JP5131387B2 - Variable compression ratio V-type internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮比可変V型内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio V-type internal combustion engine.
一般的に、機関負荷が低いほど熱効率が悪化するために、機関低負荷時の機械圧縮比((上死点シリンダ容積+行程容積)/上死点シリンダ容積)を高くして膨張比を高くすることにより熱効率を改善することが望ましい。そのために、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させてシリンダブロックとクランク軸との間の距離を変化させることにより機械圧縮比を可変とすることが公知である。
V型内燃機関においては、二つの気筒群のそれぞれのシリンダブロック部分を別々に、各気筒群の気筒中心線に沿ってクランクケースに対して相対移動させることが提案されているが、各シリンダブロック部分を一つのリンク機構(又はカム機構)により相対移動させることは困難であり、シリンダブロック部分毎に一対のリンク機構(又はカム機構)が必要となるために全体として二対のリンク機構が必要となってしまう。
リンク機構の数を低減するために、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化し、こうして一体化させたシリンダブロックを一対のリンク機構によりクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変V型内燃機関が提案されている(特許文献1参照)。In general, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, increase the mechanical compression ratio ((top dead center cylinder volume + stroke volume) / top dead center cylinder volume) at a low engine load to increase the expansion ratio. It is desirable to improve thermal efficiency by doing so. For this purpose, it is known to make the mechanical compression ratio variable by moving the cylinder block and the crankcase relative to each other to change the distance between the cylinder block and the crankshaft.
In the V-type internal combustion engine, it has been proposed that the cylinder block portions of the two cylinder groups are separately moved relative to the crankcase along the cylinder center line of each cylinder group. It is difficult to move the part relative to each other by one link mechanism (or cam mechanism), and since a pair of link mechanisms (or cam mechanisms) is required for each cylinder block part, two pairs of link mechanisms are required as a whole. End up.
In order to reduce the number of link mechanisms, there is provided a variable compression ratio V-type internal combustion engine in which cylinder blocks of two cylinder groups are integrated, and the cylinder blocks thus integrated are moved relative to a crankcase by a pair of link mechanisms. It has been proposed (see Patent Document 1).
前述の圧縮比可変V型内燃機関において、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる際に、正面視において二つの気筒群の間のシリンダブロック中心線がクランク軸の中心を通る機関中心線に正確に一致するならば、シリンダブロックの各移動位置において、一方の気筒群における上死点のコンロッドの中心線と気筒中心線との間の角度は、他方の気筒群における上死点のコンロッドの中心線と気筒中心線との間の角度と等しくなり、一方の気筒群の機械圧縮比と他方の気筒群の機械圧縮比とを等しくすることができる。
しかしながら、前述の圧縮比可変V型内燃機関では、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる際に、正面視においてシリンダブロック中心線は、機関中心線から離間している。
また、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる際に、正面視においてシリンダブロック中心線を機関中心線と一致させようとしても、カム機構又はリンク機構を可動にするための隙間によって、シリンダブロック中心線が機関中心線と正確に一致しないことがある。
このように、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる際に、正面視においてシリンダブロック中心線が機関中心線と正確に一致しない場合には、各相対移動位置において一方の気筒群の機械圧縮比と他方の気筒群の機械圧縮比とが等しくならないことがある。
従って、本発明の目的は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変V型内燃機関において、各相対移動位置での二つの気筒群の機械圧縮比が等しくなるように調整可能とすることである。In the above-described variable compression ratio V-type internal combustion engine, when the cylinder block is moved relative to the crankcase, the cylinder block center line between the two cylinder groups is the engine center line passing through the center of the crankshaft in front view. If exactly the same, at each moving position of the cylinder block, the angle between the top dead center connecting rod center line and the cylinder center line in one cylinder group is equal to the top dead center connecting rod in the other cylinder group. It becomes equal to the angle between the center line and the cylinder center line, and the mechanical compression ratio of one cylinder group and the mechanical compression ratio of the other cylinder group can be made equal.
However, in the above-described variable compression ratio V-type internal combustion engine, when the cylinder block is moved relative to the crankcase, the cylinder block center line is separated from the engine center line in a front view.
In addition, when the cylinder block is moved relative to the crankcase, the cylinder block center line may be aligned with the engine center line in a front view by a gap for moving the cam mechanism or the link mechanism. The center line may not exactly match the engine center line.
As described above, when the cylinder block is moved relative to the crankcase, if the cylinder block center line does not exactly coincide with the engine center line in a front view, mechanical compression of one cylinder group is performed at each relative movement position. The ratio and the mechanical compression ratio of the other cylinder group may not be equal.
Accordingly, an object of the present invention is to provide mechanical compression of two cylinder groups at each relative movement position in a variable compression ratio V-type internal combustion engine in which cylinder blocks of two cylinder groups are integrated and moved relative to a crankcase. The ratio can be adjusted to be equal.
