JP4677357B2

JP4677357B2 - 内燃機関の可変圧縮比装置

Info

Publication number: JP4677357B2
Application number: JP2006060550A
Authority: JP
Inventors: 儀明田中; 克也茂木; 良則池田; 光司佐藤
Original assignee: NTN Corp; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007239520A

Description

本発明は、制御軸の回転位置に応じてピストン行程を変化させる内燃機関の可変圧縮比装置に関する。

例えば特許文献１には、内燃機関のピストン行程を変化させることによって機関圧縮比を可変とする可変圧縮比装置が記載されている。この装置では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンク（ロッド）からなるリンク列と、モータ等の駆動部により回転位置が変更・保持される出力側レバーアームの軸部と、をコントロールロッドにより連係し、上記軸部の回転位置に応じてピストン行程が変化するようになっている。駆動部から軸部への動力伝達経路には、筒内圧等に起因する荷重がリンク列側から駆動部側へ逆入力することを遮断するためのクラッチが介装されている。また、駆動部とクラッチとの間には減速機構が介装されている。

上記クラッチの構造については特許文献２にも記載されているように公知であり、簡単に説明すると、上記リンク列側つまり出力側からの逆入力が作用した際には、出力軸の僅かな回動に伴って楔面（カム面）にローラ状の係合子が噛み込み、この噛み込みによってローラを介して固定外輪の内周面と楔面との間に発生する力学的釣合いにより出力側荷重が遮断され、入力側に伝えられない構造となっている。
特開２００５−３０２３４号公報特開２００３−３４３６０１号公報

しかしながら、上記特許文献１のものでは、筒内圧等に起因する荷重がリンク列を介してクラッチへ実質的に減速されることなく直接的に作用する構成となっているために、大きな荷重をクラッチが負担することとなる。クラッチの遮断能力は、ローラ本数やローラ径、またローラ長さなど様々な要因によって変動するものの、その出力軸の回転トルクとして保持することから、出力軸の径が大きいことが極めて有利となる。従って、クラッチ遮断能力を向上させるためにはクラッチの大径化・大型化が望ましいものの、このようなクラッチの大径化・大型化は車両搭載性の低下を招いてしまう。

また、駆動部により逆入力遮断クラッチの入力軸を回転駆動することを考えると、上述したクラッチの大型化に伴って、ローラが固定外輪の内周面と摺動する距離が長くなる。従って、クラッチの大型化（大径化）は、クラッチの荷重遮断能力の向上と共に、駆動部の摩擦損失の増大を招くこととなり、特に自動車用内燃機関に適用する場合には、摩擦力による駆動部のエネルギーロスは燃費性能への大幅な損失となるために、非常に大きな課題である。

更に従来例においては、複リンク機構、逆入力遮断クラッチ、及び減速機構等が同一のクランク室内に並列にレイアウトされている。すなわち、クランク室内に配置されたクランク系部品等と同様、逆入力遮断クラッチの潤滑をエンジンオイルで賄う構造となっている。クラッチの遮断能力は、上述したようにローラと固定外輪内周、及び出力軸の楔面との噛み込み、いわば摩擦力に依存している。しかし、クラッチ構造をクランク室内に飛散するエンジンオイルで潤滑する構造とした場合、エンジンオイル内に一般的に添加されている極圧添加剤の焼付き防止効果が、前記ローラの噛み込み作用を阻害する要因となり、逆入力遮断クラッチの正常な動作を阻害する要因となる懸念がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクからなるリンク列と、駆動部により回転位置が変更・保持される制御軸と、この制御軸と上記リンク列とを連係する制御リンクと、を有し、上記制御軸の回転位置に応じてピストン行程が変化する内燃機関の可変圧縮比装置において、上記駆動部から制御軸への動力伝達経路に、上記制御軸から駆動部への逆入力を遮断するクラッチを介装するとともに、このクラッチの出力軸と制御軸との間の動力伝達経路に最終減速機構を介装したことを特徴としている。

本発明によれば、クラッチから制御軸への動力伝達経路に最終減速機構を介装しているために、燃焼荷重等に起因する大きな逆入力が制御軸側からクラッチへ作用することを十分に抑制することができる。従って、クラッチの耐久性・信頼性を確保しつつ、クラッチの小型化を図り、機関搭載性を向上することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変圧縮比装置を示しており、直列エンジンの気筒中心を通るクランクシャフト軸直角方向の断面図に相当する。

