(57)【要約】  本発明は、ピストン／コネクティングロッド旋回点の摩耗を改良しかつピンボアの変形を減じるために内燃機関のためのコネクティングロッド及びピストンピンアセンブリに関する。これに関して、アセンブリは、ピンボアを有するピストンと、ピストンピンボアと整合されるように適合されたボアを有するコネクティングロッドと、個々のボアに係合することによってピンとコネクティングロッドとを結合するピストンピンとを有している。コネクティングロッドは、ボアと末端部との間の内部ギャラリを有している。ピストンピンは、中央部分よりも遠位端部においてより大きな直径を有する実質的に円形の横断面を有するプロファイルされた外周面を有している。コネクティングロッドボアとプロファイルされたピストンピンとの間の運動を容易にするために、ピン又は、コネクティングロッドの一方の端部が、２〜８μｍの厚さを有するリン酸塩処理されたコーティングを有している。
2007512487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と共に使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて、該アセンブリに、
内燃機関のシリンダ内において往復運動するように適合されたピストンが設けられており、該ピストンが、ピンボアが形成されたボディを有しており、
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ために前記ピストンとクランクシャフトとを結合するように適合されたコネクティングロッドが設けられており、該コネクティングロッドが、第１の端部と第２の端部とを有しており、該端部のうちの少なくとも１つがボアを有しており、該ボアが、前記端部を貫通しておりかつ、前記ピストンに設けられた前記ピンボアと整合させられるように適合されており、
前記ピストンに設けられた前記整合したピンボアと、前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアとに受容されるように適合されたピンが設けられており、該ピンが、１対の遠位端部と、遠位端部の間に形成された中央部分と、前記中央部分よりも前記遠位端部においてより大きな直径を備えた実質的に円形の断面を有するプロファイルされた外周とを有しており、
前記ピストンのピンボアと整合した前記コネクティングロッドの前記端部が、リン酸塩処理されたコーティングを有しており、該リン酸塩処理されたコーティングが、前記コネクティングロッドを貫通した前記ボアと前記プロファイルされたピストンピンの前記外周との間の相対的な角運動を容易にするように適合されておりこれにより内燃機関のシリンダに対する前記ピストンの往復運動を容易にし、前記リン酸塩処理されたコーティングが２〜８μｍの厚さを有することを特徴とする、ピストン・コネクティングロッドアセンブリ。
【請求項２】
前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアが内周を規定しており、前記リン酸塩処理されたコーティングが、前記内周と前記ピンとの間に配置されるように前記内周に結合されている、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記コネクティングロッドがさらに、潤滑剤を前記第１の端部と前記第２の端部との間に方向付けるために、前記第１の端部と前記第２の端部との間に並置された内部ギャラリを有している、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記コネクティングロッドが、末端部と、該末端部から垂下したボアハウジングとを有しており、該ボアハウジングが前記末端部に向かって内方へテーパしている、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記ピンが、前記プロファイルされた外周の周囲に配置されたリン酸塩処理されたコーティングを有する、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記ピストンボディに設けられた前記ピンボアが内周を規定しており、該内周が、該内周と前記ピンとの間に配置されるリン酸塩処理されたコーティングを有する、請求項１記載のアセンブリ。
【請求項７】
内燃機関と共に使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて、
内燃機関のシリンダ内において往復運動するように適合されたピストンが設けられており、該ピストンが、ピンボアが形成されたボディを有しており、
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ために前記ピストンとクランクシャフトとを結合するように適合されたコネクティングロッドが設けられており、該コネクティングロッドが、第１の端部と第２の端部とを有しており、該端部のうちの少なくとも１つがボアを有しており、該ボアが、前記端部を貫通しておりかつ、前記ピストンに設けられた前記ピンボアと整合させられるように適合されており、
前記ピストンに設けられた前記整合されたピンボアと、前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアとに受容されるように適合されたピンが設けられており、該ピンが、１対の遠位端部と、該遠位端部の間に形成された中央部分と、前記中央部分よりも前記遠位端部においてより大きな直径を備えた実質的に横断面が円形のプロファイルされた外周とを有しており、該プロファイルされた外周が、リン酸塩処理されたコーティングを有しており、該コーティングが、前記コネクティングロッドを貫通した前記ボアと前記プロファイルされたピストンピンの前記外周との間の相対的な角運動を容易にするように前記外周に結合されており、これにより、内燃機関のシリンダに対する前記ピストンの往復運動を容易にし、前記リン酸塩処理されたコーティングが２〜８μｍの厚さを有することを特徴とする、ピストン・コネクティングロッドアセンブリ。
