JP2005076555A - 内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 位置センサを油圧アクチュエータに容易に搭載することができるとともに、位置センサの検出精度を向上させることができる内燃機関の可変圧縮比機構を得る。
【解決手段】 制御軸１４を駆動する油圧アクチュエータ１６は、前端部がフロントカバー８から外側に突出するようにラダーフレーム３に取り付ける。油圧アクチュエータ１６とフロントカバー８の間にシール部材（Ｏリング又はオイルシール等）４１を配置する。位置センサ１７はフロントカバー８の外側において油圧アクチュエータ１６に搭載することができ、オイルの影響から隔絶することができる。
【選択図】 図５

Description

この発明は、制御軸を運転状態に応じて駆動して圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構に関する。

従来の内燃機関の可変圧縮比機構においては、ロックピンの部分へのオイルの供給は、エンジンシリンダブロックからクランクシャフトへオイルを供給するオイル供給口をクランクシャフト内に形成されたオイル通路と接続し、さらに該オイル通路を偏心軸受内に形成されたオイル通路と接続することによりなされる。オイル通路へのオイルの供給は、オイルパン内のオイルをオイル供給パイプで加圧装置に導き、これをオイル供給口に送ることにより行われる。加圧装置にはオイルリターンパイプが設けられていて、余分のオイルをオイル溜めに戻すようになっている。加圧装置におけるオイルの加圧制御系統はつぎのようになっている。すなわち、クランクシャフトとともに回転するリングの周囲に配設された電磁ピックアップにより、ギヤの歯の数をカウントしてピストン位置が検出できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の他の内燃エンジンの可変圧縮比機構は、偏心スリーブ、位相保持手段および位相制御手段等より構成されている。偏心スリーブは、内周面の軸心に対して外周面の軸心を偏心させて形成された円筒形状の軸受部材で、クランクシャフトのクランクピンと、コンロッドの大端部との間に、これらに相対回転可能に介在されている。また、偏心スリーブの一端面には、クランクアームの端面との間に第１のスプロケットが一体形成されている。位相保持手段は、第１のスプロケット、第２のスプロケット、チェーン、およびシャフト等より構成されている。位相制御手段は、第３のスプロケット、第４のスプロケット、チェーンおよび回動制御装置等より構成されている。回動制御装置は、例えば、ステッピングモータおよびコントローラ等より構成され、エンジン本体側、例えば、シリンダブロックに取り付けられている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、従来のその他の内燃機関の可変圧縮比機構は、クランクピンに対して偏心ベアリングを回転させるためのアクチュエータは、クランクシャフト内に形成されている。そのため、圧縮比を低圧縮比または高圧縮比に維持するためにアクチュエータの作動を停止する、つまり、ヘリカルピストンの往復運動を停止し、クランクシャフトに対してアクチュエータを不動にしたとき、クランクシャフトが回転していても、アクチュエータに駆動連結された偏心ベアリングを、クランクシャフトに対して不動にすることができる（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５８−３８３４３号公報（第２頁下左欄第１８行−同下右欄第４行、および同下右欄第９行−第３頁上左欄第１行、並びに第１図および第４図） 特開平４−２２７１７号公報（第３頁上右欄第１６行−同下左欄第９行、第４頁上左欄第２行−同第４行、および同左欄第１８行−同右欄第１行、並びに第１図） 特開２０００−３８９３７公報（第４頁第５欄第２行−同第１１行、並びに図１および図２）

特許文献１の内燃機関の可変圧縮比機構では、この位置センサである電磁ピックアップは回転体を検出するが本アクチュエータは揺動型の為検出不可能である。特許文献２の内燃エンジンの可変圧縮比機構では、回動制御装置がシリンダブロックに取り付けられていることが記載されているが、位置センサについては記載されていない。同様に、特許文献３の内燃機関の可変圧縮比機構でも、アクチュエータがクランクシャフト内に形成されていることが記載されているが、位置センサについては記載されていない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、位置センサを油圧アクチュエータに容易に搭載することができるとともに、位置センサの検出精度を向上させることができる内燃機関の可変圧縮比機構を得るものである。
また、第２の目的は、内燃機関の軸方向の長さを増大させずに油圧アクチュエータや位置センサを搭載することができる内燃機関の可変圧縮比機構を得るものである。

