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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsstange, die
für eine
Brennkraftmaschine wie zum Beispiel für eine Fahrzeugkraftmaschine
geeignet ist. Insbesondere verbessert die vorliegende Erfindung
eine Schmierung zwischen dem großen Ende einer Verbindungsstange
und der Kurbelwelle.
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Wie
dies in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP-2000-179535 A und in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift
JP-2001-18056 A beschrieben
ist, ist eine herkömmliche
Brennkraftmaschine wie zum Beispiel eine Fahrzeugkraftmaschine so
konfiguriert, dass ein Kolben und eine Kurbelwelle durch eine Verbindungsstange
verbunden sind, so dass eine Verbrennungsleistung des Gasgemisches bei
einem Verbrennungshub zu der Kurbelwelle durch den Kolben und die
Verbindungsstange übertragen
wird.
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Wie
dies in der 9 gezeigt ist, hat eine Verbindungsstange
im Allgemeinen ein kleines Ende b an einer Kolbenseite, ein großes Ende
c an einer Kurbelwellenseite und eine Säule d, die das kleine Ende
b mit dem großen
Ende c verbindet. Das kleine Ende b ist mit einem Kolbenstiftloch
b1 ausgebildet, durch das ein Stift eingefügt ist, um den Kolben e (durch
eine imaginäre
Linie in der 9 gezeigt) zu verbinden. Das
große
Ende c ist mit einem Kurbellagerloch c1 ausgebildet, durch das ein
Kurbelstift f der Kurbelwelle eingefügt ist. Das große Ende
c ist so konfiguriert, dass es in einen Körper c2 und in eine Kappe c3
geteilt ist. Halbkreisförmige
Lagerschalen g sind jeweils an den inneren Flächen des Körpers c2 und der Kappe c3 des
großen
Endes c vorgesehen. Wenn der Kurbelstift f durch das Kurbellagerloch
c1 eingefügt
ist, das zwischen dem Körper
c2 und der Kappe c3 des großen
Endes c ausgebildet ist, werden der Körper c2 und die Kappe c3 durch
Kappenschrauben h miteinander gekoppelt.
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Da
die Verbindungsstange die Verbrennungsleistung des Gasgemisches überträgt, ist
es erforderlich, dass sie eine hohe Steifigkeit aufweist. Da sich
des Weiteren die Verbindungsstange mit einer hohen Geschwindigkeit
bewegt (das kleine Ende b bewegt sich hin und her, und das große Ende
c kreist), ist es erforderlich, dass sie leicht ist. Für die leichte
Verbindungsstange a ist die Säule
d üblicherweise
so ausgebildet, dass sie einen I-förmigen oder H-förmigen Querschnitt
aufweist, der um eine Achse der Säule d symmetrisch ist.
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Gemäß den neueren
Tendenzen zum Erhöhen
der Drehzahl und der Leistung von Fahrzeugkraftmaschinen führen das
große
Ende c und der Kurbelstift f der Kurbelwelle eine Gleitbewegung
mit einer hohen Geschwindigkeit und mit einer großen Last
durch. Daher müssen
das große
Ende c und der Kurbelstift f der Kurbelwelle eine angemessene Schmierung
dazwischen aufweisen.
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Um
eine ausreichende Schmierung zu erreichen, wird ein Schmieröl zwischen
den Lagerschalen g und dem Kurbelstift f zugeführt. Wenn das Schmieröl zwischen
den Lagerschalen g und dem Kurbelstift f vorgesehen ist, muss die
Dicke des Schmierölfilmes größer als
ein vorbestimmter Wert sein. Eine kritische Situation zum Sichern
der Dicke des Schmierölfilmes kann
dann auftreten, wenn eine Verbrennungsleistung des Gasgemisches
bei einem Verbrennungshub der Kraftmaschine auf die Verbindungsstange
a von dem Kolben e ausgeübt
wird. Infolge dessen drückt die
Verbrennungsleistung die Lagerschale g des Körpers c2 des großen Endes
c gegen die Außenumfangsfläche des
Kurbelstifts f. Hinsichtlich der Schmierung ist es dementsprechend
sehr wichtig, einen Schmierölfilm
mit einer ausreichenden Dicke an den Lagerschalen g und g des Kurbelstifts
f und seiner Nachbarabschnitte auszubilden.
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Bei
herkömmlichen
Auslegungen einer Verbindungsstange ist ein Abschnitt von der Säule d zu dem
großen
Ende c (nachfolgend wird er als ein Mantel i bezeichnet) so geformt,
dass der Mittelwert der Spannung, die auf eine gesamte Kontaktfläche zwischen
der Lagerschale g und dem Kurbelstift f bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, kleiner ist als ein vorbestimmter
Wert. Genauer gesagt ist bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine
auf der Grundlage einer Fläche
A einer projizierten Ebene zwischen der Lagerschale g und dem Kurbelstift
f bei Betrachtung des großen
Endes c der Verbindungsstange a von dem Kolben e (entlang der Richtung
einer Wirkung der Verbrennungsleistung (durch einen Pfeil F in der 9 gezeigt))
und einer Last F, die auf die Verbindungsstange a ausgeübt wird,
der Mantel i so ausgelegt, dass der Mittelwert der Spannung (F/A),
die auf die gesamte projizierte Ebene aufgebracht wird, kleiner
ist als ein vorbestimmter Wert. Zum Beispiel kann der Mittelwert
der Spannung unter den vorbestimmten Wert dadurch reduziert werden,
dass der Querschnittsflächeninhalt
des Mantels i, der Durchmesser des Kurbellagerlochs C1 und der Durchmesser
des Kurbelstifts f erhöht
werden.
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Das
vorstehend beschriebene, herkömmliche
Verfahren zum Auslegen der Verbindungsstangen hat jedoch die folgenden
Nachteile.
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Bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine wird die Last nicht einheitlich
an der gesamten, projizierten Ebene zwischen der Lagerschale g und dem
Kurbelstift f ausgeübt,
wenn das große
Ende c der Verbindungsstange a von dem Kolben e betrachtet wird.
Wie dies in der 10 gezeigt ist (die eine graphische
Darstellung ist, welche die Last zeigt, die auf die projizierte
Ebene ausgeübt
wird, die als eine Kreisbogenfläche
von einem Punkt X zu einem Punkt Y in der 9 definiert
ist), wird anders gesagt die größte Last
(Spitzenlast) F1 an der Achse L der Verbindungsstange a ausgeübt, und
die Last verringert sich allmählich,
wenn sie die Achse L verlässt.
Dementsprechend wird die Ölfilmdicke
an der Achse L der Verbindungsstange a besonders dünn.
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Bei
dem Verbrennungshub ändert
sich außerdem
die Spitzenlast F1 an der Achse L gemäß der Drehposition der Kurbelwelle.