本発明による請求項1に記載の圧縮比可変V型内燃機関は、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変V型内燃機関であって、前記シリンダブロックの一方の気筒群側を相対移動させる第一相対移動機構と、前記シリンダブロックの他方の気筒群側を相対移動させる第二相対移動機構とを具備し、前記第一相対移動機構と前記第二相対移動機構とは独立して制御可能とされ、前記第一相対移動機構により前記シリンダブロックの一方の気筒群側にもたらされるクランク軸中心を通る正面視の機関中心線方向における第一相対移動距離と、前記第二相対移動機構により前記シリンダブロックの他方の気筒群側にもたらされる前記機関中心線方向における第二相対移動距離とを異ならせることができるようになっていることを特徴とする。
本発明による請求項2に記載の圧縮比可変V型内燃機関は、請求項1に記載の圧縮比可変V型内燃機関において、前記第一相対移動機構は、一自由度を有するリンク機構であり、前記第二相対移動機構は、二自由度を有するリンク機構であることを特徴とする。
本発明による請求項3に記載の圧縮比可変V型内燃機関は、請求項1又は2に記載の圧縮比可変V型内燃機関において、前記第一相対移動距離及び前記第二相対移動距離が変更された時には、一方の気筒群を代表する燃焼圧と他方の気筒群を代表する燃焼圧との差が許容範囲内となるように、前記第一相対移動機構により前記第一相対移動距離がフィードバック制御されるか又は前記第二相対移動機構により前記第二相対移動距離がフィードバック制御されることを特徴とする。A variable compression ratio V-type internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is a variable compression ratio V-type internal combustion engine in which cylinder blocks of two cylinder groups are integrated and moved relative to a crankcase. A first relative movement mechanism that relatively moves one cylinder group side of the cylinder block, and a second relative movement mechanism that relatively moves the other cylinder group side of the cylinder block, the first relative movement mechanism and the The first relative movement in the engine center line direction in front view passing through the center of the crankshaft brought to the one cylinder group side of the cylinder block by the first relative movement mechanism can be controlled independently of the second relative movement mechanism. The moving distance is made different from the second relative moving distance in the engine center line direction brought to the other cylinder group side of the cylinder block by the second relative moving mechanism. Characterized in that it is to allow and.
A variable compression ratio V-type internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the variable compression ratio V-type internal combustion engine according to the first aspect, wherein the first relative movement mechanism is a link mechanism having one degree of freedom. The second relative movement mechanism is a link mechanism having two degrees of freedom.
A variable compression ratio V-type internal combustion engine according to a third aspect of the present invention is the variable compression ratio V-type internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the first relative movement distance and the second relative movement distance are changed. The first relative movement distance is fed back by the first relative movement mechanism so that the difference between the combustion pressure representative of one cylinder group and the combustion pressure representative of the other cylinder group is within an allowable range. The second relative movement distance is controlled or feedback controlled by the second relative movement mechanism.
本発明による請求項1に記載の圧縮比可変V型内燃機関によれば、二つの気筒群のシリンダブロックを一体化させてクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変V型内燃機関であって、シリンダブロックの一方の気筒群側を相対移動させる第一相対移動機構と、シリンダブロックの他方の気筒群側を相対移動させる第二相対移動機構とは独立して制御可能とされ、第一相対移動機構によりシリンダブロックの一方の気筒群側にもたらされるクランク軸中心を通る正面視の機関中心線方向における第一相対移動距離と、第二相対移動機構によりシリンダブロックの他方の気筒群側にもたらされる機関中心線方向における第二相対移動距離とを異ならせることができるようになっている。こうして、第一相対移動距離と第二相対移動距離とを異ならせて正面視においてシリンダブロック中心線を機関中心線に対して傾けることにより、第一相対移動距離と第二相対移動距離とが等しくされると一方の気筒群の機械圧縮比と他方の気筒群の機械圧縮比が異なる場合において、一方の気筒群の機械圧縮比と他方の気筒群の機械圧縮比をほぼ等しくすることができる。
本発明による請求項2に記載の圧縮比可変V型内燃機関によれば、請求項1に記載の圧縮比可変V型内燃機関において、第一相対移動機構は、一自由度を有するリンク機構であり、第二相対移動機構は、二自由度を有するリンク機構であり、それにより、第一相対移動機構によるシリンダブロックの一方の気筒群側の第一相対移動距離と、第二相対移動機構によるシリンダブロックの他方の気筒群側の第二相対移動距離とを容易に異ならせることができる。
本発明による請求項3に記載の圧縮比可変V型内燃機関によれば、請求項1又は2に記載の圧縮比可変V型内燃機関において、第一相対移動距離及び第二相対移動距離が変更された時には、一方の気筒群を代表する燃焼圧と他方の気筒群を代表する燃焼圧との差が許容範囲内となるように、第一相対移動機構により第一相対移動距離がフィードバック制御されるか又は第二相対移動機構により第二相対移動距離がフィードバック制御され、それにより、一方の気筒群の機械圧縮比及び他方の気筒群の機械圧縮比のいずれかが主に調整され、一方の気筒群の燃焼圧と他方の気筒群の燃焼圧とをほぼ等しくすることができる。According to the compression ratio variable V type internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the compression ratio variable V type internal combustion engine in which the cylinder blocks of the two cylinder groups are integrated and moved relative to the crankcase. The first relative movement mechanism that relatively moves one cylinder group side of the cylinder block and the second relative movement mechanism that relatively moves the other cylinder group side of the cylinder block can be controlled independently of each other. The first relative movement distance in the engine center line direction in front view passing through the center of the crankshaft brought to the one cylinder group side of the cylinder block by the moving mechanism, and the second relative movement mechanism brought to the other cylinder group side of the cylinder block. The second relative movement distance in the engine centerline direction can be made different. In this way, by making the first relative movement distance and the second relative movement distance different and tilting the cylinder block center line with respect to the engine center line in a front view, the first relative movement distance and the second relative movement distance are equal. Then, when the mechanical compression ratio of one cylinder group and the mechanical compression ratio of the other cylinder group are different, the mechanical compression ratio of one cylinder group and the mechanical compression ratio of the other cylinder group can be made substantially equal.
