JP5077252B2

JP5077252B2 - 可変圧縮比内燃機関

Info

Publication number: JP5077252B2
Application number: JP2009018583A
Authority: JP
Inventors: 栄一神山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010174750A

Description

本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。

ウォームホイールを有する一対の偏心カム軸をクランクケースの両側に配置し、２つのウォームを有するシャフトをクランクケースの側面中央に形成された貫通孔に挿通し、シャフトのウォームと一対の偏心カム軸のウォームホイールとを互いに噛み合わせる。そして、シャフトに接続されたモータからの回転動力をシャフトのウォームからウォームホイールに伝達し、偏心カム軸を回動してクランクケースとは別体のシリンダブロックを昇降させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−６４０１０号公報実開平４−７５１４５号公報実開昭５７−４３３３８号公報実開昭６１−１５２７２３号公報実開平１−１５９１５８号公報実開平４−８２３０６号公報

ところで、上記の技術においては、シリンダブロックとシリンダヘッドとが別体であった。このため、シリンダブロックとシリンダヘッドとをヘッドボルトで結合する必要があった。ここでヘッドボルトの配置位置は、ウォームホイールの真上に存在する。したがって、ヘッドボルトがウォームホイールに到達しないようヘッドボルトのネジ長さをあまり長くできず、シリンダボア変形を抑制できなかった。また、ウォームホイールにオイルを供給する必要があるが、ウォームホイールの真上に存在するヘッドボルトに妨げられるためにウォームホイールの真上である最適位置にオイル通路を大きな孔径で設けることができず、ウォームホイールでは給油不足による摩擦及び摩耗が増大するおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、可変圧縮比内燃機関において、シリンダボア変形を抑制すると共に第２ギア部に十分にオイルを給油し摩擦及び摩耗を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
駆動源に接続されクランクケースの両側に亘って伸び２つの第１ギア部を有するシャフトから、前記第１ギア部に噛み合う第２ギア部で動力伝達を受けたクランクケースの両側に各々配置される一対の偏心カム軸が、前記クランクケースとは別体のシリンダブロックを昇降させる可変圧縮比内燃機関であって、
前記シリンダブロックと一体的にシリンダヘッドを形成し、
一体的に形成された前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに、前記シリンダヘッドの最上部に設けられるオイル溜りから各々の前記第２ギア部の上にオイルを落下させる２つのオイル通路を設けることを特徴とする可変圧縮比内燃機関である。

本発明によると、シリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成される。このた
め、シリンダブロックとシリンダヘッドとを結合部材で結合する必要がなくなる。よって、第２ギア部の上に存在する結合部材が配置されていた位置に、大きな孔径でオイル通路を設けることができる。したがって、結合部材を用いずシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成されるので、シリンダボア変形を抑制できる。また、結合部材を配置しないので、第２ギア部の上である最適位置に第２ギア部にオイルを供給するためのオイル通路を大きな孔径で設けることができ、第２ギア部に十分にオイルを給油し摩擦及び摩耗を抑制できる。

前記オイル通路は、複数シリンダを取り囲む際のシリンダ配列方向においてシリンダ間位置となるシリンダ周りの領域であって、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを一体的に形成することで前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを結合させるための結合部材を配置する必要がなくなった前記第２ギア部の上に位置する領域に、前記結合部材を配置する必要がなくなった分大きな孔径で形成されるとよい。

