JP2008240936A - 内燃機関のコネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの体格を維持しつつクランクシャフトのオフセット量を増やすことができ、かつ強度低下を抑えることができる内燃機関のコネクティングロッドを提供する。
【解決手段】ピストン５のピストンピン８に対して回転自在に接続される小端部９と、クランクシャフト６のクランクピン１０に回転自在に接続される大端部１１と、小端部９及び大端部１０のそれぞれの回転中心線Ａｘ２、Ａｘ３と直交する直線Ｌ１に対して、クランクシャフト５がオフセットされた側の反対側に傾く方向へ直線的に延びて小端部９と大端部１１とをつなぐコラム部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンとクランクシャフトとを連結する内燃機関のコネクティングロッドに関する。

レシプロ型内燃機関のピストンとシリンダライナ（シリンダブロック）との摩擦抵抗を低減するために、クランクシャフトの回転中心線をシリンダの中心線に対してオフセットすることが広く実施されている。クランクシャフトのオフセット量を大きくすると、それだけコネクティングロッドとシリンダの内周壁との距離が近づく。従って、オフセット量を大きくしつつコネクティングロッドとシリンダとの干渉を回避するには、コネクティングロッドの全長を長くしたりシリンダの内径を大きくするなどの対策が必要になるので、シリンダブロックの体格の増加をもたらす。そこで、シリンダブロックの体格を維持しつつオフセット量を増やすことができるように、コラム部の全体をくの字状に屈曲させたり、その一部を切り欠くことにより、シリンダに対向するコラム部の側面をシリンダの壁面から後退させたコネクティングロッドが知られている（特許文献１）。その他に、本発明と関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開２００３−１７２１０１号公報 特開２００１−１０７８００号公報 特開平３−１４５５２２号公報

特許文献１のコネクティングロッドは、その構造上、屈曲部や切り欠き部に応力が集中するため強度不足となりやすい。その結果、強度不足を補う補強が必要になりコネクティングロッドの重量増をもたらすおそれがある。

そこで、本発明は、シリンダブロックの体格を維持しつつクランクシャフトのオフセット量を増やすことができ、かつ強度低下を抑えることができる内燃機関のコネクティングロッドを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のコネクティングロッドは、内燃機関のシリンダ内に往復動可能に挿入されたピストンと、前記シリンダの中心線に対して回転中心線がオフセットされたクランクシャフトとを連結する内燃機関のコネクティングロッドにおいて、前記ピストンのピストンピンに対して回転自在に接続される小端部と、前記クランクシャフトのクランクピンに回転自在に接続される大端部と、前記小端部及び前記大端部のそれぞれの回転中心線と直交する直線に対して、前記クランクシャフトがオフセットされた側の反対側に傾く方向へ直線的に延びて前記小端部と前記大端部とをつなぐコラム部と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

このコネクティングロッドによれば、小端部及び大端部の各回転中心線と直交する直線に対して、クランクシャフトがオフセットされた側の反対側に傾く方向にコラム部が直線的に延びているので、コラム部をシリンダの内周壁から後退させることができる。そのため、敢えてコラム部を屈曲させたり切り欠きを設けなくてもコラム部とシリンダの内周壁との間の距離を容易に確保することができる。これにより、内燃機関のシリンダブロックの体格を維持しつつクランクシャフトのオフセット量を増やすことができ、かつ強度低下を抑えることができる。

コラム部の横断面は矩形状、楕円状等の種々の形状でよいが、例えば、本発明のコネクティングロッドの一態様においては、前記コラム部は、Ｉ型の横断面を有するように構成され、かつ前記オフセットされた側のフランジの横幅よりも前記反対側のフランジの横幅のほうが広くなるように構成されてもよい（請求項２）。この態様によれば、内燃機関の膨張行程や圧縮行程で応力分布が偏る側のフランジの横幅が反対側の横幅よりも広くなっているのでコラム部の曲げ剛性が向上する。この態様においては、前記コラム部は、前記反対側のフランジの横幅が前記小端部から前記大端部に向かって徐々に拡大するように構成されてもよい（請求項３）。この場合は、大端部に近づくほど、クランクシャフトがオフセットされる側の反対側のフランジの横幅が拡大するので、コラム部と大端部との付け根の剛性を高めることができる。

