JP5691552B2 - エンジンのコネクティングロッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのコネクティングロッド及びその製造方法に関する。

エンジンのピストンとクランクシャフトとを連結するコネクティングロッドは、周知のように、ピストンにピストンピンを介して連結される小端部と、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられる大端部と、がロッド部により接続され、上記の大端部で、この大端部の一部をなす半割形状のキャップと、大端部の半割形状の残部と上記小端部とロッド部とが形成されたロッド本体と、に分割構成されている。エンジン組立の際には、先ず、ロッド本体の小端部にピストンピンを介してピストンを組み付けた状態で、ロッド本体を大端部側よりシリンダブロックの上方よりシリンダボア内に挿入し、シリンダブロック下方に配置されたクランクシャフトのクランクピンを挟んで、ロッド本体側の大端部とキャップ側の大端部とがボルトにより締結される。

ロッド本体とキャップとの分割手法としては、大端部の合わせ面（割り面）が、小端部の中心と大端部の中心とを通るコネクティングロッドのリンク中心線に対して直交する基準水平面に沿う水平割りタイプの他、特許文献１に記載のように、大端部の合わせ面（割り面）が基準水平面に対して斜めに傾斜する斜め割りタイプのものが知られている。

特開平１１−６２９４４号公報

環境問題に対する燃費向上の目的で、一部のエンジンに対し、ピストンとシリンダのピストンストローク／ボアの比を大きくする、いわゆるロングストローク化を本出願人は検討している。このようなロングストローク化により、燃焼室がコンパクトになり、燃焼を速くスムーズに行うことが可能となり、燃費に有利であるとともに、シリンダボアが小さくなる分、ピストンにかかる圧力も小さくなるために、振動や騒音を抑制することができる。

但し、ロングストローク化によりシリンダボアの内径を小さくすると、エンジン組立時にロッド本体をシリンダブロックに挿入する際に、ロッド本体側の大端部がシリンダボアと干渉することのないように、ロッド本体側の大端部の幅方向（コネクティングロッドの小端部中心と大端部中心とを結ぶリンク中心線に沿う方向と、クランクピン軸方向と、の双方に直交する方向）の寸法を小さくする必要がある。このため、一部のエンジンのみをロングストローク化してコネクティングロッドの大端部の幅方向寸法を小さくすると、ボーリング加工やホーニング加工などの加工を行う際に、ロングストローク化を行わない既存のコネクティングロッドに対して、クランプ用の治具により大端部の幅方向両側部を保持・クランプする基準位置が異なるものとなるために、既存の加工設備を使用することができない。このため、新たな加工設備を追加する必要があり、また、既存のコネクティングロッドと同一の製造ラインで製造することができなくなり、コストが嵩むとともに生産性が低下する、という問題がある。

また、上述したエンジン組立時の挿入作業性を考慮して、ロッド本体側の大端部の幅方向寸法をキャップ側の大端部の幅方向寸法よりも短くすると、大端部の幅方向両側部におけるロッド本体とキャップとの合わせ面部に段差が生じ、この段差に起因して、フレッティング摩耗の進行や、クランクピン軸受面となる大端穴の変形、いわゆる口ズレを招くおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明に係るエンジンのコネクティングロッドは、
エンジンのピストンにピストンピンを介して連結される小端部と、
クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられる大端部と、
これら小端部と大端部とを接続するロッド部と、を有するとともに、
この大端部で、当該大端部の一部が形成されたキャップと、この大端部の残部と小端部とロッド部とが形成されたロッド本体と、に分割構成されるものである。

そして、本発明に係るコネクティングロッドの製造方法は、
上記ロッド本体側の大端部の幅方向両側部を所定の治具により保持した状態で、このロッド本体の前加工を行う前加工工程と、
上記ロッド本体の大端部の幅方向寸法が、少なくとも上記シリンダボアの直径よりも小さくなるように、上記ロッド本体の大端部の幅方向両側部を切削する切削工程と、を有し、
この切削工程では、上記ロッド本体とキャップとの合わせ面部における大端部の幅方向寸法が同一となるように、上記ロッド本体とキャップとをボルトにより締結した状態で、上記ロッド本体側の大端部の幅方向両側部とともに、上記キャップ側の大端部の幅方向両側部の一部を切削することを特徴としている。

