(57)【要約】      （修正有）【課題】クランクシャフトが挿入される孔の内周面に局所的に圧力が集中することを抑制する内燃機関のコンロッドの提供。【解決手段】第１端部と第２端部とを繋ぐコンロッドは、厚み方向に直交する長手方向に延びたコラム部２０から長手方向及び厚み方向の双方に直交する幅が徐々に広がった幅広部３２と、第１端部と第２端部とを繋ぐコンロッドの中心軸に直交する線分に重なる幅広中心部３２aと、幅広中心部を幅方向から挟む一対の幅広外縁部３２bを含み、コラム部はコラム中心部２０aとコラム外縁部２０bとを含み、前記一対の幅広外縁部のそれぞれは幅広中心部よりも厚みが厚く、一対のコラム外縁部のそれぞれは前記コラム中心部よりも厚みが厚く、前記線分に直交する単位面積に占める、前記幅広中心部の前記線分に直交する断面積の割合は、前記単位面積に占める、前記コラム中心部の前記線分に直交する断面積の割合よりも小さくした内燃機関のコンロッド。【選択図】図２
2019143662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通しピストンピンが挿入される第１孔を有した第１端部と、
前記厚み方向に貫通し前記第１孔よりも大きくクランクシャフトが挿入される第２孔を有した第２端部と、
前記第１端部と前記第２端部とを繋ぐように、前記厚み方向に直交する長手方向に延びたコラム部と、を備え、
前記第２端部は、前記コラム部から前記第２孔にかけて前記長手方向及び厚み方向の双方に直交する幅が徐々に広がった幅広部を有し、
前記幅広部は、前記第１及び第２孔の各中心軸を通過し前記中心軸に直交する線分に重なる幅広中心部と、前記幅広中心部を幅方向から挟む一対の幅広外縁部と、を含み、
前記コラム部は、前記線分に重なるコラム中心部と、前記コラム中心部を前記幅方向から挟む一対のコラム外縁部と、を含み、
前記一対の幅広外縁部のそれぞれは、前記幅広中心部よりも厚みが厚く、
前記一対のコラム外縁部のそれぞれは、前記コラム中心部よりも厚みが厚く、
前記線分に直交する単位面積に占める、前記幅広中心部の前記線分に直交する断面積の割合は、前記単位面積に占める、前記コラム中心部の前記線分に直交する断面積の割合よりも小さい、内燃機関のコンロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のコンロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、気筒内での燃料の燃焼圧を受けてピストンが往復運動し、このピストンの往復運動はコンロッドによりクランクシャフトの回転運動に変換される。このため、コンロッドに形成されたクランクシャフトが挿通される孔の内周面には、局所的に応力が集中し、コンロッドの耐久性に影響を与える可能性がある。例えば特許文献１では、孔の内周面への局所的な圧力の集中を抑制するために、この孔に取り付けられる軸受の形状に工夫が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３０２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば高出力化された内燃機関ではコンロッドは更に大きな圧力を受けるため、上述のように軸受の形状の工夫のみでは、クランクシャフトが挿通される孔の内周面への局所的な応力集中を十分に抑制することができない可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、クランクシャフトが挿入される孔の内周面に局所的に圧力が集中することを抑制する内燃機関のコンロッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、厚み方向に貫通しピストンピンが挿入される第１孔を有した第１端部と、前記厚み方向に貫通し前記第１孔よりも大きくクランクシャフトが挿入される第２孔を有した第２端部と、前記第１端部と前記第２端部とを繋ぐように、前記厚み方向に直交する長手方向に延びたコラム部と、を備え、前記第２端部は、前記コラム部から前記第２孔にかけて前記長手方向及び厚み方向の双方に直交する幅が徐々に広がった幅広部を有し、前記幅広部は、前記第１及び第２孔の各中心軸を通過し前記中心軸に直交する線分に重なる幅広中心部と、前記幅広中心部を幅方向から挟む一対の幅広外縁部と、を含み、前記