KR20180005614A - 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치 - Google Patents

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다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 시동시에 베어링 극간에 조기에 기름이 공급되고, 상용 운전시에 기름 공급량을 적게 할 수 있는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 복수의 저널부를 가지는 크랭크축과, 크랭크축을 지지하는 주베어링과, 베어링 하우징을 포함하는, 베어링 장치(1)로서, 복수의 저널부는, 윤활유로를 가지는 제 1 저널부(61)와 윤활유로를 가지지 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 지지되고, 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로부터 구성되고, 제 2 주베어링(42)의 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 제 1 주베어링(41)의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하이다.

Description

내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치{BEARING DEVICE FOR CRANKSHAFT OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치에 관한 것이다.
다기통 내연 기관의 크랭크축은, 복수의 저널부 및 복수의 크랭크 핀부를 가지고, 복수의 저널부는, 크랭크 핀부로의 급유를 행하기 위한 윤활유로를 가지는 저널부(A)(이하, 단순히 「저널부(A)」라고 한다)와 윤활유로를 가지지 않는 저널부(B)(이하, 단순히 「저널부(B)」라고 한다)로 이루어진다. 크랭크축은, 저널부(A)에 있어서 주베어링(A)을 개재하고, 또한, 저널부(B)에 있어서 주베어링(B)을 개재하여, 내연 기관의 실린더 블록 하부에 지지된다. 주베어링(A, B)은, 한 쌍의 반할 베어링을 베어링 하우징의 베어링 유지 구멍에 장착함으로써 원통 형상이 된다. 베어링 하우징은, 실린더 블록의 일부인 상측 하우징과, 베어링 캡으로서의 하측 하우징으로 이루어진다. 주베어링(A, B)을 윤활하게 하기 위해, 오일 펌프에 의해 토출된 기름이, 실린더 블록의 벽 내에 형성된 오일 갤러리 및 주베어링(A, B)의 벽에 형성된 관통구를 통하여, 주베어링(A, B)의 내주면을 따라 형성된 기름 홈 내로 보내진다. 저널부(A)에는, 제 1 윤활유로가, 저널부(A)를 직경 방향으로 관통 형성되어 있으며, 그 양단 개구에서 주베어링(A)의 기름 홈과 연통된다. 또한, 제 2 윤활유로가, 제 1 윤활유로로부터 분기하여 크랭크 아암부를 통과하도록 형성되고, 크랭크 핀부의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활유로와 연통되어 있다. 따라서, 주베어링(A)의 기름 홈 내로 보내진 기름은, 제 1 윤활유로, 제 2 윤활유로, 및 제 3 윤활유로를 통과하여, 그 후, 제 3 윤활유로의 단부 개구(크랭크 핀부의 외주면 상에 형성되는 유출구)로부터 크랭크 핀부와 컨로드 베어링의 사이의 슬라이딩면에 공급된다.
주베어링(A)과 주베어링(B)은, 동일한 형상인 것이 이용된다. 주베어링을 구성하는 한 쌍의 반할 베어링 중 적어도 일방의 내주면에 기름 홈이 형성되고, 기름 홈은, 그 반할 베어링의 원주 방향의 전체 길이에 걸쳐서 형성된다(특허문헌 1: 일본국 공개특허 특개평8-277831호 공보의 도 1). 이 경우, 주베어링(B)에서는, 주베어링(B)의 내주면의 윤활을 위해 필요한 양을 초과하는 양의 기름이 공급되고 있었다.
주베어링(B)에 관하여, 실린더 블록측의 반할 베어링(BU)의 기름 홈을 폐지하고, 반할 베어링(BU)의 내주면과 외주면을 관통하여 형성된 기름 구멍을 개재하여 외부로부터 공급되는 기름을 주베어링(B)의 내주면과 저널부(B)의 표면 사이의 극간에 유입시킴으로써, 주베어링(B)으로의 공급유량을 저감하는 베어링 장치가 제안되고 있다(특허문헌 2: 국제공개 제2004/038188호). 또한, 이 베어링 장치의 주베어링(A)에서는, 일방의 반할 베어링(AU)의 내주면에 둘레 방향을 따라 형성되는 기름 홈의 둘레 방향 양단부가, 반할 베어링(AU)의 내주면의 둘레 방향 양단부에 형성되는 크러시 릴리프와 연통되어 있지 않다. 이와 같이, 반할 베어링(AU)의 기름 홈을 부분 홈의 구조로 함으로써, 기름 홈 내의 기름이, 크러시 릴리프에 의한 극간을 개재하여 주베어링(A)의 외부로 유출하는 것을 억제한다. 특허문헌 2의 베어링 장치에 의하면, 베어링 장치의 복수의 주베어링(A, B)으로의 공급유량을 저감할 수 있으며, 이에 따라 오일 펌프의 소형화가 가능해지고, 내연 기관을 저연비화할 수 있는 것으로 되어 있다.
특허문헌 3(일본국 공개특허 특개2006-125565호 공보)은, 특허문헌 2의(도 5에 개시된) 베어링 장치에서는, 주베어링(B)이 냉각 부족이 되어, 주베어링(B)의 내구성이 저하된다는 결점을 극복하는 것을 과제로 하고 있다. 특허문헌 3의 베어링 장치에서는, 주베어링(B)의 일방의 반할 베어링(BU)의 내주면에 부분적인 기름 홈이 형성되어 있으며, 이 기름 홈은, 반할 베어링(BU)의 원주 방향의 중앙 위치를 포함하여 내주면의 원주 방향으로 연장되고, 원주 방향의 양단부의 직전까지 형성되어 있다(단락 [0009]). 이에 따라, 주베어링(B)의 내주면에 대하여 기름의 급유량을 증가시킬 수 있기 때문에, 주베어링(B)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것으로 하고 있다. 또한, 특허문헌 3의 베어링 장치의 주베어링(A)에서는, 일방의 반할 베어링(AU)의 내주면의 전체 길이에 걸쳐서, 기름 홈이 형성되어 있다. 특허문헌 3의 베어링 장치에 있어서는, 주베어링(B)으로의 급유량이 증가하기 때문에, 오일 펌프의 대형화를 필요로 한다. 오일 펌프는 크랭크축의 회전력에 의해 작동하기 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 특허문헌 3의 베어링 장치에 이용한 경우에는, 내연 기관의 시동시에(특히, 한랭지에 있어서 베어링 장치가 저온인 상태로부터의 시동시에), Fe 합금제의 베어링 캡측에 설치되는 기름 홈을 형성하지 않는 반할 베어링(BL)의 슬라이딩면으로 기름이 공급되기 어렵고, 반할 베어링(BL)의 내주면에 소부(燒付)가 일어나는 문제가 있다.
