JP2005030288A

JP2005030288A - 内燃機関の可変圧縮比機構

Info

Publication number: JP2005030288A
Application number: JP2003195435A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ushijima; 研史牛嶋; Katsuya Mogi; 克也茂木; Naoki Takahashi; 直樹高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP4259214B2

Abstract

【課題】アッパリンク３及びそのピン連結構造の軽量化・低コスト化を図る。
【解決手段】クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパリンク３と、このアッパリンク３とロアリンクとを連結する連結ピン９と、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を有する。ロアリンクに、連結ピン９が回転可能に貫通する連結ピン軸受ボスを形成する。アッパリンク３に、ロアリンクの連結ピン軸受ボスを軸方向に挟み込むように配置される一対の連結ピン固定ボス２２を形成する。この連結ピン固定ボス２２に連結ピン９の両端を固定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構に関し、特に、アッパリンク及びそのピン連結構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、機関圧縮比を変更・制御する複リンク式の可変圧縮比機構が記載されている。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパリンクと、を有し、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【０００３】
アッパリンクとロアリンクとは連結ピンにより回転可能に連結される。典型的には、高速高負荷域等での潤滑性を確保するために、アッパリンクとロアリンクの双方が連結ピンを回転可能に支持・軸受するフルフロート式のピン連結構造が用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４７９５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなフルフロート式のピン連結構造では、連結ピンの脱落を防止するために、例えばスナップリングを連結ピンに加工・形成された係合溝に嵌合する必要があり、加工コストや部品コストが増大する。
【０００６】
また、フルフロート式のピン連結構造では、連結ピン軸方向に作用する分力を支えるための摩擦力が極めて小さい。このため、例えばアッパリンクのピン軸受ボスがロアリンクのピン軸受ボスを軸方向に挟み込む二股形状・クレビス形状である場合に、アッパリンクの二股形状の付け根部分に作用するモーメントが大きくなり、このようなモーメントに対する剛性を確保するために、アッパリンクの大型化や重量増加を招くおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構の低コスト化及び軽量化を図ることを主たる目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパリンクと、このアッパリンクとロアリンクとを連結する連結ピンと、上記ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を有する。上記ロアリンクに、上記連結ピンが回転可能に貫通する連結ピン軸受ボスを形成する。上記アッパリンクに、上記連結ピン軸受ボスを軸方向に挟み込むように配置される一対の連結ピン固定ボスを形成する。この連結ピン固定ボスに上記連結ピンの両端を固定する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、アッパリンクの一対の連結ピン固定ボスに連結ピンの両端を固定しているため、上述したフルフロート式のピン連結構造に比して、スナップリング等の軸受用部材を省略することができ、軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、アッパリンクに対して連結ピン軸方向に作用する荷重を連結ピン側で支持することができることから、アッパリンクに作用するモーメントを有効に軽減でき、強度・剛性の確保が容易となるので、アッパリンクの小型化・軽量化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
先ず、図１及び図２を参照して、本実施例の可変圧縮比機構の基本的構成について説明する。なお、これらの図１，２には、後述するアッパリンク及びそのピン連結構造の具体的な形状や構造が図示・反映されてはいない。
【００１２】
この可変圧縮比機構は、気筒列方向に延びるクランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６と各気筒のピストン１とを連携するアッパリンク３と、ロアリンク６の運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御する圧縮比変更手段と、を有している。ピストン１とアッパリンク３の一端とはピストンピン２により連結され、アッパリンク３の他端とロアリンク６とは連結ピン９により連結されている。
