JP2002155921A

JP2002155921A - 内燃機関のリンクロッド

Info

Publication number: JP2002155921A
Application number: JP2000350557A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Hiyoshi; 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP4710122B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コントロールリンク（リンクロッド）３０に
おける機関内側（第１の側）への応力集中を回避する。【解決手段】このコントロールリンク３０では、軸受
面３１ａ，３２ａを有する小径側ボス部３１及び大径側
ボス部３２がロッド部３５により一体に連結されてい
る。両ボス部３１，３２の軸心を通るロッド中心線３９
に対して機関内側に、ロアリンクとの干渉を回避する逃
げ部３８を形成する。小径側ボス部３１における機関内
側のボス幅ｄ１を機関外側のボス幅ｄ２よりも大きくす
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、内燃機関のリン
クロッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例に係る内燃機関のリンクロッドと
して、可変圧縮比機構のロアリンク１を図１０に示す
（ＭＴＺＭｏｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅＺｅｉｔ
ｓｃｈｒｉｆｔ５８（１９９７）１１参照）。

【０００３】この可変圧縮比機構では、クランクピンに
連結されるロアリンク１と、ピストンピンに連結される
アッパーリンク２と、が互いに連結され、このアッパー
リンク２にコントロールリンク３が連結されている。そ
して、コントロールリンク３を介してアッパーリンク２
の姿勢を変化させることにより、機関圧縮比を可変制御
するようになっている。

【０００４】図１１に示すように、ロアリンク１の一端
部には、アッパーリンクへの連結ピンが挿通する小径側
ボス部４が設けられ、ロアリンク１の他端部には、クラ
ンクピンが挿通する大径側ボス部５が設けられている。
両ボス部４，５はロッド部６により一体的に連結されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ロッド部６に
は、両ボス部４，５の軸心を通るロッド中心線７に対し
て第１の側（図１１の右側）に、コントロールリンク３
との干渉を回避するための逃げ部８が形成されている。
このため、ロアリンク１の第１の側の領域（軸方向視の
面積）が第２の側の領域よりも小さくなっている。従っ
て、第２の側では、第１の側に比して、ロッド剛性が低
いため、応力が集中し易く、耐久性の低下等を招くこと
が懸念される。

【０００６】更に言えば、このようにロッド部６が湾曲
するロアリンク１では、引張り荷重が作用する際に、ロ
ッド剛性が相対的に低い第１の側における小径側ボス部
４やロッド部６に応力が集中し易い傾向にある。特に、
この可変圧縮比機構のロアリンク１のように、慣性荷重
が燃焼荷重より小さい条件においても引張り荷重が作用
するようなリンクロッドにおいては、湾曲したロッド部
６や小径側ボス部４へ更に応力が集中し易い傾向にあ
る。

【０００７】この発明は、このような課題に鑑みてなさ
れたものであり、ロッド中心線に対して第１の側の領域
が第２の側の領域よりも小さいか、あるいは第１の側に
逃げ部が形成されているリンクロッドにおいて、第１の
側の小径側ボス部やロッド部へ応力が集中することを効
果的に回避することを一つの目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る内燃機関の
リンクロッドは、断面円形の軸受面を有する小径側ボス
部及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成される
とともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線
に対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さ
い。あるいは、第１の側に、他のリンク部品との干渉を
回避する逃げ部が形成されている。このため、第１の側
のロッド剛性が相対的に弱くなり、特に小径側ボス部に
応力が集中し易い。

【０００９】そこで本発明では、上記ロッド中心線に直
交するボス部の径方向幅をボス幅とすると、少なくとも
小径側ボス部では、第１の側のボス幅が、第２の側のボ
ス幅よりも大きくなるようにしている。