【請求項８】
前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアが、内周を規定しており、該内周に、リン酸塩処理されたコーティングが結合されており、該リン酸塩処理されたコーティングが、前記ボアの前記内周と前記プロファイルされたピストンピンの前記外周との間に配置されている、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記コネクティングロッドがさらに、定置に前記第１の端部と第２の端部との間に位置しかつ、前記第１の端部と第２の端部との間に潤滑剤を方向付けるように適合された内部ギャラリを有している、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記コネクティングロッドの前記端部が、末端部と、該末端部から垂下したボアハウジングとを有しており、該ボアハウジングが前記末端部に向かって内方にテーパしている、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記ピストンピンボディの前記ピンボアが、内周を規定しており、該内周が、前記内周と前記ピンとの間に、リン酸塩化されたコーティングを有している、請求項７記載のアセンブリ。
【請求項１２】
内燃機関と共に使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて、
内燃機関のシリンダ内において往復運動するように適合されたピストンが設けられており、該ピストンが、ピンボアが形成されたボディを有しており、
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ために前記ピストンとクランクシャフトとを結合するように適合されたコネクティングロッドが設けられており、該コネクティングロッドが、第１の端部と第２の端部とを有しており、該端部のうちの少なくとも１つがボアを有しており、該ボアが、前記端部を貫通しておりかつ、前記ピストンに設けられた前記ピンボアと整合させられるように適合されており、前記コネクティングロッドが、潤滑剤を前記第１の端部と第２の端部との間に方向付けるために定置に前記第１の端部と第２の端部との間に位置した内部ギャラリを有しており、
前記ピストンに設けられた前記整合されたピンボアと、前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアとに受容されるように適合されたピンが設けられており、該ピンが、１対の遠位端部と、該遠位端部の間に形成された中央部分と、前記中央部分よりも前記遠位端部においてより大きな直径を備えた実質的に横断面が円形のプロファイルされた外周とを有しており、
前記ピストンピンボアと整合した前記コネクティングロッドの前記端部が、リン酸塩処理されたコーティングを有しており、該コーティングが、前記コネクティングロッドを貫通した前記ボアと前記プロファイルされたピストンピンの前記外周との間の相対的な角運動を容易にするように適合されておりこれにより内燃機関のシリンダに対する前記ピストンの往復運動を容易にすることを特徴とする、ピストン・コネクティングロッドアセンブリ。
【請求項１３】
前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアが内周を規定しており、前記リン酸塩処理されたコーティングが、前記内周と前記ピンとの間に配置されるように前記内周に結合されており、前記リン酸塩処理されたコーティングが２〜８μｍの厚さを有する、請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記コネクティングロッドが、末端部と、該末端部から垂下したボアハウジングとを有しており、前記ボアハウジングが前記末端部に向かって内方にテーパしている、請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記ピンが、前記プロファイルされた外周の周囲に配置されたリン酸塩処理されたコーティングを有している、請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記ピストンボディに設けられた前記ピンボアが、内周を規定しており、該内周が、該内周と前記ピンとの間に配置されるリン酸塩処理されたコーティングを有している、請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記ピストンピンボアの前記ピンボアが、内周を有しており、該内周が、前記ピンと前記ピストンピンボアの前記内周との間に潤滑剤を受容するように適合されたサイドリリーフチャネルを有している、請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１８】
内燃機関と共に使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて、該アセンブリに、
内燃機関のシリンダ内において往復運動するように適合されたピストンが設けられており、該ピストンが、ピンボアが形成されたボディを有しており、
