JP2007298003A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比に拘らず可変圧縮比内燃機関の振動を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】カム軸１９を回転させて、クランクケース４とシリンダブロック３と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であって、カム軸１９は、軸部１９ａと、軸部１９ａに固定されたカム部１９ｂと、軸部１９ａに対して回転可能な可動軸受部１９ｃとを有し、カム部１９ｂが、クランクケース４に形成されたカム収納孔８に回転可能に収納されるとともに、可動軸受部１９ｃが、シリンダブロック３に形成された軸受収納孔５に回転可能に収納されており、軸部１９ａの中心ａと、可動軸受部１９ｃの軸受収納孔５に対する回転の回転中心である可動軸受中心ｃとを結んだ線分の長さは、軸部中心ａとカム部１９ｂのカム収納孔８に対する回転の回転中心であるカム中心ｂとを結んだ直線の長さより長く設定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の気筒内における燃焼室の容積を変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関に関する。特に、軸部と、前記軸部に固定されているカム部とからなるとともに前記軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有するカム軸を回転させることにより、シリンダブロックとクランクケースとを相対的に接近または離反させる可変圧縮比内燃機関に関する。

近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回転させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て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を参照。）。

上記の技術においては、前記カム軸における軸部の中心と前記可動軸受部の前記軸受収納孔における回転中心とを結んだ線分である可動軸受作用線分の長さは、前記カム軸における軸部の中心と前記カム部の前記カム収納孔における回転中心とを結んだ線分であるカム作用線分の長さと同等であることが多かった。

そのような構成の場合、前記内燃機関の圧縮比を変更した際の前記可動軸受作用線分及び前記カム作用線分の姿勢によっては、内燃機関の燃焼圧などに起因してシリンダブロックとクランクケースとの間を離反させる方向にかかる力が、前記可動軸受作用線と前記カム作用線の方向に対して増幅される場合があった。そうすると、カム軸自身あるいは、シリンダブロックまたはクランクケースにおいてカム軸と係合している部分の燃焼圧による変形が増大し、内燃機関の振動が大きくなるおそれがあった。
特開２００３−２０６７７１号公報 特開２００５−１１３８３９号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮比に拘らず可変圧縮比内燃機関の振動を抑制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、内燃機関におけるクランク軸が組み付けられたクランクケースと、
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におけるシリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム軸と、を備え、
前記カム軸は、軸部と、前記軸部に固定されているカム部とからなるとともに、前記軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有し、前記カム部が、前記シリンダブロック又は前記クランクケースの一方に形成されたカム収納孔に回転可能に収納されると共に、前記可動軸受部が、前記シリンダブロック又は前記クランクケースの他方に形成された軸受収納孔に回転可能に収納されており、
前記カム軸を回転させて、前記クランクケースと前記シリンダブロックとを、相対的に接近または離反させることにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸の軸線方向から見た場合に、前記軸部の自転運動の回転中心である軸部中心と、前記可動軸受部の前記軸受収納孔における回転の回転中心である可動軸受中心とを結んだ線分である可動軸受作用線分の長さは、前記軸部中心と前記カム部の前記カム収納孔における回転の回転中心であるカム中心とを結んだ直線であるカム作用線分の長さより長く設定されたことを特徴とする。

ここで、本発明における可変圧縮比内燃機関は、軸部と軸部に固定されているカム部とからなるとともに、軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部を有するカム軸を備える。そして、該カム軸を回転させることにより、カム部と可動軸受部とを前記軸部中心に対して回転移動させ、この回転移動を利用してシリンダブロックとクランクケースとを接近または離反させる。

このような可変圧縮比内燃機関において、上述の可動軸受作用線分とカム作用線分の長さを同一とした場合の、圧縮比の変更動作について考える。この場合、カム軸を回転させて圧縮比を変更させる際の、可動軸受作用線分及びカム作用線のシリンダ軸線に対する角度は、例えば、圧縮比の可変範囲の最低圧縮比においては略０度、その状態からカム軸を９０度回転させた状態である最高圧縮比においては略９０度となるように設定されていた。

