JP2007071108A - ストローク特性可変エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ストローク特性可変エンジンにおいて、コントロールシャフトの位相を高精度に制御するとともに振動や騒音の発生を防止する。
【解決手段】 コントロールシャフト２５の軸線方向の略中央部に軸線方向に分割して設けた一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂに、アクチュエータにより回転する一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂを噛合させてコントロールシャフト２５を回転させるので、コントロールシャフト２５の捩じれ変形を最小限に抑えるとともに、エンジンＥのコントロールシャフト２５の軸線方向の寸法を小型化することができる。また一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの位相を相互にずらしたので、コントロールシャフト２５が何れの方向に回転する場合にも駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂ間のバックラッシュをなくし、コントロールシャフト２５の位相の制御精度を高めるとともにバックラッシュに伴う騒音や振動を低減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータでコントロールシャフトを回転させることでピストンの上死点あるいは下死点の位置を変化させるストローク特性可変エンジンに関する。

クランクシャフトのピンジャーナルに揺動自在に支持したロアリンクを、アッパーリンクを介してピストンに連結するとともにコントロールリンクを介してコントロールシャフトに連結し、アクチュエータ（油圧保持シリンダ）でコントロールシャフトを回転させてロアリンクの運動拘束条件を変化させることで、ピストンの上死点および下死点の位置を含むストローク特性を変化させるストローク特性可変エンジンが、下記特許文献１により公知である。

ところで、クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトは各シリンダ毎に設けられた複数のコントロールリンクを駆動するため、その全長はエンジンブロックの全長に略等しくなる。またエンジンの各シリンダの爆発荷重はコントロールシャフトに伝達され、コントロールシャフトに作用するトルクはアクチュエータによって支持される。従って、アクチュエータをコントロールシャフトの軸端に設けると、前記爆発荷重によるコントロールシャフトの捩じれ変形量が大きくなって各ピストンのストローク特性にばらつきが発生する可能性がある。

そこで上記特許文献１に記載されたものは、油圧保持シリンダをコントロールシャフトの軸端ではなく軸線方向中央部に設けるとともに、コントロールシャフトに設けたレバーにスリットを形成し、油圧保持シリンダの保持ロッドの先端に設けた摺動ピンを前記スリットに係合させることにより、油圧保持シリンダの伸縮でコントロールシャフトを往復回動させるようになっている。
特開２００３−３２２０３６号公報

しかしながら上記従来のものは、油圧保持シリンダの保持ロッドの先端に設けた摺動ピンをコントロールシャフトのレバーのスリットに係合させているので、摺動ピンおよびスリット間の隙間によってコントロールシャフトにガタが発生し、コントロールシャフトの位相が精密に定まらなかったり、振動や騒音が発生したりする可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ストローク特性可変エンジンにおいて、コントロールシャフトの位相を高精度に制御するとともに振動や騒音の発生を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンブロックにメインジャーナルを回転自在に支持されたクランクシャフトと、エンジンブロックにメインジャーナルを回転自在に支持されたコントロールシャフトと、クランクシャフトのピンジャーナルに揺動自在に支持されたロアリンクと、ロアリンクをピストンに連結するアッパーリンクと、ロアリンクまたはアッパーリンクをコントロールシャフトのピンジャーナルに連結するコントロールリンクと、コントロールシャフトを駆動力伝達機構を介して回転駆動するアクチュエータとを備えたストローク特性可変エンジンにおいて、前記駆動力伝達機構を、コントロールシャフトの軸線方向の略中央部に軸線方向に分割して設けた複数の従動ギヤと、これら複数の従動ギヤにそれぞれ噛合してアクチュエータにより回転する複数の駆動ギヤとで構成し、かつ噛合部のバックラッシュを減少させるべく、前記複数の従動ギヤの相互の位相および前記複数の駆動ギヤの相互に位相の少なくとも一方をずらしたことを特徴とするストローク特性可変エンジンが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、コントロールシャフトをエンジンブロックに支持する前記メインジャーナルを前記複数の従動ギヤ間に設けたことを特徴とするストローク特性可変エンジンが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、相互に噛合する複数対の従動ギヤおよび駆動ギヤの厚さを各々の対毎に異ならせ、厚い従動ギヤおよび駆動ギヤの対には薄い従動ギヤおよび駆動ギヤの対よりも大きな負荷が加わるように、前記複数対の従動ギヤおよび駆動ギヤの位相を設定したことを特徴とするストローク特性可変エンジンが提案される。

