KR20190046668A

KR20190046668A - 내연기관의 크랭크축용 주베어링

Info

Publication number: KR20190046668A
Application number: KR1020180127251A
Authority: KR
Inventors: 세이지 아마노; 신이치 사쿠라이
Original assignee: 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-05-07
Also published as: EP3477131B1; JP7013203B2; US10612594B2; US20190128325A1; JP2019078377A; KR102082856B1; EP3477131A1

Abstract

[과제] 내연기관의 운전 시에 마찰 손실을 저감할 수 있는 주베어링을 제공하는 것이다.
[해결 수단] 본 발명에 의하면, 서로 조합되어 원통 형상을 구성하는 한 쌍의 상측 및 하측 하프 베어링을 가지는 크랭크축의 저널부용 주베어링이 제공된다. 각 하프 베어링은, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부를 포함하고 또한 직경 방향 내측에 슬라이딩면을 가지는 주원통부와, 슬라이딩면의 둘레 방향 양측에 주원통부보다 벽 두께가 얇아지도록 형성된 크래시 릴리프를 가진다. 상측 하프 베어링만이, 그 내주면에 형성된 오일 홈과, 오일 홈으로부터 외주면까지 관통하는 오일 구멍을 가지고, 하측 하프 베어링은, 둘레 방향 중앙부와, 저널부의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프와의 사이의 슬라이딩면에 축선 방향 홈을 가진다. 축선 방향 홈은, 둘레 방향 중앙부로부터 회전 방향 전방측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되고, 또한 저널부의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프로부터 원주 각도 10° 이상 이간되어 있다.

Description

내연기관의 크랭크축용 주베어링{MAIN BEARING FOR CRANKSHAFT OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 주베어링에 관한 것이며, 특히, 크랭크축의 저널부를 지지하는 주베어링으로서, 주베어링의 내주면에 공급된 윤활유가, 크랭크축의 내부 윤활 유로를 거쳐, 크랭크 핀을 지지하는 커넥팅 로드 베어링의 내주면에 공급되도록 구성된 내연기관의 크랭크축용 주베어링에 관한 것이다.

내연기관의 크랭크축은, 그 저널부에 있어서, 한 쌍의 하프 베어링으로 이루어지는 주(主)베어링을 개재하여 내연기관의 실린더 블록 하부에 지지된다. 주베어링에 대해서는, 오일 펌프에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 오일 갤러리로부터 주베어링의 벽에 형성된 관통구(오일 구멍)를 통하여, 주베어링의 내주면을 따라 형성된 윤활유 홈 내로 보내진다. 또한, 저널부의 직경 방향에는 제 1 윤활 유로가 관통 형성되고, 이 제 1 윤활 유로의 양단 개구가 주베어링의 윤활유 홈과 연통하도록 되어 있다. 또한, 저널부의 제 1 윤활 유로로부터, 크랭크 아암부를 통과하는 제 2 윤활 유로가 분기되어 형성되고, 이 제 2 윤활 유로가, 크랭크 핀의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로에 연통하고 있다. 이와 같이 하여, 실린더 블록벽 내의 오일 갤러리로부터 관통구를 통하여 주베어링의 내주면에 형성된 윤활유 홈 내로 보내진 윤활유는, 제 1 윤활 유로, 제 2 윤활 유로 및 제 3 윤활 유로를 거쳐, 제 3 윤활 유로의 말단에 개구한 토출구로부터, 크랭크 핀과 커넥팅 로드 베어링의 슬라이딩면 사이에 공급된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

종래로부터, 주베어링 및 커넥팅 로드 베어링으로서, 한 쌍의 하프 베어링으로 구성되는 슬라이딩 베어링이 채용되고 있다. 슬라이딩 베어링에는, 하프 베어링끼리의 맞닿음면에 인접하여, 이른바 크래시 릴리프가 형성되어 있다.

크래시 릴리프란, 하프 베어링의 둘레 방향 단면에 인접하는 영역의 벽 두께가, 원주 방향 단면을 향해 얇아지도록 형성된 벽 두께 감소 영역이다. 크래시 릴리프는, 한 쌍의 하프 베어링을 조립한 상태에 있어서의, 하프 베어링의 맞댐면의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하는 것을 기획하여 형성된다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

일본 공개특허 특개평8-277831호 공보 일본 공개특허 특개평4-219521호 공보

최근, 내연기관에는, 출력을 높이기 위해 크랭크축의 고속 회전화가 요구되고 있다. 그러나, 내연기관의 크랭크축의 고속 회전에서의 운전 시, 저널부의 원통 동부(胴部) 내의 윤활 유로의 저널부의 외주면에 있어서의 오일의 입구 개구가, 주베어링의 하프 베어링의 슬라이딩면에 폐색된 상태로부터 크래시 릴리프와의 연통을 개시하는 순간, 저널부의 내부 윤활 유로 내의 고압의 오일이 입구 개구로부터 하프 베어링의 크래시 릴리프와 저널부의 표면과의 사이의 간극으로 분사되어버려, 이에 따라 난류가 발생하여, 마찰 손실을 발생시킨다.

상세하게는, 주베어링은, 그 슬라이딩면과 저널부의 표면과의 사이의 오일에 압력이 발생함으로써, 크랭크축의 저널부로부터의 동하중 부하를 지지한다.

