JP2013068156A

JP2013068156A - 可変圧縮比エンジン

Info

Publication number: JP2013068156A
Application number: JP2011207112A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Osawa; 宏大澤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18

Abstract

【課題】可変圧縮比エンジンにおいて、出力軸を従来の変速機が連結できる位置に配置するとともに、その長さを短縮して小型化を図ることにある。
【解決手段】クランクシャフト（９）の端部にジャーナル部（１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ）と軸心が同軸の出力ギヤ（２４）を固定し、出力ギヤ（２４）を覆うエンドカバー（２５）をクランクケース（５）の端部に固定し、軸心が軸受ハウジング（１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃ）と同軸の出力軸（２６）をエンドカバー（２５）の内側部に軸受（２７）を介して回転自在に支持し、出力軸（２６）にはクランクシャフト（９）側に開口する凹部（２８）とこの凹部（２８）の内周で出力ギヤ（２４）に噛み合うリングギヤ部（２９）と凹部（２８）の底壁（３０）で変速機（２）へ動力を伝達するフランジ部（３１）とを形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、可変圧縮比エンジンに係り、特に圧縮比を可変する可変圧縮比エンジンに関する。

エンジンには、運転条件に応じて圧縮比を可変とし、燃費やエンジン性能を最適化にする可変圧縮比エンジンがある。

特開２００６−１５３００５号独国公開第３６４４７２１号

特許文献１に係る偏心クランク可変圧縮比機構は、クランクシャフトを支持するように構成された複数の偏心ディスクを備え、これら偏心ディスクにはシリンダブロックによって環状に包囲された少なくとも１つの円筒部を有し、また、偏心ディスクを回転させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータを備え、偏心ディスクを用いて圧縮比を可変するものである。
特許文献２に係る可変圧縮比機構は、クランクシャフトからの出力を外接ギヤによって変速機に伝達するものである。

ところが、上記の特許文献ｌでは、クランクシャフトの端部から変速機へのトルク伝達方法についての具体的な構造がない。
また、上記の特許文献２では、クランクシャフトの端部から変速機へのトルク伝達方法があるものの、その構造上、構成が複雑で、また、大きなスペースを必要として、大型化を招くという不都合があった。

そこで、この発明は、クランクシャフトの位置を移動させる可変圧縮比エンジンにおいて、出力軸を従来の変速機が連結できる位置に配置するとともに、その長さを短縮して小型化を図る可変圧縮比エンジンを提供することを目的とする。

この発明は、円盤状に形成されてこの円盤の軸心から偏心した位置に軸受孔を備える軸受ハウジングを設け、この軸受ハウジングをクランクケースに形成されたハウジング支持孔内に回転自在に配置し、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトのジャーナル部を前記軸受孔によって回転自在に支持し、前記軸受ハウジングを回転させることで前記クランクシャフトの位置を前記ピストンのストローク方向へ移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンにおいて、前記クランクシャフトの端部に前記ジャーナル部と軸心が同軸の出力ギヤを固定し、前記出力ギヤを覆うエンドカバーを前記クランクケースの端部に固定し、軸心が前記軸受ハウジングと同軸の出力軸を前記エンドカバーの内側部に軸受を介して回転自在に支持し、前記出力軸には前記クランクシャフト側に開口する凹部とこの凹部の内周で前記出力ギヤに噛み合うリングギヤ部と前記凹部の底壁で変速機へ動力を伝達するフランジ部とを形成したことを特徴とする。

この発明の可変圧縮比エンジンは、クランクシャフトの位置を移動させる可変圧縮比エンジンにおいて、出力軸を従来の変速機が連結できる位置に配置するとともに、その長さを短縮して小型化を図ることができる。

図１は可変圧縮比エンジンの断面図である。（実施例）図２は可変圧縮比エンジンの切欠き斜視図である。（実施例）図３は可変圧縮比エンジン内の斜視図である。（実施例）図４は可変圧縮比エンジン内の分解図である。（実施例）図５は高圧縮比時のクランクシャフトの位置を示す可変圧縮比エンジンの断面図である。（実施例）図６は図５の高圧縮比時のクランクシャフトの位置を示す可変圧縮比エンジンの側面図である。（実施例）図７は低圧縮比時のクランクシャフトの位置を示す可変圧縮比エンジンの断面図である。（実施例）図８は図７の低圧縮比時のクランクシャフトの位置を示す可変圧縮比エンジンの側面図である。（実施例）