【００１３】
上記の圧縮比変更手段は、クランクシャフト４の斜め下方を気筒列方向へ延びるコントロールシャフト７と、このコントロールシャフト７に偏心して設けられた偏心軸部７ａと、この偏心軸部７ａとロアリンク６とを連携するコントロールリンク８と、を有している。ロアリンク６とコントロールリンク８とはコントロールピン１０により連結されている。図示せぬモータ等のアクチュエータによりコントロールシャフト７の回転位置を変化させると、コントロールシャフト７の揺動支点である偏心軸部７ａの位置が変化し、ロアリンク６の運動拘束条件が変化して、機関圧縮比が変化することとなる。
【００１４】
このような複リンク式の可変圧縮比機構は、車両運転状況に応じて機関圧縮比を連続的に変更できることに加え、ピストンストローク特性を理想的な特性（例えば単振動に近い特性）へ近づけることができ、かつ、比較的スペースに余裕のある機関下方側にコントロールシャフト７やコントロールリンク８が配置されているため、機関搭載性に優れている等の利点を持つ。
【００１５】
以下、図３〜８を参照して、本実施例の要部をなすアッパリンク３及びその連結構造について詳述する。
【００１６】
ロアリンク６には、図５に示すように、連結ピン９が回転可能に貫通し、この連結ピン９を回転可能に支持・軸受するほぼ円筒状の連結ピン軸受ボス２０が形成されている。
【００１７】
アッパリンク３は、ピストンピン２が回転可能に貫通し、このピストンピン２を回転可能に支持・軸受する略円筒状のピストンピン軸受ボス２１と、ロアリンク６の連結ピン軸受ボス２０を連結ピン軸方向に挟み込むように、連結ピン軸受ボス２０の軸方向両側に位置し、連結ピン９の両端が固定的に嵌合する略円筒状の一対の連結ピン固定ボス２２と、ピストンピン軸受ボス２１と連結ピン固定ボス２２とを接続するアーム体２３と、により構成されており、金属材料により各部一体に形成されている。
【００１８】
アーム体２３は、ピストンピン軸受ボス２１の外周に一体的に接続するメインアーム２４と、このメインアーム２４から二股状・クレビス状に分岐して、略円筒状をなす連結ピン固定ボス２２の外周にそれぞれ一体的に接続する二股アーム２５と、により構成されている。
【００１９】
組立の際には、例えば、一対の連結ピン固定ボス２２の間に連結ピン軸受ボス２０を同軸上に配置・位置決めした状態で、連結ピン９を一方の連結ピン固定ボス２２に圧入し、連結ピン軸受ボス２０を貫通させつつ、他方の連結ピン固定ボス２２に圧入することにより、連結ピン９が一対の連結ピン固定ボス２２に固定され、かつ、連結ピン９がピストンピン軸受ボス２１により回転可能に支持すなわち軸受される。
【００２０】
図７（ａ）は、アッパリンクのピンボス２２’が連結ピン９を回転可能に支持・軸受する軸受構造をなす比較例を示しており、図７（ｂ）は、アッパリンクの連結ピン固定ボス２２に連結ピン９の両端が圧入により固定される固定構造をなす本実施例を示している。
【００２１】
燃焼荷重等によりピストンのピストンピン２側からアッパリンク３に作用する荷重Ｆ１は、ピストンピンボス２１から連結ピンボス２２側へ向けて作用し、この荷重Ｆ１の反力として連結ピン９側からアッパリンク３に作用する荷重Ｆ２は、連結ピンボス２２からピストンピンボス２１へ向けて作用する。これらの荷重Ｆ１，Ｆ２が軸方向にずれていると、軸方向の分力が生じ、アッパリンク３のアーム体２３、特に、二股アーム２５がメインアーム２４に接続する付け根部分（接続部分）２９の近傍にモーメントＭが集中的に作用する。
【００２２】
比較例では、連結ピン軸受ボス２２’と連結ピンとの接触部分が軸受として構成されているため、軸方向の摩擦係数が極めて低く、軸方向の分力を受け止めることができないので、付け根部分２９に作用するモーメントＭが大きくなる傾向にある。
【００２３】
これに対して本実施例のように、連結ピンがアッパリンクの連結ピン固定ボス２２に固定的に嵌合し、両者が実質的に一体化されていると、連結ピン固定ボス２２に作用する軸方向の分力Ｆ３が連結ピンによって支えらる形となり、アーム体の中でも特に強度・剛性の確保が困難かつ重要となる二股アーム２５の付け根部分２９に作用するモーメントＭが軽減されるため、アッパリンクの強度・剛性の確保が容易となり、アッパリンクの小型化・軽量化を図ることができる。
【００２４】
また、比較例のように連結ピンボス２２’を軸受構造とした場合、連結ピンの脱落を防止するために、例えばスナップリングを連結ピンの係合溝に嵌合する等の必要があり、部品点数や加工工数が嵩むのに対し、本実施例のように連結ピンを連結ピン固定ボス２２に固定する場合、軸受用のスナップリング等の軸受用部材をあえて必要とせず、その分、軽量化・低コスト化を図ることができる。
【００２５】
比較例のように、連結ピンボス２２’が軸受構造の場合、接触圧力分布が不均一となると、局所的に摩耗が進行し、耐久性を損ねるおそれがある。これに対して本実施例のように、連結ピンが連結ピン固定ボス２２に固定される固定構造の場合、接触圧力分布が不均一であっても比較例のような耐久性の低下を招くことはない。
【００２６】
むしろ本実施例では、図８（ｂ）に示すように、接触圧力分布の不均一化により連結ピン９がたわみ、連結ピン側から作用する荷重Ｆ２が連結ピンボス２２の軸方向内側寄りに集中することにより、図８（ａ）に示すように接触圧力分布が均一な場合に比して、上記の荷重Ｆ２と、ピストンピン側からピストンピンボス２１の軸方向外側端部に作用する荷重Ｆ１と、の軸方向のズレが小さくなり、付け根部分２９に作用するモーメントＭが小さくなるため、剛性的に有利となる。なお、図８等では説明を分かり易くするために連結ピンのたわみ等を誇張して描いている。
