JP7107003B2 - 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構 - Google Patents

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。

このような内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構にあっては、摺動部分の摩耗や焼き付きを防ぐために十分な潤滑状態に維持することが求められる。

例えば、アッパピンの軸受部分は、クランクピンの軸受部のようにクランクシャフトの内部通路から直接的に潤滑油を供給できない。

そのため、例えば、特許文献１においては、アッパピンの軸受部分を潤滑するために、アッパリンクのロッド部の側面にロッド部長手方向に沿って延びる凹溝を形成し、アッパリンクのピンボス部の内周と外周とを径方向に貫通する径方向油路をこの凹溝に接続している。

特許文献１においては、アッパリンクの周辺の油霧を凹溝の全体で捕集し、径方向油路を介して潤滑油としてアッパピンの軸受部分に供給している。

特開２０１０－１１６７７７号公報

しかしながら、アッパリンクの凹溝は、アッパリンクの側面を凹ませることで形成されたものであり、アッパリンクのロッド部の側面に沿って滴下してくるような潤滑油を効率よく捕集できない虞がある。

すなわち、アッパリンクがクランクケース内で高速運動することによりアッパリンク表面を伝う潤滑油が吹き飛ばされてしまう虞がある等、アッパリンクの周辺の油霧を効率よく捕集して、アッパピンの軸受部分に潤沢な潤滑油を供給するためには、更なる改善の余地がある。

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、一端がピストンピンを介してピストンに連結され、他端が第１連結ピンを介して第２リンクに連結された第１リンクを有している。

上記第１リンクは、ロッド部と、上記ロッド部の一端に設けられたピストンピン用ピンボス部と、上記ロッド部の他端に設けられた第１連結ピン用ピンボス部と、上記ロッド部の側面から突出する突出部と、を有している。

上記突出部には、上記第１リンクのピストンピン用ピンボス部側に開口してオイルを受け止めることが可能な凹部が形成されている。

上記凹部と上記第１連結ピン用ピンボス部の内周面とは、上記第１リンクに貫通形成された油孔により連通している。

本発明によれば、突出部の凹部にオイルを受けることで、第１連結ピン用ピンボス部の内周に供給を安定して確保することができ、第１連結ピンに潤沢な潤滑油を効率よく供給することができる。

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概略構成を模式的に示した説明図。 ロアリンクの斜視図。 アッパリンクの正面図。 アッパリンクの側面図。 アッパリンクの要部断面図。 圧縮比が設定可能範囲内の最低圧縮比でピストンが下死点にある状態における複リンク式ピストンクランク機構の要部断面図。 クランク角度に対する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントの振幅の変化を示す特性線図。

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に換えて、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の斜視図である。ロアリンク７は、クランクピン６ａに嵌合する円筒形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を含むロアリンクアッパ７Ａと、コントロールピン軸受部１３を含むロアリンクロア７Ｂ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。

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７Ａ及びロアリンクロア７Ｂ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７Ａとロアリンクロア７Ｂ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７Ａとロアリンクロア７Ｂとは、２本以上のボルトで締結するようにしてもよい。

アッパピン軸受部１２は、互いに離間して対向する一対の一端側突出片１６の双方に形成されている。一対の一端側突出片１６の間には、アッパリンク４の揺動運動を可能とする一定幅の溝部１７が存在する。一対の一端側突出片１６は、ロアリンク７の一端側に位置するものであって、ロアリンクアッパ７Ａの一部を構成する。つまり、ロアリンク７の一端側は、一対の一端側突出片１６によりアッパリンク４の他端を挟み込むように二股状に形成されている。一対の一端側突出片１６は、ロアリンク７の軸方向の端面に沿うように延びている。

各々のアッパピン軸受部１２は、同一軸線上に配置された断面円形の貫通穴である。アッパピン軸受部１２には、アッパピン５が圧入保持される。

コントロールピン軸受部１３は、互いに離間して対向する一対の他端側突出片１８の双方に形成されている。一対の他端側突出片１８の間には、コントロールリンク９の揺動運動を可能とする一定幅の溝部（図示せず）が存在する。一対の他端側突出片１８は、ロアリンク７の他端側に位置するものであって、ロアリンクロア７Ｂの一部を構成する。つまり、ロアリンク７の他端側は、一対の他端側突出片１８によりコントロールリンク９の一端を挟み込むように二股状に形成されている。一対の他端側突出片１８は、ロアリンク７の軸方向の端面に沿うように延びている。

