JP2008144720A - ストローク特性可変エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】スペース効率をより一層向上してエンジンのコンパクト化に寄与することのできるストローク特性可変エンジンを提供する。
【解決手段】ピストン８とクランクシャフト６との間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体（クランクケース２）に支持されたコントロールシャフト１１と、ピストンとクランクシャフトとコントロールシャフトとを連動連結する連結機構（アッパリンク９、ロアリンク１０、コントロールリンク１３）と、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータ１５とを有するストローク特性可変エンジン１において、アクチュエータの少なくとも一部を、コントロールシャフトよりも当該エンジンのクランクケースの内方側且つクランクシャフトの下方に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストローク特性可変エンジンに関するものである。

ピストンとクランクシャフトとの間を複数のリンクで連結し、これら複数のリンクのうちのいずれか１つとエンジン本体に枢支されたコントロールシャフトに設けられた偏心部とをコントロールリンクで連結し、コントロールシャフトを回動させることでコントロールリンクのエンジン側支持端の位置を変化させることにより、ピストンストロークを連続的に変化させるようにしたストローク特性可変エンジンが知られている（特許文献１を参照されたい）。
特開２００３−３２２０３６号公報

このような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には、ピストンに作用する燃焼圧力や、各リンクの慣性質量による負荷が作用する。従って、コントロールシャフトをこれらの負荷に抗して回動させ、且つ所定の回動角度を維持させるには、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータがこれらの負荷に抗し得る回動力を発生しなければならない。

つまり、必要なアクチュエータの能力を確保しようとすると、例えば油圧制御用機器を含むアクチュエータの設置スペースが大きくなりがちであり、特に、他の補機類（発電機や空調機のコンプレッサ等）と共にアクチュエータをエンジンの外側に配置する場合には、アクチュエータの取付スペースを確保することが困難である。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、スペース効率をより一層向上してエンジンのコンパクト化に寄与することのできるストローク特性可変エンジンを提供することにある。

このような課題を解決するためにピストン８とクランクシャフト６との間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体（クランクケース２）に支持されたコントロールシャフト１１と、ピストンとクランクシャフトとコントロールシャフトとを連動連結する連結機構（アッパリンク９、ロアリンク１０、コントロールリンク１３）と、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータ１５とを有するストローク特性可変エンジン１において、請求項１の発明は、前記アクチュエータの少なくとも一部を、前記コントロールシャフトよりも当該エンジンのクランクケースの内方側且つ前記クランクシャフトの下方に配置するものとし、請求項２の発明は、前記アクチュエータを、当該エンジンのクランクケース内における前記クランクシャフトの下方に設け、且つ前記アクチュエータのハウジングの上面を、前記コントロールシャフトの枢支軸心よりも高い位置に配置するものとした。
また請求項１、２の構成において、アクチュエータのハウジングの少なくとも一部をクランクシャフトを枢支するベアリングキャップ４に固定するもの（請求項３）としたり、アクチュエータのハウジングの少なくとも一部を、クランクシャフトを枢支するベアリングキャップ４と共締めにて当該エンジンのクランクケース内に固定するもの（請求項４）としたりすると良い。
さらに、上記構成に加えて、クランクケース内におけるクランクシャフトの下方に補機を配設すると共に、該補機と隣接する位置にアクチュエータを配置するもの（請求項５）とし、特に補機は、当該エンジンの振動を低減するためのバランサ装置２１であり、アクチュエータは、クランクシャフトの軸方向についてバランサ装置と隣接配置されるものとすると良い（請求項６）。

