JP2014125984A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換して伝達するレシプロ式の内燃機関に関し、特に内燃機関が有するピストン−クランク機構のリンク部材に関する。 The present invention relates to a reciprocating internal combustion engine that converts a reciprocating linear motion of a piston into a rotational motion of a crankshaft, and more particularly to a link member of a piston-crank mechanism that the internal combustion engine has.
本出願人が先に出願した特許文献1には、支点を中心に揺動可能なロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンとを繋ぐ第1リンクと、ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを繋ぐ第2リンクと、有する複リンク式のピストン−クランク機構を備え、クランクシャフトの回転中心がシリンダの側方に配置された内燃機関が開示されている。 Patent Document 1 previously filed by the present applicant includes a rocker arm that can swing around a fulcrum, a first link that connects one end of the rocker arm and a piston, the other end of the rocker arm, and a crank pin of a crankshaft. An internal combustion engine is disclosed that includes a second link to be connected and a multi-link type piston-crank mechanism having a rotation center of the crankshaft disposed on the side of the cylinder.
この特許文献1における内燃機関は、シリンダの側方にクランクシャフトの回転中心を配置することで、内燃機関の機関全高を低く抑制し、内燃機関を全体としてコンパクトに構成して車両搭載性を向上させている。 In the internal combustion engine in Patent Document 1, the center of rotation of the crankshaft is arranged on the side of the cylinder, so that the overall height of the internal combustion engine is kept low, and the internal combustion engine is compactly configured as a whole to improve vehicle mountability. I am letting.
しかしながら、この特許文献1に開示されるような構成の内燃機関においては、トルク変動とシリンダブロックへの入力荷重の低減を図る上で、更なる改善の余地がある。 However, in the internal combustion engine configured as disclosed in Patent Document 1, there is room for further improvement in reducing torque fluctuation and the input load to the cylinder block.
本発明の内燃機関は、揺動可能なロッカアームと、一端が上記ロッカアームに回転可能に連結され、他端がピストンピンと回転可能に連結される第1リンクと、一端がクランクピンに回転可能に連結され、他端が上記ロッカアーム回転可能に連結される第2リンクと、を有するピストン−クランク機構を備え、上記第2リンクは、その一端側の一端側軸部がその他端側の他端側軸部に比べて太くなるよう形成され、上記一端側軸部には、その一方の面の中央部分に一端側肉抜き部が形成され、上記他端側軸部には、その一方の面の中央部分に他端側肉抜き部が形成されていることを特徴としている。 The internal combustion engine of the present invention has a rocker arm that can be swung, a first link that is rotatably connected to the rocker arm, and another end that is rotatably connected to a piston pin, and one end that is rotatably connected to a crank pin. A piston-crank mechanism having a second link coupled to the rocker arm so that the other end of the second link is rotatable. The second link has a shaft on one end on the other end and a shaft on the other end on the other end. The one end side shaft portion is formed with one end side cutout portion at the center portion of one surface thereof, and the other end side shaft portion is formed with the center of one surface thereof. It is characterized in that the other end side cutout portion is formed in the portion.
本発明によれば、第2リンクに一端側肉抜き部及び他端側肉抜き部を設けることで、第2リンクを相対的に軽量化することができる。これによって、第2リンクの慣性力を低減することができ、トルク変動とシリンダブロックに作用する入力荷重を低減することができる。 According to the present invention, the second link can be relatively reduced in weight by providing the second link with the one end side cutout portion and the other end side cutout portion. As a result, the inertial force of the second link can be reduced, and the torque fluctuation and the input load acting on the cylinder block can be reduced.
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、本発明に係る内燃機関1の一例を模式的に示した説明図であって、クランクシャフト軸方向視での内燃機関1の断面に相当する説明図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an example of an internal combustion engine 1 according to the present invention, and is an explanatory view corresponding to a cross section of the internal combustion engine 1 as viewed in the crankshaft axial direction.