そうすると、内燃機関の燃焼圧に起因した負荷がシリンダブロックとクランクケースとを離反させる方向に作用した場合に、特に最高圧縮比付近においては、燃焼圧に起因する負荷がカム軸に作用する作用線に対する、可動軸受作用線分及びカム作用線分の角度が約９０度になるために、燃焼圧に起因する負荷が可動軸受作用線分及びカム作用線分の方向に力学的に増幅されて作用してしまう場合があった。

そうすると、カム軸や、シリンダブロックやクランクケースにおいてカム軸と係合している部分における振動の原因となる場合があった。特に可動軸受部については、構造上、最高圧縮比付近において軸受収納孔における回転のアソビが大きくなるので、上記振動が生じ易くなるとともに圧縮比の制御精度の維持が困難となる場合があった。

そこで、本発明においては、可動軸受作用線分の長さを、カム作用線分の長さより長く設定することとした。そうすれば、圧縮比可変範囲における、特に可動軸受作用線分の燃焼圧に起因する負荷の作用線に対する角度が９０度近くになることを抑制でき、特に可動軸受作用線分方向に燃焼圧に起因する負荷が増幅されて作用することを抑制できる。その結果、圧縮比に拘らず可変圧縮比内燃機関の振動を抑制することができる。

また、本発明においては、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比とし、圧縮比が該最低圧縮比となる状態から前記カム軸を略１８０度回転させることによって、前記可動軸受中心、カム中心及び前記軸部中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最高圧縮比とするようにしてもよい。

そうすれば、最も大きな燃焼圧が作用する最高圧縮比の状態において、可動軸受作用線分とカム作用線分とを、燃焼圧の作用する方向と平行にすることができる。その結果、最高圧縮比の状態において燃焼圧に起因する負荷が可動軸受作用線分とカム作用線分の方向
に増幅されて作用することを抑制できる。もちろん、最低圧縮比の状態においても同様の効果を期待できる。

このことは、前記した各中心点が略一直線上に並んだ状態における圧縮比を最高圧縮比、１８０度回転させた場合の圧縮比を最低圧縮比としても同様である。従って本発明においては、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最高圧縮比とし、圧縮比が該最高圧縮比となる状態から前記カム軸を略１８０度回転させることによって、前記可動軸受中心、カム中心及び前記軸部中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比とするようにしてもよい。

また、本発明においては、前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比または最高圧縮比の状態から、前記カム軸を略９０度回転させた際に、前記圧縮比が前記可変範囲の中央の値となるように、前記可動軸受作用線分の長さの前記カム作用線分の長さに対する比が設定されるようにしてもよい。

ここで、最高圧縮比と最低圧縮比の中央の圧縮比における前記カム軸の回転角は、前記可動軸受作用線分の長さの前記カム作用線分の長さに対する比によって変化する。従って、この比を、圧縮比が最低圧縮比または最高圧縮比である状態から、前記カム軸を略９０度回転させた際に、圧縮比が最高圧縮比と最低圧縮比の中央の値となるように設定するとよい。そうすれば、前記カム軸の回転角と圧縮比との間のリニアリティを向上させることができ、圧縮比の制御性を向上させることができる。

また、本発明においては、前記可動軸受作用線分の長さの前記カム作用線分の長さに対する比が、１．３以上であるようにしてもよい。

ここで、燃焼圧に起因する負荷が前記カム部及び前記可動軸受部に作用する場合、前記カム作用線分の長さに対する前記可動軸受作用線分の長さの比によって、前記カム軸の回転角と前記圧縮比との間のリニアリティの他、前記カム軸の駆動に必要なトルク、燃焼圧に起因してカム軸に作用する力などが変化することが分かっている。

ここで、燃焼圧に起因して前記カム軸に作用する力の最大値については、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比が大きい方が低く抑えることができる。従ってこの観点からは、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比は大きい方がよい。

また、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比を１．５前後にすると、前記カム軸の回転角に対する圧縮比の変化が略均一になり、わずかな回転角の変化で圧縮比が急変することを抑制できることが分かっている。この場合、さらに最低圧縮比の状態から前記カム軸を略９０度させた状態において圧縮比の中央の値を得ることができる。

また、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比が大きいほど、前記カム軸の駆動に必要な最大トルクを抑制することができる。

