(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受内面を有する静止型軸受ハウジングと、その長手方向軸を中心に回転可能なジャーナルとを有し、該軸受内面が、エンジンが停止したとき、ジャーナルが軸受面と接触する線である長手方向線から周方向に向けて０°乃至３６０°延びており、該軸受内面が、波状トラフが周方向に延びている波状表面を有する少なくとも１つの波状領域と、滑らかな領域とに分割される、内燃機関内のスライド軸受において、
内燃機関の全負荷運転時に前記ジャーナルと前記軸受内面との間に潤滑油を維持する目的で、滑らかな領域が長手方向線から周方向に向けて両側部にて少なくとも３°だけ延びており、前記波状領域が長手方向線から周方向に向けて少なくとも５°だけ離れていることとを特徴とする、内燃機関内のスライド軸受。
【請求項２】
請求項１によるスライド軸受において、スライド軸受が主軸受であり、前記波状領域が前記長手方向線から少なくとも３０°乃至１００°だけ延びており、前記滑らかな領域が前記長手方向線の両側部にて少なくとも１０°だけ延びていることを特徴とする、スライド軸受。
【請求項３】
請求項１によるスライド軸受において、前記波状領域が前記長手方向線から少なくとも３０°乃至３３０°だけ延びており、前記滑らかな領域が前記長手方向線の両側部にて少なくとも１０°だけ延びていることを特徴とする、スライド軸受。
【請求項４】
請求項２又は３によるスライド軸受において、前記滑らかな領域が前記長手方向線から２０°以内だけ延びていることを特徴とする、スライド軸受。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つの項によるスライド軸受において、前記滑らかな領域における滑らかな面から前記波状領域における同一の波の高さを有する波状面まで漸進的に表面が変化する少なくとも１つの遷移領域が前記波状領域と前記滑らかな領域との間に存在することを特徴とする、スライド軸受。
【請求項６】
請求項５によるスライド軸受において、前記遷移領域の周方向の延在程度が少なくとも５°であることを特徴とする、スライド軸受。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つの項によるスライド軸受において、前記波状領域が軸受の長手方向に向けて軸受面の端部から引込んで位置する多数の内部領域を備えることと、軸受面が滑らかであることとを特徴とする、スライド軸受。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つの項によるスライド軸受において、前記波状領域内で波頂部から波状トラフの底部までの距離が、少なくとも０．００５ｍｍ、好ましくは、０．００５ｍｍ乃至０．０１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする、スライド軸受。
【請求項９】
請求項８によるスライド軸受において、軸受ハウジングが、前記滑らかな領域及び前記波状領域の一部分が配置される第一の軸受シェルと、前記波状領域の他の部分を有する第二の軸受シェルとを備えることと、前記波状領域内で波頂部から波状トラフの底部までの距離が、第二の軸受シェル内で最大となることとを特徴とする、スライド軸受。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つの項によるスライド軸受において、軸受面が、本来の軸受メタルの頂部に配置された上側層を有することと、少なくとも上側層に波状面が形成されることとを特徴とする、スライド軸受。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１つの項によるスライド軸受において、ジャーナルの長手方向への軸受面の長さが軸受面の直径よりも短いことを特徴とする、スライド軸受。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１つの項によるスライド軸受において、軸受が、シリンダボアが少なくとも３００ｍｍであるディーゼル型２行程クロスヘッドエンジンの一部分であることを特徴とする、スライド軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関内のスライド軸受であって、軸受内面を有する静止型軸受ハウジングと、その長手方向軸の周りで回転可能なジャーナルとを有し、該軸受内面は、エンジンが停止したとき、ジャーナルが軸受面と接触する線である長手方向線から周方向に向けて０°乃至３６０°伸び、該軸受内面が、波状トラフが周方向に伸びる波状表面を有する少なくとも１つの波状領域と、滑らかな領域とに分割される、スライド軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる軸受は、内燃機関にて周知であり、例えば、米国特許第６，０８２，９０４号(US-A 6,082,904)に記載されたように、例えば、クランク軸の主軸受として又は２行程クロスヘッドエンジンにおけるピストンヘッド又はクロスヘッド軸受として使用されている。