JP2006052681A - Ｖ型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】メインベアリングキャップ部及びその固定部品の構造を簡素化し、軽量化、コンパクト化等を図ったＶ型内燃機関の提供。
【解決手段】Ｖ型内燃機関に対し、複リンク式ピストン−クランク機構のコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌを各バンク毎に設ける。シリンダブロック１０のバルクヘッド部１８と、このバルクヘッド部１８のキャップ取付面１２ａに取り付けられるメインベアリングキャップ部１３とによって、クランクシャフト１と、少なくとも一方のコントロールシャフト５Ｒと、を回転可能に狭持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を備えたＶ型内燃機関に関し、特に、その軸受構造の改良に関する。

特許文献１や特許文献２にも開示されているように、車両に搭載される内燃機関では、シリンダブロックのキャップ取付面（合わせ面）にベアリングキャップが締結され、これらベアリングキャップとシリンダブロックとによって、クランクシャフトのメインジャーナル部が回転可能に狭持される。ベアリングキャップとシリンダブロックのバルクヘッド部には、上記のメインジャーナル部を回転可能に支持する半円状の軸受面が上記のキャップ取付面を挟んでそれぞれ形成されている。
特許第２５２２０８２号公報 特開２０００−７３８５８号公報

左右バンクが所定のバンク角をなすＶ型内燃機関では、通常、キャップ取付面が各バンクのシリンダ中心軸線に対して垂直ではない。従って、燃焼時にはキャップ取付面に斜め方向の燃焼荷重が作用する。このような斜め方向に作用する燃焼荷重の水平方向（ベアリングキャップ取付面と平行な方向）の分力がキャップ取付面で接触するベアリングキャップとシリンダブロックに対して作用する。よって、Ｖ型内燃機関では、ベアリングキャップのシリンダブロックに対する水平方向の締結剛性の確保が重要な課題となる。このようなベアリングキャップの水平方向の締結剛性を確保するために、従来より、個々のベアリングキャップをキャップ取付面に垂直な４本のボルトで締結する構成や、ベアリングキャップをキャップ取付面に垂直な２本のボルトで締結し、さらにシリンダブロックのスカート部を貫通してキャップ取付面に平行な方向のボルトで締結する構成や、ベアリングキャップとシリンダブロックとの間にＬ字型の剛性補強部材を設ける構成等が提案されている。

また、ベアリングキャップ周辺にはクランクシャフトの軸方向（内燃機関前後方向）についても所定の剛性が要求される。互いに締結されるベアリングキャップとシリンダブロックのバルクヘッド部とは、クランクシャフトが燃焼荷重を受けた際にクランクシャフトが変形することにより内燃機関前後方向の荷重を受けて変形する。この内燃機関前後方向のバルクヘッド部の変形は、シリンダブロック全体の変形やシリンダブロックに締結されるオイルパン等の部品の変形を引き起こし、特に共振が励起された場合には機関運転時の好ましくない振動・騒音を招くおそれがある。したがってベアリングキャップ部は内燃機関前後方向の変形を抑制するように強い剛性が求められる。

更に、各気筒のピストンとクランクシャフトのクランクピンとを複数のリンクで連係した複リンク式のピストン−クランク機構を利用して、機関圧縮比を可変とするものが本出願人等により提案されている。簡単に説明すると、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、このロアリンクとピストンとを連係するアッパーリンクと、ロアリンクとコントロールシャフトとを連係するコントロールリンクと、を有し、機関運転条件に応じてコントロールシャフトの回転位置を変更して、機関圧縮比を適切に制御することにより、燃費低減と最大出力の向上とを高いレベルで両立することが可能になる。また、複リンク式ピストン−クランク機構によりピストンのストローク特性を例えば単振動に近い適正な特性に近づけることにより、ピストンの往復運動に伴う振動、特に回転２次振動成分を著しく低減し、機関振動の低減化を図ることも可能である。

但し、このような複リンク式ピストン−クランク機構を内燃機関、特に気筒数の多い大排気量・高出力型のＶ型内燃機関に適用する場合、限られたクランクケース内の空間に、多数の気筒に対して複リンク式ピストン−クランク機構のリンク部品や軸受部品等を配置しなければならず、簡素な直列型内燃機関に適用する場合に比して、部品点数の増加、大型化、機関搭載性の低下、重量増加及びコストの増加等が重要な課題となる。

特に、Ｖ型内燃機関では、複リンク式ピストン−クランク機構のコントロールシャフトが各バンク毎に少なくとも合計２本設けられ、各コントロールシャフトをそれぞれシリンダブロックのような機関固定体に回転可能に支持させる必要がある。このため、典型的には、シリンダブロックの各バルクヘッド部に対し、クランクシャフト及び２本のコントロールシャフトのそれぞれに対応する３つのベアリングキャップを設けることとなって、構成が複雑化し、上述した重量増加や大型化等が大きな課題となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複リンク式ピストン−クランク機構を備えるＶ型内燃機関に関し、特に、クランクシャフトと２本のコントロールシャフトとを支持する軸受構造を改良し、簡素化・軽量化を図ることを主たる目的としている。

