JP2010007620A - 内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アッパピンとアッパリンクとの連結部の潤滑性向上に好適な内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置を提供する。
【解決手段】内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置であり、ピストン3の上死点からの下降行程におけるアッパリンク5の他端のボス部5Aに向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェット30を設けると共に、前記アッパリンク5の他端のボス部5Aに前記オイルジェット30から噴射された潤滑油をアッパピン6との軸受け嵌合部に導入する導入通路としての油穴21を形成し、前記ピストン3の下降行程において、アッパリンク5のボス部5Aに設けた導入通路を介して、前記オイルジェット30より噴射された潤滑油を、アッパピン6との軸受け嵌合部に導入するようにした。
【選択図】図1
【解決手段】内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置であり、ピストン3の上死点からの下降行程におけるアッパリンク5の他端のボス部5Aに向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェット30を設けると共に、前記アッパリンク5の他端のボス部5Aに前記オイルジェット30から噴射された潤滑油をアッパピン6との軸受け嵌合部に導入する導入通路としての油穴21を形成し、前記ピストン3の下降行程において、アッパリンク5のボス部5Aに設けた導入通路を介して、前記オイルジェット30より噴射された潤滑油を、アッパピン6との軸受け嵌合部に導入するようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関のピストンとクランク軸とを複リンクにより連結する複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置に関し、特に、アッパリンクとロアリンクとのリンク連結部の潤滑に好適な内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置に関するものである。
従来から内燃機関のピストンとクランク軸とを複リンクにより連結する複リンク式ピストンクランク機構が提案されている(特許文献1,2参照)。
これは、ピストンのピストンピンに連結されるアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が前記ロアリンクに連結されるコントロールリンクと、を備えている。そして、前記アッパリンクとロアリンクとは、アッパピンを介して互いに回転可能に連結され、前記コントロールリンクとロアリンクとは、コントロールピンを介して互いに回転可能に連結されている。このような複リンク式のピストンクランク機構におけるロアリンクは、ピストンが受けた燃焼圧力をアッパリンクを介してアッパピンより受け取り、コントロールピンを支点とする揺動動作によりクランクピンに力を伝達する。
特開2001−227367号公報
特開2002-61501号公報
ところで、上記のようなロアリンクには、ピストンが受けた最大燃焼ガス圧力が、ピストンピン、アッパリンクを介して、アッパピン軸受部から入力される。それと同時に、この荷重と慣性力がつりあうように、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、各々の軸受部の面圧は、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。
しかしながら、上記従来の構成では、アッパピンの両端を支持するよう二股状となったロアリンクの端部にアッパピンの両端を圧入し、圧入部で挟まれたアッパピンの中間領域によりアッパリンク下端を軸受け支持する構造が採用されると共に、その軸受け面圧を抑制するようアッパリンクのボス部幅寸法をできるだけ大きくする構造となっている。このため、アッパリンクのボス部とその両側に配置されるロアリンクとのクリアランスが小さくする傾向となり、前記クリアランスを経由しての前記軸受け部への潤滑油の供給による冷却が十分に行えない不具合があった。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、アッパピンとアッパリンクとの連結部の潤滑性向上に好適な内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置を提供することを目的とする。
