エンジンベアリングに関する事実

エンジン ベアリングに関する情報はたくさんあるので、この小さな、しかし重要なエンジン コンポーネントに関連するいくつかの事柄について、記録を正そうと考えました。 明らかに、エンジンのベアリング性能には複数の要因が影響しており、最初のステップはエンジンの最終用途が何になるかを知ることであると専門家は同意しています。 レーシングベアリングはストリート使用に推奨されているベアリングとは異なり、考慮すべき点がたくさんあります。 最終的には、すべての要素の組み合わせによってのみ、ベアリングの問題に対する答えが得られます。

部品の剛性

ベアリングのクリアランスに言及して、エンジンのセットアップを「緩め」または「きつめに」行うという議論を何度も聞いてきましたが、「緩め」はエンジンが「容易に回転する」というメリットとして表現されることがよくあります。 しかし、肝心なのは、クランクフレックスをどれくらいにするかということです。 「たわみが大きい場合は、エンジンを緩めにセットアップすることが有益です」と、キングベアリング社のパフォーマンスおよびテクニカルマネージャーのロン・スレッジ氏は言います。 「クランクが曲がりたい場合、クランクがベアリングに入り込んでしまうため、クリアランスをきつく設定することはできません。おそらく、たわみによる摩耗を引き起こす最も重要な要素はクランクシャフトです。曲がっている場合は、クランクシャフトが問題になります。」ジャーナルの位置がずれる可能性があり、クリアランスが非常に狭い場合は、ベアリングに接触する可能性が高くなります。」

この側面における剛性の主な焦点は、クランクシャフトとそれに影響を与える可能性のある要因です。 マーレ社のテクニカル セールス エンジニア、ダン ベグル氏も同様のアドバイスを展開しており、次のように述べています。「余分なクリアランスを備えたエンジンを構築するのは、亜硝酸などの出力付加物質のせいです。このような状況では、制限要因はクランクシャフトになります。クランクシャフトが厳しい状態にあるときは、応力がかかると、クランクシャフトが曲がります。曲がると、オイルクリアランスが設定した値よりも小さくなります。クランクが軌道を描き始めます。これは、クランクが中心線上で回転していないことを意味します。余分なクリアランスは、オイルクリアランスを維持するためのものです。クランクが周回運動をしているときに油膜が形成されるため、ジャーナルとの接触がありません。」

オイルクリアランスと粘度の関係

前のカテゴリーと密接に関係しており、オイルクリアランスと粘度は密接に関連しています。 「オイルクリアランスとオイル粘度を一致させる必要があります」とスレッジ氏は言う。 「粘度が足りないと、ベアリング内にオイルが流れすぎてしまい、強い油膜が維持できなくなります。ベアリングとクランクシャフトの間に良好な強い油膜を維持することが、トラブルを防ぐ鍵です。」 0.005インチのクリアランスを走るつもりなら、50か60のウェイトで走らなければなりません。 最近の一部の OE クリアランスである .002 インチまたは .0015 インチを実行する場合は、20 W 以下で実行する必要があります。 オイルは間に入るのに十分な薄さである必要がありますが、油膜を維持するのに十分な厚さでなければなりません。」

それはどれくらい重要ですか？ ACLのロバート・テイラーは、「油膜の厚さは、クランクシャフトがあるかないかの違いです。クリアランスと粘度が一致しない場合、そのチャンスを賭けたいですか?」と率直に言います。

ベアリングの偏心、油圧、オイルウェッジ

エンジン ベアリングの ID はある程度の偏心を持つように設計されており、オイル ウェッジを構築してベアリング表面全体に油膜を維持するように作用するため、ベアリングの形状はこのすべての興味深い側面です。 「ベアリングは機械式オイルポンプです」とベグル氏は言う。 「ベアリングに設計された偏心は、発生する流体圧力に比例します。ベアリングの外径は完全に真円です」と Begle 氏は言います。 「内側、オイルクリアランスを測定する 12 時の位置が最もきつい場所です。約 45 ～ 60 度（垂直方向からベアリングの壁の厚さ）が薄くなるのです。ベアリングが接する最後の部分では、これはボアリリーフと呼ばれます。組み立て中または動作中の変形を防ぐために最も薄いものです。」

しかし、その形状はすべてのベアリングで同じなのでしょうか? 「クランクシャフトの動作により、流体力学的な油膜が形成されます」と ACL 製品エンジニアのマーク シャドボルト氏は言います。 「当社のパフォーマンス レース シリーズでは、一般的な交換用ベアリングよりも多くの偏心を構築します。偏心のもう 1 つの理由は、システム全体の歪みを許容するためです。レース エンジンでは、より多くの歪みが発生します。」

そして専門家は全員同意しているのでしょうか？ きっと。 「交換用ベアリングと高性能ベアリングの違いはウェッジです」とベグル氏は言います。 「高性能ベアリングには、ジャーナルを外さないようにするために、より高いフィルム圧力を生み出すために、より多くのウェッジが必要です。」

このパズルにさらにピースを追加するには、用途と、それが入るハウジングの剛性に応じて、低偏心ベアリングと高偏心ベアリングがあります。「たとえば、ロッドの大端の剛性が十分でない場合、高回転ではベアリングが伸びます」とスレッジ氏は言う。 「ボアが卵型になるとベアリングが引き込まれ、オイルウェッジを維持するためにより多くのスペースが必要になるため、より多くの偏心が必要になります。ベアリングのボアが伸びてクリアランスが閉じると、ベアリングがオイルを拭き取ってしまいます。」より強いロッドには偏心は少なくて済みます。」