所定のバンク角をなす左右バンクを備えたＶ型内燃機関であって、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、上記ロアリンクと各気筒のピストンとを連係するアッパーリンクと、各バンク毎に上記クランクシャフトと平行に設けられる２本のコントロールシャフトと、上記ロアリンクとコントロールシャフトとを連係するコントロールリンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備える。更に、機関固定体と、この機関固定体のキャップ取付面に取り付けられるメインベアリングキャップ部と、を有し、これら機関固定体とメインベアリングキャップ部とによって、上記クランクシャフトと、少なくとも一方のコントロールシャフトと、が狭持される。

このＶ型内燃機関によれば、クランクシャフトをシリンダブロックのような機関固定体に支持するためのベアリングキャップ部が、少なくとも一方のコントロールシャフトを機関固定体に支持する機能を兼用することとなる。従って、コントロールシャフトを支持するベアリングキャップとクランクシャフトを支持するベアリングキャップとを別体で構成する場合に比べ、ベアリングキャップおよびボルト等の固定部品の個数を削減して、構成の簡素化、軽量化、コンパクト化等を図ることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図２及び図３を参照して、後述する第１及び第２実施例に共通する構成として、バンク角が９０°のＶ型８気筒内燃機関に適用される複リンク式ピストン−クランク機構について説明する。なお、図２は、複リンク式ピストン−クランク機構に関連する部品のみを簡略的に示しており、機関左斜め前方から見た斜視図に対応している。この図２においては、クランクシャフト１の中心軸に沿って図中左下向きが機関前方、右上向きが機関後方であり、クランクシャフト１は時計回りに回転する。各気筒の番号は両バンクを通算して前方から順に数え、右バンクＲＢに奇数番の＃１，＃３，＃５，＃７気筒、左バンクＬＢに偶数番の＃２，＃４，＃６，＃８気筒がそれぞれ配置されている。また、図３は、一つの気筒の複リンク式ピストン−クランク機構を示すクランクシャフト後端側から見た正面対応図であり、クランクシャフト１は図中反時計回りに回転する。

この複リンク式ピストン−クランク機構は、クランクシャフト１のクランクピン２に回転可能に取り付けられたロアリンク３と、このロアリンク３と各気筒のピストン８とを連係するアッパーリンク７と、クランクシャフト１と平行に設けられたコントロールシャフト５と、ロアリンク３の運動の自由度を規制・制限するようにロアリンク３とコントロールシャフト５とを連係するコントロールリンク４と、を有している。

アッパーリンク７，ロアリンク３及びコントロールリンク４のそれぞれは、８個の気筒毎に８個ずつ設けられている。一方、コントロールシャフト５は、左バンクＬＢと右バンクＲＢ毎に合計２本設けられ、すなわち、右バンクＲＢ用のコントロールシャフト５Ｒと、左バンクＬＢ用のコントロールシャフト５Ｒと、により構成されている。なお、必要に応じて、右バンクＲＢに対応する構成要素には参照符号の後に「Ｒ」を付し、左バンクＬＢに対応する構成要素には参照符号の後に「Ｌ」を付している。

アッパーリンク７は、上端がピストンピン８ａによってピストン８に連結されており、下端が第１連結ピン３ａによってロアリンク３に連結されている。コントロールリンク４は、一端が第２連結ピン３ｂによってロアリンク３に連結されており、他端がコントロールシャフト５の偏心軸部６に回転可能に取り付けられている。偏心軸部６は、コントロールシャフト５の中心軸線に対して偏心して設けられている。

なお、主として気筒列方向の短縮化のために、気筒列方向に隣り合う２つの気筒（例えば、＃１気筒と＃２気筒）のロアリンク３が１つのクランクピン２に取り付けられており、クランクピン２が合計４つの４スロー形式となっている。

コントロールシャフト５には、その回転位置を変更・保持する電動モータ等のアクチュエータ（図示省略）が適用されており、このアクチュエータの動作は周知のエンジンコントロールユニットにより機関運転状態に応じて制御される。コントロールシャフト５の回転位置が変化すると、その偏心軸部６の位置、つまりコントロールリンク４の揺動支点位置がシリンダブロック等の機関固定体に対して変位する。このため、ロアリンク３の姿勢が変化して、ピストン８の上死点位置を含めたストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、内燃機関の運転条件に応じコントロールシャフト５の回転位置を可変制御することにより、機関圧縮比を適切に調整することができ、燃費低減化と出力向上とを高いレベルで両立することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施例に係るＶ型内燃機関を示しており、クランクシャフト１に直交する断面に対応している。但し、この図では右バンクＲＢの気筒（シリンダ）１６Ｒと左バンクＬＢの気筒１６Ｌとを同一断面として描いているが、実際には、クランクシャフトの軸方向における左右バンクの気筒１６Ｒ，１６Ｌの位置は異なっている。
この内燃機関は、右バンクＲＢの気筒１６Ｒのシリンダ中心軸線４０Ｒと左バンクＬＢの気筒１６Ｌのシリンダ中心軸線４０Ｌとのなすバンク角が９０度の、いわゆる９０度Ｖ型８気筒４サイクル式内燃機関である。機関固定体の一部であるシリンダブロック１０は、例えばアルミ合金により鋳造されており、そのブロック下面１２がクランクシャフト１の中心軸線３１を通る平面となった、いわゆるハーフスカート型の構造をなしている。シリンダブロック１０の下端にはフランジ部２３が設けられている。このフランジ部２３にはブロック下面１２の一部が形成され、ここに、図示しないオイルパンが締結される。このオイルパンには、後述するベアリングキャップ部１３，２０を収容し得るように、両側の側壁が比較的高く設定されている。