주베어링의 내주면과 크랭크축의 저널부의 표면과의 사이에는, 기름을 공급하기 위한 베어링 극간이 설치되어 있다. 이 베어링 극간이 과대해지면, 크랭크축에 덜컥거림이 발생하고, 내연 기관의 진동이나 소음의 원인이 된다. Al 합급제의 상측 하우징과 Fe 합금제의 하측 하우징으로 이루어지는 베어링 하우징을 채용했을 때에는, Al 합금제 하우징과 Fe 합금제의 크랭크축의 저널부의 열팽창률이 상이하기 때문에, 온도 변화에 의해 베어링 극간이 변화한다. 승용차용의 내연 기관의 베어링 장치는, 내연 기관의 정숙성을 위해, 상용 운전시에 있어서의 베어링 하우징의 온도(예를 들면, 120℃)에 있어서, 베어링 극간이 좁아지도록 되어 있지만, 베어링 하우징의 온도가 낮아지면, 베어링 극간이 더욱 좁아지도록 변화한다. 승용차용의 내연 기관은, 한랭지에 있어서는 베어링 하우징이 저온(예를 들면, －30℃ 정도)인 상태로부터 시동이 이루어지기 때문에, Al 합급제의 하우징과 Fe 합금제의 크랭크축의 열팽창률의 차이에 의해, 베어링 극간이 매우 좁게 되어 있으며, 또한, 기름의 점도가 높은 상태에 있다.
특허문헌 3의 베어링 장치에서는, Al 합금제의 상측 하우징에 장착된 반할 베어링(BU)의 내주면의 설치되는 부분적인 기름 홈 내의 기름은, 점도가 높은 상태에 있으며, 또한, 반할 베어링(BU)의 내주면과 저널부의 표면과의 사이의 베어링 극간이 매우 좁기 때문에, 기름은, 기름 홈 내로부터 외부로 유출되기 어려워져 있다. 따라서, 기름은, Fe 합금제의 하측 하우징에 장착된 타방의 반할 베어링(BL)의 내주면에 조기에 공급되지 않는다. 이 때문에, 타방의 반할 베어링(BL)의 내주면이 손상을 일으킨다.
그래서, 본 발명은, 저온 상태로부터의 내연 기관의 시동시에 베어링 극간에 조기에 기름이 공급되고, 상용 운전시에 기름의 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 크랭크 핀부(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 크랭크 핀부로 기름을 보내기 위한 윤활유로(63a)를 가지는 제 1 저널부(61)와, 상기 윤활유로를 가지지 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 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)으로부터 구성되고,
상기 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)에 의해 지지되고, 상기 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)으로부터 구성되고,
상기 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로 구성되고, 상기 상측 하우징은, 상기 상측 반할 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83a)을 가지고, 상기 하측 하우징은, 상기 하측 반할 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83b)을 가지고, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 상기 상측 반할 베어링(41U, 42U)이 유지되고, 상기 하측 하우징의 상기 반원통면(83b)에 상기 하측 반할 베어링(42L, 42L)이 유지되도록 되어 있으며,
상기 상측 하우징의 내부에는, 상기 제 1 및 제 2 주베어링으로 기름을 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 반할 베어링 중 상기 상측 반할 베어링(41U, 42U)만이, 내주면에 형성된 기름 홈(41G, 42G) 및 적어도 하나의 기름 구멍(45)을 가지고,
상기 기름 구멍(45)은, 상기 상측 반할 베어링(41U, 42U)의 베어링벽 두께를 관통하여, 외주면에 개구되어 있으며,
상기 상측 하우징(81)의 상기 내부 유로(G2)의 상기 개구(G2c)와 상기 기름 홈(41G, 42G)은, 기름 구멍(45)에 의해 연통되도록 되어 있으며,
상기 상측 및 하측 반할 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)에는, 내주면의 둘레 방향 양단부에 크러시 릴리프(70)가 형성되어 있으며,
상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 홈(41G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, 상기 기름 홈(41G)의 둘레 방향 양단부의 각각이, 최소로 상기 크러시 릴리프(70)에 연통되고, 최대로 상기 상측 반할 베어링(41U)의 둘레 방향 단면(72)에 개구하도록 되어 있으며,
상기 상측 반할 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 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, ±45° 영역(θ1) 내에서 적어도 원주 각도 20°의 범위를 포함하고, 상기 기름 홈(42G)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 최소로 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 크러시 릴리프(70)에 연통되고, 최대로 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단면(72)에 개구하고, 상기 기름 홈(42G)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부가, 상기 상측 반할 베어링(42U)의 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단면(72)보다도, 상기 상측 반할 베어링(42U)의 둘레 방향 중앙부측에 위치하고 있으며(기름 홈(42G)의 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부는, 크러시 릴리프(70) 또는 내주면(슬라이딩면)(71)에 위치하고 있다),
상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G) 중 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 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 아니며, 본 발명은, 임의의 배향으로 배치 가능하다.
기름 홈(42G)의 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 최소로 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 크러시 릴리프(70)에 연통되고, 최대로 상기 상측 반할 베어링(42U) 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단면(72)으로 개구하고 있기 때문에, 기름 홈(42G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위가 ±45° 영역(θ1) 내에서 적어도 원주 각도 20°의 범위를 포함한다는 것은, 저널부의 회전 방향의 전방측의 ±45° 영역(θ1)의 경계로부터 적어도 원주 각도 20°의 범위에 기름 홈(42G)이 형성되어 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서(둘레 방향 중 어느 위치에 있어서도), 둘레 방향으로 대응되는 위치에서의 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하이다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서 최대 0.5㎜이다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 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 단부측으로 향하여 커진다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상기 기름 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부에서 최대가 되고, 둘레 방향 양단부를 향하여 작아진다.
