JP7127293B2

JP7127293B2 - コネクティングロッド

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Publication number: JP7127293B2
Application number: JP2018025122A
Authority: JP
Inventors: 利明三宅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-02-15
Also published as: US11255232B2; US20190249576A1; CN110159646B; JP2019138452A; CN110159646A

Description

本発明は、内燃機関のコネクティングロッドに関する。

特許文献１に記載されているように、小端部に給油孔が設けられているコネクティングロッドが知られている。特許文献１には、シリンダブロックに取り付けられたオイルジェットが開示されている。オイルジェットからピストンの裏面に向けて噴射されたオイルは、小端部の給油孔に流れ込む。給油孔に流れ込んだオイルは、ピストンピンが挿入されるピン孔に供給され、コネクティングロッドとピストンピンとの摺接面が潤滑される。

実開昭５８‐６７１１５号公報

特許文献１に記載されているようなシリンダブロックに取り付けられたオイルジェットは、オイルポンプによってオイルパンから汲み上げられたオイルの一部を噴射する。こうしたオイルジェットでは、油圧が低いときにはオイルが噴射されないように構成されていることがある。このため、内燃機関始動後の所定期間等、油圧が上昇していない期間では、オイルジェットからのオイルの供給が行われず、コネクティングロッドとピストンピンとの摺接面を潤滑するオイルが不足した状態になる虞がある。

上記課題を解決するためのコネクティングロッドは、内燃機関のクランクシャフトに連結される大端部と、ピストンピンが挿通されるピン孔が開口している小端部と、前記大端部と前記小端部とを連結する軸部と、を有し、前記小端部の外周面から前記小端部の内周面まで連通する給油孔が当該小端部に設けられている。そして、前記給油孔は、前記小端部の外周面から前記小端部の内周面に向かって窪んでおり前記小端部の周方向に延伸されている貯油溝と、前記貯油溝の底面を貫通しており前記小端部の外周面から前記小端部の内周面までを連通する連通孔と、を備え、前記小端部におけるコネクティングロッドの先端側を頂部側として、前記小端部における前記軸部側を底部側としたとき、前記貯油溝の延伸方向において前記小端部の外周面と接する当該貯油溝の両端縁が、前記貯油溝の底面のうち前記連通孔の内周面と接する開口部よりも前記頂部側に位置することをその要旨とする。

上記構成では、小端部の外周面から内周面までを連通する連通孔に加えて、小端部の外周面から内周面に向かって窪んでいる貯油溝を備え、連通孔と貯油溝とによって給油孔を構成している。

ここで仮に、貯油溝の両端縁が開口部よりも底部側に位置する場合、給油孔にオイルが供給された際には、貯油溝内のオイルは貯油溝に留まることなく端縁から排出されやすい。

この点上記構成では、貯油溝の端縁が開口部よりも頂部側に位置するため、給油孔に供給されたオイルを貯油溝に貯留することができる。これによって、例えば内燃機関停止中に貯油溝及び連通孔にオイルを保持することができ、内燃機関始動開始後には貯油溝及び連通孔に保持されているオイルをピン孔に供給することができる。すなわち、連通孔に加えて貯油溝にオイルを保持することによって、オイルジェットからのオイルの供給が停止されているとしてもオイルの供給が開始されるまでの期間において、コネクティングロッドとピストンピンとの摺接面を潤滑するオイルを確保することができる。

上記コネクティングロッドの一例は、前記小端部の外周面側における前記連通孔の開口端部が前記外周面側ほど拡径しているテーパ形状をなしており、前記小端部の周方向において、前記貯油溝の一方の端縁と他方の端縁との間に前記開口端部が位置する。

上記構成によれば、小端部の周方向においてテーパ形状の開口端部よりも広い範囲に貯油溝が延伸されていることによって、オイルを貯留可能な容積を大きくすることができる。

上記コネクティングロッドの一例は、前記ピン孔の中心軸に沿った方向において、前記貯油溝の幅が前記連通孔の幅よりも小さい。
小端部の外周面から内周面まで連通する給油孔を小端部に設ける場合、給油孔を大きくするほど小端部の剛性が低下するという事情がある。

