内燃发动机轴承和内燃发动机轴承的制造方法与流程

本发明涉及一种用于汽车等的内燃发动机中的轴承。

背景技术：

采用双金属(在由钢等制成的金属背衬上具有由铜系或铝系轴承合金制成的内衬层)的轴承已知作为用于汽车等的内燃发动机(发动机)中的所谓的主轴承或连杆轴承(例如，参见专利文献1)。另外，虽然不用于内燃发动机中，但是由树脂制成的轴承已知作为用于办公设备等中的轴承(例如，参见专利文献2和3)。

引文列表

专利文献

专利文献1：jp2013-167280a

专利文献2：jp2008-19880a

专利文献3：jp2000-87954a

技术实现要素：

技术问题

汽车中的内燃发动机期望的一个特性是在冷启动期间提高润滑剂温度的上升速度，或者换句话说，改进所谓的预热特性。然而，当使用如专利文献1中描述的由金属制成的轴承时，由于相对较高的导热率使得热量从润滑剂经由轴承排出，而存在的问题在于，润滑剂的温度不容易上升。专利文献2和3中描述的轴承用在诸如办公设备中的非润滑环境下，并且具有的问题是不能够用作连同润滑剂一起使用的内燃发动机用轴承。

鉴于此，本发明涉及主要利用内燃发动机轴承改进预热特性的技术。

解决问题的方案

本发明提供了一种内燃发动机轴承，该内燃发动机轴承包括轴承主体，所述轴承主体由树脂形成，具有半圆筒状，并且具有在对置轴之上滑动的内周面以及与壳体接触的外周面。

所述轴承主体可包括由热固性树脂形成的层。

所述轴承主体可包括由热塑性树脂形成的层。

所述轴承主体可包括由纤维增强树脂形成的层。

该内燃发动机轴承可具有：第一层，所述第一层由热固性树脂形成并且包括所述外周面；以及第二层，所述第二层由热塑性树脂形成并且包括所述内周面。

所述第一层的厚度可大于或等于所述轴承主体的厚度的80％。

所述轴承主体可具有位于所述第一层和所述第二层之间的油路。

本发明还提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括：通过在水中搅拌包含树脂的材料来生产浆料；将生产的浆料脱水；以及通过在模具中施加压力和热量来对脱水的浆料进行模制。

本发明还提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括：由热固性树脂形成第一层；以及通过利用热塑性树脂涂覆所述第一层来形成第二层。

本发明还提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括：通过将热固性树脂注射到第一模具中而形成第一层；将形成的所述第一层布置到第二模具中；以及通过将热塑性树脂注射到将其中布置有所述第一层的所述第二模具中而形成第二层。

本发明还提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括：通过将热固性树脂注射到模具的内部空间的一部分中而形成第一层；以及通过将热塑性树脂注射到所述模具与所述第一层之间而形成第二层。

本发明还提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括：通过使用第一阳模以挤压被布置在阴模中的热固性树脂粉末或颗粒而形成第一层；以及通过使用第二阳模以挤压被布置成覆盖于形成在所述阴模中的所述第一层上的热塑性树脂粉末或颗粒而形成第二层。

有利效果

根据本发明，可以利用内燃发动机用轴承改进预热特性。另外，与内燃发动机轴承整体由热塑性树脂制成的情况比较，可以提高机械强度；并且与轴承整体由热固性树脂制成的情况比较，可以改进在轴上滑动的滑动表面的滑动特性。