図1に示すように、レシプロ式の内燃機関1は、ピストン2が摺動可能に収容されたシリンダ3の側方に、クランクシャフト4が配置された構成となっている。
As shown in FIG. 1, the reciprocating internal combustion engine 1 has a configuration in which a crankshaft 4 is disposed on the side of a cylinder 3 in which a
ここで、「シリンダ3の側方」の「側方」とは、機関幅方向に沿う方向での側方を意味している。従って、シリンダ3とクランクシャフト4とが機関幅方向に沿って並んで配置されている。「機関幅方向」とは、クランクシャフト4の軸線に沿う機関前後方向に直交すると共に、機関上下方向に直交する方向である。「機関上下方向」とは、直列式内燃機関ではシリンダ中心軸線に沿う方向であり、V型内燃機関ではバンク角を2等分するバンク中心線に沿う方向である。 Here, the “side” of “the side of the cylinder 3” means the side in the direction along the engine width direction. Therefore, the cylinder 3 and the crankshaft 4 are arranged side by side along the engine width direction. The “engine width direction” is a direction orthogonal to the engine longitudinal direction along the axis of the crankshaft 4 and orthogonal to the engine vertical direction. The “engine vertical direction” is a direction along the cylinder center axis in a series internal combustion engine, and a direction along a bank center line that divides the bank angle into two equal parts in a V-type internal combustion engine.
この内燃機関1は、ピストン2とクランクシャフト4のクランクピン5とを複数のリンク部材により機械的に連係し、ピストン2のシリンダ3内での往復直線運動をクランクシャフト4の回転運動に変換する複リンク式のピストン−クランク機構6を有している。
In the internal combustion engine 1, the
このピストン−クランク機構6は、揺動支点7を中心に揺動可能な細長いロッカアーム10と、このロッカアーム10の一端とピストン2とを繋ぐ細長い第1リンク11と、ロッカアーム10の他端とクランクシャフト4のクランクピン5とを繋ぐ細長い第2リンク12と、を有している。
The piston-
ロッカアーム10は、例えば、内燃機関1のシリンダブロック(図示せず)に固定された揺動支軸13に、その中央部分が回転可能に取り付けられ、揺動支軸13の軸心を揺動支点7として揺動するものである。
For example, the
第1リンク11の一端は、第1連結ピン15を介して、ロッカアーム10の一端に回転可能に連結されている。第1リンク11の他端は、ピストンピン14を介して、ピストン2に回転可能に連結されている。
One end of the
第2リンク12の一端は、クランクピン5に回転可能に連結されている。第2リンク12の他端は、第2連結ピン16を介して、ロッカアーム10の他端に回転可能に連結されている。この第2リンク12は、一端側が他端側に比べて太くなるように設定されており、その一端側寄りに重心が位置するように形成されている。
One end of the
そして、一連に接続された第1リンク11、ロッカアーム10、及び第2リンク12は、クランクシャフト軸方向視で、全体として略U字形状に配置され、ピストン2と、クランクシャフト4との間に位置するシリンダ壁部17が、これらリンク部材によって三方より囲まれている。なお、図1中の18は吸気弁、図1中の19は排気弁である。
The
内燃機関1のトルク変動とシリンダブロックへの入力荷重を低減するためには、内燃機関1の主運動部品の軽量化による慣性荷重の低減が有効である。そこで、本発明では、一端がクランクピンに連結され、他端がピストンピンに連結される一般的なコンロッドに比べて全長が長くなる第2リンク12に着目し、第2リンク12の軽量化を図ることで、内燃機関1のトルク変動とシリンダブロックへの入力荷重の低減を図る。
