JP2010133312A - Internal combustion engine with double-link piston crank mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レシプロ式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を有する内燃機関に関する。 The present invention relates to a piston crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine having a multi-link type piston crank mechanism.
レシプロ式内燃機関のピストンピンとクランクピンとの間を複リンク式のピストンクランク機構で連結した従来技術として、本出願人が先に提案した特許文献1等が公知となっている。これは、ピストンのピストンピンに連結されるアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備えている。そして、上記アッパリンクと上記ロアリンクとは、アッパピンを介して互いに回転可能に連結され、上記コントロールリンクと上記ロアリンクとは、コントロールピンを介して互いに回転可能に連結されている。 As a prior art in which a piston pin and a crank pin of a reciprocating internal combustion engine are connected by a multi-link type piston crank mechanism, Patent Document 1 previously proposed by the present applicant is known. This includes an upper link connected to the piston pin of the piston, a lower link connecting the upper link and the crank pin of the crankshaft, one end supported to be swingable to the engine body side, and the other end to the lower link. A control link coupled to the link. The upper link and the lower link are rotatably connected to each other via an upper pin, and the control link and the lower link are rotatably connected to each other via a control pin.
このような複リンク式のピストンクランク機構におけるロアリンクは、ピストンが受けた燃焼圧力をアッパリンクを介してアッパピンより受け取り、コントロールピンを支点とする一種の”てこ”のような動作でクランクピンに力を伝達する。 In such a multi-link type piston crank mechanism, the lower link receives the combustion pressure received by the piston from the upper pin via the upper link, and moves to the crank pin by a kind of “lever” operation with the control pin as a fulcrum. Transmit power.
一方、ロアリンクは、クランクシャフトに対する組み立て性を確保する必要があるので、上記特許文献1においては、クランクピン軸受部の中心を通る分割面に沿って、2つの半割部つまりロアリンクアッパとロアリンクロアとに分割構成し、両者を複数のボルトにて互いに締結するようにしている。特に、複数のボルトを下方つまりロアリンクロア側から挿入し、ロアリンクアッパ側の雌ねじに螺合させるようにしている。
上記のようなロアリンクには、ピストン上死点近傍でピストンが受けた大きな最大燃焼圧力が、ピストンピン、アッパリンク、アッパピンを介して、アッパピン軸受部から入力される。それと同時に、この荷重と慣性力がつりあうように、クランクピン軸受部やコントロールピン軸受部にも荷重が発生する。従って、各々の軸受部の面圧は、一般的な単リンク式のレシプロエンジンに比べて厳しいものとなり、摩耗や焼き付きを防ぐために、十分な潤滑状態を維持することが求められる。特に、クランクピン軸受部の中でも、クランクピン側から所定のクランクピン荷重、典型的には最大燃焼圧力が発生するピストン上死点(又はその近傍)での最大のクランクピン荷重を受ける部分で、潤滑油膜の膜厚さが最も小さくなって、潤滑油膜が消失し易く、摩耗や焼き付きを招き易い。 A large maximum combustion pressure received by the piston near the top dead center of the piston is input from the upper pin bearing portion to the lower link as described above via the piston pin, the upper link, and the upper pin. At the same time, a load is also generated in the crank pin bearing portion and the control pin bearing portion so that the load and the inertial force are balanced. Accordingly, the surface pressure of each bearing portion is stricter than that of a general single link type reciprocating engine, and it is required to maintain a sufficient lubrication state in order to prevent wear and seizure. In particular, a portion of the crankpin bearing that receives a predetermined crankpin load from the crankpin side, typically the maximum crankpin load at the top dead center of the piston (or its vicinity) where the maximum combustion pressure is generated, The film thickness of the lubricating oil film becomes the smallest, so that the lubricating oil film tends to disappear and wear and seizure easily occur.
図5を参照して、クランクピン軸受部(21)での潤滑油膜の膜厚さは、クランクピン荷重を受ける部分(C点)で最も小さく、ここから離れるほど大きくなる。ここで、クランクピン軸受部ではロアリンクに対するクランクピンの回転方向(R)に潤滑油がクランクピンの回転に引きずられる・巻き込まれるように流れ、クランクピン荷重を受ける部分(C点)では、その回転方向上流側から流れ込む潤滑油の、いわゆるくさび効果によって、油膜圧力が発生・発達することとなる。 Referring to FIG. 5, the film thickness of the lubricating oil film at the crankpin bearing portion (21) is the smallest at the portion (point C) that receives the crankpin load, and increases as the distance from this portion increases. Here, in the crankpin bearing portion, the lubricating oil flows in the rotation direction (R) of the crankpin relative to the lower link so as to be dragged / wound by the rotation of the crankpin, and at the portion receiving the crankpin load (point C), Oil film pressure is generated and developed by the so-called wedge effect of the lubricating oil flowing from the upstream side in the rotational direction.
