(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動するピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着されるとともに、前記アッパリンクにアッパピンを介して連結されるロアリンクと、
前記ロアリンクにコントロールピンを介して連結され、揺動中心ピンを中心として揺動するコントロールリンクと、
を有するマルチリンクエンジンのリンクジオメトリであって、
前記シリンダのシリンダライナは、シリンダ軸方向の下端位置が一定ではなく少なくとも一部分の下端位置が異なるように形成され、
前記シリンダライナ下端の最上部よりも、ピストンスカート下端が下方に位置するクランクアングル範囲において、クランク軸方向から見てアッパリンク軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になる、
ことを特徴とするマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項２】
クランク軸方向から見てアッパリンク軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になるときは、クランク軸方向から見て、アッパリンク軸線がシリンダ軸線とほぼ平行となる、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項３】
前記アッパピンの軸心の移動軌跡の曲率半径は、ピストン上死点付近よりもピストン下死点付近のほうが小さい、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項４】
前記アッパピンの楕円状の軸心軌跡の上端と接しシリンダ軸線に直交する直線を直線Ａとし、
前記楕円軌跡の下端と接しシリンダ軸線に直交する直線を直線Ｂとし、
前記楕円軌跡と２点で交差しシリンダ軸線に直交する直線であって前記２交点間の距離が最大になる直線を直線Ｃとしたときに、
直線Ａから直線Ｃまでの距離が、直線Ｂから直線Ｃまでの距離よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項５】
前記アッパピンの軸心は、前記コントロールピンの軸心と前記クランクピンの軸心とを結んだ直線上に、又はその直線よりも下方に、位置する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項６】
前記ピストンの往復動加速度の下死点近傍のタイミングにおける極大値の大きさが、上死点近傍のタイミングにおける極大値の大きさと略同等以上である、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【請求項７】
前記マルチリンクエンジンは、運転条件に応じて前記揺動中心ピンの位置を調整することで圧縮比を変更可能な圧縮比可変エンジンであり、
前記アッパリンク軸線とシリンダ軸線とのなす最小角が、高圧縮比の場合と低圧縮比の場合とで異なるときに、高圧縮比側よりも低圧縮比側のほうが小さい、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マルチリンクエンジンのリンクジオメトリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンピンとクランクピンとを複数のリンクで連結したエンジン(以下では「マルチリンクエンジン」という)が開発されつつある。このようなマルチリンクエンジンは、シリンダ内を往復動するピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着されるとともに、アッパピンを介してアッパリンクに連結されるロアリンクと、そのロアリンクにコントロールピンを介して連結され、揺動中心ピンを中心として揺動するコントロールリンクと、を備える。
【０００３】
このようなマルチリンクエンジンには、ピストンとクランクシャフトとをひとつのリンク(すなわちコンロッド)で連結するエンジン(これは通常のエンジンであるが、このようなエンジンをマルチリンクエンジンに対比して以下では「シングルリンクエンジン」と称する)に比較して、図４(Ａ−２)に示すようにクランク直径に対してアッパピン軌跡の上下方向長さと概ね一致するピストンストロークが拡大するため、トップデッキ高さ(全高)を高くすることなくロングストローク化しやすいという特性がある。このような特性を活用する技術が研究されている。たとえば特許文献１では、ピストンの必要最小限にのみ摺動部(ピストンスカート)を形成する。またシリンダライナには欠損部を設け、クランクシャフトのカウンタウェイトやリンク部品が通過できるようにする。このようにすることで、シリンダライナ下端及びピストン下死点の位置を低くすることができ、エンジン全高を高くすることなくロングストローク化している。なお他に関連する特許文献としては、特許文献２、特許文献３、特許文献４がある。
【特許文献１】特開２００６−１８３５９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７３６７号公報
