WO2015025684A1

WO2015025684A1 - 内燃機関

Info

Publication number: WO2015025684A1
Application number: PCT/JP2014/070019
Authority: WO
Inventors: 孝司田辺; 小林　誠; 茂木　克也
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-02-26

Abstract

ピンボス油路（３５）は、一端側開口（３５ａ）がアッパリンク（３）のピンボス部（１４）の内周面に開口し、他端側開口（３５ｂ）がアッパリンク（３）のピンボス部（１４）の外周面に開口している。主運動系部品油路としてのロアリンク油路（３６）は、ロアリンク分割部材（１０）を貫通する貫通穴であり、ピンボス対向面（３３）に開口する一端側開口（３６ａ）と、クランクピン軸受面（３７）に開口する他端側開口（３６ｂ）と、を有している。そして、ロアリンク油路（３６）の他端側開口（３６ｂ）は、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状に形成されている。

Description

内燃機関

　本発明は、内燃機関、特にその主運動系部品の構造に関する。

　ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する内燃機関の主運動系部品において、主運動系部品に形成された軸受け部分に一端が開口する潤滑油が流れる油路を形成する場合、通常はこの軸受け部分の径方向に沿って油路が形成される。

　例えば、特許文献１においては、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアリンクに、一端がクランクピン軸受面に開口するロアリンク油路が、クランクピン軸受面の径方向に沿って貫通形成された構成が開示されている。

　しかしながら、この特許文献１に開示されているように、クランクピン軸受面の径方向に沿ってロアリンク油路を形成すると、クランクピン軸受面におけるロアリンク油路の開口形状が略真円となってしまう。

　ここで、クランクピン軸受面には、荷重入力の際にクランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生する。そのため、クランクピン軸受面上のロアリンク油路開口は、クランクピン軸受面周方向に沿って引き延ばされる。クランクピン軸受面上のロアリンク油路開口の形状が略真円になっていると、クランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生した際に、この引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が大きく、クランクピン軸受面上のロアリンク油路開口に発生する応力が大きくなってしまうという問題がある。

特開２０１０－１８５３２９号公報

　本発明の内燃機関は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられた主運動系部品を有し、所定クランク角のときに、クランクピン油路と主運動系部品油路とが連通し、該主運動系部品油路の一端側開口から潤滑油が噴出するものであって、クランクピン軸受面に開口する上記主運動系部品油路の他端側開口は、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状に形成されていることを特徴としている。クランクピン軸受面には、荷重入力の際にクランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生する。そのため、この引っ張り応力により、主運動系部品油路の他端側開口は、クランクピン軸受面周方向に沿って引き延ばされることになる。

　本発明によれば、主運動系部品油路の他端側開口は、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状を呈し、荷重入力の際に生じる引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が相対的に小さくなっている。そのため、主運動系部品油路の他端側開口への応力集中が緩和され、主運動系部品油路の他端側開口に発生する応力を低下させることができるため、総じて主運動系部品の疲労強度を向上させることができる。

本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構を模式的に示した説明図。本発明の要部を拡大して示した説明図。本発明が適用された内燃機関におけるクランクピン軸受面を展開して示した説明図。比較例の内燃機関におけるクランクピン軸受面を展開して示した説明図。本発明の要部を拡大して示した説明図。本発明の他の実施例を模式的に示した説明図。

　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、本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構１のクランクシャフト軸方向から見た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、後述する３つのリンク（ロアリンク２、アッパリンク３、コントロールリンク４）を主体とするものであり、本実施例ではピストン上死点位置を変更可能な可変圧縮比機構となっている。

　クランクシャフト５は、複数のジャーナル部６とクランクピン７とを備えており、シリンダブロック８の主軸受に、ジャーナル部６が回転可能に支持されている。クランクピン７は、ジャーナル部６から所定量偏心しており、ここにロアリンク２が回転可能に取り付けられている。