シリンダブロック１１には、各気筒毎に円筒状のシリンダ１２が形成されると共に、各シリンダ１２の周囲にウォータージャケット１３が形成されている。各シリンダ１２内にはピストン１４が昇降可能に配設されており、各ピストン１４のピストンピン１５と、クランクシャフト１６のクランクピン１７とは、複数のリンクからなるリンク列、具体的にはアッパリンク２２とロアリンク２１とにより機械的に連係されている。尚、符号１８はクランクシャフト１６のカウンターウエイトである。具体的には、可変圧縮比装置は、クランクピン１７に相対回転可能に取り付けられるロアリンク２１と、このロアリンク２１とピストンピン１５とを連結するアッパリンク２２と、クランクシャフト１６と平行に気筒列方向へ延びる制御軸２３と、この制御軸２３に偏心して設けられた偏心カム２４と、この偏心カム２４とロアリンク２１とを連結する制御リンク２５と、制御軸２３を所定の制御範囲内で回転駆動すると共に、所定の回転位置に保持する駆動部としてのモータ３３を含むアクチュエータユニット３０と、を備えている。

ロッド状をなすアッパリンク２２の上端部はピストン１４のピストンピン１５に相対回転可能に取付けられており、下端部は第１連結ピン２６を介してロアリンク２１に相対回転可能に連結されている。制御リンク２５の一端はロアリンク２１に第２連結ピン２７を介して相対回転可能に連結されており、制御リンク２５の他端は偏心カム２４の円筒面をなす外周に相対回転可能に取り付けられている。制御軸２３は、図２にも示すように、シリンダブロック１１の下部に回転可能に支持される複数の主軸２９を有している。主軸２９の回転中心Ｑに対して偏心カム２４の回転中心Ｐは所定量偏心している。

機関運転状態に応じてアクチュエータユニット３０により制御軸２３を回動することにより、偏心カム２４に外嵌する制御リンク２５の揺動支点の位置が変化し、ロアリンク２１及びアッパリンク２２の姿勢が変化して、ピストン１４の上方に画成される燃焼室の圧縮比が可変制御される。このような可変圧縮比装置は、機関圧縮比を連続的に変更可能なことに加えて、ピストンとクランクピンとを一本のコンロッドで連結した単リンク機構に比してピストンストローク特性そのものを好ましい特性（例えば、単振動に近い特性）に設定できる。また、ロアリンク２１に制御リンク２５を連結しているために、制御リンク２５や制御軸２３及びアクチュエータユニット３０を比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト１６の下側の領域に配置することができ、上記の特開２００５−３０２３４号公報に記載されているようなものに比して、機関搭載性に優れている。

図３は、アクチュエータユニット３０を単体で示す断面図である。このアクチュエータユニット３０は、シリンダブロック１１の下側に固定され、ボルト４２Ａやピン４２等により互いに固定される複数の部品４０Ａ〜４０Ｃからなるケーシング４０を主体としている。このケーシング４０には、上記のモータ３３が取り付けられるとともに、制御軸２３に係合するアクチュエータシャフト３２が軸方向に往復動・摺動可能に支持されており、後述するように、このアクチュエータシャフト３２を介してモータ３３の駆動トルクが制御軸２３へ伝達されるようになっている。なお、図示していないが、シリンダブロック１１及びケーシング４０の下方には潤滑油を貯留するオイルパンが取付けられており、このオイルパンの上方に潤滑部品としてのクランクシャフト１６等が配設されるクランク室１９が形成されている。そして、ケーシング４０はシリンダブロック１１の側壁とともにクランク室１９を液密に画成するクランク室１９の外壁として機能しており、このケーシング４０によって、アクチュエータシャフト３２が、その先端をクランク室１９内に臨ませた姿勢で摺動可能に保持されているとともに、モータ３３がシリンダブロック１１の外側に保持されている。

そして、アクチュエータユニット３０には、モータ３３から制御軸２３への動力伝達経路に、制御軸２３側から駆動部３３側への逆入力を遮断するクラッチ４３が介装されている。そして、モータ３３からクラッチ４３への動力伝達経路に、第１減速機構４４が介装されているとともに、クラッチ４３から制御軸２３への動力伝達経路に、第２減速機構４５及び最終減速機構４６が介装されている。

第１減速機構４４は、モータ３３の出力軸３３Ａに固定される第１入力側ギヤ４４Ａとクラッチ４３の入力軸２に固定され、上記の第１入力側ギヤ４４Ａと噛み合う第１出力側ギヤ４４Ｂと、により構成される減速ギヤ列である。第２減速機構４５は、クラッチ４３の出力軸３に固定される第２入力側ギヤ４５Ａと、最終歯車３６の外周に設けられ、第２入力側ギヤ４５Ａと噛み合う第２出力側ギヤ４５Ｂと、により構成される減速ギヤ列である。これのギヤは、圧入や平行キー等を用いて固定される。

