JP2017201131A - Internal combustion engine with variable compression ratio mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関し、特に、潤滑性能の改良に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, and more particularly to improvement of lubrication performance.
内燃機関の機関圧縮比を変更可能なデバイスとして、特許文献1等に開示されているように、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が知られている。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、制御シャフトに偏心して設けられた偏心軸部とロアーリンクとを連結する制御リンクと、を有し、モータ等のアクチュエータにより制御シャフトの回転位置を変更することで、ピストン上死点位置及び下死点位置の変化を伴って機関圧縮比を変更可能である。 As a device capable of changing the engine compression ratio of an internal combustion engine, a variable compression ratio mechanism using a multi-link type piston-crank mechanism is known as disclosed in Patent Document 1 and the like. The variable compression ratio mechanism includes a lower link that is rotatably attached to a crankpin of a crankshaft, an upper link that connects the lower link and the piston, an eccentric shaft portion that is eccentrically provided on the control shaft, and a lower link. And the engine compression ratio can be changed with changes in the piston top dead center position and bottom dead center position by changing the rotational position of the control shaft by an actuator such as a motor. .
制御シャフトは、クランクシャフトと同様、ベアリングキャップ等のシャフト支持部によって機関本体としてのシリンダブロック側に回転可能に支持されている。従って、クランクシャフトのメインジャーナル部と同様に、制御シャフトのジャーナル部の軸受部分も潤滑を行なう必要がある。このため、潤滑油の供給経路が増加し、オイルポンプ容量の増大やエンジンフリクションの悪化等が懸念される。 Similar to the crankshaft, the control shaft is rotatably supported on the cylinder block side as the engine body by a shaft support portion such as a bearing cap. Therefore, it is necessary to lubricate the bearing portion of the journal portion of the control shaft as well as the main journal portion of the crankshaft. For this reason, the supply path of the lubricating oil increases, and there is a concern about an increase in the oil pump capacity and deterioration of engine friction.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、制御シャフトのジャーナル部が回転可能に嵌合する軸受面の潤滑性能を確保し得る新規な潤滑構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, a novel that can ensure lubrication performance of a bearing surface on which a journal portion of a control shaft is rotatably fitted. It aims to provide a simple lubrication structure.
制御シャフトが回転可能に嵌合する軸受面が形成されたシャフト軸受部を有するとともに、一端が上記軸受面に開口し、他端が当該シャフト支持部の端面に開口する油通路が形成されている。 An oil passage having a shaft bearing portion formed with a bearing surface on which the control shaft is rotatably fitted, and having one end opened in the bearing surface and the other end opened in the end surface of the shaft support portion is formed. .
機関運転中、制御シャフトには、アッパーリンク,ロアーリンク及び制御リンクを介して、ピストン側から燃焼圧力に起因する回転方向の荷重が繰り返し作用することから、制御シャフトは所定の角度範囲内を不可避的に回転する回転運動を行なう。 During engine operation, a load in the rotational direction due to combustion pressure is repeatedly applied to the control shaft from the piston side via the upper link, lower link, and control link. Rotating motion that rotates automatically.
従って、本発明のようにシャフト支持部の軸受面と端面とを繋ぐ油通路を設けることで、制御シャフトの回転動作に伴うポンプ作用によって、オイルパン内に貯留する潤滑油が油通路に吸引され、この油通路を経由して軸受面に潤滑油を供給して、制御シャフトが回転可能に嵌合するシャフト支持部の軸受面を潤滑することができる。 Therefore, by providing an oil passage that connects the bearing surface and the end face of the shaft support portion as in the present invention, the lubricating oil stored in the oil pan is sucked into the oil passage by the pump action accompanying the rotation operation of the control shaft. The lubricating oil can be supplied to the bearing surface via this oil passage to lubricate the bearing surface of the shaft support portion into which the control shaft is rotatably fitted.