附图说明

图1是例示内燃发动机中的曲轴1的图。

图2是例示主轴承10的外观的图。

图3是例示半圆筒状轴承11的外观的图。

图4是例示半圆筒状轴承11的横截面结构的图。

图5是例示挤压缓释部(crushrelief)的图。

图6是例示油槽116和油孔117的横截面结构的图。

图7是例示形成在内周面112中的微细槽118的图。

图8是用于描述半圆筒状轴承的层压结构的概念图。

图9是示出在第一层和第二层之间具有油路的轴承主体的外观的图。图10是将轴承主体沿着图9中的线x-x切割的横截面图。

图11是将轴承主体沿着图10中的线xi-xi切割的横截面图。

图12是示出根据第二实例的轴承制造方法的流程图。

图13是例示根据第二实例的制造步骤的图。

图14是示出通过片材成形来模制树脂的方法的流程图。

图15是示出模制具有层压结构的轴承的方法的流程图。

图16是示出根据第三实例的轴承制造方法的流程图。

图17是例示根据第三实例的制造步骤的图。

附图标记列表

1…曲轴

2…连杆

10…主轴承

11…半圆筒状轴承

111…轴承主体

1111…第一层

1112…第二层

112…内周面

113…外周面

114…配合表面

115…配合表面

116…油槽

116a…油路

117…油孔

117a…油孔

117b…油孔

118…微细槽

119…爪

12…半圆筒状轴承

20…连杆轴承

30…曲轴垫圈

具体实施方式

1、结构

图1是例示内燃发动机中的曲轴1的图。曲轴1包括主轴承10、连杆轴承20和曲轴垫圈30。主轴承10是与气缸体(未示出)的壳体(未示出)附接、夹持曲轴1的轴颈并且支撑曲轴1的轴承。连杆轴承20是附接至连杆2、夹持曲轴1的销轴并且支撑连杆2的轴承。曲轴垫圈30是与主轴承10组合使用并且支撑曲轴1的轴向方向上的力的轴承。曲轴垫圈30还具有沿轴向方向定位曲轴1和气缸体的功能。

图2是例示主轴承10的外观的图。主轴承10由两个半圆筒状轴承(半圆筒状轴承11和半圆筒状轴承12)构成。半圆筒状轴承11是在从曲轴1观察时附接在活塞侧上的轴承(上轴承)，并且半圆筒状轴承12是附接在相反侧上的轴承(下轴承)。半圆筒状轴承11和半圆筒状轴承12是根据本发明的内燃发动机轴承的实例。

图3是例示半圆筒状轴承11的外观的图。半圆筒状轴承11具有轴承主体111。在该实例中，轴承主体111整体由树脂制成。热固性树脂或热塑性树脂用作树脂。

热固性树脂的实例包括热固性聚酰亚胺树脂(pi)、酚醛树脂(pf)、尿素树脂(uf)、三聚氰胺树脂(mf)、环氧树脂(ep)、呋喃树脂(ff)、二甲苯树脂(xf)、醇酸树脂(up)、有机硅树脂(si)、烯丙基树脂(pdap)以及通过将纤维(玻璃纤维或碳纤维)混合于这些类型的树脂中获得的材料(所谓的纤维增强塑料(纤维增强树脂)，frp)。

热塑性树脂的实例包括聚氯乙烯树脂(pvc)、聚偏二氯乙烯树脂(pvdc)、聚乙烯醇树脂(pva)、聚苯乙烯树脂(ps)、丙烯腈苯乙烯树脂(as)、丙烯腈—丁二烯-苯乙烯树脂(abs)、聚乙烯树脂(pe)、乙烯乙酸乙烯酯共聚树脂(eva)、聚丙烯树脂(pp)、聚缩醛树脂(pom)、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(pmma)、改性丙烯酸树脂(ms)、醋酸纤维素树脂(ca)、聚碳酸酯树脂(pc)、聚酯树脂(pet、ptt、pbt、pen、pbn)、聚酰胺树脂(pa)、聚氨酯树脂(pu)、氟树脂(ptfe、fep、pfa，等)、聚酰胺酰亚胺树脂(pai)、聚苯硫醚(pps)、聚醚醚酮(peek)、热塑性聚酰亚胺(tpi)、聚苯并咪唑(pbi)、聚醚酰亚胺树脂(pei)、聚砜树脂(psf)、聚醚砜树脂(pes)和聚芳酯树脂(par)。

由于用在内燃发动机中，树脂的耐热温度(例如，连续使用温度)优选地大于或等于180℃，更优选地大于或等于200℃。另外，从改善预热特性的观点来看，树脂的导热率优选地小于或等于1w/mk，更优选地小于或等于0.5w/mk。另外，为了避免因吸湿造成的不利效果(诸如尺寸的改变)，树脂的吸湿率优选地小于或等于0.2％。在特别是热塑性树脂的情况下，存在这样的问题，即：玻璃化转变点由于吸湿而降低，因此吸湿率优选地小于或等于0.2％。此外，从抑制气缸体膨胀的观点来看，树脂的线膨胀系数优选地小于或等于70×10^-6。