最終減速機構４６は、最終歯車３６の回転運動をアクチュエータシャフト３２の往復運動に変換する送りねじ機構４７と、アクチュエータシャフト３２の往復運動を制御軸２３の回転運動に変換するスライダクランク機構４８と、を有している。図２にも示すように、送りねじ機構４７は、アクチュエータシャフト３２のモータ側の端部に形成される雄ねじ３５と、最終歯車３６の内周面に形成され、上記の雄ねじ３５に噛み合う雌ねじ３７と、を有し、最終歯車３６の回転運動をアクチュエータシャフト３２の往復運動に変換して伝達する。スライダクランク機構４８は、ピン３９を介してアクチュエータシャフト３２の往復動を制御軸２３の回転運動に変換して伝達する。上記のピン３９には、円筒形状をなすアクチュエータシャフト３２の一端（先端）に回転可能に嵌合する大径部３９Ａの両側に小径部３９Ｂが設けられている。この小径部３９Ｂが、制御軸２３の一端に設けられる一対の制御プレート４１Ａに形成された径方向に延びるスリット４１に摺動可能に嵌合している。従って、アクチュエータシャフト３２が往復動すると、ピン３９のスリット４１内での摺動動作を伴いながら、制御プレート４１Ａを介して制御軸２３が所定の方向に回転する。

クラッチ４３は、特開２００３−３４３６０１号公報にも開示されているように公知であり、簡単に説明すると、ケーシング４０Ｂに固定される静止側部材としての固定外輪１に対し、モータ側の入力軸２と制御軸２３側の出力軸３とを、転がり軸受４Ａ〜４Ｄを介して正逆回転自在に支承した構造となっている。入力軸２とモータ３３の出力軸３３Ａとは上記の第１減速機構４４を介して接続されており、出力軸３と最終歯車３６とは上記の第２減速機構４５を介して接続されている。固定外輪１は、ケーシング４０に圧入ないしは平行キー等を用いて安定的に固定される。

図４及び図５にも示すように、入力軸２には、軸中心から径方向外側へずれた位置に軸方向に沿う貫通孔６が穿設され、出力軸３には、入力軸２と対向する端面に径方向に沿う凹溝７が形成されている。入力軸２の貫通孔６にピン８を挿入し、そのピン８の先端を出力軸３と対向する端面から突出させて、出力軸３の端面に形成された凹溝７に嵌入させることにより、入力軸２からの回転トルクを出力軸３に伝達可能としている。入力軸２の出力軸側端部には径方向外側へ拡径したフランジ部２ａが一体的に形成され、そのフランジ部２ａの外周から軸方向の出力軸側へ連続して延びる保持器としての複数の柱部２ｂが円周方向等間隔に形成されている。この円周方向に隣接する柱部２ｂ間の空間は、軸方向の一方に向かって開口した形態のポケット９を構成し、各ポケット９に一対のローラ１０ａ，１０ｂがそれぞれ配される。出力軸３の入力軸側外周には、前述した入力軸２の柱部２ｂ間に位置するポケット９と対応させて複数対のカム面（楔面）９ａ，９ｂが円周方向等間隔に形成されている。この出力軸３のカム面９ａ，９ｂと固定外輪１の内周面との間に、複数対のローラ１０ａ，１０ｂがそれぞれ配され、入力軸２の柱部２ｂ間に形成されたポケット９に収容される。一対のローラ１０ａ，１０ｂ間にはばね等の弾性部材５が介挿され、その弾性部材５が一対のローラ１０ａ，１０ｂを互いに離れる方向に弾性的に押圧する。各弾性部材５は、入力軸２、出力軸３および固定外輪１とは独立して一対のローラ１０ａ，１０ｂ間に挿入配置されている。

この逆入力遮断クラッチ４３では、図６（Ａ）に拡大して示す中立状態で、出力軸３に時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材５の弾性力により反時計方向（回転方向後方）のローラ１０ａがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して時計方向にロックされる。逆に、出力軸３に反時計方向の逆入力トルクが入力されると、弾性部材５の弾性力により時計方向（回転方向後方）のローラ１０ｂがその方向の楔隙間と係合して、出力軸３が固定外輪１に対して反時計方向にロックされる。従って、出力軸３からの逆入力トルクは、一対のローラ１０ａ，１０ｂによって正逆両回転方向にロックされる。