　主運動系部品としてのロアリンク２は、クランクピン７への組み付けのために上下の２部材に分割可能に構成されている。すなわち、ロアリンク２は、クランクピン７中心を通る分割面９に沿って上下に分割された一対のロアリンク分割部材１０、１１から大略構成されている。

　アッパリンク３は、一端側となる上端がピストンピン１２によりピストン１３に回転可能に取り付けられ、他端側となる下端のピンボス部１４が第１連結ピン１５によりロアリンク２の一端側ピンボス部１６に回動可能に連結されている。ピストン１３は、シリンダブロック８のシリンダ１７内を往復動する。

　ロアリンク２の運動を制限するコントロールリンク４は、一端側となる下端が制御軸１８を介して機関本体の一部となるシリンダブロック８の下部に回転可能に連結され、他端側となる上端のピンボス部１９が第２連結ピン２０によりロアリンク２の他端側ピンボス部２１に回転可能に連結されている。制御軸１８は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部２２を有している。偏心カム部２２には、コントロールリンク４の一端側となる下端が回転可能に連結されている。制御軸１８は、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの制御信号に基づいて作動する圧縮比制御用のアクチュエータ（図示せず）によって回動位置が制御されている。

　このような複リンク式ピストンクランク機構１においては、制御軸１８が、圧縮比制御用のアクチュエータによって回動されると、偏心カム部２２の中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク４の下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４の揺動支持位置が変化すると、ピストン１３の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン１３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。

　また、クランクピン７には、クランクピン油路３１が形成されている。クランクピン油路３１は、クランクシャフト軸方向視で、クランクピン中心を通り、クランクピン７内部を径方向に直線状に延在するものであり、本実施例では、その両端が、それぞれクランクピン７の外周面に開口している。このクランクピン油路３１には、クランクシャフト５の軸方向に沿って延びる軸方向油路３２を経由して、図示せぬオイルポンプにより加圧された潤滑油が供給されている。

　ロアリンク２の一端側ピンボス部１６は、ロアリンク分割部材１０に設けられ、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４を挟み込むように二股状に形成され、ピンボス部１４の一対の外側面と対向している。第１連結ピン１５は、アッパリンク３のピンボス部１４を回転可能に貫通し、その両端が二股状となったロアリンク２の一端側ピンボス部１６に圧入により固定される。この一端側ピンボス部１６の間には、アッパリンク３のピンボス部１４の外周面に対向する細長いピンボス対向面３３が設けられている。このピンボス対向面３３は、曲面となるよう形成されている。

　ロアリンク２の他端側ピンボス部２１は、ロアリンク分割部材１１に設けられ、コントロールリンク４の他端側に位置するピンボス部１９を挟み込むように二股状に形成され、ピンボス部１９の一対の外側面と対向している。第２連結ピン２０は、コントロールリンク４のピンボス部１９を回転可能に貫通し、その両端が二股状となったロアリンク２の他端側ピンボス部２１に圧入により固定される。この他端側ピンボス部２１の間には、コントロールリンク４のピンボス部１９の外周面に対向する細長いピンボス対向面３４が設けられている。このピンボス対向面３４は、曲面となるよう形成されている。

　そして、本実施例の複リンク式ピストンクランク機構１においては、図２に示すように、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４にピンボス油路３５が形成され、ロアリンク分割部材１０にロアリンク油路３６が形成されている。

　ピンボス油路３５は、ピンボス部１４の一方の外側面に形成された溝であり、一端側開口３５ａがアッパリンク３のピンボス部１４の内周面に開口し、他端側開口３５ｂがアッパリンク３のピンボス部１４の外周面に開口している。なお、ピンボス油路３５を、ピンボス部１４を貫通する貫通穴とすることも可能である。

　主運動系部品油路としてのロアリンク油路３６は、ロアリンク分割部材１０を貫通する貫通穴であり、ピンボス対向面３３に開口する一端側開口３６ａと、クランクピン軸受面３７に開口する他端側開口３６ｂと、を有している。また、ロアリンク油路３６は、所定のクランク角（例えば下死点）のときに、クランクピン油路３１と連通し、その一端側開口３６ａから潤滑油が噴出するよう形成されている。

