KR101407654B1 - 내연기관의 크랭크축용 주베어링 - Google Patents

내연기관의 크랭크축용 주베어링 Download PDF

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유이치 도미타
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Abstract

본 발명은 오일의 누설량을 저감하면서 우수한 이물 배출 기능을 가지는 내연기관의 크랭크축용 주베어링을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 의하면, 한 쌍의 반원통형 베어링(17, 18)으로 구성되는 주베어링(19)이 제공된다. 일방의 반원통형 베어링(17)의 내주면(17S) 상에는, 원주 방향으로 연장되는 오일 홈(17a)으로서, 축선 방향 폭의 중앙이, 크랭크축의 저널부(10)에 형성된 윤활유로(10a)의 입구 개구(26)의 중심과 정합하도록 배치되는 오일 홈(17a)이 형성된다. 오일 홈(17a)은, 한 쌍의 반원통형 베어링(17, 18)의 접합부에 형성된 축선 방향 홈(24A)까지 연장되어 있지 않고, 따라서 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)와 반원통형 베어링(17)의 원주 방향 단면(17A) 사이에는 분리 내주면(17S')이 연장되어 있다. 분리 내주면(17S')의 원주 방향 길이 L1은 입구 개구(26)의 원주 방향 길이 L2보다 작고, 따라서 오일 홈(17a)은 입구 개구(26)를 통하여 축선 방향 홈(24A)과 연통 가능하다.

Description

내연기관의 크랭크축용 주베어링{MAIN BEARING FOR CRANKSHAFT OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연기관의 크랭크축용 주베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는, 크랭크축의 저널부를 내연기관의 실린더 블록 하부에 지지하기 위한 주베어링에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 그러한 주베어링 및 대응하는 축부로 구성되는 베어링 장치에도 관한 것이다.
내연기관의 크랭크축은, 그 저널부에 있어서, 한 쌍의 반원통형 베어링으로 이루어지는 주베어링을 개재하여 내연기관의 실린더 블록 하부에 지지된다. 이 주베어링을 윤활하기 위하여, 오일 펌프에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록의 벽 내에 형성된 오일 갤러리 및 주베어링의 벽에 형성된 관통구를 통하여, 주베어링의 내주면을 따라 형성된 윤활유 홈 내에 보내진다. 크랭크축에는, 제1 윤활유로가 저널부를 직경 방향으로 관통하여 형성되어 있고, 그 양단 개구에서 주베어링의 윤활유 홈과 연통한다. 또한, 제2 윤활유로가 제1 윤활유로로부터 분기되어 크랭크 아암부를 통과하도록 형성되고, 크랭크핀의 직경 방향으로 관통 형성된 제3 윤활유로와 연통하고 있다. 따라서, 주베어링의 윤활유 홈 내에 보내진 윤활유는, 제1 윤활유로, 제2 윤활유로 및 제3 윤활유로를 통과하고, 그 후, 제3 윤활유로의 단부(端部) 개구(크랭크핀의 외주면 상에 형성되는 윤활유 출구)로부터 크랭크핀과 콘로드 베어링 사이의 슬라이딩면에 공급된다.
주베어링의 윤활유 홈은, 한 쌍의 반원통형 베어링 중 적어도 일방의 내주면에, 그 원주 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성된다(특허문헌 1의 도 1). 이 경우, 실린더 블록 내의 오일 갤러리로부터 주베어링의 윤활유 홈에 공급된 윤활유는, 저널부의 회전에 따라 반원통형 베어링의 원주 방향 단부까지 주(主)로서 흐르고, 그 대부분이, 한 쌍의 반원통형 베어링의 접합부에 형성된 축선 방향 홈을 통하여 베어링 외부로 배출된다.
또한, 최근에는, 내연기관의 저연비화를 목적으로 하는 윤활유 공급용 오일 펌프의 소형화에 대응하여, 반원통형 베어링의 원주 방향 단부로부터의 윤활유의 누설량을 감소시키기 위하여, 윤활유 홈의 원주 방향 길이가 반원통형 베어링의 원주 방향 전체 길이보다 짧게 구성되며, 따라서 윤활유 홈의 원주 방향 양단부의 적어도 일방이 반원통형 베어링의 원주 방향 단부까지 연장되어 있지 않은(축선 방향 홈에서 개구되어 있지 않은) 주베어링도 이용되고 있다(특허문헌 1∼5 참조).
일본 실용신안공고 소61-00573호 공보 일본 특허공개 평04-219521호 공보 일본 특허공개 제2005-249024호 공보 일본 특허공개 제2011-179572호 공보 일본 특허공개 제2008-095858호 공보
실린더 블록 내의 오일 갤러리로부터 주베어링 및 크랭크축의 내부 윤활유로를 거쳐서 콘로드 베어링으로 보내지는 윤활유는, 예를 들면 각 부품의 가공 시에 생긴 잔류 이물을 수반할 가능성이 있다. 이 이물은, 저널부와 주베어링 사이의 슬라이딩면 및 크랭크핀과 콘로드 베어링 사이의 슬라이딩면에 손상을 줄 우려가 있으며, 따라서 윤활유의 흐름으로부터 신속하게 외부로 배출할 필요가 있다.
