JP6269317B2 - 複リンク式ピストンクランク機構におけるリンク連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に関し、特に複リンク式ピストンクランク機構におけるリンク部材の連結構造に関する。

この種の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたものでは、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、一端が機関本体に揺動可能に支持され、且つ他端が上記ロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備えていて、上記アッパリンクとロアリンクとはアッパピンを介して互いに回転可能に連結され、上記コントロールリンクとロアリンクとはコントロールピンを介して互いに回転可能に連結されている。

そして、上記ロアリンクに対するアッパリンクまたはコントロールリンクの連結部に着目した場合、特許文献１には具体的明示はされていないものの、例えば特許文献２に記載されているように、ロアリンクの該当部位に二股状の軸受支持部を形成するとともに、この軸受支持部の二股状空間に相手側となるアッパリンクまたはコントロールリンクの端部を挿入した上で、当該軸受支持部にピンを圧入することで両者を互いに回転可能に連結している。この場合において、ロアリンク側の軸受支持部に対してピンを圧入構造とすることでピンそのものは回転不能とし、このピンに対してアッパリンクまたはコントロールリンクが回転可能な軸受支持構造としている。

特許第５３３２７４６号公報 特開２０１０−１８５３２９号公報

しかしながら、上記のようなリンク部材の連結構造において、アッパリンクまたはコントロールリンク側からロアリンクへの荷重入力時に、ロアリンクとアッパリンクまたはコントロールリンクとが相対回転することになるが、その際にピンまでも連れ回りしないようにするためには、ロアリンクに対してピンを締め代の大きな強圧入構造とする必要がある。そのため、ピンの圧入に伴ってロアリンクの一部が圧入方向に倒れを生じ、ロアリンクとアッパリンクまたはコントロールリンクとの間に適正な隙間を確保することができなくなるおそれがあった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ピンの圧入に伴うロアリンクの一部の倒れ現象を回避できるリンク連結構造を提供するものである。

本発明は、特許文献１に記載されたものと同様に、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リンクと、このアッパリンクの他端にピンを介して連結され、且つクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、一端が機関本体に揺動可能に支持され、且つ他端が上記ロアリンクにピンを介して連結されたコントロールリンクと、を備えた内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構を前提としている。

その上で、リンク部材であるアッパリンクまたはコントロールリンクと上記ロアリンクとの連結部の構造として、上記ロアリンクの一部に対向して形成された一対の軸受フランジ部をもって二股状の軸受支持部を設けてあり、上記軸受支持部における一対の軸受フランジ部同士の間に相手側となるリンク部材を挿入するとともに、上記一対の軸受フランジ部とリンク部材とに跨ってピンを挿入することによりロアリンクに対してリンク部材を連結してあり、上記ピンのうち一対の軸受フランジ部に挿入される両端部が軸受フランジ部に対して回り止め機能を有する楕円形もしくは長円形または長方形の異形形状部として形成されている。そして、上記ピンの両端部の異形形状部のうちいずれか一方がピンの径方向に張り出して大径化されているとともに、他方の異形形状部は一方の異形形状部と相似形をなしてピンの直径内に納まる大きさに設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ピンの異形形状部自体が回り止め機能を有することで、ロアリンクに対しピンを大きな締め代のもとでの強圧入構造とする必要がない。そのため、ロアリンクの倒れ現象を未然に防止して、ロアリンクと相手側となるリンク部材との間に適正な隙間を確保することができる。

本発明に係るリンク連結構造の第１の実施の形態を示す図で、複リンク式ピストンクランク機構を可変圧縮比機構として構成した内燃機関の断面説明図。 図１に示したロアリンクの縦断面説明図。 図２のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。 図３に示したアッパピン単独での斜視図。 図１，２に示したロアリンクに対する荷重入力方向の説明図。 図３に示したアッパピン単独での細部説明図。 本発明に係るリンク連結構造の第２の実施の形態を示す図で、アッパピン単独での斜視図。 本発明に係るリンク連結構造の第３の実施の形態を示す図で、アッパピン単独での斜視図。 本発明に係るリンク連結構造の第４の実施の形態を示す図で、アッパピン単独での斜視図。

