JP2005030220A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】可変圧縮比エンジンで、クランクシャフト４のねじり振動を有効に低減する。
【解決手段】クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６と各気筒のピストン２とを連携するアッパーリンク３と、を有し、ロアリンク６の運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を可能な可変圧縮比機構を備える。＃２気筒と＃３気筒の気筒間のメインジャーナルとメインベアリングとを省略し、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃと＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆとをクランク軸方向に厚肉化・幅広化する。
【選択図】 図１
【解決手段】クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６と各気筒のピストン２とを連携するアッパーリンク３と、を有し、ロアリンク６の運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を可能な可変圧縮比機構を備える。＃２気筒と＃３気筒の気筒間のメインジャーナルとメインベアリングとを省略し、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃと＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆとをクランク軸方向に厚肉化・幅広化する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関圧縮比を変更可能な複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、機関圧縮比を変更可能な複リンク式の可変圧縮比機構を備えたエンジンが記載されている。可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパーリンクと、を有し、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４７９５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンは、ピストンとクランクピンとを一本のコネクティングロッドにより連携した一般的な単リンク式のピストン−クランク機構を備える圧縮比固定型のエンジンに比してて、クランクシャフトのねじり振動の振幅が大きくなる傾向にあり、このようなねじり振動に対する対策が望まれている。本発明は、複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンで、クランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンジンは、４つの気筒が直列に配列された気筒列を有するとともに、気筒列に沿って延びるクランクシャフトに、メインベアリングによりシリンダブロック側に回転可能に支持される複数のメインジャーナルが設けられ、かつ、複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンである。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと各気筒のピストンとを連携するアッパーリンクと、を備え、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【０００６】
複数の隣り合う気筒間の中で、＃２気筒と＃３気筒の間には上記メインジャーナルとメインベアリングとが存在せず、残りの気筒間及び気筒列両側の４カ所に上記メインジャーナルとメインベアリングとが配置されており、この４カ所でクランクシャフトがシリンダブロック側に回転可能に支持される。
【０００７】
【発明の効果】
＃２気筒と＃３気筒の間にメインジャーナルとメインベアリングとを設けていないので、＃２気筒と＃３気筒との間に空間的な余裕が増し、例えば、＃２，＃３気筒周辺のクランクシャフトに設けられるクランクウェブをクランク軸方向に幅広化することができる。このようにクランクウェブを厚肉化・幅広化することにより、クランクシャフトのねじれに対する剛性が高くなり、ねじり共振によるフリクションの増加や音振性能の低下を抑制・防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
先ず、図３を参照して、後述する第１，第２実施例及び比較例に共通する複リンク式の可変圧縮比機構について説明する。この可変圧縮比機構は、気筒列方向に延びるクランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６と各気筒のピストン１とを連携するアッパーリンク３と、ロアリンク６の運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御する圧縮比変更手段と、を有している。ピストン１とアッパーリンク３の一端とはピストンピン２により連結され、アッパーリンク３の他端とロアリンク６とはアッパーピン９により連結されている。
【００１０】
上記の圧縮比変更手段は、クランクシャフト４の斜め下方を気筒列方向へ延びるコントロールシャフト７と、このコントロールシャフト７に偏心して設けられた偏心軸部７ａと、この偏心軸部７ａとロアリンク６とを連携するコントロールリンク８と、を有している。ロアリンク６とコントロールリンク８とはコントロールピン１０により連結されている。図示せぬモータ等のアクチュエータによりコントロールシャフト７の回転位置を変化させると、コントロールシャフト７の揺動支点である偏心軸部７ａの位置が変化し、ロアリンク６の運動拘束条件が変化して、機関圧縮比が変化することとなる。