Wie dies in der 9 gezeigt ist, ist der Zeitpunkt,
wenn sich die Spitzenlast F1 auf das Maximum erhöht (der Zeitpunkt, wenn die Ölfilmdicke
an der Achse L auf das Minimum verringert wird), dann, wenn der
Kolben e von einem oberen Totpunkt um einen gewissen Kurbelwinkel fortschreitet
(in dem Bereich von ungefähr
10 bis 20 Grad). Dies ist dadurch begründet, dass der Verbrennungsdruck
in einer Brennkammer bei dem vorstehend angegebenen Zeitpunkt maximiert
ist.
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Wenn
sich die Kurbelwelle aus diesem Zustand weiterdreht (der Zeitpunkt,
wenn die Spitzenlast F1 maximiert ist), wird der Ölfilm zwischen
der Lagerschale g und dem Kurbelstift f, der sich an einem Abschnitt
entgegen der Bewegung des großen Endes
c befindet, dass heißt
ein linker Abschnitt von der Achse L in der 9 (insbesondere
ein Abschnitt der relativen Bewegung der Lagerschale g zu dem Kurbelstift
f), so mit Druck beaufschlagt, dass er fehlerhaft wird, da die Lagerschale
g und der Kurbelstift f relativ zueinander gedreht werden. Da es
schwierig ist, den Ölfilm
auszubilden, und da die Ölfilmdicke dünn wird,
kann eine ausreichende Schmierung nicht erreicht werden. Die 11 zeigt
eine schematische Ansicht der Ölfilmdicke,
die zwischen der Lagerschale g und dem Kurbelstift f ausgebildet
wird.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Last F, die zwischen der
Lagerschale g und dem Kurbelstift f ausgeübt wird, an der Achse L maximiert, und
sie verringert sich allmählich,
wenn sie die Achse L verlässt
(siehe 10). Durch die Drehbewegung (die
relative Bewegung der Lagerschale g bezüglich des Kurbelstifts f bei
dem Verbrennungshub) wird zusätzlich
die Ölfilmdicke
an jedem Punkt derart beeinträchtigt,
dass die Ölfilmdicke
an dem Abschnitt entgegen der Bewegung des großen Endes c (der Abschnitt
der relativen Bewegung der Lagerschale g bezüglich des Kurbelstifts f; der
linke Abschnitt von der Achse L in der 9) äußerst dünn wird,
und die Schmierung wird unzureichend.
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Einer
der Gründe
für dieses
Phänomen
ist, dass die auf die Achse L der Verbindungsstange a ausgeübte Last äußerst hoch
ist. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann dieses Phänomen dadurch
verhindert werden, dass der Querschnittsflächeninhalt des Mantels i und
der Durchmesser des Kurbellagerlochs c1 des großen Endes c erhöht werden,
um die Spannung zu verringern, die auf die Achse L aufgebracht wird.
Jedoch erhöht
dies das Gewicht der Verbindungsstange a und ein Gewicht der Kurbelwelle.
Die Erhöhung
des Gewichtes der Verbindungsstange und der Kurbelwelle führt zu einer Verschlechterung
des Startverhaltens der Kraftmaschine und zu einer Erhöhung eines
Energieverlustes. Infolge dessen verschlechtert sich die Kraftmaschinenfunktion
bei hoher Geschwindigkeit und hoher Leistung.
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Die
vorliegende Erfindung optimiert die Form der Verbindungsstange a,
um die Schmierung zwischen dem großen Ende c und der Kurbelwelle
zu verbessern, während
die Anforderungen zum Begrenzen der Spannung an jedem Punkt erfüllt werden,
da die daran aufgebrachte Last ausreichend niedrig ist; sie legt
einen angemessenen Lastspitzenwertpunkt fest; sie verringert die
auf den Lastspitzenwertpunkt aufgebrachte Last; und sie vermeidet
eine Erhöhung
des Gewichtes der Verbindungsstange a oder der Kurbelwelle.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Verbindungsstange für eine Brennkraftmaschine
vor, die eine ausreichende Schmierung zwischen dem großen Ende
einer Verbindungsstange und der Kurbelwelle ermöglicht, indem die Form der
Verbindungsstange verbessert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Verbindungsstange derart asymmetrisch geformt, dass
der Abschnitt entsprechend dem Bereich zwischen dem großen Ende
der Verbindungsstange und dem Kurbelstift und jenem Bereich, wo
die Ölfilmdicke
bei dem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine dünn wird, eine geringere Steifigkeit
als andere Abschnitte aufweist, um dadurch die Lastübertragung
zu dem vorstehend genannten Bereich zu begrenzen. Durch Steuern
der zusätzlichen
Last, die zu jenem Bereich übertragen
wird, wo der Ölfilm
ausreichend ausgebildet ist, kann außerdem der Ölfilm gleichmäßig und
ausreichend an jedem Punkt verteilt werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einem Kolben gekoppelt ist;
ein großes Ende,
das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Ein
Bereich der Säule
oder ein Bereich von der Säule
zu dem großen
Ende ist so geformt, dass die Steifigkeit eines Bereiches einer
relativen Bewegung des großen
Endes bezüglich
des Kurbelstiftes bei einem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine
hinsichtlich einer Achse der Verbindungsstange, die sich von einem
Mittelpunkt des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes erstreckt,
kleiner ist als die Steifigkeit eines Bereiches entgegen der relativen
Bewegung. Anders gesagt ist die Steifigkeit an einem Bereich an
einer Seite von der Achse der Verbindungsstange (der Bereich der
relativen Bewegung des großen
Endes bezüglich
des Kurbelstiftes) kleiner als die Steifigkeit an dem Bereich an
der anderen Seite von der Achse der Verbindungsstange (der Bereich
entgegen der relativen Bewegung des großen Endes bezüglich des
Kurbelstiftes).
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Dementsprechend
wird die Lastübertragung zu
jenem Bereich begrenzt, der das Problem haben kann, dass der Ölfilm bei
einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine dünner ist (der Bereich der relativen
Bewegung des großen
Endes bezüglich
des Kurbelstiftes hinsichtlich der Achse der Verbindungsstange),
und die Druckkraft des großen Endes
(insbesondere der oberen Lagerschale) zu dem Kurbelstift in dem
vorstehend beschriebenen Bereich aufgrund der Verbrennungsleistung
(der Last) des Gasgemisches wird reduziert. Dementsprechend kann
der Ölfilm
an dem vorstehend beschriebenen Bereich mit einer ausreichenden
Dicke ausgebildet werden. Andererseits wird der größte Teil der
Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes
bezüglich
des Kurbelstiftes hinsichtlich der Achse der Verbindungsstange aufgebracht.
