JP4710122B2

JP4710122B2 - 内燃機関のリンクロッド

Info

Publication number: JP4710122B2
Application number: JP2000350557A
Authority: JP
Inventors: 亮介日吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002155921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のリンクロッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例に係る内燃機関のリンクロッドとして、可変圧縮比機構のロアリンク１を図１０に示す（ＭＴＺＭｏｔｏｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅＺｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ５８（１９９７）１１参照）。
【０００３】
この可変圧縮比機構では、クランクピンに連結されるロアリンク１と、ピストンピンに連結されるアッパーリンク２と、が互いに連結され、このアッパーリンク２にコントロールリンク３が連結されている。そして、コントロールリンク３を介してアッパーリンク２の姿勢を変化させることにより、機関圧縮比を可変制御するようになっている。
【０００４】
図１１に示すように、ロアリンク１の一端部には、アッパーリンクへの連結ピンが挿通する小径側ボス部４が設けられ、ロアリンク１の他端部には、クランクピンが挿通する大径側ボス部５が設けられている。両ボス部４，５はロッド部６により一体的に連結されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ロッド部６には、両ボス部４，５の軸心を通るロッド中心線７に対して第１の側（図１１の右側）に、コントロールリンク３との干渉を回避するための逃げ部８が形成されている。このため、ロアリンク１の第１の側の領域（軸方向視の面積）が第２の側の領域よりも小さくなっている。従って、第２の側では、第１の側に比して、ロッド剛性が低いため、応力が集中し易く、耐久性の低下等を招くことが懸念される。
【０００６】
更に言えば、このようにロッド部６が湾曲するロアリンク１では、引張り荷重が作用する際に、ロッド剛性が相対的に低い第１の側における小径側ボス部４やロッド部６に応力が集中し易い傾向にある。特に、この可変圧縮比機構のロアリンク１のように、慣性荷重が燃焼荷重より小さい条件においても引張り荷重が作用するようなリンクロッドにおいては、湾曲したロッド部６や小径側ボス部４へ更に応力が集中し易い傾向にある。
【０００７】
この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ロッド中心線に対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さいか、あるいは第１の側に逃げ部が形成されているリンクロッドにおいて、第１の側の小径側ボス部やロッド部へ応力が集中することを効果的に回避することを一つの目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関のリンクロッドは、断面円形の軸受面を有する小径側ボス部及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成されるとともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線に対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さい。あるいは、第１の側に、他のリンク部品との干渉を回避する逃げ部が形成されている。このため、第１の側のロッド剛性が相対的に弱くなり、特に小径側ボス部に応力が集中し易い。
【０００９】
そこで本発明では、上記ロッド中心線に直交するボス部の径方向幅をボス幅とすると、少なくとも小径側ボス部では、第１の側のボス幅が、第２の側のボス幅よりも大きくなるようにしている。
【００１０】
これにより、特に応力が集中し易い第１の側の小径側ボス部の剛性が増し、このような応力集中を緩和することができる。
【００１１】
なお、本発明は両ボス部の半径が同一のリンクロッドにも適用でき、この場合、一方を小径側ボス部とし、他方を大径側ボス部とする。
【００１２】
より好ましくは、上記両ボス部を一体的に連結するロッド部の両側部にそれぞれリブが設けられ、上記第１の側のリブの幅及び厚さを、上記第２の側のリブの幅及び厚さよりも大きくする。これにより、第１の側のリブへの応力集中の軽減化と、第２の側のリブの軽量化と、を図ることができる。
【００１３】
