JP2018009634A - コネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】小端部における焼き付きの発生を抑え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は、ピストンピンが挿通されるピン孔１９が設けられた小端部１５や、内燃機関のクランクシャフトに連結される大端部を備えている。小端部１５は、小端部１５の外周面及びピン孔１９の内周面３０の双方に開口しており潤滑油が供給される連通孔を有している。ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部に最も近い面であってピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における中央部分ＣＲに複数の凹部４１を設ける。また、ピン孔１９の内周面３０には、中央部分ＣＲからピン孔１９の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部４２も設ける。また、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部に最も近い面であって、中心軸Ｃの延伸方向において中央部分ＣＲを挟む両端部分ＴＲには凹部４１を設けず平らな曲面にする。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトとピストンとを連結するコネクティングロッドに関するものである。

内燃機関のコネクティングロッドは、ピストンピンが挿通されるピン孔を有して同ピン孔に挿通されたピストンピンを介して内燃機関のピストンに連結される小端部と、クランクシャフトに連結される大端部と、大端部と小端部とを連結する軸部と、を有している。

また、小端部に設けられたピン孔の内周面とピストンピンとの間に潤滑油を供給する構造として、例えば小端部の外周面及びピン孔の内周面の双方に開口する連通孔を小端部に設け、オイルジェットなどによりピストンの裏側に供給された潤滑油の一部を、その連通孔からピン孔の内周面に導くようにした構造が知られている（例えば特許文献１等）。

特開２００８−２２３７９６号公報

ところで、コネクティングロッドの小端部に連結されているピストンは、機関運転中に燃焼室内の燃焼圧力を受けて押し下げられる。ピストンが押し下げられると、小端部のピン孔に挿入されたピストンピンも押し下げられるため、ピン孔を形成している内周面のうちで大端部に最も近い部位とピストンピンとの間の隙間が小さくなり、その隙間に存在する潤滑油の量が少なくなる。こうした理由等により、小端部に設けられたピン孔の内周面のうちで大端部に最も近い面には焼き付きが生じやすい。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小端部における焼き付きの発生を抑え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。

上記課題を解決するコネクティングロッドは、ピストンピンが挿通されるピン孔が設けられており前記ピストンピンを介して内燃機関のピストンに連結される小端部と、前記内燃機関のクランクシャフトに連結される大端部と、前記大端部と前記小端部とを連結する軸部と、を備えている。前記小端部は、同小端部の外周面及び前記ピン孔の内周面の双方に開口しており潤滑油が供給される連通孔を有している。そして、前記ピン孔の内周面のうちの前記大端部に最も近い面であって、前記ピン孔の中心軸の延伸方向における中央部分には複数の凹部が設けられている。また、前記ピン孔の内周面には、前記中央部分から前記ピン孔の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部も設けられている。そして、前記ピン孔の内周面のうちの前記大端部に最も近い面であって、前記中心軸の延伸方向において前記中央部分を挟む両端部分には凹部が設けられておらず当該両端部分は平らな曲面になっている。

同構成では、ピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面であって、ピン孔の中心軸の延伸方向における中央部分には複数の凹部を設けている。それら複数の凹部には、連通孔からピン孔の内周面に供給された潤滑油が保持される。従って、ピン孔の内周面のうちで大端部に最も近い面の上記中央部分において、ピン孔の内周面とピストンピンとの間の隙間に存在する潤滑油の量は、上記凹部を設けていないものと比較して多くなるため、小端部での焼き付きの発生を抑えることができる。

ここで、本発明者は、ピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面における上記中央部分の機関運転中の温度は、ピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面における上記中央部分以外の温度と比較して高いことを確認しており、そうした中央部分では焼き付きが起きやすい。この点、同構成では、高温状態になる上記中央部分に上記凹部を設けているため、そうした中央部分における潤滑油量を多くすることが可能であり、潤滑油による中央部分の冷却も好適に行われるようになる。従って、小端部において特に高温状態となる上記中央部分での焼き付きの発生を抑えることができる。

また、同構成では、ピン孔の内周面に、上記中央部分からピン孔の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部も設けている。従って、連通孔からピン孔の内周面に供給された潤滑油は、その後、内周面とピストンピンとの隙間を鉛直下方に流れ落ちていくのであるが、その流れ落ちていく潤滑油の一部は、上記中央部分からピン孔の外側に向かって斜めに配列された複数の上記凹部に保持される。従って、ピン孔の内周面において、そうした凹部が形成された部位の潤滑油量も好適に確保することができる。

