JP2011252507A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】可変圧縮比機構のアクチュエータロッドに作用する曲げ荷重を低減し、かつ圧縮比の制御性を向上させる。
【解決手段】可変圧縮比機構は、リンク３、４と、コントロールシャフト７と、コントロールリンク５と、コントロールシャフト７の駆動手段を有する。駆動手段は連結リンク１２と、これに連結されるアクチュエータロッド１３と、アクチュエータロッド１３を進退動させる制御手段１９を備える。連結リンク１２からアクチュエータロッド１３に作用する荷重の径方向成分をＦ１、軸方向成分をＦ２とし、コントロールリンク５からコントロールシャフト７の偏心軸に作用する荷重をＦ３とし、荷重Ｆ３によってコントロールシャフト７中心周りに働くトルクをコントロールシャフトトルクと定義したときに、コントロールシャフトトルクが最大となる圧縮比において荷重Ｆ２に対する荷重Ｆ１の比率が略最小となるように制御手段を構成する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、内燃機関の可変圧縮比機構に関する。

内燃機関の可変圧縮比機構として、ピストンとクランクとを複数のリンクを介して連結するものが知られている。例えば、特許文献１には、ピストンとクランクとがアッパーリンク及びロアリンクを介して連結され、ロアリンクの姿勢を制御することで圧縮比を可変に制御している。

具体的には、一端がロアリンクに連結され、他端がクランクシャフトと略平行に延びるコントロールシャフトに設けた偏心軸に連結されたロアリンクを備え、コントロールシャフトの回転角を変化させることによりコントロールリンクを介してロアリンクの姿勢を制御している。

そして、コントロールシャフトの回転角の制御は、コントロールシャフトに一体に設けたフォークと、ボールネジシャフト部を備え当該フォークに連結ピンを介して連結されるアクチュエータロッドと、駆動モータおよびボールネジ減速機と、燃焼圧等の外力が作用したときにも設定した圧縮比を保持するための圧縮比保持機構とからなるアクチュエータにより行っている。

特開２００２−１１５５７１号公報

しかしながら、特許文献１のようにフォークを用いた連結機構（フォーク式連結機構）では、アクチュエータロッドとフォークとの干渉を避けるために、アクチュエータロッドの連結ピン支持部を二股形状にする必要がある。このためアクチュエータロッドの剛性を十分に確保できず、例えば、コントロールシャフトの回転角度が大きくなりアクチュエータロッドに作用する荷重のうちアクチュエータロッド軸方向分力よりもアクチュエータロッド径方向分力の方が大きくなった場合に、曲げ変形が増大してアクチュエータロッドの曲げ応力が増大するという問題がある。このため、アクチュエータロッドの曲げ荷重を許容値内に抑えるためにエンジン出力を抑制する必要があった。

アクチュエータロッドの曲げ応力を低減する方法はいくつか考えられるが、いずれも問題がある。

例えば、アクチュエータロッドの直径を増大する方法は、アクチュエータロッドとフォークと連結ピンが、コントロールシャフトをシリンダブロックに支持するキャップ（コントロールシャフトキャップ）とコントロールリンクとの間に配置されているため、コントロールシャフト軸方向の径を増大することができないという問題がある。そこで、アクチュエータロッドのコントロールシャフト軸方向の径はそのままとしてエンジン上下方向の径を拡げる方法も考えられるが、アクチュエータロッドとボールネジシャフトとを一体形成することが困難となり、別部品として製造した後にボルト等で結合する工数が増えることでコストが増大するという問題がある。また、アクチュエータロッド径を増大するために、アクチュエータロッドをコントロールシャフトキャップ及びコントロールリンク軌跡よりも下方に配置する方法では、フォーク長さを増大することでコントロールシャフトの回転に伴う連結ピンの移動距離が大幅に増大し、結果としてアクチュエータのアクチュエータロッド軸方向のサイズが増大してエンジン全体が大型化してしまうという問題がある。

さらに、特許文献１の可変圧縮比機構では、コントロールシャフトの角度が、低圧縮比時のコントロールシャフトトルク低減と、高圧縮比状態から低圧縮比状態への切換えの応答性向上を図るように設定されているため、高圧縮比時にコントロールシャフトトルクが増大し、また、アクチュエータロッド曲げ方向に大荷重が作用するため、アクチュエータロッドの変形による圧縮比バラツキが生じるという問題もある。

一方、フォーク式連結機構に替えてラックアンドピニオン式の連結機構を用いれば、コントロールシャフトの偏心軸の偏心量を小さくすることができ、これによりアクチュエータに作用する荷重を低減することができる。しかし、ラックとピニオンとの間のバックラッシュにより、騒音や振動が悪化するという問題が生じる。また、モータ回転量とコントロールシャフトの回転量との関係が線形であるため、例えばモータからコントロールシャフトへの減速比を前記切換えの応答性を重視して設定すると、モータ回転量に対する圧縮比変化量が大きくなり圧縮比制御精度が悪化するという問題もある。

そこで、本発明ではアクチュエータロッドに作用する曲げ荷重を低減し、かつ圧縮比の制御性を向上することを目的とする。

本発明の可変圧縮比内燃機関は、ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンとを機械的に連繋する複数のリンクと、クランクシャフトと略平行に延び、回転変位に応じて機関圧縮比を変化させるコントロールシャフトを備える。また、一端が複数のリンクのいずれか一つに連結されるとともに、他端がコントロールシャフトの回転軸から偏心した偏心軸に連結されたコントロールリンクと、コントロールシャフトを所定の制御範囲内で回転駆動し、かつ所定の回転位置に保持する駆動手段とを有する可変圧縮比機構を備える。駆動手段はコントロールシャフトに第１連結ピンで回転可能に連結される連結リンクと、連結リンクと第２連結ピンで回転可能に連結されるアクチュエータロッドと、アクチュエータロッドを進退させることでコントロールシャフトを回転させて圧縮比を制御する制御手段とを備える。そして、連結リンクからアクチュエータロッドに作用する荷重のアクチュエータロッド径方向成分をＦ１、アクチュエータロッド軸方向成分をＦ２とし、コントロールリンクからコントロールシャフトの偏心軸に作用する荷重をＦ３とし、荷重Ｆ３によってコントロールシャフト中心周りに働くトルクをコントロールシャフトトルクと定義する。このとき、制御手段を、コントロールシャフトトルクが最大となる圧縮比において荷重Ｆ２に対する荷重Ｆ１の比率が略最小となるように構成する。

本発明の可変圧縮比内燃機関は、コントロールシャフトとアクチュエータロッドとを２つのリンクを介して連結している。これにより、例えばアクチュエータロッドとリンクとがなす角度の設定によってアクチュエータロッドに作用する荷重の入力方向をコントロールすることが可能となり、アクチュエータロッドに作用する曲げ荷重を低減することができる。また、従来のフォーク式連結機構のようにフォークとアクチュエータロッドとが干渉することが無いので、アクチュエータロッドの長さを短縮してアクチュエータロッドの応力・変形を低減することができる。このように、アクチュエータロッドに作用する曲げ荷重の低減と、曲げ荷重による応力・変形を低減することにより、アクチュエータロッドの曲げ変形によって生じる目標圧縮比と実際の圧縮比との乖離を低減することができるので、圧縮比の制御性を向上することができる。

