JP2013536924A - 内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリング - Google Patents

Abstract

ベアリングシェルによって形成される滑り軸受けを有する、内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングであって、ベアリングシェル（１０）はベアリングシェル背面（１３）によって前記内燃機関のシリンダを具備するクランクケース（１１）に隣接するとともに、ベアリングシェル滑り面（１２）によって軸受けすべきクランクシャフトに隣接する、クランクシャフトベアリングにおいて、前記ベアリングシェル滑り面（１２）、または前記ベアリングシェル背面（１３）、または当該ベアリングシェル背面（１３）に隣接する前記シリンダを具備するクランクケース（１１）の面（１４）のいずれかが、凹断面形状を有している。

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部に記載の、内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングに関する。

クランクシャフトのクランクシャフトベアリングは、メインベアリングと称されることも多く、内燃機関のシリンダを具備するクランクケースにおいてクランクシャフトの支持と軸受に役立つ。クランクシャフトベアリングは多くの場合、複数のベアリングシェルから成る滑り軸受を有しており、当該ベアリングシェルはシリンダを具備するクランクケースの止まり穴に収容されている。滑り軸受のベアリングシェルが装入されているシリンダを具備するクランクケースの止まり穴は、このとき典型的に、シリンダを具備するクランクケースの部材であるいわゆるベアリングブロックと、同じくシリンダを具備するクランクケースの部材であるいわゆるベアリングカバーとから形成されている。このようなクランクシャフトベアリングの滑り軸受はオイルで潤滑されており、それによってクランクシャフトベアリングの摩耗をできるだけ少なくすることを保証している。

従来のクランクシャフトベアリングでは、クランクシャフトベアリングの作動時に、軸方向におけるほぼ軸受中心において、滑り軸受もしくは当該滑り軸受のベアリングシェルに対する最大軸受荷重が形成される。従って、軸方向における軸受幅にわたって見た場合、従来のクランクシャフトベアリングの滑り軸受は、大きく変化する応力もしくは異なる応力を受ける。さらに上記の圧力分布に基づいて、軸方向における軸受幅のほぼ中央に、最大の軸受温度が形成される。軸受温度と軸受材料の寿命との間には直接的な関連があるので、滑り軸受の軸方向における軸受幅のほぼ中央に局所的なピーク温度があることによって、クランクシャフトベアリング全体の寿命が限定される。この点は不利である。

軸方向における軸受幅にわたって圧力分布と温度分布とが均一化され得るクランクシャフトベアリングが求められている。この点に鑑み、本発明の課題は内燃機関のクランクシャフトの新式のクランクシャフトベアリングを創出することである。

上記の課題は請求項１に記載の内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングによって解決される。本発明によれば、ベアリングシェル滑り面、またはベアリングシェル背面、またはベアリングシェル背面に隣接するシリンダを具備するクランクケースの面のいずれかが、凹断面形状を有している。

クランクシャフトベアリングの滑り軸受のベアリングシェルのベアリングシェル滑り面、またはベアリングシェル背面、またはベアリングシェル背面に隣接するシリンダを具備するクランクケースの面に、凹断面形状を付与することが、本発明によって初めて提案される。このような凹断面形状を介して、軸方向における軸受幅にわたって見た場合、軸受荷重、すなわち圧縮応力および熱応力が均一化され得る。

これにより、ベアリングの寸法取りを変えずに、クランクシャフトベアリングの寿命を増大させることが可能となる。代替的にクランクシャフトベアリングの寿命が変わらない状態で、クランクシャフトベアリングの寸法取りを減少させ、それとともにクランクシャフトベアリングの大きさを減少させることができる。

本発明の好適なさらなる構成は従属請求項と、以下の詳細な説明に記載されている。図面に基づいて本発明の実施の形態をより詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の第一の実施の形態による内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングの断面を概略的に示す図である。 本発明の第二の実施の形態による内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングの断面を概略的に示す図である。 本発明の第三の実施の形態による内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングの断面を概略的に示す図である。

