JP2014173450A - エンジンのクランク軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】メインジャーナルがジャーナル軸受部に打突する際に発生するクランク打音の低減を図る。
【解決手段】クランク軸４のメインジャーナル４ａを、メインメタル３Ｒを介して軸支するジャーナル軸受部２Ｒに油溜室１１を形成し、この油溜室１１に連通する油流入路１１ａの流入口と油流出路１１ｂの流出口を、メインジャーナル４ａが打突する軸受面２ａの部位を挟んで下流側と上流側とに開口する。油溜室１１に滞留する潤滑油が、メインジャーナル４ａの回転に従ってメインメタル３Ｒの油溝３ａに供給され、この供給された潤滑油により、メインジャーナル４ａがメインメタル３Ｒに打突する際の振動エネルギを運動エネルギと熱エネルギとに変換させてランク打音を低減する。
【選択図】図４

Description

本発明は、クランク軸に設けたジャーナル部が軸受メタルに押圧される際に発生するクランク打音を低減するようにしたエンジンのクランク軸受構造に関する。

周知のように、自動車等の車両に搭載されているエンジンは、軽量化を図るためにアルミニウム系合金を鋳造したシリンダブロックが広く採用されている。又、シリンダブロックには複数のジャーナル軸受部が設けられており、各ジャーナル軸受部は軸受メタルを介してクランク軸を回動自在に支持している。このクランク軸は鉄系材料を用いて形成されている場合が多い。

エンジン稼働時、シリンダ内での混合気の燃焼により発生した熱により、ジャーナル軸受部、及びクランク軸が共に熱膨張する。その際、アルミニウム系合金製のシリンダブロックと一体に形成されているジャーナル軸受部と鉄系材料からなるジャーナル部との熱膨張係数の差により、ジャーナル軸受部の軸受面に装着されている軸受メタルとジャーナル部外周との間のクリアランス（軸受隙間）が大きくなる。クランク軸は、ピストンの往復運動を回転運動に変換するものであるため、燃焼行程においてはピストンに作用する燃焼圧力によって、ジャーナル部が軸受メタルの表面に瞬間的に強く押圧（打突）され異音（いわゆる、クランク打音）が発生する。

このクランク打音は、車両走行時の騒音、振動の発生原因となるため、従来、種々の改善策が図られている。例えば、特許文献１（特開２００４−１０９９号公報）には、ジャーナル軸受部に熱膨張係数の低い鉄系材料を、所定間隔を開けて複数鋳込むことで、軸受隙間が常に適切に保たれるようにした技術が開示されている。

特開２００４−１０９９号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術は、熱膨張係数の低い鉄系材料を、シリンダブロックを鋳造する際に一々鋳込む作業が必要となり、製造工程が煩雑化する問題がある。

又、ジャーナル軸受部の軸受面を機械加工する際に、予め鋳込まれている鉄系材料も同時に機械加工されるが、この各鉄系材料は、肉厚が薄いため加工時に弾性変形し易く、軸受面の加工工数が嵩んでしまう問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、製造、及び後加工が容易で、しかもクランク打音の低減を図ることのできるエンジンのクランク軸受構造を提供することを目的とする。

本発明は、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸と、シリンダブロック側に設けられて前記クランク軸のジャーナル部を軸支するジャーナル軸受部と、前記ジャーナル軸受部の軸受面に装着される軸受メタルとを備えるエンジンのクランク軸受構造において、前記ジャーナル軸受部に潤滑油を滞留する油溜室が形成されていると共に該油溜室と前記軸受面とを連通する油流入路及び油流出路が形成されており、前記油流入路の流入口と前記油流出路の流出口とが、前記ジャーナル部が打突する前記軸受面の部位を挟んで下流側と上流側とに開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、ジャーナル軸受部に油溜室を形成し、この油溜室に連通する油流入路の流入口と油流出路の流出口とをジャーナル部が打突する部位を挟んで下流側と上流側とに開口させただけの構造であるため、鋳込み作業、及び後加工が不要となり、製造、及び後加工が容易となる。更に、ジャーナル部が回転すると、油流出路の流出口から軸受面に吐出された潤滑油が、ジャーナル部が打突する部位を通過し、その一部が油流入路の流入口から油溜室に流入して環流され、その際、ジャーナル部が軸受メタルを介してジャーナル軸受の軸受面に打突する際の振動エネルギが、この潤滑油にて運動エネルギと熱エネルギとに変換されるためクランク打音の低減を図ることができる。

