JP2005030234A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】音振性能に優れ構造が簡単で信頼性の高い可変圧縮比エンジンを提供する。
【解決手段】ピストン６のシリンダ５内での上下動をクランクシャフト１４の回転運動に変換するコンロッド１３を少なくとも２分割し、該コンロッド１３の分割部にコントロールロッド２１を接続して、該コントロールロッド２１の支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、前記コントロールロッド２１の基部に逆入力を遮断するクラッチ３０の出力側レバーアーム２３を接続してコントロールロッド２１側からの入力に対して回動を阻止した状態とし、該クラッチ３０の入力側レバーアーム３５にボールネジ６０、減速機構６８、モータ６９を接続して、これらボールネジ６０、減速機構６８、モータ６９により前記クラッチ３０を介してコントロールロッド２１の支軸位置を変位可能としたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変圧縮比エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両の中には運転条件に応じた適正圧縮比をコンロッドの中間部分を屈曲自在とすることで実現する可変圧縮比エンジンが知られている。そして、前記コンロッドの屈曲部をエンジンの運転中に可動させるには、その屈曲部に作用する力を上回る出力を持つモータや、エンジンの駆動力を有効利用するものが知られているが、制御精度を向上させるためには複雑な機構が必要となる場合がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
例えば、上記機構としてウォームギヤ等の機構を用いた場合にはコンロッドの中間部分を確実に変位させて、所定の圧縮比を得ることができるが、バックラッシが大きく圧縮比精度の向上は望めない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１４７７０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８９０７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウォームギヤを用いた場合には、ギヤの持つバックラッシが無視できないものとなり、高速で上下動するコンロッドにウォームギヤを連係させている場合には、バックラッシにより音振性能が悪化するという問題がある。
そこで、この発明は、音振性能に優れ構造が簡単で信頼性の高い可変圧縮比エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ピストン（例えば、実施形態におけるピストン６）のシリンダ（例えば、実施形態におけるシリンダ５）内での上下動をクランクシャフト（例えば、実施形態におけるクランクシャフト１４）の回転運動に変換するコンロッド（例えば、実施形態におけるコンロッド１３）を少なくとも２分割し、該コンロッド（例えば、実施形態におけるアッパーロッド部材１６，ロアロッド部材１７）の分割部もしくは分割部の近傍あるいは分割された何れかのコンロッドにコントロールロッド（例えば、実施形態におけるコントロールロッド２１）を接続して、該コントロールロッドの支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、前記コントロールロッドの基部に逆入力を遮断するクラッチ（例えば、実施形態におけるクラッチ３０）の出力側（例えば、実施形態における出力側レバーアーム２３）を接続してコントロールロッド側からの入力に対して回動を阻止した状態とし、該クラッチの入力側（例えば、実施形態における入力側レバーアーム３５）に駆動装置（例えば、実施形態におけるボールネジ６０、減速機構６８、モータ６９）を接続して、前記駆動装置により前記クラッチを介してコントロールロッドの支軸位置を変位可能としたことを特徴とする。
このように構成することで、駆動装置を介してクラッチの入力側を往復回動させるとクラッチの出力側がこれに応じて回動してコンロトールロッドを変位させてコンロッドの屈曲姿勢を変化させ圧縮比を変化させることが可能となり、一方、コンロッドによりコントロールロッドを介してクラッチの出力側を往復回動する荷重が作用しても、クラッチの入力側は回動しないためコンロッドの屈曲姿勢を保持することが可能となる。
つまり、逆入力を遮断するクラッチを採用することにより逆入力が過大な時には自動的に固定でき、逆入力が小さい時にだけ駆動装置からの入力により圧縮比を可変とすることが可能となり駆動装置の消費エネルギーを抑えることが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載した発明によれば、前記クラッチはその入力側の往復回動作動を出力側に伝達する一方、出力側からの往復回動作動が入力側に伝達されるのを阻止するものであることを特徴とする。
