JP5343992B2

JP5343992B2 - 内燃機関の軸受構造

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Application number: JP2011064144A
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Inventors: 修三三田; 孝志満津; 康裕大宮; 義博堀田
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Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2013-11-13
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Description

本発明は、内燃機関の軸受構造に関し、特に、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造に関する。

内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する軸受構造の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１では、エンジンのシリンダブロック及びベアリングキャップに取り付けられたラジアルすべり軸受の外周面に対向してＰＴＣヒータを設け、ＰＴＣヒータの、ラジアルすべり軸受の外周面と対向する側とは反対側（外周側）に遮熱材を設けている。エンジンの冷間始動時には、ＰＴＣヒータによりラジアルすべり軸受を加熱することで、ラジアルすべり軸受とクランクシャフト間に充填された潤滑油を加熱している。これによって、ラジアルすべり軸受とクランクシャフト間に充填された潤滑油の粘度の低下を図り、クランクシャフトが回転するときの粘性摩擦損失の低減を図っている。

特開２０１０−１２７３７５号公報特開２００９−１４４６２３号公報特開平６−７４２３７号公報特開平６−７４２３０号公報

特許文献１では、ラジアルすべり軸受の外周の全周に渡ってＰＴＣヒータを設け、ＰＴＣヒータによりラジアルすべり軸受を全周に渡って加熱している。その際には、ＰＴＣヒータの外周側に遮熱材を設けているが、実際には、熱を完全に遮断することは困難であるため、ＰＴＣヒータの熱が、内周側のラジアルすべり軸受だけでなく、外周側のシリンダブロック及びベアリングキャップにも伝わる。ＰＴＣヒータの熱が熱容量の大きいシリンダブロックに拡散すると、ＰＴＣヒータから供給される熱量のうち、シリンダブロックの昇温に消費される熱量の割合が大きくなり、ラジアルすべり軸受とクランクシャフト間に充填された潤滑油の昇温に利用される熱量の割合が小さくなる。したがって、特許文献１では、ラジアルすべり軸受とクランクシャフト間に充填された潤滑油を加熱するために、ＰＴＣヒータから大きな熱量を供給する必要があり、潤滑油の昇温を効率よく行うことが困難である。

本発明は、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時に潤滑油の昇温を効率よく行うことを目的とする。

本発明に係る内燃機関の軸受構造は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関の軸受構造は、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周側で熱を供給する熱供給手段を有し、軸受保持部は、軸受保持部本体と、軸受保持部本体に締結され、軸受保持部本体よりも熱容量の小さいキャップとを含み、ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に保持された第１の半割り軸受と、キャップに保持された第２の半割り軸受とを含み、熱供給手段は、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側及びキャップにおける第２の半割り軸受の外周側のうち、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側で熱を供給し、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側では熱を供給しないことを要旨とする。

上記構成によれば、潤滑油の粘度が高い低温時に、熱供給手段から供給された熱が熱容量の大きい軸受保持部本体に拡散するのを抑えることができ、熱供給手段から供給された熱量のうち、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給される潤滑油の昇温に利用される熱量の割合を大きくすることができるので、潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。

さらに、本発明では、熱供給手段は、熱媒体流路を流れる加熱媒体の熱を供給する手段であり、熱媒体流路は、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側及びキャップにおける第２の半割り軸受の外周側のうち、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に形成され、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には形成されていない。

本発明の一態様では、熱供給手段は、加熱媒体に代えて冷却媒体が熱媒体流路を流れることで冷却手段としても機能することが好適である。

また、本発明では、熱供給手段としてヒータを有し、ヒータは、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側及びキャップにおける第２の半割り軸受の外周側のうち、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に設けられ、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には設けられていない。

また、本発明では、熱供給手段は、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油が供給される熱交換油路を流れる潤滑油の熱を供給する手段であり、熱交換油路は、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側及びキャップにおける第２の半割り軸受の外周側のうち、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に形成され、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には形成されていない。

