(57)【要約】【課題】寒冷地や冬季における異常振動と摩擦損失の増大を抑制可能なクランク軸の軸受構造を提供する。【解決手段】この軸受構造では、互いに熱膨張係数の異なるクランクケース及びエンジンブロックの間に介在するクランク軸Ｃと、クランク軸Ｃを支持する軸受とを備えるクランク軸の軸受構造において、−３０℃におけるクランク軸と軸受との間の距離Ｃｄの平均値を２０μｍ以上に設定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに熱膨張係数の異なるクランクケース及びエンジンブロックの間に介在するクランク軸と、前記クランク軸を支持する軸受とを備えるクランク軸の軸受構造において、−３０℃における前記クランク軸と前記軸受との間の距離の平均値を２０μｍ以上に設定したことを特徴とする軸受構造。
【請求項２】
前記軸受の前記クランク軸と接触する部分とは反対側の面は、非金属繊維、充填剤及びエラストマーを含有することを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
【請求項３】
−３０℃における前記クランク軸と前記軸受との間の距離の平均値を５０μｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクランク軸の軸受構造は、実開昭６３−６９８１７号公報（実願昭６１−１６３５３９号）に記載されている。この軸受構造では、内周面に条痕を有する軸受メタルを軸受内方に配設すると共に該軸受メタルの外方に、高減衰材料からなる支持部材を配設しており、軸振動を減衰することができるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような軸受構造であっても、エンジンブロックとクランクケース間の熱膨張係数が異なる場合においては、双方に設けられた半円筒状の軸受部材が、寒冷地や冬季において異なって変形することとなり、クランク軸の振動を招来していた。また、寒冷地において、クランク軸と軸受との間の間隔が狭くなるため、エンジン始動時においてクランク軸と軸受との間に大きな摩擦損失が生じていた。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、寒冷地や冬季における異常振動と摩擦損失の増大を抑制可能なクランク軸の軸受構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するため、本発明に係るクランク軸の軸受構造は、互いに熱膨張係数の異なるクランクケース及びエンジンブロックの間に介在するクランク軸と、前記クランク軸を支持する軸受とを備えるクランク軸の軸受構造において、−３０℃における前記クランク軸と前記軸受との間の距離の平均値を２０μｍ以上に設定したことを特徴とする。
【０００６】
この場合、クランクケースとエンジンブロックが異なって変形しても、クランク軸との間に２０μｍ以上の隙間があるため、異常振動や摩擦損失を抑制することができる。
【０００７】
特に、本発明に係る軸受構造においては、前記軸受の前記クランク軸と接触する部分とは反対側の面は、耐熱性非金属繊維、充填剤及びエラストマーを含有することを特徴とする。この場合、非金属繊維が充填剤によって結合して強固な構造を形成するもののエラストマーが弾性を付与するので、クランク軸の異常振動を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明に係る軸受構造は、−３０℃における前記クランク軸と前記軸受との間の距離の平均値を５０μｍ以下に設定したことを特徴とする。当該距離が大きすぎる場合には、クランク軸の回転軸が回転面内において振れてしまう。この軸受構造においては、当該距離を５０μｍ以下に設定することで、クランク軸の回転軸揺れを抑制し、これを以ってクランク軸の異常振動を更に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る軸受構造について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は実施の形態に係るクランク軸の軸受構造の説明図である。エンジンにおけるクランク軸Ｃは、互いに熱膨張係数の異なるクランクケース及びエンジンブロックの間に介在している。エンジンブロックの下面に半円筒状の軸受部材Ｂ１〜Ｂ５が設けられ、これに対応するようにクランクケースの上面に半円筒状の軸受部材Ｂ１’〜Ｂ５’が設けられ、これらによって複数の軸受構造が構成されている。当該軸受構造によって、クランク軸Ｃは支えられている。
【００１１】
同図中には５つの軸受構造が示されており、クランク軸受幅Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ５である。クランク軸Ｃと各軸受構造（Ｂ１，Ｂ１’）、（Ｂ２，Ｂ２’）、（Ｂ３，Ｂ３’）、（Ｂ４，Ｂ４’）、（Ｂ５，Ｂ５’）との隙間（オイルクリアランス）の平均値をＣｄ１、Ｃｄ２、Ｃｄ３、Ｃｄ４、Ｃｄ５とする。これらのオイルクリアランスは、両端に位置する軸受構造が他のものよりも相対的に狭く設定されている。すなわち、オイルクリアランスは、２０μｍ＜Ｃｄ１＝Ｃｄ５＜Ｃｄ２＝Ｃｄ３＝Ｃｄ４という関係を満たす。換言すれば、クランク軸受のオイルクリアランスは、組合せクリアランスとなるように構成している。
