(57)【要約】【課題】ブシュの内周面の下側部分に、簡単に潤滑油を供給することができる軸受、およびコンロッドアセンブリを提供することを課題とする。【解決手段】軸受１は、コンロッド７の小端部７０と大端部７１とを通過する方向を上下方向、小端部７０側を上側、大端部７１側を下側として、小端部７０に配置され、ピストンピン９２を支持すると共に内周面２０に凹部２０１を有する円筒状のブシュ２と、ブシュ２よりも熱膨張係数が大きく、熱膨張により凹部２０１から突出可能に凹部２０１に配置され、ピストンピン９２を支持可能な支持部６０を有する熱膨張部材６と、を備える。支持部６０は、ブシュ２の重心Ｇよりも下側に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンロッドの小端部と大端部とを通過する方向を上下方向、前記小端部側を上側、前記大端部側を下側として、
前記小端部に配置され、ピストンピンを支持すると共に内周面に凹部を有する円筒状のブシュと、
前記ブシュよりも熱膨張係数が大きく、熱膨張により前記凹部から突出可能に前記凹部に配置され、前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する熱膨張部材と、
を備え、
前記支持部は、前記ブシュの重心よりも前記下側に配置される軸受。
【請求項２】
通常運転時において、前記熱膨張部材の前記支持部は、前記ブシュの前記内周面と面一であり、
前記通常運転時よりも高温の高温時において、前記熱膨張部材の前記支持部は、前記ブシュの前記内周面から突出する請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記熱膨張部材は、前記凹部に密着する請求項１または請求項２に記載の軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の軸受と、前記軸受が小端部に配置されるコンロッドと、を備えるコンロッドアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンロッドの小端部に配置されピストンピンを相対的に揺動可能に支持する軸受、およびコンロッドアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、コンロッドは、ピストンに作用する爆発力をクランクシャフトに伝達している。また、コンロッドは、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している。コンロッドの小端部は、ブシュを介して、ピストンピンに連結されている。ブシュの内周面とピストンピンの外周面との間には、潤滑油が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−９２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストンのストローク方向を上下方向、上死点側を上側、下死点側を下側として、エンジンの爆発力は、ピストンつまりピストンピンに対して、下向きに作用する。つまり、ピストンピンをブシュの内周面の下側部分に押し付ける方向に、爆発力は作用する。一方、クランクシャフトの回転運動に伴って、ピストンピンには、所定のクランク回転角度領域において、上向きの遠心力が作用する。このように、ピストンピンには、下向きの爆発力と、上向きの遠心力と、が作用する。当該遠心力により、ブシュの内周面に対して、ピストンピンを浮かせることができる。このため、ブシュの内周面の下側部分に、潤滑油を供給することができる。
【０００５】
しかしながら、近年のエンジン（例えば、ディーゼルターボエンジンなど）においては、エンジンの圧縮比が高くなっている。このため、爆発力が大きくなっている。これに対して、燃費向上の観点から摺動抵抗軽減が求められることから、エンジンの回転速度は遅い方が好ましい。エンジンの回転速度が遅くなると、コンロッドの大端部の回転速度が遅くなる。したがって、ピストンピンに作用する遠心力が小さくなる。
【０００６】
このように、近年のエンジンにおいては、ピストンピンに下向きに作用する爆発力は大きくなる傾向にある。一方、ピストンピンに上向きに作用する遠心力は小さくなる傾向にある。このため、ピストンピンの外周面の下側部分が、ブシュの内周面の下側部分に、押し付けられてしまう。したがって、ブシュの内周面の下側部分に、潤滑油が供給されにくくなる。特に、通常運転時に対してブシュ周囲の温度が高くなる高温時においては、ブシュの内周面の下側部分に、確実に潤滑油を供給する必要がある。