【００１１】
このような複リンク式の可変圧縮比機構は、車両運転状況に応じて機関圧縮比を連続的に変更できることに加え、ピストンストローク特性を望ましい特性（例えば単振動に近い特性）とすることが可能で、かつ、比較的スペースに余裕のある機関下方側にコントロールシャフト７やコントロールリンク８が配置されているため、機関搭載性に優れている等の利点を持つ。
【００１２】
このような複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンでは、クランクシャフトのクランクピンとピストンとを一本のコネクティングロッドで連携した単リンク式のピストン−クランク機構を備えた固定圧縮比型エンジンに比して、クランクシャフトのねじり振動の振幅が大きくなる傾向にあり、このようなねじり振動に対する対策が大きな課題となる。図４は、このようなピストン−クランク間の主運動系部品の構成の違いによるクランクシャフトへの入力トルクの相違を示している。この図は全気筒（この例では４気筒）のクランクピンに入力されるトルクを合計したものであり、気筒内の圧力を略同一としたグラフである。図中の符号１１は、可変圧縮比機構を有する複リンク・可変圧縮比エンジンの入力トルク特性を示し、符号１２は、一般的な単リンク式のピストン−クランク機構を備えた圧縮比固定型のエンジンの入力トルク特性を示している。図示するように、可変圧縮比エンジンでは圧縮比固定型エンジンに比して交番トルクの振幅が大きくなる。ただし、両者１１，１２をクランク角度で積分した値はほぼ同じであり、クランクシャフトから出力として取り出される定常的なトルクの値はほぼ同一となる。
【００１３】
複リンク式の可変圧縮比エンジンの交番トルクが大きくなる要因として、主として以下の２つが挙げられる。第１の要因は、複リンク構造の機構学的・力学的なものである。すなわち、一般的な単リンク式エンジンにおいては、ピストンからの燃焼荷重がコネクティングロッドのみを介してクランクピンに入力されるのに対し、上記のような複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、燃焼荷重がアッパーリンクとロアリンクとを経由してクランクピンに入力され、ロアリンクにおいてコントロールピン１０を支点、アッパーピン９を力点、クランクピン５を作用点とする梃子の原理が働き、燃焼荷重が増幅されてクランクピンに入力されるため、交番トルクの振幅が大きくなるのである。
【００１４】
第２の要因は、クランクシャフトの剛性低下にある。複リンク式の可変圧縮比エンジンにおいては、限られた大きさであるロアリンクに、クランクピン，アッパーピン，及びコントロールピンの軸受部を設けなければならないために、クランクピンの太さ（直径）は制限され、一般的な単リンク式エンジンに比してクランクピンが細くなる傾向にある。また、ロアリンクが一般的なコネクティングロッドよりもエンジン前後方向（クランク軸方向）に長く幅広となるために、エンジン前後方向における寸法的な制限から、クランクシャフトのクランクピンとメインジャーナルとの間に設けられるクランクウェブのクランク軸方向厚さが、一般的な単リンク式エンジンよりも薄くなる傾向にある。複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、単リンク式エンジンに比して、クランクアームの長さを短くできる面ではねじり剛性確保の上で有利といえるが、上述したようにクランクピンが細くなることとクランクウェブが薄くなること等により、全体としてはねじり剛性が低くなる傾向にある。
【００１５】
実運転時のクランクシャフトのねじり振幅は、入力トルクと、ねじり動剛性の逆数と、の積によって決まるため、上述した二つの要因の相乗効果により、複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、単リンク式エンジンに比して、クランクシャフトのねじり振幅が２倍〜数倍となることがある。仮にクランクシャフトがねじり振動すると、以下に列記するような問題を生じるおそれがある。
【００１６】
第１に、大きなねじり振幅により過大な応力が早いサイクルで繰り返しクランクシャフトに入力されることによって、クランクシャフトの耐久性が低下する。
【００１７】
第２に、騒音が増加する。具体的には、クランクシャフトがねじり変形することで、クランクシャフトの複数のメインジャーナル間の同軸度を確保することができなくなり、メインジャーナルを回転可能に支持するシリンダブロック側のメインベアリング（軸受ハウジング）に振動入力を与える。この振動入力がエンジン周辺の空気を振動させて騒音を発生したり、他の車両部品を経由して騒音を発生したりする。
【００１８】
第３に、クランクシャフトの軸受部分でのフリクションが増加する。具体的には、クランクシャフトがねじり変形することで上述したように複数のメインジャーナル間の同軸度が狂うため、軸受の油膜厚さが局所的に過小・過大になる部位が発生し、クランクシャフトの回転抵抗が増大する。
【００１９】
以下に説明する本発明の実施例は、このような複リンク式の可変圧縮比エンジンにおけるクランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消するものである。
【００２０】
図１及び図５は可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図であり、図１は本発明の第１実施例を示し、図５は比較例を示している。
