JP2005069270A - 内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構 - Google Patents

Abstract

【課題】アッパピン７をフルフロート形式としつつ、その全長を必要最小限のものとする。
【解決手段】複リンク式のピストン−クランク機構を構成するロアリンク９とアッパリンク６とが、アッパピン７によって回転可能に連結される。アッパリンク６は、アッパピン７の両端部を支持する二股状のピンボス部２１を有し、その間に、ロアリンク９の第１ピンボス部２３が挟み込まれている。円柱状のアッパピン７は、これらのピンボス部２１，２３のピン孔に回転可能かつ摺動可能に嵌合する。クランクピン８両側の一対のクランクウェブ１４の内側に、互いに対向する環状のスラスト面１８が形成され、アッパピン７の端面７ａに部分的に重なり合う。スラスト面１８との当接によってアッパピン７の軸方向の移動が規制され、スナップリング等を用いることなく抜け止めされる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストンの往復動に伴ってクランクシャフトが回転するレシプロ式内燃機関のピストン−クランク機構、特に、ピストンピンとクランクピンとが複数のリンク部材を介して連係する複リンク式のピストン−クランク機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１は、本出願人が先に提案したものであり、内燃機関の可変圧縮比機構として好適な複リンク式ピストン−クランク機構を開示している。これは、ピストンにおけるピストンピンとクランクシャフトにおけるクランクピンとを、互いに回転可能に連結されたアッパリンクおよびロアリンクにより連係するとともに、上記クランクピンに回転可能に支持されたロアリンクの運動を拘束するようにロアリンクにコントロールリンクの一端が接続された構成となっており、コントロールリンクの他端は、例えばシリンダブロック下部に支持されている。そして、このコントロールリンクの他端の揺動中心をカム機構により変位させることで、ピストン上死点位置ひいては機関の圧縮比を変化させることができる。
【０００３】
このような複リンク式ピストン−クランク機構においては、各リンク部材を接続ピンを介して回転可能に連結する必要があるが、この接続ピンとしては、２つのリンク部材の双方に対し回転可能なフルフロート式の構成とすることが潤滑性能の確保などの上で望ましい。そして、このフルフロート式のピン連結構造を実現するためには、特許文献１の図１１に開示があるように、接続ピン両端部をピンボス部から突出させるとともに、この端部に予め形成されたスナップリング溝にスナップリングを装着して、接続ピンの軸方向への抜け止めを行う構成となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８８４５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のようにスナップリングの装着により接続ピンを軸方向に抜け止めする従来の構成では、接続ピンがそれだけ長くなり、高速運動する各リンク部材の重量つまり接続ピンを含めた実質的な重量が大きくなってしまい、好ましくない。また、クランクシャフトの全長を一定とすると、接続ピンが長くなるに従って、これとの干渉を避けるために、クランクウェブの幅（クランクシャフト軸方向の厚さ）を縮小せざるを得ず、クランクシャフトの剛性や強度の確保が困難となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ピストンにおけるピストンピンとクランクシャフトにおけるクランクピンとを、互いに回転可能に連結された２本以上のリンク部材で連係してなる内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構に関する。このピストン−クランク機構においては、上記クランクピンに第１のリンク部材が回転可能に支持されているとともに、この第１のリンク部材に、さらに、第２のリンク部材が接続されている。そして、この第２のリンク部材を第１のリンク部材に回転可能に連結する接続ピンの相対回転軌跡（クランクピンを中心とした回転軌跡）に対応して、上記クランクシャフトのクランクウェブの内側に、互いに対向するスラスト面が形成されており、上記接続ピンの軸方向への抜け止めが、該接続ピンの端面と上記スラスト面との当接により行われる。
【０００７】
つまり、接続ピンの端面とスラスト面とが極僅かな間隙を介して対向するように、一対のスラスト面の間の距離と上記接続ピンの軸方向長さとが設定されており、スナップリング等によらずに、接続ピンの軸方向の移動が規制される。
【０００８】
例えば前述したアッパリンクとロアリンクとコントロールリンクとを備えたピストン−クランク機構においては、アッパリンクとロアリンクとの間の接続ピン、あるいは、ロアリンクとコントロールリンクとの間の接続ピン、のいずれにも本発明を適用することができる。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、接続ピン両端部のスナップリングを廃止したフルフロート式のピン連結構造とすることができ、接続ピンの各リンク部材との接触面積を十分に確保しつつ、接続ピンの全長を最小限のものとすることができる。従って、接続ピンの重量を含めた各リンク部材の慣性力をより小さくできる。またクランクシャフトの限られた全長の中で、クランクウェブの幅の確保と接続ピンの接触面積の確保とを両立させることができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
