JP2005337030A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関において、主運動系各部の総合的な軽量化により、高回転化、高出力化、耐久性向上を図るとともに、主運動系各部品の効果的な組み合わせにより、例えば、強度、組付性等を向上させることにある。
【解決手段】 主運動系部品としてのピストン１３及びこのピストン１３に連結するコンロッド１６を含み、ピストン１３に、球面継手１４を形成するために冠部６５の裏面７７に設けたカップ状支持部７８と、このカップ状支持部７８から冠部６５の縁に筒状に形成したランド部７４へ延ばした放射状のリブ８１とを備え、コンロッド１６に、カップ状支持部７８とで球面継手１４を形成する球状の小端部６６を備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、主運動系部品の軽量化等が図れる内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関として、組立式クランクシャフトに大端部一体型コンロッドを連結したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２８０８４７号公報

特許文献１の図１及び図２を以下に説明する。なお、符号については同公報に記載されているものを使用した。
クランクシャフト１は、同公報の図１に示される通り、第１の分割体８、第２の分割体９、第３の分割体１０及び第４の分割体１１からなる組立式で、第１の分割体８に設けた第１のクランクウェブ８ｂと、第２の分割体９に設けた第２のクランクウェブ９ｂとにそれぞれ凹部１２を設け、これらの凹部１２，１２にベアリング１３を介してピン７を回動可能に挿入した部材である。

また、コンロッド４は、同公報の図２に示される通り、大端部５を一体式とし、大端部５に孔６を設け、この孔６にピン７（同公報の図１参照）を回動可能に挿入した部材である。

このように、クランクシャフト１を組立式としたことで、肉抜きが可能になって軽量化が図れ、また、コンロッド４を大端部一体式としたことで、大端部分割式のコンロッドに比べて、ボルトを無くして軽量化が図れるようにした。

上記の凹部１２とピン７との間に設けたベアリング１３がニードルベアリングである場合は、コンロッド４の大端部５が大型になり、コンロッド４の重量増を招くから、前述の組立式のクランクシャフト１及び大端部一体式のコンロッド４による軽量化の効果が小さくなる。

以上のように、内燃機関の軽量化を図る場合、例えば、内燃機関の高回転化、高出力化、耐久性向上を進めるためには、主運動系部品の軽量化が重要であり、主運動系各部の軽量化を総合的に行わなければ相乗的な大きな効果が得られない。
また、主運動系部品の組み合わせにより、軽量化のみならず、他の効果、例えば、強度、組付性等の効果も期待されている。

本発明の課題は、内燃機関において、主運動系各部の総合的な軽量化により、高回転化、高出力化、耐久性向上を図るとともに、主運動系各部品の効果的な組み合わせにより、例えば、強度、組付性等を向上させることにある。

請求項１に係る発明は、主運動系部品としてのピストン及びこのピストンに連結するコンロッドを含み、ピストンに、球面継手を形成するために冠部の裏面に設けたピストン側継手部と、このピストン側継手部から冠部の縁に筒状に形成した周壁へ延ばした放射状リブとを備え、コンロッドに、ピストン側継手部とで球面継手を形成する球状小端部を備える、ことを特徴とする。

ピストンのピストン側継手部とコンロッドの球状小端部とで球面継手を形成することにより、従来のようにピストンに一対のピンボスを設け、このピンボスとコンロッド小端部とをピストンピンを介して連結する構造に比べて、本発明では、ピストンピンが不要になるとともに、ピストンのピストン側継手部に凹状の球面を形成し、この凹状の球面にコンロッドの球状小端部を嵌合させる構造にすれば、ピストン及びコンロッドの形状が簡素になる。

また、ピストンに放射状リブを備えることにより、ピストンに燃焼圧力又は慣性力が作用したときに、冠部及びピストン側継手部に発生する応力を放射状リブで分散させることができ、例えば、冠部の肉厚を大きくすることで応力集中を防ぐのに比べて、本発明では放射状リブを形成することで冠部の肉厚を小さくすることができる。

