JPH1030419A

JPH1030419A - 内燃機関の軸受装置

Info

Publication number: JPH1030419A
Application number: JP8187693A
Authority: JP
Inventors: Toru Saito; 徹斉藤; Naoya Kato; 直也加藤; Toru Yoshinaga; 融吉永; Tokio Kohama; 時男小浜
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関のクランクシャフトの主軸部を支持
する主軸受の軸受メタルに十分な流量の潤滑油を供給し
て摺動面を冷却し、油膜切れを防止する。【解決手段】シリンダブロック７側の軸受メタル２１
の内面に形成する油溝２３の一端は、軸受キャップ１３
側の軸受メタル２２の内面に形成する油溝２５と接続し
ており、油溝２３の他端は障壁２４によって閉じている
ので、油溝２３，２５は合一してＣ形の潤滑油通路を形
成する。また、油溝２５の他端は油溝と半径方向に同程
度の深さを有する軸方向の潤滑油排出通路２６によって
外部に開放されている。メインホール１５からメインジ
ャーナル油路１６と油口１７を経てＣ形の油溝２３，２
５に流入する加圧された潤滑油は、一部が隙間１８を通
って流れるものの大部分はＣ形の油溝に沿って一定の方
向に流れ、流れの抵抗の少ない排出通路２６から外部へ
排出されるので、潤滑回路の圧力損失が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の軸受装
置に係り、特にシリンダブロックがクランクシャフトを
回転自由に支持する部分に設けられる主軸受のための改
良された潤滑機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に多気筒内燃機関のクランクシャフ
トは、その両端に近い部分及び隣接する気筒の間に形成
される円柱形のジャーナル部からなる所謂主軸部が、そ
れぞれ主軸受と呼ばれる軸受を介して回転自由にシリン
ダブロックによって支持されている。各主軸受はそれぞ
れ上下２つ割りとされた軸受メタルによって構成するの
が普通である。この点を図５に例示する４気筒の内燃機
関Ｅについて詳細に説明すると、クランクシャフト１の
両端に近い位置に形成される円柱形のジャーナルからな
る主軸部２ａ及び２ｅと、小端部がピストンピンを介し
て各気筒のピストン３に枢着されるコンロッド４の大端
部の両側において、クランクピンを介して回転自由に連
結される各一対のクランクウエブ５を、隣接する気筒の
間において接続する主軸部２ｂ，２ｃ及び２ｄが、主軸
線Ｌ上に配列されている。

【０００３】図５の例では、これら５個の主軸部２（２
ａ〜２ｅ）をそれぞれ回転自由に支持するために、後に
詳細に説明するように、上下２つ割りの軸受メタルを主
体とする５個の主軸受６（６ａ〜６ｅ）がシリンダブロ
ック７の下部に取り付けられている。どのような面軸受
でも同じであるが、内燃機関においても主軸受６によっ
てクランクシャフト１の主軸部２を回転自由に支持する
ために、軸受メタルの表面（内面）と主軸部２の表面と
の間には予め微小な隙間が与えられており、その隙間を
埋めるように、加圧された潤滑油、即ちエンジンオイル
が供給されて薄い油膜が形成される。潤滑油の働きは、
主として油膜によって、この場合は相対的に摺動回転す
る摺動面間の摩擦を減少させて摺動面を保護すること
と、摺動面を冷却することの二点にあるので、これらの
働きが十分に行われないときは摺動面が焼きつくことに
なる。

【０００４】図６及び図７に、従来の内燃機関において
クランクシャフト１の支持部としてよく使用されている
主軸受６の断面構造を例示する。この場合の主軸受６
は、クランクシャフト１の１個の主軸部２を回転自由に
支持しているが、その主体となる上下で一対となった軸
受メタルのうち、上半部の半円筒形の軸受メタル８が、
シリンダブロック７の下部に形成された窪みの底面１０
に更に加工して形成された半円柱形の表面１１に嵌合し
て支持されていると共に、下半部の半円筒形の軸受メタ
ル９が、窪みの底面１０にボルト１２によって締結され
る軸受キャップ１３に形成された半円柱形の表面１４に
嵌合して支持されている。この場合、図６に誇張して描
いているように、組み込まれた状態の軸受メタル８，９
の内面は、あたかもレモンの外形のような、楕円形に近
い形となっており、断面形が真円である主軸部２の表面
との間に、例えば左右の厚い部分で約４０μｍ、上部の
薄い部分で約２０μｍというように、位置によって異な
る厚さの隙間とそれを埋める油膜が形成される。

