JP4411779B2

JP4411779B2 - Crank mechanism of reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: JP4411779B2
Application number: JP2000370829A
Authority: JP
Inventors: 博也藤本; 克也茂木; 俊一青山; 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002174131A

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クランク機構に関し、特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に好適なクランク機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、図１に示すような複リンク式のクランク機構を利用したものが近年提案されている（類似構造として特開２０００−７３８０４号公報参照）。これは、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にピストンピン２５を介して一端が連結されたアッパリンク２１と、このアッパリンク２１の他端に連結ピン２６を介して連結されるとともに、クランクシャフト１０のクランクピン１１に連結されたロアリンク２２と、このロアリンク２２と内燃機関本体とを連結して、ロアリンク２２の自由度を制限するコントロールリンク２３と、を備えており、上記コントロールリンク２３の揺動支持位置が偏心カム２４によって制御される構成となっている。このものでは、上記偏心カム２４の回動位置によってコントロールリンク２３下端の揺動支持位置が変化し、これに伴ってピストン３の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【０００３】
ここで、上記クランクシャフト１０は、一般的な単リンク式のクランク機構の場合と同じく、クランクピン１１と反対側に延びたカウンタウエイト１２を備えている。このカウンタウエイト１２は、クランクピン１１とクランクジャーナル１４とを接続するクランクアーム１５に一体に形成されており、略扇形をなすとともに、その外縁１３が、クランクジャーナル１４の回転中心を中心とした円弧に加工されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２は、上記のように構成されたクランク機構において、ピストン３が下死点に達したときの状態を示しているが、このとき、クランクピン１１は最下点付近にあり、逆に、カウンタウエイト１２は、上方つまりシリンダ２の下端に対向する位置にある。従って、この位置において、カウンタウエイト１２の外縁１３とピストン３との間の間隙が最小（ｃ２）となり、両者の干渉が問題となる。図３は、干渉が問題となるピストン３の下端の点（通常は中央のピンボス部の下端）と、外縁１３の各々の運動軌跡を展開した形で示したものであり、ピストン３のストローク方向に沿った上下位置で見ると、外縁１３の位置は、その円弧の半径ｒによって定まる一定の位置となり、ピストン３の下降に伴って、両者の間隙が狭まり、下死点位置で最小（ｃ２）となる。
【０００５】
そして、可変圧縮比機構により低圧縮比とする際には、上死点位置が下降するのに伴って下死点位置も下降するので、このサイクル中の最小間隙ｃ２が、さらに小さくなる。従って、種々の制約により内燃機関の全高が所定値に規定されるとすると、ピストン３の下死点位置におけるカウンタウエイト１２の外縁１３との間の間隙によって、可変制御可能な圧縮比範囲が制限されることになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、シリンダ内を往復動するピストンと、このピストンに連結されたクランクシャフトと、を備え、かつ、上記クランクシャフトが、クランクアームから延びたカウンタウエイトを備えてなるレシプロ式内燃機関のクランク機構において、
上記カウンタウエイトの外縁が、クランクジャーナルの回転中心を中心とした円弧の基本形状を有するとともに、ピストンが下死点に達したときに該ピストンと上記円弧との間隔が最も小さくなる周方向位置の付近で、上記円弧よりも内周側に後退した形状をなしていることを特徴としている。
特に、上記内燃機関が、圧縮比の可変制御に伴ってピストンの下死点位置が変化する可変圧縮比機構を備えており、この可変圧縮比機構は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパリンクと、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、上記ロアリンクに一端が連結されるとともに他端が内燃機関の本体部に揺動可能に支持されたコントロールリンクと、このコントロールリンクの揺動支持位置を変化させる制御機構と、を備えて構成されている。
【０００８】
すなわち、この発明では、カウンタウエイトの外縁は、従来のようなクランクジャーナルの回転中心を中心とした仮想の円弧に近似しているものの、この仮想の円弧に対し、ピストンとの干渉が問題となる領域で、部分的に内周側に後退している。従って、ピストンが下死点に達したときにカウンタウエイトの外縁との間に生じる間隙を、比較的大きく確保することができる。換言すれば、ピストンの下死点位置を、クランクジャーナルの回転中心に近づけることが可能となる。そして、カウンタウエイト全体を小径化する場合に比較して、慣性モーメントの確保は容易となる。
【０００９】
また、圧縮比の可変制御に伴って下死点位置がクランクジャーナルに近付いても、カウンタウエイトと干渉することを回避でき、圧縮比の可変範囲をより大きく確保できる。
【００１１】