【００２１】
第１実施例と比較例とに共通する構成として、シリンダブロック１９には、エンジン前側より順に＃１気筒，＃２気筒，＃３気筒及び＃４気筒が気筒列方向に直列に配列されており、全ての気筒に対し、上述した複リンク式の可変圧縮比機構が適用されている。一本のコントロールシャフト７が４つの気筒で共用されるのに対し、アッパーリンクやロアリンク等のリンク部品は各気筒毎にそれぞれ設けられている。
【００２２】
クランクシャフト４は、各気筒のロアリンク６が回転可能に嵌合する合計４つのクランクピン５と、シリンダブロック１９側のメインベアリングとしてのバルクヘッド１３により回転可能に支持される複数のメインジャーナル２２と、クランクピン５とメインジャーナル２２との間に設けらる複数のクランクウェブ１６と、を有している。クランクウェブ１６は、クランクシャフト４の回転を円滑に保つための平衡錘（バランスウエイト）として機能するとともに、クランクピン５よりも径方向に張り出した唾部２３によりロアリンク６の両側を挟み込み、ロアリンク６の軸方向の移動・位置ずれを防止する機能を有している。
【００２３】
図５の比較例では、メインジャーナル２２が、隣り合う気筒間の３カ所２２ｂ〜２２ｄと、気筒列両側の２カ所２２ａ，２２ｅと、の合計５カ所２２ａ〜２２ｅにほぼ等間隔に配置されている。これらのメインジャーナル２２ａ〜２２ｅと同じ様に、バルクヘッド１３も合計５カ所１３ａ〜１３ｅに配置されている。クランクウェブ１６は、交互に配設されたメインジャーナルとバルクヘッドの間の合計８カ所１６ａ〜１６ｈに設けられている。全てのクランクウェブ１６ａ〜１６ｈのクランク軸方向厚さが一定に設定されている。
【００２４】
このような比較例に対し、図１の第１実施例では、気筒列のほぼ中央に位置する＃２気筒と＃３気筒との気筒間のバルクヘッド１３ｃとメインジャーナル２２ｃとが省略されており、かつ、＃２気筒のクランクピン５ｂの直後の＃３気筒側に隣接するはずのクランクウェブ１６ｄと、＃３気筒のクランクピン５ｃの直後の＃２気筒側に隣接するはずのクランクウェブ１６ｅと、が省略されている。従って、メインジャーナルは、＃１気筒と＃２気筒の気筒間２２ｂと、＃３気筒と＃４気筒の気筒間２２ｄと、気筒列両側の２カ所２２ａ，２２ｅと、の合計４カ所に配置されている。このメインジャーナルに対応してバルクヘッドも合計４カ所に配置されている。クランクウェブは、上述した２カ所１６ｄ，１６ｅを除く合計６カ所１６ａ〜１６ｃ，１６ｆ〜１６ｈに配置されている。
【００２５】
＃２気筒のクランクピン５ｂと＃３気筒のクランクピン５ｃとは、両者と同軸上の棒状の連結軸部２４により接続されている。言い換えると、棒状をなす連結軸部２４の両側に＃２，＃３気筒のクランクピン５ｂ，５ｃが形成されている。従って、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃから＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆまでの間が、屈曲部のないほぼ一直線の棒状をなす連結軸部２４により構成されており、これにより、クランクシャフトのねじり剛性が向上し、実運転時のクランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消することができる。
【００２６】
この連結軸部２４には、上述した各クランクウェブ１６の唾部２３と同様、＃２気筒と＃３気筒のロアリンクよりも径方向に張り出した補助唾部１７が設けられ、これらの唾部２３，１７によりクランクピンの軸方向の位置ずれを防止することができる。
【００２７】
＃２，＃３気筒間のバルクヘッドやクランクウェブの省略による剛性低下を補うように、＃２気筒のクランクピン５ｂの直前すなわち＃１気筒側に隣接するクランクウェブ１６ｃと、＃３気筒のクランクピン５ｃの直後すなわち＃４気筒側に隣接するクランクウェブ１６ｆとは、他のクランクウェブ１６ａ，１６ｂ，１６ｇ，１６ｈ（及び比較例の同じ位置にあるクランクウェブ１６ｃ，１６ｆ）に比して、クランク軸方向に長い幅広形状に幅広化・厚肉化されている。これにより、剛性低下が懸念される＃２，＃３気筒の周辺のクランクシャフトのねじり剛性を有効に向上することができる。
【００２８】
気筒間隔等を変更することなく、上述したように一部のクランクウェブ１６ｃ，１６ｆを幅広形状とするために、＃２気筒のロアリンク６ｂの中心線１４ａを、＃２気筒のシリンダ中心線１４に対し、後方寄り・＃３気筒寄りにオフセットさせており、かつ、＃３気筒のロアリンク６ｃの中心線１５ａを、＃３気筒のシリンダ中心線１５に対し、前方寄り・＃２気筒寄りにオフセットさせている。その他の＃１，＃４気筒ではロアリンクの中心線はシリンダ中心線１５に対して一致している。
【００２９】
図２は、本発明の第２実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図である。基本構成は第１実施例と同様であるが、この第２実施例では、＃２気筒のロアリンク６ｂと＃３気筒のロアリンク６ｃとが、クランクピンとしての連結軸部２４に回転可能に嵌合する一つの一体型ロアリンク１８として構成・統合されている点と、＃２気筒と＃３気筒とで１本のコントロールリンク８’を共有している点とで、第１実施例と大きく異なっている。
【００３０】
このように、＃２気筒と＃３気筒とでロアリンク１８とコントロールリンク８’とが一本化されているため、部品点数が削減され、部品管理が容易化され、エンジン製作コストが低減化される。また、比較例や第１実施例に比して、コントロールリンクの本数が４本から３本に低減するため、コントロールリンクと偏心軸部との軸受部分も４箇所から３箇所へ低減し、軸受部分を研磨加工する製造コストも更に軽減される。
【００３１】
