JPWO2019234876A1 - 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（７）は、クランクピン軸受部（１１）の中心軸を含む分割面（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（１５）と、コントロールピン軸受部（１３）を含むロアリンクロア（１６）と、の２部品に分割して形成されている。分割面（１４）は、クランクピン軸受部（１１）よりアッパリンク側に位置する第１分割面（１４ａ）と、クランクピン軸受部（１１）よりコントロールリンク側に位置する第２分割面（１４ｂ）と、を有している。ロアリンク（７）は、第１分割面（１４ａ）の表面粗さを第２分割面（１４ｂ）の表面粗さよりも大きくする。

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。

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、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、かつ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が従来から広く知られている。

このような複リンク式ピストンクランク機構におけるロアリンクは、クランクピンが嵌合する円筒状のクランクピン軸受部の直径方向に沿う合わせ面（分割面）で一対のロアリンク部材に分割されている。一対のロアリンク部材は、複数のボルトにより互いに締結されてロアリンクとなる。

このようなロアリンクにおいては、機関運転中、ロアリンクに作用する荷重によりロアリンクの合わせ面に沿って一対のロアリンク部材をずらそう（引き離そう）とする力が作用する。

そのため、ロアリンクは、ロアリンクの合わせ面に沿ってずれが生じる虞がある。また、一対のロアリンク部材を締結するボルトは、ロアリンクの合わせ面に沿った一対のロアリンク部材のずれにより、剪断応力が生じて破損する虞がある。

例えば、特許文献１には、このようなロアリンクの合わせ面に機械加工を施して摩擦係数を高め、ロアリンクに荷重が作用してもロアリンクの合わせ面に沿って一対のロアリンク部材にずれが生じないようにする技術が開示されている。

特許文献１のロアリンクは、ロアリンクの合わせ面全体に一様な機械加工を施しており、ロアリンクの合わせ面の摩擦係数を場所によって異ならせたものではない。

しかしながら、ロアリンクに荷重が作用した際のロアリンクの合わせ面に沿った一対のロアリンク部材のずれと、ロアリンクの合わせ面の摩擦係数との相関に関しては十分な解析がなされていなかった。

ロアリンクは、非常に硬い材質であり、ロアリンクの合わせ面に機械加工を施すためには高価な工具が必要となる。

従って、ロアリンクの製造コストは、高価な工具を必要とする機械加工の範囲が小さくなるほど低減できる。

つまり、特許文献１のロアリンクは、ロアリンクの合わせ面に施す機械加工の範囲について十分な検討がなされておらず、ロアリンクの製造コストを低減するにあたって更なる改善の余地がある。

特開２００５−１４７３７６号公報

本発明の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構は、ピストンに連結された第１リンクと、上記第１リンクの他端に第１連結ピンを介して連結され、かつクランクピンに連結された第２リンクと、一端が上記第２リンクに第２連結ピンを介して連結され、他端が機関本体側に支持された第３リンクと、を備えている。

上記第２リンクは、クランクピン軸受部の中心軸を含む平面からなる合わせ面で第２リンクアッパと第２リンクロアに分割構成される。上記第２リンクの合わせ面は、上記クランクピン軸受部より第１リンク側に位置する第１合わせ面の表面粗さが上記クランクピン軸受部より第３リンク側に位置する第２合わせ面の表面粗さよりも大きい。

本発明は、第２合わせ面の表面粗さを小さく（細く）しても燃焼荷重Ｆが第２リンクに作用した際にずれが生じにくいとの知見に基づき、第１合わせ面の表面粗さを第２合わせ面の表面粗さよりも大きくした。

そのため、第２合わせ面は、第１合わせ面に比べて機械加工を簡略化することができ、総じてロアリンクの製造コストを低減することができる。

本発明に係る第１実施例の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構の概略構成を模式的に示した説明図。 本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の要部であるロアリンクの正面図。 ロアリンクの分割面に機械加工を施す工程を模式的に示した説明図。 本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の要部であるロアリンクを模式的に示した説明図。 本発明に係る第２実施例の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構の概略構成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、本発明が適用される第１実施例の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構１の概略構成を模式的に示した説明図である。

複リンク式ピストンクランク機構１を有する内燃機関は、例えば、自動車等の車両に搭載される。

複リンク式ピストンクランク機構１は、ピストン２と、第１リンクとしてのアッパリンク４と、第２リンクとしてのロアリンク７と、第３リンクとしてのコントロールリンク９と、から大略構成されている。