そこで、本発明は、ブシュの内周面の下側部分に、簡単に潤滑油を供給することができる軸受、およびコンロッドアセンブリ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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の軸受は、コンロッドの小端部と大端部とを通過する方向を上下方向、前記小端部側を上側、前記大端部側を下側として、前記小端部に配置され、ピストンピンを支持すると共に内周面に凹部を有する円筒状のブシュと、前記ブシュよりも熱膨張係数が大きく、熱膨張により前記凹部から突出可能に前記凹部に配置され、前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する熱膨張部材と、を備え、前記支持部は、前記ブシュの重心よりも前記下側に配置されることを特徴とする。また、上記課題を解決するため、本発明のコンロッドアセンブリは、前記軸受と、前記軸受が小端部に配置されるコンロッドと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
支持部は、ブシュの重心よりも下側に配置されている。また、熱膨張部材は、軸受周囲の温度に応じて、熱変形可能である。このため、凹部から熱膨張部材が突出（熱膨張）することにより、支持部はピストンピンを支持することができる。したがって、ブシュの内周面に対して、ピストンピンを浮かせることができる。よって、ブシュの内周面の下側部分に、簡単に潤滑油を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態であるコンロッドアセンブリを備えるエンジンのシリンダの軸方向断面図である。
【図２】同エンジンのピストンの軸方向断面図である。
【図３】図２の円ＩＩＩ内の拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態である軸受の部分斜視図である。
【図５】同軸受の通常運転時における径方向断面図である。
【図６】同軸受の高温時における径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリの実施の形態について説明する。
【００１１】
［コンロッドアセンブリの構成］
まず、本実施形態のコンロッドアセンブリの構成について説明する。図１に、本実施形態のコンロッドアセンブリを備えるエンジンのシリンダの軸方向断面図を示す。図１に示すように、エンジン９は、シリンダ９０と、ピストン９１と、ピストンピン９２と、クランクシャフト９３と、コンロッドアセンブリ８と、を備えている。エンジン９は、ディーゼルターボエンジンである。
【００１２】
ピストン９１は、シリンダ９０内に収容されている。ピストン９１により、シリンダ９０内には、燃焼室Ｃが区画されている。ピストンピン９２は、円筒状を呈している。ピストンピン９２は、ピストン９１を直径方向に貫通している。クランクシャフト９３は、メインジャーナル９３０と、クランクピン９３１と、クランクアーム９３２と、を備えている。メインジャーナル９３０に対して、クランクピン９３１は、クランクアーム９３２を介して、偏心して接続されている。すなわち、メインジャーナル９３０の中心ａ３に対して、後述するコンロッド（コネクティングロッド）７の大端部７１の中心ａ２は、偏心している。
【００１３】
図２に、エンジンのピストンの軸方向断面図を示す。図３に、図２の円ＩＩＩ内の拡大図を示す。図４に、本実施形態の軸受の部分斜視図を示す。図５に、同軸受の通常運転時における径方向断面図を示す。図６に、同軸受の高温時における径方向断面図である。なお、図３は、同軸受のエンジン停止時における径方向断面図に相当する。また、図４においては、ピストンピン９２を透過して示す。
【００１４】
図２、図４に示すように、コンロッドアセンブリ８は、軸受１と、コンロッド７と、を備えている。図１、図２に示すように、コンロッド７は、小端部７０と、大端部７１と、ロッド部７２と、を備えている。図１に示すように、大端部７１は、円環状を呈している。大端部７１には、コンロッドベアリング７１０を介して、クランクピン９３１が接続されている。図２〜図６に示すように、小端部７０は、大端部７１より小径の円環状を呈している。小端部７０は、二つの油孔７００を備えている。二つの油孔７００は、小端部７０を径方向に貫通している。ロッド部７２は、大端部７１と小端部７０とを連結している。
【００１５】
図１に示すように、コンロッド７を正面から見て、小端部７０の中心ａ１および大端部７１の中心ａ２を通過する中心線Ａの延在方向を「上下方向」、中心ａ２から見て中心ａ１側を「上側」、中心ａ１から見て中心ａ２側を「下側」、と各々定義する。
【００１６】