シリンダブロック１０には、気筒列方向に平行に延びる１本のクランクシャフト１と２本のコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌとがメインベアリングキャップ部１３とサブベアリングキャップ部２０とを用いて回転可能に取り付けられている。

詳述すると、シリンダブロック１０には、気筒間及び気筒端に対応する５箇所にバルクヘッド部１８が一体に設けられている。各バルクヘッド部１８には、ブロック下面１２と同一面上に位置する平坦なキャップ取付面１２ａが形成されている。各キャップ取付面１２ａには、メインベアリングキャップ部１３が４本の固定ボルト２１ａ〜２１ｄによって締結されている。これらメインベアリングキャップ部１３とバルクヘッド部１８とによって、クランクシャフト１のメインジャーナル部と、一方のコントロールシャフト５Ｒのジャーナル部と、が回転可能に狭持されている。このように、メインベアリングキャップ部１３が、クランクシャフト１を回転可能に支持する機能と、一方の右バンク用コントロールシャフト５Ｒを回転可能に支持する機能とを兼用している。従って、両シャフト１，５Ｒに対して個別に軸受部材を設ける場合に比して、部品点数が削減され、構成の簡素化・軽量化・コンパクト化等の多大な効果を得ることができる。

これらの軸受部分は半割構造をなしている。つまり、バルクヘッド部１８の下面に凹設された半円溝１１と、ベアリングキャップ部１３の上面に凹設された半円溝１４と、がキャップ取付面１２ａで突き合わされることにより、クランクシャフト１のメインジャーナル部を回転可能に支持する円筒面である軸受面１５が形成されている。同様に、右バンク用のコントロールシャフト５Ｒのジャーナル部を回転可能に支持する軸受面１９Ｒは、バルクヘッド部１８の下面に凹設された半円溝と、ベアリングキャップ部１３の上面に凹設された半円溝と、がキャップ取付面１２ａで突き合わされることにより形成されている。

左バンク用コントロールシャフト５Ｌは、メインベアリングキャップ部１３と、このメインベアリングキャップ部１３の下面に固定されるサブベアリングキャップ部２０と、により回転可能に狭持されている。この軸受部分も半割構造となっており、メインベアリングキャップ部１３とサブベアリングキャップ部２０には、半円状に２分割された半円溝がそれぞれ形成されている。

４本の固定ボルト２１ａ〜２１ｄは、組付作業性を考慮してブロック下方側（図１の下側）より同じ向きに挿入されるもので、キャップ取付面１２ａを横切るようにメインベアリングキャップ部１３を貫通してバルクヘッド部１８の雌ねじ部に締結される。これら４本の固定ボルトのうち、２本の貫通ボルト２１ｂ，２１ｃは、サブベアリングキャップ部２０をメインベアリングキャップ部１３に締結・固定する機能を兼用している。貫通ボルト２１ｂ，２１ｃは、メインベアリングキャップ部１３の下面を横切るようにサブベアリングキャップ部２０及びメインベアリングキャップ部１３を貫通して、バルクヘッド部１８の雌ねじ部に締結される。このように、メインベアリングキャップ部１３とサブベアリングキャップ部２０とを共通の貫通ボルト２１ｂ，２１ｃでシリンダブロック１０に締結しているため、メインベアリングキャップ部とサブベアリングキャップ部とを個別のボルトにより固定する場合に比して、ボルト本数が少なくて済み、簡素化・軽量化・コンパクト化等が図られている。

クランクシャフト１及び左バンクのコントロールシャフト５Ｌに対する軸受強度を確保するように、４本のボルト２１ａ〜２１ｄは、シャフト１，５Ｌの両側に２本ずつ配置されている。また、右バンクのコントロールシャフト５Ｒに対する軸受強度を確保するように、図中右寄りの２本のボルト２１ｃと２１ｄとの間にコントロールシャフト５Ｒが配置されている。

メインベアリングキャップ部１３は、バルクヘッド部１８に対応して５箇所に設けられている。これら複数のメインベアリングキャップ部１３は、２本の梁部２２によって一体的に連結されている。つまり、メインベアリングキャップ部１３と梁部２２とによって、ラダーフレーム構造のメインベアリング部材３４が構成されている。このように梁部２２により複数のメインベアリングキャップ部１３を連結して一体のメインベアリング部材３４とすることにより、軸受としての強度・剛性が向上し、特に機関前後方向の変形を抑制でき、機関運転時の騒音・振動の発生や、変形による軸受部分の潤滑状態の低下を効果的に抑制できる。一方、サブベアリングキャップ部２０は、この実施例では各メインベアリングキャップ部１３に対応して個別に複数設けられている。

