JP5673346B2 - 複リンク式エンジンのロアリンク - Google Patents

Description

本発明は、複リンク式エンジンのロアリンクの構造に関する。

従来から、ピストンとクランクシャフトをアッパリンク及びロアリンクを介して連結し、ロアリンクの姿勢を制御することで圧縮比を可変とする複リンク式エンジンが知られている。複リンク式エンジンでは、ロアリンクに連結されたコントロールリンクを介して、ロアリンクの姿勢が制御される。

ロアリンクは、クランクシャフトのクランクピンに対して回転自在に設けられるリンク部材である。ロアリンクは、クランクピンを挟み込むような分割構造を有しており、第１リンク部と第２リンク部とから構成される。第１リンク部及び第２リンク部の凹部にはそれぞれ半円状の軸受メタルが設けられ、ロアリンクはこれら軸受メタルを介してクランクピンに取り付けられる。

第１リンク部と第２リンク部を締結する前の状態では、第１リンク部に設置された軸受メタルの両端は第１リンク部の凹部から突出し、第２リンク部に配設された軸受メタルの両端は第２リンク部の凹部から突出する。軸受メタルの両端の突出高さは、クラッシュハイトと呼ばれている。各軸受メタルの両端を接触させた状態で第１リンク部と第２リンク部を締結し、軸受メタルを凹部内に押し込むことで、軸受メタルは凹部の内周面に密着固定される。

上記のような複リンク式エンジンのロアリンクでは、エンジン作動時にクランクシャフトから入力する荷重に基づいて、軸受メタルが第１リンク部及び第２リンク部の凹部に対して回転することがある。軸受メタルが内転すると、第１リンク部や第２リンク部に形成された油通路と軸受メタルに形成された油通路の位置がずれ、潤滑油の流れが悪化してしまう。

特許文献１には、軸受メタルの幅方向端部にツバ部を形成し、第１リンク部及び第２リンク部の側面にツバ部に当接可能な当接部を形成して、軸受メタルの内転を防止するロアリンクが開示されている。

特開２００６−１８３８１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロアリンクでは、軸受メタルや、第１リンク部、第２リンク部がそれぞれ特殊な形状となり、ロアリンク製造コストが増大するという問題がある。

また、軸受メタルの内転を防止するために、クラッシュハイトを従来よりも大きく設定し、第１リンク部及び第２リンク部に対する軸受メタルの接触面圧を全体的に高めることも考えられる。しかしながら、軸受メタルの接触面圧を全体的に高めた場合には、エンジン作動時にクランクシャフトから入力する荷重が高い領域（高荷重領域）において軸受メタルが劣化しやすくなってしまう。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、軸受メタルの内転及び劣化を抑制することができる複リンク式エンジンのロアリンクを提供することを目的とする。

本発明による複リンク式エンジンのロアリンクは、凹部を有する第１リンク部と、第１リンク部の凹部と対応してクランクシャフトが挿通可能な挿通孔を形成する凹部を有し第１リンク部に締結される第２リンク部と、第１リンク部及び第２リンク部のそれぞれの凹部に設置される半円状の軸受メタルと、を備える。さらに、ロアリンクは、エンジン作動時にクランクシャフトから軸受メタルに入力する荷重の軸受メタル内周方向の荷重分布に基づいて設定される低荷重領域に対応して設けられ、凹部に対する軸受メタルの接触面圧を増大させる面圧増大部を備える。

本発明によれば、面圧増大部によって低荷重領域での軸受メタルの接触面圧を高めるので、従来よりも簡素な構成で軸受メタルの内転を抑制することができる。また、高荷重領域における軸受メタルの接触面圧を高めることがないので、軸受メタルの劣化を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による複リンク式エンジンの縦断面図である。 圧縮比可変機構を構成するロアリンクの正面図であり、 軸受メタルの接触面圧と滑り量との関係を示す図である。 軸受メタルが配設される位置近傍におけるロアリンクの拡大図である。 第２実施形態による複リンク式エンジンのロアリンクの正面図である。 第２実施形態の変形例による複リンク式エンジンのロアリンクの正面図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態による複リンク式エンジン１００の構成を説明する。図１は、第１実施形態による複リンク式エンジン１００の概略構成図である。図２は、複リンク式エンジン１００が備える圧縮比可変機構２０のロアリンク２００の正面図である。

