JP2008082522A - 内燃機関のコネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】コネクティングロッドの形状の改良により、コネクティングロッドの大端部とクランクシャフトとの間の潤滑性能を高く確保できる構成を提供する。
【解決手段】コネクティングロッド１のスカート部８に、軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（回転上流側領域）を主たる開口領域とする貫通孔８１を形成する。これにより、エンジンの燃焼行程時において回転上流側領域での軸受メタル７１とクランクピン６との間への荷重伝達を抑制し、この領域の油膜厚さを確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に適用されるコネクティングロッドに係る。特に、本発明は、コネクティングロッドの大端部（ビッグエンドとも呼ばれる）におけるクランクシャフトとの間の潤滑性能を向上するための対策に関する。

従来より、下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、自動車用エンジン等の内燃機関にあっては、ピストンとクランクシャフトとがコネクティングロッドによって連結され、燃焼行程における混合気の爆発力がピストン及びコネクティングロッドを介してクランクシャフトに伝達されるようになっている。

上記コネクティングロッドの一般的な構成としては、図９に示すように、ピストン側の小端部ｂ（スモールエンドとも呼ばれる）、クランクシャフト側の大端部ｃ、これら小端部ｂと大端部ｃとの間を繋ぐコラム部ｄを備えている。そして、小端部ｂにはピストンｅ（図９では仮想線で示している）を連結するためのピストンピンが挿通されるピストンピン孔ｂ１が形成されている一方、大端部ｃには、クランクシャフトのクランクピンｆが挿通されるクランク軸受孔ｃ１が形成されている。また、この大端部ｃは、大端部本体ｃ２とキャップｃ３の２つ割り構造となっており、これら大端部本体ｃ２及びキャップｃ３の内面に半円弧状の軸受メタルｇ，ｇがそれぞれ装着されている。そして、これら大端部本体ｃ２とキャップｃ３との間で形成される上記クランク軸受孔ｃ１の内部にクランクピンｆが挿通された状態で、この両者（大端部本体ｃ２及びキャップｃ３）がキャップボルトｈ，ｈにより締結されている。

また、このコネクティングロッドａは、上記混合気の爆発力を伝達する部材であることから高い剛性が必要であり、且つ高速度で移動する（小端部ｂ側では往復運動し、大端部ｃ側では公転運動する）部材であることから軽量であることが要求される。この軽量化のために、上記コラム部ｄを、その軸線に対して対称としたＩ型断面やＨ型断面で形成しているのが一般的である。

更に、近年の自動車用エンジンの高速化や高出力化に伴い、大端部ｃとクランクシャフトのクランクピンｆとは高速及び大荷重のもとで摺動することになるため、この両者間には高い潤滑性能が要求されている。

この潤滑性能を確保するために、上記軸受メタルｇ，ｇとクランクピンｆとの間には潤滑油が供給されており、この油膜としては所定厚さ以上を確保しておくことが必要となる。そして、この油膜厚さを確保する上で最も厳しい状況としては、エンジンの燃焼行程において、混合気の爆発力がピストンｅからコネクティングロッドａに作用するタイミングが挙げられる。つまり、この爆発力によって軸受メタルｇ（大端部本体ｃ２側の軸受メタルｇ）がクランクピンｆの外周面に押し付けられる状況となり、この部分及びその周辺部での油膜厚さを確保することが潤滑性能の面では最も重要である。

これまで、一般的なコネクティングロッドａの設計手法としては、上記エンジンの燃焼行程における軸受メタルｇとクランクピンｆとの間の接触面全体における応力の平均値が所定値以下となるように上記コラム部ｄから大端部ｃに亘る部分（以下、この部分をスカート部ｉと呼ぶ）の形状等を設計していた。より具体的には、エンジンの燃焼行程においてピストンｅ側からコネクティングロッドａの大端部ｃを見た（上記爆発力の作用方向（図９の矢印Ｆを参照）に沿う方向から見た）場合における軸受メタルｇとクランクピンｆとの間の投影面の面積（Ａ）と、燃焼行程においてコネクティングロッドａに作用する荷重（爆発力；Ｆ）とを考慮し、この投影面全体における応力の平均値（Ｆ／Ａ）が所定値以下となるように設計していた。例えばスカート部ｉの断面積を大きくすると共にクランク軸受孔ｃ１を大径にし、これによりクランクピンｆを大径にして、上記応力の平均値を所定値以下に設定するようにしていた。
特開２０００−１７９５３５号公報 特開２００１−１８０５６号公報

