JPH108932A - 内燃機関の軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関のクランクシャフトを支持する主軸
受では、シリンダブロック側よりも、寧ろキャップ側の
軸受メタルの潤滑条件が厳しいことに着目して、荷重支
持作用に支障がないようにしながらキャップ側へ潤滑油
を供給する。 【解決手段】 シリンダブロック７側の軸受メタル８に
対するメインジャーナル油路１６の他に、キャップ１３
側の軸受メタル９に油口２３が設けられて、メインホー
ル１５から潤滑油通路２１，２２を通じて加圧された潤
滑油が直接に供給される。油口２３の位置は基準となる
面からの角度αによって示されるが、この位置は燃焼・
膨張行程における大きな荷重を支持する軸受メタル９に
おける荷重支持領域の始点（主軸部２の回転方向Ｒの向
きに見て）と実質的に一致させてあり、下部と違って比
較的に面圧も小さいので、高圧の潤滑油が確実に軸受メ
タル９の内面の荷重支持領域の全域へ行き渡って油膜切
れを防止する。

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３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３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、後述
のように上下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。

【０００４】図２の（ａ）及び（ｂ）に、従来の内燃機
関においてクランクシャフト１の支持部によく使用され
ている主軸受６の詳細な断面構造を示す。この場合、ク
ランクシャフト１の１個の主軸部２を回転自由に支持す
る主軸受６においては、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。

【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から所定の圧力まで加圧さ
れた潤滑油が常時圧送されており、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の軸受メタルの
８，９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、従来は図２の（ａ）
に示すような各主軸受６について１本宛のメインジャー
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１７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】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の主軸
受６において荷重及び潤滑条件が厳しくなるのは、メイ
ンジャーナル油路１６が設けられて加圧された潤滑油が
供給されているシリンダブロック７側の軸受メタル８よ
りも、寧ろキャップ１３側の軸受メタル９の方であるこ
とが実験の結果明らかになった。軸受メタル９には内燃
機関Ｅの運転中における最大の荷重である燃焼・膨張行
程においてピストン３の受ける力が、コンロッド４とク
ランクピン、クランクウエブ５及び主軸部２を介して、
図中下方に向かって加わるためで、軸受メタル９の支持
する荷重は軸受メタル８のそれよりも遙に大きくなり、
軸受メタル９の荷重支持領域では油膜が切れ易くなるだ
けでなく、摩擦熱によって高温になるので、その領域の
潤滑油の粘度が低下して、それが油膜切れを更に起こし
易くするというように、軸受メタル９の荷重支持領域に
おける潤滑条件が厳しくなる。

【０００７】例えば、図３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４０００ｒｐｍ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６ａ〜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。その移動軌跡を実測した結果を図４に示す。

【０００８】図４に含まれる５つの図面にそれぞれ記入
した×印はクランクシャフト１が２回転する間に複雑な
軌跡を描いて移動する軸心の平均的な位置を示している
が、その位置は主軸部２の軸心がＸ軸よりも下方に偏っ
ていて、隙間１８の範囲内で振れ回りをするためにＸ軸
とＹ軸の交点よりも下方へかなり大きくずれている。こ
れは、燃焼・膨張行程に限らず、平均して主軸部２は上
方よりも下方へ偏って押しつけられており、軸受メタル
８よりもキャップ１３側の軸受メタル９による荷重支持
量が大きいことを示している。従って、図２では、主と
して燃焼・膨張行程において主軸部２が図において下方
へ強く押しつけられることによって、主軸部２が軸受メ
タル８及び９のなす円に対して下方へ偏心していて、潤
滑油の進入する隙間１８が上方の主としてシリンダブロ
ック７側の軸受メタル８の内面に生じている状態を示し
ている。

