JP2013113337A - ベアリングキャップ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも軽量化されたベアリングキャップを提供すること。
【解決手段】クランクシャフト３のジャーナル部３１を回転自在に支持する半円筒面状の支持面部４１と、前記支持面部４１の両側でシリンダブロック２の下面に当接する当接面部４２，４２と、を備えるベアリングキャップ４であって、前記クランクシャフト３の軸線３０方向に沿う側面４３，４３と下面４４との角部を落とすことにより形成された傾斜部４５，４５を備えることを特徴とするベアリングキャップ４である。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフトを回転自在に支持するベアリングキャップに関する。

従来、エンジンのクランクシャフトを回転自在に支持するために、ベアリングキャプが用いられている。ベアリングキャップは、シリンダブロックの下面にボルト等で固定され、半円筒面状の支持面部により、クランクシャフトのジャーナル部を回転自在に支持する。

ベアリングキャップの構造としては、ベアリングキャップ部がベアリングビーム部によりクランクシャフトの軸方向に一体的に連結されたベアリングビーム構造（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、個々のクランクジャーナルに対応して個々のベアリングキャップを用いる独立ベアリングキャップ構造（例えば、特許文献２参照）が知られている。

ところで、燃費向上の観点から、エンジンはより軽量であることが望ましいため、ベアリングキャップにおいてもその軽量化が求められている。例えば特許文献１の技術では、ベアリングキャップ部の下側において、クランクシャフトの軸方向の幅内で肉抜き部が形成されている。これにより、ベアリングキャップを軽量化でき、ひいてはエンジンを軽量化できる。

特開２００８−３０９１６４号公報 特開平１１−２８０７５２号公報

しかしながら、近年、燃費向上の要求は益々高まってきており、特許文献１の技術をもってしても十分なものとは言えないのが現状であり、ベアリングキャップのさらなる軽量化が求められている。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも軽量化されたベアリングキャップを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、クランクシャフト（例えば、後述のクランクシャフト３）のジャーナル部（例えば、後述のジャーナル部３１）を回転自在に支持する半円筒面状の支持面部（例えば、後述の支持面部４１）と、前記支持面部の両側でシリンダブロック（例えば、後述のシリンダブロック２）の下面に当接する当接面部（例えば、後述の当接面部４２，４２）と、を備えるベアリングキャップを提供する。本発明に係るベアリングキャップ（例えば、後述のベアリングキャップ４）は、前記クランクシャフトの軸（例えば、後述の軸線３０）方向に沿う側面（例えば、後述の側面４３，４３）と下面（例えば、後述の下面４４）との角部を落とすことにより形成された傾斜部（例えば、後述の傾斜部４５，４５）を備えることを特徴とする。

本発明では、クランクシャフトの軸方向に沿うベアリングキャップの側面と下面との角部（以下、「肩部」という。）を落とすことにより、傾斜部を形成する。これにより、肩部を落とした分、従来よりもベアリングキャップを軽量化できる。
また、ベアリングキャップには通常、下面の肩部側の端部からベアリングキャップ内を貫通して当接面部に至るボルト孔が形成され、このボルト孔とシリンダブロックの下面に形成されたボルト孔にボルトを挿通して締結することで、ベアリングキャップがシリンダブロックに固定される。そのため、ボルト孔の周辺部では薄肉となる結果、応力が集中し易く、クラックが生じ易い。例えばＶ型６気筒エンジンのように、クランクシャフトの軸方向に直交する方向の斜め上方からベアリングキャップに対して押圧力が加わる場合において、従来のように肩部を落とさずにボルト孔の周辺部の剛性が高いままであると、押圧力が加わることで生じる引張応力に対して、断面真円形状のボルト孔が耐えるようにボルト孔の周辺部に大きな応力が生じる。
これに対して、本発明のように高剛性の肩部を落とすことにより固定端を減少させてボルト孔の周辺部の剛性を低減すると、押圧力が加わることで生じる引張応力によって、断面真円形状のボルト孔が他の部位に対して相対的に変位して歪み、断面楕円形状となる結果、ボルト孔の周辺部に生じる応力を低減できる。従って、本発明によれば、肩部を落とすことで応力の集中を抑制できるため、従来よりもクラックや破断を抑制できる。

この場合、前記傾斜部の内部には、肉抜き部（例えば、後述の肉抜き部４６，４６）が形成されていることが好ましい。

この発明では、ベアリングキャップの肩部を落として形成した傾斜部において、その内部を肉抜きして肉抜き部を形成する。これにより、傾斜部の内部が肉抜きされた分、ベアリングキャップをより軽量化できる。
また、傾斜部の内部を肉抜きしたことで、ボルト孔の周辺部の剛性がより低減するため、ボルト孔の相対的変位がより助長される。従って、この発明によれば、ボルト孔の周辺部に生じる応力をより低減でき、応力の集中をより抑制できる結果、クラックや破断をより抑制できる。

