JP2018115751A - 内燃機関のコネクティングロッド - Google Patents

Abstract

【課題】水素脆性破壊を抑制し耐久性の向上が図れる内燃機関のコンロッドを提供すること。【解決手段】コンロッド本体１１と、コンロッド本体の大端部に固定されるキャップ１２とを備え、コンロッド本体１１とキャップ１２との接合面がコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている斜め割タイプであって、キャップ１２は、ボルト３１，３２によりコンロッド本体１１に固定され、コンロッド本体には、ボルトを螺合させる袋穴４４が形成されている内燃機関のコンロッド１０において、袋穴４４のボルトに螺合するネジ刻設部分４４Ａより底部側に位置する空間４４Ｂと、クランクピン穴１５を形成する内周面以外の位置の少なくとも１箇所とを連通する貫通孔４４Ｃを、ボルト３２の軸方向に直交する方向に設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のコネクティングロッド（以下、コンロッドと称す）に関し、より詳しくは、コンロッド本体とその大端部側に固定されるキャップとの接合面（割り面）がコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている、いわゆる斜め割タイプのコンロッドに関する。

従来、上述の斜め割タイプのコンロッドとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載のコンロッドは、コンロッド本体と、コンロッドとクランクピンとを回転可能に連結するためのクランクピン穴を形成するべくコンロッド本体の大端部に固定されるキャップと、を備え、コンロッド本体とキャップとの接合面はコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている斜め割タイプであり、キャップはその大端側及び小端側のそれぞれに取り付けられたボルトによりコンロッド本体に固定され、コンロッド本体には、大端側のボルトを螺合させる貫通孔と小端側のボルトを螺合させる袋穴とが形成されている。

そして、コンロッド本体とキャップとの間に形成されるクランクピン穴にクランクピンを介在させて、大端側のボルトを貫通孔に小端側のボルトを袋穴にそれぞれ螺合させることによりキャップをコンロッド本体に締結固定し、クランクピンをコンロッド大端部に回転可能に連結するようにしている。

特開２００７−７８０７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のコンロッドの構成においては、上記袋穴の形成加工時に水分が袋穴内に残ることがあり、そのまま内燃機関に組み込んでボルトを締結すると水分は逃げずに袋穴内に残存することになる。その状態で内燃機関の運転を継続すると、燃焼熱により水分が加熱されて水蒸気となり、この水蒸気の影響でボルトが水素脆性破壊を起こし、耐久性が悪化するおそれがあるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、水素脆性破壊を抑制し耐久性の向上が図れる内燃機関のコンロッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一形態は、コンロッド本体と、クランクピン穴を形成するべくコンロッド本体の大端部に固定されるキャップとを備え、前記コンロッド本体と前記キャップとの接合面がコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている斜め割タイプであって、前記キャップは、その大端側及び小端側のそれぞれに取り付けられたボルトにより前記コンロッド本体に固定され、前記コンロッド本体には、前記小端側のボルトを螺合させる袋穴が形成されている内燃機関のコンロッドにおいて、
前記袋穴の前記ボルトに螺合するネジ刻設部分より底部側に位置する空間と、前記クランクピン穴を形成する内周面以外の位置の少なくとも１箇所とを連通する貫通孔を、前記ボルトの軸方向に直交する方向に設けたことを特徴とする。

上記構成を備える本発明の一形態によれば、仮に、袋穴の内部に水分が残存していたとしても、この水分は内燃機関の運転時における燃焼による加熱によって水蒸気となり、前記袋穴の前記ボルトに螺合するネジ刻設部分より底部側に位置する空間と、前記クランクピン穴を形成する内周面以外の位置の少なくとも１箇所とを連通し、前記ボルトの軸方向に直交する方向に設けられた貫通孔を介して、排出される。したがって、水蒸気がボルトに影響することが回避されるので、ボルトが水素脆性破壊を起こすことが抑制され、耐久性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るコンロッドの概要を示す一部断面正面図である。 図１のII - II線に沿う矢視断面図である。 図１の一点鎖線で囲まれたＡ部分の拡大図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態に係るコンロッドの一部を示す図１のIV - IV線に沿う矢視断面拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るコンロッド１０の概要を示す一部断面正面図、図２はそのII - II線に沿う断面図である。本実施形態のコンロッド１０は、細長状のコンロッド本体１１と、このコンロッド本体１１の大端部に固定されるキャップ１２とを備えている。このコンロッド本体１１の大端部には半円状の凹部１３が形成されるとともに、キャップ１２にも半円状の凹部１４が形成されている。そして、キャップ１２がコンロッド本体１１の大端部に取り付けられることで凹部１３と凹部１４とが接合されて、不図示のクランク軸のクランクピンに回転可能に連結するための円状のクランクピン穴１５が形成される。このクランクピン穴１５の内周面には、軸受メタルが装着される。

