WO2015029670A1 - 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構 - Google Patents

内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構 Download PDF

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悟 大熊
孝司 田辺
茂木　克也
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日産自動車株式会社
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to a multi-link type piston crank mechanism for an internal combustion engine.
  • An upper link connected to the piston via a piston pin, a lower link rotatably attached to a crank pin of the crankshaft and connected to the upper link via a first connection pin, and one end thereof
  • a control link that is swingably connected to the lower link via a second connecting pin, and an eccentric shaft that is rotatably attached to the cylinder block and that rotatably supports the other end of the control link.
  • a multi-link type piston crank for an internal combustion engine wherein the first connecting pin is located on one side and the second connecting pin is located on the other side across the cylinder central axis
  • the mechanism is conventionally known.
  • an oil supply hole having an opening at the tip is formed in the thrust bearing surface around the crankpin of the crankshaft, and the lower link is in sliding contact with the thrust bearing surface.
  • An oil guide groove extending along the radial direction of the crank pin that matches the tip opening of the oil supply hole in a predetermined swinging posture of the lower link is formed in the annular flange surface on the side, and along the oil guide groove A configuration in which lubricating oil (oil jet) is supplied from the lower link toward the inner wall surface of the cylinder is disclosed.
  • the oil guide groove is formed so as to extend along the radial direction of the crank pin.
  • the crank pin is positioned on the other side of the inner wall surface of the cylinder on the control link side, and regardless of the swinging posture of the lower link, In some cases, the oil guide groove cannot be set so as to face the cylinder inner wall surface on the side where the control link is located.
  • a multi-link type piston crank mechanism of an internal combustion engine is rotatably attached to an upper link coupled to a piston and a crank pin of a crankshaft, and is swingable to the upper link via a first coupling pin.
  • a lower link coupled to the lower link, a control link having one end pivotably coupled to the lower link via a second coupling pin, and rotatably mounted to the cylinder block and swinging the other end of the control link.
  • a control shaft having an eccentric shaft that is movably supported, wherein the first connection pin is located on one side and the second connection pin is located on the other side across the cylinder center axis
  • the lower link communicates with a crank pin oil passage extending in a radial direction of the crank pin in a predetermined swinging posture of the lower link.
  • the lubricating oil can be supplied to the cylinder inner wall surface on the side where the piston is pressed, that is, the cylinder inner wall surface on the side where the control link is located, as viewed in the axial direction of the crankshaft. Piston scuffing in the mechanism can be suppressed.
  • FIG. 1 and 2 are explanatory views schematically showing an example of a basic configuration of a reciprocating variable compression ratio internal combustion engine 10 to which the multi-link type piston crank mechanism of the present invention is applied.
  • FIG. FIG. 2 shows a low compression ratio
  • FIG. 2 shows a high compression ratio.
  • a piston 1 is slidably disposed in a cylinder 6 formed in the cylinder block 5, and one end of an upper link 11 is swingably connected to the piston 1 via a piston pin 2. .
  • the other end of the upper link 11 is rotatably connected to one end of the lower link 13 via an upper pin 12 as a first connecting pin.
  • the lower link 13 has a crankpin through hole 21 through which the crankpin 4 of the crankshaft 3 penetrates at the center thereof, and is divided into two parts vertically and horizontally for assembly to the crankpin 4. It is integrated by bolts not shown.
  • the crankshaft 3 rotates around the point O.
  • One end of the control link 15 is rotatably connected to the other end portion of the lower link 13 via a control pin 14 as a second connection pin.
  • the other end of the control link 15 is swingably supported by a part of the internal combustion engine body, and the position of the swing fulcrum can be displaced with respect to the internal combustion engine body in order to change the compression ratio. It has become.
  • a control shaft 18 extending in parallel with the crankshaft 3 is provided, and the other end of the control link 15 is rotatably fitted to an eccentric shaft 19 provided eccentric to the control shaft 18.
