特許 5983877 内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造

(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】5983877

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6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の軸受構造

(51)【国際特許分類】

   F01M 1/06 20060101AFI20160823BHJP

   F02B 75/32 20060101ALI20160823BHJP

   F02F 7/00 20060101ALI20160823BHJP

   F16C 9/02 20060101ALI20160823BHJP

   F16C 9/04 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   F01M1/06 K

   F02B75/32 A

   F02F7/00 301F

   F16C9/02

   F16C9/04

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-522631(P2015-522631)

(86)(22)【出願日】2014年4月24日

(86)【国際出願番号】JP2014061558

(87)【国際公開番号】WO2014203618

(87)【国際公開日】20141224

【審査請求日】2015年6月26日

(31)【優先権主張番号】特願2013-129506(P2013-129506)

(32)【優先日】2013年6月20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】星川 裕聡

【審査官】 木村 麻乃

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２３９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００２８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３２４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７５６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８１２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１６４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７２６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１７９１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８５３２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｍ １／０６

Ｆ０２Ｂ ７５／３２

Ｆ０２Ｆ ７／００

Ｆ１６Ｃ ９／０２

Ｆ１６Ｃ ９／０４

(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支持されたロアリンクと、このロアリンクの一端部とピストンピンとを連結するアッパリンクと、上記ロアリンクの他端部とコントロールシャフトの偏心軸部とを連結するコントロールリンクと、を含む内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構において、
上記クランクシャフトは、シリンダブロックとメインベアリングキャップとで構成されるクランクシャフト軸受部に半割状のメインベアリングメタルを介して回転自在に支持されており、
上記コントロールシャフトは、上記メインベアリングキャップとコントロールシャフトベアリングキャップとで構成されるコントロールシャフト軸受部に半割状のコントロールシャフトベアリングメタルを介して回転自在に支持されており、
さらに、
上記シリンダブロック内部に形成され、該シリンダブロックのオイルギャラリから上記クランクシャフト軸受部へ至るブロック内油通路と、
上記ブロック内油通路の先端開口に対応するように上記メインベアリングメタルに開口形成された第１油孔と、
この第１油孔と連通するように上記メインベアリングメタルの内周面に全周に亘って形成された油溝と、
上記メインベアリングキャップ側となる範囲内で上記油溝と連通するように上記メインベアリングメタルに開口形成された第２油孔と、
上記メインベアリングキャップ内部に形成され、一端が上記第２油孔に対応し、かつ他端が上記コントロールシャフト軸受部へ至るキャップ内油通路と、
上記キャップ内油通路の先端開口に対応するように上記コントロールシャフトベアリングメタルに開口形成された第３油孔と、
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の軸受構造。

【請求項2】

上記第２油孔の直径が上記キャップ内油通路の直径よりも小さい、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の軸受構造。

【請求項3】

上記第１油孔の開口面積が上記第２油孔の開口面積よりも大きい、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の軸受構造。

【請求項4】

上記第２油孔の直径が上記第３油孔の直径よりも大きい、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の軸受構造。

【請求項5】

燃焼圧が最大のときに上記コントロールシャフトに上記コントロールリンクから荷重が作用する荷重方向に対して、上記第３油孔は、上記荷重方向から外れた周方向位置に配置されている、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の軸受構造。

【請求項6】

上記第２油孔は、半円筒形をなすメインベアリングメタルの周方向の中心かつ軸方向の中心となる位置に開口している、請求項１〜５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の軸受構造。

【請求項7】

上記第３油孔は、半円筒形をなすコントロールシャフトベアリングメタルの周方向の中心かつ軸方向の中心となる位置に開口している、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の軸受構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、複リンク式ピストンクランク機構を備えた内燃機関に関し、特に、複リンク式ピストンクランク機構におけるクランクシャフトおよびコントロールシャフトの軸受構造に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関におけるピストンクランク機構として、特許文献１に見られるように、クランクシャフトのクランクピンに支持されたロアリンクと、このロアリンクの一端部とピストンピンとを連結するアッパリンクと、ロアリンクの他端部とコントロールシャフトの偏心軸部とを連結するコントロールリンクと、を備えた複リンク式ピストンクランク機構が公知である。

【0003】

このような複リンク式ピストンクランク機構では、クランクシャフトとコントロールシャフトとをそれぞれ回転可能に支持する必要があり、特許文献１には、シリンダブロックのバルクヘッドとメインベアリングキャップとの間でクランクシャフトを支持する一方、メインベアリングキャップの下側にコントロールシャフトベアリングキャップを取り付け、両者の間でコントロールシャフトを支持するようにした軸受構造が開示されている。

