JP2005140254A - ピストンとコンロッドとの球面連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンとコンロッドとの球面連結構造において、内燃機関の運転状態に左右されずに且つコストアップを抑えつつ、コンロッドに対するピストンの回転を防止することにある。
【解決手段】 コンロッド１６の小端部６６の付根近傍、即ちロッド部７３の対向する二つの側面７３ａにコンロッド１６の揺動方向に平行な案内面７３ｂ，７３ｂを形成し、ホルダ６８に案内面７３ｂ、７３ｂに案内される被案内面６８ｅ，６８ｅを形成することで、コンロッド１６に対するピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防止した。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造に関するものである。

従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造として、コンロッドに対するピストンの回り止めを施したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２１３６４６公報

特許文献１の図２(ｂ)を以下の図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す断面図であり、ピストン２００の冠部の底面に設けた球面状の凹部２０１と、ピストン２００の底面に取付けた固定板２０２の内周面２０３とで球状の空間を形成し、この空間内にコンロッド２０４の上端部２０６を配置し、この上端部２０６の球面状とした外周面２０７と、凹部２０１及び内周面２０３とを滑り自在に嵌合させ、ピストン２００とコンロッド２０４との連結部、詳しくは、コンロッド２０４の上端部２０６の球の中心を、コンロッド２０４の運動平面においてピストン２００の中心軸線からピストン２００の半径方向に偏心量δだけ偏心した位置に設けたことを示す。

上記したように、ピストン２００とコンロッド２０４との連結部をピストン２００の中心軸線からδだけ偏心させると、コンロッド２０４に対してピストン２００がその連結部回りに回転しようとしたときに、ピストン２００がシリンダの壁面に当たって回転が阻止される。例えば、ピストン２００の温度が低いエンジン始動時などのピストン２００とシリンダとのクリアランスが大きい状態では、ピストン２００がコンロッド２０４に対して回転するため、ピストン２００のシリンダに当たる部分がスカート部から外れた剛性の高い部分であると、ピストン２００の当たりが強くなり、ピストン２００とシリンダとの間の潤滑油の油膜が切れやすくなることが考えられる。従って、このようなエンジンの運転状態に左右されずにコンロッド２０４に対するピストン２００の回転を防止することが望まれる。
また、ピストン２００の回転防止を図るにあたって、コストアップを抑えることも望まれる。

本発明の課題は、ピストンとコンロッドとの球面連結構造において、内燃機関の運転状態に左右されずに且つコストアップを抑えつつ、コンロッドに対するピストンの回転を防止することにある。

請求項１に係る発明は、ピストン冠部の裏面に球状に第１凹部を形成し、この第１凹部にコンロッドの球状とした小端部を滑り自在に嵌合させ、この小端部にホルダに設けた球状の第２凹部を滑り自在に当てるとともにピストン冠部の裏面にホルダを固定したピストンとコンロッドとの球面連結構造において、コンロッドの小端部付根近傍にコンロッドの揺動方向に平行な案内面を形成し、ホルダに案内面に案内される被案内面を形成することで、コンロッドに対するホルダ及びピストンのシリンダ軸回りの回転を防止したことを特徴とする。

例えば、ピストンとコンロッドとの連結部を、ピストン軸心に対してオフセットした位置に設けて、コンロッドに対するピストンの回転を規制する方法があるが、シリンダとピストンとの間には隙間が存在し、内燃機関の運転状態、例えば、シリンダ及びピストンの温度が低い場合にはピストンの熱膨張量が少なく、前述の隙間が大きいために、シリンダに対してピストンが回転する可能性がある。シリンダに対してピストンが回転すれば、ピストンのスカート部から外れた剛性の高い部分がシリンダと摺動することもあり、シリンダに対するピストンの当たりが強くなることが考えられる。

本発明では、コンロッドの小端部付根近傍に形成した案内面でホルダに形成した被案内面を案内することによって、内燃機関の運転状態に左右されずにピストンの回転を防止することができる。

また、本発明では、コンロッドの案内面及びピストンの被案内面でピストンの回転を防止するため、特別なピストン回転防止部材を追加する必要がない。

請求項１に係る発明では、コンロッドの小端部付根近傍にコンロッドの揺動方向に平行な案内面を形成し、ホルダに案内面に案内される被案内面を形成したので、コンロッドの案内面でホルダの被案内面を案内することによって、内燃機関の運転状態、例えば内燃機関始動時等のピストン及びシリンダの温度が低い状態でもそれに左右されずにピストンの回転を確実に防止することができる。

また、本発明では、コンロッドの案内面及びピストンの被案内面でピストンの回転を防止するため、専用のピストン回転防止部材を追加する必要がなく、部品数が増加せず、コストアップを抑えることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るピストン及びコンロッドを組み込んだ内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持するクランクシャフト１８とを備える。

シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたスカート部２３とからなる。

ここで、３１はコンロッド１６の大端部２５とクランクピン１７との間に介在させた滑り軸受、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はスカート部２３とでクランクケースを形成するためにスカート部２３の下部にボルト４１・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ。）で取付けたアンダスカート部、４２はアンダスカート部３８の下部にアンダケース４３を介してボルト４４・・・で取付けたオイルパンである。