このような本発明に係るリンクロッドは、主として引張り荷重が作用する可変圧縮比機構のコントロールリンクに特に好適である。つまり、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るアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端に連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に外嵌するロアリンクと、機関運転状態に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムとロアリンクとを連携するコントロールリンクと、を有している。そして、上記リンクロッドがコントロールリンク、上記第１の側が機関内側、上記第２の側が機関外側であり、上記大径側ボス部に上記偏心カムが挿通している。
【００１４】
請求項１又は２に係る発明は、上記小径側ボス部の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方向の切断面における小径側ボス部の切断面そのものの面積中心からクランクピンの軸心までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心からクランクピンの軸心までの距離よりも短いことを特徴としている。
【００１５】
これにより、主に円運動による１次振動しか発生しないクランクピンの軸心へ小径側ボス部等の重量を集中させることができ、コントロールリンクの慣性力等に起因する２次以上の振動成分を効果的に低減することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記小径側ボス部の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方向で、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関内側のボス外端までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関外側のボス外端までの距離よりも大きいことを特徴としている。
【００１７】
これにより、ロアリンクと小径側ボス部との接触幅を十分に確保でき、両者の軸方向ガタツキを抑制することができる。この結果、このようなガタツキに起因してリンクに曲げ応力が発生して応力集中を招くような事態を有効に回避することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、上記大径側ボス部が、リンク本体に一対の固定ボルトを介して固定されるキャップを有する半割構造をなしており、このキャップとリンク本体との合わせ面の上記小径側ボス部方向の法線が、上記ロッド中心線から機関外側へ所定の狭角だけ傾斜していることを特徴としている。
【００１９】
これにより、機関内側のロアリンク等との干渉を回避しつつ、機関内側の固定ボルトが挿通する大径側ボス部の肉厚を十分に確保することができる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、ロッド中心線に対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さいか、あるいは第１の側に逃げ部が形成されているリンクロッドにおいても、小径側ボス部における第１の側寄りの部分へ応力が集中することを効果的に回避することができるとともに、主に円運動による１次振動しか発生しないクランクピンの軸心へ小径側ボス部等の重量を集中させることができ、リンクロッドの慣性力等に起因する２次以上の振動成分を効果的に低減することができる。
【００２１】
更に、請求項３に係る発明によれば、ロッド部における第１の側寄りの部分へ応力が集中することを有効に回避することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る内燃機関のリンクロッドを、可変圧縮比機構のコントロールリンクに適用した実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、機関本体としてのシリンダブロック１０の上部には各気筒毎にシリンダ１１が形成され、各シリンダ１１にはピストン１２が昇降可能に配設されている。また、シリンダブロック１０の下部には、気筒列方向へ延びるクランクシャフト１３が回転可能に支持されている。なお、シリンダブロック１０の下端にはオイルパン１４が取り付けられている。
【００２４】
可変圧縮比機構は、ピストン１２のピストンピン１５に上端部が回転可能に連結されるアッパーリンク２１と、クランクシャフト１３のクランクピン１６に相対回転可能に外嵌するとともに、アッパーリンク２１と連結ピン２２を介して相対回転可能に連結されるロアリンク２３と、クランクシャフト１３の斜め下方で気筒列方向へ延びる制御軸２４と、この制御軸２４に偏心して設けられた偏心カム２５と、この偏心カム２５とロアリンク２３とを連携するコントロールリンク３０と、を有している。
【００２５】
ロアリンク２３は、クランクピン１６に後から組付可能な半割構造をなしており、一対の半割ピースが２本の固定ボルト２３ｃによって共締固定される。制御軸２４の一端には制御プレート２６が設けられ、この制御プレート２６に形成される径方向溝２６ａに、駆動アクチュエータのピストン２７の先端に設けられるピン２７ａがスライド可能に係合している。