油圧はこの中のどこに含まれるのかと疑問に思われるかもしれません。 それはパズルの小さなピースです。 「オイルが存在するベアリング内で回転するジャーナルは、エンジンのオイル ポンプです」とスレッジ氏は言います。 「オイルポンプの仕事は、ジャーナルにオイルを維持することだけです。クランクの回転が速くなると、より多くのオイルを使用します。ポンプはオイルの供給を維持するだけで十分です。偏心とくさびがオイルを引き込みます。必要以上の圧力がかかるだけです。」出血して馬力を奪うだろう。」

荷重時間とベアリング疲労

負荷時間は、使用する必要があるベアリングの種類を決定するため、重要な要素です。 「ベアリングに起こり得る最悪の事態は疲労です」とスレッジ氏は言います。 「疲労すると自壊してしまいます。マリンや耐久レースのような持続時間や負荷の高いモーターでは、クランクに大きな負荷がかかり、クラックが発生します。疲労には 2 つのレベルがあります。クランクは基材である可能性があります。」 、またはオーバーレイ材料を使用して、疲労を避けるためにエンジンを構築します。

「路面電車に 700 馬力や 800 馬力を発生するエンジンが搭載されているとしても、負荷はそれほど長くは続きません。そのストリート/ストリップカーでドラッグ レースをするつもりなら、負荷はまだ非常に短いですが、もし私がサークルトラックやマリンエンジンのようにエンジンに負荷をかける場合、長時間負荷をかけることになりますが、その長い期間は疲労を引き起こしやすくなります。負荷時間はベアリングがどのように分離されるかを表します。」

ベアリングの構造と故障

「典型的な高性能ベアリングは、スチール製の裏打ちを持つトリメタル ベアリングです」と Begle 氏は指摘します。 「三金属の中間層は銅、錫、鉛ですが、クレバイトでは、溶解プロセスで一緒に溶かされます。その時点で、銅と錫の 2 つの要素を取り出して青銅の合金を作ります。他のベアリング会社は焼結プロセスを使用しているため、結晶粒構造は作成されません。」

鍛造クランクが鋳物とは対照的に強度を高める結晶粒構造を持っているのと同じように、Clevite パフォーマンス エンジン ベアリングも同じ方法で作られています。 青銅、銅、錫の合金にこれらの要素を組み合わせ、その上にオーバーレイを施すことで、より大きな強度が生まれます。 中央は表示されず、背面とオーバーレイのみが表示されます。

「オーバーレイは銅、錫、鉛の電気めっきプロセスです」とベグル氏は言う。 一定の厚みになるようにコントロールされています。

最も深いレベルでは、ベアリングが故障する原因は何でしょうか? 「適切なオイルクリアランスがなく、ジャーナルがベアリングと接触すると、オーバーレイに摩擦温度が発生します」とベグル氏は言います。 「錫の融点は 449 度 F なので、摩擦温度が高くなると、オーバーレイの錫メッキが溶け始め、ベアリングが破壊され始めます。摩擦の話は厳密にオーバーレイに関するもので、基材には耐荷重能力。」

埋め込み可能性

埋め込み性とは、オイル内の汚染物質に対するベアリングの反応を指します。 良好な埋め込み性とは、軸受材料が異物を捕らえて表面の下に沈める能力があることを意味します。 「清潔さが重要です」とテイラーは言います。 「ベアリングに破片を埋め込みたいと考えています。別の方法は、クランクシャフトジャーナルに傷を付けることです。常に破片が存在します。ベアリングを交換しますか、それともクランクシャフトを交換しますか?」

埋め込み可能性の主題は、侵害の主題につながります。 「結局のところ、ベアリングの材料は妥協です」とスレッジ氏は言います。 「別のものを手に入れるためには、何かを放棄する必要があります。日常的に運転するドライバーにとって、エンジンの寿命が長くなり、組み込み性の良いベアリングが必要になります。」

一般的な交換用ベアリングとして代表的なアルミニウム製ベアリングは、埋め込み性に優れているため、より多くの破片を処理できますが、硬度と耐荷重が犠牲になります。 「優れたベアリング材料は、強度と埋め込み性との間の妥協点です」とシャドボルト氏は言います。 「すべてのベアリングにはある程度の埋め込み性が組み込まれていますが、レースシリーズのベアリングにはそれがありません。清浄度に注意してください。」

ベアリングのなじみ性・変形量

適合性または変形とは、ハウジングまたはジャーナルの幾何学的なずれにベアリングが適応する能力を指します。 なじみが悪いと油膜厚さが減少し、ベアリングの摩耗につながる可能性があります。 「ベアリングが変形可能でなければ、ハウジングの形状と一致せず、ベアリングはハウジングと一緒に動かなければなりません」とシャドボルト氏は指摘する。

コーティング

最近では、多くの高性能ベアリングにオプションのコーティングが施されていますが、これは保険に加入するようなものと考えられることがよくあります。 「コーティングは非金属層です」とスレッジ氏は言う。 「コーティングがないと、金属同士が接触します。始動時や油圧に問題がある場合に、金属同士が接触する可能性があります。コーティングされたベアリングは、ポリマー層がベアリングの上を滑るので、より長く長持ちします。」クランクシャフトは金属よりも簡単です。2 つの金属は互いに掴み合いたいのです。」

ACL の Shadbolt によると、コーティングされたベアリングの利点は潤滑性にあり、極端な状況でもベアリングを保護します。

最後の言葉

専門家は全員、設置時に清浄度が最も重要な要素であり、清浄度の欠如がベアリングの故障につながる最も一般的な問題であることに同意しています。 しかし、測定も同様に重要です。 テイラー氏は、よくある間違いは、新しいクランクシャフトが本来のサイズであると思い込むことだと指摘しています。 「思い込みは大きな間違いだ」と彼は言う。 「何も仮定しないでください。常に測定、測定、測定してください。」EB