JPS63270912A - エンジンのクランクシヤフト軸受構造 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はＡｌ合金製シリンダブロックに鋳鉄製のクラン
クシャフトが支承されたクランクシャフト軸受構造の改
良に関する。

（従来の技術及びその問題点） エンジンのクランクシャフト軸受構造としては、クラン
クシャフトをシリンダブロックと軸受部材としてのベア
リングキャップとで軸支するのが一般的である。

ところで、近年では、燃費改善の観点から、自動車の軽
量化に対する要求は益々厳しくなっており、中でも重量
構成上高い比率を占めるシリンダブロックを鋳鉄からＡ
ｌ合金等の軽量材料へ転換する傾向にある。

この場合、従来ではＡ４１合金製シリンダブロックに、
鋼製あるいは鋳鉄製のクランクシャフトをＡｌ１合金製
あるいは通常の鋳鉄製のベアリングキャップにより軸支
する構造のものが一般的である。

しかしながら、Ａ文合金は従来の鋳鉄に比べて熱膨張が
大きい為、従来の鋼製あるいは鋳鉄製のクランクシャフ
トを組付けた場合には、温間時にメタルクリアランスが
過大となり、振動騒音が著しく悪化する。このようなも
のにおいて、Ａｌ合金製ベアリングキャップを用いれば
増々クランクシャフトとのメタルクリアランスを増大す
ることになり、より一層の振動騒音を招くことになり、
しかもベアリングキャップに強度的な問題が生じる。

また鋳鉄製のベアリングキャップを用いれば、ベアリン
グキャップによってシリンダブロックの膨張を抑制でき
るが、クランクシャフトとシリンダブロックの熱膨張差
が大きくメタルクリアランスを適正に保持するには不十
分であった。

（発明の目的） 本発明は、上記の如き事情に鑑み、シリンダブロックに
使用するＡｌ合金と熱膨張量が小さくしかも十分な強度
を有する材料を用いてクランクシャフト及び軸受部材を
形成することにより、メタル焼付さ防止及びメタルクリ
アランスの適正保持による低騒音化を図ったエンジンの
クランクシャフト軸受構造の提供をその目的とする。

（発明の構成） この為、本発明に係るエンジンのクランクシャフト軸受
構造は、基地がベーナイトと残留オーステナイトとの混
在組織からなる球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトを、同
じく基地がベーナイトと残留オーステナイトとの混在組
織からなる鋳鉄製軸受部材とＡｌ合金製シリンダブロッ
クとで軸支する構成とした。

更に詳述すると、次のような材料によりクランクシャフ
ト、軸受部材（ベアリングキャップ）及びシリンダブロ
ックを製造するものである。

クランクシャフト 即ち、クランクシャフトは、第１表に示す成分から成り
、基地の残留オーステナイト量が２５〜５０容量％好ま
しくは３０〜５０容量％となるようにオーステンパー処
理された球状黒鉛鋳鉄から製造する。ここに、残留オー
ステナイト址は、鋳鉄の熱膨張係数、疲労強度および硬
度に影響を与えるものである。この歿留是が２５容量％
未満では熱膨張量が小さく、Ａｌ合金製の軸受と組合せ
た場合に、そのメタルクリアランスを適正な範囲内に維
持することが困難である。

又、この残留琶が５０容量％を超えると、疲労強度及び
硬度が低下し、クランクシャフトとして用いるのには不
適当になる。尚、残留オーステナイト量が２５〜５０容
量％のものは約１６Ｘ　１０”／℃〜１９Ｘ１Ｇ”／”
Ｏの熱膨ｊ］２率を示す。

