JPWO2015029671A1 - 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構 - Google Patents

Abstract

ロアリンク（１３）は、クランクピン貫通穴（２１）の両端部分の外周側の剛性が、二股形状の股の部分となるクランクピン貫通穴（２１）の中央部分の剛性よりも高くなるように形成されている。そして、クランクピン貫通穴（２１）の両端部分は、ロアリンク（１３）に荷重入力が無い状態で、その内周面（２２ａ）がクランクシャフト軸方向に沿って所定の曲率で湾曲するよう形成されている。また、クランクピン貫通穴（２１）の中央部分は、ロアリンク（１３）に荷重入力が無い状態で、その内周面（２２ｂ）が両端部分の内周面（２２ａ）よりも内周側に位置するとともに、クランクシャフト軸方向に沿って直線状に形成されている。

Description

本発明は、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に関する。

例えば、特許文献１には、ピストンピンに連結される小端部と、クランクシャフトのクランクピンに連結される大端部と、小端部と大端部とを結ぶロッド部と、を有するコンロッドによりピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するいわゆる単リンク式ピストンクランク機構が開示されている。

この特許文献１においては、上記クランクピンと上記大端部の間に介装された軸受メタルに、上記クランクピンに摺接する筒型のラジアル軸受部が形成されている。そして、上記大端部に対する上記軸受メタルの面当たりを良好とするために、このラジアル軸受部のコンロッド大端部に接合する背面が、回転軸と同心的に延びる直円筒面と、この直円筒面の前後端部から連続して樽状に湾曲する湾曲筒面とからなるよう構成されている。

しかしながら、上記特許文献１は、いわゆる単リンク式ピストンクランク機構を前提とするものであり、複リンク式ピストンクランク機構を想定したものではない。また、単リンク式ピストンクランク機構におけるコンロッドの大端部と、複リンク式ピストンクランク機構においてクランクピンに回転可能に取り付けられるリンク部材とは、必ずしも同一の構成ではない。

つまり、上記特許文献１は、クランクピンに摺接する軸受メタルの面当たりを良好にするための形状を、単リンク式ピストンクランク機構において検討しているにすぎない。

すなわち、複リンク式ピストンクランク機構において、クランクピンに摺接する軸受メタルの面当たりを良好にするということに関しては、依然として検討の余地がある。

特開平５−３０２６１７号公報

本発明の複リンク式ピストンクランク機構は、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たロアリンクを備え、上記ロアリンクは、上記クランクピンが貫通するクランクピン貫通穴を有し、上記クランクピン貫通穴に保持された円筒状の軸受メタルを介して上記クランクピンに回転可能に取り付けられ、上記ロアリンクは、上記クランクピン貫通穴の両端部分外周側の剛性が、該クランクピン貫通穴の中央部分外周側の剛性よりも高くなるよう形成され、上記クランクピン貫通穴の両端部分の内径は、上記クランクピン貫通穴の中央部分の内径よりも大きいことを特徴としている。

本発明によれば、荷重入力の際にクランクピン貫通穴が変形しても、軸受メタルに対する面圧が部分的に大きくならないようにすることができる。そのため、軸受メタルが部分的に大きく摩耗してしまうことを抑制することができる。

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。 本発明の第１実施例におけるロアリンクの荷重入力が無い状態の要部を模式的に示した説明図。 本発明の第１実施例におけるロアリンクの荷重入力がある状態の要部を模式的に示した説明図。 比較例におけるロアリンクの荷重入力が無い状態を模式的に示した説明図。 比較例におけるロアリンクの荷重入力がある状態を模式的に示した説明図。 本発明の第２実施例におけるロアリンクの荷重入力が無い状態の要部を模式的に示した説明図。

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、本発明の複リンク式ピストンクランク機構が適用されたレシプロ式可変圧縮比内燃機関の基本的な構成の一例を模式的に示した説明図である。

シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内に、ピストン１が摺動可能に配設されており、このピストン１に、アッパリンク１１の一端がピストンピン２を介して揺動可能に連結されている。