また、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比が大きいほど、可動軸受作用線分の燃焼圧に起因する負荷の作用線に対する角度の最大値を小さくすることができる。そうすれば可動軸受部の、軸受収納孔に対する回転のアソビの最大値を小さく抑
えることができる。

さらに、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比が大きいほど、前記カム軸の角度の変化に対する圧縮比の変化の最大値を小さく抑えることができる。そうすれば、前記カム軸の回転角度と圧縮比との間のリニアリティを向上させることができる。

加えて、以上の効果は、前記カム作用線分に対する前記可動軸受作用線分の長さの比を２以上とした状態では、それ以上比を大きくしてもあまり変わらないことが分かっている。これらの条件と、装置の小型化の要求を鑑みると、前記カム作用線分の長さに対する前記可動軸受作用線分の長さの比が、１．３以上であれば、良好に本発明の目的を達成することができる。

また、本発明においては、前記軸部は円柱形の外形を有し、
前記カム部は前記軸部の中心に対して偏心し、前記軸部より径の大きい円形のカムプロフィールを有するとともに、前記カム収納孔は前記カム部と同一の円形の孔形状を有し、
前記可動軸受部は前記軸部の中心に対して偏心した前記カム部より径の大きい円形の外径を有するとともに、前記軸受収納孔は前記可動軸受部と同一の円形の孔形状を有するようにしてもよい。

そうすれば、公知の機構に対して、運動部品や機構そのものの構成に大幅な変更を加えることなく、例えば前記軸受収納孔及び前記可動軸受部の径を大きくするだけで、本発明の効果を充分に得ることができる。

また、本発明においては、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が６０度付近である所定の第１角度範囲および／または、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が９０度付近である所定の第２角度範囲の使用頻度を、他の角度範囲の使用頻度よりも低くしてもよい。

ここで、前記カム作用線分の長さに対する前記可動軸受作用線分の長さの比に拘わらず、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が９０度付近において、燃焼圧に起因する負荷が前記カム作用線分または前記可動軸受作用線分の方向に増幅されて作用する力が最大となることが分かっている。同様に、前記カム作用線分の長さに対する前記可動軸受作用線分の長さの比に拘わらず、前述の状態からの前記カム軸の回転角が６０度付近において、カム軸を駆動する際に必要なトルクが最大となることが分かっている。

そこで、本発明において、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が６０度付近である所定の第１角度範囲および／または前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が９０度付近である所定の第２角度範囲の使用頻度をその他の角度範囲より小さくすれば、より確実に、カム軸あるいは、シリンダブロックまたはクランクケースにおいてカム軸と係合する部分の振動を抑制することができる。また、カム軸の保持トルクや駆動トルクが増大することを抑制できる。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用
いることができる。

本発明にあっては、圧縮比に拘らず可変圧縮比内燃機関の振動を抑制することができる。

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、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の中心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。

先ず、図１を用いて、本実施例において圧縮比を変更するための構成について説明する。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、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔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。軸受収納孔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の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。

クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。

複数のカム収納孔８は、軸受収納孔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。これらの複数のカム収納孔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、片側の複数のカム収納孔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の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の中心間の距離と、両側のカム収納孔８の中心間の距離とは同一である。

交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔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、同じく正円形の外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとを有し、カム部９ｂと可動軸受部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、後述するギア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いる。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。

各カム軸９の一端にはギア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ギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォ
ームギア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。ウォームギア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、ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、クランクケース４に固定されている。

ここで、従来の可変圧縮比内燃機関においては、カム軸９における軸部９ａの中心とカム部９ｂの中心とを結んだ線分Ｌ１の長さと、軸部９ａの中心と可動軸受部９ｃの中心とを結んだ線分Ｌ２の長さとは等しく設定されていた。そして圧縮比の可変範囲における最低圧縮比から最高圧縮比への変更は以下の図２及び図４（ａ）に示すように行われていた。