第１実施形態によるエンジンの概略構成を背面から見た断面図 同、クランク軸のメインジャーナルを支持するジャーナル軸受部の断面平面図 同、メインメタルの斜視図 同、図２のIV-IV断面図 同、圧力感知弁を示し、（ａ）は閉弁時の断面図、（ｂ）は開弁時の断面図 同、サーモ弁を示し、（ａ）は閉弁時の断面図、（ｂ）は開弁時の断面図 第２実施形態による図４相当の断面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１〜図６に本発明の第１実施形態を示す。図１の符号１はシリンダブロックであり、図には水平対向型エンジンのシリンダブロックが例示されている。

このシリンダブロック１はアルミ合金製であり、中央から、左右のバンクブロック１Ｌ，１Ｒに分割されている。この各バンクブロック１Ｌ，１Ｒには、中央部に半円状の軸受面２ａを有する複数の左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒが一体形成されている。又、この各左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒの各軸受面２ａに、一対のメインメタル（軸受メタル）３Ｌ，３Ｒが各々装着されている。

左右バンクブロック１Ｌ，１Ｒが接合された状態で円形となる一対の左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒの軸受面２ａに、クランク軸４の、ジャーナル部としてのメインジャーナル４ａが軸受メタルとしてのメインメタル３Ｌ，３Ｒを介して軸支される。このクランク軸４は鉄系材料製であり、図２に示すように、メインジャーナル４ａにクランクアーム４ｂを介してクランクピン４ｃが一体形成されている。更に、このクランクピン４ｃにコネクティングロッド５を介してピストン６が連設されており、このピストン６が左右バンクブロック１Ｌ，１Ｒに形成されているシリンダボア７に往復移動自在に挿通されている。メインジャーナル４ａはクランクピン４ｃの両側を支持しており、従って、４気筒エンジンの場合、メインジャーナル４ａはクランクピン４ｃを挟んで５カ所形成されている。

又、図３に示すように、各メインメタル３Ｌ，３Ｒには、その内周面の幅方向中央に油溝３ａが形成され、この油溝３ａに油孔３ｂが所定間隔を置いて形成されている。尚、この油孔３ｂは、後述する左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒの軸受面２ａに開口されている油流入路１１ａの流入口と油流出路１１ｂの流出口とに対応する位置に穿設されている。尚、組立てた状態では、各油孔３ｂと油流入路１１ａの流入口及び油流出路１１ｂの流出口とがほ同じ位置に配設されるため、流入口及び流出口に付す符号を省略する。

又、図示しないがメインジャーナル４ａには、径方向に貫通する油路が形成されており、この油路に図示しないオイルポンプにより加圧された潤滑油が供給されて、軸径方向に噴出される。

又、図２に示すように、各メインジャーナル４ａを軸支する一対の左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒに、潤滑油を滞留する油溜室１１が形成されていると共に、この油溜室１１と軸受面２ａとを連通する油流入路１１ａ、及び油流出路１１ｂが穿設されている。図４には右バンクブロック１Ｒのジャーナル軸受部２Ｒが示されている。尚、左ジャーナル軸受部２Ｌに形成されている油溜室１１、及び油流入路１１ａと油流出路１１ｂは、右ジャーナル軸受部２Ｒと、左右バンクブロック１Ｌ，１Ｒの分割面を挟んで点対称な形状となっており、構造が同一であるため図面を省略する。又、本実施形態で示すクランク軸４は、図４の図面視において時計回り方向へ回転しており、従って、メインジャーナル４ａとメインメタル３Ｌ，３Ｒとの間を、潤滑油はクランク軸４の回転方向である時計回り方向に沿って流れる。