【0004】

そして、上記コントロールシャフトベアリングキャップは、複数個のベアリングキャップを機関前後方向に延びたビーム部でもって梯子状に連結したベアリングビーム構造をなしており、ビーム部内に形成されたオイルギャラリからコントロールシャフト軸受部にそれぞれ潤滑油が供給される構成となっている。

【0005】

特許文献２には、複リンク式ピストンクランク機構ではないが、クランクシャフトのメインジャーナル部を半割状のメインベアリングメタルを介して支持し、かつメインベアリングメタルの内周面に周方向に沿った油溝を設けることが開示されている。

【0006】

特許文献１のようにビーム部内を通してコントロールシャフト軸受部に潤滑油供給を行う構成では、コントロールシャフトベアリングキャップをベアリングビーム構造とすることが必須となり、設計の自由度が少ない。また、オイルギャラリを備えたベアリングビーム構造となるため、構成が複雑化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−１１６４３４号公報

【特許文献2】特開２００８−２００２８号公報

【発明の概要】

【0008】

この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軸受構造は、
クランクシャフトのクランクピンに支持されたロアリンクと、このロアリンクの一端部とピストンピンとを連結するアッパリンクと、上記ロアリンクの他端部とコントロールシャフトの偏心軸部とを連結するコントロールリンクと、を含む内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構において、
上記クランクシャフトは、シリンダブロックとメインベアリングキャップとで構成されるクランクシャフト軸受部に半割状のメインベアリングメタルを介して回転自在に支持されており、
上記コントロールシャフトは、上記メインベアリングキャップとコントロールシャフトベアリングキャップとで構成されるコントロールシャフト軸受部に半割状のコントロールシャフトベアリングメタルを介して回転自在に支持されており、
さらに、
上記シリンダブロック内部に形成され、該シリンダブロックのオイルギャラリから上記クランクシャフト軸受部へ至るブロック内油通路と、
上記ブロック内油通路の先端開口に対応するように上記メインベアリングメタルに開口形成された第１油孔と、
この第１油孔と連通するように上記メインベアリングメタルの内周面に全周に亘って形成された油溝と、
上記メインベアリングキャップ側となる範囲内で上記油溝と連通するように上記メインベアリングメタルに開口形成された第２油孔と、
上記メインベアリングキャップ内部に形成され、一端が上記第２油孔に対応し、かつ他端が上記コントロールシャフト軸受部へ至るキャップ内油通路と、
上記キャップ内油通路の先端開口に対応するように上記コントロールシャフトベアリングメタルに開口形成された第３油孔と、
を備えて構成されている。

【0009】

上記の構成においては、シリンダブロックのオイルギャラリからクランクシャフト軸受部を経由してコントロールシャフト軸受部へと潤滑油が供給される。

【0010】

具体的には、ブロック内油通路を介してオイルギャラリからクランクシャフト軸受部へ潤滑油が供給され、この潤滑油は、第１油孔を通してメインベアリングメタル内周側へ導かれる。これによって、クランクシャフトとメインベアリングメタルとの摺動面が潤滑される。さらに潤滑油は、メインベアリングメタル内周面の油溝を通して第２油孔へ至り、この第２油孔からキャップ内通路を介してコントロールシャフト軸受部へ供給される。そして、キャップ内通路から第３油孔を通して、コントロールシャフトベアリングメタルの内周側へ導かれ、この潤滑油によって、コントロールシャフトとコントロールシャフトベアリングメタルとの摺動面が潤滑される。

【0011】

この発明によれば、シリンダブロックのオイルギャラリからクランクシャフト軸受部の油溝を経由してコントロールシャフト軸受部へ潤滑油が供給されるので、コントロールシャフトベアリングキャップを必ずしもビーム構造とする必要がなく、設計の自由度が高くなるとともに、油路の構成が簡素となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の一実施例における複リンク式ピストンクランク機構の構成を示す説明図。

【図2】上記実施例の軸受構造を油通路とともに示す断面図。

【図3】クランクシャフト軸受部およびコントロールシャフト軸受部の油路の詳細を示す断面図。

【図4】図３のＡ−Ａ線に沿ってメインベアリングメタルの内周側を示した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

初めに、図１に基づいて、この実施例における複リンク式ピストンクランク機構の構成を説明する。図示するように、シリンダブロック１に形成されたシリンダ２内に、ピストン３が摺動可能に配設されており、このピストン３に、アッパリンク４の一端がピストンピン５を介して揺動可能に連結されている。アッパリンク４の他端は、第１連結ピン６を介してロアリンク７の一端部に回転可能に連結されている。ロアリンク７は、中央部においてクランクシャフト８のクランクピン９に揺動可能に取り付けられている。クランクシャフト８は、シリンダブロック１とメインベアリングキャップ１０とで構成されるクランクシャフト軸受部１１において回転自在に支持されている。

