JP4924479B2 - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、運転中に圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関し、特に圧縮比を変更・保持する機構の配置に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine capable of changing a compression ratio during operation, and more particularly to an arrangement of a mechanism for changing and maintaining the compression ratio.
機関運転中に圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構としては、例えば特許文献1に、モータの回転運動をアクチュエータロッドの往復運動に変換する送りねじ機構と、アクチュエータロッドの往復運動をコントロールシャフトの回転運動に変換するスライダクランク機構とからなるものが開示されている。
ところで、筒内の燃焼圧や主運動部品の慣性力等が各リンクを介してコントロールシャフトに伝達され、コントロールシャフトには回転軸周りの回転トルク(コントロールシャフトトルク)が作用する。このコントロールシャフトトルクのアクチュエータロッド軸方向成分は、アクチュエータロッドを介して送りねじ機構に伝達され、送りねじ機構を回転させるトルクに変換される。そして、送りねじ機構と噛み合う減速ギヤに周方向の荷重(荷重F1)として作用する。 By the way, the combustion pressure in the cylinder, the inertial force of the main moving parts, and the like are transmitted to the control shaft via each link, and a rotational torque (control shaft torque) around the rotation axis acts on the control shaft. The component of the control shaft torque in the axial direction of the actuator rod is transmitted to the feed screw mechanism via the actuator rod, and converted into torque that rotates the feed screw mechanism. And it acts as a load in the circumferential direction (load F1) on the reduction gear meshing with the feed screw mechanism.
一方、コントロールシャフトトルクのアクチュエータロッド垂直方向成分によって、アクチュエータロッドは曲げ変形する。これにより、送りねじ機構と噛み合う減速ギヤに周方向の荷重(荷重F2)が作用する。 On the other hand, the actuator rod bends and deforms due to the vertical component of the control shaft torque. As a result, a circumferential load (load F2) acts on the reduction gear meshing with the feed screw mechanism.
そして、荷重F1及び荷重F2は減速ギヤと噛み合うモータのピニオンギヤにも作用することとなる。 The loads F1 and F2 also act on the pinion gear of the motor that meshes with the reduction gear.
特許文献1に開示された構成では、荷重F1と荷重F2とが合成することにより、減速ギヤ及びピニオンギヤに作用する荷重は大きくなるので、コントロールシャフトトルクに抗して設定圧縮比を保持するために必要なトルク(保持トルク)も大きくなる。このため、圧縮比を変更・保持する機構をコンパクトな構成にすることができないという問題がある。
In the configuration disclosed in
そこで、本発明では、圧縮比を変更・保持する機構に作用する荷重を低減して、コンパクトな構成にすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the load acting on the mechanism for changing / holding the compression ratio and to make the structure compact.
本発明の可変圧縮比内燃機関は、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と、駆動部により回転角が変更・保持されるコントロールシャフトと、コントロールシャフトの回転中心から偏心した偏心軸と上記複数のリンクの一とを連係するコントロールリンクと、コントロールシャフトの回転運動に伴って軸方向運動をするアクチュエータロッドと、アクチュエータロッドの軸方向運動を回転運動に変換する送りネジ機構と、送りネジ機構に減速手段を介して連係しコントロールシャフトの回転角を制御するコントロールシャフト回転制御手段と、を備え、機関運転中にコントロールリンクからコントロールシャフトの偏心軸に荷重が作用することで発生するコントロールシャフトトルクによってアクチュエータロッドに作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向の分力によって、送りネジ機構と減速手段との噛み合い部分のギヤに作用する荷重F1の作用方向と、アクチュエータロッドに作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向と略直交する方向の分力によって送りネジ機構と減速手段との噛み合い部分のギヤに作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるようにコントロールシャフト回転制御手段を配置する。 The variable compression ratio internal combustion engine of the present invention includes a plurality of links that link a piston that reciprocates in a cylinder and a crankpin of a crankshaft, a control shaft whose rotation angle is changed and held by a drive unit, and a rotation of the control shaft A control link that links an eccentric shaft that is eccentric from the center and one of the links, an actuator rod that moves in the axial direction in accordance with the rotational motion of the control shaft, and the axial motion of the actuator rod is converted into rotational motion. A feed screw mechanism and a control shaft rotation control means for controlling the rotation angle of the control shaft linked to the feed screw mechanism via a speed reduction means, and a load acts on the eccentric shaft of the control shaft from the control link during engine operation. Control shaft torque generated by Therefore, due to the component force in the actuator rod axial direction of the load acting on the actuator rod, the acting direction of the load F1 acting on the gear in the meshing portion of the feed screw mechanism and the speed reducing means, and the actuator rod axial direction of the load acting on the actuator rod The control shaft rotation control means is arranged so that the acting direction of the load F2 acting on the gear of the meshing portion of the feed screw mechanism and the speed reducing means is a direction that cancels each other by the component force in the direction substantially orthogonal to the direction.