【０００９】なお、図４から判るように、４気筒の内燃
機関Ｅにおいては、クランクシャフト１が最も大きく下
方へ撓むことによって平均的な軸心位置×が本来の軸心
位置から最も大きく下方へずれるのは、Ｎo.２の軸受６
ｂによって支持される主軸部２ｂの部分と、Ｎo.４の軸
受６ｄによって支持される主軸部２ｄの部分である。こ
の２つの部分において平均的な軸心位置×が最も大きく
下方へずれる理由は点火順序にあるものと考えられる。
即ち、この場合の点火順序は通常通り＃１→＃３→＃４
→＃２→＃１となっているから、隣接する＃３気筒と＃
４気筒、及び＃２気筒と＃１気筒では相次いで燃焼が起
こって燃焼・膨張行程に入るので、それら隣接する気筒
の間にある主軸部２ｂ及び２ｄと、それらの部分を支持
しているＮo.２の軸受６ｂ及びＮo.４の軸受６ｄは、連
続する２つの行程にわたって大きな荷重を受け続けるこ
とになるから、それらの部分の変形が大きくなって振れ
回りの程度も大きくなるのである。

【００１０】このように、内燃機関のクランクシャフト
を支持する主軸受においては、シリンダブロック側の軸
受メタルよりもキャップ側の軸受メタルの方がより厳し
い荷重条件にあるにもかかわらず、従来はキャップ側の
軸受メタルに十分な潤滑油の供給手段が設けられていな
かったことに着目して、本発明は、新たな手段によって
キャップ側の軸受メタルにも十分に潤滑油を供給するこ
とにより、油膜切れが生じるのを防止して軸受装置の耐
用期間を延長させると共に、その手段が軸受メタルの本
来の荷重支持作用に悪影響を与えないようにすること、
及び、その手段によって機関の重量やコストの大幅な増
加を伴うことがないようにすることを解決課題としてい
る。

【００１１】

【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ものであ
る。

【００１２】請求項１記載の解決手段によれば、軸受キ
ャップ側の軸受メタルの内面において、実質的に燃焼・
膨張行程における大きな荷重を支持する荷重支持領域
の、回転方向における始点となる位置に少なくとも開口
するように、加圧された潤滑油を供給する潤滑油通路が
形成されているので、その潤滑油通路によって、シリン
ダブロック側の軸受メタルよりも大きな荷重を支持する
軸受キャップ側の軸受メタルの内面の、それも実質的な
荷重支持領域の始点に直接に加圧された潤滑油を供給す
ることが可能になるので、この部分に供給された潤滑油
は、クランクシャフトの回転につれて荷重支持領域の全
域へ行き渡り、荷重支持領域において油膜切れが生じる
のを確実に防止する。この場合に、軸受キャップ側の軸
受メタルの内面に対する潤滑油の供給箇所が荷重支持領
域の始点付近であるために、この部分において支持され
る荷重は比較的小さいので、潤滑油通路の開口によって
荷重支持面積が減少しても、その付近で面圧が上昇して
油膜切れを生じるという懸念も除かれる。

【００１３】請求項２記載の解決手段によれば、キャッ
プ側の軸受メタルを貫通する油口が設けられると共に、
シリンダブロック内に形成されたメインホールから直接
に分岐している潤滑油通路が油口に接続していて、加圧
された潤滑油を油口へ送り込むので、加圧された潤滑油
は減圧されることなく直ちにキャップ側の軸受メタルの
内面の荷重支持領域の始点付近へ供給されるので、荷重
支持領域の全域へ潤滑油が容易に行き渡る。それによっ
て荷重支持領域の中の最大の荷重が作用する部分におい
ても、油膜切れの懸念が全くなくなる。

【００１４】請求項３記載の解決手段によれば、キャッ
プ側の軸受メタルを貫通するように設けられた油口が、
メインホールから分岐してシリンダブロック側の軸受メ
タルに設けられた油口に接続しているメインジャーナル
油路から更に分岐して、２つの軸受メタルの外周に沿っ
て設けられた潤滑油通路に接続しているので、メインホ
ールから直接に分岐する潤滑油通路を設けなくても、十
分に高圧の潤滑油をキャップ側の軸受メタルの荷重支持
領域の始点へ供給することができるので、構成が簡単に
なると共に、加工が容易なのでコストの面でも有利にな
る。

