JP5474015B2 - 内燃機関のコンロッド軸受 - Google Patents
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Description
この理由として、一般に、コンロッド軸受を保持するハウジングは、機関運転時の変形が大きいため、運転時におけるクランクピンとコンロッド軸受間の間隙が、クランク軸ジャーナル部と主軸受との間の間隙に比して大きく、潤滑油溝内に保持された異物が軸受摺動面全体に広がり易く、主荷重部になる「半円筒形軸受の円周方向中央部」における摺動面部分にも異物が分布し、前記円周方向潤滑油溝を設けない従来タイプのコンロッド軸受を使用した場合よりも、軸受損傷が増すからである。このことは試験によって確認された。
内燃機関のコンロッド軸受は、異物排出性に優れると共に、軸受摺動面への潤滑油の供給性に優れることが要求される。
内部潤滑油路を有するクランク軸のクランクピンを回転自在に支承する、内燃機関のクランク軸用コンロッド軸受において、
前記コンロッド軸受が一対の半円筒形軸受から成り、前記一対の半円筒形軸受は、それぞれ、前記クランクピンの回転方向に対して前方側に位置づけられる前方側円周方向端面、及び後方側に位置づけられる後方側円周方向端面を有し、一方の前記半円筒形軸受の前記前方側円周方向端面ともう一方の前記半円筒形軸受の前記後方側円周方向端面とが当接するようになっており、
少なくとも一方の前記半円筒形軸受において、前記前方側円周方向端面から軸受内周面に沿って最大中心角45度の範囲内で前方側円周方向溝が形成されており、
対向する前記半円筒形軸受において、前記後方側円周方向端面から軸受内周面に沿って最大中心角45度の範囲内で、前記前方側円周方向溝と連通する後方側円周方向溝が形成されており、
前記前方側円周方向溝及び前記後方側円周方向溝と連通する軸線方向溝が、軸受内周面に沿って軸線方向幅全長に亘って形成されており、
少なくとも一方の前記半円筒形軸受において、前記前方側円周方向溝が形成された前記前方側円周方向端面から軸受内周面に沿って前方側クラッシュリリーフが形成されており、
対向する前記半円筒形軸受において、前記後方側円周方向溝が形成された前記後方側円周方向端面から軸受内周面に沿って後方側クラッシュリリーフが形成されており、
前記前方側円周方向溝の円周方向長さが、前記前方側クラッシュリリーフの円周方向長さよりも大きくなっており、
前記後方側円周方向溝の円周方向長さが、前記後方側クラッシュリリーフの円周方向長さよりも小さくなっている、コンロッド軸受。
前方側円周方向溝の円周方向長さ−前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ≧1mmを満たす。
後方側クラッシュリリーフの円周方向長さ−後方側円周方向溝の円周方向長さ≧1mmを満たす。
ここで、円周方向溝の深さとは、軸受内周面から溝底までの距離である。軸線方向溝やクラッシュリリーフがある部分については、軸線方向溝やクラッシュリリーフがないと仮定した場合の軸受内周面から溝底までの距離である。
前方側円周方向溝の深さ(D1)>軸線方向溝の深さ(D3)>後方側円周方向溝の深さ(D2)
を満たす。
ここで、軸線方向溝の深さとは、軸線方向溝やクラッシュリリーフがないと仮定した場合の軸受内周面から溝底までの距離である。
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、一対の半円筒形軸受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。図面で上側に位置する半円筒形軸受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。
ここで、後方側円周方向溝26Cは、後方側円周方向端面26Aから軸受内周面に沿って中心角3度以上の範囲に形成されることが好ましい。さらに、後方側円周方向溝26Cは、後方側円周方向端面26Aから軸受内周面に沿って中心角5度以上の範囲に形成されることがより好ましい。
本実施例においては、円周方向端面24A、26Aの両方に傾斜面24D、26Dが設けられているが、円周方向端面24A、26Aのうちの一方にのみ傾斜面を設けてもよい。