または、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と、駆動部により回転角が変更・保持されるコントロールシャフトと、コントロールシャフトの回転中心から偏心した偏心軸と上記複数のリンクの一とを連係するコントロールリンクと、コントロールシャフトに減速手段を介して連係しコントロールシャフトの回転角を制御するコントロールシャフト回転制御手段と、を備え、機関運転中にコントロールリンクからコントロールシャフトの偏心軸に荷重が作用することで発生するコントロールシャフトトルクによってコントロールシャフトと減速手段との噛み合い部のギヤに作用する荷重F1の作用方向と、コントロールシャフトの偏心軸にコントロールリンクから作用する荷重によってコントロールシャフトが変形して、コントロールシャフトと減速手段との噛み合い部のギヤに作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるように、コントロールシャフト回転制御手段を配置する。 Alternatively, a plurality of links that link pistons that reciprocate in the cylinder and a crankpin of the crankshaft, a control shaft whose rotation angle is changed and held by the drive unit, an eccentric shaft that is eccentric from the rotation center of the control shaft, and the above A control link that links one of the plurality of links, and a control shaft rotation control unit that links the control shaft via a speed reduction unit to control the rotation angle of the control shaft, and controls the control shaft from the control link during engine operation. The direction of the action of the load F1 acting on the gear of the meshing part of the control shaft and the speed reduction means by the control shaft torque generated by the load acting on the eccentric shaft of the control shaft, and the load acting on the eccentric shaft of the control shaft from the control link By And the control shaft is deformed, the direction of action of the load F2 acting on the gear meshing portion between the control shaft and the deceleration means such that the direction cancel each other, to place the control shaft rotation control means.
本発明によれば、荷重F1と荷重F2とが互いに打ち消し合う方向に作用することになるので、コントロールシャフトの回転角を制御するコントロールシャフト回転制御手段、つまり圧縮比を変更・保持する機構に作用する荷重の最大値が低減される。これにより、圧縮比を変更・保持する機構をコンパクトな構成にすることができる。 According to the present invention, since the load F1 and the load F2 act in the direction in which they cancel each other, it acts on the control shaft rotation control means for controlling the rotation angle of the control shaft, that is, the mechanism for changing / holding the compression ratio. The maximum load to be reduced is reduced. Thereby, the mechanism for changing and maintaining the compression ratio can be made compact.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態の可変圧縮比機構を備えるエンジンの概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of an engine provided with a variable compression ratio mechanism of the present embodiment.
1はピストン、2はシリンダブロック、3はアッパリンク、4はロアリンク、5はコントロールリンク、6はクランクシャフト、7はコントロールシャフト、11は第1リンク、12は第2リンク、13はアクチュエータロッド、16は軸受部、17はボールネジナット(送りネジ機構)である。 1 is a piston, 2 is a cylinder block, 3 is an upper link, 4 is a lower link, 5 is a control link, 6 is a crankshaft, 7 is a control shaft, 11 is a first link, 12 is a second link, and 13 is an actuator rod. , 16 is a bearing portion, and 17 is a ball screw nut (feed screw mechanism).
ピストン1は、シリンダブロック2のシリンダ内に往復動可能に収められている。コントロールシャフト7はクランクシャフト6と略平行に気筒列方向に延びている。ロアリンク4はクランクシャフト6のクランクピン6aに相対回転可能に連結されている。
The
アッパリンク3は、上端がピストン1に、下端がロアリンク4に、それぞれピストンピン1a、連結ピン8を介して相対回転可能に連結されている。コントロールリンク5は、上端がロアリンク4に、下端がコントロールシャフト7に、それぞれ連結ピン9、10を介して相対回転可能に連結されている。なお、コントロールリンク5はコントロールシャフト7の回転軸7aから偏心した位置に連結されており、例えば、コントロールシャフト7に回転軸7aに対して偏心した偏心カムを設け、この偏心カムにコントロールシャフト7を連結する。
