(57)【要約】【課題】  リンク機構を有する内燃機関のリンク部材を大型化することなく、大きな入力荷重に対応可能な内燃機関のリンク部材を提供する。【解決手段】  軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂと当該軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂを保持する第１分割部材１５Ａおよび第２分割部材１５Ｂとを有する内燃機関のロアリンク７であって、前記第１分割部材１５Ａ，第２分割部材１５Ｂが前記軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂと接するハウジング面と、該ハウジング面と接する前記軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂの背面の少なくとも一方に、表面粗さが粗いツールマークが形成され、前記ハウジング面と軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂの背面との滑りを規制する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受メタル部材と当該軸受メタル部材を保持するハウジングとを有する内燃機関のリンク部材であって、
前記ハウジングが前記軸受メタル部材と接するハウジング面と、該ハウジング面と接する前記軸受メタル部材の背面との少なくとも一方に表面粗さが粗い粗面部が形成され、前記ハウジング面と軸受メタル部材の背面との滑りを規制することを特徴とする内燃機関のリンク部材。
【請求項２】
前記軸受メタル部材は、板材と軸受メタルとが重ねられて圧延されており、前記軸受メタルが内側面となる円弧状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リンク部材。
【請求項３】
前記粗面部は、同方向へ多条に伸延する稜線を有し、前記稜線の伸延方向と直交する方向の表面粗さＲａが０．２μｍ〜１５．０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のリンク部材。
【請求項４】
前記粗面部は、ツールマークにより形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のリンク部材。
【請求項５】
前記稜線の伸延する方向は、前記軸受メタル部材の軸方向と交差することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関のリンク部材。
【請求項６】
前記粗面部は前記ハウジング面と前記軸受メタル部材の背面の両面に形成され、各面の前記粗面部の稜線方向が同方向へ伸延することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関のリンク部材。
【請求項７】
前記内燃機関のリンク部材は、
可変圧縮比機構のコントロールリンクと連結されたロアリンクであり、
前記ロアリンクは、一端がピストンに連結されるアッパリンクの他端が連結されるとともに、クランクシャフトに回転可能に取り付けられ、
前記アッパリンクに連結される第１分割部材と前記コントロールリンクに連結される第２分割部材とを有し、両分割部材とクランクシャフトとの間に前記軸受メタル部材を介在して両分割部材を連結したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関のリンク部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸と、軸受メタル部材を介して連結される内燃機関のリンク部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、軸に軸受メタル部材を介して連結されるリンク部材が各所に設けられている。例えば、レシプロ式内燃機関の分野では、機関運転状態に応じて圧縮比を最適なものとするため、圧縮比を変更可能とする種々の形式の可変圧縮比機構が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照）が、この機構にも軸受メタル部材を介して連結されたリンク部材が使用されている。
【０００３】
