JP6112019B2 - 多気筒エンジンのクランク軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンのクランク軸受装置、より詳しくは、クランク軸の主軸部を軸受する軸受メタルが軸受部に備えられた多気筒エンジンのクランク軸受装置に関する。

一般に、多気筒エンジンのクランク軸は、その両端部分と、相互に隣接する気筒間の部分とに、それぞれ円柱状の主軸部を有する。各主軸部は、クランク軸の軸心上に相互に同心に配列される。これらの複数の主軸部を軸受する軸受部がシリンダブロックに設けられる。各軸受部は、主軸部の外周面と対向する内周面を有する円筒状の軸受メタルを備え、この軸受メタルで主軸部を面軸受する。主軸部を回転自在に支持するために、主軸部の外周面と軸受メタルの内周面との間に微小な隙間が設定され、この隙間にオイルが供給されて油膜が形成される。これにより、主軸部の外周面と軸受メタルの内周面、すなわち摺動面間の摩擦が減少し、摺動抵抗が低減する。

このような軸受メタルに関し、特許文献１には、上下一対の軸受メタルの上半部の軸受メタルを嵌合支持するシリンダブロックの下部に、上下一対の軸受メタルの下半部の軸受メタルを嵌合支持する軸受キャップをボルト締結した場合に、組み込まれた状態の軸受メタルの内面は、あたかもレモンの外形のような楕円形に近い形となっており、主軸部の表面との間に、左右の厚い部分で約４０μｍ、上部の薄い部分で約２０μｍというように、位置によって異なる厚さの隙間及び油膜が形成されると記載されている。

特開平１０−３０４１９号公報（特に段落０００４）

ところで、エンジンの分野では、燃費向上のため、あらゆる摺動部分で摺動抵抗を低減しようと試みられている。そのため、上記のような多気筒エンジンのクランク軸の軸受部においても、摺動抵抗の低減が要望されている。また、多気筒エンジンのクランク軸の軸受部においては、エンジン運転時のクランク軸の回転ブレによる振動発生を抑制することも考慮する必要がある。

そこで、本発明は、クランク軸の主軸部を軸受する軸受メタルが軸受部に備えられ、上記軸受部の摺動抵抗が低減され、クランク軸の回転ブレによる振動発生が抑制された多気筒エンジンのクランク軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、クランク軸の軸心上に相互に同心に配列された複数の主軸部と、上記主軸部を軸受する軸受メタルが備えられた複数の軸受部と、上記軸受部にオイルを供給するオイル供給油路と、を有する多気筒エンジンのクランク軸受装置であって、上記複数の軸受部に、相互に形状の異なる第１軸受メタルと第２軸受メタルとが混在して備えられ、上記第１軸受メタルは、軸方向の端から２つ目の上記軸受部に備えられ、その内周面と上記主軸部の外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で所定の基準値に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記基準値より僅かに大きい第１設定値となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製されたものであり、上記第２軸受メタルは、その内周面と上記主軸部の外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で上記基準値に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記第１設定値より所定量大きい第２設定値となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製されたものであり、上記オイル供給油路から上記第１軸受メタルが備えられた上記軸受部に供給されたオイルを、コンロッドの大端部を軸受するクランク軸のクランクピンに供給する分岐油路を更に備え、上記分岐油路は、上記第１軸受メタルが備えられた上記軸受部の軸方向の前後に隣接するクランクピンに供給するように設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、クランク軸の主軸部を軸受する軸受メタルが軸受部に備えられた多気筒エンジンのクランク軸受装置において、内周面の形状が略円形に調製された第１軸受メタルの他に、内周面の形状があえて楕円形に調製された第２軸受メタルが用いられる。第２軸受メタルは、その内周面と主軸部の外周面との隙間が、ピストン往復動方向側では第１軸受メタルと同じ（基準値）であるが、ピストン往復動方向と直交する直交方向側では第１軸受メタルよりも増大している（第１設定値＜第２設定値）。そのため、第２軸受メタルは、主軸部の外周面との摩擦が第１軸受メタルよりも減少し、主軸部の外周面との摺動抵抗が第１軸受メタルよりも低減する。このような第２軸受メタルを第１軸受メタルと混在させて用いることにより、軸受部全体の摺動抵抗が低減する。すなわち、クランク軸の回転摺動抵抗が低減する。

また、第２軸受メタルは、上記直交方向側で上記隙間が相対的に大きい第２設定値に設定されているため、クランク軸の回転時に主軸部が第２軸受メタル内で揺れ動き、その結果、クランク軸の回転ブレが起きて、振動が発生する可能性があるが、上記直交方向側で上記隙間が相対的に小さい第１設定値に設定された第１軸受メタルが混在して配置されているため、そのようなクランク軸の回転ブレによる振動発生も抑制できる。
また、本発明によれば、主軸部の軸受部に供給されたオイルが分岐油路を介してクランクピンのコンロッド軸受部に供給される。その場合に、第１軸受メタルが備えられた軸受部（これを「第１メタル軸受部」と称する）からコンロッド軸受部にオイルが供給されるので、コンロッド軸受部の潤滑油圧が確保でき、コンロッド大端部とクランクピンとの摺動抵抗が良好に低減される。すなわち、第２軸受メタルは、上述のように、その内周面と主軸部の外周面との隙間が第１軸受メタルよりも増大している（第２設定値）部分を持つので、第１軸受メタルよりもオイル漏れが多くなる。そのため、仮に、第２軸受メタルが備えられた軸受部（これを「第２メタル軸受部」と称する）からコンロッド軸受部にオイルが供給されると、コンロッド軸受部の潤滑油圧が不足し、コンロッド大端部とクランクピンとの摺動抵抗が良好に低減されなくなる。しかし、この構成によれば、オイル漏れが少ない第１軸受メタルが備えられた軸受部からオイルが供給されるので、上記のような油圧不足の問題が解消され、コンロッド軸受部の摺動抵抗が良好に低減される。
また、本発明によれば、第１軸受メタルが備えられた１つの軸受部から前後２つのコンロッド軸受部にオイルが供給される。そのため、分岐油路が過度に長くなることが防がれる。また、第１メタル軸受部は軸方向の端から２つ目の軸受部なので、ここから確実に軸方向の端のコンロッド軸受部にオイルを供給することができる。