このように、前加工工程を切削工程よりも前に行うことで、大端部の大きい既存のコネクティングロッドと同様の治具を用い、ロッド本体・キャップの切削前の大端部の幅方向両側部を保持した状態で、荒ボーリング加工，ボルト孔加工や油孔加工等の前加工を行うことができる。また、切削工程において、ロッド本体側の大端部の幅方向両側部を切削しているために、組立工程において、ロッド本体をシリンダボアに干渉させることなく挿入することが可能となる。

そして、この切削工程においては、上記ロッド本体とキャップとの合わせ面部における大端部の幅方向寸法が同一となるように、上記ロッド本体とキャップとをボルトにより締結した状態で、ロッド本体側の大端部の幅方向両側部とともに、キャップ側の大端部の幅方向両側部の一部をも削除している。このため、ロッド本体とキャップとの合わせ面部における大端部の幅方向両側面が段差のない面一の形状となり、合わせ面部におけるフレッティング摩耗の進行を抑制し、また、クランクピン軸受面となる大端穴の変形を抑制することができる。

このようにして製造されるコネクティングロッドの特徴の一つとして、上記ロッド本体側の大端部の幅方向両側部は、切削加工により少なくともシリンダボアの直径よりも小さい幅方向寸法に切削加工されており、上記キャップ側の大端部の幅方向両側部のうち、上記ロッド本体との合わせ面部を含むキャップ上部のみが、上記ロッド本体側の大端部と同一幅方向寸法に切削加工されており、このキャップ上部がキャップ下部よりも幅方向寸法が短く構成されている。つまり、キャップ下部には、キャップ上部よりも幅方向両側に張り出した張出部が残存する形となる。このため、張出部のないロッド本体側の大端部がキャップ側の大端部に比して幅方向寸法が短くなり、上記の組立工程においてロッド本体をシリンダボアに干渉させることなく挿入することができる。また、キャップ下部には幅方向両側へ張り出した張出部が残存するために、大端部の大きい既存のコネクティングロッドと同様のクランプ用の治具を用いて、キャップ下部を保持した状態で、大端部のクランクピン軸受面に対する仕上げ加工としての大端穴加工処理等を行うことができる。

例えば、既存のコネクティングロッドに比してシリンダボア径が小さいロングストローク用のエンジンに適用されるコネクティングロッドを製造する際に、エンジン組立時にロッド本体をシリンダボアに容易に挿入可能なように、切削加工によりロッド本体側の大端部の幅方向両側部を切削することによって、ロッド本体側の大端部の幅方向寸法を既存のコネクティングロッドよりも小さくしつつ、この切削工程よりも前に行われる前加工工程においては、既存のコネクティングロッドと同等の大端部の幅方向寸法を確保することで、前加工工程において大端部の幅方向両側部を保持する治具として、既存のコネクティングロッドと同じ治具を用い、同じ製造ラインで製造することが可能となり、加工設備の追加に伴う製造コストの増加を抑えるとともに、生産性を向上することができる。

更に、最終製品としてのコネクティングロッドにあっては、少なくともロッド本体側の大端部の幅方向両側部が切削工程により削り落とされている分、軽量化・小型化がなされ、かつ、この切削工程においては、合わせ面部を含むキャップの一部をロッド本体とともに切削しているために、合わせ面部における大端部の幅方向両側面が段差のない面一の形状となり、合わせ面部におけるフレッティング摩耗の進行を抑制するとともに、クランクピン軸受面となる大端穴の変形を抑制することができる。

本発明の一実施例に係るエンジンのコネクティングロッドの製造工程を示す説明図。 上記コネクティングロッドを示す正面図。 上記コネクティングロッドの組立工程を示す説明図。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。なお、参照符号の末尾に付記した「Ｒ」はロッド本体１４側の構成要素、「Ｃ」はキャップ１５側の構成要素であることを表している。

