JP2010180806A - Variable compression ratio device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した内燃機関の可変圧縮比装置に関し、特に、その制御軸の改良に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio device for an internal combustion engine using a multi-link type piston-crank mechanism, and more particularly to improvement of a control shaft thereof.
内燃機関の圧縮比を可変制御するために、特許文献1に例示されているように、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した複リンク式可変圧縮比装置が知られている。これは、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを備え、このコントロールリンクの基端の位置(揺動支点位置)を変更することで、ピストン位置を相対的に上下に変位させ、圧縮比を変更する構成となっている。上記コントロールリンクの揺動支点位置の変更には、コントロールリンク基端が連結される偏心軸を備えた制御軸が用いられ、この制御軸の回転位置を電動モータや油圧機構等からなるアクチュエータによって変化させる構成となっている。
In order to variably control the compression ratio of an internal combustion engine, a multi-link variable compression ratio device using a multi-link piston-crank mechanism is known, as exemplified in
また、特許文献2は、同様の複リンク式ピストン−クランク機構を固定圧縮比機関に適用し、上記制御軸に相当する補助シャフトを気筒毎に分割するとともに、各々の支持位置をシムによって微調整できるようにして、各気筒の圧縮比のばらつきを小さくするようにした技術を開示している。
Further,
上記のような複リンク式の可変圧縮比装置においては、気筒毎の圧縮比のばらつきが生じやすく、これに対しては、各々高さの異なるピストンに組み替えることによって対応せざるを得ない。 In the multi-link variable compression ratio apparatus as described above, the compression ratio varies easily from cylinder to cylinder, and this must be dealt with by recombining the pistons with different heights.
また、上記特許文献2の技術は、固定圧縮比機関を前提としたものであり、圧縮比を可変制御する可変圧縮比装置には当然のことながら適用することができない。仮に、これを可変圧縮比装置として構成する場合には、各気筒毎にアクチュエータが必要となってしまう。
Further, the technique of
この発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、アクチュエータによる上記制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する内燃機関の可変圧縮比装置を前提としている。そして、上記制御軸は、直線状に連続した制御軸本体と、この制御軸本体に取り付けられて上記偏心軸を構成する円筒部材と、から構成されており、上記円筒部材は、外周縁に対し偏心した位置に取付孔を有し、制御軸本体に対する偏心方向が調整可能となっている。 The present invention has a control link in which a piston and a crankshaft of an internal combustion engine are connected via a plurality of link members and limits the degree of freedom of these link members, and the base end of the control link is controlled A variable compression ratio device for an internal combustion engine is premised on that it is slidably connected to an eccentric shaft of the shaft and the compression ratio changes depending on the position of the eccentric shaft according to the rotational position of the control shaft by an actuator. The control shaft includes a control shaft main body that is linearly continuous and a cylindrical member that is attached to the control shaft main body and forms the eccentric shaft. A mounting hole is provided at an eccentric position, and the eccentric direction with respect to the control shaft main body can be adjusted.
つまり、制御軸は、制御軸本体と円筒部材とが別部品として構成されており、制御軸本体に対し、その偏心方向を調整した上で円筒部材が固定される。従って、特定の制御位置、例えば最高圧縮比位置あるいは最低圧縮比位置等における実際の圧縮比の誤差を相殺するように、コントロールリンクの揺動支持位置を微調整できる。 That is, the control shaft has a control shaft main body and a cylindrical member that are configured as separate parts, and the cylindrical member is fixed to the control shaft main body after adjusting the eccentric direction thereof. Therefore, the swing support position of the control link can be finely adjusted so as to cancel out an error in the actual compression ratio at a specific control position, for example, the highest compression ratio position or the lowest compression ratio position.
この発明によれば、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比装置において、その圧縮比の微調整を簡単に行うことができる。 According to the present invention, in a variable compression ratio device using a multi-link type piston-crank mechanism, the compression ratio can be easily finely adjusted.
図1は、本発明が適用される複リンク式可変圧縮比装置の基本的な構成の一例を示しており、図示するように、シリンダブロック5に形成されたシリンダ6内に、ピストン1が摺動可能に配設されており、このピストン1に、アッパリンク11の一端がピストンピン2を介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク11の他端は、第1連結ピン12を介してロアリンク13の一端部に回転可能に連結されている。このロアリンク13は、その中央部においてクランクシャフト3のクランクピン4に揺動可能に取り付けられている。なお、ピストン1は、その上方に画成される燃焼室から燃焼圧力を受ける。また、クランクシャフト3は、クランク軸受ブラケット7によってシリンダブロック5に回転可能に支持されている。
FIG. 1 shows an example of a basic configuration of a multi-link variable compression ratio device to which the present invention is applied. As shown in the figure, the
上記ロアリンク13の他端部には、コントロールリンク15の一端が第2連結ピン14を介して回転可能に連結されている。このコントロールリンク15の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点16の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト3と平行に延びた制御軸18を備え、この制御軸18に偏心して設けられた偏心軸19に上記コントロールリンク15の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸18は、上記のクランク軸受ブラケット7と制御軸受ブラケット8との間に回転可能に支持されている。
One end of a
従って、圧縮比の変更のために、図示しない電動モータ等のアクチュエータにより制御軸18を回転駆動すると、コントロールリンク15の揺動支点16となる偏心軸19の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク15によるロアリンク13の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン1の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。
Therefore, when the
なお、本発明は、図示したような特定の形式の複リンク式可変圧縮比装置に限定されるものではなく、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した種々の形式の可変圧縮比装置に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the specific type of multi-link variable compression ratio device as shown in the figure, but can be applied to various types of variable compression ratio devices using a multi-link type piston-crank mechanism. It is possible.
