JPH0510812U - 内燃機関のクランクピン軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この考案の内燃機関のクランクピン軸受の目
的はクランクピン軸の偏磨耗の原因がなく且ピストン冷
却油の逆流を減らし得る内燃機関のクランクピン軸受を
提供することである。 【構成】 この考案は潤滑油を主軸受、クランク軸、ク
ランクピン軸受、連接棒を介して圧送してピストンを冷
却する４サイクル内燃機関のクランクピン軸軸受機構に
おいて、クランクピン軸受上側軸受及び下側軸受の周方
向中間部を除く軸受面にピストンに連通する油溝を設
け、該油溝と主軸受の潤滑油供給口とを連通するクラン
クピン軸油穴がピストンの下死点近傍で遮断されその他
のピストン位置で連通する様形成されたことを特徴とし
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関のクランクピン軸受構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

第１の従来例を図３〜６によって説明する。 図３は従来の潤滑油を使って冷却されるピストンの第１の例の油の流路の図で ある。図４はクランクピン軸受の断面図、図５は図３におけるＶ−Ｖ断面図であ る。 図において１０はクランク軸、２０は主軸受、３０は主軸受ハウジング、４０ はクランクピン軸受、５０はクランクピン軸受冠、６０は連接棒、７０はピスト ンピン軸受、８０はピストンピン、９０はピストン、１００はシリンダ、１５は クランクピン軸で何れも往復動内燃機関の運動部分の部品で公知のものである。 １０１はシリンダ１００の頂部で燃焼室である。ピストンは燃焼ガスによって加 熱されるので種々冷却の手段が考案されている。８１はピストンピン中空部でピ ストン８０の中心部軸方向にあけられた穴で両端は閉じている。９１は冷却油入 口でピストン９０のピストンピンボスに設けられピストンピン中空部８１に連通 している。

【０００３】 ９２は環状冷却室でピストン９０の上面近くに環状に設けられた空間で冷却油 入口９１に連通している。９３は中央冷却室でピストン９０の上面近くの中央に 設けられた室で前記環状冷却室９２に連通している。９４はピストン上面である 。９５は排出口で中央冷却室９３をピストン９０の内側でピストン外へ通じてい る穴である。３１は潤滑油入口で主軸受ハウジング３０に設けられた注油穴であ る。２１は主軸受油穴で主軸受２０にあけられた穴で潤滑油入口３１に通じてい る。１１は主軸貫通穴でクランク軸１０のジャーナルを軸に垂直に貫通した穴で 主軸受油穴２１と軸方向同じ位置に設けられている。１２はクランク連通穴でク ランクウエブの肩からクランクピン軸１５の中心部を通り主軸貫通穴１１の中央 に通ずる穴でクランクウエブの肩のところで塞さがれている。１３はクランクピ ン軸油穴でクランク軸中心線とクランクピン中心線を含む平面に垂直にクランク ピン軸１５中心近くを貫く穴である。

【０００４】 ４１はクランクピン軸受油穴でクランクピン軸受４０にあけられている複数の 穴である。５１はクランクピン軸受冠油溝でクランクピン軸受冠５０に円周にそ って設けられた溝でクランクピン軸受油穴４１に通じている。６１は連接棒油穴 で連接棒６０を長さ方向に貫きクランクピン軸受冠油溝５１から連接棒小端まで 通じている。６２は連接棒小端軸受側油穴で小端部の穴に周にそって設けられて いる。７１はピストンピン軸受油穴でピストンピン軸受７０に設けられた穴で連 接棒小端軸受側油穴６２に連通し且ピストンピン油穴８１に連通している。４０ ａは上側軸受でクランクピン軸受４０が水平面で２分割された上側である。４０ ｂは下側軸受でクランクピン軸受４０が水平面で２分割された下側である。４２ ａは上側軸受油溝で上側軸受４０ａの内面に設けられた溝である。４２ｂは下側 軸受油溝で下側軸受４０ｂの内面に設けられた溝である。

【０００５】 ５０ａは上側クランクピン軸受冠で連接棒６０のｔ端にボルトで結合されてい る。５０ｂは下側クランクピン軸受冠で上側クランクピン軸受冠５０ａにボルト で結合され中に上側軸受４０ａと下側軸受４０ｂが嵌合されている。５１ａ、５ １ｂは油溝で上下側クランクピン軸受冠５０ａ、５０ｂの内周に円周方向に設け られた溝であり連接棒油穴６１に通じている。