この発明は、クランクシャフトの位置を移動させる可変圧縮比エンジンにおいて、出力軸を従来の変速機が連結できる位置に配置するとともに、その長さを短縮して小型化を図る目的を、クランクハウジングの端部に固定されるエンドカバー内で、軸心が軸受ハウジングと同軸の出力軸を軸受によって回転自在に支持し、また、クランクシャフトに固定された出力ギヤと噛み合うリングギヤ部を出力軸に設けて実現するものである。

図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。
図１、図２において、１は４サイクル用の可変圧縮比エンジン（以下「エンジン」という）、２はこのエンジン１の右端に連結される変速機である。
エンジン１は、エンジン本体３として、シリンダブロック４と、このシリンダブロック４の下部に連結されるクランクケース５とを備える。
シリンダブロック４は、周方向両側部が下方に向くように湾曲する断面半円形状のスカート部６と、このスカート部６から上方に直線状に突設したピストン壁部７とからなる。このピストン壁部７には、上下方向で開放する２つのシリンダ孔８Ａ・８Ｂが所定間隔で形成されている。
クランクケース５は、周方向両側部が上方に向くように湾曲する断面半円形状に形成され、シリンダブロック４のスカート部６に連結される。
シリンダブロック４のスカート部６とクランクケース５との間には、クランクシャフト９が軸支される。
このクランクシャフト９は、３つのジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃを所定間隔で備えるとともに、このジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ間でシリンダブロック４のピストン壁部７のシリンダ孔８Ａ・８Ｂに対応した位置で２つのクランクピン１１Ａ・１１Ｂを備える。
このクランクピン１１Ａ・１１Ｂには、コネクティングロッド１２Ａ・１２Ｂの大端部１３Ａ・１３Ｂが連結される。このコネクティングロッド１２Ａ・１２Ｂの小端部１４Ａ・１４Ｂは、シリンダ孔８Ａ・８Ｂ内で往復動可能に設けられたピストン１５Ａ・１５Ｂのピストンピン１６Ａ・１６Ｂに連結されている。
クランクシャフト９及びコネクティングロッド１２Ａ・１２Ｂは、ピストン１５Ａ・１５Ｂの往復運動を回転運動に変換するものである。

クランクシャフト９のジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃは、円盤状に形成された３つの軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃを介してシリンダブロック４のスカート部６及びクランクケース５に保持される。
軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃは、この軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃの軸心Ｓ１から上下方向で偏心量ｅだけ偏心した位置に軸心（出力中心）Ｓ２を有する軸受孔１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃを備え、シリンダブロック４のスカート部６及びクランクケース５に形成されたハウジング支持孔１９Ａ・１９Ｂ・１９Ｃ内に回転自在に配置される。軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃの軸受孔１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃには、クランクシャフト９のジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃが配置される。そして、クランクシャフト９のジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃは、軸受孔１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃの内周面に取り付けたベアリングメタル２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃによって回転自在に支持される。

図４に示すように、軸受ハウジング１７Ａは、２分割構造であって、アッパ軸受ハウジング２１Ａとロア軸受ハウジング２２Ａとを２本の取付ボルト２３Ａ・２３Ａで連結して構成される。
軸受ハウジング１７Ｂは、２分割構造であって、アッパ軸受ハウジング２１Ｂとロア軸受ハウジング２２Ｂとを２本の取付ボルト２３Ｂ・２３Ｂで連結して構成される。
軸受ハウジング１７Ｃは、２分割構造であって、アッパ軸受ハウジング２１Ｃとロア軸受ハウジング２２Ｃとを２本の取付ボルト２３Ｃ・２３Ｃで連結して構成される。
このように構成されたエンジン１は、モータ等からなる外部駆動源（図示せず）により軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃを一体で回転させることで、クランクシャフト９の位置をピストン１５Ａ・１５Ｂのストローク方向（上下方向）へ移動させて圧縮比を変更するものである。

