KR101205309B1

KR101205309B1 - 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링 및 베어링장치

Info

Publication number: KR101205309B1
Application number: KR1020100088241A
Authority: KR
Inventors: 오사무 이시고; 아츠시 오카도
Original assignee: 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-11-27
Also published as: JP4865019B2; KR20110027615A; US8408799B2; DE102010036284A1; JP2011058567A; US20110058762A1

Abstract

커넥팅로드베어링은 한 쌍의 반원통형베어링 I 및 II로 구성된다. 반원통형베어링은 원주단면의 두 접촉면 C를 따라 원통형으로 조립되는 상태에서, 제1축방향오일홈 E가 베어링폭방향으로 중심부에 위치하도록 형성되고, 제2축방향오일홈 F는 각각의 제1축방향오일홈 E의 베어링폭방향으로 양 측에 위치하도록 형성된다. 하나의 제1축방향오일홈 E와 2개의 제2축방향오일홈 F가 서로 연통되는 관계에 있다. 상기 제1축방향오일홈 E는 벽두께감소영역면 A의 범위에 형성된다.

Description

내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링 및 베어링장치{BEARING FOR CONNECTING ROD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND BEARING APPARATUS}

본 발명은 크랭크샤프트를 지지하는 메인 베어링의 내주면으로 공급되는 윤활유가 크랭크샤프트의 내측윤활유로를 통해 크랭크샤프트와 커넥팅로드를 연결하는 크랭크핀을 회전가능하게 지지하는 커넥팅로드베어링(슬라이딩베어링)의 내주면으로 공급되도록 구성되고, 상기 커넥팅로드베어링이 한 쌍의 반원통형베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드베어링에 관한 것이다.

내연기관의 크랭크샤프트는 그 저널부에 한 쌍의 반원통형베어링으로 구성된 메인 베어링을 통해 내연기관의 실린더블럭하부에 지지된다. 메인 베어링에 있어서, 오일펌프에 의해 배출되는 윤활유는 실린더블럭벽에 형성된 오일갤러리로부터 메인 베어링의 벽에 형성된 관통구를 통해 메인 베어링의 내주면을 따라 형성되는 윤활유홈 안으로 공급된다. 또한, 제1윤활유로는 저널부의 직경 방향으로 상기 저널부를 관통하도록 형성되고, 상기 제1윤활유로의 양 단부에서의 개구들이 윤활유홈과 연통된다. 나아가, 상기 저널부의 직경 방향으로 제1윤활유로로부터 분기되고 크랭크아암부를 통과하는 제2윤활유로가 형성되고, 상기 제2윤활유로는 크랭크핀의 직경 방향으로 크랭크핀을 관통하도록 형성되는 제3윤활유로와 연통된다. 따라서, 상기 실린더블럭벽에서의 오일갤러리로부터 메인 베어링의 벽에 형성된 관통구를 통해 상기 메인 베어링의 내주면에 형성된 오일홈 안으로 공급되는 윤활유가, 제3윤활유로의 단부에서 유출구(보다 구체적으로는, 크랭크핀의 외주면에 존재하는 윤활유 출구)로부터 커넥팅로드베어링과 크랭크핀의 슬라이딩면들 사이로 공급될 제1윤활유로, 제2윤활유로 및 제3윤활유로를 통과하게 된다.

상기 내연기관의 실린더블럭으로부터 크랭크샤프트의 저널부를 통해 커넥팅로드베어링부로 공급되는 윤활유는 각 부분의 윤활유로에 존재하는 이물질이 수반되기 쉽다. 이물질이 윤활유에 수반되고, 크랭크핀과 커넥팅로드베어링의 슬라이딩면들 사이로 공급된다면, 상기 커넥팅로드베어링의 슬라이딩면에 손상을 입힐 위험이 있게 된다.

윤활유에 들어가는 이물질에 대한 대책으로서, 한 쌍의 반원통형베어링으로 구성되는 슬라이딩베어링이 제안되고, 크러시릴리프가 반원통형베어링의 접촉부에 인접한 베어링의 내주면 상에 형성되는 구성을 채택하며, Pb 또는 Sn과 같은 경도가 낮은 물질로 형성된 연성층이 상기 크러시릴리프면 상에 형성되고, 상기 윤활유에 포함된 이물질은 연성층에 매입되어 캐치된다(JP-A-2008-215563). 상기 크러시릴리프는 반원통형베어링의 원주방향으로의 단부면 부근의 영역의 베어링벽두께가 원주방향으로 단부면을 향해 점진적으로 저감되는 감소된 벽두께를 갖는 영역을 나타낸다. 상기 벽두께감소영역에서의 베어링내주면의 만곡 중심의 위치는 (DIN1497, 3.2장에 특정된) 다른 영역에서의 베어링내주면의 만곡 중심의 위치와 상이하다. 상기 크러시릴리프는 한 쌍의 반원통형베어링이 커넥팅로드에 조립될 때, 반원통형베어링의 맞댐단면들의 변형 및 위치적 편차를 흡수할 의도로 형성된다.