【０００６】 第１の従来例の作用を説明する。 潤滑油入口３１から潤滑油を強制循環給油すると油の流れの大筋は主軸受油穴 ２１から主軸受２０の内面を潤滑してその端面から排出され、残りは主軸貫通穴 １１を通りその中央からクランク連通穴１２に入り之を通りクランクピン軸１５ の中央部でクランクピン軸油穴１３に入り１部はクランクピン軸受４０の内面に 入って之を潤滑して端面から排出され残りはクランクピン軸受油穴４１からクラ ンクピン軸受冠油溝５１を通って連接棒油穴６１を通り連接棒小端軸受側油穴６ ２、ピストンピン軸受穴油穴７１を通り１部はピストンピン軸受７０の内面を潤 滑して端面から排出され残りは連通穴を通ってピストンピン油穴８１に入り、冷 却油入口９１からピストンピン９０に入り環状冷却室９２、中央冷却室９３を経 て排出口９５からピストン外へ排出される。

【０００７】 潤滑油流れの細かい説明をする。 図においてθ₁ は上側軸受４０ａの溝のない部分の中心角、α₁ はクランクピ ン軸油穴１３の両側の開口の最も外側間の中心角でα₁ ＞θ₁ につくられている ので常にクランクピン軸油穴１３の何れか一方の開口がクランクピン軸油溝４２ に通じている。よってクランク連通穴１２の油通路は常にクランクピン軸受油穴 ４１、クランクピン軸受冠油溝５１を経て連接棒油穴６１に通じている。

【０００８】 第２の従来例を図６（ｂ）によって説明する。 図６は第２の従来例のクランクピン軸受部の断面図である。図においてθ₂ は 下側軸受４０ｂの溝の設けられていない部分の中心角である。前記溝のない部分 θ₂ がある以外は第１の従来例と同じである。 第２の従来例の作用はピストンの上死点において往復運動部の慣性力により下 側軸受４０ｂがクランクピン軸１５に接触するときその接触が前記θ₂ の範囲内 で行はれるので油溝がなく軸受の負荷能力が正常である。

【０００９】 クランクピン軸１５が回転してクランクピン軸油穴１３の一方の開口が下側軸 受４０ｂの部分θ₂ を通過中は他の開口は上側軸受４０ａの溝のない弧θ₁ の範 囲にあり、θ₁ ＞θ₂ であるためクランクピン軸油穴１３の一方の開口がθ₂ 内 にあるときはクランクピン軸油穴１３は閉じられている。 θ₁ −θ₂ ＝Δθとするとクランク軸１０の１回転に２度回転角度で前記Δθづ つクランクピン軸油穴１３とクランクピン軸受油溝４２との連通が断たれる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

前記の従来の技術には次の不具合がある。 第１の不具合を図８〜９によって説明する。 図８は４サイクル往復動内燃機関の上死点及び下死点におけるピストンピン軸 １５に作用する力の向きを示す図、図９（ａ）は図８（ｃ）ＴＤＣ２の詳細図、 図９（ｂ）は図８（ｃ）ＢＤＣ１及び図８（ｄ）ＢＤＣ２の詳細図である。 図において各矢印Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ及びＦｄはそれぞれ連接棒６０からクラン クピン軸１５に働く力の方向を示す。Ａは図示しないピストン９０が上死点にあ るときのクランクピン軸１５の上の位置、Ｂは前記のときの下の位置を示しＡ， Ｂはクランクピン軸１５の定まった位置である。 図８（ａ）ＴＤＣ１は圧縮行程終の上死点の図、図８（ｂ）ＢＤＣ１は爆発膨 張終りの下死点の図、図８（ｃ）ＴＤＣ２は排気終りの上死点の図、図８（ｄ） ＢＤＣ２は吸入終りの下死点の図である。図８（ａ）ＴＤＣ１ではシリンダ内ガ ス圧力が大でクランクピン軸１５はＡ点近傍で接触しそこに力が働いている。

【００１１】 回転数の速い通常の４サイクル機関では爆発膨張行程終り図８（ｂ）ＢＤＣ１ 以後圧終行程始め図８（ｄ）ＢＤＣ２の間ピストンピン軸受４０に作用する力は ピストンピン９０、連接棒６０の往復運動質量の慣性力が支配的になるため、図 ８に示すとおり、図８（ｂ）ＢＤＣ１で下向きＦｂ図８（ｃ）ＴＤＣ２で上向き Ｆｃ、図８（ｄ）ＢＤＣ２で下向きＦｄが作用する。前記の中で力が上側軸受４ ０ａの溝のない部分で受けられる場合は十分な軸受作用が期待でき問題はないが 、図８（ｃ）ＴＤＣ２に示す上死点近傍ではクランクピン軸１５のＢ位置が下側 軸受４０ｂの油溝４２ｂのある位置で支えられるので潤滑油膜が形成されにくく なる。