図１に示すように、複リンク式エンジン１００は、車両用の直列４気筒エンジンである。複リンク式エンジン１００は、ピストン１０の上死点位置を変化させて圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構２０を備える。

圧縮比可変機構２０は、ピストン１０とクランクシャフト３０を連結するためのアッパリンク２１及びロアリンク２００と、ロアリンク２００の姿勢を制御するためのコントロールリンク２２と、を備える。

アッパリンク２１は、ロアリンク２００とシリンダ１１に沿って摺動するピストン１０とを連結するリンク部材である。アッパリンク２１の上端は、ピストンピン４１を介してピストン１０に回動可能に連結する。アッパリンク２１の下端は、アッパピン４２を介してロアリンク２００に回動可能に連結する。

図１及び図２に示すように、ロアリンク２００は、クランクシャフト３０のクランクピン３１に回動自在に設けられる２分割構造のリンク部材である。ロアリンク２００は、第１リンク部２１０と、第１リンク部２１０に締結される第２リンク部２２０と、を備える。ロアリンク２００は、第１リンク部２１０の角部２１４に設けられたアッパピン４２を介してアッパリンク２１と連結し、第２リンク部２２０の角部２２４に設けられたコントロールピン４３を介してコントロールリンク２２と連結する。

第１リンク部２１０は第２リンク部２２０と当接する当接面（分割面）に半円状の凹部２１１を有しており、第２リンク部２２０は第１リンク部２１０と当接する当接面（分割面）に半円状の凹部２２１を有している。第１リンク部２１０に第２リンク部２２０が締結された状態では、第１リンク部２１０の凹部２１１と第２リンク部２２０の凹部２２１とによって、クランクシャフト３０のクランクピン３１を挿通させる挿通孔２３０が形成される。

また、第１リンク部２１０の凹部２１１及び第２リンク部２２０の凹部２２１には、それぞれ半円状の軸受メタル２１２、２２２が設けられる。これら軸受メタル２１２、２２２は円弧状の板部材であり、軸受メタル２１２と軸受メタル２２２とによって一つの滑り軸受が形成される。

第１リンク部２１０と第２リンク部２２０とが締結される前の状態では、軸受メタル２１２にはその周方向端部が第１リンク部２１０の当接面から突出するクラッシュハイトが設定されており、軸受メタル２２２にはその周方向端部が第２リンク部２２０の当接面から突出するクラッシュハイトが設定されている。これら軸受メタル２１２、２２２の周方向端部を接触させた状態でクラッシュハイトが０となるように第１リンク部２１０と第２リンク部２２０を締結することで、軸受メタル２１２は第１リンク部２１０の凹部２１１の内周面に密着固定され、軸受メタル２２２は第２リンク部２２０の凹部２２１の内周面に密着固定される。

上記のように構成されるロアリンク２００は、挿通孔２３０内に配設された軸受メタル２１２、２２２を介して、クランクシャフト３０のクランクピン３１に回動自在に取り付けられる。

なお、ロアリンク２００では、凹部２１１、２２１の外縁に沿う縁部２１３、２２３における幅方向厚さと、第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０の角部２１４、２２４における幅方向厚さとが、縁部２１３、２２３と角部２１４、２２４との間の中央部２１５、２２５における幅方向厚さよりも厚くなるように設定されている。

図１に示すように、クランクシャフト３０は、クランクピン３１、ジャーナル３２及びカウンターウェイト３３とから構成される回転シャフトである。クランクピン３１の中心はジャーナル３２の中心から所定量偏心している。カウンターウェイト３３は、クランクピン３１とジャーナル３２とを接続するクランクアームに形成され、ピストン運動における振動成分を低減する。

コントロールリンク２２は、ロアリンク２００の姿勢を制御するためのリンク部材である。コントロールリンク２２の上端は、コントロールピン４３を介してロアリンク２００に回動自在に連結する。コントロールリンク２２の下端は、コントロールシャフト２３の偏心部２３Ａに回動自在に連結する。

