JP6481359B2 - 潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッド及びその潤滑構造に関する。

内燃機関は、コンロッドによってピストンの往復運動をクランクシャフトに伝達し、回転駆動力として出力する。コンロッドの小端部とピストンとは、ピストンピンによって連結される。ピストンを円滑に往復運動させるには、ピストンピンと摺動する小端部の内周面に効率よく潤滑油を供給し潤滑を促進する必要がある。シリンダブロックやピストンから噴射される潤滑油や、クランクシャフトに掻き上げられた潤滑油が、コンロッドの小端部の外周面に付着する。そのような潤滑油を利用して小端部の内周面に給油する構造がある。

特許文献１には、コンロッドに油溜部を設け、この油溜部からピストンピンに連通する油穴を穿設し、油穴を通して通路穴から滴下供給される冷却油をピストンピンに供給するピストンピンの潤滑油供給装置が開示されている。また、特許文献２には、空洞部を通ってオイル出口通路及びガイド端部から流下したピストン冷却オイルを、このオイル出口通路とガイド端部とにそれぞれ対応してコンロッドに穿設された２箇所のオイル穴で受けるピストンの給油装置が開示されている。

実開昭５６−４９２１３号公報 実開平４−３０２４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された潤滑油供給装置では、コンロッドの小端部に外周面から突出した油溜部を形成している。このような形状を外周面に追加すると、小端部の重量が増加しＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）が悪化する。さらに、小端部が大きくなるため、ピストンのコンプレッションハイトも大きくなり、ピストンの重量が増加する。しかも、金型を新たに作り直さなければならない。

また、特許文献２に開示された給油装置では、オイル穴以外の部位に落下したオイルはピストンピンに届かない。そのため、ピストン冷却オイルの落下点とオイル穴とが一致する特定のタイミングでなければ、ピストンピンに給油することができない。

そこで、本発明は、広いクランク角に亘って小端部の内周面に給油可能でありながら、小型かつ軽量に形成され、しかも、新たに金型を用意する必要がないコンロッドを提供する。

本発明の潤滑構造は、外周面と内周面とを有する小端部を具備し、外周面には、小端部の周方向に長さを有し、一端から他端まで延びる凹部と、凹部と一端で連通し、外周面から内周面まで貫通する貫通孔とが形成されたコンロッドと、コンロッドに連結されたピストンとを具備している。ピストンの内部には、潤滑油が流れるクーリングチャンネルが該ピストンの周方向に形成されている。クーリングチャンネルの途中には、噴射孔が形成されている。ピストンの下死点において、貫通孔は噴射孔と対向して位置付けられるとともに、凹部の他端は一端より小端部の先端側に位置付けられる。

このとき、凹部は、外周面においてピストンが下死点に向かって減速する間に噴射孔と対向する領域に含まれるように形成されてもよい。また、凹部は、小端部の先端を除く領域に形成されてもよい。また、小端部の上面に形成されてもよい。また、一端から他端まで一定の深さで形成されてもよい。貫通孔が一端寄りに形成されるとき、凹部は、一端から他端に向かうに従い浅くなるように形成されてもよい。あるいは、他端寄りに潤滑油を貯留する貯留部が形成されてもよい。また、外周面に小端部の周方向に延びる凸部が形成されるとき、凹部は、凸部に形成されていてもよい。

本発明のコンロッドによれば、凹部が周方向に長さを有し広いクランク角に対応して小端部の外周面に付着する潤滑油を集め貫通孔に導くことができる。凹部に集めた潤滑油が追加して供給されるため、貫通孔から内周面に供給される潤滑油が増量する。さらに、本発明では、貫通孔が凹部の中央ではなく一端側に偏った位置に形成されている。慣性力が働いて潤滑油が他端側から一端側へ移動する際、効率よく貫通孔へ潤滑油を流し込むことができる。しかも、本発明では、小端部の外周面を利用して凹部を加工するため、コンロッドの小端部やピストンを小型かつ軽量に形成できる。さらに、凹部を形成するために新たに金型を用意する必要がない。

また、凹部が小端部の先端を除く領域に形成されていれば、最も負荷がかかる先端の部位の機械的強度を確保することができる。また、凹部が小端部の上面に形成されていれば、コンロッドが上昇する際に働く慣性力によって、凹部に集めた潤滑油を貫通孔に流し込むことができる。

また、一定の深さの凹部にすると、工作機械等によって簡易に凹部を形成できる。貫通孔から離れるに従い浅くなる凹部にすると、凹部から貫通孔への潤滑油の移動を慣性力によって促進できる。貯留部が形成された凹部にすると、凹部に受け取ることができる潤滑油の容量を増やすことができる。また、外周面を完全な平坦にする必要がない場合、上型と下型との分割面に沿って形成されるバリの一部が凸部として残っていてもよい。小端部のうち他の部位よりも肉厚である凸部に凹部を形成すれば、凹部を形成してもその部位の機械的強度を確保することができる。しかも、この凸部を形成するために新たに金型を用意する必要がない。

