特許 5971422 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5971422

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構

(51)【国際特許分類】

   F02B 75/32 20060101AFI20160804BHJP

   F02B 75/04 20060101ALI20160804BHJP

   F01M 1/08 20060101ALI20160804BHJP

   F01M 1/06 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   F02B75/32 A

   F02B75/04

   F01M1/08 F

   F01M1/08 B

   F01M1/06 A

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-532786(P2015-532786)

(86)(22)【出願日】2014年7月30日

(86)【国際出願番号】JP2014070018

(87)【国際公開番号】WO2015025683

(87)【国際公開日】20150226

【審査請求日】2015年10月5日

(31)【優先権主張番号】特願2013-171808(P2013-171808)

(32)【優先日】2013年8月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】田辺 孝司

(72)【発明者】

【氏名】小林 誠

(72)【発明者】

【氏名】茂木 克也

【審査官】 佐藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８５３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８５３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０３２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１７４５４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−１０５９１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−０４７１１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２００１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２００１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２００７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１５７１２１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ７５／０４、３２

Ｆ０１Ｂ ９／０２

Ｆ０２Ｄ １５／０２

Ｆ０１Ｍ １／０６、０８

Ｆ１６Ｃ ３／１４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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たロアリンクと、 一端がピストンのピストンピンに回転可能に連結され、他端のピンボス部が第１連結ピンを介して上記ロアリンクに回転可能に連結されたアッパリンクと、
一端が機関本体側に支持され、他端のピンボス部が第２連結ピンを介して上記ロアリンクに回転可能に連結されたコントロールリンクと、を有す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、
クランクピンの内部を径方向に延在し、一端がクランクピンの外周面の開口するクランクピン油路と
上記アッパリンクまたは上記コントロールリンクの少なくとも一方のピンボス部に形成され、一端が該ピンボス部の内周面に開口し、他端が該ピンボス部の外周面に開口するピンボス油路と、
上記ロアリンクに形成され、一端が上記ピンボス部の外周面に対向するピンボス対向面に開口し、他端がクランクピン軸受面に開口するロアリンク油路と、を有し、
所定クランク角のときに上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路とが連通し、該ロアリンク油路の一端側開口から潤滑油が噴出する複リンク式ピストンクランク機構において、
上記ロアリンク油路の一端側開口は、上記所定クランク角のときに、クランクシャフト軸方向視で、上記ピンボス油路の他端側開口の端縁うち、当該ピンボス油路が形成されたピンボス部の進行方向側の端縁を指向するよう形成されている内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。

【請求項2】

上記ロアリンクは、上記クランクピンを挟んで固定される一対のロアリンク分割部材からなる半割構造部材であり、
上記ロアリンク油路は、上記ロアリンク分割部材の合わせ面に対して直交するよう形成された貫通穴である請求項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。

【請求項3】

上記ロアリンク油路は、最大燃焼荷重がピストンに作用した際のロアリンクへの入力荷重の入力位置からオフセットするよう設定されている請求項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。

【請求項4】

上記ロアリンク油路の一端側開口は、上記ピンボス対向面の長手方向に沿って細長い長穴形状に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複リンク式ピストンクランク機構。

【請求項5】

上記ロアリンク油路の一端側開口は、上記所定クランク角のときに、クランクシャフト軸方向視で、上記アッパリンクのピンボス部に形成されたピンボス油路の他端側開口の端縁のうち、上記アッパリンクのピンボス部の進行方向側の端縁を指向するよう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複リンク式ピストンクランク機構。

【請求項6】

上記ピンボス油路の他端側開口の端縁のうち上記ピンボス部の進行方向側の端縁は、上記他端側開口のアッパリンク一端側の端縁である請求項５に記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。

【請求項7】

上記ピンボス部は、その基端側ほど相対的に薄肉となるように形成され、当該ピンボス部基端側ほど軸受け部分の面積が小さくなっている請求項１〜６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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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、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。

【0003】

このようなロアリンクには、ピストンが受けた大きな燃焼圧力が、ピストンピン、アッパリンク、アッパピンを介してアッパピン軸受部から入力される。それと同時に、この荷重とつりあうように、クランクピン軸受部やコントロールピン軸受部にも荷重が発生する。従って、これらの軸受部の面圧は、一般的な単リンク式のレシプロエンジンに比べて厳しいものとなり、摩耗や焼き付きを防ぐために、十分な潤滑状態を維持することが求められる。

