JP2005146891A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースの剛性を確保することができる技術を提供する。
【解決手段】クランクケース４と、シリンダブロックとの間に設けられたカム軸を、モータに結合されたギヤ列を駆動させることによって回転させ、クランクケース４に対してシリンダブロックを相対移動させる可変圧縮比内燃機関であって、前記モータ及びギヤ列が配置されたスペース４１の近傍において、前記可変圧縮比内燃機関がエンジンルームや変速装置に固定される場合に、エンジンルームや、変速装置が結合される固定部材４２と、クランクケース本体４０との間を、モータを支持するためのモータ支持部材４４と、ギヤ列を収納するためのギヤ収納部材とによって連結することにより、固定部材４２と、クランクケース本体４０との間の剛性を確保する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼室容積を変更することにより圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関に関する。

従来の内燃機関においては、燃焼室の容積が一定で圧縮比も一定である。しかし、運転状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費性能や出力性能を向上させることができる。そこで、圧縮比を可変制御することによってこれらの性能向上を図る可変圧縮比型の内燃機関が提案されている。

この圧縮比を可変制御する方法として、シリンダが形成されたシリンダブロックと、ピストンに連結されたクランク軸を回動自在に支持するクランクケースとを相対移動可能に連結し、このシリンダブロックとクランクケースとの間に介装されたカム機構を用いて、シリンダブロックとクランクケースとを接近あるいは離反させることにより内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照。）。
特開２００３−２０６７７１号公報 特開平７−２６９８１号公報 実開平１−７４３４２号公報 特開平１１−２００９４９号公報 実開平２−４０９３５号公報 実開平５−４２８９２号公報

上記の可変圧縮比型の内燃機関においては、シリンダブロックと、クランクケースとを相対移動させるカム軸を回転させるために、例えばウォームホイールとウォームの組み合わせからなるギヤ列をモータによって回転させる機構を採用している場合がある。この場合は、クランクケースに、前記ギヤ列を配置するスペースが必要になる。

そして、例えば、上記の内燃機関を車輌のエンジンルームに固定する際には、クランクケースにおける、前記ギヤ列の配置スペースを逃げた部分で、前記内燃機関を固定せざるを得ない場合があった。このような構造をとらざるを得ない場合は、前記内燃機関を固定するために充分な剛性をクランクケースに持たせることが困難となる場合があった。

また、通常、内燃機関においては、クランクケースに回転可能に支持されたクランク軸の回転を減速して車輪に伝えるための変速装置が備えられている。この変速装置をクランクケースに取り付ける際に、前記クランクケースにおける、前記ギヤ列の配置スペースを逃げた部分で、クランクケースと変速装置とを固定せざるを得ない場合もあった。このような場合には、クランクケースと、変速装置とを固定する部分における剛性を充分に持たせることが困難となる場合があった。

本発明の目的とするところは、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースの剛性を確保することができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、クランクケースとシリンダブロックとの間に設け
られたカム軸を、モータに結合されたギヤ列を駆動させることによって回転させ、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させる可変圧縮比内燃機関であって、前記モータ及びギヤ列が配置されたスペースの近傍において、前記可変圧縮比内燃機関がエンジンルームや変速装置に固定される場合に、エンジンルームや、変速装置が結合される固定部材と、クランクケース本体との間を、モータを支持するためのモータ支持部材と、ギヤ列を収納するためのギヤ収納部材とによって連結することにより、固定部材と、クランクケース本体との間の剛性を確保することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関におけるクランク軸を有するクランクケース本体と、
前記内燃機関におけるシリンダが形成されるとともに、前記クランクケース本体に相対移動可能に取り付けられたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックと前記クランクケース本体との間に構築された一対のカム軸と、
前記クランクケースに、前記カム軸の端部付近において固定されるべき他部材が結合される固定部材と、
前記カム軸の、前記固定部材側の一端において、前記一対のカム軸と結合されるとともに、少なくともギヤ収納部材によって収納されるギヤ列と、
前記クランクケース本体にモータ支持部材を介して取り付けられるとともに、前記ギヤ列を駆動するモータと、
を備え、
前記内燃機関の圧縮比を変更する際に、前記モータにより前記ギヤ列を駆動させることにより前記カム軸を回転させ、前記クランクケース本体と、前記シリンダブロックとを相対的に移動させる可変圧縮比内燃機関において、
前記固定部材が、前記ギヤ収納部材および／または前記モータ支持部材によって、前記クランクケース本体に連結されることにより、前記クランクケース本体と前記他部材とが固定されることを特徴とする。

