JP5044684B2 - 内燃機関のクランク軸用のすべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸のジャーナル部用の主軸受、およびクランク軸のクランクピン部用のコンロッド軸受に関するものである。

内燃機関のクランク軸は、そのジャーナル部において、一対の半円形軸受から成る主軸受を介して内燃機関のシリンダブロック下部に支持される。主軸受に対しては、オイルポンプによって吐出された潤滑油が、シリンダブロック壁内に形成されたオイルギャラリーから主軸受の壁に形成された貫通口を通じて主軸受の内周面に沿って形成された潤滑油溝内に送り込まれる。また、ジャーナル部の直径方向に第１潤滑油路が貫通形成され、この第１潤滑油路の両端開口が前記潤滑油溝と連通し、さらにまた、ジャーナル部の直径方向第１潤滑油路から分岐してクランクアーム部を通る第２潤滑油路が形成され、この第２潤滑油路が、クランクピンの直径方向に貫通形成された第３潤滑油路に連通している。かくして、シリンダブロック壁内のオイルギャラリーから主軸受の壁に形成された貫通口を通じて主軸受の内周面に形成された潤滑油溝内に送り込まれた潤滑油は、第１潤滑油路、第２潤滑油路および第３潤滑油路を経て、第３潤滑油路の端部出口から、クランクピンとコンロッド軸受の摺動面間に供給される。

機関のシリンダブロックからクランク軸用の主軸受、クランク軸のジャーナル部を経てコンロッド軸受部に送られる潤滑油は、各部分の潤滑油路内に存在する異物を伴う可能性があり、この異物が潤滑油に付随してジャーナル部の主軸受の摺動面間やクランクピン部のコンロッド軸受の摺動面間に送られると、主軸受やコンロッド軸受の摺動面に損傷を与える危惧がある。

潤滑油に混入する異物対策として、一対の半円形軸受で構成される、クランク軸ジャーナル部を支承する主軸受のうち、シリンダブロック壁内のオイルギャラリーから直接潤滑油の供給を受ける貫通口を有する半円形軸受の内周面全長に亘って円周方向の潤滑油溝と、該潤滑油溝と内周面の周方向端部にて連通し、半円形軸受の幅方向の端部に開口する異物排出のために軸線方向溝を設けて、潤滑油に付随する異物を排出することを企図した提案がある（例えば、特許文献１）。

特開２００５−６９２８３号公報

ジャーナル部用主軸受の半円形軸受の内周面の周方向溝に異物が進入すると、異物はクランク軸の相対回転方向の方向に流されるために、クランク軸の相対回転方向に対して後端方向に流れる。クランク軸の相対回転方向に沿った後端側の半円形軸受の周方向端面に開口する周方向溝の開口は、他方の半円形軸受の周方向端面により閉ざされる。そのために、半円形軸受の後端に異物が滞留しやすい。回転するクランク軸の表面に開口する潤滑油路の油穴が、ここを通過するときに、油穴の側面に引きずられて、半円形軸受の内周面を傷つける。すなわち、異物が、クランク軸表面に開口する油穴の回転方向の後方側の側面によりひきずられて、下側半円形軸受の摺動面をきずつける。

また、油穴が、クランク軸の相対回転の後端部の異物の滞留したところを通過するときに、油とともに異物が軸内部の油路に進入して、異物はクランクピン部のすべり軸受の摺動面に送られて、摺動面を傷つける。

特許文献１のように、異物排出のため軸線方向溝を形成しても、異物は潤滑油溝の軸回転方向後方側で滞留しやすいので、同様の問題が発生する。

本発明の目的は、異物がすべり軸受の摺動面と軸表面との間に混入し難くすることである。

本発明の別の目的は、クランク軸表面に開口する油穴の通過部分に異物の滞留部を形成させないすべり軸受を提供することである。

本発明に係る主軸受は、クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドとクランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関の主軸受である。この主軸受は、一対の半円形軸受から成り、少なくとも一方の半円形軸受の内周面に、対をなす相手側半円形軸受との突き合せ端面のうち、クランク軸の回転方向に対して後端部側の周方向端面から軸受円周方向中央部に向かって、円周方向に潤滑油溝が形成されており、潤滑油溝の形成された周方向端部と突き合わされた相手側半円形軸受の内周面の周方向端部には、前記潤滑油溝と連通する２つの分岐溝が円周方向に形成され、２つの分岐溝は、幅方向に間隔を置いて配置され、２つの分岐溝の間の中間領域は、前記潤滑油溝に突き合わされている。