このように構成することで、駆動装置によりクラッチの入力側を往復回動作動させてコントロールロッドによりコンロッドの屈曲姿勢を最適状態に設定し、この状態で往復上下動するピストン、コンロッドからコントロールロッドに荷重が作用し、これがクラッチの出力側を往復回動する荷重となって作用してもクラッチの入力側には伝達されないため、コンロッドの屈曲姿勢はガタツキなく保持される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すエンジン１は、例えば、自動二輪車等の車両に用いられ圧縮比を変化させることができる可変圧縮比エンジンである。
クランクケース２上にはシリンダブロック３が取り付けられ、シリンダブロック３の上部にシリンダヘッド４が装着されている。シリンダブロック３に形成されたシリンダ５内にピストン６が上下方向に往復動自在に保持され、シリンダヘッド４にはシリンダ５への吸排気を行う吸気通路７及び排気通路８が形成され、各通路開口には吸気通路７を開閉する吸気バルブ９及び排気通路８を開閉する排気バルブ１０が設けられている。
【０００９】
ピストン６の上方には上死点位置のピストン６とシリンダブロック３の凹部１１との間に燃焼室１２が形成され、燃焼室１２内における燃料と空気との混合気の爆発力によりピストン６を押し下げる。混合気への点火は、シリンダヘッド４を貫通し燃焼室１２内に突出して設けられた図示しない点火プラグにより行われる。ピストン６のシリンダ５内での上下往復動は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１４の回転運動に変換され、図示しないトランスミッションへと伝達されると共に、上記吸気バルブ９、排気バルブ１０の動弁機構１５に伝達される。
【００１０】
コンロッド１３は、上部のアッパーロッド部材（コンロッド）１６と下部のロアロッド部材（コンロッド）１７とに２分割されたもので、アッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とが上記クランクシャフト１４の軸方向と平行に設けられた連結ピン１８を介して回動自在に接続され、コンロッド１３が中間部を屈曲部Ｋとしてくの字状に屈曲自在となっている。アッパーロッド部材１６の上端のスモールエンドＳＥはピストンピン１９に回動自在に取り付けられ、ロアロッド部材１７の下端のビッグエンドＢＥはクランクシャフト１４のクランクピン２０に回動自在に取り付られている。尚、２２はクランクシャフト１４の回転中心を示している。また、図５に示すようにクランクシャフト１４はクランクケース２に対して複数のベアリング５２，５３により回転自在に支持されている。
【００１１】
コンロッド１３の屈曲部Ｋの連結ピン１８には、該コンロッド１３の屈曲度合いを調整すべくコントロールロッド２１が回動自在に接続されている。コントロールロッド２１は略水平方向に伸びる棒状部材であり、このコントロールロッド２１の支軸位置である連結ピン１８の位置を変位させることで、可変圧縮比エンジンとしている。
【００１２】
図５に示すように、コントロールロッド２１の基部は、後述する出力側レバーアーム（出力側）２３のアーム部２４の回動端にクランクシャフト１４と平行に設けられたピン２５により回動自在に支持されている。前記出力側レバーアーム２３は軸部２６とアーム部２４とで構成されている。軸部２６の一端はオイルシール２７を介してクランクケース２に回動自在に支持され、軸部２６の他端側は、コンロッド１３を挟む位置に設けられたクランクケース２の両隔壁２８に各々ベアリング２９を介して回動自在に支持されている。また、軸部２６の他端は後述するクラッチ３０の出力側部材３１の出力軸３２に連結固定されている。そして、出力側レバーアーム２３のアーム部２４の回動端は二股状に形成され、ここに前記コントロールロッド２１の基部が挟み込まれるようにして前記ピン２５を介して前記アーム部
２４とコントロールロッド２１の基部とが回動自在に支持されている。
【００１３】
前記クラッチ３０は、クランクケース２の隔壁２８にボルト３６により固定される円盤状のブラケット３７を備えている。ブラケット３７には中央部に設けた凹部内周に抜け止めリング３８が取り付けられている。入力側部材３３には入力軸３４が設けられ、入力軸３４には二股状に形成された入力側レバーアーム（入力側）３５が軸端に形成された雄ネジ部３５ａにナット４０により固定されている。ここで、入力側部材３３と出力側部材３１とは、入力側部材３３の中央部に形成された嵌合孔３３ａに、出力側部材３１の対応する位置に形成されたピン部３１ｃを回動可能に挿通することで、両者が互いに回動可能に連結されている。