なお、コンロッド本体１１の小端部には、図示しないピストンのピストンピンに回転可能に連結するためのピストンピン穴１６が構成されている。

コンロッド本体１１とキャップ１２との接合面（コンロッド大端部の割り面）Ｐは、コンロッド長手方向軸線に直交する仮想面Ｖを考えたときに、当該仮想面Ｖから角度αだけ傾斜されている。この傾斜角αは、例えば、３０°〜５０°程度の大きさの角度とされ、これにより、いわゆる斜め割タイプのコンロッド１０が実現されて、エンジン組立時にコンロッド本体１１のシリンダボアへの挿入を良好に行うことを可能としている。

そして、キャップ１２は、大端側と小端側の肩部にそれぞれ取り付けられた大端側ボルト３１及び小端側ボルト３２によって、コンロッド本体１１に固定される。具体的には、キャップ１２には、大端側ボルト３１及び小端側ボルト３２の軸部をそれぞれ挿通させる大端側挿通孔４１及び小端側挿通孔４２が形成されるとともに、コンロッド本体１１には、大端側ボルト３１の軸部に螺合可能な貫通孔４３と、小端側ボルト３２の軸部に螺合可能な袋穴４４と、が形成されている。ここで、キャップ１２の肩部やボルトを特定する場合に用いた「大端側」及び「小端側」とは、それぞれ「コンロッド小端部から遠い側」及び「コンロッド小端部に近い側」を意味している。なお、大端側ボルト３１が挿通されるキャップ１２の大端側挿通孔４１及び大端側ボルト３１が螺合されるコンロッド本体１１の貫通孔４３は、本発明の主要部ではないので断面図を用いて示すことなく、その存在部位のみが、図１において、想像線で示されている。

さらに、本実施形態において、小端側ボルト３２の軸部に螺合可能な袋穴４４には、図１とその一部の拡大図である図３に示すように、小端側ボルト３２の軸部におけるネジ刻設部分３２Ａが螺合するネジ刻設部分４４Ａよりも円錐面状の底部側に位置する空間４４Ｂとコンロッド本体１１の外側面とを連通する貫通孔４４Ｃが、小端側ボルト３２の軸方向に直交する方向に設けられている。本実施形態における袋穴４４は、所定の直径（例えば、９ｍｍ程度）で空間４４Ｂを含む下穴を加工した後、例えば、Ｍ１０程度のタップでメネジ加工してネジ刻設部分４４Ａが形成されている。従って、小端側ボルト３２のネジ刻設部分３２Ａが螺合するメネジ部分（ネジ刻設部分）４４Ａの径は、９〜１０ｍｍ程度である。また、貫通孔４４Ｃの大きさ（直径）は、水分の抜けやすさの観点からすると、出来るだけ大きい方がよいが、コンロッド１０に加わる外力の影響を考慮して、適切な直径を選ぶことが好ましい。

上記構成において、コンロッド本体１１とキャップ１２とが接合面Ｐで接合された状態で、２本のボルト（大端側ボルト３１及び小端側ボルト３２）を接合面Ｐに直交する方向にキャップ１２側から大端側挿通孔４１及び小端側挿通孔４２へそれぞれ差し込み、貫通孔４３及び袋穴４４にそれぞれ捩じ込むことで、キャップ１２をコンロッド本体１１に固定することができる。

なお、上記の袋穴４４を形成する方法としては、上記のような空間４４Ｂの底部（本実施形態では円錐面）に相当する輪郭を有する刃具でドリル加工する方法のほか、コンロッド本体１１の鋳造時に上記袋穴４４を形成する方法、あるいは、コンロッド本体１１を焼結金属で形成する場合、前記袋穴４４を中子を用いて形成する方法等が挙げられる。

上記の構成になる本実施形態の作用効果を以下説明する。本実施形態に係るコンロッド１０が不図示の内燃機関に組み込まれて使用されるとき、ピストン上部の燃焼室における爆発燃焼によって、ピストンを介して伝達される熱により、コンロッド１０も高温（例えば、１００℃以上）になる。この結果、前述したように、袋穴４４内に水分が残存している場合には、水分が水蒸気となって袋穴４４内全体に回り、小端側ボルト３２に水素脆性破壊を起こさせるおそれがあった。しかし、本実施形態によれば、残存している水分が水蒸気となった場合には、この水蒸気は空間４４Ｂとコンロッド本体１１の外側面とを連通する貫通孔４４Ｃを介して外部に排出されるので、上述の小端側ボルト３２の水素脆性破壊の発生が抑制されることになる。

次に、本発明の他の実施形態を、図４を参照して説明する。図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図１のIV - IV線に沿う矢視断面拡大図であり、両者は、空間４４Ｂとコンロッド本体１１の外側面とを連通する貫通孔４４Ｄ及び貫通孔４４Ｅを設ける位置が異なるのみで、他の構成は前実施形態と同じである。すなわち、図４の（Ａ）に示される貫通孔４４Ｄは、図１に示されたコンロッド１０において後ろ側（紙面の裏側）に向けて開口されているのに対し、図４の（Ｂ）に示される貫通孔４４Ｅは、図１に示されたコンロッド１０において前側（紙面の表側）に向けて開口されている。

