JP4430519B2 - 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潤滑油が付着して回転抵抗となったり、ブローバイガスの円滑な流動が阻害されたりすることのない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、エンジンのシリンダブロックには、シリンダヘッド内に設けられた動弁装置を潤滑した潤滑油をオイルパンへ戻すために、あるいはピストンの往復動によるクランクケース内の圧力脈動を緩和するなどの目的のために、シリンダヘッド内とクランクケース内とを連通させる通路が設けられている。

しかるに、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の場合は、単にシリンダの外側に通路を設ければ戻し潤滑油やブローバイガスがクランク軸に接触することを防止し得たが、上記したストローク特性可変エンジンは、ピストンストローク可変機構が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、リンクに潤滑油が付着して回転抵抗となったり、円滑なブローバイガスの流動が阻害されたりすることを防止することが困難である。特に、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リンクとは移動速度が高いので、これらに潤滑油が付着した場合にはその影響が顕著になる。

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、潤滑油戻し通路あるいはクランクケース内換気通路とピストンストローク可変機構とが互いに干渉することのない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、シリンダに摺合した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、シリンダヘッドとクランクケースとを連通させる通路が、隣り合うシリンダ間の隔壁に設けられると共に、当該隔壁の下面に開口し、前記コントロール軸が、前記クランク軸を挟んで前記通路と反対側に配置されると共に、前記隔壁の下面と該下面に接合されたベアリングキャップとの間に形成された軸受によって軸支されたことにより、前記通路の開口を通って前記シリンダの軸線に直交する平面上に位置することにより、戻り潤滑油あるいはブローバイガスがピストンストローク可変機構に接触することを防止するものとした。

さらに請求項２の発明は、車両に搭載された状態において、前記通路が下側となるように前記シリンダの軸線が傾斜するものとした。

このような請求項１の発明によれば、戻り潤滑油あるいはブローバイガスがピストンストローク可変機構に接触せずに済むため、戻り潤滑油およびブローバイガスが円滑に流動し、かつピストンストローク可変機構に潤滑油が付着して回転抵抗となることを確実に回避し得る。即ち本発明により、潤滑油あるいはブローバイガスの円滑な流動を確保し、かつピストンストローク可変機構がエンジンの駆動抵抗となる要因を排除する上に大きな効果がある。しかもリンクや通路の構成を複雑化せずに済む。

さらに請求項２の発明によれば、戻り潤滑油あるいはブローバイガスがリンクに接触することを確実に防止することができる上にオイルパン内の油面からリンクを遠ざけることができるので、リンクの駆動抵抗の低減効果をより一層高めることができる。しかも通路の構成を複雑化せずに済む。

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２３ａ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２３ａ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の側方にてクランクケース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
２ シリンダ
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
３５ バルクヘッド
４５ 通路

Claims (2)

1. シリンダに摺合した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、
   シリンダヘッドとクランクケースとを連通させる通路が、隣り合うシリンダ間の隔壁に設けられると共に、当該隔壁の下面に開口し、
   前記コントロール軸が、前記クランク軸を挟んで前記通路と反対側に配置されると共に、前記隔壁の下面と該下面に接合されたベアリングキャップとの間に形成された軸受によって軸支されたことにより、前記通路の開口を通って前記シリンダの軸線に直交する平面上に位置することを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. 車両に搭載された状態において、前記通路が下側となるように前記シリンダの軸線が傾斜す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。

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