この発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構においては、制御軸を運転状態に応じて駆動して圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、オイル漏れ防止用のカバーから外側に突出するようにエンジン本体に取り付けられ制御軸を駆動する油圧アクチュエータと、カバーと油圧アクチュエータの間に配置されたシール部材とを備えたものである。

また、この発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構においては、制御軸を運転状態に応じて駆動して圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、オイル漏れ防止用のカバーの内面に近接するようにエンジン本体に取り付けられ制御軸を駆動する油圧アクチュエータを備えたものである。

この発明によれば、油圧アクチュエータは端部がオイル漏れ防止用のカバーから外側に突出するようにエンジン本体に取り付けたので、位置センサをカバーの外側において油圧アクチュエータに容易に搭載することができる。また、油圧アクチュエータとカバーの間にシール部材を配置したので、位置センサを油圧アクチュエータに搭載した場合にオイルから隔絶することができ、検出精度を向上させることができる。さらに、位置センサは油圧アクチュエータに搭載しても補機駆動機構よりも外側に突出することがないので、内燃機関の軸方向の長さが増大することはない。そして、シール部材を介してカバーを油圧アクチュエータに固定したので、カバーの膜振動を抑制することができるという効果がある。

この発明によれば、油圧アクチュエータは端部がオイル漏れ防止用のカバーの内面に近接するようにエンジン本体に取り付けたので、位置センサを外側からカバーに取り付けることによって油圧アクチュエータに直結することができる。また、位置センサを外側からカバーに取り付けることができるので、位置センサをオイルから隔絶することができ、検出精度を向上させることができる。さらに、位置センサは油圧アクチュエータに搭載しても補機駆動機構よりも外側に突出することはないので、内燃機関の軸方向の長さが増大することはない。そして、位置センサを介してカバーを油圧アクチュエータに固定することができるので、カバーの膜振動を抑制することができるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における可変圧縮比機構を備えたエンジン（内燃機関）の概略構成を示す部分切欠側面図である。エンジン本体１はシリンダブロック２、ラダーフレーム３、シリンダヘッド４、およびオイルパン５から構成されている。シリンダブロック２とラダーフレーム３の間にはクランクシャフト６が回転自在に支持されている。エンジン本体１の前壁の外面には、カムシャフト、ウォーターポンプなどをクランクシャフト６の回転駆動力によって駆動するためのチェーン式駆動機構７が設けられている。このチェーン式駆動機構７はフロントカバー（オイル漏れ防止用のカバー）８によって覆われ、潤滑可能とされている。そして、フロントカバー８の外面には、オルタネータなどをクランクシャフト６の回転駆動力によって駆動するための補機駆動機構９が設けられている。

図２はこの発明の実施の形態１におけるエンジンの可変圧縮比機構の構成図である。シリンダブロック２の下部はクランクシャフト６を回転可能に保持するホルダ部２ａとされ、シリンダブロック２の上部にはピストン１１を個々に収容する複数のシリンダ部２ｂが設けられている。クランクシャフト６のクランクピン６ａにはロアリンク１２が回転可能に取り付けられている。ピストンピン１１ａにはアッパリンク１３の上端が回転可能に連結され、アッパリンク１３の下端はロアリンク１２の一部に第１連結ピン１２ａを介して回転可能に連結されている。

