JP2015042849A - Crank pin connecting structure of lower link - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構に関し、特に、ロアリンクとクランクピンとの連結構造の改良に関する。 The present invention relates to a multi-link type piston crank mechanism for an internal combustion engine, and more particularly to an improvement in a connection structure between a lower link and a crank pin.
レシプロ式内燃機関のピストンピンとクランクピンとの間を複リンク式のピストンクランク機構で連結した従来技術として、本出願人が先に提案した特許文献1等が公知となっている。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、かつ他端が上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、上記アッパリンクと上記ロアリンクとは、アッパピンを介して互いに回転可能に連結され、上記コントロールリンクと上記ロアリンクとは、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。
As a prior art in which a piston pin and a crank pin of a reciprocating internal combustion engine are connected by a multi-link type piston crank mechanism,
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一種の”てこ”のような動作でクランクピンに力を伝達する。 In such a multi-link type piston crank mechanism, the lower link receives the combustion pressure received by the piston from the upper pin via the upper link, and moves to the crank pin by a kind of “lever” operation with the control pin as a fulcrum. Transmit power.
上記のロアリンクにおけるクランクピン軸受部は、軸受メタルを介してクランクピンに嵌合するが、ピストンに最大燃焼荷重が作用するときのロアリンクの姿勢などから定まる周方向の特定の部位に大きな荷重が入力される。このような大きな荷重が入力される部位では、軸受面の軸方向中央部で潤滑油膜の油圧が最も高くなることから、軸方向中央部が外周側へ膨らむように軸受メタルが変形し、軸方向両端部で軸受メタルの焼き付きが生じやすくなる。なお、このような軸受メタルの変形(つまりメタル支持面の変形)を防止するには、クランクピン軸受部周囲の剛性を非常に高く設定する必要があり、ロアリンクの質量が過度に大きくなってしまうので、現実的ではない。 The crank pin bearing part in the above lower link is fitted to the crank pin via the bearing metal, but a large load is applied to a specific portion in the circumferential direction determined from the posture of the lower link when the maximum combustion load acts on the piston. Is entered. In such a portion where a large load is input, the oil pressure of the lubricating oil film is highest at the axial center of the bearing surface, so that the bearing metal is deformed so that the axial center swells to the outer peripheral side, and the axial direction The bearing metal is likely to seize at both ends. In order to prevent such deformation of the bearing metal (that is, deformation of the metal support surface), it is necessary to set the rigidity around the crankpin bearing portion to be extremely high, and the mass of the lower link becomes excessively large. So it is not realistic.
この発明は、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、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、を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構における上記ロアリンクと上記クランクピンとの連結構造であって、
上記ロアリンクは、上記クランクピンに嵌合する中央のクランクピン軸受部と、上記アッパピンを支持するアッパピン用ピンボス部と、上記コントロールピンを支持するコントロールピン用ピンボス部と、を有し、
上記アッパピン用ピンボス部および上記コントロールピン用ピンボス部は、それぞれ二股状をなし、上記クランクピン軸受部の軸方向の両端部にそれぞれ接続されており、
軸受メタルが装着されるクランクピン軸受部は、周方向において、クランクピンからの荷重入力が相対的に大きい第1の部位と相対的に小さい第2の部位とを有し、
上記第2の部位では、軸方向中央部の剛性が軸方向両端部の剛性に比べて低く、
上記第1の部位の軸方向中央部の剛性は、上記第2の部位の軸方向中央部の剛性よりも高く、
上記クランクピンは、軸方向中央部の径が軸方向両端部よりも僅かに大きな樽形をなしている。
The present invention includes an upper link having one end connected to a piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin, and connected to a crank pin of a crankshaft. The lower link and the crank pin in a piston crank mechanism of an internal combustion engine, comprising: a control link supported pivotably on the engine body side and having the other end connected to the lower link via a control pin. Structure,
The lower link has a central crank pin bearing portion that fits into the crank pin, an upper pin pin boss portion that supports the upper pin, and a control pin pin boss portion that supports the control pin,
The upper pin pin boss part and the control pin pin boss part each have a bifurcated shape, and are connected to both ends in the axial direction of the crank pin bearing part,
The crankpin bearing portion to which the bearing metal is attached has a first portion where the load input from the crankpin is relatively large and a second portion which is relatively small in the circumferential direction,
In the second part, the rigidity of the central part in the axial direction is lower than the rigidity of both end parts in the axial direction,
The rigidity of the central part in the axial direction of the first part is higher than the rigidity of the central part in the axial direction of the second part,
The crankpin has a barrel shape in which the diameter of the central portion in the axial direction is slightly larger than both end portions in the axial direction.