さらに、コントロールシャフトトルクが最大となる圧縮比においてＦ２に対するＦ１の比率が最小となるように構成するので、コントロールシャフトトルクの最大値が作用したときのアクチュエータロッド径方向荷重を低減できる。その結果、アクチュエータロッドの小径化が可能となる。また、アクチュエータロッド径方向荷重の低減とアクチュエータロッドの小径化により、アクチュエータロッドとハウジングとの間のフリクションが低減でき、圧縮比可変応答性を向上することができる。

第１実施形態の概略構成図である。 コントロールシャフト〜アクチュエータ間の構成を表す図である。 第１リンクと第２リンクとを連結する連結ピンの軌跡を表す図である。 最高圧縮比時と最低圧縮比時の第１リンク１１、第２リンク１２、アクチュエータロッド１３の関係を表した図である。 最高圧縮比時と最低圧縮比時の連結ピンの位置について表した図である（第１実施形態）。 最高圧縮比時と最低圧縮比時のアクチュエータロッドの突き出し量について表した図である。 （ａ）、（ｂ）は連結ピンの軌跡とアクチュエータロッド軸線との関係について表した図である。 コントロールシャフト角度変化量あたりのアクチュエータロッド移動量と圧縮比との関係を表した図である。 （ａ）、（ｂ）は第１リンクからアクチュエータロッドへのコントロールシャフトトルクの伝達について表した図である。 （ａ）はコントロールシャフト角度と圧縮比との関係、（ｂ）はコントロールシャフト角度とコントロールシャフトトルクとの関係、（ｃ）はコントロールシャフト角度とアクチュエータロッドに作用する荷重との関係、（ｄ）は圧縮比とアクチュエータロッドの突き出し量との関係、を表した図である。 （ａ）〜（ｃ）はアクチュエータロッドの第２リンクとの連結部について表した図である。 最高圧縮比時と最低圧縮比時の連結ピン１０の位置について表した図である（第２実施形態）。 第２実施形態のコントロールシャフト角度と圧縮比との関係を表した図である。 （ａ）、（ｂ）は第２実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である（その１）。 第２実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第２実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第２実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第４実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第４実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第４実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 第４実施形態の可変圧縮比機構可動範囲を表す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ最高圧縮比時または最低圧縮比時の第１リンク、第２リンク及びアクチュエータロッドの状態の一例を表す図である。 （ａ）〜（ｇ）は第３実施形態の可変圧縮比機構についての各変化量の特性を表す図である。 （ａ）〜（ｇ）は第３実施形態と比較するための可変圧縮比機構についての各変化量の特性を表す図である。 第５実施形態のアクチュエータロッド周辺の概略構成図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態の可変圧縮比機構を備えるエンジンの概略図である。

１はピストン、２はシリンダブロック、３はアッパーリンク、４はロアリンク、５はコントロールリンク、６はクランクシャフト、７はコントロールシャフト、１１は固定リンクとしての第１リンク、１２は連結リンクとしての第２リンク、１３はアクチュエータロッド、１６はハウジング、１７は減速機、１８は駆動モータ、１９はコントロールユニットである。

ピストン１は、シリンダブロック２のシリンダ内に往復動可能に収められている。コントロールシャフト７はクランクシャフト６と略平行に気筒列方向に延びている。ロアリンク４はクランクシャフト６のクランクピン６ａに相対回転可能に連結されている。

アッパーリンク３は、上端がピストンピンに、下端がロアリンク４に、それぞれピストンピン１ａ、連結ピン８を介して相対回転可能に連結されている。コントロールリンク５は、上端がロアリンク４に、下端がコントロールシャフト７に、それぞれ連結ピン９、１０を介して相対回転可能に連結されている。なお、コントロールリンク５はコントロールシャフト７の回転軸７ａから偏心した位置に連結されており、例えば、コントロールシャフト７に回転軸７ａに対して偏心した偏心カムを設け、この偏心カムにコントロールシャフト７を連結する。

第１リンク１１の一端は、コントロールシャフト７と一体に回転するよう、回転軸７ａに固定されており、他端は第２リンク１２の一端に連結ピン１４を介して相対回転可能に連結されている。第２リンク１２の他端はアクチュエータロッド１３の先端に連結ピン１５を介して相対回転可能に連結されている。

アクチュエータロッド１３は、ハウジング１６内に進退可能に設けられており、基端側（図中右側）には図示しない雄ねじ部が設けられている。ハウジング１６には前記雄ねじ部と螺合する雌ネジ部が設けられており、ハウジング１６が駆動モータ１８によって軸周りに回転駆動されると、アクチュエータロッド１３はハウジング１６に対して相対的に往復動する。なお、駆動モータ１８の回転は、減速機１７を介してハウジング１６に伝達される。すなわち、ハウジング１６及び減速機１７はいわゆるボールネジ減速機を形成し、アクチュエータロッド１３はボールネジ減速機のボールネジシャフトと一体に形成されている。

アクチュエータロッド１３が後退すると、第２リンク１２、第１リンク１１を介してコントロールシャフト７が回転軸７ａ周りに図中反時計回り方向に回転し、連結ピン１０の位置は下降する。これにより、ロアリンク４がクランクピン６ａ周りに図中反時計回り方向に傾き、連結ピン８の位置が上昇するので、ピストン１の位置が上昇する。すなわち、上死点位置でのピストン位置が上昇することで、圧縮比が上昇する。これとは反対に、アクチュエータロッド１３が前進するとコントロールシャフト７及びロアリンク４は図中時計回り方向に回転するので、ピストン１は下降し、圧縮比が低下する。

すなわち、本実施形態では、アクチュエータロッド１３が前進するほど圧縮比は低下する。

上記のように、本実施形態の可変圧縮比機構は、アッパーリンク３、ロアリンク４、コントロールリンク５、コントロールシャフト７、第１リンク１１及び第２リンク１２、アクチュエータロッド１３、ハウジング１６、減速機１７、駆動モータ１８を備える。そして、コントロールユニット１９により駆動モータ１８の駆動を制御し、運転状態に応じてアクチュエータロッド１３を進退させることでコントロールシャフト７の回転角を制御し、圧縮比を変化させるものである。

なお、コントロールシャフト７には、筒内の燃焼圧やピストン１の慣性力等がアッパーリンク３、ロアリンク４、コントロールリンク５を介して伝達される。そして、この伝達された荷重は、連結ピン１０がコントロールシャフト７の回転軸７ａから偏心しているため、コントロールシャフト７を回転させる荷重（以下、これをコントロールシャフトトルクという）として作用する。そこで、コントロールシャフトトルクに抗してコントロールシャフト７を所定の回転角に保持するための保持機構（図示せず）を備える。保持機構は、駆動モータ１８を用い、駆動時とは逆方向の電流を流すことでコントロールシャフトトルクに抗するものでもよいし、又はコントロールシャフト７に回転の許可・禁止を切換える機構を取り付けてもよい。

なお、運転状態に応じた具体的な圧縮比制御は、例えば特開２００２−１１５５７１号公報に開示されたものと同様であるので、説明を省略する。

次に、第１リンク１１、第２リンク１２、連結ピン１０の配置について説明する。

図２は図１のコントロールシャフト７、第１リンク１１、第２リンク１２、アクチュエータロッド１３、ハウジング１６部分について略最低圧縮比時の状態を表した図である。

図２に示すように、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とがなす角度をθ１、第１リンク１１と第２リンク１２とがなす角度をθ２、コントロールシャフト７の回転角（コントロールシャフト角度）をθｃｓとする。回転軸７ａを原点、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸とした場合に、回転角θｃｓはＸ軸と第１リンク１１とがなす角度であり、図中反時計回り方向を正方向とする。