更に、球面継手と放射状リブとを組み合わせることにより、ピストン冠部の裏面の形状をより一様な形状とすることができて、冠部に発生する応力分布をほぼ均一にすることができる。

例えば、上記した従来のピンボス・ピンでの連結構造に放射状リブを組み合わせても、冠部の裏面の形状は一様な形状ではないため、例えば、ピンボスの付け根部分の応力が局部的に大きくなるというような不都合が発生し、冠部の応力分布を均一にすることはできない。

請求項２に係る発明は、主運動系部品としてのコンロッド、このコンロッドの大端部に連結するクランクピンを備えたクランクシャフト、大端部とクランクピンとの間に介在させたフロート軸受を含み、コンロッドを、環状の大端部を一体に備える一体型とし、クランクシャフトを、複数の構成部材からなる組立式であって、クランクピンの半径ｒ２をクランクシャフト１８の軸線１４１とクランクピン１７の軸線１４２との距離Ｌより大きいか又は等しくして大径とし、且つクランクピン１７を中空とし、フロート軸受３１を、クランクピン１７との間に、内周側油膜１２７を形成する内周側空間を設けるとともに、大端部との間に、外周側油膜を形成する外周側空間を設けたものとした、ことを特徴とする。

大端部一体型コンロッドにより、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らし、軽量化を図ることができる。

また、クランクシャフトを組立式とすることで、内部に中空部を容易に形成することができる。特に、クランクピンを中空にすれば、重量及び慣性モーメントを小さくすることができる。更に、クランクピンを大径とすることで、クランクシャフトを高剛性とすることができる。

また更に、組立式クランクシャフトのクランクピンと、大端部一体型コンロッドと、これらの間に介在させたフロート軸受によって、クランクピンが大径であっても、クランクピンとフロート軸受との間及びフロート軸受と大端部との間の摩擦損失を低減することができる。

例えば、大端部一体型コンロッドと、このコンロッドの大端部に圧入したブッシュと、組立式クランクシャフトとの組み合わせや、前述の大端部分割式コンロッドと、フロート軸受と、組立式クランクシャフトとの組み合わせは、組付性の点で、本発明の大端部一体型コンロッドと、フロート軸受と、組立式クランクシャフトとの組み合わせに対して劣る。

請求項３に係る発明は、主運動系部品としてのピストン、このピストンに連結するコンロッド、このコンロッドの大端部に連結するクランクピンを備えたクランクシャフト、大端部とクランクピンとの間に介在させたフロート軸受を含み、ピストンに、球面継手を形成するために冠部の裏面に設けたピストン側継手部と、このピストン側継手部から冠部の縁に筒状に形成した周壁へ延ばした放射状リブとを備え、コンロッドを、ピストン側継手部とで球面継手を形成する球状小端部と、環状の大端部とを一体に備える一体型とし、クランクシャフトを、複数の構成部材からなる組立式であって、クランクピンの半径をクランクシャフトの軸線とクランクピンの軸線との距離より大きいか又は等しくして大径とし、且つクランクピンを中空とし、フロート軸受を、クランクピンとの間に、内周側油膜を形成する内周側空間を設けるとともに、大端部との間に、外周側油膜を形成する外周側空間を設けたものとした、ことを特徴とする。

ピストンのピストン側継手部とコンロッドの球状小端部とで球面継手を形成することにより、従来のようにピストンに一対のピンボスを設け、このピンボスとコンロッド小端部とをピストンピンを介して連結する構造に比べて、本発明では、ピストンピンが不要になるとともに、ピストンのピストン側継手部に凹状の球面を形成し、この凹状の球面にコンロッドの球状小端部を嵌合させる構造にすれば、ピストン及びコンロッドの形状が簡素になる。

