JP2007232112A - 複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク連結部の耐久性向上ならびにコスト低減を図る。
【解決手段】複リンク式ピストンクランク機構を構成するロアリンク１３とアッパリンクとがフルフロート形式に支持された第１連結ピンによって揺動可能に連結される。ロアリンク１３の第１軸受部２１は第１連結ピンの両端部を支持するように二股状をなし、両者間にアッパリンクが挟まれる。第１軸受部２１には、それぞれ軸受孔２２が貫通形成されているが、この軸受孔２２は、従来のエッジ当たり緩和のためのクラウニング１０７を具備しておらず、単純な一つの円筒面をなしている。この連結部は、揺動運動するので、第１連結ピンとの間でくさび効果により十分な油膜形成が可能であり、クラウニングを設けないことで、油膜形成領域が拡大し、潤滑状態が良好となる。
【選択図】図４

Description

この発明は、レシプロ式内燃機関のピストンクランク機構、特に複リンク式のピストンクランク機構におけるリンク連結部のフルフロート式軸受構造に関する。

例えば、内燃機関のピストンとコネクティングロッドとは、連結ピンつまりピストンピンを介して互いに揺動可能となるように連結されているので、一種のリンク機構とみなすことができるが、このピストンの連結構造においては、一般に、単純な円筒状をなすピストンピンが用いられており、ピストン側のピンボス部とコネクティングロッド小端部のピンボス部とに亘って該ピストンピンが挿通されて、両者が互いに揺動可能に連結されている。

ここで、ピストンピンと各ピンボス部との関係としては、ピストンピンを、コネクティングロッド側およびピストン側のピンボス部の双方に対し回転可能としたフルフロート式の構成（例えば特許文献１）が多く採用されているが、このような構成において、上記ピストンピンを支持するピストン側の二股状ピンボス部の軸受孔には、所謂エッジ当たりを回避するためのクラウニングが施されるのが一般的である。

すなわち、図１に例示するように、ピストン１０１側の一対のピンボス部１０２およびコネクティングロッド１０３端部のピンボス部１０４に、それぞれ軸受孔１０５，１０６が形成され、図示せぬピストンピンが回転可能に支持されるが、ピストン１０１側の軸受孔１０５のコネクティングロッド１０３側の端部に、比較的緩い傾斜面（テーパ面）からなるクラウニング１０７が設けられている。これは、ピストンピンがピストン１０１側の軸受孔１０５に対しあまり回転せず、くさび効果による油膜が形成されにくいため、軸受孔１０５の開口縁のエッジがピストンピン外周面に金属接触することを回避しようとしているのである。

また本出願人は、先に、レシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、複リンク式ピストンクランク機構を用い、そのリンク構成の一部を動かすことによりピストン上死点位置を変化させるようにした機構を種々提案している（例えば特許文献２）が、この種の可変圧縮比機構を構成する複リンク式のピストンクランク機構においては、やはりリンク同士を連結ピンで揺動可能に連結する必要がある。
実公平４−２６６７１号公報 特開２００４−１２４７７６号公報

上記のようなクラウニングの加工には手間が掛かり、コストも嵩む。また、軸受孔の内周面の中で、クラウニングの部分だけ油膜形成面積が減少し、潤滑状態は厳しいものとなってしまう。

この発明は、少なくとも一つのリンク連結部が、運転中に回転加速度を有し、かつ、一方のリンク部材の二股状の第１軸受部と、この二股状の第１軸受部の間に位置する他方のリンク部材の第２軸受部と、からなり、それぞれの軸受孔に連結ピンが回転可能に嵌合したフルフロート軸受として構成された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構において、上記第１軸受部の軸受孔は、クラウニングを具備しない一つの円筒面からなることを特徴としている。

図２（ａ）には一般的な油膜発生の原理を示す。油膜が発生する要因としては、一つはスクイズ効果、一つはくさび効果によるものだと一般的に考えられている。このうち、くさび効果とは、軸１１１と軸受面１１２の相対的な回転によって、潤滑油が矢印で示すように軸受面１１２と軸１１１との間に巻き込まれることによって圧力が発生する効果のことである。

前述したように、例えば、ピストン１０１とコネクティングロッド１０３とのリンク連結部においては、ピストン１０１側のピンボス部１０２は回転運動せず、単にシリンダに沿った往復運動のみをするので、連結ピンつまりピストンピンとの相対速度が小さく、くさび効果による油膜がほとんど発生せずに、スクイズ効果のみで油膜圧力が発生している。従って、油膜圧力は小さく、金属接触を起こしやすい。そのために、前述したようにクラウニング１０７を設けることによって、エッジ当たりを緩和させているが、図２（ｂ）のように、クラウニング１０７により油膜形成領域（斜線を施して示す領域）が減少する。