複リンク式の可変圧縮比エンジンにおいては、一般的な単リンク式エンジンに比して、クリアランスを有する軸受部分が多数（例えば１気筒あたり６箇所）存在し、これら軸受部分のクリアランス誤差の累積により気筒間のピストンストローク行程のばらつきが大きくなり、気筒間の筒内圧力がばらつきを持ちやすい。この第２実施例では＃２気筒と＃３気筒とでロアリンクとコントロールリンクとをそれぞれ共用しているために、軸受部分が低減されるとともに、気筒間の筒内圧力のばらつきの管理が第１実施例の場合に比して容易・簡単になるというメリットも得られる。
【００３２】
＃１気筒後寄りのクランクウェブ１６ｂと＃４気筒前寄りのクランクウェブ１６ｇとを、他のクランクウェブ１６ａ，１６ｈ、あるいは比較例や第１実施例の同じ位置でのクランクウェブ１６ｂ，１６ｇに比して、クランク軸方向に長い幅広形状に幅広化している。これにより、＃２，＃３気筒周辺のクランクシャフトのねじり剛性を更に効果的に向上することができる。
【００３３】
このようなクランクウェブ１６ｂ，１６ｇの幅広化を、気筒間隔等を変更することなく容易に行うことができるように、＃１気筒と＃２気筒の間のバルクヘッド１３ｂの中心線２０ａを、＃１気筒のシリンダ中心線と＃２気筒のシリンダ中心線との中間線２０に対し、後方寄り・＃２気筒寄りにオフセットさせており、かつ、＃３気筒と＃４気筒の間のバルクヘッド１３ｄの中心線２１ａを、＃３気筒と＃４気筒の中間線２１に対し、前方寄り・＃３気筒寄りにオフセットさせている。なお、他の気筒間のバルクヘッドの中心線は気筒間の中間線と一致している。
【００３４】
このように第２実施例では、＃２−＃３気筒間のバルクヘッド等が省略されたことと、＃２，＃３気筒のロアリンクとコントロールリンクとがそれぞれ一本化されたことにより、＃２−＃３気筒間の空間的な余裕が増すため、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃと＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆとを第１実施例と同じ様に軸方向に長い幅広形状として、ねじり剛性の向上が図られている。
【００３５】
更に第２実施例では、＃２，＃３気筒でのロアリンクとコントロールリンクとの一本化・共用化により、構成の簡素化や軸受部分の削減による性能向上等が得られ、かつ、＃１気筒後寄りのクランクウェブ１６ｂと＃４気筒前寄りのクランクウェブ１６ｇとの幅広化により、更なる剛性向上効果を得ることができる。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【図２】本発明の第２実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【図３】複リンク式の可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図４】複リンク式の可変圧縮比エンジンと単リンク式の固定圧縮比型エンジンとのトルク特性の差異を示すグラフ。
【図５】比較例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【符号の説明】
１…ピストン
３…アッパーリンク
４…クランクシャフト
５…クランクピン
６…ロアリンク
７…コントロールシャフト
８…コントロールリンク
１３…バルクヘッド（メインベアリング）
１６…クランクウェブ
２２…メインジャーナル
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関圧縮比を変更可能な複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、機関圧縮比を変更可能な複リンク式の可変圧縮比機構を備えたエンジンが記載されている。可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連携するアッパーリンクと、を有し、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４７９５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンは、ピストンとクランクピンとを一本のコネクティングロッドにより連携した一般的な単リンク式のピストン−クランク機構を備える圧縮比固定型のエンジンに比してて、クランクシャフトのねじり振動の振幅が大きくなる傾向にあり、このようなねじり振動に対する対策が望まれている。本発明は、複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンで、クランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンジンは、４つの気筒が直列に配列された気筒列を有するとともに、気筒列に沿って延びるクランクシャフトに、メインベアリングによりシリンダブロック側に回転可能に支持される複数のメインジャーナルが設けられ、かつ、複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンである。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと各気筒のピストンとを連携するアッパーリンクと、を備え、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御することができる。
【０００６】
複数の隣り合う気筒間の中で、＃２気筒と＃３気筒の間には上記メインジャーナルとメインベアリングとが存在せず、残りの気筒間及び気筒列両側の４カ所に上記メインジャーナルとメインベアリングとが配置されており、この４カ所でクランクシャフトがシリンダブロック側に回転可能に支持される。