周方向の第2の部位では、クランクピンからの荷重入力は比較的小さいが、軸方向両端部に比べて軸方向中央部の剛性を低くしておくことで、潤滑油膜の圧力により、軸方向中央部が外周側へ膨らむように軸受メタルが変形する。また荷重入力が大きな周方向の第1の部位では、やはり潤滑油膜の圧力により軸方向中央部が外周側へ膨らむように軸受メタルが変形するが、軸方向中央部の剛性が第2の部位に比べて高いので、その変形が抑制される。結局、荷重入力が大きな第1の部位と荷重入力が小さな第2の部位とで、変形量が近似したものとなる。このような荷重入力時の軸受メタルの変形に対応して、クランクピンは予め樽形に形成されている。従って、荷重入力時に各部でより均一な潤滑油膜が確保され、軸方向両端部での局部的な油膜切れや焼き付きが抑制される。 In the second circumferential portion, the load input from the crankpin is relatively small, but by lowering the rigidity of the central portion in the axial direction compared to both ends in the axial direction, the axial direction is increased by the pressure of the lubricating oil film. The bearing metal is deformed so that the center portion swells to the outer peripheral side. Also, in the first portion in the circumferential direction where the load input is large, the bearing metal is deformed so that the axial central portion swells to the outer peripheral side due to the pressure of the lubricating oil film, but the rigidity of the axial central portion is changed to the second portion. Since it is higher than that, its deformation is suppressed. Eventually, the amount of deformation approximates between the first part with a large load input and the second part with a small load input. Corresponding to such deformation of the bearing metal at the time of load input, the crankpin is formed in a barrel shape in advance. Therefore, a more uniform lubricating oil film is ensured in each part at the time of load input, and local oil film breakage and seizure at both axial ends are suppressed.
つまり、荷重入力の大きな第1の部位と荷重入力の小さな第2の部位とを含め、クランクピン軸受部の全周に亘ってほぼ均一な樽形に軸受メタルが変形するようにし、これに対応した樽形にクランクピンを形成することで、均一な潤滑油膜の形成を図っているのである。 In other words, the bearing metal is deformed into a substantially uniform barrel shape over the entire circumference of the crankpin bearing part, including the first part with a large load input and the second part with a small load input. A uniform lubricating oil film is formed by forming the crankpin in the barrel shape.
この発明によれば、軸受メタルの変形状態とクランクピン形状とを互いに対応したものとすることで、ロアリンクの質量や外形寸法を過度に増加させることなく各部でより均一な潤滑油膜を確保することができ、軸方向両端部での局部的な油膜切れや焼き付きを抑制することができる。 According to the present invention, the deformation state of the bearing metal and the shape of the crankpin correspond to each other, thereby ensuring a more uniform lubricating oil film in each part without excessively increasing the mass and outer dimensions of the lower link. It is possible to suppress local oil film breakage and seizure at both axial ends.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明が適用される複リンク式ピストンクランク機構の構成要素を示している。この複リンク式ピストンクランク機構自体は前述した特許文献1等によって公知のものであり、ピストン1にピストンピン2を介して一端が連結されたアッパリンク3と、このアッパリンク3の他端にアッパピン4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5に連結されたロアリンク6と、このロアリンク6の自由度を規制するコントロールリンク7と、を備えている。上記コントロールリンク7は、一端が機関本体側の支持ピン8に揺動可能に支持され、他端が上記ロアリンク6にコントロールピン9を介して連結されている。なお、上記複リンク式ピストンクランク機構は、上記支持ピン8の位置を可変とすることで、可変圧縮比機構として構成することも可能である。
