KR101866960B1 - 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치 - Google Patents

내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치 Download PDF

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다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
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Abstract

시동 시에 베어링 간극에 조기에 오일이 공급되어, 상용 운전 시에 오일 공급량을 적게 할 수 있는 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치를 제공하는 것이다.
복수의 저널부를 가지는 크랭크축과, 크랭크축을 지지하는 주베어링과, 베어링 하우징을 포함하는, 베어링 장치(1)로서, 복수의 저널부는, 윤활 유로를 가지는 제 1 저널부(61)와 윤활 유로를 갖지 않는 제 2 저널부(62)를 가지고, 제 1 및 제 2 저널부(61, 62)는, 제 1 및 제 2 주베어링(41, 42)에 의해 지지되며, 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로 구성되고, 제 2 주베어링(42)의 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G) 중 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 제 1 주베어링(41)의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하이다.

Description

내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치{BEARING APPARATUS OF CRANKSHAFT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치에 관한 것이다.
다기통 내연 기관의 크랭크축은, 복수의 저널부 및 복수의 크랭크핀부를 가지고, 복수의 저널부는, 크랭크핀부로의 급유를 행하기 위한 윤활 유로를 가지는 저널부(A)(이하, 간단히 「저널부(A)」라고 함)와 윤활 유로를 갖지 않는 저널부(B)(이하, 간단히 「저널부(B)」라고 함)로 이루어진다. 크랭크축은, 저널부(A)에 있어서 주베어링(A)을 개재하여, 또한, 저널부(B)에 있어서 주베어링(B)을 개재하여, 내연 기관의 실린더 블록 하부에 지지된다. 주베어링(A, B)은, 한 쌍의 하프 베어링을 베어링 하우징의 베어링 유지 구멍에 조립함으로써 원통 형상이 된다. 베어링 하우징은, 실린더 블록의 일부인 상측 하우징과, 베어링 캡으로서의 하측 하우징으로 이루어진다. 주베어링(A, B)을 윤활하기 위해, 오일 펌프에 의해 토출된 오일이, 실린더 블록의 벽 내에 형성된 오일 갤러리 및 주베어링(A, B)의 벽에 형성된 관통구를 통과하여, 주베어링(A, B)의 내주면을 따라 형성된 오일 홈 내로 보내진다. 저널부(A)에는, 제 1 윤활 유로가, 저널부(A)를 직경 방향으로 관통 형성되어 있으며, 그 양단 개구에서 주베어링(A)의 오일 홈과 연통한다. 또한, 제 2 윤활 유로가, 제 1 윤활 유로로부터 분기되어 크랭크 아암부를 통과하도록 형성되고, 크랭크핀부의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로와 연통하고 있다. 따라서, 주베어링(A)의 오일 홈 내로 보내진 오일은, 제 1 윤활 유로, 제 2 윤활 유로, 및 제 3 윤활 유로를 통과하고, 그 후, 제 3 윤활 유로의 단부 개구(크랭크핀부의 외주면 상에 형성되는 유출구)로부터 크랭크핀부와 콘로드 베어링의 사이의 슬라이딩면에 공급된다.
주베어링(A)과 주베어링(B)은 동일한 형상의 것이 이용된다. 주베어링을 구성하는 한 쌍의 하프 베어링 중 적어도 일방의 내주면에 오일 홈이 형성되고, 오일 홈은, 그 하프 베어링의 원주 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성된다(특허 문헌 1의 도 1). 이 경우, 주베어링(B)에서는, 주베어링(B)의 내주면의 윤활을 위해 필요한 양을 초과하는 양의 오일이 공급되고 있었다.
주베어링(B)에 관하여, 실린더 블록측의 하프 베어링(BU)의 오일 홈을 폐지하고, 하프 베어링(BU)의 내주면과 외주면을 관통하여 형성된 오일 구멍을 통하여 외부로부터 공급되는 오일을 주베어링(B)의 내주면과 저널부(B)의 표면간의 간극에 유입시킴으로써, 주베어링(B)으로의 공급 유량을 저감시키는 베어링 장치가 제안되고 있다(특허 문헌 2). 또한, 이 베어링 장치의 주베어링(A)에서는, 일방의 하프 베어링(AU)의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되는 오일 홈의 둘레 방향 양단부가, 하프 베어링(AU)의 내주면의 둘레 방향 양단부에 형성되는 크래시 릴리프와 연통하고 있지 않다. 이와 같이, 하프 베어링(AU)의 오일 홈을 부분 홈의 구조로 함으로써, 오일 홈 내의 오일이, 크래시 릴리프에 의한 간극을 통하여 주베어링(A)의 외부로 유출되는 것을 억제한다. 특허 문헌 2의 베어링 장치에 의하면, 베어링 장치의 복수의 주베어링(A, B)으로의 공급 유량을 저감시킬 수 있고, 이로써 오일 펌프의 소형화가 가능해져, 내연 기관을 저연비화할 수 있다고 되어 있다.
특허 문헌 3은, 특허 문헌 2의(도 5에 개시됨) 베어링 장치에서는, 주베어링(B)이 냉각 부족이 되어, 주베어링(B)의 내구성이 저하된다고 하는 결점을 극복하는 것을 과제로 하고 있다. 특허 문헌 3의 베어링 장치에서는, 주베어링(B)의 일방의 하프 베어링(BU)의 내주면에 부분적인 오일 홈이 형성되어 있으며, 이 오일 홈은, 하프 베어링(BU)의 원주 방향의 중앙 위치를 포함하여 내주면의 원주 방향으로 연장되어, 원주 방향의 양단부의 조금 앞측까지 형성되어 있다(단락 [0009]). 이에 따라, 주베어링(B)의 내주면에 대하여 오일의 급유량을 증가시킬 수 있으므로, 주베어링(B)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다고 하고 있다. 또한, 특허 문헌 3의 베어링 장치의 주베어링(A)에서는, 일방의 하프 베어링(AU)의 내주면의 전체 길이에 걸쳐, 오일 홈이 형성되어 있다. 특허 문헌 3의 베어링 장치에 있어서는, 주베어링(B)으로의 급유량이 증가하기 때문에, 오일 펌프의 대형화를 요한다. 오일 펌프는 크랭크축의 회전력에 의해 작동되기 때문에, 오일 펌프의 대형화는 내연 기관의 기계 손실의 증가를 수반한다.