本発明の一態様では、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分よりも狭いことが好適である。

また、本発明では、キャップが断熱層を介して軸受保持部本体に締結されている。

本発明の一態様では、第１の半割り軸受の外周側に断熱層が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、熱供給手段の外周側に断熱層が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、キャップは、軸受保持部本体にボルトにより締結され、ボルトの頭部とキャップとの間に断熱材リングが設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、回転軸の外周面に断熱層が設けられていることが好適である。

以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持する場合に、低温時に潤滑油の昇温を効率よく行うことができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を示す図である。ラジアルすべり軸受の外周側でヒータから熱を均等に供給する構成例を示す図である。本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１，２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造の概略構成を示す図である。図１は軸受構造の回転軸方向から見た断面図を示し、図２は軸受構造の回転軸方向に垂直な方向から見た内部構成図を示す。本実施形態に係る内燃機関の軸受構造では、内燃機関の回転軸であるクランクシャフトのクランクジャーナル１８が潤滑油を介してラジアルすべり軸受（ジャーナルすべり軸受とも称される）３０で支持され、ラジアルすべり軸受３０が軸受保持部１３で保持される。なお、図１，２を含む各図において、ラジアルすべり軸受３０の厚さや、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間等のサイズについては、説明の便宜上、実際のサイズよりも大きく図示している。

軸受保持部１３は、内燃機関のシリンダブロックの一部分により構成される軸受保持部本体２０と、軸受保持部本体２０に締結されるキャップ２１とを含んで構成される。軸受保持部１３（軸受保持部本体２０及びキャップ２１）には、鉄やアルミニウム等の金属材料が用いられる。軸受保持部本体２０の体積はキャップ２１の体積よりも大きく、軸受保持部本体２０の熱容量はキャップ２１の熱容量よりも大きい。軸受保持部本体２０には、略半円筒形状の凹曲面である軸受装着面１３Ａが形成されており、キャップ２１には、略半円筒形状の凹曲面である軸受装着面１３Ｂが形成されている。締結部材であるボルト１５により軸受保持部本体２０にキャップ２１を締結することで、クランクジャーナル１８が挿通される貫通孔が軸受装着面１３Ａ，１３Ｂ間に形成される。より具体的には、ボルト１５の軸部１５Ｂの直径より僅かに大きい直径のボルト貫通穴１６がキャップ２１に形成され、ボルト貫通穴１６を貫通したボルト１５のおねじ１５Ａを軸受保持部本体２０に形成されためねじ２０Ａとねじ係合させてボルト１５の頭部１５Ｃをキャップ２１に当接させることで、キャップ２１が軸受保持部本体２０に締結される。そして、半割り構造のラジアルすべり軸受３０が軸受装着面１３Ａ，１３Ｂに装着されることで軸受保持部１３に保持される。

ラジアルすべり軸受３０は、回転軸の周方向に関して２分割された略半円筒形状の半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂを含んで構成される。一方の半割り軸受メタル３１Ａは軸受保持部本体２０の軸受装着面１３Ａに装着されて保持されることで軸受装着面１３Ａと対向し、他方の半割り軸受メタル３１Ｂはキャップ２１の軸受装着面１３Ｂに装着されて保持されることで軸受装着面１３Ｂと対向し、２つの半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂの周方向に関する両端部同士を合わせることで、ラジアルすべり軸受３０が構成される。各半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂは、裏金と、裏金の内周側に形成されたライニング層としての軸受合金層とを含んで構成される。裏金の種類としては、例えば鋼等が挙げられ、軸受合金層の種類としては、例えば銅−鉛合金やアルミニウム合金等が挙げられる。半割り構造のラジアルすべり軸受３０は、クランクジャーナル１８を潤滑油を介して回転自在に支持することで、クランクジャーナル１８の径方向に沿った荷重を潤滑油を介して受ける。ここでの潤滑油は、油膜を形成することにより、回転軸と軸受が焼き付くことなく機関を運転すること、回転軸と軸受との摩擦損失や磨耗を低減することを主な役割とするが、冷却、洗浄、防錆等の役割も果たしている。図１では、ラジアルすべり軸受３０の内周面とクランクジャーナル１８の外周面間の隙間に潤滑油を供給するための構成を省略しているが、周知の構成で実現可能である。