図２（ａ）から図２(ｃ)には、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の動作との関係を示した断面図を示す。また、図４（ａ）には、カム軸９の回転角の変化に応じた、線分Ｌ１及びＬ２の動きについて示す。図２(ａ)から図２(ｃ)及び図４において、軸部９ａの中心を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、圧縮比の可変範囲の最低圧縮比の状態を示している。この状態においては、可動軸受部９ｃの中心ｃ、軸部９ａの中心軸ａ、カム部９ｂの中心ｂが図２（ａ）の上側からこの順番で一直線状に並んでいる。この状態では、図４（ａ）におけるカム軸回転角が０度の状態に示すとおり、線分Ｌ１及びＬ２は軸部９ａの中心ａを挟んでシリンダ２の軸方向に平行に配置されている。

図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、線分Ｌ１及びＬ２がシリンダ２の軸方向に対して傾き、線分Ｌ１とＬ２の間の角度が小さくなるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を接近させることができる。

さらにモータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２（ｃ）の状態となる。この状態は圧縮比の可変範囲の最高圧縮比を示している。この状態においては、図４（ａ）におけるカム軸回転角が９０度の状態に示すとおり、Ｌ１とＬ２はシリンダ２の軸方向と垂直の方向に重なっており、このとき、一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。

以上のように、従来の可変圧縮比機構では、圧縮比の可変範囲における最低圧縮比において、線分Ｌ１とＬ２がともにシリンダ２の軸方向に平行となり、図２（ａ）及び図４（ａ）における上側から、可動軸受部９ｃの中心ｃ、軸部９ａの中心ａ、カム部９ｂの中心ｂがこの順番で直線状に並んでいた。そして、カム軸９が回転することにより線分Ｌ１、Ｌ２が互いに反対方向に回転し、カム軸９が最低圧縮比の状態から９０度回転した状態において、線分Ｌ1、Ｌ２はともにシリンダ２の軸方向に対して９０度の傾きを有して重な
り、この状態が最高圧縮比となった。

ここで、上述した従来の可変圧縮比機構における最高圧縮比の状態について考える。この状態においては、前述のように、カム軸９における軸部９ａの中心ａとカム部９ｂの中心ｂとを結んだ線分Ｌ１と、軸部９ａの中心ａと可動軸受部９ｃの中心ｃとを結んだ線分Ｌ２とは、シリンダ２の軸方向に９０度の角度を有している。一方、内燃機関１の燃焼圧に起因してシリンダブロック３とクランクケース４とを離反させる方向に働く負荷は、シリンダ２の軸方向と平行な方向に作用する。

そうすると、内燃機関１の燃焼圧に起因する負荷は、線分Ｌ１、Ｌ２方向に大幅に増幅されてしまう。従って、最高圧縮比の状態においては、カム軸９と、シリンダブロック３及びクランクケース４においてカム軸９と係合している部分とに、周期的な大きな負荷が
作用することとなる。その結果、カム軸９付近において内燃機関１の振動が大きくなるおそれがある。特に可動軸受部９ｃは軸部９ａに対して回転可能であり、且つシリンダブロック３に対しても回転可能な状態なので、より振動が生じ易い。

また、この状態においては、シリンダブロック３とクランクケース４の、シリンダ２の軸と垂直方向のクリアランスに起因して可動軸受部９ｃの回転方向のアソビが大きくなるので、カム軸９の回転に対する圧縮比の追従性が悪化し、圧縮比の制御性が悪化するおそれがあった。

さらに、この状態においては、線分Ｌ１及びＬ２のシリンダ２の軸方向に対する角度が９０度より小さい場合と比較して、同じ負荷がシリンダブロック３とクランクケース４とを接近または離反させる方向に働いた場合にカム軸９に作用するトルクが大きくなる。すなわち、この状態で圧縮比を保持させるために必要なトルクが増大する傾向があった。このことは、従来の可変圧縮比内燃機関においてカム軸９の回転角を０度と９０度の間でしか用いなかった理由の一つである。換言すると、線分Ｌ１とＬ２の長さを等しくした場合には、カム軸９の回転角の９０度においてトルクが極端に大きりカム軸９の円滑な作動が困難となる場合があるので、カム軸９の回転角を０度から１８０度の範囲で用いることが困難となる場合があった。

