JP6231584B2 - ２ストロークサイクルエンジン用の揺動ジャーナル軸受 - Google Patents

Description

［関連出願］
本願は、２０１１年８月１５日に出願されかつ２０１２年３月２９日に米国特許出願公開第２０１２／００７３５２６（Ａ１）号として公開された、同一出願人による米国特許出願第１３／１３６，９５５号の主題に関連する主題を含む。

［技術分野］
本分野は２ストロークサイクルエンジンに関し、特に、２ストローク対向ピストンエンジンのピストン／クランクシャフト連結（装置）におけるジャーナル軸受の非逆転荷重に関する。

従来のクランクロッドスライダエンジンの４ストロークサイクルでは、排気行程中にピストンアセンブリの慣性力がリストピン軸受に負（すなわち反対方向）の荷重を与える。この荷重逆転期間中に、リストピンの荷重受け面が分離し、潤滑油がピンと受け面との間の小さい間隙内に浸入する。この油の供給は、圧搾膜の生成および／または部品間の相対運動のため、軸受が完全な流体力学モードで動作するのに不可欠である。

２ストロークサイクルエンジン動作の一部の態様では、サイクルの性質上、ジャーナル軸受の荷重逆転は、エンジンの通常の速度および荷重範囲の動作中に起きないことがあり、あるいは荷重逆転の期間は比較的短時間になることがある。例えば２サイクルディーゼルエンジンの動作中に、各サイクルで燃焼事象が発生し、上死点（ＴＣ）付近でピストンの冠部に対するガス圧荷重がほとんど常に存在し、それは、高ピストン速度時にさえ、ピストン／クランクシャフト連結装置のクロスヘッド軸受に対するピストンアセンブリの慣性力より大きい。サイクルの他端すなわち下死点（ＢＣ）でも、ピストンアセンブリの慣性力は、クロスヘッド軸受に荷重を加え続ける。その結果、ほとんど常に軸受はサイクル中ずっと正の荷重を受ける。したがってクロスヘッド軸受に油を補給することが難しい。さらに、軸受の限定された角振動を考えると、受け面間に導入される油は、軸受に完全に行き渡らない。最終的に、軸受は境界層潤滑モード（「境界潤滑モード」ともいう）で動作し始め、それは過度の摩擦、摩耗、および、その後の軸受の損傷を導く。

２ストロークサイクルエンジン構造では、ジャーナル軸受の非逆転荷重は、幾つかの方法で、例えば、１）転がり軸受、２）受け面を分離させて接合部内に強制的に給油させる高圧潤滑、３）表面間に油流を巻き込む分割軸受、４）軸受の圧力を低減させるエンジン荷重の低減、または５）上記項目の一部または全部の組合せを使用することによって、対処されてきた。これらの方策は、中程度の荷重および耐久性要件のエンジンにおける適切な潤滑の必要性には対処することができるが、高荷重で長寿命（１０，０００＋時間）の２ストロークサイクルエンジンに対しては効果が限定される。

図１に示す揺動ジャーナル軸受構造は、２ストロークサイクルエンジンのジャーナル軸受における非逆転荷重の問題を軽減するために提案された。この図では、軸受のセグメント間の偏位をより明瞭に提示するために、軸受要素は、相対寸法を誇張して分離された状態で示される。図１の通り、複数の偏位セグメントを持つ揺動ジャーナル軸受１０は、セグメント化された軸受スリーブ１２およびそれに対応してセグメント化された軸受ジャーナル２０を含む。スリーブ１２は、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメントを持つ受け面１３を含み、ジャーナルは、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメントを含む。スリーブ１２は、第１中心線Ｃ１を共有する２つの側方表面セグメント１４と、２つの側方表面セグメント１４を分離し、かつ第１中心線から偏位した第２中心線Ｃ２を有する中央表面セグメント１５とを備えた、半円筒形状を有する。ジャーナル２０は、第１中心線Ｃ１を共有するように配置された２つの側方ジャーナルセグメント２１と、２つの側方ジャーナルセグメントを分離し、かつ第２中心線Ｃ２を共有するように配置された中央ジャーナルセグメント２２とを備えた、円筒形状を有する。ジャーナルセグメントはサイクルの揺動部分中に周期的にスリーブの表面から持ち上げられ、こうして１つ以上のセグメントに対する荷重を軽減する一方で、残りのセグメントの全荷重を維持する。スリーブおよびジャーナルセグメントの分離は、油が接合部へ浸入するための隙間を提供する。

ジャーナル揺動は分離をもたらし、受け面間への油の導入を可能にするが、軸受の限定された角振動は、軸受界面間の容積を充填する連続的油膜の形成を損ねる。様々なジャーナルセグメントが持ち上がる軸受サイクルの部分中に、スリーブの合わせ接触領域に低圧領域が形成され、表面膜における潜在的なボイド(void)を導き、かつ適切に充填されなければ潜在的キャビテーションを導く。油充填はこうして揺動ジャーナル軸受の動作および耐久性に実質的な役割を果たす。

