JP3861583B2 - 内燃機関のピストンクランク機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のピストンクランク機構、特に、複リンク式のピストンクランク機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の可変圧縮比機構として、複リンク式のピストンクランク機構を利用したものが提案されている（例えば１９７６年１２月発行の「Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」第１９頁、特開平９−２２８８５８号公報参照）。これは、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連結されるとともに、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、上記ロアリンクと内燃機関本体とを連結して、ロアリンクの自由度を規制するコントロールリンクと、を備えており、上記コントロールリンクの揺動支点位置が運転条件に応じて制御される構成となっている。このものでは、コントロールリンクの揺動支点位置が変化すると、ロアリンクの姿勢が変化し、これに伴ってピストンの上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような複リンク式のピストンクランク機構においては、クランクピンが回転すると、ロアリンクがコントロールリンクとの連結点を支点として揺動し、クランクピンの変位を拡大してピストンに伝達するように機能する。従って、ロアリンクには、その曲げ方向に大きな燃焼荷重が作用する。
【０００４】
上記の特開平９−２２８８５８号公報には、アッパリンクとの連結点と、コントロールリンクとの連結点と、クランクピン中心とが、一直線上に配置された細長いロアリンクが開示されているが、実際には、このような構成では、曲げ方向に作用する荷重に対しロアリンクの強度を十分に確保することが難しい。
【０００５】
従って、上記の「Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」に開示されているように、アッパリンクとの連結点と、コントロールリンクとの連結点と、クランクピン中心とが、三角形の頂点にそれぞれ配置されたようなロアリンクの形状とならざるを得ない。
【０００６】
しかしながら、このように３つの点を略三角形状に配置したロアリンクを用いた複リンク式のピストンクランク機構にあっては、ロアリンクの２次振動成分が新たに発生し、例えば自動車に搭載した場合に、車室内のこもり音が発生するなど、内燃機関の騒音振動特性が悪化する、という問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、ロアリンクの重心位置を適切に設定することにより、ロアリンクに起因する２次振動成分の悪化を回避することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、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、上記ロアリンクに第２連結ピンを介して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、を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構において、上記ロアリンクの重心が、第１，第２連結ピンの各中心とクランクピン中心とを結んだ三角形の内側に存在し、重心からクランクピン中心までの距離ｒｃが、重心から第１連結ピンの中心までの距離ｒ１と、重心から第２連結ピンの中心までの距離ｒ２と、の少なくとも一方よりも小さいことを特徴としている。つまり、クランクピン中心に近い位置に重心がある。重心がクランクピン中心に近いほど、ロアリンクに起因する２次振動成分は低減する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のものにおいて、上記ｒｃが、上記ｒ１よりも小さく、かつ上記ｒ２よりも小さいことを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、さらに、上記ｒｃが０であることを特徴としている。つまり、ロアリンクの重心位置がクランクピン中心に合致している。
【００１１】
