JP2014159770A - 可変圧縮比内燃機関の潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】可変圧縮比機構のハウジング内の潤滑性能を改良する。
【解決手段】可変圧縮比機構の制御軸１４とモータとを連結する連結機構２１を、機関本体の側壁７に取り付けられるハウジング２２内に収容配置する。この側壁７に、連結機構２１のレバー３１が挿通する連通孔３６を貫通形成する。ハウジング２２に供給された潤滑油は、連通孔３６を通してオイルパン６内へ戻される。オイルパン６からハウジング２２内への潤滑油の逆流を防止するように、連通孔３６の下端位置３６Ａを、機関本体の内部の潤滑油の油面高さＬ１よりも高く設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える可変圧縮比内燃機関の潤滑構造に関する。

従来より、複リンク式のピストン−クランク機構（以下、単に「複リンク機構」と呼ぶ）を利用して機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を本出願人は提案している。その一例として、特許文献１には、低圧縮比の設定を用いる高負荷時には、複リンク機構の各潤滑部位への潤滑油量を増大して、負荷の増加に伴う潤滑性や冷却性の低下を抑制するとともに、高圧縮比の設定を用いる低負荷時には、無駄なオイルポンプ仕事を抑制するように、複リンク機構の各潤滑部位への潤滑油量を抑制する技術が記載されている。

特開２００４−２５７２５４号公報

可変圧縮比機構の制御軸を駆動するアクチュエータは、例えば機関本体の側壁に取り付けられるハウジングを介して機関本体の外部に配置され、このアクチュエータと制御軸とが減速機等を有する連結機構により連結される。この連結機構には、機関本体の側壁に貫通形成された連通孔を挿通するレバーが含まれる。ハウジング内の減速機や軸部品の軸受け部分を潤滑するために、ハウジング内には潤滑油が供給され、潤滑後の潤滑油は上記の連通孔を通して機関本体内のオイルパンへ戻される。

ここで、オイルフィルタを通過していない潤滑油が連通孔等を通してハウジング内に不用意に流れ込むと、粉塵等の異物であるコンタミネーション（以下、「コンタミ」と呼ぶ）がハウジング内の減速機や軸部品の軸受部分に流入し、異常摩耗や焼き付き、圧痕等を招くおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構のアクチュエータが取り付けられるハウジング内の潤滑性能の向上を図ることを目的としている。

本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、機関本体の内部に回転可能に支持される制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、機関本体の外側に設けられて、この機関本体の側壁に取り付けられるハウジングと、このハウジングに取り付けられて、上記制御軸を駆動するアクチュエータと、上記制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構と、上記ハウジングの内部へ潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、を有している。上記連結機構は、機関本体の側壁に貫通形成された連通孔を挿通して、機関本体の内部とハウジングの内部とにわたって延在するレバーを含んでおり、上記連通孔を通してハウジングの内部から機関本体の内部へ潤滑油が戻されるように構成されている。そして、上記連通孔の下端位置が、上記機関本体の内部の潤滑油の油面高さよりも高く設定されている。

なお、本明細書において、「油面高さ」とは、車載状態での油面の鉛直方向の高さを意味しており、「油面高さ」が高いほど、鉛直方向で上方に位置することを意味している。

本発明によれば、連通孔の下端位置が油面高さよりも高く設定されているために、連通孔を通して機関本体内部のコンタミを含んだ潤滑油が不用意にハウジング内へ流入することを抑制することができ、ハウジング内の潤滑性能を向上することができる。

本発明に係る可変圧縮比機構の一例を簡略的に示す構成図。 上記可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造を示す斜視対応図。 上記可変圧縮比内燃機関の吸気側の側面図。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の要部を示す断面図。 本発明の第２実施例に係る内燃機関の要部を示す断面図。 本発明の第３実施例に係る内燃機関の要部を示す断面図。 本発明の第４実施例に係る内燃機関の要部を示す断面図。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構について説明する。なお、この機構は上記の特開２００４−２５７２５４号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。

内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック１には、各気筒のピストン３がシリンダ２内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構１０は、クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク１１と、このロアリンク１１とピストン３とを連結するアッパリンク１２と、シリンダブロック１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸１４と、この制御軸１４に偏心して設けられた制御偏心軸部１５と、この制御偏心軸部１５とロアリンク１１とを連結する制御リンク１３と、を有している。ピストン３とアッパリンク１２の上端とはピストンピン１６を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク１２の下端とロアリンク１１とは第１連結ピン１７を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の上端とロアリンク１１とは第２連結ピン１８を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の下端は上記の制御偏心軸部１５に回転可能に取り付けられている。