【０００５】内燃機関Ｅの運転中に、シリンダブロック
７内に形成された潤滑油通路であるメインホール１５に
は、図示しない潤滑油ポンプによって４００ＫＰａ程度
の圧力まで加圧された潤滑油が常時圧送されて来てお
り、メインホール１５から分岐する多くの潤滑油通路が
内燃機関Ｅの各部分へ潤滑油を供給している。メインホ
ール１５から分岐している潤滑油通路の１つとして、主
軸受６の軸受メタル８及び９の内面と、主軸部２の表面
との間に形成される微小な隙間へ潤滑油を供給するため
に、図６に示すような主軸受６のそれぞれに対してメイ
ンジャーナル油路１６が設けられている。油路１６はシ
リンダブロック７側の軸受メタル８に設けられた油口１
７に接続していて、隙間１８へ加圧された潤滑油を供給
する。シリンダブロック７側の軸受メタル８の内面に
は、図２に示すような油溝１９が削設されているので、
軸受メタル８には十分な量の潤滑油が供給される。

【０００６】なお、図６の中にＣとして示した部分は
「クラッシュリリーフ部」と呼ばれる領域であって、こ
の領域においてボルト１２の締めつけによって相互に突
き合わせられる上下の軸受メタル８，９の突き合わせ面
の一部が、組み付け誤差等のためにクランクシャフト１
の主軸部２の側へ突出して主軸部２の表面に接触するの
を避けるために、通常の場合は軸受メタル８，９のそれ
ぞれの角部に、図６のような断面形において半径方向の
一辺が０．１ｍｍ程度の微小な面取りが予め施されてい
る。

【０００７】また、図６に示すように、一般的な従来例
においては油溝１９がシリンダブロック７側の軸受メタ
ル８にのみ設けられているが、特異な従来例において
は、軸受キャップ１３側の軸受メタル９にも油溝を設け
て、その両端が軸受メタル８の油溝１９に接続するよう
にしているものもある。

【０００８】いずれにしても、図示しない潤滑油ポンプ
によって加圧された潤滑油は、メインホール１５からメ
インジャーナル油路１６と油口１７を経てシリンダブロ
ック７側の軸受メタル８の油溝１９へ供給され、主軸部
２と軸受メタル８，９の間の隙間へ油膜となって拡が
り、潤滑を終わった後に隙間から軸受メタル８，９の軸
方向に排出される。場合によっては、排出される潤滑油
の一部が、クランクウエブ５からクランクピンにかけて
穿孔されたピンジャーナル油路を通ってクランクピンに
係合するコンロッド４の軸受へ供給されることもある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】例えば、図５に示した
ような軸受構造を有する４気筒の内燃機関Ｅを４０００
ｒｐｍの全負荷で運転している状態においては、クラン
クシャフト１の各部分がそれぞれの部分に作用する荷重
の大きさに応じて微小な変形をしたり、主軸受６におけ
る隙間１８の中で僅かに振れ回りをすることによって、
Ｎo.１からＮo.５までの５個の主軸受６ａ〜６ｅの各位
置において、クランクシャフト１の主軸部２ａ〜２ｅの
軸心が、理論的には一点であるべき軸心位置（主軸受６
ａ〜６ｅの共通の軸線）から外れたところを複雑な形状
の軌跡を描いて移動する。Ｎｏ．１の主軸受６ａについ
て、その移動軌跡を実測した結果を図８に示す。

【００１０】図８から判るように、Ｎｏ．１の主軸受６
ａに最大の荷重が作用するのは、それによって支持され
ている主軸部２ａが、クランクウエブ５を介して隣接し
ているコンロッド４によって連結された＃１のピストン
３が気筒内のガス圧力を受けて下降する時期、即ち膨張
行程にある時期である。図８中にＡ領域として示すこの
時期には、軸受メタル８，９のうちでも特に軸受キャッ
プ１３側の軸受メタル９における面圧が最も高くなり、
油膜の厚さが減少して軸受メタル９の潤滑条件が厳しく
なる結果、その表面で油膜切れが起こり易くなることが
判った。

