JP2015094464A - Connecting rod - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a connecting rod which can suppress the warpage of a piston pin while suppressing seizure when preignition is generated.SOLUTION: A connecting rod has a small end part 11 formed with a small end hole 12 which a piston pin penetrates, and a large end part 10 connected to a crank shaft. An inclined face 14 which is expanded in diameter toward the outside of the small end hole 12 to both ends of a center axis of the small end hole 12 in an axial direction is formed at an internal peripheral face 13 which forms the small end hole 12 at the small end part 11 over the whole periphery of the internal peripheral face 13 in a circumferential direction. In a state that the connecting rod is assembled to an internal combustion engine, a length of the inclined face 14 in an inclination direction in a region which becomes the lowest in a reciprocation direction of the piston at the internal peripheral face 13 when a crank angle is changed within a range of ±20°CA with the crank angle which is advanced by 5°CA from TDC as a center is set longer than a length of the inclined face 14 in the inclination direction at the other region of the internal peripheral face 13.

Description

本発明は、内燃機関のコネクティングロッドに関する。   The present invention relates to a connecting rod for an internal combustion engine.

内燃機関のコネクティングロッドは、クランクシャフトとピストンとを連結し、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。コネクティングロッドには、クランクシャフトに連結される大端部と、ピストンに連結される小端部とが設けられている。小端部には、ピストンピンが挿通される小端孔が形成され、このピストンピンによってコネクティングロッドとピストンとが連結される。   The connecting rod of the internal combustion engine connects the crankshaft and the piston, and converts the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the crankshaft. The connecting rod is provided with a large end connected to the crankshaft and a small end connected to the piston. A small end hole through which the piston pin is inserted is formed in the small end portion, and the connecting rod and the piston are connected by the piston pin.

ところで、燃焼時には、ピストンを通じてピストンピンの両端部を押し下げる荷重が作用するため、ピストンピンは弓状に湾曲する。そして、このように弓状に湾曲することにより、ピストンピンは、小端孔を形成する内周面において、同小端孔の中心軸の軸方向における両端の周縁に接触するようになる。その結果、ピストンピンと小端部の内周面との接触面積が小さくなり、その接触面圧が上昇する。   By the way, since the load which pushes down the both ends of a piston pin through a piston acts at the time of combustion, a piston pin curves in a bow shape. And by curving in this arcuate shape, the piston pin comes into contact with the peripheral edges at both ends in the axial direction of the central axis of the small end hole on the inner peripheral surface forming the small end hole. As a result, the contact area between the piston pin and the inner peripheral surface of the small end portion is reduced, and the contact surface pressure is increased.

こうした不都合に対して、特許文献１に記載のコネクティングロッドでは、小端部の内周面の上記軸方向の両端に周方向の全周にわたって延びる傾斜面を設けている。このため、燃焼圧が作用してピストンピンが湾曲しても、その両端部が小端部の傾斜面に接触する。これにより、ピストンピンの両端部と小端部の内周面との接触面積が確保され、その接触面圧の上昇が抑えられる。   For such inconvenience, the connecting rod described in Patent Document 1 is provided with inclined surfaces extending over the entire circumference in the axial direction at both ends in the axial direction of the inner circumferential surface of the small end portion. For this reason, even if the combustion pressure acts and the piston pin is curved, both ends thereof are in contact with the inclined surface of the small end. Thereby, the contact area of the both ends of a piston pin and the internal peripheral surface of a small end part is ensured, and the raise of the contact surface pressure is suppressed.

特開平７‐１５８６３０号公報JP-A-7-158630

ところで、内燃機関においてプレイグニッションが発生した場合には、通常の燃焼に比べて燃焼圧が高くなる。こうした燃焼が発生すると、上述した傾斜面を設けた構成であっても、同傾斜面の接触面圧が増大し、焼き付きが発生するおそれがある。   By the way, when pre-ignition occurs in an internal combustion engine, the combustion pressure becomes higher than in normal combustion. When such combustion occurs, even if the inclined surface described above is provided, the contact surface pressure of the inclined surface may increase and seizure may occur.

