JP5481684B2 - ピストンアセンブリおよびそのための輪郭成形されたリストピン穴を有する連接棒 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２００７年１２月１０日に出願されその全体がこの明細書中に引用により援用される米国仮特許出願連続番号第６１／０１２，５３０号の利益を主張する。

発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、内燃機関のためのピストンアセンブリに関し、より具体的には、アセンブリ内の連接棒に関する。

２．関連技術
内燃機関において用いるための従来のピストンアセンブリは、概して、エンジンの対応するシリンダにおける燃焼のための反応面を提供するクラウンまたはヘッド部を含む。１対の横方向に間隔をおいて配置されたピンボスが、ピストンヘッドから垂下し、１対の同軸ピン穴で終端する。連接棒の小端部は、リストピンの周りでジャーナル軸受内を回転し、リストピンは、ピン穴内でジャーナル軸受内を回転する。

現在の車両エンジン用途では、ますます高まる性能要求に応えるために、ピークシリンダ圧力需要の増加が起こっている。あいにく、ピークシリンダ圧力需要の増加は、連接棒の小端部とリストピンとの間のピボット継手接続にわたる圧力分布の増大をもたらす。連接棒の小端部およびリストピンの合わせ軸受面間の圧力の上昇は、合わせ軸受面の予想耐用年数の短縮をもたらす恐れがある。したがって、軸受面の寿命の短縮を受け容れるのではなく、ピークシリンダ圧力を低下させていた。

ピークシリンダ圧力が上昇するとき、典型的に２つの主な不良モードがある。第１に、リストピンと連接棒の小端部との間の合わせ軸受面に、過度の摩擦によりかき傷が付く。過度の摩擦は、図１において先行技術の連接棒小端部ＰＡ１に示されるものなど、その全長にわたって接触していることによって、合わせ軸受面の中心領域ＣＲで最大圧力を生じている実質的に真っ直ぐで円筒形の軸受面を有することから悪化する。高い圧力は、潤滑剤を軸方向に外方に矢印Ａの方向に追い出す傾向があることによって、中心領域ＣＲにおける潤滑剤の欠乏を引起こす。中心領域ＣＲにおいて潤滑剤の膜が減少されると、摩擦が増加し、これは次に熱を、最終的には軸受面の疲労を生じさせる。第２に、連接棒小端部穴内に典型的に挿入されているブッシングが、応力集中が最も高いその端部または外側端縁などで疲労する。この現象と闘おうとするいくつかの試みが、図２において別の先行技術の連接棒小端部ＰＡ２に示されるものなど、連接棒の互いに対向する端部または端縁ＯＥ間全体に延在する凸面ＣＳを作製することによって行われている。残念ながら、こういった努力は、外側端縁ＯＥでの圧力を低下させるものの、中心領域ＣＲにおける圧力勾配のますますの増大による中央領域ＣＲにわたる潤滑剤の減少を依然としてもたらす。

発明の概要
この発明の１つの局面に従って構築されたピストンアセンブリは、１対のピンボスが垂下しているピストンクラウンを有し、ピンボスは、軸方向に位置合わせされたピン穴を有する。このアセンブリは、さらに、少なくとも一部がピン穴の中に収容されるような大きさに作られた端部を有するリストピンをさらに含む。なおさらに、このアセンブリは、互いに対向する側部を備えた端部を有し、かつ互いに対向する側部間に延在するリストピン穴がそこを通してリストピンを収容するために形成された連接棒を含む。リストピン穴は、側部間に延在する波状の輪郭を有する。波状の輪郭は、円周方向に延在する少なくとも１つの凹面を有し、この凹面は、隣接し、かつ円周方向に延在し、かつ凹面に対して互いに反対の側にある凸面まで横方向に移行している。

