特開 2024-176322 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176322

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F16C 9/02 20060101AFI20241212BHJP

   F16C 9/04 20060101ALI20241212BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20241212BHJP

   F02B 77/00 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

F16C9/02

F16C9/04

F16C17/02 Z

F02B77/00 Q

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094780

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】岡▲崎▼ 一也

【テーマコード（参考）】

3J011

3J033

【Ｆターム（参考）】

3J011AA20

3J011BA02

3J011CA10

3J011KA02

3J011MA02

3J011PA02

3J033AA05

3J033EB03

3J033GA01

(57)【要約】

【課題】内燃機関の摩擦損失を低減する。
【解決手段】内燃機関１は、シリンダ１２ａ～１２ｄ内のピストン１４ａ～１４ｄの往復運動に連動して回動するクランクシャフト２０と、内周面でクランクシャフト２０を支持する軸受け４０と、軸受け４０の内周面の軸方向両端に形成され、内周面及び軸受け４０の側面と交差している交差面５０を備える。交差面５０の軸方向の長さは、軸受け４０の厚さよりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ内のピストンの往復運動に連動して回動する回動部材と、
内周面で前記回動部材を支持する軸受けと、
前記軸受けの前記内周面の軸方向両端に形成され、前記内周面及び前記軸受けの側面と交差している交差面と、
を備え、
前記交差面の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さよりも大きい、内燃機関。

【請求項2】

前記交差面は、所定曲率で湾曲した湾曲面である、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記交差面は、所定角度で傾斜した傾斜面である、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記交差面の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さの２倍より小さい、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記交差面は、前記軸受けの周方向に１周に亘って形成されている、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項6】

前記回動部材は、前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトであり、
前記軸受けは、前記クランクシャフトの軸部を支持する、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項7】

前記回動部材は、両端部が前記ピストンとクランクシャフトに連結されたコンロッドであり、
前記軸受けは、前記コンロッドの端部を支持する、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項8】

シリンダ内のピストンの往復運動に連動して回動する回動部材と、
内周面で前記回動部材を支持する軸受けと、
を備え、
前記軸受けの内周の軸方向の両端部の直径は、前記内周の前記軸方向の中央部の直径よりも大きく、
前記両端部の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さよりも大きい、内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関内には、ピストンの往復運動に連動して回動する回動部材として、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトが設けられている。クランクシャフトは、軸部であるクランクジャーナルが軸受けに支持された状態で回転する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２０７１６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、回動部材であるクランクシャフトに外力が作用してクランクシャフトが傾いて回転すると、クランクシャフトが軸受け内周面の端部と接触することに起因して摺動接抵抗が大きくなり、摩擦損失も増大してしまう。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の摩擦損失を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様においては、シリンダ内のピストンの往復運動に連動して回動する回動部材と、内周面で前記回動部材を支持する軸受けと、前記軸受けの前記内周面の軸方向両端に形成され、前記内周面及び前記軸受けの側面と交差している交差面と、を備え、前記交差面の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さよりも大きい、内燃機関を提供する。

【0007】

また、前記交差面は、所定曲率で湾曲した湾曲面になっていることとしてもよい。
また、前記交差面は、所定角度で傾斜した傾斜面になっていることとしてもよい。

【0008】

また、前記交差面の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さの２倍より小さいこととしてもよい。

【0009】

また、前記交差面は、前記軸受けの周方向に１周に亘って形成されていることとしてもよい。

【0010】

また、前記回動部材は、前記ピストンにコンロッドを介して連結されたクランクシャフトであり、前記軸受けは、前記クランクシャフトの軸部を支持することとしてもよい。

【0011】

また、前記回動部材は、両端部が前記ピストンとクランクシャフトに連結されたコンロッドであり、前記軸受けは、前記コンロッドの端部を支持することとしてもよい。

【0012】

本発明の第２の態様においては、シリンダ内のピストンの往復運動に連動して回動する回動部材と、内周面で前記回動部材を支持する軸受けと、を備え、前記軸受けの内周の軸方向の両端部の直径は、前記内周の前記軸方向の中央部の直径よりも大きく、前記両端部の前記軸方向の長さは、前記軸受けの厚さよりも大きい、内燃機関を提供する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、内燃機関の摩擦損失を低減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す模式図である。

【図2】軸受け４０の構成を説明するための模式図である。

【図3】図２のＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図３の部分Ｃの拡大図である。

【図5】傾いたクランクシャフト２０のジャーナル部２２を軸受け４０が支持する状態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜内燃機関の構成＞
図１は、一の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す模式図である。
内燃機関１は、一例として、車両に搭載されているエンジンである。内燃機関１は、吸気（空気）と燃料の混合気を燃焼、膨張させて、車両を走行させる動力を発生させる。内燃機関１は、ここではディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１は、図１に示すように、シリンダブロック１０と、ピストン１４ａ～１４ｄと、コンロッド１６ａ～１６ｄと、クランクシャフト２０と、支持ブロック３０と、軸受け４０と、オイルパン６０を有する。