【００１０】これにより、特に応力が集中し易い第１の
側の小径側ボス部の剛性が増し、このような応力集中を
緩和することができる。

【００１１】なお、本発明は両ボス部の半径が同一のリ
ンクロッドにも適用でき、この場合、一方を小径側ボス
部とし、他方を大径側ボス部とする。

【００１２】より好ましくは、上記両ボス部を一体的に
連結するロッド部の両側部にそれぞれリブが設けられ、
上記第１の側のリブの幅及び厚さを、上記第２の側のリ
ブの幅及び厚さよりも大きくする。これにより、第１の
側のリブへの応力集中の軽減化と、第２の側のリブの軽
量化と、を図ることができる。

【００１３】このような本発明に係るリンクロッドは、
主として引張り荷重が作用する可変圧縮比機構のコント
ロールリンクに特に好適である。つまり、この可変圧縮
比機構は、ピストンのピストンピンに一端が連結される
アッパーリンクと、このアッパー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回転
可能に外嵌するロアリンクと、機関運転状態に応じて回
動制御される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられ
た制御カムと、この制御カムとロアリンクとを連携する
コントロールリンクと、を有している。そして、上記リ
ンクロッドがコントロールリンク、上記第１の側が機関
内側、上記第２の側が機関外側であり、上記大径側ボス
部に上記偏心カムが挿通している。

【００１４】請求項５に係る発明は、上記小径側ボス部
の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方
向の切断面における小径側ボス部の切断面そのものの面
積中心からクランクピンの軸心までの距離が、上記小径
側ボス部の断面円の軸心からクランクピンの軸心までの
距離よりも短いことを特徴としている。

【００１５】これにより、主に円運動による１次振動し
か発生しないクランクピンの軸心へ小径側ボス部等の重
量を集中させることができ、コントロールリンクの慣性
力等に起因する２次以上の振動成分を効果的に低減する
ことができる。

【００１６】請求項６に係る発明は、上記小径側ボス部
の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方
向で、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関内側の
ボス外端までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸
心から機関外側のボス外端までの距離よりも大きいこと
を特徴としている。

【００１７】これにより、ロアリンクと小径側ボス部と
の接触幅を十分に確保でき、両者の軸方向ガタツキを抑
制することができる。この結果、このようなガタツキに
起因してリンクに曲げ応力が発生して応力集中を招くよ
うな事態を有効に回避することができる。

【００１８】請求項７に係る発明は、上記大径側ボス部
が、リンク本体に一対の固定ボルトを介して固定される
キャップを有する半割構造をなしており、このキャップ
とリンク本体との合わせ面の上記小径側ボス部方向の法
線が、上記ロッド中心線から機関外側へ所定の狭角だけ
傾斜していることを特徴としている。

【００１９】これにより、機関内側のロアリンク等との
干渉を回避しつつ、機関内側の固定ボルトが挿通する大
径側ボス部の肉厚を十分に確保することができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、ロッド中心線に対し
て第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さいか、あ
るいは第１の側に逃げ部が形成されているリンクロッド
においても、小径側ボス部における第１の側寄りの部分
へ応力が集中することを効果的に回避することができ
る。

【００２１】更に、請求項３に係る発明によれば、ロッ
ド部における第１の側寄りの部分へ応力が集中すること
を有効に回避することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る内燃機関の
リンクロッドを、可変圧縮比機構のコントロールリンク
に適用した実施の形態について、図面を参照して詳細に
説明する。

【００２３】図１に示すように、機関本体としてのシリ
ンダブロック１０の上部には各気筒毎にシリンダ１１が
形成され、各シリンダ１１にはピストン１２が昇降可能
に配設されている。また、シリンダブロック１０の下部
には、気筒列方向へ延びるクランクシャフト１３が回転
可能に支持されている。なお、シリンダブロック１０の
下端にはオイルパン１４が取り付けられている。