【0015】

上記ロアリンク７の他端部には、コントロールリンク１３の一端が第２連結ピン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１３の他端は、コントロールシャフト１４の偏心軸部１５に回転可能に嵌合している。コントロールシャフト１４は、クランクシャフト８の下側に該クランクシャフト８と平行に配置されており、メインベアリングキャップ１０とコントロールシャフトベアリングキャップ１６とで構成されるコントロールシャフト軸受部１７において回転自在に支持されている。

【0016】

図２に示すように、上記メインベアリングキャップ１０は、シリンダブロック１の下縁、詳しくは各気筒間のバルクヘッド２１の下縁に、３本のボルト２２，２３，２４でもって取り付けられている。また、上記コントロールシャフトベアリングキャップ１６は、上記メインベアリングキャップ１０の下縁に取り付けられている。詳しくは、上記の３本のボルト２２〜２４の中の２本のボルト２３，２４が、メインベアリングキャップ１０およびコントロールシャフトベアリングキャップ１６の双方を貫通しており、いわゆる共締めの形でメインベアリングキャップ１０とコントロールシャフトベアリングキャップ１６とがシリンダブロック１に固定されている。２本のボルト２３，２４は、図２に示すように、それぞれ円形の開口部となるクランクシャフト軸受部１１およびコントロールシャフト軸受部１７の両側を通過している。上記メインベアリングキャップ１０とバルクヘッド２１との接合面およびメインベアリングキャップ１０とコントロールシャフトベアリングキャップ１６との接合面は、互いに平行であり、いずれもシリンダ２の中心軸線Ｌに対し直交した平面に沿っている。

【0017】

なお、上記ボルト２２〜２４としては、頭部を備えた通常のボルトであってもよく、あるいは、ナットと組み合わせて用いられるスタッドボルトであってもよい。

【0018】

次に、クランクシャフト軸受部１１およびコントロールシャフト軸受部１７に対する潤滑油の供給系統について説明する。

【0019】

図２に示すように、シリンダブロック１の内部（コントロールリンク１３側のスカート部上縁部付近）に、気筒列方向に直線状に延びたオイルギャラリ３１が形成されている。このオイルギャラリ３１は、オイル供給通路３２を介して図示せぬオイルポンプの吐出側に連通している。そして、シリンダブロック１のバルクヘッド２１の内部を通して、上記オイルギャラリ３１からクランクシャフト軸受部１１へ至るブロック内油通路３３が形成されている。このブロック内油通路３３は、シリンダブロック１下面側からドリル加工された直線状の油通路であり、円形をなすクランクシャフト軸受部１１の中心を指向するように、シリンダ２の中心軸線Ｌに対し斜めに傾斜した形に形成されている。なお、ブロック内油通路３３は、クランクシャフト軸受部１１側が僅かに大径となった緩やかなテーパ状をなしている。

【0020】

また、円形をなすクランクシャフト軸受部１１の最下部から同じく円形をなすコントロールシャフト軸受部１７の最上部へ至るキャップ内油通路３４が、メインベアリングキャップ１０内部に形成されている。このキャップ内油通路３４は、メインベアリングキャップ１０の上縁におけるクランクシャフト軸受部１１となる半円形切欠部から下縁におけるコントロールシャフト軸受部１７となる半円形切欠部へと貫通するように直線状にドリル加工されている。ここで、図２に示すように、シリンダ２の中心軸線Ｌを直立させた姿勢においては、クランクシャフト軸受部１１の中心とコントロールシャフト軸受部１７の中心とが左右方向に僅かにオフセットしており、具体的には、コントロールシャフト軸受部１７の中心がクランクシャフト軸受部１１の中心よりも図の右側つまりコントロールリンク１３側に僅かに片寄って位置している。従って、クランクシャフト軸受部１１の最下部からコントロールシャフト軸受部１７の最上部へ至るキャップ内油通路３４は、シリンダ２の中心軸線Ｌに対し僅かに傾斜している。なお、図２等から明らかなように、コントロールシャフト１４の径（詳しくはジャーナル部の径）はクランクシャフト８の径（詳しくはジャーナル部の径）よりも小径である。