コラム部は、前記線分に重なるコラム中心部と、前記コラム中心部を前記幅方向から挟む一対のコラム外縁部と、を含み、前記一対の幅広外縁部のそれぞれは、前記幅広中心部よりも厚みが厚く、前記一対のコラム外縁部のそれぞれは、前記コラム中心部よりも厚みが厚く、前記線分に直交する単位面積に占める、前記幅広中心部の前記線分に直交する断面積の割合は、前記単位面積に占める、前記コラム中心部の前記線分に直交する断面積の割合よりも小さい、内燃機関のコンロッドによって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クランクシャフトが挿入される孔の内周面に局所的に圧力が集中することを抑制する内燃機関のコンロッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａは、コンロッドの正面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２Ａは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。図２Ｂは、図１ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【図３】図３は、クランク角に応じた大径孔の内周面の領域に作用する応力を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａは、コンロッド１の正面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。図２Ａは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。図２Ｂは、図１ＡのＣ−Ｃ断面図である。コンロッド１は、鋳造又は鍛造により形成された鋼材により形成されており、内燃機関に用いられる。図１Ａ〜図２Ｂには、互いに直交したＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示している。Ｙ方向、Ｘ方向、Ｚ方向は、それぞれコンロッド１の長手方向、幅方向、及び厚み方向に相当する。尚、Ｘ方向は互いに反対向きである＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を含むが、本明細書において特に限定しない場合にはＸ方向と称し、図示した矢印が示すＸ方向に限定する場合には＋Ｘ方向と称し、＋Ｘ方向と反対方向に限定する場合には−Ｘ方向と称する。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、コンロッド１は、小端部１０、コラム部２０、及び大端部３０を有している。小端部１０及び大端部３０は、コンロッド１のＹ方向の一端及び他端にそれぞれ形成されている。コラム部２０は、小端部１０と大端部３０とを繋ぐようにＹ方向に延びている。小端部１０及び大端部３０には、それぞれＺ方向に貫通した小径孔１１及び大径孔３１が形成されている。大径孔３１は小径孔１１よりも大きく形成されている。コンロッド１は、小径孔１１及び大径孔３１にそれぞれピストンピン及びクランクシャフトが挿入されて内燃機関に組み付けられる。小端部１０及び大端部３０のそれぞれの厚みＴ１及びＴ３は、略同じに設定されている。小端部１０は、厚み方向に貫通しピストンピンが挿入される小径孔１１を有した第１端部の一例である。大端部３０は、厚み方向に貫通し小径孔１１よりも大きくクランクシャフトが挿入される大径孔３１を有した第２端部の一例である。尚、図１Ａには、小径孔１１及び大径孔３１のそれぞれの中心軸１１ｃ及び３１ｃに直交すると共に中心軸１１ｃ及び３１ｃを通過する線分Ｌを記載している。図１Ａにおいて線分ＬはＡ−Ａ線と重なっている。
【００１１】
コラム部２０は、コラム中心部（以下、中心部と称する）２０ａと、中心部２０ａをＸ方向で挟む一対のコラム外縁部（以下、外縁部と称する）２０ｂを有している。中心部２０ａはＺ方向から見て線分Ｌに重なっているが、一対の外縁部２０ｂは線分Ｌには重なっていない。図１Ｂに示すように、厚みＴ２ａ及びＴ２ｂのそれぞれは、厚みＴ１及びＴ３のそれぞれよりも薄く形成されている。図１Ｂ及び図２Ａに示すように、中心部２０ａの厚みＴ２ａは、外縁部２０ｂの厚みＴ２ｂよりも薄く形成されている。
【００１２】
