この種の内燃機関には、上述のように、圧縮比を変更するための機構(以下、「可変圧縮比機構」と称する。上述の例では、前記スライド機構や、屈曲可能な前記コンロッド及びこれを屈曲させるための機構が、これに該当する。)が備えられている。
従来、この種の内燃機関においては、機関運転に伴って生じる熱によって、前記可変圧縮比機構を駆動するためのアクチュエータ(モータ等)の動作状態が影響を受ける(例えば出力の低下等が生じる)可能性があった。このような場合、圧縮比変更動作が良好に行われない可能性がある。
本発明は、かかる課題を解決するためのなされたものである。すなわち、本発明の目的は、圧縮比を変更可能に構成された内燃機関において、圧縮比変更動作が良好に行われ得るものを提供することにある。
かかる目的を達成するため、本発明の内燃機関は、アクチュエータと、伝熱抑制部と、を備えている。前記アクチュエータは、当該内燃機関の本体部に装着されている。このアクチュエータは、圧縮比の変更のために動作するように構成されている。例えば、このアクチュエータとしては、モータやソレノイド等の電磁アクチュエータが用いられ得る。前記伝熱抑制部は、前記本体部の側から前記アクチュエータへの伝熱[heat transmission]を抑制し得るように構成されている。本発明の特徴は、前記内燃機関が、前記伝熱抑制部を備えたことにある。
かかる構成においては、機関運転に伴って生じる熱(燃焼熱や摩擦熱等)によって、前記本体部の温度が上昇する。このとき、前記伝熱抑制部によって、前記本体部の側から前記アクチュエータへの伝熱が抑制される。
かかる構成によれば、前記アクチュエータにおける過熱(オーバーヒート)の発生、及びこれによる出力低下や誤作動等の不具合の発生が、効果的に抑制される。したがって、かかる構成によれば、圧縮比変更動作が良好に行われ得る。
・前記伝熱抑制部は、出力シャフトと被操作部との間に設けられ得る。ここで、前記出力シャフトは、前記アクチュエータに設けられていて、前記アクチュエータの動作の際に変位するように構成されている。また、前記被操作部は、前記本体部の側に設けられていて、前記出力シャフトの変位に応じて変位するように構成されている。
なお、前記出力シャフトと前記被操作部とは、一体に形成され得る。あるいは、前記出力シャフトと前記被操作部とは、接続部(後述するカップリング部等)を介して接続され得る。
かかる構成においては、前記アクチュエータの動作の際に、前記出力シャフトが変位する。この出力シャフトの変位に応じて、前記被操作部が変位する。この被操作部の変位によって、圧縮比が変更される。このとき、前記出力シャフトと前記被操作部との間に設けられた前記伝熱抑制部によって、前記被操作部から前記出力シャフトへの伝熱(熱伝導[heat conduction]あるいは熱伝達[heat transfer])が抑制される。
したがって、かかる構成によれば、前記被操作部及び前記出力シャフトを介しての、前記本体部側から前記アクチュエータへの伝熱が、効果的に抑制される。
・前記内燃機関は、以下のように構成され得る:本内燃機関は、カップリング部をさらに備えている。このカップリング部は、前記出力シャフトと前記被操作部との間に設けられている。このカップリング部によって、前記出力シャフトと前記被操作部とが、前記出力シャフトの変位に応じて前記被操作部が変位するように結合されている。このカップリング部は、前記伝熱抑制部としての断熱部を備えている。この断熱部は、前記本体部を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料から構成されている。すなわち、前記出力シャフトと前記被操作部とが、前記断熱部を備えた前記カップリング部によって、断熱的に結合されている。
かかる構成においては、前記アクチュエータの動作の際に、前記出力シャフトが変位する。この出力シャフトの変位の影響が、前記カップリング部を介して、前記被操作部に及ぼされることで、前記被操作部が変位する。この被操作部の変位によって、圧縮比が変更される。このとき、前記カップリング部に設けられた前記断熱部によって、前記被操作部から前記出力シャフトへの伝熱が抑制される。
したがって、かかる構成によれば、前記被操作部、前記カップリング部、及び前記出力シャフトを介しての、前記本体部側から前記アクチュエータへの伝熱が、効果的に抑制される。