本発明は、クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドとクランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関のコンロッド軸受にも係る。
このコンロッド軸受は、一対の半円形軸受から成り、少なくとも一方の半円形軸受の内周面に、対をなす相手側半円形軸受との突き合せ端面のうち、クランクピンの回転方向に対して後端部側の周方向端面から軸受円周方向中央部に向かって、円周方向に潤滑油溝が形成されており、潤滑油溝の形成された周方向端部と突き合わされた相手側半円形軸受の内周面の周方向端部には、潤滑油溝と連通する２つの分岐溝が円周方向に形成され、２つの前記分岐溝は、幅方向に間隔を置いて配置され、２つの分岐溝の間の中間領域は、潤滑油溝に突き合わされている。

２つの分岐溝の間の中間領域の円周方向端部での幅は、突き合わされた潤滑油溝の周方向端部の幅の２０％以上７０％以下であることが好ましい。

また、２つの分岐溝の間の中間領域の幅は、半円形軸受の円周方向端面において最小で、半円形軸受の周方向中央部へ向かって次第に大きくなることが好ましい。

分岐溝は、半円形軸受の幅方向の端面に開口していることができる。あるいは、分岐溝は、半円形軸受の内周面の幅方向端部で閉じられていることもできる。

さらに、本発明は、クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドとクランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関であって、上記に記載された主軸受およびコンロッド軸のいずれか、または両方を有する内燃機関にも関する。さらに、この内燃機関を有する車両も本発明の範囲である。

本発明に係る内燃機関のクランク軸を、ジャーナル部およびクランクピン部でそれぞれ截断した模式図。 本発明に係る主軸受を含むジャーナル部の略断面図。 異物の流れを示す潤滑油溝および分岐溝の模式図。 本発明に係る潤滑油溝および分岐溝の他の態様を示す模式図。 本発明に係る潤滑油溝および分岐溝の他の態様を示す模式図。 本発明に係るコンロッド軸受を含むクランクピン部の略断面図。

図１は、内燃機関のクランク軸を、ジャーナル部およびクランクピン部でそれぞれ截断した模式図であり、ジャーナル１０、クランクピン１２およびコンロッド１４を示す。これら三部材の紙面奥行き方向での位置関係は、ジャーナル１０が紙面の最も奥側にあり、手前側にクランクピン１２があって、クランクピン１２が、他端にピストンを担持するコンロッド１４の大端部ハウジング１６で包囲されている。
ジャーナル１０は、一対の半円形軸受１８Ａ、１８Ｂを介して、内燃機関のシリンダブロック下部に支持されている。図面では上側に位置する半円形軸受１８Ａは、その内周面全長に亘って潤滑油溝１８ａが形成されている。
また、ジャーナル１０は、その直径方向貫通孔１０ａを有し、ジャーナル１０が矢印Ｘ方向に回転すると、貫通孔１０ａの両端開口すなわち油穴が交互に潤滑油溝１８ａに連通する。
さらに、ジャーナル１０、図示されないクランクアーム、および、クランクピン１２を貫通して潤滑油路２０が、クランク軸内部に形成されている。

クランクピン１２は、一対の半円形軸受２２Ａ、２２Ｂを介して、コンロッド１４の大端部ハウジング１６（これは、コンロッド側大端部ハウジング１６Ａとキャップ側大端部ハウジング１６Ｂから成る）に保持されている。半円形軸受２２Ａ、２２Ｂは、それらの突き合せ端面を互いに突き合わせて組立てて円筒形のコンロッド軸受２２になされている。主軸受も、２つの半円形軸受１８Ａ、１８Ｂを突き合せ端面を互いに突き合わせて組立てて円筒形の主軸受になされている。
クランク軸を支える主軸受１８Ａ、１８Ｂの内周面に供給された潤滑油が、クランク軸の内部潤滑油路２０を経て、クランクピン表面の潤滑油出口から、コンロッド１６とクランク軸を連結するクランクピン１２を回転自在に支承するコンロッド軸受２２の内周面に供給されるように構成されている。

図２に、クランク軸のジャーナル部用の主軸受に適用した一例を示す。
上側の半円形軸受１８Ａには全長にわたってその円周方向に潤滑油溝３０が設けられている。ジャーナル１０内部に設けられた潤滑油路１０ａの開口（油穴）は潤滑油溝３０に整合する幅方向位置に設けられている。
ここで、半円形軸受の円周方向に沿う前端および後端を定義する。クランク軸（ジャーナル）はＸ方向に回転するので、ジャーナルの表面の任意の一点は、上側半円形軸受１８Ａの端３６Ａに最初の接したあと、半円形軸受１８Ａの円周に沿って回転して他方の端３４Ａに到達する。そこで３６Ａを前端、３４Ａを後端と称する。他方、下側の半円形軸受１８Ｂからみれば、端３４Ｂが前端、端３６Ｂが後端である。この定義はクランクピン部においても同じである。