以上により、本発明によれば、軸受部の摺動抵抗が低減され、クランク軸の回転ブレによる振動発生が抑制された多気筒エンジンのクランク軸受装置が提供される。

本発明においては、上記第１軸受メタルと上記第２軸受メタルとが交互に複数の軸受部に備えられていることが好ましい。

上述のように、第２軸受メタルは、その内周面と主軸部の外周面との隙間が第１軸受メタルよりも増大している（第２設定値）部分を持つので、クランク軸の回転時に主軸部が第２軸受メタル内で揺れ動き、その結果、クランク軸の回転ブレが起きて、振動が発生する可能性がある。しかし、この構成によれば、第１軸受メタルと第２軸受メタルとが交互に配置されるので、上記のような回転ブレや振動発生の問題が隣接する第１軸受メタルよって確実に抑えられる。

本発明においては、上記軸受メタルは、シリンダブロックに支持される上半部と、上記シリンダブロックに結合される軸受キャップに支持される下半部とでなり、上記上半部の内周面にのみ上記オイル供給油路から供給されたオイルが溜められる油溝が周方向に設けられ、上記分岐油路は、クランク軸の内部に形成され、上記油溝と対向する軸方向の位置で、主軸部の外周面に相互に１８０°反対側で開口する一対のオイル導入口を有することが好ましい。

この構成によれば、軸受メタルを構成する上半部にのみ油溝が設けられ、下半部には油溝が設けられていないので、次のような問題、すなわち、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室側からクランク軸に作用する荷重がかかる下半部に油溝を設けると受圧面積が小さくなり、単位面積当たりの荷重が大きくなって下半部が損傷するというような問題が解消される。

また、上記油溝と対向する位置で主軸部の外周面に２つのオイル導入口が相互に１８０°反対側で開口しているので、クランク軸の回転時には常にいずれか一方のオイル導入口が上記油溝と接し、そのオイル導入口に上記油溝に溜められたオイルが導入される。そのため、軸受メタルの半分しか油溝が形成されていなくても、コンロッド軸受部には常にオイルが供給される。

本発明においては、上記オイル供給油路から上記第２軸受メタルが備えられた軸受部へのオイル供給孔は、上記オイル供給油路から上記第１軸受メタルが備えられた軸受部へのオイル供給孔よりも径が小さく形成されていることが好ましい。

上述のように、第２軸受メタルは第１軸受メタルよりもオイル漏れが多くなる。したがって、この構成によれば、第２軸受メタルのオイル漏れが抑制される。その結果、オイルポンプの稼働量を増大させずに済み、燃費の向上が図られる。なお、第２メタル軸受部へのオイルの供給量は減少するけれども、第２メタル軸受部からコンロッド軸受部にはオイルを供給する必要がなく、第２メタル軸受部の潤滑だけでよいから、第２メタル軸受部へのオイル供給量が不足することはない。

本発明においては、上記軸受メタルは、シリンダブロックに支持される上半部と、上記シリンダブロックに結合される軸受キャップに支持される下半部とでなり、上記第２軸受メタルは、上記楕円形の長軸（ピストン往復動方向と直交する直交方向）が上記シリンダブロックと上記軸受キャップとの合わせ面と一致するように軸受部に備えられていることが好ましい。

この構成によれば、シリンダブロックに軸受キャップを結合した場合に、上半部と下半部とでなる第２軸受メタルは、たとえ合わせ面と直交する結合方向に結合の力が加わっても、内周面の楕円形状の短軸（ピストン往復動方向）が短くなるだけであり、内周面の形状は楕円形に維持される。つまり、内周面の形状が楕円形に調製された第２軸受メタルは、軸受部に組み付けられた状態にあっても、内周面の形状は楕円形に維持される。その結果、上述した第２軸受メタルの作用が実際の使用状態において確実に得られる。

また、クランク軸の回転時には、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室側からクランク軸に作用する荷重がかかる下半部において、短軸を過ぎ次の長軸までの範囲内で、最も軸受メタルに荷重が作用し、摩擦が増大し、摺動抵抗が上昇するが、この構成によれば、上記範囲内では第２軸受メタルの内周面と主軸部の外周面との隙間が増大中なので、上記範囲内においても、効果的に摩擦が減少し、摺動抵抗が低減する。

以上説明したように、本発明は、クランク軸の主軸部を軸受する軸受メタルが軸受部に備えられ、上記軸受部の摺動抵抗が低減され、クランク軸の回転ブレによる振動発生が抑制された多気筒エンジンのクランク軸受装置を提供するので、燃費向上のため、あらゆる摺動部分で摺動抵抗を低減しようと試みられ、また、クランク軸の回転ブレによる振動発生を抑制することを考慮する必要があるエンジンの分野において技術の向上・発展に寄与する。

