JP2002129995A - 内燃機関のピストンクランク機構 - Google Patents

内燃機関のピストンクランク機構

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JP2002129995A
JP2002129995A JP2000316020A JP2000316020A JP2002129995A JP 2002129995 A JP2002129995 A JP 2002129995A JP 2000316020 A JP2000316020 A JP 2000316020A JP 2000316020 A JP2000316020 A JP 2000316020A JP 2002129995 A JP2002129995 A JP 2002129995A
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複リンク式のピストンクランク機構において
ロアリンク６に起因する２次振動成分を低減する。 【解決手段】 ピストン１に連結されたアッパリンク３
と、アッパリンク３に連結されるとともに、クランクシ
ャフト４のクランクピン５に連結されたロアリンク６
と、ロアリンク６と偏心カム部１０Ａとを連結してロア
リンク６の自由度を規制するコントロールリンク９と、
を備える。コントロールシャフト１０の回動位置によっ
てピストン１の上死点位置ひいては圧縮比が変化する。
ロアリンク６の重心Ｗは、第１，第２連結ピン７，８ま
での距離ｒ１，ｒ２よりもクランクピン５の中心までの
距離ｒｃが小となるように、設定される。望ましくは、
クランクピン５の中心に合致する。重心Ｗがクランクピ
ン５の中心に近いほど、２次振動成分およびさらに高次
の振動成分が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関のピス
トンクランク機構、特に、複リンク式のピストンクラン
ク機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の内燃機関の可変圧縮比機構とし
て、複リンク式のピストンクランク機構を利用したもの
が提案されている（例えば１９７６年１２月発行の「Ｐ
ｒｏｄｕｃｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」第１９頁、特
開平９−２２８８５８号公報参照）。これは、ピストン
にピストンピンを介して一端が連結されたアッパリンク
と、このアッパリンクの他端に連結されるとともに、ク
ランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンク
と、上記ロアリンクと内燃機関本体とを連結して、ロア
リンクの自由度を規制するコントロールリンクと、を備
えており、上記コントロールリンクの揺動支点位置が運
転条件に応じて制御される構成となっている。このもの
では、コントロールリンクの揺動支点位置が変化する
と、ロアリンクの姿勢が変化し、これに伴ってピストン
の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような複リンク式
のピストンクランク機構においては、クランクピンが回
転すると、ロアリンクがコントロールリンクとの連結点
を支点として揺動し、クランクピンの変位を拡大してピ
ストンに伝達するように機能する。従って、ロアリンク
には、その曲げ方向に大きな燃焼荷重が作用する。
【０００４】上記の特開平９−２２８８５８号公報に
は、アッパリンクとの連結点と、コントロールリンクと
の連結点と、クランクピン中心とが、一直線上に配置さ
れた細長いロアリンクが開示されているが、実際には、
このような構成では、曲げ方向に作用する荷重に対しロ
アリンクの強度を十分に確保することが難しい。
【０００５】従って、上記の「Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ」に開示されているように、アッパリ
ンクとの連結点と、コントロールリンクとの連結点と、
クランクピン中心とが、三角形の頂点にそれぞれ配置さ
れたようなロアリンクの形状とならざるを得ない。
【０００６】しかしながら、このように３つの点を略三
角形状に配置したロアリンクを用いた複リンク式のピス
トンクランク機構にあっては、ロアリンクの２次振動成
分が新たに発生し、例えば自動車に搭載した場合に、車
室内のこもり音が発生するなど、内燃機関の騒音振動特
性が悪化する、という問題がある。
【０００７】そこで、この発明は、ロアリンクの重心位
置を適切に設定することにより、ロアリンクに起因する
２次振動成分の悪化を回避することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッ
パリンクと、このアッパリンクの他端に第１連結ピンを
介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピン
に連結されたロアリンクと、上記ロアリンクに第２連結
ピンを介して一端が連結されるとともに、他端が内燃機
関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクと、
を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構におい
て、上記ロアリンクの重心が、第１，第２連結ピンの各
中心とクランクピン中心とを結んだ三角形の内側に存在
し、重心からクランクピン中心までの距離ｒｃが、重心
から第１連結ピンの中心までの距離ｒ１と、重心から第