また、請求項２の発明では、上記クランクジャーナルの回転中心がシリンダの中心軸上に位置しているとともに、上記クランクジャーナルの回転中心から上記カウンタウエイトの外縁各部までの半径距離について、ピストンが下死点に達したときのクランクシャフトの姿勢でシリンダの中心軸に一致する方向の半径距離（ｒｃ）が、該中心軸よりも進み側となる部分および遅れ側となる部分の半径距離よりも短い。
【００１２】
一般に、ピストンとカウンタウエイト外縁との干渉は、ピストンの中央に位置するピンボス部で生じる虞があるので、これに対応する部分を内周側に後退させておくことにより、その干渉が確実に回避される。そして、その両側の部分は、クランクジャーナルの回転中心を中心として、相対的に大きな半径距離を有するので、慣性モーメントは大きく確保される。
【００１３】
この請求項２の発明をさらに減縮した請求項３の発明は、ピストンが下死点に達したときにクランクピンが最下点よりも遅れ側に位置するように構成されているとともに、ピストンが下死点に達したときのクランクシャフトの姿勢でシリンダの中心軸よりも進み側となる部分の半径距離が、上記中心軸よりも遅れ側となる部分の半径距離よりも短いことを特徴としている。
【００１４】
ピストンとクランクシャフトとの間のリンク機構の構成によっては、ピストンが下死点に達したときにクランクピンが最下点になく、最下点にまだ達しない位置つまり最下点よりも遅れ側に位置する場合がある。請求項３の発明は、このような構成を前提としたものであって、クランクピンが最下点に達した時点では、ピストンは下死点を過ぎて上昇に転じている。そのため、これに対応するカウンタウエイト外縁部分は、相対的に外周側に位置させることができる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、ピストンが下死点に達したときにクランクピンが最下点よりも進み側に位置するように構成されているとともに、ピストンが下死点に達したときのクランクシャフトの姿勢でシリンダの中心軸よりも遅れ側となる部分の半径距離が、上記中心軸よりも進み側となる部分の半径距離よりも短いことを特徴としている。
【００１６】
これは、請求項３とは逆に、ピストンが下死点に達したときにクランクピンが最下点を過ぎた位置つまり最下点よりも進み側に位置する場合がある。請求項４の発明は、このような構成を前提としたものであって、クランクピンが最下点に達した時点では、ピストンはまだ下死点に到達しない。そのため、これに対応するカウンタウエイト外縁部分は、相対的に外周側に位置させることができる。
【００１７】
次に請求項５の発明は、可変圧縮比機構を備えた請求項３の発明をさらに減縮したものであって、クランクジャーナルの回転中心がシリンダの中心軸に対して一方にオフセットしている構成を前提としており、ピストンの上記オフセット方向の外周端におけるスカート部最下端位置が、反対側の外周端におけるスカート部最下端位置よりも相対的に上方に位置していることを特徴としている。
【００１８】
クランクジャーナルの回転中心が一方にオフセットしていると、このオフセットしている側のピストンスカート部最下端がカウンタウエイト外縁と干渉しやすくなる。従って、スカート部最下端位置を非対称とし、オフセットしている側で相対的に上方に配置することにより、この干渉を回避できる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明では、上記外縁が、上記クランクジャーナルの回転中心以外の点を中心とする円弧形をなしている。例えば、クランクピンを中心とした一定半径の円弧とすることができる。このような円弧形とすれば、旋削加工等の加工が容易である。
【００２０】
さらに、請求項７に係る発明では、上記外縁が、多角形をなしている。この場合、多角形の複数の辺に相当する面を直線的に平面加工すればよく、加工が容易である。しかも、その平面部を、他の加工の位置決め基準面として利用することができる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明では、上記外縁が、ピストンが下死点に達したときに該ピストンに対向する直線部分と、その両側の円弧部分と、から形成されている。上記円弧部分は、例えば、従来のクランクシャフトと同様に、クランクジャーナルの回転中心を中心とした円弧とすることができる。従って、円弧の１カ所を直線的に平面加工すればよく、加工が容易である。しかも、その平面部を、他の加工の位置決め基準面として利用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、カウンタウエイトを小型化することなく、ピストンとカウンタウエイト外縁との間の最小間隙を相対的に大きく確保することができ、カウンタウエイトに必要な慣性モーメントを十分に大きく確保しつつ、余裕代の拡大あるいは内燃機関の全高の小型化などを実現できる。
【００２３】
特に、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、圧縮比の可変制御に伴って下死点位置がクランクジャーナルに近付いても、カウンタウエイトと干渉することを回避でき、圧縮比の可変範囲をより大きく確保することができる。
【００２４】
また、請求項３あるいは請求項４の発明によれば、ピストンが下死点に達するタイミングとクランクピンが最下点となるタイミングとがずれている場合に、このタイミングのずれを考慮した形で、ピストンとカウンタウエイト外縁との間の間隙を大きく確保することができる。
【００２５】
さらに、請求項５の発明によれば、クランクジャーナルの回転中心がシリンダの中心軸に対して一方にオフセットしている場合に、ピストンスカート部最下端とカウンタウエイト外縁との干渉を確実に回避でき、圧縮比の可変範囲を大きく確保することができる。
【００２６】
また、請求項６の発明によれば、カウンタウエイト外縁を一定半径の円弧形とすることにより、旋削加工等の加工が容易となる。
【００２７】