図２及び図３を参照して、コネクティングロッド１０は、エンジンのピストン１にピストンピン（図示省略）を介して連結される小端部１１と、クランクシャフト３のクランクピン４に回転可能に取り付けられる大端部１２と、これら小端部１１と大端部１２とを接続するロッド部１３と、を有している。このコネクティングロッド１０は、大端部１２において、大端部１２の一部１２Ｃをなす半割形状のキャップ１５と、大端部１２の残部１２Ｒと小端部１１とロッド部１３とが形成されたロッド本体１４と、に分割構成されている。キャップ１５とロッド本体１４とは、合わせ面部（割り面）１６で互いに突き合わされた状態で、大端部１２の両側２箇所で２本のボルト１７により締結・固定され、ロッド本体１４側とキャップ１５側のそれぞれに、合わせ面部１６で分割された半割形状のロッド本体側の大端部１２Ｒ，キャップ側の大端部１２Ｃが形成されている。合わせ面部１６は、小端部１１中心と大端部１２中心とを通るリンク中心線Ｌ１に直交する基準水平面に沿う水平割りのタイプとなっている。

図１は、本実施例のコネクティングロッド１０の製造工程の流れを示している。なお、図１では、ロッド本体１４の小端部１１側の構成を省略して描いている。

鍛造直後（加工前）のロッド本体１４及びキャップ１５における大端部１２には、小端部１１と大端部１２とを結ぶリンク中心線Ｌ１とクランクピン軸方向の双方に直交する幅方向Ｌ２（図１の左右方向）の両側部１８に、合わせ面部１６に沿って幅方向Ｌ２外方へ張り出した張出部２０が一体的に形成されている。すなわち、加工前のロッド本体１４及びキャップ１５における大端部１２の幅方向両側部１８は、合わせ面部１６の近傍における張出部２０の部分で、幅方向寸法が他の一般部に比して局所的に大きなものとなっている。つまり、このコネクティングロッド１０はロングストロークエンジン用のものであり、ロングストローク化を行わない既存のコネクティングロッドの大端部と幅方向寸法が等しくなるように、上記の張出部２０が余分に付加されたものとなっている。

先ず、前加工工程Ｓ１においては、個々のロッド本体１４及びキャップ１５に対し、個別に前加工処理が実施される。具体的には、ロッド本体１４に対し、適宜なクランプ用の治具２１を用いて基準座面となる幅方向両側の張出部２０Ｒを保持・クランプした状態で、大端部１２Ｒのクランクピン軸受面となる大端穴１２Ａの荒ボーリング加工を行う他、小端部１１の孔加工，油孔２２及びボルト孔２３等の加工を行う。同様に、キャップ１５に対して、クランプ用の治具２１を用いて基準座面となる幅方向両側の張出部２０Ｃを保持・クランプした状態で、大端部１２Ｃのクランクピン軸受面となる大端穴１２Ａの荒ボーリング加工や、ボルト貫通孔２４の加工などが行われる。

次いで、切削工程Ｓ２では、図中の破線で示すように、ロッド本体１４とキャップ１５とを２本のボルト１７により組付状態と同じ規定軸力により締結すなわち仮固定した上で、ロッド本体１４側の大端部１２の張出部２０Ｒとともに、キャップ１５側の大端部１２の張出部２０Ｃの一部、より具体的にはロッド本体１４とキャップ１５との合わせ面部１６を含むキャップ上部を切削加工により切削する。このときの切削深さは、ロッド本体１４側の大端部１２の（最大）幅方向寸法ΔＲ３（図２参照）が、少なくともシリンダボア２の直径ΔＲ１（図３参照）よりも小さくなるように設定される。よって、切削後のロッド本体１４の大端部１２では、ロッド本体１４とキャップ１５との合わせ面部１６における大端部１２の幅方向両側面が段差のない面一の形状となる。また、キャップ１５側の大端部１２Ｃの幅方向両側部のうち、ロッド本体１４との合わせ面部１６を含むキャップ上部２７のみが、ロッド本体１４側の大端部１２Ｒと同一幅方向寸法ΔＲ３に切削加工されており、キャップ下部２８の幅方向寸法ΔＲ２（図２参照）よりも短く構成されている。つまり、キャップ１５は、キャップ下部２８に張出部２０の一部が切削されることなく残存し、キャップ下部２８がキャップ上部２７よりも幅広な段付形状に形成されている。