반원통형 베어링의 원주 방향의 전체 길이에 걸쳐 내주면에 윤활유 홈이 형성된 종래의 주베어링에서는, 실린더 블록 내의 오일 갤러리로부터 주베어링의 윤활유 홈에 공급된 윤활유는, 반원통형 베어링의 원주 방향 단부까지 흐를 수 있기 때문에, 윤활유에 부수되는 이물은, 주베어링의 축선 방향 홈과 저널부에 의해 형성되는 간극을 통하여 베어링 외부로 배출될 수 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이 윤활유 공급용 오일 펌프의 소형화에 대응하여 축선 방향 홈으로부터의 윤활유의 누설량을 감소시키기 위하여, 윤활유 홈의 원주 방향 양단부의 적어도 일방이 축선 방향 홈에 도달하지 않도록 구성된 주베어링의 경우, 윤활유뿐만 아니라 이물도 또한 주베어링의 윤활유 홈으로부터 배출되기 어려워져, 윤활유 홈의 원주 방향 단부 부근에 체류하는 경향이 있다.
윤활유 홈의 원주 방향 단부 부근에 체류한 이물은, 저널부와 주베어링 사이의 슬라이딩면에 손상을 일으키는 원인이 된다. 또한, 그들 이물은, 저널부의 외주면에 형성된 제1 윤활유로의 입구 개구가 윤활유 홈의 단부 부근을 통과할 때에 크랭크축 내부의 윤활유로에 진입하여, 크랭크핀과 콘로드 베어링 사이의 슬라이딩면에 보내지고, 그곳에서도 손상을 일으키는 원인이 된다. 결과적으로, 윤활유 홈의 원주 방향 양단부의 적어도 일방이 축선 방향 홈에 도달하지 않도록 구성된 주베어링은, 주베어링 그 자체뿐만 아니라 콘로드 베어링의 수명도 저하시킨다.
따라서 본 발명의 목적은, 오일의 누설량을 저감하면서 우수한 이물 배출 기능을 가지는 주베어링, 즉 베어링 내주면에 형성된 윤활유 홈의 원주 방향 단부로부터 축선 방향 홈으로의 윤활유의 유출을 억제하면서, 윤활유 홈의 원주 방향 단부에 이물이 다량으로 체류하는 것을 방지하는 것이 가능한 주베어링을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 그러한 주베어링 및 저널부로 구성되는 베어링 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 관점에 의하면, 이하의 내연기관의 크랭크축용 주베어링이 제공된다.
크랭크축의 저널부를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하기 위한, 내연기관의 크랭크축용 주베어링으로서, 상기 저널부는, 그 내부에 연장되는 윤활유로와, 그 외주면 상에 형성된 상기 윤활유로의 입구 개구를 가지고 있는 주베어링에 있어서,
상기 주베어링이 한 쌍의 반원통형 베어링으로 구성되고, 상기 반원통형 베어링 중 어느 일방만이 그 내주면에 형성된 오일 홈을 가지고,
상기 오일 홈은, 상기 일방의 반원통형 베어링의 적어도 원주 방향 중앙부를 통과하여 원주 방향으로 연장되고, 또한, 축선 방향에 있어서의 당해 오일 홈의 폭의 중앙이 상기 저널부의 상기 입구 개구의 중심과 정합하도록 배치되고, 상기 오일 홈의 원주 방향 단부는, 상기 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면(端面)까지 연장되어 있지 않고, 따라서 당해 오일 홈의 원주 방향 단부와 당해 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면 사이에는 상기 내주면이 연장되어 분리 내주면을 제공하고 있고,
상기 일방의 반원통형 베어링의 상기 오일 홈이 연장되어 있지 않은 상기 원주 방향 단면, 및 이것에 접합하는 타방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면이, 축선 방향의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 경사면을 내주면 측에 각각 가지고, 그것에 의해 상기 한 쌍의 반원통형 베어링의 접합부에 축선 방향 홈을 형성하고, 당해 축선 방향 홈과 상기 오일 홈 사이에는 상기 분리 내주면이 연장되어 있고, 또한
상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1이, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2보다 작게 이루어져 있고, 따라서 상기 오일 홈은 상기 윤활유로의 입구 개구를 통하여 상기 축선 방향 홈과 연통 가능한 내연기관의 크랭크축용 주베어링.
본 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
L2-L1≥0.5㎜
를 충족시킨다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
L1≥L2×0.3
을 충족시킨다.
더 바람직하게는, 상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
L1≥L2×0.6
을 충족시킨다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 주베어링의 내주면으로부터의 상기 축선 방향 홈의 깊이가 0.1∼1㎜이다.