【００１１】更に、油膜切れは潤滑油の流れが悪くなっ
て軸受メタルの摺動面と油膜の温度が上昇すると一層起
こり易くなるが、実験において実測した各部分の温度を
図８に記入して示したように、軸受キャップ１３側の軸
受メタル９の表面温度はシリンダブロック７側の軸受メ
タル８のそれよりも高くなる。軸受メタル８，９の温度
上昇を抑えるためには、主軸部２と軸受メタル８，９と
の隙間に絶えず潤滑油が流れているようにする必要があ
るが、従来の主軸受６では主軸部２との隙間における圧
力損失が大きいために、潤滑回路の圧力損失の殆どは主
軸受６の部分において生じており、潤滑油ポンプの吐出
圧力を高めても主軸受６（６ａ〜６ｅ）に十分な潤滑油
の流れを生じさせることができなかった。

【００１２】本発明は、従来技術におけるこのような問
題に対処して、クランクシャフトの主軸受における圧力
損失を減少させる構成をとることにより、潤滑油ポンプ
の吐出圧力が比較的低い場合でも、特に潤滑条件の厳し
い軸受キャップ側の軸受メタルに十分な流量の潤滑油を
供給して摺動面を冷却することを可能とし、油膜切れと
摺動面の温度上昇を防止して主軸受における焼きつきを
避けると共に、潤滑油ポンプの吐出圧力、即ち、潤滑油
の圧送圧力を可及的に低下させることを可能にする、改
良された内燃機関の軸受装置を提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関の軸受装置を提供する。

【００１４】請求項１記載の解決手段によれば、内燃機
関のクランクシャフトを回転自由に支持するための主軸
受を構成するところの、シリンダブロック側の軸受メタ
ルと軸受キャップ側の軸受メタルの表面に、合一してク
ランクシャフトの横断面においてＣ形を呈する油溝が形
成されるので、Ｃ形油溝の一端付近の位置に供給された
潤滑油は、Ｃ形油溝を一定の方向に他端の方へ流れ、他
端に接続して設けられた潤滑油排出通路から軸方向に排
出される。それによって主軸受内部の潤滑油回路の圧力
損失が小さくなって、比較的大量の潤滑油が絶えず主軸
受の内部を循環して流れるので、軸受メタルの各部分が
十分に冷却され、潤滑条件の厳しい軸受キャップ側の軸
受メタルにおいても油膜切れを起こすことがなくなり、
必要な油膜の厚さを確実に維持することができる。

【００１５】請求項２記載の解決手段によれば、軸受キ
ャップ側の軸受メタルに形成された油溝に続く排出通路
の半径方向の深さを、油溝の深さと同程度とするため
に、約０．５〜１．５ｍｍの範囲内で選択することがで
きる。それによって十分に潤滑回路の圧力損失を低減さ
せることができるので、比較的に吐出圧力の低い潤滑油
ポンプの使用が可能になる。また、請求項３記載の解決
手段によれば、排出通路を軸受メタルの角部に施した面
取りによって形成することができ、更に請求項４記載の
解決手段によれば、排出通路を軸受メタルの端部付近に
溝状の切り欠きとして形成することができる。いずれの
場合も、潤滑回路の圧力損失を低下させる軸方向の潤滑
油排出通路を簡単に軸受メタルに形成することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜図４に、本発明の一実施形
態として、内燃機関のクランクシャフトを支持する主軸
受２０の構成を示す。この主軸受２０は図５に例示した
ような内燃機関Ｅにおけるクランクシャフト１の軸受装
置として、従来の主軸受６（６ａ〜６ｅ）の代わりに使
用することができるものである。従って、構成の一部は
図６に示した従来のものと同様であるから、対照を容易
にするために、実質的に同じ構造部分については従来の
ものと同じ参照符号を付している。即ち、２はクランク
シャフト１の一つの主軸部、７はシリンダブロック、１
０はシリンダブロック７の下部に形成された窪みの底
面、１１は半円柱形の表面、１２はボルト、１３は軸受
キャップ、１４は半円柱形の表面、１５はメインホー
ル、１６はメインジャーナル油路、１７は油口、１８は
軸受メタルと主軸部２の間に形成される隙間、Ｃはクラ
ッシュリリーフ部，Ｒはクランクシャフト１の回転方向
を示す。