本発明は、内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置であり、ピストンの上死点からの下降行程におけるアッパリンクの他端のボス部に向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェットを設けると共に、前記アッパリンクの他端のボス部に前記オイルジェットから噴射された潤滑油をアッパピンとの軸受け嵌合部に導入する導入通路を形成し、前記ピストンの下降行程において、アッパリンクのボス部に設けた導入通路を介して、前記オイルジェットより噴射された潤滑油を、アッパピンとの軸受け嵌合部に導入するようにした。
したがって、本発明では、ピストンの上死点からの下降行程におけるアッパリンクの他端のボス部に向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェットを設けると共に、前記アッパリンクの他端のボス部に前記オイルジェットから噴射された潤滑油をアッパピンとの軸受け嵌合部に導入する導入通路を形成し、前記ピストンの下降行程において、アッパリンクのボス部に設けた導入通路を介して、前記オイルジェットより噴射された潤滑油を、アッパピンとの軸受け嵌合部に導入するようにしたため、オイルジェットから上方へ噴出された潤滑油が、下降移動するアッパリンクのボス部に突き当たり、導入通路を介してアッパピンとの軸受け嵌合部に確実に供給することができる。その際、軸受け嵌合部は導入通路が形成されている領域で負圧状態となるため、潤滑油は確実に軸受け嵌合部へ導入される。このため、アッパピンとアッパリンクとの連結部の潤滑性を向上させることができる。
以下、本発明の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置を各実施形態に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図7は本発明を適用した内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の第1実施形態を示し、図1は複リンク式ピストンクランク機構の概略構成図、図2はロアリンクの斜視図、図3はアッパピン軸受け部の縦断面図および横断面図、図4は複リンク式ピストンクランク機構の側面図、図5は潤滑油を噴射するオイルジェットの詳細図、図6は潤滑装置を含めた複リンク式ピストンクランク機構の概略構成図、図7は潤滑油の供給経路を示す説明図である。
図1〜図7は本発明を適用した内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の第1実施形態を示し、図1は複リンク式ピストンクランク機構の概略構成図、図2はロアリンクの斜視図、図3はアッパピン軸受け部の縦断面図および横断面図、図4は複リンク式ピストンクランク機構の側面図、図5は潤滑油を噴射するオイルジェットの詳細図、図6は潤滑装置を含めた複リンク式ピストンクランク機構の概略構成図、図7は潤滑油の供給経路を示す説明図である。
図1により、先ず、複リンク式ピストンクランク機構を可変圧縮比機構として構成した構成例に基づいて概略を説明する。この複リンク式ピストンクランク機構は、シリンダブロック1の気筒列に沿って形成された複数のシリンダ2内に昇降可能に配設されたピストン3にピストンピン4を介して連結されるアッパリンク5と、アッパリンク5の他端にアッパピン6を介して一端が連結されると共に中央部がクランク軸11のクランクピン11Aに揺動可能に支持されるロアリンク7と、ロアリンク7の他端にコントロールピン8を介して連結されるコントロールリンク9とを備える。前記コントロールリンク9の他端は、制御軸10の偏心軸10Aに揺動可能に支持されている。アッパリンク5とロアリンク7とを互いに回転可能に連結するアッパピン6はアッパピン軸受け部6Aを構成する。また、ロアリンク7とコントロールリンク9とを互いに回転可能に連結するコントロールピン8はコントロールピン軸受け部8Aを構成する。
クランク軸11は、複数の図示しないジャーナル部とクランクピン11Aとを備え、シリンダブロック1とラダーフレーム12とで構成する図示しない主軸受に、ジャーナル部が回転自在に支持されている。前記クランクピン11Aは、ジャーナル部から所定量偏心しており、ここにロアリンク7が回転自在に連結されている。
前記ロアリンク7は、図2に示すように、アッパピン軸受け部6Aに連結される部分とコントロールピン軸受け部8Aに連結される部分との2部材を結合して構成され、これら2部材の分割面にクランクピン軸受部7Aを形成して、前記クランクピン11Aに嵌合させている。ロアリンク7に連結するクランクピン11A、アッパピン6、及びコントロールピン8の連結位置は、同一直線上ではなく、略三角形状をなすように配置されている。
