JPS602530B2 - 内燃機関用コンロツド - Google Patents

内燃機関用コンロツド

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JPS602530B2
JPS602530B2 JP54109854A JP10985479A JPS602530B2 JP S602530 B2 JPS602530 B2 JP S602530B2 JP 54109854 A JP54109854 A JP 54109854A JP 10985479 A JP10985479 A JP 10985479A JP S602530 B2 JPS602530 B2 JP S602530B2
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JP
Japan
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inertia
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connecting rod
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恵介 伴
彪雄 新井
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/026Constructions of connecting-rods with constant length made of fibre reinforced resin
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J7/00Piston-rods
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    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用コンロツド、特に軽合金製コンロツ
ド‘こ関する。
一般に内燃機関用コンロツドにおいては、座屈及び曲げ
に対処するため材質上の強度及び形状に関し、種々の要
件が要求されている。
従来一般にコンロッドの座屈に関しては、強度及び形状
について次の関係がある。
こ)で・×,Yは互いに直交する二軸であり、Y軸をコ
ンロツド樟部横断面において、ピストンピン軸線方向と
平行にとり、×軸をY髄に対して直交させた場合である
PyはY髄における座屈荷重(回転方向)、PxはX軸
における座屈荷重(鞠方向)、Aは樺部危険断面積、。
y、xは均質材では抗張力強度、a。は定数、そはコン
ロッド軸間距離、lyはY軸における断面二次モーメン
ト(回転方向)、lxは×軸における断面二次モーメン
トをそれぞれ示す。またPy≧lx>K(K:座屈許容
限界)・・・【1}従ってoy・ly≧ox・1x・・
・…■均質材では。
y=oxであるから、ly≧IX・・…・‘31 の関係が成立する。
即ち、コンロツド‘こおいては、その回転側は自由端支
持に近く、麹側に比べて座屈し易いこと、揺動曲げが作
用すること等により断面形状的には断面二次モーメント
の大きい側を選択するのが常識的になっている。
そこで形状としては梶部横断面がH型のものが推奨され
てきた。この場合Y軸における断面二次モーメントly
を大きくとるためには必然的にY軸よりできるだけ距離
をおいた位置に質量(マス)を設けることが要求され、
樺部の×鞄方向の寸法が大きくなる。特にコンロツドを
軽合金材料とした場合、その強度上の観点からly≧l
xはもとよりly、lx自体も相当大きくとらざるを得
ず、そのため樺部の×鞠方向の寸法は更に大きくなる。
このように軽合金製コンロッドにおいて、上記寸法を大
きくとった場合には、その回転に伴うローカス(軌跡)
を広げる結果となり、シリングスリーブおよびシリング
ブロックとの干渉を生じ、スペース的に大きな問題とな
る。
これは特にロングストローク型の機関においては重大な
欠点となる。そのため従釆の機関において、スチール製
コンロッド用として設計されたスペースに、強度的に十
分に満足し得る軽合金製コンロツドを収めるためには、
各部の大幅な変更を余儀無くされ、事実上不可能なこと
であった。また軽合金製コンロッド用として新たに設計
しても、シリンダブロックのスペースを大きくしなけれ
ばならず、その上シリンダ長さの制約をも受けることと
なり、ピストンのはみ出し量が増加してピストンの挙動
が不安定となることは避けられない。これは特にロング
ストローク型機関においては許容しがたいものとなる。
このような現状に対し、近年内燃機関においては、その
軽量化、低燃費化および機能の向上を図るため、機関往
復重量の軽減を達成することが要望されており、コンロ
ツドの軽量化を図ることもその一環として早急に解決さ
れなければならない問題であといえる。
本発明は上記の点に鑑みて提案されたもので、従来の軽
合金製コンロッドの欠点を解消し、スチール製コンロツ
ドと略同一のスペース内に収まり且つ、コンロツドとし
ての強度的要件をも満足した軽合金製コンロッドを提供
することを目的とする。
以下、図面により本発明の一実施例について説明すると
、1は内燃機関用コンロツドで、ピストンピン挿通用の
貫通孔2aを有するづ・端部2,福部3およびクランク
軸連結用の半円状環部4aを有する大端部4とを備えて
いる。
その樺部3の長手方向両側に形成した剛性補強用リブ部
3aにはコンロッド鋳造時に2本の無機質繊維東5が平
行にマトリックス金属Mに充填、複合され、繊維強化部
Fが形成されている。無機質繊維としては、一方向高弾
性、高強度なものが使用され、例えばステンレス繊維等
の金属繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素繊細等のセラミ
ツ繊維のトラ、ャーンまたはウィスカ−状集合繊維等が
該当する。
