と断熱層５８間の隙間に潤滑油が供給される。断熱層５２，５４，５８及び断熱材リング５６の材料としては、例えばジルコニアやアルミナ等のセラミックスを用いることが可能である。

軸受保持部本体２０はキャップ２１と比較して熱容量（体積）が大きく昇温に必要な熱量も大きくなるが、図５〜７に示す構成例によれば、軸受背面油路４２、潤滑油戻り路４４、潤滑油貯留部４５、及び潤滑油流入口４６を、軸受保持部本体２０及びキャップ２１のうち、熱容量の小さいキャップ２１側だけに形成することで、摺動摩擦により発熱した潤滑油を循環させて潤滑油及び軸受保持部１３（キャップ２１）を昇温させる際に、熱量あたりの昇温効率をさらに向上させることができる。さらに、熱容量の小さいキャップ２１から熱容量の大きい軸受保持部本体２０への熱拡散を断熱層５２，５４により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。さらに、キャップ２１からボルト１５を介して軸受保持部本体２０へ熱が拡散するのを断熱材リング５６により抑えることによっても、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。さらに、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱が熱容量（体積）の大きいクランクシャフトへ拡散するのを断熱層５８により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、例えば図８に示すように、オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にオイル冷却装置６２を設けることも可能である。オイル冷却装置６２は、例えばラジエータで冷却された内燃機関の冷却水との熱交換により、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油を冷却して潤滑油供給路４１へ供給することが可能である。あるいは、外部サブタンク内の冷却液との熱交換を利用して潤滑油を冷却することも可能である。

図８に示す構成例では、内燃機関の暖機後等、潤滑油の粘度が低い高温時に、潤滑油供給制御弁８１が開いている状態で、例えばラジエータからオイル冷却装置６２に内燃機関の冷却水を供給してオイル冷却装置６２を作動させることで、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油が軸受保持部１３内部の潤滑油供給路４１を通ってからラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される。これによって、軸受保持部１３、及びクランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動部の冷却を行うことができる。さらに、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油は、潤滑油流出口４３から流出して各軸受背面油路４２を流れることによっても、軸受保持部１３及びラジアルすべり軸受３０の冷却を行うことができる。したがって、内燃機関の暖機後等、高温時に、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動部、及び軸受保持部１３の温度を低減することができ、高温度化による油膜の油切れ、焼き付きを防止することができる。特に、ラジエータキャップ圧により温度管理されたエンジン冷却水との熱交換を行うことで、安定した潤滑油の供給と摺動部の温度管理を可能とする。また、外部サブタンクによる温度管理においても同様の効果が期待できる。

以上の説明では、本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造として、クランクシャフトのクランクジャーナル１８の軸受構造を例に挙げて説明した。ただし、本発明に係る内燃機関の軸受構造は、クランクシャフトのクランクジャーナル１８の軸受構造以外に、例えば内燃機関のカムシャフトの軸受構造等、その他の内燃機関の回転軸の軸受構造にも適用することが可能である。以下、その一例として、クランクシャフトのクランクピンの軸受構造への適用例について説明する。以下の説明では、図１〜８に示した構成と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については図１〜８に示した構成と同様である。

図９，１０に示す構成例では、内燃機関の回転軸であるクランクシャフトのクランクピン１８が潤滑油を介してラジアルすべり軸受３０で支持され、ラジアルすべり軸受３０を保持する軸受保持部１３が内燃機関のコネクティングロッドの大端部により構成される。ラジアルすべり軸受３０とクランクピン１８間の隙間と連通する潤滑油供給路４１がクランクピン１８に形成されており、潤滑油供給制御弁８１が開いているときに、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油は、クランクピン１８内部の潤滑油供給路４１を通ってラジアルすべり軸受３０とクランクピン１８間の隙間に供給される。図１０でも、オイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１に潤滑油を供給するための具体的構成を簡略化しているが、周知の構成で実現可能である。