制御軸１４には、連結機構２１を介してアクチュエータとしての可変圧縮比モータ２０（図２等参照）が連結されており、この可変圧縮比モータ２０により制御軸１４の回転位置を変更することによって、ロアリンク１１の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、図示せぬ制御部により可変圧縮比モータ２０を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。なお、アクチュエータとしては、電動式のモータ２０に限らず、油圧駆動式のアクチュエータであっても良い。

図２〜図４を参照して、シリンダブロック１の下方にはオイルパン６が固定されている。このオイルパン６は、シリンダブロック１の下側に固定されるオイルパンアッパ６Ａと、このオイルパンアッパ６Ａの底壁部に開口形成された開口部に取り付けられるオイルパンロア６Ｂと、により構成されている。これらシリンダブロック１やオイルパン６等からなる機関本体の内部に制御軸１４が回転可能に収容されている。一方、連結機構２１及び可変圧縮比モータ２０は、機関本体の外部に配置されており、具体的には、連結機構２１を収容するハウジング２２を介して、機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６Ａの外壁、詳しくは吸気側の側壁７に取り付けられている。このハウジング２２には、上記の可変圧縮比モータ２０の他、潤滑油を冷却するためのオイルクーラ２３が付設されるとともに、潤滑油中の異物すなわちコンタミを除去するためのオイルフィルタ２４が後述する油路形成体５０を介して付設されている。

なお、上記実施例においてはオイルフィルタ２４が取り付けられる油路形成体５０をハウジング２２と別体に構成しているが、油路形成体５０をハウジング２２と一体化した構造としても良い。

図３に示すように、オイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、機関前側にエアコンコンプレッサ９が取り付けられるとともに、機関後側にトランスミッションが締結される締結フランジ８が設けられており、両者８，９の間に、オイルクーラ２３と、オイルフィルタ２４が取り付けられる油路形成体５０と、連結機構２１を収容するハウジング２２と、モータ２０と、が機関前後方向に沿うように配置されている。つまり、ハウジング２２の機関前側にオイルクーラ２３が油路形成体５０を挟んで配置されるとともに、ハウジング２２の機関後側に可変圧縮比モータ２０が配置されている。ハウジング２２の取付フランジ２５は、固定用のボルト２６によりオイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７に締結されている。

図１，図２，及び図４等に示すように、機関本体内部に配置される制御軸１４と、ハウジング２２内に配置される連結機構２１の補助シャフト３０とは、レバー３１によって連結されている。なお、この実施例では補助シャフト３０を減速機（図示省略）の出力軸と一体的に構成しているが、補助シャフト３０を減速機の出力軸と別体の構成とし、両者が一体的に回転する構造としても良い。

レバー３１の一端と、制御軸１４の軸方向中央部より径方向外方へ延びるアーム３２の先端とは、第３連結ピン３３を介して相対回転可能に連結されており、レバー３１の他端と補助シャフト３０とは第４連結ピン３５を介して相対回転可能に連結されている。なお、図２では、第４連結ピン３５を省略し、この第４連結ピン３５が嵌合する補助シャフト３０のピン連結孔３５Ａが描かれている。図４に示すように、オイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、上記のレバー３１が挿通するスリット状の連通孔３６が貫通形成されている。

連結機構２１には、可変圧縮比モータ２０の出力を減速して制御軸１４側へ伝達する減速機が設けられている。減速機としては、大きな減速比が得られる波動歯車装置やサイクロ減速機等が用いられる。

次に、ハウジング２２の内部に配置される連結機構２１の潤滑構造について説明する。図３にも示すように、油路形成体５０は、ハウジング２２の機関前側の側面とオイルクーラ２３の機関後側の側面との間に介装されている。この油路形成体５０の下側に設けられたフィルタ取付フランジに、フィルタエレメントを収容したオイルフィルタ２４が取り付けられている。この油路形成体５０の内部には、エンジンオイルである潤滑油が通流する複数の油路（図示省略）が形成されている。

これらの油路によって、図示せぬオイルポンプから圧送された潤滑油は、オイルクーラ２３及びオイルフィルタ２４を通過した後に、シリンダブロック１へと至る途中で分岐されて、ハウジング２２の内部に供給され、ハウジング２２の内部に配置された減速機の他、補助シャフト３０や可変圧縮比モータ２０の出力軸等の軸部品の軸受部分を潤滑するように構成されている。そして、潤滑後の潤滑油は、レバー３１が挿通する連通孔３６を通して、機関本体内部のオイルパン６へと戻される。つまり、レバー３１が挿通する連通孔３６が、ハウジング２２内の潤滑油を機関本体のオイルパン６内へ戻すリターン油路としての機能を兼用しており、構成の簡素化が図られている。

ここで、ハウジング２２の内部を潤滑する潤滑油は、可変圧縮比モータ２０の温度の上昇を抑制させるために高温でない方がよく、また軸受部分や減速機の異常磨耗や焼き付き等を回避させるためにコンタミが含まれていないことが望まれる。