또한, 최근, 승용차용의 내연 기관에서는, 경량화를 위해 실린더 블록에 Al 합금이 채용되는 경향이 있으며, 주베어링의 베어링 하우징은, 실린더 블록의 일부인 Al 합금제의 상측 하우징과 베어링 캡인 Fe 합금제의 하측 하우징으로 이루어진다. 이 베어링 하우징을 특허 문헌 3의 베어링 장치에 이용한 경우에는, 내연 기관의 시동 시에(특히, 한냉지에 있어서 베어링 장치가 저온인 상태에서의 시동 시에), Fe 합금제의 베어링 캡측에 조립되는 오일 홈을 형성하지 않는 하프 베어링(BL)의 슬라이딩면으로 오일이 공급되기 어려워, 하프 베어링(BL)의 내주면에 소부(燒付)가 일어나는 문제가 있다.
주베어링의 내주면과 크랭크축의 저널부의 표면의 사이에는, 오일을 공급하기 위한 베어링 간극이 형성되어 있다. 이 베어링 간극이 과대해지면, 크랭크축에 덜컥거림이 발생하여, 내연 기관의 진동이나 소음의 원인이 된다. Al 합금제의 상측 하우징과 Fe 합금제의 하측 하우징으로 이루어지는 베어링 하우징을 채용하였을 때에는, Al 합금제 하우징과 Fe 합금제의 크랭크축의 저널부의 열팽창률이 상이하므로, 온도 변화에 따라 베어링 간극이 변화된다. 승용차용의 내연 기관의 베어링 장치는, 내연 기관의 정숙성을 위해, 상용 운전 시에 있어서의 베어링 하우징의 온도(예를 들면, 120℃)에 있어서, 베어링 간극이 좁아지도록 되어 있지만, 베어링 하우징의 온도가 낮아지면 베어링 간극이 더 좁아지도록 변화된다. 승용차용의 내연 기관은, 한냉지에 있어서는 베어링 하우징이 저온(예를 들면, -30℃ 정도)인 상태에서 시동이 이뤄지기 때문에, Al 합금제의 하우징과 Fe 합금제의 크랭크축의 열팽창률의 차이에 의해, 베어링 간극이 매우 좁아져 있고, 또한, 오일의 점도가 높은 상태에 있다.
특허 문헌 3의 베어링 장치에서는, Al 합금제의 상측 하우징에 조립된 하프 베어링(BU)의 내주면에 설치되는 부분적인 오일 홈 내의 오일은, 점도가 높은 상태에 있고, 또한, 하프 베어링(BU)의 내주면과 저널부의 표면의 사이의 베어링 간극이 매우 좁기 때문에, 오일은, 오일 홈 내로부터 외부로 유출되기 어렵게 되어 있다. 따라서, 오일은, Fe 합금제의 하측 하우징에 조립된 타방의 하프 베어링(BL)의 내주면에 조기에 공급되지 않는다. 이 때문에, 타방의 하프 베어링(BL)의 내주면이 손상을 일으킨다.
일본 공개특허 특개평8-277831호 공보 국제공개공부 제2004/038188호 일본 공개특허 특개2006-125565호 공보
따라서, 본 발명은, 저온 상태에서의 내연 기관의 시동 시에 베어링 간극에 조기에 오일이 공급되어, 상용 운전 시에 오일의 공급량을 적게 할 수 있는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 복수의 저널부(61, 62) 및 복수의 크랭크핀부(5)를 가지는 크랭크축(3)과, 상기 크랭크축(3)을 지지하는 주베어링(41, 42)과, 상기 주베어링(41, 42)을 유지하는 베어링 하우징(8)을 포함하는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1)로서,
상기 복수의 저널부는, 상기 크랭크축의 크랭크핀부로 오일을 보내기 위한 윤활 유로(63a)를 가지는 제 1 저널부(61)와, 상기 윤활 유로를 갖지 않는 제 2 저널부(62)를 가지고,
상기 제 1 저널부(61)는, 제 1 주베어링(41)에 의해 지지되고, 상기 제 1 주베어링(41)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 하프 베어링(41U) 및 하측 하프 베어링(41L)으로 구성되며,
상기 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)에 의해 지지되고, 상기 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L)으로 구성되고,
상기 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로 구성되며, 상기 상측 하우징은, 상기 상측 하프 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83a)을 가지고, 상기 하측 하우징은, 상기 하측 하프 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83b)을 가지며, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)이 유지되고, 상기 하측 하우징의 상기 반원통면(83b)에 상기 하측 하프 베어링(41L, 42L)이 유지되도록 되어 있으며,
상기 상측 하우징의 내부에는, 상기 제 1 및 제 2 주베어링으로 오일을 공급하기 위한 내부 유로(G2)가 형성되고, 상기 내부 유로(G2)의 개구(G2c)가, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 형성되어 있으며,
한 쌍의 하프 베어링 중 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)만이, 내주면에 형성된 오일 홈(41G, 42G) 및 적어도 하나의 오일 구멍(45)을 가지고,
상기 오일 구멍(45)은, 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)의 베어링 벽 두께를 관통하여, 외주면에 개구되어 있으며,
상기 상측 하우징(81)의 상기 내부 유로(G2)의 상기 개구(G2c)와 상기 오일 홈(41G, 42G)은, 오일 구멍(45)에 의해 연통하도록 되어 있고,
상기 상측 및 하측 하프 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)에는, 내주면의 둘레 방향 양단부에 크래시 릴리프(70)가 형성되어 있으며,
상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, 상기 오일 홈(41G)의 둘레 방향 양단부의 각각이, 최소로 상기 크래시 릴리프(70)에 연통하고, 최대로 상기 상측 하프 베어링(41U)의 둘레 방향 단면(72)에 개구하도록 되어 있으며,
상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)이, 상기 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 상기 오일 홈(42G)의 둘레 방향 양단부가 상기 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 양 단면(72)에 개구되어 있으며,
상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역을 ±45° 영역(θ1)으로서 정의하면, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G) 중 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)의 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하이다.
또한, 「상측」 및 「하측」의 용어는, 본 발명의 구성의 배치를 한정하는 것은 아니고, 본 발명은, 임의의 배향으로 배치 가능하다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서(둘레 방향 중 어느 위치에 있어서도), 둘레 방향으로 대응하는 위치에서의 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하이다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서 최대로 0.5㎜이다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상기 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부에서 최소가 되고, 상기 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부측을 향해 커진다.