【００２４】可変圧縮比機構は、ピストン１２のピスト
ンピン１５に上端部が回転可能に連結されるアッパーリ
ンク２１と、クランクシャフト１３のクランクピン１６
に相対回転可能に外嵌するとともに、アッパーリンク２
１と連結ピン２２を介して相対回転可能に連結されるロ
アリンク２３と、クランクシャフト１３の斜め下方で気
筒列方向へ延びる制御軸２４と、この制御軸２４に偏心
して設けられた偏心カム２５と、この偏心カム２５とロ
アリンク２３とを連携するコントロールリンク３０と、
を有している。

【００２５】ロアリンク２３は、クランクピン１６に後
から組付可能な半割構造をなしており、一対の半割ピー
スが２本の固定ボルト２３ｃによって共締固定される。
制御軸２４の一端には制御プレート２６が設けられ、こ
の制御プレート２６に形成される径方向溝２６ａに、駆
動アクチュエータのピストン２７の先端に設けられるピ
ン２７ａがスライド可能に係合している。

【００２６】図２（ａ），図２（ｂ）は、それぞれ高圧
縮比設定時，低圧縮比設定時にコントロールリンク３０
が最も右側へ位置する状態を表している。また、図２
（ｃ）は、図２（ａ）と同様の高圧縮比時にコントロー
ルリンク３０が最も左側に位置する状態を表している。

【００２７】同図にも示すように、機関運転状態に応じ
てピストン２７を進退させることにより、ピン２７ａ及
び制御プレート２６を介して制御軸２４が回動制御され
る。これにより、コントロールリンク３０の揺動支点と
なる偏心カム２５の位置がシリンダブロック１０に対し
て変化して、ロアリンク２３及びアッパーリンク２１の
姿勢が変化し、ピストン１２の上方に画成される燃焼室
１７の圧縮比（ε）が調整される。具体的には、図２
（ａ）に示すようにピストン２７が後退したときに圧縮
比εが高くなり、図２（ｂ）に示すようにピストン２７
が前進したときに圧縮比εが低くなるように設定されて
いる。

【００２８】図３は、この発明に係るリンクロッドとし
てのコントロールリンク３０を示している。このコント
ロールリンク３０は、主に機関搭載性を考慮して、スペ
ース的に余裕のあるクランクシャフト１３の斜め下方の
機関隅部に配置されている。つまりコントロールリンク
３０は、オイルパン１４内のオイル上面の直ぐ上方で、
かつ一方のクランクケース側壁部１８の直ぐ内側に略起
立姿勢で配設されており、その下端部を挿通する制御軸
２４の偏心カム２５を中心に揺動する。（但し、当該コ
ントロールリンクは、図で示すクランク軸中心から右下
位置に設けるものに限定されるものではなく、エンジン
設計変数や形式等によっては別の部分に設定される場合
も考えられる。）コントロールリンク３０の両端部には、断面円形の軸受
面３１ａ，３２ａを有するボス部３１，３２がそれぞれ
一体的に形成されている。相対的に小径な上側の小径側
ボス部３１には連結ピン２８が相対回転可能に挿通して
おり、この連結ピン２８によってロアリンク２３とコン
トロールリンク３０とが相対回転可能に連結されてい
る。相対的に大径な下側の大径側ボス部３２には、偏心
カム２５が相対回転可能に挿通している。この大径側ボ
ス部３２は、後から偏心カム２５に組付可能な半割構造
となっており、一対の固定ボルト３３（３３ａ，３３
ｂ）によってキャップ３４がリンク本体へ共締固定され
る。

【００２９】両ボス部３１，３２間を一体的に連結する
ロッド部３５は、両側にリブ３６，３７が設けられた略
「Ｉ」型（「エ」字状）の断面形状をなしている。

【００３０】ここで、小径側ボス部３１の断面円の軸心
３１ｃと大径側ボス部３２の断面円の軸心とを通るロッ
ド中心線３９よりも機関内側（第１の側；図の左側）寄
りの内側リブ３６は、ロアリンク２３（のボルト２３
ｃ）との干渉を避けるように、機関外側へ凸に湾曲して
いる。つまり、図１に示すように、ロアリンク２３のボ
ルト２３ｃがコントロールリンク３０に最も近接する状
態のときにも、両者間に所定の隙間Ｂを確保するよう
に、ロッド部３５の機関内側寄りの側部には、ロアリン
ク２３との干渉を回避する逃げ部３８が凹設されてい
る。

