JP4075600B2

JP4075600B2 - ピン連結構造

Info

Publication number: JP4075600B2
Application number: JP2002363228A
Authority: JP
Inventors: 亮介日吉; 研史牛嶋; 儀明田中; 俊一青山; 克也茂木; 直樹高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004044776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結ピンが挿通する２つのリンクの相対回転角度が所定の回転角度以下に制限されているピン連結構造に関し、特に内燃機関の複リンク式の可変圧縮比機構に好適なピン連結構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関圧縮比を変更可能な複リンク式のピストン−クランク機構として、本出願人は特願２０００−３１６０２０号に記載された可変圧縮比機構を以前に提案している。この可変圧縮比機構は、クランクピンに取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと内燃機関のピストンとを連繋するアッパリンクと、一端がロアリンクに連結されたコントロールリンクと、を有し、このコントロールリンクの他端の支持位置を変化させることにより、機関圧縮比を連続的に変更可能である。２つのリンク、例えばアッパリンク（又はコントロールリンク）とロアリンクには、略円筒状をなすピンボス部が形成されていて、これらのピンボス部を連結ピンが挿通している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、各ピンボス部の軸方向幅は周方向に一定である。従って、ピンボス部の強度を向上するために、その軸方向幅を広くすると、その分、１つの連結ピンが挿通する複数のピンボス部全体の軸方向幅（典型的には、軸方向両側に位置するピンボス部の軸方向両端間の距離）も長くなって、内燃機関等への搭載性の低下を招く。特に、上述した可変圧縮比機構を備える内燃機関では、回転するクランクシャフトのカウンタウエイト近傍の狭いスペースに上記複数のピンボス部を配置しなければならず、その配置スペースが小さく制限されており、かつ、機関の燃焼圧力に基づく大きな燃焼荷重やリンクの慣性荷重などに耐え得るように、ピンボス部や連結ピンに高い強度が要求される。
【０００４】
ところで、上記の可変圧縮比機構では、その構造上、連結ピンにより連結されるアッパリンク（又はコントロールリンク）とロアリンクとの相対的な回転角度は所定角度（例えば５０〜６０°）以下に制限されている。また、ピンボス部と連結ピンとが対向する軸受部分のうち、ピストンへの燃焼圧力に基づく大きな燃焼荷重が作用する周方向範囲も限定されている。本発明は、これらの点に着目してなされたものであり、複数のピンボス部全体の軸方向幅の抑制化と、燃焼荷重のような大きな荷重に対するピンボス部の強度向上並びに連結ピンの曲げ応力の低減化と、を高いレベルで両立し得る新規なピン連結構造を提供することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変圧縮比機構は、内燃機関の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、このロアリンクと内燃機関のピストンとを連繋するアッパリンクと、一端がロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を有し、上記コントロールリンクの他端の支持位置を変化させることにより、機関圧縮比を変更することができる。第１リンクとしてのアッパリンク又はコントロールリンクには第１ピンボス部が設けられ、第２リンクとしてのロアリンクには第２ピンボス部が設けられ、これら第１ピンボス部及び第２ピンボス部の双方を連結ピンが軸方向に挿通している。上記可変圧縮比機構の構造上、上記アッパリンク又はコントロールリンクとロアリンクとの相対回転角度は所定の回転角度（例えば５０〜６０°）以下に制限されている。
【０００６】
