(57)【要約】【課題】アッパピン４の摺動面に実際に供給される潤滑油の量のピークが、燃焼荷重が最大となるクランク角に一致するようにして、確実な潤滑を図る。【解決手段】複リンク式ピストンクランク機構の潤滑構造は、クランクピン５Ａに設けられたクランクピン油路３３と、ロアリンク６に設けられたロアリンク油路３５と、アッパリンク３のアッパピン用ピンボス部２３に設けられたアッパリンク油路３６と、を備え、クランクピン油路３３とロアリンク油路３５とが合致することで潤滑油がアッパピン用ピンボス部２３に向けて噴出する。潤滑油の質量および粘性による移送の遅れを考慮して、油路３３，３５の連通面積が最大となるクランク角が、ピストン上死点よりも前に設定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複リンク式ピストンクランク機構であって、
一端が上記クランクピンの外周面に開口するように該クランクピンの内部に形成され、クランクジャーナルから加圧された潤滑油が供給されるクランクピン油路と、
上記ロアリンクに形成され、一端が上記アッパリンクのアッパピン用ピンボス部に向かって開口するとともに、他端が上記クランクピン油路に対応して上記ロアリンクのクランクピン軸受面に開口するロアリンク油路と、を備え、
ピストン上死点付近で上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路とが合致して上記アッパピン用ピンボス部へ向けて潤滑油が供給されるように構成されており、上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路との連通面積が最大となるクランク角が、ピストン上死点よりも前に設定されている、内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。
【請求項２】
上死点前１０°〜２０°において上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路との連通面積が最大となる、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。
【請求項３】
上記アッパピン用ピンボス部の内周面と外周面との間に貫通形成されたアッパリンク油路をさらに備え、
上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路との連通面積が最大となるクランク角において、上記ロアリンク油路の一端の開口が上記アッパピン用ピンボス部の外周面におけるアッパリンク油路の開口を指向している、
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。
【請求項４】
上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路との連通面積が最大となるクランク角において、上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路と上記アッパリンク油路とが折れ線状に連続する、請求項３に記載の内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、クランクシャフト内部を通してロアリンクとアッパリンクとの連結部に潤滑油を供給する潤滑構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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アッパリンクは、棒状のロッドの両端にそれぞれ円環状のピンボス部を備えた構成となっており、一方のピストンピン用ピンボス部がピストンピンに連結され、他方のアッパピン用ピンボス部がアッパピンに連結される。アッパピンは、ロアリンクの一端部に二股状に形成された一対のロアリンク側ピンボス部に両端部が支持されており、軸方向の中央部に、アッパリンクのアッパピン用ピンボス部が回転可能に嵌合する。
【０００４】