図1に戻り、前記制御軸10は、ラダーフレーム12と軸受けキャップ13とで形成した図示しない軸受け部に回動可能に支持される。前記制御軸10の偏心軸10Aは、制御軸10の回転角度位置を制御することにより、その支持位置を可変制御することができる。図示しないが、制御軸10の軸端には、ウォームホイールが結合され、このウォームホイールに噛合うウォームギヤをアクチュエータモータにより回転駆動することにより、制御軸10の回転角度位置が制御される。なお、符号14はオイルパンを示している。
この複リンク式ピストンクランク機構による可変圧縮比機構では、アクチュエータモータにより制御軸10の回転位置を制御し、偏心軸10Aが上方に偏心されている場合にはピストン3の上死点位置が最も低くなり最も低い圧縮比とできる一方、偏心軸10Aを制御軸10を回転させて徐々に下方に変位させるに連れてピストン3の上死点位置が上昇されて高圧縮比側に移行し、偏心軸10Aが最下方に偏心された場合にはピストン3の上死点位置が最も高くでき最も高い圧縮比とすることができる。本機構によるピストンモーションは単振動に近い特徴があり、上死点付近のピストン3の移動量が少ない特徴を有している。
図示しない機関コントローラには、機関回転数、機関負荷、吸入負圧、排気温度、水温センサ等よりの冷却水温、吸気温度、および、ノックセンサよりのノック信号等の各信号が入力される。機関コントローラはこれらの入力信号に基づいて、機関の運転状態を判定し、運転状態に応じた機関の目標圧縮比を演算し、演算で得た目標圧縮比となるようアクチュエータモータへの回転角度位置指令を出力する。アクチュエータモータの回転角度位置は内蔵された図示しないモータエンコーダにより検出されて機関コントローラへフィードバックされる。
前記可変圧縮比機構は、機関コントローラにより、機関の低負荷低回転領域(EGR成層燃焼モード(第1の燃焼モード)での内部EGR領域)においては、アクチュエータモータおよび複リンク式ピストンクランク機構を作動させてピストン3上死点位置を上昇させて高圧縮比に設定される。機関負荷若しくは機関回転が上昇するに連れてピストン3上死点位置を下げ、圧縮比を低下させ(「内部+外部」EGR領域)、高負荷高回転領域(均質燃焼モード(第2の燃焼モード))においては低圧縮比となるよう設定されている。これにより、低負荷低回転領域では燃費を向上させ、高負荷高回転領域ではノッキングの回避により出力を向上させる。
前記ロアリンク7のアッパピン軸受け部6Aに連結される部材は、図2および図3に示すように、二股部材20により形成され、二股部材20を貫通させて形成した貫通穴20Aにアッパピン6を圧入することにより、アッパピン6の両端を支持するようにしている。前記アッパリンク5のボス部5Aは、両側面をロアリンク7の二股部材20に接触させ、その軸受け穴5Bをアッパピン6のロアリンク7への圧入領域に挟まれたアッパピン6の中央領域に嵌合させて配置される。
前記アッパリンク5のアッパピン6と軸受け嵌合するボス部5Aには、アッパリンク5の上下のピン連結部の中心同士を結ぶ線の延長上に、ボス部5Aの内外を連通させるよう貫通させた油穴21を形成している。この油穴21はアッパリンク5の上下のピン連結部の中心同士を結ぶ線の中心線に沿う向きとされると共にこれを内包するよう、その内径と位置が設定される。油穴21のボス部5Aの外径側は、テーパ状に拡径させてもよい。また、この油穴21は、図3(A)に示すように、ピストンピン4側にオフセットさせて配置している。この油穴21には、後述するオイルジェットから噴射された潤滑油が供給され、供給された潤滑油は油穴21を介してボス部5A内に流入し、ボス部5A内面とアッパピン6との摺動面を潤滑するよう作動する。
また、前記ラダーフレーム12との間で制御軸10を回動可能に支持する軸受け部10Bを形成する軸受けキャップ13には、図4および図5に示すように、軸受けキャップ13の側面から突出させて配置され、潤滑油を上方に向かって噴射するオイルジェット30を備える。前記オイルジェット30は、図5に示すように、アッパリンク5の下端に位置するボス部5Aに向かって潤滑油を噴射するが、垂直に上方に向かって噴射するのではなく、ピストン下降行程中の大半でオイルジェットが油穴に到達するように、クランクシャフトの軸方向から見たときの噴射方向を、噴射された噴霧がシリンダ軸線から離れるような向きに僅かに傾けて(A視)、斜め上方に向けて噴射するよう構成している。ピストンの上昇行程に比べて下降行程では、アッパリンクが上死点から略直立した状態で下降するため、油穴位置の機関左右方向の動きが少なく、ピストン下降行程の大半でオイルジェットを油穴に到達させることができる。このように斜め上方に向けて噴射することにより、噴射されて上方に向かう潤滑油と落下してくる潤滑油との移動経路を異ならせて、両者がぶつかりあうことにより噴射された潤滑油の到達距離の短縮や供給量の不足となることを抑制できる。