Da jedoch dieser Bereich jener Bereich ist, wo der Ölfilm ursprünglich mit
der ausreichenden Dicke ausgebildet wird, wird die erforderliche Ölfilmdicke
auch in diesem Bereich erreicht. Infolge dessen wird die Schmierung
zwischen dem großen
Ende der Verbindungsstange und dem Kurbelstift verbessert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen Kolben gekoppelt ist;
ein großes
Ende, das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Ein
Bereich einer relativen Bewegung des großen Endes bezüglich des
Kurbelstiftes bei einem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine hinsichtlich
einer Achse der Verbindungsstange, die sich von einem Mittelpunkt
des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes erstreckt, wird einem
Prozess zum Reduzieren der Steifigkeit ausgesetzt, und ein Bereich
entgegen der relativen Bewegung wird dem Prozess zum Reduzieren
der Steifigkeit nicht ausgesetzt.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen Kolben gekoppelt ist;
ein großes
Ende, das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Ein
Bereich der Säule
von der Säule
zu dem großen
Ende ist so geformt, dass die Steifigkeit reduziert ist. Das Maß der Verringerung der
Steifigkeit an einem Bereich einer relativen Bewegung des großen Endes
bezüglich
des Kurbelstiftes bei einem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine
hinsichtlich einer Achse der Verbindungsstange, die sich von einem
Mittelpunkt des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes
erstreckt, ist größer als
das Maß der
Verringerung der Steifigkeit an einem Bereich entgegen der relativen
Bewegung festgelegt.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen Kolben gekoppelt ist;
ein großes
Ende, das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Ein
Bereich einer relativen Bewegung des Kurbelstifts bezüglich des
großen
Endes bei dem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine hinsichtlich
einer Achse der Verbindungsstange, die sich von einem Mittelpunkt
des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes erstreckt, wird einem
Prozess zum Erhöhen
der Steifigkeit ausgesetzt, und ein Bereich entgegen der relativen
Bewegung wird dem Prozess zum Erhöhen der Steifigkeit nicht ausgesetzt.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen Kolben gekoppelt ist;
ein großes
Ende, das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist.
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Ein
Bereich der Säule
oder von der Säule
zu dem großen
Ende ist so geformt, dass seine Steifigkeit erhöht ist. Ein Maß der Erhöhung der
Steifigkeit an einem Bereich einer relativen Bewegung des Kurbelstift
bezüglich
des großen
Endes hinsichtlich einer Achse der Verbindungsstange, die sich von
einem Mittelpunkt des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes
erstreckt, ist größer als
ein Maß einer
Erhöhung
der Steifigkeit an einem Bereich entgegen der relativen Bewegung
festgelegt.
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Durch
die vorstehend beschriebene Konfiguration wird die Lastübertragung
zu dem Bereich der relativen Bewegung des großen Endes bezüglich des Kurbelstifts
hinsichtlich der Achse der Verbindungsstange begrenzt, wodurch die
ausreichende Ölfilmdicke
an dem vorstehend genannten Bereich erreicht wird.
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Um
die Steifigkeit zu verringern, kann der Bereich der Säule oder
von der Säule
zu dem großen Ende
mit einem Durchgangsloch oder einem ausgesparten Abschnitt ausgebildet
sein. Außerdem
kann der Bereich der Säule
oder von der Säule
zu dem großen
Ende so geformt sein, dass er eine engere Breite von der Achse von
der Verbindungsstange hat.
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Andererseits
kann zum Erhöhen
der Steifigkeit der Bereich der Säule oder von der Säule zu dem großen Ende
mit einem Abschnitt mit großer
Dicke ausgebildet sein.
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Der
ausgesparte Abschnitt kann an einer vorderen Fläche und/oder an einer hinteren
Fläche ausgebildet
sein, die sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu einer
Drehachse der Kurbelwelle ist, oder er kann an einer Fläche ausgebildet
sein, die sich in einer Richtung erstreckt, die parallel zu der Drehachse
der Kurbelwelle ist.
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Um
die Steifigkeit zu verringern, kann zusätzlich der Bereich der Säule oder
von der Säule
zu dem großen
Ende mit einem Abschnitt mit kleiner Dicke ausgebildet sein, um
die Steifigkeit zu verringern.
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Um
die Steifigkeit zu verringern, kann der Bereich der Säule oder
von der Säule
zu dem großen Ende
so geformt sein, dass sich die Dicke allmählich zum Bereich entgegen
der relativen Bewegung erhöht.
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Um
die Steifigkeit zu verringern, kann ein Kantenabschnitt der Säule der
relativen Bewegung des großen
Endes bezüglich
des Kurbelstiftes weiter nach innen als ein Kantenabschnitt entgegen
der relativen Bewegung eingeschnitten sein.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine
Brennkraftmaschine Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen
Kolben gekoppelt ist; ein großes Ende,
das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und eine Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Die
Verbindungsstange ist asymmetrisch derart ausgebildet, dass die
Steifigkeit oder das Maß der
Verringerung der Steifigkeit an einem Bereich der Säule oder
von der Säule
zu dem großen
Ende in einer Richtung, entlang der sich das große Ende relativ zu dem Kurbelstift
bei einem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine hinsichtlich einer
Achse der Verbindungsstangen bewegt, die sich von einem Mittelpunkt
des kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes erstreckt, niedriger
als die Steifigkeit oder als das Maß der Verringerung der Steifigkeit
an einem Bereich in einer Richtung entgegen jener Richtung festgelegt
ist.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Verbindungsstange
für eine Brennkraftmaschine
Folgendes auf: ein kleines Ende, das an einen Kolben gekoppelt ist;
ein großes
Ende, das an einen Kurbelstift gekoppelt ist; und ein Säule, die
zwischen dem kleinen Ende und dem großen Ende vorgesehen ist. Um
eine Lastübertragung zu
einem Bereich einer relativen Bewegung des großen Endes bezüglich des
Kurbelstiftes bei einem Verbrennungshub der Brennkraftmaschine hinsichtlich einer
Achse der Verbindungsstange, die sich von einem Mittelpunkt des
kleinen Endes zu einem Mittelpunkt des großen Endes erstreckt, niedriger
als eine Lastübertragung
zu einem Bereich entgegen der relativen Bewegung zu verringern,
ist die Verbindungsstange so geformt, dass ein Lastspitzenwertpunkt
bei dem Verbrennungshub zu dem Bereich entgegen der relativen Bewegung
hinsichtlich der Achse der Verbindungsstange versetzt ist.