According to the variable compression ratio V-type internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, in the compression ratio variable V-type internal combustion engine according to claim 1, the first relative movement mechanism is a link mechanism having one degree of freedom. Yes, the second relative movement mechanism is a link mechanism having two degrees of freedom, whereby the first relative movement distance on one cylinder group side of the cylinder block by the first relative movement mechanism and the second relative movement mechanism The second relative movement distance on the other cylinder group side of the cylinder block can be easily made different.
According to the variable compression ratio V-type internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, the first relative movement distance and the second relative movement distance are changed in the compression ratio variable V-type internal combustion engine according to claim 1 or 2. The first relative movement distance is feedback-controlled by the first relative movement mechanism so that the difference between the combustion pressure representative of one cylinder group and the combustion pressure representative of the other cylinder group is within an allowable range. Or the second relative movement mechanism is feedback-controlled by the second relative movement mechanism, whereby one of the mechanical compression ratio of one cylinder group and the mechanical compression ratio of the other cylinder group is mainly adjusted. The combustion pressure of the cylinder group and the combustion pressure of the other cylinder group can be made substantially equal.
図1は本発明による圧縮比可変V型内燃機関の一部を示す斜視図であり、同図において、10はシリンダブロック、20はクランクケース、30は第一気筒群側の第一相対移動機構、40は第二気筒群側の第二相対移動機構である。シリンダブロック10は、第一気筒群側部分10aと第二気筒群側部分10bとが一体的に形成されており、第一気筒群側のシリンダボア11内及び第二気筒群側のシリンダボア12内にはそれぞれピストン13が配置されている。各ピストン13はコンロッド14によりクランクシャフト15に連結されている。
本V型内燃機関は、火花点火式であり、シリンダブロック10の第一気筒群側部分10a及び第二気筒群側部分10bにはそれぞれシリンダヘッド(図示せず)が取り付けられ、各シリンダヘッドには、シリンダボア毎に点火プラグが取り付けられる。各シリンダヘッドには、吸気ポート及び排気ポートが形成され、各吸気ポートは吸気弁を介して各シリンダボアに連通し、各排気ポートは排気弁を介して各シリンダボア11に連通している。シリンダヘッド毎に、吸気マニホルド及び排気マニホルドが接続され、各吸気マニホルドは互いに独立して又は合流してエアクリーナを介して大気へ開放し、各排気マニホルドも互いに独立して又は合流して触媒装置を介して大気へ開放している。また、本V型内燃機関はディーゼルエンジンでも良い。
一般的に、機関負荷が低いほど熱効率が悪化するために、機関低負荷時の機械圧縮比を高くして膨張比を高くすれば、膨張行程においてピストンの仕事期間が長くなるために熱効率を改善することができる。機械圧縮比は、上死点クランク角度におけるシリンダ容積V1に対する上死点クランク角度におけるシリンダ容積V1と行程容積V2との和(V1+V2)/V1であり、膨張行程の膨張比と等しい。それにより、本V型内燃機関は、第一相対移動機構30と第二相対移動機構40とによって、シリンダブロック10をクランクケース20に対して相対移動させ、シリンダブロック10とクランク軸15との間の距離を変化させることにより、第一気筒群及び第二気筒群の機械圧縮比を可変とし、例えば、機関負荷が低いほど機械圧縮比を高めるように機械圧縮比が制御される。
第一相対移動機構30は、図2に示すように、シリンダブロック10の第一気筒群側部分10aの側面下部に設けられた複数のシリンダブロック側第一軸受部(四つとして例示されている)31と、クランクケース20の第一気筒群側の側面上部に設けられた複数のクランクケース側第一軸受部(三つとして例示されている)32とを有し、シリンダブロック側第一軸受部31及びクランクケース側第一軸受部32は交互に位置して一つの第一軸33を支持する。こうして、第一軸33を介してシリンダブロック10の第一気筒群側部分10aとクランクケース20の第一気筒群側とが連結される。