このような本発明の請求項１又は２の構成によれば、オイルパンの下方ヘの突出量を最低限に抑え、エンジンの大型化を抑制することができると共に、エンジンの外方に配置される他のエンジン部品（補機類）の配置自由度に影響を及ぼさずに済む。特にアクチュエータをクランクシャフトの下方に配置することで、シリンダ軸線と直交する方向の寸法を、在来のエンジンと同等に抑えることが可能である。
また請求項３の構成によれば、エンジン構造に格別な変更を加えずにアクチュエータの高い支持剛性を確保することができ、請求項４の構成によれば、アクチュエータの高い支持剛性を確保した上に部品点数および組立て工数の増大を抑制し得る。
さらに請求項５の構成によれば、クランクケース内に設ける補機（例えばオイルポンプや振動低減用バランサシャフトなど）との干渉を避けた上で、デッドスペースを有効活用してアクチュエータをコンパクトに配置することができる。特に請求項６の構成によれば、クランクシャフトの下方に設置された振動低減用バランサ装置と並べて配置することができるので、デッドスペースを有効活用し得ると共に、バランサ装置並びにアクチュエータによってオイルパン内の油面の揺動を抑制するバッフルとしての機能を発揮させることも可能である。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたストローク特性可変エンジンの一例としての圧縮比可変エンジンの縦断面図である。このエンジン１は、在来の直列多気筒エンジンと同様に、シリンダブロックと一体をなすクランクケース２に内設された軸受け壁３にベアリングキャップ４を接合して形成された軸受け孔５にジャーナル部６ａが枢支されたクランクシャフト６と、クランクシャフト６の軸方向に沿って列設された複数のシリンダ７とを備えている。そしてシリンダ７に摺合したピストン８とジャーナル部６ａから偏心したクランクピン部６ｂとの間が、アッパリンク９とロアリンク１０とで連結されている。

ロアリンク１０は、概ね三角形をなし、その中間部がクランクピン部６ｂに枢着されている。そしてロアリンク１０の一端とピストン８とが、アッパリンク９で連結されている。

クランクシャフト６の斜め下方には、コントロールシャフト１１のジャーナル部１１ａが、クランクケース２に内設された軸受け孔１２に枢支されている。このコントロールシャフト１１には、クランクシャフト６のクランクピン部６ｂと同様な偏心部１１ｂが設けられており、この偏心部１１ｂとロアリンク１０の他端との間が、在来のエンジンにおけるピストン８とクランクシャフト６とを連結するコネクティングロッドと同一構成のコントロールリンク１３で連結されている。

コントロールシャフト１１は、その適所に設けられたセクタギア１４ａに連結された油圧制御の回動アクチュエータ１５により、所定の角度範囲（例えば略９０度）を回動駆動される。

回動アクチュエータ１５は、回動中心を通る直径線上を径方向外向きに延びる一対のベーン１６と、各ベーン１６を受容する一対の油室１７が画成されたハウジング１８とを備えており、各油室１７内の各ベーン１６の周方向両側へポンプで圧送する油の向きを電磁弁で切り替えることにより、その回転方向を変化させると共に、各油室１７内に油圧を封入することにより、任意の回動角度に各ベーン１６を保持し得るようにされている。そしてベーン１６の中心軸に固設されたセクタギア１４ｂをコントロールシャフト１１に固設されたセクタギア１４ａに噛合してその回転力をコントロールシャフト１１に伝達するようになっている。

なお、コントロールシャフト１１と回動アクチュエータ１５とを連動する機構としては、上述のセクタギア機構に限らず、チェーン／スプロケット機構あるいはリンク機構などでも良い。

次に、本装置の作動要領について説明する。エンジン１の運転状態に応じて回動アクチュエータ１５を駆動し、回動アクチュエータ１５にセクタギア機構を介して連結されたコントロールシャフト１３を回動させることにより、偏心部１１ｂの位置を上下に変位させる。偏心部１１ｂを下側に位置させると、コントロールリンク１１が引き下げられてロアリンク１０がクランクシャフト６のクランクピン部６ｂを中心にして時計回りに回動し、アッパリンク９が押し上げられてピストン８の上死点位置が高くなる。

この逆に、コントロールシャフト１１の偏心部１１ｂを上側に位置させると、コントロールリンク１１が押し上げられてロアリンク１０がクランクピン部６ｂを中心に反時計回りに回動し、アッパリンク９が引き下げられてピストン８の上死点位置が低くなる。

このようにして、コントロールシャフト１１の回動によってコントロールリンク１３のクランクケース２に対する連結点を上下動させることにより、ロアリンク１０の運動拘束条件が変化してピストン８の上死点位置を含むストローク特性が連続的に変化することで、エンジンの圧縮比あるいは排気量が任意に制御される。なお、このピストンストローク特性の可変機構自体は、既に公知の技術である（必要ならば、特許文献１などを参照されたい）。