내연기관의 운전 시, 주베어링의 슬라이딩면에 가해지는 부하의 크기 및 부하의 방향은 항상 변동되고, 그 부하와 상응하는 오일막 압력을 발생시키도록, 저널부의 중심 축선이 주베어링의 베어링 중심축에 대하여 편심하면서 이동한다. 이 때문에 주베어링은, 슬라이딩면 중 어느 위치에 있어서도 베어링 간극(저널부의 표면과 슬라이딩면과의 사이의 간극)이 항상 변화된다.

4사이클 내연기관에서는, 연소 행정에 있어서 주베어링에 가해지는 부하가 최대가 되지만, 이 때, 도 15에 나타내는 바와 같이, 하프 베어링(141, 142)으로 이루어지는 주베어링(14)에서는, 저널부(6)가 지면(紙面) 하측의 하프 베어링(142)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)을 향하는 방향(화살표(M))으로 이동하고, 하측의 하프 베어링(142)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면이 가장 근접하며, 이에 따라 하프 베어링(142)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면과의 사이의 간극(베어링 간극)의 오일은 부하를 받아 압력이 매우 높아진다.

또한, 도 15에 나타내는 지면 하측의 하프 베어링(142)은, 도 1에 나타내는 실린더 블록 하부의 베어링 캡(82)에 짜맞춰지는 하프 베어링이다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 저널부(6)의 X방향으로의 회전중, 외주면 상의 오일의 입구 개구(6c)가 지면 하측의 하프 베어링(142)의 주원통부(72)의 슬라이딩면(7) 상에 위치하고 있는 동안에는, 저널부(6)의 표면과 하프 베어링(142)의 주원통부(72)의 슬라이딩면(7)과의 사이의 간극이 좁으므로, 입구 개구(6c)로부터 유출되는 유량이 적어, 윤활 유로(6a) 내의 오일의 압력은 높은 상태에 있다. 특히, 내연기관의 크랭크축의 고속 회전에서의 운전 시에는, 윤활 유로(6a) 내의 오일에 대한 원심력의 작용이 커져, 윤활 유로(6a) 내의 입구 개구(6c) 가까이의 오일의 압력이 높아진다.

도 17에 나타내는 바와 같이, 저널부(6)의 표면의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)와 크래시 릴리프(70)가 연통을 개시하는 순간에는, 윤활 유로(6a) 내부의 오일의 압력과, 크래시 릴리프(70)와 저널부(6)의 표면과의 사이의 간극(릴리프 간극) 내의 오일의 압력과의 차에 의해, 윤활 유로(6a)로부터 릴리프 간극으로 순간적으로 오일의 분사류(F11)가 형성되어, 난류가 발생한다. 이러한 난류의 발생이, 상기 서술한 마찰 손실을 발생시킨다.

따라서 본 발명의 목적은, 내연기관의 운전 시에, 상기 분사류에 의한 마찰 손실을 저감할 수 있는 내연기관의 크랭크축용 주베어링을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 내연기관의 크랭크축의 저널부를 회전 가능하게 지지하기 위한 주베어링으로서, 저널부가, 원통 동부와, 원통 동부를 관통하여 연장되는 윤활 유로와, 원통 동부의 외주면 상에 형성된 윤활 유로 중 적어도 하나의 입구 개구를 가지고 있는 주베어링에 있어서,

주베어링이, 서로 조합되어 원통 형상을 구성하는 한 쌍의 상측 하프 베어링 및 하측 하프 베어링을 가지고,

한 쌍의 하프 베어링 중 상측 하프 베어링만이, 그 내주면에 형성된 둘레 방향으로 연장되는 오일 홈과, 오일 홈으로부터 상측 하프 베어링의 외주면까지 상측 하프 베어링을 관통하여 연장되는 적어도 하나의 오일 구멍을 가지며,

각 하프 베어링은, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부(둘레 방향 중앙 단면)를 포함하는 주원통부를 가지고, 주원통부는, 그 직경 방향 내측에 슬라이딩면을 가지며, 또한 각 하프 베어링은, 슬라이딩면의 둘레 방향 양측에, 주원통부보다 벽 두께가 얇아지도록 형성된 크래시 릴리프를 가지고,

하측 하프 베어링은, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부와, 저널부의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프와의 사이의 슬라이딩면에, 축선 방향으로 연장되는 축선 방향 홈을 가지며,

축선 방향 홈은, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부로부터, 회전 방향 전방측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되고, 또한 저널부의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프로부터 원주 각도 10° 이상 이간되어 있는 주베어링이 제공된다.

본 발명에 의하면, 슬라이딩면으로부터 직경 방향으로 측정한 축선 방향 홈의 깊이(D1)가 0.5~30㎛여도 된다.

또한 상기 축선 방향 홈은, 원주 각도로 1~35°의 둘레 방향 길이를 가지고 있어도 된다.

또한, 상기 축선 방향 홈은, 하측 하프 베어링의 축선 방향 양단부에서 개구할 수 있다.

혹은 상기 축선 방향 홈은, 하측 하프 베어링의 축선 방향 양단부에서 개구하고 있지 않아도 된다.

또한 본 발명에 의하면, 하측 하프 베어링은, 복수의 상기 축선 방향 홈을 가지고 있어도 되고, 이 때 복수의 축선 방향 홈은, 원주 각도로 5~35°의 둘레 방향 범위에 형성될 수 있다.