【００３１】一方、ロッド中心線３９より機関外側（第
２の側；図の右側）に位置する外側リブ３７は、クラン
クケース側壁部１８との干渉を避けるように直線的な形
状をなしている。つまり、図１や図２（ａ），（ｂ）に
示すように、コントロールリンク３０が最もクランクケ
ース側壁部１８へ近接する状態のときに、外側リブ３７
がクランクケース側壁部１８に所定の隙間Ａを介して略
平行に延在するように設定されている。この結果、外側
リブ３７は、下方へ向かうにしたがってロッド中心線３
９から徐々に離れるように、ロッド中心線３９に対して
傾斜している。つまり、ロッド部３５では、ロッド中心
線３９から機関外側の側縁までの距離が小径側ボス部３
１側（上側）から大径側ボス部３２側（下側）へ向けて
徐々に大きくなっている（ｄ５＜ｄ６）。言い換える
と、ロッド部３５は下方へ向かって機関外側へ膨らむ形
となっている。

【００３２】このように、コントロールリンク３０が制
限されたスペース内でロアリンク２３やクランクケース
側壁部１８と干渉することなく揺動し得るように、その
形状等が制約されている関係で、ロッド中心線３９より
も機関内側の領域が、ロッド中心線３９よりも機関外側
の領域よりも小さくなっている。この結果、ロッド中心
線３９よりも機関内側の部分では、機関外側の部分に比
して、ロッド剛性が低くなるため、伸縮率が高くなると
ともに応力が高くなる傾向にある。

【００３３】また、このコントロールリンク３０には、
例えば可変圧縮比機構のない単リンク式内燃機関のコン
ロッド等とは異なり、燃焼荷重が慣性荷重よりも大きい
ような条件下でも、圧縮荷重より大きな引張り荷重Ｆが
ロッド中心線３９に沿って作用する。このような引張り
荷重Ｆが作用すると、相対的に小径で剛性が低い略円筒
状の小径側ボス部３１における機関内側寄りの部分に最
も応力が集中することになる。

【００３４】（１）そこで本実施形態では、図３に示す
ように、ロッド中心線３９に直交するボス部の径方向寸
法をボス幅とすると、相対的に小径で剛性が低い小径側
ボス部３１では、ロッド中心線３９よりも機関内側のボ
ス幅ｄ１を、機関外側のボス幅ｄ２よりも大きくしてい
る。

【００３５】これにより、小径側ボス部３１の機関内側
寄りの部分への応力集中を軽減でき、ひいてはコントロ
ールリンク３０全体の耐久性，信頼性が向上する。ま
た、小径側ボス部３１の機関外側のボス幅ｄ２を相対的
に小さくすることにより、この小径側ボス部３１からク
ランクケース側壁部１８までのクリアランスＡ（図１参
照）を十分に確保しつつ、機関全体のコンパクト化を図
ることができる。なお、ロッド中心線３９よりも機関外
側寄りの部分では、領域が大きく剛性の高いロッド部３
５により小径側ボス部３１が適宜に支持されるため、小
径側ボス部３１の機関外側寄りの部分へ応力が過度に集
中することはない。

【００３６】（２）図４に示すように、小径側ボス部３
１の軸心３１ｃを通ってロッド中心線３９に直交する方
向の切断面における小径側ボス部３１の切断面そのもの
の面積中心（図心）Ｐ１からクランクピン１６の軸心ま
での距離Ｌ１を、小径側ボス部３１の軸心３１ｃからク
ランクピン１６の軸心までの距離Ｌ２よりも短くしてい
る。言い換えると、上記切断面における小径側ボス部３
１の重心（図心）Ｐ１を小径側ボス部３１の軸心３１ｃ
よりもクランクピン１６の軸心に近づけている。

