内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構
【課題】複リンク機構に特有の高次振動成分の発生を抑制する。
【解決手段】この複リンク機構は、支点３１Ａを中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアーム３１と、このロッカアーム３１の一端とピストンのピストンピン３４とを連結する第１リンク３２と、ロッカアーム３１の他端とクランクシャフト４のクランクピン５とを連結する第２リンク３３と、を有する。ロッカアーム３１と第２リンク３３との連結点の軌跡３６Ａの端部３６Ｂ，３６Ｃ同士を結んだ直線を第１の直線４６とし、ピストン上死点のときにロッカアーム３１と第２リンク３３との連結点３６とロッカアームの支点３１Ａとを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線４７とすると、第１の直線４６と第２の直線４７とに挟まれる領域４５内に、クランクシャフト４の回転中心４Ａを配置する。
【解決手段】この複リンク機構は、支点３１Ａを中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアーム３１と、このロッカアーム３１の一端とピストンのピストンピン３４とを連結する第１リンク３２と、ロッカアーム３１の他端とクランクシャフト４のクランクピン５とを連結する第２リンク３３と、を有する。ロッカアーム３１と第２リンク３３との連結点の軌跡３６Ａの端部３６Ｂ，３６Ｃ同士を結んだ直線を第１の直線４６とし、ピストン上死点のときにロッカアーム３１と第２リンク３３との連結点３６とロッカアームの支点３１Ａとを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線４７とすると、第１の直線４６と第２の直線４７とに挟まれる領域４５内に、クランクシャフト４の回転中心４Ａを配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結した複リンク式ピストン−クランク機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の主運動系として、特許文献１には、ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結した複リンク式ピストン−クランク機構（以下、「複リンク機構」とも呼ぶ）が記載されている。この複リンク機構は、支点を中心に機関本体に回転可能に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有している。この複リンク機構は、ロッカアームの支点の支持位置を変更することで、リンクジオメトリを変化させて、ピストンの上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構として構成することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
このような複リンク機構では、リンクジオメトリを適切に設定することで、ピストンとクランクシャフトとをコネクティングロッドのような一本のリンクにより連結した単リンク式のピストン−クランク機構（以下、「単リンク機構」とも呼ぶ）に比して、ピストンに連結される第１リンク（単リンク機構のコネクティングロッドに相当）の揺動範囲を小さく抑えることができ、従って、シリンダボア下端と第１リンクとの干渉を招くことなく、ピストンストローク長を長く確保して、機関圧縮比を高めて熱効率を向上することができる。
【０００５】
但し、このような複リンク機構においては、機関実動中に、ピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンクがそれぞれ異なる軌跡で複雑な運動を行うために、単リンク機構とは異なり、ピストンが上死点に向かう上り区間とピストンが下死点に向かう下り区間とで、ピストン変位・速度及び加速度などのピストンストローク特性が異なるものとなる。また、ピストン上死点近傍とピストン下死点近傍との間でも、ピストンストローク特性が異なるものとなる。このようなことから、複リンク機構においては、クランクシャフトの一回転当たりに複数回の振動を生じる二次、三次の高次振動成分を含んだ振動を生じ易い、という特有の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複リンク機構に特有の高次振動成分の発生を抑制することを目的としている。すなわち、本発明に係る内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構は、支点を中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、上記ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有している。
【０００７】
そして、ロッカアームと第２リンクとの連結点の、クランクシャフトの回転に伴う半円弧状の軌跡の端部同士を結んだ直線を第１の直線とし、ピストン上死点のときに、上記ロッカアームと第２リンクとの連結点を通って、この連結点とロッカアームの支点とを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線とすると、上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトの回転中心を配置したことを特徴としている。
【０００８】
クランクシャフトの回転に伴ってロッカアームは支点を中心に所定の回転角度範囲内を揺動するために、ロッカアームと第２リンクの連結点の軌跡は、ロッカアームの支点を原点とする半円弧状のものとなり、典型的には、この軌跡の両端でピストン上死点とピストン下死点となる。従って、この軌跡の端部同士を結んだ第１の直線の近傍にクランクシャフトの回転中心が配置されていると、ピストン上死点の近傍とピストン下死点の近傍とで、クランク角の変化に対するロッカアームの揺動角度の大きさ及び両者の相違（ばらつき）が小さくなり、ひいては、このロッカアームの揺動運動に連動するピストンの変位・速度及び加速度の大きさ及び相違（ばらつき）が抑制されるために、高次振動成分、特に、二次振動成分を抑制することができる。
【０００９】
また、クランクシャフトの回転中心が第２の直線上にある場合、ピストン上死点のときに、第２リンクの中心線がロッカアームの支点と第２リンクとの連結点を結ぶ線に対して直交し、かつ、この第２リンクの中心線上にクランクシャフトの回転中心が存在する形となる。従って、クランクシャフトの回転中心が第２の直線の近傍に位置していると、ピストン上死点近傍で、クランク角の変化に対するロッカアームの揺動角度が小さくなるとともに、ピストンが下死点から上死点へ向かうピストン上り区間と、ピストンが上死点から下死点へ向かうピストン下り区間とで、クランクシャフトの回転に対するロッカアームの揺動角度，角速度及び角加速度がほぼ等しくなり、ひいてはピストンの変位，速度及び加速度がほぼ等しくなる。これによって、燃焼圧力に起因する大きな荷重が作用するピストン上死点近傍における高次振動成分、特に、三次及び四次の振動成分を抑制することができる。
【００１０】
従って、本発明のように、クランクシャフトの回転中心を第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に設定することで、クランクシャフトの回転中心を第１の直線と第２の直線の双方に近い位置に配置することができ、複リンク機構における二次〜四次の振動成分を含む高次振動成分を有効に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、複リンク機構のリンクジオメトリを適切なものとすることで、この複リンク式に特有の高次振動成分を有効に抑制することができ、この振動に起因する騒音の発生や操安性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図３】本発明の第２実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図４】本発明の第３実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図５】図４の第３実施例の所定クランク角毎のリンクレイアウトを示す説明図。