この可変圧縮比機構では、シリンダ内に配設されるピストンに一端が連結されているアッパリンクの他端がロアリンクに連結されており、このロアリンクは、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ている。さらに、このロアリンクはコントロールリンクの一端と揺動可能に連結されており、コントロールリンクの他端の位置を運転状況に応じて変更することにより、機関圧縮比が可変制御される。
【０００４】
このロアリンクは、クランクピンに連結できるように二つ割りになっており、この二つ割りの部材の間に２分割された軸受メタル部材が配置され、その内側にクランクピンを挟持し、二つ割りの部材を互いに固定してクランクピン軸受が構成される。また、ロアリンクの二つ割りの部材の一方には、アッパリンクとの連結部としてブッシュが圧入されて軸受部が形成されており、他方においてもコントロールリンクとの連結部としてブッシュが圧入されて軸受が形成されている。
【特許文献１】特開２００４−１２４７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、アッパリンクおよびコントロールリンクからの荷重が、ロアリンクのクランクピン軸受部に作用すると、作用荷重はそれぞれ方向が異なり、リンク部材の運動に伴って作用方向も変わるため、ブッシュが圧入されている軸受部や軸受メタル部材が取り付けられたクランクピン軸受部のハウジングの面形状に歪みを生じさせる。内燃機関の高出力化や高回転化等により入力荷重が大きくなる場合には、この歪が増大し、ブッシュ圧入力や軸受メタル部材の背面圧が部分的に変動、減少し、圧入されたブッシュや軸受メタル部材にハウジングに対する相対すべりが発生し、軸受部の磨耗や摩擦が増大し、焼きつきに至る可能性がある。このような現象を回避するために、リンク部材の剛性を高めると、リンク部材の大きさや重量が増大するため、複リンク機構のレイアウトが困難となる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、リンク部材を大型化することなしに、大きな入力荷重に対応可能な内燃機関のリンク部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る内燃機関のリンク部材は、軸受メタル部材と当該軸受メタル部材を保持するハウジングとを有する内燃機関のリンク部材であって、前記ハウジングが前記軸受メタル部材と接するハウジング面と、該ハウジング面と接する前記軸受メタル部材の背面との少なくとも一方に表面粗さが粗い粗面部が形成され、前記ハウジング面と軸受メタル部材の背面との滑りを規制することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成した本発明は、前記ハウジング面と軸受メタル部材の背面との滑りを規制するための粗面部が形成されているため、ハウジング面と軸受メタル部材の背面の摩擦力が増加し、剛性の低いリンク部材であっても、軸受メタル部材あるいはブッシュの滑りを防止し、軸受部の焼きつき等の発生を低減させることが可能である。このため、内燃機関の高出力化や高回転化等に伴う大きな入力荷重に、リンク部材を大型化することなく対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態に係るロアリンクを適用した内燃機関の可変圧縮比機構の全体構成図、図２は図１のロアリンクを示す斜視図、図３は図２のロアリンクの縦断面図である。
【００１１】
シリンダブロック１のシリンダ２内には、燃焼圧力を受けるピストン３が摺動可能に配置されており、ピストン３に回転可能に支持されるピストンピン４を介して、アッパリンク５の一端がピストン３と揺動可能に連結されている。アッパリンク５の他端は、第１連結ピン６を介してロアリンク７と揺動可能に連結されている。ロアリンク７は、クランクシャフト８のクランクピン９の外周に、回転可能に取り付けられている。
【００１２】
クランクシャフト８は、シリンダブロック１に主軸受（不図示）を介して回転支持されており、動力を取り出すためのものである。
【００１３】
ロアリンク７には、さらにコントロールリンク１０の一端が第２連結ピン１１を介して揺動可能に連結されており、コントロールリンク１０の他端は、後述の可変圧縮比機構Ｄに揺動可能に連結されている。
【００１４】
可変圧縮比機構Ｄは、シリンダブロック１に回転支持される制御軸１２に偏芯カム１３が設けられ、偏芯カム１３にコントロールリンク１０が揺動可能に連結されている。
【００１５】
制御軸１２は、圧縮比変更時のみシリンダブロック１に対して強制的に回転され、偏芯カム１３を回転させる。偏芯カム１３の回転は、連結されているコントロールリンク１０を介してロアリンク７の運動拘束条件を変化させ、クランク角に対するピストン工程を変化させる。
