エンジンベアリングの性能への影響

非常に大きな馬力を生み出すために、多数の重くて高速で動く部品が連携して動作する場合、エンジン内部にはかなりのストレスが発生します。 パイの半分は、十分な量の電力を生み出すために全力を尽くしています。 残りの半分は、電力が確実にサポートされ、生成されるようにすることです。 エンジンベアリングはこの点で重要な部品です。

エンジンベアリングの役割は、エンジンの通常運転中の不快な金属同士の接触を防ぎ、他の部品や部品を摩耗から保護することです。 ベアリングは極度の酷使に耐え、エンジン全体の耐久性を向上させる必要があります。

そうは言っても、エンジン製造業者が特定の用途に適したエンジン ベアリングのセットを決定する際には、疲労強度、往復アセンブリのバランス、潤滑、回転数制限、熱、埋め込み性、耐食性など、多くの考慮事項を考慮する必要があります。 – いくつか例を挙げると。

パフォーマンス レーシング アプリケーションと高馬力エンジンの構築が常に限界を押し上げているため、これまで以上に適応する必要がある新たな問題が発生しています。 たとえば、コンピューターとチューナーは現在、エンジンのタイミング曲線、噴射パルス、ターボブーストの拡大に​​おいて、より重要な役割を果たしています。 これには本質的に何も問題はありませんが、エンジンを過剰にブーストし、一定時間回転制限で動作するようにプログラムすると、最終的にクランクシャフトのねじれ振動 (クランクフレックス) が発生する可能性があります。 これにより、ベアリングに問題が生じます。

現在、ベアリング（パフォーマンス設定において）は硬さと柔らかさの両方が必要です。 形状を維持することは最も重要ですが、順応性があり、応力や屈曲を調整できる必要もあります。 焼き付きの可能性を最小限に抑えるための最も重要な部分は、正しい軸受材料を選択することです。

「現代のエンジンには、軸受材料の 2 つの基本的なファミリーがあります。銅ベース (トリメタルとして知られる) とアルミニウムベース (バイメタルとして知られます) です」と ACL Bearing Company のマイク スコット氏は言います。 「軸受合金の基本的な要件は靱性です。高荷重をサポートする能力と、軸受が過酷な動作条件に適応して吸収できる柔らかな焼付き防止特性のバランスがとれた能力です。」

トリメタルは、電気メッキされたバビットの薄いオーバーレイを備えた強力な銅と鉛ベースの合金のライニングです。 これらは、高い強度とオーバーレイの柔らかくて寛容な特性を組み合わせています。 層の相対的な厚さとその冶金を調整することで、ある程度の最適化が可能になり、中程度の負荷の用途では優れた耐焼き付き特性とともに良好な強度が提供され、特に OE 標準が適用される標準的な再構築に厳しいソリューションを提供します。エンジニアリングと清潔さは保証できません。

パフォーマンス用途では、非常に高強度のライニング層を丈夫なオーバーレイと組み合わせることで、シャフトとベアリング間の相互作用による極端な負荷をサポートできます。

バイメタルは中程度の強度のアルミニウム - 錫ベースの合金ライニングであり、オーバーレイを必要としない万能な機能を備えています。 ただし、単一合金で強度と耐焼付き特性のバランスをとるには、常に妥協が必要です。 強力なバイメタルは耐焼き付き特性が大幅に低下する傾向があり、その逆も同様です。 このため、動作条件が中程度で予測可能な用途に適しています。 また、これらの素材は耐久性にも優れています。 これらの理由により、OEM から強く支持されています。

明らかに、トリメタルは焼き付き防止能力が向上しているため、パフォーマンスに関連するあらゆる用途に最適です。 そうは言っても、適切なベアリングを選択する際に、建設業者が選択できる幅広い選択肢があります。 それらの多くはコーティングを追加していますが、この傾向はここ数年で高まっているだけです。

極限のパフォーマンスのアプリケーションでは、ベアリングとクランクシャフトを完全に分離するようにクリアランスを制御することは基本的に不可能です。 高負荷と高速は高エネルギー接触を意味し、電力損失や過熱を引き起こします。 現在、ベアリングは低摩擦接触が持続できるように非常にうまく設計されていますが、コーティングにより摩擦レベルと動力損失をさらに低減できます。