【図６】クランクシャフトの回転中心が第１の直線上にある場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示す説明図。
【図７】クランクシャフトの回転中心が第１の直線から離れている場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示す説明図。
【図８】クランクシャフトの回転中心が第１の直線上にある場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示し、第２連結ピンの軌跡を直線上に展開して示す説明図。
【図９】クランクシャフトの回転中心が第１の直線から離れている場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示し、第２連結ピンの軌跡を直線上に展開して示す説明図。
【図１０】クランクシャフトの回転中心が第２の直線上にある場合のリンクレイアウトを示す説明図。
【図１１】クランクシャフトの回転中心が第２の直線から離れている場合のリンクレイアウトを示す説明図。
【図１２】図４（Ｂ）と同様のリンク連結点の軌跡を示す作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本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。なお、以下の説明において、ピストン３が往復運動するシリンダ６の軸方向（図１の上下方向）を機関上下方向もしくはシリンダ軸方向Ｆｈと呼び、クランクシャフト４の軸方向つまり気筒列方向（図１の紙面に直交する方向）を機関前後方向もしくはクランク軸方向Ｆｌと呼び、これらシリンダ軸方向Ｆｈとクランク軸方向Ｆｌの双方に直交するピストン３のスラスト−反スラスト方向（図１の左右方向）を機関幅方向Ｆｂと呼ぶ。
【００１４】
図１は、本発明に係るレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構を簡略的に示す断面対応図である。このレシプロ式内燃機関Ｅは、複数（例えば、４又は６個）のシリンダ６が気筒列方向に沿って一列に配列された直列多気筒内燃機関であって、車両前方に配置されたエンジンルーム内に機関上下方向Ｆｈが車両鉛直方向に沿うとともに機関幅方向Ｆｂが車両前後方向に沿う横置き姿勢で搭載される。
【００１５】
シリンダブロック２１にはシリンダ６が気筒列方向Ｆｌに沿って複数形成されており、各シリンダ６内にピストン３が摺動可能に嵌合している。シリンダブロック２１の上面には、シリンダ６の上面を覆うようにシリンダヘッド８が固定されており、このシリンダヘッド８の下面には、ピストン３の上面との間に燃焼室２２を画成するペントルーフ型の燃焼室２２が形成されている。シリンダヘッド８の上面には、このシリンダヘッド８とともに吸気カムシャフト９Ｉ及び排気カムシャフト９Ｅを回転可能に支持するヘッドカバー２３が固定されている。また、シリンダヘッド８には、燃焼室２２に接続する吸気ポート２４Ｉ及び排気ポート２４Ｅが形成されている。シリンダヘッド８の側面に取り付けられる排気マニホールド２５Ｅには、排気ポート２４Ｅに連通する内部通路が形成されている。また、シリンダブロック２１の下面には、潤滑油を受け止めて貯留するオイルパン２６が取り付けられている。
【００１６】
このレシプロ式内燃機関Ｅでは、ピストン３とクランクシャフト４のクランクピン５とを機械的に連係し、ピストン３のシリンダ６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主運動系として、ピストン３とクランクピン５とを複数のリンクにより連係した複リンク式ピストン−クランク機構３０が用いられている。この複リンク機構３０は、シリンダブロック２１などの機関本体側に支持される支点３１Ａを中心に揺動可能なロッカアーム３１と、このロッカアーム３１の一端とピストン３とを連結する第１リンク３２と、ロッカアーム３１の他端とクランクシャフト４のクランクピン５とを連結する第２リンク３３と、からなるリンク列を有している。ピストン３と第１リンク３２の上端とはピストンピン３４によって相対回転可能に連結されている。第１リンク３２の下端とロッカアーム３１の一端とは第１連結ピン３５によって相対回転可能に連結されている。ロッカアーム３１の他端と第２リンク３３の下端とは第２連結ピン３６によって相対回転可能に連結されている。
【００１７】
この複リンク機構３０は、ロッカアーム３１の揺動支点３１Ａの位置を機関本体側に対して変化させることにより、ピストン３のストローク特性及び機関圧縮比を連続的に変化させる可変圧縮比手段を有しており、つまり機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構として構成されている。この可変圧縮比手段は、クランクシャフト４と平行に気筒列方向Ｆｌに延びる制御軸４１と、各シリンダ６に対応して制御軸４１に偏心して設けられた複数の制御偏心軸部４２と、を有している。各制御偏心軸部４２の円形の外周面には、ロッカアーム３１の中央部が揺動可能に取り付けられている。従って、ロッカアーム３１は、制御偏心軸部４２の中心を支点３１Ａとして揺動可能である。そして、制御軸４１の回転位置を変更することによって、ロッカアーム３１の揺動支点３１Ａの位置が変位し、ロッカアーム３１，第１リンク３２及び第２リンク３３からなるリンク列のリンクジオメトリが変化して、ピストン３の上死点位置及び下死点位置を含めたピストンストローク特性の変化を伴って、機関圧縮比が変化することとなる。制御軸４１の回転位置は電動式又は油圧式等の可変圧縮比アクチュエータ４３によって変更・保持される。この可変圧縮比アクチュエータ４３の動作は、エンジン制御部４４から出力される制御信号によって、機関負荷及び機関回転数等の機関運転条件に応じて制御される。
【００１８】
次に、図２〜図４は、それぞれ本発明の第１〜第３実施例に係る複リンク機構３０のリンクジオメトリを示す説明図である。なお、上記の図１とは左右逆向きのレイアウトとなっている。これらの図２〜図４は、クランク軸方向視の直交座標系を表しており、ロッカアーム４１の揺動支点３１Ａを原点とし、この支点３１Ａを通ってシリンダ軸方向Ｆｈに機関上方へ延びる直線をＹ軸、支点３１Ａを通って機関幅方向Ｆｂに延びる直線をＸ軸としている。また、図２〜図４の（Ａ）は、ピストン上死点位置におけるリンクジオメトリを示しており、３２Ａはクランクシャフト４の回転に伴う第１リンク３２の重心位置の軌跡を表している。図２〜図４の（Ｂ）は、クランクシャフト４の回転に伴うリンク連結点の軌跡を表している。具体的には、３４Ａはピストンピン３４の中心の軌跡、３５Ａは第１連結ピン３５の中心の軌跡、３６Ａは第２連結ピン３６の中心の軌跡、５Ａはクランクピン５の中心の軌跡を表している。また、図５は第３実施例における所定のクランク角毎のリンクジオメトリを示している。
【００１９】
全実施例に共通するリンクジオメトリとして、ロッカアーム３１の支点３１Ａに対し、ピストンピン３４とクランクシャフト４の回転中心４Ａとが、機関上方側に位置し、かつ、機関幅方向（Ｘ軸方向）で互いに反対側に配置されている。具体的には、図２に示すように、ピストンピン３４が第１象限Ｉに位置し、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２象限ＩＩに位置している。なお、左右逆向きのレイアウトとすることも可能であり、この場合、ピストンピン３４が第２象限ＩＩに位置し、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１象限Ｉに位置することとなる。