この既知の軸受において、軸受内面の滑らかな領域は、ジャーナルと軸受面との間の距離が、エンジンが運転している間、最短となる領域内に正確に位置している。特定の軸受の場合、当該技術分野の当業者は、エンジンが停止したとき、ジャーナルに対する長手方向線が軸受面と接触する箇所が軸受面の何処であるか、また、エンジンの全負荷運転のとき、ジャーナルと軸受面との間の距離が最短となる領域が軸受面の何処であるかを十分に知っている。主軸受において、長手方向線は通常、軸受面の最下点にてジャーナルの長手方向軸と平行に位置しており、全負荷運転時、軸受面とジャーナルとの間の半径方向距離が長手方向線から離れて周方向に向けて４５°乃至９０°の位置にある領域内で最短となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、その表面を極めて滑らか（平滑）にしようとする努力が為されており、それは、ジャーナルと軸受面との間の潤滑油膜を、反対面を把持する１つの面の粗さを伴うことなく極めて薄くすることができるからである。ジャーナルから軸受ハウジングへの荷重の伝導は、軸受面とジャーナルとの間の距離が最短となる領域でその厚さが最も薄くなる、ウェッジ・シェイプ量(wedge-shaped amount)の、加圧潤滑油を介して行われるから、エンジンが運転しているとき、ジャーナルと軸受面との間に潤滑膜を保つことは軸受の機能にとって極めて重要なことである。上述した米国特許は、内燃機関が全負荷運転するとき、ジャーナルからの距離が最短となる位置となる軸受面の特定領域内に滑らかな領域が位置しなければならないという思想に基づくものである。この位置は、潤滑油の圧力が最高となる位置であり、従って、この米国特許には、滑らかな領域のこの位置は、ジャーナルを支持するためのより大きい軸受領域を提供すると記載されている。
【０００４】
本発明の目的は、スライド軸受の可搬重量（負荷容量）及び信頼性を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑みて、本発明によるスライド軸受は、内燃機関の全負荷運転時、ジャーナルから最短の距離に配置された軸受面の領域に波状領域が少なくとも配置されることと、滑らかな領域が長手方向線から周方向に向けて両側部にて少なくとも３°だけ伸びることと、波状領域が長手方向線から周方向に向けて少なくとも５°だけ離れることとを特徴としている。
【０００６】
中間の波形頂部を有して周方向に伸びる波形トラフは、潤滑油ウェッジ(lubricating oil wedge)内の圧力がスライド軸受に加わる荷重に伴って蓄積するとき、潤滑油がスライド軸受の長手方向に向けて流れることの障壁として機能する。その他の全ての事項が等しいならば、油が流れ出ることに対する抵抗が増大する結果、油が最初に消費される端部領域にて潤滑油の圧力がより高圧となり、また、潤滑油膜の厚さが増し、このことは、特に、端部領域で軸受に対しより優れた可搬重量を付与することになる。油の圧力、従って、軸受に加わる荷重は、軸受の長手方向に向けてより均一に分配されるようになる。ジャーナルに加わる荷重が等しいとき、このことは比軸受圧力を低圧にし（膜内の油圧力がより低圧となる）、このことは、同様に、潤滑油膜の厚さを増すことに寄与することになる。
【０００７】
エンジンが静止状態にあるとき、ジャーナルは長手方向線に沿って軸受面と接触しており、この線の周りの滑らかな領域によりジャーナルは、エンジンの始動時、初期の回転時に可能な限り早急にジャーナル面と軸受面との間に潤滑油膜を吸引することになる。この効果は、例えば、エンジンを始動のための正確な角度位置となるように方向決めするように、ジャーナルがエンジンの始動の準備として回転するならば、同様に生じる。エンジンのｒｐｍが増すと、直ちに、ジャーナルは滑らかな領域から引き離され、軸受内の摩擦の結果として波状領域内に進む。
【０００８】
滑らかな領域が停止したエンジンにて接触線の各側部にて３°以下の角度だけ伸びるならば、ジャーナルが滑らかな領域から去るとき、相互に回転する面の間の油膜の蓄積が不十分となるという度を超えたリスクが生じる。