また、本実施例においては、傾斜面24Dと26Dとが、円周方向端面に対して面対称形状に形成されているが、切除する寸法を変える等して、非対称形状に形成してもよい。
ここで、クラッシュリリーフとは、一対の半円筒形状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軸受壁厚減少領域(円周方向端面に向かって次第に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。
ここで、円周方向溝の円周方向長さとは、円周方向溝がないと仮定した場合の軸受内周面において、円周方向溝が形成された中心角度に対応する円弧の長さである。クラッシュリリーフや軸線方向溝がある部分については、クラッシュリリーフや軸線方向溝がないと仮定した場合の軸受内周面における円弧の長さである。
同様に、クラッシュリリーフの円周方向長さとは、クラッシュリリーフがないと仮定した場合の軸受内周面において、クラッシュリリーフが形成された中心角度に対応する円弧の長さである。円周方向溝や軸線方向溝がある部分については、円周方向溝や軸線方向溝がないと仮定した場合の軸受内周面における円弧の長さである。
機関作動中、ジャーナル10を支承する主軸受の軸受内周面に形成された潤滑油溝18a内に潤滑油が供給される。ジャーナル10が回転すると、ジャーナル10に形成された直径方向貫通孔10aの両端開口が潤滑油溝18aと間欠的に連通する。その連通時に、貫通孔10a内に潤滑油圧が作用し、更には貫通孔10aに連通する潤滑油路20にも潤滑油供給圧力が作用する。この潤滑油供給圧力によって、クランクピン12の外周面にある潤滑油路20の出口開口から、クランクピン12とコンロッド軸受22の間の摺動面に潤滑油が供給される。クランクピン12が回転して、潤滑油路20の出口開口が前方側円周方向溝24Cに連通すると、前方側円周方向溝24C内に潤滑油が直接流入する。流入した潤滑油は、これに付随する異物と共に、前方側円周方向溝内を前方側円周方向端面の方向へ流れる。
ここで、潤滑油路の出口開口と前方側円周方向溝とが連通を開始する瞬間のこの極めて速い噴流には、軸受隙間に進入できないような大きな異物は含まれない。潤滑油路の出口開口と前方側円周方向溝とが連通を開始する瞬間の連通面積は小さいので、潤滑油のみが通過し、異物は通過できないからである。
さらに、潤滑油路の出口開口と前方側円周方向溝との連通が進むと、軸受隙間に進入できないような大きな異物は、潤滑油と共に前方側円周方向溝に進入し確実に捕捉される。
軸受隙間に進入できるような小さな異物は、軸受隙間を通って潤滑油と共に排出されるので軸受摺動面の損傷原因にはならない。軸受の摺動面の損傷原因になるのは、軸受隙間よりも大きな異物である。
これによって、前方側円周方向溝内から後方側円周方向溝内へ流れる潤滑油の流速が遅くなってしまうため、後方側円周方向溝の下流の軸受摺動面への潤滑油の供給性が大きく低下してしまう。
また、リリーフ隙間に分散して流れた異物は、図9に示すように、クランクピン表面近くに位置するので、回転するクランクピン表面に付随して円周方向に流れる油流の影響を受け、軸線方向溝を通り越しやすい。軸線方向溝を通り越した異物は、下流の軸受摺動面へ進入し、軸受摺動面を損傷させる確率が高くなる。
前方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgf)−前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcf)≧1mm
を満たすことが好ましい。
さらには、前方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgf)と前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcf)とが、次の関係式:
前方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgf)−前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcf)≧クランクピンの潤滑油路の出口開口の穴径(φA)×1/4