半円形軸受１８Ａの後端３４Ａと付き合わせられた半円形軸受１８Ｂの前端３４Ｂには、潤滑油溝３０と連通する２つの周方向分岐溝３２が設けられる。分岐溝３２は、半円形軸受の幅方向に離隔して設けられ、それぞれの分岐溝３２は潤滑油溝３０の幅方向端部に連通するようになされている。２つの分岐溝３２の間には、溝の形成されていない中間領域３８が形成され、中間領域３８の端面は潤滑油溝３０の後端３２Ａに面している。

図３に示すように、潤滑油溝３０に油に付随して進入した異物２８は、ジャーナル１０の相対回転方向の後方に流れ、周方向後端部３４Ａに到達すると、半円形軸受１８Ｂの周方向端面３４Ｂの２つの分岐溝の間の中間領域３８が障壁となり２つの分岐溝３２に分岐して進入する。ジャーナル１０の潤滑油路１０ａの油穴２４は、ジャーナル１０の回転とともに潤滑油溝上を通過する。そのために、分岐溝３２に流入した異物上を油穴は実質的に通過しない。このようにしてジャーナル表面に開口する油穴２４が通過する部分には、異物２８の滞留しがちな部分が形成されなくなる。すなわち、油穴２４の通過する部分に異物２８が存在する確率が低くなる。このため、異物２８が油穴２４の側面に引きずられて、半円形軸受の内周面を傷つけたり、異物２８が潤滑油とともにジャーナル１０に形成された貫通穴を通ってコンロッド部に流れるという従来技術の問題点が起きがたい。

図４に分岐溝の形状の他の例を示す。２つの分岐溝の間の中間領域３８の幅は、半円形軸受の周方向端面において最小で、半円形軸受の周方向中央部へ向かって次第に大きくなるように形成する。異物２８は、分岐溝３２の後端（周方向中央部側）に集まるので、この後端部が半円形軸受の幅方向中央部から外れるようにすることにより、分岐溝３２内のジャーナル１０の表面に開口する油穴２４が通過する部分には、異物２８の滞留しがちな部分が形成されにくくなり、異物２８が油穴２４を通過することを更に抑制できる。

分岐溝３２は、半円形軸受１８Ｂの内周面の周方向端部３４Ｂから円周方向中央部に向かって形成されるが、半円形軸受１８Ｂの周方向端部３６Ｂ側にも同じ分岐溝３２を形成することができる。このような形態にすると、すべり軸受を組み付ける際に誤って半円形軸受１８Ｂの分岐溝３２が半円形軸受１８Ａのジャーナル１０の相対回転方向の前方側の端部３６Ａのみに組み付けられる虞がなくなる。

図１および図２では、潤滑油溝３０は、溝深さが半円形軸受１８Ａの周方向の全体に亘って一定とした場合を図示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、溝深さは、半円形軸受の周方向中央部から周方向両端部に向かって次第に小さくなるように、または、大きくなるように形成してもよく、半円形軸受のジャーナルの相対回転方向の後方側の周方向端部からジャーナルの相対回転先側の周方向端部へ向かって次第に小さくなるように、または、大きくなるように形成してもよい。

さらに、潤滑油溝は、半円形軸受の全周にわたって形成される必要はなく、ジャーナルの回転方向の後端から円周方向中央部に向かって形成されていればよい。潤滑油溝は、前端３６Ａに開口せずに閉じられていてもよい。また、潤滑油溝は上下両方の半円形軸受に設けられても、いずれかの半円形軸受に設けられてもよい。分岐溝は、潤滑油溝の後端に付き合わせられた他方の半円形軸受の端部に設けられるので、潤滑油溝が両方の半円形軸受に設けられる場合には、両方の半円形軸受に分岐溝が設けられ、一方の半円形軸受に潤滑油溝が設けられる場合には、他方の半円形軸受に分岐溝が設けられる。

潤滑油溝３０の幅、深さの寸法は内燃機関の仕様により異なるため一定ではない。潤滑油溝３０の幅寸法は、一般的には、ジャーナル１０の表面に開口する油穴２４の径と同程度になされる。乗用車用の内燃機関のジャーナル部用のすべり軸受の場合、一般的には、潤滑油溝の幅は３〜８ｍｍ程度、深さは０．８〜１．５ｍｍ程度になされる。