上記実施例のような機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６Ａの外壁、詳しくは吸気側の側壁７にハウジング２２及び可変圧縮比モータ２０を配置し、かつ、オイルクーラ２３及びオイルフィルタ２４を通過することにより、クリーンかつ低温な潤滑油をハウジング２２の内部に供給することができる。特に本実施例では、オイルフィルタ２４がハウジング２２に直接的に取り付けられているために、オイルフィルタ２４からハウジング２２の内部までの油通路を十分に短くすることができ、コンタミが流入する可能性が非常に低い。

次に、図４〜図７の第１〜第４実施例を参照して、本発明の特徴的な構成及び作用効果について説明する。なお、後述する第２〜第４実施例では、第１実施例と異なる部分についてのみ説明し、重複する説明を適宜省略している。

［１］図４に示す第１実施例では、連通孔３６の下端位置３６Ａが、機関本体のオイルパン６の内部の潤滑油の油面高さＬ１よりも高く設定されている。従って、コンタミを含むオイルパン６内の潤滑油が連通孔３６を通してハウジング２２の内部へ逆流することを抑制し、コンタミの流入による異常摩耗等の発生を抑制して、信頼性及び耐久性を向上するとともに、ハウジング２２の内部の潤滑性能を向上することができる。また、ハウジング２２内の内部油量の増大を抑制し、油撹拌抵抗による圧縮比変更の応答性の低下を抑制することができる。このように油撹拌抵抗を低減して高圧縮比側から低圧縮比側への圧縮比低下の応答性を向上することによって、ノッキング回避のための高圧縮比側の制限を緩和して、高圧縮比化による燃費向上を図ることができる。更に、高温のオイルパン６内の潤滑油がハウジング２２の内部に逆流することを抑制することで、可変圧縮比モータ２０の温度上昇及びこれに伴うモータ２０の電流制限による圧縮比制御量の制限を回避・緩和することができる。このように圧縮比制御量の制限を緩和することによって、高圧縮比化による燃費向上を図ることができる。

［２］より詳しくは、連通孔３６の下端位置３６Ａが、オイルレベルゲージ（図示省略）の所定の高油面位置（Ｈｉ位置）よりも高く設定されている。従って、潤滑油がオイルレベルゲージの高油面位置まで満たされている場合であっても、コンタミを含むオイルパン６内の潤滑油が連通孔３６を通してハウジング２２の内部へ逆流することを抑制することができる。

［３］図５を参照して、機関運転時の油面高さＬ２は、潤滑各部に潤滑油がまわされていることから、機関停止時の油面高さＬ３よりも低くなる。ここで、機関停止時にもオイルパン６内の潤滑油がハウジング２２側に流入しないように、連通孔３６の下端位置３６Ａよりも低い油面高さに設定すると、潤滑油の油量が少なくなり、機関運転時の油面高さＬ２が過剰に低くなって、オイルストレーナ（不図示）の油没状態を維持し難くなり、潤滑油への空気混入量が増えるおそれがある。また、機関停止時は、可変圧縮比モータ２０が作動していないので、オイルパン６内の潤滑油がハウジング２２側へ流入しても、コンタミが減速機のギアにかみこんだり軸受部分の隙間に入り込んだりするおそれがない。

そこで、図５の第２実施例では、連通孔の下端位置３６Ａが、機関運転時における機関本体の内部の潤滑油の油面高さＬ２よりも高く設定されるとともに、機関停止時における機関本体の内部の潤滑油の油面高さＬ３よりも低く設定されている。つまり、連通孔の下端位置３６Ａは、機関運転時の油面高さＬ２と機関停止時の油面高さＬ３との中間位置に設定されている。これによって、可変圧縮比モータ２０が作動する機関運転時には連通孔３６の下端位置３６Ａが油面高さＬ２よりも高くなるために、連通孔３６を通したオイルパン６の内部からハウジング２２の内部への潤滑油の逆流を抑制することができるとともに、機関停止時における油面高さＬ３を連通孔３６の下端位置３６Ａよりも高い位置に設定することで、オイルパン６内の十分な油量を確保して、潤滑油内への空気の混入を抑制することができる。

［４］図６を参照して、車両加速中には、オイルパン６内の潤滑油が車両後方側Ｒｅへ偏り、その油面Ｌ４が水平面に対して傾斜することとなるが、この図６に示す第３実施例では、連通孔３６の下端位置３６Ａが、車両加速中における機関本体の内部の潤滑油の油面高さＬ４よりも高くなるように設定されている。これによって、車両加速中であっても連通孔３６を通したオイルパン６内からハウジング２２内へのオイルの逆流を防止することができる。