シリンダブロック側第一軸受部31及びクランクケース側第一軸受部32は、第一軸33の支持を可能とするために、それぞれ、31a及び31bと、32a及び32bとに二分割されている。第一軸33は、シリンダブロック側第一軸受部31に支持される複数のシリンダブロック側支持部分33aと、クランクケース側第一軸受部32に支持される複数のクランクケース側支持部分33bとを有し、各シリンダブロック側支持部分33aは互いに同心であり、各クランクケース側支持部分33bは互いに同心である。しかしながら、シリンダブロック側支持部分33aとクランクケース側支持部分33bとは偏心している。34は各シリンダブロック側支持部分33aに嵌装されるベアリングであり、35は各クランクケース側支持部分33bに嵌装されるベアリングである。それぞれ、各シリンダブロック側支持部分33a及び各クランクケース側支持部分33bへの嵌装が可能なように二分割されている。33cは第一軸33のクランクケース側支持部分33bと同心の扇形状ギヤである。
図4に示すように、扇形状ギヤ33cは小径ギヤ36と噛合し、小径ギヤ36と同心の大径ギヤ37は、第一モータ39のウォームギヤ38と噛合している。こうして、第一モータ39を作動させてウォームギヤ38を回転させることにより、大径ギヤ37、小径ギヤ36及び扇形状ギヤ33cを介して、第一軸33をクランクケース側支持部分33b回りに回動させることができる。
一方、第二相対移動機構40は、図3に示すように、シリンダブロック10の第二気筒群側部分10bの側面下部に設けられた複数のシリンダブロック側第二軸受部(四つとして例示されている)41と、クランクケース20の第二気筒群側の側面上部に取り付けられる複数のクランクケース側第二軸受部(三つとして例示されている)42とを有している。クランクケース側第二軸受部42は、それぞれに二つの軸受42aを有し、二つの軸受42aの間にはアーム43が挿入される。アーム43は、端部に第一貫通穴43a及び第二貫通穴43bを有し、第一貫通穴43aには偏心ボス43cが挿入される。第二軸44は、各クランクケース側第二軸受部42の二つの軸受42aを貫通すると共に、各アーム43の第一貫通穴43a内に挿入された偏心ボス43cの偏心穴を貫通する。また、第三軸45は、各シリンダブロック側第二軸受部41と、二つのシリンダブロック側第二軸受部41の間に位置する各アーム43の第二貫通穴43bを貫通する。こうして、第二軸44及び第三軸45を介してシリンダブロック10の第二気筒群側部分10bとクランクケース20の第二気筒群側とが連結される。
シリンダブロック側第二軸受部41及びクランクケース側第二軸受部42の軸受42aには、ベアリングが配置されている。44aは第二軸44と同心の扇形状ギヤである。図4に示すように、扇形状ギヤ44aは小径ギヤ46と噛合し、小径ギヤ46と同心の大径ギヤ47は、第二モータ49のウォームギヤ48と噛合している。こうして、第二モータ49を作動させてウォームギヤ48を回転させることにより、大径ギヤ47、小径ギヤ46及び扇形状ギヤ44aを介して、第二軸44を回動させ、偏心穴への挿入により第二軸44と一体化された偏心ボス43cをアーム43の第一貫通穴43aにおいて第二軸44回りに回動させることができる。
図5及び6は第一相対移動機構30及び第二相対移動機構40の動作を説明する図である。図5において、Lはシリンダブロック10の底面の低位置を示し、Mはシリンダブロック10の底面の中位置を示し、Hはシリンダブロック10の底面の高位置を示している。図5のCL(L)、CL(M)、及びCL(H)は、シリンダブロックの各位置における二つの気筒群の間のシリンダブロック中心線CLを示しており、図5は、各シリンダブロック位置において、シリンダブロック中心線CLが機関中心線と平行となるようにシリンダブロックを移動させた場合を示している。ここで、シリンダブロック中心線とは、正面視において、第一気筒群の気筒中心線と第二気筒郡の気筒中心線との間の中心線である。また、機関中心線は、図4にCEで示されており、正面視においてクランク軸15の中心を通る中心線であり、一般的にはクランク軸中心を通る垂直線である。
図7は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEに一致するシリンダブロック10の低位置(図5の低位置L)と、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと平行に離間するシリンダブロック10の中位置(図5の中位置M)とのそれぞれおいて、第一気筒群の気筒のピストンピン中心の上死点位置TDCL1及びTDCM1と、下死点位置BDCL1及びBDCM1と、第二気筒群の気筒のピストンピン中心の上死点位置TDCL2及びTDCM2と、下死点位置BDCL2及びBDCM2とを示している。本実施形態では、シリンダブロック10の低位置(図5の低位置L)において、第一気筒群の気筒中心線と第二気筒群の気筒中心線との正面視交点BCは、クランク軸15の中心CCに一致している。
シリンダブロック10をクランクケース20に対して機関中心線CE方向にDvだけ相対移動させた時に、図7に示す中位置のように、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと平行に第二気筒群側へ離間すると、ET1及びET2は、クランク軸もシリンダブロックと共に移動するとした場合の第一気筒群の気筒のピストンピン中心及び第二気筒群の気筒のピストンピン中心のそれぞれの仮想上死点位置であり、第一気筒群及び第二気筒群において、ピストンピン中心の上死点位置は、ET1及びET2からそれぞれ実際位置TDCM1及びTDCM2へ下がる(クランク軸15へ近づく)ために、上死点クランク角度のシリンダ容積が大きくなり、一方、行程容積(TDCL1とBDCL1との間、TDCL2とBDCL2との間、TDCM1とBDCM1との間、TDCM2とBDCM2との間)はそれほど変化しない(厳密には僅かに変化する)。それにより、第一気筒群及び第二気筒群において機械圧縮比はいずれも小さくなるが、シリンダブロック10の第二気筒群方向への移動によって、図7に示すように、第二気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET2から実際の上死点位置TDCM2までの距離a2は、第一気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET1から実際の上死点位置TDCM1までの距離a1より大きくなり、結果的に上死点クランク角度のシリンダ容積は、第二気筒群の方が第一気筒群より大きくなるために、第二気筒群の機械圧縮比は、第一気筒群の機械圧縮比より小さくなる。それにより、このままでは第一気筒群の機関発生出力と第二気筒群の機関発生出力とが異なり、機関振動が発生してしまう。