上記のアッパピン用ピンボス部とアッパピンとの嵌合部つまり摺動面の潤滑のために、特許文献１には、クランクピンに径方向に貫通形成されたクランクピン油路と、ロアリンクに貫通形成されたロアリンク油路と、を介して、加圧された潤滑油をアッパピン用ピンボス部へ向けて噴出するようにした潤滑構造が開示されている。詳しくは、ピストン上死点位置のクランク角においてクランクピン油路とロアリンク油路とが互いに連通し、クランクシャフト内部の潤滑油通路からクランクピン油路へ圧送された潤滑油がロアリンク油路を通してアッパピン用ピンボス部へ向かって噴出する構成となっている。これにより、燃焼荷重により潤滑の要求が厳しくなる圧縮上死点付近でのアッパピンの潤滑を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、クランク角がピストン上死点位置にあるときにクランクピン油路とロアリンク油路とが連通するように設定されているが、潤滑油は比較的大きな質量を有するとともに粘性を有するので、油路が開いてから潤滑油が実際に噴出するまでに遅れが存在する。つまり、油路の連通面積が最大となるタイミングと、実際にアッパピン付近に供給される潤滑油量がピークとなるタイミングと、の間に比較的大きな遅れが存在する。特許文献１では、このような移送の遅れが考慮されておらず、潤滑な必要なタイミング（すなわちピストン上死点付近）にクランクピン油路とロアリンク油路とを合致させることが開示されているに過ぎない。しかしながら、仮にピストン上死点位置で連通面積が最大となったとしても、実際には、燃焼荷重が最大となるクランク角（例えば上死点後１０°〜２０°）に潤滑油量を十分に得ることができない。
【０００７】
特に、潤滑油の供給対象であるアッパピンとアッパピン用ピンボス部との間においては、ピストン上死点後に燃焼荷重を受けて荷重作用方向が反転することによって両者間の微小隙間の態様が変化し、周囲から油膜面となる微小隙間に潤滑油を吸い込むポンピング作用が得られるのであるが、荷重作用方向が反転するまでにアッパピン付近に潤滑油が到達していないと、このポンピング作用による潤滑油の微小隙間への導入を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、アッパリンクとロアリンクとコントロールリンクとを備えてなる内燃機関の複リンク式ピストンクランク機構であって、
一端がクランクピンの外周面に開口するように該クランクピンの内部に形成され、クランクジャーナルから加圧された潤滑油が供給されるクランクピン油路と、
上記ロアリンクに形成され、一端が上記アッパリンクのアッパピン用ピンボス部に向かって開口するとともに、他端が上記クランクピン油路に対応して上記ロアリンクのクランクピン軸受面に開口するロアリンク油路と、を備え、
ピストン上死点付近で上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路とが合致して上記アッパピン用ピンボス部へ向けて潤滑油が供給されるように構成されており、上記クランクピン油路と上記ロアリンク油路との連通面積が最大となるクランク角が、ピストン上死点よりも前に設定されている。
【０００９】
このようにピストン上死点よりも前にクランクピン油路とロアリンク油路との連通面積が最大となることで、これよりも遅れて実際にアッパピン付近に供給される潤滑油量のピークが、ピストン上死点後の燃焼荷重が最大となるクランク角に比較的に対応したタイミングとなる。
【００１０】
そして、アッパピンとアッパピン用ピンボス部との間での荷重作用方向が反転する時期までに両者の微小隙間の付近に潤滑油が到達しており、荷重作用方向の反転によるポンピング作用によって潤滑油が油膜面となる微小隙間に効果的に導入される。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、潤滑油の質量ならびに粘性による供給遅れを考慮してピストン上死点よりも前のクランク角において油路の連通面積が最大となるようにしたので、燃焼荷重が最大となるクランク角において十分な潤滑が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例の複リンク式ピストンクランク機構の構成説明図。
【図２】ロアリンクの斜視図。
【図３】潤滑構造を示すＢＴＤＣ１０°におけるピストンクランク機構の断面図。
【図４】３つの油路の角度関係を示す説明図。
【図５】ピストン上死点位置における断面図。
【図６】燃焼荷重が最大となるクランク角における断面図。
【図７】アッパピンの軸受面に供給される潤滑油量の時間変化を示した特性図。
【図８】アッパピンの軸受部における荷重作用方向の反転ならびにこれに伴う潤滑油のポンピング作用を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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５のクランクピン５Ａ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。
