JP3767620B2 - クランク軸のジャーナル軸受構造 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸のジャーナル軸受構造に係り、特に、シリンダブロックに亀裂が発生することを防止できるクランク軸のジャーナル軸受構造に関するものである。

従来から、エンジンのクランク軸のジャーナルを軸支する軸受構造として、図６に示す構造のものが知られている。

この軸受構造は、エンジンのシリンダブロック３０の下部に形成された軸受本体３０ａと、その軸受本体３０ａの下面にボルト３１を介して取り付けられるベアリングキャップ３２とでクランク軸３３のジャーナル３５を挟み込んで軸支するものである。なお、軸受本体３０ａ及びベアリングキャップ３２と、ジャーナル３５との間には図示しない軸受メタルが介設される。

このような軸受構造を備えたエンジンにおいて、各シリンダＣの燃焼室内の燃焼圧力によりピストン（図示せず）が往復運動すると、それがコンロッド（図示せず）を介してクランク軸３３の回転力に変換されるのであるが、燃焼室内の燃焼圧力の全てが回転力に変換される訳ではなく、燃焼圧力の一部はクランク軸３３に負荷されることになる。そして、クランク軸３３に負荷された荷重は、ベアリングキャップ３２及びボルト３１を介してシリンダブロック３０の軸受本体３０ａに伝達され、最終的にこの軸受本体３０ａで燃焼圧力の反力を受けることになる。

実開昭６２−１０２０１９号公報

ところが、近年ではエンジンの高出力化に伴ってクランク軸３３に負荷される荷重が増大しており、その結果、シリンダブロック３０の軸受本体３０ａに過大な負荷がかかり亀裂が発生する場合があった。

これを具体的に説明する。

燃焼圧力によりクランク軸３３に負荷される荷重の一部は、クランク軸３３をシリンダブロック３０の幅方向に押す力として作用する。例えば、図６に示したようなＶ型エンジンでは、クランク軸３３に作用する荷重Ｆがシリンダブロック３０の垂直線ＶＬに対して傾斜しているため、クランク軸３３を幅方向に押す分力Ｆ１が比較的大きくなる（図では右側のシリンダＣ内の燃焼圧力により発生する力を示している）。ここで、本明細書及びそれに付随する特許請求の範囲における「幅方向」とは、クランク軸３３の軸芯且つボルト３１の軸芯と直交する方向（図６中左右方向）のことを意味し、「長手方向」とはクランク軸３３の軸芯と平行な方向（図６中紙面裏表方向）のことを意味する。

さて、クランク軸３３を幅方向に移動させる（押す）力Ｆ１はベアリングキャップ３２及びボルト３１を介してシリンダブロック３０の軸受本体３０ａに伝達されるのであるが、このとき、軸受本体３０ａの下面においてベアリングキャップ３２と接触する部位にのみ分力Ｆ１による引張力が作用する。つまり、軸受本体３０ａの下面においてベアリングキャップ３２と接触する部分のみが分力Ｆ１と同方向に引っ張られることになる。この結果、図７に示すように、軸受本体３０ａの下面における引っ張りの境界線、即ち、ベアリングキャップ３２の上面（接合面）の幅方向外側端部との接合ラインＢに大きな引張応力が発生し、この部位Ｂに亀裂が発生してしまう。

ここで、図８に示すように、軸受本体３０ａの下面の幅方向外側端部に凹部３６を形成し、ベアリングキャップ３２の上面の幅方向外側端部と軸受本体３０ａの下面とが直接接触しないようにした軸受構造も知られている（特許文献１参照）。

この構造では、軸受本体３０ａの下面に引っ張りの境界線が存在しなくなるため上記のような応力集中は起こらないと考えられる。しかしながら、本発明者がこの軸受構造を用いて種々の試験を行った結果、凹部３６の内面の一部分Ｄに応力が集中し、この部位Ｄに亀裂が発生してしまうことが分かった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シリンダブロックに亀裂が発生することを防止できるクランク軸のジャーナル軸受構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、シリンダブロックとベアリングキャップとでクランク軸のジャーナルを挟み込んで軸支するクランク軸のジャーナル軸受構造であって、上記ベアリングキャップにおける上記シリンダブロックとの接合面の幅方向外側端部に、上記シリンダブロックにおける上記ベアリングキャップとの接合面に生じる応力を分散するための凹凸を長手方向に複数形成したものである。

