JPH11210882A - ピストンと連接棒の連結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン冠部の平坦な下面に当接した半円柱
状の枕に対する、連接棒の円滑な摺動が得られるように
する。 【解決手段】 ピストン冠部２ａの平坦な下面中央部に
半円柱状の枕３を当接する。枕３の下面に断面円弧状の
軸受板１６を当接する。連接棒６の小端部にクランク軸
方向へ延びる断面円弧状をなす左右１対の腕４４を備え
る。スカート部１１の内空部に座筒５を支持する。軸受
板１６の下面の円筒凸部と座筒５の上面の円筒凹部との
間に腕４４を挟む。軸受板１６の下面の円筒凸部の中央
部分に対し腕４４の上面の円筒凹部が摺動可能であり、
軸受板１６の下面の円筒凸部の周方向の両端部分１６ｃ
が腕４４の上面の円筒凹部に摺接しないように両端部分
１６ｃに切欠を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関における連
接棒の揺動中心をピストンの頂面へ近づけて排気量を増
大するようにしたピストンと連接棒の連結構造、特にピ
ストン冠部の平坦な下面に当接した半円柱状の枕に対
し、連接棒が円滑に摺動するようにした、ピストンと連
接棒の連結構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人が先に出願した特開平 9-89107
号公報に開示されるピストンと連接棒の連結構造は、構
成部品がピストンと、内スリーブと、ピストンの燃焼室
の裏面と連接棒の小端部の腕の上面とに当接する枕と、
連接棒の腕の下面に当接する座筒と、内スリーブと座筒
とを結合する結合リングとからなり、連接棒の揺動中心
とピストンの重心とを互いに接近させるために、座筒を
支持するスカート部の突片をスカート部の上方部分に設
定している。また、ピストンの燃焼室の裏面に枕を直接
重ね合せて、組立て後の重合せ面の数を減じて積算公差
を減じている。各部の摺動面および重合せ面の隙間は、
座筒とピストン各部の寸法公差により決まる。

【０００３】しかし、上述の構造を機関に組み込み、機
関の試運転を行つた結果、次のような改良すべき問題が
あることを見い出した。

【０００４】(a) 各部品の積算公差が大きいので、摺動
面や重合せ面の隙間にばらつきが生じ、摺動面の油膜が
安定せず、ピストンのフレツチングにより面荒れが発生
しやすい。

【０００５】(b) ピストンの上死点から下死点までの動
作範囲の内で、枕と連接棒との相対摺動が生じない範囲
が長いので、連接棒の揺動時ピストンのランド部または
下端部をシリンダへ押し付けるような回転力、つまりピ
ストンの揺動中心を中心とする回転力がピストンに作用
する。このため、ピストンリングの摩耗、スカート部の
摩耗、シリンダの摩耗が顕著になる。また、ピストンが
シリンダに当つてから連接棒が揺動する時、枕と連接棒
との摺動面には高い面圧が作用して境界潤滑状態にな
り、摺動面の摩耗が一層顕著になる。

【０００６】(c) 部品点数が多く、高精度の加工を要す
るので、加工経費が嵩み、組立に手数がかかる。

【０００７】(d) ピストンの揺動中心を中心とする揺動
角が大きくなる行程で、ピストンのランド部または下端
部がシリンダの周壁へ押し付けられ、枕と連接棒との摺
動面で強制的な相対摺動が生じる。この時、摺動面は境
界潤滑状態になり、枕と連接棒との摺動面の周方向端部
には油膜が形成されず、金属接触による摩擦が生じる。
この時のピストンの押付力には連接棒の揺動方向と逆方
向の水平分力も加わり、摺動面の周方向端部の摩耗が顕
著になる。

【０００８】(e) 連接棒の摺動面は座筒の円筒凹部に沈
んでいる状態にあり、この状態では連接棒が揺動する時
に連接棒の摺動面の周方向端部に油膜が形成されず、金
属接触による摩耗が顕著になる。

