JP2019148207A - 可変圧縮比機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンフリクションの増大を抑制し、また、コンロッドの強度を十分に確保することができる可変圧縮比機構を提供する。【解決手段】可変圧縮比機構４０の小端スライドガイド４１は、ピストンピン３２とコンロッド２８の小端部２９との間に設けられ、ピストンピン３２の軸心ＡＸ１に対して傾く傾斜軸心ＡＸ３を中心とする傾斜円筒面５２を有する。コンロッド２８は、小端スライドガイド４１に対して傾斜軸心ＡＸ３方向に平行移動してピストン１４の上死点位置を変化させる。大端スライドガイド４２は、クランクピン２４とコンロッド２８の大端部３４との間に設けられ、クランクピン２４の軸心ＡＸ２に対して傾く傾斜軸心ＡＸ４を中心とする傾斜円筒面５５を有する。コンロッド２８は、大端スライドガイド４２に対して傾斜軸心ＡＸ４方向に平行移動してピストン１４の上死点位置を変化させる。【選択図】図４

Description

本発明は、可変圧縮比機構に関する。

従来、内燃機関の圧縮比を変化させる可変圧縮比機構が知られている。特許文献１には、コンロッドの両端部に自在継手を設け、クランク軸を軸方向に移動して圧縮比を変化させる機構が開示されている。特許文献２には、コンロッドを二分割して伸縮させることで圧縮比を変化させる機構が開示されている。

特開２０１５−２１４１０号公報 特表２０１６−５３５８３８号公報

ところが、特許文献１では、コンロッドが前後方向へ傾斜することに起因してピストンフリクションが増大するおそれがある。特許文献２では、コンロッドを伸縮させるための油圧シリンダやシャフトを内蔵する必要があり、また、そもそもコンロッドを分割する必要があることから、十分な強度を確保することが困難である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンフリクションの増大を抑制し、また、コンロッドの強度を十分に確保することができる可変圧縮比機構を提供することである。

本発明は、内燃機関（１０）の可変圧縮比機構であって、コンロッド（２８）と、スライドガイド（４１、４２）とを備える。スライドガイドは、内燃機関のピストンピン（３２）およびクランクピン（２４）の一方のピンと、当該一方のピンに対応するコンロッドの一端部（２９、３４）との間に設けられる。また、スライドガイドは、ピストンピンの軸心（ＡＸ１）およびクランクピンの軸心（ＡＸ２）を含む断面において、一方のピンの軸心に対して傾く傾斜軸心（ＡＸ３、ＡＸ４）を中心とする傾斜円筒面（５２、５５）を外壁に有する。コンロッドの一端部は、傾斜円筒面に摺動可能に嵌合している摺動孔（５３、５６）を有する。コンロッドは、スライドガイドに対して相対的に傾斜軸心の方向に平行移動することでピストンの上死点位置を変化させる。

このようにピストンの上死点位置を変化させるとき、コンロッドを傾けることなく平行移動させることから、ピストンフリクションの増大が抑制される。また、コンロッドを分割する必要がないので、コンロッドの強度を十分に確保することができる。

第１実施形態の可変圧縮比装置が適用された内燃機関の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ矢視図であって、内燃機関の上面図である。 図１のピストンおよびコンロッドの拡大図であって、コンロッドが高圧縮比側に移動した状態を示す図である。 図４の小端スライドガイドの斜視図である。 図４の大端スライドガイドの斜視図である。 図１のピストンおよびコンロッドの拡大図であって、コンロッドが低圧縮比側に移動した状態を示す図である。 第２実施形態の可変圧縮比装置のコンロッドの小端部およびその周辺を示す断面図であって、コンロッドが高圧縮比側に移動した状態を示す図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 図９の操作部材の平面図である。 図８と同様の部位の断面図であって、コンロッドが低圧縮比側に移動した状態を示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。装置の構造を示す図面は、構成を分かり易くするために模式的に示している。各部の寸法、角度および寸法比は必ずしも正確なものではない。

［第１実施形態］
第１実施形態の可変圧縮比機構が適用された内燃機関を図１に示す。内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に固定されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下部に固定されたオイルパン１３とを備えている。

シリンダブロック１１は、ピストン１４が摺動可能に配置される複数のシリンダ１５と、シリンダ１５の下部に位置するクランクケース１６とを有している。クランクケース１６は、クランクキャップ１７との間にクランク軸２１を支持する軸受部２２を形成している。