ACL は、断続的な乾式潤滑を提供する 0.00025 インチ～0.00030 インチのキャリコ コーティングを施したトリメタル ベアリングを製造しています。 CT-1 コーティングは摩擦と抗力を軽減し、耐荷重能力を高めます。 通常の条件下では、パフォーマンス ベアリング オーバーレイは約 12,000 psi に耐えます。 CT-1 コーティングされたベアリングは、この負荷容量を 180,000 psi に増加します。 コーティングは、OE ストップ/スタート エンジンに使用されるバイメタル ベアリングにも使用され始めています。

King Engine Bearings の Ron Sledge 氏は、「King は、鉛を含む多くのトリメタル (CP) ベアリングを置き換えるために、バイメタルでコーティングされた鉛フリー ベアリング (PL) を開発しています。」と述べています。 「これは、エンジンの停止/始動に使用されるコーティングされたバイメタルベアリングを搭載した多くの新しいOEエンジンが発売されていることに対応するものです。さまざまなタイプのコーティングがベアリング表面に減摩特性を提供し、ベアリングの損失の可能性によるベアリングの損傷を防ぎます。」油圧。

King は、最近リリースされた鉛フリーのトライメタル ベアリングを提供する数少ない企業の 1 つでもあります。

「エンジンのベアリングは、シリンダー ヘッドの開発と大型ターボに伴うより高い負荷に対応する必要があります」とスレッジ氏は言います。 「King は最近、コーティングなし (SV) とコーティング済み (GPC) のバリエーションで利用できる新しいシルバー マトリックス オーバーレイ トリメタル ベアリングをリリースしました。これらの材料には、King の主力 (XP、XPC) トリメタル ベアリングよりも疲労強度が 30% 高いという利点があります。アプリケーションには、ディーゼルのパフォーマンス、スプリントカー、高馬力の OE エンジンが含まれます。」

環境規制や法律により、鉛フリーのエンジン ベアリング (およびその他の鉛フリー金属部品) の注目度がすぐに高まる可能性がありますが、ベアリングの材料に関しては、鉛には多くの望ましい特性があります。 そのうちの 1 つは、鉛が「親油性」であることです。鉛は一部の種類の油と親和性があり、表面張力を下げ、ベアリング表面をより「濡れやすく」します。

これにより、高性能トライメタルベアリング構成に鉛を追加することが可能になります。 鉛だけでは不十分な場合、最高の高性能エンジンには鉛インジウムベアリングが搭載される傾向があります。 通常のトリメタルベアリングは、銅、錫、鉛で作られたオーバーレイ、青銅基材（銅/鉛）、スチールバッキング、および錫が基材に化学的に移行するのを防ぐ薄いニッケルバリアで構成されています。 インジウムが関与すると、ベアリングの強度と寿命の両方が影響を受けます。

「当社の H ベアリングは銅/錫/鉛の基材であり、強度が 20 ～ 30% 優れています」と MAHLE の Dan Begle 氏は述べています。 「H はより硬い表面で、剛性を保ちながらストリートで多くのマイルを獲得できるように設計されているため、ブラケットレースをする可能性があり、シーズンの終わりまでパンを脱がない人に適しています。

「当社の V ベアリングは、NHRA レーサーが頻繁にオイルパンを取り外してベアリングを検査するため、ベアリングの寿命がそれほど重要ではない場所で使用しているのを目にすることがあります。これらのベアリングは鉛インジウムで作られており、かなり柔らかいです。 「オーバーレイの動きを許容するためにより柔軟になりました。クランクが大きくフレックスしている場合、形状を維持しながらその動きが非常に役立ちます。」

結局のところ、エンジン製造業者にとって、エンジン ベアリングの開発に着手する前に、ベアリングのメーカーに相談することが重要です。 これらはパフォーマンス エンジンの最も単純な部品のように見えるかもしれませんが、時間をかけて可能な限り最適なアプリケーションを研究することで、エンジンがより健全になり、故障の可能性が減ります。EB