In order to reduce the torque fluctuation of the internal combustion engine 1 and the input load to the cylinder block, it is effective to reduce the inertia load by reducing the weight of the main moving parts of the internal combustion engine 1. Therefore, in the present invention, focusing on the
図2〜図7は、それぞれ本発明の第1〜第6実施例の第2リンク12を示している。また、図8〜図11は、それぞれ第1〜第4比較例の第2リンク42を示している。
2 to 7 show the
まず、図2を用いて、本発明の第1実施例の第2リンク12Aを説明する。第2リンク12Aは、クランクピン5に連結される一端側の一端側軸部31と、ロッカアーム10に連結される他端側の他端側軸部32と、を有している。
First, the
この第2リンク12Aは、クランクピン5を回転可能に支持する部分が半割構造となっており、キャップ33と本体34との2部材からなっている。従って、一端側軸部31は、本体34の一端側とキャップ33とによって構成され、他端側軸部32は本体34の他端側によって構成される。
The
第2リンク12Aは、クランクシャフト軸方向視で、一端側軸部31の外形が第2リンク12Aの他端側に向かって細くなる楔形状を呈し、他端側軸部32の外形が第2リンク12Aの長手方向に沿って細長い長方形状を呈しており、一端側軸部31が他端側軸部32に比べて太くなるよう形成されている。換言すると、第2リンク12Aは、クランクシャフト軸方向視で、一端側軸部31が、他端側軸部32に比べて幅広に形成されている。
The
そして、一端側軸部31及び他端側軸部32には、その一方の面の中央部分に、一端側肉抜き部35Aと他端側肉抜き部36Aが、それぞれ形成されている。この第1実施例における一端側肉抜き部35A及び他端側肉抜き部36Aは、肉厚が一定で、かつ互いの肉厚が等しい凹部となっている。
The one end
一端側肉抜き部35Aは、クランクシャフト軸方向視で、その外形が上記第2リンク12Aの他端側に向かって細くなる楔形状を呈している。
The one end
一端側肉抜き部35Aの周囲は、肉抜きされない一般部(非肉抜き部)であり、この一般部のうち、第2リンク12Aの長手方向に沿った両側の一端側縦壁37、37は、それぞれ一定幅となり、かつ互いに同一幅となるように設定されている。
The periphery of the one end side hollowed
他端側肉抜き部36Aは、クランクシャフト軸方向視で、その外形が長円形状を呈している。他端側肉抜き部36Aの周囲は、肉抜きされない一般部(非肉抜き部)であり、この一般部のうち、第2リンク12Aの長手方向に沿った両側の他端側縦壁38、38は、それぞれ一定幅となり、かつ互いに同一幅となるように設定されている。
The other end side hollowed
また、第2リンク12Aは、一端側肉抜き部35Aと他端側肉抜き部36Aとの間に、肉抜きされていない一般部(非肉抜き部)が仕切壁39として設定され、一端側肉抜き部35Aと他端側肉抜き部36Aとが不連続となるように形成されている。この仕切壁39は、一端側軸部31と他端側軸部32との接続部分に設定されている。つまり、第2リンク12Aにおいて、一端側軸部31から他端側軸部32へと軸部の太さが変化する位置、換言すればクランクシャフト軸方向視において第2リンク12Aの幅が広幅の一端側軸部31から相対的に狭幅の他端側軸部32に変化して曲げ応力が集中する位置に、仕切壁39が形成されている。
Further, the
なお、図2中の40は、キャップ33を本体34に固定するためのボルト(図示せず)が挿入されるボルト穴である。
2 denotes a bolt hole into which a bolt (not shown) for fixing the
このような第1実施例の第2リンク12Aにおいては、一端側肉抜き部35A、他端側肉抜き部36Aを設定することで、第2リンク12Aを相対的に軽量化することができ、第2リンク12Aの慣性力を低減することができる。また、第2リンク12Aにおいては、仕切壁39によって第2リンク12Aの曲げ応力が集中する部位の剛性を高くできる。
In the
以下、本発明の他の実施例及び比較例の第2リンク12について順次説明するが、上述した第1実施例と同一の構成要素、同一形状の部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
Hereinafter, the
図3は、本発明の第2実施例における第2リンク12Bを示している。この第2実施例における第2リンク12Bは、上述した第1実施例の第2リンク12Aと略同一構成となっているが、一端側肉抜き部35B及び他端側肉抜き部36Bが、それぞれ貫通穴となるように形成されている。
FIG. 3 shows the
このような第2実施例の第2リンク12Bにおいては、一端側肉抜き部35B及び他端側肉抜き部36Bを貫通穴とすることで、第2リンク12Bを相対的に一層軽量化することができ、第2リンク12Bの慣性力を一層低減することができる。また、第2リンク12Bにおいては、仕切壁39によって第2リンク12Bの曲げ応力が集中する部位の剛性を高くできる。