더 바람직하게는, 상기 주베어링의 내주면으로부터의 상기 축선 방향 홈의 깊이가 0.1∼0.5㎜이다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 주베어링의 내주면 상에 있어서의 상기 축선 방향 오일 홈의 원주 방향의 폭이 0.2∼2㎜이다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 오일 홈의 양방의 원주 방향 단부가, 상기 일방의 반원통형 베어링의 각각의 원주 방향 단면까지 연장되어 있지 않고, 따라서 당해 오일 홈의 원주 방향 양측에 상기 분리 내주면이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 한 쌍의 반원통형 베어링의 각 원주 방향 단면에 인접하는 내주면 측에 크러시 릴리프(crush relief)가 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 중앙 측의 상기 크러시 릴리프의 단부가, 상기 오일 홈의 원주 방향 단부보다 원주 방향 단면 측에 위치한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서는, 상기 저널부의 외주면 상에 있어서의 상기 입구 개구의 면적이, 상기 저널부 내의 상기 윤활유로의 단면적보다 크고, 따라서 상기 입구 개구와 상기 윤활유로의 사이에는 단면적이 점차 변화되는 유로 천이 부분이 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 저널부의 외주면으로부터의 상기 유로 천이 부분의 깊이 치수가 1∼2㎜이다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 상기 서술한 제1 관점에 의한 크랭크축용 주베어링과, 당해 주베어링에 의해 지지되는 상기 저널부로 구성되는 베어링 장치가 제공된다.
본 발명의 구성으로 함으로써, 주베어링의 벽에 형성된 관통구를 통하여 윤활유 홈 내에 공급된 윤활유는, 오일 홈의 원주 방향 단부와 축선 방향 홈 사이에 연장되는 분리 내주면에 의해 주베어링의 축선 방향 홈으로부터의 유출이 억제되는 한편, 윤활유에 부수되는 이물은, 저널부의 입구 개구가 분리 내주면 위를 통과할 때에 오일 홈과 축선 방향 홈이 연통함으로써, 주베어링의 축선 방향 홈으로부터 적절하게 배출될 수 있다.
발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 밝혀질 것이다.
도 1은 내연기관의 크랭크축을, 저널부 및 크랭크핀부에서 각각 재단한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 크랭크축용 주베어링 및 크랭크축의 정면도.
도 3은 도 2에 나타내는 주베어링의 상측의 반원통형 베어링을 베어링 내주면 측으로부터 본 평면도.
도 4는 도 2에 나타내는 주베어링의 하측의 반원통형 베어링을 베어링 내주면 측으로부터 본 평면도.
도 5는 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부 및 크랭크축의, 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 6은 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부를 베어링 내주면 측으로부터 본 도면.
도 7은 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부의 확대 정면도.
도 8은 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부 및 크랭크축의 다른 예의, 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 9는 도 2에 나타내는 주베어링의 기능을 설명하기 위한, 일방의 접합부를 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 10은 도 2에 나타내는 주베어링의 기능을 설명하기 위한, 일방의 접합부를 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 11은 도 2에 나타내는 주베어링의 기능을 설명하기 위한, 일방의 접합부를 베어링 내주면 측으로부터 본 도면.
도 12는 도 2에 나타내는 주베어링의 기능을 설명하기 위한, 타방의 접합부를 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 13은 크러시 릴리프를 설치한 경우의 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부의 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 14는 도 13에 나타내는 주베어링의 접합부를 베어링 내주면 측으로부터 본 도면.
도 15는 도 13과는 다른 크러시 릴리프를 설치한 경우의 도 2에 나타내는 주베어링의 접합부의 축선 방향으로부터 본 확대 단면도.
도 16은 본 발명의 실시예 2에 의한 크랭크축용 주베어링의 정면도.
도 17은 본 발명의 실시예 3에 의한 크랭크축용 주베어링의 정면도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은, 내연기관의 크랭크축을, 저널부 및 크랭크핀부에서 각각 재단한 모식도이며, 저널부(10), 크랭크핀(12) 및 콘로드(14)를 나타낸다. 이들 3부재의 지면 깊이 방향에서의 위치 관계로서, 저널부(10)가 지면의 안쪽에, 크랭크핀(12)이 앞쪽에 있고, 이 크랭크핀(12)은, 타단에 피스톤을 담지하는 콘로드(14)의 대단부(大端部) 하우징(16)으로 포위되어 있다.
저널부(10)는, 한 쌍의 반원통형 베어링(17, 18)으로 구성되는 주베어링(19)을 개재하여, 내연기관의 실린더 블록 하부(도시 생략)에 지지되어 있다. 도면에서 상측에 위치하는 반원통형 베어링(17)에만, 주베어링의 양단 근방 영역을 제외하고 원주 방향으로 연장되는 오일 홈(17a)이 내주면에 형성되어 있다. 저널부(10)는 그 직경 방향으로 관통 구멍(윤활유로)(10a)을 가지고, 저널부(10)가 화살표 X 방향으로 회전하면, 관통 구멍(10a)의 양단의 입구 개구가 번갈아 오일 홈(17a)에 연통된다. 또한, 오일 홈은, 상측 및 하측의 반원통형 베어링(17, 18)의 양방에 형성하면 주베어링(19)으로부터의 윤활유의 누설량이 증가하기 때문에, 본 발명에서는, 상측 및 하측의 반원통형 베어링의 어느 일방에만 형성할 필요가 있다.