【００１２】 その結果図９（ａ）に示すとおり図８（ｃ）ＴＤＣ２の上死点近傍で油膜の形 成が難かしくなり、下側軸受４０ｂに接触するクランクピン軸１５のＢ位置の両 端部分Ｂ₁ 、Ｂ₂ 部分が磨耗する。この状態でクランク軸１０が、回転し図８（ ｂ）ＢＤＣ１及び図８（ｄ）ＢＤＣ２の位置にくると図９（ｂ）に示すとおりＢ 点近傍で上側軸受４０ｂで受けられるがこの部分のクランクピン軸１５はＢ₁ 、 Ｂ₂ 部分が磨耗しているので潤滑は残りＢ₀ の部分で行はれＢ₀ の部分は巾が狭 いので負荷能力が小さく焼付きなどの不具合を誘発する。

【００１３】 第２の問題はピストンへの冷却用油の流れに関する。 図７によって説明する。 図７は従来のクランクピン軸受部のピストン冷却油の流れの特性図である。図 において縦軸は油圧、横軸は上死点を原点とするクランク角θ、ＴＤＣはピスト ンの上死点、ＢＤＣはピストンの下死点位置βは圧力線が横軸より下にある範囲 のクランク角である。 クランクピン軸油穴１３へ主軸貫通油穴１１から供給される潤滑油圧力をＰ_J 、クランク軸１０の回転に伴うクランクピン軸１５から連接棒油穴６１を経由し てピストン９０の環状冷却室９２に至る油路内の油に作用する慣性力のための油 圧をＰ_I とすると近似的に次の式で与えられる。

【００１４】 Ｐ₁ ＝Ｋω² ｃｏｓθ ───────（１） Ｋ：比例定数。 ω：クランク軸回転角速度。 θ：ピストンの上死点を原点としたクランク角。 Ｐ＝Ｐ_J ＋Ｐ_I ───────（２） するとＰの値は概ね図７（ａ）のようになる。Ｐ＞Ｏの期間はクランクピン軸油 穴１３からピストン９０へ向け油が流れる。 Ｐ＜Ｏの間ではピストン９０からクランクピン軸油穴１３へ油が流れる。即ち 逆流する。この期間は図７（ａ）に示すβである。油が逆流することはピストン を効果的に冷却しようとする本来の目的に照して不具合である。

【００１５】 従来の技術には前記のとおりクランクピン軸の偏磨耗とピストン冷却油の逆流 の不具合がある。 この考案の目的は前記不具合を解消しクランクピン軸の偏磨耗の原因がなく且 ピストン冷却油の逆流を減らし得るクランクピン軸受を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

潤滑油を主軸受、クランク軸、クランクピン軸受、連接棒を介して圧送してピ ストンを冷却する４サイクル内燃機関のクランクピン軸軸受機構においてクラン クピン軸受の上側軸受および下側軸受の周方向中間部を除く軸受面に前記ピスト ンに連通する油溝を設け該油溝とクランクピン軸油穴がピストン下死点近傍で遮 断されその他の位置で連通されることを特徴とする。

【００１７】

【作用】

ピストンが上死点及び下死点にあるときクランクピン軸にあたるクランクピン 軸受の面には油溝がないから軸受の作用は正常でクランクピン軸受が偏磨耗する 原因はない。主軸受注油口からピストンに通じる油路がクランクピン油穴とクラ ンクピン軸受との間でピストン下死点近傍で遮断されるがこの区間はピストンへ の油の逆流期間に重ねることができるので前記遮断期間は前記逆流を遮断できる 。前記以外の位置では前記油路は通じている。

【００１８】

【実施例】

本考案の実施例を図１〜３によって説明する。 図１は本考案に係る実施例のピストンピン軸とピストンピン軸受の上死点にお ける断面図、図２は本考案に係る実施例のピストンピン軸受の油溝の油圧の線図 である。図３は従来例の図で前に記してある。 図において１３ａ、１３ｂはそれぞれクランクピン軸油穴ａ同じくｂでクラン クピン軸１５にあけられた穴でクランク軸油穴１２に連通している。４４は油溝 で上側軸受４０ａの図において右側から下側軸受４０ｂにまたがる油溝である。 ４５は上側軸受４０ａの図において左側から下側軸受４０ｂにまたがって設けら れた油溝である。