請求項１の構成によれば、クランクシャフトのピンジャーナルにロアリンクを揺動自在に支持し、ロアリンクをアッパーリンクを介してピストンに連結するとともに、ロアリンクまたはアッパーリンクをコントロールリンクを介してコントロールシャフトのピンジャーナルに連結したので、アクチュエータでコントロールシャフトをメインジャーナルまわりに回転させてコントロールリンクを上下動させることで、ロアリンクの運動拘束条件を変化させてピストンのストローク特性を変化させることができる。

またコントロールシャフトの軸線方向の略中央部に軸線方向に分割して設けた複数の従動ギヤに、アクチュエータにより回転する複数の駆動ギヤを噛合させてコントロールシャフトを回転させるので、コントロールシャフトの軸端にアクチュエータからのトルクを入力する場合に比べて、コントロールシャフトの捩じれ変形を最小限に抑えるとともに、エンジンのコントロールシャフトの軸線方向の寸法を小型化することができる。

しかも複数の従動ギヤの相互の位相および複数の駆動ギヤの相互に位相の少なくとも一方をずらしたので、コントロールシャフトが何れの方向に回転する場合にも駆動ギヤおよび従動ギヤ間のバックラッシュをなくし、コントロールシャフトの位相の制御精度を高めるとともにバックラッシュに伴う騒音や振動を低減することができる。

請求項２の構成によれば、コントロールシャフトをエンジンブロックに支持するメインジャーナルを複数の従動ギヤ間に設けたので、コントロールシャフトの中央部の撓みを効果的に抑制することができる。

請求項３の構成によれば、複数対の従動ギヤおよび駆動ギヤの厚さを各々の対毎に異ならせ、厚い従動ギヤおよび駆動ギヤの対ほど大きな負荷が加わるように該従動ギヤおよび駆動ギヤの位相を設定したので、ギヤの厚さを最小限に抑えながら必要な強度および耐久性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の第１実施例を示すもので、図１は可変圧縮比エンジンの縦断面図（高圧縮比状態）、図２は図１の２−２線矢視図、図３は図１の３−３線矢視図、図４は図１の４方向矢視図、図５は図１の５部拡大図、図６はコントロールシャフトの斜視図、図７は可変圧縮比エンジンの縦断面図（低圧縮比状態）である。

図１〜図６に示すように、ピストンの上死点あるいは下死点の位置を変更可能なストローク特性可変エンジンの一例である直列４気筒の可変圧縮比エンジンＥは、シリンダブロック１１、クランクケース１２およびシリンダヘッド１３を結合したエンジンブロック１４を備えており、シリンダヘッド１３の上部にヘッドカバー１５が結合され、クランクケース１２の下部にオイルパン１６が結合される。シリンダブロック１１およびクランクケース１２の割り面にクランクシャフト１７の５個のメインジャーナル１７ａ…が回転自在に支持されており、メインジャーナル１７ａ…から偏心する４個のピンジャーナル１７ｂ…に概略三角形のロアリンク１８…の中間部が揺動自在に枢支される。