또한, 상기 서술한 하측 하프 베어링은, 상기 축선 방향 홈과 둘레 방향 중앙부에 관하여 대칭인 축선 방향 홈을, 둘레 방향 중앙부와, 저널부의 회전 방향 후방측의 크래시 릴리프와의 사이의 슬라이딩면에 가질 수도 있다.

도 1은 내연기관의 크랭크축을, 저널부 및 크랭크 핀부에서 재단한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링의 상측 하프 베어링을 축선 방향에서 본 도면이다.
도 3은 도 2에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링의 하측 하프 베어링을 축선 방향에서 본 도면이다.
도 5는 도 4에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링 및 저널부를 축선 방향에서 본 도면이다.
도 7은 하프 베어링의 슬라이딩면에 형성된 축선 방향 홈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한, 도 6과 마찬가지의 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 주베어링의 하측 하프 베어링을 축선 방향에서 본 도면이다.
도 12는 도 11에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 주베어링의 하측 하프 베어링을 축선 방향에서 본 도면이다.
도 14는 도 13에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도이다.
도 15는 종래 기술에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 종래 기술에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 종래 기술에 의한 주베어링의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 도면에 있어서 축선 방향 홈 및 크래시 릴리프는 과장되게 그려져 있다.

[실시예 1]

(베어링 장치의 전체 구성)

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 베어링 장치(1)는, 실린더 블록(8)의 하부에 지지되는 저널부(6)와, 저널부(6)와 일체로 형성되어 저널부(6)를 중심으로 하여 회전하는 크랭크 핀(5)과, 크랭크 핀(5)에 내연기관으로부터 왕복 운동을 전달하는 커넥팅 로드(2)를 구비하고 있다. 그리고, 베어링 장치(1)는, 크랭크축을 지지하는 슬라이딩 베어링으로서, 저널부(6)를 회전 가능하게 지지하는 주베어링(4)과, 크랭크 핀(5)을 회전 가능하게 지지하는 커넥팅 로드 베어링(3)을 더 구비하고 있다.

또한, 크랭크축은 복수의 저널부(6)와 복수의 크랭크 핀(5)을 가지지만, 여기서는 설명의 편의상, 1개의 저널부(6) 및 1개의 크랭크 핀(5)을 도시하여 설명한다. 도 1에 있어서, 지면 안 길이 방향의 위치 관계는, 저널부(6)가 지면의 안측이며, 크랭크 핀(5)이 앞측으로 되어 있다.

저널부(6)는, 한 쌍의 하프 베어링(41, 42)에 의해 구성되는 주베어링(4)을 개재하여, 내연기관의 실린더 블록 하부(81)에 축지지되어 있다. 도 1에서 상측에 있는 하프 베어링(41)에는, 외주면과 내주면과의 사이의 벽을 관통하는 오일 구멍(41b) 및 내주면 전체 길이에 걸쳐 윤활유 홈(41a)이 형성되어 있다. 또한, 저널부(6)는, 직경 방향으로 관통하는 윤활 유로(6a)를 가지고, 저널부(6)가 화살표 X방향으로 회전하면, 윤활 유로(6a)의 양단 개구(입구 개구)(6c)가 번갈아 주베어링(4)의 윤활유 홈(41a)에 연통한다.

크랭크 핀(5)은, 한 쌍의 하프 베어링(31, 32)에 의해 구성되는 커넥팅 로드 베어링(3)을 개재하여, 커넥팅 로드(2)의 대단부(大端部) 하우징(21)(로드측 대단부 하우징(22) 및 캡측 대단부 하우징(23))에 축지지되어 있다.

상기 서술한 바와 같이, 주베어링(4)에 대하여, 오일 펌프에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 오일 갤러리로부터 주베어링(4)의 상측 하프 베어링(41)의 벽에 형성된 오일 구멍(41b)을 통하여, 상측 하프 베어링(41)의 내주면을 따라 형성된 윤활유 홈(41a) 내로 보내진다.

또한, 저널부(6)의 직경 방향으로 제 1 윤활 유로(6a)가 관통 형성되고, 제 1 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가 윤활유 홈(41a)과 연통하고 있다. 그리고, 저널부(6)의 제 1 윤활 유로(6a)로부터 분기되어 크랭크 아암부(도시 생략)를 통과하는 제 2 윤활 유로(5a)가 형성되고, 제 2 윤활 유로(5a)가, 크랭크 핀(5)의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로(5b)에 연통하고 있다.

이와 같이 하여, 윤활유는, 제 1 윤활 유로(6a), 제 2 윤활 유로(5a) 및 제 3 윤활 유로(5b)를 거쳐, 제 3 윤활 유로(5b)의 단부의 토출구(5c)로부터, 크랭크 핀(5)과 커넥팅 로드 베어링(3)의 사이에 형성되는 간극에 공급된다.

