JP6287668B2 - リンク機構 - Google Patents

Description

本発明は、リンク機構に関し、特に内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に適用されるリンク機構に関する。

一端がピストンにピストンピンを介して連結されたアッパリンクと、クランクシャフトのクランピンに回転可能に取り付けられ、かつ上記アッパリンクにアッパピンを介して揺動可能に連結されたロアリンクと、一端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して揺動可能に連結されたコントロールリンクと、シリンダブロックに回転可能に取り付けられ、かつ上記コントロールリンクの他端を揺動自在に支持する偏心軸を備えたコントロールシャフトと、を備えた内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構が従来から知られている。

例えば、特許文献１、２には、上記アッパピンや上記コントロールピンのような連結ピンによる第１リンク（ロアリンク）と第２リンク（アッパリンク及びコントロールリンク）とのピン連結部分において、第１リンクが上記第２リンクを挟み込むように二股状に形成された構成が開示されている。

上記第１リンクの二股形状部を構成する一対の突出片には、それぞれ第１軸受部が配置されており、これら一対の第１軸受部の間に、上記第２リンクの第２軸受部を配置した上で、当該第１軸受部及び第２軸受部に上記連結ピンを挿入される。そして、上記連結ピンは、その両端部分が、それぞれ上記第１軸受部に対して圧入され、その中央部分が上記第２軸受部に回転可能に挿入されている。

ここで、上記ピン連結部分においては、上記第１リンクと上記第２リンクとを回転可能に連結するため、スラスト方向（連結ピン軸方向）で、上記第１リンクの突出片と上記第２リンクとの間に所定のクリアランスが設定される。

特開２０１２−２６３８４号公報 特開２０１３−３２８５３号公報

しかしながら、上記第１軸受部が設けられている上記突出片には、上記連結ピンを上記第１軸受部に圧入する際のスラスト方向荷重により倒れ込みが発生する可能性がある。そのため、上記ロアリンクの揺動時に上記突出片が上記第２リンクと干渉してしまう虞がある

本発明のリンク機構は、２つの第１軸受部が所定間隔を空けて同一軸線上に配置された第１リンクと、上記２つの第１軸受部の間に配置される第２軸受部を有する第２リンクと、上記２つの第１軸受部と上記第２軸受部に挿入される連結ピンと、を有し、上記第１軸受部は、上記第１リンクの対向する一対の突出片に形成され、上記一対の突出片のうち一方の突出片には、連結ピン軸方向に投影したときに他方の突出片よりも外側に張り出す突出部が形成されていることを特徴としている。これによって、突出部が形成された一方の突出片側から連結ピンを２つの第１軸受部に圧入する際に、突出部の下側に支持台等を配置して、一方の突出片を支持することができる。

本発明によれば、連結ピンの圧入時に突出片の倒れ込みを防止することができ、一対の突出片の間におけるスラスト方向（連結ピン軸方向）の第１リンクと第２リンクとの間に所期のクリアランスが確保されるので、連結ピンの耐焼き付き性を向上させることができるとともに、上記スラスト方向での第１リンクと第２リンクとの間の耐焼き付き性を向上させることができる。

本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構の説明図。 ロアリンクを模式的に示した説明図。 アッパピンの圧入時のロアリンクの挙動を模式的に示した説明図であって、（ａ）はアッパピン圧入前半、（ｂ）アッパピン圧入後半の状態を示す。 本発明が適用されたロアリンクに対する連結ピンの圧入時の状態を模式的に示した説明図。 本発明が適用されたロアリンクの他の実施例を示した説明図。 本発明が適用されたロアリンクの他の実施例を示した説明図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構１の一例を模式的に示した説明図である。

複リンク式ピストンクランク機構１は、燃焼圧力を受けてシリンダブロック２のシリンダ３内を往復動するピストン４とクランクシャフト５とを２つのリンク、つまり第２リンクとしてのアッパリンク６と、第１リンクとしてのロアリンク７と、によって連結するとともに、第２リンクとしてのコントロールリンク８を利用してロアリンク７の姿勢を制御することで、クランク角に対するピストン４の行程位置を変化させ、ひいては機関圧縮比を変更可能とするものである。