The
第1リンク11の一端は、コントロールシャフト7と一体に回転するよう、回転軸7aに固定されており、他端は第2リンク12の一端に連結ピン14を介して相対回転可能に連結されている。第2リンク12の他端はアクチュエータロッド13の先端に連結ピン15を介して相対回転可能に連結されている。
One end of the
アクチュエータロッド13は、図中右側(以下、基端側という)がボールネジナット17に挿通され、このボールネジナット17と連結ピン15側の端部との間で軸受部16により摺動可能に支持されている。また、基端側からの所定範囲にはボールネジナット17の内周に設けた雌ネジ部と螺合する雄ねじ部が設けられている。
The
図2は、(a)が図1の構成を模式的に表した図、(b)がアクチュエータロッド13の基端側から見た図、(c)がアクチュエータロッド13周辺を機関上方から見た図である。18は小径部18aと大径部18bとを備える中間ギヤ、19はピニオンギヤ、20は圧縮比変更機構としての機能と圧縮比保持機構としての機能を併せ持つ圧縮比変更・保持機構(コントロールシャフト回転制御手段)である。
2A is a diagram schematically illustrating the configuration of FIG. 1, FIG. 2B is a diagram viewed from the base end side of the
圧縮比変更・保持機構20は、保持機構20aとモータ20bとが直列に配置されている。保持機構20aは後述するコントロールシャフトトルクが伝達されたときにモータ20bの回転シャフト20cが回転しないように保持可能な構造であればよい。
In the compression ratio changing /
図7は保持機構20aの一例を示す図である。この保持機構20aは、モータ20bの回転シャフト20cに固定支持されたディスク52と、ディスク52に対向するアーマチュア53と、アーマチュア53をディスク52方向に付勢するバネ51と、バネ51を囲むように設けられたコイル50とからなる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the
コイル50に電圧を印加していない状態では、バネ51の付勢力によってアーマチュア53はディスク52に押し付けられ、これにより回転シャフト20cの回転が禁止される。すなわち、回転シャフト20cの回転を禁止できるのは、アーマチュア53とディスク52との間の摩擦力(保持トルク)が回転シャフト20cの回転トルクより大きい場合である。一方、コイル50に電圧が印加されると、バネ51の付勢力に抗してアーマチュア53はディスク52から離れてコイル50に吸着するので、ディスク52は回転自由となり、回転シャフト20cも回転自由になる。
In a state where no voltage is applied to the
ボールネジナット17の外周部には外周ギヤ17aが設けられており、この外周ギヤ17aは中間ギヤ18の小径部18aと噛み合っている。一方、大径部18bはモータ20bの回転シャフト20cに設けたピニオンギヤ19と噛み合っている。なお、本実施形態では外周ギヤ17a、中間ギヤ18及びピニオンギヤ19は平歯車とするが、これ以外のギヤ、例えばヘリカルギヤ等であってもよい。
An outer
ボールネジナット17と中間ギヤ18とピニオンギヤ19は、図2(b)、(c)に示すように、アクチュエータロッド13の中心軸を通り、かつピストン1の往復運動方向と略直交する直線上にそれぞれの回転中心が並ぶように配置する。なお、中間ギヤ18は必ずしも必要ではなく、減速比の設定次第では、ピニオンギヤ19とボールネジナット17とが直接噛み合い、これらの歯数により所望の減速比を実現する構成であってもよい。本実施形態では、中間ギヤ18が伝達手段に相当する。
As shown in FIGS. 2B and 2C, the
モータ20bが回転駆動すると、モータ20bの回転が中間ギヤ18により減速されてボールネジナット17に伝達され、ボールネジナット17内周の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を有するアクチュエータロッド13は軸方向に動く。
When the
アクチュエータロッド13が基端側に移動すると、第2リンク12、第1リンク11を介してコントロールシャフト7が回転軸7a周りに図中反時計回り方向に回転し、連結ピン10の位置は下降する。これにより、ロアリンク4がクランクピン6a周りに図中反時計回り方向に傾き、連結ピン8の位置が上昇するので、ピストン1の位置が上昇する。すなわち、上死点位置でのピストン位置が上昇することで、圧縮比が上昇する。
When the
これとは反対方向にアクチュエータロッド13が移動すると、コントロールシャフト7及びロアリンク4は図中時計回り方向に回転するので、ピストン1は下降し、圧縮比が低下する。すなわち、本実施形態では、アクチュエータロッド13が前進するほど圧縮比は低下する。
When the
上記のように、本実施形態の可変圧縮比機構は、アッパリンク3、ロアリンク4、コントロールリンク5、コントロールシャフト7、第1リンク11及び第2リンク12、アクチュエータロッド13、ボールネジナット17、減速手段としての中間ギヤ18、モータ20bを備える。そして、図示しないコントロールユニットによりモータ20bの駆動を制御し、運転状態に応じてアクチュエータロッド13を進退させることでコントロールシャフト7の回転角を制御し、圧縮比を変化させるものである。
As described above, the variable compression ratio mechanism of the present embodiment includes the
また、コントロールシャフト7には、後述するように筒内の燃焼圧やピストン1の慣性力等がアッパリンク3、ロアリンク4、コントロールリンク5を介して伝達される。そして、この伝達された荷重は、連結ピン10がコントロールシャフト7の回転軸7aから偏心しているため、コントロールシャフト7を回転させる荷重(以下、これをコントロールシャフトトルクという)として作用する。そこで、圧縮比が目標値になったら、コントロールシャフトトルクに抗してコントロールシャフト7を所定の回転角に保持するために必要な電流を保持機構に流し、圧縮比を目標値に保持する。
Further, as will be described later, the combustion pressure in the cylinder, the inertial force of the
なお、運転状態に応じた具体的な圧縮比制御は、例えば特開2002−115571号公報に開示されたものと同様であるので、説明を省略する。 Note that the specific compression ratio control according to the operating state is the same as that disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115571, and a description thereof will be omitted.
