JP5218305B2 - Crankshaft of an internal combustion engine having a multi-link type piston-crank mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフトに関する。   The present invention relates to a crankshaft of an internal combustion engine having a multi-link piston-crank mechanism.

内燃機関のピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連結する主運動系として、ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンとを複数のリンクにより連結した複リンク式ピストン−クランク機構(以下、「複リンク機構」とも呼ぶ)を用い、ピストンストローク特性の適正化や圧縮比の可変制御を実現することを本出願人は検討している。   As a main motion system that connects the piston of the internal combustion engine and the crankpin of the crankshaft, a multi-link piston-crank mechanism (hereinafter referred to as “multi-link mechanism”) in which the piston pin of the piston and the crankpin of the crankshaft are connected by a plurality of links. The present applicant is considering the optimization of the piston stroke characteristics and the variable control of the compression ratio.

ここで、特許文献1にも記載のように、ピストンピンとクランクピンとを一本のリンク(コネクティングロッド)により連結した単リンク式ピストン−クランク機構(以下、「単リンク機構」とも呼ぶ)においては、クランクシャフトのメインジャーナルの回転中心からクランクピンの軸心までの距離であるクランクスローは、メインジャーナルの回転中心がシリンダ中心線に対してオフセットしている場合を除き、ピストンストローク量の半分(1/2)となるのに対し、複リンク機構では、アッパーリンクやロアーリンクがてこのような作用をすることによって、クランクスローを(最大)ピストンストローク量の半分よりも更に短くすることが可能となる。このため、クランクスローの短縮により小型化や機関搭載性の向上、あるいは高圧縮比化を図ることができる上、クランクスローの短縮によりメインジャーナルとクランクピンとがクランクピン偏心方向に近づく形となり、両者が軸方向視でオーバーラップする部分が大きくなって、剛性や強度が高くなるという効果が得られる。   Here, as described in Patent Document 1, in a single link type piston-crank mechanism (hereinafter also referred to as “single link mechanism”) in which a piston pin and a crank pin are connected by a single link (connecting rod), The crank throw, which is the distance from the center of rotation of the main journal of the crankshaft to the axis of the crankpin, is half the piston stroke (1) unless the center of rotation of the main journal is offset from the cylinder centerline. / 2) On the other hand, in the multi-link mechanism, the upper link and the lower link act like a lever so that the crank throw can be made shorter than half of the (maximum) piston stroke amount. Become. For this reason, shortening the crank throw can reduce the size, improve engine mounting, or increase the compression ratio.By shortening the crank throw, the main journal and the crank pin approach the eccentric direction of the crank pin. As a result, the overlapping portion in the axial direction is increased, and the rigidity and strength are increased.

特許文献2には、燃焼圧・爆発力により、クランクピンの軸心からクランク回転中心へ作用するクランクピン偏心方向の荷重によって、クランクシャフトが曲げ変形することによる応力集中を緩和するために、クランクウェブ(クランクアーム)のうちで、応力が集中するクランクピン下部との隅角部分に肉盗み部を設け、当該部位の剛性を低下させ、ある程度の変形を許容することで、応力を分散させる技術が記載されている。   In Patent Document 2, there is a crankshaft in order to relieve stress concentration due to bending deformation of the crankshaft due to the load in the eccentric direction of the crankpin acting on the crank rotation center from the crankpin axis due to combustion pressure and explosive force. A technology that disperses stress by providing a stealing part at the corner of the web (crank arm) with the lower part of the crankpin where stress is concentrated, reducing the rigidity of the part, and allowing some deformation Is described.

特開2008−224015号公報JP 2008-2224015 A 特開2001−082443号公報JP 2001-084443 A

しかしながら、特許文献1のように複リンク機構を利用してクランクスローを(最大)ピストンストローク量の半分よりも短くした場合、以下のような問題が生じることを知見した。図13を参照して説明すると、多気筒内燃機関のクランクシャフトでは共振によるクランク軸まわりのねじりモーメント(以下、「ねじりトルク」とも呼ぶ)Tが発生し、このねじりトルクTによって、クランクピンには荷重P(慣性力)が、クランク軸方向αとクランクピン偏心方向βとの双方に直交するクランクピン幅方向γに作用するとともに、クランク軸周りの曲げモーメントMが発生する。ここで、クランクスローを「r」とすると、トルクTと荷重PとはT=rPの関係にあるために、クランクスローrが短くなるほど、同じトルクTであっても荷重Pが大きくなる。従って、同等のピストンストローク量で比較した場合、クランクスローの短い複リンク機構では、クランクスローの長い単リンク機構に対し、クランクピンに作用する荷重Pが大きくなる。   However, when the crank throw is made shorter than half of the (maximum) piston stroke amount by using a multi-link mechanism as in Patent Document 1, it has been found that the following problems occur. Referring to FIG. 13, the crankshaft of a multi-cylinder internal combustion engine generates a torsional moment (hereinafter also referred to as “torsional torque”) T due to resonance. A load P (inertial force) acts in the crankpin width direction γ perpendicular to both the crankshaft direction α and the crankpin eccentric direction β, and a bending moment M around the crankshaft is generated. Here, when the crank throw is “r”, the torque T and the load P are in a relationship of T = rP. Therefore, as the crank throw r becomes shorter, the load P becomes larger even at the same torque T. Therefore, when compared with equivalent piston stroke amounts, in a multi-link mechanism with a short crank throw, the load P acting on the crank pin is larger than in a single link mechanism with a long crank throw.

このようなことから、複リンク機構を適用した内燃機関のクランクシャフトでは、上述した爆発力に起因するクランクピン偏心方向βの荷重のみならず、上記ねじりトルクTに起因するクランクピン幅方向γの荷重Pの影響も十分に考慮しなければならず、仮に上記特許文献2のように、爆発力に起因する荷重に対して設定された肉盗み部を適用しても、所期の応力低減効果を得ることはできない。   Therefore, in the crankshaft of the internal combustion engine to which the multi-link mechanism is applied, not only the load in the crankpin eccentric direction β caused by the above-described explosion force but also the crankpin width direction γ caused by the torsional torque T is described. The influence of the load P must also be fully taken into consideration. Even if a meat stealing portion set for a load caused by explosive force is applied as in Patent Document 2, the expected stress reduction effect Can't get.