本実施形態では、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０の外周側の位置で熱を供給するための熱供給手段として熱媒体流路３２が形成されており、蓄熱装置３４に蓄熱された加熱媒体が熱媒体流路３２に供給されることで、熱媒体流路３２を流れる加熱媒体の熱が供給される。ここでの加熱媒体としては、例えば内燃機関のオイルや排気等を用いることが可能である。蓄熱装置３４と熱媒体流路３２の入口３２ａとの間には、加熱媒体供給制御弁３５が設けられており、蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給状態を加熱媒体供給制御弁３５により制御することが可能である。加熱媒体供給制御弁３５を開けることで蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給が許容され、加熱媒体供給制御弁３５を閉じることで蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給が遮断される。熱媒体流路３２の出口３２ｂから流出した加熱媒体は、蓄熱装置３４に戻される。図２では、蓄熱装置３４から熱媒体流路３２の入口３２ａに加熱媒体を供給するための具体的構成、及び熱媒体流路３２の出口３２ｂから蓄熱装置３４へ加熱媒体を戻すための具体的構成を簡略化しているが、周知の構成で実現可能である。

さらに、本実施形態では、熱媒体流路３２は、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０の外周側（軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側）のうち、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側にだけに部分的に形成されており、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側には形成されていない。つまり、熱媒体流路３２を流れる加熱媒体は、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０の外周側（軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側）のうち、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側だけで選択的に熱を供給し、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側では熱を供給しない。図１，２に示す例では、熱媒体流路３２の入口３２ａがキャップ２１の回転軸方向一端面に形成され、熱媒体流路３２の出口３２ｂがキャップ２１の回転軸方向他端面に形成され、熱媒体流路３２が入口３２ａ（回転軸方向一端面）から出口３２ｂ（回転軸方向他端面）にかけて軸受周方向に蛇行して形成されている。ただし、熱媒体流路３２の形状は、他の形状であってもよい。また、図１，２に示す例では、熱媒体流路３２が半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して大部分の領域に渡って形成されているが、熱媒体流路３２を半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して一部の領域に局所的に形成することも可能である。また、熱媒体流路３２を半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して複数の領域に分けて形成することも可能である。

さらに、本実施形態では、半割り軸受メタル３１Ａの外周側、より具体的には、軸受保持部本体２０と半割り軸受メタル３１Ａとの間に断熱層５２が設けられている。さらに、熱媒体流路３２の外周側、より具体的には、キャップ２１の外周面に断熱層５３が設けられている。さらに、キャップ２１が断熱層５４を介して軸受保持部本体２０に締結されており、断熱層５４が軸受保持部本体２０とキャップ２１との間に挟まれている。さらに、ボルト１５の頭部１５Ｃとキャップ２１との間に断熱材リング５６が設けられており、ボルト１５の頭部１５Ｃが断熱材リング５６を介してキャップ２１に押圧される。断熱層５２，５３，５４及び断熱材リング５６の材料としては、例えばジルコニアやアルミナ等のセラミックスを用いることが可能であり、あるいは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂を用いることも可能である。

