JP2013032818A - 内燃機関のクランク軸のスラスト軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関における気筒の燃焼時の負荷に対して半割スラスト軸受のスラスト面への負荷の偏りを緩和し、耐久性を高めることが可能な内燃機関のクランク軸のスラスト軸受装置を提供する。
【解決手段】 半割スラスト軸受８の外径の中心位置Ａ’は、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａと半割スラスト軸受８の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａに対して半割スラスト軸受８の周方向中央部側から遠くなるように偏心させている。これにより、Ｖ型内燃機関に適用した場合、半割スラスト軸受８の周方向中央部よりも周方向両端部側のほうがスラスト面の面積が広いため、半割スラスト軸受８の周方向両端部のうち、負荷が集中しやすい部分でのスラスト面の面積が不足するのを防ぎ、負荷が集中しにくい部分とのスラスト面の面圧の差を緩和することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、クランク軸を回転自在に支持する軸受孔を有する分割型軸受ハウジングに、前記クランク軸のスラスト荷重を受ける半割スラスト軸受が配置された内燃機関のクランク軸のスラスト軸受装置に関するものである。

従来、クランク軸のスラスト軸受装置においては、クランク軸を回転自在に支持する分割型軸受ハウジングのシリンダブロック側と軸受キャップ側とのそれぞれに半円状の半割スラスト軸受を配置し、その半割スラスト軸受によってクランク軸のスラスト荷重を受けるものが知られている。また、近年では、内燃機関の軽量化や部品点数の削減を目的として、分割型軸受ハウジングのシリンダブロック側のみに半円状の半割スラスト軸受を配置することがある。これは、内燃機関における気筒の燃焼時の負荷により、クランクアームが弾性変形し、分割型軸受ハウジングの軸受キャップ側よりもシリンダブロック側に配置された半割スラスト軸受のスラスト面に対して、瞬間的に大きな負荷が発生するためである。

また、特開２００９−２６４４６５号公報（特許文献１）に開示される技術では、図９に示すように、クランク軸３１のスラスト軸受装置２１において、半円状の半割スラスト軸受２８の使用個数を減らしながら、その半割スラスト軸受２８の中心線を、バンク角の二等分線Ｃに対して、当該半割スラスト軸受２８に対向するピストン連結部（図示しない）と対をなす気筒２９ａの軸線方向Ｘ１に傾けて設けたものが提案されている。詳しくは特許文献１に記載されているが、例えばＶ型内燃機関では、気筒２９ａ内にて燃焼が生じる際、半割スラスト軸受２８に対向するピストン連結部のクランクアームが気筒２９ａの軸線Ｘ１上に位置するため、バンク角の二等分線Ｃに対して、クランクアームの弾性変形に伴った負荷が気筒２９ａの軸線Ｘ１方向に傾いて偏っている。このため、分割型軸受ハウジング２４のシリンダブロック２２側のみに半円状の半割スラスト軸受２８を配置した場合には、半割スラスト軸受２８の周方向両端部のうち、気筒２９ａの軸線方向Ｘ１側でのスラスト面の面積が不足するが、特許文献１に記載された半割スラスト軸受２８では、図７に示すように、半割スラスト軸受２８の内径の中心位置Ａと外径の中心位置Ａ’とが同心であり、半割スラスト軸受２８の周方向中央部の幅Ｌ１と周方向両端部の幅Ｌ１とが同じであっても、このような事象を防ぐことが可能となっている。なお、気筒２９ｂ内にて燃焼が生じる際にもクランクアームの弾性変形に伴った負荷が気筒２９ｂの軸線方向Ｘ２に傾いて偏ることになるが、軸受孔２５の開口両端面のうち背面に組み付けられた半割スラスト軸受２８が同様に作用する。

特開２００９−２６４４６５号公報

ところで、分割型軸受ハウジング２４は、シリンダブロック２２に軸受キャップ２３をボルト（図示しない）で組み付けることにより構成されるが、その組付時には、シリンダブロック２２と軸受キャップ２３との合わせ面２３ａに段差が発生しやすい。上記した特許文献１では、半割スラスト軸受２８のスラスト面の背面が、分割型軸受ハウジング２４のシリンダブロック２２側と軸受キャップ２３側との両方に接して配置されている。このため、図８に示すように、半割スラスト軸受２８は、シリンダブロック２２と軸受キャップ２３との合わせ面２３ａの段差の影響を受け、スラスト面が段差の分だけ傾くことにより、相手軸表面（スラストカラー面）との片当りが発生し、その片当りが発生した部分が局部的に損傷するという問題があった。

