JP2019007592A - 斜め割りコンロッド用のすべり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン方向に慣性荷重を受けて大端部が変形した場合でも、接触によるクランクピンの損傷を防止することのできる斜め割りコンロッド用のすべり軸受を提供する。
【解決手段】クランクピン３１とピストン３２とを連結する斜め割りコンロッド１において、ロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとのそれぞれの内周面９ａ、９ｂに固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受（ロッド側すべり軸受１１、キャップ側すべり軸受２１）であって、ロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとは、ロッド４に近い側に位置する第一合わせ面２ｃと、ロッド４から遠い側に位置する第二合わせ面２ｄと、で当接して組付けられ、第一合わせ面２ｃ側の肉厚Ｄ１よりも第二合わせ面２ｄ側の肉厚Ｄ２が薄いことにより、クランクピン３１の外周面との隙間が、第一合わせ面２ｃ側よりも第二合わせ面２ｄ側で大きくなるように形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、斜め割りコンロッドの大端部の内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受の技術に関する。

従来、エンジンのクランクピンとピストンとを連結するコンロッドにおいて、クランクピンと連結される側の大端部がロッドの中心軸に対して傾斜する面で分割される斜め割りコンロッドが知られている。このような斜め割りコンロッドのそれぞれの内周面に固定される半割形状のすべり軸受も、その合わせ面がコンロッドの合わせ面と同一になるように組み付けられる（例えば、特許文献１を参照）。

上記の斜め割りコンロッドにおいては、クランクピンの上死点付近でピストン方向に慣性荷重を受けた際に、ロッドから遠い側に位置する合わせ面において大端部が変形することが知られている。この場合、大端部の変形によりすべり軸受も変形し、接触によるクランクピンの損傷の原因となっていた。

特開２００７−２２５０７９号公報

本発明の解決しようとする課題は、ピストン方向に慣性荷重を受けて大端部が変形した場合でも、接触によるクランクピンの損傷を防止することのできる斜め割りコンロッド用のすべり軸受を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、大端部がロッドの中心軸に対して所定の角度で傾斜する傾斜面でロッド側大端部及びキャップ側大端部に分割される斜め割りコンロッドにおいて、前記ロッド側大端部と前記キャップ側大端部とのそれぞれの内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受であって、前記ロッド側大端部と前記キャップ側大端部とは、前記ロッドに近い側に位置する第一の合わせ面と、前記ロッドから遠い側に位置する第二の合わせ面と、で当接して組付けられ、前記第一の合わせ面側の肉厚よりも前記第二の合わせ面側の肉厚が薄いことにより、前記クランクピンの外周面との隙間が、前記第一の合わせ面側よりも前記第二の合わせ面側で大きくなるように形成されるものである。

請求項２においては、前記すべり軸受の内周面に形成されるオイルリリーフは、前記第一の合わせ面側に形成される第一部分と、前記第二の合わせ面側に前記第一部分に連続して形成される第二部分と、を備え、前記第一部分の曲率半径が、前記第二部分の曲率半径よりも小さくなるように形成されるものである。

請求項３においては、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、大端部がロッドの中心軸に対して所定の角度で傾斜する傾斜面でロッド側大端部及びキャップ側大端部に分割される斜め割りコンロッドにおいて、前記ロッド側大端部の内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受であって、前記ロッド側大端部とキャップ側大端部とは、前記ロッドに近い側に位置する第一の合わせ面と、前記ロッドから遠い側に位置する第二の合わせ面と、で当接して組付けられ、前記すべり軸受の内周面に形成されるオイルリリーフは、前記第一の合わせ面側に形成される第一部分と、前記第二の合わせ面側に前記第一部分に連続して形成される第二部分と、を備え、前記第一部分の曲率半径が、前記第二部分の曲率半径よりも小さくなるように、前記ロッドの中心軸を境界として形成され、前記第一の合わせ面側の肉厚よりも前記第二の合わせ面側の肉厚が薄いことにより、前記クランクピンの外周面との隙間が、前記第一の合わせ面側よりも前記第二の合わせ面側で大きくなるように形成されるものである。

本発明に係る斜め割りコンロッド用のすべり軸受によれば、ピストン方向に慣性荷重を受けて大端部が変形した場合でも、クランクピンとの接触による損傷を防止することができる。

すべり軸受が設けられた斜め割りコンロッドを示す正面図。 （ａ）から（ｃ）はそれぞれ、第一実施形態から第三実施形態に係るすべり軸受とクランクピンとの関係を示す正面図。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、従来技術に係るすべり軸受、及び、第三実施形態に係るすべり軸受に関して、クランクピンとの間の油膜厚さの計算結果を示した図。