・前記伝熱抑制部は、前記出力シャフトと前記被操作部との間に設けられた放熱部を備え得る。この放熱部は、前記被操作部から前記出力シャフトに向かって伝達(あるいは伝導)されようとする熱を、外部に向けて放出し得るように構成されている。
かかる構成においては、前記被操作部から前記出力シャフトに向かって伝達(あるいは伝導)されようとする熱が、前記放熱部によって、当該内燃機関の外部に向けて放出される。したがって、かかる構成によれば、前記本体部側から前記アクチュエータへの伝熱が、効果的に抑制される。
・前記伝熱抑制部は、前記被操作部側を冷却し得るように構成された冷却部を備え得る。具体的には、例えば、前記冷却部は、ヒートパイプを備え得る。このヒートパイプは、前記被操作部としての円筒歯車の回転軸を構成するウォーム支持シャフトに設けられている。すなわち、前記ウォーム支持シャフトの回転軸と前記円筒歯車の前記回転軸とが同軸に設けられていて、前記ウォーム支持シャフトが前記ヒートパイプを備えている。
かかる構成においては、前記被操作部側が前記冷却部によって冷却される。よって、当該内燃機関の運転に伴って熱(燃焼熱や摩擦熱等)が生じても、前記被操作部側の温度上昇が抑制される。これにより、前記アクチュエータの温度上昇も抑制される。したがって、かかる構成によれば、前記アクチュエータにおける過熱(オーバーヒート)の発生、及びこれによる出力低下や誤作動等の不具合の発生が、より効果的に抑制される。
・前記内燃機関は、以下のように構成され得る:本内燃機関は、アクチュエータ支持部を備えている。このアクチュエータ支持部は、前記本体部と前記アクチュエータとの間に設けられていて、前記アクチュエータを支持するように構成されている。この場合、前記伝熱抑制部は、前記アクチュエータ支持部に設けられている。
かかる構成においては、機関運転に伴って生じる熱によって、前記本体部の温度が上昇する。このとき、前記アクチュエータは前記アクチュエータ支持部によって支持されていて、このアクチュエータ支持部には前記伝熱抑制部が設けられている。よって、機関運転に伴って前記本体部の温度が上昇した場合における、前記アクチュエータの温度上昇が、効果的に抑制され得る。
・前記アクチュエータ支持部は、断熱プレートを備え得る。この断熱プレートは、前記本体部を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料から構成されている。すなわち、かかる構成においては、前記アクチュエータは、前記断熱プレートを介して、前記本体部に断熱的に装着されている。
かかる構成においては、前記アクチュエータ支持部に設けられた前記断熱プレートによって、前記本体部から前記アクチュエータへの伝熱が、効果的に抑制され得る。よって、かかる構成によれば、前記アクチュエータの温度上昇が効果的に抑制され得る。
・前記アクチュエータ支持部は、放熱プレートを備え得る。この放熱プレートは、熱を外部に向けて放出し得るように構成されている。
かかる構成においては、前記本体部から前記アクチュエータに向かって伝達(あるいは伝導)されようとする熱が、前記放熱プレートによって、当該内燃機関の外部に向けて放出される。これにより、前記本体部側から前記アクチュエータへの伝熱が、効果的に抑制される。よって、かかる構成によれば、前記アクチュエータの温度上昇が効果的に抑制され得る。
以下、本発明の実施形態(本願の出願時点において出願人が最良と考えている実施形態)について、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件(記述要件・実施可能要件)を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更(modification)は、当該実施形態の説明中に挿入されると、首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
<実施形態の内燃機関の概略構成>
図1及び図2は、本発明の内燃機関の一実施形態であるエンジン1の概略構成を示す側断面図である。図3は、図1及び図2に示されているエンジン1の分解斜視図である。なお、図1は、図3におけるI−I断面図に相当する。また、図2は、図3におけるII−II断面図に相当する。
まず、図1ないし図3を参照しつつ、本実施形態のエンジン1の全体構成について説明する。エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、クランクケース4と、連結機構5と、駆動機構6と、を備えている。