各々のコントロールピン軸受部１３は、同一軸線上に配置された断面円形の貫通穴である。コントロールピン軸受部１３には、コントロールピン８が圧入保持される。

図３及び図４は、ピストン２とロアリンク７とを連結するアッパリンク４を示している。アッパリンク４は、炭素鋼の鍛造や鋳造等によって一部品として構成されているものであり、直線的に延びた矩形断面の棒状をなすロッド部２１と、ロッド部２１の一端に設けられた円環状のピストンピン用ピンボス部２２と、ロッド部２１の他端に設けられた円環状のアッパピン用ピンボス部２３と、ロッド部２１の側面から突出する突出部２４と、を有している。

ピストンピン用ピンボス部２２は、ピストン２に両端部が支持されたピストンピン３の中央部に回転可能に嵌合する。

アッパピン用ピンボス部２３は、第１連結ピン用ピンボス部に相当するものであって、ロアリンク７のアッパピン軸受部１２に両端部が支持されたアッパピン５の中央部に回転可能に嵌合する。アッパピン用ピンボス部２３は、アッパピン５と接する軸受メタル２５が圧入された内周面としての軸受孔２６を有している。

突出部２４は、図５に示すように、アッパリンク４のピストンピン用ピンボス部２２側に開口して潤滑油（オイル）を受け止めて確保することが可能な凹部２７を有している。すなわち、突出部２４は、ロッド部２１の外側に突出して、アッパピン５が収容されるクランクケース内を飛散するオイルミストや、ピストンピン用ピンボス部２２側から滴下した潤滑油（例えば、ピストン２のクーリングチャンネルから滴下した潤滑油）等を受け止めることが可能な油受けとなっている。

突出部２４は、図１に示すように、クランクシャフト軸方向視で、ロッド部２１のコントロールリンク９側の側面から突出している。なお、突出部２４の幅は、図４に示すように、ロッド部２１と同じ幅となるよう形成されている。すなわち、突出部２４は、アッパリンク４の軸受孔２６の軸方向に沿った幅が、アッパリンク４の軸受孔２６の軸方向に沿ったロッド部２１の幅と同一幅となるように形成されている。

アッパリンク４は、突出部２４を形成したことにより、クランクシャフト軸方向視で、その重心位置がアッパリンク中心線Ｃよりもコントロールリンク９側に位置している。すなわち、アッパリンク４の重心は、図３においては、アッパリンク中心線Ｃよりも右側に位置している。

アッパリンク中心線Ｃは、ピストンピン用ピンボス部２２の円環の中心とアッパピン用ピンボス部２３の円環の中心とを通り、ロッド部２１の長手方向に沿った直線である。

突出部２４は、ロッド部２１の長手方向の中間位置よりもアッパピン用ピンボス部２３側に位置するよう形成されている。

突出部２４の端面２４ａは、アッパリンク中心線Ｃに直交する平面に沿うように形成されている。

また、突出部２４は、図６に示すように、複リンク式ピストンクランク機構１の圧縮比が設定可能範囲内の最低圧縮比でピストン２が下死点にあるときに、ロアリンク７と干渉しないように形成されている。

本実施例における突出部２４は、図６に示すように、最低圧縮比でピストン２が下死点にあるときに、一対の一端側突出片１６の間に入り込み、かつロアリンク７の溝部１７の底面１７ａに干渉しないように設定されている。換言すれば、本実施例における突出部２４は、図６に示すように、ロアリンク７と干渉しない範囲でアッパピン用ピンボス部２３に最大限近づけた位置、つまりロアリンク７との干渉限界までアッパピン用ピンボス部２３に近づけた位置に形成されている。すなわち、本実施例における突出部２４は、ロアリンク７と干渉しない範囲でアッパピン用ピンボス部２３に最大限近づくように設定されている。

凹部２７とアッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６とは、アッパリンク４にドリル等の機械加工により貫通形成された油孔３１によって連通している。つまり、凹部２７に受け止められた潤滑油は、油孔３１を介してアッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６に供給され、軸受孔２６（厳密には軸受メタル２５の内周面）とアッパピン５との接触面を潤滑する。