他方、小端部のピン孔に挿通されているピストンピンは機関運転中にピストンから燃焼圧力を受けて円弧状に撓む。このように燃焼圧力を受けてピストンピンが撓むと、ピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面であって、ピン孔の中心軸の延伸方向における両端部分には特に大きな荷重が作用する。こうした大きな荷重がかかる部位に、潤滑油を保持するための溝や凹部などを設けると、ピン孔の内周面とピストンピンとの接触面積が少なくなるため、それら接触部位での面圧が増大して焼き付きが発生するおそれがある。

この点、同構成では、ピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面であって、ピン孔の中心軸の延伸方向において上記中央部分を挟む両端部分には凹部を設けておらず、当該両端部分は平らな曲面になっている。つまりピン孔の内周面のうちの大端部に最も近い面であって、ピン孔の中心軸の延伸方向における上記中央部分には凹部を設けているものの、ピン孔の中心軸の延伸方向における両端部分には凹部を設けていない。従って、同構成によれば、上記両端部分に溝や凹部を設ける場合と異なり、ピン孔の内周面及びピストンピンの接触部位における面圧の増大が抑えられるため、そうした接触部位での面圧増大に起因する焼き付きの発生も抑えることができる。

一実施形態のコネクティングロッドを備えた内燃機関の構成を示す模式図。 同実施形態にかかるコネクティングロッドの小端部の正面図。 図２における３−３線に沿った小端部の断面図。 図３における４−４線に沿った小端部の断面図。 同実施形態のコネクティングロッドのピン孔内における潤滑油の流れを示す模式図。

以下、コネクティングロッドの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、コネクティングロッド１３を備える内燃機関のシリンダブロック１０には、シリンダ１１が設けられている。シリンダ１１には、ピストン１２が往復動可能に収容されている。ピストン１２はコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４に接続されている。

シリンダブロック１０の下方には、潤滑油を貯留するオイルパン２１が設けられている。オイルパン２１内の潤滑油は、オイルポンプ２２によって汲み上げられ、潤滑油供給通路２３に圧送される。潤滑油供給通路２３にはオイルジェット通路２４が接続されており、オイルジェット通路２４にはピストン１２の裏面に向けて潤滑油を噴射するオイルジェット２５が接続されている。なお、オイルジェット通路２４の途中には、オイルジェット通路２４の連通状態を切り替える制御バルブ２６が設けられている。すなわち、制御バルブ２６が開弁しているときには、オイルジェット通路２４が連通状態となり、オイルジェット通路２４に供給された潤滑油がオイルジェット２５からピストン１２の裏面に噴射される。一方、制御バルブ２６が閉弁しているときには、オイルジェット通路２４が遮断された状態となり、オイルジェット２５からの潤滑油の噴射が行われない。なお、制御バルブ２６は、内燃機関に設けられた電子制御装置５０によって開閉制御される。

コネクティングロッド１３には、ピストン１２が連結される小端部１５が設けられている。小端部１５には、真円状のピン孔１９が形成されている。ピン孔１９には、ピストン１２のピストンピン１８が挿通されている。小端部１５は、ピン孔１９に挿通されたピストンピン１８を介してピストン１２に連結されている。ピン孔１９は、ピストンピン１８と摺動しつつ同ピストンピン１８を回転可能に支持している。

小端部１５には軸部１７の一端が接続されており、軸部１７の他端には大端部１６が接続されている。大端部１６には、クランクシャフト１４が連結されている。
なお、以下では、説明の便宜上、小端部１５においてコネクティングロッド１３の先端部となる部位を頂部といい、小端部１５において軸部１７が接続される部位を底部という。

図２に示すように、小端部１５の頂部２７近傍には、同小端部１５の外周面及びピン孔１９の内周面３０の双方に開口する連通孔２０が設けられている。先の図１に示すように、この連通孔２０はピストン１２の裏面に向かって開口している。ピストン１２の裏面から滴下する潤滑油のうち、直接連通孔２０に滴下した潤滑油や、小端部１５の外周面に付着した後、同外周面を伝って連通孔２０に流れ込んだ潤滑油は、連通孔２０を通じてピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との隙間に供給される。この隙間への潤滑油供給によって、ピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との摺動面が潤滑されることにより、そうした摺動面における焼き付きの発生が抑制される。

次に、先の図２における３−３線に沿った小端部１５の断面図である図３、及び図３における４−４線に沿った小端部１５の断面図である図４を参照して、小端部１５の構成をさらに詳細に説明する。

図３に示すように、小端部１５は、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向（図３の左右方向）における頂部２７の長さＬ１が、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における底部２８の長さＬ２よりも短くされている（Ｌ１＜Ｌ２）。より詳細には、小端部１５においてピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における長さは、底部２８から頂部２７に向かうほど徐々に短くなるように形成されており、これにより小端部１５において底部２８と頂部２７との間は傾斜面３３になっている。つまり、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における小端部１５の厚さは、底部２８から頂部２７に向かうにつれて徐々に薄くなるように形成されている。このようにして小端部１５の厚さを徐々に薄くしているのは、次の理由による。