본 발명에서는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)의 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)이, 베어링 장치(1)(베어링 하우징(8))의 온도 변화가 있었던 경우에는, 오일 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면의 간극의 변화가 큰 ±45° 영역(θ1)을 포함하도록 형성되어 있으며, 또한, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 적어도 ±45° 영역(θ1)에서는, 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하가 된다. 이 때문에, 한냉지에 있어서 저온 상태(예를 들면, -30℃)에서의 내연 기관의 시동 시에 있어서, 제 2 저널부(62)를 지지하는 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극이 좁아져, 오일 홈(42G) 내의 오일은, 회전하는 저널부(62)의 표면으로부터의 힘의 작용을 강하게 받아, 강제적으로 오일 홈(42G) 내를 축회전 방향의 전방측으로 보내진다. 이 동안에, 오일은, 전단되어, 조기에 온도가 상승하여, 점도가 낮아진다.
저온 상태에서의 내연 기관의 시동 시에는, 제 2 저널부(62)의 표면과 제 2 주베어링(42)의 내주면(71)의 사이의 베어링 간극이 매우 좁지만, 점도가 낮아진 오일은, 오일 홈(42G) 내로부터 Fe 합금제의 하측 하우징(82)에 수용되는 하측 하프 베어링(42L)의 내주면(71)과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 베어링 간극에 조기에 오일이 공급되게 된다.
한편, 내연 기관의 상용 운전 시, 베어링 장치(1)의 온도가 상승하면, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극이 증가하여, 오일 홈 내의 오일에는 회전하는 저널부에 의한 힘이 작용하기 어려워져, 오일이 오일 홈(42G)으로부터 상측 하프 베어링(42U)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극이나, 하측 하프 베어링(42L)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극으로 과도하게 유출되기 어려워진다. 또한, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 홈 깊이는, 제 1 주베어링(41)의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 홈 깊이의 절반 이하인 구성으로 함으로써, 오일 홈(42G)의 내용적이 작아진다. 제 2 주베어링(42)으로의 오일의 공급량이 적으므로, 오일 펌프의 소형화가 가능하다.
도 1은 크랭크축의 베어링 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 윤활 유로를 가지는 제 1 저널부의 정면도이다.
도 3은 윤활 유로를 갖지 않는 제 2 저널부의 정면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 제 1 주베어링(41)의 정면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 상측 하프 베어링(41U)의 내주면측을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 나타내는 제 2 주베어링(42)의 정면도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 상측 하프 베어링(42U)의 내주면측을 나타내는 도면이다.
도 8은 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 단면도이다.
도 9는 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 단면도이다.
도 10a는 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10b는 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10c는 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 2의 제 2 주베어링(42A)의 정면도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 상측 하프 베어링(41AU)의 저면도이다.
도 13은 실시예 3의 제 2 주베어링(42B)의 정면도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 상측 하프 베어링(42BU)의 저면도이다.
도 15는 도 13에 나타내는 오일 구멍(45)의 Y 화살표도이다.
(실시예 1)
도 1은, 직렬 4기통의 내연 기관에 적용된 본 발명의 크랭크축(3)의 베어링 장치(1)를 나타내는 개략도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)의 크랭크핀부(5)로 오일을 공급하기 위한 윤활 유로(63a)를 가지는 저널부(61)(도 1에 있어서 2번, 4번 저널부(61A, 61B))에 있어서의 베어링 구조를 나타낸다(이하, 「윤활 유로를 가지는 저널부」는, 「제 1 저널부」라고 기재함). 도 3은, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)의 크랭크핀부(5)로 오일을 공급하기 위한 윤활 유로를 갖지 않는 저널부(62)(도 1에 있어서 1번, 3번, 5번 저널부(62A, 62B, 62C))에 있어서의 베어링 구조를 나타낸다(이하, 「윤활 유로를 갖지 않는 저널부」는, 「제 2 저널부」라고 기재함).
(베어링 장치의 전체 구성)
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 베어링 장치(1)는, 실린더 블록에 지지되는 5개소의 저널부(6)(61A, 61B, 62A, 62B, 62C)와, 4개소의 크랭크핀부(5)(5A~5D)를 가지는 크랭크축(3)을 구비하고 있다. 크랭크핀부(5)는, 저널부(6)끼리의 사이에 저널부(6)와 일체로 형성되어 있으며, 저널부(6)를 중심으로 하여 회전한다. 그리고, 베어링 장치(1)는, 크랭크축(3)을 지지하는 슬라이딩 베어링으로서, 각 저널부(6)(61A, 61B, 62A, 62B, 62C)를 회전 가능하도록 지지하는 5개의 주베어링(4)과, 각 크랭크핀부(5)(5A~5D)를 회전 가능하도록 지지하는 4개의 콘로드(21) 및 콘로드 베어링(24)(도 1에서는 도시하지 않음)을 더 구비하고 있다. 승용차용의 소형의 내연 기관의 크랭크축(3)은, Fe 합금제이며, 저널부(6)의 직경은, 40㎜~100㎜ 정도이다. 복수의 저널부(6)는 통상은 동일한 직경을 가진다.
제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)은, 한 쌍의 하프 베어링(상측 하프 베어링(41U) 및 하측 하프 베어링(41L))으로 구성되고, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 하프 베어링(상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L))으로 구성된다. 하프 베어링은, Fe 합금제의 백메탈층(back metal layer)과 베어링 합금(Al 합금, Cu 합금 등)층으로 이루어진다. 주베어링(41, 42)의 내경은, 저널부의 직경에 대응하는 치수가 되고, 벽 두께는, 1.5㎜~3.0㎜ 정도이다.
Al 합금제의 실린더 블록에는, 베어링 하우징(8)이 각 저널부(6)와 대응하는 위치에 설치되어 있으며, 베어링 하우징(8)은, 실린더 블록의 일부인 Al 합금제의 상측 하우징(81)과, Fe 합금제의 베어링 캡인 하측 하우징(82)으로 이루어진다. 상측 하우징(81) 및 하측 하우징(82)은, 하프 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)과 정합하는 반원통면(83a, 83b)을 가지고, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)을 볼트(84)로 체결하여 일체화하였을 때에 원통 형상의 베어링 유지 구멍(83)이 형성되도록 되어 있다. 원통 형상의 주베어링(41, 42)은 베어링 유지 구멍(83)에 유지된다.
오일 펌프(P)에 의해 토출된 오일은, 실린더 블록 벽 내에 형성된 오일 갤러리(G1)로 보내지고, 또한 오일 갤러리(G1)로부터 분기된 5개의 내부 유로(G2)로 보내진다. 내부 유로(G2)는, 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)에 개구된다. 내부 유로(G2)의 개구(G2c)로부터 유출되는 오일은, 주베어링(41, 42)의 벽을 관통하여 형성된 오일 구멍(45)을 통과하여, 주베어링(41, 42)의 내주면에 형성된 오일 홈(41G, 42G)으로 보내진다.