【００２０】
また、全ての実施例に共通する第１の特徴として、クランクシャフトの回転中心４Ａが、第１の直線４６と第２の直線４７の双方に近接するように、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に配置されている。
【００２１】
この第１の特徴による作用効果について図６〜図１１を参照して説明する。先ず、図６〜図９を参照して、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６に近接して配置されることによる作用効果について説明する。図６及び図７は、ピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）でのリンクレイアウトを示しており、図６は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第１の直線４６上に配置されているリンクレイアウト、図７は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第１の直線４６から大きく離間しているリンクレイアウトを示している。また、図中の実線で示すリンク線は、ピストン上死点位置及び下死点位置でのものであり、破線のリンク線は、ピストン上死点位置及び下死点位置に対して所定のクランク角度αだけ変位した位置でのものである。また、図８は図６のリンクレイアウトにおける第２連結ピン３６の軌跡３６Ａを直線上に投影した図であり、図９は図７のリンクレイアウトにおける第２連結ピン３６の軌跡３６Ａを直線上に投影した図である。
【００２２】
ロッカアーム３１と第２リンク３３とを回転可能に連結する第２連結ピン３６の中心は、クランクシャフト４の回転に伴ってロッカアーム３１の支点３１Ａを中心とする半円弧状の軌跡３６Ａを揺動運動する。そして、ピストン下死点（Ａ）のときには、クランクシャフト４のクランクアームのリンク中心線４Ｂが第２リンク３３上に折り畳まれるように同一線上に配置されて、第２連結ピン３６が最も引き上げられた軌跡３６Ａの上端３６Ｂに位置する。このために、ロッカアーム３１及び第１リンク３２を介してピストン３が最も押し下げられた形となって、ピストン３が下死点に位置することとなる。一方、ピストン上死点（Ｂ）のときには、クランクシャフト４のクランクアーム４Ｂが第２リンク３３の同一線上に引き伸ばされるように配置されて、第２連結ピン３６が最も押し下げられた軌跡３６Ａの下端３６Ｃに位置する。このために、ロッカアーム３１及び第１リンク３２を介してピストン３が最も引き上げられた形となって、ピストン３が上死点に位置することとなる。
【００２３】
上記の第１の直線４６は、軌跡３６Ａの上端３６Ｂと下端３６Ｃを結んだ直線である。従って、図６に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６上に配置されている場合、ピストン上死点及びピストン下死点では、第２リンク３３が第１の直線４６上に配置されることとなり、クランク角αの変化に対するロッカアーム３１（第２連結ピン３６）の揺動角β１，β２がほぼ同等かつ小さくなり、ひいては、ロッカアーム３１の角速度及び角加速度がほぼ同等かつ小さなものとなる。この結果、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍でのピストン３の変位，速度及び加速度がほぼ等しくなるとともに、その値そのものも低く抑制されたものとなる。従って、上記実施例のようにクランクシャフトの回転中心４Ａを第１の直線４６に近接して配置することによって、高次振動成分、特に、回転二次振動成分を大幅に抑制することができる。
【００２４】
一方、図７に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６から大きく離れて配置されていると、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍では、第２リンク３３と第１の直線４６とに大きな角度差を生じ、ピストン上死点・下死点の近傍におけるクランクシャフト４の回転角αの変化に対し、ロッカアーム４１（第２連結ピン３６）の揺動角β３，β４が大きくなり、この例ではピストン下死点近傍での揺動角度β３に比してピストン上死点近傍での揺動角度β４が大きくなり、その角速度や角加速度も大きくなる。この結果、図６のようにクランクシャフトの回転中心４Ａを第１の直線４６上に配置したものに比して、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍でピストン３の変位，速度及び加速度が増大し、かつ、その偏差も大きくなるために、高次振動成分、特に、回転二次振動成分が増大する。
【００２５】
次に、図１０及び図１１を参照して、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７に近接して配置されることによる作用効果について説明する。図１０及び図１１は、ピストン下死点（Ａ）でのリンクレイアウトを示しており、図１０は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第２の直線４７上に配置されているリンクレイアウト、図１１は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第２の直線４７から大きく離間しているリンクレイアウトを示している。また、図中の実線のリンク線はピストン上死点位置でのものであり、破線のリンク線はピストン上死点位置に対して所定のクランク角αだけ進み側、遅れ側の双方に離れた位置でのものである。
【００２６】
上述した第２の直線４７は、ピストン上死点のクランク角位置において、ロッカアーム３１の支点３１Ａを通り、この支点３１Ａと第２連結ピンの中心３６Ｃとを結ぶ直線に対して直交する直線である。従って、図１０に示すように、クランク中心４Ａが第２の直線４７上に配置されていると、ピストン上死点では第２リンク３３のリンク中心線とクランクアーム４Ｂの中心線とが引き延ばされた形で同一線上、つまり第２の直線４７に配置されることから、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７上に配置されることとなる。この結果、ピストン上死点から所定のクランク角度αだけ離れたピストン下死点から上死点に向かう上り区間とピストン上死点から下死点に向かう下り区間とで、ロッカアーム３１の揺動角度β５，β６が小さくなるとともに、揺動角度β５，β６及びその角速度や角加速度がほぼ等しくなり、ひいてはピストン３の変位、速度及び加速度が小さくかつほぼ等しくなる。従って、クランクシャフトの回転中心４Ａを第２の直線４７に近接して配置することによって、特に大きな燃焼荷重が作用するピストン上死点近傍における上り区間と下り区間とで、ピストンの変位、速度及び加速度を小さくすることができるとともに、その偏差・ばらつきを低減することができ、これによって、高次振動成分、特に、三次及び四次の振動成分を大幅に抑制することができる。
【００２７】
これに対して、図１１に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７から大きく離れて配置されていると、図１０の例に比して、ピストン上死点から所定のクランク角度αにおける上り区間と下り区間とで、ロッカアーム３１の揺動角度及びその角速度や角加速度が大きく異なり、ひいてはピストンの変位、速度及び加速度が大きく異なるものとなる。
【００２８】
このようなことから、クランクシャフトの回転中心４Ａを、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に配置して、第１の直線４６と第２の直線４７の双方に近接する位置に配置することによって、複リンク機構に特有の高次振動成分をバランス良く効果的に低減し、振動や騒音の発生を抑制することができる。