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Um
die Lastübertragung
zu jenem Bereich zu begrenzen, in dem der Ölfilm zwischen dem großen Ende
der Verbindungsstange und dem Kurbelstift bei dem Verbrennungshub
der Brennkraftmaschine vermindert wird, ist die Verbindungsstange
gemäß der vorliegenden
Erfindung derart asymmetrisch geformt, dass ein Abschnitt entsprechend
dem vorstehend genannten Bereich eine geringere Steifigkeit als
andere Abschnitte hat. Dementsprechend wird die Lastübertragung
zu dem Bereich der relativen Bewegung des großen Endes bezüglich des
Kurbelstifts hinsichtlich der Achse der Verbindungsstange begrenzt,
wodurch die ausreichende Ölfilmdicke
an dem vorstehend genannten Bereich erreicht wird. Infolge dessen
kann die Schmierung zwischen dem großen Ende der Verbindungsstange
und dem Kurbelstift beträchtlich
verbessert werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von exemplarischen
Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, wobei:
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1A und 1B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 1A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt, und die 1B eine
Schnittansicht entlang einer Linie IB-IB in der 1A zeigt;
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2 zeigt
eine graphische Darstellung, die eine Lastverteilung, die zwischen
einer Lagerschale und einem Kurbelstift gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebracht wird, mit einer Lastverteilung vergleicht, die zwischen
einer Lagerschale und einem Kurbelstift gemäß dem Stand der Technik aufgebracht
wird;
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3A und 3B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 3A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt und die 3B eine
Schnittansicht entlang einer Linie IIIB-IIIB in der 3A zeigt;
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4A und 4B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 4A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt und die 4B eine
Schnittansicht entlang einer Linie IVB-IVB in der 4A zeigt;
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5A und 5B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 5A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt, und die 5B eine
Schnittansicht entlang einer Linie VB-VB in der 5A zeigt;
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6A und 6B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, wobei die 6A eine Ansicht einer Verbindungsstange
bei Betrachtung von einer Richtung einer Kurbelachse zeigt, und
die 6B eine Schnittansicht entlang einer Linie VIB-VIB
in der 6A zeigt;
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7A und 7B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 7A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt, und die 7B eine
Schnittansicht entlang einer Linie VIIB-VIIB in der 7A zeigt;
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8A und 8B zeigen
Ansichten einer Verbindungsstange gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die 8A eine
Ansicht einer Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung
einer Kurbelachse zeigt, und die 8B eine
Schnittansicht entlang einer Linie VIIIB-VIIIB in der 8A zeigt;
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9 zeigt
eine Ansicht einer herkömmlichen
Verbindungsstange bei Betrachtung von einer Richtung einer Kurbelachse;
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10 zeigt
eine graphische Darstellung einer Lastverteilung, die zwischen einer
Lagerschale und einem Kurbelstift bei dem Stand der Technik aufgebracht
wird; und
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11 zeigt
eine schematische Ansicht der Ölfilmdicke,
die zwischen einem Kurbelstift und einer Lagerschale bei dem Stand
der Technik ausgebildet wird.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun im Einzelnen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung beschrieben, die als eine Verbindungsstange
bei einer Kolbenkraftmaschine für
ein Fahrzeug verwendet werden.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
wird nun beschrieben. Die 1A zeigt
eine Ansicht einer Verbindungsstange 1 bei Betrachtung
von einer Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
wenn ein Kolben 5 von einem oberen Totpunkt um einen gewissen
Kurbelwinkel von ungefähr
zehn bis zwanzig Grad bei dem Verbrennungshub einer Kraftmaschine
fortschreitet. In der Zeichnung ist der Kolben 5 durch
eine imaginäre
Linie gezeigt. Die 1B zeigt eine Schnittansicht entlang
einer Linie IB-IB in der 1A.
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Da
die wesentlichen Elemente der Verbindungsstange 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel im
Wesentlichen gleich der Konfiguration des zugehörigen Stands der Technik sind,
werden diese kurz beschrieben, wie sie in den 1A und 1B gezeigt
sind.
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Die
Verbindungsstange 1 wird zum Beispiel durch Schmieden aus
Kohlenstoffstahl ausgebildet. Die Verbindungsstange 1 hat
ein kleines Ende 2 an einer Seite eines Kolbens 5,
ein großes
Ende 3 an einer Seite einer Kurbelwelle und eine Säule 4,
die das kleine Ende 2 mit dem großen Ende 3 verbindet.
Die Verbindungsstange 1 kann außerdem aus einem Material geschaffen
sein, das Nickel-Chrom-Stahl, Chrom-Molybdän-Stahl, eine Titanlegierung
und dergleichen enthält.
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Das
kleine Ende 2 ist mit einem Kolbenloch 21 ausgebildet,
durch das ein Kolbenstift zum Verbinden des Kolbens 5 eingefügt ist.
Das große
Ende 3 ist mit einem Kurbellagerloch 31 ausgebildet,
durch das ein Kurbelstift 6 der Kurbelwelle eingefügt ist.
Das große
Ende 3 ist in einen Körper 32 und
eine Kappe 33 geteilt. Ein Paar bestehend aus einer oberen
und einer unteren, halbkreisförmigen
Lagerschale 71 und 72 ist entsprechend an den
inneren Flächen
des Körpers 32 und
der Kappe 33 des großen
Endes 3 vorgesehen. Wenn der Kurbelstift 6 durch
das Kurbellagerloch 31 eingefügt ist, das zwischen dem Körper 32 und
der Kappe 33 des großen
Endes 3 ausgebildet ist, sind der Körper 32 und die Kappe 33 durch
Kappenschrauben B aneinander gekoppelt.
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Anders
gesagt verbindet die Verbindungsstange 1 den Kolben 5 mit
dem Kurbelstift 6 der Kurbelwelle. Wenn die Kraftmaschine
arbeitet, bewegt sich der Kolben 5 in einem Zylinder (nicht
gezeigt) hin und her, und die Hin- und Herbewegung wird in eine Drehbewegung
der Kurbelwelle durch die Verbindungsstangen 1 umgewandelt.
Die Drehkraft wird als die Kraftmaschinenleistung abgegeben.
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Die
Kurbelwelle ist mit einem Ölzuführungspfad
(nicht gezeigt) ausgebildet, durch den ein Schmieröl zu Innenumfangsflächen der
Lagerschalen 71 und 72 zugeführt wird. Das zu den Innenumfangsflächen der
Lagerschalen 71 und 72 durch den Ölzuführungspfad
zugeführte
Schmieröl
bildet einen Ölfilm
zwischen den Lagerschalen 71 und 72 und dem Kurbelstift 6,
um für
eine Schmierung zwischen den Lagerschalen 71 und 72 und
dem Kurbelstift 6 zu sorgen. Die Lagerschalen 71 und 72 sind
mit Aussparungen an ihren Innenumfangsflächen in einer Umfangsrichtung
ausgebildet, um das Schmieröl
mit dem Kurbelstift 6 zurückzuhalten. Das Schmieröl strömt zu dem
Kolben 5 durch einen Ölkanal
(nicht gezeigt), der in der Verbindungsstange 1 ausgebildet ist,
um für
eine Schmierung zwischen dem Kolbenstift und dem Kolben zu sorgen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Verbindungsstange 1 so geformt, dass
die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebrachte Last mit einem gewissen Streuungsmuster
gestreut werden kann. Eine detaillierte Beschreibung davon wird
nun vorgesehen.