図３はアクチュエータロッド１３を進退させた場合の、連結ピン１４及び連結ピン１５の軌跡とアクチュエータロッド１３の軸線との関係を表した図である。図３に示すように、連結ピン１４の軌跡はコントロールシャフト７の回転軸７ａを中心とした円弧となり、連結ピン１５の軌跡はアクチュエータロッド１３の軸線に重なる。本実施形態では、最低圧縮比と最高圧縮比との間の中間圧縮比時に、第１リンク１１とアクチュエータロッド１３の軸線とが交差するような設定にする。

このように設定すると、図７（ａ）に示すように、連結ピン１４の軌跡とアクチュエータロッド１３の軸線とが交差しない場合（図７（ｂ））に比べて、最高圧縮比から最低圧縮比までの全圧縮比域に渡って、連結ピン１４とアクチュエータロッド１３の軸線との距離（連結ピン・アクチュエータロッド軸間距離Ｄ１、Ｄ２）を短くできる。このため、アクチュエータロッド１３とハウジング１６との接触点においてアクチュエータロッド１３に作用する曲げトルクを低減することができる。

また、連結ピン１４の軌跡は、第１リンク１１とアクチュエータロッド１３の軸線が直角に交差する位置を基準として、アクチュエータロッド１３の軸端（ハウジング１６側の端部）から遠ざかる方向の長さが近づく方向の長さよりも長くなるように設定する。このように設定した場合の、コントロールシャフト角度θｃｓと、コントロールシャフト７の回転角（又は駆動モータ１８の回転量）あたりのアクチュエータロッド１３の移動量Ｖｒｏｄとの関係を図８に示す。図８の横軸はコントロールシャフト角度θｃｓ、縦軸は移動量Ｖｒｏｄであり、実線Ｖ_rod-rは本実施形態の場合を表しており、鎖線Ｖ_rod-fはフォーク式連結機構の場合の移動量Ｖｒｏｄを表している。コントロールシャフト回転角θｃｓが大きくなるほどコントロールシャフト７は図中反時計回り方向に回転して高圧縮比状態になる。

図８に示すように、本実施形態では、低圧縮比時よりも高圧縮比時の方がコントロールシャフト７の回転角当りのアクチュエータロッド１３の移動量が大きい。すなわち、アクチュエータロッド１３の移動量（又は駆動モータ１８の回転量）に対するコントロールシャフト角度θｃｓの変化量が小さい。このため、微少なコントロールシャフト角度θｃｓの制御が容易になり、また、アクチュエータロッド１３が曲げ変形した場合のコントロールシャフト角度θｃｓへの影響が小さくなるので、高圧縮比時に高精度の圧縮比制御を行うことができる。なお、低圧縮比時には、上記とは逆にコントロールシャフト角度θｃｓを変化させるために必要なアクチュエータロッド１３の移動量が高圧縮比時に比べて小さくなるが、最高圧縮比から最低圧縮比までのコントロールシャフト角度θｃｓが後述する図５に示すような領域となるように設定すると、低圧縮比になるほどコントロールシャフト７の回転角当りの圧縮比変化量が相対的に小さくなるので、圧縮比制御の精度が悪化することはない。

図４は最高圧縮比時と最低圧縮比時の第１リンク１１、第２リンク１２、アクチュエータロッド１３の関係を表した図である。図４に示すように、最高圧縮比時のθ１の方が最低圧縮比時のθ１よりも１８０度に近くなるように、すなわち、最高圧縮比時の方が最低圧縮比時よりも、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とが平行に近くなるように設定する。

この設定による効果について図９を参照して説明する。図９（ａ）はθ１が１８０度でない場合、図９（ｂ）はθ１が１８０度の場合について、第１リンク１１からアクチュエータロッド１３へのコントロールシャフトトルクの伝達について表した図である。

図９（ａ）に示すように、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３が平行ではない場合には、第１リンク１１に作用したコントロールシャフトトルクのうち、第２リンク１２の軸方向への分力が第２リンク１２に伝達される。そして、第２リンク１２に伝達された分力のうち、アクチュエータロッド１３の軸方向分力はアクチュエータロッド１３の軸方向に作用するが、アクチュエータロッド１３と垂直方向の分力は曲げ荷重として作用する。これに対して、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とが平行の場合には、図９（ｂ）に示すように、第２リンク１２からアクチュエータロッド１３へ伝達される荷重にアクチュエータロッド１３に垂直方向の分力がないので、アクチュエータロッド１３に曲げ荷重は作用しない。

すなわち、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とが平行に近づくほど、アクチュエータロッド１３に作用する曲げ荷重は小さくなる。

図５は最高圧縮比時と最低圧縮比時の連結ピン１０の位置について表した図である。図５に示すように、本実施形態では、コントロールシャフト角度θｃｓが概ね９０度付近から１８０度付近の範囲内で変化し、最低圧縮比時には９０度付近、最高圧縮比時には１８０度付近となるように設定する。

これにより、コントロールシャフト角度θｃｓが増大するほど圧縮比も大きくなり、単位変化角当りの圧縮比増加率はコントロールシャフト角度θｃｓが大きくなるほど大きくなる（図１０（ａ）参照）。また、高圧縮比になるほど、コントロールリンク５から伝達される荷重を回転軸７ａ周りのトルクに変換する有効腕長さが長くなる。

一方、機関負荷が高い場合には低圧縮比、低い場合には高圧縮比となるように制御するので、コントロールリンク５からコントロールシャフト７に伝達される力は高圧縮比になるほど小さくなる。しかしながら、伝達される力と有効腕長さの積で表されるコントロールシャフトトルクＴＣＳは、有効腕長さの方が伝達される力よりも支配的であるため、圧縮比が高くなるほど増大する（図１０（ｂ）参照）。したがって、コントロールシャフトトルクＴＣＳを第１リンク１１の長さＬで除して得られる荷重（ＴＣＳ／Ｌ）も圧縮比が高くなるほど大きくなる（図１０（ｃ）参照）。

図６は、最高圧縮比時と最低圧縮比時のアクチュエータロッド１３とハウジング１６との関係を表した図である。図６に示すように、アクチュエータロッド１３のハウジング１６からの突き出し量は、最高圧縮比時に最小、最低圧縮比時に最大とすると、圧縮比と突き出し量との関係は図１０（ｄ）のようになる。

すなわち、高圧縮比時のように荷重が大きい条件では、アクチュエータロッド１３の突き出し量が小さくなり、一方、アクチュエータロッド１３の突き出し量が大きい低圧縮比時には荷重が小さいので、全圧縮比域で曲げトルクを低減することができる。これにより、アクチュエータロッド１３の曲げ変形による実圧縮比と目標圧縮比との乖離を低減することができる。また、アクチュエータロッド１３の曲げ応力が低減するため、アクチュエータロッド１３の小径化、アクチュエータロッド１３の支持構造の小型化が可能となり、エンジンを小型化することができる。

ここで、アクチュエータロッド１３の形状について図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は従来のフォーク式連結機構に用いていたアクチュエータロッドの概略図、図１１（ｂ）はハウジング１６のアクチュエータロッド軸方向端面（図１１（ａ）の破線で囲んだ領域Ａ）におけるアクチュエータロッド１３の断面図、図１１（ｃ）は本実施形態で用いるアクチュエータロッド１３の断面図である。