図２〜図６に示すように、軸受１は、ブシュ２と、熱膨張部材６と、を備えている。軸受１は、滑り軸受である。ブシュ２は、短軸円筒状を呈している。ブシュ２は、小端部７０の径方向内側に配置されている。ブシュ２は、ピストンピン９２を下側から支持している。ブシュ２の内周面２０と、ピストンピン９２の外周面９２０と、の間には、隙間（オイルクリアランス）Ｂが確保されている。内周面２０には、凹部２０１が凹設されている。図３〜図６に示すように、凹部２０１は、内周面２０の下側部分に配置されている。凹部２０１は、重心Ｇの真下に配置されている。凹部２０１は、内周面２０の軸方向（前後方向）中央に配置されている。ブシュ２は、二つの油孔２１を備えている。二つの油孔２１は、ブシュ２を径方向に貫通している。油孔２１は、小端部７０の油孔７００と、径方向に連なっている。図５、図６に示すように、通常運転時および高温時においては、油孔７００、２１を経由して、潤滑油Ｏが内周面２０に供給される。潤滑油Ｏは、隙間Ｂに油膜を形成する。
【００１７】
熱膨張部材６は、凹部２０１に配置されている。熱膨張部材６は、支持部６０を備えている。支持部６０は、ブシュ２の重心Ｇよりも下側に配置されている。図４に点線ハッチングで示すように、支持部６０は、ピストンピン９２の外周面９２０を、下側から支持可能である。熱膨張部材６は、樹脂製である。一方、ブシュ２は、銅系合金製である。樹脂の熱膨張係数は、銅系合金の熱膨張係数よりも、大きい。
【００１８】
ここで、ブシュ２の重心Ｇとは、ブシュ２を軸方向（コンロッド７の正面側）から見て、内周面２０により形成される円の図形重心である。本実施形態において、重心Ｇは、小端部７０の中心ａ１と一致している。
【００１９】
また、支持部６０が外周面９２０を支持する形態には、支持部６０が外周面９２０に接触することにより、外周面９２０を直接支持する形態が含まれる。また、支持部６０が、潤滑油Ｏによる油膜を介して、外周面９２０を間接的に支持する形態が含まれる。内周面２０が外周面９２０を支持する形態についても、同様である。
【００２０】
［軸受の動き］
次に、本実施形態の軸受の動きについて説明する。図３に示すエンジン停止時において、熱膨張部材６の支持部６０は、内周面２０よりも下側に配置されている。内周面２０は、ピストンピン９２の外周面９２０を、下側から支持している。支持部６０の上側には、凹部２０１の側面に囲まれて、潤滑油Ｏが溜まっている。熱膨張部材６は、凹部２０１に密着している。このため、軸受１周囲の温度が上昇すると、熱膨張部材６は、上側に熱膨張する。
【００２１】
図５に示す通常運転時（暖機運転完了後）においては、図３に示すエンジン停止時と比較して、軸受１周囲の温度が上昇する。このため、熱膨張部材６は、支持部６０と内周面２０とが面一になるまで、上側に熱膨張する。支持部６０の上側に溜まっていた潤滑油Ｏは、内周面２０に供給される。
【００２２】
支持部６０は、曲面状を呈している。支持部６０の曲率は、内周面２０の曲率と、同じである。ピストンピン９２周囲の荷重状況に応じて、支持部６０は、内周面２０と共に、ピストンピン９２の外周面９２０を、下側から支持可能である。
【００２３】
図５に点線で示すように、軸受１の組付当初、支持部６０は平面状を呈している。また、軸受１の組付当初、図５に示す通常運転時において、支持部６０は内周面２０から上側に突出している。しかしながら、支持部６０は、ピストンピン９２との摺動により、徐々に摩耗する。このため、図５に実線で示すように、時間が経つと、支持部６０は曲面状になる。
【００２４】
図６に示す高温時においては、図５に示す通常運転時と比較して、軸受１周囲の温度が上昇する。このため、熱膨張部材６は、上側に熱膨張する。支持部６０は、内周面２０から上側に突出している。ピストンピン９２周囲の荷重状況に応じて、支持部６０は、ピストンピン９２の外周面９２０を、下側から支持可能である。支持部６０が外周面９２０を支持する際、内周面２０の下側部分と、外周面９２０の下側部分と、は離間している。このため、隙間Ｂの下側部分に、潤滑油Ｏを供給することができる。
【００２５】
このように、熱膨張部材６は、軸受１周囲の温度状況に応じて、熱変形する。このため、軸受１は、図３に示す第一支持状態（ピストンピン９２を内周面２０だけで支持）、図５に示す第二支持状態（ピストンピン９２を内周面２０および支持部６０で支持）、図６に示すリフト状態（ピストンピン９２を支持部６０だけで支持）に切り替わる。
【００２６】
［作用効果］
次に、本実施形態の軸受およびコンロッドアセンブリの作用効果について説明する。図３、図５、図６に示すように、支持部６０は、ブシュ２の重心Ｇよりも下側に配置されている。また、熱膨張部材６は、軸受１周囲の温度に応じて、熱変形可能である。このため、図６に示すように、凹部２０１から熱膨張部材６が突出（熱膨張）することにより、支持部６０はピストンピン９２を支持することができる。したがって、ブシュ２の内周面２０に対して、ピストンピン９２を浮かせることができる。よって、ブシュ２の内周面２０の下側部分に、簡単に潤滑油Ｏを供給することができる。
【００２７】