  • the control shaft 18 is rotatably supported with respect to the cylinder block 5, and is linked to an appropriate actuator mechanism (not shown).
  • symbol 7 in FIG.1 and FIG.2 is the main gallery through which a high pressure lubricating oil flows.
  • the upper pin 12 that connects the upper link 11 and the lower link 13 is located on one side across the cylinder center axis L, and the lower link 13 and the control link are located on the other side.
  • the control pin 14 is connected to the cylinder inner wall surface on the side where the control link 15 is located with respect to the piston 1 as viewed in the crankshaft axial direction.
  • a pressing force is applied. That is, as shown in FIG. 4, the direction of the thrust force acting on the piston 1 is only the direction toward the cylinder inner wall surface on the side where the control link 15 is located (the right direction in FIGS. 1 and 2). The thrust force acting on the piston 1 becomes maximum at the piston top dead center position.
  • the lower link oil passage 25 communicates with a crankpin oil passage 26 formed in the crankpin 4 when the lower link 13 is in a predetermined swinging posture, and the lubricating oil flowing from the crankpin oil passage 26 is passed through the upper link 12.
  • the lubricating oil injected toward the upper link 11 is reflected by the upper link 11, and the cylinder inner wall surface on the side where the control link 15 is located as viewed in the crankshaft axial direction It is formed so that it may be supplied.
  • the crankpin oil passage 26 extends in the radial direction of the crankpin 4 and communicates with the main gallery 7 through an oil passage (not shown) formed in the crankshaft 3.
  • the lower link oil passage 25 of this embodiment communicates with the crankpin oil passage 26 and injects lubricating oil toward the upper link 11 at the time of piston top dead center.
  • the compression ratio setting of the variable compression ratio internal combustion engine 10 is a low compression ratio, as shown by the thick broken line C1 in FIG.
  • the light is reflected and supplied to the vicinity of the skirt portion 1a of the piston 1 on the cylinder inner wall surface on the side where the control link 15 is located as viewed in the axial direction of the crankshaft. That is, when the variable compression ratio internal combustion engine 10 is started, the lubricating oil is supplied to the cylinder inner wall surface on the side where the control link 15 is located as viewed in the crankshaft axial direction.
  • the compression ratio setting of the variable compression ratio internal combustion engine 10 is a high compression ratio
  • the lubricating oil injected from the lower link oil passage 25 is reflected by the upper link 11 as shown by a thick broken line C2 in FIG. Supplied to the back of the piston crown.
  • the piston temperature rises as the compression ratio becomes higher than when the compression ratio is low. Therefore, the upper link 11 is provided behind the piston crown surface. By supplying the lubricating oil reflected at, an increase in piston temperature can be suppressed.
  • the lubricating oil is injected from the lower link oil passage 25 at the top dead center of the piston, when the compression ratio is low, the lubricating oil is supplied to the wall surface that slides with the piston 1 immediately after the lubricating oil is injected. Therefore, it is more effective in suppressing the scuffing of the piston 1.
  • the lubricating oil is supplied to the back side of the piston crown surface at a timing such that the temperature of the piston 1 becomes high, which is more effective in suppressing an increase in the piston temperature.
  • the degree of freedom of the set position of the lower link oil passage 25 becomes relatively large, and the lower link
  • the link oil passage 25 can be provided in a portion where the stress of the lower link 13 is not concentrated.
  • a sub gallery that is continuous with the main gallery 7 is formed on the side where the upper link 11 is located when viewed from the crankshaft axial direction, and the control link is viewed from the side where the upper link 11 is located when viewed from the crankshaft axial direction.
  • the reflection angle of the lubricating oil injected from the lower link oil passage 25 at the upper link 11 can be adjusted by the angle of the upper link 11 and the lower link 13, and the portion of the upper link 11 where the lubricating oil is reflected. It is also possible to adjust by setting a concave portion or a convex portion.
  • timing at which the lubricating oil is injected from the lower link oil passage 25 can be set to a timing other than the top dead center.