次に、圧縮比変更・保持機構20に作用するトルクについて説明する。
Next, torque acting on the compression ratio changing /
筒内の燃焼荷重Fburnがピストン1に作用すると、この荷重はアッパリンク3を介してロアリンク4に伝達され、クランクピン6aを支点としてロアリンク4を図2(a)中で時計回りに回転させる方向に作用する。これにより、コントロールシャフト7にはコントロールリンク5の軸方向に引張る荷重Fcntrlが作用し、コントロールシャフト7には図2(a)中で時計回りに回転させる方向にコントロールシャフトトルクTctrlが作用する。複数気筒エンジンの場合、コントロールシャフトトルクTctrlが最大値となるのは、ある気筒の燃焼荷重Fburnと別の気筒の慣性力等による荷重との合力が最大となるときであり、これは、燃焼荷重Fburnが最大となるタイミングとほぼ一致する。
When the in-cylinder combustion load Fburn acts on the
このコントロールシャフトトルクTctrlは第1リンク11を介して第2リンク12に伝達され、軸方向の引張り荷重Fexとして作用する。
This control shaft torque Tctrl is transmitted to the
引張り荷重Fexのアクチュエータロッド13軸方向成分(以下、荷重Fexhという)は、ボールネジナット17の回転トルクに変換され、ボールネジナット17に噛み合う中間ギヤ18には、周方向の荷重F1が作用する。なお、荷重F1が図2(a)中で上向きとなるようにアクチュエータロッド13の雄ねじ部及びボールネジナット17の雌ネジ部を設定する。
A component in the axial direction of the
また、引張り荷重Fexのアクチュエータロッド軸方向垂直成分Fexv1(図2(a)中で上向き)により、アクチュエータロッド13は軸受部16を支点として、軸受部16のクリアランスの範囲内で図2(a)中時計回りに回転する。これにより、アクチュエータロッド13の軸受部16よりもボールネジナット17側部分には、図2(a)中下向きの荷重Fexv2が作用することとなり、この荷重Fexv2によりボールネジナット17と噛み合う中間ギヤ18には、周方向かつ図2(a)中下向きの周方向の荷重F2が作用する。
Further, due to the actuator rod axial direction vertical component Fexv1 (upward in FIG. 2A) of the tensile load Fex, the
これらの荷重F1及び荷重F2の合力が、ピニオンギヤ19を介して圧縮比変更・保持機構20に回転トルクとして作用する。
The resultant force of these loads F1 and F2 acts as a rotational torque on the compression ratio changing /
一方、圧縮行程や排気行程のように、ピストン1や各リンク3、4、5等の慣性力が作用する場合には、各荷重及びトルクは上記と逆方向に作用する。なお、コントロールシャフト7に作用する荷重は慣性力と燃焼荷重の合力であるため、実際の運転中に圧縮比変更・保持機構20に作用する荷重は交番荷重である。
On the other hand, when the inertial force of the
図2(a)〜(c)に示した構成によれば、荷重F1と荷重F2とが相殺する方向に作用するので、圧縮比変更・保持機構20に伝達される回転トルクの最大値が低減する。このため、圧縮比を設定値に保持する際に保持機構20aにかかる負荷を低減することができる。
According to the configuration shown in FIGS. 2A to 2C, the load F1 and the load F2 act in the direction of canceling out, so the maximum value of the rotational torque transmitted to the compression ratio changing /
なお、第1リンク11及び第2リンク12のジオメトリいかんによっては、荷重F1と荷重F2とが相殺する方向となるような中間ギヤ18及びピニオンギヤ19の配置は、図2(a)〜(c)とは異なる場合もある。この場合にも、少なくともコントロールシャフトトルクTctrlが最大値となるときには、荷重F1と荷重F2とが反対方向に作用するように中間ギヤ18等を配置する。これにより、圧縮比変更・保持機構20に伝達される回転トルクの最大値が低減されるので、保持機構20aにかかる負荷を低減することができる。
Depending on the geometry of the
また、アクチュエータロッド13に作用する荷重Fexの、アクチュエータロッド13の軸方向に対して直交方向の成分Fexv1が最大となるとき、つまり荷重F2が最大となるときに、荷重F1と荷重F2とが相殺する方向に作用するように中間ギヤ18及びピニオンギヤ19の配置にすると、音振性能の低下を回避することができる。これは、ボールネジナット17のアクチュエータロッド13の軸方向に対して直交方向への変位は、中間ギヤ18との衝突時における衝撃力を増大し、音振性能を低下させるため、荷重F2が最大となるときに荷重F1と荷重F2とが相殺するようにすることで、衝撃力を低減することができるためである。
Further, when the component Fexv1 of the load Fex acting on the
以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)ピストン1とクランクピン6aとを連係する複数のリンク3、4と、コントロールシャフト7と、コントロールシャフト7の回転軸7aから偏心した偏心軸とロアリンク4とを連係するコントロールリンク5と、コントロールシャフト7の回転運動に伴って軸方向運動をするアクチュエータロッド13と、アクチュエータロッド13の軸方向運動を回転運動に変換するボールネジナット17と、ボールネジナット17に中間ギヤ18を介して連係しコントロールシャフト7の回転角を制御する圧縮比変更・保持機構20と、を備え、コントロールシャフトトルクによってアクチュエータロッド13に作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向の分力Fexhによって、ボールネジナット17と中間ギヤ18との噛み合い部分のギヤに作用する荷重F1の作用方向と、アクチュエータロッド13に作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向と略直交する方向の分力Fexv1によってボールネジナット17の外周ギヤ17aと中間ギヤ18との噛み合い部分に作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるように圧縮比変更・保持機構20を配置するので、保持機構20aに要求される保持トルクを低減することができる。