【００１２】
また、本実施形態のクランク軸の軸受構造は、クランク軸Ｃと、クランク軸を支持する軸受とを備えるクランク軸の軸受構造において、−３０℃におけるクランク軸Ｃと軸受との間の距離Ｃｄ１〜Ｃｄ５の平均値を２０μｍ以上に設定している。この場合、クランクケースとエンジンブロックが異なって変形しても、クランク軸Ｃとの間に２０μｍ以上の隙間があるため、異常振動や摩擦損失を抑制することができる。
【００１３】
軸受部材Ｂ１〜Ｂ５（軸受部材Ｂ１’〜Ｂ５’）は、それぞれ金属板を半円状に加工して形成したものであり、その板厚ｔ１〜ｔ５は、ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＜ｔ１＝ｔ５なる関係を満たす。第１番目と第５番目の軸受部材Ｂ１，Ｂ５（Ｂ１’，Ｂ５’）のクランク軸対向面と反対側の面（背面）には、コーティングが施されており、これらの軸受部材Ｂ１，Ｂ５（Ｂ１’，Ｂ５’）における軸受構造においては、他の軸受部材Ｂ２〜Ｂ４（Ｂ２’〜Ｂ４’）と比較してコーティング分だけオイルクリアランスが小さく設定されている。なお、これら他の軸受部材Ｂ２〜Ｂ４（Ｂ２’〜Ｂ４’）にも両端の軸受部材Ｂ１，Ｂ５（Ｂ１’，Ｂ５’）と同様のコーティングを施すことができる。両端におけるオイルクリアランスの縮小と背面コーティングを組み合わせることにより振動及び騒音特性を改善することができる。
【００１４】
コンロッド軸受Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、軸受部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の間に配置されており、コンロッドの力をクランク軸Ｃに伝達している。第１及び第５番目のオイルクリアランスＣｄ１，Ｃｄ５を他のものと比較して最小化することにより、第１及び第４番目のコンロッド軸受Ｒ１，Ｒ４の潤滑特性が改善される。なお、軸受背面コーティングは、コンロッド軸受にも使用することができ、各部材のフレッティングを抑制することができる。
【００１５】
次に、軸受構造を代表して、第１番目の軸受構造Ｂ１，Ｂ１’について説明する。なお、これは第５番目の軸受構造はＢ５，Ｂ５’と同一であり、他の軸受構造Ｂ２〜Ｂ４（Ｂ２’〜Ｂ４’）とは、コーティングの有無においてのみ相違する。
【００１６】
図２は軸受構造Ｂ１，Ｂ１’の分解斜視図であり、図３は図２に示した軸受構造のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【００１７】
下側に位置するクランクケースＣＫの上面には軸受基体部Ｑ１が設けられており、この軸受基体部Ｑ１の上面は半円筒状に削られており、この半円凹部に半円筒状の軸受部材Ｂ１が嵌っている。軸受部材Ｂ１は、クランク軸Ｃに対する対向面側に位置する半円筒状の金属板Ｂ１ａと、金属板Ｂ１ａの背面側に位置するコーティング層Ｂ１ｂとを備えている。金属板Ｂ１ａには適当な溝を設けても良く、半円筒の軸受部材Ｂ１の軸中心はクランク軸Ｃの回転軸に一致する。
【００１８】
上側に位置するエンジンブロックＢＫの下面には軸受基体部Ｑ１’が設けられており、この軸受基体部Ｑ１’の下面は半円筒状に削られており、この半円凹部に半円筒状の軸受部材Ｂ１’が嵌っている。軸受部材Ｂ１’は、クランク軸Ｃに対する対向面側に位置する半円筒状の金属板Ｂ１ａ’と、金属板Ｂ１ａ’の背面側に位置するコーティング層Ｂ１ｂ’とを備えている。金属板Ｂ１ａ’には適当な溝を設けても良く、半円筒の軸受部材Ｂ１’の軸中心はクランク軸Ｃの回転軸に一致する。
【００１９】
本軸受構造においては、軸受（部材）Ｂ１，Ｂ１’のクランク軸と接触する部分とは反対側の面、すなわちコーティング層Ｂ１ｂ，Ｂ１ｂ’は、耐熱性の非金属繊維、充填剤及びエラストマーを含有したコンパウンドからなる。この場合、非金属繊維が充填剤によって結合して強固な構造を形成するもののエラストマーが弾性を付与するので、クランク軸の異常振動を抑制することができる。コーティング層Ｂ１ｂ，Ｂ１ｂ’の厚みは０．１〜０．２ｍｍ（程度）である。
【００２０】
なお、自動車タイヤでは溶液重合スチレン・ブタジエンゴム等が知られており、その他のエラストマーとしては、ニトリルゴムやエチレン・プロピレンゴム等、数多くのものが知られている。なお，繊維の種類としては、グラス（ガラス繊維）、カーボン・グラファイト（炭素繊維）、アラミド繊維（非金属繊維）が知られている。充填剤としてはエポキシ系の樹脂等が挙げられる。
【００２１】