アッパリンク６は、一端がピストンピン９によりピストン４に回転可能に連結され、他端が連結ピンとしてのアッパピン１０によりロアリンク７の一端部に回転可能に連結されている。アッパリンク６の他端には、円柱形状のアッパピン１０が回転可能に支持される第２軸受部としての第１アッパピン軸受部１１が形成されている。第１アッパリンク軸受部１１は、断面円形の貫通穴であり、当該貫通穴の内径は、貫通穴軸方向で一定となるよう形成されている。

コントロールリンク８は、ロアリンク７の運動を拘束するものであって、一端が連結ピンとしてのコントロールピン１２によりロアリンク７の他端部に回転可能に連結され、他端がシリンダブロック２に対して揺動可能に支持されている。コントロールリンク８の一端には、円柱形状のコントロールピン１２が回転可能に支持される第２軸受部としての第１コントロールピン軸受部１３が形成されている。第１コントロールリンク軸受部１３は、断面円形の貫通穴であり、当該貫通穴の内径は、貫通穴軸方向で一定となるよう形成されている。

また、複リンク式ピストンクランク機構１は、クランクシャフト５と平行に延びたコントロールシャフトとしての制御軸１４を有し、この制御軸１４に偏心して設けられた偏心軸部１５にコントロールリンク８の他端が回転可能に連結されている。制御軸１４は、シリンダブロック２に対して回転可能に支持されており、図示せぬ適宜なアクチュエータ機構に連係している。

クランクシャフト５は、複数のジャーナル部１６とクランクピン１７とを備えており、シリンダブロック２の主軸受（図示せず）に、ジャーナル部１６が回転自在に支持されている。クランクピン１７は、ジャーナル部１６から所定量偏心しており、ここにロアリンク７が回転可能に連結されている。

ロアリンク７は、その中央部にクランクシャフト５のクランクピン１７を回転可能に支持するクランクピン軸受部１８が形成されている。クランクピン軸受部１８は断面円形の貫通穴である。なお、ロアリンク７は、クランクピン１７への組み付けのために、上下の２部材に分割可能であり、２本のボルト１９、１９によって一体化されている。

ロアリンク７の一端部は、互いに対向する一対の一端側突出片２０を有し、アッパリンク６の他端を挟み込むように二股状に形成されている。一対の一端側突出片２０には、アッパピン１０が圧入される第１軸受部としての第２アッパピン軸受部２１がそれぞれ形成されている。つまり、ロアリンク７の一端部は、２つの第２アッパピン軸受部２１が、所定間隔を空けて同一軸線上に配置された構成となっている。第２アッパピン軸受部２１は、断面円形の貫通穴であり、当該貫通穴の内径は、貫通穴軸方向で一定となるよう形成されている。なお、２つの第２アッパピン軸受部２１は、第１アッパピン軸受部１１が略同一軸線上に配置された状態でアッパピン１０が圧入される。

そして、一対の一端側突出片２０の一方には、図１及び図２に示すように、アッパピン軸方向に投影したときに、他方の一端側突出片２０よりも外側に張り出す突出部としての一端側突出部２２が形成されている。換言すると、一端側突出部２２は、一対の一端側突出片２０のうちクランクシャフト一端側の一端側突出片２０に形成されている。すなわち、図１または図２において、紙面垂直方向における紙面手前側の一端側突出片２０に一端側突出部２２が形成されている。この一端側突出部２２は、燃焼荷重に起因してアッパピン１０からロアリンク７に作用する荷重の入力方向（図２中の矢示方向を参照）とは反対側となる位置に形成されている。そのため、燃焼荷重に起因するアッパピン１０からの荷重入力に対するロアリンク７の剛性が高くなっている。

ロアリンク７の他端部は、互いに対向する一対の他端側突出片２３を有し、コントロールリンク８の一端を挟み込むように二股状に形成されている。一対の他端側突出片２３には、コントロールピン１２が圧入される第１軸受部としての第２コントロールピン軸受部２４がそれぞれ形成されている。つまり、ロアリンク７の他端部は、２つの第２コントロールピン軸受部２４が、所定間隔を空けて同一軸線上に配置された構成となっている。第２コントロールリンク軸受部２４は、断面円形の貫通穴であり、当該貫通穴の内径は、貫通穴軸方向で一定となるよう形成されている。なお、２つの第２コントロールピン軸受部２４は、第１コントロールピン軸受部１３が略同一軸線上に配置された状態でコントロールピン１２が圧入される。

