JP2007064452A - Connection pin - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ピストン−クランク機構のようなリンク機構に好適なフルフロート形式の連結ピンに関する。 The present invention relates to a full float type connecting pin suitable for a link mechanism such as a piston-crank mechanism.
特許文献1は、本出願人が先に提案したものであって、内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構において、各リンクを連結するためのフルフロート形式の連結ピンを開示している。この連結ピンは、単純な円筒状をなし、長手方向の中央部に嵌合する一方の部材の軸受と、長手方向の両端部にそれぞれ嵌合する他方の部材の二股状の軸受とを、互いに回転自在に連結している。
このようなフルフロート形式の連結ピンにおいては、連結ピンの全長を短くして対応する軸受の小型化を達成するためには、連結ピン・軸受間の負荷容量を増大する必要がある。しかし、連結ピン・軸受間の負荷を増大すると、連結ピンと軸受との間で焼き付きや過大な摩耗が生じやすくなる。従って、大きな負荷の下でも良好な流体潤滑状態を保ち、金属接触を抑制することが要求されている。 In such a full float type connecting pin, it is necessary to increase the load capacity between the connecting pin and the bearing in order to reduce the total length of the connecting pin and achieve the corresponding downsizing of the bearing. However, if the load between the connecting pin and the bearing is increased, seizure or excessive wear tends to occur between the connecting pin and the bearing. Therefore, it is required to maintain a good fluid lubrication state even under a large load and suppress metal contact.
この発明は、2つの部材の軸受にフルフロート形式に支持されて両部材を互いに揺動可能に連結するとともに、軸受の位置自体が2次元的に運動する連結ピンにおいて、この連結ピンの重心が、該連結ピンの中心から偏心した位置にあることを特徴としている。 In this connection pin, the two pins are supported in a full float manner on the bearing of the two members so that the two members can be slidably connected to each other, and the position of the bearing itself moves two-dimensionally. , The center of the connecting pin is in an eccentric position.
例えば内燃機関のピストンピンは、単純な上下直線運動つまり1次元的な直線往復運動を行うに過ぎないが、例えば複リンク式ピストン−クランク機構における2つのリンクを連結する連結ピンは、それ自体が2次元的な軌跡に沿って運動する。そのため、連結ピンの重心が該連結ピンの中心から偏心していると、2次元的な運動の慣性力によるモーメントが連結ピンに作用し、軸受内で連結ピンが回転つまり自転しようとする。従って、この連結ピンの自転により、いわゆる潤滑油のくさび効果が生じ、油膜圧力が発生しやすくなる。そのため、金属接触が緩和され、耐摩耗性、耐焼き付き性といった軸受耐久性能が向上する。 For example, a piston pin of an internal combustion engine only performs a simple vertical linear motion, that is, a one-dimensional linear reciprocating motion. However, for example, a connecting pin that connects two links in a multi-link piston-crank mechanism is itself. It moves along a two-dimensional trajectory. For this reason, if the center of gravity of the connecting pin is eccentric from the center of the connecting pin, a moment due to a two-dimensional motion inertia force acts on the connecting pin, and the connecting pin tends to rotate, that is, rotate within the bearing. Accordingly, the rotation of the connecting pin causes a so-called wedge effect of the lubricating oil, and the oil film pressure is easily generated. Therefore, metal contact is relaxed, and bearing durability performance such as wear resistance and seizure resistance is improved.
この発明によれば、連結ピン自体の2次元的な運動に伴い該連結ピンが軸受内で回転しようとし、潤滑油のくさび効果により金属接触が抑制されて、耐摩耗性や耐焼き付き性が向上する。 According to this invention, the connection pin tries to rotate in the bearing with the two-dimensional movement of the connection pin itself, the metal contact is suppressed by the wedge effect of the lubricating oil, and the wear resistance and seizure resistance are improved. To do.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る連結ピンが適用されるピストン−クランク機構の一例として、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した内燃機関の可変圧縮比機構を示している。 FIG. 1 shows a variable compression ratio mechanism of an internal combustion engine using a multi-link type piston-crank mechanism as an example of a piston-crank mechanism to which a connecting pin according to the present invention is applied.
