JP6382871B2 - 連結ロッドおよび内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の連結ロッドおよび内燃機関に関する。

図１は、（特許文献１）から公知の、圧縮比を調整可能な内燃機関の連結ロッド（コネクティングロッド）を示している。このように、連結ロッド１０は、大端部ベアリングアイ１１および小端部ベアリングアイ１２を有し、大端部ベアリングアイ１１は、連結ロッド１０をクランクシャフト（図１には示していない）に取り付けるために使用され、小端部ベアリングアイ１２は、連結ロッド１０を内燃機関のシリンダピストン（図１には示していない）に取り付けるために使用される。連結ロッド１０は、偏心器（偏心カム、図示せず）、偏心レバー１４、および偏心ロッド１５、１６を有する偏心調整装置１３をあてがわれている。偏心レバー１４は、小端部ベアリングアイ１２の中心１７に対して偏心して配置された、中心１８を有する開孔を有し、偏心レバー１４の開孔は偏心器を収容し、偏心器の開孔は、ピストンピンを収容している。偏心調整装置１３は、連結ロッド有孔長ｌ_effを調整するために使用され、連結ロッド長は、大端部ベアリングアイ１１の中心１９から偏心レバー１４の開孔の中心１８までの距離を意味すると解釈すべきである。偏心本体１４を回転させるために、ひいては、連結ロッド有効長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、案内されて油圧チャンバ２２、２３内を移動できるピストン２０、２１をあてがわれている。偏心ロッド１５、１６にあてがわれたピストン２０、２１に作用する油圧は、油圧チャンバ２２、２３内に広がり、偏心ロッド１５、１６は、油圧チャンバ内の油量に応じて、移動できたり、または移動できなかったりする。

偏心調整装置１３の調整は、内燃機関の動作サイクル時に、偏心調整装置１３に作用する内燃機関の慣性力および負荷力の働きによって開始される。動作サイクル時に、偏心調整装置１３に作用する力の作用方向は連続的に変わる。調整動作は、油圧油から作用を受けて、偏心ロッド１５、１６に作用するピストン２０、２１によって補助され、ピストン２０、２１は、偏心調整装置１３に作用する力の、力の作用方向が変わることに起因する偏心調整装置１３の戻りを妨げる。ピストン２０、２１と相互作用する偏心ロッド１５、１６は、両側で偏心本体１４に取り付けられている。ピストン２０、２１が中で案内される油圧チャンバ２２、２３には、大端部ベアリングアイ１１から油圧管２４、２５を介して油圧油を供給することができる。逆止弁２６、２７は、油圧油が油圧チャンバ２２、２３から油圧管２４、２５に逆流するのを防止する。切換弁２９は、連結ロッド１０の穴２８に収容されており、切換弁２９の切換位置により、油圧チャンバ２２、２３のどちらに油圧油を充填し、油圧チャンバ２２、２３のどちらを空にするかが決まり、偏心調整装置１３の調整方向または回転方向はそれによって決まる。この場合に、油圧チャンバ２２、２３は、それぞれ流体管３０、３１を介して、切換弁２９を収容した穴２８と通じている。切換弁２９の駆動手段３２、ばね装置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）からすでに公知である。

上記のように、油圧チャンバ２２、２３内で案内されるピストン２０、２１に作用する油圧油は、大端部ベアリングアイ１１から油圧管２４、２５を介して、油圧チャンバ２２、２３に供給され、連結ロッド１０は、連結ロッドベアリングシェル３５が、クランクシャフト（図１には示していない）、すなわち、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と大端部ベアリングアイとの間に配置されるように、大端部ベアリングアイ１１を用いてクランクシャフトと係合する。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０１６ ０３７Ａ１号明細書