図2は、この発明の要部である制御軸18の分解斜視図である。図示するように、制御軸18は、直線状に連続した棒状の制御軸本体21と、この制御軸本体21に取り付けられて上記偏心軸19を構成する気筒数に応じた数(図には1個のみ示す)の円筒部材22と、から構成されている。図は、一例として直列4気筒内燃機関用の制御軸18を示しており、上述したようにクランク軸受ブラケット7と制御軸受ブラケット8との間に軸支されるジャーナル部23が5箇所に設けられているとともに、これらのジャーナル部21の間に、セレーション部24が形成されている。このセレーション部24は、制御軸18の中心軸に平行なセレーションを備えるものであって、図3にも示すように、軸方向に延びる多数の三角形断面の歯部24aとその間の谷部とが全周に亘って形成されており、特に、これらの歯部24aと谷部は、全周に亘って一定のピッチでかつ同じ断面形状に形成されている。また、谷部の底部がジャーナル部21の径にほぼ等しく、歯部24aはジャーナル部21の外周面から外周側に突出している。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
一方、円筒部材22は、外周面22aが真円形の円筒面をなし、かつ、この外周面22aの中心に対し偏心した位置に取付孔26を有している。この取付孔26の内周面には、上記セレーション部24のセレーションに対応した軸方向に平行なセレーションが形成されている。つまり、図3にも示すように、軸方向に延びる多数の三角形断面の歯部27aとその間の谷部とが全周に亘って形成されており、これらの歯部27aと谷部は、やはり全周に亘って一定のピッチでかつ同じ断面形状に形成されている。
On the other hand, the
なお、この実施例では、上記コントロールリンク15の端部は偏心軸19となる上記円筒部材22の外周面22aに直接に嵌合しているが、必要に応じ、円筒部材22とコントロールリンク15との間に適宜な軸受部材を介在させるようにしてもよい。
In this embodiment, the end portion of the
上記のようにセレーションを備えた円筒部材22は、制御軸本体21に軸方向に沿って挿入され、組み付けられる。上記の可変圧縮比機構では、多気筒内燃機関においては、基本的に、全ての気筒の円筒部材22が同一の偏心方向となるように組み付けられる。図3の(a)は、このような標準位置に組み付けた状態を示している。図には、制御軸本体21と円筒部材22の各々の回転位置を表すために、便宜上、制御軸本体21側の1つの歯部24aに指標M1を付し、円筒部材22側の1つの歯部27aに指標M2を付してある。なお、組立工程における作業性を考慮して、これらの指標M1,M2と同様の指標を実際に制御軸本体21および円筒部材22に設けることが望ましい。
The
図3(a)の標準位置では、2つの指標M1,M2が互いに隣接している。これに対し、図3(b)は、標準位置に比較して、セレーションの1ピッチだけ円筒部材22の位相を矢印方向にずらして組み付けた状態を示している。このように位相を変えて組み付けると、図1に示したような可変圧縮比機構において、制御軸18がある回転角度位置にあるときのコントロールリンク15の揺動支点16の位置つまり制御軸18中心からの偏心量が標準位置とは異なるものとなり、結果的に圧縮比が僅かに変化する。従って、これを用いて、各気筒の圧縮比のばらつきが小さくなるように圧縮比の微調整が可能である。
In the standard position of FIG. 3A, the two indexes M1 and M2 are adjacent to each other. On the other hand, FIG. 3B shows a state in which the phase of the
具体的な作業手順としては、上記のように各々の円筒部材22を標準位置で組み付けた制御軸18は、一旦、上述した可変圧縮比装置に組み付けられ、シリンダヘッドならびにシリンダブロックとともに仮組立される。そして、各気筒毎に圧縮比が検査され、そのばらつきが測定されるとともに、基準の圧縮比、例えば最高圧縮比、最低圧縮比あるいは最も使用頻度の高い常用の圧縮比等、となる制御軸18の位置において、各気筒の圧縮比が実質的に同一の圧縮比となるように、必要な円筒部材22の位相差(つまり、ずらすべきピッチの数)が演算される。これに基づいて、可変圧縮比装置から制御軸18を取り出した後に、各気筒の円筒部材22が必要なピッチ数だけ位相をずらした形で制御軸本体21に再度組み付けられる。そして、最終的な組立後に再度各気筒の圧縮比のばらつきが検査される。
As a specific work procedure, the
なお、単に制御軸本体21に挿入された状態では円筒部材22は軸方向に移動可能であるが、必要に応じて、ノックピンやスナップリング等の固定部材を用いて最終的な調整後の円筒部材22が軸方向に動かないように固定してもよい。あるいは、ジャーナル部21に対する軸受機構側に円筒部材22の軸方向位置を規制するスラスト軸受を設け、制御軸本体21と円筒部材22との間は特に固定しないまま用いることもできる。
Note that the
図4は、図1の複リンク式ピストン−クランク機構をいわゆるスケルトン図として示したものであって、この図から容易に理解できるように、機関のピストン1に作用する燃焼荷重は、コントロールリンク15に矢印Fで示すように偏心軸19を引き上げる方向に作用する。ここで、スケルトン図の実線は、最高圧縮比位置に対応し、スケルトン図の破線は、最低圧縮比位置に対応しており、図示するように、最高圧縮比位置から最低圧縮比位置の間で、制御軸18は90°強程度しか回動しないので、円筒部材22のピッチ数を多少変更しても偏心量が単調増加する傾向に変わりはなく、従って、ある特定の圧縮比位置で各気筒の実圧縮比が均一となるように円筒部材22の位相を調整すれば、最高圧縮比から最低圧縮比の全範囲で圧縮比のばらつきが小さくなる。