ここで、傾斜面の面積を小端部の内周面の全周にわたって大きくすれば、プレイグニッションが生じたときのピストンピンと傾斜面の接触面圧の増大を抑制することはできる。しかしながら、こうした場合には、通常運転時においてピストンピンの両端部における変形量が大きくなってしまうため、ピストンピンに歪みが生じるおそれがある。   Here, if the area of the inclined surface is increased over the entire circumference of the inner peripheral surface of the small end, an increase in the contact surface pressure between the piston pin and the inclined surface when pre-ignition occurs can be suppressed. However, in such a case, the amount of deformation at both ends of the piston pin increases during normal operation, which may cause distortion of the piston pin.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンピンの歪みを抑えつつ、プレイグニッションが発生したときの焼き付きを抑えることができるコネクティングロッドを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a connecting rod that can suppress seizure when pre-ignition occurs while suppressing distortion of a piston pin.

上記課題を解決するコネクティングロッドは、ピストンピンが挿通される小端孔が形成された小端部と、クランクシャフトに連結される大端部とを有し、小端部において小端孔を形成する内周面には、小端孔の中心軸の軸方向における両端に小端孔の外側に向かって拡径する傾斜面が同内周面の周方向の全周にわたって形成されている。そして、コネクティングロッドが内燃機関に組み付けられた状態において、圧縮上死点から５°ＣＡ進んだクランク角を中心に同クランク角が±２０°ＣＡの範囲で変化するときに前記内周面においてピストンの往復動方向で最下部となる領域における前記傾斜面の傾斜方向の長さが、前記内周面の他の部位における傾斜面の傾斜方向の長さよりも長い。   A connecting rod that solves the above problems has a small end portion in which a small end hole into which a piston pin is inserted is formed and a large end portion that is connected to a crankshaft, and forms a small end hole in the small end portion. On the inner peripheral surface, inclined surfaces that expand toward the outside of the small end hole are formed at both ends in the axial direction of the central axis of the small end hole over the entire circumference in the circumferential direction of the inner peripheral surface. In the state where the connecting rod is assembled to the internal combustion engine, when the crank angle changes in the range of ± 20 ° CA around the crank angle advanced by 5 ° CA from the compression top dead center, The length in the inclined direction of the inclined surface in the lowermost region in the reciprocating direction is longer than the length in the inclined direction of the inclined surface in the other part of the inner peripheral surface.

本発明者等は、圧縮上死点から５°ＣＡ進んだクランク角を中心に同クランク角が±２０°ＣＡの範囲で変化するときにプレイグニッションが発生し易いことを実験により確認した。そのため、上記構成では、コネクティングロッドが内燃機関に組み付けられた状態において、圧縮上死点から５°ＣＡ進んだクランク角を中心に同クランク角が±２０°ＣＡの範囲で変化するときに、小端部の内周面においてピストンの往復動方向で最下部となる領域における傾斜面の傾斜方向の長さを、内周面の他の部位における傾斜面の傾斜要項の長さよりも長くしている。このため、プレイグニッションによってピストンピンが変形したときに同ピストンピンと傾斜面との接触面積が大きくなり、その接触面圧を小さくすることができる。さらに、傾斜面の傾斜方向の長さを、内周面の周方向において部分的に長くしたため、通常燃焼時におけるピストンピンの変形量が過度に大きくなることを抑制することができる。したがって、上記構成によれば、ピストンピンの歪みを抑えつつ、プレイグニッションが発生したときの焼き付きを抑えることができるようになる。   The present inventors have confirmed through experiments that preignition is likely to occur when the crank angle changes within a range of ± 20 ° CA around a crank angle advanced by 5 ° CA from the compression top dead center. Therefore, in the above configuration, when the connecting rod is assembled to the internal combustion engine, when the crank angle changes within a range of ± 20 ° CA around the crank angle advanced by 5 ° CA from the compression top dead center, The length of the inclined surface of the inclined surface in the lowermost region in the reciprocating direction of the piston on the inner peripheral surface of the end is made longer than the length of the inclined essential point of the inclined surface in other parts of the inner peripheral surface. . For this reason, when a piston pin deform | transforms by pre-ignition, the contact area of the piston pin and an inclined surface becomes large, and the contact surface pressure can be made small. Furthermore, since the length of the inclined surface in the inclined direction is partially increased in the circumferential direction of the inner peripheral surface, it is possible to suppress an excessively large deformation amount of the piston pin during normal combustion. Therefore, according to the above configuration, it is possible to suppress seizing when preignition occurs while suppressing distortion of the piston pin.