図１〜６は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１は複リンク式ピストンクランク機構を可変圧縮比機構として構成した内燃機関の断面説明図を示している。

図１では、クランクシャフト１のほか、ロアリンク２と、アッパリンク３と、コントロールリンク４と、を主体とした複リンク式ピストンクランク機構を備えている。

図１のクランクシャフト１は、複数のジャーナル部５とクランクピン６とを備えており、シリンダブロック７の主軸受にジャーナル部５が回転可能に支持されている。クランクピン６は周知のようにジャーナル部５から所定量偏心しており、このクランクピン５に対してロアリンク２が回転可能に連結されている。なお、図１の符号８はカウンタウエイトで、このカウンタウエイト８はジャーナル部５とクランクピン６とを接続するクランクウェブからクランクピン６とは反対側に延びている。

ロアリンク２は、後述するように上下方向で二部材に分割されたいわゆる半割構造のものとして形成されていて、そのほぼ中央部のクランクピン軸受部９が上記クランクシャフト１のクランクピン６に嵌合している。

アッパリンク３は、下端側がアッパピン１０によりロアリンク２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン１１によりピストン１２に回動可能に連結されている。ピストン１２は燃焼室での燃焼圧力を受けてシリンダブロック７のシリンダ１３内を上下方向に往復動する。

ロアリンク２の運動を拘束するコントロールリンク４は、上端側がコントロールピン１４によりロアリンク２の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸１５を介して機関本体の一部となるシリンダブロック７の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸１５は機関本体に回転可能に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部１６を有し、この偏心カム部１６にコントロールリンク４の下端部が回転可能に嵌合している。

制御軸１５は、図示しないエンジンコントロールユニットからの制御信号に基づいて作動する同じく図示しない圧縮比制御アクチュエータによって回動位置が制御される。

このような複リンク式ピストンクランク機構を用いた可変圧縮比機構においては、制御軸１５が圧縮比制御アクチュエータによって回動されると、偏心カム部１６の中心位置、特に機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク４の下端の揺動支持位置が変化する。そして、コントロールリンク４の揺動支持位置が変化すると、ロアリンク２およびアッパリンク３を介してピストン１２の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン１２の位置が高くなったり低くなったりする。これにより機関圧縮比を変えることが可能となる。

図２にロアリンク２の縦断面説明図を示す。図２に示すように、ロアリンク２は、クランクピン６が嵌合するほぼ中央部のクランクピン軸受部９と、アッパピン１０を保持するために一端部の軸受支持部２４に形成されたアッパピン用ピン穴１７と、コントロールピン１４を保持するために他端部の軸受支持部２５に形成されたコントロールピン用ピン穴１８と、を備えている。そして、クランクピン６への組立性を確保するために、ロアリンク２はクランクピン軸受部９の中心を通る分割面１９に沿って、アッパピン用ピン穴１７を含むロアリンクアッパ２０と、コントロールピン用ピン穴１８を含むロアリンクロア２１と、に二分割されたいわゆる半割構造のものとなっている。

その上で、ロアリンクアッパ２０とロアリンクロア２１とは、クランクピン軸受部９の両側にそれぞれ配置された２本のボルト２２，２３がロアリンクアッパ２０またはロアリンクロア２１側にそれぞれ設けられためねじ部と螺合することによって一体的に締結結合されている。つまり、ロアリンク２はロアリンクアッパ２０とロアリンクロア２１との二分割構造とされながら、それらのロアリンクアッパ２０とロアリンクロア２１は２本のボルト２２，２３によって締結結合されている。

なお、ロアリンク２の構成要素であるロアリンクアッパ２０とロアリンクロア２１は、平坦面をもって形成された分割面１９にて突き合わされて密着している。

図１に示したシリンダ１３が上下方向を指向するように配置されているものとすると、クランクケース内でロアリンクアッパ２０が上側に、ロアリンクロア２１が下側にそれぞれ位置している。そして、２本のボルト２２，２３のうち一方のボルト２２はロアリンクアッパ２０の上面側から下方へ向けて挿入されているとともに、他方のボルト２３はロアリンクロア２１の下面側から上方へ向けて挿入されている。

