JP2016109109A - Stroke volume continuous variable device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等のエンジンにおいて行程容積を連続可変するもので、併せて圧縮比も行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続可変できる装置に関するものである。The present invention relates to a device for continuously changing a stroke volume in an engine such as an automobile, and also to a device capable of setting a compression ratio according to the stroke volume, or arbitrarily continuously changing as needed.
出力に対し、内燃機関の行程容積及び圧縮比は、熱効率、ポンピングロスを決定づける主な要因であり、負荷や回転数等に応じて行程容積、圧縮比を連続自在に選択できれば、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れる。
斜板(斜軸)にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜板(斜軸)の傾斜角及びクランク軸方向位置を変えることで、行程容積及び圧縮比を可変できる特許文献1、2がある。The stroke volume and compression ratio of the internal combustion engine with respect to the output are the main factors that determine the thermal efficiency and pumping loss.If the stroke volume and compression ratio can be selected continuously according to the load, the rotational speed, etc. Increases thermal efficiency and reduces pumping loss.
Patent Document 1 that can change the stroke volume and the compression ratio by converting the piston reciprocating motion into the crankshaft rotational motion on the swash plate (slanted shaft) and changing the tilt angle of the swash plate (slanted shaft) and the crankshaft direction position. There are two.
出力軸芯に直角に設けた耳軸と、クランクケースに回転自在、軸方向固定のアンカーメンバーに揺動自在に設けられたリンクにて揺動板キャリヤを保持し、出力軸を軸方向に変位させることで揺動板キャリヤの傾斜角を変え行程容積を可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定できる特許文献1がある。
出力軸と同芯にて軸方向移動可能に第一回転支持体及び第二回転支持体を設け、出力軸芯に直角に設けた第一回転支持体の支持軸にて斜板を揺動可能に保持、第二回転支持体と斜板を継手を介して連結し、第一、第二回転支持体を軸方向に移動させその相対位置関係にて斜板傾斜角を変え、行程容積を可変すると共に圧縮比も随時任意に可変できる特許文献2がある。
特許文献1は、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する時に、ピストン摺動軸に対する直角方向反力をベアリングピストン保持部のピストンで受けて摺動するので、摺動速度が速く巨大な摩擦抵抗が発生しメカロス大となる。又、揺動板の回転を防止し揺動させる為のレースと出力軸の中心線上にある揺動板アーム部はレース同様直線運動となるが、それ以外のアーム部は8の字状の軌跡となりベアリングピストンに対しアーム部がずれて動く必要があり、アーム部のリストピン保持穴部のスキマを確保しないと揺動板が動かなくなる。故に、スキマ分ピストンがガタつき圧縮比が変動すると共に騒音が発生してしまう。又、耳軸とリンクの揺動軸位置関係がクランクケース両側の送りネジ、アンカーメンバー保持部で決まる構造故、ケースの熱膨張、剛性の影響を受け変動し易い。更に、各部にスラストベアリングを用いており、メタルとした場合では周速面で、ニードルとしてもコロに掛かる遠心力面で高回転化が困難となり、自動車用エンジンとしては採用困難な欠点がある。In Patent Document 1, when converting the force of the piston reciprocating motion into the rotational force of the output shaft, the sliding force is fast because the piston receives the reaction force in the direction perpendicular to the piston sliding shaft with the piston of the bearing piston holding portion. Enormous frictional resistance is generated and mechanical loss is increased. In addition, the race for preventing the swing plate from rotating and the swing plate arm portion on the center line of the output shaft are linearly moved in the same manner as the race, but the other arm portions have an 8-shaped locus. Therefore, it is necessary to move the arm part with respect to the bearing piston, and the rocking plate cannot move unless the clearance of the wrist pin holding hole part of the arm part is secured. Therefore, the piston is rattled by the clearance and the compression ratio fluctuates and noise is generated. Further, since the positional relationship between the pivot axis of the ear shaft and the link is determined by the feed screw and the anchor member holding portion on both sides of the crankcase, it is likely to fluctuate due to the thermal expansion and rigidity of the case. Further, thrust bearings are used for each part, and when it is made of metal, it is difficult to increase the rotation speed at the peripheral speed surface and the centrifugal force surface acting on the roller as a needle, which makes it difficult to adopt as an automobile engine.
特許文献2の実施例では、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する時に、特許文献1の様にレール部のピストン外周とシリンダを接触摺動させていないので、ピストン摺動軸に対する直角方向反力がピストンとシリンダの接触部に曲げモーメントとして働き、巨大な摩擦抵抗が発生すると共に楔効果で往復運動が困難となる。又、斜板とレールを摺動接触させる方式故周速大となり高回転化が困難であると共に、メカロス大となり自動車用エンジンとしては採用困難である。又、斜板を傾斜角可変に保持する第一回転支持体と、斜板とを継手を介して連結した第二回転支持体を連動させて、軸方向位置を変え行程容積及び圧縮比を可変する方式故、両方のモータに応答差が出ると圧縮比が大きく変化し破損に至る危険性を秘めている。しかも、実施例の様に変位発生機構が両回転支持体とずれていると、モーメントによる楔効果によりスムーズな変位が困難になると共に、燃焼圧力による巨大荷重がモーメントとして掛かり強度不足となり易い欠点がある。又、特許文献1、2の様に一つの斜板、出力軸外周にシリンダを配置すると、往復運動部の慣性モーメントをバランスさせることが困難になる場合が多い。
以上の例の様に従来の斜板(斜軸)を用いた行程容積可変装置は、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する部分でのメカロスが大きく、しかも高回転化が困難な構造で振動対策も不十分であり、斜板(斜軸)の傾斜角を変える機構も精度、安全面での対応が不十分で実用化に至っていないのが現状である。In the embodiment of
As in the above example, the conventional stroke volume variable device using the swash plate (slant shaft) has a large mechanical loss in the part that converts the force of the piston reciprocating motion into the rotational force of the output shaft, and it is difficult to increase the rotation speed. However, the mechanism for changing the tilt angle of the swash plate (slant axis) is not sufficient in terms of accuracy and safety, and has not been put into practical use.
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、シリンダ穴をクランク軸両側に略平行に配置し、ピストンに連結されたコンロッドの大端軸とを連結しピストンをストロークさせるスイングアームの揺動先端と、クランク軸に傾斜角、位置を可変可能に設けた斜軸にコロガリ軸受にて回転自在に軸支したロッカアームの両端軸に、回転可能、軸方向固定に軸支した十字継手とをジョイントリンクにて連結し、ロッカアーム両端軸をクランク軸を含む平面上にて揺動させる二気筒行程容積連続可変装置とし、平面に平行にもう一つの二気筒行程容積連続可変装置を設け同回転数、逆回転にて連動させると共に、両クランク軸に対し片側となる両平面のピストン位置を上、下死点にずらした四気筒行程容積連続可変装置で、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する時に、ピストン往復運動方向に対する直角方向反力を十字継手、ジョイントリンク、スイングアームで受ける為、荷重受け面の摺動速度がピストンや斜板で受ける特許文献1、2に較べ大幅に小さくメカロス低減でき、ロッカアームにコロガリ回転軸受を用いることで高回転化が可能となる。又、両クランク軸に対し片側となる両平面のピストン位置を上、下死点にずらした四気筒とすることにより、往復運動部の慣性力、慣性モーメントをバランスさせることができる。更に、スイングアームの揺動軸芯位置をずらす機構を設けることで圧縮比も随時任意に可変できる行程容積連続可変装置を提供するものである。The present invention has been made in view of the above-described problems. A swing in which cylinder holes are arranged substantially in parallel on both sides of a crankshaft and connected to a large end shaft of a connecting rod connected to a piston to stroke the piston. Rotating, axially fixed cross supported on both ends of the rocker arm, which is pivotally supported by a roller bearing on a tilting shaft provided with a variable tilt angle and position on the crankshaft. A two-cylinder stroke volume continuously variable device that connects the joint with a joint link and swings both ends of the rocker arm on a plane that includes the crankshaft is provided in parallel with the plane. This is a four-cylinder stroke volume continuously variable device that is linked by the same rotation speed and reverse rotation, and the piston position on both planes on one side of both crankshafts is shifted to the top dead center. When converting the force of movement into the rotational force of the output shaft, the cross joint, joint link, and swing arm receive the reaction force perpendicular to the piston reciprocating direction, so the sliding speed of the load receiving surface is received by the piston and swash plate. Compared to
