JP5979909B2 - 内燃機関の主軸受 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、舶用等の大型ディーゼルエンジンを構成する主軸受に関するものである。

舶用等の大型ディーゼルエンジンを構成する主軸受としては、例えば、特許文献１の図１に開示されたもの、特許文献２の図４に開示されたものが知られている。

特許第２８７８１２８号公報 特開平９−１６６１２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の図１に開示された主軸受３に潤滑油を供給する潤滑油枝管は、主軸受キャップ４の上方で直角に曲げられているとともに、隣接して配置されたクランク軸のクランクアームと干渉しないように、シリンダ間を仕切る中央仕切り板を這うようにして配置する必要がある。そのため、潤滑油枝管の曲がりが多くなり、潤滑油枝管の配管長（管路長）が長くなって、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失が多くなってしまうという問題点があった。また、潤滑油枝管の配管長が長くなることにより、内燃機関の製造コストが高騰してしまうという問題点もあった。

一方、上記特許文献２の図４に開示されたクランクシャフト用ベアリングを構成する下メタルには、潤滑剤導管１０７を介して導かれた潤滑剤（潤滑油）を、下メタルの端部に設けられた潤滑油導管１０９に導くチャネル（潤滑油導管）１０８が設けられている。
しかしながら、クランク軸を軸受け支持する下メタル（特に、下メタルの長手方向における中央部）には、クランク軸、連接棒、ピストン等の重量が加わるとともに、これらクランク軸、連接棒、ピストン等を介して、シリンダ内の燃料による爆発ガス圧が加わる。そのため、下メタルに設けられたチャネル１０８に応力が集中することになり、異常燃焼等により爆発ガス圧が著しく高くなった場合には、下メタルが破損してしまうことがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、潤滑油枝管の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができる内燃機関の主軸受を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る内燃機関の主軸受は、台板の長手方向と直交して水平方向に延びる幅方向における中央部に、台板の長手方向に肉厚になるようにして設けられた台板サドルと、前記台板サドルの底部内周面に装着されて、クランク軸の軸受面の下半部を軸受け支持する主軸受下メタルと、前記台板サドルの底部上方を覆うようにして配置される主軸受キャップと、前記主軸受キャップの内周面に装着されて、前記軸受面の上半部を軸受け支持する主軸受上メタルとを備えた内燃機関の主軸受であって、前記主軸受キャップの内部に設けられて、前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面の、幅方向における中央部と、前記主軸受上メタルに設けられた油溝と、を連通するように、前記主軸受キャップの高さ方向に沿って穿設された縦穴と、該縦穴に接続され、前記主軸受キャップ長手方向に沿って穿設された横穴とを備えた第１の油路と、前記台板サドルの内部に直線状に設けられて、前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面と対向して前記主軸受キャップを支持する支持面の、幅方向における中央部と、前記台板サドルの表面または下端面と、を連通する第２の油路と、を備え、前記第２の油路の入口部に、前記第１の油路および前記第２の油路を介して、前記主軸受上メタルに設けられた油溝に潤滑油を供給する潤滑油枝管の一端部が接続されている。

本発明に係る内燃機関の主軸受によれば、潤滑油主管から潤滑油枝管に流入した潤滑油は、潤滑油枝管の一端部を通過する際、わずかに（０度〜４５度程度）曲げられ、直線状に形成された第２の油路を通って第１の油路に流入し、第１の油路を通って主軸受上メタルに設けられた油溝に到達し、油溝を介してクランク軸の軸受面と、主軸受上メタルおよび主軸受下メタルとの間に供給されるようになっている。
これにより、潤滑油枝管の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができる。

上記内燃機関の主軸受において、前記第２の油路は、前記台板サドルの高さ方向に沿って設けられているとさらに好適である。

このような内燃機関の主軸受によれば、潤滑油枝管の配管長をさらに短くすることができて、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失をさらに低減させることができる。