前記オイルジェット30には、図6および図7に示すように、軸受けキャップ13に設けた油通路31を介して導入されるよう構成している。前記油通路31は、制御軸10の軸受け部10Bを支持する軸受け穴32に開口されている。前記制御軸10は中空に形成されて内部にオイルギャラリより潤滑油が供給される構成され、供給された潤滑油は、制御軸10を半径方向に貫通させた給油穴33を介して軸受け部10Bおよび偏心軸10Aの軸受け面に供給されて、各軸受け部10Bを潤滑すると共に偏心軸10Aとコントロールリンク9との連結部を潤滑するようにしている。
前記制御軸10は、前記したように、図示しないアクチュエータモータにより回転角度制御されることにより、その回転位置が変化される。これに連れて、制御軸10に設けた各給油穴33も、その開口角度位置が変化される。前記軸受け部10Bに形成された給油穴33の開口角度位置は、機関の低負荷低回転領域となる高圧縮比に設定された場合には、開口が上方(実線図示)に位置し、機関負荷若しくは機関回転が上昇するに連れて開口が側方(破線図示)に移動し、高負荷高回転領域となる低圧縮比に設定された場合には開口が下方(破線図示)まで回動した状態となり、前記油通路31と連通する状態となる。
前記油通路31中には、クランク軸11に連動して回転し、その回転位置に応じて開閉するロータリバルブ34を配置し、ピストン3の下降行程において油通路31を開口させ、その他の行程では油通路31を遮断するよう構成している。なお、ロータリバルブ34によらずに、ピストン3下降行程で開放しその他の行程で閉じる電磁弁で構成してもよい。
以上の構成の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の動作について以下に説明する。制御軸10の内部にはオイルギャラリから潤滑油が供給され、各軸受け部10Bに開口する給油穴33を経由して、各軸受け部10Bを潤滑すると共に偏心軸10Aとコントロールリンク9との連結部を潤滑する。また、油通路31に配置されたロータリバルブ34は、ピストン3の下降行程において油通路31を連通させるよう作動する。
そして、機関の低負荷低回転領域となる高圧縮比に設定された場合には、制御軸10の軸受け部に給油穴33を経由して供給された潤滑油は、制御軸10の回転角度により給油穴33は上方に開口して、油通路31とは連通しない状態となっており、油通路31には潤滑油は供給されない。この低負荷低回転領域では機関は低回転数で運転されており、アッパリンク5のボス部5Aとアッパピン6とで形成するアッパピン軸受け部6Aでの摺動速度も低く抑えられる。このため、積極的な潤滑油供給によらなくとも潤滑油膜を良好に保持できる一方、機関低回転時の常時給油によるオイルギャラリでの油圧低下を抑制できる。
機関負荷若しくは機関回転が上昇するに連れて制御軸10が図示しないアクチュエータモータにより回動される。高負荷高回転領域となる低圧縮比に設定された場合には、給油穴33の開口位置が下方となり、油通路31とは連通した状態となる。高負荷高回転領域では、機関は高負荷高回転で運転されるため、オイルギャラリへの潤滑油の供給が増加される一方、潤滑油の油温も上昇される。このため、機関の各部の潤滑部位への潤滑油供給も増加される。
ところで、図8の(A)〜(H)は、クランク軸11の回転により圧縮行程を終えたピストン3の上死点に位置するクランク角(0度)の状態から膨張行程および排気行程がなされる、クランク角45度毎(0°(A)、45°(B)、90°(C)、135°(D)、180°(E)、225°(F)、270°(G)、315°(H))の各リンクの姿勢を示したものである。クランク軸11の回転に伴って、複リンク式ピストンクランク機構のクランクピン11A,ロアリンク7,アッパリンク5及びピストンピン4を介してピストン3がシリンダ2内を下降し、次いで上昇すると共に、ロアリンク7に連結するコントロールリンク9が、下端側の揺動軸心Ocを支点として揺動する。
前記アッパリンク5は、ピストン3が上死点に位置する(クランク角0°)状態から下降を開始し、クランク角が45°の状態から回動が抑制された直立した状態で下降され、下死点に近づくクランク角度135°前後で時計方向への回動を開始するように作動される。
クランク角が45°を超えた時点で、油通路31に配置したロータリバルブ34が開放されて油通路31が連通され、前記油通路31に導入された潤滑油はオイルジェット30に供給され、オイルジェット30から噴射される。噴射された潤滑油は、回動が抑制されて直立した状態で下降されるアッパリンク5のボス部5Aに向かって飛翔し、図4および図11に示すように、ボス部5Aの下面に設けられた油穴21を通ってボス部5A内面とアッパピン6との隙間に導入される。
この場合に、アッパリンク5は回動が抑制されて直立した状態で下降されるために、下方に配置したオイルジェット30から噴射された潤滑油の油滴との相対速度が大きく、油滴が効果的にアッパリンク5のボス部5Aに突き当たり、ボス部5Aの下方に開口する油穴21内に流入する。
