WO2017037935A1

WO2017037935A1 - 内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造および潤滑方法

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Publication number: WO2017037935A1
Application number: PCT/JP2015/075169
Authority: WO
Inventors: 大介渡邊; 中島　茂; 和人脇; 義洋小林
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09
Also published as: US10221734B2; US20180171839A1; CA2997236C; EP3346107A1; CN108026835B; CA2997236A1; JP6380681B2; CN108026835A; JPWO2017037935A1; EP3346107B1; EP3346107A4

Abstract

　本発明の潤滑構造は、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）とを有する複リンク式ピストンクランク機構に適用される。一対のアッパピン用ピンボス部（１２）の間に板状部材（２２）によって形成された油溜め部（２１）に、油供給孔（１９）を通して潤滑油が供給される。油溝（２９）を端面に備えたアッパリンク側ピンボス部（２５）が往復回転運動することで、油溜め部（２１）内の潤滑油がアッパピン（４）へ供給される。

Description

内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造および潤滑方法

　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に関し、特に、ロアリンクとアッパリンクとを連結するアッパピンの潤滑構造および潤滑方法に関する。

　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アッパピン用ピンボス部に両端部が支持され、軸方向の中央部に、アッパリンク端部の円筒状のアッパリンク側ピンボス部が回転可能に嵌合した構成となっている。

　特許文献１には、アッパリンク側ピンボス部の下部に、半径方向に沿った油孔を貫通形成し、クランクシャフトよりも下方に配置したオイルジェットから噴射された潤滑油の一部を上記油孔から取り込んでアッパピンの潤滑を行うようにした潤滑構造が開示されている。

　しかしながら、この特許文献１の潤滑構造では、ロアリンクが揺動運動する中で、オイルジェットの噴射方向が油孔に合致した限られた期間でのみ潤滑油の供給がなされるため、アッパピンへの継続的な給油が困難である。

特開２０１０－７６２０号公報

　この発明は、
　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、
　上記アッパピンは、上記ロアリンクの一端部に二股状に形成された一対のアッパピン用ピンボス部に両端部が支持され、中央部に上記アッパリンク端部のアッパリンク側ピンボス部が嵌合する、内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造であって、
　上記ロアリンクの上記一対のアッパピン用ピンボス部の間に開口形成され、上記クランクピンから供給される潤滑油を上記アッパピンへ向かって供給する油供給孔と、
　上記アッパリンク側ピンボス部の下方を覆うように一対のアッパピン用ピンボス部の間に亘って設けられた油溜め部と、
　上記アッパリンク側ピンボス部の端面に、該アッパリンク側ピンボス部の外周面から内周の軸受孔へと凹設された油溝と、
　を備えている。

　このような構成では、クランクピンからロアリンクの油供給孔を通してアッパピンへ向かって供給された潤滑油が、油溜め部に溜まり、アッパリンク側ピンボス部がこの溜まった潤滑油と少なくとも部分的に接した状態となって、潤滑油の中で相対的に往復回転運動する。潤滑油は、ある程度加圧された状態でもって油溜め部に供給され、該油溜め部から順次溢れ出ていくことになるが、このような潤滑油の中でアッパリンク側ピンボス部が往復回転運動することにより、潤滑油の一部がアッパリンク側ピンボス部端面の油溝を介して内周の軸受孔へと流れ、該アッパリンク側ピンボス部とアッパピンとの間を潤滑する。

　従って、アッパピンの連続的な給油・潤滑が達成される。

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。一実施例のロアリンクの斜視図。一実施例のロアリンクの断面図。図３のＡ－Ａ線に沿った断面図。アッパリンク側ピンボス部の（ａ）正面図および（ｂ）側面図。ロアリンクにアッパリンクを組み付けた状態の要部を示す説明図。潤滑油の流れを説明する説明図。油溜め部をロアリンク自体に加工した実施例の要部の説明図。溝部の上下両端を閉塞した実施例の要部の説明図。一対の油溝を湾曲形状に形成した実施例の要部の説明図。油溝の開口部に隣接して突起部を付加した実施例の要部の説明図。一対の油溝および突起部を有する実施例の要部の説明図。（ａ）低圧縮比状態および（ｂ）高圧縮比状態での油溝の位置の説明図。