本発明の実施の形態に係る多気筒エンジンのクランク軸受装置の縦断面図である。 上記クランク軸受装置の軸受メタル及びオイル供給油路の斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による縦断面図であって、第１軸受メタルが備えられた軸受部（第１メタル軸受部）を説明するものである。 分岐通路の説明図である。 図１のＶ−Ｖ線による縦断面図であって、第２軸受メタルが備えられた軸受部（第２メタル軸受部）を説明するものである。 主軸部の周方向の位置とせん断応力との関係を示すグラフである。 第１軸受メタルの説明図である。 第２軸受メタルの説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

（１）全体構成
図１に示すように、本実施形態に係るクランク軸５０は、第１番気筒♯１、第２番気筒♯２、第３番気筒♯３、及び第４番気筒♯４が１列に配置された直列４気筒エンジン（多気筒エンジン）１に用いられている。クランク軸５０はエンジン前後方向（気筒列方向）に水平に延びる。

クランク軸５０は、その両端部分と、相互に隣接する気筒間の部分とに、それぞれ円柱状の主軸部を有する。すなわち、図１の左から右に向かって、クランク軸５０の前側端部５０Ａに隣接する第１番主軸部５１Ａ、第１番気筒♯１と第２番気筒♯２との間に位置する第２番主軸部５１Ｂ、第２番気筒♯２と第３番気筒♯３との間に位置する第３番主軸部５１Ｃ、第３番気筒♯３と第４番気筒♯４との間に位置する第４番主軸部５１Ｄ、及びクランク軸５０の後側端部５０Ｂに隣接する第５番主軸部５１Ｅである。各主軸部５１Ａ〜５１Ｅは、クランク軸５０の軸心上に相互に同心に配列される。

第１番主軸部５１Ａと第２番主軸部５１Ｂとの間に一対の第１番クランクウェブ５２Ａ及び第１番クランクピン５３Ａが備えられ、第２番主軸部５１Ｂと第３番主軸部５１Ｃとの間に一対の第２番クランクウェブ５２Ｂ及び第２番クランクピン５３Ｂが備えられ、第３番主軸部５１Ｃと第４番主軸部５１Ｄとの間に一対の第３番クランクウェブ５２Ｃ及び第３番クランクピン５３Ｃが備えられ、第４番主軸部５１Ｄと第５番主軸部５１Ｅとの間に一対の第４番クランクウェブ５２Ｄ及び第４番クランクピン５３Ｄが備えられている。

第１番クランクピン５３Ａに、第１番気筒♯１のピストン（図示略）に小端部が連結された第１番コンロッド２Ａの大端部が軸受され（第１番コンロッド軸受部３０Ａ）、第２番クランクピン５３Ｂに、第２番気筒♯２のピストン（図示略）に小端部が連結された第２番コンロッド２Ｂの大端部が軸受され（第２番コンロッド軸受部３０Ｂ）、第３番クランクピン５３Ｃに、第３番気筒♯３のピストン（図示略）に小端部が連結された第３番コンロッド２Ｃの大端部が軸受され（第３番コンロッド軸受部３０Ｃ）、第４番クランクピン５３Ｄに、第４番気筒♯４のピストン（図示略）に小端部が連結された第４番コンロッド２Ｄの大端部が軸受されている（第４番コンロッド軸受部３０Ｄ）。

５つの主軸部５１Ａ〜５１Ｅを軸受する軸受部がシリンダブロック１０に設けられている。すなわち、第１番主軸部５１Ａを軸受する第１番軸受部２０Ａ、第２番主軸部５１Ｂを軸受する第２番軸受部２０Ｂ、第３番主軸部５１Ｃを軸受する第３番軸受部２０Ｃ、第４番主軸部５１Ｄを軸受する第４番軸受部２０Ｄ、及び第５番主軸部５１Ｅを軸受する第５番軸受部２０Ｅである。各軸受部２０Ａ〜２０Ｅは、主軸部５１Ａ〜５１Ｅの外周面と対向する内周面を有する円筒状の軸受メタル３Ａ〜３Ｅ（図２参照）を備え、この軸受メタル３Ａ〜３Ｅで主軸部５１Ａ〜５１Ｅを面軸受する。

第１番軸受部２０Ａに備えられる第１番軸受メタル３Ａは、第１番ブロック側支持部１０Ａに支持される弧状の第１番ブロック側軸受メタル（特許請求の範囲の「上半部」に相当）１２ａと、第１番軸受キャップ１１Ａに支持される弧状の第１番キャップ側軸受メタル（特許請求の範囲の「下半部」に相当）１３ａとでなる。第１番ブロック側支持部１０Ａに第１番軸受キャップ１１Ａが結合されたとき、第１番ブロック側軸受メタル１２ａと第１番キャップ側軸受メタル１３ａとが組み合わされて、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製された第１番軸受メタル３Ａが得られる（図２及び図５参照）。第１番ブロック側支持部１０Ａと第１番軸受キャップ１１Ａとの合わせ面はエンジン幅方向に水平に延びる（以下これに準じて同様）。第１番軸受メタル３Ａは、上記楕円形の長軸が第１番ブロック側支持部１０Ａと第１番軸受キャップ１１Ａとの合わせ面と一致するように、言い換えると、水平方向に延びるように、第１番軸受部２０Ａに備えられている（以下これに準じて同様）。なお、図３及び図５の左方をエンジン幅方向の左方とする。