저널부(10), 도시 생략한 크랭크 아암, 및 크랭크핀(12)을 관통하고, 관통 구멍(10a)에 연통하는 윤활유로(20)가 크랭크축 내부에 형성되어 있다.
크랭크핀(12)은, 한 쌍의 반원통형 베어링(22a, 22b)으로 구성되는 콘로드 베어링(22)을 개재하여, 콘로드(14)의[콘로드 측 대단부 하우징(16A)과 캡 측 대단부 하우징(16B)으로 구성된다] 대단부 하우징(16)에 유지되어 있다.
도 2∼도 7에, 주베어링(19)을 구성하는 한 쌍의 반원통형 베어링(17, 18)의 상세를 나타낸다. 지면 상측의 반원통형 베어링(17)은, 저널부(10)의 회전 방향 X의 전방 측에 배치되는 전방 측 원주 방향 단면(17A), 및 후방 측에 배치되는 후방 측 원주 방향 단면(17B)을 가진다. 하측의 반원통형 베어링(18)은, 저널부(10)의 회전 방향 X의 전방 측에 배치되는 전방 측 원주 방향 단면(18B), 및 후방 측에 배치되는 후방 측 원주 방향 단면(18A)을 가진다. 반원통형 베어링(17)의 전방 측 원주 방향 단면(17A)은 반원통형 베어링(18)의 후방 측 원주 방향 단면(18A)과 맞닿고, 또한 반원통형 베어링(18)의 전방 측 원주 방향 단면(18B)은 반원통형 베어링(17)의 후방 측 원주 방향 단면(17B)과 맞닿으며, 그것에 의해 원통 형상의 주베어링(19)을 구성하고 있다.
반원통형 베어링(17)의 전방 측 원주 방향 단면(17A) 및 후방 측 원주 방향 단면(17B)은 내주면 측에 축선 방향의 전체 길이에 걸쳐 모접기의 양태로 형성된 경사면(17C, 17D)을 각각 가지고, 또한 반원통형 베어링(18)의 전방 측 원주 방향 단면(18B) 및 후방 측 원주 방향 단면(18A)은 내주면 측에 축선 방향의 전체 길이에 걸쳐 동일하게 형성된 경사면(18D, 18C)을 각각 가지며, 그것에 의해 반원통형 베어링(17, 18)의 접합부에는 축선 방향 홈(24A, 24B)이 형성된다.
도 2로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 반원통형 베어링(17)의 내주면(17S)에 형성된 오일 홈(17a)은 원주 방향 중앙부를 포함하는 영역에서 일정한 깊이를 가지고, 원주 방향 단부 근방 영역에서는 단부를 향하여 점차 깊이가 감소하고 있다. 오일 홈(17a)의 원주 방향 양단부(17E, 17F)는 경사면(17C) 및 경사면(17D)까지 각각 연장되어 있지 않고, 따라서 단부(17E)와 경사면(17C) 사이, 및 단부(17F)와 경사면(17D) 사이에는 내주면(17S)이 연장되어 있다(도 3 및 도 5). 본 명세서에서는, 이하, 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)와 경사면(17C)을 분리하도록 원주 방향 길이(직선 거리) L1에 걸쳐 연장되는 이 내주면(17S) 부분을, 분리 내주부(17S')(도 6의 사선 부분)라고 칭한다.
도 3으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 오일 홈(17a)은 반원통형 베어링(17)의 축선 방향에 있어서의 폭의 중앙에 배치된다. 오일 홈(17a)의 바닥부에는 반원통형 베어링(17)을 직경 방향으로 관통하는 관통구(도시 생략)가 형성되고, 윤활유는, 실린더 블록의 벽 내의 오일 갤러리로부터, 이 관통구를 통하여 오일 홈(17a) 내에 공급된다. 윤활유의 일부는 그 후, 저널부(10)의 화살표 X 방향의 회전에 따라 오일 홈(17a) 안을 회전 방향 전방으로 흐르고, 윤활유의 다른 일부는 오일 홈(17a) 안을 회전 방향과 반대 방향으로 흐른다. 반원통형 베어링(17)은 또한, 오일 홈(17a)의 폭 방향의 중앙이 저널부(10)의 윤활유로(10a)의 입구 개구(26)의 중심과 정합하도록 배치되어 있기 때문에[도 6은, 도 5의 회전 위치에 있는 입구 개구(26)를 파선으로 나타낸다], 오일 홈(17a) 내에 공급된 윤활유는, 입구 개구(26)를 통하여 콘로드 베어링(22)으로 더 흐를 수 있다. 저널부(10) 내의 윤활유로(10a)의 입구 개구(26)의 치수는, 내연기관의 사양에 따라 다르지만, 예를 들면 승용차용의 소형 내연 기관의 경우, 직경으로 5∼8㎜ 정도이다.
