JPH08151915A - 内燃機関の潤滑システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の潤滑システムにおいて、高回転数
域における潤滑条件の改善と、低中回転数域におけるフ
リクションの悪化防止を両立させる。 【構成】 コンロッド軸受の軸受表面にクランクピンよ
り熱伝導率の高いオーバレイ層を全周に渡って形成し、
メインギャラリ６からクランク内部通路を介してコンロ
ッド軸受に供給される潤滑油量を低中回転数域で高回転
数域に対して段階的に減らすリリーフバルブ（潤滑油量
調節手段）４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の潤滑システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クランクピンとコンロッドの摺動面は、
機関の高速化、高出力化に伴って、高速、大荷重のもと
で摺動するため、潤滑油のせん断発熱等により高温化
し、非常に厳しい潤滑条件となる。

【０００３】本出願人は、クランクピン摺動面の潤滑条
件を緩和させるため、コンロッド軸受の軸受表面となる
オーバレイ層を全周に渡ってクランクピンより熱伝導率
の高い材質により形成するコンロッド軸受構造を開発し
た。

【０００４】このコンロッド軸受構造において、コンロ
ッド軸受からクランクピンに懸かる荷重としてピスト
ン、コンロッド等の慣性力が支配的になる高回転数域
に、瞬時的な荷重下で昇温、昇圧する最小油膜部からの
熱は、熱伝導率の高いオーバレイ層を介してコンロッド
軸受に速やかに流入する。続いて、コンロッド軸受の最
小油膜部から熱を吸収した部位が、クランクピンの回転
により周方向に移動して最小油膜部から外れるのに伴っ
て、コンロッド軸受に吸収された熱は、熱伝導率の高い
オーバレイ層を介して再び速やかに潤滑油に流入し、潤
滑油と共にコンロッド軸受の外側に逃がされ、最小油膜
部とこれに常に面するクランクピンの内側領域の温度上
昇を抑えられる。

【０００５】こうしてクランクピンの最小油膜部近傍の
温度上昇が抑えられることにより、最小油膜部近傍の潤
滑油粘度が低下することが抑えられ、最小油膜部の油膜
厚さを確保し、最小油膜部における液膜のせん断率が著
しく高くなって摩擦損失が急増することを防止できる。

【０００６】また、従来の機関の潤滑システムとして、
例えば図１２に示すようなものがある(例えば、特開昭
６３−２４６４０５号公報、参照)。

【０００７】これについて説明すると、定容量型オイル
ポンプ１は機関により駆動され、オイルパン２からスト
レーナ３を介して吸い上げた潤滑油を吐出し、オイルポ
ンプ１から吐出される潤滑油はリリーフバルブ４０、オ
イルフィルタ５を経てメインギャラリ６へ送られる。潤
滑油はメインギャラリ６を経てクランクシャフトのジャ
ーナル部３３を支承する主軸受部に供給され、さらに、
クランク内部通路２９を通ってクランクピン３５とコン
ロッド３１の摺動面に供給される。

【０００８】図１０に示すように、リリーフバルブ４０
は、ハウジング４１の内部に弁体４２が摺動可能に収装
されるとともに、この弁体４２を閉弁方向に付勢するス
プリング４４が介装される。

【０００９】ハウジング４１はオイルポンプ１の吐出側
に連通する入口４３と出口４５を有する。

【００１０】オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₃以下
となる低中回転数域では、出口４５が弁体４２によって
閉じられる。オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₃を越
えて上昇する高回転数域では、弁体４２が図示するよう
にスプリング４４に抗して移動したポジションに保持さ
れ、出口４５が開通し、潤滑油の一部がオイルパン２へ
とリリーフされて、オイルポンプ１の吐出圧がそれ以上
に大きく上昇することが抑えられる。

【００１１】このリリーフバルブ４０の作動によって、
オイルポンプ１の吐出圧は、機関回転数の上昇に伴って
図６に点ａ，ｃ，ｆを結ぶ線分で示すように、リリーフ
バルブ４が開弁するまでの低回転数域では急激に上昇
し、リリーフバルブ４が開弁してからは緩やかに上昇す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の潤滑システムに備えられるコンロッド軸受の軸受表
面となるオーバレイ層を全周に渡ってクランクピンより
熱伝導率の高い材質により形成した場合、高回転数域に
コンロッド軸受の温度が過度に上昇しないようにオイル
ポンプ１の吐出圧特性を設定すると、低中回転数域でコ
ンロッド軸受とクランクピン３５の間に介在する潤滑油
の温度が低下し過ぎて、潤滑油の粘度が上昇することで
フリクションが大きくなる可能性がある。

【００１３】本発明は上記の問題点を解消し、高回転数
域における潤滑条件の改善と、低中回転数域におけるフ
リクションの悪化防止を両立させることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の内燃機関
の潤滑システムは、ピストンの往復動をクランクシャフ
トの回転運動に変換するコンロッドを備え、コンロッド
にクランクシャフトのクランクピンを回転可能に支承す
るコンロッド軸受を備え、コンロッド軸受の軸受表面に
クランクピンより熱伝導率の高いオーバレイ層を全周に
渡って形成し、クランクシャフト内部に、オイルポンプ
から吐出する潤滑油をコンロッド軸受とクランクピンの
間に供給するクランク内部通路を形成し、オイルポンプ
から吐出する潤滑油をクランク内部通路に導くメインギ
ャラリを備え、メインギャラリから軸受メタルの摺動面
に供給される潤滑油量を低中回転数域で高回転数域に対
して段階的に減らす潤滑油量調節手段を備える。

