JP5014255B2 - リンク式ストローク可変エンジン - Google Patents

Description

本発明は、リンク式ストローク可変エンジンに関し、特に、シリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストンと、クランクケースに回転自在に支承されるクランクシャフトと、該クランクシャフトと平行な軸線を有して前記クランクケースに回転可能に支承されるとともに偏心位置には偏心軸が設けられる回転軸とが、前記クランクシャフトのクランクピンを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部を有して前記クランクピンに回動可能に連結されるサブコンロッドと、該サブコンロッドおよび前記ピストン間を連結する主コンロッドと、前記サブコンロッドおよび前記偏心軸間を連結するスイングロッドとを備えるリンク機構で連結され、前記クランクケース内に飛散したオイルが前記サブコンロッドの連結筒部および前記クランクピン間に導かれるリンク式ストローク可変エンジンに関する。

従来のレシプロエンジンでは、クランクケース内に飛散したオイルによってコンロッドの大端部およびクランクピン間の潤滑を行うために、コンロッドの大端部に給油孔が設けられているが、燃焼室での爆発による荷重がコンロッドの大端部に作用するので、前記給油孔は前記荷重が作用する方向を避けてコンロッドの大端部に設けられている。

一方、ピストンと、クランクシャフトと、クランクシャフトと平行な回転軸に設けられた偏心軸とが、クランクピンを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部を有してクランクピンに回動可能に連結されるサブコンロッドと、ピストンおよびサブコンロッド間を連結する主コンロッドと、前記サブコンロッドおよび前記偏心軸間を連結するスイングロッドとを備えるリンク機構で連結されるリンク式ストローク可変エンジンが、特許文献１で既に知られており、このようなリンク式ストローク可変エンジンにおいても、クランクケース内に飛散したオイルによる飛沫潤滑方式でサブコンロッドの連結筒部およびクランクピン間を潤滑するためには、サブコンロッドの連結筒部に給油孔を設けることが必要である。
特開２００３−２７８５６７号公報

ところでリンク式ストローク可変エンジンにおいて、サブコンロッドには、筒内圧による荷重が主コンロッドから作用するのに加えて、スイングロッドから反力が作用するものであり、そのような筒内圧による荷重および前記反力の合力がサブコンロッドにおける連結筒部の内面にかかることになる。しかも前記合力の作用方向は、主コンロッドおよびサブコンロッドのなす角度、主コンロッドからサブコンロッドに作用する力の大きさ、サブコンロッドおよびスイングロッドのなす角度、スイングロッドからサブコンロッドに作用する力の大きさによって決まるものであり、エンジンの作動サイクルにおいて一定ではなく、給油孔の配置を誤ると、最大筒内圧による最大荷重が作用したときにはオイルが給油孔から抜け出てしまい、潤滑に深刻な影響を及ぼすことになる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、給油孔からオイルが抜け出るのを防止して飛沫潤滑方式によってサブコンロッドの連結筒部およびクランクピン間を確実に潤滑し得るようにしたリンク式ストローク可変エンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストンと、クランクケースに回転自在に支承されるクランクシャフトと、該クランクシャフトと平行な軸線を有して前記クランクケースに回転可能に支承されるとともに偏心位置には偏心軸が設けられる回転軸とが、前記クランクシャフトのクランクピンを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部を有して前記クランクピンに回動可能に連結されるサブコンロッドと、該サブコンロッドおよび前記ピストン間を連結する主コンロッドと、前記サブコンロッドおよび前記偏心軸間を連結するスイングロッドとを備えるリンク機構で連結され、前記クランクケース内に飛散したオイルが前記サブコンロッドの連結筒部および前記クランクピン間に導かれるリンク式ストローク可変エンジンにおいて、前記サブコンロッドの連結筒部および前記クランクピン間に潤滑油を給油するための給油孔が、最大筒内圧によって前記連結筒部の内面に前記クランクピンから作用する最大荷重の荷重方向を避けるとともに前記サブコンロッドに対する前記クランクピンの相対回動方向に沿って前記最大荷重の作用点の直ぐ後側に配置されるようにして、前記連結筒部の上部に設けられ、前記サブコンロッドは、前記主コンロッドおよび前記スイングロッドの前記サブコンロッド側の端部を両側から挟むようにして前記連結筒部の上部に直角にかつ一体に連設されて相互に対向する一対の対向板部と、前記連結筒部の外面への前記給油孔の開口端よりも下方で前記連結筒部の外面から立ち上がって前記両対向板部間を結ぶ連結板部とを有すると共に、前記給油孔に通じて上方に開放したオイル溜めが、前記連結筒部の外面、前記両対向板部および前記連結板部で形成されることを特徴とする。

