JP7109202B2 - 内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンク - Google Patents

Description

本発明は、複リンク式ピストンクランク機構を用いた内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンクに関する。

レシプロ式内燃機関のピストンピンとクランクピンとの間を複リンク式のピストンクランク機構で連結した従来技術として、本出願人が先に提案した特許文献１等が公知となっている。これは、ピストンのピストンピンに連結されるアッパリンクと、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、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、か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、を備えている。そして、上記アッパリンクと上記ロアリンクとは、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上記ロアリンクとは、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。

このような複リンク式のピストンクランク機構におけるアッパリンクは、棒状のロッドの両端にそれぞれ円環状のピンボス部を備えた構成となっており、一方のピンボス部がピストンピンに連結され、他方のピンボス部がアッパピンに連結される。アッパピンは、ロアリンクの一端部に二股状に形成された一対のアッパピン用ピンボス部に両端部が支持されており、軸方向の中央部に、アッパリンクの他方のピンボス部が回転可能に嵌合する。

コントロールリンクは、棒状のロッドの両端にそれぞれ円環状のピンボス部を備えた構成となっており、一方のピンボス部が機関本体側に揺動可能に支持され、他方のピンボス部がコントロールピンに連結される。

コントロールピンは、ロアリンクの他端部に二股状に形成された一対のコントロールピン用ピンボス部に両端部が支持されており、軸方向の中央部に、コントロールリンクの他方のピンボス部が回転可能に嵌合する。

ロアリンクは、クランクピンが嵌合するクランクピン軸受部の中心を通る分割面に沿って、アッパピン用ピンボス部を含むロアリンクアッパと、コントロールピン用ピンボス部を含むロアリンクロアと、に分割構成されている。

ロアリンクアッパとロアリンクロアとは、クランクピン軸受部の両側に配置した２本のボルトによって締結されている。

特開２０１６－１９６８８８号公報

このような複リンク式のピストンクランク機構においては、アッパピンの中心とクランクピンの中心との距離が長くなると、クランクピンからの入力荷重によるモーメントが増加する。

そのため、ロアリンクアッパが変形し、ロアリンクアッパとロアリンクロアとの締結面に口開きが生じる虞がある。

本発明は、複リンク式ピストンクランク機構を用いた内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンクである。上記ロアリンクは、クランクピンが嵌合する略中央のクランクピン軸受部と、アッパピンを保持する一端側のアッパピン軸受部と、コントロールピンを保持する他端側のコントロールピン軸受部と、を備え、上記クランクピン軸受部の中心を通る分割面に沿って、上記アッパピン軸受部を含むロアリンクアッパと、上記コントロールピン軸受部を含むロアリンクロアと、に分割構成されている。

上記アッパピン軸受部は、上記ロアリンクの一端側を構成する互いに対向する一対の一端側突出片に形成されている。

上記コントロールピン軸受部は、上記ロアリンクの他端側を構成する互いに対向する一対の他端側突出片に形成されている。

そして、上記ロアリンクアッパは、燃焼荷重に起因した上記ロアリンクへの入力荷重の入力方向に沿った高さが、燃焼荷重に起因した上記ロアリンクへの入力荷重の入力方向に沿った上記ロアリンクロアの高さよりも高くなるよう形成されているとともに、一対の上記一端側突出片のピストン側の端面が、ロアリンク厚さ方向に沿って、上記ロアリンクの外周側となるピストン側に向かって凸となる山型状に形成されている。

本発明によれば、ロアリンクアッパの剛性を向上させ、燃焼荷重の入力時のロアリンクアッパの変形を抑制できる。

本発明に係るロアリンクが適用された可変圧縮比機構の構成要素を模式的に示した説明図。 本発明に係るロアリンクの正面図。 本発明に係るロアリンクの平面図。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図。 図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図。 燃焼荷重を受けて変形したロアリンクを示す説明図。

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、本発明のロアリンク７が適用される可変圧縮比内燃機関が有する可変圧縮比機構１の構成要素を模式的に示した説明図である。

可変圧縮比内燃機関は、例えばトランスミッション（図示せず）とともにエンジンユニットを構成し、図示せぬエンジンマウントやトルクロッド等の複数の支持部材を介して図示せぬ車体に対して支持される。

