JP6961460B2 - 内燃機関のクランク軸用コンロッド軸受 - Google Patents
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Description
内燃機関の運転時、コンロッド軸受の摺動面に加わる負荷の大きさおよび負荷の方向は常に変動し、その負荷と釣り合う油膜圧力を発生するように、クランクピンの中心軸線がコンロッド軸受の軸受中心軸に対して偏心しながら移動する。このためコンロッド軸受は、摺動面のいずれの位置においても軸受隙間(クランクピンの表面と摺動面との間の隙間)が常に変化する。
4サイクル内燃機関では、燃焼行程においてコンロッド軸受に加わる負荷が最大となるが、この時、図13に示すように、半割軸受131、132からなるコンロッド軸受13では、クランクピン5が紙面上側の半割軸受131の周方向中央部C付近の摺動面7に向かう方向(矢印M)に移動し、上側の半割軸受131の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5の表面が最も近接し、それにより半割軸受131の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5の表面との間の隙間(軸受隙間)の油は負荷を受けて圧力が極めて高くなる。
なお、図13に示す紙面上側の半割軸受131は、図1に示すコンロッド2のロッド側大端部ハウジング22に組まれる半割軸受である。
コンロッド軸受が、互いに組み合わされて円筒形状を構成する一対の半割軸受を有し、
各半割軸受は、半割軸受の周方向中央部(周方向中央断面)を含む主円筒部を有し、主円筒部は、その径方向内側に摺動面を有し、また各半割軸受は、摺動面の周方向両側に、主円筒部よりも壁厚が薄くなるように形成されたクラッシュリリーフを有し、
一対の半割軸受の少なくとも一方が、半割軸受の周方向中央部と、クランクピンの回転方向前方側のクラッシュリリーフとの間の摺動面に、軸線方向に延びる軸線方向溝を有し、
軸線方向溝は、半割軸受の周方向中央部から、回転方向前方側に向かって円周角度10°以上離間し、且つクランクピンの回転方向前方側のクラッシュリリーフから円周角度10°以上離間している、コンロッド軸受が提供される。
図1に示すように、本実施例の軸受装置1は、シリンダブロック8の下部に支承されるジャーナル部6と、ジャーナル部6と一体に形成されてジャーナル部6を中心として回転するクランクピン5と、クランクピン5に内燃機関から往復運動を伝達するコンロッド2とを備えている。そして、軸受装置1は、クランク軸を支承するすべり軸受として、ジャーナル部6を回転自在に支承する主軸受4と、クランクピン5を回転自在に支承するコンロッド軸受3とをさらに備えている。
そして、本実施例のコンロッド軸受3は、一対の半割軸受31、32の周方向端面76どうしを突き合わせて、全体として円筒形状に組み合わせることによって形成される(図4参照)。半割軸受31、32は、Cu軸受合金またはAl軸受合金である摺動層を有し、あるいはFe合金製の裏金層と、Cu軸受合金またはAl軸受合金である摺動層とを有する。また、摺動層は、摺動面7となる表面側(軸線方向溝71の内面を含む)に、軸受合金よりも軟質なBi、Sn、Pbのいずれか1種からなる表面部、あるいはこれら金属を主体とする合金からなる表面部や、合成樹脂を主体とする樹脂組成物からなる表面部を有していてもよい。但し、軸線方向溝71の内面は、これら表面部を有さない方が好ましい。油中に多くの異物が含まれる場合、異物が軸線方向溝71の内面となる軟質な表面部に埋収、堆積しやすくなるからである。軸線方向溝71の内面に異物が埋収、堆積すると、軸線方向溝71を流れる油に乱流が発生しやすくなる。
半割軸受31、32は、周方向中央部Cを含む主円筒部72を有し、主円筒部72の径方向内側に摺動面7が形成されている。また摺動面7の周方向両側には、クラッシュリリーフ70、70が形成されている。
なお、半割軸受31、32の軸受壁厚(クラッシュリリーフ70の形成された領域を除く軸受壁厚、すなわち主円筒部72の壁厚)は、周方向で一定であるが、これに限定されないで、半割軸受31、32の軸受壁厚は、周方向中央部Cで最大で、周方向両端面76側へ向かって連続して減少していてもよい。
ところで、内燃機関のクランク軸のクランクピン5は、運転時には一方向に回転する。このため当業者であれば、クランク軸のクランクピン5の回転方向を考慮し、半割軸受31、32の周方向両端面76、76に隣接する2つのクラッシュリリーフ70、70のうち、どちらが「クランクピンの回転方向の前方側のクラッシュリリーフ」であるか理解することができよう。また当業者であれば、本発明の開示にしたがって本発明のコンロッド軸受3を設計、製造し、これを一方向に回転するクランク軸のクランクピンを支承するように適切にコンロッドに組み付けることが可能である。