【特許文献３】特開２００２−６１５０１号公報
【特許文献４】特開２００５−１４７０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらこのように、シリンダライナ下端に欠損部を形成すると、その欠損部周辺のシリンダライナの剛性が弱くなる。その一方で、シリンダライナの面積が小さくなる分、欠損部周辺ではシリンダライナにかかる面圧が高くなる。そのためピストンのスラスト荷重が大きいと、シリンダライナが変形し、シリンダライナとピストンスカートとの接触状態が悪化する可能性がある。またピストンのスラスト荷重が大きいと、シリンダライナの欠損部のエッジによってピストンスカートの潤滑油膜が掻き取られてしまう可能性もある。
【０００５】
本発明は、本件発明者らによって見出されたこれらの課題に着目してなされたものであり、シリンダライナ下端に欠損部が形成されているなどして、下端のシリンダ軸方向の位置が一定ではなく少なくとも一部分の位置が異なるようになっていても、シリンダライナの変形を抑制するマルチリンクエンジンのリンクジオメトリ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】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、シリンダ(３１)内を往復動するピストン(３２)にピストンピン(２１)を介して連結されるアッパリンク(１１)と、クランクシャフト(３３)のクランクピン(３３ｂ)に回転自由に装着されるとともに、アッパリンク(１１)にアッパピン(２２)を介して連結されるロアリンク(１２)と、ロアリンク(１２)にコントロールピン(２３)を介して連結され、揺動中心ピン(２４)を中心として揺動するコントロールリンク(１３)と、を有するマルチリンクエンジンのリンクジオメトリであって、前記シリンダ(３１)のシリンダライナ(３１ａ)は、シリンダ軸方向の下端位置(３１ｂ，３１ｃ，３１ｅ)が一定ではなく少なくとも一部分の下端位置が異なるように形成され、前記シリンダライナ下端の最上部(３１ｂ)よりも、ピストンスカート下端が下方に位置するクランクアングル範囲において、クランク軸方向から見てアッパリンク軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クランク軸方向から見てアッパリンク軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になるタイミングで、シリンダライナ下端の最上部よりも、ピストンスカート下端が下方に位置するので、シリンダライナの下端位置が一定ではなく少なくとも一部分の位置が異なるように形成されていても、シリンダライナの変形を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
まず最初に図１を参照してマルチリンクエンジンについて説明する。なお図１はピストン３２が下死点にあるときの状態を示している。
【００１０】
マルチリンクエンジン１０は、ピストン３２とクランクシャフト３３とが２つのリンク(アッパリンク１１、ロアリンク１２)で連結される。またロアリンク１２には、コントロールリンク１３が連結される。
【００１１】
アッパリンク１１は、上端をピストンピン２１を介してピストン３２に連結し、下端をアッパピン２２を介してロアリンク１２の一端に連結する。ピストン３２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３１に設けられたシリンダライナ３１ａの内部を往復動する。ピストン３２が下死点にあるときは、図１に示されているようにアッパリンク１１はシリンダ軸線と略平行な姿勢になる。またピストン３２の最下部が、シリンダライナ３１ａの下端の最下部よりも下方に位置している。
【００１２】
ここで図２及び図３を参照してピストン３２について説明する。なお図２(Ａ)は斜視図であり、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ断面図であり、図２(Ｃ)は図２(Ａ)のＣ−Ｃ断面図である。また図３はピストン挙動を示す図である。
【００１３】
ピストン３２は図２(Ｃ)に示されているように、ピストンピン２１の長さ方向の中央部分には、ピストンスカート３２ａが残されているが、その両側にはピストンスカートが無い。このようなピストン３２では、下死点において図３(Ａ)に示されているようにカウンタウェイト３３ｃはピストンピン２１(ピストンスカート３２ａ)の側方を通過する。このためアッパリンク１１を最小限の長さとして、ピストン３２の下死点位置をクランクシャフト３３に最接近させることで、その分のピストンストロークを拡大することができる。アッパリンク１１の傾きによって発生するサイドスラストは、残されているピストンスカート３２ａにおいて主に負担することになる。
【００１４】
次に図４を参照してシリンダライナ３１ａについて説明する。図４(Ａ)は図１のシリンダライナ３１ａの左内側面をシリンダ軸線から見た縦断面図であり、図４(Ｂ)は図１のシリンダライナ３１ａの右内側面をシリンダ軸線から見た縦断面図である。