コントロールシャフト２３は、クランクシャフト３０と平行に配置され、シリンダブロックに回転自在に支持される。コントロールシャフト２３の偏心部２３Ａは、コントロールシャフト軸心から所定量偏心した位置に形成される。コントロールシャフト２３は、図示しないアクチュエータによって回転駆動される。コントロールシャフト２３の回転に伴って、偏心部２３Ａは、コントロールシャフト軸心を中心として旋回する。

コントロールシャフト２３の回転により偏心部２３Ａが移動し、アッパピン４２の位置が上昇するようにロアリンク２００が傾くと、ピストン１０の上死点位置が上昇する。これにより、複リンク式エンジン１００の圧縮比は高くなる。これに対して、偏心部２３Ａが移動し、アッパピン４２の位置が下降するようにロアリンク２００が傾くと、ピストン１０の上死点位置が下降する。これにより、複リンク式エンジン１００の圧縮比は低くなる。

複リンク式エンジン１００では、例えば高負荷運転領域においてノッキング防止のために低圧縮比に設定され、ノッキングが発生しにくい低負荷及び中負荷運転領域において出力の向上を図るために高圧縮比に設定される。

ところで、複リンク式エンジン１００のロアリンク２００では、軸受メタル２１２、２２２が滑り軸受としての機能を果たすために、エンジン作動時に軸受メタル２１２、２２２が凹部２１１、２２１に対して回転してしまうことを防止する必要がある。

図３は、一燃焼サイクルにおける、軸受メタル２１２の所定部位の滑り量と接触面圧との関係を例示した図である。滑り量は基準位置に対する軸受メタル２１２の回転量を表す指標であり、接触面圧は第１リンク部２１０の凹部２１１に対する軸受メタル２１２の密着圧を表わす指標である。

エンジン作動時には、クランクシャフト３０の回転に伴って、クランクシャフト３０のクランクピン３１から軸受メタル２１２、２２２に入力する荷重が変化する。したがって、図３に示すように、軸受メタル２１２の接触面圧もクランクシャフト３０の回転に応じて変化する。

軸受メタル２１２の接触面圧が低い低接触面圧領域では、軸受メタル２１２の滑り量が変化しており、軸受メタル２１２が凹部２１１に対して内転している。一方、図３の破線領域に示すように、接触面圧が高い高接触面圧領域では、軸受メタル２１２の滑り量がほぼ一定となっており、軸受メタル２１２の内転は発生していない。

そこで、本実施形態による複リンク式エンジン１００のロアリンク２００では、凹部２１１、２２１に対する軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を部分的に高めることで、軸受メタル２１２、２２２の内転を防止する。

図４は、軸受メタル２１２、２２２が配設される位置近傍におけるロアリンク２００の拡大図である。

図４の破線Ｌ１は、最大トルク発生時の一燃焼サイクルにおいて、クランクシャフト３０から軸受メタル２１２、２２２に入力する荷重の、軸受メタル内周方向の荷重分布を示す。図４の実線Ｌ２は、最大出力発生時の一燃焼サイクルにおいて、クランクシャフト３０から軸受メタル２１２、２２２に入力する荷重の、軸受メタル内周方向の荷重分布を示す。破線Ｌ１及び実線Ｌ２の荷重分布に基づいて、軸受メタル２１２、２２２は内周方向に沿って、入力荷重が所定値よりも高い高荷重領域Ａと、入力荷重が所定値よりも低い低荷重領域Ｂとに分けることができる。

ロアリンク２００では、軸受メタル２１２、２２２の内転を防止するため、低荷重領域Ｂに対応する軸受メタル２１２、２２２の内周面に、突出部２１２Ａ、２２２Ａが形成される。突出部２１２Ａ、２２２Ａは、軸受メタル２１２、２２２の内周面から軸受メタル径方向内側に向かって突出形成される。本実施形態では、図２及び図４に示すように、軸受メタル２１２の突出部２１２Ａと軸受メタル２２２の突出部２２２Ａとが対向するように形成されているが、突出部形成位置は、これに限られるものではなく、低荷重領域Ｂ内において任意に選択される。

