JP6658260B2 - 複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は、複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造に関する。

内燃機関の機関圧縮比を変更可能なデバイスとして、特許文献１等に開示されているように、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構が知られている。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、を有し、ロアーリンクに一端が連結される制御リンクの他端の支持位置を変化させることで、ピストン上死点位置及び下死点位置の変化を伴って機関圧縮比を変更可能である。

特開２００４−１１６４３４号公報

長期放置後の低温始動時等においては、ピストンが摺動するとシリンダの壁面の潤滑性能の確保が求められ、一般的には、オイルジェットを用いて当該摺動面に潤滑油を噴射供給するようになっている。

しかしながら、複リンク式ピストン−クランク機構においては、アッパーリンク，ロアーリンク及び制御リンク等の多数の部品を連結ピン等を用いて回転可能に連結する構造となっているために、上述したシリンダの壁面の他にも、潤滑性能が要求される連結ピン周りの軸受部分が数多く存在する。このため、特に機関始動時にピストンとシリンダとの摺動面に十分な潤滑油を供給することが困難であり、潤滑性能の向上が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複リンク式ピストン−クランク機構における機関始動時のピストンとシリンダとの摺動面の潤滑性能を改善することを目的としている。

本発明に係る複リンク式ピストン−クランク機構は、シリンダ内を摺動するピストンと、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、一端がピストンピンを介して上記ピストンと回転可能に連結されるとともに、他端が連結ピンを介して上記ロアーリンクと回転可能に連結されるアッパーリンクと、を有している。そして、上記ロアーリンクに、機関停止時に潤滑油が貯留される油溜まり部が設けられ、上記油溜まり部は、機関停止状態からの機関始動時に、上記クランクシャフトの回転に伴って上記油溜まり部内に溜められている潤滑油が上記シリンダの壁面へ飛散するように構成されている。また、上記アッパーリンクに設けられ、上記連結ピンが貫通する第１ピンボス部と、上記ロアーリンクに設けられ、上記連結ピンが貫通し、上記第１ピンボス部の軸方向両側に互いに平行に配置された一対の第２ピンボス部と、を有し、上記油溜まり部は、上記一対の第２ピンボス部の対向面と、これら対向面の端部同士を繋ぐ底面と、により画成されていることを特徴としている。

本発明によれば、機関停止時にロアーリンクの油溜まり部に潤滑油が貯留され、機関始動時におけるクランクシャフトの回転に伴って、ロアーリンクが揺動することで、油溜まり部内の潤滑油が遠心力により飛散して、ピストンが摺動するシリンダの壁面に吹きかける。この結果、複リンク式ピストン−クランク機構を備えた内燃機関の機関始動時におけるシリンダの壁面の潤滑性能を向上することができる。

本発明の第１実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構を示す断面図。 上記複リンク式ピストン−クランク機構における機関停止時（Ａ），ピストン上死点近傍（Ｂ）及びピストン下死点近傍（Ｃ）におけるリンク姿勢を示す説明図。 上記複リンク式ピストン−クランク機構におけるアッパーリンクとロアーリンクとの連結部分を示す断面図。 上記連結部分を拡大して示す斜視図。 上記連結部分におけるロアーリンク側の構造を示す斜視図。 同じく上記連結部分におけるロアーリンク側の構造を一部を破断して示す斜視図。 本発明の第２実施例に係るアッパーリンクとロアーリンクとの連結部分におけるロアーリンク側の構造を示す斜視図。 本発明の第３実施例に係るアッパーリンクとロアーリンクとの連結部分におけるロアーリンク側の構造を示す斜視図。 本発明の第４実施例に係るアッパーリンクとロアーリンクとの連結部分におけるロアーリンク側の構造を一部を破断して示す斜視図。 本発明の第５実施例に係るアッパーリンクとロアーリンクとの連結部分におけるロアーリンク側の構造を一部を破断して示す斜視図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。先ず図１を参照して、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構１０について説明する。