しかしながら、上述したようなコネクティングロッドａの設計手法にあっては、以下に述べるような課題があった。

つまり、上記エンジンの燃焼行程においてピストンｅ側からコネクティングロッドａの大端部ｃを見た場合における軸受メタルｇとクランクピンｆとの間の投影面には、全体に亘って均一に荷重（上記爆発力）が作用しているのではなく、図１０（この投影面の各部に作用する荷重を平坦面に展開して表した図であって、図９における点Ｘから点Ｙまでの円弧面を上記投影面とした場合の図）に示すように、コネクティングロッドａの軸線Ｌ上において最も高い荷重（ピーク荷重）Ｆ１が作用しており、この軸線Ｌから離れるに従って荷重が徐々に低くなる状況となっている。このため、このコネクティングロッドａの軸線Ｌ上にあっては特に油膜厚さが薄くなっている状況である。

更に、上記燃焼行程にあっては、クランクシャフトの回転位置に応じて軸線Ｌ上におけるピーク荷重Ｆ１は変化していくが、このピーク荷重Ｆ１が最も高くなるタイミング（軸線Ｌ上における油膜厚さが最も薄くなるタイミング）は、図９に示しているように、ピストンｅの上死点位置よりも僅かに（クランク角度で十数度だけ）クランク回転角が進んだ位置である。これは、このタイミングおいて燃焼室内の燃焼圧が最も高い状況となっているからである。

この状態（ピーク荷重Ｆ１が最も高くなるタイミング）からクランクシャフトが回転していくと、軸受メタルｇとクランクピンｆとが相対的に回転するに伴い、この軸線Ｌ上の位置よりも大端部ｃの反移動方向側、つまり、図９における軸線Ｌ上よりも左側（言い換えると、軸受メタルｇがクランクピンｆに対して相対的に移動する側）においては軸受メタルｇとクランクピンｆとの間で油膜が押し潰されていく形態となって油膜形成が困難になり、更に油膜厚さが薄くなっていき、十分な潤滑性能が確保できなくなる可能性があった。図１１は、この場合の軸受メタルｇとクランクピンｆとの間に形成されている油膜の厚さを模式的に示す図である。

以上のように、上記軸受メタルｇとクランクピンｆとの間に作用する荷重Ｆの大きさとしては、上記軸線Ｌ上が最大であって、この軸線Ｌから離れるに従って徐々に低くなっていくものの（図１０参照）、これに回転運動（燃焼行程に伴う軸受メタルｇのクランクピンｆに対する相対的な移動）が加わると、この運動により各部の油膜厚さが影響を受け、上記軸線Ｌ上の位置よりも反回転側（軸受メタルｇがクランクピンｆに対して相対的に移動する側；図９における軸線Ｌ上よりも左側）において油膜厚さが極端に薄くなって、潤滑性能が不十分となっている可能性があった。

このような状況はコネクティングロッドａの軸線Ｌ上に作用している荷重が高すぎることが原因の一つである。従って、このような状況を回避するために、上述した如く、スカート部ｉの断面積を大きくしたり、大端部ｃのクランク軸受孔ｃ１を大径にすることで上記軸線Ｌ上の応力を軽減することが考えられるが、これでは、コネクティングロッドａの重量の増大や、クランクシャフトの重量の増大を招いてしまい、エンジンの始動性の悪化やエネルギロスの増大に繋がってしまってエンジンの高速化や高出力化を阻害することになってしまう。

