JP7124514B2 - 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構の構成要素の一つであるアッパリンクに関し、特に、ロアリンクとの連結部となるアッパピン用ピンボス部の改良に関する。

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、一方のピストンピン用ピンボス部がピストンピンに連結され、他方のアッパピン用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ロアリンク側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、アッパリンクのアッパピン用ピンボス部が回転可能に嵌合する。

上記のアッパピン用ピンボス部とアッパピンとの嵌合部つまり摺動面の潤滑のために、特許文献１には、クランクシャフト内部からロアリンクに設けたオイル噴射孔を介してアッパリンクのアッパピン用ピンボス部外周面へ向けて潤滑油を噴射供給する構成が開示されている。そして、アッパピン用ピンボス部の軸方向の端面には、噴射供給された潤滑油を受け取ってアッパピンとの接触面に導くように凹部が切欠形成されている。すなわち、所定クランク角においてクランクピンの油路とロアリンクのオイル噴射孔とが合致することで潤滑油が噴射され、このクランク角において潤滑油噴射方向に凹部が整列することで潤滑油が内周側へ案内される。

特開２０１６－１９６８８８号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、クランクシャフト内部を通して供給される潤滑油に依存して潤滑が行われる。この発明は、クランクシャフト内部を通した強制潤滑に依存せずに、クランクケース内に飛散するオイルミストを利用して、アッパピン用ピンボス部とアッパピンとの間の潤滑を行うことを目的としている。

この発明に係る内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンクは、アッパピン用ピンボス部のアッパピンの軸方向に向かう一対の端面の少なくも一方において、該アッパピン用ピンボス部の内周縁に沿った３箇所に、クランクケース内に飛散するオイルミストを捕集する三日月形の凹部が軸方向に凹んで形成されている。各凹部は、アッパピンの軸方向に直交する平面上に位置する外周側の輪郭を有する。これらの凹部は、上記内周縁の周方向の中で、上記ロッド部側となる中央位置と、上記ロッド部に対して斜め下方となる一対の位置と、の計３箇所に設けられている。

ピストンクランク機構が高速で運動するクランクケース内には、多量のオイルミストが飛散している。アッパリンクの端部にあるアッパピン用ピンボス部は、クランクケース内で概ねＤ字形をなすように上下に往復運動する。すなわち、ほぼシリンダ軸線方向に沿って真っ直ぐに下降して下死点に達した後、斜めに上昇し、かつ上昇の途中でＤ字形をなすように傾斜の方向が反対側となってさらに上昇し、上死点に達する。このようなＤ字形をなす往復運動に伴ってアッパピン用ピンボス部端面の３つの凹部にオイルミストが効果的に捕集される。捕集されたオイルミストは、徐々に大きな油滴となり、凹部からアッパピン用ピンボス部の内周側へ流れる。これにより、アッパピンとの間が潤滑される。

なお、このオイルミストを利用する潤滑は、オイルポンプにより加圧された潤滑油の供給による他の強制潤滑と組み合わせて用いることも可能である。

この発明によれば、クランクケース内に飛散するオイルミストを利用してアッパピン用ピンボス部とアッパピンとの間を潤滑することができる。

複リンク式ピストンクランク機構の構成説明図。 一実施例のアッパリンクの正面図。 アッパピン用ピンボス部の移動軌跡を示す説明図。 運動軌跡中の４点における凹部内でのオイルの挙動を示す説明図。 第１実施例のアッパピン用ピンボス部の正面図。 第１実施例のアッパピン用ピンボス部の斜視図。 第２実施例のアッパピン用ピンボス部の正面図。 第２実施例のアッパピン用ピンボス部の斜視図。 第３実施例のアッパピン用ピンボス部の正面図。 第３実施例のアッパピン用ピンボス部の斜視図。 第３実施例における凹部端部でのオイルの挙動を示す説明図。 第４実施例のアッパピン用ピンボス部の正面図。 第４実施例のアッパピン用ピンボス部の斜視図。