また、ピストンに放射状リブを備えることにより、ピストンに燃焼圧力又は慣性力が作用したときに、冠部及びピストン側継手部に発生する応力を放射状リブで分散させることができ、例えば、冠部の肉厚を大きくすることで応力集中を防ぐのに比べて、本発明では放射状リブを形成することで冠部の肉厚を小さくすることができる。

更に、球面継手と放射状リブとを組み合わせることにより、ピストン冠部の裏面の形状をより一様な形状とすることができて、冠部に発生する応力分布をほぼ均一にすることができる。

例えば、上記した従来のピンボス・ピンでの連結構造に放射状リブを組み合わせても、冠部の裏面の形状は一様な形状ではないため、例えば、ピンボスの付け根部分の応力が局部的に大きくなるというような不都合が発生し、冠部の応力分布を均一にすることはできない。

また更に、大端部一体型コンロッドにより、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らし、軽量化を図ることができる。

更に、クランクシャフトを組立式とすることで、内部に中空部を容易に形成することができる。特に、クランクピンを中空にすれば、重量及び慣性モーメントを小さくすることができる。また、クランクピンを大径とすることで、クランクシャフトを高剛性とすることができる。

更に、組立式クランクシャフトのクランクピンと、大端部一体型コンロッドと、これらの間に介在させたフロート軸受によって、クランクピンが大径であっても、クランクピンとフロート軸受との間及びフロート軸受と大端部との間の摩擦損失を低減することができる。

例えば、大端部一体型コンロッドと、このコンロッドの大端部に圧入したブッシュと、組立式クランクシャフトとの組み合わせや、前述の大端部分割式コンロッドと、フロート軸受と、組立式クランクシャフトとの組み合わせは、組付性の点で、本発明の大端部一体型コンロッドと、フロート軸受と、組立式クランクシャフトとの組み合わせに対して劣る。

請求項１に係る発明では、ピストンのピストン側継手部とコンロッドの球状小端部とで球面継手を形成することにより、従来のようにピストンに一対のピンボスを設け、このピンボスとコンロッド小端部とをピストンピンを介して連結する構造に比べて、本発明では、ピストンピンが不要になるとともに、ピストンのピストン側継手部に凹状の球面を形成し、この凹状の球面にコンロッドの球状小端部を嵌合させる構造にすれば、ピストン及びコンロッドの形状が簡素になり、ピストン自体と、ピストン及びコンロッドのそれぞれの連結構造とを軽量にすることができる。

また、ピストンに放射状リブを備えることにより、ピストンに燃焼圧力又は慣性力が作用したときに、冠部及びピストン側継手部に発生する応力を放射状リブで分散させることができ、例えば、冠部の肉厚を大きくすることで応力集中を防ぐのに比べて、本発明では放射状リブを形成することで冠部の肉厚を小さくすることができ、ピストンをより軽量にすることができる。

更に、球面継手と放射状リブとを組み合わせることにより、ピストン冠部の裏面の形状をより一様な形状とすることができて、冠部に発生する応力分布をほぼ均一にすることができ、最大応力を低減することができるから、単に、球面継手だけの効果と、放射状リブだけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

請求項２に係る発明では、大端部一体型コンロッドにより、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らすことができ、コンロッドを、製造を容易にしつつ軽量にすることができる。

また、クランクシャフトを組立式とすることで、内部に中空部を容易に形成することができ、しかもクランクシャフトを軽量にすることができる。特に、クランクピンを中空にすることで、重量及び慣性モーメントを小さくすることができ、内燃機関の高回転化、高出力化を図ることができる。

更に、クランクピンを大径とすることで、クランクシャフトを高剛性とすることができ、クランクシャフトの共振周波数を高めることができて、クランクシャフトの高回転化及び耐久性向上を図ることができる。

