JP4766534B2

JP4766534B2 - 内燃機関用コンロッド

Info

Publication number: JP4766534B2
Application number: JP2000391753A
Authority: JP
Inventors: 淳江平; 智則宮澤; 海内藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: JP2002188618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンロッド本体とキャップ部がボルトで締結されている内燃機関用コンロッドに係り、更に詳細には、軸受孔の変形と軽量化とを両立し得るコンロッドの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に使用されるコンロッドは、ピストンの往復運動をクランク軸の連続回転運動に変える部品であり、上端に形成された小端部にピストンが配設されるとともに、下端に形成された大端部がクランク軸を軸承する構成とされている。
かかる大端部はコンロッド本体とコンロッドキャップにより構成されており、このコンロッド本体とコンロッドキャップは、その間にクランク軸を介装した上でボルトにより締結された構造となっている。
【０００３】
このような内燃機関用コンロッドは、燃焼による圧縮力や、回転による慣性力に起因する引っ張り力や圧縮力を受けるので、これらの力に十分耐える必要がある。また、内燃機関では、コンロッドを始めとする往復部品の重量が重いと、慣性二次成分が増大して振動や騒音の一因となることから、内燃機関用コンロッドでは軽量化を図ることが重要となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる要請から、近年では、内燃機関用コンロッドをチタン合金により形成することで軽量化を図る試みが進められ、一部で実用化もされているが、製品コストが増大するという課題を有している。
【０００５】
また、内燃機関用コンロッドにおいては、機関運転中にコンロッド本体、ピストンピン及びピストン等の往復運動部分の慣性力を受ける。この慣性力により、コンロッドは、小端部に挿入されたピストンピンと大端部に介装されたクランクのピンによって上下に引っ張られる力を受け、この力により、コンロッド本体とコンロッドキャップにより形成された大端部の孔は、弾性変形により変形することとなる。この大端部の孔の変形により、メタルとクランクピンとの間隙が小さくなり、変形が大きくなると、間隙がなくなることでメタルとクランクピンが金属接触を起こし、焼き付くことになる。
そのため、コンロッドの大端部は、引っ張り力に対して大端部の孔の変形を抑えるような剛性を持つことが必要とされるが、内燃機関用コンロッドにおいては、大端部の孔が、コンロッド本体とコンロッドキャップをボルト締結により形成されるという構成になっているため、上述の大端部剛性を確保するには、コンロッド本体とコンロッドキャップの合わせ部分の形状が重要となっている。
【０００６】
ここで、従来の一般的な内燃機関用コンロッドにおいては、コンロッド本体とコンロッドキャップの合わせ面の形状は、長方形又は台形となっていたため、軽量化のために単に肉厚を薄くした場合には、コンロッド大端部の部品剛性が低下し、機関運転中の大端部の孔の変形が大きくなり、メタルとクランクピンが焼き付くという課題があった。
また、近年の高出力、高回転化に対応すべく、機関運転中の大端部の孔の変形を抑制するために、単にコンロッド本体とコンロッドキャップの合わせ面の面積を増やすだけではコンロッドの重量が増加し、振動、騒音の原因となる等、好ましくない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に着目してなされたものであり、コンロッドの重量を増加させることなく、大端部の孔の変形を抑制することにより軽量なコンロッドを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、コンロッド本体とキャップの締結部位に所定形状の凸部を配設することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の内燃機関用コンロッドは、内燃機関のピストンとクランクシャフトを連結するコンロッドであって、上記クランクシャフトに連結される軸受孔を有する大端部がコンロッド本体とキャップとで二分割可能に形成され、上記コンロッド本体と上記キャップがボルトで締結されたものであり、上記コンロッド本体と上記キャップの両側締結部位に、これらを締結するボルトが挿入される締結用ボルト孔と、この締結用ボルト孔の周縁部からコンロッドの幅方向外側に向かって突出する凸部が設けられ、この凸部が当該コンロッドの長手方向に上記コンロッド本体と上記キャップに亘って形成されている。
【００１０】
また、本発明の内燃機関用コンロッドの好適形態は、位置決めのためのノックピンを付加して成り、このノックピンの軸心が、上記ボルト孔の中心よりも、上記大端部の軸受孔から離隔して配置され、且つ２本の上記ボルトと２本の上記ノックピンの軸心が直線上に位置することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の内燃機関用コンロッドの他の好適形態は、上記コンロッド本体と上記キャップの合わせ面の形状において、上記ボルト孔の中心を通り上記大端部の軸受孔に軸承されたクランクシャフトの軸方向と平行な線に対して、この軸受孔側の部位の断面係数Ａと軸受孔と反対側の部位の断面係数Ｂが、２Ａ≦Ｂの関係にあることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、内燃機関のコンロッドにおいて、コンロッド本体とキャップの両側締結部位に、これらを締結するボルトが挿入される締結用ボルト孔と、この締結用ボルト孔の周縁部からコンロッドの幅方向外側に向かって突出する凸部をコンロッドの長手方向にコンロッド本体とキャップにまたがって設けることにより、内燃機関運転中、コンロッドに上下方向の引っ張り荷重が負荷された際に、上記凸部が荷重を有効に受けることで、コンロッド本体とキャップにより形成される大端部の軸受孔の変形を抑制することができる。即ち、凸部が存在しない従来形式のコンロッドに対して、コンロッドに作用する引っ張り荷重に対応する大端部孔の変形量を同等とする場合、上記凸部を設けることにより、コンロッド本体及びキャップのボルト孔周囲の肉厚を薄く設定できることになるため、より軽量なコンロッドを設定することが可能になる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、上記凸部の幅を上記締結用ボルト孔の周縁部よりも小さく設定することで、コンロッドの重量を不要に増加させることなく、コンロッドの軽量化を図ることができる。なお、最小厚さについては、凸部の強度や製造性を考慮すると、２ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、上記凸部の幅をボルトの軸径よりも小さく設定することで、コンロッドの重量を不要に増加させることなく、コンロッドの軽量化を図ることができる。