以下、この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、この発明が適用される複リンク式ピストンクランク機構の構成要素を示している。この複リンク式ピストンクランク機構自体は前述した特許文献１等によって公知のものであり、ピストン１にピストンピン２を介して一端が連結されたアッパリンク３と、このアッパリンク３の他端にアッパピン４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５に連結されたロアリンク６と、このロアリンク６の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えている。上記コントロールリンク７は、一端が機関本体側の支持ピン８に揺動可能に支持され、他端が上記ロアリンク６にコントロールピン９を介して連結されている。なお、上記複リンク式ピストンクランク機構は、上記支持ピン８の位置を可変とすることで、可変圧縮比機構として構成することも可能である。

上記ロアリンク６は、上記クランクピン５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、かつこの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、アッパピン用ピンボス部１２およびコントロールピン用ピンボス部１３がそれぞれ設けられている。このロアリンク６は、全体として、菱形に近い平行四辺形をなしており、クランクピン軸受部１１の中心を通る分割面１４において、アッパピン用ピンボス部１２を含むロアリンクアッパ６Ａと、コントロールピン用ピンボス部１３を含むロアリンクロア６Ｂと、の２部品に分割して形成されている。これらのロアリンクアッパ６Ａおよびロアリンクロア６Ｂは、クランクピン軸受部１１をクランクピン５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（図示せず）によって互いに締結されている。

上記アッパピン用ピンボス部１２は、アッパリンク３を軸方向中央部に挟むように二股状の構成となっており、アッパピン４の軸方向の両端部を支持する一対のアッパピン用ピンボス部１２の各々が、ロアリンク６の軸方向の端面に沿って延びている。つまり、一対のアッパピン用ピンボス部１２の間に、アッパリンク３の揺動運動を可能とする一定幅の溝部（図示せず）が存在する。各々のアッパピン用ピンボス部１２は、円形のピン嵌合孔を有し、これらのピン嵌合孔にアッパピン４が圧入されている。

コントロールピン用ピンボス部１３も基本的に同様の構成であり、二股状をなす一対のコントロールピン用ピンボス部１３の間の溝部（図示せず）にコントロールリンク７が組み合わされ、コントロールピン９の両端部がコントロールピン用ピンボス部１３のピン嵌合孔に圧入されている。

図２は、上記のロアリンク６とピストン１とを連結するアッパリンク３を示している。このアッパリンク３は、炭素鋼の鍛造や鋳造等によって一部品として構成されているものであり、直線的に延びた矩形断面の棒状をなすロッド部２１と、このロッド部２１の一端に設けられた円環状のピストンピン用ピンボス部２２と、ロッド部２１の他端に設けられた円環状のアッパピン用ピンボス部２３と、を有する。

ピストンピン用ピンボス部２２は、ピストン１に両端部が支持されたピストンピン２の中央部に回転可能に嵌合する。なお、ピストンピン２は、ピストン１に圧入して固定してもよく、あるいは、いわゆるフルフロート形式としてピストン１に回転可能に支持するようにしてもよい。

アッパピン用ピンボス部２３は、ロアリンク６側のアッパピン用ピンボス部１２に両端が支持されたアッパピン４の中央部に回転可能に嵌合する。図５，図６は、アッパピン用ピンボス部２３の詳細を示す拡大図である。これらの図に示すように、アッパピン用ピンボス部２３は、ロアリンク６側の一対のアッパピン用ピンボス部１２の内側面に対向するようにアッパピン４軸方向に向かう一対の端面２４と、アッパピン４と接する軸受メタル３１が圧入された内周面つまり軸受孔２５と、ロッド部２１の側面に連続する外周面２６と、から円環状に構成されている。ここで、上記端面２４は、上記軸受孔２５を囲む内周側の環状平面部２４ａと、この環状平面部２４ａの外周側に位置するテーパ部２４ｂと、を有する。上記環状平面部２４ａは、上記アッパピン４の軸方向に対して直交する平面に沿って機械加工により仕上げられている。これに対し、上記テーパ部２４ｂは、外周側へ向かうに従って上記環状平面部２４ａに沿った平面から後退するように傾斜しており、鍛造等による粗面のままとなっている。