【００１５】
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５Ａ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５Ａに嵌め込んだ上で、互いに逆向きに挿入される一対のボルト１８（図３参照）によって互いに締結されている。
【００１６】
上記アッパピン用ピンボス部１２は、アッパリンク３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の軸方向の両端部を支持する一対のアッパピン用ピンボス部１２の各々が、ロアリンク６の軸方向の端面に沿って延びている。つまり、一対のアッパピン用ピンボス部１２の間に、アッパリンク３の揺動運動を可能とする一定幅の溝部１５が存在する。各々のアッパピン用ピンボス部１２は、円形のピン嵌合孔１６を有し、これらのピン嵌合孔１６にアッパピン４が圧入されている。
【００１７】
コントロールピン用ピンボス部１３も基本的に同様の構成であり、二股状をなす一対のコントロールピン用ピンボス部１３の間の溝部（図示せず）にコントロールリンク７が組み合わされ、コントロールピン９の両端部がコントロールピン用ピンボス部１３のピン嵌合孔１７に圧入されている。
【００１８】
アッパリンク３は、炭素鋼の鍛造や鋳造等によって一部品として構成されているものであり、直線的に延びた矩形断面の棒状をなすロッド部２１と、このロッド部２１の一端に設けられた円環状のピストンピン用ピンボス部２２と、ロッド部２１の他端に設けられた円環状のアッパピン用ピンボス部２３と、を有する。
【００１９】
ピストンピン用ピンボス部２２は、ピストン１に両端部が支持されたピストンピン２の中央部に回転可能に嵌合する。なお、ピストンピン２は、ピストン１に圧入して固定してもよく、あるいは、いわゆるフルフロート形式としてピストン１に回転可能に支持するようにしてもよい。
【００２０】
アッパピン用ピンボス部２３は、ロアリンク６側のアッパピン用ピンボス部１２に両端部が支持されたアッパピン４の中央部に回転可能に嵌合する。なお、ピストンピン用ピンボス部２２およびアッパピン用ピンボス部２３には、図示しない円筒状の軸受メタルが圧入されている。
【００２１】
図３は、上記のアッパピン４とアッパピン用ピンボス部２３との接触面（摺動面）を潤滑するための潤滑構造を示す断面図であり、ロアリンク６の軸方向の中央を通る断面に沿って複リンク式ピストンクランク機構の各部を示している。
【００２２】
潤滑構造を構成する油路の一部として、クランクピン５Ａは、直径方向にドリル加工により貫通して形成されたクランクピン油路３３を備えている。このクランクピン油路３３は、クランクジャーナル５Ｂとクランクピン５Ａとに亘って斜めにドリル加工されているクランクシャフト５内部の油路３４と交差しており、互いに連通している。
【００２３】
クランクシャフト５のクランクジャーナル５Ｂは、シリンダブロック３１のバルクヘッド３１ａとメインベアリングキャップ３２との間で回転自在に支持されているが、例えばシリンダブロック３１側から主軸受面の油孔等を介して上記の油路３４へ加圧された潤滑油が導入される構成となっている。従って、クランクピン油路３３には、常に加圧された潤滑油が供給されている。
【００２４】
図３は、クランク角がピストン上死点前１０°（ＢＴＤＣ１０°）であるときの各部材の位置・姿勢を示しており、クランクピン５Ａの外周面に開口するクランクピン油路３３の一端３３ａは、このＢＴＤＣ１０°において、ロアリンク６のアッパピン用ピンボス部１２付近を指向している。より詳しくは、アッパピン４の中心よりも下方の位置を指向している。
【００２５】
このようにクランクピン５Ａの外周面に開口するクランクピン油路３３に対応して、ロアリンク６のアッパピン用ピンボス部１２側には、ロアリンク油路３５がドリル加工されている。ロアリンク油路３５は、ロアリンク６の溝部１５の底面を貫通しており、外周側の一端３５ａがアッパリンク３のアッパピン用ピンボス部２３に向かって開口し、かつ内周側の他端３５ｂがクランクピン油路３３の一端３３ａと合致するようにクランクピン軸受面に開口している。なお、クランクピン５Ａとロアリンク６との間に軸受メタルが介在しない場合にはロアリンク６のクランクピン軸受部１１内周面がクランクピン軸受面となるが、軸受メタルが介在する場合には、軸受メタルにもロアリンク油路３５の一部となる油孔が貫通形成されることとなる。