(주베어링의 구성)

그리고, 본 실시예의 주베어링(4)은, 한 쌍의 하프 베어링(41, 42)의 둘레 방향 단면(76)끼리를 맞대어, 전체적으로 원통 형상으로 조합함으로써 형성된다(도 6 참조). 하프 베어링(41, 42)은, Cu 베어링 합금 또는 Al 베어링 합금인 슬라이딩층을 가지거나, 혹은 Fe 합금제의 백메탈층과, Cu 베어링 합금 또는 Al 베어링 합금인 슬라이딩층을 가진다. 또한, 슬라이딩층은, 슬라이딩면(7)이 되는 표면측(후술하는 축선 방향 홈(71)의 내면을 포함함)에, 베어링 합금보다 연질인 Bi, Sn, Pb 중 어느 1종으로 이루어지는 표면부, 혹은 이들 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 표면부나, 합성 수지를 주체로 하는 수지 조성물로 이루어지는 표면부를 가지고 있어도 된다. 단, 축선 방향 홈(71)의 내면은, 이들 표면부를 가지지 않는 것이 바람직하다. 오일 중에 많은 이물이 포함되는 경우, 이물이 축선 방향 홈(71)의 내면이 되는 연질인 표면부에 매립, 퇴적되기 쉬워지기 때문이다. 축선 방향 홈(71)의 내면에 이물이 매립, 퇴적되면, 축선 방향 홈(71)을 흐르는 오일에 난류가 발생하기 쉬워진다.

하프 베어링(41, 42)은, 둘레 방향 중앙부(C)를 포함하는 주원통부(72)를 가지고, 주원통부(72)의 직경 방향 내측에 슬라이딩면(7)이 형성되어 있다. 또한 슬라이딩면(7)의 둘레 방향 양측에는, 크래시 릴리프(70, 70)가 형성되어 있다. 따라서 본 발명에 있어서, 하프 베어링(41, 42)의 내주면은, 슬라이딩면(7) 및 크래시 릴리프(70, 70)를 포함한다.

도 2는, 도 1에 나타내는 저널부(6)를 지지하는 상측 하프 베어링(41)을 축선 방향에서 본 도면를 나타내고, 도 3은, 상측 하프 베어링(41)을 슬라이딩면측에서 본 평면도를 나타낸다. 도 4는, 도 1에 나타내는 저널부(6)를 지지하는 하측 하프 베어링(42)을 축선 방향에서 본 도면를 나타내고, 도 5는, 하측 하프 베어링(42)을 슬라이딩면측에서 본 평면도를 나타낸다. 도 6은, 도 1에 나타내는 저널부(6)를 지지하는 주베어링(4)을 축선 방향에서 본 도면을 나타낸다.

크래시 릴리프(70)는, 도 2~6에 나타내는 바와 같이, 상측 하프 베어링(41), 하측 하프 베어링(42)의 원주 방향 단부 영역에 있어서 하프 베어링의 벽 두께를 본래의 슬라이딩면(7)으로부터 반경 방향으로 줄임으로써 형성되는 면이며, 이것은, 예를 들면 한 쌍의 하프 베어링(41, 42)을 실린더 블록 하부(8)의 베어링 보지(保持) 구멍에 조립되었을 때에 발생할 수 있는 하프 베어링의 둘레 방향 단면(76)의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하기 위해 형성된다. 따라서 크래시 릴리프(70)의 표면의 곡률 중심 위치는, 그 밖의 영역(슬라이딩면(7))의 곡률 중심 위치와 상이하다(SAE J506(항목 3.26 및 항목 6.4), DIN1497, 섹션 3.2, JIS D3102 참조). 일반적으로, 승용차용의 소형의 내연기관용 베어링의 경우, 하프 베어링의 둘레 방향 단면(76)에 있어서의 크래시 릴리프(70)의 깊이(본래의 슬라이딩면(7)으로부터의 둘레 방향 단면(76)에 있어서의 크래시 릴리프(70)까지의 거리)는 0.01~0.05㎜ 정도이다.

또한 상측 하프 베어링(41), 하측 하프 베어링(42)의 베어링 벽 두께(크래시 릴리프(70)가 형성된 영역을 제외한 베어링 벽 두께, 즉 주원통부(72)의 벽 두께)는, 둘레 방향에서 일정하지만, 이에 한정되지 않고, 하프 베어링(41, 42)의 베어링 벽 두께는, 둘레 방향 중앙부(C)에서 최대이며, 둘레 방향 양단면(76)측을 향해 연속해서 감소하고 있어도 된다.

실시예 1에서는, 상측 하프 베어링(41)은, 내주면에 오일 홈(41a)이 둘레 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 실시예 1에서는, 오일 홈(41a)의 홈 깊이, 오일 홈(41a)의 축선 방향의 길이(오일 홈(41a)의 폭)는, 상측 하프 베어링(41)의 둘레 방향에 걸쳐 대략 동일한 치수로 이루어져 있다. 소형 내연기관의 크랭크축의 저널부(6)의 직경이 40~100㎜인 경우, 오일 홈(41a)의 깊이는, 1㎜~2.5㎜ 정도이다. 저널부(6)의 직경이 클수록 오일 홈(41a)의 홈 깊이는 크게 이루어진다.

또한, 본 실시예와는 달리, 오일 홈(41a)은, 오일 홈(41a)의 둘레 방향 양단부가 크래시 릴리프(70)에 위치하도록 변경해도 된다. 혹은, 오일 홈(41a)의 일방의 둘레 방향 단부가 크래시 릴리프(70)에 위치하고, 타방의 둘레 방향 단부가 상측의 하프 베어링(41)의 둘레 방향 단면(76)에 위치하도록 해도 된다. 또한, 오일 홈(41a)의 축선 방향의 길이가 오일 홈(41a)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 오일 홈(41a)의 둘레 방향 양단부측을 향해 작아지도록 해도 된다. 또한, 오일 홈(41a)의 홈 깊이는, 오일 홈(41a)의 둘레 방향 중앙부 부근에서 최대가 되고, 오일 홈(41a)의 둘레 방향 양단부측을 향해 작아지도록 해도 된다.

