JP5096992B2 - 内燃機関用すべり軸受 - Google Patents
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Description
内燃機関の最初の運転時には、クランク軸用すべり軸受の円周方向溝に供給される潤滑油中に、潤滑油路内に残留した異物が混入しがちである。異物とは、油路を切削加工した時の金属加工屑や鋳造時の鋳砂等を意味する。この異物は、クランク軸の回転によって潤滑油の流れに付随し、従来の内燃機関用すべり軸受では、軸受円周方向端部に形成されるクラッシュリリーフや面取等の隙間部を通じて潤滑油と共に排出される。しかしながら、近年の内燃機関は、クランク軸の高回転化により、潤滑油よりも比重の大きな異物に作用する慣性力(異物が円周方向に沿って前進しようとする慣性力)が大きくなって、すべり軸受の組み合わせ端面(一対の半円筒形状軸受の組み合わせ端面)における隙間部分から異物が排出されずに、油溝を有しない側のすべり軸受(他方の半円筒形状軸受)の摺動面部分に混入し、異物による軸受摺動面の損傷が発生しやすくなっている。
かくして、本発明の目的は、異物排出性に優れた内燃機関用すべり軸受を提供することである。
一対の半円筒形状軸受のうち、少なくとも一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向に延在する油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
前記油溝は、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部を含み、
前記油溝の溝底面が、平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面になされており、
前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記谷の深さとで規定される溝深さをH、前記凹凸面の高低差すなわち前記山の高さをhとしたとき、前記複数の山のうちの任意の山と、これに隣接する位置にある前記谷との寸法関係が、関係式h<0.15Hによって規定されることを特徴とする内燃機関のすべり軸受。
本発明の第二の実施形態では、油溝が、半円筒形状軸受の円周方向全長に亘って軸受内周面に形成される。
本発明の第三の実施形態では、油溝の円周方向長さが、半円筒形状軸受の円周方向全長よりも短く、該油溝の円周方向両端部の少なくとも一方が、半円筒形状軸受の円周方向端面に達しない。
本発明の第四の実施形態では、軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記溝底面の谷部とで規定される溝深さについて、半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部における溝深さ(円周方向角度0°位置に最も近く形成される谷部の深さを意味する)をd0、円周方向の油溝両端部における溝深さ(円周方向の油溝両端部に最も近く形成される谷部の深さを意味する)をd1としたとき、油溝が、関係式d1≦d0を満たす。
円周方向油溝の溝底面を円周方向に連続する凹凸面で形成することにより、潤滑油に混入した異物の円周方向への移動速度を低下させて、軸受円周方向端部から潤滑油と共に異物を排出させることができる。
潤滑油中に混入する異物は主に金属または鋳砂であり、潤滑油よりも比重が大きいので、クランク軸の回転による遠心力で油溝内の溝底面に沿って転動しながら移動する。本発明のように溝底面を平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面で形成すると、溝底面の谷部分、および、山部分と、異物との接触関係により、異物の移動速度を低下させることができる。特に、軸受損傷の原因となる大きなサイズの異物の場合、サイズが大きくなればなるほど、異物が遠心力により溝底面に沿って転動し易くなるので、溝底面を凹凸面で形成することによって移動速度を低下させる効果が大きくなる。この結果、軸受円周方向端部に到達した異物の移動速度が低くなり、円周方向に直進しようとする慣性力が小さく、軸受円周方向端部の間隙を通じて軸受の幅方向端部から排出させることができる。
溝底面に沿って転動する異物に対して十分な接触抵抗を与えるため、溝底凹凸面の高低差(すなわち山の高さh)を10μm以上にすることが好ましい。
また、凹凸面の高低差hを溝深さHの15%未満とし、谷部と山部に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限とし、さらに、溝底面を連続した凹凸面で形成して潤滑油の圧力を穏やかに変化するようにしたので、潤滑油は油溝内を円滑に流れる。