上記第１ピンボス部は、軸方向幅が異なる幾つかの周方向部分、詳しくは、第１幅狭部と、この幅狭部よりも軸方向幅の長い第１幅広部と、を有している。同様に、上記第２ピンボス部は、軸方向幅が異なる幾つかの周方向部分、詳しくは、第２幅狭部と、この第２幅狭部よりも軸方向幅が長い第２幅広部と、を有している。これら第１幅広部と第２幅広部とは軸方向に部分的にオーバーラップしている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１ピンボス部及び第２ピンボス部の全体的な軸方向幅を抑制しつつ、燃焼荷重のような特定の荷重に対するピンボス部の強度向上並びに連結ピンの曲げ応力の低減化を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係るピン連結構造を適用したリンク機構の一例として、複リンク式のピストン−クランク機構である内燃機関の可変圧縮比機構を示している。シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内には、ピストン１が摺動可能に配設されている。ピストン１は、その上方に画成される燃焼室から燃焼圧力を受ける。クランクシャフト３は、クランク軸受ブラケット７によってシリンダブロック５に回転可能に支持されている。
【０００９】
上記の可変圧縮比機構は、クランクシャフト３のクランクピン４に回転可能に取り付けられるロアリンク１３と、このロアリンク１３とピストン１とを連繋するアッパリンク１１と、一端がロアリンク１３に連結されるコントロールリンク１５と、機関圧縮比を変更するときに、コントロールリンク１５の他端の支持位置（揺動支点）１６を、固定体としてのシリンダブロック５に対して変位・移動させる支持位置可変手段と、を有している。ピストン１とアッパリンク１１とはピストンピン２によって相対的に揺動可能に連結されている。アッパリンク１１とロアリンク１３とは第１連結ピン１２によって連結されている。ロアリンク１３とコントロールリンク１５とは第２連結ピン１４によって連結されている。第１連結ピン１２と第２連結ピン１４とはクランクピン４を挟んで互いにほぼ反対側に配置されている。
【００１０】
上記の支持位置可変手段は、クランクシャフト３の斜め下方をクランクシャフト３と平行に気筒列方向へ延びる制御軸１８と、この制御軸１８に偏心して固定又は一体形成された円形の偏心カム１９と、制御軸１８を回転駆動するアクチュエータ（図示省略）と、を有している。偏心カム１９の外周面には、コントロールリンク１５の他端が揺動可能に取り付けられている。制御軸１８は、上記のクランク軸受ブラケット７と制御軸受ブラケット８とによってシリンダブロック５側に回転可能に支持されている。機関圧縮比を変更する際には、周知のエンジン制御部から上記のアクチュエータへ駆動信号を出力して、制御軸１８を回転駆動する。これにより、コントロールリンク１５の揺動支点１６となる偏心カム１９の中心位置がシリンダブロック５に対して変位・移動し、コントロールリンク１５によるロアリンク１３の運動拘束条件が変化し、クランク角に対するピストン１のストローク特性、特にその上死点位置が変化して、機関圧縮比が変化する。
【００１１】
この可変圧縮比機構によれば、制御軸１８を無段階に回動・保持することにより、機関圧縮比を連続的（無段階）に変更でき、かつ、その可変幅も大きい。また、比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト３の斜め下方に制御軸１８を配置しているため、機関搭載性に優れており、例えば既存の内燃機関にも大きな変更を加えることなく適用可能である。更に、クランクシャフト３の斜め下方で、かつ、オイルパンの直ぐ上方に、制御軸１８を配置できるため、偏心カム１９とコントロールリンク１５との摺動部分を含めた制御軸１８周囲の潤滑を行い易い。
【００１２】
図２〜１７を参照して、本発明の第１実施例を説明する。この第１実施例では、第１連結ピン１２によるアッパリンク（第１リンク）１１とロアリンク（第２リンク）１３とのピン連結構造に本発明を適用している。
【００１３】
図２〜４にも示すように、アッパリンク１１の下端には略円筒状をなす第１ピンボス部２１が形成されている。第１ピンボス部２１は、軸方向幅が周方向に沿って一定ではなく、その周方向一部を構成する幾つかの部分、詳しくは、一定の軸方向幅ｂを有する第１幅狭部２２と、この第１幅狭部２２よりも軸方向幅の長い（広い）一定の軸方向幅ａを有する第１幅広部２３と、これら第１幅狭部２２と第１幅広部２３とを結ぶ一対の第１傾斜部２４と、により構成されている。第１傾斜部２４は、その軸方向端面が軸直交面に対する傾斜面となっていて、第１幅広部２３から第１幅狭部２２へ向けて徐々に軸方向幅が狭くなっている。
【００１４】
図５〜７にも示すように、ロアリンク１３は、幾つかの部材をボルト２５，２６，２７により結合した組立体となっていて、詳しくは、クランクピン４を回転可能に支持する主軸受部材２８と、この主軸受部材２８を軸方向に挟み込む一対の板状部材２９、等により大略構成されている。各板状部材２９には、上記の第１連結ピン１２が挿通する略円筒状の第２ピンボス部３１と、上記の第２連結ピン１４が挿通する略円筒状の第３ピンボス部３５と、がそれぞれ形成されている。このように、クランクピン４に対する軸受部分を備えた主軸受部材２８と、連結ピン１２，１４に対する軸受部分を備えた板状部材２９と、を別体とすることにより、一方の軸受部分の曲げ変形が他の軸受部分へ悪影響を与えることを抑制・回避することができる。