(1) A plurality of
(2)少なくともコントロールシャフトトルクが最大値となるときに、荷重F1の作用方向と荷重F2の作用方向とが互いに打ち消しあう方向となるように圧縮比変更・保持機構20を配置するので、荷重F1と荷重F2の作用方向が圧縮比やコントロールリンクから作用する荷重の向きによって変化する場合にも、荷重F1と荷重F2の合力の最大値を低減することができる。このため、保持トルクの最大値を効果的に低減することができる。
(2) Since the compression ratio changing /
(3)少なくともコントロールシャフトトルクによってアクチュエータロッド13に作用する荷重Fexのアクチュエータロッド軸方向と略直交する方向の分力Fexv1が最大値となるときに、荷重F1の作用方向と荷重F2の作用方向とが互いに打ち消しあう方向となるように圧縮比変更・保持機構20を配置するので、ボールネジナット17の径方向の変位量を低減することができる。これによりボールネジナット17の外周ギヤ17aが中間ギヤ18へ衝突する際の衝撃力が低減され、音振性能の低下を回避することができる。
(3) When the component force Fexv1 in the direction substantially orthogonal to the actuator rod axis direction of the load Fex acting on the
なお、図2(a)〜(c)に示すように荷重F1と荷重F2とが同一線上で反対方向に作用する場合に限らず、例えば荷重F2の作用方向が荷重F1の作用方向に対して90度以上ずれていれば、荷重F1と荷重F2との相殺による保持機構20aにかかる負荷低減の効果は得られる。
In addition, as shown in FIGS. 2A to 2C, the load F1 and the load F2 are not limited to acting on the same line in opposite directions. For example, the acting direction of the load F2 is relative to the acting direction of the load F1. If it is shifted by 90 degrees or more, the effect of reducing the load on the
第2実施形態について説明する。 A second embodiment will be described.
図3(a)は本実施形態のコントロールシャフト7周辺の機関上下方から見た概略図、(b)は(a)のII―II線に沿った断面図、(c)は燃焼荷重が作用した場合のコントロールシャフト7の変形の様子を機関側方から見た図である。
3A is a schematic view seen from above the engine around the
本実施形態を適用するエンジンは、ピストン1、アッパリンク3、ロアリンク4、コントロールリンク5、クランクシャフト6及びコントロールシャフト7については図1と同様の構成である。しかし、第1リンク11、第2リンク12、アクチュエータロッド13及びボールネジナット17を介さずに、モータ20bで直接コントロールシャフト7を回転駆動する点で異なる。
In the engine to which the present embodiment is applied, the
具体的には、図3(a)に示すように、コントロールシャフト7の一方の端部にギヤ部21を備え、このギヤ部21とモータ20bの回転シャフトの端部に設けたピニオンギヤ19とが噛み合っている。なお、図3(a)の22はモータ20bとピニオンギヤ19との間に介装した減速部(減速手段)である。第1実施形態と同様に、この減速部22は必ずしも必要ではなく、減速比の設定次第では設けなくてもよい。
Specifically, as shown in FIG. 3A, a
モータ20bは、ギヤ部21の回転中心とピニオンギヤ19の回転中心とが、ピストン1の往復運動方向と略直交する直線上にそれぞれの回転中心が並ぶように配置する。
The
上記のような構成で、燃焼荷重Fburnが作用すると、第1実施形態と同様に、コントロールシャフト7の連結ピン10の位置に、コントロールリンク5の軸方向に引張り上げる荷重Fcntrlが作用し、コントロールシャフト7はコントロールシャフトトルクTcntrlが作用する。そして、ギヤ部21と噛み合うピニオンギヤ19には周方向の荷重F1が上向きに作用する。
When the combustion load Fburn is applied in the configuration as described above, the load Fcntrl pulled in the axial direction of the
一方、図3(c)に示すように、荷重Fcntrlによってコントロールシャフト7は主軸受部23を支点として曲げ変形を起こすため、ギヤ部21のピニオンギヤ19と噛み合う部分がコントロールシャフト7の径方向下向きに変位し、ギヤ部21とピニオンギヤ19との噛み合い部には下向きの荷重F2が作用する。これらの荷重F1及び荷重F2の合力が、ピニオンギヤ19を介してモータ20bに回転トルクとして作用する。
On the other hand, as shown in FIG. 3 (c), the
なお、第1実施形態と同様に、慣性荷重が作用した場合には荷重及びトルクの方向は上記と反対になる。 As in the first embodiment, when an inertial load is applied, the directions of the load and torque are opposite to the above.