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Wie
dies in den 1A und 1B gezeigt ist,
hat die Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel
ein Durchgangsloch 81, das an dem Mantel 8 (der
Bereich von der Säule 4 zu
dem großen Ende 3)
in einer axialen Richtung der Kurbelwelle ausgebildet ist (in einer
Richtung, die parallel zu der Achse des Kurbelstifts 6 ist).
Die Merkmale von diesem Ausführungsbeispiel
liegen in der Position des Durchgangslochs 81.
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Genauer
gesagt ist das Durchgangsloch 81 im Wesentlichen als eine
dreieckförmige Öffnung ausgebildet.
Das Durchgangsloch 81 ist an einem Bereich der relativen
Bewegung des großen
Endes 3 bezüglich
des Kurbelstifts 6 bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine
angeordnet (insbesondere an einem Bereich der relativen Bewegung
der oberen Lagerschale 71 bezüglich des Kurbelstifts 6).
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Anders
gesagt wird bei dem Zustand des Verbrennungshubs, wie er in der 1A dargestellt ist,
eine Verbrennungsleistung F eines Gasgemisches zu der Verbindungsstange 1 durch
den Kolben 5 zugeführt,
und das große
Ende 3 kreist um eine Drehmitte der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn
gemäß der Zeichnung.
Außerdem
folgt der Kurbelstift 6 dem Umkreis des großen Endes 3,
so dass er die Drehmitte der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn gemäß der Zeichnung
umkreist, und gleichzeitig dreht er sich um seine eigene Achse im
Uhrzeigersinn gemäß der Zeichnung.
Wenn sich der Kurbelstift 6 um seine eigene Achse an der
Kontaktfläche
zwischen der oberen Lagerschale 71, die an der Innenfläche des
Körpers 32 des
großen
Endes 3 vorgesehen ist, und dem Kurbelstift 6 dreht,
führt der
Kurbelstift 6 eine Gleitbewegung im Uhrzeigersinn relativ
zu der Lagerschale 71 durch. Anders gesagt führt die
obere Lagerschale 71 eine Gleitbewegung im Gegenuhrzeigersinn
gemäß der Zeichnung
relativ zu dem Kurbelstift 6 durch.
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Hinsichtlich
einer Achse L der Verbindungsstange 1 (eine Gerade, die
sich von einem Mittelpunkt des kleinen Endes 2 zu einem
Mittelpunkt des großen
Endes 3 erstreckt) ist das Durchgangsloch 81 primär an einem
Bereich der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des
Kurbelstifts 6 angeordnet (ein linker Abschnitt von der
Achse L in der 1A). In der folgenden Beschreibung
wird ein linker Bereich von der Achse L in der 1A als
ein „stromaufwärtiger Drehbereich" bezeichnet und ein rechter
Bereich von der Achse L wird als ein „stromabwärtiger Drehbereich" bezeichnet.
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Nachfolgend
wird die Position des Durchgangslochs 81 im Einzelnen beschrieben.
Das Durchgangsloch 81, das als eine dreieckförmige Öffnung ausgebildet
ist, hat drei Seiten 81a, 81b und 81c.
Eine Seite 81a erstreckt sich im Wesentlichen parallel
zu einer äußeren Kante
des Mantels 8. Eine andere Seite 81b erstreckt
sich mit einer Kreisbogenform entlang einem Innenumfang des Kurbellagerlochs 31.
Außerdem
erstreckt sich die andere Seite 81c direkt über der
Achse L der Verbindungsstange 1.
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Der
größte Teil
des Durchgangslochs 81 ist in dem stromaufwärtigen Drehbereich
ausgebildet. Dementsprechend ist die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromaufwärtigen Drehbereich
so festgelegt, dass sie kleiner ist als die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromabwärtigen Drehbereich.
-
In
Folge dessen wird der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Übertragung
der Last F zu dem stromaufwärtigen Drehbereich
wird verringert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in der 1A).
-
Die 2 zeigt
eine graphische Darstellung der Lastverteilung bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine, die auf jeden Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
Betrachtung des großen
Endes 3 der Verbindungsstange 1 von dem Kolben 5 aufgebracht wird
(entlang der Wirkrichtung der Verbrennungsleistung (durch einen
Pfeil F in der 1A gezeigt)). Dabei wird die
projizierte Ebene als eine Kreisbogenfläche von einem Punkt X zu einem
Punkt Y in der 1A definiert. Eine gepunktete
Linie in der Zeichnung bezieht sich auf die Lastverteilung der Verbindungsstange
gemäß dem Stand
der Technik (dieselbe graphische Darstellung wie in der 10).
Eine durchgezogene Linie in der Zeichnung bezieht sich auf die Lastverteilung
an der Verbindungsstange 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Eine Zweipunktstrichlinie in der Zeichnung bezieht sich auf die Lastverteilung
an der Verbindungsstange 1, wenn das Durchgangsloch an
der Mitte des Mantels 8 symmetrisch zur Achse L der Verbindungsstange 1 ausgebildet
ist.
-
Wie
dies aus der 2 ersichtlich ist, wird der
größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 aufgebracht
wird, bei diesem Ausführungsbeispiel
zu dem stromabwärtigen
Drehbereich übertragen.
Dabei befindet sich der Lastspitzenwertpunkt nicht an der Achse
L, aber er ist nach rechts von der Achse L versetzt, so dass die
Lastübertragung
zu dem linken Bereich von der Achse L (dass heißt der stromaufwärtige Drehbereich)
beträchtlich
verringert wird. Verglichen mit der Lastverteilung der Verbindungsstange
gemäß dem Stand
der Technik (siehe die gepunktete Linie in der 2)
und der Lastverteilung an der Verbindungsstange, wenn das Durchgangsloch
an der Mitte des Mantels 8 ausgebildet ist (siehe die Zweipunktstrichlinie
in der 2) zeigt infolge dessen die Lastverteilung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel,
das die an der Achse L aufgebrachte Last beträchtlich reduziert wird. Darüber hinaus wird
eine Lastgröße F2 an
dem Lastspitzenwertpunkt bei der Lastverteilung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
kleiner als Lastgrößen F1 und
F3 an den Lastspitzenwertpunkten bei den anderen Lastverteilungen.
Die in der 2 dargestellte graphische Darstellung
wurde bereits durch eine CAE-Analyse durch die Erfinder der vorliegenden
Erfindung bestätigt.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt,
in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert ist (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann ein Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits
wird der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des Kurbelstiftes 6 hinsichtlich
der Achse L der Verbindungsstangen 1 aufgebracht (der stromabwärtige Drehbereich).
