(57)【要約】【課題】ロッカアームの剛性を向上させる。【解決手段】内燃機関のピストン−クランク機構は、揺動支軸を中心に揺動するロッカアーム１０を有している。ロッカアーム１０は、揺動支軸の中心である揺動支点７から第１リンクとの連結部分の中心までの距離Ｌ１が、揺動支軸１３の中心から第２リンクとの連結部分の中心までの距離Ｌ２よりも長くなるよう設定されている。また、ロッカアーム１０は、第１リンクに連結される一端側と、第２リンクに連結される他端側が、それぞれ連結ピンの両端を支持するように二股状に形成されている。そして、クランクシャフト軸方向で、揺動支軸貫通穴２１の半径方向に沿った揺動支軸連結部２２の肉厚のうち、第１リンク１１側の肉厚が、第２リンク１２側の肉厚に比べて厚くなるように形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点軸が貫通する支点軸貫通穴を有し、上記支点軸を中心に揺動可能なロッカアームと、該ロッカアームの一端に第１連結ピンを介して連結された第１リンクと、上記ロッカアームの他端に第２連結ピンを介して連結された第２リンクと、上記第１リンクの一端に連結されたピストンと、上記第２リンクの一端に連結されたクランクシャフトと、を有し、クランクシャフト軸方向視で、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第１リンクとの連結部分までの距離が、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第２リンクとの連結部分までの距離よりも長くなるピストン−クランク機構を備え、
上記第１リンクに連結される上記ロッカアームの一端側と、上記第２リンクに連結される上記ロッカアームの他端側が、それぞれ上記連結ピンの両端を支持するように二股状に形成された内燃機関において、
上記ロッカアームは、該ロッカアーム両端の二股部分の間を通り、上記クランクシャフトの軸方向と直交する平面による断面で、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第１リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第１直線とし、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第２リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第２直線とし、上記支点軸貫通穴の中心を通り、上記第１直線と上記第２直線とがなす挟角を２等分する直線を第３直線とした際に、上記支点軸貫通穴外周側の断面積のうち、上記第３直線よりも上記第１リンク側の断面積が、上記第３直線よりも上記第２リンク側の断面積よりも大きくなるよう形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
上記ロッカアームは、該ロッカアーム両端の二股部分の間を通り、上記クランクシャフトの軸方向と直交する平面による断面で、上記支点軸貫通穴の中心から上記第１リンクとの連結部分の中心までの距離をＤ１とし、上記支点軸貫通穴の中心から上記第２リンクとの連結部分の中心までの距離をＤ２とし、上記支点軸貫通穴外周の該支点軸貫通穴半径方向に沿った肉厚のうち、上記第１直線上の厚さをＤ３とし、上記第２直線上の厚さをＤ４とすれば、Ｄ１／Ｄ２＜Ｄ３／Ｄ４となるよう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。
【請求項３】
上記ロッカアームは、一端側の二股部分の内側の間隔が、他端側の二股部分の内側の間隔よりも小さくな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。
【請求項４】
上記第１連結ピンの径は、上記第２連結ピンの径よりも小さく、
上記ロッカアームの一端側において上記第１連結ピンの両端を支持する一端側連結ピン挿入穴の穴径は、上記ロッカアームの他端側において上記第２連結ピンの両端を支持する他端側連結ピン挿入穴の穴径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
上記ロッカアームの一端側及び他端側は、それぞれ互いに対向する一対の対向壁を有することで２股状に形成され、一端側の二股部分の対向壁の肉厚は、他端側の二股部分の対向壁の肉厚よりも厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
上記第１連結ピンは、上記第２連結ピンより短いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
クランクシャフト軸方向視で、上記ロッカアームの重心位置が、上記支点軸よりも上記ピストン側に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
