JP5098972B2 - すべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、軸部を回動自在に支持するためのすべり軸受の技術分野に関する。

この種の軸受として、例えば、エンジンの始動時にシーズドプラグによって、クランクジャーナルを潤滑する油膜を加熱可能な軸受が提案されている（特許文献１参照）。或いは、エンジンの吸気通路に配設された開閉弁が取り付けられるシャフトを回動自在に軸支する受け部の周囲に断熱層が形成された軸受が提案されている（特許文献２参照）。或いは、エンジン本体とベアリングキャップとの間に断熱層が設けられた軸受が提案されている（特許文献３参照）。

尚、特許文献４には、ピストンとシリンダライナとの間にオイルを噴射する油穴に、オイルの温度を感知し高油温時に油穴を閉じる方向に変形する形状記憶合金からなる弁体を備える給油制御装置が記載されている。

実開昭６１−１９８５０８号公報 実開昭５８−１５４８５８号公報 特開平６−３３０９３２号公報 実開昭６２−７１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、軸受の熱が、該軸受の周辺部材にも伝わり、シーズドプラグ等の加熱手段において消費される電力量が増大したり、加熱手段の大型化が必要となったりする可能性があるという技術的問題点がある。特許文献２及び３に記載の技術では、例えば氷点下等の低温度下においてエンジンを始動させる際に、軸部と受け部との間に充填された潤滑油が加熱されにくくなる可能性がある。すると、エンジンに係る摩擦が増大し、エンジンを始動させるまでに消費される電力量が増大する可能性があるという技術的問題点がある。特許文献４に記載の技術では、上記問題点を解決することが非常に困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、電力の消費量を抑制しつつ、潤滑油の温度を適正化することができるすべり軸受を提案することを課題とする。

本発明のすべり軸受は、上記課題を解決するために、軸部を回動自在に支持する受け部と、前記受け部の外周面に対向して配置され、前記受け部を加熱可能な加熱手段と、前記加熱手段の前記受け部の外周面と対向する側とは反対側に配置された断熱手段とを備え、前記受け部及び前記断熱手段の各々は、前記軸部及び前記受け部間に潤滑流体を供給可能な流体供給孔を有し、前記受け部の温度が低くなる程、前記受け部の流体供給孔の軸方向に沿う方向から見て、前記受け部の流体供給孔の中心と、前記断熱手段の流体供給孔の中心との間の距離が大きくなる。

本発明のすべり軸受によれば、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータ、熱電素子等の加熱手段は、当該すべり軸受けの受け部の外周面に対向して配置され、該受け部を加熱可能である。ここで、「外周面に対向して配置」は、受け部の外周面と加熱手段とが互いに接するように配置されることに限らず、受け部の外周面と加熱手段とが他の部材を介して配置されていてもよい。即ち、加熱手段が受け部を加熱可能な限りにおいて、受け部の外周面と加熱手段との間に他の部材が介在していてもよい。

例えばグラスウール、断熱コーティング剤等の断熱手段は、加熱手段の、受け部の外周面と対向する側とは反対側に配置されている。即ち、当該すべり軸受では、当該すべり軸受の内側から外側に向かって、受け部、加熱手段、断熱手段の順に配置されている。尚、加熱手段と断熱手段とは互いに接していてもよいし、加熱手段と断熱手段との間に他の部材が介在していてもよい。

本願発明者の研究によれば、エンジンの始動時や暖機過程では、エンジンオイルの粘度が比較的高いことに起因して、エンジンに係る摩擦が増大する。すると、例えばエンジンをクランキングするための電力量や、エンジンの回転数を維持又は増加するために必要なエネルギーを供給するための燃料量が増加し、例えば電池のコストアップや燃費の悪化に繋がる。特に、例えば摂氏−３０度等の極低温環境下では、エンジンに係る摩擦が顕著に増大する。他方で、例えばクランクシャフト等の軸受の周辺を、ヒータ等の加熱手段で加熱してエンジンオイルを加熱する技術が提案されている。しかしながら、加熱された軸受の熱が、軸受の周辺部材にも伝わり、加熱手段において消費される電力量が増大したり、加熱手段の大型化が必要となったりするおそれがある。特に、極低温環境下では電池の性能も低下しているため、消費電力量の比較的大きい加熱手段を、比較的長時間作動させることは望ましくないことが判明している。