請求項７の発明によれば、カウンタウエイト外縁を多角形とすることにより、直線的な平面加工となり、加工が容易であるとともに、平面部を、他の加工の位置決め基準面として利用することが可能となる。
【００２８】
同様に請求項８の発明によれば、円弧の１カ所を直線的に平面加工すればよく、加工が容易であるとともに、平面部を、他の加工の位置決め基準面として利用することが可能となる。
【００２９】
【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。
【００３０】
図４は、この発明を、可変圧縮比機構を備えたレシプロ式内燃機関に適用した一実施例を示している。このクランク機構は、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１０と、上記ピストン３にピストンピン２５を介して一端が連結されたアッパリンク２１と、このアッパリンク２１の他端に連結ピン２６を介して連結されるとともに、クランクシャフト１０のクランクピン１１に連結されたロアリンク２２と、このロアリンク２２に連結ピン２７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２３と、を備えており、上記コントロールリンク２３の揺動支持位置が偏心カム２４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２４は、クランクシャフト１０のクランクジャーナル１４を支持するベアリングキャップ２０の下側部に支持されている。また、この実施例では、クランクジャーナル１４の回転中心が、シリンダ２の中心軸Ｌ上に位置しているとともに、図示するように、ピストン３が下死点に達したときに、ちょうどクランクピン１１が最下点に位置するように構成されている。
【００３１】
上記クランクシャフト１０は、クランクアーム１５と一体に、クランクピン１１とは反対側に延びたカウンタウエイト１２を備えている。このカウンタウエイト１２の外縁１３は、連続した曲線からなり、クランクジャーナル１４の回転中心を中心とした円弧に近似した基本形状を有しているが、クランクジャーナル１４の回転中心から外縁１３各部までの半径距離は完全に一定ではなく、中央部分の半径距離ｒｃが、両側部分の半径距離ｒｓよりも短くなっている。詳しくは、図示するように、ピストン３が下死点に達したときのクランクシャフト１０の姿勢において、シリンダ中心軸Ｌに一致する位置での半径距離が最も短く（ｒｃ）、これよりも進み側となる部分ならびに遅れ側となる部分での半径距離ｒｓは、いずれも、相対的に大きい。なお、図の状態で、カウンタウエイト１２は、シリンダ中心軸Ｌを挟んで対称形状をなしている。
【００３２】
図５は、このような実施例の構成における図３と同様の説明図であって、ピストン３のピンボス部の下端が最も下方となるピストン３の下死点において、外縁１３の位置が半径距離ｒｃとして示すように下方に位置することになるので、下死点位置における両者の間隙ｃが拡大する。そのため、余裕代が大きくなるとともに、圧縮比の可変範囲が大きくなる。また、このようにピストン３に最接近する部分を除いて、カウンタウエイト１２の半径距離ｒｓを大きく確保できるので、その慣性モーメントが十分に大きく得られる。特に、一般的な単リンク式のクランク機構におけるピストン下死点付近におけるストローク変化は、回転２次成分の影響によって下死点付近での停滞時間が長いのに対し、この実施例の複リンク式クランク機構では、ピストン３の動きを単振動に近づけることが可能であるため、両側の半径距離ｒｓを単リンク式の場合よりも大きく設定することが可能である。
【００３３】
次に、図６は、上記のような外縁１３のより具体的な形状を示したものであって、この第２実施例では、図示するように、クランクピン１１の中心から一定半径Ｒの円弧形をなすように外縁１３が形成されており、これによって、クランクジャーナル１４の回転中心からの半径距離が、中央部では短く（ｒｃ）、両側部では長く（ｒｓ）なっている。このような構成によれば、クランクピン１１を中心とした旋削加工が可能となり、その加工が容易となる。
【００３４】
図７は、外縁１３の異なる形状を示しており、この第３実施例では、外縁１３が、基本的にクランクジャーナル１４を中心とした半径ｒｓの円弧に沿った形状をなすとともに、その中央部分が接線方向に平行な平面部１３ａとして切り落とされた形状をなしている。このような構成によれば、一定半径の円弧の一部を平面に削除すればよいので、加工が容易であり、また平面部１３ａを、他の加工の際の位置決め基準面として利用することができる。
【００３５】
また、図８は、外縁１３を、３つの平面部１３ａ，１３ｂ，１３ｃによって多角形に形成した第４実施例を示している。図示するように、平面部１３ａの中央部が最も短い半径距離ｒｃとなり、４つの頂点が最も長い半径距離ｒｓとなる。この構成によれば、平面加工のみで外縁１３を形成でき、その加工が容易であるとともに、各平面部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを、他の加工の際の位置決め基準面として利用することができる。
【００３６】
次に、図９および図１０は、ピストン３が下死点に達したときに、クランクピン１１がまだ最下点に達しないようなリンク構成を有するクランク機構に適用した第５実施例を示している。なお、クランクシャフト１０の回転方向は、矢印ωで示すように、図の時計回り方向である。すなわち、図９は、ピストン３が下死点位置にあるときの状態を示しているが、このときに、クランクピン１１は、最下点よりも僅かに遅れ側にある。従って、ピストン３が下死点に達したときに、ピストン３中央のピンボス部が最接近する位置は、カウンタウエイト１２外縁１３の中央ではなく、カウンタウエイト１２中央よりも進み側に片寄った位置となる。図１０にも示すように、この位置において、外縁１３の半径距離は最も短い（ｒｃ）。つまり、ピストン３が下死点に達したときのクランクシャフト１０の姿勢でもって、シリンダ中心軸Ｌに一致する位置の半径距離ｒｃが最も短い。そして、その両側部において、これよりも半径距離が長くなっているが、特に、シリンダ中心軸Ｌよりも進み側となる部分の半径距離ｒｓ１が、遅れ側となる部分の半径距離ｒｓ２よりも短い。
