JP2009293540A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】フレッティング摩耗がより生じにくい可変圧縮比エンジンを提供する。
【解決手段】可変圧縮比エンジンのシリンダブロック２１の側面（外壁面）に、シリンダブロック２１がクランクケース内で傾斜してもシリンダブロック２１の外壁面とクランクケースの内壁面とが直接的に接触しないようにするための複数の緩衝部材１２を設けておく。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変圧縮比エンジンに関する。

エンジンの圧縮比を変更できるようにすれば、高負荷時には圧縮比を低くすることによりノッキングの発生を抑止し、低負荷時には圧縮比を高めることによりトルクを引き出すといったことが可能となる。このため、シリンダブロックがクランクケース内を移動するタイプの可変圧縮比エンジン（例えば、特許文献１〜４参照）や、クランクシャフトとコンロッドとをリンクを介して繋いだタイプの可変圧縮比エンジン（ピストンの上死点及び下死点位置がシリンダ内で上下動するタイプの可変圧縮比エンジン）が、開発されている。

特開２００７−３０３３８５ 特開２００５−６９１７９ 特開２００５−１４００９０ 特開２００６−３１６７６４

本発明者は、より優れた、シリンダブロックがクランクケース内を移動するタイプの可変圧縮比エンジンを開発すべく、鋭意、研究を行ったところ、当該タイプの可変圧縮比エンジンを、長時間、圧縮比固定で高速運転すると、図７に示してあるように、シリンダブロックの外壁面の下部にフレッティング摩耗が生ずることを見出した。また、ウォームギヤの長時間当たり続けた歯面にもフレッティング摩耗が生じることも見出した。さらに、ウォームギヤの歯面は、可変圧縮比エンジンを、中間圧縮比状態で運転した場合に摩耗が増加する可能性があることも見出した。なお、中間圧縮比状態とは、図８に示してあるように、ウォームホイールの中心と、ウォームホイールが偏心して取り付けられている軸部の中心とを結ぶ線が、ウォームの軸心に対して水平となる状態のことである。

そこで、本発明の課題は、フレッティング摩耗がより生じにくい可変圧縮比エンジンを提供することにある。

上記第１の課題を解決するために、本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンは、シリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの少なくとも一部を、前記シリンダの軸線方向に変位可能な形で内部に収容するクランクケースと、前記クランクケースに対する前記シリンダブロックの位置を変更するための、前記シリンダブロックと前記クランクケースとを前記シリンダブロックが所定方向に傾斜及び／又は移動し得る形で支持する位置変更機構とを備えた構成であって、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に、前記シリンダブロックが前記所定方向に傾斜及び／又は移動しても前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面とが直接的に接触しないようにするための複数の緩衝部材が設けられている構成を有する。

すなわち、上記した可変圧縮比エンジンで、シリンダブロックの外側面（及びクランクケースの内側面）にフレッティング摩耗が生じるのは、シリンダブロックが、エンジン回転に同期した形で左右に傾斜する（図４参照）ためなのであるが、本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンは、シリンダブロックが傾斜しても、シリンダブロックの外壁面とク
ランクケースの内壁面とが直接的に接触しない構成を有している。従って、この可変圧縮比エンジンは、シリンダブロックの外側面（及びクランクケースの内側面）にフレッティング摩耗が生じないエンジンであることになる。

なお、位置変更機構の構成（位置変更機構の各部間のクリアランス）によっては、シリンダブロックが、クランクケース内で、傾斜可能であると共に（又は、殆ど傾斜できないが）、比較的に大きく（シリンダブロックの外壁面とクランクケースの内壁面が接触し得る程度の量）移動（振動）可能なこともある。そして、フレッティング摩耗は、シリンダブロックがクランクケース内で振動しても生じ得るものであるので、本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンの位置変更機構は、“前記シリンダブロックと前記クランクケースとを前記シリンダブロックが所定方向に傾斜し得る形で支持するもの”、“前記シリンダブロックと前記クランクケースとを前記シリンダブロックが所定方向に傾斜及び移動し得る形で支持するもの”、“前記シリンダブロックと前記クランクケースとを前記シリンダブロックが所定方向に移動し得る形で支持するもの”のいずれであっても良い。

