JP2013256883A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換して伝達するレシプロ式の内燃機関に関する。 The present invention relates to a reciprocating internal combustion engine that converts a reciprocating linear motion of a piston into a rotational motion of a crankshaft and transmits it.
本出願人が先に出願した特許文献1には、ピストンとクランクピンとを複数のリンク部材を介して機械的に連結してピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換するピストン−クランク機構を備え、クランクシャフトの回転中心がシリンダの側方に配置された内燃機関が開示されている。
この特許文献1における内燃機関は、シリンダの側方にクランクシャフトの回転中心を配置することで、内燃機関の機関全高を低く抑制し、内燃機関を全体としてコンパクトに構成して車両搭載性を向上させている。
In the internal combustion engine in
しかしながら、このような内燃機関においては、複リンク式のピストン−クランク機構の運動に伴うリンク部材の変形を抑制して、内燃機関の振動低減や、出力向上を図る上で更なる改善の余地がある。 However, in such an internal combustion engine, there is room for further improvement in suppressing vibration of the internal combustion engine and improving output by suppressing the deformation of the link member accompanying the movement of the multi-link type piston-crank mechanism. is there.
本発明の内燃機関は、支点軸を中心に揺動可能なロッカアームと、該ロッカアームの一端に連結された第1リンクと、上記ロッカアームの他端に連結された第2リンクと、上記第1リンクの一端に連結されたピストンと、上記第2リンクの一端に連結されたクランクシャフトと、を有し、クランクシャフト軸方向視で、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第1リンクとの連結部分までの距離が、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第2リンクとの連結部分までの距離よりも長くなるピストン−クランク機構を備えている。上記ロッカアームは、上記第1リンクに連結される上記ロッカアームの一端側と、上記第2リンクに連結される上記ロッカアームの他端側が、それぞれ上記連結ピンの両端を支持するように二股状に形成されている。 The internal combustion engine of the present invention includes a rocker arm that can swing around a fulcrum shaft, a first link connected to one end of the rocker arm, a second link connected to the other end of the rocker arm, and the first link. A piston connected to one end of the second link, and a crankshaft connected to one end of the second link, from the fulcrum shaft to the connecting portion of the rocker arm and the first link as viewed in the axial direction of the crankshaft. Is provided with a piston-crank mechanism that is longer than the distance from the fulcrum shaft to the connecting portion between the rocker arm and the second link. The rocker arm is formed in a bifurcated shape so that one end side of the rocker arm connected to the first link and the other end side of the rocker arm connected to the second link respectively support both ends of the connecting pin. ing.
そして、上記ロッカアームは、上記ロッカアームの両端の二股部分の間を通り、上記クランクシャフトの軸方向と直交する平面による断面で、上記支点軸が貫通する支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第1リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第1直線とし、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第2リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第2直線とし、上記支点軸貫通穴の中心を通り、上記第1直線と上記第2直線とがなす挟角を2等分する直線を第3直線とした際に、上記支点軸貫通穴外周側の断面積のうち、上記第3直線よりも上記第1リンク側の断面積が、上記第3直線よりも上記第2リンク側の断面積よりも大きくなるよう形成されていることを特徴としている。 The rocker arm passes between the two fork portions of the rocker arm, and is a cross-section by a plane orthogonal to the axial direction of the crankshaft, the center of the fulcrum shaft through-hole through which the fulcrum shaft passes, the rocker arm and the rocker arm A straight line passing through the center of the connecting portion with the first link is defined as a first straight line, and a straight line passing through the center of the fulcrum shaft through hole and the center of the connecting portion between the rocker arm and the second link is defined as a second straight line. The cross-sectional area of the outer periphery of the fulcrum shaft through-hole when a straight line that bisects the included angle formed by the first straight line and the second straight line through the center of the fulcrum shaft through-hole is defined as a third straight line. The cross-sectional area on the first link side of the third straight line is larger than the cross-sectional area on the second link side of the third straight line.