【０００７】
【発明の効果】
＃２気筒と＃３気筒の間にメインジャーナルとメインベアリングとを設けていないので、＃２気筒と＃３気筒との間に空間的な余裕が増し、例えば、＃２，＃３気筒周辺のクランクシャフトに設けられるクランクウェブをクランク軸方向に幅広化することができる。このようにクランクウェブを厚肉化・幅広化することにより、クランクシャフトのねじれに対する剛性が高くなり、ねじり共振によるフリクションの増加や音振性能の低下を抑制・防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
先ず、図３を参照して、後述する第１，第２実施例及び比較例に共通する複リンク式の可変圧縮比機構について説明する。この可変圧縮比機構は、気筒列方向に延びるクランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６と各気筒のピストン１とを連携するアッパーリンク３と、ロアリンク６の運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更・制御する圧縮比変更手段と、を有している。ピストン１とアッパーリンク３の一端とはピストンピン２により連結され、アッパーリンク３の他端とロアリンク６とはアッパーピン９により連結されている。
【００１０】
上記の圧縮比変更手段は、クランクシャフト４の斜め下方を気筒列方向へ延びるコントロールシャフト７と、このコントロールシャフト７に偏心して設けられた偏心軸部７ａと、この偏心軸部７ａとロアリンク６とを連携するコントロールリンク８と、を有している。ロアリンク６とコントロールリンク８とはコントロールピン１０により連結されている。図示せぬモータ等のアクチュエータによりコントロールシャフト７の回転位置を変化させると、コントロールシャフト７の揺動支点である偏心軸部７ａの位置が変化し、ロアリンク６の運動拘束条件が変化して、機関圧縮比が変化することとなる。
【００１１】
このような複リンク式の可変圧縮比機構は、車両運転状況に応じて機関圧縮比を連続的に変更できることに加え、ピストンストローク特性を望ましい特性（例えば単振動に近い特性）とすることが可能で、かつ、比較的スペースに余裕のある機関下方側にコントロールシャフト７やコントロールリンク８が配置されているため、機関搭載性に優れている等の利点を持つ。
【００１２】
このような複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンでは、クランクシャフトのクランクピンとピストンとを一本のコネクティングロッドで連携した単リンク式のピストン−クランク機構を備えた固定圧縮比型エンジンに比して、クランクシャフトのねじり振動の振幅が大きくなる傾向にあり、このようなねじり振動に対する対策が大きな課題となる。図４は、このようなピストン−クランク間の主運動系部品の構成の違いによるクランクシャフトへの入力トルクの相違を示している。この図は全気筒（この例では４気筒）のクランクピンに入力されるトルクを合計したものであり、気筒内の圧力を略同一としたグラフである。図中の符号１１は、可変圧縮比機構を有する複リンク・可変圧縮比エンジンの入力トルク特性を示し、符号１２は、一般的な単リンク式のピストン−クランク機構を備えた圧縮比固定型のエンジンの入力トルク特性を示している。図示するように、可変圧縮比エンジンでは圧縮比固定型エンジンに比して交番トルクの振幅が大きくなる。ただし、両者１１，１２をクランク角度で積分した値はほぼ同じであり、クランクシャフトから出力として取り出される定常的なトルクの値はほぼ同一となる。
【００１３】
複リンク式の可変圧縮比エンジンの交番トルクが大きくなる要因として、主として以下の２つが挙げられる。第１の要因は、複リンク構造の機構学的・力学的なものである。すなわち、一般的な単リンク式エンジンにおいては、ピストンからの燃焼荷重がコネクティングロッドのみを介してクランクピンに入力されるのに対し、上記のような複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、燃焼荷重がアッパーリンクとロアリンクとを経由してクランクピンに入力され、ロアリンクにおいてコントロールピン１０を支点、アッパーピン９を力点、クランクピン５を作用点とする梃子の原理が働き、燃焼荷重が増幅されてクランクピンに入力されるため、交番トルクの振幅が大きくなるのである。
【００１４】
第２の要因は、クランクシャフトの剛性低下にある。複リンク式の可変圧縮比エンジンにおいては、限られた大きさであるロアリンクに、クランクピン，アッパーピン，及びコントロールピンの軸受部を設けなければならないために、クランクピンの太さ（直径）は制限され、一般的な単リンク式エンジンに比してクランクピンが細くなる傾向にある。また、ロアリンクが一般的なコネクティングロッドよりもエンジン前後方向（クランク軸方向）に長く幅広となるために、エンジン前後方向における寸法的な制限から、クランクシャフトのクランクピンとメインジャーナルとの間に設けられるクランクウェブのクランク軸方向厚さが、一般的な単リンク式エンジンよりも薄くなる傾向にある。複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、単リンク式エンジンに比して、クランクアームの長さを短くできる面ではねじり剛性確保の上で有利といえるが、上述したようにクランクピンが細くなることとクランクウェブが薄くなること等により、全体としてはねじり剛性が低くなる傾向にある。
【００１５】
実運転時のクランクシャフトのねじり振幅は、入力トルクと、ねじり動剛性の逆数と、の積によって決まるため、上述した二つの要因の相乗効果により、複リンク式の可変圧縮比エンジンでは、単リンク式エンジンに比して、クランクシャフトのねじり振幅が２倍〜数倍となることがある。仮にクランクシャフトがねじり振動すると、以下に列記するような問題を生じるおそれがある。