또한, 오일 홈(41a)부에는, 상측 하프 베어링(41)의 벽을 관통한 오일 구멍(41b)이 형성된다. 본 실시예에서는, 하나의 오일 구멍(41b)이, 상측 하프 베어링(41)의 둘레 방향 중앙부 또한 축선 방향 중앙부(C)의 위치에 형성된다. 저널부(6)의 표면에 있어서의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)의 직경은, 일반적으로 3~8㎜ 정도이며, 오일 홈(41a)의 축선 방향의 길이는, 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)의 직경보다 약간 큰 치수가 된다. 또한, 실시예 1과 같이 오일 구멍(41b)의 개구가 원형인 경우, 개구의 직경은, 오일 홈(41a)의 축선 방향의 길이와 동일한 치수로 이루어져 있다. 또한, 오일 구멍(41b)의 개구의 치수, 개구의 형상, 오일 구멍(41b)의 형성 위치, 형성 수는, 본 실시예에 한정되지 않는다.

하측 하프 베어링(42)은, 이하에서 상세하게 설명한 바와 같이, 축선 방향 홈(71)의 구성을 가지고 있는 점, 및 오일 홈(41a) 및 오일 구멍(41b)의 구성을 가지지 않고 있는 점 이외는, 상측 하프 베어링(41)과 동일한 치수, 형상으로 되어 있다.

하측 하프 베어링(42)은, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부(C)와 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)와의 사이의 주원통부(72)의 슬라이딩면(7)에, 축선 방향 홈(71)을 가진다.

본 실시예에서는, 축선 방향 홈(71)은, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 원주 각도(θ1)로 10° 이상 이간되고, 또한 저널부의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 둘레 방향 중앙부측을 향해 원주 각도(θ2)로 10° 이상 이간된 범위 내의 슬라이딩면(7) 상에만 형성되어 있다. 또한, 축선 방향 홈(71)은, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 원주 각도(θ1)로 15° 이상 이간되는 것이 바람직하다. 또한, 축선 방향 홈(71)은, 하측 하프 베어링(42)의 저널부의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 둘레 방향 중앙부측을 향해 원주 각도(θ2)로 15° 이상 이간되는 것이 바람직하다.

그런데, 내연기관의 크랭크축의 저널부(6)는, 운전 시에는 일 방향으로 회전한다. 이 때문에 당업자이면, 크랭크축의 저널부(6)의 회전 방향을 고려하여, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 양단면(76, 76)에 인접하는 2개의 크래시 릴리프(70, 70) 중, 어느 것이 「저널부의 회전 방향의 전방측의 크래시 릴리프」인지 이해할 수 있을 것이다. 또한 당업자이면, 본 발명의 개시에 따라 본 발명의 주베어링(4)을 설계, 제조하고, 이것을 일 방향으로 회전하는 크랭크축의 저널부를 지지하도록 적절하게 실린더 블록 하부(8)에 조립하는 것이 가능하다.

도 7은, 축선 방향 홈(71)의, 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향에 수직인 단면을 나타낸다. 축선 방향 홈(71)의 단면은, 원호 형상으로 되어 있다. 또한, 축선 방향 홈(71)의 단면 형상은, 직사각형, 역사다리꼴 등의 단면 형상으로 변경할 수 있다.

축선 방향 홈(71)의 슬라이딩면(7)으로부터의 반경 방향의 깊이(D1)는, 0.5~30㎛로 할 수 있다. 축선 방향 홈(71)의 깊이(D1)는, 20㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 축선 방향 홈(71)의 둘레 방향 길이(L1)는, 하측 하프 베어링(42)의 슬라이딩면(7) 상에 있어서의 원주 각도(θ3)로 1~35°에 상당하는 길이로 하는 것이 바람직하고, 1~20°에 상당하는 길이로 하는 것이 더 바람직하다.

본 실시예에서는, 축선 방향 홈(71)의 깊이(D1) 및 둘레 방향 길이(L1)는, 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향에 걸쳐 일정하지만, 축선 방향에서 깊이(D1)나 둘레 방향 길이(L1)가 변화되어 있어도 된다.

본 실시예에서는, 축선 방향 홈(71)의 둘레 방향 길이(L1)는, 원주 각도(θ3)로 10°에 상당하는 길이로 되어 있으며, 또한 축선 방향 홈(71)은, 둘레 방향 길이(L1)의 중심이 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측을 향해 원주 각도 45°에 위치하도록 형성되어 있다.

(작용 효과)

4사이클 내연기관에서는, 연소 행정에 있어서 주베어링(4)에 가해지는 부하가 최대가 되지만, 이 때, 주베어링(4)에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이 저널부(6)가 지면 하측의 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)을 향하는 방향(화살표(M))으로 이동하고, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면이 가장 근접하며, 이에 따라 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C) 부근의 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면과의 사이의 간극(베어링 간극)의 오일은 부하를 받아 압력이 매우 높아진다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 저널부(6)의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)보다 저널부(6)의 회전 방향(X)의 후방측에 위치하는 동안에는, 하측 하프 베어링(42)의 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면과의 사이의 간극이 크므로, 저널부(6)의 윤활 유로(6a) 내의 오일은 당해 간극으로 유출되어, 윤활 유로(6a) 내의 오일의 압력은 높아지지 않는다.