クランクシャフト６の下方には、制御軸１４が前後方向に向けてクランクシャフト６と平行に配置されている。制御軸１４には偏心カム１４ａが設けられており、この偏心カム１４ａを備えた制御軸１４は強度が確保されている部分、例えばラダーフレーム３に回転可能に支持されている。ロアリンク１２の他部には制御リンク１５の上端が第２の連結ピン１２ｂを介して回転可能に連結され、制御リンク１５の下端は偏心カム１４ａに回転可能に連結されている。そして、制御軸１４の前端には油圧アクチュエータ１６が取り付けられている。

図３は油圧アクチュエータ１６を含む油圧回路の構成図である。油圧アクチュエータ１６は例えばロータリ・ダブルベーン方式とされ、油圧アクチュエータ１６には制御軸１４の回転位置を検出するための位置センサ１７が搭載されている。油圧アクチュエータ１６は例えばオイルパン５に第１配管１８と第２配管１９を介して接続されている。第１配管１８には、オイルパン５側から順次に油圧ポンプ２０、チェックバルブ２１、アキュムレータ２２、油圧フィルタ２３、油圧センサ２４、および油圧制御弁（ＯＣＶ）２５が配置されている。第２配管１９は油圧制御弁２５を介してオイルパン５に接続され、第１配管１８と第２配管１９は油圧ポンプ２０とチェックバルブ２１の間においてリリーフバルブ２６を介して接続されている。

そして、油圧ポンプ２０には電動モータ２７が接続され、位置センサ１７、油圧センサ２４、油圧制御弁２５および電動モータ２７はコントローラ２８に接続されている。コントローラ２８には電源２９が接続されているとともに、ＥＣＵ（不図示）から信号が入力されるようになっている。なお、電動モータ２７はクランクシャフト６の駆動力に代えることができる。

図４は位置センサ１７を備えた油圧アクチュエータ１６の正面図、そして図５は図４のＡ−Ａ線断面図であり、油圧アクチュエータ１６の近傍を含んでいる。油圧アクチュエータ１６はチェーン式駆動機構７の下方においてラダーフレーム３に固定されている。すなわち、油圧アクチュエータ１６はラダーフレーム３に固定されたハウジング３１と、制御軸１４に固定されてハウジング３１の内部に回転可能に配置されたロータ３２とを備えている。

ハウジング３１は、ラダーフレーム３にボルト３３によって固定されたリヤパネル３４、このリヤパネル３４の前面に固定されてロータ３２を囲むケース３５、このケース３５の前端面に固定されたフロントパネル３６、およびケース３５とフロントパネル３６の間に配置されたシール部材（Ｏリング又はオイルシール等）３７によって構成され、これらのリヤパネル３４、ケース３５、およびフロントパネル３６は複数のボルト３８によって固定されている。なお、フロントパネル３６には１対の給油ポート３６ａと１対の排油ポート３６ｂが設けられている。

図３にも示すように、ロータ３２の１対のベーン部３２ａの外周面と、ケース３５の内周面には、シール部材３９がそれぞれ設けられている。シール部材３９は、軸線に沿った方向に延びて径方向をシールする径方向シール部３９ａと、この径方向シール部３９ａの両端部からそれぞれ径方向に延びて軸方向をシールする１対の軸方向シール部３９ｂとを有している。そして、各シール部材３９の径方向シール部３９ａの内面側には、径方向シール部３９ａの内面を付勢する複数の板ばね４０が配置されている。

ここで、フロントカバー８には油圧アクチュエータ１６のハウジング３１を前方に突出させる穴８ａが形成され、この穴８ａを介してハウジング３１の端部側の略半分がフロントカバー８の前方に突出されている。穴８ａの周壁は前後に線対称な肉厚部８ｂとされ、この肉厚部８ｂの前後の中央にシール部材（Ｏリング又はオイルシール等）４１が配置されている。このシール部材又はオイルシール４１は、フロントカバー８と油圧アクチュエータ１６の間におけるオイルの漏れを防止するとともに、フロントカバー８の膜振動を抑制するようになっている。