また更に、組立式クランクシャフトのクランクピンと、大端部一体型コンロッドと、これらの間に介在させたフロート軸受との組み合わせにより、軸受構造を小型にすることができ、軽量化を図ることができるとともにクランクシャフトへのコンロッドの組付性を向上させることができる。また、フロート軸受によって、クランクピンが大径であっても、クランクピンとフロート軸受との間及びフロート軸受と大端部との間の摩擦損失を低減することができ、内燃機関の耐久性向上と高回転化とを図ることができるから、単に、組立式クランクシャフトだけの効果と、大端部一体型コンロッドだけの効果と、フロート軸受だけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

請求項３に係る発明では、ピストンのピストン側継手部とコンロッドの球状小端部とで球面継手を形成することにより、従来のようにピストンに一対のピンボスを設け、このピンボスとコンロッド小端部とをピストンピンを介して連結する構造に比べて、本発明では、ピストンピンが不要になるとともに、ピストンのピストン側継手部に凹状の球面を形成し、この凹状の球面にコンロッドの球状小端部を嵌合させる構造にすれば、ピストン及びコンロッドの形状が簡素になり、ピストン自体と、ピストン及びコンロッドのそれぞれの連結構造とを軽量にすることができる。

また、ピストンに放射状リブを備えることにより、ピストンに燃焼圧力又は慣性力が作用したときに、冠部及びピストン側継手部に発生する応力を放射状リブで分散させることができ、例えば、冠部の肉厚を大きくすることで応力集中を防ぐのに比べて、本発明では放射状リブを形成することで冠部の肉厚を小さくすることができ、ピストンをより軽量にすることができる。

更に、球面継手と放射状リブとを組み合わせることにより、ピストン冠部の裏面の形状を点対称な形状にすることができ、より一様な形状とすることができて、冠部に発生する応力分布をほぼ均一にすることができ、最大応力を低減することができるから、単に、球面継手だけの効果と、放射状リブだけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

また更に、大端部一体型コンロッドにより、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らすことができ、コンロッドを、製造を容易にしつつ軽量にすることができる。

更に、クランクシャフトを組立式とすることで、内部に中空部を容易に形成することができ、しかもクランクシャフトを軽量にすることができる。特に、クランクピンを中空にすることで、慣性モーメントを小さくすることができ、内燃機関の高回転化、高出力化を図ることができる。

更に、クランクピンを大径とすることで、クランクシャフトを高剛性とすることができ、クランクシャフトの共振周波数を高めることができて、クランクシャフトの高回転化及び耐久性向上を図ることができる。

更に、組立式クランクシャフトのクランクピンと、大端部一体型コンロッドと、これらの間に介在させたフロート軸受との組み合わせにより、軸受構造を小型にすることができ、軽量化を図ることができるとともにクランクシャフトへのコンロッドの組付性を向上させることができる。また、フロート軸受によって、クランクピンが大径であっても、クランクピンとフロート軸受との間及びフロート軸受と大端部との間の摩擦損失を低減することができ、内燃機関の耐久性向上と高回転化とを図ることができるから、単に、組立式クランクシャフトだけの効果と、大端部一体型コンロッドだけの効果と、フロート軸受だけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

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の下部に取付けたアッパークランクケース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一体成形で継ぎ目の無いフロート軸受、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はアッパークランクケース２３とでクランクケースを形成するためにアッパークランクケース２３の下部にボルト４１・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ。）で取付けたロワークランクケース、４２はロワークランクケース３８の下部にボルト４４・・・で取付けたオイルパンである。

図２は本発明に係る内燃機関のコンロッドとクランクシャフトとの連結構造を示す断面図であり、クランクシャフト１８は、端部に設けた第１シャフト５１と、この第１シャフト５１にボルト５２・・・で取付けた第２シャフト５３とを備える組立式のものである。なお、５４は第２シャフト５３に取付けた第３シャフトである。

