JP6298087B2

JP6298087B2 - コネクティングロッドおよび内燃機関

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Publication number: JP6298087B2
Application number: JP2016039603A
Authority: JP
Inventors: ポールミヒャエル; シュルツウィリ
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: DE102015103207A1; CN105937547B; US20160258479A1; DE102015103207B4; GB2536807A; GB2536807B; CN105937547A; US9976593B2; JP2016161133A; GB201603809D0

Description

本発明は、内燃機関用のコネクティングロッド、および内燃機関に関する。

図１は、（特許文献１）から知られている調節可能な圧縮比を有する内燃機関のコネクティングロッドを示す。ここで、コネクティングロッド１０は、大端部１１と小端部１２とを有し、大端部１１は、コネクティングロッド１０をクランクシャフト（図１には図示せず）に取り付けるために使用され、小端部１２は、コネクティングロッド１０を内燃機関のシリンダピストン（図１には図示せず）に取り付けるために使用される。コネクティングロッド１０には偏心調節デバイス１３が割り当てられ、偏心調節デバイス１３は、偏心カム（図１には図示せず）と、偏心レバー１４と、偏心ロッド１５、１６とを有する。偏心レバー１４は、小端部１２の中心１７に対して偏心に配置された、中心１８を有する穴を有し、偏心レバー１４の穴が偏心カムを収容し、偏心カムの穴がピストンピンを収容する。偏心調節デバイス１３は、実効コネクティングロッド長ｌ_effを調節するために使用される。コネクティングロッド長は、大端部１１の中心１９からの偏心レバー１４の穴の中心１８の距離を意味するものとみなすべきである。偏心体１４を回転させ、したがって実効コネクティングロッド長ｌ_effを変えるために、偏心ロッド１５、１６を移動させることができる。各偏心ロッド１５、１６は、ピストン２０、２１を割り当てられ、ピストン２０、２１は、油圧チャンバ２２、２３内で可動に案内される。偏心ロッド１５、１６に割り当てられたピストン２０、２１に作用する油圧は、油圧チャンバ２２、２３内の油圧であり、油圧チャンバ内の油量に応じて、偏心ロッド１５、１６の移動が可能であったり、不可能であったりする。

偏心調節デバイス１３の調節は、内燃機関の動作サイクル中に偏心調節デバイス１３に作用する内燃機関の慣性力および負荷力の作用によって開始される。動作サイクル中、偏心調節デバイス１３に作用する力の作用方向は、連続的に変化する。調節運動は、偏心ロッド１５、１６に作用する油圧作動油によって作用を及ぼされるピストン２０、２１によって支援され、ピストン２０、２１は、偏心調節デバイス１３に作用する力の力作用方向の変化による偏心調節デバイス１３の戻りを防止する。ピストン２０、２１と協働する偏心ロッド１５、１６は、両側で偏心体１４に取り付けられる。ピストン２０、２１が中で案内される油圧チャンバ２２および２３は、大端部１１から油圧作動油ライン２４および２５を通して油圧作動油を供給することができる。逆止弁２６および２７は、油圧作動油が油圧チャンバ２３および２４から油圧ライン２４および２５に逆流するのを防止する。コネクティングロッド１０の穴２８に切換弁２９が収容され、切換弁２９の切替え位置が、油圧チャンバ２２および２３のどちらが油圧作動油で満たされ、油圧チャンバ２２および２３のどちらが空にされるかを決定し、偏心調節デバイス１３の調節方向または回転方向がそれに依存する。この場合、油圧チャンバ２２および２３は、それぞれ、切換弁２９を収容する穴２８と流体ライン３０および３１を介して連通する。切換弁２９の作動手段３２、ばねデバイス３３、および制御ピストン３４が図１に概略的に示されており、切換弁２９のこれらの構成要素の動作は、（特許文献１）から既に知られている。

上で説明したように、油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０、２１に作用する油圧作動油は、大端部１１から油圧ライン２４および２５を通して油圧チャンバ２２、２３に供給され、コネクティングロッド１０は、大端部１１によってクランクシャフト（図１には図示せず）に係合し、コネクティングロッドベアリングシェル３５が、クランクシャフト、すなわちそのクランクシャフトベアリングジャーナルと大端部との間に配置される。