따라서, 최근의 내연기관에서는, 연비를 높이기 위한 목적으로 중량의 저감이 의도되어, 커넥팅로드의 견고성이 낮아지는 경향이 있다. 커넥팅로드는 내연기관이 운전될 때 왕복운동 및 탄성적으로 변형되므로, 상기 커넥팅로드의 큰 단부에 있는 슬라이딩베어링 또한 커넥팅로드의 변형을 추종하고, 상기 슬라이딩베어링의 수평방향으로의 클리어런스(슬라이딩베어링의 내주면과 크랭크핀면 간의 갭)가 증감을 반복한다. 최근의 견고성이 낮은 커넥팅로드의 경우에는, 슬라이딩베어링의 수평방향으로의 클리어런스(한 쌍의 반원통형베어링의 맞댐면 부근의 영역)의 감소량은, 왕복 관성력이 커넥팅로드에 작용할 때 크고, 슬라이딩베어링의 원주단부에서의 베어링내주면과 크랭크핀면이 서로 직접 접촉하게 되는 현상(클로즈-인(close-in) 현상)이 발생한다.

JP-A-2008-215563에 제안된 슬라이딩베어링의 경우에는, 크러시릴리프의 전체 표면이 연성층으로 커버되고, 그 원주방향으로, 그 깊이가 두 단부를 향해 더욱 얕아지게 된다. 크랭크핀과 슬라이딩베어링이 상대적으로 회전하는 경우, 상기 크랭크핀과 슬라이딩베어링 사이에 존재하는 윤활유 내의 이물질은 상기 슬라이딩베어링의 내측면을 따라 상기 크랭크핀의 상대회전방향으로 이동한다. 이물질이 크러시릴리프영역에 포획되는 경우, 상기 이물질은 상기 크러시릴리프의 깊이가 얕은 부분에서 함께 국부적으로 모이고, 상기 크랭크핀의 표면에 의해 연성층으로 푸시된다. 이들 이물질은 연성층에 완전히 매립되지 않고, 상기 연성층의 표면 상에 노출된 상태로 있다.

상기 크랭크핀의 표면 및 상기 연성층의 표면 상에 노출된 이물질의 접촉은 내연기관의 운전 시 클로즈-인 현상으로 인하여 계속 발생하고, 이물질이 국부적으로 서로 모여 매입되는 부분에서 마찰열의 발생량이 국부적으로 증가한다. 결과적인 발열로 인해 이물질이 매입되는 부분 상에서 연성층의 연성화로 인하여 유동 및 용융이 발생하고, 이물질을 홀딩하는 한계가 초과되는 경우, 크랭크핀의 상대회전방향과 동일한 방향으로 존재하는 반원통형베어링의 상기 베어링의 내주면(즉, 슬라이딩면)으로 많이 매입된 이물질이 동시에 공급되므로, 시저(seizure)가 발생하기 쉽다는 문제가 생기게 된다.

또한, 전통적으로는, JP-10-A-325410에 개시된 바와 같이, 수평방향으로의 내부 직경이 수직방향에 대하여 크게 이루어지는 원호 형상으로 슬라이딩베어링의 내주면을 형성하여 상기 베어링의 원주단부의 영역에서 상기 베어링의 내주면과 크랭크핀면 간의 베어링 갭을 확대시킴으로써, 클로즈-인 현상으로 인한 슬라이딩베어링의 내주면과 크랭크핀면의 접촉을 방지하는 대책이 취해질 수 있다. 따라서, 최근의 내연기관에서는, 오일펌프의 크기가 감소되고, 상기 베어링의 내주면에 대한 윤활유공급량이 저감되는 경향이 있다. JP-A-10-325410에 개시된 바와 같이, 베어링 갭이 확대된 베어링의 경우에는, 상기 갭으로부터의 윤활유의 누출량이 증가하고, 상기 베어링의 내주면으로의 윤활유의 공급이 불충분하게 된다. 이에 따라, 현재 상황 하에서는, JP-A-10-325410에 개시된 슬라이딩베어링의 채택이 곤란하다고 말할 수 있다.

본 발명의 목적은 크랭크샤프트에서 내부윤활유로를 통해 윤활유가 공급한 이물질을 배출하기 우수한, 내연기관의 크랭크핀용 슬라이딩베어링, 즉 커넥팅로드베어링을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 위하여, 후술하는 내연기관의 커넥팅로드베어링이 제공된다.

내부윤활유로를 그 내부에 포함하는 크랭크샤프트의 크랭크핀을 회전가능하게 지지하기 위한 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링에 있어서, 상기 커넥팅로드는 메인바디와 캡을 포함하여, 상기 베어링이 상기 메인바디와 캡에 의해 포위 및 지지되도록 하고,

상기 메인바디 상에 배치된 제1반원통형베어링부분과 상기 캡 상에 배치된 제2반원통형베어링부분의 한 쌍을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 및 제2반원통형베어링부분 각각은 크러시릴리프로서 동작하기 위하여 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 간의 경계부의 축방향 전체 길이로부터 원주방향으로 연장되는 그 내측면의 벽두께감소영역을 구비하고, 상기 제1반원통형베어링부분은 그 반원통형단면의 원주방향중심부를 상기 커넥팅로드의 중심축과 정렬하도록 배치되며,

상기 제1 및 제2반원통형베어링부분 각각의 벽두께감소영역은, 상기 중심부가 배치되는 축방향측부들 사이에, 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 중심부로부터 원주방향으로 연장되는 제1경사면 및 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향측부들 각각으로부터 원주방향으로 연장되는 제2경사면을 구비하고, 상기 축방향측부들 각각은 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향 단부들 각각으로 연장되어, 상기 제1경사면 상에 형성된 제1축방향오일홈과 상기 제2경사면 상에 형성된 제2축방향오일홈이 서로 유체연통되도록 하며,

상기 베어링의 축방향에 수직인 방향으로 제1 및 제2축방향오일홈 간의 또다른 경계부를 지나는 가상면을 따르는 상기 제1축방향오일홈의 단면적은, 상기 가상면을 따르는 상기 제2축방향오일홈의 단면적보다 크고,