本発明の潤滑構造によれば、噴射孔から噴射した潤滑油を貫通孔から小端部の内周面へ導き、内周面の潤滑を促進することができる。この潤滑構造では、ピストンが下死点に向かって減速する間、噴射孔と対向する領域に潤滑油が噴射される。このような領域に凹部が含まれていれば、より効率よく凹部に潤滑油を集めることができる。

第１の実施形態の潤滑構造をクランクシャフトに垂直な面で切断した断面図。 図１に示されたコンロッドの小端部を一部切り欠いて示す断面図。 図１に示されたピストンを背面側から見た斜視図。 下死点に向かって減速し始めたピストン及びコンロッドの位置を示す模式図。 下死点に移動したピストン及びコンロッドの位置を示す模式図。 位置Ａ及び位置Ｂと一端及び他端との関係を示す拡大図。 第１の実施形態を示す外周面の展開図。 第１の実施形態を示す小端部の断面図。 第２の実施形態を示す外周面の展開図。 第２の実施形態を示す小端部の断面図。 第２の実施形態の変形例を示す小端部の断面図。 第３の実施形態を示す外周面の展開図。 第３の実施形態を示す小端部の断面図。 第３の実施形態の変形例を示す小端部の断面図。 第４の実施形態を示すコンロッドの斜視図。

本発明の第１の実施形態に係るコンロッド１１及び潤滑構造１０について、図１から図８を参照して説明する。図１は、内燃機関１のシリンダブロック２に組み付けられた潤滑構造１０を鉛直方向に切断した断面図である。図２は、コンロッド１１の正面図である。

潤滑構造１０は、図１に示すように、コンロッド１１とピストン１２とを備えている。コンロッド１１は、図２に示すように、凹部３３と、凹部３３に連通する貫通孔３４とが小端部２１の外周面３１に形成されている。凹部３３は一端３５から他端３６まで小端部２１の周方向に延びている。貫通孔３４は一端３５において凹部３３と連通している。

凹部３３が小端部２１の周方向に長さを有しており、広いクランク角に対応して潤滑油を集められる。貫通孔３４が一端３５側に偏って配置されており、他端３６から一端３５に向かう一方通行の流れにより効率よく潤滑油を供給できる。凹部３３は外周面３１の表面から窪むように形成されるので、コンロッド１１の小端部２１やピストン１２を小型軽量に形成でき、しかも、金型を作り直さなくてよい。各構成について詳しく説明する。

実施形態の説明の便宜上、シリンダブロック２に組み付けられたピストン１２の動きを基準に下死点側を「下」、下死点側とは反対側を「上」と定義する。内燃機関１を傾けて配置する場合、「上」及び「下」は重力方向と必ずしも一致しない。

コンロッド１１は、図２に示すように略棒状に形成され、小端部２１と、大端部２２と、ロッド部２３とを備えている。小端部２１は、コンロッド１１の先端に形成され、外周面３１と内周面３２とを有する円筒状に形成されている。

外周面３１には、凹部３３と、貫通孔３４とが形成されている。凹部３３は、外周面３１において内周面３２に向かって窪むように形成され、小端部２１の周方向に沿って一端３５から他端３６まで延びている。貫通孔３４は、外周面３１から内周面３２まで貫通し、凹部３３の一端３５と連通している。凹部３３の形状については後で詳しく説明する。

大端部２２は、コンロッド１１の基端に形成され、小端部２１より大径の円筒状に形成されている。ロッド部２３は、小端部２１と大端部２２とを連結する略棒状に形成されている。図１に示すように、小端部２１にはピストンピン１５が一定のオイルクリアランスを有して挿通され、ピストン１２と連結される。大端部２２にはクランクシャフト１３と連結される。

ピストン１２は、図３に示すように、クラウン部４１と、ピンボス４２と、スカート部４３と、サイドウォール部４４と、クーリングチャンネル４７とを備えている。

クラウン部４１は、図１に示すように、シリンダブロック２のシリンダボア１４とともに燃焼室３を構成する。図３に示すように、燃焼室３と反対側に位置するクラウン部４１の背面４６には、一対のピンボス４２が互いに対向して配置されている。ピンボス４２には、ピン孔４５が同心軸上にそれぞれ形成されている。スカート部４３は、クラウン部４１の外周縁から燃焼室３と反対側に向かってそれぞれ延びている。サイドウォール部４４は、ピンボス４２の周囲に広がりスカート部４３と連続している。