本発明は、内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングに関する。このようなクランクシャフトベアリングは、内燃機関のシリンダを具備するクランクケースにおけるクランクシャフトの軸受と支持に役立つ。このとき、クランクシャフトベアリングは滑り軸受を有しており、当該滑り軸受は典型的に、複数のベアリングシェル、すなわち上部ベアリングシェルと、下部ベアリングシェルとから組み立てられている。当該ベアリングシェルは、シリンダを具備するクランクケース内のボアに装入されている。

図１は、図示しないクランクシャフトのクランクシャフトベアリングを、当該クランクシャフトベアリングの軸方向の切断方向で切断した、極めて概略的な部分断面図である。図１は、クランクシャフトベアリングのベアリングシェル１０、すなわち下部ベアリングシェルの断面、および、下部ベアリングシェル１０に隣接する内燃機関のシリンダを具備するクランクケース１１の部分の断面を表わす。図１において軸方向断面で示されている下部ベアリングシェル１０は、ベアリングシェル滑り面１２を有しており、当該ベアリングシェル滑り面は間隙を形成しながら軸受すべきクランクシャフトに隣接している。ベアリングシェル１０の、ベアリングシェル滑り面１２に対向する側には、いわゆるベアリングシェル背面１３が形成されており、当該ベアリングシェル背面によってベアリングシェル１０は、下部ベアリングシェル１０に隣接するシリンダを具備するクランクケース１１の部分の面１４に隣接している。

すでに述べた通り、図１はクランクシャフトベアリングの滑り軸受の下部ベアリングシェル１０の断面と、下部ベアリングシェル１０に隣接するシリンダを具備するクランクケース１１の部分の断面とを軸方向において示しており、図１において軸方向Ａが示されている。図１はさらに径方向Ｒと、周方向Ｕとを示しており、周方向Ｕは図の平面に入り込むように延在するとともに、図の平面から外に出るように延在する。

図１の実施の形態において、ベアリングシェル１０のベアリングシェル滑り面１２は、凹断面形状を付与されており、当該ベアリングシェル滑り面１２の凹断面形状は、ベアリングシェル１０の周方向で見て循環しており、径方向にも軸方向にも延在する。

図１から分かるように、ベアリングシェル滑り面１２の凹状の湾曲断面形状は径方向において、凹断面形状の湾曲深さが、ベアリングシェル１０の軸方向中心において最も深くなるように形成されており、当該径方向の湾曲深さはベアリングシェル１０の軸方向縁部に向かって連続的に減少している。

クランクシャフトベアリングの滑り軸受の下部ベアリングシェル１０のベアリングシェル滑り面１２を、上記のような断面形状にすることにより、ベアリングシェル１０の軸方向における幅にわたって圧縮応力と熱応力とが均一化され得、それによってベアリングシェル１０の軸方向における幅にわたって、局所的な圧力ピークと温度ピークとリングの滑り軸受において、接線方向のオイル流れが改善され得、それによって最終的に下部ベアリングシェル１０における排熱が改善される。これにより、下部ベアリングシェル１０の熱応力がさらに低減され得、それによって寿命がさらに増大され得る。

すなわち、オイル流れを接線方向の周方向において増大させることにより、下部ベアリングシェル１０の高い応力を受ける領域から、図示しない上部ベアリングシェルの比較的小さい応力を受ける領域へ潤滑オイルが搬送される。上部ベアリングシェルの領域であって、クランクシャフトの偏心経路ゆえに、ベアリングシェルとクランクシャフトの間に、下部ベアリングシェルの領域におけるよりも大きな間隙が設けられている領域では、オイルは軸方向において妨げられることなくベアリングから出ることができる。

これにより、下部ベアリングシェルの凹状の輪郭形状１２によって、軸方向におけるオイル流れの絞り調整が行われるにもかかわらず、潤滑オイルに関して妨げられることのない交換が確実に可能であり、それによってクランクシャフトベアリングの良好な冷却が保証されている。