【００２６】
図２（ａ），図２（ｂ）は、それぞれ高圧縮比設定時，低圧縮比設定時にコントロールリンク３０が最も右側へ位置する状態を表している。また、図２（ｃ）は、図２（ａ）と同様の高圧縮比時にコントロールリンク３０が最も左側に位置する状態を表している。
【００２７】
同図にも示すように、機関運転状態に応じてピストン２７を進退させることにより、ピン２７ａ及び制御プレート２６を介して制御軸２４が回動制御される。これにより、コントロールリンク３０の揺動支点となる偏心カム２５の位置がシリンダブロック１０に対して変化して、ロアリンク２３及びアッパーリンク２１の姿勢が変化し、ピストン１２の上方に画成される燃焼室１７の圧縮比（ε）が調整される。具体的には、図２（ａ）に示すようにピストン２７が後退したときに圧縮比εが高くなり、図２（ｂ）に示すようにピストン２７が前進したときに圧縮比εが低くなるように設定されている。
【００２８】
図３は、この発明に係るリンクロッドとしてのコントロールリンク３０を示している。このコントロールリンク３０は、主に機関搭載性を考慮して、スペース的に余裕のあるクランクシャフト１３の斜め下方の機関隅部に配置されている。つまりコントロールリンク３０は、オイルパン１４内のオイル上面の直ぐ上方で、かつ一方のクランクケース側壁部１８の直ぐ内側に略起立姿勢で配設されており、その下端部を挿通する制御軸２４の偏心カム２５を中心に揺動する。（但し、当該コントロールリンクは、図で示すクランク軸中心から右下位置に設けるものに限定されるものではなく、エンジン設計変数や形式等によっては別の部分に設定される場合も考えられる。）
コントロールリンク３０の両端部には、断面円形の軸受面３１ａ，３２ａを有するボス部３１，３２がそれぞれ一体的に形成されている。相対的に小径な上側の小径側ボス部３１には連結ピン２８が相対回転可能に挿通しており、この連結ピン２８によってロアリンク２３とコントロールリンク３０とが相対回転可能に連結されている。相対的に大径な下側の大径側ボス部３２には、偏心カム２５が相対回転可能に挿通している。この大径側ボス部３２は、後から偏心カム２５に組付可能な半割構造となっており、一対の固定ボルト３３（３３ａ，３３ｂ）によってキャップ３４がリンク本体へ共締固定される。
【００２９】
両ボス部３１，３２間を一体的に連結するロッド部３５は、両側にリブ３６，３７が設けられた略「Ｉ」型（「エ」字状）の断面形状をなしている。
【００３０】
ここで、小径側ボス部３１の断面円の軸心３１ｃと大径側ボス部３２の断面円の軸心とを通るロッド中心線３９よりも機関内側（第１の側；図の左側）寄りの内側リブ３６は、ロアリンク２３（のボルト２３ｃ）との干渉を避けるように、機関外側へ凸に湾曲している。つまり、図１に示すように、ロアリンク２３のボルト２３ｃがコントロールリンク３０に最も近接する状態のときにも、両者間に所定の隙間Ｂを確保するように、ロッド部３５の機関内側寄りの側部には、ロアリンク２３との干渉を回避する逃げ部３８が凹設されている。
【００３１】
一方、ロッド中心線３９より機関外側（第２の側；図の右側）に位置する外側リブ３７は、クランクケース側壁部１８との干渉を避けるように直線的な形状をなしている。つまり、図１や図２（ａ），（ｂ）に示すように、コントロールリンク３０が最もクランクケース側壁部１８へ近接する状態のときに、外側リブ３７がクランクケース側壁部１８に所定の隙間Ａを介して略平行に延在するように設定されている。この結果、外側リブ３７は、下方へ向かうにしたがってロッド中心線３９から徐々に離れるように、ロッド中心線３９に対して傾斜している。つまり、ロッド部３５では、ロッド中心線３９から機関外側の側縁までの距離が小径側ボス部３１側（上側）から大径側ボス部３２側（下側）へ向けて徐々に大きくなっている（ｄ５＜ｄ６）。言い換えると、ロッド部３５は下方へ向かって機関外側へ膨らむ形となっている。
【００３２】
このように、コントロールリンク３０が制限されたスペース内でロアリンク２３やクランクケース側壁部１８と干渉することなく揺動し得るように、その形状等が制約されている関係で、ロッド中心線３９よりも機関内側の領域が、ロッド中心線３９よりも機関外側の領域よりも小さくなっている。この結果、ロッド中心線３９よりも機関内側の部分では、機関外側の部分に比して、ロッド剛性が低くなるため、伸縮率が高くなるとともに応力が高くなる傾向にある。
【００３３】
また、このコントロールリンク３０には、例えば可変圧縮比機構のない単リンク式内燃機関のコンロッド等とは異なり、燃焼荷重が慣性荷重よりも大きいような条件下でも、圧縮荷重より大きな引張り荷重Ｆがロッド中心線３９に沿って作用する。このような引張り荷重Ｆが作用すると、相対的に小径で剛性が低い略円筒状の小径側ボス部３１における機関内側寄りの部分に最も応力が集中することになる。
【００３４】
（１）そこで本実施形態では、図３に示すように、ロッド中心線３９に直交するボス部の径方向寸法をボス幅とすると、相対的に小径で剛性が低い小径側ボス部３１では、ロッド中心線３９よりも機関内側のボス幅ｄ１を、機関外側のボス幅ｄ２よりも大きくしている。