상기 베어링의 축방향에 평행한 또다른 방향으로 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 두 원주단부들을 지나는 또다른 가상면으로부터 상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 크랭크핀의 외주면 상의 내부윤활유로의 출구 개구의 직경의 1/4 보다는 작지 않으면서 상기 직경의 1/2 보다는 작으며,

상기 제1경사면의 축방향 길이는 상기 직경보다 크고, 상기 축방향 단부들 각각으로부터 2 mm 보다 작지 않은 축방향 거리를 가지며,

상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 또다른 가상면으로부터 상기 벽두께감소영역의 최외각 단부의 높이보다 작고,

상기 제1축방향오일홈의 축방향중심점은 상기 출구 개구의 축방향중심점과 정렬되는 것을 특징으로 한다.

[제1 및 제2축방향오일홈의 구성]

상부 및 하부(제1 및 제2) 반원통형베어링(I, II)의 원주단면 전체에 인접한 각각의 베어링벽두께감소영역면 (A)에서는, 제1경사면 (B)가 상기 베어링벽두께감소영역면으로부터 원주단면에 걸쳐 베어링의 폭(축) 방향으로 중심부에 형성되고, 상기 제1경사면 (B)의 베어링폭방향으로의 양 측에는, 상기 제1경사면 (B)에 연결가능하게 상기 베어링벽두께감소영역면 (A)으로부터 원주단면 (C)에 걸쳐 제2경사면 (D)가 형성된다(도 9 및 도 10).

이러한 구성은, 상부 및 하부 반원통형베어링이 원통형으로 조립되는 상태에서 원주단면의 두 접촉면(제1 및 제2반원통형베어링 간의 경계)을 따라, 베어링의 폭방향으로 중심부에 위치하고 상기 제1경사면 (B)에 대응하는 제1축방향오일홈 (E), 및 상기 제1축방향오일홈 (E)의 베어링폭방향으로 양 측 각각에 위치하고 상기 제2경사면 (D)에 대응하는 제2축방향오일홈 (F)를 형성한다. 하나의 축방향오일홈 (E)와 2개의 축방향오일홈 (F)은 서로 연통되도록 하는 이러한 관계로 되어 있다.

베어링의 원주방향으로의 제1경사면의 형성 범위는, 반원통형베어링 각각이 하부단면으로서 반원통형베어링 각각의 두 원주단면을 갖는 수평면 상에 배치될 때, 상기 수평면에 대하여 제1경사면의 상부에지의 높이로 표현되고, 크랭크핀(12)의 외주면에서 내측윤활유로의 출구 개구 직경 (d)의 적어도 d/4 그리고 최대 d/2 보다 작은 측정치를 갖는 높이이다.

상기 구성에 따르면, 한 쌍의 반원통형베어링이 조립되는 경우, 윤활유의 출구 개구 직경 (d)의 적어도 1/2 그리고 최대 윤활유 출구 개구 직경 (d)보다 작은 홈폭을 갖는 제1축방향오일홈 (E)가 형성되고, 윤활유에 수반되는 이물질은 윤활유의 출구 (Ex)로부터 상기 제1축방향오일홈으로 배출된다(도 9).

만일 상기 제1축방향오일홈의 홈폭이 윤활유의 출구 개구 직경 (D)의 1/2 보다 작다면, 윤활유의 출구 (Ex)로부터 이물질이 배출되기 쉽지 않다는 점에 유의해야 한다.

한 쌍의 반원통형베어링이 조립되는 경우, 제1축방향오일홈 (E)에서는, 홈폭이 윤활유의 출구 개구 직경 (d)보다 작고, 상기 베어링폭방향으로의 길이가 윤활유의 출구 개구 직경 (d)를 초과한다. 그러므로, 제1축방향오일홈 (E)와 윤활유 출구 (Ex)가 서로 정렬되는 경우에는, 상기 윤활유 출구 (Ex)의 이동방향측이 상기 베어링벽두께감소영역 (A)의 표면에 의해 차단된다. 이에 따라, 윤활유 출구 (Ex)로부터 배출되는 윤활유에 수반되는 이물질이 윤활유와 함께 제1축방향오일홈 (E)의 세로방향으로 양 단부측으로 유동하게 되는 경향이 있고, 상기 제1축방향오일홈 (E)의 세로방향으로 양 단부에서 제1축방향오일홈 (E)와 연통되는 제2축방향오일홈 (F)측으로 공급되기 쉽게 된다. 이물질은 제2축방향오일홈 (F)를 통해 상기 베어링의 외부로 배출된다(도 10).

또한, 제1경사면의 베어링폭방향으로의 길이(= 제1축방향오일홈 (E)의 베어링폭방향으로의 길이)는 내측윤활유로의 출구 개구 직경 (d)보다 크고, 그 최대값은 베어링폭방향으로의 단면과 제1경사면 간의 베어링폭방향으로의 길이가 2 mm인 경우에 있다. 이러한 구성에 대해서는, 하기 사항들에 관심을 두어야 한다.

(1) 제1축방향오일홈 (E)의 베어링폭방향으로의 길이가 윤활유의 출구 개구 직경 (d) 이하이면, 상기 윤활유의 출구 (Ex)로부터 제1축방향오일홈 (E)로 배출되는 이물질은 크랭크핀의 회전방향에 대하여 후방측에 위치하는 윤활유 출구 (Ex)의 에지부와 접촉하고, 상기 베어링의 슬라이딩면측으로 드래깅(dragged out)되기 쉽다.