本発明によると、オイル通路を最適位置に大きな孔径で形成できる。

前記可変圧縮比内燃機関が傾斜搭載された場合に、２つの前記オイル通路の入口が形成される前記シリンダヘッドの最上部に設けられるオイル溜りの底を水平にするとよい。

本発明によると、２つのオイル通路の入口高さが等しくなり、２つのオイル通路から各々の第２ギア部に均等にオイルを給油できる。

本発明によると、可変圧縮比内燃機関において、シリンダボア変形を抑制できると共に第２ギア部に十分にオイルを給油し摩擦及び摩耗を抑制できる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す斜視図である。従来のシリンダブロックとシリンダヘッドとが別体であった場合のシリンダブロックの水平断面を示す図である。従来のシリンダブロック２とシリンダヘッド４とが別体であった場合の内燃機関の要部の横断面を示す図である。実施例１に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成された場合のシリンダブロックの水平断面を示す図である。実施例１に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成された場合の内燃機関の要部の横断面を示す図である。実施例１に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成され内燃機関が傾斜搭載された場合の内燃機関の要部の横断面を示す図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１及び図２は、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示している。図１及び図２に示す内燃機関１は、シリンダブロック２とクランクケース３とシリンダヘッド４とを備えている。シリンダブロック２は、シリンダヘッド４と一体的に形成されている。

シリンダヘッド４と一体的に形成されたシリンダブロック２は、クランクケース３に対してシリンダ２０軸方向へ変位自在に取り付けられている。シリンダブロック２とクラン
クケース３との接続部には、シリンダブロック２を変位させるための変位機構５と、変位機構５を駆動するためのアクチュエータ６と、が設けられている。

シリンダブロック２の両側下部に複数の隆起部７が形成されており、各隆起部７にカム収納孔８が形成されている。カム収納孔８は、シリンダ配列方向に平行に且つ同一軸線上に形成されている。

クランクケース３には、カム収納孔８が形成された複数の隆起部７の間に位置するように、ガイド部９が形成されている。各ガイド部９のクランクケース外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。各ガイド部９には、対称な半円形の凹部を有する不図示のキャップがボルトによって固定される。ガイド部９及びキャップが固定されると、双方の凹部によって円形の軸受収納孔が形成される。

このように構成されたシリンダブロック２とクランクケース３とが連結されると、シリンダブロック２及びクランクケース３の両側面には、カム収納孔８と軸受収納孔とが交互に配置された連通孔が形成される。連通孔には、偏心カム軸５１ａ，５１ｂが各々挿通され、クランクケース３の両側に配置される。

各偏心カム軸５１ａ，５１ｂは、中心部に配置される一本の軸部と、軸部に対して偏心した状態で固定されるウォームホイール６１ａ，６１ｂと、軸部に対して偏心した状態で回転可能な複数のフリーカム部５２ａ，５２ｂと、軸部に対して偏心した状態で固定される複数の軸受部５３ａ，５３ｂと、を備えている。偏心カム軸５１ａ，５１ｂは、回動することでクランクケース３とは別体のシリンダブロック２を昇降させる。各偏心カム軸５１ａ，５１ｂでは、フリーカム部５２ａ，５２ｂがカム収納孔８に収容され且つ軸受部５３ａ，５３ｂが軸受収納孔に収容されるように、フリーカム部５２ａ，５２ｂと軸受部５３ａ，５３ｂとが交互に配置される。

このように構成された偏心カム軸５１ａ，５１ｂのクランクケース３の側面中央には、アクチュエータ６が設けられている。アクチュエータ６は、各偏心カム軸５１ａ，５１ｂの途中に固定されるウォームホイール６１ａ，６１ｂと、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの下側で各ウォームホイール６１ａ，６１ｂに噛み合うウォームであってシャフト６３に配置される２つのウォーム６２ａ，６２ｂと、ウォーム６２ａ，６２ｂを有するシャフト６３の一端に接続されシャフト６３を回転駆動するモータ６４と、を備えている。モータ６４の回転は、シャフト６３とそれに配置された２つのウォーム６２ａ，６２ｂを回転させ、各ウォームホイール６１ａ，６１ｂはウォーム６２ａ，６２ｂの回転により動力伝達を受けて同時に減速回動し、一対の偏心カム軸５１ａ，５１ｂが同時に回動する。ここで、ウォーム６２ａ，６２ｂが本発明の第１ギア部に相当し、ウォームホイール６１ａ，６１ｂが本発明の第２ギア部に相当し、モータ６４が本発明の駆動源に相当する。