ところで、本実施形態では、ギヤ部21とピニオンギヤ19の回転中心がコントロールシャフト7の軸方向に対して略直交する直線上に並び、かつ荷重F1が図3(b)中で上向きとなるようにモータ20bが配置されているので、荷重F1と荷重F2とが反対方向に作用する。したがって、第1実施形態と同様に、荷重F1と荷重F2とが相殺することとなり、モータ20bに伝達される回転トルクの最大値を低減することができる。これにより、圧縮比を設定値に保持するためにモータ20bに要求される最大トルクが低減されるので、モータ20bを小型化し、圧縮比変更・保持機構20をコンパクトな構成にすることが可能となる。
By the way, in the present embodiment, the rotation centers of the
なお、図3(a)、(b)に示したような多気筒エンジンの場合には、ピニオンギヤ19と噛み合うギヤ部21に最も近い気筒のコントロールリンク5からコントロールシャフト7に作用する荷重が最大となるときに、図3(b)に示すように荷重F1の作用方向と荷重F2の作用方向とが相殺するような位置にピニオンギヤ19を配置する。これは、ギヤ部21に最も近い気筒のコントロールリンク5からコントロールシャフト7に作用する荷重が最大となるときに、ギヤ部21の変位が最大となるからであり、このときに荷重F1と荷重F2とが打ち消しあうようにすることで、圧縮比変更・保持機構20に作用する変動トルクの最大値を低減するためである。
In the case of a multi-cylinder engine as shown in FIGS. 3A and 3B, the load acting on the
以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)ピストン1とクランクピン6aとを連係する複数のリンク3、4と、コントロールシャフト7と、コントロールシャフト7の回転軸7aから偏心した偏心軸とロアリンク4とを連係するコントロールリンク5と、コントロールシャフト7に減速部22を介して連係しコントロールシャフト7の回転角を制御する圧縮比変更・保持機構20と、を備え、コントロールシャフトトルクによってコントロールシャフト7と減速部22との噛み合い部のギヤに作用する荷重F1の作用方向と、コントロールシャフト7の偏心軸にコントロールリンク5から作用する荷重によってコントロールシャフト7が変形して、コントロールシャフト7と減速部22との噛み合い部のギヤに作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるように、圧縮比変更・保持機構20を配置するので、保持機構20aに要求される保持トルクを低減することができる。
(1) A plurality of
(2)一つの圧縮比変更・保持機構20及びコントロールシャフト7で全気筒の圧縮比を制御する多気筒内燃機関において、少なくとも圧縮比変更・保持機構20に最も近い位置にあるコントロールリンク5からコントロールシャフト7の偏心軸に作用する荷重が最大となるとき、つまり減速部22に噛み合うコントロールシャフト7のギヤ部21の変位が最大となるときに、荷重F1と荷重F2とが互いに打ち消しあう方向となるように圧縮比変更・保持機構20を配置するので、圧縮比変更・保持機構20に作用する変動トルクの最大値を低減することができる。
(2) In a multi-cylinder internal combustion engine that controls the compression ratio of all cylinders with one compression ratio changing /
第3実施形態について説明する。 A third embodiment will be described.
本実施形態では、保持機構20aとモータ20bとが独立している点で第1、第2実施形態と異なる。
This embodiment is different from the first and second embodiments in that the
図4(a)は、図2(b)と同様にボールネジナット17周辺をアクチュエータロッド13の軸方向から見た図である。図4(b)は図4(a)を機関上方から見た図である。
FIG. 4A is a view of the periphery of the
中間ギヤ18、ピニオンギヤ19及び保持機構20aについては、図2(b)と同様の配置である。しかし、モータ20bはボールネジナット17の回転軸に対して保持機構20aと対称の位置に、中間ギヤ30を介して配置されている。
The
このような構成にすると、中間ギヤ18及び保持機構20aについては第1実施形態と同様であるが、モータ20b側の中間ギヤ30は荷重F1と荷重F2とが強めあう方向となる位置でボールネジナット17と噛み合うこととなる。このため、モータ20bには荷重F1と荷重F2とが強め合った、より大きなトルクが作用することとなる。
With such a configuration, the
しかしながら、モータ20bは圧縮比が設定値(目標圧縮比)となるように駆動するものである。例えば、現在のピストン上死点位置と目標圧縮比におけるピストン上死点位置との差から、目標圧縮比にするために必要なアクチュエータロッド13の移動量を算出し、この移動量に基づいてボールネジナット17の回転角を算出する。そして、この回転角に基づいてモータ20bに供給する電力を決定する。ここで、上述した燃焼荷重等による変動トルクが作用することによって、モータ20bに上記電力量を供給しても実圧縮比が目標圧縮比に達しなかった場合には、目標圧縮比になるまでさらに電力を供給すればよい。
However, the
これに対して、保持機構20aの保持力に抗して変動トルクによってアクチュエータロッド13が移動してしまうと、保持機構20aは移動前の状態に戻すことができない。
On the other hand, if the
このように、モータ20bは保持機構20aと比べて、変動トルクの増大による影響が小さいため、図4に示すように荷重F1と荷重F2とが強め合うような位置に配置することができる。
As described above, the
また、図4に示すようにモータ20bと保持機構20aとを並列に配置すると、図2(c)に示すようにモータ20bと保持機構20aとを直列に配置する場合と比べて、アクチュエータロッド軸方向の長さを短くなり、圧縮比変更・保持機構20全体をコンパクトにすることができる。
