JP2010138873A - 可変圧縮比機構の多気筒内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックやラダーフレームの歪みを防ぐ可変圧縮比機構の多気筒内燃機関を提供すること。
【解決手段】本発明に係る可変圧縮比機構の多気筒内燃機関１は、シリンダブロック３１の下部に形成された一対のスカート３１ａを連結するとともに隣接するクランクルーム３１ｃを区切る複数のバルクヘッド３１ｂと、シリンダブロック３１の下方に設けられ、複数のバルクヘッド３１ｂの間を筋交い状に連結する補強部材３３と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変圧縮比機構の多気筒内燃機関に関する。

内燃機関に発生する振動及び騒音の低減は、内燃機関の設計開発において重要な課題である。かかる振動及び騒音は、可変圧縮比機構（複リンク式ピストンストローク機構）の内燃機関では、内燃機関内で発生した燃焼圧力がピストン、クランクシャフトを介してシリンダブロックに伝達されて、このシリンダブロックにおいて放射されることにより発生する。

従来、シリンダブロックの剛性（捻り剛性、曲げ剛性等）を高めることでかかる振動及び騒音を低減する技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術によれば、ラダーフレームとオイルパンの間に、ラダーフレームよりも強度の高い材料からなりクランクシャフトの回転軌跡を回避する後退部を形成した補強プレートを設けることで、シリンダブロックの剛性を高めている。
実開平６−７３３５５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、シリンダブロックの剛性を一定程度高めることができる一方で、隣り合う気筒において相対的に揺動するロアリンクの慣性力により生じるシリンダブロックやラダーフレームの歪みを防ぐことができない問題があった。この歪みとは、シリンダブロックのスカートとバルクヘッドに囲まれた四辺形部及びラダーフレームの井桁形状が長方形から平行四辺形になる捩れ変形である。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、シリンダブロックやラダーフレームの歪みを防ぐ可変圧縮比機構の多気筒内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、可変圧縮比機構の多気筒内燃機関において、シリンダブロック（３１）の下部に形成された一対のスカート（３１ａ）を連結するとともに隣接するクランクルーム（３１ｃ）を区切る複数のバルクヘッド（３１ｂ）と、シリンダブロック（３１）の下方に設けられ、複数のバルクヘッド（３１ｂ）の間を筋交い状に連結する補強部材（３３）と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、補強部材が複数のバルクヘッドの間を筋交い状に連結しているので、シリンダブロックやラダーフレームが長方形から平行四辺形になる捩れ変形を防ぐことができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、本発明を直列４気筒の多気筒内燃機関に適用した場合を例に説明する。

[第１の実施形態]
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

（装置の構成について）
図１は、第１の実施形態に係る内燃機関の断面図である。図１では、直列４気筒の内燃機関１が備える任意の１気筒（「シリンダ」と同義）の断面図を示している。

図１に示す内燃機関１は、シリンダ３１ａ内を往復動するピストン２２にピストンピン（第１連結ピン）２４を介して連結されるアッパリンク（第１リンク）１１と、アッパリンク１１に連結ピン（第２連結ピン）２５を介して連結されるとともにクランクシャフト２１のクランクピン２１ｂに回転可能に装着されるロアリンク（第２リンク）１２と、一端側がロアリンク１２に連結ピン（第３連結ピン）２６を介して連結されるコントロールリンク（第３リンク）１３と、コントロールリンク１３の他端側を揺動自在に支持する偏心軸１４ａを有するコントロールシャフト１４とを備えた構成である。

コントロールシャフト１４は、不図示のエンジンコントロールユニットからの制御信号に基づき、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータによって図中矢印方向に回動される。コントロールシャフト１４が回動されると、偏心軸１４ａの中心位置が変化してコントロールリンク１３の下端の揺動中心位置が上下に変化する。これに伴って、ピストン上死点におけるロアリンク１２の姿勢が変化し、ピストン上死点におけるピストン２２の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。この圧縮比制御は、機関運転条件に基づいて行われ、一般に、機関の負荷が高いほど低圧縮比となるように制御される。

