KR20140031925A - 높은 벨트 부하를 가지는 엔진용 메인 베어링 - Google Patents

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KR20140031925A
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Abstract

회전하는 크랭크샤프트를 지지하는 메인 베어링은 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)을 포함하고 있다. 상부 셸(22)의 상부 내측 표면(32)은 그것을 따라 원주방향으로 형성된 오일 공급 그루브(26), 오일 공급 그루브(26)로부터 비스듬하게 형성된 오일 간류 그루브(28), 및 오일 간류 그루브(28)로부터 오일 공급 그루브(26)를 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 오일 분배 그루브(30)를 가지고 있어, 메인 베어링의 상부 내측 표면(32)을 따라 F자 형상을 제공한다. 오일 그루브(26, 28, 30)는 특히 전기 및 하이브리드 차량에 있어서 시동 시 및 엔진이 공회전하거나 정지될 때 메인 베어링의 개선된 윤활을 제공한다. 메인 베어링은 또한 우수한 강도 및 내하력를 가진다.

Description

높은 벨트 부하를 가지는 엔진용 메인 베어링{MAIN BEARING FOR ENGINE WITH HIGH BELT LOAD}
본 발명은 일반적으로 내연 엔진용 베어링에 관한 것이며, 보다 상세하게는 윤활 오일을 수용하는 그루브를 구비한 메인 베어링에 관한 것이다.
메인 베어링은 내연 엔진의 회전하는 크랭크샤프트를 지지한다. 이러한 베어링은 엔진의 구성에 따라 예컨대 액세서리 벨트 인장력으로 인한 레이디얼 하중과 연소 압력으로 인한 스러스트 하중과 같은 여러 가지 부하를 받게 된다. 크랭크샤프트가 회전함에 따라, 메인 베어링의 내측 표면을 따라 심각한 마모가 점점 커질 수 있다. 마모를 감소시키기 위해, 내연 엔진은 메인 베어링의 내측 표면으로 윤활 오일을 공급하는 오일 펌프를 구비하도록 설계되어 왔다. 메인 베어링은 또한 내측 표면의 길이를 따라 윤활 오일을 분배하기 위해 내측 표면을 따라 원주방향으로 뻗어 있는 오일 그루브를 구비하도록 설계되어 왔다. 하지만, 엔진이 공회전하거나 정지할 때는, 오일 펌프도 공회전하거나 정지하게 되고, 윤활 오일은 내측 표면에서 빠져나가 버린다. 따라서, 크랭크샤프트는 불충분하게 윤활된 내측 표면에 가압되게 되어, 내측 표면 상에 심각한 마모를 초래한다.
엔진이 재시동될 때는, 오일 펌프도 재시동되고, 윤활 오일이 다시 메인 베어링의 내측 표면으로 공급된다. 하지만, 윤활 오일이 내측 표면을 따라 충분하게 분배되기 전에 짧은 지연 시간이 존재하게 된다. 따라서, 짧은 기간 동안, 크랭크샤프트는 불충분하게 윤활된 내측 표면 상을 회전하게 되어, 역시 내측 표면 상에 마모를 초래한다. 이 지연 시간은, 반복되는 시동 및 정지가 반복되는 지연 시간을 발생시켜 시간이 경과함에 따라 심각한 마모를 초래하게 되기 때문에, 하이브리드 및 전기 차량과 같이 자주 정지 및 시동되는 엔진에서 특히 문제된다. 또한, 하이브리드 및 전기 차량의 크랭크샤프트는 통상적인 차량의 크랭크샤프트에 비해 시동 시에 상용 속도보다 더 높은 속도로 회전하여, 메인 베어링 상에 더 많은 양의 마모를 발생시킨다.
엔진 시동 시의 메인 베어링의 내측 표면의 윤활을 개선하기 위한 시도로, 메인 베어링은 원주방향 오일 그루브에 더하여 보충적인 오일 그루브를 구비하도록 설계되어 왔다. 그와 같은 메인 베어링의 한 예가 오노(Ono) 등에 허여된 미국특허 제6,491,438호(이하 '오노 특허'라 함)에 개시되어 있다. 오노 특허에 개시된 메인 베어링은 원주방향 오일 그루브로부터 비스듬하게 형성된 복수의 분기 오일 그루브를 구비하고 있다. 엔진이 가동될 때, 윤활 오일이 원주방향 오일 그루브로 펌핑된다. 윤활 오일은 분기 그루브로 또한 메인 베어링의 내측 표면을 따라 유동한다. 엔진이 공회전하거나 정지할 때, 윤활 오일은 메인 베어링 표면에서 빠져나가지만, 윤활 오일 중의 일부는 분기 오일 그루브 내에 유지된다. 엔진이 재시동될 때, 이 윤활 오일이 크랭크샤프트의 회전에 따라 분기 오일 그루브로부터 내측 표면으로 유동한다. 따라서, 시동 시에, 오일 펌프로부터의 많은 양의 윤활 오일이 내측 표면에 도달하기 전에, 메인 베어링의 내측 표면에 얼마간의 윤활이 제공된다.
하지만, 어떤 사용처에 있어서는, 엔진이 공회전하거나 정지될 때 또는 시동 시에, 오노 특허의 분기 오일 그루브가 크랭크샤프트와 내측 표면 사이에 충분한 윤활을 제공하지 못한다. 또한, 오노 특허의 분기 오일 그루브는 메인 베어링의 비 그루브 표면 영역(non-groove surface area)을 상당히 감소시키고, 이는 메인 베어링의 강도 및 내하력(load carrying capacity)을 감소시킨다.