また、図7において、TDCM1”及びBDCM1”は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと一致している場合のシリンダブロック10の中位置(機関中心線CE方向の移動量Dvは図5の中位置Mと同じである)における第一気筒群の気筒のピストンピン中心の上死点位置及び下死点位置であり、TDCM2”及びBDCM2”は、シリンダブロック10の同じ中位置における第二気筒群の気筒のピストンピン中心の上死点位置及び下死点位置である。ET1”及びET2”は、この場合における第一気筒群の気筒及び第二気筒群の気筒のピストンピン中心のそれぞれの仮想上死点位置である。この場合において、第二気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET2”から上死点位置TDCM2”までの距離a”は、第一気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET1”から上死点位置TDCM1”までの距離a”と同じとなり、第二気筒群の機械圧縮比と第一気筒群の機械圧縮比とは等しくなる。
ここで、機関中心線CE方向への移動量が同じ時には、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間している場合の第一気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET1は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと一致している場合の第一気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET1”に比較して実際のクランク軸中心CCから近くに位置することとなるために、図7に示すように、機関中心線CE方向への移動量が同じ時には、上死点クランク角度のシリンダ容積の違いによって(a1<a”)、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間している場合の第一気筒群の機械圧縮比は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと一致している場合の第一気筒群の機械圧縮比より大きくなる。
また、機関中心線CE方向への移動量が同じ時には、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間している場合の第二気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET2は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと一致している場合の第二気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET2”に比較して実際のクランク軸中心CCから遠くに位置することとなるために、図7に示すように、機関中心線CE方向への移動量が同じ時には、上死点クランク角度のシリンダ容積の違いによって(a2>a”)、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間している場合の第二気筒群の機械圧縮比は、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEと一致している場合の第二気筒群の機械圧縮比より小さくなる。
本実施形態の圧縮比可変V型内燃機関では、機械圧縮比を変更するために、図6に示すように、シリンダブロック10を低位置から中位置M’とする場合には、第一相対移動機構30の第一モータ39を作動させて、第一軸33をクランクケース側支持部分33b回りに回動させ、それにより、第一相対移動機構30は、一自由度のリンク機構として、クランクケース側支持部分33bに対して偏心するシリンダブロック側支持部分33aを介してシリンダブロック10の第一気筒群側をクランクケース20に対して機関中心線CE方向に第一設定距離Dv1だけ移動させる。それと同時に、第二相対移動機構40の第二モータ49を作動させて、第二軸44を回動させ、それにより、第二相対移動機構40は、二自由度のリンク機構として、第二軸44に対して偏心する偏心ボス43cを介してアーム43によりシリンダブロック10の第二気筒群側をクランクケース20に対して機関中心線CE方向に第一設定距離Dv1より小さな第二設定距離Dv2だけ移動させる。
第一相対移動機構30が簡単な一自由度のリンク機構とされているために、シリンダブロック10はクランクケース20に対して上方(機関中心線CE方向)へ移動させられると同時に第二気筒群側へ距離Dhだけ移動して、そのままでは、シリンダブロック中心線CLは機関中心線CEと平行に離間することとなるが、第二相対移動機構40によって、シリンダブロックは第一気筒群側に比較して第二気筒群側が上方へ小さく移動させられ、シリンダブロック中心線CL(M’)は機関中心線CEに対して傾けられる。
第一設定距離Dv1は、第一気筒群の機械圧縮比を、低位置Lのシリンダブロックにおける現在の機械圧縮比から目標機械圧縮比へ変化させるためのシリンダブロックの第一気筒群側の機関中心線方向の変位量であり、この変位量は、一自由度のクランク機構である第一相対移動機構30により実現されるために、同時にシリンダブロック中心線CLが機関中心線方向の変位量により定まる移動量だけ機関中心線CEより第二気筒群側へ移動することが考慮されて設定される。
また、第二設定距離Dv2は、第二気筒群の機械圧縮比を、低位置Lのシリンダブロックにおける現在の機械圧縮比から目標機械圧縮比へ変化させるためのシリンダブロックの第二気筒群側の機関中心線方向の変位量であり、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEより第二気筒群側へ移動するために、図7において説明したように、この変位量を、第一気筒群側と同じ第一設定距離Dv1とすると、第二気筒群の機械圧縮比は第一気筒群の機械圧縮比より小さくなってしまうために、第一設定距離Dv1より小さくされ、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEに対して傾けられる。