下部ベアリングシェル１０のベアリングシェル滑り面１２が凹断面形状を有している、図１に示されている本発明の好適な実施の形態とは異なり、図２に示すように、ベアリングシェル背面１３に隣接するシリンダを具備するクランクケース１１の面１４に凹断面形状を付与することも可能である。さらに代替的に、図３に示すように、ベアリングシェル背面１３が凹断面形状に加工されていてよい。その場合、図２および３に示されている（断面形状加工されていない）ベアリングシェルは、取り付けられた状態もしくは締結された状態で初めて、凹状のベアリング滑り面を有する、すなわち図１に示す状態になる。

図２および図３の変化態様において、圧縮応力および熱応力の均一化は、軸方向の軸受け幅にわたって行われ、図２および図３の場合、接線方向の周方向におけるオイル流れが増大され得る。

本発明により、クランクシャフトベアリングの寿命を増大させることができる。クランクシャフトベアリングの寸法取りを等しく保ちながら、当該クランクシャフトベアリングの耐久時間を増大させることができる。代替的に本発明は、クランクシャフトベアリングの寿命を等しく保ちながら、当該クランクシャフトベアリングの寸法取りをより小さくし、そのようにして、エンジン構成長さを短縮するとともに、ベアリングの幅を狭くすることによって、よりコンパクトなエンジン設計を提供するために用いられ得る。これによってさらに、内燃機関における出力を増大させることができる。

本発明の好適なさらなる構成によれば、周方向で見て凹断面形状は変化する。すなわち例えば当該好適なさらなる構成によれば、凹状の湾曲断面形状の径方向湾曲深さは、周方向で見て変化することが可能である。これにより、クランクシャフトベアリングの特性をさらに向上させることができる。

代替的に、周方向で見て凹断面形状が変化しないことも可能である。

好ましくは滑り軸受の下部ベアリングシェル１０または当該滑り軸受の下部ベアリングシェル１０に隣接するシリンダを具備するクランクケース１１の部分のみが、凹断面形状を有しており、それに対して、上部ベアリングシェルもしくは当該上部ベアリングシェルに隣接するシリンダを具備するクランクケースの部分の領域に、このような凹断面形状は形成されていない。

１０ ベアリングシェル
１１ シリンダを具備するクランクケース
１２ ベアリングシェル滑り面
１３ ベアリングシェル背面
１４ 面

Claims (7)

1. ベアリングシェルによって形成される滑り軸受けを有する、内燃機関のクランクシャフトのクランクシャフトベアリングであって、ベアリングシェルはベアリングシェル背面によって前記内燃機関のシリンダを具備するクランクケースに隣接するとともに、ベアリングシェル滑り面によって軸受けすべきクランクシャフトに隣接する、クランクシャフトベアリングにおいて、
   前記ベアリングシェル滑り面（１２）、または前記ベアリングシェル背面（１３）、または当該ベアリングシェル背面（１３）に隣接する前記シリンダを具備するクランクケース（１１）の面（１４）のいずれかが、凹断面形状を有していることを特徴とするクランクシャフトベアリング。
2. 前記凹断面形状は、周方向において循環していることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトベアリング。
3. 前記凹断面形状は、周方向で見て変化することを特徴とする請求項１または２に記載のクランクシャフトベアリング。
4. 前記凹断面形状は、周方向で見て変化しないことを特徴とする請求項１または２に記載のクランクシャフトベアリング。
5. 前記凹断面形状の凹状の湾曲断面形状は、径方向および軸方向に延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のクランクシャフトベアリング。
6. 前記凹状の湾曲断面形状は、当該凹状の湾曲断面形状の径方向湾曲深さが、ほぼ軸方向中心において最も深くなるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のクランクシャフトベアリング。
7. 前記滑り軸受の下部ベアリングシェル（１０）または前記滑り軸受の前記下部ベアリングシェル（１０）に隣接する前記シリンダを具備するクランクケース（１１）の部分のみが、前記凹断面形状を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のクランクシャフトベアリング。

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