JPH0235047Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、内燃機関のピストンの往復運動を
クランクシヤフトに伝達するコネクテイングロツ
ドに関し、特にコネクテイングロツドの小端部と
ピストンピンとの連結機構に関する。

ピストンピンとコネクテイングロツドとの連結
手段は昭和41年12月10日株式会社養賢堂発行第２
次改著後の第13版「内燃機関講義下巻」第580頁
に見られる如きものが従来から知られており、こ
れを第１図に示す。図において１はピストンピ
ン、２はコネクテイングロツド、２ａはその小端
部、２ｂは棒部を示す。

従来のピストンピン１は炭素鋼、ニツケルクロ
ム鋼、クロムモリブデン鋼等の鉄鋼製品を用い、
外周面を研摩して後、ラツプ仕上げを行なつて形
成される。一方コネクテイングロツド２は、炭素
鋼、焼結金属などで形成される。

かかるピストンピン１をコネクテイングロツド
小端部２ａに固定するには、圧入もしくは焼嵌め
又はピストンピンの両端にスナツプリングを固定
し隙間嵌めを行う浮動式手段が採用される。

ところでコネクテイングロツドを軽量化すると
慣性力が減少するため、燃費が向上すると共に騒
音或いは振動が低減され、またひいてはクランク
シヤフトをも軽量化できるので上記効果は更に助
長されるものである。

そこで一般にコネクテイングロツド２の軽量化
を行なうが、従来の炭素鋼等で限界いつぱいに設
計を行なつても、その効果が少ないため、アルミ
合金等の軽量合金材料を使用する傾向にある。

しかし、ピストンピンを形成する鉄鋼系部材と
コネクテイングロツドを形成するアルミ合金系部
材とでは後者が前者の約２倍と熱膨張率が異なる
ので、例けば高負荷運動領域等で高温になる程、
熱負荷の高い小端部２ａの温度が上昇することも
あつて、第２図に示すように、ピストンピン外周
１ａとコネクテイングロツド小端部２ａとピン挿
通孔２ｃ内周とのクリアランスが生じ、これが広
がる傾向にある。

この状態で、ピストンの慣性力をピストンピン
を介して小端部２ａに受けると、該小端部のピン
挿通孔２ｃは長円状となり、その内周はピストン
の慣性力によるコネクテイングロツド軸方向の単
なる引張応力と、該引張応力によつて前記軸方向
に直交する部分の内方に向かうつぶれ変形に伴な
つて生じる曲げ力とにより、前記ピン挿通孔２ｃ
の内周に圧縮応力と引張応力が不均一に分布し、
特にコネクテイングロツド軸方向にほぼ直角方向
部分で前記曲げ応力に基づく引張応力が最大とな
るため、それが前記単純引張応力と加算され疲労
破壊を生じ易い。アルミ軽合金は高温強度が低い
からこの傾向は更に助長される。

そこでアルミ合金製のコネクテイングロツドを
用い150℃前後でもクリアランスを生じないよう
にする必要があるが、このためには常温で鋼製ピ
ストンピン１と鋼製コネクテイングロツド２の組
み合わせにおける圧入代よりも、圧入代を大きく
とる必要がある。しかしその結果、初期圧入時の
小端部ピン挿通孔内周の応力、特に機関低温時の
応力が過大となつてしまうから圧力代を大きくと
るには限界がある。

本考案はかかる従来装置の不都合に鑑み、コネ
クテイングロツドをピストンピンよりも熱膨張率
の大きな材料で形成し、コネクテイングロツド小
端部のピン挿通孔断面形状と、ピストンピンの前
記ピン挿通孔への挿通部断面形状と、のいずれか
一方を略長円に他方を略真円に形成し、かつピン
挿通孔へのピストンピン圧入代を、コネクテイン
グロツドの軸に略直交する方向で最大とすること
により、例えば機関高負荷時等の高温時に生じる
コネクテイングロツド小端部のピストン慣性力を
受けた場合のつぶれ変形に伴なう応力増大を疲労
限界以下に抑制し、小端部の破損を未然に防止す
るものである。