第１シャフト５１は、シリンダブロック１１（図１参照）の下部及びロワークランクケース３８（図１参照）でフロート軸受５６を介して支持したジャーナル軸５７と、このジャーナル軸５７の端部に設けたアーム部５８と、このアーム部５８から径方向に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、ジャーナル軸５７の内部に中空部５９を設けたものである。

第２シャフト５３は、アーム部６１と、このアーム部６１から側方に延ばした中空のクランクピン１７と、アーム部６１から径外方に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、クランクピン１７の内部に中空部６２を設け、クランクピン１７の端部を第１シャフト５１のアーム部５８に設けた凹部６３に嵌合させるとともにクランクピン１７の端部から内側に突出させたフランジ部５３ａを第１シャフト５１のアーム部５８に取付けたものである。なお、３１ａ，３１ａはフロート軸受３１に設けたオイル小穴、６４は第３シャフト５４のジャーナル軸５７に設けた中空部である。

コンロッド１６のクランクシャフト１８への組付けは以下の手順で行う。
（１）クランクピン１７にフロート軸受３１を嵌める。
（２）フロート軸受３１にコンロッド１６の大端部２５（詳しくは、大端部２５に開けた大端部穴２５ａ）を嵌める。
（３）フランジ部５３ａに第１シャフト５１をボルト５２で取付ける。
これで、コンロッド１６のクランクシャフト１８への組付けが完了する。

図３は本発明に係る内燃機関のピストン、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４は本発明に係る内燃機関のコンロッドとピストン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５は本発明に係る内燃機関のコンロッド及びピストンの断面図であり、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に当てる案内面（不図示）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６は本発明に係る内燃機関のピストンの斜視図であり、ピストン１３における冠部６５（図５参照）の裏面７７にランド部７４とカップ状支持部７８とを繋ぐ複数のリブ８１・・・を形成したことを示す。

このようなリブ８１・・・を設けることで、ランド部７４とカップ状支持部７８とを強固に連結することができ、ピストン１３の上部の剛性を高めることができ、また、冠部６５の肉厚を薄くすることができて、ピストン１３を軽量にすることができる。

図７は本発明に係る内燃機関のピストンの裏面を示す底面図であり、ピストン１３におけるランド部７４の内面７４ｇとカップ状支持部７８の外面７８ａとの間にリブ８１Ａ・・・，８１Ｂ・・・（ここでは、リブ８１をリブ８１Ａ，８１Ｂとした。）を放射状に設けるとともに、ピストン１３に対してコンロッド１６がスイングする方向、即ち、図の左右方向と直交する方向にピストン中心線１３ａを引いたときに、このピストン中心線１３ａよりも左側であるピストン１３のスラスト側と、ピストン中心線１３ａよりも右側であるピストン１３の反スラスト側とで、リブ８１Ａ・・・とリブ８１Ｂ・・・とを非対称に配置したことを示す。即ち、スラスト側のリブ８１Ａ・・・を密に配置し、反スラスト側のリブ８１Ｂ・・・をリブ８１Ａ・・・よりも疎に配置した。
例えば、スラスト側では、隣り合う五つのリブ８１Ａのそれぞれのなす角度はθ１であり、反スラスト側では、隣り合う四つのリブ８１Ｂのそれぞれのなす角度はθ２で、θ１＜θ２となる。

このように、冠部６５の裏面７７に放射状のリブ８１（即ち、リブ８１Ａ，８１Ｂである。）を設けることで、ピストン１３の冠部６５に燃焼圧力が作用したときに、冠部６５で発生する応力を複数のリブ８１Ａ・・・，８１Ｂ・・・によって分散させることができ、冠部６５の一部あるいはカップ状支持部７８の一部（例えば、カップ状支持部７８の付根）に応力が集中しない。従って、冠部６５の肉厚を小さくしても応力が大きくならず、ピストン１３の重量を軽減することができる。

また、リブ８１Ａ，８１Ｂは、冠部６５の裏面７７にほぼ一様に設けたものであるから、冠部６５に発生する応力を各リブ８１Ａ，８１Ｂへ均等に分散することができ、応力の最大値を低くすることができる。