本発明の発明者は、以上の点を考慮しコネクティングロッドａの最適な形状について考察を行った。そして、コネクティングロッドａの形状として、上記荷重を受けた際の各部の応力を十分に低く抑えること、荷重ピーク点の適正化とその荷重ピーク点での荷重の軽減が図れること、コネクティングロッドａやクランクシャフトの重量の増大を招かない形状であること、といった要求を満たしながらも大端部ｃとクランクシャフトとの間の潤滑性能を高く確保できるコネクティングロッドａの形状について考察を行い本発明に至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コネクティングロッドの形状の改良により、コネクティングロッドの大端部とクランクシャフトとの間の潤滑性能を高く確保できる構成を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の燃焼行程時においてコネクティングロッドの大端部とクランクピンとの間での油膜が薄くなる領域への荷重伝達を抑制するべく、その領域に対応する部分の剛性を他の部分よりも低くするようにコネクティングロッドを非対称形状とする。そして、従来から油膜が十分に確保されている領域への荷重伝達量を多くすることで、各部の油膜を略均一に且つ十分に確保できるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドを前提とする。このコネクティングロッドに対し、上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の剛性が、反対方向側の剛性よりも低くなるような形状に、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域を形成している。つまり、上記ロッド軸線を挟んで一方側（大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側）の剛性を他方側（大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向とは逆方向側）の剛性よりも低くしている。

この特定事項により、これまで内燃機関の燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（ロッド軸線に対し、大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）による大端部（より具体的には軸受メタル）のクランクピンに対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができる。一方、ロッド軸線に対し、大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッドの大端部とクランクピンとの間の潤滑性能を良好に確保できる。

より具体的な構成としては以下の各構成が挙げられる。先ず、ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドを前提とする。このコネクティングロッドに対し、上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域に、その領域の剛性を低くするような加工を施す一方、その反対方向側の領域にあっては剛性を低くするような上記加工を施さないものとしている。

また、ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドを前提とする。このコネクティングロッドに対し、上記コラム部または、コラム部から大端部に亘る領域を、剛性を低くするような形状に形成する。そして、上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域における剛性の低下量を、その反対方向側の領域における剛性の低下量よりも大きく設定するものとしている。

また、同様に、ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドを前提とする。このコネクティングロッドに対し、上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記クランクピンが大端部に対して相対的に回転する方向側の領域に、その領域の剛性を高くするような加工を施す一方、その反対方向側の領域にあっては剛性を高くするような上記加工を施さないものとしている。

更に、ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドを前提とする。このコネクティングロッドに対し、上記コラム部または、コラム部から大端部に亘る領域を、剛性を高くするような形状に形成する。そして、上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記クランクピンが大端部に対して相対的に回転する方向側の領域における剛性の上昇量を、その反対方向側の領域における剛性の上昇量よりも大きく設定するものとしている。

これらの特定事項によっても、コネクティングロッドにおいて、ロッド軸線に対し、大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域への荷重伝達が抑制されることになり、この部分の油膜厚さを十分に確保することができる。

また、上記剛性を低くする形状または上記剛性を低くする加工としては、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に貫通孔を形成することや、この領域に凹陥部を形成することが挙げられる。また、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域におけるロッド軸線との間の幅寸法が短くなるように形成することで剛性を低くすることも挙げられる。

一方、上記剛性を高くする形状または上記剛性を高くする加工としては、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に厚肉部を形成することが挙げられる。

本発明では、内燃機関の燃焼行程時においてコネクティングロッドの大端部とクランクピンとの間での油膜が薄くなる領域への荷重伝達を抑制するべく、その領域に対応する部分の剛性を他の部分よりも低くするようにコネクティングロッドを非対称形状にしている。このため、コネクティングロッドにおいて、ロッド軸線に対し、大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域への荷重伝達が抑制されることになり、この部分の油膜厚さを十分に確保することができ、コネクティングロッドの大端部とクランクピンとの間の潤滑性能を良好に確保できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用レシプロエンジンに適用されるコネクティングロッドとして本発明を適用した場合について説明する。

（第１実施形態）
先ず、第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であって、エンジンの燃焼行程時において、ピストン５の上死点位置よりもクランク角度で十数度だけクランク回転角が進んだ位置での姿勢（燃焼行程途中の姿勢）を示している。また、この図では、ピストン５を仮想線で示している。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

−コネクティングロッド１の概略構成−
図１に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１の主要構成部としては従来のものと略同様である。以下、簡単に説明する。