２連結ピンの中心までの距離ｒ２と、の少なくとも一方
よりも小さいことを特徴としている。つまり、クランク
ピン中心に近い位置に重心がある。重心がクランクピン
中心に近いほど、ロアリンクに起因する２次振動成分は
低減する。
【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１記載のも
のにおいて、上記ｒｃが、上記ｒ１よりも小さく、かつ
上記ｒ２よりも小さいことを特徴としている。
【００１０】請求項３に係る発明は、さらに、上記ｒｃ
が０であることを特徴としている。つまり、ロアリンク
の重心位置がクランクピン中心に合致している。
【００１１】請求項４に係る発明は、上記の重心が、第
１，第２連結ピンの重量を含めて定められることを特徴
としている。
【００１２】請求項５に係る発明は、上記第１，第２連
結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびに
コントロールリンク端部のボス部の重量をさらに含めて
上記の重心が定められることを特徴としている。つま
り、実際に運動する部分の等価質量に基づいて重心が定
められる。
【００１３】請求項６に係る発明は、ピストンにピスト
ンピンを介して一端が連結されたアッパリンクと、この
アッパリンクの他端に第１連結ピンを介して連結され、
かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロア
リンクと、上記ロアリンクに第２連結ピンを介して一端
が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能
に連結されたコントロールリンクと、を備えてなる内燃
機関のピストンクランク機構において、第１，第２連結
ピンの各中心とクランクピン中心とを結ぶ線分が三角形
をなし、第１，第２連結ピンを含まないロアリンクの重
心が、クランクピン中心を挟んで第１，第２連結ピンの
反対側に位置し、第１，第２連結ピンの重量および各連
結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびに
コントロールリンク端部のボス部の重量を含めたときの
重心が、クランクピン中心により接近することを特徴と
している。つまり、各連結ピンやボス部の重量を考慮し
た状態において重心位置が適切なものとなるように、ロ
アリンク単体での重心位置が設定されている。ここで各
連結ピンやボス部の重量を含めたときの重心が、クラン
クピン中心と合致することが望ましい。
【００１４】請求項７に係る発明は、ピストン速度が最
大となるストロークの中間位置において、上記第１連結
ピンの速度が上記第２連結ピンの速度より大となること
を特徴としている。これにより、ロアリンクがクランク
ピンの変位を拡大してピストンに伝達し得るものとな
る。
【００１５】請求項８に係る発明は、上記第１連結ピン
の径が上記第２連結ピンの径よりも大きいことを特徴と
している。第１連結ピンは、アッパリンクから大きな燃
焼荷重を受ける。これに対し、揺動支点として機能する
第２連結ピンに作用する荷重は比較的小さい。
【００１６】請求項９に係る発明は、上記ロアリンクの
第１連結ピン周辺部分の肉厚が、第２連結ピン周辺部分
の肉厚よりも大きいことを特徴としている。
【００１７】請求項１０に係る発明は、上記ロアリンク
のクランクピン周辺部分の肉厚が、第１連結ピン周辺部
分の肉厚よりも大きいことを特徴としている。
【００１８】このように各部を肉厚を適切にすることに
より、軽量化を図りつつ、重心位置をクランクピン中心
に近づけることができる。
【００１９】請求項１１に係る発明は、上記ロアリンク
は、上記第１，第２連結ピンを含む本体部と、キャップ
部とに、上記クランクピンの中心を通る平面に沿って２
分割されており、クランクピンの両側に配置された複数
のボルトによって両者が一体に組み立てられているとと
もに、各ボルトの軸線が、クランクピンと第１連結ピン
との間ならびにクランクピンと第２連結ピンとの間を通
ることを特徴としている。
【００２０】ロアリンクをクランクピンに組み付けるた
めには、クランクピン中心を通る平面に沿ってロアリン
クを分割して構成する必要があるが、このように一方の
本体部に第１，第２連結ピンが含まれるように構成すれ
ば、燃焼荷重が主に本体部を介してクランクピンに伝達
され得るようになり、分割面に大きな剪断方向の力が作
用することがない。
【００２１】請求項１２に係る発明は、クランクピンと
第２連結ピンとの間に、２本のボルトが配置されてお
り、第２連結ピン寄りに位置する一方のボルトがクラン
クピン寄りに位置する他方のボルトよりも小径に構成さ
れていることを特徴としている。クランクピンと第２連
結ピンとの間の距離が大きい場合には、このように２本
のボルトを設ける必要が生じるが、この場合に、クラン
クピンから離れた方を相対的に細くすることで、重心位
置をクランクピン寄りに確保しやすくなる。
【００２２】請求項１３に係る発明は、請求項１１また
は１２に記載のものにおいて、上記本体部およびキャッ
プ部に、ボルト用の貫通孔がそれぞれ形成されており、
本体部側から挿入されたボルトの先端が、キャップ部外
側に配置されたナットに螺合していることを特徴として
いる。上記ナットは、キャップ部側から、つまりシリン
ダブロック底面側から締め付けることが可能である。
【００２３】請求項１４に係る発明は、さらに、上記本
体部に、上記ボルトの頭部を収容する凹部が形成されて
いることを特徴としている。ボルト頭部が上記凹部に収
容されることで、重心がクランクピン寄りとなる。
【００２４】請求項１５に係る発明は、請求項１４のも