【0016】

シリンダブロック１０は、ここでは、４つのシリンダ１２ａ～１２ｄを有する。なお、内燃機関１が有するシリンダ１２は４つに限らない。各シリンダ１２ａ～１２ｄには、吸気を吸入させる吸気路と、燃焼後の排気ガスを排出させる排気路とが連結されている。

【0017】

ピストン１４ａ～１４ｄは、シリンダ１２ａ～１２ｄ内で上下に往復運動を行う。具体的には、ピストン１４ａ～１４ｄは、シリンダ１２ａ～１２ｄ内で吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程を経て、上死点と下死点の間での往復運動を繰り返す。

【0018】

コンロッド１６ａ～１６ｄは、ピストン１４ａ～１４ｄとクランクシャフト２０を連結している。コンロッド１６ａ～１６ｄの両端部が、ピストン１４ａ～１４ｄとクランクシャフト２０を連結している。コンロッド１６ａ～１６ｄは、ピストン１４ａ～１４ｄの往復運動をクランクシャフト２０に伝達する。コンロッド１６ａ～１６ｄの各々は、ピストン１４ａ～１４ｄと連結された小端部と、クランクシャフト２０と連結された大端部とを有する。

【0019】

クランクシャフト２０は、ピストン１４ａ～１４ｄの往復運動に連動して回動する回動部材である。クランクシャフト２０は、コンロッド１６ａ～１６ｄを介してピストン１４ａ～１４ｄに連結されている。クランクシャフト２０は、コンロッド１６ａ～１６ｄを介してピストン１４ａ～１４ｄから伝達された往復運動を回転運動に変える。クランクシャフト２０は、図１に示すように、ジャーナル部２２と、アーム部２３と、クランクピン２４を有する。

【0020】

ジャーナル部２２は、クランクシャフト２０の軸部である。ジャーナル部２２は、クランクシャフト２０の軸方向において所定間隔で設けられている。ここでは、ジャーナル部２２が５つ設けられている。

【0021】

アーム部２３は、クランクシャフト２０の軸方向において所定間隔で複数設けられている。アーム部２３は、各ジャーナル部２２の軸方向端部に固定されており、ジャーナル部２２から径方向外側に延出している。

【0022】

クランクピン２４は、隣り合うアーム部２３の間に固定され、かつジャーナル部２２と平行に位置している。クランクピン２４は、コンロッド１６ａ～１６ｄの大端部と連結している。

【0023】

支持ブロック３０は、クランクシャフト２０を支持するブロックである。支持ブロック３０は、シリンダブロック１０に締結部材を介して固定されている。支持ブロック３０は、クランクシャフト２０のジャーナル部２２を支持する下支持部３２（図２参照）を有する。下支持部３２は、ジャーナル部２２の下側半分を軸受け４０を介して支持する。ジャーナル部２２の上側半分は、シリンダブロック１０に軸受け４０を介して支持されている。このように、ジャーナル部２２は、支持ブロック３０及びシリンダブロック１０によって囲まれている。

【0024】

軸受け４０は、内周面４１でクランクシャフト２０を支持する。具体的には、軸受け４０は、クランクシャフト２０の主軸部であるジャーナル部２２を支持する。軸受け４０は、滑り軸受けである。軸受け４０とジャーナル部２２の間には、潤滑油によって油膜が形成されている。本実施形態においては、詳細は後述するが、クランクシャフト２０が回転する際の摩擦損失の増大を抑制すべく、軸受け４０の内周の両端に、クランクシャフト２０のジャーナル部２２が接触し難い構成が施されている。

【0025】

オイルパン６０は、支持ブロック３０の下方に位置しており、潤滑油であるエンジンオイルを溜めている。オイルパン６０に溜められたエンジンオイルは、ポンプで吸い上げられ、内燃機関１の全体を循環しうる。エンジンオイルは、例えば、ピストン１４ａ～１４ｄとシリンダ１２ａ～１２ｄの間に油膜を形成したり、ジャーナル部２２と軸受け４０の間に油膜を形成したりする。

【0026】

＜軸受けの詳細構成＞
図２は、軸受け４０の構成を説明するための模式図であり、図１のＡ－Ａの断面図である。図３は、図２のＢ－Ｂ断面図である。図４は、図３の部分Ｃの拡大図である。なお、図２～図４では、説明の便宜上、薄肉の軸受け４０の厚さを実際よりも大きく示している。