【００３７】これにより、主に円運動による１次振動し
か発生しないクランクピン１６の軸心へ小径側ボス部３
１等の重量を集中させることができ、コントロールリン
ク３０の慣性力等に起因する２次以上の振動成分を効果
的に低減することができる。

【００３８】（３）図５に示すように、小径側ボス部３
１の軸心３１ｃを通ってロッド中心線３９に直交する直
交線４０上で、小径側ボス部３１の軸心３１ｃから機関
内側のボス外端までの距離Ｌ３を、小径側ボス部３１の
軸心３１ｃから機関外側のボス外端までの距離Ｌ４より
も大きくしている。

【００３９】これにより、ロアリンク２３の二股状をな
すボス部２３ｄとコントロールリンク３０の小径側ボス
部３１との接触幅が増し、両者２３ｄ，３１の軸方向ガ
タツキが抑制される。この結果、このようなガタツキに
起因してリンク２３，３０に曲げ応力が発生して応力集
中を招くような事態を回避することができる。

【００４０】（４）図６に示すように、内側リブ３６の
幅ｄ３及び高さｔ１を、それぞれ外側リブ３７の幅ｄ４
及び厚さｔ２よりも大きくしている。これにより、内側
リブ３６への応力集中の軽減化と、外側リブ３７の軽量
化と、を図ることができる。

【００４１】（５）図７に示すように、小径側ボス部３
１の高さｔ３を、ロッド部３５や大径側ボス部３２の高
さｔ１〜ｔ２よりも大きくしている。これにより、剛性
が低く応力が集中し易い小径側ボス部３１の剛性を効果
的に高めることができる。

【００４２】（６）図８に示すように、湾曲する内側リ
ブ３６（逃げ部３８）の曲率半径を、小径側ボス部３１
から大径側ボス部３２へ向けて段階的に（あるいは徐々
に）小さくしている（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）。つまり、ロ
ッド中央部の曲率半径Ｒ２を、小径側ボス部３１寄りの
曲率半径Ｒ１よりも小さくし、大径側ボス部３２寄りの
曲率半径Ｒ３よりも大きくしている。

【００４３】これにより、ロッド部３５のロッド幅が相
対的に小さい小径側ボス部３１側では、曲率半径Ｒ１が
相対的に大きくなり、内側リブ３６の応力集中が緩和さ
れるとともに、大径側ボス部３２側では内側リブ３６の
湾曲が大きくなってロアリンク２３との干渉を効果的に
回避できる。さらに、内側リブ３６の大径側ボス部３２
側の曲率半径Ｒ３を最も小さくし、つまり湾曲を最も大
きくすることで、ロアリンク２３との干渉を回避しつ
つ、機関内側の固定ボルト３３ｂが挿通する大径側ボス
部３２の肉厚（上下方向寸法）を十分に確保することが
できる。

【００４４】（７）図９に示すように、大径側ボス部３
２では、キャップ３４とリンク本体との合わせ面３４ａ
の小径側ボス部方向の法線３４ｂを、ロッド中心線３９
に対して、機関外側へ所定の狭角（９０°以下の角度）
αだけ傾斜させている。

【００４５】これにより、法線３４ｂがロッド中心線３
９と一致している場合に比して、機関外側寄りの固定ボ
ルト３３ａが小径側ボス部３１から離れ、機関内側寄り
の固定ボルト３３ｂが小径側ボス部３１へ近づく形とな
る。この結果、機関外側の固定ボルト３３ａの先端位置
が下方へ移行することとなり、その分、両リブ３６，３
７に挟まれたロッド部３５の薄肉部３５ａを、下方側へ
多く取ることができ（図９のハッチングを施した領
域）、更なる軽量化を図ることができる。