【００１５】
図４(Ａ)に示されているように、シリンダライナ３１ａの左内側の下端には、クランクシャフト３３のカウンタウェイト３３ｃを通過させるための欠損部３１ｂと、ロアリンク１２を通過させるための欠損部３１ｃと、が形成されている。このためシリンダライナ３１ａの下端のシリンダ軸方向の位置は、一定ではなく、位置が異なる。なお本実施形態では、欠損部３１ｂのほうが、欠損部３１ｃよりも深く形成されており、この欠損部３１ｂがシリンダライナ３１ａの下端の最上部に該当する。欠損部３１ｂ及び欠損部３１ｃの残りの部分が残部３１ｄである。
【００１６】
また図４(Ｂ)に示されているように、シリンダライナ３１ａの右内側の下端には、アッパリンク１１を通過させるための欠損部３１ｅが形成されている。このためシリンダライナ３１ａの下端のシリンダ軸方向の位置は、一定ではなく、位置が異なる。
【００１７】
再び図１に戻る。ロアリンク１２は、一端をアッパピン２２を介してアッパリンク１１に連結し、他端をコントロールピン２３を介してコントロールリンク１３に連結する。また、ロアリンク１２は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト３３のクランクピン３３ｂを挿入し、クランクピン３３ｂを中心軸として回動する。ロアリンク１２は左右の２部材に分割可能に構成される。クランクシャフト３３は、複数のクランクジャーナル３３ａとクランクピン３３ｂとを備える。クランクジャーナル３３ａは、シリンダブロック及びラダーフレームによって回転自在に支持される。クランクピン３３ｂは、クランクジャーナル３３ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が回動自在に連結する。
【００１８】
コントロールリンク１３は、先端にコントロールピン２３を挿入し、ロアリンク１２に回動可能に連結する。またコントロールリンク１３は、他端を揺動中心ピン２４を介してシリンダブロック３１に連結する。コントロールリンク１３は、この揺動中心ピン２４を中心として揺動する。そしてたとえば揺動中心ピン２４を一部を偏心させた偏心軸の偏心した部位として揺動中心ピン２４の偏心位置を移動すればコントロールリンク１３の揺動中心が変更し、ピストン３２の上死点位置が変更される。これによって圧縮比を機械的に調整することが可能である。
【００１９】
図５は、マルチリンクエンジンのピストン加速度特性を説明する図であり、図５(Ａ)はマルチリンクエンジンのピストン加速度特性を示す図であり、図５(Ｂ)は比較例としてシングルリンクエンジンのピストン加速度特性を示す図である。これらは、行程に対するコンロッド長の比が１．５から３程度の一般的なシングルリンクエンジンとの比較するものである。そしてマルチリンクエンジンのアッパリンクをシングルリンクエンジンのコンロッドに相当するものと考え、同じストローク長、かつ、マルチリンクエンジンのアッパリンク長さとシングルリンクエンジンのコンロッド長さとが同じという条件で比較したものである。
【００２０】
シングルリンクエンジンでは、図５(Ｂ)に示すようにオーバオールのピストン加速度の大きさ(絶対値)は、下死点付近のほうが上死点付近よりも大きい。しかしながら、マルチリンクエンジンでは、図５(Ａ)に示すようにオーバオールのピストン加速度の大きさ(絶対値)は、下死点付近と上死点付近とで略同程度に設定することができる。
【００２１】
そのように設定されたマルチリンクエンジンとシングルリンクエンジンのピストン位置の波形に含まれる２次成分の大きさを比較すると、マルチリンクエンジンのほうがシングルリンクエンジンよりも小さい。このため二次振動を低減できる、という特性がある。
【００２２】
次に図６を参照して、本実施形態のマルチリンクエンジンのリンクジオメトリをさらに詳しく説明する。なお図６(Ａ−１)はピストン３２が上死点にある状態を示し、図６(Ａ−２)はそのときの各リンクの状態を示し、図６(Ｂ−１)はピストン３２が下死点にある状態を示し、図６(Ｂ−２)はそのときの各リンクの状態を示す。また図６(Ａ−２)及び図６(Ｂ−２)に一点鎖線で示した略楕円図形は、アッパピン２２の軸心の移動軌跡である。
【００２３】
本実施形態では、図６(Ｂ−１)に示すように、ピストン３２が下死点にあるときにシリンダライナ３１ａの下端の最上部３１ｂよりも、ピストンスカート下端が下方に位置する。このときの下死点近傍でのピストンとシリンダボアの位置関係を図７に示す。なお図７は図６(Ｂ−１)を矢印VII方向からピストン近傍を見た斜視図であり、シリンダライナを一点鎖線で示す。このときピストン３２は、残されているピストンスカート３２ａがシリンダライナ下端の最上部３１ｂより下がった位置まで下降している。シリンダライナ下部には、上述の通り、クランクシャフト３３のカウンタウェイト３３ｃを通過させるための欠損部３１ｂと、ロアリンク１２を通過させるための欠損部３１ｃと、が形成されている。このように欠損部が形成されいるので、シリンダライナ残部３１ｄは強度が低下する。