シリンダブロック2とクランクケース4とは、連結機構5によって、シリンダ中心軸CCAに沿って相対移動し得るように連結されている。本発明の特徴部分が含まれる駆動機構6は、連結機構5を駆動することで、シリンダブロック2とクランクケース4とをシリンダ中心軸CCAに沿って相対移動させ得るように構成されている。すなわち、連結機構5及び駆動機構6によって、圧縮比を変更するための可変圧縮比機構が形成されている。
次に、図1ないし図3を参照しつつ、本実施形態のエンジン1における各部の具体的な構成について説明する。
シリンダブロック2は、金属製の部材であって、略直方体状に形成されている。シリンダブロック2の内部には、略円柱形状の貫通孔であるシリンダ21が、シリンダ中心軸CCAに沿って設けられている。図3に示されているように、本実施形態のシリンダブロック2には、4つのシリンダ21が、シリンダ配列方向ADに沿って一列に設けられている。
シリンダ21の内部には、ピストン22が、シリンダ中心軸CCAに沿って往復移動可能に収容されている。シリンダブロック2の上端部(ピストン22の上死点側の、シリンダブロック2の端部)には、シリンダヘッド3が、シリンダブロック2と相対移動しないように図示しないボルトによって固定されている。
シリンダヘッド3の下端面であって、シリンダ21に対応する位置には、凹部31が形成されている。この凹部31と、ピストン22の頂面より上側のシリンダ21の内部の空間と、凹部31と、によって、燃焼室CCが形成されている。
クランクケース4は、金属製の部材であって、その上部には、シリンダブロック2を収容するための筒状のフレーム40aが設けられている。フレーム40aは、図中上方に向けて開口していて、その内部にシリンダブロック2を図中上方から挿入し得るように構成されている。
フレーム40aは、シリンダブロック2の下端部から上端部までを覆うように形成されている。フレーム40aとシリンダブロック2の外表面とのクリアランスは、シリンダブロック2とクランクケース4との相対移動がスムーズに行われつつ、両者の間にガタつきが生じない程度(触れるか触れないか程度:例えば0.数ミリ程度)に設定されている。
フレーム40aの下方には、軸受部40bが設けられている。軸受部40bは、クランクケース4の下部の、板状(リブ状)の部分である。この軸受部40bは、隣り合うシリンダ21の間の位置、及び、シリンダブロック2のシリンダ配列方向ADにおける両端部に対応する位置に設けられている。
軸受部40bの下端部には、凹部40b1が形成されている。凹部40b1は、半円柱状に形成されていて、その中心軸方向がシリンダ配列方向ADと平行となるように設けられている。この軸受部40bには、軸受キャップ41が装着されている。軸受キャップ41は、上述の凹部40b1と同一径の半円柱状の凹部41aを有する、略U字状の部材である。
クランクシャフト42は、ピストン22のシリンダ中心軸CCAに沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド43を介してピストン22と機械的に連結されている。このクランクシャフト42は、軸受部40b及び軸受キャップ41によって、回転可能に支持されている。
次に、本実施形態のエンジン1における、可変圧縮比機構の具体的な構成について、図1ないし図3、及び必要に応じて他の図面を用いて説明する。
<連結機構>
本実施形態のエンジン1においては、一対の連結機構5が、フレーム40aのシリンダ配列方向ADに沿った両側壁及びその近傍に設けられている。すなわち、一対の連結機構5が、シリンダブロック2を挟んで設けられている。
一方の連結機構5と、他方の連結機構5とは、すべてのシリンダ21におけるシリンダ中心軸CCAを通る平面(以下、中心面と称する。)に関してほぼ対称に、構成及び配置されている。
<<カムシャフト>>
本実施形態の連結機構5は、カムシャフト51が駆動機構6によって回転駆動されることで、シリンダブロック2とクランクケース4とがシリンダ中心軸CCAに沿って相対的に移動し得るように構成されている。
図4は、図1ないし図3に示されているカムシャフト51を、その一部を分解して示す斜視図である。以下、図1ないし図4を参照しつつ、カムシャフト51の具体的な構成について詳細に説明する。
カムシャフト51は、その回転軸RAcがシリンダ配列方向ADと平行(クランクシャフト42と平行)となるように設けられている。このカムシャフト51は、ジャーナル部51aと、円形カム部51bと、偏心シャフト51cと、ウォームホイール51dと、から構成されている。
