(57)【要約】【課題】複リンク機構において、メインジャーナル軸受け部に作用する荷重を低減することを目的とする。【解決手段】アッパリンク３と、ロアリンク４と、コントロールシャフト７と、コントロールシャフト７に一端が揺動可能に連結され、かつコントロールピンを介してロアリンクに他端が連結されるコントロールリンクと、を備える複リンク機構において、機関運転中のクランクシャフトのメインジャーナルからシリンダブロック上方への入力荷重最大値が、下方への入力荷重最大値と同等またはそれ以上となるように、ロアリンクの重心位置をアッパピンの中心とコントロールピンの中心を結ぶ直線に対して直交しかつ前記クランクピンの中心を通る直線上で、クランクピンの中心よりもシリンダ軸方向下側にずらした。【選択図】図１
2010185475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がピストンとピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
前記アッパリンクの他端と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るロアリンクと、
前記クランクシャフトと平行に配置したコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトに一端が揺動可能に連結され、かつコントロールピンを介して前記ロアリンクに他端が連結されるコントロールリンクと、
を備える複リンク機構において、
機関運転中の前記クランクシャフトのメインジャーナルからシリンダブロック上方への入力荷重最大値が、下方への入力荷重最大値と同等またはそれ以上となるように、ロアリンクの重心位置を前記アッパピンの中心と前記コントロールピンの中心を結ぶ直線に対して直交しかつ前記クランクピンの中心を通る直線上で、前記クランクピンの中心よりもシリンダ軸方向下側にずらしたことを特徴とする複リンク機構。
【請求項２】
無負荷運転時の前記メインジャーナルから前記シリンダブロックへ作用する荷重は、ピストン上死点位置とピストン下死点位置で、同等荷重量かつ逆位相荷重であることを特徴とする請求項１に記載の複リンク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとクランクシャフトを複数のリンクで連結する複リンク機構を備えるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一端がピストンに連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端に第１連結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、ロアリンクに一端が連結されるとともに他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクとからなる複リンク機構を備えるエンジンが知られている。
【０００３】
このような複リンク機構において、ロアリンクはクランクピンを軸として揺動するが、この揺動に伴う２次振動や高次の振動を低減するための構成として、特許文献１には、ロアリンクの重心位置をクランクピン中心にする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロアリンクは上記揺動の他に、クランクピンを中心とする回転運動も行うので、クランクシャフトのメインジャーナルには、ロアリンクの慣性力による荷重も作用する。この慣性力による荷重は、特許文献１に開示された構成では、上死点付近では上方向に、下死点付近では下方向に作用する。そして、上死点付近では筒内圧または燃焼圧が慣性力とは反対方向に作用し、下死点付近では燃焼圧が慣性力と同方向に作用する。このため、メインジャーナルの軸受け部において、シリンダ軸下方向の荷重が上方向の荷重に対して大きくなる。特に、燃焼圧が作用した場合のシリンダ軸下方向の荷重が大きくなるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明では、メインジャーナル軸受け部に作用する荷重を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の複リンク機構は、機関運転中のクランクシャフトのメインジャーナルからシリンダブロック上方への入力荷重最大値が、下方への入力荷重最大値と同等またはそれ以上となるように、ロアリンクの重心位置をアッパピンの中心とコントロールピンの中心を結ぶ直線に対して直交しかつ前記クランクピンの中心を通る直線上で、クランクピンの中心よりもシリンダ軸方向下側にずらしたことを特徴とする複リンク機構。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によればメインジャーナルからシリンダブロックへ作用する荷重を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複リンク機構の構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はロアリンクの揺動運動を説明するための図である。
【図３】本実施形態の荷重曲線図である。
【図４】比較のための荷重曲線図である（その１）。
【図５】比較のための荷重曲線図である（その２）。
【図６】比較のための荷重曲線図である（その３）。
【図７】比較のための荷重曲線図である（その４）。
【図８】ロアリンク重心位置の調整方法を説明するための図である（その１）。
【図９】ロアリンク重心位置の調整方法を説明するための図である（その１）。
【図１０】ロアリンク重心位置の調整法を説明するための図である（その２）。
