JP2010185294A - Ｖ型多気筒エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】複リンク式のＶ型エンジンについて、高さ及びクランク軸方向の寸法を小
さくし、コンパクトな構成にすることを目的とする。
【解決手段】Ｖ型の多気筒エンジンにおいて、各気筒を、アッパリンク１と、ロアリンク２２と、コントロールリンク２３と、コントロールリンク２３の揺動支持位置を変化させる制御機構６と、を備える複リンク機構で構成し、クランク軸方向視で、一方のバンクのピストンピン中心軌跡３１の最もクランクシャフト中心に近い点を通る、そのバンクのシリンダの直径３５と、他方のバンクの連結ピン１ａ、クランクピン３ａ、及び連結ピン２３ａの各ピンの中心軌跡３２、３３、３４とがいずれも交差せず、かつ、他方のバンクのいずれかのピン１ａ、３ａ、２３ａの断面の軌跡が、一方のバンクの下死点時におけるピストンリング最下端位置よりも下方となるように、複リンク機構の各リンク１、２２、２３を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクシャフトとピストンを複数のリンクを用いて接続する複リンク式エンジンに関する。

複リンク式エンジンとしては、例えば特許文献１に開示された構成、つまり、ピストンはピストンピンを介してアッパリンクと連結され、アッパリンクはＵＬ間接続ピンを介してロアリンクと揺動可能に連結され、ロアリンクはクランクピンに回転可能に装着され、かつコントロールリンクとはＬＣ間接続ピンを介して揺動可能に連結され、コントロールリンクのＬＣ間接続ピンを設けたのと反対側の端部位置を、運転状態に応じて変更することにより、機関圧縮比を可変制御する構成が知られている。

特開２００２−１７４１３１号公報

ところで、特許文献１に開示された構成では、ロアリンクに、最大燃焼荷重に耐え得るだけのＵＬ間接続ピンの３つの軸受けを設けるスペースが必要となる。このため、一般的なエンジンのピストン−クランク機構のクランクピンの軸方向長さに比べて、ロアリンクの厚さは大きくなりがちであり、エンジン全体のクランク軸方向寸法が大きくなってしまう。

同一排気量のままボア径を小さく、ピストンストロークを長くすることで最大燃焼荷重を小さくし、ＵＬ間接続ピン用の軸受け用のスペースの小型化すると、ロアリンクの厚さを低減することができる。しかし、ロングストローク化により高さ方向の寸法が大きくなってしまう。ピストン下死点位置をクランク中心へ近づければ、高さ方向の寸法を抑えることができるが、この場合、各リンクとシリンダの干渉を回避する必要があるので、高さ方向寸法を十分に抑制できないおそれがある。特にＶ型エンジンの場合には、対向するバンクの隣り合う気筒のシリンダとの干渉も
問題となるため、ロングストローク化した場合の高さ方向寸法を抑えることは難しい。同様に干渉の問題でボアピッチを縮小することも難しいので、エンジン全体のクランク軸方向の寸法を小さくすることも難しい。

そこで、本発明では、複リンク式のＶ型エンジンについて、高さ及びクランク軸
方向の寸法を小さくし、コンパクトな構成にすることを目的とする。

本発明のＶ型多気筒エンジンは、各気筒を、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、ロアリンクに一端が連結ピンを介して連結されるとともに他端が内燃機関の本体部に揺動可能に支持されたコントロールリンクと、このコントロールリンクの揺動支持位置を変化させる制御機構と、を備える複リンク機構で構成する。そして、クランク軸方向視で、一方のバンクのピストンピン中心軌跡の最もクランクシャフト中心に近い点を通る、そのバンクのシリンダの直径と、他方のバンクのアッパリンクとロアリンクとを連結する連結ピン、クランクピン、及びロアリンクとコントロールリンクとを連結する連結ピンの各ピンの中心軌跡とがいずれも交差せず、かつ、かつ、他方のバンクのいずれかのピンの断面の軌跡が、一方のバンクの下死点時におけるピストンリング最下端位置よりも下方となるように、複リンク機構の各リンクを構成する。

本発明によれば、ボアピッチを縮小して、リンクを連結するピンの断面の軌跡と対向するバンクとが干渉するようになっても、干渉する位置がピストンリングの最下端位置よりも下方となる。このため、ピストンリングの摺動面より下方部分については干渉を回避するようなシリンダ形状として、コンパクトな構成にすることができる。