【0004】

例えば、特許文献１には、クランクシャフト内部に形成された油路と、クランクピンの内部に形成されたクランクピン油路と、ロアリンクに形成されたロアリンク油路と、アッパピンが回転可能に嵌合するアッパリンクのピンボス部に形成され、クランクシャフト軸方向視でロアリンク油路の延長線上に位置するピンボス油路と、を有し、所定クランク角のときに、クランクピン油路とロアリンク油路とが連通し、ロアリンク油路から噴出した潤滑油の一部がピンボス油路を介してアッパピン軸受部に供給されるように構成された複リンク式のピストンクランク機構が開示されている。

【0005】

しかしながら、ピンボス油路に対してロアリンク油路が適切な位置に設定されていないと、潤滑油の供給不足によりアッパピン軸受部の耐焼き付き性が低下することになる。例えば、内燃機関の運転領域が高回転領域のときには、慣性力によりロアリンク油路の開口の向きに潤滑油が飛び出しにくく、クランクシャフト軸方向視で、ロアリンク油路の延長線上にピンボス油路が位置するような構成では、必ずしも十分な潤滑油をピンボス油路に供給できない可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−１８５３２９号公報

【発明の概要】

【0007】

本発明の複リンク式ピストンクランク機構は、所定クランク角のときにクランクピン油路とロアリンク油路とが連通し、該ロアリンク油路の一端側開口から潤滑油が噴出するものであって、ロアリンク油路の一端側開口は、上記所定クランク角のときに、クランクシャフト軸方向視で、ピンボス油路の他端側開口の端縁うち、当該ピンボス油路が形成されたピンボス部の進行方向側の端縁を指向するよう形成されていることを特徴としている。

【0008】

これによって、ピンボス油路が形成されたピンボス部は、所定クランク角直後のタイミングでロアリンク油路の一端側開口から予め噴射された潤滑油の噴霧領域に移動することなる。

【0009】

本発明によれば、内燃機関が高回転領域であっても、ピンボス部がロアリンク油路の一端側開口から予め噴射された潤滑油の噴霧領域を通過する際に、噴霧領域内の潤滑油をピンボス油路等から取り込んで、ピンボス部の軸受け部分に供給することができる。そのため、ピンボス部の軸受け部分に供給される潤滑油を相対的に増加させることが可能となり、ピンボス部における耐焼き付き性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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を模式的に示した説明図。

【図2】本発明の要部を拡大して示した説明図。

【図3】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クランクピン軸受面を展開して示した説明図。

【図4】比較例における内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構のクランクピン軸受面を展開して示した説明図。

【図5】本発明の要部を拡大して示した説明図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

図１は、本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構１のクランクシャフト軸方向から見た概略構成を模式的に示した説明図である。

【0013】

この複リンク式ピストンクランク機構１は、後述する３つのリンク（ロアリンク２、アッパリンク３、コントロールリンク４）を主体とするものであり、本実施例ではピストン上死点位置を変更可能な可変圧縮比機構となっている。

【0014】

クランクシャフト５は、複数のジャーナル部６とクランクピン７とを備えており、シリンダブロック８の主軸受に、ジャーナル部６が回転可能に支持されている。クランクピン７は、ジャーナル部６から所定量偏心しており、ここにロアリンク２が回転可能に取り付けられている。

【0015】

ロアリンク２は、クランクピン７への組み付けのために上下の２部材に分割可能に構成されている。すなわち、ロアリンク２は、クランクピン７中心を通る分割面９に沿って上下に分割された一対のロアリンク分割部材１０、１１から大略構成されている。

【0016】

アッパリンク３は、一端側となる上端がピストンピン１２によりピストン１３に回転可能に取り付けられ、他端側となる下端のピンボス部１４が第１連結ピン１５によりロアリンク２の一端側ピンボス部１６に回動可能に連結されている。ピストン１３は、シリンダブロック８のシリンダ１７内を往復動する。

【0017】

ロアリンク２の運動を制限するコントロールリンク４は、一端側となる下端が制御軸１８を介して機関本体の一部となるシリンダブロック８の下部に回転可能に連結され、他端側となる上端のピンボス部１９が第２連結ピン２０によりロアリンク２の他端側ピンボス部２１に回転可能に連結されている。制御軸１８は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部２２を有している。偏心カム部２２には、コントロールリンク４の一端側となる下端が回転可能に連結されている。制御軸１８は、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの制御信号に基づいて作動する圧縮比制御用のアクチュエータ（図示せず）によって回動位置が制御されている。