を満たすことが好ましい。
本発明において、後方側円周方向溝の円周方向長さを、後方側クラッシュリリーフの円周方向長さよりも小さくしているのは、この後方側円周方向溝に進入してしまった異物に対応するためである。
さらに、リリーフ隙間に分散して流れずに後方側円周方向溝の終端部へ到達した少数の異物があっても、図11に示すようにリリーフ隙間が存在するので、直ちに、クランクピン表面の潤滑油路の出口開口の縁と接触し、軸受摺動面に引きずり込まれることがない。
さらに、後方側円周方向溝の終端部からリリーフ隙間に進入した異物は、リリーフ隙間内を軸線方向へ移動することが可能である。したがって、後方側円周方向溝の終端部に到達した異物は、クランクピン表面の潤滑油路の出口開口が次に通過するまでに、潤滑油路の出口開口の縁と接触するような場所から流されている確率が高い。
後方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcr)−後方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgr)≧1mm
を満たすことが好ましい。
さらには、前方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgf)と前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcf)とが、次の関係式:
後方側クラッシュリリーフの円周方向長さ(Lcr)−後方側円周方向溝の円周方向長さ(Lgr)≧クランクピンの潤滑油路の出口開口の穴径(φA)×1/4
を満たすことが好ましい。
この構成とすることにより、前方側円周方向溝24C内を相対的に緩やかに流れてきた潤滑油および異物の流速が軸線方向溝24E内で増大するので、異物が軸線方向溝24E内へ流入しやすくなり、異物が軸受幅方向端面から軸受外部へ円滑に排出されるやすくなる。
この構成とすることにより、前方側円周方向溝24C内を流れる潤滑油および異物28の流れが円周方向端面に向かって緩やかになり、異物が潤滑油の流れに付随して確実に軸線方向溝へ押し流される。また、軸線方向溝に接近した際の潤滑油および異物28の流速が緩やかであるため、慣性力によって、異物が軸線方向溝を乗り越えて相手側半円筒形軸受側へ進入することを防ぐことができる。本実施例においては、後方側円周方向溝の深さも、前方側円周方向端面から離れるに従って次第に小さくなっている。
しかし、前方側円周方向溝の深さを一定の深さにすることも可能であり、後方側円周方向溝の深さを一定の深さにすることも可能である。
ここで、円周方向溝の溝幅は、潤滑油路20の出口開口の穴径(φA)×1/4以上、潤滑油路20の出口開口の穴径(φA)×2以下とすることが好ましい。さらに、円周方向溝の溝幅は、潤滑油路20の出口開口の穴径(φA)と同じとすることが好ましい。
また、軸線方向溝の寸法は、溝幅2mm未満、深さ0.1〜0.5mmであることが好ましい。潤滑油に混入する異物のサイズは、最大で長さが0.1mm程度であり、軸線方向溝の寸法は、異物排出性を考慮して決められる。
この構成とすることにより、両方の突き合せ端面において異物排出と軸受摺動面への潤滑油供給が促進される。
この構成とすることにより、半円筒形軸受の部品共通化を図ることが可能である。しかし、本発明は本実施例に限定されず、両方の突き合せ端面の前方側円周方向溝、後方側円周方向溝、及び軸線方向溝同士が、それぞれ軸受中心線に対して非対称形状に形成されてもよい。すなわち、両方の突き合せ端面の前方側円周方向溝、後方側円周方向溝、及び軸線方向溝同士が、同じ寸法に形成されず、本発明の機能を維持する範囲において、円周方向長さ、溝幅、深さが異なっていても良い。
図17は、前方側円周方向溝34Cと後方側円周方向溝36Cと軸線方向溝34Eが連通する連通部を軸線方向から見た図である。図17からも分かる通り、前方側円周方向端面34Aにおける前方側円周方向溝34Cの深さ(D1)が、後方側円周方向端面36Aにおける後方側円周方向溝36Cの深さ(D2)よりも大きくなっていることにより、円周方向溝の深さ方向の段差部37Aが形成されている。