しかるに本発明では、受け部を加熱可能な加熱手段が、受け部の外周面に対向して配置されていると共に、断熱手段が、加熱手段の、受け部の外周面と対向する側とは反対側に配置されている。このため、受け部を加熱手段により加熱しても、断熱手段により周辺部材に熱が伝わることを抑制することができる。

以上の結果、本発明のすべり軸受によれば、断熱手段により当該すべり軸受の周辺部材への熱の拡散を抑制することができるので、比較的早期に（即ち、効率的に）受け部を所定温度まで加熱することができる。従って、加熱手段において消費される電力量を抑制することができると共に、加熱手段の大型化を防止することができる。

他方、断熱手段により、例えばエンジン本体の熱の伝達を抑制することができるので、エンジン本体の熱に起因する当該すべり軸受の温度上昇を抑制することができる。このため、例えば当該すべり軸受が必要以上に加熱されることに起因する歪みの発生を防止することができる。

本発明では特に、当該すべり軸受の受け部及び断熱手段の各々は、軸部及び受け部間に、例えばエンジンオイル等の潤滑流体を供給可能な流体供給孔を有している。尚、流体供給孔は、円筒形状であってもよいし、角筒形状であってもよい。受け部の流体供給孔の軸方向に沿う方向から見て、受け部の流体供給孔の中心と断熱手段の流体供給孔の中心との間の距離は、受け部の温度が低くなる程大きくなる。
本願発明者の研究によれば、エンジンをクランキングする際に、加熱手段によりクランクシャフトの軸受を加熱しても、例えばトロコイド式のオイルポンプによりエンジンオイルが循環されることに起因して、クランクシャフト及び軸受間に充填されたエンジンオイルの温度が低下してしまうことが判明している。
しかるに本発明では、受け部及び断熱手段各々の流体供給孔が、受け部の流体供給孔の軸方向に沿う方向から見て、受け部の流体供給孔の中心と断熱手段の流体供給孔の中心との間の距離が、受け部の温度が低くなる程大きくなるように構成されている。具体的には例えば、断熱手段を構成する材料に、受け部を構成する材料の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する材料を用いる。或いは、断熱手段を構成する材料に、受け部を構成する材料の熱膨張率よりも小さな熱膨張率を有する材料を用いる。前者の場合は、温度に起因して断熱手段が受け部よりも大きく変化することによって、後者の場合は、温度に起因して受け部が断熱手段よりも大きく変化することによって、受け部の流体供給孔の中心と断熱手段の流体供給孔の中心との間の距離が、受け部の温度が低くなる程大きくなる。
尚、いずれの場合も、受け部及び断熱手段間に、該受け部及び断熱手段の熱変形を補償するための間隙が設けられる。また、本発明では、潤滑流体の温度が、例えば摂氏８０度である場合に、受け部の流体供給孔の中心と断熱手段の流体供給孔の中心とが一致するように、受け部及び断熱手段が配置されている。
上述の如く、受け部及び断熱手段各々の流体供給孔が構成されているため、当該すべり軸受をクランクシャフトの軸受に適用し、エンジンオイルの温度が比較的低い場合に、クランクシャフト及び受け部間に充填されたエンジンオイルの循環を抑制することができる。この結果、クランクシャフト及び受け部間に充填されたエンジンオイルを効率的に加熱することができ、比較的早期にクランクシャフト及び受け部間の摩擦を低減することができる。
他方、エンジンオイルの温度が比較的高くなった場合には、受け部の流体供給孔の中心と断熱手段の流体供給孔の中心と間の距離が小さくなるので、クランクシャフト及び受け部間に充填されたエンジンオイルが循環され易くなり、例えばクランクシャフト及び受け部等を冷却することができる。
加えて、例えば弁等の流体供給孔の開度を制御可能な機構を設けることなく、軸部及び受け部間に供給される潤滑流体の量を制御することができるので、当該すべり軸受の製造コスト等を抑制することができ、実用上非常に有利である。
尚、当該すべり軸受を、例えばエンジンのクランクシャフトの軸受に適用した場合、該エンジンの制御装置は、例えば次のように当該すべり軸受の加熱手段を制御する。即ち、制御装置は、温度センサを介して取得される温度が温度閾値より低いことを条件に、当該すべり軸受の受け部を加熱するように加熱手段を制御する。ここで、温度センサを介して取得される温度は、例えばエンジンオイルの温度、外気温、エンジンの冷却水の水温等である。