のにおいて、上記ボルトの頭部およびこれに対応する凹
部は、クランクシャフト軸方向の寸法がクランクシャフ
ト軸方向に直交する方向の寸法よりも相対的に小さな異
形をなしていることを特徴としている。例えば、楕円
形、長円形、長方形などに形成される。このように異形
とすれば、ボルト頭部と凹部との嵌合によってボルトの
回り止めがなされる。特に、クランクシャフト軸方向の
寸法を小さくすることで、ロアリンクの肉厚を増大させ
ずに凹部を設けることが可能となる。それだけ、重心が
クランクピン寄りとなる。
【００２５】請求項１６に係る発明は、請求項１１また
は１２に記載のものにおいて、上記キャップ部にボルト
用の貫通孔が形成されているとともに、本体部に雌ネジ
部が形成されており、キャップ部側から挿入されたボル
トが上記雌ネジ部に螺合していることを特徴としてい
る。この場合、上記ボルトは、キャップ部側から、つま
りシリンダブロック底面側から締め付けることが可能で
ある。
【００２６】請求項１７に係る発明は、上記キャップ部
に、ナットもしくはボルトの頭部を受ける座部が、ボス
状に突出して形成されていることを特徴としている。こ
の座部の形成によって、ロアリンクの重心位置がキャッ
プ部側に近付き、クランクピン中心に一層近く確保しや
すくなる。
【００２７】さらに請求項１８に係る発明は、上記ロア
リンクのアッパリンク側およびコントロールリンク側の
ボス部がそれぞれ二股状に構成されており、この二股状
に分岐した一対のボス部によって両端が支持された第
１，第２連結ピンを介して、一対のボス部の間に挟まれ
たアッパリンクおよびコントロールリンクが、それぞれ
揺動可能に連結されていることを特徴としている。
【００２８】ロアリンクとアッパリンク、あるいはロア
リンクとコントロールリンクとを、大きな燃焼荷重に耐
えうるように十分な剛性でもって連結するためには、い
ずれか一方の端部を二股状に構成するとともに他方の端
部をその間に挟み込むように組み合わせることが望まし
いが、アッパリンクあるいはコントロールリンクの端部
を二股状とすると、その二股状部分のみならずリンクの
ロッド部分に連続する部分の厚肉化によって、各リンク
の大きな重量増加を伴う。これに対し、ロアリンク側を
二股状とすれば、ロアリンク自体は重量増加するもの
の、アッパリンクやコントロールリンクの重量増加は回
避でき、その運動に起因する振動の点で有利となる。そ
して、ロアリンクの重量増加は、前述したように、その
重心位置を適宜に設定することにより、その悪影響を最
小限に抑制可能である。
【００２９】請求項１９に係る発明は、上記第１連結ピ
ンが上記アッパリンクのボス部に圧入されているととも
に、上記第２連結ピンが、ロアリンクおよびコントロー
ルリンクの双方に対し回転可能なフルフロート形式とな
っていることを特徴としている。上述したように、第１
連結ピンは大きな燃焼荷重を受けることから相対的に大
径のものとなるが、これをアッパリンクのボス部に圧入
することで、該アッパリンクのボス部の外形が小さくな
り、これを受けるロアリンクの二股状に分岐した部分の
底部とクランクピン用のピン孔との間の距離が、相対的
に大きく確保される。また、第２連結ピンを、ロアリン
クおよびコントロールリンクの双方に、ブッシュを介し
てフルフロート形式で支持するようにすれば、圧入に比
べて軸受面の許容面圧が高くなるため、第２連結ピンの
小径化が可能である。
【００３０】次に、請求項２０に係る発明では、上記ロ
アリンクは、上記第１連結ピンを含む第１ロアリンク部
と、上記第２連結ピンを含む第２ロアリンク部とに、上
記クランクピンの中心を通る平面に沿って２分割して構
成されている。この場合、ロアリンクに大きな荷重が作
用するときには、クランクピン孔が分割面に平行に引張
力を受けるようになり、クランクピン孔の両側に位置す
る一対のボルトの内側つまりクランクピン孔周縁には、
圧縮力が作用する。そのため、必要なボルト軸力は小さ
くなる。
【００３１】さらに、請求項２１に係る発明では、上記
第２ロアリンク部にボルト用の貫通孔が形成されている
とともに、上記第１ロアリンク部に雌ネジ部が形成され
ており、第２ロアリンク部側から挿入されたボルトが上
記雌ネジ部に螺合して、上記第１ロアリンク部と第２ロ
アリンク部とが一体に結合されている。これにより、第
１ロアリンク部における第１連結ピン周辺の強度確保が
容易となり、クランクピンと第１連結ピンとの間での応
力集中が回避される。
【００３２】また、請求項２２に係る発明は、上記第１
ロアリンク部と上記第２ロアリンク部との分割面がクラ
ッキングによる破断面となっていることを特徴としてい
る。すなわち、ロアリンクを鋳造等により一体に形成し
た後に、第１ロアリンク部と第２ロアリンク部とに破断
する。このようなクラッキングによる破断面とすれば、
分割面に平行な方向への滑りが生じないため、ボルトに
作用する剪断力がより小さくなる。特に、ロアリンクで
は、大きな分割面が存在するので、非常に有効なものと
なる。
【００３３】
【発明の効果】この発明によれば、第１、第２連結ピン
の中心とクランクピン中心とが三角形の頂点に配置され
たロアリンクとなるため、強度的に優れたものとなると
ともに、その重心位置をクランクピン中心に近付けるこ
とにより、ロアリンクに起因する２次振動成分を低減で
きる。従って、この種の複リンク式ピストンクランク機
構を用いた内燃機関の騒音振動性能が向上する。
【００３４】特に請求項６のように、第１，第２連結ピ
ンやボス部の重量を見込んで予めロアリンク単体での重
心位置が反対側に位置するようにすれば、実際の運転時
におけるロアリンクの重心位置がクランクピン中心に近
いものとなり、２次振動成分を確実に低減できる。
