(57)【要約】【課題】内燃機関の運転時にクランクシャフトやクランクピンの軸心軌跡に偏りが生じることを抑えることができるすべり軸受を提供する。【解決手段】本発明に係るすべり軸受１は、ピストンの上下運動方向において上側に配置される半割型の上側軸受体１０と、上下運動方向において下側に配置される半割型の下側軸受体２０とが組み合わされてなるすべり軸受である。上側軸受体１０の摺動面１２と下側軸受体２０の摺動面２２とにより、クランクシャフト或いはクランクピンを油膜を介して回転自在に支持する円筒形状の摺動面が形成される。上側軸受体１０の摺動面１２の軸方向の中央部には、周方向に沿って油溝１４が形成される。一方、下側軸受体２０の摺動面には油溝は形成されず、下側軸受体２０の摺動面２２の軸方向の幅γは上側軸受体１０の摺動面１２の油溝１４を含めた軸方向の幅αよりも狭くされる。【選択図】図２
2018080821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフト或いはクランクピンを支持するすべり軸受であって、ピストンの上下運動方向において上側に配置される半割型の上側軸受体と、前記上下運動方向において下側に配置される半割型の下側軸受体とが組み合わされてなり、前記上側軸受体が有する上側摺動面と前記下側軸受体が有する下側摺動面とにより、前記クランクシャフト或いは前記クランクピンを油膜を介して回転自在に支持する円筒形状の摺動面が形成されるすべり軸受において、
前記上側摺動面の軸方向の中央部に周方向に沿って油溝が形成され、
前記下側摺動面の軸方向の幅は前記上側摺動面の前記油溝を含めた軸方向の幅よりも狭いことを特徴とするすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフト或いはクランクピンを支持するすべり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクシャフトやクランクピンを支持するすべり軸受では、上下一対の半割型の軸受体のうち、上側軸受体にのみ摺動面に油溝が形成され、下側軸受体の摺動面には油溝が形成されていないタイプのものが一般的に用いられている。上側軸受体の油溝は、一般的には、摺動面の軸方向の中央部に周方向に沿って形成されていることが多い。なお、本明細書では、上側軸受体とは、一対の軸受体のうちピストンの上下運動方向において上側に配置される軸受体を意味し、下側軸受体とは同方向において下側に配置される軸受体を意味する。
【０００３】
しかし、上記の一般的なすべり軸受の構造では、支持している回転体の軸心軌跡が内燃機関の運転時に上側軸受体の側へずれ、それによるフリクションの増大による燃費の悪化や焼付きといった問題が発生する場合があった。これは、上側軸受体の摺動面に油溝が形成されていることによる。内燃機関の運転時、クランクシャフト等の回転体は、摺動面と回転体との間の油膜に発生する油膜圧力によって支持されている。油膜圧力は摺動面から回転体の表面までの距離に依存するため、摺動面に油溝が形成されていると、油溝において油膜圧力が部分的に抜けてしまう。ゆえに、上記の一般的なすべり軸受では、下側軸受体に比べて上側軸受体の負荷容量が小さくなり、その結果、回転体の軸心軌跡が上側軸受体の側にずれてしまうのである。
【０００４】
フリクションが過度に増大することを防ぐためには、上側軸受体の側にずれている回転体の軸心軌跡を中央に戻してやる必要がある。その手段としては、例えば、特開２００５−２４９０２４号公報に記載されているすべり軸受の構造が考えられる。上側軸受体の摺動面に形成されている油溝と同じ油溝を下側軸受体にも形成すれば、負荷容量を上側軸受体と下側軸受体とで揃えることができる。これによれば、一般的なすべり軸受に比較して下側軸受体の負荷容量が下がるため、回転軸の軸心軌跡は中央付近に保たれるように思われる。
【０００５】
しかしながら、実際には、上記公報に記載の構造では、一般的なすべり軸受の場合とは逆に、回転体の軸心軌跡は中央よりも下側軸受体の側へずれてしまう。これは、クランクシャフトやクランクピンを支持するすべり軸受では、ピストンが受ける爆発荷重が下側軸受体に集中して作用することによる。つまり、下側軸受体の摺動面に油溝を形成したのでは、下側軸受体の負荷容量が過度に減少してしまい、油膜圧力が爆発荷重に抗して回転体を支持できなくなってしまうのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転時にクランクシャフトやクランクピンの軸心軌跡に偏りが生じることを抑えることができるすべり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るすべり軸受は、以下のように構成される。