본 발명에 의하면, 그 후 도 9에 나타내는 바와 같이 저널부(6)의 외주면 상의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)와 축선 방향 홈(71)이 연통을 개시하는 순간에는, 윤활 유로(6a) 내부의 오일의 압력과, 축선 방향 홈(71)의 내면과 저널부(6) 표면과의 사이의 간극의 오일의 압력과의 차에 의해, 윤활 유로(6a)로부터 축선 방향 홈 내(71)로의 오일 흐름(F1)이 형성된다. 이 때, 윤활 유로(6a) 내부의 오일의 압력은 감소한다.

따라서 본 발명에 의하면, 저널부(6)의 윤활 유로(6a) 내의 오일은, 저널부(6)의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)를 통과하여 축선 방향 홈(71)과 연통할 때까지의 기간밖에 슬라이딩면(7)으로 폐색되지 않기 때문에, 원심력의 작용을 받아도 압력은 그다지 커지지 않는다.

이 때문에, 윤활 유로(6a) 내의 오일의 압력과 축선 방향 홈(71) 내의 오일의 압력과의 차는 그다지 커지지 않아, 오일 흐름(F1)이 지나치게 강해지는 경우가 없다. 또한 오일 흐름(F1)이 형성되어도 난류가 발생하기 어렵다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 저널부(6)의 외주면 상의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)와 크래시 릴리프(70)가 연통을 개시하는 순간에는, 윤활 유로(6a) 내부의 오일의 압력과, 크래시 릴리프(70)와 저널부(6) 표면과의 사이의 간극(릴리프 간극) 내의 오일의 압력과의 차에 의해, 윤활 유로(6a)로부터 크래시 릴리프 내로의 오일 흐름(F2)이 형성된다.

그러나 본 발명에 의하면, 도 9에 나타내는 축선 방향 홈(71)으로의 오일 흐름(F1)에 의해 저널부(6)의 윤활 유로(6a) 내의 오일의 압력을 한번, 저하시킨 후에, 저널부(6)의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)와 크래시 릴리프(70)(릴리프 간극)가 연통한다. 또한 입구 개구(6c)가, 축선 방향 홈(71)과의 연통을 종료한 후 크래시 릴리프(70)와 연통을 개시할 때까지의 기간, 즉 입구 개구(6c)가 슬라이딩면(7)에 다시 폐색되는 기간이 짧으므로, 원심력의 작용에 의한 압력의 증가가 적다.

이 때문에, 저널부(6)의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가 크래시 릴리프(70)에 연통하는 순간의 윤활 유로(6a) 내의 오일과 릴리프 간극 내의 오일과의 압력차가 작아, 오일 흐름(F2)이 지나치게 강해지는 경우가 없다. 또한 오일 흐름(F2)이 형성되어도 난류가 발생하기 어려우므로, 마찰 손실이 커지지 않는다.

본 발명에 의하면, 축선 방향 홈(71)은, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측을 향해 원주 각도(θ1)로 10° 이상 이간되고, 또한 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도(θ2)로 10° 이상 이간된 범위 내의 슬라이딩면(7)에 형성된다.

이러한 범위에 형성하는 이유는, 축선 방향 홈(71)이, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 축(저널부(6))의 회전 방향(X)의 전방측에 원주 각도 10° 이상 이간되어 있으면, 원주 각도 10° 미만의 범위의 슬라이딩면(7)에 축선 방향 홈(71)을 형성한 경우에 비해 마찰 손실이 적어지기 때문이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터 원주 각도 10° 미만의 범위의 슬라이딩면(7)은, 저널부(6)로부터의 최대 부하를 받지만, 이 범위에 축선 방향 홈(71)을 형성하면, 슬라이딩면(7)과 저널부(6) 표면과의 사이의 오일의 압력이 저하되고, 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면이 접촉하기 쉬워져, 마찰 손실이 커진다.

또한 본 발명에 의하면, 축선 방향 홈(71)이, 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되어 있으므로, 마찰 손실이 적어진다. 저널부(6)의 회전 방향(X)의 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도 10° 미만의 범위에 축선 방향 홈(71)을 형성하면, 저널부(6)의 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가, 축선 방향 홈(71) 및 크래시 릴리프(70)와 동시에 연통하는 경우가 있다. 그러한 연통이 발생하면, 축선 방향 홈(71) 내의 오일의 압력보다 릴리프 간극 내의 오일의 압력이 낮기 때문에, 축선 방향 홈(71) 내의 오일은, 입구 개구(6c) 부근의 윤활 유로(6a)의 내부 공간을 개재하여, 또한 입구 개구(6c)로부터 릴리프 간극으로 흐르는 오일 흐름(F2)에 이끌려, 릴리프 간극으로 흘러버린다. 그러면, 축선 방향 홈(71)의 주위의, 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면과의 사이의 간극의 오일이 축선 방향 홈(71) 내로 흘러 들어, 축선 방향 홈(71)에 인접하는 슬라이딩면(7)과 저널부(6)의 표면이 직접 접촉하여, 마찰 손실이 커진다.

