JP4822183B2 - 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、エンジンの重量増大を招かずに振動を低減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シャフトとの間を複数のリンクで連結し、その内の１つのリンクのエンジン本体に対する連結端の位置を変化させることにより、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知られている（特許文献１を参照されたい）。

他方、レシプロエンジンには、主にピストンの上下運動に起因する加振力が作用するが、この振動は、クランクシャフトに一体的に設けたカウンタウェイトだけでは低減することができない。そこで特許文献１には、クランクシャフトと同期回転するバランサシャフトにて振動低減を図る技術が提案されている。
特開２００６−１３２６９０号公報

しかるに、バランサシャフトに代表される如き振動低減装置を設けることは、エンジンの部品点数、重量、並びに製造コストの増大を避けることはできない。

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、エンジンの重量増大などを招かずに十分な振動低減を実現し得る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に本発明は、複数のリンク（第１リンク４、第２リンク５、コントロールリンク１２）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、複数の気筒を備え、異なる位相でピストン３が運動を行う気筒同士の各リンクの長さ（リンクの幾何学的な関係）を互いに異ならせるものとした（請求項１）。当該エンジンが直列４気筒エンジンの場合は、第１、第４気筒の組と、第２、第３気筒の組との各リンクの長さを互いに異ならせるものとし（請求項２）、当該エンジンがＶ型エンジンの場合は、各バンクの各リンクの長さを互いに異ならせるものとする（請求項３）と良い。

このような本発明の構成によれば、異なる位相でピストンが運動を行う気筒同士のリンクが発生する振動の位相をずらすことができるので、バランサシャフトなどの振動低減専用の装置を別途設けずにエンジン全体としての振動を低減することができる。従って、部品点数、重量、並びに製造コストを増大させずにエンジンの振動低減を実現し得るので、エンジンのより一層の軽量化、低コスト化を推進する上に多大な効果を奏することができる。

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〜図４は、本発明が適用される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シャフト６に連結されている。なお、シリンダヘッドに設けられる動弁機構や吸気系および排気系については、在来の４サイクルエンジンと何ら変わるところはない。

クランクシャフト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（クランクシャフトの回転中心）から偏心したクランクピン９を備えており、シーソー式に揺動する第２リンク５の中間部がクランクピン９に支持されている。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。なお、クランクシャフト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ためのカウンタウェイトが設けられているが、これも在来のレシプロエンジンと同様なので省略する。

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シャフトとを連結するコネクティングロッドと同一構成のコントロールリンク１２の小端部１２ａがピン結合されている。そしてコントロールリンク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シャフト６と平行に延設されたエキセントリックシャフト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。

エキセントリックシャフト１３は、コントロールリンク１２の大端部１２ｂをクランクケース７内で所定範囲（本実施例においては約９０度）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適宜な回動駆動アクチュエータ（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、エキセントリックシャフト１３を回動させることにより、コントロールリンク１２の大端部１２ｂの位置が、図１、２に示した位置（水平方向内向き／低圧縮比状態）と図３、４に示した位置（垂直方向下向き／高圧縮比状態）との間で変化し、クランクシャフト６の回転に伴う第２リンク５の揺動角度が変化する。これにより、ピストン３とクランクシャフト６とを連結するコネクティングロッドの長さが、ピストン３の運動に応じて連続的に変化するかのような作用を発揮し、且つエキセントリックシャフト１３の回動によってコントロールリンク１２のクランクケース７に対する支持端の位置を変化させることにより、コネクティングロッドの長さの変化率を任意に設定することができる。

このようにして、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２リンク４・５、コントロールリンク１２、及びエキセントリックシャフト１３によってピストンストローク特性可変機構が構成され、これらにより、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。

このような多リンク型レシプロエンジンにおいては、リンクジオメトリ（リンクの幾何学的な関係）の設定によって２次振動を低減し得ることが知られている。しかし多気筒エンジンの場合、全ての気筒のリンクジオメトリが同一であると、リンクの運動によって発生する振動の位相が重畳することがあり、十分な振動低減を達成できないことが考えられる。

そこで本発明においては、図５に示すように、直列４気筒エンジンにおいて、第１、第４気筒の組と、第２、第３気筒の組との各リンク（第１リンク４、第２リンク５、コントロールリンク１２）の長さを互いに異なるものとし、第１、第４気筒の組が発生する２次振動成分と、第２、第３気筒の組が発生する２次振動成分との位相をずらし、互いの組の振動を相殺してエンジン全体としての振動を低減するものとした。

本発明によれば、エンジンの２次振動成分のみならず、４次振動成分をも低減し得るので、より一層の高速化が期待できる。

なお、気筒間で振動を打ち消し合える位相ずれを発生させることができさえすれば、どのようなリンクジオメトリであっても良いことは言うまでもない。またＶ型エンジンの場合は、両バンク同士間のリンクジオメトリを互いに異なるものとすれば良い。

本発明が適用される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。 本発明が適用される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。 本発明が適用される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。 本発明が適用される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。 本発明によるリンクジオメトリを互いに異ならせた４気筒エンジンの概念図である。

符号の説明

３ ピストン
４ 第１リンク
５ 第２リンク
１２ コントロールリンク

Claims (3)

1. 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であって、
   複数の気筒を備え、異なる位相で運動を行う気筒同士の各リンクの長さを互いに異ならせることを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. 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であって、
   当該エンジンが直列４気筒エンジンであり、第１、第４気筒の組と、第２、第３気筒の組との各リンクの長さを互いに異ならせることを特徴とするストローク特性可変エンジン。
3. 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であって、
   当該エンジンがＶ型エンジンであり、各バンクの各リンクの長さを互いに異ならせることを特徴とするストローク特性可変エンジン。

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