この場合、前記側面の前記傾斜部側の端部及び前記下面の前記傾斜部側の端部には、ボルト孔（例えば、後述のボルト孔４３２，４４２）を有するボルト座面部（例えば、後述のボルト座面部４３１，４４１）が形成され、前記傾斜部には、両ボルト座面部間を連結する板状のリブ（例えば、後述のリブ４７，４７）が形成されていることが好ましい。

この発明では、肩部を落として形成した傾斜部を挟むように、側面の傾斜部側の端部と下面の傾斜部側の端部のそれぞれに、ボルト孔を有するボルト座面部を形成する。また、傾斜部には、両ボルト座面部間を連結する板状のリブを形成する。これにより、両ボルト座面間の剛性を向上でき、ボルト締結時におけるベアリングキャップの剛性を向上できる。

本発明によれば、従来よりも軽量化されたベアリングキャップを提供できる。また、従来よりも軽量化され、且つ従来よりもクラックや破断を抑制できるベアリングキャップを提供できる。

本発明の一実施形態に係るベアリングキャップが適用されたエンジンの分解斜視図である。 上記実施形態に係るベアリングキャップの構成を説明するための図であり、（Ａ）が上記実施形態に係るベアリングキャップの斜視図で、（Ｂ）が従来のベアリングキャップの斜視図である。 上記実施形態に係るベアリングキャップに対して、クランクシャフトの軸方向に直交する方向の斜め上方から押圧力を加えたときに生ずる応力を示す図であり、（Ａ）が斜視図で、（Ｂ）が斜め下方から見た図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るベアリングキャップが適用されたエンジンの分解斜視図である。なお、図１中の矢印で示されるＦＲ方向は、車体前方を意味する。
図１に示すように、エンジン１は、Ｖ型６気筒エンジンである。エンジン１は、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図示しないシリンダヘッドと、シリンダブロック２の下部に設けられる図示しないオイルパンと、を含んで構成される。

シリンダブロック２は、クランクケース２１と、クランクケース２１の上部に一体形成されたフロントバンク２２及びリヤバンク２３と、シリンダブロック２の端部に締結される図示しないエンドプレートと、を備える。

フロントバンク２２及びリヤバンク２３は、クランクシャフト３の軸線３０と平行に延設され、軸線３０を中心として互いに所定の角度をもってＶ字状に配置されている。フロントバンク２２には、３つのシリンダボア２２１と、これらシリンダボア２２１を囲むウォータージャケット２２２が形成されている。同様に、リヤバンク２３には、３つのシリンダボア２３１と、これらシリンダボア２３１を囲むウォータージャケット２３２が形成されている。

フロントバンク２２に形成された３つのシリンダボア２２１は、対向するリヤバンク２３に形成された３つのシリンダボア２３１に対して、軸線３０の方向にそれぞれオフセットして配置されている。各シリンダボア２２１，２３１には、図示しないコンロッドを介してクランクシャフト３に連結される図示しないピストンが、摺動自在に嵌挿される。

クランクシャフト３は、軸部分であるジャーナル部３１と、図示しないピストンのコンロッドに連結されるクランクピン３５と、カウンターウエイト３６と、を含んで構成される。クランクシャフト３のシリンダブロック２から突出する一端側には、クランクスプロケット３２及びクランクプーリ３３が取り付けられ、他端側には、タイミングプレート３８が取付けられる。また、クランクシャフト３には、メインベアリング３４及びスラストベアリング３７が取り付けられる。クランクシャフト３は、メインベアリング３４を介して、ベアリングキャップ４により回転自在に支持される。

図１に示すように、本実施形態に係るベアリングキャップ４は、個々のジャーナル部３１に対応して、独立して４つ設けられた独立ベアリングキャップ構造である。４つのベアリングキャップ４は、それぞれ、半円筒面状の支持面部４１と、支持面部４１の両側で上方に突出した部分の上面を構成する略平面状の当接面部４２，４２と、を備える。
支持面部４１は、メインベアリング３４を介して、ジャーナル部３１を回転自在に支持する。当接面部４２，４２は、支持面部４１がジャーナル部３１を回転自在に支持した状態で、ボルト５でベアリングキャップ４をシリンダブロック２に固定することにより、シリンダブロック２の下面に当接する。