このコネクティングロッド１は、例えば炭素鋼の鍛造加工により形成され、ピストン５側の小端部２、クランクシャフト側の大端部３、これら小端部２と大端部３との間を繋ぐコラム部４が備えられている。尚、この構成材料としては、ニッケル・クロム鋼、クロム・モリブデン鋼、チタン合金なども挙げられる。

上記小端部２にはピストン５を連結するためのピストンピンが挿通されるピストンピン孔２１が形成されている一方、大端部３には、クランクシャフトのクランクピン６が挿通されるクランク軸受孔３１が形成されている。また、この大端部３は、大端部本体３２とキャップ３３の２つ割り構造となっており、これら大端部本体３２及びキャップ３３の内面に半円弧状の上下一対の軸受メタル７１，７２がそれぞれ装着されている。そして、これら大端部本体３２とキャップ３３との間で形成される上記クランク軸受孔３１の内部にクランクピン６が挿通された状態で、この両者（大端部本体３２及びキャップ３３）がキャップボルトＢ，Ｂにより締結されている。

このようにして、コネクティングロッド１がピストン５とクランクシャフトのクランクピン６とを連結していることにより、エンジンの運転時にはピストン５が図示しないシリンダ内を往復運動し、その運動がコネクティングロッド１によってクランクシャフトの回転運動に変換され、この回転力がエンジン出力として得られるようになっている。

そして、上記クランクシャフトには、上記軸受メタル７１，７２の内周面に向けて潤滑油を供給する給油路（図示省略）が形成されており、この給油路を経て軸受メタル７１，７２の内周面に供給された潤滑油が、この軸受メタル７１，７２とクランクピン６との間に油膜を形成することで、この両者間の潤滑を行うようになっている。また、上記軸受メタル７１，７２の内周面にはクランクピン６との間で潤滑油を保持するための条痕が周方向に亘って形成されている。尚、この潤滑油は、その後、コネクティングロッド１内に形成されたオイル通路（図示省略）を経てピストン５側に送られ、ピストンピンとピストンとの間の潤滑に寄与することになる。

−荷重分散構成−
本実施形態の特徴は、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重を所定の分散形態をもって分散可能となるような形状にコネクティングロッド１が形成されている点にある。以下、具体的に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るコネクティングロッド１は、上記コラム部４から大端部３に亘る領域であるスカート部８に、クランクシャフトの軸心方向（図１における紙面に直交する方向）に沿って貫通する貫通孔８１が形成されている。そして、この貫通孔８１の形成位置に本実施形態の特徴がある。

具体的に、上記貫通孔８１は、略三角形状の開口で形成されており、その形成位置は、エンジンの燃焼行程時において上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側）に設定されている。

つまり、図１（ａ）に示すような燃焼行程途中の姿勢にあっては、上記混合気の爆発力Ｆを、ピストン５を介してコネクティングロッド１が受け、大端部３がクランクシャフトの回転中心の回りに図中時計回り方向に公転する。また、クランクピン６にあっては、この大端部３の公転運動に従って、クランクシャフトの回転中心の回りに図中時計回り方向に公転しながら図中時計回り方向に自転することになる。このため、大端部本体３２の内側に装着されている上側の軸受メタル７１とクランクピン６との摺接面にあっては、上記クランクピン６が自転している分だけクランクピン６が軸受メタル７１に対して図中時計回り方向に移動が進む状態となって摺動している。言い換えると、上側の軸受メタル７１はクランクピン６に対して図中反時計回り方向に相対的に移動する状態となって摺動している。

そして、上記貫通孔８１は、コネクティングロッド１の軸線（小端部２の中心点と大端部３の中心点とを結んだ直線）Ｌに対し、上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（図１（ａ）において軸線Ｌの左側）を主たる開口領域として形成されている。以下の説明では、図１（ａ）において軸線Ｌの左側の領域を「回転上流側領域」と呼び、軸線Ｌの右側の領域を「回転下流側領域」と呼ぶこととする。

以下、貫通孔８１の形成位置について詳しく説明する。上記貫通孔８１の開口形状である略三角形を形成する３辺８１ａ，８１ｂ，８１ｃのうちの一辺８１ａは上記スカート部８の外縁に略平行に延びている。また、他の一辺８１ｂは上記クランク軸受孔３１の内縁に沿う円弧形状に延びている。そして、残る一辺８１ｃは、上記ロッド軸線Ｌを跨ぐように直線状に延びている。