図14を参照して、上記のねじりトルクTに起因するクランクピン幅方向γの荷重Pの影響によって、クランクピンの近傍ではクランクピン幅方向γの両側部分に応力が集中し易い。ここで、上述したように複リンク機構を利用してクランクスローを短くした場合、上記両側部分の近傍では、メインジャーナルとクランクピンとがクランクピン偏心方向βにオーバーラップする部分ΔOLが大きくなり、その剛性・強度が局所的に高くなることから、更に応力集中を招きやすい。特に、クランクピンに潤滑用の油孔がクランク幅方向γに沿う直径方向に貫通形成されている場合、油孔の部分で応力が集中する傾向にある。   Referring to FIG. 14, due to the influence of load P in the crankpin width direction γ caused by the torsional torque T, stress tends to concentrate on both sides in the crankpin width direction γ in the vicinity of the crankpin. Here, when the crank throw is shortened using the multi-link mechanism as described above, the portion ΔOL where the main journal and the crank pin overlap in the crank pin eccentric direction β increases in the vicinity of the both side portions. Since the rigidity and strength are locally increased, stress concentration is more likely to occur. In particular, when oil holes for lubrication are formed through the crank pins in the diameter direction along the crank width direction γ, stress tends to concentrate at the oil hole portions.

図15は、複リンク機構を利用してクランクスローをピストンストローク量の半分よりも短くした直列4気筒内燃機関のフライホイールに最も近い#4気筒について、その応力が最も高い油孔内部の所定点Pでの応力変動と、上記のねじりトルクに起因するクランク軸まわりのねじり変形と、上記の爆発力に起因する曲げ変形と、のクランク角毎の変化を示している。同図に示すように、点Pの応力変動(A)は、ねじりトルクに起因するねじり変形(B)との相関が強く、爆発力に起因する曲げ変形(C)との相関はほとんど見られない。これは、クランクスローの短い複リンク機構を備えた内燃機関に特有の現象である。   FIG. 15 shows a predetermined point inside the oil hole where the stress is highest for the # 4 cylinder closest to the flywheel of the in-line four-cylinder internal combustion engine in which the crank throw is made shorter than half the piston stroke amount by using the multi-link mechanism. The graph shows changes for each crank angle, including stress fluctuation at P, torsional deformation around the crankshaft caused by the torsional torque, and bending deformation caused by the explosive force. As shown in the figure, the stress fluctuation (A) at the point P has a strong correlation with the torsional deformation (B) caused by the torsional torque, and almost no correlation with the bending deformation (C) caused by the explosive force. Absent. This is a phenomenon peculiar to an internal combustion engine having a multi-link mechanism with a short crank throw.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複リンク機構を利用してクランクスローを(最大)ピストンストローク量の半分よりも短くした内燃機関のクランクシャフトにおいて、その応力集中を適切に緩和・低減することを主たる目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances. In the crankshaft of an internal combustion engine in which the crank throw is made shorter than half of the (maximum) piston stroke amount by using a multi-link mechanism, the stress concentration is appropriately adjusted. The main purpose is to reduce or reduce the energy consumption.

本発明が適用される内燃機関は、ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端にアッパーピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアーリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、他端が上記ロアーリンクに補助ピンを介して連結された補助リンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備えている。また、本発明に係る内燃機関のクランクシャフトは、機関本体側に回転可能に支持されるメインジャーナルと、このメインジャーナルの軸方向端部とクランクピンの軸方向端部とを接続するクランクウェブと、を有し、上記メインジャーナルの回転中心からクランクピンの軸心までのクランクスローが、ピストンストローク量の半分よりも短く設定されている。   An internal combustion engine to which the present invention is applied includes an upper link whose one end is connected to a piston via a piston pin, and is connected to the other end of the upper link via an upper pin and is connected to a crank pin of a crankshaft. A multi-link type piston-crank mechanism having a lower link and an auxiliary link having one end pivotably supported on the engine body side and the other end connected to the lower link via an auxiliary pin. . A crankshaft of an internal combustion engine according to the present invention includes a main journal rotatably supported on the engine body side, a crank web connecting an axial end portion of the main journal and an axial end portion of the crankpin. The crank throw from the rotation center of the main journal to the axis of the crankpin is set to be shorter than half the piston stroke amount.

このように複リンク機構を利用してクランクスローを短くすることで、上述したように小型化や高圧縮比化を図ることができる反面、クランク軸方向視でクランクピンとメインジャーナルとがオーバーラップする部分が増加し、この部分の剛性・強度が局所的に高くなることから、上述したクランク軸まわりのねじりトルクに起因する荷重に対し、応力集中を招き易い。   By shortening the crank throw using the multiple link mechanism in this way, it is possible to reduce the size and increase the compression ratio as described above, but the crank pin and the main journal overlap when viewed from the crankshaft direction. Since the portion increases and the rigidity and strength of this portion increase locally, stress concentration tends to be caused with respect to the load caused by the torsional torque around the crankshaft described above.

そこで本発明では、上記クランクウェブを所定の軸直交断面で見たときに、上記クランクピンの外周から上記メインジャーナルとクランクピンとがクランクピン偏心方向にオーバーラップする部分でのクランクウェブの最外径線までの距離が、上記クランクピン偏心方向でのクランクピン外周からクランクウェブの最外径線までの距離よりも短いことを特徴としている。   Therefore, in the present invention, when the crank web is viewed in a predetermined cross section perpendicular to the axis, the outermost diameter of the crank web at a portion where the main journal and the crank pin overlap in the eccentric direction of the crank pin from the outer periphery of the crank pin. The distance to the line is shorter than the distance from the outer periphery of the crank pin to the outermost diameter line of the crank web in the crank pin eccentric direction.