本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンを、上記所定方向とは異なる幾つかの方向（通常、１方向）にも傾斜し得る形でシリンダブロックを支持する位置変更機構を備えた、各方向にシリンダブロックが傾斜した場合にシリンダブロックの外壁面とクランクケースの内壁面とが接触し得る構成のエンジンとして実現する際には、所定方向以外の方向にシリンダブロックが傾斜してもシリンダブロックの外壁面とクランクケースの内壁面とが直接的に接触することがないようにするための幾つかの緩衝部材も設けておくべきである。

本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンを実現する際には、前記位置変更機構として、第１歯車及び前記第１歯車とかみ合わされた第２歯車を有する、自機構の潤滑のために供給されたオイルを前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に排出する機構を採用し、前記複数の緩衝部材の中の１つ以上の緩衝部材を、前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間の或る範囲に存在するオイルを前記位置変更機構の前記第１歯車と前記第２歯車とがかみ合っている部分に誘導する位置に設けておくことが出来る。

そのような形で実現した本発明の可変圧縮比エンジンでは、第１歯車と第２歯車とがかみ合っている部分に、より多くのオイルが供給されることになる。そして、供給されるオイル量が増えれば、フレッティング摩耗が生じにくくなる。このため、上記構成を採用しておけば、シリンダブロックの外側面等にフレッティング摩耗が生じず、かつ、シリンダブロックの位置制御用の歯車（位置変更機構内の第１歯車及び第２歯車）の歯面にフレッティング摩耗が生じにくい可変圧縮比エンジンを実現できることになる。

本発明の第１の態様の可変圧縮比エンジンを実現するに際しては、前記複数の緩衝部材の中の少なくとも１つの緩衝部材を、前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に排出されたオイルが外部に漏れ出すのを防止するためのオイルシールとしておくことが出来る。なお、この構成を採用する場合には、他の緩衝部材が、オイルシール（オイルシールとしての機能も有する緩衝部材）近傍には存在しないようにしておくことも、オイルシール近傍に他の緩衝部材が存在するようにしておくことも出来る。

また、本発明の第２の態様の可変圧縮比エンジンは、シリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの少なくとも一部を、前記シリンダの軸線方向に変位可能な形で内部に収容するクランクケースと、前記クランクケースに対する前記シリンダブロックの位置を変更するための位置変更機構とを備えた構成であって、前記位置変更機構が、第１歯車及び前記第１歯車とかみ合わされた第２歯車を有する、自機構の潤滑のために供給されたオイルを前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に
排出する機構であり、前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に、その部分（前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間）の或る範囲に存在するオイルを前記位置変更機構の前記第１歯車と前記第２歯車とがかみ合っている部分に誘導するための１つ以上の誘導部材が設けられている構成を有する。

すなわち、本発明の第２の態様の可変圧縮比エンジンは、第１歯車と第２歯車とがかみ合っている部分に、より多くのオイルが供給される構成を有している。そして、供給されるオイル量が増えれば、フレッティング摩耗が生じにくくなるのであるから、この可変圧縮比エンジンは、シリンダブロックの位置制御用の歯車にフレッティング摩耗が生じにくいエンジンとなっていることになる。

本発明によれば、シリンダブロックの外側面等や、シリンダブロックの位置制御等の歯車の歯面に、フレッティング摩耗がより生じにくい可変圧縮比エンジンを提供することが出来る。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る可変圧縮比エンジンは、既存の可変圧縮比エンジンを改良したものである。

まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る可変圧縮比エンジン１０の、既存の可変圧縮比エンジンと同構成の部分を説明することにする。

図１に示してあるように、可変圧縮比エンジン１０は、複数のシリンダを有するシリンダブロック２１と、シリンダブロック２１をシリンダの軸線方向（以下、上下方向（シリンダヘッドが取り付けられる側が、上）と表記する）に移動可能な形で保持するクランクケース２２と、シリンダブロック２１のクランクケース２２に対する相対位置を変更するための圧縮比変更機構（本発明の位置変更機構に相当）とを備えたエンジンである。

ここで、圧縮比変更機構とは、クランクケース２２の一方の長手方向側面に取り付けられているモータ４１、可変圧縮比エンジン１０（シリンダブロック２１及びクランクケース２２）の各長手方向側面に設けられている偏心軸アッセンブリ３０、４つのフリー軸ハウジング２３等からなる機構のことである。