分岐溝３２の深さは、分岐溝の半円形軸受の円周方向端面において、対向する潤滑油溝３０の深さの２０％以上であれば、異物２８は潤滑油溝３０から分岐溝３２に油とともに分岐して進入する。分岐溝３２の深さと潤滑油溝３０の深さが同程度であることがより好ましい。この構成により異物２８の進入がよりスムーズになる。

また、分岐溝３２の深さが、半円形軸受の周方向中央部側へむかって次第に小さくすることも可能である、他方、一定の溝深さの溝でもよい。

分岐溝３２の形成範囲は、半円形軸受の周方向端面から、少なくとも５°、最大で４５°の円周角度にすることが好ましい。円周角度が５°未満では、異物２８が分岐溝３２に流れにくくなり、円周角度が４５°を超えると、半円形軸受の摺動面の面積が小さくなってしまう。

２つの分岐溝３２の間の中間領域（溝非形成領域）３８の幅は、対向する潤滑油溝３２の溝幅の２０〜７０％とすることが好ましい。２０％未満であると潤滑油溝３０を流れてきた異物２８が、そのまま分岐溝３２内でも直進しての先側のジャーナルの油穴２４の通過する範囲に進入してしまうおそれがある。７０％を超えると、潤滑油溝３０と分岐溝３２との連通部の断面積が小さくなり、異物２８がスムーズに分岐溝３２に進入しがたくなる。

以上、図２および図４に示した分岐溝３２は、半円形軸受１８Ｂの幅方向の両端部に開いていた。しかし、図５に示すように、分岐溝３２を形成する半円形軸受の幅方向の両端部には、溝非形成領域３９を設けてもよい。この溝非形成領域３９により、分岐溝の幅方向端部からの油の漏れ量が少なくすることができる。非形成領域３９の幅寸法は、１ｍｍ以上とすればよい。

潤滑油溝３０、分岐溝３２の横断面形状は実施例に限定されず、逆台形形状やその他の形状であってもよい。

次に、図６にクランク軸のクランクピン用のすべり軸受（コンロッド軸受）に適用した例を示す。
クランクピン１２部用のコンロッド軸受２２はクランク軸内部油路からクランク軸表面に開口する潤滑油路２０の油穴から供給される油に付随して異物が混入する。
コンロッド軸受のクランクピンの相対回転方向の後端部側に内周面に部分的に潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂが形成される。潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂは、異物を捕捉するために形成する。
潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂの形成範囲は、半円形軸受２２Ａ、２２Ｂの周方向端面から、少なくとも５°、最大で４５°の円周角度にすることが好ましい。５°未満では、異物が潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂに捕捉されにくくなり、４５°を超えると、半円形軸受２２Ａ、２２Ｂの摺動面の面積が小さくなってしまう。

潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂの幅寸法は、クランク軸表面に開口する油穴の径寸法と同程度にすることが好ましい。油中に混入する異物のサイズは最大で０．１ｍｍ程度であるので、周方向端面における溝深さは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にすればよい。

半円形軸受２２Ａの端部と付き合わせられた半円形軸受２２Ｂの端部には、潤滑油溝４０Ａ、４１Ｂと連通するそれぞれ２つの周方向分岐溝４２Ａ、４２Ｂが設けられる。分岐溝４２Ａ、４２Ｂは、半円形軸受の幅方向に離隔して設けられ、それぞれの２つの分岐溝４２Ａ、４２Ｂは潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂの幅方向端部に連通するようになされている。各端部の２つの分岐溝４２Ａ、４２Ｂの間には、溝の形成されていない中間領域が形成され、中間領域の端面は潤滑油溝４０Ａ、４０Ｂの後端に面している。
その他、クランクピン用のコンロッド軸受に適用する場合の分岐溝４２Ａ、４２Ｂの構成は、ジャーナル部の例で説明した分岐溝３２と同じにでき、ジャーナル部の例の説明が、クランクピン用のコンロッド軸受の分岐溝４２Ａ、４２Ｂにも適用できる。
コンロッド軸受に適用する場合には、潤滑油溝と分岐溝との連通部における潤滑油溝と分岐溝の溝深さは同じにすることが好ましい。
一対の半円形軸受に対しクランク軸の相対回転方向の前方側と後方側の両方の突き合わせ面の内周面に潤滑油溝および分岐溝を設けた例を示したが、何れか一方の突き合せ面にのみ形成することもできる。