クランク軸２１は、複数のメインジャーナル部２３と、各メインジャーナル部２３の間に位置するクランクピン２４とを有している。メインジャーナル部２３は、メインベアリング２５を介して軸受部２２により回転可能に支持されている。クランクピン２４は、メインジャーナル部２３に対して偏心している。クランクアーム２６に対してクランクピン２４とは反対側にはカウンタウェイト２７が設けられている。

ピストン１４は、コンロッド２８によりクランク軸２１に連結されている。コンロッド２８の小端部２９は、ピストン１４の２つのピストンボス３１の間に位置しており、ピストンピン３２を介してピストンボス３１に接続されている。コンロッド２８のクランクピン２４側は、コンロッドキャップ３３と共に大端部３４を形成している。大端部３４は、コンロッドベアリング３５を介してクランクピン２４に回転可能に接続されている。

このように構成された内燃機関１０は、混合気の燃焼時の爆発力によりピストン１４を往復運動させる。このピストン１４の往復運動は、コンロッド２８およびクランク軸２１により回転運動に変換されて出力される。

（可変圧縮比機構）
次に、可変圧縮比機構４０について図１〜図７を参照して説明する。図１に示す断面は、ピストンピン３２の軸心ＡＸ１およびクランクピン２４の軸心ＡＸ２を含む断面である。以下の説明において、ピストンピン３２の軸方向に平行な方向を第１方向とし、また、ピストン１４の移動方向に平行な方向を第２方向とする。

図１〜図３に示すように、可変圧縮比機構４０は、コンロッド２８と、小端スライドガイド４１と、大端スライドガイド４２と、操作部材４３と、アクチュエータ４４とを備えている。小端スライドガイド４１は、１つのコンロッド２８に設けられる第１および第２のスライドガイドの一方である。一方、大端スライドガイド４２は、１つのコンロッド２８に設けられる第１および第２のスライドガイドの他方である。

図２、図４および図５に示すように、小端スライドガイド４１は、ピストンピン３２とコンロッド２８の小端部２９との間に設けられる筒状部材である。小端スライドガイド４１は、ピストンピン３２に回転可能に嵌合している嵌合孔５１と、外壁に形成された傾斜円筒面５２とを有している。傾斜円筒面５２は、図４に示す断面において軸心ＡＸ１に対して傾く傾斜軸心ＡＸ３を中心とする円筒面である。コンロッド２８の小端部２９は、傾斜円筒面５２に摺動可能に嵌合する摺動孔５３を有している。

図２、図４および図６に示すように、大端スライドガイド４２は、クランクピン２４とコンロッド２８の大端部３４との間に設けられる筒状部材である。大端スライドガイド４２は、コンロッドベアリング３５に回転可能に嵌合している嵌合孔５４と、外壁に形成された傾斜円筒面５５とを有している。傾斜円筒面５５は、図４に示す断面において軸心ＡＸ２に対して傾斜軸心ＡＸ３とは逆方向に傾く傾斜軸心ＡＸ４を中心とする円筒面である。軸心ＡＸ２に対する傾斜軸心ＡＸ４の傾斜角度θ２の絶対値は、軸心ＡＸ１に対する傾斜軸心ＡＸ３の傾斜角度θ１の絶対値と同じである。コンロッド２８の大端部３４は、傾斜円筒面５５に摺動可能に嵌合する摺動孔５６を有している。大端スライドガイド４２は、組み付けの都合上、半割り構造（すなわち、半分に分割可能な構造）になっている。

小端スライドガイド４１の第１方向の幅、および、２つのピストンボス３１間に形成された隙間の第１方向の大きさは、小端部２９の第１方向の幅よりも大きい。また、大端スライドガイド４２の第１方向の幅、および、２つのクランクアーム２６間に形成された隙間の第１方向の大きさは、大端部３４の第１方向の幅よりも大きい。また、２つのカウンタウェイト２７間に形成された隙間の第１方向の大きさは、コンロッド２８の中間部３６の第１方向の幅よりも大きい。これにより、コンロッド２８は、ピストン１４および小端スライドガイド４１に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ３の方向に平行移動可能である。また、コンロッド２８は、クランク軸２１および大端スライドガイド４２に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ４の方向に平行移動可能である。