しかしながら、この回転方向上流側の部分(D点)での剛性・強度が弱いと、クランクピン荷重に起因する変形により膜厚さが大きくなり過ぎて、潤滑油が軸方向両側より漏れる、いわゆる脇漏れを招き、これによって、上述した油膜圧力が十分に発生・発達せず、クランクピン荷重の部分(C点)での潤滑性の低下が懸念される。 However, if the rigidity and strength at the upstream portion (point D) in the rotational direction are weak, the film thickness becomes too large due to deformation caused by the crankpin load, so that the lubricating oil leaks from both sides in the axial direction. This causes leakage, and the oil film pressure described above is not sufficiently generated / developed, and there is a concern that the lubricity may deteriorate at the crankpin load portion (point C).
また、クランクピン軸受部の中でも、軸方向両端部では、潤滑油膜が消失して、クランクピンとの所謂エッジ当たりを生じる懸念がある。 Further, among the crankpin bearing portions, there is a concern that the lubricating oil film disappears at both ends in the axial direction and a so-called edge contact with the crankpin occurs.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、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アッパ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、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されたコントロールリンクと、を備えてなるピストンクランク機構を有する内燃機関であって、そのロアリンクを改良したものである。 The present invention has been made in view of such problems. That is, the present invention includes an upper link having one end connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin, and connected to the crank pin of the crankshaft. An internal combustion engine having a piston crank mechanism, one end of which is swingably supported on the engine body side and the other end of which is connected to the lower link via a control pin. An improved link.
このロアリンクは、ロアリンクの主体をなすベースプレート部と、ロアリンク正面視略中央でベースプレート部よりもクランクピン軸方向両側へ張り出すとともに、上記クランクピンが嵌合して機関運転中のクランクピンからのクランクピン荷重を受けるクランクピン軸受部と、上記ベースプレート部の両側面よりクランクピン軸方向に張り出すとともに、一端が上記クランクピン軸受部と接続し、クランクピン径方向に直線状に延在したリブと、を有している。上記リブは、機関運転中の所定のクランクピン荷重を受けるクランクピン軸受部付近における、クランクピン軸受部に対するクランクピン回転方向の上流側に配置されている。 The lower link includes a base plate portion that is the main body of the lower link, and projects from the base plate portion to the both sides in the axial direction of the crank pin in the approximate center of the lower link. Crank pin bearing that receives the crank pin load from the base plate, and projects from the both sides of the base plate in the crank pin axial direction, and one end is connected to the crank pin bearing and extends linearly in the crank pin radial direction And a rib. The rib is disposed on the upstream side in the crankpin rotation direction with respect to the crankpin bearing portion in the vicinity of the crankpin bearing portion that receives a predetermined crankpin load during engine operation.
上記『所定のクランクピン荷重』は、典型的には、機関運転中に最大となるクランクピン荷重であり、一般的には、最大燃焼ガス圧が発生するピストン上死点又はその近傍のクランク角での荷重である。 The “predetermined crankpin load” is typically a crankpin load that is maximized during engine operation, and is generally a piston top dead center at which the maximum combustion gas pressure is generated or a crank angle in the vicinity thereof. It is the load at.
このような構成によれば、上記のリブによって、上記クランクピン荷重を受ける部分よりもクランクピン回転方向と反対方向、つまり潤滑油流れ方向の上流側の部分での剛性・強度を高め、その変形を抑制することによって、油膜厚さが過度に大きくなり過ぎることを防止し、上述したクランクピン荷重を受ける部分への油膜圧力を十分に発生・発達させることができる。 According to such a configuration, the rib increases the rigidity and strength in the direction opposite to the crankpin rotation direction than the portion receiving the crankpin load, that is, the upstream portion in the lubricating oil flow direction. By suppressing the oil pressure, it is possible to prevent the oil film thickness from becoming excessively large, and to sufficiently generate and develop the oil film pressure to the portion receiving the crankpin load described above.
また、軸方向長さの短いベースプレート部を有することになるので、クランクピン荷重がベースプレート部からクランクピン軸受部の軸方向長さの中央部に主に作用し、クランクピン軸受部の両端部に作用する荷重は小さくなる。従って、クランクピン軸受部の両端部の変形を抑制し、クランクピンに対する所謂エッジ当たりが回避されるとともに、油膜圧力が高い軸方向中央部で荷重を確実に支承することができる。 In addition, since the base plate portion has a short axial length, the crank pin load mainly acts on the central portion of the axial length of the crank pin bearing portion from the base plate portion, and on both end portions of the crank pin bearing portion. The acting load becomes smaller. Therefore, deformation of both ends of the crankpin bearing portion can be suppressed, so-called edge contact with the crankpin can be avoided, and a load can be reliably supported at the axially central portion where the oil film pressure is high.