アッパリンク１１の他端は、第１連結ピンとしてのアッパピン１２を介してロアリンク１３の一端部に回転可能に連結されている。ロアリンク１３は、その中央部にクランクシャフト３のクランクピン４が貫通するクランクピン貫通穴２１を有し、クランクピン４への組み付けのために上下または左右に２分割して構成され、かつ図示せぬボルトにより一体化されている。

クランクピン貫通穴２１には、円筒状の軸受メタル２３が収容保持されている。本実施例においては、軸受メタル２３がクランクピン貫通穴２１の内周面２２に保持固定されている。つまり、ロアリンク１３は、軸受メタル２３を介してクランクピン４に回転可能に取り付けられている。なお、クランクシャフト３は、点Ｏを中心に回転する。

ロアリンク１３の他端部には、コントロールリンク１５の一端が第２連結ピンとしてのコントロールピン１４を介して回転可能に連結されている。このコントロールリンク１５の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト３と平行に延びたコントロールシャフト１８を備え、このコントロールシャフト１８に偏心して設けられた偏心軸１９にコントロールリンク１５の他端が回転可能に嵌合している。コントロールシャフト１８は、シリンダブロック５に対し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。

従って、圧縮比の変更のために、上記アクチュエータ機構によりコントロールシャフト１８を回転駆動すると、コントロールリンク１５の揺動支点となる偏心軸１９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク１５によるロアリンク１３の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン１の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。

ここで、ロアリンク１３の一端部は、アッパリンク１１の他端を挟み込むように二股状に形成されている。本実施例において、ロアリンク１３の一端部に形成された二股形状は、図１中に破線で示すように、クランクピン貫通穴２１の図１における上方側をロアリンク１３他端部側まで延長形成されている。また、ロアリンク１３の他端部は、コントロールリンク１５の一端を挟み込むように二股状に形成されている。本実施例において、ロアリンク１３の他端部に形成された二股形状は、図１中に破線で示すように、クランクピン貫通穴２１の図１における下方側をロアリンク１３一端部側まで延長形成されている。

つまり、本実施例におけるロアリンク１３は、図２に示すように、クランクシャフト軸方向に沿って、クランクピン貫通穴２１の外周側の剛性が変化する構成となっている。すなわち、ロアリンク１３は、クランクピン貫通穴２１の両端部分の外周側の剛性が、二股形状の股の部分となるクランクピン貫通穴２１の中央部分の剛性よりも高くなるように形成されている。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を模式的に示した説明図であって、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態を示している。

そして、ロアリンク１３のクランクピン貫通穴２１は、燃焼荷重等に起因する荷重入力がロアリンク１３に作用した際に、軸受メタル２３に対するロアリンク１３側からの押し付け力がクランクシャフト軸方向に沿って均一となるよう形成されている。クランクピン貫通穴２１は、荷重入力時のロアリンク１３の弾性変形に伴い変形することになるが、本実施例では、図３に示すように、最大燃焼荷重に起因する荷重入力Ｆがロアリンク１３に作用した際に、クランクピン貫通穴２１の内周面２２がクランクシャフト軸方向に沿って直線状となるように形成されている。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を模式的に示した説明図であって、ロアリンク１３に荷重入力Ｆが作用した状態を示している。

クランクピン貫通穴２１の両端部分は、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態で、その内周面２２ａがクランクシャフト軸方向に沿って所定の曲率で湾曲するよう形成されている。つまり、クランクピン貫通穴２１の両端部分はいわゆるベルマウス状に形成され、クランクピン貫通穴２１の内周面２２は、図２における区間ａ及び区間ｃにおいて、クランクピン貫通穴２１の内周側に向かって凸となるように湾曲している。また、クランクピン貫通穴２１の中央部分は、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態で、その内周面２２ｂが両端部分の内周面２２ａよりも内周側に位置するとともに、クランクシャフト軸方向に沿って直線状に形成されている。つまり、クランクピン貫通穴２１の中央部分は内径が一定となるように形成され、クランクピン貫通穴２１の内周面２２は、図２における区間ｂにおいて、直線状となっている。

