JPH02217608A - クランクシャフトの軸受構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はクランクシャフトのクランクビンやクランク
ジャーナル等の軸部、特に隅肉部が形成された軸部にＪ
３けるクランクシャフトの軸受構造に関する。

（従来の技術） 多気筒内燃機ｒ！Ａ′８のクランクシャフトは、クラン
クビンおよびクランクジャーナルの（れぞれの両側軸端
部に応力が集中し、このためそれらの軸部、特に苛酷な
荷重を受けるクランクビンを大径にしなければならない
という難点がある。この難点を解消するものとして実開
昭５４−９２２１０号公報には第１１図に示したような
りランクシャフトが６１示されている。

このクランクシャフト１は、クランクジャーナル３がベ
アリング５のベアリングメタル７によって支承され、こ
の支承部には油路９を通じてオイルが圧送されてくる。

クランクシャフト１のクランクビン１１は、その軸線方
向の中央部を最小径として、この中央部から両側軸端部
、すなわち、クランクアーム１３．１３の内側面１５．
１５にわたって大きな隅肉半径を有する隅肉部１７，１
７が一連に形成され、これによってクランクビン１１は
仝休としてつづみ形を呈している。コネクティングミツ
ド１９の大端部には、このつづみ形の軸部にならってこ
れを内包し支承するベアリングメタル２１が装着され、
この支承部には油路９に一端が連通して他端がクランク
ビン１１の中央部に開口する油孔２３を通じてオイルが
圧送されてくる。コネクティングロッド１９には上記油
孔２３に連通してコネクティングロッド１９の小端部へ
オイルを導くための油路２５が形成されている。

このようなつづみ形のクランクビンによれば、両側軸端
部に近づくにつれて応力が分散しつつ減少してゆくので
、中央部の軸径を曲げ荷重やねじり荷重に対抗しうる最
小限の寸法に設定しても前記応力集中による破損などが
回避され、またこれによってクランクシャフトやコネク
ティングロッドなどの慣性質ｍを軽減することができる
。

尚、このような軸部の形状はクランクジャーナルにも適
用することができる。

ところが、このようなつづみ形のクランクビン１１は柱
状のものに比べて両側軸端部におけるベアリングメタル
２１とコネクティングロッド１９の大端部との当たりが
強く、このためここでの１や擦抵抗が大となって軸受部
が焼き付く恐れがある。

これに対処するものとして、従来では特開昭６０−２３
６１９号公報から引用した第１２図に示すように、クラ
ンクビン１１の隅肉部１７の曲率半径Ｒ１を、コネクテ
ィングロッド１９の隅肉部１７に対向する部位の曲率半
径Ｒ２より大きくして両側軸端部程クリアランスＣを小
さく形成したものがある。これによってクリアランスＣ
に供給されるオイルの両側軸端部からの排出量を制限し
、油膜圧力を軸部全体にわたって平坦化し安定した油膜
を（ｑるようにしている。安定した油膜が得られること
で、両側軸端部における軸受部の強い当たりを抑１．Ｉ
Ｉ　している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、軸受部にお６Ｊるクリアランスに供給される
オイルは、軸に作用する荷重を支えるとともに、摺動部
に発生する熱を吸収して持ち去る冷却作用を備えており
、したがって高速回転時には冷却作用を強化するため多
分のオイルを供給する必要が生じてくる。

ところがクリアランスが軸端側程狭くなっていると、流
ｍ抵抗が大きくなって高速回転時に見合う多分のオイル
の循環ができず、このため捕勤部の冷却が不充分となっ
てオイルの粘度が低下し、逆にベアリングメタルへのコ
ネクティングロッドの当たりが強くなってしまうという
問題が発生してくる。

そこでこの発明は、高速回転時においても軸受部に安定
した油膜を確保することを目的としている。

［発明の構成］ （１題を解決するための手段） 前述した課題を解決するためにこの発明は、軸線方向の
中央部から両側軸端部にわたって隅肉部が形成された軸
部と、この軸部を内口するベアリングと、軸部とベアリ
ングとの間のクリアランスに連通ずるオイル排出通路と
を備え、前記クリアランスが中央部に比べて軸線方向両
端部が狭く形成されているクランクシャフトの軸受構造
において、前記クリアランス内のオイルの排出油を変化
させるＡイル排出岱制御手段を設ける構成としである。

（作用） 軸受部におけるクリアランスに供給されているオイルの
排出間を変化させることで、例えば高速回転時には多く
することで、多１４のオイルの循環がなされてこのとき
の冷却作用が充分なものとなり、摺動部の発熱が抑えら
れてオイルの粘度が適正に維持され、安定した油膜が確
保される。

