内燃機関の軸受構造
【課題】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。
【解決手段】軸受保持部１３には、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、ラジアルすべり軸受３０には、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。軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０の外周囲には、潤滑油流出口４３と連通する熱交換油路４２が形成されており、熱交換油路４２を通る潤滑油が軸受保持部１３と熱交換する。
【解決手段】軸受保持部１３には、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、ラジアルすべり軸受３０には、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。軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０の外周囲には、潤滑油流出口４３と連通する熱交換油路４２が形成されており、熱交換油路４２を通る潤滑油が軸受保持部１３と熱交換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、オイルパン内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給する第１オイル通路と、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給する第２オイル通路とが設けられている。エンジンの冷間始動時には、蓄熱タンク内の高温のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺（主としてジャーナル）へ向けて吐出することで、クランクシャフト周辺の暖機を促進してフリクションの低減を図る。エンジンの暖機完了後は、サブポンプによって蓄熱タンク内に高温のオイルを貯留する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４４６２３号公報
【特許文献２】特開平６−７４２３７号公報
【特許文献３】特開平６−７４２３０号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２７３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、低温時には、潤滑油の粘度が高いため、回転軸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。
【０００５】
特許文献１では、エンジンの冷間始動時に、蓄熱タンク内の高温の潤滑油をクランクシャフト周辺へ向けて吐出することで、粘性摩擦損失の低減を図っている。しかし、クランクシャフト部では熱容量が非常に大きく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するためには大きな熱量が必要となる。そのため、クランクシャフト周辺への潤滑油の吐出では、熱効率が低く、クランクシャフト周辺の暖機が不十分となる。また、潤滑油の顕熱容量は小さく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するのに十分な熱量を蓄熱するためには、膨大な潤滑油を蓄熱タンク内に貯留する必要がある。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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、潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、潤滑油流出口と連通する熱交換油路であって、該熱交換油路を通る潤滑油を軸受保持部と熱交換させるための熱交換油路と、軸受保持部に形成され、熱交換油路と連通する潤滑油排出路と、を有することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、潤滑油の粘度が高い低温時に、回転軸とラジアルすべり軸受の摺動摩擦により発熱した潤滑油を利用して、熱交換油路を通る発熱した潤滑油と軸受保持部との熱交換により軸受保持部を暖機することで、回転軸とラジアルすべり軸受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。
【００１０】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油排出路を通る潤滑油が潤滑油供給路を通る潤滑油と熱交換するように、潤滑油排出路が潤滑油供給路に近接して配置されていることが好適である。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の一態様では、軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、熱交換油路は、キャップにおけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成されていることが好適である。
【００１３】
本発明の一態様では、軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、熱交換油路は、軸受保持部本体におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、軸受保持部本体における熱交換油路より外周側の位置に断熱層が設けられていることが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油を予熱装置で予熱してから潤滑油供給路へ供給可能であることが好適である。
【００１５】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能であることが好適である。この態様では、冷却装置は、内燃機関の冷却液との熱交換を利用するものであることが好適である。
【００１６】
本発明の一態様では、熱交換油路を通る潤滑油と熱交換するための熱交換流体が供給可能な熱交換流路が軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲にさらに形成されていることが好適である。この態様では、熱交換流体は内燃機関の冷却液であることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜４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２，４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し、図３は図２のＡ部の拡大図を示す。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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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により構成される。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。
【００２３】
軸受保持部１３及び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間の隙間に供給するための潤滑油供給路４１が形成されている。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０及び半割り軸受メタル３１Ａと、キャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂとに潤滑油供給路４１がそれぞれ形成され、これら２つの潤滑油供給路４１が軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では１８０°）配置されている。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。オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にはオイル予熱装置５２が設けられており、オイル予熱装置５２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５２で予熱（加熱）してから潤滑油供給路４１へ供給することが可能である。
