JP4303189B2 - ストローク特性可変エンジン - Google Patents

Description

本発明は、ストローク特性可変エンジンに関し、特に、複数のリンクを備えたピストンストローク可変機構にオイルパン内の潤滑油が接触することに起因する駆動抵抗の増大を抑制可能なように構成されたストローク特性可変エンジンに関するものである。

ピストンとクランク軸との間に複数のリンクを連結し、１つのリンクのエンジン本体に対する連結端を移動させることにより、ピストンストロークを変化させるようにしたストローク特性可変エンジンが、例えば特許文献１〜３等に提案されている。
特開平９−２２８８５８号公報 特開２００４−１３８２２９号公報 特開２００４−１５０３５３号公報

他方、オイルパン内の潤滑油がクランク軸に接触するとエンジンの駆動抵抗が増大することは良く知られているが、上記したストローク特性可変エンジンは、複数のリンクを備えるなどクランクケース内で運動する部分が多いため、ピストンとクランク軸との間がコネクティングロッドのみ（単リンク）で連結された一般的な定ストロークエンジンに比して、潤滑油が接触することの影響をより一層強く受けるものと考えられる。

油面上にバッフルプレートを設けて油面の暴れを防止すると共にクランク軸に余計な潤滑油が掛からないようにする技術が知られているが、上記のような複数のリンクからなるピストンストローク可変機構を有するエンジンに於いて、ピストンストローク可変機構に潤滑油が接触することを防止するための専用バッフルプレートを設けることは、部品点数や製造工数の増加を余儀なくされる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、ピストンストローク可変機構に潤滑油が接触することに起因する駆動抵抗の増大を、部品点数や製造工数の増加を招くことなく抑制可能なように構成されたストローク特性可変エンジンを提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明の請求項１は、複数のリンクから構成されるピストンストローク可変機構を備えるストローク特性可変エンジンにおいて、リンクとオイルパンに貯容された潤滑油の油面との間にバッフルプレートを設けることにより、複数のリンクと油面との間をバッフルプレートで隔てるものとした。

また請求項２の発明は、ピストン３に連結される第１リンク４と、該第１リンクとクランク軸６とを連結する第２リンク５と、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がコントロール軸１３を介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンク１２とを備えるストローク特性可変エンジンにおいて、前記コントロール軸を、複数のコントロール軸ホルダ（ベアリングキャップ３８）をもってエンジン本体に支持されるものとし、前記複数のコントロール軸ホルダ同士を当該コントロール軸の軸方向について連結部４０をもって互いに連結すると共に、該連結部を、前記コントロール軸と当該エンジンのオイルパン３３に貯容された潤滑油の油面ＯＬとの間に延在させることにより、複数のコントロール軸ホルダ同士を互いに連結した連結部によってコントロール軸と油面との間を隔てるものとした。

また請求項３の発明は、ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランク軸とを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がコントロール軸を介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンにおいて、前記コントロール軸を、複数のコントロール軸ホルダをもってエンジン本体に支持されるものとし、前記複数のコントロール軸ホルダ同士を当該コントロール軸の軸方向について連結部をもって互いに連結すると共に、該連結部を、前記コントロール軸と当該エンジンのオイルパンに貯容された潤滑油の油面との間に延在させ、前記ピストンの往復運動に伴って発生する２次振動を低減するためのバランサ軸を収容したハウジング２３a・２３ｂを、クランクケース７内におけるクランク軸の下方にて前記連結部と並ぶ位置に配設することにより、複数のコントロール軸ホルダ同士を互いに連結した連結部とハウジングとが協働して油面上を略全面的に覆うものとした。

さらに請求項４の発明は、ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランク軸とを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がコントロール軸を介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンにおいて、前記コントロール軸を、複数のコントロール軸ホルダをもってエンジン本体に支持されるものとし、前記複数のコントロール軸ホルダ同士を当該コントロール軸の軸方向について連結部をもって互いに連結すると共に、該連結部を、前記コントロール軸と当該エンジンのオイルパンに貯容された潤滑油の油面との間に延在させ、前記ピストンの往復運動に伴って発生する２次振動を低減するためのバランサ軸を収容したハウジングを、クランクケース内における前記クランク軸の下方に設け、前記連結部の少なくとも一部を、前記コントロール軸ホルダから前記ハウジングへ向けて突出させることにより、複数のコントロール軸ホルダ同士を互いに連結した連結部とハウジングとによって油面上を覆う部分の隙間をより一層小さくするものとした。