この発明の別の局面に従って、内燃機関のための連接棒が提供される。連接棒は、ピストンへの動作可能な取付けのための端部まで延在する細長い本体を有する。端部は、本体の互いに対向する側部間に延在するリストピン穴を有する。リストピン穴は、側部間に延在する波状の輪郭を有する。波状の輪郭は、リストピン穴の円周方向に沿って延在する谷部を備えた少なくとも１つの凹面を有する。凹面は、リストピン穴の円周方向に沿って延在しかつ谷部に対して横方向に互いに反対の側にある頂部を有する凸面まで横方向に移行している。

図面の簡単な説明
この発明に従って構築されたピストンアセンブリおよびそのための連接棒のこれらのおよび他の局面、特徴および利点は、以下の現在好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、ならびに添付の図面に関連して考慮されるとより容易に理解されるであろう。

先行技術に従って構築された連接棒の小端部の断面図である。 先行技術に従って構築された連接棒の小端部の別の断面図である。 この発明の現在好ましい実施例に従って構築されたピストンアセンブリの部分断面図である。 図３のアセンブリの連接棒の部分断面図であり、その軸受面にわたる圧力勾配およびオイル流分布が示されている。 図３の連接棒の側面図である。 別の現在好ましい実施例に従って構築された連接棒の側面図である。 さらに別の現在好ましい実施例に従って構築された連接棒の側面図である。

現在好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図３には、この発明の１つの局面に従ったピストンおよび連接棒アセンブリが一般的に１０に示されている。ピストンおよび連接棒アセンブリ１０は、リストピン１５による互いへの動作可能な接続のために構成されたピストン１２と連接棒１４とを含む。ピストン１２は、長手方向の中心軸１８に沿って延在する、鋳造されたか鍛造されたかいずれかの本体１６を有し、この軸に沿ってピストン１２は、シリンダボア（図示せず）内で往復直線運動をする。本体１６は、これに限定されないが例として、下側クラウン２１に取付けられた上側クラウン２０を有するものとして表わされており、１対のピンボス２２が、そこから垂下している。連接棒１４は、細長い本体２３を有し、この本体は、ここでは軸１８と一致するものとして示される中心長手方向軸に沿って、ピンボス２２間で収容されるような大きさに作られた端部または小端部３０まで、およびクランクシャフト（図示せず）への動作可能な取付けのために構成された他方の端部（図示せず）まで延在する。小端部３０は、リストピン穴２４を有し、このリストピン穴は、連接棒が動作可能にピストン１２に取付けされるよう、リストピン１５をそこを通して収容するために構成されている。リストピン穴２４は、一般的に２６に示される輪郭を有し、輪郭２６は、連接棒１４の互いに対向する側部２８、２９間に延在する。輪郭２６は、少なくとも１つの凹面４２を有し、この凹面４２は凹面４２に対して横方向に互いに反対の側にある凸面４４まで移行していて、少なくとも２連の波形状を提供し、この形状は、使用中のリストピン１５とリストピン穴２４との間での、おおむね滑らかな荷重分布と潤滑剤の均一な流れとを容易にする。したがって、リストピン穴２４の輪郭２６は、現在のエンジンの高いピークシリンダ圧力に耐える能力をピストンアセンブリ１０に与え、その一方でリストピン１５と連接棒１４との間の望ましい潤滑剤の流れを維持して、それぞれの軸受面が早期に疲労しないようにする。

ピストン１２の上側クラウン２０は、ピストンヘッド構成において知られているように、上側表面３２に窪んだ燃焼ボール３４を備えるものとして表わされている。しかしながら、ピストン１２は、所望される場合、それ以外の実質的に平坦な上側表面を有し得る。外壁またはリングベルト３６は、上側表面３２から下方へ延在しており、少なくとも１つの環状リング溝がリングベルト３６にピストンリング（図示せず）の浮動式収容のために形成されている。一対のスカート部３８が上側クラウン２０から垂下しており、スカート部３８は、シリンダボアにおおむね適合する外側表面を有して、シリンダボアに対して往復直線運動中のピストン１２を誘導しやすくする。

