JP3693519B2 - 大型エンジン用クランクシャフト・ベアリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型エンジン、特に２サイクルの大ディーゼルエンジンのクランクシャフト・ベアリングに関する。
下部分と；取外し可能な上部分と；少なくとも一部は固いベアリング金属、望ましくは AlSn 合金製の２つのハーフシェルに分かれた薄型滑り軸受けシェルと；を備え、そのベアリング表面には通常運転の際には潤滑剤が供給される。
【０００２】
【従来の技術】
上記の如き構成は、例えば、本出願人によるデンマーク国特許明細書 DK 170 811 B1 からも知られている。この既知の構成においては、薄型ベアリングシェルが使われている。このベアリングシェルは鋼鉄製の支持体であり、その内側は、ベアリング表面を含めて、望ましくは AlSn 合金である軸受け合金の層でコーティングされている。 AlSn 合金は AlSn 40 が望ましい。それは、ベアリング表面が高い荷重に耐えられるため、ベアリング表面がホワイトメタル製であった以前の構成と比較してベアリング幅を小さくすることでき、このことが、コンパクトな構造を達成するには非常に有効だからである。しかし、無給油運転における AlSn 合金の耐久性はホワイトメタルより劣る。ただし、通常の運転条件であれば潤滑剤が十分に塗布されるため、これは問題とはならない。
【０００３】
デンマーク国特許明細書 DK 170 811 B1 で述べられた大型エンジン、例えば船舶駆動用の大きな２サイクルディーゼルエンジンにおいては、既にエンジンの組立の際にクランクシャフトを回転させる必要がある。実際には、フライホイールに連結可能な補助エンジンが使われる。しかし、エンジンの組立の段階では、未だベアリング潤滑が機能していないか、又は、未だその動作の信頼性が確立していないこともある。従って、既知の構成では、 AlSn 合金製のベアリング表面が、既にエンジン組立の際の無給油運転により損傷又は破壊されるという危険があり、このことは、達成可能な寿命に悪影響を与え、保守コストを高める危険がある。モリブデン又は同等のものを使用してこの欠点を緩和する試みがすでに行われている。しかしこの種の材料は表面張力が非常に低い。そのために、この材料がベアリングシェルやそのハーフシェルに入り込み、位置がずれる恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、先に述べた方法を用いた構成を、上記の欠点を避け、基本的な長所は保持しつつ、簡単でコストの安い方法を用いて、初期の無給油運転におけるベアリング損傷を効果的に予防できるように改善することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を、少なくとも下部ハーフシェルのベアリング表面が、新しい状態の時は、無給油運転特性に優れた、短期で摩損する摩損層として形成された保護層を備えたものとし、しかもその厚さを直径誤差の許容範囲内におさめることにより解決する。
【０００６】
この手法により、既知の構成の欠点は完全に回避でき、初期の無給油運転によるベアリングの損傷も効果的に予防でき、寿命を延ばし、それにより保守間隔を長くすることができる。この保護層は、組立工程における初期の無給油運転のためだけに必要であるため、保護層の厚さは、直径誤差の許容範囲内におさまる程度の薄さにできる。摩損層の摩損後には通常の寸法になる。従って、内腔寸法などの変更は必要ない。この保護層の摩損により発生する破片は非常に細かいため、ベアリング潤滑が開始すれば潤滑油と一緒に運び去られる。このように細かい破片であれば潤滑システムに障害を起こす恐れはない。本発明の保護層は非常に薄くできるため、必要な材料も非常に少なくて済む。また、保護層の塗布も簡単である。全体的に、本発明の方法に関連するコストは比較的低く抑えられる。その上、初期の無給油運転の破壊的影響に対する本発明の保護層の保護機能は信頼性が高いため、モリブデンなどの使用は不必要になる。従って、本発明による手法は経済的に極めて優れている。
【０００７】
望ましい実施形態と、上位の方法の目的に則したさらなる形態については、下位の請求項で述べてある。保護層はテトラフルオロエチレン〔テフロン（登録商標）〕より形成すると有利である。この材料は自己潤滑特性が優れているため、無給油運転用の材料として特に適している。また、割り当てられた表面全体に均一の保護層を作ることができる。層の分散に局所的な差が発生する心配はない。