既に上述したように、それぞれの偏心ロッド１５、１６は、偏心レバー１４の各端部に取り付けられる。図１から、各偏心ロッド１５、１６が、それぞれ第１の端部３６または３７で偏心レバー１４に係合し、それぞれの偏心ロッド１５または１６が、それぞれ反対側の第２の端部３８または３９によって、コネクティングロッド１０の油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０または２１にそれぞれ係合することが分かる。実際、偏心ロッド１５、１６は、接続ピンによって、両端部３６、３８および３７、３９でそれぞれ偏心レバー１４およびそれぞれのピストン２０、２１に接続され、接続ピンは、偏心レバー１４およびピストン２０、２１への偏心ロッド１５、１６のヒンジタイプの関節式の取付けを保証する。偏心ロッド１５、１６をそれらの第２の端部３８、３９でピストン２０、２１に接続するためのそのような接続ピンの使用は、高い部品コストおよび製造コストを要する。油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０、２１への第２の端部３８、３９の領域での偏心ロッド１５、１６の取付けを改良する必要性がある。

独国特許出願公開第１０２０１００１６０３７Ａ１号明細書

本発明の目的は、新規の内燃機関および新規のコネクティングロッドを提供することである。

この目的は、請求項１に記載のコネクティングロッドによって実現される。本発明によれば、偏心ロッドの第２の端部が、球状ヘッドとして設計され、球状ヘッドが、それぞれのピストンにある対応する凹部内に係合し、それぞれのピストンが、好ましくは保定リングとして設計された保定要素をさらに収容し、保定要素の一区域が、それぞれの偏心ロッドの球状ヘッド形状の端部に当接する。本発明によれば、偏心ロッドと、油圧チャンバ内で案内される、コネクティングロッドの偏心調節デバイスのピストンとの間の球体嵌合接続が提案される。この種の球体嵌合接続は、それぞれのピストンへのそれぞれの偏心ロッドの関節式の取付けのために全ての方向で自由度があり、これにより、製造および組立て公差によって引き起こされるピストンへの偏心ロッドの取付けの傾きを平衡させるまたは補償することができるという利点を有する。球体嵌合接続の保定要素によって、小さな軸方向遊びと、圧縮力および引張力の高い伝達性能とを保証することができる。

改良形態によれば、それぞれのピストンが、球状ヘッドに対応する凹部を底部に有し、その凹部の直ぐ上方に、それぞれの保定要素のための凹部を有し、この凹部は、最初に述べた凹部に隣接する。ここで、それぞれの偏心ロッドの球状ヘッド形状の端部は、底部で、それぞれのピストンに直接当接し、その直ぐ上方で、それぞれの保定要素に直接当接する。したがって、この改良形態によれば、それぞれの偏心ロッドの領域内に形成された球状ヘッドは、ピストンに直接当接し、かつ保定要素に直接当接する。それによって、ピストンと偏心調節デバイスの偏心ロッドとの間の球体嵌合接続の特に単純な構成が保証される。

それぞれのピストンおよびそれぞれの保定要素がそれぞれ軸受材料から構成されることが好ましい。これは、単純な構成およびより低い摩耗性で、偏心ロッドとピストンとの間の球体嵌合接続を提供する働きをする。

本発明の改良形態によれば、それぞれの保定要素は、円周上の１箇所にスロットが設けられた保定リングとして具現化される。スロットが設けられた保定リングの使用は、組立ての面で有利である。

好ましくは、それぞれの保定要素が、それぞれのピストンにスナップ留めされ、すなわち、それぞれの保定要素の一区域が、それぞれのピストンに形成されたアンダーカット（切込み部）の周りに、またはその中に係合する。本発明のこの実施形態は、特に単純な組立てを可能にする。保定要素とピストンとの間の溶接接合または接着接合をなくすことが可能である。保定要素は、それぞれのピストンにスナップ留めされる。

内燃機関は、請求項７で定義される。

本発明の好ましい改良形態は、従属請求項および以下の説明から明らかになろう。本発明の例示的実施形態を、限定はせずに、図面によってより詳細に説明する。

調節可能な圧縮比を有する従来技術の内燃機関のコネクティングロッドを示す図である。本発明による第１のコネクティングロッドの詳細を示す図である。本発明による第１のコネクティングロッドの詳細を示す図である。本発明による第１のコネクティングロッドの詳細を示す図である。本発明による第２のコネクティングロッドの詳細を示す図である。本発明による第２のコネクティングロッドの詳細を示す図である。本発明による第２のコネクティングロッドの詳細を示す図である。