また、膨張行程においては、図9の線Pで示すように、燃焼ガス圧力による荷重がピストン3からアッパリンク5に作用し、アッパリンク5をロアリンク7に向かって押し下げるよう作動させる。このため、図10に示すように、ボス部5Aによりアッパピン6を押し下げるよう作動し、アッパピン6はボス部5A内において潤滑油による浮動状態から相対的に上方に移動する。そして、アッパピン6はボス部5Aの上方側内面に接触されて両者間で油膜圧力を発生させると共に、ボス部5Aの下方側内面とアッパピン6との間の隙間空間を大きくして負圧状態となる。このため、油穴21に向かって飛散した潤滑油は、油穴21内に吸込まれてボス部5Aの下方側内面とアッパピン6との間の隙間空間に前記負圧により吸込まれる状態で導入される。なお、ピストン3が下降する吸入行程においては、上記した作動を生じないが、アッパピン6およびアッパリンク5には大きい負荷荷重が作用しないために、ボス部5A内面とアッパピン6との間の潤滑油による浮動状態が良好に維持される。
前記クランク角が135°前後に進むと、図8(D)に示すように、アッパリンク5の時計方向の回動が開始される。この場合には、図12に示すように、オイルジェット30から噴射される油滴の飛散方向とアッパリンク5のボス部5Aに設けた油穴21の位置とに若干のずれを生じる。このため、クランクピン11A寄りに、アッパリンク5のボス部5Aに設ける油穴21の開口部を、アッパリンク5の上下のピン連結部の中心同士を結ぶ線の延長上からクランクピン11A側へオフセットさせたり、開口部自体を拡大させるようにすることで、飛散された潤滑油の油滴の供給終了時点を遅らせて、供給量を増大させることができる。
その後のアッパリンク5のボス部5Aとアッパピン6とのアッパピン軸受け部6Aの摺動速度は、図9の線Vで示すように、徐々に増加されて最高速度に至る。しかしながら、前記したように、ボス部5A内面とアッパピン6との間のアッパピン軸受け部6Aには、十分な潤滑油が導入されているため、アッパピン軸受け部6Aの摺動速度の増加に対して十分な潤滑油膜を維持することができる。
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
(ア)ピストン3にピストンピン4を介して一端が連結されたアッパリンク5と、このアッパリンク5の他端のボス部5Aに軸受け嵌合するアッパピン6を介して連結され、且つクランクシャフトのクランクピン11Aに連結されたロアリンク7と、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が前記ロアリンク7にコントロールピン8を介して連結されたコントロールリンク9と、を備え、前記ロアリンク7は、前記クランクピン11Aが嵌合する略中央のクランクピン軸受部7Aと、一端部において前記アッパリンク5のボス部5Aの両側面から突出するアッパピン6の両端を圧入保持する二股部材20と、他端部において前記コントロールピン8に連結される連結部分と、を備える内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置であり、ピストン3の上死点からの下降行程におけるアッパリンク5の他端のボス部5Aに向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェット30を設けると共に、前記アッパリンク5の他端のボス部5Aに前記オイルジェット30から噴射された潤滑油をアッパピン6との軸受け嵌合部に導入する導入通路としての油穴21を形成し、前記ピストン3の下降行程において、アッパリンク5のボス部5Aに設けた導入通路を介して、前記オイルジェット30より噴射された潤滑油を、アッパピン6との軸受け嵌合部に導入するようにしたため、オイルジェット30から上方へ噴出された潤滑油が、下降移動するアッパリンク5のボス部5Aに突き当たり、導入通路を介してアッパピン6との軸受け嵌合部に確実に供給することができる。その際、軸受け嵌合部は導入通路が形成されている領域で負圧状態となるため、潤滑油は確実に軸受け嵌合部へ導入される。このため、アッパピン6とアッパリンク5との連結部の潤滑性を向上させることができる。
(イ)導入通路は、アッパリンク5とクランクシャフト軸方向から見た時に、アッパリンク5のピストンピン4の連結部中心とアッパピン6の連結部中心とを結ぶ中心線に沿う向きとされると共にこれを内包するように、アッパリンク5のボス部5Aを貫通させて設けた油穴21により構成されているため、上死点から略直立した状態で下降するアッパリンク5に対して下方から噴射されたオイルジェット30を、確実に油穴21に供給することができ、潤滑油の供給量を増加させて、下死点付近での摺動速度の増加に対応させることができる。また、アッパピン6の軸方向中心に潤滑油供給の油穴21を設けるよりも潤滑特性が良い。
