JP2008116006A - 内燃機関及びそのコネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットクランク機構を有する内燃機関において、シリンダとの干渉を回避しつつ、コラム部の過度な曲げ変形に起因する亀裂等、損傷の発生を抑制することのできるコネクティングロッドを提供する。
【解決手段】このコネクティングロッド１０では、その小端部１４にエンジンのピストンピンが挿通される挿通孔１４ａが形成されるとともに、その大端部１６にシリンダボアの中心軸からオフセットした位置にその回転軸を有するクランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔１６ａが形成され、さらにコラム部１５によりこれら小端部１４と大端部１６とが連結されている。ここでは、コラム部１５を、小端部１４及び大端部１６の各挿通孔１４ａ，１６ａの中心を結ぶ中心線を基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分が厚肉になるように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のピストンと、シリンダボアの中心軸からオフセットした位置に回転軸を有するクランクシャフトと連結する内燃機関のコネクティングロッド、並びに同コネクティングロッドを具備する内燃機関に関する。

周知のように、ピストンとシリンダブロックとの間の摩擦抵抗を低減するために、クランクシャフトの中心軸をシリンダボアの中心軸に対してオフセットするようにした構造、いわゆるオフセットクランク構造を採用した内燃機関が広く知られている。こうしたオフセットクランク構造を採用する内燃機関においては、燃焼圧力が最大となるタイミングでコネクティングロッドがシリンダボアの中心軸と略平行となるため、膨張行程においてシリンダ側壁からピストンに対して働く力を極力小さくすることができ、いわゆるピストン打音の発生を抑制することができるようになる。

しかしながら、このような内燃機関にあっては、上記オフセット量をある程度大きく設定した場合にコネクティングロッドとシリンダとが互いに干渉するおそれがある。
そこで従来、例えば特許文献１に見られるように、大端部と小端部とを連結するコラム部をオフセットの方向と反対側に突出するように屈曲させた屈曲部を有するコネクティングロッドの採用が提案されている。こうした構成を採用することより、オフセット量をある程度大きく設定した場合であってもコネクティングロッドとシリンダとの干渉を回避することができるようになる。
特開２００３−１７２１０１号公報

ところで、このようなコネクティングロッドにあっては、同コネクティングロッドとシリンダとの干渉を確かに回避することができるものの、ピストンに燃焼圧力が作用してコネクティングロッドのコラム部に曲げモーメントが生じた際に、上記コラム部の屈曲部に応力集中が生じることとなる。特に、オフセットクランク構造を採用した場合には、こうした応力集中が一層顕著なものとなる。このため、こうした応力集中により屈曲部に過度な曲げ変形が生じ、コラム部に亀裂の発生等、損傷が生じるおそれがあった。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセットクランク機構を有する内燃機関において、シリンダとの干渉を回避しつつ、コラム部の過度な曲げ変形に起因する亀裂等、損傷の発生を抑制することのできるコネクティングロッドを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔が形成された小端部と、シリンダボアの中心軸からオフセットした位置にその回転軸を有するクランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔が形成された大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結するコラム部とを備える内燃機関のコネクティングロッドにおいて、前記コラム部は、前記小端部及び前記大端部の各挿通孔の中心を結ぶ中心線を基準として前記回転軸がオフセットされた側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分が厚肉に形成されてなることを要旨としている。

同構成によれば、コラム部とシリンダブロックとの干渉を回避しつつ、オフセットクランク構造の採用によりその増大が懸念されるコラム部の曲げ変形に対する剛性を高めることができ、同変形に起因する亀裂等、コラム部に損傷が生じることを抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関のコネクティングロッドにおいて、前記コラム部は、前記オフセット方向と反対側に位置する部分が前記クランクピンの軸方向と直交する方向において厚肉に形成されてなることを要旨としている。

同構成によれば、例えば、オフセット方向と反対側に位置する部分をクランクピンの軸方向において厚肉にした場合と比較して、厚肉にすることによるコネクティングロッドの重量増大を抑えつつ、効果的にコラム部の曲げ変形に対する剛性を高めることができる。

また、このようにコラム部を厚肉にする際の具体的な構成としては、請求項４に記載の発明によるように、前記コラム部の各側面は、前記小端部に繋がる直線部と、同直線部と前記大端部とを繋げる弧状部とを含み、同弧状部におけるオフセット方向の側の曲面の曲率を同オフセット方向と反対方向の側の曲面の曲率よりも大きくすることにより、前記コラム部は前記オフセット方向と反対側に位置する部分が厚肉に形成される、といった構造を採用することができる。

請求項４に記載の発明は、内燃機関のピストンに設けられるピストンピンと、シリンダボアの中心軸からオフセットした位置にその回転軸を有するクランクシャフトのクランクピンとが前記請求項１〜３のいずれか一項に記載のコネクティングロッドにより連結されてなる内燃機関であることを要旨としている。