In the
図4は、本発明の第3実施例における第2リンク12Cを示している。この第3実施例における第2リンク12Cは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、仕切壁39が設定されておらず、一端側肉抜き部35Cと他端側肉抜き部36Cとが連続するように形成されている。つまり、第2リンク12Cには、一端側肉抜き部35Cと他端側肉抜き部36Cとによって、クランクシャフト軸方向視で、その一方の面の中央部分に一端側軸部31から他端側軸部32に跨って連続する肉厚が一定の凹部が形成されている。
FIG. 4 shows the
このような第3実施例の第2リンク12Cにおいても、一端側肉抜き部35Cと他端側肉抜き部36Cを設定することで、第2リンク12Cを相対的に軽量化することができ、第2リンク12Cの慣性力を低減することができる。また、第2リンク12Cにおいては、一端側肉抜き部35Cと他端側肉抜き部36Cが連続し、仕切壁39が設定されていないので、その分も第2リンク12Cを軽量化することができる。
In the
図5は、本発明の第4実施例における第2リンク12Dを示している。この第4実施例における第2リンク12Dは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、仕切壁39が設定されておらず、一端側肉抜き部35Dと他端側肉抜き部36Dとが連続するように形成され、さらに一端側肉抜き部35D及び他端側肉抜き部36Dが、それぞれ肉厚が一定の凹部ではなく、それぞれ貫通穴となるように形成されている。つまり、第2リンク12Dには、一端側肉抜き部35Dと他端側肉抜き部36Dとによって、クランクシャフト軸方向視で、一端側軸部31から他端側軸部32に跨って連続する貫通穴が形成されている。
FIG. 5 shows the
このような第4実施例の第2リンク12Dにおいては、一端側肉抜き部35D及び他端側肉抜き部36Dを貫通穴とすることで、第2リンク12Dを相対的に一層軽量化することができ、第2リンク12Dの慣性力を一層低減することができる。また、第2リンク12Dにおいては、一端側肉抜き部35Dと他端側肉抜き部36Dが連続し、仕切壁39が設定されていないので、その分も第2リンク12Dを軽量化することができる。
In the
図6は、本発明の第5実施例における第2リンク12Eを示している。この第5実施例における第2リンク12Eは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、仕切壁39が設定されておらず、一端側肉抜き部35Eと他端側肉抜き部36Eとが連続するように形成されている。
FIG. 6 shows the
そして、一端側肉抜き部35Eが、他端側肉抜き部36Eと同一形状となるように形成されている。すなわち、一端側肉抜き部35Eは、クランクシャフト軸方向視で、他端側肉抜き部36Eと同一幅の凹部となるように形成されている。換言すれば、この第5実施例における第2リンク12Eには、一端側肉抜き部35Eと他端側肉抜き部36Eとによって、クランクシャフト軸方向視で、その一方の面の中央部分に一端側軸部31から他端側軸部32に跨って連続する肉厚一定で外形が長円形状となる凹部が形成されている。
And the one end
このような第5実施例の第2リンク12Eにおいても、一端側肉抜き部35Eと他端側肉抜き部36Eを設定することで、第2リンク12Eを相対的に軽量化することができ、第2リンク12Eの慣性力を低減することができる。
る。また、第2リンク12Eにおいては、一端側肉抜き部35Eと他端側肉抜き部36Eが連続し、仕切壁39が設定されていないので、その分も第2リンク12Eを軽量化することができる。
In the
The Moreover, in the
図7は、本発明の第6実施例における第2リンク12Fを示している。この第6実施例における第2リンク12Fは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、仕切壁39が設定されておらず、一端側肉抜き部35Fと他端側肉抜き部36Fとが連続するように形成されている。
FIG. 7 shows the
そして、一端側肉抜き部35Fが、他端側肉抜き部36Fと同一形状となるように形成されている。さらに、この第6実施例においては、一端側肉抜き部35F及び他端側肉抜き部36Fが、それぞれ貫通穴となるように形成されている。換言すれば、この第6実施例における第2リンク12Fには、一端側肉抜き部35Fと他端側肉抜き部36Fとによって、クランクシャフト軸方向視で、一端側軸部31から他端側軸部32に跨って連続する外形が長円形状となる貫通穴が形成されている。
And the one end
このような第6実施例の第2リンク12Fにおいても、一端側肉抜き部35F、他端側肉抜き部36Fを設定することで、第2リンク12Fを相対的に軽量化することができる。また、一端側肉抜き部35Fと他端側肉抜き部36Fが連続し、仕切壁39が設定されていないので、その分も第2リンク12Fを軽量化することができる。