【００１６】
第１に、大きなねじり振幅により過大な応力が早いサイクルで繰り返しクランクシャフトに入力されることによって、クランクシャフトの耐久性が低下する。
【００１７】
第２に、騒音が増加する。具体的には、クランクシャフトがねじり変形することで、クランクシャフトの複数のメインジャーナル間の同軸度を確保することができなくなり、メインジャーナルを回転可能に支持するシリンダブロック側のメインベアリング（軸受ハウジング）に振動入力を与える。この振動入力がエンジン周辺の空気を振動させて騒音を発生したり、他の車両部品を経由して騒音を発生したりする。
【００１８】
第３に、クランクシャフトの軸受部分でのフリクションが増加する。具体的には、クランクシャフトがねじり変形することで上述したように複数のメインジャーナル間の同軸度が狂うため、軸受の油膜厚さが局所的に過小・過大になる部位が発生し、クランクシャフトの回転抵抗が増大する。
【００１９】
以下に説明する本発明の実施例は、このような複リンク式の可変圧縮比エンジンにおけるクランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消するものである。
【００２０】
図１及び図５は可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図であり、図１は本発明の第１実施例を示し、図５は比較例を示している。
【００２１】
第１実施例と比較例とに共通する構成として、シリンダブロック１９には、エンジン前側より順に＃１気筒，＃２気筒，＃３気筒及び＃４気筒が気筒列方向に直列に配列されており、全ての気筒に対し、上述した複リンク式の可変圧縮比機構が適用されている。一本のコントロールシャフト７が４つの気筒で共用されるのに対し、アッパーリンクやロアリンク等のリンク部品は各気筒毎にそれぞれ設けられている。
【００２２】
クランクシャフト４は、各気筒のロアリンク６が回転可能に嵌合する合計４つのクランクピン５と、シリンダブロック１９側のメインベアリングとしてのバルクヘッド１３により回転可能に支持される複数のメインジャーナル２２と、クランクピン５とメインジャーナル２２との間に設けらる複数のクランクウェブ１６と、を有している。クランクウェブ１６は、クランクシャフト４の回転を円滑に保つための平衡錘（バランスウエイト）として機能するとともに、クランクピン５よりも径方向に張り出した唾部２３によりロアリンク６の両側を挟み込み、ロアリンク６の軸方向の移動・位置ずれを防止する機能を有している。
【００２３】
図５の比較例では、メインジャーナル２２が、隣り合う気筒間の３カ所２２ｂ〜２２ｄと、気筒列両側の２カ所２２ａ，２２ｅと、の合計５カ所２２ａ〜２２ｅにほぼ等間隔に配置されている。これらのメインジャーナル２２ａ〜２２ｅと同じ様に、バルクヘッド１３も合計５カ所１３ａ〜１３ｅに配置されている。クランクウェブ１６は、交互に配設されたメインジャーナルとバルクヘッドの間の合計８カ所１６ａ〜１６ｈに設けられている。全てのクランクウェブ１６ａ〜１６ｈのクランク軸方向厚さが一定に設定されている。
【００２４】
このような比較例に対し、図１の第１実施例では、気筒列のほぼ中央に位置する＃２気筒と＃３気筒との気筒間のバルクヘッド１３ｃとメインジャーナル２２ｃとが省略されており、かつ、＃２気筒のクランクピン５ｂの直後の＃３気筒側に隣接するはずのクランクウェブ１６ｄと、＃３気筒のクランクピン５ｃの直後の＃２気筒側に隣接するはずのクランクウェブ１６ｅと、が省略されている。従って、メインジャーナルは、＃１気筒と＃２気筒の気筒間２２ｂと、＃３気筒と＃４気筒の気筒間２２ｄと、気筒列両側の２カ所２２ａ，２２ｅと、の合計４カ所に配置されている。このメインジャーナルに対応してバルクヘッドも合計４カ所に配置されている。クランクウェブは、上述した２カ所１６ｄ，１６ｅを除く合計６カ所１６ａ〜１６ｃ，１６ｆ〜１６ｈに配置されている。
【００２５】
＃２気筒のクランクピン５ｂと＃３気筒のクランクピン５ｃとは、両者と同軸上の棒状の連結軸部２４により接続されている。言い換えると、棒状をなす連結軸部２４の両側に＃２，＃３気筒のクランクピン５ｂ，５ｃが形成されている。従って、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃから＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆまでの間が、屈曲部のないほぼ一直線の棒状をなす連結軸部２４により構成されており、これにより、クランクシャフトのねじり剛性が向上し、実運転時のクランクシャフトのねじり振動を有効に低減・解消することができる。
【００２６】
この連結軸部２４には、上述した各クランクウェブ１６の唾部２３と同様、＃２気筒と＃３気筒のロアリンクよりも径方向に張り出した補助唾部１７が設けられ、これらの唾部２３，１７によりクランクピンの軸方向の位置ずれを防止することができる。
【００２７】
＃２，＃３気筒間のバルクヘッドやクランクウェブの省略による剛性低下を補うように、＃２気筒のクランクピン５ｂの直前すなわち＃１気筒側に隣接するクランクウェブ１６ｃと、＃３気筒のクランクピン５ｃの直後すなわち＃４気筒側に隣接するクランクウェブ１６ｆとは、他のクランクウェブ１６ａ，１６ｂ，１６ｇ，１６ｈ（及び比較例の同じ位置にあるクランクウェブ１６ｃ，１６ｆ）に比して、クランク軸方向に長い幅広形状に幅広化・厚肉化されている。これにより、剛性低下が懸念される＃２，＃３気筒の周辺のクランクシャフトのねじり剛性を有効に向上することができる。
【００２８】