クランクシャフト１のクランク中心軸線３１と、右バンク用コントロールシャフト５Ｒの右バンク用中心軸線３２Ｒとが、キャップ取付面１２ａを含む平坦なブロック下面１２上に配置されるように、リンク寸法等が設定されている。なお、上記の中心軸線３１は、クランクシャフト１に対する軸受面１５の中心軸線と一致しており、上記の中心軸線３２Ｒは、右バンク用コントロールシャフト５Ｒに対する軸受面１９ａの中心軸線と一致している。言い換えると、双方の軸受面１５，１９ａの軸受分割面が同一のキャップ取付面１２ａ上に配置されている。従って、本実施例とは異なり２つの軸受分割面が同一平面に位置していない場合に比して、構成が簡素化されるとともに、加工精度が要求されるキャップ取付面１２ａの加工が容易である等の効果が得られる。

特に本実施例では、軸受面１５，１９ａの軸受分割面を含むキャップ取付面１２ａが、バンク中心線３０に直交する機関水平面であるブロック下面１２上に配置されている。なお、上記のバンク中心線３０は、左右バンクのシリンダ軸線の狭角すなわちバンク角を二等分する線である。基本的には、このバンク中心線３０に対して左右バンクの気筒等が左右対称配置となるように設定されている。そして本実施例では、バンク中心線３０に沿う機関上下方向（図１の上下方向）に関し、２つの軸受面１５，１９ａの中心軸線３１，３２の高さ位置が同じであるため、双方の軸受面１５，１９ａの分割面を機関水平方向に沿う同一のキャップ取付面１２ａ上に配置することができるのである。このような本実施例とは異なり、仮に２つの軸受面の中心軸線の機関上下方向高さが異なる場合、両中心軸線を同一のキャップ取付面上に配置しようとすると、このキャップ取付面を機関水平方向に対して傾いた面とする必要があり、メインベアリングキャップ部やバルクヘッド部等がバンク中心線に対してアンバランスとなり、設計・製造の複雑化等を招く。あるいは、キャップ取付面に段差を設けて、両軸受分割面を異なる機関水平面上に配置すると、メインベアリングキャップ部やバルクヘッド部の構造が段差を含む複雑なものとなり、加工作業も繁雑となる。

本発明者等の研究によれば、複リンク式ピストン−クランク機構による２次振動低減効果が顕著に得られるように、つまりピストンのストローク特性を単振動に近づけるように、各バンクのリンク機構の各節の長さを設計した場合、典型的には、各バンク、例えば右バンクＲＢのシリンダ中心線４０Ｒと平行にクランクシャフト１の回転中心軸線３１を通る基準線（図１の矢印２８Ｒに沿う線）に対し、そのコントロールシャフト中心軸線３２Ｒが略４５°の位置に配置される。したがって、複リンク式ピストン−クランク機構をバンク角が９０°のＶ型内燃機関に適用した場合、図１に示すように、クランクシャフト１の中心軸線３１と、一方の右バンク用コントロールシャフト５Ｒの中心軸線３２Ｒと、を通るキャップ取付面１２ａを、バンク中心線３０に直交する機関水平面であるブロック下面１２上（又は平行な位置）に配置することができるのである。つまり、９０度Ｖ型内燃機関においては、ピストンのストローク特性が最適となるようなリンク配置の設定を行いつつ、クランクシャフト１と一方のコントロールシャフト５Ｒの双方の中心軸線３１，３２を、機関水平面と平行なキャップ取付面１２ａ上に配置することが可能である。従って、仮にコントロールシャフトの位置が他の設計要件によって若干変化したとしても、キャップ取付面１２ａを機関水平面とほぼ平行に設定することは可能である。

上記の右バンクＲＢと同様、左バンクＬＢについても、ピストンのストローク特性に適切なリンク配置では、左バンク用コントロールシャフト５Ｌの中心軸線３２Ｌが、クランクシャフト１の中心軸線３１を通ってシリンダ中心線４０Ｌに平行な基準線（矢印２８Ｌに沿う線）に対し、略４５°の位置に配置される。従って、バンク角が９０度のＶ型内燃機関では、左バンク用のコントロールシャフト５Ｌの中心軸線３２Ｌが、クランクシャフト１の中心軸線３１の真下、つまりバンク中心線３０上に配置されることとなる。このように、クランクシャフト１の中心軸線３１とコントロールシャフト５Ｌの中心軸線３２Ｌとをバンク中心線３０に沿う機関上下方向に配置できるので、固定ボルト２１による固定構造が簡素でバランスに優れたものとなる。

図５は、比較例に係る図１に対応する断面対応図である。この比較例は、ピストンとクランクピンとを一本のコンロッドで連係した単リンク式ピストン−クランク機構が適用されている点で、図１に示す第１実施例と異なっている。図５に示すように、単リンク式ピストン−クランク機構を備えた一般的な内燃機関では、本実施例と同様、キャップ取付面１２ａが、機関水平面に沿うブロック下面１２上に配置されている。従って、本実施例の内燃機関を生産する際、キャップ取付面１２ａの切削加工を行う工作機械は、図５に示すような一般的な既存の内燃機関の加工を行っていたものを流用できる可能性が高い。