先行技術では、隣接する表面セグメントとジャーナルセグメントとの間の周方向境界に、セグメントの周縁に油を輸送するための溝が形成される。特定の重負荷２ストロークサイクルエンジンでは、表面セグメントとジャーナルセグメントとの間の界面への油の浸透を増大させるために、表面セグメントに設けられた軸線方向の溝が、表面セグメント間の周方向溝と交差する。しかし、これらの軸受構造では、油は表面セグメントの周方向溝内に給油する慣性作動式チャネルを介して提供され、それは油が軸受界面に提供される圧力を制限する。さらに、エンジン動作中は慣性給油の圧力が変動する。したがって、油は、境界層潤滑を回避するために適切な厚さの連続油膜を維持するには不十分な圧力レベルで、軸受界面に供給されることがあり、それは結果的に、これらの揺動ジャーナル軸受構造の限定された耐久性および短縮された寿命をもたらし得る。

揺動ジャーナル界面に油が適切に浸透するには、連続的に利用可能な加圧油の供給を、充填サイクル中に油が軸受界面に塗布されるように適時に、揺動ジャーナル軸受に送達する必要がある。

本発明の目的は、２ストロークサイクルエンジンの動作中に軸受界面に油が塗布されるように、加圧油を供給するように構成された揺動ジャーナル軸受装置を提供することである。揺動ジャーナル軸受は、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメントを持つ受け面（軸受け面）と、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメントを含む揺動ジャーナルとを含む。揺動ジャーナルは、揺動振動するように受け面（軸受け面）上に保持される。揺動ジャーナルには、ある量の加圧油を受容かつ保持するように油空間が設けられる。揺動ジャーナル軸受は、油を油空間に送達するための流入路と、ジャーナル界面に油を充填させるようにジャーナルセグメントを介して作用する流出路とを含む。

加圧油の流れは、油空間が重力給油チャネルの圧力を超える圧力で油の安定供給をもたらすことを可能にし、かつ油圧の変動も減衰または排除する。

先行技術の揺動ジャーナル軸受の要素を示す略図である。 揺動ジャーナル軸受により構築されたリストピン装置を持つ２ストロークサイクルエンジンのシリンダの長手方向断面図である。 油溜りを持つ揺動ジャーナル軸受を示す略概念図である。 第１揺動ジャーナル軸受構造の受け面要素の斜視図である。 第１揺動ジャーナル軸受構造の受け面要素の平面図である。 第１揺動ジャーナル軸受構造の揺動ジャーナル要素の斜視図である。 第１揺動ジャーナル軸受構造の揺動ジャーナル要素の長手方向図である。 図７の表示線８Ａ‐８Ａに沿って切った図６および図７のジャーナルの縦断面図である。 図７の表示線８Ｂ‐８Ｂに沿って切った図６および図７のジャーナルの縦断面図である。 図４および図６の受け面およびジャーナル要素を持つ揺動ジャーナル軸受装置を含むピストン連結アセンブリの実施形態の分解組立斜視図である。 図９の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図である。 図９の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図である。 図４および図６の受け面およびジャーナル要素を持つ揺動ジャーナル軸受装置を含む代替的ピストン連結アセンブリの分解組立斜視図である。 図１２の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図を示す。 図１２の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図を示す。 第２揺動ジャーナル軸受構造の揺動ジャーナル要素の斜視図を示す。 第２揺動ジャーナル軸受構造の揺動ジャーナル要素の長手方向図を示す。 図１５および図１６の揺動ジャーナル要素の軸線方向断面図である。 図１５、図１６および図１７の軸受ジャーナル要素を備えた揺動ジャーナル軸受装置を含むピストン連結アセンブリの分解斜視図である。 図１８の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図を示す。 図１８の組み立てられたピストン連結アセンブリの軸線方向回転縦断面図を示す。

２ストロークサイクルエンジンは、クランクシャフトの１回の完全な回転およびクランクシャフトに接続されたピストンの２行程により動力サイクルを完了する内燃エンジンである。２ストロークサイクルエンジンの一例は、１対のピストンがシリンダのボア内に対向配置された、対向ピストンエンジンである。これは、非逆転荷重がリストピンおよび他のジャーナル軸受の弱点である２ストロークサイクルエンジンの好適な実施形態であるが、記載する揺動ジャーナル軸受構造は他のタイプの２ストロークサイクルエンジンに利用することができる。