ジャーナル部51aは、円柱状の部材であって、回転軸RAcと同軸に設けられている。このジャーナル部51aは、隣り合う円形カム部51bの間、及びカムシャフト51の両端部に設けられている。
円形カム部51bは、ジャーナル部51aよりも径が太い円柱状の部材であって、シリンダ21に対応するように設けられている。すなわち、1つのカムシャフト51に対して、気筒数と同数(本実施形態では4つ)の円形カム部51bが設けられている。
円形カム部51bは、回転軸RAcから偏心して設けられている。すなわち、円形カム部51bは、その中心軸が前記回転軸及びジャーナル部51aの中心軸からずれるように設けられている。
偏心シャフト51cは、回転軸RAcに沿った長手方向を有する丸棒状の部材である。偏心シャフト51cは、ジャーナル部51aの中心軸(回転軸RAc)及び円形カム部51bの中心軸から偏心した位置にて、これらを挿通するように設けられている。すなわち、偏心シャフト51cは、図1及び図4に示されているように、ジャーナル部51aの一端(図中下端)と円形カム部51bの一端(図中下端)とが一致した状態で、当該一端寄りの位置(下部)にてジャーナル部51a及び円形カム部51bを挿通するように設けられている。
カムシャフト51の前記長手方向における略中央部には、ウォームホイール51dが設けられている。ウォームホイール51dは、略円板状のギヤであって、偏心シャフト51cと一体に形成されている。このウォームホイール51dは、その中心軸が回転軸RAcと同軸となるように設けられている。
本実施形態のカムシャフト51においては、ジャーナル部51aは、偏心シャフト51cの回りを回転しないように、偏心シャフト51cに固定されている。すなわち、ジャーナル部51aは、ウォームホイール51dの回転に伴って、回転軸RAcを中心として、ウォームホイール51dと一体的に回転駆動されるように構成されている。一方、円形カム部51bは、偏心シャフト51cの回りを自由に回転し得るように構成されている。すなわち、円形カム部51bは、ジャーナル部51aに対して相対的に回転し得るように構成されている。
<<ブロック側支持部>>
再び図1ないし図3を参照すると、シリンダブロック2には、ブロック側支持部52が設けられている。このブロック側支持部52は、シリンダブロック2側にてカムシャフト51を回動可能に支持し得るように構成されている。
具体的には、ブロック側支持部52は、シリンダ21に対応した位置に設けられている。すなわち、シリンダ21の数に対応する個数のブロック側支持部52が、一方の連結機構5に設けられている。
また、ブロック側支持部52には、軸受孔52aが形成されている。この軸受孔52aは、円形カム部51bの外径に対応する(円形カム部51bの周面と摺動し得るような)内径を有する貫通孔である。すなわち、ブロック側支持部52は、円形カム部51bの周面と当接(摺動)しつつ、当該円形カム部51bを回動可能に支持するように構成されている。
ブロック側支持部52は、フレーム40aに設けられた貫通孔である開口部53を貫通するように設けられている。この開口部53は、ブロック側支持部52がシリンダ中心軸CCAに沿って往復移動し得るように、ブロック側支持部52の高さ寸法(シリンダ中心軸CCAに沿った方向の寸法)よりも大きい高さ寸法に形成されている。
<<クランクケース側支持部>>
フレーム40aには、フレーム側支持部54が形成されている。フレーム側支持部54は、開口部53に隣接するように設けられている。すなわち、複数のフレーム側支持部54が、各開口部53の両側に設けられている。
フレーム側支持部54には、ジャーナル支持凹部54aが、フレーム40aの外側に向けて開口するように設けられている。ジャーナル支持凹部54aは、ジャーナル部51aの外径に対応する内径を有する半円柱形状の凹部であって、ジャーナル部51aの周面と摺動し得るように構成されている。
フレーム40aには、カバー部55が装着されている。カバー部55は、カムシャフト51(ウォームホイール51dを含む)を覆うように構成及び配置されている。なお、図1及び図2においては、図示の複雑化を避けるため、カバー部55の断面図の図示が省略されている。
カバー部55は、フレーム側支持部54とともに、クランクケース4側にてカムシャフト51を回転可能に支持し得るように構成されている。