内燃機関の始動時等、低温時においては、潤滑油の粘度が高いため、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失が大きくなる。粘性摩擦損失を小さくするためには、潤滑油の温度を速やかに上昇させて潤滑油の粘度を速やかに低くすることが望ましい。これに対して本実施形態では、内燃機関を始動する場合等、低温時に潤滑油を昇温させて粘度を低くする暖機動作を行う場合は、加熱媒体供給制御弁３５を開けることで、蓄熱装置３４に蓄熱された加熱媒体を、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側に形成された熱媒体流路３２に供給する。その際には、内燃機関のクランキング前に蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給を予め開始することも可能であるし、内燃機関のクランキング時に蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給を開始することも可能である。熱媒体流路３２を流れる加熱媒体の熱がキャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂに供給されることで、キャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂが加熱されて昇温する。これによって、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を外周側から加熱することができ、潤滑油の粘度を低くすることができるので、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失を低減することができる。内燃機関の暖機完了後は、加熱媒体供給制御弁３５を閉じることで、蓄熱装置３４から熱媒体流路３２への加熱媒体の供給を停止し、例えば内燃機関の排気や潤滑油等の熱を利用して、蓄熱装置３４に熱が蓄えられることで、蓄熱装置３４の加熱媒体に熱が供給される。

このように、本実施形態では、暖機動作を行う場合は、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０の外周側のうち、熱容量の大きい軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側では熱媒体流路３２の加熱媒体から熱を供給せずに、熱容量の小さいキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側だけで熱媒体流路３２の加熱媒体から熱を選択的に供給する。これによって、熱媒体流路３２の加熱媒体から供給された熱が熱容量の大きい軸受保持部本体２０に拡散するのを抑えることができ、熱媒体流路３２の加熱媒体から供給された熱量のうち、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油の昇温に利用される熱量の割合を大きくすることができ、熱量あたりの潤滑油の昇温効率を向上させることができる。したがって、蓄熱装置３４から熱媒体流路３２に供給される加熱媒体の熱を有効利用して、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。その結果、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失を速やかに低減することができる。

さらに、本実施形態では、熱容量の小さいキャップ２１から熱容量の大きい軸受保持部本体２０への熱拡散を断熱層５４により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。さらに、キャップ２１からボルト１５を介して軸受保持部本体２０へ熱が拡散するのを断熱材リング５６により抑えることによっても、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。また、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間の潤滑油から軸受保持部本体２０への熱拡散を断熱層５２により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。また、熱媒体流路３２の加熱媒体からキャップ２１外部へ熱が放出されるのを断熱層５３により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。また、本実施形態では、クランクジャーナル１８の外周面に断熱層を設けることも可能であり、これによって、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱が熱容量（体積）の大きいクランクシャフトへ拡散するのを断熱層により抑えることができ、潤滑油及びキャップ２１の昇温効率をさらに向上させることができる。

本実施形態では、蓄熱装置３４に代えて熱交換器を設けることも可能である。その場合は、内燃機関の運転時に、熱交換器内で例えば内燃機関の排気と加熱媒体との熱交換を行うことで、加熱媒体に熱を供給することが可能である。

また、本実施形態では、加熱媒体に代えて冷却媒体を熱媒体流路３２に供給することも可能である。その場合は、熱媒体流路３２の入口３２ａ側に冷却媒体供給制御弁を設け、冷却媒体供給制御弁を開けることで熱媒体流路３２への冷却媒体の供給を許容し、冷却媒体供給制御弁を閉じることで熱媒体流路３２への冷却媒体の供給を遮断し、熱媒体流路３２への冷却媒体の供給状態を制御することが可能である。ここでの冷却媒体としては、例えば内燃機関の冷却水や、冷却水と熱交換を行ったオイル等を用いることが可能である。内燃機関の暖機後等、潤滑油の粘度が低い高温時には、加熱媒体供給制御弁３５を閉じ、冷却媒体供給制御弁を開けることで、加熱媒体に代えて冷却媒体を熱媒体流路３２に供給する。加熱媒体に代えて冷却媒体が熱媒体流路３２を流れることで、熱媒体流路３２が冷却手段として機能し、熱媒体流路３２を流れる冷却媒体によりキャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂの冷却が行われ、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動部の冷却が行われる。これによって、内燃機関の暖機後等、高温時に、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動部の温度を低減することができ、高温度化による油膜の油切れ、焼き付きを防止することができる。