【００１５】請求項２記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項１記載の発明において、機関に駆動されるオ
イルポンプを備え、潤滑油量調節手段として、オイルポ
ンプの吐出圧を低中回転数域で高回転数域に対して段階
的に減らすリリーフバルブを備える。

【００１６】請求項３記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項２記載の発明において、リリーフバルブは、
オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
する弁体を備え、低中回転数域に弁体によって開かれる
第一出口を備え、高回転数域に弁体によって開かれる第
二出口を備え、第一出口と第二出口のそれぞれによって
オイルポンプの吐出側と吸込側を連通する。

【００１７】請求項４記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項１記載の発明において、機関に駆動されるオ
イルポンプを備え、潤滑油量調節手段として、オイルポ
ンプの吐出側とメインギャラリを連通する固定絞りを備
え、オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通する
通路開口面積を低中回転数域で高回転数域に対して段階
的に減らす油量調節バルブを備える。

【００１８】請求項５記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項４記載の発明において、油量調節バルブは、
オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
する弁体を備え、低中回転数域に弁体によって開かれる
第一出口を備え、高回転数域に弁体によって開かれる第
二出口を備え、第一出口と第二出口のそれぞれによって
オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通する。

【００１９】

【作用】請求項１記載の内燃機関の潤滑システムにおい
て、オイルポンプから吐出する潤滑油はメインギャラリ
からクランク内部通路を通ってコンロッド軸受とクラン
クピン間の軸受隙間に供給される。この潤滑油によって
コンロッド軸受とクランクピンの摺接部が潤滑されると
ともに、冷却される。

【００２０】機関の高回転時には、ピストン、コンロッ
ド等の慣性力が回転数の２乗に比例して増大するため、
クランクピンの摺動面のうちクランクシャフトの中心側
に位置する内側領域に常に荷重がかかるようになって潤
滑油膜が薄くなる最小油膜部が生じる可能性がある。最
小油膜部は、その油膜厚さが例えば１〜２ミクロン程度
となると、圧力の上昇により潤滑油の粘度が著しく高く
なり、液膜のせん断率が高くなって、摩擦損失が急増す
る。

【００２１】クランクピンは最小油膜部に対して常にそ
の内側領域が対峙する一方、コンロッド軸受が最小油膜
部に対峙する部位はクランクピンの回転に伴って略全周
に渡って周方向に移動する。

【００２２】コンロッド軸受の軸受表面となるオーバレ
イ層を全周に渡ってクランクピンより熱伝導率の高い材
質により形成したため、コンロッド軸受からクランクピ
ンに懸かる荷重としてピストン、コンロッド等の慣性力
が支配的になる高回転数域において、瞬時的な荷重下で
昇温、昇圧する最小油膜部からの熱を熱伝導率の高いオ
ーバレイ層を介してコンロッド軸受に速やかに流入させ
る。続いて、コンロッド軸受の最小油膜部から熱を吸収
した部位が、クランクピンの回転により周方向に移動し
て最小油膜部から外れるのに伴って、コンロッド軸受に
吸収された熱は再び潤滑油に流入（オーバレイ層の熱伝
導率が高いために、これも速やかに行われる）し、潤滑
油と共にコンロッド軸受の外側に逃がされ、最小油膜部
とこれに常に面するクランクピンの内側領域の温度上昇
を抑えられる。

【００２３】こうしてクランクピンの最小油膜部近傍の
温度上昇が抑えられることにより、最小油膜部近傍の潤
滑油粘度が低下することが抑えられ、最小油膜部の油膜
厚さを確保し、最小油膜部における液膜のせん断率が著
しく高くなって摩擦損失が急増することを防止できる。

【００２４】潤滑油量調節手段は、メインギャラリから
軸受メタルの摺動面に供給される潤滑油量を低中回転数
域で高回転数域に対して段階的に減らすことにより、低
中回転数域において軸受メタルのオーバレイ層から潤滑
油への放熱が抑えられ、軸受メタルとクランクシャフト
の間に介在する潤滑油の温度が適正に保たれ、潤滑油の
粘性を低くしてフリクションの低減がはかられる。

【００２５】高回転数域では、メインギャラリから軸受
メタルの摺動面に供給される潤滑油量が低中回転数域に
比べて増やされることにより、この高回転数域で大量に
発生する摩擦熱が潤滑油によって十分にもち去られ、軸
受部が過熱されることを抑えられ、焼き付き等の発生を
防止する。

【００２６】請求項２記載の内燃機関の潤滑システムに
おいて、リリーフバルブはオイルポンプの吐出圧を低中
回転数域で高回転数域に対して段階的に減らすことによ
り、メインギャラリから軸受メタルの摺動面に供給され
る潤滑油量が低中回転数域で高回転数域に対して段階的
に減らされ、クランクシャフトを支承する軸受の温度を
適正に保つことができる。

