JP3956629B2 - V型内燃機関のピストン駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のシリンダ(気筒)の軸線が所定のバンク角をなすV型内燃機関に関し、特に、機関圧縮比を変更可能な複リンク式のピストン駆動装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばV型6気筒4サイクル式の内燃機関のクランクシャフトでは、図12に示すように、主に機関全長を短縮する目的で、左右バンクにそれぞれ設けられる少なくとも一対のシリンダ用のクランクピン(例えばNo.1ピンとNo.2ピン)が、メインジャーナルの同じ軸受スパン間(例えばNo.1ジャーナルとNo.2ジャーナルの軸受スパン間)に配置される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように同じ軸受スパン間に配設される一対のクランクピンが互いにオフセットしていると、補強用ウエブ等を介装する関係で、各クランクピンの軸方向に割り当てられる幅が直列気筒配置に比べて短くなる傾向にある。そのため、クランクピン回りのスペースの制約が大きく、その結果として、各部の強度の確保が不十分となり易い。
【0004】
ところで、内燃機関のピストン駆動装置として、クランクシャフトのクランクピンとピストンのピストンピンとを複数のリンクで連携し、その一つのリンクの運動拘束条件を変化させることにより、機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を備えたピストン駆動装置が従来より知られている。
【0005】
このような可変圧縮比機構を備えた複雑な構造のピストン駆動装置では、構成部品を如何にコンパクトに、かつ合理的に配置するかが大きな課題となる。特に、上述したようなV型内燃機関においては、左右バンクのピストンを1本のクランクシャフトで駆動するため、クランクシャフトの周囲に左右バンクのピストン駆動装置のリンク部品が集中する傾向にあり、合理的な配置の工夫が不可欠である。
【0006】
本発明は、V型内燃機関に適用され、圧縮比を変更可能な複リンク式のピストン駆動装置において、左右バンクの一対のシリンダでクランクピンを共用し、簡素なリンク構成を実現することを一つの目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のピストン駆動装置は、第1バンク及び第2バンクにそれぞれ配設される少なくとも一対のシリンダのシリンダ軸線が所定のバンク角をなし、これら一対のシリンダ内にそれぞれピストンが摺動可能に配設されたV型内燃機関に適用され、かつ、上記一対のピストンのピストンピンに連結される一対のアッパーリンクと、各アッパーリンクに連結される一対のロアリンクと、各ロアリンクに一端が連結される一対の制御リンクと、機関圧縮比の変更時に各制御リンクの他端を機関本体に対して移動させる圧縮比変更手段と、を有している。
【0008】
そして、請求項1の発明は、上記一対のロアリンクが取り付けられるクランクシャフトのクランクピンを、同軸状に配置したことを特徴としている。また、請求項2の発明は、上記一対のロアリンクを、クランクシャフトの一つのクランクピンに取り付けたことを特徴としている。
【0009】
つまり、本発明では、爆発間隔を等間隔としつつ、左右バンクでクランクピンを共用するように、左右バンクの一対のピストンのピストンピンに対し、それぞれアッパーリンク,ロアリンク,及び制御リンクを個別に連結している。
【0010】
請求項3に係る発明では、上記アッパーリンク,ロアリンク,及び制御リンクの有効寸法(連結中心間の距離)を、第1バンク側と第2バンク側とで略同一に設定としている。
【0011】
請求項4に係る発明では、上記一対の制御リンクの他端は、クランクシャフトの回転中心までの距離が略同一に設定されるとともに、各シリンダ軸線に対してクランクシャフトの回転中心周りに同じ方向にほぼ同じ角度だけ回転した位置に配置される。
【0012】
請求項1に係る発明では、上記圧縮比変更手段は、クランクシャフトと平行に延び、圧縮比の変更時に回転駆動される一対の制御軸を有し、各制御軸に偏心して設けられた偏心支持部に、それぞれ各制御リンクの他端が回転可能に連結されており、上記一対の制御軸は、クランクシャフトの回転中心までの距離が略等しく設定されるとともに、各シリンダ軸線に対し、クランクシャフトの回転中心周りに同方向に略同じ角度だけ回転した位置に配置される。
【0013】
つまり、左右バンクのリンク構造を実質的に同一としている。
【0014】
従って、左右バンクの一対のピストンが例えば上死点に達する時期の位相差を所定の値に保持しつつ、機関運転状態に応じて圧縮比を変更するためには、請求項5に係る発明のように、機関圧縮比の変更時に、上記一対の制御軸を同方向に同じ角度だけ同期して回転駆動すればよい。
【0015】
典型的には、請求項6に係る発明のように、上記バンク角が略60°で、上記一対のピストンが上死点に達する時期の位相差が略60°となるように、上記アッパーリンク,ロアリンク及び制御リンクの有効寸法が設定されている。