図１１（ａ）に示すように、従来のフォーク式連結機構を用いる場合は、フォークとアクチュエータロッド１３との干渉を避けるため、ロッド先端の連結部を二股にする必要があった。

このため、曲げ荷重によってアクチュエータロッド１３がハウジング１６と接触して、ハウジング１６から図中矢印Ｐのような力を受けると、二股部分には図中矢印Ｔで示すような曲げトルクが作用する。この曲げトルクによってアクチュエータロッド１３には曲げ変形が生じ、二股部の根元部分の曲げ応力が増大する。

しかしながら、本実施形態では、アクチュエータロッド１３と第２リンク１２との干渉を考慮する必要はないので、アクチュエータロッド１３の先端部を一股にする。このため、図１１（ｂ）の矢印Ｐのような力を受けても、図１１（ｂ）の矢印Ｔのような曲げトルクが作用することはなく、アクチュエータロッド１３の根元部分への応力集中を回避することができる。

なお、第２リンク１２には、引張り又は圧縮荷重のみ作用し、曲げ荷重は作用しないため、二股部分を備えていても、二股部分根元への応力集中を回避することができる。

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）ピストン１とクランクシャフト６とを機械的に連繋するアッパーリンク３、ロアリンク４と、クランクシャフト６と略平行に延びるコントロールシャフト７と、一端がアッパーリンク３に連結されるとともに、他端がコントロールシャフト７の回転軸７ａから偏心した位置に連結されたコントロールリンク５と、コントロールシャフト７を所定の制御範囲内で回転駆動し、かつ所定の回転位置に保持する駆動モータ１８と、を有し、コントロールシャフト７が回転することにより圧縮比が連続的に低下又は増加する可変圧縮比機構において、コントロールシャフト７に結合される第１リンク１１と、第１リンクに連結ピン１４で回転可能に連結される第２リンク１２と、駆動モータ１８に進退可能に支持され第２リンク１２と連結ピン１５で回転可能に連結されるアクチュエータロッド１３と、アクチュエータロッド１３を進退させることでコントロールシャフト７を回転させて圧縮比を制御する制御手段と、を備えるので、アクチュエータロッド１３の曲げ荷重を低減することが可能となる。そのため、アクチュエータロッド１３への曲げ荷重による応力・変形を低減することができるので、曲げ荷重低減のために機関出力を制限したり、高負荷時の圧縮比を制限したりする必要が無くなる。また、従来のフォーク式連結機構と異なり、コントロールシャフト７及び第１リンク１１と第２リンク１２とが干渉することがないので、アクチュエータロッド１３の長さ短縮が可能となり、アクチュエータロッドの変形、応力を低減できる。曲げ荷重が低減するため、アクチュエータロッド１３が駆動する際のアクチュエータロッド１３と支持部との間のフリクションが低減し、圧縮比変更の応答性が向上する。アクチュエータロッド１３の曲げ応力が低減することでアクチュエータロッド１３の小径化が可能となるので、レイアウトの自由度が高まり、エンジンの小型化が可能となる。

（２）アクチュエータロッド１３の移動量又は駆動モータ１８の回転量に対するコントロールシャフト７の回転量は、低圧縮比時よりも高圧縮比時の方が小さくなるので、高圧縮比時の圧縮比制御の精度を向上することができる。この高圧縮比時の圧縮比制御の精度向上は、アクチュエータロッド１３が支持位置から遠ざかる方向に前進するほど圧縮比は低下し、アクチュエータロッド１３の進退範囲は、第１リンク１１とアクチュエータロッド１３の軸線とが直交する位置に対して、圧縮比が低下する方向の領域が、圧縮比が上昇する方向の領域よりも広くなるように設定することで実現できる。

（３）略最高圧縮比となるときに、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とが略平行になるので、略最高圧縮比時にアクチュエータロッド１３に作用する曲げ荷重を低減することができる。

（４）連結ピン１４の軌跡がアクチュエータロッド１３の軸線と交差するので、最高圧縮比及び最低圧縮比時の連結ピン１４とアクチュエータロッド１３との軸間距離を低減することができ、これにより、全圧縮比域でアクチュエータロッド１３の変形による実圧縮比の目標圧縮比からの乖離を低減することができる。

（５）コントロールシャフト７の可動角度を、コントロールリンク５から連結ピン１４に作用する荷重をコントロールシャフト７の回転軸７ａ周りのトルクに変換する有効腕長さが低圧縮比時には小さく高圧縮比時には大きくなるように、かつ圧縮比を高める方向に回転させたときにアクチュエータロッド１３の先端部の支持位置からの突出量が減少するように設定するので、低圧縮比時にコントロールシャフトトルクＴＣＳが最小になり、低圧縮比時のアクチュエータロッド１３の曲げ荷重増大やアクチュエータロッド１３の突き出し量増大を相殺して曲げトルクを低減することができる。また、高圧縮比時にはコントロールシャフトトルクＴＣＳが最大となるが、アクチュエータロッド１３の突き出し量が最小となるため曲げトルクを低減することができる。すなわち、全圧縮比域でアクチュエータロッド１３の曲げトルクが低減され、曲げ変形による実圧縮比の目標圧縮比からの乖離を低減することができる。また、アクチュエータロッド１３の曲げ応力が低減するため、アクチュエータロッド１３の小径化、支持構造の小型化によりエンジンを小型化することができる。

なお、上記の各設定は、コントロールシャフト７及びアクチュエータロッド１３の配置や、第１リンク１１、第２リンク１２の長さ、そして第１リンク１１のコントロールシャフト７への取り付け角度等により実現する。

（６）第２リンク１２とアクチュエータロッド１３との連結部は、第２リンク１２を二股、アクチュエータロッド１３を一股にするので、アクチュエータロッド１３の支持位置近傍への応力集中を回避することができる。また、第１リンク１１との連結部についても同様に第２リンク１２を二股にすることで、第２リンク１２及びアクチュエータロッド１３に干渉することなくアクチュエータロッド１３及び第１リンク１１のピンボス径を増大することができる。すなわち、ピンボス幅を縮小した場合にもピンボス径の増大によって応力増大を避けることができる。これにより、第１リンク１１、第２リンク１２及びアクチュエータロッド１３の連結部の幅を縮小して、周辺に位置するコントロールリンク５やコントロールシャフト７を支持するキャップ（図示せず）、第１リンク１１、ロアリンク４等との干渉を回避することができる。

（７）コントロールシャフト７とアクチュエータロッド１３とを第１リンク１１及び第２リンク１２を介して連結するので、フォーク状部材のみを介して連結する従来のフォーク式連結機構と比較して、アクチュエータロッド１３のストローク量を低減することができる。このため、アクチュエータロッド１３、ハウジング１６、減速機１７及び駆動モータ１８からなるアクチュエータ機構の全長を短縮することができる。

（８）コントロールシャフト７と一体の第１リンク１１を用いる本実施形態では、第１リンク１１の根元に二股部が存在しないため、当該根元部分近傍の断面積を従来のフォーク式連結機構のフォーク部材よりも大きくとることができる。そのため、曲げ応力を低減することができる。