一方、入力軸２に回転トルクが入力されて例えば時計方向に回動すると、図６（Ｂ）に拡大して示すように、まず、入力軸２の反時計方向（回転方向後方）の柱部２ｂがその方向（回転方向後方）のローラ１０ａと係合して、これを弾性部材５の弾性力に抗して時計方向（回転方向前方）に押圧する。これにより、反時計方向（回転方向後方）のローラ１０ａがその方向の楔隙間から離脱して、出力軸３のロック状態が解除されてその出力軸３が時計方向に回動可能となる。入力軸２がさらに時計方向へ回動すると、図６（Ｃ）に示すように、入力軸２のピン８が出力軸３の凹溝７の壁面に当接することにより、入力軸２からの時計方向の回転トルクがピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が時計方向に回動する。この時、時計方向（回転方向前方）のローラ１０ｂは、その方向の楔隙間と係合せず、出力軸３のカム面と固定外輪１の内周面に接触した状態で空転する。入力軸２に反時計方向の回転トルクが入力された場合は、前述とは逆の動作で出力軸３が反時計方向に回動する。従って、入力軸２からの正逆両回転方向の回転トルクは、ピン８と凹溝７との係合部分を介して出力軸３に伝達され、出力軸３が正逆両回転方向に回動する。

ここで、ロック解除の際には、前述のようにローラを楔隙間より離脱させる必要があるが、この動作の際、出力軸が過度に滑らかに回転可能であると、ローラが楔隙間より離脱することなく出力軸と共回りしてしまい、ロック解除に至らないおそれがある。このため、ロック解除動作を円滑に行うために、出力軸３に対して所定量の回転方向の抵抗（摩擦力など）を付加する。図７の例では、オイルシール４９を出力軸３側に配設し、回転方向の抵抗を付加する構成としている。このオイルシール４９は、基本的には出力軸３に固定される第２減速機構４５の第２入力側ギヤ４５Ａの外周とケーシング４０との間に介装され、この部分をシールするものであって、このオイルシール４９を利用した簡素な構成で上記の回転方向の抵抗付加を実現している。

このように第１減速機構４４、第２減速機構４５、及び最終減速機構４６によってモータ３３の出力軸３３Ａの回転を十分に減速して制御軸２３へ伝達するようになっているため、制御軸側からモータ３３へ作用する逆入力トルクを大幅に抑制して、モータ３３の小型化・低出力化を図ることができるとともに、クラッチ４３により制御軸２３側からモータ３３側への逆入力を遮断することができる。そして本実施例では、クラッチ４３と制御軸２３との間に第２減速機構４５と最終減速機構４６とを介装しているために、制御軸２３側からクラッチ４３側への逆入力を抑制することができる。従って、クラッチ４３の遮断能力・信頼性・耐久性を確保しつつ、クラッチ４３を小型化して、機関搭載性を向上することができる。

また、送りねじ機構４７による螺進作用によって、制御軸２３からの逆入力によりアクチュエータシャフト３２が不用意に回転することを更に確実に阻止することができる。

上記のクラッチ４３及び減速機構４４〜４６は、クランク室１９内に突出するアクチュエータシャフト３２の先端部を除き、ケーシング４０内に収容配置されている。そして、アクチュエータシャフト３２の外周には、ケーシング４０Ａの円筒状をなす内周との隙間をシールするシール部材５０が取付けられている。このシール部材として、例えば図示するようなＯリングの他、オイルシールやリップシール、さらにはラビリンスパッキンなど様々なものを用いることができる。このようなシール部材５０、更には上記のオイルシール４９によって、クラッチ４３及び減速機構４４〜４６が配設されるケーシング４０の内部空間が、クランク室１９内から液密に隔てられている。従って、クラッチ４３及び減速機構４４〜４６が配設されるケーシング４０の内部空間を、クランク室１９内に飛散するエンジンオイル（潤滑油）とは別に、グリース等の専用の潤滑剤を用いて潤滑することができ、クランクシャフト等と同様にエンジンオイルで潤滑する場合に比して、クラッチ４３及び減速機構４４〜４６の潤滑性能を大幅に改善することができる。従って、クラッチ４３の荷重遮断能力を確保してモータ３３側への負担を最小限に抑えつつ、更なるクラッチ４３の小型化を図ることができる。

図７及び図８に示す第２実施例では、図４及び図５に示す第１実施例に対し、一対のローラ（係合子）１０ａ，１０ｂの間に、出力軸３と一体的に連結された仕切部材５１を設け、この仕切部材５１と各ローラ１０ａ，１０ｂとの間に、それぞれ弾性部材５ａ，５ｂを介装している点で、図７の第１実施例と異なっている。入力軸２に作用した回転トルクが出力軸３に伝達する仕組みは上記第１実施例と同様であるが、その作動時に、ローラ１０ａ，１０ｂが押され続けられながら回動している。このため、第１実施例のように一方のローラに作用する押圧力が弾性部材を介して他方のローラに作用し続ける構造では、この伝達力により他方のローラが固定外輪１の内周部に常に摩擦力として作用してしまう。この作用力はそのまま駆動部の摩擦抵抗力となり、駆動部でのエネルキロスとなってしまう。このような不具合を低減・回避する構造が第２実施例の仕切部材付きの逆入力遮断クラッチである。このような仕切部材５１を配することで、一方のローラに作用する回転トルク（接線力）が一方の弾性部材に作用するが、仕切部材５１で前記接線力が遮断されるため、他方の弾性部材に接線力が作用することが無い。したがって、他方のローラに作用する接線力に起因する固定外輪１の内周面との摩擦力を著しく低減可能であり、駆動部のエネルキロスを大幅に低減・回避することができる。なお、この構造自体は特開２００３−３４３６０１号公報にも開示されているように公知である。