【００１５】
図８及び図９にも示すように、第２ピンボス部３１は、軸方向幅が周方向で一定ではなく、その周方向一部分を構成する幾つかの部分、詳しくは、一定の軸方向幅ｄを有する第２幅狭部３２と、この第２幅狭部３２よりも軸方向幅の長い（広い）一定の軸方向幅ｃを有する第２幅広部３３と、これら第２幅狭部３２と第２幅広部３３とを結ぶ一対の第２傾斜部３４と、により構成されている。第２傾斜部３４は、その軸方向端面が軸直交面に対して傾斜面となっていて、第２幅広部３３から第２幅狭部３２へ向かって徐々に軸方向幅が狭くなっている。
【００１６】
第１連結ピン１２は、第１ピンボス部２１と、この第１ピンボス部２１の軸方向両側に配置される２つの第２ピンボス部３１と、を軸方向に挿通して、アッパリンク１１とロアリンク１３とを連結している。ここで、可変圧縮比機構の構造上、アッパリンク１１とロアリンク１３との相対回転角度（ロアリンク１３に対するアッパリンク１１の揺動角度）は、所定の回転角度に制限されている。この実施例では、リンク１１，１３の相対回転角度が、高圧縮比の設定状態で約５５°、低圧縮比の設定状態で約５０°に制限されている。図示していないが、第１連結ピン１２は、適宜な手法、例えばワッシャやスナップリングを用いたフルフロート式構造あるいは圧入固定により、第２ピンボス部３１に対して軸方向に抜け止めされている。
【００１７】
第１幅広部２３は、第２幅狭部３２よりも周方向長さが短く設定されており、ピストン１の位置や制御軸１８の回転位置にかかわらず、常に第２幅狭部３２と軸方向に実質的に隙間無く隣接・対向している。第２幅広部３３は、第１幅狭部２２よりも周方向長さが短く設定されており、ピストン１の位置や制御軸１８の回転位置にかかわらず、常に第１幅狭部２２と軸方向に実質的に隙間無く隣接・対向している。従って、第１幅広部２３と各第２幅広部３３とは、所定の軸方向幅ΔＤだけ軸方向にオーバーラップしている（図９参照）。すなわち、ピストン１へ作用する燃焼圧力に基づく燃焼荷重が作用する方向から見て、第１幅広部２３と各第２幅広部３３とが部分的に重なり合っている。
【００１８】
ピンボス部２１，３１の内周面と第１連結ピン１２の外周面との軸受部分には、主として、ピストン１へ作用する燃焼圧力に起因する燃焼荷重と、アッパリンク１１やロアリンク１３などの慣性荷重と、が作用する。特に、圧縮上死点近傍では大きな燃焼荷重が作用するとともに、膨張下死点近傍では上記の燃焼荷重と実質的に同方向へ膨張慣性荷重が作用する。このように大きな燃焼荷重や膨張慣性荷重が第１幅広部２３及び第２幅広部３３と第１連結ピン１２との接触部分に作用するように、図８及び図９に示すように、燃焼荷重（及び膨張慣性荷重）の作用方向に対して第１幅広部２３及び第２幅広部３３が配置されている。
【００１９】
図１０は、最大燃焼荷重が作用する圧縮上死点近傍でのリンク配置を示している。揺動中心線５３は、ロアリンク１３に対するアッパリンク１１の揺動角度５４の中央線に相当する。これら揺動中心線５３及び揺動角度５４は、可変圧縮比機構を構成するリンク要素の寸法・レイアウトに応じて予め所定値に設定されている。第１連結ピン１２から第１ピンボス部２１へ作用する最大燃焼荷重の作用方向４５は、アッパリンク１１の両端のリンク連結点、すなわちピストンピン２の軸心と第１連結ピン１２の軸心とを結ぶリンク中心線５２に対し、慣性荷重の影響により、クランクピン４の回転方向、すなわちクランクピン４から遠ざかる方向（図１０の時計回り方向）へずれている。
【００２０】
この作用方向４５に対してほぼ対称形状をなすように、第１幅狭部２２，第１幅広部２３及び第１傾斜部２４が形成されている。第１幅広部２３は、上記の作用方向４５と同じ側に形成されており、第１幅狭部２２は上記の方向４５の反対側に形成されており、両者２２，２３は互いに対向配置されている。第１幅狭部２２及び第１幅広部２３は、それぞれ、上記作用方向４５を挟んで周方向両側へほぼ均等に延びている。従って、最大燃焼荷重は第１幅広部２３のほぼ周方向中央部へ作用する。
【００２１】
図示していないが、第２ピンボス部３１においても、上記の第１ピンボス部２１と同様、第２幅狭部３２及び第２幅広部３３が第１連結ピン１２から第２ピンボス部３１へ作用する最大燃焼荷重の作用方向に対してほぼ対称形状をなしており、第２幅広部３３の周方向中央部に最大燃焼荷重が作用するように設定されている。
【００２２】