主軸受、コンロッド軸受のいずれにおいても、半円形軸受の各円周方向端面に隣接する軸受内周面には面取やクラッシュリリーフを形成してもよい。ここで、クラッシュリリーフとは、半円形軸受の円周方向端面に近い部分の軸受壁を内周面側で除去することによって形成された、軸受内周面の曲率中心とは異なる曲率中心を有する減厚領域（円周方向端面に向かって厚さを減じた領域を指し、ＳＡＥ Ｊ５０６（項目３．２６、項目６．４参照）、ＤＩＮ１４９７、§３．２で規定されるとおりである）を意味する。

以上、実施例に即して本発明を説明したが、本発明はこれらに限らず、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々の変更および修正が可能である。

１０ ジャーナル
１０ａ ジャーナルの直径方向貫通孔
１２ クランクピン
１４ コンロッド
１６ 大端部ハウジング
１６Ａ コンロッド側大端部ハウジング
１６Ｂ キャップ側大端部ハウジング
１８Ａ、１８Ｂ 半円形軸受
２０ 潤滑油路
２２ コンロッド軸受
２２Ａ、２２Ｂ 半円形軸受
２４ 潤滑油路の開口
２８ 異物
３０ 潤滑油溝
３２ 分岐溝
３４Ａ、３４Ｂ 円周方向端面
３６Ａ、３６Ｂ 円周方向端面
３８ 中間領域（溝非形成領域）
３９ 溝非形成領域
４０Ａ、４０Ｂ 潤滑油溝
４２Ａ、４２Ｂ 分岐溝

Claims (12)

1. クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、前記クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドと前記クランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関の前記主軸受であって、
   前記主軸受が一対の半円形軸受から成り、
   少なくとも一方の前記半円形軸受の内周面に、対をなす相手側半円形軸受との突き合せ端面のうち、前記クランク軸の回転方向に対して後端部側の周方向端面から軸受円周方向中央部に向かって、円周方向に潤滑油溝が形成されており、
   前記潤滑油溝の形成された周方向端部と突き合わされた相手側半円形軸受の内周面の周方向端部には、前記潤滑油溝と連通する２つの分岐溝が円周方向に形成され、
   ２つの前記分岐溝は、幅方向に間隔を置いて配置され、２つの前記分岐溝の間の中間領域は、前記潤滑油溝に突き合わされている、主軸受。
2. 前記中間領域の円周方向端部での幅は、突き合わされた前記潤滑油溝の周方向端部の幅の２０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載された主軸受。
3. 前記中間領域の幅は、前記半円形軸受の円周方向端面において最小で、前記半円形軸受の周方向中央部へ向かって次第に大きくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された主軸受。
4. 前記分岐溝は、前記半円形軸受の幅方向の端面に開口していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された主軸受。
5. 前記分岐溝は、前記半円形軸受の内周面の幅方向端部で閉じられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された主軸受。
6. クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、前記クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドと前記クランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関の前記コンロッド軸受であって、
   前記コンロッド軸受が一対の半円形軸受から成り、
   少なくとも一方の前記半円形軸受の内周面に、対をなす相手側半円形軸受との突き合せ端面のうち、前記クランクピンの回転方向に対して後端部側の周方向端面から軸受円周方向中央部に向かって、円周方向に潤滑油溝が形成されており、
   前記潤滑油溝の形成された周方向端部と突き合わされた相手側半円形軸受の内周面の周方向端部には、前記潤滑油溝と連通する２つの分岐溝が円周方向に形成され、
   ２つの前記分岐溝は、幅方向に間隔を置いて配置され、２つの前記分岐溝の間の中間領域は、前記潤滑油溝に突き合わされている、コンロッド軸受。
7. 前記中間領域の円周方向端部での幅は、突き合わされた前記潤滑油溝の周方向端部の幅の２０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項６に記載されたコンロッド軸受。
8. 前記中間領域の幅は、前記半円形軸受の円周方向端面で最小になり、前記半円形軸受の周方向中央部へ向かって次第に大きくなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載されたコンロッド軸受。
9. 前記分岐溝は、半円形軸受の幅方向の端面に開口していることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載されたコンロッド軸受。
10. 前記分岐溝は、半円形軸受の内周面の幅方向端部で閉じられていることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載されたコンロッド軸受。
11. クランク軸を支える主軸受の内周面に供給された潤滑油が、前記クランク軸の内部潤滑油路を経て、コンロッドと前記クランク軸を連結するクランクピンを回転自在に支承するコンロッド軸受の内周面に供給されるように構成された内燃機関において、前記主軸受が請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された主軸受であるか又は前記コンロッド軸受が請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載されたコンロッド軸受である、内燃機関。
12. 請求項１１に記載された内燃機関を有する車両。