具体的には、カバー部55における、ジャーナル支持凹部54aと対向する位置には、ジャーナル支持凹部55aが設けられている。ジャーナル支持凹部55aは、ジャーナル支持凹部54aと対称な形状の、半円柱形状の凹部である。このジャーナル支持凹部55aは、ジャーナル部51aの周面と摺動し得るように、ジャーナル部51aの外径に対応する内径に形成されている。
すなわち、本実施形態においては、カバー部55がフレーム側支持部54に接合されて図示しないボルトによって固定されることで、これらの接合体の内側に、ジャーナル部51aを回転可能に支持する軸受孔が形成されるように、フレーム側支持部54及びカバー部55が構成されている。
カバー部55は、複数のフレーム側支持部54(1つの連結機構5におけるすべてのフレーム側支持部54)に対応するように、一体(シームレス)に形成されている。このカバー部55には、また、軸受収容部55bと、ウォームホイール収容部55cと、が形成されている。
軸受収容部55bは、開口部53と対向する位置に設けられた凹部である。この軸受収容部55bは、開口部53から突出したブロック側支持部52を、シリンダ中心軸CCAに沿って往復移動可能に収容し得るように形成されている。ウォームホイール収容部55cは、ウォームホイール51dに対応する位置に設けられた、側断面視にて略D字状の凹部である。
フレーム40aの、シリンダ配列方向ADにおける略中央部には、ウォームギヤ収容部56が設けられている。ウォームギヤ収容部56は、フレーム40aの上部から軸受部40bにわたって設けられている。このウォームギヤ収容部56は、ウォームホイール51dをフレーム40aの外部に向けて突出させ得るように形成されたスリット状の開口部であって、ウォームギヤ(ウォームホイール51d及びこれと噛み合う円筒形ギヤ)を収容し得るように設けられている。
<駆動機構>
駆動機構6は、クランクケース4のシリンダ配列方向ADにおける略中央部に設けられている。以下、図1及び図3を参照しつつ、本実施形態の駆動機構6の具体的な構成の詳細について説明する。
<<被操作部側の構成>>
本発明のウォーム支持シャフトとしての駆動シャフト61は、その回転軸RAdがシリンダ配列方向AD及びシリンダ中心軸CCAと直交するように配置されている。駆動シャフト61は、シリンダ配列方向ADにおける略中央部の軸受部40b、すなわち、直列4気筒における2番目のシリンダ21と3番目のシリンダ21との間の位置に対応する軸受部40bを、貫通するように設けられている。
駆動シャフト61の一端部(図1における右側の端部)には、ウォーム62aが設けられている。また、駆動シャフト61の他端部(図1における左側の端部)には、ウォーム62bが設けられている。
本発明の被操作部を構成する円筒歯車としてのウォーム62a及び62bは、駆動シャフト61とともに回転するように、駆動シャフト61に固定されている。ウォーム62a及び62bは、その回転軸が駆動シャフト61の回転軸RAdと同軸となるように設けられている。すなわち、駆動シャフト61は、その回転軸RAdがウォーム62a及び62bの回転軸を構成するように構成されている。
ウォーム62aは、らせん状の歯が形成された円柱形状のギヤであって、ウォームホイール51dと噛み合うように形成されている。ウォーム62bは、ウォーム62aとは逆巻きのらせん状の歯が形成された円柱形状のギヤであって、ウォームホイール51dと噛み合うように形成されている。すなわち、駆動シャフト61が或る一方向に回転駆動されることでウォーム62a及び62bが回転軸RAdを中心として回転した場合に、ウォーム62aと噛み合うウォームホイール51dとウォーム62bと噛み合うウォームホイール51dとが逆方向に回転するように、ウォーム62a及び62bが構成されている。
駆動シャフト61における、ウォーム62aとウォーム62bとの間の部分は、一対の内側軸受63によって回動可能に支持されている。この内側軸受63は、軸受部40bに固定されている。また、駆動シャフト61の前記一端部であって、ウォーム62aよりも外側の部分は、外側軸受64によって回動可能に支持されている。
<<アクチュエータ及び伝熱抑制部の構成>>
駆動シャフト61の前記他端部と対向する位置には、本発明のアクチュエータとしてのモータ65が設けられている。モータ65は、圧縮比変更の際に駆動されることで、出力シャフト65aを所定量回転させるように構成されている。このモータ65は、その出力シャフト65aの回転軸が回転軸RAdと同軸となるように設けられている。