また、この切削工程Ｓ２においては、上記の切削加工の他に、大端部１２の大端穴１２Ａの荒加工（荒ホーニング加工）が行われる。つまり、ロッド本体１４とキャップ１５とを２本のボルト１７により組付状態と同じ規定軸力により仮固定している状態で、上述した大端部１２の張出部２０の切削加工と、大端穴１２Ａの荒加工と、の双方が行われる。この大端穴１２Ａの粗加工を切削加工後に行う場合であっても、幅方向寸法ΔＲ２（＞ΔＲ３）の張出部２０が残存するキャップ下部２８を治具２１により保持・クランプすることができ、大端部の大きい既存のコネクティングロッドと同様の治具を用いて加工処理を行うことができる。

次に分解工程Ｓ３において、ボルト１７を外してロッド本体１４とキャップ１５とを一旦分解する。これによって、切削工程Ｓ２での切削加工及び大端穴加工による残留歪みを除去し、組立時における大端穴１２Ａの変形を抑制し、真円度の再現性を向上することができる。続く大端穴加工工程としての仕上げ加工工程Ｓ４において、ロッド本体１４とキャップ１５とを２本のボルト１７により組付状態と同じ規定軸力により再度締結すなわち仮固定した上で、キャップ下部２８に残存する幅方向両側の張出部２０を治具２１により保持・クランプした状態で、大端部１２のクランクピン軸受面となる大端穴１２Ａの内径仕上げ加工として、ホーニング加工とを実施する。その後、適宜な洗浄工程等を経てエンジン組立工場へ出荷される。

エンジン組立工場における組立工程Ｓ５においては、図３に示すように、ピストンピンを介してピストン１をロッド本体１４の小端部１１に連結した状態で、矢印Ｙ１に示すように、このロッド本体１４を大端部１２Ｒ側よりシリンダブロックＣＢのシリンダボア２に上方より挿入し、ロッド本体１４の大端部１２ＲをシリンダブロックＣＢの下方に配置されたクランクシャフト３のクランクピン４に上側から被せる一方、矢印Ｙ２に示すように、下方側よりキャップ１５をクランクピン４に下側から被せた上で、両者１４，１５を２本のボルト１７により所定の規定軸力で締め付けることで、エンジンに組み付けられる。

以上のように本実施例では、ロングストロークエンジン用のコネクティングロッド１０の製造に際し、前加工工程Ｓ１においては、ロングストローク化を行わない既存のコネクティングロッドと同等の大端部１２の幅方向寸法ΔＲ２となるように、大端部１２に幅方向両側へ張り出した張出部２０がロッド本体１４及びキャップ１５の双方に残存しているために、治具２１によって大端部１２の幅方向両側部をクランプする基準位置が、既存のコネクティングロッドと同等のものとなり、同じ治具２１・加工設備を用いて加工処理を行うことができる。

また、仮に仕上げ加工工程Ｓ４の後に張出部２０を削り取ると、この切削による軸力変化の影響によりエンジン組立工程Ｓ５における真円度の再現性に悪影響を与えることとなるものの、本実施例においては、仕上げ加工工程Ｓ４よりも前の切削工程Ｓ２において、ロッド本体１４の張出部２０を切削し、かつ、切削工程Ｓ２後の分解工程Ｓ３において、ロッド本体１４とキャップ１５とを一旦分解しているために、仕上げ加工工程Ｓ４でのホーニング加工を、切削による影響を受けることなく規定軸力で正確に行うことができ、エンジン組立工程Ｓ５における大端穴１２Ａの真円度の再現性に悪影響を与えることがない。

仕上げ加工工程Ｓ４においては、ロッド本体１４とキャップ１５とをボルト１７により締結した状態での加工となることから、ロッド本体１４側の張出部２０Ｒは既に削り落とされているにもかかわらず、キャップ下部２８にクランプ用の張出部２０Ｃが残存しているために、やはり既存のコネクティングロッドと同じ治具２１を用いて仕上げ加工を実施することができる。しかも、最終的なエンジン組立工程Ｓ５においては、ロッド本体１４側の張出部２０Ｒが既に削り落とされているために、ロングストローク化に伴いボア径を小さくしているにもかかわらず、このシリンダボア２にロッド本体１４を挿入することが可能となる。