更に、放射状リブ８１Ａ，８１Ｂを、スラスト側よりも反スラスト側の方が間隔が疎になるようにしたことで、間隔が疎な反スラスト側の放射状リブ８１Ｂ・・・の全体の重量を軽減することができる。従って、ピストン１３の更なる軽量化を図ることができる。

図８は本発明に係る内燃機関のフロート軸受の嵌合状態を示す断面図であり、クランクピン１７の外周面１７ａと、コンロッド１６の大端部２５の大端部穴２５ａとの間にフロート軸受３１を介在させたことを示す。

フロート軸受３１は、複数のオイル小穴３１ａを周方向に等間隔に開けたものであり、クランクピン１７の中空部６２側からこれらのオイル小穴３１ａへオイルを導き、このオイルをフロート軸受３１の摺動面に潤沢に供給する。

図９は本発明に係る内燃機関のフロート軸受の嵌合状態を示す要部拡大断面図であり、クランクピン１７の外周面１７ａとフロート軸受３１の内周面３１ｂとの間の空間１２６に油膜１２７を介在させ、フロート軸受３１の外周面３１ｃとコンロッド１６の大端部穴２５ａとの間の空間１３１に油膜１３２を介在させ、クランクピン１７と大端部２５との間にフロート軸受３１を浮かせて配置したことを示す。

これにより、大端部２５に対してクランクピン１７が回転したときに、クランクピン１７の摺動速度に対してフロート軸受３１の摺動速度はほぼ半分になり、例えば、大端部側に滑り軸受を固定してこの滑り軸受とクランクピンとの間で摺動させるのに比べて、フリクションを低減することができ、摩擦損失を低減することができる。

図１０（ａ），（ｂ）は組立クランクシャフトの形状を示す説明図である。
（ａ）は実施例（本実施形態）のクランクシャフト１８の形状を示す。
クランクシャフト１８の軸線、即ち、ジャーナル軸５７の軸線を１４１とし、クランクピン１７の軸線を１４２とし、軸線１４１と軸線１４２との距離をＬ（この距離Ｌは、ピストン１３（図１参照）のストローク量の半分に等しい。）とすると、ジャーナル軸５７の半径ｒ１は、距離Ｌよりも大きく（即ち、ｒ１＞Ｌ）、クランクピン１７の半径ｒ２は距離Ｌに等しい（即ち、ｒ２＝Ｌ）。この半径ｒ２は距離Ｌより大きくてもよい（即ち、ｒ２＞Ｌ）。

（ｂ）は比較例の組立式のクランクシャフト２００の形状を示す。
クランクシャフト２００の軸線、即ち、ジャーナル部２０１の軸線を２２１とし、クランクピン２０４の軸線を２２２とし、軸線２２１と軸線２２２との距離をＪＬとすると、ジャーナル部２０１の半径Ｊｒ１は、距離ＪＬよりも小さく（即ち、Ｊｒ１＜ＪＬ）、クランクピン２０４の半径Ｊｒ２は、距離ＪＬよりも小さい（即ち、Ｊｒ２＜ＪＬ）。

上記の（ａ），（ｂ）から、実施例では、半径ｒ１及び半径ｒ２の少なくとも一方を距離Ｌよりも大きくすることで、ジャーナル軸５７、クランクピン１７の大径化を図ることができ、また、ジャーナル軸５７とクランクピン１７との径方向のオーバーラップ量を大きくすることができる。これにより、比較例に対して、第１シャフト５１、第２シャフト５３、第３シャフト５４のそれぞれの接合部の断面積を大きくすることができ、これらを複数のボルトで結合するときに都合がよい。