大端部３０は、コラム部２０と大径孔３１との間に形成された幅広部３２を含む。幅広部３２は、コラム部２０から大径孔３１にかけて徐々に幅が広がっている。また、幅広部３２は、幅広中心部（以下、中心部と称する）３２ａと、中心部３２ａをＸ方向から挟む一対の幅広外縁部（以下、外縁部と称する）３２ｂを有している。中心部３２ａは、線分Ｌに重なっているが、外縁部３２ｂは線分Ｌに重なっていない。図１Ｂに示すように、厚みＴ３ａ及びＴ３ｂのそれぞれは、厚みＴ１及びＴ３のそれぞれよりも薄く形成されている。図１Ｂ及び図２Ｂに示すように、中心部３２ａの厚みＴ３ａは、外縁部３２ｂの厚みＴ３ｂよりも薄く形成されている。厚みＴ２ｂ及びＴ３ｂは、略同じに設定されているが、厚みＴ３ａは厚みＴ２ａよりも薄く形成されている。
【００１３】
ここで、クランクシャフトから大径孔３１の内周面が受ける圧力は、線分Ｌに重なる大径孔３１の内周面の領域Ｆに集中する。このように大径孔３１の内周面のある一部分に局所的に応力が集中すると、コンロッド１の耐久性に影響を与える可能性がある。本実施例では、ピストン側からクランクシャフト側への方向にコンロッド１に加えられる荷重が大径孔３１の領域Ｆに集中しないようにするために、中心部３２ａが形成されている。
【００１４】
詳細には、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、線分Ｌに直交する単位面積Ｓに占める、中心部３２ａの線分Ｌに直交する断面積の割合は、同一の大きさの単位面積Ｓに占める中心部２０ａの線分Ｌに直交する断面積の割合よりも小さい。ここで、単位面積Ｓは、中心部２０ａの少なくとも一部を含むが外縁部２０ｂを含まない大きさの面積である。このような構成により、応力を中心部３２ａに集中することを回避し外縁部３２ｂ側に分散されることが促進される。
【００１５】
例えば、長さＬ、断面積Ａ、ヤング率Ｅを有したある部材に、長さ方向に荷重Ｐが加えられた場合のひずみλは、以下の式により定められる。
λ＝ＰＬ／ＥＡ…（１）
ここで、例えば断面積Ａのみが異なる２つの部材に同じひずみλが生じる場合に、２つの部材のそれぞれに作用する荷重の大きさについて考える。
Ａ１＞Ａ２とすると、以下の式が成立する。
Ｐ１Ｌ／ＥＡ１＝Ｐ２Ｌ／ＥＡ２…（２）
Ｐ１／Ａ１＝Ｐ２／Ａ２…（３）
Ａ１＞Ａ２であるため、Ｐ１＞Ｐ２となる。これは、断面積が大きい部材の方に大きな荷重が作用し、断面積が小さい部材の方には小さな荷重が作用することを意味する。従って、中心部３２ａの厚みＴ３ａが、外縁部３２ｂの厚みＴ３ｂよりも薄く、更に中心部２０ａの厚みＴ２ａよりも薄いことにより、中心部３２ａに作用する荷重を低減させ、外縁部３２ｂ側に分散させることができる。従って、大径孔３１の領域Ｆに応力が集中することを抑制できる。
【００１６】
図３は、クランク角に応じた大径孔３１の内周面の領域Ｆに作用する応力を示したグラフである。図３では、本実施例と比較例とをそれぞれ同一の内燃機関に搭載した場合での、大径孔３１の領域Ｆに作用する応力を示している。比較例は、本実施例とは異なり、中心部３２ａの厚みが中心部２０ａの厚みと同じである。図３に示すように、本実施例と比較例との差は、圧力がピークとなるクランク角で大きくなり、本実施例の方が比較例よりも大径孔３１の領域Ｆに作用する応力が低減されていることが分かる。
【００１７】
尚、本実施例では、幅広部３２の中心部３２ａの厚みを薄くすることにより、中心部３２ａの単位面積Ｓに占める断面積の割合を、中心部２０ａの単位面積Ｓに占める断面積の割合よりも小さくしたが、これに限定されない。例えば、幅広部３２の中心部３２ａにＺ方向に貫通した孔を設けて、これにより中心部３２ａの単位面積Ｓに占める断面積の割合を、中心部２０ａの単位面積Ｓに占める断面積の割合よりも小さくしてもよい。
【００１８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  小端部（第１端部）
１１  小径孔（第１孔）
２０  コラム部
２０ａ  コラム中心部
２０ｂ  コラム外縁部
３０  大端部（第２端部）
３１  大径孔（第２孔）
３２  幅広部
３２ａ  幅広中心部
３２ｂ  幅広外縁部
Ｌ  線分
Ｓ  単位面積
【図１】
2019143662.tif 000003
【図２】
2019143662.tif 000004
【図３】
2019143662.tif 000005