또한, 축선 방향 홈(71)이, 저널부(6)의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되어 있으면, 저널부(6)의 윤활 유로(6a) 내부의 오일에 이물이 포함되어 있어도 이물이 축선 방향 홈(71) 내로 배출되기 어렵고, 따라서 축선 방향 홈(71)의 내면으로의 이물의 매립, 퇴적도 일어나기 어렵다. 이것은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측일수록 저널부(6)의 표면과 하측 하프 베어링(42)의 슬라이딩면(7)과의 사이의 간극이 작기 때문이다. 즉, 둘레 방향 단부측일수록 간극이 크지만, 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간시키면, 슬라이딩면(7) 및 축선 방향 홈(71)의 내면과, 저널부(6) 표면과의 사이의 간극이 좁아, 윤활 유로(6a) 내의 이물이 축선 방향 홈(71) 내로 유출되기 어렵다. 저널부(6)의 윤활 유로(6a) 내의 오일에 포함되는 이물이 축선 방향 홈(71)에 의해 유출되기 어려워지도록, 축선 방향 홈(71)은, 저널부(6)의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되어 있는 것이 보다 바람직하다.

또한, 실시예 1은, 주베어링(4)을 구성하는 한 쌍의 하프 베어링 중, 하측 하프 베어링(42)만이 축선 방향 홈(71)을 가지고, 상측 하프 베어링(41)은, 축선 방향 홈(71)을 가지지 않는다. 전술한 바와 같이 상측 하프 베어링(41)은, 슬라이딩면(7)에 오일 홈(41a)을 가지지만, 축선 방향 홈(71)을 가지도록 한 경우에는, 오일 홈(41a)과 축선 방향 홈(71)이 연통하여, 주베어링(4)의 외부로부터 오일 홈(41a) 내로 공급된 오일이, 축선 방향 홈(71)으로 흘러버린다. 이 때문에, 오일 홈(41a)으로부터 저널부(6)의 윤활 유로(6a)를 개재하여 커넥팅 로드 베어링(3) 및 크랭크 핀(5)측으로 공급되는 유량이 감소해버린다.

[실시예 2]

도 11 및 12에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 하측 하프 베어링(42)과는 달리, 실시예 2의 축선 방향 홈(71a)은, 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향 단부에 개구하지 않도록 형성되어 있다. 실시예 2의 다른 구성은 실시예 1의 상측 하프 베어링(41), 하측 하프 베어링(42)의 구성과 동일하다.

축선 방향 홈(71a)은, 축선 방향 길이(L2)의 중앙이 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향 길이(L3)의 중앙과 일치하도록 형성된다.

축선 방향 홈(71a)은, 축선 방향 길이(L2)가 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향 길이(L3)의 70~95%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

(작용 효과)

본 실시예는, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 가지고, 또한, 축선 방향 홈(71a)이 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향 양단부에 개구하지 않기 때문에, 실시예 1보다 축선 방향 홈(71a) 내의 오일이 베어링의 외부로 유출되기 어렵다.

또한, 축선 방향 홈(71a)은, 하측 하프 베어링(42)의 일방의 축선 방향 단부에서 개구하고, 타방의 단부에서 개구하지 않도록 형성되어 있어도 된다.

[실시예 3]

도 13 및 14에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 하측 하프 베어링과는 달리, 실시예 3의 하측 하프 베어링(42)은, 그 둘레 방향 중앙부(C)와 저널부(6)의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프(70)와의 사이의 주원통부(72)의 슬라이딩면(7)에, 복수(3개)의 축선 방향 홈(71)을 가진다.

이들 축선 방향 홈(71)은 역시, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)로부터, 원주 각도(θ1) 10° 이상 이간되고, 또한 저널부(6)의 회전 방향 전방측의 크래시 릴리프(70)로부터 둘레 방향 중앙부(C)측을 향해 원주 각도(θ2) 10° 이상 이간된 범위 내의 슬라이딩면(7)에 형성된다.

실시예 3의 다른 구성은 실시예 1의 상측 하프 베어링(41), 하측 하프 베어링(42)과 동일하다.

본 발명을, 일반적인 승용차의 내연기관의 크랭크축용 주베어링, 즉 저널부(6)의 직경이 40㎜~100㎜ 정도인 크랭크축용 주베어링에 적용하는 경우, 이들 복수의 축선 방향 홈(71)끼리는, 하측 하프 베어링(42)의 슬라이딩면(7) 상에서 둘레 방향으로 0.5~2㎜ 이간되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 축선 방향 홈(71)은, 동일한 둘레 방향 길이(L1), 및 동일한 깊이(D1)를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 복수의 축선 방향 홈(71)과, 축선 방향 홈(71)끼리의 사이의 슬라이딩면으로 이루어지는 슬라이딩면(7) 상의 축선 방향 홈 형성 영역(711)의 둘레 방향 길이는, 하측 하프 베어링(42)의 슬라이딩면(7)에서의 원주 각도(θ4)로 5~35°에 상당하는 길이인 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 하측 하프 베어링(42)은 3개의 축선 방향 홈(71)을 가지지만, 이에 한정되지 않고, 2개, 또는 4개 이상의 축선 방향 홈(71)을 가지고 있어도 된다.

또한, 복수의 축선 방향 홈(71)은, 실시예 2와 마찬가지로 하측 하프 베어링(42)의 축선 방향 양단부에 개구하고 있지 않아도 된다.

(작용 효과)

본 실시예는, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 가지고, 또한, 복수의 축선 방향 홈(71)의 사이에 슬라이딩면(7)이 배치되므로, 복수의 축선 방향 홈(71)을 형성한 영역(축선 방향 홈 형성 영역)에서도, 슬라이딩면에 의해 저널부(6)를 지지하는 능력을 가진다.