【００２７】リリーフバルブを介してオイルポンプの吐
出圧が段階的に減らされる回転数域が拡げられることに
より、オイルポンプの駆動損失を低減して、機関の燃費
や出力を改善することができる。

【００２８】請求項３記載の内燃機関の潤滑システムに
おいて、オイルポンプの吐出圧に応動するリリーフバル
ブの弁体によって低中回転数域に第一出口が開かれるこ
とによりオイルポンプの吐出圧の上昇が抑えられ、メイ
ンギャラリからコンロッド軸受に供給される潤滑油量が
低中回転数域で高回転数域に対して段階的に減らされ
る。これにより、軸受メタルのオーバレイ層から潤滑油
への放熱が抑えられ、コンロッド軸受に介在する潤滑油
の温度がそれぞれ適正に保たれ、潤滑油の粘性を低くし
てフリクションの低減がはかられる。

【００２９】高回転数域ではリリーフバルブの弁体によ
って第二出口が開かれるまでの間にオイルポンプの吐出
圧が段階的に高められていることにより、この高回転数
域で大量に発生する摩擦熱が潤滑油によって十分にもち
去られ、コンロッド軸受が過熱されることを抑えられ、
焼き付き等の発生を防止する。

【００３０】請求項４記載の内燃機関の潤滑システムに
おいて、油量調節バルブはメインギャラリの通路開口面
積を低中回転数域で高回転数域に対して段階的に減らす
ことにより、メインギャラリからコンロッド軸受に供給
される潤滑油量が低中回転数域で高回転数域に対して段
階的に減らされ、クランクシャフトを支承する軸受の温
度を適正に保つことができる。

【００３１】また、低中回転数域において、油量調節バ
ルブを介してメインギャラリが絞られることにより、オ
イルポンプの容量を増大することなく低中回転数域に動
弁機構や各種油圧アクチュエータに導かれる吐出圧を高
めることができ、オイルポンプの小型化がはかられ、機
関の燃費や出力を改善することができる。

【００３２】請求項５記載の内燃機関の潤滑システムに
おいて、油量調節バルブはその弁体によって機関回転数
の上昇に伴って上昇するオイルポンプの吐出圧に応動し
て第一出口が開かれることにより、メインギャラリから
コンロッド軸受に供給される潤滑油量が低中回転数域で
高回転数域に対して段階的に減らされる。これにより、
軸受メタルのオーバレイ層から潤滑油への放熱が抑えら
れ、軸受メタルとクランクシャフトの間に介在する潤滑
油の温度がそれぞれ適正に保たれ、潤滑油の粘性を低く
してフリクションの低減がはかられる。

【００３３】高回転数域では油量調節バルブの弁体によ
って第二出口が開かれることによりメインギャラリから
軸受メタルの摺動面に供給される潤滑油量が段階的に増
やされることにより、この高回転数域で大量に発生する
摩擦熱が潤滑油によって十分にもち去られ、軸受部が過
熱されることを抑えられ、焼き付き等の発生を防止す
る。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００３５】図１に示すように、定容量型オイルポンプ
１は機関により駆動され、オイルパン２からストレーナ
３を介して吸い上げた潤滑油を吐出し、オイルポンプ１
から吐出される潤滑油はリリーフバルブ４、オイルフィ
ルタ５を経てメインギャラリ６とヘッドギャラリ７の２
系等に分流する。

【００３６】オイルポンプ１から吐出される潤滑油は、
ヘッドギャラリ７を通って図示しないカムシャフト等の
摺動部に供給される。

【００３７】オイルポンプ１から吐出される潤滑油は、
メインギャラリ６を通って図示しないクランクシャフト
を支承する各主軸受８に供給される。

【００３８】図３に示すように、クランクシャフト３０
は、機関本体の主軸受８に支承されるジャーナル部３３
と、コンロッド３１のコンロッド軸受３２に支承される
クランクピン３５を有する。

【００３９】この４気筒機関はクランクシャフト３０の
各ジャーナル部３３を支承する５つの主軸受８を備え
る。各主軸受８にはジャーナル部３３に摺接する軸受メ
タル２１が介装される。

【００４０】コンロッド３１のコンロッド軸受３２には
クランクピン３５に摺接する軸受メタル２２が介装され
る。

【００４１】クランクシャフト３０の内部には各ジャー
ナル部１２とクランクピン５を結ぶクランク内部通路２
９が形成される。オイルポンプ１から吐出される潤滑油
は、機関本体のメインギャラリ６から分岐する供給路３
６から各主軸受８に供給され、軸受メタル２１のグルー
ブ３７から各クランク内部通路２９を通って各クランク
ピン３５に供給され、軸受メタル２２のグルーブ３８か
らロッド内部通路３９を通って図示しない小端部の軸受
に供給され、さらに小端部の軸受からピストンに向けて
潤滑油を噴射するオイルジェット噴口に供給されるよう
になっている。

【００４２】図４に示すように、コンロッド軸受３２に
介装される軸受メタル２２は、半割り形をした円筒状の
裏金５６を主体として形成される。裏金５６は鋼材によ
り形成される。クランクピン３５は鋼材または鋳鉄材に
より形成される。