次に、図９及び図１０を参照して、クラッチの出力軸に作用する逆入力の低減効果について説明する。図９は、比較例の可変圧縮比装置に対応し（特開２００５−３０２３４号公報参照）、図１０は上記実施例に係る可変圧縮比装置に対応している。

図９に示す比較例では、ピストン６１とクランクピン６２とを２本のリンク（ロッド）６３，６４により連係しており、両リンク６３，６４の接続ピン６５と制御軸（レバーアームの軸部）６６とを制御リンク（ロッド）６７により連結している。そして、制御軸６６が逆入力遮断クラッチ６８の出力軸６９と一体的に回転するように構成されており、本実施例のようにクラッチと制御軸との間に減速機構が介装されていない。駆動部（図示省略）とクラッチ６８との間には減速機構７０が介装されており、これら減速機構７０やクラッチ６８はクランク室７１内に並列に配置され、エンジンオイルにより潤滑される構成となっている。

ここで、燃焼圧による荷重をＦとし、図示の姿勢をピストン上死点でのリンク姿勢と仮定した場合の、逆入力遮断クラッチ６８に入力される荷重を概算した。本来、リンク機構部品等の動的な慣性力及び自重を考慮すべきであるが、ここでは簡単のために、上死点において燃焼圧による荷重Ｆが静荷重として作用した場合の、静的な力の釣合いとして整理した。アッパリンク６３の軸線方向とエンジン垂直方向とのなす角をθ１、制御リンク６７とエンジン水平方向とのなす角をθ２とすると、ピストン冠面に作用する力Ｆにより、アッパリンク６３の軸線方向に作用する荷重成分Ｆ１は、
Ｆ１＝Ｆ・ｃｏｓθ１
となる。さらに、前記Ｆ１に起因して、ピン６５を介してエンジン水平方向に作用する荷重成分Ｆ２は、
Ｆ２＝Ｆ１・ｓｉｎθ１
となる。従って、制御リンク６７の軸線方向に作用する荷重成分Ｆｃは、
Ｆｃ＝Ｆ２・ｃｏｓθ２
＝Ｆ１・ｓｉｎθ１・ｃｏｓθ２
＝Ｆ・ｓｉｎθ１・ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２
となる。

仮に図示リンク姿勢で、θ１を１０ｄｅｇ、θ２を１３ｄｅｇと仮定すると、
Ｆｃ＝Ｆ×０．１６７
となり、ピストン冠面に作用する燃焼荷重のおよそ１７％が、逆入力遮断クラッチ６８の出力軸に逆入力トルクとして作用することとなる。

次に、図１０を参照して、本実施例の可変圧縮比装置において燃焼圧により荷重が逆入力遮断クラッチ４３にどの程度作用するかを試算する。ピストン冠面に作用する力Ｆは、アッパリンクの軸線方向への荷重Ｆ１に変換される。ここでＦ１は、
Ｆ１＝Ｆ・ｃｏｓθ１
となる。このＦ１がアッパリンクとロアリンクとの接続部つまり第１連結ピン２６に作用するが、この第１連結ピン２６とクランクピン１７の中心とを結ぶ線分Ｌ１に直角する方向の成分の力Ｆ２は、Ｆ１とＦ２のなす角をθ２とすれば、
Ｆ２＝Ｆ１・ｃｏｓθ２
となる。第２連結ピン２７に作用する制御リンクのリンク中心線Ｌ２に直角する方向の成分の力Ｆ３と、前記Ｆ２とは、クランクピン１７を中心としてモーメントの釣合い関係があることから、
Ｆ２・Ｌ１＝Ｆ３・Ｌ２
Ｆ３＝Ｆ２（Ｌ１／Ｌ２）
となる。ここで、ロアリンク側より制御リンクの軸線方向に作用する力をＦ４とすれば、Ｆ３とＦ４のなす角をθ３とすると、
Ｆ４＝Ｆ３・ｃｏｓθ３
となる。以上よりＦ４は、
Ｆ４＝Ｆ２（Ｌ１／Ｌ２）ｃｏｓθ３
＝Ｆ１（Ｌ１／Ｌ２）ｃｏｓθ２・ｃｏｓθ３
＝Ｆ（Ｌ１／Ｌ２）ｃｏｓθ１・ｃｏｓθ２・ｃｏｓθ３
となる。仮にここで、Ｌ１を４５ｍｍ，Ｌ２を６５ｍｍ，θ１を６ｄｅｇ，θ２を４０ｄｅｇ，θ３を３３ｄｅｇと仮定すると、
Ｆ４＝０．４４２×Ｆ
となる。ここで制御軸の主軸中心回りのＦ４とＦ５とのモーメントの釣合いより、
Ｆ４・Ｌ３＝Ｆ５・Ｌ４
Ｆ５＝Ｆ４（Ｌ３／Ｌ４）
となる。ここで仮に、
Ｌ３＝１０ｍｍ，Ｌ４＝４０ｍｍとすると、
Ｆ５＝０．２５×Ｆ４
＝０．１１×Ｆ
となる。

