JP2016050488A - エンジンのクランクシャフト軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトをより安定して支持する。
【解決手段】ロアブロック２０がロアブロック本体２１とクランクシャフトの軸受部を構成するベアリングインサート３０とで構成されるとともに、ベアリングインサート３０がロアブロック本体２１の材料よりも熱膨張の小さい材料で形成されるとともにロアブロック本体２１に鋳ぐるみされた構造において、ベアリングインサート３０のうちクランクシャフトの軸と直交する特定方向両端面３１、３１に、この特定方向内側に凹むとともにピストンの往復動方向に沿って延びる溝３１ｃを形成し、ロアブロック本体２１に、この溝３１ｃと嵌合する嵌合部２５を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランクシャフトの軸受部を構成するベアリングインサートを備え、当該ベアリングインサートがロアブロック本体に鋳ぐるみされたエンジンのクランクシャフト軸受構造に関する。

従来から、エンジンブロックに、ブロック本体よりも剛性の高い軸受部を設けこの軸受部によってクランクシャフトを支持するものが知られている。

例えば、特許文献１には、Ｖ型エンジンのアルミニウム合金製のシリンダブロック本体およびロアブロック本体に鉄合金製の円弧状の軸受部材およびこの軸受部と突き合わされる軸受キャップが鋳ぐるみされたものが開示されている。

実開平２−１０３１５４号公報

車両の燃費性能向上および出力向上に伴う運転性の向上等の観点から、エンジンの圧縮比および出力を従来よりも高くすることが検討されている。ここで、エンジンを高圧縮比化等するとクランクシャフトへの荷重が増大する。そのため、高圧縮比化等されたエンジンにおいて、クランクシャフトの支持構造として特許文献１のような従来の構造を用いたのでは、クランクシャフトを十分に安定して支持できず、エンジン振動や騒音が増大するおそれがある。

具体的には、特許文献１の構造では、アルミニウム合金製のシリンダブロック本体等に剛性の高い鉄合金でクランクシャフトの軸受部が鋳ぐるみされていることで、軸受部によってクランクシャフトをある程度安定して支持することができるものの、ブロック本体側と軸受部側とで材料が異なるために、これら材料の熱膨張率の差に伴って軸受部とブロック本体との間の隙間が増大し、クランクシャフトから高荷重が加えられた際に軸受部がブロック本体に対して変位して、クランクシャフトを安定して支持できないおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、クランクシャフトをより安定して支持することのできるエンジンのクランクシャフト軸受構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、ピストンが所定の方向に沿って往復動するエンジンに設けられて、エンジンのシリンダブロックに締結されるロアブロックがロアブロック本体とエンジンのクランクシャフトの軸受部を構成するベアリングインサートとを含み、当該ベアリングインサートが上記ロアブロック本体の材料よりも熱膨張の小さい材料で形成されるとともにロアブロック本体に鋳ぐるみされたエンジンのクランクシャフト軸受構造において、上記ベアリングインサートは、その上記クランクシャフトの軸と直交する特定方向両端面に、この特定方向内側に凹むとともに上記ピストンの往復動方向に沿って延びる溝を有し、上記ロアブロック本体は、上記溝と嵌合する嵌合部を有することを特徴とするエンジンのクランクシャフト軸受構造を提供する（請求項１）。

本発明によれば、ベアリングインサートに形成された溝にロアブロック本体の嵌合部が嵌合しているため、クランクシャフトの軸受部を構成するベアリングインサートとロアブロック本体とを異なる材料で構成しつつ、ベアリングインサートとロアブロック本体との結合力を高めることができ、ベアリングインサートのロアブロックに対する変位を抑制してクランクシャフトをより確実に安定して支持することができる。特に、上記溝が、ベアリングインサートのクランクシャフトの軸と直交する特定方向の両端面に、この特定方向内側に凹むように、かつ、ピストンの往復動方向に沿って延びるよう形成されているため、ベアリングインサートがクランクシャフトの軸方向について変位するのを抑制することができ、ブロックの振動をより確実に抑制することができる。

本発明において、上記ロアブロックは、アルミニウム合金材料からなり、上記ベアリングインサートは、鋳鉄材料からなるのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、ロアブロック本体ひいてはロアブロックおよびエンジン全体を軽量化しつつ、ベアリングインサートの剛性を高く確保してクランクシャフトをより安定して支持することができる。