【０００９】
本発明に係るすべり軸受は、内燃機関のクランクシャフト或いはクランクピンを支持するすべり軸受であって、ピストンの上下運動方向において上側に配置される半割型の上側軸受体と、上下運動方向において下側に配置される半割型の下側軸受体とが組み合わされてなるすべり軸受である。上側軸受体の摺動面と下側軸受体の摺動面とにより、クランクシャフト或いはクランクピンを油膜を介して回転自在に支持する円筒形状の摺動面が形成される。上側軸受体の摺動面の軸方向の中央部には、周方向に沿って油溝が形成される。一方、下側軸受体の摺動面には油溝は形成されず、下側軸受体の摺動面の軸方向の幅は上側軸受体の摺動面の油溝を含めた軸方向の幅よりも狭くされる。
【発明の効果】
【００１０】
一般的なすべり軸受では、下側軸受体の摺動面の軸方向の幅は、上側軸受体の摺動面の油溝を含めた軸方向の幅と同幅である。これに対し、本発明に係るすべり軸受では、上記のとおり、下側軸受体の摺動面の軸方向の幅は、上側軸受体の摺動面の油溝を含めた軸方向の幅よりも狭い。このため、下側軸受体の摺動面の負荷容量は一般的なすべり軸受のものよりも低くなるので、クランクシャフトやクランクピンの軸心軌跡が上側軸受体の側に偏ることは抑えられる。
【００１１】
また、本発明に係るすべり軸受では、下側軸受体の摺動面に油溝を形成するのではなく、下側軸受体の摺動面の軸方向の幅を上側軸受体の摺動面の油溝を含めた軸方向の幅よりも狭くすることにより、摺動面の面積が低減されている。総面積が同じであっても、油溝により分けられた２つの摺動面と油溝のない１つの摺動面とでは、中央部での油膜圧力の部分的な抜けがない分、油溝のない１つの摺動面のほうが負荷容量は高い。ゆえに、下側軸受体の摺動面の負荷容量は上記公報に記載のすべり軸受のものほどは低くはならないので、クランクシャフトやクランクピンの軸心軌跡が下側軸受体の側に偏ることも抑えられる。
【００１２】
以上のように、本発明に係るすべり軸受によれば、クランクシャフトやクランクピンの軸心軌跡が一方の側に偏ることは抑えられるので、フリクションの増大による燃費の悪化や焼付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るすべり軸受の分解斜視図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態に係るすべり軸受を構成する２つの軸受体の平面図、（ｂ）上側軸受体のＡ−Ａ断面図、（ｃ）下側軸受体のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）比較例としての軸受体の油膜圧力分布を示す図、（ｂ）上側軸受体の油膜圧力分布を示す図、（ｃ）下側軸受体の油膜圧力分布を示す図である。
【図４】下側軸受体の摺動面の幅と、各軸受体と回転体との間の最小油膜厚さとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るすべり軸受を構成する下側軸受体の第１の変形例の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るすべり軸受を構成する下側軸受体の第２の変形例の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．すべり軸受の構造
以下、本発明の実施の形態に係るすべり軸受の構造について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るすべり軸受１の分解斜視図である。すべり軸受１は、図示しない内燃機関のクランクシャフト或いはクランクピンを回転自在に支持する円筒形状の部品である。すべり軸受１は、円筒をその軸を含む平面で二分割した半割型の一対の軸受体１０，２０からなる。上側軸受体１０が有する摺動面１２と、下側軸受体２０が有する摺動面２２とにより、円筒形状の摺動面が形成される。以下、上側軸受体１０の摺動面１２を上側摺動面１２と表記し、下側軸受体２０の摺動面２２を下側摺動面２２と表記する。
【００１６】