轴承主体111整体由树脂制成，因此与轴承主体由金属制成的情况比较，热量不太容易经由轴承从润滑剂排出到壳体，并且可以提高在发动机冷启动时润滑剂温度的上升速度。

轴承主体111被模制为半圆筒状，并且具有在曲轴1之上滑动的内周面112(滑动表面)，以及与壳体(未示出)接触的外周面113。曲轴1的直径φ例如为30到150mm，并且轴承主体111的内径与曲轴1的直径一致。此外，轴承主体111具有与半圆筒状轴承12接触的配合表面114和配合表面115。

在该实例中，半圆筒状轴承11在内周面112中具有油槽116。油槽116是用于向滑动表面供应润滑剂并且还保持所供应的润滑剂的槽。另外，油槽116设置有从外周面113贯穿到内周面112的至少一个油孔117。曲轴1的由半圆筒状轴承11支撑的部分设置有位于与油槽116对置的位置处的油孔(未示出)。该油孔贯穿到曲轴1的由连杆轴承20支撑的部分。经由设置在气缸体中的油路(未示出)向半圆筒状轴承11的外周面113供应润滑剂。已供应至外周面113的润滑剂经由油孔117向内周面112(滑动表面)供应，并且润滑主轴承。位于滑动表面上的润滑剂经由曲轴1的油孔向连杆轴承20的滑动表面供应。

图4是例示半圆筒状轴承11的横截面结构的图。图4的(a)是从垂直于配合表面的方向观察的半圆筒状轴承11的外观。图4的(b)是沿着图4的(a)中的b-b截取的横截面。该横截面是垂直于轴向方向的横截面(平行于滑动方向的横截面)。在该实例中，在该横截面中，轴承主体111的壁厚不是均匀的，而是使厚度朝向中央部增加，并且使厚度从中央部朝向端部(配合表面)减小。采用该构造使得内径圆(由内周面112描述的圆)的中心从外径圆(由外周面113描述的圆)的中心向外偏心(偏移)。所谓的油缓释部(oilrelief)是由这种偏心形成的。油缓释部指的是内周面和基于半圆筒状轴承的内周面的中央部的圆(经过内周面的中央部的圆)之间的间隙。油缓释部的深度(量)基于距配合表面的预定高度(例如，6到13mm)来测量，并且例如是0.005到0.025mm。油缓释部扩大了配合表面附近的油隙，有助于形成楔形膜压力。另外，油缓释部还有助于形成油膜，并且通过增加油量来冷却轴承。

另外，在该实例中，油槽116形成为沿滑动方向的整个长度延伸，从配合表面114延伸到配合表面115。油槽的深度也是不均匀的，而是使深度朝向轴承主体111的中央部增加，并且使深度从中央部朝向配合表面减小。

此外，轴承主体111设置有挤压缓释部。挤压缓释部指的是在内周面112的与配合表面114和配合表面115相邻的部分中设置在轴承主体111的整个宽度上的“避让部”。

图5是例示挤压缓释部的图。注意到，为了便于描述，与实际的挤压缓释部比较以夸大的方式例示了挤压缓释部。挤压缓释部的深度d是内周面112的位置与在配合表面的位置处由内周面112的除挤压缓释部以外的部分描述的圆之差，并且挤压缓释部的长度l是内周面112的形成有挤压缓释部的部分的长度。挤压缓释部的深度d例如为0.01到0.06mm，并且挤压缓释部的长度l例如为4到9.5mm。当轴承附接至壳体时，即使内周面112的位于配合表面附近的部分稍微朝向对置轴落下，挤压缓释部也防止与轴接触。挤压缓释部还具有通过在配合表面附近排放润滑剂而冷却轴承的效果，并且具有排出已贯穿至滑动表面的异物的效果。

图6是例示油槽116和油孔117的横截面结构的图。图6示出了垂直于滑动方向的横截面(平行于轴向方向的横截面)。在该横截面中，油槽116具有底部较窄且开口部较宽的梯形形状。油槽116的底部宽度w例如为2到5mm，并且油槽116的深度d小于底部宽度w，诸如为0.5到1mm。