【００３７】
従って、図１０に明らかなように、サイクル中に、ピストン３下端の移動軌跡に対応した形で外縁１３の高さ位置が変化することになり、ピストン３下死点の付近で一層適切に間隙ｃを確保することができる。
【００３８】
また、図示は省略するが、逆に、ピストン３が下死点に達したときに、クランクピン１１が最下点を過ぎているようなリンク構成を有するクランク機構に適用する場合には、逆に、シリンダ中心軸Ｌよりも進み側となる部分の半径距離ｒｓ１が、遅れ側となる部分の半径距離ｒｓ２よりも相対的に長く設定されることになる。
【００３９】
次に、図１１は、クランクジャーナル１４の回転中心がシリンダ中心軸Ｌから図の右側へオフセットしている場合の第６実施例を示している。この第６実施例では、カウンタウエイト１２の外縁１３の形状は、前述した第２実施例と同様であり、クランクピン１１を中心とした半径Ｒの円弧形をなしている。このようにクランクシャフト１０がオフセットした構成では、ピストン３における図右側のスカート部最下端５が、カウンタウエイト１２と干渉しやすくなる。図１２は、比較例として示したものであり、図示するように、ピストン３が下死点に達したときに、両者間の間隙がｃ６として示すように、非常に小さくなってしまう。そのため、図１１の第６実施例では、ピストン３の図右側のスカート部最下端５の位置が、図左側のスカート部最下端４の位置よりも、相対的に上方に位置するようになっている。つまり、スカート部の長さが、図左側の部分に比べて図右側の部分で相対的に短くなっている。このような構成によれば、両者間の間隙がｃ７として示すように、大きく確保され、この位置での干渉を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のクランク機構の一例を示す断面図。
【図２】ピストンが下死点に達したときの状態を示す断面図。
【図３】ピストン下端とカウンタウエイト外縁の運動軌跡を展開して示す説明図。
【図４】この発明の第１実施例を示す断面図。
【図５】この実施例におけるピストン下端とカウンタウエイト外縁の運動軌跡を示す図３と同様の説明図。
【図６】この発明の第２実施例を示す断面図。
【図７】第３実施例を示す断面図。
【図８】第４実施例を示す断面図。
【図９】第５実施例を示す断面図。
【図１０】この第５実施例における図３と同様の説明図。
【図１１】第６実施例を示す断面図。
【図１２】第６実施例に関連した比較例を示す断面図。
【符号の説明】
３…ピストン
１０…クランクシャフト
１１…クランクピン
１２…カウンタウエイト
１３…外縁
１４…クランクジャーナル
２１…アッパリンク
２２…ロアリンク
２３…コントロールリンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine in which a crankshaft rotates with the reciprocation of a piston, and more particularly to an improvement of a crank mechanism suitable for an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism.
[0002]
[Prior art]
As a variable compression ratio mechanism of a reciprocating internal combustion engine, a mechanism using a multi-link type crank mechanism as shown in FIG. 1 has recently been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-73804 for a similar structure). The upper link 21 is connected to the piston 3 that slides in the cylinder 2 of the cylinder block 1 via a piston pin 25 and is connected to the other end of the upper link 21 via a connecting pin 26. And a lower link 22 connected to the crankpin 11 of the crankshaft 10, and a control link 23 that connects the lower link 22 and the internal combustion engine body to limit the degree of freedom of the lower link 22. The swing support position of the control link 23 is controlled by the eccentric cam 24. In this case, the swing support position of the lower end of the control link 23 changes depending on the rotational position of the eccentric cam 24, and accordingly, the top dead center position of the piston 3 and thus the compression ratio change.