一対の端面２４の各々には、クランクケース内に飛散するオイルミストを捕集するためのオイルミスト捕集凹部２８が周方向の３箇所に形成されている。具体的には、端面２４（環状平面部２４ａ）の内周縁の周方向の中で、ロッド部２１側となる中央位置に第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａが設けられ、ロッド部２１に対して斜め下方となる一対の位置に、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃが設けられている。これらのオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃは、それぞれ図５の正面視において三日月形をなし、かつ軸方向に凹んで形成されている。

換言すれば、各々のオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃは、環状平面部２４ａに位置する外周側の輪郭２８ａと、基本的に環状平面部２４ａと平行な平面をなす底面２８ｂと、によって画定されている。図５，図６に示す第１実施例においては、外周側の輪郭２８ａは、端面２４の内周縁つまり軸受孔２５の曲率半径よりも小さな曲率半径の円弧に沿った形状をなしている。

なお、３つのオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃの間においては、環状平面部２４ａが周方向に不連続なものとなるように、半径方形に沿った凹溝部２９を備えていてもよい。

第１実施例においては、３つのオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃは、いずれも同一の大きさを有している。つまり、各々の輪郭２８ａの形状が同一であり、底面２８ｂの深さも互いに等しい。第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂと第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃとは、アッパピン用ピンボス部２３の中心を通りかつロッド部２１の長手方向に沿ったアッパリンク中心線ＣＬ（換言すれば、アッパピン用ピンボス部２３の中心とピストンピン用ピンボス部２２の中心を通る中心線）を挟んで対称に形成されている。また、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａは、やはり、上記のアッパリンク中心線ＣＬを挟んで対称形の三日月形をなしている。特に第１実施例においては、３つのオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃがほぼ等間隔に配置されており、従って、上記アッパリンク中心線ＣＬを基準として１２０°毎の半径線を仮想すると、各々の半径線がオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃとそれぞれ交差する。

上記のような構成を有するオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃは、例えば、アッパリンク３の基本形状を鍛造等によって形成した上で、端面２４における環状平面部２４ａ等の機械加工と併せて二次的に機械加工される。放電加工等によって二次的に加工してもよい。その他、鍛造等でアッパリンク３を製造する際に同時に型によってオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃを形成するようにしてもよい。

上記のようにアッパピン用ピンボス部２３の内周縁の３箇所にオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃを設けることにより、クランクケース内に飛散するオイルミストが効果的に捕集される。図３は、クランクケース内でのアッパピン用ピンボス部２３の移動軌跡を示している。アッパリンク３とロアリンク６とコントロールリンク７とを含む複リンク式ピストンクランク機構においては、アッパリンク３とロアリンク６との連結部に相当するアッパピン用ピンボス部２３は、図示するように、クランクケース内で概ねＤ字形をなすように上下に往復運動する。すなわち、上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣへ至る下降行程Ｓ１は、ほぼシリンダ軸線方向に沿った直線状をなすのに対し、下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣへ至る上昇行程Ｓ２は、下死点ＢＤＣから斜めに上昇する第１区間Ｓ２ａと、傾斜の方向が反対側に変化して斜めに上昇する第２区間Ｓ２ｂと、を含む略Ｌ字形に屈曲した形状をなす。なお、図３には、各々の行程でのロアリンク６の姿勢を併せて図示してある。

基本的に、アッパピン用ピンボス部２３の上部中央に位置する第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａは、下降行程Ｓ１でのオイルミストの捕集に寄与する（図３の位置Ａおよび位置Ｂを参照）。図５の右側に位置する第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂは、上昇行程Ｓ２の中の第１区間Ｓ２ａでのオイルミストの捕集に寄与し（図３の位置Ｃを参照）、図５の左側に位置する第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃは、上昇行程Ｓ２の中の第２区間Ｓ２ｂでのオイルミストの捕集に寄与する（図３の位置Ｄを参照）。そして、捕集されたオイルミストは、徐々に油滴に成長した上で、アッパピン用ピンボス部２３の運動に伴い、内周側へつまりアッパピン４へと供給される。このオイルによって、軸受孔２５（厳密には軸受メタル３１の内周面）とアッパピン４との接触面が潤滑される。