【００４３】図５において、５１は軸受メタル２２の裏
金５６の軸受面側に形成されるメタル層である。このメ
タル層５１は銅（Ｃｕ）と鉛（Ｐｂ）を主成分とするケ
ルメット合金により、３００μｍの厚さをもった層状に
形成される。なお、このメタル層５１の熱伝導率は１３
０Ｗ／ｍＫ程度に設定される。

【００４４】軸受メタル２２のクランクピン３５に摺接
する軸受表面には、メタル層５１より硬度の低いオーバ
レイ層５２が形成される。軸受メタル２２のクランクピ
ン３５に摺接する軸受表面に、メタル層５１に比べて柔
らかい材質でオーバレイ層５２が形成されることによ
り、クランクピン３５に対する初期なじみ性、異物の埋
収性が確保される。

【００４５】この実施例では、メタル層５１とオーバレ
イ層５２の間にニッケル（Ｎｉ）を主成分とする材質に
よって中間層５３が、１μｍ程度の厚さをもって層状に
形成される。なお、この中間層５３の熱伝導率は７０Ｗ
／ｍＫ程度である。

【００４６】オーバレイ層５２はクランクピン３５より
熱伝導率の高い材質として、アルミニウム（Ａｌ）と錫
（Ｚｎ）を主成分とする合金により形成される。鉄（Ｆ
ｅ）を主成分とするクランクピン３５の熱伝導率が５０
Ｗ／ｍＫ程度であるのに対して、オーバレイ層５２の熱
伝導率は１２０Ｗ／ｍＫ程度に設定される。

【００４７】このオーバレイ層５２は、上下の軸受メタ
ル２２の全周に渡って、２０ミクロン程度の厚さで層状
に形成される。

【００４８】なお、本実施例では、主軸受８に介装され
る軸受メタル２１の軸受表面にもアルミニウム−錫系の
オーバーレイ層が施される。

【００４９】クランクシャフト３０のジャーナル部３３
とクランクピン３５には、それぞれの摺動面にマイクロ
フィニッシュ仕上げ加工が施され、通常のラッピン仕上
げ加工に対してその表面粗度を小さくしている。

【００５０】リリーフバルブ４はオイルポンプ１の吐出
圧を機関回転数の上昇に伴って２段階に高めて、メイン
ギャラリ６から各主軸受８に供給される潤滑油量を機関
の低中回転数域で高回転数域に対して段階的に減らす潤
滑油量調節手段としての機能を果たす。

【００５１】図２に示すように、リリーフバルブ４は、
ハウジング１１の内部に弁体１２が摺動可能に収装され
るとともに、この弁体１２を閉弁方向に付勢するスプリ
ング１４が介装される。

【００５２】ハウジング１１はオイルポンプ１の吐出側
に連通する入口１３と、オイルポンプ１の吸込側に連通
する第一出口１５と第二出口１６を有する。

【００５３】円筒状をした弁体１２は、その外周に環状
溝１７が形成され、環状溝１７と入口１３を連通する複
数の通孔１８が形成される。

【００５４】オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₁以下
となる低回転数域では、第一出口１５と第二出口１６は
ともに弁体１２によって閉じられる。

【００５５】オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₁を越
えて上昇する低中回転数域では、図２に示すように、弁
体１２がスプリング１４に抗して移動したポジションに
保持され、第一出口１５のみが環状溝１７と係合して開
通する。

【００５６】オイルポンプ１の吐出圧がＰ₁より高い所
定値Ｐ₂を越えて上昇する高回転数域では、弁体１２は
スプリング１４に抗してさらに図２において右方向に移
動し、第一出口１５が開通するとともに、第二出口１６
が環状溝１７と係合して開通する。

【００５７】このリリーフバルブ４の作動によって、オ
イルポンプ１の吐出圧は、機関回転数の上昇に伴って図
６に点ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆを結ぶ線分で示すように、２
段階で上昇する。

【００５８】点ａ，ｃ，ｆを結ぶ線分で示す従来装置の
吐出圧特性に比べて、本発明による装置は、リリーフバ
ルブ４の第一出口１５が開通することにより、オイルポ
ンプ１の吐出圧を点ａ，ｂ，ｄを結ぶ線分で示すように
低中回転数域で低く抑えられる。

【００５９】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００６０】オーバレイ層が熱伝導率の低いケルメット
合金で形成された従来の軸受メタルに支承されるクラン
クピン３５に付与される摩擦損失は、軸表面の温度が上
昇するのに伴って、１００°Ｃ程度に達するまでは減少
するが、１００°Ｃ程度を越えてからは逆に増大する特
性がある。

【００６１】この摩擦損失が潤滑油温度に応じて変化す
る現象は、一般に、潤滑油温度が上昇して１００°Ｃ程
度に達するまでは、潤滑油の粘度が低下して摩擦損失が
減少する一方、潤滑油温度が１００°Ｃ程度を越えてか
らは、潤滑油の粘度がさらに低下して油膜の厚さが減少
し、潤滑状態が流体潤滑から固体表面どうしの接触と液
膜せん断（流体潤滑）が共存する混合潤滑に移行するも
のと考えられていた（参考資料…機械学会論文 講演前
刷り ７１期１９９３年 ３３２〜３３４貢）。