(ウ)導入通路は、クランクピン11A側にオフセットして配置されていることにより、下死点での供給油量を増加させることができる。
(エ)オイルジェット30は、アッパリンク5の他端ボス部5Aに向けて斜め上方に潤滑油を噴射することにより、噴射された潤滑油と落下する潤滑油との経路を異ならせて、両者がぶつかりあうことにより噴射された潤滑油の到達距離の短縮や供給量の不足となることを抑制できる。
(オ)オイルジェット30は、機関の高速運転時に潤滑油を噴射することにより、油温上昇による潤滑性低下に対応させることができると共に、低速運転時におけるオイルギャラリの油圧低下を抑制できる。
(カ)オイルジェット30は、機関の低圧縮運転時に潤滑油を噴射することにより、燃焼圧力の増加に対応して潤滑性を向上させることができる。
(第2実施形態)
図13〜図15は、本発明を適用した内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の第2実施形態を示し、図13はアッパリンクのボス部の側面図および底面図、図14はアッパピン軸受け部の縦断面図、横断面図および底面図、図15は複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の動作状態を示す説明図である。本実施形態においては、アッパピン軸受け部6Aへの潤滑油を導入するための油穴21に代えてボス側面に設けた油溝とした構成を第1実施形態に追加したものである。なお、第1実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図13〜図15は、本発明を適用した内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の第2実施形態を示し、図13はアッパリンクのボス部の側面図および底面図、図14はアッパピン軸受け部の縦断面図、横断面図および底面図、図15は複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置の動作状態を示す説明図である。本実施形態においては、アッパピン軸受け部6Aへの潤滑油を導入するための油穴21に代えてボス側面に設けた油溝とした構成を第1実施形態に追加したものである。なお、第1実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図13および図14において、本実施形態の複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置は、アッパリンク5のボス部5Aの側面に設けた油溝40Aと、前記ボス部5Aの側面に対面するロアリンク7の二股部材20の対向するボス部側面に設けた油溝40Bとで、噴射された潤滑油を軸受け面に導入する潤滑油導入穴40を構成するようにしたものである。
即ち、アッパリンク5のボス部5Aには、図13に示すように、アッパリンク5の上下のピン連結部の中心同士を結ぶ線の延長上の両側面に、ボス部5Aの内外を連通させるように油溝40Aを形成している。この油溝40Aは、ピストンピン4側にオフセットさせて配置している。
また、ロアリンク7の二股部材20の対向する面部位に設ける油溝40Bは、複リンク式ピストンクランク機構の下死点近傍の、例えば、クランク角度が90°前後〜135°前後の範囲において、前記アッパリンク5のボス部5Aの側面に設けた油溝40Aと対面する位置に配置している。
また、本実施形態では、中空穴44による中空状のアッパピン6が用いられており、その肉厚は、アッパリンク5のボス部5Aに嵌合する中央領域42とその軸方向両側領域が厚肉に構成されると共にロアリンク7の二股部材20に圧入される領域では、端部の薄肉部分43に向かって徐々に肉厚を減少させるよう構成している。このため、ロアリンク7の二股部材20に設けた油溝40Bが形成された領域の剛性低下をアッパピン6の厚肉部分(中央部分42および軸方向両側領域)により補強させることができる。また、アッパピン6のボス部5Aに嵌合する中央領域42では厚肉に形成されているため、ロアリンク7の二股部材20への圧入時におけるアッパピン6の中央領域42の変形を抑制でき、アッパリンク5のボス部5Aとアッパピン6とで構成するアッパピン軸受け部6Aの潤滑特性が向上する。
また、前記中空状となったアッパピン6は、その中空穴44がアッパリンク5を介して連結されるピストンピン4から遠ざかる方向にオフセットされているため、ピストンピン4側で厚肉となるよう形成して曲げ剛性および剪断剛性を向上させており、油溝40Bを設けることによる剛性低下を低減するようにしている。その他の構成は、第1実施形態と同様に構成している。