本実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の構成例を図３，４に示す。図３は軸受構造の回転軸方向から見た断面図を示し、図４は軸受構造の回転軸方向に垂直な方向から見た内部構成図を示す。図３，４に示す構成例では、熱供給手段として熱媒体流路３２に代えてヒータ６２が設けられている。ここでのヒータ６２も、軸受保持部１３におけるラジアルすべり軸受３０の外周側（軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側）のうち、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側にだけに部分的に設けられており、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側には設けられていない。図３，４に示す例では、ヒータ６２の一端部がキャップ２１の回転軸方向一端面に配置され、ヒータ６２の他端部がキャップ２１の回転軸方向他端面に配置され、ヒータ６２が一端部から他端部にかけて軸受周方向に蛇行して形成されている。ただし、ヒータ６２の形状は、他の形状であってもよい。また、図３，４に示す例では、ヒータ６２が半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して大部分の領域に渡って設けられているが、ヒータ６２を半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して一部の領域に局所的に設けることも可能である。また、ヒータ６２を半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に関して複数の領域に分けて設けることも可能である。

図３，４に示す構成例でも、内燃機関を始動する場合等、低温時に潤滑油を昇温させて粘度を低くする暖機動作を行う場合は、ヒータ６２に通電して加熱することで、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側のうち、熱容量の大きい軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側ではヒータ６２から熱を供給せずに、熱容量の小さいキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側だけでヒータ６２から熱を選択的に供給する。これによって、ヒータ６２から供給された熱が熱容量の大きい軸受保持部本体２０に拡散するのを抑えることができ、ヒータ６２から供給された熱量のうち、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油の昇温に利用される熱量の割合を大きくすることができるので、潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。

本実施形態に係る内燃機関の軸受構造の他の構成例を図５〜８に示す。図５は軸受構造の回転軸方向から見た断面図を示し、図６，８は軸受構造の回転軸方向に垂直な方向から見た内部構成図を示し、図７は図６のＡ部の拡大図を示す。図５〜８に示す構成例では、キャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂに、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間と連通し、潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給するための潤滑油供給路４１が形成されている。潤滑油供給路４１には、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油が供給される。

図６，７に示すように、ラジアルすべり軸受３０（半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂ）の内周面は、回転軸方向（クランクシャフト軸線方向）に関して、両端部が他の部分より径方向内側（クランクジャーナル１８側）へ張り出している。これによって、ラジアルすべり軸受３０の内周面とクランクジャーナル１８の外周面間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分より狭くなる。さらに、クランクシャフト（クランクジャーナル１８）においては、ラジアルすべり軸受３０の内周側に位置する部分の直径が、この部分より回転軸方向両側に位置する部分の直径よりも小さく、段付き形状となっている。さらに、ラジアルすべり軸受３０には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間と連通し、潤滑油をラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間から流出させるための潤滑油流出口４３が形成されている。図５〜８に示す例では、半割り軸受メタル３１Ａ，３１Ｂ同士の合わせ面（軸受周方向両端面）間に例えば切り欠きや窪み等によりクリアランスを形成することで潤滑油流出口４３が形成されており（ただし回転軸方向両端部については潤滑油が外部へ漏れ出ないようにクリアランスを形成しないか狭くする）、潤滑油供給路４１に対して軸受周方向に関する位置をずらして（図５〜８に示す例では９０°）潤滑油流出口４３が配置されている。ただし、潤滑油流出口４３を半割り軸受メタル３１Ｂに形成することも可能である。

キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲には、潤滑油流出口４３と連通する複数の熱交換油路４２が形成されており、各熱交換油路４２を通る潤滑油がキャップ２１と熱交換する。さらに、キャップ２１には、各熱交換油路４２と連通する潤滑油排出路４４が形成されており、潤滑油排出路４４を通る潤滑油が潤滑油供給路４１を通る潤滑油と熱交換するように、潤滑油排出路４４が潤滑油供給路４１に近接して配置されている。複数の熱交換油路４２の一端部が回転軸方向に互いに間隔をおいた状態で潤滑油流出口４３と連通し、各熱交換油路４２の他端部が潤滑油排出路４４と連通する。なお、図５〜８において、潤滑油供給路４１、熱交換油路４２、潤滑油流出口４３、及び潤滑油排出路４４の幅等のサイズについては、説明の便宜上、実際のサイズよりも大きく図示している。また、他の構成については、図１，２に示す構成例と同様である。

オイルポンプ４０から潤滑油供給路４１に供給された潤滑油は、図５の矢印に示すように、ラジアルすべり軸受３０の内周面とクランクジャーナル１８の外周面間の隙間に流入する。潤滑油は、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間を軸受周方向（クランクジャーナル１８の回転方向）に流れ、潤滑油流出口４３から流出する。その際には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分より狭いことで、潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられる。さらに、クランクシャフト（クランクジャーナル１８）を前述の段付き形状にすることによっても、潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられる。

潤滑油流出口４３から流出した潤滑油は、図５，８の矢印に示すように、各熱交換油路４２を流れることで、キャップ２１と熱交換する。各熱交換油路４２から流出した潤滑油は、潤滑油排出路４４を流れることで、潤滑油供給路４１を流れる潤滑油と熱交換する。潤滑油排出路４４からキャップ２１外部へ流出した潤滑油は、オイルポンプ４０の入口４０ａ側へ戻る。図５では、オイルポンプ４０の出口４０ｂから潤滑油供給路４１に潤滑油を供給するための具体的構成、及び潤滑油排出路４４からオイルポンプ４０の入口４０ａへ潤滑油を戻すための具体的構成を簡略化しているが、周知の構成で実現可能である。

クランクジャーナル１８がラジアルすべり軸受３０に対して回転する際には、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給された潤滑油がせん断力（摺動摩擦）により発熱し、潤滑油の温度が低く粘度が高いほど、せん断力による発熱量が増加する。図５〜８に示す構成例では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動摩擦により発熱した潤滑油が、潤滑油流出口４３を介して各熱交換油路４２に供給される。その際には、前述したように、摺動摩擦により発熱した潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられる。各熱交換油路４２を通る発熱した潤滑油は、キャップ２１（半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲）と熱交換を行うことで、キャップ２１を加熱する。これによって、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を外周側から加熱することができ、潤滑油の粘度を低くすることができるので、クランクジャーナル１８が回転するときの粘性摩擦損失を低減することができる。その際には、キャップ２１内部に形成する熱交換油路４２の数や長さを増加させて、熱交換油路４２を通る潤滑油と軸受保持部１３との接触面積を増加させることで、熱交換油路４２を通る発熱した潤滑油からキャップ２１への供給熱量を増加させることができる。さらに、潤滑油排出路４４を通る発熱した潤滑油が、潤滑油供給路４１を通る潤滑油と熱交換することで、潤滑油供給路４１を通る潤滑油を加熱する。これによっても、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を加熱することができ、潤滑油の粘度を低くすることができる。

このように、図５〜８に示す構成例では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動摩擦により発熱した潤滑油をキャップ２１内部の熱交換油路４２へ供給し、キャップ２１内部での、熱交換油路４２を通る発熱した潤滑油とキャップ２１との熱交換を利用して、熱交換油路４２を通る潤滑油の熱をキャップ２１に供給して暖機する。これによって、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱がそのまま軸受保持部１３外部へ放出されるのを抑えつつ、摺動摩擦により発生した潤滑油の熱を有効利用して、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を速やかに昇温させて粘度を低くすることができる。その際には、摺動摩擦により発熱した潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出するのが抑えられることによっても、摺動摩擦により発生した熱が軸受保持部１３外部へ逃げるのが抑えられる。さらに、潤滑油排出路４４を通る発熱した潤滑油と潤滑油供給路４１を通る潤滑油との熱交換を利用することによっても、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油を効率よく昇温させることができる。