本発明によれば、最大筒内圧によってサブコンロッドの連結筒部の内面にクランクピンから作用する最大荷重の荷重方向を避けるとともにサブコンロッドに対するクランクピンの相対回動方向に沿って最大荷重の作用点の直ぐ後側に配置されるようにして、給油孔が連結筒部の上部に設けられるので、サブコンロッドの連結筒部に最大筒内圧による最大荷重が作用しても給油孔からオイルが抜け出ることを防止し、油膜切れが生じるのを防止し、効率的かつ確実な潤滑を行うことができる。

その上、サブコンロッドは、主コンロッドおよびスイングロッドのサブコンロッド側の端部を両側から挟むようにして連結筒部の上部に直角にかつ一体に連設されて相互に対向する一対の対向板部と、連結筒部の外面への給油孔の開口端よりも下方で連結筒部の外面から立ち上がって両対向板部間を結ぶ連結板部とを有すると共に、給油孔に通じて上方に開放したオイル溜めが、連結筒部の外面、両対向板部および連結板部で形成されるので、そのオイル溜めにオイルを溜めることによって、給油孔からのオイルの供給を確実なものとすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した参考例および本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図５は参考例を示すものであり、図１はエンジンの縦断側面図であって図２の１−１線に沿う断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３はサブコンロッドの側面図、図４は図３の４−４線断面図、図５はサブコンロッドに作用する荷重を説明するための図１に対応したリンク機構の断面図である。

先ず図１および図２において、このリンク式ストローク可変エンジンは、たとえば作業機等に用いられる空冷の単気筒エンジンであり、エンジン本体１１は、クランクケース１２と、該クランクケース１２の一側面から上向きに傾斜して突出するシリンダブロック１３と、該シリンダブロック１３の頭部に接合されるシリンダヘッド１４とで構成されるものであり、シリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４の外側面には多数の空冷用フィン１３ａ…，１４ａ…が設けられている。

クランクケース１２は、シリンダブロック１３と一体に鋳造成形されて一側を開放したケース本体１５と、そのケース本体１５の開放端に結合されるサイドカバー１６とから成るものであり、一対のカウンタウエイト１７ａ，１７ｂおよび両カウンタウエイト１７ａ，１７ｂ間を結ぶクランクピン１７ｃとを一体に有するクランクシャフト１７がクランクケース１２に回転自在に支承される。而して前記クランクシャフト１７の両端部はクランクケース１２における前記ケース本体１５および前記サイドカバー１６を回転自在に貫通して外方に突出するものであり、クランクシャフト１７およびケース本体１５間には、ボールベアリング１８と、該ボールベアリング１８の外方に配置される環状のシール部材１９とが介装され、前記クランクシャフト１７および前記サイドカバー１６間には、ボールベアリング２０と、該ボールベアリング２０の外方に配置される環状のシール部材２１とが介装される。

シリンダブロック１３には、ピストン２２を摺動自在に嵌合せしめるシリンダボア２３が形成されており、ピストン２２の頂部を臨ませる燃焼室２４がシリンダブロック１３およびシリンダヘッド１４間に形成される。またシリンダヘッド１４には、燃焼室２４に通じ得る吸気ポート２５および排気ポート２６が形成されるとともに、吸気ポート２５および燃焼室２４間を開閉する吸気弁２７、ならびに排気ポート２６および燃焼室２４間を開閉する排気弁２８が開閉作動可能に配設され、吸気弁２７および排気弁２８はそれぞれ弁ばね２９，３０で閉弁方向に付勢される。

吸気弁２７および排気弁２８を開閉駆動する動弁機構３２は、吸気カム３４および排気カム３５を有して前記クランクケース１２で回転自在に支承されるカムシャフト３３と、前記吸気カム３４に従動して上下に摺動するようにしてシリンダブロック１３に支承される吸気タペット（図示せず）と、前記排気カム３５に従動して上下に摺動するようにしてシリンダブロック１３に支承される排気タペット３７と、前記吸気タペットの上端部に下端部を連設させて上下に延びる吸気プッシュロッド（図示せず）と、前記排気タペットの上端部に下端部を連設させて上下に延びる排気プッシュロッド３９と、シリンダヘッド１４に固定された球状支持部４２で揺動自在に支承される吸気ロッカアーム４０と、シリンダヘッド１４に固定された球状支持部４３で揺動自在に支承される排気ロッカアーム４１とを備え、吸気ロッカアーム４０の一端部は前記吸気プッシュロッドの上端に当接され、排気ロッカアーム４１の一端部は前記排気プッシュロッド３９の上端に当接され、吸気ロッカアーム４０および排気ロッカアーム４１の他端部は、吸気弁２７および排気弁２８の頭部に当接される。