【００１６】
ロアリンク７は、図２，３に示すように、後からクランクピン９に組み付け可能なように第１分割部材１５Ａと第２分割部材１５Ｂ（ハウジング）に分割されており、２つのボルト１４Ａ，１４Ｂにより共締め固定される。
【００１７】
第１分割部材１５Ａには、第１連結ピン６が挿通される第１連結ピン軸受部１６と、クランクピン９が挿通されるクランクピン軸受部１７を半割にした第１クランクピン軸受部１７Ａとが設けられている。
【００１８】
第２分割部材１５Ｂには、第２連結ピン１１が挿通される第２連結ピン軸受部１８と、第１クランクピン軸受部１７Ａと対をなす第２クランクピン軸受部１７Ｂが設けられている。
【００１９】
これら各分割部材１５Ａ，１５Ｂの軸受部１７Ａ，１７Ｂには、内面に軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂが設けられ、ロアリンク７とクランクシャフト８との間の回転力や力等の伝達を円滑にしている。
【００２０】
図４は本発明の実施形態に係る軸受メタル部材を示す分解斜視図、図５は上記ロアリンクを構成する第１分割部材の図３のＶ−Ｖ線に沿う矢視図、図６は上記ロアリンクを構成する第２分割部材の図３のＶＩ−ＶＩに沿う矢視図、図７は本発明の実施形態に係るツールマークをツールマークの稜線方向に直交する面で切断した概略正投影図である。
【００２１】
図４に示すように、軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂは、金属板と軸受メタル合金を重ねて圧延して接合し、軸受メタル合金の面を内側として円弧状に湾曲させたものである（図４参照）。特に、本実施形態では、ロアリンク７とクランクシャフト８の間に設けられた軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂの背面（外側面）に、軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂとロアリンク７との間の摩擦力を高める粗面部Ｔ１が形成されている。
【００２２】
この軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂの背面の粗面部Ｔ１は、所定の表面粗さを有して設けられればどのようなものであってもよいが、本実施形態では、形成の容易性から機械加工により生じるツールマークＴ１を、クランクシャフト８の軸線に対して直交して多条に形成している。
【００２３】
また、図５，６のように、クランクピン軸受部１７Ａ，１７Ｂの内周面のハウジング面２０Ａ，２０Ｂにおいても、形成の容易性から機械加工により生じるツールマークＴ２が、クランクシャフト８の軸線に対して直交して多条に形成されている。
【００２４】
このようなツールマークＴ１，Ｔ２は、極めて小幅で、高さも小さい波状のものであり、ツールマークＴの伸延する方向（稜線の方向）に直交する方向に測定して、表面粗さＲａで０．２５〜１０μｍ程度であり、ツールマークＴのピッチは０．０５〜０．３ｍｍ程度である。このように形成される軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂをハウジング面２０Ａ，２０Ｂに装着させた後に、ボルト１４Ａ，１４Ｂにより第１分割部材７Ａと第２分割部材７Ｂを共締めすると、両ツールマークＴ１，Ｔ２の稜線方向が同方向となって接する。
【００２５】
また、図２，３に示すように、第１連結ピン軸受部１５および第２連結ピン軸受部１８は、ブッシュ２１Ａおよび２１Ｂが圧入されて構成されている。ブッシュ２１Ａ，２１Ｂは、軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂと同様に、金属板と軸受メタル合金を重ねて圧延して接合し、軸受メタル合金の面を内側として筒状に形成したものである。
【００２６】
ブッシュ２１Ａ，２１Ｂの背面、およびブッシュ２１Ａ，２１Ｂの背面と接するロアリンク７の面にも、第１連結ピン６および第２連結ピン１１の軸線に直交する方向にツールマーク（不図示）を形成してもよい。
【００２７】
図８は本実施形態に係るツールマークの接触面における真実接触領域を示す部分平面図であり、ツールマークＴの接触面における真実接触領域を斜線で示している。図９は図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図、図１０は、図８のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【００２８】
軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂをハウジング面２０Ａ，２０Ｂに装着する場合、接触面の両面のツールマークＴが軸受の軸直交方向に形成されているため、図８のように、真実接触点の接触形状の軸受軸直交方向寸法Ｈ１が、軸受軸方向寸法Ｈ２よりも大きくなることがわかる。
【００２９】
次に作用を説明する。
【００３０】
例えば、図１において、ピストン３が下降するとアッパリンク５，第１連結ピン６を介してロアリンク７に押し下げ力と回転力が作用する。この押し下げ力と回転力により、軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂがハウジング面２０Ａ，２０Ｂに沿ってずれようとする。このようにして、ロアリンク７に作用する外力により、軸受メタル部材１９Ａ，１９Ｂは軸受軸直交方向へ、つまり図８の白抜き矢印方向へ滑ろうとする。
【００３１】
この滑りについて詳述する。
【００３２】
軸受メタル部材１９が力を受け、マクロ的には滑っていないが微視的に見て滑る場合、凝着している真実接触面は滑りに伴って破断され開放される。開放される面は凝着後に破断した面であり、金属新生面であるため、雰囲気中の物質と反応性が高く、酸化膜などが形成される。これらの金属表面の反応膜は、凝着面よりも破断強度が低いため反応膜が滑り接触したときの摩擦力は小さくなる。このため、この反応膜が形成され、接触してから再び破断して凝着するまでの時間が長いほど、合計の摩擦力が小さくなる。
【００３３】
これにより、ツールマークＴの稜線方向が滑り方向（軸受軸直交方向）と平行となる場合（図１０参照）には、真実接触部が開放される領域Ｌが少なる。このため、反応膜が形成され接触して再び破断して凝着する頻度が、ツールマークＴの稜線方向が滑り方向と直角となる場合（図９参照）と比較して少なくなり、反応膜が滑り接触している合計の時間も短くなる。このことによって、本実施形態の滑り方向であるツールマークＴの稜線方向の摩擦係数が大きくなる。
【００３４】
上記した原理を確認するための検証試験を行った。
【００３５】
図１１は本実施形態に係る摩擦試験装置を説明するための平面図、図１２は同摩擦試験において負荷する荷重を示すグラフ、図１３は同摩擦試験における荷重と変位の関係を示すグラフ、図１４は同摩擦試験における摩擦係数を示すグラフである。
【００３６】
摩擦試験は、図１１に示す試験装置２２を用いて実施した。
【００３７】
試験片２３Ａ，２３Ｂは、軸受メタル部材１９の背面圧力あるいはブッシュ２１の圧入後の面圧相当となるようにボルト２５によりボルト軸力Ｎで押圧し、試験片２３Ａ，２３Ｂの合わせ面には、軸受メタル１９背面およびハウジング面２０と同程度のツールマークＴを形成した。
【００３８】
本試験は、加圧装置（不図示）により試験片２３Ａ，２３Ｂに、時間とともに大きくなる動的な荷重Ｆ（図１２参照）を付与するとともに、試験片２２Ａと２２Ｂの荷重方向の相対変位Ｘを変位センサ２４により計測した。
【００３９】
試験は、試験片２３Ａ，２３ＢのツールマークＴの稜線方向が、滑り方向（荷重方向）に対して平行な場合と、直交する場合とを行った。
【００４０】
また、上記の試験を、温度条件を変化させて実施した。
【００４１】
試験片２３Ａ，２３Ｂに荷重Ｆを作用させると、荷重Ｆが小さい場合、試験片２３Ａ，２３Ｂは弾性変形によって若干の変位を示し、図１３に示すように、荷重―変位線図にヒステリシスが非常に小さい状態Ｓ１が測定された。荷重をある程度以上に増大させると、急激に変位が増大し、ヒステリシスが大きなループ状となる状態Ｓ２となった。本試験においては、ヒステリシスが非常に小さい状態から、大きな状態への変化点の荷重Ｆｍａｘを軸力Ｎで割った値を摩擦係数μとし、図１４に試験結果を示す。
【００４２】
図１４のように、荷重方向とツールマークＴの稜線方向が直交する場合は、表面粗さが比較的大きい場合には比較的大きな摩擦係数μが得られたが、表面粗さがある程度小さい場合には摩擦係数μが小さくなっており、荷重方向とツールマークＴの稜線方向が平行な場合と比較して全体的に摩擦係数μが小さくなった。
【００４３】
荷重方向とツールマークの稜線方向が平行な場合は、表面粗さＲａが０．１μｍでは摩擦係数が低かったが、表面粗さＲａが０．２μｍ以上では、荷重方向とツールマークの稜線方向が直交する場合と比較して大きな摩擦係数μが得られた。
【００４４】