【００２７】
加えて本実施例ではアッパリンク３の強度・剛性の向上と小型化・軽量化とを高いレベルで両立するように、以下に述べるような様々な改良が加えられている。
【００２８】
図４〜６に示すように、アーム体２３は、二股アーム２５の付け根部分２９の軸方向幅が最も大きく設定されている。またアーム体２３は、付け根部分２９の近傍で、ピストンピンと連結ピンのピン中心を結ぶリンク中心線に直交する断面積が最も大きくなるように設定されている。従って、二股アーム２５の強度・剛性を効果的に確保できる。また、メインアーム２４は、剛性を確保しつつ軽量化を図るために、ピン長手方向の中間部分が滑らかにくびれた形状をなしている。
【００２９】
アーム体２３には、荷重Ｆ１，Ｆ２が集中する部位に沿うように、ピストンピン軸受ボス２１から連結ピン固定ボス２２にわたって連続的に延びる部分的に厚肉化された補強用のメインリブ２６が軸方向両側にそれぞれ形成されている（図４の斜線部分参照）。各メインリブ２６は、ピストンピン軸受ボス２１の軸方向外側端部からメインアーム２４の軸方向外縁に沿って延びているとともに、二股アーム２５の軸方向内縁（一対の二股アーム２５が互いに対向する側）に沿って延び、各連結ピン固定ボス２２の軸方向内側端部に接続している。言い換えると、メインアーム２４の軸方向中央部には部分的に薄肉化された（厚さの薄い）第１凹部２７が形成されるとともに、二股アーム２５の軸方向外側部には部分的に薄肉化された第２凹部２８がそれぞれ形成されており、軽量化が図られている。
【００３０】
メインリブ２６は、上記の付け根部分２９の剛性を確保するために、この付け根部分２９で局所的に幅広化されており、かつ、付け根部分２９から連結ピン固定ボス２２へ向けて軸方向幅が漸次狭くなっている。また、付け根部分２９には、両側のメインリブ２６を連結・架橋する部分的に厚肉化された補強用の補助リブ３１が形成されている。この補助リブ３１は、その軸方向中央部が更に部分的に厚肉化されている。
【００３１】
図６にも示すように、二股アーム２５の軸方向内側に沿う部分３０は、上述したように荷重が集中的に作用するので、その剛性を確保するために、メインリブ２６の他の一般部に比して更に厚肉化されている。つまり、二股アーム２５の略Ｕ字状をなす内側周縁部分３０，３１が最も厚肉化されている。
【００３２】
図５に示すように、ピストンピン軸受ボス２１の円筒内面すなわち軸受面と、各連結ピン固定ボス２２の円筒内面すなわち圧入接触面とは、軸方向で所定幅Ｅ分だけオーバーラップする（重なり合う）ように設定されている。そして、この軸方向所定幅Ｅの範囲に対応する位置で、荷重Ｆ１，Ｆ２に対する補強用のメインリブ２６が、ピストンピン軸受ボス２１の軸方向外側端部に接続するとともに、連結ピン固定ボス２２の軸方向内側端部に接続するようになっている。従って、荷重Ｆ１，Ｆ２の軸方向ずれがほとんどなく、付け根部分２９に作用するモーメントＭが十分に抑制される。
【００３３】
各連結ピン固定ボス２２の圧入接触面は、周方向で軸方向幅が異なる形状となっており、詳しくは、大きな荷重Ｆ２が作用するピストンピン軸受ボス２１寄り（図５の右寄り）の軸方向幅Ａが最も長く、その反対側つまりピストンピン軸受ボス２１に遠い側（図５の左側）の軸方向幅Ｂが最も短くなるように設定されている。これに対応して、ロアリンク６の連結ピン軸受ボス２０の円筒内面すなわち軸受面もまた、周方向で軸方向幅が異なる形状となっており、機関実動時におけるアッパリンク３とロアリンク６との所定の回転角度範囲内で、最も軸方向幅の短い部分Ｄがピストンピン軸受ボス２１寄りに位置し、最も軸方向幅の長い部分Ｃがピストンピン軸受ボス２１から遠い側に位置するように設定されている。このように、所定の回転角度範囲内で相対的に回転するアッパリンク３の連結ピン固定ボス２２とロアリンク６の連結ピン軸受ボス２０とが軸方向で部分的にオーバーラップするように設定されているため、ピンボス全体の軸方向幅を抑制しつつ、荷重に対するピンボスの接触幅を有効に確保することができる。
【００３４】
上述したように二股アーム２５では軸方向内側端部に荷重が集中するため、図５に示すように、二股アーム２５の軸方向幅を連結ピン固定ボス２２の軸方向（最大）幅Ａよりも短くし、二股アーム２５を連結ピン固定ボス２２に対して軸方向内側寄りに後退・窪ませている。言い換えると、連結ピン固定ボス２２を二股アーム２５に対して軸方向外側へ張り出させている。これにより、荷重に対する剛性を有効に確保しつつ軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る可変圧縮比機構の基本構成を示す概略構成図。
【図２】上記可変圧縮比機構の斜視図。
【図３】本実施例のアッパリンク及び連結ピンを示す斜視図。
【図４】図３のアッパリンクを単体で示す斜視図。
【図５】アッパリンクとロアリンクとのピン連結構造を示す正面図。
【図６】アッパリンクの正面図（ａ），側面図（ｂ）及びＸ−Ｘ線に沿う断面図（ｃ）。
【図７】比較例（ａ）及び本実施例（ｂ）に対応する作用説明図。
【図８】本実施例の作用説明図。
【符号の説明】
１…ピストン
２…ピストンピン
３…アッパリンク
４…クランクシャフト
５…クランクピン
６…ロアリンク
７…コントロールシャフト（圧縮比変更手段）
８…コントロールリンク（圧縮比変更手段）
９…連結ピン
２０…連結ピン軸受ボス
２１…ピストンピン軸受ボス
２２…連結ピン固定ボス
２３…アーム体
２４…メインアーム
２５…二股アーム
２６…メインリブ
２９…付け根部分
３１…補助リブ