そして、一対の他端側突出片２３の一方には、コントロールピン軸方向に投影したときに、他方の他端側突出片２３よりも外側に張り出す突出部としての他端側突出部２５が形成されている。換言すると、他端側突出部２５は、一対の他端側突出片２３のうちクランクシャフト他端側の他端側突出片２３に形成されている。すなわち、図１または図２において、紙面垂直方向における紙面奥側の他端側突出片２３に他端側突出部２５が形成されている。この他端側突出部２５は、燃焼荷重に起因してコントロールピン１２からロアリンク７に作用する荷重の入力方向（図２中の矢示方向を参照）とは反対側となる位置に形成されている。そのため、燃焼荷重に起因するコントロールピン１２からの荷重入力に対するロアリンク７の剛性が高くなっている。

上記のような複リンク式ピストンクランク機構１においては、制御軸１４が、上記アクチュエータによって回転すると、偏心軸部１５の中心位置が変化し、コントロールリンク８の他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８の揺動支持位置が変化すると、ピストン４の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン４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。

このような複リンク式ピストンクランク機構１においては、一端側突出片２０や他端側突出片２３に、アッパピン１０やコントロールピン１２を圧入する際に、荷重入力が作用する。

ロアリンク７の一端部側を例に説明すると、ロアリンク７に一端側突出部２２が形成されていない場合、図３に示すように、作業台３１上にロアリンク７とアッパリンク６とをセットして、アッパピン１０を第２アッパピン軸受部２１に矢示方向に圧入すると、作業台３１に接していない一端側突出片２０が、アッパピン１０の圧入時の荷重入力により作業台側に倒れ込み、アッパリンク６に干渉してしまう虞がある。

つまり、アッパピン１０やコントロールピン１２のような連結ピンによる第１リンク（ロアリンク７）と第２リンク（アッパリンク６及びコントロールリンク８）とのピン連結部分においては、上記連結ピンの圧入時に、第１軸受部（第２アッパピン軸受部２１及び第２コントロールピン軸受部２４）が形成された突出片（一端側突出片２０及び他端側突出片２３）の一方に倒れ込みが発生し、第１リンク（ロアリンク７）が第２リンク（アッパリンク６やコントロールリンク８）と干渉してしまう可能性がある。

しかしながら、上述した本実施例の複リンク式ピストンクランク機構１においては、ロアリンク７の一端部及び他端部に、それぞれ一端側突出部２２と他端側突出部２５を設けたことにより、アッパピン１０やコントロールピン１２の圧入に際して、一端側突出片２０や他端側突出片２３の倒れ込みを防止することができる。

詳述すると、ロアリンク７の一端部側では、一対の一端側突出片２０の一方に一端側突出部２２を設けたことによって、図４に示すように、アッパピン１０を第２アッパピン軸受部２１に対して圧入する際に、一端側突出部２２の下側に支持台３２を配置して、一方の一端側突出片２０を支持台３２によって支持することができる。なお、他方の一端側突出片２０は、作業台３１によって支持される。アッパピン１０は、図４の矢示方向に圧入される。

つまり、アッパピン１０の圧入時に一端側突出部２２が設けられた側の一端側突出片２０の倒れ込みが支持台３２によって防止され、総じて一対の一端側突出片２０の間に所期の間隔を確保することができる。そのため、スラスト方向（アッパピン軸方向）で、アッパリンク６とロアリンク７との間に所期のクリアランスを確保することができ、アッパピン１０の耐焼き付き性を向上させることができるとともに、上記スラスト方向でのアッパリンク６とロアリンク７との間の耐焼き付き性を向上させることができる。

ロアリンク７の他端部側では、一対の他端側突出片２３の一方に他端側突出部２５を設けたことによって、図４に示すように、コントロールピン１２を第２コントロールピン軸受部２４に対して圧入する際に、他端側突出部２５の下側に支持台３２を配置して、一方の他端側突出片２３を支持台３２によって支持することができる。なお、他方の他端側突出片２３は、作業台３１によって支持される。コントロールピン１２は、図４の矢示方向に圧入される。

つまり、コントロールピン１２の圧入時に他端側突出部２５が設けられた側の一端側突出片２０の倒れ込みが支持台３２により防止され、総じて一対の他端側突出片２３の間に所期の間隔を確保することができる。そのため、スラスト方向（コントロールピン軸方向）で、コントロールリンク８とロアリンク７との間に所期のクリアランスを確保することができ、コントロールピン１２の耐焼き付き性を向上させることができるとともに、上記スラスト方向でのコントロールリンク８とロアリンク７との間の耐焼き付き性を向上させることができる。

