JP4064335B2 - 内燃機関用コンロッド及び内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用コンロッド及び内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関用コンロッドとして、ピストンと球面継手を介して連結したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１４４８７９号公報

特許文献１の図１を以下の図７で説明する。なお、符号は振り直した。
図７は従来の内燃機関用コンロッドを示す断面図であり、コンロッド２００は、小端部２０１に凸球面２０２を形成した部材であり、この凸球面２０２をピストン２０３側に設けた凹球面２０４に滑り自在に嵌合する。即ち、コンロッド２００とピストン２０３とは、凸球面２０２及び凹球面２０４を備えた球面継手２０５で連結したものである。

上記したコンロッド２００は、ピストン２０３の往復動に伴って揺動し、図示せぬクランクシャフトを回転させる。
従って、コンロッド２００、ピストン２０３及びクランクシャフトというような主運動系部品（内燃機関において力を伝える部品である。）の重量を軽減できれば、それぞれの慣性力が小さくなり、これらの部品を支持する部位への負荷が軽減でき、また、内燃機関の高回転化による高出力化が図れる。

本発明の課題は、コンロッド自体の軽量化とともに、コンロッドに連結する主運動系部品の軽量化をも総合的に行えるようにすることにある。

請求項１に係る発明は、ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトのクランクピンに連結する大端部と、これらの小端部及び大端部をそれぞれ連結するロッド部とからなる内燃機関用コンロッドにおいて、このコンロッドを、厚さ方向に分割された一体成形のコンロッド半体一対が接合されたものとし、小端部に、ピストンに連結するための球面継手を構成する球面を備え、大端部を、組立式としたクランクシャフトを構成する分割可能なクランクピンに嵌合する一体形環状部とし、小端部、大端部及びロッド部にそれぞれ中空部を備えることを特徴とする。

コンロッドの小端部、大端部及びロッド部を一体に連結し、構造を単純にして部品数を減らし、コンロッドを軽量にする。また、小端部に、ピストンに連結するための球面継手を構成する球面を備え、例えば、コンロッドの小端部にピストンピンを介してピストンのピンボス部２ヶ所を連結する構造に比べて、本発明では、ピストン側を、球面継手を構成する球面、小端部を保持する保持部材、この保持部材をピストン側に締結する締結部材からなる形状、即ち、ピストンの中心を通ってピストンの移動方向に延びるピストン軸に対称な軸対称形状とする事で、ピストン自体と、ピストン及びコンロッドのそれぞれの連結構造とが軽量になる。更に、大端部を、分割可能なクランクピンに嵌合する一体形環状部とし、分割したクランクピンの端部に中空部を形成して、クランクシャフトを軽量にする。

また、小端部、ロッド部及び大端部に中空部を備えて、コンロッドを軽量にし、組立式クランクシャフトの軽量化と合わせて、内燃機関の主運動系部品の総合的な軽量化を図る。

請求項２に係る発明は、コンロッド半体を、１つの素材で造っていることを特徴とする。
素材の一面に、中空部とするための凹部を形成することが可能である。

請求項３に係る発明は、大端部から小端部の球面にオイルを供給するためのオイル穴が、大端部、ロッド部及び小端部の内部にそれぞれ形成されていることを特徴とする。
球面継手にオイルを供給することが可能である。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内燃機関用コンロッドでは、小端部がピストン裏面に形成されたカップ状支持部とで球面継手を構成し、大端部が中空部を有するクランクピンと滑り軸受を介して連結され、このクランクピンに、中空部を有するとともにシリンダブロックに回転自在に支持されたジャーナル部がアーム部を介して連結されていることを特徴とする。
中空部をそれぞれ有するクランクピンとジャーナル部が軽量になり、ひいてはクランクシャフトが軽量になる。

請求項１に係る発明では、コンロッドは全体を一体に連結したものであるから、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らすことができ、コンロッドを軽量にすることができる。

また、小端部に、ピストンに連結するための球面継手を構成する球面を備えるため、従来のようなピストンピンが不要になるとともに、ピストン側に球面、そして他に小端部を保持する保持部材及びこの保持部材をピストンに締結する締結部材を設ければ、ピストン自体と、ピストン及びコンロッドのそれぞれの連結構造とを軽量にすることができる。

更に、大端部を、組立式としたクランクシャフトを構成する分割可能なクランクピンに嵌合する一体形環状部としたので、分割したクランクピンの内部に中空部を容易に形成することができ、クランクシャフトを軽量にすることが可能になる。従って、クランクシャフトの慣性モーメントを小さくすることができて、内燃機関の高回転数化を図ることができ、内燃機関を高出力とすることができる。