【００２４】
本実施形態では、図２，３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。回転軸方向両端部での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、内燃機関の始動直後等の低温時（例えば２０℃程度）に高粘度の潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出しない程度の隙間に設定される。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１〜４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１〜４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３１Ａや半割り軸受メタル３１Ｂに形成することも可能である。
【００２５】
さらに、本実施形態では、軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０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を通る潤滑油が軸受保持部１３と熱交換する。さらに、軸受保持部１３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。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０内部における半割り軸受メタル３１Ａの外周囲に複数の熱交換油路４２が形成され、キャップ２１内部における半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に複数の熱交換油路４２が形成されている。そして、軸受保持部本体２０に複数の潤滑油排出路４４が潤滑油供給路４１に近接して形成され、キャップ２１に複数の潤滑油排出路４４が潤滑油供給路４１に近接して形成されている。なお、図１〜４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間の隙間や、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。
【００２６】
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１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。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。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。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。
【００２７】
潤滑油流出口４３から流出した潤滑油は、図１，４の矢印に示すように、各熱交換油路４２を流れることで、軸受保持部１３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から軸受保持部１３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１では、オイルポンプ４０の出口４０ｂ（オイル予熱装置５２）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。
【００２８】
内燃機関の始動直後等、低温時においては、潤滑油の粘度が高くなる。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、潤滑油の粘度が高いほど、せん断力による発熱量が増加する。本実施形態では、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、軸受保持部１３（ラジアルすべり軸受３０の外周囲）と熱交換を行うことで、軸受保持部１３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、軸受保持部１３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軸受保持部１３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。
【００２９】
このように、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、軸受保持部１３内部の熱交換油路４２を通る発熱した潤滑油と軸受保持部１３との熱交換を利用して軸受保持部１３を暖機することで、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、クランクシャフトと比較して熱容量（体積）の小さい軸受保持部１３に熱量を供給することで、熱量あたりの昇温効率を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間に存在する隙間と薄い油膜により構成される熱抵抗を利用して、軸受保持部１３へ供給した熱量のクランクシャフトへの熱損失を抑えることができ、軸受保持部１３の昇温を促進させることができる。さらに、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利用して軸受保持部１３を暖機することで、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。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で、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、摺動摩擦により発生した熱を有効に利用して軸受保持部１３を暖機することができる。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。
【００３０】
したがって、本実施形態によれば、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、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。
【００３１】
さらに、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、オイル予熱装置５２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５２で予熱してから潤滑油供給路４１へ供給することもできる。軸受保持部１３内部の潤滑油供給路４１からラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に予熱した潤滑油を供給することで、軸受保持部１３を暖機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の粘度を低くすることができる。さらに、予熱した潤滑油の熱量のクランクシャフトへの熱損失を抑えることができる。
【００３２】