[0003]
Here, the crankshaft 10 includes a counterweight 12 extending to the opposite side to the crankpin 11 as in the case of a general single link crank mechanism. The counterweight 12 is formed integrally with a crank arm 15 that connects the crankpin 11 and the crank journal 14. The counterweight 12 has a substantially sector shape, and an outer edge 13 of the counterweight 12 is an arc centered on the rotation center of the crank journal 14. Has been processed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 2 shows a state when the piston 3 reaches the bottom dead center in the crank mechanism configured as described above. At this time, the crank pin 11 is near the lowest point, and conversely, The counterweight 12 is located above, that is, at a position facing the lower end of the cylinder 2. Therefore, at this position, the gap between the outer edge 13 of the counterweight 12 and the piston 3 is minimized (c2), and interference between the two becomes a problem. FIG. 3 shows the movements of the lower end point of the piston 3 (usually the lower end of the central pin boss part) and the outer edge 13 where the interference is a problem. , The position of the outer edge 13 is a fixed position determined by the radius r of the arc, and as the piston 3 descends, the gap between the two becomes narrower and the minimum (c2) at the bottom dead center position. It becomes.
[0005]
When the variable compression ratio mechanism is used to reduce the compression ratio, the bottom dead center position is lowered as the top dead center position is lowered, so that the minimum gap c2 in this cycle is further reduced. Therefore, if the total height of the internal combustion engine is defined to be a predetermined value due to various restrictions, the compression ratio range that can be variably controlled is limited by the gap between the outer edge 13 of the counterweight 12 at the bottom dead center position of the piston 3. Will be.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a reciprocating type comprising: a piston that reciprocates in a cylinder; and a crankshaft connected to the piston, wherein the crankshaft includes a counterweight extending from a crank arm. In the crank mechanism of an internal combustion engine,
The outer edge of the counterweight has a basic shape of an arc centered on the rotation center of the crank journal, and a circumferential position where the distance between the piston and the arc becomes the smallest when the piston reaches bottom dead center. In the vicinity, it is characterized in that it has a shape retreated to the inner peripheral side from the arc.
In particular, the internal combustion engine includes a variable compression ratio mechanism in which the bottom dead center position of the piston changes in accordance with variable control of the compression ratio, and one end of the variable compression ratio mechanism is connected to the piston pin of the piston. An upper link, a lower link connecting the upper link and the crank pin of the crankshaft, a control link having one end connected to the lower link and the other end swingably supported by the main body of the internal combustion engine; And a control mechanism for changing the swing support position of the control link.
[0008]
That is, in the present invention, the outer edge of the counterweight is approximated to a virtual arc centered on the rotation center of the crank journal as in the prior art, but interference with the piston is a problem with this virtual arc. In the region, it is partially retracted toward the inner periphery. Therefore, a relatively large gap can be secured between the piston and the outer edge of the counterweight when it reaches bottom dead center. In other words, the bottom dead center position of the piston can be brought closer to the rotation center of the crank journal. In addition, the moment of inertia can be easily ensured as compared with the case where the entire counterweight is reduced in diameter.
[0009]
Further, even if the bottom dead center position approaches the crank journal due to the variable control of the compression ratio, it is possible to avoid the interference with the counterweight and to secure a larger variable range of the compression ratio.
[0011]
Further, in the invention 請 Motomeko 2, the rotation center of the crank journal is located on the center axis of the cylinder, the radial distance from the rotational center of the crank journal to the outer edge each part of the counterweight, the piston The radial distance (rc) in the direction corresponding to the center axis of the cylinder in the attitude of the crankshaft when the bottom dead center is reached is larger than the radial distance of the portion on the advance side and the portion on the delay side from the center axis. short.
[0012]
In general, interference between the piston and the outer edge of the counterweight may occur at the pin boss located at the center of the piston. Therefore, by retreating the corresponding part to the inner peripheral side, the interference can be avoided reliably. Is done. And since the part of the both sides has a relatively large radial distance centering on the rotation center of a crank journal, a large moment of inertia is ensured.
[0013]
The invention of claim 3 further reduced from the invention of claim 2 is configured such that when the piston reaches bottom dead center, the crank pin is positioned on the lag side from the lowest point, and the piston is When the crankshaft is at the bottom dead center, the radial distance of the portion on the leading side from the central axis of the cylinder is shorter than the radial distance of the portion on the delayed side from the central axis. .