図４は、図３の移動軌跡の中の代表的なクランク角位置である位置Ａ～Ｄにおけるオイルの挙動を説明している。位置Ａでは、アッパピン用ピンボス部２３はほぼ真っ直ぐ下方へ下降中であり、かつ下方へ向かって加速している。そのため、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａではオイルが上方へ向かって堆積していく。また、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃでは、加速度に対してオイルが追従できずに遅れるので、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの中で相対的にオイルが上方へ移動し、かつこれらオイルミスト捕集凹部２８Ｂ，２８Ｃから離れて内周側へつまりアッパピン４側へ供給される。なお、図中の大きな矢印Ｐは、アッパピン用ピンボス部２３の移動方向を示し、小さな矢印Ｏは、各オイルミスト捕集凹部２８でのオイルの挙動を模式的に示している。

位置Ｂでは、アッパピン用ピンボス部２３はほぼ真っ直ぐ下降中であるが、下死点ＢＤＣに近付くことで、その移動速度が減速する。そのため、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃでは、特にその下側部分にオイルが堆積する。第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａでは、減速度に対してオイルが追従できずに第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａから離れようとするので、それまでに堆積していたオイルがオイルミスト捕集凹部２８Ａから離れて内周側つまりアッパピン４側へ供給される。

位置Ｃでは、アッパピン用ピンボス部２３は、図の左斜め上方へ加速しながら上昇する。そのため、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂにオイルが堆積する。第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａでは、加速度に追従できないオイルが第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａから離れて内周側つまりアッパピン４側へ供給される。第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃでは、該第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの中でオイルが移動し、外周側の輪郭２８ａに沿って放出される。この第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃから放出されるオイルも、やはりアッパピン４側へ供給される。

位置Ｄでは、アッパピン用ピンボス部２３は、図の右斜め上方へ減速しつつ移動するため、第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃにオイルが堆積する。第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａでは、オイルが第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａから離れて内周側つまりアッパピン４側へ供給され、第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃでは、該第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの中でオイルが移動して輪郭２８ａに沿って内周側へ放出される。

このような動作の繰り返しによって、３つのオイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃにより効果的にオイルミストが捕集されるとともに、アッパピン４のほぼ全周に対してオイル供給がなされる。

次に、図７および図８は、オイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃの構成を一部変更した第２実施例を示している。この第２実施例においては、中央位置に位置する第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの容積が他の第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂの容積や第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの容積よりも大きなものとなっている。図示例では、三日月形をなす第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの周方向に沿った角度範囲が、他の第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃに比較して相対的に大きなものとなっている。例えば、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの外周側の輪郭２８ａの曲率半径を大きくすることで、左右に大きく拡がったオイルミスト捕集凹部２８Ａが形成される。なお、底面２８ｂの深さは、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの深さと変わりがない。

これは、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａ内にオイルが堆積する行程Ｓ１（図３参照）が区間Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの各々に比較して相対的に長いことを考慮したものである。すなわち、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａにオイルが堆積しようとする時間が他のオイルミスト捕集凹部２８Ｂ，２８Ｃよりも長いので、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの容積を相対的に大きくすることで、オイルミスト捕集量の総量が大となる。

なお、代替の実施例として、三日月形の大きさを変えずに、底面２８ｂの深さを深くすることで、第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの容積を他のオイルミスト捕集凹部２８Ｂ，２８Ｃよりも大きくしてもよい。