図２に示すように、対向ピストンエンジン４９は、少なくとも１つのポート付きシリンダ５０を有する。例えば、エンジンは１つのポート付きシリンダ、２つのポート付きシリンダ、３つのポート付きシリンダ、または４つ以上のポート付きシリンダを有することができる。説明を目的として、エンジン４９は複数のポート付きシリンダを有すると仮定する。これに関連して、各シリンダ５０はボア５２を有し、ボアのそれぞれの端部には排気および吸気ポート５４および５６が形成されている。排気および吸気ポート５４および５６は各々、１つ以上の周方向の開口配列を含む。排気および吸気ピストン６０および６２は、それらの端面６１および６３が互いに対向する状態で、ボア５２内に摺動自在に配置される。排気ピストン６０はクランクシャフト７１に連結され、吸気ピストン６２はクランクシャフト７２に連結される。各々のピストンは、リストピン７４および接続ロッド７６によって、その関連クランクシャフトに連結される。シリンダ５０のピストン６０および６２がそれぞれのＴＣ位置またはその近くにあるときに、ピストンの端面６１および６３の間のボア５２に燃焼室が画定される。燃料は、シリンダ５０の側壁の開口に配置された少なくとも１つの燃料噴射ノズル１００を介して、燃焼室内に直接噴射される。

エンジン４９は、過給機（スーパーチャージャ）１１０とターボチャージャ１２０とを含む空気管理システム５１を備える。ターボチャージャは、共通軸１２３上で回転するタービン１２１およびコンプレッサ１２２を有する。タービン１２１は排気サブシステムに連結され、コンプレッサ１２２は給気サブシステムに連結される。排気ポート５４から導管１２５内に移される排ガスはタービン１２１を回転させる。これはコンプレッサ１２２を回転させ、コンプレッサは吸気を圧縮することによって給気を発生させる。コンプレッサ１２２によって出力される給気は導管１２６内を流れ、そこから過給機（スーパーチャージャ）１１０によって吸気ポート５６の開口に圧送される。

シリンダ５０のようなシリンダを１つ以上持つ対向ピストンエンジンの動作サイクルはよく理解されている。端面６１、６３間で発生する燃焼に応答して、対向ピストン６０、６２はシリンダ内でそれらのＴＣ位置から遠ざかる。ＴＣから移動しながら、ピストンはそれぞれのＢＣ位置に接近するまでそれらの関連ポートを閉じたまま維持する。ピストンは、排気および吸気ポート５４、５６が同調して開閉するように同期して移動することができる。代替的に、一方のピストンは他方のピストンより位相が進むことができ、その場合、吸気ポートおよび排気ポートは異なる開閉時間を有する。ピストンがそれらのＢＣ位置を通過すると、排気ポート５４から流出する排出物は、吸気ポート５６を介してシリンダ内に流入する給気に取って代わられる。ＢＣに到達後、ピストンは方向を逆転し、ポートはピストンによって再び閉じられる。ピストンがＴＣに向かって移動し続ける間、シリンダ５０内の給気は端面６１および６３の間で圧縮される。ピストンがシリンダボア内でそれぞれのＴＣ位置に進むにつれて、燃料がノズル１００を介して給気中に噴射され、給気と燃料の混合物がピストン６０および６２の間で圧縮される。混合物が点火温度に達すると、燃料が着火し、ピストンをそれぞれのＢＣ位置に向かって駆動させる。

図２に関連して、各ピストンは、ジャーナル軸受として構成されたリストピン７４を含む。対向ピストンエンジンの動作サイクル中に、リストピン７４は非逆転荷重(nonreversing load)を受け、限定された角振動を被る。エンジンが作動している間にジャーナル表面の分離を達成するために、リストピン構造は揺動ジャーナル軸受を備えている。これは揺動ジャーナル軸受の好適な適用であるが、記載する構造は、２ストロークサイクルエンジンの動作サイクル全体を通して一方向荷重を受ける他のタイプのジャーナル軸受でも利用することができる。

図３は、重荷重を支持しかつ軸受の耐久性を高めるのに充分な厚さを持ちかつ充分な範囲に及ぶ連続油膜で揺動軸受界面を潤滑するのに適した圧力で、油を供給し分配することを確実にするために、揺動軸受をいかに構築するかを示す。図３の通り、ロッカジャーナル軸受１５０はセグメント化された表面１５２およびそれに対応してセグメント化されたジャーナル１５４を含む。ジャーナル１５４の構造は、軸受界面を潤滑するための油を受容しかつ分配する空間またはキャビティを含む。一態様では、空間またはキャビティは、ポンプ付き油源１５８から加圧油を供給される油溜り１５６から構成される。ジャーナル１５４は、油溜り１５６への少なくとも１つの入口および油溜りからの複数の出口を含む。幾つかの態様では、油溜り１５６は、入口開口１６０を介して加圧油を受容する。入口開口１６０は、ジャーナル１５４の振動中に受け面と接触しないジャーナル表面１５２の部分に開口することが好ましい。図２に示す幾つかの態様では、加圧油は接続ロッド７６の高圧油路７７を介して送達される。加圧油は、軸受の振動中に受け面と接触するジャーナル表面の部分を介して作動する、１つ以上の出口１６２を介して油溜り１５６によって揺動ジャーナル界面に提供される。幾つかの態様では、油溜り１５６は、各界面用の出口のみならず、潤滑油供給のための入口をも有する。油溜り１５６内への加圧油の流入は、エンジンの動作中に軸受への油の連続供給をもたらす。