また、他の発明においては、上記クランクピンが嵌合する略中央のクランクピン軸受部と、上記アッパピンを保持する一端部のアッパピン用ピンボス部と、上記クランクピン軸受部及びアッパピン用ピンボス部よりもクランクピン軸方向幅が短く、少なくとも上記クランクピン軸受部の周囲に延在するベースプレート部と、このベースプレート部の両側面よりクランクピン軸方向に張り出したリブと、を有し、上記リブが、上記クランクピン軸受部とアッパピン軸受部とに直線状に掛け渡されている。 In another aspect of the present invention, the crank pin bearing portion, which is substantially in the center to which the crank pin is fitted, the upper pin pin boss portion at one end holding the upper pin, and the crank pin bearing portion and the upper pin pin boss portion. A crank plate axial width is short and has at least a base plate portion extending around the crank pin bearing portion, and ribs projecting from both side surfaces of the base plate portion in the crank pin axial direction, and the rib is The crank pin bearing portion and the upper pin bearing portion are stretched linearly.
この他の発明によれば、リブを適切な位置、つまりクランクピン荷重の方向よりもクランクピン回転方向の上流側に配置することで、上述した作用効果が得られることに加え、クランクピン軸受部とアッパピン用ピンボス部とをリブで連結することで、この部分の剛性を確保しつつ、クランクピン軸受部とアッパピン用ピンボス部との中心間距離を短縮化し、ひいてはロアリンク全体の小型化を図ることができる。 According to the other invention, by arranging the rib at an appropriate position, that is, on the upstream side of the crankpin load direction with respect to the crankpin load direction, in addition to obtaining the above-described operational effects, the crankpin bearing portion By connecting the pin boss part for the upper pin with the rib, while securing the rigidity of this part, the distance between the centers of the crank pin bearing part and the pin boss part for the upper pin is shortened, and thus the entire lower link is reduced in size. be able to.
この発明によれば、ロアリンクのクランクピン軸受部における潤滑油膜を良好に保持して、摩耗や焼き付きを防止することができる。 According to this invention, it is possible to satisfactorily hold the lubricating oil film in the crank pin bearing portion of the lower link and prevent wear and seizure.
以下、この発明の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。始めに、下記実施例のロアリンクが用いられるピストンクランク機構の概略を説明する。図1は、この複リンク式ピストンクランク機構を可変圧縮比機構として構成した構成例を示す構成説明図である。この機構は、ロアリンク4とアッパリンク5とコントロールリンク10とを主体とした複リンク式ピストンクランク機構を備えている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an outline of a piston crank mechanism in which the lower link of the following embodiment is used will be described. FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a configuration example in which this multi-link type piston crank mechanism is configured as a variable compression ratio mechanism. This mechanism includes a multi-link type piston crank mechanism mainly composed of a lower link 4, an
クランクシャフト1は、複数のジャーナル部2とクランクピン3とを備えており、シリンダブロック18の主軸受に、ジャーナル部2が回転自在に支持されている。上記クランクピン3は、ジャーナル部2から所定量偏心しており、ここにロアリンク4が回転自在に連結されている。カウンタウェイト15は、ジャーナル部2とクランクピン3とを接続するクランクウェブからクランクピン3とは反対側へ延びている。上記ロアリンク4は、後述するように2部材に分割可能に構成されているとともに、略中央のクランクピン軸受部に上記クランクピン3が嵌合している。
The crankshaft 1 includes a plurality of
アッパリンク5は、下端側がアッパピン6によりロアリンク4の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン7によりピストン8に回動可能に連結されている。上記ピストン8は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック18のシリンダ19内を往復動する。