前述の課題を解決する為の請求項1の発明は、シリンダ穴をクランク軸両側に対称位置略平行に配置し、ピストンに連結されたコンロッドの大端軸とを連結しピストンをストロークさせるスイングアームの揺動先端と、クランク軸の軸芯上に直角に軸芯を配置すると共に軸方向移動を可能とした耳軸にて、耳軸軸芯に軸芯を合せた斜軸を傾斜可変に軸支し、斜軸にコロガリ軸受にて回転自在、軸方向固定に軸支したロッカアームの両端軸に、回転可能、軸方向固定に軸支した十字継手とをジョイントリンクにて連結し、ロッカアームの両端軸をクランク軸、耳軸、斜軸の軸芯の交点を通る線上に設け、両端軸に平行にスイングアーム、ジョイントリンクを揺動させることでロッカアームの両端軸をクランク軸を含む平面上にて揺動させる行程容積連続可変装置とすることを特徴とする。
特許文献1の様に、ピストン往復運動を回転力に変換する時のピストン摺動軸に対する直角方向反力を、ベアリングピストン保持部のピストンで受けて摺動するものは摺動速度が速く大きな摩擦抵抗が発生しメカロス大となるし、特許文献2の様に、レール部のピストン外周とシリンダを接触摺動させていないものは、ピストンとシリンダの接触部に曲げモーメントとして働き、大きな摩擦抵抗が発生すると共に楔効果で往復運動が困難となり、しかも斜板とレールを摺動接触させる方式故周速大となり高回転化が困難であると共に、メカロス大で、特許文献1、2共に自動車用エンジンとしては採用困難である。それらの問題を解決する一方法としてコンロッド大小端に球体軸受を用いたものもあるが、球体軸受の製作、組立が難しいうえにピストンにあらゆる方向へのスラップ荷重が掛かるので高回転に耐えるピストンとすることが困難であり、従来案での自動車用エンジン実現性は低かった。
本発明の様に、ピストン往復運動を回転力に変換する時の直角方向反力を、揺動する十字継手、ジョイントリンク、スイングアームの軸及び軸端で受けることにより摺動速度を遅くし、周速の速い斜軸へのロッカアーム回転軸受をコロガリ軸受とすることで、メカロスを大幅に低減し高回転化を可能にすると共に、コンロッドを一平面上で揺動させることで、従来エンジンと同様なピストンを採用でき、しかも従来エンジンよりコンロッドの揺動角が小さくスラップ荷重、騒音を低減でき軽量化も可能となり、自動車用エンジンへの採用が図れるものとなる。The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is a swing arm in which cylinder holes are arranged substantially in parallel on both sides of the crankshaft and connected to the large end shaft of the connecting rod connected to the piston to stroke the piston. The tilting axis of the oscillating tip and the ear shaft, which is arranged at right angles on the shaft shaft of the crankshaft and can be moved in the axial direction, can be tilted with the shaft shaft aligned with the ear shaft axis. The rocker arm is rotatably supported by a roller bearing on the oblique axis, and is fixed to both ends of the rocker arm that is supported in the axial direction by a joint link. Set the shaft on a line that passes through the intersection of the axis of the crankshaft, ear shaft, and oblique shaft, and swing the swing arm and joint link in parallel to both end shafts so that both end shafts of the rocker arm are on the plane including the crankshaft. Swing stroke Characterized by the product continuously variable device.
As shown in Patent Document 1, when the piston reciprocating motion of the piston is converted into a rotational force, the sliding force received by the piston of the bearing piston holding portion by the piston of the bearing piston holding part has a high sliding speed and a large friction. Resistance is generated and mechanical loss is large. As in
As in the present invention, the sliding speed is reduced by receiving the reaction force in the perpendicular direction when converting the piston reciprocating motion into the rotational force at the swinging cross joint, joint link, shaft of the swing arm and the shaft end, By using a rocker arm rotary bearing on a slanted shaft with a fast peripheral speed as a roller bearing, the mechanical loss can be greatly reduced and high rotation can be achieved. The piston can be used, and the connecting rod has a smaller swing angle than the conventional engine, so that the slap load and noise can be reduced, and the weight can be reduced.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、スイングアームの揺動ピボット軸芯位置を変位させることを特徴とする。
特許文献2の様に、斜板を傾斜角可変に保持する第一回転支持体と、斜板とを継手を介して連結した第二回転支持体を連動させて軸方向位置を変位させ行程容積及び圧縮比を可変するものは、両方の支持体軸方向位置変位機構に万一応答差が出たり片方が停止したり暴走したりすると、圧縮比が大きく変化したり、行程容積可変不能になるだけでなく、ピストンがシリンダヘッド類に当たり破損に至る危険性を秘めている。
本発明の様に、圧縮比を単独で可変する機構とすることにより、万一停止したり暴走したとしても一定範囲内の圧縮比変化でシリンダヘッド類に当たることも無いので、圧縮比を随時任意に可変できるより安全な機構となる。The invention of
As in
As in the present invention, by adopting a mechanism that can change the compression ratio independently, even if it stops or runs away, it does not hit the cylinder heads due to a change in the compression ratio within a certain range. It becomes a safer mechanism that can be varied.
また、請求項3の発明は、請求項1の発明において、斜軸を傾斜角可変に保持する耳軸をキー状の板に直角に設け軸方向移動をクランク軸に設けたキー溝を摺動させることで行うことを特徴とする。
斜板(斜軸)傾斜角可変に軸支する耳軸を設けた軸とは別に変速機等へのアウトプット軸を設ける特許文献1、2の様な構造では、アウトプット軸が細くなり大回転イナーシャ、高回転トルクに耐えにくい。
本発明の様に、一本のクランク軸にて斜軸傾斜角可変に軸支する耳軸を設けた軸とアウトプット軸を共用できることで、剛性の高いアウトプット軸にでき大回転イナーシャ、高回転トルクに耐えるものにできる。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the ear shaft for holding the oblique shaft with a variable inclination angle is provided at right angles to the key-shaped plate and slides in the key groove provided on the crank shaft for axial movement. It is characterized by being performed.
In a structure such as
Like the present invention, the output shaft can be shared with the shaft provided with the ear shaft that supports the tilt angle of the slant axis with a single crankshaft, so that the output shaft can be made to have high rigidity, high rotation inertia, high rotation Can withstand torque.
また、請求項4の発明は、請求項1の発明において、斜軸を耳軸と共に保持する斜軸固定リンクをクランク軸にて揺動可能に軸支することを特徴とする。
斜板を傾斜角可変に保持する第一回転支持体と、斜板とを継手を介して連結した第二回転支持体を連動させて軸方向位置を変位させ行程容積及び圧縮比を可変する特許文献2に較べ、斜軸を耳軸と共に保持する斜軸固定リンクの片方の揺動ピボット軸を軸方向固定し、耳軸を軸方向変位させることで斜軸の傾斜角を変える特許文献1は、耳軸の軸方向位置で自動的に行程容積、圧縮比が決まるのでより安定した制御が可能であるが、耳軸の軸方向位置可変機構と斜軸固定リンクの片方の揺動ピボット軸が斜軸を挟みクランクケース両側に配置する方式故、クランクケースの熱膨張、剛性の影響を受けてバラツキが発生し易い。
本発明の様に、クランク軸にて斜軸固定リンクの片方の揺動ピボット軸を軸方向固定することにより、熱膨張率が低く剛性のあるクランク軸上で斜軸の保持が完結するので、行程容積、圧縮比のバラツキを少なくできる。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inclined shaft fixing link that holds the inclined shaft together with the ear shaft is pivotally supported by the crank shaft.
A patent that varies the stroke volume and compression ratio by linking the first rotary support that holds the swash plate with a variable tilt angle and the second rotary support that connects the swash plate via a joint to displace the axial position. Compared with
As in the present invention, by fixing one swing pivot shaft of the inclined shaft fixing link in the axial direction with the crankshaft, the holding of the inclined shaft is completed on the rigid crankshaft with a low coefficient of thermal expansion. Variations in stroke volume and compression ratio can be reduced.
また、請求項5の発明は、請求項1の発明において、斜軸のクランク軸に対する回転固定を斜軸穴及びクランク軸に設けた平面部にて行うことを特徴とする。
斜板(斜軸)のクランク軸に対する回転固定は、耳軸及び斜板(斜軸)固定リンク(継手)にて行えるが、回転トルクに耐えられる強度を確保する為の重量増と、各軸受部のクリアランスによる回転方向のガタツキによる位相変化による行程容積のバラツキが大きくなってしまう欠点がある。
本発明の様に、斜軸穴及びクランク軸に設けた平面部にて回転固定を行うことで、平面部一ヶ所のクリアランスによる回転方向のガタツキに抑えることができ、しかも剛性も高い部分故高トルクに耐えられる強度を確保でき、耳軸、斜軸固定リンクへの負担も軽くできるので軽量化が図れる。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the rotation of the oblique shaft with respect to the crankshaft is fixed at the inclined shaft hole and the flat portion provided in the crankshaft.
The rotation of the swash plate (slanted shaft) to the crankshaft can be fixed by the ear shaft and the swash plate (slanted shaft) fixed link (joint). There is a drawback that the stroke volume varies greatly due to the phase change caused by the backlash in the rotational direction due to the clearance of the portion.
As in the present invention, by rotating and fixing at the flat part provided in the inclined shaft hole and the crankshaft, it is possible to suppress the backlash in the rotational direction due to the clearance of one flat part, and the rigidity is also high. The strength to withstand the torque can be secured, and the burden on the ear shaft and the oblique shaft fixing link can be lightened, so the weight can be reduced.