（９）第２リンク１２に作用する力は主に引張力または圧縮力のみであるので、曲げ荷重が作用する第１リンク１１に対して第２リンク１２の断面積を低減することができる。そのため、周辺に位置するコントロールリンク５やコントロールシャフト７を支持するキャップ（図示せず）、第１リンク１１、ロアリンク４等との干渉を回避することができる。

（１０）従来のフォーク式連結機構では、連結ピンからフォーク部材の先端までの所定長さが必要であったため、アクチュエータロッド１３の軸受位置は、フォーク部材との干渉を回避できる位置まで離す必要があった。そのため、軸受位置はアクチュエータロッド１３への荷重入力点から離れた位置となり、アクチュエータロッド１３の軸受を支点とする曲げモーメントが増大してしまうという問題があった。しかし、第２リンク１２を介して連結する本実施形態によれば、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３との連結ピン１５との干渉を回避できる位置であればよいので、曲げモーメントを低減することができる。

（１１）従来のフォーク式連結機構は、フォーク部材にガイド部を設け、このガイド部に沿って連結ピンが移動する構造であるため、連結ピンとガイド部とのクリアランスが大きくなりがちであった。これに対して、本実施形態ではピン連結構造であるため、連結ピン１５とピンボス部との間のクリアランスを縮小することができる。これにより、連結ピン１５に変動荷重が作用したときの振動や騒音を低減することができる。また、クリアランスを縮小することによって、コントロールシャフト角度のクリアランス分の変動を低減することができるので、圧縮比のバラツキを低減することができる。

第２実施形態について図１２、図１３を参照して説明する。図１２、図１３は、それぞれ第１実施形態の図５、図１０（ａ）に相当する図である。

本実施形態で用いる可変圧縮比機構は基本的に第１実施形態と同様であり、図８に示すように、低圧縮比時よりも高圧縮比時の方がコントロールシャフト７の回転角当りのアクチュエータロッド１３の移動量が大きいという関係は第１実施形態と同様である。

しかし、図１２に示すように、コントロールシャフト角度θｃｓが概ね１８０度付近から２７０度付近の範囲内で変化し、最低圧縮比時には１８０度付近、最高圧縮比時には２７０度付近となるように設定する点が異なる。

これにより、圧縮比はコントロールシャフト角度θｃｓが増大するほど大きくなるが、第１実施形態とは異なり、単位変化角当りの圧縮比増加率はコントロールシャフト角度θｃｓが大きくなるほど小さくなる（図１３参照）。すなわち、最高圧縮比に近づくほど、コントロールシャフト角度θｃｓの変化量に対する圧縮比変化量が小さくなるので、高圧縮比側の圧縮比制御の精度をより高めることができる。

第３実施形態について説明する。

本実施形態の可変圧縮比機構の構成は、図１４に示すように、基本的に第１実施形態と同様である。なお、図１４（ａ）は最低圧縮比、図１４（ｂ）は最高圧縮比の状態を表した図である。

連結ピン１０は、最低圧縮比の状態ではコントロールシャフト角度θｃｓが９０度付近にあり、最高圧縮比の状態ではコントロールシャフト角度θｃｓが１８０度付近となる。すなわち、コントロールシャフト７に作用する荷重Ｆ３をコントロールシャフトトルクＴｃｓに変換する有効腕長さは、最高圧縮比の状態で最大になる。

また、第２リンク１２とアクチュエータロッド１３とがなす角度θ２が、最高圧縮比の状態で最大となるように、第１リンク１１、第２リンク１２及びアクチュエータロッド１３を配置する。これにより、第２リンク１２からアクチュエータロッド１３に作用する荷重の、機関垂直方向成分（アクチュエータロッド１３の径方向成分）をＦ１、機関水平方向成分（アクチュエータロッド１３の軸方向成分）をＦ２、としたときに、Ｆ２に対するＦ１の比率、つまりＦ１／Ｆ２が最高圧縮比の状態で最小となる。

前述したように、作用する荷重Ｆ３と有効腕長さとの積で表されるコントロールシャフトトルクＴＣＳの大きさは、有効腕長さが支配的である。そのためコントロールシャフトトルクＴＣＳは最高圧縮比の状態で最大となる。したがって、有効腕長さが最大となる圧縮比、言い換えるとコントロールシャフトトルクＴＣＳが最大となる圧縮比において、Ｆ２に対するＦ１の比率が最小となる。

径方向成分はアクチュエータロッド１３に対して曲げ荷重として作用するので、Ｆ１／Ｆ２が小さくなるほど、アクチュエータロッド１３に作用する曲げ荷重は相対的に小さくなることとなる。

したがって、コントロールシャフトトルクＴＣＳの最大値が作用するときにＦ１／Ｆ２が最小となるように設定することで、コントロールシャフトトルクＴＣＳが最大値をとるときに大きくなりがちであった曲げ荷重を相対的に小さくすることができる。これによりアクチュエータロッド１３の小径化が可能となる。

さらに、アクチュエータロッド１３の曲げ荷重の低減及び小径化により、ハウジング１６とアクチュエータロッド１３との間のフリクションが低減するので、可変圧縮比機構の応答性を向上させることができる。

ところで、図１４（ａ）、（ｂ）に示したような設定にすると、コントロールシャフト７の単位回転角あたりのピストン上死点位置変化量は、低圧縮比側よりも高圧縮比側の方が大きくなる。また、コントロールシャフトトルクＴＣＳは、低圧縮比側よりも高圧縮比側の方が大きく、かつ燃焼荷重が作用した場合にはコントロールシャフト７を低圧縮比側に回転させようとする方向に作用する。

したがって、ノッキングが発生し易い高圧縮比領域から速やかに低圧縮比へと変化させることが可能となるので、確実にノッキングを回避しつつ、加速性能を向上させることが可能となる。

また、高圧縮比から低圧縮比に変化させる場合には、圧縮比が目標圧縮比近傍まで低下するとコントロールシャフト７の単位回転角あたりのピストン上死点位置変化量が小さくなる。そして、コントロールシャフトトルクＴＣＳは圧縮比が低下するほど小さくなる。したがって、圧縮比が低下するほど圧縮比の変化速度が低下する。

さらに、低圧縮比になるほどアクチュエータロッド１３に作用する曲げ方向荷重が大きくなり、アクチュエータロッド１３とハウジング１６との間のフリクションが増大するので、さらに圧縮比の変化速度が低下する。

よって、高圧縮比から低圧縮比に変化させる場合には、低圧縮比化が進むと駆動モータ１８のトルクによる減速が不要となるか、もしくは低減できるため、駆動モータ１８の駆動による消費エネルギを低減することが可能となる。

上述した最高圧縮比時に有効腕長さが最大、最低圧縮比時に最小となり、かつＦ２に対するＦ１の比率が最高圧縮比時に最小となる構成は、図１４の構成に限られるわけではなく、例えば図１５、図１６、図１７のような構成であってもよい。

図１５〜図１７は、最高圧縮比時及び最低圧縮比時における連結ピン１０及び連結ピン１４の位置を表した図である。ここで、連結ピン１０、連結ピン１４、連結ピン１５の位置の変化範囲を表すのに、便宜上、ゼロ度≦θｃｓ＜９０度の範囲を第１象限、９０度≦θｃｓ＜１８０度の範囲を第２象限、１８０度≦θｃｓ＜２７０度を第３象限、２７０度≦θｃｓ＜３６０度の範囲を第４象限とする。