図４および図６を参照すると、好適な揺動ジャーナル軸受の実施形態は、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメントを持つ受け面２０２を含む軸受スリーブ要素２００と、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメントを含む揺動ジャーナル２２０とを含む。受け面２０２は、第１中心線を共有する２つの側方表面セグメント２０４と、２つの側方表面セグメント２０４を分離し、かつ第１中心線から偏位した第２中心線を有する中央表面セグメント２０５とを備えた、半円筒形状を有することが好ましい。図４および図５の通り、周方向給油溝２０７が、受け面の中央表面セグメント２０５と側方表面セグメント２０４との間の境界に形成される。場合によっては、１つ以上の周方向に間隔を置いて配置された軸線方向の給油溝２０９が受け面に形成される。各軸線方向給油溝２０９は中央表面セグメント２０５を横切り、少なくとも部分的に各々の側方表面セグメント２０４内に延びる。他の場合によっては、給油溝２１０が、受け面２０２の対向周縁に沿って形成される。給油溝のマトリクス（一群の配列）は、周方向給油溝２０７が軸線方向および外周給油溝２０９、２１０の一方または両方と交差する、受け面２０２に形成されることができる。

図６を参照すると、揺動ジャーナル２２０は、第１中心線を共有するように配置された２つの側方ジャーナルセグメント２２１と、２つの側方ジャーナルセグメントを分離し、かつ第２中心線を共有するように配置された中央ジャーナルセグメント２２２とを備えた、円筒形状を有する。揺動ジャーナル２２０は、外面２２３、厚さすなわち各端部の段差内径を持つ側壁２２４、および円筒状内面２２８を備えた中空円筒片である。図６および図７は、外面２２３の中央ジャーナルセグメント２２２と側方ジャーナルセグメント２２１との間の境界に形成された周方向給油溝２２６を示す。図６、図８Ａ、および図８Ｂは、軸受の振動中に受け面２０２と接触しない、揺動ジャーナルの外面２２３の非接触部２２３ｎを示す。加圧油用の流入路２３０が、中央ジャーナルセグメント２２２の半径方向に側壁２２４を貫通して形成される。流入路２３０は非接触外面部に開口する。油流入路２３０の両側で、表面２２３の非接触部２２３ｎに螺刻保持孔２３１が形成される。図７、図８Ａ、および図８Ｂは、軸受の振動中に受け面２０２と接触する、揺動ジャーナル外面２２３の接触部２２３ｃを示す。ジャーナル２２０の接触面部２２３ｃに形成された加圧油用の第１流出路２４０は、周方向溝２２６で中央ジャーナルセグメント２２２の半径方向に側壁２２４を貫通して延び、内面２２８に開口する。図７および図８Ｂに最もよく示されるように、油の流入および第１流出路２３０および２４０は、軸線方向に間隔を置いて、直径方向に対向して配置される。場合によっては、第２流出路２４２は周方向溝２２６の外側に側壁２２４を貫通して形成され、内面２２８に開口する。場合によっては、第２流出路２４２は、各ジャーナルセグメントに位置する少なくとも１つの第２流出路が存在するように、軸線方向アレイ状に配列される。周方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの軸線方向アレイの第２流出路２４２が存在することが好ましいが、必須ではない。他の揺動ジャーナル軸受構造は、軸線方向給油溝２０９の有無に関係なく、受け面２０２に周方向給油溝２０７だけを含むことができ、あるいは受け面における軸線方向給油溝の有無に関係なく、揺動ジャーナル２２０の外面に周方向溝２２６だけを含むことができる。

図２の対向ピストンエンジンのリストピン７４に非逆転荷重を受ける揺動ジャーナル軸受を潤滑するために加圧油を供給することのできる揺動ジャーナル構造は、揺動ジャーナルに組み込まれた油溜りを含む。図２および図９を参照すると、ピストン６０および６２の各々は、揺動ジャーナル軸受２９０から構成されたリストピン７４によって、接続ロッド７６に連結される。場合によっては、揺動ジャーナル軸受２９０は、図４および図６の軸受スリーブ２００および揺動ジャーナル２２０により構築される。図９および図１０の通り、軸受支持構造はピストン６０、６２に取り付けられる。場合によっては、軸受支持構造は分離した部片２９１ａおよび２９１ｂを含む。軸受スリーブ２００は軸受支持構造片２９１ａ内に形成される。軸受スリーブ２００は、図４および図５に係る中央および側方表面セグメントを持つ受け面を含む。揺動ジャーナル２２０は、接続ロッド７６の小端部に取り付けられる。揺動ジャーナルは、図６および図７に係る中央および側方表面セグメントを含むことが好ましい。例えば図９および図１０に示す通り、揺動ジャーナル２２０は螺刻固締具３００により接続ロッドに固定される。場合によっては、軸受支持構造片２９１ａおよび２９１ｂは、揺動ジャーナル２２０の周りに接合され、ピストンの内部構造に螺合着座する固締具３０２によってピストン６０、６２の内部に固定される。図９および図１０に示す通り、軸受構造支持片２９１ｂの開口２９２は接続ロッド７６を受容する。図１０および図１１に関連して、組み立てられたときに、軸受支持構造２９１は、開口２９２内での接続ロッド７６の円弧状振動によって引き起こされる受け面２０２上での揺動ができるように、揺動ジャーナル２２０を保持する。