そして、入力側レバーアーム３５には後述する駆動装置としてのボールネジ（駆動装置）６０が連係されている。
【００１４】
図２〜図４に示すように、出力側部材３１はこの実施形態では略六角形状の外周部を備えた部材で、中央部には図１に示すように前記出力側レバーアーム２３が出力側部材３１の出力軸３２のネジ部３９（図５参照）にねじ込まれて固定されている。また、出力側部材３１と前記ブラケット３７の内周面３７ａとの間には環状の隙間部４１が設けられていて、この隙間部４１に入力側部材３３の周囲に軸方向と平行に突出形成された突起付き保持器４２と保持器４３とが交互に配置されている。そして、突起付き保持器４２と保持器４３との間にはスプリング４４で２つのローラ４５が連結されたローラユニット４６が介装されている。
尚、３７ｂはブラケットの取付孔を示す。
【００１５】
前記突起付き保持器４２及び保持器４３は前記出力側部材３１の角部３１ａに交互に３個づつ配置され、前記ローラユニット４６は出力側部材３１の辺部３１ｂに６個配置されている。したがって、前記隙間部４１は出力側部材３１の角部３１ａに向かって徐々に幅が狭くなっていて、前記出力側レバーアーム２３により出力側部材３１の出力軸３２を回動させると、回動方向に係わらず前記ブラケット３７の内周面３７ａと出力側部材３１の辺部３１ｂとの間にローラユニット４６のローラ４５が挟まり出力側部材３１の回動は阻止される。
【００１６】
保持器４３は隣接するローラユニット４６のローラ４５に当接可能に配置されている。突起付き保持器４２は保持部４７と突起部４８とを備えた略Ｔ字形状の部材で、突起部４８は内側に向かって先細り形状に形成され、この突起部４８に対応して出力側部材３１の角部３１ａには、両側部が傾斜した溝４９が、前記突起部４８の側面に対して隙間５０を設けて形成されている。尚、突起付き保持器４２の保持部４７は保持器４３とほぼ同形状に形成されている。
【００１７】
したがって、入力側レバーアーム３５により入力側部材３３の入力軸３４を回動させると、回動方向に係わらず前記突起付き保持器４２の保持部４７及び保持器４３がローラユニット４６の一方のローラ４５をスプリング４４を圧縮しながら押圧するため、この一方のローラ４５は前記隙間部４１間から解放される方向に移動する。そして、これとほぼ同時に突起付き保持器４２の突起部４８が回動方向側に移動すると、突起部４８は出力側部材３１の溝４９の隙間５０分だけ回動し次に溝４９の側壁を押圧するため、一方のローラ４５が前記隙間部４１間から解放された状態にある出力側部材３１は回動する。尚、ここで他方のローラ４５は、前記出力側部材３１が回動することで隙間部４１が相対的に広くなるので隙間部４１には挟持されない。よって、この他方のローラ４５が出力側部材３１の回動に支障を与えることはない。
また、逆に出力側部材３１が回動すると、回動方向とは反対側のローラユニット４６のローラ４５が徐々に狭くなっている隙間部４１に挟持されてロックされるため、出力側部材３１側からの回動は阻止され、入力側部材３３を回動させることはできない。
【００１８】
そして、図１、図５〜図７に示すように、前記入力側レバーアーム３５の中途部には、後述するボールネジ６０のナット６１の２つのピン６２，６２が回動自在に挿通される長孔６３，６３が設けられている。尚、上記長孔６３を設けたことによりボールネジ６０のナット６１が移動している際にナット６１のピン６２が相対的に長孔６３内を移動して入力側レバーアーム３５の揺動を許容している。ここで、前記入力側レバーアーム３５は、ボールネジ６０のナット６１が後述する雄ネジ６４の上下方向中央部に位置している場合に、出力側レバーアーム２３のアーム部２４が上方に向くように初期設定してある。これにより、出力側レバーアーム２３のアーム部２４が左右に揺動した場合の左右の揺動角がほぼ同じになるようにしてある。
【００１９】
前記ボールネジ６０はナット６１と雄ネジ６４とを備え、雄ネジ６４の両端がブラケット６５，６５’を介してクランクケース２にボルト６６により固定され、ブラケット６５，６５’に保持されたベアリング６７を介して雄ネジ６４が回転自在に支持されている。そして、この雄ネジ６４に図示しないボールを介して噛合するナット６１が上下方向に移動自在に取り付けられている。雄ネジ６４には減速機構（駆動装置）６８（図５では図示を省略してある）を介してモータ（駆動装置）６９が接続され、モータ６９の取付ブラケット７０はクランクケース２にモータケース７１と共にボルト７２により締め付け固定されている。