図３はロアリンク２とアッパリンク３との連結部、すなわちロアリンクアッパ２０とアッパリンク３との連結部の詳細を示し、図２のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図を示している。なお、図２では、アッパリンク３は図示省略している。

図２，３に示すように、ロアリンクアッパ２０のうちアッパピン用ピン穴１７の周囲の軸受支持部２４は、互いに対向するように形成された一対の軸受フランジ部２４ａ，２４ｂをもって二股状に形成されていて、それらの一対の軸受フランジ部２４ａ，２４ｂ同士の対向間隙内にアッパリンク３を受容するようになっている。そして、一対の軸受ランジ部２４ａ，２４ｂのうち一方の軸受フランジ部２４ａには相対的に大きなアッパピン用ピン穴１７ａが、他方の軸受フランジ部２４ｂには相対的に小さなアッパピン用ピン穴１７ｂがそれぞれ形成されているとともに、アッパリンク３の端部にはピン穴２６がそれぞれ形成されている。

そして、それらのピン穴１７ａ，１７ｂ，２６に対し当該ピン穴１７ａ，１７ｂ，２６が共有するアッパピン１０を挿入することで、アッパピン１０を回転中心としてロアリンクアッパ２０に対しアッパリンク３を相対回転可能に連結してある。なお、図２では、一対の軸受フランジ部２４ａ，２４ｂからなる軸受支持部２４におけるアッパピン用ピン穴１７ａ，１７ｂを集約するかたちで当該ピン穴を符号１７で示している。

ここで、アッパピン１０と各ピン穴１７ａ，１７ｂ，２６との関係に着目した場合に、アッパピン１０のうちアッパリンク３のピン穴２６に挿入されることになる軸部１０ｂは円筒状にものであるのに対して、アッパピン１０のうちロアリンクアッパ２０側の軸受フランジ部２４ａ，２４ｂに挿入されることになる両端の頭部１０ａと先端部１０ｃは、軸部１０ｂとは異なり軸受フランジ部２４ａ，２４ｂに対して回り止め機能を有する異形形状部として形成されている。

詳しくは、図４に示すように、アッパピン１０のうち大径の頭部１０ａは楕円形または長円形の異形形状部として形成されている一方、小径の先端部１０ｃは頭部１０ａと相似形をなす楕円形または長円形の異形形状部として形成されている。これらの楕円形または長円形の異形形状部であるところの頭部１０ａと先端部１０ｃはその長径の位相を互いに一致させてあるとともに、頭部１０ａのうち長径方向での一端部が軸部１０ｂの延長線上で当該軸部１０ｂと同一円径のものとして形成されていて、さらに先端部１０ｃはその長径が軸部１０ｂの直径内に納まる長さに設定されている。

他方、図３に示すように、軸受フランジ部２４ａ側の一方のアッパピン用ピン穴１７ａはアッパピン１０の頭部１０ａが挿入可能なように当該アッパピン１０の頭部１０ａと同じ形状に、軸受フランジ部２４ｂ側の他方のアッパピン用ピン穴１７ｂはアッパピン１０の先端部１０ｃが挿入可能なように当該アッパピン１０の先端部１０ｃとそれぞれ同じ形状に形成されている。さらに、アッパリンク３側のピン穴２６はアッパピン１０の軸部１０ｂが遊嵌的に挿入可能な円筒状の穴として形成されている。

そして、図３に示すように、双方の軸受フランジ部２４ａ，２４ｂとアッパリンク３とに跨るようにそれらのピン穴１７ａ，１７ｂ，２６にアッパピン１０を挿入することにより、このアッパピン１０を介してロアリンクアッパ２０に対しアッパリンク３が相対回転可能に連結されている。すなわち、アッパピン１０は先に述べたようにその頭部１０ａと先端部１０ｃが異形形状部であるが故に、アッパピン１０は軸受フランジ部２４ａ，２４ｂに対しその回り止め機能により回転不能に拘束されているので、アッパピン１０の軸部１０ｂとそれに挿入されたアッパリンク３側のピン穴２６との回り対偶をもってロアリンクアッパ２０（ロアリンク２）とアッパリンク３とが相対回転可能に連結されていることになる。