また本発明において、上記ロアブロックは、クランクシャフトの軸方向について互いに離間した位置に配置される複数個のベアリングインサートを含み、上記各ベアリングインサートは、上記ロアブロックと上記シリンダブロックとを締結するボルトが挿通される挿通孔、および、当該ボルトの頭部が当接されるボルト座面を有し、上記ロアブロック本体は、クランクシャフトの軸方向について互いに離間した位置に配置されて上記各ベアリングインサートがそれぞれ鋳ぐるみされる軸受支持部、および、これら軸受支持部間にわたって延びるベアリングビームを有し、上記ベアリングビームは、上記各軸受支持部のうち上記ベアリングインサートのボルト座面が配置される部分付近にわたって延びているのが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、ロアブロックをシリンダブロックに締結するボルトの座面が熱膨張率の小さいベアリングインサートに形成されるため、ロアブロックの熱膨張に伴ってボルトの締結力が変化するのを抑制することができる。また、熱膨張率の小さいベアリングインサートは、その多くが剛性の高い材料からなるため、軸受支持部のボルト座面においてボルト締結力を安定化させることができる。さらに、軸受支持部のボルト座面付近の部分間がベアリングビームにより連結されるため、この部分ひいてはボルト締結部の変位を抑制することができ、ロアブロックのシリンダブロックに対する変位すなわちエンジンの振動を抑制することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンのクランクシャフト軸受構造によれば、クランクシャフトをより安定して支持することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンブロックの下部を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した状態のロアブロックを示す概略斜視図である。 ベアリングインサートを示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図の一部を拡大して示した図である。 図４の一部を拡大して示した図である。 従来の軸受構造を示した図である。 図６の一部を拡大して示した図である。

本発明のエンジンのクランクシャフト支持構造に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る構造が適用されるエンジンは、ピストンが所定の方向に往復動する往復動式エンジンであり、エンジンの出力軸であるクランクシャフトは、コネクティングロッドを介してピストンに連結されている。以下、ピストンの往復動方向を上下方向といい、ピストン側を上、クランクシャフト側を下という。また、この上下方向およびクランクシャフトの軸方向と直交する方向（特定方向、図１の左右方向）をエンジン幅方向という。

また、ここでは、エンジンが複数の気筒を有する多気筒エンジンの場合について説明する。

図１は、エンジンブロックの下部を示した断面図である。この図１に示すように、エンジンには、内側に気筒が形成されるシリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の下部に配置されるロアブロック２０とが設けられている。

ロアブロック２０はシリンダブロック１０にボルト５０により締結されており、シリンダブロック１０には、このボルト５０が螺合するねじ穴１３が形成されている。

クランクシャフト（不図示）は、シリンダブロック１０とロアブロック２０との間に挟み込まれるようにして配置されており、シリンダブロック１０およびロアブロック２０には、それぞれ、クランクシャフトの上部および下部を囲むクランクシャフト挿通孔１２、２２が形成されている。

ロアブロック２０は、ロアブロック本体２１と、クランクシャフトの軸受部として機能する複数のベアリングインサート３０とを含んでいる。本実施形態では、ロアブロック本体２１は比重の小さいアルミニウム合金からなり、ベアリングインサート３０は、アルミニウム合金よりも剛性が高く熱膨張率が小さい鋳鉄からなる。例えば、ロアブロック本体２１は、熱膨張率が２２×１０^−６（１／Ｋ）のＡＤＣ１０あるいはＡＤＣ１２等で形成され、ベアリングインサート３０は、熱膨張率が１２×１０^−６（１／Ｋ）のＦＣＤ４５０またはＦＣＤ５５０等で形成されている。

各ベアリングインサート３０は、ロアブロック本体２１に鋳ぐるみされている。すなわち、ロアブロック２０の型に別途形成されたベアリングインサート３０が配置され、この配置状態で上記型にアルミニウム合金が流し込まれて鋳造され、これにより、鉄合金からなるベアリングインサート３０とアルミニウム合金からなるロアブロック本体２１とが一体化されたロアブロック２０が形成される。

ロアブロック本体２１の概要について説明する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した状態のロアブロックを示す概略斜視図である。図１および図２に示すように、ロアブロック本体２１は、エンジン幅方向両端部に設けられてクランクシャフトの軸方向に延びる側壁２１ａ、２１ａを有している。

ロアブロック本体２１は、これら側壁２１ａ、２１ａ間にわたってエンジンの幅方向に延びる複数の軸受支持部２３を有している。これら軸受支持部２３は、クランクシャフトの軸方向に互いに離間した位置配置されており、これら軸受支持部２３間の空間内で、各コネクティングロッド（コネクティングロッドの下部）が上下に移動するようになっている。