요컨대, 본 발명은 내연 엔진의 메인 베어링을 제공한다. 이 메인 베어링은 원주방향으로 제1 셸 단부와 제2 셸 단부 사이에 형성된 상부 내측 표면을 구비하고 있는 상부 셸; 및 원주방향으로 제3 셸 단부와 제4 셸 단부 사이에 형성된 하부 내측 표면을 구비하고 있는 하부 셸;을 포함하고 있다. 상기 상부 셸의 상기 제1 셸 단부는 상기 하부 셸의 상기 제3 셸 단부와 당접하고, 상기 상부 셸의 상기 제2 셸 단부는 상기 하부 셸의 상기 제4 셸 단부와 당접한다. 상기 셸들은 원주방향으로 상기 내측 표면을 따라 형성된 오일 공급 그루브를 구비하고 있다. 상기 상부 셸은 상기 오일 공급 그루브로부터 비스듬하게 형성된 오일 간류 그루브(oil stem groove), 및 상기 오일 간류 그루브로부터 상기 오일 공급 그루브를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 분배 그루브를 구비하고 있다.
메인 베어링의 오일 그루브들은 엔진 구성에 따라 좌우되겠지만 엔진이 공회전하거나 정지될 때 크랭크샤프트와 직접 접촉하게 되는 영역을 포함할 수 있는 일반적으로 높은 마모를 받기 쉬운 영역에 배치될 수 있다. 엔진이 가동될 때, 윤활 오일은 오일 펌프에 의해 메인 베어링의 오일 공급 그루브에 공급된다. 윤활 오일은 오일 공급 그루브로부터 오일 간류 그루브, 오일 분배 그루브, 및 상부 내측 표면 전체에 걸쳐 유동한다. 오일 간류 그루브 및 오일 분배 그루브는 상당히 많은 양의 윤활 오일을 높은 마모를 받기 쉬운 영역으로 안내한다.
엔진이 공회전하거나 정지할 때, 윤활 오일은 셸의 내측 표면에서 서서히 빠져나간다. 하지만, 엔진이 상당한 량의 시간 동안 정지되지 않는 한, 잔류량의 윤활 오일이 모든 오일 그루브들 내에 남아있게 된다. 엔진이 상당한 량의 시간 동안 정지된 경우에는, 윤활 오일은 하부 셸의 오일 공급 그루브에만 남아 있게 된다. 상부 셸의 오일 간류 그루브 및 오일 분배 그루브에 간직된 윤활 오일이 엔진이 공회전하거나 정지되었을 때 높은 마모의 가능성이 큰 영역을 윤활시킨다.
시동 시 또는 엔진이 재시동될 때, 크랭크샤프트의 회전은 하부 셸의 오일 공급 그루브 내에 유지되어 있는 윤활 오일을 즉각적으로 상부 셸의 상부 내측 표면으로 끌어들인다. 상부 셸의 상부 내측 표면으로 끌어들여진 윤활 오일은 오일 간류 그루브 및 오일 분배 그루브 내로 유동하게 되고, 그루브들은 즉각적으로 윤활 오일을 높은 마모 영역으로 안내하게 된다. 따라서, 엔진이 공회전되거나 정지하는 동안 및 시동 시에 지연 시간없이 높은 마모 영역이 충분하게 윤활된다.
또한, 오일 그루브들의 배향은 오일 그루브가 없는 메인 베어링의 표면 영역인 비 그루브 표면 영역이 최대화되도록 되어 있다. 이러한 오일 그루브들의 구성은 메인 베어링이 다른 오일 그루브 구성을 갖는 종래기술의 메인 베어링보다 더 큰 비 그루브 영역을 가지는 것을 가능하게 해준다. 이러한 비 그루브 표면 영역은 메인 베어링이 우수한 윤활을 제공하면서도 우수한 강도 및 내하력을 유지하는 것을 가능하게 해준다.
따라서, 본 발명의 메인 베어링은 다른 구성을 갖는 오일 그루브를 구비한 종래기술의 메인 베어링에 비해 더 적은 마모를 겪게 되고 더 긴 사용 수명을 가지게 된다. 시동 시의 충분한 윤활의 장점은, 하이브리드 및 전기 차량이 자주 정지 및 시동되기 때문에 메인 베어링이 하이브리드 및 전기 차량에 사용될 때 특히 유익하다. 시동 시의 충분한 윤활은 또한 하이브리드 및 전기 차량의 크랭크샤프트가 통상적인 차량의 크랭크샤프트에 비해 시동 시에 더 높은 속도로 회전하기 때문에 하이브리드 및 전기 차량에 특히 유익하다.
도 1은 하나의 예시의 실시형태에 따른 메인 베어링의 상부 셸의 사시도이다.
도 2는 도 1의 상부 셸의 평면도이다.
도 2a는 도 2의 상부 셸의 부분 상세도이다.
도 3은 도 2a의 화살표 3의 방향으로 본 상부 셸의 단면도로서, 오일 공급 그루브 및 오일 분배 그루브의 프로파일을 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 도 2a의 화살표 4의 방향으로 본 상부 셸의 단면도로서, 상부 셸의 오일 간류 그루브의 프로파일을 보여주고 있는 단면도이다.
도 5는 메인 베어링의 하부 셸의 사시도이다.
도 6은 도 5의 하부 셸의 평면도이다.