この場合において、アッパピン１０のうち異形形状部である頭部１０ａおよび先端部１０ｃがそれらに対応する軸受フランジ部２４ａ，２４ｂ側のピン穴１７ａ，１７ｂと嵌合することでアッパピン１０の回り止め機能が発揮されることになるので、頭部１０ａおよび先端部１０ｃとそれに対応するピン穴１７ａ，１７ｂとの嵌め合いの度合いとしては、軸受フランジ部２４ａ，２４ｂ側のピン穴１７ａ，１７ｂからアッパピン１０側の頭部１０ａや先端部１０ｃが抜け落ちない程度で良く、ごくわずかな締め代のもとでの軽度の圧入（焼きばめを含む。）で足りることになる。なお、アッパピン１０の軸部１０ｂとアッパリンク３側のピン穴２６との間に軸受スリーブまたはカラーが挿入されることもあるが、図３では図示省略している。

さらに、アッパピン１０の頭部１０ａのうち長径方向での一端部が軸部１０ｂの延長線上で当該軸部１０ｂと同一円径のものとして形成されていることは先に述べた通りであるが、頭部１０ａおよび先端部１０ｃの向きとしては、図５に示すように、頭部１０ａのうち上記長径方向での一端部がアッパリンク３からロアリンク２への荷重入力方向（図５の矢印Ｍ１で示す方向）を向くように設定してある。

なお、これまでに述べたロアリンク２とアッパリンク３との連結構造は、ロアリンク２と図１のコントロールリンク４との連結部についても基本的に同様である。そのため、図５では、コントロールリンク４からロアリンク２への荷重入力方向矢印Ｍ２で示している。

したがって、このようなロアリンク２とアッパリンク３との連結構造によれば、ロアリンク２に対するアッパピン１０の圧入度合いに依存することなく、アッパピン１０のうち異形形状部である頭部１０ａおよび先端部１０ｃが発揮する回り止め機能によってアッパピン１０自体の回転を防止するようにしているので、従来のようにアッパピン１０の頭部１０ａおよび先端部１０ｃを大きな締め代のもとでロアリンク２に圧入する必要がない。そのため、ロアリンク２における軸受支持部２４を形成している軸受フランジ部２４ａ，２４の倒れを未然に防止して、ロアリンク２とアッパリンク３との連結部に適正な隙間を確保することが可能となる。

また、アッパピン１０の頭部１０ａのうち軸部１０ｂの延長線上で当該軸部１０ｂと同一円径のものとして形成されている長径方向での一端部が、アッパリンク３からロアリンク２への荷重入力方向（図５の矢印Ｍ１方向）を向くようにアッパピン１０の向きを設定してあり、当該部位はアッパピン１０のうちでも軸部１０ｂと頭部１０ａとの間で段差を有していない部位であることを意味する。そのため、ロアリンク２がアッパリンク３側からの荷重入力を受けた際にアッパピン１０での局部的な応力集中を回避できる利点がある。

ここで、アッパピン１０の頭部１０ａのうち軸部１０ｂの延長線上で当該軸部０ｂと同一円径のものとして形成されている長径方向での一端部以外の部位では、頭部１０ａと軸部１０ｂとの境界部に両者の径差による段差を有していることになるが、当該部位については、図６に示すように、両者のなす内隅部にＣ面取りまたはアール（Ｒ）面取りの面取り部２７を形成しておくことが望ましい。こうすることにより、ロアリンク２がアッパリンク３側からの荷重入力を受けた際にアッパピン１０の該当部位での局部的な応力集中を回避して、その応力の分散を図ることができる利点がある。この応力分散効果は、Ｃ面取りよりもアール面取り形状の面取り部２７の方がより顕著となる。