また、請求項6の発明は、請求項1の発明において、クランク軸及び斜軸に回転方向のバランスウエイトを設けたことを特徴とする。
斜軸固定リンク及びその取付部によるアンバランスを発生部の近くに斜軸部(クランク軸)を挟んでクランク軸及び斜軸に設けることで、アンバランス軸方向モーメントを小さく抑えることができる。The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of claim 1, balance weights in the rotational direction are provided on the crankshaft and the oblique shaft.
The unbalanced axial moment can be kept small by providing the crankshaft and the oblique shaft with the oblique shaft fixing link and its mounting portion on the crankshaft and the oblique shaft with the oblique shaft portion (crankshaft) sandwiched between the generating portion.
また、請求項7の発明は、請求項1の発明において、ロッカアーム両端軸の揺動平面に平行にもう一つの二気筒行程容積連続可変装置を設け、片方のクランク軸に対するもう一方のクランク軸を遥動平面に直角位置にクランク軸回転位相を180°ずらして配置したものを、同回転数、逆回転にて連動させると共に、斜軸の傾斜角、軸方向位置が両クランク軸共に同じとなるよう可変する四気筒行程容積連続可変装置とすることを特徴とする。
従来の斜板(斜軸)式行程容積可変機構は、特許文献1、2の様に一つの斜板(斜軸)を保持するクランク軸周りに多シリンダ軸を配置しており、ピストン往復運動の力を回転力に変換する部分において、斜板式では斜板の摺動接触部周速が速く、斜軸式ではピストンストローク摺動速度が速くメカロス大であると共に、往復運動部の慣性力、慣性モーメントのアンバランスが発生し易い構造であった。
本発明の様に、片方のクランク軸に対するもう一方のクランク軸を遥動平面に直角位置にクランク軸回転位相を180°ずらし、両クランク軸に対し片側となる両平面のピストン位置を上、下死点にずらした配置としたものを、同回転数、逆回転にて連動させると共に、斜軸の傾斜角、軸方向位置が両クランク軸共に同じとなるよう可変する四気筒行程容積連続可変装置とすることにより、慣性力、慣性モーメントをバランスさせることができ振動の少ないエンジンとなる。According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, another two-cylinder stroke volume continuously variable device is provided in parallel with the rocking planes of the rocker arm end shafts, and the other crankshaft with respect to one crankshaft is provided. The crankshaft rotation phase that is shifted by 180 ° at a position perpendicular to the swing plane is interlocked by the same rotation speed and reverse rotation, and the inclination angle of the oblique axis and the axial position are the same for both crankshafts. A four-cylinder stroke volume continuously variable device that can be varied as described above.
The conventional swash plate (slanted axis) stroke volume variable mechanism has a multi-cylinder shaft arranged around the crankshaft holding one swash plate (slanted shaft) as in
As in the present invention, the crankshaft rotation phase is shifted by 180 ° to the position perpendicular to the swing plane with respect to the other crankshaft, and the piston positions on both planes on one side with respect to both crankshafts are raised and lowered. A four-cylinder stroke volume continuously variable device that is linked with the same rotational speed and reverse rotation, and that the inclination angle of the oblique axis and the axial position are the same for both crankshafts, with the arrangement shifted to the dead center. By doing so, the inertial force and the moment of inertia can be balanced, and the engine has less vibration.
また、請求項8の発明は、請求項7の発明において、両クランク軸の耳軸位置を一つのモータにて可変することを特徴とする。
クランク軸毎つまり二気筒毎に行程容積を変えて総排気量を可変することもできるが、全ての気筒を燃焼させると行程容積の大きいシリンダに負担が掛かり焼付き等の破損の原因となり、どちらかの二気筒を燃焼させない所謂休止機構を採用しない限り全気筒共に同行程容積にて可変した方が良く、別々のモータにて可変するより一つのモータにて可変する方が応答速度が遅くなるのでモータ容量を大きくする必要はあるが、モータの応答差によるバラツキが無くなるのでより少ない行程容積差での可変が可能となる。The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of claim 7, the positions of the ear shafts of both crankshafts are varied by one motor.
Although the total displacement can be varied by changing the stroke volume for each crankshaft, that is, every two cylinders, burning all the cylinders will put a burden on the cylinder with a large stroke volume and cause damage such as seizure. Unless a so-called deactivation mechanism that does not burn these two cylinders is adopted, it is better to vary all cylinders with the same stroke volume, and the response speed is slower when varying with one motor than when varying with separate motors. Therefore, although it is necessary to increase the motor capacity, there is no variation due to the difference in motor response, so that it is possible to vary with a smaller stroke volume difference.
また、請求項9の発明は、請求項1、7の発明において、補機類駆動シャフトをクランク軸に直角に、両側シリンダの間に配置すると共にカムシャフトに動力伝達することを特徴とする。
斜板(斜軸)行程容積可変装置を自動車用エンジンに用いた場合、クランク軸方向の片側にシリンダヘッドをその反対側に変速機類を配置することになるので、オイル溜りはクランク軸の径方向に配置することとなる。そこにオイルポンプを配置し、変速機類やシリンダ、シリンダヘッド類の配置の邪魔にならない様に、クランク軸より機械的に駆動しようとすると、変速機類の反対側の両シリンダ間の空間にクランク軸より直角に駆動軸を配置するのが合理的で、結果として空間を有効利用でき、更に吸、排気バルブをリフトするカムシャフトはシリンダ穴に直角に配置するのが一般的故駆動軸と平行となるので、カムシャフトの一般的な駆動方法であるチェーン駆動のドライブスプロケットを駆動軸に設けることでカムシャフトを駆動できると共に、駆動軸のオイルポンプ他端側に補機類の駆動プーリ等も設けることができる。The invention of claim 9 is characterized in that, in the inventions of claims 1 and 7, the accessory drive shaft is disposed between the cylinders at right angles to the crankshaft and transmits power to the camshaft.
When a swash plate (slant shaft) stroke volume variable device is used in an automobile engine, a cylinder head is disposed on one side in the crankshaft direction and a transmission is disposed on the opposite side. Will be placed in the direction. If an oil pump is placed there, and it is mechanically driven from the crankshaft so as not to interfere with the arrangement of transmissions, cylinders, and cylinder heads, the space between the cylinders on the opposite side of the transmissions It is reasonable to dispose the drive shaft at a right angle from the crankshaft. As a result, space can be used effectively, and the camshaft for lifting the intake and exhaust valves is generally disposed at a right angle to the cylinder hole. Because it is parallel, the camshaft can be driven by providing a drive sprocket of chain drive, which is a general drive method of the camshaft, on the drive shaft, and a drive pulley of auxiliary equipment etc. on the other end of the oil pump of the drive shaft Can also be provided.
また、請求項10の発明は、請求項1、7の発明において、スイングアームの揺動ピボット軸芯位置の変位を一つのモータで行い、駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を用いることを特徴とする。
スイングアームの揺動ピボット軸をクランク軸側に設けることは、クランク軸及び斜軸部が邪魔となり困難なのでクランク軸から離れた両側位置に配置することになる。
左右の揺動ピボット軸ごとに軸芯の変位機構を設ければレイアウトの自由度が増すが、応答差による左右気筒の圧縮比差が発生すると共に、変位機構が二基必要になりコスト、重量増を招く。モータ一つで左右の揺動ピボット軸芯を変位させようとすると駆動力伝達機構の伝達距離が長くなるが、逆手にとって駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を設けることによりモータに電力を通すことなく揺動ピボット軸芯位置を保持できるようになる。The invention of claim 10 is the invention of claims 1 and 7, wherein the displacement of the swing pivot axis position of the swing arm is performed by one motor, and a nonreciprocal transmission mechanism is used as a part of the driving force transmission mechanism. It is characterized by that.
Providing the swing pivot shaft of the swing arm on the crankshaft side is difficult because the crankshaft and the inclined shaft are obstructed, so they are arranged on both sides away from the crankshaft.
If a shaft displacement mechanism is provided for each of the left and right pivot shafts, the degree of freedom in layout increases. However, a difference in the compression ratio between the left and right cylinders due to a difference in response occurs, and two displacement mechanisms are required. Cause an increase. If one motor is used to displace the left and right pivot shafts, the transmission distance of the driving force transmission mechanism will be longer. However, for the other hand, the motor can be powered by providing a nonreciprocal transmission mechanism in part of the driving force transmission mechanism. The swing pivot axis position can be maintained without passing through.
また、請求項11の発明は、請求項7の発明において、スイングアームの揺動ピボット軸芯位置を変位させる機構を両クランク軸間に配置することを特徴とする。
四気筒行程容積可変装置において、二本のクランク軸間の空間を有効利用して揺動ピボット軸芯位置を変位させる機構を配置できると共に、ギヤ部と両偏芯軸部との距離を短くできるので捻り剛性を高くでき、ピボット軸強度及び位置精度向上を図れる。The invention of
In the four-cylinder stroke volume variable device, it is possible to arrange a mechanism for displacing the swing pivot axis position by effectively using the space between the two crankshafts and to shorten the distance between the gear part and both eccentric shaft parts. Therefore, the torsional rigidity can be increased, and the pivot shaft strength and the positional accuracy can be improved.