【００２９】
第２の特徴として、図３，図４に示す第２，第３実施例では、クランクピン５の中心の軌跡５Ａが、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に内包されるように配置されている。つまり、クランクピン５のクランクスローを短くすることなどのリンクレイアウトの設定によって、クランクピン５の中心の軌跡５Ａの全てが領域４５内に含まれるように設定している。これによって、クランクピン５の中心位置が第１の直線４６と第２の直線４７の双方に更に近接する形となって、複リンク機構に特有の高次振動成分を更に確実に低減して、振動や騒音の発生を抑制することができる。また、クランクピン５の中心の軌跡５Ａを領域４５に内包させることで、クランクスロー４Ｂの短縮化及び第２リンク３３の長尺化が図られ、第２リンク３３の揺動角（例えば、第２リンク３３の重心位置を原点する座標系における第２リンク３３の重心位置まわりの振れ角）が小さくなるために、振動成分を抑制することができる。
【００３０】
第３の特徴として、図４に示すように、ロッカアーム３１の支点３１Ａと、このロッカアーム３１と第１リンク３２との連結点である第１連結ピン３５と、を結ぶ線を第１アーム中心線３１Ｂ、ロッカアーム３１の支点３１Ａと、このロッカアームと第２リンクとの連結点である第２連結ピン３６と、を結ぶ線を第２アーム中心線３１Ｃとすると、クランクシャフトの回転に伴う第１連結ピン３５の揺動軌跡３５Ａにおける、クランク軸方向とシリンダ中心線６Ａとに直交する機関幅方向における距離３５Ｂが最小となるように、第１アーム中心線３１Ｂと第２アーム中心線３１Ｃとの挟角γが設定されている。言い換えると、第１連結ピン軌跡３５Ａの上死点位置及び下死点位置である両端を結ぶ直線がシリンダ中心線６Ａと一致する場合に、上記の距離３５Ｂが最小となることから、第１連結ピン３５の軌跡３５Ａの両端を結ぶ直線がシリンダ中心線６Ａと一致するように、上記の挟角γが設定されている。すなわち、クランクシャフトの回転中心４Ａ（あるいはクランクピン軌跡５Ａ）が領域４５に位置するように第２連結ピン３６の揺動軌跡３６Ａを設定した上で、更に、上記の距離３５Ｂが最小となるように挟角γが設定されている。
【００３１】
このように、上記の距離３５Ｂを最小とし、ピストン上死点位置での第１リンク３２のリンク中心線をシリンダ中心線６Ａと平行とすることで、クランクシャフトの回転に伴う第１リンク３２の機関幅方向（スラスト−反スラスト方向）における振れ幅を小さくして、ピストンストローク長を長く確保しつつ、第１リンク３２とシリンダ下端との干渉を回避するとともに、振動・騒音を抑制することができる。
【００３２】
このような挟角γを実現する具体的な構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、図４（Ｂ）に示すリンクレイアウトを、ロッカアームの支点３１Ａを原点とし、この支点３１Ａから第１リンク３２とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン３６へ向かう方向をＸ軸とした座標系で示したものである。同図に示すように、第２リンク３３とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン軌跡３６Ａに対し、クランクシャフトの回転中心４Ａがロッカアームの支点３１Ａと機関幅方向について反対側に配置されるとともに、ロッカアームの支点３１Ａに対し、クランクシャフトの回転中心４Ａがシリンダ中心線６Ａと機関幅方向について反対側に配置されている。そして、第２リンク３３とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン３６が、この座標系における第３象限ＩＩＩに配置されている。言い換えると、第２ピン３６によるリンク連結点が、Ｘ軸方向に平行なロッカアーム３１の第１アーム中心線３１Ｂよりもクランクシャフトの回転中心４Ａから遠い側に配置されている。このように第３象限ＩＩＩに第２連結ピン３６を配置することで、第２連結ピン３６が第２象限ＩＩに配置されている場合に比して、第１連結ピンの軌跡３５Ａにおける機関幅方向の距離３５Ｂを短くすることができる。
【００３３】
次に、第３の特徴として、第２リンク３３のリンク長、つまりピストンピン３４と第１連結ピン３５との中心間距離が、第１リンク３２のリンク長、つまり第２連結ピン３６とクランクピン５との中心間距離よりも長く設定されている。ここで、第１リンク３２は、一方のピストンピン３４側が上下運動で、他方の第１連結ピン３５側が揺動運動であるのに対し、第２リンク３３は、一方の第２連結ピン３６側が揺動運動で、他方のクランクピン５側が回転運動という、第１リンク３２に比して複雑な運動を行うものであるために、振動を生じ易い。従って、上述したように第２リンク３３を長くすることで、振動悪化の要因となる第２リンク３３の揺動角を小さく抑えることができ、ひいては、複リンク機構３０全体の振動を低減することができる。
【００３４】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、可変圧縮比機構としての機能を備えた複リンク式ピストン−クランク機構について説明しているが、これに限らず、可変圧縮比機構としての機能を備えない簡素な複リンク式ピストン−クランク機構に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｅ…内燃機関
３…ピストン
４…クランクシャフト
５…クランクピン
６…シリンダ
８…シリンダヘッド
１０…ドライブシャフト
３０…複リンク式ピストン−クランク機構
３１…ロッカアーム
３２…第１リンク
３３…第２リンク
３４…ピストンピン
３５…第１連結ピン
３６…第２連結ピン
４１…制御軸（可変圧縮比手段）
４２…制御偏心軸部（可変圧縮比手段）
４３…アクチュエータ（可変圧縮比手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結した複リンク式ピストン−クランク機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の主運動系として、特許文献１には、ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結した複リンク式ピストン−クランク機構（以下、「複リンク機構」とも呼ぶ）が記載されている。この複リンク機構は、支点を中心に機関本体に回転可能に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有している。この複リンク機構は、ロッカアームの支点の支持位置を変更することで、リンクジオメトリを変化させて、ピストンの上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構として構成することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
このような複リンク機構では、リンクジオメトリを適切に設定することで、ピストンとクランクシャフトとをコネクティングロッドのような一本のリンクにより連結した単リンク式のピストン−クランク機構（以下、「単リンク機構」とも呼ぶ）に比して、ピストンに連結される第１リンク（単リンク機構のコネクティングロッドに相当）の揺動範囲を小さく抑えることができ、従って、シリンダボア下端と第１リンクとの干渉を招くことなく、ピストンストローク長を長く確保して、機関圧縮比を高めて熱効率を向上することができる。
【０００５】