図１１は、最も大きな慣性荷重が作用するときのリンク配置を簡略的に示している。第１連結ピン１２から第１ピンボス部２１へ作用する最大膨張慣性荷重（慣性荷重と燃焼荷重とを併せた荷重）の作用方向４７は、最も大きな慣性荷重の影響により、リンク中心線５２に対して、上述した最大燃焼荷重の作用方向４５よりも更にクランクピン回転方向（図１１の時計回り方向）へずれている。この最大膨張慣性荷重が第１幅広部２３へ確実に作用するように、第１幅広部２３が充分に広い周方向範囲に延設されている。すなわち、第１幅広部２３は、燃焼荷重や膨張慣性荷重が確実に作用するように、最大燃焼荷重が作用する部分を中央として周方向に広く形成されている。
【００２３】
図１２に示すように、第１幅広部２３は、リンク中心線５２に対して非対称形状をなしており、詳しくは、リンク中心線５２に対してクランクピン４から遠ざかる方向（図の時計回り方向）へ延びる長区間２３ａと、リンク中心線５２からクランクピン４へ近づく方向（図の反時計回り方向）へ延び、上記の長区間２３ａよりも周方向長さが短い短区間２３ｂと、により構成される。上記の長区間２３ａに、径方向に貫通する１つの油孔４０が形成されている。
【００２４】
図１３（ａ）及び図１４（ａ），（ｃ）は、第１，第２ピンボス部２１’，３１’の軸方向幅が全周にわたって一定である比較例のピン連結構造を簡略的に示しており、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ），（ｄ）は、本実施例のピン連結構造を簡略的に示している。
【００２５】
第１，第２ピンボス部全体の軸方向幅（両側の第２ピンボス部の軸方向端面間の距離）Ｌ１，Ｌ２、すなわちピンボス部全体の軸方向配置スペースは、クランクシャフト３のカウンタウエイト１７（図１参照）等との干渉を避けるなどの理由により短く制限されている。しかしながら、比較例では、燃焼荷重や膨張慣性荷重が作用するピンボス部の軸方向幅（軸受面積）を本実施例と同じだけ確保しようとすると、ピンボス部全体の軸方向幅Ｌ１が本実施例の軸方向幅Ｌ２に比して大幅に長くなってしまう。具体的には、上述した第１ピンボス部２１と第２ピンボス部３１とが軸方向にオーバーラップする距離（ΔＤ×２）の分、比較例の軸方向寸法が長くなってしまう。本実施例では、大きな燃焼荷重や膨張慣性荷重が作用するピンボス部２１，３１の幅広部２３，３３の軸方向幅を短くすることなく、ピンボス部全体の軸方向幅Ｌ２を短かくすることができる。言い換えると、ピンボス部２１，３１全体の軸方向寸法Ｌ２を増加することなく、個々のピンボス部２１，３１の軸方向幅を部分的に長くして、その強度を有効に向上することができる。従って、ピンボス部全体の軸方向幅の抑制化による機関搭載性の向上と、大きな荷重に対するピンボス部２１，３１の強度向上と、を高いレベルで両立することができる。
【００２６】
図１４を参照して、燃焼荷重や膨張慣性荷重が作用するときの第１連結ピン１２の曲げ応力について考察する。本実施例では、第１幅広部２３及び第２幅広部３３から第１連結ピン１２には互いに反対向きの燃焼荷重や膨張慣性荷重が作用するため、図１４の（ｄ）の符号３６に示すように、両者２３，３３がオーバーラップする部分で荷重が打ち消し合うことになり、比較例に比して第１連結ピン１２の曲げ応力が著しく抑制される。従って、第１連結ピン１２の小径化，軽量化が可能となる。また、第１連結ピン１２の曲げ応力が小さくなることから、ピンボス部２１，３１に対する第１連結ピン１２の片当り現象も抑制され、第１連結ピン１２とピンボス部２１，３１との軸受部分のフリクションも著しく低減される。
【００２７】
なお、図８に示すように、第１連結ピン１２から第１ピンボス部２１へ作用する排気慣性荷重の作用方向は、上述した燃焼荷重や膨張慣性荷重の作用方向とほぼ逆向きとなる。従って、排気慣性荷重は第１連結ピン１２と幅狭部２２，３２との接触部分に作用することとなる。このため、上述したような曲げ応力の低減効果は得られない。しかしながら、この排気慣性荷重は上記の燃焼荷重に比して充分に小さく、排気慣性荷重に基づく曲げ応力も燃焼荷重に基づく曲げ応力に比して充分に小さいため、実用上問題となることはない。
【００２８】
図１０に示すように、この可変圧縮比機構にあっては、最大燃焼荷重が作用するとき、アッパリンク１１はロアリンク１３に対してクランクピン４から最も離れる方向（図１０の時計回り方向）へ揺動した姿勢となっている。第１幅広部２３はリンク中心線５２に対して非対称形状であり、かつ、リンク中心線５２に対して最大燃焼荷重の作用方向４５と同方向に延びる長区間２３ａの周方向長さが相対的に長く設定されている。このような設定により、第１幅広部２３とロアリンク１３の第２ピンボス部３１との干渉を回避しつつ、第１幅広部２３を周方向に充分に長くすることが可能となっている。