以上のように第１の実施形態に係る内燃機関１は、機関圧縮比を可変できる可変圧縮比機構であるとともにアッパリンク１１、ロアリンク１２、コントロールリンク１３の複数のリンクを備えた複リンク式ピストンストローク機構を備えたものである。

（補強構造について）
また図１に示す内燃機関１は、シリンダブロック３１、ラダーフレーム３２、これらシリンダブロック３１やラダーフレーム３２の歪みを防ぐための補強部材３３を備えたことを特徴としている。以下、各構成要素について説明する。

シリンダブロック３１は、シリンダ３１ａが図１の奥行き方向に４つ直列に配置され、その下部には各シリンダ３１ａの下端から左右下方に向かって延びる一対のスカート３１ｂが形成されたものである。この一対のスカート３１ｂの間に形成されるクランクルーム３１ｃを気筒毎に仕切るために、所定の厚みを有する隔壁状の複数のバルクヘッド３１ｄがクランクシャフト２１の軸方向（図１の奥行き方向）に対して垂直に気筒間及び気筒列両端の５箇所に形成されている。

このようなシリンダブロック３１では、各バルクヘッド３１ｄの略中央下縁にクランクベアリング３１ｅが形成されている。このクランクベアリング３１ｅは、クランクシャフト２１のジャーナル２１ａを上方から回転可能に支持する半円状の軸受部である。

ラダーフレーム３２は、シリンダブロック３１に下方から締結固定されてシリンダブロック３１の補強等のために用いられるものである。図２は、第１の実施形態に係るラダーフレーム３２を上方向から見た第１の図である。図２に示すように、ラダーフレーム３２は一対のスカート部３２ａとこの一対のスカート部３２ａの間を連結する複数のバルク部３２ｂとを備えた梯子状の構成である。このラダーフレーム３２がシリンダブロック３１に締結固定されることで、一対のスカート部３２ａの上面は、シリンダブロック３１の一対のスカート３１ｂの下面との間で圧接される。また複数のバルク部３２の上面は、前述のシリンダブロック３１のバルクヘッド３１ｄの下面に圧接される。

このようなラダーフレーム３２では、各バルク部３２ｂの略中央上縁にクランクベアリング３２ｃが形成されている。このクランクベアリング３２ｃはクランクシャフト２１のジャーナル２１ａを下方から回転可能に支持する半円状の軸受部である。すなわち、このクランクベアリング３２ｃは前述したクランクベアリング３１ｅと協働してクランクシャフト２１を回転可能に支持する（図１参照）。

図１に戻り、ラダーフレーム３２の図中右下部にはベアリングキャップ３４が設けられている。 このベアリングキャップ３４は、固定ボルト５２、５３によって両側２箇所でラダーフレーム３２（ラダーフレーム３２の各バルク部３２ｂ）へ下方から締結固定されている。ラダーフレーム３２（ラダーフレーム３２の各バルク部３２ｂ）と協働してコントロールシャフト１４を回転可能に支持するために、一又は複数のベアリングキャップ３４が気筒間及び気筒列両端の５箇所に設けられたものである。

なお、ラダーフレーム３２（ラダーフレーム３２の各バルク部３２ｂ）は、固定ボルト５１、５２によって２箇所でシリンダブロック３１（シリンダブロック３１の各バルクヘッド３１ｄ）へ下方から締結固定されている。ここで固定ボルト５２はベアリングキャップ３４及びラダーフレーム３２を挿通してシリンダブロック３１へ締結されている。すなわち、固定ボルト５２はベアリングキャップ３４をラダーフレーム３２へ固定する機能と、ラダーフレーム３２をシリンダブロック３１へ固定する機能とを兼ね備えている。このように構成しているのは、部品点数の抑制、構造の簡素化及び取付作業の簡素化のためである。

続いて補強部材３３について説明する。補強部材３３は、シリンダブロック３１の各バルクヘッド３１ｄの下方（具体的には、ラダーフレーム３２と固定ボルト５１との間及びベアリングキャップ３４と固定ボルト５２、５３との間）に設けられてシリンダブロック３１の剛性を高める補強部材である。