(2) 상기 베어링폭방향으로의 단면과 제1경사면 간의 베어링폭방향으로의 길이가 2 mm인 경우, 상기 제1경사면의 베어링폭방향으로의 길이(= 제1축방향오일홈 (E)의 베어링폭방향으로의 길이)가 최대이지만, 이 경우에는, 윤활유의 누출량이 적다.

[제2축방향오일홈에 의한 이물질배출방식]

내연기관의 운전 시, 커넥팅로드는 역학적 하중과 왕복 관성력에 의해 탄성적으로 변형되고, 상기 커넥팅로드의 큰 단부에서의 슬라이딩베어링 (I, II) 또한 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이 탄성적으로 변형되어, 상기 슬라이딩베어링의 수평 클리어런스 (C1)(크랭크핀(12)의 표면과 슬라이딩베어링의 내주면 간의 갭)이 주기적으로 증감을 반복하도록 한다. 크랭크핀(12)의 표면과 베어링의 (수평방향으로의) 내주면이 서로 접근하는 운전 시(도 11 및 도 12의 상태가 도 13 및 도 14의 상태로 변경되는 동안), 두 표면들 간의 윤활유의 압력은 유체 역학적 스퀴징(squeezing) 작용에 의하여 상승한다. 이 때, 상기 크랭크핀(12)의 회전방향과 동일한 쪽에 위치하는 제1축방향오일홈 (E)의 에지부(도 13)가 상기 크랭크핀(12)의 표면에 근접하여, 동일한 방향으로의 윤활유의 이동을 방해하게 된다. 그러므로, 제1축방향오일홈 (E)에서의 윤활유는, 포함된 이물질 (FM)이 수반되고, 세로방향으로 양 단부에서 제1축방향오일홈 (E)와 연통되는 제2축방향오일홈 (F)에 들어가며, 상기 베어링의 외부로 배출된다(도 14).

통상적인 내연기관은, 크랭크핀의 외주면에서의 윤활유 출구가 제1축방향오일홈부 (E)를 지나가는 타이밍과 상기 슬라이딩베어링의 맞댐 영역에서의 내주면(수평방향으로 위치한 내주면)과 크랭크핀의 외주면이 서로 가장 근접하는 타이밍 간의 시간 편차를 가진다. 그러므로, 크랭크핀의 외주면에서의 윤활유 출구로부터 제1축방향오일홈 (E) 안으로의 이물질의 배출과 상기 제1축방향오일홈 (E) 안으로 배출되는 이물질 (FM)의 상기 베어링의 외부로의 배출이 주기적으로 번갈아 수행된다.

상기 베어링의 외부로 이물질 (FM)이 배출될 때에는, 윤활유도 배출되지만, 상기 윤활유가 항상 배출되는 것은 아니며, 상기 크랭크핀의 외주면과 슬라이딩베어링의 맞댐 영역에서의 내주면(수평방향으로 위치한 내주면)을 서로 가장 근접시키는 타이밍으로 배출되므로, 상기 베어링의 외부로의 상기 윤활유의 배출량이 적게 된다.

또한, 상기 제1축방향오일홈 (E)와 제2축방향오일홈 (F)의 연통부에서의 제1축방향오일홈 (E)의 원주방향으로의 단면적은 상기 제2축방향오일홈 (F)의 원주방향으로의 단면적보다 넓게 이루어진다(도 15 및 도 16). 그러므로, 상기 제1축방향오일홈 (E)에서의 윤활유의 유속에 비해, 상기 제2축방향오일홈 (F)에서의 윤활유의 유속이 더욱 높고, 상기 제2축방향오일홈 (F)에 존재하는 이물질은 상기 크랭크핀의 회전에 의하여 베어링의 내주면을 따라 원주방향으로 유동하는 윤활유의 흐름에 의해 영향을 거의 받지 않는다. 그러므로, 이물질이 제2축방향오일홈 (F)의 내부로부터 밀려 나가고, 상기 베어링의 내주면 상에서 이동하여, 상기 크랭크핀의 슬라이딩면과 슬라이딩베어링 사이의 공간으로 들어갈 가능성이 저감된다.

상기 제1경사면 (B)의 높이 (H₂)는 상기 제1경사면의 높이와 동일한 측정 기준으로 측정된 베어링벽두께감소영역의 높이 (H₁)보다 작게 이루어진다(도 10). 상기 구성을 채택함으로써, 크랭크핀(12)의 표면과 베어링의 내주면을 서로 가장 근접시키는 경우, 상기 제1경사면 (B)의 도 17의 상부에지 (B₁)와 상기 베어링벽두께감소영역 (A)의 도 17의 상부에지 (A₁) 사이에 위치한 베어링벽두께감소영역의 표면과 도 17에 도시된 크랭크핀면 사이에 웨지형 갭이 형성된다. 상기 웨지형 갭에서 유동하는 윤활유는 유체 역학적 웨지 작용에 의해 압력이 상승하고, 도 17의 크랭크핀면과 상부에지 (A₁)로부터의 상부 위치에서의 베어링의 슬라이딩면의 직접 접촉을 방지할 수 있다.

상기 제1경사면(도 10)의 높이 (H₂)가 상기 베어링벽두께감소영역의 높이 (H₁) 보다 크게 이루어지는 경우에 상술된 웨지형 갭이 형성되지 않는다면, 상기 베어링벽두께감소영역이 상기 베어링의 내주면 등에 형성되지 않는 경우에는, 상기 베어링벽두께감소영역 이외의 베어링의 내주면(슬라이딩면)과 크랭크핀면이 서로 직접 접촉하게 되어, 두 면 사이의 윤활유막이 파손되고 상기 직접적인 접촉부에 시저가 발생하게 될 위험이 있게 된다.