【００１７】図示実施形態の特徴は、図６の軸受メタル
８，９とは微細な点で異なる形状、構造を有する軸受メ
タル２１，２２を備えていることで、その微細な相違点
が重要な作用効果上の差異をもたらすものである。即
ち、図示実施形態におけるシリンダブロック７側の軸受
メタル２１は、その内面に幅が例えば５ｍｍ程度で、深
さが１．０ｍｍ程度の油溝２３を備えているが、この油
溝２３は図６に示す油溝１９と異なって、図３に明示さ
れているように一端が軸受メタル２１の端部まで達しな
いで、障壁２４によって遮断されている。軸受キャップ
１３側の軸受メタル２２の内面にも、やはり幅が５ｍｍ
程度で深さが１．０ｍｍ程度の油溝２５が形成されてお
り、油溝２５の両端は軸受メタル２２の両端に達してい
て、端部において開放されている。油溝２３及び２５は
機械加工によって切削して形成することもできるが、あ
まり高い精度を要しないので、簡単な方法としてはプレ
ス加工によって形成することもできる。

【００１８】図３及び図４に明示されているように、軸
受メタル２１の油溝２３の障壁２４が形成された端部と
突き合わせられる軸受キャップ１３側の軸受メタル２２
の端部には、クラッシュリリーフ部Ｃとしてのものより
も遙に大きな、半径方向の一辺が油溝２５の深さと同じ
程度の、０．５〜１．５ｍｍ程度の大きさの面取りを施
すことによって、軸方向に潤滑油の排出通路２６が形成
される。従って、シリンダブロック７側の軸受メタル２
１の油溝２３は、一端において障壁２４によって閉じら
れているものの、他端において軸受キャップ１３側の軸
受メタル２２の油溝２５の一端と連通することによっ
て、油溝２３及び２５が図１のような断面図において連
続したＣ形の油溝を形成することになる。なお、油溝の
深さと排出通路の深さを厳密に一致させる必要はなく、
両者は概ね同程度の大きさであればよい。それでも、半
径方向に見て排出通路２６の深さは、クラッシュリリー
フ部の面取りの深さに比べて凡そ５〜１５倍もの大きさ
になる。

【００１９】そして、軸受メタル２２の油溝２５の他端
は、それに接続するように大きな面取りとして形成され
た排出通路２６によって軸方向に分岐して、軸受メタル
２２の軸方向端面に開放されているので、メインホール
１５から加圧して供給された潤滑油はメインジャーナル
油路１６と油口１７を介してＣ形の油溝２３，２５へ流
入し、油溝２３が障壁２４によって遮られている軸受メ
タル２１の端部においては隙間１８を通過するが、他の
部分ではＣ形の油溝２３，２５内をクランクシャフト１
の回転方向Ｒとは逆の方向に流れて、それを図１に記入
した矢印のように一巡した後に、排出通路２６から軸方
向に排出される。言うまでもなく、Ｃ形の油溝２３，２
５を流れる潤滑油のうちのかなりの部分は隙間１８に油
膜を形成して潤滑作用をなした後に、図３及び図４に矢
印で示すように軸受メタル２１，２２の軸方向に流出す
る。

【００２０】このように、メインホール１５からの潤滑
油が、流れの抵抗の少ないＣ形の油溝２３，２５と排出
通路２６を通過して流れることにより、比較的小さな圧
力損失を伴うだけで大量に主軸受２０の内部を流れるの
で、潤滑油ポンプの吐出圧力が比較的低くても、潤滑油
による軸受メタル２１，２２の冷却が十分に行われ、ど
の部分でも異常な高温となることがなく、油膜切れが生
じないので、軸受メタル２１，２２表面の全域にわたっ
て十分な厚さの油膜が形成される。なお、図示実施形態
における排出通路２６は、クラッシュリリーフ部Ｃにお
ける軸受メタル２２の角部の面取り部分を概ね油溝２５
の深さ程度まで拡大したような形状を有するが、油溝２
５の末端の軸方向の潤滑油排出通路は、必ずしも図示実
施形態のように面取りによって形成される必要はなく、
例えば軸方向の溝、その他の形状を有する切り欠きとし
て形成することも可能である。