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Abstract

可変圧縮比内燃機関（１０）の圧縮比設定が低圧縮比のときには、ピストン上死点時において、ロアリンク油路（２５）から噴射された潤滑油がアッパリンク（１１）で反射してクランクシャフト軸方向視でコントロールリンク（１５）が位置する側のシリンダ内壁面に供給され、可変圧縮比内燃機関（１０）の圧縮比設定が高圧縮比のときには、ピストン上死点時において、ロアリンク油路（２５）から噴射された潤滑油がアッパリンク（１１）で反射してピストン冠面の裏側に供給される。

Description

内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構
　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連結されたアッパリンクと、クランクシャフトのクランピンに回転可能に取り付けられ、かつ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、シリンダ中心軸線を挟んで一方の側に上記第１連結ピンが位置し、他方の側に上記第２連結ピンが位置するよう構成された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いては、構成上、ピストンに対して、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンクが位置する側のシリンダ内壁面に押し付ける力が作用する。
　例えば、特許文献１には、上記のような複リンク式ピストンクランク機構において、クランクシャフトのクランクピン周囲のスラスト軸受面に先端が開口する油供給孔を形成し、スラスト軸受面に摺接するロアリンク側の環状フランジ面に、上記ロアリンクの所定の揺動姿勢において上記油供給孔の先端開口に合致するクランクピンの半径方向に沿って延びる油ガイド溝を形成し、この油ガイド溝に沿ってロアリンクからシリンダの内壁面に向かって潤滑油（オイルジェット）を供給するようにした構成が開示されている。
　しかしながら上記複リンク式ピストンクランク機構においては、上記油ガイド溝がクランクピンの半径方向に沿って延びるように形成されているため、例えば、クランクシャフト軸方向視で、シリンダ中心軸線に対してクランクピン中心が常に上記他方の側に大きくオフセットするような構成では、上記コントロールリンク側のシリンダ内壁面よりもクランクピンが上記他方の側に位置してしまい、上記ロアリンクの揺動姿勢にかかわらず、上記コントロールリンクが位置する側のシリンダ内壁面に向かうように油ガイド溝を設定できなくなる場合がある。
特開２０１０－１８５３９６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アッパリンクと、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、かつ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、シリンダ中心軸線を挟んで一方の側に上記第１連結ピンが位置し、他方の側に上記第２連結ピンが位置するよう構成され、上記ロアリンクに、該ロアリンクの所定の揺動姿勢において上記クランクピンの径方向に延在するクランクピン油路と連通して上記アッパリンクに向かって潤滑油を噴射するロアリンク油路を形成し、該ロアリンク油路から噴射された潤滑油を上記アッパリンクで反射させ、クランクシャフト軸方向視で、上記コントロールリンクが位置する側のシリンダ内壁面に供給することを特徴としている。
　本発明によれば、ピストンが押し付けられる側のシリンダ内壁面、すなわち、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンクが位置する側のシリンダ内壁面に潤滑油を供給することができ、複リンク式ピストンクランク機構におけるピストンのスカッフを抑制することができる。
本発明に係る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を模式的に示した説明図。 本発明に係る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を模式的に示した説明図。 複リンク式ピストンクランク機構におけるスラスト方向の力が作用する向きを模式的に示した説明図。 複リンク式ピストンクランク機構のピストンに作用するスラスト力の変化を示す特性図。
　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及び図２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１０の基本的な構成の一例を模式的に示した説明図であって、図１は低圧縮比のときを示し、図２は高圧縮比のときを示している。
　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。
　なお、図１及び図２における符号７は高圧の潤滑油が流れるメインギャラリである。
　ここで、可変圧縮比内燃機関１０においては、シリンダ中心軸線Ｌを挟んで一方の側にアッパリンク１１とロアリンク１３とを連結するアッパピン１２が位置し、他方の側にロアリンク１３とコントロールリンク１５とを連結するコントロールピン１４が位置するよう構成されているので、図３に示すように、ピストン１に対して、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面に押し付ける力が作用する。つまり、図４に示すように、ピストン１に作用するスラスト力の方向は、コントロールリンク１５が位置する側（図１、図２における右方向）のシリンダ内壁面に向かう方向のみとなる。ピストン１に作用するスラスト力は、ピストン上死点位置で最大となる。
　そこで、このような可変圧縮比内燃機関１０において、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面にロアリンク１３に形成されたロアリンク油路２５から噴射された潤滑油を供給する。