軸受メタル２１２、２２２とクランクシャフト３０のクランクピン３１との間には潤滑油膜が介在しているが、突出部２１２Ａ、２２２Ａが形成される位置では潤滑油膜が薄くなるため、エンジン作動時においてクランクシャフト３０からの荷重が作用しやすくなり、低荷重領域Ｂにおいて軸受メタル２１２、２２２の接触面圧が高められる。このように、突出部２１２Ａ、２２２Ａは、軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を増大させる面圧増大部として機能する。

以上により、第１実施形態による複リンク式エンジン１００のロアリンク２００では下記の効果を得ることができる。

軸受メタル２１２、２２２の内周面には低荷重領域Ｂに対応する位置に突出部２１２Ａ、２２２Ａが形成されるので、エンジン作動時において突出部形成位置の軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めることができる。したがって、従来よりも簡素な構成で、軸受メタル２１２、２２２の内転を抑制することが可能となる。

また、高荷重領域Ａにおいて軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めてしまうと軸受メタル２１２、２２２が劣化しやすくなるが、ロアリンク２００では低荷重領域Ｂにおける軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めるようにしているため、軸受メタル２１２、２２２の劣化を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態による複リンク式エンジン１００のロアリンク２００について説明する。図５は、第２実施形態による複リンク式エンジン１００のロアリンク２００の正面図である。

第２実施形態におけるロアリンク２００は、第１実施形態におけるロアリンクとほぼ同様の構成であるが、低荷重領域Ｂにおける軸受メタル２１２、２２２の接触面圧の高め方において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図５に示すように、ロアリンク２００では、軸受メタル２１２、２２２の内転を防止するため、低荷重領域Ｂに対応する第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０の側面に、リブ２１６、２２６が形成される。

リブ２１６は、第１リンク部２１０の側面において軸受メタル２１２の低荷重領域Ｂと対応する位置に設けられ、凹部２１１寄りの位置から軸受メタル２１２の径方向外側に向かって直線状に延設される。リブ２１６は、第１リンク部２１０の厚肉部分である縁部２１３と角部２１４とを連結するように、第１リンク部２１０の薄肉部分である中央部２１５に立設される。

リブ２２６は、第２リンク部２２０の側面において軸受メタル２２２の低荷重領域Ｂと対応する位置に設けられ、凹部２２１寄りの位置から軸受メタル２２２の径方向外側に向かって直線状に延設される。リブ２２６は、第２リンク部２２０の厚肉部分である縁部２２３と角部２２４とを連結するように、第２リンク部２２０の薄肉部分である中央部２２５に立設される。

リブ２１６、２２６が形成された位置では第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０の剛性が高くなり、エンジン作動時においてクランクシャフト３０から荷重が入力しても第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０は変形しにくくなるため、低荷重領域Ｂにおいて軸受メタル２１２、２２２の接触面圧が高められる。このように、リブ２１６、２２６は、軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を増大させる面圧増大部として機能する。

以上により、第２実施形態による複リンク式エンジン１００のロアリンク２００では下記の効果を得ることができる。

ロアリンク２００では、低荷重領域Ｂと対応するように、第１リンク部２１０の側面に凹部２１１寄りの位置から軸受メタル２１２の径方向外側に向かってリブ２１６が形成され、第２リンク部２２０の側面に凹部２２１寄りの位置から軸受メタル２２２の径方向外側に向かってリブ２２６が形成される。これにより、エンジン作動時において、リブ形成位置に対応する軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めることができる。したがって、従来よりも簡素な構成で、軸受メタル２１２、２２２の内転を抑制することが可能となる。

また、高荷重領域Ａにおいて軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めてしまうと軸受メタル２１２、２２２が劣化しやすくなるが、ロアリンク２００では低荷重領域Ｂにおける軸受メタル２１２、２２２の接触面圧を高めるようにしているため、軸受メタル２１２、２２２の劣化の発生を抑制することが可能となる。

次に、図６を参照して、第２実施形態の変形例によるロアリンク２００について説明する。図６は、変形例によるロアリンク２００の正面図である。

図６のベクトルＢ１は、図４の破線Ｌ１に基づいて設定された高荷重領域Ａでの最高荷重の入力方向と大きさを表すものである。図６のベクトルＢ２、Ｂ３は、図４の実線Ｌ２に基づいて設定された高荷重領域Ａにおける最高荷重の入力方向と大きさを表すものである。