[본 발명의 실시예들]

(1) 상기 반원통형베어링의 원주단면에서의 기준으로서 상기 베어링벽두께감소영역면을 갖는 제1축방향오일홈의 홈깊이는 0.1 내지 0.8 mm로 설정되는 것이 바람직하다.

최대 0.1 mm 정도의 크기(길이)의 이물질이 윤활유에 포함될 수도 있고, 만일 상술된 홈깊이가 대략 0.1 mm 이상이라면, 큰 이물질이 상기 제1축방향오일홈에 들어가게 될 수도 있다. 또한, 크랭크핀면과 제1축방향오일홈을 서로 가장 근접시키는 경우에도, 상기 크랭크핀면에 의해 제1축방향오일홈의 홈저부면으로 이물질이 밀려 배출될 수 없는 상황이 방지될 수 있다. 크랭크핀면이 베어링의 내주면에 가장 근접하도록 하는 경우, 만일 상기 제1축방향오일홈의 저부면이 상기 크랭크핀면으로부터 너무 멀어지게 된다면, 상기 제1축방향오일홈에서의 윤활유의 압력이 충분히 상승하지 못하고, 상기 이물질의 배출 효율이 저감되게 된다. 상기 이물질의 배출 효율의 저감을 방지하기 위해서는, 상기 홈깊이가 0.8 mm 이하로 설정되는 것이 바람직하다.

제1 및 제2축방향오일홈이 원주단면을 따라 베어링의 전체 폭에 걸쳐 형성되므로, 상기 베어링벽두께감소영역면이 실제로는 존재하지 않지만, 상술된 홈깊이는 기준으로서 제1 및 제2축방향오일홈에 인접한 부분으로부터 상기 베어링벽두께감소영역면을 가상으로 연장시켜 형성되는 가상의 베어링벽두께감소영역면으로 측정된다.

(2) 상술된 베어링벽두께감소영역의 높이와 제1경사면의 높이의 관계는 관계식 "제1경사면의 높이 + 1 mm < 베어링벽두께감소영역의 높이"를 충족하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 만일 상기 관계식이 충족된다면, 베어링벽두께감소영역의 높이와 제1경사면의 높이의 차이(즉, 상술된 웨지형 갭의 베어링의 원주방향으로의 길이)가 1 mm를 초과하고, 상기 웨지형 갭에서 유동하는 윤활유의 압력이 높게 되며, 상기 베어링의 내주면과 크랭크핀면이 서로 거의 직접 접촉하지 않게 된다.

(3) 상기 제1축방향오일홈으로부터 제2축방향오일홈으로 연결되는 부분에 챔퍼링이 적용되고, 두 홈 사이의 단차형 트랜지션 부분은 매끄럽게 이루어지는 것이 바람직하다. 그 결과, 상기 제1축방향오일홈의 베어링의 내주방향으로의 단면적이 상기 제2축방향오일홈을 향해 점진적으로 작아지게 되고, 상기 제1축방향오일홈으로부터 제2축방향오일홈으로의 이물질의 이동이 매끄럽게 수행되게 된다.

(4) 상기 반원통형베어링의 원주단면에서의 베어링벽두께감소영역면으로부터 상기 제1 및 제2축방향오일홈의 홈깊이는 관계식 "제2축방향오일홈의 깊이 > 제1축방향오일홈의 깊이"를 충족하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2축방향오일홈의 저부의 연장 형상의 작은 홈이 상기 제1축방향오일홈의 저부에 형성될 수 있다. 이러한 작은 홈은 제1축방향오일홈으로부터 제2축방향오일홈 안으로 이물질을 안내하는 기능을 가진다(도 8 및 도 9).

(5) 상기 제2축방향오일홈의 홈폭(L2)과 홈깊이(L1)의 관계는 관계식 L2 < 2 × L1을 충족하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제2축방향오일홈의 홈폭(L2)과 홈깊이(L1)의 관계는 관계식 L2 < L1을 충족하도록 이루어지는 것이 더욱 바람직하다(도 18).

상기 구성에 따르면, 상기 제2축방향오일홈의 홈저부를 따라 이동하는 이물질이 상기 크랭크핀의 회전에 의해 베어링의 내주면을 따라 원주방향으로 유동하는 윤활유의 흐름의 영향을 거의 받지 않고, 상기 베어링의 내주면으로 이동하도록 제2축방향오일홈의 내부로부터 이물질이 밀려 나가, 상기 크랭크핀의 슬라이딩면과 슬라이딩베어링 사이의 공간으로 들어갈 가능성이 줄어들게 된다. L2 ≥ 2 × L1의 경우에는, 제2축방향오일홈의 단면적이 제1축방향오일홈의 단면적보다 작게 이루어지는 경우에도, 상기 제2축방향오일홈에서의 오일 유동이 증가되어 이물질의 배출 효과를 증대시키고, 상기 크랭크핀의 회전에 의하여 크랭크핀면 부근에서 원주방향으로의 윤활유의 유동에 의해 이물질이 쉽게 영향을 받아, 상기 축방향홈을 따라 상기 베어링의 외부로 이물질을 배출하는 것이 어렵게 된다. L1과 L2의 관계는 0.15 mm 이상의 축방향홈의 홈깊이 L1 및 1 mm 이하의 홈폭 L2의 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 크랭크샤프트에서 내부윤활유로를 통해 윤활유가 공급한 이물질을 배출하기 우수한, 내연기관의 크랭크핀용 슬라이딩베어링, 즉 커넥팅로드베어링을 제공할 수 있다.