温度閾値は、温度センサを介して取得される温度に応じて適宜設定される温度である。例えば温度センサを介してエンジンオイルの温度が取得される場合、温度閾値は、実験的若しくは経験的に、又はシミュレーションによって、エンジンオイルの粘度と温度との関係を求め、該求められた関係に基づいて、エンジンをクランキングするための電力量が顕著に増加するエンジンオイルの粘度に対応する温度として、或いは、該温度より所定値だけ高い温度として設定すればよい。

本発明のすべり軸受の一態様では、前記加熱手段は、前記受け部の外周面に接している。

この態様によれば、受け部をより効率的に加熱することができ、実用上非常に有利である。

本発明のすべり軸受の他の態様では、前記加熱手段は、薄膜状である。

この態様によれば、当該すべり軸受の小型化を図ることができ、実用上非常に有利である。

本発明のすべり軸受の他の態様では、前記加熱手段は、ＰＴＣヒータである。

この態様によれば、オーバーヒートを防止することができると共に、電力消費量を抑制することができ、実用上非常に有利である。

或いは、本発明のすべり軸受の他の態様では、前記加熱手段は、熱電素子である。

この態様によれば、加熱手段が冷却手段としても機能し、受け部を加熱又は冷却することができる。このため、当該すべり軸受の温度を適切に保つことができ、実用上非常に有利である。

特に、例えば摂氏−３０度等の極低温環境下におけるエンジンの始動性を向上させるために、比較的粘度の低いエンジンオイルを使用している場合は、エンジンオイルの温度が上昇することに起因して、エンジンオイルの粘度が油膜を形成することが困難になる粘度（例えば９ｃｓｔ）より低くなるおそれがある。このような場合であっても、熱電素子によって受け部を加熱又は冷却することによって、軸部及び受け部間に供給されるエンジンオイルの温度を適切に保つことができる。

本発明の作用及びその他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明のすべり軸受に係る実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るすべり軸受の構成を示す断面図である。尚、本実施形態では、一例として、当該すべり軸受をエンジンのクランクシャフトの軸受に適用している。

図１において、すべり軸受１は、クランクシャフト２３を回動自在に支持する受け部１１と、該受け部１１の外周面に対向して配置され、受け部１１を加熱可能な薄膜状のＰＴＣヒータ１２と、該ＰＴＣヒータ１２の、受け部１１の外周面と対向する側とは反対側に配置された遮熱材１３とを備える。

すべり軸受１は、ベアリングキャップ２２によりシリンダブロック２１に取り付けられている。受け部１１は、遮熱材１３を構成する材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料によって構成されている。ＰＴＣヒータ１２は、制御回路４０に電気的に接続されており、該制御回路４０により受け部１１を加熱するように制御される。ここで、制御回路４０は、典型的には、ベアリングキャップ２２の外部に配置されており、ベアリングキャップ２２には、ＰＴＣヒータ１２に電源を供給するための導電線が敷設されている。

尚、本実施形態に係る「ＰＴＣヒータ１２」及び「遮熱材１３」は、夫々、本発明に係る「加熱手段」及び「断熱手段」の一例である。また、図１においてクランクシャフト２３は、紙面に対して垂直な方向に沿って延びている。

受け部１１、ＰＴＣヒータ１２、遮熱材１３及びシリンダブロック２１の各々には、エンジンオイル３２を受け部１１及びクランクシャフト２３間に供給可能なオイル供給孔３１が形成されている。ここに、本実施形態に係る「エンジンオイル３２」は、本発明に係る「潤滑流体」の一例である。