[0014]
Depending on the structure of the linkage mechanism between the piston and crankshaft, when the piston reaches the bottom dead center, the crank pin is not at the lowest point and the position where the lowest point has not been reached yet, that is, the position behind the lowest point. May be located in The invention of claim 3 presupposes such a configuration, and when the crankpin reaches the lowest point, the piston starts to rise past the bottom dead center. Therefore, the counterweight outer edge portion corresponding to this can be positioned relatively on the outer peripheral side.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, when the piston reaches the bottom dead center, the crank pin is configured to be positioned on the more advanced side than the lowest point, and when the piston reaches the bottom dead center. In the posture of the crankshaft, the radial distance of the portion that is delayed from the central axis of the cylinder is shorter than the radial distance of the portion that is advanced from the central axis.
[0016]
Contrary to the third aspect , when the piston reaches the bottom dead center, the crank pin may be located on the more advanced side than the lowest point, that is, the lowest point. The invention of claim 4 is based on such a configuration, and when the crank pin reaches the lowest point, the piston has not yet reached the bottom dead center. Therefore, the counterweight outer edge portion corresponding to this can be positioned relatively on the outer peripheral side.
[0017]
Next, the invention of claim 5 is a further reduction of the invention of claim 3 provided with a variable compression ratio mechanism, wherein the rotation center of the crank journal is offset to one side with respect to the center axis of the cylinder. , And the skirt portion bottom end position at the outer peripheral end of the piston in the offset direction is positioned relatively higher than the skirt portion bottom end position at the opposite outer peripheral end.
[0018]
When the rotation center of the crank journal is offset to one side, the lowermost end of the piston skirt on the offset side tends to interfere with the counterweight outer edge. Therefore, this interference can be avoided by making the bottom end position of the skirt part asymmetrical and disposing relatively upward on the offset side.
[0019]
Moreover, in the invention which concerns on Claim 6 , the said outer edge has comprised the circular arc shape centering on points other than the rotation center of the said crank journal. For example, it can be a circular arc with a constant radius centered on the crankpin. With such an arc shape, machining such as turning is easy.
[0020]
Furthermore, in the invention which concerns on Claim 7 , the said outer edge has comprised the polygon. In this case, the plane corresponding to the plurality of sides of the polygon may be linearly processed, and the processing is easy. In addition, the plane portion can be used as a positioning reference surface for other processing.
[0021]
In the invention according to claim 8 , the outer edge is formed of a linear portion that faces the piston when the piston reaches bottom dead center, and arc portions on both sides thereof. The arc portion can be, for example, an arc centered on the rotation center of the crank journal, similarly to the conventional crankshaft. Therefore, it is only necessary to linearly process one portion of the arc, and the processing is easy. In addition, the plane portion can be used as a positioning reference surface for other processing.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the minimum gap between the piston and the counterweight outer edge can be secured relatively large without downsizing the counterweight, and the moment of inertia necessary for the counterweight can be secured sufficiently large. On the other hand, it is possible to realize an increase in margin or a reduction in the overall height of the internal combustion engine.
[0023]
In particular, Oite the internal combustion engine with a variable compression ratio mechanism, the bottom dead center position along with the variable control of the compression ratio is even closer to the crank journal, can avoid interfering with the counterweight, the variable range of the compression ratio Can be secured larger.
[0024]
According to the invention of claim 3 or claim 4 , when the timing when the piston reaches the bottom dead center and the timing when the crank pin becomes the lowest point are deviated, this timing deviation is taken into account. A large gap can be secured between the piston and the outer edge of the counterweight.
[0025]
Further, according to the invention of claim 5 , when the rotation center of the crank journal is offset to one side with respect to the center axis of the cylinder, it is possible to reliably avoid interference between the lowermost end of the piston skirt and the outer edge of the counterweight. A large variable range of the compression ratio can be secured.
[0026]
According to the invention of claim 6, the outer edge of the counterweight is formed into an arc shape having a constant radius, thereby facilitating machining such as turning.
[0027]
According to the invention of claim 7 , by making the outer edge of the counterweight polygonal, it becomes straight plane processing, and processing is easy, and the plane portion can be used as a positioning reference surface for other processing. It becomes possible.
[0028]
Similarly, according to the invention of claim 8 , it is only necessary to linearly planarize one place of the arc, the machining is easy, and the planar portion can be used as a positioning reference surface for other machining. Become.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to a reciprocating internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism. This crank mechanism has a piston 3 that slides in the cylinder 2 of the cylinder block 1, a crankshaft 10 that is rotatably supported by the cylinder block 1, and one end connected to the piston 3 via a piston pin 25. The upper link 21 is connected to the other end of the upper link 21 via a connecting pin 26, the lower link 22 connected to the crank pin 11 of the crankshaft 10, and the lower link 22 via a connecting pin 27. A control link 23 having one end connected to the internal combustion engine body and the other end swingably supported by the internal combustion engine body, and the swing support position of the control link 23 is controlled by an eccentric cam 24. It has become. The eccentric cam 24 is supported on the lower side of the bearing cap 20 that supports the crank journal 14 of the crankshaft 10. In this embodiment, the center of rotation of the crank journal 14 is located on the center axis L of the cylinder 2 and, as shown in the figure, when the piston 3 reaches bottom dead center, Is located at the lowest point.