すなわち、本発明は、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させるために設けられたギヤ列及びモータが配置されるスペースが、クランクケースに設けられており、当該スペース近傍でクランクケースと、他部材とを固定する場合を想定している。そして、そのような場合には、クランクケースに固定されるべき他部材が結合される固定部材を、前記ギヤ列を収納するギヤ収納部材および、前記モータを支持するモータ支持部材の少なくとも一方によって、前記クランクケース本体に連結することとした。

こうすれば、モータ支持部材及び、ギヤ収納部材という、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関に必要な部材を利用して、特別な補強材を設けることなくクランクケースの剛性を確保することができる。

具体的には、例えば前記ギヤ列が、一対のカム軸の一端に取り付けられた一対のウォームホイールと一対のウォームの組み合わせであり、前記モータの出力軸が、前記一対のウォームと直接結合している構成の場合には、クランクケース本体と固定部材とを連結する際に、ギヤ列を配置するスペースに対するシリンダブロック側の面と、シリンダブロックと反対側の面は、前記ギヤ列からのオイル飛散を抑制するオイル飛散防止カバー及び、前記ギヤ列を配置するスペースの底部を決定する部材により連結し、また、ギヤ列を配置するスペースに対して、前記シリンダブロック側の面と固定部材側の面との両方に垂直な面は、モータ支持部材によって連結してもよい。

こうすれば、ギヤ列を配置するスペースを囲むように、前記固定部材と、クランクケース本体とを連結することができるので、より効果的に、クランクケースと、他部材とを固定する部分の剛性を確保することができる。なお、上記においては、オイル飛散防止カバ
ー及び、ギヤ列を配置するスペースの底部を決定する部材は、ギヤ収納部材に含まれる。

また、本発明においては、前記ギヤ収納部材および前記モータ支持部材の少なくとも一方と、前記固定部材と、前記クランクケース本体とは、一体に形成されるようにするとよい。

そうすれば、各部品の接合面においてずれや剛性の減少が発生することを抑制でき、より確実に、クランクケースと他部材とが固定される部分の剛性を確保することができる。また、クランクケース本体と、固定部材、ギヤ収納部材、モータ支持部材などを一体で形成するので、より容易に、上記構成を実施することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関は、該内燃機関の吸気ポートから前記シリンダに空気を導入する吸気装置と、
前記クランクケース本体に対して、前記吸気装置と略反対側に配置された排気装置と、
を備え、
前記モータは、前記クランクケース本体に対し、前記吸気装置の配置された側に取り付けられるようにするのがよい。

ここで、内燃機関における排気装置付近は、一般的に高温になり易い、そして、モータの周囲温度が高くなると、モータの効率が低化し易くなる。従って本発明においては、前記内燃機関は、クランクケース本体に対して互いに反対側に配置された吸気装置および、排気装置を備え、さらにモータは、クランクケース本体に対し、吸気装置側に取り付けられるようにした。

こうすれば、排気装置の熱によってモータの温度が過度に上昇することを抑制でき、モータの効率が低化することを抑制できる。

また、本発明においては、クランクケース本体には、前記カム軸の軸方向に複数配置されるとともに、前記カム軸を回転可能に収納するカム軸収納部が設けられ、
前記固定部材と前記複数のカム軸収納部のうち少なくとも一つとが、ステー部材によってさらに結合されることにより、前記固定部材と前記クランクケース本体とが連結されるようにするとよい。

すなわち、前述のように、ギヤ収納部及び、モータ支持部材によって、固定部材とクランクケース本体とが連結されることに加えて、固定部材と、クランクケース本体に設けられたカム軸収納部とをステー部材で連結することで、クランクケースと他部材とが固定される部分の剛性をより大きくすることができる。また、同時に、クランクケース本体におけるカム軸収納部同士の位置関係のずれを抑制することができ、前記カム軸の作動を安定させることができる。

また、本発明においては、前記ステー部材は、前記クランクケース本体及び前記固定部材と一体に形成されるようにするとよい。こうすれば、より確実に、クランクケースと他部材とが固定される部分の剛性を確保することができる。また、組み立て工数を低減でき、より容易に上記構成を実施することができる。

なお、本発明は、本発明における可変圧縮比内燃機関が、前記固定部材と他部品とが固定されない構成をとる場合にも適用することができる。すなわち、前記固定部材が自由な状態である場合に適用してもよい。その場合でも、前記ギヤ列を配置するスペース近傍の剛性を向上させることができるので、可変圧縮比内燃機関における振動、衝撃に対する信頼性を向上させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースの剛性を確保することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、図示しないピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。

図１は、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を変更させる機構の概略について説明した図である。図1に示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部にカム収納孔５が形成されている。カム収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。カム収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔５の一対の軸線は平行である。