この可変圧縮比機構１０は、内燃機関のクランクシャフト１１のクランクピン１１Ａに回転可能に取り付けられるロアーリンク１２と、ピストン１３とロアーリンク１２とを連結するアッパーリンク１４と、ロアーリンク１２に一端が回転可能に取り付けられる制御リンク１５と、を有している。ピストン１３とアッパーリンク１４とは、両者を挿通するピストンピン１６により回転可能に連結され、アッパーリンク１４とロアーリンク１２とは、両者を挿通する連結ピン１７により回転可能に連結され、制御リンク１５とロアーリンク１２とは、両者を挿通する制御ピン１８により回転可能に連結されている。

上記のピストン１３はシリンダブロック１９のシリンダ２０に昇降可能に配設され、シリンダ２０内をシリンダ軸方向に摺動する。また、シリンダブロック１９には、クランクシャフト１１と平行に制御軸２１が回転可能に支持されている。この制御軸２１には、その回転中心から偏心した偏心軸部２１Ａが設けられており、この偏心軸部２１Ａに、上記のロアーリンク１２の他端が回転可能に取り付けられている。

図示せぬモータ等の可変圧縮比アクチュエータにより制御軸２１の回転位置を変更することによって、制御リンク１５によるロアーリンク１２の拘束条件が変化して、ピストン１３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が変化する。従って、図示せぬ制御部により可変圧縮比アクチュエータの動作を制御することにより、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。

シリンダブロック１９には、シリンダ２０の下端部の近傍に、オイルジェット２２が設けられている。このオイルジェット２２は、シリンダブロック１９の内部に形成された潤滑油通路であるメインギャラリ２３から供給される潤滑油を、ピストン１３の冠面の裏面側へ向けて噴射供給することで、ピストン１３の冷却を行なうもので、機関回転数が約２０００ｒｐｍ以上であれば内蔵された弁が開弁して潤滑油を常時噴射するように構成されている。このオイルジェット２２の噴射ノズル２４は、ピストン１３のスカート部１３Ａと干渉することのないように、オイルジェット本体から側方へ延びてから上方へ延びる形状となっている。

次に、図２〜図６を参照して、本発明の第１実施例の要部をなす連結ピン１７によるアッパーリンク１４とロアーリンク１２との連結部分の潤滑構造について説明する。なお、図２ではオイルジェットを省略して描いている。

図３にも示すように、金属製のアッパーリンク１４の下端部には、連結ピン１７が貫通する円筒状の第１ピンボス部２５が一体的に形成されている。一方、金属製のロアーリンク１２には、同じく連結ピン１７が貫通する貫通孔２６Ａが貫通形成され、第１ピンボス部２５の軸方向両側に互いに平行に配置された薄板状の第２ピンボス部２６が一体的に形成されている。つまり、一対の第２ピンボス部２６が一つの第１ピンボス部２５を軸方向に挟み込む形となっている。

そして、上記第１ピンボス部２５を挟んで対向する一対の第２ピンボス部２６の対向面と、これら第２ピンボス部２６の対向面の根元部分の端部同士を繋ぐ円弧状の底面２７と、によって、本実施例の要部をなす油溜まり部２８が画成されている。この油溜まり部２８は、揺動するアッパーリンク１４の他端との干渉を回避するように、円弧状に窪んだ形状をなしている。

また、ロアーリンク１２はクランクピン１１Ａを挟み込む一対の分割部材１２Ａ，１２Ｂ（図１参照）により構成されており、上記の底面２７には、一対の分割部材１２Ａ，１２Ｂを締結する一対のボルト２９の一方の先端が表出している。また、ロアーリンク１２には、クランクピン１１Ａの軸受面３１と上記の底面２７とを繋ぐ油通路３０が形成されており、この油通路３０を通して、油溜まり部２８内の潤滑油が、クランクピン１１Ａの外周面と摺接するロアーリンク１２のクランクピン軸受面３１に供給されるようになっている。