입구 개구(26)는, 도 5에서는 윤활유로(10a)와 동일한 단면적을 가지는 것으로서 기재되어 있다. 그러나 입구 개구(26)는, 가공의 결과로서 도 8에 나타내는 바와 같이 윤활유로(10a)보다 큰 단면적을 가지고 있어도 되고, 또한 저널부(10)의 외주면 상에 있어서 원형 또는 타원형의 개구 형상을 가지고 있어도 된다. 입구 개구(26)의 단면적이 윤활유로(10a)의 단면적보다 큰 경우, 입구 개구(26)와 윤활유로(10a)의 사이에는 단면적이 유로 방향으로 점차 변화되는 유로 천이 부분(29)이 깊이 1∼2㎜까지 형성된다. 어떤 경우도, 입구 개구(26)는 저널부(10)의 외주면 상에 있어서의 원주 방향 길이(직선 거리) L2를 가지고 있다.
오일 홈(17a)에 공급되는 윤활유에 이물(28)이 혼입되어 있으면, 이물(28)은 윤활유와의 비중차 때문에 오일 홈(17a)의 원주 방향 양단부 중 어느 쪽으로 이동한다(도 5). 종래의 크랭크축용 주베어링에서는, 이 이물이 오일 홈의 원주 방향 단부에 체류하여 저널부와 주베어링 사이의 슬라이딩면에 손상을 일으키는 원인이 되거나, 혹은 저널부의 입구 개구가 오일 홈의 원주 방향 단부 위를 통과할 때에 윤활유로에 윤활유와 함께 흘러들어가, 크랭크핀과 콘로드 베어링 사이의 슬라이딩면에 손상을 일으키는 원인이 되고 있었다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면, 분리 내주부(17S')의 원주 방향 길이 L1이 입구 개구(26)의 원주 방향 길이 L2보다 작게 형성되고, 따라서 저널부(10)의 회전에 수반하여 입구 개구(26)가 오일 홈(17a)의 단부(17E) 위를 통과할 때(도 9 참조)에 윤활유로(10a)에 진입한 이물(28)은, 입구 개구(26)가 분리 내주면(17S') 상에 위치하고, 그것에 의해 오일 홈(17a)이 입구 개구(26)를 통하여 축선 방향 홈(24A)과 연통하였을 때(도 10 참조)에 축선 방향 홈(24A)으로 배출된다.
더 상세하게는, 오일 홈(17a)이 입구 개구(26)를 통하여 축선 방향 홈(24A)과 연통하였을 때, (1) 저널부(10)의 회전에 의한 원심력 F1, (2) 오일 홈(17a) 안과 윤활유로(10a) 안의 윤활유의 압력 구배에 의한 흐름 F2, 및 (3) 윤활유로(10a) 안과 축선 방향 홈(24A) 안의 윤활유의 압력 구배에 의한 흐름 F3이, 입구 개구(26) 부근에 있는 윤활유로(10a) 내부의 이물(28) 및 윤활유에 동시에 작용하고, 윤활유로(10a) 내에 진입한 이물(28)을 축선 방향 홈(24A)으로 이동시키기에 충분한 윤활유의 흐름이 순간적으로 형성된다. 또, 이 순간, 축선 방향 홈(24A) 내에는 주베어링(19)의 축선 방향으로의 흐름도 형성되고, 이물(28)의 베어링 밖으로의 배출을 돕는다(도 11).
그 후, 저널부(10)의 회전과 함께 오일 홈(17a)과 축선 방향 홈(24A) 사이의 연통은 차단되고(예를 들면 도 8 참조), 축선 방향 홈(24A) 내의 축선 방향의 흐름도 감소하기 때문에, 주베어링(19)으로부터의 윤활유의 유출이 억제된다.
또한, 본 발명에 의하면, 오일 홈(17a)의 회전 방향 후방 측 단부(17F)에서 오일 홈(17a)과 축선 방향 홈(24B)이 입구 개구(26)를 통하여 연통하는 순간에도, 도 12에 나타내는 바와 같이 상기 서술한 작용 F1∼3이 작용하기 때문에, 윤활유의 누설량을 저감하면서 이물을 배출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 분리 내주부(17S')의 원주 방향 길이 L1은 입구 개구(26)의 원주 방향 길이 L2보다 작을 것이 요구된다. L1≥L2인 경우, 입구 개구(26)가 축선 방향 홈(24A)과 연통을 개시하였을 때, 입구 개구(26)는 오일 홈(17a)과 이미 연통하고 있지 않으며, 그러므로 도 10에 나타내는 오일 홈(17a)으로부터의 흐름 F2가 생기지 않기 때문에, 윤활유로(10a)에 진입한 이물(28)을 축선 방향 홈(24A)으로 흘러가게 할 수 없게 되기 때문이다.