また、ロアブロック本体２１は、その下端部に設けられて、各軸受支持部２３間にわたって延びる板状の２枚のベアリングビーム２６、２６を有している。これらベアリングビーム２６、２６は、エンジン幅方向に離間した位置において、各軸受支持部２３の下部を連結するようにクランクシャフトの軸方向に延びている。より詳細には、ベアリングビーム２６、２６は、ベアリングインサート３０の後述する脚部３６の下端部付近を連結するように延びている。

次に、ベアリングインサート３０の詳細構造について説明する。図３は、ベアリングインサート３０の概略斜視図である。

図１〜図３に示すように、ベアリングインサート３０は、クランクシャフトの軸方向に所定の幅を有し、上下方向およびエンジン幅方向に延びるブロック状の部材である。

各ベアリングインサート３０は、各軸受支持部２３内にそれぞれ一つずつ鋳ぐるみされており、それぞれ、軸受支持部２３のうちエンジンの幅方向略中央部分に配置されている。

上記の通り、ベアリングインサート３０は、クランクシャフトの軸受部として機能しており、ベアリングインサート３０の上端面３０ａは、ロアブロック２０の上端面において露出している。そして、このベアリングインサート３０の上端面３０ａには、そのエンジンの幅方向略中央に、半円状に凹む受け部３２が形成されている。この受け部３２には、金属製の軸受メタル（不図示）が配置され、クランクシャフトの下部は、この軸受メタルを介して受け部３２により支持される。

ベアリングインサート３０のエンジン幅方向両端面３１，３１には、それぞれ、この幅方向内側（幅方向中央側）に向かって凹み上下に延びる溝３５ｃがそれぞれ形成されている。具体的には、ベアリングインサート３０のエンジン幅方向両側部には、クランクシャフトの軸方向について互いに平行に延びる板状の側壁３５ａ、３５ｂが設けられており、これら側壁３５ａ、３５ｂの間に溝３５ｃが区画されている。

本実施形態では、各溝３５ｃは、ベアリングインサート３０のエンジン幅方向両側部のうちその上端よりも下側の部分から下方に延びている。すなわち、ベアリングインサート３０の上端部分３４には、溝３５ｃが形成されておらず、この上端部分３４は、剛性が確保されるようになっている。そして、このように本実施形態では溝３５ｃの上端は塞がれる一方、溝３５ｃの下端は下方に開口している。

ベアリングインサート３０のうち受け部３２よりもエンジン幅方向外側、かつ、溝３５ｃよりもエンジン幅方向内側の部分には、ベアリングインサート３０を上下に貫通して、上記ボルト５０が挿通される貫通孔３３が形成されている。

本実施形態では、ベアリングインサート３０のうち貫通孔３３が形成される部分（以下、脚部という）３６は、他の部分よりも下方に延びており、各側壁３５ａ、３５ｂは、この脚部３６の下端すなわちベアリングインサート３０の下端よりも上側の部分でとまっている。また、ベアリングインサート３０のうち脚部３６間に位置する部分は上方に凹んでいる。この凹み部分には、その下端面から上方に２つの孔３９、３９が形成されており、ベアリングインサート３０ひいてはロアブロック２０の軽量化が図られている。

本実施形態では、各脚部３６の下端面３０ｂはロアブロック２０の下端面において露出しており、脚部３６の下端面３０ｂが、ボルト５０の座面、すなわち、ボルト５０の頭部５１と当接するボルト座面として機能するようになっている。

以上のように構成されたベアリングインサート３０は、上記の通り、ロアブロック本体２１の軸受支持部２３にそれぞれ鋳ぐるみされる。そのため、各軸受支持部２３の一部は、ベアリングインサート３０の周囲を取り囲むような形状を有している。

具体的には、図２および図２の一部を拡大した図３に示すように、各軸受支持部２３には、内側にベアリングインサート３０が配置されるベアリング挿入孔２４が形成されている。そして、このベアリング挿入孔２４の内周面には、ベアリングインサート３０の溝３５ｃ内に挿入される部分が形成されている。すなわち、ベアリング挿入孔２４の内周面のうち、ベアリングインサート３０のエンジン幅方向両端面３１，３１と対向する部分には、エンジン幅方向内側に突出して溝３５ｃ内に入り込み、溝３５ｃと嵌合する嵌合部２５が形成されている。

また、各軸受支持部２３のうち、ベアリングインサート３０の脚部３６間に配置される部分には、上方に突出して孔３９内に挿入される突起部が形成されている。

ここで、上記のように、ベアリングインサート３０の上端面３０ａは、ロアブロック２０の上面において露出するよう構成されており、ベアリングインサート３０は、その上端面３０ａが外部に露出する状態で軸受支持部２３内に鋳ぐるみされる。