左バンクブロック１Ｌのシリンダボア７の挿通されているピストン６が燃焼行程にあり、当該ピストン６が燃焼圧力により押し下げられると、メインジャーナル４ａは、右ジャーナル軸受部２Ｒに高い押圧力Ｆｃで押圧（打突）される。油流入路１１ａの流入口と油流出路１１ｂの流出口とは、メインジャーナル４ａが右ジャーナル軸受部２Ｒに装着されているメインメタル３Ｒに打突する部位を挟んで下流側と上流側との軸受面２ａに開口されている。

又、この油流入路１１ａに圧力チェック弁１２が介装され、一方、油流出路１１ｂにサーモ弁１３が介装されている。図５に圧力チェック弁１２を例示し、図６にサーモ弁１３を例示する。

この圧力チェック弁１２は、メインメタル３Ｌ，３Ｒの油溝３ａから油孔３ｂを介して油流入路１１ａに流入する潤滑油の圧力が所定以上となったとき開弁するもので、図５に示すように、チェックボール１２ａと、このチェックボール１２ａを上流側の弁座１２ｂに押圧させるスプリング１２ｃとで構成されている。このチェックボール１２ａは、潤滑油圧が低い場合は、図５（ａ）に示すように、スプリング１２ｃの付勢力で弁座１２ｂに押圧されて閉弁状態にあり、エンジンが稼働して、油流入路１１ａに油圧が発生すると、図５（ｂ）に示すように、その押圧力でスプリング１２ｃが後退して開弁される。

又、サーモ弁１３は、油溜室１１に滞留する潤滑油の温度が所定温度（例えば、１２０℃）以上のとき開弁するもので、図６に示すように、円板状に形成されたバイメタル１３ａと、このバイメタル１３ａの中央に固設されている弁体１３ｂとを有し、バイメタル１３ａの外周が環状溝１３ｃに支持されている。バイメタル１３ａは、油溜室１１に滞留する潤滑油の温度が設定温度（例えば１２０℃）よりも低い場合、図６（ａ）に示すように、弁体１３ｂが油流出路１１ｂの下流側に形成されている弁座１３ｄに着座して閉弁させる。一方、油溜室１１に滞留する潤滑油の温度が設定温度よりも高くなると、図６（ｂ）に示すように、バイメタル１３ａが反転して弁体１３ｂが開弁する。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。エンジンが停止し、オイルポンプか停止した状態では、メインジャーナル４ａとメインメタル３Ｌ，３Ｒに形成されている油溝３ａとの間に油圧が発生していないため、左右ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒに形成されている油溜室１１に連通する油流入路１１ａに介装されている圧力チェック弁１２は、図５（ａ）に示すように、チェックボール１２ａがスプリング１２ｃの付勢力を受けて、弁座１２ｂに押圧されて閉弁している。又、長時間の駐車によりエンジンが冷えた状態では、油溜室１１に滞留する潤滑油も冷えているため、図６（ａ）に示すように、サーモ弁１３のバイメタル１３ａが弁体１３ｂを弁座１３ｄに押圧して閉弁させている。

その後、エンジンを始動させて、オイルポンプから吐出する潤滑油にてメインメタル３Ｌ，３Ｒの油溝３ａに油圧が発生すると、この油圧が油孔３ｂを経て油流入路１１ａに流れ込む。すると、図５（ｂ）に示すように、油流入路１１ａに介装されている圧力チェック弁１２のスプリング１２ｃが押圧されて後退し、チェックボール１２ａが開弁して、油溜室１１に潤滑油が流入し、この油溜室１１内が潤滑油で満たされる。