第１実施形態の複リンク式エンジンの上死点時における構成図（その１）である。 第１実施形態の複リンク式エンジンの下死点時における構成図（その１）である。 第１実施形態の各リンク接合部の軌跡を模式的に示した図である。 第１実施形態のＶ型エンジンの構成図（その１）である。 第１実施形態のＶ型エンジンにおける各リンク接合部の軌跡を模式的に示した図（その２）である。 第１実施形態の複リンク式エンジンの上死点時における構成図（その２）である。 第１実施形態の複リンク式エンジンの下死点時における構成図（その２）である。 第１実施形態のＶ型エンジンの構成図（その２）である。 第１実施形態のＶ型エンジンにおける各リンク接合部の軌跡を模式的に示した図（その２）である。 第２実施形態のＶ型エンジンの構成図である。 第２実施形態のＶ型エンジンにおける各リンク接合部の軌跡を模式的に示した図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、複リンク式エンジンのいずれか一つの気筒について、上死点時の様子を示した構成図である。１はアッパリンク、２は制御軸、３はクランクシャフト、３ａはクランクピン、４はピストン、５はシリンダブロック、９はシリンダ、２２はロアリンク、２３はコントロールリンクである。

シリンダ９内に、ピストン４が摺動可能に配設されており、このピストン４に、アッパリンク１の一端がピストンピン４ａを介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク１の他端は、アッパピン１ａを介してロアリンク２２の一端部に回転可能に連結されている。このロアリンク２２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３ａに揺動可能に取り付けられている。なお、ピストン４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。

ロアリンク２２の他端部には、コントロールリンク２３の一端がコントロールピン２３ａ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２３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、その揺動支点が、制御機構により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、制御機構として、クランクシャフト３と平行に延びた制御軸２と、この制御軸２に偏心して設けられた円形の偏心カム６と、を有しており、この偏心カム６の外周面にコントロールリンク２３の他端が回転可能に嵌合している。

従って、圧縮比の変更のために、図示しないアクチュエータにより制御軸２を回転駆動すると、偏心カム６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２３によるロアリンク２２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４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。

図１中の実線３１、３２、３３、３４は、それぞれピストンピン４ａの中心部の軌跡、アッパピン１ａの中心部の軌跡、クランクピン３ａの中心部の軌跡、コントロールピン２３ａの中心部の軌跡である。

図２は、図１と同様のエンジンについて、下死点時の様子を示した図である。図２中の実線３５は、ピストン下死点位置でのシリンダ直径を投影した線分である。

ここで、クランクピン３ａの回転半径と、アッパピン１ａとクランクピン３ａとの距離とを合計したものが、実線３５とクランクシャフト３の回転中心との距離以下となるように各リンク１、２２、２３等の寸法及び位置を構成する。

図３は、図２の実線２１、３２、３３、３４と、実線３５と、実線３５をクランクシャフト３の回転軸を軸として図中時計周りに６０度回転した実線１３５と、同じく反時計周りに６０度回転した実線２３５の位置関係を模式的に表した図である。アッパピン１ａの軌跡である実線３２と実線２３５は、接してはいるが交差はしていない。その他、軌跡を表わす実線３１、３２、３３、３４と実線１３５、２３５は、いずれも交差することがない。このように、各リンク１、２２、２３等の寸法及び位置を構成する。

図４は、各気筒が上述した構成となっており、バンクの挟み角、つまりいわゆるバンク角が６０度であるＶ型エンジンについて示した図である。各ピンの軌跡を表わす実線３１、３２、３３、３４の後の添え字Ａ、Ｂは、それぞれ図中右側バンク、左側バンクの軌跡であることを示している。

破線３２１は、図中右側バンクのアッパピン１ａ軸受け部の軌跡を表わしている。実線２３５は、図３で説明した方法により描かれた線である。図４中に示すように、破線３２１と実線２３５は交わる。また、下死点におけるピストンリング４１の位置は、図中左バンクの軸方向で、破線３２１の軌跡よりも上方に位置する。このように各リンク１、２２、２３等の寸法及び位置を構成する。

また、実線３３の直径、つまりクランクピン３ａの回転半径を２倍したものは、ピストンストロークよりも明らかに小さいこと、つまり、クランクピン３ａの軌跡の直径よりも大きなピストンストロークを実現していることが図より明らかである。このように、コンパクトな構成であっても、同一排気量でよりロングストローク化を図ることができる。

図５は、図４に示したＶ型エンジンの、各バンクの各リンクの軌跡３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂと、実線３５Ａ、３５Ｂを模式的に示した図である。なお、図中左側バンクの実線３５Ｂは、図中右側バンクの実線３５Ａを６０度回転した実線２３５でもある。図５中に示すように、図中右側バンクのリンク軌跡である実線３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａが、いずれも対向するバンクの実線３５Ｂと交差しないように、各リンク１、２２、２３等の寸法及び位置を構成する。図中左側バンクについても、同様の構成となっている。

図６、図７は、本実施形態の他の例を示す図であり、それぞれ図１、図２に対応している。図６の構成と図１の構成の違いは、ロアリンク２２とコントロールリンク２３の接続点である。具体的には、図１の構成では、クランクピン３ａがアッパピン１ａとコントロールピン２３ａとを結ぶ直線に対して機関下方に位置するのに対して、図６の構成では、クランクピン３ａが当該直線より機関上方に位置している。