請求項４に係る発明は、上記の重心が、第１，第２連結ピンの重量を含めて定められることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に係る発明は、上記第１，第２連結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびにコントロールリンク端部のボス部の重量をさらに含めて上記の重心が定められることを特徴としている。つまり、実際に運動する部分の等価質量に基づいて重心が定められる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、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、上記ロアリンクに第２連結ピンを介して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、を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構において、第１，第２連結ピンの各中心とクランクピン中心とを結ぶ線分が三角形をなし、第１，第２連結ピンを含まないロアリンクの重心が、クランクピン中心を挟んで第１，第２連結ピンの反対側に位置し、第１，第２連結ピンの重量および各連結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびにコントロールリンク端部のボス部の重量を含めたときの重心が、クランクピン中心により接近することを特徴としている。つまり、各連結ピンやボス部の重量を考慮した状態において重心位置が適切なものとなるように、ロアリンク単体での重心位置が設定されている。ここで各連結ピンやボス部の重量を含めたときの重心が、クランクピン中心と合致することが望ましい。
【００１４】
請求項７に係る発明は、ピストン速度が最大となるストロークの中間位置において、上記第１連結ピンの速度が上記第２連結ピンの速度より大となることを特徴としている。これにより、ロアリンクがクランクピンの変位を拡大してピストンに伝達し得るものとなる。
【００１５】
請求項８に係る発明は、上記第１連結ピンの径が上記第２連結ピンの径よりも大きいことを特徴としている。第１連結ピンは、アッパリンクから大きな燃焼荷重を受ける。これに対し、揺動支点として機能する第２連結ピンに作用する荷重は比較的小さい。
【００１６】
請求項９に係る発明は、上記ロアリンクの第１連結ピン周辺部分の肉厚が、第２連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きいことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、上記ロアリンクのクランクピン周辺部分の肉厚が、第１連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きいことを特徴としている。
【００１８】
このように各部を肉厚を適切にすることにより、軽量化を図りつつ、重心位置をクランクピン中心に近づけることができる。
【００１９】
請求項１１に係る発明は、上記ロアリンクは、上記第１，第２連結ピンを含む本体部と、キャップ部とに、上記クランクピンの中心を通る平面に沿って２分割されており、クランクピンの両側に配置された複数のボルトによって両者が一体に組み立てられているとともに、各ボルトの軸線が、クランクピンと第１連結ピンとの間ならびにクランクピンと第２連結ピンとの間を通ることを特徴としている。
【００２０】
ロアリンクをクランクピンに組み付けるためには、クランクピン中心を通る平面に沿ってロアリンクを分割して構成する必要があるが、このように一方の本体部に第１，第２連結ピンが含まれるように構成すれば、燃焼荷重が主に本体部を介してクランクピンに伝達され得るようになり、分割面に大きな剪断方向の力が作用することがない。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、クランクピンと第２連結ピンとの間に、２本のボルトが配置されており、第２連結ピン寄りに位置する一方のボルトがクランクピン寄りに位置する他方のボルトよりも小径に構成されていることを特徴としている。クランクピンと第２連結ピンとの間の距離が大きい場合には、このように２本のボルトを設ける必要が生じるが、この場合に、クランクピンから離れた方を相対的に細くすることで、重心位置をクランクピン寄りに確保しやすくなる。
【００２２】
請求項１３に係る発明は、請求項１１または１２に記載のものにおいて、上記本体部およびキャップ部に、ボルト用の貫通孔がそれぞれ形成されており、本体部側から挿入されたボルトの先端が、キャップ部外側に配置されたナットに螺合していることを特徴としている。上記ナットは、キャップ部側から、つまりシリンダブロック底面側から締め付けることが可能である。
【００２３】
請求項１４に係る発明は、さらに、上記本体部に、上記ボルトの頭部を収容する凹部が形成されていることを特徴としている。ボルト頭部が上記凹部に収容されることで、重心がクランクピン寄りとなる。
【００２４】
請求項１５に係る発明は、請求項１４のものにおいて、上記ボルトの頭部およびこれに対応する凹部は、クランクシャフト軸方向の寸法がクランクシャフト軸方向に直交する方向の寸法よりも相対的に小さな異形をなしていることを特徴としている。例えば、楕円形、長円形、長方形などに形成される。このように異形とすれば、ボルト頭部と凹部との嵌合によってボルトの回り止めがなされる。特に、クランクシャフト軸方向の寸法を小さくすることで、ロアリンクの肉厚を増大させずに凹部を設けることが可能となる。それだけ、重心がクランクピン寄りとなる。