図１は、この発明に係るピストン−クランク機構を備えた可変圧縮比型内燃機関の全体的な構成を示し、図２および図３は、そのピストン−クランク機構の要部を示している。
【００１２】
この実施例のピストン−クランク機構は、シリンダブロック１のシリンダ２内を摺動するピストン３と、シリンダブロック１に回転自在に支持されたクランクシャフト４と、上記ピストン３にピストンピン５を介して一端が連結されたアッパリンク６と、このアッパリンク６の他端に第１の接続ピンつまりアッパピン７を介して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８に連結されたロアリンク９と、このロアリンク９に第２の接続ピンつまりコントロールピン１０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支持されたコントロールリンク１１と、を備えており、上記コントロールリンク１１の揺動支持位置が偏心カム１２によって制御される構成となっている。なお、上記偏心カム１２は、多気筒に連続したコントロールシャフト１３として構成され、図示せぬ支持部材を介してシリンダブロック１に回転可能に支持されている。
【００１３】
上記アッパピン７および上記コントロールピン１０は、いずれも円柱状をなし、フルフロート形式で組み付けられているが、この実施例では、コントロールピン１０は、図示せぬスナップリング等の手段によって、その軸方向の抜け止めが行われている。
【００１４】
上記アッパリンク６は、図２に示すように、アッパピン７の両端部を支持する二股状のピンボス部２１を有し、その間に、ロアリンク９の第１ピンボス部２３が挟み込まれている。アッパピン７は、これらのピンボス部２１，２３のピン孔に回転可能かつ摺動可能に嵌合する。また、コントロールピン１０が連結されるロアリンク９の第２ピンボス部２２は、コントロールピン１０の両端部を支持する二股状に形成され、その間に、コントロールリンク１１のピンボス部２４が挟み込まれている。コントロールピン１０は、同様に、これらのピンボス部２２，２４のピン孔に回転可能かつ摺動可能に嵌合する。特に、この実施例では、アッパリンク６のピンボス部２１全体の軸方向の寸法（両側の外側面の間の距離）は、アッパピン７の全長と等しく、該アッパピン７が中央に位置する状態では、アッパピン７の両端面７ａ，７ａがピンボス部２１の外側面と一致する。またロアリンク９の軸方向の厚さ寸法は、このアッパピン７の全長と等しいか、これよりも僅かに小さい。なお、ロアリンク９は、後述するように、クランクピン８への組付を可能とするために、クランクピン８の中心を通る分割面に沿って２つの部品に分割構成され、かつボルト結合により一体化されている。
【００１５】
また、上記クランクシャフト４は、図示するように、クランクウェブ１４によってクランクジャーナル１５とクランクピン８とが接続されているとともに、このクランクウェブ１４に連続して、クランクピン８とは反対側に延びたカウンタウェイト１６が一体に形成されている。このカウンタウエイト１６は、略扇形をなし、かつその外周部に、クランクピン８を挟んで互いに対向するように軸方向に突出した凸部１７がそれぞれ設けられている。
【００１６】
そして、各クランクピン８の両側に設けられた一対のクランクウェブ１４の内側面には、互いに対向するように、それぞれ円環状のスラスト面１８が形成されている。このスラスト面１８は、クランクシャフト４の中心軸に対し直交する十分な精度の平面に研削加工され、かつ摩耗に対し十分な耐久性を有するように表面処理されている。互いに対向する一対のスラスト面１８の間の距離は、上記アッパピン７の全長よりも極僅かだけ大きく設定されている。
【００１７】
また、上記スラスト面１８は、クランクピン８中心を中心としたアッパピン７の相対回転軌跡に対応する半径位置に形成されているが、特に、この実施例では、クランクピン８中心からアッパピン７中心までの半径距離よりも、スラスト面１８の最大半径の方が小さく、アッパピン７の端面７ａの一部のみにスラスト面１８が重なり合うようになっている。
【００１８】
一方、クランクピン８を中心として、コントロールピン１０は、アッパピン７よりも外周側に位置しており、上記スラスト面１８とは重なり合わない。つまり、この実施例では、クランクピン８中心からアッパピン７中心までの距離が、クランクピン８中心からコントロールピン１０中心までの距離よりも小さい。このような両ピン７，１０の位置関係は、ピストン３の往復運動における最大加速度の低減、ひいては内燃機関の騒音振動低減の上で有利となる。前述したように、コントロールピン１０は、図示せぬスナップリング等の手段によって、その軸方向の抜け止めが行われる。
【００１９】
