JP2016037944A - 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。 - Google Patents

Abstract

【課題】複リンク式ピストンクランク機構において、構成の複雑化を伴わずにコントロールシャフト軸受部１７の確実な潤滑を行う。
【解決手段】クランクシャフト軸受部１２には、メインベアリングメタル４１を介してクランクシャフト９が支持される。クランクシャフト軸受部１２の内周面には、シリンダブロック側油溝３３及びメインベアリングキャップ側油溝３４が互いに連続するよう形成される。シリンダブロック側油溝３３には、オイルギャラリからクランクシャフト軸受部１２に至るブロック内油通路２７が接続される。メインベアリングキャップ側油溝３４には、クランクシャフト軸受部１２から複リンク式ピストンクランク機構のコントロールシャフト７を支持するコントロールシャフト軸受部１７に至るキャップ内油通路２８が接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、複リンク式ピストンクランク機構のクランクシャフトの軸受構造に関する。

例えば、特許文献１には、内燃機関におけるピストンクランク機構として、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開示されている。

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る。そのため特許文献１では、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とともに、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、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。

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。

特開２００４−１１６４３４号公報

しかしながら、この特許文献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、構成が複雑化するという問題がある。

本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、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クランクシャフトを回転可能に支持するメインベアリングメタルと、複リンク式ピストンクランク機構のコントロールシャフトを回転可能に支持するコントロールシャフト軸受部と、を有し、上記クランクシャフト軸受部の内周面に、周方向に沿って油溝が形成されている。そして、上記油溝には、オイルギャラリから上記クランクシャフト軸受部に至るブロック内油通路と、上記クランクシャフト軸受部から上記コントロールシャフト軸受部に至るキャップ内油通路とが接続されている。

本発明によれば、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。

本発明が適用される複リンク式ピストンクランク機構の概略構成を模式的に示した説明図。 本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の概略を示す断面図。 クランクシャフト軸受部及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２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

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。

図１は、本発明が適用される複リンク式ピストンクランク機構１の概略構成を模式的に示した説明図である。この複リンク式ピストンクランク機構１は、クランクピン２に回転可能に取り付けられたロアリンク３と、このロアリンク３とピストン４とを連結するアッパリンク５と、偏心軸部６が設けられたコントロールシャフト７と、偏心軸部６とロアリンク３とを連結するコントロールリンク８と、を有している。

クランクシャフト９は、シリンダブロック１０とメインベアリングキャップ１１とで構成されるクランクシャフト軸受部１２に回転可能に支持されている。

アッパリンク５は、一端がピストンピン１３を介してピストン４に回転可能に連結され、他端が第１連結ピン１４を介してロアリンク３の一端部に回転可能に連結されている。

コントロールリンク８は、一端が第２連結ピン１５を介してロアリンク３の他端部に回転可能に連結され、他端が偏心軸部６に回転可能に連結されている。

コントロールシャフト７は、クランクシャフト９の下側にクランクシャフト９と平行に配置されており、メインベアリングキャップ１１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において回転可能に支持されている。このコントロールシャフト７は、図示せぬアクチュエータによって回転駆動され、その回転位置が制御されている。なお、上記アクチュエータは、例えば、電動モータであっても油圧駆動式のアクチュエータであってもよい。

この複リンク式ピストンクランク機構１においては、コントロールシャフト７が、上記アクチュエータによって回転すると、偏心軸部６の中心位置が変化し、コントロールリンク８の他端の揺動支持位置が変化する。そして、コントロールリンク８の揺動支持位置が変化すると、シリンダ１８内のピストン４の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン４の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。

図２に示すように、メインベアリングキャップ１１は、シリンダブロック１０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で取り付けられている。また、コントロールシャフトベアリングキャップ１６は、メインベアリングキャップ１１の下縁に取り付けられている。詳述すると、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１１及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１１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１０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１２及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。メインベアリングキャップ１１とバルクヘッド２１との接合面及びメインベアリングキャップ１１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１８の中心軸線Ｌに対し直交した平面に沿っている。

なお、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。

次に、クランクシャフト軸受部１２及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。

図２に示すように、シリンダブロック１０の内部に、気筒列方向に直線状に延びたオイルギャラリ２５が形成されている。このオイルギャラリ２５は、コントロールリンク８側のスカート部上縁部付近に位置し、オイル供給通路２６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。

