JPH06272709A - 内燃機関のコンロッド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で潤滑、冷却性能の良いコンロッド構造
を提供する。 【構成】 コンロッド１をクランクシャフトとクランク
ピン部５を介して連結し、かつこの連結軸受面に潤滑油
を導き、コンロッド本体部２を鉄系材料、この本体部２
とボルト４を介して締結されるキャップ部３をクランク
シャフトよりも熱膨張率の大きいアルミ系材料でそれぞ
れ形成し、これら本体部２とキャップ部３とを締結する
ためコンロッド軸方向に装着されるボルト４をキャップ
部３よりも熱膨張率の小さい材料で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はクランクシャフトとの
連結部分の潤滑性を高めた内燃機関のコンロッド構造に
関する。

【０００２】

【従来技術】内燃機関のクランクシャフトにはとくに高
速回転時に大きな慣性荷重が作用し、ピストンにつなが
るコンロッドとクランクピン部との連結面は、高速・大
荷重のもとで摺動するため、オイルのせん断発熱、各部
からの熱伝達等により高温化し、潤滑的に非常に厳しい
条件となる。

【０００３】コンロッドとクランクピン部との連結部の
軸受隙間を拡げれば、この隙間を介しての潤滑用のオイ
ルの漏れ量が増え、冷却性が良くなるが、隙間によって
メタル打音が発生するため、鉄系のコンロッドとクラン
クシャフトとの組み合わせでは、この軸受隙間は実用上
から４０〜５０μｍに程度に抑える必要があった。この
ため、高速・高温時のクランクピン部の所定の冷却（油
量の確保）性能を維持するのに、オイルポンプの吐出圧
力を４〜５Ｋｇ／ｃｍ²程度のレベルに設定している。
図４にオイルポンプの吐出圧力が異なる場合のエンジン
回転数とクランクピン部の表面温度との関係を示すが、
吐出圧力を高めることにより油量が増えて温度上昇を抑
制できることが分かる。

【０００４】ところで、内燃機関の軽量化のためにアル
ミ系合金のコンロッドを用いる場合、クランクシャフト
に比較してコンロッドの熱膨張率が大きいことから、高
温時にクランクピン部の軸受隙間が大きくなり、冷却性
が良好になる傾向があることが分かった。

【０００５】図５に示すように、Ｘ−Ｘ方向、Ｙ−Ｙ方
向を決めたときに、コンロッド１をアルミ系合金、クラ
ンクシャフト１を鉄で形成した場合、温度とこれに応じ
て変化する軸受隙間の関係を図６に示す。

【０００６】コンロッド１の本体部２とキャップ部３と
はロッド長手方向に装着されたボルト４により締結さ
れ、クランクピン部５と連結しているが、ボルト４とク
ランクピン部５は鉄系材料であって、アルミ系合金のコ
ンロッド１よりも熱膨張率が小さい。このため、ボルト
４で結合されるＹ−Ｙ方向には熱膨張が小さいが、拘束
されないＸ−Ｘ方向には大きく熱膨張する。

【０００７】このため高温時には、ガス圧力、慣性荷重
が主として作用するＹ−Ｙ方向の軸受隙間は小さくて
も、Ｘ−Ｘ方向には熱膨張による軸受隙間が大きくな
り、高速運転時の潤滑条件が厳しいときにも、軸受隙間
から漏れるオイルの量を大きくすることができる。

【０００８】したがって、図７にも示すが、すべてを鉄
系材料としたコンロッドでは膨張率が均一のために、コ
ンロッドの温度が変化しても軸受隙間の変化はないが、
アルミ系合金のコンロッド１では慣性荷重を受ける方向
の隙間は小さく保ちながらオイルの漏れ量を増加させら
れるので、メタル打音を増大させることなく、鉄系のコ
ンロッドに比較してクランクピン部の温度を相対的に下
げられるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようにアルミ系合
金のコンロッドの特徴として、単なる軽量化だけではな
く、潤滑性にも勝ることが分かったのであるが、一般に
アルミ系合金は鉄系材料に比べて非常に高価であり、も
しも軽量化をねらうことなく、潤滑性だけを確保するな
らば、コスト的には問題があった。