図１を用いて、第一実施形態に係るすべり軸受であるロッド側すべり軸受１１が設けられた斜め割りコンロッド（以下、単に「コンロッド」と記載する）１について説明する。コンロッド１は、大端部２、小端部３、及び、大端部２と小端部３とを連結するロッド４、で構成される。

大端部２はコンロッド１の一端側（図１における下端側）に形成される。大端部２は、ロッド４の中心軸Ａに対して所定の角度（本実施形態においては４５度）で傾斜する傾斜面Ｆに沿って、ロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとの二つに分割可能とされる。本実施形態において、ロッド側大端部２ａには、ロッド４に近い側に位置する第一合わせ面２ｃと、ロッド４から遠い側に位置する第二合わせ面２ｄとが形成される。また、キャップ側大端部２ｂには、ロッド４に近い側に位置し、ロッド側大端部２ａの第一合わせ面２ｃに対向する第一合わせ面２ｅと、ロッド４から遠い側に位置し、ロッド側大端部２ａの第二合わせ面２ｄに対向する第二合わせ面２ｆとが形成される。ロッド側大端部２ａは、図１に示す如く第一合わせ面２ｃ及び第二合わせ面２ｄが、キャップ側大端部２ｂの第一合わせ面２ｅ及び第二合わせ面２ｆに当接した状態で、キャップ側大端部２ｂが組付けられる。ロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとは、第一合わせ面２ｃ、２ｅ及び第二合わせ面２ｄ、２ｆを貫通するボルト挿通孔５ａ、５ｂに挿通される一対の連結ボルト６ａ、６ｂによって連結されている。

小端部３はコンロッド１の他端側（図１における上端側）に、大端部２よりも小径の円筒状に形成される。ロッド４は、大端部２と小端部３とを連結する略棒状に形成されている。小端部３に形成された円筒部分の内周面３ａに図示しないピストンピンが一定のオイルクリアランスを有して挿通されることにより、図１に示す如く小端部３がピストン３２と連結される。

大端部２におけるロッド側大端部２ａには、正面視で半円形状の内周面９ａが形成されている。また、キャップ側大端部２ｂには、正面視で半円形状の内周面９ｂが形成されている。内周面９ａと内周面９ｂとは、ロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとを組付けた際に正面視で円形状に形成される。ロッド側大端部２ａの内周面９ａには、半割形状に形成されたロッド側すべり軸受１１が固定される。キャップ側大端部２ｂの内周面９ｂにも、同じく半割形状に形成されたキャップ側すべり軸受２１が固定される。本実施形態において、ロッド側すべり軸受１１の合わせ面１１ａ・１１ｂ（図２を参照）は、ロッド側大端部２ａの第一合わせ面２ｃ及び第二合わせ面２ｄと同一の面に位置するように配置されている。また、キャップ側すべり軸受２１の合わせ面は、キャップ側大端部２ｂの第一合わせ面２ｅ及び第二合わせ面２ｆと同一の面に位置するように配置されている。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受１１及びキャップ側すべり軸受２１は、鋼製鉄板を円弧状に曲げて半割形状に形成されている。そして、ロッド側すべり軸受１１及びキャップ側すべり軸受２１を組み合わせることにより円筒形に構成され、大端部２の内周面９ａ、９ｂにおいてクランクピン３１を回転可能に支持している。このように、コンロッド１はクランクピン３１とピストン３２とを連結している。ロッド側すべり軸受１１及びキャップ側すべり軸受２１の軸受内面は、非焼付性などの軸受特性を満足するために、例えば、銅系合金、アルミニウム合金、錫系または鉛系合金の摺動材がライニングされており、必要に応じて錫系あるいは鉛系合金や合成樹脂系のオーバーレイが施されている。