図２は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。

ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。

図３は本発明に係るピストンとコンロッドとの連結構造を示す分解斜視図であり、ピストン１３の冠部６５の裏面側（詳細は後述する。）にコンロッド１６の球状とした小端部６６の上部を当て、この小端部６６の下部を凹状の第２凹部としての球面６７，６７（一方の符号６７のみ示す。）を備える２つ割りのホルダ６８で保持し、このホルダ６８をナット部材７１でピストン１３の冠部６５の裏面側に取付ける構造を示す。６９は小端部６６の球面である。

コンロッド１６は、上記した小端部６６と、環状とした大端部２５と、これらの小端部６６及び大端部２５のそれぞれを一体に連結するロッド部７３とからなる。
ホルダ６８は、２つのホルダ半体６８ａ，６８ａからなる。なお、６８ｂ、６８ｂは２つのホルダ半体６８ａ，６８ａを合わせる合わせ面である。
ホルダ６８及びナット部材７１は、球面継手１４の一部を構成する部材である。

図４は本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図であり、ピストン１３は、円板状とした冠部６５と、この冠部６５の縁から下方に延ばした筒状で厚肉とした筒状壁としてのランド部７４と、このランド部７４から更に下方に延ばした筒状でランド部７４よりも薄肉とした筒状壁としてのスカート部７５，７５と、コンロッド１６の小端部６６と滑り自在に嵌合する第１凹部としての凹状半球面７６を形成するために冠部６５の裏面７７に形成した球面継手用カップ部としてのカップ状支持部７８と、これらのランド部７４及びカップ状支持部７８のそれぞれに渡すとともに冠部６５の裏面７７から下方に延ばしたリブ８１・・・とを一体成形した部材である。

冠部６５は、燃焼室３７（図１参照）の一部を形成する冠面８３を備える。
ランド部７４は、冠部６５の縁に、冠面８３側から順に、トップランド７４ａ、トップリング溝７４ｂ、セカンドランド７４ｃ、セカンドリング溝７４ｄ、サードランド７４ｅ及びオイルリング溝７４ｆを設けた部分であり、トップリング溝７４ｂにトップリングを嵌め、セカンドリング溝７４ｄにセカンドリングを嵌め、オイルリング溝７４ｆにオイルリングを嵌める。

カップ状支持部７８は、下向きに開口する下向き凹部９１と、この下向き凹部９１の底面９２に形成した前述の凹状半球面７６と、下向き凹部９１の内周面９３に形成しためねじ９４とを備え、凹状半球面７６に当てたコンロッド１６の小端部６６を、下向き凹部９１内に挿入したホルダ６８の球面６７，６７で保持した後に、ナット部材７１に設けたおねじ９５をカップ状支持部７８のめねじ９４にねじ込むことで、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付ける。

上記したカップ状支持部７８、ホルダ６８、ナット部材７１及び小端部６６は、前述の球面継手１４を構成するものである。

ホルダ６８は、回り止め用ピン（不図示）でカップ状支持部７８に対して回転しないようにするとともに、ロッド７３に当てる被案内面（詳細は後述する。）を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材でもある。

ホルダ半体６８ａは、段部６８ｃを備え、この段部６８ｃにナット部材７１の先端を当てることでホルダ半体６８ａを固定する。
ナット部材７１は、前述のおねじ９５と、端部外周面に工具を掛けて回すための係合凹部７１ａ・・・とを備える。

コンロッド１６は、大端部２５及びロッド部７３の内部に軽量化のために中空部９６，９７，９８，９９，１００・・・を設け、小端部６６の内部に軽量のための中空部１０１を設けた部材であり、大端部２５に設けた取付穴１０２側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するためにオイル穴１０３，１０４，１０５を設けたものである。

図５は本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図（一部断面図）であり、コンロッド１６の側面、詳しくは、コンロッド１６の小端部６６（図４参照）の付根部、即ち、小端部６６に近いロッド部７３の側面７３ａ，７３ａに、平坦で且つコンロッド１６がスイング（揺動）する方向（図の左右方向である。）に平行な案内面７３ｂ、７３ｂをそれぞれ形成し、コンロッド１６を通すためにホルダ６８（形状を強調するために太線で示した部分である。）に設けた矩形状開口部６８ｄに上記の案内面７３ｂ，７３ｂに当たりながら案内される被案内面６８ｅ、６８ｅを設けたことを示す。なお、７４ａはランド部７４の内面、７８ａはカップ状支持部７８の外面である。

上記したように、コンロッド１６に案内面７３ｂ、７３ｂを設け、ホルダ６８に案内面７３ｂ，７３ｂに案内される被案内面６８ｅ、６８ｅを設けたことで、コンロッド１６に対してピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防ぐことができる。

図６は本発明に係るホルダの斜視図であり、ホルダ６８のホルダ半体６８ａ，６８ａにそれぞれ平坦面とした被案内面６８ｅ、６８ｅ（図中のクロスハッチングを施した部分である。なお、一方の符号６８ｅのみ示す。）を形成したことを示す。