【００６２】しかし、本出願人は、潤滑油の温度が１０
０°Ｃ程度を越えて上昇するような高温高荷重潤滑条件
になると、最も薄い油膜厚さは１〜２ミクロン程度とな
り、圧力の上昇により潤滑油の粘度が高くなり、油膜の
薄い部分は液膜のせん断率が高くなって、摩擦損失が急
増するものと考えている。

【００６３】荷重の大きい条件では油温が上昇するのに
伴って摩擦損失が大きくなる。この理由は、高温の場
合、最小油膜厚さが小さくなるために、油膜圧力は大と
なり、圧力による粘度上昇を考慮すると、最小油膜部の
潤滑油粘度は高温条件の方が逆に高くなり、油膜厚さが
薄いためにせん断率が高いこともあって、軸受全体とし
ては摩擦損失が増大する傾向がある。

【００６４】そこで、こうした高温高荷重潤滑条件にお
いて摩擦損失を低減するために、瞬時的な荷重下で昇
温、昇圧して粘度が高くなる油膜の薄い部分（以下、最
小油膜部５４と呼ぶ）から熱を速やかに逃がし、潤滑油
の昇温を抑制する必要がある。

【００６５】供給路３３に送られた潤滑油は、主軸受１
３のグルーブ３０に導かれ、主軸受１３を潤滑するとと
もに、そのグルーブ３０に連通したクランク内部通路２
９を通って、軸受メタル２２のグルーブ３８からコンロ
ッド軸受３２とクランクピン３５間の軸受隙間５５に送
られ、主軸受１３ならびにコンロッドベアリング２の潤
滑が行われる。

【００６６】軸受隙間５５に供給される潤滑油によって
クランクピン３５の冷却が行われる。コンロッド軸受３
２の軸受メタル２２は、それぞれのオーバレイ層５２に
クランクピン３５より熱伝導率の高いアルミニウム合金
で形成されているため、オーバレイ層が熱伝導率の低い
ケルメット合金で形成された従来の軸受メタルに比べ
て、潤滑油膜のオーバレイ層への放熱性を高められる。

【００６７】また、図４に示すように、クランクピン３
５は最小油膜部５４に対して常にその内側領域３５ａが
対峙する。一方、軸受メタル２２が最小油膜部５４に対
峙する部位はクランクピン３５の回転に伴って、刻々略
全周に渡って移動する。

【００６８】最小油膜部５４は軸受側からみれば、瞬時
的に発生し、位置が刻々と変化する現象であり、軸と軸
受の相対回転に起因する油膜せん断により、摩擦トルク
が発生するが、最小油膜部５４で発生した熱はクランク
ピン３５より熱伝導率の高いオーバレイ層５２に速やか
に流入し、最小油膜部５４に対峙する部位はクランクピ
ン３５の回転に伴って図１に矢印で示すように周方向に
移動して最小油膜部５４から外れることにより、軸受メ
タル２２に吸収された熱が再び軸受隙間５５に介在する
潤滑油に流入する。この結果、オーバレイ層に熱伝導率
の低い鉛合金で形成された軸受メタルに比べて、（最
小）潤滑油膜からの放熱性が高められる。

【００６９】オーバレイ層５２の厚さは２０μｍ程度で
あるのに対して、最小油膜部５４の厚さが数μｍ程度で
あり、両者の熱容量に大差がある。さらに、最小油膜部
５４は移動する瞬時現象であり、オーバレイ層５２に流
入する熱量が増大しても、温度が急上昇して、熱的に飽
和することがなく、潤滑油の温度に与える影響は大き
い。

【００７０】従来のオーバレイ層を鉛合金で形成した軸
受メタルにあっては、オーバレイ層の熱伝導率が３０Ｗ
／ｍＫ程度であり、鉄を主成分とするクランクピンの熱
伝導率が５０Ｗ／ｍＫであるのに比べて大幅に低いた
め、最小油膜部で発生する摩擦熱の大半はクランクピン
に流入し、クランクピンの内側領域の局所的な温度上昇
を招いて、油膜の温度を上昇させて、最小油膜部５４で
発生する摩擦熱が増大するという悪循環に陥る。

【００７１】図７は、鉛合金製オーバレイ層を有する従
来の軸受メタルと、アルミニウム合金製オーバレイ層を
有する本発明の軸受メタルについて、実際の機関におい
てモータリングによりクランクシャフト３０を回転させ
てクランクピン３５の温度を測定した結果を示してい
る。鉛合金製オーバレイ層を有する従来の軸受メタルに
比べて、アルミニウム合金製オーバレイ層を有する本発
明の軸受メタルの方が、温度上昇が小さいことがわか
る。

【００７２】図８は、鉛合金製オーバレイ層を有する軸
受メタルと、アルミニウム合金製オーバレイ層を有する
軸受メタルのそれぞれについて、ラッピング仕上げ加工
が施された軸と、マイクロフィニッシュ仕上げ加工が施
された軸の表面温度に応じて摩擦損失を測定した結果を
示している。このデータから、ラッピング仕上げ加工が
施されたクランクピンよりも、マイクロフィニッシュ仕
上げ加工が施されたクランクピンの方が軸受メタルの材
質変更による摩擦損失の降下が大きいことがわかる。