図３および図４に示すように、操作部材４３は、シリンダブロック１１外に位置する一端部６１および他端部６２と、シリンダブロック１１内に位置し一端部６１と他端部６２とを接続する接続部６３とを有している。接続部６３は、コンロッド２８が挿通している通孔６４を有しており、コンロッド２８の第１方向の一方側と他方側とに接触可能である。言い換えれば、接続部６３は、Ｕ字状に形成されており、コンロッド２８に差し込まれている。また、コンロッド２８は、接続部６３に対して第２方向へ相対移動可能である。操作部材４３は、第１方向へ移動することでコンロッド２８をピストン１４、小端スライドガイド４１、クランク軸２１および大端スライドガイド４２に対して相対移動させる。

図３に示すように、アクチュエータ４４は、各コンロッド２８に対応して設けられた複数の操作部材４３にコントロールロッド６６を介して接続されており、各操作部材４３を第１方向へ移動させるための駆動力を発生させる。アクチュエータ４４は、例えば内燃機関１０の図示しないマウント等にダンパー等を介して固定される。

このような構成の可変圧縮比機構４０において、コンロッド２８がピストン１４および小端スライドガイド４１に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ３方向に平行移動すると、ピストン１４が低圧縮比側または高圧縮比側に移動する。図４に示すように軸心ＡＸ１および軸心ＡＸ２を含む断面において、小端スライドガイド４１のうちクランク軸２１から比較的近い側にコンロッド２８が位置する場合には、小端部２９とピストン１４とが離れるようになり、ピストン１４が上がる方向すなわち高圧縮比側に移動する。また、図７に示すように小端スライドガイド４１のうちクランク軸２１から比較的離れている側にコンロッド２８が位置する場合には、小端部２９とピストン１４とが近づくようになり、ピストン１４が下がる方向すなわち低圧縮比側に移動する。このようにして、コンロッド２８は、小端スライドガイド４１に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ３方向に平行移動することでピストン１４の上死点位置を変化させる。

また、コンロッド２８がクランク軸２１および大端スライドガイド４２に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ４方向に平行移動すると、ピストン１４が低圧縮比側または高圧縮比側に移動する。図４に示すように軸心ＡＸ１および軸心ＡＸ２を含む断面において、大端スライドガイド４２のうちピストン１４から比較的近い側にコンロッド２８が位置する場合には、コンロッド２８自体が上がるようになり、ピストン１４が高圧縮比側に移動する。また、図７に示すように大端スライドガイド４２のうちピストン１４から比較的離れている側にコンロッド２８が位置する場合には、コンロッド２８自体が下がるようになり、ピストン１４が低圧縮比側に移動する。このようにして、コンロッド２８は、大端スライドガイド４２に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ４方向に平行移動することでピストン１４の上死点位置を変化させる。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、可変圧縮比機構４０は、コンロッド２８と、小端スライドガイド４１と、大端スライドガイド４２とを備える。小端スライドガイド４１は、内燃機関１０のピストンピン３２と、それに対応するコンロッド２８の小端部２９との間に設けられる。また、小端スライドガイド４１は、ピストンピン３２の軸心ＡＸ１およびクランクピン２４の軸心ＡＸ２を含む断面において、軸心ＡＸ１に対して傾く傾斜軸心ＡＸ３を中心とする傾斜円筒面５２を外壁に有する。コンロッド２８の小端部２９は、傾斜円筒面５２に摺動可能に嵌合する摺動孔５３を有している。コンロッド２８は、小端スライドガイド４１に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ３の方向に平行移動することでピストン１４の上死点位置を変化させる。

大端スライドガイド４２は、クランクピン２４と、それに対応するコンロッド２８の大端部３４との間に設けられる。また、大端スライドガイド４２は、軸心ＡＸ１および軸心ＡＸ２を含む断面において、軸心ＡＸ２に対して傾斜軸心ＡＸ３とは逆方向に傾く傾斜軸心ＡＸ４を中心とする傾斜円筒面５５を外壁に有する。コンロッド２８の大端部３４は、傾斜円筒面５５に摺動可能に嵌合する摺動孔５６を有している。コンロッド２８は、大端スライドガイド４２に対して相対的に傾斜軸心ＡＸ４方向に平行移動することでピストン１４の上死点位置を変化させる。