図８、図９は、それぞれ図４、図５に対応する図である。図８、図９に示すように、ロアリンク２２とコントロールリンク２３の接続点の違い以外は、図１〜図５を用いて説明した構成と同様に形成されている。

以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

（１）一方のバンクのピストンピン中心軌跡の最もクランクシャフト中心に近い点を通る、そのバンクのシリンダの直径と、他方のバンクのアッパピン１ａ、クランクピン３ａ、及びコントロールピン２３ａの各ピンの中心軌跡とがいずれも交差せず、かつ、他方のバンクのいずれかのピンの断面の軌跡が、一方のバンクの下死点時におけるピストンリング最下端位置よりも下方となるように、複リンク機構の各リンク１、２２、２３を構成する。これにより、ボアピッチを縮小して、リンクを連結するピンの断面の軌跡と対向するバンクとが干渉するようになっても、干渉する位置がピストンリングの最下端位置よりも下方となる。このため、ピストンリングの摺動面より下方部分については干渉を回避するようなシリンダ形状として、コンパクトな構成にすることができる。

（２）すべての気筒の前記複リンク機構を、同一の軸間寸法の組み合わせで構成するので、慣性荷重発生間隔が等しくなり、振動低減効果を得ることができる。

（３）クランクピン３ａの回転半径を２倍したものが、ピストンストロークよりも小さくなるように、複リンク機構の各リンクを構成するので、コンパクトな構成でロングストローク化を図ることができる。

第２実施形態について説明する。

図１０は本実施形態を適用するＶ型エンジンについて、図８と同様に示した図である。

本実施形態のＶ型エンジンは、バンク角が９０度である点を除いて、図８と同様である。すなわち、図中右側バンクのアッパピン１ａ軸受け部の軌跡を示す破線３２１が、対向するバンクの実線２３５と交わり、下死点におけるピストンリング４１の位置は、図中左バンクの軸方向で破線３２１の軌跡よりも上方に位置するように構成となっている。

図１１は、本実施形態のＶ型エンジンについて、図９と同様に各バンクの各リンクの軌跡３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂと、実線３５Ａ、３５Ｂを模式的に示した図である。図１１中に示すように、図中右側バンクのリンク軌跡である実線３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａが、いずれも対向するバンクの実線３５Ｂと交差しないように、各リンク１、２２、２３等の寸法及び位置を構成する。図中左側バンクについても、同様の構成となっている。

以上により本実施形態では、バンク角が９０度のＶ型エンジンについても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、ロアリンク２２とコントロールリンク２３とを連結するコントロールピン２３ａの断面の軌跡が、一方のバンクの下死点時におけるピストンリング最下端位置よりも下方となるので、コントロールピン２３ａの断面の軌跡とシリンダ９が干渉する場合には、シリンダ９の干渉する部分の形状を変更することで、干渉を回避することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ アッパリンク
２ 制御軸
３ クランクシャフト
４ ピストン
５ シリンダブロック
６ 偏心カム
９ シリンダ
２２ ロアリンク
２３ コントロールリンク

Claims (5)

1. Ｖ型多気筒エンジンにおいて、
   各気筒を、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、前記ロアリンクに一端が連結ピンを介して連結されるとともに他端が内燃機関の本体部に揺動可能に支持されたコントロールリンクと、このコントロールリンクの揺動支持位置を変化させる制御機構と、を備える複リンク機構で構成し、
   クランク軸方向視で、一方のバンクのピストンピン中心軌跡の最もクランクシャフト中心に近い点を通る、そのバンクのシリンダの直径と、他方のバンクの前記アッパリンクと前記ロアリンクとを連結する連結ピン、前記クランクピン、及び前記ロアリンクと前記コントロールリンクとを連結する連結ピンの各ピンの中心軌跡とがいずれも交差せず、
   かつ、他方のバンクのいずれかの前記ピンの断面の軌跡が、一方のバンクの下死点時におけるピストンリング最下端位置よりも下方となるように、前記複リンク機構の各リンクを構成することを特徴とするＶ型多気筒エンジン。
2. すべての気筒の前記複リンク機構を、同一の軸間寸法の組み合わせで構成することを特徴とする請求項１に記載のＶ型多気筒エンジン。
3. 他方のバンクの前記アッパリンクと前記ロアリンクとを連結する連結ピンの断面の軌跡が、一方のバンクの前記直径と交差することを特徴とする請求項１に記載のＶ型多気筒エンジン。
4. 前記ロアリンクと前記コントロールリンクとを連結する連結ピンの断面の軌跡が、一方のバンクの前記直径と交差することを特徴とする請求項１または２に記載のＶ型多気筒エンジン。
5. 前記クランクピンの回転半径を２倍したものが、ピストンストロークよりも小さくなるように、前記複リンク機構の各リンクを構成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のＶ型多気筒エンジン。

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