本発明の目的は、新規の内燃機関および新規の連結ロッドを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の連結ロッドによって達成される。本発明によれば、小端部ベアリングアイと偏心器（偏心カム）との間に潤滑油膜を形成することを可能にする潤滑油穴が、小端部ベアリングアイに形成され、小端部ベアリングアイは、偏心器を収容するように機能する、小端部ベアリングアイの開孔に対する潤滑油穴が、前記ベアリングアイに形成された領域において、前記ベアリングアイの他の領域の壁厚よりも厚い壁厚を有する。

本発明は、小端部ベアリングアイと、小端部ベアリングアイの開孔に収容された偏心器との間の接触領域の有益な潤滑を可能にする。潤滑油穴によってもたらされる小端部ベアリングアイの脆弱化を補償するために、前記ベアリングアイは、偏心器を収容するように機能する開孔に対する潤滑油穴が、前記ベアリングアイに形成された領域において、隣接する、または近接する領域の半径方向の壁厚よりも厚い半径方向の壁厚を有する。潤滑油穴が、小端部ベアリングアイに形成された領域以外の小端部ベアリングアイの領域の半径方向の壁厚を薄くすることにより、一方で、連結ロッドの重量を削減し、他方で、小端部ベアリングアイと偏心調整装置の偏心ロッドとの間に十分なすき間をもたらすことが可能である。

発展形態によれば、小端部ベアリングアイは、偏心調整装置の伸長した偏心ロッドと正反対に位置する、または伸長した偏心ロッドに対向する領域において、潤滑油穴が、小端部ベアリングアイに形成された領域の半径方向の壁厚よりも薄い半径方向の壁厚を有する。これは、遠心ロッドと小端部ベアリングアイとの間にすき間をもたらし、重量を削減するのに寄与する。

発展形態によれば、小端部ベアリングアイの半径方向に延び、小端部ベアリングアイの周方向に離間した少なくとも２つの潤滑油穴が、小端部ベアリングアイに形成され、小端部ベアリングアイは、潤滑油穴が、前記ベアリングアイに形成された領域において、これらの領域間で、小端部ベアリングアイの周方向に配置された領域の壁厚よりも厚い壁厚を有する。これは、特に、連結ロッドの重量の削減に寄与する。

有益な発展形態によれば、小端部ベアリングアイにおける、壁厚が異なる領域間の移行部は、連続的に、したがって、不連続点のない態様で形成される。それにより、小端部ベアリングアイの壁厚の変化による応力のさらなる増大なしに、小端部ベアリングアイの材料に対する負荷を均一にすることが可能である。

内燃機関は請求項５で規定される。

本発明の好ましい発展形態が、従属請求項および以下の説明から明らかになるであろう。本発明の例示的な実施形態が、その実施形態に制限されることなく、図面を用いてさらに詳細に説明される。

圧縮比を調整可能な、先行技術から公知の内燃機関の連結ロッドを示している。 連結ロッドの細部を示している。 本発明による連結ロッドの細部を示している。

圧縮比が調整可能な内燃機関は、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、連結ロッド１０によって内燃機関のクランクシャフトに連結されるピストンを有する。各連結ロッド１０は、一端に小端部ベアリングアイ１２、および反対側の端部に大端部ベアリングアイ１１を有する。それぞれの連結ロッド１０は、連結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ベアリングアイとの間に配置されるように、大端部ベアリングアイ１１を用いて、クランクシャフトベアリングジャーナルと係合し、潤滑油膜は、連結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形成することができる。

圧縮比が調整可能な内燃機関は、それぞれの連結ロッド１０の連結ロッド有効長を調整するために、各連結ロッド１０の領域に偏心調整装置１３を有する。

偏心調整装置１３は、偏心器、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、圧縮比を調整するために、偏心ロッドと相互作用する油圧チャンバ内に広がる油圧に従って移動することができる。偏心ロッド１５、１６と相互作用する油圧チャンバには、それぞれの連結ロッドの大端部ベアリングアイ１１から油圧油を供給することができる。偏心調整装置の調整は、内燃機関の慣性力および負荷力の働きによって開始される。