このようにピストン１４の上死点位置を変化させるとき、コンロッド２８を傾けることなく平行移動させることから、ピストンフリクションの増大が抑制される。また、コンロッド２８を分割していないので、コンロッド２８の強度を十分に確保することができる。

ここで、ピストン１４の可変範囲は、コンロッド２８の第１方向のスライド量と、小端スライドガイド４１および大端スライドガイド４２の傾斜角度に依存する。スライド量に対して傾斜角度を大きくし過ぎるとコンロッド２８をスライドさせるための第１方向の荷重増大につながり、また、コンロッド２８に作用する第２方向の荷重を支えることも困難になる。

これに対して、第１実施形態では、軸心ＡＸ２に対する傾斜軸心ＡＸ４の傾斜角度θ２の絶対値は、軸心ＡＸ１に対する傾斜軸心ＡＸ３の傾斜角度θ１の絶対値と同じである。これにより、小端スライドガイド４１の傾斜角度θ１および大端スライドガイド４２の傾斜角度θ２を共に最小限に抑えつつ、必要なピストン１４の変位量を確保することができる。

また、第１実施形態では、可変圧縮比機構４０は、コンロッド２８の第１方向の一方側と他方側とに接触可能な操作部材４３をさらに備える。操作部材４３は、コンロッド２８に対して第２方向へ相対移動可能であり、第１方向へ移動することでコンロッド２８を相対移動させる。これによりコンロッド２８を小端スライドガイド４１および大端スライドガイド４２に対して平行移動させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図８および図９に示すように、ピストン７１は、クーリングチャンネル７２を有している。クーリングチャンネル７２は、ピストン冷却用のオイル流路である。クーリングチャンネル７２は、下方すなわち図示しないクランク軸側に向けて延びるチャンネル入口部７３を含む。

図８〜図１１に示すように、操作部材７４は、ピストン７１に向けてオイルを噴射するオイルジェット７５を有している。オイルジェット７５のオイル導入穴７６は、シリンダ１５の供給油路７７と連通可能である。供給油路７７の供給口７８は、オイルジェット７５が操作部材７４とともに移動してもオイル導入穴７６に連通するように、操作部材７４の移動方向に延びる長孔になっている。

図８に示すようにコンロッド２８が高圧縮比側に位置しているとき、オイルジェット７５のオイル噴射穴７９の中心軸はクーリングチャンネル７２のチャンネル入口部７３の中心軸と一致する。このとき、オイルジェット７５はチャンネル入口部７３にオイルを噴射する。また、図１１に示すようにコンロッド２８が低圧縮比側に位置しているとき、オイルジェット７５のオイル噴射穴７９の中心軸は、チャンネル入口部７３よりもピストン７１の中心側に位置する。このとき、オイルジェット７５はチャンネル入口部７３よりもピストン７１の中心側にオイルを噴射する。

（効果）
以上説明したように、第２実施形態においてもピストン７１の上死点位置を変化させるとき、コンロッド２８を傾けることなく平行移動させることから、ピストンフリクションの増大が抑制される。また、コンロッド２８を分割していないので、コンロッド２８の強度を十分に確保することができる。

また、第２実施形態では、操作部材７４は、ピストン７１に向けてオイルを噴射するオイルジェット７５を有する。圧縮比を変更するために操作部材７４が移動するとき、オイルジェット７５も操作部材７４と共に移動する。そのため、圧縮比変更時にピストン７１の冷却部位を変化させることが可能となる。

また、第２実施形態では、オイルジェット７５は、コンロッド２８が高圧縮比側に位置しているとき、ピストン７１のクーリングチャンネル７２のチャンネル入口部７３にオイルを噴射する。また、オイルジェット７５は、コンロッド２８が低圧縮比側に位置しているとき、チャンネル入口部７３よりもピストン７１の中心側にオイルを噴射する。これにより、高圧縮比設定時にクーリングチャンネル７２にオイルを供給してピストン７１の外側を積極的に冷却し、ノッキングを抑制することができ、また、低圧縮比設定時にピストン７１の中心側を冷却することができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、コンロッドの小端部側および大端部側の一方にスライドガイドが設けられてもよい。それでも、コンロッドをスライドさせてピストンの上死点位置を変化させることができる。

他の実施形態では、スライドガイドを２つ設ける場合であっても、軸心ＡＸ２に対する傾斜軸心ＡＸ４の傾斜角度θ２の絶対値は、軸心ＡＸ１に対する傾斜軸心ＡＸ３の傾斜角度θ１の絶対値と異なっていてもよい。