도 1은, 4기통의 내연 기관의 크랭크축(3)의 베어링 장치(1)를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 크랭크축(3)의 5개소의 저널부(6)는, 프론트(Fr)측으로부터 리어(Rr)측을 향해 1번~5번의 번호가 부여되고, 4개소의 크랭크핀부(5)는, 프론트(Fr)측으로부터 리어(Rr)측을 향해 1번~4번의 번호가 부여된다. 2번, 4번 저널부(61A, 61B)에는, 저널부의 직경 방향으로 제 1 윤활 유로(63a)가 관통 형성되고, 또한, 제 1 윤활 유로(63a)로부터 분기되어 크랭크 아암부를 통과하는 2개의 제 2 윤활 유로(51a)가 형성되며, 제 2 윤활 유로(51a)가, 1번~4번의 크랭크핀부(5A~5D)의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로(51b)에 연통하고 있다. 1번, 3번, 5번 저널부(62A, 62B, 62C)는, 저널부의 내부에는 윤활 유로가 형성되지 않는다. 또한, 크랭크축(3)은, 복수의 저널부(6)를 가지고, 적어도 1개소의 저널부의 내부에 윤활 유로(63a)가 형성되지 않는 구성이면, 도 1에 나타내는 구성에 한정되지 않는다.
도 2에 있어서, 지면(紙面) 안 길이 방향의 위치 관계는, 제 1 저널부(61)가 지면의 안측이며, 크랭크핀부(5)가 앞측으로 되어 있다.
제 1 저널부(61)는, 제 1 주베어링(41)을 개재하여, 내연 기관의 Al 합금제의 실린더 블록에 지지되어 있으며, 제 1 주베어링(41)은, 한 쌍의 상측 하프 베어링(41U) 및 하측 하프 베어링(41L)에 의해 구성되어 있다. 상측 하프 베어링(41U)에는, 내주면에 오일 홈(41G)이 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 제 1 저널부(61)는, 직경 방향으로 관통하는 윤활 유로(63a)를 가지고, 제 1 저널부(61)가 화살표 X방향으로 회전하면, 윤활 유로(63a)의 양단 개구(6c)가 번갈아 제 1 주베어링(41)의 오일 홈(41G)에 연통한다.
크랭크핀부(5)는, 한 쌍의 하프 베어링에 의해 구성되는 콘로드 베어링(24)을 개재하여, 콘로드(2)의 대단부(大端部) 하우징(21)에 지지되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 1 주베어링(41)에 관하여, 오일 펌프(P)에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 내부 유로(G2)로부터, 상측 하프 베어링(41U)의 벽을 관통하여 형성된 오일 구멍(45)을 통과하여, 상측 하프 베어링(41U)의 내주면에 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성된 오일 홈(41G) 내로 보내진다.
또한, 제 1 저널부(61)의 직경 방향으로 제 1 윤활 유로(63a)가 관통 형성되고, 제 1 윤활 유로(63a)의 양단 개구(6c)가 윤활 오일 홈(41G)과 연통하고 있다. 그리고, 제 1 저널부(61)의 제 1 윤활 유로(63a)로부터 분기되어 크랭크 아암부(도시하지 않음)를 통과하는 제 2 윤활 유로(51a)가 형성되고, 제 3 윤활 유로(51b)가, 크랭크핀부(5)의 직경 방향으로 관통 형성된다.
이와 같이 하여, 오일은, 제 1 윤활 유로(63a), 제 2 윤활 유로(51a)를 거쳐, 제 3 윤활 유로(51b)의 단부의 토출구(5c)로부터, 크랭크핀부(5)와 콘로드 베어링(24)의 사이에 형성되는 간극에 공급된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)을 개재하여, 내연 기관의 Al 합금제의 실린더 블록에 지지되어 있으며, 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L)에 의해 구성되어 있다. 상측 하프 베어링(42U)의 내주면에는 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 오일 홈(42G)이 형성되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 2 주베어링(42)에 대하여, 오일 펌프(P)에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 내부 유로(G2)로부터, 상측 하프 베어링(42U)의 벽을 관통하여 형성된 오일 구멍(45)을 통과하여, 상측 하프 베어링(42U)의 내주면에 형성된 오일 홈(42G) 내로 보내진다.
도 4는, 도 2에 나타내는 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 정면도를 나타낸다. 도 5는, 상측 하프 베어링(41U)의 내면을 나타낸다.
상측 및 하측 하프 베어링(41U, 41L)의 둘레 방향의 각 단면(72)에 인접하는 영역에, 크래시 릴리프(70)가 형성된다. 크래시 릴리프(70)는, 본래의 내주면(71)(주요 원호)보다 벽 두께가 얇아지도록 형성된 벽 두께 감소 영역이다. 크래시 릴리프(70)는, 한 쌍의 하프 베어링(41U, 41L)을 베어링 하우징(8)에 조립한 상태에 있어서의, 맞댐 단면(둘레 방향의 단면(72))의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하기 위한 크래시 릴리프 간극(70c)을 형성하는 것을 기도(企圖)하여 설치된다(예를 들면 SAE J506(항목 3.26 및 항목 6.4), DIN1497(섹션 3.2), JIS D3102 참조). 일반적으로, 승용차용의 소형의 내연 기관용 베어링의 경우, 하프 베어링의 원주 방향 단면에 있어서의 크래시 릴리프의 깊이(본래의 내주면으로부터 실제의 내주면까지의 거리)는 0.01~0.075㎜ 정도이며, 길이(하프 베어링의 원주 방향 단면으로부터 당해 단면에 대하여 크래시 릴리프(70)의 상연부(上緣部)까지의 수직 방향의 길이)는, 3~7㎜ 정도이다. 또한, 제 2 주베어링(42)을 구성하는 상측 및 하측 하프 베어링(42U, 42L)에도, 상측 및 하측 하프 베어링(41U, 41L)과 동일한 크래시 릴리프(70)가 형성된다.
실시예 1에서는, 상측 하프 베어링(41U)은, 내주면에 오일 홈(41G)이 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 실시예 1에서는, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1), 오일 홈(41G)의 축선 방향의 길이(오일 홈(41G)의 폭)은, 상측 하프 베어링(41U)의 둘레 방향에 걸쳐 대략 동일한 치수로 되어 있다. 소형 내연 기관의 크랭크축(3)의 저널부의 직경이 40~100㎜인 경우, 오일 홈(41G)의 깊이(D1)는 1㎜~2.5㎜ 정도이다. 저널부의 직경이 클수록 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 커진다.