Claims

クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパリンクと、このアッパリンクとロアリンクとを連結する連結ピンと、上記ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を有し、上記ロアリンクが、上記連結ピンが回転可能に貫通する連結ピン軸受ボスを有し、
上記アッパリンクが、上記連結ピン軸受ボスを軸方向に挟み込むように配置され、上記連結ピンの両端が固定される一対の連結ピン固定ボスを有する、
内燃機関の可変圧縮比機構。
上記連結ピンは、略円筒状をなす上記連結ピン固定ボスに圧入により固定される請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記ピストンとアッパリンクとを連結するピストンピンを有し、
上記アッパリンクが、
上記ピストンピンが回転可能に貫通する略円筒状のピストンピン軸受ボスと、このピストンピン軸受ボスと上記連結ピン固定ボスとを結ぶアーム体と、を有し、
このアーム体が、
上記ピストンピン軸受ボスの外周に一体的に接続するメインアームと、
このメインアームから二股状に分岐して、略円筒状をなす上記連結ピン固定ボスの外周にそれぞれ一体的に接続する二股アームと、を有する請求項１又は２に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記アーム体に、上記ピストンピン軸受ボスから上記連結ピン固定ボスにわたって連続的に延びる部分的に厚肉化されたメインリブが形成されている請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記メインリブは、上記ピストンピン軸受ボスの軸方向外側端部に接続するとともに、上記連結ピン固定ボスの軸方向内側端部に接続している請求項４に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記二股アームがメインアームに接続する付け根部分に、両メインリブを連結する部分的に厚肉化された補助リブが形成されている請求項４又は５に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記ピストンピン軸受ボスの軸方向外側端部と連結ピン固定ボスの軸方向内側端部とが軸方向で部分的にオーバーラップしている請求項３〜７のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記連結ピン固定ボスは、ピストンピン軸受ボス側の軸方向幅が最も長く設定されている請求項３〜８のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記アーム体は、上記二股アームがメインアームに接続する付け根部分で断面積が最も大きくなるように設定されている請求項３〜９のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
上記二股アームが連結ピン固定ボスに対して軸方向内側に窪んでいる請求項３〜１０のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。