　そして、ロアリンク油路３６は、その分割面９である一対のロアリンク分割部材１０、１１の合わせ面に対して直交するように形成された貫通穴となっている。そのため、本実施例では、クランクピン軸受面３７に開口するロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、図３に示すように、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状となる。ここで、ロアリンク油路３６をクランクピン軸受面３７の径方向に沿って形成すると、図４に示すように、クランクピン軸受面３７に開口するロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、略真円形状になる。なお、図３、図４は、ロアリンク２のクランクピン軸受面３７を展開して模式的に示した説明図であり、図３及び図４における左右方向が、クランクピン軸受面３７における周方向に相当する。

　クランクピン軸受面３７には、図３、図４中に矢示するように、荷重入力の際にクランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生する。そのため、この引っ張り応力により、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂは、クランクピン軸受面周方向に沿って引き延ばされることになる。しかしながら、本実施例では、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂが、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状となっているので、クランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分Ｐ１、Ｐ２の曲率が相対的に小さくなる。

　そのため、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂの形状が略真円形状になっている場合に比べて、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂへの応力集中が緩和され、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ｂに発生する応力を低下させることができ、総じてロアリンク２の疲労強度を向上させることができる。

　なお、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａについても、本実施例では、長穴形状となっている。より具体的には、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面３３の長手方向に沿って細長い長穴形状に形成されている。ピンボス対向面３３には、荷重入力の際にピンボス対向面長手方向に沿った引っ張り応力が発生するため、この引っ張り応力により、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面長手方向に沿って引き延ばされることになる。しかしながら、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａは、ピンボス対向面長手方向に沿って細長い長穴形状となっているので、ピンボス対向面長手方向沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が、上述した他端側開口３６ｂの場合と同様に、相対的に小さくなる。そのため、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａへの応力集中が相対的に緩和され、ロアリンク油路３６の他端側開口３６ａに発生する応力を低下させることができ、総じてロアリンク２の疲労強度を向上させることができる。

　また、ロアリンク油路３６が分割面９に直交するように設定されるため、分割面９を衝（基準）としてロアリンク油路３６の機械加工を容易に行うことができ、ロアリンク油路３６をクランクピン軸受面３７の径方向に沿って形成する場合に比べて、加工コストを低減することができる。

　そして、ロアリンク油路３６は、図１に示すように、最大燃焼荷重がピストンに作用した際のロアリンク２への入力荷重Ｆ１の入力位置からオフセットするよう設定されているため、ロアリンク２の疲労強度を向上させることできる。

　また、ロアリンク油路３６から潤滑油が噴出するタイミングのとき、クランクシャフト軸方向視で、ロアリンク油路３６の延長線上にピンボス油路３５が位置するような構成では、必ずしも十分な潤滑油をピンボス油路に供給できない可能性がある。例えば、内燃機関の運転領域が高回転領域のときは、慣性力によりロアリンク油路３６の一端側開口３６ａの向きに潤滑油が飛び出しにくくなる。

　そこで、ロアリンク油路３６は、上記所定のクランク角のときに、アッパリンク３のピンボス部１４に形成されたピンボス油路３５の他端側開口３５ｂの端縁のうち、ピンボス部１４の進行方向側の端縁を指向するよう形成されている。換言すれば、ロアリンク油路３６は、上記所定のクランク角のときに、アッパリンク３のピンボス部１４に形成されたピンボス油路３５の他端側開口３５ｂの端縁のうち、アッパリンク３一端側の端縁を指向するよう形成されている。