さらに、シリンダライナ残部３１ｄは面積が小さい(相対するピストンスカートが小さい)分、シリンダライナ残部３１ｄにかかる面圧が高くなる。そのためピストン３２のスラスト荷重が大きいと、シリンダライナ(残部３１ｄ)が変形し、シリンダライナ３１ａとピストンスカート３２ａとの接触状態が悪化する可能性がある。またピストン３２のスラスト荷重が大きいと、シリンダライナ３１ａの欠損部３１ｂ，３１ｃのエッジによってピストンスカート３２ａの潤滑油膜が掻き取られてしまう可能性もある。そこで本実施形態では、このタイミングで、図６(Ｂ−２)に示すように、アッパリンク１１の軸線(ピストンピン２１の中心とアッパピン２２の中心を結んだ直線)とシリンダ軸線とが平行になり、すなわちアッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす角がゼロ度になり最小となるようにした。このため、ピストン３２からシリンダライナ３１ａに作用するスラスト力が小さく、シリンダライナ３１ａに欠損部３１ｂ，３１ｃが形成されていても、シリンダライナ３１ａの変形を効果的に抑制することができる。特に、クランク軸方向から見てアッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になる状態のときが、ピストン３２からシリンダライナ３１ａに作用するスラスト力が最小になる状態である。そしてシリンダライナ３１ａの下端の最上部３１ｂよりも、ピストンスカート下端が下方に位置しているときに、このような状態になるので、シリンダライナ３１ａに欠損部が形成されていても、シリンダライナ３１ａに変形が生じることがないのである。またピストン３２が下死点にあるときに、ピストン３２の最下部が、シリンダライナ３１ａの下端の最下部よりも下方に位置しているが、ピストン３２からシリンダライナ３１ａに作用するスラスト力が小さいので、シリンダライナ３１ａの欠損部のエッジによってピストンスカートの潤滑油膜が掻き取られてしまうことを防止できるのである。
【００２４】
また図６(Ｂ−２)に示すように、アッパピン２２の軸心の移動軌跡の曲率半径は、ピストン上死点付近よりもピストン下死点付近のほうが小さい。換言すると、アッパピン２２の楕円状の軸心軌跡の上端付近と接しシリンダ軸線に直交する直線を直線Ａとし、楕円軌跡の下端付近と接しシリンダ軸線に直交する直線を直線Ｂとし、楕円軌跡と２点で交差しシリンダ軸線に直交する直線であって２交点間の距離が最大になる直線を直線Ｃとしたときに、直線Ａから直線Ｃまでの距離Ｌ１が、直線Ｂから直線Ｃまでの距離Ｌ２よりも小さい。
【００２５】
またアッパピン２２の軸心は、コントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを結んだ直線Ｄよりも下方に位置するようになっている。ただしアッパピン２２の軸心とコントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とが一直線上にあれば、アッパピン２２の軸心は、コントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを結んだ直線Ｄの上に位置する。
【００２６】
ここで仮に図８の比較例に示すように、アッパピン２２の軸心が、コントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを結んだ直線Ｄよりも上方に位置する場合を考える。揺動中心ピン２４がクランクシャフト中心の左下の位置にあり、かつ、コントロールピンがクランク軸中心の左方に位置するとき(シリンダ中心線を図中の垂直方向に置いたとき)には、ピストン３２が上死点付近にあるときであっても(図８(Ａ))、下死点付近にあるときであっても(図８(Ｂ))、アッパピン２２の位置が図６の場合に比べて高くなる。したがってアッパピン２２の軸心を、直線Ｄよりも下方に位置するようにしたほうが、トップデッキ高さ(全高)を高くすることなくロングストローク化しやすいのである。
【００２７】
また上述のように、揺動中心ピン２４を偏心軸にして揺動中心ピン２４の偏心位置を移動すればコントロールリンク１３の揺動中心が変更し、ピストン３２の上死点位置が変更されるので、圧縮比を機械的に調整することが可能である。このときアッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす最小角は、高圧縮比側よりも低圧縮比側のほうが小さくなるようにジオメトリを設定する。図６(Ｂ)において、実線は低圧縮比側、破線は高圧縮比側の状態を示す。高負荷条件では、出力を確保するべく運転条件に応じて圧縮比を低圧縮比側に設定することが望ましい。また低負荷条件では、膨張仕事を大きくすることで排気損失が減るように高圧縮比に設定することが望ましい。そしてこのように圧縮比を設定する場合は、低負荷条件のときに、より燃焼圧が高くサイドスラストも大きくなる。本実施形態によれば、このような場合でも、より効果的にシリンダライナの変形を抑えることができるのである。
【００２８】
（第２実施形態）