調節可能な圧縮比を有する内燃機関が、少なくとも１つのシリンダ、好ましくは複数のシリンダを有する。各シリンダはピストンを有し、ピストンは、コネクティングロッド１０によって内燃機関のクランクシャフトに結合される。各コネクティングロッド１０は、一端に小端部１２を有し、他端に大端部１１を有する。それぞれのコネクティングロッド１０は、その大端部１１によって、クランクシャフトのクランクシャフトベアリングジャーナルに係合し、これにより、コネクティングロッドベアリングシェルが、クランクシャフトベアリングジャーナルと大端部との間に位置決めされ、コネクティングロッドベアリングシェルとクランクシャフトベアリングジャーナルとの間に潤滑油被膜が生じ得る。

調節可能な圧縮比を有する内燃機関は、各コネクティングロッド１０の領域内に、それぞれのコネクティングロッド１０の実効コネクティングロッド長を調節するための偏心調節デバイス１３を有する。

偏心調節デバイス１３は、偏心カム、偏心レバー１４、および偏心ロッド１５、１６を有し、偏心ロッド１５、１６は、圧縮比を調節するために偏心ロッドと協働する油圧チャンバ内の油圧に応じて移動させることができる。偏心ロッド１５、１６と協働する油圧チャンバには、それぞれのコネクティングロッドの大端部１１から油圧作動油を供給することができる。

偏心調節デバイス１３の調節は、内燃機関の慣性力および負荷力の作用によって開始される。

偏心ロッド１５、１６は、それらの第１の端部３６、３７によって偏心レバー１４の両側に係合する。偏心ロッド１５、１６は、反対側の端部３８、３９によってピストン２０、２１に固定され、ピストン２０、２１は、コネクティングロッド１０の油圧チャンバ２２、２３内で案内される。本発明は、油圧チャンバ２２、２３内で案内される偏心調節デバイス１３のピストン２０、２１への、偏心調節デバイス１３の偏心ロッド１５、１６の最適な取付けに関する。

図２ａ〜図２ｃは、本発明の第１の例示的実施形態を示し、すなわち、偏心ロッド１５、１６の第２の端部３８、３９の領域内での本発明によるコネクティングロッドの詳細を示す。この第２の端部３８、３９で、偏心ロッド１５、１６は、偏心調節デバイス１３のピストン２０、２１に取り付けられている。

本発明によれば、油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０、２１に係合する偏心ロッド１５、１６の第２の端部３８、３９は球状ヘッドとして設計され、この球状ヘッドは、それぞれのピストン２０、２１の対応する凹部４０内に係合する。

本発明によれば、さらに、それぞれのピストン２０、２１は、好ましくは保定リング４１として設計された保定要素を収容し、保定要素は、それぞれの偏心ロッド１５または１６の球状ヘッド形状の端部３８または３９の一区域に当接する。

一方で、それぞれの偏心ロッド１５、１６の球状ヘッド形状の端部３８、３９の一区域は、それぞれのピストン２０、２１に直接当接し、他方で、端部３８、３９の一区域は、それぞれの保定要素または保定リング４１に直接当接する。したがって、偏心ロッド１５、１６の第２の端部３８、３９とそれぞれのピストン２０、２１との間にこのようにして提供された球体嵌合接続は、それぞれ３つのサブアセンブリ、すなわち、偏心ロッド１５、１６の第２の端部３８、３９での球状ヘッドと、ピストン２０、２１と、ピストン２０、２１によって収容される保定要素または保定リング４１とのみからなる。

図２ａ〜図２ｃから分かるように、それぞれのピストン２０、２１は、球状ヘッドに対応する凹部４０を底部に有し、この凹部４０に、偏心ロッド１５、１６の球状ヘッドが直接当接する。

この凹部４０の上、すなわち直ぐ上方に、それぞれのピストン２０、２１は、隣接する凹部４２を有し、この隣接する凹部４２は、保定要素または保定リング４１を収容する働きをする。

したがって、それぞれの偏心ロッド１５、１６の球状ヘッド形状の第２の端部３８、３９が、下側区域において、それぞれのピストン２０、２１、すなわち凹部４０によって設けられた案内面に直接当接し、その直ぐ上方で、それぞれの保定要素または保定リング４１の一区域に直接当接することを単純な様式で保証することができる。