上記内燃機関の主軸受において、前記主軸受キャップの一端部の側は、燃料を噴射する燃料ポンプが装着されたポンプ側であり、前記ポンプ側は、機関運転状態で爆発ガス圧による荷重が大きくなる位置とされているとさらに好適である。

このような内燃機関の主軸受によれば、機関運転状態で爆発ガス圧による荷重が大きくなる（厳しくなる）ポンプ側から潤滑油が供給されることになる。
これにより、クランク軸と主軸受上メタルおよび主軸受下メタルとの間に適正な油膜を形成させることができ、潤滑不足による焼き付きを防止することができる。

上記内燃機関の主軸受において、前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面と、この下端面と対向して前記主軸受キャップを支持する支持面との間に、前記第１の油路と前記第２の油路とを連通するシムを設けるようにしてもよい。

このような内燃機関の主軸受によれば、シムの厚みを変えることにより、主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面と、この下端面と対向して主軸受キャップを支持する支持面との間に形成される隙間を変えることができ、主軸受キャップの高さを調整することができる。

上記内燃機関の主軸受において、前記潤滑油枝管が、隣接して配置された前記クランク軸のクランクアームの側面が描く軌跡によって形成される平面内に入り込まないように配置されているとさらに好適である。

このような内燃機関の主軸受によれば、潤滑油枝管が、隣接して配置されたクランク軸のクランクアームと干渉しない場所に設けられることになるので、内燃機関の大型化（高出力化）に伴うクランクアームの大型化にも対応することができる。

本発明に係る内燃機関は、上記いずれかの内燃機関の主軸受を具備している。

本発明に係る内燃機関によれば、潤滑油枝管の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができる内燃機関の主軸受を具備しており、これにより、クランク軸を軸受け支持する主軸受に、十分な圧力を持った潤滑油を供給することができ、内燃機関の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の主軸受によれば、潤滑油枝管の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の主軸受を具備した舶用等の大型ディーゼルエンジンの構造例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の台板およびオイルパンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の主軸受を、機関の自由端側から見た図である。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。 図３の要部を拡大して示す図である。 本発明の他の実施形態に係る内燃機関の台板およびオイルパンの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関の主軸受について、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、大型ディーゼルエンジン（クロスヘッド型ディーゼルエンジン：内燃機関）１は、大きく分けて３つの部分からなる。１つ目はシリンダライナ（図示せず）およびピストン（図示せず）等を収納するシリンダジャケット２、２つ目はピストンの爆発による力をクランク軸（図示せず）に伝導する連接棒（図示せず）等を収納する架構３、３つ目は得られた動力をプロペラ（図示せず）等に伝えるクランク軸４を収納する台板５である。これらの台板５、架構３、およびシリンダジャケット２は、順次積み重ねられ、シリンダジャケット２の上面から台板５までエンジン全体を鉛直方向に締結するタイボルト（図示せず）により締め付けられて組み立てられる。

台板５には、クランク軸４を軸受け支持する主軸受６が、台板５の長手方向（クランク軸４の軸方向）に沿って複数個（例えば、７シリンダ機関の場合、９個）設けられている。主軸受６はそれぞれ、主軸受下メタル７と、主軸受上メタル８と、主軸受キャップ（主軸受押え金物）９と、主軸受キャップボルト（主軸受押え金物取付ボルト）１０と、取付ナット１１とを備えている。

図１または図２に示すように、主軸受下メタル７は、台板５の長手方向と直交して水平方向に延びる台板５の幅方向における中央部に、長手方向に肉厚になるようにして設けられた台板サドル（肉厚部）１２の底部内周面に装着されている。一方、主軸受上メタル８は、台板サドル１２の底部上方を覆うようにして、台板サドル１２に立てられた（立設された）複数本（本実施形態では４本）の主軸受キャップボルト１０と、主軸受キャップボルト１０に設けられた雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有する取付ナット１１とにより台板サドル１２に固定される主軸受キャップ９の内周面に装着されている。