윤활유로(10a)에 진입한 이물(28)을 축선 방향 홈(24A)으로 압출하기에 충분한 윤활유의 흐름을 위해, 분리 내주부(17S')의 원주 방향 길이 L1과 입구 개구(26)의 원주 방향 길이 L2가, L2-L1≥0.5㎜의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다. 또 오일 홈(17a)이 축선 방향 홈(24A)과 연통하고 있을 때에 과잉으로 윤활유가 유출되는 것을 방지하기 위하여, 분리 내주부(17S')의 원주 방향 길이 L1과 입구 개구(26)의 원주 방향 길이 L2는, L1≥L2×0.3의 관계를 충족시키고 있는 것이 바람직하고, 또한 L1≥L2×0.6의 관계를 충족시키고 있는 것이 더욱 바람직하다. 이것은, 분리 내주부(17S')의 원주 방향 길이 L1이 너무 짧으면, 오일 홈(17a)과 축선 방향 홈(24A)이 연통하는 시간이 길어져, 오일 홈(17a)의 단부(17E)로부터 축선 방향 홈(24A)으로 흘러들어가는 유량, 즉 누설량이 증가하고, 따라서 콘로드 베어링(22)으로 보내지는 유량이 감소하기 때문이다.
주베어링(19)의 내주면 상에 있어서의 축선 방향 홈(24A)의 원주 방향 길이(직선 거리) L3은 0.2∼2㎜로 할 수 있고, 또한 주베어링(19)의 내주면으로부터의 축선 방향 홈(24A)의 최대 깊이 D1은 0.1∼1㎜, 바람직하게는 0.1∼0.5㎜로 할 수 있다(도 7). 축선 방향 홈(24A)의 원주 방향 길이 L3 및 깊이 D1은, 윤활유에 혼입되는 이물의 사이즈(일반적으로는, 최대 0.1㎜ 정도)를 감안하여, 이물을 배출 가능한 최소 치수로 해도 된다.
상기 서술한 바와 같이 입구 개구(26)의 단면적이 윤활유로(10a)의 단면적보다 크고, 그리고 유로 천이 부분(29)이 적어도 입구 개구(26)의 원주 방향 양측에 형성되어 있는 경우, 오일 홈(17a)과 축선 방향 홈(24A)이 통과하였을 때에 오일 홈(17a) 내의 윤활유가 유로 천이 부분(29)의 경사면에 의해 유도되어 윤활유로(10a) 내로 흐르기 쉬워지고, 따라서 이물(28)을 축선 방향 홈(24A)을 향하여 흘러가게 하는 원주 방향의 흐름 F2(도 10)를 강화시킬 수 있다. 또 입구 개구(26)의 회전 방향 전방 측의 경사면은, 이물(28)이 축선 방향 홈(24A) 내로 진입하는 것을 돕는다.
본 발명에 의한 크랭크축용 주베어링(19)은, 반원통형 베어링(17, 18)의 접합부에 인접하는 베어링 내주면에 크러시 릴리프(42, 44)를 가지고 있어도 된다. 크러시 릴리프는, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이, 각 반원통형 베어링(17, 18)의 원주 방향 단부 영역에 있어서 벽부의 두께를 회전 중심과 동심인 본래의 내주면(40)(주요 원호)으로부터 반경 방향으로 감소시킴으로써 형성되는 이스케이프 공간(42, 44)이며, 이것은, 예를 들면 한 쌍의 반원통형 베어링(17, 18)을 크랭크축(10)의 저널부(19)에 장착할 때에 생길 수 있는 반원통형 베어링의 원주 방향 단면의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하기 위해 형성된다. 따라서 크러시 릴리프(42)가 형성된 영역 R에서의 베어링 내주면(17S)의 곡률 중심 위치는, 그 밖의 영역에 있어서의 베어링 내주면(주요 원호)의 곡률 중심 위치와 다르다(SAE J506(항목 3.26 및 항목 6.4), DIN1497, 섹션 3.2, JIS D3102 참조). 일반적으로, 승용차용의 소형 내연기관용 베어링의 경우, 하프 베어링의 원주 방향 단면에 있어서의 크러시 릴리프의 깊이(본래의 내주면으로부터 실제 내주면까지의 거리)는 0.01∼0.05㎜ 정도이다.