また、例えば、本発明のコネクティングロッドの一態様においては、前記コラム部は、Ｈ型の横断面を有するように構成され、かつフランジに対するウェブの相対位置が前記オフセットされた側へ偏るように構成されてもよい（請求項４）。この態様によれば、内燃機関の膨張行程や圧縮行程で応力分布が偏る側の曲げ剛性をウェブの相対位置を偏らせることにより相対的に高めることができるのでコラム部の曲げ剛性が向上する。この態様においては、前記コラム部は、前記オフセットされた側への前記ウェブの偏り具合が前記大端部に近づくほど大きくなるように構成されてもよい（請求項５）。この場合は、大端部に近づくほどウェブの偏り具合が大きくなるので、コラム部と大端部との付け根の剛性を高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、小端部及び大端部の各回転中心線と直交する直線に対して、クランクシャフトがオフセットされた側の反対側に傾く方向にコラム部が直線的に延びているので、コラム部をシリンダの内周壁から後退させることができる。そのため、敢えてコラム部を屈曲させたり切り欠きを設けなくてもコラム部とシリンダの内周壁との間の距離を容易に確保することができる。これにより、内燃機関のシリンダブロックの体格を維持しつつクランクシャフトのオフセット量を増やすことができ、かつ強度低下を抑えることができる。

（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係るコネクティングロッドが組み込まれたレシプロ型の内燃機関の要部を示している。内燃機関１はシリンダブロック２を有し、そのシリンダブロック２へシリンダライナ３が圧入されることによりシリンダ４が形成されている。シリンダ４には往復動可能な状態でピストン５が挿入される。シリンダブロック２にはクランクシャフト６がその回転中心線Ａｘ１の回りに回転可能な状態で取り付けられている。なお、回転中心線Ａｘ１は図１の紙面と直交する方向に延びる。クランクシャフト６は回転中心線Ａｘ１がシリンダ４の中心線ＣＬ１に対して一方向（図の左方向）にオフセットされている。ピストン５とクランクシャフト６とはコネクティングロッド７Ａにて連結される。コネクティングロッド７Ａはピストン５のピストンピン８に対して回転自在に接続される小端部９と、クランクシャフト６のクランクピン１０に対して回転自在に接続される大端部１１と、小端部９と大端部１１とをつなぐコラム部１２とを有している。

ピストンピン８はピストン５の裏面側に設けられたボス部１３のピン孔と小端部９の孔とをそれぞれ貫いてピストン５に固定されている。これにより、小端部９はピストンピン８に対して回転自在に接続される。クランクピン１０はクランクシャフト６の回転中心線Ａｘ１と平行に延びており、その両端は回転中心線Ａｘ１から半径方向に延びるクランクアーム１５にて固定されている。クランクアーム１５の反対側にはバランスウエイト１６が設けられている。コネクティングロッド７Ａの大端部１１は、クランクピン１０を挟み込むようにして本体部１１ａとキャップ部１１ｂとが不図示のボルト等の締結手段で締結されることによりクランクピン１０に対して回転自在に接続される。

図２は図１のコネクティングロッド７Ａの拡大平面図である。この図にも示すように、コネクティングロッド７Ａのコラム部１２は、小端部９の回転中心線Ａｘ２及び大端部１１の回転中心線Ａｘ３のそれぞれと直交する直線Ｌ１に対して傾く方向Ｄ１へ直線的に延びている。なお、各回転中心線Ａｘ２、Ａｘ３は図の紙面と直交する方向に延びる。方向Ｄ１はコラム部１２の中心線ＣＬ２と平行であり、クランクシャフト６がオフセットされる側（図の左側）の反対側（図の右側）に傾いている。図３に示すように、コラム部１２は矩形状の横断面を持つ。

図４は内燃機関１のピストン５が上死点に位置した状態を、図５は内燃機関１のピストン６が下死点に位置した状態をそれぞれ示している。これらの図からも明らかなように、オフセット量Ｓを確保しながらコネクティングロッド７Ａとシリンダ４の内周壁との干渉が回避される。