このオイルギャラリ２５には、ブロック内油通路２７が接続されている。ブロック内油通路２７は、バルクヘッド２１の内部を通り、オイルギャラリ２５からクランクシャフト軸受部１２へ潤滑油を供給するものである。ブロック内油通路２７は、シリンダブロック１０下面側からドリル加工された直線状の油通路であり、オイルギャラリ２５から円形をなすクランクシャフト軸受部１２の頂部を指向するように、シリンダ１８の中心軸線Ｌに対し傾斜している。

また、メインベアリングキャップ１１の内部には、クランクシャフト軸受部１２に供給された潤滑油の一部をコントロールシャフト軸受部１７に供給するキャップ内油通路２８が形成されている。

キャップ内油通路２８は、メインベアリングキャップにドリル加工された直線状の油通路であり、上端がクランクシャフト軸受部１２の底部付近に開口し、下端が円形をなすコントロールシャフト軸受部１７の頂部に開口している。キャップ内油通路２８は、シリンダ１８の中心軸線Ｌと平行となっている。

ここで、図２に示すように、シリンダ１８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１２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いる。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１２の中心よりも図２における右側つまりコントロールリンク８側に僅かに片寄って位置している。

なお、図２等から明らかなように、コントロールシャフト７の径（詳しくはジャーナル部の径）はクランクシャフト９の径（詳しくはジャーナル部の径）よりも小径である。

次に、図３〜図５を用いて、クランクシャフト軸受部１２及びコントロールシャフト軸受部１７における油路を説明する。なお、図３は、図示の都合上、クランクシャフト軸受部１２とコントロールシャフト軸受部１７とを近づけて描いてあり、従って、キャップ内油通路２８が本来の寸法よりも短いものとなっている。

図３に示すように、クランクシャフト軸受部１２は、バルクヘッド２１に形成された断面半円形のシリンダブロック側軸受面３１と、メインベアリングキャップ１１に形成された断面半円形のメインベアリングキャップ側軸受面３２と、によって構成されている。

シリンダブロック側軸受面３１には、シリンダブロック側軸受面３１のオイルギャラリ２５側（図３における右側）の一端から周方向の中心位置を超えた位置まで連続するとともに、クランクシャフト軸受部１２の軸方向の中心に位置するシリンダブロック側油溝３３が形成されている。シリンダブロック側油溝３３には、ブロック内油通路２７の下端が開口している。

メインベアリングキャップ側軸受面３２には、メインベアリングキャップ側軸受面３２のオイルギャラリ２５側（図３における右側）の一端から周方向の中心位置を超えた位置まで連続するとともに、クランクシャフト軸受部１２の軸方向の中心に位置するメインベアリングキャップ側油溝３４が形成されている。メインベアリングキャップ側油溝３４には、キャップ内油通路２８の上端が開口している。

なお、メインベアリングキャップ１１をバルブヘッド２１に組み付けた状態において、シリンダブロック側油溝３３とメインベアリングキャップ側油溝３４とは連続するものである。また、図４、図５中の３６は、ボルト２４が挿入されるボルト穴である。

そして、このようなシリンダブロック側軸受面３１とメインベアリングキャップ側軸受面３２とにより構成されたクランクシャフト軸受部１２には、メインベアリングメタル４１が装着されている。つまり、クランクシャフト９は、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軸受部１２に回転可能に支持されている。

メインベアリングメタル４１は、内周面全体でクランクシャフトを回転可能に支持するメインベアリングメタル平面部４２と、周方向に沿ったメインベアリングメタル側油溝４３が内周面の全長に亙って形成されたメインベアリングメタル油溝部４４と、を有している。換言すると、メインベアリングメタル４１は、内周面にメインベアリングメタル側油溝４３が形成されたメインベアリングメタル油溝部４４と、内周面にメインベアリングメタル側油溝４３が形成されていないメインベアリングメタル平面部４２と、から構成されている。メインベアリングメタル側油溝４３は、図４に示すように、メインベアリングメタル４１の軸方向（図４における上下方向）の中心に位置している。