なお、ウォーム６２ａ，６２ｂの螺旋溝は、互いに逆方向に形成され、モータ６４の回転により２本の偏心カム軸５１ａ，５１ｂが互いに逆回動するようになっている。

ここで、変位機構５には、偏心カム軸５１ａの回動角度を検出する回動角センサ１０が取り付けられている。回動角センサ１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００と電気的に接続されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路であり、上記した回動角センサ１０の出力信号や内燃機関１の運転状態に基づいてモータ６４を制御する。

上述したような変位機構５及びアクチュエータ６によれば、シリンダブロック２がシリンダ２０軸方向へ変位自在となり、それに応じて内燃機関１の圧縮比が自在に変更されることとなる。

ところで、内燃機関１は、噛み合うウォームホイール６１ａ，６１ｂ及びウォーム６２ａ，６２ｂの作動時の摩擦及び摩耗を低減するために、ウォームホイール６１ａ，６１ｂに対してシリンダヘッド４の最上部に設けられるオイル溜り上からオイルを給油していた。これにより、ウォームホイール６１ａ，６１ｂだけでなく、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの下側のウォーム６２ａ，６２ｂに対してもオイルが供給される。

図３は従来のシリンダブロックとシリンダヘッドとが別体であった場合のシリンダブロックの水平断面を示している。図４は従来のシリンダブロック２とシリンダヘッド４とが別体であった場合の内燃機関の要部の横断面を示している。図３に示すように、４つのシリンダ２０を取り囲む際の端、或いは、４つのシリンダ２０が直列に並ぶシリンダ配列方向においてシリンダ間位置のシリンダ周りの、略三角状の領域Ｓに、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４を結合させるヘッドボルト１１が配置されていた。この領域Ｓのうちシリンダ配列方向の中央の領域Ｓ１は、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上に位置する。このため、領域Ｓ１においてヘッドボルト１１の配置位置が、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上に存在してしまう。

したがって、図４に示すように、領域Ｓ１においてはヘッドボルト１１がウォームホイール６１ａ，６１ｂに到達しないようヘッドボルト１１のネジ長さをあまり長くできず、シリンダボア変形を抑制できなかった。

また、ウォームホイール６１ａ，６１ｂにオイルを供給する必要があるが、領域Ｓ１においてはウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上に存在するヘッドボルト１１に妨げられるためにウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上である最適位置にオイル通路１２を大きな孔径で設けることができなかった。そのため、図３に示すように、ヘッドボルト１１の配置位置の両隣に強度不足とならないよう小さな孔径を有するオイル通路１２を設けていた。これにより、シリンダヘッド４の最上部に設けられるオイル溜りのオイルが一つのウォームホイール６１ａ，６１ｂに２つのオイル通路１２から給油されるが、小さな孔径のオイル通路１２ではオイルが潤沢に流通せず、ウォームホイール６１ａ，６１ｂでは給油不足による摩擦及び摩耗増大のおそれがあった。

そこで、本実施例では、シリンダブロック２と一体的にシリンダヘッド４を形成し（モノブロック化）、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４に、シリンダヘッド４の最上部に設けられるオイル溜りから各々のウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上にオイルを落下させる２つのオイル通路１３を設けるようにした。

図５は本実施例に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成された場合のシリンダブロックの水平断面を示している。図６は本実施例に係るシリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成された場合の内燃機関の要部の横断面を示している。図５に示すように、４つのシリンダ２０を取り囲む際の４つのシリンダ２０が直列に並ぶシリンダ配列方向においてシリンダ間位置のシリンダ周りの略三角状の領域であって、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上に位置するシリンダ配列方向の中央の領域Ｓ１に、オイル通路１３が夫々設けられる。オイル通路１３は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４を一体的に形成することで領域Ｓ１においてシリンダブロック２及びシリンダヘッド４を結合させるためのヘッドボルト１１を配置する必要がなくなったので、ヘッドボルト１１に邪魔されず且つ強度も維持できることから、従来よりもヘッドボルト１１を配置する必要がなくなった分大きい孔径で形成される。