又、ＰＩ鉄の組成は上述したように第１表に示しである
が、このうち、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉは必要に応じて添加さ
れるものである。第１表に示すように、Ｃは２．６〜４
．０　ｍ−Ｎ％の範囲が好適であり、２．６重量％未満
では鋳造性が悪化し健全な製品の製造が困難となり、４
．０重置％を越えると、ドロスが発生し易く１強度耐摩
耗性が低下するので好ましくない、Ｓｉは１．５〜３．
５重量％の範囲が好適であり、これ以外の範囲では鋳造
性が悪化するので好ましくない０Ｍｎは０．１−１．０
重量％の範囲が好適であり、０．１重量％未満では焼入
性を減じ、パーライトの析出によって熱膨張量が小さく
なるので不適当であり、１．０重量％を越えると炭化物
が晶出し易くなり、疲労強度特性を悪化させるので好ま
しくない６Ｍｇは、黒鉛を球状化させるために、０、０
０５〜０．’０８重縫第０範囲が好適である。又、必要
に応じて添加されるＭｏは、焼入性を増し、疲労強度を
自重させ、クランクシャフト全体を均一なオーステナイ
ト／ベーナイトの組織となす効果を有し、適正な熱膨張
を得る為に好適である。このＭｏの添加量は、０．０３
〜０．４０重量％が好適であり、０．０３重量％未満で
は上記の効果が得られず、０．４０重量％を越えると、
粒界に炭化物として偏析し、疲労強度が低下するので好
ましくない、同じく必要に応じて添加するＣｕは、焼入
性を向上させ、さらに残留オーステナイトの生成を促進
させるに効果がある。添加ｆは０．６０〜１．５０重量
％が好適であり、０．６次級％未満では上記の効果なく
、熱膨張率が減少してしまい、１．５重量％を越えると
、球状化を阻害し機械的性質を損なうので好ましくない
。

同じく必要に応じて添加するＮｉは、上記のＣｕと同様
の効果を有し、製造されるクランクシャフトの肉厚に応
じて添加するのが好適であるが、　２．Ｏｉｌ量％を越
えると上記の効果の増進は期待できずコスト高になるの
で、２．０重ｕ％以丁が好ましく、更には０．２７〜２
．０重量％が好ましい。

次に、上記組成の鋳鉄をオーステンパー処理して基地の
残留オーステナイト量を２５〜５０容量％とするための
処理条件としては１次のようなものが好ましい、即ち、
オーステナイト化温度及びその時間は、夫々８００〜９
５０℃及び４時間以内が好ましく、それに続く恒温保持
温度及び時間は夫々３５０〜４２０℃及び１５分以上３
時ｌｌｌ１以下が好ましい、詳述するに、上記オーステ
ナイト化温度は高いほど熱膨張量が大となるが、９５０
℃を越えると、結晶粒が粗大化し疲労強度を低下させる
ので好ましくない、又８００℃未満では均一なオーステ
ナイト化が達成できないので不適当である。又、オース
テナイト化時間は４時間を越えると結晶粒が粗大化する
ので好ましくない、上記恒温保持温度は、３５０℃未満
では残留オーステナイト量が減り熱膨張量が減少してし
まい、４２０℃を越えるとトルースタイトの析出により
熱膨張量がやはり減少するので好ましくない、又、恒温
保持時間は、１５分未満では常温で残音オーステナイト
がマルテンサイトに変態し、熱膨張量を減少するととも
に疲労強度が低下してしまい、３時間を越えると残留オ
ーステナイトの分解が始まり熱膨張量がやはり（注）単
位は容量％である。

軌２孤紅工二ヱ見乙グ土ヱヱプ１ 軸受部材としては、同じく基地が残留オーステナイｌｆ
＋ｃが２５〜５０容量％好ましイは３０〜５０容量％と
なるようにオーステンパー処理された球状黒鉛鋳鉄１片
状黒鉛鋳鉄又はバーミキュラ黒鉛鋳鉄で製造する。これ
により、クランクシャフトと同じ熱膨張率（１６〜１９
Ｘ　１０−１／”Ｏ）のものが得られる。