【００２１】実施形態の効果を確認するために行った実
験の結果を図９に示す。図９は軸受の数だけあるメイン
ジャーナル油路１６のうちで、実験の対象とした主軸受
６ａと、それに対応する実施形態の主軸受２０に対して
潤滑油を供給しているメインジャーナル油路において、
流れる潤滑油の流量を測定した結果を示している。破線
によって示す従来例の場合の流量に比べて、本発明の実
施形態では主として排出通路２６を設けたことによっ
て、実線で示したように大幅に潤滑油の流量が増加して
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての軸受装置を示す横断
正面図である。

【図２】図１に示す実施形態の一部の縦断側面図であ
る。

【図３】図１に示す実施形態の一部を左側から見た斜視
図である。

【図４】図１に示す実施形態の一部を右側から見た斜視
図である。

【図５】本発明及び従来例の軸受装置が使用され得る多
気筒機関の全体構成を例示する縦断側面図である。

【図６】従来例の軸受装置を示す横断正面図である。

【図７】図６に示す従来例の一部の縦断側面図である。

【図８】従来の主軸受によって支持される主軸部の移動
軌跡と温度分布についての実験結果を示す線図である。

【図９】実施形態の効果を調べた結果を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１…クランクシャフト２，２ａ〜２ｅ…主軸部６，６ａ〜６ｅ…主軸受（従来技術）７…シリンダブロック８…シリンダブロック側の軸受メタル（従来技術）９…軸受キャップ側の軸受メタル（従来技術）１３…軸受キャップ１５…メインホール１６…メインジャーナル油路１８…隙間１９…油溝（従来技術）２０…主軸受（実施形態）２１…シリンダブロック側の軸受メタル２２…軸受キャップ側の軸受メタル２３…油溝２４…障壁２５…油溝２６…軸方向の潤滑油排出通路Ｃ…クラッシュリリーフ部Ｅ…内燃機関Ｌ…主軸線Ｒ…クランクシャフトの回転方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小浜時男愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のクランクシャフトを回転自由
に支持するための主軸受となるものであって、シリンダ
ブロックの一部と、前記シリンダブロックに締結される
軸受キャップとによってそれぞれ支持されると共に、合
一して円筒状となるシリンダブロック側の軸受メタルと
軸受キャップ側の軸受メタルとを備えている内燃機関の
軸受装置において、前記シリンダブロック側の軸受メタ
ルの内面に周方向の油溝を形成し、前記油溝の一端を前
記軸受メタルの一端側の端面に開放させると共に、該油
溝の他端を前記軸受メタルの他端側に設けた障壁によっ
て塞ぎ、また、前記軸受キャップ側の軸受メタルの内面
にも周方向の油溝を形成し、該油溝の両端を前記軸受メ
タルの一端側及び他端側の双方の端面に開放させると共
に、該油溝の一端を前記前記シリンダブロック側の軸受
メタルに形成された前記油溝の前記一端と連通させて、
二つの軸受メタルを通じて断面Ｃ形の油溝を形成し、更
に、前記軸受キャップ側の軸受メタルに形成された油溝
の他端に接続して軸方向に潤滑油を排出させるところ
の、半径方向の深さが前記油溝の深さと同程度の排出通
路を、前記軸受キャップ側の軸受メタルの他端側に形成
したことを特徴とする、内燃機関の軸受装置。
【請求項２】前記排出通路の半径方向の深さが０．５
〜１．５ｍｍの範囲内にある請求項１記載の内燃機関の
軸受装置。
【請求項３】前記排出通路が前記軸受キャップ側の軸
受メタルの他端側の角部に面取りによって形成されてい
ることを特徴とする請求項１又は２に記載された内燃機
関の軸受装置。
【請求項４】前記排出通路が前記軸受キャップ側の軸
受メタルの他端付近に溝状の切り欠きとして形成されて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載された内燃
機関の軸受装置。