したがって、それぞれの偏心ロッド１５、１６の球状ヘッド形状の第２の端部３８、３９の間、および一方としてのピストン２０、２１と他方としての保定リング４１との間にはさらなる構成要素が位置決めされない。

図２ａ〜図２ｃに示される例示的実施形態では、それぞれのピストン２０、２１の凹部４０（それぞれの偏心ロッド１５、１６のそれぞれの球状ヘッドの一区域を収容して案内する働きをする）と、凹部４２（それぞれの保定要素４１を収容する働きをする）との間にショルダ４３が形成される。このショルダ４３は、それぞれのピストン２０、２１内への保定要素または保定リング４１の挿入深さを定める。

図２ａ〜図２ｃに示される例示的実施形態では、保定リング４１は、周方向で一周するカップ形状の構成要素として具現化され、これは、径方向外側の環状壁４４と、径方向内側の別の環状壁４５とを有する。保定リング４１の径方向内側の環状壁４５は、それぞれの偏心ロッド１５、１６の球状ヘッドの一区域を案内する働きをし、したがって軸受面を設ける。

それぞれのピストン２０、２１および保定リング４１のいくつかの区域、すなわち、少なくともそれぞれの偏心ロッド１５、１６のそれぞれの球状ヘッド３８、３９と直接接触する区域は、好ましくは軸受材料から構成される。それぞれのピストン２０、２１およびそれぞれの保定リング４１を、完全にこの種の軸受材料から構成することもできる。

図２ａ〜図２ｃに示される例示的実施形態では、まず、保定リング４１が、それぞれの偏心ロッド１５、１６のそれぞれの球状ヘッド形状の第２の端部３８、３９に取り付けられ、次いで、この予め組み立てられたユニットが、それぞれのピストン２０、２１に挿入される。このプロセス中、保定リング４１は、特に溶接、接着結合、または圧着によってそれぞれのピストン２０、２１にしっかりと接続される。

図３ａ〜図３ｃに本発明の別の例示的実施形態が示されている。図３ａ〜図３ｃでの例示的実施形態は、保定リング４１として具現化される保定要素が環状の設計ではなく、円周上の１箇所で中断される、またはスロット（隙間部）が設けられている点で、図２ａ〜図２ｃでの例示的実施形態とは異なる。したがって、図３ａ〜図３ｃに示される例示的実施形態では、保定リング４１は、約２７０°の周方向広がりを有する。

図３ａ〜図３ｃでの例示的実施形態と、図２ａ〜図２ｃでの例示的実施形態との別の相違は、環状カラー４６が保定リングの壁４４に形成され、このカラーが、保定リング４１のための位置決め補助となることである。したがって、図３ａ〜図３ｃにおいて、それぞれのピストン２０、２１での保定リング４１の正確な位置合わせは、それぞれのピストン２０、２１の凹部４０、４２の間に形成されたショルダ４３と共に、環状カラー４６によって達成される。

保定リング４１は、それぞれのピストン２１にスナップ留めすることができ、すなわち、保定リング４１は、それぞれのピストン２１に形成されたアンダーカット（図示せず）の周りに、またはその中に係合する。この種のスナップ接合により、保定リング４１とそれぞれのピストン２０、２１との間の溶接接合または接着接合をなくすことが可能である。

保定リング４１のスロット付き実施形態、または円周上の１箇所に中断を有する保定リング４１の実施形態（図３ａ〜図３ｃでの例示的実施形態に示される）は、それぞれの偏心ロッド１５、１６の球状ヘッド形状の端部３８、３９への保定リング４１の取付けを容易にする。

したがって、本発明は、偏心調節デバイス１３の偏心ロッド１５、１６と、油圧チャンバ２２、２３内で案内される偏心調節デバイス１３のピストン２０、２１との間の球体嵌合接続を提案する。この種の球体嵌合接続は、全ての方向で回転自由度を提供し、構成要素の任意の製造公差および組立て公差を補償できるようにし、このようにして、油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０、２１への偏心ロッド１５、１６の最適な取付けを保証する。球体嵌合接続の保定要素４１は、小さな軸方向遊びと、圧縮力および引張力の高い伝達性能とを設定するために使用される。各球体嵌合接続は、３つのサブアセンブリ、すなわち、偏心ロッド１５、１６の球状ヘッドと、ピストン２０、２１と、保定要素４１とのみによって提供される。

保定要素４１およびピストン２０、２１の少なくともいくつかの区域は、好ましくは軸受材料から製造される。組立てを単純にするために、保定要素４１は、円周上の１箇所で中断される、またはスロットが設けられる。