また、特許文献１には記載されていないが、分割型軸受ハウジング２４には、半割スラスト軸受２８を組み付けるためのスラスト座面２６を形成することを必要としている。上記した特許文献１では、分割型軸受ハウジング２４のシリンダブロック２２側だけでなく軸受キャップ２３側にもまたがって半割スラスト軸受２８を組み付けなければならない。すなわち、分割型軸受ハウジング２４には、シリンダブロック２２側だけでなく軸受キャップ２３側にもスラスト座面２６を形成するための加工を必要とし、シリンダブロック２２側のみに半割スラスト軸受２８を配置する場合と比較して生産性が悪い。

また、分割型軸受ハウジング２４にスラスト座面２６を形成するための加工においては、シリンダブロック２２側と軸受キャップ２３側とにまたがって半割スラスト軸受２８の形状と一致するように半円状のスラスト座面２６を形成することが困難であり、半割スラスト軸受２８の外径と一致した円形状のスラスト座面２６を形成するものと考えられる。このとき、分割型軸受ハウジング２４に円形状のスラスト座面２６を形成しただけでは、スラスト座面２６に対して半割スラスト軸受２８が固定されず、スラスト座面２６に対する半割スラスト軸受２８の回転止め構造として、半割スラスト軸受２８に突起（図示しない）を形成するとともに、シリンダブロック２２側または軸受キャップ２３側に半割スラスト軸受２８の突起を収容する収容凹部（図示しない）を形成するための加工を必要とし、シリンダブロック２２側のみに半割スラスト軸受２８を配置する場合と比較して生産性が悪い。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関における気筒の燃焼時の負荷に対して半割スラスト軸受のスラスト面への負荷の偏りを緩和し、耐久性を高めることが可能な内燃機関のクランク軸のスラスト軸受装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、クランク軸を回転自在に支持する軸受孔を有する分割型軸受ハウジングに、前記クランク軸のスラスト荷重を受ける半割スラスト軸受が配置された内燃機関のクランク軸の半割スラストスラスト軸受装置において、前記分割型軸受ハウジングを構成するシリンダブロックと軸受キャップとのうち前記シリンダブロック側には、前記軸受孔の開口両端面に前記半割スラスト軸受を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面を形成し、該スラスト座面に前記半割スラスト軸受が組み付けられた際に、前記半割スラスト軸受の周方向両端面が、前記シリンダブロックと前記軸受キャップとの合わせ面のうち前記軸受キャップ側の合わせ面と接するように位置し、前記半割スラスト軸受の内径の中心位置は、前記軸受孔の開口の中心位置と同心であり、前記半割スラスト軸受の外径の中心位置は、前記半割スラスト軸受の内径の中心位置と前記半割スラスト軸受の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、前記半割スラスト軸受の内径の中心位置に対して前記半割スラスト軸受の周方向中央部側から遠くなるように偏心させることにより、前記半割スラスト軸受のスラスト面が、前記半割スラスト軸受の周方向中央部から周方向両端部側に向かって次第に広くなることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、分割型軸受ハウジングを構成するシリンダブロックと軸受キャップとのうちシリンダブロック側には、軸受孔の開口両端面に半割スラスト軸受を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面を形成し、該スラスト座面に半割スラスト軸受が組み付けられた際に、半割スラスト軸受の周方向両端面が、シリンダブロックと軸受キャップとの合わせ面のうち軸受キャップ側の合わせ面と接するように位置することにより、半割スラスト軸受のスラスト面の背面が、シリンダブロック側にしか接していない。このため、シリンダブロックと軸受キャップとの組付時において、その合わせ面に段差が発生したとしても、半割スラスト軸受が段差の影響を受けることがない。すなわち、シリンダブロックと軸受キャップとの合わせ面での段差によって半割スラスト軸受のスラスト面が傾くことがないため、半割スラスト軸受の摺動時において、相手軸表面（スラストカラー面）との片当りが発生することがなく、半割スラスト軸受が局部的に損傷することもない。