Also in the
図8は、第1比較例の第2リンク42Aを示している。この第1比較例における第2リンク42Aは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、他端側軸部32が肉抜きされておらず、一端側軸部31に肉厚一定の凹部となる一端側肉抜き部35Aのみが形成されている。
FIG. 8 shows the
図9は、第2比較例の第2リンク42Bを示している。この第2比較例における第2リンク42Bは、上述した第2実施例における第2リンク12Bと略同一構成となっているが、他端側軸部32が肉抜きされておらず、一端側軸部31に貫通穴となる一端側肉抜き部35Bのみが形成されている。
FIG. 9 shows the
図10は、第3比較例の第2リンク42Cを示している。この第3比較例における第2リンク42Cは、上述した第1実施例における第2リンク12Aと略同一構成となっているが、一端側軸部31が肉抜きされておらず、他端側軸部32に肉厚一定の凹部となる他端側肉抜き部36Aのみが形成されている。
FIG. 10 shows the
図11は、第4比較例の第2リンク42Dを示している。この第4比較例における第2リンク42Dは、上述した第2実施例における第2リンク12Bと略同一構成となっているが、一端側軸部31が肉抜きされておらず、他端側軸部32に貫通穴となる他端側肉抜き部36Bのみが形成されている。
FIG. 11 shows the
図12〜図14は、単気筒の内燃機関1を燃料供給を停止した状態で所定回転数で回転させた際の第1〜6実施例における第2リンク12の性能を比較例の第2リンク42を交えて模式的に示した説明図である。図12は、第2リンク12の一端側軸部31と他端側軸部32との接続部分に作用する最大曲げ応力とトルク変動の相関を示す説明図である。ここで、図12におけるトルク変動は、ピストン−クランク機構6を上記所定回転数で回転させた際にクランクシャフト4に作用する最大トルクと最小トルクの差である。図13において、FxMaxは、ピストン−クランク機構6からシリンダブロックへの入力荷重のうち、クランクシャフト軸方向視でピストン2の往復運動方向に直交する方向へ作用する荷重の最大値である。図14において、FyMaxは、ピストン−クランク機構6からシリンダブロックへの入力荷重のうち、クランクシャフト軸方向視でピストン2の往復運動方向と平行な方向へ作用する荷重の最大値である。
12 to 14 show the performance of the
図12〜図14において、P1は第1実施例における第2リンク12Aの性能を示し、P2は第2実施例における第2リンク12Bの性能を示し、P3は第3実施例における第2リンク12Cの性能を示し、P4は第4実施例における第2リンク12Dの性能を示し、P5は第5実施例における第2リンク12Eの性能を示し、P6は第1実施例における第2リンク12Fの性能を示している。また、P7は第1比較例の第2リンク42A、P8は第2比較例の第2リンク42B、P9は第3比較例の第2リンク42C、P10は第4比較例の第2リンク42D、をそれぞれ示している。
12 to 14, P1 indicates the performance of the
図12に示すように、トルク変動を低減するには、第1〜第4実施例の第2リンク22のように、一端側軸部31と他端側軸部32の双方に肉抜き部を設けるのが有効であることが判る。
As shown in FIG. 12, in order to reduce the torque fluctuation, as in the second link 22 of the first to fourth embodiments, a lightening portion is provided on both the one end
そして、図12〜図14から、第2リンク12を軽量化するにあたっては、上述した本発明の第1、第2実施例のように、一端側軸部31と他端側軸部32にそれぞれ一端側肉抜き部35と他端側肉抜き部36とを設け、これら一端側肉抜き部35と他端側肉抜き部36とが連続しないように、一端側軸部31と他端側軸部32の接続部分に仕切壁39を設けた構成が、上記最大曲げ応力、トルク変動、シリンダブロックへの入力であるFxMax及びFyMaxをバランス良く低減可能なことが判る。但し、生産性は、第1実施例の第2リンク12Aの方が第2実施例の第2リンク12Bよりも優れている。
From FIG. 12 to FIG. 14, in reducing the weight of the
そして、第3実施例の第2リンク12Cのように、一端側軸部31と他端側軸部32の接続部分に仕切壁39を設けずに、一端側肉抜き部35Cと他端側肉抜き部36Cを連続するよう構成しても、トルク変動やシリンダブロックへの入力であるFxMax及びFyMaxを相対的に小さくできる。
And like the