それぞれの保定要素は、上端部にカラー４６を有することができ、カラー４６は、組立て前に既に形成されていることがあり、または組立て中にフランジ加工することによって設けられ得る。

１０コネクティングロッド
１１大端部
１２小端部
１３偏心調節デバイス
１４偏心レバー
１５、１６偏心ロッド
２０、２１ピストン
２２、２３油圧チャンバ
３６、３７第１の端部
３８、３９第２の端部
４０凹部
４１保定要素
４２凹部
４３ショルダ
４４、４５環状壁
４６環状カラー

Claims

コネクティングロッド（１０）をクランクシャフトに取り付けるための大端部（１１）と、コネクティングロッド（１０）をシリンダのピストンに取り付けるための小端部（１２）と、実効コネクティングロッド長を調節するための偏心調節デバイス（１３）とを有するコネクティングロッド（１０）であって、
前記偏心調節デバイス（１３）が、左右に一対配置してある偏心ロッド（１５、１６）を有し、前記偏心ロッド（１５、１６）が、第１の端部によって、前記偏心調節デバイス（１３）の偏心レバー（１４）に係合し、第２の端部によって、前記コネクティングロッドの左右に一対配置してある油圧チャンバ（２２、２３）内それぞれで案内されるピストン（２０、２１）に係合し、前記偏心ロッド（１５、１６）の前記第２の端部が、球状ヘッドとして設計され、前記球状ヘッドが、それぞれの前記ピストン（２０、２１）にある対応する凹部（４０）内に係合し、それぞれの前記ピストン（２０、２１）が、さらに保定要素（４１）を収容し、前記保定要素（４１）の一区域が、それぞれの前記偏心ロッド（１５、１６）の前記球状ヘッド形状の端部に当接しており、
それぞれの前記保定要素（４１）が、それぞれの前記ピストン（２０、２１）にスナップ留めされ、すなわち、それぞれの前記保定要素（４１）の一区域が、それぞれの前記ピストン（２０、２１）に形成されたアンダーカットの周りに、またはその中に係合する、ことを特徴とするコネクティングロッド（１０）。
一方で、それぞれの前記偏心ロッド（１５、１６）の前記球状ヘッド形状の端部の一区域が、それぞれの前記ピストン（２０、２１）に直接当接し、他方で、前記端部の一区域が、それぞれの前記保定要素（４１）に直接当接することを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッド。
それぞれの前記ピストンが、前記球状ヘッドに対応する前記凹部（４０）を底部に有し、前記凹部（４０）の直ぐ上方に、それぞれの前記保定要素（４１）のための凹部（４２）を有し、前記凹部（４２）が、前記凹部（４０）に隣接し、これにより、底部で、それぞれの前記偏心ロッド（１５、１６）の前記球状ヘッド形状の端部が、それぞれの前記ピストン（２０、２１）に直接当接し、その直ぐ上方で、それぞれの前記保定要素（４１）に直接当接することを特徴とする請求項２に記載のコネクティングロッド。
それぞれの前記ピストンおよびそれぞれの前記保定要素が、それぞれ軸受材料から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコネクティングロッド。
それぞれの前記保定要素（４１）が保定リングであり、前記保定リングが、好ましくは、その円周上の１箇所にスロットが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のコネクティングロッド。
調節可能な圧縮比を有する内燃機関であって、少なくとも１つのシリンダと、クランクシャフトとを有し、前記クランクシャフトに、少なくとも１つのコネクティングロッド（１０）が係合し、前記コネクティングロッド（１０）が、前記コネクティングロッド（１０）を前記クランクシャフトに取り付けるための大端部（１１）と、前記コネクティングロッド（１０）をシリンダのピストンに取り付けるための小端部（１２）と、実効コネクティングロッド長を調節するための偏心調節デバイス（１３）とを有し、前記偏心調節デバイス（１３）が、偏心レバー（１４）と協働する偏心カム（３６）と、偏心ロッド（１５、１６）とを有し、前記偏心ロッド（１５、１６）が、前記偏心レバー（１４）に係合し、前記偏心ロッド（１５、１６）と協働する油圧チャンバ（２２、２３）内の油圧によって作用を及ぼされ、前記コネクティングロッド（１０）が、請求項１〜５のいずれか一項に記載されているように設計されることを特徴とする内燃機関。