偏心レバー１４および小端部ベアリングアイ１２はそれぞれ、偏心器３６を収容する開孔または穴を有し、偏心器３６としては、ピストンピン３７を収容するように機能する開孔または穴を有する。

少なくとも小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間で潤滑油膜が形成されるのを可能にする潤滑油穴３８、３９と、好ましくは、偏心器３６とピストンピン３７との間で同様に潤滑油膜が形成されるのを可能にする潤滑油穴４０、４１とが、小端部ベアリングアイ１２、および、好ましくは、さらに偏心器３６に形成される。偏心調整装置１３の終端位置において、および偏心調整装置１３の調整時に、潤滑油穴３８、３９、４０、４１は、小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間、および、好ましくは偏心器３６とピストンピン３７との間の接触点の良好な潤滑を可能にする。

図２および図３によれば、２つの潤滑油穴３８、３９は、小端部ベアリングアイ１２に形成され、２つの潤滑油穴４０、４１は、偏心器３６に形成されている。

潤滑油穴３８、３９、４０、４１は、偏心器３６または偏心調整装置１３の第１の終端位置において、偏心器３６の第１の潤滑油穴４０が、小端部ベアリングアイ１２の第１の潤滑油穴３８と一列に整列するように、小端部ベアリングアイ１２および偏心器３６に形成され、その結果として、第１の終端位置（図２を参照のこと）にある前記穴によって、偏心器３６とピストンピン３７との間に潤滑油膜を形成することができる。潤滑油穴３８、３９、４０、４１は、さらに、偏心器３６または偏心調整装置１３の第２の終端位置において、偏心器３６の第２の潤滑油穴４１が、小端部ベアリングアイ１２の第２の潤滑油穴３９と一列に整列するように、小端部ベアリングアイ１２および偏心器３６に形成され、潤滑油膜が、第２の終端位置にある前記穴によって、偏心器３６とピストンピン３７との間に形成されるのを可能にする。偏心器３６または偏心調整装置１３の第１の終端位置では、偏心器３６の第２の潤滑油穴４１は、小端部ベアリングアイ１２の第２の潤滑油穴３９と一列に整列せず、したがって、この場合に、潤滑油膜は、第１の終端位置にある小端部ベアリングアイ１２の第２の潤滑油穴３９によって、小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間に形成することができる。偏心器３６または偏心調整装置１３の第２の終端位置では、偏心器３６の第１の潤滑油穴４０は、小端部ベアリングアイ１２の第１の潤滑油穴３８と一列に整列せず、したがって、この場合に、潤滑油膜は、第２の終端位置にある小端部ベアリングアイ１２の第１の潤滑油穴３８によって、小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間に形成することができる。偏心調整装置１３の終端位置において、および偏心調整装置１３の調整時に、潤滑油穴３８、３９、４０、４１は、小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間、および偏心器３６とピストンピン３７との間の接触点の特に有益な潤滑を可能にする。

小端部ベアリングアイ１２の潤滑油穴３８、３９と、好ましくは偏心器３６に存在する潤滑油穴４０、４１とは、それぞれ、偏心器３６の半径方向および小端部ベアリングアイ１２の半径方向に延びている。偏心器３６の第１の潤滑油穴４０および小端部ベアリングアイ１２の第１の潤滑油穴３８は、同じ直径を有するのが好ましい。偏心器３６の第２の潤滑油穴４１および小端部ベアリングアイ１２の第２の潤滑油穴３９は、同様に、同じ直径を有するのが好ましい。

すでに説明したように、小端部ベアリングアイ１２と偏心器３６との間に潤滑油膜を形成することを可能にする潤滑油穴３８、３９は、小端部ベアリングアイ１２に形成されている。

本発明によれば、図３から分かるように、小端部ベアリングアイ１２は、偏心器３６を収容するように機能する、小端部ベアリングアイ１２の開孔または穴に対する潤滑油穴３８、３９が、前記ベアリングアイ１２に形成された領域において、その領域に隣接する、または近接する領域の半径方向の壁厚よりも厚い半径方向の壁厚を有するとさらに想定されている。