揺動ジャーナルにおける油溜りは、ジャーナルセグメントを介して作用する少なくとも１つの流入口および複数の流出口を含む。例示的油溜り構造は、図９、図１０および図１１を参照して理解することができる。円筒状シャフト３２０は、揺動ジャーナル２２０の円筒状内面２２８に受容される。フランジ３２２はシャフト３２０の一端に固定される。シャフトの他端は別のフランジ３２４を受容する。保持リング３２６は、シャフト３２０の外面の周方向溝と、揺動ジャーナルの端部の段差直径によって形成されたショルダ（肩部）における溝との間で、シャフト３２０を揺動ジャーナル２２０の円筒状内面２２８と同軸上に整列して保持するように働く。図１０および図１１で示されるように、シャフト３２０のより小さい直径は、結果的に、それ自体と内面２２８との間の環状空間３３５を形成する。図１０は、環状空間３３５が第１流出路２４０と流体連通することを示す。図１１によって示される通り、空間３３５はまた、揺動ジャーナル２２０のセグメントに設けられる数の第２流出路２４２とも流体連通する。図１０および図１１は、環状空間３３５が流入路２３０と流体連通し、かつ流入路２３０が接続ロッド７６に穿孔された高圧油路７７と流体連通することを示す。油は、接続ロッド７６の大きい端部の１つ以上の周方向溝７９から高圧油路７７内に流入する。

図１０および図１１の通り、潤滑油は、クランクシャフト用の油供給源のような高圧源から圧力下で高圧油路７７に流入する。油路７７を流れる加圧油は、流入路２３０を介して揺動ジャーナル２２０に提供される。流入路２３０を流れてきた加圧油は、油溜り空間３３５に受容される。空間３３５に受容された加圧油は、上述した方法で、複数の流れで第１（および（もしあれば）第２）流出路を介して揺動ジャーナル軸受界面に提供される。

図１２、図１３および図１４は、図９、図１０および図１１に関連して記載したように構築され、かつ動作する、油溜りを持つ揺動ジャーナル軸受を示す。しかし、この場合、揺動ジャーナル軸受２９０は、軸受支持構造３９１がピストン６０、６２に取り付けられた状態で構築される。これらの図から明白であるように、軸受支持構造３９１は、揺動ジャーナルがそこを介して受容されるアパーチャ（開口）３９２を持った単体部片（一体の部品）を含む。

図１５および図１８を参照すると、別の揺動ジャーナル軸受の実施形態は、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメントを持つ受け面４０２を含む軸受スリーブ要素４００、並びに、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメントを含む揺動ジャーナル４２０を備えている。受け面４０２は、第１中心線を共有する２つの側方表面セグメント４０４と、２つの側方表面セグメント４０４を分離し、かつ第１中心線から偏位した第２中心線を有する中央表面セグメント４０５とを備えた、半円筒形状を有することが好ましい。図１８の通り、周方向給油溝４０７が、受け面の中央表面セグメント４０５と側方表面セグメント４０４との間の境界に形成される。場合によっては、図４および図５に関して記載したように、１つ以上の周方向に間隔を置いて配置された軸線方向給油溝を受け面４０２に形成することができる。他の場合によっては、図４および図５に関して記載したように、受け面４０２の対向周縁に沿って、給油溝を形成することができる。さらに他の場合には、図４および図５に関して記載したように、受け面４０２に給油溝のマトリクス（一群の配列）を形成することができる。

図１５、図１６および図１７を参照すると、揺動ジャーナル４２０は、第１中心線を共有するように配置された２つの側方ジャーナルセグメント４２１と、２つの側方ジャーナルセグメントを分離し、かつ第２中心線を共有するように配置された中央ジャーナルセグメント４２２とを備えた、円筒形状を有する。揺動ジャーナル４２０は、外面４２３と、厚さを持つ側壁４２４と、各端部においてくり抜き空間４２５とを備えた円筒状部片である。周方向給油溝４２６が、外面４２３の中央ジャーナルセグメント４２２と側方ジャーナルセグメント４２１との間の境界に形成される。図１５および図１７は、軸受の振動中に受け面４０２と接触しない、外面４２３の非接触部４２３ｎを示す。加圧油用の流入路４３０は、中央ジャーナルセグメント４２２の半径方向に側壁４２４を貫通して形成される。流入路４３０は非接触外面部４２３ｎに開口する。表面４２３の非接触部４２３ｎの油流入路４３０と共有する中央セグメントの直径上に螺刻保持孔４３１が形成される。図１６および図１７は、軸受の振動中に受け面４０２と接触する揺動ジャーナル外面４２３の接触部４２３ｃを示す。ジャーナル４２０の接触表面部４２３ｃに形成される加圧油用の流出路４４０は、周方向溝４２６内において、中央ジャーナルセグメント４２２の半径方向に側壁４２４を貫通して延びる。図１７に最も良く示すように、油流入および流出路４３０および４４０は軸線方向に間隔を置いて、直径方向に対向して配置される。一部の態様では、図７および図８Ｂに関して記載したように、側壁２２４に他の流出路２４２を形成することができる。