上記の送りねじ機構での逆効率ηｂを０．９５、最終減速ギア比Ｚｆを０．２５とすると、逆入力遮断クラッチ４３の出力軸に作用する接線方向の逆入力Ｆｃは、
Ｆｃ＝ηｂ×Ｚｆ×Ｆ５
＝０．９５×０．２５×０．１１×Ｆ
＝０．０２６×Ｆ
となる。従って、図９の比較例の場合と比較して、逆入力遮断クラッチに作用する逆入力を、約８５％と著しく低減することができる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について、上記実施例を参照しつつ説明する。但し、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。例えば、駆動部としては、上記実施例のような電動式のモータ３３に限らず、油圧駆動式のものであっても良い。

（１）シリンダ１２内を往復動するピストン１４とクランクシャフト１６のクランクピン１７とを連係する複数のリンク２１，２２からなるリンク列と、駆動部３３により回転位置が変更・保持される制御軸２３と、この制御軸２３と上記リンク列とを連係する制御リンク２５と、を有し、上記制御軸２３の回転位置に応じてピストン行程が変化する内燃機関の可変圧縮比装置において、上記駆動部３３から制御軸２３への動力伝達経路に、上記制御軸２３から駆動部３３への逆入力を遮断するクラッチ４３を介装するとともに、このクラッチ４３から制御軸２３への動力伝達経路に最終減速機構４６を介装している。

このようにクラッチ４３から制御軸２３への動力伝達経路に最終減速機構４６を介装しているために、燃焼圧等に起因する高い逆入力が制御軸２３側からクラッチ４３へ作用することを十分に抑制することができる。従って、クラッチ４３の遮断能力・耐久性・信頼性を確保しつつ、クラッチ４３の小型化を図り、機関搭載性を向上することができる。また、このようなクラッチ４３の小型化に伴い、例えばローラ本数削減によるクラッチ駆動時の慣性モーメントの低減化により、駆動部３３による摩擦力等のエネルギーロスを低減することができ、消費エネルギーを更に抑えることができる。特に車両に搭載される内燃機関の場合、消費エネルギーの抑制により車両燃費性能を大幅に改善することができ、極めて有用である。

（２）上記最終減速機構４６が、雄ねじ３５と雌ねじ３７の噛み合いによりクラッチ４３の出力軸３の回転運動をアクチュエータシャフト３２の往復運動に変換する送りねじ機構４７と、上記アクチュエータシャフト３２の往復運動を制御軸２３の回転運動に変換する機構４８と、を有している。

このように最終減速機構４６によれば、大幅な減速効果が得られるとともに、送りねじ機構４７による螺進作用によって、アクチュエータシャフト３２からクラッチ４３側への逆入力をより確実に抑制・遮断することができる。

なお、送りねじとしては、角ねじ、台形ねじ、ボールねじ等が挙げられるが、正・逆効率共にボールねじの効率が最も良く、ボールねじの適用が望ましい。逆効率は、本発明の構造においてはエンジンの筒内圧等からの荷重入力が駆動部側へ作用する方向の効率である。この逆効率が高く、逆入力を遮断する有効な手段がない場合は、ほぼ全てを駆動部が保持力として賄う必要がある。本発明においては、駆動部から駆動する正効率の回転方向では、その効率の高さから最小のエネルギーで駆動でき、逆効率の回転方向では、送りねじの効率は高いものの、上述したような逆入力遮断クラッチ４３を用いることで、駆動部のエネルギー消費への影響を実質的に解消することができる。

（３）シリンダブロック１１に取付けられるアクチュエータユニット３０に、上記駆動部３３が取付けられるとともに、上記アクチュエータシャフト３２が摺動可能に支持されている。そして、このアクチュエータユニット３０の内部に、上記クラッチ４３及び最終減速機構４６が収容配置されている。このように駆動部３３、クラッチ４３、最終減速機構４６及びアクチュエータシャフト３２等をアクチュエータユニット３０としてユニット化することによって、コンパクト化及び機関搭載性の向上を図ることができる。