上側摺動面１２には、油溝１４が形成されている。この油溝１４の１又は複数箇所（図１で２箇所）には、油溝１４に潤滑油を供給するための油穴１６が上側軸受体１０を貫通して形成されている。一方、下側摺動面２２には、油溝は形成されていない。すべり軸受１が支持する回転体（すなわち、クランクシャフト或いはクランクピン）と摺動面１２，２２との間には僅かな隙間が設けられている。内燃機関の運転時には、回転対と摺動面１２，２２との隙間に潤滑油の油膜が形成され、その油膜を介して摺動面１２，２２に回転体が支持される。
【００１７】
上側軸受体１０の詳細な構造は図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される。図２（ａ）には、上側軸受体１０の平面図が示され、図２（ｂ）には、上側軸受体１０のＡ−Ａ断面図が示されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、上側軸受体１０には、その軸方向の中央部に周方向に沿って油溝１４が形成されている。上側摺動面１２の油溝１４を含めた軸方向の幅をαと表記し、油溝１４の軸方向の幅をβと表記する。なお、図２（ａ）では、油溝１４は上側軸受体１０の両端部まで届いているが、油溝１４が端部まで届くことは必須ではない。上側軸受体１０の周方向の両端部、すなわち、下側軸受体２０との突き合わせ部分には、上側摺動面１２側のエッジを切り欠いて形成されたクラッシュリリーフ１８が設けられている。
【００１８】
下側軸受体２０の詳細な構造は図２（ａ）及び図２（ｃ）に示される。図２（ａ）には、下側軸受体２０の平面図が示され、図２（ｃ）には、下側軸受体２０のＢ−Ｂ断面図が示されている。図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、下側軸受体２０には、油溝は形成されていないが、下側摺動面２２の両縁部に周方向に沿って段２４，２４が設けられている。この段２４，２４が設けられたことにより、下側摺動面２２の軸方向の幅γは、上側摺動面１２の軸方向の幅αよりも狭くなっている。詳しくは、下側軸受体２０それ自体の軸方向の幅は、上側軸受体１０の軸方向の幅と同幅であって、下側摺動面２２のみ幅が狭くなっている。段２４，２４の深さは、上側軸受体１０の油溝１４の深さと同程度である。なお、下側軸受体２０の周方向の両端部、すなわち、上側軸受体１０との突き合わせ部分には、下側摺動面２２側のエッジを切り欠いて形成されたクラッシュリリーフ２６が設けられている。
【００１９】
２．すべり軸受の作用効果
次に、上述の構造で得られるすべり軸受１の作用効果について、図３及び図４を参照して説明する。
【００２０】
図３（ａ）は、内燃機関の運転時に、比較例の摺動面に発生する軸受体の油膜圧力分布を示す図である。図３（ａ）に示す比較例は、現状使用されている一般的なすべり軸受において、下側軸受体１００に発生する油膜圧力分布と考えてよい。図３（ａ）に示すように、一つの連続な摺動面１０２に発生する油膜圧力は、軸方向項の中央部において最大となり、軸方向の両端においてゼロになる。この油膜圧力を軸方向に積分したもの、すなわち、油膜圧力分布の面積が、摺動面が回転体を保持する力の大きさを示している。
【００２１】
図３（ｂ）は、内燃機関の運転時に、上側摺動面１２に発生する軸方向の油膜圧力分布を示す図である。図３（ｂ）に示すように、上側摺動面１２には、油膜圧力分布の山が２つできる。これは、油膜圧力の大きさは回転体の表面までの距離に応じて減少するところ、油溝１４が形成されている部分は、回転体からの距離が遠いために油膜圧力が立たず、その部分では油膜圧力が部分的に抜けてしまうからである。よって、図３（ａ）と図３（ｂ）を比較して分かるように、油溝１４が形成されている上側摺動面１２の油膜圧力分布の面積は、油溝が形成されていない比較例の摺動面１０２のものよりも明らかに小さくなる。ゆえに、本明細書の背景技術において述べたように、現状使用されている一般的なすべり軸受では、回転体が下側摺動面から受ける力と上側摺動面から受ける力とがバランスするように、回転体の軸心軌跡は上側摺動面のほうへずれることになる。
【００２２】