　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～図４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。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３２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（図４参照）。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１５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１６を有し、これらのピン嵌合孔１６にアッパピン４が圧入されている。なお、図２～図４には、ロアリンク６がアッパピン４とともに図示されているが、アッパピン４の実際の圧入作業は、アッパリンク３をロアリンク６に組み付ける際に行われる。

　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１７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１８に圧入されている。

　上記クランクピン軸受部１１は、図示せぬ半割り状の軸受メタルを介してクランクピン５に嵌合するものである。ここで、本実施例においては、クランクピン５側から潤滑油の供給を受けてアッパピン４およびコントロールピン９へ向けてそれぞれ潤滑油を供給するように、クランクピン軸受部１１に油供給孔１９，２０が貫通形成されている。これらの油供給孔１９，２０は、クランクピン軸受部１１の軸方向のほぼ中央に位置し、かつ半径方向にほぼ沿って形成されている。

　そして、アッパピン用ピンボス部１２においては、油供給孔１９から供給されてくる潤滑油を一時的に溜める油溜め部２１（図３参照）を溝部１５の下部に形成するように、矩形の板状部材２２がロアリンク６の外側面に取り付けられている。本実施例においては、溝部１５の下端が位置するロアリンク６の外側面（換言すればアッパリンク側ピンボス部１２の下縁）が平面をなすので、上記板状部材２２は、平坦な矩形の板、例えば鋼もしくはアルミニウム合金等の金属板あるいは硬質合成樹脂板等が用いられ、一対のネジ２３によってロアリンク６（ロアリンクアッパ６Ａ）に取り付けられている。

　上記ロアリンク６に連結されるアッパリンク３は、炭素鋼の鍛造等によって棒状に構成されており、その端部には、上記アッパピン４に回転可能に嵌合する円筒状のアッパリンク側ピンボス部２５が一体に形成されている。図５（ａ），（ｂ）は、アッパリンク側ピンボス部２５の詳細を示しており、図示するように、アッパリンク側ピンボス部２５は、一対のアッパピン用ピンボス部１２の内側面に対向する軸方向両端の端面２６と、アッパピン４が図示せぬ軸受メタルを介して挿通される軸受孔２７と、外周面２８と、から略円筒状に構成されている。ここで、上記端面２６は、上記軸受孔２７を囲む内周寄りの環状の平面部２６ａと、この平面部の外周側に位置するテーパ部２６ｂと、からなり、上記平面部２６が機械加工により仕上げられているのに対し、上記テーパ部２６ｂは、鍛造等による粗面のままとなっている。そして、上記端面２６の各々には、外周面２８から軸受孔２７に至る半径方向に沿った油溝２９が凹設されている。この油溝２９は、上記テーパ部２６ｂと上記平面部２６ａとの両者に亘って形成されており、かつ、周方向の位置としては、クランクピン５側つまり油供給孔１９に対向する側に設けられている。なお、平面部２６とアッパピン用ピンボス部１２内側面との間に残存する間隙は、比較的小さく設定されている。

　図６は、上記のように構成されたアッパリンク３とロアリンク６とをアッパピン４を介して組み合わせた状態の要部の断面説明図であり、図７は、この要部における潤滑油の流れを説明する説明図である。

　内燃機関の図示せぬオイルポンプによって加圧された潤滑油は、シリンダブロック内のメインギャラリからクランクシャフト内部の潤滑油通路（図示せず）を通して各気筒のクランクピン５とロアリンク６（クランクピン軸受部１１）との間の摺動面に供給される。この潤滑油の一部が、ロアリンク６の油供給孔１９を通してアッパリンク側ピンボス部２５ならびにアッパピン４へ向けて供給され、アッパリンク側ピンボス部２５の下方に位置する油溜め部２１内に潤滑油が溜められる。

　油溜め部２１は、図示するように、アッパリンク側ピンボス部２５の下側を下方から覆うように構成されており、加圧された状態で供給される潤滑油は、油溜め部２１とアッパリンク側ピンボス部２５との間に形成される空間３０内に充満し、かつここから順次溢れ出るようになる。そして、アッパリンク側ピンボス部２５は、このように空間３０内に充満した潤滑油の中に少なくとも外周面２８の一部が接した状態となり、この状態でロアリンク６の揺動運動に伴って相対的に往復回転運動する。