　ピンボス油路３５が形成されたアッパリンク３の他端側のピンボス部１４は、上記所定クランク角における位置からピストン位置が上死点に向かうにつれて、図２中の矢示する方向に回転しつつ移動し、アッパリンク３とロアリンク２との挟角を大きくしながら、ロアリンク油路３６の一端側開口３６ａから予め噴射された潤滑油の噴霧領域Ｓに移動することなる。そのため、内燃機関の運転領域が高回転領域であっても、アッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分には、噴霧領域Ｓ内にある潤滑油をピンボス油路３５から取り込んで供給することができる。

　つまり、内燃機関の運転領域が高回転領域であっても、ピンボス油路３５がロアリンク油路３６の延長線上に位置するようなタイミングでロアリンク油路３６から潤滑油を噴射する場合に比べ、より効率良く潤滑油をアッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分に供給することが可能となる。

　これによって、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４の軸受け部分に供給される潤滑油を相対的に増加させることが可能となり、アッパリンク３のピンボス部１４における耐焼き付き性を向上させることができる。

　さらに、アッパリンク３の他端側に位置するピンボス部１４は、図５に示すように、その基端側ほど相対的に薄肉となるように形成され、このピンボス部１４基端側ほど軸受け部分の面積が相対的に小さくなっている。そのため、アッパリンク３のピンボス部１４の軸受け部分には、ピンボス油路３５に加え、アッパリンク３のピンボス部１４基端側からも噴霧領域Ｓ内にある潤滑油が供給されることになり、アッパリンク３のピンボス部１４における耐焼き付き性の更なる向上を図ることができる。

　なお、上述した実施例では、ロアリンク２とアッパリンク３との連結部分にクランクピン油路３１から潤滑油が供給される構成となっているが、クランクピン油路３１からロアリンク２とコントロールリンク４との連結部分に対して潤滑油を供給する構成においても、本願発明は適用可能である。すなわち、例えば、コントロールリンク４の他端側に位置するピンボス部１９と対向するピンボス対向面３４に一端が開口し、クランクピン軸受面３７に他端が開口するロアリンク油路を形成してもよい。この場合のロアリンク油路は、一端側開口をピンボス対向面３４の長手方向に沿って細長い長穴形状に形成し、他端側開口をクランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状に形成される。

　また、本願発明は、複リンク式ピストンクランク機構１が可変圧縮比機構となっていないものにも適用可能である。

　そして、本願発明は、複リンク式ピストンクランク機構１に限らず、ピストンピン１２とクランクピン７とを単一のリンク（コンロッド）で連結した機構にも適用可能である。

　図６は、本願発明が適用された内燃機関のコンロッド４１を模式的に示した説明図である。

　主運動系部品としてのコンロッド４１は、ピストンピン１２が回転可能に取り付けられる小端部４２と、クランクピン７を回転可能に保持する大端部４３と、小端部４２と大端部４３を連結するロッド部４４と、を有している。

　コンロッド４１は、大端部４３が大端部４３の中心を通る破断分割面４５となる平面に沿ってコンロッド本体４６とキャップ４７とに破断分割されている。つまり、コンロッド４１は、小端部４２、ロッド部４４及び大端部４３の一部からなるコンロッド本体４６と、大端部４３の一部からなる略半円形状のキャップ４７と、に破断分割されている。キャップ４７は、コンロッド本体４６に対してボルト４８で固定される。

　コンロッド本体４６側の大端部４３には、主運動系部品油路としてのコンロッド油路４９が形成されている。コンロッド油路４９は、大端部４３の湾曲した外周面に開口する一端側開口４９ａと、大端部４３のクランクピン軸受面５０に開口する他端側開口４９ｂと、を有している。また、コンロッド油路４９は、所定のクランク角のときに、クランクピン油路３１と連通し、その一端側開口４９ａから潤滑油を噴出し、シリンダ（図示せず）の内壁面等に潤滑油を供給するよう形成されている。