【００１９】 油溝４４と油溝４５はクランクピン軸受冠油穴４１、クランクピン軸受冠油溝 ５１を経て連接棒油穴６１に通じている。α₂ は前記クランクピン軸油穴１３ａ の開口の内側端とクランクピン軸油穴１３ｂの開口の内側端との間の中心角であ る。４３は下側軸受４０ｂの軸受面に油溝が設けられていない部分、θ₂ は下側 軸受４０ｂの油溝が設けられていない部分の中心角、θ₃ は油溝４４の中心角、 θ₄ は油溝４５の中心角、α₃ はクランクピン軸油穴１３ａと同じく１３ｂのそ れぞれの穴面の最も外側の母線のなす角である。クランクピン軸油穴１３ａ、１ ３ｂ及びクランクピン軸受４０以外は従来例と同じ構造である。 α₁ ＞α₃ ＞θ₂ 、θ₃ ＞α₂ 、θ₄ ＞α₂ ──────（３） に作られている。

【００２０】 実施例の作用を説明する。 図１はピストン９０が上死点にあるときの図でこのときクランクピン軸油穴１ ３ａは油溝４４に通じ、クランクピン軸油穴１３ｂは、油溝４５に通じ何れもク ランクピン軸受油穴４１、クランクピン軸受冠油溝５１を経て連接棒油穴６１に 通じている。クランクピン軸１５が前記位置から回転しクランクピン軸油穴１３ ａ及びクランクピン軸油穴１３ｂが油溝４４、４５の何れにも通じない期間の中 心角をΔθ_T とすると前記（３）式により Δθ_T ＝θ₁ −α₃ でこの位置は図２に示すＢＣＤの近傍でβの中である。よってΔθ_T の間は逆流 が止められる。

【００２１】

【考案の効果】

本考案は前記のとおり構成されているので、ピストンが上死点及び下死点にあ るときピストンピン軸とピストンピン軸受の接する近傍には油溝が設けられてい ないので、潤滑は正常でクランクピン軸の偏磨耗の原因はない。ピストンピンへ の油路の遮断期間がピストンへの冷却用油の逆流期間の中へ入るので逆流を減じ それ以外の期間はピストンへ油路が通じている。 よってこの考案はクランクピン軸の偏磨耗の原因がなく且ピストン冷却油の逆 流を減らすことのできるクランクピン軸受を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る実施例のクランクピン軸受断面
図。

【図２】本考案に係る実施例の圧力線図。

【図３】従来例の内燃機関のピストン冷却の油路の図。

【図４】従来のクランクピン軸受の断面図。

【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面図。

【図６】従来のクランクピン軸受断面図。（ａ）第１の
従来例の図、（ｂ）第２の従来例の図。

【図７】従来例の潤滑油の特性図。

【図８】４サイクル内燃機関のクランクピン軸に働く力
の向きの図。

【図９】従来例のクランクピン軸の偏磨耗の説明図。

【符号の説明】

１０…クランク軸、１５…クランクピン軸、１１…主軸
貫通穴、１２…クランク連通油穴、１３ａ…クランクピ
ン軸油穴、１３ｂ…クランクピン軸油穴、４０…クラン
クピン軸受、４０ａ…上側軸受、４０ｂ…下側軸受、４
４…油溝、４５…油溝、４１…クランクピン軸受油穴、
３０…主軸受、５１…クランクピン軸受冠油溝、４３…
下側軸受の油溝の設けられていない部分、６０…連接
棒、６１…連接棒油穴、θ₁ …上側軸受の油溝のない部
分の中心角、θ₂ …下側軸受の油溝のない部分の中心
角、θ₃ …上側軸受の右の油溝の端から下側軸受の油溝
の端までの中心角、θ₄ …上側軸受の左の油溝の端から
下側軸受の油溝の端までの中心角、α₂ …クランクピン
軸油穴の２つの開口の内側端間の中心角、α₃ …クラン
クピン軸油穴の最も外側の母線のなす角、３１…潤滑油
入口。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 潤滑油を主軸受（３０）、クランク軸
   （１０）、クランクピン軸受（４０）、連接棒（６０）
   を介して圧送してピストン（９０）を冷却する４サイク
   ル内燃機関のクランクピン軸軸受機構において、クラン
   クピン軸受（４０）の上側軸受（４０ａ）と下側軸受
   （４０ｂ）のそれぞれの周方向中間部を除く軸受面に前
   記ピストン（９０）に連通する油溝（４２ａ）（４２
   ｂ）を設け、該油溝と主軸受の潤滑油供給口（３１）に
   連通するクランクピン軸油穴（１３ａ）（１３ｂ）がピ
   ストンの下死点近傍で遮断されその他のピストン位置で
   連通する様形成されたことを特徴とする内燃機関のクラ
   ンクピン軸受。