これは前述した特許文献1の実施例と同様のものであって、図示するように、シリンダブロック5に形成されたシリンダ6内に、ピストン1が摺動可能に配設されており、このピストン1に、アッパリンク11の一端がピストンピン2を介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク11の他端は、第1連結ピン12を介してロアリンク13の一端部に回転可能に連結されている。このロアリンク13は、その中央部においてクランクシャフト3のクランクピン4に揺動可能に取り付けられている。なお、ピストン1は、その上方に画成される燃焼室から燃焼圧力を受ける。また、クランクシャフト3は、クランク軸受ブラケット7によってシリンダブロック5に回転可能に支持されている。
This is the same as the embodiment of Patent Document 1 described above, and as shown in the drawing, a piston 1 is slidably disposed in a cylinder 6 formed in a
上記ロアリンク13の他端部には、コントロールリンク15の一端が第2連結ピン14を介して回転可能に連結されている。このコントロールリンク15の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点16が、支持位置可変手段により内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、支持位置可変手段として、クランクシャフト3と平行に延びた制御軸18と、この制御軸18に偏心して設けられた円形の偏心カム19と、を有しており、この偏心カム19の外周面に上記コントロールリンク15の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸18は、上記のクランク軸受ブラケット7と制御軸受ブラケット8との間に回転可能に支持されている。
One end of a
従って、圧縮比の変更のために、図外のアクチュエータにより制御軸18を回転駆動すると、コントロールリンク15の揺動支点16となる偏心カム19の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク15によるロアリンク13の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン1の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。
Therefore, when the
図2は、上記の第1連結ピン12によるロアリンク13とアッパリンク11とのピン連結構造を示している。ロアリンク13は、クランクシャフト3のカウンタウエイト17等との干渉を避けるために、そのクランクシャフト3軸方向の寸法が比較的小さく制限されている。
FIG. 2 shows a pin connection structure between the
ロアリンク13の一端部には、中央部にアッパリンク嵌合溝21が生じるように、一対のピンボス部22が二股状に対向して形成されており、これらのピンボス部22には、円筒面をなすピン軸受孔24がそれぞれ貫通形成されている。この2つのピン軸受孔24は、同軸上に位置し、かつ、互いに同じ径に形成されている。
A pair of
一方、アッパリンク11の端部は、上記アッパリンク嵌合溝21内にごく僅かな隙間をもって嵌合可能な軸方向寸法を有するピンボス部26として構成されており、このピンボス部26に、円筒面をなすピン軸受孔27が貫通形成されている。このピン軸受孔27の径は、ロアリンク13側のピン軸受孔24の径と等しい。
On the other hand, the end portion of the
上記ロアリンク13と上記アッパリンク11とを連結する第1連結ピン12は、外周面が単純な円筒面をなす円柱状をなし、かつその両端部に、それぞれ軸方向に沿った偏心穴28が形成されている。この第1連結ピン12の径は、ピン軸受孔24,27の径に実質的に等しく、第1連結ピン12は、これらのピン軸受孔24,27に対し回転可能に嵌合する。つまり、双方の部材に対し回転自在なフルフロート形式となっている。これらの軸受面は、適宜な潤滑油供給方式によって潤滑されている。なお、第1連結ピン12の軸方向の移動は、図示せぬスナップリング等によって拘束される。
The first connecting
図3は、上記第1連結ピン12の端部付近での断面図であり、図示するように、上記偏心穴28は断面真円形をなし、第1連結ピン12の断面において偏心した位置に形成されている。従って、この第1連結ピン12の重心Gは、該連結ピン12の中心Oから偏心穴28と反対側に偏心している。また、この偏心穴28は、図2に示したように、連結ピン12の全長を貫通しておらず、アッパリンク11を支持する中央部を中実状態に残すようにして、長手方向の両端部にのみ設けられている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the first connecting
上記のような複リンク式ピストン−クランク機構においては、図4に示すように、クランクピン4の回転に伴ってロアリンク13は上下に揺動するので、第1連結ピン12は、符号30で示すような楕円形に近い形状の2次元的な移動軌跡に沿って空間内を運動する。従って、重心Gが偏心した位置にある第1連結ピン12は、その重心Gを通る方向に慣性力Fが発生する結果、移動軌跡30上の移動に伴って第1連結ピン12を自転させようとする回転モーメントMが発生する。例えば、図4の(a)のような姿勢に第1連結ピン12があったとすると、慣性力Fによって反時計回り方向の回転モーメントMが発生し、図(b)に示す姿勢になろうとする。重心Gの位置が中心から離れているほど回転モーメントMは大きくなり、第1連結ピン12の自転速度が、移動軌跡30に沿った第1連結ピン12の公転速度に近づく。
In the multi-link piston-crank mechanism as described above, the
これにより、第1連結ピン12とピン軸受孔24,27との間の摺動速度が高くなり、くさび効果による油膜が発生しやすくなる。この油膜の確実な形成により金属接触が抑制され、過度の摩耗や焼き付きが防止される。従って、第1連結ピン12や軸受孔24,27の軸方向寸法の短縮ひいてはロアリンク13の小型化が可能となる。
Thereby, the sliding speed between the