FIG. 4 shows the multi-link type piston-crank mechanism of FIG. 1 as a so-called skeleton diagram. As can be easily understood from this figure, the combustion load acting on the
なお、上記実施例では、制御軸本体21および円筒部材22の噛み合いをセレーションとしたが、これに代えて、スプラインとすることもできる。
In the above embodiment, the engagement of the control shaft
次に、図5および図6は、この発明の第2実施例を示しており、この実施例では、制御軸本体21のセレーション部24におけるセレーションが螺旋状となっており、これに対応して円筒部材22の取付孔26におけるセレーションも螺旋状となっている。従って、制御軸本体21に対し円筒部材22を螺旋に沿って移動させることにより、円筒部材22の偏心方向を連続的に変更することができる。図6は、参考のために円筒部材22に付した指標M2の位置から明らかなように、(a)に示す標準位置から円筒部材22を矢印方向(時計回り方向)に回転させて(b)に示す位置に調整した例を説明している。この実施例では、偏心量つまり圧縮比を連続的に微調整でき、特にセレーションの1ピッチ分よりも小さな量の調整が可能となる。なお、必要な調整量が大きい場合には、前述した実施例と同様に、円筒部材22を一旦抜き取って、1ピッチずらした位置に組み付け直すことが可能である。従って、螺旋による回転方向の変位量は、セレーションの1ピッチ分だけあれば十分であり、螺旋のねじれ角は比較的小さく設定できる。そのため、前述したコントロールリンク15からの燃焼荷重に対する軸方向の分力は比較的小さいものとなる。
Next, FIG. 5 and FIG. 6 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the serration in the
この実施例では、最終的に調整した円筒部材22を制御軸本体21に対しノックピン等によって固定することが望ましい。
In this embodiment, it is desirable to fix the finally adjusted
なお、上記実施例では、制御軸本体21および円筒部材22の噛み合いを螺旋状のセレーションとしたが、これに代えて、螺旋状のスプラインとすることもできる。
In the above embodiment, the meshing between the control shaft
1…ピストン
3…クランクシャフト
11…アッパリンク
13…ロアリンク
15…コントロールシャフト
18…制御軸
19…偏心軸
21…制御軸本体
22…円筒部材
24…セレーション部
26…取付孔
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記制御軸は、直線状に連続した制御軸本体と、この制御軸本体に取り付けられて上記偏心軸を構成する円筒部材と、から構成されており、上記円筒部材は、外周縁に対し偏心した位置に取付孔を有し、制御軸本体に対する偏心方向が調整可能となっていることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。 A piston and a crankshaft of an internal combustion engine are connected via a plurality of link members, and have a control link that limits the degree of freedom of these link members, and the base end of the control link is an eccentric shaft of the control shaft A variable compression ratio device for an internal combustion engine, wherein the compression ratio changes depending on the position of the eccentric shaft according to the rotational position of the control shaft by an actuator.
The control shaft is composed of a linearly continuous control shaft main body and a cylindrical member which is attached to the control shaft main body and constitutes the eccentric shaft, and the cylindrical member is eccentric with respect to the outer peripheral edge. A variable compression ratio device for an internal combustion engine, characterized by having an attachment hole at a position and adjusting an eccentric direction with respect to a control shaft main body.
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