또한, 오일 홈(41G)부에는, 상측 하프 베어링(41U)의 벽을 관통한 오일 구멍(45)이 형성된다. 본 실시예에서는, 하나의 오일 구멍(45)이, 상측 하프 베어링(41U)의 둘레 방향 중앙부 위치 또한 축선 방향 중앙부 위치에 형성된다. 제 1 저널부(61)의 표면에 있어서의 윤활 유로(63a)의 개구(6c)의 직경은, 일반적으로 3~8㎜ 정도이며, 오일 홈(41G)의 축선 방향의 길이는, 윤활 유로(63a)의 개구(6c)의 직경보다 약간 큰 치수가 된다. 또한, 실시예 1과 같이 오일 구멍(45)의 개구가 원형인 경우, 개구의 직경은, 오일 홈(41G)의 축선 방향의 길이보다 약간 큰 치수가 된다.
오일 홈(41G)이 내주면의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있음으로써, 윤활 유로(63a)의 2개의 개구(6c) 중 어느 것이 오일 홈(41G)과 연통되기 때문에, 상시, 크랭크핀부(5)로 오일을 공급할 수 있다.
또한, 본 실시예와는 상이하게, 오일 홈(41G)은, 오일 홈(41G)의 둘레 방향 양 단부가 크래시 릴리프(70)에 위치하도록 변경해도 된다. 혹은, 오일 홈(41G)의 일방의 둘레 방향 단부가 크래시 릴리프에 위치하고, 타방의 둘레 방향 단부가 상측 하프 베어링(41U)의 둘레 방향의 단면(72)에 위치하도록 해도 된다. 또한, 오일 홈(41G)은, 오일 홈의 축선 방향의 길이가 오일 홈(41G)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 오일 홈(41G)의 둘레 방향 양 단부측를 향해 작아지도록 해도 된다. 또한, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는, 오일 홈(41G)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 오일 홈(41G)의 둘레 방향 양 단부측을 향해 작아지도록 해도 된다. 또한, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는, 오일 홈(41G)의 일방의 둘레 방향 단부에서 최대가 되고, 타방의 둘레 방향 단부측을 향해 작아지도록 해도 된다.
하측 하프 베어링(41L)은, 오일 홈(41G) 및 오일 구멍(45)의 구성을 갖지 않는 것을 제외하고, 상측 하프 베어링(41U)과 동일한 치수, 형상으로 되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)에서는, 2번, 4번의 저널부(61A, 61B)의 주베어링(41)은, 서로 동일한 치수, 형상의 것이 이용되고 있다.
도 6은, 도 3에 나타내는 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)의 정면도를 나타낸다. 도 7은, 상측 하프 베어링(42U)의 내면을 나타낸다.
제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L)에 의해 구성되어 있다. 상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L)은, 한 쌍의 상측 및 하측 하프 베어링(41U, 41L)과 동일한 베어링 내경, 베어링 외경, 베어링 폭을 가지는 반원통 형상이 되고, 또한, 크래시 릴리프(70)의 치수도 동일하게 되어 있다. 또한, 상측 하프 베어링(42U)에는, 상측 하프 베어링(41U)과 동일한 오일 구멍(45)이 형성된다.
상측 하프 베어링(42U)의 내주면에는, 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 오일 홈(42G)이 형성되어 있다. 오일 홈(42G)의 홈 깊이 및 홈의 축선 방향 길이(홈의 폭)는, 일정하게 되어 있다.
오일 홈(42G)의 형성 범위는, 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역(θ1)(이하, ±45° 영역(θ1)으로 함)을 포함한다. ±45° 영역(θ1)은, 후술하는 바와 같이 베어링 장치(1)(베어링 하우징(8))에 온도 변화가 있었던 경우에, 제 2 저널부(62)의 표면과 오일 홈(42G)의 홈 바닥면(내면)의 사이의 간극의 변화가 큰 영역이다.
또한, 제 2 주베어링(42)의 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)(도 9 참조)는, 제 1 주베어링(41)의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)(도 8 참조)의 절반 이하의 깊이가 된다. 예를 들면, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)가 1.0㎜인 경우, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 0.5㎜ 이하가 된다. 또한, 도 4 및 도 6에 나타내는 바와 같이 실시예 1에서는, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)와 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 상기 관계는, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 성립하도록 되어 있다. 이에 한정되지 않고, 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서, 상기 오일 홈(42G)과 오일 홈(41G)의 상기 관계가 성립하면 된다. 또한, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상측 하프 베어링(42U)의 내주면(71)과 오일 홈의 바닥면간의 거리이지만, 상측 하프 베어링(42U)의 크래시 릴리프(70)부에서의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 내주면(71)을 크래시 릴리프(70)부까지 연장시킨 가상의 내주면과 홈 바닥면의 사이의 거리를 의미한다.
본 실시예의 오일 홈(42G)의 홈 폭은, 오일 홈(41G)의 홈 폭과 동일하게 되어 있다. 오일 홈(42G)의 홈 폭은, 이에 한정되지 않고, 오일 홈(41G)의 홈 폭보다 작게 해도 되고, 혹은, 크게 해도 된다. 또한, 오일 홈(42G)에 홈 폭은, 둘레 방향으로 변화되도록 해도 된다.
±45° 영역(θ1)에 있어서의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 최대 깊이를 0.1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 오일 홈(41G)의 깊이(D1)가 1.0㎜를 초과하는 경우에도, 오일 홈(42G)의 홈 깊이는, 0.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 후술하는 바와 같이, 저온 시의 오일 홈(42G) 내의 오일이 전단되는 것에 바람직하고, 또한, 홈 내용적을 작게 할 수 있어, 상용 운전 시에 오일의 공급량을 적게 할 수 있기 때문이다.
또한, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)는, 윤활 유로를 갖지 않는 1번, 3번, 5번 저널부(62A, 62B, 62C)의 제 2 주베어링(42)은, 서로 동일한 치수, 형상의 것이 이용되고 있다. 또한, 제 2 주베어링(42)은, 2번, 4번 저널부(61A, 61B)의 제 1 주베어링(41)과 동일한 외경, 내경, 베어링 폭(축선 방향 길이)의 것이 이용되고 있다. 또한, 각 주베어링(41, 42)은, 저널부마다, 외경, 내경, 베어링 폭의 치수가 상이한 주베어링으로 할 수도 있다.