【０００９】
１つの好ましい実施の形態において、スライド軸受は主軸受であり、波状領域は長手方向線から少なくとも３０°乃至１００°伸び、滑らかな領域は長手方向線の両側部にて少なくとも１０°だけ伸びる。エンジンが全負荷又は全負荷の７０％以上の負荷にて運転するとき、軸受面の最下方に位置する線に相応し、長手方向線に亙って４５°乃至９０°の領域内でジャーナルから軸受面までの距離が最短となることがしばしばである。波状領域が少なくとも３０°乃至１００°伸びるならば、最大荷重を受けたとき、ジャーナルが波状領域内に配置された潤滑油ウェッジ(lubricating oil wedge)上で回転する確実さは極めて大きい。軸受面の少なくとも最下方の２０°の位置に滑らかな領域があることは、潤滑油膜の急速な蓄積に寄与するが、ジャーナルが急速に作動するならば、始動時、同様に、ジャーキー・ムーブメント(jerky movements)を生じる。
【００１０】
滑らかな領域が実質的により大きいならば、特定型式の軸受に対し、より均一な軸受荷重を実現することを制限する効果を及ぼすから、好ましくは、滑らかな領域は長手方向線から２０°以内だけ伸びるようにする。波状領域は長手方向線から少なくとも３０°乃至３３０°伸びて、滑らかな領域により覆われない領域の大部分を覆うようにすることも更に好ましい。エンジン負荷が変化するとき、ジャーナルが軸受内で動くならば、波状領域は略常時作用可能である。製造の観点からして、波状領域が軸受面の周縁に沿って可能な限り円形に伸びることも１つの有利な点である。
【００１１】
適当な実施の形態において、滑らかな領域における滑らかな面から波状領域における同一の波の高さを有する波状面まで漸進的に表面が変化する少なくとも１つの遷移領域が波状領域と滑らかな領域との間に存在する。このようにして、滑らかな領域から波状領域への遷移が均一となり、このことは、エンジンの始動の間、及び負荷が変動する状態で運転するとき、軸受の信頼性を向上させることになる。１つの面型式から別の面型式に漸進的に遷移する結果、油膜の作動状態は均一に変化することになる。周方向への遷移領域の程度は少なくとも５°とすることができ、このことは、１つの機械加工工具から別の工具へ適宜に切り換えることを許容する。
【００１２】
波状面の効果は、軸受面の端部に向けた領域内で特に最大となる。これらの端縁領域内にて、波状領域により、潤滑油が保持され、この端縁領域内で膜内に油圧が蓄積することに伴って潤滑油膜の厚さが増すことは、長手方向に向けて端縁領域からある距離に配置された内部領域内で潤滑油を所要位置に保つことに強力に寄与することになる。この内部領域内にて、軸受面の特殊な幾何学的形状によって潤滑油を所要位置に保つことは僅かしか必要とならず又は全く不要である。このため、軸受の長手方向に向けて軸受面の端部から引込んで位置する多数の内部領域を備えるように、また、軸受面が滑らかとなるように波状領域を設計することが可能である。
【００１３】
波状領域内で波頂部から波状トラフの底部までの距離が滑らかな面を有するように形成された相応する軸受の中間における油膜の厚さに相応するとき、長手方向への潤滑油の流れ出しに対する最大の遮断効果が得られると考えられる。このため、この距離は、少なくとも０．００５ｍｍ、好ましくは、０．００５乃至０．０１５ｍｍの範囲にあるようにする。
【００１４】
この実施の形態の更なる展開例において、軸受ハウジングは、滑らかな領域及び波状領域の一部分が配置される第一の軸受シェルと、波状領域の他の部分を有する第二の軸受シェルとを備えており、波状領域内で波頂部から波状トラフの底部までの距離は、油膜の厚さが最大となる第二の軸受シェル内で最大となる。
【００１５】
スライド軸受は、本来の軸受メタルの頂部に配置された上側層を有する軸受面を備えるように形成することができ、この場合、少なくとも上側層に波状面が形成されることが好ましい。上側層は、典型的に、本来の軸受メタル上に配置された、より柔軟なならし層とし、製造時の誤差を補償することが可能な、新たなジャーナル及び軸受面の漸進的なならし層を提供することができる。
【００１６】
前記上側層は、新たな部品のならし時、軸受メタルの層に対する運転状態に可能な限り相応する運転状態となることができるから、該上側層が軸受メタルの上側層の場合と丁度同様に、潤滑油を保持することができることは１つの有利な点である。
【００１７】
本発明によるスライド軸受は、軸受の長手方向に向けてより均一な圧力分配状態を実現するから、この軸受は、ジャーナルの長手方向への軸受面の長さが軸受面の直径よりも短い、短い軸受を使用する場合、特に有利である。