図中の一点鎖線３２Ａは、底面２７をほぼ平坦面として形成した場合の比較例に係る底面の形状を示している。このような比較例に対し、本実施例では、ロアーリンク１２の外縁近傍の突出部３２をアッパーリンク１４側へ突出させて、機関停止時に潤滑油を貯留可能な油溜まり部２８を形成している。

図２（Ａ）は機関停止状態、（Ｂ）はピストン上死点付近、（Ｃ）はピストン下死点付近における複リンク式ピストン−クランク機構のリンク姿勢を示している。

クランクシャフト１１の回転が完全に停止した機関停止状態におけるリンク姿勢は、例えば直列４気筒の内燃機関の場合、ピストン上死点付近では圧縮圧力による反力が高いために、全ての気筒がピストン上死点付近やピストン下死点付近を除いたピストンストローク行程の中間付近となる。Ｖ型６気筒等の他の気筒数の内燃機関においても、概ね機関停止状態におけるリンク姿勢はピストン上死点付近やピストン下死点付近を除いたピストンストローク行程の中間付近となる。

従って、次回の機関始動時には、クランクシャフトの回転に伴ってロアーリンク１２が揺動することで、図２（Ｂ）の矢印で示すように、ピストン上死点付近において、油溜まり部２８に貯留されていた潤滑油が、油溜まり部２８の底面２７に沿う形で遠心力により飛散して、シリンダ２０の壁面２０Ａ、つまりはピストン１３との摺動面へ向けて吹き付けられるように構成されている。従って、特に潤滑油が不足し易い複リンク式ピストン−クランク機構における機関始動時に、油溜まり部２８に貯留されている潤滑油を利用して、ピストン１３が摺接するシリンダ２０の壁面２０Ａに潤滑油を十分に供給して、潤滑性能を向上することができる。

ここで、この複リンク式ピストン−クランク機構においては、クランクシャフト１１の回転に伴って揺動するアッパーリンク１４のシリンダ軸線に対する傾斜方向が一方の傾斜方向、図２ではアッパーリンク１４のピストン上方側が反スラスト方向（図の左側）へ向かう傾斜方向に設定されている。このため、アッパーリンク１４を介してピストンに作用するスラスト−反スラスト方向の荷重の向きを反スラスト方向に限定し、いわゆるピストン１３の首振り動作を抑制している。

そして本実施例では、機関停止状態からの機関始動時に、スラスト−反スラスト方向の荷重が作用する一方の傾斜方向、つまり反スラスト方向と交差する側のシリンダ２０の壁面２０Ａに対して、油溜まり部２８に貯留されている潤滑油を吹きかけるように構成されている。これによって、スラスト−反スラスト方向の荷重が作用するシリンダ２０の壁面２０Ａを重点的に潤滑することができる。

また、油溜まり部２８の一部を構成する底面２７は、揺動するアッパーリンク１４の他端との干渉を回避するように、円弧状をなしている。つまり、アッパーリンク１４との干渉を回避する空間を有効に利用して油溜まり部２８を形成している。

図４〜図６を参照して、油溜まり部２８の底面２７における潤滑油が飛散する側の端部には、その軸方向両側に、シリンダ２０の壁面２０Ａへ向けた潤滑油の飛散を案内する一対のガイド油路３３が形成されている。ガイド油路３３は、底面２７の端縁から周方向に延びる所定長さの溝状に凹設されている。このようなガイド油路３３によって、油溜まり部２８の軸方向中央に位置するアッパーリンク１４を迂回して、このアッパーリンク１４の軸方向両側より潤滑油をシリンダ２０の壁面２０Ａへ向けて良好に飛散させることができる。

以下に説明する実施例では、既述した実施例と同一部分には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図７は第２実施例を示している。この第２実施例では、ガイド油路３４が、底面２７の端部の軸方向両側に設けられている点で第１実施例と共通するものの、ロアーリンク１２の内部を貫通して周方向に延在する貫通孔として構成されている点で、第１実施例と異なっている。このガイド油路３４の一端は油溜まり部２８に開口し、他端はロアーリンク１２の外面に開口している。このようなガイド油路３４を設けた場合であっても、上記第１実施例と同様の作用効果を奏することができる。