クラウン部４１の内部には、ピストン１２の周方向に延びる中空円環状のクーリングチャンネル４７が形成されている。クーリングチャンネル４７は、背面４６に開口するオイル入口４８及びオイル出口４９を有している。オイル入口４８とオイル出口４９とは周方向に約１８０°離間した位置、すなわちピストン１２の中心軸に対して対称の位置に配置されている。

オイル入口４８からオイル出口４９までの途中には、背面４６まで貫通する噴射孔５０が開口している。噴射孔５０は、ピストンピン１５の軸に垂直な面によりピストン１２を二等分したとき、面とクーリングチャンネル４７とが交わる２箇所のうちのオイル入口４８から遠い側に配置されている。なお、噴射孔５０は、前記２箇所のうちのオイル入口４８から近い側に配置されてもよい。

潤滑構造１０について、コンロッド１１及びピストン１２がシリンダブロック２に組み付けられた状態で説明する。図１に矢印Ｌで示すように、シリンダブロック２に設けられたオイルジェット１６からオイル入口４８に向けて潤滑油が噴射されている。オイル入口４８からクーリングチャンネル４７に導入された潤滑油は、時計回り及び反時計回りの二手に分かれてクーリングチャンネル４７を流れピストン１２を冷却する。

クーリングチャンネル４７を流れる潤滑油のうち一部は、噴射孔５０からコンロッド１１の小端部２１の外周面３１に向かって噴射される。噴射孔５０から噴射されなかった残りの潤滑油は、オイル出口４９から排出されクランク室内に落ちる。

凹部３３の形状について、図４から図８を参照してさらに詳しく説明する。図４は、下死点に向かって減速し始めたピストン１２の動きを表す模式図である。図５は、下死点に移動したピストン１２の動きを表す模式図である。図６は、図４及び図５の各位置を示す小端部２１の拡大図である。

図４に示す位置Ａは、下死点に向かって減速し始めた下死点前９０°のタイミングにおいて、噴射孔５０から噴出する潤滑油と外周面３１が交わる位置である。図５に示す位置Ｂは、下死点のタイミングにおいて、噴射孔５０から噴出する潤滑油と外周面３１が交わる位置である。図６に示すように、他端３６は位置Ａから位置Ｂまでの領域に含まれるように配置されている。一端３５は位置Ｂに配置されている。このとき一端３５は他端３６よりも相対的に下方に位置している。

図２に示す位置Ｃは、小端部２１の中心軸及び大端部２２の中心軸に沿う面に外周面３１が交わる位置である。本明細書において小端部２１の先端とは位置Ｃのことを意味している。図４に示す位置Ｄは、下死点に向かって減速し始めたタイミングにおいて、小端部２１の中心軸に沿いピストン１２の中心軸に垂直な面Ｈと外周面３１が交わる位置である。図５に示すように、下死点のタイミングにおいても位置Ｃ及び位置Ｄは面Ｈに対して同じ側に配置される。

本明細書において上面Ｅとは、図６に示すように位置Ｃから位置Ｄの領域の外周面３１のことを意味している。噴射孔５０の位置や角度の設計を変更すれば、位置Ａ及び位置Ｂの配置を種々に変更できる。位置Ａ及び位置Ｂをどのように変更しても、一端３５及び他端３６は上面Ｅに含まれるように配置することが好ましい。

本実施形態のコンロッド１１及び潤滑構造１０は、凹部３３が小端部２１の周方向に長さを有する。そのため、図４及び図５に示す広いクランク角に対応して外周面３１に付着する潤滑油を集めることができる。さらに、凹部３３に集めた潤滑油を追加して供給できるため、内周面３２に供給する潤滑油を増量することができる。

図５に示す下死点のタイミングにおいて、コンロッド１１の小端部２１はクランクシャフト１３と連動して上昇運動に転じる。一方、凹部３３に集められた潤滑油は慣性力により下方に向かって移動し続ける。そのため、他端３６と一端３５との間に溜められた潤滑油は、他端３６から一端３５に向かって相対的に加速される。潤滑油が移動できない行き止まりとなる一端３５に貫通孔３４が形成されているため、潤滑油を効率よく貫通孔３４へ流し込むことができる。

しかも、凹部３３を外周面３１の表面から窪ませるように形成しているため、コンロッド１１の小端部２１やピストン１２を小型かつ軽量に形成できる。さらに、凹部３３を形成するために新たに金型を作り直さなくてよい。凹部３３が一定の深さであるため、エンドミル等の工作機械によって簡易に凹部３３を加工することができる。

また、上面Ｅに含まれるように凹部３３が配置されている。つまり、小端部２１において最も負荷がかかる先端（位置Ｃ）を除いた領域に凹部３３が形成されている。そのため、凹部３３を形成しても先端におけるコンロッド１１の機械的強度を確保することができる。