また、上記連結ピン12にアッパリンク11から燃焼圧による最大荷重Lが作用するときに、回転モーメントMによって、第1連結ピン12は図5に示すような姿勢となる。このとき、図6に示すように、第1連結ピン12が撓み変形し、符号Aで示す中央部の下側部分(アッパリンク11からの荷重作用方向と反対側の部分)が大きな引張応力を受ける。従って、仮に、この中央部を偏心穴28が貫通していると、外周面との間の薄肉部分に大きな引張応力が作用することになり、好ましくない。本実施例では、図2に示したように、大きな引張応力を受ける長手方向の中央部が中実状であるので、引張応力に確実に抗することができる。また、この中実となった中央部は両端部に比較して質量が大きくなり、ここに作用する上方への慣性力Fは両端部に作用する慣性力Fよりも相対的に大きくなるので、図6に示す撓み変形が緩和される、という作用も得られる。
Further, when the maximum load L due to the combustion pressure is applied from the
上記偏心穴28としては、図7に示すように、短軸を偏心方向に一致させた楕円形状の穴としてもよい。このような楕円形状とすることで、外周面との間の肉厚の薄い部分が、真円形の穴の場合よりも広範囲に生じる。例えばロアリンク13側の二股状のピンボス部22は、図2に示すような荷重を受けたときに傾くように変形するが、このような軸受孔24,27の傾き・変形に対し、第1連結ピン12の肉厚の薄い部分は容易に追従・変形し、軸受孔24,27のエッジが局所的に金属接触することを抑制する。これにより、耐久性が向上する。また、楕円形状とすることで、重心Gがより大きく偏心する利点もある。
As the
なお、ロアリンク13においては、上記の軸受孔24のエッジへの過大な入力によって、これに隣接するクランクピン4の軸受孔が変形する、という問題があるが、本発明によれば、第1連結ピン12からの入力がなだらかなものとなるので、このクランクピン軸受孔の変形が抑制される。
In the
図8は、第1連結ピン12の異なる実施例を示す。この実施例では、上記の実施例とは逆に、アッパリンク11側が二股状のピンボス部26を有し、ロアリンク13側の単一のピンボス部22がその間に挟み込まれている。このような構成では、アッパリンク11側から燃焼圧による最大荷重Lが作用したときに、引張応力は、重心G寄りつまり偏心穴28と反対側の部分(図の上側の部分)に作用するので、偏心穴28を第1連結ピン12の全長に亘って貫通形成してある。
FIG. 8 shows a different embodiment of the first connecting
上記の各実施例における偏心穴28に、第1連結ピン12自体の材質よりも軽量な材質からなる棒状の部材を密に圧入し、第1連結ピン12の剛性を高めるようにしてもよい。図9の実施例は、偏心穴28に嵌合する棒状部31aとフランジ部31bとが一体となった抜け止め部材31を軽量な材質から構成し、上記棒状部31aを偏心穴28に圧入して固定したものである。なお図(a)は、偏心穴28が貫通していない例、図(b)は、偏心穴28が貫通している場合の例を示す。上記フランジ部31bは、第1連結ピン12の軸方向の移動を規制し、軸受孔24,27からの脱落を阻止する。ここで、上記抜け止め部材31として、その重心が第1連結ピン12の中心から偏心した構成としてもよく、これにより例えば、第1連結ピン12と組み合わせた状態での重心Gの位置をより大きく偏心させることが可能である。また上記のような軽量な部材を圧入することで第1連結ピン12自体の剛性が向上するので、その薄肉化が可能となり、重量分布の設定が容易となる。
A rod-shaped member made of a material that is lighter than the material of the first connecting
また、図10は、第1連結ピン12の両端に装着される抜け止め用のC字形クリップ41の重心位置を偏心させたものであって、特に、この実施例では、合口42を構成する一対のつまみ部43を部分的に大きくし、部分的に重くしている。これにより、第1連結ピン12に取り付けた状態において、全体の重心Gが偏心する。なお、上述した偏心穴28を備えた第1連結ピン12と組み合わせることもでき、あるいは、それ自体は重心が偏心していない第1連結ピン12と組み合わせることもできる。また、この構成では、一対のつまみ部43に半径方向外側へ慣性力Fが作用するので、C字形クリップ41を締め付ける方向となり、第1連結ピン12と一体に回転しやすくなる。なお、つまみ孔44の位置が第1連結ピン12の外周面から離れるため、脱着作業の作業性が向上する。
FIG. 10 shows the center of gravity of the retaining C-shaped
図11の実施例は、合口42と反対側(180°離れた側)の部分45を局部的に大きくしたものである。この場合は、形状に自由度があるため、重心位置を大きく偏心させることが可能である。また、大きく張り出した部分45をつまみながら脱着作業をできるので、その作業性が向上する。
In the embodiment of FIG. 11, the
11…アッパリンク
12…第1連結ピン
13…ロアリンク
22…ピンボス部
24…ピン軸受孔
26…ピンボス部
27…ピン軸受孔
28…偏心穴
41…C字形クリップ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記第1連結ピンもしくは第2連結ピンとして用いられることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の連結ピン。 An upper link having one end coupled to the piston via a piston pin, and a lower link coupled to the other end of the upper link via a first coupling pin and rotatably attached to the crank pin of the crankshaft; A multi-link type piston for an internal combustion engine, having one end connected to the lower link via a second connection pin and a control link supported at the other end so as to be swingable with respect to the main body of the internal combustion engine. In the crank mechanism,
The connection pin according to claim 1, wherein the connection pin is used as the first connection pin or the second connection pin.
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