【0016】
あるいは請求項7に係る発明のように、上記バンク角が略120°で、上記一対のピストンが上死点に達する時期の位相差が略120°となるように、上記アッパーリンク,ロアリンク及び制御リンクの有効寸法が設定されている。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮比を変更可能な複リンク式のピストン駆動装置でありながら、左右バンクの一対のシリンダでクランクピンを共用することができ、簡素なリンク構成を実現することができる。
【0018】
特に、請求項3,4に係る発明によれば、左右バンクのリンク構造を実質的に同一とすることができ、その設計及び機関への適用が容易化される。
【0019】
請求項5に係る発明によれば、左右バンクの一対のピストンの位相差を所定の値に保持しつつ、機関運転状態に応じて左右バンクの圧縮比を同じように変更することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
先ず、図1〜6を参照して、本発明に係るピストン駆動装置を、バンク角が60°でV型6気筒2サイクル式の内燃機関に適用した第1実施形態について説明する。なお、左バンクの構成要素には参照符号の後にLを、右バンクの構成要素には参照符号の後にRを付記してある。
【0021】
図1に示すように、シリンダブロック10の左バンク及び右バンクには、それぞれ左側シリンダ11L及び右側シリンダ11Rが形成されている。なお、以下の説明では、一対のシリンダ11L,11Rに係わるリンク構造について説明するが、実際にはこのような一対のシリンダ11L,11Rが気筒列方向(図1の紙面直交方向)に合計3組並設されている。
【0022】
各シリンダ11L,11Rには、それぞれ左側ピストン12L及び右側ピストン12Rが摺動可能に配設されている。ここで、左バンクのシリンダ軸線(ピストン往復軸線)13Lと、右バンクのシリンダ軸線13Rと、のなす狭角つまりバンク角は、この実施形態では60°に設定されている。
【0023】
各ピストン12L,12Rのピストンピン14L,14Rには、左側アッパーリンク15L及び右側アッパーリンク15Rの上端がそれぞれ回転可能に連結されている。各アッパーリンク15L,15Rの下端部は、それぞれ左側ロアリンク16L及び右側ロアリンク16Rに第1ジョイント(連結ピン)17L,17Rによって回転可能に連結されている。
【0024】
これら一対のロアリンク16L,16Rは、クランクシャフト18に偏心して設けられる一本のクランクピン19に同軸状に回転可能に取り付けられている。つまり、左右バンクにそれぞれ設けられる一対のロアリンク16L,16Rで、一つのクランクピン19が共用されている。従って、上述した従来例のように左右バンクのクランクピンが互いにオフセットしている場合に比して、クランクピン19の数が半分(例えばV6の場合には3個)に低減され、構成が簡素化されるとともに、機関のクランク軸方向寸法の増加を招くことなく、クランクピン19の有効幅を十分に大きく確保することができる。
【0025】
各ロアリンク16L,16Rには、それぞれ左側制御リンク23L及び右側制御リンク23Rの一端が第2ジョイント(連結ピン)24L,24Rによって相対回転可能に連結されており、機関圧縮比の変更時には、圧縮比変更手段により制御リンク23L,23Rの他端が機関本体としてのシリンダブロック10に対して移動される。
【0026】
この圧縮比変更手段は、シリンダブロック10に回転可能に支持される左バンク用の制御軸21L及び右バンク用の制御軸21Rと、各制御軸21L,21Rに固定された制御レバー22L,22Lと、を有しており、制御軸21L,21Rの軸心に対して偏心する制御レバー22L,22Lの先端(偏心支持部)と制御リンク23L,23Rの他端とがそれぞれ第3ジョイント(第3連結ピン)25L,25Rによって回転可能に連結されている。なお、制御軸21は、クランクシャフト18と平行に延び、各バンク毎に合計2本設けられている。また、制御レバー22は、気筒毎に設けられており、各制御軸21に3個、合計で6個設けられている。
【0027】
そして、本実施形態では、左右バンクのリンク構造を実質的に同一に設定している。具体的には、一対のアッパーリンク15L,15R、ロアリンク16L,16R、及び制御リンク23L,23R等の各リンク部品の有効寸法(ジョイント間の距離)を、左バンクと右バンクとで略同一に設定している。
【0028】
また、左右バンクの一対の制御軸21L,21Rは、クランクシャフト18の回転中心18aまでの距離が互いに等しく設定されているとともに、各シリンダ軸線13L,13Rに対してクランク回転中心18a周りに同方向(図1,3,4の時計回り方向)に同じ角度α(図3,4参照)だけ回転した位置に配置されている。
【0029】
従って、左右バンクの一対の制御軸21L,21Rとクランク回転中心18aとを結ぶ線のなす狭角βは、シリンダ軸線13L,13Rのなす狭角すなわちバンク角(この実施形態では60°)とほぼ等しくなっている。