ピストン２は、ピストンピン３を介してアッパリンク４の一端に回転可能に連結されている。

アッパリンク４は、他端が第１連結ピンとしてのアッパピン５を介してロアリンク７の一端側に回転可能に連結されている。

ロアリンク７は、クランクシャフト６のクランクピン６ａに回転可能に連結されている。

コントロールリンク９は、一端が第２連結ピンとしてのコントロールピン８を介してロアリンク７の他端側に回転可能に連結されている。

コントロールリンク９は、他端が機関本体側に支持される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。偏心軸部１０ａの中心軸は、コントロールシャフト１０の回転中心に対して所定量偏心している。

複リンク式ピストンクランク機構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ものである。

複リンク式ピストンクランク機構１は、コントロールシャフト１０を回転させて偏心軸部１０ａの位置を変更することで、上死点におけるピストン２の位置が変更可能となり、内燃機関の機械的圧縮比を変更することができる。

コントロールシャフト１０は、ロアリンク７の自由度を規制するものであり、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。

なお、複リンク式ピストンクランク機構１は、偏心軸部１０ａの位置を固定することで、圧縮比を可変としない構成とすることも可能である。すなわち、複リンク式ピストンクランク機構１は、コントロールシャフト１０に替えて、機関本体側に支持される支持ピンにコントロールリンク９の他端を回転可能に連結し、固定圧縮比機構として構成することも可能である。

図２は、ロアリンク７の正面図である。ロアリンク７は、クランクピン６ａに嵌合する円筒状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。アッパピン軸受部１２は、第１連結ピン軸受部に相当するものである。コントロールピン軸受部１３は、第２連結ピン軸受部に相当するものである。

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を含む第２リンクアッパとしてのロアリンクアッパ１５と、コントロールピン軸受部１３を含む第２リンクロアとしてのロアリンクロア１６と、の２部品に分割して形成されている。

ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６は、炭素鋼の鍛造や鋳造等によって形成されたものである。

分割面１４は、クランクピン軸受部１１の中心軸を含む単一の平面からなり、ロアリンクアッパ１５とロアリンクロア１６の合わせ面をとなる。分割面１４は、クランクピン軸受部１１よりアッパリンク４側に位置する第１合わせ面としての第１分割面１４ａと、クランクピン軸受部１１よりコントロールリンク９側に位置する第２合わせ面としての第２分割面１４ｂと、を有している。

第１分割面１４ａは、ロアリンクアッパ１５側のアッパ側第１端面１５ａと、ロアリンクロア１６側のロア側第１端面１６ａとによって構成される。第２分割面１４ｂは、ロアリンクアッパ１５側のアッパ側第２端面１５ｂと、ロアリンクロア１６側のロア側第２端面１６ｂとによって構成される。つまり、ロアリンクアッパ１５は、第１分割面１４ａを構成するアッパ側第１端面１５ａと、第２分割面１４ｂを構成するアッパ側第２端面１５ｂと、を有している。また、ロアリンクロア１６は、第１分割面１４ａを構成するロア側第１端面１６ａと、第２分割面１４ｂを構成するロア側第２端面１６ｂと、を有している。

ロアリンク７の分割面１４は、図２示すように、燃焼荷重Ｆの入力方向に対して直交している。また、第１分割面１４ａは、燃焼荷重Ｆが圧縮荷重として作用する面である。

分割面１４は、クランクシャフト軸方向視で、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。換言すると、分割面１４は、アッパピン軸受部１２の中心軸とコントロールピン軸受部１３の中心軸とを含む平面に対して斜めに傾いている。

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１５及びロアリンクロア１６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（図示せず）によって互いに締結されている。さらに言えば、ロアリンクアッパ１５とロアリンクロア１６は、クランクピン軸受部１１の両側に配置した２本のボルトによって締結されている。なお、ロアリンクアッパ１５とロアリンクロア１６とは、２本以上のボルトで締結するようにしてもよい。

本願の発明者らは、燃焼荷重Ｆが作用した際のロアリンク７の分割面１４の挙動を解析した。その結果、アッパリンク４側の第１分割面１４ａでは、摩擦係数を小さくするとずれが生じることが判明した。また、コントロールリンク９側の第２分割面１４ｂでは、摩擦係数を小さくしてもずれが生じにくいことが判明した。つまり、コントロールリンク９側の第２分割面１４ｂは、機械加工を省略して表面粗さを小さく（細く）しても、燃焼荷重Ｆがロアリンク７に作用した際にずれが生じにくいことが判明した。

そこで、ロアリンク７は、第１分割面１４ａの表面粗さを第２分割面１４ｂの表面粗さよりも大きく（粗く）する。

具体的には、図３に示すように、第１分割面１４ａに対して機械加工（例えば円盤型の工具２１を用いた研削）を施す。

すなわち、ロアリンクアッパ１５のアッパ側第１端面１５ａとロアリンクロア１６のロア側第１端面１６ａに対して機械加工を施す。

アッパ側第１端面１５ａ及びロア側第１端面１６ａには、図３、図４に示すように、クランクピン軸受部１１の軸方向に沿って延びるツールマークＴ１が形成される。

ツールマークＴ１は、クランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続するものである。つまり、第１分割面１４ａは、ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６の双方の合わせ面がクランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続して表面粗さが大きくなっている。換言すれば、第１分割面１４ａは、ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６の双方の合わせ面がクランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続して所定の表面粗さとなっている。