The
ロアリンク4の運動を拘束するコントロールリンク10は、上端側がコントロールピン11によりロアリンク4の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸12を介して機関本体の一部となるシリンダブロック18の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸12は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部12aを有し、この偏心カム部12aに上記コントロールリンク10下端部が回転可能に嵌合している。上記制御軸12は、図示せぬエンジンコントロールユニットからの制御信号に基づいて作動する図示せぬ圧縮比制御アクチュエータによって回動位置が制御される。ここで、上記シリンダ19は、図示するように、その中心線mが、クランクシャフト1の回転中心に対しコントロールピン11と反対側に比較的大きくオフセットした配置となっている。
The
上記のような複リンク式ピストンクランク機構を用いた可変圧縮比機構においては、上記制御軸12が圧縮比制御アクチュエータによって回動されると、偏心カム部12aの中心位置、特に、シリンダブロック18等の機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク10の下端の揺動支持位置が変化する。そして、上記コントロールリンク10の揺動支持位置が変化すると、ピストン8の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン8の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。
In the variable compression ratio mechanism using the multi-link type piston crank mechanism as described above, when the
次に、上記ロアリンク4の第1実施例を図2〜図4を参照して説明する。図2はロアリンクを示す正面図、図3は図2のA−A線に沿う断面図、図4は図2のB−B線に沿う断面図である。 Next, a first embodiment of the lower link 4 will be described with reference to FIGS. 2 is a front view showing the lower link, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
このロアリンク4は、上記クランクピン3が嵌合する略中央のクランクピン軸受部21と、上記アッパピン6を保持する一端部のアッパピン用ピンボス部22と、上記コントロールピン11を保持する他端部のコントロールピン用ピンボス部23と、を備えている。そして、クランクピン3への組み立て性のために、上記クランクピン軸受部21の中心を通る分割面24に沿って、上記アッパピン用ピンボス部22を含むロアリンクアッパ31と、上記コントロールピン用ピンボス部23を含むロアリンクロア32と、に分割構成され、両者が、クランクピン軸受部21の両側にそれぞれ配置された2本のボルト33,34(図1参照)によって一体に締結されている。上記シリンダ19が上下方向に配置されているとすると、クランクケース内で上記ロアリンクアッパ31が上側に、上記ロアリンクロア32が下側に、それぞれ位置し、上記ボルト33,34は、いずれもクランクケースの下側から締め付けられる形となる。上記のクランクピン軸受部21のピン孔22aには軸受メタル25を介してクランクピン3が回転可能に支持されている。
The lower link 4 includes a crank
図3に示すように、上記アッパピン用ピンボス部22のピン孔22aは、二股状に構成されており、アッパピン6の軸方向両端が圧入により固定され、この二股の内側に、アッパリンク5の一端のピンボス部が回転可能に組み合わされる。同様に、コントロールピン11が回転可能に挿入されるピン孔23aを備えたコントロールピン用ピンボス部23は、二股状に構成されており、この二股の内側に、コントロールリンク10一端のピンボス部が回転可能に組み合わされる。
As shown in FIG. 3, the
2本のボルト33,34は、いずれも、ロアリンクロア32側のボルト挿入孔(図示せず)を貫通し、かつ先端部が、ロアリンクアッパ31に形成された雌ねじ部(図示せず)に螺合している。
Each of the two
また、ロアリンク4は薄板状のベースプレート部26を主体としており、上記の軸受部21やピンボス部22,23は、上記ベースプレート部から軸方向両側に張り出したものとなっている。すなわち、ベースプレート部26は、そのクランクピン軸方向の厚さ(肉厚)D1が上記の軸受部21やピンボス部22,23よりも短く設定され、軸受部21やピンボス部22,23の軸方向中央部に接続している。従って、図3に示すように、このような薄肉化されたベースプレート部26によって、アッパピン用ピンボス部22とクランクピン軸受部21との間には、両者の軸方向両端部間を隔てるように凹部35が形成されている。同様に、クランクピン軸受部21とコントロールピン用ピンボス部23との間にも凹部36が形成されている。更に、ロアリンク4の外周縁部27が全周にわたってベースプレート部26よりもクランクピン軸方向両側にフランジ状に張り出しており、この外周縁部27を荷重が伝達するように構成されている。
The lower link 4 mainly includes a thin plate-like
図2に示すように、このようなロアリンク4には、ピストン8が受けた大きな最大燃焼圧力等によって、アッパピン6側からアッパピン用ピンボス部22にアッパピン荷重(ベクトル)F1がピストンピン7、アッパリンク5、アッパピン6を介して入力される。それと同時に、この荷重F1と慣性力がつりあうように、クランクピン3側からクランクピン軸受部21側にクランクピン荷重F2、コントロールピン11側からコントロールピン用ピンボス部23側にコントロールピン荷重F3が発生する。つまり、クランクピン軸受部21は、機関運転中のクランクピンからのクランクピン荷重F2を受ける。なお、図2では、最大燃焼圧力が発生するピストン上死点(又はその近傍)でのクランク角でのリンクジオメトリにおける荷重(ベクトル)F1〜F3を示している。