第4実施例の第2リンク12Dは、相対的に最も軽量化できるために、トルク変動、シリンダブロックへの入力であるFxMax及びFyMaxを低減する上では有利な形状ではある。しかし、第4実施例の第2リンク12Dは、上記最大曲げ応力が相対的に大きくなってしまうので、上記最大曲げ応力が大きいことが許容できるような場合にピストン−クランク機構6の第2リンク12として適用可能である。
Since the
また、簡易的には、第5、第6実施例のように、クランクシャフト軸方向視で、一端側軸部31から他端側軸部32に跨って連続する外形が長円形状の肉抜き部を形成するようにしてもよい。
Further, simply, as in the fifth and sixth embodiments, the outer shape that extends from the one end
1…内燃機関
2…ピストン
3…シリンダ
4…クランクシャフト
5…クランクピン
6…ピストン−クランク機構
10…ロッカアーム
11…第1リンク
12…第2リンク
13…揺動支軸
31…一端側軸部
32…他端側軸部
35…一端側肉抜き部
36…他端側肉抜き部
37…一端側縦壁
38…他端側縦壁
39…仕切壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (8)
上記第2リンクは、その一端側の一端側軸部がその他端側の他端側軸部に比べて太くなるよう形成され、
上記一端側軸部には、その一方の面の中央部分に一端側肉抜き部が形成され、
上記他端側軸部には、その一方の面の中央部分に他端側肉抜き部が形成されていることを特徴とする内燃機関。 A rocker arm that can swing around a fulcrum, a first link that has one end rotatably connected to the rocker arm and the other end rotatably connected to the piston pin of the piston, and one end that can rotate to the crankpin of the crankshaft An internal combustion engine having a piston-crank mechanism having a second link rotatably connected to the rocker arm at the other end,
The second link is formed such that one end side shaft portion on one end side is thicker than the other end side shaft portion on the other end side,
In the one end side shaft portion, one end side cutout portion is formed in the central portion of one surface thereof,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the other end side shaft portion is formed with an end portion on the other end side at a central portion of one surface thereof.
上記第2リンクは、クランクシャフト軸方向視で、上記一端側肉抜き部の外周側に位置する非肉抜き部分のうち、上記第2リンクの長手方向に沿った両側の一端側縦壁が、それぞれ一定幅となり、かつ互いに同一幅となるように設定されていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。 The one end side cutout portion has a wedge shape whose outer shape becomes narrower toward the other end side of the second link in the crankshaft axial view.
The second link has one end-side vertical wall on both sides along the longitudinal direction of the second link in the non-thinned portion located on the outer peripheral side of the one end-side thinned portion as viewed in the crankshaft axial direction. 3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein each of the internal combustion engines is set to have a constant width and the same width.
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