図３から図６の少なくともいずれか一図に示すように、主軸受上メタル８の内周面８ａには、断面視円形状を呈し、主軸受上メタル８の板厚方向に貫通する一つの貫通穴２１と、貫通穴２１と連通する一本の油溝２２と、が設けられている。貫通穴２１は、燃料を噴射する燃料ポンプ（図示せず）が装着されたポンプ側（排気管（図示せず）が装着された排気側と反対の側）に位置する主軸受上メタル８の一端部に設けられている。油溝２２は、主軸受上メタル８の幅方向（主軸受上メタル８の板厚方向および長手方向と直交する方向）における中央部に、長手方向（周方向）に沿うようにして設けられている。また、貫通穴２１の一端（上流端）に位置する開口（入口）は、主軸受キャップ９の内部に形成された（第１の）油路３１の一端（下流端）に位置する開口（出口）と合致するようにして形成されている。

主軸受下メタル７の内周面７ａには、主軸受上メタル８の内周面８ａに設けられた油溝２２と連通する（連続するようにして延びる）油溝２３が設けられている。油溝２３は、主軸受下メタル７の長手方向における両端部で、かつ、主軸受下メタル７の幅方向（主軸受下メタル７の板厚方向および長手方向と直交する方向）における中央部に、長手方向（周方向）に沿うようにして設けられている。
また、主軸受下メタル７と主軸受上メタル８との合わせ面近傍に位置する主軸受下メタル７の両端部には、油溝２３と連通するとともに、その深さが油溝２３よりも浅くなるようにして形成された油溝２４が、油溝２３が延びる方向と直交する方向に沿うようにして設けられている。
一方、主軸受下メタル７と主軸受上メタル８との合わせ面近傍に位置する主軸受上メタル８の両端部には、油溝２２と連通するとともに、その深さが油溝２２よりも浅くなるようにして形成された油溝２５が、油溝２２が延びる方向と直交する方向に沿うようにして設けられている。
なお、油溝２４と油溝２５とは、幅方向の全体において連通しており、油溝２４と油溝２５とにより、油溜まりが形成されるようになっている。

主軸受キャップ９のポンプ側に位置する一端部には、断面視円形状を呈する一本の油路３１が設けられている。油路３１は、主軸受キャップ９のポンプ側に位置する一端面（下端面）の、幅方向（図３において紙面に垂直な方向、図４において上下方向）における中央部から、主軸受キャップ９の高さ方向（台板５の高さ方向）に沿って穿設された縦穴３２と、縦穴３２と貫通穴２１とを連通する横穴３３と、を備えている。横穴３３は、主軸受上メタル８の外周面８ｂと接する主軸受キャップ９の内周面９ａから、主軸受キャップ９の長手方向（台板５の幅方向）に沿って穿設された穴であり、横穴３３の一端（下流端）に位置する開口（出口）は、貫通穴２１の一端（上流端）に位置する開口（入口）と合致するようにして形成されている。また、縦穴３２の一端（上流端）に位置する開口（入口）は、台板サドル１２の内部に形成された（第２の）油路４１の一端（下流端）に位置する開口（出口）と合致するようにして形成されている。

台板サドル１２のポンプ側に位置する部分には、断面視円形状を呈する一本の油路４１が設けられている。油路４１は、台板サドル１２の高さ方向（台板５の高さ方向）に沿って、主軸受キャップ９のポンプ側に位置する一端面（下端面）９ｂと対向して主軸受キャップ９を支持する支持面４２の、幅方向（図３において紙面に垂直な方向）における中央部と、台板サドル１２の下方に位置する表面１２ａと、を連通する縦穴である。油路４１の一端（下流端）に位置する開口（出口）は、縦穴３２の一端（上流端）に位置する開口（入口）と合致するようにして形成されており、油路４１の他端部（入口部）には、ニップル（ねじ込み形管継手）４３の一端部（出口部）外周面に形成された雄ねじ部（図示せず）と螺合する雌ねじ部（図示せず）が形成されている。

