JP5930977B2 - 軸受 - Google Patents

Description

本発明は、軸受、特に、エンジンをオイルのより小さな体積流量で作動させることができる軸受に関する。

背景
内燃機関には、概して、オイルポンプが設けられており、このオイルポンプは、あるエンジン作動条件下で必要とされるよりも著しく大きなオイルの体積流量を提供する能力を備える。エンジンのアイドリング速度においてエンジンの軸受に十分なオイル流量及び圧力を供給するために、高いオイルポンピング吐出し量が提供される。しかしながら、エンジンが通常車両運転速度で作動しているときには、ポンプの潜在的な吐出し量の約１０％〜２５％しか利用されない。エンジンの動作寿命のほとんどにおいて必要とされるよりも大きな吐出し量を有するオイルポンプを作動させる必要性は、以下のような複数の欠点を有する。つまり、物理的に大きすぎるポンプによって大きなエネルギが浪費され、ポンプを駆動するために大きすぎるエンジンパワーを消費する。オイルポンプは不必要に重い。より高いエンジン速度においては、ポンプは高すぎるオイル圧力を提供し、オイル流の大部分は、軸受を通過することさえしないで、オイル圧力解放溢れ弁を介してエンジンオイル溜めへ直接に戻るよう逸らされる。

エンジンが、その動作寿命の大部分のために過剰に大きなオイルポンプを有する理由は、主に、エンジンに採用される軸受の設計に関係する。圧送されるオイルの吐出し量は、概して、ポンプが駆動される速度に比例する。主軸受及び大端部軸受は、ジョイント面クラッシュレリーフとして知られる特徴を有する。この特徴は、シャフトジャーナルの周囲に完全な３６０°軸受を形成するように２つの１８０°半割軸受の周方向端部が接合する領域における、軸受滑り面と、協働するシャフトジャーナル面との間のより大きな間隙である。ハウジングに組み付けられた場合、２つの軸受におけるジョイント面クラッシュレリーフは、３６０°軸受において直径方向で互いに向き合った、軸受円周の約２０°〜４０°にわたる、増大した間隙の２つの領域を形成する。増大した間隙のこれらの領域の効果は、軸受を通って圧送されたオイルが溜めへ追い出されるための直接的な経路を提供することであり、これにより、低いエンジン速度若しくはアイドル速度において、十分なオイル圧力を生ぜしめるためにオイルの比較的大きな体積流量が必要である。より高いエンジン作動速度では、オイルポンプの体積流量出力が高すぎ、過剰なオイル圧力が生ぜしめられるのを防止することができず、過剰なオイル流がオイル圧力逃がし弁を介して溜めへ戻される。

米国特許出願公開第２００６／０２６３００号明細書には、軸受の横方向及び軸方向でのオイルの流れを減じ、これにより、エンジンの速度又は温度にかかわらずより一定のオイル圧力を提供する周方向シーリング若しくは"スロットリング・エレメント"が設けられた軸受が記載されている。しかしながら、幾つかの実施形態においては、シーリングエレメントは、軸受軸方向端部において又は軸受軸方向端部の近くにおいて、軸受ランド領域に位置決めされている。シーリングエレメントのこのような位置決めは、軸方向での利用できる"軸受幅"の比較的大きな減少を生じる。与えられたエンジン設計における軸受軸方向長さは、ほとんど増大する余地のない比較的固定されたパラメータであるので、このことは、特定の軸受荷重の許容できない増大につながる恐れがある。

本発明の課題は、これまでよりも、低いエンジン速度において比較的小さなオイル供給流量を必要とする軸受を提供し、その結果、軸受を使用するエンジンにおいてより小さな吐出し量のオイルポンプを使用することができるようにすることである。別の課題は、公知の軸受の欠点を軽減する軸受を提供することである。

本発明の簡単な概要
本発明の第１の態様によれば、１８０°半割軸受が提供され、軸受は、軸受の両軸方向端部の中間における周方向溝と、溝に配置されかつ協働するジャーナル部材とともにシールするよう構成された少なくとも１つのシーリング部材とを有し、使用時、前記シーリング部材は、軸受におけるオイル供給穴を通じてシーリング部材の後面にオイル圧力を提供する関連するオイル供給部によって、使用時に前記ジャーナル部材に対して押し付けられる。