第２番軸受部２０Ｂに備えられる第２番軸受メタル３Ｂは、第２番ブロック側支持部１０Ｂに支持される弧状の第２番ブロック側軸受メタル（特許請求の範囲の「上半部」に相当）１２ｂと、第２番軸受キャップ１１Ｂに支持される弧状の第２番キャップ側軸受メタル（特許請求の範囲の「下半部」に相当）１３ｂとでなる。第２番ブロック側支持部１０Ｂに第２番軸受キャップ１１Ｂが結合されたとき、第２番ブロック側軸受メタル１２ｂと第２番キャップ側軸受メタル１３ｂとが組み合わされて、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製された第２番軸受メタル３Ｂが得られる（図２及び図３参照）。

なお、図３及び図５において、符号６１は、ブロック側支持部に軸受キャップを結合するためのボルトである。

第３番軸受部２０Ｃに備えられる第３番軸受メタル３Ｃ及び第５番軸受部２０Ｅに備えられる第５番軸受メタル３Ｅは、第１番軸受メタル３Ａと同様に、第３番ブロック側支持部１０Ｃ及び第５番ブロック側支持部１０Ｅに支持される第３番ブロック側軸受メタル（特許請求の範囲の「上半部」に相当）１２ｃ及び第５番ブロック側軸受メタル（特許請求の範囲の「上半部」に相当）１２ｅと、第３番軸受キャップ１１Ｃ及び第５番軸受キャップ１１Ｅに支持される第３番キャップ側軸受メタル（特許請求の範囲の「下半部」に相当）１３ｃ及び第５番キャップ側軸受メタル（特許請求の範囲の「下半部」に相当）１３ｅとでなり、第３番ブロック側支持部１０Ｃ及び第５番ブロック側支持部１０Ｅに第３番軸受キャップ１１Ｃ及び第５番軸受キャップ１１Ｅが結合されたとき、第３番ブロック側軸受メタル１２ｃ及び第５番ブロック側軸受メタル１２ｅと第３番キャップ側軸受メタル１３ｃ及び第５番キャップ側軸受メタル１３ｅとが組み合わされて、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製された第３番軸受メタル３Ｃ及び第５番軸受メタル３Ｅが得られる（図２参照）。

第４番軸受部２０Ｄに備えられる第４番軸受メタル３Ｄは、第２番軸受メタル３Ｂと同様に、第４番ブロック側支持部１０Ｄに支持される第４番ブロック側軸受メタル（特許請求の範囲の「上半部」に相当）１２ｄと、第４番軸受キャップ１１Ｄに支持される第４番キャップ側軸受メタル（特許請求の範囲の「下半部」に相当）１３ｄとでなり、第４番ブロック側支持部１０Ｄに第４番軸受キャップ１１Ｄが結合されたとき、第４番ブロック側軸受メタル１２ｄと第４番キャップ側軸受メタル１３ｄとが組み合わされて、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製された第４番軸受メタル３Ｄが得られる（図２参照）。

第１番軸受メタル３Ａ（１２ａ，１３ａ）、第３番軸受メタル３Ｃ（１２ｃ，１３ｃ）、及び第５番軸受メタル３Ｅ（１２ｅ，１３ｅ）は特許請求の範囲の「第２軸受メタル」に相当する。第２番軸受メタル３Ｂ（１２ｂ，１３ｂ）、及び第４番軸受メタル３Ｄ（１２ｄ，１３ｄ）は特許請求の範囲の「第１軸受メタル」に相当する。本実施形態では、第２番軸受メタル３Ｂ及び第４番軸受メタル３Ｄを「標準メタル」と総称し、第１番軸受メタル３Ａ、第３番軸受メタル３Ｃ、及び第５番軸受メタル３Ｅを「特別メタル」と総称する。

図２、図３及び図５に示すように、各軸受部２０Ａ〜２０Ｅにオイルを供給する第１番オイル供給油路４０Ａ〜第５番オイル供給油路４０Ｅがシリンダブロック１０に設けられている。各オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅには同じくシリンダブロック１０に設けられたメイン油路３９からオイルポンプ（図示略）によりオイルが供給される。

図１〜図３及び図５に示すように、各軸受メタル３Ａ〜３Ｅにおいて、上側のブロック側軸受メタル１２ａ〜１２ｅの内周面にのみ、各オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅから供給されたオイルが溜められる第１番油溝１４ａ〜第５番油溝１４ｅが周方向に設けられている。

図３及び図５に示すように、第１番オイル供給油路４０Ａから第１番軸受メタル３Ａ（１２ａ，１３ａ）が備えられた第１番軸受部２０Ａへのオイル供給孔１５ａ（第１番ブロック側軸受メタル１２ａに形成されている）は、第２番オイル供給油路４０Ｂから第２番軸受メタル３Ｂ（１２ｂ，１３ｂ）が備えられた第２番軸受部２０Ｂへのオイル供給孔１５ｂ（第２番ブロック側軸受メタル１２ｂに形成されている）よりも径が小さく形成されている。

図１、図３及び図４に示すように、第１番クランクピン５３Ａ、第１番クランクウェブ５２Ａ、第２番主軸部５１Ｂ、第２番クランクウェブ５２Ｂ、及び第２番クランクピン５３Ｂに亘って、クランク軸５０の内部に、第１分岐油路４１Ａ、第２分岐油路４１Ｂ、及び第３分岐油路４１Ｃが一体に連通して形成されている。同様に、第４番クランクピン５３Ｄ、第４番クランクウェブ５２Ｄ、第４番主軸部５１Ｄ、第３番クランクウェブ５２Ｃ、及び第３番クランクピン５３Ｃに亘って、クランク軸５０の内部に、第１分岐油路４２Ａ、第２分岐油路４２Ｂ、及び第３分岐油路４２Ｃが一体に連通して形成されている。