【図１１】ロアリンク重心位置の調整法を説明するための図である（その３）。
【図１２】ロアリンク重心位置の調整法を説明するための図である（その４）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は第１実施形態による複リンク式内燃機関の一例を示す図である（シリンダヘッド部分は省略している）。
【００１２】
１はシリンダブロック、２はピストン、３はアッパリンク、４はロアリンク、５はコントロールリンク、６はクランクシャフト、７はコントロールシャフト、９、１０、１２は連結ピン、１１はクランクピンである。
【００１３】
ピストン２は、アッパリンク３およびロアリンク４を介してクランクシャフト６に連結される。アッパリンク３はピストン２のピストンピン２ａに一端が連結され、他端はアッパピン９を介してロアリンク４と連結されている。ロアリンク４は、中央をクランクシャフト６のクランクピン１１に回転可能に締結され、クランクシャフト６とともに回転する。また、ロアリンク４のクランクピン１１に対してアッパリンク３と反対側には、コントロールリンク５が連結ピン１０を介して回転可能に締結され、コントロールリンク５は下方端部（大端部）でコントロールシャフト７に揺動自由に連結される。コントロールシャフト７の中心軸８とコントロールリンク５の大端部の中心とは偏心しており、コントロールシャフト７が回転することにより、大端部の中心が移動し、ロアリンク４の傾きが変わることによりアッパリンク３およびピストン２の上死点位置が変わる。コントロールシャフト７は、図示しないモータ付きアクチュエータにより回転させられる。
【００１４】
ロアリンク４は、アッパリンク３と連結される部材と、コントロールリンク５と連結される部材の２つの部材がボルト等により締結されて構成されている。そして、重心位置が、アッパピン９の中心軸とコントロールピン１０の中心軸とを結ぶ直線に直交しクランクピン１１の中心軸を通る直線上で、これらの直線の交点よりもシリンダ軸方向下側となるように構成されている。なお、図１に示したロアリンク４の形状は、あくまでも一例であり、重心位置が上記のとおりであれば、他の形状であっても構わない。
【００１５】
コントロールシャフト７を回転させることにより、コントロールリンク５の大端部中心がコントロールシャフト７の中心軸８に対して相対的に低くなる方向に移動すると、連結ピン１０の位置も下がり、ロアリンク４はクランクピン１１を中心としてアッパピン９の位置が相対的に上昇する方向に傾き、ピストン２が上昇して圧縮比が高まる。
【００１６】
逆に、コントロールリンク５の大端部中心がコントロールシャフト７の中心軸８に対して相対的に高くなる方向に移動すると、連結ピン１０の位置も上がり、ロアリンク４はクランクピン１１を中心としてアッパピン９の位置が相対的に低くなる方向に傾き、ピストン２が下降して機関圧縮比が低くなる。
【００１７】
上記のような構成の複リンク式内燃機関において、例えばエンジンが高負荷運転領域では、エンジン回転数によらずノッキング防止のために低圧縮比状態に設定し、ノッキング発生のおそれが低い低中負荷運転領域では、出力の向上を図るために高圧縮比状態に設定することとすれば、機関運転状態に応じて圧縮比を可変に制御し得る可変圧縮比機構となる。
【００１８】
次に、クランクシャフト６のメインジャーナルからシリンダブロック１に入力される荷重について説明する。
【００１９】
図２は、機関運転中のロアリンク４の動きを模式的に表した図であり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれピストン上死点位置、ピストン下死点位置におけるロアリンク４の姿勢を表わしており、（ｂ）はその中間におけるロアリンク４の姿勢を表わしている。なお、図中上方向がシリンダ軸の上方向であり、図中の点Ｇはロアリンク４の重心位置を示している。なお、重心位置の具体的な決定方法については、後述する。
【００２０】
ロアリンク４は、（ａ）〜（ｃ）に示すように、機関運転中はクランクピン１１まわりに揺動する。つまり、ピストン上死点位置ではアッパピン９の方がコントロールピン１０よりもシリンダ軸方向で上になり、中間位置では同等になり、ピストン下死点位置ではコントロールピン１０の方がシリンダ軸方向で上になる。もちろん、クランクピン１１はクランクシャフト６の回転軸周りに回転運動している。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ピストン上死点位置では、ロアリンク４の重心には図中ＦＴＤＣで示したように上向きの力が作用する。すなわち、ピストン２及びアッパリンク３等に作用する上向きの慣性力に、ロアリンク４の重心に作用する上向きの力が加算されて、メインジャーナルからシリンダブロックに作用する上向きの荷重（以下、上方向荷重という）が増加する。
【００２２】
一方、図２（ｃ）に示すように、ピストン下死点位置では、ロアリンク４の重心には図中ＦＢＤＣで示した上向きの力が作用する。すなわち、ピストン２及びアッパリンク３等に下向きに作用する慣性力とは反対方向の力が作用する。このため、メインジャーナルからシリンダ軸下向き、つまりベアリングキャップに作用する下向きの荷重（以下、下方向荷重という）が低下する。
【００２３】
このように、ピストン上死点、下死点のいずれでも、ロアリンク４の重心にはシリンダ軸方向で上向きの力が作用するため、ピストン上死点位置での上方向荷重が増加し、ピストン下死点位置での下方向荷重が低下する。
【００２４】