球状黒鉛鋳鉄の組成は前述のクランクシャフトと同じで
第１表に示す。

片状黒鉛鋳鉄、バーミキュラ黒鉛鋳鉄の各組成は第２，
３表に示しである。

このうち、Ｃ，ＳＬ、Ｍｎは通常の片状黒鉛鋳鉄、バー
ミキュラ黒鉛鋳鉄の組成範囲であり、Ｐ、Ｓは溶解原材
料から不可避的に混入する酸の範囲であり１片状黒鉛鋳
鉄のＣｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉは焼入れ性、耐庁耗性を改
善する目的で必要に応じて１種又は複数添加する。

又、バーミキュラ黒鉛鋳鉄のＣｕ、Ｍｏ、Ｎｉも焼入性
を改善する目的で必要に応じて１種又は複数添加するも
のである。

又、上記組成の鋳鉄をオーステンパー処理して基地の残
留オーステナイト量を２５〜５０容量％とする為の処理
条件は、クランクシャフトの場合と同様である。

（第　２　（転） （注）単位は容量％である。

（第　３　表） （注）単位は容量％である。

シリンダブロック シリンダブロックを製造するために用いるＡＩ合金は、
実用温度範囲において、上記のように製造されたクラン
クシャフトとの間に好適なメタルクリアランスを維持で
きるように、その熱膨張率を１７〜２５Ｘ　１０”／”
Ｃの範囲にするのが好ましい、これよりも小さな熱膨ｇ
、率では、メタルの焼付きがひどくなり、これよりも大
きな範囲では、振動及び騒音が激しくなるので好ましく
ない。

尚、人文合金の熱膨張率及び耐摩耗性はＳｉの含有量を
変化させることにより、変えることが可能である。しか
るに、Ｓ＋の含有量が増加すると鋳造性が悪化する傾向
があるので、実用上としては、例えばＳｉを１８〜２０
重量％含むＡｌ合金を用いることが出来る。

被乏４２次 次に、上記のように製造されるクランクシャフトとシリ
ンダブロックとの間には軸受メタルが介在するが、この
軸受メタルのメタルクリアランスに及ぼす影響について
説明する。この軸受メタルは、通常厚さが例えば２ｍｓ
＋というように薄く、高い爆発荷重でシリンダブロック
側に押しつけられるので、この軸受メタルの熱膨張はほ
とんど問題にならない、しかし：より信頼性を高める為
には、シリンダブロックト同一か、又はクランクシャフ
トと、シリンダブロックの中間の熱膨張率を有する材料
で軸受メタルを製造することが好ましい、即ち、裏金と
して（＋ＣＪ強度強度ルアルミ合金−ステナイト系ステ
ンレス鋼など用いることが可能である。更に、メタル材
料を直接溶射などの手段を用いてシリンダブロックの軸
受内周壁面に接着することも可能である。

以上のようなりランクシャフト、軸受部材及び１１合金
製シリンダブロックを組合せる構成とすると、王者の熟
膨張問が小さくメタル焼付けを防止できると共にメタル
クリアランスを適正に保持することができ、振動騒音を
大巾に抑制できる。又、軸受部材の高剛性化によっても
シリンダブロックの振動抑制効果が得られるようになる
。

（発明の実施例） 以下に示す条件に従って、第４表に示す球状黒鉛鋳鉄製
のクランクシャフトＡと、球状黒鉛鋳鉄製及び片状黒鉛
鋳鉄製のベアリングキャップＢ、Ｃとを製造した。尚１
球状黒鉛鋳鉄材に関してはオーステンパー処理後の加工
性、疲労強度の目的で黒鉛粒数を３００以上に調整した
。