【００２９】
このように第１幅広部２３の周方向長さを充分に長くしている関係で、ロアリンク１３側の第２幅広部３３の周方向長さが上記第１幅広部２３に比して短くなっている。但し、図５〜７にも示すように、ロアリンク１３の略円筒形をなす第２ピンボス部３１の周囲には、軸直交方向に延びるリブ３７等が一体的に付帯形成されているため、アッパリンク１１に比してピンボス部近傍の強度・剛性が元々高く、その応力集中が問題になるおそれはほとんどない。従って、第２幅広部３３の周方向長さを大きな燃焼荷重が作用する短い範囲に限定し、その周方向長さを充分に短くすることにより、ロアリンク１３の軽量化を図ることができる。
【００３０】
第１幅広部２３の長区間２３ａは、最大燃焼荷重や最大膨張慣性荷重のような大きな荷重が作用するため、最も潤滑性能が要求される。この長区間２３ａに油孔４０が形成されているため、効果的な潤滑を行うことができる。また、油孔４０は、軸方向幅の長い第１幅広部２３に形成されているため、その径を比較的大きく設定しても、油孔４０周りの強度不足を招くおそれはない。更に、図５にも示すように、油孔４０がクランクピン４に対してほぼ反対側で、かつ、ほぼ鉛直上方へ向けて開口するように設定されているため、この油孔４０へ良好に潤滑油を導入させることができる。
【００３１】
また、図５に示すように、第１ピンボス部２１の第１幅狭部２２又は第１傾斜部２４と、第２ピンボス部３１の第２幅狭部３２又は第２傾斜部３４と、が軸方向に互いに対向する部分に、第１連結ピン１２の外周面に臨んだ空間４２が形成される。この空間４２を通して、第１連結ピン１２とピンボス部２１，３１との軸受部分に良好に潤滑油が導入されるため、その潤滑性が更に向上する。
【００３２】
図１５（ａ）及び図１６，１７の特性（ａ）は、ピストンピンとクランクピンとを一本のコンロッドで連繋した単リンク式のピストン−クランク機構に対応している。図１５（ｂ）及び図１６，１７の特性（ｂ）は、本実施例に係る可変圧縮比機構を採用した複リンク式のピストン−クランク機構に対応している。図１６の縦軸は、ピストン往復軸線に対するアッパリンク（コンロッド）の揺動角を表している。
【００３３】
単リンク機構では、構造上の制約により、上死点近傍のピストン最大加速度の大きさ（絶対値）が下死点近傍のピストン最小加速度の大きさよりも不可避的に大きくなる。本実施例の複リンク機構では、主に燃焼の改善及び高次振動成分の低減化を図るために、ピストンストロークをできるだけ単振動に近づけてために、単リンク機構に比して、上死点近傍のピストン最大加速度の絶対値がΔａ２減少するとともに、下死点近傍のピストン最小加速度がΔａ１増加しており、かつ、ピストン上死点近傍のピストン速度がピストン下死点近傍のピストン速度よりも遅くなっている。このため、単リンク機構に比して、下死点近傍で作用する膨張慣性荷重が増加するとともに、上死点近傍で作用する排気慣性荷重が低減する。また、図１５に示すように、膨張慣性荷重が作用するときの揺動角α２が単リンク機構の揺動角α１に比して大きくなる。このため、膨張慣性荷重に起因してピンボス部へ作用する圧縮荷重が単リンク機構に比して大きくなるが、この圧縮荷重が作用する第１幅広部２３の軸方向幅が相対的に長くなっているため、その軸受面圧及び曲げ応力を充分に抑制することができる。一方、強度的に不利な第１幅狭部２２に作用することとなる下死点近傍の排気慣性荷重に起因する引張り荷重を、単リンク式の構造に比して充分に小さくすることができる。
【００３４】
図１８及び図１９は、本発明の第２実施例に係る可変圧縮比機構のピン連結構造を示している。なお、この第２実施例では上記の第１実施例と異なる部分について主に説明し、重複する説明を適宜省略する。
【００３５】
図１８，１９及び図１等を参照して、基本的には上記の第１実施例と同様、クランクシャフト３のクランクピン４に組み付けられるロアリンク１３Ａと、このロアリンク１３Ａとピストン１とを連繋するアッパリンク１１Ａと、制御軸１８の偏心カム１９とロアリンク１３Ａとを連繋するコントロールリンク１５Ａと、を有し、制御軸１８を回転駆動することによりロアリンク１３Ａの運動拘束条件を変化させて、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【００３６】
アッパリンク１１Ａの両端には、ピストンピン２の軸受面６１ａが形成されたピストンピン軸受部６１と、第１連結ピン１２が挿通するピン孔６２ａが形成されたアッパリンクピンボス部６２と、がそれぞれ形成されている。コントロールリンク１５Ａの両端には、第２連結ピン１４が挿通するピン孔６３ａが形成されたコントロールリンクピンボス部６３と、偏心カム１９に嵌合する軸受面６４ａが形成された偏心カム軸受部６４と、がそれぞれ形成されている。ロアリンク１３Ａには、クランクピン２の軸受面６５ａが形成された主軸受部６５と、第１連結ピン１２が挿通するピン孔が形成された第１ロアリンクピンボス部６６と、第２連結ピン１４が挿通するピン孔が形成された第２ロアリンクピンボス部６７と、が形成されている。