図１８を参照すると、ピストン６０および６２の各々は、揺動ジャーナル軸受４９０から構成されるリストピンによって接続ロッド７６に連結される。場合によっては、揺動ジャーナル軸受４９０は軸受スリーブ４００および揺動ジャーナル４２０により構成される。図１８および図１９の通り、単体の軸受支持構造４９１はピストン６０、６２に取り付けられる。軸受スリーブ４００は、軸受支持構造４９１内にブローチ加工された保持スロット４０９内に挿入される薄いシェルとして形成される。揺動ジャーナル４２０は接続ロッド７６の小さい方の端部に取り付けられる。例えば図１８および図２０に示す通り、揺動ジャーナル４２０は螺刻止めねじ４３３により接続ロッドに固定される。代替的に、揺動ジャーナル４２０は、接続ロッド７６の製造中に接続ロッドの小端部に形成することができる。場合によっては、軸受支持構造４９１は、ピストンの内部構造に螺合着座する止めねじ４３２によって、ピストン６０、６２の内部に固定される。図１８および図１９に示す通り、軸受支持構造４９１の開口４９２は接続ロッド７６を受容する。図１８に示す通り、構造４９１は軸受スリーブ４００が保持スロット４０９内に着座した後、揺動ジャーナル４２０を受容するアパーチャ（開口）４９３を有する。図１９および図２０を参照すると、軸受支持構造４９１は、組み立てられたときに、開口４９２における接続ロッド７６の円弧状振動によって受け面４０２における揺動振動が引き起こされるように、揺動ジャーナル４２０を保持する。

図１５、図１６および図１７の揺動ジャーナルにおける油溜りは、接触表面部４２３ｃを裏支えする側壁４２４の部分に長手方向に穿孔された細長い空間、ギャラリ（gallery、通路）、または通路(passage)４３５を含む。通路４３５は４３６で塞がれる。図１７は、細長い通路４３５が周方向溝４２６の流出路４４０と流体連通していることを示す。通路４３５は、揺動ジャーナル２２０のセグメントに設けることのできるどの追加流出路とも流体連通するように構成することができる。図１７は、通路４３５が流入路４３０と流体連通していることを示し、かつ図１７および図１９は、流入路４３０が接続ロッド７６に穿孔された高圧油路７７と流体連通していることを示す。油は、接続ロッド７６の大きい端部の１つ以上の周方向溝７９から高圧油路７７内に流入する。

図１９および図２０の通り、潤滑油は、クランクシャフトのような高圧源から圧力下で高圧油路７７内に流入する。油路７７を流れた加圧油は、流入路４３０を介して揺動ジャーナル４２０に提供される。流入路４３０を通過した加圧油は、通路４３５に受容される。通路４３５に受容された加圧油は、上述した方法で複数の流れで流出路を介して揺動ジャーナル軸受界面に提供される。