このような本発明によれば、所定の軸直交断面でのオーバーラップ部分におけるクランクピン外周からクランクウェブの最外径線までの距離を短くすることによって、このオーバーラップする部分の剛性を低下させ、ある程度の変形を許容する構造とすることで、クランク軸まわりのねじりトルクにより生じるオーバーラップ部分での応力を分散させて、応力集中を軽減・緩和することができる。   According to the present invention, the rigidity of the overlapping portion is reduced by shortening the distance from the outer periphery of the crank pin to the outermost diameter line of the crank web in the overlapping portion in the predetermined cross section perpendicular to the axis. By adopting a structure that allows a certain degree of deformation, it is possible to disperse the stress at the overlap portion caused by the torsional torque around the crankshaft and reduce or alleviate the stress concentration.

本発明の第1実施例に係るクランク軸方向視での凹部の形成範囲を模式的に示すクランクシャフトの正面対応図。The front corresponding view of the crankshaft which shows typically the formation range of the crevice in the crankshaft direction view concerning the 1st example of the present invention. 上記第1実施例に係るクランクシャフトの要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on the said 1st Example. 上記第1実施例に係るクランクシャフトの要部を示す側面図。The side view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on the said 1st Example. 上記第1実施例に係るクランクシャフトを示す断面図。Sectional drawing which shows the crankshaft which concerns on the said 1st Example. 本発明の第2実施例に係るクランクシャフトの要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on 2nd Example of this invention. 上記第2実施例に係るクランクシャフトの要部を示す側面図。The side view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on the said 2nd Example. 本発明の第3実施例に係るクランクシャフトの要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on 3rd Example of this invention. 上記第3実施例に係るクランクシャフトの要部を示す側面図。The side view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on the said 3rd Example. 本発明の第4実施例に係るクランクシャフトの要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on 4th Example of this invention. 上記第4実施例に係るクランクシャフトの要部を示す側面図。The side view which shows the principal part of the crankshaft which concerns on the said 4th Example. 本発明の第5実施例に係るクランクシャフトを示す側面図。The side view which shows the crankshaft which concerns on 5th Example of this invention. 本発明に係る複リンク式ピストン−クランク機構の一例を模式的に示す構成図。The block diagram which shows typically an example of the multilink type piston-crank mechanism which concerns on this invention. ねじりトルクに起因してクランクピンに作用する荷重とクランクスローとの関係などを示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the load which acts on a crankpin resulting from torsion torque, and a crank throw. クランクピンの幅方向に油孔が貫通形成されたクランクシャフトの正面対応図。The front corresponding | compatible figure of the crankshaft by which the oil hole was penetrated and formed in the width direction of the crankpin. クランクピンの油孔内部の点Pでの応力変動(A),ねじり変形(B)及び曲げ変形(C)を示す説明図。Explanatory drawing which shows the stress fluctuation | variation (A), torsion deformation (B), and bending deformation (C) in the point P inside the oil hole of a crankpin.

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図12は、本発明のクランクシャフトが適用される内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構(複リンク機構)の一例を簡略的に示す構成図である。シリンダブロック1には、ピストン3が摺動可能に嵌合する複数のシリンダ(気筒)2が形成されるとともに、クランクシャフト4のメインジャーナル15が回転自在に支持されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a block diagram schematically showing an example of a multi-link piston-crank mechanism (multi-link mechanism) of an internal combustion engine to which the crankshaft of the present invention is applied. A plurality of cylinders (cylinders) 2 into which the pistons 3 are slidably fitted are formed in the cylinder block 1, and a main journal 15 of the crankshaft 4 is rotatably supported.

複リンク式ピストン−クランク機構は、上記の特開2008−224015号公報等により公知であり、簡単に説明すると、ピストン3にピストンピン5を介して一端が連結されるアッパーリンク6と、このアッパーリンク6の他端にアッパーピン7を介して連結されるとともに、クランクシャフト4のクランクピン8に回転可能に取り付けられるロアーリンク9と、一端(下端)で内燃機関本体としてのシリンダブロック1側に揺動可能に支持されるとともに、他端(上端)でロアーリンク9に補助ピン10を介して連結される補助リンク11と、を備えている。   The multi-link type piston-crank mechanism is known from the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-222015. Briefly described, an upper link 6 having one end connected to the piston 3 via a piston pin 5 and the upper link 6 The lower link 9 is connected to the other end of the link 6 via an upper pin 7 and is rotatably attached to the crankpin 8 of the crankshaft 4, and one end (lower end) is connected to the cylinder block 1 as an internal combustion engine body. And an auxiliary link 11 supported at the other end (upper end) and connected to the lower link 9 via an auxiliary pin 10.

このような複リンク機構では、ピストンピン5とクランクピン8とを一本のリンクにより連結した単リンク機構に比して、ピストンストローク特性の設定の自由度が高く、このピストンストローク特性を適正なもの(例えば、単振動に近い特性)とすることによって、振動や騒音の大幅な低減化等を図ることができる。   Such a multi-link mechanism has a higher degree of freedom in setting piston stroke characteristics than a single link mechanism in which the piston pin 5 and the crank pin 8 are connected by a single link. By using a thing (for example, characteristics close to simple vibration), it is possible to significantly reduce vibration and noise.

また、メインジャーナル15の軸心からクランクピン8の軸心までのクランクスローrが、(最大)ピストンストローク量の半分よりも短く設定されている。これによって、クランクスローrがピストンストローク量の半分である一般的な単リンク機構に比して、同じ機関圧縮比を維持しつつ、クランクスローrを短くすることで、剛性・強度の向上や小型化を図ることができ、あるいは同等のクランクスローrでありながら高圧縮比化を図ることができる。   The crank throw r from the axis of the main journal 15 to the axis of the crankpin 8 is set to be shorter than half of the (maximum) piston stroke amount. As a result, the crank throw r is shortened while maintaining the same engine compression ratio as compared with a general single link mechanism in which the crank throw r is half the piston stroke amount, thereby improving rigidity and strength and reducing the size. Or a high compression ratio can be achieved while maintaining an equivalent crank throw r.