【００１５】請求項４記載の解決手段によれば、シリン
ダブロック側の軸受メタルの内面へ供給された高圧の潤
滑油が、その内面に形成された油溝と、それに接続して
設けられたキャップ側の軸受メタルの内面の油溝によっ
て荷重支持領域の始点まで導かれるので、軸受メタルの
外部に特別の潤滑油通路を設けなくても、キャップ側の
軸受メタルの荷重支持領域へ十分に高圧の潤滑油を送り
込むことができる。従って、潤滑油通路の構成が最も簡
単になり、加工が容易になるのでコストの面でも有利に
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１の（ａ）及び（ｂ）に、本発
明の第１の実施形態の要部である主軸受２０の詳細な断
面構造を示す。主軸受２０は、従来技術における主軸受
６と同様に、図３に例示したような内燃機関Ｅのクラン
クシャフト１の主軸部２の回転支持のための主軸受６
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅに代えて使用される。図１
に示す主軸受２０の構造は、従来技術を示す図２の主軸
受６の構造と対比されるべきものであるから、実質的に
同じ構造部分については同一の参照符号を付すことによ
って対応関係を明らかにしている。

【００１７】即ち、図１においても図２と同様に、２は
クランクシャフト１の主軸部、７はシリンダブロック、
８はシリンダブロック７側の軸受メタル、９はキャップ
１３側の軸受メタル、１０はシリンダブロック７に形成
された窪みの底面、１１はシリンダブロック７の半円柱
形の表面、１２はボルト、１３は軸受キャップ、１４は
キャップ１３の半円柱形の表面、１５はメインホール、
１６はメインジャーナル油路、１７は油路１６の油口、
１８は潤滑油の入る隙間、１９は軸受メタル８に形成さ
れた油溝をそれぞれ示している。

【００１８】図１に示す本発明の第１の実施形態の特徴
として、シリンダブロック７内にはメインホール１５か
ら分岐する潤滑油通路２１が形成されており、この通路
２１が軸受キャップ１３内に特別に形成されたキャップ
側メインジャーナル油路２２に接続していて、油路２２
が更にキャップ１３側の軸受メタル９に新たに形成され
た油口２３に接続することにより、主軸部２の表面と、
キャップ１３側の軸受メタル９の内面との間に形成され
る隙間１８に、メインホール１５から分流する加圧され
た潤滑油を直接に供給することができるように構成され
ている。

【００１９】この場合、基準となる上下の軸受メタル８
及び９の合わせ面、即ちシリンダブロック７に対して軸
受キャップ１３が締結される面（窪みの底面１０）か
ら、クランクシャフト１（主軸部２）の回転方向Ｒの向
きに測った角度αの値は、この実施形態において軸受メ
タル９に特別に設けられた油口２３の開口位置を示すも
のであるが、この角度αの値は、図４に５個の主軸受６
ａ〜６ｅについてそれぞれ異なった大きさとして示され
ている角度αの値に基づいて定められる。実際には、こ
れら２つの角度αは実質的に同じ値とする。

【００２０】図４に示す角度αの値、従って油口２３の
開口位置は、次のようにして決定される。まず、内燃機
関Ｅの運転中に５個の主軸受６ａ〜６ｅのそれぞれに対
して荷重が作用したとき、図中に点をもって示す主軸部
２の軸心が、静的に軸心の可動範囲を示す楕円の範囲を
脱して外へ出る部分、即ち、主軸部２が軸受メタル８又
は９に実質的に力を及ぼして、軸受メタル８又は９に僅
かな移動や変形を生じさせたり、クランクシャフト１自
体の一部が微小な撓み変形をする範囲を軸受メタルにお
ける「荷重支持領域」と定義したときに、どの主軸受６
においても荷重支持領域は、各気筒の燃焼・膨張行程に
おける概ね下向きの大きな力によって、図４の各図の下
方、即ちキャップ１３側の軸受メタル９に生じる。そこ
で、前述の角度αは、基準となる横軸（Ｘ軸、即ち、図
１においては軸受メタル８及び９の合わせ面）からクラ
ンクシャフト１（従って主軸部２）の回転方向Ｒの向き
に見て、その荷重支持領域の始点となる位置を示す値で
ある。そして、荷重支持領域の終点は、縦軸（Ｙ軸）に
関して概ね始点と左右対称の位置に生じるものと考えら
れるので、それら始点と終点の間が荷重支持領域とな
る。