前記動弁機構３２のうち球状支持部４２，４３と、吸気および排気ロッカアーム４０，４１はヘッドカバー４４で覆われており、このヘッドカバー４４はシリンダヘッド１４に結合される。

前記カムシャフト３３は、クランクシャフト１７と平行な軸線を有するものであり、このカムシャフト３３およびクランクシャフト１７間には、１／２の減速比でクランクシャフト１７からの回転動力を伝達する第１調時伝動手段４５が設けられる。この第１調時伝動手段４５は、前記クランクシャフト１７に固定される駆動ギヤ４６と、前記カムシャフト３３に設けられる第１被動ギヤ４７とで構成される。

前記クランクケース１２のケース本体１５およびサイドカバー１６には、クランクシャフト１７と平行な軸線を有するとともにクランクシャフト１７の軸線よりも上方に回転軸線を有する回転軸５０の両端部がボールベアリング５１，５２を介して回転自在に支承されており、該回転軸５０およびクランクシャフト１７間に、クランクシャフト１７の回転動力を１／２に減速して回転軸５０に伝達する第２調時伝動手段５４が設けられる。この第２調時伝動手段５４は、クランクシャフト１７に固定される前記駆動ギヤ４６と、該駆動ギヤ４６に噛合するようにして回転軸５０に一体に設けられる第２被動ギヤ５５とから成る。

前記クランクシャフト１７が備える一対のカウンタウエイト１７ａ，１７ｂ間に対応する位置で前記回転軸５０には、該回転軸５０の軸線から偏心した位置に軸線を有する偏心軸５３が一体に設けられており、この偏心軸５３と、ピストン２２と、クランクシャフト１７とは、リンク機構５６を介して連結される。

前記リンク機構５６は、前記クランクシャフト１７のクランクピン１７ｃを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部５７を有して前記クランクピン１７ｃに回動可能に連結されるサブコンロッド５８Ａと、該サブコンロッド５８Ａおよび前記ピストン２２間を連結する主コンロッド５９と、前記サブコンロッド５８Ａおよび前記偏心軸５３間を連結するスイングロッド６０を備える。

図３および図４を併せて参照して、サブコンロッド５８Ａは、サブコンロッド主体６１Ａと、該サブコンロッド主体６１Ａに複数個たとえば４個のボルト６３，６３…で締結されるクランクキャップ６２とから成る。

前記サブコンロッド主体６１Ａは、前記クランクピン１７ｃの略半部を嵌合せしめる横断面半円形の半円筒部６１ａと、該半円筒部６１ａの軸方向両端に直角にかつ一体に連設されて上方に延びるとともに相互に対向する一対の対向板部６１ｂ，６１ｂとを有する。またクランクキャップ６２は、前記クランクピン１７ｃの残余の略半部を嵌合せしめる横断面半円形の半円筒部６２ａを有しており、サブコンロッド主体６１Ａにクランクキャップ６２を締結してサブコンロッド５８Ａを構成した状態で、前記両半円筒部６１ａ，６２ａは、クランクシャフト１７のクランクピン１７ｃを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部５７を形成し、前記両対向板部６１ｂ，６１ｂは、前記連結筒部５７の上部に直角にかつ一体に連設されて連結筒部５７から上方に延出される。

主コンロッド５９の一端部はピストンピン６４を介してピストン２２に連結され、主コンロッド５９の他端部は、サブコンロッド５８Ａにおける両対向板部６１ｂ，６１ｂ間に挟まれるとともにコンロッドピン６５を介して両対向板部６１ｂ，６１ｂに回動可能に連結される。

またスイングロッド６０の一端部は、前記コンロッドピン６５からずれた位置でサブコンロッド５８Ａにおける両対向板部６１ｂ，６１ｂ間に挟まれるとともにスイングピン６６を介して前記両対向板部６１ｂ，６１ｂに回動可能に連結されるものであり、スイングロッド６０の他端部には前記偏心軸５３を相対回動可能に貫通せしめる円形の連結孔６７が設けられる。