크러시 릴리프(42)는 반원통형 베어링(17)의 원주 방향 중앙 측을 향하여 점차 깊이를 감소시키고, 크러시 릴리프(42)가 형성되는 영역을 획정하는 단부(42A)를 베어링 내주면(17S) 상에 형성하지만, 이 단부(42A)는 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)보다 원주 방향 중앙 측에 위치되어 있어도 되고, 혹은 도 15에 나타내는 바와 같이 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)보다 원주 방향 단부 측에 위치하고 있어도 된다. 이것은, 크러시 릴리프(42)의 깊이가 오일 홈(17a)이나 축선 방향 홈(24A)의 깊이에 비해 충분히 작기 때문에, 본래의 내주면(40)과 실제의 내주면(17S')의 차이가 이물의 배출 작용에 영향을 주지 않기 때문이다. 그러나, 크러시 릴리프(42)의 원주 방향 단부(42A)가 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)의 위치보다 원주 방향 중앙 측에 위치하고 있는 경우, 분리 내주부(17S')와 저널부(10)의 외주면 사이에 형성되는 간극이 약간 증가하기 때문에, 오일 홈(17a)으로부터 축선 방향 홈(24A)으로 흐르는 유량 즉 주베어링(19)으로부터의 누설량이 약간 증가한다. 따라서 윤활유의 누설량을 저감하는 관점에서, 크러시 릴리프(42)의 단부(42A)는 도 15에 나타내는 바와 같이 오일 홈(17a)의 원주 방향 단부(17E)보다 원주 방향 단부 측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
바꿔 말하면, 도 15에 나타내지는 크러시 릴리프(42)가 형성된 반원통형 베어링(17)의 경우, 저널부(10)의 입구 개구(26)가, 오일 홈(17a)을 크러시 릴리프(42)가 형성된 영역 R만과 연통시키는 원주 방향 길이 L2를 가지고 있어도 이물은 배출되지 않고, 오일 홈(17a)의 단부에 체류한다. 이것은, 크러시 릴리프(42)는 이물이 진입하기에 불충분한 깊이라는 상기 서술한 이유에 더하여, 입구 개구(26)와 크러시 릴리프(42)가 연통한 초기 단계에 있어서, 윤활유는 크러시 릴리프(42)의 특히 용적이 작은 부분으로 흘러들어가 그곳을 충전하기 때문에, 윤활유로(10a) 및 크러시 릴리프(42)의 차압이 작아져, 압력 구배에 의한 흐름 F3이 발생하기 어렵기 때문이다. 따라서 본 발명에 의하면, 입구 개구(26) 및 분리 내주면(17S')은, 오일 홈(17a)을 축선 방향 오일 홈(24A 또는 24B)과 연통하도록 치수 결정되는 것이 필요하다.
도 16은, 본 발명의 실시예 2에 의한 크랭크축용 주베어링(19')을 나타낸다. 도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 축선 방향 홈은, 반원통형 베어링(17', 18')의 접합부 중, 지면 우측의 접합부에만 형성되어 있고, 또한 지면 상측의 반원통형 베어링(17')에 형성된 오일 홈(17a')은, 저널부의 회전 방향 전방 측에만 상기 서술한 본 발명의 구성을 가지고 있다. 즉 오일 홈(17a')은 회전 방향 전방 측의 단부를 향하여 점차 깊이를 감소시키고, 그것에 의해 회전 방향 전방 측에 분리 내주면을 형성하고 있으며, 한편, 원주 방향 중앙부를 포함하는 영역으로부터 회전 방향 후방 측의 단부에 걸쳐서는 일정한 깊이를 유지하고, 그것에 의해 반원통형 베어링(17')의 원주 방향 단면까지 연장되고 있다.
도 17은, 본 발명의 실시예 3에 의한 크랭크축용 주베어링(19")을 나타낸다.
도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 축선 방향 홈은, 반원통형 베어링(17", 18")의 접합부 중, 지면 좌측의 접합부에만 형성되어 있고, 또한 지면 상측의 반원통형 베어링(17")에 형성된 오일 홈(17a")은, 저널부의 회전 방향 후방 측에만 상기 서술한 본 발명의 구성을 가지고 있다. 즉 오일 홈(17a")은, 반원통형 베어링(17")의 회전 방향 전방 측 단면으로부터 회전 방향 후방 측의 단부를 향하여 점차 깊이를 감소시키도록 원주 방향으로 연장되고, 그것에 의해 회전 방향 후방 측에만 분리 내주면을 형성하고 있다.
상기 기재는 실시예에 대하여 이루어졌으나, 본 발명은 그것에 한하지 않고, 본 발명의 정신과 첨부의 청구범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 오일 홈은 상측의 반원통형 베어링에 형성되어 있으나, 하측의 반원통형 베어링에만 형성되어도 된다. 또 오일 홈은, 깊이가 반원통형 베어링의 원주 방향 중앙부에서 최대로, 반원통형 베어링의 원주 방향의 양단부를 향하여 점차 감소하도록 형성되어도 되며, 오일 홈의 길이 방향에 수직한 단면(斷面) 형상은, 직사각형 이외에, 반원형 형상, 삼각형 형상 등 임의의 형상이어도 된다.