Al 합금제의 상측 하우징과 Fe 합금제의 하측 하우징으로 이루어지는 베어링 하우징에 대하여 설명한다. 베어링 하우징(8)의 상측 하우징(81) 및 하측 하우징(82)은, Fe 합금제의 볼트(84)로 체결한 상태로, 실온(예를 들면, 20℃ 정도)에서 가공되어, 주베어링(4)을 유지하기 위한 원통 형상의 베어링 유지 구멍(83)이 형성된다(도 10a 참조). 그 후, 볼트(84)를 이완하고, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)의 반원통면(83a, 83b)에 상측 하프 베어링(41U, 42U)과 하측 하프 베어링(41L, 42L)을 각각 조립한다. 그리고, 크랭크축의 저널부(6)가, 상측 하프 베어링(41U, 42U)과 하측 하프 베어링(41L, 42L)의 내경부에 설치된다. 이어서, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)이, 다시, 볼트 체결되어, 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)에 주베어링(41, 42)이 유지된다.
온도가 변화된 경우에는, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)은, 열팽창률의 차이에 따라, 팽창 변형량 혹은 수축 변형량이 상이하다. 도 10a~c는, 온도가 변화된 경우의 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)의 변형을 나타낸다.
도 10a는, 베어링 장치가 20℃ 정도의 상태에 있는 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)을 나타낸다. Al 합금제의 상측 하우징(81)의 반원통면에 관하여, 상측 하우징의 맞댐 단면에 평행 방향의 내경(RH)과 맞댐 단면에 수직 방향의 내경(RV)은, 동일한 값이 된다.
도 10b는, 베어링 장치(1)가, 한냉지에 있어서 -30℃인 경우를 상정한 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)을 나타낸다. 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)에 관하여, 상측 하우징(81)의 맞댐 단면에 평행 방향의 반경(RH)보다, 맞댐 단면에 수직 방향의 내경(RV)이 작아진다.
그 이유는, 이하와 같다. 베어링 하우징(8)이, 20℃ 정도(도 10a)로부터 -30℃(도 10b)로의 온도 변화에 따라 수축 변형될 때, 상측 하우징(81)의 수축 변형량은, 하측 하우징(82)의 수축 변형량보다 크다. 상대적으로 열팽창률이 상이한 Al 합금제 하우징과 Fe 합금제 하우징은, 볼트로 체결되어 있으며, 각 하우징의 맞댐 단면 부근에는, 맞댐 단면에 대하여 수직 방향의 압축 응력이 발생하고 있다. 상대적으로 저열팽창률인 Fe 합금제의 하측 하우징(82)의 맞댐 단면이, 상대적으로 고열팽창률인 Al 합금제의 상측 하우징(81)의 맞댐 단면 부근의 수축 변형의 저항이 된다. 이 때문에, 상측 하우징(81)은, 하측 하우징(82)과의 맞댐면 부근에서는, 열수축이 억제되지만, 맞댐 단면 부근의 열수축이 작아진만큼, 볼트 체결에 의한 압축 응력의 영향을 받지 않는 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역에서는, 열수축량이 커진다.
도 10c는, 베어링 장치(1)가, 내연 기관의 상용 운전 시에 120℃인 경우를 상정한 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)을 나타낸다. Al 합금제의 상측 하우징(81)의 반원통면에 관하여, 상측 하우징의 맞댐 단면에 평행한 방향의 내경(RH)보다, 맞댐 단면에 수직 방향의 내경(RV)이 커진다.
베어링 하우징(8)이 (내연 기관의 운전에 의해 온도가 상승하여) 120℃가 되었을 때에는, 상대적으로 저열팽창률인 Fe 합금제의 하측 하우징(82)의 맞댐 단면이, 상대적으로 고열팽창률인 Al 합금제의 상측 하우징(81)의 맞댐 단면 부근의 열팽창 변형의 저항이 된다. 이 때문에, 상측 하우징(81)은, 하측 하우징(82)과의 맞댐면 부근에서는, 열팽창이 억제되지만, 맞댐면 부근의 열팽창이 작아진 만큼, 볼트 체결에 의한 압축 응력의 영향을 받지 않는 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역에서는, 열팽창량이 커진다.
도 10a~c에 나타내는 베어링 하우징(8)에 한 쌍의 상측 및 하측 하프 베어링(42U, 42L)과 제 2 저널부(62)를 장착한 경우, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)의 형성 범위는, 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍의 내경, 특히, 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)의 반경의 변화량이 가장 큰 영역을 포함하는 것을 이해할 수 있다. 베어링 하우징(8)에 온도의 변화가 있었던 경우에는, 이 오일 홈(42G)의 형성 범위에 있어서, 오일 홈(42G)의 홈 바닥면(내주)과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극의 변화량이 커진다.
본 실시예의 베어링 장치(1)에서는, 상기의 베어링 하우징(8)의 온도 변화가 있었던 경우에, 오일 홈(42G)의 홈 바닥면(내주)과 저널부(62)의 표면의 사이의 간극의 변화량이 커지는 영역인 ±45° 영역(θ1)을 포함하도록 오일 홈(42G)은 형성되어 있다. 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향으로 대응하는 위치에서의 오일 홈(41G)의 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있으며, 오일 홈(42G)의 홈 바닥면(내면)과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극이 작게 설정되어 있다.
내연 기관이 저온(예를 들면, -30℃)인 상태일 때에는, 상측 하우징(81)과 Fe 합금제의 크랭크축(3)의 제 2 저널부(62)의 열팽창률의 차이에 기인하여, 제 2 주베어링(42)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 베어링 간극은 매우 작게 되어 있다. 내연 기관의 시동 직후의 잠시 동안, 외부로부터 오일 홈(42G) 내에 공급된 오일은, 온도가 낮고, 점도가 높은 상태에 있다. 오일 홈(42G) 내에 공급된 오일의 점도가 높으면, 오일 홈(42G)으로부터 베어링 간극으로 오일이 유출되기 어렵고, 특히, 하측 하프 베어링(42L)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 베어링 간극으로 공급되기 어렵다.