エンジン主軸受のような３６０°軸受においては、例えば、エンジンシリンダブロックハウジング位置における本発明による１つの１８０°軸受と、主軸受キャップ位置における、溝及び溝におけるシーリング部材を有さない第２の１８０°プレーン軸受とが設けられている。

本発明による軸受の１つの実施の形態において、１８０°半割軸受の両軸受軸方向端部の間の実質的に中間における１つの比較的幅広の溝が設けられており、この溝は、幅が溝に対応しているが溝において半径方向に容易に移動することができる１つのシーリング部材を有する。シール部材は、概してＵ字形のチャネル部分であってよく、チャネルの開放した部分は、使用時に、関連する軸ジャーナルに面している。

シーリング部材は、適切な金属材料及び／又はポリマ材料から形成されていてよい。

この実施の形態及びその他の実施の形態における１つ又は複数のシール部材は、好適には少なくとも１つの周方向溝の半径方向深さに完全に収容されることができるような半径方向厚さ及び／又は幾何学的形状のものであってよい。しかしながら、シール部材は、軸受ボア表面と軸ジャーナル表面との間に間隙内に軸受表面から僅かに突出していてよい。

択一的な実施の形態において、半割軸受は、比較的幅広の実質的に中央に配置された主溝を有してよいがこの主溝内に２つのサブ溝部分を有し、それぞれのサブ溝部分は、それぞれのシーリング部材を受容するよう構成されており、それらの間に比較的大体積の溝空間を形成する。

全ての実施の形態におけるシーリング部材は、シーリング部材が収容された溝に対して、主に半径方向で、エンジン作動中の供給されるオイル圧力及び走行負荷の影響を受けて移動することができるよう構成されている。

特に好適な実施の形態において、オイル供給穴は、軸受の軸方向での溝の軸方向限界を超えて延びていてよい。このような実施の形態において、オイル供給穴の領域は、シーリング部材と半割軸受の両軸方向端部との間の領域においてシーリング部材を軸方向に超えて小さな領域のみにわたって延びていてよい。この場合、オイルは、シーリング部材の範囲の軸方向外側に位置するオイル供給穴の部分から、軸受の機能的領域へ直接に供給されてよい。

択一的に、軸受におけるオイル供給穴は、軸受の軸方向で溝と同じだけ延びているか、又は溝の軸方向限界内に配置されていてよいが、この配列は、軸受の機能的領域へのオイル流が妨げられるのであまり望ましくない。

エンジン製造における多くの従来技術の軸受用途において、主軸受へのオイル供給は、シリンダブロックにおけるオイル通路から提供され、このオイル通路は、オイル通路に隣接してシリンダブロックハウジングに配置された半割軸受におけるオイル供給穴と一致する。この半割軸受は、概して、半割キャップに概して配置された第２の主半割軸受へオイルを案内するために、ボア内縁に沿って周方向溝を有する。溝付き半割軸受における圧力下のオイルは、横方向に、軸受ライニング滑り面とシャフトジャーナル表面との間の間隙へ拡散する。オイルは、横方向に（軸受軸方向で軸方向に）半割軸受の周方向端部が接合する接合部における接合面クラッシュレリーフ領域においても拡散し、この領域におけるオイルは、ほとんど溜めへ戻るよう逃げ出すのに対し、その一部は、オイル圧力と、軸ジャーナル面の粘性抵抗とにより、軸受ライニング面とシャフトジャーナル表面との間の間隙ギャップ内へ搬送され、溝なしの、プレーンな主軸受キャップ半割軸受を潤滑する。

本発明において、２つの１８０°半割軸受を有する３６０°主軸受アセンブリは、好適には、シリンダブロックハウジングにおける本発明による半割軸受と、キャップハウジングにおける第２のプレーンな溝なし半割軸受とを含む。しかしながら、キャップハウジング位置における第２の半割軸受はシール部材を有さず、軸受は、慣用の接合面クラッシュレリーフ領域を有さず、すなわち、軸受の公称ボア寸法は、本発明による溝付き半割軸受の接合面と接合する第２の溝なし半割軸受の接合面まで続いていてよい。