このようにして、貫通孔８１は、その大部分が「回転上流側領域」（大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側の領域）に形成されている。これにより、この「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

従って、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図１（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

図２は、エンジンの燃焼行程においてピストン５側からコネクティングロッド１の大端部３を見た（上記爆発力の作用方向（図１（ａ）の矢印Ｆを参照）に沿う方向から見た）場合における上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の投影面の各部に作用する荷重の分布状態を平坦面に展開して表した図であって、図１（ａ）における点Ｘから点Ｙまでの円弧面を上記投影面とした場合の図である。図中の破線は従来の一般的なコネクティングロッドにおける荷重分布（図１０と同様の線図）を示しており、図中実線は本実施形態における荷重分布を示している。また、図中二点鎖線は、上記と同様の貫通孔をスカート部８の中央部に、つまり、コネクティングロッド１の形状として軸線Ｌを挟んで左右対称形状にした場合の荷重分布を示している。

この図２からも明らかなように、本実施形態にあっては、コネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達され、荷重のピーク位置も軸線Ｌ上ではなく軸線Ｌの右側にオフセットされており、軸線Ｌの左側の領域（回転上流側領域）への荷重伝達量が大幅に低減されている。その結果、従来の一般的なコネクティングロッドにおける荷重分布（図２の破線）や、貫通孔をスカート部８の中央部に形成した場合の荷重分布（図２の二点鎖線）に比べて、本実施形態における荷重分布にあっては、軸線Ｌ上に作用する荷重が大幅に低減されているばかりでなく、荷重ピーク位置における荷重の大きさ（図中Ｆ２）も、他の荷重分布における荷重ピーク位置での荷重の大きさ（図中Ｆ１及びＦ３）に比べて小さくなっている。この図２に示す線図に関し、本発明の発明者はＣＡＥ解析によって既に確認している。

このようにして、従来、エンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側の領域；回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（上記軸線Ｌの右側の領域；回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため（図１１参照）、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図３（図３（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１は、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでは、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、コラム部４の表裏面（クランクシャフトの回転軸心に対して直交する方向に延びる面）に凹陥部４１，４１が形成されて成る所謂Ｉ型断面構造のコネクティングロッド１となっている。

そして、本実施形態の特徴とするところは、上記凹陥部４１，４１の形成位置にある。

具体的に、上記凹陥部４１の形成位置は、エンジンの燃焼行程時において上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側）である上記「回転上流側領域」がその主たる凹陥領域となるように設定されている。つまり、コラム部４の「回転下流側領域」の大部分には凹陥部４１が形成されておらず、これにより、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

尚、図３に示すものでは凹陥部４１の一部が上記回転下流側領域にも及ぶ構成としたが、上記回転上流側領域のみに凹陥部４１が形成される構成としてもよい。また、各凹陥部４１，４１の凹陥寸法としては、コラム部４の厚さ寸法の約１／３に設定しているが、この寸法は、上記爆発力の伝達に十分なコラム部４の断面積が確保されておれば任意に設定可能である。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図３（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線で示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側の領域；回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（上記回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図４（図４（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１にあっても、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでも、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、コラム部４の両側面（クランクシャフトの軸心に対して平行に延びる面）に凹陥部４２，４３が形成されて成る所謂Ｈ型断面構造のコネクティングロッド１となっている。

そして、本実施形態の特徴とするところは、上記各凹陥部４２，４３の形状にある。

具体的に、エンジンの燃焼行程時において上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側）である上記「回転上流側領域」のコラム部４の側面に形成されている凹陥部４２の深さ寸法が、上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向とは反対側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向とは反対側）である上記「回転下流側領域」のコラム部４の側面に形成されている凹陥部４３の深さ寸法よりも大きく設定されている。これにより、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図４（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図５（図５（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１も、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでも、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、コラム部４の表裏面（クランクシャフトの軸心に対して直交する方向に延びる面）に薄肉部４４，４４が形成されている。

