(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、ピストンピン９２を支持可能な支持部４０を有する押出部材４と、凹部２０１と押出部材４との間に介装される中間ばね部材５ａ、５ｂと、を備える。支持部４０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、
前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する押出部材と、
前記凹部と前記押出部材との間に介装される中間ばね部材と、
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】
前記ピストンピンを介して前記支持部に伝達される燃焼室の爆発力により、前記中間ばね部材は弾性変形し、前記中間ばね部材および前記押出部材は前記凹部に収容される請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記中間ばね部材および前記押出部材が前記凹部に収容されている状態において、前記中間ばね部材および前記押出部材は、前記凹部の５０％以上の容積を占有する請求項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。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、前記ピストンピンを支持可能な支持部を有する押出部材と、前記凹部と前記押出部材との間に介装される中間ばね部材と、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】
前述したように、クランクシャフトの回転運動に伴って、所定のクランク回転角度領域において、ピストンピンには、上向きの遠心力（慣性力）が作用する。この点、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリによると、支持部が、ブシュの重心よりも下側に配置されている。このため、突出部材は、ピストンピンに上向きに作用する遠心力を、補助することができる。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】同エンジンのピストンの軸方向断面図である。
【図６】図５の円ＶＩ内の拡大図である。
【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。なお、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４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４に示すように、軸受１は、ブシュ２と、押出部材４と、二つの中間ばね部材５ａ、５ｂ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４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、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３に示すように、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】
押出部材４は、凹部２０１に配置されている。押出部材４は、支持部４０を備えている。図３に示すように、支持部４０は、曲面状を呈している。支持部４０の曲率は、内周面２０の曲率と、同じである。支持部４０は、重心Ｇよりも下側に配置されている。支持部４０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。
【００１８】
中間ばね部材５ａ、５ｂは、各々、弾性変形可能なコイルばねである。中間ばね部材５ａ、５ｂは、凹部２０１に並置されている。中間ばね部材５ａ、５ｂは、凹部２０１の底面と、押出部材４の下面と、の間に介装されている。中間ばね部材５ａ、５ｂの有する弾性力により、押出部材４は、凹部２０１から、上側に突出可能である。
【００１９】
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。
【００２０】
また、支持部４０が外周面９２０を支持する形態には、支持部４０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４０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。
【００２１】