[0031]
The crankshaft 10 includes a counterweight 12 that is integral with the crank arm 15 and extends to the opposite side of the crankpin 11. The outer edge 13 of the counterweight 12 is composed of a continuous curve and has a basic shape that approximates an arc centered on the rotation center of the crank journal 14, but from the rotation center of the crank journal 14 to each part of the outer edge 13. The radial distance is not completely constant, and the radial distance rc at the central portion is shorter than the radial distance rs at both side portions. More specifically, as shown in the drawing, in the posture of the crankshaft 10 when the piston 3 reaches the bottom dead center, the radial distance at the position corresponding to the cylinder center axis L is the shortest (rc), and the leading side is more than this. The radial distance rs in the part which becomes and the part which becomes the delay side are both relatively large. In the state shown in the figure, the counterweight 12 has a symmetrical shape with the cylinder center axis L in between.
[0032]
FIG. 5 is an explanatory view similar to FIG. 3 in the configuration of such an embodiment, and the position of the outer edge 13 is a radial distance at the bottom dead center of the piston 3 where the lower end of the pin boss portion of the piston 3 is at the lowest position. Since it is located below as indicated by rc, the gap c between the two at the bottom dead center position is enlarged. Therefore, the margin is increased and the variable range of the compression ratio is increased. Further, since the radial distance rs of the counterweight 12 can be secured large except for the portion closest to the piston 3 as described above, a sufficiently large moment of inertia can be obtained. In particular, the stroke change in the vicinity of the bottom dead center of the piston in a general single link type crank mechanism has a long stagnation time in the vicinity of the bottom dead center due to the influence of the rotational secondary component, whereas the double link type in this embodiment. In the crank mechanism, the movement of the piston 3 can be made close to a single vibration, so that the radial distance rs on both sides can be set larger than in the case of the single link type.
[0033]
Next, FIG. 6 shows a more specific shape of the outer edge 13 as described above. In the second embodiment, as shown in the drawing, a circle having a constant radius R from the center of the crankpin 11 is shown. An outer edge 13 is formed so as to form an arc shape, whereby the radial distance from the rotation center of the crank journal 14 is short (rc) at the center and long (rs) at both sides. According to such a configuration, turning processing around the crankpin 11 is possible, and the processing becomes easy.
[0034]
FIG. 7 shows different shapes of the outer edge 13. In this third embodiment, the outer edge 13 basically forms a shape along an arc of radius rs centered on the crank journal 14, and its central portion. Is cut off as a plane portion 13a parallel to the tangential direction. According to such a configuration, it is only necessary to delete a part of the arc having a constant radius in the plane, so that the processing is easy, and the plane portion 13a can be used as a positioning reference surface in other processing. it can.
[0035]
FIG. 8 shows a fourth embodiment in which the outer edge 13 is formed into a polygon by three plane portions 13a, 13b, and 13c. As shown in the figure, the central portion of the flat surface portion 13a has the shortest radial distance rc, and the four vertices have the longest radial distance rs. According to this configuration, the outer edge 13 can be formed only by plane machining, and the machining is easy, and each plane portion 13a, 13b, 13c can be used as a positioning reference plane in other machining.
[0036]
Next, FIGS. 9 and 10 show a fifth embodiment applied to a crank mechanism having a link structure in which the crank pin 11 does not yet reach the lowest point when the piston 3 reaches the bottom dead center. ing. The rotation direction of the crankshaft 10 is the clockwise direction in the figure as indicated by the arrow ω. That is, FIG. 9 shows a state when the piston 3 is at the bottom dead center position. At this time, the crank pin 11 is slightly behind the lowest point. Therefore, when the piston 3 reaches the bottom dead center, the position where the pin boss portion at the center of the piston 3 is closest is not the center of the outer edge 13 of the counterweight 12 but a position offset from the center of the counterweight 12 toward the advance side. Become. As shown also in FIG. 10, at this position, the radial distance of the outer edge 13 is the shortest (rc). That is, the radial distance rc at the position corresponding to the cylinder center axis L is the shortest in the posture of the crankshaft 10 when the piston 3 reaches bottom dead center. Further, the radial distance is longer than that at both side portions, and in particular, the radial distance rs1 of the portion on the advance side from the cylinder center axis L is shorter than the radial distance rs2 of the portion on the delay side. .
[0037]
Therefore, as apparent from FIG. 10, the height position of the outer edge 13 changes in a form corresponding to the movement locus of the lower end of the piston 3 during the cycle, and the gap is more appropriately near the bottom dead center of the piston 3. c can be secured.
