JP7338796B2 - 内燃機関のロアリンク - 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を構成するロアリンクの改良に関する。

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ロアリンクは、ピストンが受けた燃焼圧力をアッパリンクを介してアッパピンより受け取り、コントロールピンを支点とする一種の”てこ”のような動作でクランクピンに力を伝達する。

特許文献１には、クランクピンに嵌合するクランクピン軸受部に、クランクピン側の油孔と合致したときに潤滑油を外部へ噴射する油孔がほぼ半径方向に沿って貫通形成された構成が開示されている。この油孔から噴射された潤滑油は、アッパピンとアッパリンクとの間の軸受部を潤滑する。

ピストンの運動方向が「上下」方向であるとすると、ロアリンク一端のアッパピンには下方へ向かって燃焼荷重が入力され、ロアリンク他端のコントロールピンには同じく下方へ向かって燃焼荷重の反力が作用する。そして、アッパピンとコントロールピンとの間に位置する形となるクランクピンが嵌合するクランクピン軸受部には、燃焼荷重の反力がほぼ上方へ向かって作用する。このような荷重入力に伴い、クランクピン軸受部に貫通形成された油孔のクランクピン側の開口縁に、引張応力や曲げ応力として大きな応力が集中する。そのため、油孔のクランクピン側の開口がロアリンクの強度上の弱点となっており、複リンク式ピストンクランク機構を備えた内燃機関の高出力化が制限される。

特開２０１６－１９６８８８号公報

この発明に係るロアリンクは、クランクピンの油供給孔からアッパピンとアッパリンクとの連結部へ向けて潤滑油を供給する油孔が、クランクピン軸受部内周面から半径方向外側へ直線状に延びた第１油孔と、上記第１油孔の先端部と交差し、一端が油出口としてロアリンク外側面に開口した直線状に延びた第２油孔と、から構成されている。

換言すれば、ロアリンクの油孔は、それぞれ直線状をなす第１油孔と第２油孔とを組み合わせた略Ｌ字形に構成されている。クランクピンから供給された潤滑油は、第１油孔から第２油孔を通って潤滑対象となるアッパピンとアッパリンクとの連結部へ向けて噴射供給される。

このような構成では、クランクピン側から潤滑対象となるアッパピンとアッパリンクとの連結部へ向けて単純な直線状に油孔を形成した場合に比較して、クランクピン軸受部内周面に開口する第１油孔の傾斜角度を相対的に小さく（つまりピストンから離れる方向に傾く）することができる。上述した荷重入力によりクランクピン軸受部に生じる応力の周方向分布としては、概ね、クランクピン中心からピストンへ向かう方向の部位で大であるので、第１油孔の傾斜角度が小さくなることで、第１油孔の開口位置が相対的に応力の小さな部位となる。

従って、ロアリンクの強度上の弱点となるクランクピン軸受部における油孔の開口縁での応力集中が緩和され、ロアリンクの強度確保や内燃機関の高出力化の上で有利となる。

一実施例の複リンク式ピストンクランク機構の構成説明図。 第１実施例のロアリンクの斜視図。 第１実施例のロアリンクの断面図。 第１実施例のロアリンクアッパの断面図。 軸受メタルの斜視図。 軸受メタルを組み込んだ第１実施例のロアリンクの断面図。 第２実施例のロアリンクの断面図。 第２実施例のロアリンクアッパの断面図。 軸受メタルを組み込んだ第２実施例のロアリンクの断面図。

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。

図２および図３に示すように、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。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、後述する軸受メタル１６を介して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、クランクピン軸受部１１の両側に位置する２本のボルト２１，２２によって互いに締結されている。２本のボルト２１，２２は、それぞれ分割面１４に直交する方向に延びており、つまりボルト中心線が互いに平行となっている。そして、アッパピン用ピンボス部１２側に位置するボルト２１は、ロアリンクロア６Ｂ側のボルト孔２３を貫通し、かつロアリンクアッパ６Ａ側のネジ孔２４に螺合している。コントロールピン用ピンボス部１３側に位置するボルト２２は、ロアリンクアッパ６Ａ側のボルト孔２５を貫通し、かつロアリンクロア６Ｂ側のネジ孔２６に螺合している。

上記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は、アッパリンク３やコントロールリンク７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やコントロールピン９の軸方向端部をそれぞれ支持する一対の軸受フランジ部１２ａ，１３ａ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、ピンボス部１２，１３を構成する各々の軸受フランジ部１２ａ，１３ａは、円筒状をなすクランクピン軸受部１１の軸方向両端部にそれぞれ接続されている。軸受フランジ部１２ａ，１３ａは、それぞれ円形の貫通孔１２ｂ，１３ｂを有し、円筒形をなすアッパピン４およびコントロールピン９の端部がそれぞれ圧入されている。そして、一対の軸受フランジ部１２ａ，１３ａの間に構成される溝部１７，１８の中で、それぞれアッパリンク３およびコントロールリンク７が揺動運動する構成となっている。