도 7은 도 6의 화살표 7의 방향으로 본 하부 셸의 단면도로서, 오일 공급 그루브를 보여주고 있는 도면이다.
도 8은 메인 베어링의 예시적인 사용처의 단면도로서, 내연 엔진의 크랭크샤프트를 지지하는 메인 베어링을 보여주고 있는 도면이다.
내연 엔진의 메인 베어링(20)은 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)을 구비하고 있다. 상부 셸(22)은 그것의 원주방향을 따라 형성된 오일 공급 그루브(26), 오일 공급 그루브(26)로부터 비스듬하게 형성된 오일 간류(stem) 그루브(28), 및 오일 간류 그루브(28)로부터 오일 공급 그루브(26)를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 분배 그루브(30)를 가지고 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 상부 셸(22)은 각각이 오일 공급 그루브(26)를 따라 뻗어 있는 한 쌍의 오일 간류 그루브(28)를 구비하고 있어, 오일 그루브(26, 28, 30)가 함께 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 F자 형상을 제공한다. 오일 그루브(26, 28, 30)는 윤활 오일(도시 안됨)을 비축하여, 오일 그루브를 구비하지 않거나 다른 구성을 갖는 오일 그루브를 구비한 종래기술과 비교하여, 시동 시 및 엔진이 공회전하거나 정지될 때 메인 베어링의 개선된 윤활을 제공한다. 또다른 장점은 상부 내측 표면(3)의 비 그루브 표면 영역이 최대화될 수 있으면서도, 오일 그루브(26, 28, 30)가 여전히 시동 시 및 엔진이 공회전하거나 정지될 때 충분한 윤활을 제공하기에 충분한 윤활 오일을 유지시킨다는 점이다. 큰 비 그루브 표면 영역은 메인 베어링(20)이 우수한 강도 및 내하력을 유지하는 것을 가능하게 해준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 메인 베어링(20)의 상부 셸(22)은 제1 셸 단부(36)와 제1 셸 단부(36) 반대편의 제2 셸 단부(38) 사이에 형성된 상부 외측 표면(34) 및 상부 내측 표면(32)을 가지고 있다. 상부 셸(22)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상부 외측 표면(34)으로부터 상부 내측 표면(32)까지 형성된 셸 두께(t)를 제공한다. 셸 두께(t) 및 메인 베어링(2)의 다른 치수들은 엔진 설계 및 높은 마모 영역에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 비 그루브 영역(non-grooved area) 즉 오일 그루브(26, 28, 30)가 없는 영역의 셸 두께(t)는 대략 2.0 ㎜ 내지 6.0 ㎜, 바람직하게는 대략 3.0 ㎜이다. 상부 셸(22)은 도 2에 도시된 바와 같이 원주방향으로 제1 셸 단부(36)로부터 제2 셸 단부(38)까지 형성된 셸 길이(LS)를 제공한다. 예시의 실시형태에 있어서, 셸 길이(LS)는 대략 50 ㎜ 내지 대략 90 ㎜, 바람직하게는 대략 70 ㎜이다. 상부 셸(22)은 축선방향으로 제1 측면 에지(40)와 제2 측면 에지(42) 사이에 뻗어 있어, 그 사이에 셸 폭(WS)을 제공한다. 예시의 실시형태에 있어서, 셸 폭(WS)은 대략 10 ㎜ 내지 대략 40 ㎜, 바람직하게는 대략 23 ㎜이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하부 셸(24)은 제3 셸 단부(48)와 제3 셸 단부(48) 반대편의 제4 셸 단부(50) 사이에 형성된 하부 외측 표면(44) 및 하부 내측 표면(46)을 가지고 있다. 하부 셸(24)은 축선방향으로 제3 측면 에지(52)와 제4 측면 에지(54) 사이에 뻗어 있어, 그 사이에 셸 폭(WS)을 제공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 셸(24)은 하부 외측 표면(44)으로부터 하부 내측 표면(46)까지 형성된 셸 두께(t)를 제공한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 셸(24)은 제3 셸 단부(48)로부터 제4 셸 단부(50)까지 형성된 셸 길이(LS) 및 제3 측면 에지(52)와 제4 측면 에지(54) 사이에 형성된 셸 폭(WS)을 제공한다. 예시의 실시형태에 있어서, 하부 셸(24)의 치수들은 하부 셸(24)이 오일 간류 그루브(28) 및 오일 분배 그루브(30)를 구비하지 않는 점을 제외하고는 상부 셸(22)의 치수들과 동일하다. 하지만, 또다른 실시형태에 있어서는, 하부 셸(24)도 오일 간류 그루브(28) 및 오일 분배 그루브(30)를 구비할 수도 있다.
메인 베어링(20)의 하나의 예시적인 사용처가 내연 엔진의 실린더 블록(58) 내에 배치된 크랭크샤프트(56)를 지지하고 있는 메인 베어링(20)을 도해하고 있는 도 8에 도시되어 있다. 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)은 셸 단부(36, 38, 48, 50)에서 서로 가압되어, 서로에 대한 소정의 배향으로 위치되어 있다. 상부 셸(22)의 제1 셸 단부(36)는 하부 셸(24)의 제3 셸 단부(48)와 당접하고, 상부 셸(22)의 제2 셸 단부(38)는 하부 셸(24)의 제4 셸 단부(50)와 당접한다. 셸(22, 24)의 각각은 셸 단부(36, 38, 48, 50) 사이에서 아치형이다. 셸(22, 24)의 내측 표면(32, 46)은 서로 동일 평면으로 이어지고, 셸(22, 24)의 외측 표면(34, 44)도 서로 동일 평면으로 이어진다. 셸(22, 24)의 내측 표면(32, 46)은 각 측면 에지(40, 42, 52, 54) 사이에 오목 단면부를 제공하고, 셸(22, 24)의 외측 표면(34, 44)은 각 측면 에지(40, 42, 52, 54) 사이에 볼록 단면부를 제공한다. 상부 셸(22)의 제1 측면 에지(40)는 하부 셸(24)의 제3 측면 에지(52)와 원주방향으로 정렬되고, 상부 셸(22)의 제2 측면 에지(42)는 하부 셸(24)의 제4 측면 에지(54)와 원주방향으로 정렬된다.