クランクピン１８からラジアルすべり軸受３０に作用する高荷重は、主としてシリンダ内の燃焼圧力及びピストン系の慣性力による荷重であり、コネクティングロッドの大端部中心軸及び小端部中心軸と直交するコンロッド主軸１３Ｃの方向に沿った往復荷重となる。潤滑油供給路４１及び潤滑油流入口４６の出口（ラジアルすべり軸受３０とクランクピン１８間の隙間への開口部）は、ラジアルすべり軸受３０がこの往復荷重を潤滑油を介して受ける際に発生する油膜圧力の高い範囲を避けて設けられることが好ましい。図９，１０に示す例では、潤滑油供給路４１及び潤滑油流入口４６の出口が、コンロッド主軸１３Ｃの方向（往復荷重の方向）に対してクランクピン１８の回転方向後側に軸受周方向位置をずらして配置されている。

図９，１０に示す構成例でも、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、潤滑油貯留部４５内の潤滑油を、潤滑油流入口４６、ラジアルすべり軸受３０とクランクピン１８間の隙間、潤滑油流出口４３、軸受背面油路４２、及び潤滑油戻り路４４を介して自立的に循環させることで、クランクピン１８とラジアルすべり軸受３０の摺動摩擦により発生した潤滑油の熱を保持して、潤滑油を効率よく速やかに昇温させて粘度を低くすることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１３ 軸受保持部、１３Ａ，１３Ｂ 軸受装着面、１５ ボルト、１８ クランクジャーナル（クランクピン）、２０ 軸受保持部本体、２１ キャップ、３０ ラジアルすべり軸受、３１Ａ，３１Ｂ 半割り軸受メタル、４０ オイルポンプ、４１ 潤滑油供給路、４２ 軸受背面油路、４３ 潤滑油流出口、４４ 潤滑油戻り路、４５ 潤滑油貯留部、４６ 潤滑油流入口、４７ 潤滑油排出路、５２，５４，５８ 断熱層、５６ 断熱材リング、６２ オイル冷却装置、８１ 潤滑油供給制御弁、８７ 潤滑油排出制御弁。

Claims (9)

1. 内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、
   軸受保持部または回転軸に形成され、潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、
   ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、
   軸受保持部とラジアルすべり軸受間に形成され、潤滑油流出口と連通する軸受背面油路と、
   軸受保持部に形成され、軸受背面油路と連通する潤滑油貯留部と、
   ラジアルすべり軸受に形成され、潤滑油貯留部内の潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に流入させるための潤滑油流入口と、
   を有し、
   潤滑油供給路への潤滑油の供給状態を潤滑油供給制御手段により制御することが可能であり、
   潤滑油供給路への潤滑油の供給を潤滑油供給制御手段により遮断または制限した状態で、潤滑油貯留部内の潤滑油が、潤滑油流入口、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間、潤滑油流出口、及び軸受背面油路を介して循環する、内燃機関の軸受構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分よりも狭い、内燃機関の軸受構造。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   軸受保持部に形成され、軸受背面油路と連通する潤滑油排出路をさらに有し、
   潤滑油排出路からの潤滑油の排出状態を潤滑油排出制御手段により制御することが可能であり、
   潤滑油供給路への潤滑油の供給を潤滑油供給制御手段により遮断または制限し、且つ潤滑油排出路からの潤滑油の排出を潤滑油排出制御手段により遮断した状態で、潤滑油貯留部内の潤滑油が、潤滑油流入口、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間、潤滑油流出口、及び軸受背面油路を介して循環する、内燃機関の軸受構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップをボルトにより締結して構成され、
   ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に装着された第１の半割り軸受と、キャップに装着された第２の半割り軸受とを含み、
   軸受背面油路がキャップと第２の半割り軸受間に形成され、
   潤滑油貯留部がキャップに形成され、
   潤滑油流入口が第２の半割り軸受に形成されている、内燃機関の軸受構造。
5. 請求項４に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   軸受保持部本体とラジアルすべり軸受との間に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
6. 請求項４または５に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   キャップが断熱層を介して軸受保持部本体に締結されている、内燃機関の軸受構造。
7. 請求項４〜６のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   ボルトの頭部とキャップとの間に断熱材リングが設けられている、内燃機関の軸受構造。
8. 請求項１〜７のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   回転軸の外周面に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
9. 請求項１〜８のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
   潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能である、内燃機関の軸受構造。

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