軸線方向溝71の摺動面7からの半径方向の深さD1は、0.5〜30μmとすることができる。軸線方向溝71の深さD1は、20μm以下とすることが好ましく、さらに10μm以下とすることが好ましい。また、軸線方向溝71の周方向長さL1は、半割軸受31、32の摺動面7上における円周角度(θ3)で1〜35°に相当する長さとすることが好ましく、さらに1〜20°に相当する長さとすることが好ましい。
本実施例では、軸線方向溝71の深さD1および周方向長さL1は、半割軸受31、32の軸線方向に亘って一定であるが、軸線方向で深さD1や周方向長さL1が変化していてもよい。
4サイクル内燃機関では、燃焼行程においてコンロッド軸受3に加わる負荷が最大となるが、この時、コンロッド軸受3では、図6に示すようにクランクピン5が紙面上側の半割軸受31の周方向中央部C付近の摺動面7に向かう方向(矢印M)に移動し、上側の半割軸受31の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5の表面が最も近接し、それにより半割軸受31の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5の表面との間の隙間(軸受隙間)の油は負荷を受けて圧力が極めて高くなる。
図6に示すように、クランクピン5の潤滑油路5bの吐出口5cが、上側の半割軸受31の周方向中央部Cよりもクランクピン5の回転方向Zの後方側に位置する間は、半割軸受31の摺動面7とクランクピン5の表面との間の隙間が大きいので、クランクピン5の潤滑油路5b内の油は該隙間に流出し、潤滑油路5b内の油の圧力は高くならない。
(なお、4サイクル内燃機関の排気工程では、図1に示すクランクピン5が紙面下側の半割軸受32の周方向中央部C付近の摺動面に向かう方向に移動し、下側の半割軸受32の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5の表面とが最も近接し、したがって紙面下側の半割軸受32の周方向中央部C付近の摺動面7とクランクピン5表面との間の隙間(軸受隙間)の油の圧力が高くなる。)
燃焼行程において、クランクピン5の外周面上の潤滑油路5bの吐出口5cが半割軸受31の周方向中央部Cを通過してから周方向中央部Cと軸線方向溝71との間の主円筒部72の摺動面7上に位置している間は、クランクピン5の表面と摺動面7との間の隙間が狭いので、吐出口5cから流出する油量が少なく、特に内燃機関のクランク軸の高速回転での運転時には潤滑油路5b内の油への遠心力の作用により、潤滑油路5b内の吐出口5c近くの油の圧力が大きくなる。
また本発明によれば、クランクピン5の潤滑油路5b内の油は、クランクピン5の潤滑油路5bの吐出口5cが、半割軸受31の周方向中央部Cを通り軸線方向溝71と連通するまでの期間しか摺動面7で閉塞されないために、遠心力の作用をうけても圧力はそれほど大きくならない。
このため、潤滑油路5b内の油の圧力と軸線方向溝71内の油の圧力との差はそれほど大きくならず、油流F1が強くなりすぎることがない。また油流F1が形成されても乱流が発生し難い。
しかし本発明によれば、図7に示す軸線方向溝71への油流F1によりクランクピン5の潤滑油路5b内の油の圧力を一度、低下させたのちに、クランクピン5の潤滑油路5bの吐出口5cとクラッシュリリーフ70(リリーフ隙間)とが連通する。また吐出口5cが、軸線方向溝71との連通を終了してからクラッシュリリーフ70と連通を開始するまでの期間、すなわち吐出口5cが摺動面7に再び閉塞される期間が短いので、遠心力の作用による圧力の増加が少ない。
このため、クランクピン5の潤滑油路5bの吐出口5cがクラッシュリリーフ70に連通する瞬間の潤滑油路5b内の油とリリーフ隙間内の油との圧力差が小さく、油流F2が強くなりすぎることがない。また油流F2が形成されても乱流が発生し難いので、摩擦損失が大きくならない。
このような範囲に形成する理由は、軸線方向溝71が、半割軸受31、32の周方向中央部Cから軸(クランクピン5)の回転方向Zの前方側に円周角度10°以上離間していると、円周角度10°未満の範囲の摺動面7に軸線方向溝71を形成した場合に比べて摩擦損失が少なくなるからである。図6に示すように、半割軸受31、32の周方向中央部Cから円周角度10°未満の範囲の摺動面7は、クランクピン5からの最大負荷を受けるが、この範囲に軸線方向溝71を形成すると、摺動面7とクランクピン5表面との間の油の圧力が低下し、摺動面7とクランクピン5の表面が接触しやすくなり、摩擦損失が大きくなる。