以上の図１、図２、図５、図９及び図１０で説明したように、本発明は、主運動系部品としてのピストン１３、このピストン１３に連結するコンロッド１６、このコンロッド１６の大端部２５に連結するクランクピン１７を備えたクランクシャフト１８、大端部２５とクランクピン１７との間に介在させたフロート軸受３１を含み、ピストン１３に、球面継手１４を形成するために冠部６５の裏面７７に設けたピストン側継手部としてのカップ状支持部７８と、このカップ状支持部７８から冠部６５の縁に筒状に形成した周壁としてのランド部７４へ延ばした放射状のリブ８１（即ち、リブ８１Ａ，８１Ｂ（図７参照）である。）とを備え、コンロッド１６を、カップ状支持部７８とで球面継手１４を形成する球状の小端部６６と、環状の大端部２５とを一体に備える一体型とし、クランクシャフト１８を、複数の構成部材としての第１シャフト５１、第２シャフト５３、第３シャフト５４からなる組立式であって、クランクピン１７の半径ｒ２をクランクシャフト１８の軸線１４１とクランクピン１７の軸線１４２との距離Ｌより大きいか又は等しくして大径とし、且つクランクピン１７を中空とし、フロート軸受３１を、クランクピン１７との間に、内周側油膜１２７を形成する内周側空間１２６を設けるとともに、大端部２５との間に、外周側油膜１３２を形成する外周側空間１３１を設けたものとした、ことを特徴とする。

ピストン１３のカップ状支持部７８とコンロッド１６の球状の小端部６６とで球面継手１４を形成することにより、従来のようにピストンに一対のピンボスを設け、このピンボスとコンロッド小端部とをピストンピンを介して連結する構造に比べて、本発明では、ピストンピンが不要になるとともに、ピストン１３のカップ状支持部７８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の球状の小端部６６を嵌合させる構造にすれば、ピストン１３及びコンロッド１６の形状が簡素になり、ピストン１３自体と、ピストン１３及びコンロッド１６のそれぞれの連結構造とを軽量にすることができる。

また、ピストン１３に放射状のリブ８１を備えることにより、ピストン１３に燃焼圧力又は慣性力が作用したときに、冠部６５及びカップ状支持部７８に発生する応力を放射状のリブ８１で分散させることができ、例えば、冠部の肉厚を大きくすることで応力集中を防ぐのに比べて、本発明では放射状のリブ８１を形成することで冠部６５の肉厚を小さくすることができ、ピストン１３をより軽量にすることができる。

更に、球面継手１４と放射状のリブ８１とを組み合わせることにより、ピストン１３の冠部６５の裏面７７の形状をより一様な形状とすることができて、冠部６５に発生する応力分布をほぼ均一にすることができ、最大応力を低減することができるから、単に、球面継手１４だけの効果と、放射状のリブ８１だけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

また更に、大端部一体型コンロッド１６により、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らすことができ、コンロッド１６を、製造を容易にしつつ軽量にすることができる。

更に、クランクシャフト１８を組立式とすることで、内部に中空部６２を容易に形成することができ、しかもクランクシャフト１８を軽量にすることができる。特に、クランクピン１７を中空にすることで、重量及び慣性モーメントを小さくすることができ、内燃機関１０の高回転化、高出力化を図ることができる。

更に、クランクピン１７を大径とすることで、クランクシャフト１８を高剛性とすることができ、クランクシャフト１８の共振周波数を高めることができて、クランクシャフト１８の高回転化及び耐久性向上を図ることができる。

更に、組立式クランクシャフト１８のクランクピン１７と、大端部一体型コンロッド１６と、これらの間に介在させたフロート軸受３１によって、クランクピン１７が大径であっても、クランクピン１７とフロート軸受３１との間及びフロート軸受３１と大端部２５との間の摩擦損失を低減することができ、内燃機関１０の耐久性向上と高回転化とを図ることができるから、単に、組立式クランクシャフト１８だけの効果と、大端部一体型コンロッド１６だけの効果と、フロート軸受３１だけの効果とを合わせた以上の相乗効果を生むことが可能になる。