一方、上記のように、ベアリングインサート３０の脚部３６の下端面３０ｂも、ロアブロック２０の下端面において露出するよう構成されているが、本実施形態では、脚部３６の下方をアルミニウム合金で覆った状態で鋳造し、その後、脚部３６の下端面３０ｂよりも下方に位置するアルミニウム合金を削って脚部３６の下端面３０ｂを露出する。詳細には、脚部３６の下端部付近を連結するようにアルミニウム合金によってベアリングビーム２６、２６が形成され、このベアリングビーム２６、２６のうち脚部３６の下端面３０ｂと対向する部分が削られる。

以上のように構成されたロアブロック２０では、ロアブロック本体２１が比重の小さいアルミニウム合金で形成され、ベアリングインサート３０が剛性の高い鋳鉄で形成されるため、ロアブロック本体２１ひいてはロアブロック２０およびエンジン全体を軽量化しつつ、クランクシャフトをベアリングインサート３０によって安定して支持することができる。

しかも、ベアリングインサート３０に上記のような溝３５ｃが形成され、かつ、ロアブロック本体２１にこの溝３５ｃと嵌合する嵌合部２５が形成されており、これにより、ベアリングインサート３０とロアブロック本体２１との結合力が高められているため、ベアリングインサート３０が、ロアブロック本体２１との熱膨張差によって、ロアブロック本体２１に対して変位するのを抑制することができ、シリンダブロックの振動をより確実に抑制することができる。

図５、図６および図７を用いて具体的に説明する。図５は、図４の一部を拡大して示した図である。図６および図７は、従来の構造、詳細には、ベアリングインサート１３０に溝３５ｃが形成されておらず、ベアリングインサート１３０のエンジン幅方向両側部が単純に外側に膨出するように湾曲する形状を有し、ロアブロック本体１２１のベアリング挿入孔１２４の内周面のエンジン幅方向両側部がこの湾曲する面に対向して単純に湾曲する形状を有する構造を示した図であって、それぞれ図４および図５に対応する図である。

ロアブロック本体２１、１２１をアルミニウム合金で形成し、ベアリングインサート３０、１３０を鋳鉄で形成した場合には、ベアリングインサート３０、１３０の熱膨張率がロアブロック本体２１、１２１の熱膨張率よりも小さいために、エンジンの駆動等に伴ってロアブロック２０の温度が上昇すると、ベアリングインサート３０、１３０に対してロアブロック本体２１、１２１は相対的に大きく膨張する。

このとき、図６および図７に示す従来の構造では、ロアブロック本体１２１が図７の実線で示す状態から図７の破線で示すような状態に変化し、ベアリングインサート１３０の外側全体に大きな隙間が生じる。その結果、この構造では、エンジンの駆動に伴って、ベアリングインサート１３０がロアブロック本体１２１に対してクランクシャフトの軸方向大きく振動してしまい、シリンダブロックの振動が大きくなる。

詳細には、燃焼に伴いピストンおよびコンロッドが下方に押し下げられると、クランクシャフトのうちコンロッドが接続されている部分、すなわち、クランクシャフトのうちベアリングインサート１３０により支持されている部分からクランクシャフトの軸方向にずれた位置に大きな荷重が加えられる。このとき、上記のようにベアリングインサート１３０の外周全体に大きな隙間が存在すると、ベアリングインサート１３０は、上記荷重を受けてクランクシャフトの軸方向に傾いてしまう。そのため、エンジンブロックの振動およびこの振動に伴う騒音が増大してしまう。

これに対して、図５に示すように、本実施形態に係る構造においても、ロアブロック本体２１がベアリングインサート３０よりも相対的に大きく熱膨張することに伴い、ベアリングインサート３０のクランクシャフトの軸方向両端面とベアリング挿入孔２４の内周面との間には比較的大きな隙間Ｘ１が生じるが、本実施形態に係る構造では、上記熱膨張によって溝３５ｃの内側面と嵌合部２５との間の隙間Ｘ２は小さくなる。詳細には、嵌合部２５が溝３５ｃに対して相対的に大きく熱膨張することで、嵌合部２５のクランクシャフト軸方向両端面２５ａ、２５ｂがベアリングインサート３０の側壁３５ａ、３５ｂに向かって膨張する結果、これらの間の隙間Ｘ２、Ｘ２が小さくなる。そのため、本実施形態に係る構造では、この嵌合部２５によってベアリングインサート３０の側壁３５ａ、３５ｂひいてはベアリングインサート３０のクランクシャフトの軸方向の変位を抑制することができ、エンジンの振動を小さく抑えることができる。