これらの分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃは、第２番オイル供給油路４０Ｂ及び第４番オイル供給油路４０Ｄから第２番軸受メタル３Ｂ（１２ｂ、１３ｂ）が備えられた第２番軸受部２０Ｂ及び第４番軸受メタル３Ｄ（１２ｄ、１３ｄ）が備えられた第４番軸受部２０Ｄに供給されたオイルを、第１番コンロッド２Ａの大端部を軸受する第１番クランクピン５３Ａと第２番コンロッド２Ｂの大端部を軸受する第２番クランクピン５３Ｂ、及び第４番コンロッド２Ｄの大端部を軸受する第４番クランクピン５３Ｄと第３番コンロッド２Ｃの大端部を軸受する第３番クランクピン５３Ｃに供給するものである。

第２番主軸部５１Ｂ及び第４番主軸部５１Ｄを直径方向に貫通する第１分岐油路４１Ａ，４２Ａは、第２番油溝１４ｂ及び第４番油溝１４ｄと対向する軸方向の位置で、第２番主軸部５１Ｂ及び第４番主軸部５１Ｄの外周面に相互に１８０°反対側で開口する一対のオイル導入口４３ａ，４３ａ（図４参照）を有している。

第１分岐油路４１Ａ，４２Ａから分岐した第２分岐油路４１Ｂ，４２Ｂは第１番クランクピン５３Ａ及び第４番クランクピン５３Ｄの外周面に開口するオイル導出口４３ｂ（図４参照）を有している。同様に、第１分岐油路４１Ａ，４２Ａから分岐した第３分岐油路４１Ｃ，４２Ｃは第２番クランクピン５３Ｂ及び第３番クランクピン５３Ｃの外周面に開口するオイル導出口４３ｃ（図４参照）を有している。

なお、図３及び図４は、クランク軸５０の前側の第１分岐油路４１Ａ〜第３分岐通路４１Ｃを示したが、クランク軸５０の後側の第１分岐油路４２Ａ〜第３分岐通路４２Ｃについてもこれに準じて同様である。

標準メタル３Ｂ（１２ｂ，１３ｂ），３Ｄ（１２ｄ，１３ｄ）の仕様は次のようである。すなわち、図７に示すように、標準メタル３Ｂ，３Ｄは、その内周面と第２番主軸部５１Ｂ及び第４番主軸部５１Ｄの外周面との隙間が、ピストン往復動方向（図面において上下方向）側で所定の基準値Ｃ２に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向（図面において水平方向）側で上記基準値Ｃ２より僅かに大きい第１設定値Ｃ１となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製されたものである。

なお、図７では、便宜上、上記直交方向から２０°上昇した位置における上記隙間に符号Ｃ１を付し、９０°上昇した位置における上記隙間に符号Ｃ２を付している。この場合、上記直交方向から２０°下降した位置における上記隙間も第１設定値Ｃ１に設定され、９０°下降した位置における上記隙間も基準値Ｃ２に設定される。

標準メタル３Ｂ，３Ｄは、上記基準値Ｃ２が例えば１３〜１５μｍ程度となるように調製され、上記第１設定値Ｃ１が上記基準値Ｃ２より僅かに大きい例えば１８〜２０μｍ程度となるように調製されている。

上記直交方向側の隙間（第１設定値Ｃ１）を上記ピストン往復動方向側の隙間（基準値Ｃ２）より僅かに大きくすることにより、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室（図示略）側からクランク軸５０に作用する荷重を含めたクランク軸５０への上下動荷重で標準メタル３Ｂ，３Ｄの合わせ部が内周側へ変形するのを考慮しつつ、油膜形成を高めるようにしている。

これに対し、特別メタル３Ａ（１２ａ，１３ａ），３Ｃ（１２ｃ，１３ｃ），３Ｅ（１２ｅ，１３ｅ）の仕様は次のようである。すなわち、図８に示すように、特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、その内周面と第１番主軸部５１Ａ、第３番主軸部５１Ｃ、及び第５番主軸部５１Ｅの外周面との隙間が、ピストン往復動方向（図面において上下方向：短軸方向）側で上記基準値Ｃ４（＝Ｃ２）に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向（図面において水平方向：長軸方向）側で上記第１設定値Ｃ１より所定量大きい第２設定値Ｃ３となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製されたものである。

なお、図８では、便宜上、上記直交方向から２０°上昇した位置における上記隙間に符号Ｃ３を付し、９０°上昇した位置における上記隙間に符号Ｃ４を付している。この場合、上記直交方向から２０°下降した位置における上記隙間も第２設定値Ｃ３に設定され、９０°下降した位置における上記隙間も基準値Ｃ４に設定される。

特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、上記基準値Ｃ４が例えば１３〜１５μｍ程度となるように調製され、上記第２設定値Ｃ３が上記第１設定値Ｃ１より所定量大きい例えば３０〜４０μｍ程度となるように調製されている。

図６は、クランク軸５０の回転時における主軸部の周方向の位置とせん断応力との関係を示すグラフである。実線は特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅと摺動する第１番主軸部５１Ａ、第３番主軸部５１Ｃ、及び第５番主軸部５１Ｅにおけるもの、破線は標準メタル３Ｂ，３Ｄと摺動する第２番主軸部５１Ｂ、及び第４番主軸部５１Ｄにおけるものである。