본 실시예의 베어링 장치(1)의 제 2 주베어링(42)은, 외부로부터 오일 홈(42G) 내에 공급된 오일의 온도가 낮고, 점도가 높은 상태여도, 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 오일 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면의 사이의 간극이 충분히 작아지도록 하고 있다. 이 때문에, 내연 기관의 시동이 이뤄지면, 오일 홈(42G)의 홈 바닥면측의 오일을 포함한 오일 홈(42G) 내의 모든 오일에는, 회전하는 저널부(62)의 표면으로부터의 힘이 강하게 작용하여, 강제적으로 저널부의 회전 방향의 전방측으로 오일이 보내진다. 이 동안에, 오일에는, 충분한 전단력이 가해져, 조기에 오일의 온도가 상승하여, 점도가 낮아진다. 또한, 상측 하프 베어링(42U)의 오일 홈(42G)은, 내주면(71)의 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 오일 홈(42G)의 둘레 방향 양 단부는 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 양 단면(72)에 개구된다. 이 때문에, 점도가 낮아진 오일은, 오일 홈(42G)의 둘레 방향 단부로부터, 하측 하프 베어링(42L)의 내주면과 저널부(62)의 표면의 사이의 베어링 간극에, 직접, 유입된다.
만일, 오일 홈(42G)의 둘레 방향 양 단부가, 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 양 단면(72)의 앞측에 위치(개구)하도록 한 경우(본 발명의 범위 밖임), 오일 홈(42G)의 둘레 방향 단부로부터 유출되는 오일의 양이 적어지고, 또한, 유출된 오일이 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 단면(72)에 도달하기 전에, 저널부(62)의 표면과 상측 하프 베어링(42U)의 내주면(71)이나 크래시 릴리프(70)면과 저널부(62)의 표면의 사이의 간극을 개재하여, 상측 하프 베어링(42U)의 축선 방향의 단부로부터 외부로 배출되는 것도 있기 때문에, 하측 하프 베어링(42L)의 내주면으로의 오일의 공급이 느려지고, 또한, 급유량도 적어진다.
또한, 오일 홈(42G)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 오일 홈(42G)의 횡단면에 있어서 홈 바닥면이 평탄하고, 제 2 저널부(62)의 표면과 평행하게 되어 있으면, 오일에 충분한 전단력이 가해지기 쉽기 때문에 바람직하다. 오일 홈(42G)의 단면 형상은, 도 9에 나타내는 직사각형의 단면 형상에 한정되지 않고, 역 사다리꼴의 단면 형상이나 원호 단면 형상 등으로 변경하는 것도 가능하다.
오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)를 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 하는 이유는, 이하와 같다. 본 발명의 베어링 장치(1)는, 승용차용의 소형 내연 기관용에 바람직한 베어링 장치이다. 예를 들면, 크랭크축의 저널부의 직경이 40~100㎜인 경우, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 1~2.5㎜이며, 저널부의 직경의 크기에 따라 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 커진다. 예를 들면, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)가 2.5㎜인 경우, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 최대로 1.25㎜여도 되지만, 이 경우에는, 저널부(62)의 직경이 커지고 있으므로, 회전하는 저널부의 표면의 힘도 커지고, 저온 시에 오일 홈(42G) 내의 오일이 충분히 전단되어, 조기에 오일의 온도가 상승하여, 오일의 점도를 낮게 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 홈 깊이(D2)가 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있기 때문에, 오일 홈(42G)의 내용적이 작아지고 있다. 내연 기관의 상용 운전 시에, 제 2 주베어링(42)으로의 오일의 공급량을 적게 할 수 있기 때문에, 베어링 장치(1) 전체에 대한 오일의 공급량을 적게 할 수 있다.
또한, 오일 홈(42G)의 오일 홈 깊이(D2)가, 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반을 초과하도록 한 경우에는, 저온 시에, 내연 기관의 시동 직후의 오일 홈 내의 오일이 전단되기 어려워져, 조기에 오일의 온도가 상승되지 않아, 오일의 점도가 낮아지기 어렵다. 또한, 오일 홈의 내용적이 커지므로, 상용 운전 시의 오일 공급량이 증가한다.
또한, 베어링 하우징(8)에, 한 쌍의 Fe 합금제의 상측 및 하측 하우징의 구성을 채용한 경우, 또는, 한 쌍의 Al 합금제의 상측 및 하측 하우징의 구성을 채용한 경우에는, 도 10a~c에 나타내는 바와 같은 베어링 하우징의 베어링 유지 구멍의 열팽창 변형이 일어나지 않게 되므로, 본 발명의 작용 효과가 얻어지지 않게 된다.
(실시예 2)
이하, 도 11 및 도 12를 이용하여, 실시예 1과는 다른 형태의 상측 하프 베어링(42AU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42A)에 대하여 설명한다. 또한, 실시예 1에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대하여 설명한다. 본 실시예의 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 제 2 주베어링(42A)의 구성은, 상측 하프 베어링(42AU)의 오일 홈(42G)의 형상을 제외하고, 실시예 1과 대략 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 오일 홈(42G)의 크랭크축의 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단면(72)에서 최소가 되고, 크랭크축의 저널부(62)의 회전 방향의 전방측을 향해 커지도록 구성되어 있다.
실시예 2와 같이 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가 둘레 방향에서 변화되는 경우, 상측 하프 베어링(42AU)의 오일 홈(42G) 중 적어도 ±45° 영역에 있어서의 홈 깊이(D2)는, ±45° 영역(θ1)에 있어서의 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있으면 된다. 또한, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서(둘레 방향 중 어느 위치에 있어서도), 둘레 방향으로 대응하는 위치에서의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 하는 것이 바람직하다.
(작용)
내연 기관의 저온 시동 시, 상측 하프 베어링(42AU)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 오일 홈(42G) 내에서 점도가 낮아진 오일은, 오일 홈(42G)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향(도 11의 화살표 X 방향)의 전방측의 둘레 방향 단부를 향해 흐르지만, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부를 향해 크게 함으로써, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가 둘레 방향에서 일정한 경우나, 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가, 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부를 향해 작아지는 경우에 비해, 오일 홈(42G) 내를 흐르는 오일에 대한 유로 저항이 작아진다. 이 때문에, 상측 하프 베어링(42AU)의 오일 홈(42G)으로부터, 하측 하프 베어링(42L)의 내주면으로의 오일의 공급이 조기에 행해지고, 또한, 급유량도 많아진다.
(실시예 3)
이하, 도 13, 도 14 및 도 15를 이용하여, 실시예 1 및 2와는 다른 형태의 상측 하프 베어링(42BU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42B)에 대하여 설명한다. 또한, 실시예 1에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대하여 설명한다. 본 실시예의 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 제 2 주베어링(42B)의 구성은, 상측 하프 베어링(42BU)의 오일 구멍(45)의 위치 및 형상을 제외하고, 실시예 1 및 2와 대략 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 오일 구멍(45)은, 상측 하프 베어링(42BU)의 둘레 방향의 중앙부 위치보다 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측에 위치하는 구성으로 되어 있다.
