JP2745792B2

JP2745792B2 - 内燃機関のプレーンベアリング

Info

Publication number: JP2745792B2
Application number: JP2213653A
Authority: JP
Inventors: 栄次福森
Original assignee: 株式会社豊田自動織機製作所
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH0495608A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関のコネクティングロッド大端部に設
けられたプレーンベアリングの潤滑に関する。

〔従来の技術〕

第10図に従来の内燃機関のコネクティングロッド大端
部とクランクシャフトピン部近傍の断面図を示す。10は
クランクシャフト、20はコネクティングロッド、１はク
ランクシャフトピン部、２はコネクティングロッド大端
部、３はプレーンベアリング（単にメタル、又は親メタ
ルとも言う）を示し、クランクシャフトピン部１とプレ
ーンベアリング３との間隙Ｋにオイルポンプ（図示せ
ず）より潤滑油（以下オイルと言う）が圧送され潤滑が
行われる。このコネクティングロッド20からクランクシ
ャフト10に動力が伝達されるときにプレーンベアリング
３とクランクシャフトピン部１との間にはオイルによる
油膜４が形成されているが、動力伝達時の衝撃力が大き
い場合には、その衝撃力を受けたベアリング３とピン部
１との接触部より油膜４のオイルが外部に押し出され、
いわゆるスクイズ（絞り出し）効果が発生してその部分
の油膜が薄くなり、その薄い油膜により流体潤滑が行わ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

エンジンが高負荷、低速回転の場合等で、特に上記ベ
アリング３とピン部１が受ける衝撃力が大きい時には、
前記の流体潤滑の状態よりも更に油膜が薄くなり、オイ
ルの分子層の配列による境界潤滑の状態になり更にこれ
が進むと、油膜が切れ金属接触が起こりはじめ、このた
め、ベアリングが摩耗し、更に焼付きを起す危険性があ
る。

したがって、衝撃的な力を受けて上記のスクイズ効果
が発生した時のベアリングとピン部との間の間隙よりオ
イルが多量に流出すると流体潤滑に支障をきたし、ベア
リングが摩耗する。この摩耗を防ぐための方法として、
従来、更に油圧を高くするか又は油膜の面積を広くする
こと等が考えられているが、前者はオイル消費量が多く
なり、また、後者については重量、容積が増す等種々の
支障が生ずる。

上記の問題点に鑑み、本発明においては、衝撃力を受
けてスクイズ効果が発生した場合に油膜が切れることの
ないようにその滞留時間を長くすることでプレーンベア
リングの摩耗を低減することを目的とする。

なお、従来、潤滑油の漏洩防止に関しては特公昭61−
14388号公報にも見られるように、種々の工夫が提案さ
れているが、本発明の課題とするスクイズ効果に対する
油膜保持の対策を講じたものは無い。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために本発明においては、内燃
機関のクランクシャフトピン部と摺動するコネクティン
グロッド大端部に設けられたプレーンベアリングにおい
て、前記プレーンベアリングの両側端部の近傍の該ベア
リングの摺動面に、その円周方向に沿って環状をなし、
クランクシャフトピン部と共に、クランクシャフトの回
転軸の軸線方向にのみ開放された空間を形成し、前記プ
レーンベアリングと前記クランクシャフトピン部との間
隙の大きさ程度の深さを有する細溝を刻設したことを特
徴とする内燃機関のプレーンベアリングを提供する。

また、前記細溝の深さを30μｍ〜80μｍとし、該細溝
の幅を0.1〜1.0ミリメートルとすると効果的である。

〔作用〕

エンジンの回転中に、高負荷、低速時等に一時的に大
きな衝撃力がコネクティングロッドを経てクランクシャ
フトに伝わった時に、コネクティングロッド大端部のプ
レーンベアリングよりその衝撃力がクランクシャフトピ
ン部に伝わり、このためにこの衝撃力がかかった部分に
介在している潤滑油が該ベアリングの摺動面に押されて
外部に押し出されスクイズ（絞り出し）効果が発生し、
その部分の油膜が薄くなる。このときに、その油膜内の
オイルはベアリング摺動面に刻設された細溝の中に流れ
込み、反転して戻った後にベアリング側端部より外部に
流出し、これにより細溝の中をオイルが往復する分だけ
油膜内のオイルの滞留時間が長くなり、衝撃力のために
油膜が切れることがなく、ベアリングの摩耗や焼付きの
発生が低減する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に本発明による第１実施例を示す。図は第10図
におけるクランクシャフトピン部１とプレーンベアリン
グ３の部分を拡大した模式図で、第２図に第１図のA₁部
拡大図を示す。図において第10図と共通の部分について
は同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