ここで、上記凹凸は、上記ベアリングキャップにおける上記接合面の上記幅方向外側端部に、上記幅方向に延出する溝を長手方向に複数設けたことにより形成されても良い。

また、上記シリンダブロック及びベアリングキャップが、ピストンの支持中心とクランク軸の軸芯とがエンジンの幅方向にオフセットされたエンジン用のものであっても良い。

本発明によれば、以下に示す効果を得ることができる。

１）シリンダブロックにおけるベアリングキャップの幅方向外側端部との接合ライン（引っ張りの境界線）が幅方向に凹凸した形状となるため、シリンダブロックに発生する引張応力を幅方向に分散でき、亀裂の発生を防止できる。

２）シリンダブロックにおけるベアリングキャップの幅方向外側端部との接合ライン（引っ張りの境界線）が従来よりも長くなるため、シリンダブロックに発生する引張応力を分散・低減でき、亀裂の発生を防止できる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本実施形態のクランク軸のジャーナル軸受構造におけるベアリングキャップの部分斜視図、図２はベアリングキャップの幅方向外側端部の上面図、図３はベアリングキャップの幅方向外側端部とシリンダブロックとの接合部を示す部分正面断面図である。

本実施形態のクランク軸のジャーナル軸受構造（以下、軸受構造という）の基本的な構成は、図６に示したものと同様である。即ち、本実施形態の軸受構造は、エンジンのシリンダブロック３０の下部に形成された軸受本体３０ａと、軸受本体３０ａの下部にボルト３１を介して取り付けられたベアリングキャップ３とを備える。

シリンダブロック３０の軸受本体３０ａの下面及びベアリングキャップ３の上面にはクランク軸３３のジャーナル３５を収容するための半円形状の凹部３７，３９がそれぞれ形成されており、この凹部３７，３９の内面には図示しない軸受メタルが装着される。

クランク軸３３のジャーナル３５を、軸受本体３０ａの下面の凹部３７内に収容した状態で、ベアリングキャップ３をシリンダブロック３０に対して下側から嵌め込み、ベアリングキャップ３の上面を軸受本体３０ａの下面に当接させる。この状態で、ベアリングキャップ３に形成された複数のボルト挿通穴４０にボルト３１を挿通し、そのボルト３１の先端部を軸受本体３０ａの下面に形成されたネジ穴４１に螺合させることで、シリンダブロック３０とベアリングキャップ３とを一体的に固定し、両者の間にクランク軸３３のジャーナル３５を軸支することができる。

本実施形態の軸受構造の特徴は、図１及び図２に示すように、ベアリングキャップ３の上面３ａ（つまり、軸受本体３０ａの下面との接合面）の幅方向外側端部（上面３ａと側面３ｂとが交差するライン）が幅方向に凹凸状に形成されていることである。

具体的に説明すると、本実施形態のベアリングキャップ３の上面３ａには、その幅方向外側端部から幅方向内側に向かって延出する溝５が長手方向に複数設けられており、これによって、上面３ａの幅方向外側端部が凹凸した形状を有している。なお、図では、ベアリングキャップ３の幅方向の一端側しか示されていないが、図示しない他端側にもこれと同様の溝５が形成されている。

本実施形態では溝５は矩形状であり、幅方向内側への延出距離Ｘ、長手方向への延出距離Ｙ、深さＺにより定義される。また、本実施形態では、溝５同士の間隔は各溝５の長手方向への延出距離Ｙとほぼ等しく設定される。なお、溝５の具体的な寸法や、間隔・個数等はエンジンの特性等に応じて適宜設定されるものである。

このように、上面３ａの幅方向外側端部が凹凸状に形成されたベアリングキャップ３を備えた本実施形態の軸受構造では、当然、シリンダブロック３０の軸受本体３０ａの下面におけるベアリングキャップ３の幅方向外側端部との接合ラインＡ（図３参照）も溝５と同形状に凹凸した形状となる。つまり、軸受本体３０ａの下面において、ベアリングキャップ３の端部と接触する位置が長手方向の位置によって異なることになる。

次に本実施形態の軸受構造の作用を説明する。

エンジンのシリンダＣの燃焼室内の燃焼圧力がクランク軸３３に負荷されると、ベアリングキャップ３及びボルト３１を幅方向に押す分力Ｆ１（図６参照）が発生し、その分力Ｆ１により軸受本体３０ａの下面においてベアリングキャップ３と接触する部位にのみ分力Ｆ１による引張力が作用する。つまり、軸受本体３０ａの下面においてベアリングキャップ３と接触する部分のみが分力Ｆ１と同方向に引っ張られる。このとき、軸受本体３０ａの下面におけるベアリングキャップ３の上面３ａの幅方向外側端部との接合ラインＡ（図３参照）が幅方向に凹凸した形状であるため、軸受本体３０ａの下面に生じる引っ張りの境界線も同様に凹凸した形状となる。この結果、軸受本体３０ａの下面における引張応力の発生位置が幅方向に分散される。