クランクシャフト軸方向視で、上記支点軸貫通穴の中心を通り、上記第２直線に直交する直線に対して、上記ロッカアームの重心位置が、上記ピストン側に位置することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
クランクシャフト軸方向視で、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第２リンクとの連結部分までの距離に対して、上記支点軸から上記ロッカアームの重心までの距離が小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換して伝達するレシプロ式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人が先に出願した特許文献１には、ピストンとクランクピンとを複数のリンク部材を介して機械的に連結してピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換するピストン−クランク機構を備え、クランクシャフトの回転中心がシリンダの側方に配置された内燃機関が開示されている。
【０００３】
この特許文献１における内燃機関は、シリンダの側方にクランクシャフトの回転中心を配置することで、内燃機関の機関全高を低く抑制し、内燃機関を全体としてコンパクトに構成して車両搭載性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５２６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような内燃機関においては、複リンク式のピストン−クランク機構の運動に伴うリンク部材の変形を抑制して、内燃機関の振動低減や、出力向上を図る上で更なる改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関は、支点軸を中心に揺動可能なロッカアームと、該ロッカアームの一端に連結された第１リンクと、上記ロッカアームの他端に連結された第２リンクと、上記第１リンクの一端に連結されたピストンと、上記第２リンクの一端に連結されたクランクシャフトと、を有し、クランクシャフト軸方向視で、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第１リンクとの連結部分までの距離が、上記支点軸から上記ロッカアームと上記第２リンクとの連結部分までの距離よりも長くなるピストン−クランク機構を備えている。上記ロッカアームは、上記第１リンクに連結される上記ロッカアームの一端側と、上記第２リンクに連結される上記ロッカアームの他端側が、それぞれ上記連結ピンの両端を支持するように二股状に形成されている。
【０００７】
そして、上記ロッカアームは、上記ロッカアームの両端の二股部分の間を通り、上記クランクシャフトの軸方向と直交する平面による断面で、上記支点軸が貫通する支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第１リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第１直線とし、上記支点軸貫通穴の中心と、上記ロッカアームと上記第２リンクとの連結部分の中心とを通る直線を第２直線とし、上記支点軸貫通穴の中心を通り、上記第１直線と上記第２直線とがなす挟角を２等分する直線を第３直線とした際に、上記支点軸貫通穴外周側の断面積のうち、上記第３直線よりも上記第１リンク側の断面積が、上記第３直線よりも上記第２リンク側の断面積よりも大きくなるよう形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロッカアームは、揺動支軸貫通穴半径方向に沿った揺動支軸貫通穴周囲の肉厚が、第１リンク側で相対的に厚くなる。そのため、ロッカアームにおいて、軸間距離が長くなる第１リンク側の剛性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関を模式的に示した説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関を構成するロッカアームの斜視図。
【図３】本発明に係る内燃機関を構成するロッカアームの平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図５】ピストン−クランク機構のリンク配置の一例を模式的に示した説明図。
【図６】ピストン−クランク機構のリンク配置の一例を模式的に示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、本発明に係る内燃機関１を模式的に示した説明図であって、クランクシャフト軸方向視での内燃機関１の断面に相当する説明図である。
【００１１】