次に、クランクケース４について説明する。ここで、図１に示すクランクケース４については、圧縮比変更に関連する部分のみを示しており、詳細については省略している。クランクケース４には、上述したカム収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、クランクケース隆起部６が形成されている。そして、各クランクケース隆起部６には、円形の軸受収納孔８が形成されている。軸受収納孔８の形状は、上述したカム収納孔５と同一である。なお、このクランクケース隆起部６は、詳細には、クランクケース４に設けられ、そのクランクケース４外側に向けられた表面に、半円形の凹部が形成されている立壁部と、各立壁部に、ボルトによって取り付けられ、同じく半円形の凹部を有しているキャップとから成っており、各立壁部にキャップが取り付けられた状態で、円形の軸受収納孔８が形成される。また、クランクケース隆起部６は、本実施例におけるカム軸収納部として機能する。

複数の軸受収納孔８は、カム収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数の軸受収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔５の間の距離と、両側の軸受収納孔８との間の距離は同一である。

交互に配置される二列のカム収納孔５と軸受収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図1に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃと
が交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するウォームホイール１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一致している。

可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。

各カム軸９の一端にはウォームホイール１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のウォームホイール１０には、それぞれをウォーム１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォーム１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォーム１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ウォームホイール１０を介して逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。

次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、カム収納孔５及び軸受収納孔８の中で外側に位置している。

図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａ矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれ軸受収納孔８及びカム収納孔５の内部で回転し、それぞれ軸受収納孔８及びカム収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。

上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。

図３は、本実施例におけるクランクケース４の詳細な形状について示した斜視図である。また、図４は、クランクケース４を図３中の白抜き矢印の方向からみた場合の、クランク軸中心を含む平面についての部分断面図である。ここにおいて、クランクケース本体４０は、図示しないクランク軸を回転可能に支持するとともに、図１において説明した圧縮比変更機能を有する。また、本実施例におけるギヤ列を構成するウォームホイール１０及びウォーム１１ａ、１１ｂは、ギヤ配置スペース４１に配置される。

また、変速装置固定部４２には、変速装置７をボルト締めするネジ孔４２ａが設けられている。この変速装置固定部４２と、クランクケース本体４０は、ギヤ配置スペース４１の下側において、ギヤ配置スペース底部４３で連結されている。また、ギヤ配置スペース
４１の図３の紙面手前側の側面は、モータ１２を取り付けるネジ孔４４ａ及びモータ１２の出力軸が挿入される軸挿入孔４４ｂが設けられたモータブラケット部４４が設けられている。

このモータブラケット部４４は、モータ１２を支持する機能を有するとともに、変速装置固定部４２と、クランクケース本体４０とを、ギヤ配置スペース４１の側面において連結する機能を有している。ここで、上記のギヤ配置スペース底部４３は、本実施例におけるギヤ収納部材を構成し、モータブラケット部４４は、モータ支持部材を構成する。また、変速装置固定部４２は、本実施例における固定部材を構成する。

また、変速装置固定部４２と、クランクケース本体４０におけるクランクケース隆起部６のうち、変速装置固定部４２側の２つとは、ステー部４５によって連結されている。そして、上記において説明した、クランクケース本体４０、変速装置固定部４２、モータブラケット部４４、ギヤ配置スペース底部４３、ステー部４５は、全てダイカスト成形により、一体的に形成されている。

一方、ギヤ配置スペース４１における、モータブラケット部４４とは逆側の側面には、モータ１２の出力軸先端１３を受けて回転可能に支持する出力軸先端受け部材４６が設けられている。この出力軸先端受け部材４６は、変速装置固定部４２及び、クランクケース本体４０の両方にネジ止めされることにより固定されている。なお、この出力軸先端受け部材４６は、ウォームホイール１０などの組み立て性を確保するために、別部品とされている。

以上、説明したように、本発明における可変圧縮比内燃機関のクランクケース４は、圧縮比を変更するためのウォームホイール１０、ウォーム１１ａ，１１ｂなどのギヤ列を配置するギヤ配置スペース４１が、クランクケース本体４０と、変速装置固定部４２との間に設けられ、ギヤ配置スペース４１を囲むように、ギヤ配置スペース底部４３、モータブラケット部４４、出力軸先端受け部材４６が設けられている。さらに、変速装置固定部４２と、クランクケース本体４０におけるクランクケース隆起部６とを、ステー部材４５で連結している。

このことにより、クランクケース４におけるギヤ配置スペース４１近傍の剛性を確保することができ、重量の大きな変速装置７を結合したときの、クランクケース４の歪や振動を抑制することができる。また、クランクケース本体４０、変速装置固定部４２、モータブラケット部４５、ギヤ配置スペース底部４３は、全てダイカスト成形により、一体的に形成されているので、組み立て工数を削減することができ、さらに、それらを別部品で形成してねじ止めなどにより結合した場合より、剛性を高めることができる。