即ち、従来の軸受構造ではベアリングキャップ３２の幅方向外側端部が直線状であったため、軸受本体３０ａの下面の幅方向の一点に引張応力が集中していたが、本実施形態の軸受構造ではベアリングキャップ３の上面３ａの幅方向外側端部が凹凸状であるため、引張応力の発生位置を幅方向に散らすことができる。これにより、高い応力集中を回避でき亀裂の発生を防止できる。

また、本実施形態の軸受構造では、ベアリングキャップ３の上面３ａの幅方向外側端部が凹凸状であるため、軸受本体３０ａの下面におけるベアリングキャップ３の幅方向外側端部との接合ラインＡ（引っ張りの境界線）の全長が従来（図７のＢ）よりも長くなる。この結果、軸受本体３０ａの下面に発生する引張応力が分散・低減されるため、亀裂の発生がより一層防止される。

なお、本発明は上記実施形態に限定はされない。

例えば、溝５の形状は一例として示したものであり本発明を限定する意図はない。つまり、溝５を形成する目的は、ベアリングキャップ３の幅方向外側端部を幅方向に分散させることと、幅方向外側端部の全長を増加させることにあるので、図４（ａ）に示すように三角形状の溝５’としても良いし、図４（ｂ）に示すように台形形状の溝５’’としても良い。また、溝５を形成する目的は、ベアリングキャップ３の上面３ａを凹凸状にすることにあるので、溝５の底面はあらゆる形状を取ることができる。例えば、図５に示すように、溝５の底面５ａを斜めに形成しても図１の形態と同様の効果を得ることができる。

更に、ベアリングキャップ３に溝を形成するのではなく、ベアリングキャップ３の幅方向外側側面３ｂそのものを凹凸状（波状等）に形成しても本発明の効果を得ることはできる。

また、上記実施形態ではＶ型エンジンの軸受構造に適用した例を示したが、本発明はこの点において限定されず、あらゆるタイプのエンジンに適用可能である。例えば、ピストンの支持中心（つまりシリンダボアの中心）とクランク軸の軸芯とがエンジンの幅方向にオフセットされたエンジンではクランク軸に対して幅方向に作用する分力Ｆ１（図６参照）が大きくなるので、このようなエンジンに本発明を適用することも有効である。

本発明の一実施形態に係るクランク軸のジャーナル軸受構造におけるベアリングキャップの部分斜視図である。 図１の軸受構造のベアリングキャップの幅方向外側端部の上面図である。 ベアリングキャップの幅方向外側端部とシリンダブロックとの接合部を示す部分正面断面図である。 ベアリングキャップに形成する溝の変形例を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係るクランク軸のジャーナル軸受構造におけるベアリングキャップの部分斜視図である。 クランク軸のジャーナル軸受構造の概略正面図である。 従来の軸受構造においてシリンダブロックに亀裂が発生する箇所を説明するための部分拡大断面図である。 従来の軸受構造においてシリンダブロックに亀裂が発生する箇所を説明するための部分拡大断面図である。

符号の説明

３ ベアリングキャップ
３ａ 上面（接合面）
５ 溝
３０ シリンダブロック
３５ ジャーナル
３７ クランク軸

Claims (3)

1. シリンダブロックとベアリングキャップとでクランク軸のジャーナルを挟み込んで軸支するクランク軸のジャーナル軸受構造であって、
   上記ベアリングキャップにおける上記シリンダブロックとの接合面の幅方向外側端部に、上記シリンダブロックにおける上記ベアリングキャップとの接合面に生じる応力を分散するための凹凸を長手方向に複数形成した
   ことを特徴とするクランク軸のジャーナル軸受構造。
2. 上記凹凸は、上記ベアリングキャップにおける上記接合面の上記幅方向外側端部に、上記幅方向に延出する溝を長手方向に複数設けたことにより形成される
   請求項１記載のクランク軸のジャーナル軸受構造。
3. 上記シリンダブロック及びベアリングキャップが、ピストンの支持中心とクランク軸の軸芯とがエンジンの幅方向にオフセットされたエンジン用のものである
   請求項１又は２記載のクランク軸のジャーナル軸受構造。
   

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