換言すると、クランクピン貫通穴２１は、その内径がクランクピン貫通穴軸方向（クランクシャフト軸方向）に沿って変化するよう形成されており、相対的に剛性が高いクランクピン貫通穴２１の両端部分（区間ａ及び区間ｃ）において、端部開口に近いほど内径が大きくなるよう形成され、相対的に剛性が低いクランクピン貫通穴２１の中央部分（区間ｂ）において、内径が一定となるように形成されている。

図４及び図５に示す比較例のように、クランクピン貫通穴２１の両端部分の外周側の剛性が、二股形状の股の部分となるクランクピン貫通穴２１の中央部分の剛性よりも高くなるロアリンク１３において、クランクピン貫通穴２１の内径をクランクシャフト軸方向に沿った全長に亙って同一となるように形成すると、燃焼荷重に起因する荷重入力Ｆがロアリンク１３に作用した際に、クランクピン貫通穴２１の内周面２２及び軸受メタル２３が、クランクピン貫通穴２１半径方向外周側に向かって凸となるように変形する。つまり、荷重入力時に、クランクピン貫通穴２１の両端部分が相対的に内周側に突出することになり、軸受メタル２３に対するロアリンク１３側からの押し付け力がクランクシャフト軸方向に沿って均一とならない。そのため、ロアリンク１３側からの押し付け力が相対的に大きくなる軸受メタル２３の軸方向両端部分が摩耗してしまう。図４は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を模式的に示した説明図に相当するものであり、荷重入力が無い状態の比較例におけるロアリンク１３を模式的に示した説明図である。図５は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を模式的に示した説明図に相当するものであり、荷重入力Ｆが作用した状態の比較例におけるロアリンク１３を模式的に示した説明図である。

しかしながら、本実施例のロアリンク１３は、荷重入力時に相対的に内周側に突出するように変形するクランクピン貫通穴２１の両端部分の内周面２２ａが、荷重入力の無い状態では中央部分の内周面２２ｂよりも外周側に位置し、荷重入力時にクランクピン貫通穴２１の内周面２２がクランクシャフト軸方向に沿って直線状となるように形成されているので、荷重入力の際にクランクピン貫通穴２１が変形しても、軸受メタル２３に対する面圧が部分的に大きくならないようにすることができる。そのため、軸受メタル２３が部分的に大きく摩耗してしまうことを抑制することができる。

特に、最大燃焼荷重に起因する荷重入力Ｆがロアリンク１３に作用した際に、クランクピン貫通穴２１の内周面２２がクランクシャフト軸方向に沿って直線状となるように形成されているので、より確実に軸受メタル２３に対する面圧が部分的に大きくならないようにすることができる。

そして、軸受メタル２３の部分的な摩耗を抑制することができるため、軸受メタル２３に使用する材料をより廉価な材料に変更することが可能となる。

軸受メタル２３の外周面やクランクピン４の外周面を加工して、荷重入力時に、軸受メタル２３に対するロアリンク１３側からの押し付け力がクランクシャフト軸方向に沿って均一となるように構成することをも可能ではあるが、クランクピン貫通穴２１側への加工は、軸受メタル２３やクランクピン４への加工に比べて、加工が簡単であり、加工コストも低減する。

ドリル等を用いた機械加工によりクランクピン貫通穴２１を形成する場合、クランクピン貫通穴の両端部の形状が略漏斗状となる。そのため、図４に示す比較例のように、真直度が確保されるようにクランクピン貫通穴２１を形成する場合には、この漏斗状の形状がなくなるように仕上げ加工をする必要があるが、この漏斗状の形状をクランクピン貫通穴２１の内周面の最終形状に利用できるので、クランクピン貫通穴２１の加工時間を相対的に短縮することができ、より安価にクランクピン貫通穴２１を形成することができる。