【００２５】
請求項１６に係る発明は、請求項１１または１２に記載のものにおいて、上記キャップ部にボルト用の貫通孔が形成されているとともに、本体部に雌ネジ部が形成されており、キャップ部側から挿入されたボルトが上記雌ネジ部に螺合していることを特徴としている。この場合、上記ボルトは、キャップ部側から、つまりシリンダブロック底面側から締め付けることが可能である。
【００２６】
請求項１７に係る発明は、上記キャップ部に、ナットもしくはボルトの頭部を受ける座部が、ボス状に突出して形成されていることを特徴としている。この座部の形成によって、ロアリンクの重心位置がキャップ部側に近付き、クランクピン中心に一層近く確保しやすくなる。
【００２７】
さらに請求項１８に係る発明は、上記ロアリンクのアッパリンク側およびコントロールリンク側のボス部がそれぞれ二股状に構成されており、この二股状に分岐した一対のボス部によって両端が支持された第１，第２連結ピンを介して、一対のボス部の間に挟まれたアッパリンクおよびコントロールリンクが、それぞれ揺動可能に連結されていることを特徴としている。
【００２８】
ロアリンクとアッパリンク、あるいはロアリンクとコントロールリンクとを、大きな燃焼荷重に耐えうるように十分な剛性でもって連結するためには、いずれか一方の端部を二股状に構成するとともに他方の端部をその間に挟み込むように組み合わせることが望ましいが、アッパリンクあるいはコントロールリンクの端部を二股状とすると、その二股状部分のみならずリンクのロッド部分に連続する部分の厚肉化によって、各リンクの大きな重量増加を伴う。これに対し、ロアリンク側を二股状とすれば、ロアリンク自体は重量増加するものの、アッパリンクやコントロールリンクの重量増加は回避でき、その運動に起因する振動の点で有利となる。そして、ロアリンクの重量増加は、前述したように、その重心位置を適宜に設定することにより、その悪影響を最小限に抑制可能である。
【００２９】
請求項１９に係る発明は、上記第１連結ピンが上記アッパリンクのボス部に圧入されているとともに、上記第２連結ピンが、ロアリンクおよびコントロールリンクの双方に対し回転可能なフルフロート形式となっていることを特徴としている。上述したように、第１連結ピンは大きな燃焼荷重を受けることから相対的に大径のものとなるが、これをアッパリンクのボス部に圧入することで、該アッパリンクのボス部の外形が小さくなり、これを受けるロアリンクの二股状に分岐した部分の底部とクランクピン用のピン孔との間の距離が、相対的に大きく確保される。また、第２連結ピンを、ロアリンクおよびコントロールリンクの双方に、ブッシュを介してフルフロート形式で支持するようにすれば、圧入に比べて軸受面の許容面圧が高くなるため、第２連結ピンの小径化が可能である。
【００３０】
次に、請求項２０に係る発明では、上記ロアリンクは、上記第１連結ピンを含む第１ロアリンク部と、上記第２連結ピンを含む第２ロアリンク部とに、上記クランクピンの中心を通る平面に沿って２分割して構成されている。この場合、ロアリンクに大きな荷重が作用するときには、クランクピン孔が分割面に平行に引張力を受けるようになり、クランクピン孔の両側に位置する一対のボルトの内側つまりクランクピン孔周縁には、圧縮力が作用する。そのため、必要なボルト軸力は小さくなる。
【００３１】
さらに、請求項２１に係る発明では、上記第２ロアリンク部にボルト用の貫通孔が形成されているとともに、上記第１ロアリンク部に雌ネジ部が形成されており、第２ロアリンク部側から挿入されたボルトが上記雌ネジ部に螺合して、上記第１ロアリンク部と第２ロアリンク部とが一体に結合されている。これにより、第１ロアリンク部における第１連結ピン周辺の強度確保が容易となり、クランクピンと第１連結ピンとの間での応力集中が回避される。
【００３２】
また、請求項２２に係る発明は、上記第１ロアリンク部と上記第２ロアリンク部との分割面がクラッキングによる破断面となっていることを特徴としている。すなわち、ロアリンクを鋳造等により一体に形成した後に、第１ロアリンク部と第２ロアリンク部とに破断する。このようなクラッキングによる破断面とすれば、分割面に平行な方向への滑りが生じないため、ボルトに作用する剪断力がより小さくなる。特に、ロアリンクでは、大きな分割面が存在するので、非常に有効なものとなる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、第１、第２連結ピンの中心とクランクピン中心とが三角形の頂点に配置されたロアリンクとなるため、強度的に優れたものとなるとともに、その重心位置をクランクピン中心に近付けることにより、ロアリンクに起因する２次振動成分を低減できる。従って、この種の複リンク式ピストンクランク機構を用いた内燃機関の騒音振動性能が向上する。
【００３４】
特に請求項６のように、第１，第２連結ピンやボス部の重量を見込んで予めロアリンク単体での重心位置が反対側に位置するようにすれば、実際の運転時におけるロアリンクの重心位置がクランクピン中心に近いものとなり、２次振動成分を確実に低減できる。
