(57)【要約】【課題】クランクピンの軸線方向に関して油膜厚さの偏りを抑制できるコネクティングロッドを提供する。【解決手段】クランクシャフト２のクランクピン２ａに軸受３を介在させて回転自在に連結される大端部４を有した内燃機関のコネクティングロッド１Ａにおいて、大端部４は、軸受２に近い側に配置され、母材部９よりも低い弾性率を持ち、かつクランクピン２ａの軸線Ａｘ方向及び周方向に延びる低弾性率部１０を有し、低弾性率部１０は、軸線方向に関して径方向の厚さｔｘが中央部から両側に向かって徐々に大きくなるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトのクランクピンに軸受を介在させて回転自在に連結される大端部を有した内燃機関のコネクティングロッドにおいて、
前記大端部は、前記軸受に近い側に配置され、前記軸受から遠い側の部分よりも低い弾性率を持ち、かつ前記クランクピンの軸線方向及び周方向に延びる低弾性率部を有し、
前記低弾性率部は、前記軸線方向に関して径方向の厚さが中央部から両側に向かって徐々に大きくなるように構成されていることを特徴とする内燃機関のコネクティングロッド。
【請求項２】
前記低弾性率部は、前記周方向の位置のうち最大荷重が作用する位置の径方向の厚さが他の位置よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
【請求項３】
前記低弾性率部は、その表面が前記軸受に接触しないように前記大端部の内部に組み込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のコネクティングロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトのクランクピンに回転自在に連結される大端部を有した内燃機関のコネクティングロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクティングロッドの大端部に取り付けられる軸受として、大端部の剛性が高い部分に接する部位について鋼製の裏金を薄くかつＡｌ系等の軸受合金を厚くすることにより、その部位の剛性を他の部位よりも低くしたものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７８７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の軸受は、軸受合金を厚くした部位の変形を促すことにより油圧を周方向に関して広範囲に分散させてその部位の油圧を低下させる。しかし、特許文献１の軸受はクランクピンの軸線方向に関する剛性について考慮されていないため、その軸線方向に関して油膜厚さに偏りが生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、クランクピンの軸線方向に関して油膜厚さの偏りを抑制できるコネクティング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】
本発明のコネクティングロッドは、クランクシャフトのクランクピンに軸受を介在させて回転自在に連結される大端部を有したコネクティングロッドにおいて、前記大端部は、前記軸受に近い側に配置され、前記軸受から遠い側の部分よりも低い弾性率を持ち、かつ前記クランクピンの軸線方向及び周方向に延びる低弾性率部を有し、前記低弾性率部は、前記軸線方向に関して径方向の厚さが中央部から両側に向かって徐々に大きくなるように構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
クランクピンと軸受との間には内燃機関の潤滑油が介在する。その潤滑油のクランクピンの軸線方向に関する圧力分布は中央部の油圧が最も高く中央部から両側へ向かって徐々に油圧が低くなっている。そのため、大端部には軸線方向に関して中央部が最も高くその両側が低い不均一な荷重が作用する。従って、仮に、大端部の弾性率が軸線方向に関して均一であった場合に、軸線方向に不均一な荷重がそのような大端部に作用すると、大端部の中央部の変形量が最も大きく軸線方向の両端部の変形量が最も小さくなる。つまり、軸線方向に関する変形量に偏りが生じる。その偏りによって、クランクピンと軸受との間に介在する潤滑油の油膜厚さは、中央部が最も厚く、その両側に向かって徐々に薄くなる偏りが生じる。本発明のコネクティングロッドによれば、低弾性率部の径方向の厚さが軸線方向に関して中央部が最も小さくなり、その中央部から両側へ厚さが徐々に大きくなっている。そのため、最も大きな荷重が作用する中央部の変形量と両端部の変形量との差が小さくなって軸線方向に関する大端部の変形量が平均化される。これにより、クランクピンと軸受との間に介在する潤滑油の油膜厚さの偏りが抑制される。その結果、クランクピン及び軸受間の摩擦力及び摩耗の低減を図ることができる。
【０００８】
本発明のコネクティングロッドの一態様において、前記低弾性率部は、前記周方向の位置のうち最大荷重が作用する位置の径方向の厚さが他の位置よりも大きくなるように構成されていてもよい（請求項２）。周方向に関する油膜厚さは最大荷重が作用する位置において最も薄くなる。この態様によれば、最大荷重が作用する位置の大端部の変形量が最も大きくなり、油膜厚さが最小となる位置において十分な変形量が得られる。このため、油膜厚さの最小値を大きくすることができる。