예시의 실시형태에 있어서, 셸(22, 24)은 당해 셸(22, 24)을 서로에 대해 또한 실린더 블록(58)에 대해 소정의 배향으로 편리하게 위치시키는 데 사용되는 탭(62)을 구비하고 있다. 탭(62)은 내측 표면(32, 46)을 바깥쪽으로 프레싱하는 것에 의해 제작 공정 중에 형성되며, 이러한 프레싱 작업은 결과적으로 내측 표면(32, 46)에 함입부(indentation)(60)를 형성한다. 함입부(60)는 각각의 내측 표면(32, 46)에 반경방향으로 오목하게 형성된다. 상부 셸(22)의 함입부(60)는 제2 셸 단부(38)에 배치되고, 하부 셸(24)의 함입부(60)는 제4 셸 단부(50)에 배치된다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에서 보여지는 바와 같이, 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)의 각각은 외측 표면(34, 44)으로부터 직교방향으로 형성되어 각각의 셸(22, 24)의 함입부(60)와 수직방향으로 정렬되는 하나의 탭(62)을 구비하고 있다. 상부 셸(22)은 제2 셸 단부(38)에 탭(62)을 구비하고 있고, 하부 셸(24)은 제4 셸 단부(50)에 탭(62)을 구비하고 있다. 셸(22, 24)이 서로 가압될 때, 함입부(60) 및 탭(62)은 서로 다른쪽 셸(22, 24)의 함입부 및 탭(62)과 반경방향으로 정렬된다. 탭(62)은 셸(22, 24)이 실린더 블록(58) 내에 적절히 위치된 후에 실린더 블록(58) 내에 수용되거나 전단될 수 있다.
메인 베어링(20)의 상부 셸(22)은 도 1에 도시된 바와 같이 상부 외측 표면(34)으로부터 상부 셸(22)을 관통하여 상부 내측 표면(32)으로 형성된 적어도 하나의 오일 유입구(64)를 구비하고 있다. 도시되지는 않았지만, 메인 베어링(20)의 하부 셸(24)도 하부 외측 표면(44)으로부터 하부 셸(24)을 관통하여 하부 내측 표면(46)으로 형성되는 적어도 하나의 오일 유입구(64)를 구비할 수 있다. 오일 펌프(도시 안됨)에 의해 공급된 윤활 오일은 오일 유입구(64)를 통과하여 메인 베어링(20)의 내측 표면(32, 46)에 도달한다.
메인 베어링(20)의 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)의 각각은 도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에 보여지는 바와 같이 오일 공급 그루브(26)를 구비하고 있다. 오일 공급 그루브(26)는 셸(22, 24)의 내측 표면(32, 46) 안쪽으로 반경방향으로 오목하게 형성되어, 양쪽의 셸 단부(36, 38; 48, 50) 사이에서 셸(22, 24)의 내측 표면(32, 46)을 따라 원주방향으로 연속적으로 뻗어 있다. 오일 공급 그루브(26)는 오일 유입구(64)를 가로질러 뻗어 있어, 오일 유입구(64)를 통해 공급된 윤활 오일은 오일 공급 그루브(26)를 따라 메인 베어링(20)의 전체 내측 표면(32, 46)에 걸쳐 유동할 수 있다. 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)의 양측의 오일 공급 그루브(26)는, 상부 셸(22)의 오일 공급 그루브(26)가 하부 셸(24)의 오일 공급 그루브(26)와 연속적이고 유체연통인 상태가 되도록 상부 셸(22) 및 하부 셸(24)이 서로 가압될 때, 서로 원주방향으로 정렬된다. 셸(22, 24)의 오일 공급 그루브(26)는 각 측면 에지(40, 42, 52, 54)에서 이격되어 그 사이의 중심에 배치된다. 각각의 오일 공급 그루브(26)는 내측 표면(32, 46)으로부터 공급 그루브 바닥부 표면(68)까지 형성된 한 쌍의 공급 그루브 측벽(66)을 구비하고 있다. 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 공급 그루브 측벽(66)은 셸(22, 24)의 측면 에지(40, 42, 52, 54) 쪽으로부터 안쪽 방향으로 경사져 있고, 공급 그루브 바닥부 표면(68)은 대략 평평하다. 오일 공급 그루브(26)는 공급 그루브 바닥부 표면(68)의 제1 깊이(d1)까지 오목하게 형성되어 있다. 제1 깊이(d1)는 엔진 설계 및 원하는 윤활의 정도에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 제1 깊이(d1)는 대략 0.5 ㎜ 내지 대략 2.0 ㎜, 바람직하게는 대략 1.0 ㎜이다. 오일 공급 그루브(26)는 또한 셸 단부(36, 38, 48, 50)에 평행하게 형성되는 공급 그루브 폭(Wsupply)을 가진다. 공급 그루브 폭(Wsupply)도 변경될 수 있지만, 예시의 실시형태에 있어서, 공급 그루브 폭(Wsupply)은 대략 1.0 ㎜ 내지 대략 2.0 ㎜, 바람직하게는 대략 1.5 ㎜이다.