本実施形態においても、ピストン3が上死点から下降される場合に、クランク角が45°を超えた時点で、油通路31に配置したロータリバルブ34が開放されて油通路31が連通され、前記油通路31に導入された潤滑油はオイルジェット30に供給され、オイルジェット30から噴射される。噴射された潤滑油は、回動が抑制されて直立した状態で下降されるアッパリンク5のボス部5Aに向かって飛翔し、図15に示すように、ボス部5Aの両側面に設けられた油溝を通ってボス部5A内面とアッパピン6との隙間に導入される。
この場合に、アッパリンク5は回動が抑制されて直立した状態で下降されるために、下方に配置したオイルジェット30から噴射された潤滑油の油滴との相対速度が大きく、油滴が効果的にアッパリンク5のボス部5Aに突き当たり、ボス部5Aの両側面に開口する油溝40A内に流入する。油溝40A内に流入した潤滑油は油溝40A内を直進してアッパピン6とボス部5Aとの軸受け面に供給される一方、油溝40Aの横方向(円周方向)にも拡散され、ボス部5Aの両側面と二股部材20との摺動面同士の潤滑も行うため、スラスト方向の潤滑性を改善する。
また、前記クランク角が90°〜135°前後に進むと、アッパリンク5のボス部5Aの両側面に設けた油溝40Aとロアリンク7の二股部材20設けた油溝40Bとが、互いに対面して、図14(C)に示すように、大きい開口面積となるため、噴射された潤滑油を効果的にアッパピン6とボス部5Aとの軸受け面に供給することができる。
また、膨張行程においては、燃焼ガス圧力による荷重がピストン3からアッパリンク5に作用し、アッパリンク5をロアリンク7に向かって押し下げる(ボス部5Aによりアッパピン6を押し下げる)よう作動し、アッパピン6はボス部5A内において潤滑油による浮動状態から相対的に上方に移動する。そして、アッパピン6はボス部5Aの上方側内面に接触されて両者間で油膜圧力を発生させると共に、ボス部5Aの下方側内面とアッパピン6との間の隙間空間を大きくして負圧状態となる。このため、油溝40Aに向かって飛散した潤滑油は、油溝40A内に吸込まれてボス部5Aの下方側内面とアッパピン6との間の隙間空間に前記負圧により吸込まれる状態で導入される。
また、クランク角度が135°を超えると、アッパリンク5の時計方向の回動が開始され、オイルジェット30から噴射される油滴の飛散方向とアッパリンク5のボス部5Aに設けた油溝40A,40Bの位置とに若干のずれを生じる。しかし、クランクピン11A寄りに、アッパリンク5のボス部5Aの両側面に設ける油溝40Aおよび油溝40Bを、アッパリンク5の上下のピン連結部の中心同士を結ぶ線の延長上からクランクピン11A側へオフセットさせているため、飛散された潤滑油の油滴の供給終了時点を遅らせて、供給量を増大させることができる。
その後のアッパリンク5のボス部5Aとアッパピン6とのアッパピン軸受け部6Aの摺動速度は徐々に増加されて最高速度に至る。しかしながら、前記したように、ボス部5A内面とアッパピン6との間のアッパピン軸受け部6Aには、十分な潤滑油が導入されているため、アッパピン軸受け部6Aの摺動速度の増加に対して十分な潤滑油膜を維持することができる。
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)、(ウ)〜(カ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
(キ)導入通路は、アッパリンク5をクランクシャフト軸方向から見た時に、アッパリンク5のピストンピン4の連結部中心とアッパピン6の連結部中心とを結ぶ中心線に沿う向きとされると共にこれを内包するように、アッパリンク5のボス部5Aの両側面に設けた油溝40Aにより構成したため、噴射された潤滑油がボス部5Aとロアリンク7の二股部材20側面との隅部に溜まりやすく、隅部に開口する油溝40Aに導入されやすくなる。また、アッパリンク5とロアリンク7のスラスト方向の潤滑を改善することができる。
(ク)導入通路は、前記アッパリンク5の他端ボス部5Aの両側面と対向するロアリンク7のボス部5A側面に形成され、前記ピストン3の下死点への下降行程において、アッパリンク5の他端ボス部5Aの両側面に形成された油溝40Aと対面する油溝40Bを備えるため、下死点近傍での導入通路の開口面積を大きくでき、供給油量を増加させることができる。
(ケ)アッパピン6は、アッパリンク5のボス部5Aに軸受け嵌合する中央領域42とその両側領域において厚肉となり、端部において薄肉43となる中空状部材により形成されていることにより、油溝40Bによる剛性低下を低減することができる。また、アッパピン6の圧入時、アッパリンク5のボス部5Aとの摺動部のピン変形を小さくでき、潤滑特性が向上する。
(コ)アッパピン6はその中空穴44がアッパリンク5を介して連結されるピストンピン4から遠ざかる方向にオフセットされているため、ピストンピン4側で厚肉となり、その曲げ剛性および剪断剛性を向上させており、油溝40Bを設けることによる剛性低下を低減するようにしている。