本発明による軸受におけるオイル流の主要な部分は、軸受の溝付き部分における流れに制限され、シール部材の作用により軸方向に拡散することが防止又は禁止されるが、オイルが第２のプレーンな溝なし半割軸受との接合面領域に達すると、第２の半割軸受の、存在する場合、接合面レリーフがオイルの横方向拡散を可能にし、これにより、第２の半割軸受の軸受ライニング滑り面は、上記のように完全に潤滑される。しかしながら、第２の半割軸受に接合面レリーフがなくとも、回転するシャフトジャーナル表面とのオイル粘性効果により軸受面の周囲に引きずられるオイルにより、十分なオイルが潤滑のために存在する。したがって、第２の溝なし半割軸受に接合面レリーフが設けられていない場合、依然として所要のオイル圧力を提供しながら、さらに小さいオイル流が確立される。慣用的に必要であると考えられるものと、第２の溝なし半割軸受におけるゼロ接合面レリーフとの間にある値を有する接合面レリーフを有することが可能である。

ポンピングされたオイルのより大きな部分を、軸受ライニング走行面と軸ジャーナル面との間に形成された間隙空間の範囲に保持するという本発明による軸受の能力は、エンジンにおいて、より小さな吐出し量の、より少ないエネルギ消費の、より軽量のオイルポンプの使用を可能にする。オイルは概して、主軸受シャフトジャーナルにおけるオイル穴から、大端部シャフトジャーナルへのオイル供給穴を介して、大端部軸受へ供給される。オイルは、主軸受から圧力下で取り出され、大端部軸受へ供給される。本発明による軸受は、関連する大端部軸受に所要のオイル圧力及び流量を提供するために、十分なオイル圧力下で十分なオイルを保持及び伝達することができる。

本発明による基本的な半割軸受は、当該技術において公知のものと実質的に同じ材料から製造されてよい。例えば、軸受は、鋼のような強いバッキング材料の層、すなわち、アルミニウムベース又は銅ベースの軸受材料の軸受ライニング材料の層を有してよい。いわゆるオーバーレイ摺動面層の提供も、公知の形式で提供されてよい。バッキング、ライニング及びオーバーレイの間に提供された様々な薄い中間層も、例えば層間の付着を高めるために及び／又は拡散バリヤを提供するために、軸受技術において公知のように使用されてよい。

本発明がより完全に理解されるために、ここで添付の図面を参照して単に例示として実施例を説明する。

本発明による軸受の第１の実施の形態の軸受面の平面図である。 図１の線２−２に沿って見た断面図である。 主軸受キャップハウジングにおけるプレーン半割軸受と、クランシャフト主軸受ジャーナルとを備えた、主軸受のエンジンブロックハウジングに取り付けられた図１及び図２の軸受を示す図である。 図１から図３の軸受と、図３の第２の溝なしのプレーン半割軸受との間の接合部におけるシーリング部材の断面の軸方向で見た図である。 本発明による軸受の第２の実施の形態の軸受面の平面図である。 図５の線６−６に沿って見た断面図である。