以下に本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第３図に示す一実施例において、ピストンピン
１は従来同様の炭素銅、ニツケルクロム鋼、クロ
ムモリブデン鋼等の鉄鋼材を用い、コネクテイン
グロツド２はアルミ合金等の軽量合金材料を用い
る。従つてコネクテイングロツド２の熱膨張率は
ピストンピン１よりも大である。

コネクテイングロツド２の小端部２ａのピン挿
通孔Ａ断面形状はコネクテイングロツド軸方向の
直径をD₁、前記軸方向に略直交する方向の直径
をD₂とすると、前者が後者より長い（D₁＞D₂）
略長円形状とする。尚、図では長円状態を誇張し
て示してある。

長円の度合い（D₁−D₂）は僅かであり、（D₂−
D₁）／D₁≒0.0008程度である。このピン挿通孔
Ａに圧入するピストンピン１の挿入部断面形状は
略真円とする。

ピストンピン１をピストン挿通孔Ａに圧入する
圧入代はピン挿通孔Ａの短軸方向部分で最大とす
る。

この長円形状のピン挿通孔Ａの製作方法として
は、例えば長円の長軸として仕上げる方向の相対
する小端部の部分を相互に内方に向けて圧力を加
え変形させておいた状態で真円加工する。その結
果前記圧力を解放した後は加圧方向に長軸を有す
る略長円形状のピン挿通孔Ａが得られる。

かかる構成であるから、高負荷運転時等におい
てコネクテイングロツド小端部の熱膨張率が大き
くなつても、コネクテイングロツド軸と略直交す
る方向即ち略長円形状のピン挿通孔Ａの短軸方向
部分は、圧入代が大きいためクリアランスを生じ
ない。そのため、ピストン慣性力がピストンピン
１を介して小端部２ａのコネクテイングロツド軸
方向に作用したとき、小端部２ａのピン挿通孔短
軸方向内方に向けて変形するいわゆるつぶれ変形
がピストンピン１によつて抑制され、つぶれ変形
に伴なうピン挿通孔Ａ内周の応力増大が緩和され
る。

又、たとえ大きな熱膨張により小端部のピン挿
通孔Ａ短軸方向部分とピストンピン１との間にク
リアランスを生じてもその値が小さいためピスト
ン慣性力が上記の如く作用したときのつぶれ変形
量が小さくなる。従つてつぶれ変形に伴う応力も
低減され得る。

略長円のピン挿通孔Ａに略真円のピストンピン
１を圧入する時の応力を考えると、その圧入時に
ピン挿通孔Ａの長円がピストンピン１によつて真
円に変形されるためにつぶれ変形が生じ第４ａ図
に示すように小端部のピン挿通孔Ａ長軸方向の内
周部分で引張力（＋）、短軸方向の内周部分で圧
縮力（−）が生じる。さらにピン挿通孔内周部に
は第４ｂ図に示すように圧入代によつて生じる引
張応力が内周面全体に加わる。従つてピン挿通孔
内周部では長軸方向の引張応力が最も大となる
が、ピストンの慣性力による引張応力は短軸方向
部分に多く加わるために強度的に問題とするには
至らない。

長円度（D₁−D₂）の設定は圧入代（圧入前の
ピストンピンとコネクテイングロツド小端部のピ
ン挿通孔とのオーバーラツプ幅）とを合わせて考
えなければならない。この場合圧入代の最大値は
ピン挿通孔短軸方向部分にあることはいうまでも
ない。