前記減速機構６８はモータ６９に取り付けられるピニオン７３と、このピニオン７３に噛合する第１ギヤ７４と第１ギヤ７４に同軸に取り付けられた第２ギヤ７５と、第２ギヤ７５に噛合すると共に雄ネジ６４の下端部に取り付けられた第３ギヤ７６とで構成されている。尚、図５において７７はボールネジ６０等のメインテナンス用の蓋を示し、ボルト７８によってクランクケース２に固定されている。
【００２０】
したがって、図６に示すようにボールネジ６０のナット６１が雄ネジ６４の下端側に位置する場合には、入力側レバーアーム３５によりクラッチ３０の入力側部材３３が最も左側まで回動するため、クラッチ３０の出力側レバーアーム２３は最も左側に位置する。これによりコントロールロッド２１は最も左側に移動するため、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が大きくなり（屈曲部Ｋがより大きく曲がる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も短くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も小さくなる。ここで、圧縮比とは、行程容積に燃焼室容積を加えたものを燃焼室容積で割った値である。
【００２１】
一方、図７に示すようにボールネジ６０のナット６１が雄ネジ６４の上端側に位置する場合には、入力側レバーアーム３５によりクラッチ３０の入力側部材３３が最も右側まで回動するため、クラッチ３０の出力側レバーアーム２３は最も右側に位置する。これによりコントロールロッド２１は最も右側に移動するため、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が小さくなり（屈曲部Ｋがより直線的になる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も長くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も大きくなる。
【００２２】
ここで、図１に示すようにモータ６９はＥＣＵ５１からの信号に基づいて駆動し、そのためＥＣＵ５１にはクランク角、エンジン回転数（Ｎｅ）、吸気管負圧（Ｐｂ）、スロットル開度等のセンサ信号が入力される。
したがって、モータ６９が後側から見て右側に回転すると減速機構６８によりナット６１は雄ネジ６４の下端側に移動して、コンロッド１３を低圧縮比側に姿勢変化させ、モータ６９が後側から見て左側に回転すると減速機構６８によりナット６１は雄ネジ６４の上端側に移動して、コンロッド１３を高圧縮比側に姿勢変化させるのである。
【００２３】
尚、モータ６９を用いてコンロッド１３を低圧縮比側と高圧縮比側に切り替える場合について説明したが、雄ネジ６４に対するナット６１の位置は任意に選択でき、この位置でモータ６９を停止することで、所望の圧縮比でエンジン１を運転できることは言うまでもない。
【００２４】
上記実施形態によれば、ＥＣＵ５１に入力されるクランク角、エンジン回転数、吸気管負圧及びスロットル開度等のセンサ信号からエンジン１を低圧縮比側に切り替える必要がある場合には、ＥＣＵ５１の出力信号によりモータ６９を後側から見て右側に回転する。すると、減速機構６８を介して右回転する雄ネジ６４によりナット６１が雄ネジ６４の下端側に移動し、入力側レバーアーム３５及び出力側レバーアーム２３を左回りに回動させ、コントロールロッド２１を左側に移動させる。これによりコンロッド１３の屈曲部Ｋはより大きく屈曲する方向に姿勢変化してエンジン１は低圧縮比側に移行する。そして、所望の圧縮比が得られるまでコンロッド１３が屈曲したらモータ６９を停止する。
【００２５】
したがって、この状態でコンロッド１３は前記ピン２５を中心にして揺動するコントロールロッド２１により規制されながら、屈曲姿勢を保持しつつクランクシャフト１４の回転に対応して上下運動を行うことができる。
そして、エンジン１を高圧縮比側に切り替える場合には、前記モータ６９を後側から見て左側に回動させれば、前述とは逆に減速機構６８、及び入力側レバーアーム３５を介してコントロールロッド２１が右側に移動し、所望の圧縮比が得られるまでコンロッド１３が直線的になるように姿勢変化させればエンジン１は高圧縮比側に移行する。そして、所望の圧縮比が得られるまでコンロッド１３が屈曲したらモータ６９を停止する。
【００２６】
ここで、前記コントロールロッド２１の支持位置をモータ６９、減速機構６８及びボールネジ６０によって変位させることにより、コンロッド１３の屈曲姿勢を変化させることが可能となるため、エンジン１の圧縮比を自在に調整して最適な圧縮比でエンジン１を運転することができる。
また、クラッチ３０を用いているため、往復上下動するピストン６、コンロッド１３からコントロールロッド２１に荷重が作用し出力側レバーアーム２３を往復回動させる荷重が作用しても、この荷重が出力側レバーアーム２３をロックさせる力となり、この力はこれが入力側レバーアーム３５に伝達されないためガタツキを起こすことがなくなる。よって、コントロールロッド２１、つまりコンロッド１３の屈曲部Ｋの連結ピン１８の部位にはガタツキが生じず、その結果、音振性能を格段に高めると共に圧縮比固定精度を高めることができる。