（４）上記制御軸２３に係合するアクチュエータシャフト３２の先端部が、潤滑油が飛散するクランク室１９内に配置されている。そして、上記クラッチ４３及び最終減速機構４６が収容されるアクチュエータユニット３０の内部空間を、上記クランク室１９からシールするシール部材５０を有している。

クランク室１９から液密に隔てられたアクチュエータユニット３０の内部に逆入力遮断クラッチ４３を配置することで、クランク室１９内における潤滑油としてのエンジンオイルによる潤滑環境とは独立して、逆入力遮断クラッチ４３に最適な潤滑剤（例えばグリスなど）を採用することができる。このため、エンジンオイルを流用してクラッチを潤滑する場合に比して、オイル交換時にユーザがどの様なオイルを使用するかわからないといった問題や、市販の添加剤が注入される恐れが無く、メンテナンスフリー化を促進でき、かつ安定した潤滑性状を確保できることから、クラッチ保持性能の安定化を図れる。また、エンジンオイルによりクラッチを潤滑する場合に懸念される、カーボンなどによるオイル劣化や、コンタミネーション（不純物）の発生によるクラッチ性能の低下を招くことがない。従って、クラッチの潤滑性能を大幅に改善し、クラッチの小型化を促進することで、荷重遮断能力を確保しつつ、駆動部へのエネルギー負担を更に抑えることができる。

（５）上記駆動部３３とクラッチ４３との間に第１減速機構４４を介装するとともに、上記クラッチ４３と最終減速機構４６との間に第２減速機構４５を介装することによって、減速比を更に高めることができる。また、これらの第１，第２減速機構４４，４５を上記クラッチ４３及び最終減速機構４６とともにアクチュエータユニット３０内に収容配置し、ユニット化することによって、コンパクト化、機関搭載性の向上を図れるとともに、上記のクラッチ４３と同様に第１，第２減速機構４４，４５の潤滑性能を向上することができる。

（６）上記クラッチ４３は、駆動部３３側に連結される入力軸２と、制御軸２３側に連結される出力軸３と、回転が拘束される静止側部材（固定外輪）１と、この静止側部材１と出力軸３との間に係合離脱可能に設けられた一対の係合子１０ａ，１０ｂと、一対の係合子１０ａ，１０ｂ間に配設されて両者を静止側部材１と出力軸３とに係合させる方向へ付勢する弾性部材５と、を有し、出力軸３からの逆入力に対して出力軸３と静止側部材１とをロックし、入力軸２からの入力トルクに対してロック状態を解除するものである。

より具体的には、この逆入力遮断クラッチ４３は、入力軸２の柱部２ｂにより係合子としてのローラ１０ａ，１０ｂを押し、楔面（カム面）９ａ，９ｂに噛み込んでいるローラを楔面９ａ，９ｂより外すことで、ロック状態を解除する。この解除動作のためにはローラを押した際に、適度に出力軸３が回り難いことが重要である。出力軸３が過度に滑らかに回転可能であると、柱部２ｂがローラを押圧した際に、ローラの噛み込みを解除できず、ローラが噛み込んだまま出力軸３が回動するおそれがある。

（７）そこで、好ましくは上記のオイルシール４９のように、クラッチ４３の出力軸３に対して所定の抵抗を付与する手段を設ける。このように出力軸３に所定の抵抗を与えることで、ローラを瞬時に分離し、ロックを円滑に解除することができる。上記の抵抗（摩擦力）は極めて微小なものでよく、エネルギー損失は十分に低い。また、上述したように駆動部３３とクラッチ４３との間に第１減速機構４４を介装しているために、上記の付勢手段による消費エネルギーの影響は、第１減速機構４４による減速比の分、更に低減されるため、実質的にほぼ無視できるレベルである。

（８）上述したように、クラッチや減速機構によって駆動部への逆入力が極めて低く抑制される構成では、例えばノッキングなどの異常燃焼を回避するために、むしろ作動応答性が重要となり、そのためには、上述したクラッチ４３のロック解除を確実かつ瞬時に行う必要がある。

ここで、図４及び図５に示す第１実施例のようなクラッチ４３では、駆動部からの正方向のトルクによって回動している際に、入力軸２と一体の柱部２ｂによって、一方の係合子（ローラ）が微小角押圧され、弾性部材５を介して他方の係合子を押圧しながら作動を行う。従って、押圧された前記他方の係合子は、静止側部材１の内周面との間で、一定の摩擦力を発生しながら回動される構造となっている。この摩擦力は、駆動部のエネルギーロスに他ならない。