半径Ｒ１によって、図２は、偏心器３６を収容した、小端部ベアリングアイ１２の穴または開孔の半径を示し、半径Ｒ２によって、図２は、小端部ベアリングアイ１２の半径を示しており、図２では、半径Ｒ１、Ｒ２間の差、したがって、半径方向に見た小端部ベアリングアイ１２の壁厚は、小端部ベアリングアイ１２の外周にわたって、ほとんど完全に同じであり、連結ロッド１０の連結ロッド本体への移行領域のみ変わっている。

本発明によれば、図３から分かるように、小端部ベアリングアイ１２は、図２とは異なる輪郭を有し、したがって、潤滑油穴３８、３９が、前記ベアリングアイに形成された領域の小端部ベアリングアイ１２の半径方向の壁厚は、その領域に隣接する、または近接する領域の半径方向の壁厚よりも厚い。

それと共に、図３は、２つの潤滑油穴３８、３９が小端部ベアリングアイ１２に形成され、前記穴はそれぞれ、小端部ベアリングアイ１２の半径方向に延び、小端部ベアリングアイ１２の周方向に離間することを示している。小端部ベアリングアイ１２のうちの潤滑油穴３８、３９が前記ベアリングアイに形成された領域では、小端部ベアリングアイ１２は、小端部ベアリングアイ１２の周方向に見て、これらの領域間に配置された領域４３の半径方向の壁厚よりも厚い半径方向の壁厚を有する。したがって、図３から分かるように、ベアリングアイの外形は、周方向に見て、潤滑油穴３８、３９間に配置された小端部ベアリングアイ１２の領域４３で、半径Ｒ２に対して半径方向内側に後退することができる。

図３では、小端部ベアリングアイ１２は、それぞれの偏心ロッド１５、１６が伸長した状態で、それぞれの偏心ロッド１５、１６の正反対に位置する、またはそれらの偏心ロッド１５、１６に対向する領域４４、４５において、潤滑油穴３８、３９が、小端部ベアリングアイ１２に形成された領域の半径方向の壁厚よりも薄い半径方向の壁厚を有するとさらに想定されている。これらの領域４４、４５では、小端部ベアリングアイ１２の外形は、半径Ｒ２に対して半径方向内側に後退している。

領域４４、４５の小端部ベアリングアイ１２の壁厚をより薄くすることは、特に、偏心ロッド１５、１６に十分なすき間をもたらし、さらに、重量を削減するのに寄与する。領域４３の小端部ベアリングアイ１２の壁厚をより薄くすることは、重量を削減するのに寄与する。

本発明によれば、小端部ベアリングアイ１２の壁厚は、負荷に対して最適化した態様で適宜具現化され、小端部ベアリングアイ１２の厚い方の半径方向の壁厚は、潤滑油穴３８、３９の領域に隣接する領域よりも潤滑油穴３８、３９の領域に付与される。それにより、潤滑油穴３８、３９の領域において、小端部ベアリングアイ１２および連結ロッド１０の十分な強度または安定性が保証され、さらに、連結ロッド１０に対して低重量が保証され、他方で、小端部ベアリングアイ１２に対する十分なすき間が偏心ロッド１５、１６にもたらされる。

小端部ベアリングアイ１２における、半径方向の壁厚が異なる領域間の移行部は、連続的に、したがって、不連続点のない態様で形成されるのが好ましい。結果的に、小端部ベアリングアイ１２における、半径方向の壁厚が異なる領域間の不連続な移行が回避される。それにより、壁厚の変化による応力のさらなる増大なしに、小端部ベアリングアイ１２の材料に対する負荷を均一にすることができる。