クランクシャフト９の右側の端部には、ジャーナル部１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃと軸心が同軸の出力ギヤ２４が固定されている。
また、シリンダブロック４のスカート部６及びクランクケース５の右側の端部には、出力ギヤ２４を覆うエンドカバー（リアエンドカバー）２５が固定されている。
このエンドカバー２５の内側部には、円環状の出力軸２６が円環状の軸受２７を介して回転自在に支持されている。この出力軸２６の軸心は、軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃの軸心（出力中心）Ｓ１と同軸である。
出力軸２６には、クランクシャフト９側に開口する円環状の凹部２８と、この凹部２８の内周で出力ギヤ２４に噛み合う円環状のリングギヤ部２９と、凹部２８の底壁３０で変速機２へ動力を伝達する円環状のフランジ部３１とが形成されている。
また、エンドカバー２５には、変速機ケース３２が連結されている。
更に、出力軸２６のフランジ部３１には、複数の連結ボルト３３によって円盤状のフライホイール（ドライブプレート）３４が取り付けられる。連結ボルト３３は、フライホイール３４に形成したねじ孔３５に挿通され、そして、フランジ部３１に形成したねじ穴３６にねじ込まれて、フライホイール３４を固定する。

このように、シリンダブロック４のスカート部６及びクランクケース５の端部に固定されるエンドカバー２５内に、軸心が軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃの軸心Ｓ１と同軸の出力軸２６を軸受２７によって回転自在に支持し、クランクシャフト９に固定された出力ギヤ２４と噛み合うリングギヤ部２９を出力軸２６に設けたので、出力軸２６の軸心をスカート部６及びクランクケース５によって囲まれるクランク室における中心部に配置でき、出力軸２６の回転が偏心運動を伴わず、従来の変速機２を、ほとんど変更せずに、エンジン１に連結することができる。
また、出力ギヤ２４及びリングギヤ部２９をエンドカバー２５内に配置したので、クランクケース５の形状を簡素化できる。
さらに、出力軸２６には、クランクシャフト９側に開口する凹部２８と、この凹部２８の内周でリングギヤ部２９と、凹部２８の底壁３０で変速機２へ動力を伝達するフランジ部３１とを形成したので、出力軸２６の長さを短縮してエンジン１の小型化を図ることができる。

図１、図４に示すように、エンドカバー２５の内側部と出力軸２６の外側部との間における空間のリングギヤ部２９の外側部に円形状の軸受２７を配置し、この軸受２７の隣には円環状のオイルシール材３７を配置した。
このように、出力軸２６をエンドカバー２５に支持するための軸受２７をリングギヤ部２９の外側部に配置し、その隣にオイルシール材３７を配置したため、出力軸２６の長さを短縮してエンジン１の小型化を図ることができる。
また、単一のオイルシール材３７によってエンジンオイルのシールが行うことができ、構成を簡素化できる。

図２、図４に示すように、エンドカバー２５内では、リングギヤ部２９と軸受２７とオイルシール材３７とを予め組み付けたリングギヤユニット３８を構成し、このリングギヤユニット３８をクランクケース５に組み付けている。
このように、エンドカバー２５とリングギヤ部２９と軸受２７とオイルシール材３７とをユニット化して組み付けることで、各部品のエンジン１ヘの組付性が向上する。

図１〜図３に示すように、軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃのうちエンドカバー２５と隣接する位置に配置される軸受ハウジング１７Ｃは、外部から駆動力が伝達され、軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃを回転させる外歯付きリングギヤ３９を備えている。この外歯付きリングギヤ３９は、例えば、アッパ軸受ハウジング２１Ｃとロア軸受ハウジング２２Ｃとが一体的になって軸受ハウジング１７Ｃが構成された後に、この軸受ハウジング１７Ｃに固定されるものである。
また、エンドカバー２５は、外歯付きリングギヤ３９を収納する空間４０を軸受２７の外側に備えている。
このような構造により、軸受ハウジング１７Ｃに設けられる外歯付きリングギヤ３９を収納する空間４０をエンドカバー２５内に配置することで、エンジン１の小型化を図ることができる。
なお、エンジン本体３には、図１に示すように、左側の端部で、フロントエンドカバー４１が取り付けられている。