一方、エンジンが稼働すると、燃焼行程のピストン６に大きな燃焼圧力が作用し、この燃焼圧力がコネクティングロッド５を介してクランク軸４に伝達され、クランク軸４が回転する。又、その際、例えば、左バンクブロック１Ｌのシリンダボア７に挿通されているピストン６が燃焼行程にある場合、図４に示すように、クランク軸４のメインジャーナル４ａが、右バンクブロック１Ｒに形成されているジャーナル軸受部２Ｒに装着されているメインメタル３Ｒに、強い押圧力Ｆｃで押圧（打突）される。

すると、メインジャーナル４ａとメインメタル３Ｒとの間に流入している潤滑油に打突による振動エネルギが伝播され、この振動エネルギが潤滑油の運動エネルギと熱エネルギとに変換され、この熱エネルギにより油溜室１１に滞留する潤滑油の油温が上昇される。

そして、油溜室１１に滞留する潤滑油の油温が所定温度（例えば、１２０℃）を越えると、図６（ｂ）に示すように、油流出路１１ｂに介装されているサーモ弁１３のバイメタル１３ａが反転して、弁体１３ｂを開弁させる。すると、油溜室１１に滞留している潤滑油が、油流出路１１ｂの流出口から吐出され、この吐出された潤滑油はメインメタル３Ｒに形成されている油溝３ａからメインジャーナル４ａの回転に沿って、押圧力Ｆｃが作用（打突）する部位（図４の矢印で示す位置）を通過し、油流入路１１ａ側へ流れる。

そして、その一部が油流入路１１ａの流入口から油溜室１１に流入して環流される。従って、エンジンが連続稼働すると、メインジャーナル４ａがメインメタル３Ｒに断続的に打突し、その都度、その振動エネルギが潤滑油の運動エネルギと熱エネルギとに変換される。その結果、打突により発生するクランク打音が低減されると共に、油溜室１１に滞留する潤滑油の油温が上昇される。

このように、本実施形態では、ジャーナル軸受部２Ｒの軸受面２ａの、メインジャーナル４ａから打突を受ける部位を挟んで下流側に油流入路１１ａを形成し、上流側に油流出路１１ｂを形成したので、ジャーナル軸受部２Ｒの打突を受ける部位に対し、油溜室１１に滞留されている潤滑油を常時供給することができる。その結果、潤滑油が打突による振動エネルギを運動エネルギと熱エネルギとに変換するため、クランク打音を低減することができる。又、打突により熱エネルギが発生するため、始動時における潤滑油を早期昇温させることができ、潤滑油の暖機促進により、燃費を改善させることができる。

又、シリンダブロック１とクランク軸４との熱膨張係数の違いにより、軸受隙間が大きくなり、それに伴いクランク挙動が大きくなっても、油溜室１１から軸受隙間に供給される潤滑油にて打突時のエネルギが運動エネルギと熱エネルギとに変換されるため、暖機完了後に高負荷運転へ移行してもクランク打音を大幅に低減させることができる。

その後、エンジンを停止させると、クランク軸４の回転が停止し、メインメタル３Ｒの油溝３ａを流れる潤滑油の油圧が次第に低下するため、油流入路１１ａに介装されている圧力チェック弁１２が閉弁し、油溜室１１に潤滑油が保持される。そのため、熱間再始動時には、油溜室１１に滞留する潤滑油をメインメタル３Ｒの油溝３ａに素早く供給させることができる。

尚、本実施形態では、主に、右バンクブロック１Ｒのジャーナル軸受部２Ｒ側の挙動について説明したが、右バンクブロック１Ｒのピストン６が燃焼行程にある場合の、左バンクブロック１Ｌに形成されているジャーナル軸受部２Ｌにメインジャーナル４ａが打突した際の挙動は、上述した右ジャーナル軸受部２Ｒを左ジャーナル軸受部２Ｌと読み替えることで適用できるため、説明を省略する。