詳細な説明
ここで図面の図１から図３を参照し、これらの図面において同じ特徴は共通の符号によって示されている。

本発明による半割軸受の第１の実施の形態は、符号１０で示されている。軸受は、支持半割軸受１２と、溝１６に配置されたシーリング部材１４とを有する。支持半割軸受１２は、鋼（しかし例えば青銅であることができる）から成る強いバッキング１８と、例えば公知の形式におけるアルミニウムベース又は銅ベースであってよい適切な軸受合金から成るライニング層２０とを有する。軸受ライニング層２０には、適切であるならば公知の形式においてオーバーレイコーティング（図示せず）が設けられていてよい。シーリング部材は、２つの半円形のシーリングストリップ部分２２と、ブリッジング片２４とを含むＵ字形チャネル部分の形式で設けられ、シーリングストリップ部分２２と、ブリッジング片２４との間には、比較的大きな断面積を有する空所２５が形成されている。シーリング部材１４は、例えば金属材料又はポリマ材料から形成されていてよい。シーリング部材１４の全体の半径方向厚さ"ｔ"は、溝１６の深さ"ｄ"に完全に収容されてよい。支持半割軸受１２にはオイル供給穴２８が設けられ、このオイル供給穴２８は、この場合、シーリング部材の軸方向長さ"ｌ"よりも大きな軸方向幅若しくは直径を有し（しかし穴２８は必ずしも円形ではない）、これにより、溝１６と、シーリング部材１４の外面３４との軸方向外側に位置する２つの小さな領域３０を提供している。シーリング部材１４には、ブリッジング部分２４において、支持軸受１２のオイル供給穴２８の位置に対応して、オイル供給穴２９も設けられている。シーリング部材１４は、溝１６の半径方向に向けられた壁部３６と、シーリング部材の面３２との間に過剰な間隙を生じることなく、溝１６に滑り嵌められている。少量のオイルを含む空所３７が、溝１６の底面３８と、シーリング部材１４の外側の凸面３９との間に形成されており、この空所３７は、溝１６とシーリング部材との間において軸受の周縁に沿って延びている。

ここで図３及び図４を参照すると、軸受１０がエンジンブロック主軸受ハウジング４０に取り付けられて示されており、第２の溝なしのプレーンな半割軸受４２がハウジングの主軸受半割キャップ４４に取り付けられて示されている。軸受４２は、公知の形式において接合面レリーフ領域４６（図４）を有する慣用の溝なし軸受である。２つの半軸受は、２つの半割軸受において軸受ライニング層２０と協働する走行面５０を有するクランクシャフトジャーナル４８の周囲に組み付けられ、このクランクシャフトジャーナルは軸線５２を中心に回転する。シャフトジャーナル面５０と軸受ライニング２０の表面との間には間隙５４が設けられている。クランクシャフトは、公知の形式でジャーナル４８の端部にウェブ部分６０を有し、ウェブ部分６０には、軸線６４を有する大端部ジャーナル６２が支持されている。大端部ジャーナル６２は、公知の形式でコネクティングロッド及びピストン（両方とも図示せず）を支持している。エンジンブロックにおける主軸受ハウジング４０には、圧力下のオイルを、関連するオイルポンプ（図示せず）から、軸受１０のオイル供給穴２８と、シーリングエレメント１４のオイル供給穴２９とに供給するために、オイル通路６６が設けられている。主軸受ジャーナルは、コネクティングロッド（図示せず）の大端部ジャーナル軸受を圧力下で潤滑するために、潤滑オイルを、シーリング部材１４の空所領域２５から、大端部ジャーナル６２へ送るための、オイル案内路７０を有する。

作動時、シーリング部材は、シャフトジャーナル４８（図３及び図４参照）の表面５０と協働し、オイル圧力の影響を受けて溝１４に対して概して半径方向に移動することができる。オイルは圧力下でエンジンオイルポンプからオイル通路６６へ、次いでオイル供給穴２８及び２９へ供給される。溝１４の底面とシーリング部材の背面との間の空所３７はオイル穴２９からオイルを受け取り、実際には、オイル通路６６、空所３７、空所２５及び間隙５４の全体領域が、圧力下のオイルを受け取る。しかしながら、シーリング部材の背面３９に対して加わる空所３７における圧力は、空所２５におけるよりも大きく、その結果、シーリング部材はシャフトジャーナル表面５０と"接触"するよう付勢される。しかしながら、摩耗が小さくなるように、シーリングストリップ部分２２の滑り面とジャーナル表面との間には常にオイル膜が存在する。オイル流の主体積は、シーリング部材における空所２５に沿って存在するが、潤滑オイルの一部は、シーリング部材の軸方向端部の外側に位置する小さな領域部分３０から流出し、その結果、軸受の主作用面の間隙５４に直接に流入する。領域３０からのこのオイルの流れは、その分配を、回転するシャフトジャーナル表面５０の粘性抵抗によって補助され、オイルは、軸受表面を軸方向に横切ってその軸方向端部へ拡散する。空所２５に沿って流れるオイルは、接合面レリーフを有する慣用の溝付き軸受におけるのと同程度の圧力降下を生じない（オイル通路６６における圧力で比較した場合）。なぜならば、オイル供給穴２８，３９の面積が大きく、空所２５の断面積が大きく、これにより、オイル流に対する抵抗が比較的小さく、より小さな圧力降下を生じるからである。空所２５を流れるオイルが第２のプレーン軸受４２（図４参照）との接合部に達すると、接合面レリーフ領域４６はオイルを軸方向に拡散させ、オイルは、ジャーナル表面５０から粘性抵抗により作用面の周囲に拡散する。