【0018】

このような複リンク式ピストンクランク機構１においては、制御軸１８が、圧縮比制御用のアクチュエータによって回動されると、偏心カム部２２の中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク４の下端の揺動支持位置が変化する。そして、コントロールリンク４の揺動支持位置が変化すると、ピストン１３の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン１３の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。

【0019】

また、クランクピン７には、クランクピン油路３１が形成されている。クランクピン油路３１は、クランクシャフト軸方向視で、クランクピン中心を通り、クランクピン７内部を径方向に直線状に延在するものであり、本実施例では、その両端が、それぞれクランクピン７の外周面に開口している。このクランクピン油路３１には、クランクシャフト５の軸方向に沿って延びる軸方向油路３２を経由して、図示せぬオイルポンプにより加圧された潤滑油が供給されている。

【0020】

ロアリンク２の一端側ピンボス部１６は、ロアリンク分割部材１０に設けられ、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４を挟み込むように二股状に形成され、ピンボス部１４の一対の外側面と対向している。第１連結ピン１５は、アッパリンク３のピンボス部１４を回転可能に貫通し、その両端が二股状となったロアリンク２の一端側ピンボス部１６に圧入により固定される。この一端側ピンボス部１６の間には、アッパリンク３のピンボス部１４の外周面に対向する細長いピンボス対向面３３が設けられている。このピンボス対向面３３は、曲面となるよう形成されている。

【0021】

ロアリンク２の他端側ピンボス部２１は、ロアリンク分割部材１１に設けられ、コントロールリンク４の他端側に位置するピンボス部１９を挟み込むように二股状に形成されピンボス部１９の一対の外側面と対向している。第２連結ピン２０は、コントロールリンク４のピンボス部１９を回転可能に貫通し、その両端が二股状となったロアリンク２の他端側ピンボス部２１に圧入により固定される。この他端側ピンボス部２１の間には、コントロールリンク４のピンボス部１９の外周面に対向する細長いピンボス対向面３４が設けられている。このピンボス対向面３４は、曲面となるよう形成されている。

【0022】

そして、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、図２に示すように、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４にピンボス油路３５が形成され、ロアリンク分割部材１０にロアリンク油路３６が形成されている。

【0023】

ピンボス油路３５は、ピンボス部１４の一方の外側面に形成された溝であり、一端側開口３５ａがアッパリンク３のピンボス部１４の内周面に開口し、他端側開口３５ｂがアッパリンク３のピンボス部１４の外周面に開口している。なお、ピンボス油路３５を、ピンボス部１４を貫通する貫通穴とすることも可能である。

【0024】

ロアリンク油路３６は、ロアリンク分割部材１０を貫通する貫通穴であり、ピンボス対向面３３に開口する一端側開口３６ａと、クランクピン軸受面３７に開口する他端側開口３６ｂと、を有している。また、ロアリンク油路３６は、所定のクランク角（例えば下死点）のときに、クランクピン油路３１と連通し、その一端側開口３６ａから潤滑油が噴出するよう形成されている。

【0025】

さらに、このロアリンク油路３６は、上記所定のクランク角のときに、アッパリンク３のピンボス部１４に形成されたピンボス油路３５の他端側開口３５ｂの端縁のうち、ピンボス部１４の進行方向側の端縁を指向するよう形成されている。換言すれば、ロアリンク油路３６は、上記所定のクランク角のときに、アッパリンク３のピンボス部１４に形成されたピンボス油路３５の他端側開口３５ｂの端縁のうち、アッパリンク３一端側の端縁を指向するよう形成されている。

【0026】

ピンボス油路３５が形成されたアッパリンク３の他端側のピンボス部１４は、上記所定クランク角における位置からピストン位置が上死点に向かうにつれて、図２中の矢示する方向に回転しつつ移動し、アッパリンク３とロアリンク２との挟角を大きくしながら、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａから予め噴射された潤滑油の噴霧領域Ｓに移動することなる。そのため、内燃機関が高回転領域であっても、アッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分には、噴霧領域Ｓ内にある潤滑油をピンボス油路３５から取り込んで供給することができる。

【0027】

つまり、内燃機関の運転領域が高回転領域であっても、ピンボス油路３５がロアリンク油路３６の延長線上に位置するようなタイミングでロアリンク油路３６から潤滑油を噴射する場合に比べ、より効率良く潤滑油をアッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分に供給することが可能となる。

【0028】

これによって、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４の軸受け部分に供給される潤滑油を相対的に増加させることが可能となり、アッパリンク３のピンボス部１４における耐焼き付き性を向上させることができる。