【００３５】
また、請求項８〜１０の発明によれば、アッパリンクから伝達される燃焼荷重に対する強度確保と、ロアリンク全体の軽量化と、を図りつつ、ロアリンクの重心位置を適正化することができる。
【００３６】
また、請求項１１の発明によれば、第１，第２連結ピンを一方の本体部に含めることで、ロアリンクの強度確保が容易となり、かつボルトに大きな剪断力が作用しない。従って、重心位置を最適化しつつロアリンク全体を軽量化できる。
【００３７】
また、請求項１２の発明によれば、２本のボルトの径を異ならせることで、各部に必要なボルト軸力を確保しつつ重心位置がクランクピン中心から離れることを抑制できる。
【００３８】
また、請求項１３〜１７の発明によれば、ボルトの配置の適正化により、組立作業の作業性を確保しつつロアリンクの重心位置をクランクピン中心に近付けることが可能となる。
【００３９】
さらに、請求項７の発明によれば、クランクピンの回転半径に対しピストン行程を拡大する作用が大きく得られる。従って、所定のピストン行程を得るために必要なクランクピン回転半径を小さくできる。
【００４０】
さらに、請求項１８の発明によれば、アッパリンクやコントロールリンク側を二股状とする場合に比べて、アッパリンクやコントロールリンクの軽量化が図れ、これらの運動に起因する振動成分を低減できる、
また、請求項１９の発明によれば、ロアリンクの第１連結ピンとクランクピンとの間の部分の強度を高く確保できると同時に第２連結ピンを小径化して軽量化することができ、ロアリンクの実質的な重心位置をクランクピン中心により近づけることができる。
【００４１】
また、請求項２０の発明によれば、必要なボルト軸力が小さくなり、ボルトの小径化が可能であり、ロアリンク全体を一層軽量化することができる。
【００４２】
請求項２１の発明によれば、大きな荷重が作用する第１連結ピンを備えた第２ロアリンク部側の構成が単純化され、該第１連結ピンとクランクピンとの間での応力集中が回避される。従って、ロアリンク全体を一層軽量化することができる。
【００４３】
さらに、請求項２２の発明によれば、分割面をクラッキングによる破断面とすることで、第１ロアリンク部と第２ロアリンク部との確実な位置決めが行えると同時に、ボルトの剪断力が小さくなり、ボルトの小径化が可能となる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
図１は、この発明に係る内燃機関のピストンクランク機構の一実施例を示す構成説明図である。なお、この図は、ピストンクランク機構のリンク構成を主に示しており、従って、各部材の寸法比等は一部誇張して描かれている。
【００４６】
このピストンクランク機構は、可変圧縮比機構として機能するように構成されたものであって、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の他端に第１連結ピン７を介して揺動可能に連結されるとともに、クランクシャフト４のクランクピン５に連結されたロアリンク６と、一端が上記ロアリンク６に第２連結ピン８を介して連結されるとともに、他端が内燃機関本体に連結されて、ロアリンク６の自由度を規制するコントロールリンク９と、を備えている。上記ピストン１は、図示せぬシリンダ内を上下に摺動し、燃焼室を画成している。上記コントロールリンク９の他端は、詳しくは、シリンダブロック（図示せず）下部に配置したコントロールシャフト１０の偏心カム部１０Ａに揺動可能に支持されており、上記偏心軸部１０Ａの回動位置によってコントロールリンク９下端の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストンの上死点位置、ひいては圧縮比が変化する構成となっている。なお、上記クランクシャフト４は、図の反時計回り方向に回転する。
【００４７】
上記ロアリンク６は、後述するように、クランクピン５の中心を通る平面に沿って本体部６Ａとキャップ部６Ｂとに２分割されており、後述のボルトによって組み立てられている。
【００４８】
上記ロアリンク６においては、クランクピン５と第１，第２連結ピン７，８とが三角形の頂点に位置するように配置されている。なお、図中の太い実線は、いわゆるスケルトン図として各リンクを示したものである。また、図において、点Ｗは、ロアリンク６の重心位置を示している。この重心Ｗは、クランクピン５の中心と第１，第２連結ピン７，８の各中心とを結んだ三角形の内側に存在し、かつクランクピン５の中心から重心Ｗまでの距離をｒｃ、第１，第２連結ピン７，８の中心までの距離をそれぞれｒ１，ｒ２とすると、ｒｃ＜ｒ１でかつｒｃ＜ｒ２の関係が成り立つ。特に、ｒｃが０つまり重心Ｗがクランクピン５の中心に合致していることが望ましい。ここで、上記の重心Ｗは、第１，第２連結ピン７，８の重量ならびにアッパリンク３およびコントロールリンク９の端部のボス部の重量を含めた等価慣性重量から求めたものである。これらを除いたロアリンク６単体での重心は、クランクピン５の中心を挟んで第１，第２連結ピン７，８の反対側にあり、第１，第２連結ピン７，８および各ボス部の重量を含めることによって、重心Ｗは、クランクピン５の中心により一層近付くようになっている。但し、ロアリンク６の単体での重心についても、ｒｃ＜ｒ１でかつｒｃ＜ｒ２の関係が成り立つ。