このように、組立工程Ｓ５においては、ロッド本体１４をシリンダボア２に挿入可能なように、ロッド本体１４側の大端部１２Ｒの幅方向寸法を既存のコネクティングロッドよりも小さくしつつ、前加工工程Ｓ１及び仕上げ加工工程Ｓ４においては、大端部１２の幅方向両側へ張り出した張出部２０を利用して、既存のコネクティングロッドと同じ治具２１を用いて設備を共用化し、同じ製造ラインで製造することが可能となり、加工設備の追加に伴う製造コストの増加を抑えるとともに、生産性を向上することができる。

加えて、最終製品としてのコネクティングロッド１０にあっては、ロッド本体１４の張出部２０Ｒ及びキャップ１５の張出部２０Ｃの一部が削り落とされているために、軽量化・小型化が図られており、かつ、キャップ下部２８に張出部２０Ｃ，更にはロッド本体１４側にも適宜な残部２５を残存させることで、大端部１２における剛性の低下を抑制することができる。

そして本実施例にあっては、上記の切削工程Ｓ２において、ロッド本体１４とキャップ１５との合わせ面部１６における大端部１２の幅方向寸法ΔＲ３が同一となり、その幅方向両側面が面一となるように、ロッド本体１４とキャップ１５とをボルト１７により締結した状態で、ロッド本体１４側の大端部１２Ｒの幅方向両側部とともに、キャップ１５側の大端部１２Ｃの幅方向両側部の一部を切削している。このために、最終製品としてのコネクティングロッド１０にあっては、キャップ１５側の大端部１２Ｃの幅方向両側部のうち、ロッド本体１４との合わせ面部１６を含むキャップ上部２７が、ロッド本体１４側の大端部１２と同一幅方向寸法ΔＲ３に切削加工されており、この合わせ面部１６における幅方向両側面が段差のない面一の形状となっている。このために、合わせ面部１６におけるフレッティング摩耗を抑制するとともに、大端穴１２Ａの変形を抑制し、その真円度を向上することができる。

１…ピストン
２…シリンダボア
３…クランクシャフト
４…クランクピン
５…シリンダブロック
１０…コネクティングロッド
１１…小端部
１２（１２Ｒ，１２Ｃ）…大端部
１２Ａ…大端穴
１３…ロッド部
１４…ロッド本体
１５…キャップ
１６…合わせ面部
１７…ボルト
２０（２０Ｒ，２０Ｃ）…張出部
２７…キャップ上部
２８…キャップ下部

Claims (4)

1. エンジンのピストンにピストンピンを介して連結される小端部と、
   クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられる大端部と、
   これら小端部と大端部とを接続するロッド部と、を有するとともに、
   この大端部で、当該大端部の一部が形成されたキャップと、この大端部の残部と小端部とロッド部とが形成されたロッド本体と、に分割構成されるエンジンのコネクティングロッドの製造方法において、
   上記ロッド本体側の大端部の幅方向両側部を所定の治具により保持した状態で、このロッド本体の前加工を行う前加工工程と、
   上記ロッド本体の大端部の幅方向寸法が、少なくとも上記シリンダボアの直径よりも小さくなるように、上記ロッド本体の大端部の幅方向両側部を切削する切削工程と、を有し、
   この切削工程では、上記ロッド本体とキャップとの合わせ面部における大端部の幅方向寸法が同一となるように、上記ロッド本体とキャップとをボルトにより締結した状態で、上記ロッド本体側の大端部の幅方向両側部とともに、上記キャップ側の大端部の幅方向両側部の一部を切削することを特徴とするエンジンのコネクティングロッドの製造方法。
2. 更に、上記切削工程後に、上記ロッド本体とキャップとを一旦分解した後にボルトにより再度締結した状態で、上記大端部の大端穴の加工を行う大端穴加工工程を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのコネクティング度ロッドの製造方法。
3. 上記切削工程では、上記大端部の幅方向両側部の切削加工とともに、上記大端部の大端穴の粗加工が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのコネクティングロッドの製造方法。
4. 請求項１に記載の製造方法により製造されることを特徴とするエンジンのコネクティングロッド。

Images