モータ65は、本発明のアクチュエータ支持部及び断熱プレートとしてのモータ支持プレート66を介して、クランクケース4に固定されている。すなわち、モータ支持プレート66は、エンジン1の本体部を構成するクランクケース4と、モータ65との間に設けられていて、モータ65を支持するように構成されている。
具体的には、モータ支持プレート66は、クランクケース4を構成する材料(金属)よりも熱伝導率の低い材料(セラミックス等)からなる板状部材であって、クランクケース4に図示しないボルトによって固定されている。このモータ支持プレート66に対して、図示しないボルトによって、モータ65が固定されている。
モータ65の出力シャフト65aと、ウォーム62a及び62bを支持する駆動シャフト61と、の間には、断熱カップリング部67が設けられている。出力シャフト65aと駆動シャフト61とは、出力シャフト65aの回転に応じてウォーム62a及び62bが回転するように、断熱カップリング部67を介して結合されている。
また、駆動シャフト61と出力シャフト65aとは、断熱カップリング部67によって断熱的に結合されている。すなわち、前記本体部(シリンダブロック2、シリンダヘッド3、及びクランクケース4)側からモータ65への伝熱が抑制されるように、モータ支持プレート66及び断熱カップリング部67が構成されている。
具体的には、断熱カップリング部67は、モータ側フランジ67aと、駆動シャフト側フランジ67bと、断熱接続プレート67cと、から構成されている。
モータ側フランジ67aは、板状の部材であって、モータ65の出力シャフト65aの端部に固定されている。駆動シャフト側フランジ67bは、板状の部材であって、駆動シャフト61の前記他端部におけるウォーム62bよりも外側に固定されている。モータ側フランジ67aには、駆動シャフト側フランジ67b側に突出するように、複数の突起が設けられている。同様に、駆動シャフト側フランジ67bには、モータ側フランジ67a側に突出するように、複数の突起が設けられている。
本発明の断熱部としての断熱接続プレート67cは、クランクケース4等を構成する金属よりも断熱性の高い硬質ゴムからなり、モータ側フランジ67aと駆動シャフト側フランジ67bとの間に挟持されている。断熱接続プレート67cには、上述の複数の突起に対応する穴が形成されている。すなわち、モータ側フランジ67a及び駆動シャフト側フランジ67bに設けられた突起が、断熱接続プレート67cに設けられた穴に挿入されることで、モータ側フランジ67aと駆動シャフト側フランジ67bと断熱接続プレート67cとが一体的に回転するようになっている。
<実施形態の可変圧縮比機構の動作説明>
図5ないし図7は、図1に示されているエンジン1における圧縮比変化の様子を示す図である。まず、各図を参照しつつ、本エンジン1における圧縮比変更動作について簡単に説明する。
エンジン回転数Neや負荷Te等のエンジンパラメータに基づいて、図示しないエンジンコントロールコンピュータによって、設定されるべき圧縮比が決定される。ここで、モータ65の回転位相と、カムシャフト51の回転位相と、圧縮比と、の間には、所定の対応関係がある。この対応関係は、上述のエンジンコントロールコンピュータにおけるROM(リードオンリーメモリ)に格納されている。
決定された圧縮比に応じて、上述のエンジンコントロールコンピュータによる制御下で、駆動シャフト61がモータ65によって適宜駆動される。すなわち、出力シャフト65aが、所定量回転駆動される。
出力シャフト65aにて発生する回転駆動力が、断熱カップリング部67を介して、駆動シャフト61に伝達されると、ウォーム62a及び62bが回転駆動される。これにより、一対のカムシャフト51が、互いに逆の方向に回転する。すなわち、例えば、図中右側のカムシャフト51が反時計回りに回転するとともに、図中左側のカムシャフト51が時計回りに回転する。
カムシャフト51の回転の際に、ジャーナル部51aは、回転軸RAcを中心として回転する。偏心シャフト51cは、ジャーナル部51aと一体的に回転する。このとき、偏心シャフト51cは、回転軸RAcの周りを周回するように回転する。
一方、円形カム部51bは、軸受孔52aの内面と摺動しながら、回転軸RAcとは異なる軸を中心として回転する。また、円形カム部51bは、偏心シャフト51cに対して相対的に回転する。すなわち、円形カム部51bは、偏心シャフト51cの中心軸を中心として、ジャーナル部51aに対して相対的に回転する。これにより、円形カム部51bのジャーナル部51aに対する相対的な位置が変化する。