メインベアリングメタル４１は、半割状の一対のメインベアリングメタル部材４５、４６からなっている。上部メインベアリングメタル部材４５は、半円筒形状を呈し、シリンダブロック側軸受面３１に対して回転しないように装着されている。下部メインベアリングメタル部材４６は、半円筒形状を呈し、メインベアリングキャップ側軸受面３２に対して回転しないように装着されている。

なお、クランクシャフト軸受部１２の内周面とメインベアリングメタル４１の外周面との間には、メインベアリングメタル４１の回転を防止するために、例えば爪状をなす係合部等が設けられているが、図示は省略されている。

上部メインベアリングメタル部材４５の内周面には、当該内周面の周方向に沿って延びるメインベアリングメタル側油溝４３が全長に亙って形成されている。つまり、上部メインベアリングメタル部材４５は、上述したメインベアリングメタル油溝部４４のみから構成されている。

上部メインベアリングメタル部材４５には、ブロック内油通路２７の下端開口部２７ａに対応する位置に、第１油穴４８が開口形成されている。第１油穴４８は、周方向の中心位置に形成され、一端がメインベアリングメタル側油溝４３に開口し、他端がブロック内油通路２７の下端と連通している。

下部メインベアリングメタル部材４６は、上述したメインベアリングメタル平面部４２のみから構成されている。つまり、下部メインベアリングメタル部材４６の内周面には、メインベアリングメタル側油溝４３が形成されていない。

コントロールシャフト軸受部１７は、メインベアリングキャップ１１に形成された断面半円形のメインベアリングキャップ側軸受面５１と、コントロールシャフトベアリングキャップ１６に形成された断面半円形のコントロールシャフトベアリングキャップ側軸受面５２と、によって構成されている。

メインベアリングキャップ側軸受面３２には、キャップ内油通路２８の下端が開口している。

そして、このようなメインベアリングキャップ側軸受面５１とコントロールシャフトベアリングキャップ側軸受面５２とにより構成されたコントロールシャフト軸受部１７には、コントロールシャフトベアリングメタル５３が装着されている。つまり、コントロールシャフト７は、コントロールシャフトベアリングメタル５３を介してコントロールシャフト軸受部１７に回転可能に支持されている。

図３に示すように、コントロールシャフトベアリングメタル５３の内周面には、周方向に沿った油溝５４が内周面の全長に亙って形成されている。この油溝５４は、コントロールシャフトベアリングメタル５３の軸方向の中心に位置している。

コントロールシャフトベアリングメタル５３は、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部材５５、５５からなっている。一対のコントロールシャフトベアリングメタル部材５５、５５は、部品としては同一の構成である。

コントロールシャフトベアリングメタル部材５５は、半円筒形状を呈し、メインベアリングキャップ側軸受面５１及びコントロールシャフトベアリングキャップ側軸受面５２に対して回転しないように装着されている。

コントロールシャフトベアリングメタル部材５５は、周方向の中心位置に、第２油穴５６が開口形成されている。この第２油穴５６は、一端が油溝５４に開口している。また第２油穴５６は、コントロールシャフトベアリングメタル部材５５の軸方向の中心に位置するようにも形成されていることから、２個のコントロールシャフトベアリングメタル５３をどのように組み付けても、上側の第２油穴５６がキャップ内油通路２８と必ず合致する。

つまり、コントロールシャフトベアリングメタル部材５５は、周方向の中心位置を挟んで形状が対称となるよう形成されているので、組み付け時に向きを考慮しなくても第２油穴５６が所期の位置となり、メインベアリングキャップ側軸受面５１及びコントロールシャフトベアリングキャップ側軸受面５２への組み付け作業が容易となっている。

また、コントロールシャフト軸受部１７の内周面とコントロールシャフトベアリングメタル５３の外周面との間には、コントロールシャフトベアリングメタル５３の回転を防止するために、例えば爪状をなす係合部等が設けられているが、図示は省略されている。

上記のような構成においては、オイルギャラリ２５内の高圧の潤滑油がブロック内油通路２７を介してクランクシャフト軸受部１２へ供給される。クランクシャフト軸受部１２では、メインベアリングメタル４１の第１油穴４８から内周側のメインベアリングメタル側油溝４３に潤滑油が導かれ、クランクシャフト９とメインベアリングメタル４１との摺動面が潤滑される。