1 シリンダブロック
2 シリンダ
3 ピストン
4 ピストンピン
5 アッパリンク
5A ボス部
6 アッパピン
7 ロアリンク
8 コントロールピン
9 コントロールリンク
10 制御軸
11 クランク軸
11A クランクピン
21 導入通路としての油穴
30 オイルジェット
31 油通路
2 シリンダ
3 ピストン
4 ピストンピン
5 アッパリンク
5A ボス部
6 アッパピン
7 ロアリンク
8 コントロールピン
9 コントロールリンク
10 制御軸
11 クランク軸
11A クランクピン
21 導入通路としての油穴
30 オイルジェット
31 油通路
Claims (9)
- 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のボス部に軸受け嵌合するアッパピンを介して連結され、且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、かつ他端が前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、前記ロアリンクは、前記クランクピンが嵌合する略中央のクランクピン軸受部と、一端部において前記アッパリンクのボス部両端から突出するアッパピンの両端を圧入保持する二股部分と、他端部において前記コントロールピンに連結される連結部分と、を備える内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置であって、
前記ピストンの上死点からの下降行程におけるアッパリンクの他端のボス部に向かって、下方より潤滑油を噴射するオイルジェットを設けると共に、前記アッパリンクの他端のボス部に前記オイルジェットから噴射された潤滑油をアッパピンとの軸受け嵌合部に導入する導入通路を形成し、
前記ピストンの下降行程において、アッパリンクのボス部に設けた導入通路を介して、前記オイルジェットより噴射された潤滑油を、アッパピンとの軸受け嵌合部に導入することを特徴とする内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。 - 前記導入通路は、アッパリンクをクランクシャフト軸方向から見たときに、アッパリンクのピストンピン連結部中心とアッパピン連結部中心とを結ぶ中心線を内包するように、アッパリンクのボス部の側面に設けた油溝により構成したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記導入通路は、アッパリンクをクランクシャフト軸方向から見たときに、アッパリンクのピストンピン連結部中心とアッパピン連結部中心とを結ぶ中心線を内包するように、アッパリンクのボス部を貫通させて設けた油穴により構成したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記導入通路は、前記アッパリンクの他端ボス部の側面と対向するロアリンクのボス部側面に形成され、前記ピストンの下死点への下降行程において、アッパリンクの他端ボス部の側面に形成された油溝と対面する油溝を備えることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記アッパピンは、アッパリンクのボス部に軸受け嵌合する領域とその両側領域において厚肉となり、端部において薄肉となる中空状部材により形成されていることを特徴とする請求項2または請求項4に記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記導入通路は、クランクピン側にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記オイルジェットは、アッパリンクの他端ボス部に向けて斜め上方に潤滑油を噴射することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一つに記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記オイルジェットは、機関の高速運転時に潤滑油を噴射することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一つに記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
- 前記オイルジェットは、機関の低圧縮運転時に潤滑油を噴射することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一つに記載の内燃機関における複リンク式ピストンクランク機構の潤滑装置。
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