上記のような実施例の構成においては、アッパピン７の両端面７ａ，７ａは、極僅かな間隙を介して一対のスラスト面１８，１８の間に挟まれた状態となる。従って、運転中に、アッパピン７が軸方向に移動しようとすると、いずれかの端面７ａがスラスト面１８に当接し、その移動が規制され、脱落することはない。従って、スナップリングのような係止手段は不要であり、アッパピン７の全長を、ピン孔に対する摺動面つまり軸受面として有効に利用することができる。
【００２０】
また、上記実施例のようなリンク構成のピストン−クランク機構にあっては、クランクシャフト４の回転運動に対しロアリンク９はコントロールピン１０を中心とした揺動運動を生じ、アッパリンク６とロアリンク９とが、相対的に揺動運動するようになる。つまり、アッパピン７を中心としたアッパリンク６とロアリンク９との相対的な運動は、往復揺動運動であり、従って、アッパピン７とアッパリンク６との間、およびアッパピン７とロアリンク９との間、の摺動速度が０となる瞬間（往復運動の方向が反転する瞬間）が存在する。そのため、軸受面での潤滑油膜形成に重要な役割を果たす油膜のくさび効果が、その速度０となる瞬間に失われ、潤滑不良を起こす虞があるが、上記実施例の構成では、スラスト面１８がアッパピン７の端面７ａの一部のみ（特にアッパピン７中心よりもクランクピン８寄りに片寄った領域）に接触することで、アッパピン７がピン孔内で回転しようとする。従って、潤滑油膜が失われる可能性が大幅に低減し、アッパピン７とピン孔との間で良好な潤滑を行うことができる。
【００２１】
次に、上記のピストン−クランク機構の組立手順について、図４を用いて説明する。前述したように、ロアリンク９は、クランクピン８中心を通る分割面に沿って２つのロアリンク部品９Ａ，９Ｂに分割される構造となっている。
【００２２】
最初に、図（ａ）に示すように、ピストン３とピストンピン５とアッパリンク６とアッパピン７とを、一方のロアリンク部品９Ａとともに組み立てる。この際、アッパリンク６とロアリンク部品９Ａは、アッパピン７により連結されるが、アッパピン７は、単に両者のピン孔内に挿入しただけの状態で組み合わされている。この状態で、図（ｂ）に示すように、ロアリンク部品９Ａをクランクピン８の上に置くと、前述したように、一対のスラスト面１８の間にアッパピン７が挟まれた状態となるので、アッパピン７が軸方向に移動して抜けてしまうことはなくなる。
【００２３】
次に、図（ｃ）に示すように、ロアリンク９の他方のロアリンク部品９Ｂを上記のロアリンク部品９Ａに組み合わせて、図示せぬボルトにより一体に締結する。これにより、ロアリンク９がクランクピン８に組み付けられる。次に、図（ｄ）に示すように、コントロールピン１０を用いて、コントロールリンク１１をロアリンク９に組み付け、最後に、偏心カム１２を有するコントロールシャフト１３を組み付けることにより、一連のリンク列を組み立てることができる。
【００２４】
次に、図５および図６に基づいて、本発明の第２の実施例を説明する。なお、前述した実施例と異なる点のみを説明する。
【００２５】
この実施例においては、ロアリンク９とコントロールリンク１１とを連結するコントロールピン１０についても、その端面１０ａの一部とスラスト面１８とが重なり合うように、コントロールピン１０の位置およびスラスト面１８の半径が設定されており、アッパピン７と同様に、一対のスラスト面１８によって、その軸方向の移動が規制されている。すなわち、コントロールピン１０は単純な円柱状をなし、ロアリンク９の第２ピンボス部２２およびコントロールリンク１１のピンボス部２４の各々のピン孔に、回転可能かつ摺動可能に嵌合しているとともに、一対の第２ピンボス部２２の外側面と両端の端面１０ａとが、互いに一致するように、その軸方向の長さが設定されている。
【００２６】
従って、この実施例によれば、アッパピン７とコントロールピン１０の双方について、スナップリング等の係止手段が不要であり、各ピン７，１０の全長を軸受面として利用することができる。
【００２７】
次に、第２の実施例のピストン−クランク機構の組立手順について、図７を用いて説明する。この実施例の場合も、ロアリンク９は、クランクピン８中心を通る分割面に沿って２つのロアリンク部品９Ａ，９Ｂに分割される構造となっている。
【００２８】
最初に、図（ａ）に示すように、ピストン３とピストンピン５とアッパリンク６とアッパピン７とを、ロアリンク９の一方のロアリンク部品９Ａとともに組み立てる。この際、アッパリンク６とロアリンク部品９Ａは、アッパピン７により連結されるが、アッパピン７は、単に両者のピン孔内に挿入しただけの状態で組み合わされている。この状態で、図（ｂ）に示すように、ロアリンク部品９Ａをクランクピン８の上に置くと、前述したように、一対のスラスト面１８の間にアッパピン７が挟まれた状態となるので、アッパピン７が軸方向に移動して抜けてしまうことはなくなる。
【００２９】
一方、図（ｃ）に示すように、ロアリンク９の他方のロアリンク部品９Ｂに対し、予めコントロールピン１０を用いて、コントロールリンク１１を組み付ける。この場合も、コントロールピン１０は、単に挿入しただけの状態で保持される。次に、図（ｄ）に示すように、クランクピン８を挟んで、ロアリンク９の一方のロアリンク部品９Ａと他方のロアリンク部品９Ｂとを組み合わせる。この状態では、一対のスラスト面１８の間にコントロールピン１０が挟まれた状態となるので、コントロールピン１０が軸方向に移動して抜けてしまうことはなくなる。そして、図示せぬボルトにより、ロアリンク９の２つのロアリンク部品９Ａ，９Ｂを一体に締結する。これにより、ロアリンク９がクランクピン８に組み付けられる。最後に、偏心カム１２を有するコントロールシャフト１３を組み付けることにより、一連のリンク列を組み立てることができる。