そして、本実施形態の特徴とするところは、上記薄肉部４４，４４の形成位置にある。

具体的に、上記薄肉部４４の形成位置は、エンジンの燃焼行程時において上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側）である上記「回転上流側領域」の外縁部にのみ形成されている。つまり、コラム部４の「回転下流側領域」はその全体に亘って上記薄肉部４４の肉厚よりも厚さ寸法が大きく設定されており、これにより、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図５（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

尚、薄肉部４４の肉厚寸法としては、回転下流側領域の肉厚寸法の約１／３に設定しているが、この寸法は任意に設定可能である。また、回転下流側領域には薄肉部を形成しない構成としたが、コネクティングロッド１の軽量化等に鑑みて、この回転下流側領域にも僅かな領域に薄肉部を形成するようにしてもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について図６（図６（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１も、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでも、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、コラム部４の表裏面（クランクシャフトの軸心に対して直交する方向に延びる面）に厚肉部４５，４５が形成されている。

そして、本実施形態の特徴とするところは、上記厚肉部４５，４５の形成位置にある。

具体的に、上記厚肉部４５の形成位置は、エンジンの燃焼行程時において上記大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向とは反対側（より具体的には、上側の軸受メタル７１がクランクピン６に対して相対的に移動する方向とは反対側）である上記「回転下流側領域」の一部にのみ形成されている。つまり、コラム部４の「回転上流側領域」はその全体に亘って上記厚肉部４５の肉厚よりも厚さ寸法が小さく設定されており、これにより、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図６（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線で示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

尚、本実施形態では、コラム部４からスカート部８に亘って厚肉部４５を形成する構成としたが、これに限らず、大端部３に厚肉部を形成する構成としてもよい。また、回転上流側領域には厚肉部を形成しない構成としたが、この回転上流側領域にも僅かな領域に厚肉部を形成するようにしてもよい。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について図７（図７（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１にあっても、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでも、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、コラム部４の厚さ寸法が上記「回転上流側領域」から「回転下流側領域」に亘って次第に大きくなるように形成されている。つまり、このコラム部４の断面形状が略等脚台形状となるように形成されている（図７（ｂ）参照）。これにより、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図７（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線で示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（上記回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について図８（図８（ａ）はコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である）を用いて説明する。本実施形態に係るコネクティングロッド１も、荷重分散のための構成が上記第１実施形態のものとは異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、ここでも、荷重分散のための構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るコネクティングロッド１は、上記コラム部４における上記「回転上流側領域」の形状と「回転下流側領域」の形状とが互いに異なっている。

具体的には、コラム部４からスカート部８に亘る「回転上流側領域」の外縁部が大きく内側に削り取られた形状に成形されており、上記「回転上流側領域」にあっては、コラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域での剛性が、「回転下流側領域」におけるコラム部４、スカート部８、大端部３に亘る領域の剛性に比べて低く設定されている。

尚、このコラム部４からスカート部８に亘る「回転上流側領域」の外縁部の形状としては、このコラム部４からスカート部８に亘る領域の断面積（回転上流側領域及び回転下流側領域の両方を含む断面積）が、コラム部４の上端部分の断面積よりも大きく、上記爆発力の伝達に十分な断面積が確保されるように設定している。

従って、本実施形態にあっても、エンジンの燃焼行程においてコネクティングロッド１に作用する荷重Ｆの大部分は「回転下流側領域」に伝達されることになり、「回転上流側領域」への荷重伝達量が低減される（図８（ａ）におけるスカート部８の矢印参照）。

そして、本実施形態においてもエンジンの燃焼行程での上側の軸受メタル７１とクランクピン６との間の上記投影面の各部に作用する荷重の分布状態としては図２に実線で示したものと同様になる。