この補強部材３３は、図２に示すように、位置Ａ、Ｅにおいては固定ボルト５３によってベアリングキャップ３４と共締めされ、位置Ｂ、Ｄにおいては固定ボルト５２によってベアリングキャップ３４、ラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と共締めされ、位置Ｃにおいては固定ボルト５１によってラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と共締めされている。つまり補強部材３３は、シリンダブロック３１の各バルクヘッド３１ｄの間（具体的には、ラダーフレーム３２の各バルク部３２ｂの間）を筋交い状に連結している。

すなわち、補強部材３３の両端がシリンダブロック３１の片側に、その中央部がシリンダブロック３１の反対側に達するように折り返され、クランクシャフト２１の軸線と交差した形態で、それぞれ各バルク部３２ｂの間を連結している。

このような構成により、ラダーフレーム３２においてスカート部３２ａとバルク部３２ｂとの間に形成される井桁形状やシリンダブロック３１においてスカート３１ｂとバルクヘッド３１ｄとの間に形成される長方形形状が長方形から平行四辺形になる捩れ変形を防止することができる。

この捩れ変形とは、隣り合う気筒において相対的に揺動するロアリンク１２によって各バルク部３２ｂに例えば図中矢印方向（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４）に働く慣性力によって生じるものである。

このような捩れ変形を防止するためにシリンダブロック３１やラダーフレーム３２の全体の剛性を高めることが考えられるが、そうすると大幅な質量増になるという問題がある。一方、第１の実施形態に係る内燃機関１によれば、補強部材３３を設ける最小限の質量増でシリンダブロック３１やラダーフレーム３２の捩れ変形を防止するとともに効率良く剛性を高めることができる。

図３は、第１の実施形態に係るラダーフレーム３２を上方向から見た第２の図である。図３に示すように、補強部材３３は、位置Ｆ、Ｊにおいては固定ボルト５１によってラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と固定ボルト５３によってベアリングキャップ３４と共締めされ、位置Ｇ、Ｉにおいては固定ボルト５２によってベアリングキャップ３４、ラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と共締めされ、位置Ｈにおいては固定ボルト５３によってベアリングキャップ３４と共締めされるように構成することもできる。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る内燃機関１は、図４に示すように、固定ボルト５１、５２、５３を用いて補強部材３３をオイルパン３５と共締めしたことが第１の実施形態に係る内燃機関１（図１）と異なる。

（装置の構成について）
図４は、第２の実施形態に係る内燃機関の断面図である。図４では、直列４気筒の内燃機関１が備える任意の１気筒（「シリンダ」と同義）の断面図を示している。なお、以下では前述の図１と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

（補強構造について）
図４に示す内燃機関１は、図１に示す内燃機関１の構成に加えてオイルパン３５を備えたことを特徴としている。

オイルパン３５は、ラダーフレーム３２及びベアリングキャップ３４に下方から締結固定されてピストン２２の摺動部分やクランクシャフト２１、コントロールシャフト１４の回転部分へ供給する潤滑油を溜めるために用いられるものである。このオイルパン３５は、固定ボルト５１によってラダーフレーム３２に下方から締結固定されるとともに固定ボルト５２、５３によってベアリングキャップ３４に下方から締結固定されている。

本実施形態に係る補強部材３３は、図４に示すように、固定ボルト５１によってオイルパン３５とラダーフレーム３２との間に共締めされ、固定ボルト５２、５３によってオイルパン３５とラダーフレーム３２との間に共締めされている。

図５は、第２の実施形態に係るラダーフレーム３２を上方向から見た図である。この補強部材３３は、図５に示すように、位置Ａ、Ｅにおいては固定ボルト５３によってベアリングキャップ３４と共締めされ、位置Ｂ、Ｄにおいては固定ボルト５２によってベアリングキャップ３４、ラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と共締めされ、位置Ｃにおいては固定ボルト５１によってラダーフレーム３２及びシリンダブロック３１と共締めされている。つまり補強部材３３は、シリンダブロック３１の各バルクヘッド３１ｄの間（具体的には、ラダーフレーム３２の各バルク部３２ｂの間）を筋交い状に連結している。