【０００８】
この目的に合った保護層の厚さは ５μ〜５０μであるが、１０μ〜３０μが望ましい。この厚さであれば、摩損時間が無給油運転時間より長くなり、よって、保護層が摩損した後も、ベアリングに信頼性のない遊びが発生することはない。
【０００９】
保護層は噴霧により形成するのがよい。これにより層厚を簡単に望ましい薄さにすることができる。目的のためには、層形成対象のベアリング表面がゆがむ危険を排除するために、１５０℃を最高とする比較的低い温度範囲で噴霧する。
【００１０】
エンジン組立の際にクランクシャフトに掛かる荷重は、実際には自重のみである。そのため、分割されたベアリング構成の下半分にだけ本発明の保護層を塗布すれば十分であり、それにより、直径寸法、削り屑、材料消費量、及び製造コストに関する上記の長所がさらに高まる。
【００１１】
上位の方法のさらなる望ましい実施の形態と、目的に則したその他の形態は、残りの下位請求項に記されており、また、後述の実施形態の説明において図面を参照して詳しく説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付の図面において、
図１は、大型エンジンのクランクシャフトメインベアリングの図、
図２は、図１のクランクシャフトメインベアリングの断面図である。
【００１３】
例えば船舶用エンジンに利用できる２サイクル大型ディーゼルエンジンなど、大型エンジンの基本的な構造と動作方法は周知であるため、本発明では詳しく説明しない。
【００１４】
図１に示すクランクシャフトメインベアリングは、架構１に組み込まれた下部２と、この上に載置される上部３とにより構成されている。取外し可能なこの上部３はタイロッド４により保持されている。下部２及び上部３は、互いに一つの穴に対応するリセスを備えており、該リセス内に、分割された滑り軸受けシェルのハーフシェル５ａ，５ｂが嵌め込まれ、その中に、クランクシャフトの割り当てられたクランクピン６（詳しくは図示してない）がある。上部３には、潤滑油供給のための潤滑油供給管７が配置されている。ベアリングシェルは、いわゆる薄型ベアリングシェルである。
【００１５】
薄型ベアリングシェルでは、上部３を下部２に密着させる必要があるため、ベアリング組立体を組み立てて、ベアリングシェルに割り当てられた穴をつくり、ベアリングシェルの仕上げ加工を行う。クランクシャフトを取り付ける際には、上部３を取り外し、クランクシャフトのクランクピン６を、それぞれ割り当てられたメインベアリングの下ハーフベアリングシェル５ａに嵌め込む。次に、上部３を取り付けてメインベアリングが完成する。厚型ベアリングシェルを使用する場合は、下部２と上部３の間にある程度の間隔が生じるため、割り当てられた穴は、取外した状態で形成することができる。
【００１６】
図２は、例示した薄型ベアリングシェルの２つのハーフシェル５ａ，５ｂをさらに分かりやすく図示したものである。それぞれに、鋼鉄製のサポーティングボディ８があり、その内側、つまりベアリングの表面側はベアリング表面９を含めて、ここでは AlSn 合金、望ましくは AlSn 40 といった適切なベアリング金属の層１０が施されている。この層はローラーで塗ることもできる。 AlSn 40 などの AlSn 合金は、高荷重に耐える固いベアリング金属であり、ベアリングの幅も比較的狭くてすむ。しかし一方では、この材料は無給油運転に対して非常に傷つき易いという面がある。
【００１７】
この場合、エンジン組立の際に既に取り付けられたクランクシャフトを回転させる必要があると、ベアリング表面に確実に潤滑剤が供給されていない状態で無給油運転が行われる可能性がある。クランクシャフトにはまだ点火圧力がかからず、荷重は自重だけである。クランクシャフトは、接続可能な補助エンジンにより回転させる。１分間の回転数は通常運転と比較すると少ない。
【００１８】
このような初期の無給油運転による損傷を避けるため、ベアリングシェルが新しい状態の時には、ベアリング表面９には、図２において点線で示す比較的早く摩損する保護層１１が塗布されている。この保護層は、優れた無給油運転特性、つまり自己潤滑作用を持つ材料から成る摩損層を形成し、比較的短期間で自然に消滅する。保護層１１の耐用期間は、エンジン取り付けから潤滑機能の準備が整うまでの運転時間に対応していれば十分である。運転時間も回転数も比較的少なくてすむ。その後は保護層１１は必要なく、自然な摩損により消滅する。