上記構成によれば、連通孔よりも幅が細い貯油溝によってオイルを保持可能な容積を大きくすることができる。このため、オイルを貯留可能な容積を大きくしても剛性が低下しにくい。

上記コネクティングロッドの一例は、前記ピン孔の中心軸に沿った方向における前記小端部の厚さが、前記底部側よりも前記頂部側ほど薄い。
貯油溝が細い幅の溝であれば、上記構成のように小端部の頂部の厚さが薄い場合であっても、貯油溝を小端部に設けることによる小端部の剛性の低下を少なくすることができる。

上記コネクティングロッドの一例では、前記小端部の外周面から前記貯油溝の底面までの前記小端部の径方向における長さを前記貯油溝の深さとしたとき、前記貯油溝の底面は、前記貯油溝の深さが前記貯油溝の両端縁のそれぞれから前記開口部に向かうほど深くなっている円弧状である。

上記構成のように底面が円弧であると、貯油溝の両端縁が開口部よりも頂部側に位置する貯油溝を形成しやすい。

コネクティングロッドの一実施形態を示す模式図。同実施形態にかかるコネクティングロッドの小端部の正面図。同実施形態にかかるコネクティングロッドの小端部の側面図。同実施形態にかかるコネクティングロッドの小端部の上面図。図４における５－５線に沿った断面図。同実施形態にかかるコネクティングロッドの断面図。同実施形態にかかるコネクティングロッドの断面図。コネクティングロッドの変形例を示す断面図。コネクティングロッドの他の変形例を示す断面図。

以下、コネクティングロッドの一実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
図１には、内燃機関のピストン６２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１０を示している。コネクティングロッド１０は、ピストン６２と連結される小端部１３を備えている。コネクティングロッド１０は、クランクシャフトと連結される大端部１９を備えている。コネクティングロッド１０は、小端部１３と大端部１９とを接続する軸部１２を備えている。

コネクティングロッド１０は、ロッド本体１１とキャップ部２１とによって構成されている。ロッド本体１１は、小端部１３と軸部１２とを有する。ロッド本体１１と、ロッド本体１１に取り付けられるキャップ部２１とによって大端部１９が形成されている。

小端部１３には、ピストンピンが挿通されるピン孔１４が開口している。小端部１３には、ピン孔１４にオイルを供給する給油孔３０が設けられている。給油孔３０は、シリンダブロックに設けられているオイルジェット９１からピストン６２の裏面に向かって噴射されたオイルの一部が導入される孔である。

なお、図１には、軸部１２の延伸方向を、ロッド延伸方向ＲＤとして表示している。ロッド延伸方向ＲＤは、小端部１３のピン孔１４の中心と、大端部１９の孔の中心とを結ぶ直線に対して平行に延びる方向である。

図２～図５を参照して、コネクティングロッド１０の小端部１３について説明する。図２～図４には、小端部１３のピン孔１４の中心軸を中心軸Ｃとして表示している。図３には、図２における左側から視た小端部１３の側面図を示している。図４には、図２における上側から視た小端部１３の上面図を示している。図５には、図４における５－５線に沿った断面図を示している。

図２に示すように、小端部１３のピン孔１４には、ピン孔１４に嵌合する円筒状のブッシュ５１が挿入されている。
小端部１３において、コネクティングロッド１０の先端側に位置する部位を頂部１８として、軸部１２側に位置する部位を底部１７とする。図３には、中心軸Ｃの軸方向における小端部１３の厚さを表示している。図３に示すように、ピン孔１４の中心軸Ｃに沿った方向において、頂部１８側の厚さＬ２は、底部１７側の厚さＬ１よりも小さく、小端部１３は底部１７側よりも頂部１８側ほど薄く形成されている。

図２～図４に示すように、小端部１３に設けられている給油孔３０は、小端部１３の外周面１６から小端部１３の内周面１５まで連通している連通孔３１を備えている。給油孔３０は、小端部１３の外周面１６から小端部１３の内周面１５に向かって窪んだ貯油溝３４を備えている。