第１〜２図に示すようにプレーンベアリング３の両側
端部６の近くに円周方向に沿って環状をなし、クランク
シャフトピン部と共に、クランクシャフトの回転軸の軸
線方向にのみ開放された空間を形成した細溝５が設けら
れている。この細溝の深さ、は前記プレーンベアリング
３と前記クランクシャフトピン部１との間隙Ｋの大きさ
程度、すなわち、この間に形成される油膜４の厚さＨの
程度（30μｍ〜80μｍ）とし、その幅は1/4mm（0.25m
m）程度である。この溝の深さと幅はコネクティングロ
ッド20の大きさやクランクシャフトのピン径によりそれ
ぞれに対応して異った値となる。ここに示した数値は一
般の自動車用エンジンを対象とした一例である。

上記の構成を提案する根拠は流体有限要素法により得
られた計算結果に基いている。第３〜第５図にこの有限
要素法による油膜の流体解析の結果を示す。第３図は油
膜を要素による計算領域の分割図、第４図は油膜内のオ
イルの流線図、第５図は油膜内の圧力分布図を示す。こ
の場合に、オイルの流れは、第１図に示すセンターライ
ンＣ−Ｃをはさんで左右対称と仮定し、第１図における
右半分のみを計算の領域とした。なお、第３〜５図は全
て、縦方向に油膜を引き伸ばした形に縦軸、横軸の比率
を定めて画いてある。また、計算領域の長さＬは9mm、
高さＨ（これは前記間隙Ｋに等しい）は30μｍである。
また細溝５の深さＤは30μｍ、幅Ｗは0.25mmである。第
３〜５図の右上に示す突起が前記細溝５を示している。

第３図に示す格子状の分割領域は有限要素法による計
算領域を示す。図において、衝撃力Ｆがベアリング３に
より油膜４に加えられスクイズ効果が発生し、油膜４が
押しつぶされオイルは押し出されて図に示すＢの方向に
流れ右側のベアリング側端部６より外部に流出し、油膜
４の厚さが薄くなる。このとき従来のように、ベアリン
グ３に細溝５が設けられていない場合には、オイルはど
この領域でもスムーズに流れて右端から流出する。この
ために、衝撃力を受けると油膜４が切れるおそれがあ
る。ところが本発明による細溝５が設けてあると第４図
の流線図に示すようにオイルは矢印に示すように右方に
流れ細溝５に近づくにつれて細溝５の中へ一旦流れ込む
ように方向を変えた後で反転して戻り、右端より矢印Ｂ
の方向に流出する。したがって細溝５の方向へオイルが
往復する分だけ長い距離を流れることとなり、その効果
は丁度、右端近くにオイルの流れを妨げる物体を置いた
のと等価となる。したがって、オイルのベアリング３と
ピン部１との間における滞留時間が溝が無い従来のもの
と比べて長くなっている。第５図には油膜４内の圧力分
布を示し、センターラインＣ−Ｃ側の圧力が高く、右端
部に近づくにつれて圧力が低くなり、オイルはこの圧力
分布に応じて第４図に示すように右方に、すなわち、矢
印Ｂ方向に流れる。