さらに、図５〜８に示す構成例でも、熱交換油路４２が、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側のうち、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側にだけに部分的に形成されており、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側には形成されていない。そのため、内燃機関の始動直後等、低温時においては、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側のうち、熱容量の大きい軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側では熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から熱を供給せずに、熱容量の小さいキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側だけで熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から熱を選択的に供給する。これによって、熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から供給された熱が熱容量の大きい軸受保持部本体２０に拡散するのを抑えることができ、熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から供給された熱量のうち、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油の昇温に利用される熱量の割合を大きくすることができるので、潤滑油を効率よく昇温させて粘度を低くすることができる。

さらに、図５〜８に示す構成例では、オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にオイル予熱装置を設けることも可能であり、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、オイル予熱装置を作動させることで、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油をオイル予熱装置で予熱（加熱）してから潤滑油供給路４１へ供給することも可能である。これによって、ラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に供給される潤滑油をさらに速やかに昇温させて粘度を低くすることができる。

また、図５〜８に示す構成例では、オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にオイル冷却装置を設けることも可能であり、内燃機関の暖機後等、潤滑油の粘度が低い高温時に、オイル冷却装置を作動させることで、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油をオイル冷却装置で冷却してから潤滑油供給路４１へ供給することも可能である。これによって、クランクジャーナル１８とラジアルすべり軸受３０の摺動部の冷却を行うことができる。

本実施形態に係る内燃機関の軸受構造において、摩擦損失低減効果を確認した実験結果を図９〜１３に示す。図９は、クランクジャーナル１８が回転するときの摩擦トルクの時間変化を示し、図１０は、クランクジャーナル１８が回転するときの積算摩擦仕事（０〜６００秒）を示し、図１１は、クランクジャーナル１８が回転するときのピーク摩擦トルクを示す。図９〜１１において、「全体加熱」は、図１４に示すように、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側の両方でヒータ６２から熱を均等に供給する仕様を表す（ヒータ６２の配設位置については図１４参照）。また、「実施形態」は、図１５に示すように、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側及びキャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側のうち、軸受保持部本体２０における半割り軸受メタル３１Ａの外周側ではヒータ６２から熱を供給せずに、キャップ２１における半割り軸受メタル３１Ｂの外周側だけでヒータ６２から熱を選択的に供給する仕様を表す（ヒータ６２の配設位置については図１５参照）。「実施形態」の仕様では、図１５に示すように、ＰＥＥＫ樹脂による断熱層５２，５４を設けている。また、「非加熱」は、ヒータ６２から熱を供給しない仕様を表す。図１２は、「全体加熱」の仕様における温度（温度測定位置ａ〜ｇについては図１４参照）及び摩擦トルクの時間変化を示し、図１３は、「実施形態」の仕様における温度（温度測定位置ａ〜ｈについては図１５参照）及び摩擦トルクの時間変化を示す。「全体加熱」及び「実施形態」の仕様では、内燃機関の始動開始前（回転開始前）に１２４Ｗ×１２０秒の熱量をヒータ６２から供給して加熱している。図９〜１３に示すように、「実施形態」の仕様では、「全体加熱」の仕様と比較して、ヒータ６２の供給熱量が同等となる条件で摩擦トルク及び積算摩擦仕事を低減できていることがわかる。