As shown in FIG. 2, in such a lower link 4, an upper pin load (vector) F1 is applied from the
そして本実施例では、ロアリンクアッパ31に、ベースプレート部26の両側面よりクランクピン軸方向に張り出したリブ41(41A)が設けられている。リブ41は、一端がクランクピン軸受部21に接続しており、かつ、クランクピン軸受部21が受ける所定のクランクピン荷重、より具体的には、図2に示すように、最大燃焼ガス圧が発生するピストン上死点(又はその近傍)のクランク角で発生する最大のクランクピン荷重F2の方向に対し、ロアリンク4に対するクランクピン回転方向Rと反対方向・上流方向に配置されている。
In this embodiment, the lower link upper 31 is provided with ribs 41 (41 </ b> A) projecting from both side surfaces of the
すなわち、リブ41(41A)は、機関運転中の所定のクランクピン荷重である、最大燃焼圧力が発生するピストン上死点又はその近傍でのクランクピン荷重を受けるクランクピン軸受部付近において、クランクピン軸受部に対するクランクピン回転方向の上流側に配置されている。リブ41は、クランクピン軸受部21から径方向に直線状に延在し、かつ、最大のクランクピン荷重F2の方向に対してクランクピン回転方向Rと反対方向に所定の鋭角αをなしている。特に、この第1実施例では、クランクピン荷重F2の延長線F2’がアッパピン用ピンボス部22と交差する・オーバーラップするように設定されている関係で、リブ41Aがアッパピン用ピンボス部22よりも回転方向Rの反対方向・上流側(図2の時計周り方向)に外れた位置で、クランクピン軸受部21と外周縁部27とに直線状に掛け渡されている。
That is, the rib 41 (41A) is a crankpin in the vicinity of a crankpin bearing that receives a crankpin load at or near the piston top dead center where the maximum combustion pressure is generated, which is a predetermined crankpin load during engine operation. It arrange | positions in the upstream of the crankpin rotation direction with respect to a bearing part. The
図6(b)及び図7〜図9に示す他の第2〜第4実施例では、上記第1実施例と同一の構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略している。但し、リブ41に関しては、各実施例毎にそれぞれ区別する必要がある場合には参照符号『41』の後に『A〜D』を適宜付記している。
In the other second to fourth embodiments shown in FIG. 6B and FIGS. 7 to 9, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate. ing. However, regarding the
図6(b)に示す第2実施例では、荷重F1〜F3が最大となるピストン上死点時におけるピストンピン7とアッパピン6とを通るアッパリンク中心延長線F1’、つまり最大のアッパピン荷重F1の方向F1’が、クランクピン軸受部21と交差しないように、リンクジオメトリが設定されている。リブ41Bは、最大のクランクピン荷重F2よりも回転方向Rの上流側で、かつ、アッパピン用ピンボス部22よりも回転方向R寄りに外れた位置で、クランクピン軸受部21と外周縁部27とに直線状に掛け渡されている。
In the second embodiment shown in FIG. 6B, the upper link center extension line F1 ′ passing through the
図7に示す第3実施例では、リブ41Cがクランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22とに掛け渡されている。すなわち、リブ41Cが両者21,22の間を連結している。図8及び図9に示す第4実施例では、第3実施例に比して、リブ41Dの幅を拡大したものであり、これによって、後述するように、クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22との中心間距離L4の短縮化によるコンパクト化、更にはアッパピン側のボルト33の雌ねじ部37近傍の剪断応力F4に対する強度・剛性の向上を図ることができる。
In the third embodiment shown in FIG. 7, the
次に、本発明の特徴的な構成及び作用効果について、上記実施例を参照して列記する。 Next, characteristic configurations and operational effects of the present invention will be listed with reference to the above embodiments.
(1)本発明に係る内燃機関のピストンクランク機構1は、ピストン8にピストンピン7を介して一端が連結されたアッパリンク5と、このアッパリンク5の他端にアッパピン6を介して連結され、かつクランクシャフト1のクランクピン3に連結されたロアリンク4と、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端がロアリンク4にコントロールピン11を介して連結されたコントロールリンク10と、を備えている。このような複リンク式ピストンクランク機構1では、ピストンピンとクランクピンとを一本のリンクで連結した単リンク式ピストンクランク機構に比して、ピストンストローク特性やアッパリンク下端(アッパピン6)の軌跡の設定などに自由度があることから、その設定を適切なものとすることで、ピストンストロークのロングストローク化やスラスト−反スラスト荷重の低減化によるピストン8やシリンダ19の耐久性・信頼性の向上等を図ることができる。
(1) The piston crank mechanism 1 for an internal combustion engine according to the present invention is connected to an