従来一般の鋼製ピストンピンと鋼製コネクテイ
ングロツドとの圧入代は真円形状のピン挿通孔内
周直径の1.5/1000である。また本実施例に係るピ
ン挿通孔Ａの長円度並びに最大圧入代を大きくし
すぎると略真円のピストンピンを圧入することに
よつて生じるつぶれ変形量が過大となり、小端部
ピン挿通孔内周部が塑性変形したり、亀裂を生じ
る。従つて長円の長軸と短軸の直径差即ち長円度
合（D₁−D₂）は3/1000D₀（但しD₀＝1/2D₁＋D₂）
が望ましく、長円度合を大きく設定したときには
それに応じて圧入代を下げ、応力を軽減しなけれ
ばならない。圧入代と長円度合（D₂−D₁）とは
合計で3/1000D₀以内とするのがよい。

第５ａ図及び第５ｂ図には他の実施例を示す。

このものは、ピン挿通孔Ａの断面略長円形状の
他の形状を示したもので、第５ａ図は長穴機械加
工としたもの、第５ｂ図は中央の真円加工後小さ
い半径のカツタで略長円状としたものである。こ
れら形状の相違による効果は先の実施例と同様で
ある。

また本考案の趣旨からすると、第６ａ図、第６
ｂ図に示すようにピストンピン１′のピン挿通孔
A′への圧入部分１ｂ断面形状を略長円とし、コ
ネクテイングロツド２小端部２a′のピン挿通孔
A′の圧入形状を略真円としてもよいことは明ら
かである。この場合ピストンピンの圧入部分１ｂ
の断面略長円形状の長軸はコネクテイングロツド
２の軸に略直交する方向に一致させる。またピン
挿通孔A′へのピストンピン１′の圧入時にピスト
ンピン３の軸受部３ａに当接するピストンピン真
円部１ｃがコネクテイングロツド小端部２a′のピ
ン挿通孔A′が降伏しないように寸法を設定する。
（尚、図は誇張して図示している。） またピストンピン全体を断面長円としてもよい
ことはいうまでもない。

以上のように、本考案によれば、コネクテイン
グロツド小端部のピン挿通孔断面形状と、ピスト
ンピンの前記ピン挿通孔への挿通部断面形状と、
のいずれか一方を略長円に他方を略真円に形成
し、かつピン挿通孔へのピストンピンの圧入代
を、コネクテイングロツドの軸に略直交する方向
で最大となるように構成したため、機関高負荷時
等に生じるピストン慣性力による小端部のつぶれ
変形が抑制され、該つぶれ変形に伴なう応力の増
大を抑制できるため熱膨張率の大きい軽合金材料
を用いた連接棒でも充分に疲労限界以下の応力状
態に保持でき、耐久性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のピストンピンとコネクテイング
ロツドとの連結部を示す側面図、第２図は同上の
作用状態の説明図、第３図は本考案のピストンピ
ンとコネクテイングロツドとの連結装置の一実施
例を示す要部側面図、第４ａ図及び第４ｂ図は同
上の作用時の応力状態を示す説明図。第５ａ図及
び第５ｂ図は夫々本考案の他の実施例を示すコネ
クテイングロツド小端部の側面図、第６ａ図は本
考案の他の実施例を示しピストンピンに沿つて切
断した要部断面図、第６ｂ図は同上のＸ−Ｘ矢視
断面図である。 １，１′……ピストンピン、２……コネクテイ
ングロツド、２ａ，２a′……小端部、Ａ，A′……
ピン挿通孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ピストンピンをこれよりも熱膨張率の大きい材
   料からなるコネクテイングロツド小端部のピン挿
   通孔に圧入してなる内燃機関において、前記ピン
   挿通孔断面形状と、ピストンピンの前記ピン挿通
   孔への挿通部断面形状と、のいずれか一方を略長
   円に他方を略真円に形成し、かつコネクテイング
   ロツドの軸に略直交する方向のピストンピンのピ
   ン挿通孔への圧入代を最大にしたことを特徴とす
   る内燃機関のピストンピン−コネクテイングロツ
   ド連結装置。