更に、シリンダブロック1には多気筒に連続した補助シャフト13が図示せぬ支持部材を介してシリンダブロック1に回転可能に支持されており、この補助シャフト13には、各気筒毎に偏心軸部12が設けられ、各偏心軸部12に、上記の補助リンク11の他端が回転可能に取り付けられている。従って、図示せぬアクチュエータにより機関運転状態に応じて補助シャフト13の回転位置を変更することで、補助リンク11の揺動支持位置となる偏心軸部12の位置が変化し、補助リンク11によるロアーリンク9の運動拘束条件の変化に伴い、機関圧縮比が変化する(可変圧縮比手段)。このように複リンク式ピストン−クランク機構を利用して機関圧縮比の可変制御を容易に実現可能である。   Further, an auxiliary shaft 13 that is continuous to multiple cylinders is rotatably supported on the cylinder block 1 by a cylinder member 1 via a support member (not shown). The auxiliary shaft 13 has an eccentric shaft portion for each cylinder. 12, and the other end of the auxiliary link 11 is rotatably attached to each eccentric shaft portion 12. Therefore, by changing the rotational position of the auxiliary shaft 13 according to the engine operating state by an actuator (not shown), the position of the eccentric shaft portion 12 that becomes the swing support position of the auxiliary link 11 is changed, and the lower by the auxiliary link 11 is changed. The engine compression ratio changes (variable compression ratio means) in accordance with the change in the motion constraint condition of the link 9. Thus, variable control of the engine compression ratio can be easily realized by using the multi-link type piston-crank mechanism.

次に、図1〜図4の第1実施例を参照して、本発明の要部をなすクランクシャフト4の構造について説明する。なお、図1〜図4では、クランクシャフトに設けられる複数のクランクピンのうち、一つのクランクピンの周囲の構造を示している。また、図1では明りょう化のために図2〜図4に比して形状を簡略化して描いている。   Next, the structure of the crankshaft 4 constituting the main part of the present invention will be described with reference to the first embodiment of FIGS. 1 to 4 show a structure around one crankpin among a plurality of crankpins provided on the crankshaft. Further, in FIG. 1, the shape is simplified for the sake of clarity as compared with FIGS. 2 to 4.

クランクシャフト4は、メインジャーナル15の回転中心(軸心・クランク回転中心)より偏心したクランクピン8が各気筒毎に設けられ、各クランクピン8の軸方向端部とメインジャーナル15の軸方向端部とが薄肉状のクランクウェブ16により一体的に接続されている。また、クランク回転中心を挟んでクランクピン8と反対側にカウンターウェイト17がクランクウェブ16より延長形成されているとともに、各クランクウェブ16には、クランクピン8との接続部より径方向外方へフランジ状に張り出した所定の径方向幅ΔDのスラスト受け部18が設けられている。このスラスト受け部18は、ロアーリンク9の軸方向両端面に対向する平面を有する円環状をなし、ロアーリンク9からのクランク軸方向αのスラスト荷重を受け止めて、クランピン8に対するロアーリンク9のクランク軸方向αの移動を規制・防止する。なお、スラスト受け部18は、加工時の要請により、クランクウェブ16の外周よりも径方向内側に入り込んだものとなっている。   The crankshaft 4 is provided with a crankpin 8 that is eccentric from the rotation center (axial center / crank rotation center) of the main journal 15 for each cylinder, and the axial end of each crankpin 8 and the axial end of the main journal 15 are provided. The parts are integrally connected by a thin crank web 16. Further, a counterweight 17 is formed to extend from the crank web 16 on the opposite side of the crank pin 8 across the crank rotation center, and each crank web 16 is radially outward from the connecting portion with the crank pin 8. A thrust receiving portion 18 having a predetermined radial width ΔD protruding in a flange shape is provided. The thrust receiving portion 18 has an annular shape having a plane opposite to both axial end surfaces of the lower link 9, receives a thrust load in the crank shaft direction α from the lower link 9, and receives the crank of the lower link 9 with respect to the clamp pin 8. Restricts / prevents movement in the axial direction α. The thrust receiving portion 18 is inserted radially inward from the outer periphery of the crank web 16 at the time of processing.

更に、クランクウェブ16には、クランクピン接続部の下方側に、ロアーリンク9との干渉を回避するように、軸方向に窪んだ干渉回避凹部19が凹設されている。   Further, the crank web 16 is provided with an interference avoiding recess 19 recessed in the axial direction so as to avoid interference with the lower link 9 on the lower side of the crank pin connecting portion.

クランクピン8には、クランクピン軸方向α及びクランクピン偏心方向βの双方に直交するクランクピン幅方向γに沿って直径方向に延びる油孔20が貫通形成されている。潤滑油は、メインジャーナル15に開口するジャーナル側油孔21を経由してシリンダブロック側よりクランクシャフト4の内部へ給油され、クランクピン8の油孔20を通してクランクピン軸受部分へ供給される。   The crankpin 8 is formed with an oil hole 20 extending in a diametrical direction along a crankpin width direction γ that is orthogonal to both the crankpin axial direction α and the crankpin eccentric direction β. Lubricating oil is supplied to the inside of the crankshaft 4 from the cylinder block side via the journal side oil hole 21 opened in the main journal 15, and is supplied to the crankpin bearing portion through the oil hole 20 of the crankpin 8.