(작용)
하프 베어링(42BU)은, 오일 구멍(45)이 오일 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부 위치보다 저널 회전 방향의 후방측에 위치하는 구성이며, 오일 구멍(45)으로부터 오일 홈(42G)에 도입된 오일은, 오일 홈(42G) 내를 저널(62)의 회전 방향의 전방측으로 흐르기 쉬워지고, 또한, 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 간극의 변화량이 가장 커지는 하프 베어링(42BU)의 둘레 방향 중앙부에 오일 홈(42G)의 홈 바닥면이 형성되(오일 구멍(45G)의 개구부가 없다)므로, 특히, 내연 기관의 저온 시동 시에 조기에 오일의 온도를 높게 하고, 점도를 낮게 하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 도 15(도 13의 Y화살표 방향의 오일 구멍(45)의 형상을 나타냄)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 상측 하프 베어링(42BU)의 오일 구멍(45)의 개구는, 긴 구멍 형상으로 되어 있고, 그 장축이 상측 하프 베어링(42BU)의 둘레 방향에 평행하게 되어 있으며, 그 단축이 상측 하프 베어링(42BU)의 축선 방향으로 평행하게 되어 있다. 긴 구멍의 치수로서는, 장축이 5~10㎜ 정도, 단축이 3~5㎜ 정도이면 된다. 단, 이 긴 구멍의 치수는, 일례이며, 다른 치수로 할 수도 있다.
또한, 제 1 주베어링(41)의 상측 하프 베어링(41U)의 오일 구멍(45)은, 상측 하프 베어링(42BU)의 오일 구멍(45)과 동일한 긴 구멍 형상으로 할 수도 있다.
또한, 하프 베어링(41U), 하프 베어링(42U)의 오일 구멍(45)의 수는, 1개에 한정되지 않고, 2개 이상이여도 된다.
1 베어링 장치
2 콘로드
3 크랭크축
4 주베어링
5 크랭크핀부
5c 토출구
6 저널부
8 베어링 하우징
41 제 1 주베어링
41G 오일 홈
41U 상측 하프 베어링
41L 하측 하프 베어링
42, 42A, 42B 제 2 주베어링
42G 오일 홈
42U, 42AU, 42BU 상측 하프 베어링
42L 하측 하프 베어링
45 오일 구멍
51a 제 2 윤활 유로
51b 제 3 윤활 유로
61 제 1 저널부(윤활 유로를 가지는 저널부)
62 제 2 저널부(윤활 유로를 갖지 않는 저널부)
63a 제 1 윤활 유로
70 크래시 릴리프
70c 크래시 릴리프 간극
71 내주면(슬라이딩면)
72 단면
81 Al 합금제의 상측 하우징
82 Fe 합금제의 하측 하우징
83 베어링 유지 구멍
83a, 83b 반원통면
84 볼트
85 오목부(분배 유로)
P 펌프
G1 오일 갤러리
G2 내부 유로
G2c 개구
θ1 ±45° 영역
D1, D2 홈 깊이

Claims (4)

  1. 복수의 저널부(61, 62) 및 복수의 크랭크핀부(5)를 가지는 크랭크축(3)과, 상기 크랭크축(3)을 지지하는 주베어링(41, 42)과, 상기 주베어링(41, 42)을 유지하는 베어링 하우징(8)을 포함하는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1)로서,
    상기 복수의 저널부는, 상기 크랭크축의 크랭크핀부로 오일을 보내기 위한 윤활 유로(63a)를 가지는 제 1 저널부(61)와, 상기 윤활 유로를 갖지 않는 제 2 저널부(62)를 가지고,
    상기 제 1 저널부(61)는, 제 1 주베어링(41)에 의해 지지되고, 상기 제 1 주베어링(41)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 하프 베어링(41U) 및 하측 하프 베어링(41L)으로 구성되며,
    상기 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)에 의해 지지되고, 상기 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 하프 베어링(42U) 및 하측 하프 베어링(42L)으로 구성되고,
    상기 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로 구성되며, 상기 상측 하우징은, 상기 상측 하프 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83a)을 가지고, 상기 하측 하우징은, 상기 하측 하프 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83b)을 가지며, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)이 유지되고, 상기 하측 하우징의 상기 반원통면(83b)에 상기 하측 하프 베어링(41L, 42L)이 유지되도록 되어 있으며,
    상기 상측 하우징의 내부에는, 상기 제 1 및 제 2 주베어링으로 오일을 공급하기 위한 내부 유로(G2)가 형성되고, 상기 내부 유로(G2)의 개구(G2c)가, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 형성되어 있으며,
    한 쌍의 하프 베어링 중 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)만이, 내주면에 형성된 오일 홈(41G, 42G) 및 적어도 하나의 오일 구멍(45)을 가지고,
    상기 오일 구멍(45)은, 상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)의 베어링 벽 두께를 관통하여, 외주면에 개구되어 있으며,
    상기 상측 하우징(81)의 상기 내부 유로(G2)의 상기 개구(G2c)와 상기 오일 홈(41G, 42G)은, 오일 구멍(45)에 의해 연통하도록 되어 있고,
    상기 상측 및 하측 하프 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)에는, 내주면의 둘레 방향 양 단부에 크래시 릴리프(70)가 형성되어 있으며,
    상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, 상기 오일 홈(41G)의 둘레 방향 양 단부의 각각이, 최소로 상기 크래시 릴리프(70)에 연통하고, 최대로 상기 상측 하프 베어링(41U)의 둘레 방향 단면(72)에 개구하도록 되어 있으며,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)이, 상기 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 상기 오일 홈(42G)의 둘레 방향 양 단부가 상기 상측 하프 베어링(42U)의 둘레 방향 양 단면(72)에 개구되어 있으며,
    상기 상측 하프 베어링(41U, 42U)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역을 ±45°영역(θ1)으로서 정의하면, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G) 중 적어도 상기 ±45°영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)의 상기 ±45°영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하인 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서, 둘레 방향으로 대응하는 위치에서의 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 하프 베어링(41U)의 상기 오일 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하인 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서 최대로 0.5㎜인 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 하프 베어링(42U)의 상기 오일 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상기 오일 홈(42G)의 상기 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부에서 최소가 되고, 상기 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부측을 향해 커지는 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
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