図４に最もよく示されるように、連接棒１４のリストピン穴２４は、ピン軸４０に沿って、互いに対向する側部２８、２９間に延在し、ピン軸４０は、長手方向中心軸１８におおむね垂直である。輪郭２６は、互いに対向する側部２８、２９間に滑らかにかつ連続的に延在、起伏し、図５においては、これに限定されないが例として、ピン穴２４の周りに部分的にのみ延在するものとして示されている。たとえば、図５に示されるように、輪郭２６は、リストピン穴２４の下側１８０度の弧の周りに、長手方向軸１８に対して約９０度（３時）の位置４１から２７０度（９時）の位置４３までの間に延在し得、リストピン穴２４の残りの上側１８０度の弧は、真っ直ぐな円筒形の構成を有する。当然、輪郭２６は、意図される用途のために所望される通りに、図５に示されるものとは円周方向に異なる度数の増分を有するようにも形成され得る。加えて、上記で用いられたものと同じ参照番号を１００ずらして用いて同様の特徴を識別する図６に示されるように、連接棒１１４は、特定の用途のために所望される場合、ピン穴１２４の円周の周り全体に延在する輪郭１２６を備えたリストピン穴１２４を有することができる。したがって、用途要件に応じて、輪郭２６、１２６をそれぞれのリストピン穴２４、１２４の円周の周りに部分的にか全体にかのいずれか、円周の周りの任意の相対度構成で延在するように形成することができる。

輪郭２６は、リストピン穴２４の円周方向に沿って延在する少なくとも１つの凹面４２を有し、凹面４２は、互いに対向する側部２８、２９間に位置する。凹面４２は、隣接し、リストピン穴２４の円周方向に沿って延在し、この凹面４２に対して互いに反対の側にある凸面４４まで横方向に沿って移行する。凹面４２と凸面４４とは、リストピン穴２４の幅にわたって互いに横方向に移行して形成されていて、滑らかで起伏する表面を提供し、ここでは、正弦曲線状または実質的に正弦曲線状であるものとして示されている。輪郭２６の凹凸面４２、４４は、ここでは誇張された頂部（Ｐ）と谷部（Ｖ）とを有するものとして示されており、実際には水平面（ＨＰ）に対して約５μｍから５０μｍミクロンまでの間で変動する頂部（Ｐ）と谷部（Ｖ）とを有して形成され、頂部（Ｐ）と谷部（Ｖ）とが実質的に等分に平面（Ｐ）の互いに反対の側に位置している。凹面４２は、互いに対向する側部２８、２９間の中心に位置する中心領域（ＣＲ）に形成されて示されており、中心領域（ＣＲ）は、長手方向中心軸１８によって二等分されている。凸面４４は、凹面４２から互いに対向する側部２８、２９に向かって横方向に外方に延在、起伏し、凸面４４の各々は、連続的で滑らかな形状で互いに対向する側部２８、２９まで延在する。したがって、連続的で滑らかな輪郭２６は、実質的に正弦曲線状の垂直な矢印４５によって表わされるように、リストピン１５とリストピン穴２４との間の滑らかな荷重分布を生み出し、使用中のリストピン１５とリストピン穴２４との間での潤滑剤の均一な流れも生み出す。互いに対向する側部２８、２９間の中心に中心軸１８に沿って凹面４２が位置しているので、潤滑剤は、図４に示されるように、凸面４４から外方へ側部２８、２９に向かって導かれるのみならず、矢印４７によって示されるように、凸面４４に対して内方へ中心軸１８に向かっても導かれる。