そして、図1に示すように、各クランクウェブ16に、クランク軸方向視でメインジャーナル15とクランクピン8とがクランクピン偏心方向βにオーバーラップする部分22に対応して、内側へ窪んだ凹部23を形成している。すなわち、凹部23は、その大部分がオーバーラップ部分22に形成されているとともに、油孔20の側方を横切るようにクランクピン偏心方向βに延在し、かつ、所定の径方向幅ΔDのスラスト受け部18よりも内側に入り込むように内側へ大きく窪んでいる。すなわち、各クランクウェブ16におけるクランクピン8の周囲のうち、両側の凹部23でスラスト受け部18が部分的に切り欠かれた形状となっている。また、凹部23は、クランク軸方向視で、クランクピン8の外周とメインジャーナル15の外周とを結ぶ(仮想)共通接線24、すなわちクランクピン8の外周とメインジャーナル15の外周との双方に接する共通接線24よりも更に内側に入り込むように内側へ大きく窪んでいる。   As shown in FIG. 1, each crank web 16 has a recess recessed inward corresponding to a portion 22 where the main journal 15 and the crankpin 8 overlap in the crankpin eccentric direction β when viewed in the crankshaft direction. 23 is formed. That is, most of the recess 23 is formed in the overlap portion 22, extends in the crankpin eccentric direction β so as to cross the side of the oil hole 20, and has a predetermined radial width ΔD. It is greatly recessed inward so as to enter the inner side of the thrust receiving portion 18. That is, the thrust receiving portion 18 is partially cut out at the concave portions 23 on both sides of the crank web 16 around the crankpin 8. Further, the recess 23 is in contact with the (virtual) common tangent line 24 connecting the outer periphery of the crankpin 8 and the outer periphery of the main journal 15, that is, both the outer periphery of the crankpin 8 and the outer periphery of the main journal 15 as viewed in the crankshaft direction. It is greatly recessed inward so as to enter further inside than the common tangent line 24.

すなわち、このような凹部23を形成することによって、クランクウェブ16を凹部23が形成された所定の軸直交断面で見たときに、クランクピン8の外周からメインジャーナル15とクランクピン8とがクランクピン偏心方向βにオーバーラップする部分22でのクランクウェブ16の最外径線までの(最短)距離R1が、クランクピン偏心方向βでのクランクピン8外周からクランクウェブ16の最外径線までの距離R0、つまり、一般的にクランクピン8の周囲のうちで最も短い幅となっているクランクピン偏心方向βに沿う部分の距離R0よりも更に短くなっている。なお、この実施例では図1に示すように凹部23がオーバーラップ部分22でクランクピン8の外周付近まで内側へ入り込んでいるために、上記の距離R1がほぼ0(ゼロ)となっている。   That is, by forming such a recess 23, the main journal 15 and the crankpin 8 are cranked from the outer periphery of the crankpin 8 when the crank web 16 is viewed in a predetermined cross section perpendicular to the axis where the recess 23 is formed. The (shortest) distance R1 to the outermost diameter line of the crank web 16 at the portion 22 overlapping in the pin eccentric direction β is from the outer periphery of the crankpin 8 to the outermost diameter line of the crank web 16 in the crankpin eccentric direction β. Distance R0, that is, the distance R0 of the portion along the crankpin eccentric direction β that is generally the shortest width around the crankpin 8. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the concave portion 23 enters the inside of the crank pin 8 at the overlap portion 22 so that the distance R1 is substantially 0 (zero).

上述したように、複リンク機構においてはクランクスローrの短縮化によりオーバーラップ部分22が大きくなり、強度・剛性が向上する反面、ねじりモーメントにより作用するクランクピン幅方向γの荷重に対する剛性が局所的に高くなることから、応力集中を招き易く、特に、クランクピン幅方向γに貫通形成される油孔20の内部に応力が集中し易い。本実施例では、上記の凹部23を形成し、オーバーラップ部分22での距離R1を短くすることで、このオーバーラップ部分22の強度を低下させ、その変形を許容する構造とすることによって、上記の応力集中を低減・緩和することができるとともに、凹部23により軽量化を図ることができる。   As described above, in the multi-link mechanism, the overlap portion 22 is increased by shortening the crank throw r and the strength and rigidity are improved. On the other hand, the rigidity against the load in the crank pin width direction γ acting by the torsional moment is locally increased. Therefore, stress concentration tends to be caused, and in particular, stress tends to concentrate inside the oil hole 20 formed penetrating in the crank pin width direction γ. In the present embodiment, the concave portion 23 is formed and the distance R1 at the overlap portion 22 is shortened, thereby reducing the strength of the overlap portion 22 and allowing the deformation thereof. The stress concentration can be reduced / relieved, and the recess 23 can reduce the weight.

特に本実施例においては、凹部23を共通接線24の内側まで入り込ませているために、共通接線24に沿う荷重の伝達がなされず、オーバーラップ部分22の剛性・強度を大きく低下させることができる。 また、クランクウェブ16のうち、両側の凹部23を除くクランクピン8の上部及び下部に、クランクピン8に嵌合するロアーリンク9の軸方向端面に対向するスラスト受け部18が残存している。これにより、爆発力に対する曲げ剛性を確保し、かつ、スラスト荷重に対抗するスラスト受け部の本来の機能を確保することができる。   In particular, in this embodiment, since the recess 23 is inserted into the common tangent 24, the load along the common tangent 24 is not transmitted, and the rigidity and strength of the overlap portion 22 can be greatly reduced. . Further, in the crank web 16, the thrust receiving portions 18 facing the axial end surfaces of the lower links 9 fitted to the crank pins 8 remain on the upper and lower portions of the crank pins 8 except for the concave portions 23 on both sides. Thereby, the bending rigidity with respect to an explosive force is ensured, and the original function of the thrust receiving part which opposes a thrust load can be ensured.

なお、クランクシャフトに設けられる複数のクランクピンのうち、フライホイール(図示省略)に最も近い気筒のクランクピンが、上記のねじりモーメントによる影響を最も受け易い。そこで、フライホイールに最も近い気筒のクランクピンに接続するクランクウェブにのみ、上記凹部23を形成するようにしても良い。この場合、上記フライホイールに最も近い気筒については、上述した凹部23による応力集中の緩和及び軽量化を図りつつ、残りの気筒については、凹部23を設けないことで、凹部23の形成による剛性・強度の低下を回避することができる。   Of the plurality of crankpins provided on the crankshaft, the crankpin of the cylinder closest to the flywheel (not shown) is most susceptible to the torsional moment. Therefore, the recess 23 may be formed only in the crank web connected to the crank pin of the cylinder closest to the flywheel. In this case, with respect to the cylinder closest to the flywheel, the stress concentration is reduced and the weight is reduced by the concave portion 23 described above, and the remaining cylinders are not provided with the concave portion 23. A decrease in strength can be avoided.