ここで、図６に示すように、シリンダヘッド４の最上部に設けられるオイル溜りからオイル通路１３を流通しウォームホイール６１ａ，６１ｂに落下するオイルは、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの歯の部分である周縁を流通し、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの下側のウォーム６２ａ，６２ｂに送られ、ウォーム６２ａ，６２ｂの下側のオイル落とし孔からオイルパンに回収される。

以上説明した本実施例によると、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成される。このため、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とをヘッドボルト１１で結合する必要がなくなる。よって、領域Ｓ１のウォームホイール６１ａ，６１ｂの上に存在するヘッドボルト１１が配置されていた位置に、大きな孔径でオイル通路１３を設けることができる。

したがって、ヘッドボルト１１を用いずシリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成されるので、シリンダボア変形を抑制できる。

また、ヘッドボルト１１を配置しないので、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの真上である最適位置にウォームホイール６１ａ，６１ｂにオイルを供給するためのオイル通路１３をヘッドボルト１１に邪魔されず大きな孔径で設けることができる。よって、図６に示すように、大きな孔径のオイル通路１３では給油装置を設けることなくオイルの自重によりオイルが潤沢に流通し、ウォームホイール６１ａ，６１ｂに十分にオイルを給油し摩擦及び摩耗を抑制できる。また、ウォームホイール６１ａ，６１ｂの下側に配置されるウォーム６２ａ，６２ｂにも十分にオイルを給油し摩擦及び摩耗を抑制できる。これにより、噛み合う歯に潤沢にオイルを給油でき、ウォームホイール６１ａ，６１ｂ及びウォーム６２ａ，６２ｂからなるギアシステムの作動効率及び信頼性を向上できる。

なお、図７は本実施例に係る内燃機関１が傾斜搭載された場合を示す。図７に示すように、内燃機関１が傾斜搭載された場合には、内燃機関１の傾き具合とは関係なく、２つのオイル通路１３の入口が形成されるシリンダヘッド４の最上部に設けられるオイル溜りの底を水平にする。これによると、２つのオイル通路１３の入口高さが等しくなり、２つのオイル通路１３から各々のウォームホイール６１ａ，６１ｂに均等にオイルを給油できる。ここで、図７の場合には、２つのオイル通路１３から落下したオイルがウォームホイール６１ａ，６１ｂに直接かかるようにオイル通路１３或いはオイル通路１３の出口が微調整されて形成されるとよい。

本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１内燃機関
２シリンダブロック
３クランクケース
４シリンダヘッド
５変位機構
６アクチュエータ
７隆起部
８カム収納孔
９ガイド部
１０回動角センサ
１１ヘッドボルト
１２オイル通路
１３オイル通路
２０シリンダ
５１ａ，５１ｂ偏心カム軸
５２ａ，５２ｂフリーカム部
５３ａ，５３ｂ軸受部
６１ａ，６１ｂウォームホイール
６２ａ，６２ｂウォーム
６３シャフト
６４モータ
１００ＥＣＵ

Claims

駆動源に接続されクランクケースの両側に亘って伸び２つの第１ギア部を有するシャフトから、前記第１ギア部に噛み合う第２ギア部で動力伝達を受けたクランクケースの両側に各々配置される一対の偏心カム軸が、前記クランクケースとは別体のシリンダブロックを昇降させる可変圧縮比内燃機関であって、
前記シリンダブロックと一体的にシリンダヘッドを形成し、
一体的に形成された前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに、前記シリンダヘッドの最上部に設けられるオイル溜りから各々の前記第２ギア部の上にオイルを落下させる２つのオイル通路を設けることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
前記オイル通路は、複数シリンダを取り囲む際のシリンダ配列方向においてシリンダ間位置となるシリンダ周りの領域であって、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを一体的に形成することで前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを結合させるための結合部材を配置する必要がなくなった前記第２ギア部の上に位置する領域に、前記結合部材を配置する必要がなくなった分大きな孔径で形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
前記可変圧縮比内燃機関が傾斜搭載された場合に、２つの前記オイル通路の入口が形成される前記シリンダヘッドの最上部に設けられるオイル溜りの底を水平にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関。