同構成によれば、オフセットクランク構造を採用した内燃機関において、そのコラム部とシリンダブロックとの干渉を回避しつつ、オフセットクランク構造の採用によりその増大が懸念されるコラム部の曲げ変形に対する剛性を高めることができ、同変形に起因する亀裂等、コラム部に損傷が生じることを抑制することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、コネクティングロッド並びにこれにより連結されるピストン及びクランクシャフト等を示すエンジンの部分断面図である。同図１に示されるように、このエンジンは、クランクシャフトの回転軸ＬＣをシリンダブロック３０に形成されたシリンダボア３１の中心軸ＬＢに対してオフセットした構造、いわゆるオフセットクランク構造を採用している。クランクシャフトのクランクピン４０は、その回転軸ＬＣを中心として図中の破線ＣＣに沿って回転する。また、シリンダボア３１には、その同ボア３１内で往復動するピストン２０が設けられている。そして、ピストン２０のピストンピン２１とクランクシャフトのクランクピン４０とがコネクティングロッド１０により連結されている。

図２（ａ）は、従来のコネクティングロッドとの対比のもとに、本実施形態にかかるコネクティングロッド１０についてその正面構造を、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ―Ａ線に沿った断面構造をそれぞれ示す。なお、この図２（ａ）では、本実施形態にかかるコネクティングロッド１０の形状を実線で示すとともに、従来のコネクティングロッドの形状を二点鎖線で示している。

同図２（ａ）に示されるように、本実施形態にかかるコネクティングロッド１０は、大きくはロッド本体１１と、同ロッド本体１１にボルト１３によって締結されるキャップ１２とから構成されている。このロッド本体１１には、その端部にピストンピン２１が挿通される挿通孔１４ａが形成された小端部１４が形成されている。一方、ロッド本体１１においてこの小端部１４と反対側の端部とキャップ１２とによって大端部１６が形成されている。この大端部１６には、ロッド本体１１側に形成された半円弧状の対向面１１ａとキャップ１２側に形成された半円弧状の対向面１２ａとによってクランクピン４０が挿通される挿通孔１６ａが形成されている。ここで、これら小端部１４、大端部１６、各挿通孔１４ａ，１６ａは、これら挿通孔１４ａ，１６ａの中心を結ぶ中心線Ｌを基準として線対称の形状を有している。

また一方、ロッド本体１１には、上記小端部１４と大端部１６とを連結するコラム部１５が形成されている。このコラム部１５は、両側面が平面とされて小端部１４と繋がる直線部１５ａと、両側面が曲面とされて直線部１５ａと大端部１６とを繋げる弧状部１５ｂとから構成されている。直線部１５ａは、その図中左右方向の両側面が傾斜しており、両側面間の厚さが小端部１４から図中下方に向けて線形的に厚くなるように形成されている。そして、この直線部１５ａも、中心線Ｌを基準として線対称の形状を有している。これに対し、弧状部１５ｂは、その図中右方の側面、すなわちオフセット方向と反対方向の側の側面が曲率Ｒｎ１を有する曲面に形成されるとともに、その図中左方の側面、すなわちオフセット方向の側の側面がこの曲率Ｒｎ１よりも大きい曲率Ｒｎ２を有する曲面に形成されている。このように、弧状部１５ｂは、中心線Ｌを基準として非対称な形状を有している。図２（ａ）のＡ―Ａ線に沿った断面図を図２（ｂ）に示すように、このような曲率Ｒｎ１，Ｒｎ２を有する曲面からなる弧状部１５ｂによって、コラム部１５が、中心線Ｌを基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分が上記クランクピン４０の軸方向と直交する方向に厚肉となるようにしている。

図２（ａ）に示されるように、対比例として、従来のコネクティングロッドの弧状部１１５ｂは、その両側面が曲率Ｒｎ１０を有する曲面に形成されている。そして、上記曲率Ｒｎ１は曲率Ｒｎ１０よりも大きい値に、上記曲率Ｒｎ２は曲率Ｒｎ１０よりも小さい値に設定されている。すなわち、これら曲率Ｒｎ１，Ｒｎ２，Ｒｎ１０の間には、Ｒｎ２＜Ｒｎ１０＜Ｒｎ１といった大小関係がある。

このため、本実施形態にかかるコネクティングロッドでは、従来のコネクティングロッドと比較すると、コラム部１５におけるオフセット方向側に位置する部分とシリンダブロック３０との干渉を回避することができるようになるとともに、コラム部１５の曲げ変形に対する剛性を高めることもできるようになる。

以上説明したように、本実施形態にかかるコネクティングロッドによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）コラム部１５を、その中心線Ｌを基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分が厚肉になるように形成した。このため、同コラム部１５とシリンダブロック３０との干渉を回避しつつ、オフセットクランク構造の採用により増大が懸念されるコラム部１５の曲げ変形に対する剛性が高められ、同変形に起因する亀裂等、コラム部１５に損傷が生じることを抑制することができるようになる。