本発明により、斜軸にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜軸の傾斜角及びクランク軸方向の位置を変えることで、行程容積及び圧縮比を可変するものにおいて、運動変換部の摺動接触速度低減によるメカロス大幅低減、及び往復運動部の慣性力、慣性モーメントをバランスできることによる振動低減でエンジンの高回転化が図れ行程容積連続可変装置の自動車用エンジンへの採用が可能となる。しかも、圧縮比を随時任意に可変できるものであり、行程容積、圧縮比の可変を別々の可変制御機構にて可変するのでより安定した行程容積、圧縮比の可変が可能であり、行程容積、圧縮比の可変範囲が機械的に制限される構造故、たとえ可変制御機構が暴走したとしても、ピストンとシリンダヘッド関係部品の接触は無く安全であると共に、可変機構の一部に非可逆伝達機構を設けており無電力で行程容積、圧縮比を一定保持できるので電力消費を抑え燃料消費を低減できる。更に、本実施例の様に3次元カムを採用する等した連続可変バルブリフトを採用すれば吸、排気リフト、圧縮比、行程容積の総てを連続可変する究極のエンジンを実現できる。According to the present invention, the piston reciprocating motion is converted into the crankshaft rotational motion on the oblique shaft, and the stroke volume and the compression ratio are changed by changing the inclination angle of the oblique shaft and the position in the crankshaft direction. The mechanical loss is greatly reduced by reducing the sliding contact speed, and the vibration is reduced by balancing the inertial force and moment of inertia of the reciprocating motion part, so that the engine can be rotated at a high speed, and the stroke volume continuously variable device can be adopted for an automobile engine. Become. In addition, the compression ratio can be arbitrarily changed at any time, and the stroke volume and the compression ratio can be changed by separate variable control mechanisms, so that the stroke volume and the compression ratio can be changed more stably. Because the variable range of the compression ratio is mechanically limited, even if the variable control mechanism runs out of control, the piston and cylinder head related parts are not in contact with each other and are safe, and the irreversible transmission mechanism is part of the variable mechanism. Since the stroke volume and the compression ratio can be kept constant without power, the power consumption can be suppressed and the fuel consumption can be reduced. Furthermore, if a continuously variable valve lift such as a three-dimensional cam is employed as in this embodiment, an ultimate engine that can continuously vary all of the intake, exhaust lift, compression ratio, and stroke volume can be realized.
以下図面にて、本発明による行程容積連続可変装置及びそれを備えたエンジンの好適な実施形態を詳細説明する。本発明による行程容積連続可変装置は自動車等に搭載される各種ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを用いた動力装置に適用可能である。Hereinafter, preferred embodiments of a continuously variable stroke volume device and an engine including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The continuously variable stroke volume device according to the present invention can be applied to a power device using various gasoline engines and diesel engines mounted on an automobile or the like.
斜軸にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜軸の傾斜角及びクランク軸方向の位置を変え行程容積及び圧縮比を可変するものにおいて、シリンダ穴をクランク軸両側対称略平行に配置し、ピストンに連結されたコンロッドの大端軸とを連結しピストンをストロークさせるスイングアームの揺動先端と、クランク軸に傾斜角、位置を可変可能に設けた斜軸に回転自在に保持したロッカアームの両端軸に回転可能、軸方向固定に軸支した十字継手とをリンクにて連結し、ロッカアームの両端軸をクランク軸を含む平面上にて揺動させる二気筒行程容積連続可変機構とし、遥動平面に平行にもう一つの二気筒行程容積連続可変機構を設け同回転数、逆回転にて連動させ四気筒とするもので、クランク機構10、行程容積可変機構20、行程容積制御機構30、圧縮比可変機構40、補機類駆動機構50を含む。Piston reciprocating motion is converted to crankshaft rotational motion on the slant shaft, and the cylinder bore is symmetrically parallel to both sides of the crankshaft in order to change the tilt angle of the slant shaft and the position in the crankshaft direction to vary the stroke volume and compression ratio. The swinging tip of the swing arm that connects and connects the large end shaft of the connecting rod connected to the piston and strokes the piston, and the slant shaft that is variable in inclination angle and position on the crankshaft are rotatably held A two-cylinder stroke volume continuously variable mechanism that is connected to a cruciform joint that is rotatable on both end shafts of the rocker arm and supported in a fixed axial direction by a link, and that swings both end shafts of the rocker arm on a plane including the crankshaft, Another two-cylinder stroke volume continuous variable mechanism is provided in parallel with the swing plane, and is linked with the same rotational speed and reverse rotation to form four cylinders. The crank mechanism 10 and the stroke
クランク機構10は、アッパ、ロアクランク軸18U、18Lが、フロント、リヤクランクケース2、3にフロント、リヤベアリング18−1、18U−2、18L−2により軸方向固定、回転自在に軸支されており、各クランク軸両側に対称位置略平行にシリンダ1のシリンダ穴が配置される。尚、クランク軸を軸方向固定にて回転自在に軸支する為に、本実施例ではフロントベアリングにソリッド形針状コロ軸受を、リヤベアリングには組合せアンギュラ玉軸受を採用し、アウタレースナット18U−3、18L−3にてリヤクランクケース3にアウタレースを固定し、インナレースをクランク軸の段付部に挿入したワッシャ18−4とアッパ、ロアクランク軸ギヤ19U、19Lのボス部で挟み込み、ボルト19−1、ナット19−2にてクランク軸に締付固定することで、軸方向のガタツキを最少限に抑えると共に、燃焼圧力等による強大なラジアル、軸方向荷重に耐えられるものにしている。
ピストン11は、クランク軸に対しシリンダ穴より外側に配置されたR、Lスイングアームピボット軸41R、41Lの偏芯軸部41Rb、41Lbを軸芯として揺動するスイングアーム13のピボット軸芯に平行な揺動先端の穴に回転自在に挿入された大端軸12−1と、ピストン11の穴に挿入されたピストンピン11−1とをコンロッド12にて連結し、コンロッドの揺動角変化を小さく抑えてシリンダ穴内をストローク可能にしている。(図1−1、2参照)
尚、本発明案ではスイングアーム13の揺動慣性重量を軽くする為に、シリンダ穴配置を各クランク軸両側に対称位置略平行としているが、クランク軸方向をコンパクトにする為にスイングアームをL字状のロッカアーム形状とし、ジョイントリンク14の軸支揺動先端とは別の揺動先端にて大端軸12−1を軸支しピストンをストロークさせることで、往復運動部重量が増加する欠点はあるがV型から対向エンジンまで自由にシリンダ配置を選択可能である。The crank mechanism 10 has upper and
The
In the present invention, in order to reduce the swing inertia weight of the
斜軸15は、アッパ、ロアクランク軸18U、18Lのリンク保持部18Ua、18Laの穴に圧入固定された斜軸固定ピン15−2と、斜軸15のリンク保持部15aの穴に圧入固定された斜軸固定ピン15−2に、揺動自在に各リンク保持部穴端面で軸方向固定にて保持された斜軸固定リンク15−1と、アッパ、ロアクランク軸18U、18Lの軸方向に設けられたキー溝状の溝に、摺動自在に挿入された耳軸ホルダ15−3の耳軸15−3aにてクランク軸に保持され、耳軸ホルダ15−3の軸方向移動により斜軸15の傾斜角が変化する構造としている。尚、斜軸の斜軸部15b軸芯は両耳軸の軸芯線上を通り、耳軸の軸芯はクランク軸に直角でクランク軸の軸芯を軸方向に移動するよう設定されている。
クランク軸及び斜軸のリンク保持部の斜軸固定ピン穴の芯位置の設定により、斜軸の傾斜角変化による十字継手17のジョイントリンク14の揺動軸芯の変化位置をある程度任意に設定できるので、本実施例の様にスイングアームピボット軸を偏芯軸としその位相を変える圧縮比可変機構を設けなくても、最大、最少行程容積における圧縮比を適した圧縮比に任意設定可能である。又、一本のクランク軸にて斜軸傾斜角可変に軸支する耳軸を設けた軸と変速機へ動力伝達するアウトプット軸を共用できることで、剛性の高いアウトプット軸にでき大回転イナーシャ、高回転トルクに耐えるものにでき、クランク軸にて斜軸固定リンクの片方の揺動ピボット軸を軸方向固定することにより、熱膨張率が低く剛性のあるクランク軸上で斜軸の保持が完結するので、行程容積、圧縮比のバラツキを少なくできる。(図1−1、2、5参照)The
By setting the center position of the inclined shaft fixing pin hole of the link holding portion of the crankshaft and the inclined shaft, the change position of the swing axis of the
斜軸15の斜軸穴形状は小判状とし、クランク軸と共に設けた耳軸15−3aの軸芯線に対し直角で互いに平行な両平面部にて斜軸のクランク軸に対する回転固定を行うことで、両平面部一ヶ所のみのクリアランスによる回転方向のガタツキに抑えることができ、しかも剛性も高い部分ゆえ高トルクに耐えられる強度を確保でき、耳軸、斜軸固定リンクへの負担も軽くできるので軽量化が図れる。