【００７３】これらのことから、流体潤滑性能を拡大で
きるマイクロフィニッシュ仕上げ加工が施されたクラン
クピン３５に、クランクピン３５より熱伝導率の高いア
ルミニウム合金製オーバレイ層５２を形成した軸受メタ
ル２２で支承する構造が、ケルメットメタル本来の特徴
である高耐荷重性、耐熱性等のメリットを発揮すること
がわかる。軸受メタル２２のオーバレイ層５２をクラン
クピン３５に比べて熱伝導率の高い材質で形成すること
により、高温となりやすい最小油膜部５４で発生した熱
は一旦オーバレイ層５２に流入することが促され、クラ
ンクピン３５の温度上昇が抑えられ、最小油膜部５４で
発生する摩擦熱を減少させて、さらにクランクピン３５
の温度を下げる良い循環になると考えられる。

【００７４】なお、オーバレイ層５２の材質は、アルミ
ニウム−錫系のアルミニウム合金に限らず、クランクピ
ン３５の材質とする鉄に比べて熱伝導率の高い材質とし
て、アルミニウム−錫−鉛系等のアルミニウム合金とし
たり、あるいはニッケル系、銅系の金属とすることも考
えられる。また、製作コストアップを考慮しなければ、
アルミニウム合金より熱伝導率の高い銀（Ａｇ）とする
ことも考えられる。

【００７５】低中回転数域では、オイルポンプ１の吐出
圧を図６に点ａ，ｂ，ｄを結ぶ線分で示すように低く抑
えられることにより、この低中回転数域で発生する摩擦
熱が小さい主軸受８とコンロッド軸受３２には少量の潤
滑油が供給され、各軸受メタル２１，２２のアルミ合金
製オーバレイ層５２から潤滑油への放熱が抑えられ、主
軸受８とコンロッド軸受３２に介在する潤滑油の温度が
それぞれ適正に保たれ、潤滑油の粘性を低くしてフリク
ションの低減がはかられる。

【００７６】また、各軸受メタル２１，２２に熱伝導率
の小さいケルメット合金層を形成した場合、オイルポン
プ１の吐出圧を図６に破線で示すように高めることによ
り、主軸受８とコンロッド軸受３２に介在する潤滑油の
温度がそれぞれ適正に保たれ、潤滑油の粘性を低くして
フリクションの低減がはかられる。

【００７７】高回転数域では、オイルポンプ１の吐出圧
が図６に点ｄ，ｅ，ｆを結ぶ線分で示すように高められ
ることにより、この高回転数域で発生する摩擦熱が大き
い主軸受８とコンロッド軸受３２に供給される大量の潤
滑油によってもち去られ、軸受部が過熱されることを抑
えられ、焼き付き等の発生を防止する。

【００７８】次に、図９に示す他の実施例について説明
する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用いて
説明する。

【００７９】この実施例においても、主軸受８に介装さ
れる軸受メタル２１と、コンロッド軸受３２に介装され
る軸受メタル２２は、それぞれの摺動面に裏金より熱伝
導率の高いアルミニウム合金からなるオーバレイ層が形
成される。各軸受メタル２１，２２に施される面処理
は、鋼板製裏金の表面にアルミニウム−錫系、アルミニ
ウム−錫系−鉛系等のアルミニウム合金からなるオーバ
レイ層が形成され、さらに必要に応じて鉛系や錫系の低
融点合金が被服されるオーバーレイ処理が施される。

【００８０】定容量型オイルポンプ１は機関により駆動
され、オイルパン２からストレーナ３を介して吸い上げ
た潤滑油を吐出し、オイルポンプ１から吐出される潤滑
油はリリーフバルブ４０、オイルフィルタ５を経てメイ
ンギャラリ６とヘッドギャラリ７および可変動弁機構の
油圧アクチュエータ２３の３系等に分流する。

【００８１】図１１に示すように、リリーフバルブ４０
は、ハウジング４１の内部に弁体４２が摺動可能に収装
されるとともに、この弁体４２を閉弁方向に付勢するス
プリング４４が介装される。

【００８２】ハウジング４１はオイルポンプ１の吐出側
に連通する入口４３と、オイルポンプ１の吸込側に連通
する出口４５を有する。

【００８３】オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₃以下
となる低中回転数域では、出口４５が弁体４２によって
閉じられる。オイルポンプ１の吐出圧が所定値Ｐ₃を越
えて上昇する高回転数域では、弁体４２が図示するよう
にスプリング４４に抗して移動したポジションに保持さ
れ、出口４５が開通し、オイルポンプ１の吐出圧がそれ
以上に大きく上昇することが抑えられる。

【００８４】このリリーフバルブ４０の作動によって、
オイルポンプ１の吐出圧は、機関回転数の上昇に伴って
図１１に点Ａ，Ｄ，Ｅを結ぶ線分で示すように、１段階
で上昇する。