上記クランクピン軸受部１１は、半円筒形の一対の軸受メタル１６を介してクランクピン５に嵌合する（図５，図６参照）。クランクピン５は、加圧された潤滑油が供給される潤滑油通路を内部に備えており、半径方向に延びた潤滑油通路の先端が油供給孔２９（図１参照）としてクランクピン５の外周面に開口している。後述するようにクランクピン軸受部１１には油孔３０が貫通形成されており、この油孔３０がクランクピン５側の油供給孔２９と合致したときに油孔３０から潤滑油がいわゆるオイルジェットとして噴射される構成となっている。

ロアリンク６は、アッパリンク３からアッパピン４を介してアッパピン用ピンボス部１２に燃焼荷重が作用し、コントロールピン９を支点として揺動することで、一種の”てこ”のような動作でクランクピン５に力を伝達する。従って、アッパピン用ピンボス部１２に燃焼荷重が図１の下側方向へ作用するとともにコントロールピン用ピンボス部１３に燃焼荷重反力が同じく図１の下側方向へ作用するのに対し、クランクピン軸受部１１中央付近にクランクピン５からの反力が図１の上側方向に作用し、これにより、ロアリンクアッパ６Ａのクランクピン軸受部１１の周りには大きな応力が発生する。クランクピン軸受部１１の応力の周方向分布としては、概ね、クランクピン５の中心からピストン１へ向かう方向、より詳しくはアッパピン４寄りに僅かに偏った方向の部位で最大となる。他方、クランクピン軸受部１１の分割面１４に近い部位では、相対的に応力が小さくなる。

図４は、第１実施例の油孔３０をクランクピン軸受部１１に備えてなるロアリンクアッパ６Ａの断面図（クランクピン５の軸方向と直交する面に沿った断面図）を示している。

油孔３０は、アッパピン用ピンボス部１２においてロアリンク６と連結されるアッパリンク３の連結部つまりアッパピン４とアッパリンク３との間の摺動面を潤滑するためのもので、第１油孔３１と第２油孔３２とによって略Ｌ字形に構成されている。

第１油孔３１は、クランクピン軸受部１１内周面１１ａから半径方向外側へ直線状に延びた非貫通（つまり先端３１ａが封止されている）孔であり、基端が油入口３１ｂとしてクランクピン軸受部１１の内周面１１ａに開口している。一実施例では、第１油孔３１は、分割面１４に対し斜めに傾いており、かつ、クランクピン軸受部１１の半径線に沿って形成されている。このようにクランクピン軸受部１１の半径線に沿って第１油孔３１を配置することで、油入口３１ｂが実質的に真円形に開口することとなる。

また第１油孔３１は、上述したクランクピン軸受部１１の応力の周方向分布の中で応力が高い部位を避けるために、ロアリンク６における傾斜角度（例えば、分割面１４を基準とした傾斜角度θ）が比較的小さく設定されている。図示の第１実施例では、分割面１４を基準とした第１油孔３１の傾斜角度θは、１０°である。このように傾斜角度θが小さいことから、第１油孔３１は、その中心線の延長線がアッパピン４の外周面と交差しない方向に形成されている。詳しくは、第１油孔３１の中心線の延長線がアッパピン４の下側（ピストン１とは反対側）を通る。

第２油孔３２は、ロアリンク６の外側面詳しくはアッパピン４に対面する溝部１７の底面１７ａからロアリンク６内部へと直線状に延びた非貫通（つまり先端３２ａが封止されている）孔であり、基端が油出口３２ｂとして上記底面１７ａに開口している。ロアリンク６の内部において、第２油孔３２の先端部（つまり先端３２ａ側の部分）と第１油孔３１の先端部（つまり先端３１ａ側の部分）とが互いに交差している。つまり、第２油孔３２は、第１油孔３１に連通している。

第２油孔３２は、その中心線の延長線がアッパピン４の外周面と交差する方向に形成されており、図示例では、アッパピン４の中心付近を第２油孔３２が指向している。また、図示の実施例では、第２油孔３２は、分割面１４に直交する方向に沿って延びており、従って、隣接するボルト２１および対応するネジ孔２４の中心軸線に対し平行となっている。このように第２油孔３２が隣接するネジ孔２４に対し平行であることから、両者間の肉厚が軸方向について一定となり、局部的な薄肉化ひいては局部的な強度低下が回避される。

第１油孔３１および第２油孔３２は、クランクピン５の軸方向に対し直交する一つの平面に沿って形成されている。例えば、クランクピン軸受部１１の軸方向寸法の中央を通る上記平面の上に第１油孔３１および第２油孔３２が位置している。なお、本発明においては、上記の平面に対し多少の角度を有する斜め方向に第１、第２油孔３１，３２を形成してもよいが、第１油孔３１の油入口３１ｂにおける強度確保の上では、上記の平面に沿って形成することが望ましい。