更に言えば、本実施例のベアリングキャップ部１３は、図５に示す比較例のベアリングキャップ部１３Ａに比して、コントロールシャフト５Ｒの軸受部分が追加されている関係で、機関横方向（図１，５の左右方向）の寸法が大きくなっている。従って、比較例に比して、同等のボルト軸力であっても、軸受としての高い支持剛性を確保し易い。特に、Ｖ型内燃機関ではベアリングキャップ部１３に対して斜め方向の燃焼荷重１７（図５参照）が作用するために、キャップ取付面１２ａには、このキャップ取付面１２ａに沿う方向の力が作用する課題があり、このような課題に対して、本実施例のようなベアリングキャップ部１３の横幅の拡大化は極めて有効である。

図１を参照して、内燃機関の右バンクＲＢの気筒１６Ｒで燃焼が発生した時、メインベアリング軸受面１５から内燃機関本体に入力される力２８Ｒの方向と、コントロールシャフト軸受面１９ａから内燃機関本体に入力される力２９Ｒの方向と、は略反対向きとなる。この際、力２８Ｒおよび力２９Ｒの水平方向成分（キャップ取付面１２ａに平行な方向の成分）は、互いに反対向きとなり、ある程度相殺される。同様に、左バンクＬＢの気筒１６Ｌで燃焼が発生した時、メインベアリング軸受面１５からの入力２８Ｌとコントロールシャフト軸受面１９ｂからの入力２９Ｌとは略反対方向となる。よって両者の水平方向成分がある程度相殺される。従って、ベアリングキャップ部１３をキャップ取付面１２ａに平行な方向にずらそうとする力が軽減・相殺されるという効果が得られる。従って、本実施例によれば、ベアリングキャップ部１３の支持剛性の確保が容易であり、所定の支持剛性を確保しつつ軽量化・コンパクト化を図ることができる。

図４は本発明の第２実施例に係る内燃機関を示しており、図１と同様の断面対応図である。この第２実施例の基本構成は図１の第１実施例と同様であり、共通する構成要素には同じ参照符号を付している。但し、第１実施例のメインベアリング部材３４に代えてラダーフレーム２５が設けられている点と、サブベアリングキャップ部２０が梁部２７により一体的に連結されている点等が上記の第１実施例と異なっている。

ラダーフレーム２５は、第１実施例と同様に複数のメインベアリングキャップ部１３を有しており、これらメインベアリングキャップ部１３が一対の側壁部２４によって機関前後方向に一体的に連結されており、全体としてラダーフレーム形状をなしている。側壁部２４は、シリンダブロック１０のブロック下面１２の一部をなすフランジ部２３の下面に固定されており、外部へ表出する機関側壁部・ケーシングの一部を構成している。オイルパンは、シリンダブロック側のフランジ部２３ではなく、ラダーフレーム２５の下端に設けられたフランジ部２６に締結される。従って、第１実施例に比して、ラダーフレーム２５の高さの分、オイルパンの側壁は低く構成される。

このラダーフレーム２５は、複数のメインベアリングキャップ部１３を機関前後方向に一体的に連結する部位としての側壁部２４が、第１実施例の梁部２２よりも断面積が大きく、かつ、各側壁部２４にフランジ部２６等が一体的に形成されているので、第１実施例のメインベアリング部材３４に比して、特に機関前後方向の剛性が強化されている。

また、左バンク用コントロールシャフト５Ｌを回転可能に狭持する複数のサブベアリングキャップ部２０は、梁部２７により機関前後方向に一体的に連結されている。これらサブベアリングキャップ部２０と梁部２７とによって、ラダーフレーム状のサブベアリング部材３５が構成されている。従って、この第２実施例では、上記のラダーフレーム２５の側壁部２４による剛性強化に加え、さらに梁部２７によっても内燃機関前後方向の剛性が有効に高められている。また、バルクヘッド部１８が前後に弾性変形する際、典型的には上部を節、下部を腹とするような変形モードとなるが、第１実施例の梁部２２よりも更に低い位置に梁部２７が設けられているため、比較的変形量のより大きい下部を有効に支持することができ、より効果的に剛性を強化することができる。

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、種々の変形・変更を含むものである。例えば、気筒数が６気筒や１２気筒のＶ型内燃機関に本発明を適用しても良く、また、バンク角が６０度のＶ型内燃機関に本発明を適用しても良い。

以上の説明より把握し得る特徴的な技術思想について、その作用・効果とともに列記する。

（１）所定のバンク角をなす左右バンクＲＢ，ＬＢを備えたＶ型内燃機関であって、かつ、クランクシャフト１のクランクピン２に回転可能に取り付けられるロアリンク３と、上記ロアリンク３と各気筒のピストン８とを連係するアッパーリンク７と、各バンク毎に上記クランクシャフト１と平行に設けられる２本のコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌと、上記ロアリンク３とコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌとを連係するコントロールリンク４と、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備え、更に、シリンダブロック１０等の機関固定体と、この機関固定体のキャップ取付面１２ａに取り付けられるメインベアリングキャップ部１３と、を有し、これら機関固定体とメインベアリングキャップ部１３とによって、上記クランクシャフト１と、少なくとも一方のコントロールシャフト５Ｒと、が狭持されることを特徴としている。