상부 셸(22)은 또한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 오일 공급 그루브(26)로부터 제1 측면 에지(40) 쪽으로 형성된 오일 간류 그루브(28)를 구비한다. 오일 공급 그루브(26)는 상부 셸(22)의 오일 간류 그루브(28)와 유체연통되어 있어, 윤활 오일이 오일 공급 그루브(26)로부터 오일 간류 그루브(28)로 유동할 수 있다. 오일 간류 그루브(28)는 제1 셸 단부(36) 위치에서 오일 공급 그루브(26)로부터 제1 측면 에지(40)로부터 이격되어 있는 간류 그루브 말단부(70)까지 뻗어 있다. 오일 간류 그루브(28)는 오일 공급 그루브(26)로부터 간류 그루브 말단부(70)까지 형성되는 간류 그루브 길이(lstem)를 가진다. 간류 그루브 길이(lstem)는 엔진 설계 및 원하는 윤활의 정도에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 간류 그루브 길이(lstem)는 대략 12 ㎜이다.
오일 간류 그루브(28)는 도 2a에 도시된 바와 같이 오일 공급 그루브(26)와 오일 간류 그루브(28) 사이에 제1 각도(α1)를 제공하고, 오일 간류 그루브(28)와 제1 셸 단부(36) 사이에 제2 각도(α2)를 제공하도록 오일 공급 그루브(26)에 대해 비스듬하게 뻗어 있다. 제1 각도(α1) 및 제2 각도(α2)는 엔진 설계 및 높은 마모 영역에 따라 변경될 수 있다. 하지만, 예시의 실시형태에 있어서, 제1 각도(α1) 및 제2 각도(α2)는 예각이고, 제1 각도(α1)가 제2 각도(α2)보다 더 크다. 예컨대, 제1 각도(α1)는 대략 20도 내지 대략 60도, 바람직하게는 대략 40도일 수 있고, 제2 각도(α2)는 대략 10도 내지 대략 50도, 바람직하게는 대략 30도일 수 있다.
오일 간류 그루브(28)는 상부 내측 표면(32)에 반경방향으로 오목하게 형성되어 있고, 상부 내측 표면(32)으로부터 간류 그루브 바닥부 표면(74)까지 형성된 간류 그루브 측벽(72)을 구비하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 간류 그루브 측벽(72)은 제1 셸 단부(36) 및 제2 단부 셸 단부(38) 쪽으로부터 안쪽 방향으로 경사져 있고, 간류 그루브 바닥부 표면(74)는 대략 평평하다. 오일 간류 그루브(28)는 간류 그루브 바닥부 표면(74)의 제2 깊이(d2)까지 오목하게 형성되어 있다. 제2 깊이(d2)는 오일 공급 그루브(26)의 제1 깊이(d1)보다 작다. 하지만, 제2 깊이(d2)는 엔진 설계 및 원하는 윤활의 정도에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 제2 깊이(d2)는 대략 0.1 ㎜ 내지 대략 0.5 ㎜, 바람직하게는 대략 0.3 ㎜이다. 오일 간류 그루브(28)는 상부 셸(22)의 제1 측면 에지(40) 및 제2 측면 에지(42)에 대해 약간의 각도를 이루어 형성되는 간류 그루브 폭(Wstem)을 가진다. 간류 그루브 폭(Wstem)은 공급 그루브 폭(Wsupply)보다 작지만, 엔진 설계 및 원하는 윤활의 정도에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 간류 그루브 폭(Wstem)은 대략 0.7 ㎜ 내지 대략 2.0 ㎜, 바람직하게는 대략 1.2 ㎜이다.
상부 셸(22)은 또한 오일 간류 그루브(28)로부터 오일 공급 그루브(26)를 따라 형성된 복수의 오일 분배 그루브(30)를 구비하고 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 상부 셸(22)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 오일 분배 그루브(30)를 구비하고 있어, 오일 그루브(26, 28, 30)가 함께 메인 베어링(20)의 상부 내측 표면(32) 상에 F자 형상을 제공한다. 하지만, 상부 셸(22)은 단일의 오일 분배 그루브(30) 또는 2개보다 많은 오일 분배 그루브(30)를 구비할 수도 있다. 오일 분배 그루브(30)는 오일 간류 그루브(28)와 또한 서로와 유체연통되어 있어, 윤활 오일이 오일 간류 그루브(28)로부터 오일 분배 그루브(30)로 유동할 수 있다. 오일 분배 그루브(30)는 오일 공급 그루브(26)에 평행하게 형성되어 오일 공급 그루브(25)로부터 이격되어 있다. 오일 분배 그루브(30)는 또한 서로에 대해서도 이격되어 있다. 오일 분배 그루브(30)는 오일 공급 그루브(26)와 상부 셸(22)의 제1 측면 에지(40) 사이에 배치되어 있다.