FIG. 1 shows components of a multi-link type piston crank mechanism to which the present invention is applied. This multi-link type piston crank mechanism itself is known from the above-mentioned
図2に示すように、上記ロアリンク6は、上記クランクピン5に嵌合する円筒形のクランクピン軸受部11を中央に有し、かつこのクランクピン軸受部11を挟んで互いにほぼ180°反対側となる位置に、アッパピン用ピンボス部12およびコントロールピン用ピンボス部13がそれぞれ設けられている。このロアリンク6は、全体として、菱形に近い平行四辺形をなしており、クランクピン軸受部11の中心を通る分割面14において、アッパピン用ピンボス部12を含むロアリンクアッパ6Aと、コントロールピン用ピンボス部13を含むロアリンクロア6Bと、の2部品に分割して形成されている。これらのロアリンクアッパ6Aおよびロアリンクロア6Bは、クランクピン軸受部11をクランクピン5に嵌め込んだ上で、図示せぬ複数本のボルトによって互いに締結されている。
As shown in FIG. 2, the
上記アッパピン用ピンボス部12およびコントロールピン用ピンボス部13は、アッパリンク3やコントロールリンク7を軸方向中央部に挟むように二股状の構成となっており、アッパピン4やコントロールピン9の軸方向端部をそれぞれ支持する一対の片12a,13aが、ロアリンク6の軸方向の端面に沿って延びている(図6参照)。つまり、ピンボス部12,13の各片12a,13aは、円筒状のなすクランクピン軸受部11の軸方向両端部にそれぞれ接続されている。
The upper pin
上記のクランクピン軸受部11においては、図3の説明図に示すように、周方向の2箇所P1,P2において、クランクピン5からの荷重入力が大となる。符号P1で示す部位は、ピストン1の上死点を僅かに過ぎて燃焼荷重が最大となるときのロアリンク6の姿勢から定まり、符号P2で示す部位は、ピストン1の運動方向が反転するピストン1の下死点位置でのロアリンク6の姿勢から定まる。これらの部位P1,P2は、いずれもアッパピン4の中心とコントロールピン9の中心とを結ぶ直線(C−C線)よりも上方側(ピストン1側)に位置し、図示例では、部位P2は、ロアリンクアッパ6Aとロアリンクロア6Bとの分割面14にほぼ沿った位置にあり、部位P1は、部位P2よりもアッパピン用ピンボス部12寄りに位置している。クランクピン軸受部11の中で、これら2つの部位P1,P2以外の部位は、荷重入力が相対的に小さい部位であり、特に、アッパピン4の中心とコントロールピン9の中心とを結ぶ直線(C−C線)に沿った部位では、最も荷重入力が小さくなる。
In the crank
上記クランクピン軸受部11は、半円筒形の一対の軸受メタル16(図4〜6参照)を介してクランクピン5に嵌合する。ここで、クランクピン5の周面は、軸方向中央部の径が軸方向両端部の径よりも僅かに大きな樽形に形成されており(図9参照)、これに対応して、クランクピン軸受部11は、上述した荷重分布を考慮して全周に亘ってほぼ均等な樽形に変形するように、各部の剛性が設定されている。
The
図4は、荷重入力が大である部位P1を通る図3のA−A線に沿った断面を示している。図4の下方に示す部位では、コントロールピン用ピンボス部13の一対の片13a,13aがクランクピン軸受部11の軸方向両端部に接続されているため、符号11aで示す軸方向両端部の剛性は高く、これに対し、符号11bで示す軸方向中央部は薄肉であるため、剛性は低い。一方、図4の上方に示す部位(つまり荷重入力が大である部位P1)では、符号11cで示す軸方向中央部が厚肉であるため、この部位の剛性は、符号11bで示す部位の剛性よりも相対的に高い。
FIG. 4 shows a cross section along the line AA in FIG. 3 passing through the part P1 where the load input is large. 4, the pair of
図5は、荷重入力が大である部位P2を通る図3のB−B線に沿った断面(詳しくはロアリンクロア6Bの分割面)を示している。図5の下方に示す部位(荷重入力が大である部位P2)では、クランクピン軸受部11の外側がボルト締結のための中実部となっているので、符号11dで示す軸方向中央部は、軸方向両端部とともに剛性が高い。一方、図5の上方に示す部位では、ボルト孔18の周囲を囲むカウンターボア19が形成されており、このカウンターボア19がクランクピン軸受部11の内周面(メタル支持面)に近接していることから、符号11eで示す軸方向両端部の剛性は高いものの、符号11fで示す軸方向中央部の剛性は低い。
FIG. 5 shows a cross-section (specifically, a divided surface of the lower link lower 6B) along the line BB of FIG. 3 passing through the part P2 where the load input is large. In the part shown in the lower part of FIG. 5 (part P2 where the load input is large), the outer side of the