また、上記のように、分割型軸受ハウジングを構成するシリンダブロックと軸受キャップとのうちシリンダブロック側には、軸受孔の開口両端面に半割スラスト軸受を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面を形成することにより、軸受キャップ側には、スラスト座面を形成するための加工の必要がなく、生産性が高い。また、スラスト座面に半割スラスト軸受が組み付けられた際に、半割スラスト軸受の周方向両端面が、シリンダブロックと軸受キャップとの合わせ面のうち軸受キャップ側の合わせ面と接するように位置することにより、軸受キャップ側の合わせ面が半割スラスト軸受の回転止め構造として機能し、スラスト座面とは別個の回転止め構造を形成するための加工の必要がなく、生産性が高い。

また、半割スラスト軸受の外径の中心位置は、半割スラスト軸受の内径の中心位置と半割スラスト軸受の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、半割スラスト軸受の内径の中心位置に対して半割スラスト軸受の周方向中央部側から遠くなるように偏心させることにより、半割スラスト軸受のスラスト面が、半割スラスト軸受の周方向中央部から周方向両端部側に向かって次第に広くなるようにした。このようなクランク軸のスラスト軸受装置をＶ型内燃機関に適用した場合、バンク角の二等分線に対して、クランクアームの弾性変形に伴った負荷が気筒の軸線方向に傾いて偏っているが、半割スラスト軸受の周方向中央部よりも周方向両端部側のほうがスラスト面の面積が広いため、半割スラスト軸受の周方向両端部のうち、負荷が集中しやすい部分（気筒の軸線方向側）でのスラスト面の面積が不足するのを防ぎ、負荷が集中しにくい部分（気筒の軸線方向と異なる側）とのスラスト面の面圧の差を緩和することができる。

また、上記のように、半割スラスト軸受の外径の中心位置は、半割スラスト軸受の内径の中心位置と半割スラスト軸受の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、半割スラスト軸受の内径の中心位置に対して半割スラスト軸受の周方向中央部側から遠くなるように偏心させており、半割スラスト軸受が中心線に対して線対称形状であるため、軸受孔の開口両端面において、分割型軸受ハウジングのフロント側とリア側とに組み付けられる半割スラスト軸受の形状を共通化することができる。

クランク軸のスラスト軸受装置の分解斜視図である。 半割スラスト軸受の正面図である。 分割型ハウジングのシリンダブロック側に形成されるスラスト座面の正面図である。 分割型ハウジングに対する半割スラスト軸受の組付図である。 クランク軸のスラスト軸受装置の断面図である。 別実施形態に係る半割スラスト軸受の正面図及び矢視図である。 従来の半割スラスト軸受の正面図である。 従来のクランク軸のスラスト軸受装置の断面図である。 従来の分割型ハウジングに対する半割スラスト軸受の組付図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、クランク軸１１のスラスト軸受装置１の分解斜視図であり、図２は、半割スラスト軸受８の正面図であり、図３は、分割型ハウジング４のシリンダブロック２側に形成されるスラスト座面６の正面図であり、図４は、分割型ハウジング４に対する半割スラスト軸受８の組付図であり、図５は、クランク軸１１のスラスト軸受装置１の断面図である。なお、上記した図は、実施形態に係るスラスト軸受装置の概略図であり、構成，構造等を理解し易くするために各箇所が誇張あるいは省略して描かれている。

図１に示すように、クランク軸１１のスラスト軸受装置１において、シリンダブロック２の下部に軸受キャップ３をボルト（図示しない）で取り付け、シリンダブロック２に軸受キャップ３の合わせ面３ａが当接するように構成された組付け相手材としての分割型軸受ハウジング４には、軸受孔５が形成されている。また、分割型軸受ハウジング４のシリンダブロック２側には、軸受孔５の開口両端面の凹状により構成されるスラスト座面６が形成されている。そして、軸受孔５には、クランク軸１１の径方向の荷重を支承するように一対の半割ジャーナル軸受７を組み合わせて円筒形状となる主軸受が嵌着され、また、スラスト座面６には、クランク軸１１のスラストカラー面１２を介してクランク軸１１の軸線方向の荷重（スラスト荷重）を支承するように半割スラスト軸受８が配設されている。

