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，改进所谓的高预热特性。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

在一个方面中，本发明提供一种内燃发动机轴承，该内燃发动机轴承包括：

轴承主体，所述轴承主体形成为半圆筒状或圆筒状并且具有在轴之上滑动的内周面以及与壳体接触的外周面，其中，所述轴承主体具有：树脂层，所述树脂层由树脂制成；和加强层，所述加强层由金属制成，与所述树脂层接触，并且加强所述树脂层。

可能的构造是，所述树脂层形成所述内周面的至少一部分；所述加强层在所述轴的旋转轴线方向上的两侧具有所述内周面的端部；并且包含在所述树脂层中的所述内周面被所述端部夹持。

可能的构造是，所述树脂层形成所述外周面的至少一部分；所述加强层在所述轴的旋转轴线方向上的两侧具有所述外周面的端部；并且包含在所述树脂层中的所述外周面被所述端部夹持。

可能的构造是，所述轴承主体形成为半圆筒状并且具有与另一轴承接触以形成一对的配合表面；并且所述加强层在所述配合表面处暴露。

可能的构造是，所述树脂层覆盖所述加强层的整个表面。

另外，本发明提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括以下步骤：通过加工金属而形成加强层；以及通过用树脂涂覆所述加强层的整个表面而形成树脂层。

另外，本发明提供一种制造内燃发动机轴承的方法，该方法包括以下步骤：将包含金属的加强层布置到模具的内部空间的一部分中；以及通过将树脂注射到所述模具和所述加强层之间而形成树脂层。

发明有利效果

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树脂制成的情况比较，可以提高机械强度。

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是描述半圆筒状轴承11的层压结构的一个实例的概念图。

图9是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。

图10是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。

图11是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。

图12是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。

图13是示出根据第二实例的轴承制造方法的流程图。

图14是示出通过片材成形来模制树脂的方法的流程图。

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由树脂和金属制成。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形成为包括树脂，因此与轴承主体整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。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，油缓释部此外有助于形成油膜，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的轴承主体可具有层压结构，该层压结构包括：树脂层，该树脂层由树脂制成并且包括内周面的至少一部分；以及加强层，该加强层形成为与树脂层紧密接触并且加强树脂层。图8是描述半圆筒状轴承11的层压结构的一个实例的概念图。图8省略了油孔117。注意到，图8中示出的半圆筒状轴承11的层压结构也适用于半圆筒状轴承12。

如图8所示，轴承主体111具有：树脂层1111，树脂层1111包括内周面112的至少一部分；以及加强层1112，加强层1112形成为与树脂层1111接触。优选的是，树脂层1111和加强层1112紧密接触。树脂层1111由树脂制成。加强层1112由刚性比形成树脂层1111的树脂高的材料制成，并且通过形成为与树脂层1111紧密接触而提高树脂层1111的刚性。形成加强层1112的材料是诸如铁、铝或不锈钢的单金属，或者是其合金。形成加强层1112的材料还可包括除单金属或合金以外的材料。

加强层1112可通过使用辊弯曲处理等以将金属平板加工成半圆筒状而获得，或者可通过将具有中空部的板(诸如金属网或穿孔金属)加工成半圆筒状而获得。

图8中示出的树脂层1111形成为覆盖加强层1112的整个表面。该树脂层1111可通过在加强层1112的表面上执行涂覆处理而形成。该树脂层1111也可通过将树脂注射到已布置在模具中的加强层1112的表面上而形成。该树脂层1111也可通过压缩已注射到加强层1112的表面与加工装置之间的树脂而形成。

半圆筒状轴承11的层压结构不限于图8中示出的结构。图9是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。如图9的(a)所示，半圆筒状轴承11的轴承主体111a具有加强层1112a和树脂层1111a。

加强层1112a在沿着曲轴1(对置轴)延伸的方向(轴向方向)上的两侧上包括内周面112的端部。另外，包括在树脂层1111a中的内周面112被构造成由上述加强层1112a的两个端部从轴向方向上的两侧夹持。

因此，即使力沿轴向方向作用于曲轴1与内周面112的滑动表面处，树脂层1111a也被加强层1112a的各部分夹持，因此相比于内周面未被加强层1112a的各部分夹持的树脂层，不太容易损坏。

另外，如图9的(b)所示，树脂层可朝向对置轴突出得比加强层远。图9的(b)中示出的半圆筒状轴承11的轴承主体111b具有加强层1112b和树脂层1111b。

图9的(b)中示出的加强层1112b的从轴向方向上的两侧夹持树脂层1111b的两个部分距轴的距离比内周面112远δt，并且未到达内周面112。为此原因，加强层1112b不构成内周面112并且不与曲轴1接触或者在曲轴1上滑动。相反，树脂层1111b朝向曲轴1突出得比加强层1112b远，从而与曲轴1接触并且在曲轴1上滑动。