シリンダブロック１１に設けたシリンダスリーブ２０…にピストン２１…が摺動自在に嵌合しており、アッパーリンク２２…（コネクティングロッド）の上端がピストンピン２３…を介してピストン２１…に枢支されるとともに、アッパーリンク２２…の下端が第１ピン２４…を介してロアリンク１８…の一端部に枢支される。クランクシャフト１７の位置から横方向に偏心したクランクケース１２の下面に、クランク形状のコントロールシャフト２５の５個のメインジャーナル２５ａ…が、ボルト２６…でクランクケース１２の締結されたキャップ２７…によって揺動自在に枢支される。コントロールリンク２８…は本体部２８ａ…と、その下端にボルト２９…で締結されたキャップ部２８ｂ…とを備えており、本体部２８ａ…の上端が第２ピン３０…を介してロアリンク１８…の他端部に枢支されるとともに、本体部２８ａ…の下端およびキャップ部２８ｂ…間にコントロールシャフト２５の４個のピンジャーナル２５ｂ…が枢支される。

シリンダヘッド１３の下面に形成された燃焼室１３ａ…に吸気ポート３２…および排気ポート３３…が開口しており、吸気ポート３２…を開閉する吸気バルブ３４…と排気ポート３３…を開閉する排気バルブ３５…とがシリンダヘッド１３に設けられる。吸気バルブ３４…は吸気カムシャフト３６により吸気ロッカーアーム３７…を介して開閉駆動され、排気バルブ３５…は排気カムシャフト３８により排気ロッカーアーム３９…を介して開閉駆動される。

コントロールシャフト２５に隣接するようにクランクケース１２に支持され駆動シャフト４０が、その一端に接続され油圧制御のアクチュエータ３１で所定角度範囲で往復回転駆動される。駆動シャフト４０の軸線方向中央部に一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂが所定間隔を存して一体に形成されており，これらの駆動ギヤ４１ａ，４１ｂに歯合する一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂがコントロールシャフト２５の軸線方向中央部に所定間隔を存して一体に形成される。一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂは、コントロールシャフト２５の中央のメインジャーナル２５ａの外側であって、中央寄りの２個のピンジャーナル２５ｂ，２５ｂの内側に位置している。尚、一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの対向面のメインジャーナル２５ａに近い位置には、軽量化のための肉抜き４２ｃ，４２ｃが形成される。

本発明の駆動力伝達機構４３を構成する駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂは共にセクタギヤで構成される。一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂの位相は同一であるが、一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの位相は僅かにずれており、所謂せらしギヤで構成されている。従って、アクチュエータ３１で駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂが図５の矢印Ａ方向に回転するとき、一方の駆動ギヤ４１ａと一方の従動ギヤ４２ａとがＰ１点で噛合し、またアクチュエータ３１で駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂが図５の矢印Ｂ方向に回転するとき、他方の駆動ギヤ４１ｂと他方の従動ギヤ４２ａｂがＰ２点で噛合し、これにより駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂ間のバックラッシュが減少する。

次に、上記構成を備えた本発明の第１実施例の作用を説明する。

エンジンＥの運転状態に応じてアクチュエータ３１が駆動され、アクチュエータ３１に接続された駆動シャフト４０が回転すると、駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂを介してコントロールシャフト２５が図１に示す位置と図７に示す位置との間の任意の位置に回転する。図１に示す位置では、コントロールシャフト２５のメインジャーナル２５ａ…に対してピンジャーナル２５ｂ…が下方に位置するため、コントロールリンク２８…が引き下げられてロアリンク１８…がクランクシャフト１７のピンジャーナル１７ｂ…を中心に時計方向に揺動し、アッパーリンク２２…が押し上げられてピストン２１…の位置が高くなることで、エンジンＥが高圧縮比状態になる。

逆に、図７に示す位置では、コントロールシャフト２５のメインジャーナル２５ａ…に対してピンジャーナル２５ｂ…が上方に位置するため、コントロールリンク２８…が押し上げられてロアリンク１８…がクランクシャフト１７のピンジャーナル１７ｂ…を中心に反時計方向に揺動し、アッパーリンク２２…が引き下げられてピストン２１…の位置が低くなることで、エンジンＥが低圧縮比状態になる。