【００２１】図１に示す第１の実施形態において、メイ
ンホール１５から加圧された潤滑油の供給を受けるキャ
ップ１３側の軸受メタル９の油口２３を、前述の角度α
によって示される荷重支持領域の始点付近に設置するこ
とによって、荷重支持領域の始点において潤滑油を主軸
部２と軸受メタル９の隙間１８へ直接に供給することが
できるので、供給された潤滑油は、主軸部２がＲの方向
に回転するのに伴って荷重支持領域の全域に十分に行き
渡ることになり、荷重支持領域の中でも最大の荷重が作
用する軸受メタル９の下方の部分（Ｙ軸と交わる付近）
においても油膜切れを起こす恐れがなくなる。

【００２２】仮に、軸受メタル９がＹ軸と交わる荷重支
持領域の下方の中心付近における、支持すべき荷重が最
も大きくなる部分に油口２３を設けるとすれば、軸受メ
タル９のその部分では油口２３の分だけ荷重支持面積が
減少するので、その部分における面圧が一層高くなり、
部分的に発生する摩擦熱も多くなって油膜切れを起こす
可能性が高くなることと、主軸部２の回転方向Ｒの向き
に見て荷重支持領域の前半部分への潤滑油の供給が不足
することが問題になるが、第１の実施形態における油口
２３はそのような最大の荷重が作用する部分を避けて、
荷重が比較的小さい部分、それも荷重支持領域の始点付
近に設けるので、油口２３の設置によって軸受メタル９
の内面の有効な荷重支持面積が減少するとか、荷重支持
領域の前半で潤滑油不足になるような恐れがない。

【００２３】図５の（ａ）及び（ｂ）に本発明の第２の
実施形態の要部を示す。この場合の主軸受２４には、第
１の実施形態において設けたようなメインホール１５か
ら直接に分岐する潤滑油通路２１のようなものは設けら
れていない。その代わりに、シリンダブロック７の半円
柱形の内面１１に軸受メタル８の表面に沿って溝２５を
形成して、その一端をメインジャーナル油路１６に接続
すると共に、他端に接続するように、軸受キャップ１３
の半円柱形の内面１４に軸受メタル９の表面に沿って溝
２６を形成して、溝２６を前述のような油口２３に接続
させている。その他の点は図１について説明した第１の
実施形態と同じであるから、第２の実施形態は、実質的
に第１の実施形態と同じ効果を奏する。

【００２４】図６の（ａ）及び（ｂ）に本発明の第３の
実施形態の要部を示す。この場合の主軸受２７において
は、前述の各例や従来例と同様に、シリンダブロック７
側の軸受メタル８の主軸部２と接触する内面に設けられ
ている油溝１９と接続するように、キャップ１３側の軸
受メタル９の内面に油溝２８を形成した点に特徴があ
る。油溝２８の終端２８ａの位置は、前述の油口２３と
同様に、軸受メタル８及び９の衝合面から測った角度α
の位置としている。なお、角度αの意味は前述の場合と
同様に、荷重支持領域の始点の位置を示すものである。