そして、ロアリンク4が、ベースプレート部26と、このベースプレート部26よりもクランクピン軸方向両側へ張り出し、上記クランクピン3が嵌合する略中央のクランクピン軸受部21と、上記ベースプレート部26の両側面よりクランクピン軸方向に張り出したリブ41(41A〜41D)と、を有している。上記ベースプレート部26は、機関運転中にクランクピン3側から受ける所定のクランクピン荷重F2の方向を含めたクランクピン軸受部21の周囲に延在している。上記リブ41は、一端が上記クランクピン軸受部21に接続しており、かつ、上記クランクピン荷重F2の方向に対し、上記ロアリンク4に対するクランクピン回転方向Rと反対方向・上流側に配置されている。
The lower link 4 protrudes to both sides of the
このように、軸方向に薄肉なベースプレート部26を、クランクピン荷重F2の方向を含むクランクピン軸受部21の周囲に延在させることで、アッパピン用ピンボス部22が図3に示すように二股形状となっている場合であっても、荷重がベースプレート部26を介してクランクピン軸受部21の軸方向長さの中央部に主に作用し、クランクピン軸受部21の両端部に作用する荷重は小さくなる。従って、クランクピン軸受部21両端部の変形が抑制され、クランクピン3に対する所謂エッジ当たりが回避されるとともに、油膜圧力が高い軸方向中央部で荷重を確実に支承することができる。
In this way, by extending the axially thin
そして、上記のリブ41により、潤滑油膜の巻き込み部位での軸受変形を抑制して、潤滑油膜を良好に発達させることができる。この点について、図5を参照して説明する。図5において、(a)に示すクランクピン3の外周の軸面3aとクランクピン軸受部21の内周の軸受面21aとを展開した図が(b)である。また、(b)の軸受面21a’はリブが無い場合の参考例である。同図に示すように、クランクピン荷重F2を受ける部分Cにおいて、軸面3aと軸受面21a’の膜厚さが最小になり、この部分Cよりも離れるに従って膜厚さが大きくなっていく。ここで、クランクピン荷重F2を受ける部分Cには、ロアリンク4に対するクランクピン3の回転方向Rの上流側の部分から潤滑油がクランクピン3の回転に引きずられる・巻き込まれるように流れ込み、そのくさび効果により油膜圧力が発生・発達する。
And the said
しかしながら、上述したようにクランクピン軸受部21の周囲をベースプレート部26により薄肉化していることなどから、リブのない参考例では、回転方向上流側の部分Dでの剛性・強度を十分に確保することができず、クランクピン荷重F2に起因する軸受面21a’の変形により膜厚さが大きくなり過ぎて、潤滑油が軸方向両側より漏れる、いわゆる脇漏れを招き易い。このため、クランクピン荷重を受ける部分Cへの油膜圧力を十分に発生・発達させることができず、摩耗や焼き付きを招くおそれがある。
However, since the periphery of the
これに対し、クランクピン荷重F2を受ける部分Cよりも回転方向Rの上流側の部分Dにリブ41を設けることによって、リブを設けない参考例に比して、回転方向Rの上流側の部分Dの剛性を高め、その軸受面21の変形を抑制して、油膜厚さの増加を抑制することができる。つまり、クランクピン荷重F2を受ける部分Cにいたる回転方向R上流側の部分の油膜厚さを均一化することができる。この結果、上記の脇漏れ量を抑制して、クランクピン荷重F2を受ける部分Cへの油膜圧力を十分に発生・発達させ、軸面3aと軸受面21aとの接触を緩和し、耐軸受荷重性能の向上、ロアリンクにおける軸受構造の簡素化・コンパクト化を図ることができる。
On the other hand, by providing the
(2)リブ41の具体的な形状としては、クランクピン軸受部21から径方向に直線状に延在し、かつ、上記クランクピン荷重F2の方向に対して上記クランクピン回転方向Rと反対方向に鋭角αをなしている。これにより、クランクピン軸受部21におけるクランクピン荷重F2の方向の上流部分D(図5)の剛性を有効に高めつつ、リブ41を直線状のシンプルな形状とすることで、応力集中も招き難く、加工・製造も容易なものとなる。
(2) The specific shape of the
(3)アッパピン6を保持する一端部のアッパピン用ピンボス部22は、ベースプレート部26よりもクランクピン軸方向両側に張り出しており、つまり軸方向に厚肉化されている。そして、図7〜9に示す第3,第4実施例では、リブ41C,41Dが、上記クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22とに掛け渡されている。
(3) The upper pin
ここで、仮に第1実施例のように、クランクピン軸受部21のクランクピン荷重F2の方向がアッパピン用ピンボス部22と交差するようなリンクジオメトリの設定の場合、リブでアッパピン用ピンボス部とクランクピン軸受部とを連結すると、この部分における剛性が過度に高くなって、クランクピン軸受部でのエッジ当たりを招き易く、軸受耐久性が低下するおそれがある。従って、図7,図9に示すように、リブ41C,41Dによりクランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22とを連結する場合には、このリブ41C,41Dがクランクピン荷重F2に対して回転方向Rの上流側位置となるように、リンクジオメトリを設定している。
Here, as in the first embodiment, if the link geometry is set such that the direction of the crank pin load F2 of the crank
このように、クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22とをリブ41C,41Dにより連結することで、両者21,22間の凹部35(図2参照)を廃止・省略することができるので、その剛性が高くなり、図8に示すように、クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22との中心間距離L4を短縮することが可能となり、ひいてはロアリンク全体の小型化を図ることができる。また、凹部を設ける場合には、凹部の加工のために中心間距離L4の短縮が制限されるものの、凹部の省略によりこのような制限を受けることもないので、ロアリンクの大幅な小型化を実現できる。
Thus, by connecting the crank