前方側円周方向溝の溝底に沿って連通部まで移動してくる異物の速度を確実に低下させるために、後方側円周方向溝の深さ(D2)を前方側円周方向溝の深さ(D1)に対して90%以下とすることが好ましい。すなわち、前方側円周方向溝の深さの10%以上の段差部が、前方側円周方向溝内の潤滑油の流れを遮蔽するようになっていることが好ましい。一方、下流側の半円筒形軸受の軸受内周面に対する潤滑油の供給量を十分に確保するために、後方側円周方向溝の深さ(D2)は、前方円周方向油溝の深さ(D1)に対して20%以上とすることが好ましい。
前方側円周方向溝の深さ(D1)>軸線方向溝の深さ(D3)>後方側円周方向溝の深さ(D2)
を満たしている。
実施例3では、軸線方向溝の深さ(D3)と後方側円周方向溝の深さ(D2)の大小関係が逆になっており、軸線方向溝の深さ(D3)<後方側円周方向溝の深さ(D2)となっていた。後方側円周方向溝の深さ(D2)が軸線方向溝の深さ(D3)より大きい場合、前方側円周方向溝の溝底側を流れて連通部に達した異物の中には、軸線方向溝まで到達する前に後方側円周方向溝に進入してしまうものがある。
しかし、この実施例4の構成とすることにより、前方側円周方向溝44Cの溝底側を流れてきた潤滑油と異物は、段差部47Aによって堰き止められた後、まず軸線方向溝44Eに流入する。したがって、実施例3よりも異物は軸線方向溝44Eを通じて軸受外部に排出されやすくなり、後方側円周方向溝46Cには進入しにくくなるので、異物排出効果が向上する。
本実施例においては、連通部において、前方側円周方向溝54Cの溝幅(W1)が、後方側円周方向溝56Cの溝幅(W2)よりも大きくなっていることにより、円周方向溝の溝幅方向の段差部が形成されている(図23参照)。
この構成とすることにより、円周方向溝の深さ方向の段差部57Aに加えて、溝幅方向の段差部57Cが形成されるため、前方側円周方向溝の側壁に沿って移動してきた異物も堰き止める効果が生じる。これにより、さらに異物排出効果が向上する。
ここで、円周方向断面溝の断面形状について、台形形状の実施例を示したが、他にも、半円形形状、三角形形状など任意の断面形状とすることができる。異物排出効果を有する段差部が形成されるのであれば、任意の断面形状の円周方向溝を適用することができる。
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 半円筒形軸受
18B 半円筒形軸受
18a 潤滑油溝
20 潤滑油路
20A 潤滑油路の出口開口
22 コンロッド軸受
24 半円筒形軸受
24A 前方側円周方向端面
24B 後方側円周方向端面
24C 前方側円周方向溝
24D 傾斜面
24E 軸線方向溝
24K 前方側クラッシュリリーフ
26 半円筒形軸受
26A 後方側円周方向端面
26B 前方側円周方向端面
26C 後方側円周方向溝
26D 傾斜面
26K 後方側クラッシュリリーフ
28 異物
34 半円筒形軸受
34A 前方側円周方向端面
34C 前方側円周方向溝
34E 軸線方向溝
34K 前方側クラッシュリリーフ
36 半円筒形軸受
36A 後方側円周方向端面
36C 後方側円周方向溝
36K 後方側クラッシュリリーフ
37A 段差部
44C 前方側円周方向溝
44E 軸線方向溝
44K 前方側クラッシュリリーフ
46C 後方側円周方向溝
46K 後方側クラッシュリリーフ
47A 段差部
54C 前方側円周方向溝
56C 後方側円周方向溝
57A、57C 段差部
Claims (13)
- 内部潤滑油路を有するクランク軸のクランクピンを回転自在に支承する、内燃機関のクランク軸用コンロッド軸受において、
前記コンロッド軸受が一対の半円筒形軸受から成り、前記一対の半円筒形軸受は、それぞれ、前記クランクピンの回転方向に対して前方側に位置づけられる前方側円周方向端面、及び後方側に位置づけられる後方側円周方向端面を有し、一方の前記半円筒形軸受の前記前方側円周方向端面ともう一方の前記半円筒形軸受の前記後方側円周方向端面とが当接するようになっており、
少なくとも一方の前記半円筒形軸受において、前記前方側円周方向端面から軸受内周面に沿って最大中心角45度の範囲内で前方側円周方向溝が形成されており、
対向する前記半円筒形軸受において、前記後方側円周方向端面から軸受内周面に沿って最大中心角45度の範囲内で、前記前方側円周方向溝と連通する後方側円周方向溝が形成されており、