図２は、本実施形態に係るベアリングキャップ４の構成を説明するための図であり、（Ａ）がベアリングキャップ４の斜視図、（Ｂ）が従来のベアリングキャップ９の斜視図である。ただし、図２では、説明の便宜上、ベアリングキャップの上下を反転させた状態で示している。
図２（Ａ）に示すように、ベアリングキャップ４は、クランクシャフト３の軸線３０方向に沿う側面４３，４３と、下面４４との角部（肩部）を落とすことにより形成された傾斜部４５，４５を備える。即ち、本実施形態に係るベアリングキャップ４は、図２（Ｂ）に示すように、クランクシャフト３の軸線３０方向に沿う側面９３，９３と下面９４との角部（肩部）９５，９５を落とした形状である点において、従来のベアリングキャップ９と相違する。

また、図２（Ａ）に示すように、クランクシャフト３の軸線３０方向に沿う側面９３，９３の傾斜部４５側の端部には、それぞれ、ボルト孔４３２を有するボルト座面部４３１が形成されている。これらボルト座面部４３１，４３１は、側面４３から外側に突出して段差状となっている。
同様に、下面４４の傾斜部４５側の両端部には、それぞれ、ボルト孔４４２を有するボルト座面部４４１が形成されている。これらのボルト孔４４２，４４２は、それぞれ、ベアリングキャップ４内を上下方向に貫通して当接面部４２にまで至っている。
これらのボルト孔と、シリンダブロック２の下面等に形成されたボルト孔にボルト５を挿通して締結することで、ベアリングキャップ４はシリンダブロック２に固定される。

また、図２（Ａ）に示すように、傾斜部４５，４５の内部には、それぞれ、肉抜きされた肉抜き部４６，４６が形成されている。より詳しくは、傾斜部４５，４５の軸線３０方向の両端部を除いて、傾斜部４５，４５の内部が肉抜きされることで、肉抜き部４６，４６が形成されている。これにより、肉抜き部４６，４６が形成された傾斜部４５，４５の軸線３０方向の両端部には、ボルト座面部４３１とボルト座面部４４１の間を連結するように、板状のリブ４７，４７が形成される。
なお、これら肉抜き部４６，４６及び板状のリブ４７，４７は、鋳造によってベアリングキャップ４と一体成形されることにより、成形後の煩雑な加工が不要となっている。

以上のような構成を備える本実施形態のベアリングキャップ４は、上述したようにＶ型６気筒エンジンに適用される。そのため、ピストンからクランクシャフト３を介して伝わる押圧力が、軸線３０方向に直交する方向の斜め上方からベアリングキャップ４に対して付加される。そこで、ベアリングキャップ４に対して、軸線３０方向に直交する方向の斜め上方から押圧力を加えたときに生ずる応力をシュミレーションした結果について、以下に説明する。

図３は、ベアリングキャップ４に対して軸線３０方向に直交する方向の斜め上方から押圧力を加えたときに生ずる応力をシュミレーションした結果、ベアリングキャップ４の内部で生じた応力を示す図であり、（Ａ）が斜視図で、（Ｂ）が斜め下方から見た図である。図３中の黒太矢印は、付加した押圧力の方向を示している。また、斜線部分は、比較的大きな応力が生じた部位を示しており、中でも太斜線部分は、特に大きな応力が生じた部位を示している。

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ベアリングキャップ４に対して軸線３０方向に直交する方向の斜め上方（図３では右斜め上方）から押圧力を加えた場合には、支持面部４１の一部（図３（Ａ）では右側の一部）、下面４４の一部（図３（Ｂ）では下面４４の左側）、及びボルト孔４４２の周辺部（図３（Ｂ）では右側のボルト孔４４２周辺部）において、特に大きな応力が生じることが分かる。クラックや破断を抑制するためには、これらの部位のうち、薄肉となっているボルト孔４４２の周辺部の応力を低減することが特に重要である。
そこで、肩部有りのもの（従来品）、肩部を落としたもの（傾斜部４５を形成したもの）、肩部を落として肉抜きをしたもの（肉抜き部４６及びリブ４７を形成した本実施形態のベアリングキャップ４）について、下面４４の左側の応力と、右側のボルト孔４４２周辺部の応力を相対値（肩部有りの従来品の下面４４左側の応力を１００とした相対値）で比較した結果を表１に示す。なお、表１の３つのベアリングキャップは、肩部の有無と肉抜きの有無以外は、同一の構成である。