【０００９】
本発明のコネクティングロッドの一態様において、前記低弾性率部は、その表面が前記軸受に接触しないように前記大端部の内部に組み込まれていてもよい（請求項３）。この場合には、軸受との接触面において低弾性部と他の部分との間に段差が形成されることがないので、低弾性率部を設けることに伴うフレッティングの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、低弾性率部の径方向の厚さが軸線方向に関して中央部が最も小さくなり、その中央部から両側へ厚さが徐々に大きくなっているため、最も大きな荷重が作用する中央部の変形量と両端部の変形量との差が小さくなって軸線方向に関する大端部の変形量が平均化される。これにより、クランクピンと軸受との間に介在する潤滑油の油膜厚さの偏りが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係るコネクティングロッドが適用された内燃機関の一部を拡大した図、図２は図１のII−II線に関する断面を模式的に示した図である。コネクティングロッド１Ａは内燃機関のクランクシャフト２とピストン（不図示）とを連結するためのものであり、クランクシャフト２のクランクピン２ａに軸受３を介在させて回転自在に連結される大端部４と、ピストンピンに回転自在に連結される小端部（不図示）と、これらを連結するコラム部５とを有している。大端部４はコラム部５に接続した本体部６とキャップ部７とがボルト８等の締結手段で締結されることによって構成されている。軸受３は半円筒状の二つの部材が組み合わされた周知のすべり軸受として構成されており、これらの部材のそれぞれは大端部４の本体部６及びキャップ部７に装着される。軸受３とクランクピン２ａとの間には内燃機関の潤滑油Ｌｕが介在しており、その潤滑油Ｌｕによってクランクピン２ａと軸受３との間の直接的接触が防止される。
【００１２】
大端部４はクロム・モリブデン鋼等の特殊鋼を材料とした母材部９と、この母材部９よりも低い弾性率を持つ低弾性率部１０とを含んでいる。母材部９は本発明に係る軸受から遠い側の部分に相当する。低弾性率部１０は軸受３の外周面に接触するように露出しており、かつクランクピン２ａの軸線Ａｘの方向（以下、軸線方向という）及び周方向に延びている。低弾性率部１０は軸線方向に関して径方向の厚さｔｘが中央部から両側に向かって徐々に大きくなるように構成されている。即ち、厚さｔｘは中央部の位置ｘ０において最小で、かつ両端の位置ｘ１、ｘ２において最大となるように滑らかに変化している。更に、低弾性部１０は周方向の位置のうち最大荷重が作用する位置の径方向の厚さｔθが他の位置よりも大きくなるように構成されている。即ち、厚さｔθは最大荷重が作用する位置θ０において最大で、かつその位置θ０から両側に向かって徐々に小さくなって位置θ１、θ２において０（ゼロ）となるように滑らかに変化している。図示の形態の場合、最大荷重が作用する位置θ０はコラム部５の中心線ＣＬ上に存在している。
【００１３】
次に、図３〜図６を参照して、クランクピン２ａに対する相対回転に伴って大端部４に外力が作用した際のコネクティングロッド１Ａの特性について説明する。なお、これらの図において、変形時とは大端部が変形した状態を意味し、非変形時とはコネクティングロッドの大端部が実質的に変形していない状態を意味する。また、大端部が変形した場合はその変形に伴って軸受も変形する。
【００１４】
図３はコネクティングロッド１Ａの大端部４について軸線方向に関する位置ｘ１から位置ｘ２までの、潤滑油Ｌｕの油圧、大端部４の変形量並びに潤滑油Ｌｕの油膜厚さの分布を示した説明図である。図４は低弾性率部１０を持たずに同一材料で大端部が構成されている比較例の各分布を示している。図３及び図４から明らかなように、コネクティングロッド１Ａの大端部４の変形量は比較例とは対照的に位置ｘ１から位置ｘ２までの間で略均一になっている。油圧は中央部の位置ｘ０から位置ｘ１又は位置ｘ２に近づくほど低下する傾向にあるが、低弾性率部１０の径方向の厚さｔｘが中央部の位置ｘ０で最も小さく、両側の位置ｘ１、ｘ２に近づくに従って大きくなっている（図２参照）。そのため、中央部の位置ｘ０から離れた位置で油圧が低下しても、その位置において大端部４は中央部における変形量と同等の変形量にて変形する。これに対して、比較例は低弾性率部１０を持たず、その変形量は油圧に比例する。このため比較例の変形量は油圧の分布と同様な傾向で位置ｘ１から位置ｘ２までの間で変化する。つまり、中央部の位置ｘ０の変形量が最大となり、両側の位置ｘ１又は位置ｘ２に向かって小さくなる。変形量と油膜厚さとは相関するので、本形態の油膜厚さは比較例とは対照的に位置ｘ１から位置ｘ２までの間で略均一になっている。
【００１５】