ここで、内周面の上記領域では、内周面の両端に形成された各傾斜面によって挟まれる頂面の軸方向の長さを内周面の他の部位における頂面の軸方向の長さに比して短くすることにより、その傾斜面の傾斜方向の長さを長くしてもよいし、傾斜面の傾斜角度を内周面の他の部位における傾斜面の傾斜角度に比して大きくすることにより、その傾斜面の傾斜方向の長さを長くしてもよい。   Here, in the said area | region of an internal peripheral surface, the length of the axial direction of the top surface pinched | interposed by each inclined surface formed in the both ends of an internal peripheral surface is the length of the axial direction of the top surface in another site | part of an internal peripheral surface. The length of the inclined surface of the inclined surface may be increased by shortening the length of the inclined surface, or the inclined angle of the inclined surface may be compared with the inclined angle of the inclined surface at other parts of the inner peripheral surface. You may lengthen the length of the inclined surface of the inclined surface by enlarging.

コネクティングロッドの正面図。The front view of a connecting rod. 図１の２−２線に沿った断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 燃焼圧の変動態様の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the fluctuation | variation aspect of a combustion pressure. 小端部を拡大した正面図。The front view which expanded the small end part. ピストンピンの変形態様を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the deformation | transformation aspect of a piston pin typically. コネクティングロッドの他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of a connecting rod.

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５を参照して説明する。
図１に示すように、コネクティングロッドには、クランクシャフトに連結される大端部１０と、ピストンに連結される小端部１１とが設けられている。小端部１１には、ピストンピンが挿通される小端孔１２が形成されている。小端部１１において小端孔１２を形成する内周面１３には、小端孔１２の中心軸の軸方向（図１の奥行き方向）の両端に小端孔１２の外側に向かって拡径する傾斜面１４が内周面１３の周方向の全周にわたって形成されている。一方、大端部１０にはその内周面にベアリング１６が設けられている。このベアリング１６によって、コネクティングロッドとクランクシャフトとが摺動可能に連結される。 Hereinafter, an embodiment of a connecting rod will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the connecting rod is provided with a large end portion 10 connected to the crankshaft and a small end portion 11 connected to the piston. A small end hole 12 through which the piston pin is inserted is formed in the small end portion 11. On the inner peripheral surface 13 forming the small end hole 12 in the small end portion 11, the diameter increases toward the outside of the small end hole 12 at both ends in the axial direction (depth direction in FIG. 1) of the central axis of the small end hole 12. An inclined surface 14 is formed over the entire circumference of the inner circumferential surface 13. On the other hand, the large end portion 10 is provided with a bearing 16 on its inner peripheral surface. By this bearing 16, the connecting rod and the crankshaft are slidably connected.

図２に示すように、小端部１１の内周面１３には、上記軸方向（図２の左右方向）の両端に設けられた傾斜面１４と、これら傾斜面１４によって挟まれた頂面１５とが設けられている。傾斜面１４の傾斜角度θは、周方向において同一である。また、傾斜面１４は、通常燃焼時にピストンピンの両端部が湾曲して同傾斜面１４に接触しても、ピストンピンとコネクティングロッドとに焼き付きが生じないように、その周方向における単位長さ当たりの面積が予め実験等により設定されている。   As shown in FIG. 2, the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11 has inclined surfaces 14 provided at both ends in the axial direction (left and right direction in FIG. 2), and a top surface sandwiched between these inclined surfaces 14. 15 are provided. The inclination angle θ of the inclined surface 14 is the same in the circumferential direction. In addition, the inclined surface 14 is per unit length in the circumferential direction so that the piston pin and the connecting rod do not seize even if both ends of the piston pin are curved during normal combustion and come into contact with the inclined surface 14. These areas are set in advance by experiments or the like.