本発明の実施形態に係る半割スラスト軸受８は、図２に示すように、半割スラスト軸受８の外径の中心位置Ａ’が、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａと半割スラスト軸受８の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａに対して半割スラスト軸受８の周方向中央部側から遠くなるように偏心させて形成されている。なお、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａは、軸受孔５の開口の中心位置と同心となっている。また、半割スラスト軸受８の周方向中央部とは、半割スラスト軸受８の内周面または外周面において周方向両端部からの距離が等距離となる部分である。これにより、半割スラスト軸受８のスラスト面の幅（内外径差）は、半割スラスト軸受８の周方向中央部の幅Ｌ１に対して周方向両端部の幅Ｌ２が広くなっており、半割スラスト軸受８の周方向中央部から周方向両端部側に向かってスラスト面の面積が次第に広くなっている。また、半割スラスト軸受８が中心線に対して線対称形状であるため、軸受孔５の開口両端面において、分割型軸受ハウジング４のフロント側とリア側とに組み付けられる半割スラスト軸受８の形状を共通化することができる。

また、本発明の実施形態に係る分割型軸受ハウジング４のシリンダブロック２側には、軸受孔５の開口両端面の凹状により構成されるスラスト座面６が形成されている。図３に示すように、スラスト座面６の内径の中心位置Ａ（軸受孔５の開口の中心位置）は、半割スラスト軸受８の内径の中心位置Ａと同心であり、スラスト座面６の内径の寸法（軸受孔５の半径の寸法）は、半割スラスト軸受８の内径の寸法よりも僅かに小さくなっている。また、スラスト座面６の外径の中心位置Ａ’は、半割スラスト軸受８の外径の中心位置Ａ’と同心であり、スラスト座面６の外径の寸法は、半割スラスト軸受８の外径の寸法よりも僅かに大きくなっている。すなわち、スラスト座面６の外径の中心位置Ａ’は、スラスト座面６の内径の中心位置Ａとスラスト座面６の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、スラスト座面６の内径の中心位置Ａに対してスラスト座面６の周方向中央部側から遠くなるように偏心させている。これにより、分割型軸受ハウジング４のシリンダブロック２に対して、スラスト座面６を１回の機械加工で形成することが可能となり、クランク軸１１のスラスト軸受装置１の生産性を高めることができる。

また、図４に示すように、Ｖ型内燃機関では、気筒９ａ内にて燃焼が生じる際、半割スラスト軸受８に対向するピストン連結部（図示しない）のクランクアームが気筒９ａの軸線Ｘ１上に位置するため、半割スラスト軸受８の中心線と一致するバンク角の二等分線Ｃに対して、クランクアームの弾性変形に伴った負荷が気筒９ａの軸線方向Ｘ１に傾いて偏っている。このようなＶ型内燃機関に対して本発明の実施形態に係るクランク軸１１のスラスト軸受装置１を適用した場合、半割スラスト軸受８の周方向中央部よりも周方向両端部側のほうがスラスト面の面積が広いため、半割スラスト軸受８の周方向両端部のうち、負荷が集中しやすい部分（気筒９ａの軸線方向Ｘ１側）でのスラスト面の面積が不足するのを防ぎ、負荷が集中しにくい部分（気筒９ａの軸線方向Ｘ１と異なる側）とのスラスト面の面圧の差を緩和することができる。なお、気筒９ｂ内にて燃焼が生じる際にもクランクアームの弾性変形に伴った負荷が気筒９ｂの軸線方向Ｘ２に傾いて偏ることになるが、軸受孔５の開口両端面のうち背面に組み付けられた半割スラスト軸受８が同様に作用する。

また、図５に示すように、分割型軸受ハウジング４を構成するシリンダブロック２と軸受キャップ３とのうちシリンダブロック２側には、軸受孔５の開口両端面に半割スラスト軸受８を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面６を形成し、該スラスト座面６に半割スラスト軸受８が組み付けられた際に、半割スラスト軸受８の周方向両端面が、シリンダブロック２と軸受キャップ３との合わせ面のうち軸受キャップ３側の合わせ面３ａと接するように位置させている。このように、半割スラスト軸受８のスラスト面の背面は、シリンダブロック２側にしか接しておらず、シリンダブロック２と軸受キャップ３との組付時において、その合わせ面３ａに段差が発生したとしても、半割スラスト軸受８が段差の影響を受けることがない。すなわち、シリンダブロック２と軸受キャップ３との合わせ面３ａでの段差によって半割スラスト軸受８のスラスト面が傾くことがないため、半割スラスト軸受８の摺動時において、クランク軸１１のスラストカラー面１２との片当りが発生することがなく、半割スラスト軸受８が局部的に損傷することもない。

