JP2017089735A - Bearing and connecting rod assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンロッドの小端部に配置されピストンピンを相対的に揺動可能に支持する軸受、およびコンロッドアセンブリに関する。 The present invention relates to a bearing that is disposed at a small end portion of a connecting rod and supports a piston pin in a relatively swingable manner, and a connecting rod assembly.
特許文献1に開示されているように、コンロッドは、ピストンに作用する爆発力をクランクシャフトに伝達している。また、コンロッドは、ピストンの往復運動を、クランクシャフトの回転運動に変換している。コンロッドの小端部は、ブシュを介して、ピストンピンに連結されている。ブシュの内周面とピストンピンの外周面との間には、潤滑油が供給される。
As disclosed in
ピストンのストローク方向を上下方向、上死点側を上側、下死点側を下側として、エンジンの爆発力は、ピストンつまりピストンピンに対して、下向きに作用する。つまり、ピストンピンをブシュの内周面の下側部分に押し付ける方向に、爆発力は作用する。一方、クランクシャフトの回転運動に伴って、ピストンピンには、所定のクランク回転角度領域において、上向きの遠心力が作用する。このように、ピストンピンには、下向きの爆発力と、上向きの遠心力と、が作用する。当該遠心力により、ブシュの内周面に対して、ピストンピンを浮かせることができる。このため、ブシュの内周面の下側部分に、潤滑油を供給することができる。 With the piston stroke direction being the vertical direction, the top dead center side being the top side, and the bottom dead center side being the bottom side, the engine's explosive force acts downward on the piston, that is, the piston pin. That is, the explosive force acts in the direction in which the piston pin is pressed against the lower portion of the inner peripheral surface of the bush. On the other hand, as the crankshaft rotates, an upward centrifugal force acts on the piston pin in a predetermined crank rotation angle region. In this way, the downward explosion force and the upward centrifugal force act on the piston pin. The piston pin can be floated with respect to the inner peripheral surface of the bush by the centrifugal force. For this reason, lubricating oil can be supplied to the lower part of the inner peripheral surface of the bush.
しかしながら、近年のエンジン(例えば、ディーゼルターボエンジンなど)においては、エンジンの圧縮比が高くなっている。このため、爆発力が大きくなっている。これに対して、燃費向上の観点から摺動抵抗軽減が求められることから、エンジンの回転速度は遅い方が好ましい。エンジンの回転速度が遅くなると、コンロッドの大端部の回転速度が遅くなる。したがって、ピストンピンに作用する遠心力が小さくなる。 However, in recent engines (for example, diesel turbo engines), the compression ratio of the engine is high. For this reason, the explosive power is increasing. On the other hand, since the reduction of sliding resistance is required from the viewpoint of improving fuel efficiency, it is preferable that the engine speed is low. When the rotational speed of the engine becomes slow, the rotational speed of the large end of the connecting rod slows down. Accordingly, the centrifugal force acting on the piston pin is reduced.
このように、近年のエンジンにおいては、ピストンピンに下向きに作用する爆発力は大きくなる傾向にある。一方、ピストンピンに上向きに作用する遠心力は小さくなる傾向にある。このため、ピストンピンの外周面の下側部分が、ブシュの内周面の下側部分に、押し付けられてしまう。したがって、ブシュの内周面の下側部分に、潤滑油が供給されにくくなる。特に、通常運転時に対してブシュ周囲の温度が高くなる高温時においては、ブシュの内周面の下側部分に、確実に潤滑油を供給する必要がある。そこで、本発明は、ブシュの内周面の下側部分に、簡単に潤滑油を供給することができる軸受、およびコンロッドアセンブリを提供することを目的とする。 Thus, in recent engines, the explosive force acting downward on the piston pin tends to increase. On the other hand, the centrifugal force acting upward on the piston pin tends to be small. For this reason, the lower part of the outer peripheral surface of the piston pin is pressed against the lower part of the inner peripheral surface of the bush. Therefore, it becomes difficult to supply lubricating oil to the lower part of the inner peripheral surface of the bush. In particular, it is necessary to reliably supply the lubricating oil to the lower portion of the inner peripheral surface of the bush at a high temperature when the temperature around the bush is higher than that during normal operation. Then, an object of this invention is to provide the bearing and connecting rod assembly which can supply lubricating oil to the lower part of the internal peripheral surface of a bush simply.