互いに交差する第１油孔３１および第２油孔３２がなす角度は、９０°よりも大きい。例えば、分割面１４を基準とした第１油孔３１の傾斜角度θが１０°であり、第２油孔３２が分割面１４に対し直交するとすると、第１油孔３１と第２油孔３２とは１００°の角度で交差することとなる。このように鈍角で交差することで、潤滑油の流れに対する交差部での損失が小さなものとなる。

第１油孔３１および第２油孔３２は、例えば、ロアリンクアッパ６Ａを鍛造で形成した後にドリルを用いた二次的な機械加工によってそれぞれ形成されている。また、ロアリンクアッパ６Ａは、表面硬度を高めるために浸炭処理（浸炭焼き入れ）がなされるが、この浸炭処理の前にドリル加工を行うことが望ましい。

ここで好ましい一実施例においては、第２油孔３２の径が第１油孔３１の径よりも相対的に大きく設定されている。このように第２油孔３２の径を大きくすることで第２油孔３２周囲における剛性が低下し、相対的に大きな変形が生じることから、応力集中が最も問題となる第１油孔３１（特にその油入口３１ｂ）周囲における応力が低下する。つまり、両者が同一の径の場合、あるいは、逆に第１油孔３１が第２油孔３２よりも小径である場合、に比較して、油入口３１ｂにおける応力が緩和される。

また、このように第２油孔３２の径を第１油孔３１の径よりも相対的に大きくすることで、多少の加工誤差ないし公差があっても、両者の交差部において連通状態を確実に確保することができ、所定の通路断面積が安定的に得られる。

なお、図示例では、ドリル加工の都合上、第２油孔３２の先端３２ａが第１油孔３１を横切ってさらに僅かに延びているが、加工が可能であれば、このような余剰の通路部分は不要である。

上記のように構成された実施例のロアリンク６にあっては、所定のクランク角度においてクランクピン５側の油供給孔２９と第１油孔３１の油入口３１ｂとが合致し、加圧されている潤滑油が第１油孔３１および第２油孔３２を通って油出口３２ｂからオイルジェットとしてアッパピン４へ向けて噴出する。このオイルジェットによって、アッパピン４とアッパリンク３との間が潤滑される。

ここで、第１油孔３１は、分割面１４に対する傾斜角度θが比較的に小さく、分割面１４に近い位置に油入口３１ｂが開口するので、油入口３１ｂの開口縁における応力集中が緩和される。例えば、図４と同一のアッパピン４等の配置を前提として、クランクピン軸受部１１の半径線に沿ってアッパピン４と交差し得る方向に直線的に油孔を貫通形成したとすると、分割面１４に対する傾斜角度θは４０°前後の角度となる。この角度方向は、クランクピン軸受部１１の周方向の応力分布の中でかなり応力が高い部位を通過することとなる。これに対し、上記実施例では、油孔３０を第１油孔３１と第２油孔３２とから構成することで、油入口３１ｂが分割面１４に近い位置となり、応力集中を抑制する上で有利である。

ところで、上記のように分割面１４を基準とした第１油孔３１の傾斜角度θが小さくなると、ロアリンク６の揺動運動およびクランクピン５の旋回運動の中でクランクピン５に対する油入口３１ｂの周方向速度が高くなる（例えば上述した傾斜角度θが４０°程度の場合に比較して）。そのため、クランクピン５側の油供給孔２９と油入口３１ｂとが合致する時間が相対的に短くなり、潤滑油量が減少する傾向となる。そのため、好ましい一実施例においては、図５に示すように、軸受メタル１６の連通孔４１を周方向に長くなった長孔状に形成する。

すなわち、軸受メタル１６は、全体として円筒状をなすように１８０°ずつ２分割して構成されており、ロアリンクアッパ６Ａおよびロアリンクロア６Ｂにそれぞれ非回転状態に組み付けられるものである。この軸受メタル１６には、クランクピン５側の油供給孔２９とロアリンク６の油入口３１ｂとを互いに連通させるために、油入口３１ｂに対応する位置に連通孔４１が形成されている。そして、この連通孔４１は、周方向に延びた長孔状をなしている。これにより、クランクピン５側の油供給孔２９とロアリンク６の油入口３１ｂとが所定角度範囲に亘って連通状態に保たれる。換言すれば、クランクピン５側の油供給孔２９とロアリンク６の油入口３１ｂとが互いに連通する時間が長くなる。従って、十分な潤滑油量が確保される。

一実施例においては、図６に示すように、長孔状をなす連通孔４１の一端は油入口３１ｂに対応する位置にあり、他端は、分割面１４を基準とした傾斜角度θがより大きくなる位置まで延びている。