アウタレース側にロッカアーム16を挿入しアウタレースナット16−3にて締付固定したベアリング16−1を斜軸部15bに挿入し、インナレースをインナレースナット16−2にて締付固定することで、斜軸15に対しロッカアーム16を軸方向固定、回転自在に軸支している。ロッカアーム16には両端軸16aがクランク軸、耳軸、斜軸の軸芯の交点を通る線上に設けられており、両端軸16aに十字継手17が回転可能、スラストワッシャ17−1、ナット17−2にて軸方向固定にて軸支されている。十字継手17とスイングアーム13の揺動先端との連結は、揺動先端の穴に回転自在に挿入された大端軸12−1の両側段付軸にジョイントリンク14が圧入され、スイングアームに対し大端軸、ジョイントリンクを軸方向固定、回転自在に軸支し、ジョイントリンクのもう一方の穴を十字継手17の両端軸穴に直角に設けられた軸に臨ませることで、その軸に対しジョイントリンクを軸方向固定、回転自在に軸支することで連結し、ロッカアーム16の回転を規制し両端軸に平行にスイングアーム、ジョイントリンクを揺動させることで、両端軸をクランク軸を含む平面上で揺動させ、ピストンの往復運動をクランク軸の回転に変換している。
ピストン往復運動を回転力に変換する時の直角方向反力を、揺動する十字継手、ジョイントリンク、スイングアームの軸及び軸端で受けることにより摺動速度を遅くし、周速の速い斜軸へのロッカアーム回転軸受をコロガリ軸受とすることで、メカロスを大幅に低減し高回転化を可能にすると共に、コンロッドを一平面上で揺動させることで、従来エンジンと同様なピストンを採用でき、しかも従来エンジンよりコンロッドの揺動角が小さくスラップ荷重、騒音を低減でき軽量化も可能となり、自動車用エンジンへの採用が図れるものとなる。現在量産化されている内燃機関の殆どは単クランク式の多気筒エンジンであり、高回転トルク、大回転イナーシャに耐える為に一体クランクを採用しており、構造上クランク回りの軸受けをメタル軸受としている。本実施例では直角方向反力を受ける十字継手、ジョイントリンク、スイングアームの軸及び軸端を摺動接触としているが、コロガリ軸受にすればクランク回りの軸受全てをコロガリ軸受にでき更にメカロス低減可能となる。(図1−1、2、5参照)
尚、ロッカアームを斜軸に軸方向固定、回転自在に軸支する為に、本実施例ではベアリングとして組合せアンギュラ玉軸受を採用し、軸方向のガタツキを最少限に抑えると共に、燃焼圧力等による強大なラジアル、軸方向荷重に耐えられるものにしている。The oblique shaft hole shape of the
By inserting the
The slanted shaft, which has a fast peripheral speed, reduces the sliding speed by receiving the reaction force in the perpendicular direction when converting the piston reciprocating motion into the rotational force at the shaft and shaft end of the oscillating cross joint, joint link, swing arm. By making the rocker arm rotary bearing to the roller bearing, the mechanical loss can be greatly reduced and high rotation can be achieved, and the connecting rod can be swung on a single plane to adopt the same piston as the conventional engine, In addition, the connecting rod swing angle is smaller than that of the conventional engine, the slap load and noise can be reduced, and the weight can be reduced, so that it can be adopted for an automobile engine. Most of the internal combustion engines that are currently mass-produced are single-crank multi-cylinder engines, which use an integral crank to withstand high rotational torque and large rotational inertia, and structurally use bearings around the crank as metal bearings. . In this embodiment, the cross joints, joint links, and swing arm shafts that receive a reaction force in the perpendicular direction are in sliding contact, but if they are made of roller bearings, all of the bearings around the crank can be made roller roller bearings, further reducing mechanical loss. It becomes. (See Figures 1-1, 2 and 5)
In addition, in order to support the rocker arm axially fixed to the oblique axis and to be rotatably supported, in this embodiment, a combined angular contact ball bearing is employed as a bearing, minimizing axial backlash and strong due to combustion pressure, etc. It can withstand heavy radial and axial loads.
ロアクランク軸18Lは、アッパクランク軸18Uに対しロッカアーム16の両端軸16aの揺動平面を互いに平行に、軸位置を揺動平面に直角位置に軸方向も同位置にすると共に、クランク軸回転位相を180°ずらして配置し、クランク軸端に同歯数のアッパ、ロアクランク軸ギヤ19U、19Lを組付け同回転数、逆回転にて連動させ四気筒行程容積連続可変装置としている。(図1−1はアッパクランク軸側を示しリンク保持部18Uaが左側にあり左側が上死点となっている。ロアクランク軸側は180°ずれてリンク保持部18Laが右側になり右側が上死点となり、その状態から同回転数、逆回転にて連動する。)アッパ、ロアクランク軸ギヤはギヤケース4にて変速機室とは液封されており、図示しないリヤクランクケース3の壁に設けられた穴にてクランク室から取り込まれるエンジンオイルで潤滑され、戻し穴にてクランク室に戻す構造としている。
斜軸の傾斜角、軸方向位置が両クランク軸共に同じとなるよう可変する四気筒行程容積連続可変装置とすることにより、慣性力、慣性モーメントをバランスさせることができ振動の少ないエンジンとなる。
尚、クランク軸は、回転バランスをできる限り取る為に、リンク保持部18Ua、18Laの肉抜き軽量化を図ると共に、リンク保持部側のクランク軸を切り欠き反対側にウエイト部18Uw、18Lwを設け、足りない分を斜軸15のリンク保持部15a反対側にウエイト部15wを設けバランスさせている。斜軸固定リンク及びその取付部によるアンバランスを発生部の近くに斜軸部(クランク軸)を挟んでクランク軸及び斜軸に設けることで、アンバランス軸方向モーメントを小さく抑えることができる。又、本実施例ではアッパクランク軸側のクランク軸ギヤ19Uに変速機係合ボス部19Uaを設けているが変速機のレイアウトによりロアクランク側に設けても良い。(図1−1、2参照)In the
By adopting a four-cylinder stroke volume continuously variable device in which the inclination angle of the oblique axis and the axial position of both crankshafts are the same, the inertia force and moment of inertia can be balanced, resulting in an engine with less vibration.
In order to balance the rotation of the crankshaft as much as possible, the link holding portions 18Ua and 18La are made lighter and lighter, and the crankshaft on the link holding portion side is notched and weight portions 18Uw and 18Lw are provided on the opposite side. A
スイングアーム13は揺動ピボット軸両端面に配置したシム13−1にて軸方向位置を微調整し、両ロッカアーム16の位相を合せると共にスムーズに揺動できるようにしている。R、Lスイングアームピボット軸、スイングアーム、大端軸、コンロッド大端部、十字継手、ロッカアーム両端軸の潤滑はR、Lスイングアームピボット軸の中心穴より供給されるオイルにて強制潤滑される。
尚、本実施例ではロッカアーム16の両端軸16aの軸芯の揺動平面上にコンロッド12の軸方向中心の揺動平面(つまりはシリンダ穴中心)を合せているがシリンダピッチを狭くする等の対応でずらして配置することも可能である。又、本実施例ではジョイントリンク、スイングアームを両持ちとしているが、強度、剛性面で対応できれば片持ちとすることもできる。
二気筒行程容積可変装置の場合は、スイングアーム13をスイングアームの揺動ピボット軸に対し大端軸取付部の反対側に、往復運動部に釣合うバランスウエイトを設け揺動させるロッカアーム形状とし、振動を軽減できる。(図1−1、3、6参照)The
In this embodiment, the pivot plane of the connecting
In the case of a two-cylinder stroke volume variable device, the
行程容積可変機構20は、アッパ、ロア雌送りネジ21U、21Lをノックピン21−2にて位相を決めボルト21−1でリヤクランクケース3に固定し、それに互いに同回転数、逆回転にて連動する為のギヤを有するアッパ、ロア雄送りネジ22U、22Lを係合させている。雄送りネジ内径部には耳軸リフタ23に雄送りネジを回転自在、軸方向固定で軸支するベアリング22−1が挿入され、アウタレースナット22−3にてアウタレースを固定し、インナレースナット22−2にてインナレースを固定している。尚、送りネジとギヤはギヤが噛合った状態でアッパ、ロア雄送りネジの軸方向位置が同じとなるよう位置決め加工されており、アッパ、ロア送りネジは互いに逆ネジとし逆回転でも同方向に送りネジが移動する。
耳軸ホルダ15−3と耳軸リフタ23の連結は、耳軸ホルダのリフタ側に斜軸を保持する耳軸15−3aと同様な耳軸15−3bを設け、それの軸線上を穴芯とするリフタのボス穴に挿入され耳軸15−3bに圧入されるジョイントカラー23−1にて行い、耳軸15−3bとボス穴の芯を一致させるまで耳軸リフタ23に耳軸ホルダ15−3をスライドさせても、ボス穴内側端面と耳軸15−3bの外側端面が干渉しないようにしてあり、一致させた後にジョイントカラーを圧入することで組立を可能にしている。尚、ジョイントカラーは耳軸リフタのボス穴に圧入する様にしても良い。
尚、アッパ、ロア雄雌送りネジ及び耳軸リフタはクランク軸に同芯に設けられており、耳軸リフタはクランク軸に回転、摺動自在に軸支されているが耳軸ホルダにて回転を規制されている。
本実施例ではベアリング22−1として4点接触玉軸受を採用し高回転化を可能にしているが、低回転エンジンや遠心力に対応することができればニードルベアリング等を用いることも可能である。又、送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動にする為にネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。
(図1−1、2参照)The stroke volume variable mechanism 20 determines the phase of the upper and lower female feed screws 21U and 21L with the knock pin 21-2 and fixes it to the
For the connection between the ear shaft holder 15-3 and the
The upper, lower male / female feed screw and the ear shaft lifter are provided concentrically with the crankshaft, and the ear shaft lifter is rotatably supported by the crankshaft but is rotated by the earshaft holder. Is regulated.