以上の説明では、本発明の実施形態に係る内燃機関の軸受構造として、クランクシャフトのクランクジャーナル１８の軸受構造を例に挙げて説明した。ただし、本発明に係る内燃機関の軸受構造は、クランクシャフトのクランクジャーナル１８の軸受構造以外に、例えば内燃機関のカムシャフトの軸受構造等、その他の内燃機関の回転軸の軸受構造にも適用することが可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１３軸受保持部、１３Ａ，１３Ｂ軸受装着面、１５ボルト、１８クランクジャーナル、２０軸受保持部本体、２１キャップ、３０ラジアルすべり軸受、３１Ａ，３１Ｂ半割り軸受メタル、３２熱媒体流路、３４蓄熱装置、３５加熱媒体供給制御弁、４０オイルポンプ、４１潤滑油供給路、４２熱交換油路、４３潤滑油流出口、４４潤滑油排出路、５２，５３，５４断熱層、５６断熱材リング、６２ヒータ。

Claims

内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周側で熱を供給する熱供給手段を有し、
軸受保持部は、軸受保持部本体と、軸受保持部本体に締結され、軸受保持部本体よりも熱容量の小さいキャップとを含み、
ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に保持された第１の半割り軸受と、キャップに保持された第２の半割り軸受とを含み、
熱供給手段は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側で熱を供給し、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側では熱を供給せず、
さらに、熱供給手段は、熱媒体流路を流れる加熱媒体の熱を供給する手段であり、
熱媒体流路は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に形成され、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には形成されていない、内燃機関の軸受構造。
請求項１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
熱供給手段は、加熱媒体に代えて冷却媒体が熱媒体流路を流れることで冷却手段としても機能する、内燃機関の軸受構造。
内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周側で熱を供給する熱供給手段を有し、
軸受保持部は、軸受保持部本体と、軸受保持部本体に締結され、軸受保持部本体よりも熱容量の小さいキャップとを含み、
ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に保持された第１の半割り軸受と、キャップに保持された第２の半割り軸受とを含み、
熱供給手段は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側で熱を供給し、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側では熱を供給せず、
さらに、熱供給手段としてヒータを有し、
ヒータは、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に設けられ、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には設けられていない、内燃機関の軸受構造。
内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周側で熱を供給する熱供給手段を有し、
軸受保持部は、軸受保持部本体と、軸受保持部本体に締結され、軸受保持部本体よりも熱容量の小さいキャップとを含み、
ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に保持された第１の半割り軸受と、キャップに保持された第２の半割り軸受とを含み、
熱供給手段は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側で熱を供給し、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側では熱を供給せず、
さらに、熱供給手段は、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油が供給される熱交換油路を流れる潤滑油の熱を供給する手段であり、
熱交換油路は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側に形成され、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側には形成されていない、内燃機関の軸受構造。
請求項４に記載の内燃機関の軸受構造であって、
ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間は、回転軸方向に関して両端部が他の部分よりも狭い、内燃機関の軸受構造。
内燃機関の回転軸を潤滑油を介してラジアルすべり軸受で支持し、ラジアルすべり軸受を軸受保持部で保持する内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周側で熱を供給する熱供給手段を有し、
軸受保持部は、軸受保持部本体と、軸受保持部本体に締結され、軸受保持部本体よりも熱容量の小さいキャップとを含み、
ラジアルすべり軸受は、軸受保持部本体に保持された第１の半割り軸受と、キャップに保持された第２の半割り軸受とを含み、
熱供給手段は、キャップにおける第２の半割り軸受の外周側で熱を供給し、軸受保持部本体における第１の半割り軸受の外周側では熱を供給せず、
キャップが断熱層を介して軸受保持部本体に締結されている、内燃機関の軸受構造。
請求項１〜５のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
キャップが断熱層を介して軸受保持部本体に締結されている、内燃機関の軸受構造。
請求項１〜７のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
第１の半割り軸受の外周側に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
請求項１〜８のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
熱供給手段の外周側に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
請求項１〜９のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
キャップは、軸受保持部本体にボルトにより締結され、
ボルトの頭部とキャップとの間に断熱材リングが設けられている、内燃機関の軸受構造。
請求項１〜１０のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
回転軸の外周面に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。