また、クランクピンの軸方向両側に位置する2つのクランクウェブのうち、ねじりモーメントによる影響を受け易いフライホイールに近い側のクランクウェブにのみ、上記凹部23を形成するようにしても良い。この場合、フライホイール側のクランクウェブについては、上述した凹部23による応力集中の緩和及び軽量化を図りつつ、反フライホイール側のクランクウェブについては、凹部23を設けないことで、凹部23の形成による剛性・強度の低下を回避することができる。   Further, the concave portion 23 may be formed only on the crank web closer to the flywheel that is easily affected by the torsional moment, out of the two crank webs located on both sides in the axial direction of the crankpin. In this case, with respect to the crank web on the flywheel side, the stress concentration is reduced and the weight is reduced by the recess 23 described above, and the recess 23 is not provided on the crank web on the anti-flywheel side, thereby forming the recess 23. It is possible to avoid a decrease in rigidity / strength due to.

以下に説明する実施例では、既述した実施例と共通する構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略し、主に既述した実施例と異なる部分について説明する。   In the embodiments described below, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiments, and overlapping description will be omitted as appropriate, and different parts from the above-described embodiments will be mainly described.

図5及び図6に示す第2実施例では、クランク軸方向視で、凹部23がクランクピン8の内側に対応する位置まで入り込んでおり、この凹部23の部分でクランクピン8の軸方向端面8Aの一部が表出している。また、油孔20内部の応力集中をより適切に緩和するように、油孔20に対応する位置で凹部23が最も内側へ入り込んでいる。すなわち、凹部23は、クランクピン8の幅方向中心線に沿う部分で最も深くなる断面円弧状に凹設されている。また、凹部23は、クランクウェブ16の軸方向でクランクピン寄りの部分にのみ設けられ、クランクウェブ16の軸方向でメインジャーナル15寄りの部分には、剛性・強度を確保するために、凹部23のない薄肉状のクランクウェブ16の一部25が、メインジャーナル15の外周とクランクピン8の外周とを滑らかに接続する共通接線24(図1参照)を含む形で残存している。   In the second embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the recess 23 is inserted to a position corresponding to the inside of the crankpin 8 as viewed in the crankshaft direction, and the axial end surface 8 </ b> A of the crankpin 8 is formed at this recess 23. A part of is exposed. Moreover, the recessed part 23 has entered the innermost side at a position corresponding to the oil hole 20 so as to more appropriately relieve stress concentration in the oil hole 20. That is, the recess 23 is recessed in a circular arc shape that is deepest at a portion along the center line in the width direction of the crankpin 8. The concave portion 23 is provided only in a portion near the crank pin in the axial direction of the crank web 16, and the concave portion 23 is provided in a portion near the main journal 15 in the axial direction of the crank web 16 in order to ensure rigidity and strength. A portion 25 of the thin-walled crank web 16 having no gap remains in a form including a common tangent line 24 (see FIG. 1) that smoothly connects the outer periphery of the main journal 15 and the outer periphery of the crank pin 8.

従って、凹部23により上記の第1実施例と同様に、クランクウェブ16を凹部23が形成された所定の軸直交断面で見たときに、クランクピン8の外周からオーバーラップ部分22でのクランクウェブ16の最外径線までの(最短)距離R1が、クランクピン偏心方向βでのクランクピン8外周からクランクウェブ16の最外径線までの距離R0よりも更に短くなっており、応力集中の緩和と凹部23による軽量化とを図りつつ、薄肉状のクランクウェブ16の一部25を残存させることで、クランクウェブの強度に優れたものとなる。   Accordingly, when the crank web 16 is viewed in a predetermined cross-section perpendicular to the axis where the concave portion 23 is formed by the concave portion 23 as in the first embodiment, the crank web at the overlap portion 22 extends from the outer periphery of the crank pin 8. 16 (the shortest) distance R1 to the outermost diameter line is further shorter than the distance R0 from the outer periphery of the crankpin 8 to the outermost diameter line of the crank web 16 in the crankpin eccentric direction β. The strength of the crank web is improved by allowing the portion 25 of the thin-walled crank web 16 to remain while reducing the weight and reducing the weight by the recess 23.

図7及び図8に示す第3実施例を参照して、クランクピン8を径方向に貫通する油孔20とメインジャーナル15を径方向に貫通するジャーナル側油孔21とを連通する連通油孔26は、クランクピン8の両側のクランクウェブ16のうち、上記ジャーナル側油孔21と反対側のクランクウェブ16の開口部26Aから加工により直線状に斜めに穿設され、その開口部26Aはキャップ(図示省略)により閉塞される。   Referring to the third embodiment shown in FIGS. 7 and 8, a communication oil hole that communicates an oil hole 20 that penetrates the crank pin 8 in the radial direction and a journal side oil hole 21 that penetrates the main journal 15 in the radial direction. 26 is formed in the crank web 16 on both sides of the crankpin 8 at an angle from the opening 26A of the crank web 16 opposite to the journal-side oil hole 21 by machining, and the opening 26A is a cap. It is blocked by (not shown).

この場合、クランクピン8の両側のクランクウェブ16A,16Bのうち、開口部26Aが形成されたクランクウェブ16Aの凹部23Aを、開口部26Aが形成されていないクランクウェブ16Bの凹部23Bよりも小さくする。具体的には、開口部26A側のクランクウェブ16Aについては、その軸方向全長にわたって凹部23Bを形成する一方、開口部26Aのないクランクウェブ16Bについては、軸方向でクランクピン寄りの部分にのみ凹部23Aを形成し、軸方向でメインジャーナル寄りにの部分では、クランクウェブ16Aの一部25Aが残存する構造とする。これによって、開口部26Aが形成されているクランクウェブ16Aの剛性・強度が過剰に低下するのを防止することができる。   In this case, of the crank webs 16A and 16B on both sides of the crankpin 8, the recess 23A of the crank web 16A in which the opening 26A is formed is made smaller than the recess 23B of the crank web 16B in which the opening 26A is not formed. . Specifically, for the crank web 16A on the opening 26A side, a recess 23B is formed over the entire length in the axial direction, whereas for the crank web 16B without the opening 26A, the recess is only in the portion near the crankpin in the axial direction. 23A is formed, and a portion 25A of the crank web 16A remains in a portion near the main journal in the axial direction. Thereby, it is possible to prevent the rigidity and strength of the crank web 16A in which the opening 26A is formed from being excessively lowered.