図２及び図４に示すように、連通孔３１は、外周面１６側の開口である開口端部３２が、外周面１６側ほど拡径したテーパ形状をしている。
図４に示すように、貯油溝３４は、小端部１３の周方向に延伸されている。図４には、貯油溝３４の延伸方向を溝方向ＤＤとして表示している。溝方向ＤＤにおいて、貯油溝３４の一方の端縁である第１端縁３５と他方の端縁である第２端縁３６との間に、連通孔３１の開口端部３２が位置している。第１端縁３５及び第２端縁３６は、小端部１３の外周面１６と接している。

図４に示すように、中心軸Ｃの軸方向において、貯油溝３４の溝幅Ｌ４は、連通孔３１の直径Ｌ３よりも小さい。すなわち、ピン孔１４の中心軸Ｃに沿った方向において、貯油溝３４の幅が連通孔３１の幅よりも小さい。

図５に示すように、外周面１６から内周面１５まで連通している連通孔３１は、貯油溝３４の底面３７を貫通している。連通孔３１は、その延伸方向がロッド延伸方向ＲＤと平行に設けられている。

なお、ブッシュ５１には、連通孔３１と連通する油孔５２が開口している。
ここで、連通孔３１の内周面である孔内面３３と貯油溝３４の底面３７とが接する部分を開口部３８とする。貯油溝３４の第１端縁３５及び第２端縁３６は、開口部３８よりも頂部１８側に位置している。

また、小端部１３の径方向における小端部１３の外周面１６から貯油溝３４の底面３７までの長さを貯油溝３４の深さとする。貯油溝３４の深さは、第１端縁３５から開口部３８に向かうほど深くなっている。同様に、第２端縁３６から開口部３８に向かうほど貯油溝３４の深さが深くなっている。こうした貯油溝３４の底面３７は、図５に示す断面において円弧状に設けられている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
コネクティングロッド１０が搭載される内燃機関では、図１に示すように、シリンダブロックに設けられているオイルジェット９１からピストン６２の裏面に向かってオイルが噴射される。オイルジェット９１から噴射されたオイルの一部やピストン６２の裏面から跳ね返ったオイルの一部が、給油孔３０に導入される。給油孔３０を通過したオイルは、ピン孔１４に供給される。これによって、コネクティングロッド１０の小端部１３とピストンピンとの摺接面、すなわちブッシュ５１の内周面とピストンピンの外周面とが摺接する面を潤滑することができる。

図６及び図７は、内燃機関に搭載されているコネクティングロッド１０の小端部１３の断面図を示している。ピン孔１４には、小端部１３とピストン６２とを連結する円筒状のピストンピン６１が挿入されている。図６及び図７には、鉛直上方ＵＰと鉛直下方ＤＷとを表示している。

コネクティングロッド１０では、貯油溝３４の第１端縁３５及び第２端縁３６が開口部３８よりも頂部１８側に位置する。このため、コネクティングロッド１０の状態が、図６に示すようにロッド延伸方向ＲＤが鉛直上方ＵＰから鉛直下方ＤＷに向かう方向と平行であるとき、給油孔３０に供給されたオイルを貯油溝３４に貯留することができる。これによって、例えば内燃機関停止中に貯油溝３４及び連通孔３１にオイルを保持することができ、内燃機関始動開始後には貯油溝３４及び連通孔３１に保持されているオイルをピン孔１４に供給することができる。すなわち、連通孔３１に加えて貯油溝３４にオイルを保持することによって、オイルジェット９１からのオイルの供給が停止されているとしてもオイルの供給が開始されるまでの期間において、コネクティングロッド１０とピストンピン６１との摺接面を潤滑するオイルを確保することができる。