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ために前記ピストンとクランクシャフトとを結合するように適合されたコネクティングロッドが設けられており、該コネクティングロッドが、第１の端部と第２の端部とを有しており、該端部のうちの少なくとも１つが、ボアを有しており、該ボアが、該端部を貫通しておりかつ、前記ピストンに設けられた前記ピンボアと整合されるように適合されており、前記コネクティングロッドが内部ギャラリを有しており、該内部ギャラリが、潤滑剤を前記第１の端部と第２の端部との間に方向付けるために前記第１の端部と第２の端部との間に定置に位置しており、
前記ピストンに設けられた前記整合したピンボアと、前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアとに受容されるように適合されたピンが設けられており、該ピンが、１対の遠位端部と、該遠位端部の間に形成された中央部分と、該中央部分よりも前記遠位端部においてより大きな直径を有する実質的に円形の横断面を有するプロファイルされた外周とを有しており、該プロファイルされた外周に、リン酸塩処理されたコーティングが結合されていることを特徴とする、ピストン・コネクティングロッドアセンブリ。
【請求項１９】
前記プロファイルされた外周に結合された前記リン酸塩処理されたコーティングが、２〜８μｍの厚さを有している、請求項１８記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記コネクティングロッドの前記端部を貫通した前記ボアが、内周を規定しており、該内周が、該内周と前記ピンとの間に配置されるように前記内周に結合されたリン酸塩処理されたコーティングを有している、請求項１８記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願とのクロスリファレンス
本願は、“Piston and Connecting Rod Assembly having Phosphatized Bushingless Connecting Rod and Profiled Piston Pin”という名称の２００３年６月２６日に出願された米国特許連続番号第１０／６０７１７４号明細書の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、概して内燃機関のためのピストン及びコネクティングロッドアセンブリに関し、特に、ピストン／コネクティングロッド旋回点の摩耗を改良しかつピンボアの変形を減じるために、プロファイルされたピストンピンと共に使用するための、内部ギャラリ及びリン酸塩処理されたコーティングを有するブッシングレススモールエンドコネクティングロッドを有するこのようなアセンブリに関する。
【０００３】
２．関連する技術の説明
関連技術において知られた内燃機関は概して、他の基本的コンポーネントの中で、１つ又は２つ以上のシリンダを有するエンジンブロックと、エンジンブロックに関連したシリンダヘッドと、各シリンダにおいて往復運動するように支持されたピストンとを有している。ピストンは概して、クラウンと、ピストンのボディの下半分を形成するようにクラウンから垂下したスカートとを有するボディを有している。スカートにはピンボアが形成されている。ピンボアは、コネクティングロッドの一端における同様のボアに対応している。ピストンをコネクティングロッドに取り付けるためにピンは対応するボアに貫通させられる。ピストンピンボアを有するコネクティングロッドの端部は一般的に“ピン端部”又は“スモールエンド”と呼ばれている。コネクティングロッドの他方の端部は特定の位置においてクランクシャフトに取り付けられている。コネクティングロッドのこの端部は一般的に“クランク端部”又は“ラージエンド”と呼ばれている。
【０００４】
一般的に、ピストンを往復運動させるためにシリンダ内で燃料が燃焼させられる。ピストンはコネクティングロッドを駆動し、コネクティングロッドはクランクシャフトを駆動し、クランクシャフトをエンジンブロック内で回転させる。特に、シリンダ内の燃焼圧力はピストンを実質的に線形動作で下方へ駆動する。ピストンとコネクティングロッドとの間の移動に焦点をおくと、“上死点”という用語は、シリンダに対する往復行程の最も上側の点におけるピストンの位置を表し、ピストンが完全停止又はゼロ速度になる点である。これに対応して、“下死点”という用語は、シリンダに対する往復行程の最も下側の点におけるピストンの位置を表し、ピストンが完全停止又はゼロ速度になる点でもある。パワーストロークにおいて上死点から下死点へのピストンの移動の間、コネクティングロッドの角度は、一般的に“メジャースラスト側”と呼ばれるピストンの側に力成分を生ぜしめる。他方では、下死点から上死点への戻り運動の間、一般的に“マイナースラスト側”と呼ばれるピストンの側に力成分が生じる。燃料がシリンダ内で燃焼させられると、ピストンの往復するパワーストローク及び戻り運動がコネクティングロッドのスモールエンドを実質的に線形であるが僅かに回転運動で駆動する。これに対して、コネクティングロッドのラージエンドはクランクシャフトに取り付けられており、これは、コネクティングロッドのラージエンドを実質的に回転運動で駆動する。
【０００５】
コネクティングロッドの組み合わされた線形及び回転運動は、ラージエンド及びスモールエンドの旋回点において高いレベルの応力を生ぜしめる。２つの旋回点の間において、スモールエンド旋回点は最も大きな応力を受け、上死点から下死点へさらにそこから戻るサイクルの間ピストンピン及びピストンスカートに対するコネクティングロッドの角運動を容易にするように適合されている。この旋回点に集中した、高負荷、温度、ガス圧、及び慣性力の組合せは、コネクティングロッドのスモールエンドが、強度、摩耗、熱応力、及び潤滑に関する高められた特性を保持することを要求する。