【００４９】
また、ロアリンク６を含めたリンク構成は、ピストン１の速度が最大となるストロークの中間位置において、第１連結ピン７の速度がクランクピン５の速度よりも大きくなるように設定されている。つまり、ロアリンク６は、コントロールリンク９との接続点となる第２連結ピン８を支点として揺動するレバーとして機能し、クランクピン５の動きが拡大されてアッパリンク３に伝達される。従って、必要なピストンストロークに比べてクランクピン５の回転半径を小さくすることができる。
【００５０】
図２〜図４は、ロアリンク６の重心位置とピストンクランク機構において発生する振動との関係を示したものであり、各図の左下のスケルトン図に示すように、図２は、重心Ｗがクランクピン５の中心から大きく離れている場合の振動特性、図３は、重心Ｗがクランクピン５の中心に比較的近い場合の振動特性、図４は、重心Ｗがクランクピン５の中心に合致している場合の振動特性、をそれぞれ示している。これらの図に明らかなように、重心Ｗがクランクピン５の中心に近付くほど、２次振動成分ならびにさらに高次の振動成分が低減する。
【００５１】
図５〜図７は、ロアリンク６のより具体的な構成を示している。図示するように、ロアリンク６には、第１連結ピン７が嵌合する第１ピン孔２１と、第２連結ピン８が嵌合する第２ピン孔２２と、クランクピン５が嵌合する第３ピン孔２３と、が設けられているが、第３ピン孔２３の中心を通る平面に沿って本体部６Ａとキャップ部６Ｂとに分割されており、かつ本体部６Ａは、第１ピン孔２１と第２ピン孔２２を含んでいる。燃焼荷重は、アッパリンク３から第１連結ピン７を介してロアリンク６に伝達され、該ロアリンク６からクランクピン５に伝達されるのであるが、上記のような形に本体部６Ａとキャップ部６Ｂとを分割すれば、主に単一部材となる本体部６Ａを介して燃焼荷重が伝達されることになり、両者の接合面には、大きな荷重や剪断力が加わることがない。
【００５２】
図５に明らかなように、燃焼荷重を直接受ける第１連結ピン７の径は、揺動支点となる第２連結ピン８に比べて大径となっている。換言すれば、第２連結ピン８は可能な範囲で小径化されており、重心Ｗがクランクピン５から離れることを抑制している。また、図６に示すように、ロアリンク６の肉厚、特に第１ピン孔２１から第２ピン孔２２に亘るロアリンク６上部の肉厚は、第２ピン孔２２周辺部分が薄く、第１ピン孔２１周辺部分が厚く、かつ両者の中間部分では徐々に肉厚が変化している。これにより、第１連結ピン７とクランクピン５との間で十分な強度を確保できると同時に、第１連結ピン７に対し大きな軸受面積を確保できる。また、クランクピン５側を下部、第１，第２連結ピン７，８側を上部としたときの上下方向については、図７に示すように、下部つまりクランクピン５周辺部分が厚く、上部に向かうに従って徐々に薄肉となっている。これにより、前述したように、重心Ｗがクランクピン５の中心に近付けられている。
【００５３】
図８は、上記本体部６Ａとキャップ部６Ｂとを結合するボルトの具体的な構成を示している。この例では、３本のボルト３１，３２，３３が用いられており、クランクピン５と第１連結ピン７との間に１本のボルト３１が、クランクピン５と第２連結ピン８との間に２本のボルト３２，３３が配置されている。ここで、クランクピン５を挟んで両側に略対称に配置されたボルト３１，３２は互いに同一の径であり、ボルト３２よりも第２連結ピン８寄りに位置するボルト３３は、これらよりも小径に構成されている。また、この実施例では、本体部６Ａおよびキャップ部６Ｂに、それぞれボルト用の貫通孔が形成されており、本体部６Ａ側から挿入した各ボルト３１，３２，３３の先端に、キャップ部６Ｂ側に配置したナット３４，３５，３６がそれぞれ螺合している。
【００５４】
次に、図９および図１０は、ボルトの異なる例を示すもので、この実施例では、３本のボルト３１，３２，３３の頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが、クランクシャフト４の軸方向と直交する方向に沿って細長い形状、例えば楕円形に構成されているとともに、本体部６Ａの上端面に、これらの頭部３１ａ，３２ａ，３３ａに対応した形状の凹部３７，３８，３９が形成されており、ここに頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが嵌合している。つまり、頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが突出することなく凹部３７，３８，３９内に収容されている。そして、キャップ部６Ｂ側にナット３４，３５，３６が配置されているが、このナット３４，３５，３６を受ける座部４０，４１，４２がボス状に突出して形成されている。従って、この実施例では、ボルト３１，３２，３３が凹部３７，３８，３９との嵌合で回り止めされるため、シリンダブロック下面側からナット３４，３５，３６を容易に締め付けることができ、作業性が良好なものとなる。そして、頭部３１ａ，３２ａ，３３ａが本体部６Ａ内に埋め込まれた状態になると同時に座部４０，４１，４２がボス状が下方に突出するので、重心Ｗをクランクピン５の中心に近づける上で有利となる。なお、座部４０，４１，４２の形成は、第３ピン孔２３内周面と座面との間の距離（肉厚）を確保する上でも有利となる。