【００３５】また、請求項８〜１０の発明によれば、ア
ッパリンクから伝達される燃焼荷重に対する強度確保
と、ロアリンク全体の軽量化と、を図りつつ、ロアリン
クの重心位置を適正化することができる。
【００３６】また、請求項１１の発明によれば、第１，
第２連結ピンを一方の本体部に含めることで、ロアリン
クの強度確保が容易となり、かつボルトに大きな剪断力
が作用しない。従って、重心位置を最適化しつつロアリ
ンク全体を軽量化できる。
【００３７】また、請求項１２の発明によれば、２本の
ボルトの径を異ならせることで、各部に必要なボルト軸
力を確保しつつ重心位置がクランクピン中心から離れる
ことを抑制できる。
【００３８】また、請求項１３〜１７の発明によれば、
ボルトの配置の適正化により、組立作業の作業性を確保
しつつロアリンクの重心位置をクランクピン中心に近付
けることが可能となる。
【００３９】さらに、請求項７の発明によれば、クラン
クピンの回転半径に対しピストン行程を拡大する作用が
大きく得られる。従って、所定のピストン行程を得るた
めに必要なクランクピン回転半径を小さくできる。
【００４０】さらに、請求項１８の発明によれば、アッ
パリンクやコントロールリンク側を二股状とする場合に
比べて、アッパリンクやコントロールリンクの軽量化が
図れ、これらの運動に起因する振動成分を低減できる、
また、請求項１９の発明によれば、ロアリンクの第１連
結ピンとクランクピンとの間の部分の強度を高く確保で
きると同時に第２連結ピンを小径化して軽量化すること
ができ、ロアリンクの実質的な重心位置をクランクピン
中心により近づけることができる。
【００４１】また、請求項２０の発明によれば、必要な
ボルト軸力が小さくなり、ボルトの小径化が可能であ
り、ロアリンク全体を一層軽量化することができる。
【００４２】請求項２１の発明によれば、大きな荷重が
作用する第１連結ピンを備えた第２ロアリンク部側の構
成が単純化され、該第１連結ピンとクランクピンとの間
での応力集中が回避される。従って、ロアリンク全体を
一層軽量化することができる。
【００４３】さらに、請求項２２の発明によれば、分割
面をクラッキングによる破断面とすることで、第１ロア
リンク部と第２ロアリンク部との確実な位置決めが行え
ると同時に、ボルトの剪断力が小さくなり、ボルトの小
径化が可能となる。
【００４４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４５】図１は、この発明に係る内燃機関のピスト
ンクランク機構の一実施例を示す構成説明図である。な
お、この図は、ピストンクランク機構のリンク構成を主
に示しており、従って、各部材の寸法比等は一部誇張し
て描かれている。
【００４６】このピストンクランク機構は、可変圧縮比
機構として機能するように構成されたものであって、ピ
ストン１にピストンピン２を介して一端が連結されたア
ッパリンク３と、このアッパリンク３の他端に第１連結
ピン７を介して揺動可能に連結されるとともに、クラン
クシャフト４のクランクピン５に連結されたロアリンク
６と、一端が上記ロアリンク６に第２連結ピン８を介し
て連結されるとともに、他端が内燃機関本体に連結され
て、ロアリンク６の自由度を規制するコントロールリン
ク９と、を備えている。上記ピストン１は、図示せぬシ
リンダ内を上下に摺動し、燃焼室を画成している。上記
コントロールリンク９の他端は、詳しくは、シリンダブ
ロック（図示せず）下部に配置したコントロールシャフ
ト１０の偏心カム部１０Ａに揺動可能に支持されてお
り、上記偏心軸部１０Ａの回動位置によってコントロー
ルリンク９下端の揺動支点位置が変化し、これに伴って
ピストンの上死点位置、ひいては圧縮比が変化する構成
となっている。なお、上記クランクシャフト４は、図の
反時計回り方向に回転する。
【００４７】上記ロアリンク６は、後述するように、ク
ランクピン５の中心を通る平面に沿って本体部６Ａとキ
ャップ部６Ｂとに２分割されており、後述のボルトによ
って組み立てられている。
【００４８】上記ロアリンク６においては、クランクピ
ン５と第１，第２連結ピン７，８とが三角形の頂点に位
置するように配置されている。なお、図中の太い実線
は、いわゆるスケルトン図として各リンクを示したもの
である。また、図において、点Ｗは、ロアリンク６の重
心位置を示している。この重心Ｗは、クランクピン５の
中心と第１，第２連結ピン７，８の各中心とを結んだ三
角形の内側に存在し、かつクランクピン５の中心から重
心Ｗまでの距離をｒｃ、第１，第２連結ピン７，８の中
心までの距離をそれぞれｒ１，ｒ２とすると、ｒｃ＜ｒ
１でかつｒｃ＜ｒ２の関係が成り立つ。特に、ｒｃが０
つまり重心Ｗがクランクピン５の中心に合致しているこ
とが望ましい。ここで、上記の重心Ｗは、第１，第２連
結ピン７，８の重量ならびにアッパリンク３およびコン
トロールリンク９の端部のボス部の重量を含めた等価慣
性重量から求めたものである。これらを除いたロアリン
ク６単体での重心は、クランクピン５の中心を挟んで第
１，第２連結ピン７，８の反対側にあり、第１，第２連
結ピン７，８および各ボス部の重量を含めることによっ
て、重心Ｗは、クランクピン５の中心により一層近付く
ようになっている。但し、ロアリンク６の単体での重心
についても、ｒｃ＜ｒ１でかつｒｃ＜ｒ２の関係が成り
立つ。
【００４９】また、ロアリンク６を含めたリンク構成
は、ピストン１の速度が最大となるストロークの中間位
置において、第１連結ピン７の速度がクランクピン５の
速度よりも大きくなるように設定されている。つまり、
ロアリンク６は、コントロールリンク９との接続点とな
る第２連結ピン８を支点として揺動するレバーとして機