本実施形態では、例えば図５，６に示すように、軸受保持部本体２０における熱交換油路４２より外周側の位置に断熱層５８を設けることもできる。図５，６に示す例では、断熱層５８が軸受保持部本体２０の回転軸方向の両端部にも熱交換油路４２を挟んでさらに設けられている。断熱層５８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る。軸受保持部本体２０はキャップ２１と比較して熱容量（体積）が大きく昇温に必要な熱量も大きくなるが、この構成例によれば、低温時に、熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から軸受保持部本体２０に供給された熱量が外側へ拡散するのを断熱層５８により抑えることができるので、軸受保持部本体２０の昇温を効率よく行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態では、例えば図７〜９に示すように、潤滑油供給路４１、熱交換油路４２、及び潤滑油排出路４４を、軸受保持部本体２０及びキャップ２１のうち、熱容量（体積）の小さい方のキャップ２１だけに形成することも可能である。図７〜９に示す構成例では、図１〜４に示す構成例と比較して、軸受保持部本体２０の潤滑油供給路４１、熱交換油路４２、及び潤滑油排出路４４が省略されている。この構成例によれば、低温時に、熱容量の小さいキャップ２１に熱交換油路４２内の潤滑油の熱量を供給して暖機することで、熱量あたりの昇温効率をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、例えば図１０に示すように、オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にオイル冷却装置６２を設けることも可能である。オイル冷却装置６２は、ラジエータ６４で冷却された内燃機関の冷却水との熱交換により、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油を冷却して潤滑油供給路４１へ供給することが可能である。あるいは、外部サブタンク内の冷却液との熱交換を利用して潤滑油を冷却することも可能である。
【００３５】
図１０に示す構成例では、内燃機関の暖機後等、潤滑油の粘度が低い高温時に、ラジエータ６４からオイル冷却装置６２に内燃機関の冷却水を供給してオイル冷却装置６２を作動させることで、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油が軸受保持部１３内部の潤滑油供給路４１を通ってから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。これによって、軸受保持部１３、及び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。さらに、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油は、潤滑油流出口４３から流出して各熱交換油路４２を流れることで、軸受保持部１３と熱交換してから潤滑油排出路４４から流出する。これによって、軸受保持部１３の冷却を行うことができる。したがって、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、及び軸受保持部１３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。特に、ラジエータキャップ圧により温度管理されたエンジン冷却水との熱交換を行うことで、安定した潤滑油の供給と摺動部の温度管理を可能とする。また、外部サブタンクによる温度管理においても同様の効果が期待できる。
【００３６】
また、本実施形態では、例えば図１１に示すように、軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０の外周囲に熱交換水路６８をさらに形成することも可能である。熱交換水路６８には、ラジエータ６６で冷却された内燃機関の冷却水が熱交換流体として供給可能であり、熱交換水路６８を通る冷却水が熱交換油路４２を通る潤滑油と熱交換するように、熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して配置されている。図１１に示す例では、軸受保持部本体２０内部における半割り軸受メタル３１Ａの外周囲に複数の熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して形成され、キャップ２１内部における半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に複数の熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して形成されている。
【００３７】
図１１に示す構成例では、内燃機関の暖機後等、高温時に、熱交換水路６８に冷却水を流すことで、熱交換油路４２を通る潤滑油と熱交換して潤滑油の冷却を行うことができる。さらに、熱交換水路６８を通る冷却水が軸受保持部１３と熱交換して軸受保持部１３の冷却を行うことができる。したがって、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、及び軸受保持部１３の温度を低減することができる。特に、熱容量を限定した軸受構成では、高い熱交換効率を実現することができ、潤滑油の温度制御性を向上させることが可能となる。また、ラジエータキャップ圧により温度管理されたエンジン冷却水との熱交換を行うことで、摺動部の安定した温度管理が可能となる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１３ 軸受保持部、１３Ａ，１３Ｂ 軸受装着面、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、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 オイル予熱装置、５８ 断熱層、６２ オイル冷却装置、６４，６６ ラジエータ、６８ 熱交換水路。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、オイルパン内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給する第１オイル通路と、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給する第２オイル通路とが設けられている。エンジンの冷間始動時には、蓄熱タンク内の高温のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺（主としてジャーナル）へ向けて吐出することで、クランクシャフト周辺の暖機を促進してフリクションの低減を図る。エンジンの暖機完了後は、サブポンプによって蓄熱タンク内に高温のオイルを貯留する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４４６２３号公報
【特許文献２】特開平６−７４２３７号公報
【特許文献３】特開平６−７４２３０号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２７３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、低温時には、潤滑油の粘度が高いため、回転軸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。
【０００５】
特許文献１では、エンジンの冷間始動時に、蓄熱タンク内の高温の潤滑油をクランクシャフト周辺へ向けて吐出することで、粘性摩擦損失の低減を図っている。しかし、クランクシャフト部では熱容量が非常に大きく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するためには大きな熱量が必要となる。そのため、クランクシャフト周辺への潤滑油の吐出では、熱効率が低く、クランクシャフト周辺の暖機が不十分となる。また、潤滑油の顕熱容量は小さく、クランクシャフト周辺の暖機を促進するのに十分な熱量を蓄熱するためには、膨大な潤滑油を蓄熱タンク内に貯留する必要がある。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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、潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、潤滑油流出口と連通する熱交換油路であって、該熱交換油路を通る潤滑油を軸受保持部と熱交換させるための熱交換油路と、軸受保持部に形成され、熱交換油路と連通する潤滑油排出路と、を有することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、潤滑油の粘度が高い低温時に、回転軸とラジアルすべり軸受の摺動摩擦により発熱した潤滑油を利用して、熱交換油路を通る発熱した潤滑油と軸受保持部との熱交換により軸受保持部を暖機することで、回転軸とラジアルすべり軸受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。