第一実施形態に係るロッド側すべり軸受１１は図２（ａ）に示す如く、第一合わせ面２ｃ側（合わせ面１１ａ側）の肉厚Ｄ１よりも第二合わせ面２ｄ側（合わせ面１１ｂ側）の肉厚Ｄ２が薄くなるように形成されている。これにより、ロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１の外周面との隙間ｄ１・ｄ２が、第一合わせ面２ｃ側（隙間ｄ１）よりも第二合わせ面２ｄ側（隙間ｄ２）で大きくなるように形成される。また、キャップ側すべり軸受２１についても、第一合わせ面２ｅ側の肉厚よりも第二合わせ面２ｆ側の肉厚が薄くなるように形成されることにより、キャップ側すべり軸受２１とクランクピン３１の外周面との隙間が、第一合わせ面２ｅ側よりも第二合わせ面２ｆ側で大きくなるように形成される。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受１１を備えるコンロッド１（図１を参照）においては、クランクピン３１の上死点付近でピストン３２の方向に慣性荷重を受けた際に、ロッド側すべり軸受１１との接触によるクランクピン３１の損傷を防止することができる。具体的には上記の如く、ロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１の外周面との隙間ｄ１・ｄ２は第一合わせ面２ｃ側よりも第二合わせ面２ｄ側で大きくなるように形成されている（ｄ１＜ｄ２）。このため、コンロッド１が慣性荷重を受けた際にロッド側大端部２ａが第二合わせ面２ｄにおいて変形しても、ロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１との間に大きな隙間ｄ２が形成されているため、ロッド側すべり軸受１１がクランクピン３１と接触することを防止できるのである。即ち、コンロッド１がピストン３２の方向に慣性荷重を受けてロッド側大端部２ａが変形した場合でも、ロッド側すべり軸受１１との接触によるクランクピン３１の損傷を防止することができるのである。

同様に、キャップ側大端部２ｂが第二合わせ面２ｆにおいて変形した場合でも、キャップ側すべり軸受２１とクランクピン３１の外周面との隙間が第二合わせ面２ｆ側で大きくなるように形成されているため、クランクピン３１と接触することを防止できる。即ち、コンロッド１がピストン３２の方向に慣性荷重を受けてキャップ側大端部２ｂが変形した場合でも、キャップ側すべり軸受２１との接触によるクランクピン３１の損傷を防止することができるのである。

また、コンロッド１の如く形成された斜め割りコンロッドにおいては、ロッド４の中心軸Ａの軸線近傍で最大荷重が発生する。本実施形態においては第二合わせ面２ｄ側と比較してロッド４の中心軸Ａの軸線近傍でロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１の外周面との隙間が小さくなるように形成されている。このため、ロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１の外周面との間において油膜圧力が発生する面積を充分確保することができる。即ち、油膜圧力による負荷容量を充分保持することができ、最大荷重を保持することができるため、ロッド側すべり軸受１１とクランクピン３１の外周面との接触によるクランクピン３１の損傷を防止することができる。

次に、図２（ｂ）を用いて、第二実施形態に係るすべり軸受であるロッド側すべり軸受１１１について説明する。本実施形態以降で説明するすべり軸受が設けられる斜め割りコンロッドは、前記第一実施形態で説明したコンロッド１と同じものであるため、斜め割りコンロッドについての詳細な説明は省略する。

図２（ｂ）に示す如く、第二実施形態に係るロッド側すべり軸受１１１において内周面に形成されるオイルリリーフは、第一合わせ面２ｃ側に形成される第一部分ｒ１１と、第二合わせ面２ｄ側に第一部分ｒ１１に連続して形成される第二部分ｒ１２と、を備えている。本実施形態において、第一部分ｒ１１及び第二部分ｒ１２はロッド側すべり軸受１１１の周方向の中心線（厳密には、ロッド側すべり軸受１１１の周方向の中央部とクランクピン３１の中心とを結ぶ線）Ｍを境界として形成されている。そして、図２（ｂ）に示す如く、第一部分ｒ１１の曲率半径Ｒａ１は、第二部分ｒ１２の曲率半径Ｒｂ１よりも小さくなるように形成される。具体的には、第一部分ｒ１１は中心Ｃ１１から半径Ｒａ１の円弧で形成され、第二部分ｒ１２は中心Ｃ１２から半径Ｒｂ１の円弧で形成されているのである。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受１１１において、中心Ｃ１１と中心Ｃ１２とは共にロッド側すべり軸受１１１の周方向の中心線Ｍ上で、中心Ｃ１２よりも中心Ｃ１１の方がロッド側すべり軸受１１１に近い位置にある。このため、第一合わせ面２ｃ側（合わせ面１１１ａ側）に小さな曲率半径Ｒａ１で形成される第一部分ｒ１１の肉厚よりも、第二合わせ面２ｄ側（合わせ面１１１ｂ側）に大きな曲率半径Ｒｂ１で形成される第二部分ｒ１２の肉厚が薄くなるように形成される。これにより、ロッド側すべり軸受１１１とクランクピン３１の外周面との隙間が、第一合わせ面２ｃ側よりも第二合わせ面２ｄ側で大きくなるように形成される。また、キャップ側すべり軸受についても、第一合わせ面２ｅ側の肉厚よりも第二合わせ面２ｆ側の肉厚が薄くなるように形成されることにより、キャップ側すべり軸受２１とクランクピン３１の外周面との隙間が、第一合わせ面２ｅ側よりも第二合わせ面２ｆ側で大きくなるように形成される。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受１１１を備えるコンロッド１においては、前記第一実施形態と同様に、クランクピン３１の上死点付近でピストン３２の方向に慣性荷重を受けた際に、ロッド側大端部２ａが第二合わせ面２ｄにおいて変形した場合でも、ロッド側すべり軸受１１１とクランクピン３１の外周面との隙間が第二合わせ面２ｄで大きくなるように形成されているため、クランクピン３１と接触することを防止できる。同様に、キャップ側大端部２ｂが第二合わせ面２ｆにおいて変形した場合でも、キャップ側すべり軸受とクランクピン３１の外周面との隙間が第二合わせ面２ｆで大きくなるように形成されているため、クランクピン３１と接触することを防止できる。また、第二合わせ面２ｄ側と比較してロッド４の中心軸Ａの軸線近傍でロッド側すべり軸受１１１とクランクピン３１の外周面との隙間が小さくなるように形成されている。このため、ロッド側すべり軸受１１１とクランクピン３１の外周面との間において油膜圧力が発生する面積を充分確保することができる。