【0021】

図３は、両軸受部１１，１７における油路の詳細を示している。図示するように、クランクシャフト軸受部１１には、半割状の一対のメインベアリングメタル４１が装着されており、このメインベアリングメタル４１を介してクランクシャフト８が回転自在に支持されている。個々のメインベアリングメタル４１は、半円筒形をなし、バルクヘッド２１側の半円形切欠部およびメインベアリングキャップ１０側の半円形切欠部にそれぞれ非回転に装着されている。なお、クランクシャフト軸受部１１内での回転防止のために例えば爪状をなす係合部などが設けられているが、図示は省略されている。

【0022】

上記メインベアリングメタル４１には、ブロック内油通路３３の先端開口部３３ａに対応する位置に、図４にも示すように、周方向に延びた長孔状をなす第１油孔４２が開口形成されている。上記第１油孔４２は、半円筒の周方向の中心位置（換言すれば９０°の位置）から外れた斜め方向に位置しているが、この実施例では、特に、メインベアリングメタル４１の組付時の方向性が不要なように、９０°の中心位置を挟んで対称となる２箇所に第１油孔４２がそれぞれ開口形成されている。また、一対のメインベアリングメタル４１は、部品として全く同一の構成であり、従って、メインベアリングキャップ１０側に配置されるメインベアリングメタル４１も、同じく一対の第１油孔４２を備えている。なお、これらの第１油孔４２は、メインベアリングメタル４１の軸方向に関する位置としては、メインベアリングメタル４１の軸方向寸法の中心にあり、やはり、組付時の方向に拘わらず一定の位置に第１油孔４２が得られる。

【0023】

上記メインベアリングメタル４１の内周面には、周方向に延びる油溝４３が全周に亘って形成されている。この油溝４３は、半円筒形をなすメインベアリングメタル４１の軸方向の中心に位置し、図４に示すように、第１油孔４２の短径に対応した溝幅を有している。つまり、上記第１油孔４２は、上記油溝４３に対して開口している。

【0024】

また、半円筒形のメインベアリングメタル４１の周方向の中心位置（つまり９０°の位置）には、真円形をなす第２油孔４４が開口形成されている。この第２油孔４４は、メインベアリングメタル４１の軸方向においても、その中心となる位置に配置されており、内周側では、図４に示すように、油溝４３に対し開口している。前述したように、一対のメインベアリングメタル４１は部品として全く同一の構成であり、従って、組付状態では、クランクシャフト軸受部１１の最上部と最下部とに第２油孔４４が出現するが、最下部に位置する第２油孔４４がキャップ内油通路３４の上端開口部３４ａに対応した配置となる。なお、上記のように第２油孔４４が周方向および軸方向の中心に位置するので、２個のメインベアリングメタル４１をどのように組み付けても、下側の第２油孔４４がキャップ内油通路３４と必ず合致する。

【0025】

上記のメインベアリングメタル４１と同様に、コントロールシャフト軸受部１７においても、半割状の一対のコントロールシャフトベアリングメタル４５が装着されており、このコントロールシャフトベアリングメタル４５を介してコントロールシャフト１４が回転自在に支持されている。個々のコントロールシャフトベアリングメタル４５は、半円筒形をなし、メインベアリングキャップ１０側の半円形切欠部およびコントロールシャフトベアリングキャップ１６側の半円形切欠部にそれぞれ非回転に装着されている。なお、コントロールシャフト軸受部１７内での回転防止のために、やはり図示しない係合部などが設けられている。

【0026】

半円筒形をなすコントロールシャフトベアリングメタル４５の周方向の中心位置（つまり９０°の位置）には、真円形をなす第３油孔４６が開口形成されている。この第３油孔４６は、コントロールシャフトベアリングメタル４５の軸方向においても、その中心となる位置に配置されている。一対のコントロールシャフトベアリングメタル４５は、メインベアリングメタル４１と同様に、部品としては全く同一の構成である。従って、組付状態では、コントロールシャフト軸受部１７の最上部と最下部とに第３油孔４６が出現するが、最上部に位置する第３油孔４６がキャップ内油通路３４の下端開口部３４ｂに対応した配置となる。なお、上記のように第３油孔４６が周方向および軸方向の中心に位置することから、２個のコントロールシャフトベアリングメタル４５をどのように組み付けても、上側の第３油孔４６がキャップ内油通路３４と必ず合致する。

【0027】

上記コントロールシャフトベアリングメタル４５の内周面には、周方向に延びる油溝４７が全周に亘って形成されており、上記第３油孔４６は、内周側では、この油溝４７に対して開口している。この油溝４７は、やはりコントロールシャフトベアリングメタル４５の軸方向の中心に位置している。