上記課題を解決するため、本発明の軸受は、コンロッドの小端部と大端部とを通過する方向を上下方向、前記小端部側を上側、前記大端部側を下側として、前記小端部に配置され、ピストンピンを支持すると共に内周面に凹部を有する円筒状のブシュと、前記ブシュよりも熱膨張係数が大きく、熱膨張により前記凹部から突出可能に前記凹部に配置され、前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する熱膨張部材と、を備え、前記支持部は、前記ブシュの重心よりも前記下側に配置されることを特徴とする。また、上記課題を解決するため、本発明のコンロッドアセンブリは、前記軸受と、前記軸受が小端部に配置されるコンロッドと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the bearing of the present invention is configured so that the direction passing through the small end portion and the large end portion of the connecting rod is the vertical direction, the small end side is the upper side, and the large end side is the lower side. A cylindrical bush that is disposed at the small end, supports the piston pin, and has a recess on the inner peripheral surface, and has a larger coefficient of thermal expansion than the bush, and is disposed in the recess so as to protrude from the recess by thermal expansion. And a thermal expansion member having a support part capable of supporting the piston pin, wherein the support part is disposed on the lower side of the center of gravity of the bush. Moreover, in order to solve the said subject, the connecting rod assembly of this invention is provided with the said bearing and the connecting rod by which the said bearing is arrange | positioned at a small end part.
支持部は、ブシュの重心よりも下側に配置されている。また、熱膨張部材は、軸受周囲の温度に応じて、熱変形可能である。このため、凹部から熱膨張部材が突出(熱膨張)することにより、支持部はピストンピンを支持することができる。したがって、ブシュの内周面に対して、ピストンピンを浮かせることができる。よって、ブシュの内周面の下側部分に、簡単に潤滑油を供給することができる。 The support part is disposed below the center of gravity of the bush. Further, the thermal expansion member can be thermally deformed according to the temperature around the bearing. For this reason, when the thermal expansion member protrudes (thermal expansion) from the concave portion, the support portion can support the piston pin. Therefore, the piston pin can be floated with respect to the inner peripheral surface of the bush. Therefore, lubricating oil can be easily supplied to the lower part of the inner peripheral surface of the bush.
以下、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリの実施の形態について説明する。 Embodiments of the bearing and connecting rod assembly of the present invention will be described below.
[コンロッドアセンブリの構成]
まず、本実施形態のコンロッドアセンブリの構成について説明する。図1に、本実施形態のコンロッドアセンブリを備えるエンジンのシリンダの軸方向断面図を示す。図1に示すように、エンジン9は、シリンダ90と、ピストン91と、ピストンピン92と、クランクシャフト93と、コンロッドアセンブリ8と、を備えている。エンジン9は、ディーゼルターボエンジンである。
[Composition of connecting rod assembly]
First, the structure of the connecting rod assembly of this embodiment is demonstrated. FIG. 1 shows an axial cross-sectional view of a cylinder of an engine provided with a connecting rod assembly of this embodiment. As shown in FIG. 1, the
ピストン91は、シリンダ90内に収容されている。ピストン91により、シリンダ90内には、燃焼室Cが区画されている。ピストンピン92は、円筒状を呈している。ピストンピン92は、ピストン91を直径方向に貫通している。クランクシャフト93は、メインジャーナル930と、クランクピン931と、クランクアーム932と、を備えている。メインジャーナル930に対して、クランクピン931は、クランクアーム932を介して、偏心して接続されている。すなわち、メインジャーナル930の中心a3に対して、後述するコンロッド(コネクティングロッド)7の大端部71の中心a2は、偏心している。