これらに対し、本実施例においては、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分の長さを、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分の長さより長く設定することとした。また、カム軸の回転角を０度から１８０度までの範囲で変化させることにより圧縮比を変更することとし、圧縮比可変範囲の最高圧縮比の状態においても、最低圧縮比の状態と同様、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分と、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分とが、シリンダ２の軸方向に対して平行に直線状に並ぶようにした。

本実施例において圧縮比を変更する際のカム軸の作用について図３及び図４（ｂ）を用いて説明する。本実施例におけるカム軸１９においては、軸部１９ａの中心ａと可動軸受部１９ｃの中心ｃとを結んだ線分Ｌ４の長さは、軸部１９ａの中心ａとカム部１９ｂの中心ｂとを結んだ線分Ｌ３の長さの１．７倍としている。そして、圧縮比の可変範囲の最低圧縮比においては、カム軸１９の各部の中心は図３及び図４（ａ）の上側から、可動軸受部１９ｃの中心ｃ、軸部１９ａの中心ａ、カム部１９ｂの中心ｂの順番で、シリンダ２の軸方向に平行に並ぶ。この状態から２つのカム軸１９を互いに反対方向に１８０度回転させた状態である、圧縮比の可変範囲における最高圧縮比においては、カム軸１９の各部の中心は、図３及び図４（ｂ）の上側から、可動軸受部１９ｃの中心ｃ、カム部１９ｂの中心ｂ、軸部１９ａの中心ａの順番に、シリンダ２の軸方向と平行に並んだ状態となっている。

このような作用によって圧縮比を変更することにより、可変範囲における最高圧縮比においても、カム軸１９における線分Ｌ３、Ｌ４の方向と、内燃機関の燃焼圧に起因する負荷の作用する方向とを平行にすることができる。それにより、燃焼圧に起因する負荷がＬ３、Ｌ４方向に大幅に増幅されてしまうことを抑制できる。その結果、カム軸１９の特に可動軸受部１９ｃ付近の振動を抑制することができる。

次に、図５には、線分Ｌ４の長さの線分Ｌ３の長さに対する比である長さ比Ｍが変化した場合の、カム軸の回転角と、燃焼圧に起因する負荷がシリンダブロック３とクランクケース４とを離反させる方向に働いた場合にカム軸に作用するトルクとの関係を示す。図５に示すように、長さ比Ｍが１の場合には、カム軸の回転角が９０度においてトルクが最大になる。また、長さ比Ｍが１の場合は、長さ比Ｍが１以上の場合と比較してトルクの絶対値が著しく大きくなっている。そして、長さ比Ｍが１から大きくなるにつれて、カム軸の
回転角を変化させた際のトルクの最大値が減少する。そして、長さ比Ｍ＝１．３以上において最大トルクを充分に減少させることができる。

次に、図６には、長さ比Ｍを変化させた場合の、カム軸の回転角と圧縮比との関係の変化を示す。図６によると、従来のように長さ比Ｍが１の場合は、カム軸の回転角が９０度付近においてカム軸の回転角の変化に対する圧縮比の変化量が急激に増加している。これに対し、長さ比を１より大きくした場合には、長さ比Ｍが大きくなるにつれ、カム軸の回転角の変化に対する圧縮比の変化が平滑化される。長さ比Ｍが１．３以上の場合には充分な平滑性を得ることができ、リニアリティを向上させることができる。

また、図６を見て分かるように、Ｍを１．３以上、特にＭを１．３〜１．７程度の範囲とした場合にはカム軸の回転角が９０度付近において圧縮比が圧縮比可変範囲の中央値となるようにすることができる。これらのことから、本実施例においてはカム軸の回転角と圧縮比の関係の対称性を向上させることができ、このことによってもカム軸の回転角と圧縮比の間のリニアリティを向上させることができる。

次に、図７には、長さ比Ｍを変化させた場合の、カム軸の回転角と、線分Ｌ４のシリンダ２の軸方向に対する角度φ（図４（ｂ）中に図示）との関係の変化を示す。図７によると、従来のように長さ比Ｍが１の場合は、カム軸の回転角が０度から増加するに従ってφはリニアに増加し、カム軸の回転角が９０度の時点においてφも最大値９０度になる。これに対し、長さ比を１より大きくした場合には、長さ比Ｍが大きくなるにつれ、φの最大値は減少する。長さ比Ｍが１．７の場合にはφの最大値は約４０度以下となる。