また、図３、図５、図６に示すように、支持部６０は、熱膨張部材６の熱変形により、上下方向に移動する。このため、支持部６０を上下動させる機構が簡単である。したがって、図５に示す通常運転時から図６に示す高温時に移行する際、確実に、軸受１を第二支持状態からリフト状態に切り替えることができる。
【００２８】
また、仮に、図３に示すエンジン停止時において、熱膨張部材６と凹部２０１との間に隙間（例えば、熱膨張部材６の周方向側面と凹部２０１の周方向側面との間の隙間、熱膨張部材６の軸方向側面と凹部２０１の軸方向側面との間の隙間、熱膨張部材６の下面と凹部２０１の底面との間の隙間など）があると、軸受１周囲の温度が上昇する際、熱膨張部材６が当該隙間を埋める方向に膨張してしまう。このため、熱膨張部材６が上側に膨張しにくくなる。
【００２９】
この点、本実施形態の軸受１によると、図３に示すエンジン停止時において、熱膨張部材６は凹部２０１に密着している。すなわち、軸受１周囲の温度が最も低い状態において、熱膨張部材６は凹部２０１に密着している。このため、軸受１周囲の温度が上昇する際の熱膨張部材６の膨張方向を、上側に配向することができる。したがって、図５に示す通常運転時から図６に示す高温時に移行する際、確実に、軸受１を第二支持状態からリフト状態に切り替えることができる。また、図３に示すエンジン停止時から図５に示す通常運転時に移行する際、支持部６０の上側に溜まっていた潤滑油Ｏを、内周面２０に供給することができる。
【００３０】
また、本実施形態の軸受１によると、図６に示すリフト状態における、凹部２０１からの支持部６０の突出量を、熱膨張部材６の材質を選択することにより、簡単に調整することができる。同様に、図３に示す第一支持状態における、凹部２０１への支持部６０の没入量（潤滑油Ｏの貯留量）を、熱膨張部材６の材質を選択することにより、簡単に調整することができる。また、ばね部材（例えば、板ばね、コイルばね、皿ばねなど）と比較して、熱膨張部材６は、弾性変形しにくい。このため、図６に示すリフト状態において、支持部６０の突出量が変化しにくい。したがって、高温時において、ブシュ２の内周面２０に対して、ピストンピン９２を、継続的に浮かせ続けることができる。
【００３１】
［その他］
以上、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３２】
軸受１がリフト状態、第一支持状態、第二支持状態になる温度領域は、特に限定しない。例えば、エンジン停止時において、軸受１が第二支持状態になってもよい。また、通常運転時において、軸受１がリフト状態になってもよい。熱膨張部材６の材質は、特に限定しない。例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フェノール（ＰＲ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの樹脂であってもよい。また、熱膨張部材６は金属であってもよい。熱膨張部材６を形成する材料の熱膨張係数が、ブシュ２を形成する材料の熱膨張係数よりも、大きければよい。
【００３３】
熱膨張部材６の側面、および当該側面に対向する凹部２０１の側面が、共に、下側から上側に向かって尖るテーパ状であってもよい。こうすると、第一支持状態から第二支持状態に切り替わる際、および第二支持状態からリフト状態に切り替わる際、熱膨張部材６の膨張方向を、上側に配向しやすい。
【００３４】
図６に示す高温時の原因、すなわち図５に示す通常運転時に対して軸受１周囲の温度が上昇する原因は、特に限定しない。例えば、冷却系や潤滑油系の不具合などによる、エンジン過熱などが挙げられる。
【００３５】
図３に示す油孔２１の配置数、位置は特に限定しない。例えば、内周面２０の下側部分に、油孔２１が開口していてもよい。また、ブシュ２に油孔２１を配置しなくてもよい。油孔７００についても同様である。内周面２０に潤滑油Ｏを供給する供給経路は特に限定しない。エンジン９の種類は特に限定しない。本発明の軸受およびコンロッドアセンブリをガソリンエンジンに用いてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：軸受、２：ブシュ、２０：内周面、２０１：凹部、２１：油孔、６：熱膨張部材、６０：支持部、７：コンロッド、７０：小端部、７００：油孔、７１：大端部、７１０：コンロッドベアリング、７２：ロッド部、８：コンロッドアセンブリ、９：エンジン、９０：シリンダ、９１：ピストン、９２：ピストンピン、９２０：外周面、９３：クランクシャフト、９３０：メインジャーナル、９３１：クランクピン、９３２：クランクアーム、Ａ：中心線、Ｂ：隙間、Ｃ：燃焼室、Ｇ：重心、Ｏ：潤滑油、ａ１〜ａ３：中心
【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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