なお、最小厚さについては、凸部の強度や製造性を考慮すると、２ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、上述の凸部は、内燃機関運転中にコンロッドに上下方向の引っ張り応力が負荷された際には、大端部孔の変形を抑えるように作用するが、その設定位置をコンロッド本体とキャップに設けられた２箇所のボルト孔の中心をつないだ直線上とすることで、荷重を有効に受けられることになり、より小さい凸部によって大端部孔の変形を抑制する効果が得られるため、コンロッドをより軽量にすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、かかる凸部を含むコンロッドの全幅を、搭載される内燃機関のシリンダーブロックのボア直径よりも小さくすることで、エンジンの組み立て時やメンテナンス時の作業性を損なうことなく、軽量なコンロッドの設定が可能となる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、上述の如き凸部が、コンロッド本体とキャップで形成される軸受孔の円周方向と同じ方向で、連続する円弧により形成されていることにより、コンロッド本体とキャップ部により形成される大端孔の変形を抑制するための荷重を凸部が受けた際に、凸部に発生する応力を一部に集中させず、分散させることができ、コンロッドの耐久性を確保することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明は、位置決めためのノックピンがボルトの外側に位置し、且つ２本のノックピンの中心が直線に位置することを特徴としており、必要に応じて、上記ノックピンを上記凸部の内部に設定することによって、ノックピン配置のためにコンロッドの重量を増加させることなく、軽量なコンロッドを得ることができる。
【００１９】
請求項８記載の発明によれば、コンロッド本体とキャップ部の合わせ面の形状において、ボルト孔の中心を通り大端部の軸受孔に軸承されたクランクピンの軸方向と平行な線に対して、軸受孔側の部位の断面係数Ａと軸受孔と反対側の部位の断面係数Ｂが、２Ａ≦Ｂの関係になるようにすることで、合わせ面の面積を最小に設定することができ、軽量なコンロッドとすることができる。
【００２０】
即ち、従来のコンロッドのコンロッド本体とキャップの合わせ面について、単純に請求項１記載の凸部を設けるだけでは、合わせ面の面積が増加し、コンロッドの重量が増加することとなり、軽量化が十分ではないことがある。そこで、従来のコンロッドをベースにして、合わせ面の形状と、コンロッドにかかる慣性荷重に起因したコンロッド大端部の孔の変形量の関係を調査したところ、上述のようにボルト孔を中心とした軸受孔側の部位の断面係数Ａと軸受孔と反対側の部位の断面係数Ｂが、２Ａ≦Ｂの関係となるように、合わせ面の形状を設定することによって、従来のコンロッドに対して合わせ面の面積を減少させつつ、慣性荷重負荷時のコンロッドの大端孔の変形量を従来コンロッドと同等にできることが分かった。よって、合わせ面の形状において、上記関係を満足させることにより、大端部孔の変形を抑えるのに必要な最小面積を設定できることになり、より軽量なコンロッドが作製可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用コンロッドを具現化した一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態のコンロッドの構造を示す正面図である。このコンロッドは、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結するものであって、コンロッド本体１と、キャップ２とを一対のボルト３によって締結され、クランクシャフトを連結する軸受孔４を形成している。
また、本実施形態では、従来のコンロッドには設けられていない、凸部５、６がコンロッド本体１とキャップ２にまたがって、このコンロッドの長手方向に形成されている。
【００２３】
図２は、本実施形態における、コンロッド本体１がキャップ２と合わされる面の形状を示しているが、キャップ側についても同様な形状となっている。
この図に示すように、両側の合わせ面には、従来のコンロッドにはない凸部５、６がコンロッドの幅方向で外側に向かって形成されており、その位置は両側のボルト孔７の中心を結んだ直線上に設定されている。
また、凸部の幅ｄはコンロッド本体１とキャップ２を締結するボルト３の径より小さい幅に設定されており、従来のコンロッドに対して軽量化を可能としている。
更に、上記凸部を含んだコンロッドの全幅Ｄは、搭載される内燃機関のシリンダーボア内径よりも小さい値に設定することが可能であり、これにより、組み立て時やメンテナンス時の作業性が確保されている。
【００２４】
また、本実施形態のコンロッドは、コンロッド本体１とキャップ２で形成された、大端部の軸受孔４にクランクシャフトを連結する際に、コンロッド本体１とキャップ２のズレを防止し、組み付け精度を向上させるためのノックピンを有しており、上記ノックピンが嵌め合わされるノックピン孔８は、図３に示すように、両ボルト孔７−７の中心を通る直線上で、且つボルト孔７に対して、上記軸受孔４と反対側に位置している。
【００２５】
更にまた、図３において、ボルト孔７を通り、連結されるクランクシャフトの中心線と平行な線Ｃより、軸受孔４側の部分をａ、反対側の部分をｂとしたとき、上記線Ｃに対するａ、ｂそれぞれの断面係数をＡ、Ｂとしたとき、機関運転時にコンロッドに働く慣性荷重に起因したコンロッド大端部の軸受孔４の変形を従来のコンロッドと同等に抑えるための形状は、２Ａ≦Ｂを満足するように設定することが望ましいが、本実施形態においては、２Ａ＝Ｂとなるように合わせ部の形状が設定されている。
【００２６】
図４のグラフは、本実施形態のコンロッドと従来コンロッドについて、内燃機関運転中に受ける慣性力と、大端部の孔の変形量を表したものであるが、本実施形態のコンロッドは従来コンロッドに対して、合わせ面の面積を約３０％低減したにも拘わらず、慣性入力負荷時の大端部の孔の変形量は従来コンロッドと同等となっている。
【００２７】
以上、本発明を好適な一実施形態により詳細に説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の一部を適宜変更して次のように実施することもできる。
例えば、（１）上記実施形態では、ナットレスタイプのボルト３を使用したコンロッドに本発明を具現化したが、ボルトに対してナットを使用するタイプのコンロッドに具現化することもできる。
また、（２）上記実施形態では、クランクシャフトの組み付け時に、コンロッド本体１とキャップ２の組み付け精度向上のためのノックピンを具備しているが、ノックピンを持たない、又はノックピン以外の位置ズレ防止機構を有するコンロッドに本発明を具現化することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、コンロッド本体とキャップの締結部位に所定形状の凸部を配設することとしたため、コンロッドの重量を増加させることなく、大端部の孔の変形を抑制することにより軽量なコンロッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関用コンロッドの一実施形態の構造を示す正面図である。
【図２】図１のコンロッドにおけるコンロッド本体とキャップとの合わせ面の形状を示す平面図である。
【図３】図１のコンロッドにおける凸部近傍を示す部分平面図である。
【図４】本実施形態のコンロッドと従来コンロッドについて、内燃機関運転中に受ける慣性力と大端部の孔の変形量を表したグラフである。
【符号の説明】
１コンロッド本体
２キャップ
３ボルト
４軸受孔
５、６凸部
７ボルト孔
８ノックピン