본 발명에서는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)의 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)이, 베어링 장치(1)(베어링 하우징(8))의 온도 변화가 있었던 경우에는, 기름 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면의 극간의 변화가 큰 ±45° 영역(θ1)에 있어서 적어도 20°의 원주 각도의 범위를 포함하도록 형성되어 있으며, 또한, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 적어도 ±45° 영역(θ1)에서는, 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 이루어진다. 이 때문에, 한랭지에 있어서 저온 상태(예를 들면, －30℃)로부터의 내연 기관의 시동시에 있어서, 제 2 저널부(62)를 지지하는 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간이 좁아지고, 기름 홈(42G) 내의 기름은, 회전하는 저널부(62)의 표면으로부터의 힘의 작용을 강하게 받아, 강제적으로 기름 홈(42G) 내에서 축 회전 방향의 전방측으로 보내진다. 그 사이에, 기름은, 전단되고, 조기에 온도가 상승하여, 점도가 낮아진다.
저온 상태로부터의 내연 기관의 시동시에는, 제 2 저널부(62)의 표면과 제 2 주베어링(42)의 내주면(71)의 사이의 베어링 극간이 매우 좁지만, 점도가 낮아진 기름은, 기름 홈(42G) 내로부터 Fe 합금제의 하측 하우징(82)에 수용되는 하측 반할 베어링(42L)의 내주면(71)과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 베어링 극간에 조기에 기름이 공급되게 된다.
한편, 내연 기관의 상용 운전시, 베어링 장치(1)의 온도가 상승하면, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간이 증가하여, 기름 홈 내의 기름에는 회전하는 저널부에 의한 힘이 작용하기 어려워지고, 기름이 기름 홈(42G)으로부터 상측 반할 베어링(42U)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간이나, 하측 반할 베어링(42L)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간에 과도하게 유출되기 어려워진다. 또한, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 홈 깊이는, 제 1 주베어링(41)의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 홈 깊이의 절반 이하인 구성으로 함으로써, 기름 홈(42G)의 내용적이 작아진다. 제 2 주베어링(42)으로의 기름의 공급량이 적기 때문에, 오일 펌프의 소형화가 가능하다.
도 1은, 크랭크축의 베어링 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 윤활유로를 가지는 제 1 저널부의 정면도이다.
도 3은, 윤활유로를 가지지 않는 제 2 저널부의 정면도이다.
도 4는, 도 2에 나타내는 제 1 주베어링(41)의 정면도이다.
도 5는, 도 4에 나타내는 상측 반할 베어링(41U)의 내주면측을 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 3에 나타내는 제 2 주베어링(42)의 정면도이다.
도 7은, 도 6에 나타내는 상측 반할 베어링(42U)의 내주면측을 나타내는 도면이다.
도 8은, 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 단면도이다.
도 9는, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 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 반할 베어링(41AU)의 저면도이다.
도 13은, 실시예 3의 제 2 주베어링(42B)의 정면도이다.
도 14는, 도 13에 나타내는 상측 반할 베어링(42BU)의 저면도이다.
도 15는, 실시예 4의 제 2 주베어링(42C)의 정면도이다.
도 16은, 도 15에 나타내는 상측 반할 베어링(42CU)의 저면도이다.
도 17은, 실시예 5의 제 2 주베어링(42D)의 정면도이다.
도 18은, 도 17에 나타내는 상측 반할 베어링(42DU)의 저면도이다.
도 19는, 도 18에 나타내는 기름 구멍(45)의 Y화살표 방향에서 본 도면이다.
(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 크랭크 핀부(5)로 기름을 공급하기 위한 윤활유로(63a)를 가지는 저널부(61)(도 1에 있어서 2번, 4번 저널부(61A, 61B))에 있어서의 베어링 구조를 나타낸다(이하, 「윤활유로를 가지는 저널부」는, 「제 1 저널부」라고 기재함). 도 3은, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)의 크랭크 핀부(5)로 기름을 공급하기 위한 윤활유로를 가지지 않는 저널부(62)(도 1에 있어서 1번, 3번, 5번 저널부(62A, 62B, 62C))에 있어서의 베어링 구조를 나타낸다(이하, 「윤활유로를 가지지 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 크랭크 핀부(5)(5A∼5D)를 가지는 크랭크축(3)을 구비하고 있다. 크랭크 핀부(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 미끄럼 베어링으로써, 각 저널부(6)(61A, 61B, 62A, 62B, 62C)를 회전이 자유롭게 지지하는 5개의 주베어링(4)과, 각 크랭크 핀부(5)(5A∼5D)를 회전이 자유롭게 지지하는 4개의 컨로드(21) 및 컨로드 베어링(24)(도 1에서는 도시하지 않음)을 추가로 구비하고 있다. 승용차용의 소형의 내연 기관의 크랭크축(3)은, Fe 합금제이고, 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 반할 베어링(상측 반할 베어링(41U) 및 하측 반할 베어링(41L))으로부터 구성되고, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 반할 베어링(상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L))으로부터 구성된다. 반할 베어링은, Fe 합금제의 백메탈층과, 베어링 합금(Al 합금, Cu 합금 등)층으로 이루어진다. 주베어링(41, 42)의 내경은, 저널부의 직경에 대응되는 치수로 이루어지고, 벽 두께는, 1.5㎜∼3.0㎜ 정도이다.
Al 합금제의 실린더 블록에는, 베어링 하우징(8)이 각 저널부(6)과 대응되는 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, 반할 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)과 정합되는 반원통면(83a, 83b)을 가지고, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)을 볼트(84)로 체결하여 일체화했을 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 기름은, 실린더 블록벽 내에 형성된 오일 갤러리(G1)로 보내지고, 또한, 오일 갤러리(G1)로부터 분기한 5개의 내부 유로(G2)로 보내진다. 내부 유로(G2)는, 상측 하우징(81)의 반원통면(83a)으로 개구한다. 내부 유로(G2)의 개구(G2c)로부터 유출되는 기름은, 주베어링(41, 42)의 벽을 관통하여 형성된 기름 구멍(45)을 통과하고, 주베어링(41, 42)의 내주면에 형성된 기름 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 향하여 1번부터 5번의 번호가 붙여지고, 4개소의 크랭크 핀부(5)는, 프론트(Fr)측으로부터 리어(Rr)측을 향하여 1번부터 4번의 번호가 붙여진다. 2번, 4번 저널부(61A, 61B)에는, 저널부의 직경 방향으로 제 1 윤활유로(63a)가 관통 형성되고, 또한, 제 1 윤활유로(63a)로부터 분기하여 크랭크 아암부를 통과하는 2개의 제 2 윤활유로(51a)가 형성되고, 제 2 윤활유로(51a)가, 1번∼4번의 크랭크 핀부(5A∼5D)의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활유로(51b)로 연통되어 있다. 1번, 3번, 5번 저널부(62A, 62B, 62C)는, 저널부의 내부에는 윤활유로가 형성되지 않는다. 또한, 크랭크축(3)은, 복수의 저널부(6)를 가지고, 적어도 1개소의 저널부의 내부에 윤활유로(63a)가 형성되지 않는 구성이면, 도 1에 나타내는 구성으로 한정되지 않는다.