図9及び図10に示す第4実施例では、共通接線24(図1参照)を含む幅広のクランクウェブ16における幅方向側面の軸方向中央部に、内側へ窪んだスリット状の凹部23Cがウェブ側面に開口形成されている。このような凹部23Cにより、上記実施例と同様、応力集中の緩和や軽量化が図れることに加え、スラスト受け部18が全周にわたって残存する形となり、爆発力に対する曲げ剛性やスラスト荷重に対する強度に優れたものとなる。   In the fourth embodiment shown in FIGS. 9 and 10, a slit-like recess 23C that is recessed inward is formed in the axial center of the side surface in the width direction of the wide crank web 16 including the common tangent line 24 (see FIG. 1). An opening is formed on the side surface. Like the above-described embodiment, the recess 23C can relieve stress concentration and reduce the weight, and the thrust receiving portion 18 can remain over the entire circumference, so that the bending rigidity against the explosive force and the strength against the thrust load can be improved. It will be excellent.

上述した第1〜第4実施例のように凹部23(23A〜23C)を形成すると、クランクピン8の油孔20の内部に発生する応力の高い部分が、クランクピン8の外周に開口する油孔の開口部寄りに移行する。このため、油孔20に対する疲労強度向上のための加工処理、例えば、高周波焼き入れ処理,みがき処理,及びローラバニッシュ処理などについては、開口部の近傍のみ施工するようにしても良い。これにより、生産性が向上し、加工コストを削減することができる。   When the recesses 23 (23A to 23C) are formed as in the first to fourth embodiments described above, a portion of high stress generated in the oil hole 20 of the crankpin 8 opens to the outer periphery of the crankpin 8. Move closer to the opening of the hole. For this reason, the processing for improving the fatigue strength with respect to the oil hole 20, such as induction hardening, polishing, and roller burnishing, may be performed only in the vicinity of the opening. Thereby, productivity can be improved and processing costs can be reduced.

図11の第5実施例では、上記の凹部を用いることなく、上記のねじりトルクに起因する応力集中を有効に低減・回避するものである。すなわち、この第5実施例では、クランクシャフト4に設けられる4つのクランクピン8のうち、フライホイール(図示省略)に最も近く、ねじりモーメントの影響を最も受ける機関後方側の#4気筒のクランクピン8の曲げ剛性、詳しくはクランクピン偏心方向β周りの曲げ剛性が、他の#1〜#3気筒のクランクピン8の曲げ剛性よりも低くなるように設計されている。具体的には、#4気筒のクランクピン8の軸方向長さΔCP1を、他の#1〜#3気筒のクランクピン8の軸方向長さΔCP0よりも長くしている。   In the fifth embodiment shown in FIG. 11, the stress concentration caused by the torsional torque is effectively reduced and avoided without using the recess. That is, in the fifth embodiment, among the four crankpins 8 provided on the crankshaft 4, the # 4 cylinder crankpin closest to the flywheel (not shown) and most affected by the torsional moment is provided. 8 is designed so that the bending rigidity around the crankpin eccentric direction β is lower than the bending rigidity of the crankpins 8 of the other cylinders # 1 to # 3. Specifically, the axial length ΔCP1 of the crankpin 8 of the # 4 cylinder is made longer than the axial length ΔCP0 of the crankpin 8 of the other # 1 to # 3 cylinders.

なお、この実施例では、クランクピン8の幅方向の中心の位置、つまり隣接する気筒のボア間ピッチを変化させることのないように、#4気筒のクランクピン8の軸方向長さΔCP1の増加分、この#4気筒の2つのクランクウェブ16の軸方向長さΔCW1を、他の#1〜#3気筒のクランクウェブの軸方向長さΔCW0よりも短くしている。   In this embodiment, the axial length ΔCP1 of the crankpin 8 of the # 4 cylinder is increased so as not to change the center position of the crankpin 8 in the width direction, that is, the pitch between the bores of adjacent cylinders. Therefore, the axial length ΔCW1 of the two crank webs 16 of the # 4 cylinder is made shorter than the axial length ΔCW0 of the crank webs of the other # 1 to # 3 cylinders.

このように、フライホイールにもっとも近い#4気筒のクランクピン8を相対的に長くして、その曲げ剛性を低下させることで、クランクスローrの短い複リンク機構に特有の、ねじりトルクに起因する油孔20内部での応力集中を有効に低減・緩和することができる。   In this way, the # 4 cylinder crankpin 8 closest to the flywheel is made relatively long to reduce its bending rigidity, resulting in torsional torque peculiar to the multi-link mechanism having a short crank throw r. The stress concentration in the oil hole 20 can be effectively reduced / relieved.