このようにオイルポンプを用いた強制的な潤滑油の送給を行なう必要がないことから、オイルポンプの容量を縮小することができ、かつ、シャフト支持部に設けた油通路を通して最短の経路でオイルパンから軸受面に潤滑油を供給することができるために、潤滑油の供給経路が簡素化され、ひいてはエンジンフリクションを低減することができる。 Since there is no need to forcibly feed the lubricating oil using the oil pump in this way, the capacity of the oil pump can be reduced, and the shortest path can be provided through the oil passage provided in the shaft support portion. Since the lubricating oil can be supplied from the oil pan to the bearing surface, the lubricating oil supply path is simplified, and engine friction can be reduced.
本発明によれば、制御シャフトの回転運動を利用して、オイルパン内の潤滑油を、シャフト支持部に設けた油通路を経由してシャフト支持部の軸受面に供給することができる。従って、制御シャフトの潤滑性能を確保しつつ、オイルポンプの容量縮小、潤滑油の供給経路の簡素化、及びエンジンフリクションの低減を図ることができる。 According to the present invention, the lubricating oil in the oil pan can be supplied to the bearing surface of the shaft support portion via the oil passage provided in the shaft support portion by utilizing the rotational motion of the control shaft. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the oil pump, simplify the lubricating oil supply path, and reduce engine friction while ensuring the lubricating performance of the control shaft.
以下、図示実施例により本発明を説明する。先ず図1を参照して、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10について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to illustrated embodiments. First, a variable
この可変圧縮比機構10は、内燃機関のクランクシャフト11のクランクピン11Aに回転可能に取り付けられるロアーリンク12と、ピストン13とロアーリンク12とを連結するアッパーリンク14と、ロアーリンク12に一端が回転可能に取り付けられる制御リンク15と、を有している。ピストン13とアッパーリンク14とは、両者を挿通するピストンピン16により回転可能に連結され、アッパーリンク14とロアーリンク12とは、両者を挿通する連結ピン17により回転可能に連結され、制御リンク15とロアーリンク12とは、両者を挿通する制御ピン18により回転可能に連結されている。
The variable
上記のピストン13はシリンダブロック19のシリンダ20に昇降可能に配設され、シリンダ20内をシリンダ軸方向に摺動する。また、シリンダブロック19には、クランクシャフト11と平行に制御シャフト21が回転可能に支持されている。この制御シャフト21には、その回転中心から偏心した偏心軸部21Aが設けられており、この偏心軸部21Aに、上記のロアーリンク12の他端が回転可能に取り付けられている。
The
可変圧縮比アクチュエータとしての駆動モータ26により制御シャフト21の回転位置を変更することによって、制御リンク15によるロアーリンク12の拘束条件が変化して、ピストン13の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が変化する。従って、図示せぬ制御部により駆動モータ26の動作を制御することにより、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。
By changing the rotational position of the
シリンダブロック19には、シリンダ20の下端部の近傍に、オイルジェット22が設けられている。このオイルジェット22は、シリンダブロック19の内部に形成された潤滑油通路であるメインギャラリ23から供給される潤滑油を、ピストン13の冠面の裏面側へ向けて噴射供給することで、ピストン13の冷却を行なうもので、機関回転数が約2000rpm以上であれば内蔵された弁が開弁して潤滑油を常時噴射するように構成されている。このオイルジェット22の噴射ノズル24は、ピストン13のスカート部13Aと干渉することのないように、オイルジェット本体から側方へ延びてから上方へ延びる形状となっている。
An