（実施例） 第１図ないし第５図はこの発明の一実施例を示している
。

内燃機関のクランクシャフト２７はクランクアーム２９
によって軸部としてのクランクビン３１とクランクジャ
ーナル３３とが連結されている。

クランクビン３１およびクランクジャーナル３３は、何
れも＃１線方向の中央部から両側軸端部にわたって隅肉
部３５および３７が形成され、軸線方向の中央部を最小
径としてこの中央部から両側軸端部にわたって徐々に直
径が大きくなり、これによりクランクビン３１およびク
ランクジャ−ナル３３は全体としてつづみ形を呈してい
る。

クランクビン３１にはオイル排出量制御手段としてのベ
アリングメタル４１を装着したコネクティングロッド３
９の大端部３９が支承されている。

大端部３９ａの内周面はつづみ形のクランクビン３１の
形状に合わせて断面円弧状に形成され、この内周面とク
ランクピン３１ｓ外周面との間隔は軸線方向にわたって
一定となっている。

ベアリングメタル４１は外側メタル４３と外側メタル４
３より熱膨張率の低い内側メタル４５とからなる二層構
造となっている。そして、低速回転時のように軸受部温
度が比較的低い状態において、ベアリングメタル４１の
軸線方向曲面の曲率半径は、クランクビン３１の軸線方
向曲面およびコネクティングロッド大端部３９ａ内周面
の軸線方向曲面の曲率半径より大きくなっている。これ
により、ベアリングメタル４１とクランクビン３１との
間のクリアランス４７は、軸線方向中央部が最も広くこ
こから両側軸端部に向けて徐々に狭く形成されることに
なる。これに伴って大端部３９ａの軸線方向両端近傍の
内周面とベアリングメタル４１とは、空１１４９を形成
しで離れている。

ベアリングメタル４１は、低温時においてクラクビン３
１とは異なる曲率半径を有するメタル本体／１．１　ａ
と、メタル本体４１ａの両側に形成したスラスト７ラン
ジ４１ｂとを備えている。スラストフランジ４１ｂとク
ランクアーム２９の側面との間には、クリアランス４７
に連通する隙間５２が形成されてａ５す、スラストフラ
ンジ４１ｂの隙間５２に対向づる面には、第４図に示す
ように放）１状に複数の油溝５４が形成されている。油
ｔＪ５４と隙間５２とによりオイル排出通路５６を構成
している。

クランクジャーナル３３は、ベアリングメタル５１を装
着したベアリング５３に支承されてＪ５す、ベアリング
メタル５１およびベアリング５３の軸線方向曲面の曲率
半径はクランクジャーナル３３のそれより大きく形成さ
れている。これにより、ここでクリアランス５５は、ク
ランクビン部と同様に軸線方向中央部が最も広く、両側
軸ａ部に向けて徐々に狭くなっている。ベアリングメタ
ル５１はベアリングメタル４１と同様にメタル本体５１
ａと、メタル本体５１＆の両側に形成したスラストフラ
ンジ５１ｂとを備えており、スラストフランジ５１ｂと
クランク７−ム２９の側面との間には、クリアランス５
５に連通ずる隙間５８が形成されている。

上記クリアランス５５には、ベアリング５３およびベア
リングメタル５１に連続して形成される油路５７が間口
しており、この油路５７を通じてクリアランス５５にオ
イルが供給される。一方、コネクティングロッド３９側
のクリアランス４７にはコネクティングロッド３９およ
びベアリングメタル４１に連続して形成される油路５９
が開口しており、この油路５９を通じてコネクティング
ロッド３９の図示しない小端部側にオイルが供給される
。また、クリアランス４７とクリアランス５５とは、油
孔６１によって連通し、この油孔６１を通じてクランク
ジャーナル３３側からクランクビン３１側にオイルが送
られる。

このようなりランクシャフトの軸受構造において、第２
図に示１ような機関が低速回転状態にあって軸受部′Ｉ
Ｑ度が比較的低いときには、クリアランス４７は軸線方
向中央部が最も広く両側軸端部が狭くなっている。この
ため、クリアランス４７に供給されるオイルは、オイル
排出通路５６から多くは流出せず、したがってクリアラ
ンス４７には安定した油膜が形成されて軸受郡全体にわ
たって油膜圧力分布が平坦化される。油膜圧力分布が平
坦化されることによって、クランクビン３１にかかる応
力集中が緩和される。