但し、このような複リンク機構においては、機関実動中に、ピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンクがそれぞれ異なる軌跡で複雑な運動を行うために、単リンク機構とは異なり、ピストンが上死点に向かう上り区間とピストンが下死点に向かう下り区間とで、ピストン変位・速度及び加速度などのピストンストローク特性が異なるものとなる。また、ピストン上死点近傍とピストン下死点近傍との間でも、ピストンストローク特性が異なるものとなる。このようなことから、複リンク機構においては、クランクシャフトの一回転当たりに複数回の振動を生じる二次、三次の高次振動成分を含んだ振動を生じ易い、という特有の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複リンク機構に特有の高次振動成分の発生を抑制することを目的としている。すなわち、本発明に係る内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構は、支点を中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、上記ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有している。
【０００７】
そして、ロッカアームと第２リンクとの連結点の、クランクシャフトの回転に伴う半円弧状の軌跡の端部同士を結んだ直線を第１の直線とし、ピストン上死点のときに、上記ロッカアームと第２リンクとの連結点を通って、この連結点とロッカアームの支点とを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線とすると、上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトの回転中心を配置したことを特徴としている。
【０００８】
クランクシャフトの回転に伴ってロッカアームは支点を中心に所定の回転角度範囲内を揺動するために、ロッカアームと第２リンクの連結点の軌跡は、ロッカアームの支点を原点とする半円弧状のものとなり、典型的には、この軌跡の両端でピストン上死点とピストン下死点となる。従って、この軌跡の端部同士を結んだ第１の直線の近傍にクランクシャフトの回転中心が配置されていると、ピストン上死点の近傍とピストン下死点の近傍とで、クランク角の変化に対するロッカアームの揺動角度の大きさ及び両者の相違（ばらつき）が小さくなり、ひいては、このロッカアームの揺動運動に連動するピストンの変位・速度及び加速度の大きさ及び相違（ばらつき）が抑制されるために、高次振動成分、特に、二次振動成分を抑制することができる。
【０００９】
また、クランクシャフトの回転中心が第２の直線上にある場合、ピストン上死点のときに、第２リンクの中心線がロッカアームの支点と第２リンクとの連結点を結ぶ線に対して直交し、かつ、この第２リンクの中心線上にクランクシャフトの回転中心が存在する形となる。従って、クランクシャフトの回転中心が第２の直線の近傍に位置していると、ピストン上死点近傍で、クランク角の変化に対するロッカアームの揺動角度が小さくなるとともに、ピストンが下死点から上死点へ向かうピストン上り区間と、ピストンが上死点から下死点へ向かうピストン下り区間とで、クランクシャフトの回転に対するロッカアームの揺動角度，角速度及び角加速度がほぼ等しくなり、ひいてはピストンの変位，速度及び加速度がほぼ等しくなる。これによって、燃焼圧力に起因する大きな荷重が作用するピストン上死点近傍における高次振動成分、特に、三次及び四次の振動成分を抑制することができる。
【００１０】
従って、本発明のように、クランクシャフトの回転中心を第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に設定することで、クランクシャフトの回転中心を第１の直線と第２の直線の双方に近い位置に配置することができ、複リンク機構における二次〜四次の振動成分を含む高次振動成分を有効に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、複リンク機構のリンクジオメトリを適切なものとすることで、この複リンク式に特有の高次振動成分を有効に抑制することができ、この振動に起因する騒音の発生や操安性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図３】本発明の第２実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図４】本発明の第３実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を示し、（Ａ）がピストン上死点におけるリンクレイアウトを示すリンク線図、（Ｂ）がリンク連結点の軌跡を示すリンク線図。
【図５】図４の第３実施例の所定クランク角毎のリンクレイアウトを示す説明図。
【図６】クランクシャフトの回転中心が第１の直線上にある場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示す説明図。
【図７】クランクシャフトの回転中心が第１の直線から離れている場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示す説明図。
【図８】クランクシャフトの回転中心が第１の直線上にある場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示し、第２連結ピンの軌跡を直線上に展開して示す説明図。
【図９】クランクシャフトの回転中心が第１の直線から離れている場合のピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）におけるリンクレイアウトを示し、第２連結ピンの軌跡を直線上に展開して示す説明図。
【図１０】クランクシャフトの回転中心が第２の直線上にある場合のリンクレイアウトを示す説明図。
【図１１】クランクシャフトの回転中心が第２の直線から離れている場合のリンクレイアウトを示す説明図。
【図１２】図４（Ｂ）と同様のリンク連結点の軌跡を示す作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本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。なお、以下の説明において、ピストン３が往復運動するシリンダ６の軸方向（図１の上下方向）を機関上下方向もしくはシリンダ軸方向Ｆｈと呼び、クランクシャフト４の軸方向つまり気筒列方向（図１の紙面に直交する方向）を機関前後方向もしくはクランク軸方向Ｆｌと呼び、これらシリンダ軸方向Ｆｈとクランク軸方向Ｆｌの双方に直交するピストン３のスラスト−反スラスト方向（図１の左右方向）を機関幅方向Ｆｂと呼ぶ。
【００１４】
図１は、本発明に係るレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構を簡略的に示す断面対応図である。このレシプロ式内燃機関Ｅは、複数（例えば、４又は６個）のシリンダ６が気筒列方向に沿って一列に配列された直列多気筒内燃機関であって、車両前方に配置されたエンジンルーム内に機関上下方向Ｆｈが車両鉛直方向に沿うとともに機関幅方向Ｆｂが車両前後方向に沿う横置き姿勢で搭載される。
【００１５】
シリンダブロック２１にはシリンダ６が気筒列方向Ｆｌに沿って複数形成されており、各シリンダ６内にピストン３が摺動可能に嵌合している。シリンダブロック２１の上面には、シリンダ６の上面を覆うようにシリンダヘッド８が固定されており、このシリンダヘッド８の下面には、ピストン３の上面との間に燃焼室２２を画成するペントルーフ型の燃焼室２２が形成されている。シリンダヘッド８の上面には、このシリンダヘッド８とともに吸気カムシャフト９Ｉ及び排気カムシャフト９Ｅを回転可能に支持するヘッドカバー２３が固定されている。また、シリンダヘッド８には、燃焼室２２に接続する吸気ポート２４Ｉ及び排気ポート２４Ｅが形成されている。シリンダヘッド８の側面に取り付けられる排気マニホールド２５Ｅには、排気ポート２４Ｅに連通する内部通路が形成されている。また、シリンダブロック２１の下面には、潤滑油を受け止めて貯留するオイルパン２６が取り付けられている。
【００１６】