溝底面の凹凸の高低差hが溝深さHの15%以上であると、溝底面付近の潤滑油の流れが乱れて溝内を円滑に流れなくなり、内燃機関に圧力損失が発生し、また、油溝内で異物を浮上させようとする力が働くので、異物が軸受摺動面に混入してしまう場合がある。
さらに、溝深さHを一定にしたすべり軸受でも、軸受円周方向中央部から端部に向かって溝深さHを小さくし、軸受円周方向端部における軸受幅方向端部からの潤滑油の漏れ量を減少させるすべり軸受でも、溝底面凹凸の高低差hを溝深さHの15%未満にすることにより、潤滑油の流れに影響を与えることなく、油溝底面を転動する異物の移動速度を低下させて、軸受円周方向端部における軸受幅端部から異物を排出させることができる。
以下、添付図面を見ながら本発明の実施例および比較例について説明する。
すべり軸受10は、その内周面(軸受摺動面)12の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝16を有する。油溝16は、内周面の全長に亘って形成され、両端面14で溝端が開口されている。また、油溝16は、その溝底面が、平坦部なしに連続的に起伏する複数の山16Aと複数の谷16Bから成る凹凸面になされている。本実施例では、複数の谷16Bの最深部が、軸受中心(軸線)に対する半径rの円弧上にある。
ここで、内周面(軸受摺動面)12を基準面とする油溝16の深さをH(これは、内周面12から谷16Bの最深部までの深さに等しい)とし、凹凸面の高低差すなわち山の高さをh(本実施例では一定)としたとき、Hとhは、以下の関係式(1)を満たすように構成されている。好適には、山の高さhは10μm以上になされる。
また、凹凸面の高低差を、h<0.15Hの関係式を満たすように形成したことにより、凹凸面の谷部分および山部分に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限にし、さらに溝底面を連続した凹凸面で形成して圧力を穏やかに変化するようにしたことにより、潤滑油が油溝内を円滑に流れる。異物の転動速度を低下させるために円周方向油溝の溝底面を連続する6つ以上の凹凸(山と谷)で形成することが好ましい。
*具体的数値の一例: 軸受内径寸法45mm、溝深さHが0.8mmの溝を形成したすべり軸受の場合には凹凸の高低差すなわち山の高さhは10μm以上0.12mm未満とすることが好ましい。連続する谷16Bまたは山16Aのピッチは、円周方向油溝の溝底面を連続する6つ以上の凹凸(山と谷)で形成するように円周角度36°以下となるピッチとすることが好ましい。
また、図示例に限定されず、円周方向油溝の端部が軸受の片側端面でのみ開口される場合も可能であり、油溝底面の円周方向に沿う断面形状は、実施例に示すような単一円弧から成る形状であっても、複数の円弧から成る場合も可能である。
なお、本願のすべり軸受には従来のすべり軸受と同じく、すべり軸受の厚さを軸受円周方向の中央部から端部に向かって薄くなるように偏肉させてもよく、また、軸受円周方向端部の軸受内周面側にクラッシュリリーフや面取りを形成してもよい。
図7、図8は、比較例1に係わる公知の半円筒形状すべり軸受40を示す。図7は、すべり軸受40の内周面を見た図であり、図8は、図7におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。すべり軸受40は、その内周面(軸受摺動面)42の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝46を有する。油溝46は、内周面の全長に亘って形成され、軸受両端面44で溝端が開口されている。油溝46の溝底面は、起伏のない平坦面(平滑面)である。
図9、図10は、比較例2に係わる半円筒形状すべり軸受50を示す。図9は、すべり軸受50の内周面を見た図であり、図10は、図9におけるX−X線に沿う断面図である。すべり軸受50は、その内周面(軸受摺動面)52の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝56を有する。油溝56は、内周面の全長に亘って形成され、軸受両端面54で溝端が開口されている。油溝56の底面は、溝両端部分を除く、中央領域の大部分が比較例1の油溝46と同様に起伏のない平坦面(平滑面)である。溝両端部分における油溝56の底面には、溝深さHの50%である高さhを有する各複数の隆起部58が形成され、他の箇所に比して溝横断面面積が小さくなっている。