本発明によれば、ロッカアームは、揺動支軸貫通穴半径方向に沿った揺動支軸貫通穴周囲の肉厚が、第1リンク側で相対的に厚くなる。そのため、ロッカアームにおいて、軸間距離が長くなる第1リンク側の剛性を高くすることができる。 According to the present invention, in the rocker arm, the thickness around the swing support shaft through hole along the radial direction of the swing support shaft through hole is relatively thick on the first link side. Therefore, in the rocker arm, the rigidity on the first link side where the inter-axis distance becomes long can be increased.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る内燃機関1を模式的に示した説明図であって、クランクシャフト軸方向視での内燃機関1の断面に相当する説明図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an
レシプロ式の内燃機関1は、ピストン2が摺動可能に収容されたシリンダ3の側方にクランクシャフト4が配置された構成となっている。
The reciprocating
この内燃機関1は、ピストン2とクランクシャフト4のクランクピン5とを複数のリンク部材により機械的に連係し、ピストン2のシリンダ3内での往復直線運動をクランクシャフト4の回転運動に変換する複リンク式のピストン−クランク機構6を有している。
In the
このピストン−クランク機構6は、揺動支点7を中心に揺動可能な細長いロッカアーム10と、このロッカアーム10の一端とピストン2とを繋ぐ細長い棒状の第1リンク11と、ロッカアーム10の他端とクランクシャフト4のクランクピン5とを繋ぐ細長い棒状の第2リンク12と、を有している。
The piston-
ロッカアーム10は、例えば、内燃機関1のシリンダブロック(図示せず)に固定された支点軸としての揺動支軸13に回転可能に取り付けられ、揺動支軸13の軸心を揺動支点7として揺動するものである。
For example, the
第1リンク11の下端とロッカアーム10の一端とは、第1連結ピン14によって相対回転可能に連結されている。ピストン2と第1リンク11の上端とは、ピストンピン15によって相対回転可能に連結されている。ロッカアーム10の他端と第2リンク12の下端とは、第1連結ピン14よりも大径の第2連結ピン16によって相対回転可能に連結されている。そして、一連に接続された第1リンク11、ロッカアーム10及び第2リンク12は、クランクシャフト軸方向視で、全体として略U字形状に配置され、ピストン2と、クランクシャフト4との間に位置するシリンダ壁部17が、これらリンク部材によって三方より囲まれている。
The lower end of the
なお、図1中の4aはクランクシャフト4の回転中心、図1中の5aはクランクピン5の中心、図1中の14aは第1連結ピン14の中心、図1中の15aはピストンピン15の中心、図1中の16aは第2連結ピン16の中心である。また、図1中の18は吸気弁、図1中の19は排気弁である。
1 is the center of rotation of the
ここで、本実施例におけるロッカアーム10は、図2及び図3に示すように、第1リンク11が連結される一端側が第1連結ピン14の両端を支持するように二股状に形成されているとともに、第2リンク12が連結される他端側が第2連結ピン16の両端を支持するように二股状に形成されている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the
換言すると、ロッカアーム10は、揺動支軸13が貫通する揺動支軸貫通穴21が有する筒状の揺動支軸連結部22と、第1連結ピン14の両端を支持する第1リンク連結部23と、第2連結ピン16の両端を支持する第2リンク連結部24と、から大略構成されている。
In other words, the
第1リンク連結部23は、揺動支軸連結部22から突出した互いに対向する一対の一端側対向壁25、25を有し、一端側対向壁25、25にそれぞれ形成された第1連結ピン挿入穴26、26により、第1連結ピン14の両端が支持されている。
The first
第2リンク連結部24は、揺動支軸連結部22から突出した互いに対向する一対の他端側対向壁27、27を有し、他端側対向壁27、27にそれぞれ形成された第2連結ピン挿入穴28、28により、第2連結ピン16の両端が支持されている。
The second
このようなピストン−クランク機構6においては、ピストンストロークを大きくするために、揺動支軸13から第1連結ピン14までの距離が、揺動支軸13から第2連結ピン16までの距離よりも長くなるよう設定されている。そのため、ロッカアーム10は、揺動支軸13から第1連結ピン14による第1リンク11との連結部分までの軸間距離が、揺動支軸13から第2連結ピン16による第2リンク12との連結部分までの軸間距離よりも長くなり、揺動支軸13よりも第1リンク11側が相対的に変形しやすくなっている。
In such a piston-
そこで、本実施例では、揺動支軸貫通穴21の半径方向に沿った揺動支軸連結部22の肉厚のうち、第1リンク11側の肉厚が、第2リンク12側の肉厚に比べて厚くなるように形成されている。
Therefore, in the present embodiment, the thickness on the
図4を用いて詳述すると、揺動支軸貫通穴21の中心(揺動支点7)と、第1連結ピン挿入穴26の中心(第1連結ピン14の中心14a)とを通る直線を第1直線L1とし、揺動支軸貫通穴21の中心(揺動支点7)と、第2連結ピン挿入穴28の中心(第2連結ピン16の中心16a)とを通る直線を第2直線L2とし、揺動支軸貫通穴21の中心(揺動支点7)を通り、第1直線L1と第2直線L2とがなす挟角を2等分する直線を第3直線L3とした際に、揺動支軸貫通穴21外周側の断面積である揺動支軸連結部22の断面積のうち、第3直線L3よりも第1リンク11側の断面積が、第3直線L3よりも第2リンク12側の断面積よりも大きくなるよう形成されている。ここで、図4は、図3のA−A線に沿った断面図であり、揺動支軸貫通穴21の軸方向と直交し、一端側対向壁25、25の間及び他端側対向壁27、27の間に位置する平面による断面である。
Referring to FIG. 4 in detail, a straight line passing through the center of the swing support shaft through hole 21 (swing support point 7) and the center of the first connection pin insertion hole 26 (