［設計上の考慮点および産業上の適用（利用性）］
揺動軸受ジャーナル構造の一部の態様は、図面を参照して理解することができる。これに関して、揺動ジャーナル軸受が組み立てられたとき、ジャーナル２２０、４２０は、ジャーナル表面２２３、４２３の接触部２２３ｃ、４２３ｃが受け面２０２、４０２と接触しながら振動するように、軸受スリーブ２００、４００に対して回転するように保持される。ジャーナル２２０、４２０が公称中心線を有すると仮定すると、ジャーナルの２つの外側セグメント２２１、４２１は互いに同軸であり、ジャーナルの中心線から変位される。軸受の中央セグメント２２２、４２２は、ジャーナル中心線から反対方向に変位される。２つのセグメント中心線（図１のＣ１およびＣ２に対応する）の変位は、接続ロッド７６の振動運動に応じて、等しい場合と等しくない場合がある。したがって、２つの軸受中心線は互いに偏心し合う。直径が５０ないし１００ｍｍの軸受を適用する場合、この偏心率は０．１ないし１ｍｍ程度とすることができる。軸受の偏心率は、図１１に示すように、接続ロッド７６が左右に振動するときに、受け面２０２、４０２の交互の側部からのジャーナル２２０、４２０の機械的持上げをもたらす。ジャーナル２２０、４２０を接続ロッド７６の小端部に固定することにより分離がもたらされ、加圧油がジャーナル２２０、４２０の油溜り空間３３５、４３５から１つ以上の受け面の給油溝を介して、受け面間のボイド内に浸入することが可能になる。一部の態様では、図１１、図１４および図２０に示す揺動ジャーナル軸受は、ＴＣ（上死点）でごく短時間、中央セグメントおよび２つの外側セグメントがセグメント化された受け面と完全に接触するように設計される。クランクシャフト位置が変化するにつれて、ジャーナルの外側セグメントは開き（表面の外側セグメントとの接触から離れ）始める。９０＋度のクランク位置で、外側ジャーナルセグメントは閉じ（外側受け面セグメントに向かって移動し）始め、中央ジャーナルセグメントは荷重を受ける。クランクが１８０度（ＢＣ（下死点））に達すると、ごく短時間、全ての受け面は完全に接触するが、軽荷重を受ける。１８０＋度で中央ジャーナルセグメントは２７０度まで開き始め、２７０度に達したときに、完全に開き、外側ジャーナルセグメントが荷重を受ける。３６０度（ＴＣ）で、全ての受け面は瞬間的に完全に接触するが、重荷重を受け、サイクルは繰り返される。

図に示す通り、接続ロッドは、軸受支持構造で振動する揺動ジャーナルに堅固にボルト止めされる。受け面自体は２つのタイプ、すなわち図４および図５に示すように金属母材型、または図１８に示すように薄いシェルのバイメタルまたはトリメタル軸受型とすることができる。薄いシェルは、その表面を軸受の動作上の必要性に合わせて調整することができる、交換可能な軸受の利点を提供する。加えて、エンジンの試運転期間中に軸受は設計条件に「慣らされる」ので、軸受設計の公差の緩和を可能にするように、軸受の外面に摩耗性コーティングを使用することができる。

２ストロークサイクルエンジンのピストン／クランクシャフト連結装置に使用される揺動ジャーナル軸受の受け面および揺動ジャーナル要素における給油溝および流出路の数および配置は、本願に記載しかつ図示する実施形態によって限定されることを意図するものではない。溝／通路の設計は、いかに完全に軸受界面を油膜で被覆するかだけでなく、いかに適切に油膜が荷重を操作するかについても、考慮すべきである。それに関連して、膜密度比（ＦＤＲ）すなわち膜に空洞が生じる傾向を示す比率と、最小油膜厚さ（ＭＯＦＴ）との間でトレードオフが行われる。これに関して、軸受アセンブリの主荷重担持領域に油を提供するために配置された流出路または給油溝は、油膜の完全性を確実にするが、境界条件として供給圧力が課せられるため、軸受の荷重担持能力を低下させる。

給油溝および流出路の数および配置の解析中に、動作パラメータを考慮する必要がある。１つのデューティサイクルに適した構成は、他のデューティサイクルでは問題を生じることがある。比較的低いエンジン速度の場合、充填よりＭＯＦＴを重視するように、孔および溝の数を少なくし、あるいはいずれかの配置を変えることができる一方、逆に高速動作の場合、ＭＯＦＴより充填を重視するように、異なる位置により多くの孔および溝が必要になることがある。最終結果として、孔および溝は、用途に応じて、ジャーナルおよび／またはスリーブの表面のどこにでも配置することができる。

一部の態様では、外側ジャーナルセグメントの端部の表面に対向面取部を設けることが望ましい。これに関して一例を図１２に示す。ここで、揺動ジャーナル２２０の接触面と非接触面との間に位置する各外側ジャーナルセグメントの端部の表面に、少なくとも１つの面取部２２９が形成されている。好ましくは、各外側ジャーナルセグメント２２１の端部の表面に対向面取部が形成される。面取りされた端部は支持構造３９１の円筒状構造とよく適合し、かつ揺動ジャーナルとスリーブとの間の表面接触を、図９および図１８に示した面取りされない揺動ジャーナルより大きくすることができ、有利である。

ピストン構成部品は４１４０合金鋼から製造することができ、接続ロッドは４１４０または４３４０合金鋼から製造することができ、好ましくは、軸受構成部品は８６２０合金鋼から製造することができる。

このように、好適な実施形態を参照して、揺動ジャーナルに油溜り、ギャラリ、および他の油受け空間を備えた揺動ジャーナル軸受装置を説明したが、本明細書および図面に記載した原理から逸脱することなく、様々な変形を施すことができることを理解されたい。したがって、これらの原理に具現される本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

２０２ 受け面（軸受け面）
２９１ａ，ｂ 軸受支持構造の分離した部片
［図面中の英文字］
図１中の”Prior Art”：先行技術
図２中の”Intake Air”：吸入空気、”Exhaust”：排気
図３中の１５８の”Oil Source”：油源
図１１中の”Connecting Rod Oscillation”：接続ロッドの振動