図１５は、連結ピン１０の変化範囲がほぼ全域が第１象限、連結ピン１４の変化範囲のほぼ全域が第４象限である。連結ピン１４の軌跡は、最高圧縮比から最低圧縮比までのほぼ全域に渡ってアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関上方側にある、又は最高圧縮比近傍でアクチュエータロッド１３の軸線と接する、もしくは交差する。

図１６は、連結ピン１０の変化範囲のほぼ全域が第２象限、連結ピン１４の変化範囲のほぼ全域が第４象限である。連結ピン１４の軌跡は、最高圧縮比から最低圧縮比までの全域に渡ってアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関下方側にある。

図１７は連結ピン１０の変化範囲のほぼ全域が第１象限、連結ピン１４の変化範囲のほぼ全域が第３象限である。連結ピン１４の軌跡は、最高圧縮比から最低圧縮比までのほぼ全域に渡ってアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関下方側にある。

上記の図１５〜図１７のような構成であっても、最高圧縮比時に有効腕長さが最大、最低圧縮比時に最小となり、かつＦ２に対するＦ１の比率が最高圧縮比時に最小とすることができる。

ところで、図１４および図１５の構成では、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、アクチュエータロッド１３の軸線に対して直角方向の連結ピン１４とコントロールシャフト７の中心との距離（ｙ１）よりも、アクチュエータロッド１３の軸線とコントロールシャフト７の中心との距離（ｙ２）の方がほぼ全圧縮比域に渡って大きくなる。ここで、図２２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ最高圧縮比時または最低圧縮比時の第１リンク１１、第２リンク１２及びアクチュエータロッド１３の状態の一例を表す図である。図のアクチュエータロッド１３の上方の実線は、運転中のロアリンク４下端部付近の軌跡を表している。

このような構成にすることで、Ｆ１の大きさは全圧縮比域で略一定になる。これについて図２３（ａ）〜（ｇ）、図２４（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。

図２３（ａ）は、コントロールシャフト角度に対する圧縮比の変化の特性を表す図であり、コントロールシャフト角度が大きくなるほど圧縮比は二次曲線的に高くなっている。

図２３（ｂ）は、コントロールシャフト角度に対する有効腕長さの変化の特性を表す図であり、コントロールシャフト角度が大きくなるほど有効腕長さが増大するが、コントロールシャフト角度の変化量に対する有効腕長さの増大の割合はコントロールシャフト角度が大きくなるほど小さくなっている。

図２３（ｃ）は、コントロールシャフト角度に対する、コントロールシャフト７に作用する荷重Ｆ３の変化の特性を表す図であり、コントロールシャフト角度が大きくなるのに比例してＦ３は小さくなっている。

図２３（ｄ）は、コントロールシャフト角度とコントロールシャフトトルクＴＣＳとの関係を表す図である。コントロールシャフトトルクＴＣＳはＦ３と有効腕長さとの積で表されるが、有効腕長さの方が支配的であることから、結果として、有効腕長さと同様の特性を示す。

図２３（ｅ）は、コントロールシャフトトルクＴＣＳを第１リンク１１の長さＬで除した値、すなわち連結ピン１５に作用する荷重の大きさの、圧縮比の変化に対する特性を表す図であり、有効腕長さと同様の特性を示している。

図２３（ｆ）は、圧縮比に対するＦ１／Ｆ２の変化の特性を表す図である。Ｆ１／Ｆ２は高圧縮比になるほど小さくなっている、また、高圧縮比になるほど、圧縮比の変化に対するＦ１／Ｆ２の変化の割合は小さくなっている。

なお、図１５の構成の場合、最高圧縮比近傍では連結ピン１４が第３象限にあるため、図２３（ｅ）、（ｆ）の最高圧縮比近傍の特性が、厳密には図１４の構成の場合とは異なる。しかしながら、全圧縮比域で見た場合には概ね同じ特性とみて差し支えない。

図２３（ｇ）は、圧縮比に対するＦ１の大きさの変化の特性を表す図である。Ｆ１の大きさは、連結ピン１５に作用する荷重の機関垂直方向成分なので、図２３（ｅ）に示したＴＣＳ／Ｌと図２３（ｆ）に示したＦ１／Ｆ２との積で表される。したがって、圧縮比が高くなるほど大きくなるが、高圧縮比側では低圧縮比側に比べて変化の割合が小さくなるというＴＣＳ／Ｌの特性と、圧縮比が高くなるほど小さくなり、高圧縮比になるほど圧縮比の変化に対する変化の割合が小さくなるＦ１／Ｆ２の特性とが相殺しあい、結果として図２３（ｇ）に示すようにＦ１は圧縮比によらず略一定となる。

これに対して、図２４（ａ）〜（ｇ）は、図１６又は図１７の構成にした場合について、図２３（ａ）〜（ｇ）に相当する変化の特性を表す図である。図２４（ａ）〜（ｅ）は図２３（ａ）〜（ｅ）と同様の特性となっている。しかしながら、図２４（ｆ）は、圧縮比が高くなるほどＦ１／Ｆ２の値が小さくなるのは図２３（ｆ）と同様であるが、圧縮比が高くなるほどＦ１／Ｆ２の変化の割合が大きくなる点が異なる。そのため、ＴＣＳ／ＬとＦ１／Ｆ２とが相殺しないため、Ｆ１の大きさは図２４（ｇ）に示すように中間圧縮比において最大となる。

すなわち、本実施形態の構成では、図１６または図１７の構成に比べて、最低圧縮比及び最高圧縮比の近傍ではＦ１が大きくなるが、その他の領域では図１６または図１７の構成に比べて小さくなり、かつ最大値も小さくなる。よって、全圧縮比域で見た場合には、本実施形態の方がＦ１の大きさを低減できることとなる。

以上により本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（１）第２リンク１２からアクチュエータロッド１３に作用する荷重のアクチュエータロッド径方向成分をＦ１、アクチュエータロッド軸方向成分をＦ２とし、コントロールリンク５からコントロールシャフト７の偏心軸に作用する力をＦ３とし、Ｆ３によってコントロールシャフト７の回転軸７ａ周りに働くトルクをコントロールシャフトトルクＴＣＳと定義したときに、コントロールシャフトトルクＴＣＳが最大となる圧縮比においてＦ２に対するＦ１の比率が最小となるように構成するので、コントロールシャフトトルクＴＣＳの最大値が作用したときのアクチュエータロッド径方向荷重を低減でき、これによりアクチュエータロッド１３の小径化が可能となる。また、アクチュエータロッド径方向荷重の低減とアクチュエータロッド１３の小径化により、アクチュエータロッド１３とハウジング１６との間のフリクションが低減でき、圧縮比可変応答性を向上することができる。

（２）コントロールシャフト７に作用する荷重Ｆ３をコントロールシャフトトルクＴＣＳに変換する有効腕長さが最大となる圧縮比時に、Ｆ２に対するＦ１の比率が最小となるように構成することにより、上記（１）と同様の効果が得られる。

（３）コントロールシャフト７の可動角度を、コントロールシャフトトルクＴＣＳが低圧縮比時よりも高圧縮比時の方が大きくなるように設定し、かつ、高圧縮比時の方が低圧縮比時よりもＦ２に対するＦ１の比率が小さくなるように構成することにより、低圧縮比よりも高圧縮比の方がコントロールシャフト７の単位回転角当りのピストン上死点位置変化量が増大する。また、低圧縮比側よりも高圧縮比側の方がコントロールシャフトトルクＴＣＳが大きいため、低圧縮比化方向にコントロールシャフト７を回転させようとする作用がより大きく働く。そのため、よりノッキングが発生しやすい高圧縮比から急速に低圧縮比化することが可能となる。すなわち、加速時等に最適圧縮比に急速に可変することが可能となるので、ノッキングを回避しつつ加速性能を向上させることができる。