可変圧縮比機構１は、ピストン２にピストンピン３を介して一端が連結されたアッパリンク４と、アッパリンク４の他端にアッパピン（第１連結ピン）５を介して連結され、かつクランクシャフト６のクランクピン６ａに連結されたロアリンク７と、一端がコントロールピン（第２連結ピン）８を介してロアリンク７に連結されたコントロールリンク９と、コントロールリンク９の他端が連結される偏心軸部１０ａを有するコントロールシャフト１０と、を有している。

つまり、可変圧縮比機構１は、ピストン２とクランクシャフト６のクランクピン６ａとを複数のリンクで連係した複リンク式ピストンクランク機構を利用したものである。

アッパリンク４は、一端がピストンピン３に回転可能に取り付けられ、他端がアッパピン５によりロアリンク７の一端側と回転可能に連結されている。

クランクシャフト６は、複数のクランクピン６ａとジャーナル部６ｂとを備えており、図示せぬシリンダブロックの主軸受（図示せず）に、ジャーナル部６ｂが回転自在に支持されている。クランクピン６ａは、ジャーナル部６ｂ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。

コントロールリンク９は、一端がコントロールピン８によりロアリンク７の他端側と回転可能に連結されており、他端がコントロールシャフト１０の偏心軸部１０ａに回転可能に取り付けられている。アッパピン５及びコントロールピン８は、ロアリンク７に対して圧入固定されている。

コントロールシャフト１０は、クランクシャフト６と平行に配置されるものであって、例えば、シリンダブロック（図示せず）に回転可能に支持される。

つまり、コントロールシャフト１０の偏心軸部１０ａに回転可能に連結されているコントロールリンク９の他端は、機関本体側に揺動可能に支持されていることになる。

可変圧縮比機構１は、コントロールシャフト１０を回転させることで偏心軸部１０ａの位置を可変とすることで、ロアリンク７の自由度を規制するコントロールリンク９を揺動させる。そして、可変圧縮比機構１は、コントロールリンク９を揺動させることで、上死点におけるピストン２の位置を変更し、内燃機関の機械的圧縮比を変更する。

コントロールシャフト１０は、例えば、電動モータからなるアクチュエータ等によって回転駆動される。

図２～図５を用いてロアリンク７について詳述する。図２は、ロアリンク７の正面図である。図３は、ロアリンク７の平面図である。図４は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

図２に示すように、ロアリンク７は、クランクピン６ａに嵌合する円筒形のクランクピン軸受部１１を中央に有している。また、ロアリンク７は、クランクピン軸受部１１を挟んで互いにほぼ１８０°反対側となる位置に、一対のアッパピン軸受部１２及び一対のコントロールピン軸受部１３を有している。

ロアリンク７は、全体として、菱形に近い平行四辺形をなしている。ロアリンク７は、クランクピン軸受部１１の中心を通る分割面１４において、アッパピン軸受部１２を含むロアリンクアッパ７Ａと、コントロールピン軸受部１３を含むロアリンクロア７Ｂと、の２部品に分割して形成されている。

分割面１４は、アッパピン軸受部１２の中心とコントロールピン軸受部１３の中心とを結ぶ直線に沿ったロアリンク幅方向に対して傾斜している。

本実施例では、ロアリンク幅方向におけるアッパピン軸受部１２側をロアリンク７の一端側とし、ロアリンク幅方向におけるコントロールピン軸受部１３側をロアリンク７の他端側とする。

これらのロアリンクアッパ７Ａ及びロアリンクロア７Ｂは、クランクピン軸受部１１をクランクピン６ａに嵌め込んだ上で、互いに逆向きに挿入される一対のボルト１５によって互いに締結されている。

換言すると、ロアリンクアッパ７Ａとロアリンクロア７Ｂは、クランクピン軸受部１１の両側に配置した２本のボルト１５によって締結されている。なお、ロアリンクアッパ７Ａとロアリンクロア７Ｂとは、２本以上のボルト１５で締結するようにしてもよい。

ロアリンク７は、アッパピン軸受部１２の中心からクランクピン軸受部１１の軸心までの距離と、コントロールピン軸受部１３の軸心からクランクピン軸受部１１の軸心までの距離が等しくなるよう形成されている。換言すると、ロアリンク７は、アッパピン５の軸心からクランクピン６ａの軸心までの距離と、コントロールピン８の軸心からクランクピン６ａの軸心までの距離が等しくなるよう形成されている。