また更に、小端部、ロッド部及び大端部に中空部を備えるので、コンロッドを軽量にすることができ、組立式クランクシャフトの軽量化と合わせて、内燃機関の主運動系部品の総合的な軽量化を図ることができて、内燃機関のより一層の高回転化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、コンロッド半体を、１つの素材で造っているので、素材の一面に、中空部とするための凹部を形成することが可能である。

請求項３に係る発明では、大端部から小端部の球面にオイルを供給するためのオイル穴が、大端部、ロッド部及び小端部の内部にそれぞれ形成されているので、球面継手にオイルを供給することが可能である。

請求項４に係る発明では、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内燃機関用コンロッドが、小端部がピストン裏面に形成されたカップ状支持部とで球面継手を構成し、大端部が中空部を有するクランクピンと滑り軸受を介して連結され、このクランクピンに、中空部を有するとともにシリンダブロックに回転自在に支持されたジャーナル部がアーム部を介して連結されているので、中空部をそれぞれ有するクランクピンとジャーナル部が軽量になり、ひいてはクランクシャフトが軽量になる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るコンロッドを組み込んだ内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３に球面継手１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともに中空のクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持するクランクシャフト１８とを備える。

シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の内側に嵌合させるとともにシリンダボア１２を形成した筒状のスリーブ２２と、シリンダ部２１の下部に取付けたスカート部２３とからなる。

ここで、３１はコンロッド１６の大端部２５とクランクピン１７との間に介在させた滑り軸受、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はシリンダブロック１１の上部にヘッドガスケット（不図示）を介して取付けたシリンダヘッド、３４は吸気バルブ、３６は排気バルブ、３７は燃焼室、３８はスカート部２３とでクランクケースを形成するためにスカート部２３の下部にボルト４１・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ。）で取付けたアンダスカート部、４２はアンダスカート部３８の下部にアンダケース４３を介してボルト４４・・・で取付けたオイルパンである。

図２は本発明に係るコンロッドとクランクシャフトとの連結構造を示す断面図であり、クランクシャフト１８は、端部に設けた第１シャフト５１と、この第１シャフト５１にボルト５２・・・で取付けた第２シャフト５３とを備える組立式のものである。なお、５４は第２シャフト５３に取付けた第３シャフトである。

第１シャフト５１は、シリンダブロック１１（図１参照）の下部及びアンダスカート部３８（図１参照）で滑り軸受５６を介して支持したジャーナル部５７と、このジャーナル部５７の端部に設けたアーム部５８と、このアーム部５８から径方向に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、ジャーナル部５７の内部に中空部５９を設けたものである。

第２シャフト５３は、アーム部６１と、このアーム部６１から側方に延ばした中空のクランクピン１７と、アーム部６１から径外方に延ばしたカウンタウエイト３２とからなり、クランクピン１７の内部に中空部６２を設け、クランクピン１７の端部を第１シャフト５１のアーム部５８に設けた凹部６３に嵌合させるとともにクランクピン１７の端部から内側に突出させたフランジ部５３ａを第１シャフト５１のアーム部５８に取付けたものである。なお、３１ａ，３１ａは滑り軸受３１に設けたオイル穴、６４は第３シャフト５４のジャーナル部５７に設けた中空部である。

コンロッド１６のクランクシャフト１８への組付けは以下の手順で行う。
（１）クランクピン１７に、予めコンロッド１６の大端部２５に圧入した滑り軸受３１を嵌める。
（２）クランクピン１７の端部に第１シャフト５１の凹部６３を嵌める。
（３）フランジ部５３ａに第１シャフト５１をボルト５２で取付ける。
これで、コンロッド１６のクランクシャフト１８への組付けが完了する。

図３は本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図であり、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付け、クランクシャフト１８にコンロッド１６をスイング自在に取付けたことを示す。

ピストン１６は、例えば、材質ＡＣ８Ａ［ＪＩＳ Ｈ ５２０２］の素材を鋳造にて製造し、熱処理としてＴ６処理を施した後に機械加工を施した部材である。
コンロッド１６としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はチタン合金製が好適である。

図４は本発明に係るコンロッドとピストンとの連結構造を示す分解斜視図であり、ピストン１３の冠部６５の裏面側（詳細は後述する。）にコンロッド１６の球状とした小端部６６の上部を当て、この小端部６６の下部を凹状の球面６７，６７を備える２つ割りのホルダ６８で保持し、このホルダ６８をナット部材７１でピストン１３の冠部６５の裏面側に取付ける構造を示す。６９は小端部６６の球面である。

コンロッド１６は、上記した小端部６６と、環状とした大端部２５と、これらの小端部６６及び大端部２５のそれぞれを一体に連結するロッド部７３とからなる。
ホルダ６８は、２つのホルダ半体６８ａ，６８ａからなる。なお、６８ｂ、６８ｂは２つのホルダ半体６８ａ，６８ａを合わせる合わせ面である。
ホルダ６８及びナット部材７１は、球面継手１４の一部を構成する部材である。