【０００９】(f) ピストンの頂面に作用する爆発荷重
は、枕を経て連接棒へ伝わるが、枕の幅はピストンの直
径よりも狭いので、爆発荷重によりピストンの冠部の左
右両側部分（クランク軸の両側に相当する部分）が下方
へ変形し、燃焼室の肉厚の薄い底壁部に繰返荷重による
疲労亀裂が発生する。

【００１０】(g) ピストンの内部には内スリーブと座筒
が内挿されるので、ピストン内面のほぼ全面を機械加工
する必要があり、加工経費の低減や量産が困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、ピストン冠部の平坦な下面に当接した半円
柱状の枕に対する、連接棒の円滑な摺動が得られるよう
にした、ピストンと連接棒の連結構造を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成はピストン冠部の平坦な下面中央部に
半円柱状の枕を当接し、連接棒の小端部にクランク軸方
向へ延びる断面円弧状をなす左右１対の腕を備え、スカ
ート部の内空部に座筒を支持し、前記腕を前記枕の下面
の円筒凸部と前記座筒の上面の円筒凹部との間に挟み、
前記枕の下面の円筒凸部の中央部分に対し前記腕の上面
の円筒凹部が摺動可能であり、前記枕の下面の円筒凸部
の周方向の両端部分が前記腕の上面の円筒凹部に摺接し
ないように構成したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明ではピストン冠部の平坦な
下面に当接した半円柱状の枕の下面に、断面円弧状の軸
受板を当接し、該軸受板の下面の円筒凸部にＨ状の油溝
を設ける。軸受板の下面の円筒凸部の周方向の中央部分
が連接棒の腕の上面の円筒凹部に摺接し、軸受板の下面
の円筒凸部の周方向の両端部分は連接棒の腕の上面の円
筒凹部に摺接しないように切り欠かれる。

【００１４】連接棒の揺動に際し、半円柱状の枕の下面
に当接した軸受板の下面の円筒凸部に対し、連接棒の小
端部に形成した腕の上面の円筒凹部が円滑に摺動する。
軸受板と連接棒の腕との摺動摩擦が小さくなり、連接棒
の揺動中心を支点としてピストンに作用する回転力が減
じられ、ピストンがシリンダに及ぼすフレツテイングが
抑えられる。

【００１５】

【実施例】図１，２に示すように、ピストン２は冠部２
ａの上面に燃焼室４６としてのくぼみを設けられ、外周
壁の上半部つまりランド部１０に複数のリング溝４を設
けられる。燃焼室４６の底壁の下面１４は平坦にされ
る。冠部２ａには燃焼室４６を囲むように環状の冷却空
洞１９が形成される。冷却空洞１９ａの周方向の反対側
に入口孔３１と出口孔３２とが接続される。半円柱形な
いし蒲鉾形の枕３の平坦な上面３ａが、冠部２ａの下面
１４、詳しくは周壁１４ａで囲まれた円形のくぼみへ当
接される。図１，２のピストン本体にはハツチングを省
略してある。

【００１６】連接棒６の小端部にはクランク軸方向へ突
出する断面円弧状ないし樋状の左右１対の腕４４が一体
に形成される。左右１対の腕４４の上面４４ａは連続し
た円筒凹部を形成する。枕３の下面３ｂに係合した軸受
板１６と座筒５との間に１対の腕４４が揺動可能に挟持
される。こうして、連接棒６の揺動中心ｏは、ピストン
全体の重心ｇに接近される。

【００１７】図７に示すように、枕３の上面３ａの左右
両端部には切欠３ｃが設けられる。図１，８に示すよう
に、軸受板１６の下面１６ｂの周方向両端部１６ｃは中
央部よりも薄くされ、下面１６ｂの中央部だけが腕４４
の上面４４ａに接し、周方向端部１６ｃは腕４４の上面
４４ａに接しないようにし、周方向端部１６ｃと上面４
４ａとの金属接触による摩擦を防止する。軸受板１６の
下面１６ｂの中央部にはＨ字状の油溝４３が形成され、
該油溝４３へ連接棒６の内部に設けた油供給通路１５か
ら潤滑油が供給される。