【００４６】また、機関内側の固定ボルト３３ｂの頭部
が上方へ持ち上がる形となり、下方のオイルパン１４と
の間に所定のクリアランスΔＤを確保しつつコンパクト
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る可変圧縮比機構のコ
ントロールリンクが適用された内燃機関を示す断面対応
図。

【図２】図１の可変圧縮比機構の作動説明図。

【図３】図１のコントロールリンクを示す正面対応図。

【図４】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。

【図５】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。

【図６】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図７】図３の矢視Ｄに対応する側面図。

【図８】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。

【図９】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。

【図１０】従来例に係るリンクロッドとしてのロアリン
クを備えた可変圧縮比機構の斜視対応図。

【図１１】図１０のロアリンクを単体で示す正面図。

【符号の説明】

２１…アッパーリンク２３…ロアリンク２４…制御軸２５…偏心カム３０…コントロールリンク３１…小径側ボス部３２…大径側ボス部３４…キャップ３４ａ…合わせ面３５…ロッド部３６，３７…リブ３８…逃げ部３９…ロッド中心線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面円形の軸受面を有する小径側ボス部
及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成されると
ともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線に
対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さい内
燃機関のリンクロッドにおいて、上記ロッド中心線に直交するボス部の径方向幅をボス幅
とすると、少なくとも小径側ボス部では、第１の側のボ
ス幅が、第２の側のボス幅よりも大きいことを特徴とす
る内燃機関のリンクロッド。
【請求項２】断面円形の軸受面を有する小径側ボス部
及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成されると
ともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線に
対して第１の側に、他のリンク部品との干渉を回避する
逃げ部が形成された内燃機関のリンクロッドにおいて、上記ロッド中心線に直交するボス部の径方向幅をボス幅
とすると、少なくとも小径側ボス部では、第１の側のボ
ス幅が、この第１の側と反対側の第２の側のボス幅より
も大きいことを特徴とする内燃機関のリンクロッド。
【請求項３】上記小径側ボス部と大径側ボス部とを一
体的に連結するロッド部の両側部にそれぞれリブが設け
られ、上記第１の側のリブの幅及び厚さが、上記第２の
側のリブの幅及び厚さよりも大きいことを特徴とする請
求項１又は２に記載の内燃機関のリンクロッド。
【請求項４】ピストンのピストンピンに一端が連結さ
れるアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端に連
結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに
回転可能に外嵌するロアリンクと、機関運転状態に応じ
て回動制御される制御軸と、この制御軸に偏心して設け
られた制御カムと、この制御カムとロアリンクとを連携
するコントロールリンクと、を有する可変圧縮比機構が
設けられた内燃機関であって、上記リンクロッドがコントロールリンク、上記第１の側
が機関内側、上記第２の側が機関外側であり、上記大径
側ボス部に上記偏心カムが挿通していることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のリンクロ
ッド。
【請求項５】上記小径側ボス部の断面円の軸心を通っ
て上記ロッド中心線に直交する方向の切断面における小
径側ボス部の切断面中心からクランクピンの軸心までの
距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心からクランク
ピンの軸心までの距離よりも短いことを特徴とする請求
項４に記載の内燃機関のリンクロッド。
【請求項６】上記小径側ボス部の断面円の軸心を通っ
て上記ロッド中心線に直交する方向で、上記小径側ボス
部の断面円の軸心から機関内側のボス外端までの距離
が、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関外側のボ
ス外端までの距離よりも大きいことを特徴とする請求項
４又は５に記載の内燃機関のリンクロッド。
【請求項７】上記大径側ボス部が、リンク本体に一対
の固定ボルトを介して固定されるキャップを有する半割
構造をなしており、このキャップとリンク本体との合わせ面の上記小径側ボ
ス部方向の法線が、上記ロッド中心線から機関外側へ所
定の狭角だけ傾斜していることを特徴とする請求項４〜
６のいずれかに記載の内燃機関のリンクロッド。