次に、図2〜図5を参照して、本発明の第1実施例の要部をなす制御シャフト21近傍の潤滑構造について説明する。なお、本明細書における「上下」は、基本的に車載姿勢での鉛直方向に沿うものである。
Next, a lubricating structure in the vicinity of the
図2及び図3を参照して、制御リンク15は、制御ピン18が回転可能に嵌合する円筒状の小端部15Aと、制御シャフト21の偏心軸部21Aが回転可能に嵌合する円筒状の大端部15Bと、これら小端部15Aと大端部15Bとを繋ぐロッド部15Cと、を有している。大端部15Bは偏心軸部21Aを挟んだ半割形状に形成されており、一方の制御リンク用キャップ15Dが2本のボルト15Eによりロッド部15Cの側に固定される構造となっている。この制御リンク15のロッド部15Cには、制御ピン18が回転可能に嵌合する小端部15Aの軸受部分と、偏心軸部21Aが回転可能に嵌合する大端部15Bの軸受部分とを繋ぐロッド内油路15Fが形成されている。
2 and 3, the
制御シャフト21には、軸方向に延びる軸方向油路27が形成されるとともに、制御リンク15が回転可能に嵌合する偏心軸部21Aに、この偏心軸部21Aの外周と軸方向油路27とを結ぶ第1径方向油路28が形成され、かつ、後述するジャーナル部21Bには、このジャーナル部21Bの外周と軸方向油路27とを繋ぐ第2径方向油路29が形成されている。
An
図4に示すように、クランクシャフト11のメインジャーナル部11Bは、シリンダブロック19に一体的に設けられた板状をなすバルクヘッド31と、このバルクヘッド31の下面側に2本の固定ボルト(図では固定ボルトを省略し、固定ボルトが挿通するボルト孔32のみを描いている)を用いて締結固定される主ベアリングキャップ33と、に挟み込まれた状態で両者より回転可能に支持されている。バルクヘッド31の下面側には、メインジャーナル部11Bの上半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面34Aが凹設され、主ベアリングキャップ33の上面側には、メインジャーナル部11Bの下半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面34Bが凹設されている。
As shown in FIG. 4, the
制御シャフト21のジャーナル部21Bは、主ベアリングキャップ33と、この主ベアリングキャップ33の下面側に上記2本の固定ボルトを用いて締結固定される副ベアリングキャップ35と、に挟み込まれた状態で両者により回転可能に支持されている。主ベアリングキャップ33の下面側には、ジャーナル部21Bの上半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面36Aが凹設され、副ベアリングキャップ35の上面側には、ジャーナル部21Bの下半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面36Bが凹設されている。
The
これらのバルクヘッド31,主ベアリングキャップ33及び副ベアリングキャップ35が、クランクシャフト11及び制御シャフト21を回転可能に支持するシャフト支持部を構成している。2本の固定ボルトは、バルクヘッド31と主ベアリングキャップ33とを締結する機能と、主ベアリングキャップ33と副ベアリングキャップ35とを締結する機能とを兼ね備えており、構成の簡素化が図られている。制御シャフト21は、車載状態でクランクシャフト11のほぼ鉛直下方に配置されている。従って、制御シャフト21のジャーナル部21Bとクランクシャフト11のメインジャーナル部11Bとは共に2本の固定ボルト(ボルト孔32)の間に配置されている。
The
制御シャフト21の下方、つまり内燃機関の下部には、潤滑油を貯留するオイルパン37が設けられている。つまり、クランクシャフト11よりも下方で、かつオイルパン37上方のスペースを有効に利用して制御シャフト21が配置されている。従って、機関運転状態では、制御シャフト21の下側に位置する副ベアリングキャップ35の一部が、少なくともオイルパン37内に貯留されている潤滑油の油面38よりも下側に位置して、オイルパン37内の潤滑油に油没するようになっている。
An
そして本実施例では、シャフト支持部としての副ベアリングキャップ35には、一端が軸受面36Bに開口し、他端が当該副ベアリングキャップ35の端面39に開口する油通路40が形成されている。つまり、油通路40は、車載状態において、軸受面36Bの下端部分から鉛直下方へ真っ直ぐに延び、副ベアリングキャップ35の端面39に開口している。
In this embodiment, the
機関運転中、制御シャフト21は機関運転状態に応じた所定の機関圧縮比となるように駆動モータ26によって駆動もしくは保持されるが、仮に機関圧縮比が一定の運転状態、つまり制御シャフト21を所定の回転角度に保持するべき運転状態であっても、制御シャフト21には、ピストン13へ作用する燃焼圧力に起因する回転方向の大きな荷重が、アッパーリンク14,ロアーリンク12及び制御リンク15を介して繰り返し作用することから、制御シャフト21は不可避的に所定の回転範囲内で正逆方向に回転運動する。
During engine operation, the