この圧縮比変更機構に用いられている各偏心軸アッセンブリ３０は、図２に示してあるように、軸部３１と、軸部３１に対して偏心した状態で固定されているウォームホイール３２と、軸部３１に対して偏心した状態で回転可能に固定されている複数のフリー軸３３と、軸部３１に対して偏心した状態で固定されている複数のジャーナル３４とからなる部材である。なお、図２には、一方の偏心軸アッセンブリ３０のみを示してあるが、他方の偏心軸アッセンブリ３０は、図示してある偏心軸アッセンブリ３０を、シリンダブロック２１の各シリンダの軸線を通る面で反転した構成を有するものである。

フリー軸ハウジング２３（図１）は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３を回転可能な形でシリンダブロック２１に対して固定するための部材である。このフリー軸ハウジング２３は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３が所定のクリアランスをもって通るサイズの貫通孔を備えている。そして、フリー軸ハウジング２３は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３部分に取り付けた後、クランクケース２２の各長手方向側面に設けられている開口部を通す形で（図示してある形とは異なる形で）、シリンダブロック２１に
固定される部材となっている。

クランクケース２２の各長手方向側面には、偏心軸カバー２５を取り付けることにより、偏心軸アッセンブリ３０の各ジャーナル３４（及び軸部３１の少なくとも一部）の軸受として機能することになる部分（図では、主軸受）も設けられている。さらに、クランクケース２２の下方部分には、圧縮比変更機構内の各偏心軸アッセンブリ３０のウォームホイール３２と噛み合う位置にウォーム４２（図１、図２参照）を備えた駆動軸が回転可能に保持されている。なお、駆動軸が備える２つのウォーム４２は、逆向きのねじが形成されているものである。

そして、可変圧縮比エンジン１０が備える圧縮比変更機構は、この駆動軸を回転させるためのモータ４１を、クランクケース２２の長手方向側面（図１参照）に設けたものとなっている。

さらに、圧縮比変更機構は、各部が潤滑油により潤滑される機構となっている。具体的には、偏心軸アッセンブリ３０（図２参照）の各フリー軸３３は、厚み方向を連通する給油孔が、その中央部に複数個形成されていると共に、その内面に、各給油孔の出口を繋ぐ形状（フリー軸３３の内面を一周する形状）の凹部が形成されている部材となっている。

偏心軸アッセンブリ３０の軸部３１は、その中心（軸心）部分に潤滑油を流すための通路が形成されていると共に、各フリー軸３３の凹部と対向する部分に、厚み方向を連通する複数個の孔が形成されている部材となっている。そして、可変圧縮比エンジン１０は、図示せぬオイルポンプからの潤滑油が、圧縮比変更機構に、各軸部３１の端部から供給されるように構成したエンジンとなっている。

また、可変圧縮比エンジン１０のシリンダブロック２１の上部（クランクケース２２の上端近傍部分と対向する部分）には、オイルシール１１が取り付けられいる。

このオイルシール１１は、圧縮比変更機構に供給された潤滑油（フリー軸３３とフリー軸ハウジング２３との間の隙間から、シリンダブロック２１とクランクケース２２との間の間隙に流れ出した潤滑油）がエンジン外に漏れ出さないようにするための部材である。

より具体的には、シリンダブロック２１の上部（クランクケース２２の上端近傍部分と対向する部分）には、シリンダブロック２１の側面を一周する形状の溝が形成されている。そして、オイルシール１１は、当該溝に嵌め込むことによってシリンダブロック２１に取り付けられた、シリンダブロック２１、クランクケース２２間の間隙をシールできる厚みを有するリング状の部材となっている。なお、可変圧縮比エンジン１０は、このオイルシール１１として、リング状のゴム部材とリング状のフッ素系樹脂部材とを積層したもの（クランクケース２２側がフッ素系樹脂部材）を採用したものとなっている。

以上のことを前提に、以下、本実施形態に係る可変圧縮比エンジン１０の構成及び動作をさらに具体的に説明する。

図３（及び図１）に示してあるように、可変圧縮比エンジン１０が備えるシリンダブロック２１の各外壁面には、複数の緩衝部材１２が取り付けられている。

この緩衝部材１２は、シリンダブロック２１の各外側面の各所に形成されている凹部に嵌め込まれている可撓性部材である。緩衝部材１２は、シリンダブロック２１の外側面からの突出量が、シリンダブロック２１の外壁面とクランクケース２２の内壁面間の間隔よりも大きくなる厚みを有している。さらに、緩衝部材１２は、クランクケース２２の内壁
面に対する摩擦係数が低い部材（本実施形態では、ゴム部材とフッ素系樹脂部材とを積層したもの；クランクケース２２側がフッ素系樹脂部材）となっている。