前記前方側円周方向溝及び前記後方側円周方向溝と連通する軸線方向溝が、軸受内周面に沿って軸線方向幅全長に亘って形成されており、
少なくとも一方の前記半円筒形軸受において、前記前方側円周方向溝が形成された前記前方側円周方向端面から軸受内周面に沿って前方側クラッシュリリーフが形成されており、
対向する前記半円筒形軸受において、前記後方側円周方向溝が形成された前記後方側円周方向端面から軸受内周面に沿って後方側クラッシュリリーフが形成されており、
前記前方側円周方向溝の円周方向長さが、前記前方側クラッシュリリーフの円周方向長さよりも大きくなっており、
前記後方側円周方向溝の円周方向長さが、前記後方側クラッシュリリーフの円周方向長さよりも小さくなっている、コンロッド軸受。 - 前記前方側円周方向溝の円周方向長さと前記前方側クラッシュリリーフの円周方向長さとが、次の関係式:
前方側円周方向溝の円周方向長さ−前方側クラッシュリリーフの円周方向長さ≧1mm
を満たす、請求項1に記載されたコンロッド軸受。 - 前記後方側円周方向溝の円周方向長さと前記後方側クラッシュリリーフの円周方向長さとが、次の関係式:
後方側クラッシュリリーフの円周方向長さ−後方側円周方向溝の円周方向長さ≧1mm
を満たす、請求項1または請求項2に記載されたコンロッド軸受。 - 前記前方側円周方向溝と前記後方側円周方向溝と前記軸線方向溝が連通する連通部において、前記前方側円周方向溝の深さが前記後方側円周方向溝の深さよりも大きくなっていることにより、円周方向溝の深さ方向の段差部が形成されている、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 前記連通部において、前記後方側円周方向溝の深さが、前記前方側円周方向溝の深さの0.2〜0.9倍である、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 前記連通部において、前記前方側円周方向溝の深さと前記後方側円周方向溝の深さと前記軸線方向溝の深さとが、次の関係式:
前方側円周方向溝の深さ>軸線方向溝の深さ>後方側円周方向溝の深さ
を満たす、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。 - 前記連通部において、前記コンロッド軸受の円周方向から見た前記前方側円周方向溝の溝断面積が、前記コンロッド軸受の軸線方向から見た前記軸線方向溝の溝断面積より大きくなっている、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 前記連通部において、前記前方側円周方向溝の溝幅が、前記後方側円周方向溝の溝幅よりも大きくなっていることにより、円周方向溝の溝幅方向の段差部が形成されている、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 前記軸線方向溝は、前記前方側円周方向溝が形成された前記前方側円周方向端面の軸受内周面側、または前記後方側円周方向溝が形成された前記後方側円周方向端面の軸受内周面側のうちの少なくとも一方が切除されることにより形成される、請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 前記前方側円周方向溝の深さは、前記前方側円周方向端面から離れるに従って次第に小さくなっている、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 一方の前記半円筒形軸受にのみ、前記前方側円周方向溝が形成されている、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 両方の前記半円筒形軸受に、前記前方側円周方向溝が形成されている、請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受。
- 請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載されたコンロッド軸受を含む内燃機関。
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