例えばエンジンの始動時において、制御回路４０により、受け部１１を加熱するようにＰＴＣヒータ１２が制御されることによって、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２が加熱される。このため、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２の粘度が低下し、受け部１１及びクランクシャフト２３間に生じる摩擦を低減することができる。

本実施形態では特に、ＰＴＣヒータ１２の外周側に遮熱材１３が配置されている。このため、ＰＴＣヒータ１２の熱が、シリンダブロック２１及びベアリングキャップ２２に伝わることを抑制することができる。従って、比較的早期に、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２の温度を上昇させることができる。更に、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２を効率的に加熱することができるので、比較的小型のＰＴＣヒータ１２によって十分な効果を得ることができる。即ち、ＰＴＣヒータ１２の小型化を図ることができる。

この結果、比較的早期に、エンジンの回転数を、該エンジンを完爆可能な回転数に到達させることができる。従って、エンジンの始動性を向上させることができる。加えて、エンジンを始動させるまでに必要な電力量やエンジンに供給される燃料量を抑制することができる。

次に、本実施形態に係るオイル供給孔３１について、図２及び図３を参照して説明を加える。ここに、図２は、通常時におけるオイル供給孔３１の一部を拡大して示す（ａ）拡大断面図及び（ｂ）受け部側から見た平面図であり、図３は、低温時におけるオイル供給孔３１の一部を拡大して示す（ａ）拡大断面図及び（ｂ）受け部側から見た平面図である。尚、本実施形態に係る「通常時」は、エンジンオイル３２の温度が、例えば摂氏８０度である時をいい、「低温時」は、外気温が、例えば摂氏−３０度である時をいう。

図２及び図３に示すように、オイル供給孔３１は、受け部１１に形成された第１部分３１ａ、及び遮熱材１３に形成された第２部分３１ｂを有している。ここに、本実施形態に係る「第１部分３１ａ」及び「第２部分３１ｂ」は、夫々、本発明に係る「受け部の流体供給孔」及び「断熱手段の流体供給孔」の一例である。

図２（ａ）に示すように、通常時では、第１部分３１ａの軸心と第２部分３１ｂの軸心とが一致している。また、図２（ｂ）に示すように、通常時では、第１部分３１ａの軸方向に沿う方向から見て、第１部分３１ａの中心と第２部分３１ｂの中心とが一致している。

ここで、「一致」とは、第１部分３１ａの軸心（又は中心）と第２部分３１ｂの軸心（又は中心）とが完全に一致している場合に限らず、第１部分３１ａの軸心（又は中心）と第２部分３１ｂの軸心（又は中心）とが、実践上一致しているとみなせる限りにおいて、第１部分３１ａの軸心（又は中心）と第２部分３１ｂの軸心（又は中心）とがずれている場合も含んでよい。

他方、図３（ａ）に示すように、低温時では、第１部分３１ａの軸心と第２部分３１ｂの軸心とが相互にずれている。また、図３（ｂ）に示すように、低温時では、第１部分３１ａの軸方向に沿う方向から見て、第１部分３１ａの中心と第２部分３１ｂの中心とが相互にずれている。

これは、上述の如く、受け部１１が、遮熱材１３を構成する材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料によって構成されているためである。具体的には、低温になる程、受け部１１が、遮熱材１３よりも大きく変形する（即ち、縮む）ためである。従って、低温になる程、第１部分３１ａの軸心（又は中心）と第２部分３１ｂの軸心（又は中心）との間の距離が大きくなる。

以上のようにオイル供給孔３１が構成されているため、低温になる程、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２の循環が抑制されることとなる。このため、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２を効率的に加熱することができる。

他方、エンジンオイル３２の温度が比較的高くなった場合には、受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２が循環され易くなり、受け部１１及びクランクシャフト２３を冷却することができる。