気筒間隔等を変更することなく、上述したように一部のクランクウェブ１６ｃ，１６ｆを幅広形状とするために、＃２気筒のロアリンク６ｂの中心線１４ａを、＃２気筒のシリンダ中心線１４に対し、後方寄り・＃３気筒寄りにオフセットさせており、かつ、＃３気筒のロアリンク６ｃの中心線１５ａを、＃３気筒のシリンダ中心線１５に対し、前方寄り・＃２気筒寄りにオフセットさせている。その他の＃１，＃４気筒ではロアリンクの中心線はシリンダ中心線１５に対して一致している。
【００２９】
図２は、本発明の第２実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図である。基本構成は第１実施例と同様であるが、この第２実施例では、＃２気筒のロアリンク６ｂと＃３気筒のロアリンク６ｃとが、クランクピンとしての連結軸部２４に回転可能に嵌合する一つの一体型ロアリンク１８として構成・統合されている点と、＃２気筒と＃３気筒とで１本のコントロールリンク８’を共有している点とで、第１実施例と大きく異なっている。
【００３０】
このように、＃２気筒と＃３気筒とでロアリンク１８とコントロールリンク８’とが一本化されているため、部品点数が削減され、部品管理が容易化され、エンジン製作コストが低減化される。また、比較例や第１実施例に比して、コントロールリンクの本数が４本から３本に低減するため、コントロールリンクと偏心軸部との軸受部分も４箇所から３箇所へ低減し、軸受部分を研磨加工する製造コストも更に軽減される。
【００３１】
複リンク式の可変圧縮比エンジンにおいては、一般的な単リンク式エンジンに比して、クリアランスを有する軸受部分が多数（例えば１気筒あたり６箇所）存在し、これら軸受部分のクリアランス誤差の累積により気筒間のピストンストローク行程のばらつきが大きくなり、気筒間の筒内圧力がばらつきを持ちやすい。この第２実施例では＃２気筒と＃３気筒とでロアリンクとコントロールリンクとをそれぞれ共用しているために、軸受部分が低減されるとともに、気筒間の筒内圧力のばらつきの管理が第１実施例の場合に比して容易・簡単になるというメリットも得られる。
【００３２】
＃１気筒後寄りのクランクウェブ１６ｂと＃４気筒前寄りのクランクウェブ１６ｇとを、他のクランクウェブ１６ａ，１６ｈ、あるいは比較例や第１実施例の同じ位置でのクランクウェブ１６ｂ，１６ｇに比して、クランク軸方向に長い幅広形状に幅広化している。これにより、＃２，＃３気筒周辺のクランクシャフトのねじり剛性を更に効果的に向上することができる。
【００３３】
このようなクランクウェブ１６ｂ，１６ｇの幅広化を、気筒間隔等を変更することなく容易に行うことができるように、＃１気筒と＃２気筒の間のバルクヘッド１３ｂの中心線２０ａを、＃１気筒のシリンダ中心線と＃２気筒のシリンダ中心線との中間線２０に対し、後方寄り・＃２気筒寄りにオフセットさせており、かつ、＃３気筒と＃４気筒の間のバルクヘッド１３ｄの中心線２１ａを、＃３気筒と＃４気筒の中間線２１に対し、前方寄り・＃３気筒寄りにオフセットさせている。なお、他の気筒間のバルクヘッドの中心線は気筒間の中間線と一致している。
【００３４】
このように第２実施例では、＃２−＃３気筒間のバルクヘッド等が省略されたことと、＃２，＃３気筒のロアリンクとコントロールリンクとがそれぞれ一本化されたことにより、＃２−＃３気筒間の空間的な余裕が増すため、＃２気筒前寄りのクランクウェブ１６ｃと＃３気筒後寄りのクランクウェブ１６ｆとを第１実施例と同じ様に軸方向に長い幅広形状として、ねじり剛性の向上が図られている。
【００３５】
更に第２実施例では、＃２，＃３気筒でのロアリンクとコントロールリンクとの一本化・共用化により、構成の簡素化や軸受部分の削減による性能向上等が得られ、かつ、＃１気筒後寄りのクランクウェブ１６ｂと＃４気筒前寄りのクランクウェブ１６ｇとの幅広化により、更なる剛性向上効果を得ることができる。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【図２】本発明の第２実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【図３】複リンク式の可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図４】複リンク式の可変圧縮比エンジンと単リンク式の固定圧縮比型エンジンとのトルク特性の差異を示すグラフ。
【図５】比較例に係る可変圧縮比エンジンを示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。
【符号の説明】
１…ピストン
３…アッパーリンク
４…クランクシャフト
５…クランクピン
６…ロアリンク
７…コントロールシャフト
８…コントロールリンク
１３…バルクヘッド（メインベアリング）
１６…クランクウェブ
２２…メインジャーナル
Claims (7)
- ４つの気筒が直列に配列された気筒列を有するとともに、この気筒列に沿って延びるクランクシャフトに、メインベアリングによりシリンダブロック側に回転可能に支持される複数のメインジャーナルが設けられ、
かつ、上記クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと各気筒のピストンとを連携するアッパーリンクと、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を有する複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、
複数の隣り合う気筒間の中で、＃２気筒と＃３気筒の気筒間には上記メインジャーナルとメインベアリングとが存在せず、残りの気筒間及び気筒列両側の４カ所に上記メインジャーナルとメインベアリングとが配置されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。 - 上記クランクシャフトのメインジャーナルとクランクピンとの間にクランクウェブが設けられ、