【００３７】
アッパリンクピンボス部６２は、略板状をなす第１ロアリンクピンボス部６６を軸方向両側から挟み込むような二股形状・クレビス形状をなしている。つまりアッパリンクピンボス部６２は、ピン孔６２ａが形成された一対の側壁間に第１ロアリンクピンボス部６６を受容する略Ｕ字状の溝が形成されている。このアッパリンク１１Ａは、略円筒状をなすピストンピン軸受部６１から二股形状のアッパリンクピンボス部６２へ向けて徐々に厚肉化されている。
【００３８】
コントロールリンクピンボス部６３は、略板状をなす第２ロアリンクピンボス部６７を軸方向両側から挟み込むような二股形状・クレビス形状をなしている。つまり、コントロールリンクピンボス部６３は、ピン孔６３ａが形成された一対の側壁間に第２ロアリンクピンボス部６７を受容する略Ｕ字状の溝が形成されている。このコントロールリンク１５Ａは、偏心カム軸受部６４から二股形状のコントロールリンクピンボス部６３へ向けて徐々に厚肉化されている。
【００３９】
ロアリンク１３Ａは、上記第１実施例のような複数の部品をボルトにより結合した組立体ではなく、主軸受部６５及びピンボス部６６，６７が一部品として一体的に形成された簡素な構造となっている。このロアリンク１３Ａは、主軸受部６５の軸受強度を確保しつつリンク機構全体の軸方向寸法を抑制するために、第１ロアリンクピンボス部６６及び第２ロアリンクピンボス部６７が、ほぼ一定の軸方向寸法である主軸受部６５に比して薄肉化されており、かつ、主軸受部６５の軸方向中央部に一体的に接続している。
【００４０】
第１ロアリンクピンボス部６６及び第２ロアリンクピンボス部６７は、それぞれ第１実施例の第１ピンボス部２１に相当し、つまり、軸方向幅が周方向に沿って一定ではなく、その周方向一部を構成する幾つかの部分、詳しくは、一定の軸方向幅を有する第１幅狭部２２と、この第１幅狭部２２よりも軸方向幅の長い（広い）一定の軸方向幅を有する第１幅広部２３と、これら第１幅狭部２２と第１幅広部２３とを結ぶ一対の第１傾斜部２４と、により構成されている。第１傾斜部２４は、その軸方向端面が軸直交面に対する傾斜面となっていて、第１幅広部２３から第１幅狭部２２へ向けて徐々に軸方向幅が狭くなっている。
【００４１】
また、アッパリンクピンボス部６２及び後コントロールリンクピンボス部６３は、それぞれ第１実施例の第２ピンボス部３１に相当し、つまり、軸方向幅が周方向で一定ではなく、その周方向一部分を構成する幾つかの部分、詳しくは、一定の軸方向幅を有する第２幅狭部３２と、この第２幅狭部３２よりも軸方向幅の長い（広い）一定の軸方向幅を有する第２幅広部３３と、これら第２幅狭部３２と第２幅広部３３とを結ぶ一対の第２傾斜部３４と、により構成されている。第２傾斜部３４は、その軸方向端面が軸直交面に対して傾斜面となっていて、第２幅広部３３から第２幅狭部３２へ向かって徐々に軸方向幅が狭くなっている。
【００４２】
第１幅広部２３は第２幅狭部３２と対向し、第２幅広部３３は第１幅狭部２２と対向している。そして、第１幅広部２３と第２幅広部３３とは、所定の軸方向幅だけ軸方向にオーバーラップしている。従って、上記の第１実施例と同様、幅広部２３，３３のオーバーラップによる強度の向上と軸方向幅の抑制化との両立等を図ることができる。
【００４３】
次に、この第２実施例の特徴的な構成及び作用効果について、上記の第１実施例と比較しつつ説明する。
【００４４】
第１実施例のロアリンク１３は、アッパリンク１１からの荷重がクランクピン軸受面の軸方向両端部へ集中しないように、ピンボス部２１，３１が形成された板状部材２９とクランクピンの軸受部材２８とを別部材としている。これに対し、第２実施例では、アッパリンクピンボス部６２が二股形状であるため、アッパリンク１１Ａの往復慣性荷重が大きくなるものの、アッパリンクからロアリンク側へ作用する燃焼荷重や慣性荷重は、第１ロアリンクピンボス部６６を経由してクランクピン軸受面６５ａの軸方向中央部へ入力する。従って、第１ロアリンクピンボス部６６を二股形状ではなく板状として形状の簡素化・軽量化等を図りつつ、クランクピン軸受面６５ａの軸方向両端部への荷重の集中（いわゆる片当り）を招くことがなく、このクランクピン軸受面６５ａの潤滑性にも優れている。
【００４５】