【０００６】
この旋回点に生ぜしめられる応力は、ピストンピン、ピストンピンボア、及びコネクティングロッドのスモールエンドを変形させることがある。この変形の結果、ピンボアとコネクティングロッドスモールエンドとの間の旋回点は、スカッフィング及び摩耗し始める。この領域におけるスカッフィングは、旋回点の破壊及びエンジンの故障を生じる場合がある。
【０００７】
この旋回点に加えられる高い負荷に耐えるために、及び摩擦を低減し、滑らかな角運動を促進するために、コネクティングロッドのスモールエンドのボアとピストンピンとの間に一般的に青銅ブッシングが使用される。ブッシングは、この旋回点において、摩擦を低減し、滑らかな角運動を促進し、これにより、変形を低減する。しかしながら、ブッシングはこの旋回点に重量を加え、製造及び組立てにおいて付加的な工程を要求し、これらはいずれも概して望ましくない。
【０００８】
保護的及び／又は摩擦減衰コーティングを提供することによってアセンブリから青銅ブッシングを排除する試みが技術上行われてきた。例えば、１９９２年１０月２７日にYashchenko他に発行された米国特許第５１５８６９５号明細書は、慣用の青銅ブッシングの代わりに使用される、銅、亜鉛、すず、及びダイアモンド粉末から成る材料を開示している。しかしながら、’６９５特許に開示された材料は、コネクティングロッドではなくピストンピン及びピストンスカートに提供される。さらに、ブッシングが使用されない場合、概してディーゼルエンジン又はプロファイルされていないピストンピンとの使用に制限される。
【０００９】
さらに、２００３年５月６日にHeart他に発行された米国特許第６５５７４５７号明細書は、ブッシングレスピストン・コネクティングロッドアセンブリと、製造方法とを開示しており、この製造方法において、ピストンピンと、ピストンピンボアと、コネクティングロッドピンボアとの間の滑り面のうちの少なくとも１つが、リン酸塩処理されたコーティングを受け取る。しかしながら、Heartの’４５７特許は、プロファイルされていないピストンピンと使用するための、約８〜１５μｍの厚さを有する、リン酸塩処理されたコーティングを開示している。エンジンの初期運転（ブレークインピリオド）の間、厚さが８〜１５μｍのリン酸塩処理されたコーティングの一部は摩耗されることがある。この摩耗は、内燃機関の運転中の、この接触点における公差を増大する。さらに、摩耗されたコーティングは、エンジンの燃焼室内を循環し、損傷を生じる。
【００１０】
さらに、摩耗されたコーティングは、許容された公差を超過する不規則な接触面積を生ぜしめることがあり、このことは、エンジン損傷をも生じる。この接触領域における許容された公差を増大することを回避するために、リン酸塩処理されたコーティングされるコンポーネント表面は、８〜１５μｍコーティング厚さをよりよく収容するようにホーニングされることができる。しかしながら、製造工程において別の工程を有することに加え、コンポーネントをホーニングすることは、コンポーネントの構造的な一体性を減じ、このことは最終的に早期故障につながるおそれがある。
【００１１】
したがって、関連技術において知られたタイプのピストン及びコネクティングロッドは、概して意図された目的のために働いてきたが、これらのピストン及びコネクティングロッドは、内燃機関の重量を減じながら旋回点に関する滑らかな角運動を容易にすることに関する欠点を有する。その結果、概してピストンピンとコネクティングロッドのスモールエンドとの間の境界面を改良することが技術上現在必要とされている。特に、ピストン／コネクティングロッドアセンブリの強度及び許容できる製品寿命を維持しながら、重量及び流れ製造工程を減じることが現在必要とされている。したがって、依然として良好な摩擦及び摩耗特性を維持するこのアセンブリの前の世代よりも軽くかつ強い改良されたピストンピン及びコネクティングロッドアセンブリが技術上必要とされ続けている。
【００１２】
発明の概要
本発明は、内燃機関において使用するためのブッシングレススモールエンドコネクティングロッドのための技術上の必要性を概して満たす、ピストンピン・コネクティングロッドアセンブリにおける関連技術における欠点を克服する。これに関して、本発明のピストンピン・コネクティングロッドアセンブリは、内燃機関のシリンダ内において往復運動するように適合されたピストンを有している。ピストンは、ピンボアを有するボディを有している。アセンブリはさらに、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ために、ピストンとクランクシャフトとを結合するように適合されたコネクティングロッドを有する。コネクティングロッドは、第１及び第２の端部を有しており、少なくとも一方の端部は、貫通したボアを有しておりかつ、ピストンのピンボアと整合するように適合されている。アセンブリは、ピストンの整合したピンボアと、コネクティングロッドの端部を貫通したボアとに受容されるように適合されたピンをも有している。ピンは、１対の遠位端部と、これらの遠位端部の間に形成された中央部分と、中央部分よりも遠位端部においてより大きな直径を備えた実質的に円形断面のプロファイルされた外周とを有している。コネクティングロッドの端部は、ピストンピンボアと整合されており、コネクティングロッドを貫通したボアと、プロファイルされたピストンピンの外周との間の相対的な角運動を容易にするように適合された、２〜８μｍの厚さを有する、リン酸塩処理されたコーティングを有している。これにより、整合は、内燃機関のシリンダに対するピストンの往復運動を容易にする。