そこで、図７及び図８に示す第２実施例では、上記一対の係合子の間に、出力軸３に固定された仕切部材５１を設け、この仕切部材５１と各係合子との間にそれぞれ弾性部材５ａ，５ｂを配設している。この構成によれば、一対の係合子間に配設された仕切部材５１により、入力軸２側からのトルク伝達時に、一方の係合子に作用する弾性部材の押圧力と、他方の係合子に作用する弾性部材の押圧力とを、ほぼ独立させることができる。従って、上記のエネルギーロスを低減でき、特に自動車への適用時には燃費性能を向上することができる。

（９）クランクシャフト１６のクランクピン１７に取付けられるロアリンク２１と、このロアリンク２１とピストン１４とを連係するアッパリンク２２と、上記制御軸２３に偏心して設けられた偏心カム２４と、この偏心カム２４とロアリンク２１とを連係する制御リンク２５と、を有している。このような構造によれば、機関圧縮比を連続的に変更可能なことに加えて、ピストンとクランクピンとを一本のコンロッドで連結した単リンク機構に比してピストンストローク特性そのものを好ましい特性（例えば、単振動に近い特性）に設定できる。また、ロアリンク２１に制御リンク２５を連結しているために、制御リンク２５や制御軸２３及びアクチュエータユニット３０等を比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト１６の下方領域に配置することができ、機関搭載性に優れている。

本発明に係る内燃機関の可変圧縮比装置の一例を示す断面図。上記可変圧縮比装置の最終減速機構を示す分解斜視図。上記可変圧縮比装置のアクチュエータユニットを示す断面図。本発明の第１実施例のクラッチを示す図５のＺ−Ｚ線に沿う断面図。上記第１実施例のクラッチを示す図４のＹ−Ｙ線に沿う断面図。上記クラッチの作動説明図。本発明の第２実施例のクラッチを示す図８のＡ−Ａ線に沿う断面図。上記第２実施例のクラッチを示す図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図。比較例のクラッチに作用する逆入力を説明するための説明図。上記実施例のクラッチに作用する逆入力を説明するための説明図。

符号の説明

１２…シリンダ
１４…ピストン
１６…クランクシャフト
１７…クランクピン
２１…ロアリンク
２２…アッパリンク
２３…制御軸
２５…制御リンク
３３…駆動部
４３…クラッチ
４６…最終減速機構
４７…送りねじ機構
４８…スライダクランク機構

Claims

シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクからなるリンク列と、駆動部により回転位置が変更・保持される制御軸と、この制御軸と上記リンク列とを連係する制御リンクと、を有し、上記制御軸の回転位置に応じてピストン行程が変化する内燃機関の可変圧縮比装置において、
上記駆動部から制御軸への動力伝達経路に、上記制御軸から駆動部への逆入力を遮断するクラッチを介装するとともに、このクラッチの出力軸と制御軸との間の動力伝達経路に最終減速機構を介装したことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
上記最終減速機構が、
雄ねじと雌ねじの噛み合いによりクラッチの出力軸の回転運動をアクチュエータシャフトの往復運動に変換する送りねじ機構と、
上記アクチュエータシャフトの往復運動を制御軸の回転運動に変換する機構と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
シリンダブロックに取付けられるアクチュエータユニットに、上記駆動部が取付けられるとともに、上記アクチュエータシャフトが摺動可能に支持されており、このアクチュエータユニットの内部に、上記クラッチ及び最終減速機構が収容配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
上記制御軸に係合するアクチュエータシャフトの先端部が、潤滑油が飛散するクランク室内に配置され、
かつ、上記クラッチ及び最終減速機構が収容されるアクチュエータユニットの内部空間を、上記クランク室からシールするシール部材を有することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
上記駆動部とクラッチとの間に第１減速機構が介装されているとともに、上記クラッチと採取減速機構との間に第２減速機構が介装されており、
これらの第１，第２減速機構が上記クラッチ及び最終減速機構とともにアクチュエータユニット内に収容配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
上記クラッチは、駆動部側に連結される入力軸と、制御軸側に連結される出力軸と、回転が拘束される静止側部材と、この静止側部材と出力軸との間に係合離脱可能に設けられた一対の係合子と、一対の係合子間に配設されて両者を静止側部材と出力軸間に係合させる方向へ付勢する弾性部材と、を有し、出力軸からの逆入力に対して出力軸と静止側部材とをロックし、入力軸からの入力トルクに対してロック状態を解除することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
上記クラッチの出力軸に対し、回転方向の所定の抵抗を付与する手段を有することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
上記一対の係合子の間に、出力軸に固定された仕切部材を設け、この仕切部材と各係合子との間にそれぞれ弾性部材を配設したことを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
クランクシャフトのクランクピンに取付けられるロアリンクと、
このロアリンクとピストンとを連係するアッパリンクと、
上記制御軸に偏心して設けられた偏心カムと、
この偏心カムとロアリンクとを連係する制御リンクと、
を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。