次に、図２（ｃ）を用いて、第三実施形態に係るすべり軸受であるロッド側すべり軸受２１１について説明する。図２（ｃ）に示す如く、本実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１において内周面に形成されるオイルリリーフは、第一合わせ面２ｃ側に形成される第一部分ｒ２１と、第二合わせ面２ｄ側に第一部分ｒ２１に連続して形成される第二部分ｒ２２と、を備えている。本実施形態において、第一部分ｒ２１及び第二部分ｒ２２はロッド４の中心軸Ａを境界として形成されている。そして、図２（ｃ）に示す如く、第一部分ｒ２１の曲率半径Ｒａ２は、第二部分ｒ２２の曲率半径Ｒｂ２よりも小さくなるように形成される。具体的には、第一部分ｒ２１は中心Ｃ２１から半径Ｒａ２の円弧で形成され、第二部分ｒ２２は中心Ｃ２２から半径Ｒｂ１２の円弧で形成されているのである。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１において、中心Ｃ２１と中心Ｃ２２とは共にロッド４の中心軸Ａ上で、中心Ｃ２２よりも中心Ｃ２１の方がロッド側すべり軸受２１１に近い位置にある。このため、第一合わせ面２ｃ側（合わせ面２１１ａ側）に小さな曲率半径Ｒａ２で形成される第一部分ｒ２１の肉厚よりも、第二合わせ面２ｄ側（合わせ面２１１ｂ側）に大きな曲率半径Ｒｂ２で形成される第二部分ｒ２２の肉厚が薄くなるように形成される。これにより、ロッド側すべり軸受２１１とクランクピン３１の外周面との隙間が、第一合わせ面２ｃ側よりも第二合わせ面２ｄ側で大きくなるように形成される。

本実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１を備えるコンロッド１においても、前記第一実施形態と同様に、クランクピン３１の上死点付近でピストン３２の方向に慣性荷重を受けた際に、第二合わせ面２ｄにおいてロッド側大端部２ａが変形した場合でも、ロッド側すべり軸受２１１とクランクピン３１の外周面との隙間が第二合わせ面２ｄで大きくなるように形成されているため、クランクピン３１と接触することを防止できる。また、第二合わせ面２ｄ側と比較してロッド４の中心軸Ａの軸線のより近傍でロッド側すべり軸受２１１とクランクピン３１の外周面との隙間が小さくなるように形成されている。このため、ロッド側すべり軸受２１１とクランクピン３１の外周面との間において油膜圧力が発生する面積を充分確保することができる。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、従来技術に係るすべり軸受、及び、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１のそれぞれに関して、クランクピンとの間の油膜厚さについて、弾性流体潤滑計算を行った結果について説明する。図３（ａ）は従来技術に係るすべり軸受においてオイルリリーフを半径Ｒとして行った計算結果であり、図３（ｂ）は第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１においてオイルリリーフの第一部分ｒ２１の曲率半径Ｒａ２、第二部分ｒ２２の曲率半径Ｒｂ２（Ｒａ２＜Ｒ＜Ｒｂ２）として行った計算結果である。