変形例によるロアリンク２００では、軸受メタル２１２、２２２の内転を防止するため、低荷重領域Ｂに対応する第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０の側面に、４つのリブ２１６Ａ、２１６Ｂ、２２６Ａ、２２６Ｂが形成される
リブ２１６Ａ及びリブ２１６Ｂは、第１リンク部２１０の側面において軸受メタル２１２の低荷重領域Ｂと対応する位置に設けられ、凹部２１１寄りの位置から軸受メタル２１２の径方向外側に向かって直線状に延設される。リブ２１６Ａとリブ２１６Ｂとは、ベクトルＢ３で示される最高荷重の入力方向に対して線対称となるように配置される。

リブ２２６Ａ及びリブ２２６Ｂは、第２リンク部２２０の側面において軸受メタル２２２の低荷重領域Ｂと対応する位置に設けられ、凹部２２１寄りの位置から軸受メタル２２２の径方向外側に向かって直線状に延設される。リブ２２６Ａとリブ２２６Ｂとは、ベクトルＢ１で示される最高荷重の入力方向に対して線対称となるように配置される。

なお、第１リンク部２１０のリブ２１６Ｂと第２リンク部２２０のリブ２２６Ｂとは、ベクトルＢ２で示される最高荷重の入力方向に対して線対称となるように配置される。

変形例によるロアリンク２００では、低荷重領域Ｂに対応するようにリブ２１６Ａ、２１６Ｂ、２２６Ａ、２２６Ｂを設けるので、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ロアリンク２００では、リブ２１６Ａ、２１６Ｂ、２２６Ａ、２２６Ｂは高荷重領域Ａにおける最高荷重の入力方向に対して線対称となるように配置されるので、入力荷重に基づく第１リンク部２１０及び第２リンク部２２０の変形を効率的に抑制することができ、第１リンク部２１０と第２リンク部２２０との変形差に起因する軸受メタル２１２、２２２の内転を抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１００ 複リンク式エンジン
１０ ピストン
３０ クランクシャフト
３１ クランクピン
２００ ロアリンク
２１０ 第１リンク部
２１１ 凹部
２１２ 軸受メタル
２１２Ａ 突出部
２１６ リブ
２１６Ａ リブ
２１６Ｂ リブ
２２０ 第２リンク部
２２１ 凹部
２２２ 軸受メタル
２２２Ａ 突出部
２２６ リブ
２２６Ａ リブ
２２６Ｂ リブ
２３０ 挿通孔

Claims (4)

1. ピストンとクランクシャフトを複数のリンク部材によって連結することで圧縮比を可変とする複リンク式エンジンのロアリンクにおいて、
   凹部を有する第１リンク部と、
   前記第１リンク部の凹部と対応して前記クランクシャフトが挿通可能な挿通孔を形成する凹部を有し、前記第１リンク部に締結される第２リンク部と、
   前記第１リンク部及び前記第２リンク部のそれぞれの凹部に設置される半円状の軸受メタルと、
   エンジン作動時に前記クランクシャフトから前記軸受メタルに入力する荷重の軸受メタル内周方向の荷重分布に基づいて設定される低荷重領域に対応して設けられ、前記凹部に対する前記軸受メタルの接触面圧を増大させる面圧増大部と、を備えることを特徴とする複リンク式エンジンのロアリンク。
2. 前記面圧増大部は、前記低荷重領域に対応して設けられ、前記軸受メタルの内周面から突出する突出部であることを特徴とする請求項１に記載の複リンク式エンジンのロアリンク。
3. 前記面圧増大部は、前記低荷重領域に対応して設けられ、前記第１リンク部及び第２リンク部の側面において前記凹部寄りの位置から軸受メタル径方向外側に向かって延設されるリブであることを特徴とする請求項１に記載の複リンク式エンジンのロアリンク。
4. 前記リブは、複数設けられ、
   前記複数のリブは、前記クランクシャフトから前記軸受メタルに入力する最高荷重の入力方向に対して線対称となるように配置されることを特徴とする請求項３に記載の複リンク式エンジンのロアリンク。

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