因此，热量不会经由加强层1112b从曲轴1直接排出到外部。另外，在曲轴1和加强层1112b之间没有滑动部，从而防止曲轴1和加强层1112b抵靠彼此刮擦，并且防止刮擦阻止树脂层和曲轴的滑动。

注意到，虽然在图8和图9中油槽116设置在树脂层中并且未到达加强层，但是油槽116的底部可到达加强层。另外，油槽116可设置在加强层中而不是树脂层中。

图10是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。图10中示出的半圆筒状轴承11的轴承主体111c具有加强层1112c和树脂层1111c。

图10中示出的树脂层1111c包括外周面113的至少一部分。加强层1112c包括内周面112，并且油槽116设置在加强层1112c中。加强层1112c在轴向方向上的两侧包括外周面113的端部。另外，包括在树脂层1111c中的外周面113被构造成由上述加强层1112c的两个端部从轴向方向上的两侧夹持。

根据该构造，热量经由内周面112沿着从曲轴1到加强层1112c的路径传递，然后传递到诸如壳体的外部，并且该路径的横截面面积由于树脂层1111c而变小，因此与轴承主体整体由加强层(即，金属)制成的情况比较，热量不太容易排出到外部。注意到，在这种情况下，期望的是，加强层1112c的在曲轴1上滑动的部分涂覆有树脂，以便改进滑动性能。

另外，图11是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。图11中示出的半圆筒状轴承11的轴承主体111d具有加强层1112d和树脂层1111d。加强层1112d通过使用冲压加工等以在金属平板的中心中形成压条(bead)状而获得，然后使用辊弯曲处理等以将板形成为半圆筒状。形成在加强层1112d中的压条状通过从内周面112侧朝向外周面113侧挤压而形成，使得凹部形成在内周面112侧，并且突出部形成在外周面113侧。

树脂层1111d形成为覆盖加强层1112d的整个表面。如上所述，该树脂层1111d也可通过在加强层1112d的表面上执行涂覆处理而形成，或者可通过将树脂注射到已布置在模具中的加强层1112d的表面上而形成。另外，该树脂层1111d可通过压缩已注射到加强层1112d的表面与加工装置之间的树脂而形成。

另外，图12是描述半圆筒状轴承11的层压结构的另一实例的概念图。图12省略了油槽116和油孔117。在图12中，图9的(a)中示出的轴承主体111a是从轴向方向观察的。如图12所示，加强层1112a在配合表面114和配合表面115处暴露，并且可覆盖树脂层1111a。根据该构造，因干涉造成的压缩负荷由加强层1112a承担，从而可以确保轴承主体111a的负荷轴承。

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，一次一个地制造轴承，通过用半圆筒状等经由辊弯曲处理等形成加强层，然后通过注射模制、压缩模制等沿着加强层形成树脂层。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，或者可通过在模制为半圆筒状之后执行切割等而形成。

2-2、第二实例

图13是示出根据第二实例的轴承制造方法的流程图。例如，如图13的(a)所示，轴承可通过在加强层上执行涂覆进行模制。在图13的(a)的步骤s201中，作为已通过辊弯曲处理等形成为半圆筒状的金属板的加强层被布置在预定位置。然后，在步骤s202中，通过用树脂涂覆加强层的表面来模制树脂层。

另外，例如，可通过利用树脂以及已经将如图13的(b)所示布置了加强层的模具执行注射模制或压缩模制来模制轴承。在图13的(b)的步骤s301中，将加强层布置在模具的内部空间的一部分中。然后，在步骤s302中，将树脂注射或压缩到模具和加强层之间。因此，树脂填充模具的内部空间中未被加强层占用的部分，并且形成树脂层。该树脂层包括内周面112。

另外，除了涂覆、注射模制和压缩模制，步骤s202或步骤s302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。

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。

虽然半圆筒状轴承11和半圆筒状轴承12被描述为根据本发明的实施方式的轴承的实例，但是轴承不限于半圆筒状轴承。根据本发明的轴承可以是圆筒状轴承(所谓的衬套)，例如。在这种情况下，构成该轴承的轴承主体具有圆筒状。注意到，在此，圆筒状轴承可在外周面的任何部分(诸如轴向方向上的端部)处设置有凸缘(所谓的带凸缘衬套)。

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…加强层

1112…树脂层

112…内周面

113…外周面

114…配合表面

115…配合表面

116…油槽

117…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