도 1은 크랭크핀 부분과 저널부에서 각각 절단되는 내연기관의 크랭크샤프트의 개략도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥팅로드베어링의 정면도;
도 3은 도 2에 도시된 커넥팅로드베어링의 하프바디인 반원통형베어링의 내주면의 도면;
도 4는 도 2에 도시된 커넥팅로드베어링의 부분확대도;
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 커넥팅로드베어링의 한 쌍의 반원통형베어링의 맞댐부가 부분적으로 도시된 내주면의 도면;
도 6은 도 5에 도시된 반원통형베어링 중 어느 하나의 원주단면의 도면;
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 커넥팅로드베어링의 한 쌍의 반원통형베어링의 부분적으로 도시된 맞댐부의 정면도;
도 8은 도 7의 화살표 VIII을 따라 취한 도면;
도 9는 본 발명의 커넥팅로드베어링을 설명하기 위한 개략도;
도 10은 도 9에 도시된 커넥팅로드베어링의 내주면의 일부분의 도면;
도 11은 본 발명의 커넥팅로드베어링 상에서 작용하는 하중의 경우에 커넥팅로드베어링의 변형된 상태를 도시한 도면;
도 12는 도 11에 대응하는 커넥팅로드베어링의 부분내주도;
도 13은 본 발명의 커넥팅로드베어링에 작용하는 도 11의 경우와 상이한 하중의 경우에 상기 커넥팅로드베어링의 변형된 상태를 도시한 도면;
도 14는 도 13에 대응하는 커넥팅로드베어링의 부분내주면의 도면;
도 15는 본 발명의 커넥팅로드베어링의 일 실시예를 도시한 커넥팅로드베어링의 부분내주면의 도면;
도 16은 도 15의 XVI-XVI 선을 따라 취한 도면;
도 17은 본 발명의 커넥팅로드베어링의 한 가지 동작모드를 도시한 부분개략도; 및
도 18은 본 발명의 커넥팅로드베어링에서의 제2축방향오일홈의 단면 형상의 일례를 도시한 부분개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 크랭크핀 부분과 저널부에서 각각 절단되는 내연기관의 크랭크샤프트의 개략도이고, (화살표 X 방향으로 회전하는) 저널(10), 크랭크핀(12) 및 커넥팅로드(14)를 보여준다. 지면 깊이 방향으로의 3가지 부재의 위치적인 관계는 상기 저널(10)이 지면의 가장 깊은 측에 있고, 상기 크랭크핀(12)은 정면측에 있으며, 상기 크랭크핀(12)은 다른 단부에 있는 피스톤을 지니는 커넥팅로드(14)의 큰 단부하우징(16)에 의해 포위되도록 되어 있다.

상기 저널(10)은 한 쌍의 반원통형베어링(18A, 18B)을 통해 내연기관의 실린더블럭의 하부에 지지된다. 도면에서 상부측에 위치한 반원통형베어링(18A)에서는, 윤활유홈(18a)이 반원통형베어링(18A)의 내주면의 전체 길이에 걸쳐 형성되게 된다.

또한, 상기 저널(10)은 그 직경 방향으로 관통구멍(10a)을 구비하고, 상기 저널(10)이 화살표 x 방향으로 회전하면, 상기 관통구멍(10a)의 양 단부에 있는 개구들이 상기 윤활유홈(18a)과 교대로 연통된다.

또한, 윤활유로(20)는 상기 저널(10), 크랭크아암(예시되지 않음) 및 크랭크핀(12)을 관통하도록 크랭크샤프트에 형성된다.

화살표 Z 방향으로 회전하는 크랭크핀(12)은 한 쌍의 반원통형베어링(24, 26)을 통해 커넥팅로드(14)의 큰 단부하우징(16)(이는 커넥팅로드측에 있는 큰 단부하우징(16A)과 캡측에 있는 큰 단부하우징(16B)으로 구성되어 있음)에 의해 유지된다. 상기 반원통형베어링(24, 26)은 원통형 커넥팅로드베어링(22)으로 형성되도록 서로 맞닿는 그 맞댐단면들과 조립된다.

[제1실시예]

도 2 내지 도 4는 커넥팅로드베어링(22)을 구성하는 상부 및 하부 반원통형베어링(24, 26)의 상세를 보여준다. 상기 반원통형베어링(24, 26)은 동일한 형상을 가지므로(두 반원통형베어링의 참조 부호들의 유사성에 대해서는, 상세한 설명의 끝부분의 "부호의 설명" 참조), 그들 중 하나의 형상만을 설명하기로 한다.

상기 반원통형베어링(24)은 도면에서 가로 대칭이다.

[크러시릴리프]

베어링벽두께가 얇게 이루어지는 베어링벽두께감소영역(베어링벽두께감소영역면 A 참조)은 상기 반원통형베어링(24)의 원주단면(24A, 24B)으로부터 반원통형베어링(24)의 원주방향으로 중심부를 향해 형성된다. 상기 베어링벽두께감소영역은 일반적으로 크러시릴리프라 불리운다(제2면 참조).