【００２５】第３の実施形態において、キャップ１３側
の軸受メタル９の内面に油溝２８を設けて軸受メタル８
の油溝１９を軸受メタル９まで延長することにより、メ
インジャーナル油路１６を介して油溝１９へ供給された
加圧された潤滑油が油溝２８を通ってキャップ１３側の
軸受メタル９の内面まで行き渡ることになり、軸受メタ
ル９の下部の荷重条件及び潤滑条件が最も厳しい部分に
も潤滑油が十分に供給されて油膜切れによる焼き付きを
確実に防止することができる。しかも、油溝２８の終端
２８ａの位置は荷重支持領域の始点付近であって、荷重
支持領域の全域へ潤滑油を直接に送り込むのに最適の位
置であり、この部分は面圧が比較的小さい位置でもある
から、荷重支持面積の減少によって面圧が過大になる恐
れもないので、軸受メタル９に油溝２８を設けたことに
よって、前述の各実施形態において油口２３を設けたの
と同様な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すもので、（ａ）
は主軸受の横断正面図、（ｂ）は（ａ）における１Ｂ−
１Ｂ断面図である。

【図２】従来例を示すもので、（ａ）は主軸受の横断正
面図、（ｂ）は（ａ）における２Ｂ−２Ｂ断面図であ
る。

【図３】４気筒の内燃機関の軸受機構を例示する概念的
な縦断面図である。

【図４】図３の機関に設けられる５個の主軸受におい
て、それらによって支持される主軸部の軸心の移動軌跡
を示す線図である。

【図５】本発明の第２の実施形態を示すもので、（ａ）
は主軸受の横断正面図、（ｂ）は（ａ）における５Ｂ−
５Ｂ断面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態を示すもので、（ａ）
は主軸受の横断正面図、（ｂ）は（ａ）における６Ｂ−
６Ｂ断面図である。

【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 ９…軸受キャップ側の軸受メタル 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 ２０…主軸受（第１の実施形態） ２２…キャップ側メインジャーナル油路 ２３…油口 ２４…主軸受（第２の実施形態） ２５，２６…溝 ２７…主軸受（第７の実施形態） ２８…油溝 ２８ａ…油溝の終端 Ｅ…４気筒の内燃機関 Ｌ…主軸線 Ｒ…クランクシャフトの回転方向 α…荷重支持領域の始点と潤滑油供給位置を示す角度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記軸受キャップ側の軸受メタルの
   内面における実質的に燃焼・膨張行程における大きな荷
   重を支持する荷重支持領域の回転方向の始点となる位置
   に少なくとも開口するように、加圧された潤滑油を供給
   する潤滑油通路が形成されていることを特徴とする内燃
   機関の軸受装置。
2. 【請求項２】 前記キャップ側の軸受メタルにおける荷
   重支持領域の回転方向の始点となる位置に開口するよう
   に、前記キャップ側の軸受メタルを貫通する油口が設け
   られると共に、前記潤滑油通路が前記シリンダブロック
   内に形成されたメインホールから直接に分岐して前記キ
   ャップ側の軸受メタルに設けられた前記油口に接続して
   いることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の軸受装
   置。
3. 【請求項３】 前記キャップ側の軸受メタルにおける荷
   重支持領域の回転方向の始点となる位置に開口するよう
   に、前記キャップ側の軸受メタルを貫通する油口が設け
   られると共に、前記シリンダブロック内に形成されたメ
   インホールから分岐して前記シリンダブロック側の軸受
   メタルに設けられた油口に接続しているメインジャーナ
   ル油路から更に分岐して、前記潤滑油通路が前記シリン
   ダブロック側の軸受メタルと前記キャップ側の軸受メタ
   ルの外周に沿って延びて、前記キャップ側の軸受メタル
   に設けられた前記油口に接続していることを特徴とする
   請求項１記載の内燃機関の軸受装置。
4. 【請求項４】 前記シリンダブロック側の軸受メタルの
   内面に潤滑油を導く油溝が形成されていると共に、前記
   油溝が、前記シリンダブロック内に形成されたメインホ
   ールから分岐して前記シリンダブロック側の軸受メタル
   を貫通する油口に接続しており、更に、前記キャップ側
   の軸受メタルの内面にも前記油溝に接続する油溝が形成
   されていて、その油溝が前記キャップ側の軸受メタルに
   おける荷重支持領域の回転方向の始点となる位置に開口
   しており、それらの油溝によって前記潤滑油通路が構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の
   軸受装置。