空所２５における保持された高いオイル圧力及び大きな体積は、十分な量を超えるオイルを提供し、オイル穿孔部７０を介してジャーナル６２において所要のオイル圧力で、関連する大端部軸受（図示せず）に供給する。

ここで図５及び図６を参照する。図５及び図６には、本発明による軸受の第２の実施の形態１００が示されている。

第２の実施の形態において、軸受１００は、再び支持半割軸受１０２を有するが、この例においては、２つの別個のシーリング部材１０４を有し、これらの別個のシーリング部材は、実質的に軸方向で中央に配置された１つの主オイル搬送溝１０８に形成されたそれぞれのサブ溝１０６に保持されており、シーリング部材１０４は軸方向で壁部１１０によって位置決めされている。支持半割軸受１０２の特徴は、例えば鋼のような強いバッキング材料１１２と、軸受材料１１４から成るライニング層と、上記の全ての択一的なオプションとが設けられているという点において第１の実施の形態の特徴と実質的に同一又は類似である。オイル供給穴１１６は支持軸受１０２を貫通して設けられており、オイル供給穴は、シーリング部材１０４を超えて延びるように軸方向に延びており、これにより、前記のように、潤滑目的のために軸受１００の機能領域１２２への直接のオイル到達を提供する２つの小さな領域１２０を形成している。シーリング部材１０４は、第１の実施の形態のシーリング部材１４のように、高さの観点からサブ溝１０６に完全に収容されることができる。２つのシーリング部材１０４の間には、比較的大きな面積の溝若しくは空所１２６が形成されており、これは、中央潤滑溝を有する慣用の軸受よりも、オイル流に対する著しく小さな抵抗を生ぜしめる。

この軸受の動作は、軸受が、主軸受キャップハウジング内にある第２のプレーンな溝なし半割軸受とともにエンジンブロック主軸受ハウジングにおいて組み立てられるという点で、第１の実施の形態と実質的に同じである。組み立てられた主軸受の相対的な構造は、第１の実施の形態に関連する図３及び図４に示された構造と実質的に同じであり、主な相違点は、第１の実施の形態においては、２つの間隔を置いて配置されたシーリングエレメントを有する一体構造の一つのシーリング部材が設けられているのに対して、第２の実施の形態においては２つの別個のシーリング部材が設けられているということである。オイル供給穴１１６を通って軸受に進入する、関連するオイル通路からのオイル圧力により、シーリング部材１０４はシャフトジャーナル表面に向かって押し付けられ、これにより、特に軸受１００の接合面領域において軸方向での空所１２６からのオイル流の大きな漏れを防止する。オイルは、軸受の主機能領域１２２に潤滑を提供するために２つの小さな領域１２０にも直接に供給され、オイルは、シャフトジャーナル表面の粘性抵抗によって軸受の周囲に拡散させられる。図３及び図４に関して説明した第１の実施の形態におけるように、オイルが第２のプレーンな溝なし軸受との接合部に到達すると、オイルは、第２の軸受の接合面レリーフ部分において軸方向に拡散することができ、オイルはジャーナル表面から粘性抵抗により軸受の周囲に分配され、オイルは、第２の軸受の表面積全体を潤滑するように利用される。