Further, when the
図6は、モータ20bとコントロールシャフト7との間の減速比と、圧縮比を変更する際の応答時間(圧縮比可変応答時間)との関係、及び保持機構20aとコントロールシャフト7との間の減速比と、作用する荷重に抗して保持する際のトルク(保持トルク)との関係を示す図である。図6中の実線は高圧縮比化(圧縮比を現状よりも高くする)及び低圧縮比化(圧縮比を現状よりも低くする)する際の圧縮比可変応答時間、破線は保持トルクの特性を示している。
FIG. 6 shows the relationship between the speed reduction ratio between the
圧縮比可変応答時間は、コントロールシャフト7からアクチュエータロッド13に作用する負荷トルク、モータ20bのトルク、モータ20bからボールネジナット17までのギヤ効率、軸受部16のフリクションに基づいて定まる定常モータ回転速度によって決まり、図6に示すように、高圧縮比化する際の圧縮比可変応答時間は、減速比が小さい範囲では減速比の増大に伴って短くなるが、所定減速比を超えて大きくなると減速比の増大に伴って長くなる。また、低圧縮比化する際の圧縮比可変応答時間は、全減速比域にわたって減速比の増大に比例して長くなる。
The compression ratio variable response time depends on the steady motor rotation speed determined based on the load torque acting on the
圧縮比可変応答時間は短い方が望ましく、特に低圧縮比化する際の圧縮比可変応答時間は短い方がノッキング回避のために有効である。そこで、高圧縮比化する際の圧縮比可変応答時間が許容できる長さとなる範囲内で、低圧縮比化する際の圧縮比可変応答時間ができるだけ短くなるような減速比の範囲を目標範囲1とし、モータ20bとコントロールシャフト7との間の減速比がこの範囲となるように、ピニオンギヤ31と中間ギヤ30の歯数を設定する。
A shorter compression ratio variable response time is desirable, and in particular, a shorter compression ratio variable response time when lowering the compression ratio is effective for avoiding knocking. In view of this, the range of the reduction ratio is such that the compression ratio variable response time when reducing the compression ratio is as short as possible within the range where the compression ratio variable response time when allowing a high compression ratio is acceptable. The number of teeth of the
一方、保持トルクは減速比の増大に対して反比例的に小さくなる。そして、保持機構20aの大形化を回避するために、保持トルクは小さい方が望ましい。
On the other hand, the holding torque decreases in inverse proportion to the increase in the reduction ratio. In order to avoid an increase in the size of the
そこで、保持トルクが小さくなる減速比の範囲を目標範囲2とし、保持機構20aとコントロールシャフト7との間の減速比がこの範囲となるようにピニオンギヤ19と中間ギヤ18の歯数を設定する。
Therefore, the reduction ratio range in which the holding torque is reduced is set as the
なお、図6に示すように、目標範囲1は目標範囲2よりも小さい。つまり、モータ20bとコントロールシャフト7との間の減速比の方が、保持機構20aとコントロールシャフト7との間の減速比よりも小さい。
As shown in FIG. 6, the
このようにモータ20bとコントロールシャフト7との間の減速比、及び保持機構20aとコントロールシャフト7との間の減速比を設定することにより、圧縮比可変応答時間を短縮し、かつ保持機構20aの小形化することができる。
Thus, by setting the reduction ratio between the
なお、モータ20bは、保持機構20aと並列に配置するのであれば、荷重F1と荷重F2とが強め合う位置以外の場所に配置してもよい。例えば図5に示すように、保持機構20aをモータ20bに対してボールネジナット17と反対側に配置するようにしてもよい。図5(a)、(b)は、それぞれ図4(a)、(b)に対応する図である。
In addition, as long as the
図5(a)、(b)のような構成にすると、モータ20b及び保持機構20aのいずれも、荷重F1と荷重F2とが相殺する方向に作用する配置となり、かつ両者が並列に配置されることとなる。この場合にも、モータ20bとコントロールシャフト7との間の減速比の方が、保持機構20aとコントロールシャフト7との間の減速比よりも小さくなるように設定する。
5A and 5B, both the
また、本実施形態の構成は、図3に示すような、コントロールシャフト7を直接駆動する構成にも適用することができる。
The configuration of this embodiment can also be applied to a configuration in which the
以上により本実施形態では、第1、第2実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first and second embodiments, the following effects can be further obtained.