【0030】
同様に、左右バンクの一対のジョイント25L,25Rも、図示していないが、クランクシャフト18の回転中心18aまでの距離が互いに等しく設定されているとともに、各シリンダ軸線13L,13Rに対してクランク回転中心18a周りに同方向に同じ角度だけ回転した位置に配置されている。
【0031】
次に、本実施形態の作用について説明する。この実施形態に係る内燃機関は、バンク角60°のV型6気筒2サイクル式であるため、気筒間の爆発間隔を等間隔とするためには、左右バンクの一対のピストン12L,12R(が上死点に達する時期)の位相差を60°とする必要がある。
【0032】
本実施形態では、上述したように左右バンクのリンク構造を実質的に同一に設定しているため、左右バンクの一対のピストン12L,12Rに連携する一対のロアリンク16L,16Rで一つのクランクピン19を共用しつつ、一対のピストン12L,12Rの位相差がバンク角と等しい60°となり、等間隔爆発を実現することができる。また、左右バンクのリンク構造が実質的に同一であるため、設計及び機関への適用が極めて容易である。
【0033】
そして、機関運転状態に応じて機関圧縮比を変更する場合、好ましくは、図外のアクチュエータにより左右バンクの一対の制御軸21L,21Rを同方向に同じ角度だけ同期して回転駆動する。これにより、左右バンクで同じように、制御リンク23L,23Rの揺動支点となる制御レバー22L,22Lの先端(偏心支持部)が制御軸周りに回転し、制御リンク23L,23Rによるロアリンク16L,16Rの運動拘束条件が変化して、アッパーリンク15L,15Rを介して連携するピストン12L,12Rのストローク特性が変化することにより、シリンダ内の燃焼室の圧縮比が変更される。つまり、気筒間の爆発間隔を等間隔に保持しつつ、全ての気筒の圧縮比を同じように変更制御することができる。
【0034】
なお、制御軸21L,21Rを互いに独立して駆動制御することもできるが、この場合、気筒間の爆発間隔を正確に等間隔に保つことは困難となる。
【0035】
図5は、クランク角度で60°毎のリンク配置を示す機関後方から見たリンク図であり、図1とは左右逆になっているように見えるが、実際には同じ構造を描いている。また、図6は、本実施形態で得られる左右バンクのピストンストローク特性を示しており、左右バンクで位相差が略60°の滑らかな正弦波形に近い特性が得られていることがわかる。
【0036】
図7及び図8は、左右バンクのピストンストロークの位相差を修正して互いに重ね合せた特性図であり、図7は低圧縮比の設定状態、図8は高圧縮比の設定状態に対応している。本実施形態では左右バンクのリンク構成を実質的に同一としているため、図7及び図8に示すように、左右バンクで全く同一のピストンストローク特性が得られていることがわかる。
【0037】
また、図8に示す高圧縮比の設定状態では、図7に示す低圧縮比の設定状態に比してΔHだけピストンストローク(クランク回転中心18aとピストンピン14L,14Rとの間の距離)が伸びていることがわかる。
【0038】
[第2実施形態]
次に、図9〜12を参照して、本発明の第2実施形態に係るピストン駆動装置を説明する。なお、基本的な構成は第1実施形態と同様であり、実質的に同じ構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【0039】
この実施形態が適用される内燃機関は、V型6気筒4サイクル式であるため、爆発間隔を等間隔とするためには、左右バンクの一対のピストンピン14L,14Rが上死点に達する時期の位相差を120°とする必要があり、その関係で、バンク角を120°に設定している。
【0040】
この第2実施形態においても、上記の第1実施形態と同様、左右バンクのリンク構造が実質的に同一に設定されている。すなわち、制御軸21L,21R及びジョイント25L,25Rが、各シリンダ軸線13L,13Rに対してクランク回転中心18a周りに同方向に同じ角度だけ回転した位置に配置されている。従って、左右バンクの一対の制御軸21L,21Rとクランク回転中心18aとを結ぶ線のなす狭角βは、シリンダ軸線13L,13Rのなす狭角すなわちバンク角(この実施形態では120°)とほぼ等しくなっている。
【0041】
また、左右バンクのロアリンク16L,16Rの形状は図9に示すように多少異なるものの、その主要寸法(ジョイント間距離)は互いに略等しく設定されている(若干は異なっていても良い)。
【0042】
図10は、クランク角度で60°毎のリンク配置を示す機関後方から見たリンク図であり、図9とは左右逆になっているように見えるが、実際には同じ構造を描いている。また、図11は、本実施形態で得られる左右バンクのピストンストローク特性を示しており、左右バンクの位相差が略120°の滑らかな正弦波形に近い特性が得られていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る内燃機関のピストン駆動装置を示す概略構成図。
【図2】上記第1実施形態のピストン駆動装置の要部を示す側面対応図。