例えば、図7のシリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間する中位置において、第一気筒群側の機関中心線方向の変位量が第二気筒群側の機関中心線方向の変位量より大きくなるように、第一気筒群の気筒中心線と第二気筒群の気筒中心線との正面視交点BC(M)を中心にシリンダブロックを時計方向に回動させた(傾けた)場合を考えると(第一気筒群側の機関中心線方向の変位量>Dvとなり、第二気筒群側の機関中心線方向の変位量<Dvとなる)、この回動前に比較して、第一気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET1は、実際のクランク軸中心CCから遠くなるために、第一気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積は大きくなって第一気筒群の機械圧縮比は小さくなる。一方、この回動前に比較して、第二気筒群の気筒のピストンピン中心の仮想上死点位置ET2は、実際のクランク軸中心CCへ近くなるために、第二気筒群の上死点クランク角度のシリンダ容積は小さくなって第二気筒群の機械圧縮比は大きくなる。このように、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEから第二気筒群側へ離間する中位置において、第一気筒群側の機関中心線方向の変位量が第二気筒群側の機関中心線方向の変位量より大きくなるように、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEに対して傾けられることにより、第一気筒群の機械圧縮比と第二気筒群の機械圧縮比を等しくすることができる。
図8は、第一相対移動機構30及び第二相対移動機構40により本圧縮比可変V型内燃機関において圧縮比を変更するためのフローチャートである。第一相対移動機構30及び第二相対移動機構40は、デジタルコンピュータからなる電子制御ユニットにより制御される。電子制御ユニットには、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を機関負荷として検出する負荷センサ、機関回転数を検出する回転センサ、冷却水温度を検出する水温センサ、及び、吸気温度を検出する吸気温センサ等の各種センサが接続される。
先ず、ステップ101において、機械圧縮比変更が要求されているか否かが判断される。目標機械圧縮比は、機関負荷、機関回転数、吸入空気量、及び、吸気弁の閉弁時期等に基づき設定され、例えば、目標機械圧縮比は機関負荷が低いほど高くなるように設定される。
ステップ101の判断が否定される時にはそのまま終了するが、例えば機関負荷が変化して機械圧縮比変更が要求されれば、ステップ101の判断が肯定され、ステップ102において、新たな目標機械圧縮比Etが決定される。次いで、ステップ103において、第一気筒群において目標機械圧縮比Etを実現するために予め設定されているシリンダブロックの第一気筒群側の変位量A1t(例えばシリンダブロックの最下位置からの機関中心線方向の変位量)と現在の変位量A1(例えばシリンダブロックの最下位置からの機関中心線方向の変位量)との偏差ΔA1(A1t−A1)と、第二気筒群において目標機械圧縮比Etを実現するために予め設定されているシリンダブロックの第二気筒群側の変位量A2t(例えばシリンダブロックの最下位置からの機関中心線方向の変位量)と現在の変位量A2(例えばシリンダブロックの最下位置からの機関中心線方向の変位は)との偏差ΔA2(A2t−A2)とを算出する。
次いで、ステップ104において、偏差ΔA1だけシリンダブロックの第一気筒群側を相対移動させるように第一相対移動機構30の第一モータ39を作動し、偏差ΔA2だけシリンダブロックの第二気筒群側を相対移動させるように第二相対移動機構40の第二モータ49を作動する。ここで、目標機械圧縮比Etが現在の機械圧縮比Eより小さい時には、偏差ΔA1及びΔA2はプラス値となってシリンダブロックの第一気筒群側及び第二気筒群側を上昇させ、すなわち、クランク軸から遠ざける。また、目標機械圧縮比Etが現在の機械圧縮比Eより大きい時には、偏差ΔA1及びΔA2はマイナス値となってシリンダブロックを下降させ、すなわち、クランク軸へ近づける。
こうして、第一気筒群及び第二気筒群の機械圧縮比が変更された時には、ステップ105において、第一気筒群を代表する第一燃焼圧P1及び第二気筒群を代表する第二燃焼圧P2が検出される。第一燃焼圧P1は、例えば、第一気筒群のうちの一つの気筒の燃焼圧が燃焼圧センサにより測定されれば良く、又は、第一気筒群の全ての気筒の燃焼圧が測定されて平均化されても良い。第二燃焼圧P2も、例えば、第二気筒群のうちの一つの気筒の燃焼圧が燃焼圧センサにより測定されれば良く、又は、第二気筒群の全ての気筒の燃焼圧が測定されて平均化されても良い。
次いで、ステップ106において、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差の絶対値が設定値PAより小さいか否かが判断され、この判断が肯定される時、すなわち、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲内である時にはそのまま終了する。しかしながら、ステップ106の判断が否定される時、すなわち、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲外である時には、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲内となるまで、第二相対移動機構40の第二モータ49だけを僅かに作動させ、第二気筒群の機械圧縮比だけを僅かに変化させて第二燃焼圧P2を第一燃焼圧P1へ近づけるようにする(厳密には第一気筒群の機械圧縮比も同一方向に第二気筒群の機械圧縮比の変化量より非常に小さく変化するが、その変化量は殆ど無視できる程度である)。例えば、第二燃焼圧P2が第一燃焼圧P1より高くて第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲外となっている時には、第二気筒群の機械圧縮比だけを低くするように、シリンダブロックの第二気筒群側の変位量だけを大きくする。また、第二燃焼圧P2が第一燃焼圧P1より低くて第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲外となっている時には、第二気筒群の機械圧縮比だけを高くするように、シリンダブロックの第二気筒群側の変位量だけを小さくする。
こうして、機械圧縮比が変更された時には、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲内となるように、シリンダブロックの第二気筒群側の変位量だけがフィードバック制御される。もちろん、機械圧縮比が変更された時に、第一燃焼圧P1と第二燃焼圧P2との差が許容範囲内となるように、第一相対移動機構30の第一モータ39を僅かに作動させてシリンダブロックの第一気筒群側の変位量だけをフィードバック制御するようにしても良い。