【００５５】
また、図１１は、ボルトのさらに異なる例を示すもので、この実施例では、キャップ部６Ｂ側に貫通孔が設けられているとともに、本体部６Ａ側に雌ネジ部４３，４４，４５が形成されている。ボルト３１，３２，３３は、キャップ部６Ｂ側から挿入され、上記雌ネジ部４３，４４，４５にそれぞれ螺合している。なお、キャップ部６Ｂには、図９の実施例と同様に、ボルト３１，３２，３３の頭部を受ける座部４０，４１，４２がボス状に形成されている。
【００５６】
この構成によれば、やはりシリンダブロック下面側からボルト３１，３２，３３を容易に締め付けることができる。また、ボルト３１，３２，３３がクランクピン５近傍に位置するようになるので、クランクピン５の中心に重心Ｗを近づける上で有利となる。なお、図示するように、本体部６Ａに、雌ネジ部４３，４４，４５に連続して孔を貫通させることにより、本体部６Ａを軽量化することができる。
【００５７】
次に、図１２〜図１４は、ロアリンク６の異なる実施例を示している。このロアリンク６は、前述した実施例と同様に、第１連結ピン７を支持する第１ピン孔２１と、第２連結ピン８を支持する第２ピン孔２２と、クランクピン５が連結される第３ピン孔２３と、を備えているが、図１２に明らかなように、第１ピン孔２１が形成される一方の端部が、二股状に構成され、第１ピン孔２１が開口する一対の第１アーム部５１と、該第１アーム部５１間の第１凹部５２と、を備えている。同様に、第２ピン孔２２が形成される他方の端部も二股状に構成され、第２ピン孔２２が開口する一対の第２アーム部５３と、該第２アーム部５３間の第２凹部５４と、を備えている。従って、第１連結ピン７および第２連結ピン８は、それぞれ両端部が各アーム部５１，５３によって支持されるようになっており、図１５に模式的に示したように、各凹部５２，５４に挟み込まれるように配置されたアッパリンク３およびコントロールリンク９が、第１連結ピン７および第２連結ピン８の中間部に揺動可能に支持される。
【００５８】
ここで、上記第１連結ピン７は、アッパリンク３のボス部に圧入されている。また、上記第２連結ピン８は、図示せぬブッシュを介して、第２ピン孔２２およびコントロールリンク９のボス部ピン孔（図示せず）の双方に対し回転可能なフルフロート形式となっている。
【００５９】
また、この実施例では、上記ロアリンク６は、第１ピン孔２１と第２ピン孔２２とを結ぶ線に対し略直交する方向に沿って２分割されている。つまり、第１ピン孔２１を含む第１ロアリンク部６Ｃと、第２ピン孔２２を含む第２ロアリンク部６Ｄとに、第３ピン孔２３の中心を通る平面からなる分割面５５に沿って、分割されている。そして、図１４に示すように、第３ピン孔２３の両側に一対のボルト５６が配置され、このボルト５６によって、両者が一体化されている。ここで、上記第２ロアリンク部６Ｄに、ボルト５６用の貫通孔が形成され、かつ第１ロアリンク部６Ｃに、雌ネジ部が形成されており、一対のボルト５６は、第２ロアリンク部６Ｄ側から挿入され、先端部が第１ロアリンク部６Ｃの雌ネジ部に螺合している。
【００６０】
なお、上記ロアリンク６の重心位置の関係は、前述した実施例と基本的に変わりがない。
【００６１】
図１６は、上記のように分割構成されたロアリンク６における各部の荷重の方向を説明するものであり、ピストン１から燃焼荷重が作用すると、第１ピン孔２１および第２ピン孔２２は下方へ力ｆ１，ｆ２を受け、第３ピン孔２３は上方へ力ｆ３を受けるので、第３ピン孔２３の周囲は、分割面５５に平行な方向の引張力を受ける。そして、一対のボルト５６の内側つまり第３ピン孔２３寄りの部分においては、図示するように圧縮力が作用し、分割面５５を開こうとする力は発生しない。従って、ボルト５６に必要な軸力は比較的小さく、小径なボルト５６の使用が可能である。この結果、ロアリンク６全体を軽量化できる。
【００６２】
また、上記のようにボルト５６の頭部が第２ロアリンク部６Ｄ側に配置されていることから、第１ロアリンク部６Ｃ側には、ボルト５６の頭部やナットを受ける座部を設ける必要がなく、この座部による応力集中を回避できる。特に、図１７に示すように、一般に、第３ピン孔２３中心から第１ピン孔２１中心までの距離Ｌ１は、第３ピン孔２３中心から第２ピン孔２２中心までの距離Ｌ２よりも小さく、かつ、第１ピン孔２１の直径ｄ１は、第２ピン孔２２の直径ｄ２よりも大きく、しかも、第１ピン孔２１への荷重ｆ１が第２ピン孔２２への荷重ｆ２よりも大きいので、第１ロアリンク部６Ｃ側に座部を設けることは好ましくない。
【００６３】