そして、可変圧縮比エンジン１０のシリンダブロック２１は、図から明らかなように、そのような緩衝部材１２を、各外側面の下端近傍の各所と、各外側面の上端近傍のオイルシール１１よりも下方の各所とに、取り付けたものとなっている。

このため、本実施形態に係る可変圧縮比エンジン１０は、シリンダブロック２１の外壁面とクランクケース２２の内壁面との間にフレッティング摩耗が生ぜず、かつ、ウォームギヤの歯面（ウォーム４２の歯面とウォームホイール３２の歯面）にフレッティング摩耗が生じにくいエンジンとして機能することになる。

具体的には、本可変圧縮比エンジン１０のシリンダブロック２１は、同タイプの一般的な可変圧縮比エンジンのシリンダブロックと同様に、フリー軸３３を持つ２本の偏心軸アセンブリ３０で支持されている。このため、シリンダブロック２１は、クランクケース２２内で、偏心軸アセンブリ３０の並び方向に、或る程度の角度、傾斜可能なものとなっている。

そして、エンジンの回転中は、シリンダブロック２１とクランクケース２２との間にピストン内の圧力変動に応じた周期的な力が加わるため、可変圧縮比エンジン１０を始動すると、図４に模式的に示したように、シリンダブロック２１が、エンジン回転に同期した形で左右に傾斜してしまうことになる。

ただし、可変圧縮比エンジン１０のシリンダブロック２１は、図５に示してあるように、各長手方向側面の上下部分に緩衝部材１２が取り付けられたものとなっている。

このため、可変圧縮比エンジン１０は、既存の可変圧縮比エンジンよりも、シリンダブロック２１がクランクケース２２内で傾斜可能な角度自体が小さいエンジンであると共に、シリンダブロック２１がクランクケース２２内で傾斜しても、シリンダブロック２１の外壁面とクランクケース２２の内壁面とが直接的に接触することがないエンジンであることになる。

そして、シリンダブロック２１の外壁面とクランクケース２２の内壁面とが直接的に接触しなければ、フレッティング摩耗は生じないのであるから、この可変圧縮比エンジン１０は、シリンダブロック２１の外壁面等にフレッティング摩耗が生じないエンジンとなっていることになる。

また、図７に模式的に示してあるように、シリンダブロック２１の各長手方向側面の中央下端部分に取り付けられている２つの緩衝部材１２は、それらの上方に存在するオイルを、ウォーム４２とウォームホイール３２とがかみ合っている部分へ導く部材として機能するものとなっている。

このため、可変圧縮比エンジン１０は、これらの緩衝部材１２が設けられていない可変圧縮比エンジンに比して、ウォーム４２とウォームホイール３２とがかみ合っている部分に供給される潤滑油量が多いエンジンであることになる。そして、ウォーム４２とウォームホイール３２とがかみ合っている部分へ供給される潤滑油量が増えれば、フレッティング摩耗が生じにくくなるのであるから、可変圧縮比エンジン１０は、ウォーム４２及びウォームホイール３２の歯面にフレッティング摩耗が生じにくいエンジンであることにもなる。

《変形形態》
上記した可変圧縮比エンジン１０は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、可変圧縮比エンジン１０を、オイルシール１１の近くには緩衝部材１２が設けられていないシリンダブロック２１（図３参照）を備えたものに変形することが出来る。ただし、オイルシール１１の近くに緩衝部材１２を設けておけば（実施形態の構成を採用しておけば）、シリンダブロック２１の傾斜により生ずる力／衝撃を、オイルシール１１と緩衝部材１２とにより受けられることになる。そして、その結果として、オイルシール１１が劣化してしまう時期を遅らせることが可能となるので、実施形態の構成を採用しておくことが好ましい。