【0027】

５つの軸受け４０の構成は同様であるので、一の軸受け４０を例に挙げて説明する。
軸受け４０は、クランクシャフト２０のジャーナル部２２を支持している。軸受け４０の内周面４１は、図２に示すように、僅かな隙間を介してクランクシャフト２０のジャーナル部２２の外周面に対向している。上記の隙間に、潤滑油による油膜が形成されている。

【0028】

軸受け４０の外周面４２は、図２に示すように、シリンダブロック１０と支持ブロック３０に接している。具体的には、軸受け４０の上半分の外周面４２は、シリンダブロック１０の上支持部１８に接しており、軸受け４０の下半分の外周面４２は、支持ブロック３０の下支持部３２に接している。なお、軸受け４０は、上半分と下半分とに２分割可能である。

【0029】

図２に示すように、軸受け４０の内周は、軸方向から見て円状に形成されている。本実施形態における軸受け４０の内周の軸方向両端部の直径は、軸方向中央側の直径よりも大きい。また、軸方向両端部（軸受け４０の内周の直径が大きくなる部分）の軸受け４０の側面４５からの長さＬ１は、軸受け４０の厚さＬ２よりも長い。なお、軸受け４０の内周は、必ずしも円（真円）状に限らず、実質的に円状とみなせる程度の歪みや、形状を包含するものである。以下で、軸受け４０の具体的な構造について説明する。

【0030】

軸受け４０は、図３に示すように、軸受け４０の内周において軸方向両端に形成された交差面５０を有する。交差面５０は、軸受け４０の内周の軸方向両端を削るようにして、形成されている。

【0031】

交差面５０は、軸受け４０の内周面４１及び側面４５と交差している。交差面５０は、図４に示すように、内周面４１の軸方向の一端４１ａと側面４５の上端４５ａとを繋ぐ面となっている。具体的には、交差面５０は、内周面４１の一端４１ａと、半径方向において一端４１ａよりも外側に位置する上端４５ａとを繋いでいる。

【0032】

上述したように、軸受け４０の軸方向両端に交差面５０を形成することで、軸受け４０の軸方向中央側の内周面４１で規定される軸受け４０の内周の直径よりも、軸受け４０の軸方向端部側の交差面５０で規定される軸受け４０の内周の直径が、大きくなる。このように軸方向の内周の径を異ならせることにより、クランクシャフト２０が傾いても、ジャーナル部２２が交差面５０に接触し難くなる。また、仮にジャーナル部２２が交差面５０に接触したとしても、ジャーナル部２２が交差面５０に面接触することになり、交差面５０がジャーナル部２２から受ける圧力（以下、面圧とも呼ぶ）を小さくできる。なお、内周の径が大きくなる部分は、軸受け４０の軸方向端部から長さＬ１の部分である。ここで、長さＬ１は、軸受け４０の軸方向中央部の厚さＬ２よりも大きいことが望ましい。

【0033】

交差面５０は、軸受け４０の周方向に１周に亘って形成されている。このため、軸受け４０の軸方向端部の厚さは、軸受け４０の軸方向中央部の厚さよりも小さくなっている。

【0034】

交差面５０の軸方向の長さＬ１は、図４に示すように、軸受け４０の厚さＬ２よりも大きい。ここで、軸受け４０の厚さＬ２は、軸受け４０の軸方向中央側における内周面４１と外周面４２との間の厚さである。このような交差面５０を軸受け４０に設けることで、クランクシャフト２０が傾いても、ジャーナル部２２が交差面５０に接触し難くなる。また、仮にジャーナル部２２が交差面５０に接触したとしても、ジャーナル部２２が交差面５０に面接触することになり、交差面５０がジャーナル部２２から受ける圧力（以下、面圧とも呼ぶ）を小さくできる。

【0035】

ここで、クランクシャフト２０が傾く原因について説明する。上下に往復運動するピストン１４ａ～１４ｄが下死点に至る際に、ピストン１４ａ～１４ｄからクランクピン２４を介してクランクシャフト２０に下向きの力が作用する。この力により、クランクシャフト２０が傾く。クランクシャフト２０が傾くことで、本来なら軸受け４０と平行になっているジャーナル部２２も、傾くことになる。

【0036】

本実施形態とは異なり、軸受け４０の内周の軸方向の端部（単に、内周端部とも呼ぶ）に交差面５０が形成されていない場合には、傾いたジャーナル部２２が、ジャーナル部２２と軸受け４０の間にある油膜を薄くしたり、軸受け４０の内周端部に点接触して圧力が高くなったりする。このような状態でクランクシャフト２０が回転を継続すると、ジャーナル部２２と軸受け４０との間の摺動抵抗が大きくなるため、摩擦損失が大きくなってしまう。