このような請求項１の発明によれば、バッフルプレートによってリンク部材などに潤滑油が接触することを抑制し得るため、リンク部材の駆動抵抗が増大することを抑制し得る。

また請求項２の発明によれば、コントロール軸を支持するホルダ同士を互いに連結した連結部によってリンク部材およびコントロール軸に潤滑油が接触することを防止し得るので、ピストンストローク可変機構に潤滑油が接触することに起因する駆動抵抗の増大を、専用のバッフルプレートを設けることなく、即ち部品点数や製造工数の増加を招かずに抑制することが可能となる。また、複数のコントロール軸ホルダ同士を連結することによってコントロール軸ホルダの剛性も高まることから、コントロール軸及び第３リンクの支持剛性の向上にも寄与し得る。

また請求項３の発明によれば、クランク軸の下方に設けられるバランサハウジングがコントロール軸ホルダ同士を連結した連結部と協働してエンジンの運動部全体に潤滑油が接触することを防止し得るので、組立工数及び部品点数を増大せずに駆動抵抗の増大を抑制する上に貢献するところ大である。しかも複数のコントロール軸ホルダ同士が連結されてコントロール軸ホルダの剛性も高まるので、コントロール軸及び第３リンクの支持剛性の向上にも寄与し得る。

さらに請求項４の発明によれば、バランサハウジングとコントロール軸ホルダ同士を連結した連結部とをより一層近接させることができるので、油面上が隙間無く覆われることとなり、リンク部材やコントロール軸に潤滑油が接触することをより一層確実に防止することができ、リンク部材やコントロール軸の駆動抵抗の低減効果を高める上に効果的である。しかも、複数のコントロール軸ホルダ同士を連結したことによるコントロール軸ホルダの剛性向上により、コントロール軸及び第３リンクの支持剛性の向上にも寄与し得る。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたストローク特性可変エンジンの一例としての可変圧縮比エンジンのシリンダヘッドから上方を省略して示す概略構成図である。このエンジン１のシリンダ２に摺合したピストン３は、第１リンク４及び第２リンク５の２つのリンクを介してクランク軸６に連結されている。

クランク軸６は、基本的に通常の固定圧縮比エンジンと同様の構成であり、クランクケース７内に支持されたクランクジャーナル８（クランク軸の回転中心）から偏心したクランクピン９により、シーソー式に揺動する第２リンク５の中間部を支持している。そして第２リンク５の一端５ａに、ピストンピン１０に小端部４ａが連結された第１リンク４の大端部４ｂが連結されている。またクランク軸６には、主としてピストン運動の回転１次振動成分を低減するカウンタウェイト１１が、クランクジャーナル８を挟んでクランクピン９と反対側に設けられている。なお、カウンタウェイト１１は、クランクジャーナル８とクランクピン９とを連結するクランクアーム１１ａと一体をなしている。

第２リンク５は、クランクピン９を狭持し、クランクピン９回りで揺動し得るようになっている。

第２リンク５の他端５ｂには、通常のエンジンにおけるピストンとクランク軸とを連結するコネクティングロッドと同一構成の第３リンク１２の小端部１２ａがピン結合されている。そして第３リンク１２の大端部１２ｂは、クランクケース７に回動自在に支持され且つクランク軸６と平行に延設された偏心軸からなるコントロール軸１３の偏心部１３ａに、２つ割りの軸受け孔１４をもって連結されている。

コントロール軸１３は、第３リンク１２の大端部１２ｂをクランクケース７内で所定範囲を移動可能に支持しており、クランクケース７の外方へ突出した軸端に設けられたストローク特性可変制御アクチュエータ（図示せず）により、エンジン１の運転状態に応じてその回動角が連続的に変化させられ、且つ任意の角度で保持されるようになっている。

このエンジン１によると、コントロール軸１３を回動させることにより、第３リンク１２の大端部１２ｂの位置が、図１、２に示した位置と図３、４に示した位置との間で変化し、クランク軸６の回転に伴う第２リンク５の揺動角度が変化する。この第２リンク５の揺動角度の変化に応じてシリンダ２内でのピストン３のストローク範囲、即ち、ピストン３の上死点位置及び下死点位置が、図２に符号Ａで示す範囲と図４に符号Ｂで示す範囲との間で連続的に変化することとなる。つまり、第１〜第３リンク４・５・１２及びコントロール軸１３によってピストンストローク可変機構が構成され、これにより、圧縮比及び排気量の少なくともいずれか一方を連続的に変化させるストローク特性可変機能がもたらされる。