油孔３１は、一端が凹部２７の底面に開口し、他端がアッパピン用ピンボス部２３の円形をなす軸受孔２６の頂部に開口している。軸受孔２６の頂部は、アッパリンク中心線Ｃ上に位置している。軸受孔２６の頂部は、ピストンピン用ピンボス部２２側に位置している。

このようなアッパリンク４は、複リンク式ピストンクランク機構の一構成要素としてロアリンク７やコントロールリンク９とともに内燃機関のクランクケース内で高速運動する。複リンク式ピストンクランク機構の動きとしては、図１において、ピストン２の上下運動に伴ってアッパリンク４が概ねシリンダ軸線方向に沿って上下に往復運動し、アッパリンク４の下端に連結されたロアリンク７がコントロールリンク９上端のコントロールピン８を支点として上下に揺動する。そして、コントロールリンク９は、クランクピン６ａの回転半径による左右方向の変位を許容するように左右に揺動する。従って、ロアリンク７の上下揺動に伴って、クランクシャフト６が回転することになる。

アッパリンク４は、クランクケース内で高速運動する。そのため、アッパリンク表面を伝う潤滑油は、アッパリンク４の高速運動により、吹き飛ばされる虞がある。

しかしながら、凹部２７内に受け止められた潤滑油は、アッパリンク４が高速運動しても凹部２７内から吹き飛ばされにくい。

また、ロッド部２１から張り出した突出部２４で潤滑油を受けることで、アッパリンクのロッド部の側面に沿って滴下してくるような潤滑油や、クランクケース内を飛散する潤滑油等を突出部２４の凹部２７内に確保しやすくなっている。

そのため、本実施例の複リンク式ピストンクランク機構１においては、アッパリンクの周辺の油霧等をアッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６に供給する潤滑油として効率よく凹部２７に捕集することができる。

つまり、アッパリンク４は、凹部２７内にアッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６に供給する潤滑油を安定して確保することができ、アッパピン５に潤沢な潤滑油を効率よく供給することができる。

図７は、３気筒内燃機関に上述した複リンク式ピストンクランク機構１を採用した場合におけるクランク角度に対する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントの振幅の変化を示す特性線図である。

図７中に実線で示す特性線Ｃ１は、上述した実施例のアッパリンク４を用いた複リンク式ピストンクランク機構１を有する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを示している。

図７中の破線で示す特性線Ｃ２は、突出部がないアッパリンクを用いた複リンク式ピストンクランク機構を有する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを示している。

図７中に一点鎖線で示す特性線Ｃ３は、ロッド部２１の長手方向の中間位置に突出部２４の端面２４ａが位置するアッパリンク４を用いた複リンク式ピストンクランク機構を有する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを示している。

図７に示すように、アッパリンク４のロッド部２１に突出部２４を設け、アッパリンク４の重心をアッパリンク中心線Ｃよりもコントロールリンク９側とすることによって、３気筒等の奇数気筒の内燃機関に発生する内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを低減することができる。また、内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを低減することによって、音振性能を向上させることができる。

内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントは、突出部２４が形成される位置によっても変化する。つまり、内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントは、アッパリンク４の突出部２４をロッド部２１の長手方向の中間位置よりもアッパピン用ピンボス部２３側に近づけるほど改善することができる。

従って、内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントは、突出部２４をロアリンク７と干渉しない範囲でアッパピン用ピンボス部２３に最大限近づけることでより効果的に低減することができる。また、音振性能は、突出部２４をロアリンク７と干渉しない範囲でアッパピン用ピンボス部２３に最大限近づけることでより一層向上させることができる。

内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントを低減して音振性能を向上させるためには、アッパリンク４のロッド部２１のコントロールリンク側の側面に突出部２４を設け、アッパリンク４の重心をアッパリンク中心線Ｃよりもコントロールリンク９側に偏心させる必要がある。ただし、内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントの低減効果は、突出部２４がロッド部２１のピストンピン用ピンボス部２２に近づくほど小さくなる。

また、突出部２４の凹部２７とアッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６とを連通させる油孔３１は、突出部２４がロッド部２１のピストンピン用ピンボス部２２に近づくほど長くなる。アッパリンク４の生産性は、油孔３１が長くなるほど油孔３１の加工時間が長くなるため、油孔３１が長いほど悪化する。

アッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６の潤滑性能は、油孔３１が長いほど潤滑油が流れにくくなると考えらえることから、油孔３１が長いほど悪化する虞がある。

そのため、アッパリンク４に突出部２４を設けるにあたっては、内燃機関のヨー方向の不平衡モーメントの低減効果、アッパリンク４の生産性、アッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６の潤滑性能、をバランス良く両立させることが重要となる。

従って、アッパリンク４に突出部２４を設けるにあたっては、突出部２４がロッド部２１の長手方向に沿った中間位置、もしくは中間位置よりもアッパピン用ピンボス部２３側に形成されることが望ましい。詳述すれば、アッパリンク４に突出部２４を設けるにあたっては、突出部２４の端面２４ａがロッド部２１の長手方向の中間位置もしくは、中間位置よりもアッパピン用ピンボス部２３側に形成されることが望ましい。

なお、アッパリンク４の重心をアッパリンク中心線Ｃよりもコントロールリンク９側とするためには、厳密には油孔３１を形成する際に削り取られた分の重量を考慮して突出部２４の重量を設定する必要がある。

また、上述したアッパリンク４の突出部２４は、クランクシャフト軸方向視で、アッパリンク４の重心をアッパリンク中心線Ｃよりもコントロールリンク９側に位置するようするための重り部と見なすことも可能である。つまり、凹部２７は、アッパリンク４の重心をコントロールリンク９側に偏らせる重り部に設けられたものと見なすことができる。

突出部２４に向けて噴射可能なオイルジェットを設定すれば、突出部２４の凹部２７により一層安定して潤滑油を貯留することができ、アッパピン用ピンボス部２３の軸受孔２６により安定して潤滑油を供給することができる。

１…複リンク式ピストンクランク機構
４…アッパリンク（第１リンク）
５…アッパピン（第１連結ピン）
６…クランクシャフト
６ａ…クランクピン
７…ロアリンク（第２リンク）
７Ａ…ロアリンクアッパ
７Ｂ…ロアリンクロア
８…コントロールピン（第２連結ピン）
９…コントロールリンク（第３リンク）
１０…コントロールシャフト
１０ａ…偏心軸部
１１…クランクピン軸受部
１２…アッパピン軸受部（第１連結ピン軸受部）
１３…コントロールピン軸受部
１４…分割面
２１…ロッド部
２２…ピストンピン用ピンボス部
２３…アッパピン用ピンボス部
２４…突出部
２４ａ…端面
２６…軸受孔
２７…凹部
３１…油孔

Claims (4)

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１リンクは、ロッド部と、上記ロッド部の一端に設けられて上記ピストンピンが回転可能に嵌合する円環状のピストンピン用ピンボス部と、上記ロッド部の他端に設けられて上記第１連結ピンが回転可能に嵌合する円環状の第１連結ピン用ピンボス部と、上記ロッド部の側面から突出する突出部と、を有し、
   上記突出部には、上記第１リンクのピストンピン用ピンボス部側に開口してオイルを受け止めることが可能な凹部が形成され、
   上記凹部と上記第１連結ピン用ピンボス部の内周面とは、上記第１リンクに貫通形成された油孔により連通していることを特徴とする内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。
2. 上記突出部は、クランクシャフト軸方向視で上記ロッド部の第３リンク側の側面から突出し、
   上記第１リンクの重心は、クランクシャフト軸方向視で、上記ピストンピン用ピンボス部の中心と上記第１連結ピン用ピンボス部の中心とを結ぶ直線よりも上記第３リンク側に位置することを特徴とする請求項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. 上記突出部は、上記ロッド部の長手方向に沿った中間位置、もしくは上記中間位置よりも上記第１連結ピン用ピンボス部側に形成されていることを特徴とする請求項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リンクは、上記第１連結ピンを保持する第１連結ピン軸受部を有し、
   上記第１連結ピン軸受部は、互いに対向する一対の突出片により形成され、
   上記突出部は、上記ピストンが下死点にあるときに、上記一対の突出片の間に入り込み、かつ上記第２リンクに干渉しないように形成されていることを特徴とする請求項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。

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