【0037】

図５は、傾いたクランクシャフト２０のジャーナル部２２を軸受け４０が支持する状態を示す模式図である。本実施形態のように軸方向の長さＬ１が厚さＬ２よりも大きい交差面５０を設けた場合には、図５に示すようにジャーナル部２２が傾いても、油膜を薄くし難く、また軸受け４０に接触し難くなる。なお、仮にジャーナル部２２が軸受け４０に接触するとしても、ジャーナル部２２が交差面５０に面接触することで、面圧が小さくなるので、摺動抵抗も小さくなる。この結果、摩擦損失も低減できる。

【0038】

交差面５０の軸方向の長さＬ１は、軸受け４０の厚さＬ２の２倍よりも小さいことが望ましい。一例として、交差面５０の軸方向の長さＬ１は３ｍｍであり、軸受け４０の厚さＬ２は２ｍｍである。交差面５０の長さＬ１が長すぎると、軸受け４０がジャーナル部２２を支持する機能が低下するおそれがある。これに対して、交差面５０の長さＬ１を厚さＬ２の２倍より小さくすることで、軸受け４０の機能低下を防止しつつ、摩擦損失の低下を抑制できる。

【0039】

交差面５０は、所定曲率で湾曲した湾曲面になっている。具体的には、交差面５０は、図４に示すように、内周面４１の一端４１ａと側面４５の上端４５ａの間で、所定曲率で湾曲した面となっている。所定曲率は、一例として約６６．５ｍｍ（直径１３３ｍｍ）である。交差面５０が湾曲面であることによって、交差面５０と内周面４１が滑らかに繋がると共に、交差面５０を広くすることができる。交差面５０が湾曲面になっていることで、ジャーナル部２２が傾いた際にジャーナル部２２の外周面が湾曲面に面接触しやすくなり、エッジ接触に起因して面圧が大きくなることを抑制できる。

【0040】

なお、上記では、交差面５０が湾曲面であることとしたが、これに限定されない。例えば、交差面５０は、所定角度で傾斜した傾斜面になっていてもよい。例えば、交差面５０は、内周面４１の一端４１ａから側面４５の上端４５ａまで、内周面４１に対して一定の角度で傾いた傾斜面となっている。交差面５０が傾斜面になっている場合にも、クランクシャフト２０が傾いても、ジャーナル部２２が交差面５０に接触し難くなる。また、また、仮にジャーナル部２２が交差面５０に接触したとしても、ジャーナル部２２が交差面５０に面接触しやすくなる。

【0041】

また、上記では、軸受け４０が、回動部材であるクランクシャフト２０のジャーナル部２２を支持することとしたが、これに限定されない。例えば、軸受け４０は、コンロッド１６ａ～１６ｄのクランクシャフト２０のクランクピン２４と連結される大径部に設けられていてもよい。この場合には、交差面５０が形成された軸受け４０を設けることによって、コンロッド１６ａ～１６ｄとクランクシャフト２０の間での接触による摩擦損失を抑制できる。
なお、軸受け４０は、コンロッド１６ａ～１６ｄのピストン１４ａ～１４ｄと連結される小径部に設けられてもよい。すなわち、軸受け４０が、回動部材であるコンロッド１６ａ～１６ｄの端部を支持することになる。

【0042】

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の内燃機関１は、ピストン１４ａ～１４ｄの往復運動に連動して回動する回動部材（一例として、クランクシャフト２０）を、内周面４１で支持する軸受け４０を有する。軸受け４０の内周面４１の軸方向両端には、内周面４１及び側面４５と交差している交差面５０が形成されている。そして、交差面５０の軸方向の長さＬ１は、軸受け４０の厚さＬ２よりも大きい。
上記の構成により、外力を受けたクランクシャフト２０が傾いても、ジャーナル部２２が交差面５０に接触し難くなる。また、仮にジャーナル部２２が交差面５０に接触したとしても、ジャーナル部２２が交差面５０に面接触することになり、交差面５０に作用する面圧を小さくできる。これにより、ジャーナル部２２と軸受け４０の間の摺動抵抗を小さくできるので、内燃機関１の摩擦損失を低減できる。

【0043】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0044】

１ 内燃機関
１２ａ～１２ｄ シリンダ
１４ａ～１４ｄ ピストン
１６ａ～１６ｄ コンロッド
２０ クランクシャフト
２２ ジャーナル部
４０ 軸受け
４１ 内周面
４５ 側面
５０ 交差面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】