오일 분배 그루브(30)의 각각은 오일 간류 그루브(28)로부터 분배 그루브 말단부(76)까지 뻗어 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 오일 분배 그루브(30) 중의 하나는 간류 그루브 말단부(70)에서 오일 간류 그루브(28)로부터 뻗어 있고, 오일 분배 그루브(30) 중의 다른 하나는 오일 공급 그루브(26)와 간류 그루브 말단부(70) 사이의 오일 간류 그루브(28)로부터 뻗어 있다. 오일 분배 그루브(30)의 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 오일 간류 그루브(28)로부터 분배 그루브 말단부(76)까지 형성된 분배 그루브 길이(ldist)를 가진다. 오일 분배 그루브(30)의 분배 그루브 길이(ldist)는 엔진 설계 및 원하는 윤활의 정도에 따라 변경될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 분배 그루브 길이(ldist)는 대략 셸 길이(LS)의 1/3과 같거나 셸 길이(LS)의 1/2보다 작다. 즉, 대략 20.0 ㎜ 내지 대략 30.0 ㎜, 바람직하게는 대략 23.0 ㎜이다. 오일 분배 그루브(30)의 각각은 상부 셸(22)의 제1 셸 단부(36) 및 제2 셸 단부(38)에 대략 평행하게 형성된 분배 그루브 폭(Wdist)를 가진다. 예시의 실시형태에 있어서, 분배 그루브 폭(Wdist)은 공급 그루브 폭(Wsupply)보다 작으며, 간류 그루브 폭(Wstem)보다 약간 작다. 예시의 실시형태에 있어서, 분배 그루브 폭(Wdist)은 대략 0.5 ㎜ 내지 대략 1.5 ㎜, 바람직하게는 대략 1.0 ㎜이다.
오일 분배 그루브(30)는 상부 셸(22)의 상부 내측 표면(32) 안쪽으로 반경방향으로 오목하게 형성되어 있다. 각각의 오일 분배 그루브(30)는 상부 내측 표면(32)으로부터 분배 그루브 바닥부 표면(80)까지 형성된 분배 그루브 측벽(78)을 구비하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 분배 그루브 측벽(78)은 제1 측면 에지(40) 및 제2 측면 에지(42) 쪽으로부터 안쪽 방향으로 경사져 있고, 분배 그루브 바닥부 표면(80)은 대략 평평하다. 오일 분배 그루브(30)의 각각은 분배 그루브 바닥부 표면(8)의 제3 깊이(d3)까지 오목하게 형성되어 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 오일 분배 그루브(30)의 제3 깊이(d3)는 오일 공급 그루브(26)의 제1 깊이(d1)보다 작고 오일 간류 그루브(28)의 제2 깊이(d2)와 같다.
상술한 바와 같이, 메인 베어링(20)의 오일 그루브(26, 28, 30)는 바람직하게는 상부 내측 표면(32)을 따라 높은 마모 영역에 배치되며, 높은 마모 영역은 엔진의 구성에 좌우되겠지만 일반적으로 엔진이 공회전하거나 정지될 때 크랭크샤프트(56)가 가압되게 되는 영역을 포함한다. 예컨대, 상부 내측 표면(32)을 따른 오일 그루브(26, 28, 30)의 위치는 높은 마모 영역을 가장 잘 커버하도록 제2 셸 단부(38)에 더 근접하게 변경될 수 있다. 도 1 및 도 2에 보여지는 오일 그루브(26, 28, 30)의 F자 형상 설계는 일반적으로 크랭크샤프트(56)에 의해 접촉되어 높은 마모를 받는 영역에서의 우수한 윤활을 제공한다. 오일 그루브(26, 28, 30)의 구성은 오일 그루브(26, 28, 30)가 상당히 많은 양의 윤활 오일을 수용하면서도 상부 내측 표면(32)의 비 그루브 표면 영역을 최대화하여 메인 베어링(20)이 충분한 강도 및 내하력을 제공하도록 되어 있다.
상술한 바와 같이, 도 8에 도해된 예시적인 사용처는 내연 엔진의 크랭크샤프트(56)를 지지하는 메인 베어링(20)을 포함하고 있다. 메인 베어링(20) 및 크랭크샤프트(56)를 위한 하우징을 제공하기 위해 베어링 캡(82)이 한 쌍의 볼트(84)에 의해 실린더 블록(58)에 고정되어 있다. 메인 베어링(20)을 실린더 블록(58)에 위치시키기 위해 탭(62)이 사용된다. 도 8은 실린더 블록(58) 및 하부 셸(24)의 하부 내측 표면(46) 상에 재치된 크랭크샤프트(56)의 하우징 내에 배치된 메인 베어링(20)을 도시하고 있다. 메인 베어링(20)의 셸 길이(LS)가 하우징의 길이보다 약간 더 길다. 따라서, 조립된 메인 베어링(20)은 셸(22, 24)을 서로에 대해 정위치에 유지시키기 위한 후프 응력을 발생시키는 "크러시 하이트(crush height)"를 가진다.
실린더 블록(58)은 오일 펌프(도시 안됨)로부터 메인 베어링에 인접한 개구부까지 뻗어 있는 오일 통로(86)를 구비하고 있다. 윤활 오일은 오일 펌프에 의해 제공되어 오일 통로(86)를 통해 메인 베어링(20)에 인접한 공간까지 유동한다. 메인 베어링(20)의 예시적인 사용처에 있어서, 오일 펌프는 엔진이 가동될 때 윤활 오일을 제공하지만, 엔진이 정지되거나 공회전될 때는 윤활 오일을 제공하지 않는다. 윤활 오일은 메인 베어링(20)에 인접한 공간으로부터 오일 유입구(64)를 통해 오일 그루브(26, 28, 30)로 그리고 메인 베어링(20)의 내측 표면(32, 46) 전체에 걸쳐 유동한다. 상술한 바와 같이, 오일 그루브(26, 28, 30)는 서로 유체연통되어 있어, 오일 유입구(64)를 통해 제공된 윤활 오일은 오일 공급 그루브(26)로부터 오일 간류 그루브(28)로 그리고 오일 분배 그루브(30)로 유동할 수 있다. 하지만, 오일 펌프에 의해 제공되는 윤활 오일이 메인 베어링(20)의 내측 표면(32, 46)에 도달하기 전에 짧은 지연 시간이 존재한다.