【００２６】
さらに、アッパリンク３のアッパピン用ピンボス部２３には、上記ロアリンク油路３５に対応してアッパリンク油路３６が半径方向にドリル加工されている。このアッパリンク油路３６は、アッパピン用ピンボス部２３の内周面と外周面との間に貫通しており、外周側の一端３６ａは、ロアリンク６のロアリンク油路３５に向かって開口している。また、アッパリンク油路３６は、円環状をなすアッパピン用ピンボス部２３の中で、下半部に位置している。つまり、アッパピン用ピンボス部２３をロッド部２１を中心とした１８０°の上半部と残りの１８０°の下半部とに２分したときに、下半部となる範囲にアッパリンク油路３６が位置する。また、下半部の１８０°の中でも、アッパリンク３の引張方向の荷重が作用する中央部（ロッド部２１の反対側となる部位）を避けて、アッパリンク３の中心線に対し斜め方向となる位置に貫通形成されている。
【００２７】
図示例では、クランクシャフト５は、時計回り方向に回転する。そして、クランク角がピストン上死点付近にあるときに、クランクピン油路３３とロアリンク油路３５とアッパリンク油路３６との三者が互いに連通（つまり油路端部の開口が互いに合致）し、加圧された潤滑油がロアリンク油路３５からアッパピン用ピンボス部２３へ向けて噴出するとともに、アッパリンク油路３６を介してアッパピン用ピンボス部２３とアッパピン４との接触面（摺動面）に導入される。
【００２８】
詳しくは、前述したように、図３は、クランク角がＢＴＤＣ１０°にあるときの状態を示しているが、このＢＴＤＣ１０°において、クランクピン油路３３とロアリンク油路３５との連通面積が最大となる。つまり、クランクピン油路３３の一端３３ａの開口中心とロアリンク油路３５の他端３５ｂの開口中心とが合致する。また同時に、ロアリンク油路３５の一端３５ａの開口がアッパリンク油路３６の一端３６ａの開口を指向し、かつロアリンク油路３５の一端３５ａの開口中心とアッパリンク油路３６の一端３６ａの開口中心とが概ね合致する。
【００２９】
ここで、図３のようにクランク角がＢＴＤＣ１０°にあるときに、クランクピン油路３３とロアリンク油路３５とアッパリンク油路３６との三者は、完全な直線状には整列せず、折れ線状に連続する。これは、ロアリンク６におけるアリンク油路３５の形成位置を考慮したためである。仮にクランクピン５Ａの中心とアッパピン４の中心とを結ぶ直線に沿って３つの油路３３，３５，３６が直線的に整列するように配置したとすると、ロアリンク油路３５が図示例よりもロアリンク６の中央寄りに位置することとなる。例えば、コントロールピン９を支点、クランクピン５Ａを作用点、アッパピン４を力点、としてアッパピン４に下方へ向かう燃焼荷重が作用すると、ロアリンク６の上部の中央寄り部分に大きな曲げ荷重が作用する。従って、このような曲げ荷重の大きな部位にロアリンク油路３５を貫通形成することは好ましくない。図示例のように油路３３，３５の連通面積が最大となるときに三者が折れ線になるように構成することで、ロアリンク油路３５は、クランクピン５Ａの中心とアッパピン４の中心とを結ぶ直線よりも外側（図３の左側）に配置されることとなり、ロアリンク６の曲げ荷重の大きな部位を避けることができる。
【００３０】
なお、図ではクランクピン油路３３とロアリンク油路３５とが殆ど直線状に整列しているが、ロアリンク油路３５はクランクピン５Ａの半径線（換言すればクランクピン油路３３）に対し僅かに傾いている。具体的には、アッパリンク３側の一端３５ａは、クランクピン５Ａ側の他端３５ｂの開口中心を通るクランクピン５Ａの半径線に対し上方（換言すればロアリンク６中央寄り）に片寄って位置している。図４は、折れ線状となる３つの油路３３，３５，３６の角度関係を多少誇張して模式的に示した説明図であり、クランクピン５Ａの中心Ｏ１とアッパピン４の中心Ｏ２とを結ぶ直線Ｌに対して３つの油路３３，３５，３６が外側（左側）へ張り出すように配置され、１８０°未満となる角θ１，θ２がいずれも直線Ｌ寄りの側に構成される。
【００３１】
図５は、図３の状態からクランク角が１０°進んだ位置すなわちピストン上死点位置における状態を示している。このピストン上死点位置においては、既に油路３３，３５の連通面積が最大となる状態を過ぎており、油路３３，３５の連通面積が低減し始めている。
【００３２】
さらに、図６は、燃焼荷重が最大となるクランク角位置例えばピストン上死点後２０°における状態を示している。この燃焼荷重が最大となるクランク角では、油路３３，３５の連通面積がさらに低減している。
【００３３】