【００１８】
１つの好ましい実施の形態において、軸受は、シリンダボアが少なくとも３００ｍｍであるディーゼル型２行程クロスヘッドエンジンの一部分である。内燃機関の場合、軸受面の面積はシリンダボアの二乗にて増大する一方、軸受に加わる全荷重はシリンダボアの三乗の割合で増大する。このため、大型のエンジンの場合、始動時の静荷重は小型のエンジンの場合よりも遥かに大きくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、極く概略図を参照しつつ、本発明の実施の形態の例に関してより詳細に説明する。
【００２０】
図１には、軸受ハウジングを有する主軸受１が図示されており、該軸受ハウジングの下方部分２は、主軸受がその一部を形成する内燃機関の台板と一体となっている。軸受ハウジングの上側にある取り外し可能な部分３は、弾性ボルト４によって下側部分に対して締め付けられている。ジャーナル部分５は軸受を貫通して伸びている。
【００２１】
種々の実施の形態において、同一の機能を果たす細部を示すため同一の参照番号が使用されていることを理解すべきである。
図２には、一端にて接続ロッド軸受７を有し且つ他端にてクロスヘッド軸受８を有する接続ロッド６が図示されている。これらの軸受は全てスライド軸受であり、軸受メタルを有する第一の軸受シェル９が挿入される静止部分と、軸受メタルを有する第二の軸受シェル１０が存在する取り外し可能な部分３という２つの部分に軸受ハウジングが分割されるという共通の特徴を有している。勿論、軸受メタルを軸受ハウジングの部品上に直接配置することは可能であるが、軸受を締め付けたとき、軸受メタル内に圧縮応力を発生させるという周知の可能性がある点で軸受シェルを使用することが好ましい。使用される軸受メタルは、例えば、ホワイトメタルとし、又は例えば、Ｓｎ４０Ａｌの如きスズ・アルミニウムのようなその他の一般的な軸受材料とすることができる。
【００２２】
別の実施の形態において、スライド軸受は、クロスヘッドシュー上のアイ形状の軸受であり、この場合、該シューがクロスヘッド上に取り付けられたとき、軸受ハウジングは、クロスヘッドハウジング上でジャーナルピンの端部の上方に押し込められるから、軸受ハウジングは単一の一体の部材として、すなわち、取り外し可能な軸受部品を使用せずに形成することができる。また、スライド軸受をカム軸に対する支持軸受として使用することもできる。
【００２３】
図４には、便宜上、展開した形態にて図面に図示した第一の軸受シェル９の内面が図示されており、同様に、図３には、その他の軸受シェル１０の内面が図示されている。図示した実施の形態において、軸受シェルは均一な寸法であり且つ各々が軸受の外周の１８０°に渡って伸びている。これと代替的に、軸受シェルは、その一方が他方よりも周縁のより大きい部分を覆うように長さが異なるようにしてもよい。
【００２４】
エンジンが停止したとき、潤滑油圧力が存在せず、また、ジャーナルは、該ジャーナルの長手方向軸に対して平行な長手方向線１１に沿って第一の軸受シェルの内面に接触する。軸受が軸ジャーナルに対する支持軸受であるならば、該線１１は通常、軸受内面１２における最下点に配置され、また、スライド軸受が接続ロッドの下端における接続ロッドの軸受であるならば、この線１１は通常、軸受内面における最上点に配置される。
【００２５】
図３及び図４は、線１１からの周方向への距離に対する角度表示を示す。図示した角度表示は、ジャーナルの反時計回り方向への回転に一致する左方向に向けて増大する。軸受面１２は、前端１３及び後端１４を有し、これらの端部の間の距離は軸受面の長さと称されている。軸受の直径は周方向への軸受面の長さをπで割った値に等しい。
【００２６】
軸受面は、線１１の両側部に沿って伸びる滑らかな（平滑）領域１５に分割されている。図示した実施の形態において、滑らかな領域１５は線１１に対して左右対称に配置されているが、領域の最大部分が線１１の左側となるように左右非対称に配置することも可能である。軸受面は、いわゆる波状領域１６に更に分割されており、この場合、該軸受面は、その波状トラフが周方向に伸びる波状面を有している。
【００２７】
図５には、波状領域内の軸受面に沿った断面図が図示されている。この面の波パターンは規則的であり、波の長さｓと、波状トラフ（立上がり管）が波頂部から底部までの距離ｈとを有している。この距離ｈは、例えば、０．００５ｍｍ乃至０．０１５ｍｍの範囲とし、また、距離ｓは所望の距離ｈを提供すべく使用される工具に依存する。この波パターンは、軸受面に対して周方向に回転され且つ距離ｓに相応する回転当たりの送り量にて軸受の長手方向に向け前方に送られる切断工具により形成することができる。原理上、円形部材の内面にかかる波パターンを切り込むことは、シリンダライナーの内面に波状のパターンを切り込むことから既知である。