第１分割面１４ａは、アッパ側第１端面１５ａのツールマークＴ１とロア側第１端面１６ａのツールマークＴ１とが噛み合うことで、ロアリンク７に燃焼荷重Ｆが作用した際に生じるずれを効果的に防止できる。

このようなツールマークＴ１は、図３に示すように、円盤状の工具２１を回転させて研削することで形成される。

工具２１の径は、ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６のクランクピン軸受部１１軸方向に沿った長さに比べて十分大きいので、ツールマークＴ１は、クランクピン軸受部１１の軸方向と略平行となるように形成される。

アッパ側第１端面１５ａ及びロア側第１端面１６ａは、平面視で（図３に示すように）、クランクピン軸受部１１軸方向に沿った中心位置上を工具２１の中心Ｃｒが通るように工具２１を水平移動させることで研削される。図３における直線Ｌは、クランクピン軸受部１１軸方向に沿った中心位置を通る直線である。

第２分割面１４ｂは、表面粗さＲａが第１分割面１４ａの表面粗さよりも小さくなるように形成する。すなわち、第２分割面１４ｂは、一般的な砥石で研削すればよい程度の表面粗さであり、場合によっては特に後加工せずとも良い。

つまり、ロアリンクアッパ１５のアッパ側第２端面１５ｂとロアリンクロア１６のロア側第２端面１６ｂは、第１分割面１４ａのような機械加工を施す必要はない。さらに言えば、アッパ側第２端面１５ｂ及びロア側第２端面１６ｂは、機械加工を施すとしても一般的な砥石による研削程度で十分であり、場合によっては機械加工を行わなくても良い。

第１実施例における第２分割面１４ｂは、一般的な砥石による研削が施されている。

つまり、ロアリンクアッパ１５のアッパ側第２端面１５ｂとロアリンクロア１６のロア側第２端面１６ｂには、一般的な砥石による研削が施されている。

第１実施例のアッパ側第２端面１５ｂ及びロア側第２端面１６ｂには、図３、図４に示すように、クランクピン軸受部１１の軸方向に沿って延びるツールマークＴ２が形成される。このようなツールマークＴ２は、砥石（図示せず）を回転させて研削することで形成される。

ツールマークＴ２は、クランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続するものである。つまり、第２分割面１４ｂは、ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６の双方の合わせ面がクランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続している。ただし、ツールマークＴ２は、ツールマークＴ１に比べて細かいものである。従って、第２分割面１４ｂの表面粗さは、第１分割面１４ａに比べて小さくなっている。換言すれば、第２分割面１４ｂは、ロアリンクアッパ１５及びロアリンクロア１６の双方の合わせ面がクランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続して、第１分割面１４ａよりも表面粗さが小さい所定の表面粗さとなっている。

上述した第１実施例のロアリンク７は、ロアリンク７は、第１分割面１４ａに工具２１による機械加工を施し、第２分割面１４ｂに工具２１による機械加工を施さない。ロアリンク７は、第１分割面１４ａの表面粗さが第２分割面１４ｂの表面粗さよりも大きくなるよう形成される。

これによって、工具２１による機械加工は、ロアリンク７に燃焼荷重Ｆが作用した際のロアリンク７の分割面１４でのロアリンクアッパ１５とロアリンクロア１６のずれを防止する上で必要な範囲にのみ施されることになる。

そのため、工具２１による機械加工の範囲を小さくすることができ、ロアリンク７の製造コストを低減することができる。換言すれば、第２分割面１４ｂは、第１分割面１４ａに比べて機械加工を簡略化することができ、総じてロアリンク７の製造コストを低減することができる。また、工具２１の使用頻度が減少することで、工具２１の寿命を延長できる。

なお、第１分割面１４ａにおいて、燃焼荷重Ｆがロアリンク７に作用した際のずれを防止できるならば、ロアリンクアッパ１５のアッパ側第１端面１５ａとロアリンクロア１６のロア側第１端面１６ａのどちらか一方にのみ工具２１による機械加工を施すことも可能である。

以下、本発明の他の実施例について説明する。なお、上述した実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し重複する説明を省略する。

図５は、本発明が適用される第２実施例の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構３０の概略構成を模式的に示した説明図である。

複リンク式ピストンクランク機構３０は、上述した第１実施例の複リンク式ピストンクランク機構１と略同一構成となっているが、ロアリンクアッパ３３がアッパピン軸受部１２及びコントロールピン軸受部１３を有するようにロアリンク３２が分割されている。