도 2에 있어서, 지면 안길이 방향의 위치 관계는, 제 1 저널부(61)가 지면의 안측이며, 크랭크 핀부(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 반할 베어링(41U) 및 하측 반할 베어링(41L)에 의해 구성되어 있다. 상측 반할 베어링(41U)에는, 내주면에 기름 홈(41G)이 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 제 1 저널부(61)는, 직경 방향으로 관통하는 윤활유로(63a)를 가지고, 제 1 저널부(61)가 화살표 X 방향으로 회전하면, 윤활유로(63a)의 양단 개구(6c)가 교대로 제 1 주베어링(41)의 기름 홈(41G)에 연통한다.
크랭크 핀부(5)는, 한 쌍의 반할 베어링에 의해 구성되는 컨로드 베어링(24)을 개재하여, 컨로드(2)의 대단부 하우징(21)으로 지지되어 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 베어링(41)에 관하여, 오일 펌프(P)에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 내부 유로(G2)로부터, 상측 반할 베어링(41U)의 벽을 관통하여 형성된 기름 구멍(45)를 통과하여, 상측 반할 베어링(41U)의 내주면에 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐서 형성된 기름 홈(41G) 내로 보내진다.
또한, 제 1 저널부(61)의 직경 방향으로 제 1 윤활유로(63a)가 관통 형성되고, 제 1 윤활유로(63a)의 양단 개구(6c)가 윤활유 홈(41G)과 연통되어 있다. 그리고, 제 1 저널부(61)의 제 1 윤활유로(63a)로부터 분기하여 크랭크 아암부(도시하지 않음)를 통과하는 제 2 윤활유로(51a)가 형성되고, 제 3 윤활유로(51b)가, 크랭크 핀부(5)의 직경 방향으로 관통 형성된다.
이와 같이 하여, 기름은, 제 1 윤활유로(63a), 제 2 윤활유로(51a)를 거쳐, 제 3 윤활유로(51b)의 단부의 토출구(5c)로부터, 크랭크 핀부(5)와 컨로드 베어링(24)의 사이에 형성되는 극간으로 공급된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)을 개재하여, 내연 기관의 Al 합금제의 실린더 블록으로 지지되어 있으며, 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)에 의해 구성되어 있다. 상측 반할 베어링(42U)의 내주면에는 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐서 기름 홈(42G)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 제 2 주베어링(42)에 대하여, 오일 펌프(P)에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 내부 유로(G2)로부터, 상측 반할 베어링(42U)의 벽을 관통하여 형성된 기름 구멍(45)을 통과하여, 상측 반할 베어링(42U)의 내주면에 형성된 기름 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 반할 베어링(41U)의 내면을 나타낸다.
상측 및 하측 반할 베어링(41U, 41L)의 둘레 방향의 각 단면(72)에 인접하는 영역에, 크러시 릴리프(70)가 형성된다. 크러시 릴리프(70)는, 본래의 내주면(71)(주요 원호)보다도 벽 두께가 얇아지도록 형성된 벽 두게 감소 영역이다. 크러시 릴리프(70)는, 한 쌍의 반할 베어링(41U, 41L)을 베어링 하우징(8)에 장착한 상태에 있어서의, 맞대기 단면(둘레 방향의 단면(72))의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하기 위한 크러시 릴리프 극간(70c)을 형성하는 것을 기도하여 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, 반할 베어링의 원주 방향 단면에 있어서의 크러시 릴리프의 깊이(본래의 내주면으로부터 실제의 내주면까지의 거리)는 0.01∼0.075㎜ 정도이고, 길이(반할 베어링의 원주 방향 단면으로부터 당해 단면에 대하여 크러시 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 반할 베어링(42U, 42L)에도, 상측 및 하측 반할 베어링(41U, 41L)과 동일한 크러시 릴리프(70)가 형성된다.
실시예 1에서는, 상측 반할 베어링(41U)은, 내주면에 기름 홈(41G)이 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있다. 실시예 1에서는, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1), 기름 홈(41G)의 축선 방향의 길이(기름 홈(41G)의 폭)는, 상측 반할 베어링(41U)의 둘레 방향에 걸쳐서 대체로 동일한 수치로 이루어져 있다. 소형 내연 기관의 크랭크축(3)의 저널부의 직경이 40∼100㎜의 경우, 기름 홈(41G)의 깊이(D1)는, 1㎜∼2.5㎜ 정도이다. 저널부의 직경이 클수록 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 커진다.
또한, 기름 홈(41G)부에는, 상측 반할 베어링(41U)의 벽을 관통한 기름 구멍(45)이 형성된다. 본 실시예에서는, 하나의 기름 구멍(45)이, 상측 반할 베어링(41U)의 둘레 방향 중앙부 위치이면서 또한 축선 방향 중앙부 위치에 형성된다. 제 1 저널부(61)의 표면에 있어서의 윤활유로(63a)의 개구(6c)의 직경은, 일반적으로 3∼8㎜ 정도이고, 기름 홈(41G)의 축선 방향의 길이는, 윤활유로(63a)의 개구(6c)의 직경보다도 약간 큰 치수가 된다. 또한, 실시예 1과 같이 기름 구멍(45)의 개구가 원형인 경우, 개구의 직경은, 기름 홈(41G)의 축선 방향의 길이보다도 약간 큰 치수가 된다.