Da dieser Bereich jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit
einer ausreichenden Dicke ausgebildet wird (siehe 11), kann
die erforderliche Ölfilmdicke
in diesem Bereich bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin erreicht werden.
Dementsprechend wird die Schmierung zwischen dem großen Ende 3 der
Verbindungsstange 1 und dem Kurbelstift 6 genügend verbessert,
um den Kraftmaschinenbetrieb bei hoher Drehzahl und bei hoher Leistung
zu gewährleisten.
-
Nachfolgend
wird ein zweites Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben.
Die 3A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstange 1 bei
Betrachtung von der Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 3B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie IIIB-IIIB
in der 3A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstange 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist gleich dem ersten Ausführungsbeispiel
außer
einem Aufbau zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum
Streuen der Last nun beschrieben.
-
Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet,
dass sie einen so genannten I-förmigen
Querschnitt und ausgesparte Abschnitte 41 aufweist, die
an der vorderen und der hinteren Fläche der Säule 4 ausgebildet
sind (Flächen,
die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Drehachse
der Kurbelwelle ist).
-
Die
Merkmale von diesem Ausführungsbeispiel
liegen in der Position der ausgesparten Abschnitte 41.
-
Genauer
gesagt ist der ausgesparte Abschnitt 41 primär an dem
stromaufwärtigen
Drehbereich angeordnet (insbesondere der Bereich der relativen Bewegung
der oberen Lagerschale 71 bezüglich des Kurbelstifts 6).
Anders gesagt ist der ausgesparte Abschnitt 41 nicht nahe
dem stromabwärtigen Drehbereich
der Säule 4 ausgebildet.
Dementsprechend ist die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromaufwärtigen Drehbereich
niedriger als die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromabwärtigen Drehbereich.
-
Auch
wenn in den 3A und 3B dargestellt
ist, dass ein Teil des ausgesparten Abschnittes 41 an dem
stromabwärtigen
Drehbereich ausgebildet ist, kann die Verbindungsstange 1 so
konfiguriert sein, dass der ausgesparte Abschnitt 41 nur
an dem stromaufwärtigen
Drehbereich ausgebildet ist. Außerdem
ist die Tiefe von jedem ausgesparten Abschnitt 41 so festgelegt,
dass sie ungefähr
ein Drittel der Dicke der Säule 4 ist.
Jedoch kann die Tiefe des ausgesparten Abschnittes 41 stark
verändert
werden, so lange die Säule 4 einen
Querschnittsflächeninhalt
aufweist, der zum Übertragen
der Verbrennungsleistung groß genug
ist.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich wird verringert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 3A).
-
Außerdem ist
die Lastverteilung, die auf jedem Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogene Linie in der 2 gezeigt
ist.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt,
in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert sein kann (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann ein Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits
wird der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des Kurbelstifts 6 hinsichtlich
der Achse L der Verbindungsstange 1 aufgebracht (der stromabwärtige Drehbereich).
Da dieser Bereich jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit
der ausreichenden Dicke ausgebildet wird, kann die erforderliche Ölfilmdicke
in diesem Bereich bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin erreicht
werden. Dementsprechend wird die Schmierung zwischen dem großen Ende 3 der
Verbindungsstange 1 und dem Kurbelstift 6 genügend verbessert,
um einen Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Leistung
zu gewährleisten.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 4A und 4B ein
drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 4A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstange 1 bei
Betrachtung von der Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 4B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie
IVB-IVB in der 4A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstangen 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist gleich dem ersten Ausführungsbeispiel
außer
dem Aufbau zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum Streuen
der Last nun beschrieben.
-
Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet,
dass sie einen so genannten H-förmigen
Querschnitt und ausgesparte Abschnitte 42 und 43 aufweist,
die an beiden Seitenflächen
der Säule 4 ausgebildet
sind (Flächen,
die sich parallel zur Drehachse der Kurbelwelle erstrecken).
-
Die
Merkmale von diesem Ausführungsbeispiel
liegen in den Formen der jeweiligen ausgesparten Abschnitte 42 und 43.
-
Genauer
gesagt hat der ausgesparte Abschnitt 42, der an der Seitenfläche der
Säule 4 in
dem stromaufwärtigen
Drehbereich ausgebildet ist, dass heißt in dem Bereich der relativen
Bewegung des großen
Endes 3 bezüglich
des Kurbelstifts 6 bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine
(insbesondere der Bereich der relativen Bewegung der oberen Lagerschale 71 bezüglich des
Kurbelstifts 6) eine Tiefe, die größer ist als der ausgesparte
Abschnitt 43, der an der Seitenfläche der Säule 4 in dem stromabwärtigen Drehbereich
ausgebildet ist (insbesondere der Bereich entgegen der relativen
Bewegung der oberen Lagerschale 71 bezüglich des Kurbelstifts 6). Dementsprechend
ist die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromaufwärtigen
Drehbereich kleiner als die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromabwärtigen Drehbereich.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich wird reduziert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 4A).
-
Außerdem ist
die Lastverteilung, die auf jedem Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogene Linie in der 2 gezeigt
ist.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt,
in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert sein kann (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann ein Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits
wird der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des Kurbelstifts 6 hinsichtlich
der Achse L der Verbindungsstange 1 aufgebracht (der stromabwärtige Drehbereich).
Da dieser Bereich jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit
ausreichender Dicke ausgebildet wird, kann die erforderliche Ölfilmdicke
in diesem Bereich bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin erreicht
werden. Dementsprechend wird die Schmierung zwischen dem großen Ende 3 der Verbindungsstange 1 und
dem Kurbelstift 6 genügend
verbessert, um einen Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und
hoher Leistung zu gewährleisten.
-
Nachfolgend
wird ein viertes Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben.
Die 5A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstange 1 bei
Betrachtung von der Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 5B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie VB-VB
in der 5A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstange 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist
gleich dem ersten Ausführungsbeispiel
außer
dem Aufbau zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum Streuen
der Last nun beschrieben.
-
Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel hat Abschnitte 44 und 44 mit
kleiner Dicke, die an der vorderen und der hinteren Fläche der
Säule 4 ausgebildet
sind (Flächen,
die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Drehachse
der Kurbelwelle ist).
-
Die
Merkmale von diesem Ausführungsbeispiel
liegen in der Position der Abschnitte 44 und 44 mit
kleiner Dicke.
-
Genauer
gesagt ist der Abschnitt 44 mit kleiner Dicke nur an einem
Kantenabschnitt des stromaufwärtigen
Drehbereiches angeordnet, das heißt des Bereiches der relativen
Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des
Kurbelstifts 6 bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine
(insbesondere der Bereich der relativen Bewegung der oberen Lagerschale 71 bezüglich des
Kurbelstifts 6). Anders gesagt ist die Dicke des gesamten
stromabwärtigen Drehbereiches
der Säule 4 größer als
die Dicke zwischen den Abschnitten 44 und 44 mit
kleiner Dicke. Dementsprechend ist die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in den stromaufwärtigen Drehbereich
kleiner als die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromabwärtigen
Drehbereich.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich wird reduziert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 5A).