一方、クランクシャフト軸受部１２に供給された潤滑油の一部は、メインベアリングメタル４１の外周側をシリンダブロック側油溝３３からメインベアリングキャップ側油溝３４へと導かれる。そして、メインベアリングキャップ側油溝３４に導入された潤滑油は、キャップ内油通路２８に入り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５３の第２油穴５６から内周側の油溝５４に潤滑油が導かれ、油溝５４を介して、コントロールシャフト７とコントロールシャフトベアリングメタル５３との摺動面が全周に亘って確実に潤滑される。

このように、本実施例においては、シリンダブロック１０のオイルギャラリ２５からクランクシャフト軸受部１２を経由してコントロールシャフト軸受部１７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１６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。

また、メインベアリングメタル４１の内周面の全周にメインベアリングメタル側油溝４３が形成されていないので、メインベアリングメタル４１の剛性が相対的に向上し、ひいてはクランクシャフト軸受部１２の剛性を相対的に向上させることができる。そのため、内燃機関の高出力化に伴いクランクシャフト９からの荷重入力が増大しても、クランクシャフト軸受部１２に要求される剛性を確保することができる。

なお、クランクシャフト軸受部１２は、シリンダブロック側油溝３３やメインベアリングキャップ側油溝３４が形成された位置において、メインベアリングメタル４１に対する支持力が相対的に低下するが、その分メインベアリングメタル４１の半径方向の厚みを相対的に厚くしてメインベアリングメタル４１の剛性を高くすれば、支持力の低下に起因するメインベアリングメタル４１の変形を防止できる。

また、図３中に２点鎖線で示すように、メインベアリングキャップ側軸受面３２においては、その周方向の一端側に、周方向の中心位置を超えないようにメインベアリングキャップ側油溝３４を形成することも可能である。この場合、キャップ内油通路２８は、図３中に２点鎖線で示すように、シリンダ１８の中心軸線Ｌに対し傾斜させることで、その下端をコントロールシャフト軸受部１７の頂部に開口させることができる。

そして、図示はしないが、シリンダブロック側軸受面３１やメインベアリングキャップ側軸受面３２の全長にそれぞれ油溝３３、３４を形成することも可能である。

１…複リンク式ピストンクランク機構
３…ロアリンク
７…コントロールシャフト
９…クランクシャフト
１０…シリンダブロック
１１…メインベアリングキャップ
１２…クランクシャフト軸受部
１６…コントロールシャフトベアリングキャップ
１７…コントロールシャフト軸受部
２１…バルクヘッド
２５…オイルギャラリ
２７…ブロック内油通路
２８…キャップ内油通路
３１…シリンダブロック側軸受面
３２…メインベアリングキャップ側軸受面
３３…シリンダブロック側油溝
３４…メインベアリングキャップ側油溝
４１…メインベアリングメタル

Claims (4)

1. 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メインベアリングメタルを介して回転可能に支持されるクランクシャフトと、上記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回転可能に支持されるコントロールシャフトと、上記ロアリンクの他端部と上記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、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に至るブロック内油通路と、上記メインベアリングキャップ内部に形成され、上記クランクシャフト軸受部から上記コントロールシャフト軸受部に至るキャップ内油通路と、を有す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において、
   上記クランクシャフト軸受部の内周面に、上記ブロック内油通路の下端及び上記キャップ内油通路の上端が接続される油溝が、周方向に沿って形成されていることを特徴とす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。
2. 上記油溝は、上記クランクシャフト軸受部の内周面の一部に形成されていることを特徴とする請求項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。
3. 上記クランクシャフト軸受部は、シリンダブロックに形成されたシリンダブロック側軸受面と、メインベアリングキャップに形成されたメインベアリングキャップ側軸受面と、を有し、
   上記油溝は、上記クランクシャフト側軸受面から上記メインベアリングキャップ側軸受面に亙って連続するよう形成されていることを特徴とする請求項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。
4. 上記油溝は、上記クランクシャフト軸受部の内周面全周に形成されていることを特徴とする請求項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。

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