また、図３に一点鎖線で示すように、プレイグニッションが生じると、通常燃焼の場合（図３の実線）に比べて早期に燃焼圧が最大となる。また、プレイグニッションの発生時における最大燃焼圧は通常燃焼時における最大燃焼圧よりも高い。ここで、本発明者等は、プレイグニッションが発生し易いクランク角範囲は、圧縮上死点（以下、ＴＤＣという。）から５°ＣＡ進んだクランク角を中心に同クランク角で±２０°ＣＡの範囲であることを実験により確認した。この点に鑑み、本実施形態のコネクティングロッドでは以下の構成を採用するようにしている。   Further, as shown by a one-dot chain line in FIG. 3, when pre-ignition occurs, the combustion pressure becomes maximum earlier than in the case of normal combustion (solid line in FIG. 3). Further, the maximum combustion pressure at the time of occurrence of pre-ignition is higher than the maximum combustion pressure at the time of normal combustion. Here, the present inventors have found that the crank angle range in which pre-ignition is likely to occur is ± 20 ° CA at the same crank angle around a crank angle advanced by 5 ° CA from the compression top dead center (hereinafter referred to as TDC). It was confirmed by experiment that it was in the range of. In view of this point, the connecting rod of this embodiment adopts the following configuration.

図４は、コネクティングロッドが内燃機関に組み付けられた状態において、ピストンがＴＤＣにあるときの状態を示している。なお、図４に示す位置Ｐｃは、クランク角がＴＤＣから５°進んだときに内周面においてピストンの往復動方向で最下部となる位置である。また、位置Ｐｒは、クランク角がＴＤＣから５°進んだときを基準としてそれよりもクランク角が２０°ＣＡ戻ったときに同じく最下部となる位置である。一方、位置Ｐｆは、クランク角がＴＤＣから５°進んだときを基準としてそれよりもクランク角が２０°ＣＡ進んだときに同じく最下部となる位置である。そして、小端部１１の内周面１３において位置Ｐｒから位置Ｐｆまでの領域Ｒがプレイグニッションが発生したときにその荷重が作用するおそれのある領域に対応する。   FIG. 4 shows a state where the piston is at the TDC in a state where the connecting rod is assembled to the internal combustion engine. Note that the position Pc shown in FIG. 4 is a position that is the lowest in the reciprocating direction of the piston on the inner circumferential surface when the crank angle advances 5 ° from the TDC. Further, the position Pr is the same position at the bottom when the crank angle returns by 20 ° CA with respect to when the crank angle advances by 5 ° from the TDC. On the other hand, the position Pf is the same position at the bottom when the crank angle advances by 20 ° CA with respect to when the crank angle advances by 5 ° from the TDC. A region R from the position Pr to the position Pf on the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11 corresponds to a region where the load may be applied when preignition occurs.

そこで、図２及び図４に示すように、本実施形態では、小端部１１の内周面１３において上記領域Ｒに位置する部位では、その頂面１５の軸方向における長さＬ１を内周面１３の他の部位における頂面１５の軸方向における長さＬ２よりも短くしている。そしてこれにより、領域Ｒにおける傾斜面１４１の傾斜方向における長さＬ３を、内周面１３の他の部位における傾斜面１４の傾斜方向における長さＬ４よりも長くしている。   Therefore, as shown in FIGS. 2 and 4, in this embodiment, the length L <b> 1 in the axial direction of the top surface 15 is set at the inner peripheral surface 13 of the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11. It is shorter than the length L2 in the axial direction of the top surface 15 at other parts of the surface 13. As a result, the length L3 in the tilt direction of the inclined surface 141 in the region R is made longer than the length L4 in the tilt direction of the inclined surface 14 in other parts of the inner peripheral surface 13.