このレシプロ式内燃機関Ｅでは、ピストン３とクランクシャフト４のクランクピン５とを機械的に連係し、ピストン３のシリンダ６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主運動系として、ピストン３とクランクピン５とを複数のリンクにより連係した複リンク式ピストン−クランク機構３０が用いられている。この複リンク機構３０は、シリンダブロック２１などの機関本体側に支持される支点３１Ａを中心に揺動可能なロッカアーム３１と、このロッカアーム３１の一端とピストン３とを連結する第１リンク３２と、ロッカアーム３１の他端とクランクシャフト４のクランクピン５とを連結する第２リンク３３と、からなるリンク列を有している。ピストン３と第１リンク３２の上端とはピストンピン３４によって相対回転可能に連結されている。第１リンク３２の下端とロッカアーム３１の一端とは第１連結ピン３５によって相対回転可能に連結されている。ロッカアーム３１の他端と第２リンク３３の下端とは第２連結ピン３６によって相対回転可能に連結されている。
【００１７】
この複リンク機構３０は、ロッカアーム３１の揺動支点３１Ａの位置を機関本体側に対して変化させることにより、ピストン３のストローク特性及び機関圧縮比を連続的に変化させる可変圧縮比手段を有しており、つまり機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構として構成されている。この可変圧縮比手段は、クランクシャフト４と平行に気筒列方向Ｆｌに延びる制御軸４１と、各シリンダ６に対応して制御軸４１に偏心して設けられた複数の制御偏心軸部４２と、を有している。各制御偏心軸部４２の円形の外周面には、ロッカアーム３１の中央部が揺動可能に取り付けられている。従って、ロッカアーム３１は、制御偏心軸部４２の中心を支点３１Ａとして揺動可能である。そして、制御軸４１の回転位置を変更することによって、ロッカアーム３１の揺動支点３１Ａの位置が変位し、ロッカアーム３１，第１リンク３２及び第２リンク３３からなるリンク列のリンクジオメトリが変化して、ピストン３の上死点位置及び下死点位置を含めたピストンストローク特性の変化を伴って、機関圧縮比が変化することとなる。制御軸４１の回転位置は電動式又は油圧式等の可変圧縮比アクチュエータ４３によって変更・保持される。この可変圧縮比アクチュエータ４３の動作は、エンジン制御部４４から出力される制御信号によって、機関負荷及び機関回転数等の機関運転条件に応じて制御される。
【００１８】
次に、図２〜図４は、それぞれ本発明の第１〜第３実施例に係る複リンク機構３０のリンクジオメトリを示す説明図である。なお、上記の図１とは左右逆向きのレイアウトとなっている。これらの図２〜図４は、クランク軸方向視の直交座標系を表しており、ロッカアーム４１の揺動支点３１Ａを原点とし、この支点３１Ａを通ってシリンダ軸方向Ｆｈに機関上方へ延びる直線をＹ軸、支点３１Ａを通って機関幅方向Ｆｂに延びる直線をＸ軸としている。また、図２〜図４の（Ａ）は、ピストン上死点位置におけるリンクジオメトリを示しており、３２Ａはクランクシャフト４の回転に伴う第１リンク３２の重心位置の軌跡を表している。図２〜図４の（Ｂ）は、クランクシャフト４の回転に伴うリンク連結点の軌跡を表している。具体的には、３４Ａはピストンピン３４の中心の軌跡、３５Ａは第１連結ピン３５の中心の軌跡、３６Ａは第２連結ピン３６の中心の軌跡、５Ａはクランクピン５の中心の軌跡を表している。また、図５は第３実施例における所定のクランク角毎のリンクジオメトリを示している。
【００１９】
全実施例に共通するリンクジオメトリとして、ロッカアーム３１の支点３１Ａに対し、ピストンピン３４とクランクシャフト４の回転中心４Ａとが、機関上方側に位置し、かつ、機関幅方向（Ｘ軸方向）で互いに反対側に配置されている。具体的には、図２に示すように、ピストンピン３４が第１象限Ｉに位置し、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２象限ＩＩに位置している。なお、左右逆向きのレイアウトとすることも可能であり、この場合、ピストンピン３４が第２象限ＩＩに位置し、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１象限Ｉに位置することとなる。
【００２０】
また、全ての実施例に共通する第１の特徴として、クランクシャフトの回転中心４Ａが、第１の直線４６と第２の直線４７の双方に近接するように、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に配置されている。
【００２１】
この第１の特徴による作用効果について図６〜図１１を参照して説明する。先ず、図６〜図９を参照して、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６に近接して配置されることによる作用効果について説明する。図６及び図７は、ピストン下死点（Ａ）及びピストン上死点（Ｂ）でのリンクレイアウトを示しており、図６は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第１の直線４６上に配置されているリンクレイアウト、図７は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第１の直線４６から大きく離間しているリンクレイアウトを示している。また、図中の実線で示すリンク線は、ピストン上死点位置及び下死点位置でのものであり、破線のリンク線は、ピストン上死点位置及び下死点位置に対して所定のクランク角度αだけ変位した位置でのものである。また、図８は図６のリンクレイアウトにおける第２連結ピン３６の軌跡３６Ａを直線上に投影した図であり、図９は図７のリンクレイアウトにおける第２連結ピン３６の軌跡３６Ａを直線上に投影した図である。
【００２２】
ロッカアーム３１と第２リンク３３とを回転可能に連結する第２連結ピン３６の中心は、クランクシャフト４の回転に伴ってロッカアーム３１の支点３１Ａを中心とする半円弧状の軌跡３６Ａを揺動運動する。そして、ピストン下死点（Ａ）のときには、クランクシャフト４のクランクアームのリンク中心線４Ｂが第２リンク３３上に折り畳まれるように同一線上に配置されて、第２連結ピン３６が最も引き上げられた軌跡３６Ａの上端３６Ｂに位置する。このために、ロッカアーム３１及び第１リンク３２を介してピストン３が最も押し下げられた形となって、ピストン３が下死点に位置することとなる。一方、ピストン上死点（Ｂ）のときには、クランクシャフト４のクランクアーム４Ｂが第２リンク３３の同一線上に引き伸ばされるように配置されて、第２連結ピン３６が最も押し下げられた軌跡３６Ａの下端３６Ｃに位置する。このために、ロッカアーム３１及び第１リンク３２を介してピストン３が最も引き上げられた形となって、ピストン３が上死点に位置することとなる。
【００２３】
上記の第１の直線４６は、軌跡３６Ａの上端３６Ｂと下端３６Ｃを結んだ直線である。従って、図６に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６上に配置されている場合、ピストン上死点及びピストン下死点では、第２リンク３３が第１の直線４６上に配置されることとなり、クランク角αの変化に対するロッカアーム３１（第２連結ピン３６）の揺動角β１，β２がほぼ同等かつ小さくなり、ひいては、ロッカアーム３１の角速度及び角加速度がほぼ同等かつ小さなものとなる。この結果、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍でのピストン３の変位，速度及び加速度がほぼ等しくなるとともに、その値そのものも低く抑制されたものとなる。従って、上記実施例のようにクランクシャフトの回転中心４Ａを第１の直線４６に近接して配置することによって、高次振動成分、特に、回転二次振動成分を大幅に抑制することができる。
【００２４】