レシプロ式の内燃機関１は、ピストン２が摺動可能に収容されたシリンダ３の側方にクランクシャフト４が配置された構成となっている。
【００１２】
この内燃機関１は、ピストン２とクランクシャフト４のクランクピン５とを複数のリンク部材により機械的に連係し、ピストン２のシリンダ３内での往復直線運動をクランクシャフト４の回転運動に変換する複リンク式のピストン−クランク機構６を有している。
【００１３】
このピストン−クランク機構６は、揺動支点７を中心に揺動可能な細長いロッカアーム１０と、このロッカアーム１０の一端とピストン２とを繋ぐ細長い棒状の第１リンク１１と、ロッカアーム１０の他端とクランクシャフト４のクランクピン５とを繋ぐ細長い棒状の第２リンク１２と、を有している。
【００１４】
ロッカアーム１０は、例えば、内燃機関１のシリンダブロック（図示せず）に固定された支点軸としての揺動支軸１３に回転可能に取り付けられ、揺動支軸１３の軸心を揺動支点７として揺動するものである。
【００１５】
第１リンク１１の下端とロッカアーム１０の一端とは、第１連結ピン１４によって相対回転可能に連結されている。ピストン２と第１リンク１１の上端とは、ピストンピン１５によって相対回転可能に連結されている。ロッカアーム１０の他端と第２リンク１２の下端とは、第１連結ピン１４よりも大径の第２連結ピン１６によって相対回転可能に連結されている。そして、一連に接続された第１リンク１１、ロッカアーム１０及び第２リンク１２は、クランクシャフト軸方向視で、全体として略Ｕ字形状に配置され、ピストン２と、クランクシャフト４との間に位置するシリンダ壁部１７が、これらリンク部材によって三方より囲まれている。
【００１６】
なお、図１中の４ａはクランクシャフト４の回転中心、図１中の５ａはクランクピン５の中心、図１中の１４ａは第１連結ピン１４の中心、図１中の１５ａはピストンピン１５の中心、図１中の１６ａは第２連結ピン１６の中心である。また、図１中の１８は吸気弁、図１中の１９は排気弁である。
【００１７】
ここで、本実施例におけるロッカアーム１０は、図２及び図３に示すように、第１リンク１１が連結される一端側が第１連結ピン１４の両端を支持するように二股状に形成されているとともに、第２リンク１２が連結される他端側が第２連結ピン１６の両端を支持するように二股状に形成されている。
【００１８】
換言すると、ロッカアーム１０は、揺動支軸１３が貫通する揺動支軸貫通穴２１が有する筒状の揺動支軸連結部２２と、第１連結ピン１４の両端を支持する第１リンク連結部２３と、第２連結ピン１６の両端を支持する第２リンク連結部２４と、から大略構成されている。
【００１９】
第１リンク連結部２３は、揺動支軸連結部２２から突出した互いに対向する一対の一端側対向壁２５、２５を有し、一端側対向壁２５、２５にそれぞれ形成された第１連結ピン挿入穴２６、２６により、第１連結ピン１４の両端が支持されている。
【００２０】
第２リンク連結部２４は、揺動支軸連結部２２から突出した互いに対向する一対の他端側対向壁２７、２７を有し、他端側対向壁２７、２７にそれぞれ形成された第２連結ピン挿入穴２８、２８により、第２連結ピン１６の両端が支持されている。
【００２１】
このようなピストン−クランク機構６においては、ピストンストロークを大きくするために、揺動支軸１３から第１連結ピン１４までの距離が、揺動支軸１３から第２連結ピン１６までの距離よりも長くなるよう設定されている。そのため、ロッカアーム１０は、揺動支軸１３から第１連結ピン１４による第１リンク１１との連結部分までの軸間距離が、揺動支軸１３から第２連結ピン１６による第２リンク１２との連結部分までの軸間距離よりも長くなり、揺動支軸１３よりも第１リンク１１側が相対的に変形しやすくなっている。
【００２２】
そこで、本実施例では、揺動支軸貫通穴２１の半径方向に沿った揺動支軸連結部２２の肉厚のうち、第１リンク１１側の肉厚が、第２リンク１２側の肉厚に比べて厚くなるように形成されている。
【００２３】
図４を用いて詳述すると、揺動支軸貫通穴２１の中心（揺動支点７）と、第１連結ピン挿入穴２６の中心（第１連結ピン１４の中心１４ａ）とを通る直線を第１直線Ｌ１とし、揺動支軸貫通穴２１の中心（揺動支点７）と、第２連結ピン挿入穴２８の中心（第２連結ピン１６の中心１６ａ）とを通る直線を第２直線Ｌ２とし、揺動支軸貫通穴２１の中心（揺動支点７）を通り、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とがなす挟角を２等分する直線を第３直線Ｌ３とした際に、揺動支軸貫通穴２１外周側の断面積である揺動支軸連結部２２の断面積のうち、第３直線Ｌ３よりも第１リンク１１側の断面積が、第３直線Ｌ３よりも第２リンク１２側の断面積よりも大きくなるよう形成されている。ここで、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、揺動支軸貫通穴２１の軸方向と直交し、一端側対向壁２５、２５の間及び他端側対向壁２７、２７の間に位置する平面による断面である。