而してクランクシャフト１７の回転に応じて回転軸５０が１／２の減速比で回転駆動され、偏心軸５３が回転軸５０の回転軸線まわりに回転するのに伴って、リンク機構５６は、たとえば膨張行程でのピストン２２のストロークを圧縮行程でのストロークよりも大とするように作動し、それにより同じ吸入混合気量でより大きな膨張仕事を行なわせるようにして、サイクル熱効率を向上することができる。

前記サブコンロッド５８Ａにおけるクランクキャップ６２には、側方に延びるオイルディッパ６９が一体に設けられており、クランクピン１７ｃがクランクシャフト１７の軸線まわりに回転するのに応じて、前記オイルディッパ６９は、クランクケース１２内の下部に貯留されているオイルを攪拌しつつ掻き揚げることになり、それによりクランクケース１２内には、オイル飛沫が飛散することになる。而して前記サブコンロッド５８Ａにおける連結筒部５７およびクランクピン１７ｃ間は、クランクケース１２内のオイル飛沫を用いた飛沫潤滑方式で潤滑されるものであり、前記サブコンロッド５８Ａにおける連結筒部５７の上部には、オイル飛沫を連結筒部５７およびクランクピン１７ｃ間に導く給油孔７０が設けられる。

ところで、このようなリンク式ストローク可変エンジンでは、図５で示すように、筒内圧による荷重Ｆ１が主コンロッド５９からサブコンロッド５８Ａに作用するだけでなく、スイングロッド６０から反力Ｆ２がサブコンロッド５８Ａに作用するものであり、そのような筒内圧による荷重Ｆ１および前記反力Ｆ２の合力ＦＳが、サブコンロッド５８Ａにおける連結筒部５７の内面にクランクピン１７ｃから作用することになる。

しかも前記合力ＦＳの作用方向は、主コンロッド５９およびサブコンロッド５８Ａのなす角度、主コンロッド５９からサブコンロッド５８Ａに作用する力Ｆ１の大きさ、サブコンロッド５８Ａおよびスイングロッド６０のなす角度、スイングロッド６０からサブコンロッド５８Ａに作用する力Ｆ２の大きさによって決まるものであり、エンジンの作動サイクルにおいて一定ではなく、図３の鎖線で示すように変化するものである。

そこで本発明に従えば、前記給油孔７０は、最大筒内圧によって連結筒部５７の内面にクランクピン１７ｃから作用する最大荷重ＦＳＭ（図３参照）の荷重方向を避ける位置に配置される。しかもピストン２２がシリンダボア２３内を往復摺動するのに応じてクランクピン１７ｃが図１に矢印７３で示す方向に回転するのに伴って、クランクピン１７ｃはサブコンロッド５８Ａに対して矢印７４で示す相対回動方向に相対回動するのであるが、前記給油孔７０は、前記相対回動方向７４に沿って前記最大荷重ＦＳＭの作用点の直ぐ後側に配置されるようにして連結筒部５７の上部に設けられる。

次にこの参考例の作用について説明すると、リンク機構５６におけるサブコンロッド５８Ａの連結筒部５７およびクランクピン１７ｃ間に潤滑油を給油するための給油孔７０が連結筒部５７の上部に設けられ、その給油孔７０の位置が、最大筒内圧によって連結筒部５７の内面にクランクピン１７ｃから作用する最大荷重ＦＳＭの荷重方向を避けるとともにサブコンロッド５８Ａに対するクランクピン１７ｃの相対回動方向７４に沿って前記最大荷重ＦＳＭの作用点の直ぐ後側に設定される。

したがってサブコンロッド５８Ａの連結筒部５７に最大筒内圧による最大荷重ＦＳＭが作用しても給油孔７０からオイルが抜け出ることを防止し、油膜切れが生じるのを防止し、効率的かつ確実な潤滑を行うことができる。

図６は本発明の実施例を示すものであり、上記参考例に対応する部分に同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

サブコンロッド５８Ｂは、サブコンロッド主体６１Ｂと、該サブコンロッド主体６１Ｂに複数個たとえば４個のボルト６３，６３…で締結されるクランクキャップ６２とから成る。