기름 홈(41G)이 내주면의 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있음으로써, 윤활유로(63a)의 2개의 개구(6c) 중 어느 것이 기름 홈(41G)과 연통되기 때문에, 상시, 크랭크 핀부(5)로 기름을 공금할 수 있다.
또한, 본 실시예와 상이하게, 기름 홈(41G)은, 기름 홈(41G)의 둘레 방향 양단부가 크러시 릴리프(70)에 위치하도록 변경해도 된다. 또는, 기름 홈(41G)의 일방의 둘레 방향 단부가 크러시 릴리프에 위치하고, 타방의 둘레 방향 단부가 상측 반할 베어링(41U)의 둘레 방향의 단면(72)에 위치하도록 해도 된다. 또한, 기름 홈(41G)은, 기름 홈의 축선 방향의 길이가 기름 홈(41G)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 기름 홈(41G)의 둘레 방향 양단부측으로 향하여 작아지도록 해도 된다. 또한, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는, 기름 홈(41G)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 기름 홈(41G)의 둘레 방향 양단부측으로 향하여 작아지도록 해도 된다. 또한, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는, 기름 홈(41G)의 일방의 둘레 방향 단부에서 최대가 되고, 타방의 둘레 방향 단부측으로 향하여 작아지도록 해도 된다.
하측 반할 베어링(41L)은, 기름 홈(41G) 및 기름 구멍(45)의 구성을 가지지 않는 것을 제외하고, 상측 반할 베어링(41U)과 동일한 수치, 형상으로 되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)에서는, 2번, 4번의 저널부(61A, 61B)의 주베어링(41)은, 서로 동일한 치수, 형상인 것이 이용되고 있다.
도 6은, 도 3에 나타내는 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42)의 정면도를 나타낸다. 도 7은, 상측 반할 베어링(42U)의 내면을 나타낸다.
제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)에 의해 구성되어 있다. 상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)은, 한 쌍의 상측 및 하측 반할 베어링(41U, 41L)과 동일한 베어링 내경, 베어링 외경, 베어링 폭을 가지는 반원통 형상으로 이루어지고, 또한, 크러시 릴리프(70)의 치수도 동일하게 이루어져 있다. 또한, 상측 반할 베어링(42U)에는, 상측 반할 베어링(41U)과 동일한 기름 구멍(45)이 형성된다.
상측 반할 베어링(42U)의 내주면에는, 둘레 방향으로 신장되는 기름 홈(42G)이 형성되고, 기름 홈(42G)의 크랭크축의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 상측 반할 베어링(42U)의 크랭크축의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단면(72)으로 개구하고, 기름 홈(42G)의 크랭크축의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부가, 상측 반할 베어링(42U)의 크랭크축의 회전 방향의 후방측의 크러시 릴리프(70)와 연통하도록 이루어져 있다. 기름 홈(42G)의 홈 깊이는, 크랭크축의 회전 방향의 후방측 부근을 제외하고 일정하게 이루어지고, 홈의 축선 방향 길이(홈의 폭)는, 일정하게 되어 있다.
기름 홈(42G)의 형성 범위는, 상측 반할 베어링(42U)의 둘레 방향 중앙부를 기준으로 하여 ±45°의 원주 각도의 영역(θ1)(이하, ±45° 영역(θ1)이라고 한다)의 전부를 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 기름 홈(42G)의 홈 바닥면(내면)의 사이의 극간의 변화가 큰 영역이다. 또한, 기름 홈(42G)의 형성 범위는, 이것으로 한정되지 않고, ±45° 영역(θ1)에 있어서 적어도 원주 각도로 20°의 범위를 포함하도록 변경할 수 있다.
또한, 제 2 주베어링(42)의 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)(도 9 참조)는, 제 1 주베어링(41)의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)(도 8 참조)의 절반 이하의 깊이로 이루어진다. 예를 들면, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)가 1.0㎜인 경우, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 0.5㎜ 이하로 이루어진다. 또한, 도 4 및 도 6에 나타내는 바와 같이 실시예 1에서는, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)와 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 상기 관계는, 상측 반할 베어링(42)의 기름 홈(42G)의 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐서 성립되도록 되어 있다. 이것으로 한정되지 않으며, 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서, 상기 기름 홈(42G)과 기름 홈(41G)의 상기 관계가 성립되면 된다. 또한, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상측 반할 베어링(42U)의 내주면(71)과 기름 홈의 바닥면 사이의 거리를 말하지만, 상측 반할 베어링(42U)의 크러시 릴리프(70)부에서의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 내주면(71)을 크러시 릴리프(70)부까지 연장시킨 가상의 내주면과 홈 바닥면의 사이의 거리를 의미한다.
본 실시예의 기름 홈(42G)의 홈 폭은, 기름 홈(41G)의 홈 폭과 동일하게 이루어져 있다. 기름 홈(42G)의 홈 폭은, 이것으로 한정되지 않으며, 기름 홈(41G)의 홈 폭보다도 작게 해도 되고, 또는, 크게 해도 된다. 또한, 기름 홈(42G)에 홈 폭은, 둘레 방향으로 변화하도록 해도 된다.
±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 최대 깊이를 0.1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기름 홈(41G)의 깊이(D1)가 1.0㎜를 초과하는 경우라도, 기름 홈(42G)의 홈 깊이는, 0.5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 후술하는 바와 같이, 저온시의 기름 홈(42G) 내의 기름이 전단되는 것에 적합하고, 또한, 홈 내 용적을 작게할 수 있고, 상용 운전시에 기름의 공급량을 적게할 수 있기 때문이다.
또한, 도 1에 나타내는 베어링 장치(1)는, 윤활유로를 가지지 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)인 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 대해서 설명한다. 베어링 하우징(8)의 상측 하우징(81) 및 하측 하우징(82)은, Fe 합금제의 볼트(84)로 체결된 상태에서, 실온(예를 들면, 20℃ 정도)에서 가공되고, 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 반할 베어링(41U, 42U)과 하측 반할 베어링(41L, 42L)을 각각 설치한다. 그리고, 크랭크축의 저널부(6)가, 상측 반할 베어링(41U, 42U)과 하측 반할 베어링(41L, 42L)의 내경부에 설치된다. 이어서, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)이, 재차, 볼트 체결되어, 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)에 주베어링(41, 42)이 유지된다.