또한, 실시예 1~3에 있어서, 하측 하프 베어링(42)의 둘레 방향 중앙부(C)와, 저널부(6)의 회전 방향 후방측의 크래시 릴리프(70)와의 사이의 슬라이딩면(7)에도 축선 방향 홈(71)과 마찬가지인 축선 방향 홈을 형성하여 하측 하프 베어링(42)을 둘레 방향 중앙부(C)에 관하여 대칭 형상으로 해도 된다.

이러한 대칭 형상을 채용함으로써, 실린더 블록 하부(8)의 베어링 캡(82)으로의 하측 하프 베어링(42)의 잘못된 조립을 미연에 방지할 수 있다.

위에서 설명한 본 발명의 주베어링을 구성하는 하측 하프 베어링은, 내주면측에 둘레 방향 단면에 있어서 상측 하프 베어링(41)의 오일 홈(41a)과 연통하는 부분 홈을 형성할 수 있다. 단, 부분 홈은, 축선 방향 홈(71)로부터 원주 각도 10° 이상 이간되도록 형성되는 것이 바람직하다.

1 베어링 장치
2 커넥팅 로드
3 커넥팅 로드 베어링
4 주베어링
5 크랭크 핀
5a, 5b 윤활 유로
5c 토출구
6 저널부
6a 윤활 유로
6c 입구 개구
31, 32 하프 베어링
41 상측 하프 베어링
42 하측 하프 베어링
41a 오일 홈
41b 오일 구멍
7 슬라이딩면
70 크래시 릴리프
71, 71a 축선 방향 홈
72 주원통부
76 둘레 방향 단면
711 축선 방향 홈 형성 영역
C 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부
D1 축선 방향 홈의 깊이
L1 축선 방향 홈의 둘레 방향 길이
L2 축선 방향 홈의 축선 방향 길이
L3 하프 베어링의 축선 방향 길이
Z 크랭크 핀의 회전 방향
X 저널부의 회전 방향
M 저널부의 이동 방향
θ3 축선 방향 홈의 둘레 방향 길이에 상당하는 원주 각도
θ4 축선 방향 홈 형성 영역의 둘레 방향 길이에 상당하는 원주 각도

Claims

내연기관의 크랭크축의 저널부를 회전 가능하게 지지하기 위한 주베어링으로서, 상기 저널부는, 원통 동부와, 상기 원통 동부를 관통하여 연장되는 윤활 유로와, 상기 원통 동부의 외주면 상에 형성된 상기 윤활 유로 중 적어도 하나의 입구 개구를 가지고 있는 주베어링에 있어서,
상기 주베어링은, 서로 조합되어 원통 형상을 구성하는 한 쌍의 상측 하프 베어링 및 하측 하프 베어링을 가지고, 상기 각 하프 베어링은, 상기 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부를 포함하는 주원통부를 가지며, 상기 주원통부는, 그 직경 방향 내측에 슬라이딩면을 가지고, 또한 상기 각 하프 베어링은, 상기 슬라이딩면의 둘레 방향 양측에, 상기 주원통부보다 벽 두께가 얇아지도록 형성된 크래시 릴리프를 가지며,
상기 한 쌍의 하프 베어링 중 상기 상측 하프 베어링만이, 그 내주면에 형성된 둘레 방향으로 연장되는 오일 홈과, 상기 오일 홈으로부터 상기 상측 하프 베어링의 외주면까지 상기 상측 하프 베어링을 관통하여 연장되는 적어도 하나의 오일 구멍을 가지고,
상기 하측 하프 베어링이, 상기 둘레 방향 중앙부와, 상기 저널부의 회전 방향 전방측의 상기 크래시 릴리프와의 사이의 상기 슬라이딩면에, 축선 방향으로 연장되는 축선 방향 홈을 가지며, 상기 축선 방향 홈은, 상기 둘레 방향 중앙부로부터 상기 회전 방향 전방측을 향해 원주 각도 10° 이상 이간되고, 또한 상기 저널부의 회전 방향 전방측의 상기 크래시 릴리프로부터 원주 각도 10° 이상 이간되어 있는 주베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 슬라이딩면으로부터 직경 방향으로 측정한 상기 축선 방향 홈의 깊이(D1)가 0.5~30㎛인 주베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 축선 방향 홈은, 원주 각도(θ3)로 1~35°의 둘레 방향 길이를 가지고 있는 주베어링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축선 방향 홈은, 상기 하측 하프 베어링의 축선 방향 양단부에서 개구하고 있는 주베어링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축선 방향 홈은, 상기 하측 하프 베어링의 축선 방향 양단부에서 개구하고 있지 않은 주베어링.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하측 하프 베어링은 복수의 상기 축선 방향 홈을 가지고, 상기 복수의 축선 방향 홈은, 원주 각도(θ4)로 5~35°의 둘레 방향 범위 내에 형성되는 주베어링.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하측 하프 베어링은, 상기 축선 방향 홈과 상기 둘레 방향 중앙부에 관하여 대칭인 축선 방향 홈을, 상기 둘레 방향 중앙부와, 상기 저널부의 회전 방향 후방측의 상기 크래시 릴리프와의 사이의 상기 슬라이딩면에 가지고 있는 주베어링.