【図3】上記第1実施形態の左バンク側の構成を示す構成図。
【図4】上記第1実施形態の右バンク側の構成を示す構成図。
【図5】上記第1実施形態に係る60°毎のリンク配置を示す説明図。
【図6】上記第1実施形態に係る左右バンクのピストンストローク特性を示す特性図。
【図7】低圧縮比の設定状態における左右バンクのピストンストローク特性を重ね合わせて示す特性図。
【図8】高圧縮比の設定状態における左右バンクのピストンストローク特性を重ね合わせて示す特性図。
【図9】本発明の第2実施形態に係る内燃機関のピストン駆動装置を示す概略構成図。
【図10】上記第2実施形態に係る60°毎のリンク配置を示す説明図。
【図11】上記第2実施形態に係る左右バンクのピストンストローク特性を示す特性図。
【図12】従来例に係るクランクシャフトを示す説明図。
【符号の説明】
11L,11R…シリンダ
12L,12R…ピストン
14L,14R…ピストンピン
15L,15R…アッパーリンク
16L,16R…ロアリンク
19…クランクピン
21L,21R…制御軸
23L,23R…制御リンク
25L,25R…ジョイント(偏心支持部)
Claims (7)
- 第1バンク及び第2バンクにそれぞれ配設される少なくとも一対のシリンダのシリンダ軸線が所定のバンク角をなし、これら一対のシリンダ内にそれぞれピストンが摺動可能に配設されたV型内燃機関のピストン駆動装置において、
上記一対のピストンのピストンピンに連結される一対のアッパーリンクと、各アッパーリンクに連結される一対のロアリンクと、各ロアリンクに一端が連結される一対の制御リンクと、機関圧縮比の変更時に各制御リンクの他端を機関本体に対して移動させる圧縮比変更手段と、を有し、
この圧縮比変更手段は、クランクシャフトと平行に延び、圧縮比の変更時に回転駆動される一対の制御軸を有し、各制御軸に偏心して設けられた偏心支持部に、それぞれ各制御リンクの他端が回転可能に連結されており、
上記一対の制御軸は、クランクシャフトの回転中心までの距離が略等しく設定されるとともに、各シリンダ軸線に対し、クランクシャフトの回転中心周りに同方向に略同じ角度だけ回転した位置に配置されており、
かつ、上記一対のロアリンクが取り付けられるクランクシャフトのクランクピンを同軸状に配置したことを特徴とするV型内燃機関のピストン駆動装置。 - 第1バンク及び第2バンクにそれぞれ配設される少なくとも一対のシリンダのシリンダ軸線が所定のバンク角をなし、これら一対のシリンダ内にそれぞれピストンが摺動可能に配設されたV型内燃機関のピストン駆動装置において、
上記一対のピストンのピストンピンに連結される一対のアッパーリンクと、各アッパーリンクに連結される一対のロアリンクと、各ロアリンクに一端が連結される一対の制御リンクと、機関圧縮比の変更時に各制御リンクの他端を機関本体に対して移動させる圧縮比変更手段と、を有し、
この圧縮比変更手段は、クランクシャフトと平行に延び、圧縮比の変更時に回転駆動される一対の制御軸を有し、各制御軸に偏心して設けられた偏心支持部に、それぞれ各制御リンクの他端が回転可能に連結されており、
上記一対の制御軸は、クランクシャフトの回転中心までの距離が略等しく設定されるとともに、各シリンダ軸線に対し、クランクシャフトの回転中心周りに同方向に略同じ角度だけ回転した位置に配置されており、
かつ、上記一対のロアリンクを、クランクシャフトの一つのクランクピンに取り付けたことを特徴とするV型内燃機関のピストン駆動装置。 - 上記アッパーリンク,ロアリンク,及び制御リンクの有効寸法を、第1バンク側と第2バンク側とで略同一に設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載のV型内燃機関のピストン駆動装置。
- 上記一対の制御リンクの他端は、クランクシャフトの回転中心までの距離が略同一に設定されるとともに、各シリンダ軸線に対してクランクシャフトの回転中心周りに同じ方向にほぼ同じ角度だけ回転した位置に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のV型内燃機関のピストン駆動装置。
- 機関圧縮比の変更時には、上記一対の制御軸が同方向に同じ角度だけ同期して回転駆動されることを特徴とする請求項4に記載のV型内燃機関のピストン駆動装置。
- 上記バンク角が略60°で、上記一対のピストンが上死点に達する時期の位相差が略60°となるように、上記アッパーリンク,ロアリンク及び制御リンクの有効寸法が設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のV型内燃機関のピストン駆動装置。
- 上記バンク角が略120°で、上記一対のピストンが上死点に達する時期の位相差が略120°となるように、上記アッパーリンク,ロアリンク及び制御リンクの有効寸法が設定されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のV型内燃機関のピストン駆動装置。
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