　従って、空間３０内の潤滑油がある程度の加圧状態にあることと相俟って、アッパリンク側ピンボス部２５の端面２６における油溝２９が少なくとも部分的に潤滑油中に没した状態で往復回転運動することにより、潤滑油が油溝２９を通して内周側へ導かれ、アッパピン４とアッパリンク側ピンボス部２５との間の摺動面に供給される。アッパリンク側ピンボス部２５の端面２６は、上述したように軸受孔２７を囲む環状の平面部２６ａと外周側のテーパ部２６ｂと、からなり、両者に亘って油溝２９が凹設されているので、テーパ部２６ｂを通して油溝２９へ潤滑油が流入しやすく、確実にアッパピン４側へ潤滑油が導かれる。このような潤滑油の供給ないし潤滑作用はピストン１の行程位置に拘わらずに連続的になされる。従って、大きな燃焼荷重が作用するアッパピン４とアッパリンク３との連結部を確実かつ十分に潤滑することができる。

　なお、油溝２９と油供給孔１９との相対的な位置関係は、ロアリンク６の揺動姿勢等によって多少変化するが、基本的には、図６に示すように、油溝２９に対向するように油供給孔１９を設けることが望ましい。これにより、油供給孔１９から噴出する潤滑油の流れ自体によっても油溝２９を通してアッパピン４側へ潤滑油が供給され易くなる。

　次に、上記実施例の一部を変更したいくつかの変形例を説明する。

　図８は、別部材の板状部材２２を用いずに、油溜め部２１をロアリンク６自体に一体に形成した実施例を示している。すなわち、ロアリンク６における一対のアッパピン用ピンボス部１２の間の溝部１５下端が略Ｕ字形に閉じた形状に形成されており、これによって、アッパリンク側ピンボス部２５の下側部分を囲む油溜め部２１が形成されている。

　図９は、ロアリンク６の上面にさらに第２の板状部材２２Ａを設けて、溝部１５上端を閉塞するようにした実施例を示している。上記第２の板状部材２２Ａは、ロアリンク６下側の板状部材２２と同様に、一対のネジ２３によってロアリンク６（ロアリンクアッパ６Ａ）に取り付けられている。従って、この実施例では、油供給孔１９を通して供給される潤滑油が、アッパリンク側ピンボス部２５の下方の空間３０および上方の空間３０Ａの双方に充満し、油溝２９を通してアッパピン４側へ導入されやすくなる。

　次に図１０は、油溝２９の形状を変更した実施例を示している。すなわち、この実施例では、アッパリンク側ピンボス部２５の端面に、それぞれ一対の油溝２９Ａ，２９Ｂが設けられており、これらの油溝２９Ａ，２９Ｂは、アッパリンク側ピンボス部２５の半径線に対し傾いた略円弧形に湾曲して形成されている。特に、油溜め部２１に対するアッパリンク側ピンボス部２５の相対回転に伴って、各油溝２９Ａ，２９Ｂ内で半径方向内周側への速度成分が生じる方向に、それぞれ傾いて形成されている。具体的には、図１０においてアッパリンク側ピンボス部２５が時計回り方向に回転すると、一方の油溝２９Ａを通して潤滑油が内周側へ取り込まれ、反時計回り方向に回転すると、他方の油溝２９Ｂを通して潤滑油が内周側に取り込まれる。なお、図示例では、図９に示した第２の板状部材２２Ａを具備するロアリンク６の構成と組み合わされているが、図６や図８の実施例のように第２の板状部材２２Ａを具備しない構成と組み合わせることも可能である。

　図１１は、アッパリンク側ピンボス部２５の外周面に、潤滑油を油溝２９に案内する突起部３１を設けた実施例を示している。突起部３１は、油溝２９の外周側の開口部に隣接して、特に、油溜め部２１と反対側となる側に設けられている。このようにアッパリンク側ピンボス部２５に付加された突起部３１は、図１１においてアッパリンク側ピンボス部２５が時計回り方向に回転すると、空間３０内（換言すれば油溜め部２１内）に充満している潤滑油を押していき、回転方向の先端縁３１ａに沿って潤滑油を油溝２９内に案内する。