［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５に、エンジンのピストンの軸方向断面図を示す。図６に、図５の円ＶＩ内の拡大図を示す。なお、図５は図２に、図６は図３に、各々対応している。また、図２、図３の軸受１は、リフト状態である。図５、図６の軸受１は、支持状態である。
【００２２】
後述するように、リフト状態においては、ピストンピン９２が、内周面２０ではなく、押出部材４により支持される。一方、支持状態においては、ピストンピン９２が、内周面２０および押出部材４のうち、少なくとも内周面２０により支持される。
【００２３】
通常運転時において、エンジン９のピストン９１は、圧縮行程、膨張行程、排気行程、吸入行程からなるサイクルを、繰り返し実行する。当該サイクルに応じて、軸受１は、リフト状態と、支持状態と、に切り替わる。
【００２４】
図１に示すように、クランク回転角度（中心ａ３に対する中心ａ２の角度）領域が−９０°〜０°（上死点）の区間（圧縮行程後半）の場合、図２に示すように、ピストンピン９２には、上向きに遠心力（慣性力）Ｆ３が作用する。また、押出部材４からピストンピン９２に、上向きに、中間ばね部材５ａ、５ｂの弾性力Ｆ１が加わる。一方、ピストンピン９２から押出部材４に、下向きに、ピストン９１およびピストンピン９２の重さＦ２が加わる。ここで、（弾性力Ｆ１＋遠心力Ｆ３＞重さＦ２）の関係が成立する。このため、図２、図３に示すように、圧縮行程後半において、軸受１はリフト状態になる。なお、説明の便宜上、押出部材４、中間ばね部材５ａ、５ｂの自重は省略する。
【００２５】
リフト状態において、外周面９２０の下側部分は、押出部材４の支持部４０により、支持されている。支持部４０は、凹部２０１から突出している。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が供給される。また、凹部２０１に、潤滑油Ｏが流れ込む。
【００２６】
図１に示すように、クランク回転角度領域が０°〜９０°の区間（膨張行程前半）の場合、図５に示すように、圧縮行程後半と同様に、ピストンピン９２には、上向きに遠心力Ｆ３が作用する。また、押出部材４からピストンピン９２に、上向きに、中間ばね部材５ａ、５ｂの弾性力Ｆ１が加わる。また、ピストンピン９２から押出部材４に、下向きに、ピストン９１およびピストンピン９２の重さＦ２が加わる。
【００２７】
これらの荷重に加えて、膨張行程においては、ピストンピン９２から押出部材４に、下向きに、燃焼室Ｃにおける混合気の爆発力Ｆ４が加わる。ここで、（弾性力Ｆ１＋遠心力Ｆ３＜重さＦ２＋爆発力Ｆ４）の関係が成立する。このため、図５、図６に示すように、膨張行程前半において、軸受１は支持状態になる。
【００２８】
リフト状態から支持状態に切り替わる際、ピストンピン９２は下側に移動する。このため、中間ばね部材５ａ、５ｂおよび押出部材４が、凹部２０１に収容される。したがって、凹部２０１内の潤滑油Ｏが、内周面２０に流出する。
【００２９】
支持状態において、外周面９２０の下側部分は、主に、内周面２０により、支持されている。なお、内周面２０と共に、押出部材４の支持部４０も外周面９２０の下側部分に弾接している。リフト状態から支持状態に切り替わる際、中間ばね部材５ａ、５ｂは収縮する。このため、リフト状態よりも支持状態の方が、中間ばね部材５ａ、５ｂに蓄積される弾性エネルギが大きくなる。
【００３０】
このように、クランク回転角度領域が０°±９０°以内（圧縮行程後半、膨張行程前半、排気行程後半、吸入行程前半）の場合、ピストンピン９２には、上向きに遠心力Ｆ３が作用する。このため、膨張行程前半を除いて、軸受１はリフト状態になる。一方、クランク回転角度領域が１８０°±９０°以内（圧縮行程前半、膨張行程後半、排気行程前半、吸入行程後半）の場合、ピストンピン９２には、下向きに遠心力Ｆ３が作用する。当該区間、および膨張行程前半において、軸受１は支持状態になる。
【００３１】
エンジン停止時においては、押出部材４からピストンピン９２に、上向きに、中間ばね部材５ａ、５ｂの弾性力Ｆ１が加わる。一方、ピストンピン９２から押出部材４に、下向きに、ピストン９１およびピストンピン９２の重さＦ２が加わる。ここで、（弾性力Ｆ１＜重さＦ２）の関係が成立する。このため、図５、図６に示すように、エンジン停止時において、軸受１は支持状態になる。
【００３２】
［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。クランクシャフト９３の回転運動に伴って、ピストンピン９２には、所定のクランク回転角度領域（例えば、図１に示すように、０°±９０°以内）において、上向きの遠心力（慣性力）Ｆ３が作用する。この点、本実施形態の軸受１およびコンロッドアセンブリ８によると、図３に示すように、押出部材４の支持部４０が、ブシュ２の重心Ｇよりも下側に配置されている。このため、押出部材４は、中間ばね部材５ａ、５ｂの有する弾性力Ｆ１を利用して、ピストンピン９２に上向きに作用する遠心力Ｆ３を、補助することができる。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、つまり隙間Ｂの下側部分に、簡単に潤滑油Ｏを供給することができる。