【００１８】図１，３に示すように、冠部２ａの下面１
４とスカート部１１との接続部にはドーム状の丸みを付
けられる。つまり、鋳肌のままの曲面２６を形成される
が、下面１４の周縁には下方へ突出する４個のボス部２
０が設けられ、ボス部２０の平坦な下面２３に座筒５の
上面が当接される。座筒５の下面５ｂは円錐面に形成さ
れる。図示の実施例では、座筒５の上面の周縁部はテー
パ状に面取りされ、座筒５の上面の周縁部と冠部２ａの
ドーム状の下面との間に隙間が備えられる。

【００１９】図２，４に示すように、座筒５は組立の際
に連接棒６を挿通するために、クランク軸に垂直な方向
へ細長くなつている開口５ｃを備えられ、座筒５の上
面、詳しくは開口５ｃの左右壁部に１対の円筒凹部５ａ
を形成される。腕４４の円筒凸面をなす下面４４ｂは、
座筒５の円筒凹部５ａに揺動可能に支持される。円筒凹
部５ａの端壁面と腕４４の端面との間の隙間には油溜２
９（図２）が形成され、ピストン２と連接棒６との間で
クランク軸方向への相対摺動を許し、シリンダブロツク
におけるシリンダの配列間隔と、クランク軸に連接棒６
を介し連結されるピストン２の配列間隔との誤差を吸収
し、また冷却空洞１９の出口孔３２からの油を油溜２９
を経て、腕４４の下面４４ｂと座筒５の円筒凹部５ａと
の摺動部へ供給する。開口５ｃの寸法ａは腕４４の全長
よりも長く、開口５ｃのクランク軸方向の寸法ｂは腕４
４の幅よりも広くされる。１対の腕４４の向きを開口５
ｃの長手方向へ向ければ、連接棒６の小端部を開口５ｃ
へ挿通でき、連接棒６を４５°回転すれば、１対の腕４
４の下面４４ｂを円筒凹部５ａへ係合支持できる。座筒
５の外周壁には４個の切欠７ａと４個の突片７とが形成
され、突片７の下面５ｂの円錐面が、係止リング３３の
上面に形成した円錐面３７に支持される。座筒５の突片
７が、スカート部１１の内周壁から径内方へ突出する突
片８と突片８の間を通過するように、座筒５をスカート
部１１の内部へ挿入し、次いで座筒５を約２２．５°回
動すると、座筒５の突片７がスカート部１１の突片８の
上に重なり、後述するように係止リング３３の突片３３
ａの上に支持される。

【００２０】図５に示すように、係止リング３３は外周
縁に４個の突片３３ａと４個の切欠３３ｂとを形成さ
れ、周方向の両端部に工具を係止する孔２１を形成され
る。係止リング３７の内周縁には、入口孔３１と並ぶ切
欠孔３１ａと、後述する回止めボルト３８を挿通する切
欠孔４２ａとが設けられる。係止リング３３は突片３３
ａを、スカート部１１の突片８の上に支持される。係止
リング３３を突片８の上へ支持するには、突片３３ａが
スカート部１１の突片８と突片８の間を通過するよう
に、係止リング３３をスカート部１１の内部へ挿入して
約２２．５°回転させる。しかし、孔２１へ係合した工
具により係止リング３３を縮閉させ、かつある程度傾け
れば突片３３ａを突片８へ直接係合することができる。
係止リング３３がスカート部１１へ同心に装着されるよ
うに、座筒５の下面５ｂには、係止リング３３の偏心を
抑える環状の突条４１が一体に形成される。

【００２１】図９に示すように、連接棒６に対するピス
トン２の回転を防止し、かつピストン２の周方向の位置
決めを得るために、回止めボルト３８が係止リング３３
の切欠孔４２ａ、座筒５の孔４２ｂを経てピストン２の
ボス部２０のねじ孔４２へ螺合される。