このコネクティングロッド７Ａによれば、小端部９及び大端部１１の各回転中心線Ａｘ２、Ａｘ３と直交する直線Ｌ１に対して、クランクシャフト６がオフセットされる側の反対側に傾く方向にコラム部１２が直線的に延びているので、コラム部１２をシリンダ４の内周壁から後退させることができる。そのため、敢えてコラム部１２を屈曲させたり切り欠きを設けなくてもコラム部１２とシリンダ４の内周壁との間の距離を容易に確保することができる。これにより、シリンダブロック２の体格を維持しつつクランクシャフト６のオフセット量Ｓを増やすことができ、かつ強度低下を抑えることができる。

（第２の形態）
次に本発明の第２の形態を図６〜図８を参照して説明する。以下、第１の形態と共通の構成についてはこれらの図に第１の形態と同一符号を付して説明を省略する。図６は第２の形態に係るコネクティングロッド７Ｂを示した拡大平面図である。コネクティングロッド７Ｂは第１の形態と同様に内燃機関１に組み込まれる。コネクティングロッド７Ｂは小端部９と大端部１１とをつなぐコラム部２０の構成を除き、第１の形態と同一構成を有している。即ち、小端部９及び大端部１１の各回転中心線Ａｘ２、Ａｘ３を通る直線Ｌ１に対して、クランクシャフト６がオフセットされる側（図６の左側）の反対側（図６の右側）に傾く方向にコラム部２０が直線的に延びている。

図７は図６のVII−VII線に沿った拡大断面図、図８は図６のVIII−VIII線に沿った拡大断面図である。これらの図から明らかなように、コネクティングロッド７ＢはＩ断面コネクティングロッドとして構成され、そのコラム部２０はＩ型の横断面を有する。即ち、コラム部２０はクランクシャフト６がオフセットされる側Ｆｓに位置するフランジ２０ａと、その反対側Ｏｓに位置するフランジ２０ｂと、これらのフランジ２０ａ、２０ｂを接続するウェブ２０ｃとを備える。二つのフランジ２０ａ、２０ｂは図７に示すように小端部９に近い側において各横幅Ｗａ、Ｗｂが同一であるが、大端部１１に近い側においては図８に示すようにクランクシャフト６がオフセットされる側Ｆｓに位置するフランジ２０ａの横幅Ｗａよりもその反対側Ｏｓに位置するフランジ２０ｂの横幅Ｗｂのほうが広くなっている。また、コラム部２０は、反対側Ｏｓに位置するフランジ２０ｂの横幅Ｗｂが小端部９から大端部１１に向かって徐々に拡大するように構成されている。

このようなコラム部２０を持つコネクティングロッド７Ｂによれば、軽量化に寄与することはもとより、内燃機関１の膨張行程や圧縮行程で応力分布が偏る側のフランジ２０ｂの横幅Ｗｂが反対側のフランジ２０ａの横幅Ｗａよりも広くなっているので、コラム部２０の曲げ剛性が向上する。更に、大端部１１に近づくほどフランジ２０ｂの横幅Ｗｂが拡大するので、コラム部２０と大端部１１との付け根の剛性を高めることができる。

（第３の形態）
次に本発明の第３の形態を図９〜図１１を参照して説明する。以下、第１の形態と共通の構成についてはこれらの図に第１の形態と同一符号を付して説明を省略する。図９は第３の形態に係るコネクティングロッド７Ｃを示した拡大平面図である。コネクティングロッド７Ｃは第の形態と同様に内燃機関１に組み込まれる。コネクティングロッド７Ｃは小端部９と大端部１１とをつなぐコラム部３０の構成を除き、第１の形態と同一構成を有している。即ち、小端部９及び大端部１１の各回転中心線Ａｘ２、Ａｘ３と直交する直線Ｌ１に対して、クランクシャフト６がオフセットされる側の反対側に傾く方向にコラム部３０が直線的に延びている。