一方、図７に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第１の直線４６から大きく離れて配置されていると、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍では、第２リンク３３と第１の直線４６とに大きな角度差を生じ、ピストン上死点・下死点の近傍におけるクランクシャフト４の回転角αの変化に対し、ロッカアーム４１（第２連結ピン３６）の揺動角β３，β４が大きくなり、この例ではピストン下死点近傍での揺動角度β３に比してピストン上死点近傍での揺動角度β４が大きくなり、その角速度や角加速度も大きくなる。この結果、図６のようにクランクシャフトの回転中心４Ａを第１の直線４６上に配置したものに比して、ピストン上死点及びピストン下死点の近傍でピストン３の変位，速度及び加速度が増大し、かつ、その偏差も大きくなるために、高次振動成分、特に、回転二次振動成分が増大する。
【００２５】
次に、図１０及び図１１を参照して、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７に近接して配置されることによる作用効果について説明する。図１０及び図１１は、ピストン下死点（Ａ）でのリンクレイアウトを示しており、図１０は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第２の直線４７上に配置されているリンクレイアウト、図１１は、クランクシャフト４の回転中心４Ａが第２の直線４７から大きく離間しているリンクレイアウトを示している。また、図中の実線のリンク線はピストン上死点位置でのものであり、破線のリンク線はピストン上死点位置に対して所定のクランク角αだけ進み側、遅れ側の双方に離れた位置でのものである。
【００２６】
上述した第２の直線４７は、ピストン上死点のクランク角位置において、ロッカアーム３１の支点３１Ａを通り、この支点３１Ａと第２連結ピンの中心３６Ｃとを結ぶ直線に対して直交する直線である。従って、図１０に示すように、クランク中心４Ａが第２の直線４７上に配置されていると、ピストン上死点では第２リンク３３のリンク中心線とクランクアーム４Ｂの中心線とが引き延ばされた形で同一線上、つまり第２の直線４７に配置されることから、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７上に配置されることとなる。この結果、ピストン上死点から所定のクランク角度αだけ離れたピストン下死点から上死点に向かう上り区間とピストン上死点から下死点に向かう下り区間とで、ロッカアーム３１の揺動角度β５，β６が小さくなるとともに、揺動角度β５，β６及びその角速度や角加速度がほぼ等しくなり、ひいてはピストン３の変位、速度及び加速度が小さくかつほぼ等しくなる。従って、クランクシャフトの回転中心４Ａを第２の直線４７に近接して配置することによって、特に大きな燃焼荷重が作用するピストン上死点近傍における上り区間と下り区間とで、ピストンの変位、速度及び加速度を小さくすることができるとともに、その偏差・ばらつきを低減することができ、これによって、高次振動成分、特に、三次及び四次の振動成分を大幅に抑制することができる。
【００２７】
これに対して、図１１に示すように、クランクシャフトの回転中心４Ａが第２の直線４７から大きく離れて配置されていると、図１０の例に比して、ピストン上死点から所定のクランク角度αにおける上り区間と下り区間とで、ロッカアーム３１の揺動角度及びその角速度や角加速度が大きく異なり、ひいてはピストンの変位、速度及び加速度が大きく異なるものとなる。
【００２８】
このようなことから、クランクシャフトの回転中心４Ａを、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に配置して、第１の直線４６と第２の直線４７の双方に近接する位置に配置することによって、複リンク機構に特有の高次振動成分をバランス良く効果的に低減し、振動や騒音の発生を抑制することができる。
【００２９】
第２の特徴として、図３，図４に示す第２，第３実施例では、クランクピン５の中心の軌跡５Ａが、第１の直線４６と第２の直線４７とにより挟まれた領域４５内に内包されるように配置されている。つまり、クランクピン５のクランクスローを短くすることなどのリンクレイアウトの設定によって、クランクピン５の中心の軌跡５Ａの全てが領域４５内に含まれるように設定している。これによって、クランクピン５の中心位置が第１の直線４６と第２の直線４７の双方に更に近接する形となって、複リンク機構に特有の高次振動成分を更に確実に低減して、振動や騒音の発生を抑制することができる。また、クランクピン５の中心の軌跡５Ａを領域４５に内包させることで、クランクスロー４Ｂの短縮化及び第２リンク３３の長尺化が図られ、第２リンク３３の揺動角（例えば、第２リンク３３の重心位置を原点する座標系における第２リンク３３の重心位置まわりの振れ角）が小さくなるために、振動成分を抑制することができる。
【００３０】
第３の特徴として、図４に示すように、ロッカアーム３１の支点３１Ａと、このロッカアーム３１と第１リンク３２との連結点である第１連結ピン３５と、を結ぶ線を第１アーム中心線３１Ｂ、ロッカアーム３１の支点３１Ａと、このロッカアームと第２リンクとの連結点である第２連結ピン３６と、を結ぶ線を第２アーム中心線３１Ｃとすると、クランクシャフトの回転に伴う第１連結ピン３５の揺動軌跡３５Ａにおける、クランク軸方向とシリンダ中心線６Ａとに直交する機関幅方向における距離３５Ｂが最小となるように、第１アーム中心線３１Ｂと第２アーム中心線３１Ｃとの挟角γが設定されている。言い換えると、第１連結ピン軌跡３５Ａの上死点位置及び下死点位置である両端を結ぶ直線がシリンダ中心線６Ａと一致する場合に、上記の距離３５Ｂが最小となることから、第１連結ピン３５の軌跡３５Ａの両端を結ぶ直線がシリンダ中心線６Ａと一致するように、上記の挟角γが設定されている。すなわち、クランクシャフトの回転中心４Ａ（あるいはクランクピン軌跡５Ａ）が領域４５に位置するように第２連結ピン３６の揺動軌跡３６Ａを設定した上で、更に、上記の距離３５Ｂが最小となるように挟角γが設定されている。
【００３１】
このように、上記の距離３５Ｂを最小とし、ピストン上死点位置での第１リンク３２のリンク中心線をシリンダ中心線６Ａと平行とすることで、クランクシャフトの回転に伴う第１リンク３２の機関幅方向（スラスト−反スラスト方向）における振れ幅を小さくして、ピストンストローク長を長く確保しつつ、第１リンク３２とシリンダ下端との干渉を回避するとともに、振動・騒音を抑制することができる。
【００３２】
このような挟角γを実現する具体的な構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、図４（Ｂ）に示すリンクレイアウトを、ロッカアームの支点３１Ａを原点とし、この支点３１Ａから第１リンク３２とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン３６へ向かう方向をＸ軸とした座標系で示したものである。同図に示すように、第２リンク３３とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン軌跡３６Ａに対し、クランクシャフトの回転中心４Ａがロッカアームの支点３１Ａと機関幅方向について反対側に配置されるとともに、ロッカアームの支点３１Ａに対し、クランクシャフトの回転中心４Ａがシリンダ中心線６Ａと機関幅方向について反対側に配置されている。そして、第２リンク３３とロッカアーム３１との連結点である第２連結ピン３６が、この座標系における第３象限ＩＩＩに配置されている。言い換えると、第２ピン３６によるリンク連結点が、Ｘ軸方向に平行なロッカアーム３１の第１アーム中心線３１Ｂよりもクランクシャフトの回転中心４Ａから遠い側に配置されている。このように第３象限ＩＩＩに第２連結ピン３６を配置することで、第２連結ピン３６が第２象限ＩＩに配置されている場合に比して、第１連結ピンの軌跡３５Ａにおける機関幅方向の距離３５Ｂを短くすることができる。
【００３３】