【００２４】
さらに言えば、図４に示すように、揺動支軸貫通穴２１の中心（揺動支点７）から第１連結ピン挿入穴２６の中心（第１連結ピン１４の中心１４ａ）までの距離をＤ１とし、揺動支軸貫通穴２１の中心（揺動支点７）から第２連結ピン挿入穴２８の中心（第１連結ピン１６の中心１６ａ）までの距離をＤ２とし、揺動支軸貫通穴２１外周の支点軸貫通穴２１半径方向に沿ったの肉厚のうち、第１直線Ｌ１上の厚さをＤ３とし、第２直線Ｌ２上の厚さをＤ４とすれば、ロッカアーム１０は、Ｄ１／Ｄ２＜Ｄ３／Ｄ４となるよう形成されている。
【００２５】
これによって、ロッカアーム１０は、揺動支軸貫通穴２１半径方向に沿った揺動支軸貫通穴２１周囲の肉厚が、第１リンク１１側で相対的に厚くなる。そのため、ロッカアーム１０において、軸間距離が長くなる第１リンク１１側の剛性を高くすることができる。
【００２６】
なお、本実施例においては、図３に示すように、ロッカアーム１０の一端側の二股部分の内側の間隔である一端側対向壁２５、２５の間隔Ｃ１が、他端側の二股部分の内側の間隔である他端側対向壁２７、２７の間隔Ｃ２よりも小さくなるように形成されているとともに、一端側対向壁２５の肉厚Ｔ１が他端側対向壁２７の肉厚Ｔ２よりも厚くなるように形成されている。また、図４に示すように、第１連結ピン１４の両端を支持する第１連結ピン挿入穴２６が、第２連結ピン１６の両端を支持する第２連結ピン挿入穴２８よりも小径となるように形成されているとともに、第１連結ピン１４の長さが、図３に示すように、第２連結ピン１６よりも短くなるよう設定されている。
【００２７】
このように、一端側対向壁２５、２５の間隔Ｃ１を相対的に小さくしたり、一端側対向壁２５の肉厚Ｔ１を相対的に厚くしたり、第１連結ピン挿入穴２６の穴径を相対的に小さくしたり、第１連結ピン１４を相対的に短くしたりすることも、ロッカアーム１０の揺動支軸１３よりも第１リンク１１側の剛性向上させる上で有効である。
【００２８】
また、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重は、上死点付近と下死点付近で最大となる。
【００２９】
図５は、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重が最大となる上死点付近でのリンク配置を模式的に示した説明図である。なお、図５に示すように、クランクシャフト軸方向視で、第２連結ピン中心１６ａと揺動支点７とを通る直線と、第２連結ピン中心１６ａとクランクピン中心５ａを通る直線との挟角をθ１とすれば、ピストン−クランク機構６は、上死点において挟角θ１が最小となり、下死点において挟角θ１が最大となる。
【００３０】
シリンダブロックには、ピストン−クランク機構６の揺動支軸１３と、クランクシャフト４から荷重が入力されるが、揺動支軸１３からシリンダブロックに入力される荷重Ｒ１は、ロッカアーム１０の慣性モーメントの影響を受けないが、クランクシャフト４からシリンダブロックに入力される荷重Ｒ２は、ロッカアーム１０の慣性モーメントの影響を受けることになる。そのため、揺動支軸１３から入力される荷重Ｒ１に比べて、クランクシャフト４から入力される荷重Ｒ２は大きくなる。また、荷重Ｒ１が作用する方向と、荷重Ｒ２が作用する方向とは、互いに逆方向となる。
【００３１】
そして、ロッカアーム１０の重心位置Ｇが揺動支軸１３の中心位置（揺動支点７）と一致しない場合には、ロッカアーム１０の重心位置Ｇに荷重Ｒｃが発生し、この荷重Ｒｃに起因した荷重Ｒ３、Ｒ４が、揺動支軸１３及びクランクシャフト４からシリンダブロックにさらに入力される。すなわち、クランクシャフト軸方向視で、揺動支軸１３の中心位置（揺動支点７）を通り、上記第２直線Ｌ２に対して直交する直線を第４直線Ｌ４とすれば、この第４直線Ｌ４よりもピストン側に、ロッカアーム１０の重心Ｇが位置するように設定することで、ロッカアーム１０の重心Ｇに発生する荷重Ｒｃに起因する荷重Ｒ３が揺動支軸１３からシリンダブロックに入力され、荷重Ｒｃに起因する荷重Ｒ４がクランクシャフト４からシリンダブロックに入力される。
【００３２】
荷重Ｒ３は、クランクシャフト軸方向視で、荷重Ｒｃと同じ方向で、かつ同じ大きさとなる。荷重Ｒ４は、クランクシャフト軸方向視で、荷重Ｒ３とは反対方向に作用するものであり、揺動支軸１３の中心（揺動支点７）からロッカアーム１０の重心Ｇまでの距離の比べて揺動支軸１３の中心（揺動支点７）から第２連結ピン１６の中心１６ａまでの距離が長くなるほど小さくなる。
【００３３】
つまり、シリンダブロックに対して、揺動支軸１３からは荷重Ｒ１と荷重Ｒ３が入力され、クランクシャフト４からは揺動支軸１３からの入力とは逆方向に、荷重Ｒ１よりも相対的に大きい荷重Ｒ２と荷重Ｒ３よりも相対的に小さい荷重Ｒ４とが入力される。
【００３４】