(4)ロアリンク4の外周縁部27は、ベースプレート部26よりもクランクピン軸方向両側に張り出しており、つまりベースプレート部26よりも軸方向に厚肉化されている。そして、図2〜図6に示す第1,第2実施例では、リブ41A,41Bが、クランクピン軸受部21と外周縁部27とに掛け渡されている。これによって、クランクピン軸受部21の剛性が向上し、かつ、クランクピン荷重F2をリブ41A,41Bを介して外周縁部27に良好に伝達させることができる。
(4) The outer
(5)図6(b)及び図7〜図9の第2〜4実施例では、ピストン上死点時におけるピストンピン7とアッパピン6とを通るアッパリンク中心延長線F1’、つまりアッパピン6側からアッパピン用ピンボス部22へ作用するアッパピン荷重F1の方向が、クランクピン軸受部21と交差しないように、リンクジオメトリが設定されている。図6(a)に示す第1実施例のように、アッパリンク中心延長線F1’がクランクピン軸受部21と交差していると、アッパピンからのアッパピン荷重F1によるクランクピン軸受部21の変形が破線21bで誇張して示すように大きなものとなり、この変形量が大きい箇所にクランクピンからのクランクピン荷重F2が作用することとなる。一方、図6(b)に示すように、アッパリンク中心延長線F1’がクランクピン軸受部21と交差しておらず、つまりアッパピンからのアッパピン荷重F1がクランクピン軸受部21に向かっていない場合、破線21cで誇張して示すように、クランクピン軸受部21の変形が小さくなり、かつ、この変形箇所とは外れた部分にクランクピン荷重F2が油膜厚さの小さくなる方向に作用することから、クランクピン軸受部21の変形が抑制され、潤滑油膜が良好に保持されて、軸受部分の接触が緩和される。
(5) In the second to fourth embodiments of FIG. 6B and FIGS. 7 to 9, the upper link center extension line F1 ′ passing through the
(6)ロアリンク4は、アッパピン6を保持する一端部のアッパピン用ピンボス部22と、コントロールピン11を保持する他端部のコントロールピン用ピンボス部23と、を備えるとともに、クランクシャフト1に対する組み立て性を確保するために、クランクピン軸受部21の中心を通る分割面24に沿って、アッパピン用ピンボス部22を含むロアリンクアッパ31と、コントロールピン用ピンボス部23を含むロアリンクロア32と、に分割構成され、クランクピン軸受部21の両側に配置した少なくとも2本のボルト33,34によってロアリンクアッパ31とロアリンクロア32とが締結されている。
(6) The lower link 4 includes an upper pin
このような構成では、ボルト締結力を確保しつつ、雌ねじ部37の近傍で発生する剪断応力F4等に対する強度・剛性を確保することが難しく、必然的にロアリンクの大型化を招き易い。特に、図9に示すように、アッパピン荷重F1,F2が分割面24と直交する方向に対して傾斜している場合には、分割面24に沿ってずれようとする方向の成分が大きくなり、雌ねじ部37の近傍の強度・剛性を確保することが難しい。
In such a configuration, it is difficult to ensure the strength and rigidity against the shearing stress F4 and the like generated in the vicinity of the
そこで、図9に示すように、リブ41をロアリンクアッパ31に形成し、かつ、2本のボルト33,34のうち、少なくともアッパピン用ピンボス部22寄りのボルト34が、ロアリンクロア32を貫通して、ロアリンクアッパ31に形成された雌ねじ部37に螺合したものとする。つまり、雌ねじ部37がロアリンクアッパ31に設けられたリブ41の近傍に設定されており、特に、図9の第4実施例では、雌ねじ部37がリブ41Dに向かって延び、かつ、その先端部がリブ41Dに差し掛かるように、リンクジオメトリの設定やリブ41Dの大型化がなされている。このような構成により、剪断応力F4が発生する雌ねじ部37の先端部の強度・剛性を向上し、ボルト締結力の確保とロアリンクの小型化との両立を図ることができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, the
(7)図3に示すように、アッパピン用ピンボス部22が、アッパピン6の両端部が圧入により固定される二股状をなしている。このようにアッパピン6の両端部をアッパピン用ピンボス部22に圧入により固定することで、摺動面がなくなるためにロアリンクを軸方向にコンパクトに構成でき、リンク剛性向上による強度向上を図ることができる。また、アッパピン6の両端をアッパピン用ピンボス部22に固定することで、ロアリンク4に対するアッパピン6の相対回転つまり内転を招き難い。コントロールピン用ピンボス部23側も同様である。
(7) As shown in FIG. 3, the
更に、図9に示す第4実施例では、クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22との中心間距離L4の短縮化により、この中心間距離L4と、クランクピン軸受部21とコントロールピン用ピンボス部23との中心間距離L2と、を等しくすることが可能で、かつ、クランクピン軸受部21とアッパピン用ピンボス部22とコントロールピン用ピンボス部23とを同一線上に配置し、ロアリンクを実質的に左右対称の構造とすることで、上記の荷重F1〜F3に対し、アッパピン用ピンボス部22やコントロールピン用ピンボス部23への応力集中が緩和されることから、アッパピン6やコントロールピン11の内転を招き難く、ひいてはロアリンクの軸方向寸法の短縮化を図ることができる。
Further, in the fourth embodiment shown in FIG. 9, the distance L4 between the centers of the crank
(8)また、偏心カム部12aを備えた制御軸12等を用いることで、コントロールリンク10の機関本体側の揺動支点位置を変化させることにより、ピストンクランク機構1を可変圧縮比機構として容易に構成することができる。
(8) Further, by using the
4…ロアリンク
21…クランクピン軸受部
22…アッパピン用ピンボス部
23…コントロールピン用ピンボス部
24…分割面
26…ベースプレート部
27…外周縁部
31…ロアリンクアッパ
32…ロアリンクロア
41(41A〜41D)…リブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ...