図７〜９は本発明の第２〜第４の実施の形態をそれぞれ示し、ここでは図４のアッパピン１０に代わる変形例をそれぞれ示している。

図７に示す第２に実施の形態にアッパピン３０は、図４のものと比較すると明らかなように、頭部３０ａの長径方向の両端部を共に軸部３０ｂから張り出させたものであり、先端部３０ｃは頭部３０ａと相似形のものとしてその長径が軸部３０ｂの直径内に収まる大きさに形成されている。

図８に示す第３の実施の形態のアッパピン４０は、図４のものときわめて類似していて、軸部４０ｂの両側の頭部４０ａおよび先端部４０ｃ共に所定のプロフィール形状を有するカムの形状に形成したものである。

図９に示す第４の実施の形態のアッパピン５０は、頭部５０ａの長径方向の両端部を共に軸部５０ｂから張り出させたものであり、同時に頭部５０ａおよび先端部５０ｃを四隅部が面取りされた長方形のものとして形成したものである。

これらの図７〜９に示す第２〜第４の実施の形態のアッパピン３０，４０，５０を採用するにあたっては、相手側となる軸受フランジ部２４ａ，２４ｂ側のピン穴１７ａ，１７ｂ（図３参照）についても、それぞれの頭部３０ａ，４０ａ，５０ａや先端部３０ｃ，４０ｃ，５０ｃの形状と同じ形状に形成されることは言うまでもない。

これら第２〜第４の実施の形態のアッパピン３０，４０，５０を採用した場合であっても、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

２…ロアリンク
３…アッパリンク（リンク部材）
４…コントロールリンク（リンク部材）
５…クランクシャフト
６…クランクピン
１０…アッパピン
１０ａ…頭部（異形形状部）
１０ｃ…先端部（異形形状部）
１１…ピストンピン
１２…ピストン
１４…コントロールピン
２０…ロアリンクアッパ
２１…ロアリンクロア
２４…軸受支持部
２４ａ…軸受フランジ部
２４ｂ…軸受フランジ部
２７…面取り部

Claims (4)

1. 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リンクと、
   このアッパリンクの他端にピンを介して連結され、且つクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、
   一端が機関本体に揺動可能に支持され、且つ他端が上記ロアリンクにピンを介して連結されたコントロールリンクと、
   を備えた内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構にして、
   リンク部材であるアッパリンクまたはコントロールリンクと上記ロアリンクとの連結部の構造であって、
   上記ロアリンクの一部に対向して形成された一対の軸受フランジ部をもって二股状の軸受支持部を設けてあり、
   上記軸受支持部における一対の軸受フランジ部同士の間に相手側となるリンク部材を挿入するとともに、
   上記一対の軸受フランジ部とリンク部材とに跨ってピンを挿入することによりロアリンクに対してリンク部材を連結してあり、
   上記ピンのうち一対の軸受フランジ部に挿入される両端部が軸受フランジ部に対して回り止め機能を有する楕円形もしくは長円形または長方形の異形形状部として形成されていて、
   上記ピンの両端部の異形形状部のうちいずれか一方がピンの径方向に張り出して大径化されているとともに、他方の異形形状部は一方の異形形状部と相似形をなしてピンの直径内に納まる大きさに設定されていることを特徴とする複リンク式ピストンクランク機構におけるリンク連結構造。
2. 上記ピンの両端部の異形形状部同士はその位相が互いに一致し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におけるリンク連結構造。
3. 上記一方の異形形状部の長径方向での一端部が異形形状部以外の部位の延長線上で当該部位と同一円径のものとして形成されていて、この長径方向での一端部がピンに対する荷重入力方向を向くように当該ピンを配置してあることを特徴とする請求項２に記載の複リンク式ピストンクランク機構におけるリンク連結構造。
4. 上記一方の異形形状部と当該異形形状部以外の部位とのなす段差部の内隅部がアール面取り形状となっていることを特徴とする請求項３に記載の複リンク式ピストンクランク機構におけるリンク連結構造。

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