そして、ロアリンク７の一端部と他端部とでは、突出部２２、２５が形成される突出片２０、２３が、クランクシャフト軸方向で異なる側となっているので、ロアリンク７の揺動時におけるバランス悪化を抑制することができる。

ロアリンク７の一端側突出部２２及び他端側突出部２５を形成するにあたっては、これら突出部２２、２５の内側先端縁に、上記連結ピン軸方向で上記第２リンク側に向かって突出する突起３５、３８を形成してもよい。

詳述すると、ロアリンク７の一端部側では、図５に示すように、一対の一端側突出片２０のうちの一方に形成された一端側突出部２２の先端にアッパピン軸方向でアッパリンク側に向かって突出する一端部側突起３５を形成してもよい。この一端部側突起３５は、ロアリンク周方向に沿って連続する突条である。なお、ロアリンク７の一端側の二股部分には、アッパリンク６との連結部分に潤滑油を供給する潤滑油路３６の一端が開口形成されている。この潤滑油路３６は、例えば、その他端がクランクピン軸受部１８の内周面に開口し、クランクピン軸受部１８に供給された潤滑油の一部をロアリンク７とアッパリンク６との連結部分に導入するものである。

これによって、ロアリンク７とアッパリンク６の連結部分から潤滑油が流出しにくくなり、スラスト方向（アッパピン軸方向）でのアッパリンク６とロアリンク７との間の耐焼き付き性を向上させることができる。

ロアリンク７の他端部側では、図５に示すように、一対の他端側突出片２３のうちの一方に形成された他端側突出部２５の先端にコントロールピン軸方向でコントロールリンク側に向かって突出する他端部側突起３８を形成してもよい。この他端部側突起３８は、ロアリンク周方向に沿って連続する突条である。なお、ロアリンク７の他端側の二股部分には、コントロールリンク７との連結部分に潤滑油を供給する潤滑油路３９の一端が開口形成されている。この潤滑油路３９は、例えば、その他端がクランクピン軸受部１８の内周面に開口し、クランクピン軸受部１８に供給された潤滑油の一部をロアリンク７とコントロール７６との連結部分に導入するものである。

これによって、ロアリンク７とコントロールリンク８の連結部分から潤滑油が流出しにくくなり、スラスト方向（コントロールピン軸方向）でのコントロールリンク８とロアリンク７との間の耐焼き付き性を向上させることができる。

そして、ロアリンク７の一端部及び他端部に形成される第１軸受部（第２アッパピン軸受部２１及び第２コントロールピン軸受部２４）は、一方の内周面を第１軸受部軸方向で内径が一定となるように形成し、他方の内周面をテーパ状に形成するようにしてもよい。

詳述すると、ロアリンク７の一端部側では、図６に示すように、一対の一端側突出片２０のうち一端側突出部２２が形成された一方（図６における上方側）の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１を、その内径が軸方向で一定となる断面円形の貫通穴となるよう形成し、他方（図６における下方側）の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１を、その内径が軸方向で一方の一端側突出片２０側ほど大径となるテーパ状に形成するようにしてもよい。

一方の一端側突出片２０は、一端側突出部２２が形成されている分、他方の一端側突出片２０に比べて剛性が高くなっている。つまり、一方の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１は、他方の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１に比べて剛性が高くなっている。そのため、アッパピン１０は、アッパリンク６からアッパピン軸直角方向に荷重入力があると、相対的に剛性の低い他方の一端側突出片２０側（図６に下方側）が振られるように動き、相対的に剛性の低い他方の一端側突出片２０側に抜けやすくなる。

そこで、他方の一端側突出片２０に形成される第２アッパピン軸受部２１をテーパ状に形成し、このテーパ形状によりアッパピン１０が相対的に剛性の高い一方の一端側突出片２０側に抜けやすくなるようにする。

これによって、一方の第２アッパピン軸受部２１と他方の第２アッパピン軸受部２１の剛性違いに起因するアッパピン１０の抜けやすさと、他方の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１のテーパ形状に起因するアッパピン１０の抜けやすさとを釣り合わせることができる。換言すると、一方の第２アッパピン軸受部２１と他方の第２アッパピン軸受部２１の剛性違いに起因してアッパピン１０が抜けようとする方向に対して、他方の一端側突出片２０に形成された第２アッパピン軸受部２１のテーパ形状に起因してアッパピン１０が抜けようとする方向を逆方向にすることができる。