The
図2に、エンジンのピストンの軸方向断面図を示す。図3に、図2の円III内の拡大図を示す。図4に、本実施形態の軸受の部分斜視図を示す。図5に、同軸受の通常運転時における径方向断面図を示す。図6に、同軸受の高温時における径方向断面図である。なお、図3は、同軸受のエンジン停止時における径方向断面図に相当する。また、図4においては、ピストンピン92を透過して示す。
FIG. 2 shows an axial sectional view of an engine piston. FIG. 3 shows an enlarged view in the circle III of FIG. In FIG. 4, the fragmentary perspective view of the bearing of this embodiment is shown. FIG. 5 shows a radial cross-sectional view of the bearing during normal operation. FIG. 6 is a radial sectional view of the bearing at a high temperature. FIG. 3 corresponds to a radial sectional view of the bearing when the engine is stopped. In FIG. 4, the
図2、図4に示すように、コンロッドアセンブリ8は、軸受1と、コンロッド7と、を備えている。図1、図2に示すように、コンロッド7は、小端部70と、大端部71と、ロッド部72と、を備えている。図1に示すように、大端部71は、円環状を呈している。大端部71には、コンロッドベアリング710を介して、クランクピン931が接続されている。図2〜図6に示すように、小端部70は、大端部71より小径の円環状を呈している。小端部70は、二つの油孔700を備えている。二つの油孔700は、小端部70を径方向に貫通している。ロッド部72は、大端部71と小端部70とを連結している。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図1に示すように、コンロッド7を正面から見て、小端部70の中心a1および大端部71の中心a2を通過する中心線Aの延在方向を「上下方向」、中心a2から見て中心a1側を「上側」、中心a1から見て中心a2側を「下側」、と各々定義する。
As shown in FIG. 1, when the connecting
図2〜図6に示すように、軸受1は、ブシュ2と、熱膨張部材6と、を備えている。軸受1は、滑り軸受である。ブシュ2は、短軸円筒状を呈している。ブシュ2は、小端部70の径方向内側に配置されている。ブシュ2は、ピストンピン92を下側から支持している。ブシュ2の内周面20と、ピストンピン92の外周面920と、の間には、隙間(オイルクリアランス)Bが確保されている。内周面20には、凹部201が凹設されている。図3〜図6に示すように、凹部201は、内周面20の下側部分に配置されている。凹部201は、重心Gの真下に配置されている。凹部201は、内周面20の軸方向(前後方向)中央に配置されている。ブシュ2は、二つの油孔21を備えている。二つの油孔21は、ブシュ2を径方向に貫通している。油孔21は、小端部70の油孔700と、径方向に連なっている。図5、図6に示すように、通常運転時および高温時においては、油孔700、21を経由して、潤滑油Oが内周面20に供給される。潤滑油Oは、隙間Bに油膜を形成する。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
熱膨張部材6は、凹部201に配置されている。熱膨張部材6は、支持部60を備えている。支持部60は、ブシュ2の重心Gよりも下側に配置されている。図4に点線ハッチングで示すように、支持部60は、ピストンピン92の外周面920を、下側から支持可能である。熱膨張部材6は、樹脂製である。一方、ブシュ2は、銅系合金製である。樹脂の熱膨張係数は、銅系合金の熱膨張係数よりも、大きい。
The
ここで、ブシュ2の重心Gとは、ブシュ2を軸方向(コンロッド7の正面側)から見て、内周面20により形成される円の図形重心である。本実施形態において、重心Gは、小端部70の中心a1と一致している。
Here, the center of gravity G of the
また、支持部60が外周面920を支持する形態には、支持部60が外周面920に接触することにより、外周面920を直接支持する形態が含まれる。また、支持部60が、潤滑油Oによる油膜を介して、外周面920を間接的に支持する形態が含まれる。内周面20が外周面920を支持する形態についても、同様である。
The form in which the
[軸受の動き]
次に、本実施形態の軸受の動きについて説明する。図3に示すエンジン停止時において、熱膨張部材6の支持部60は、内周面20よりも下側に配置されている。内周面20は、ピストンピン92の外周面920を、下側から支持している。支持部60の上側には、凹部201の側面に囲まれて、潤滑油Oが溜まっている。熱膨張部材6は、凹部201に密着している。このため、軸受1周囲の温度が上昇すると、熱膨張部材6は、上側に熱膨張する。
[Bearing movement]
Next, the movement of the bearing of this embodiment will be described. When the engine shown in FIG. 3 is stopped, the
図5に示す通常運転時(暖機運転完了後)においては、図3に示すエンジン停止時と比較して、軸受1周囲の温度が上昇する。このため、熱膨張部材6は、支持部60と内周面20とが面一になるまで、上側に熱膨張する。支持部60の上側に溜まっていた潤滑油Oは、内周面20に供給される。
During normal operation shown in FIG. 5 (after completion of warm-up operation), the temperature around the
支持部60は、曲面状を呈している。支持部60の曲率は、内周面20の曲率と、同じである。ピストンピン92周囲の荷重状況に応じて、支持部60は、内周面20と共に、ピストンピン92の外周面920を、下側から支持可能である。