これら種々の予備成形法により予め東めて1つの繊維東
として取扱うことが好ましい。またマトリックス金属と
しては軽量化および省力化を進めるため、アルミニウム
、マグネシウム等の軽合金が用いられる。
以下上記構成のコンロツドにおける強度について考察す
る。
第2図の樺部横断面において、図示しないピストンピン
軸線方向と平行な軸をY軸とし、これと直交する軸を×
軸とする。
矢印Rはコンロッド回転方向を示す。上記コンロッド1
においては、その繊維強化部Fとマトリックス金属Mと
では、それぞれ機械的特性が異なるので、繊維強化部F
のY軸および×軸における断面二次モーメントを1(c
)y、1(c)x、マトリックス金属Mのそれらを1(
m)y、1(m)x、また繊維強化部Fの強度を。
c、マトリックス金属Mのそれを。mとすれば、前記■
式から全断面におけるY軸の断面二次モーメントlyは
、ly=・(C)y+・(m)y、全断面における×軸
の断面二次モーメントlxは、IX=1(C)X十1(
m)X、と分けて考えることができる。
ここで梓部全断面を略長方形と規定し得るので、その高
さ、幅の関係からly<lxの関係が成立する。またひ
y・ly= 。
c・1(c)y+。m・1くm)y。X・IX=
。C・1(C)×十ひm・1(m)Xとなる。ここで繊
維強化部Fの強度。
cはマトリックス,金属部Mの強度omに比べて。c》
。mであり、また繊維強化部断面を略長方形(または正
方形)と規定し得るので、その高さ、幅の関係から・(
C)y≧・くC)x の関係が成立する。
故に。
y・ly≧。x・lxとなり、Py≧PX の関係が、本発明コンロッド‘こおいて成立する。
このPy≧Pxの関係は前記‘1’式と同様であり、す
なわち、本発明コンロッドでは、繊維強化部の断面二次
モーメントを1(c)y≧1(c)xと設定したのーで
、前記従来の軽合金製コンロッドでは強度上、問題のあ
ったly<lxの断面形状であるにも拘ら・ず、スチー
ル製コンロツドのly≧lxに設定された場合に十分匹
敵する座屈荷重Px、Pyを得ることができるものであ
る。以下、本発明コンロッドの製造例について説明する
。〈製造例) 繊維径25レ、繊維強度180kg/燭2 のステンレ
ス繊維91,000本を使用して直径7側、全長24山
脇の繊維東を2本形成し、これらを内燃機関用コンロッ
ド製造用金型(図示せず)内に、コンロッドの梓部両側
の中央リブ部に相当する位置に配置し、マトリックス金
属としてアルミニウム合金(JISACAD材)を用い
て高圧凝固鋳造法により、第2図に示すような中央リブ
部を繊維強化したコンロツドを得た。
上記コンロッドは、その福部危険断面A=松8側2、全
断面におけるX軸の断面二次モーメントlx=786仇
職4 、全断面におけるY軸の断面二次モーメントly
i240仇岬4 、軸間距離そ=127.4側であり、
その全断面複合別は2“本鰭%(但し室温時…槌.2k
9/肌2 、20ぴ0時…55.4kg/側2 )であ
り、またマトリックス仕様は室温時・・・36k9/肌
2、200つ0時・・・25k9/側2 であった。
下表は上記コンロッドと従来の均質材軽合金製コンロッ
ドとの座屈荷重Px、Pyの比較を示すものである。上
記表から明らかなように、Y軸方向(回転方向)におけ
る座屈荷重Pyは、危険断面における全断面復合則強度
以上の値を示すもので、繊維強化部の断面二次モーメン
トが強度的に大きな影響を与えていることがわかる。
以上のように本発明によれば、無機質繊維東を軽合金か
らなるマトリックス金属に充填、複合させた繊維強化部
を福部長手方向に配設し、その福部横断面においてピス
トンピン熱線方向と平行なY軸とそのY軸と直交するX
軸をとったとき、全断面におけるY鞄の断面二次モーメ
ントlyを全断面におけるX軸の断面二次モーメントl
xに対してly<lxとし、且つ上記繊維強化部におけ
るY軸の断面二次モーメント1(c)yを上記繊総強化
部におけるX軸の断面二次モーメント1(c)xに対し
て1(c)y≧1(c)xの関係に設定したので、コン
ロッドとしての強度要件を何等損なうことなく、樺部横
断面における断面二次モーメントを、前記従来の軽合金
製コンロッドでは強度上難点のあったly<lxの関係
に規定することができ、これにより樺部の横断面形状を
×軸方向にコンパクト化して従来のスチール製コンロッ
ドと同等のローカスを可能とし、その結果、前記従来の
軽合金製コンロッドで問題となっていた、樟部とシリン
ダスリープ、ブロック等との干渉、およびその干渉に伴
なうスペース上の不具合をすべて解消することができ、
ロングストローク型機関にも軽合金製コンロッドを支障
なく適用し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の−実施例の正断面図、第2図は第1図
0−ロ線断面図である。 1・・・コンロッド、3・・・梓部、5・・・無機質繊
維東、F・・・繊維強化部、M…マトリックス金属部。 弟1図第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 桿部長手方向に無機質繊維束を軽合金からなるマト
    リツクス金属に充填、複合させた繊維強化部を有し、桿
    部横断面においてピストンピン軸線方向と平行なY軸と
    そのY軸と直交するX軸をとったとき、全断面における
    Y軸の断面二次モーメントIyを全断面におけるX軸の
    断面二次モーメントIxに対してIy<Ixとし、且つ
    上記繊維強化部におけるY軸の断面二次モーメントI(
    c)yを上記繊維強化部におけるX軸の断面二次モーメ
    ントI(c)xに対してI(c)y≧I(c)xの関係
    に設定した内燃機関用コンロツド。
JP54109854A 1979-08-29 1979-08-29 内燃機関用コンロツド Expired JPS602530B2 (ja)

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