本発明の内燃機関は、高回転化・高出力化且つ軽量化を図ったものである。

本発明に係る内燃機関の断面図である。 本発明に係る内燃機関のコンロッドとクランクシャフトとの連結構造を示す断面図である。 本発明に係る内燃機関のピストン、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。 本発明に係る内燃機関のコンロッドとピストンとの連結構造を示す分解斜視図である。 本発明に係る内燃機関のコンロッド及びピストンの断面図である。 本発明に係る内燃機関のピストンの斜視図である。 本発明に係る内燃機関のピストンの裏面を示す底面図である。 本発明に係る内燃機関のフロート軸受の嵌合状態を示す断面図である。 本発明に係る内燃機関のフロート軸受の嵌合状態を示す要部拡大断面図である。 組立クランクシャフトの形状を示す説明図である。

符号の説明

１０…内燃機関、１３…ピストン、１４…球面継手、１６…コンロッド、１７…クランクピン、１８…クランクシャフト、２５…大端部、３１…フロート軸受、５１，５３，５４…構成部材（第１シャフト、第２シャフト、第３シャフト）、６５…冠部、６６…球状小端部（小端部）、７４，７５…周壁（ランド部、スカート部）、７７…裏面、７８…ピストン側継手部（カップ状支持部）、８１，８１Ａ，８１Ｂ…放射状リブ（リブ）、１２６…内周側空間（空間）、１２７…内周側油膜（油膜）、１３１…外周側空間（空間）、１３２…外周側油膜（油膜）、１４１…クランクシャフトの軸線、１４２…クランクピンの軸線、Ｌ…距離。

Claims (3)

1. 主運動系部品としてのピストン及びこのピストンに連結するコンロッドを含み、
   前記ピストンは、球面継手を形成するために冠部の裏面に設けたピストン側継手部と、このピストン側継手部から冠部の縁に筒状に形成した周壁へ延ばした放射状リブとを備え、
   前記コンロッドは、前記ピストン側継手部とで前記球面継手を形成する球状小端部を備える、
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 主運動系部品としてのコンロッド、このコンロッドの大端部に連結するクランクピンを備えたクランクシャフト、前記大端部と前記クランクピンとの間に介在させたフロート軸受を含み、
   前記コンロッドは、環状の前記大端部を一体に備える一体型とし、
   前記クランクシャフトは、複数の構成部材からなる組立式であって、クランクピンの半径をクランクシャフトの軸線とクランクピンの軸線との距離より大きいか又は等しくして大径とし、且つクランクピンを中空とし、
   前記フロート軸受は、クランクピンとの間に、内周側油膜を形成する内周側空間を設けるとともに、前記大端部との間に、外周側油膜を形成する外周側空間を設けた、
   ことを特徴とする内燃機関。
3. 主運動系部品としてのピストン、このピストンに連結するコンロッド、このコンロッドの大端部に連結するクランクピンを備えたクランクシャフト、前記大端部と前記クランクピンとの間に介在させたフロート軸受を含み、
   前記ピストンは、球面継手を形成するために冠部の裏面に設けたピストン側継手部と、このピストン側継手部から冠部の縁に筒状に形成した周壁へ延ばした放射状リブとを備え、
   前記コンロッドは、前記ピストン側継手部とで前記球面継手を形成する球状小端部と、環状の前記大端部とを一体に備える一体型とし、
   前記クランクシャフトは、複数の構成部材からなる組立式であって、クランクピンの半径をクランクシャフトの軸線とクランクピンの軸線との距離より大きいか又は等しくして大径とし、且つクランクピンを中空とし、
   前記フロート軸受は、クランクピンとの間に、内周側油膜を形成する内周側空間を設けるとともに、大端部との間に、外周側油膜を形成する外周側空間を設けた、
   ことを特徴とする内燃機関。

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