【0029】

また、ロアリンク油路３６は、その分割面９である一対のロアリンク分割部材１０、１１の合わせ面に対して直交するように形成された貫通穴となっている。そのため、本実施例では、クランクピン軸受面３７に開口するロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、図３に示すように、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状となる。ここで、ロアリンク油路３６をクランクピン軸受面３７の径方向に沿って形成すると、図４に示すように、クランクピン軸受面３７に開口するロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、略真円形状になる。なお、図３、図４は、ロアリンク２のクランクピン軸受面３７を展開して模式的に示した説明図であり、図３及び図４における左右方向が、クランクピン軸受面３７における周方向に相当する。

【0030】

クランクピン軸受面３７には、図３、図４中に矢示するように、荷重入力の際にクランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生する。そのため、この引っ張り応力により、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、クランクピン軸受面周方向に沿って引き延ばされることになる。しかしながら、本実施例では、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂが、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状となっているので、クランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分Ｐ１、Ｐ２の曲率が相対的に小さくなる。

【0031】

そのため、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂの形状が略真円形状になっている場合に比べて、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂへの応力集中が緩和され、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂに発生する応力を低下させることができ、総じてロアリンク２の疲労強度を向上させることができる。

【0032】

なお、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａについても、本実施例では、長穴形状となっている。より具体的には、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面３３の長手方向に沿って細長い長穴形状に形成されている。ピンボス対向面３３には、荷重入力の際にピンボス対向面長手方向に沿った引っ張り応力が発生するため、この引っ張り応力により、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面長手方向に沿って引き延ばされることになる。しかしながら、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面長手方向に沿って細長い長穴形状となっているので、ピンボス対向面長手方向沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が、上述した他端側開口３６ｂの場合と同様に、相対的に小さくなる。そのため、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａへの応力集中が相対的に緩和され、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ａに発生する応力を低下させることができ、総じてロアリンク２の疲労強度を向上させることができる。

【0033】

また、ロアリンク油路３６が分割面９に直交するように設定されるため、分割面９を衝（基準）としてロアリンク油路３６の機械加工を容易に行うことができ、ロアリンク油路３６をクランクピン軸受面３７の径方向に沿って形成する場合に比べて、加工コストを低減することができる。

【0034】

そして、ロアリンク油路３６は、図１に示すように、最大燃焼荷重がピストンに作用した際のロアリンク２への入力荷重Ｆ１の入力位置からオフセットするよう設定されているため、ロアリンク２の疲労強度を向上させることできる。

【0035】

さらに、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４は、図５に示すように、その基端側ほど相対的に薄肉となるように形成され、このピンボス部１４基端側ほど軸受け部分の面積が相対的に小さくなっている。そのため、アッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分には、ピンボス部１４が噴霧領域Ｓを通過する際に、ピンボス油路３５に加え、アッパリンク３のピンボス部１４基端側からも軸受け部分に潤滑油が供給されることになり、アッパリンク３のピンボス部１４における耐焼き付き性の更なる向上を図ることができる。

【0036】

なお、上述した実施例では、ロアリンク２とアッパリンク３との連結部分にクランクピン油路３１から潤滑油が供給される構成となっているが、クランクピン油路３１からロアリンク２とコントロールリンク４との連結部分に対して潤滑油を供給する構成においても、本願発明は適用可能である。すなわち、例えば、コントロールリンク４の他端側に位置するピンボス部１９にピンボス油路を形成し、ロアリンク２の他端側ピンボス部２１に、一端が他端側ピンボス部２１の間のピンボス対向面３４に開口し、他端がクランクピン軸受面３７に開口するロアリンク油路を形成してもよい。この場合のロアリンク油路は、所定のクランク角のときに、クランクピン油路３１と連通し、かつコントロールリンク４のピンボス部１９に形成されたピンボス油路の他端側開口の端縁のうち、ピンボス部１９の進行方向側の端縁を指向するように形成される。但し、ロアリンク２への入力荷重は、コントロールリンク４との連結部分よりもアッパリンク３との連結部分側の方が相対的に大きくなるため、ロアリンク油路の開口を長穴形状に形成することによるロアリンク油路開口の応力集中低減効果は、アッパリンク側に形成されたロアリンク油路のほうが相対的に大きなものとなる。

【0037】

また、本願発明は、複リンク式ピストンクランク機構１が可変圧縮比機構となっていないものにも適用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】