一方ご機関が高速回転状態にあって軸受品温ｉｆｆが上
昇し高くなったときには、ベアリングメタル４１が熱ｇ
服するが、このとき熱膨張率の高い外側メタル４３が内
側メタル４５を空隙４９を埋めるように押し付１ノつつ
膨脹し、内側メタル４３をコネクティングロッド大端部
３９ａ内面に密着させる。これにより、クリアランス４
７は軸線方向全長にわたって一定となる。

なお、このとき、油溝５４と隙間５２とで構成されるオ
イル排出通路５６のオイル排出総面積は、油路５９の断
面積より小さくなっている。

クリアランス４７が一定化することで、クリアランス４
７に供給されているオイルは、低湿時に比べてオイル排
出通路５６から排出される蛍が多くなり、この結果オイ
ルによる軸受部の冷却作用も高まるので、軸受部の高温
化が抑制される。高温化が抑制されることによってオイ
ルの粘度も適正に維持され、低速回転同様安定した油膜
が確保されて軸受郡全体にわたって油膜圧力分布が平ｊ
ｌ化される。これにより、軸線方向両側におけるベアリ
ングメタル４１へのコネクティングロッド３９の強い当
たりが回避され、軸受部の焼き付きが防止されるととも
に、クランクシャフト２７の剛性強化が可能となる。

なお、熱膨張の異なる２つの部材によって二手構造とし
たベアリングメタルをクランクジャーナル３３側に適用
しても同様の効果が得られる。

また、本実施例においては、オイル排出通路５６を油溝
５４と隙間５２とにより構成したが、油溝５４、あるい
は隙間５２のみでオイル排出通路を構成してもよい。

第６図ないし第８図は他の実施例を示している。

この実施例は、前述した実施例と同様につづみ形を呈し
たクランクビン７１と、コネクティングロッド７３に装
着されたベアリングメタル７５との間のクリアランス７
７が、軸線方向中央部が最も広く、ここから両側軸端部
に向って徐々に狭くなっている。コネクティングロッド
７３の大端部７３ａの軸線方向両端部とクランクアーム
７９との間には隙間８１が形成され、更に大端部７３ａ
の隙間８１側端而には前述の実施例と同様にｔＩｌ躬状
に複数の油溝８３が形成されている。

クランクアーム７９には、クリアランス７７の軸端部側
に連通可能な２本のオイル排出通路８５が貫通して傾斜
形成されている。オイル排出通路８５のクリアランス７
７側開口部８５ａは、第７図に示すようにクランクビン
７１にかかる荷重が大きくなる上死点側Ａおよび下死点
側Ｂを避けて左右両側に連通している。

オイル排出通路８５の他端側は拡径してここにオイル排
出量制御手段としての制御弁８７が装着されている。制
御弁８７は、拡径部に装着されて貫通孔８９を右づるブ
ロック９１と、ブロック９１にねじ９３により固定され
るバイメタル弁９５とから構成されている。バイメタル
弁９５は機関の低速回転時のように軸受部温度が比較的
低いときに、実線図示のように貫通孔８９を閉塞する方
、高速回転時のように高温化したとき二点鎖線図示のよ
うに貫通孔８９を開放する。

このような構成によれば、低速回転時バイメタル弁９５
の閉弁によってオイル排出通路８５が閉じられるので、
クリアランス７７に供給されているオイルの排出は、隙
間８１および油溝８３からだけとなって低速回転時に適
応したオイル排出筒が得られる。このため、クリアラン
ス７７には安定した油膜が形成されて軸受郡全体にわた
って油膜圧力が平坦化される。

一方、高速回転時にはバイメタル弁９５の開弁によって
オイル排出通路８５が開放されるので、クリアランス７
７に供給されているオイルは隙間８１および油溝８３に
加えてオイル排出通路８５からも排出されることになる
。この結果、オイル排出出が増大し、発熱社が多くなる
高速回転時での冷ｎ１作用が充分発揮されて、オイルの
粘度が適正に維持され安定した油膜が確保される。

なお、このときオイル排出総面積中と隙間８′１および
油溝８３の総オイル排出面積は、コネクティングロッド
７３に形成され小端部へオイルを導く図示しない油路の
断面積より小さくなっている。

また、この実施例ではバイメタル弁９５に代えて形状記
憶合金を使用しても同様の効果が得られる。

第９図および第１０図は上述した他の実施例の変形例で
ある。

この変形例は、クランクシャフトの回転時に生じる遠心
力によって開弁するオイル排出Ｍ　１ｌｉｌＪ　ｉｌ１
手段としてのｖｉｒｎ弁９７を、クランクアーム７９に
形成したオイル排出通路９９に設けたものである。