　ロアリンク油路２５は、ロアリンク１３が所定の揺動姿勢のときに、クランクピン４に形成されたクランクピン油路２６と連通し、クランクピン油路２６から流れ込んだ潤滑油をアッパリンク１２に向かって噴射するように形成されているとともに、アッパリンク１１に向かって噴射した潤滑油が、アッパリンク１１で反射し、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面に供給されるように形成されている。クランクピン油路２６は、クランクピン４の径方向に延在し、クランクシャフト３内に形成された図示せぬ油路を介してメインギャラリ７と連通している。
　本実施例のロアリンク油路２５は、ピストン上死点時においてクランクピン油路２６と連通してアッパリンク１１に向かって潤滑油を噴射する。
　具体的には、可変圧縮比内燃機関１０の圧縮比設定が低圧縮比のときには、図１中に太破線Ｃ１で示すように、ロアリンク油路２５から噴射された潤滑油がアッパリンク１１で反射して、クランクシャフト軸方向視でコントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面のうちピストン１のスカート部１ａ付近に供給さる。つまり、可変圧縮比内燃機関１０の始動時には、クランクシャフト軸方向視で、コントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面に潤滑油が供給される。また、可変圧縮比内燃機関１０の圧縮比設定が高圧縮比のときには、図２中に太破線Ｃ２で示すように、ロアリンク油路２５から噴射された潤滑油がアッパリンク１１で反射してピストン冠面の裏側に供給される。
　これによって、長期間運転していない状態からの始動時や低温始動時には、ピストン１が押し付けられる側のシリンダ内壁面に対して潤滑油を供給することができ、ピストン１のスカッフを抑制することができる。
　可変圧縮比内燃機関１０の圧縮比設定が高圧縮比のときには、低圧縮比のときに比べて圧縮比が高くなる分ピストン温度が上昇することになるため、ピストン冠面の裏側にアッパリンク１１で反射させた潤滑油を供給することで、ピストン温度の上昇を抑制することができる。
　ピストン上死点時にロアリンク油路２５から潤滑油が噴射されるので、低圧縮比のときには、潤滑油が噴射された直後にピストン１と摺動する壁面に対して潤滑油が供給されることになり、ピストン１のスカッフを抑制する上でより効果的である。また、高圧縮比のときには、ピストン１の温度が高くなるようなタイミングでピストン冠面の裏側に潤滑油が供給されることになり、ピストン温度の上昇を抑制する上でより効果的である。
　ロアリンク油路２５から噴射した潤滑油をアッパリンク１１で反射させて所望の位置に供給する構成となっているので、ロアリンク油路２５の設定位置の自由度が相対的に大きくなり、ロアリンク油路２５をロアリンク１３の応力が集中しない部位に設けることができる。
　クランクシャフト軸方向視でコントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面に潤滑油を供給するための構成としては、ロアリンク１３からアッパリンク１１へと続く油路を形成してアッパリンク１１から潤滑油を噴射することも考えられるが、このような構成に比べて、アッパリンク１１への油路の加工が不要であり、より安価にピストン１のスカッフを抑制することができる。また、シリンダブロック５において、クランクシャフト軸方向視でアッパリンク１１が位置する側に、メインギャラリ７と連続するサブギャラリを形成し、クランクシャフト軸方向視でアッパリンク１１が位置する側からコントロールリンク１５が位置する側のシリンダ内壁面に向かって潤滑油を噴射することも考えられるが、このような構成に比べて、より安価にピストン１のスカッフを抑制することができる。
　なお、ロアリンク油路２５から噴射した潤滑油のアッパリンク１１での反射角度は、アッパリンク１１やロアリンク１３の角度によっても調整可能であり、またアッパリンク１１の潤滑油が反射する部分に、凹部や凸部等を設定することによっても調整可能である。
　また、ロアリンク油路２５から潤滑油が噴射されるタイミングは、上死点に以外のタイミングに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、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、かつ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、シリンダ中心軸線を挟んで一方の側に上記第１連結ピンが位置し、他方の側に上記第２連結ピンが位置するよう構成さ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、
    　上記ロアリンクに、該ロアリンクの所定の揺動姿勢において上記クランクピンの径方向に延在するクランクピン油路と連通して上記アッパリンクに向かって潤滑油を噴射するロアリンク油路を形成し、該ロアリンク油路から噴射された潤滑油を上記アッパリンクで反射させ、クランクシャフト軸方向視で、上記コントロールリンクが位置する側のシリンダ内壁面に供給する内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。
  2. 　ピストン上死点時において、上記アッパリンクで反射した潤滑油は、上記ピストンのスカート部付近のシリンダ内壁面に供給される請求項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. 　上記複リンク式ピストンクランク機構は、上記コントロールシャフトの偏心軸位置を機関運転条件に応じて制御することで機関圧縮比を可変可能なものであって、機関圧縮比が低圧縮比のときには、ピストン上死点時において、上記ピストンのスカート部付近のシリンダ内壁面に上記アッパリンクで反射した潤滑油が供給される請求項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. 　機関圧縮比が高圧縮比のときには、上記ピストンのピストン冠面裏側に上記アッパリンクで反射した潤滑油が供給される請求項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。
PCT/JP2014/069877 2013-08-27 2014-07-29 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構 WO2015029670A1 (ja)

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