＃２気筒のクランクピンの＃１気筒側に隣接するクランクウェブと、＃３気筒のクランクピンの＃４気筒側に隣接するクランクウェブとが、クランク軸方向に幅広化されていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。 - ＃２気筒のロアリンクの中心線が、＃２気筒のシリンダ中心線に対して、＃３気筒寄りにオフセットし、
＃３気筒のロアリンクの中心線が、＃３気筒のシリンダ中心線に対して、＃２気筒寄りにオフセットしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比エンジン。 - ＃２気筒のロアリンクと＃３気筒のロアリンクとを一つの一体型ロアリンクとして構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比エンジン。
- クランクシャフトのメインジャーナルとクランクピンとの間にクランクウェブが設けられ、
＃１気筒のクランクピンの＃２気筒側に隣接するクランクウェブと、＃４気筒のクランクピンの＃３気筒側に隣接するクランクウェブとが、クランク軸方向に幅広化されていることを特徴とする請求項１，２又は４に記載の可変圧縮比エンジン。 - ＃１気筒と＃２気筒の間のメインベアリングの中心線が、＃１気筒のシリンダ中心線と＃２気筒のシリンダ中心線との中間線に対し、＃２気筒寄りにオフセットし、
＃３気筒と＃４気筒の間のメインベアリングの中心線が、＃３気筒のシリンダ中心線と＃４気筒のシリンダ中心線との中間線に対し、＃３気筒寄りにオフセットしていることを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載の可変圧縮比エンジン。 - 複数の気筒が直列に配列された気筒列を有するとともに、この気筒列に沿って延びるクランクシャフトに、メインベアリングによりシリンダブロック側に回転可能に支持される複数のメインジャーナルが設けられ、
かつ、上記クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクと各気筒のピストンとを連携するアッパーリンクと、ロアリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を有する複リンク式の可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、
複数の隣り合う気筒間の中で、少なくとも一つの気筒間には上記メインジャーナルとメインベアリングとが存在せず、残りの気筒間及び気筒列両側に上記メインジャーナルとメインベアリングとが配置されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003193302A JP2005030220A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 可変圧縮比エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003193302A JP2005030220A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 可変圧縮比エンジン |
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|---|---|
| JP2005030220A true JP2005030220A (ja) | 2005-02-03 |
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ID=34204805
Family Applications (1)
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| JP2003193302A Pending JP2005030220A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 可変圧縮比エンジン |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005030220A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032438A1 (fr) * | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Ensemble de moteur avec des caractéristiques de course variable |
| JP2008240548A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Nissan Motor Co Ltd | レシプロ式内燃機関 |
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| CN115217572A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-10-21 | 长城汽车股份有限公司 | 可变行程机构的偏心轴及发动机 |
-
2003
- 2003-07-08 JP JP2003193302A patent/JP2005030220A/ja active Pending
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