엔진이 공회전하거나 정지할 때, 윤활 오일은 셸(22, 24)의 측면 에지(40, 42, 52, 54)에서 서서히 빠져나가지만, 엔진이 상당한 량의 시간 동안 정지되지 않는 한, 잔류량의 윤활 오일이 모든 오일 그루브(26, 28, 30) 내에 남아있게 된다. 엔진이 상당한 량의 시간 동안 정지된 경우에는, 윤활 오일은 하부 셸(24)의 오일 공급 그루브(26)에만 남아 있게 된다. 상부 셸(22)의 오일 간류 그루브(28) 및 오일 분배 그루브(30)에 간직된 윤활 오일이 엔진이 공회전하거나 정지되었을 때 높은 마모의 가능성이 큰 영역을 윤활시킨다.
시동 시 또는 엔진이 재시동될 때, 크랭크샤프트(56)의 회전은 하부 셸(24)의 오일 공급 그루브(26) 내에 유지되어 있는 윤활 오일을 즉각적으로 상부 셸(22)의 상부 내측 표면(32)으로 끌어들인다. 상부 셸(22)로 끌어들여진 윤활 오일은 오일 간류 그루브(28) 및 오일 분배 그루브(30) 내로 유동하게 되고, 그루브(26, 28, 30)는 즉각적으로 윤활 오일을 높은 마모 영역으로 안내하게 된다. 따라서, 엔진이 공회전되거나 정지하는 동안 및 시동 시에 지연 시간없이 높은 마모 영역이 충분하게 윤활된다.
메인 베어링(20)은 보다 적은 마모를 겪게 되어, 오일 그루브를 구비하지 않거나 다른 구성을 갖는 오일 그루브를 구비한 종래기술의 메인 베어링에 비해 더 긴 사용 수명을 가진다. 시동 시의 충분한 윤활의 장점은, 하이브리드 및 전기 차량의 잦은 정지 및 시동과 시동 시의 크랭크샤프트(56)의 높은 회전 속도로 인해, 메인 베어링(20)이 하이브리드 및 전기 차량에 사용될 때 특히 유익하다.
이상의 교시된 사항에 비추어, 본 발명의 수많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. 따라서, 최종적인 청구범위 범위 내에서, 본 발명은 특정적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 내연 엔진용 메인 베어링(20)에 있어서,
    원주방향으로 제1 셸 단부(36)와 제2 셸 단부(38) 사이에 형성된 상부 내측 표면(32)을 구비하고 있는 상부 셸(22); 및
    원주방향으로 제3 셸 단부(48)와 제4 셸 단부(50) 사이에 형성된 하부 내측 표면(46)을 구비하고 있는 하부 셸(24);을 포함하고 있고,
    상기 상부 셸(22)의 상기 제1 셸 단부(36)는 상기 하부 셸(24)의 상기 제3 셸 단부(48)와 당접하고, 상기 상부 셸(22)의 상기 제2 셸 단부(38)는 상기 하부 셸(24)의 상기 제4 셸 단부(50)와 당접하고,
    상기 셸(22, 24)은 원주방향으로 상기 내측 표면(32, 46)을 따라 형성된 오일 공급 그루브(26)를 구비하고 있고,
    상기 상부 셸(22)은 상기 오일 공급 그루브(26)로부터 비스듬하게 형성된 오일 간류 그루브(28)를 구비하고 있고,
    상기 상부 셸(22)은 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 상기 오일 공급 그루브(26)를 따라 형성된 적어도 하나의 오일 분배 그루브(30)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 공급 그루브(26) 및 상기 오일 간류 그루브(28)는 그들 사이에 90도보다 작은 제1 각도(α1)를 제공하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 오일 간류 그루브(28)는 상기 상부 셸(22)의 상기 제1 셸 단부(36) 위치에서 상기 오일 공급 그루브(26)로부터 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 오일 간류 그루브(28) 및 상기 제1 셸 단부(36)는 그들 사이에 제2 각도(α2)를 제공하고 있고, 상기 제2 각도(α2)는 상기 제1 각도(α1)보다 작은 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 각도(α1)는 20도 내지 60도이며, 상기 제2 각도(α2)는 10도 내지 50도인 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 셸(22)은 축선방향으로 제1 측면 에지(40)와 제2 측면 에지(42) 사이에 뻗어 있고, 상기 오일 간류 그루브(28)는 상기 제1 측면 에지(40)로부터 이격되어 있는 간류 그루브 말단부(70)까지 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 오일 분배 그루브(30) 중의 하나는 상기 간류 그루브 말단부(70)에서 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 상기 상부 셸(22)의 상기 오일 공급 그루브(26)를 따라 평행하게 뻗어 있는 2개의 상기 오일 분배 그루브(30)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 셸(22)은 셸 길이(LS)를 가지고 있고, 상기 오일 분배 그루브(30)의 각각은 상기 셸 길이(LS)의 1/2보다 크지 않은 분배 그루브 길이(ldist)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 분배 그루브(30)는 상기 상부 셸(22)의 상기 오일 공급 그루브(26)로부터 이격되어 있고 상기 상부 셸(22)의 상기 오일 공급 그루브(26)에 대략 평행한 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 공급 그루브(26)는 제1 깊이(d1)까지 오목하게 형성되어 있고, 상기 오일 간류 그루브(28)는 제2 깊이(d2)까지 오목하게 형성되어 있고, 상기 오일 분배 그루브(30)는 제3 깊이(d3)까지 오목하게 형성되어 있고, 상기 제2 깊이(d2) 및 상기 제3 깊이(d3)가 상기 제1 깊이(d1)보다 작은 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 공급 그루브(26)는 공급 그루브 폭(Wsupply)을 가지고 있고, 오일 간류 그루브(28)는 상기 공급 그루브 폭(Wsupply)보다 작은 간류 그루브 폭(Wstem)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 공급 그루브(26)는 공급 그루브 폭(Wsupply)을 가지고 있고, 상기 오일 분배 그루브(30)의 각각은 상기 공급 그루브 폭(Wsupply)보다 작은 분배 그루브 폭(Wdist)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 셸(22)의 상기 오일 공급 그루브(26)는 상기 하부 셸(24)의 상기 오일 공급 그루브(26)와 원주방향으로 정렬되고 유체연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진의 메인 베어링(20).