さらに言えば、図4に示すように、揺動支軸貫通穴21の中心(揺動支点7)から第1連結ピン挿入穴26の中心(第1連結ピン14の中心14a)までの距離をD1とし、揺動支軸貫通穴21の中心(揺動支点7)から第2連結ピン挿入穴28の中心(第1連結ピン16の中心16a)までの距離をD2とし、揺動支軸貫通穴21外周の支点軸貫通穴21半径方向に沿ったの肉厚のうち、第1直線L1上の厚さをD3とし、第2直線L2上の厚さをD4とすれば、ロッカアーム10は、D1/D2<D3/D4となるよう形成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the distance from the center of the swing support shaft through hole 21 (swing support point 7) to the center of the first connecting pin insertion hole 26 (
これによって、ロッカアーム10は、揺動支軸貫通穴21半径方向に沿った揺動支軸貫通穴21周囲の肉厚が、第1リンク11側で相対的に厚くなる。そのため、ロッカアーム10において、軸間距離が長くなる第1リンク11側の剛性を高くすることができる。
As a result, the
なお、本実施例においては、図3に示すように、ロッカアーム10の一端側の二股部分の内側の間隔である一端側対向壁25、25の間隔C1が、他端側の二股部分の内側の間隔である他端側対向壁27、27の間隔C2よりも小さくなるように形成されているとともに、一端側対向壁25の肉厚T1が他端側対向壁27の肉厚T2よりも厚くなるように形成されている。また、図4に示すように、第1連結ピン14の両端を支持する第1連結ピン挿入穴26が、第2連結ピン16の両端を支持する第2連結ピン挿入穴28よりも小径となるように形成されているとともに、第1連結ピン14の長さが、図3に示すように、第2連結ピン16よりも短くなるよう設定されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the interval C1 between the one end
このように、一端側対向壁25、25の間隔C1を相対的に小さくしたり、一端側対向壁25の肉厚T1を相対的に厚くしたり、第1連結ピン挿入穴26の穴径を相対的に小さくしたり、第1連結ピン14を相対的に短くしたりすることも、ロッカアーム10の揺動支軸13よりも第1リンク11側の剛性向上させる上で有効である。
As described above, the distance C1 between the one end
また、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重は、上死点付近と下死点付近で最大となる。
Further, the load that the cylinder block receives from the piston-
図5は、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重が最大となる上死点付近でのリンク配置を模式的に示した説明図である。なお、図5に示すように、クランクシャフト軸方向視で、第2連結ピン中心16aと揺動支点7とを通る直線と、第2連結ピン中心16aとクランクピン中心5aを通る直線との挟角をθ1とすれば、ピストン−クランク機構6は、上死点において挟角θ1が最小となり、下死点において挟角θ1が最大となる。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the link arrangement in the vicinity of the top dead center where the load received by the cylinder block from the piston-
シリンダブロックには、ピストン−クランク機構6の揺動支軸13と、クランクシャフト4から荷重が入力されるが、揺動支軸13からシリンダブロックに入力される荷重R1は、ロッカアーム10の慣性モーメントの影響を受けないが、クランクシャフト4からシリンダブロックに入力される荷重R2は、ロッカアーム10の慣性モーメントの影響を受けることになる。そのため、揺動支軸13から入力される荷重R1に比べて、クランクシャフト4から入力される荷重R2は大きくなる。また、荷重R1が作用する方向と、荷重R2が作用する方向とは、互いに逆方向となる。
Loads are input to the cylinder block from the
そして、ロッカアーム10の重心位置Gが揺動支軸13の中心位置(揺動支点7)と一致しない場合には、ロッカアーム10の重心位置Gに荷重Rcが発生し、この荷重Rcに起因した荷重R3、R4が、揺動支軸13及びクランクシャフト4からシリンダブロックにさらに入力される。すなわち、クランクシャフト軸方向視で、揺動支軸13の中心位置(揺動支点7)を通り、上記第2直線L2に対して直交する直線を第4直線L4とすれば、この第4直線L4よりもピストン側に、ロッカアーム10の重心Gが位置するように設定することで、ロッカアーム10の重心Gに発生する荷重Rcに起因する荷重R3が揺動支軸13からシリンダブロックに入力され、荷重Rcに起因する荷重R4がクランクシャフト4からシリンダブロックに入力される。
When the center of gravity position G of the
荷重R3は、クランクシャフト軸方向視で、荷重Rcと同じ方向で、かつ同じ大きさとなる。荷重R4は、クランクシャフト軸方向視で、荷重R3とは反対方向に作用するものであり、揺動支軸13の中心(揺動支点7)からロッカアーム10の重心Gまでの距離の比べて揺動支軸13の中心(揺動支点7)から第2連結ピン16の中心16aまでの距離が長くなるほど小さくなる。
The load R3 has the same direction and the same magnitude as the load Rc as viewed in the crankshaft axial direction. The load R4 acts in the opposite direction to the load R3 when viewed from the crankshaft axis direction. The load R4 is compared with the distance from the center of the swing support shaft 13 (swing support point 7) to the center of gravity G of the