表１に示すように、肩部を落としたものは、右側のボルト孔４４２周辺部の応力が従来比で３％低減されており、肩部を落とすことによりクラックや破断を抑制できることが分かる。これは、肩部を落とすことにより固定端が減少してボルト孔４４２の周辺部の剛性が低減するため、断面真円形状のボルト孔４４２が他の部位に対して相対的に変位して歪み、断面楕円形状となる結果、ボルト孔４４２の周辺部に生じる応力を低減できるからである。
また、肩部を落として肉抜きをしたものは、右側のボルト孔４４２周辺部の応力が従来比で５％低減されており、肩部を落として肉抜きをすることによりクラックや破断をより抑制できることが分かる。これは、肉抜きをしたことによりボルト孔４４２の周辺部の剛性がさらに低減する結果、ボルト孔４４２の相対的変位がより助長されて、ボルト孔４４２の周辺部に生じる応力をより低減できるからである。
なお、肩部を落としたものと、肩部を落として肉抜きをしたものいずれにおいても、下面４４の左側の応力が従来比で僅かに上昇しているが、従来品の右側のボルト孔４４２周辺部の応力よりは低いうえ、薄肉部位ではないためクラックや破断の問題は生じない。
従って、上記のシュミレーション結果から、肩部を落として傾斜部４５を形成するとともに、傾斜部４５を肉抜きしてリブ４７を形成することにより、クラックや破断を抑制できることが検証された。

以上のような構成を備えるベアリングキャップ４によれば、以下の作用効果が得られる。
本実施形態では、クランクシャフト３の軸線３０方向に沿うベアリングキャップ４の側面４３，４３と下面４４との角部（以下、「肩部」という。）を落とすことにより、傾斜部４５，４５を形成した。これにより、肩部を落とした分、従来よりもベアリングキャップ４を軽量化できる。
また、ベアリングキャップ４には、下面４４の傾斜部４５側の両端部からベアリングキャップ４内を上下方向に貫通して当接面部４２にまで至るボルト孔４４２が形成されるため、ボルト孔４４２の周辺部では薄肉となる結果、応力が集中し易く、クラックが生じ易い。本実施形態のようにＶ型６気筒エンジンでは、ベアリングキャップ４に対して軸線３０方向に直交する方向の斜め上方から押圧力が加わるため、従来のように肩部を落とさずにボルト孔４４２の周辺部の剛性が高いままであると、押圧力が加わることで生じる引張応力に対して、断面真円形状のボルト孔４４２が耐えるようにボルト孔４４２の周辺部に大きな応力が生じる。
これに対して、本実施形態のように高剛性の肩部を落とすことにより固定端を減少させてボルト孔４４２の周辺部の剛性を低減すると、押圧力が加わることで生じる引張応力によって、断面真円形状のボルト孔４４２が他の部位に対して相対的に変位して歪み、断面楕円形状となる結果、ボルト孔４４２の周辺部に生じる応力を低減できる。従って、本実施形態によれば、肩部を落とすことで応力の集中を抑制できるため、従来よりもクラックや破断を抑制できる。

また本実施形態では、ベアリングキャップ４の肩部を落として形成した傾斜部４５，４５において、その内部を肉抜きして肉抜き部４６，４６を形成した。これにより、傾斜部４５，４５の内部が肉抜きされた分、ベアリングキャップ４をより軽量化できる。
また、傾斜部４５，４５の内部を肉抜きしたことで、ボルト孔４４２の周辺部の剛性がより低減するため、ボルト孔４４２の相対的変位がより助長される。従って、本実施形態によれば、ボルト孔４４２の周辺部に生じる応力をより低減でき、応力の集中をより抑制できる結果、クラックや破断をより抑制できる。

また本実施形態では、肩部を落として形成した傾斜部４５，４５を挟むように、側面４３の傾斜部４５側の端部と下面４４の傾斜部４５側の端部のそれぞれに、ボルト孔４３２，４４２を有するボルト座面部４３１，４４１を形成した。また、傾斜部４５，４５には、両ボルト座面部間を連結する板状のリブ４７，４７を形成した。これにより、両ボルト座面間の剛性を向上でき、ボルト締結時におけるベアリングキャップ４の剛性を向上できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

１…エンジン
２…シリンダブロック
３…クランクシャフト
３０…軸線
３１…ジャーナル部
４…ベアリングキャップ
４１…支持面部
４２…当接面部
４３…側面
４４…下面
４５…傾斜部
４６…肉抜き部
４７…リブ
４３２，４４２…ボルト孔
４３１，４４１…ボルト座面部

Claims (3)

1. クランクシャフトのジャーナル部を回転自在に支持する半円筒面状の支持面部と、
   前記支持面部の両側でシリンダブロックの下面に当接する当接面部と、を備えるベアリングキャップであって、
   前記クランクシャフトの軸方向に沿う側面と下面との角部を落とすことにより形成された傾斜部を備えることを特徴とするベアリングキャップ。
2. 前記傾斜部の内部には、肉抜き部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベアリングキャップ。
3. 前記側面の前記傾斜部側の端部及び前記下面の前記傾斜部側の端部には、ボルト孔を有するボルト座面部が形成され、
   前記傾斜部には、両ボルト座面部間を連結する板状のリブが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のベアリングキャップ。

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