本実施形態は、シリンダブロック10をクランクケース20に対して機関中心線方向に相対移動させる際に、そのままではシリンダブロック中心線CLが第二気筒群側へ機関中心線CEから離間する場合を説明したが、もちろん、シリンダブロック10をクランクケース20に対して機関中心線方向CEに相対移動させる際に、そのままではシリンダブロック中心線CLが第一気筒群側へ機関中心線CEから離間する場合には、第一気筒群側の機関中心線方向の変位量Dv1が第二気筒群側の機関中心線方向の変位量Dv2より小さくなるように、シリンダブロック中心線CLが機関中心線CEに対して傾けられるようにすれば、第一気筒群の機械圧縮比と第二気筒群の機械圧縮比を等しくすることができる。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a variable compression ratio V-type internal combustion engine according to the present invention, in which 10 is a cylinder block, 20 is a crankcase, and 30 is a first relative movement mechanism on the first cylinder group side. , 40 is a second relative movement mechanism on the second cylinder group side. In the
This V-type internal combustion engine is a spark ignition type, and a cylinder head (not shown) is attached to each of the first cylinder
In general, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, increasing the mechanical compression ratio and increasing the expansion ratio at low engine loads will improve the thermal efficiency because the piston work period will be longer in the expansion stroke. can do. The mechanical compression ratio is the sum (V1 + V2) / V1 of the cylinder volume V1 and the stroke volume V2 at the top dead center crank angle with respect to the cylinder volume V1 at the top dead center crank angle, and is equal to the expansion ratio of the expansion stroke. As a result, the V-type internal combustion engine moves the
As shown in FIG. 2, the first
The cylinder block side first bearing
As shown in FIG. 4, the fan-shaped
On the other hand, as shown in FIG. 3, the second
Bearings are arranged on the
5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the first
FIG. 7 shows a low position (low position L in FIG. 5) of the
When the
Further, in FIG. 7, TDCM1 ″ and BDCM1 ″ indicate the middle position of the
Here, when the amount of movement in the direction of the engine center line CE is the same, the cylinder block center line CL is located at the piston pin center of the cylinder of the first cylinder group when the cylinder block center line CL is separated from the engine center line CE toward the second cylinder group side. The virtual top dead center position ET1 is compared to the virtual top dead center position ET1 ″ at the center of the piston pin of the cylinder of the first cylinder group when the cylinder block center line CL coincides with the engine center line CE. Since it is located close to the shaft center CC, as shown in FIG. 7, when the amount of movement in the direction of the engine center line CE is the same, due to the difference in the cylinder volume of the top dead center crank angle (a1 <a ” ) The mechanical compression ratio of the first cylinder group when the cylinder block center line CL is separated from the engine center line CE toward the second cylinder group side is the same as the engine center line CE. of the case Larger than the mechanical compression ratio one cylinder group.