つまり、シリンダブロックに対して、揺動支軸13からは荷重R1と荷重R3が入力され、クランクシャフト4からは揺動支軸13からの入力とは逆方向に、荷重R1よりも相対的に大きい荷重R2と荷重R3よりも相対的に小さい荷重R4とが入力される。
That is, the load R1 and the load R3 are input from the
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム10の重心位置Gが第4直線L4よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重が最大となる上死点付近において、シリンダブロック全体でみれば、揺動支軸14からの荷重の入力と、クランクシャフト4からの荷重の入力とが互いに相殺されるように設定することが可能となり、シリンダブロックが受けるピストン−クランク機構6からの荷重の入力を低減させることができる。
Accordingly, when the center of gravity G of the
また、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム10の重心位置Gが第4直線L4よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重が最大となる下死点付近においても、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重が最大となる上死点付近のときと同様に、揺動支軸13からは荷重R1と荷重R3が入力され、クランクシャフト4からは、揺動支軸13からの入力とは逆方向に、荷重R1よりも相対的に大きい荷重R2と荷重R3よりも相対的に小さい荷重R4とが入力されることになるが、このときの荷重R1〜R4の向きは、上死点付近のときの向きとは逆方向となっている。
In addition, by setting the center of gravity G of the
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム10の重心位置Gが第4直線L4よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構6から受ける荷重が最大となる下死点付近においても、シリンダブロック全体でみれば、揺動支軸14からの荷重の入力と、クランクシャフト4からの荷重の入力とが互いに相殺されるように設定することが可能となり、シリンダブロックが受けるピストン−クランク機構6からの荷重の入力を低減させることができる。
Therefore, when the center of gravity G of the
つまり、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム10の重心Gが第4直線L4よりもピストン側に位置するように設定することで、ピストン−クランク機構6からシリンダブロックに入力される荷重の最大値を相対的に小さくすることが可能となる。
That is, the maximum value of the load input from the piston-
図6は、揺動支軸13の中心(揺動支点7)からロッカアーム10の重心Gまでの距離と、揺動支軸13の中心から第2連結ピン16の中心16aまでの距離とが等しい場合におけるピストン−クランク機構6の上死点付近でのリンク配置を模式的に示した説明図である。
In FIG. 6, the distance from the center of the swing support shaft 13 (swing support point 7) to the center of gravity G of the
揺動支軸13の中心(揺動支点7)からロッカアーム10の重心Gまでの距離と、揺動支軸13の中心から第2連結ピン16の中心16aまでの距離とが等しい場合、ロッカアーム10の重心位置Gに発生する荷重Rcに起因してロッカアーム10と第2リンク12の連結部分に作用する荷重R5の大きさが、荷重Rcに起因して揺動支軸13からシリンダブロックに入力される荷重R3の大きさと等しくなる。
When the distance from the center of the swing support shaft 13 (the swing support point 7) to the center of gravity G of the
そして、ピストン−クランク機構6において、揺動支軸13の中心(揺動支点7)からロッカアーム10の重心Gまでの距離が、揺動支軸13の中心から第2連結ピン16の中心16aまでの距離によりも長くなると、荷重R3と逆向きの荷重R5が、揺動支軸13からシリンダブロックに入力される荷重R3に比べて大きくなる。荷重R5は、第2リンク12を介して、クランクシャフト4からシリンダブロックに入力されることになる。
In the piston-
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム10の重心位置Gを第4直線L4よりもピストン側に設定する際には、揺動支軸13の中心(揺動支点7)からロッカアーム10の重心Gまでの距離が、揺動支軸13の中心から第2連結ピン16の中心16aまでの距離よりも短くなるように設定することで、ピストン−クランク機構6からシリンダブロックに入力される荷重を低減することができる。
Therefore, when the center of gravity position G of the
1…内燃機関
2…ピストン
3…シリンダ
4…クランクシャフト
4a…クランクシャフト回転中心
5…クランクピン
5a…クランクピン中心
6…ピストン−クランク機構
7…揺動支点
10…ロッカアーム
11…第1リンク
12…第2リンク
13…揺動支軸
14…第1連結ピン
14a…第1連結ピン中心
15…ピストンピン
15a…ピストンピン中心
16…第2連結ピン
16a…第2連結ピン中心
17…シリンダ壁部
18…吸気弁
19…排気弁
21…揺動支軸貫通穴
22…揺動支軸連結部
23…第1リンク連結部
24…第2リンク連結部
25…一端側対向壁
26…第1連結ピン挿入穴
27…他端側対向壁
28…第2連結ピン挿入穴
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記第1リンクに連結される上記ロッカアームの一端側と、上記第2リンクに連結される上記ロッカアームの他端側が、それぞれ上記連結ピンの両端を支持するように二股状に形成された内燃機関において、