これに対し、運転中に回転加速度を有するリンク連結部では、二股状第１軸受部の軸受孔と連結ピンとの接触面間で十分に大きな相対摺動速度が確保され、くさび効果による潤滑油膜が形成されやすくなる。従って、図２（ｃ）のようにクラウニングを設けずに油膜形成面積をその分だけ拡大することにより、潤滑状態が良好となり、軸受耐久性が向上する。

クラウニングを具備しない軸受孔の開口縁には、一般的な必要最小限の面取を備えていても良い。この場合の面取は、クラウニングとは異なる微少なものである。

本発明の一つの態様では、上記連結ピンは端部に面取部を有し、かつ一対の第１軸受部の軸受孔の内側の開口縁に施される面取は、その軸方向の幅が上記連結ピンの面取部の軸方向の幅よりも小さい。このように連結ピンに十分に大きな面取部を設けることで、潤滑性能に悪影響を与えることなしに組立性が向上する。

また、本発明の一つの態様では、上記第１軸受部の軸受孔の周囲に薄肉部を設けることで、該第１軸受部の剛性を低くしてある。例えば、リンク部材の軸方向の端面に沿って一対の第１軸受部が延びており、その内側の面に、軸受孔の周囲に沿って凹溝部が形成されている。これにより、連結ピンの撓み変形に追従して第１軸受部が軸方向に傾くように変形し、軸受孔開口縁のエッジ当たりが緩和される。

さらに、本発明の一つの態様では、一対の第１軸受部の内側における軸受孔の径が外側における径よりも大径となるように、第１軸受部の一対の軸受孔が互いに対称なテーパ形状をなしている。これにより、連結ピンの撓み変形が許容され、軸受孔開口縁のエッジ当たりが緩和される。

第１軸受部の軸受孔の表面粗さが連結ピンの表面粗さよりも粗いものとすれば、くさび効果により油膜を巻き込む量が多くなり、潤滑油膜圧力を発生させやすく、潤滑状態が良好になる。

第１軸受部は、ブッシュ材を備えていてもよい。また、連結ピンの表面にＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）加工を施すようにしてもよい。

上記ピストンクランク機構は、例えば、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、から構成される。

そして、本発明の軸受構造は、例えば、上記ロアリンクと上記アッパリンクとのリンク連結部に適用され、ロアリンク側が第１軸受部として二股状に構成される。あるいは、逆に、アッパリンク側が第１軸受部として二股状に構成される。前者の構成では、アッパリンク側がアッパピン中央部に嵌合する小型の軸受部となるので、機関全体としての慣性重量が低減され、ひいては、軸受荷重が小さくなり、軸受耐久性が向上する。また後者の構成では、ロアリンク側の軸受部が小型となり、ロアリンクにおけるアッパピンとクランクピンとの間の軸間距離を小さくすることができ、コンパクトな構成となる。

この発明によれば、第１軸受部の軸受孔の油膜形成面積を大きく確保でき、潤滑状態がより良好なものになるとともに、クラウニングの加工工程や加工コストを削減できる。

以下、この発明の好ましい一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図３は、本発明に係る軸受構造が適用されるピストンクランク機構の一例として、複リンク式のピストンクランク機構を利用した内燃機関の可変圧縮比機構を示している。

図示するように、シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内に、ピストン１が摺動可能に配設されており、このピストン１に、アッパリンク１１の一端がピストンピン２を介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク１１の他端は、第１連結ピン１２を介してロアリンク１３の一端部に回転可能に連結されている。このロアリンク１３は、その中央部においてクランクシャフト３のクランクピン４に揺動可能に取り付けられている。なお、ロアリンク１３は、実際には、クランクピン４への組付のためにクランクピン４中心を通る分割面に沿って２分割して構成され、かつ互いにボルトにより一体化されている。また、クランクシャフト３は、クランク軸受ブラケット７によってシリンダブロック５に回転可能に支持されている。

上記ロアリンク１３の他端部には、コントロールリンク１５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１５の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点の位置が、内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト３と平行に延びた制御軸１８と、この制御軸１８に偏心して設けられた円形の偏心カム１９と、を有しており、この偏心カム１９の外周面に上記コントロールリンク１５の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸１８は、上記のクランク軸受ブラケット７と制御軸受ブラケット８との間に回転可能に支持されている。

従って、圧縮比の変更のために、図外のアクチュエータにより制御軸１８を回転駆動すると、コントロールリンク１５の揺動支点となる偏心カム１９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク１５によるロアリンク１３の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン１の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。

上記のようなピストンクランク機構において、第１連結ピン１２によるロアリンク１３とアッパリンク１１とのリンク連結部は、ロアリンク１３側の第１軸受部が第１連結ピン１２の両端部を支持する二股状をなし、アッパリンク１１側の第２軸受部を中間に挟むような構成となっている。なお、第１連結ピン１２は、フルフロート形式としていずれのリンク部材にも固定されておらず、双方に対し回転可能である。