このＶ型内燃機関によれば、クランクシャフト１をシリンダブロック１０のバルクヘッド部１８のような機関固定体に支持するためのメインベアリングキャップ部１３が、少なくとも一方のコントロールシャフト５Ｒを機関固定体に支持する機能を兼用することとなる。従って、コントロールシャフトを支持するベアリングキャップとクランクシャフトを支持するベアリングキャップとを別体で構成する場合に比べ、ベアリングキャップおよびボルト等の固定部品の個数を削減して、構成の簡素化、軽量化、コンパクト化等を図ることができる。

また、図１にも示すように、メインベアリングキャップ部１３にコントロールシャフト５Ｒの軸受部分が追加される関係で、このメインベアリングキャップ部１３の機関横方向の幅が広がる形となり、このため、結合剛性が大きくなるという利点も得られる。特に、Ｖ型内燃機関では、燃焼荷重などがキャップ取付面１２ａに対して斜めに作用するために、メインベアリングキャップ部１３の剛性の確保が重要な課題であるため、メインベアリングキャップ部１３の剛性向上は有効である。

更に、上記の第１実施例のようなリンク構成によれば、メインベアリングキャップ部１３とシリンダブロック１０との間に支持された一方のコントロールシャフト５Ｒに連結される気筒のピストン８から内燃機関本体に燃焼荷重あるいは慣性荷重が入力される際に、ピストン８からクランクシャフト１を介して軸受面１５に作用する力２８Ｒの方向と、コントロールシャフト５Ｒを介してその軸受面１９Ｒに作用する力の方向とが略反対向きとなるので、キャップ取付面１２ａに平行な方向に作用する力が相殺されることとなる。従って、メインベアリングキャップ部１３の結合剛性の確保が容易であり、その結合状態を容易に好適に保つことができる。

（２）より好ましくは、上記キャップ取付面１２ａ上に、上記クランクシャフト１の中心軸線３１と上記一方のバンクＲＢのコントロールシャフト５Ｒの中心軸線３２Ｒとが配置されている。すなわち、クランクシャフト１の軸受部分とコントロールシャフト５Ｒの軸受部分とがキャップ取付面１２ａに沿って２分割された半割構造をなしている。従って、仮に軸受分割面が異なる平面であって、キャップ取付面１２ａに段差を設ける必要がある場合に比して、構造が簡素化されるともに、キャップ取付面１２ａの加工が容易で、その寸法精度を容易に確保することができる。

（３）更に好ましくは、図１に示すように、上記一方のコントロールシャフト５Ｒの軸方向に沿って間欠的に配置される複数のメインベアリングキャップ部１３と、これら複数のメインベアリングキャップ部１３を一体的に連結する梁部２２と、を有するメインベアリング部材３４を有している。

このように複数のメインベアリングキャップ部１３を梁部２２により一体に連結することにより、これらメインベアリングキャップ部１３の剛性をより一層高めることができる。従って、互いに締結されるメインベアリングキャップ部１３とバルクヘッド部１８が内燃機関前後方向に変形することを抑制し、当該部位の変形に起因する機関運転時の振動・騒音の発生や軸受部分の潤滑状態の低下を抑制・回避することが可能となる。

（４）あるいは、図４に示すように、上記一方のコントロールシャフト５Ｒの軸方向に沿って間欠的に配置される複数のメインベアリングキャップ部１３と、これら複数のメインベアリングキャップ部１３を一体的に連結する一対の側壁部２４と、を有するラダーフレーム２５を有し、上記側壁部２４が、シリンダブロック１０の下端に設けられたフランジ部２３に固定され、機関側壁の一部をなしている。

このようにメインベアリングキャップ部１３を側壁部２４により一体に連結したラダーフレーム２５を設けることにより、メインベアリングキャップ部１３の剛性をより一層高めることができる。加えて、側壁部２４がシリンダブロックの側壁とともに機関側壁部の一部として機能しているために、メインベアリングキャップ部１３と側壁部とを別体とする場合に比して、構成が簡素化されるとともに、メインベアリングキャップ部１３の剛性を効果的に高めることができる。

（５）好ましくは、上記メインベアリングキャップ部１３に固定されるサブベアリングキャップ部２０を有し、これらメインベアリングキャップ部１３とサブベアリングキャップ部２０とによって、上記一方のコントロールシャフト５Ｒとは異なる他方のコントロールシャフト５Ｌが狭持される。

そして、図１に示す第１実施例のようなリンク配置により、メインベアリングキャップ部１３とサブベアリングキャップ部２０との間に支持されたコントロールシャフト５Ｌに連結されるピストン８から燃焼荷重あるいは慣性荷重が入力される際に、ピストンからクランクシャフト１を介して軸受面１５に作用する力２８Ｌの方向と、コントロールシャフト５Ｌを介して軸受面１９Ｌに作用する力２９Ｌの方向と、が略反対向きとなり、両者が相殺されることにより、メインベアリングキャップ部１３及びサブベアリングキャップ部２０の良好な結合状態を容易に確保することができる。