Claims (9)
上記ロアリンクは、
ロアリンクの主体をなすベースプレート部と、
ロアリンク正面視略中央でベースプレート部よりもクランクピン軸方向両側へ張り出すとともに、上記クランクピンが嵌合して機関運転中のクランクピンからのクランクピン荷重を受けるクランクピン軸受部と、
上記ベースプレート部の両側面よりクランクピン軸方向に張り出すとともに、一端が上記クランクピン軸受部と接続し、クランクピン径方向に直線状に延在したリブと、を有し、
上記リブは、機関運転中の所定のクランクピン荷重を受けるクランクピン軸受部付近における、クランクピン軸受部に対するクランクピン回転方向の上流側に配置されていることを特徴とする内燃機関。 An upper link having one end connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin, and connected to the crank pin of the crankshaft, and one end on the engine body side An internal combustion engine comprising: a control link supported so as to be swingable and having the other end connected to the lower link via a control pin;
The lower link is
A base plate that is the main part of the lower link;
A crankpin bearing portion that protrudes to both sides in the crankpin axial direction from the base plate portion at substantially the center of the lower link front view, and receives the crankpin load from the crankpin when the crankpin is fitted and the engine is operating,
A rib projecting from the both side surfaces of the base plate portion in the crankpin axial direction, one end connected to the crankpin bearing portion, and a rib extending linearly in the crankpin radial direction;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the rib is disposed upstream of the crankpin bearing portion in the crankpin rotation direction in the vicinity of the crankpin bearing portion that receives a predetermined crankpin load during engine operation.
上記リブが、上記クランクピン軸受部とアッパピン用ピンボス部とに掛け渡されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 The lower link has an upper pin boss portion that protrudes from the base plate portion on both sides in the crank pin axial direction and holds the upper pin.
The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the rib is stretched over the crank pin bearing portion and the upper pin pin boss portion.
上記リブが、上記クランクピン軸受部と外周縁部とに掛け渡されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 The lower link has an outer peripheral edge portion projecting on both sides in the crankpin axial direction from the base plate portion in the vicinity of the outer periphery in front view,
The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the rib is stretched between the crank pin bearing portion and an outer peripheral edge portion.
上記クランクピン軸受部の中心を通る分割面に沿って、上記アッパピン用ピンボス部を含むロアリンクアッパと、上記コントロールピン用ピンボス部を含むロアリンクロアと、に分割構成され、
上記クランクピン軸受部の両側に配置した少なくとも2本のボルトによって上記ロアリンクアッパと上記ロアリンクロアとが締結されており、
上記リブがロアリンクアッパに形成され、
かつ、上記2本のボルトのうち、少なくとも上記アッパピン用ピンボス部寄りのボルトが、上記ロアリンクロアを貫通して、上記ロアリンクアッパに形成された雌ねじ部に螺合していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関。 The lower link includes an upper pin pin boss part at one end holding the upper pin, and a control pin pin boss part at the other end holding the control pin.
A lower link upper including the upper pin pin boss part and a lower link lower including the control pin pin boss part are configured to be divided along a split surface passing through the center of the crank pin bearing part.
The lower link upper and the lower link lower are fastened by at least two bolts arranged on both sides of the crankpin bearing portion,
The rib is formed on the lower link upper,
Further, of the two bolts, at least a bolt near the pin boss portion for the upper pin passes through the lower link lower and is screwed into a female screw portion formed in the lower link upper. Item 6. The internal combustion engine according to any one of Items 1 to 5.
上記ロアリンクは、
上記クランクピンが嵌合するロアリンク正面視略中央のクランクピン軸受部と、
上記アッパピンを保持する一端部のアッパピン用ピンボス部と、
上記クランクピン軸受部及びアッパピン用ピンボス部よりもクランクピン軸方向幅が短く、少なくとも上記クランクピン軸受部の周囲に延在するベースプレート部と、
このベースプレート部の両側面よりクランクピン軸方向に張り出したリブと、を有し、
上記リブが、上記クランクピン軸受部とアッパピン軸受部とに直線状に掛け渡されていることを特徴とする内燃機関。 An upper link having one end connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin, and connected to the crank pin of the crankshaft, and one end on the engine body side An internal combustion engine comprising: a control link supported so as to be swingable and having the other end connected to the lower link via a control pin;
The lower link is
Lower link front view substantially center crankpin bearing portion to which the crankpin is fitted,
An upper pin pin boss portion at one end holding the upper pin;
A base plate portion having a shorter crank pin axial width than the crank pin bearing portion and the upper pin pin boss portion, and extending at least around the crank pin bearing portion;
Ribs projecting in the direction of the crankpin axis from both side surfaces of the base plate portion,
An internal combustion engine characterized in that the rib is stretched linearly between the crank pin bearing portion and the upper pin bearing portion.
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