次いで、エンジン１の作動形態を説明する。
図５、図６に示すように、高圧縮比にする場合には、外部駆動源により軸心Ｓ１を中心に軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃを回転させ、クランクシャフト９の軸心Ｓ２をピストン１５Ａ・１５Ｂのストローク方向（偏心方向）で上方へ偏心量ｅだけ移動させる。これにより、ピストン１５Ａ・１５Ｂの上死点時は、ピストン１５Ａ・１５Ｂが通常よりも偏心量ｅだけ上方に位置し、燃焼室の容積が減少して、高圧縮比が可能となる。
一方、図７、図８に示すように、低圧縮比にする場合には、外部駆動源により軸心Ｓ１を中心に軸受ハウジング１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃを回転させ、クランクシャフト９の軸心Ｓ２をピストン１５Ａ・１５Ｂのストローク方向（偏心方向）で下方へ偏心量ｅだけ移動させる。これにより、ピストン１５Ａ・１５Ｂの上死点時は、ピストン１５Ａ・１５Ｂが通常よりも偏心量ｅだけ下方に位置し、燃焼室の容積が増加して、低圧縮比が可能となる。

即ち、この実施例では、クランクシャフト９の端部とフランジ部３１との間に、偏心量ｅを有する出力ギヤ２４、リングギヤ部２９を用いることにより、従来の構造と比べて、小型化で且つシンプルなエンジン１の出力部を実現できる。また、フランジ部３１の回転は、偏心運動を伴わないので、そのまま、従来の変速機に結合可能である。

この発明に係る可変圧縮比エンジンを、各種車両に適用可能である。

１エンジン（可変圧縮比エンジン）
３エンジン本体
４シリンダブロック
５クランクケース
６シリンダブロックのスカート部
９クランクシャフト
１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃジャーナル部
１５Ａ、１５Ｂピストン
１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃ軸受ハウジング
１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ軸受孔
１９Ａ・１９Ｂ・１９Ｃハウジング支持孔
２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃベアリングメタル
２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃアッパ軸受ハウジング
２２Ａ・２２Ｂ・２２Ｃロア軸受ハウジング
２４出力ギヤ
２５エンドカバー
２６出力軸
２７軸受
２８凹部
２９リングギヤ部
３０凹部の底壁
３１フランジ部
３２変速機ケース
３４フライホイール
３７オイルシール材
３８リングギヤユニット
３９外歯付きリングギヤ
４０空間
４１フロントカバー
ｅ偏心量
Ｓ１軸受ハウジングの軸心（出力中心）
Ｓ２ジャーナル部の軸心（クランクシャフトの中心）

Claims

円盤状に形成されてこの円盤の軸心から偏心した位置に軸受孔を備える軸受ハウジングを設け、この軸受ハウジングをクランクケースに形成されたハウジング支持孔内に回転自在に配置し、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトのジャーナル部を前記軸受孔によって回転自在に支持し、前記軸受ハウジングを回転させることで前記クランクシャフトの位置を前記ピストンのストローク方向へ移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンにおいて、前記クランクシャフトの端部に前記ジャーナル部と軸心が同軸の出力ギヤを固定し、前記出力ギヤを覆うエンドカバーを前記クランクケースの端部に固定し、軸心が前記軸受ハウジングと同軸の出力軸を前記エンドカバーの内側部に軸受を介して回転自在に支持し、前記出力軸には前記クランクシャフト側に開口する凹部とこの凹部の内周で前記出力ギヤに噛み合うリングギヤ部と前記凹部の底壁で変速機へ動力を伝達するフランジ部とを形成したことを特徴とする可変圧縮比エンジン。
前記エンドカバーの内側部と前記出力軸の外側部との間の空間における前記リングギヤ部の外側に前記軸受を配置し、前記軸受の隣にはオイルシール材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。
前記エンドカバー内には前記リングギヤ部と前記軸受と前記オイルシール材とを予め組み付けたリングギヤユニットを構成し、このリングギヤユニットを前記クランクケースに組み付けたことを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比エンジン。
前記軸受ハウジングのうち前記エンドカバーと隣接する位置に配置される前記軸受ハウジングは外部から駆動力が伝達される外歯付きリングギヤを備え、前記エンドカバーは前記外歯付きリングギヤを収納する空間を前記軸受の外側に備えていることを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比エンジン。