軸線方向溝71aは、軸線方向長さL2が半割軸受31、32の軸線方向長さL3の70〜95%になるように形成されることが好ましい。
本実施例は、実施例1と同様の効果を有し、さらに、軸線方向溝71aが半割軸受31、32の軸線方向両端部に開口しないため、実施例1よりも軸線方向溝71a内の油が軸受の外部に流出し難い。
なお、軸線方向溝71aは、半割軸受31、32の一方の軸線方向端部で開口し、他方の端部で開口しないように形成されていてもよい。
これら軸線方向溝71はやはり、半割軸受31、32の周方向中央部Cから、円周角度(θ1)10°以上離間し、且つクランクピン5の回転方向前方側のクラッシュリリーフ70から周方向中央部C側へ向かって円周角度(θ2)10°以上離間した範囲内の摺動面7に形成される。
実施例3の他の構成は実施例1の半割軸受31、32と同じである。
本実施例では、半割軸受31、32は3つの軸線方向溝71を有するが、これに限定されないで、2つ、または4つ以上の軸線方向溝71を有していてもよい。
さらに、複数の軸線方向溝71は、実施例2と同様に半割軸受31、32の軸線方向両端部に開口していなくてもよい。
本実施例は、実施例1と同様の効果を有し、さらに、複数の軸線方向溝71の間に摺動面7が配されるので、複数の軸線方向溝71を形成した領域(軸線方向溝形成領域)でも、摺動面によりクランクピン5を支承する能力を有する。
このような対称形状を採用することにより、コンロッド2への半割軸受31、32の誤った組み付けを未然に防止することができる。
2 コンロッド
3 コンロッド軸受
4 主軸受
5 クランクピン
5a、5b 潤滑油路
5c 吐出口
6 ジャーナル部
6a 潤滑油路
6c 入口開口
31、32 半割軸受
41、42 半割軸受
41a 油溝
7 摺動面
70 クラッシュリリーフ
71、71a 軸線方向溝
72 主円筒部
76 周方向端面
711 軸線方向溝形成領域
C 半割軸受の周方向中央部
D1 軸線方向溝の深さ
L1 軸線方向溝の周方向長さ
L2 軸線方向溝の軸線方向長さ
L3 半割軸受の軸線方向長さ
Z クランクピンの回転方向
X ジャーナル部の回転方向
M クランクピンの移動方向
θ3 軸線方向溝の周方向長さに相当する円周角度
θ4 軸線方向溝形成領域の周方向長さに相当する円周角度
Claims (6)
- 内燃機関のクランク軸のクランクピンを回転自在に支持するためのコンロッド軸受であって、前記クランクピンは、円筒胴部と、前記円筒胴部を貫通して延びる潤滑油路と、前記円筒胴部の外周面上に形成された前記潤滑油路の少なくとも1つの吐出口とを有している、コンロッド軸受において、
前記コンロッド軸受は、互いに組み合わされて円筒形状を構成する一対の半割軸受を有し、前記各半割軸受は、前記半割軸受の周方向中央部を含む主円筒部を有し、前記主円筒部は、その径方向内側に摺動面を有し、また前記各半割軸受は、前記摺動面の周方向両側に、前記主円筒部よりも壁厚が薄くなるように形成されたクラッシュリリーフを有し、
前記一対の半割軸受の少なくとも一方が、前記周方向中央部と、前記クランクピンの回転方向前方側の前記クラッシュリリーフとの間の前記摺動面に、軸線方向に延びる軸線方向溝を有し、前記軸線方向溝は、前記周方向中央部から前記回転方向前方側に向かって円周角度10°以上離間し、且つ前記クランクピンの回転方向前方側の前記クラッシュリリーフから円周角度10°以上離間し、また前記摺動面から径方向に測定した前記軸線方向溝の深さ(D1)が0.5〜30μmである、コンロッド軸受。 - 前記軸線方向溝は、円周角度(θ3)で1〜35°の周方向長さを有している、請求項1に記載のコンロッド軸受。
- 前記軸線方向溝は、前記半割軸受の軸線方向両端部で開口している、請求項1または2に記載のコンロッド軸受。
- 前記軸線方向溝は、前記半割軸受の軸線方向両端部で開口していない、請求項1または2に記載のコンロッド軸受。
- 前記コンロッド軸受は複数の前記軸線方向溝を有し、前記複数の軸線方向溝は、円周角度(θ4)で5〜35°の周方向範囲内に形成される、請求項1から4までのいずれか一項に記載のコンロッド軸受。
- 前記少なくとも一方の半割軸受は、前記軸線方向溝と前記周方向中央部に関して対称な軸線方向溝を、前記周方向中央部と、前記クランクピンの回転方向後方側の前記クラッシュリリーフとの間の前記摺動面に有している、請求項1から5までのいずれか一項に記載のコンロッド軸受。
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