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、このコネクティングロッドでは、プレイグニッションが生じることによりピストンピンの端部が下方に湾曲した際に、同ピストンピンと傾斜面１４１との接触面積が大きくなるため、ピストンピンとコネクティングロッドとの接触面圧の増大が抑制される。さらに、小端部１１の内周面１３の両端に形成される傾斜面１４の傾斜方向の長さを、内周面１３の周方向においてプレイグニッションが発生したときにその荷重が作用するおそれのある領域Ｒのみ長くしたため、通常燃焼時におけるピストンピンの変形量が大きくなることが抑制される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, in this connecting rod, when the end portion of the piston pin is bent downward due to pre-ignition, the contact area between the piston pin and the inclined surface 141 is increased. Therefore, the piston pin and the connecting rod The increase in contact surface pressure with is suppressed. Further, the length of the inclined surface 14 formed in the both ends of the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11 in the inclination direction may be affected when pre-ignition occurs in the circumferential direction of the inner peripheral surface 13. Since only a certain region R is lengthened, an increase in the deformation amount of the piston pin during normal combustion is suppressed.

以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）小端部１１の内周面１３においてプレイグニッションが発生したときにその荷重が作用するおそれのある領域Ｒでは、他の部位と比較して傾斜面１４の傾斜方向の長さを長くした（Ｌ３＞Ｌ４）。このため、ピストンピンの歪みを抑えつつ、プレイグニッションが発生したときのピストンピンと小端部１１との焼き付きを抑えることができる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In the region R where the load may act when pre-ignition occurs on the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11, the length of the inclined surface 14 in the inclined direction is made longer than in other parts. (L3> L4). For this reason, seizure between the piston pin and the small end portion 11 when pre-ignition occurs can be suppressed while suppressing distortion of the piston pin.

なお、上記一実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・ピストンピンの歪みの影響が無視できるのであれば、上記領域Ｒを含み同領域Ｒよりも広い領域において、傾斜面１４の傾斜方向の長さを他の部位に比して長くするようにしてもよい。こうした構成によっても上記（１）と同様の効果を得ることができる。 In addition, the said one Embodiment can also be changed and implemented as follows.
If the influence of piston pin distortion is negligible, in the region including the region R and wider than the region R, the length of the inclined surface 14 in the inclination direction should be made longer than that of other parts. Also good. Even with such a configuration, the same effect as the above (1) can be obtained.

・上記各実施形態では、内周面１３の頂面１５の軸方向における長さを短くすることによって傾斜面１４１の傾斜方向における長さＬ３を他の部位における傾斜面１４の傾斜方向における長さＬ４よりも長くするようにしたが、例えば、図６に示すように小端部１１の形状を変更することで傾斜面１４１の傾斜方向における長さを長くしてもよい。   In each of the above embodiments, the length L3 of the inclined surface 141 in the inclined direction is reduced by reducing the length of the top surface 15 of the inner peripheral surface 13 in the axial direction. Although it was made longer than L4, for example, the length of the inclined surface 141 in the inclination direction may be increased by changing the shape of the small end portion 11 as shown in FIG.

図６に示すように、内周面１３の頂面１５における軸方向における長さＬ７を、周方向において同一とする。そして、小端部１１の内周面１３において大端部１０側の半周に位置する一部の傾斜面１４１の傾斜角度θ１を、他の部位における傾斜面１４の傾斜角度θ２よりも大きくする（θ１＞θ２）。こうした構成によれば、小端部１１の内周面１３において、領域Ｒに設けられた傾斜面１４１の傾斜方向における長さが他の部位に設けられた傾斜面１４の傾斜方向における長さよりも長くなるため、ピストンピンの両端部がプレイグニッションにより下方に湾曲した際に、傾斜面１４１との接触面積が大きくなる。したがって、こうした構成によっても、上記（１）と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIG. 6, the axial length L7 of the top surface 15 of the inner peripheral surface 13 is the same in the circumferential direction. Then, the inclination angle θ1 of a part of the inclined surface 141 located on the half circumference on the large end 10 side on the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11 is made larger than the inclination angle θ2 of the inclined surface 14 in other parts ( θ1> θ2). According to such a configuration, in the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11, the length of the inclined surface 141 provided in the region R in the inclination direction is longer than the length of the inclined surface 14 provided in the other portion in the inclination direction. Since it becomes long, when both ends of the piston pin are bent downward by pre-ignition, the contact area with the inclined surface 141 increases. Therefore, the same effect as the above (1) can be obtained even with such a configuration.