すなわち、ロアリンク３２は、クランクピン軸受部１１の中心軸を含む単一の平面からなる分割面３１において、アッパピン軸受部１２及びコントロールピン軸受部１３を含む第２リンクアッパとしてのロアリンクアッパ３３と、それ以外の部分からなる第２リンクロアとしてのロアリンクロア３４と、の２部品に分割して形成されている。ロアリンク３２の分割面３１は、燃焼荷重Ｆの入力方向に対して直交している。

分割面３１は、クランクピン軸受部１１よりアッパリンク４側に位置する第１合わせ面としての第１分割面３１ａと、クランクピン軸受部１１よりコントロールリンク９側に位置する第２合わせ面としての第２分割面３１ｂと、を有している。第１分割面３１ａは、燃焼荷重Ｆが圧縮荷重として作用する面である。

第２実施例の分割面３１は、クランクシャフト軸方向視で、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の中心と結ぶ直線に対して略平行になっている。換言すると、分割面３１は、アッパピン軸受部１２の中心軸とコントロールピン軸受部１３の中心軸とを含む平面に対して略平行になっている。

ロアリンクアッパ３３は、第１分割面３１ａを構成するアッパ側第１端面３３ａと、第２分割面３１ｂを構成するアッパ側第２端面３３ｂと、を有している。また、ロアリンクロア３４は、第１分割面１４ａを構成するロア側第１端面３４ａと、第２分割面３１ｂを構成するロア側第２端面３４ｂと、を有している。

そして、ロアリンク３２は、アッパリンク４側の第１分割面３１ａの表面粗さがコントロールリンク９側の第２分割面３１ｂの表面粗さよりも大きく（粗く）なっている。

ロアリンク３２は、第１分割面３１ａに上述した工具２１による機械加工を施し、第２分割面１４ｂに工具２１による機械加工を施さない。

アッパ側第１端面３３ａ及びロア側第１端面３４ａには、クランクピン軸受部１１の軸方向に沿って延びるツールマークが形成される。このツールマークは、クランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続するものである。

第１分割面３１ａは、アッパ側第１端面３３ａのツールマークとロア側第１端面３４ａのツールマークとが噛み合うことで、ロアリンク３２に燃焼荷重Ｆが作用した際に生じるずれを効果的に防止できる。

アッパ側第２端面３３ｂ及びロア側第２端面３４ｂは、機械加工を施すとしても一般的な砥石による研削程度で十分であり、場合によっては機械加工を行わなくても良い。

アッパ側第２端面３３ｂ及びロア側第２端面３４ｂに機械加工を施す場合は、アッパ側第２端面３３ｂ及びロア側第２端面３４ｂにクランクピン軸受部１１の軸方向に沿って延びるツールマークが形成されるようにする。このツールマークは、クランクピン軸受部１１の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続するものである。

このような第２実施例の複リンク式ピストンクランク機構３０においても、上述した複リンク式ピストンクランク機構１と略同様の作用効果を奏することができる。

また、第１分割面３１ａにおいて、燃焼荷重Ｆがロアリンク３２に作用した際のずれを防止できるならば、ロアリンクアッパ３３のアッパ側第１端面３３ａとロアリンクロア３４のロア側第１端面３４ａのどちらか一方にのみ工具２１による機械加工を施すことも可能である。

Claims (5)

1. ピストンにピストンピンを介して一端が連結された第１リンクと、上記第１リンクの他端に第１連結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第２リンクと、一端が上記第２リンクに第２連結ピンを介して連結され、他端が機関本体側に支持された第３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であって、
   上記第２リンクは、上記クランクピンと嵌合するクランクピン軸受部を有し、上記クランクピン軸受部の中心軸を含む平面からなる合わせ面で第２リンクアッパと第２リンクロアに分割構成され、
   上記合わせ面は、上記クランクピン軸受部より第１リンク側に位置する第１合わせ面と、上記クランクピン軸受部より第３リンク側に位置する第２合わせ面と、を有し、
   上記第１合わせ面の表面粗さが上記第２合わせ面の表面粗さ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. 上記第１合わせ面において、上記第２リンクアッパ及び上記第２リンクロアの双方の合わせ面の粗さが大きくなる請求項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. 上記第１合わせ面を構成する上記第２リンクアッパの第１端面と、上記第１合わせ面を構成する上記第２リンクロアの第２端面とは、上記クランクピン軸受部の径方向に沿って山と谷が交互に繰り返し連続して所定の表面粗さとなっている請求項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。
4. 上記第２リンクの上記合わせ面は、燃焼荷重に対して直交している請求項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。
5. 上記第１合わせ面は、燃焼荷重が圧縮荷重として作用する面である請求項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。

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