【００３５】
これにより、小径側ボス部３１の機関内側寄りの部分への応力集中を軽減でき、ひいてはコントロールリンク３０全体の耐久性，信頼性が向上する。また、小径側ボス部３１の機関外側のボス幅ｄ２を相対的に小さくすることにより、この小径側ボス部３１からクランクケース側壁部１８までのクリアランスＡ（図１参照）を十分に確保しつつ、機関全体のコンパクト化を図ることができる。なお、ロッド中心線３９よりも機関外側寄りの部分では、領域が大きく剛性の高いロッド部３５により小径側ボス部３１が適宜に支持されるため、小径側ボス部３１の機関外側寄りの部分へ応力が過度に集中することはない。
【００３６】
（２）図４に示すように、小径側ボス部３１の軸心３１ｃを通ってロッド中心線３９に直交する方向の切断面における小径側ボス部３１の切断面そのものの面積中心（図心）Ｐ１からクランクピン１６の軸心までの距離Ｌ１を、小径側ボス部３１の軸心３１ｃからクランクピン１６の軸心までの距離Ｌ２よりも短くしている。言い換えると、上記切断面における小径側ボス部３１の重心（図心）Ｐ１を小径側ボス部３１の軸心３１ｃよりもクランクピン１６の軸心に近づけている。
【００３７】
これにより、主に円運動による１次振動しか発生しないクランクピン１６の軸心へ小径側ボス部３１等の重量を集中させることができ、コントロールリンク３０の慣性力等に起因する２次以上の振動成分を効果的に低減することができる。
【００３８】
（３）図５に示すように、小径側ボス部３１の軸心３１ｃを通ってロッド中心線３９に直交する直交線４０上で、小径側ボス部３１の軸心３１ｃから機関内側のボス外端までの距離Ｌ３を、小径側ボス部３１の軸心３１ｃから機関外側のボス外端までの距離Ｌ４よりも大きくしている。
【００３９】
これにより、ロアリンク２３の二股状をなすボス部２３ｄとコントロールリンク３０の小径側ボス部３１との接触幅が増し、両者２３ｄ，３１の軸方向ガタツキが抑制される。この結果、このようなガタツキに起因してリンク２３，３０に曲げ応力が発生して応力集中を招くような事態を回避することができる。
【００４０】
（４）図６に示すように、内側リブ３６の幅ｄ３及び高さｔ１を、それぞれ外側リブ３７の幅ｄ４及び厚さｔ２よりも大きくしている。これにより、内側リブ３６への応力集中の軽減化と、外側リブ３７の軽量化と、を図ることができる。
【００４１】
（５）図７に示すように、小径側ボス部３１の高さｔ３を、ロッド部３５や大径側ボス部３２の高さｔ１〜ｔ２よりも大きくしている。これにより、剛性が低く応力が集中し易い小径側ボス部３１の剛性を効果的に高めることができる。
【００４２】
（６）図８に示すように、湾曲する内側リブ３６（逃げ部３８）の曲率半径を、小径側ボス部３１から大径側ボス部３２へ向けて段階的に（あるいは徐々に）小さくしている（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）。つまり、ロッド中央部の曲率半径Ｒ２を、小径側ボス部３１寄りの曲率半径Ｒ１よりも小さくし、大径側ボス部３２寄りの曲率半径Ｒ３よりも大きくしている。
【００４３】
これにより、ロッド部３５のロッド幅が相対的に小さい小径側ボス部３１側では、曲率半径Ｒ１が相対的に大きくなり、内側リブ３６の応力集中が緩和されるとともに、大径側ボス部３２側では内側リブ３６の湾曲が大きくなってロアリンク２３との干渉を効果的に回避できる。さらに、内側リブ３６の大径側ボス部３２側の曲率半径Ｒ３を最も小さくし、つまり湾曲を最も大きくすることで、ロアリンク２３との干渉を回避しつつ、機関内側の固定ボルト３３ｂが挿通する大径側ボス部３２の肉厚（上下方向寸法）を十分に確保することができる。
【００４４】
（７）図９に示すように、大径側ボス部３２では、キャップ３４とリンク本体との合わせ面３４ａの小径側ボス部方向の法線３４ｂを、ロッド中心線３９に対して、機関外側へ所定の狭角（９０°以下の角度）αだけ傾斜させている。
【００４５】
これにより、法線３４ｂがロッド中心線３９と一致している場合に比して、機関外側寄りの固定ボルト３３ａが小径側ボス部３１から離れ、機関内側寄りの固定ボルト３３ｂが小径側ボス部３１へ近づく形となる。この結果、機関外側の固定ボルト３３ａの先端位置が下方へ移行することとなり、その分、両リブ３６，３７に挟まれたロッド部３５の薄肉部３５ａを、下方側へ多く取ることができ（図９のハッチングを施した領域）、更なる軽量化を図ることができる。
【００４６】
また、機関内側の固定ボルト３３ｂの頭部が上方へ持ち上がる形となり、下方のオイルパン１４との間に所定のクリアランスΔＤを確保しつつコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変圧縮比機構のコントロールリンクが適用された内燃機関を示す断面対応図。
【図２】図１の可変圧縮比機構の作動説明図。
【図３】図１のコントロールリンクを示す正面対応図。
【図４】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。