さらに、上記構成では、第１連結ピン７がアッパリンク３のボス部に圧入されているため、該アッパリンク３のボス部の外形寸法が小さくなり、これに伴って、アッパリンク３に対応する凹部５２が小さくなる。つまり、図１８に示すように、凹部５２底面と第３ピン孔２３との間の最小距離Ｌ３を比較的大きく確保することが可能となる。これに対し、第２連結ピン８をフルフロート形式としたことにより、圧入に比べて許容面圧が向上するため該第２連結ピン８の径を小径化することが可能となり、第２連結ピン８を含めたロアリンク６全体の一層の軽量化が図れる。
【００６４】
次に、図１９は、第１ロアリンク部６Ｃ側と第２ロアリンク部６Ｄとの分割面５５を、クラッキングによる破断面とした実施例を示している。すなわち、ロアリンク６全体を鋳造等により一体に形成した後に、第１ロアリンク部６Ｃと第２ロアリンク部６Ｄとに破断してある。このようなクラッキングによる破断面とすれば、分割面５５に平行な方向への滑りが抑制されるため、ボルト５６に作用する剪断力が非常に小さくなり、また、第３ピン孔２３の真円度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るピストンクランク機構の構成説明図。
【図２】重心Ｗがクランクピン中心から離れている場合の振動特性図。
【図３】重心Ｗがクランクピン中心に近い場合の振動特性図。
【図４】重心Ｗがクランクピン中心に合致している場合の振動特性図。
【図５】ロアリンクの一実施例を示す正面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図８】ボルトの構成を示したロアリンクの断面図。
【図９】ボルトの構成の他の実施例を示したロアリンクの断面図。
【図１０】図９に示したロアリンクの平面図。
【図１１】ボルトの構成のさらに他の実施例を示したロアリンクの断面図。
【図１２】ロアリンクの異なる実施例を示す斜視図。
【図１３】図１２のロアリンクの正面図。
【図１４】ボルトの配置を示す説明図。
【図１５】このロアリンクとアッパリンクおよびコントロールリンクとの関係を示す平面図。
【図１６】分割面に作用する力の説明図。
【図１７】各ピン孔の距離等の説明図。
【図１８】アッパリンク側の最小距離の説明図。
【図１９】クラッキングによる分割面とした実施例のロアリンクの正面図。
【符号の説明】
１…ピストン
２…ピストンピン
３…アッパリンク
５…クランクピン
６…ロアリンク
６Ａ…本体部
６Ｂ…キャップ部
６Ｃ…第１ロアリンク部
６Ｄ…第２ロアリンク部
７…第１連結ピン
８…第２連結ピン
９…コントロールリンク
１０…コントロールシャフト
５５…分割面
５６…ボルト

Claims (22)

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、上記ロアリンクに第２連結ピンを介して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、を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構において、
   上記ロアリンクの重心が、第１，第２連結ピンの各中心とクランクピン中心とを結んだ三角形の内側に存在し、重心からクランクピン中心までの距離ｒｃが、重心から第１連結ピンの中心までの距離ｒ１と、重心から第２連結ピンの中心までの距離ｒ２と、の少なくとも一方よりも小さいことを特徴とする内燃機関のピストンクランク機構。
2. 上記ｒｃが、上記ｒ１よりも小さく、かつ上記ｒ２よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のピストンクランク機構。
3. 上記ｒｃが０であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のピストンクランク機構。
4. 上記の重心は、第１，第２連結ピンの重量を含めて定められる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のピストンクランク機構。
5. 上記第１，第２連結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびにコントロールリンク端部のボス部の重量をさらに含めて上記の重心が定められることを特徴とする請求項４記載の内燃機関のピストンクランク機構。
6. 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、上記ロアリンクに第２連結ピンを介して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、を備えてなる内燃機関のピストンクランク機構において、
   第１，第２連結ピンの各中心とクランクピン中心とを結ぶ線分が三角形をなし、第１，第２連結ピンを含まないロアリンクの重心が、クランクピン中心を挟んで第１，第２連結ピンの反対側に位置し、第１，第２連結ピンの重量および各連結ピンに連結されるアッパリンク端部のボス部ならびにコントロールリンク端部のボス部の重量を含めたときの重心が、クランクピン中心により接近することを特徴とする内燃機関のピストンクランク機構。