ニップル４３の他端部（入口部）外周面には、潤滑油枝管５１（図１または図２参照）の一端部（出口部）に設けられたナット４４の雌ねじ部（図示せず）と螺合する雄ねじ部（図示せず）が設けられている。ニップル４３の中心部には、油路４１と（略）同じ流路断面積を有する油路（図示せず）が、ニップル４３の長手方向（軸方向）に沿って設けられている。

潤滑油枝管５１は、ニップル４３の他端部に接続される一端部が、隣接して配置されたクランク軸４のクランクアーム（図示せず）と干渉しないように、すなわち、ニップル４３の側に位置するクランクアームの端面（側面）が描く軌跡によって形成される平面内に入り込まないように、ニップル４３との接続部近傍で下方に曲げられている。下方に曲げられた潤滑油枝管５１は、台板５の下端近傍において、台板５のポンプ側に位置する側方（外方）に向かって曲げられており、その他端部（入口部）は、潤滑油主管５２（図１または図２参照）に接続されている。
潤滑油主管５２は、台板５のポンプ側に位置する側方を、台板５の長手方向に沿って延びる配管であり、潤滑油主管５２には、図示しない潤滑油供給源（例えば、船舶の機関室内に配置された潤滑油タンク）から潤滑油が所定の圧力をもって送られてくる（圧送されてくる）ようになっている。
なお、図１中の符号１３は、オイルパン、図４中の符号２６は、主軸受キャップボルト１０が貫通する穴であり、図６中の符号４５は、主軸受キャップ９のポンプ側に位置する一端面（下端面）９ｂと、台板サドル１２のポンプ側に位置する支持面４２との間に挟み込まれて主軸受キャップ９の高さを調整することができるシムである。

本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、潤滑油主管５２から潤滑油枝管５１に流入した潤滑油は、潤滑油枝管５１の一端部および他端部を通過する際、わずかに（０度〜４５度程度）曲げられ、直線状に形成された油路４１を通って油路３１に流入し、油路３１を通って主軸受上メタル８に設けられた油溝２２に到達し、油溝２２を介してクランク軸４の軸受面と、主軸受上メタル８および主軸受下メタル７との間に供給されるようになっている。
これにより、潤滑油枝管５１の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管５１の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管５１内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができる。

また、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、油路４１は、台板サドル１２の高さ方向（鉛直方向）に沿って設けられているので、潤滑油枝管５１の配管長をさらに短くすることができて、潤滑油枝管５１内を流れる潤滑油の圧力損失をさらに低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、貫通穴２１、油路３１，４１は、燃料を噴射する燃料ポンプが装着されたポンプ側に設けられており、機関運転状態で爆発ガス圧による荷重が大きくなる（厳しくなる）ポンプ側から潤滑油が供給されることになる。
これにより、クランク軸４と主軸受上メタル８および主軸受下メタル７との間に適正な油膜を形成させることができ、潤滑不足による焼き付きを防止することができる。

さらにまた、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、主軸受キャップ９の一端部の側に位置する下端面９ａと、この下端面９ａと対向して主軸受キャップ９を支持する支持面４２との間に設けられて、油路３１と油路４１とを連通するシム４５の厚みを変えることにより、主軸受キャップ９の一端部の側に位置する下端面９ａと、この下端面９ａと対向して主軸受キャップ９を支持する支持面４２との間に形成される隙間を変えることができ、主軸受キャップ９の高さを調整することができる。

さらにまた、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、潤滑油枝管５１が、隣接して配置されたクランク軸４のクランクアームの側面が描く軌跡によって形成される平面内に入り込まないように配置され、潤滑油枝管５１が、隣接して配置されたクランク軸４のクランクアームと干渉しない場所に設けられることになるので、内燃機関の大型化（ロングストローク化）に伴うクランクアームの大型化にも対応することができる。