このような構成により、前述の第１の実施形態に係る内燃機関１による効果に加えて、補強部材３３とオイルパン３５を共用することで更に軽量化を図ることができるという効果が挙げられる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記説明においては、本発明を直列４気筒の多気筒内燃機関に適用した場合を例示して説明したが、その他の気筒数の多気筒内燃機関に適用してもよい。

また、上記説明においては、シリンダブロック３１とラダーフレーム３２とが二分割された形態の内燃機関１に適用した場合を例示して説明したが、この場合に限らない。例えばシリンダブロック３１とラダーフレーム３２とが一体型の内燃機関１に適用してもよい。

第１の実施形態に係る内燃機関の断面図である。 第１の実施形態に係るラダーフレームを上方向から見た第１の図である。 第１の実施形態に係るラダーフレームを上方向から見た第２の図である。 第２の実施形態に係る内燃機関の断面図である。 第２の実施形態に係るラダーフレームを上方向から見た図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１１ アッパリンク（第１リンク）
１２ ロアリンク（第２リンク）
１３ コントロールリンク（第３リンク）
１４ コントロールシャフト
１４ａ 偏心軸
２１ クランクシャフト
２２ ピストン
２４ ピストンピン（第１連結ピン）
２５ 連結ピン（第２連結ピン）
２６ 連結ピン（第３連結ピン）
３１ シリンダブロック
３１ａ シリンダ
３１ｂ スカート
３１ｄ バルクヘッド
３２ ラダーフレーム
３２ａ スカート部
３２ｂ バルク部
３３ 補強部材
３４ ベアリングキャップ
５１ 固定ボルト（第１固定ボルト）
５２ 固定ボルト（第１固定ボルト、第２固定ボルト）
５３ 固定ボルト（第２固定ボルト）

Claims (3)

1. シリンダ内を往復動するピストンに第１連結ピンを介して連結される第１リンクと、前記第１リンクに第２連結ピンを介して連結されるとともにクランクシャフトのクランクピンに回転可能に装着される第２リンクと、一端側が前記第２リンクに第３連結ピンを介して連結される第３リンクと、前記第３リンクの他端側を揺動自在に支持する偏心軸を有し、機関運転状態に応じて前記偏心軸の位置を制御することで機関圧縮比を可変制御するコントロールシャフトと、を備えた可変圧縮比機構の多気筒内燃機関であって、
   シリンダブロックの下部に形成された一対のスカートを連結するとともに隣接するクランクルームを区切る複数のバルクヘッドと、
   前記シリンダブロックの下方に設けられ、前記複数のバルクヘッドの間を筋交い状に連結する補強部材と、
   を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構の多気筒内燃機関。
2. 前記シリンダブロックに下方から締結され、前記シリンダブロックとの間で前記クランクシャフトを回転可能に支持する複数のバルク部を備えたラダーフレームと、
   前記ラダーフレームに下方から締結され、前記ラダーフレームとの間で前記コントロールシャフトを回転可能に支持する複数のベアリングキャップと、
   を備え、
   前記補強部材は、前記ラダーフレーム及び前記複数のベアリングキャップの下方に設けられ、前記ラダーフレームを前記シリンダブロックに締結する第１固定ボルトと前記複数のベアリングキャップを前記ラダーフレームに締結する第２固定ボルトとにより、前記複数のバルク部の間を筋交い状に連結するよう締結されたことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構の多気筒内燃機関。
3. 前記ラダーフレーム及び前記ベアリングキャップに下方から締結されるオイルパンを備え、
   前記補強部材は、前記第１固定ボルトによって前記オイルパンと前記ラダーフレームとの間に共締めされ、前記第２固定ボルトによって前記オイルパンと前記ラダーフレームとの間に共締めされたことを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比機構の多気筒内燃機関。

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