7. ピストン速度が最大となるストロークの中間位置において、上記第１連結ピンの速度が上記第２連結ピンの速度より大とな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のピストンクランク機構。
8. 上記第１連結ピンの径が上記第２連結ピンの径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
9. 上記ロアリンクの第１連結ピン周辺部分の肉厚が、第２連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
10. 上記ロアリンクのクランクピン周辺部分の肉厚が、第１連結ピン周辺部分の肉厚よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
11. 上記ロアリンクは、上記第１，第２連結ピンを含む本体部と、キャップ部とに、上記クランクピンの中心を通る平面に沿って２分割されており、クランクピンの両側に配置された複数のボルトによって両者が一体に組み立てられているとともに、各ボルトの軸線が、クランクピンと第１連結ピンとの間ならびにクランクピンと第２連結ピンとの間を通ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
12. クランクピンと第２連結ピンとの間に、２本のボルトが配置されており、第２連結ピン寄りに位置する一方のボルトがクランクピン寄りに位置する他方のボルトよりも小径に構成されていることを特徴とする請求項１１記載の内燃機関のピストンクランク機構。
13. 上記本体部およびキャップ部に、ボルト用の貫通孔がそれぞれ形成されており、本体部側から挿入されたボルトの先端が、キャップ部外側に配置されたナットに螺合していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の内燃機関のピストンクランク機構。
14. 上記本体部に、上記ボルトの頭部を収容する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
15. 上記ボルトの頭部およびこれに対応する凹部は、クランクシャフト軸方向の寸法がクランクシャフト軸方向に直交する方向の寸法よりも相対的に小さな異形をなしていることを特徴とする請求項１４記載の内燃機関のピストンクランク機構。
16. 上記キャップ部にボルト用の貫通孔が形成されているとともに、本体部に雌ネジ部が形成されており、キャップ部側から挿入されたボルトが上記雌ネジ部に螺合していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の内燃機関のピストンクランク機構。
17. 上記キャップ部に、ナットもしくはボルトの頭部を受ける座部が、ボス状に突出して形成されていることを特徴とする請求項１３または１６に記載の内燃機関のピストンクランク機構。
18. 上記ロアリンクのアッパリンク側およびコントロールリンク側のボス部がそれぞれ二股状に構成されており、この二股状に分岐した一対のボス部によって両端が支持された第１，第２連結ピンを介して、一対のボス部の間に挟まれたアッパリンクおよびコントロールリンクが、それぞれ揺動可能に連結されてい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のピストンクランク機構。
19. 上記第１連結ピンが上記アッパリンクのボス部に圧入されているとともに、上記第２連結ピンが、ロアリンクおよびコントロールリンクの双方に対し回転可能なフルフロート形式となっていることを特徴とする請求項１〜６、請求項１８のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
20. 上記ロアリンクは、上記第１連結ピンを含む第１ロアリンク部と、上記第２連結ピンを含む第２ロアリンク部とに、上記クランクピンの中心を通る平面に沿って２分割して構成されていることを特徴とする請求項１〜１０、請求項１８、１９のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。
21. 上記第２ロアリンク部にボルト用の貫通孔が形成されているとともに、上記第１ロアリンク部に雌ネジ部が形成されており、第２ロアリンク部側から挿入されたボルトが上記雌ネジ部に螺合して、上記第１ロアリンク部と第２ロアリンク部とが一体に結合されていることを特徴とする請求項２０記載の内燃機関のピストンクランク機構。
22. 上記第１ロアリンク部と上記第２ロアリンク部との分割面がクラッキングによる破断面となっていることを特徴とする請求項１１、請求項２０、請求項２１のいずれかに記載の内燃機関のピストンクランク機構。

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