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム１０の重心位置Ｇが第４直線Ｌ４よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重が最大となる上死点付近において、シリンダブロック全体でみれば、揺動支軸１４からの荷重の入力と、クランクシャフト４からの荷重の入力とが互いに相殺されるように設定することが可能となり、シリンダブロックが受けるピストン−クランク機構６からの荷重の入力を低減させることができる。
【００３５】
また、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム１０の重心位置Ｇが第４直線Ｌ４よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重が最大となる下死点付近においても、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重が最大となる上死点付近のときと同様に、揺動支軸１３からは荷重Ｒ１と荷重Ｒ３が入力され、クランクシャフト４からは、揺動支軸１３からの入力とは逆方向に、荷重Ｒ１よりも相対的に大きい荷重Ｒ２と荷重Ｒ３よりも相対的に小さい荷重Ｒ４とが入力されることになるが、このときの荷重Ｒ１〜Ｒ４の向きは、上死点付近のときの向きとは逆方向となっている。
【００３６】
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム１０の重心位置Ｇが第４直線Ｌ４よりもピストン側に位置するように設定することで、シリンダブロックがピストン−クランク機構６から受ける荷重が最大となる下死点付近においても、シリンダブロック全体でみれば、揺動支軸１４からの荷重の入力と、クランクシャフト４からの荷重の入力とが互いに相殺されるように設定することが可能となり、シリンダブロックが受けるピストン−クランク機構６からの荷重の入力を低減させることができる。
【００３７】
つまり、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム１０の重心Ｇが第４直線Ｌ４よりもピストン側に位置するように設定することで、ピストン−クランク機構６からシリンダブロックに入力される荷重の最大値を相対的に小さくすることが可能となる。
【００３８】
図６は、揺動支軸１３の中心（揺動支点７）からロッカアーム１０の重心Ｇまでの距離と、揺動支軸１３の中心から第２連結ピン１６の中心１６ａまでの距離とが等しい場合におけるピストン−クランク機構６の上死点付近でのリンク配置を模式的に示した説明図である。
【００３９】
揺動支軸１３の中心（揺動支点７）からロッカアーム１０の重心Ｇまでの距離と、揺動支軸１３の中心から第２連結ピン１６の中心１６ａまでの距離とが等しい場合、ロッカアーム１０の重心位置Ｇに発生する荷重Ｒｃに起因してロッカアーム１０と第２リンク１２の連結部分に作用する荷重Ｒ５の大きさが、荷重Ｒｃに起因して揺動支軸１３からシリンダブロックに入力される荷重Ｒ３の大きさと等しくなる。
【００４０】
そして、ピストン−クランク機構６において、揺動支軸１３の中心（揺動支点７）からロッカアーム１０の重心Ｇまでの距離が、揺動支軸１３の中心から第２連結ピン１６の中心１６ａまでの距離によりも長くなると、荷重Ｒ３と逆向きの荷重Ｒ５が、揺動支軸１３からシリンダブロックに入力される荷重Ｒ３に比べて大きくなる。荷重Ｒ５は、第２リンク１２を介して、クランクシャフト４からシリンダブロックに入力されることになる。
【００４１】
従って、クランクシャフト軸方向視で、ロッカアーム１０の重心位置Ｇを第４直線Ｌ４よりもピストン側に設定する際には、揺動支軸１３の中心（揺動支点７）からロッカアーム１０の重心Ｇまでの距離が、揺動支軸１３の中心から第２連結ピン１６の中心１６ａまでの距離よりも短くなるように設定することで、ピストン−クランク機構６からシリンダブロックに入力される荷重を低減することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…内燃機関
２…ピストン
３…シリンダ
４…クランクシャフト
４ａ…クランクシャフト回転中心
５…クランクピン
５ａ…クランクピン中心
６…ピストン−クランク機構
７…揺動支点
１０…ロッカアーム
１１…第１リンク
１２…第２リンク
１３…揺動支軸
１４…第１連結ピン
１４ａ…第１連結ピン中心
１５…ピストンピン
１５ａ…ピストンピン中心
１６…第２連結ピン
１６ａ…第２連結ピン中心
１７…シリンダ壁部
１８…吸気弁
１９…排気弁
２１…揺動支軸貫通穴
２２…揺動支軸連結部
２３…第１リンク連結部
２４…第２リンク連結部
２５…一端側対向壁
２６…第１連結ピン挿入穴
２７…他端側対向壁
２８…第２連結ピン挿入穴
【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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