図２～図５に示すように、アッパピン軸受部１２は、互いに離間して対向する一対の一端側突出片１６の双方に形成されている。一対の一端側突出片１６の間には、アッパリンク４の揺動運動を可能とする一定幅の溝部１７が存在する。一対の一端側突出片１６は、ロアリンク７の一端側に位置するものであって、ロアリンクアッパ７Ａの一部を構成する。

つまり、ロアリンク７の一端側は、一対の一端側突出片１６によりアッパリンク４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１６は、ロアリンク７の軸方向の端面に沿うように延びている。

一対の一端側突出片１６は、ロアリンク７の軸方向視で、上記ロアリンク幅方向に沿った上端面の形状がピストン側に向かって凸となる山型状に形成されている。換言すると、一対の一端側突出片１６は、分割面１４と対向する上端面のロアリンク幅方向に沿った形状が、ロアリンク７の外周側に向かって凸となる山型状に形成されている。

各々のアッパピン軸受部１２は、同一軸線上に配置された断面円形の貫通穴である。アッパピン軸受部１２には、アッパピン５が圧入される。

コントロールピン軸受部１３は、互いに離間して対向する一対の他端側突出片１８の双方に形成されている。一対の他端側突出片１８の間には、コントロールリンク９の揺動運動を可能とする一定幅の溝部１９が存在する。一対の他端側突出片１８は、ロアリンク７の他端側に位置するものであって、ロアリンクロア７Ｂの一部を構成する。

つまり、ロアリンク７の他端側は、一対の他端側突出片１８によりコントロールリンク９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１８は、ロアリンク７の軸方向の端面に沿うように延びている。

各々のコントロールピン軸受部１３は、同一軸線上に配置された断面円形の貫通穴である。コントロールピン軸受部１３には、コントロールピン８が圧入される。

このような複リンク式の可変圧縮比機構１においては、アッパピン軸受部１２の中心とクランクピン軸受部１１の中心との距離が長くなると、クランクピン６ａからの入力荷重によるモーメントが増加する。

そのため、ロアリンク７は、燃焼荷重による荷重入力がクランクピン６ａから入った際に、図６に破線で示すように、ロアリンクアッパ７Ａに変形が生じる虞がある。

すなわち、ロアリンク７は、クランクピン６ａからの入力荷重により、クランクピン軸受部１１の外周側の部分がクランクピン径方向の外側に向かって凸となるように変形し、一対の一端側突出片１６がクランクピン軸方向でそれぞれ外側に倒れ込むように変形する虞がある。

そのため、ロアリンク７は、このようなロアリンクアッパ７Ａの変形により、ロアリンクアッパ７Ａとロアリンクロア７Ｂとの締結面（分割面１４）に口開きが生じる虞がある。

そこで、本実施例におけるロアリンクアッパ７Ａは、図５に示すように、燃焼荷重に起因したロアリンク７への入力荷重の入力方向に沿った高さｔ１が、燃焼荷重に起因したロアリンク７への入力荷重の入力方向に沿ったロアリンクロア７Ｂの高さｔ２よりも高くなるよう形成されている。

換言すると、ロアリンクアッパ７Ａは、クランクピン６ａからロアリンク７に作用する燃焼荷重の入力方向に沿った高さｔ１が、クランクピン６ａからロアリンク７に作用する燃焼荷重の入力方向に沿ったロアリンクロア７Ｂの高さｔ２よりも高くなるよう形成されている。

なお、図５中の矢印Ｐは、最大燃焼荷重に起因したロアリンク７への入力荷重の方向を示している。また、図５中に破線で示す線分Ｑは、矢印Ｐの下端を延長したものである。

これによって、ロアリンクアッパ７Ａの剛性を高くすることができ、燃焼荷重に起因したロアリンクアッパ７Ａの変形を抑制することができる。

つまり、クランクピン６ａからの入力荷重が大きくなっても、ロアリンクアッパ７Ａの変形を抑制することができ、ロアリンクアッパ７Ａとロアリンクロア７Ｂとの締結面（分割面１４）に口開きが生じることを抑制できる。