【００１３】
択一的に、ピンが、２〜８μｍの厚さを有するリン酸塩処理されたコーティングを有することができる。別の好適な実施形態において、コネクティングロッドは、コネクティングロッドの第１の端部と第２の端部との間に潤滑剤を方向付けるために第１の端部と第２の端部との間に延びた内部ギャラリを有している。
【００１４】
したがって、本発明の１つの利点は、旋回点における焼付きを回避しかつ内燃機関の相対的なコンポーネントの寿命を長期化するために、ピストンピン及びスモールエンドコネクティングロッド旋回点の耐スカッフィング性を改良することである。
【００１５】
本発明の別の利点は、コネクティングロッドのスモールエンドとピストンピンとの間の旋回点におけるブッシングの必要性を排除することによって内燃機関の重量を減じることである。
【００１６】
本発明のさらに別の利点は、コネクティングロッドの旋回点における熱応力を減じるためにコネクティングロッドのラージエンドとスモールエンドとにおける潤滑を改良することである。
【００１７】
本発明のさらに別の利点は、コネクティングロッドのスモールエンドのボアとピストンピンとの間の境界面におけるブッシングの必要性を排除することによって、ピストン・コネクティングロッドアセンブリを製造するコストを減じることである。
【００１８】
本発明のさらに別の利点は、旋回点にブッシングを装着する必要性を排除することによってピストン・コネクティングロッドアセンブリを組み立てるコストを減じることである。
【００１９】
本発明のさらに別の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の詳細な説明を読了後、よりよく理解されるであろう。
【００２０】
図面の簡単な説明
図１は、本発明による内燃機関アセンブリにおいて使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面環境図である。
【００２１】
図２は、本発明によるピストン・コネクティングロッドアセンブリの１つの実施形態の分解図である。
【００２２】
図３は、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて使用されるプロファイルされたピストンピンの拡大断面図である。
【００２３】
図４は、コネクティングロッドが段状の構成を有して示された、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリ１つの実施形態の断面図である。
【００２４】
図５は、コネクティングロッドが台形の構成を有して示された、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの別の実施形態の断面図である。
【００２５】
図６は、プロファイルされたピストンピンがリン酸塩処理されたコーティングを有している、本発明によるピストン・コネクティングロッドアセンブリの別の実施形態の分解図である。
【００２６】
図７は、リン酸塩処理されたコネクティングロッドが段状の構成を有して示されておりかつピストンピンボアがリン酸塩処理されたコーティングを有している、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面図である。
【００２７】
図８は、リン酸塩処理されたコネクティングロッドが台形の構成を有して示されておりかつピストンピンボアがリン酸塩処理されたコーティングを有している、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面図である。
【００２８】
発明の詳細な説明
本発明は、図１〜図８に、概して１０及び１１０で示された、ピストン・コネクティングロッドアセンブリにおける関連する技術における欠点を克服する。全ての図面において同じ構造体を示すために同じ符号が使用されている。図１に示されたように、本発明は、概して１２で示された、内燃機関において使用するために特に適合されている。この場合、本発明のアセンブリ１０は、デュアルオーバヘッドカム配列を有する内燃機関１２の１つのシリンダ１４に関して説明されている。当業者は、エンジン１２が、本発明が使用されることができる多くの内燃機関のうちの１つであることを認めるであろう。例えば、本発明は２ストローク又は４ストロークエンジンにおいて使用されることができる。シリンダは、直列、Ｖ字形、又はフラット、又は技術上一般的に知られたあらゆるその他の形式で配列されることができる。本発明は、シングル又はデュアルオーバヘッド又はアンダーマウンドカムを有する、気化式又は燃料噴射式内燃機関に関して使用されることもできる。
【００２９】
図１を参照すると、内燃機関１２は、１つ又は２つ以上のシリンダ１４を有するエンジンブロック１６と、エンジンブロック１６に関連した、概して１８で示されたシリンダヘッドとを有している。ロッカーパネル２０は、技術上一般的に知られた形式でシリンダヘッド１８に関連している。概して２２で示されたピストンは、シリンダ１４において往復運動するように支持されている。概して２４で示されたコネクティングロッドは、後にさらに詳しく説明するように、ピストンピン２６を介してピストン２２に取り付けられている。クランクシャフト２８はコネクティングロッド２４に関連しており、オイルパン３０はエンジンブロック１６に関連している。それぞれ弁ステム３４及び弁ばね３６を有する、吸気弁３２及び排気弁３３は、シリンダヘッド１８に支持されており、シリンダ１４と吸気弁３２及び排気弁３３との間に流体の連通を提供するために、カム３８を介して開閉させられる。内燃機関１２は、シリンダ壁４４によって画定された、ピストン２２の上方における燃焼室４２内において燃料に点火するためのスパークプラグ４０をも有している。択一的に、又は付加的に、エンジン１２は、霧化された燃料を燃焼室内に導入する手段として燃料インジェクタを有することができる。すなわち、本発明は、火花点火又は圧縮点火（ディーゼル）エンジンの両方に関して使用されることができる。当業者は、エンジン１２が、技術上一般的に知られておりかつここでは詳細に説明されない多数のその他の慣用のコンポーネントも有することを認めるであろう。