【００１０】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油排出路を通る潤滑油が潤滑油供給路を通る潤滑油と熱交換するように、潤滑油排出路が潤滑油供給路に近接して配置されていることが好適である。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の一態様では、軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、熱交換油路は、キャップにおけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成されていることが好適である。
【００１３】
本発明の一態様では、軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、熱交換油路は、軸受保持部本体におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、軸受保持部本体における熱交換油路より外周側の位置に断熱層が設けられていることが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油を予熱装置で予熱してから潤滑油供給路へ供給可能であることが好適である。
【００１５】
本発明の一態様では、潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能であることが好適である。この態様では、冷却装置は、内燃機関の冷却液との熱交換を利用するものであることが好適である。
【００１６】
本発明の一態様では、熱交換油路を通る潤滑油と熱交換するための熱交換流体が供給可能な熱交換流路が軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲にさらに形成されていることが好適である。この態様では、熱交換流体は内燃機関の冷却液であることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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２】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３】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４】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５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１〜４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２，４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し、図３は図２のＡ部の拡大図を示す。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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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により構成される。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。
【００２３】
軸受保持部１３及び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間の隙間に供給するための潤滑油供給路４１が形成されている。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０及び半割り軸受メタル３１Ａと、キャップ２１及び半割り軸受メタル３１Ｂとに潤滑油供給路４１がそれぞれ形成され、これら２つの潤滑油供給路４１が軸受周方向に関する位置をずらして（図１〜４に示す例では１８０°）配置されている。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。オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にはオイル予熱装置５２が設けられており、オイル予熱装置５２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５２で予熱（加熱）してから潤滑油供給路４１へ供給することが可能である。
【００２４】
本実施形態では、図２，３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。回転軸方向両端部での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、内燃機関の始動直後等の低温時（例えば２０℃程度）に高粘度の潤滑油が軸受保持部１３の回転軸方向両端面から流出しない程度の隙間に設定される。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１〜４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１〜４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３１Ａや半割り軸受メタル３１Ｂに形成することも可能である。
【００２５】
さらに、本実施形態では、軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０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を通る潤滑油が軸受保持部１３と熱交換する。さらに、軸受保持部１３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。図１〜４に示す例では、軸受保持部本体２０内部における半割り軸受メタル３１Ａの外周囲に複数の熱交換油路４２が形成され、キャップ２１内部における半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に複数の熱交換油路４２が形成されている。そして、軸受保持部本体２０に複数の潤滑油排出路４４が潤滑油供給路４１に近接して形成され、キャップ２１に複数の潤滑油排出路４４が潤滑油供給路４１に近接して形成されている。なお、図１〜４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間の隙間や、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。
【００２６】
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１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。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。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。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。
【００２７】