次に、図９および図１０は、オイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃの第３実施例を示している。この第３実施例においては、第２のオイルミスト捕集凹部２８Ｂおよび第３のオイルミスト捕集凹部２８Ｃの輪郭２８ａの一端部２８ｃ（詳しくはロッド部２１から離れた側の一端部）の形状を変更している。輪郭２８ａは、基本的には一定の曲率半径の円弧に沿った形状をなしているが、ロッド部２１から遠い方の一端部２８ｃでは、アッパピン用ピンボス部２３の半径線に近付くように傾いている。例えば、半径線に近付くように、局部的に曲率半径の小さなＲ形状をなしている。つまり、輪郭２８ａの他方の端部２８ｄでは軸受孔２５の接線に対して比較的小さい角度（例えば３０°前後）で輪郭２８ａが交差するのに対し、ロッド部２１から離れた側の端部２８ｃでは、軸受孔２５の接線に対して相対的に大きな角度（例えば４５°前後）で輪郭２８ａが交差する。

このような構成によれば、図１１の説明図に示すように、加速度によってオイルミスト捕集凹部２８Ｂ，２８Ｃの中を一端部２８ｃの方へ移動したオイルが、該一端部２８ｃでの湾曲に沿って内周側へ案内される。つまり、矢印Ｏで示すように、半径方向内周側へ向かう速度成分がより多くオイルに与えられる。

次に、図１２および図１３は、オイルミスト捕集凹部２８Ａ～２８Ｃの第４実施例を示している。この第４実施例においては、中央に位置する第１のオイルミスト捕集凹部２８Ａの三日月形の両端部２８ｅ，２８ｆにおいて、底面２８ｂの深さが徐々に浅くなっていき、最終的に０となる。つまり、凹部として生じる空間の周方向の両端が鋭端として終端している。なお、底面２８ｂの全体が徐々に深さが変化する態様であってもよく、あるいは、両端部を除く大部分では底面２８ｂの深さが一定であり、両端部２８ｅ，２８ｆの近くの部分で深さが徐々に減少する態様であってもよい。

このようにオイルミスト捕集凹部２８Ａの両端が鋭端として終端することにより、オイルミスト捕集凹部２８Ａからオイルが流れ出る際に外周側へ回り込んでしまうオイルの流れが少なくなる。従って、オイルミストとして捕集したオイルをアッパピン４側へより確実に供給することができる。

１…ピストン
２…ピストンピン
３…アッパリンク
４…アッパピン
５…クランクピン
６…ロアリンク
７…コントロールリンク
２１…ロッド部
２３…アッパピン用ピンボス部
２４…端面
２４ａ…環状平面部
２４ｂ…テーパ部
２８Ａ～２８Ｃ…オイルミスト捕集凹部
２８ａ…輪郭
２８ｂ…底面

Claims (6)

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、
   を備えてなる内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構における上記アッパリンクであって、
   上記アッパリンクは、ロッド部の端部に、上記アッパピンが回転可能に嵌合する円環状のアッパピン用ピンボス部を備え、
   このアッパピン用ピンボス部の上記アッパピンの軸方向に向かう一対の端面の少なくも一方において、該アッパピン用ピンボス部の内周縁に沿った３箇所に、クランクケース内に飛散するオイルミストを捕集する三日月形の凹部が軸方向に凹んで形成されており、
   各凹部は、アッパピンの軸方向に直交する平面上に位置する外周側の輪郭を有し、
   これらの凹部は、上記内周縁の周方向の中で、上記ロッド部側となる中央位置と、上記ロッド部に対して斜め下方となる一対の位置と、の計３箇所に設けられている、ことを特徴とする、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。
2. 上記凹部の外周側の輪郭は、上記内周縁の曲率半径よりも小さな曲率半径の円弧に沿っている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。
3. 上記中央位置に位置する凹部の容積が、他の２つの凹部の個々の容積よりも大きい、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複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。
4. 上記中央位置に位置する凹部の周方向に沿った角度範囲が、他の２つの凹部の各々の周方向に沿った角度範囲よりも大きい、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。
5. 上記ロッド部に対して斜め下方となる位置に位置する凹部の各々は、上記ロッド部から離れた側となる三日月形の一方の端部における輪郭が、他方の端部における輪郭に比較してアッパピン用ピンボス部の半径線に近付くように傾いている、ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。
6. 上記中央位置に位置する凹部の三日月形の両端部において、凹部の深さが徐々に浅くなって鋭端として終端している、ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構におけるアッパリンク。

Images