同様に、この第２実施例ではコントロールリンクピンボス部６３を二股形状とし、第２ロアリンクピンボス部６７を板状としているため、ロアリンク１３Ａの形状の簡素化・軽量化等を図りつつ、コントロールリンク１５Ａから作用する荷重がクランクピン軸受面６５ａの軸方向両端部に集中することがなく、潤滑性にも優れている。但し、アッパリンクピンボス部６２と同様、コントロールリンクピンボス部６３を二股形状としたため、コントロールリンク１５Ａ自体の重量は増加する。しかしながら、コントロールリンク１５Ａは、燃焼荷重を受けるアッパリンクに比してロアリンクへ作用する荷重が小さく、また、アッパリンクに比してピストン往復移動に伴う動きが緩慢で慣性荷重も小さいため、重量増加による悪影響は少ない。
【００４６】
このようにロアリンクピンボス部６６，６７を簡素な板状としたため、ピンボス部６６，６７を主軸受部６５へ一体的に接続することができる。従って、第１実施例のようにロアリンクが複数の部品をボルトにより結合した組立体である場合に比して、形状が簡素なために加工が容易で、組立作業性に優れ、かつ、軽量化を図ることができる。
【００４７】
但し、図１８，１９のようにロアリンク１３Ａを完全に一部品として一体形成すると、このロアリンク１３Ａをクランクピンに後から組み付けることができなくなるため、例えば主軸受部６５を半割構造としてもよい。
【００４８】
以上のように本発明を具体的な図示実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨・範囲を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記第１実施例ではアッパリンクとロアリンクとの連結部分に本発明を適用しているが、コントロールリンクとロアリンクとの連結部分に本発明を同じように適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るピン連結構造を適用した内燃機関の可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図２】上記実施例のアッパリンクの第１ピンボス部近傍を示す正面図。
【図３】上記アッパリンクの第１ピンボス部近傍を示す側面図。
【図４】上記アッパリンクの第１ピンボス部近傍を示す斜視図。
【図５】上記アッパリンクを組み付けた状態のロアリンクを示す斜視図。
【図６】同じく上記アッパリンクを組み付けた状態のロアリンクを示す斜視図。
【図７】上記ロアリンクを単体で示す斜視図。
【図８】燃焼荷重及び排気慣性荷重の作用方向を示す説明図。
【図９】燃焼荷重の作用方向を示す説明図。
【図１０】最大燃焼荷重が作用するときのリンク配置を示す構成図。
【図１１】最大膨張慣性荷重が作用するときのリンク配置を示す構成図。
【図１２】上記第１ピンボス部の第１幅広部の長区間及び短区間の配置を示す構成図。
【図１３】比較例に係るピン連結構造（ａ）及び本実施例に係るピン連結構造（ｂ）を簡略的に示す構成図。
【図１４】比較例（ａ），（ｃ）及び本実施例（ｂ），（ｄ）に係る第１連結ピンの曲げ応力を示す作用説明図。
【図１５】単リンク式（ａ）及び複リンク式（ｂ）のピストン−クランク機構を示す作用説明図。
【図１６】単リンク式（ａ）及び複リンク式（ｂ）のピストン−クランク機構におけるコンロッド及びアッパリンクの揺動角を示す特性図。
【図１７】単リンク式（ａ）及び複リンク式（ｂ）のピストン−クランク機構におけるピストン加速度を示す特性図。
【図１８】本発明の第２実施例に係る可変圧縮比機構のピン連結構造を示す斜視図。
【図１９】同じく第２実施例に係る可変圧縮比機構のピン連結構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１１，１１Ａ…アッパリンク
１２…第１連結ピン
１３，１３Ａ…ロアリンク
１４…第２連結ピン
１５，１５Ａ…コントロールリンク
１８…制御軸（支持位置可変手段）
１９…偏心カム（支持位置可変手段）
２１…第１ピンボス部
２２…第１幅狭部
２３…第１幅広部
２３ａ…長区間
２３ｂ…短区間
３１…第２ピンボス部
３２…第２幅狭部
３３…第２幅広部
４０…油孔

Claims

内燃機関の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、このロアリンクと内燃機関のピストンとを連繋するアッパリンクと、一端がロアリンクに連結されるコントロールリンクと、機関圧縮比を変更するときに、上記コントロールリンクの他端の支持位置を変化させる支持位置可変手段と、を有する可変圧縮比機構に適用され、かつ、
上記アッパリンク又はコントロールリンクに設けられた第１ピンボス部と、上記ロアリンクに設けられた第２ピンボス部と、上記第１ピンボス部及び第２ピンボス部の双方を軸方向に挿通する連結ピンと、を有し、上記アッパリンク又はコントロールリンクとロアリンクとの相対回転角度が所定の回転角度以下に制限されているピン連結構造において、