上記ロッカアームは、該ロッカアーム両端の二股部分の間を通り、上記クランクシャフトの軸方向と直交する平面による断面で、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第1リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第1直線とし、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第2リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第2直線とし、上記支点軸貫通穴の中心を通り、上記第1直線と上記第2直線とがなす挟角を2等分する直線を第3直線とした際に、上記支点軸貫通穴外周側の断面積のうち、上記第3直線よりも上記第1リンク側の断面積が、上記第3直線よりも上記第2リンク側の断面積よりも大きくなるよう形成されていることを特徴とする内燃機関。 A rocker arm having a fulcrum shaft through-hole through which the fulcrum shaft passes, a rocker arm swingable about the fulcrum shaft, a first link connected to one end of the rocker arm via a first connection pin, and the other rocker arm A crank shaft connected to one end of the first link, a piston connected to one end of the first link, and a crankshaft connected to one end of the second link. A piston-crank in which the distance from the fulcrum shaft to the connecting portion between the rocker arm and the first link is longer than the distance from the fulcrum shaft to the connecting portion between the rocker arm and the second link in an axial view. Equipped with a mechanism
In the internal combustion engine in which one end side of the rocker arm connected to the first link and the other end side of the rocker arm connected to the second link are formed in a bifurcated shape so as to support both ends of the connecting pin, respectively. ,
The rocker arm passes between the two fork portions at both ends of the rocker arm, and is a cross section by a plane orthogonal to the axial direction of the crankshaft, and the center of the fulcrum shaft through hole and the connecting portion of the rocker arm and the first link A straight line passing through the center is defined as a first straight line, a straight line passing through the center of the fulcrum shaft through hole and the center of the connecting portion between the rocker arm and the second link is defined as a second straight line, and the center of the fulcrum shaft through hole When the straight line that bisects the included angle formed by the first straight line and the second straight line is defined as a third straight line, the cross-sectional area on the outer peripheral side of the fulcrum shaft through hole is greater than the third straight line. An internal combustion engine wherein the cross-sectional area on the first link side is larger than the cross-sectional area on the second link side than the third straight line.
上記ロッカアームの一端側において上記第1連結ピンの両端を支持する一端側連結ピン挿入穴の穴径は、上記ロッカアームの他端側において上記第2連結ピンの両端を支持する他端側連結ピン挿入穴の穴径よりも小さい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。 The diameter of the first connecting pin is smaller than the diameter of the second connecting pin,
The hole diameter of the one end side connection pin insertion hole that supports both ends of the first connection pin on one end side of the rocker arm is the other end side connection pin insertion that supports both ends of the second connection pin on the other end side of the rocker arm. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal diameter engine is smaller than a hole diameter.
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