このエンジン１のクランク軸６の下方には、上記したピストンストローク可変機構の運動に起因して発生する回転２次振動を相殺するための振動低減装置が設けられている。

振動低減装置２１は、第３リンク１２の大端部１２ｂを連結するためにクランクケース７の構成部に支持されてクランクケース７内に延在するコントロール軸１３と隣り合う位置に配設されている。

振動低減装置２１は、共にクランク軸６と平行に延在する一対のバランサ軸２２ａ・２２ｂと、これらバランサ軸２２ａ・２２ｂを支持、受容する２つ割りのアッパハウジング２３ａ及びロワハウジング２３ｂとを備えている。一対のバランサ軸２２ａ・２２ｂ同士は、各バランサ軸２２ａ・２２ｂに一体的に設けられた同一径の連動ギア２４ａ・２４ｂ同士の噛合で互いに連結されると共に、一方の（クランク軸６の直下の）バランサ軸２２ｂに設けられたドリブンギア２５がクランク軸６に設けられたドライブギア２６と噛合しており、クランク軸６の駆動力が伝達されて各バランサ軸２２ａ・２２ｂがクランク軸６の２倍の回転速度で互いに逆方向に回転するようになっている。なお、クランク軸６とバランサ軸２２ａ・２２ｂとの間の動力伝達手段として、チェーン／スプロケット機構を用いても良い。

ドライブギヤ２６の直径は、クランク軸６の回転軌跡円の直径として最大となるカウンタウェイト１１の回転軌跡円の直径と等しくされており、クランク軸６の回転力を一方のバランサ軸２２ｂに伝達するためのギア機構の配置に格別な制約を受けずに済んでいる。また一対のバランサ軸２２ａ・２２ｂを連動させる連動ギア２４ａ・２４ｂは、図５中の右から１番目のピストンと２番目のピストンとの間のクランクジャーナル８に対応する軸方向位置に設けられている。ここでクランクジャーナル８は固定軸受けで支持されているので、一対のバランサ軸２２ａ・２２ｂを連動させる連動ギア２４ａ・２４ｂを、他の可動体との位置関係に何ら考慮を払わずに配設することができる。

各バランサ軸２２ａ・２２ｂの外周部には、ピストンストローク可変機構の運動で発生するアンバランス量と釣り合わせるための所定の位相及び所定の慣性質量のバランサウェイト２７ａ・２７ｂが設けられている。両バランサウェイト２７ａ・２７ｂは、図５中の右から２番目のピストンと３番目のピストンとの間、つまり本実施例においては直列４気筒エンジンのシリンダ列方向の中間位置に配設されている。

さらに振動低減装置２１は、第３リンク１２がピストン３の軸線に対してシリンダ列に直交する向きの一方へ偏倚した位置に配設されているのに対し、ピストン３の略直下に配設されている。

またコントロール軸１３の静止軸心１３ｂは、振動低減装置２１のアッパハウジング２２ａの上端面よりも下方に位置しており、しかもコントロール軸１３の偏心部１３ａの移動範囲は、アッパハウジング２２ａの側壁と対向する位置に定められている。

コントロール軸１３は、図７に併せて示すように、クランクケース７のシリンダ列方向の両端壁３７ａ・３７ｂ及びシリンダ２同士間を隔てるようにクランクケース７内に形成された３つのバルクヘッド３５の下面と、これらに接合された５つのベアリングキャップ３８との間に形成された２つ割りの軸受け孔３９により、クランクケース７内の下部に支持されている。

５つのベアリングキャップ３８同士は、シリンダ列方向に延在する連結部４０をもって互いに一体的に連結されている。この連結部４０は、図１〜４に示すように、下向きに凸となるように湾曲した板状をなし、これをもって連結することで５つのベアリングキャップ３８が一部品として構成されている。

連結部４０は、コントロール軸１３の下方であり、且つクランクケース７の下部開放面に接合されたオイルパン３３に貯容された潤滑油の油面ＯＬ上に延在しており、第３リンク１２の大端部１２ｂの移動範囲の下方を完全に覆っている。また連結部４０は、バランサハウジング２３ａ・２３ｂの一側面側とクランクケース７のシリンダ列方向に沿う一側壁４１側とに突出しており、その突出量は、バランサハウジングの一側面側への方がクランクケースの一側壁側よりも大きくされている。そしてその一側縁４０ａは、クランクケース７の一側壁４１の内面に近接し、他側縁４０ｂは、バランサハウジング２３ａ・２３ｂの一側面に近接している。また第４気筒に対応する連結部４０の側方には、図７に示すように、クランクケース７の一端壁３７ａの内面とバランサハウジング２３ａ・２３ｂの軸方向一端面との間を覆う延出部４３が形成されており、これにより、バランサハウジング２３ａ・２３ｂと協働して潤滑油の油面ＯＬの略全域を覆っている。