図３（ｃ）は、内燃機関の運転時に、下側摺動面２２に発生する軸方向の油膜圧力分布を示す図である。下側摺動面２２には油溝が形成されていないので、上側摺動面１２のように油膜圧力分布の山が２つに別れることはない。ゆえに、下側摺動面２２によれば、上側摺動面１２に比較して高い負荷容量を確保することができる。その一方で、下側摺動面２２の幅γは上側摺動面１２の幅αよりも小さいので、油膜圧力分布の面積は、摺動面の幅αが同じで油溝が形成されていない比較例の摺動面１０２のものよりは小さくなる。ゆえに、下側摺動面２２によれば、現状使用されている一般的なすべり軸受の摺動面１０２に比較して負荷容量を下げることができる。つまり、本発明の実施の形態に係るすべり軸受１によれば、上側摺動面１２の負荷容量に対して高すぎず且つ低すぎない大きさの負荷容量を下側摺動面２２に確保することができる。
【００２３】
上述の作用効果は、下側摺動面２２の幅γがある一定の範囲にある場合に特に顕著であることが分かっている。図４は、下側摺動面２２の幅γと、上側軸受体１０と回転体との間の最小油膜厚さとの関係、及び、下側摺動面２２の幅γと、下側軸受体２０と回転体との間の最小油膜厚さとの関係を示す図である。
【００２４】
図４に示すように、下側摺動面２２の幅γが大きくなるに連れて、下側軸受体２０の側の最小油膜厚さは増大し、逆に、上側軸受体１０の側の最小油膜厚さは低下していく。これは、下側摺動面２２の負荷容量の増大によって、回転体の軸心軌跡が上側軸受体１０の側へずれていくことによる。そして、下側摺動面２２の幅γがある程度まで大きくなったとき、上側軸受体１０の側の最小油膜厚さが、許容されるフリクションの上限から決まる最低限必要な油膜厚さまで低下する。このときの下側摺動面２２の幅γが、好適範囲の上限である。下側摺動面２２の幅γの好適範囲の上限は、上側摺動面１２の幅αに対して０．９の比率となる幅である。
【００２５】
また、図４に示すように、下側摺動面２２の幅γが小さくなるに連れて、下側軸受体２０の側の最小油膜厚さは減少し、逆に、上側軸受体１０の側の最小油膜厚さは増大していく。これは、下側摺動面２２の負荷容量の減少によって、回転体の軸心軌跡が下側軸受体２０の側へずれていくことによる。そして、下側摺動面２２の幅γがある程度まで小さくなったとき、下側軸受体２０の側の最小油膜厚さが、許容されるフリクションの上限から決まる最低限必要な油膜厚さまで低下する。このときの下側摺動面２２の幅γが、好適範囲の下限である。考察の結果、下側摺動面２２の幅γの好適範囲の下限は、上側摺動面１２の幅αと油溝１４の幅βとの差分、すなわち、油溝１４を除いた上側摺動面１２の有効幅に対して０．９の比率となる幅であることが確認された。
【００２６】
以上より、上述の作用効果が得られるための下側摺動面２２の幅γの好適な範囲は、以下の不等式で表される通りである。
（α−β）*０．９＜γ＜α＊０．９
【００２７】
３．すべり軸受の構造の変形例
図５は、本発明の実施の形態に係るすべり軸受を構成する下側軸受体の第１の変形例の断面図であって、図２（ｃ）に示す下側軸受体２０のＢ−Ｂ断面図に対応している。この断面図に示すように、第１の変形例の下側軸受体３０は、下側摺動面３２の両縁部に切り欠き３４，３４が設けられている。切り欠き３４は下側軸受体３０の周方向に沿って設けられている。この切り欠き３４，３４が設けられたことにより、下側摺動面３２の軸方向の幅γは、図示しない上側摺動面の軸方向の幅αよりも狭くなっている。
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態に係るすべり軸受を構成する下側軸受体の第２の変形例の平面図であって、図２（ａ）に示す下側軸受体２０の平面図に対応している。この平面図に示すように、第２の変形例の下側軸受体４０は、それ自体の幅が上側軸受体１０の幅よりも狭い。ゆえに、下側軸受体４０の摺動面４２の軸方向の幅γも、上側摺動面１２の軸方向の幅αよりも狭くなっている。
【符号の説明】
【００２９】
１  すべり軸受
１０  上側軸受体
１２  上側摺動面
１４  油溝
１６  油穴
２０  下側軸受体
２２  下側摺動面
２４  段
３０  下側軸受体
３２  下側摺動面
３４  切り欠き
４０  下側軸受体
４２  下側摺動面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018080821.tif 000006
【図５】
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【図６】
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