本実施例では、このように機関運転中には制御シャフト21が不可避的に回転運動すること、更にシャフト支持部としての副ベアリングキャップ35がオイルパン37内に貯留する潤滑油に油没していることに着目し、上記の油通路40を形成した。この油通路40の他端はオイルパン37内の潤滑油に浸かっているため、機関運転状態であれば、制御シャフト21の回転運動に伴うポンプ作用によって、オイルパン37内の潤滑油が油通路40内に吸い上げられ、この油通路40を経由して、制御シャフト21のジャーナル部21Bが回転可能に嵌合する軸受面36Bに供給されることとなり、この軸受面36B及びこれに連なる上側の軸受面36によって支持される制御シャフト21のジャーナル部21Bの潤滑性能を良好に確保することが可能となる。
In the present embodiment, the
このように制御シャフト21の回転運動に伴うポンプ作用を利用して潤滑油を軸受面36Bに供給することができるため、オイルポンプにより強制的に潤滑油を圧送する必要がなく、その分のエネルギー消費が抑制されるために、オイルポンプの容量を縮小することができる。また、油通路40を通して最短の経路でオイルパン37から軸受面36Bに潤滑油を供給することができるために、潤滑油の供給経路が短縮化,簡素化され、ひいてはエンジンフリクションを低減することができる。
Thus, since the lubricating oil can be supplied to the
機関運転中、制御リンク15は、大端部15Bで回転可能に嵌合する偏心軸部21Aを支点として揺動する、いわゆる首振り運動を行なうため、この首振り運動に伴うポンプ作用によって、上記油通路40を通して制御シャフト21に対する軸受面36Bに供給された潤滑油を、上述した制御シャフト21の第2径方向油路29,軸方向油路27及び第1径方向油路28を経由して、制御リンク15の大端部15Bに回転可能に嵌合する偏心軸部21Aの軸受面36Bに供給することができ、かつ、制御リンク15に形成されたロッド内油路15Fを経由して、制御ピン18が回転可能に嵌合する小端部15Aの軸受部分にも供給することが可能である。この結果、オイルポンプの更なる容量の縮小、潤滑油の供給経路の簡素化、及びエンジンフリクションの低減化を図ることができる。
During engine operation, the
以下に示す実施例では、既述した実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 In the embodiments described below, the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.
図6は第2実施例を示している。この第2実施例では、油通路40の他端部に、下方へ向けて徐々に拡径するテーパ部41を形成している。この結果、油通路40は、副ベアリングキャップ35の端面39に開口する部分で最も断面積(開口面積)が拡大するものとなっている。このような第2実施例では、下方へ向けて拡径するテーパ部41を油通路40に設けているため、オイルパン37内に貯留する潤滑油をより効果的に油通路40内へ吸引することが可能となり、潤滑油の油量を確保して潤滑性能の向上を図ることができる。
FIG. 6 shows a second embodiment. In the second embodiment, a tapered
図7は第3実施例、図8は第4実施例を示している。上記第1実施例では、油通路40を軸受面36Bの最下端から鉛直方向に沿って真下に延長形成して、最短距離で油通路40を形成しているが、このような制御シャフト21のジャーナル部21Bの真下の部分は、肉厚が最も薄く、燃焼圧力に起因する荷重も作用し易い。そこで、第3,第4実施例では、軸受面36Bの最下端、つまり制御シャフト21のジャーナル部21Bの真下の位置よりも左右にずれた位置に、軸受面36Bと副ベアリングキャップ35の端面39とを繋ぐ油通路40A,40Bを形成している。特に、第3,第4実施例では、制御シャフト21の回転範囲の両端に対応する位置に、それぞれ油通路40A,40Bを形成している。これによって、上述した第1実施例とほぼ同様の作用効果が得られることに加え、荷重の集中を抑制して、信頼性・耐久性を向上することができる。
FIG. 7 shows a third embodiment, and FIG. 8 shows a fourth embodiment. In the first embodiment, the
図9に示す第5実施例は、上記第3実施例と第4実施例とを組み合わせた形状となっており、つまり、制御シャフト21の回転範囲の両端に対応した2箇所に、それぞれ油通路40が形成されている。このように、複数本の油通路40を形成してもよく、この場合、第2,第3実施例と同様の効果が得られることに加え、油通路40を経由して軸受面36Bへ供給される潤滑油の油量を増大し、潤滑性能を更に向上することができる。
The fifth embodiment shown in FIG. 9 is a combination of the third and fourth embodiments, that is, oil passages are respectively provided at two locations corresponding to both ends of the rotation range of the
図10は第6実施例を示している。この実施例では、軸受面36Bの最下端(制御シャフト21の中心から鉛直下方の部分)から下方へ向けて3本の油通路40C,40D,40Fが放射状に形成されている。中央の油通路40Cは、第1実施例と同様に、軸受面36Bの最下端から鉛直下方へ向けて真っ直ぐに延びており、両側の2本の油通路40D,40Eは、副ベアリングキャップ35の端面39のうち、制御シャフト21の回転範囲の両端に対応する位置に向けて斜め下方へ延びている。