また、高圧縮比時にＦ２に対するＦ１の比率が小さくなるので、アクチュエータロッド１３を縮径化することができる。これによりアクチュエータロッド１３とハウジング１６との間のフリクションを低減することができるので、さらに圧縮比可変応答性を向上させることができる。

その他にも、低圧縮比化の過程において圧縮比が目標圧縮比近傍に達したときに、コントロールシャフト７の単位角度変化当りのピストン上死点位置変化量が減少し、また低圧縮比化方向にコントロールシャフトを回転させようとする作用も減少する。そして、アクチュエータロッド１３の軸受に作用する荷重のアクチュエータロッド径方向成分の比率が増大するため、軸受部でのフリクションが増大する。これらにより圧縮比可変速度が低下するので、低圧縮比化の終盤付近に駆動モータ１８のモータトルクによる減速が不要となるか、もしくは低減することができ、消費エネルギを低減することができる。

（４）コントロールシャフト７の可動角度を、コントロールシャフトトルクＴＣＳが低圧縮比時よりも高圧縮比時の方が大きくなるように設定し、かつ、高圧縮比時の方が低圧縮比時よりも連結ピン１４の中心とアクチュエータロッド１３の軸線との距離が短くなるように構成することにより、上記（３）と同様の効果を得ることができる。

（５）連結ピン１４の中心とアクチュエータロッド１３の軸線とのアクチュエータロッド１３の軸線に対して直交する方向の距離（ｙ１）よりも、アクチュエータロッド１３の軸線とコントロールシャフト７の回転軸７ａとのアクチュエータロッド１３の軸線に対して直交する方向の距離（ｙ２）の方が、略全圧縮比域に渡って大きいので、全圧縮比域に渡って相対的にコントロールシャフトトルクを低減することができる。これにより、アクチュエータロッド１３に作用する荷重も相対的に低減することができるので、アクチュエータロッド１３、ハウジング１６等からなるアクチュエータ機構を小型化することができる。

第４実施形態について図１８を参照して説明する。

本実施形態の可変圧縮比機構の構成は基本的に第１実施形態と同様であるが、連結ピン１０、連結ピン１４、連結ピン１５の変化範囲が異なる。図１８は本実施形態の各連結ピン１０、１４、１５の変化範囲を表す図である。

図１８に示すように、連結ピン１０の位置は第２象限と第３象限とに渡る変化範囲で変化し、最高圧縮比時は第３象限、最低圧縮比時は第２象限となるように設定する。

一方、連結ピン１４の位置は第３象限と第４象限とに渡る変化範囲で変化し、最高圧縮比時には第４象限、最低圧縮比時には第３象限となるように設定する。さらに、連結ピン１４の位置は、中間圧縮比時にアクチュエータロッド１３の軸線に最も近づくように設定する。

上記のような設定にすることで、コントロールリンク５から伝達される荷重を回転軸７ａ周りのトルクに変換する有効腕長さは、中間圧縮比時（θｃｓ＝１８０度）に最大となる。そして、この中間圧縮比時に連結ピン１４とアクチュエータロッド１３の軸線との距離が最小となり、Ｆ２に対するＦ１の比率が最小となる。これにより、アクチュエータロッド１３に作用する曲げ方向荷重の最大値を低減させることができる。

コントロールシャフト７の単位変化角あたりのピストン上死点位置変化量は、連結ピン１０の変化範囲が第１象限もしくは第２象限のみの場合に比べて、最大値は同等であるが、最小値は大きくなる。つまり、コントロールシャフト７の単位変化角あたりのピストン上死点位置変化量は、圧縮比域全体としてみると大きくなる。また、燃焼荷重等は、第３実施形態と同様に低圧縮比化する方向により大きく作用する。

したがって、高圧縮比から低圧縮比へ速やかに変化させることが可能となる。

ところで、本実施形態と同様の効果は、例えば図１９、図２０、図２１のような構成によっても得られる。図１９〜図２１は、最高圧縮比時、中間圧縮比時及び最低圧縮比時における連結ピン１０及び連結ピン１４の位置を表した図である。

図１９は、連結ピン１０の変化範囲が第４象限と第１象限とに渡っており、最高圧縮比時には第４象限、最低圧縮比時には第１象限、中間圧縮比時にはθｃｓがほぼゼロ度の位置にある。連結ピン１４の変化範囲は第３象限と第４象限とに渡っており、最高圧縮比時には第３象限、最低圧縮比時には第４象限、中間圧縮比時にはθｃｓがほぼ２７０度の位置にある。また、連結ピン１４の軌跡は、全圧縮比域に渡ってアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関上方にある。

図２０は、連結ピン１０の変化範囲が第２象限と第３象限とに渡っており、最高圧縮比時には第３象限、最低圧縮比時には第２象限、中間圧縮比時にはθｃｓがほぼ１８０度の位置にある。連結ピン１４の変化範囲は第３象限と第４象限とに渡っており、最高圧縮比時には第４象限、最低圧縮比時には第３象限、中間圧縮比時にはθｃｓがほぼ２７０度の位置にある。また、連結ピン１４の軌跡は、最低圧縮比及び最高圧縮比のときにはアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関上方、中間圧縮比のときにアクチュエータロッド１３の軸線と接し、又は軸線よりも機関下方側となる。

図２１は、連結ピン１０の変化範囲が第４象限と第１象限とに渡っており、最高圧縮比時には第４象限、最低圧縮比時には第１象限、中間圧縮比時にはθｃｓがゼロ度付近の位置にある。連結ピン１４の変化範囲は第３象限と第４象限とに渡っており、最高圧縮比時には第３象限、最低圧縮比時には第４象限、中間圧縮比時にはθｃｓがほぼ２７０度の位置にある。また、連結ピン１４の軌跡は、最低圧縮比及び最高圧縮比のときにはアクチュエータロッド１３の軸線よりも機関上方、中間圧縮比のときにアクチュエータロッド１３の軸線と接し、又は軸線よりも機関下方側となる。

上記図１８〜図２１のような構成にすることで、コントロールシャフト７の単位角度変化当りのピストン１の上死点位置の変化量は、中間圧縮比時に最大となる。そして、最高圧縮比時及び最低圧縮比時に最小となるが、この最小値は、図１４及び図１５の構成における最小値よりは大きくい。すなわち、図１４及び図１５の構成に比べると、全圧縮比域に渡って、コントロールシャフト７の単位角度変化当りのピストン１の上死点位置の変化量は大きくなる。また、燃焼圧は低圧縮比化方向にコントロールシャフト７を回転させる向きにより大きく作用する。

したがって、図１８〜図２１のような構成にすることで、低圧縮比化方向の応答性を向上させることができる。

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）低圧縮比と高圧縮比との中間である中間圧縮比時にコントロールシャフトトルクＴＣＳが最大値をとるようにコントロールシャフト７の可動角度を設定し、かつ、中間圧縮比時の方が低圧縮比時及び高圧縮比時よりもＦ２に対するＦ１の比率が小さくなるように構成するので、全圧縮比域に渡って単位角度変化量当りのピストン上死点位置変化量が相対的に大きくなると同時に、コントロールシャフト７を低圧縮比化方向に回転させようとする作用が大きく働くため、低圧縮比化応答性を向上させることができる。