図１０は図９のX−X線に沿った拡大断面図、図１１は図９のXI−XI線に沿った拡大断面図である。これらの図から明らかなように、コネクティングロッド７ＣはＨ断面コネクティングロッドとして構成され、そのコラム部３０はＨ型の横断面を有する。即ち、コラム部３０は回転軸線Ａｘ２、Ａｘ３方向の両側に位置する二つのフランジ３０ａ、３０ｂと、これらを接続するウェブ３０ｃとを備える。

フランジ２０ａ、２０ｂに対するウェブ３０ｃの相対位置、即ちクランクシャフト６がオフセットされる側Ｆｓの一端からウェブ３０ｃの中心線ＣＬ３までの距離Ｘは、図１０に示すように小端部９に近い側においてフランジ２０ａ、２０ｂの横幅Ｗの半分であるが、大端部１１に近い側においては図１１に示すようにその距離Ｘは短くなる。つまり、大端部１１に近い側においてフランジ２０ａ、２０ｂに対する相対位置がオフセットされる側Ｆｓへ偏っている。また、その側Ｆｓへのウェブ３０ｃの偏り具合は大端部１１に近づくほど大きくなっている。

このようなコラム部３０を持つコネクティングロッド７Ｃによれば、第２の形態と同様の効果が発揮される。即ち、軽量化に寄与することはもとより、内燃機関１の膨張行程や圧縮行程で応力分布が偏る側の曲げ剛性が相対的に高められているので、コラム部２０の曲げ剛性が向上する。更に、大端部１１に近づくほどウェブ３０ｃの偏り具合が大きくなるので、コラム部３０と大端部１１との付け根の剛性を高めることができる。

本発明の一形態に係るコネクティングロッドが組み込まれたレシプロ型の内燃機関の要部を示した図。 図１のコネクティングロッドの拡大平面図。 図２のIII−III線に沿った拡大断面図。 図１の内燃機関のピストンが上死点に位置した状態を示した図。 図１の内燃機関のピストンが下死点に位置した状態を示した図。 第２の形態に係るコネクティングロッドを示した拡大平面図。 図６のVII−VII線に沿った拡大断面図。 図６のVIII−VIII線に沿った拡大断面図。 第３の形態に係るコネクティングロッドを示した拡大平面図。 図９のX−X線に沿った拡大断面図。 図９のXI−XI線に沿った拡大断面図。

符号の説明

１ 内燃機関
４ シリンダ
５ ピストン
７Ａ〜７Ｃ コネクティングロッド
８ ピストンピン
９ 小端部
１０ クランクピン
１１ 大端部
１２ コラム部
２０ コラム部
２０ａ、２０ｂ フランジ
３０ コラム部
３０ａ、３０ｂ フランジ
３０ｃ ウェブ
Ａｘ１
Ａｘ２ クランクシャフトの回転中心線
ＣＬ１ シリンダの中心線
Ｌ１ 直線
Ｗａ、Ｗｂ 横幅

Claims (5)

1. 内燃機関のシリンダ内に往復動可能に挿入されたピストンと、前記シリンダの中心線に対して回転中心線がオフセットされたクランクシャフトとを連結する内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
   前記ピストンのピストンピンに対して回転自在に接続される小端部と、前記クランクシャフトのクランクピンに回転自在に接続される大端部と、前記小端部及び前記大端部のそれぞれの回転中心線と直交する直線に対して、前記クランクシャフトがオフセットされた側の反対側に傾く方向へ直線的に延びて前記小端部と前記大端部とをつなぐコラム部と、を備え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、Ｉ型の横断面を有するように構成され、かつ前記オフセットされた側のフランジの横幅よりも前記反対側のフランジの横幅のほうが広くなるように構成されていることを特徴とする請求項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、前記反対側のフランジの横幅が前記小端部から前記大端部に向かって徐々に拡大するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
4. 前記コラム部は、Ｈ型の横断面を有するように構成され、かつフランジに対するウェブの相対位置が前記オフセットされた側へ偏るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
5. 前記コラム部は、前記オフセットされた側への前記ウェブの偏り具合が前記大端部に近づくほど大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のコネクティングロッド。

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