　コンロッド油路４９は、破断分割面４５に対して直交するように形成された貫通穴となっている。そして、このコンロッド油路４９は、クランクピン軸受面５０に開口する他端側開口４９ｂが、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状となるよう形成されている。またコンロッド油路４９は、大端部４３の外周面に開口する一端側開口４９ａが、大端部４３の外周面の周方向に沿って細長い長穴形状となるよう形成されている。

　従って、荷重入力の際にクランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力が発生しても、コンロッド油路４９の他端側開口４９ｂは、クランクピン軸受面周方向に沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が相対的に小さくなる。同様に、荷重入力の際に大端部４３の外周面の周方向に沿った引っ張り応力が発生しても、コンロッド油路４９の一端側開口４９ａは、大端部４３の外周面の周方向に沿った引っ張り応力によって引き延ばされる部分の曲率が相対的に小さくなる。

　そのため、コンロッド油路４９の両端の開口の形状が略真円形状になっている場合に比べて、コンロッド油路４９の一端側開口４９ａ及び他端側開口４９ｂへの応力集中が緩和され、コンロッド油路４９の両端の開口４９ａ、４９ｂに発生する応力を低下させることができ、総じてコンロッド４１の疲労強度を向上させることができる。

　また、破断分割面４５を衝（基準）としてコンロッド油路４９の機械加工を容易に行うことができ、コンロッド油路４９をクランクピン軸受面５０の径方向に沿って形成する場合に比べて、加工コストを低減することができる。

Claims

　クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられた主運動系部品と、
　クランクシャフトのクランピン内部を径方向に延在し、一端がクランクピンの外周面に開口するクランクピン油路と、
　一端が上記主運動系部品の外周面に開口し、他端がクランクピン軸受面に開口する主運動系部品油路と、を有し、
　所定クランク角のときに、上記クランクピン油路と上記主運動系部品油路とが連通し、上記主運動系部品油路の一端側開口から潤滑油が噴出する内燃機関において、
　上記クランクピン軸受面に開口する上記主運動系部品油路の他端側開口は、クランクピン軸受面周方向に沿って細長い長穴形状に形成されている内燃機関。
　上記主運動系部品としてのロアリンクと、
　一端がピストンのピストンピンに回転可能に連結され、他端のピンボス部が第１連結ピンを介して上記ロアリンクに連結されたアッパリンクと、
　一端が機関本体側に支持され、他端のピンボス部が第２連結ピンを介して上記ロアリンクに回転可能に連結されたコントロールリンクと、を有する複リンク式ピストンクランク機構を備え、
　上記アッパリンクのピンボス部には、一端が該ピンボス部の内周面に開口し、他端が該ピンボス部の外周面に開口するアッパリンクピンボス油路が形成され、
　上記主運動系部品油路であるロアリンク油路は、その一端が上記アッパリンクのピンボス部の外周面に対向するピンボス対向面に開口している請求項１に記載の内燃機関。
　上記主運動系部品は、上記クランクピンを挟んで固定される一対の主運動系部品分割部材からなる半割構造部材であり、
　上記主運動系部品油路は、上記主運動系部品分割部材の合わせ面に対して直交するよう形成された貫通穴である請求項１また２に記載の内燃機関。
　上記ロアリンク油路の一端側開口は、上記所定クランク角のときに、クランクシャフト軸方向視で、上記アッパリンクのピンボス部に形成されたピンボス油路の他端側開口の端縁うち、上記アッパリンクのピンボス部の進行方向側の端縁を指向するよう形成されている請求項２に記載の内燃機関。
　上記主運動系部品油路は、最大燃焼荷重がピストンに作用した際の上記主運動系部品への入力荷重の入力位置からオフセットするよう設定されている請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関。
　上記ロアリンク油路の一端側開口は、上記ピンボス対向面の長手方向に沿って細長い長穴形状に形成されている請求項２または４に記載の内燃機関。
　上記アッパリンクのピンボス部は、その基端側ほど相対的に薄肉となるように形成され、当該ピンボス部基端側ほど軸受け部分の面積が小さくなっている請求項２、４、６のいずれかに記載の内燃機関。