Claims

内燃機関のピストンとクランクシャフトを連結するコンロッドであって、上記クランクシャフトに連結される軸受孔を有する大端部がコンロッド本体とキャップとで二分割可能に形成され、上記コンロッド本体と上記キャップがボルトで締結された内燃機関用コンロッドにおいて、
上記コンロッド本体と上記キャップの両側締結部位に、これらを締結するボルトが挿入される締結用ボルト孔と、この締結用ボルト孔の周縁部からコンロッドの幅方向外側に向かって突出する凸部が設けられ、この凸部が当該コンロッドの長手方向に上記コンロッド本体と上記キャップに亘って形成されていることを特徴とする内燃機関用コンロッド。
上記凸部が、上記締結用ボルト孔の周縁部よりも薄い幅を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用コンロッド。
上記凸部が、上記コンロッド本体と上記キャップとを締結する上記ボルトの軸径よりも薄い幅を有することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関用コンロッド。
上記凸部が、上記コンロッド本体と上記キャップに設けられた２箇所のボルト孔の中心を結んだ直線上に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の内燃機関用コンロッド。
上記凸部を含めたコンロッドの全幅が、上記内燃機関のシリンダーブロックのボア径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の内燃機関用コンロッド。
上記凸部が、上記コンロッド本体と上記キャップで形成される軸受孔の円周方向と同じ方向に延在して連続する円弧により形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の内燃機関用コンロッド。
位置決めのためのノックピンを付加して成り、このノックピンの軸心が、上記ボルト孔の中心よりも、上記大端部の軸受孔から離隔して配置され、且つ２本の上記ボルトと２本の上記ノックピンの軸心が直線上に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の内燃機関用コンロッド。
上記コンロッド本体と上記キャップの合わせ面の形状において、上記ボルト孔の中心を通り上記大端部の軸受孔に軸承されたクランクシャフトの軸方向と平行な線に対して、この軸受孔側の部位の断面係数Ａと軸受孔と反対側の部位の断面係数Ｂが、２Ａ≦Ｂの関係にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載のコンロッド。