輪郭２６を、機械加工および／または成型作業などにおいて、鋼鉄などの連接棒１４を構築するのに用いられる材料に形成することができる。加えて、輪郭２６を、連接棒１４の材料に形成する場合、所望するならばたとえばリン酸塩などで輪郭をその後被覆してもよい。また他の場合として、上記で用いたものと同じ参照番号を２００ずらして用いて同様の特徴を識別する図７に示されるように、輪郭２２６は、連接棒２１４とは別個の材料片として構築されたブッシング４６の内径に形成され得る。ブッシング４６は、連接棒２１４にある実質的に円筒形の貫通開口部５０内に圧入されるような大きさに作られた実質的に円筒形の外側表面４８を有する。ブッシング４６の内側輪郭２２６は、輪郭２６、１２６について上述したように形成することができ、よって、さらに述べることは不要であると思われる。

明らかに、この発明の多くの変形例および変更例が上記の教示に鑑みて可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、この発明は、具体的に説明されたのとは異なるように実施されてもよいことが理解されるべきである。

Claims (15)

1. ピストンアセンブリであって、
   １対のピンボスが垂下しているピストンクラウンを備え、前記ピンボスは、軸方向に位置合わせされたピン穴を有し、
   少なくとも一部が前記ピン穴の中に収容されるような大きさに作られた端部を有するリストピンと、
   互いに対向する側部を備えた端部を有し、かつ前記リストピンを収容するためにリストピン穴が前記互いに対向する側部間に延在する連接棒とを備え、前記リストピン穴は、前記側部間に延在する波状の輪郭を有し、前記波状の輪郭は、円周方向に延在する少なくとも１つの凹面を有し、前記凹面は、隣接し、かつ円周方向に延在し、かつ前記凹面に対して互いに反対の側にある凸面まで横方向に移行しており、
   前記輪郭は、前記リストピン穴の前記円周の周り全体未満に延在する、ピストンアセンブリ。
2. 前記連接棒は、中心長手方向軸に沿って延在し、前記凹面は、前記中心長手方向軸によって実質的に二等分されている、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
3. 前記凸面の各々は、前記互いに対向する側部のうち別個の１つまで延在する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
4. 前記輪郭は、前記リストピン穴の円周の約１８０度を越えて延在する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
5. 前記輪郭は、前記リストピン穴の円周の周り全体に延在する、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
6. 前記波状の輪郭は、前記互いに対向する側部間に延在する方向に沿って滑らかである、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
7. 前記輪郭は、前記連接棒とは別個の材料片から構築されたブッシングに形成されている、請求項１に記載のピストンアセンブリ。
8. 内燃機関のための連接棒であって、
   ピストンへの動作可能な取付けのための端部まで延在する細長い本体を備え、前記端部は、前記本体の互いに対向する側部間に延在するリストピン穴を有し、前記リストピン穴は、前記側部間に延在する波状の輪郭を有し、前記波状の輪郭は、前記リストピン穴の円周方向に沿って延在する谷部を有する少なくとも１つの凹面を有し、前記凹面は、前記ピン穴の円周方向に沿って延在する頂部を有する凸面まで横方向に移行しており、前記頂部は、前記谷部に対して横方向に互いに反対の側にあり、
   前記輪郭は、前記リストピン穴の前記円周の周り全体未満に延在する、連接棒。
9. 前記連接棒は、中心長手方向軸に沿って延在し、前記凹面は、前記中心長手方向軸によって実質的に二等分されている、請求項８に記載の連接棒。
10. 前記凸面の各々は、前記互いに対向する側部のうち別個の１つに向かって起伏している、請求項８に記載の連接棒。
11. 前記輪郭は、前記リストピン穴の円周の約１８０度を越えて延在する、請求項８に記載の連接棒。
12. 前記輪郭は、前記リストピン穴の円周の周り全体に延在する、請求項８に記載の連接棒。
13. 前記波状の輪郭は、前記互いに対向する側部間に延在する方向に沿った滑らかな表面に沿って起伏している、請求項８に記載の連接棒。
14. 前記波状の輪郭は、前記連接棒とは別個の材料片から構築されたブッシングに形成される、請求項８に記載の連接棒。
15. 前記本体は、前記ブッシングの圧入のための大きさに作られた開口部を有する、請求項１４に記載の連接棒。

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