図6は、荷重入力が小さい図3のC−C線に沿った断面を示している。図6の上方に示す部位では、アッパピン用ピンボス部12の一対の片12a,12aがクランクピン軸受部11の軸方向両端部に接続されているため、符号11gで示す軸方向両端部の剛性は高く、これに対し、符号11hで示す軸方向中央部は薄肉であるため、剛性は低い。図6の下方に示す部位についても同様であり、符号11gで示す軸方向両端部の剛性が高いのに対し、符号11hで示す軸方向中央部の剛性は低い。
FIG. 6 shows a cross section taken along the line CC of FIG. 3 with a small load input. 6, the pair of
すなわち、クランクピン軸受部11の全周についてみると、軸方向両端部は、全周に亘って剛性が高い。これに対し、軸方向中央部は、荷重入力が大である部位P1,P2では厚肉で剛性が高いが、その他の部位では、半径方向の肉厚が薄く、剛性が低い。
That is, when it sees about the perimeter of the
図7および図8は、上記のように剛性が異なる部位でのクランクピン軸受部11(メタル支持面)の変形状態を説明するものである。これらの図の(a)は、クランクシャフト単体での初期状態を示し、(b)は、メタル支持面に軸受メタル16を装着した状態での変形を示し、(c)は、運転中の荷重入力時の変形状態を示している。図7に示す軸方向中央部の剛性が高い部位P1,P2では、メタル支持面は初期状態(a)ならびに軸受メタル16装着状態(b)の双方で円筒面を保っているが、荷重入力を受けると、(c)のように軸方向中央部が大径となるように樽形に変形する。これは、潤滑油膜の圧力が軸方向中央部で高くなることによる。特に、図7に示す部位P1,P2では、クランクピン5からの荷重入力が大であるので、これに応じた樽形の変形が生じる。
FIG. 7 and FIG. 8 illustrate the deformation state of the crankpin bearing portion 11 (metal support surface) at the portions having different rigidity as described above. (A) of these drawings shows the initial state of the crankshaft alone, (b) shows the deformation with the bearing
一方、図8に示す軸方向中央部の剛性が低い他の部位では、初期状態(a)で円筒面であるメタル支持面は、軸受メタル16を装着したときに、該軸受メタル16の反力によって、(b)に示すように、僅かに樽形に変形する。そして、荷重入力を受けると、(c)のようにさらに大きく樽形に変形する。このとき、クランクピン5から作用する荷重入力は図7の部位P1,P2に比較して小さいが、軸方向中央部の剛性が低く、かつ(b)に示す荷重入力前の変形状態から潤滑油膜による変形が上乗せされる形となることから、結局、図7の(c)に示す部位P1,P2での変形と同程度の変形が生じる。
On the other hand, in other parts with low rigidity at the axial center shown in FIG. 8, the metal support surface which is a cylindrical surface in the initial state (a) is the reaction force of the bearing
従って、運転中は、クランクピン軸受部11の全周に亘ってメタル支持面がほぼ一定の樽形に変形することとなる。図9に示すように、このメタル支持面の樽形の変形に対応するように、クランクピン5の外周面が予め樽形に形成されている。従って、両者間でほぼ一定の潤滑油膜を確保することができ、軸方向両端部での局部的な油膜切れや焼き付きを防止することができる。
Therefore, during operation, the metal support surface is deformed into a substantially constant barrel shape over the entire circumference of the
クランクピン5の具体的な樽形形状としては、一般的な直径40mm〜50mm程度のクランクピン5において、例えば、中央部が両端部よりも半径で10〜15μm程度大きなものとなっている。過度に極端な樽形とすると、逆に軸方向中央部が焼き付きを生じやすくなってしまう。因みに、潤滑油膜の厚さは、1μm程度である。
As a specific barrel shape of the
なお、図3の断面は、クランクピン軸受部11の軸方向の中央における断面を基本的に示しており(ボルトは図示省略してある)、クランクピン軸受部11の軸方向中央部における周囲の半径方向の厚さとしては、少なくとも、荷重入力が最も小さいC−C線に沿った部位では薄く、荷重入力が大である2つの部位P1,P2では厚く、形成されている。図3から明らかなように、実際のロアリンク6では、ボルト締結に中実部が必要なことなどから、荷重入力が小さいにも拘わらず半径方向の厚さが大きい部位が存在するが、上記実施例では、少なくとも、荷重入力が最も大きい部位と最も小さい部位とのメタル支持面の変形(樽形の程度)が近似したものとなるので、より均等な潤滑油膜を確保することができる。
The cross section of FIG. 3 basically shows a cross section in the center in the axial direction of the crankpin bearing portion 11 (bolts are not shown). The thickness in the radial direction is formed to be thin at least along the CC line where the load input is the smallest, and thick at the two portions P1 and P2 where the load input is large. As apparent from FIG. 3, in the actual