次に、第３の特徴として、第２リンク３３のリンク長、つまりピストンピン３４と第１連結ピン３５との中心間距離が、第１リンク３２のリンク長、つまり第２連結ピン３６とクランクピン５との中心間距離よりも長く設定されている。ここで、第１リンク３２は、一方のピストンピン３４側が上下運動で、他方の第１連結ピン３５側が揺動運動であるのに対し、第２リンク３３は、一方の第２連結ピン３６側が揺動運動で、他方のクランクピン５側が回転運動という、第１リンク３２に比して複雑な運動を行うものであるために、振動を生じ易い。従って、上述したように第２リンク３３を長くすることで、振動悪化の要因となる第２リンク３３の揺動角を小さく抑えることができ、ひいては、複リンク機構３０全体の振動を低減することができる。
【００３４】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、可変圧縮比機構としての機能を備えた複リンク式ピストン−クランク機構について説明しているが、これに限らず、可変圧縮比機構としての機能を備えない簡素な複リンク式ピストン−クランク機構に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｅ…内燃機関
３…ピストン
４…クランクシャフト
５…クランクピン
６…シリンダ
８…シリンダヘッド
１０…ドライブシャフト
３０…複リンク式ピストン−クランク機構
３１…ロッカアーム
３２…第１リンク
３３…第２リンク
３４…ピストンピン
３５…第１連結ピン
３６…第２連結ピン
４１…制御軸（可変圧縮比手段）
４２…制御偏心軸部（可変圧縮比手段）
４３…アクチュエータ（可変圧縮比手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点を中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、上記ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有する内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構において、
上記ロッカアームと第２リンクとの連結点の、クランクシャフトの回転に伴う半円弧状の軌跡の端部同士を結んだ直線を第１の直線とし、
ピストン上死点のときに、上記ロッカアームと第２リンクとの連結点を通って、この連結点とロッカアームの支点とを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線とすると、
上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトの回転中心を配置したことを特徴とす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】
上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトのクランクピンの回転軌跡を配置したことを特徴とする請求項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】
上記ロッカアームの支点と、このロッカアームと第１リンクとの連結点と、を結ぶ線を第１アーム中心線、
上記ロッカアームの支点と、このロッカアームと第２リンクとの連結点と、を結ぶ線を第２アーム中心線とすると、
上記ロッカアームと第１リンクとの連結点の軌跡における、クランク軸方向とシリンダ軸方向とに直交する機関幅方向の距離が最小となるように、上記第１アーム中心線と第２アーム中心線との挟角が設定されていることを特徴とする請求項１又は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】
上記第２リンクが第１リンクよりも長く設定されてい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複リンク式ピストン−クランク機構。
【請求項５】
上記ロッカアームの支点を原点とし、この支点を通ってシリンダ軸方向と平行に機関上方へ延びる直線をＹ軸とする直交座標系において、
上記ピストンピンが第１象限に位置する場合に、上記クランクシャフトの中心が第２象限に位置す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の複リンク式ピストン−クランク機構。
【請求項６】
上記ロッカアームの支点の位置を変更することにより、機関圧縮比を可変とする可変圧縮比手段を有する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の複リンク式ピストン−クランク機構。
【請求項１】
支点を中心に揺動可能に機関本体に支持されるロッカアームと、このロッカアームの一端とピストンのピストンピンとを連結する第１リンクと、上記ロッカアームの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結する第２リンクと、を有する内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構において、
上記ロッカアームと第２リンクとの連結点の、クランクシャフトの回転に伴う半円弧状の軌跡の端部同士を結んだ直線を第１の直線とし、
ピストン上死点のときに、上記ロッカアームと第２リンクとの連結点を通って、この連結点とロッカアームの支点とを結ぶ直線に直交する直線を第２の直線とすると、
上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトの回転中心を配置したことを特徴とす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】
上記第１の直線と第２の直線とに挟まれる領域内に、上記クランクシャフトのクランクピンの回転軌跡を配置したことを特徴とする請求項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】
上記ロッカアームの支点と、このロッカアームと第１リンクとの連結点と、を結ぶ線を第１アーム中心線、
上記ロッカアームの支点と、このロッカアームと第２リンクとの連結点と、を結ぶ線を第２アーム中心線とすると、
上記ロッカアームと第１リンクとの連結点の軌跡における、クランク軸方向とシリンダ軸方向とに直交する機関幅方向の距離が最小となるように、上記第１アーム中心線と第２アーム中心線との挟角が設定されていることを特徴とする請求項１又は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】
上記第２リンクが第１リンクよりも長く設定されてい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複リンク式ピストン−クランク機構。
【請求項５】
上記ロッカアームの支点を原点とし、この支点を通ってシリンダ軸方向と平行に機関上方へ延びる直線をＹ軸とする直交座標系において、
上記ピストンピンが第１象限に位置する場合に、上記クランクシャフトの中心が第２象限に位置す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の複リンク式ピストン−クランク機構。
【請求項６】
上記ロッカアームの支点の位置を変更することにより、機関圧縮比を可変とする可変圧縮比手段を有する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の複リンク式ピストン−クランク機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２５１６４（Ｐ２０１２−２２５１６４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０７３５（Ｐ２０１１−９０７３５）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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