第１の実施の形態によって提供される全ての利点は、第２の実施の形態によっても提供される。

第１及び第２の実施の形態の変化形において、支持軸受１２，１０２におけるオイル供給穴２８，１１６は、シーリング部材１４，１０４それぞれの軸方向範囲を超えて延びないように、軸方向寸法が制限されていてよい。つまり、オイルは、ジャーナル接触シーリング部材内のスペース若しくは空所２５，１２６へのみ直接に供給され、軸受の機能領域の直接の潤滑は提供されない。しかしながら、接合面レリーフにおける第２のプレーンな軸受との接合面の接合部における軸方向のオイル拡散は、ジャーナル表面の粘性抵抗によって、軸受とジャーナル表面との間の間隙において引きずられ、潤滑を行う。つまり、これらの変化した実施形態においては、主軸受及び大端部軸受の完全な潤滑を行うために、さらに一層少ないオイルが必要とされる。

十分な潤滑及び圧力を依然として維持しながらエンジンの主軸受において流れるオイルの体積のより高い比率を保つことにより、より小さな吐出し量のオイルポンプを利用することができる。このオイルポンプは物理的により小さくかつより軽量でもある。

本明細書の詳細な説明及び請求項を通じて、「含む」という言葉及びその変化形、例えば「含んでいる」は、「含むが、それに限定されない」という意味であり、その他の部分、付属物、構成要素、整数又はステップを排除する（及び排除しない）ことを意図したものではない。

本明細書の詳細な説明及び請求項を通じて、単数形の記載は、文脈がそうでないことを要求しない限り、複数をも含んでいる。特に、不定数の物品が使用される場合、明細書は、文脈がそうでないことを要求しない限り、複数及び単数を想定していると理解されるべきである。

発明の特定の態様、実施の形態又は実施例に関連して説明された特徴、整数、特性、化合物、化学成分又はグループは、両立不可能でない限り、本明細書に記載されたあらゆるその他の態様、実施の形態又は実施例に適用可能であることが理解されるべきである。

Claims (11)

1. 軸受の軸方向の両端部の間に設けられた周方向溝と、
   該周方向溝に配置され、かつ協働するジャーナル部材とともにシールするよう構成された少なくとも１つのシーリング部材と、を備えた半割軸受であって、
   使用時に、前記シーリング部材は、使用時に軸受のオイル供給穴を通って該シーリング部材の背面にオイル圧力を提供する関連するオイル供給によって前記ジャーナル部材に対して押し付けられ、
   前記軸受のオイル供給穴は、前記周方向溝及び前記シーリング部材の軸方向範囲よりも大きな軸方向寸法を有し、前記周方向溝及び前記シーリング部材の外面の軸方向外側に位置する小さな領域を提供することを特徴とする軸受。
2. 前記シーリング部材は、Ｕ字形のチャネル部分から成る、請求項１記載の軸受。
3. 前記シーリング部材は、ブリッジング片によって結合された２つの別個の周方向に向けられたシーリングエレメント部分を含む、請求項１又は２記載の軸受。
4. 前記シーリング部材は、１つの溝に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の軸受。
5. 前記シーリング部材は、２つの別個の、間隔を置いて配置された、周方向に向けられたシーリング部材を含む、請求項１記載の軸受。
6. 前記シーリング部材は、主溝内のサブ溝に配置されている、請求項５記載の軸受。
7. 前記少なくとも１つのシーリング部材は、前記溝の深さに完全に収容される、請求項１から６までのいずれか１項記載の軸受。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の１つの軸受と、第２の、前記周方向溝が設けられていない半割軸受とを含む３６０°エンジン軸受アセンブリ。
9. 請求項１から７までのいずれか１項記載の軸受はエンジンブロック主軸受ハウジングに保持されており、第２の、前記周方向溝が設けられていない半割軸受は主軸受キャップハウジングに保持されている、
   請求項８記載の３６０°軸受アセンブリ。
10. 請求項１から７のいずれか１項記載の軸受を有する内燃機関。
11. 請求項８又は９記載の軸受アセンブリを有する内燃機関。

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