-
Außerdem ist
eine Lastverteilung, die auf jeden Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogenen Linie in der 2 gezeigt
ist.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu jenem Bereich
begrenzt, in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert ist (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann ein Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits
wird der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des Kurbelstifts 6 hinsichtlich
der Achse L der Verbindungsstange 1 aufgebracht (der stromabwärtige Drehbereich).
Da dieser Bereich jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit
ausreichender Dicke ausgebildet wird, kann die erforderliche Ölfilmdicke
in diesem Bereich bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin erreicht
werden. Dementsprechend wird die Schmierung zwischen dem großen Ende 3 der
Verbindungsstange 1 und dem Kurbelstift 6 genügend verbessert,
so dass ein Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Leistung
gewährleistet
wird.
-
Die
Dicke zwischen den Abschnitten 44 und 44 mit kleiner
Dicke ist so festgelegt, dass sie ungefähr 1/3 der Dicke des stromabwärtigen Drehbereiches
beträgt,
jedoch kann sie geändert
werden. Auch wenn in der Zeichnung dargestellt ist, dass der Abschnitt
mit kleiner Dicke nicht an dem stromabwärtigen Drehbereich ausgebildet
ist, kann der Abschnitt mit kleiner Dicke mit einer kleinen Fläche an dem stromabwärtigen Drehbereich
angesichts des leichten Gewichtes der Verbindungsstange 1 ausgebildet sein.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist so konfiguriert, dass der Abschnitt 44 mit kleiner
Dicke über
die Säule 4 und
den Mantel 8 ausgebildet ist, jedoch ist es nicht darauf
beschränkt.
Der Abschnitt 44 mit kleiner Dicke kann von der Säule 4 zu
dem großen
Ende 3 ausgebildet sein.
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Nachfolgend
wird ein fünftes
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschrieben.
Die 6A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstange 1 bei
Betrachtung von der Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 6B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie I-I
in der 6A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstangen 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist
gleich dem ersten Ausführungsbeispiel außer dem Aufbau
zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum Streuen der
Last nun beschrieben.
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Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel hat Abschnitte 45 und 45 mit
großer Dicke,
die an der vorderen und an der hinteren Fläche der Säule 4 ausgebildet
sind (Flächen,
die sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Drehachse
der Kurbelwelle ist).
-
Die
Merkmale von diesem Ausführungsbeispiel
liegen in der Position der Abschnitte 45 und 45 mit
großer
Dicke.
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Genauer
gesagt ist der Abschnitt 45 mit großer Dicke nur an einem Abschnitt
des stromabwärtigen
Drehbereiches angeordnet, dass heißt der Bereich entgegen der
relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des
Kurbelstifts 6 bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine
(insbesondere der Bereich entgegen der relativen Bewegung der oberen
Lagerschale 71 bezüglich
des Kurbelstifts 6). Anders gesagt ist die Dicke des gesamtenm,
stromaufwärtigen
Drehbereiches der Säule 4 kleiner
als die Dicke zwischen den Abschnitten 45 und 45 mit
großer
Dicke. Dementsprechend ist die Steifigkeit an den Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromaufwärtigen Drehbereich kleiner
als die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromabwärtigen
Drehbereich.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstangen 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich ist verringert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 6A).
-
Außerdem ist
eine Lastverteilung, die auf jeden Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogene Linie in der 2 gezeigt
ist.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, kann die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt
werden, der das Problem haben kann, dass der Ölfilm bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine vermindert wird (der stromaufwärtige Drehbereich),
und eine Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
zu dem Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich aufgrund
der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches wird reduziert.
Dementsprechend kann der Ölfilm
an dem vorstehend genannten Bereich mit einer ausreichenden Dicke
ausgebildet werden. Andererseits wird der größte Teil der Last auf den Bereich
entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des
Kurbelstifts 6 hinsichtlich der Achse L der Verbindungsstange 1 aufgebracht
(der stromabwärtige
Drehbereich). Da dieser Bereich jedoch jener Bereich ist, in dem
der Ölfilm
ursprünglich
mit der ausreichenden Dicke ausgebildet werden kann, kann die erforderliche Ölfilmdicke
außerdem
an diesem Bereich an diesem Ausführungsbeispiel
erreicht werden. Dementsprechend wird die Schmierung zwischen dem
großen
Ende 3 der Verbindungsstange 1 und dem Kurbelstift 6 genügend verbessert,
so dass ein Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Leistung
gewährleistet wird.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist so konfiguriert, dass der Abschnitt 45 mit großer Dicke über die Säule 4 und
den Mantel 8 ausgebildet ist, jedoch ist es nicht darauf
beschränkt.
Der Abschnitt 45 mit großer Dicke kann an dem großen Ende 3 ausgebildet sein.
Außerdem
ist dieses Ausführungsbeispiel
so konfiguriert, dass der Abschnitt mit großer Dicke nicht an dem stromaufwärtigen Drehbereich
ausgebildet ist, jedoch kann der Abschnitt mit großer Dicke
mit einer kleinen Fläche
an dem stromaufwärtigen
Drehbereich ausgebildet sein.
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Nachfolgend
wird ein sechstes Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben.
Die 7A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstange 1 bei
Betrachtung von der Richtung der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 7B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie VIIB-VIIB
in der 7A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstange 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist gleich dem ersten Ausführungsbeispiel
außer
dem Aufbau zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum Streuen
der Last nun beschrieben.
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Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert,
dass sich eine Dicke der Säule 4 von
dem stromaufwärtigen
Drehbereich zu dem stromabwärtigen
Drehbereich allmählich
vergrößert. Anders
gesagt ist die Säule 4 so
ausgebildet, dass sie einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt
aufweist (siehe 7B). Dementsprechend ist die
Steifigkeit an dem Bereich über
die Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromaufwärtigen Drehbereich
niedriger als die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromabwärtigen Drehbereich.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich wird verringert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 7A).
-
Außerdem ist
eine Lastverteilung, die an jedem Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogene Linie in der 2 gezeigt
ist.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt,
in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert wird (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann ein Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits
wird der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des Kurbelstifts 6 hinsichtlich
der Achse L der Verbindungsstangen 1 aufgebracht (der stromabwärtige Drehbereich).