鋳造後、まず歪み取り焼鈍を行った。これは７３０℃で
３．５時間保持し５００℃まで炉冷した後、大気放冷と
した。

その後、シ璽ットプラストを施し１機械加工した後オー
ステンパー処理を行なった。

オーステンパー処理は無酸化雰囲気、カーボンポテンシ
ャル０．９％で８９０℃、１．５時間保持した後、急冷
し塩浴炉で３９５℃、２時間保持し、その後湯洗した。

オーステンパー処理後の性質を第５表に示す。

次にクランクシャフトに関しては下記の条件でロール加
工後、研削リラッピング処理をピン及びジャーナル部に
施した。

ホルダー荷重　　：　５００ｋｇ ロール回数　　　：２５回 ワーク回転数　　：　９０ｔｐｍ ロール先端アール：Ｒ１，３ ０−ル径　　　　：ｌＯ關 又、ベアリングキャップはＡ見合金シリンダブロックと
共加工により仕上げを行った。

一方、Ａｌ合金製シリンダブロックは３１を１０％含む
ＪＩＳ　ＡＤＯ１０（熱膨張２１Ｘ　１０−４．／’Ｏ
）から製造した。

（！ｓ４支 （Ｍ５ｔＥ） 第１図にこれらクランクシャフト、ベアリングキャップ
及びシリンダブロックからなる軸受構造の一例を示す。

図中、ｌはシリンダプロ＋ｌり、２はクランクシャフト
、３はベアリングキャップ、４は軸受メタル、５はボル
トである。

第２図は５０φの丸棒により本発明のクランクシャフト
材、ベアリングギャップ材と従来のものとのＡｌ合金製
シリンダブロック材に対する熱膨張差を比較したグラフ
を示し、第３図はエンジンから１．５　ｍｊｌｌれた位
置で測定した本発明と従来の軸受構造による騒音レベル
を比較したグラフを示す。

これらから明らかなように、熱０ａｌＩＴ！差の縮少に
伴ってメタルクリアランスを適正に保つことが出来、従
来よりも振動騒音が大巾に抑制出来るようになる。

尚、本発明の軸受構造は第１図に示すものに限らず、第
４図に示す構造としてもよいことは言うまでもない。

又、本発明の組合せによる軸受構造を用いるに際しては
、コンロッドはスチールでもよいが、シリンダブロック
と同等の、Ｉり膨張率を有するアルミコンロッド或いは
熱膨張差の少ないオーステンパー処理した球状黒鉛鋳鉄
製のコンロッドを用いるとクランクビンと略同等の膨張
量となるので、燃焼室内の圧縮比の変動が抑制出来エン
ジン出力の変動を防止出来る等の効果が得られる。

（発明の効果） 上記の如き、本発明に係るエンジンのクランクシャフト
軸受構造によれば、シリンダブロック、クランクシャフ
ト及び軸受部材の互いの熱膨張差を小さく出来るので、
メタルクリアランスの変化を抑制でき、焼付けを防止で
きると共に騒音を抑制出来る。又、軸受部材の高剛性化
により軸受部の強度を向上出来る。従って、実用上の障
害を伴うことなくＡｌ合金製のシリンダブロックと鋳鉄
製のクランクシャフトとを組合せることが出来るように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すａ成因、第２図は本発
明と従来の各部材の熱膨張量を示す図、第３ＦＡは本発
明構造と従来構造を適用したエンジンの騒音比較を示す
図、第４図は本発明の別の実施例を示す構成図である。 ｌ・・・シリンダブロック ２・・・クランクシャフト ３・・・ベアリングキャップ ４・・・軸受メタル ５・・・ボルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基地がベーナイトと残留オーステナイトとの混在
   組織からなる球状黒鉛鋳鉄製クランクシャフトを、同じ
   く基地がベーナイトと残留オーステナイトとの混在組織
   からなる鋳鉄製軸受部材とＡｌ合金製シリンダブロック
   とで軸支する構成としたことを特徴とするエンジンのク
   ランクシャフト軸受構造。
2. （２）クランクシャフトの残留オーステナイト量が２５
   〜５０容量％である特許請求の範囲第（１）項記載のエ
   ンジンのクランクシャフト軸受構造。
3. （３）軸受部材の残留オーステナイト量が２５〜５０容
   量％である特許請求の範囲第（１）項記載のエンジンの
   クランクシャフト軸受構造。