（２）コラム部１５を、そのオフセット方向と反対側に位置する部分がクランクピン４０の軸方向と直交する方向において厚肉になるように形成した。このため、例えば、オフセット方向と反対側に位置する部分をクランクピン４０の軸方向において厚肉に形成した場合と比較して、厚肉に形成することに伴うコネクティングロッド１０の重量増大を抑えつつ、効果的に曲げ変形に対する剛性が高められるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・コラム部１５の弧状部について、これを図３（ａ）の断面図に示されるように、コラム部１５の弧状部２１５ｂにおいて、中心線Ｌを基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分を、上記クランクピン４０と直交する方向のみならず、クランクピン４０の軸方向においても厚肉に形成するようにしてもよい。但し、このような弧状部２１５ｂを有するコネクティングロッドでは、従来のコネクティングロッドと比較してクランクピン４０の軸方向における厚さが長くならざるを得ない。このため、コネクティングロッドが隣り合うように配設されるエンジン、例えばＶ型エンジンにおいてこのようなコネクティングロッドを採用した場合には、隣り合うコネクティングロッド同士の干渉を避けるために各コネクティングロッド間の間隔を広げる必要があり、エンジンの大型化を招くおそれがある。このため、例えばこうしたＶ型エンジンにあっては、上記実施形態において示した断面形状を有するコネクティングロッドを採用するのが望ましい。

・また、図３（ｂ）の断面図に示される弧状部３１５ｂように、中心線Ｌを基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分を、クランクピン４０の軸方向においてのみ厚肉に形成するようにしてもよい。

・上記実施形態では、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造が、図２（ｂ）に示されるような断面形状を有するコネクティングロッド、いわゆるＩ型断面形状のコネクティングロッドを想定していたが、その他、例えば図４（ａ），（ｂ）に示されるような断面形状を有するコネクティングロッド、いわゆるＨ型断面のコネクティングロッドであってもよい。この場合、そのコラム部を、中心線Ｌを基準としてオフセット方向の側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分をクランクピン４０の軸方向において厚肉に形成すればよい。具体的には、図４（ａ）に示されるように、中心線Ｌを基準としてオフセット方向と反対方向の側の部分をクランクピン４０の軸方向と直交する方向において厚肉となるように弧状部４１５ｂを形成する、あるいは図４（ｂ）に示されるように、クランクピン４０の軸方向において厚肉となるように弧状部５１５ｂを形成する。

本実施形態にかかるエンジンの部分断面図。 （ａ）従来のコネクティングロッドとの対比のもとに、本実施形態にかかるコネクティングロッドを示す正面図。（ｂ）図２（ａ）のＡ―Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 （ａ），（ｂ）本実施形態のコネクティングロッドの変形例について図２のＡ―Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 （ａ），（ｂ）本実施形態のコネクティングロッドの他の変形例について図２のＡ―Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。

符号の説明

１０…コネクティングロッド、１１…ロッド本体、１１ａ，１２ａ…対向面、１２…キャップ、１３…ボルト、１４…小端部、１４ａ，１６ａ…挿通孔、１５…コラム部、１５ａ…直線部、１５ｂ，１１５ｂ，２１５ｂ，３１５ｂ，４１５ｂ，５１５ｂ…弧状部、１６…大端部、１６ａ…挿通孔、２０…ピストン、２１…ピストンピン、３０…シリンダブロック、３１…シリンダボア、４０…クランクピン。

Claims (4)

1. 内燃機関のピストンに設けられたピストンピンが挿通される挿通孔が形成された小端部と、シリンダボアの中心軸からオフセットした位置にその回転軸を有するクランクシャフトのクランクピンが挿通される挿通孔が形成された大端部と、前記小端部と前記大端部とを連結するコラム部とを備える内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   前記コラム部は、前記小端部及び前記大端部の各挿通孔の中心を結ぶ中心線を基準として前記回転軸がオフセットされた側に位置する部分よりもその反対側に位置する部分が厚肉に形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
2. 前記コラム部は、前記オフセット方向と反対側に位置する部分が前記クランクピンの軸方向と直交する方向において厚肉に形成されてなる
   請求項１に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
3. 前記コラム部は、両側面が平面とされて前記小端部に繋がる直線部と、両側面が曲面とされて同直線部と前記大端部とを繋げる弧状部とを含み、同弧状部におけるオフセット方向の側の曲面の曲率を同オフセット方向と反対方向の側の曲面の曲率よりも大きくすることにより、前記コラム部は前記オフセット方向と反対側に位置する部分が厚肉に形成されてなる
   請求項１又は２に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
4. 内燃機関のピストンに設けられるピストンピンと、シリンダボアの中心軸からオフセットした位置にその回転軸を有するクランクシャフトのクランクピンとが前記請求項１〜３のいずれか一項に記載のコネクティングロッドにより連結されてなる内燃機関。

Images