The
図5に点線で示すように、軸受1の組付当初、支持部60は平面状を呈している。また、軸受1の組付当初、図5に示す通常運転時において、支持部60は内周面20から上側に突出している。しかしながら、支持部60は、ピストンピン92との摺動により、徐々に摩耗する。このため、図5に実線で示すように、時間が経つと、支持部60は曲面状になる。
As shown by a dotted line in FIG. 5, at the beginning of the assembly of the
図6に示す高温時においては、図5に示す通常運転時と比較して、軸受1周囲の温度が上昇する。このため、熱膨張部材6は、上側に熱膨張する。支持部60は、内周面20から上側に突出している。ピストンピン92周囲の荷重状況に応じて、支持部60は、ピストンピン92の外周面920を、下側から支持可能である。支持部60が外周面920を支持する際、内周面20の下側部分と、外周面920の下側部分と、は離間している。このため、隙間Bの下側部分に、潤滑油Oを供給することができる。
At the time of high temperature shown in FIG. 6, the temperature around the
このように、熱膨張部材6は、軸受1周囲の温度状況に応じて、熱変形する。このため、軸受1は、図3に示す第一支持状態(ピストンピン92を内周面20だけで支持)、図5に示す第二支持状態(ピストンピン92を内周面20および支持部60で支持)、図6に示すリフト状態(ピストンピン92を支持部60だけで支持)に切り替わる。
Thus, the
[作用効果]
次に、本実施形態の軸受およびコンロッドアセンブリの作用効果について説明する。図3、図5、図6に示すように、支持部60は、ブシュ2の重心Gよりも下側に配置されている。また、熱膨張部材6は、軸受1周囲の温度に応じて、熱変形可能である。このため、図6に示すように、凹部201から熱膨張部材6が突出(熱膨張)することにより、支持部60はピストンピン92を支持することができる。したがって、ブシュ2の内周面20に対して、ピストンピン92を浮かせることができる。よって、ブシュ2の内周面20の下側部分に、簡単に潤滑油Oを供給することができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the bearing and connecting rod assembly of this embodiment will be described. As illustrated in FIGS. 3, 5, and 6, the
また、図3、図5、図6に示すように、支持部60は、熱膨張部材6の熱変形により、上下方向に移動する。このため、支持部60を上下動させる機構が簡単である。したがって、図5に示す通常運転時から図6に示す高温時に移行する際、確実に、軸受1を第二支持状態からリフト状態に切り替えることができる。
In addition, as shown in FIGS. 3, 5, and 6, the
また、仮に、図3に示すエンジン停止時において、熱膨張部材6と凹部201との間に隙間(例えば、熱膨張部材6の周方向側面と凹部201の周方向側面との間の隙間、熱膨張部材6の軸方向側面と凹部201の軸方向側面との間の隙間、熱膨張部材6の下面と凹部201の底面との間の隙間など)があると、軸受1周囲の温度が上昇する際、熱膨張部材6が当該隙間を埋める方向に膨張してしまう。このため、熱膨張部材6が上側に膨張しにくくなる。
Also, if the engine shown in FIG. 3 is stopped, a gap (for example, a gap between the circumferential side surface of the
この点、本実施形態の軸受1によると、図3に示すエンジン停止時において、熱膨張部材6は凹部201に密着している。すなわち、軸受1周囲の温度が最も低い状態において、熱膨張部材6は凹部201に密着している。このため、軸受1周囲の温度が上昇する際の熱膨張部材6の膨張方向を、上側に配向することができる。したがって、図5に示す通常運転時から図6に示す高温時に移行する際、確実に、軸受1を第二支持状態からリフト状態に切り替えることができる。また、図3に示すエンジン停止時から図5に示す通常運転時に移行する際、支持部60の上側に溜まっていた潤滑油Oを、内周面20に供給することができる。
In this regard, according to the
また、本実施形態の軸受1によると、図6に示すリフト状態における、凹部201からの支持部60の突出量を、熱膨張部材6の材質を選択することにより、簡単に調整することができる。同様に、図3に示す第一支持状態における、凹部201への支持部60の没入量(潤滑油Oの貯留量)を、熱膨張部材6の材質を選択することにより、簡単に調整することができる。また、ばね部材(例えば、板ばね、コイルばね、皿ばねなど)と比較して、熱膨張部材6は、弾性変形しにくい。このため、図6に示すリフト状態において、支持部60の突出量が変化しにくい。したがって、高温時において、ブシュ2の内周面20に対して、ピストンピン92を、継続的に浮かせ続けることができる。
Moreover, according to the
[その他]
以上、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
[Others]
The embodiment of the bearing and connecting rod assembly of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
軸受1がリフト状態、第一支持状態、第二支持状態になる温度領域は、特に限定しない。例えば、エンジン停止時において、軸受1が第二支持状態になってもよい。また、通常運転時において、軸受1がリフト状態になってもよい。熱膨張部材6の材質は、特に限定しない。例えば、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、フェノール(PR)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂などの樹脂であってもよい。また、熱膨張部材6は金属であってもよい。熱膨張部材6を形成する材料の熱膨張係数が、ブシュ2を形成する材料の熱膨張係数よりも、大きければよい。