［５］この図６に示す第３実施例では、可変圧縮比内燃機関が、クランクシャフトの軸方向が車両横方向に沿う姿勢で車両に搭載される、いわゆる横置き式となっている。そして、機関本体のオイルパンアッパ６Ａの両側の側壁７Ａ，７Ｂのうち、車両前方側Ｆｒの側壁７に連通孔３６が形成されている。従って、図６に示すように、車両加速中には車両後方側Ｒｅに潤滑油が偏るために、この車両加速中における油面高さＬ４よりも連通孔３６の下端位置３６Ａを確実に高い位置とすることができる。

［６］図７を参照して、車両減速中には、オイルパン６内の潤滑油が車両前方側Ｆｒへ偏るため、その油面が水平面に対して傾斜することとなるが、この図７に示す第４実施例では、連通孔３６の下端位置３６Ａが、車両減速中における機関本体の内部の潤滑油の油面高さＬ５よりも高くなるように設定されている。これによって、車両減速中であっても連通孔３６を通したオイルパン６内からハウジング２２内へのオイルの逆流を防止することができる。

［７］この図７に示す第４実施例では、図６の第３実施例と同様、可変圧縮比内燃機関が横置き式となっている。そして、機関本体の両側の側壁７Ａ，７Ｂのうち、車両後方側Ｒｅの側壁７Ｂに連通孔３６が形成されている。従って、車両減速中には車両前方側Ｆｒに潤滑油が偏るために、この車両減速中における油面高さＬ５よりも連通孔３６の下端位置３６Ａを確実に高い位置とすることができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、油路形成体をハウジングと一体化した構造であっても良く、またオイルクーラ，オイルフィルタ，ハウジング及びモータ等の配置も上記実施例と異なるものであっても良い。

１…シリンダブロック（機関本体）
６…オイルパン（機関本体）
６Ａ…オイルパンアッパ（機関本体）
６Ｂ…オイルパンアッパ（機関本体）
７…側壁
１０…可変圧縮比機構
１４…制御軸
２０…可変圧縮比モータ（アクチュエータ）
２１…連結機構
２２…ハウジング
２３…オイルクーラ
２４…オイルフィルタ
３０…補助シャフト
３１…レバー
３６…連通孔
３６Ａ…連通孔の下端位置
Ｌ１〜Ｌ４…油面高さ

Claims (8)

1. 機関本体の内部に回転可能に支持される制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
   機関本体の外側に設けられて、この機関本体の側壁に取り付けられるハウジングと、
   このハウジングに取り付けられて、上記制御軸を駆動するアクチュエータと、
   上記制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構と、
   上記ハウジングの内部へ潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、を有し、
   上記連結機構は、機関本体の側壁に貫通形成された連通孔を挿通して、機関本体の内部とハウジングの内部とにわたって延在するレバーを含み、
   上記連通孔を通してハウジングの内部から機関本体の内部へ潤滑油が戻されるように構成されており、
   かつ、上記連通孔の下端位置が、上記機関本体の内部の潤滑油の油面高さよりも高く設定されていることを特徴とする可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
2. 上記連通孔の下端位置が、オイルレベルゲージの所定の高油面位置よりも高く設定されてい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の潤滑構造。
3. 上記連通孔の下端位置が、機関運転時における上記機関本体の内部の潤滑油の油面高さよりも高く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
4. 上記連通孔の下端位置が、車両加速中における上記機関本体の内部の潤滑油の油面高さよりも高く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
5. 上記可変圧縮比内燃機関は、クランクシャフトの軸方向が車両横方向に沿う姿勢で車両に搭載され、
   上記機関本体の両側の側壁のうち、車両前方側の側壁に上記連通孔が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
6. 上記連通孔の下端位置が、車両減速中における上記機関本体の内部の潤滑油の油面高さよりも高く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
7. 上記可変圧縮比内燃機関は、クランクシャフトの軸方向が車両横方向に沿う姿勢で車両に搭載され、
   上記機関本体の両側の側壁のうち、車両後方側の側壁に上記連通孔が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
8. 機関本体の内部に回転可能に支持される制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
   機関本体の外側に設けられて、この機関本体の側壁に取り付けられるハウジングと、
   このハウジングに取り付けられて、上記制御軸を駆動するアクチュエータと、
   上記制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構と、
   上記ハウジングの内部へ潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、を有し、
   上記連結機構は、機関本体の側壁に貫通形成された連通孔を挿通して、機関本体の内部とハウジングの内部とにわたって延在するレバーを含み、
   上記連通孔を通してハウジングの内部から機関本体の内部へ潤滑油が戻される一方、
   上記連通孔を通して機関本体の内部からハウジングの内部へ潤滑油が逆流することを防止するように構成されていることを特徴とする可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。

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