そして、位置センサ１７は油圧アクチュエータ１６のフロントパネル３６にシール部材４２を介して組み付けられ、固定ネジ４３によって固定されている。この際に、位置センサ１７に設けられて固定ネジ４３が挿通される穴１７ａは長穴とされ、位置センサ１７の回転方向の位置が調節されている。また、位置センサ１７の検出部１７ｂは制御軸１４の前端面の中央に設けられた突部１４ｂに係合され、位置センサ１７と制御軸１４は直結されている。なお、油圧アクチュエータ１６と位置センサ１７を上記のように搭載すれば、位置センサ１７の前端面が補機駆動機構９の最前面よりも突出することはなく、エンジン全体の軸方向の長さが増大することはない。

このように構成されたエンジンの可変圧縮比機構においては、位置センサ１７からの信号がコントローラ２８に入力し、圧縮比の変更の指令がＥＣＵからコントローラ２８に入力すると、コントローラ２８は油圧制御弁２５を制御して油圧アクチュエータ１６を作動させる。圧縮比を高圧縮比から低圧縮比（または低圧縮比から高圧縮比）に変更する場合には、ロータ３２が時計回り方向（または反時計回り方向）に回転し、制御軸１４がロータ３２と一体に回転し、その回転は制御軸１４の負荷と平衡した時点で停止する。

これにより、制御軸１４と一体の偏心カム１４ａが制御リンク１５を上方（または下方）に駆動し、ロアリンク１２をクランクシャフト６に対して反時計回り方向（または時計回り方向）に回転させ、アッパリンク１３を介してピストン１１を下方（または上方）へ移動させ、圧縮比を低下（または上昇）させる。この間に、シール部材３９と板ばね４０はハウジング３１とロータ３２の間の径方向と軸方向のシール力を適正に確保する。

この実施の形態１では、油圧アクチュエータ１６のハウジング３１の端部をフロントカバー８から前方に突出させたので、位置センサ１７をフロントカバー８の外側において油圧アクチュエータ１６に容易に搭載することができ、いわゆる位置センサ１７の搭載性を向上させることができる。また、位置センサ１７をフロントカバー８から離して位置させたので、オイルの影響から隔絶させることができ、検出精度を向上させることができる。そして、油圧アクチュエータ１６をフロントカバー８にシール部材４１を介して接触させたので、フロントカバー８の膜振動、すなわち騒音の発生を低減することができる。

また、油圧アクチュエータ１６をチェーン駆動機構７の下方に配置したので、位置センサ１７の前端面が補機駆動機構９の最前面よりも突出することはなく、エンジン全体の軸方向の長さが増大することはない。そして、フロントカバー８には油圧アクチュエータ１６を前方に突出させる穴８ａを形成し、穴８ａの周壁を前後に線対称な肉厚部８ｂとし、この肉厚部８ｂの前後の中央にシール部材４１を配置するだけであるので、従来のフロントカバーを容易に改造することによって対応することができる。

さらに、位置センサ１７の検出部１７ｂを制御軸１４の突部１４ｂに直結したので、位置センサ１７の検出制度を向上させることができる。そして、フロントカバー８と油圧アクチュエータ１６の間をシールするシール部材４１をフロントカバー８の前後の中間に配置したので、シール性を効果的に向上させることができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における図５に対応する図である。図５と同一の部分および同一の部材について同じ符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態２における油圧アクチュエータ１６Ａは、全体的に実施の形態１の油圧アクチュエータ１６と同様とされているが、この実施の形態２のロータ５１の形状は実施の形態１のロータ３２とは異なる形状とされ、位置センサ１７はロータ５１に直結されている。すなわち、ロータ５１には、制御軸１４の前方への移動を規制する規制部５２と、この規制部５２の前面の中央に設けられた突部５３と、これらの突部５３と規制部５２に形成された穴部５４とが加えられ、位置センサ１７の検出部１７ｂは突部５３と穴部５４に係合されている。この実施の形態２でも実施の形態１と同様な効果が得られる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における図５に対応する図である。図５と同一の部分および同一の部材について同じ符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態３における油圧アクチュエータ１６Ｂは、全体的に実施の形態１の油圧アクチュエータ１６と同様とされているが、油圧アクチュエータ１６Ｂは端部がフロントカバー８の内面に近接するようにエンジン本体１に取り付けられ、位置センサ１７はフロントカバー８に取り付けられている。このため、制御軸１４はその突部１４ｂがフロントカバー８の内面の近傍に位置するように延ばされている。また、位置センサ１７はその検出部１７ｂが制御軸１４の突部１４ｂと直結するようにフロントカバー８に取り付けられている。