上記第１ピンボス部の周方向一部を構成する第１幅狭部と、
上記第１ピンボス部の周方向一部を構成し、かつ、上記第１幅狭部よりも軸方向幅の広い第１幅広部と、
上記第２ピンボス部の周方向一部を構成する第２幅狭部と、
上記第２ピンボス部の周方向一部を構成し、かつ、上記第２幅狭部よりも軸方向幅の広い第２幅広部と、を有し、
上記第１幅広部と第２幅広部とは、軸方向に部分的にオーバーラップしているとともに、所定の第１の荷重の作用方向に応じて、その周方向範囲が設定されており、
かつ、上記第１幅広部は、上記第１の荷重の作用方向とは異なる所定の第２の荷重の作用方向に応じて、上記アッパリンク又はコントロールリンクの両端のリンク連結点を結ぶリンク中心線から周方向へ延びる短区間に比して、上記リンク中心線から周方向に上記短区間と反対方向へ延びる長区間の周方向長さが長く設定されていることを特徴とするピン連結構造。
上記第１幅広部の長区間を径方向に貫通する油孔を有することを特徴とする請求項１に記載のピン連結構造。
上記油孔が第１ピンボス部の外周面に開口していることを特徴とする請求項２に記載のピン連結構造。
内燃機関の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、このロアリンクと内燃機関のピストンとを連繋するアッパリンクと、一端がロアリンクに連結されるコントロールリンクと、機関圧縮比を変更するときに、上記コントロールリンクの他端の支持位置を変化させる支持位置可変手段と、を有する可変圧縮比機構に適用され、かつ、
上記アッパリンク又はコントロールリンクに設けられた第１ピンボス部と、上記ロアリンクに設けられた第２ピンボス部と、上記第１ピンボス部及び第２ピンボス部の双方を軸方向に挿通する連結ピンと、を有し、上記アッパリンク又はコントロールリンクとロアリンクとの相対回転角度が所定の回転角度以下に制限されているピン連結構造において、
上記第１ピンボス部の周方向一部を構成する第１幅狭部と、
上記第１ピンボス部の周方向一部を構成し、かつ、上記第１幅狭部よりも軸方向幅の広い第１幅広部と、
上記第２ピンボス部の周方向一部を構成する第２幅狭部と、
上記第２ピンボス部の周方向一部を構成し、かつ、上記第２幅狭部よりも軸方向幅の広い第２幅広部と、を有し、
上記第１幅広部と第２幅広部とは、軸方向に部分的にオーバーラップしているとともに、所定の第１の荷重の作用方向に応じて、その周方向範囲が設定されており、
かつ、上記第１幅広部は、上記第１の荷重の作用方向とは異なる所定の第２の荷重の作用方向に応じて、上記第２幅広部よりも周方向長さが長く設定されていることを特徴とするピン連結構造。
上記第１の荷重は、ピストン上死点近傍での最大燃焼荷重であって、上記第２の荷重は、ピストン下死点近傍での最大膨張慣性荷重であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のピン連結構造。
上記可変圧縮比機構は、ピストン上死点近傍のピストン速度がピストン下死点近傍のピストン速度よりも遅く設定され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ピン連結構造。
上記アッパリンクに形成されるアッパリンクピンボス部とロアリンクに形成される第１ロアリンクピンボス部とが第１連結ピンにより連結され、
上記アッパリンクピンボス部が、上記第１ロアリンクピンボス部を挟み込む二股形状をなしていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のピン連結構造。
上記コントロールリンクに形成されるコントロールリンクピンボス部とロアリンクに形成される第２ロアリンクピンボス部とが第２連結ピンにより連結され、
上記コントロールリンクピンボス部が、上記第２ロアリンクピンボス部を挟み込む二股形状をなしていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のピン連結構造。
上記ロアリンクは、クランクピンが挿通する主軸受部と、第１連結ピンが挿通する第１ロアリンクピンボス部と、第２連結ピンが挿通する第２ロアリンクピンボス部と、を有し、
これら第１ロアリンクピンボス部と第２ロアリンクピンボス部とが、上記主軸受部に一体的に接続していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のピン連結構造。
上記ロアリンクの第２ピンボス部の周囲に、軸直交方向へ延びるリブが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のピン連結構造。