コーティング層Ｂ１ｂ，Ｂ１ｂ’の材料とし、テフロン等の樹脂コーティングは分解時、樹脂が剥がれるため、再使用することができない。また、コストが高くなる等の問題があり、実用的ではない。上述の耐熱性の非金属繊維としては、石綿以外のものが好ましい。石綿以外の無機繊維は柔軟性に乏しいため、このような無機繊維のみでは制振性能が低下する。柔軟性の観点からは有機繊維を用いることが好ましい。有機繊維は一般に無機繊維に比較すると耐熱性に劣るため、有機繊維のみを用いるとすると、耐熱性が悪くなってしまう。従って、無機繊維と有機繊維を混合して用いるのが好ましい。
【００２２】
但し、本発明は、耐熱性の非金属繊維として、無機繊維又は有機繊維を、それぞれ単独で用いることを排するものではなく、無機繊維と有機繊維を混合して用いても良い。
【００２３】
なお、上下いずれか一方の軸受部材（キャップ）Ｂ１，Ｂ１’は必要に応じて省略することができる。
【００２４】
以下、オイルクリアランスＣｄ１〜Ｃｄ５を代表して「Ｃｄ」で示すものとする。
【００２５】
図４はオイルクリアランスＣｄ（μｍ）と摩擦損失トルク（Ｎｍ）との関係を示すグラフである。なお、摩擦損失トルクとは、クランク軸が軸受との摩擦によって損失するトルクである。クランクケースとエンジンブロックの材料、半円凹部の径、線膨張係数を図５に示す。
【００２６】
鉄（Ｓ４８ＦＬ２：ＪＩＳ規格）からなるクランクケースと、アルミニウム合金（ＡＤＴ４：ＪＩＳ規格）からなるエンジンブロックの組合せの場合、極低温（−３０℃）時において、オイルクリアランスＣｄの下限値が２０μｍ以下になると、損失摩擦トルクが急増する。
【００２７】
図４に示す摩擦損失トルクの急増を押えるため、極低温時（−３０℃）におけるオイルクリアランスＣｄの下限値を２０μｍ以上となるよう設定する。この場合、摩擦損失トルクの急増を押えることができるため、エンジンの低温始動性を改善することができ、また、異常な振動を抑制することもできる。
【００２８】
なお、オイルクリアランスＣｄの下限値が２０μｍ未満の場合について説明しておく。
【００２９】
図６は温度（℃）と摩擦損失トルク（Ｎ・ｍ）との関係を示すグラフである。オイルクリアランスＣｄが１７μｍの場合、温度（油温）が２０℃から−３０℃に低下すると、摩擦損失トルクは約３５倍に増加する。−３０℃においてオイルクリアランスＣｄが１７μｍから５μｍに縮小すると、摩擦損失トルクは約１２９倍に増加してしまう。オイルクリアランスＣｄを２０μｍ以上になるように設計すれば、摩擦損失の増加は抑制することができる。
【００３０】
図７は温度（℃）とオイルクリアランスＣｄ（μｍ）との関係を示すグラフである。エンジンブロックが鋳鉄▲１▼である場合には、温度によってオイルクリアランスＣｄはあまり変化しないが、アルミニウム（合金）▲２▼である場合には、オイルクリアランスＣｄは大きく変化する。
【００３１】
実際の製品には必ず製品間誤差（公差）というものがある。上述のオイルクリアランスＣｄの設定においては、公差上限値ではなく、公差下限値を２０μｍ以上に設計することが好ましい。
【００３２】
また、本発明に係る軸受構造は、−３０℃における前記クランク軸と前記軸受との間の距離を、これらの間に形成される油膜の厚みの５倍以上に設定することが好ましく、この場合には摩擦損失トルクを抑制して、振動や始動性を改善することができる。
【００３３】
また、上述の軸受構造は、−３０℃におけるクランク軸Ｃと軸受との間の距離Ｃｄの平均値を５０μｍ以下に設定することが好ましい。距離Ｃｄが大きすぎる場合には、クランク軸Ｃの回転軸が回転面内において振れてしまう。この軸受構造においては、距離Ｃｄを５０μｍ以下に設定することで、クランク軸Ｃの回転軸揺れを抑制し、これを以ってクランク軸Ｃの異常振動を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係るクランク軸の軸受構造によれば、寒冷地や冬季における異常振動と摩擦損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るクランク軸の軸受構造の説明図である。
【図２】軸受構造Ｂ１，Ｂ１’の分解斜視図である。
【図３】図２に示した軸受構造のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】オイルクリアランスと摩擦損失トルクとの関係を示すグラフである。
【図５】クランクケースとエンジンブロックの材料、半円凹部の径、線膨張係数を示す表である。
【図６】温度と摩擦損失トルクとの関係を示すグラフである。
【図７】温度とオイルクリアランスとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｂ１〜Ｂ５…軸受部材、ＢＫ…エンジンブロック、Ｃ…クランク軸、Ｃｄ…オイルクリアランス、ＣＫ…クランクケース、Ｒ１〜Ｒ４…コンロッド軸受。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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