【図５】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。
【図６】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図７】図３の矢視Ｄに対応する側面図。
【図８】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。
【図９】図３のコントロールリンクを示す作用説明図。
【図１０】従来例に係るリンクロッドとしてのロアリンクを備えた可変圧縮比機構の斜視対応図。
【図１１】図１０のロアリンクを単体で示す正面図。
【符号の説明】
２１…アッパーリンク
２３…ロアリンク
２４…制御軸
２５…偏心カム
３０…コントロールリンク
３１…小径側ボス部
３２…大径側ボス部
３４…キャップ
３４ａ…合わせ面
３５…ロッド部
３６，３７…リブ
３８…逃げ部
３９…ロッド中心線

Claims

ピストンのピストンピンに一端が連結されるアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端に連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に外嵌するロアリンクと、機関運転状態に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムとロアリンクとを連携するリンクロッドと、を有する可変圧縮比機構が設けられた内燃機関のリンクロッドにおいて、
上記リンクロッドは、断面円形の軸受面を有する小径側ボス部及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成されるとともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線に対して第１の側の領域が第２の側の領域よりも小さくなっており、
上記ロッド中心線に直交するボス部の径方向幅をボス幅とすると、少なくとも小径側ボス部では、第１の側のボス幅が、第２の側のボス幅よりも大きく、
上記小径側ボス部の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方向の切断面における小径側ボス部の切断面中心からクランクピンの軸心までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心からクランクピンの軸心までの距離よりも短い
ことを特徴とする内燃機関のリンクロッド。
ピストンのピストンピンに一端が連結されるアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端に連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に外嵌するロアリンクと、機関運転状態に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムとロアリンクとを連携するリンクロッドと、を有する可変圧縮比機構が設けられた内燃機関のリンクロッドにおいて、
上記リンクロッドは、断面円形の軸受面を有する小径側ボス部及び大径側ボス部が両端部にそれぞれ一体形成されるとともに、両ボス部の断面円の軸心を通るロッド中心線に対して第１の側に、他のリンク部品との干渉を回避する逃げ部が形成されており、
上記ロッド中心線に直交するボス部の径方向幅をボス幅とすると、少なくとも小径側ボス部では、第１の側のボス幅が、この第１の側と反対側の第２の側のボス幅よりも大きく、
上記小径側ボス部の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方向の切断面における小径側ボス部の切断面中心からクランクピンの軸心までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心からクランクピンの軸心までの距離よりも短い
ことを特徴とする内燃機関のリンクロッド。
上記小径側ボス部と大径側ボス部とを一体的に連結するロッド部の両側部にそれぞれリブが設けられ、上記第１の側のリブの幅及び厚さが、上記第２の側のリブの幅及び厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のリンクロッド。
上記小径側ボス部の断面円の軸心を通って上記ロッド中心線に直交する方向で、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関内側のボス外端までの距離が、上記小径側ボス部の断面円の軸心から機関外側のボス外端までの距離よりも大き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のリンクロッド。
上記大径側ボス部が、リンク本体に一対の固定ボルトを介して固定されるキャップを有する半割構造をなしており、
このキャップとリンク本体との合わせ面の上記小径側ボス部方向の法線が、上記ロッド中心線から機関外側へ所定の狭角だけ傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のリンクロッド。