第９図にベアリング３とピン部１との間に隙間Ｋがあ
りここに油膜４が形成された状態の横断面の模式図を示
す。第９図（ａ）はエンジンが定常回転を続けて居り、
油膜４はほゞ等しい隙間Ｋを満たしてベアリング３の内
面全周に均等に分布されている状態を示す。エンジンが
高負荷低回転時等でピストンの爆発力が大きな衝撃力Ｆ
をクランクピン１に与えると短時間に部分的に隙間Ｋが
狭くなり衝撃力Ｆを受けた部位では前記のスクイズ効果
が発生して油膜が極端に薄くなり、このスクイズ効果発
生中の短時間の間に油膜が保持しきれない場合には、前
述の通り油膜が切れベアリングの摩耗が増大する。この
衝撃力Ｆは瞬間的に作用し、その後は回転につれて楔効
果によりオイルが細くなった間隙Ｋに侵入充満された後
第９図（ａ）に示す定常回転の状態に戻り油膜４は切れ
るおそれが無い。したがって、前記細溝を作ることによ
りこのスクイズ効果発生中の短時間の間に境界潤滑とな
り、油膜が切れるおそれのある状態となった時に、その
期間内におけるオイルの流出が抑制され、その間の油膜
保持に大きな効果がある。前記の有限要素法による計算
によれば、上記の細溝を付けることにより、スクイズ効
果発生中におけるオイルの漏れ量が約５％少くなり、そ
の分だけ油膜保持の効果がある。

本発明のその他の実施例を第６〜８図に示す。第６図
には第２実施例として片側に２つ以上の細溝（面側で４
つ以上の溝）が設けられている例を示し、第７図は第６
図A₂部の部分拡大図である。その他の点については第１
実施例と同じである。この様にして溝の数を変えること
により、ベアリング３とピン部１との間の隙間にオイル
が滞留する時間を調整することができる。例えば、第６
図に示すように、片側に5_a,5_bの２つの細溝を設けた場
合には計算によればオイルの漏れ量は約７％少くなり、
第１図の場合よりは若干性能が良くなる。また第８図に
第３実施例によるベアリング摺動図７の展開図を示す
が、ここに示すように細溝5cをクランクシャフトの回転
軸の軸線方向に設けることによってもオイルの滞留時間
を調整することができる。なお第６〜８図に示す細溝の
中内側の細溝5_bは連続しない破線の状態に細溝を付けて
もよい。

〔発明の効果〕

本発明を実施することにより、プレーンベアリングと
クランクシャフトピン部との間の油膜の滞留時間が長く
なり、エンジンに重負荷低速回転時等において大きな衝
撃力が発生した場合にも油膜が切れて直接金属同志が接
触をすることがなく、ベアリングの摩耗が低減し、焼付
きが防止される。

また、装置が簡単であり、特別なスペースも必要とせ
ず、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例を示しコネクティングロッド大端部
のプレーンベアリングとクランクシャフトピン部との要
部断面図、第２図は第１図のA₁部拡大断面図、第３〜５
図は有限要素法による油膜の流体解析図を示し、第３図
は、油膜の要素による計算領域の分割図、第４図は、油
膜内のオイルの流線図、第５図は油膜内の圧力分布図を
示す。第６図は第２実施例を示しプレーンベアリングと
クランクシャフトピン部との要部断面図、第７図は第６
図のA₂部拡大断面図、第８図は第３実施例を示しプレー
ンベアリング摺動面に設けた細溝の配置の展開図、第９
図はプレーンベアリングとクランクシャフトピン部との
相対位置と油膜との関係を示す模式断面図で、第９図
（ａ）は定常運転状態、第９図（ｂ）は衝撃力がかゝっ
た場合の状態を示す。第10図は従来技術によるプレーン
ベアリングとクランクシャフトピン部近傍の模式断面図
を示す。１……クランクシャフトピン部、２……コネクティングロッド大端部、３……プレーンベアリング、４……油膜、５……細溝、６……プレーンベアリング側端部、７……プレーンベアリング摺動面、Ｋ……間隙、Ｄ……細溝の深さ、Ｗ……細溝の幅。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のクランクシャフトピン部と摺動
するコネクティングロッド大端部に設けられたプレーン
ベアリングにおいて、前記プレーンベアリングの両側端
部近傍の該ベアリングの摺動面に、その円周方向に沿っ
て環状をなし、クランクシャフトピン部と共に、クラン
クシャフトの回転軸の軸線方向にのみ開放された空間を
形成し、前記プレーンベアリングと前記クランクシャフ
トピン部との間隙の大きさ程度の深さを有する細溝を刻
設したことを特徴とする内燃機関のプレーンベアリン
グ。
【請求項２】前記細溝の深さを30μｍ〜80μｍとし、該
細溝の幅を0.1〜1.0ミリメートルとした請求項１記載の
内燃機関のプレーンベアリング。