5…クランクピン
6…ロアリンク
11…クランクピン軸受部
12…アッパピン用ピンボス部
13…コントロールピン用ピンボス部
16…軸受メタル
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記ロアリンクは、上記クランクピンに嵌合する中央のクランクピン軸受部と、上記アッパピンを支持するアッパピン用ピンボス部と、上記コントロールピンを支持するコントロールピン用ピンボス部と、を有し、
上記アッパピン用ピンボス部および上記コントロールピン用ピンボス部は、それぞれ二股状をなし、上記クランクピン軸受部の軸方向の両端部にそれぞれ接続されており、
軸受メタルが装着されるクランクピン軸受部は、周方向において、クランクピンからの荷重入力が相対的に大きい第1の部位と相対的に小さい第2の部位とを有し、
上記第2の部位では、軸方向中央部の剛性が軸方向両端部の剛性に比べて低く、
上記第1の部位の軸方向中央部の剛性は、上記第2の部位の軸方向中央部の剛性よりも高く、
上記クランクピンは、軸方向中央部の径が軸方向両端部よりも僅かに大きな樽形をなしている、ロアリンクのクランクピン連結構造。 An upper link having one end connected to the piston via a piston pin, a lower link connected to the other end of the upper link via an upper pin, and connected to the crank pin of the crankshaft, and one end on the engine body side And a control link that is supported so as to be swingable and has the other end connected to the lower link via a control pin, and a connection structure between the lower link and the crank pin in a piston crank mechanism of an internal combustion engine. ,
The lower link has a central crank pin bearing portion that fits into the crank pin, an upper pin pin boss portion that supports the upper pin, and a control pin pin boss portion that supports the control pin,
The upper pin pin boss part and the control pin pin boss part each have a bifurcated shape, and are connected to both ends in the axial direction of the crank pin bearing part,
The crankpin bearing portion to which the bearing metal is attached has a first portion where the load input from the crankpin is relatively large and a second portion which is relatively small in the circumferential direction,
In the second part, the rigidity of the central part in the axial direction is lower than the rigidity of both end parts in the axial direction,
The rigidity of the central part in the axial direction of the first part is higher than the rigidity of the central part in the axial direction of the second part,
The crankpin coupling structure of the lower link, wherein the crankpin has a barrel shape in which the diameter of the central portion in the axial direction is slightly larger than both end portions in the axial direction.
分割面を挟んで上記ボルトが貫通する中実部が上記第1の部位に対応している、請求項1または2に記載のロアリンクのクランクピン連結構造。 The lower link is divided into a lower link upper including the pin boss portion for the upper pin and a lower link lower including the pin boss portion for the control pin, and both are bolted to each other.
3. The lower link crank pin connection structure according to claim 1, wherein a solid portion through which the bolt penetrates across the dividing surface corresponds to the first portion. 4.
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