【００３０】
上記の各実施例では、アッパピン７を支持するピンボス部について、アッパリンク６側のピンボス部２１を二股状とし、その間に、ロアリンク９側の第１ピンボス部２３を挟み込んだ構成としたが、図８に示すように、ロアリンク９側の第１ピンボス部２３を二股状とし、その間に、アッパリンク６側のピンボス部２１を挟み込むような構成とすることもできる。つまり、この場合、アッパピン７は、その両端部がロアリンク９側のピン孔に摺動し、軸方向中央部がアッパリンク６側のピン孔に摺動する。
【００３１】
このような第３の実施例では、アッパリンク６の軽量化が図れ、アッパリンク６の慣性力低減の上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るピストン−クランク機構を備えた内燃機関の断面図。
【図２】ピストン−クランク機構の要部を示す側面図。
【図３】同じくピストン−クランク機構の要部の断面図。
【図４】この実施例の組立手順の説明図。
【図５】第２の実施例のピストン−クランク機構の要部を示す側面図。
【図６】同じく断面図。
【図７】この第２の実施例の組立手順の説明図。
【図８】第３の実施例のピストン−クランク機構の要部を示す側面図。
【符号の説明】
３…ピストン
４…クランクシャフト
６…アッパリンク
７…アッパピン
８…クランクピン
９…ロアリンク
１０…コントロールピン
１１…コントロールリンク
１８…スラスト面

Claims (8)

1. ピストンにおけるピストンピンとクランクシャフトにおけるクランクピンとを、互いに回転可能に連結された２本以上のリンク部材で連係してなる内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構において、
   上記クランクピンに回転可能に支持される第１のリンク部材と、この第１のリンク部材に接続される第２のリンク部材と、を回転可能に連結する接続ピンの相対回転軌跡に対応して、上記クランクシャフトのクランクウェブの内側に、互いに対向するスラスト面を形成し、上記接続ピンの軸方向への抜け止めを、該接続ピンの端面と上記スラスト面との当接により行うことを特徴とする内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
2. 上記複リンク式ピストン−クランク機構は、上記ピストンピンと上記クランクピンとを、互いに回転可能に連結されたアッパリンクおよびロアリンクにより連係するとともに、上記クランクピンに回転可能に支持された上記ロアリンクの運動を拘束するように上記ロアリンクにコントロールリンクが接続されて構成されており、
   上記第１のリンク部材が上記ロアリンクであり、上記第２のリンク部材が上記アッパリンクであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
3. 上記複リンク式ピストン−クランク機構は、上記ピストンピンと上記クランクピンとを、互いに回転可能に連結されたアッパリンクおよびロアリンクにより連係するとともに、上記クランクピンに回転可能に支持された上記ロアリンクの運動を拘束するように上記ロアリンクにコントロールリンクが接続されて構成されており、
   上記第１のリンク部材が上記ロアリンクであり、上記第２のリンク部材が上記コントロールリンクであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
4. 上記スラスト面のクランクピン中心からの最大半径が、該クランクピン中心から上記接続ピン中心までの半径よりも小さく、上記接続ピンの端面の一部のみに上記スラスト面が重なり合う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複リンク式ピストン−クランク機構。
5. 上記接続ピンは、軸方向の中央部が上記第１のリンク部材のピン孔に摺動し、軸方向の両端部が上記第２のリンク部材のピン孔に摺動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
6. 上記接続ピンは、軸方向の両端部が上記第１のリンク部材のピン孔に摺動し、軸方向の中央部が上記第２のリンク部材のピン孔に摺動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
7. 上記第１のリンク部材は、クランクピン中心を通る分割面に沿って２つの部品に分割構成されており、両者をボルト締結してあ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複リンク式ピストン−クランク機構。
8. 上記クランクピン中心から上記ロアリンクと上記アッパリンクとの連結中心点までの距離が、上記クランクピン中心から上記ロアリンクと上記コントロールリンクとの連結中心点までの距離よりも小さいことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。

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