本計算は、従来技術に係るすべり軸受、及び、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１のそれぞれについて、回転数を４６００ｒｐｍとし、ファイアリング荷重の条件下で行った。また、クランクピンの外径をφ６０ｍｍ、すべり軸受の幅を１６ｍｍとし、クランクピンとすべり軸受とのクリアランスを３３μｍ、潤滑油粘度を２．８ｃＰと設定して行った。

図３（ａ）及び（ｂ）において、Ｐｉはクランクピンの仮想形状である。また、複数の点Ｓｐ０及びＳｐ１は、１サイクル間におけるすべり軸受の各部のクランクピンとの間の油膜厚さを所定の倍率でプロットしたものである。図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く、最大荷重が発生するロッド４の中心軸Ａの軸線近傍の油膜厚さは、従来技術にかかるすべり軸受においてＳ０１、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１においてＳ１１であり、Ｓ０１＜Ｓ１１となった。このように、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１は、従来技術に係るすべり軸受と比較して、ロッド側すべり軸受２１１とクランクピン３１の外周面との間において油膜圧力が発生する面積を充分確保できたため、最大荷重が発生するロッド４の中心軸Ａの軸線近傍の油膜厚さを大きくすることができた。

また、図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く、コンロッド１がピストン３２の方向に慣性荷重を受けて際に変形するロッド側大端部２ａ近傍の油膜厚さは、従来技術にかかるすべり軸受においてＳ０２、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１においてＳ１２であり、Ｓ０２＜Ｓ１２となった。このように、第三実施形態に係るロッド側すべり軸受２１１は、従来技術に係るすべり軸受と比較して、ロッド側大端部２ａ近傍について隙間が大きく形成されるため、油膜厚さを大きくすることができたのである。

１ コンロッド（斜め割りコンロッド）
２ 大端部
２ａ ロッド側大端部
２ｂ キャップ側大端部
２ｃ 第一合わせ面
２ｄ 第二合わせ面
４ ロッド
１１ ロッド側すべり軸受
２１ キャップ側すべり軸受
３１ クランクピン
３２ ピストン

Claims (3)

1. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、大端部がロッドの中心軸に対して所定の角度で傾斜する傾斜面でロッド側大端部及びキャップ側大端部に分割される斜め割りコンロッドにおいて、前記ロッド側大端部と前記キャップ側大端部とのそれぞれの内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受であって、
   前記ロッド側大端部と前記キャップ側大端部とは、前記ロッドに近い側に位置する第一の合わせ面と、前記ロッドから遠い側に位置する第二の合わせ面と、で当接して組付けられ、
   前記第一の合わせ面側の肉厚よりも前記第二の合わせ面側の肉厚が薄いことにより、前記クランクピンの外周面との隙間が、前記第一の合わせ面側よりも前記第二の合わせ面側で大きくなるように形成される、ことを特徴とする、斜め割りコンロッド用のすべり軸受。
2. 前記すべり軸受の内周面に形成されるオイルリリーフは、前記第一の合わせ面側に形成される第一部分と、前記第二の合わせ面側に前記第一部分に連続して形成される第二部分と、を備え、
   前記第一部分の曲率半径が、前記第二部分の曲率半径よりも小さくなるように形成される、ことを特徴とする、請求項１に記載の斜め割りコンロッド用のすべり軸受。
3. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結し、大端部がロッドの中心軸に対して所定の角度で傾斜する傾斜面でロッド側大端部及びキャップ側大端部に分割される斜め割りコンロッドにおいて、前記ロッド側大端部の内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受であって、
   前記ロッド側大端部とキャップ側大端部とは、前記ロッドに近い側に位置する第一の合わせ面と、前記ロッドから遠い側に位置する第二の合わせ面と、で当接して組付けられ、
   前記すべり軸受の内周面に形成されるオイルリリーフは、前記第一の合わせ面側に形成される第一部分と、前記第二の合わせ面側に前記第一部分に連続して形成される第二部分と、を備え、
   前記第一部分の曲率半径が、前記第二部分の曲率半径よりも小さくなるように、前記ロッドの中心軸を境界として形成され、
   前記第一の合わせ面側の肉厚よりも前記第二の合わせ面側の肉厚が薄いことにより、前記クランクピンの外周面との隙間が、前記第一の合わせ面側よりも前記第二の合わせ面側で大きくなるように形成される、ことを特徴とする、斜め割りコンロッド用のすべり軸受。

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