このように、コントロールシャフト２５の揺動によってコントロールリンク２８…が上下動し、ロアリンク１８…の運動拘束条件が変化してピストン２１…の上死点位置を含むストローク特性が変化することで、エンジンＥの圧縮比が任意に制御される。

ところで、各気筒の爆発荷重はピストン２１…、アッパーリンク２２…、ロアリンク１８…およびコントロールリンク２８…を介して伝達され、アクチュエータ３１によって回転を阻止されたコントロールシャフト２５によって支持される。その結果、コントロールシャフト２５には捩じり荷重が加わるが、従動ギヤ４２ａ，４２ｂをコントロールシャフト２５の軸線方向中央部に設けたので、前記捩じり変形量を最小限に抑えることができる。なぜならば、コントロールシャフト２５のねじり変形量は、荷重が入力するコントロールリンク２８…と，荷重を受け止める従動ギヤ４２ａ，４２ｂとの軸線方向の距離に比例するからである。そしてコントロールシャフト２５の捩れ変形量が小さくなることで、コントロールシャフト２５の４個のピンジャーナル２５ｂ…の位相のずれを減少させて各気筒の圧縮比のばらつきを減少させることができる。

更に、一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂをコントロールシャフト２５の軸線方向中央部に設けたことにより、それらをコントロールシャフト２５の端部に設ける場合に比べて、エンジンＥの軸方向寸法を小型化することができる。

また一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの位相をずらして駆動ギヤ４１ａ，４１ｂとの間のバックラッシュを消滅させたので、コントロールシャフト２５の回動に伴うガタの発生や騒音の発生を抑制することができる。しかも一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの間あるメインジャーナル２５ｂをエンジンブロック１４に支持したので、駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂの歯合反力によるコントロールシャフト２５の撓みを効果的に抑制することができる。

次に、図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例では一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂの軸線方向の厚さが同一に設定され、かつ一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの軸線方向の厚さが同一に設定されるが、第２実施例では一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂの軸線方向の厚さおよび一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの軸線方向の厚さが共に異なるように設定される。

例えば、図７において燃焼室１３ａ…で混合気が爆発した圧力がピストン２１…を押し下げると、アッパーリンク２２…が押し下げられてロアリンク…が反時計方向に回転しようとし、コントロールリンク２８…が上方に引き上げられようとする。その結果、コントロールシャフト２５が時計方向（図５のＢ方向）に回転しようとし、一方の従動ギヤ４２ａと一方の駆動ギヤ４１ａとがＰ１点で強く噛合する。排気行程および圧縮行程でもアッパーリンク２２…に圧縮荷重が加わるため、一方の従動ギヤ４２ａと一方の駆動ギヤ４１ａとがＰ１点で噛合するが、その噛合面圧は上記爆発行程での噛合面圧に比べて遥かに小さくなる。また吸入行程では逆にアッパーリンク２２…に引張荷重が加わるため、今度は他方の従動ギヤ４２ｂと他方の駆動ギヤ４１ｂとがＰ２点で噛合するが、その噛合面圧は上記爆発行程での噛合面圧に比べて遥かに小さくなる。

つまり、膨張行程、排気行程、吸入行程および圧縮行程のうち、膨張行程において圧倒的に大きな荷重が一方の従動ギヤ４２ａと一方の駆動ギヤ４１ａとの噛合部Ｐ１点に作用することになる。そこで第２実施例では一方の駆動ギヤ４１ａおよび従動ギヤ４２ａの厚さを、他方の駆動ギヤ４１ｂおよび従動ギヤ４２ｂの厚さを厚くすることで、駆動ギヤ４１ａ，４１ｂおよび従動ギヤ４２ａ，４２ｂの必要強度を確保しながら、それらの厚さを最小限に抑えて重量の軽減を図ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では可変圧縮比エンジンについて説明したが、同様の構造で各部の寸法を変更することで、エンジンの圧縮比および排気量の一方あるいは両方を変更可能である。本発明はこれらのストローク特性可変エンジンに対して適用することができる。