ここで、φの値が大きい程、燃焼圧に起因する負荷の線分Ｌ４方向への増幅率は大きくなるので、Ｍを１．７とすれば、燃焼圧に起因する負荷の線分Ｌ４方向への増幅率を大幅に低減させることができる。

図８には、長さ比Ｍを変化させた場合の、カム軸の回転角と、線分Ｌ３方向に作用する法線力との関係の変化を示す。図８によると、従来のように長さ比Ｍが１の場合は、カム軸の回転角が９０度に近づくにつれて法線力が急激に増大している。これに対し、長さ比を１より大きくした場合には、長さ比Ｍが大きくなるにつれ、法線力の最大値は減少することが分かる。

以上、説明したとおり、本実施例においては、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分の長さを、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分の長さの１．７倍に設定した。これにより、燃焼圧に起因してカム軸のカム部及び可動軸受部に作用する負荷を低減することができる。その結果、カム軸または、シリンダブロックまたはクランクケースにおいてカム軸と係合する部分の剛性が相対的に低下することを抑制でき、当該部分の付近に振動が生じることを抑制できる。また、燃焼圧に起因してカム軸に作用するトルクを低減することができる。その結果、モータによるカム軸の駆動または保持に必要なエネルギを低減することができる。さらに、カム軸の回転角の変化に対する圧縮比のリニアリティを向上させることができる。ここで上記における線分Ｌ１及びＬ３はカム作用線分に相当する。また、線分Ｌ２及びＬ４は可動軸受作用線分に相当する。

なお、上記の実施例においては、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分の長さと、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分の長さの比である長さ比Ｍを１．７に設定した。しかし、この長さ比は１．７に限られない。例えば１．３以上であれば、本発明の効果を充分に得ることができる。

また、図５から分かるように、長さ比Ｍを１．７とした場合においても、カム軸の回転
角が６０度付近である場合には、燃焼圧に起因してカム軸に作用するトルクが比較的大きくなる。また、図７から分かるように、長さ比Ｍを１．７とした場合においても、カム軸の回転角が９０度付近である場合に、φが最大値となる。

従って、本実施例においては、長さ比Ｍを１．７とするとともに、カム軸の回転角において６０度及び、９０度の付近の所定範囲の使用を避けるような制御を行ってもよい。例えば、内燃機関１の運転状態から要求される圧縮比が、カム軸の回転角における５０度から１００度の間で得られると導出された場合には、カム軸の回転角を４５度とすることにより圧縮比を変更してもよい。また、特に冷却水温や吸気温が低く、ノッキングが生じづらい条件においては、要求される圧縮比から、目標となるカム軸の回転角が９０度とされる場合には、カム軸の回転角を高圧縮比側の１０５度とする制御を行ってもよい。この場合、例えばカム軸の回転角における５０度から７５度の範囲が第１角度範囲に相当し、７５度から１００度の範囲が第２角度範囲に相当する。

あるいは、カム軸の回転角における５０度から７０度の範囲及び、８０度から１００度の範囲を使用不可とする制御を行ってもよい。さらには、カム軸の回転角における５０度から７０度の範囲及び、８０度から１００度の範囲を使用する場合には、所定時間が経過するとそれ以外の角度範囲で近い回転角までカム軸を回転するなど、５０度から７０度の範囲及び、８０度から１００度の範囲の使用頻度を低くする制御を行ってもよい。この場合には、５０度から７０度の範囲が第１角度範囲に相当し、８０度から１００度の範囲が第２角度範囲に相当する。

また、上記の実施例においては、カム軸のカム部及び可動軸受部の外形が円形である場合について説明したが、カム部及び可動軸受部の外形は円形に限られない。カム収納孔及び軸受収納孔に回転可能に収納されたカム部及び可動軸受部の他の形状の例について図９に示す。

図９（ａ）は上記の実施例で説明した、カム部及び可動軸受部が円形の外形を有する例、図９（ｂ）はカム部及び可動軸受部が円弧状の端面と直線状の側面からなる外形を有する例、図９（ｃ）は、カム部及び可動軸受部は３つの円弧で囲まれた外形を有する場合の例を示す。