온도가 변화한 경우에는, 상측 하우징(81)과 하측 하우징(82)은, 열팽창률의 차이에 의해, 팽창 변형량 또는 수축 변형량이 상이하다. 도 10a∼c는, 온도가 변화한 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 맞대기 단면에 평행 방향의 내경(RH)과 맞대기 단면에 수직 방향의 내경(RV)은, 동일한 값이 된다.
도 10b는, 베어링 장치(1)가, 한랭지에 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 맞대기 단면에 평행 방향의 반경(RH)보다도, 맞대기 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 따라서 수축 변형될 때에, 상측 하우징(81)의 수축 변형량은, 하측 하우징(82)의 수축 변형량보다도 크다. 상대적으로 열팽창률이 상이한 Al 합금제 하우징과 Fe 합금제 하우징은, 볼트로 체결되어 있으며, 각 하우징의 맞대기 단면 부근에는, 맞대기 단면에 대하여 수직 방향의 압축 응력이 발생하고 있다. 상대적으로 저열팽창률인 Fe 합급제의 하측 하우징(82)의 맞대기 단면이, 상대적으로 고열팽창률인 Al 합금제의 상측 하우징(81)의 맞대기 단면 부근의 수축 변형의 저항이 된다. 이 때문에, 상측 하우징(81)은, 하측 하우징(82)과의 맞대기면 부근에서는, 열수축이 억제되지만, 맞대기 단면 부근의 열수축이 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, 열수축량이 커진다.
도 10c는, 베어링 장치(1)가, 내연 기관의 상용 운전시에 120℃인 경우를 상정한 베어링 하우징(8)의 베어링 유지 구멍(83)을 나타낸다. Al 합금제의 상측 하우징(81)의 반원통면에 관하여, 상측 하우징의 맞대기 단면에 평행한 방향의 내경(RH)보다도, 맞대기 단면에 수직 방향의 내경(RV)이 커진다.
베어링 하우징(8)이(내연 기관의 운전에 의해 온도가 상승하고) 120℃가 되었을 때에는, 상대적으로 저열팽창률인 Fe 합금제의 하측 하우징(82)의 맞대기 단면이, 상대적으로 고열팽창률인 Al 합금제의 상측 하우징(81)의 맞대기 단면 부근의 열팽창 변형의 저항이 된다. 이 때문에, 상측 하우징(81)은, 하측 하우징(82)과의 맞대기면 부근에서는, 열팽창이 억제되지만, 맞대기면 부근의 열팽창이 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, 열팽창량이 커진다.
도 10a∼c에 나타내는 베어링 하우징(8)에 한 쌍의 상측 및 하측 반할 베어링(42U, 42L)과 제 2 저널부(62)를 장착한 경우, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 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 기름 홈(42G)의 형성 범위에 있어서, 기름 홈(42G)의 홈 바닥면(내주)과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간의 변화량이 커진다.
본 실시예의 베어링 장치(1)에서는, 상기의 베어링 하우징(8)의 온도 변화가 있었던 경우에, 기름 홈(42G)의 홈 바닥면(내주)과 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간의 변화량이 커지는 영역인 ±45° 영역(θ1)을 포함하도록 기름 홈(42G)은 형성되어 있다. 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향에서 대응되는 위치에서의 기름 홈(41G)의 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있으며, 기름 홈(42G)의 홈 바닥면(내면)과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간이 작게 설정되어 있다.
내연 기관이 저온(예를 들면, －30℃)인 상태에 있을 때에는, 상측 하우징(81)과 Fe 합금제의 크랭크축(3)의 제 2 저널부(62)의 열팽창율의 차이에 기인하여, 제 2 주베어링(42)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 베어링 극간은 매우 작게 되어 있다. 내연 기관의 시동 직후의 어느 정도의 동안, 외부로부터 기름 홈(42G) 내로 공급된 기름은, 온도가 낮고, 점도가 높은 상태에 있다. 기름 홈(42G) 내에 공급된 기름의 점도가 높으면, 기름 홈(42G)으로부터 베어링 극간으로 기름이 유출되기 어렵고, 특히, 하측 반할 베어링(42L)의 내주면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 베어링 극간으로 공급되기 어렵다.
본 실시예의 베어링 장치(1)의 제 2 주베어링(42)은, 외부로부터 기름 홈(42G) 내로 공급된 기름의 온도가 낮고, 점도가 높은 상태에 있어서도, 적어도 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(42G)의 홈 바닥면과 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간이 충분히 작아지도록 하고 있다. 그 때문에, 내연 기관의 시동이 이루어지면, 기름 홈(42G)의 홈 바닥면측의 기름을 포함한 기름 홈(42G) 내의 모든 기름에는, 회전하는 저널부(62)의 표면으로부터의 힘이 강하게 작용하고, 강제적으로 저널부의 회전 방향의 전방측으로 기름이 보내진다. 이 사이에, 기름에는, 충분한 전단력이 가해져, 조기에 기름의 온도가 상승하고, 점도가 낮아진다. 또한, 상측 반할 베어링(42U)의 기름 홈(42G)은, 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 상측 반할 베어링(42U)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부(72)로 개구한다. 이 때문에, 점도가 낮아진 기름은, 기름 홈(42G)의 둘레 방향 단부로부터, 하측 반할 베어링(42L)의 내주면과 저널부(62)의 표면과의 사이의 베어링 극간에, 직접, 유입된다.
또한, 기름 홈(42G)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 기름 홈(42G)의 횡단면에 있어서 홈 바닥면이 평탄하고, 제 1 저널부(62)의 표면과 평행하게 되어 있으면, 기름에 충분한 전단력이 가해지기 쉽기 때문에 바람직하다. 기름 홈(42G)의 단면 형상은, 도 9에 나타내는 직사각형의 단면 형상으로 한정되지 않으며, 역사다리꼴형의 단면 형상이나 원호 단면 형상 등으로 변경하는 것도 가능하다.