【００３０】
概して、ピストン２２を往復運動させるために燃料がシリンダ１４の燃焼室４２内において燃焼させられる。ピストン２２はコネクティングロッド２４を駆動し、コネクティングロッドはクランクシャフト２８を駆動し、クランクシャフトをエンジンブロック１６内において回転させる。特に、シリンダ１４内の燃焼圧力はピストン２２を実質的に線形に下方へ、しかし僅かに回転運動で駆動する。これに対して、クランクシャフト２８の運動は、コネクティングロッド２４を実質的に回転運動で駆動する。
【００３１】
図２に示されたように、ピストン２２はボディ４６を有しており、このボディ４６は、ボディ４６の上縁部に形成されたクラウン４８と、クラウン４８から垂下したスカート５０とを有している。リングランド５２は、クラウン４８とスカート５０との間においてボディ４６の外周の周囲に延びている。リングランド５２は、ピストンリング（図示されていないが、技術上概して知られている）を保持するように適合されている。ボディ４６にはさらにピンボア５４が形成されている。図示されたように、ピンボア５４は実質的に円形の周囲を有している。しかしながら、当業者は、ピンボア５４が様々な形状を有することができることを認めるであろう。例として、ピンボア５４は実質的に楕円形の周囲を有することができる。ピンボア５４は、後により詳しく説明するように、ピストンピン２６を受容するように適合されている。当業者は、本発明の範囲において、ピストンが多くの種々異なる形状、寸法及びその他の構造的特徴を有することができることを認めるであろう。例として、ピストンは、燃焼プロセスを容易にしかつ燃焼プロセスから引き出されるパワー又は効率を高めるために、クラウン４８におけるあらゆる数のリングランド５２、又は突出部及び／又は凹所を有することができる。さらに、ピストン２２は、ピストンスカート５０に形成された凹所又は溝、又はピストンスカート５０に塗装されたコーティングを有することができる。さらに、ピストン２２は、研磨された又は面取りされたピンボア５４を有することができる。ピンボア５４はピンボア５４とピストンピン２６との間に潤滑剤を受容するためのサイドリリーフ（図６参照）を有することができる。
【００３２】
図１〜３までを参照すると、ピストンピン２６は、１対の遠位端部５６及び５８と、これらの遠位端部の間に形成された中央部分６０とを有している。管状のピストンピンは、ほとんどの用途のための標準として採用されてきたが、ピストンピン２６の中央領域の直径を減じることは、コネクティングロッド２４における圧力の軽減を提供し、ピンボア５４の強度の増大につながる。したがって、図３に示されたように、本発明のピストンピン２６の好適な実施形態は、中央部分６０よりも遠位端部５６，５８において大きな直径を有する、断面が実質的に円形の、プロファイルされた外周を有している。したがって、当業者は、ピストンピン２６が、あらゆる数の製造工程を介してピンボア５４及びコネクティングロッド２４に対して組み立てられることができることを認めるであろう。
【００３３】
上記のように、コネクティングロッド２４は、ピストン２２の往復運動をクランクシャフト２８の回転運動に変換するためにピストン２２とクランクシャフト２８とを結合するように適合されている。これに関して、コネクティングロッド２４は第１の端部６２と第２の端部６４とを有しており、これらの端部のうちの少なくとも一方が、貫通したボア６６を有している。ボア６６は内周を規定している。図示したように、ボア６６の内周は実質的に円形である。しかしながら、当業者は、ボア６６の内周が複数の他の形状を規定することもできることを認めるであろう。例として、ボア６６の内周は実質的に楕円形であるか又はテーパしたプロフィルを有することができる。ボア６６はピストンピンボア５４と整合されるように適合されている。ボア６６を有する端部６２はさらに、この端部から垂下したボアハウジング６８を有している。コネクティングロッド２４の反対側の端部６４はボルト７０を介してクランクシャフト２８に結合されている。コネクティングロッド２４の端部６２の標準的な形状が図２に示されているが、当業者は、減じられた重量及びボア６６への改良された潤滑が、変更されたボアハウジング６８を有するコネクティングロッド２４を使用することによって達せられることができることを認めるであろう。
【００３４】
例えば、図４及び図５に示されたように、同じ構造体を示すためにアルファベットが付加された同じ符号が使用されており、ボアハウジング６８ａ及び６８ｂはコネクティングロッド２４の端部６２に向かって内方へテーパすることができる。図４に示されたように、ボアハウジング６８ａは実質的に段状にテーパしているのに対して、図５に示されたボアハウジング６８ｂは実質的に台形にテーパしている。しかしながら、当業者は、図４及び図５に示されたボアハウジング６８ａ及び６８ｂの択一的な形状は、例示的であり、排他的ではないと意図されていることを認めるであろう。したがって、全ての形状のボアハウジングを有するコネクティングロッド２４は、本発明の範囲に含まれることが意図されている。