（６）好ましくは、上記メインベアリングキャップ部１３を機関固定体へ固定する複数のボルト２１ａ〜２１ｄを有し、これら複数のボルトの幾つかが、上記サブベアリングキャップ部２０を貫通して、このサブベアリングキャップ部２０をメインベアリングキャップ部１３へ固定する貫通ボルト２１ｂ，２１ｃである。

このように貫通ボルト２１ｂ，２１ｃが、サブベアリングキャップ部２０をメインベアリングキャップ部１３に固定する機能を兼用することにより、ボルトの本数を削減することができ、構成の簡素化、小型化、軽量化に加え、低コスト化や生産性の向上を図ることができる。

（７）好ましくは図４に示す第２実施例のように、上記サブベアリングキャップ部２０が、他方のコントロールシャフト５Ｌの軸方向に沿って間欠的に複数設けられ、かつ、これら複数のサブベアリングキャップ部２０が梁部２７によって一体的に連結されている。このように梁部２７によって複数のサブベアリングキャップ部２０を一体的に連結することにより、サブベアリングキャップ部２０の剛性が高められ、機関前後方向の変形を抑制し、この変形に起因する振動・騒音の発生や軸受部分の潤滑性の低下を軽減・防止することができる。

（８）所定のバンク角をなす左右バンクＲＢ，ＬＢを備えたＶ型内燃機関であって、かつ、クランクシャフト１のクランクピン２に回転可能に取り付けられるロアリンク３と、上記ロアリンク３と各気筒のピストン８とを連係するアッパーリンク７と、各バンク毎に上記クランクシャフト１と平行に設けられる２本のコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌと、上記ロアリンク３とコントロールシャフト５Ｒ，５Ｌとを連係するコントロールリンク４と、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備え、更に、少なくとも一方のコントロールシャフト５Ｒの中心軸線３２Ｒが、上記クランクシャフト１の中心軸線３１に対し、ほぼ機関横方向に沿う同一平面（キャップ取付面１２ａ）上に配置されていることを特徴としている。

従って、例えば図１に示すように、同一平面としてのキャップ取付面１２ａに沿って軸受部分を半割構造とした場合に、そのベアリングキャップ部１３を共用することができ、クランクシャフトとコントロールシャフトに対して個別にベアリングキャップ部を設ける場合に比して、構成の簡素化、軽量化、コンパクト化等を図ることができる。

（９）より詳しくは、図１に示すように、上記同一平面（キャップ取付面１２ａ）に沿って、上記クランクシャフト１を回転可能に支持する軸受部分１５が半円状に２分割されているとともに、上記一方のコントロールシャフト５Ｒを回転可能に支持する軸受部分１９Ｒが半円状に２分割されている。

（１０）好ましくは、上記同一平面１２ａがバンク中心線３０に直交するように設定されている。従って、既存の一般的な内燃機関と同様、同一平面としてのキャップ取付面１２ａを、機関水平面と平行に設定することができ、特に上記実施例では、キャップ取付面１２ａをブロック下面１２上に配置している。

（１１）特に、上記実施例のようにバンク角が９０度のＶ型内燃機関であれば、上述したように、ピストンのストローク特性を適正化しつつ、コントロールシャフト５Ｒ，５Ｌを適切な位置に配置することが可能となる。

（１２）具体的には、各バンクのシリンダ中心線４０Ｒ，４０Ｌと平行にクランクシャフトの中心軸線３１を通る基準線（矢印２８Ｒ，２８Ｌに沿う線）に対し、上記各バンクのコントロールシャフトの中心軸線３２Ｒ，３２Ｌが略４５度の位置に配置される。

（１３）従って、上記一方のコントロールシャフト５Ｒとは異なる他方のコントロールシャフト５Ｌの中心軸線３２Ｌが、上記クランクシャフト１の中心軸線３１を通ってバンク中心線３０に平行な線上に配置される。このようにバンク中心線３０に沿う機関上下方向に沿ってクランクシャフト１と他方のコントロールシャフト５Ｌとが配置されるため、上記実施例のごとくクランクシャフト１及びコントロールシャフト５Ｌの両側にバランス良く固定ボルト２１を配置でき、固定ボルト２１によるベアリングキャップ１３，２０の良好な結合状態を容易に確保することができる。

（１４）好ましくは、上記コントロールシャフト５Ｒ，５Ｌに偏心して設けられた偏心軸部６に、上記コントロールリンク４の一端が取り付けられ、アクチュエータにより上記コントロールシャフトの回転位置を変更することにより、ピストンのストローク特性、ひいては機関圧縮比を連続的に変更可能とする。複リンク式ピストン−クランク機構を利用した簡素な構成で、機関圧縮比を連続的に変更する機能を付与できる。そして、機関運転状態に応じて機関圧縮比を適正化することにより、燃費性能と出力性能とを高いレベルで両立することができる。