さらに、本実施形態に係る構造では、剛性が高く熱膨張率の小さいベアリングインサート３０の脚部３６の下端面３０ｂがボルト座面３０ｂとして機能するよう構成されている。そのため、ボルト５０ひいてはロアブロック２０を安定してシリンダブロック１０に固定することができ、ロアブロック２０のシリンダブロック１０に対する変位すなわちエンジンの振動および振動に伴い生じる騒音をより小さく抑えることができる。

また、本実施形態では、各軸受支持部２３のうちこのボルト座面３０ｂが形成される脚部３６の下端面３０ｂ付近どうしが、互いにベアリングビーム２６、２６により連結されている。そのため、このボルト座面３０ｂの変位をより一層抑制することができ、エンジンの振動および騒音をより確実に抑えることができる。

ここで、上記溝３５ｃは、ベアリングインサート３０のエンジン幅方向両端面３１の上下方向全体にわたって形成されてもよい。ただし、上記実施形態のように、溝３５ｃを、ベアリングインサート３０の上端よりも下側の部分から下方に延びるように形成すれば、このベアリングインサート３０の上端部分３４ひいては貫通孔３３が開口するベアリングインサート３０の上端面３０ａ付近の剛性を確保することができ、ベアリングインサート３０の耐久性を高めることができる。

また、上記実施形態では、上記溝３５ｃの下端を下方に開口させた場合について説明したが、この下端を塞ぐようにしてもよい。ただし、溝３５ｃの上端あるいは下端の少なくとも一方を開口させておけば、ベアリングインサート３０をロアブロック本体２１に鋳ぐるみする場合に、ロアブロック本体２１側の材料（アルミニウム合金等）の溝３５ｃ内への流入量を確保して、ロアブロック本体２１とベアリングインサート３０との結合力をより高く確保することができる。

また、上記実施形態では、ベアリングインサート３０の脚部３６の下端面３０ｂがボルト座面３０ｂとして機能するよう構成されているが、これに限ることなく、ベアリングインサート３０の脚部３６の下方を鋳造時にアルミニウム合金で覆い、その下面部にボルト座面を形成するようにしてもよい。

また、ロアブロック本体２１およびベアリングインサート３０の具体的材料は上記に限らない。

２０ ロアブロック
２１ ロアブロック本体
２５ 嵌合部
３０ ベアリングインサート
３０ｂ ボルト座面
３１ｃ 溝

Claims (3)

1. ピストンが所定の方向に沿って往復動するエンジンに設けられて、エンジンのシリンダブロックに締結されるロアブロックがロアブロック本体とエンジンのクランクシャフトの軸受部を構成するベアリングインサートとを含み、当該ベアリングインサートが上記ロアブロック本体の材料よりも熱膨張の小さい材料で形成されるとともにロアブロック本体に鋳ぐるみされたエンジンのクランクシャフト軸受構造において、
   上記ベアリングインサートは、その上記クランクシャフトの軸と直交する特定方向両端面に、この特定方向内側に凹むとともに上記ピストンの往復動方向に沿って延びる溝を有し、
   上記ロアブロック本体は、上記溝と嵌合する嵌合部を有することを特徴とするエンジンのクランクシャフト軸受構造。
2. 請求項１に記載のエンジンのクランクシャフト軸受構造において、
   上記ロアブロック本体は、アルミニウム合金材料からなり、
   上記ベアリングインサートは、鋳鉄材料からなることを特徴とするエンジンのクランクシャフト軸受構造。
3. 請求項１または２に記載のエンジンのクランクシャフト軸受構造において、
   上記ロアブロックは、クランクシャフトの軸方向について互いに離間した位置に配置される複数個のベアリングインサートを含み、
   上記各ベアリングインサートは、上記ロアブロックと上記シリンダブロックとを締結するボルトが挿通される挿通孔、および、当該ボルトの頭部が当接されるボルト座面を有し、
   上記ロアブロック本体は、クランクシャフトの軸方向について互いに離間した位置に配置されて上記各ベアリングインサートがそれぞれ鋳ぐるみされる軸受支持部、および、これら軸受支持部間にわたって延びるベアリングビームを有し、
   上記ベアリングビームは、上記各軸受支持部のうち上記ベアリングインサートのボルト座面が配置される部分付近にわたって延びていることを特徴とするエンジンのクランクシャフト軸受構造。

Images