ロアリンク７の他端部側では、図６に示すように、一対の他端側突出片２３のうち他端側突出部２５が形成された一方（図６における上方側）の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４を、その内径が軸方向で一定となる断面円形の貫通穴となるよう形成し、他方（図６における下方側）の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４を、その内径が軸方向で一方の他端側突出片２３側ほど大径となるテーパ状に形成するようにすればよい。

一方の他端側突出片２３は、他端側突出部２５が形成されている分、他方の他端側突出片２３に比べて剛性が高くなっている。つまり、一方の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４は、他方の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４に比べて剛性が高くなっている。そのため、コントロールピン１２は、コントロールリンク７からコントロールピン軸直角方向に荷重入力があると、相対的に剛性の低い他方の他端側突出片２３側（図６に下方側）が振られるように動き、相対的に剛性の低い他方の他端側突出片２３側に抜けやすくなる。

そこで、他方の他端側突出片２３に形成される第２コントロールピン軸受部２４をテーパ状に形成し、このテーパ形状によりコントロールピン１２が相対的に剛性の高い一方の一端側突出片２０側に抜けやすくなるようにする。

これによって、一方の第２コントロールピン軸受部２４と他方の第２コントロールピン軸受部２４の剛性違いに起因するコントロールピン１２の抜けやすさと、他方の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４のテーパ形状に起因するコントロールピン１２の抜けやすさとを釣り合わせることができる。換言すると、一方の第２コントロールピン軸受部２４と他方の第２コントロールピン軸受部２４の剛性違いに起因してコントロールピン１２が抜けようとする方向に対して、他方の他端側突出片２３に形成された第２コントロールピン軸受部２４のテーパ形状に起因してコントロールピン１２が抜けようとする方向を逆方向にすることができる。

５…アッパリンク
６…ロアリンク
７…コントロールリンク
９…アッパピン
１０…コントロールピン
１１…第１アッパピン軸受部
１２…第１コントロールピン軸受部
１３…クランクシャフト
２０…一端側突出片
２１…第２アッパピン軸受部
２２…一端側突出部
２３…他端側突出片
２４…第２コントロールピン軸受部
２５…他端側突出部

Claims (6)

1. ２つの第１軸受部が所定間隔を空けて同一軸線上に配置された第１リンクと、上記２つの第１軸受部の間に配置される第２軸受部を有する第２リンクと、上記２つの第１軸受部と上記第２軸受部に挿入される連結ピンと、を有するリンク機構であって、
   上記第１軸受部は、上記第１リンクの対向する一対の突出片に形成され、上記連結ピンは、上記２つの第１軸受部に対して圧入され、上記第１リンクと上記第２リンクとが回転可能に連結されたリンク機構において、
   上記一対の突出片のうち一方の突出片には、連結ピン軸方向に投影したときに他方の突出片よりも外側に張り出す突出部が形成されていることを特徴とするリンク機構。
2. 上記リンク機構は、内燃機関のピストンクランク機構を構成するものであって、
   上記突出部は、燃焼荷重に起因して上記連結ピンから上記第１リンクに作用する荷重の入力方向とは反対側となる位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリンク機構。
3. 上記突出部には、連結ピン軸方向で第２リンク側に向かって突出する突起が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリンク機構。
4. 上記連結ピンは、上記突出部が形成された一方の突出片側から上記突出部が形成されていない他方の突出片側に向かって圧入され、
   上記突出部が形成されていない他方の突出片における第１軸受部は、その内周面が一方の突出片側ほど大径となるテーパ状に形成され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リンク機構。
5. 上記リンク機構は、ピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に装着されるとともに、上記アッパリンクにアッパピンを介して連結されるロアリンクと、上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されるコントロールリンクと、を備える内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構であって、
   上記ロアリンクが上記第１リンクであり、
   上記アッパリンクと上記コントロールリンクの少なくとも一方が上記第２リンクであり、
   上記アッパピンと上記コントロールピンの少なくとも一方が上記連結ピンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリンク機構。
6. 上記ロアリンクと上記アッパリンクとの連結部分では、クランクシャフト一端側の突出片に上記突出部が形成され、
   上記ロアリンクと上記コントロールリンクとの連結部分では、クランクシャフト他端側の突出片に上記突出部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のリンク機構。

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