【００２８】
この波パターンは図５に図示した以外の他の設計が可能である。波頂部は、例えば、断面図で見たとき、表面が正弦波状軌跡に従うようにし又は凸波状トラフ及び凹波状頂部が交互に現れる別の軌跡に従うように、均一に円形にすることができる。また、波頂部は波状トラフの間の平らな領域となるようにすることも可能である。図５に図示した形状は、円弧状の形状の切刃を有する片刃工具により切断することにより波状領域が形成されるときの基本的形状である。この基本的形状は、軸受に使用する前に、研磨、転造（ローリング）、ホーニング仕上げのような仕上げ加工を施すことができる。また、波パターンは、波状の切刃を有する工具にて切断することもでき、この場合、一回の工程にて複合的な凸型−凹型面を形成することができる。切断機械加工の１つの代替例として、波状面は、圧力を掛けながら、軸受面の所望の部分に亙って所望の表面プロフィールを有する工具により転造するといったエンボス加工により形成することができる。
【００２９】
軸受面は、線１１からのある距離にて、エンジンが運転しているとき、潤滑油管２０（図１）を介して加圧した潤滑油が充填される潤滑油通路１７を有している。ジャーナルは、その回転により、潤滑油をジャーナルと軸受面との間の領域内に吸引し、波パターンは潤滑油が前端１３及び後端１４にてプレスアウトされるのを防止する。
【００３０】
波状領域１６と滑らかな領域１５との間にて、図６の実施の形態は、滑らかな面から全波高さを有する面まで表面が漸進的に変化する遷移領域１８を有している。図７の実施の形態において、波状領域は軸受面が滑らかである内側領域１９を有している。これらの領域は、軸受面の端部１３、１４から引き込んだ距離Ｑの位置に配置されている。
【００３１】
軸受は、４工程エンジン及び２工程エンジンの双方に適用可能であり、上述したように、当該技術分野の当業者に周知である、当該出願人のエンジン型式ＭＥ又はＭＣの１つのような２工程クロスヘッドエンジンにて特に有利に使用することができる。このエンジンは、例えば、２０ｃｍ乃至１２０ｃｍの範囲のボアを有し、ｒｐｍが６０乃至８００ｒｐｍの範囲にあり、エンジン出力は、例えば、１０００ｋＷ乃至１３０，０００ｋＷの範囲とすることができる。ボアが５０ｃｍ以上のエンジンのような大型のエンジンにおいて、波頂部の不規則的な変形の虞れが回避されるから、滑らかな領域に波パターンが存在しないことは特に有利なことである。種々の実施形態の詳細を組み合わせて新たな実施の形態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による主軸受の側面図である。
【図２】接続ロッド軸受及びクロスヘッド軸受を有する接続ロッドの図である。
【図３】本発明による第二の軸受シェルの展開図である。
【図４】本発明による第一の軸受シェルの展開図である。
【図５】本発明に従った波状領域に沿った長手方向断面図である。
【図６】本発明のその他の実施の形態の図４に相応する図である。
【図７】本発明の更にその他の実施の形態の図４に相応する図である。
【符号の説明】
１  主軸受                        ２  主軸受の下方部分
３  取り外し可能な部分            ４  弾性ボルト
５  ジャーナル部分                ６  接続ロッド
７  接続軸受                      ８  クロスヘッド軸受
９  第一の軸受シェル              １０  第二の軸受シェル
１１  長手方向線                  １２  軸受内面
１３  軸受面の前端                １４  軸受面の後端
１５  滑らかな領域                １６  波状領域
１７  潤滑油通路                  １８  遷移領域
１９  内側領域                    ２０  潤滑油管
【図１】
0003679772.tif 000002
【図２】
0003679772.tif 000003
【図３】
0003679772.tif 000004
【図４】
0003679772.tif 000005
【図５】
0003679772.tif 000006
【図６】
0003679772.tif 000007
【図７】
0003679772.tif 000008