このように、本実施形態によれば、クランク軸４のメインジャーナル４ａを軸支するジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒに、油溜室１１を形成し、この油溜室１１に連通する油流入路１１ａの流入口と油流出路１１ｂの流出口とを、メインジャーナル４ａが打突する部位を挟んで下流側と上流側とに開口させて、打突が発生する部位に油溜室１１に滞留する潤滑油を積極的に供給するようにしたので、打突による振動エネルギを、この供給された潤滑油にて運動エネルギと熱エネルギとに変換させることができる。その結果、打突によって発生するクランク打音を低減することができると共に、潤滑油の暖機促進が図れ、燃費を改善することができる。

又、ジャーナル軸受部２Ｌ，２Ｒに形成する油溜室１１、油流入路１１ａ、及び油流出路１１ｂは構造が簡単であり、鋳込み作業が不要で、後加工が容易となるため製造コストの低減を図ることができる。

［第２実施形態］
図７に本発明の第２実施形態を示す。尚、第１実施形態と同一の構成部位については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、油流入路１１ａの流入口をメインジャーナル４ａの回転方向に対向する側に開口させ、油流出路１１ｂの流出口をメインジャーナル４ａの回転方向に沿う方向に開口させたものである。

これにより、油流入路１１ａから、より多くの潤滑油を油溜室１１に流入させることができ、又、油流出路１１ｂから、より多くの潤滑油を吐出させることができるようになり、油溜室１１からメインメタル３Ｒ（３Ｌ）の油溝３ａにより多くの潤滑油を効率良く供給させることができ、クランク打音を効率良く低減させることができると共に、潤滑油の早期暖機を促進させることができる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限るものではなく、例えば適用するエンジンは、水平対向エンジンに限らず、直列型エンジン、Ｖ型エンジンであっても良い。この場合、油溜室１１はピストンに対してメインジャーナルを挟んで対向する側のジャーナル軸受部（例えば、軸受キャップ）に形成する。

１… シリンダブロック、
１Ｌ…左バンクブロック、
１Ｒ…右バンクブロック、
２Ｌ…左ジャーナル軸受部、
２Ｒ…右ジャーナル軸受部、
２ａ…軸受面、
３Ｌ，３Ｒ…メインメタル、
４…クランク軸、
４ａ…メインジャーナル、
６…ピストン、
１１…油溜室、
１１ａ…油流入路、
１１ｂ…油流出路、
１２…圧力チェック弁、
１３…サーモ弁、
Ｆｃ…押圧力

Claims (5)

1. ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸と、シリンダブロック側に設けられて前記クランク軸のジャーナル部を軸支するジャーナル軸受部と、前記ジャーナル軸受部の軸受面に装着される軸受メタルとを備えるエンジンのクランク軸受構造において、
   前記ジャーナル軸受部に潤滑油を滞留する油溜室が形成されていると共に該油溜室と前記軸受面とを連通する油流入路及び油流出路が形成されており、
   前記油流入路の流入口と前記油流出路の流出口とが、前記ジャーナル部が打突する前記軸受面の部位を挟んで下流側と上流側とに開口されている
   ことを特徴とするエンジンのクランク軸受構造。
2. 前記油流入路に前記軸受面側からの潤滑油の圧力を受けて開弁する圧力チェック弁が介装されている
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンのクランク軸受構造。
3. 前記油流出路に、前記油溜室に滞留されている潤滑油の温度が所定温度以上で開弁するサーモ弁が介装されている
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンのクランク軸受構造。
4. 前記流入口が前記軸受面に対し、前記潤滑油の流れに向かって開口されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンのクランク軸受構造。
5. 前記流出口が前記軸受面に対し、前記潤滑油の流れに沿う方向に開口されている
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンのクランク軸受構造。

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