【００２７】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、自動二輪車のエンジンに限られず、広く車両一般のエンジンに適用できる。また、コントロールロッド２１をアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７との接続部である連結ピン１８に接続した場合を例にして説明したが、コントロールロッド２１を連結ピン１８の近傍に位置するアッパーロッド部材１６やロアロッド部材１７に連結しても良い。また、減速機構６８は一例であって、ボールネジ６０の雄ネジ６４を駆動できれば、減速機構６８の構成は上述したピニオン７３、第１ギヤ７４，第２ギヤ７５及び第３ギヤ７６の組み合わせに限られるものではない。また、ボールネジ６０以外の機構を採用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、駆動装置を介してクラッチの入力側を往復回動させるとクラッチの出力側がこれに応じて回動してコンロトールロッドを変位させてコンロッドの屈曲姿勢を変化させ圧縮比を変化させることが可能となり、一方、コンロッドによりコントロールロッドを介してクラッチの出力側を往復回動する荷重が作用しても、クラッチの入力側は回動しないためコンロッドの屈曲姿勢を保持することが可能となるため、コントロールロッド、つまりコンロッドの屈曲部の支持位置のガタツキをなくすことができ、音振性能を格段に高めることができる効果がある。また、逆入力が過大な時にはクラッチにより自動的に固定し、逆入力が小さい時には圧縮比を駆動装置により可変とすることにより、可変エネルギーを最小限に抑えることが可能となる効果がある。
【００２９】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、駆動装置によりクラッチの入力側を往復回動作動させてコントロールロッドによりコンロッドの屈曲姿勢を最適状態に設定し、この状態で往復上下動するピストン、コンロッドからコントロールロッドに荷重が作用し、これがクラッチの出力側を往復回動する荷重となって作用してもクラッチの入力側には伝達されないため、コンロッドの屈曲姿勢はガタツキなく保持される。よって、コンロッドの屈曲姿勢を確実に保持することができ、信頼性を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のエンジンの断面図である。
【図２】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】この発明の実施形態のクラッチの作動説明図である。
【図４】この発明の実施形態のクラッチの作動説明図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】この発明の実施形態の低圧縮比位置を示す図である。
【図７】この発明の実施形態の高圧縮比位置を示す図である。
【符号の説明】
５ シリンダ
６ ピストン
１３ コンロッド
１４ クランクシャフト
１６ アッパーロッド部材（コンロッド）
１７ ロアロッド部材（コンロッド）
２１ コントロールロッド
２３ 出力側レバーアーム（出力側）
３０ クラッチ
３５ 入力側レバーアーム（入力側）
６０ ボールネジ（駆動装置）
６８ 減速機構（駆動装置）
６９ モータ（駆動装置）

Claims (2)

1. ピストンのシリンダ内での上下動をクランクシャフトの回転運動に変換するコンロッドを少なくとも２分割し、該コンロッドの分割部もしくは分割部の近傍あるいは分割された何れかのコンロッドにコントロールロッドを接続して、該コントロールロッドの支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、前記コントロールロッドの基部に逆入力を遮断するクラッチの出力側を接続してコントロールロッド側からの入力に対して回動を阻止した状態とし、該クラッチの入力側に駆動装置を接続して、前記駆動装置により前記クラッチを介してコントロールロッドの支軸位置を変位可能としたことを特徴とする可変圧縮比エンジン。
2. 前記クラッチはその入力側の往復回動作動を出力側に伝達する一方、出力側からの往復回動作動が入力側に伝達されるのを阻止するものであ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。

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