(1)圧縮比変更・保持機構20はモータ20bと保持機構20aとを備え、荷重F1と荷重F2とが互いに打ち消しあう方向となる位置には、少なくとも保持機構20aを配置するので、モータ20bを保持機構20aと並列に配置することができ、これにより圧縮比変更・保持機構20全体としてコンパクトな構成とすることができる。
(1) The compression ratio changing /
(2)保持機構20aとコントロールシャフト7間の減速比が、モータ20bとコントロールシャフト7間の減速比よりも大きいので、圧縮比可変応答時間を短縮し、かつ保持機構20aの小形化することができる。
(2) Since the reduction ratio between the holding
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
1 ピストン
3 アッパリンク
4 ロアリンク
5 コントロールリンク
6 クランクシャフト
7 コントロールシャフト
11 第1リンク
12 第2リンク
13 アクチュエータロッド
17 ボールネジナット
18 中間ギヤ
19 ピニオンギヤ
20 圧縮比可変・保持機構
30 中間ギヤ
31 ピニオンギヤ
50 コイル
51 バネ
52 ディスク
53 アーマチュア
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記クランクシャフトと略平行に延びるコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトの回転中心から偏心した偏心軸と上記複数のリンクの一とを連係するコントロールリンクと、
前記コントロールシャフトの回転運動に伴って軸方向運動をするアクチュエータロッドと、
前記アクチュエータロッドの軸方向運動を回転運動に変換する送りネジ機構と、
前記送りネジ機構に伝達手段を介して連係し前記コントロールシャフトの回転角を制御するコントロールシャフト回転制御手段と、を備え、
機関運転中に前記コントロールリンクから前記コントロールシャフトの偏心軸に荷重が作用することで発生するコントロールシャフトトルクによって前記アクチュエータロッドに作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向の分力によって、前記送りネジ機構と前記伝達手段との間に作用する荷重F1の作用方向と、前記アクチュエータロッドに作用する荷重のアクチュエータロッド軸方向と略直交する方向の分力によって前記送りネジ機構と前記伝達手段との間に作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるように前記コントロールシャフト回転制御手段を配置することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。 A plurality of links that link a piston that reciprocates in the cylinder and a crankpin of the crankshaft;
A control shaft extending substantially parallel to the crankshaft;
A control link that links an eccentric shaft that is eccentric from the rotation center of the control shaft and one of the plurality of links;
An actuator rod that moves in an axial direction along with the rotational movement of the control shaft;
A feed screw mechanism for converting the axial motion of the actuator rod into rotational motion;
Control shaft rotation control means for controlling the rotation angle of the control shaft linked to the feed screw mechanism via a transmission means,
The feed screw mechanism and the actuator rod in the actuator rod axial direction by the component force in the actuator rod axial direction of the load acting on the actuator rod by the control shaft torque generated by the load acting on the eccentric shaft of the control shaft from the control link during engine operation. It acts between the feed screw mechanism and the transmission means by the acting direction of the load F1 acting between the transmission means and the component force in the direction substantially perpendicular to the actuator rod axial direction of the load acting on the actuator rod. The variable compression ratio internal combustion engine, wherein the control shaft rotation control means is arranged so that the acting direction of the load F2 is a direction that cancels each other.
前記クランクシャフトと略平行に延びるコントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトの回転中心から偏心した偏心軸と上記複数のリンクの一とを連係するコントロールリンクと、
前記コントロールシャフトに伝達手段を介して連係し前記コントロールシャフトの回転角を制御するコントロールシャフト回転制御手段と、を備え、
機関運転中に前記コントロールリンクから前記コントロールシャフトの偏心軸に荷重が作用することで発生するコントロールシャフトトルクによってコントロールシャフトと前記伝達手段との間に作用する荷重F1の作用方向と、
前記コントロールシャフトの偏心軸に前記コントロールリンクから作用する荷重によって前記コントロールシャフトが変形して、前記コントロールシャフトと前記伝達手段との間に作用する荷重F2の作用方向とが、互いに打ち消しあう方向となるように、前記コントロールシャフト回転制御手段を配置することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。 A plurality of links that link a piston that reciprocates in the cylinder and a crankpin of the crankshaft;
A control shaft extending substantially parallel to the crankshaft;
A control link that links an eccentric shaft that is eccentric from the rotation center of the control shaft and one of the plurality of links;
Control shaft rotation control means for controlling the rotation angle of the control shaft linked to the control shaft via a transmission means,
An operation direction of a load F1 acting between the control shaft and the transmission means by a control shaft torque generated by a load acting on the eccentric shaft of the control shaft from the control link during engine operation;
The control shaft is deformed by the load acting on the eccentric shaft of the control shaft from the control link, and the acting direction of the load F2 acting between the control shaft and the transmission means is a direction that cancels each other out. Thus, the variable compression ratio internal combustion engine characterized by disposing the control shaft rotation control means.
少なくとも前記コントロールシャフト回転制御手段に最も近い位置にある前記コントロールリンクから前記コントロールシャフトの偏心軸に作用する荷重が最大となるときに、前記荷重F1の作用方向と前記荷重F2の作用方向とが互いに打ち消しあう方向となるように前記コントロールシャフト回転制御手段を配置することを特徴とする請求項2から4のいずれか一つに記載の可変圧縮比内燃機関。 In the multi-cylinder internal combustion engine that controls the compression ratio of all cylinders with the one control shaft rotation control means and the control shaft,
When the load acting on the eccentric shaft of the control shaft is maximized from the control link located at least closest to the control shaft rotation control means, the acting direction of the load F1 and the acting direction of the load F2 are mutually The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, wherein the control shaft rotation control means is arranged so as to be in a direction to cancel each other.
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