また、凹部３３が配置された上面Ｅは、小端部２１がクランクシャフト１３に連動して揺動する間、面Ｈより常に上側に位置している。つまり、上面Ｅでは、外周面３１から内周面３２に向かう方向は面Ｈよりも常に下向きになる。貫通孔３４はそのような上面Ｅのうちの最も下側に配置されている。

下向きの慣性力が潤滑油に働くとき、移動先に配置された貫通孔３４へと潤滑油が流入する。貫通孔３４近傍において内周面３２は外周面３１よりも相対的に下方となるため外周面３１から内周面３２に向かって潤滑油が流れ込む。その結果、小端部２１の内周面３２に効率よく潤滑油を供給することができる。

続いて、第２から第４の実施形態及びその変形例について説明する。第２及び第３の実施形態及びその変形例は、凹部３３の形状が第１の実施形態と相違している。第４の実施形態は、外周面３１の形状が第１の実施形態と相違している。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態から第４の及びその変形例において、第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

第２の実施形態及びその変形例は、図９から図１１を参照して説明する。第２の実施形態及びその変形例では、一端３５から他端３６に向かうに従って凹部３３が浅くなるように形成されている。また、凹部３３は貫通孔３４の直径よりも幅狭に形成されている。凹部３３は、図１０に示すように深さが非線形に変化する、すなわち円弧状に変化するように形成されてもよいし、図１１に示すように深さが線形に変化する、すなわち直線に形成されてもよい。このような凹部３３を形成すると、他端３６から一端３５への潤滑油の移動を慣性力によって促進することができる。

さらに、第３の実施形態及びその変形例について、図１２から図１４を参照して説明する。第３の実施形態では、他端３６に偏った位置にピストンピン１５の中心軸に沿う方向に幅を有した貯留部３７が形成されている。貯留部３７は、図１３に示すように一定の深さに形成してもよいし、図１４に示すように球面に形成してもよい。貯留部３７を形成すると、凹部３３に受け取ることができる潤滑油の容量を増やすことができる。

さらに、本発明の第４の実施形態について、図１５を参照して説明する。コンロッド１１を鍛造で成形した場合、上型と下型との分割面に沿ってバリが形成される。コンロッド１１の外周面３１を仕上げるとき、このバリを切断や研磨により除去する。外周面３１を完全な平坦にする必要がない場合、バリが完全に除去されず、薄く帯状に盛り上がった凸部３８として外周面３１に残っていてもよい。小端部２１のうち他の部位よりも若干肉厚である凸部３８に凹部３３を形成することで、凹部３３を形成しても機械的強度を確保することができる。しかも、この凸部３８を形成するために新たに金型や工数増加を必要としない。

上記した各実施形態は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、コンロッドの小端部が銅等のブッシュをさらに備えてもよい。ブッシュを備える場合、貫通孔は小端部の外周面からブッシュの内周面まで貫通するように形成される。また、オイル出口の配置を凹部と対向する位置に変更し、オイル出口が噴射孔の機能を兼ねるように構成してもよい。クランクシャフトに掻き上げられた潤滑油が小端部の外周面に付着するように構成してもよい。

１０…潤滑構造、１１…コンロッド、１２…ピストン、１３…クランクシャフト、２１…小端部、３１…外周面、３２…内周面、３３…凹部、３４…貫通孔、３５…一端、３６…他端、３７…貯留部、３８…凸部、４７…クーリングチャンネル、５０…噴射孔、Ｅ…上面

Claims (8)

1. 外周面と内周面とを有する小端部を具備し、前記外周面には、前記小端部の周方向に長さを有し、一端から他端まで延びる凹部と、前記凹部と前記一端で連通し、前記外周面から前記内周面まで貫通する貫通孔と、が形成されたコンロッドと、
   前記コンロッドに連結されたピストンと、を具備し、
   前記ピストンの内部には、潤滑油が流れるクーリングチャンネルが該ピストンの周方向に形成され、
   前記クーリングチャンネルの途中には、噴射孔が形成され、
   前記ピストンの下死点において、前記貫通孔は前記噴射孔と対向して位置付けられるとともに、前記凹部の前記他端は前記一端より前記小端部の先端側に位置付けられることを特徴とする潤滑構造。
2. 前記凹部は、前記外周面において前記ピストンが下死点に向かって減速する間に前記噴射孔と対向する領域に含まれるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑構造。
3. 前記凹部は、前記小端部の先端を除く領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑構造。
4. 前記凹部は、前記小端部の上面に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の潤滑構造。
5. 前記凹部は、前記一端から前記他端まで一定の深さで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の潤滑構造。
6. 前記凹部は、前記一端から前記他端に向かうに従い浅くなるように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の潤滑構造。
7. 前記凹部は、前記他端寄りに潤滑油を貯留する貯留部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の潤滑構造。
8. 前記外周面には、前記小端部の周方向に延びる凸部が形成され、
   前記凹部は、前記凸部に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の潤滑構造。

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