在该实例中，比油槽116更微小的微细槽(微槽)形成在内周面112的除油槽116以外的部分中。

图7是例示形成在内周面112中的微细槽118的图。微细槽118是具有圆形弧状横截面且规则布置的槽。在该实例中，两个相邻槽之间的顶点具有尖锐的形状而不是平坦的。两个相邻顶点之间的间隙被称为间距p，并且基于顶点的槽的深度被称为深度h。微细槽118的间距p大于其深度h。例如，深度h优选地为1到20μm，更优选地为1到6μm。例如，间距p优选地为0.1到0.4mm，更优选地为0.1到0.2mm。微细槽118缩短了在所谓的stribeck图表中从非润滑状态转向流体润滑状态所需的时间，从而确保及早到达流体润滑状态并且提高了顺应性和油保持性。

另外，轴承主体111具有干涉(所谓的挤压)。换句话说，轴承主体111具有比半圆更长的直径。

现在，描述将返回到图3。半圆筒状轴承11在外周面113上具有爪119。爪119是用于抑制半圆筒状轴承11相对于壳体的旋转的防旋转突起部的实例。此外，爪119具有防止错误附接以及在周向方向和轴向方向上执行定位的功能。

另外，半圆筒状轴承11具有所谓的凸起。凸起指的是在从轴向方向观察时，在自由状态(未附接至壳体)下将外径尺寸设定为大于壳体内径。例如，该凸起为0.8到1.3mm。凸起具有在附接期间允许半圆筒状轴承11的外周与壳体内周一致的效果，并且具有在附接期间防止半圆筒状轴承11远离或脱离壳体的效果。

将不给出针对半圆筒状轴承12的详细描述，除了不具有油槽或油孔之外，半圆筒状轴承12与半圆筒状轴承11相同。也将不给出针对连杆轴承20的详细描述，连杆轴承20与主轴承10相同之处在于，在组合状态下使用两个半圆筒状轴承。应该注意的是，在连杆轴承20中，半圆筒状轴承均不具有油槽或油孔。连杆轴承20的两个半圆筒状轴承是根据本发明的内燃发动机轴承的其他实例。

另外，半圆筒状轴承11和半圆筒状轴承12可具有将多个树脂层从轴向中心沿辐射方向进行层压的结构。图8是用于描述半圆筒状轴承11的层压结构的概念图。图8未示出油槽116和油孔117。注意到，图8中示出的半圆筒状轴承11的层压结构也应用于半圆筒状轴承12。

如图8所示，轴承主体111具有包括外周面113的第一层1111，并具有包括内周面112的第二层1112。第一层1111由上述热固性树脂中的任一树脂形成。另外，第一层1111可包括其中使纤维与上述热固性树脂中的任一树脂混合的纤维增强树脂。第二层1112由上述热塑性树脂中的任一树脂形成。另外，第二层1112可包括其中使纤维与上述热塑性树脂中的任一树脂混合的纤维增强树脂。

注意到，第一层1111的厚度t1期望地大于或等于轴承主体111的厚度t的80％。因此，存在轴承主体111承受从曲轴1等接收的负荷的改进可能性。另外，代替包括第一层1111和第二层1112的两层结构，轴承主体111可包括层压的三个或更多个树脂层。

另外，轴承主体111可在各层之间具有油路116a。图9是示出在第一层1111和第二层1112之间具有油路116a的轴承主体111的外观的图。图10是轴承主体111沿着图9中的线x-x切割的横截面图。图11是轴承主体111沿着图10中的线xi-xi切割的横截面图。

如图10所示，轴承主体111具有这样的结构，即：第一层1111和第二层1112被层压，并且在宽度方向(由轴承主体111指示的曲轴1的延伸方向)的中心将油路116a设置在第一层1111和第二层1112之间。该油路116a设置有从外周面113贯穿至第一层1111的一个或更多个油孔117b。另外，一个或更多个油孔117a形成为从油路116a朝向内周面112贯穿至第二层1112。