このように、本実施形態においても、従来ではエンジンの燃焼行程時において油膜が薄くなってしまうことが懸念されていた領域（回転上流側領域）への荷重伝達が抑制されることになり、この部分では、混合気の爆発力（荷重）Ｆによる大端部３（より具体的には上側の軸受メタル７１）のクランクピン６に対する押し付け力が軽減されることになって、この部分の油膜厚さを十分に確保することができることになる。一方、ロッド軸線Ｌに対し、大端部３がクランクピン６に対して相対的に移動する方向側とは反対方向側の領域（上記回転下流側領域）では、上記荷重の大部分を受け持つことになるが、この領域は元々十分な油膜厚さが確保できていた領域であるため、ここにおいても必要な油膜厚さを確保することが可能である。これにより、コネクティングロッド１の大端部３とクランクピン６との間の潤滑性能を良好に確保できることになり、エンジンの高速化や高出力化に十分に耐え得る潤滑性能を実現することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した各実施形態では、コネクティングロッド１の形状として、このコネクティングロッド１をクランクシャフトの軸線に沿った方向から見た場合（正面視）にロッド軸線Ｌを挟んで非対称とし、且つクランクシャフトの軸線に直交する方向から見た場合（側面視及び側面視）にロッド軸線Ｌを挟んで対称な形状としていた。本発明は、これに限らず、クランクシャフトの軸線に直交する方向から見た場合にロッド軸線Ｌを挟んで非対称な形状としてもよい。例えば第２実施形態の如く凹陥部４１を設ける場合に、コラム部４の表裏面のうち一方の面のみに凹陥部４１を形成するといった構成である。

また、上述した各実施形態では、自動車用エンジンに適用されるコネクティングロッド１として本発明を適用した場合について説明したが、その他の内燃機関に使用されるコネクティングロッドに対しても本発明は適用可能である。

第１実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図１（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明において軸受メタルとクランクピンとの間に作用する荷重分布と、従来技術において軸受メタルとクランクピンとの間に作用する荷重分布とを比較するための図である。 第２実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図３（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第３実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図４（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第４実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図５（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第５実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図６（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第６実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図７（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第７実施形態に係るコネクティングロッドを示し、図８（ａ）はコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 従来例に係るコネクティングロッドをクランク軸心に沿う方向から見た図である。 従来例において軸受メタルとクランクピンとの間に作用する荷重分布を示す図である。 従来例においてクランクピンと軸受メタルとの間に形成される油膜の厚さを模式的に示す図である。

符号の説明

１ コネクティングロッド
２ 小端部
３ 大端部
４ コラム部
５ ピストン
６ クランクピン
Ｌ ロッド軸線

Claims (13)

1. ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の剛性が、反対方向側の剛性よりも低くなるような形状に、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
2. ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域には、その領域の剛性を低くするような加工が施されている一方、その反対方向側の領域にあっては剛性を低くするような上記加工が施されていないことを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
3. ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記コラム部または、コラム部から大端部に亘る領域は、剛性を低くするような形状に形成されており、
   上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記大端部がクランクピンに対して相対的に移動する方向側の領域における剛性の低下量が、その反対方向側の領域における剛性の低下量よりも大きく設定されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
4. ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記クランクピンが大端部に対して相対的に回転する方向側の領域には、その領域の剛性を高くするような加工が施されている一方、その反対方向側の領域にあっては剛性を高くするような上記加工が施されていないことを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
5. ピストンに連結される小端部、クランクピンに連結される大端部、これら小端部と大端部とに亘るコラム部を備えた内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記コラム部または、コラム部から大端部に亘る領域は、剛性を高くするような形状に形成されており、
   上記小端部の中心点と大端部の中心点とを結んだロッド軸線に対し、内燃機関の燃焼行程時において上記クランクピンが大端部に対して相対的に回転する方向側の領域における剛性の上昇量が、その反対方向側の領域における剛性の上昇量よりも大きく設定されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
6. 上記請求項１または３記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記剛性を低くする形状として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に貫通孔が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
7. 上記請求項２記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記剛性を低くする加工として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に貫通孔が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
8. 上記請求項１または３記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記剛性を低くする形状として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に凹陥部が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
9. 上記請求項２記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   上記剛性を低くする加工として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に凹陥部が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
10. 上記請求項１または３記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
    上記剛性を低くする形状として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域におけるロッド軸線との間の幅寸法が短くなるように形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
11. 上記請求項２記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
    上記剛性を低くする加工として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域におけるロッド軸線との間の幅寸法が短くなるように形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
12. 上記請求項４記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
    上記剛性を高くする加工として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に厚肉部が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
13. 上記請求項５記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
    上記剛性を高くする形状として、上記コラム部または、このコラム部から大端部に亘る領域に厚肉部が形成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。

Images