【００３５】
コネクティングロッド２４の組み合わされた線形及び回転運動は、ピストンピン２６を介して、コネクティングロッド２４とピストン２２との間の旋回点に高いレベルの応力を提供する。この旋回点に集中した、高い負荷、温度、ガス圧、及び慣性力の組合せは、コネクティングロッド２４と、ピストン２２と、ピストンピン２６との接触領域が、強度、熱応力及び潤滑に関する高められた特性を保持することを要求する。このような高められた特性がないと、ピストン２２と、コネクティングロッド２４と、ピストンピン２６との間の旋回点は、スカッフィングを生じ、最終的に故障することがある。したがって、ピストン２２と、コネクティングロッド２４と、ピストンピン２６との間の旋回点が、エンジン１２の運転中に良好な耐摩擦及び摩耗性を維持しながら熱応力及び負荷疲労に耐性のままであることが重要である。
【００３６】
これに関して、図１から図５までに示されたように、コネクティングロッド２４はさらに、第１の端部６２と反対側の端部６４との間に延びた内部ギャラリ６７を有している。内部ギャラリ６７は、ボア６６の内周に沿った第１のポート６９と、反対側の端部６４に沿った第２のポート７１とを有している。内部ギャラリ６７は、潤滑剤を第１の端部６２と反対側の端部６４との間において方向付けるように適合されている。特に、内部ギャラリ６７は潤滑剤を、内燃機関１２におけるコネクティングロッド２４の線形及び回転運動の間にボア６６の外周とコネクティングロッド２４の反対側の端部６４との間に潤滑剤を方向付ける。
【００３７】
エンジン１２の運転中に良好な耐摩擦及び摩耗性を維持しながら熱応力及び負荷疲労にさらに耐えるために、ボア６６を有するコネクティングロッド２４の端部６２は、リン酸塩処理されたコーティング７２を受容するように適合されている。好適な実施形態において、コーティング７２は２〜８μｍの厚さを有するリン酸マンガン溶液である。さらに、リン酸塩処理されたコーティング７２は、ボア６６の内周とピストンピン２６との間に配置されるようにボア６６の内周に提供されている。リン酸塩処理されたコーティング７２は、コネクティングロッド２４の端部６２を貫通したボア６６の内周にだけ結合されることができる。しかしながら、本発明のリン酸塩処理されたコーティング７２は、好適には、コネクティングロッド２４をリン酸マンガン溶液に浸漬することによってコネクティングロッド２４に提供される。しかしながら、当業者は、リン酸塩処理されたコーティング７２は、あらゆる公知の形式で提供されることができることを認めるであろう。例えば、リン酸塩処理されたコーティング７２は、噴霧又はスワビングプロセスによって提供されることができる。さらに、当業者は、後でさらに詳しく説明されるようにコネクティングロッド２４以外の本発明のコンポーネントもリン酸塩処理されたコーティング７２を有することができることを認めるであろう。
【００３８】
本発明のピストン・コネテクティングロッドアセンブリの択一的な実施形態が図６〜図８に１１０で概略的に示されており、これらの図面においては、同じ構造体を示すために、図１から図５までに示された発明の実施形態における符号に１００を加えた同じ符号が使用されている。図６から図８までに示された本発明のアセンブリ１１０は、図１から図５までに示されたアセンブリ１０のものと実質的に同じ構造を有しているので、ピストンの説明は、以下に説明されることを除いてここでは繰り返さない。図６に示されたアセンブリ１１０は、ピンボア１５４が形成されたボディ１４４を有するピストン１２２と共に使用するように適合されている。ピストン１２２のピンボア１５４は、第１のポート１６９を有する内周と、ピストンピン１２６とピンボア１５４の内周との間に潤滑剤を受容するために適合されたサイドリリーフチャネル１７４とを有している。図７及び図８に示されたように、ピストン１２２のピンボア１５４がリン酸塩処理されたコーティング１７２を受容するように適合されている。したがって、リン酸塩処理されたコーティング１７２は、ピンボア１５４の内周とピストンピン１２２との間に配置されるためにピンボア１５４の内周面に提供されている。
【００３９】
引き続き図６から図８までを参照すると、本発明のアセンブリ１１０は、それぞれ第１及び第２の端部１６２及び１６４を有するコネクティングロッド１２４を有しており、これらの端部のうちの少なくとも１つは、貫通したボア１６６を有している。コネクティングロッドボア１６６は、ピストン１２２のピンボア１５４と整合させられるように、及びリン酸塩処理されたコーティング１７２を受容するように適合されている。
【００４０】
択一的に図７及び図８に示されたように、同じ構造体を示すためにアルファベットが付加された同じ符号が使用されており、ボアハウジング１６８ａ及び１６８ｂはコネクティングロッド１２４のリン酸塩処理されたコーティングされた末端部１６２に向かって内方へテーパしていることができる。図７に示されているように、ボアハウジング１６８ａは実質的に段状にテーパしているのに対し、図５に示されたボアハウジング１６８ｂは実質的に台形にテーパしている。しかしながら、当業者は、図７及び図８に示されたボアハウジング１６８ａ及び１６８ｂの形状が、例示的であり、排他的ではないことが意図されていることを認めるであろう。したがって、全ての形状のボアハウジングを有するコネクティングロッド１２４が、発明の範囲に含まれることが意図されている。
【００４１】