能し、クランクピン５の動きが拡大されてアッパリンク
３に伝達される。従って、必要なピストンストロークに
比べてクランクピン５の回転半径を小さくすることがで
きる。
【００５０】図２〜図４は、ロアリンク６の重心位置と
ピストンクランク機構において発生する振動との関係を
示したものであり、各図の左下のスケルトン図に示すよ
うに、図２は、重心Ｗがクランクピン５の中心から大き
く離れている場合の振動特性、図３は、重心Ｗがクラン
クピン５の中心に比較的近い場合の振動特性、図４は、
重心Ｗがクランクピン５の中心に合致している場合の振
動特性、をそれぞれ示している。これらの図に明らかな
ように、重心Ｗがクランクピン５の中心に近付くほど、
２次振動成分ならびにさらに高次の振動成分が低減す
る。
【００５１】図５〜図７は、ロアリンク６のより具体的
な構成を示している。図示するように、ロアリンク６に
は、第１連結ピン７が嵌合する第１ピン孔２１と、第２
連結ピン８が嵌合する第２ピン孔２２と、クランクピン
５が嵌合する第３ピン孔２３と、が設けられているが、
第３ピン孔２３の中心を通る平面に沿って本体部６Ａと
キャップ部６Ｂとに分割されており、かつ本体部６Ａ
は、第１ピン孔２１と第２ピン孔２２を含んでいる。燃
焼荷重は、アッパリンク３から第１連結ピン７を介して
ロアリンク６に伝達され、該ロアリンク６からクランク
ピン５に伝達されるのであるが、上記のような形に本体
部６Ａとキャップ部６Ｂとを分割すれば、主に単一部材
となる本体部６Ａを介して燃焼荷重が伝達されることに
なり、両者の接合面には、大きな荷重や剪断力が加わる
ことがない。
【００５２】図５に明らかなように、燃焼荷重を直接受
ける第１連結ピン７の径は、揺動支点となる第２連結ピ
ン８に比べて大径となっている。換言すれば、第２連結
ピン８は可能な範囲で小径化されており、重心Ｗがクラ
ンクピン５から離れることを抑制している。また、図６
に示すように、ロアリンク６の肉厚、特に第１ピン孔２
１から第２ピン孔２２に亘るロアリンク６上部の肉厚
は、第２ピン孔２２周辺部分が薄く、第１ピン孔２１周
辺部分が厚く、かつ両者の中間部分では徐々に肉厚が変
化している。これにより、第１連結ピン７とクランクピ
ン５との間で十分な強度を確保できると同時に、第１連
結ピン７に対し大きな軸受面積を確保できる。また、ク
ランクピン５側を下部、第１，第２連結ピン７，８側を
上部としたときの上下方向については、図７に示すよう
に、下部つまりクランクピン５周辺部分が厚く、上部に
向かうに従って徐々に薄肉となっている。これにより、
前述したように、重心Ｗがクランクピン５の中心に近付
けられている。
【００５３】図８は、上記本体部６Ａとキャップ部６Ｂ
とを結合するボルトの具体的な構成を示している。この
例では、３本のボルト３１，３２，３３が用いられてお
り、クランクピン５と第１連結ピン７との間に１本のボ
ルト３１が、クランクピン５と第２連結ピン８との間に
２本のボルト３２，３３が配置されている。ここで、ク
ランクピン５を挟んで両側に略対称に配置されたボルト
３１，３２は互いに同一の径であり、ボルト３２よりも
第２連結ピン８寄りに位置するボルト３３は、これらよ
りも小径に構成されている。また、この実施例では、本
体部６Ａおよびキャップ部６Ｂに、それぞれボルト用の
貫通孔が形成されており、本体部６Ａ側から挿入した各
ボルト３１，３２，３３の先端に、キャップ部６Ｂ側に
配置したナット３４，３５，３６がそれぞれ螺合してい
る。
【００５４】次に、図９および図１０は、ボルトの異な
る例を示すもので、この実施例では、３本のボルト３
１，３２，３３の頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが、クラ
ンクシャフト４の軸方向と直交する方向に沿って細長い
形状、例えば楕円形に構成されているとともに、本体部
６Ａの上端面に、これらの頭部３１ａ，３２ａ，３３ａ
に対応した形状の凹部３７，３８，３９が形成されてお
り、ここに頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが嵌合してい
る。つまり、頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが突出するこ
となく凹部３７，３８，３９内に収容されている。そし
て、キャップ部６Ｂ側にナット３４，３５，３６が配置
されているが、このナット３４，３５，３６を受ける座
部４０，４１，４２がボス状に突出して形成されてい
る。従って、この実施例では、ボルト３１，３２，３３
が凹部３７，３８，３９との嵌合で回り止めされるた
め、シリンダブロック下面側からナット３４，３５，３
６を容易に締め付けることができ、作業性が良好なもの
となる。そして、頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが本体部
６Ａ内に埋め込まれた状態になると同時に座部４０，４
１，４２がボス状が下方に突出するので、重心Ｗをクラ
ンクピン５の中心に近づける上で有利となる。なお、座
部４０，４１，４２の形成は、第３ピン孔２３内周面と
座面との間の距離（肉厚）を確保する上でも有利とな
る。
【００５５】また、図１１は、ボルトのさらに異なる例
を示すもので、この実施例では、キャップ部６Ｂ側に貫
通孔が設けられているとともに、本体部６Ａ側に雌ネジ
部４３，４４，４５が形成されている。ボルト３１，３
２，３３は、キャップ部６Ｂ側から挿入され、上記雌ネ
ジ部４３，４４，４５にそれぞれ螺合している。なお、
キャップ部６Ｂには、図９の実施例と同様に、ボルト３
１，３２，３３の頭部を受ける座部４０，４１，４２が