図５はコネクティングロッド１Ａの大端部４について周方向に関する位置θ１から位置θ２までの、潤滑油Ｌｕの油圧、大端部４の変形量並びに潤滑油Ｌｕの油膜厚さの分布を示した説明図である。図６は比較例の各分布を示している。図５及び図６に示すように、最大荷重が作用する周方向の位置θ０では潤滑油Ｌｕの油膜厚さが最も薄くなる。図６の比較例ではその位置θ０で十分な変形量が得られないため、油膜厚さは変形時と非変形時との間であまり変化がない。これに対し、図５の本形態では、最大荷重が作用する位置θ０における低弾性率部１０の径方向の厚さｔθが他の位置よりも大きくなっているため、その位置θ０において十分な変形量が得られる。これにより、油膜厚さの最小値は非変形時と比べて増加方向に顕著に変化し、比較例と比べて大きくすることができる。更に、低弾性率部１０は位置θ０から位置θ１及び位置θ２に向かって厚さｔθが徐々に小さくなっているため、図５に示すように油膜厚さの最小値を大きな値としつつ油膜厚さを均一化することが可能となる。
【００１６】
本形態のコネクティングロッド１Ａによれば、油膜厚さが軸線方向及び周方向のそれぞれで平均化される。換言すれば油膜厚さの偏りが軸線方向及び周方向のそれぞれで抑制される。このため、クランクピン２ａ及び軸受３間の摩擦力及び摩耗の低減効果が向上する。
【００１７】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図７及び図８を参照して説明する。図７は本発明の第２の形態に係るコネクティングロッドが適用された内燃機関の一部を拡大した図、図８は図７のVIII−VIII線に関する断面を模式的に示した図である。なお、第１の形態と共通する部材にはこれらの図に同一符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
図７及び図８に示すように、コネクティングロッド１Ｂはその低弾性率部１０が軸受３に接触しないように大端部４の内部に組み込まれている。低弾性率部１０は第１の形態と同様に軸線方向及び周方向に延びていて、軸線方向に関して径方向の厚さｔｘが中央部から両側に向かって徐々に大きく、かつ周方向の位置のうち最大荷重が作用する位置の径方向の厚さｔθが他の位置よりも大きくなるように構成されている。即ち、厚さｔｘは中央部の位置ｘ０において最小で、かつ両端の位置ｘ１、ｘ２において最大となるように滑らかに変化している。そして、厚さｔθは最大荷重が作用する位置θ０において最大で、かつその位置θ０から両側に向かって徐々に小さくなって位置θ１、θ２において０（ゼロ）となるように滑らかに変化している。これにより、コネクティングロッド１Ｂは第１の形態と同等の効果を達成できる。
【００１９】
また、図８から明らかなように、低弾性率部１０は母材部９に埋め込まれてその表面が軸受３に接触しない。このため、コネクティングロッド１Ｂは軸受３との接触面において低弾性部１０と母材部９との間に段差が形成されることがない。これにより、低弾性率部１０を設けることに伴うフレッティングの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明は以上の各形態に限定されず、種々の形態にて実施してもよい。図示した低弾性率部１０は一例にすぎず、例えばクランクピン２ａの回りを一巡するように大端部４の周囲に低弾性率部を設けることもできる。また、上述の各形態のように周方向に関して低弾性率部１０の厚さｔθを変化させることは任意であり、その厚さｔθを周方向に関して一定にしてもよい。更に、軸線方向又は周方向に関する厚さの変化についても、図示のような曲線的な変化に限らず直線的に変化するものであってもよい。このように径方向の厚さが直線的に変化するものであっても、低弾性率部を持たない形態やその厚さが変化しない形態に比べて油膜厚さを、図３又は図５の水準に満たないまでもある程度均一化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一形態に係るコネクティングロッドが適用された内燃機関の一部を拡大した図。
【図２】図１のII−II線に関する断面を模式的に示した図。
【図３】コネクティングロッドの大端部について軸線方向に関する位置ｘ１から位置ｘ２までの、潤滑油Ｌｕの油圧、大端部の変形量並びに潤滑油の油膜厚さの分布を示した説明図。
【図４】比較例に係るコネクティングロッドの大端部について軸線方向に関する位置ｘ１から位置ｘ２までの、潤滑油Ｌｕの油圧、大端部の変形量並びに潤滑油の油膜厚さの分布を示した説明図。
【図５】コネクティングロッドの大端部について周方向に関する位置θ１から位置θ２までの、潤滑油の油圧、大端部の変形量並びに潤滑油の油膜厚さの分布を示した説明図。
【図６】比較例に係るコネクティングロッドの大端部について周方向に関する位置θ１から位置θ２までの、潤滑油の油圧、大端部の変形量並びに潤滑油の油膜厚さの分布を示した説明図。
【図７】第２の形態に係るコネクティングロッドが適用された内燃機関の一部を拡大した図。
【図８】図７のVIII−VIII線に関する断面を模式的に示した図。
【符号の説明】
【００２２】
１Ａ、１Ｂ  コネクティングロッド
２  クランクシャフト
２ａ  クランクピン
３  軸受
４  大端部
９  母材部（軸受から遠い側の部分）
１０  低弾性率部
Ａｘ  軸線
ｔｘ、ｔθ  厚さ
【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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