図３は、上記のような構成において、無負荷運転時にクランクシャフト６が一回転する間にメインジャーナルからシリンダブロックに入力される荷重の一例について示した図である。図中縦軸はシリンダ軸方向を表わしている。したがって、縦軸の正の値は上方向荷重、負の値は下方向荷重を表わす。同様に横軸はシリンダ軸方向に直交する方向を表わしており、正の値はクランクピン１１からコントロールピン１０方向への荷重、負の値はクランクピン１１からアッパピン９方向への荷重を表わしている。図４は、比較のために示す図であり、ロアリンク４の重心がクランクピン１１の中心と一致する場合について図３と同様に示したものである。なお、図４及び後述する図５〜図７の縦軸及び横軸のスケールは図３と同じである。
【００２５】
図４に示すように、ロアリンク４の重心がクランクピン１１の中心と一致している場合には、下方向荷重が上方向荷重よりも大きくなっており、この下方向荷重が、上下方向及び左右方向の荷重の中で最大値となっている。この状態からロアリンク４の重心をシリンダ軸方向下側へずらしていくと、前述したように上方向荷重は増加し、下方向荷重は低下する。そこで、図３に示すように上方向荷重と下方向荷重がほぼ同一になるように、ロアリンク４の重心を、アッパピン９の中心軸とコントロールピン１０の中心軸とを結ぶ直線に直交しクランクピン１１の中心を通る直線上で、これらの直線の交点よりもシリンダ軸方向下側にずらして設定する。ずらす量については、アッパピン９、コントロールピン１０及びクランクピン１１の位置関係や、アッパピン３の長さ等によって異なるので、エンジンの仕様毎に設定する。
【００２６】
また、ロアリンク４の重心位置がクランクピン１１の中心に重なる場合に比べて、下方向荷重を低下する、つまりメインジャーナルから、これを支持するベアリングキャップに作用する荷重が小さくなるので、ベアリングキャップの剛性や、ベアリングキャップを固定するボルトの剛性等を低下させることができる。
【００２７】
図５は、ロアリンク４の重心位置を、本実施形態とは逆にシリンダ軸方向上側にずらした場合の、図３、図４に相当する荷重曲線図である。この場合、ピストン上死点付近で下方向荷重が増加し、ピストン下死点付近で上方向荷重が増加するので、図４と同様の傾向がさらに強まっている。つまり上方向荷重よりも下方向荷重の方が大きく、下方向荷重の最大値が上下方向、左右方向の荷重の中で最大値となっている。なお、この荷重の最大値は図４の場合よりさらに大きくなっている。
【００２８】
図６は、ロアリンク４の重心位置を、アッパピン９の中心とコントロールピン１０中心を結ぶ直線上で、クランクピン１１の中心よりもアッパピン９側にずらした場合、図７は同様にコントロールピン１０側にずらした場合についての荷重曲線図である。
【００２９】
図６の場合は、上下方向の荷重が支配的となり、図４、図５と同様に下方向荷重の最大値が、上下方向及び左右方向の荷重の最大値となっている。図７の場合は、左右方向の荷重の方が支配的となり、荷重の最大値はアッパピン９方向への荷重となっている。
【００３０】
図３から図７について、メインジャーナルからシリンダブロック１またはベアリングキャップに作用する荷重を比べると、荷重の最大値がもっとも小さくなるのは、図３の場合である。
【００３１】
次に、重心位置の調整方法について説明する。図８から図１２は、重心位置をアッパピン９の中心軸とコントロールピン１０の中心軸とを結ぶ直線に直交しクランクピン１１の中心軸を通る直線上で、これらの直線の交点よりもシリンダ軸方向下側とするための構成について示した図である。
【００３２】
図８に示すように、アッパピン９、クランクピン１１及びコントロールピン１０の各中心が直線上に並ぶ場合、ロアリンク４のシリンダ軸方向上側部分の領域Ａを軽量化する。これにより、ロアリンク４のシリンダ軸方向下側部分が相対的に重くなり、重心位置がシリンダ軸方向下側にずれる。そこで、領域Ａの軽量化の度合いを、図３のような荷重曲線が得られるように調整する。なお、軽量化する領域は、図９に示すように複数の領域Ａ１、Ａ２に分割してもよい。
【００３３】
一方、図１０に示すように、ロアリンク４のシリンダ軸方向下側部分の領域Ｂの重量を増加させることでも、重心位置を調整することができる。この場合も、図１１に示すように、重量を増加させる領域をＢ１、Ｂ２の２つの領域、またはそれ以上に分割してもよい。
【００３４】
また、図１２に示すように、クランクピン１１の中心位置を、アッパピン９とコントロールピン１０の各中心を結ぶ直線よりもシリンダ軸方向上側にずらしてもよい。これにより、ロアリンク４のシリンダ軸方向下側部分が相対的に重くなり、重心位置がシリンダ軸方向下側にずれる。
【００３５】
以上により本実施形態では、次のような効果が得られる。
【００３６】
（１）複リンク機構において、機関運転中のクランクシャフト１１のメインジャーナルからシリンダブロック上方への入力荷重最大値が、下方への入力荷重最大値と同等またはそれ以上となるように、ロアリンクの重心位置を前記アッパピンの中心と前記コントロールピンの中心を結ぶ直線に対して直交しかつ前記クランクピンの中心を通る直線上で、前記クランクピンの中心よりもシリンダ軸方向下側にずらしたことを特徴とする複リンク機構。
【００３７】
（２）無負荷運転時のメインジャーナルからシリンダブロックへ作用する荷重は、ピストン上死点位置とピストン下死点位置で、同等荷重量かつ逆位相荷重であるとするので、エンジンの振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    シリンダブロック
２    ピストン
３    アッパリンク
４    ロアリンク
５    コントロールリンク
６    クランクシャフト
７    コントロールシャフト
９    アッパピン
１０  コントロールピン
１１  クランクピン
【図１】
2010185475.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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