【００８５】オイルポンプの吐出側とメインギャラリの
間には固定絞り（オリフィス）２６と、油量調節バルブ
２７が並列に設置される。油量調節バルブ２７は、メイ
ンギャラリ６から各主軸受８に供給される潤滑油量を機
関の低中回転数域で高回転数域に対して段階的に減らす
潤滑油量調節手段としての機能を果たす。

【００８６】油量調節バルブ２７は、図２に示すリリー
フバルブ４と同一構造をしており、ハウジング１１の入
口１３はオイルポンプ１の吐出側に連通され、第一出口
１５と第二出口１６はそれぞれメインギャラリ６に連通
される。

【００８７】この油量調節バルブ２７とリリーフバルブ
４０の作動によって、メインギャラリ６に導かれる油圧
は、機関回転数の上昇に伴って図１１に点Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅを結ぶ線分で示すように、３段階で上昇する。

【００８８】点Ａ，Ｄ，Ｅを結ぶ線分で示す従来装置の
吐出圧特性に比べて、本発明による装置は、固定絞り２
６または油量調節バルブ２７の第一出口１５が開通する
ことにより、メインギャラリ６に導かれる油圧を点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを結ぶ線分で示すように低中回転数域で低く
抑えられる。

【００８９】この低中回転数域で発生する摩擦熱が小さ
い主軸受８とコンロッド軸受３２には少量の潤滑油が供
給され、各軸受メタル２１，２２のアルミ合金製オーバ
レイ層から潤滑油への放熱が抑えられ、主軸受８とコン
ロッド軸受３２に介在する潤滑油の温度がそれぞれ適正
に保たれ、潤滑油の粘性を低くしてフリクションの低減
がはかられる。

【００９０】また、各軸受メタル２１，２２に熱伝導率
の小さいケルメット合金層を形成した場合、オイルポン
プ１の吐出圧を図１１に破線で示すように高めることに
より、主軸受８とコンロッド軸受３２に介在する潤滑油
の温度がそれぞれ適正に保たれ、潤滑油の粘性を低くし
てフリクションの低減がはかられる。

【００９１】このようにして、メインギャラリ６に導か
れる油圧が低中回転数域で低く抑えられることにより、
逆にヘッドギャラリ７および油圧アクチュエータ２３に
導かれる油圧は機関回転数の上昇に伴って図１１に点
Ａ，Ｇ，Ｃ，Ｄ，Ｅを結ぶ線分で示すように低中回転数
域で高められる。この結果、油圧アクチュエータ２３の
作動に必要な最低油圧を確保するために、オイルポンプ
１の容量を大きくする必要がなく、オイルポンプ１の駆
動損失を小さく抑えられる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の内燃
機関の潤滑システムは、ピストンの往復動をクランクシ
ャフトの回転運動に変換するコンロッドを備え、コンロ
ッドにクランクシャフトのクランクピンを回転可能に支
承するコンロッド軸受を備え、コンロッド軸受の軸受表
面にクランクピンより熱伝導率の高いオーバレイ層を全
周に渡って形成し、クランクシャフト内部に、オイルポ
ンプから吐出する潤滑油をコンロッド軸受とクランクピ
ンの間に供給するクランク内部通路を形成し、オイルポ
ンプから吐出する潤滑油をクランク内部通路に導くメイ
ンギャラリを備え、メインギャラリから軸受メタルの摺
動面に供給される潤滑油量を低中回転数域で高回転数域
に対して段階的に減らす潤滑油量調節手段を備えたた
め、低中回転数域で軸受メタルのオーバレイ層から潤滑
油への放熱が抑えられ、潤滑油の粘性を低くしてフリク
ションの低減がはかられる一方、高回転数域では、メイ
ンギャラリから軸受メタルの摺動面に供給される潤滑油
量が増やされることにより、この高回転数域で大量に発
生する摩擦熱が熱伝導率の高いオーバレイ層を介して潤
滑油によって速やかにもち去られ、軸受部が過熱される
ことを抑えられ、焼き付き等の発生を防止することがで
きる。

【００９３】請求項２記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項１記載の発明において、機関に駆動されるオ
イルポンプを備え、潤滑油量調節手段として、オイルポ
ンプの吐出圧を低中回転数域で高回転数域に対して段階
的に減らすリリーフバルブを備えたため、クランクシャ
フトを支承する軸受の温度を適正に保つことができると
ともに、オイルポンプの吐出圧が小さく調節される回転
数域が拡げられることにより、オイルポンプの駆動損失
を低減して、機関の燃費や出力を改善することができ
る。

【００９４】請求項３記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項２記載の発明において、リリーフバルブは、
オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
する弁体を備え、低中回転数域に弁体によって開かれる
第一出口を備え、高回転数域に弁体によって開かれる第
二出口を備え、第一出口と第二出口のそれぞれによって
オイルポンプの吐出側と吸込側を連通したため、機関回
転数の上昇に伴ってオイルポンプの吐出圧に応動するリ
リーフバルブの弁体によって第一出口と第二出口が順に
開かれることにより、軸受メタルの摺動面に供給される
潤滑油量が低中回転数域で高回転数域に対して段階的に
減らされ、クランクシャフトを支承する軸受の温度を適
正に保つことができる。