図示したように、いずれも、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室側からクランク軸５０に作用する荷重がかかる２７０°付近において、せん断応力が上昇する。これは、キャップ側軸受メタル１３ａ〜１３ｅにおいて、短軸（下方、２７０°）を過ぎ次の長軸（エンジン幅方向の左方、３６０°）までの範囲内で、最も軸受メタル３Ａ〜３Ｅに荷重が作用し、摩擦が増大するからである。

しかし、特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅにおいては、図８から明らかなように、上記範囲内（２７０°〜３６０°）では、その内周面と主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が増大中なので、上記範囲内（２７０°〜３６０°）においても、効果的に摩擦が減少し、摺動抵抗が低減する。その結果、標準メタル３Ｂ，３Ｄに比べて、せん断応力が低減している。

（２）作用等
本実施形態では、クランク軸５０の軸心上に相互に同心に配列された複数の主軸部５１Ａ〜５１Ｅと、上記主軸部５１Ａ〜５１Ｅを軸受する軸受メタル３Ａ〜３Ｅが備えられた複数の軸受部２０Ａ〜２０Ｅとを有する多気筒エンジン１のクランク軸受装置において、上記複数の軸受部２０Ａ〜２０Ｅに、相互に形状の異なる第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄと第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅとが混在して備えられている。上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄは、その内周面と上記主軸部５１Ｂ，５１Ｄの外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で所定の基準値Ｃ２に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記基準値Ｃ２より僅かに大きい第１設定値Ｃ１となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製されたものである。上記第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、その内周面と上記主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で上記基準値Ｃ４（＝Ｃ２）に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記第１設定値Ｃ１より所定量大きい第２設定値Ｃ３となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製されたものである。

この構成によれば、クランク軸５０の主軸部５１Ａ〜５１Ｅを軸受する軸受メタル３Ａ〜３Ｅが軸受部２０Ａ〜２０Ｅに備えられた多気筒エンジン１のクランク軸受装置において、内周面の形状が略円形に調製された第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄの他に、内周面の形状があえて楕円形に調製された第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅが用いられる。第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、その内周面と主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が、ピストン往復動方向側では第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄと同じ（基準値Ｃ４＝Ｃ２）であるが、ピストン往復動方向と直交する直交方向側では第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりも増大している（第１設定値Ｃ１＜第２設定値Ｃ３）。そのため、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との摩擦が第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりも減少し、主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との摺動抵抗が第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりも低減する。このような第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅを第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄと混在させて用いることにより、軸受部２０Ａ〜２０Ｅ全体の摺動抵抗が低減する。すなわち、クランク軸５０の回転摺動抵抗が低減する。

また、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、上記直交方向側で上記隙間が相対的に大きい第２設定値Ｃ３に設定されているため、クランク軸５０の回転時に主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅが第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅ内で揺れ動き、その結果、クランク軸５０の回転ブレが起きて、振動が発生する可能性があるが、上記直交方向側で上記隙間が相対的に小さい第１設定値Ｃ１に設定された第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが混在して配置されているため、そのようなクランク軸５０の回転ブレによる振動発生も抑制できる。

以上により、本実施形態によれば、軸受部２０Ａ〜２０Ｅの摺動抵抗が低減され、クランク軸５０の回転ブレによる振動発生が抑制された多気筒エンジン１のクランク軸受装置が提供される。

本実施形態においては、上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄと上記第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅとが交互に複数の軸受部２０Ａ〜２０Ｅに備えられている。

上述のように、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、その内周面と主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりも増大している（第２設定値Ｃ３）部分を持つので、クランク軸５０の回転時に主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅが第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅ内で揺れ動き、その結果、クランク軸５０の回転ブレが起きて、振動が発生する可能性がある。しかし、この構成によれば、第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄと第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅとが交互に配置されるので、上記のような回転ブレや振動発生の問題が隣接する第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよって確実に抑えられる。

本実施形態においては、軸受部２０Ａ〜２０Ｅにオイルを供給するオイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅと、上記オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅから上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた軸受部２０Ｂ，２０Ｄに供給されたオイルを、コンロッド２Ａ〜２Ｄの大端部を軸受するクランク軸５０のクランクピン５３Ａ〜５３Ｄに供給する分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃとが設けられている。

この構成によれば、主軸部５１Ａ〜５１Ｅの軸受部２０Ａ〜２０Ｅに供給されたオイルが分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃを介してクランクピン５３Ａ〜５３Ｄのコンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄに供給される。その場合に、第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた軸受部２０Ｂ，２０Ｄ（つまり第１メタル軸受部）からコンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄにオイルが供給されるので、コンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄの潤滑油圧が確保でき、コンロッド２Ａ〜２Ｄの大端部とクランクピン５３Ａ〜５３Ｄとの摺動抵抗が良好に低減される。すなわち、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、上述のように、その内周面と主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりも増大している（第２設定値Ｃ３）部分を持つので、第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりもオイル漏れが多くなる。そのため、仮に、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅが備えられた軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅ（つまり第２メタル軸受部）からコンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄにオイルが供給されると、コンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄの潤滑油圧が不足し、コンロッド２Ａ〜２Ｄの大端部とクランクピン５３Ａ〜５３Ｄとの摺動抵抗が良好に低減されなくなる。しかし、この構成によれば、オイル漏れが少ない第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた軸受部２０Ｂ，２０Ｄからオイルが供給されるので、上記のような油圧不足の問題が解消され、コンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄの摺動抵抗が良好に低減される。