回動アクチュエータ１５は、クランクケース２内におけるクランクシャフト６の下方に配設されている。そして回動アクチュエータ１５のハウジング１８は、クランクシャフト６を枢支するベアリングキャップ４と共に、クランクケース２に内設された軸受け壁３に対し、共通のボルトＢを用いて固定されている。

回動アクチュエータ１５のハウジング１８は、ベアリングキャップ４と共締めするのみならず、図２に示したように、クランクケース２に内設された軸受け壁３にボルトＢ１をもって固定されたベアリングキャップ４に対し、別のボルトＢ２を用いて固定するようにしても良い。

いずれにしても、本来高剛性に形成されるクランクケース２（シリンダブロック）と一体をなす軸受け壁３に回動アクチュエータ１５のハウジング１８を剛固に結合することにより、格別な補強措置を施さずに回動アクチュエータ１５の高い支持剛性を確保することができる。特にベアリングキャップ４と共締めすることにより、部品点数並びに組立て工数の低減を企図することができる。

回動アクチュエータ１５のハウジング１８の上面は、コントロールシャフト１１のジャーナル部１１ａの軸心（枢支軸心）よりも高い位置に配置されている。しかもコントロールシャフト１１の偏心部１１ｂの移動範囲は、回動アクチュエータ１５のハウジング１８の側壁を臨む位置に定められている。換言すると、アクチュエータ１５の少なくとも一部は、コントロールシャフト１１よりもクランクケース２の内方側且つクランクシャフト６の下方に配置されている。

これにより、回動アクチュエータ１５をクランクケース２内に配設したことによるオイルパン１９の深さ寸法の増大を最低限に抑え、エンジンの高さ寸法の低減を図っている。また回動アクチュエータ１５は、シリンダ７の軸線方向について、クランクシャフト６と重なり合う位置に配設されており、エンジン全体の大型化を抑制する上もに大いに寄与している。

次に、クランクケース２内におけるクランクシャフト６の下方に、補機の一例として、上述した圧縮比可変機構の作動に起因して発生する回転２次振動を相殺するためのバランサ装置が配設された実施形態について、図３、４を参照して説明する。

このバランサ装置２１は、コントロールシャフト１１とその軸線を並列させて互いに隣合う位置に配設されている。バランサ装置２１は、一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂと、これらバランサシャフト２２ａ・２２ｂを支持、受容する２つ割のアッパハウジング２３ａ及びロアハウジング２３ｂとを備えている。一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂ同士は、各バランサシャフト２２ａ・２２ｂに一体的に設けられた同一径の連動ギア２４ａ・２４ｂ同士の噛合で互いに連結されると共に、一方のバランサシャフト２２ｂに設けられたドリブンギア２５がクランクシャフト６に一体結合されたドライブギア２６と噛合しており、クランクシャフト６の駆動力が伝達されて各バランサシャフト２２ａ・２２ｂがクランクシャフト６の２倍の回転速度で互いに逆方向に回転するようになっている。なお、図４においては、バランサ装置２１のハウジングおよびクランクケース回りは図示省略している。

ドライブギア２６の直径は、クランクシャフト６の回転軌跡円の直径として最大となるクランクウェブの回転軌跡円の直径と等しくされており、クランクシャフト６の回転力をバランサシャフト２２ｂに伝達するためのギア機構の配置に格別な制約を受けずに済んでいる。

各バランサシャフト２２ａ・２２ｂの外周部には、上述のリンク機構の運動で発生するアンバランス量と釣り合わせるための所定の位相及び所定の慣性質量のバランサウェイト２７ａ・２７ｂが設けられている。両バランサウェート２７ａ・２７ｂは、本実施例においては、図４に示すように、４気筒エンジンのシリンダ列方向の中間位置、即ち２番目のシリンダと３番目のシリンダとの略直下に配設されている。

またバランサ装置２１のアッパハウジング２３ａの上面は、コントロールシャフト１１のジャーナル部１１ａの軸心よりも高い位置に配置されており、しかもコントロールシャフト１１の偏心部１１ｂの移動範囲は、アッパ、ロア両ハウジング２３ａ・２３ｂの側壁を臨む位置に定められている。