기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)를 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 하는 이유는, 이하와 같다. 본 발명의 베어링 장치(1)는, 승용차용의 소형 내연 기관용에 적합한 베어링 장치이다. 예를 들면, 크랭크축의 저널부의 직경이 40∼100㎜인 경우, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 1∼2.5㎜이고, 저널부의 직경의 크기에 따라서 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)는 커진다. 예를 들면, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)가 2.5㎜인 경우, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 최대로 1.25㎜라도 되게 되지만, 그 경우에는, 저널부(62)의 직경이 크게 되어 있기 때문에, 회전하는 저널부의 표면의 힘도 커지고, 저온시에 기름 홈(42) 내의 기름이 충분히 전단되어, 조기에 기름의 온도가 상승하여, 기름의 점도를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 홈 깊이(D2)가 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있기 때문에, 기름 홈(42G)의 내용적이 작게 되어 있다. 내연 기관의 상용 운전시에, 제 2 주베어링(42)으로의 기름의 공급량을 적게 할 수 있기 때문에, 베어링 장치(1) 전체에 대한 기름의 공급량을 적게 할 수 있다.
또한, 기름 홈(42G)의 기름 홈 깊이(D2)가, 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반을 초과하도록 한 경우에는, 저온시에, 내연 기관의 시동 직후의 기름 홈 내의 기름이 전단되기 어려워지고, 조기에 기름의 온도가 상승하지 않아, 기름의 점도가 낮아지기 어렵다. 또한, 기름 홈의 내용적이 커지기 때문에, 상용 운전시의 기름 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 되기 때문에, 본 발명의 작용 효과가 얻어지지 않게 된다.
(실시예 2)
이하, 도 11 및 도 12를 이용하여, 실시예 1과는 다른 형태의 상측 반할 베어링(42AU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42A)에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대해서 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 반할 베어링(42AU)의 기름 홈(42G)의 형상을 제외하고, 실시예 1과 대체로 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 기름 홈(42G)의 둘레 방향 양단부는, 상측 반할 베어링(42AU)의 둘레 방향 양단부의 크러시 릴리프(70, 70)와 연통되는 구성으로 되어 있다.
(작용)
내연 기관의 저온 시동시, 상측 반할 베어링(42AU)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(42G) 내에서 점도가 낮아진 기름은, 기름 홈(42G)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향(도 11의 화살표 X 방향)의 전방측의 둘레 방향 단부로부터 상측 반할 베어링(42AU)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 크러시 릴리프(70) 및 하측 반할 베어링(42L)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 크러시 릴리프(70)와 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간을 개재하여, 하측 반할 베어링(42L)의 내주면(71)으로의 공급이 조기에 행해지고, 또한, 급유량도 많아진다.
가령, 기름 홈(42G)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 상측 반할 베어링(42AU)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 크러시 릴리프(70)와 연통되지 않는 경우(본 발명의 범위 외이다), 하측 반할 베어링(42L)의 내주면(71)으로의 기름의 공급이 늦어지고, 또한, 급유량도 적어진다.
(실시예 3)
이하, 도 13 및 도 14를 이용하여, 실시예 1 및 2와는 다른 형태의 상측 반할 베어링(42BU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42B)에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1 및 2에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대해서 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 반할 베어링(42BU)의 기름 홈(42G)의 형상을 제외하고, 실시예 1과 대체로 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 기름 홈(42G)의 크랭크축의 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단면(72)에서 최소가 되고, 크랭크축의 저널부(62)의 회전 방향의 전방측으로 향하여 커지도록 구성되어 있다.
실시예 3과 같이 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가 둘레 방향으로 변화하는 경우, 상측 반할 베어링(42BU)의 기름 홈(42G)의 적어도 ±45° 영역에 있어서의 홈 깊이(D2)는, ±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 되어 있으면 된다. 또한, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서(둘레 방향의 어느 위치에 있어서도), 둘레 방향으로 대응되는 위치에서의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 홈(41G)의 홈 깊이(D1)의 절반 이하로 하는 것이 바람직하다.
(작용)
내연 기관의 저온 시동시, 상측 반할 베어링(42BU)의 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 기름 홈(42G) 내에서 점도가 낮아진 기름은, 기름 홈(42G)의 제 2 저널부(62)의 회전 방향(도 13의 화살표 X 방향)의 전방측의 둘레 방향 단부를 향하여 흐르지만, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부를 향하여 크게 함으로써, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가 둘레 방향으로 일정한 경우나, 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)가, 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부를 향하여 홈 깊이(D2)가 작아지는 경우에 비해, 기름 홈(42G) 내를 흐르는 기름에 대한 유로 저항이 작아진다. 이 때문에, 상측 반할 베어링(42BU)의 기름 홈(42G)으로부터, 하측 반할 베어링(42L)의 내주면으로의 기름의 공급이 조기에 행해지고, 또한, 급유량도 많아진다.
(실시예 4)
이하, 도 15, 도 16을 이용하여, 실시예 1∼3과는 다른 형태의 상측 반할 베어링(42CU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42C)에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1∼3에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대해서 설명한다. 본 실시예의 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 제 2 주베어링(42C)의 구성은, 상측 반할 베어링(42CU)의 기름 홈(42G)의 형상을 제외하고, 실시예 1∼3과 대체로 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 기름 홈(42G)은, 홈 깊이가 기름 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부에서 최대가 되고, 둘레 방향 양단부측을 향하여 작아지는 구성으로 되어 있다. 또한, 기름 홈(42G)의 크랭크축의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부는, 상측 반할 베어링(42CU)의 내주면(71)에 위치하는 구성이다.
(작용)
반할 베어링(42CU)은, 홈 깊이가 기름 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부에서 최대가 되고, 둘레 방향 양단부측을 향하여 작아지는 구성이고, 또한, 기름 홈(42G)의 크랭크축의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부는, 상측 반할 베어링(42CU)의 내주면(71)에 위치하는 구성이고, 본 실시예의 베어링 장치가 이용되는 내연 기관의 상용 운전시에, 기름 홈(42G) 내로 공급된 기름이, 기름 홈(42G) 둘레 방향 양단부로부터 과도하게 유출되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 오일 펌프의 소형화에 적합하다.
(실시예 5)
이하, 도 17, 도 18 및 도 19를 이용하여, 실시예 1∼4와는 다른 형태의 상측 반할 베어링(42DU)을 구비하는, 제 2 저널부(62)를 지지하는 제 2 주베어링(42D)에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1∼4에서 설명한 내용과 동일 또는 균등한 부분의 설명에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 설명한다.