本実施形態においては、上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄは軸方向の端から２つ目の第２番及び第４番軸受部２０Ｂ，２０Ｄに備えられ、上記分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃは、上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた第２番及び第４番軸受部２０Ｂ，２０Ｄの軸方向の前後に隣接するクランクピン５３Ａ〜５３Ｄに供給するように設けられている。

この構成によれば、第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた１つの軸受部２０Ｂ，２０Ｄから前後２つのコンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄにオイルが供給される。そのため、分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃが過度に長くなることが防がれる。また、第１メタル軸受部２０Ｂ，２０Ｄは軸方向の端から２つ目の第２番及び第４番軸受部なので、ここから確実に軸方向の端のコンロッド軸受部３０Ａ，３０Ｄにオイルを供給することができる。

本実施形態においては、上記軸受メタル３Ａ〜３Ｅは、シリンダブロック１０に支持される上半部１２ａ〜１２ｅと、上記シリンダブロック１０に結合される軸受キャップ１１Ａ〜１１Ｅに支持される下半部１３ａ〜１３ｅとでなり、上記上半部１２ａ〜１２ｅの内周面にのみ上記オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅから供給されたオイルが溜められる油溝１４ａ〜１４ｅが周方向に設けられ、上記分岐油路４１Ａ〜４１Ｃ，４２Ａ〜４２Ｃは、クランク軸５０の内部に形成され、上記油溝１４ａ〜１４ｅと対向する軸方向の位置で、主軸部５１Ａ〜５１Ｅの外周面に相互に１８０°反対側で開口する一対のオイル導入口４３ａ，４３ａを有する。

この構成によれば、軸受メタル３Ａ〜３Ｅを構成する上半部１２ａ〜１２ｅにのみ油溝１４ａ〜１４ｅが設けられ、下半部１３ａ〜１３ｅには油溝が設けられていないので、次のような問題、すなわち、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室側からクランク軸５０に作用する荷重がかかる下半部１３ａ〜１３ｅに油溝を設けると受圧面積が小さくなり、単位面積当たりの荷重が大きくなって下半部１３ａ〜１３ｅが損傷するというような問題が解消される。

また、上記油溝１４ａ〜１４ｅと対向する位置で主軸部５１Ａ〜５１Ｅの外周面に２つのオイル導入口４３ａ，４３ａが相互に１８０°反対側で開口しているので、クランク軸５０の回転時には常にいずれか一方のオイル導入口４３ａが上記油溝１４ａ〜１４ｅと接し、そのオイル導入口４３ａに上記油溝１４ａ〜１４ｅに溜められたオイルが導入される。そのため、軸受メタル３Ａ〜３Ｅの半分しか油溝１４ａ〜１４ｅが形成されていなくても、コンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄには常にオイルが供給される。

本実施形態においては、上記オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅから上記第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅが備えられた軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅへのオイル供給孔１５ａは、上記オイル供給油路４０Ａ〜４０Ｅから上記第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄが備えられた軸受部２０Ｂ，２０Ｄへのオイル供給孔１５ｂよりも径が小さく形成されている。

上述のように、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは第１軸受メタル３Ｂ，３Ｄよりもオイル漏れが多くなる。したがって、この構成によれば、第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅのオイル漏れが抑制される。その結果、オイルポンプ（図示略）の稼働量を増大させずに済み、燃費の向上が図られる。なお、第２メタル軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅへのオイルの供給量は減少するけれども、第２メタル軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅからコンロッド軸受部３０Ａ〜３０Ｄにはオイルを供給する必要がなく、第２メタル軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅの潤滑だけでよいから、第２メタル軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅへのオイル供給量が不足することはない。

本実施形態においては、上記軸受メタル３Ａ〜３Ｅは、シリンダブロック１０に支持される上半部１２ａ〜１２ｅと、上記シリンダブロック１０に結合される軸受キャップ１１Ａ〜１１Ｅに支持される下半部１３ａ〜１３ｅとでなり、上記第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、上記楕円形の長軸（ピストン往復動方向と直交する直交方向）が上記シリンダブロック１０と上記軸受キャップ１１Ａ〜１１Ｅとの合わせ面と一致するように軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに備えられている。

この構成によれば、シリンダブロック１０に軸受キャップ１１Ａ〜１１Ｅを結合した場合に、上半部１２ａ〜１２ｅと下半部１３ａ〜１３ｅとでなる第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、たとえ合わせ面と直交する結合方向に結合の力が加わっても、内周面の楕円形状の短軸（ピストン往復動方向）が短くなるだけであり、内周面の形状は楕円形に維持される。つまり、内周面の形状が楕円形に調製された第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅは、軸受部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに組み付けられた状態にあっても、内周面の形状は楕円形に維持される。その結果、上述した第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅの作用が実際の使用状態において確実に得られる。

また、クランク軸５０の回転時には、エンジン運転中の燃焼時に燃焼室側からクランク軸５０に作用する荷重がかかる下半部１３ａ〜１３ｅにおいて、短軸（下方、２７０°）を過ぎ次の長軸（エンジン幅方向の左方、３６０°）までの範囲内で、最も軸受メタル３Ａ〜３Ｅに荷重が作用し、摩擦が増大し、摺動抵抗が上昇するが、この構成によれば、上記範囲内（２７０°〜３６０°）では第２軸受メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅの内周面と主軸部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの外周面との隙間が増大中なので、上記範囲内（２７０°〜３６０°）においても、効果的に摩擦が減少し、摺動抵抗が低減する。

なお、上記実施形態では、標準メタル３Ｂ，３Ｄと特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅとを交互に配置したが、アトランダムに混在させてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を直列４気筒エンジンに適用したが、これに限らず、気筒数が異なる多気筒エンジンに適用してもよい。