つまり、表面粗さが小さくなると、ツールマークの影響が小さくなり摩擦係数が小さくなるため、表面粗さＲａは０．２μｍ以上とすることが好ましい。
【００４５】
また、表面粗さが大きすぎると強度低下をまねくことが分かっており、表面粗さＲａが１５μｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
なお、図１４のように、温度変化による摩擦係数の顕著な変化は見られなかった。
【００４７】
この試験結果より、本実施形態のように、真実接触点の接触形状の滑り方向の寸法が、接触形状の滑り方向に直交する方向の寸法よりも大きく形成されている場合には、摩擦係数μが大きくなることが確認された。
【００４８】
このように、大きな摩擦係数μが得られると、軸受メタル部材１９やブッシュ２１の滑りを抑制することができ、コンパクトで軽量なリンクを実現することができる。
【００４９】
また、本実施形態のように、２つの合わせ面の両ツールマークＴ１，Ｔ２の稜線方向が、滑り方向に対して一致していれば、真実接触点が滑り方向に連続する度合いが最も大きく実現でき、摩擦係数μを大きくすることができる。このため、軸受メタル部材１９やブッシュ２１を滑らせる力に対抗して、軸受メタル部材１９背面，ブッシュ２１背面を強固に固定することができ、内燃機関の高出力化や高回転化等に伴う大きな入力荷重においても、コンパクトで軽量な内燃機関のリンク部材が実現できる。
【００５０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、粗面部が必ずしも合わせ面の両面に設けられている必要は無く、片面であっても良い。また、粗面部としてツールマークを使用する場合にはツールマークの稜線方向が、必ずしも滑り方向と正確に一致せずに、滑り方向に対して所定角度傾いて設けられても良い。また、可変圧縮比機構の設けられていない内燃機関においても、本発明を適用することができる。また、単一のリンク機構を有する内燃機関においても、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
レシプロ式内燃機関のリンク部材に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係るロアリンクを適用した内燃機関の可変圧縮比機構の全体構成図である。
【図２】図１のロアリンクを示す斜視図である。
【図３】図２のロアリンクを示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る軸受メタル部材を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るロアリンクを構成する第１分割部材の、図３のＶ−Ｖ線の沿う矢視図である。
【図６】同ロアリンクを構成する第２分割部材の、図３のＶＩ−ＶＩ線の沿う矢視図である。
【図７】本発明の実施形態に係るツールマークをツールマークの稜線方向に直交する面で切断した正投影図である。
【図８】本実施形態に係るツールマークの接触面における真実接触領域を示す部分平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】本実施形態に係る摩擦試験装置を説明するための平面図である。
【図１２】同摩擦試験において負荷する荷重を示すグラフである。
【図１３】同摩擦試験における荷重と変位の関係を示すグラフである。
【図１４】同摩擦試験における摩擦係数を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
３    ピストン、
４    ピストンピン、
５    アッパリンク、
６    第１連結ピン、
７    ロアリンク、
８    クランクシャフト、
９    クランクピン、
１０    コントロールリンク、
１１    第２連結ピン、
１２    制御軸、
１３    偏芯カム、
１５Ａ    第１分割部材（ハウジング）、
１５Ｂ    第２分割部材（ハウジング）、
１６    第１連結ピン軸受部、
１７    クランクピン軸受部、
１８    第２連結ピン軸受部、
１９Ａ，１９Ｂ    軸受メタル部材、
２０    ハウジング面、
Ｄ    可変圧縮比機構、
Ｔ１，Ｔ２    ツールマーク（粗面部）、
Ｒａ    表面粗さ。
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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