In the present embodiment, a four-point contact ball bearing is adopted as the bearing 22-1 to enable high rotation, but a needle bearing or the like can also be used if it can cope with a low-rotation engine or centrifugal force. Moreover, trapezoidal screws, square screws, sawtooth screws, etc. can be considered as feed screws, but the screw lead angle should be less than the dynamic friction coefficient of the material used in order to make the screw part reliable irreversible transmission. Must be less than or equal to the static friction coefficient.
(See Figures 1-1 and 2)
行程容積制御機構30は、アイドルギヤシャフト33−1にベアリング33−2を介し回転自在に軸支され、リヤクランクケース3とアイドルギヤシャフトホルダ34にて軸方向固定されたアイドルギヤ33のピニオンギヤがアッパ雄送りネジ22Uのギヤに噛合い、一体に設けられたドリブンギヤが行程容積制御モータ31のドライブピニオンギヤ部31aにて連結され一体回転するドライブピニオンシャフト32のピニオンギヤと噛み合っており、行程容積制御モータの正逆回転により行程容積を可変する。行程容積は、アッパ雄送りネジ22Uのギヤ外周部側面に測定接触部を接触させ、ギヤ外周部側面の軸方向変位をリフタ位置検知センサ35にて検知し制御している。
以上の機構により、行程容積制御モータの回転で耳軸リフタがアッパ、リヤ共に軸方向同位置にて移動することで、全ての気筒の行程容積を同じ容積にて連続可変することができる。クランク軸毎つまり二気筒毎に行程容積を変えて総排気量を可変することもできるが、全ての気筒を燃焼させると行程容積の大きいシリンダに負担が掛かり焼付き等の破損の原因となり、どちらかの二気筒を燃焼させない所謂休止機構を採用しない限り全気筒共に同行程容積にて可変した方が良く、別々のモータにて可変するより一つのモータにて可変する方が応答速度が遅くなるのでモータ容量を大きくする必要はあるが、モータの応答差によるバラツキが無くなるのでより少ない行程容積差での可変が可能となる。又、電力不要にて任意な行程容積を保持できる。
(図1−1、2、3参照)The stroke volume control mechanism 30 is rotatably supported on an idle gear shaft 33-1 via a bearing 33-2, and a pinion gear of the idle gear 33 fixed in the axial direction by the
With the mechanism described above, the stroke volume lifter moves at the same position in the axial direction for both the upper and rear shafts by the rotation of the stroke volume control motor, so that the stroke volumes of all the cylinders can be continuously varied at the same volume. Although the total displacement can be varied by changing the stroke volume for each crankshaft, that is, every two cylinders, burning all the cylinders will put a burden on the cylinder with a large stroke volume and cause damage such as seizure. Unless a so-called deactivation mechanism that does not burn these two cylinders is adopted, it is better to vary all cylinders with the same stroke volume, and the response speed is slower when varying with one motor than when varying with separate motors. Therefore, although it is necessary to increase the motor capacity, there is no variation due to the difference in motor response, so that it is possible to vary with a smaller stroke volume difference. In addition, any stroke volume can be maintained without the need for power.
(See Figures 1-1, 2 and 3)
圧縮比可変機構40は、アッパ、ロアクランク軸18U、18Lに対し両外側平行に配置された、R、Lスイングアームピボット軸41R、41Lの両側偏芯軸部41Rb、41Lbの略中央に設けたギヤ部41Ra、41Laに、略直角に設けたR、Lラック軸45R、45Lのラックギヤを噛合わせ、送りネジシャフト44の回転によりR、Lラック軸を互いに反対方向に移動させることで、R、Lスイングアームピボット軸を互いに逆回転させ、両側偏芯軸部41Rb、41Lbの軸芯位置をクランク軸と耳軸の交点に対し対称位置に変位させることで、スイングアームの揺動軌跡を対称に変化させ左右気筒を同圧縮比にて可変する構造としている。尚、送りネジシャフト44の送りネジ部44bの左右のネジを互いに逆ネジとすることで、送りネジシャフトの一方向の回転にてR、Lラック軸45R、45Lの逆方向への移動を可能にしている。又、送りネジ部44b、45Ra、45Laの送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動にする為にネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。
送りネジシャフト44の略中央部に配置したドリブンギヤ部44aの両側に設けた軸部を、半割りキャップ状のR、L送りネジシャフトホルダ47R、47Lとフロントクランクケース2にて、回転自在、軸方向固定にて送りネジシャフトを軸支し、圧縮比制御モータ42のドライブピニオンギヤ部42aにて連結され、一体回転するドライブギヤシャフト43のピニオンギヤをドリブンギヤ部44aに噛合わせ圧縮比制御モータの正逆回転により圧縮比を可変する。
圧縮比を単独で可変する機構とすることにより、万一停止したり暴走したとしても一定範囲内の圧縮比変化でシリンダヘッド類に当たることも無いので、圧縮比を随時任意に可変できるより安全な機構となる。
スイングアームの揺動ピボット軸をクランク軸側に設けることはクランク軸及び斜軸部が邪魔となり困難なのでクランク軸から離れた両側位置に配置することになる。左右の揺動ピボット軸ごとに軸芯の変位機構を設ければレイアウトの自由度が増すが、応答差による左右気筒の圧縮比差が発生すると共に、変位機構が二基必要になりコスト、重量増を招く。モータ一つで左右の揺動ピボット軸芯を変位させようとすると駆動力伝達機構の伝達距離が長くなるが、逆手にとって駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を設けることによりモータに電力を通すことなく揺動ピボット軸芯位置を保持できるようになる。
四気筒行程容積可変装置において、二本のクランク軸間の空間を有効利用して揺動ピボット軸芯位置を変位させる機構を配置できると共に、ギヤ部と両偏芯軸部との距離を短くできるので捻り剛性を高くでき、ピボット軸強度及び位置精度向上を図れる。
尚、R、Lラック軸のフロントクランクケースへの組付けは、送りネジシャフトをR、L送りネジシャフトホルダにてフロントクランクケースへ組付後、R、Lラック軸を圧縮比制御モータ42及びキャップ48取付部の左右の穴より挿入し、送りネジシャフトを回転させ送りネジ部を噛合わせ組立てる。
圧縮比は、Rスイングアームピボット軸41Rの軸端に液封の為に圧入した−溝付プラグ41−1の−溝に−状突起を臨ませたスイングアームピボットシャフト位相検知センサ46にてRスイングアームピポット軸の位相変化を検知することで、斜軸に対するスイングアームピボット軸位置の変化を読み取り制御している。
(図1−1、2、3、4参照)The variable compression ratio mechanism 40 is provided substantially at the center of the eccentric shaft portions 41Rb and 41Lb on both sides of the R and L swing
The shaft portions provided on both sides of the driven
By adopting a mechanism that can change the compression ratio independently, even if it stops or runs away, it does not hit the cylinder head due to a change in the compression ratio within a certain range, so it is safer to change the compression ratio arbitrarily at any time. It becomes a mechanism.
Providing the swinging pivot shaft of the swing arm on the crankshaft side is difficult because the crankshaft and the inclined shaft are obstructed, so they are disposed at both side positions away from the crankshaft. If a shaft displacement mechanism is provided for each of the left and right pivot shafts, the degree of freedom in layout increases. However, a difference in the compression ratio between the left and right cylinders due to a difference in response occurs, and two displacement mechanisms are required. Cause an increase. If one motor is used to displace the left and right pivot shafts, the transmission distance of the driving force transmission mechanism will be longer. However, for the other hand, the motor can be powered by providing a nonreciprocal transmission mechanism in part of the driving force transmission mechanism. The swing pivot axis position can be maintained without passing through.