（２）低圧縮比と高圧縮比との中間である中間圧縮比時にコントロールシャフトトルクＴＣＳが最大値をとるようにコントロールシャフト７の可動角度を設定し、かつ、中間圧縮比時の方が低圧縮比時及び高圧縮比時よりも連結ピン１４の中心とアクチュエータロッド１３の軸線との距離が短くなるように構成することにより、上記（１）と同様の効果を得ることができる。

第５実施形態について図２５を参照して説明する。図２５は本実施形態のアクチュエータロッド１３付近の構造を表した図である。ピストン１とクランクシャフト６とをアッパーリンク３、ロアリンク４を介して連結し、ロアリンク４とコントロールシャフト７とをコントロールリンク５を介して連結し、コントロールシャフト７とアクチュエータロッド１３とを第１リンク１１及び第２リンク１２を介して連結する構成は図１等と同様であるが、アクチュエータロッド１３の支持構造が異なる。

具体的には、アクチュエータロッド１３を支持する支持部材２０及び支持部材２１を備え、支持部材２０と支持部材２１は、アクチュエータロッド１３の軸方向に連結ピン１５を挟むように配置する。

このように、荷重が入力される連結ピン１５の両側でアクチュエータロッド１３を支持する構成にすることで、アクチュエータロッド１３の曲げ方向の変形を抑制することができる。したがって、連結ピン１５から入力される荷重に対する曲げ剛性を確保しつつアクチュエータロッド１３の径を小さくすることができる。また、剛性確保のためにハウジング１６を大型化する必要がなくなる。

すなわち、アクチュエータロッド１３の小径化及びハウジング１６の小型化を図ることができる。

また、上述したようにアクチュエータロッド１３の曲げ変形を抑制することができるので、連結ピン１５から入力される荷重の機関垂直方向成分の増大に対する許容範囲も拡がる。すなわち、アクチュエータロッド１３の軸線に対して直角方向の連結ピン１４とコントロールシャフト７の中心との距離（ｙ１）と、アクチュエータロッド１３の軸線とコントロールシャフト７の中心との距離（ｙ２）との比率ｙ２／ｙ１を、図２２に比べてより大きくすることが可能となる。

ｙ２／ｙ１をより大きくすることにより、アクチュエータロッド１３とコントロールシャフト７とが十分離れた配置となる。すなわち、コントロールシャフト７を支持するキャップ部材、コントロールリンク５及びロアリンク４等とアクチュエータロッド１３の周辺部品との干渉を容易に回避することが可能となる。

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。

連結ピン１５をアクチュエータロッド１３の軸方向に挟むようにアクチュエータロッド支持用の軸受部材を２つ設ける、すなわちアクチュエータロッド１３を荷重作用点の両側で支持することにより、アクチュエータロッド１３の縮径化、アクチュエータ機構の小型化が可能となる。また、距離ｙ１に対する距離ｙ２の比率を大きくしても、アクチュエータロッド１３の曲げ変形を抑制することができるので、アクチュエータロッド１３をコントロールシャフト７から十分に離した位置に配置することによって、アクチュエータロッド１３とコントロールシャフト７支持用のキャップ部材、コントロールリンク５等の部品との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 ピストン
２ シリンダブロック
３ アッパーリンク
４ ロアリンク
５ コントロールリンク
６ クランクシャフト
７ コントロールシャフト
８ 連結ピン
９ 連結ピン
１０ 連結ピン
１１ 第１リンク
１２ 第２リンク
１３ アクチュエータロッド
１４ 連結ピン
１５ 連結ピン
１６ ハウジング
１７ 減速機
１８ 駆動モータ
１９ コントロールユニット
２０ 支持部材
２１ 支持部材

Claims (7)

1. ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンとを機械的に連繋する複数のリンクと、
   前記クランクシャフトと略平行に延び、回転変位に応じて機関圧縮比を変化させるコントロールシャフトと、
   一端が前記複数のリンクのいずれか一つに連結されるとともに、他端が前記コントロールシャフトの回転軸から偏心した偏心軸に連結されたコントロールリンクと、
   前記コントロールシャフトを所定の制御範囲内で回転駆動し、かつ所定の回転位置に保持する駆動手段と、
   を有する可変圧縮比機構を備える内燃機関において、
   前記駆動手段は、
   前記コントロールシャフトに第１連結ピンで回転可能に連結される連結リンクと、
   前記連結リンクと第２連結ピンで回転可能に連結されるアクチュエータロッドと、
   前記アクチュエータロッドを進退させることで前記コントロールシャフトを回転させて圧縮比を制御する制御手段と、を備え、
   前記連結リンクから前記アクチュエータロッドに作用する荷重の前記アクチュエータロッド径方向成分をＦ１、アクチュエータロッド軸方向成分をＦ２とし、前記コントロールリンクから前記コントロールシャフトの偏心軸に作用する荷重をＦ３とし、前記荷重Ｆ３によって前記コントロールシャフト中心周りに働くトルクをコントロールシャフトトルクと定義したときに、前記制御手段を、前記コントロールシャフトトルクが最大となる圧縮比において荷重Ｆ２に対する荷重Ｆ１の比率が略最小となるように構成することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記コントロールシャフトの可動角度を、前記コントロールシャフトトルクが低圧縮比時よりも高圧縮比時の方が大きくなるように設定し、
   かつ、前記制御手段を、高圧縮比時の方が低圧縮比時よりも前記荷重Ｆ２に対する荷重Ｆ１の比率が小さくなるように構成することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 前記コントロールシャフトの可動角度を、前記コントロールシャフトトルクが低圧縮比時よりも高圧縮比時の方が大きくなるように設定し、
   かつ、前記制御手段を、高圧縮比時の方が低圧縮比時よりも前記第１連結ピンの中心と前記アクチュエータロッドの軸線との距離が短くなるように構成することを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 低圧縮比と高圧縮比との中間である中間圧縮比時に前記コントロールシャフトトルクが最大値をとるように前記コントロールシャフトの可動角度を設定し、
   かつ、前記制御手段を、前記中間圧縮比時の方が低圧縮比時及び高圧縮比時よりも前記荷重Ｆ２に対する荷重Ｆ１の比率が小さくなるように構成することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 低圧縮比と高圧縮比との中間である中間圧縮比時に前記コントロールシャフトトルクが略最大値となるように前記コントロールシャフトの可動角度を設定し、
   かつ、前記制御手段を、前記中間圧縮比時の方が低圧縮比時及び高圧縮比時よりも前記第１連結ピンの中心と前記アクチュエータロッドの軸線との距離が短くなるように構成することを特徴とする請求項１または４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
6. 前記第１連結ピンの中心と前記アクチュエータロッドの軸線との、前記アクチュエータロッドの軸線に対して直交する方向の距離よりも、前記アクチュエータロッドの軸線と前記コントロールシャフトの中心との、前記アクチュエータロッドの軸線に対して直交する方向の距離の方が、略全圧縮比域に渡って大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 前記第２連結ピンをアクチュエータロッド軸方向に挟むように前記アクチュエータロッド支持用の軸受部材を２つ設けることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。

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