(구성)
우선, 구성에 대해서 설명한다. 본 실시예의 제 1 저널부(61)를 지지하는 제 1 주베어링(41)의 구성은, 실시예 1과 동일하다. 제 2 주베어링(42D)의 구성은, 상측 반할 베어링(42DU)의 기름 홈(42G)의 형상, 기름 구멍(45)의 위치 및 형상을 제외하고, 실시예 1∼4와 대체로 동일하다.
구체적으로는, 본 실시예의 기름 구멍(45)은, 상측 반할 베어링(42DU)의 둘레 방향의 중앙부 위치보다도 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측에 위치하고 있으며, 기름 홈(42G)은, 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부가 기름 구멍(45)과 연통되는 구성으로 되어 있다.
(작용)
반할 베어링(42DU)은, 기름 구멍(45)이 기름 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부 위치보다도 저널 회전 방향의 후방측에 위치하고, 기름 홈(42G)이 제 2 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부가 기름 구멍(45)과 연통되는 구성이고, 기름 구멍(45)으로부터 기름 홈(42G)에 도입된 기름은, 기름 홈(42G) 내를 저널(62)의 회전 방향의 전방측으로 흐르기 쉬워지고, 또한, 제 2 저널부(62)의 표면과의 사이의 극간의 변화량이 가장 커지는 반할 베어링(42DU)의 둘레 방향 중앙부에 42G의 홈 바닥면이 형성되기 때문에(기름 구멍(45G)의 개구부가 없다), 특히, 내연 기관의 저온 시동시에 조기에 기름의 온도를 높게 하고, 점도를 낮추는 효과를 높일 수 있다.
또한, 도 19(도 17의 Y화살표 방향의 기름 구멍(45)의 형상을 나타낸다)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 상측 반할 베어링(42DU)의 기름 구멍(45)의 개구는, 긴 구멍 형상으로 이루어져 있으며, 그 장축이 상측 반할 베어링(42DU)의 둘레 방향으로 평행하게 되어 있으며, 그 단축이 상측 반할 베어링(42DU)의 축선 방향으로 평행하게 되어 있다. 긴 구멍의 치수로서는, 장축이 5∼10㎜ 정도, 단축이 3∼5㎜ 정도이면 된다. 단, 이 긴 구멍의 치수는, 일 예이며, 다른 치수로 할 수도 있다.
또한, 제 1 주베어링(41)의 상측 반할 베어링(41U)의 기름 구멍(45)은, 상측 반할 베어링(42DU)의 기름 구멍(45)과 동일한 긴 구멍 형상으로 할 수도 있다.
또한, 반할 베어링(41U), 반할 베어링(42U)의 기름 구멍(45)의 수는, 1개로 한정되지 않으며, 2개 이상이라도 된다.

Claims (5)

  1. 복수의 저널부(61, 62) 및 복수의 크랭크 핀부(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 크랭크 핀부로 기름을 보내기 위한 윤활유로(63a)를 가지는 제 1 저널부(61)와, 상기 윤활유로를 가지지 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 반할 베어링(41U) 및 하측 반할 베어링(41L)으로부터 구성되고,
    상기 제 2 저널부(62)는, 제 2 주베어링(42)에 의해 지지되고, 상기 제 2 주베어링(42)은, 한 쌍의 반원통 형상의 상측 반할 베어링(42U) 및 하측 반할 베어링(42L)으로부터 구성되고,
    상기 베어링 하우징(8)은, Al 합금제의 상측 하우징(81) 및 Fe 합금제의 하측 하우징(82)으로 구성되고, 상기 상측 하우징은, 상기 상측 반할 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83a)을 가지고, 상기 하측 하우징은, 상기 하측 반할 베어링의 외주면과 정합하는 반원통면(83b)을 가지고, 상기 상측 하우징의 상기 반원통면(83a)에 상기 상측 반할 베어링(41U, 42U)이 유지되고, 상기 하측 하우징의 상기 반원통면(83b)에 상기 하측 반할 베어링(41L, 42L)이 유지되도록 되어 있으며,
    상기 상측 하우징의 내부에는, 상기 제 1 및 제 2 주베어링으로 기름을 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 반할 베어링 중 상기 상측 반할 베어링(41U, 42U)만이, 내주면에 형성된 기름 홈(41G, 42G) 및 적어도 하나의 기름 구멍(45)을 가지고,
    상기 기름 구멍(45)은, 상기 상측 반할 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 기름 홈(41G, 42G)은, 기름 구멍(45)에 의해 연통되도록 되어 있으며,
    상기 상측 및 하측 반할 베어링(41U, 41L, 42U, 42L)에는, 내주면의 둘레 방향 양단부에 크러시 릴리프(70)가 형성되어 있으며,
    상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 홈(41G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, 상기 기름 홈(41G)의 둘레 방향 양단부의 각각이, 최소로 상기 크러시 릴리프(70)에 연통되고, 최대로 상기 상측 반할 베어링(41U)의 둘레 방향 단면(72)에 개구하도록 되어 있으며,
    상기 상측 반할 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 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)이 둘레 방향으로 형성되는 범위는, 상기 ±45° 영역(θ1) 내에서 적어도 원주 각도 20°의 범위를 포함하고, 상기 기름 홈(42G)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단부가, 최소로 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 크러시 릴리프(70)에 연통되고, 최대로 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 전방측의 둘레 방향 단면(72)에 개구하고, 상기 기름 홈(42G)의 상기 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단부가, 상기 상측 반할 베어링(42U)의 저널부(62)의 회전 방향의 후방측의 둘레 방향 단면(72)보다도, 상기 상측 반할 베어링(42U)의 둘레 방향 중앙부측에 위치하고 있으며,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G) 중 적어도 상기 ±45° 영역(θ1)에 있어서의 홈 깊이(D2)는, 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 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 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 둘레 방향의 전체 길이에 있어서, 둘레 방향으로 대응되는 위치에서의 상기 제 1 주베어링(41)의 상기 상측 반할 베어링(41U)의 상기 기름 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 반할 베어링(42U)의 상기 기름 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 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상기 기름 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 향하여 커지는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 주베어링(42)의 상기 상측 반할 베어링(42U)의 상기 기름 홈(42G)의 홈 깊이(D2)는, 상기 기름 홈(42G)의 둘레 방향 길이의 중앙부에서 최대가 되고, 둘레 방향 양단부를 향하여 작아지는, 내연 기관의 크랭크축의 베어링 장치(1).
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