図６に最もよく示されているように、アセンブリ１１０はさらに、ピストンピン１２６を有しており、このピストンピン１２６は、ピストン１２２における整合したピンボア１５４と、コネクティングロッド１２４の端部１６２を貫通したボア１６６とに受容されるように適合されている。図６に示されたピストンピン１２６は、実質的に、図１から図３までに示されたピストンピン２６と類似であり、プロファイルされた外周を有している。しかしながら、図６に示されたピストンピン１２６はリン酸塩処理されたコーティング１７２を有している。ここで説明された他の実施形態の場合のように、リン酸塩処理されたコーティング１７２は好適にはリン酸マンガン溶液から形成される。したがって、図６から図８までのピストンピン１２６は、図６に示された実施形態に関して完全に示されているように、図１から図５までに示されたピストンピン２６に関して開示されたピストン１２２及びコネクティングロッド１２４への取付けの択一的な実施形態及び／又は方法を有する。コネクティングロッド１２４のスモールエンド１６２とピストンピン１２６との間の公差を保つために、ボア１５４，１６６又はピストンピン１２６のいずれかは、２〜８μｍの厚さを有するリン酸塩処理されたコーティングを受容することができる。さらに、当業者は、ボア１５４，１６６及びピストンピン１２６の両方がリン酸塩処理されたコーティングを受容することができ、この場合、リン酸塩処理されたコーティングの厚さの合計が２〜８μｍの厚さを有することを認めるであろう。したがって、従来技術に開示されたコーティングとは異なり、２〜８μｍの厚さを有するリン酸塩処理されたコーティングは、ピストンピンと、コネクティングロッドのスモールエンド及びピストンにおいて関連したピンボアとの間に工学公差を保つ。
【００４２】
したがって、本発明は、関連技術の欠点を克服し、内燃機関１２の運転中のコネクティングロッド２４，１２４及びピストンピン２６，１２６の耐スカッフィング性を改良し、これにより、“公差から外れた”条件を生ぜしめる過度の摩耗なしに内燃機関１２の相対的なコンポーネントの寿命を延長する。さらに、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリ１０，１１０は、ピストンピン２６，１２６と、コネクティングロッドのスモールエンドを貫通したボア６６，１６６との間の境界面におけるブッシングの必要性を排除する。これにより、本発明は内燃機関１２内の重量を減じ、ピストンピン・コネクティングロッドアセンブリ１０，１１０を製造しかつ組み立てるコストを減じる。
【００４３】
本発明は例示的に説明された。使用された用語は、限定ではなく説明のための用語であることが理解されるべきである。上記説明に照らして本発明の多くの変更及び修正が可能である。したがって、添付の請求項の範囲において、本発明は、特に説明された以外の形式で実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による内燃機関アセンブリにおいて使用するためのピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面環境図である。
【図２】本発明によるピストン・コネクティングロッドアセンブリの１つの実施形態の分解図である。
【図３】本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリにおいて使用されたプロファイルされたピストンピンの拡大断面図である。
【図４】コネクティングロッドが段状の構成を有して示された、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリ１つの実施形態の断面図である。
【図５】コネクティングロッドが台形の構成を有して示された、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの別の実施形態の断面図である。
【図６】プロファイルされたピストンピンがリン酸塩処理されたコーティングを有する、本発明によるピストン・コネクティングロッドアセンブリの別の実施形態の分解図である。
【図７】リン酸塩処理されたコネクティングロッドが段状の構成を有して示されておりかつピストンピンボアがリン酸塩処理されたコーティングを有している、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面図である。
【図８】リン酸塩処理されたコネクティングロッドが台形の構成を有して示されておりかつピストンピンボアがリン酸塩処理されたコーティングを有している、本発明のピストン・コネクティングロッドアセンブリの断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１１０  アセンブリ、  １２  内燃機関、  １４  シリンダ、  １６  エンジンブロック、  １８  シリンダヘッド、  ２０  ロッカーパネル、  ２２  ピストン、  ２４  コネクティングロッド、  ２６  ピストンピン、  ２８  クランクシャフト、  ３０  オイルパン、  ３２  吸気弁、  ３３  排気弁、  ３４  弁ステム、  ３６  弁ばね、  ３８  カム、  ４０  スパークプラグ、  ４２  燃焼室、  ４４  シリンダ壁、  ４６  ボディ、  ４８  クラウン、  ５０  スカート、  ５２  リングランド、  ５４  ピンボア、  ５６，５８  遠位端部、  ６０  中央部分、  ６２，６４  端部、  ６６  ボア、  ６７  内部ギャラリ、  ６８，６８ａ，６８ｂ  ボアハウジング、  ７０  ボルト、  ７１  第１のポート、  ７２  コーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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