FIG. 10 shows a sixth embodiment. In this embodiment, three
このように複数の油通路40C,40D,40Eが合流・交差するように構成しても良く、このような第6実施例においても、上記の第1実施例及び第5実施例と同様の作用効果を得ることができる。
In this way, the plurality of
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、上記実施例では油通路が直線状に形成されているが、油通路が折曲部分又は屈曲部分を有する形状であっても良い。また、上記実施例ではシャフト支持部としてバルクヘッド31,主ベアリングキャップ33,及び副ベアリングキャップ35が用いられているが、シャフト支持部の形状としてはこれに限らず、例えばラダーフレームタイプのシャフト支持部であっても良い。また、本発明が適用される内燃機関は直列だけでなく、V型や水平対向型の内燃機関に適用できる。
As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes. For example, although the oil passage is formed in a straight line in the above embodiment, the oil passage may have a bent portion or a bent portion. In the above-described embodiment, the
10…可変圧縮比機構
11…クランクシャフト
11B…メインジャーナル部
12…ロアーリンク
14…アッパーリンク
15…制御リンク
17…連結ピン
18…制御ピン
21…制御シャフト
21A…偏心軸部
21B…ジャーナル部
26…駆動モータ(アクチュエータ)
35…副ベアリングキャップ(シャフト支持部)
37…オイルパン
40(40A〜40E)…油通路
DESCRIPTION OF
35 ... Secondary bearing cap (shaft support)
37 ... Oil pan 40 (40A-40E) ... Oil passage
Claims (5)
このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、
アクチュエータにより回転される制御シャフトと、
この制御シャフトと上記ロアーリンクとを連結する制御リンクと、を有し、
上記制御シャフトの回転位置に応じて機関圧縮比が変化するように構成された可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
潤滑油を貯留するオイルパンが上記制御シャフトよりも下方に配置され、
内燃機関は、上記制御シャフトが回転可能に嵌合する軸受面が形成されたシャフト支持部を有し、このシャフト支持部には、一端が上記軸受面に開口し、他端が当該シャフト支持部の端面に開口する油通路が形成され、
上記油通路が開口する上記シャフト支持部の端面は、上記オイルパンの潤滑油内に油没していることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 A lower link rotatably attached to the crank pin of the crankshaft;
An upper link connecting the lower link and the piston;
A control shaft rotated by an actuator;
A control link connecting the control shaft and the lower link;
In an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism configured to change an engine compression ratio according to a rotational position of the control shaft,
An oil pan for storing lubricating oil is disposed below the control shaft,
The internal combustion engine has a shaft support portion formed with a bearing surface on which the control shaft is rotatably fitted. One end of the shaft support portion is open to the bearing surface, and the other end is the shaft support portion. An oil passage opening at the end face of the
An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism, wherein an end surface of the shaft support portion where the oil passage opens is submerged in lubricating oil of the oil pan.
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