本実施の形態においては、回動アクチュエータ１５とバランサ装置２１とが、クランクシャフト６の軸方向について互いに隣接配置されている。このようなレイアウトをとることにより、本来は無為な空間となるバランサ装置２１の一方の軸端と隣接する空間の有効利用を企図することができ、多リンク型圧縮比可変機構にバランサ装置２１を組み合わせた上でのエンジン１のクランクケース２の大型化を回避している。しかも回動アクチュエータ１５とバランサ装置２１とのハウジングにより、オイルパン内の油面の揺動を抑制するバッフルとしての機能を得ることもできる。

図５に示すように、回動アクチュエータ１５のハウジング１８の下面とバランサ装置２１のロアハウジング２３ｂの下面とのクランク軸方向端部同士間にバッフル板３１をボルト止めすることにより、オイルパン１９内の油面の揺動抑制作用をより一層高めると共に、回動アクチュエータ１５並びにバランサ装置２１の支持剛性をより一層高めることができる。

コントロールシャフト１１を駆動するアクチュエータは、上述した回動アクチュエータ１５に限らず、図６に示すように、直線摺動型の油圧シリンダ３２を採用しても良い。その場合は、ボトムエンドが上向きとなるようにシリンダ軸線を傾斜させて配置し、コントロールシャフト１１のジャーナル部１１ａに一体的に設けたアーム３３の長孔３４にピストンロッド３５を連結し、ピストンロッド３４の直線運動をアーム３３を介してコントロールシャフト１１の回動運動に変換するものとすればよい。

これにより、回動アクチュエータ１５に比べて高さ寸法を小さくすることができるので、エンジンの高さ寸法をより一層低減することができる。この場合も、クランクケース２に内設された軸受け壁３にボルト止めされたベアリングキャップ４に対して固定する点は上述の回動アクチュエータ１５と同様である。

本発明が適用されたエンジンの一部切除して示す立面図である。 本発明の別の実施形態の要部縦断面図である。 バランサ装置を備えたエンジンの一部切除して示す立面図である。 図３に示すエンジンの回転機構部分を抽出して示す底面図である。 図３に示すエンジンの一部切除して示す要部側面図である。 本発明が適用されたエンジンのさらに別の実施形態の一部切除して示す立面図である。

符号の説明

１ エンジン
２ クランクケース
４ ベアリングキャップ
６ クランクシャフト
８ ピストン
９ アッパリンク
１０ ロアリンク
１１ コントロールシャフト
１３ コントロールリンク
１５ 回動アクチュエータ
１８ アクチュエータのハウジング
２１ バランサ装置

Claims (6)

1. ピストンとクランクシャフトとの間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体に枢支されたコントロールシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトと前記コントロールシャフトとを連動連結する連結機構と、前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータとを有するストローク特性可変エンジンであって、
   前記アクチュエータの少なくとも一部を、前記コントロールシャフトよりも当該エンジンのクランクケースの内方側且つ前記クランクシャフトの下方に配置することを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. ピストンとクランクシャフトとの間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体に枢支されたコントロールシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトと前記コントロールシャフトとを連動連結する連結機構と、前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータとを有するストローク特性可変エンジンであって、
   前記アクチュエータを、当該エンジンのクランクケース内における前記クランクシャフトの下方に設け、且つ前記アクチュエータのハウジングの上面を、前記コントロールシャフトの枢支軸心よりも高い位置に配置することを特徴とするストローク特性可変エンジン。
3. 前記アクチュエータのハウジングの少なくとも一部は、前記クランクシャフトを枢支するベアリングキャップに固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のストローク特性可変エンジン。
4. 前記アクチュエータのハウジングの少なくとも一部は、前記クランクシャフトを枢支するベアリングキャップと共締めにて当該エンジンのクランクケース内に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のストローク特性可変エンジン。
5. 前記クランクケース内における前記クランクシャフトの下方に補機を配設すると共に、該補機と隣接する位置に前記アクチュエータを配置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のストローク特性可変エンジン。
6. 前記補機は、当該エンジンの振動を低減するためのバランサ装置であり、前記アクチュエータは、前記クランクシャフトの軸方向について前記バランサ装置と隣接配置されることを特徴とする請求項５に記載のストローク特性可変エンジン。

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