図７は本発明に係るコンロッドとホルダとを示す側面図であり、コンロッド１６の案内面７３ｂ（クロスハッチングを施した部分である。）は、一辺を小端部６６とロッド部７３の側面７３ａとで出来る円弧状の境界線１６ａに添わせるように形成したほぼ円弧形状の面である。

ホルダ６８の被案内面６８ｅ（複数の点を記載した部分である。）は、一つの辺６８ｆが球面６７の縁部と一致する円弧状で、この辺６８ｆに対向する辺６８ｇを直線とし、他の二つの辺６８ｈ，６８ｊを斜辺とした面である。
図中の１１０は、側面視で、コンロッド１６の案内面７３ｂとホルダ６８の被案内面６８ｅとが重なる重なり部、即ち接触部である。

以上に述べたピストンの回転防止の作用を次に説明する。
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るピストンの回転防止を説明する作用図である。
（ａ）はコンロッド１６がシリンダ軸に対して傾いていない状態、即ち、ピストン１３がシリンダ内の上死点位置又は下死点位置にある状態を示す。ここでは、コンロッド１６の案内面７３ｂとホルダ６８の被案内面６８ｅとの重なり部１１０にハッチングを施した。

（ｂ）はピストン１３が、例えば、上死点位置から下死点位置側へ移動してコンロッド１６が傾く状態を示す。コンロッド１６の案内面７３ｂは、ホルダ６８の被案内面６８ｅに当たりながら滑って矢印で示すようにスイングし、ホルダ６８を介してピストン１３を回転させないようにする。即ち、コンロッド１６の案内面７３ｂは、ホルダ６８の被案内面６８ｅを案内することでピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防止する。

以上の図４、図５及び図７で説明したように、本発明は、ピストン１３の冠部６５の裏面７７に球状に凹状半球面７６を形成し、この凹状半球面７６にコンロッド１６の球状とした小端部６６を滑り自在に嵌合させ、この小端部６６にホルダ６８に設けた球状の球面６７を滑り自在に当てるとともに冠部６５の裏面７７にホルダ６８を固定したピストン１３とコンロッド１６との球面連結構造において、コンロッド１６の小端部６６の付根近傍、即ちロッド部７３の側面７３ａ，７３ａにコンロッド１６の揺動方向に平行な案内面７３ｂ，７３ｂを形成し、ホルダ６８に案内面７３ｂ、７３ｂに案内される被案内面６８ｅ，６８ｅを形成することで、コンロッド１６に対するホルダ６８及びピストン１３のシリンダ軸回りの回転を防止したことを特徴とする。

コンロッド１６の案内面７３ｂ、７３ｂでホルダ６８の被案内面６８ｅ，６８ｅを案内することによって、内燃機関１０（図１参照）の運転状態、例えば内燃機関始動時等のピストン１３及びシリンダ部２１（図１参照）の温度が低い状態でもそれに左右されずにピストン１３の回転を防止することができる。

また、本発明では、コンロッド１６の案内面７３ｂ、７３ｂ及びピストン１３の被案内面６８ｅ，６８ｅでピストン１３の回転を防止するため、特別なピストン回転防止部材を追加する必要がなく、部品数が増加せず、コストアップ及び重量増を抑えることができる。

尚、本実施形態では、図７に示したように、コンロッド１６の案内面７３ｂをほぼ円弧形状としたが、これに限らず、矩形、Ｖ字形、逆三角形に形成してもよい。

本発明のピストンとコンロッドとの球面連結構造は、二輪車、四輪車用内燃機関に好適である。

本発明に係るピストン及びコンロッドを組み込んだ内燃機関の断面図である。 本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。 本発明に係るピストンとコンロッドとの連結構造を示す斜視図である。 本発明に係るピストン及びコンロッドの断面図である。 本発明に係るピストン及びコンロッドを示す底面図である。 本発明に係るホルダの斜視図である。 本発明に係るコンロッドとホルダとを示す側面図である。 本発明に係るピストンの回転防止を説明する作用図である。 従来のピストンとコンロッドとの球面連結構造を示す断面図である。

符号の説明

１３…ピストン、１６…コンロッド、６５…冠部、６６…小端部、６７…第２凹部（球面）、６８…ホルダ、６８ｅ…被案内面、７３ｂ…案内面、７６…第１凹部（凹状半球面）、７７…裏面。

Claims (1)

1. ピストン冠部の裏面に球状に第１凹部を形成し、この第１凹部にコンロッドの球状とした小端部を滑り自在に嵌合させ、この小端部にホルダに設けた球状の第２凹部を滑り自在に当てるとともにピストン冠部の裏面にホルダを固定したピストンとコンロッドとの球面連結構造において、
   前記コンロッドの小端部付根近傍にコンロッドの揺動方向に平行な案内面を形成し、前記ホルダに前記案内面に案内される被案内面を形成することで、コンロッドに対するホルダ及びピストンのシリンダ軸回りの回転を防止したことを特徴とするピストンとコンロッドとの球面連結構造。

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