他の実施形態では、操作部材は、一方の端部がコンロッドと係合するように片持ち状に設けられてもよい。また、他の実施形態では、操作部材とアクチュエータによりコンロッドを移動させるのではなく、例えばクランク軸等に内蔵された油圧アクチュエータによりコンロッドを移動させるように構成してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・内燃機関
２４・・・クランクピン
２８・・・コンロッド
２９・・・小端部
３４・・・大端部
３２・・・ピストンピン
４０・・・可変圧縮比機構
４１・・・小端スライドガイド
４２・・・大端スライドガイド
５２、５５・・・傾斜円筒面
５３、５６・・・摺動孔
ＡＸ１・・・ピストンピンの軸心
ＡＸ２・・・クランクピンの軸心
ＡＸ３、ＡＸ４・・・傾斜軸心

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の可変圧縮比機構であって、
   コンロッド（２８）と、
   前記内燃機関のピストンピン（３２）およびクランクピン（２４）の一方のピンと、当該一方のピンに対応する前記コンロッドの一端部（２９、３４）との間に設けられるスライドガイド（４１、４２）と、
   を備え、
   前記スライドガイドは、前記ピストンピンの軸心（ＡＸ１）および前記クランクピンの軸心（ＡＸ２）を含む断面において、前記一方のピンの軸心に対して傾く傾斜軸心（ＡＸ３、ＡＸ４）を中心とする傾斜円筒面（５２、５５）を外壁に有し、
   前記コンロッドの前記一端部は、前記傾斜円筒面に摺動可能に嵌合している摺動孔（５３、５６）を有し、
   前記コンロッドは、前記スライドガイドに対して相対的に前記傾斜軸心の方向に平行移動することで前記ピストンの上死点位置を変化させる可変圧縮比機構。
2. 前記スライドガイドは第１のスライドガイドであり、
   前記傾斜軸心は第１の傾斜軸心であり、
   前記傾斜円筒面は第１の傾斜円筒面であり、
   前記摺動孔は第１の摺動孔であり、
   前記ピストンピンおよび前記クランクピンの他方のピンと、当該他方のピンに対応する前記コンロッドの他端部（２９、３４）との間に設けられる第２のスライドガイド（４１、４２）をさらに備え、
   前記第２のスライドガイドは、前記ピストンピンの軸心および前記クランクピンの軸心を含む断面において、前記他方のピンの軸心に対して前記第１の傾斜軸心とは逆方向に傾く第２の傾斜軸心（ＡＸ３、ＡＸ４）を中心とする第２の傾斜円筒面（５２、５５）を外壁に有し、
   前記コンロッドの前記他端部は、前記第２の傾斜円筒面に摺動可能に嵌合している第２の摺動孔（５３、５６）を有し、
   前記コンロッドは、前記第２のスライドガイドに対して相対的に前記第２の傾斜軸心の方向に平行移動することで前記ピストンの上死点位置を変化させる請求項１に記載の可変圧縮比機構。
3. 前記他方のピンの軸心に対する前記第２の傾斜軸心の傾斜角度（θ２）の絶対値は、前記一方のピンの軸心に対する前記第１の傾斜軸心の傾斜角度（θ１）の絶対値と同じである請求項２に記載の可変圧縮比機構。
4. 前記ピストンピンの軸方向に平行な方向を第１方向とし、
   前記ピストンの移動方向に平行な方向を第２方向とすると、
   前記コンロッドの前記第１方向の一方側と他方側とに接触可能であり、前記コンロッドに対して前記第２方向へ相対移動可能であり、前記第１方向へ移動することで前記コンロッドを相対移動させる操作部材（４３、７４）をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変圧縮比機構。
5. 前記操作部材（７４）は、前記ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェット（７５）を有する請求項４に記載の可変圧縮比機構。
6. 前記オイルジェットは、
   前記コンロッドが高圧縮比側に位置しているとき、前記ピストンのクーリングチャンネル（７２）のチャンネル入口部（７３）にオイルを噴射し、
   前記コンロッドが低圧縮比側に位置しているとき、前記チャンネル入口部よりも前記ピストンの中心側にオイルを噴射する
   請求項５に記載の可変圧縮比機構。

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