可変圧縮比エンジン１０を、各短手方向側面には緩衝部材１２が設けられていないシリンダブロック２１を備えたものや、緩衝部材１２がクランクケース２２の内壁面に取り付けられていものに変形することも出来る。また、可変圧縮比エンジン１０を、ウォームギヤ（ウォーム４２＆ウォームホイール３２）が上記した位置とは異なる位置（例えば、クランクケース２２の一方の短手方向側面）に設けられているエンジンや、ウォームギヤ以外の歯車が用いられているエンジンに変形することも出来る。

また、位置変更機構の構成（位置変更機構の各部間のクリアランス）によっては、シリンダブロック２１が、クランクケース２２内で、傾斜可能であると共に（又は、殆ど傾斜できないが）、左右方向に比較的に大きく（シリンダブロック２１の外壁面とクランクケース２２の内壁面が接触し得る程度の量）振動（移動）可能なこともある。そして、フレッティング摩耗は、シリンダブロック２１がクランクケース２２内で振動しても生じ得るものである。従って、緩衝部材１２をシリンダブロック２１とクランクケース２２との間に設けるという上記技術思想を、シリンダブロック２１がクランクケース２２内で傾斜及び振動可能な可変圧縮比エンジン１０や、シリンダブロック２１がクランクケース２２内で振動可能な可変圧縮比エンジン１０に適用しても良いことは当然のことである。

本発明の一実施形態に係る可変圧縮比エンジンの分解図である。 実施形態に係る可変圧縮比エンジンの要部構成図である。 実施形態に係る可変圧縮比エンジンが備えるシリンダブロックの側面図である。 シリンダブロックの外壁面等にフレッティング摩耗が生ずる理由の説明図である。 シリンダブロックに対する緩衝部材の取り付け位置の説明図である。 実施形態の可変圧縮比エンジンにおける、ウォームホイール近傍の潤滑油の流れ方の説明図である。 従来の可変圧縮比エンジンが有している欠点の説明図である。 中間圧縮比状態におけるウォームホイールと軸部との位置関係の説明図。

符号の説明

１０・・・可変圧縮比エンジン
１１・・・オイルシール
１２・・・緩衝部材
２１・・・シリンダブロック
２２・・・クランクケース
２３・・・フリー軸ハウジング
３０・・・偏心軸アッセンブリ
３１・・・軸部
３２・・・ウォームホイール
３３・・・フリー軸
３４・・・ジャーナル
４１・・・モータ
４２・・・ウォーム

Claims (4)

1. シリンダを有するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの少なくとも一部を、前記シリンダの軸線方向に変位可能な形で内部に収容するクランクケースと、
   前記クランクケースに対する前記シリンダブロックの位置を変更するための、前記シリンダブロックと前記クランクケースとを前記シリンダブロックが所定方向に傾斜及び／又は移動し得る形で支持する位置変更機構とを、備え、
   前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に、前記シリンダブロックが前記所定方向に傾斜及び／又は移動しても前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面とが直接的に接触しないようにするための複数の緩衝部材が、設けられている
   ことを特徴とする可変圧縮比エンジン。
2. 前記位置変更機構が、
   第１歯車及び当該第１歯車とかみ合わされた第２歯車を有する、自機構の潤滑のために供給されたオイルを前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に排出する機構であり、
   前記複数の緩衝部材の中の１つ以上の緩衝部材が、前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間の或る範囲に存在するオイルを前記位置変更機構の前記第１歯車と前記第２歯車とがかみ合っている部分に誘導する位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の可変圧縮比エンジン。
3. 前記複数の緩衝部材の中の少なくとも１つの緩衝部材が、
   前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に排出されたオイルが外部に漏れ出すのを防止するためのオイルシールである
   ことを特徴とする請求項２記載の可変圧縮比エンジン。
4. シリンダを有するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの少なくとも一部を、前記シリンダの軸線方向に変位可能な形で内部に収容するクランクケースと、
   前記クランクケースに対する前記シリンダブロックの位置を変更するための位置変更機構とを、備え、
   前記位置変更機構が、
   第１歯車及び前記第１歯車とかみ合わされた第２歯車を有する、自機構の潤滑のために供給されたオイルを前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に排出する機構であり、
   前記シリンダブロックの外壁面と前記クランクケースの内壁面との間に、その部分の或る範囲に存在するオイルを前記位置変更機構の前記第１歯車と前記第２歯車とがかみ合っている部分に誘導するための１つ以上の誘導部材が設けられている
   ことを特徴とする可変圧縮比エンジン。

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