図８は第３実施例を示している。この第３実施例では、底面２７の端部における軸方向中央部にガイド油路３５が形成されている。このガイド油路３５は、第２実施例と同様、ロアーリンク１２の内部を貫通して周方向に延在する貫通孔として構成されている。例えばアッパーリンク１４が二股形状に形成されている場合など、飛散する潤滑油がアッパーリンク１４の軸方向中央部を通り抜け得る構成の場合には、この第３実施例のようにガイド油路３５を軸方向中央部に設ける構成としても良い。

図９は第４実施例を示している。この第４実施例のガイド油路３６は、底面２７の端部における軸方向中央部に設けられ、底面２７の端縁へ向かうに従って徐々に軸方向の幅が狭くなるほぼ三角錐状に凹設されている。この場合、油溜まり部２８からシリンダ２０側へ飛散される潤滑油の流速・勢いを強化して、シリンダ２０側へ潤滑油を良好に到達させることができる。

図１０は第５実施例を示している。この第５実施例では、上記第１〜第４実施例のようなガイド油路を省略し、底面２７にガイド油路のない簡素な構造としている。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、オイルジェット２２の無い構成であっても本発明の適用に支障はない。
また、ロアーリンクに設ける油溜まり部は、機関停止時に潤滑油を貯留し、機関始動時にシリンダの壁面へ飛散するよう構成すれば、ロアーリンクのどの部分に設けても構わない。また、直列だけでなくＶ型や水平対向等の内燃機関にも本願発明が適用でき、内燃機関の形式に合わせて、ロアーリンクに設ける油溜まり部の場所や形状を適宜設定できる。

１０…可変圧縮比機構（複リンク式ピストン−クランク機構）
１２…ロアーリンク
１４…アッパーリンク
１５…制御リンク
１７…連結ピン
２２…オイルジェット
２５…第１ピンボス部
２６…第２ピンボス部
２７…底面
２８…油溜まり部
３３〜３６…ガイド油路

Claims (4)

1. シリンダ内を摺動するピストンと、
   クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、
   一端がピストンピンを介して上記ピストンと回転可能に連結されるとともに、他端が連結ピンを介して上記ロアーリンクと回転可能に連結されるアッパーリンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造において、
   上記ロアーリンクに、機関停止時に潤滑油が貯留される油溜まり部が設けられ、
   上記油溜まり部は、機関停止状態からの機関始動時に、上記クランクシャフトの回転に伴って上記油溜まり部内に溜められている潤滑油が上記シリンダの壁面へ飛散するように構成され、
   上記アッパーリンクに設けられ、上記連結ピンが貫通する第１ピンボス部と、
   上記ロアーリンクに設けられ、上記連結ピンが貫通し、上記第１ピンボス部の軸方向両側に互いに平行に配置された一対の第２ピンボス部と、を有し、
   上記油溜まり部は、上記一対の第２ピンボス部の対向面と、これら対向面の端部同士を繋ぐ底面と、により画成されていることを特徴とする複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造。
2. 上記複リンク式ピストン−クランク機構は、上記クランクシャフトの回転に伴って揺動する上記アッパーリンクのシリンダ軸線に対する傾斜方向が一方の傾斜方向に設定されており、
   機関停止状態からの機関始動時に、上記クランクシャフトの回転に伴って上記油溜まり部内に溜められている潤滑油が、上記一方の傾斜方向と交差する側の上記シリンダの壁面へ飛散するように構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−クランク機構の潤滑構造。
3. 上記底面は、揺動する上記アッパーリンクの他端との干渉を回避するように、円弧状をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造。
4. 上記底面における潤滑油が飛散する側の端部には、その軸方向両側に、上記シリンダの壁面へ向けた潤滑油の飛散を案内するガイド油路が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複リンク式ピストン−クランク機構の潤滑構造。

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