因此，从设置在气缸体中的油路(未示出)供应的润滑剂从外周面113侧穿过油孔117b，填充油路116a，然后穿过油孔117a并且到达内周面112。因此，曲轴1和轴承主体111的滑动表面(内周面112)在彼此上滑动。

注意到，例如，油孔117a和油孔117b的位置可以匹配，但是不需要匹配，如图11所示。如图1所示，即使油孔117b不设置在油孔117a的延长线上，从油孔117b供应的润滑剂也穿过油路116a和油孔117a，并且供应至内周面112。

2、制造方法

若干方法能应用为用于制造主轴承10和连杆轴承20的方法。

2-1、第一实例

在该实例中，轴承通过注射模制、压缩模制等一次一个地模制。油槽、油孔和微细槽可通过预先在模具中形成油槽、油孔和微细槽进行模制，或者可在模制为半圆筒状之后通过执行切割等而形成。

2-2、第二实例

图12是示出根据第二实例的轴承制造方法的流程图，而图13是例示制造步骤的图。

在图12的(a)所示的步骤s11中，将树脂模制为半圆筒状。图13的(a)例示了在步骤s11中获得的树脂模制主体。这里所说的半圆筒状是轴向方向上的长度比成品轴承的宽度长的形状。这种模制通过注射模制、压缩模制等执行。

在图12的(a)的步骤s12中，具有成品轴承的宽度的模制主体从树脂模制主体切割。图13的(b)例示了切割后的模制主体。

在图12的(a)所示的步骤s13中，在模制主体上进行必要的精加工等。例如，这里所说的精加工包括油槽形成、油孔形成、微细槽形成和倒角。

注意到，如果树脂在步骤s11中模制为具有成品轴承的宽度的半圆筒状，则可省略图12的(a)所示的步骤s12。图12的(b)所示的流程图示出了这种情况下的轴承制造方法。在此，在例如执行树脂注射模制的情况下，如果使用的模具具有设计成成品轴承的大小的内部空间，则可省略在模制之后执行的切割步骤。

另外，除了注射模制和压缩模制，步骤s11中的模制可以是片材成形。在此，“片材成形”为实体构件制造方法，其具有：将包含树脂的材料在水中搅拌以生产浆料的步骤；将生产的浆料脱水的步骤；以及通过在模具中挤压并加热来对脱水的浆料进行模制的步骤。

图14是示出通过片材成形来模制树脂的方法的流程图。在图14所示的步骤s101中，将包含树脂的材料制备为化合物。该材料包含热固性树脂或热塑性树脂，以及玻璃纤维、碳纤维、无机纤维、无机填料、摩擦调节材料，等。

在步骤s102中，将上述材料引入到水中并且搅拌或混合以生产浆料。

在步骤s103中，将上述浆料供应至过滤器并且脱水。抽吸过滤、压力过滤等作为脱水来应用。

在步骤s104中，将上述脱水浆料供应至模具然后挤压并且加热，从而模制为预定形状，诸如半圆筒状。

当树脂模制主体通过图14所示的步骤s101至步骤s104的片材成形步骤来模制时，材料比应用其他过程的情况更容易均匀分布。另外，在材料包含纤维的情况下，纤维不可能沿特定方向对准，从而可以为树脂模制主体的强度赋予各向同性，并且提高强度。

另外，在轴承具有上述图8所示的层压结构的情况下，能采用各种方法来进行步骤s11的模制。图15是示出模制具有层压结构的轴承的方法的流程图。

例如，具有层压结构的轴承可通过执行如图15的(a)所示的涂覆进行模制。在图的15(a)中的步骤s201中，第一层使用注射模制、压缩模制、片材成形等由热固性树脂材料模制。然后，在步骤s202中，第二层通过用热塑性树脂涂覆第一层的表面来模制。

另外，例如，具有层压结构的轴承可通过在不同的时间注射模制多个树脂件来模制，如图15的(b)所示。在图15的(b)中的步骤s301中，将热固性树脂注射到模具的内部空间的一部分中。因此，形成包括外周面113的第一层。然后，在步骤s302中，将热塑性树脂注射到模具和第一层之间。因此，热塑性树脂填充模具的内部空间中的未被第一层占用的部分，并且形成第二层。该第二层包括内周面112。