Claims (10)

1. 軸受支持構造（２９１）と、
   前記軸受支持構造内における軸受スリーブ（２００）であって、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメント（２０４）を持つ軸受け面（２０２）を含む軸受スリーブと、
   前記軸受け面における給油溝の一群の配列（マトリクス）であって、周方向給油溝および軸線方向給油溝を含み、周方向給油溝は隣接表面セグメント間に配置され、軸線方向給油溝は周方向給油溝と交差する、給油溝の一群の配列（マトリクス）と、
   軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメント（２２１）を含む揺動ジャーナル（２２０）と、
   前記軸受け面上で揺動振動するように前記揺動ジャーナルを保持する前記軸受支持構造と、
   前記ジャーナルセグメントを介して作用する油流出路（２４０、２４２）を具備した、前記揺動ジャーナルにおける油受け空間（３３５、４３５）と、
   を備え、
   前記揺動ジャーナルは、ジャーナルセグメント間のジャーナル外面に軸線方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの周方向給油溝を含み、且つ、少なくとも１つの油流出路が前記ジャーナル外面の前記周方向給油溝の各々に開口する、
   ことを特徴とする、２ストロークサイクルエンジン用の揺動ジャーナル軸受。
2. 周方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの軸線方向給油溝は、中央表面セグメントを横切り、少なくとも部分的に、前記中央表面セグメントによって分離される２つの側方表面セグメント内に延びる、請求項１に記載の揺動ジャーナル軸受。
3. 前記軸受支持構造は、前記揺動ジャーナルの周りに接合される分離した部片を含む、請求項２に記載の揺動ジャーナル軸受。
4. 前記軸受支持構造は、単体部片とアパーチャ（開口）とを含み、前記揺動ジャーナルは前記アパーチャを介して受容される、請求項２に記載の揺動ジャーナル軸受。
5. 前記油受け空間は、前記揺動ジャーナルにおける環状空間およびギャラリ（通路）のうちの１つを含む、請求項２に記載の揺動ジャーナル軸受。
6. 前記揺動ジャーナルは対向端部を含み、各端部は対向面取部を含む、請求項２に記載の揺動ジャーナル軸受。
7. 長手方向に分離された排気および吸気ポート（５４，５６）を持つ少なくとも１つのシリンダ（５０）と、前記シリンダのボア（５２）内に互いに対向して配置された１対のピストン（６０，６２）と、１対の接続ロッド（７６）とを含み、各ピストンが揺動ジャーナル軸受（７４）によってそれぞれの接続ロッドに接続されている、対向ピストンエンジン（４９）であって、
   前記揺動ジャーナル軸受（７４）が、
   前記ピストンに取り付けられた軸受支持構造（２９１）と、
   前記軸受支持構造における軸受スリーブ（２００）であって、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数の表面セグメント（２０４）を持つ軸受け面（２０２）を含む軸受スリーブと、
   前記軸受け面における給油溝の一群の配列（マトリクス）であって、周方向給油溝および軸線方向給油溝を含み、各周方向給油溝がそれぞれの隣接表面セグメント間に配置され、軸線方向給油溝が周方向給油溝と交差する、給油溝の一群の配列（マトリクス）と、
   前記接続ロッド（７６）に取り付けられた揺動ジャーナル（２２０）であって、軸線方向に間隔を置いて偏心配置された複数のジャーナルセグメント（２２１）を含む揺動ジャーナルと、
   前記軸受け面上で揺動振動するように前記揺動ジャーナルを保持する前記軸受支持構造と、
   少なくとも１つの油流入路（２３０）、及び、前記ジャーナルセグメントを介して作用する複数の油流出路（２４０、２４２）を具備した、前記揺動ジャーナル内に油を受容するための手段（３３５、４３５）と、
   を備え、
   前記揺動ジャーナルは、ジャーナルセグメント間のジャーナル外面に軸線方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの周方向給油溝を含み、そして、少なくとも１つの油流出路は、前記ジャーナル外面の前記周方向給油溝の各々に開口しており、
   前記油を受容するための手段は、前記揺動ジャーナルにおける環状空間（３３５）およびギャラリ（４３５）のうちの１つを含む、
   ことを特徴とする対向ピストンエンジン。
8. 前記接続ロッドは前記油流入路と流体連通する油路を含む、請求項７に記載の対向ピストンエンジン。
9. 少なくとも２つの軸線方向給油溝は、中央表面セグメントを横切り、少なくとも部分的に、前記中央表面セグメントによって分離される２つの側方表面セグメント内に延びる、請求項７に記載の対向ピストンエンジン。
10. 前記軸受支持構造は、前記揺動ジャーナルの周りで接合される分離した部片、または、前記揺動ジャーナルがそれを介して受容されるアパーチャ（開口）を持つ単体部片のいずれかを含む、請求項７に記載の対向ピストンエンジン。

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