Further, when the movement amount in the direction of the engine center line CE is the same, the virtual center of the piston pin of the cylinder of the second cylinder group when the cylinder block center line CL is separated from the engine center line CE toward the second cylinder group side. The top dead center position ET2 is an actual crankshaft as compared to a virtual top dead center position ET2 "at the center of the piston pin of the cylinder of the second cylinder group when the cylinder block center line CL coincides with the engine center line CE. Since it is located far from the center CC, as shown in FIG. 7, when the amount of movement in the direction of the engine center line CE is the same, the difference in cylinder volume at the top dead center crank angle (a2> a ″) The mechanical compression ratio of the second cylinder group when the cylinder block center line CL is separated from the engine center line CE to the second cylinder group side is when the cylinder block center line CL coincides with the engine center line CE. The first It is smaller than the mechanical compression ratio of the cylinder group.
In the variable compression ratio V-type internal combustion engine of this embodiment, in order to change the mechanical compression ratio, as shown in FIG. 6, when the
Since the first
The first set distance Dv1 is the engine center on the first cylinder group side of the cylinder block for changing the mechanical compression ratio of the first cylinder group from the current mechanical compression ratio in the cylinder block at the low position L to the target mechanical compression ratio. Since this displacement amount is realized by the first
Further, the second set distance Dv2 is the second cylinder group side of the cylinder block for changing the mechanical compression ratio of the second cylinder group from the current mechanical compression ratio to the target mechanical compression ratio in the cylinder block at the low position L. The amount of displacement in the engine center line direction, and the cylinder block center line CL moves from the engine center line CE to the second cylinder group side. As described in FIG. If the first set distance Dv1 is the same, the mechanical compression ratio of the second cylinder group will be smaller than the mechanical compression ratio of the first cylinder group, so it is made smaller than the first set distance Dv1, and the cylinder block center line CL is It is tilted with respect to the engine center line CE.
For example, in the middle position where the cylinder block center line CL in FIG. 7 is separated from the engine center line CE to the second cylinder group side, the displacement amount in the engine center line direction on the first cylinder group side is the engine center on the second cylinder group side. The cylinder block was rotated clockwise around the front view intersection BC (M) between the cylinder center line of the first cylinder group and the cylinder center line of the second cylinder group so as to be larger than the displacement amount in the linear direction. Considering the case of (tilted) (the displacement amount in the engine centerline direction on the first cylinder group side> Dv, and the displacement amount in the engine centerline direction on the second cylinder group side <Dv), before this rotation In comparison, the virtual top dead center position ET1 at the center of the piston pin of the cylinders of the first cylinder group is far from the actual crankshaft center CC, and therefore the cylinder volume of the top dead center crank angle of the first cylinder group is large. Thus, the mechanical compression ratio of the first cylinder group becomes small. On the other hand, since the virtual top dead center position ET2 at the center of the piston pin of the cylinder of the second cylinder group is closer to the actual crankshaft center CC than before this rotation, the top dead center of the second cylinder group is The cylinder volume of the crank angle is reduced and the mechanical compression ratio of the second cylinder group is increased. Thus, at the middle position where the cylinder block center line CL is separated from the engine center line CE to the second cylinder group side, the displacement amount in the engine center line direction on the first cylinder group side is the engine center line on the second cylinder group side. The cylinder block center line CL is inclined with respect to the engine center line CE so as to be larger than the amount of displacement in the direction, whereby the mechanical compression ratio of the first cylinder group and the mechanical compression ratio of the second cylinder group can be made equal. it can.
FIG. 8 is a flowchart for changing the compression ratio in the variable compression ratio V-type internal combustion engine by the first
First, in
If the determination in
Next, in
Thus, when the mechanical compression ratio of the first cylinder group and the second cylinder group is changed, in
Next, at
Thus, when the mechanical compression ratio is changed, only the displacement amount on the second cylinder group side of the cylinder block is feedback-controlled so that the difference between the first combustion pressure P1 and the second combustion pressure P2 is within the allowable range. The Of course, when the mechanical compression ratio is changed, the
In the present embodiment, when the
10 シリンダブロック
20 クランクケース
30 第一相対移動機構
40 第二相対移動機構10
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