・上記各実施形態では、小端部１１の内周面１３において頂面１５の軸方向の長さを他の部位における頂面１５の軸方向の長さに比して短くするか、傾斜面１４１の傾斜角度を他の部位における傾斜面１４の傾斜角度に比して大きくすることによって傾斜面１４１の傾斜方向における長さを長くした。なお、これらの構成は組み合わせることが可能であり、こうした構成を組み合わせて傾斜面１４１の長さを長くするようにしてもよい。こうした構成によっても、上記（１）と同様の効果を得ることができる。   In each of the above-described embodiments, the axial length of the top surface 15 on the inner peripheral surface 13 of the small end portion 11 is made shorter than the axial length of the top surface 15 in other parts, or an inclined surface The length of the inclined surface 141 in the inclination direction is increased by increasing the inclination angle of 141 in comparison with the inclination angle of the inclined surface 14 in other parts. These configurations can be combined, and the length of the inclined surface 141 may be increased by combining these configurations. Even with such a configuration, the same effect as the above (1) can be obtained.

１０…大端部、１１…小端部、１２…小端孔、１３…内周面、１４，１４１…傾斜面、１５…頂面、１６…ベアリング。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Large end part, 11 ... Small end part, 12 ... Small end hole, 13 ... Inner peripheral surface, 14, 141 ... Inclined surface, 15 ... Top surface, 16 ... Bearing.

Claims (3)

ピストンピンが挿通される小端孔が形成された小端部と、クランクシャフトに連結される大端部とを有し、
前記小端部において前記小端孔を形成する内周面には、同小端孔の中心軸の軸方向における両端に前記小端孔の外側に向かって拡径する傾斜面が同内周面の周方向の全周にわたって形成され、
コネクティングロッドが内燃機関に組み付けられた状態において、圧縮上死点から５°ＣＡ進んだクランク角を中心に同クランク角が±２０°ＣＡの範囲で変化するときに前記内周面においてピストンの往復動方向で最下部となる領域における前記傾斜面の傾斜方向の長さが、前記内周面の他の部位における傾斜面の傾斜方向の長さよりも長い
コネクティングロッド。 A small end formed with a small end hole through which the piston pin is inserted, and a large end connected to the crankshaft;
The inner peripheral surface that forms the small end hole in the small end portion has inclined surfaces that expand toward the outside of the small end hole at both ends in the axial direction of the central axis of the small end hole. Formed over the entire circumference in the circumferential direction of
When the connecting rod is assembled to the internal combustion engine, the piston reciprocates on the inner peripheral surface when the crank angle changes within a range of ± 20 ° CA around the crank angle advanced by 5 ° CA from the compression top dead center. A connecting rod, wherein a length of the inclined surface in the lowermost region in the moving direction is longer than a length of the inclined surface in the other portion of the inner peripheral surface in the inclined direction. 前記内周面の前記領域では、前記内周面の両端に形成された各傾斜面によって挟まれる頂面の軸方向の長さが同内周面の他の部位における頂面の軸方向における長さに比して短い
請求項１に記載のコネクティングロッド。 In the region of the inner peripheral surface, the axial length of the top surface sandwiched between the inclined surfaces formed at both ends of the inner peripheral surface is the length in the axial direction of the top surface at other parts of the inner peripheral surface. The connecting rod according to claim 1, wherein the connecting rod is short. 前記内周面の前記領域では、前記傾斜面の傾斜角度が他の部位における傾斜面の傾斜角度に比して大きい
請求項１又は２に記載のコネクティングロッド。 The connecting rod according to claim 1 or 2, wherein, in the region of the inner peripheral surface, an inclination angle of the inclined surface is larger than an inclination angle of the inclined surface in another part.