前記サブコンロッド主体６１Ｂは、クランクピン１７ｃの略半部を嵌合せしめる横断面半円形の半円筒部６１ａと、該半円筒部６１ａの軸方向両端に直角にかつ一体に連設されて上方に延びるとともに相互に対向する一対の対向板部６１ｂ，６１ｂとを有し、クランクキャップ６２は、クランクピン１７ｃの残余の略半部を嵌合せしめる横断面半円形の半円筒部６２ａを有しており、サブコンロッド主体６１Ｂにクランクキャップ６２を締結してサブコンロッド５８Ｂを構成した状態で、前記両半円筒部６１ａ，６２ａは、クランクシャフト１７のクランクピン１７ｃを相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部５７を形成する。

しかもサブコンロッド５８Ｂにおけるサブコンロッド主体６１Ｂは、前記連結筒部５７の外面への前記給油孔７０の開口端よりも下方で前記連結筒部５７の外面から立ち上がって一対の対向板部６１ｂ…間を結ぶ連結板部６１ｃを一体に有するものであり、給油孔７０に通じて上方に開放したオイル溜め７２が、連結筒部５７の外面、両対向板部６１ｂ…および前記連結板部６１ｃで形成される。

この実施例によれば、上記参考例と同様の効果を奏することができるのに加えて、オイル溜め７２にオイルを溜めることができるので、給油孔７０からのオイルの供給を確実なものとすることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

参考例のエンジンの縦断側面図であって図２の１−１線に沿う断面図 図１の２−２線断面図 サブコンロッドの側面図 図３の４−４線断面図 サブコンロッドに作用する荷重を説明するための図１に対応したリンク機構の断面図 本発明の実施例のサブコンロッドの縦断面図

１２・・・クランクケース
１３・・・シリンダブロック
１７・・・クランクシャフト
１７ｃ・・・クランクピン
２２・・・ピストン
５０・・・回転軸
５３・・・偏心軸
５６・・・リンク機構
５７・・・連結筒部
５８Ｂ・・・サブコンロッド
５９・・・主コンロッド
６０・・・スイングロッド
６１ｂ・・・対向板部
６１ｃ・・・連結板部
７０・・・給油孔
７２・・・オイル溜め

Claims (1)

1. シリンダブロック（１３）に摺動自在に嵌合されるピストン（２２）と、クランクケース（１２）に回転自在に支承されるクランクシャフト（１７）と、該クランクシャフト（１７）と平行な軸線を有して前記クランクケース（１２）に回転可能に支承されるとともに偏心位置には偏心軸（５３）が設けられる回転軸（５０）とが、前記クランクシャフト（１７）のクランクピン（１７ｃ）を相対回動可能に嵌合せしめる連結筒部（５７）を有して前記クランクピン（１７ｃ）に回動可能に連結されるサブコンロッド（５８Ｂ）と、該サブコンロッド（５８Ｂ）および前記ピストン（２２）間を連結する主コンロッド（５９）と、前記サブコンロッド（５８Ｂ）および前記偏心軸（５３）間を連結するスイングロッド（６０）とを備えるリンク機構（５６）で連結され、前記クランクケース（１２）内に飛散したオイルが前記サブコンロッド（５８Ｂ）の連結筒部（５７）および前記クランクピン（１７ｃ）間に導かれるリンク式ストローク可変エンジンにおいて、
   前記サブコンロッド（５８Ｂ）の連結筒部（５７）および前記クランクピン（１７ｃ）間に潤滑油を給油するための給油孔（７０）が、最大筒内圧によって前記連結筒部（５７）の内面に前記クランクピン（１７ｃ）から作用する最大荷重の荷重方向を避けるとともに前記サブコンロッド（５８Ｂ）に対する前記クランクピン（１７ｃ）の相対回動方向に沿って前記最大荷重の作用点の直ぐ後側に配置されるようにして、前記連結筒部（５７）の上部に設けられ、
   前記サブコンロッド（５８Ｂ）は、前記主コンロッド（５９）および前記スイングロッド（６０）の前記サブコンロッド（５８Ｂ）側の端部を両側から挟むようにして前記連結筒部（５７）の上部に直角にかつ一体に連設されて相互に対向する一対の対向板部（６１ｂ）と、前記連結筒部（５７）の外面への前記給油孔（７０）の開口端よりも下方で前記連結筒部（５７）の外面から立ち上がって前記両対向板部（６１ｂ）間を結ぶ連結板部（６１ｃ）とを有すると共に、前記給油孔（７０）に通じて上方に開放したオイル溜め（７２）が、前記連結筒部（５７）の外面、前記両対向板部（６１ｂ）および前記連結板部（６１ｃ）で形成されることを特徴とするリンク式ストローク可変エンジン。

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