상기 벽두께감소영역(크러시릴리프영역) 크기의 예시: 원주방향 길이 = 3 mm 내지 15 mm, 및 기준으로서 원주방향으로 중심부에서 베어링벽두께를 갖는 원주단부에서의 두께의 감소량 = 0.01 내지 0.05 mm

[제1 및 제2축방향오일홈]

반원통형베어링(24, 26)의 원주단면(24A, 24B, 26A, 26B)에 인접한 베어링벽두께감소영역면 A에서는, 상기 원주단면에 걸쳐 베어링벽두께감소영역면으로부터 축방향으로 중심부에 제1경사면 B가 각각 형성된다. 또한, 제2경사면 D는 상기 제1경사면 B의 베어링폭방향으로 양 측에 대한 범위에 있는 원주단면(24A, 24B)에 걸쳐 베어링벽두께감소영역면 A로 형성된다. 상기 제1경사면 B 및 한 쌍의 제2경사면 D는 베어링폭방향으로 면대칭이도록 형성된다.

상기 제1경사면 B의 치수 관계는 다음과 같다.

(1) 베어링폭방향으로의 길이 (B1)가 최대인 경우, 제1경사면 B와 베어링폭방향으로의 단면 간의 길이 (D1)은 2 mm이다.

(2) 제1경사면 B의 베어링폭방향으로의 길이 (B1)은, 상기 크랭크핀(12)의 외주면에서의 내측윤활유로의 출구 개구 직경 (d)보다 크다.

(3) 기준으로서 반원통형베어링의 원주단면을 갖는 제1경사면 B의 높이 (H2)는 상기 크랭크핀의 외주면에서의 내측윤활유로의 출구 개구 직경 (d)의 적어도 1/4이고 최대 1/2 미만이다.

이러한 구성은 반원통형베어링(24, 26)이 원통형으로 조립되는 상태에서 원주단면의 두 접촉면을 따라 하나의 제1축방향오일홈 (E)와 2개의 제2축방향오일홈 (F)를 형성한다. 여기서, 상기 제1축방향오일홈 (E)는 제1경사면 (B)에 대응하고, 상기 제2축방향오일홈 (F)는 제2경사면 (D)에 대응한다.

상기 제1축방향오일홈 (E)의 홈깊이 (DP)는 0.1 내지 0.8 mm이다. 상기 반원통형베어링의 원주단면이 절단되므로, 상기 홈깊이 (DP)는 상기 베어링벽두께감소영역면 (A)를 도 4의 제1축방향오일홈 (E)의 영역까지 연장시켜 가상선을 형성함으로써 상기 기준으로서의 가상선으로 설정된다.

[제2실시예]

도 5 및 도 6에 도시된 반원통형베어링(24C, 26C)을 설명하기로 한다. 제1실시예에 도시된 반원통형베어링(24, 26)의 경우, 제1축방향오일홈 (E) 및 제2축방향오일홈 (F) 양자 모두의 단면적의 차이에 기인하는 단차들이 상기 제1축방향오일홈 (E) 및 제2축방향오일홈 (F)의 연통부에 존재한다. 제2실시예에서는, 단차부들이 챔퍼링에 의해 경사면으로 형성된다. 챔퍼링에 의해 형성된 경사면 (BT)는 제1축방향오일홈 (E)와 제2축방향오일홈 (F) 사이의 트랜지션 영역(연통부)이다.

상기 구성에 따르면, 작은 단면적을 가지고 제1축방향오일홈 (E)로부터 제2축방향오일홈 (F)로 연장되는, 이물질이 수반되는 윤활유의 유동이 매끄럽게 이루어진다.

한 쌍의 경사면 (BT)에 의해 형성되는 상술된 트랜지션 영역은 제1축방향오일홈 (E)의 영역에 속한다. 하지만, 제1축방향오일홈 (E) 및 제2축방향오일홈 (F)의 단면적이 비교되는 경우에는, 배제된 트랜지션 영역을 가지고 상기 제1축방향오일홈 (E)와 제2축방향오일홈 (F)의 연통부를 파악하기 적절하게 될 것이다.

[제3실시예]

도 7 및 도 8에 도시된 반원통형베어링(24D, 26D)을 설명하기로 한다.

한 쌍의 제2경사면 (D)에 의해 형성된 제2축방향오일홈 (F)의 홈깊이는 한 쌍의 제1경사면 (B)에 의해 형성된 제1축방향오일홈 (E)의 홈깊이보다 크게 이루어진다(도 7). 그러므로, 제1축방향오일홈 (E)와 제2축방향오일홈 (F)의 홈깊이들의 차이에 대응하는 깊이를 갖는 작은 홈 (F1)이 상기 제2축방향오일홈 (F)의 연장부로서 상기 제1축방향오일홈 (E)의 홈저부를 따라 존재하게 된다(도 8). 상기 작은 홈 (F1)은 제2축방향오일홈 (F) 안으로 매끄럽게 이동시키기 위하여 상기 제1축방향오일홈 (E)에 존재하는 이물질을 위한 안내홈으로서의 기능을 한다.