上記実施形態では、相互に形状の異なる標準メタル（第１軸受メタル）３Ｂ，３Ｄと特別メタル（第２軸受メタル）３Ａ，３Ｃ，３Ｅとが混在しているので、上半部１２ａ〜１２ｅと下半部１３ａ〜１３ｅとを組み合わせるときの誤組み付け防止のために、上下合わせるときの嵌合爪等に標準メタル３Ｂ，３Ｄと特別メタル３Ａ，３Ｃ，３Ｅとで違いを持たせてもよい。

１ 多気筒エンジン
２Ａ〜２Ｄ 第１番〜第４番コンロッド
１０ シリンダブロック
１０Ａ〜１０Ｅ 第１番〜第５番ブロック側支持部
１１Ａ〜１１Ｅ 第１番〜第５番軸受キャップ
１２ａ〜１２ｅ 第１番〜第５番ブロック側軸受メタル（上半部）
１３ａ〜１３ｅ 第１番〜第５番キャップ側軸受メタル（下半部）
３Ａ（１２ａ，１３ａ） 第１番軸受メタル（第２軸受メタル）
３Ｂ（１２ｂ，１３ｂ） 第２番軸受メタル（第１軸受メタル）
３Ｃ（１２ｃ，１３ｃ） 第３番軸受メタル（第２軸受メタル）
３Ｄ（１２ｄ，１３ｄ） 第４番軸受メタル（第１軸受メタル）
３Ｅ（１２ｅ，１３ｅ） 第５番軸受メタル（第２軸受メタル）
１４ａ〜１４ｅ 第１番〜第５番油溝
１５ａ，１５ｂ オイル供給孔
２０Ａ〜２０Ｅ 第１番〜第５番軸受部
３０Ａ〜３０Ｄ 第１番〜第４番コンロッド軸受部
３９ メイン油路
４０Ａ〜４０Ｅ 第１番〜第５番オイル供給油路
４１Ａ〜４１Ｃ 第１〜第３分岐油路
４２Ａ〜４２Ｃ 第１〜第３分岐油路
４３ａ オイル導入口
４３ｂ，４３ｃ オイル導出口
５０ クランク軸
５１Ａ〜５１Ｅ 第１番〜第５番主軸部
５２Ａ〜５２Ｄ 第１番〜第４番クランクウェブ
５３Ａ〜５３Ｄ 第１番〜第４番クランクピン
Ｃ１ 第１設定値
Ｃ２，Ｃ４ 基準値
Ｃ３ 第２設定値

Claims (5)

1. クランク軸の軸心上に相互に同心に配列された複数の主軸部と、
   上記主軸部を軸受する軸受メタルが備えられた複数の軸受部と、
   上記軸受部にオイルを供給するオイル供給油路と、
   を有する多気筒エンジンのクランク軸受装置であって、
   上記複数の軸受部に、相互に形状の異なる第１軸受メタルと第２軸受メタルとが混在して備えられ、
   上記第１軸受メタルは、軸方向の端から２つ目の上記軸受部に備えられ、その内周面と上記主軸部の外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で所定の基準値に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記基準値より僅かに大きい第１設定値となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が略円形に調製されたものであり、
   上記第２軸受メタルは、その内周面と上記主軸部の外周面との隙間が、ピストン往復動方向側で上記基準値に設定され、ピストン往復動方向と直交する直交方向側で上記第１設定値より所定量大きい第２設定値となるように、軸端から軸方向に見た内周面の形状が楕円形に調製されたものであり、
   上記オイル供給油路から上記第１軸受メタルが備えられた上記軸受部に供給されたオイルを、コンロッドの大端部を軸受するクランク軸のクランクピンに供給する分岐油路を更に備え、
   上記分岐油路は、上記第１軸受メタルが備えられた上記軸受部の軸方向の前後に隣接するクランクピンに供給するように設けられていることを特徴とする多気筒エンジンのクランク軸受装置。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンのクランク軸受装置において、
   上記第１軸受メタルと上記第２軸受メタルとが交互に複数の軸受部に備えられていることを特徴とする多気筒エンジンのクランク軸受装置。
3. 請求項１又は２に記載の多気筒エンジンのクランク軸受装置において、
   上記軸受メタルは、シリンダブロックに支持される上半部と、上記シリンダブロックに結合される軸受キャップに支持される下半部とでなり、
   上記上半部の内周面にのみ上記オイル供給油路から供給されたオイルが溜められる油溝が周方向に設けられ、
   上記分岐油路は、クランク軸の内部に形成され、上記油溝と対向する軸方向の位置で、主軸部の外周面に相互に１８０°反対側で開口する一対のオイル導入口を有することを特徴とする多気筒エンジンのクランク軸受装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンのクランク軸受装置において、
   上記オイル供給油路から上記第２軸受メタルが備えられた軸受部へのオイル供給孔は、上記オイル供給油路から上記第１軸受メタルが備えられた軸受部へのオイル供給孔よりも径が小さく形成されていることを特徴とする多気筒エンジンのクランク軸受装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の多気筒エンジンのクランク軸受装置において、
   上記軸受メタルは、シリンダブロックに支持される上半部と、上記シリンダブロックに結合される軸受キャップに支持される下半部とでなり、
   上記第２軸受メタルは、上記楕円形の長軸が上記シリンダブロックと上記軸受キャップとの合わせ面と一致するように軸受部に備えられていることを特徴とする多気筒エンジンのクランク軸受装置。

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