実施例では、軸受の壁に設けた油穴(図示せず)を通じて円周方向油溝内に供給された潤滑油が油溝内を周方向に流れる。油溝の溝底面を、好適には10μm以上の高低差の凹凸面により形成したことにより、凹凸面は、潤滑油と共に油溝内に混入して油溝底面に沿って転動する異物の抵抗になり、異物の移動速度を低下させる。軸受円周方向端部に到達した異物は移動速度が遅く、円周方向に直進しようとする慣性力が小さいので軸受幅方向端部より排出される潤滑油と共に排出することができる。凹凸面の高低差hを油溝深さHの15%未満とし、谷部および山部に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限になし、さらに、溝底面を連続した凹凸面で形成して潤滑油圧力が穏やかに変化するように構成したので、潤滑油は油溝内を円滑に流れる。
比較例1の場合、油溝内に潤滑油と共に混入した異物は、油溝底面に沿って転動するが、溝底面が平滑であるため抵抗が少なく、異物の移動速度を低下させる効果はない。このため、異物の円周方向に直進しようとする慣性力が大きく、軸受の円周方向端面に到達した異物が軸受幅方向に排出されることなく、対をなす相手側半割形状軸受(図示せず)の軸受摺動面部分に混入しやすい。
比較例2の場合、油溝内を円周方向に流れる潤滑油は軸受の円周方向端部付近の油溝底面に断続的に形成された隆起部付近で局部的で急激な潤滑油の圧力変動が生じるため、油溝内を潤滑油が円滑に流れず圧力損失が生じる。また、潤滑油流れ方向に対する隆起部の下流側では、絞り効果によって潤滑油の流速が大きくなるため、異物の移動速度も速くなる。このため、異物の円周方向に直進しようとする慣性力が大きく、軸受の円周方向端面に到達した異物が、軸受幅方向に排出されることなく、対となる相手側半割形状軸受(図示せず)の軸受摺動面部分に混入しやすい。また、隆起部による円周方向溝内の潤滑油の急激な圧力変動により異物が潤滑油中で浮上し、隆起部を有する軸受自体の軸受摺動面への混入も生じやすくなるという新たな問題も発生する。
12 内周面(軸受摺動面)
14 端面
16 油溝
16A 山
16B 谷
20 すべり軸受
22 内周面(軸受摺動面)
24 端面
26 油溝
30 すべり軸受
32 内周面(軸受摺動面)
34 端面
36 油溝
40 すべり軸受
42 内周面(軸受摺動面)
44 端面
46 油溝
50 すべり軸受
52 内周面(軸受摺動面)
54 端面
56 油溝
58 隆起部
H 油溝の深さ
h 山の高さ
Claims (5)
- 一対の半円筒形状軸受のうち、少なくとも一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向に延在する油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
前記油溝は、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部を含み、
前記油溝の溝底面が、平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面になされており、
前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記谷の深さとで規定される溝深さをH、前記凹凸面の高低差すなわち前記山の高さをhとしたとき、前記複数の山のうちの任意の山と、これに隣接する位置にある前記谷との寸法関係が、関係式h<0.15Hによって規定されることを特徴とする内燃機関のすべり軸受。 - 前記山の高さをhが10μm以上であることを特徴とする請求項1に記載された内燃機関のすべり軸受。
- 前記油溝が、前記半円筒形状軸受の円周方向全長に亘って軸受内周面に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された内燃機関のすべり軸受。
- 前記油溝の円周方向長さが、半円筒形状軸受の円周方向全長よりも短く、該油溝の円周方向両端部の少なくとも一方が、半円筒形状軸受の円周方向端面に達していないことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された内燃機関のすべり軸受。
- 前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記溝底面の谷部とで規定される溝深さについて、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部における溝深さをd0、円周方向の油溝両端部における溝深さをd1としたとき、前記油溝が、関係式d1≦d0を満たすことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された内燃機関のすべり軸受。
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