Claims

내부윤활유로를 그 내부에 포함하는 크랭크샤프트의 크랭크핀을 회전가능하게 지지하기 위한 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링에 있어서,
상기 커넥팅로드는 메인바디와 캡을 포함하여, 상기 베어링이 상기 메인바디와 캡에 의해 포위 및 지지되도록 하고,
상기 메인바디 상에 배치된 제1반원통형베어링부분과 상기 캡 상에 배치된 제2반원통형베어링부분의 한 쌍을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각은 크러시릴리프로서 동작하기 위하여 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 간의 경계부의 축방향 전체 길이로부터 원주방향으로 연장되는 그 내측면의 벽두께감소영역을 구비하고, 상기 제1반원통형베어링부분은 그 반원통형단면의 원주방향중심부를 상기 커넥팅로드의 중심축과 정렬하도록 배치되며,
상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 벽두께감소영역은, 중심부가 배치되는 축방향측부들 사이에, 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 중심부로부터 원주방향으로 연장되는 제1경사면 및 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향측부들 각각으로부터 원주방향으로 연장되는 제2경사면을 구비하고, 상기 축방향측부들 각각은 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향 단부들 각각으로 연장되어, 상기 제1경사면 상에 형성된 제1축방향오일홈과 상기 제2경사면 상에 형성된 제2축방향오일홈이 서로 유체연통되도록 하며,
상기 베어링의 축방향에 수직인 방향으로 제1 및 제2축방향오일홈 간의 또다른 경계부를 지나는 가상면을 따르는 상기 제1축방향오일홈의 단면적은, 상기 가상면을 따르는 상기 제2축방향오일홈의 단면적보다 크고,
상기 베어링의 축방향에 평행한 또다른 방향으로 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 두 원주단부들을 지나는 또다른 가상면으로부터 상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 크랭크핀의 외주면 상의 내부윤활유로의 출구 개구의 직경의 1/4 보다는 작지 않으면서 상기 직경의 1/2 보다는 작으며,
상기 제1경사면의 축방향 길이는 상기 직경보다 크고, 상기 축방향 단부들 각각으로부터 2 mm 보다 작지 않은 축방향 거리를 가지며,
상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 또다른 가상면으로부터 상기 벽두께감소영역의 최외각 단부의 높이보다 작고,
상기 제1축방향오일홈의 축방향중심점은 상기 출구 개구의 축방향중심점과 정렬되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제1항에 있어서,
상기 제1축방향오일홈은, 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 원주단부에서, 상기 제1축방향오일홈에 원주방향으로 인접한 벽두께감소영역의 일부에 대하여 0.1 ~ 0.8 mm의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
1 mm + 제1경사면의 최외각 단부의 높이 < 벽두께감소영역의 최외각 단부의 높이의 공식이 충족되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2경사면은 상기 제1 및 상기 제2경사면 간의 매끄러운 트랜지션(smooth transition)을 형성하도록 챔퍼링되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1축방향오일홈은 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 원주단부에서, 상기 제1축방향오일홈에 원주방향으로 인접한 벽두께감소영역의 일부에 대한 제1깊이를 가지고, 상기 제2축방향오일홈은 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 원주단부에서, 상기 제2축방향오일홈에 원주방향으로 인접한 벽두께감소영역의 또다른 부분에 대한 제2깊이를 가지되, 상기 제2깊이는 상기 제1깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2축방향오일홈의 깊이가 L1이고, 상기 제2축방향오일홈의 폭이 L2인 경우, L2 < 2 × L1의 공식이 충족되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
제6항에 있어서,
L2 < L1의 공식이 충족되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링.
내부윤활유로를 그 내부에 포함하는 크랭크샤프트의 크랭크핀을 회전가능하게 지지하기 위한 내연기관의 커넥팅로드를 위한 베어링을 포함하여 이루어지는 베어링장치에 있어서,
상기 커넥팅로드는 메인바디와 캡을 포함하여, 상기 베어링이 상기 메인바디와 캡에 의해 포위 및 지지되도록 하며,
상기 베어링은 상기 메인바디 상에 배치된 제1반원통형베어링부분과 상기 캡 상에 배치된 제2반원통형베어링부분의 한 쌍을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각은 크러시릴리프로서 동작하도록 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 간의 경계부의 축방향 전체 길이로부터 원주방향으로 연장되는 그 내측면의 벽두께감소영역을 구비하며, 상기 제1반원통형베어링부분은 그 반원통형단면의 원주방향중심부를 상기 커넥팅로드의 중심축과 정렬하도록 배치되고,
상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 벽두께감소영역은, 중심부가 배치되는 축방향측부들 사이에, 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 중심부로부터 원주방향으로 연장되는 제1경사면 및 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향측부들 각각으로부터 원주방향으로 연장되는 제2경사면을 구비하고, 상기 축방향측부들 각각은 상기 경계부의 축방향 전체 길이의 축방향 단부들 각각으로 연장되어, 상기 제1경사면 상에 형성된 제1축방향오일홈과 상기 제2경사면 상에 형성된 제2축방향오일홈이 서로 유체연통되도록 하며,
상기 베어링의 축방향에 수직인 방향으로 제1 및 제2축방향오일홈 간의 또다른 경계부를 지나는 가상면을 따르는 상기 제1축방향오일홈의 단면적은, 상기 가상면을 따르는 상기 제2축방향오일홈의 단면적보다 크고,
상기 베어링의 축방향에 평행한 또다른 방향으로 상기 제1 및 상기 제2반원통형베어링부분 각각의 두 원주단부들을 지나는 또다른 가상면으로부터 상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 크랭크핀의 외주면 상의 내부윤활유로의 출구 개구의 직경의 1/4 보다는 작지 않으면서 상기 직경의 1/2 보다는 작으며,
상기 제1경사면의 축방향 길이는 상기 직경보다 크고, 상기 축방향 단부들 각각으로부터 2 mm 보다 작지 않은 축방향 거리를 가지며,
상기 제1경사면의 최외각 단부의 높이는, 상기 또다른 가상면으로부터 상기 벽두께감소영역의 최외각 단부의 높이보다 작고,
상기 제1축방향오일홈의 축방향중심점은 상기 출구 개구의 축방향중심점과 정렬되는 것을 특징으로 하는 베어링장치.