このとき、円形カム部51bは、ブロック側支持部52によって、エンジン幅方向(図5ないし図7における左右方向)についての移動が拘束されている。また、ジャーナル部51aの位置は不変である。よって、カムシャフト51が回転駆動されると、図5ないし図7に示されているように、回転軸RAcの周りの偏心シャフト51cの回転による、偏心シャフト51cの上下動に伴って、円形カム部51bが上下動する。
エンジン1の圧縮比が最高である状態においては、図5に示されているように、偏心シャフト51cが最も下方に位置している。この場合、円形カム部51bも、最も下方に位置することとなる。よって、シリンダブロック2及びシリンダヘッド3の位置も、ピストン22の上死点に最も近づく、最も下方の位置となる。
図5に示されている状態から、図中矢印で示されているようにカムシャフト51が回転駆動される(図中右側のカムシャフト51が反時計回りに回転駆動され且つ図中左側のカムシャフト51が時計回りに回転駆動される)。すると、偏心シャフト51cが、図5に示されている位置から上昇するとともに、円形カム部51bが上昇する。
この場合、図6に示されているように、カムシャフト51の回転による円形カム部51bの上昇に伴って、ブロック側支持部52が上昇する。これにより、シリンダブロック2がクランクケース4に対して相対的に上昇する。このシリンダブロック2の上昇によってシリンダヘッド3がクランクケース4から離隔すると、ピストン22の上死点位置とシリンダヘッド3の下端面との距離が伸びる。すなわち、エンジン1の圧縮比が低下する。
図6に示されているように、偏心シャフト51cの位置が最上方と最下方との間である場合、圧縮比も最高値と最低値との間の値となる。図7に示されているように、偏心シャフト51cの位置が最も上方に達すると、圧縮比が最低となる。エンジン1の圧縮比が最低である図7に示されている状態から、圧縮比が高くされる場合、カムシャフト51がさらに上述と同方向に回転駆動されるか、あるいはカムシャフト51が上述と逆方向に回転駆動される。
<実施形態の構成による作用効果>
・エンジン1の運転に伴って生じる熱(燃焼熱や摩擦熱等)によって、クランクケース4や駆動シャフト61の温度が上昇する。
しかしながら、本実施形態のエンジン1においては、クランクケース4からモータ65への伝熱が、断熱性のモータ支持プレート66によって抑制される。また、駆動シャフト61からモータ65への伝熱が、断熱カップリング部67の断熱接続プレート67cによって抑制される。これにより、モータ65の温度上昇が抑制され得る。
かかる構成によれば、モータ65における過熱(オーバーヒート)の発生、及びこれによるモータ65の出力低下や誤作動等の不具合の発生が、効果的に抑制される。したがって、かかる構成によれば、圧縮比変更動作が良好に行われ得る。
・本実施形態のエンジン1においては、圧縮比変更のためにモータ65が駆動されると、出力シャフト65aの回転駆動力が、硬質ゴム製の断熱接続プレート67cを介して、駆動シャフト61に伝達される。
かかる構成によれば、モータ65の起動の際のトルクの立ち上がりが、硬質ゴム製の断熱接続プレート67cの捻れによって緩和される。すなわち、断熱接続プレート67cがトルクダンパーの役割を果たす。したがって、圧縮比変更動作がスムーズに行われ得る。
<変形例の例示列挙>
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具体的構成例を単に例示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態に示された具体的構成に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
以下、変形例について幾つか例示する。ここで、以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、当該変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、(特に先願主義の下で出願を急ぐ)出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成は、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