潤滑油流出口４３から流出した潤滑油は、図１，４の矢印に示すように、各熱交換油路４２を流れることで、軸受保持部１３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から軸受保持部１３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１では、オイルポンプ４０の出口４０ｂ（オイル予熱装置５２）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。
【００２８】
内燃機関の始動直後等、低温時においては、潤滑油の粘度が高くなる。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、潤滑油の粘度が高いほど、せん断力による発熱量が増加する。本実施形態では、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、軸受保持部１３（ラジアルすべり軸受３０の外周囲）と熱交換を行うことで、軸受保持部１３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、軸受保持部１３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軸受保持部１３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。
【００２９】
このように、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、軸受保持部１３内部の熱交換油路４２を通る発熱した潤滑油と軸受保持部１３との熱交換を利用して軸受保持部１３を暖機することで、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、クランクシャフトと比較して熱容量（体積）の小さい軸受保持部１３に熱量を供給することで、熱量あたりの昇温効率を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間に存在する隙間と薄い油膜により構成される熱抵抗を利用して、軸受保持部１３へ供給した熱量のクランクシャフトへの熱損失を抑えることができ、軸受保持部１３の昇温を促進させることができる。さらに、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利用して軸受保持部１３を暖機することで、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。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で、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、摺動摩擦により発生した熱を有効に利用して軸受保持部１３を暖機することができる。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。
【００３０】
したがって、本実施形態によれば、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、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。
【００３１】
さらに、本実施形態では、内燃機関の始動直後等、潤滑油の粘度が高い低温時に、オイル予熱装置５２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５２で予熱してから潤滑油供給路４１へ供給することもできる。軸受保持部１３内部の潤滑油供給路４１からラジアルすべり軸受３０とクランクジャーナル１８間の隙間に予熱した潤滑油を供給することで、軸受保持部１３を暖機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の粘度を低くすることができる。さらに、予熱した潤滑油の熱量のクランクシャフトへの熱損失を抑えることができる。
【００３２】
本実施形態では、例えば図５，６に示すように、軸受保持部本体２０における熱交換油路４２より外周側の位置に断熱層５８を設けることもできる。図５，６に示す例では、断熱層５８が軸受保持部本体２０の回転軸方向の両端部にも熱交換油路４２を挟んでさらに設けられている。断熱層５８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る。軸受保持部本体２０はキャップ２１と比較して熱容量（体積）が大きく昇温に必要な熱量も大きくなるが、この構成例によれば、低温時に、熱交換油路４２内の発熱した潤滑油から軸受保持部本体２０に供給された熱量が外側へ拡散するのを断熱層５８により抑えることができるので、軸受保持部本体２０の昇温を効率よく行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態では、例えば図７〜９に示すように、潤滑油供給路４１、熱交換油路４２、及び潤滑油排出路４４を、軸受保持部本体２０及びキャップ２１のうち、熱容量（体積）の小さい方のキャップ２１だけに形成することも可能である。図７〜９に示す構成例では、図１〜４に示す構成例と比較して、軸受保持部本体２０の潤滑油供給路４１、熱交換油路４２、及び潤滑油排出路４４が省略されている。この構成例によれば、低温時に、熱容量の小さいキャップ２１に熱交換油路４２内の潤滑油の熱量を供給して暖機することで、熱量あたりの昇温効率をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、例えば図１０に示すように、オイルポンプ４０の出口４０ｂ側にオイル冷却装置６２を設けることも可能である。オイル冷却装置６２は、ラジエータ６４で冷却された内燃機関の冷却水との熱交換により、オイルポンプ４０の出口４０ｂから吐出した潤滑油を冷却して潤滑油供給路４１へ供給することが可能である。あるいは、外部サブタンク内の冷却液との熱交換を利用して潤滑油を冷却することも可能である。
【００３５】
図１０に示す構成例では、内燃機関の暖機後等、潤滑油の粘度が低い高温時に、ラジエータ６４からオイル冷却装置６２に内燃機関の冷却水を供給してオイル冷却装置６２を作動させることで、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油が軸受保持部１３内部の潤滑油供給路４１を通ってから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。これによって、軸受保持部１３、及び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。さらに、オイル冷却装置６２で冷却された潤滑油は、潤滑油流出口４３から流出して各熱交換油路４２を流れることで、軸受保持部１３と熱交換してから潤滑油排出路４４から流出する。これによって、軸受保持部１３の冷却を行うことができる。したがって、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、及び軸受保持部１３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。特に、ラジエータキャップ圧により温度管理されたエンジン冷却水との熱交換を行うことで、安定した潤滑油の供給と摺動部の温度管理を可能とする。また、外部サブタンクによる温度管理においても同様の効果が期待できる。
【００３６】
また、本実施形態では、例えば図１１に示すように、軸受保持部１３内部におけるラジアルすべり軸受３０の外周囲に熱交換水路６８をさらに形成することも可能である。熱交換水路６８には、ラジエータ６６で冷却された内燃機関の冷却水が熱交換流体として供給可能であり、熱交換水路６８を通る冷却水が熱交換油路４２を通る潤滑油と熱交換するように、熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して配置されている。図１１に示す例では、軸受保持部本体２０内部における半割り軸受メタル３１Ａの外周囲に複数の熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して形成され、キャップ２１内部における半割り軸受メタル３１Ｂの外周囲に複数の熱交換水路６８が熱交換油路４２に近接して形成されている。