さらに、変速装置固定部４２と、クランクケース本体４０におけるクランクケース隆起部６とを、ステー部材４５で連結しているため、特に、クランクケース４の図３における上下方向の剛性を高めることができるとともに、クランクケース隆起部６における軸受収納孔８の中心軸の平行度の維持が容易になる。加えて、ステー部材４５は、クランクケース本体４０、変速装置固定部４２と一体に形成されているので、組み立て工数を削減することができるとともに、それらを別部品で形成してねじ止めなどにより結合した場合より、剛性を高めることができる。

なお、本実施例において、さらに、ウォームホイール１０、ウォーム１１ａ、１１ｂによって構成されるギヤ列を駆動させる時の、潤滑油の飛散を防止するための図示しないオイル飛散防止キャップを、ギヤ配置スペース４１の上方にさらに付加してもよい。この場合、オイル飛散防止キャップを金属部材などの高剛性の材質で形成することにより、変速
装置固定部４１と、クランクケース本体４０との間の剛性をさらに高めることができる。この場合、オイル飛散防止キャップも、ギヤ収納部材を構成する。

なお、上記説明においては、固定部材としての変速装置固定部４１に変速装置７が結合される場合について説明したが、前記ギヤ列及びモータ１２が、例えば、クランクケース４における、変速装置７とは反対側に配置された場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、固定部材としての変速装置固定部材４１には、変速装置７ではなく図示しないエンジンルームの一部が結合することとしてもよい。すなわち、可変圧縮比内燃機関と、変速装置７との両方をエンジンルームにおいて支持する支持点のうちの一箇所としての機能を変速装置固定部材４１に持たせてもよい。

さらに、上記の可変圧縮比内燃機関を、変速装置固定部４１に他部材が結合しないようにレイアウトした場合に、本発明を適用してもよい。この場合には、変速装置固定部材４１は自由な状態であり、大きな負荷はかからないが、本発明を適用することにより、可変圧縮比内燃機関の振動、衝撃に対する信頼性を向上することができる。

本発明に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明に係る内燃機関のシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。 実施例におけるクランクケースの斜視図である。 実施例におけるクランクケースの部分断面図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
５・・・カム収納孔
６・・・クランクケース隆起部
７・・・変速装置
８・・・軸受収納孔
９・・・カム軸
９ａ・・軸部
９ｂ・・カム部
９ｃ・・可動軸受部
１０・・ウォームホイール
１１ａ、１１ｂ・・ウォーム
１２・・モータ
４０・・クランクケース本体
４１・・ギヤ列配置スペース
４２・・変速装置固定部
４２ａ・・ネジ孔
４３・・ギヤ列配置スペース底部
４４・・モータブラケット部
４４ａ・・ネジ孔
４４ｂ・・軸挿入孔
４５・・ステー部
４６・・出力軸先端受け部材

Claims (5)

1. 内燃機関におけるクランク軸を有するクランクケース本体と、
   前記内燃機関におけるシリンダが形成されるとともに、前記クランクケース本体に相対移動可能に取り付けられたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックと前記クランクケース本体との間に構築された一対のカム軸と、
   前記クランクケースに、前記カム軸の端部付近において固定されるべき他部材が結合される固定部材と、
   前記カム軸の、前記固定部材側の一端において、前記一対のカム軸と結合されるとともに、少なくともギヤ収納部材によって収納されるギヤ列と、
   前記クランクケース本体にモータ支持部材を介して取り付けられるとともに、前記ギヤ列を駆動するモータと、
   を備え、
   前記内燃機関の圧縮比を変更する際に、前記モータにより前記ギヤ列を駆動させることにより前記カム軸を回転させ、前記クランクケース本体と、前記シリンダブロックとを相対的に移動させる可変圧縮比内燃機関において、
   前記固定部材が、前記ギヤ収納部材および／または前記モータ支持部材によって、前記クランクケース本体に連結されることにより、前記クランクケース本体と前記他部材とが固定されることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記ギヤ収納部材および前記モータ支持部材の少なくとも一方と、前記固定部材と、前記クランクケース本体とは、一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 前記内燃機関は、該内燃機関の吸気ポートから前記シリンダに空気を導入する吸気装置と、
   前記クランクケース本体に対して、前記吸気装置と略反対側に配置された排気装置と、
   を備え、
   前記モータは、前記クランクケース本体に対し、前記吸気装置の配置された側に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 前記クランクケース本体には、前記カム軸の軸方向に複数配置されるとともに、前記カム軸を回転可能に収納するカム軸収納部が設けられ、
   前記固定部材と前記複数のカム軸収納部のうち少なくとも一つとが、ステー部材によってさらに結合されることにより、前記固定部材と前記クランクケース本体とが連結され、前記クランクケース本体と前記他部材とが固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 前記ステー部材は、前記クランクケース本体及び前記固定部材と一体に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関。

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