3…ピストン
4…クランクシャフト
5…ピストンピン
6…アッパーリンク
7…アッパーピン
8…クランクピン
9…ロアーリンク
10…補助ピン
11…補助リンク
15…メインジャーナル
16…クランクウェブ
20…油孔
23…凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Piston 4 ... Crankshaft 5 ... Piston pin 6 ... Upper link 7 ... Upper pin 8 ... Crank pin 9 ... Lower link 10 ... Auxiliary pin 11 ... Auxiliary link 15 ... Main journal 16 ... Crank web 20 ... Oil hole 23 ... Concave

Claims (8)

ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端にアッパーピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアーリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、他端が上記ロアーリンクに補助ピンを介して連結された補助リンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフトにおいて、
機関本体側に回転可能に支持されるメインジャーナルと、このメインジャーナルの軸方向端部とクランクピンの軸方向端部とを接続するクランクウェブと、を有し、
上記メインジャーナルの回転中心からクランクピンの軸心までのクランクスローが、ピストンストローク量の半分よりも短く設定されており、
かつ、上記クランクウェブを所定の軸直交断面で見たときに、上記クランクピンの外周から上記メインジャーナルとクランクピンとがクランクピン偏心方向にオーバーラップする部分でのクランクウェブの最外径線までの距離が、上記クランクピン偏心方向でのクランクピン外周からクランクウェブの最外径線までの距離よりも短いことを特徴とする複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。
An upper link whose one end is connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin and connected to the crank pin of the crankshaft, and one end on the engine body side A crankshaft of an internal combustion engine having a multi-link type piston-crank mechanism having an auxiliary link that is pivotally supported by the other end and connected to the lower link via an auxiliary pin.
A main journal rotatably supported on the engine body side, and a crank web connecting the axial end of the main journal and the axial end of the crankpin;
The crank throw from the rotation center of the main journal to the axis of the crankpin is set to be shorter than half of the piston stroke amount.
And, when the crank web is viewed in a predetermined cross section perpendicular to the axis, the outer circumference of the crank pin extends from the outer diameter of the crank web at the portion where the main journal and the crank pin overlap in the eccentric direction of the crank pin. A crankshaft of an internal combustion engine provided with a multi-link type piston-crank mechanism, characterized in that the distance is shorter than the distance from the outer periphery of the crankpin to the outermost diameter line of the crank web in the eccentric direction of the crankpin.
上記クランクピンに、クランクピン偏心方向と軸方向とに直交するクランクピン幅方向に沿う油孔が貫通形成されていることを特徴とする請求項1に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。   2. The multi-link piston-crank mechanism according to claim 1, wherein an oil hole is formed through the crank pin along a crank pin width direction orthogonal to a crank pin eccentric direction and an axial direction. Crankshaft of internal combustion engine. 上記クランクウェブを所定の軸直交断面で見たときに、クランクピンの外周とメインジャーナルの外周とを結ぶ共通接線よりも内側に入り込んだ凹部がクランクウェブに凹設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。   When the crank web is viewed in a predetermined cross section orthogonal to the axis, a concave portion is formed in the crank web so as to enter inside a common tangent line connecting the outer periphery of the crank pin and the outer periphery of the main journal. A crankshaft of an internal combustion engine comprising the multi-link type piston-crank mechanism according to claim 1 or 2. 上記ロアーリンクの軸方向端面に対向するクランクウェブのクランクピン接続部に、クランクピン径方向に所定幅のスラスト受け部が形成されており、
上記クランクウェブに、上記スラスト受け部の内側まで入り込んだ凹部が形成されており、
上記スラスト受け部は、両側の凹部を除くクランクピンの上部及び下部に対応する位置に残存していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。
A thrust receiving portion having a predetermined width is formed in the crank pin radial direction at the crank pin connecting portion of the crank web facing the axial end surface of the lower link,
The crank web is formed with a recess that enters the inside of the thrust receiving portion,
The multi-link type piston-crank mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein the thrust receiving portion remains at a position corresponding to an upper portion and a lower portion of a crank pin excluding concave portions on both sides. A crankshaft of an internal combustion engine provided.
クランクシャフトに設けられる複数のクランクピンのうち、フライホイールに最も近いクランクピンに接続するクランクウェブにのみ、上記凹部を形成することを特徴とする請求項3又は4に記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。   5. The multi-link piston according to claim 3, wherein the recess is formed only in a crank web connected to a crank pin closest to the flywheel among a plurality of crank pins provided on the crank shaft. A crankshaft of an internal combustion engine provided with a crank mechanism. クランクピンの軸方向両側に位置する2つのクランクウェブのうち、フライホイールに近い側のクランクウェブにのみ、上記凹部を形成することを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフト。   The double link according to any one of claims 3 to 5, wherein the concave portion is formed only in a crank web closer to the flywheel among two crank webs positioned on both sides in the axial direction of the crankpin. A crankshaft of an internal combustion engine having a piston-crank mechanism. ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクの他端にアッパーピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアーリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、他端が上記ロアーリンクに補助ピンを介して連結された補助リンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関のクランクシャフトにおいて、
機関本体側に回転可能に支持されるメインジャーナルと、このメインジャーナルの軸方向端部とクランクピンの軸方向端部とを接続するクランクウェブと、を有し、
上記メインジャーナルの回転中心からクランクピンの軸心までのクランクスローが、ピストンストローク量の半分よりも短く設定されており、
かつ、クランシャフトに設けられる複数のクランクピンのうち、フライホイールに最も近いクランクピンの曲げ剛性を、他のクランクピンの曲げ剛性よりも低く設定したことを特徴とする内燃機関のクランクシャフト。
An upper link whose one end is connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin and connected to the crank pin of the crankshaft, and one end on the engine body side A crankshaft of an internal combustion engine having a multi-link type piston-crank mechanism having an auxiliary link that is pivotally supported by the other end and connected to the lower link via an auxiliary pin.
A main journal rotatably supported on the engine body side, and a crank web connecting the axial end of the main journal and the axial end of the crankpin;
The crank throw from the rotation center of the main journal to the axis of the crankpin is set to be shorter than half of the piston stroke amount.
And the crankshaft of the internal combustion engine characterized by setting the bending rigidity of the crankpin closest to the flywheel among the plurality of crankpins provided on the crankshaft to be lower than the bending rigidity of other crankpins.
クランシャフトに設けられる複数のクランクピンのうち、フライホイールに最も近いクランクピンの軸方向長さを、他のクランクピンの軸方向長さよりも長く設定したことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関のクランクシャフト。   The axial length of the crank pin closest to the flywheel among the plurality of crank pins provided on the clan shaft is set longer than the axial length of the other crank pins. Crankshaft of internal combustion engine.
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