また、上記のように、分割型軸受ハウジング４を構成するシリンダブロック２と軸受キャップ３とのうちシリンダブロック２側には、軸受孔５の開口両端面に半割スラスト軸受８を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面６を形成することにより、軸受キャップ３側には、スラスト座面６を形成するための加工の必要がなく、クランク軸１１のスラスト軸受装置１の生産性を高めることができる。また、スラスト座面６に半割スラスト軸受８が組み付けられた際に、半割スラスト軸受８の周方向両端面が、シリンダブロック２と軸受キャップ３との合わせ面のうち軸受キャップ３側の合わせ面３ａと接するように位置することにより、軸受キャップ３側の合わせ面３ａが半割スラスト軸受８の回転止め構造として機能し、スラスト座面６とは別個の回転止め構造を形成するための加工の必要がなく、クランク軸１１のスラスト軸受装置１の生産性を高めることができる。

以上説明した実施形態に係る半割スラスト軸受８においては、図６に示すように、従来の半割スラスト軸受と同じく、次のような構成とすることが可能である。例えば、図６（Ａ）に示すように、半割スラスト軸受８の外周面には、外側に突出する突起８ａを形成してもよい。この突起８ａは、分割型軸受ハウジング４のスラスト座面６と一体的に形成される係合溝（図示しない）に嵌合されて、スラスト座面６での半割スラスト軸受８の回転止めや、スラスト座面６に対する半割スラスト軸受８の位置決めがなされる。また、図６（Ａ）に示すように、半割スラスト軸受８のスラスト面には、クランク軸１１のスラストカラー面１２との間に油をスムーズに供給するため、外周面と内周面とを連通する油溝８ｂを形成してもよい。また、図６（Ａ）に示すように、半割スラスト軸受８の内径面における周方向両端部の領域には、周方向端部に向かって切除する切除部８ｃを形成してもよい。また、図６（Ａ）に示すように、半割スラスト軸受８の周方向両端面には、スラスト座面６の周方向両端部を結ぶ仮想線との間に、Ｓ１＝０．５ｍｍ程度の隙間を形成してもよい。

さらに、図６（Ａ）に示すように、半割スラスト軸受８のスラスト面における周方向両端部の領域には、クランク軸１１のスラストカラー面１２との局部当りを防止するため、周方向端部に向かって下降傾斜する傾斜面８ｄを形成してもよい。また、図６（Ｂ）に示すように、半割スラスト軸受８のスラスト面の背面における周方向両端部の領域には、シリンダブロック２に形成されたスラスト座面６との局部当りを防止するため、周方向端部に向かって下降傾斜する傾斜面８ｅを形成してもよい。

また、本発明は、クランク軸１１のスラスト軸受装置１をＶ型内燃機関に適用した場合を例示して説明したが、これに限らず、Ｗ型内燃機関や水平対向型内燃機関、等の他型の内燃機関にも適用することが可能である。

１ スラスト軸受装置
２ シリンダブロック
３ 軸受キャップ
３ａ 合わせ面
４ 分割型軸受ハウジング
５ 軸受孔
６ スラスト座面
８ 半割スラスト軸受
１１ クランク軸

Claims (1)

1. クランク軸を回転自在に支持する軸受孔を有する分割型軸受ハウジングに、前記クランク軸のスラスト荷重を受ける半割スラスト軸受が配置された内燃機関のクランク軸の半割スラスト軸受装置において、
   前記分割型軸受ハウジングを構成するシリンダブロックと軸受キャップとのうち前記シリンダブロック側には、前記軸受孔の開口両端面に前記半割スラスト軸受を組み付けることが可能な凹状のスラスト座面を形成し、該スラスト座面に前記半割スラスト軸受が組み付けられた際に、前記半割スラスト軸受の周方向両端面が、前記シリンダブロックと前記軸受キャップとの合わせ面のうち前記軸受キャップ側の合わせ面と接するように位置し、
   前記半割スラスト軸受の内径の中心位置は、前記軸受孔の開口の中心位置と同心であり、
   前記半割スラスト軸受の外径の中心位置は、前記半割スラスト軸受の内径の中心位置と前記半割スラスト軸受の周方向中央部とを結ぶ中心線上で、前記半割スラスト軸受の内径の中心位置に対して前記半割スラスト軸受の周方向中央部側から遠くなるように偏心させることにより、前記半割スラスト軸受のスラスト面が、前記半割スラスト軸受の周方向中央部から周方向両端部側に向かって次第に広くなることを特徴とする内燃機関のクランク軸の半割スラスト軸受装置。

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