【００２２】機関の運転時、図示してない油ジエツトか
ら噴射される油は、係止リング３３の切欠孔３１ａ、座
筒５の入口孔３１ｂ、ピストン２の入口孔３１を経て、
図１，２に示す環状の冷却空洞１９へ入り、冠部２ａを
冷却しつつ半周した後、ピストン２の出口孔３２から座
筒５の油溜２９へ滴下し、座筒５の円筒凹部５ａと腕４
４の下面４４ｂの摺動部を潤滑してクランク室へ戻る。
連接棒６の腕４４の下面４４ｂの周方向端部４４ｃを座
筒５の円筒凹部５ａから上方へに離すことにより、連接
棒６の揺動時の高面圧の金属接触を防止する。図示して
ない油圧ポンプからの潤滑油は、連接棒６の内部の油供
給通路１５から１対の腕４４の上面４４ａと軸受板１６
の下面１６ｂの摺動部を潤滑する。

【００２３】図５に示す係止リング３３は弾性拡開力に
よりスカート部１１の突片８と座筒５の突片７との間に
くさび係合されるが、図６に示す係止リング３３では拡
開手段３５により係止リング３３を拡開するようにした
ものである。つまり、ねじ軸３５ａの端部を係止リング
３３の一端部へ係合する一方、ねじ軸３５ａに螺合した
ナツト部材３５ｃの端部を係止リング３３の他端部へ係
合して係止リング３３を拡開し、ロツクナツト３５ｂに
より固定する。

【００２４】本発明によれば、ばね鋼などからなる弾性
の係止リング３３を使用することにより、寸法精度を管
理しなければならない部位は、冠部２ａの下面１４とボ
ス部２０の下面２３との間隔であり、他の部位は寸法精
度の緩和が可能である。また、係止リング３３の突片３
３ａの円錐面３７が座筒５の下面５ｂにくさび係合する
ことにより、座筒５の上下方向のガタがなくなり、軸受
板１６の下面１６ｂと腕４４の上面４４ａとの摺動面の
隙間が安定するので、従来のようなピストン２のフレツ
チングによる重合せ面の面荒れは解消される。

【００２５】図１０，１１に示す実施例は、燃焼室４６
の底壁の肉厚を図１，２の実施例よりも薄くし、下面１
４のくぼみに円形の補強板３０を係合してピストン２の
剛性を高めたものであり、他の構成は図１，２に示すも
のと同様である。

【００２６】上述の各実施例では、高価で重い軸受材料
からなる軸受板１６の占める範囲を減じ、加工経費の節
減と軽量化を図るために、枕３と軸受板１６は別体にな
つているが、両者は一体のものでもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上述のように、ピストン冠部の
平坦な下面中央部に半円柱状の枕を当接し、連接棒の小
端部にクランク軸方向へ延びる断面円弧状をなす左右１
対の腕を備え、スカート部の内空部に座筒を支持し、前
記腕を前記枕の下面の円筒凸部と前記座筒の上面の円筒
凹部との間に挟み、前記枕の下面の円筒凸部の中央部分
に対し前記腕の上面の円筒凹部が摺動可能であり、前記
枕の下面の円筒凸部の周方向の両端部分が前記腕の上面
の円筒凹部に摺接しないように構成したものであり、連
接棒の揺動に際し、半円柱状の枕の下面に当接した軸受
板の下面の円筒凸部に対する、連接棒の腕の上面の円筒
凹部の円滑な摺動が得られる。

【００２８】特に、軸受板の下面の周方向端部に逃げを
設け（板厚を薄くし）、かつ軸受板の下面にＨ字状の油
溝を設けることにより、軸受板と連接棒の腕の上面との
摺動面の異常摩耗を防止できる。