ボス状に形成されている。
【００５６】この構成によれば、やはりシリンダブロッ
ク下面側からボルト３１，３２，３３を容易に締め付け
ることができる。また、ボルト３１，３２，３３がクラ
ンクピン５近傍に位置するようになるので、クランクピ
ン５の中心に重心Ｗを近づける上で有利となる。なお、
図示するように、本体部６Ａに、雌ネジ部４３，４４，
４５に連続して孔を貫通させることにより、本体部６Ａ
を軽量化することができる。
【００５７】次に、図１２〜図１４は、ロアリンク６の
異なる実施例を示している。このロアリンク６は、前述
した実施例と同様に、第１連結ピン７を支持する第１ピ
ン孔２１と、第２連結ピン８を支持する第２ピン孔２２
と、クランクピン５が連結される第３ピン孔２３と、を
備えているが、図１２に明らかなように、第１ピン孔２
１が形成される一方の端部が、二股状に構成され、第１
ピン孔２１が開口する一対の第１アーム部５１と、該第
１アーム部５１間の第１凹部５２と、を備えている。同
様に、第２ピン孔２２が形成される他方の端部も二股状
に構成され、第２ピン孔２２が開口する一対の第２アー
ム部５３と、該第２アーム部５３間の第２凹部５４と、
を備えている。従って、第１連結ピン７および第２連結
ピン８は、それぞれ両端部が各アーム部５１，５３によ
って支持されるようになっており、図１５に模式的に示
したように、各凹部５２，５４に挟み込まれるように配
置されたアッパリンク３およびコントロールリンク９
が、第１連結ピン７および第２連結ピン８の中間部に揺
動可能に支持される。
【００５８】ここで、上記第１連結ピン７は、アッパリ
ンク３のボス部に圧入されている。また、上記第２連結
ピン８は、図示せぬブッシュを介して、第２ピン孔２２
およびコントロールリンク９のボス部ピン孔（図示せ
ず）の双方に対し回転可能なフルフロート形式となって
いる。
【００５９】また、この実施例では、上記ロアリンク６
は、第１ピン孔２１と第２ピン孔２２とを結ぶ線に対し
略直交する方向に沿って２分割されている。つまり、第
１ピン孔２１を含む第１ロアリンク部６Ｃと、第２ピン
孔２２を含む第２ロアリンク部６Ｄとに、第３ピン孔２
３の中心を通る平面からなる分割面５５に沿って、分割
されている。そして、図１４に示すように、第３ピン孔
２３の両側に一対のボルト５６が配置され、このボルト
５６によって、両者が一体化されている。ここで、上記
第２ロアリンク部６Ｄに、ボルト５６用の貫通孔が形成
され、かつ第１ロアリンク部６Ｃに、雌ネジ部が形成さ
れており、一対のボルト５６は、第２ロアリンク部６Ｄ
側から挿入され、先端部が第１ロアリンク部６Ｃの雌ネ
ジ部に螺合している。
【００６０】なお、上記ロアリンク６の重心位置の関係
は、前述した実施例と基本的に変わりがない。
【００６１】図１６は、上記のように分割構成されたロ
アリンク６における各部の荷重の方向を説明するもので
あり、ピストン１から燃焼荷重が作用すると、第１ピン
孔２１および第２ピン孔２２は下方へ力ｆ１，ｆ２を受
け、第３ピン孔２３は上方へ力ｆ３を受けるので、第３
ピン孔２３の周囲は、分割面５５に平行な方向の引張力
を受ける。そして、一対のボルト５６の内側つまり第３
ピン孔２３寄りの部分においては、図示するように圧縮
力が作用し、分割面５５を開こうとする力は発生しな
い。従って、ボルト５６に必要な軸力は比較的小さく、
小径なボルト５６の使用が可能である。この結果、ロア
リンク６全体を軽量化できる。
【００６２】また、上記のようにボルト５６の頭部が第
２ロアリンク部６Ｄ側に配置されていることから、第１
ロアリンク部６Ｃ側には、ボルト５６の頭部やナットを
受ける座部を設ける必要がなく、この座部による応力集
中を回避できる。特に、図１７に示すように、一般に、
第３ピン孔２３中心から第１ピン孔２１中心までの距離
Ｌ１は、第３ピン孔２３中心から第２ピン孔２２中心ま
での距離Ｌ２よりも小さく、かつ、第１ピン孔２１の直
径ｄ１は、第２ピン孔２２の直径ｄ２よりも大きく、し
かも、第１ピン孔２１への荷重ｆ１が第２ピン孔２２へ
の荷重ｆ２よりも大きいので、第１ロアリンク部６Ｃ側
に座部を設けることは好ましくない。
【００６３】さらに、上記構成では、第１連結ピン７が
アッパリンク３のボス部に圧入されているため、該アッ
パリンク３のボス部の外形寸法が小さくなり、これに伴
って、アッパリンク３に対応する凹部５２が小さくな
る。つまり、図１８に示すように、凹部５２底面と第３
ピン孔２３との間の最小距離Ｌ３を比較的大きく確保す
ることが可能となる。これに対し、第２連結ピン８をフ
ルフロート形式としたことにより、圧入に比べて許容面
圧が向上するため該第２連結ピン８の径を小径化するこ
とが可能となり、第２連結ピン８を含めたロアリンク６
全体の一層の軽量化が図れる。
【００６４】次に、図１９は、第１ロアリンク部６Ｃ側
と第２ロアリンク部６Ｄとの分割面５５を、クラッキン
グによる破断面とした実施例を示している。すなわち、
ロアリンク６全体を鋳造等により一体に形成した後に、
第１ロアリンク部６Ｃと第２ロアリンク部６Ｄとに破断
してある。このようなクラッキングによる破断面とすれ
ば、分割面５５に平行な方向への滑りが抑制されるた
め、ボルト５６に作用する剪断力が非常に小さくなり、
また、第３ピン孔２３の真円度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るピストンクランク機構の構成説
明図。
【図２】重心Ｗがクランクピン中心から離れている場合
の振動特性図。
【図３】重心Ｗがクランクピン中心に近い場合の振動特
性図。
【図４】重心Ｗがクランクピン中心に合致している場合
の振動特性図。