Da dies jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit einer ausreichenden Dicke
ausgebildet wird, kann die erforderlichen Ölfilmdicke in diesem Bereich
bei diesem Ausführungsbeispiel
weiterhin erreicht werden. Dementsprechend wird die Schmierung zwischen
dem großen Ende 3 der
Verbindungsstange 1 und dem Kurbelstift 6 genügend verbessert,
um einen Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Leistung
zu gewährleisten.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist so konfiguriert, dass sich die Dicke über die Säule 4 und den Mantel 8 allmählich vergrößert, jedoch
ist es nicht darauf beschränkt.
Die Dicke kann so festgelegt sein, dass sie sich von der Säule 4 zu
dem großen
Ende 3 allmählich
vergrößert.
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Nachfolgend
wird ein siebtes Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 8A und 8B beschrieben.
Die 8A zeigt eine Ansicht der Verbindungsstangen 1 bei
Betrachtung der Richtung von der Mittelachse der Kurbelwelle, und
die 8B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie I-I
in der 8A. Der Gesamtaufbau der Verbindungsstangen 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist
gleich dem ersten Ausführungsbeispiel
außer
dem Aufbau zum Streuen der Last. Daher wird nur der Aufbau zum Streuen
der Last nun beschrieben.
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Die
Verbindungsstange 1 von diesem Ausführungsbeispiel hat die Säule 4,
bei der der stromaufwärtige
Drehbereich eine andere Form als der stromabwärtige Drehbereich hat.
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Genauer
gesagt ist der Kantenabschnitt des stromaufwärtigen Drehbereiches über die
Säule 4 und
den Mantel 8 stark nach innen eingeschnitten. Dementsprechend
ist die Steifigkeit an dem Bereich über die Säule 4, den Mantel 8 und
das große
Ende 3 in dem stromaufwärtigen
Drehbereich kleiner als die Steifigkeit an dem Bereich über die
Säule 4,
den Mantel 8 und das große Ende 3 in dem stromabwärtigen Drehbereich.
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Der
Kantenabschnitt des stromaufwärtigen Drehbereiches über die
Säule 4 und
den Mantel 8 ist so geformt, dass der Querschnittsflächeninhalt
des Bereiches über
die Säule 4 und
den Mantel 8 (der sowohl den Querschnittsflächeninhalt
des stromaufwärtigen
Drehbereiches als auch den Querschnittsflächeninhalt des stromabwärtigen Drehbereiches
beinhaltet) größer ist
als der Querschnittsflächeninhalt des
oberen Endabschnitts der Säule 4,
um einen für die Übertragung
der Verbrennungsleistung ausreichenden Querschnittsflächeninhalt
zu erreichen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher der größte Teil
der Last F, die auf die Verbindungsstange 1 bei dem Verbrennungshub
der Kraftmaschine aufgebracht wird, zu dem stromabwärtigen Drehbereich übertragen,
und die Lastübertragung
zu dem stromaufwärtigen
Drehbereich wird verringert (siehe die Pfeile an dem Mantel 8 in
der 8A).
-
Außerdem ist
eine Lastverteilung, die auf jeden Punkt einer projizierten Ebene
zwischen der oberen Lagerschale 71 und dem Kurbelstift 6 bei
dem Verbrennungshub der Kraftmaschine aufgebracht wird, gleich jener,
die durch die durchgezogene Linie in der 2 gezeigt
ist.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lastübertragung zu dem Bereich begrenzt,
in dem die Dicke des Ölfilms
bei einem herkömmlichen
Verbrennungshub der Kraftmaschine reduziert sein kann (der stromaufwärtige Drehbereich),
und die Druckkraft des großen
Endes 3 (insbesondere der oberen Lagerschale 71)
gegen den Kurbelstift 6 an dem vorstehend genannten Bereich
aufgrund der Verbrennungsleistung F (der Last) des Gasgemisches
wird reduziert. Dementsprechend kann der Ölfilm mit einer ausreichenden
Dicke an dem vorstehend genannten Bereich ausgebildet werden. Andererseits wird
der größte Teil
der Last auf den Bereich entgegen der relativen Bewegung des großen Endes 3 bezüglich des
Kugelstifts 6 hinsichtlich der Achse L der Verbindungsstangen 1 aufgebracht
(der stromabwärtige
Drehbereich). Da dies jedoch jener Bereich ist, in dem der Ölfilm ursprünglich mit
der ausreichenden Dicke ausgebildet wird, kann die erforderliche Ölfilmdicke
an diesem Bereich bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin erreicht
werden. Dementsprechend ist die Schmierung zwischen dem großen Ende 3 der Verbindungsstange 1 und
dem Kurbelstift 6 genügend
verbessert, so dass ein Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl
und hoher Leistung gewährleistet wird.
-
Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Verbindungsstange 1 so
geformt, dass sie um die Achse L der Verbindungsstangen 1 bei
Betrachtung entlang der Drehachse der Kurbelwelle (die axiale Sicht)
asymmetrisch ist, und sie ist so geformt, dass sie um die Achse
L der Verbindungsstangen 1 bei Betrachtung von jener Richtung
symmetrisch ist, die senkrecht zu der Drehachse der Kurbelwelle
ist (die orthogonale Sicht). Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt. Die
Verbindungsstange 1 kann so geformt sein, dass sie um die
Achse L der Verbindungsstangen 1 in der orthogonalen Sicht
asymmetrisch ist. Zum Beispiel kann beim Ausbilden des vertieften
Abschnittes 41 wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Verbindungsstange 1 so
konfiguriert werden, dass der vertiefte Abschnitt 41 entweder
an der vorderen Fläche oder
an der hinteren Fläche
der Säule 4 ausgebildet wird.
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Auch
wenn die Ausführungsbeispiele,
bei denen die vorliegende Erfindung als die Verbindungsstange 1 für eine Fahrzeugkraftmaschine
angewendet wurde, in der vorstehenden Beschreibung erläutert wurden,
kann die vorliegende Erfindung auch als eine Verbindungsstange zum
Gebrauch bei anderen Brennkraftmaschinen angepasst werden.
-
Während die
Erfindung hinsichtlich der exemplarischen Ausführungsbeispiele gezeigt und
beschrieben wurde, so ist dem Fachmann klar, dass mannigfaltige Änderungen
und Abwandlungen geschaffen werden können, ohne dass deren Umfang der
Erfindung verlassen wird, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
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Eine
Verbindungsstange kann ein Durchgangsloch (81) aufweisen,
das in dem Mantel ausgebildet ist. Das Durchgangsloch (81)
ist an einem Bereich der relativen Bewegung des großen Endes
(3) bezüglich
des Kurbelstifts (6) angeordnet (ein stromaufwärtiger Drehbereich).
Dementsprechend wird die Lastübertragung
zwischen der Lagerschale (71) und dem Kurbelstift (6)
an dem stromaufwärtigen
Drehbereich bei dem Verbrennungshub der Kraftmaschine begrenzt,
wodurch die ausreichende Ölfilmdicke
an jenem Bereich erreicht wird.