【0028】

また、各部の寸法関係として、上記のクランクシャフト軸受部１１における長孔である第１油孔４２の開口面積は、第２油孔４４の開口面積よりも大きい。また、真円形をなす第２油孔４４の直径は、対向するキャップ内油通路３４の上端開口部３４ａの直径よりも小さい。さらに、キャップ内油通路３４の上端開口部３４ａに対応する第２油孔４４の直径は、キャップ内油通路３４の下端開口部３４ｂに対応する第３油孔４６の直径よりも大きい。なお、第１油孔４２の形状を円形とし、その直径を第２油孔４４の直径よりも大きくすることで第１油孔４２の開口面積を第２油孔４４の開口面積より大きくするようにしてもよい。

【0029】

なお、図３は、図示の都合上、クランクシャフト軸受部１１とコントロールシャフト軸受部１７とを近付けて描いてあり、従って、キャップ内油通路３４が本来の寸法よりも短いものとなっている。

【0030】

上記のような構成においては、オイルギャラリ３１内の高圧の潤滑油がブロック内油通路３３を介してクランクシャフト軸受部１１へ供給される。クランクシャフト軸受部１１では、メインベアリングメタル４１の第１油孔４２を通して内周側の油溝４３に潤滑油が導かれ、油溝４３を介して、クランクシャフト８とメインベアリングメタル４１との摺動面が全周に亘って確実に潤滑される。

【0031】

油溝４３に供給された潤滑油の一部は、クランクシャフト軸受部１１下部の第２油孔４４を通してキャップ内油通路３４に入り、キャップ内油通路３４を介してコントロールシャフト軸受部１７へ供給される。コントロールシャフト軸受部１７では、コントロールシャフトベアリングメタル４５の第３油孔４６を通して内周側の油溝４７に潤滑油が導かれ、油溝４７を介して、コントロールシャフト１４とコントロールシャフトベアリングメタル４５との摺動面が全周に亘って確実に潤滑される。

【0032】

このように、上記構成では、クランクシャフト軸受部１１の軸受面における油溝４３が、潤滑のために潤滑油を全周に分配する機能に加えて、下側のコントロールシャフト軸受部１７への潤滑油供給の油路としても機能している。従って、コントロールシャフト軸受部１７への潤滑油供給の構成が簡単なものとなる。仮に、クランクシャフト軸受部１１内周面とメインベアリングメタル４１との間に油路となる溝を形成したような場合には、メインベアリングメタル４１外周面における面圧が増大し、好ましくない。上記構成では、クランクシャフト８の潤滑に必要な油溝４３を利用してコントロールシャフト軸受部１７への潤滑油供給がなされるので、油路形成に伴う面圧増加の問題がない。

【0033】

ここでクランクシャフト軸受部１１の油溝４３においては、上記のように潤滑油の入口側となる第１油孔４２の開口面積が出口側となる第２油孔４４の開口面積よりも大きく設定されているので、クランクシャフト８の確実な潤滑とコントロールシャフト軸受部１７側への潤滑油供給とが両立する。

【0034】

さらに、第３油孔４６の開口面積が第２油孔４４の開口面積よりも小さいので、キャップ内油通路３４が常に潤滑油で満たされた状態となり、コントロールシャフト軸受部１７側への潤滑油供給が常に安定したものとなる。つまり、オイルギャラリ３１から比較的離れた位置となるコントロールシャフト軸受部１７での過渡的な潤滑油不足の発生が抑制される。

【0035】

ところで、キャップ内油通路３４の口径は、第２油孔４４や第３油孔４６の直径よりも大きく、実質的な流路面積が第２油孔４４および第３油孔４６の径によって調整されている。従って、各々の流路面積の精度が向上するとともに、キャップ内油通路３４の加工が容易となる。キャップ内油通路３４は、比較的長い通路としてドリル加工されるので、小径の孔を直線状に精度良く加工することは困難である。上記構成では、キャップ内油通路３４を比較的大径の孔として容易に加工することができる。

【0036】

一方、燃焼サイクルにおいて燃焼圧が最大のときに、コントロールシャフト１４は、コントロールリンク１３の傾斜姿勢にほぼ沿った矢印Ｆ１（図３参照）方向の荷重を受ける。コントロールシャフト軸受部１７における第３油孔４６は、このような荷重方向Ｆ１から外れた周方向位置に配置されており、従って、第３油孔４６に起因した摺動面の面圧増加の問題がない。

【0037】

また、上記実施例では、一対のメインベアリングメタル４１をどのように組み付けても誤組付の問題がなく、一対のコントロールシャフトベアリングメタル４５についても同様である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】