すなわち、燃焼室内の燃焼圧力といった比較的大きな荷重は、小端部１５における頂部２７側の部分には作用しにくく、小端部１５における底部２８側の部分に作用しやすい。そこで、大きな荷重が作用しやすい底部２８側の厚さを厚くし、大きな荷重が作用しにくい頂部２７側の厚さを薄くすることにより、小端部１５の耐久性を確保しつつ同小端部１５の軽量化を図るようにしている。

図４及び先の図３に示すように、ピン孔１９の内周面３０のうちで大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における中央部分ＣＲには複数の凹部４１が設けられている。この凹部４１は、半球形状であって、いわゆるディンプル形状をなしている。また、中央部分ＣＲにおいて、凹部４１は四角状に配列されている。

また、ピン孔１９の内周面３０には、上記中央部分ＣＲからピン孔１９の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部４２も設けられている。この凹部４２も半球形状であって、いわゆるディンプル形状をなしている。また、凹部４２は、中央部分ＣＲにおいて四角状に配列された各凹部４１のうちで角部に位置する４つの凹部４１のそれぞれからピン孔１９の外側に向かって延設されている。

そして、ピン孔１９の内周面３０のうちで大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向において上記中央部分ＣＲを挟む両端部分ＴＲには凹部４１が設けられておらず、同両端部分ＴＲは平らな曲面になっている。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）図５に示すように、ピストン１２の裏面から滴下する潤滑油のうちで連通孔２０に直接滴下した潤滑油や、小端部１５の外周面を伝って連通孔２０に流れ込んだ潤滑油は、同連通孔２０を介してピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との隙間に流れ込み、内周面３０とピストンピン１８との隙間を鉛直下方に流れ落ちていく。

ここで、本実施形態では、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における中央部分ＣＲには複数の凹部４１を設けている。それら複数の凹部４１には、連通孔２０からピン孔１９の内周面３０に供給された潤滑油が保持される。従って、ピン孔１９の内周面３０のうちで大端部１６に最も近い面の上記中央部分ＣＲにおいて、ピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との間の隙間に存在する潤滑油の量は、上記凹部４１を設けていないものと比較して多くなるため、小端部１５における焼き付きの発生を抑えることができる。

（２）本発明者は、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面における上記中央部分ＣＲの機関運転中の温度は、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面における上記中央部分ＣＲ以外の温度（例えば上記両端部分ＴＲ）と比較して高いことを確認しており、そうした中央部分ＣＲでは焼き付きが起きやすい。この点、本実施形態では、高温状態になる上記中央部分ＣＲに上記凹部４１を設けているため、中央部分ＣＲにおける潤滑油量を多くすることが可能であり、潤滑油による中央部分ＣＲの冷却も好適に行われるようになる。従って、小端部１５において特に高温状態となる上記中央部分ＣＲでの焼き付きの発生を抑えることができる。

（３）ピン孔１９の内周面３０に、上記中央部分ＣＲからピン孔１９の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部４２も設けている。従って、連通孔２０からピン孔１９の内周面３０に供給された潤滑油は、その後、上述したように内周面３０とピストンピン１８との隙間を鉛直下方に流れ落ちていくのであるが、その流れ落ちていく潤滑油の一部は、上記中央部分ＣＲからピン孔１９の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部４２に保持される。従って、ピン孔１９の内周面３０において、そうした凹部４２が形成された部位の潤滑油量も好適に確保することができる。

（４）小端部１５のピン孔１９に挿通されているピストンピン１８は、機関運転中にピストン１２から燃焼圧力を受けて円弧状に撓む。このように燃焼圧力を受けてピストンピン１８が撓むと、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における両端部分ＴＲには特に大きな荷重が作用する。こうした大きな荷重がかかる部位に、潤滑油を保持するための溝や凹部などを設けると、ピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との接触面積が少なくなるため、それら接触部位での面圧が増大して焼き付きが発生するおそれがある。

この点、本実施形態では、ピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向において上記中央部分ＣＲを挟む両端部分ＴＲには凹部４１を設けておらず、両端部分ＴＲは平らな曲面になっている。つまりピン孔１９の内周面３０のうちの大端部１６に最も近い面であって、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における上記中央部分ＣＲには凹部４１を設けているものの、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における両端部分ＴＲには凹部４１を設けていない。従って、上記両端部分ＴＲに溝や凹部を設ける場合と異なり、本実施形態ではピン孔１９の内周面３０及びピストンピン１８の接触部位における面圧の増大が抑えられるため、そうした接触部位での面圧増大に起因する焼き付きの発生も抑えることができる。