【図５】ロアリンクの一実施例を示す正面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図８】ボルトの構成を示したロアリンクの断面図。
【図９】ボルトの構成の他の実施例を示したロアリンク
の断面図。
【図１０】図９に示したロアリンクの平面図。
【図１１】ボルトの構成のさらに他の実施例を示したロ
アリンクの断面図。
【図１２】ロアリンクの異なる実施例を示す斜視図。
【図１３】図１２のロアリンクの正面図。
【図１４】ボルトの配置を示す説明図。
【図１５】このロアリンクとアッパリンクおよびコント
ロールリンクとの関係を示す平面図。
【図１６】分割面に作用する力の説明図。
【図１７】各ピン孔の距離等の説明図。
【図１８】アッパリンク側の最小距離の説明図。
【図１９】クラッキングによる分割面とした実施例のロ
アリンクの正面図。
【符号の説明】
１…ピストン ２…ピストンピン ３…アッパリンク ５…クランクピン ６…ロアリンク ６Ａ…本体部 ６Ｂ…キャップ部 ６Ｃ…第１ロアリンク部 ６Ｄ…第２ロアリンク部 ７…第１連結ピン ８…第２連結ピン ９…コントロールリンク １０…コントロールシャフト ５５…分割面 ５６…ボルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 7/06 Ｆ１６Ｃ 7/06 Ｆ１６Ｊ 1/14 Ｆ１６Ｊ 1/14 Ｆターム(参考） 3G092 AA12 DD06 EA25 EA27 FA14 FA49 FA50 3J033 AA04 BA02 BA06 BA13 3J044 AA05 AA06 CA25 DA09

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンにピストンピンを介して一端が
    連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端に
    第１連結ピンを介して連結され、かつクランクシャフト
    のクランクピンに連結されたロアリンクと、上記ロアリ
    ンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるととも
    に、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコント
    ロールリンクと、を備えてなる内燃機関のピストンクラ
    ンク機構において、 上記ロアリンクの重心が、第１，第２連結ピンの各中心
    とクランクピン中心とを結んだ三角形の内側に存在し、
    重心からクランクピン中心までの距離ｒｃが、重心から
    第１連結ピンの中心までの距離ｒ１と、重心から第２連
    結ピンの中心までの距離ｒ２と、の少なくとも一方より
    も小さいことを特徴とする内燃機関のピストンクランク
    機構。
  2. 【請求項２】 上記ｒｃが、上記ｒ１よりも小さく、か
    つ上記ｒ２よりも小さいことを特徴とする請求項１記載
    の内燃機関のピストンクランク機構。
  3. 【請求項３】 上記ｒｃが０であることを特徴とする請
    求項２記載の内燃機関のピストンクランク機構。
  4. 【請求項４】 上記の重心は、第１，第２連結ピンの重
    量を含めて定められることを特徴とする請求項１〜３の
    いずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
  5. 【請求項５】 上記第１，第２連結ピンに連結されるア
    ッパリンク端部のボス部ならびにコントロールリンク端
    部のボス部の重量をさらに含めて上記の重心が定められ
    ることを特徴とする請求項４記載の内燃機関のピストン
    クランク機構。
  6. 【請求項６】 ピストンにピストンピンを介して一端が
    連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端に
    第１連結ピンを介して連結され、かつクランクシャフト
    のクランクピンに連結されたロアリンクと、上記ロアリ
    ンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるととも
    に、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコント
    ロールリンクと、を備えてなる内燃機関のピストンクラ
    ンク機構において、 第１，第２連結ピンの各中心とクランクピン中心とを結
    ぶ線分が三角形をなし、第１，第２連結ピンを含まない
    ロアリンクの重心が、クランクピン中心を挟んで第１，
    第２連結ピンの反対側に位置し、第１，第２連結ピンの
    重量および各連結ピンに連結されるアッパリンク端部の
    ボス部ならびにコントロールリンク端部のボス部の重量
    を含めたときの重心が、クランクピン中心により接近す
    ることを特徴とする内燃機関のピストンクランク機構。
  7. 【請求項７】 ピストン速度が最大となるストロークの
    中間位置において、上記第１連結ピンの速度が上記第２
    連結ピンの速度より大となることを特徴とする請求項１
    〜６のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機
    構。
  8. 【請求項８】 上記第１連結ピンの径が上記第２連結ピ
    ンの径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のい
    ずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
  9. 【請求項９】 上記ロアリンクの第１連結ピン周辺部分
    の肉厚が、第２連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きいこ
    とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機
    関のピストンクランク機構。
  10. 【請求項１０】 上記ロアリンクのクランクピン周辺部
    分の肉厚が、第１連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃
    機関のピストンクランク機構。
  11. 【請求項１１】 上記ロアリンクは、上記第１，第２連
    結ピンを含む本体部と、キャップ部とに、上記クランク
    ピンの中心を通る平面に沿って２分割されており、クラ
    ンクピンの両側に配置された複数のボルトによって両者
    が一体に組み立てられているとともに、各ボルトの軸線
    が、クランクピンと第１連結ピンとの間ならびにクラン
    クピンと第２連結ピンとの間を通ることを特徴とする請
    求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関のピストンク
    ランク機構。
  12. 【請求項１２】 クランクピンと第２連結ピンとの間
    に、２本のボルトが配置されており、第２連結ピン寄り
    に位置する一方のボルトがクランクピン寄りに位置する
    他方のボルトよりも小径に構成されていることを特徴と
    する請求項１１記載の内燃機関のピストンクランク機
    構。
  13. 【請求項１３】 上記本体部およびキャップ部に、ボル
    ト用の貫通孔がそれぞれ形成されており、本体部側から
    挿入されたボルトの先端が、キャップ部外側に配置され
    たナットに螺合していることを特徴とする請求項１１ま
    たは１２に記載の内燃機関のピストンクランク機構。
  14. 【請求項１４】 上記本体部に、上記ボルトの頭部を収
    容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１
    １〜１３のいずれかに記載の内燃機関のピストンクラン
    ク機構。
  15. 【請求項１５】 上記ボルトの頭部およびこれに対応す
    る凹部は、クランクシャフト軸方向の寸法がクランクシ
    ャフト軸方向に直交する方向の寸法よりも相対的に小さ
    な異形をなしていることを特徴とする請求項１４記載の
    内燃機関のピストンクランク機構。
  16. 【請求項１６】 上記キャップ部にボルト用の貫通孔が
    形成されているとともに、本体部に雌ネジ部が形成され
    ており、キャップ部側から挿入されたボルトが上記雌ネ
    ジ部に螺合していることを特徴とする請求項１１または
    １２に記載の内燃機関のピストンクランク機構。
  17. 【請求項１７】 上記キャップ部に、ナットもしくはボ
    ルトの頭部を受ける座部が、ボス状に突出して形成され
    ていることを特徴とする請求項１３または１６に記載の
    内燃機関のピストンクランク機構。
  18. 【請求項１８】 上記ロアリンクのアッパリンク側およ
    びコントロールリンク側のボス部がそれぞれ二股状に構
    成されており、この二股状に分岐した一対のボス部によ
    って両端が支持された第１，第２連結ピンを介して、一
    対のボス部の間に挟まれたアッパリンクおよびコントロ
    ールリンクが、それぞれ揺動可能に連結されていること
    を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関
    のピストンクランク機構。
  19. 【請求項１９】 上記第１連結ピンが上記アッパリンク
    のボス部に圧入されているとともに、上記第２連結ピン
    が、ロアリンクおよびコントロールリンクの双方に対し
    回転可能なフルフロート形式となっていることを特徴と
    する請求項１〜６、請求項１８のいずれかに記載の内燃
    機関のピストンクランク機構。
  20. 【請求項２０】 上記ロアリンクは、上記第１連結ピン
    を含む第１ロアリンク部と、上記第２連結ピンを含む第
    ２ロアリンク部とに、上記クランクピンの中心を通る平
    面に沿って２分割して構成されていることを特徴とする
    請求項１〜１０、請求項１８、１９のいずれかに記載の
    内燃機関のピストンクランク機構。
  21. 【請求項２１】 上記第２ロアリンク部にボルト用の貫
    通孔が形成されているとともに、上記第１ロアリンク部
    に雌ネジ部が形成されており、第２ロアリンク部側から
    挿入されたボルトが上記雌ネジ部に螺合して、上記第１
    ロアリンク部と第２ロアリンク部とが一体に結合されて
    いることを特徴とする請求項２０記載の内燃機関のピス
    トンクランク機構。
  22. 【請求項２２】 上記第１ロアリンク部と上記第２ロア
    リンク部との分割面がクラッキングによる破断面となっ
    ていることを特徴とする請求項１１、請求項２０、請求
    項２１のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク
    機構。
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