また、一対の一端側突出片１６は、分割面１４と対向する上端面のロアリンク幅方向に沿った形状が、ロアリンク７の外周側に向かって凸となる山型状に形成されているので、燃焼荷重に起因したロアリンク７への入力荷重の入力方向に沿った高さｔ１を相対的に高く設定することができる。

クランクピン軸受部１１の外周側の肉厚は、燃焼荷重に起因したロアリンク７への入力荷重の入力方向に沿った厚さが、ロアリンクアッパ７Ａ側がロアリンクロア７Ｂ側よりも厚肉に形成されている。

すなわち、ロアリンクアッパ７Ａにおけるクランクピン軸受部１１の外周部分の燃焼荷重の入力方向に沿った肉厚ｔ３は、ロアリンクロア７Ｂにおけるクランクピン軸受部１１の燃焼荷重の入力方向に沿った肉厚ｔ４よりも厚肉に形成されている。

これによっても、ロアリンクアッパ７Ａの剛性を高くすることができ、燃焼荷重に起因したロアリンクアッパ７Ａの変形を抑制することができる。

なお、上述した図５における矢印Ｐの傾きは、可変圧縮比機構１で設定される圧縮比によって変化する。上述した実施例では、一例として可変圧縮比機構１で設定可能な圧縮比範囲内における最低圧縮比のときの燃焼荷重（最大燃焼荷重）に起因した入力荷重（最大入力荷重）の作用する方向に沿って、ロアリンクアッパ７Ａの高さや肉厚を設定したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、可変圧縮比機構１で設定可能な圧縮比範囲内における所定の圧縮比の燃焼荷重に起因した入力荷重の作用する方向に沿って、ロアリンクアッパ７Ａの高さｔ１を高くし、ロアリンクアッパ７Ａにおけるクランクピン軸受部１１の外周部分の肉厚ｔ３を厚くするようにしてもよい。

１…可変圧縮比機構
４…アッパリンク
５…アッパピン
６…クランクシャフト
６ａ…クランクピン
７…ロアリンク
７Ａ…ロアリンクアッパ
７Ｂ…ロアリンクロア
８…コントロールピン
９…コントロールリンク
１１…クランクピン軸受部
１２…アッパピン軸受部
１３…コントロールピン軸受部
１４…分割面
１６…一端側突出片
１８…他端側突出片

Claims (3)

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、
   上記アッパリンクの他端にアッパ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、他端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されたコントロールリンクと、を備え、上記コントロールリンクの一端の支持位置が可変可能で上死点におけるピストン位置を変更することにより圧縮比を変更可能な複リンク式ピストンクランク機構を用いた内燃機関の可変圧縮比機構における上記ロアリンクであって、
   上記ロアリンクは、上記クランクピンが嵌合する略中央のクランクピン軸受部と、上記アッパピンを保持する一端側のアッパピン軸受部と、上記コントロールピンを保持する他端側のコントロールピン軸受部と、を備え、上記クランクピン軸受部の中心を通る分割面に沿って、上記アッパピン軸受部を含むロアリンクアッパと、上記コントロールピン軸受部を含むロアリンクロアと、に分割構成され、
   上記アッパピン軸受部は、上記ロアリンクの一端側を構成する互いに対向する一対の一端側突出片に形成され、
   上記コントロールピン軸受部は、上記ロアリンクの他端側を構成する互いに対向する一対の他端側突出片に形成され、
   上記ロアリンクアッパは、燃焼荷重に起因した上記ロアリンクへの入力荷重の入力方向に沿った高さが、燃焼荷重に起因した上記ロアリンクへの入力荷重の入力方向に沿った上記ロアリンクロアの高さよりも高くなるよう形成されているとともに、一対の上記一端側突出片のピストン側の端面が、ロアリンク厚さ方向に沿って、上記ロアリンクの外周側となるピストン側に向かって凸となる山型状に形成されていることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンク。
2. 上記クランクピン軸受部の外周側の肉厚は、燃焼荷重に起因した上記ロアリンクへの入力荷重の入力方向に沿った厚さが、ロアリンクアッパ側がロアリンクロア側よりも厚肉に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンク。
3. 上記ロアリンクは、上記アッパピンの軸心から上記クランクピンの軸心までの距離と、上記コントロールピンの軸心から上記クランクピンの軸心までの距離が等しくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変圧縮比機構におけるロアリンク。

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