図５は本発明に係るコンロッド及びピストンの断面図であり、ピストン１３は、円板状とした冠部６５と、この冠部６５の縁から下方に延ばした筒状で厚肉とした筒状壁としてのランド部７４と、このランド部７４から更に下方に延ばした筒状でランド部７４よりも薄肉とした筒状壁としてのスカート部７５，７５と、コンロッド１６の小端部６６と滑り自在に嵌合する凹状半球面７６を形成するために冠部６５の裏面７７に形成した球面継手用カップ部としてのカップ状支持部７８と、これらのランド部７４及びカップ状支持部７８のそれぞれに渡すとともに冠部６５の裏面７７から下方に延ばしたリブ８１・・・とを一体成形した部材である。

冠部６５は、燃焼室３７（図１参照）の一部を形成する冠面８３を備える。
ランド部７４は、冠部６５の縁に、冠面８３側から順に、トップランド７４ａ、トップリング溝７４ｂ、セカンドランド７４ｃ、セカンドリング溝７４ｄ、サードランド７４ｅ及びオイルリング溝７４ｆを設けた部分であり、トップリング溝７４ｂにトップリングを嵌め、セカンドリング溝７４ｄにセカンドリングを嵌め、オイルリング溝７４ｆにオイルリングを嵌める。

カップ状支持部７８は、下向きに開口する下向き凹部９１と、この下向き凹部９１の底面９２に形成した前述の凹状半球面７６と、下向き凹部９１の内周面９３に形成しためねじ９４とを備え、凹状半球面７６に当てたコンロッド１６の小端部６６を、下向き凹部９１内に挿入したホルダ６８の球面６７，６７で保持した後に、ナット部材７１に設けたおねじ９５をカップ状支持部７８のめねじ９４にねじ込むことで、ピストン１３にコンロッド１６をスイング自在に取付ける。
上記したカップ状支持部７８、ホルダ６８、ナット部材７１及び小端部６６は、前述の球面継手１４を構成するものである。

ホルダ６８は、回り止め用ピン（不図示）でカップ状支持部７８に対して回転しないようにするとともに、ロッド７３に当てる案内面（不図示）を設けることでピストン１３をコンロッド１６に対して回転しないようにする部材である。

ホルダ半体６８ａは、段部６８ｃを備え、この段部６８ｃにナット部材７１の先端を当てることでホルダ半体６８ａを固定する。
ナット部材７１は、前述のおねじ９５と、端部外周面に工具を掛けて回すための係合凹部７１ａ・・・とを備える。

コンロッド１６は、大端部２５及びロッド部７３の内部に軽量化のために中空部９６，９７，９８，９９，１００・・・を設け、小端部６６の内部に軽量のための中空部１０１を設けた部材であり、大端部２５に設けた取付穴１０２側から球面継手１４の滑り面にオイルを供給するためにオイル穴１０３，１０４，１０５を設けたものである。

以上に述べたコンロッド１６の製造方法を次に説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るコンロッドの製造方法の一例を示す作用図である。
（ａ）において、コンロッドを形成するための素材１１１を２個（図では１個のみ示す。）準備する。
そして、素材の一面１１２に、中空部９６，９７，９８，９９，１００，１０１・・・（図５参照）とするための凹部１１６，１１７，１１１８，１１９，１２０，１２１をエンドミル１２２で切削して形成する。

（ｂ）において、凹部１１６，１１７，１１１８，１１９，１２０，１２１（（ａ）参照）を形成した２個の素材１１１のそれぞれの一面１１２（（ａ）参照）同士を合わせて、例えば、ろう付（ろうづけ）或いは拡散接合にて接合する。

（ｃ）において、２枚の素材１１１，１１１（（ｂ）参照）をエンドミル１２４で切削し、小端部を研磨して、コンロッド１６を造る。

コンロッド１６のその他の製造方法としては、例えば、コンロッドの厚さ方向に２等分したコンロッド半体を中空部も含めてそれぞれ鋳造にて成形し、これらのコンロッド半体を合わせ、上記したようにろう付で接合して製造する。

以上の図２及び図５で説明したように、本発明は第１に、ピストン１３に連結する小端部６６と、クランクシャフト１８のクランクピン１７に連結する大端部２５と、これらの小端部６６及び大端部２５をそれぞれ連結するロッド部７３とからなる内燃機関用コンロッド１６において、小端部６６、大端部２５及びロッド部７３を一体に連結し、小端部６６に、ピストン１３に連結するための球面継手１４を構成する球面６９を備え、大端部２５を、組立式としたクランクシャフト１８を構成する分割可能なクランクピン１７に嵌合する一体形環状部としたことを特徴とする。