The temperature range in which the
熱膨張部材6の側面、および当該側面に対向する凹部201の側面が、共に、下側から上側に向かって尖るテーパ状であってもよい。こうすると、第一支持状態から第二支持状態に切り替わる際、および第二支持状態からリフト状態に切り替わる際、熱膨張部材6の膨張方向を、上側に配向しやすい。
Both the side surface of the
図6に示す高温時の原因、すなわち図5に示す通常運転時に対して軸受1周囲の温度が上昇する原因は、特に限定しない。例えば、冷却系や潤滑油系の不具合などによる、エンジン過熱などが挙げられる。
The cause at the time of the high temperature shown in FIG. 6, that is, the cause of the increase in the temperature around the
図3に示す油孔21の配置数、位置は特に限定しない。例えば、内周面20の下側部分に、油孔21が開口していてもよい。また、ブシュ2に油孔21を配置しなくてもよい。油孔700についても同様である。内周面20に潤滑油Oを供給する供給経路は特に限定しない。エンジン9の種類は特に限定しない。本発明の軸受およびコンロッドアセンブリをガソリンエンジンに用いてもよい。
The number and positions of the oil holes 21 shown in FIG. 3 are not particularly limited. For example, the
1:軸受、2:ブシュ、20:内周面、201:凹部、21:油孔、6:熱膨張部材、60:支持部、7:コンロッド、70:小端部、700:油孔、71:大端部、710:コンロッドベアリング、72:ロッド部、8:コンロッドアセンブリ、9:エンジン、90:シリンダ、91:ピストン、92:ピストンピン、920:外周面、93:クランクシャフト、930:メインジャーナル、931:クランクピン、932:クランクアーム、A:中心線、B:隙間、C:燃焼室、G:重心、O:潤滑油、a1〜a3:中心 1: bearing, 2: bush, 20: inner peripheral surface, 201: recessed portion, 21: oil hole, 6: thermal expansion member, 60: support portion, 7: connecting rod, 70: small end portion, 700: oil hole, 71 : Large end, 710: connecting rod bearing, 72: rod, 8: connecting rod assembly, 9: engine, 90: cylinder, 91: piston, 92: piston pin, 920: outer peripheral surface, 93: crankshaft, 930: main Journal, 931: Crank pin, 932: Crank arm, A: Center line, B: Gap, C: Combustion chamber, G: Center of gravity, O: Lubricating oil, a1-a3: Center
Claims (4)
前記小端部に配置され、ピストンピンを支持すると共に内周面に凹部を有する円筒状のブシュと、
前記ブシュよりも熱膨張係数が大きく、熱膨張により前記凹部から突出可能に前記凹部に配置され、前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する熱膨張部材と、
を備え、
前記支持部は、前記ブシュの重心よりも前記下側に配置される軸受。 The direction passing through the small end and the large end of the connecting rod is the vertical direction, the small end side is the upper side, the large end side is the lower side,
A cylindrical bush arranged at the small end and supporting the piston pin and having a recess on the inner peripheral surface;
A thermal expansion member having a thermal expansion coefficient larger than that of the bush, disposed in the concave portion so as to protrude from the concave portion due to thermal expansion, and having a support portion capable of supporting the piston pin;
With
The said support part is a bearing arrange | positioned in the said lower side rather than the gravity center of the said bush.
前記通常運転時よりも高温の高温時において、前記熱膨張部材の前記支持部は、前記ブシュの前記内周面から突出する請求項1に記載の軸受。 During normal operation, the support portion of the thermal expansion member is flush with the inner peripheral surface of the bush.
The bearing according to claim 1, wherein the support portion of the thermal expansion member protrudes from the inner peripheral surface of the bush when the temperature is higher than that during the normal operation.
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