なお、連通孔４１を過度に大きくすると軸受としての面圧が高くなるので好ましくない。

第１油孔３１の分割面１４を基準とした傾斜角度θは、上記第１実施例では１０°を例に説明したが、本発明において、第１油孔３１の傾斜角度θは特定の角度に限定されるものではない。図７～図９は、クランクピン軸受部１１の半径線に沿った第１油孔３１の傾斜角度θを例えば２４°とした第２実施例のロアリンク６を示している。他の構成は、基本的に第１実施例と同様である。第１油孔３１は、やはり、その中心線の延長線がアッパピン４と交差しない方向を指向しており、潤滑油は、第２油孔３２を介してアッパピン４側へ案内される。

この第２実施例では、交差部における第１油孔３１と第２油孔３２との交差角度が第１実施例よりも大きくなり、流れの方向変化に伴う圧力損失は小さい。また、第２油孔３２の通路長さが第１実施例に比較して短くなり、この点でも圧力損失が小さくなる。その反面、第１油孔３１の油入口３１ｂの位置は、応力の高い部位に近づくこととなる。従って、両者を勘案して傾斜角度θを設定することが望ましい。

第２実施例においても、軸受メタル１６の連通孔４１は長孔状に形成されているが、第１実施例に比較して第１油孔３１の傾斜角度θが大きいので、長孔状をなす連通孔４１の周方向中央付近に第１油孔３１の油入口３１ｂが位置している（図９参照）。

なお、第１，第２実施例のロアリンクアッパ６Ａ（ロアリンク６）は、上記の油孔３０のほかに、ピストン１（図１参照）ないしシリンダ内壁面へ向かってオイルジェットを供給するための油孔２８を備えている。この油孔２８は、クランクピン軸受部１１の円周の中で最大燃焼荷重反力が作用する位置よりもコントロールピン９寄りに位置している。そのため、前述した燃焼荷重および燃焼荷重反力による開口縁での応力集中は比較的に少ない。従って、油孔２８は単純な直線状に形成されている。この油孔２８に対応する軸受メタル１６の連通孔４２は、真円形をなしている（図５，図６，図９参照）。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限られず、適宜な変更が可能である。例えば、上記実施例では、第１油孔３１がクランクピン軸受部１１の半径線に沿って形成されているが、クランクピン軸受部１１の半径線に対し多少傾いていてもよく、あるいは、半径線に対して僅かに平行移動させたような配置であってもよい。

また、第２油孔３２は、分割面１４に対して直交する方向（つまりボルト２１に平行な方向）に厳密に沿っていなくてもよい。

Claims (7)

1. 内燃機関の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ピストンクランク機構における上記ロアリンクであって、上記アッパピンと上記コントロールピンとの間に上記クランクピンに回転可能に嵌合するクランクピン軸受部を有し、上記クランクピンの油供給孔から上記アッパピンと上記アッパリンクとの連結部へ向けて潤滑油を供給する油孔が上記クランクピン軸受部を通して形成された内燃機関のロアリンクにおいて、
   上記油孔は、
   上記クランクピン軸受部内周面から半径方向外側へ直線状に延びた第１油孔と、
   上記第１油孔の先端部と交差し、一端が油出口としてロアリンク外側面に開口した直線状に延びた第２油孔と、
   から構成されている、内燃機関のロアリンク。
2. 上記第２油孔の径が上記第１油孔の径よりも相対的に大きい、請求項１に記載の内燃機関のロアリンク。
3. 上記第１油孔と上記第２油孔とが交差する角度は９０°よりも大きい、請求項１または２に記載の内燃機関のロアリンク。
4. ロアリンクは、上記クランクピンの中心を通る分割面において、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２分割されているとともに、これら２つの部品が上記分割面に直交する方向に延びた複数のボルトによって互いに締結されており、
   上記第１油孔は上記分割面に対し斜めに傾いた方向に延びており、
   上記第２油孔は上記分割面に直交する方向に延びている、
   請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関のロアリンク。
5. 上記第１油孔は、その中心線の延長線が上記アッパピンの外周面と交差しない方向に形成されており、
   上記第２油孔は、その中心線の延長線が上記アッパピンの外周面と交差する方向に形成されている、
   請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関のロアリンク。
6. 上記第１油孔は、上記クランクピン軸受部の半径線に沿って形成されている、
   請求項１～５のいずれかに記載の内燃機関のロアリンク。
7. 上記クランクピン軸受部は、軸受メタルを介して上記クランクピンに嵌合しており、
   上記軸受メタルに、上記クランクピンの油供給孔と上記第１油孔とを所定角度範囲に亘って連通状態に保つ長孔状の連通孔が開口形成されている、
   請求項１～６のいずれかに記載の内燃機関のロアリンク。

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