次に、エンジンに係る摩擦について、図４を参照して説明する。ここに、図４（ａ）は、通常時における、エンジンに係る摩擦の発生源毎の割合を示す特性図の一例であり、図４（ｂ）は、低温時における、エンジンに係る摩擦の発生源毎の割合を示す特性図の一例である。図中の（ｉ）はピストン及びコンロッドで生じる摩擦を示しており、（ｉｉ）はクランクシャフト２３で生じる摩擦を示しており、（ｉｉｉ）はオイルポンプで生じる摩擦を示しており、（ｉｖ）はバランスシャフトで生じる摩擦を示しており、（ｖ）は動弁機構で生じる摩擦を示している。

図４（ａ）及び（ｂ）において、特に注目すべきは、低温時（例えば、外気温が摂氏−３０度）では、通常時（例えば、エンジンオイル３２の温度が摂氏８０度）に比べて、クランクシャフト２３で生じる摩擦、オイルポンプで生じる摩擦及びバランスシャフトで生じる摩擦の、全体に占める割合が顕著に増加している点である。尚、本願発明者の研究によると、低温時におけるクランクシャフト２３で生じる摩擦、オイルポンプで生じる摩擦及びバランスシャフトで生じる摩擦を合計した摩擦の大きさは、通常時の約１０倍であることが判明している。

従って、本実施形態のようにすべり軸受１を、クランクシャフト２３の軸受に適用して、比較的早期に受け部１１及びクランクシャフト２３間に充填されたエンジンオイル３２を加熱することによって、クランクシャフト２３で生じる摩擦を大きく低減することができる。即ち、低温環境下においてエンジンを始動する際に生じる摩擦を大きく低減することができる。更に、本実施形態に係るすべり軸受１を、バランスシャフトの軸受に適用すれば、低温環境下においてエンジンを始動する際に生じる摩擦を、より大きく低減することができる。

＜変形例＞
次に、本実施形態に係るすべり軸受の変形例について説明する。本変形例では、ＰＴＣヒータに代えて、本発明に係る「加熱手段」の他の例としての熱電素子が受け部の外周面に対向して配置されている。

このように構成すれば、受け部を加熱又は冷却することができ、すべり軸受１の温度（即ち、エンジンオイル３２の温度）を適切に保つことができ、実用上非常に有利である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うすべり軸受もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係るすべり軸受の構成を示す断面図である。 通常時におけるオイル供給孔の一部を拡大して示す（ａ）拡大断面図及び（ｂ）受け部側から見た平面図である。 低温時におけるオイル供給孔の一部を拡大して示す（ａ）拡大断面図及び（ｂ）受け部側から見た平面図である。 図４（ａ）は、通常時における、エンジンに係る摩擦の発生源毎の割合を示す特性図の一例であり、図４（ｂ）は、低温時における、エンジンに係る摩擦の発生源毎の割合を示す特性図の一例である。

符号の説明

１…すべり軸受、１１…受け部、１２…ＰＴＣヒータ、１３…遮熱材、２１…シリンダブロック、２２…ベアリングキャップ、２３…クランクシャフト、３１…オイル供給孔、３１ａ…第１部分、３１ｂ…第２部分、３２…エンジンオイル、４０…制御回路

Claims (5)

1. 軸部を回動自在に支持する受け部と、
   前記受け部の外周面に対向して配置され、前記受け部を加熱可能な加熱手段と、
   前記加熱手段の前記受け部の外周面と対向する側とは反対側に配置された断熱手段と
   を備え、
   前記受け部及び前記断熱手段の各々は、前記軸部及び前記受け部間に潤滑流体を供給可能な流体供給孔を有し、
   前記受け部の温度が低くなる程、前記受け部の流体供給孔の軸方向に沿う方向から見て、前記受け部の流体供給孔の中心と、前記断熱手段の流体供給孔の中心との間の距離が大きくなる
   ことを特徴とするすべり軸受。
2. 前記加熱手段は、前記受け部の外周面に接していることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
3. 前記加熱手段は、薄膜状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のすべり軸受。
4. 前記加熱手段は、ＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のすべり軸受。
5. 前記加熱手段は、熱電素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のすべり軸受。

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