オイル排出通路９９は軸線方向に延長される２本の第１
通路１０１と、これらの各中央部に連通して径方向に延
長される２本の第２通路１０３とからなる。第１通路１
０１のクラシタビンフッ側開口部１０１ａは上記実施例
と同様に上死点側Ａおよび下死点側Ｂを避（プて第１０
図に示すように左右両側のクリアランス７７の＠端側に
連通している。第１通路１０１の他端はプラグ１０５に
より閉塞されている。

第２通路１０３のクランクアーム外端側に前記制御弁９
７が設けられている。制御弁９７は第２通路１０３を内
部に形成するブロック１０７と、第２通路１０３を開閉
可能な弁体１０９と、弁体１０９をシート１１１に押圧
付勢するスプリング１１３とから構成されている。なお
、弁体１０９は球状としてもよい。スプリング１１３の
付勢力は、機関が高速回転に達したとき弁体１０９の慣
性力に負１）で圧縮され弁体１０９が開弁づるように設
定する。その他の構成は第６図ないし第８図に示した実
施例と同様であり、これと同一あるいは同等の構成要素
には同一符号を付しである。

このような構成において１機関が低速回転状態にあると
きは弁体１０９がスプリング１１３に押し付けられてオ
イル排出通路９９を閉塞する一方、高速回転時にはクラ
ンクシャフトの回転により発生する弁体１０９の慣性力
がスプリング１１３の付勢力に打ち勝つてオイル排出通
路９９が開放される。

このため、低速回転時にはクリアランス７７内のオイル
は隙間８１Ｊ３よび油溝８３からのみ排出してその量は
制限され、一方、高速回転時にはこれらに加えてオイル
排出通路９９からも排出してその吊は増大することにな
るので、上述した実施例と同様の効果が得られる。また
、この場合制御弁９７をクランクアーム７９の外周部に
設けであるので、弁体１０９の慣性力を有効に活用する
ことができる。

なお、第６図ないし第８図に示した実施例および第９図
、第１０図に示した変形例は、クランクビン７７の両端
のクランクアームに適用してもよく、またクランクビン
７７に限らずクランクジャーナル側に適用してもよい。

「発明の効果」 以上説明してきたようにこの発明によれば、クランクシ
ャフト軸受部におけるクリアランス内のオイルの排出贋
を変化させるオイル排出量制御手段を設けたため、例え
ば高速回転時には低速回転時に比べてオイル排出率を多
くすることで、このときの軸受部の冷却作用が充分なも
のとなり、低速から高速にわたってオイルの粘度が適正
に保たれ、安定した油膜が確保でき、軸受部の強い当た
り、およびこれに起因する焼き付きを防止ザることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明の一実施例に係わり、第
１図は側面断面図、第２図および第３図は要部における
作用説明図、第４図はベアリングメタルの正面図、第５
図は第４図の右側面図、第６図は他の実施例の要部を示
す側面断面図、第７図は第６図の■−■矢視断面図、第
８図は第７図の上面図、第９図は上記他の実施例の変形
例の要部を示す側面断面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ
断面図、第１１図は従Ｘ例を示す側面断面図、第１２図
は池の従来例を示す要部の断面図である。 ２７・・・クランクシ１１フト ３１．７１・・・クランクビン（軸部）３５・・・隅肉
部 ４１・・・ベアリングメタル（Ａイル排出量制御手段）
４７．７７・・・クリアランス ５６．８５．９９・・・オイル排出通路８７．９７・・
・制御弁（オイル排出量制御手段）代理人　弁理士　三
　好　　秀　和 第４ 第１　図 ２７：クランクシャフト ３１：クランクピン（軸部） ３５：隅肉部 ４１：ベアリングメタル。 （オイル排出量ｌｌｌｌ１手段） ４７：クリアランス ５６：オイル排出通路 第５図 ■ 第６ｒＭ 第２図 第３図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　軸線方向の中央部から両側軸端部にわたって隅肉部が
   形成された軸部と、この軸部を内包するベアリングと、
   軸部とベアリングとの間のクリアランスに連通するオイ
   ル排出通路とを備え、前記クリアランスが中央部に比べ
   て軸線方向両端部が狭く形成されているクランクシャフ
   トの軸受構造において、前記クリアランス内のオイルの
   排出量を変化させるオイル排出量制御手段を設けたこと
   を特徴とするクランクシャフトの軸受構造。