10 : 저널부
10a : 관통 구멍(윤활유로)
12 : 크랭크핀
14 : 콘로드
16 : 대단부 하우징
16A : 콘로드 측 대단부 하우징
16B : 캡 측 대단부 하우징
17 : 반원통형 베어링
17a : 오일 홈
17a : 전방 측 원주 방향 단면
17B : 후방 측 원주 방향 단면
17C, 17D : 경사면
17E, 17F : 오일 홈의 원주 방향 양단부
17S : 내주면
17S' : 분리 내주부
18 : 반원통형 베어링
18A : 후방 측 원주 방향 단면
18B : 전방 측 원주 방향 단면
18D, 18C : 경사면
19 : 주베어링
20 : 윤활유로
22 : 콘로드 베어링
22a : 반원통형 베어링
22b : 반원통형 베어링
24A, 24B : 축선 방향 홈
26 : 입구 개구
28 : 이물
29 : 유로 천이 부분
42, 44 : 크러시 릴리프 또는 이스케이프 공간
42A : 단부

Claims (13)

  1. 크랭크축의 저널부를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하기 위한, 내연기관의 크랭크축용 주베어링으로서, 상기 저널부는, 그 내부에 연장되는 윤활유로와, 그 외주면 상에 형성된 상기 윤활유로의 입구 개구를 가지고 있는 주베어링에 있어서,
    상기 주베어링이 한 쌍의 반원통형 베어링으로 구성되고, 상기 반원통형 베어링의 어느 일방만이 그 내주면에 형성된 오일 홈을 가지고,
    상기 오일 홈은, 상기 일방의 반원통형 베어링의 적어도 원주 방향 중앙부를 통과하여 원주 방향으로 연장되고, 또한, 축선 방향에 있어서의 당해 오일 홈의 폭의 중앙이 상기 저널부의 상기 입구 개구의 중심과 정합하도록 배치되고, 상기 오일 홈의 원주 방향 단부는, 상기 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면까지 연장되어 있지 않고, 따라서 당해 오일 홈의 원주 방향 단부와 당해 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면 사이에는 상기 내주면이 연장되어 분리 내주면을 제공하고 있고,
    상기 일방의 반원통형 베어링의 상기 오일 홈이 연장되어 있지 않은 상기 원주 방향 단면, 및 이것에 접합하는 타방의 반원통형 베어링의 원주 방향 단면이, 축선 방향의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 경사면을 내주면 측에 각각 가지고, 그것에 의해 상기 한 쌍의 반원통형 베어링의 접합부에 축선 방향 홈을 형성하고, 당해 축선 방향 홈과 상기 오일 홈의 사이에는 상기 분리 내주면이 연장되어 있고,
    상기 주베어링의 내주면으로부터의 상기 축선 방향 홈의 깊이가 0.1∼1㎜이고,
    상기 주베어링의 내주면 상에 있어서의 상기 축선 방향 홈의 원주 방향의 폭이 0.2∼2㎜이고, 또한,
    상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1이, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2보다 작게 이루어져 있고, 따라서 상기 오일 홈은 상기 윤활유로의 입구 개구를 통하여 상기 축선 방향 홈과 연통 가능한 내연기관의 크랭크축용 주베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
    L2-L1≥0.5㎜
    를 충족시키는 크랭크축용 주베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
    L1≥L2×0.3
    을 충족시키는 크랭크축용 주베어링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분리 내주면의 원주 방향 길이 L1과, 상기 저널부의 상기 입구 개구의 원주 방향 길이 L2가 이하의 관계식:
    L1≥L2×0.6
    을 충족시키는 크랭크축용 주베어링.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주베어링의 내주면으로부터의 상기 축선 방향 홈의 깊이가 0.1∼0.5㎜인 크랭크축용 주베어링.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오일 홈의 양방의 원주 방향 단부가, 상기 일방의 반원통형 베어링의 각각의 원주 방향 단면까지 연장되어 있지 않고, 따라서 당해 오일 홈의 원주 방향 양측에 상기 분리 내주면이 제공되는 크랭크축용 주베어링.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반원통형 베어링의 각 원주 방향 단면에 인접하는 내주면 측에 크러시 릴리프(crush relief)가 형성되어 있는 크랭크축용 주베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일방의 반원통형 베어링의 원주 방향 중앙 측의 상기 크러시 릴리프의 단부가, 상기 오일 홈의 원주 방향 단부보다 원주 방향 단면 측에 위치하는 크랭크축용 주베어링.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 저널부의 외주면 상에 있어서의 상기 입구 개구의 면적이, 상기 저널부 내의 상기 윤활유로의 단면적보다 크고, 따라서 상기 입구 개구와 상기 윤활유로의 사이에는 단면적이 점차 변화되는 유로 천이 부분이 형성되어 있는 크랭크축용 주베어링.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저널부의 외주면으로부터의 상기 유로 천이 부분의 깊이 치수가 1∼2㎜인 크랭크축용 주베어링.
  13. 제1항에 기재된 크랭크축용 주베어링과, 당해 주베어링에 의해 지지되는 상기 저널부로 구성되는 베어링 장치.
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