このようにして、連結部４０及びその延出部４３とバランサハウジング２３ａ・２３ｂとが協働して潤滑油の油面ＯＬを覆っているので、走行中に油面ＯＬが揺動しても、第３リンク１２及びコントロール軸１３を含むピストンストローク可変機構及びクランク軸６に潤滑油が接触せずに済む。従って、これらの運動部に潤滑油が接触することに起因する駆動抵抗増大を好適に抑制することができる。

エンジン１のシリンダ列方向に延在する他側壁４２におけるシリンダ２の周囲に画成されたウォータジャケット４４の外側に位置する部分には、図８に併せて示すように、シリンダヘッド内に設けられた動弁装置（図示せず）を潤滑した潤滑油をオイルパン３３へと戻すために、あるいはピストン３の往復動によるクランクケース７内の圧力脈動を緩和するなどの目的のために、シリンダヘッド接合面とクランクケース７内とを連通させる通路４５が設けられている。

この通路４５は、クランク軸６を挟んでコントロール軸１３の反対側に設けられており、バランサハウジング２３ａ・２３ｂの側方にてクランケース７内に開口している。

このように構成することにより、第３リンク１２及びコントロール軸１３を含むピストンストローク可変機構及びクランク軸６にシリンダヘッドから流れ落ちる潤滑油が接触することが防止される。しかも、ピストンストローク可変機構の運動がブローバイガスの流動を妨げることも無い。

車両に搭載する際にシリンダ軸線を傾斜させる場合は、この通路４５が下側となるように傾斜の向きを設定すると良い。またこの通路４５は、図９に示すように、互いに隣接するシリンダ２同士間を隔てるバルクヘッド３５に対応する部位に内設しても良い。

以上、詳述した通り、本発明は、複数のリンクのジオメトリを変化させてピストンストロークを変化させ、これによって圧縮比および排気量の少なくともいずれか一方を変更可能なエンジンに等しく適用可能であり、例えば、第１リンクにおける第２リンクとの連結部近傍に第３リンクの一端を連結した形式のエンジンにも適用可能である。

本発明が適用されたエンジンの低圧縮比状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの低圧縮比状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの高圧縮比状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの高圧縮比状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの内部機構の左側面図である。 本発明が適用されたエンジンの内部機構の底面図である。 本発明が適用されたエンジンのオイルパンを除去して示す底面図である。 本発明が適用されたエンジンのシリンダロックの上面図である。 別例のシリンダブロックの上面図である。

符号の説明

１ エンジン
３ ピストン
４ 第１リンク
５ 第２リンク
６ クランク軸
７ クランクケース
１２ 第３リンク
１３ コントロール軸
２１ 振動低減装置
２２ａ・２２ｂ バランサ軸
２３ａ・２３ｂ バランサハウジング
３３ オイルパン
４０ 連結部

Claims (3)

1. ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランク軸とを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がコントロール軸を介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンであって、
   前記コントロール軸が、複数のコントロール軸ホルダをもってエンジン本体に支持されており、
   前記複数のコントロール軸ホルダ同士を当該コントロール軸の軸方向について連結部をもって互いに連結すると共に、該連結部を、前記コントロール軸と当該エンジンのオイルパンに貯容された潤滑油の油面との間に延在させて前記コントロール軸の下方を覆い、
   前記ピストンの往復運動に伴って発生する２次振動を低減するためのバランサ軸を収容したハウジングを、クランクケース内における前記クランク軸の下方にて前記連結部と並ぶ位置に配設し、前記エンジン本体にはシリンダヘッドとクランクケースを連通する通路が前記クランク軸を挟んで前記コントロール軸の反対側に設けられることを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. 前記連結部は、前記ハウジングの一側面側に突出する一側縁と前記クランクケースのシリンダ列方向に沿う一側壁側に突出する他側縁とを有し、その突出量は、前記ハウジングの一側面側への方が前記クランクケースの一側壁側よりも大きくされ、前記他側縁は、前記ハウジングの一側面に近接していることを特徴とする請求項１に記載のストローク特性可変エンジン。
3. 前記連結部の側方には、前記クランクケースの一端壁の内面と前記ハウジングの軸方向一端面との間を覆う延出部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のストローク特性可変エンジン。

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