さらにまた、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、貫通穴２１は、その内径が横穴３３の内径よりも大きくなるようにして形成されているので、主軸受キャップ９を台板サドル１２に組み付ける際の調整をルーズなものにすることができる。

さらにまた、本実施形態に係る内燃機関の主軸受６によれば、貫通穴２１の近傍に油溝２４と油溝２５とにより形成される油溜まりが配置されているので、油溜まりに潤滑油を効率よく供給することができて、クランク軸４と主軸受上メタル８および主軸受下メタル７との間に適正な油膜を形成させることができ、潤滑不足による焼き付きを防止することができる。

また、本実施形態に係る大型ディーゼルエンジン１によれば、潤滑油枝管５１の曲がりを極力少なくすることができ、潤滑油枝管５１の配管長を極力短くすることができて、潤滑油枝管５１内を流れる潤滑油の圧力損失を低減させることができる内燃機関の主軸受６を具備しているので、クランク軸４を軸受け支持する主軸受６に、十分な圧力を持った潤滑油を供給することができ、大型ディーゼルエンジン１の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、図７に示すように、上述の油路４１を、支持面４２と台板５の下端面５ａとを連通するように設けてもよい。
これにより、潤滑油枝管５１の曲がりをさらに少なくすることができ、潤滑油枝管５１の配管長をさらに短くすることができて、潤滑油枝管５１内を流れる潤滑油の圧力損失をさらに低減させることができる。

１ 大型ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ クランク軸
５ 台板
５ａ 下端面
６ 主軸受
７ 主軸受下メタル
８ 主軸受上メタル
９ 主軸受キャップ
９ａ 一端面（下端面）
１２ 台板サドル
１２ａ 表面
２２ 油溝
３１ （第１の）油路
４１ （第２の）油路
４２ 支持面
４５ シム
５１ 潤滑油枝管

Claims (5)

1. 台板の長手方向と直交して水平方向に延びる幅方向における中央部に、台板の長手方向に肉厚になるようにして設けられた台板サドルと、
   前記台板サドルの底部内周面に装着されて、クランク軸の軸受面の下半部を軸受け支持する主軸受下メタルと、
   前記台板サドルの底部上方を覆うようにして配置される主軸受キャップと、
   前記主軸受キャップの内周面に装着されて、前記軸受面の上半部を軸受け支持する主軸受上メタルとを備えた内燃機関の主軸受であって、
   前記主軸受キャップの内部に設けられて、前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面の、幅方向における中央部と、前記主軸受上メタルに設けられた油溝と、を連通するように、前記主軸受キャップの高さ方向に沿って穿設された縦穴と、該縦穴に接続され、前記主軸受キャップ長手方向に沿って穿設された横穴とを備えた第１の油路と、
   前記台板サドルの内部に直線状に該台板サドルの高さ方向に沿って設けられて、前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面と対向して前記主軸受キャップを支持する支持面の、幅方向における中央部と、前記台板サドルの表面または下端面と、を連通する第２の油路と、を備え、
   前記第２の油路の入口部に、前記第１の油路および前記第２の油路を介して、前記主軸受上メタルに設けられた油溝に潤滑油を供給する潤滑油枝管の一端部が接続されていることを特徴とする内燃機関の主軸受。
2. 前記主軸受キャップの一端部の側は、燃料を噴射する燃料ポンプが装着されたポンプ側であり、
   前記ポンプ側は、機関運転状態で爆発ガス圧による荷重が大きくなる位置とされていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の主軸受。
3. 前記主軸受キャップの一端部の側に位置する下端面と、この下端面と対向して前記主軸受キャップを支持する支持面との間に、前記第１の油路と前記第２の油路とを連通するシムが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の主軸受。
4. 前記潤滑油枝管が、隣接して配置された前記クランク軸のクランクアームの側面が描く軌跡によって形成される平面内に入り込まないように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の主軸受。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の主軸受を具備してなることを特徴とする内燃機関。

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