図７は、クランクシャフトの回転に伴ってコネクティングロッド１０が傾斜した状態を示している。コネクティングロッド１０では、ロッド延伸方向ＲＤに沿って連通孔３１が延伸している。仮に、図７に示す開口端部３２の位置よりも小端部１３の周方向におけるいずれか一方にずれた位置に開口端部３２が開口するように連通孔３１が設けられている場合、コネクティングロッド１０の傾斜角度によっては貯油溝３４にオイルを保持することが困難である場合がある。この点、コネクティングロッド１０によれば、図７に示すようにコネクティングロッド１０が傾斜した状態で内燃機関が停止した場合であっても、貯油溝３４にオイルが保持されやすい。

さらに、コネクティングロッド１０では、小端部１３の周方向においてテーパ形状をなす開口端部３２よりも広い範囲に貯油溝３４が延伸されている。これによって、オイルを貯留可能な給油孔３０の容積を大きくすることができる。

コネクティングロッド１０は、小端部１３が底部１７側よりも頂部１８側ほど薄い形状をしているため、給油孔３０の容積を大きくするほど小端部１３の剛性が低下する虞がある。この点、コネクティングロッド１０では、貯油溝３４の溝幅Ｌ４が連通孔３１の直径Ｌ３よりも小さくなっている。貯油溝３４の幅が細いことによって、小端部１３に貯油溝３４を設けることによる小端部１３の剛性の低下を少なくしつつ、オイルを貯留可能な容積を大きくすることができる。

さらに、コネクティングロッド１０では、開口端部３２がテーパ形状であるため、オイルジェット９１からオイルが噴射されているとき、オイルジェット９１から噴射されたオイルやピストン６２の裏面から跳ね返ったオイルが給油孔３０に導入されやすい。さらに、コネクティングロッド１０では貯油溝３４が外周面１６に開口していることによって、オイルが給油孔３０により導入されやすい。すなわち、ピン孔１４にオイルを供給しやすく、摺接面を潤滑させやすい。

また、コネクティングロッド１０では、図５に示す断面において底面３７が円弧状である。コネクティングロッド１０の製造において、例えば研削具を用いて小端部１３に貯油溝３４を形成しようとした場合、加工工程において貯油溝３４の第１端縁３５及び第２端縁３６が開口部３８よりも頂部１８側に位置する貯油溝３４を形成しやすい。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、底面３７が円弧である貯油溝３４を備えるコネクティングロッド１０を例示しているが、貯油溝の形状はこれに限定されるものではない。

例えば、図８に示すように、ロッド延伸方向ＲＤに対して垂直な方向に延びる底面１３７と、底面１３７からロッド延伸方向ＲＤに延びる第１側面１４１及び第２側面１４２とによって区画される貯油溝１３４を小端部１３に設けてもよい。第１端縁１３５及び第２端縁１３６が開口部１３８よりも小端部１３の頂部側に位置しているため、この貯油溝１３４と連通孔１３１とによって構成される給油孔１３０によっても給油孔１３０にオイルを保持することができる。すなわち、上記実施形態と同様に、オイルジェット９１からのオイルの供給が停止されているとしてもオイルの供給が開始されるまでの期間において、摺接面を潤滑するオイルを確保する効果を奏することができる。

・図８に示したような底面１３７と第１側面１４１及び第２側面１４２とによって区画される貯油溝１３４において、底面が円弧状である貯油溝を採用することもできる。すなわち、図９に示すように、円弧状の底面２３７と、第１側面２４１及び第２側面２４２とによって区画されている貯油溝２３４を採用することができる。こうした貯油溝２３４と連通孔２３１によって構成される給油孔２３０によっても、第１端縁２３５及び第２端縁２３６が開口部２３８よりも小端部１３の頂部側に位置していれば、給油孔２３０にオイルを保持することができる。すなわち、上記実施形態と同様に、オイルジェット９１からのオイルの供給が停止されているとしてもオイルの供給が開始されるまでの期間において、摺接面を潤滑するオイルを確保する効果を奏することができる。

・上記実施形態では、連通孔３１の開口端部３２をテーパ形状としているが、開口端部３２がテーパ形状であることは必須の構成ではなく、たとえば、開口端部３２の内周面の延びる方向をロッド延伸方向ＲＤに平行となるように形成してもよい。