另外，例如，具有层压结构的轴承可通过如图15的(c)所示的所谓的多色模制来模制。多色模制是这样的方法，即：树脂模制主体在多个模具之间切换，在前一阶段模制树脂模制主体，然后将其他类型的树脂注射到树脂模制主体和新模具之间以制造由多种类型的树脂层构成的模制主体。

在图15的(c)中的步骤s401中，将热固性树脂注射到第一模具中。因此，形成包括外周面113的第一层。然后，在步骤s402中，将上述第一层移动并布置在第二模具中。第二模具的内部空间被设计成大于第一模具的内部空间。此外，在步骤s403中，将热塑性树脂注射到第二模具中。因此，热塑性树脂填充第二模具的内部空间中的未被第一层占用的部分，并且形成第二层。该第二层包括内周面112。

这种多色模制也能应用于压缩模制。在这种情况下，能省略上述步骤s402。

例如，在图15的(c)的步骤s401中，热固性树脂粉末或颗粒经由阴模的开口引入，然后将第一阳模插入到阴模的开口中，并且挤压树脂。此时，树脂可预热，并且可能已经历脱气处理。因此，被挤压的热固性树脂在阴模的内部空间内侧硬化，并且形成包括外周面113的第一层。第一阳模连同阴模一起构成第一模具。

移除第一阳模，然后在步骤s403中，将热塑性树脂粉末或颗粒经由上述阴模的开口引入。引入的热塑性树脂被布置成覆盖在阴模的内部空间中的第一层上。然后将第二阳模插入到阴模的开口中，并且挤压树脂。因此，热塑性树脂在第一层和第二阳模之间的空间中硬化，并且形成第二层。该第二层包括内周面112。第二阳模连同阴模构成第二模具。

注意到，第二阳模可与第一阳模不同或相同。另外，热固性树脂和热塑性树脂的引入次序可颠倒。而且，可在先前阶段中模制的树脂完全硬化之前引入在后一阶段中模制的树脂。

2-3、第三实例

图16是示出根据第三实例的轴承制造方法的流程图，而图17是例示制造步骤的图。

在步骤s21中，将树脂模制为圆形筒状。图17的(a)例示了在步骤s21中获得的树脂模制主体。这里所说的圆形筒状是在轴向方向上的长度比成品轴承的宽度长的形状。该模制步骤通过注射模制、压缩模制等执行。

在步骤s22中，圆形筒状树脂模制主体通过沿轴向方向执行切割来二等分。获得两个半圆筒状树脂模制主体。图17的(b)例示了在步骤s22中获得的树脂模制主体。之后，从半圆筒状树脂模制主体切割具有成品轴承的宽度的模制主体的步骤(步骤s23)以及精加工的步骤(步骤s24)类似于步骤s12和步骤s13。

注意到，类似于上述第二实例，如果树脂在图16的步骤s21中被模制为具有成品轴承的宽度的圆形筒状，则可省略图16所示的步骤s23。

另外，图16的步骤s21中的模制步骤可通过片材成形来执行，类似于第二实例。

另外，在轴承具有层压结构的情况下，类似于第二实例，各种方法能应用于图16的步骤s21中的模制，诸如不同时间的涂覆、注射模制以及多色模制。

3、变型

本发明不限于上述实施方式，并且能进行各种修改。下文描述了若干变型。可组合使用以下变型中的两个以上。

轴承的具体形状不限于实施方式中例示的形状。例如，可省略油槽、油孔、微细槽、油缓释部、挤压缓释部和爪中的至少一者。替代地，油槽和油孔中的至少一者可设置在半圆筒状轴承12和连杆轴承20中。另外，这些元件的具体大小不限于实施方式中例示的大小。而且，油槽和油孔的具体形状、数目和位置不限于实施方式中例示的形状、数目和位置。此外，半圆筒状轴承不要求具有凸起。

在实施方式中，描述了油槽116从配合表面114延伸到配合表面115的实例。然而，油槽可形成在沿周向方向的仅一部分中。另外，油槽不限于形成在滑动表面(内周面)中，并且可形成在外周面中。换句话说，油槽形成在轴承主体的内周面和外周面中的至少一者中是足够的。