【００１０】本発明は安価で潤滑、冷却性能の良い内燃
機関のコンロッド構造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ピス
トンとクランクシャフトのクランクピン部とをコンロッ
ド介して連結し、かつクランクピン部と接触するコンロ
ッドの軸受面に潤滑油を導くようにした内燃機関におい
て、前記コンロッドをその大端部においてコンロッドの
長手方向と交差する面で分割し、これら分割されたコン
ロッドのうちピストン側と連結されるコンロッド本体部
を鉄系材料、この本体部とボルトを介して締結されるキ
ャップ部を、間に挟み込むクランクピン部よりも熱膨張
率の大きいアルミ系材料でそれぞれ形成し、コンロッド
長手方向に装着される前記ボルトをキャップ部よりも熱
膨張率の小さい材料で形成した。

【００１２】また請求項２の発明は上記において、コン
ロッド本体部の軸受面のほぼ中央に割溝を形成し、この
割溝にスペーサを装着する。

【００１３】

【作用】請求項１の発明において、温度上昇にしたがっ
てアルミ材料のキャップ部は、鉄系材料の本体部やクラ
ンクピン部、ボルトに比較して大きく熱膨張しようとす
る。このときコンロッド長手方向にはボルトにより拘束
され、この方向にはクランクピン部との隙間は小さく抑
えられるが、ボルトと直交する方向については、キャッ
プ部の長さが比較的長く、また本体部もこの方向にはた
わみやすく、このためキャップ部の膨張によりクランク
ピン部との軸受隙間が拡大する。

【００１４】このため、コンロッドとクランクピン部と
の連結面に供給されるオイルは、この軸受隙間を介して
漏れ易くなり、オイルポンプの吐出圧力を高めなくて
も、高温時の冷却性が向上する。

【００１５】また、請求項２の発明においては、割溝を
設けることによりボルトと直交する方向の本体部の変形
が容易となり、コンロッドの基本的性能を損なうことな
く、高温時の軸受隙間を大きく拡げることができ、より
一層効果的に冷却機能を高める。

【００１６】

【実施例】図１、図２に本発明の実施例を示す。

【００１７】図示するように、コンロッド１はクランク
シャフトのクランクピン部５と連結する大端部７におい
て、ロッド軸方向（長手方向）に垂直で、クランクピン
部５の中心を通る面において、本体部２とキャップ部３
に分割される。なお、この分割面はロッド軸方向に垂直
な面に限定されるものではなく、多少傾斜させてもよ
く、したがって長手方向と交差する面で分割されるもの
をすべて含む。

【００１８】そして、キャップ部３は他の鉄系材料で形
成された本体部２、クランクピン部５、ボルト４等と異
なり、これらに比べて熱膨張率の大きいアルミ系合金な
どアルミ系材料でもって形成される。キャップ部３はそ
の両側において、ロッド軸方向に装着したボルト４によ
って本体部２と締結される。

【００１９】本体部２の大端部肩部にはクランクピン部
５と接触する軸受面からピストンへ潤滑用のオイルを導
くオイルジェット穴１０が設けられ、このオイルジェッ
ト穴１０からピストンへとオイルが噴射供給される。

【００２０】また、必要に応じて本体部２の軸受面の中
央部に、熱膨張しやすくするため、軸受面に向けてほぼ
Ｖ形に開く割溝１２を形成し、この割溝１２には金属等
でできた同形のスペーサ１３が埋られる。なお、スペー
サ１３はロッド軸方向に装着したネジ１４等により固定
される。