本発明の実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。 従来の可変圧縮比内燃機関における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。 本発明の実施例に係る可変圧縮比内燃機関における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。 従来の可変圧縮比内燃機関と本実施例に係る可変圧縮比内燃機関とにおける、カム軸の回転角の変化に応じた、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分及び、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分の動きについて示す図である。 本発明の実施例において長さ比が変化した場合の、カム軸の回転角とカム軸に作用するトルクとの関係の変化を示すグラフである。 本発明の実施例において長さ比を変化させた場合の、カム軸の回転角と圧縮比との関係の変化を示すグラフである。 本発明の実施例において長さ比を変化させた場合の、カム軸の回転角と、軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分のシリンダ軸方向に対する角度との関係の変化を示すグラフである。 本発明の実施例において長さ比を変化させた場合の、カム軸の回転角と、軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分の方向に作用する法線力との関係の変化を示すグラフである。 本発明の実施例におけるカム部及び可動軸受部の外形の例を示す図である。

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
９、１９・・・カム軸
９ａ、１９ａ・・・軸部
９ｂ、１９ｂ・・・カム部
９ｃ、１９ｃ・・・可動軸受部
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
Ｌ１，Ｌ３・・・軸部の中心とカム部の中心とを結んだ線分
Ｌ２，Ｌ４・・・軸部の中心と可動軸受部の中心とを結んだ線分

Claims (7)

1. 内燃機関におけるクランク軸が組み付けられたクランクケースと、
   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におけるシリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム軸と、を備え、
   前記カム軸は、軸部と、前記軸部に固定されているカム部とからなるとともに、前記軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有し、前記カム部が、前記シリンダブロック又は前記クランクケースの一方に形成されたカム収納孔に回転可能に収納されると共に、前記可動軸受部が、前記シリンダブロック又は前記クランクケースの他方に形成された軸受収納孔に回転可能に収納されており、
   前記カム軸を回転させて、前記クランクケースと前記シリンダブロックとを、相対的に接近または離反させることにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
   前記カム軸の軸線方向から見た場合に、前記軸部の自転運動の回転中心である軸部中心と、前記可動軸受部の前記軸受収納孔における回転の回転中心である可動軸受中心とを結んだ線分である可動軸受作用線分の長さは、前記軸部中心と前記カム部の前記カム収納孔における回転の回転中心であるカム中心とを結んだ直線であるカム作用線分の長さより長く設定されたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比とし、圧縮比が該最低圧縮比となる状態から前記カム軸を略１８０度回転させることによって、前記可動軸受中心、カム中心及び前記軸部中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最高圧縮比とする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. 前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最高圧縮比とし、圧縮比が該最高圧縮比となる状態から前記カム軸を略１８０度回転させることによって、前記可動軸受中心、カム中心及び前記軸部中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態における圧縮比を、前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比とする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. 前記圧縮比の可変範囲における最低圧縮比または最高圧縮比の状態から、前記カム軸を略９０度回転させた際に、前記圧縮比が前記可変範囲の中央の値となるように、前記可動軸受作用線分の長さの前記カム作用線分の長さに対する比が設定されたことを特徴とする請求項２または３に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 前記可動軸受作用線分の長さの前記カム作用線分の長さに対する比が、１．３以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
6. 前記軸部は円柱形の外形を有し、
   前記カム部は前記軸部の中心に対して偏心し、前記軸部より径の大きい円形のカムプロフィールを有するとともに、前記カム収納孔は前記カム部と同一の円形の孔形状を有し、
   前記可動軸受部は前記軸部の中心に対して偏心した前記カム部より径の大きい円形の外径を有するとともに、前記軸受収納孔は前記可動軸受部と同一の円形の孔形状を有するこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が６０度付近である所定の第１角度範囲および／または、前記カム軸における前記可動軸受中心、前記軸部中心及びカム中心が、前記カム軸の軸線方向から見て、該順番で前記シリンダの軸方向に略平行に略一直線上に並んだ状態からの前記カム軸の回転角が９０度付近である所定の第２角度範囲の使用頻度を、他の角度範囲の使用頻度よりも低くすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
   

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