【００３３】
また、ピストンピン９２を介して支持部４０に伝達される燃焼室Ｃの爆発力Ｆ４により、中間ばね部材５ａ、５ｂは弾性変形し、中間ばね部材５ａ、５ｂおよび押出部材４は、凹部２０１に収容される。すなわち、爆発力Ｆ４により、軸受１は、図２、図３に示すリフト状態から、図５、図６に示す支持状態に、切り替わる。支持状態においては、主に、内周面２０の下側部分が、ピストンピン９２の外周面９２０の下側部分を、支持する。ピストンピン９２は、凹部２０１に進入することはできない。このため、爆発力Ｆ４から中間ばね部材５ａ、５ｂ、押出部材４を保護することができる。
【００３４】
また、図５、図６に示す支持状態において、中間ばね部材５ａ、５ｂおよび押出部材４は、凹部２０１全体の容積を１００％として、５０％以上の容積を占有している。このため、図２、図３に示すリフト状態から、図５、図６に示す支持状態に、切り替わる際、ブシュ２の内周面２０に充分な量の潤滑油Ｏを供給することができる。
【００３５】
また、押出部材４は、中間ばね部材５ａ、５ｂの弾性力により、上下方向に移動する。押出部材４自体は弾性変形しにくい。このため、図２、図３に示すリフト状態と図５、図６に示す支持状態との間で、支持部４０の面積（受圧面積）や周方向位置が変化しにくい。
【００３６】
［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。
【００３７】
上記実施形態においては、図１に示すように、０°±９０°以内のクランク回転角度領域において、ピストンピン９２に、上向きの遠心力（慣性力）Ｆ３が作用した。しかしながら、ピストンピン９２に上向きの遠心力Ｆ３が作用するクランク回転角度領域は、特に限定しない。当該クランク回転角度領域は、例えば０°±８０°以内など、０°±９０°未満であってもよい。
【００３８】
軸受１がリフト状態、支持状態になるクランク角度領域は、特に限定しない。図２、図５に示すように、ピストンピン９２周囲の荷重状況に応じて、軸受１は、リフト状態や支持状態に切り替わる。並びに、ピストンピン９２周囲の荷重状況に応じて、リフト状態における凹部２０１からの支持部４０の突出量は変化する。例えば、排気行程において、燃焼室Ｃ下流側の排気系の圧力が高い場合、ピストン９１に下向きに荷重が加わる場合がある。この場合、軸受１は支持状態になる。
【００３９】
押出部材４の材質、形状、数、位置は特に限定しない。支持部４０の形状、数、位置は特に限定しない。単一の押出部材４が、複数の支持部４０を有していてもよい。複数の支持部４０からピストンピン９２に加わる荷重の合力は、真上を向いている方がよい。
【００４０】
中間ばね部材５ａ、５ｂの種類は特に限定しない。板ばね、皿ばねなどであってもよい。また、中間ばね部材５ａ、５ｂの特性（ばね定数など）、材質、形状（無荷重状態や弾性変形状態における形状など）、数、位置は特に限定しない。
【００４１】
図３に示すリフト状態において、押出部材４の下部分が、凹部２０１に収容されていてもよい。こうすると、リフト状態から図６に示す支持状態に切り替わる際、押出部材４が凹部２０１に入りやすい。また、押出部材４の側面、および当該側面に対向する凹部２０１の側面が、共に、上側から下側に向かって尖るテーパ状であってもよい。こうすると、リフト状態から支持状態に切り替わる際、押出部材４が凹部２０１に入りやすい。
【００４２】
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。
【００４３】
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。ただし、本発明の軸受およびコンロッドアセンブリは、回転速度が遅く、図２に示す遠心力Ｆ３が小さいディーゼルエンジンに用いるのに、好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１：軸受、２：ブシュ、２０：内周面、２０１：凹部、２１：油孔、４：押出部材、４０：支持部、５ａ：中間ばね部材、５ｂ：中間ばね部材、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、Ｆ１：弾性力、Ｆ２：重さ、Ｆ３：遠心力、Ｆ４：爆発力、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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