【００２１】なお、８は図示しないピストンのピストン
ピン９と連結する小端部を示す。

【００２２】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００２３】温度の上昇にしたがってキャップ部３は本
体部２やクランクピン部５、ボルト４に比較して大きく
熱膨張する。ただし、ロッド軸方向にはボルト４により
拘束されているので、このボルト４と直交する方向によ
り多く伸び、このキャップ部３の膨張によりクランクピ
ン部５との軸受隙間が拡大する。

【００２４】このため、コンロッド１とクランクピン部
５との軸受面にクランクピン部５を経由して供給される
オイルは、拡大した軸受隙間を介して漏れ、熱交換を促
進して、潤滑条件の厳しい高温時にも良好な冷却性能を
発揮する。

【００２５】また、このときロッド軸方向には軸受隙間
が小さいので、温度上昇時においても、クランクピン部
５とコンロッド１との間で生じる、コンロッド１が受け
る慣性荷重にもとづくメタル打音は小さく抑えられる。

【００２６】また、鉄系材料でできた本体部２に割溝１
２を形成すると、キャップ部３の熱膨張時に、ボルト４
と直交する方向への拡張が容易になるため、本体部２を
アルミ系合金で形成したときに匹敵する軸受隙間が確保
でき、さらに冷却性能を高められる。

【００２７】なお、この割溝１２はスペーサ１３により
圧縮方向には耐えるので、コンロッド１に引っ張り荷重
が作用する際の大端部７のクローズイン（メタルが上下
方向に伸び、合わせ部が内側に入り込んでくること）量
を増大させることがない。

【００２８】図３にエンジン回転数とクランクピン部５
の温度との関係を示すが、コンロッド１を鉄系材料で作
った場合に比較し、すべてをアルミ系合金とした場合に
最も冷却効果が高いが、本発明のように、キャップ部３
のみをアルミ系合金としてもクランクピン部５の温度は
相対的に下がり、また本体部２に割溝１２を形成すると
さらに冷却効果が良くなることが分かる。

【００２９】ところで、コンロッド１のすべてをアルミ
系合金で作る場合に比べてキャップ部３のみをアルミ系
合金にすると、次のような利点を生じる。

【００３０】キャップ部３の締結部の熱膨張が半分とな
るので熱応力が小さく、クリープの問題が少なく、また
本体部２は鉄製のためボルト４の座面のへたりがほとん
ど無い。キャップ部３のみであるから強度的に十分な肉
厚に設計しても、重量、とくに往復運動部分の重量増加
には無関係で、高速回転化に与える影響は少ない。コン
ロッド１は小端部８において熱的に最も厳しい条件とな
るが、これよりも条件の緩和されたキャップ部３では、
全体をアルミ系合金とするのに比べて、安価な材料を用
いることが可能となる。アルミ系合金は高温強度を確保
するために各種の金属材料をまぜているため、熱膨張率
はアルミだけのときに比較して小さくなるが、このよう
に強度上の制約が減るのならば、本来の熱膨張率の高い
材料の使用が可能となり、キャップ部３のみでも冷却に
必要な軸受隙間の拡大効果を十分に高められる。

【００３１】上記実施例においては、ボルト４、クラン
クピン部５をキャップ部３よりも熱膨張率の小さい鉄系
材料で形成したが、キャップ部３よりも熱膨張率が小さ
ければ、これに限るわけではない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
コンロッド本体部を鉄系材料、この本体部とボルトを介
して締結されるキャップ部を、クランクピン部よりも熱
膨張率の大きいアルミ系材料でそれぞれ形成し、かつ、
コンロッド長手方向に装着された前記ボルトをキャップ
部よりも熱膨張率の小さい材料で形成したので、温度上
昇時にキャップ部の熱膨張で特にコンロッド長手方向と
交差する方向の軸受隙間を拡大し、潤滑条件の最も厳し
い高温時に軸受隙間を漏れるオイル量を増大させ、この
ためオイルポンプの吐出圧力を高めることなく、効果的
にクランクピン部の潤滑、冷却を図ることができ、ま
た、コンロッド長手方向の軸受隙間は温度上昇時にも小
さく維持されるので、メタル打音は小さく抑えられる。
しかも、キャップ部のみをアルミ系材料で形成するの
で、コンロッド全体をアルミ系材料とするのに比較し
て、安価で、高強度の性能を発揮できる。