[0038]
Although not shown, conversely, when applied to a crank mechanism having a link structure in which the crank pin 11 passes the lowest point when the piston 3 reaches bottom dead center, In addition, the radial distance rs1 of the portion on the advance side from the cylinder center axis L is set to be relatively longer than the radial distance rs2 of the portion on the delay side.
[0039]
Next, FIG. 11 shows a sixth embodiment in which the rotation center of the crank journal 14 is offset from the cylinder center axis L to the right side of the drawing. In the sixth embodiment, the shape of the outer edge 13 of the counterweight 12 is the same as that of the second embodiment described above, and has an arc shape with a radius R centered on the crankpin 11. In the configuration in which the crankshaft 10 is offset in this manner, the lowermost skirt portion 5 on the right side of the piston 3 easily interferes with the counterweight 12. FIG. 12 shows a comparative example. As shown in the figure, when the piston 3 reaches bottom dead center, the gap between the two becomes very small as indicated by c6. Therefore, in the sixth embodiment of FIG. 11, the position of the lowermost skirt part 5 on the right side of the piston 3 is positioned relatively higher than the position of the lowermost skirt part 4 on the left side of the figure. Yes. That is, the length of the skirt portion is relatively shorter in the right part of the figure than in the left part of the figure. According to such a configuration, a gap between the two is ensured to be large as shown by c7, and interference at this position can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional crank mechanism.
FIG. 2 is a sectional view showing a state when a piston reaches a bottom dead center.
FIG. 3 is an explanatory view showing a developed movement locus of a piston lower end and a counterweight outer edge.
FIG. 4 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view similar to FIG. 3 showing the movement trajectory of the piston lower end and the counterweight outer edge in this embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fifth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory view similar to FIG. 3 in the fifth embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a sixth embodiment.
FIG. 12 is a sectional view showing a comparative example related to the sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
3 ... Piston 10 ... Crank shaft 11 ... Crank pin 12 ... Counter weight 13 ... Outer edge 14 ... Crank journal 21 ... Upper link 22 ... Lower link 23 ... Control link

Claims

In a crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine comprising: a piston that reciprocates in a cylinder; and a crankshaft connected to the piston, wherein the crankshaft includes a counterweight extending from a crank arm.
The outer edge of the counterweight has a basic shape of an arc centered on the rotation center of the crank journal, and a circumferential position where the distance between the piston and the arc becomes the smallest when the piston reaches bottom dead center. In the vicinity, it is shaped to recede to the inner circumference side than the above arc ,
The internal combustion engine includes a variable compression ratio mechanism in which the bottom dead center position of the piston changes in accordance with variable control of the compression ratio, and the variable compression ratio mechanism is an upper link having one end connected to the piston pin of the piston. A lower link for connecting the upper link and the crank pin of the crankshaft, a control link having one end connected to the lower link and the other end swingably supported by the main body of the internal combustion engine, and the control A crank mechanism for a reciprocating internal combustion engine, comprising: a control mechanism that changes a swing support position of the link .

The crankshaft when the rotation center of the crank journal is located on the central axis of the cylinder and the piston reaches the bottom dead center with respect to the radial distance from the rotation center of the crank journal to each outer edge portion of the counterweight. the radial distance direction corresponding to the central axis of the cylinder at position (rc) is, in claim 1, characterized in that less than radial distance portion to be a part and the delayed side to be also advanced side than the central axis The crank mechanism of the reciprocating internal combustion engine described.

When the piston reaches the bottom dead center, the crank pin is positioned behind the lowest point, and the center axis of the cylinder in the attitude of the crankshaft when the piston reaches the bottom dead center 3. The crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine according to claim 2, wherein a radial distance of a portion that is closer to the leading side is shorter than a radial distance of the portion that is behind the central axis.

When the piston reaches the bottom dead center, the crank pin is positioned on the more advanced side than the lowest point, and the center axis of the cylinder in the attitude of the crankshaft when the piston reaches the bottom dead center 3. The crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine according to claim 2 , wherein a radial distance of a portion that is further on the delay side is shorter than a radial distance of a portion that is on the more advanced side than the central axis.

The rotation center of the crank journal is offset to one side with respect to the center axis of the cylinder, and the lowermost position of the skirt portion at the outer peripheral end in the offset direction of the piston is lower than the lowermost position of the skirt portion at the outer peripheral end on the opposite side. 2. The crank mechanism for a reciprocating internal combustion engine according to claim 1 , wherein the crank mechanism is positioned relatively upward.

The outer edges, the crank mechanism of the reciprocating internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an arc shape around the point other than the center of rotation of the crank journal.

The outer edges, the reciprocating internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that forms a polygonal crank mechanism.

The outer edges, and a straight portion opposed to the piston when the piston reaches the bottom dead center, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is formed from an arcuate portion of the both sides, Crank mechanism for reciprocating internal combustion engine.