【００２９】軸受板と連接棒の腕との摺動摩擦が小さく
なり、連接棒の揺動中心を支点としてピストンに作用す
る回転力が減じられ、ピストンがシリンダに及ぼすフレ
ツテイングが抑えられる。

【００３０】ピストン冠部の平坦な下面と枕の上面との
間に補強板を介装したことにより、燃焼室の下壁部つま
り枕を当接する壁部の肉厚を薄くしても強度を確保し、
ピストンを軽量にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストンと連接棒の連結構造の側
面断面図である。

【図２】同ピストンと連接棒の連結構造の正面断面図で
ある。

【図３】同連結構造におけるピストン本体のみの底面図
である。

【図４】同連結構造における座筒の底面図である。

【図５】同連結構造における係止リングの底面図であ
る。

【図６】同連結構造における係止リングの変更実施例を
示す底面図である。

【図７】同連結構造における枕の斜視図である。

【図８】同連結構造における軸受板の底面図である。

【図９】同連結構造におけるピストンの回止め構造を示
す正面断面図である。

【図１０】本発明の変更実施例に係るピストンと連接棒
の連結構造の側面断面図である。

【図１１】同ピストンと連接棒の連結構造の正面断面図
である。

【符号の説明】 ２：ピストン ２ａ：冠部 ３：枕 ３ａ：上面 ５：
座筒 ５ａ：円筒凹部 ５ｂ：下面 ５ｃ：開口 ６：連接棒 ７：突片 ７
ａ：切欠 ８：突片 １１：スカート部 １４：下面
１５：油供給通路 １６：軸受板 １６ｂ：下面 １６ｃ：端部 １９：冷却空洞 ２０：ボス部 ２３：
下面 ２６：天壁 ２９：油溜 ３０：補強板 ３１：
入口孔 ３２：出口孔 ３３：係止リング ３３ａ：突
片 ３３ｂ：切欠 ３７：円錐面 ３８：回止めボルト

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン冠部の平坦な下面中央部に半円柱
   状の枕を当接し、連接棒の小端部にクランク軸方向へ延
   びる断面円弧状をなす左右１対の腕を備え、スカート部
   の内空部に座筒を支持し、前記腕を前記枕の下面の円筒
   凸部と前記座筒の上面の円筒凹部との間に挟み、前記枕
   の下面の円筒凸部の中央部分に対し前記腕の上面の円筒
   凹部が摺動可能であり、前記枕の下面の円筒凸部の周方
   向の両端部分が前記腕の上面の円筒凹部に摺接しないよ
   うに構成したことを特徴とする、ピストンと連接棒の連
   結構造。
2. 【請求項２】ピストン冠部の平坦な下面中央部に半円柱
   状の枕を当接し、前記枕の下面に断面円弧状の軸受板を
   当接し、連接棒の小端部にクランク軸方向へ延びる断面
   円弧状をなす左右１対の腕を備え、スカート部の内空部
   に座筒を支持し、前記腕を前記軸受板の下面の円筒凸部
   と前記座筒の上面の円筒凹部との間に挟み、前記軸受板
   の下面の円筒凸部の中央部分に対し前記腕の上面の円筒
   凹部が摺動可能であり、前記軸受板の下面の円筒凸部の
   周方向の両端部分が前記腕の上面の円筒凹部に摺接しな
   いように構成したことを特徴とする、請求項１に記載の
   ピストンと連接棒の連結構造。
3. 【請求項３】前記枕または軸受板の下面と前記腕の上面
   との少くとも一方に潤滑油を保持する油溝を形成した、
   請求項１または２に記載のピストンと連接棒の連結構
   造。
4. 【請求項４】前記座筒の上面の円筒凹部の端部と前記腕
   の端部との間に、上方へ開放された油溜を形成した、請
   求項１または２に記載のピストンと連接棒の連結構造。
5. 【請求項５】前記ピストン冠部の平坦な下面と前記枕の
   上面との間に補強板を介装した、請求項１または２に記
   載のピストンと連接棒の連結構造。