なお、これらの貫通孔４４Ｄ及び貫通孔４４Ｅは、上述のように、コンロッド１０に加わる外力の影響を考慮して、コンロッド１０に十分な強度が確保される場合には、一方のみに限ることなく両者共設けるようにしてもよい。このようにすると、水蒸気の外部への排出能力が増大され、上述の小端側ボルト３２の水素脆性破壊の発生がさらに抑制される。

さらに、袋穴４４とコンロッド本体１１の外側面とを連通する貫通孔としては、メネジ部分（ネジ刻設部分）４４Ａに設けることも考えられるが、この場合には、小端側ボルト３２を捻じ込む際のネジのかじりや、大きさによっては軸力が低下するので好ましくない。このような理由から上記の実施形態で示したように、ネジの特性に影響を与えない小端側ボルト３２の軸部が螺合するネジ刻設部分４４Ａよりも底部側に位置する空間４４Ｂに設けるのが好ましいのである。

さらにまた、袋穴４４の内部とコンロッド本体１１の外部とを連通する貫通孔としての（１）他の第１案は、小端側ボルト３２の軸線の延長方向に袋穴４４に連通する貫通孔Ｘを設けること、及び（２）他の第２案は、袋穴４４とクランクピン穴１５を連通する貫通孔Ｙを設けることが考えられる。しかしながら、（１）における貫通孔Ｘは、大きな爆発荷重を受けるコンロッド本体１１を貫通して形成せざるを得ないので、応力集中によりコンロッド本体１１の強度が十分でなくなり破損するおそれが大きい。また、（２）における貫通孔Ｙは、軸受メタルやクランクピンによって貫通孔Ｙの出口が塞がれて、水蒸気の排出が保証されないおそれが大きい。このような理由から、これらの他の第１案の貫通孔Ｘ及び第２案の貫通孔Ｙは共に、採用するのに好ましくない。

一方、前述の実施形態で用いられた、貫通孔４４Ｃ、貫通孔４４Ｄ，及び貫通孔４４Ｅが小端側ボルト３２の軸方向に直交する方向に設けられているという構成は、コンロッド１０における強度低下のおそれもほとんどなく、又、その形成もドリル加工などにより容易に可能であるので好ましいのである。

以上説明したように、本実施形態及び他の実施形態のコンロッド１０は、コンロッド本体１１と、クランクピン穴１５を形成するべくコンロッド本体１１の大端部に固定されるキャップ１２とを備える。そして、前記コンロッド本体１１と前記キャップ１２との接合面Ｐがコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている斜め割タイプである。前記キャップ１２は、その大端側及び小端側のそれぞれに取り付けられたボルト３１・３２により前記コンロッド本体１１に固定される。前記キャップ１２は、その大端側及び小端側のそれぞれに取り付けられたボルト３１，３２により前記コンロッド本体１１に固定され、前記コンロッド本体１１には、前記小端側のボルト３２を螺合させる袋穴４４が形成されている内燃機関のコンロッドである。さらに、前記袋穴４４の前記小端側のボルト３２に螺合するネジ刻設部分４４Ａより底部側に位置する空間４４Ｂと、前記クランクピン穴１５を形成する内周面以外の位置の少なくとも１箇所とを連通する貫通孔４４Ｃ（又は４４Ｄ又は４４Ｅ）を、前記小端側のボルト３２の軸方向に直交する方向に設けている。

このような構成により、袋穴４４に水分が残存していたとしても、上述の小端側ボルト３２の水素脆性破壊の発生を抑制し、耐久性を増大するようにしている。

なお、上述の実施形態においては、大端側ボルト３１は袋穴ではなく貫通孔４３に螺着されているが、この大端側ボルト３１を螺着する側の穴も、上述のような貫通孔を有する袋穴状とすることもできる。また、キャップ１２を取り付けるための大端側ボルト３１及び小端側ボルト３２は長さの異なる別仕様の部品として図示されているが、これらは径や長さが等しい同一仕様の共通部品としコスト低減を図ってもよい。

１０ コネクティングロッド（コンロッド）
１１ コンロッド本体
１２ キャップ
３１ 大端側ボルト
３２ 小端側ボルト
４４ 袋穴
４４Ａ メネジ部分（ネジ刻設部分）
４４Ｂ 空間
４４Ｃ、４４Ｄ、４４Ｅ 貫通孔

Claims (1)

1. コンロッド本体と、クランクピン穴を形成するべくコンロッド本体の大端部に固定されるキャップとを備え、前記コンロッド本体と前記キャップとの接合面がコンロッド長手方向に直交する面から傾斜されている斜め割タイプであって、前記キャップは、その大端側及び小端側のそれぞれに取り付けられたボルトにより前記コンロッド本体に固定され、前記コンロッド本体には、前記小端側のボルトを螺合させる袋穴が形成されている内燃機関のコンロッドにおいて、
   前記袋穴の前記ボルトに螺合するネジ刻設部分より底部側に位置する空間と、前記クランクピン穴を形成する内周面以外の位置の少なくとも１箇所とを連通する貫通孔を、前記ボルトの軸方向に直交する方向に設けたことを特徴とする内燃機関のコンロッド。

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