図９は、本発明によるマルチリンクエンジンのリンクジオメトリの第２実施形態を示す図である。
【００２９】
上記第１実施形態では、アッパピン２２の軸心は、コントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを結んだ直線Ｄよりも下方に位置するようにしたが、本実施形態では、アッパピン２２の軸心とコントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを一直線上に配置し、アッパピン２２の軸心が、コントロールピン２３の軸心とクランクピン３３ｂの軸心とを結んだ直線Ｄの上に位置するようにした。このようにしても、図８の比較例に比べて、ピストン３２が上死点付近にあるときであっても、下死点付近にあるときであっても、アッパピン２２の位置を低くできる。したがってアッパピン２２の軸心を、直線Ｄの上に位置しても、トップデッキ高さ(全高)を高くすることなくロングストローク化できるのである。
【００３０】
（第３実施形態）
図１０は、本発明によるマルチリンクエンジンのリンクジオメトリの第３実施形態を示す図である。
【００３１】
上記第１実施形態では、アッパピン２２の軸心の移動軌跡は、シリンダ軸線上にあったが、本実施形態は、アッパピン２２の軸心の移動軌跡が、シリンダ軸線とはズレた位置にある場合である。
【００３２】
このような場合は、アッパピン２２の軸心の移動軌跡は、図１０に示されているように、右に傾斜した形状になる。そしてピストンが上死点(図１０(Ａ))から下死点(図１０(Ｃ))に移動する途中でアッパピン２２の軸心が移動軌跡左端になり、このときアッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になる(図１０(Ｂ))。本実施形態では、このタイミングのときに、シリンダライナ３１ａの下端の最上部３１ｂよりも、ピストンスカート下端が下方に位置するようにしたのである。
【００３３】
このように本実施形態では、アッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす角が最小になるタイミングのときに、シリンダライナ３１ａの下端の最上部３１ｂよりも、ピストンスカート下端が下方に位置するようにした。このため、アッパピン２２の軸心の移動軌跡が、シリンダ軸線とはズレた位置にある場合であっても、ピストン３２からシリンダライナ３１ａに作用するスラスト力を小さくでき、シリンダライナ３１ａに欠損部が形成されていても、シリンダライナ３１ａに変形が生じることがないのである。
【００３４】
また上述のように、揺動中心ピン２４を偏心軸にして揺動中心ピン２４の偏心位置を移動すればコントロールリンク１３の揺動中心が変更し、ピストン３２の上死点位置が変更されるので、圧縮比を機械的に調整することが可能である。このときアッパリンク１１の軸線とシリンダ軸線とのなす最小角は、高圧縮比側よりも低圧縮比側のほうが小さくなるのである。
【００３５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００３６】
例えば、図４に示したシリンダライナの形状は一例に過ぎず、たとえば図１１に示すような形状であってもよい。ようするにシリンダライナ下端のシリンダ軸方向の位置は、一定ではなく少なくとも一部分の位置が異なるように形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】マルチリンクエンジンについて説明する図である。
【図２】ピストンの形状を示す図である。
【図３】ピストン挙動を示す図である。
【図４】マルチリンクエンジンのシリンダライナを示す図である。
【図５】マルチリンクエンジンのピストン加速度特性を説明する図である。
【図６】マルチリンクエンジンのリンクジオメトリの第１実施形態をさらに詳しく説明する図である。
【図７】図６(Ｂ−１)を矢印VII方向からピストン近傍を見た斜視図である。
【図８】比較例を示す図である。
【図９】本発明によるマルチリンクエンジンのリンクジオメトリの第２実施形態を示す図である。
【図１０】本発明によるマルチリンクエンジンのリンクジオメトリの第３実施形態を示す図である。
【図１１】シリンダライナの他の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  マルチリンクエンジン
１１  アッパリンク
１２  ロアリンク
１３  コントロールリンク
２１  ピストンピン
２２  アッパピン
２３  コントロールピン
２４  揺動中心ピン
３１  シリンダ
３１ａ  シリンダライナ
３１ｂ，３１ｃ，３１ｅ  シリンダライナの欠損部(シリンダライナ下端)
３１ｄ  シリンダライナの残部
３２  ピストン
３３  クランクシャフト
３３ａ  クランクジャーナル
３３ｂ  クランクピン
【図１】
0005056612.tif 000002
【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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