なお、最大燃焼荷重以下の燃焼荷重に起因する荷重入力がロアリンク１３に作用した際には、ロアリンク１３の変形量は相対的に小さくなるため、クランクピン貫通穴２１の内周面２２の両端部分においては、その端部側がクランクシャフト軸方向に沿って直線状となるまで弾性変形せず、軸受メタル２３の外周面との間に隙間が生じた状態となっている。ただし、このような状態であっても、軸受メタル２３の外周面に接するクランクピン貫通穴２１の両端部分の一部や中央部分の内周面２２は、クランクシャフト軸方向に沿って直線状となるため、軸受メタル２３に対するロアリンク１３側からの押し付け力はクランクシャフト軸方向に沿って均一となる。また、最大燃焼荷重に起因する荷重入力がロアリンク１３に作用した際に、クランクピン貫通穴２１の内周面２２の全てが必ずしもクランクシャフト軸方向に沿って直線状になっている必要はなく、例えば、クランクピン貫通穴２１の両端部分の内周面２２ａの一部が、軸受メタル２３の外周面から離間していてもよい。

そして、クランクピン貫通穴２１の形状は、上述した実施例の形状に限定されるものではなく、例えば図６に示す第２実施例のように、クランクピン貫通穴２１の内周面２２をクランクシャフト軸方向に沿って全長に亙って湾曲するように形成することで、燃焼荷重に起因する荷重入力がロアリンク１３に作用した際に、軸受メタル２３に対するロアリンク１３側からの押し付け力がクランクシャフト軸方向に沿って均一にすることも可能である。図６は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を模式的に示した説明図に相当するものであり、荷重入力が無い状態の第２実施例におけるロアリンク１３の要部を模式的に示した説明図である。

この第２実施例においては、クランクピン貫通穴２１の内周面２２が、該クランクピン貫通穴２１の外周側の剛性に応じた曲率でクランクシャフト軸方向に沿って湾曲している。

クランクピン貫通穴２１の両端部分（図６における区間ａ、区間ｃ）は、外周側の剛性が相対的に高いため、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態で、その内周面２２ａが相対的に大きな曲率でクランクピン貫通穴２１の内周側に向かって凸となるように形成されている。また、クランクピン貫通穴２１の中央部分（図６における区間ｂ）は、外周側の剛性が相対的に低いため、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態で、その内周面２２ｂが相対的に小さな曲率でクランクピン貫通穴２１の内周側に向かって凸となるように形成されている。そして、ロアリンク１３に荷重入力が無い状態で、クランクピン貫通穴２１の両端部分の内周面２２ａは、中央部分の内周面２２ｂよりも外周側に位置している。

このような第２実施例においても、最大燃焼荷重に起因する荷重入力Ｆがロアリンク１３に作用した際には、上述した図３に示すように、クランクピン貫通穴２１の内周面２２が、クランクシャフト軸方向に沿って直線状となるようにすることが可能であり、上述した第１実施例と同様の作用効果を奏することが可能である。

なお、クランクピン貫通穴２１の内周面２２のクランクシャフト軸方向に沿った湾曲は、所定の曲率となるものに限定されるものではなく、例えば二次関数や３次関数等で表せる種々の曲線となるように設定することも可能である。

Claims (4)

1. 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、上記アッパリンクに第１連結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第２連結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、上記ロアリンクは、上記クランクピンが貫通するクランクピン貫通穴を有し、上記クランクピン貫通穴に保持された円筒状の軸受メタルを介して上記クランクピンに回転可能に取り付けられた内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構において、
   上記ロアリンクは、上記クランクピン貫通穴の両端部分外周側の剛性が、該クランクピン貫通穴の中央部分外周側の剛性よりも高くなるよう形成され、
   上記クランクピン貫通穴の両端部分の内径は、上記クランクピン貫通穴の中央部分の内径よりも大きい内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。
2. 上記クランクピン貫通穴の両端部分の内周面は、クランクシャフト軸方向に沿って湾曲するよう形成され、
   上記クランクピン貫通穴の中央部分の内周面は、クランクシャフト軸方向に沿って直線状に形成されている請求項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。
3. 上記クランクピン貫通穴の内周面は、該クランクピン貫通穴の外周側の剛性に応じた曲率でクランクシャフト軸方向に沿って湾曲し、上記曲率は上記クランクピン貫通穴の外周側の剛性が高い位置ほど大きくなるよう設定されている請求項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。
4. クランクシャフト貫通穴の内周面は、上記ピストンが最大燃焼荷重を受けた際に、上記クランクピン貫通穴の全長に亙って、クランクシャフト軸方向に沿って直線状となる請求項１〜３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。

Images