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브(26, 28, 30)는 서로 유체연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 셸(22)의 상기 상부 내측 표면(32)은 제1 측면 에지(40)와 제2 측면 에지(42) 사이에 오목 단면부를 제공하고, 상기 하부 셸(24)의 상기 하부 내측 표면(46)은 제3 측면 에지(52)와 제4 측면 에지(54) 사이에 오목 단면부를 제공하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 셸(22)은 상기 오일 공급 그루브(26)를 따라 배치되어 상기 상부 외측 표면(34)으로부터 상기 상부 내측 표면(32)까지 상기 상부 셸(22)을 관통하여 형성된 오일 유입구(64)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 오일 공급 그루브(26)는 상기 오일 유입구(64)와 유체연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 셸(22, 24)은 상기 셸 단부(36, 38, 48 50)에서 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
  20. 내연 엔진용 메인 베어링(20)에 있어서,
    원주방향으로 제1 셸 단부(36)와 상기 제1 셸 단부(36) 반대편의 제2 셸 단부(38) 사이에 형성된 셸 길이(LS)를 가진 상부 내측 표면(32)을 구비하고 있고, 축선방향으로 제1 측면 에지(40)와 제2 측면 에지(42) 사이에 뻗어 있는 상부 셸(22); 및
    원주방향으로 제3 셸 단부(48)와 제4 셸 단부(50) 사이에 형성된 하부 내측 표면(46)을 구비하고 있는 하부 셸(24);을 포함하고 있고,
    상기 상부 셸(22)의 상기 제1 셸 단부(36)는 상기 하부 셸(24)의 상기 제3 셸 단부(48)와 당접하고, 상기 상부 셸(22)의 상기 제2 셸 단부(38)는 상기 하부 셸(24)의 상기 제4 셸 단부(50)와 당접하고,
    상기 셸(22, 24)은 원주방향으로 상기 내측 표면(32, 46)을 따라 형성된 오일 공급 그루브(26)를 구비하고 있고,
    상기 오일 공급 그루브(26)는 상기 셸 길이(LS)의 상기 상부 내측 표면(32)을 따라 형성되어, 상기 제1 측면 에지(40)와 상기 제2 측면 에지(42) 사이의 중심에 배치되어 있고,
    상기 상부 셸(22)은 상기 제1 셸 단부(36) 위치에서의 상기 오일 공급 그루브(26)로부터 상기 제1 측면 에지(40)로부터 이격되어 있는 간류 그루브 말단부(70)까지 비스듬하게 형성된 오일 간류 그루브(28)를 구비하고 있고,
    상기 오일 간류 그루브(28)는 상기 오일 공급 그루브(26)와의 사이에 제1 각도(α1)를 제공하고 있고, 상기 제1 셸 단부(36)와의 사이에 제2 각도(α2)를 제공하고 있고,
    상기 각도(α1, α2)의 각각은 예각이고,
    상기 상부 셸(22)은 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 분배 그루브 말단부(76)까지 형성된 분배 그루브 길이(ldist)를 각각이 가지고 있는 한 쌍의 오일 분배 그루브(30)를 구비하고 있고,
    상기 오일 분배 그루브(30)의 각각은 상기 오일 공급 그루브(26)에 대략 평행하게 형성되어 상기 오일 공급 그루브(26)로부터 이격되어 있고,
    상기 분배 그루브 길이(ldist)는 상기 셸 길이(LS)의 1/2보다 크지 않고,
    상기 오일 분배 그루브(30) 중의 하나는 상기 간류 그루브 말단부(70)에서 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 뻗어 있고, 상기 오일 분배 그루브(30) 중의 다른 하나는 상기 오일 공급 그루브(26)와 상기 간류 그루브 말단부(70) 사이의 상기 오일 간류 그루브(28)로부터 뻗어 있어, 상기 오일 간류 그루브(28) 및 상기 오일 분배 그루브(30)가 상기 상부 내측 표면(32)을 따라 F자 형상을 제공하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진용 메인 베어링(20).
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