【００３３】また請求項２の発明では、割溝を設けるこ
とにより、コンロッドの基本的性能を損なうことなく、
高温時の軸受隙間の拡大を低コストに実現し、より一層
効果的に冷却機能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】同じくその一部を示す斜視図である。

【図３】本発明によるエンジン回転数とクランクピン部
の温度の関係を示す特性図である。

【図４】従来の鉄系材料のコンロッドでのエンジン回転
数とクランクピン部の温度の関係を、オイルの供給油圧
が異なる場合について示す特性図である。

【図５】従来のアルミ系材料のコンロッドを示す説明図
である。

【図６】同じくアルミ系材料のコンロッドの温度と軸受
隙間の関係を示す特性図である。

【図７】アルミ系材料と鉄系材料のコンロッドのエンジ
ン回転数とクランクピン部の温度の関係を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１ コンロッド ２ 本体部 ３ キャップ部 ４ ボルト ５ クランクピン部 ７ 大端部 １２ 割溝 １３ スペーサ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月３１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】図５に示すようにＸ−Ｘ方向、Ｙ−Ｙ方向
を決めたときに、コンロッド１をアルミ系合金、クラン
クシャフトを鉄で形成した場合と、コンロッド１をクラ
ンクャフトと共に鉄で形成した場合について、それぞれ
温度に応じた軸受隙間の変化状況を、図６に示す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】コンロッド１の本体部２とキャップ部３と
はロッド長手方向に装着されたボルト４により締結さ
れ、クランクピン部５と連結しているが、ボルト４とク
ランクピン部５は鉄系材料であって、アルミ系合金より
も熱膨張率が小さい。ここで、コンロッド１の本体部２
とキャップ部３とをクランクピン部５と同じ鉄系材料で
構成すれば、熱膨張率が同じため、コンロッド１の温度
が変化しても軸受隙間（Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙ方向共）の大
きさに変化はないが（図６の一点鎖線参照）、本体部２
とキャップ部３をアルミ系合金で構成した場合には、温
度上昇に伴い膨張率の差に起因して軸受隙間が大きくな
る。このとき、Ｙ−Ｙ方向には熱膨張率の小さい鉄系材
料のボルト４により変位が拘束されるので熱膨張は相対
的に小さい（同じく点線参照）が、拘束されないＸ−Ｘ
方向には大きく熱膨張する（同じく実線参照）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】このため図６に示すように、ガス圧力、慣
性荷重が主として作用するＹ−Ｙ方向の軸受隙間は小さ
くても、高温時においてＸ−Ｘ方向には熱膨張による軸
受隙間が大きくなり、高速運転時の潤滑条件が厳しいと
きにも、この軸受隙間から漏れ出るオイルの量を大きく
することができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンとクランクシャフトのクランク
   ピン部とをコンロッド介して連結し、かつクランクピン
   部と接触するコンロッドの軸受面に潤滑油を導くように
   した内燃機関において、前記コンロッドをその大端部に
   おいてコンロッドの長手方向と交差する面で分割し、こ
   れら分割されたコンロッドのうちピストン側と連結され
   るコンロッド本体部を鉄系材料、この本体部とボルトを
   介して締結されるキャップ部を、間に挟み込むクランク
   ピン部よりも熱膨張率の大きいアルミ系材料でそれぞれ
   形成し、コンロッド長手方向に装着される前記ボルトを
   キャップ部よりも熱膨張率の小さい材料で形成したこと
   を特徴とする内燃機関のコンロッド構造。
2. 【請求項２】 前記コンロッド本体部の軸受面のほぼ中
   央に割溝を形成し、この割溝にスペーサを装着した請求
   項１に記載の内燃機関のコンロッド構造。