この実施の形態３では、油圧アクチュエータ１６の全体をフロントカバー８の内部に配置し、位置センサ１７をフロントカバー８に取り付けたので、油圧アクチュエータ１６からの或る程度のオイル漏れが許容される。したがって、実施の形態１、２では必要とされたケース３５とフロントパネル３６の間のシール部材３７を省略することができる。また、実施の形態１では必要とされたフロントカバー８と油圧アクチュエータ１６の間のシール部材４１が不要となる。そして、位置センサ１７をフロントカバー８に取り付けるためには、実施の形態１，２において位置センサ１７をフロントパネル３６に取り付けるために用いたシール部材４２と固定ネジ４３を用いることができる。その他には、実施の形態１と同様な効果が得られる。

ところで、上記説明では、図１にエンジンの概略構成を示したが、この構成はこの発明を容易に説明するための一つの例であって、それに限定するものではない。また、チェーン式駆動機構７をエンジン本体１の前部に設けたが、エンジン本体１の後部に設けた場合にもこの発明を適用することができる。そして、可変圧縮比機構に位置保持装置や負荷緩衝装置を設ける場合には、それらを油圧アクチュエータ１６と同様に設けることにより、この発明を適用することができる。

この発明の実施の形態１における可変圧縮比機構を備えたエンジンの概略構成を示す部分切欠側面図である。 この発明の実施の形態１におけるエンジンの可変圧縮比機構の構成図である。 油圧アクチュエータを含む油圧回路の構成図である。 位置センサを備えた油圧アクチュエータの正面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図であり、油圧アクチュエータの近傍を含んでいる。 この発明の実施の形態２における図５に対応する図である。 この発明の実施の形態３における図５に対応する図である。

符号の説明

１ エンジン本体、６ クランクシャフト、７ チェーン式駆動機構、８ フロントカバー（オイル漏れ防止用のカバー）、８ａ 穴、８ｂ 肉厚部、１４ 制御軸、１６，１６Ａ，１６Ｂ 油圧アクチュエータ、１７ 位置センサ、１７ａ 穴、１７ｂ 検出部、３１ ハウジング、３２，５１ ロータ、３７，４１，４２ シール部材（Ｏリング又はオイルシール等）。

Claims (7)

1. 制御軸を運転状態に応じて駆動して圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、オイル漏れ防止用のカバーから外側に突出するようにエンジン本体に取り付けられ上記制御軸を駆動する油圧アクチュエータと、上記カバーと上記油圧アクチュエータの間に配置されたシール部材とを備えたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
2. 制御軸の回転位置を検出するための位置センサを油圧アクチュエータの端部に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
3. シール部材をカバーの内外面の中間に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
4. 制御軸を運転状態に応じて駆動して圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、オイル漏れ防止用のカバーの内面に近接するようにエンジン本体に取り付けられ上記制御軸を駆動する油圧アクチュエータを備えたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
5. 制御軸の回転位置を検出するための位置センサをカバーに取り付けたことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
6. 位置センサの検出部を制御軸に直結したことを特徴とする請求項２または請求項５記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
7. 油圧アクチュエータをベーン式とし、位置センサの検出部を油圧アクチュエータのロータに直結したことを特徴とする請求項２または請求項５記載の内燃機関の可変圧縮比機構。

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