【００１９】
エンジン組立の際には、潤滑システムがまだ全くあるいは十分に機能していない状態でクランクシャフトを既に回転させねばならない場合があり得るが、前記保護層１１により、無給油運転に対して非常にもろい表面、ここでは AlSn 合金製の膜１０を損傷から保護できる。
【００２０】
エンジン組立の際、クランクシャフトに掛かる荷重は、既に述べたように自重のみである。従って、図２に示すように、下方のハーフベアリングシェル５ａのみに保護層１１を塗布すれば十分である。安全性を高め、製造と倉庫での保管とを簡単にするために、両方のハーフベアリングシェル５ａ，５ｂに保護層１１を塗布し、ベアリング表面全体を保護層で覆うことも目的に則している。もちろん、クランクピン６にも、ベアリングシェルと接触する部分に上記のような保護層を塗布することが考えられる。望ましい成果をあげるためには、そのような実施形態が必要となるような特殊な場合も考えられる。
【００２１】
保護層１１は、テトラフルオロエチレン又は、乾燥潤滑特性に優れる同様のプラスチックから形成することができる。塗布層の材料は一種類ではなく、例えば、ポリマー粉や金属粉の形で結合剤に埋め込んだ乾燥潤滑剤も考えられる。保護層１１の厚さは５〜５０μである。この寸法であれば、直径寸法の誤差許容範囲内に納まり、同時にベアリングシェルのベアリング表面の表面粗さもよく調整できる。実験では、層厚が１０〜３０μの場合に特に良い結果が得られた。
【００２２】
保護層１１は割り当てられた表面に塗布することも、ローラーで塗ることもできる。特に望ましいのは、保護層１１を噴霧ヘッドを備える装置で噴霧して塗布する方法である。このような装置を使えば保護層１１を高精度で形成できる。塗布温度は使用する無給油運転材料により異なる。塗布温度の範囲は、ゆがみを避けるために１５０℃以下にする必要がある。上記のプラスチック材料はこの温度でよく塗布できる。また、低温塗布、つまり室温での塗布も可能である。このことは結合剤に埋め込まれた粉体材料について特に当て嵌まる。
【００２３】
エンジンの組立が終わり、潤滑システムが機能し始めた後、つまり供給管７に潤滑油が供給された後は、保護層１１は必要なくなる。よって、摩損後にこれを交換することはない。しかし、エンジン修理のために、古いがまだ状態の良いベアリングシェルをほとんど新品のベアリングシェルとして再び使用する場合はこの限りではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 大型エンジンのクランクシャフトメインベアリングの部分正面図である。
【図２】 図１のクランクシャフトメインベアリングの側断面図である。
【符号の説明】
２ 下部
３ 上部
５ａ，５ｂ ハーフシェル
６ クランクピン
９ ベアリング表面
１１ 保護層

Claims (4)

1. 下部（２）と、
   取外し可能な上部（３）と、
   ２つのハーフシェル（５ａ，５ｂ）に分かれ、少なくとも一部は固いベアリング金属製、望ましくは AlSn 合金製の薄型すべり軸受けシェルと、を備え、
   通常運転中にはベアリング表面（９）に潤滑剤が供給される、
   大型エンジン、特に大型２サイクルディーゼルエンジンのクランクシャフト・ベアリングにおいて、
   下方のハーフシェル（５ａ）のみのベアリング表面（９）が、大型エンジン組立ての際の新しい状態においては、無給油運転特性に優れ、モリブデンを含まず、短期で摩損する摩損層として形成された、プラスチックより成る保護層（１１）を備えており、該保護層の厚さが１０〜３０μｍで直径寸法誤差の許容範囲内にあることを特徴とする、大型エンジン用のクランクシャフト・ベアリング。
2. 保護層（１１）の少なくとも一部がテトラフルオロエチレンより成ることを特徴とする請求項１記載のクランクシャフト・ベアリング。
3. 保護層（１１）が噴霧により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフト・ベアリング。
4. 保護層（１１）の塗布温度が最大１５０℃であることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフト・ベアリング。

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