本発明の第１実施例に係るＶ型内燃機関を示し、クランクシャフトに直交する方向の断面対応図。 Ｖ型内燃機関に適用される複リンク式ピストン−クランク機構を簡略的に示す斜視図。 一つの気筒に対する上記複リンク式ピストン−クランク機構の構成を示す構成図。 本発明の第２実施例に係るＶ型内燃機関を示し、クランクシャフトに直交する方向の断面図。 比較例に係るＶ型内燃機関を示すクランクシャフト直交方向の断面対応図。

符号の説明

１…クランクシャフト
２…クランクピン
３…ロアリンク
４…コントロールリンク
５Ｒ，５Ｌ…コントロールシャフト
６…偏心軸部
７…アッパーリンク
８…ピストン
１０…シリンダブロック（機関固定体）
１２…ブロック下面
１２ａ…キャップ取付面
１３…メインベアリングキャップ部
１８…バルクヘッド部
２０…サブベアリングキャップ部
２１ａ〜２１ｄ…固定ボルト
２２…梁部

Claims (14)

1. 所定のバンク角をなす左右バンクを備えたＶ型内燃機関であって、
   かつ、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、上記ロアリンクと各気筒のピストンとを連係するアッパーリンクと、各バンク毎に上記クランクシャフトと平行に設けられる２本のコントロールシャフトと、上記ロアリンクとコントロールシャフトとを連係するコントロールリンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備え、
   更に、機関固定体と、この機関固定体のキャップ取付面に取り付けられるメインベアリングキャップ部と、を有し、これら機関固定体とメインベアリングキャップ部とによって、上記クランクシャフトと、少なくとも一方のコントロールシャフトと、が狭持されることを特徴とするＶ型内燃機関。
2. 上記キャップ取付面上に、上記クランクシャフトの中心軸線と上記一方のバンクのコントロールシャフトの中心軸線とが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関。
3. 上記一方のコントロールシャフトの軸方向に沿って間欠的に配置される複数のメインベアリングキャップ部と、これら複数のメインベアリングキャップ部を一体的に連結する梁部と、を有するメインベアリング部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＶ型内燃機関。
4. 上記一方のコントロールシャフトの軸方向に沿って間欠的に配置される複数のメインベアリングキャップ部と、これら複数のメインベアリングキャップ部を一体的に連結する一対の側壁部と、を有するラダーフレームを有し、
   上記側壁部が、シリンダブロックの下端に設けられたフランジ部に固定され、機関側壁の一部をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＶ型内燃機関。
5. 上記メインベアリングキャップ部に固定されるサブベアリングキャップ部を有し、これらメインベアリングキャップ部とサブベアリングキャップ部とによって、上記一方のコントロールシャフトとは異なる他方のコントロールシャフトが狭持されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＶ型内燃機関。
6. 上記メインベアリングキャップ部を機関固定体へ固定する複数のボルトを有し、これら複数のボルトの幾つかが、上記サブベアリングキャップ部を貫通して、このサブベアリングキャップ部をメインベアリングキャップ部へ固定する貫通ボルトであることを特徴とする請求項５に記載のＶ型内燃機関。
7. 上記サブベアリングキャップ部が、他方のコントロールシャフトの軸方向に沿って間欠的に複数設けられ、
   かつ、これら複数のサブベアリングキャップ部が梁部によって一体的に連結されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のＶ型内燃機関。
8. 所定のバンク角をなす左右バンクを備えたＶ型内燃機関であって、
   かつ、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、上記ロアリンクと各気筒のピストンとを連係するアッパーリンクと、各バンク毎に上記クランクシャフトと平行に設けられる２本のコントロールシャフトと、上記ロアリンクとコントロールシャフトとを連係するコントロールリンクと、を有する複リンク式ピストン−クランク機構を備え、
   更に、少なくとも一方のコントロールシャフトの中心軸線が、上記クランクシャフトの中心軸線に対し、ほぼ機関横方向に沿う同一平面上に配置されていることを特徴とするＶ型内燃機関。
9. 上記同一平面に沿って、上記クランクシャフトを回転可能に支持する軸受部分が半円状に２分割されているとともに、上記一方のコントロールシャフトを回転可能に支持する軸受部分が半円状に２分割されていることを特徴とする請求項８に記載のＶ型内燃機関。
10. 上記同一平面が、バンク中心線に直交していることを特徴とする請求項８又は９に記載のＶ型内燃機関。
11. 上記バンク角が９０度であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＶ型内燃機関。
12. 各バンクのシリンダ中心線と平行にクランクシャフトの中心軸線を通る基準線に対し、上記各バンクのコントロールシャフトの中心軸線が略４５度の位置に配置されている請求項１１に記載のＶ型内燃機関。
13. 上記一方のコントロールシャフトとは異なる他方のコントロールシャフトの中心軸線が、上記クランクシャフトの中心軸線を通ってバンク中心線に平行な線上に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のＶ型内燃機関。
14. 上記コントロールシャフトに偏心して設けられた偏心軸部に、上記コントロールリンクの一端が取り付けられ、アクチュエータにより上記コントロールシャフトの回転位置を変更することにより、機関圧縮比を変更可能である請求項１〜１３のいずれかに記載のＶ型内燃機関。
    

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