【００３７】
図１１に示す構成例では、内燃機関の暖機後等、高温時に、熱交換水路６８に冷却水を流すことで、熱交換油路４２を通る潤滑油と熱交換して潤滑油の冷却を行うことができる。さらに、熱交換水路６８を通る冷却水が軸受保持部１３と熱交換して軸受保持部１３の冷却を行うことができる。したがって、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、及び軸受保持部１３の温度を低減することができる。特に、熱容量を限定した軸受構成では、高い熱交換効率を実現することができ、潤滑油の温度制御性を向上させることが可能となる。また、ラジエータキャップ圧により温度管理されたエンジン冷却水との熱交換を行うことで、摺動部の安定した温度管理が可能となる。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１３ 軸受保持部、１３Ａ，１３Ｂ 軸受装着面、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、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 オイル予熱装置、５８ 断熱層、６２ オイル冷却装置、６４，６６ ラジエータ、６８ 熱交換水路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、
ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、潤滑油流出口と連通する熱交換油路であって、該熱交換油路を通る潤滑油を軸受保持部と熱交換させるための熱交換油路と、
軸受保持部に形成され、熱交換油路と連通する潤滑油排出路と、
を有する、内燃機関の軸受構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油排出路を通る潤滑油が潤滑油供給路を通る潤滑油と熱交換するように、潤滑油排出路が潤滑油供給路に近接して配置されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項３】
請求項１または２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。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、
熱交換油路は、キャップにおけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、
熱交換油路は、軸受保持部本体におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、
軸受保持部本体における熱交換油路より外周側の位置に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
【請求項６】
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、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油を予熱装置で予熱してから潤滑油供給路へ供給可能である、内燃機関の軸受構造。
【請求項７】
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、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能である、内燃機関の軸受構造。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の軸受構造であって、
冷却装置は、内燃機関の冷却液との熱交換を利用するものである、内燃機関の軸受構造。
【請求項９】
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、
熱交換油路を通る潤滑油と熱交換するための熱交換流体が供給可能な熱交換流路が軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲にさらに形成されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の軸受構造であって、
熱交換流体は内燃機関の冷却液である、内燃機関の軸受構造。
【請求項１】
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、
潤滑油をラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間に供給するための潤滑油供給路と、
ラジアルすべり軸受に形成され、ラジアルすべり軸受と回転軸間の隙間から潤滑油を流出させるための潤滑油流出口と、
軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、潤滑油流出口と連通する熱交換油路であって、該熱交換油路を通る潤滑油を軸受保持部と熱交換させるための熱交換油路と、
軸受保持部に形成され、熱交換油路と連通する潤滑油排出路と、
を有する、内燃機関の軸受構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油排出路を通る潤滑油が潤滑油供給路を通る潤滑油と熱交換するように、潤滑油排出路が潤滑油供給路に近接して配置されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項３】
請求項１または２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。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、
熱交換油路は、キャップにおけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の軸受構造であって、
軸受保持部は、軸受保持部本体にキャップを締結して構成され、
熱交換油路は、軸受保持部本体におけるラジアルすべり軸受の外周囲に形成され、
軸受保持部本体における熱交換油路より外周側の位置に断熱層が設けられている、内燃機関の軸受構造。
【請求項６】
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、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油を予熱装置で予熱してから潤滑油供給路へ供給可能である、内燃機関の軸受構造。
【請求項７】
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、
潤滑油供給路は軸受保持部に形成され、
潤滑油を冷却装置で冷却してから潤滑油供給路へ供給可能である、内燃機関の軸受構造。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の軸受構造であって、
冷却装置は、内燃機関の冷却液との熱交換を利用するものである、内燃機関の軸受構造。
【請求項９】
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、
熱交換油路を通る潤滑油と熱交換するための熱交換流体が供給可能な熱交換流路が軸受保持部におけるラジアルすべり軸受の外周囲にさらに形成されている、内燃機関の軸受構造。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の軸受構造であって、
熱交換流体は内燃機関の冷却液である、内燃機関の軸受構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９７９２２（Ｐ２０１２−１９７９２２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４１４３（Ｐ２０１１−６４１４３）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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