１０ 連結ロッド
１１ 大端部ベアリングアイ
１２ 小端部ベアリングアイ
１３ 偏心調整装置
１４ 偏心レバー
１５ 偏心ロッド
１６ 偏心ロッド
２２ 油圧チャンバ
２３ 油圧チャンバ
３６ 偏心器
３７ ピストンピン
３８ 潤滑油穴
３９ 潤滑油穴
４３ 領域
４４ 領域
４５ 領域

Claims (4)

1. クランクシャフトに取り付けるための大端部ベアリングアイ（１１）と、シリンダのピストンに取り付けるための小端部ベアリングアイ（１２）と、連結ロッド有効長を調整するための偏心調整装置（１３）とを有する連結ロッド（１０）であって、
   前記偏心調整装置（１３）は、前記偏心調整装置（１３）の偏心レバー（１４）と係合する偏心ロッド（１５、１６）を有し、前記偏心調整装置（１３）は、前記偏心レバー（１４）および前記小端部ベアリングアイ（１２）の開孔内で案内され、ピストンピン（３７）を収容するための開孔を有する偏心器（３６）を有する、連結ロッド（１０）において、
   少なくとも２つの位置にて、前記小端部ベアリングアイ（１２）と前記偏心器（３６）との間に潤滑油膜を形成することを可能にする複数の潤滑油穴（３８、３９）が、前記小端部ベアリングアイ（１２）に形成されることと、前記小端部ベアリングアイ（１２）は、前記偏心器（３６）を収容するように機能することと、前記小端部ベアリングアイ（１２）の前記開孔に対する前記潤滑油穴（３８、３９）が、前記ベアリングアイに形成される領域において、前記ベアリングアイの隣接する領域の半径方向の壁厚よりも厚い半径方向の壁厚を有しており、
   前記小端部ベアリングアイ（１２）における、壁厚が異なる領域間の移行部は前記潤滑油穴（３８、３９）に向って、前記壁厚が連続的に且つ単調増加していることとを特徴とする連結ロッド（１０）。
2. 前記小端部ベアリングアイ（１２）の半径方向に延び、前記小端部ベアリングアイ（１２）の周方向に離間した少なくとも２つの潤滑油穴（３８、３９）が、前記小端部ベアリングアイ（１２）に形成され、前記小端部ベアリングアイ（１２）は、前記潤滑油穴（３８、３９）が前記ベアリングアイに形成される領域において、前記小端部ベアリングアイ（１２）の周方向に見て、前記領域間に配置された領域（４３）の半径方向の壁厚よりも厚い半径方向の壁厚を有することを特徴とする、請求項１に記載の連結ロッド。
3. 前記小端部ベアリングアイ（１２）は、前記偏心調整装置（１３）の伸長した前記偏心ロッド（１５、１６）と正反対に位置する、または伸長した前記偏心ロッド（１５、１６）に対向する領域において、前記潤滑油穴（３８、３９）が、前記小端部ベアリングアイ（１２）に形成された領域の半径方向の壁厚よりも薄い半径方向の壁厚を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の連結ロッド。
4. 圧縮比が調整可能な内燃機関であって、少なくとも１つのシリンダと、少なくとも１つの連結ロッド（１０）が係合したクランクシャフトとを有し、前記または各連結ロッド（１０）は、前記連結ロッド（１０）を前記クランクシャフトに取り付けるための大端部ベアリング穴（１１）と、前記連結ロッド（１０）をシリンダのピストンに取り付けるための小端部ベアリング穴（１２）と、連結ロッド有効長を調整するための偏心調整装置（１３）とを有し、前記偏心調整装置（１３）は、偏心レバー（１４）と相互作用する偏心器（３６）と、偏心ロッド（１５、１６）とを有し、前記偏心ロッド（１５、１６）は、前記偏心レバー（１４）と係合し、かつ前記偏心ロッド（１５、１６）と相互作用する油圧チャンバ（２２、２３）内に広がる油圧から作用を受ける、内燃機関において、前記または各連結ロッド（１０）は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の通りに設計されることを特徴とする内燃機関。

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