このように、上記実施例では、ピストン上死点前の適宜なクランク角位置例えばＢＴＤＣ１０°において油路３３，３５の連通面積が最大となり、潤滑要求が高い燃焼荷重が最大となるクランク角では連通面積が相対的に減少したものとなっているが、油路３３，３５を介した潤滑油の移送には潤滑油の質量ならびに粘性に基づく比較的大きな遅れが存在するので、アッパピン４付近への実際の潤滑油の供給量としては適切な特性が得られる。
【００３４】
図７は、アッパピン４の軸受面に供給される潤滑油量の時間変化を示した特性図であり、時間ｔ１は、油路３３，３５の連通面積が最大となるＢＴＤＣ１０°に相当し、時間ｔ２は、ピストン上死点（ＴＤＣ）に相当する。さらに、時間ｔ３は、燃焼荷重が最大となるＡＴＤＣ２０°に相当する。上記実施例では、実線で示すように、油路３３，３５の連通面積が最大となる時間ｔ１から実際に供給される潤滑油量が増加していき、燃焼荷重が最大となる時間ｔ３において潤滑油量がピークとなる。従って、燃焼荷重を受ける軸受面の確実な潤滑が可能となる。
【００３５】
これに対し、比較例として破線で示すように、ピストン上死点に相当する時間ｔ２において油路３３，３５の連通面積が最大となるように設定したとすると、実際にアッパピン４に到達する潤滑油量のピークは燃焼荷重が最大となるタイミングｔ３よりも遅れてしまう。従って、効果的な潤滑が図れない。
【００３６】
なお、機関回転速度ならびに粘性（換言すれば油温）が異なると、潤滑油の移送遅れに相当するクランク角が変化する。従って、目標とする機関運転条件の下で潤滑油量のピークと燃焼荷重が最大となるタイミングとが一致するように、油路３３，３５の連通面積が最大となるクランク角を設定することが望ましい。例えばピストン上死点前１０°〜２０°（ＢＴＤＣ１０°〜ＢＴＤＣ２０°）の範囲内で油路３３，３５の連通面積が最大となるクランク角が設定される。
【００３７】
図８は、アッパピン４の軸受部における荷重作用方向の反転ならびにこれに伴う潤滑油のポンピング作用を説明する説明図である。アッパピン４とアッパピン用ピンボス部２３内周面との間には、潤滑油膜を確保するための微小隙間４１（図８には誇張して拡大して示してある）が存在する。図８の（ａ）は、ピストン上死点位置での微小隙間４１の態様を示しており、このピストン上死点においてはピストン１およびアッパリンク３の慣性力でもってアッパピン用ピンボス部２３が上方へ引き上げられるため、円筒状をなす微小隙間４１は、上部で拡大し、下部で縮小する。図８の（ｂ）は、燃焼荷重が最大となるクランク角での微小隙間４１の態様を示しており、このときには燃焼荷重によってアッパピン用ピンボス部２３が下方へ押し下げられるため、円筒状をなす微小隙間４１は、上部で縮小し、下部で拡大する。つまり、クランク角がピストン上死点から燃焼荷重が最大となるクランク角へと進む間に、荷重作用方向が反転し、アッパリンク油路３６が連通する微小隙間４１の下部領域の容積が増減変化する。これによりポンピング作用が得られる。
【００３８】
具体的には、図８（ａ）の態様から図８（ｂ）の態様に変化する際に、微小隙間４１の下部の容積の拡大に伴って圧力が低下し、アッパリンク油路３６から微小隙間４１内へ潤滑油が吸い込まれるようとする。ここで、上記実施例では、前述したようにピストン上死点の前に油路３３，３５の連通面積が最大となることで、ピストン上死点から燃焼荷重が最大となるクランク角期間に亘って、アッパリンク油路３６の入口となる一端３６ａの開口付近に潤滑油が確実に存在する。従って、荷重作用方向の反転によるポンピング作用が生じた際に、アッパリンク油路３６を通して微小隙間４１つまり軸受面内に潤滑油が確実に導入される。
【００３９】
なお、アッパピン用ピンボス部２３におけるアッパリンク油路３６に代えて、あるいはアッパリンク油路３６に加えて、アッパピン用ピンボス部２３の端面に半径方向に沿った油溝を設けるようにしてもよく、この場合にもポンピング作用による潤滑油の導入が図れる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ピストン
２…ピストンピン
３…アッパリンク
４…アッパピン
５…クランクシャフト
５Ａ…クランクピン
６…ロアリンク
７…コントロールリンク
２３…アッパピン用ピンボス部
３３…クランクピン油路
３５…ロアリンク油路
３６…アッパリンク油路
４１…微小隙間
【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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