コンロッド１６は全体を一体に連結したものであるから、例えば、大端部を、ロッド部とコンロッドキャップとをボルト・ナットで結合する２分割構造としたものに比べて、本発明では、構造を単純にするとともに部品数を減らすことができて、コンロッド１６を軽量にすることができ、コンロッド１６のコスト低減及び生産性向上をも図れる。

また、小端部６６は、ピストン１３に連結するための球面継手１４を構成する球面６９を備えるため、例えば、コンロッドの小端部にピストンピンを介してピストンのピンボス部２ヶ所を連結する構造に比べて、本発明では、ピストン１３側を、カップ状支持部７８、ホルダ６８及びナット部材７１からなる形状、即ち、ピストン１３の中心を通ってピストン１３の移動方向に延びるピストン軸に対称な軸対称形状とする事で、ピストン１３自体と、ピストン１３及びコンロッド１６のそれぞれの連結構造とを軽量にすることができる。

更に、大端部２５を、組立式としたクランクシャフト１８を構成する分割可能なクランクピン１７に嵌合する一体形の環状部としたので、分割したクランクピン１７の内部に中空部６２を容易に形成することができ、クランクシャフト１８を軽量にすることが可能になる。従って、クランクシャフト１８の慣性モーメントを小さくすることができて、内燃機関１０（図１参照）の高回転数化を図ることができ、内燃機関１０を高出力とすることができる。

本発明は第２に、ロッド部７３及び大端部２５に中空部９６〜１０１を備えることを特徴とする。
ロッド部７３及び大端部２５に中空部９６〜１０１を備えるので、コンロッド１６を軽量にすることができ、組立式クランクシャフト１８の軽量化と合わせて、内燃機関１０の主運動系部品（即ち、ピストン１３、コンロッド１６、クランクシャフト１８及びピストン−コンロッド連結構造）の総合的な軽量化を図ることができて、内燃機関１０のより一層の高回転化を図ることができる。
また、中空のクランクピン１７を分離した状態で、クランクピン１７の内部に容易に中空部６２を形成することができ、組立式クランクシャフト１８のコストを抑えることができる。

尚、本発明では、コンロッドの内部に中空を設けたが、これに限らず、コンロッドの外面に凹部を形成して軽量化を図ってもよい。

本発明の内燃機関用コンロッドは、二輪車、四輪車に好適である。

本発明に係るコンロッドを組み込んだ内燃機関の断面図である。 本発明に係るコンロッドとクランクシャフトとの連結構造を示す断面図である。 本発明に係るピストン、コンロッド及びクランクシャフトの組立状態を示す斜視図である。 本発明に係るコンロッドとピストンとの連結構造を示す斜視図である。 本発明に係るコンロッド及びピストンの断面図である。 本発明に係るコンロッドの製造方法の一例を示す作用図である。 従来の内燃機関用コンロッドを示す断面図である。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１３…ピストン、１４…球面継手、１６…コンロッド、１７…クランクピン、１８…クランクシャフト、２５…大端部、３１…滑り軸受、５７…ジャーナル部、５８，６１…アーム部、５９…ジャーナル部の中空部、６２…クランクピンの中空部、６６…小端部、６９…球面、７３…ロッド部、７６…球面（凹状半球面）、７７…ピストンの裏面、７８…カップ状支持部、９６〜１０１…中空部、１０３〜１０５…オイル穴、１１１…素材。

Claims (4)

1. ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトのクランクピンに連結する大端部と、これらの小端部及び大端部をそれぞれ連結するロッド部とからなる内燃機関用コンロッドにおいて、
   このコンロッドは、厚さ方向に分割された一体成形のコンロッド半体一対が接合されたものであり、
   前記小端部は、ピストンに連結するための球面継手を構成する球面を備え、
   前記大端部は、組立式とした前記クランクシャフトを構成する分割可能な前記クランクピンに嵌合する一体形環状部であり、
   前記小端部、前記大端部及び前記ロッド部はそれぞれ中空部を備えることを特徴とする内燃機関用コンロッド。
2. 前記コンロッド半体は、１つの素材で造られていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用コンロッド。
3. 前記大端部から前記小端部の球面にオイルを供給するためのオイル穴が、前記大端部、前記ロッド部及び前記小端部の内部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関用コンロッド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内燃機関用コンロッドは、前記小端部が前記ピストン裏面に形成されたカップ状支持部とで前記球面継手を構成し、前記大端部が中空部を有する前記クランクピンと滑り軸受を介して連結され、このクランクピンに、中空部を有するとともにシリンダブロックに回転自在に支持されたジャーナル部がアーム部を介して連結されていることを特徴とする内燃機関。

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