図４は、上記ロアリンク１３の一対の第１軸受部２１の構成を示しており、図示するように、第１軸受部２１は、ロアリンク１３の軸方向の両端面に沿って延びており、それぞれに軸受孔２２が貫通形成されている。そして、この軸受孔２２は、クラウニング（対比のために仮想線１０７で示す）を具備せず、その全体が単純な一つの円筒面から構成されている。なお、開口縁のエッジ２２ａには、他の部位のエッジと同じく、バリ除去等のために、必要最小限の微少な面取（図示せず）が施されている。

上記の第１連結ピン１２によるリンク連結部は、ピストンピン２の軸受部とは異なり、大きく揺動運動するので、第１連結ピン１２との間で、大きな相対角速度を有する。そのため、くさび効果による油膜圧力が十分に発生する。従って、クラウニングを設けなくても、内側の開口縁のエッジ２２ａが第１連結ピン１２に金属接触する所謂エッジ当たりが生じにくい。このような場合、クラウニングを設けずに、油膜形成領域をその分だけ拡大することによって、耐久性が向上する。

上記第１連結ピン１２の端部には、例えば図５に示すように、十分に大きな面取部２３を設けることが望ましく、これにより、クラウニングを具備しない軸受孔２２への組付性が向上する。なお、この面取部２３の軸方向の幅は、軸受孔２２開口縁のエッジ２２ａの面取に比べて遙かに大きい。

図６は、ロアリンク１３の第１軸受部２１の異なる構成を示している。この第２実施例では、ロアリンク１３の本体部分から二股状に分岐しつつ延びた各第１軸受部２１の付け根部分、特に、互いに対向する一対の第１軸受部２１の内側の面に、軸受孔２２の周囲に沿ってそれぞれ凹溝部２５が形成されている。

従って、第１軸受部２１の軸方向の剛性が低くなり、アッパリンク１１から加わる荷重により第１連結ピン１２が図７のように撓み変形したときに、これに追従して、各第１軸受部２１が軸方向に倒れるように容易に変形する。そのため、クラウニングを具備しない軸受孔２２の開口縁のエッジ２２ａが第１連結ピン１２外周面に金属接触しにくくなり、耐久性が向上する。

次に、図８は、第１軸受部２１の軸受孔２２をテーパ形状とした第３実施例を示している。一対の軸受孔２２は、互いに対称な緩いテーパ形状をなし、特に、一対の第１軸受部２１の内側の面における径が外側の面における径よりも大径となるようなテーパ形状となっている。これにより、やはりアッパリンク１１から加わる荷重により第１連結ピン１２が図７のように撓み変形したときに、内側の開口縁のエッジ２２ａが第１連結ピン１２外周面に金属接触しにくくなる。

一般的なピストンピン軸受部のクラウニングを示す説明図。 くさび効果による油膜発生を示す説明図。 複リンク式ピストンクランク機構の全体構成を示す内燃機関要部の断面図。 この発明に係る軸受構造の一実施例を示すロアリンク要部の断面図。 面取部を備えた第１連結ピンの平面図。 第２実施例を示すロアリンク要部の断面図。 第１連結ピンの変形状態を示す説明図。 第３実施例を示すロアリンク要部の断面図。

符号の説明

１１…アッパリンク
１２…第１連結ピン
１３…ロアリンク
２１…第１軸受部
２２…軸受孔

Claims (11)

1. 少なくとも一つのリンク連結部が、運転中に回転加速度を有し、かつ、一方のリンク部材の二股状の第１軸受部と、この二股状の第１軸受部の間に位置する他方のリンク部材の第２軸受部と、からなり、それぞれの軸受孔に連結ピンが回転可能に嵌合したフルフロート軸受として構成された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構において、上記第１軸受部の軸受孔は、クラウニングを具備しない一つの円筒面からなることを特徴とする複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
2. 上記連結ピンは端部に面取部を有し、かつ一対の第１軸受部の軸受孔の内側の開口縁に施される面取は、その軸方向の幅が上記連結ピンの面取部の軸方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
3. 上記第１軸受部の軸受孔の周囲に薄肉部を設けて、該第１軸受部の剛性を低くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
4. リンク部材の軸方向の端面に沿って一対の第１軸受部が延びており、その内側の面に、軸受孔の周囲に沿って凹溝部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
5. 一対の第１軸受部の内側における軸受孔の径が外側における径よりも大径となるように、第１軸受部の一対の軸受孔が互いに対称なテーパ形状をなしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
6. 第１軸受部の軸受孔の表面粗さが連結ピンの表面粗さよりも粗いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
7. 第１軸受部にブッシュ材を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
8. 連結ピンにＤＬＣ加工を施すことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
9. 上記ピストンクランク機構は、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、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、から構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
10. 上記ロアリンクと上記アッパリンクとのリンク連結部に適用され、ロアリンク側が第１軸受部として二股状に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
11. 上記ロアリンクと上記アッパリンクとのリンク連結部に適用され、アッパリンク側が第１軸受部として二股状に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の複リンク式ピストンクランク機構の軸受構造。
    

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