In the four-cylinder stroke volume variable device, it is possible to arrange a mechanism for displacing the swing pivot axis position by effectively using the space between the two crankshafts and to shorten the distance between the gear part and both eccentric shaft parts. Therefore, the torsional rigidity can be increased, and the pivot shaft strength and the positional accuracy can be improved.
The R and L rack shafts are assembled to the front crankcase by attaching the feed screw shaft to the front crankcase with the R and L feed screw shaft holders, and then attaching the R and L rack shafts to the compression
The compression ratio is determined by the swing arm pivot shaft
(See Figures 1-1, 2, 3, and 4)
補機類駆動機構50は、補機類駆動シャフト51を変速機室の反対側にアッパ、ロアクランク軸18U、18Lに対し直角及び両クランク軸線上に配置、アッパクランク軸18Uの軸端段付軸にスプラインにて回転固定、ナット52−2にて軸方向固定したドライブベベルギヤ52に、補機類駆動シャフトを回転自在、軸方向固定にて軸支するアッパベアリング51−2と補機類駆動シャフトの鍔とで軸方向固定され、スプラインにて回転固定されたドリブンベベルギヤ53を噛合せ補機類に動力伝達する構造としている。補機類駆動シャフト51のロア側はロアベアリング51−1にてシャフトを回転自在に軸支しその先にはオイルポンプ等の補機(図示省略)が配置され駆動される。アッパ側にはカムシャフトドライブスプロケット55補機類駆動プーリ56等がスプラインにて回転固定、図示しないボルト等にて軸方向固定されそれによりアッパベアリング51−2も軸方向固定されている。尚、アッパベアリング51−2はベアリングホルダ54に挿入されナット51−3にて軸方向固定されており、シム54−1及びシム52−1の厚さを調整することで、補機類駆動シャフト及びアッパクランク軸に対する軸方向位置を変えベベルギヤの歯当りを調整可能にしている。
斜軸式行程容積可変装置を自動車用エンジンに用いた場合、クランク軸方向の片側にシリンダヘッドをその反対側に変速機類を配置することになるので、オイル溜りはクランク軸の径方向に配置することとなる。そこにオイルポンプを配置し、変速機類やシリンダ、シリンダヘッド類の配置の邪魔にならない様に、クランク軸より機械的に駆動しようとすると、変速機類の反対側の両シリンダ間の空間にクランク軸より直角に駆動軸を配置するのが合理的で、結果として空間を有効利用でき、更に吸、排気バルブをリフトするカムシャフトはシリンダ穴に直角に配置するのが一般的故駆動軸と平行となるので、カムシャフトの一般的な駆動方法であるチェーン駆動のドライブスプロケットを駆動軸に設けることでカムシャフトを駆動できると共に、駆動軸のオイルポンプ他端側に補機類の駆動プーリ等も設けることができる。
本実施例ではロアベアリングにソリッド形針状コロ軸受、アッパベアリングに組合せアンギュラ玉軸受を採用し軸方向のガタツキを最少限に抑えベベルギヤ部の騒音、強度対応を図っている。又、4サイクルエンジンではピストン2往復にてカムシャフトが1回転すればよいので、本実施例では補機類駆動シャフトの回転をクランク軸に対し減速比を4/3≒1.33に、カムシャフトの回転を補機類駆動シャフトに対し3/2=1.5とし、最終的にカムシャフトの回転をクランク軸に対し減速比を2とすることで、オイルポンプやウォータポンプを補機類駆動シャフトに直結しても、一般的な自動車用ガソリンエンジンの最高回転数でキャビテーションが起きない範囲まで回転数を上げ小型化を図れるようにしている。小排気量で回転が高い場合は1.5等から2迄減速比を大きくとることができる。又、本実施例では補機類駆動シャフトの軸芯をシリンダとフロントクランクケースの合せ面とし、ロア側のオイル溜室まで補機類駆動シャフトを延長している為に、シールチューブ6を設け液封している。
(図1−1、2、3参照)The auxiliary machinery drive mechanism 50 has an auxiliary
When the slant shaft type variable stroke volume device is used for an automobile engine, the cylinder head is arranged on one side in the crankshaft direction, and the transmissions are arranged on the opposite side, so the oil reservoir is arranged in the radial direction of the crankshaft. Will be. If an oil pump is placed there, and it is mechanically driven from the crankshaft so as not to interfere with the arrangement of transmissions, cylinders, and cylinder heads, the space between the cylinders on the opposite side of the transmissions It is reasonable to dispose the drive shaft at a right angle from the crankshaft. As a result, space can be used effectively, and the camshaft for lifting the intake and exhaust valves is generally disposed at a right angle to the cylinder hole. Because it is parallel, the camshaft can be driven by providing a drive sprocket of chain drive, which is a general drive method of the camshaft, on the drive shaft, and a drive pulley of auxiliary equipment etc. on the other end of the oil pump of the drive shaft Can also be provided.
In this embodiment, a solid needle roller bearing is used for the lower bearing, and a combined angular contact ball bearing is used for the upper bearing to minimize backlash in the axial direction and to cope with the noise and strength of the bevel gear section. In the case of a 4-cycle engine, the camshaft only needs to make one revolution by reciprocating two pistons. Therefore, in this embodiment, the rotation of the accessory drive shaft is reduced to 4 / 3≈1.33 with respect to the crankshaft. By setting the shaft rotation to 3/2 = 1.5 relative to the accessory drive shaft and finally setting the reduction ratio to 2 relative to the crankshaft rotation relative to the crankshaft, the oil pump and water pump can be Even if it is directly connected to the drive shaft, it is possible to reduce the size by increasing the rotational speed to the range where cavitation does not occur at the maximum rotational speed of a general automobile gasoline engine. When the rotation is high with a small displacement, the reduction ratio can be increased from 1.5 etc. to 2. In this embodiment, the shaft of the accessory drive shaft is used as the mating surface of the cylinder and the front crankcase, and the accessory drive shaft is extended to the oil reservoir on the lower side. Therefore, a seal tube 6 is provided. Liquid sealed.
(See Figures 1-1, 2 and 3)
シリンダヘッド部にはSOHCローラロッカアーム式3次元カム連続無断可変動弁装置を搭載している。本動弁装置は、両クランク軸の両外側平行に配置されたシリンダ穴列に平行、クランク軸に直角に配置されたR、Lカムシャフト61R、61Lの中心穴に設けたR、Lアクセルシャフト62R、62Lに、キー63を介してスライドするに従い高さ、作用角が大きくなると共にタイミングが軸方向で連続変化する3次元R、L吸気カムロブ64R、64Lと、吸気のリフトに適した高さ、作用角、タイミングを軸方向に連続変化させ形成した3次元R、L排気カムロブ65R、65Lを軸方向に並べて固定し、カムシャフトのキー溝により位相を規制してスライド可能とし、アーム中間部に圧入固定されたピン66−1、67−1にニードルベアリング66−2、67−2を介して回転自在、軸力向固定にて軸支され各カムロブに点接触するローラフォロワ66−3、67−3を有するR、L吸、排気スイングアーム66R、66L、67R、67Lの揺動先端部のアジャストスクリュを介し押圧し吸、排気バルブ69in、69exを進退させるものにおいて、アクセルシャフト片端に固定されたベアリング62−1にて軸支されたジョイントブラケット71を、アクセルモータ73からギヤ列を介して伝達された回転出力をアクセルシャフトスライドアクチュエータ72にて往復運動に変換し進退させることで、R、Lアクセルシャフト62R、62Lを進退させると共に、ジョイントブラケット71の変位をアクセルシャフトスライドセンサ74により検出し、アクセルモータ73を制御し出力制御するものである。
スイングアームを揺動自在に軸支するスイングアームシャフト68はアクセルシャフトスライドアクチュエータ72側の軸受部で鍔68a及びベベル形サークリップ68−1にて軸方向固定すると共に、スイングアーム揺動軸両端とスイングアームシャフトのサークリップ溝に係止したサークリップ68−2又は鍔68aの間にシム68−3を挿入しその厚さを調整することで揺動軸部の軸方向クリアランスを調整すると共に、スイングアームの軸方向位置を調整し各気筒間の主に吸気バルブのリフト量を調整し同調を行うもので、熱膨張によるリフト量の変化を最少限に抑える構造としている。(図1−3、4、7参照)The cylinder head is equipped with a SOHC roller rocker arm type three-dimensional cam continuous variable valve operating device. This valve operating apparatus is provided with R and L accelerator shafts provided in center holes of R and
A
以下、実施形態例は最高圧縮比時における行程容積連続可変装置の収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は四気筒であって、シリンダヘッド部にSOHCローラロッカアーム式3次元カム連続無断可変動弁装置を搭載することで、バルブリフト、圧縮比、行程容積の連続無断可変を実現している。図1−1はアッパクランク軸側シリンダの最高圧縮比時の最大行程容積時を示し、スイングアームの揺動中心線軌跡を示す二点鎖線は最低圧縮比時の最大行程容積時揺動範囲を示し、一点鎖線は最少行程容積時アーム位置を示している。各軸の回転方向はアッパクランク軸を変速機室側から視て時計回り、ロアクランク軸を反時計回りとしている。よって補機類駆動シャフト及びカムシャフトはアッパ側からロア側を視て(図1−1、1−4にて)反時計回りとなる。
又、図1−4のピストン位置は最高圧縮比時の最少行程容積時を示しており、クランク軸及び斜軸のリンク保持部の斜軸固定ピン穴の芯位置の設定により、最大行程容積時より高圧縮比に設定し低負荷時の燃焼効率向上を図っている。
尚、本発明は四気筒に限定されるものでは無く、二気筒から多気筒内燃機関に採用可能である。バルブリフトの連続可変は必要不可欠ではなく特許請求範囲でも無いので簡略に説明する。各図では必要に応じて一部図面化を省略しており、符号に用いられるR、Lは、変速機側から視て右側をR、左側をLとし、変速機側をリヤ、シリンダヘッド側をフロントとしている。In the following, the embodiment will be described mainly with respect to the crankcase block portion in which the continuously variable stroke volume device at the maximum compression ratio is accommodated, and the cam chain related to the valve operating device, the oil pump, and the auxiliary machines are both shown and described. Omitted. The stroke volume continuous variable device described in the present embodiment is a four-cylinder, and by mounting a SOHC roller rocker arm type three-dimensional continuous cam variable valve device on the cylinder head portion, the valve lift, compression ratio, stroke volume Realizing continuous variable without. FIG. 1-1 shows the maximum stroke volume at the maximum compression ratio of the upper crankshaft side cylinder, and the two-dot chain line indicating the swing center line locus of the swing arm indicates the swing range at the maximum stroke volume at the minimum compression ratio. The alternate long and short dash line indicates the arm position at the minimum stroke volume. The rotation direction of each shaft is clockwise when the upper crankshaft is viewed from the transmission chamber side, and the lower crankshaft is counterclockwise. Therefore, the accessory drive shaft and camshaft are counterclockwise when viewed from the upper side to the lower side (in FIGS. 1-1 and 1-4).