【００９５】請求項４記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項１記載の発明において、機関に駆動されるオ
イルポンプを備え、潤滑油量調節手段として、オイルポ
ンプの吐出側とメインギャラリを連通する固定絞りを備
え、オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通する
通路開口面積を低中回転数域で高回転数域に対して段階
的に減らす油量調節バルブを備えたため、コンロッド軸
受の温度を適正に保つことができるとともに、オイルポ
ンプの容量を増大することなく低中回転数域に動弁機構
や各種油圧アクチュエータに導かれる吐出圧を高めるこ
とができ、オイルポンプの小型化がはかられ、機関の燃
費や出力を改善することができる。

【００９６】請求項５記載の内燃機関の潤滑システム
は、請求項４記載の発明において、油量調節バルブは、
オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
する弁体を備え、低中回転数域に弁体によって開かれる
第一出口を備え、高回転数域に弁体によって開かれる第
二出口を備え、第一出口と第二出口のそれぞれによって
オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通したた
め、機関回転数の上昇に伴ってオイルポンプの吐出圧に
応動する油量調節バルブの弁体によって第一出口と第二
出口が順に開かれることにより、コンロッド軸受の摺動
面に供給される潤滑油量が低中回転数域で高回転数域に
対して段階的に減らされ、コンロッド軸受の温度を適正
に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す潤滑油経路図。

【図２】同じくリリーフバルブの断面図。

【図３】同じくクランクシャフト等の断面図。

【図４】同じくコンロッド軸受構造の断面図。

【図５】同じく軸受メタルの断面図。

【図６】同じくオイルポンプの吐出油圧と機関回転数の
関係を示す特性図。

【図７】マイクロフィニッシュ加工を施した軸を支承す
る軸受メタルの材質とクランクピン温度の関係を示す特
性図。

【図８】ラッピング加工を施した軸を支承する軸受メタ
ルの材質とクランクピン温度の関係を示す特性図。

【図９】他の実施例を示す潤滑油経路図。

【図１０】同じく油量調節バルブの断面図。

【図１１】同じく機関各部に導かれる油圧と機関回転数
の関係を示す特性図。

【図１２】従来例を示す潤滑油経路図。

【符号の説明】

１ オイルポンプ ２ オイルパン ４ リリーフバルブ ６ メインギャラリ ７ ヘッドギャラリ ８ 主軸受 １１ ハウジング １２ 弁体 １３ 入口 １４ スプリング １５ 第一出口 １６ 第二出口 ２１ 軸受メタル ２２ 軸受メタル ２６ 固定絞り ２７ 油量調節バルブ ３０ クランクシャフト ３１ コンロッド ３２ コンロッド軸受 ３３ ジャーナル部 ３５ クランクピン ４０ リリーフバルブ ５１ メタル層 ５２ オーバレイ層 ５３ 中間層 ５４ 最小油膜部 ５５ 軸受隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｃ 9/04 33/12 Ａ 7123−3Ｊ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの往復動をクランクシャフトの回
   転運動に変換するコンロッドを備え、 コンロッドにクランクシャフトのクランクピンを回転可
   能に支承するコンロッド軸受を備え、 コンロッド軸受の軸受表面にクランクピンより熱伝導率
   の高いオーバレイ層を全周に渡って形成し、 クランクシャフト内部に、オイルポンプから吐出する潤
   滑油をコンロッド軸受とクランクピンの間に供給するク
   ランク内部通路を形成し、 オイルポンプから吐出する潤滑油をクランク内部通路に
   導くメインギャラリを備え、 メインギャラリから軸受メタルの摺動面に供給される潤
   滑油量を低中回転数域で高回転数域に対して段階的に減
   らす潤滑油量調節手段を備えたことを特徴とする内燃機
   関の潤滑システム。
2. 【請求項２】機関に駆動されるオイルポンプを備え、 潤滑油量調節手段として、 オイルポンプの吐出圧を低中回転数域で高回転数域に対
   して段階的に減らすリリーフバルブを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の潤滑システム。
3. 【請求項３】リリーフバルブは、 オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
   する弁体を備え、 低中回転数域に弁体によって開かれる第一出口を備え、 高回転数域に弁体によって開かれる第二出口を備え、 第一出口と第二出口のそれぞれによってオイルポンプの
   吐出側と吸込側を連通したことを特徴とする請求項２記
   載の内燃機関の潤滑システム。
4. 【請求項４】機関に駆動されるオイルポンプを備え、 潤滑油量調節手段として、 オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通する固定
   絞りを備え、 オイルポンプの吐出側とメインギャラリを連通する通路
   開口面積を低中回転数域で高回転数域に対して段階的に
   減らす油量調節バルブを備えたことを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関の潤滑システム。
5. 【請求項５】油量調節バルブは、 オイルポンプの吐出圧に応じてスプリングに抗して変位
   する弁体を備え、 低中回転数域に弁体によって開かれる第一出口を備え、 高回転数域に弁体によって開かれる第二出口を備え、 第一出口と第二出口のそれぞれによってオイルポンプの
   吐出側とメインギャラリを連通したことを特徴とする請
   求項４記載の内燃機関の潤滑システム。