・上記実施形態では、中心軸Ｃの軸方向における小端部１３の厚さが底部１７側よりも頂部１８側ほど薄い小端部１３に給油孔３０を設けている。連通孔３１と貯油溝３４とを有する給油孔３０は、中心軸Ｃの軸方向における小端部の厚さが一定であるコネクティングロッドに設けることもできる。

・上記実施形態では、中心軸Ｃの軸方向において、貯油溝３４の溝幅Ｌ４を連通孔３１の直径Ｌ３よりも小さくしている。貯油溝３４の溝幅Ｌ４は、連通孔３１の直径Ｌ３以上にすることもできる。

・上記実施形態では、連通孔３１の延伸方向をロッド延伸方向ＲＤと一致させているが、連通孔３１の延伸方向は適宜変更が可能である。第１端縁３５及び第２端縁３６が開口部３８よりも頂部１８側に位置するように貯油溝３４を設ける位置を変更することによって、貯油溝３４にオイルを保持する効果を奏することができる。

・連通孔３１の形状は、図４に示すような小端部１３の上面視において輪郭が楕円である形状とすることもできる。
・貯油溝３４の深さは、第１端縁３５及び第２端縁３６が開口部３８よりも頂部１８側に位置するという関係を満たす範囲であれば、適宜変更が可能である。また、貯油溝３４の底面３７の形状についても、第１端縁３５と第２端縁３６と開口部３８との位置関係を満たす範囲であれば、たとえば段状にするなど、適宜変更が可能である。

１０…コネクティングロッド、１１…ロッド本体、１２…軸部、１３…小端部、１４…ピン孔、１５…内周面、１６…外周面、１７…底部、１８…頂部、１９…大端部、２１…キャップ部、３０，１３０，２３０…給油孔、３１，１３１，２３１…連通孔、３２…開口端部、３３…孔内面、３４，１３４，２３４…貯油溝、３５，１３５，２３５…第１端縁、３６，１３６，２３６…第２端縁、３７，１３７，２３７…底面、３８，１３８，２３８…開口部、１４１，２４１…第１側面、１４２，２４２…第２側面、５１…ブッシュ、５２…油孔、６１…ピストンピン、６２…ピストン、９１…オイルジェット。

Claims

内燃機関のクランクシャフトに連結される大端部と、ピストンピンが挿通されるピン孔が開口している小端部と、前記大端部と前記小端部とを連結する軸部と、を有し、前記小端部の外周面から前記小端部の内周面まで連通する給油孔が当該小端部に設けられているコネクティングロッドであって、
前記給油孔は、前記小端部の外周面から前記小端部の内周面に向かって窪んでおり前記小端部の周方向に延伸されている貯油溝と、前記貯油溝の底面を貫通しており前記小端部の外周面から前記小端部の内周面までを連通する連通孔と、を備え、
前記小端部におけるコネクティングロッドの先端側を頂部側として、前記小端部における前記軸部側を底部側としたとき、前記貯油溝の延伸方向において前記小端部の外周面と接する当該貯油溝の両端縁が、前記貯油溝の底面のうち前記連通孔の内周面と接する開口部よりも前記頂部側に位置し、
前記小端部の外周面側における前記連通孔の開口端部が前記外周面側ほど拡径しているテーパ形状をなしており、
前記小端部の周方向において、前記貯油溝の一方の端縁と他方の端縁との間に前記開口端部が位置する
コネクティングロッド。
前記ピン孔の中心軸に沿った方向において、前記貯油溝の幅が前記連通孔の幅よりも小さい
請求項１に記載のコネクティングロッド。
前記ピン孔の中心軸に沿った方向における前記小端部の厚さが、前記底部側よりも前記頂部側ほど薄い
請求項２に記載のコネクティングロッド。
前記小端部の外周面から前記貯油溝の底面までの前記小端部の径方向における長さを前記貯油溝の深さとしたとき、
前記貯油溝の底面は、前記貯油溝の深さが前記貯油溝の両端縁のそれぞれから前記開口部に向かうほど深くなっている円弧状である
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。