The piston position in Fig. 1-4 indicates the minimum stroke volume at the maximum compression ratio. By setting the center position of the inclined shaft fixing pin hole in the link holding part of the crankshaft and the inclined shaft, the maximum stroke volume is obtained. A higher compression ratio is set to improve combustion efficiency at low loads.
The present invention is not limited to four cylinders, and can be applied to a two-cylinder to multi-cylinder internal combustion engine. Since continuously changing the valve lift is not indispensable and not within the scope of the claims, it will be described briefly. In each drawing, some drawings are omitted as necessary. R and L used for reference numerals are R on the right side and L on the left side when viewed from the transmission side, the rear side on the transmission side, and the cylinder head side. The front.
1 シリンダ
2 フロントクランクケース
3 リヤクランクケース
4 ギヤケース
4−1 オイルシール
5 カムシャフトドライブチェーンカバー
6 シールチューブ
10 クランク機構
11 ピストン
11−1 ピストンピン
12 コンロッド
12−1 大端軸
12−2 プラグ
13 スイングアーム
13−1 シム
14 ジョイントリンク
15 斜軸 15a リンク保持部
15b 斜軸部
15w ウエイト部
15−1 斜軸固定リンク
15−2 斜軸固定ピン
15−3 耳軸ホルダ 15−3a 耳軸
15−3b 耳軸
16 ロッカアーム 16a 両端軸
16−1 ベアリング
16−2 インナレースナット
16−3 アウタレースナット
17 十字継手
17−1 スラストワッシャ
17−2 ナット
18(U,L) (アッパ,ロア)クランク軸
18(U,L)a リンク保持部
18(U,L)w ウエイト部
18−1 フロントベアリング
18(U,L)−2 リヤベアリング
18(U,L)−3 アウタレースナット
18−4 ワッシャ
19(U,L) (アッパ,ロア)クランク軸ギヤ
19Ua 変速機係合ボス部
19−1 ボルト
19−2 ナット
20 行程容積可変機構
21(U,L) (アッパ,ロア)雌送りネジ
21−1 ボルト
21−2 ノックピン
22(U,L) (アッパ,ロア)雄送りネジ
22−1 ベアリング
22−2 インナレースナット
22−3 アウタレースナット
23 耳軸リフタ
23−1 ジョイントカラー
30 行程容積制御機構
31 行程容積制御モータ 31a ドライブピニオンギヤ部
31−1 ボルト
32 ドライブピニオンシャフト
33 アイドルギヤ
33−1 アイドルギヤシャフト
33−2 ベアリング
33−3 スラストワッシャ
34 アイドルギヤシャフトホルダ
34−1 ボルト
35 リフタ位置検知センサ
35−1 ボルト
40 圧縮比可変機構
41(R,L) (R,L)スイングアームピボット軸
41(R,L)a ギヤ部
41(R,L)b 偏芯軸部
41−1 −溝付プラグ
41−2 プラグ
42 圧縮比制御モータ 42a ドライブピニオンギヤ部
43 ドライブギヤシャフト
44 送りネジシャフト 44a ドリブンギヤ部
44b 送りネジ部
45(R,L) (R,L)ラック軸 45(R,L)a 送りネジ部
46 スイングアームピボットシャフト位相検知センサ
47(R,L) (R,L)送りネジシャフトホルダ
48 キャップ
50 補機類駆動機構
51 補機類駆動シャフト
51−1 ロアベアリング
51−2 アッパベアリング
51−3 ナット
52 ドライブベベルギヤ
52−1 シム
52−2 ナット
53 ドリブンベベルギヤ
54 ベアリングホルダ
54−1 シム
55 カムシャフトドライブスプロケット
56 補機類駆動プーリ
61(R、L) (R、L)カムシャフト
62(R、L) (R、L)アクセルシャフト
62−1 ベアリング
63 キー
64(R、L) (R、L)吸気カムロブ
65(R、L) (R、L)排気カムロブ
66(R、L) (R、L)吸気スイングアーム
66−1 ピン
66−2 ニードルベアリング
66−3 ローラフォロワ
67(R、L) (R、L)排気スイングアーム
67−1 ピン
67−2 ニードルベアリング
67−3 ローラフォロワ
68 スイングアームシャフト 68a 鍔
68−1 ベベル形サークリップ
68−2 サークリップ
68−3 シム
69in 吸気バルブ
69ex 排気バルブ
71 ジョイントブラケット
72 アクセルシャフトスライドアクチュエータ
73 アクセルモータ
74 アクセルシャフトスライドセンサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1
15b Oblique shaft
15w Weight part 15-1 Oblique shaft fixing link 15-2 Oblique shaft fixing pin 15-3 Ear shaft holder 15-3a Ear shaft
15-
18 (U, L) a Link holding part
18 (U, L) w Weight part 18-1 Front bearing 18 (U, L) -2 Rear bearing 18 (U, L) -3 Outer race nut 18-4 Washer 19 (U, L) (Upper, lower) Crankshaft gear
19Ua Transmission engaging boss portion 19-1 Bolt 19-2 Nut 20 Stroke volume variable mechanism 21 (U, L) (Upper, lower) Female feed screw 21-1 Bolt 21-2 Knock pin 22 (U, L) (Upper , Lower) Male feed screw 22-1 Bearing 22-2 Inner race nut 22-3
41 (R, L) a Gear part
41 (R, L) b Eccentric shaft portion 41-1-Slotted plug 41-2
44b Feed screw part 45 (R, L) (R, L) Rack shaft 45 (R, L) a Feed screw part 46 Swing arm pivot shaft phase detection sensor 47 (R, L) (R, L) Feed screw shaft holder 48 Cap 50 Auxiliary drive mechanism 51 Auxiliary drive shaft 51-1 Lower bearing 51-2 Upper bearing 51-3 Nut 52 Drive bevel gear 52-1 Shim 52-2 Nut 53 Driven bevel gear 54 Bearing holder 54-1 Shim 55 Camshaft drive sprocket 56 Auxiliary machinery drive pulley 61 (R, L) (R, L) Camshaft 62 (R, L) (R, L) Accelerator shaft 62-1 Bearing 63 Key 64 (R, L) (R , L) Intake cam lobe 65 (R, L) (R, L) Exhaust cam lobe 66 (R, L) (R, L) ) Intake swing arm 66-1 pin 66-2 Needle bearing 66-3 Roller follower 67 (R, L) (R, L) Exhaust swing arm 67-1 Pin 67-2 Needle bearing 67-3 Roller follower 68 Swing arm shaft 68a 鍔 68-1 Bevel type circlip 68-2 Circlip 68-3 Shim 69in Intake valve 69ex Exhaust valve 71 Joint bracket 72 Accelerator shaft slide actuator 73 Accelerator motor 74 Accelerator shaft slide sensor
Claims (11)
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