また実施例では一対の従動ギヤ４２ａ，４２ｂの相互の位相をずらしているが、一対の駆動ギヤ４１ａ，４１ｂの相互に位相をずらしても良く、また両方の位相をずらしても良い。

また実施例では駆動ギヤ４１ａ，４１ｂの数および従動ギヤ４２ａ，４２ｂの数をそれぞれ２枚としているが、それぞれ３枚以上とすることもできる。

また油圧式のアクチュエータ３１に代えて電気式のアクチュエータを用いることもできる。

またコントロールシャフト２５は揺動軸に限定されず、回転角が３６０°を超える回転軸であっても良い。

また実施例ではコントロールリンク２８をロアリンク１８に接続しているが、本発明はコントロールリンク２８をアッパーリンク２２に接続した形式のストローク特性可変エンジンに対しても適用することができる。

可変圧縮比エンジンの縦断面図（高圧縮比状態） 図１の２−２線矢視図 図１の３−３線矢視図 図１の４方向矢視図 図１の５部拡大図 コントロールシャフトの斜視図 可変圧縮比エンジンの縦断面図（低圧縮比状態） 本発明の第２実施例に係るコントロールシャフトの斜視図

符号の説明

１４ エンジンブロック
１７ クランクシャフト
１７ａ メインジャーナル
１７ｂ ピンジャーナル
１８ ロアリンク
２１ ピストン
２２ アッパーリンク
２５ コントロールシャフト
２５ａ メインジャーナル
２５ｂ ピンジャーナル
２８ コントロールリンク
３１ アクチュエータ
４１ａ，４１ｂ 駆動ギヤ
４２ａ，４２ｂ 従動ギヤ
４３ 駆動力伝達機構

Claims (3)

1. エンジンブロック（１４）にメインジャーナル（１７ａ）を回転自在に支持されたクランクシャフト（１７）と、
   エンジンブロック（１４）にメインジャーナル（２５ａ）を回転自在に支持されたコントロールシャフト（２５）と、
   クランクシャフト（１７）のピンジャーナル（１７ｂ）に揺動自在に支持されたロアリンク（１８）と、
   ロアリンク（１８）をピストン（２１）に連結するアッパーリンク（２２）と、
   ロアリンク（１８）またはアッパーリンク（２２）をコントロールシャフト（２５）のピンジャーナル（２５ｂ）に連結するコントロールリンク（２８）と、
   コントロールシャフト（２５）を駆動力伝達機構（４３）を介して回転駆動するアクチュエータ（３１）と、
   を備えたストローク特性可変エンジンにおいて、
   前記駆動力伝達機構（４３）を、コントロールシャフト（２５）の軸線方向の略中央部に軸線方向に分割して設けた複数の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）と、これら複数の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）にそれぞれ噛合してアクチュエータ（３１）により回転する複数の駆動ギヤ（４１ａ，４１ｂ）とで構成し、かつ噛合部のバックラッシュを減少させるべく、前記複数の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）の相互の位相および前記複数の駆動ギヤ（４１ａ，４１ｂ）の相互に位相の少なくとも一方をずらしたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. コントロールシャフト（２５）をエンジンブロック（１４）に支持する前記メインジャーナル（２５ａ）を前記複数の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）間に設けたことを特徴とする、請求項１に記載のストローク特性可変エンジン。
3. 相互に噛合する複数対の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）および駆動ギヤ（４１ａ，４１ｂ）の厚さを各々の対毎に異ならせ、厚い従動ギヤ（４２ａ）および駆動ギヤ（４１ａ）の対には薄い従動ギヤ（４２ｂ）および駆動ギヤ（４１ｂ）の対よりも大きな負荷が加わるように、前記複数対の従動ギヤ（４２ａ，４２ｂ）および駆動ギヤ（４１ａ，４１ｂ）の位相を設定したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のストローク特性可変エンジン。
   

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