（５）先の図３に示したように、上記コネクティングロッド１３の小端部１５は、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向（図３の左右方向）における頂部２７の長さＬ１が、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における底部２８の長さＬ２よりも短くされていた。つまり、ピン孔１９の中心軸Ｃの延伸方向における小端部１５の厚さは、底部２８から頂部２７に向かうにつれて徐々に薄くなるように形成されていた。

こうした形状を有する上記小端部１５は、頂部２７の長さＬ１が底部２８の長さＬ２と同じであって頂部２７と底部２８との間が傾斜面になっていない小端部と比較して、頂部２７近傍の厚さが薄い。そのため、上記小端部１５の頂部２７近傍では、連通孔２０からピン孔１９の内周面３０に供給された潤滑油のうちで、内周面３０の外側へと漏れていく潤滑油の量が比較的多くなりやすく、その結果、ピン孔１９の内周面３０において大端部１６側の面にまで届く潤滑油の量が減少しやすい形状となっている。

この点、本実施形態では、上記凹部４１や上記凹部４２によって潤滑油が保持されるため、上述した形状を有する上記小端部１５であっても、ピン孔１９の内周面３０における大端部１６側の面、つまり同内周面３０において大端部１６に最も近い面やその周辺の面における潤滑油の不足を抑えることができる。

なお、上述したように小端部１５の頂部２７近傍では、連通孔２０からピン孔１９の内周面３０に供給された潤滑油の一部が内周面３０の外側へと漏れていくのであるが、その漏れ出た潤滑油の一部は、小端部１５の傾斜面３３に沿って流れ落ちていく。ここで、傾斜面３３に沿って流れ落ちていく潤滑油の一部は、ピン孔１９の内周面３０とピストンピン１８との隙間に入り込むことにより、ピン孔１９の内周面３０に取り込まれる。このように傾斜面３３から内周面３０へと取り込まれた潤滑油は、その後、内周面３０とピストンピン１８との隙間を鉛直下方に流れ落ちていき、その流れ落ちていく潤滑油の一部は、上述した複数の凹部４２に保持される。従って、上記凹部４２には、連通孔２０からピン孔１９の内周面３０に供給された後、その内周面３０から漏れ出ることなく当該内周面３０とピストンピン１８との隙間を流れ落ちてきた潤滑油だけではなく、ピン孔１９の内周面３０から漏れ出た後に傾斜面３３から内周面３０に取り込まれた潤滑油も保持される。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・凹部４１や凹部４２の形状が半球形状であったが、潤滑油を保持することができるのであれば、他の形状でもよい。例えば円錐形状や角錐形状、あるいは円柱形状や角柱形状でもよい。

・上記中央部分ＣＲにおいて凹部４１を四角状に配列したが、その他の形状に配列してもよい。また、中央部分ＣＲにおいて凹部４１をランダムに配設してもよい。
・上記小端部１５は、頂部２７の長さＬ１が底部２８の長さＬ２よりも短く、頂部２７と底部２８との間が傾斜面になっていた。この他、頂部２７の長さＬ１が底部２８の長さＬ２と同じであって頂部２７と底部２８との間が傾斜面になっていない小端部を有するコネクティングロッドでも、その小端部に設けられたピン孔の内周面を上記実施形態で説明した形状とすることにより、上記（５）以外の作用効果を得ることができる。

１０…シリンダブロック、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…コネクティングロッド、１４…クランクシャフト、１５…小端部、１６…大端部、１７…軸部、１８…ピストンピン、１９…ピン孔、２０…連通孔、２１…オイルパン、２２…オイルポンプ、２３…潤滑油供給通路、２４…オイルジェット通路、２５…オイルジェット、２６…制御バルブ、２７…頂部、２８…底部、３０…内周面、３３…傾斜面、４１…凹部、４２…凹部、５０…電子制御装置、ＣＲ…中央部分、ＴＲ…両端部分。

Claims (1)

1. ピストンピンが挿通されるピン孔が設けられており前記ピストンピンを介して内燃機関のピストンに連結される小端部と、
   前記内燃機関のクランクシャフトに連結される大端部と、
   前記大端部と前記小端部とを連結する軸部と、を備えており、
   前記小端部は、同小端部の外周面及び前記ピン孔の内周面の双方に開口しており潤滑油が供給される連通孔を有しており、
   前記ピン孔の内周面のうちの前記大端部に最も近い面であって、前記ピン孔の中心軸の延伸方向における中央部分には複数の凹部が設けられており、
   前記ピン孔の内周面には、前記中央部分から前記ピン孔の外側に向かって斜めに配列された複数の凹部も設けられており、
   前記ピン孔の内周面のうちの前記大端部に最も近い面であって、前記中心軸の延伸方向において前記中央部分を挟む両端部分には凹部が設けられておらず当該両端部分は平らな曲面になっている
   コネクティングロッド。

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