　図１２は、図１０に示した２つの湾曲した油溝２９Ａ，２９Ｂに、さらに突起部３１Ａ，３１Ｂを付加した実施例を示している。突起部３１Ａ，３１Ｂは、油溝２９Ａ，２９Ｂの傾きに対応して対称をなすように配置されており、アッパリンク側ピンボス部２５が時計回り方向に回転するときには、一方の突起部３１Ａが油溝２９Ａへと潤滑油を案内し、反時計回り方向に回転するときには、他方の突起部３１Ｂが油溝２９Ｂへと潤滑油を案内する。

　図１３は、油溝２９の位置に関する変形例を示しており、この実施例では、ピストン１が上死点付近にあるとき（つまり、アッパピン４側が高位となるようにロアリンク６が大きく傾いている姿勢にあるとき）に、油溝２９が油溜め部２１の範囲内にあるように、その位置が設定されている。特に、特許文献１等に開示されているようにコントロールリンク７基端の支持ピン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した場合に、図（ａ）に示す低圧縮比状態と図（ｂ）に示す高圧縮比状態の双方で、油溝２９が油溜め部２１の範囲内にあるように、油溝２９の位置が選択されている。

　このような構成では、アッパピン４に燃焼荷重が入力される上死点付近において、アッパピン４への潤滑油の供給がより確実になされる。

Claims

　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、
　上記アッパピンは、上記ロアリンクの一端部に二股状に形成された一対のアッパピン用ピンボス部に両端部が支持され、中央部に上記アッパリンク端部のアッパリンク側ピンボス部が嵌合する、内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造であって、
　上記ロアリンクの上記一対のアッパピン用ピンボス部の間に開口形成され、上記クランクピンから供給される潤滑油を上記アッパピンへ向かって供給する油供給孔と、
　上記アッパリンク側ピンボス部の下方を覆うように一対のアッパピン用ピンボス部の間に亘って設けられた油溜め部と、
　上記アッパリンク側ピンボス部の端面に、該アッパリンク側ピンボス部の外周面から内周の軸受孔へと凹設された油溝と、
　を備えた内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　上記油溜め部は、上記一対のアッパピン用ピンボス部の間の溝部下端を覆うように上記ロアリンクに板状部材を取り付けることにより構成されている、請求項１に記載の内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　上記油溜め部は、上記一対のアッパピン用ピンボス部の間の溝部下端を閉じた形状とすることにより上記ロアリンクと一体に形成されている、請求項１に記載の内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　上記アッパリンク側ピンボス部の端面は、上記軸受孔を囲む内周寄りの環状の平面部と、この平面部の外周側に位置するテーパ部と、からなり、上記油溝は、上記テーパ部と上記平面部との両者に亘って形成されている、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　上記油溝が、上記油溜め部に対する相対回転に伴って半径方向内周側への速度成分が生じる方向に、半径線に対し傾いて形成されている、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　上記油溝の外周側の端縁に隣接して、上記アッパリンク側ピンボス部の外周面に、潤滑油を上記油溝に案内する突起部が設けられている、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑構造。
　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、
　上記アッパピンは、上記ロアリンクの一端部に二股状に形成された一対のアッパピン用ピンボス部に両端部が支持され、中央部に上記アッパリンク端部のアッパリンク側ピンボス部が嵌合する、内燃機関のピストンクランク機構において、
　上記アッパリンク側ピンボス部の下方を囲む油溜め部と該アッパリンク側ピンボス部との間に生じる空間内に、上記ロアリンクに設けた油供給孔を介してクランクピンから潤滑油を圧送して、上記アッパリンク側ピンボス部の少なくとも一部が潤滑油中に接するように潤滑油を溜め、
　上記アッパリンク側ピンボス部の端面に凹設した油溝を通して該アッパリンク側ピンボス部内周の軸受孔に潤滑油を導くようにした、内燃機関のピストンクランク機構におけるアッパピンの潤滑方法。