(1)本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他の任意のタイプの内燃機関に適用され得る。気筒数、気筒配列方式(直列、V型、水平対向)等も、特に限定はない。
また、本発明は、シリンダブロック2とクランクケース4とが相対移動可能な構成に限定されない。例えば、本発明は、シリンダブロック2とクランクケース4とが相対移動不能に互いに固定されている一方、ピストン22とクランクシャフト42との連結状態(コンロッド43の屈曲状態)が変更され得る構成に対しても、良好に適用され得る。
(2)連結機構5の各部の構成は、上述の実施形態のものから適宜変更され得る。
例えば、上述の実施形態の場合とは逆に、ジャーナル部51aがブロック側支持部52に当接し、円形カム部51bがフレーム側支持部54及びカバー部55に当接するように、連結機構5が構成されていてもよい。
また、上述の実施形態の場合とは逆に、ジャーナル部51aが偏心シャフト51cに対して相対的に回転可能である一方、円形カム部51bが偏心シャフト51cに固定されていてもよい。
また、ブロック側支持部52は、シリンダブロック2と一体且つシームレスにも形成され得る。
また、ブロック側支持部52における、カムシャフト51と対向する部分には、耐摩耗性を有する材料(例えば軸受鋼)からなる、コーティング、スリーブ、あるいはライナーが設けられていてもよい。フレーム側支持部54及びカバー部55における、カムシャフト51と対向する部分も同様である。
また、カバー部55は、複数のフレーム側支持部54に対応した数に分割されていてもよい。このとき、カバー部55に、軸受収容部55bやウォームホイール収容部55cが設けられないことがあり得る。
(3)断熱性のモータ支持プレート66は、断熱性を有する材料(伝熱を抑制する材料:具体的には、前記本体部を構成するクランクケース4や、当該本体部側に設けられた部材である駆動シャフト61よりも熱伝導率が低い材料。)であれば、特に限定はない。
例えば、前記本体部や駆動シャフト61が、熱伝導率の高い金属からなる場合、モータ支持プレート66は、それよりも熱伝導率の低い金属、セラミックス、合成樹脂、等から構成され得る。
(4)モータ支持プレート66が、断熱性ではなく、熱伝導率の高い(前記本体部と同程度あるいはこれよりも高い)材料から構成されている場合、当該モータ支持プレート66に放熱性を付与することで、上述の実施形態と同等の作用効果が得られる。
すなわち、本変形例においては、本発明の放熱プレートとしてのモータ支持プレート66は、熱を外部に向けて放出し得るように構成されている。図8及び図9は、かかるモータ支持プレート66の一例を示す拡大斜視図である。
熱伝導率の高い金属(例えばアルミニウム合金あるいはその合金)からなるモータ支持プレート66には、図8に示されているように、多数の放熱フィン66aが、上下方向に沿って設けられ得る。
あるいは、このモータ支持プレート66には、図9に示されているように、多数の放熱孔66bが、上下方向に沿って設けられ得る。この放熱孔66bは、貫通孔であって、その内部の高温の空気が上方の開口部から外部に排出されるとともに比較的低温の外気が下方の開口部から内部に吸い込まれるように形成されている。
これらの構成によれば、前記本体部側からモータ65に伝わろうとする熱が、モータ支持プレート66によって外気に向けて放出される。これにより、前記本体部側からモータ65への伝熱が、効果的に抑制される。よって、かかる構成によれば、モータ65の温度上昇が効果的に抑制され得る。
(5)図10は、図1に示されているエンジン1の一つの変形例の構成を示す側断面図である。
図10に示されているように、駆動シャフト61には、当該駆動シャフト61から熱を外部に放出するための放熱フィン611aが設けられていてもよい。
具体的には、本発明の放熱部としての放熱フィン611aは、出力シャフト65aとウォーム62bとの間に設けられている。この放熱フィン611aは、ウォームギヤ収容部56内に収容されていて、外部に向けて露出されている。この放熱フィン611aは、ウォーム62b側から出力シャフト65aに向かって伝達(あるいは伝導)されようとする熱を、外部に向けて放出し得るように構成されている。
かかる構成においては、ウォーム62b側から出力シャフト65aに向かって伝達(あるいは伝導)されようとする熱が、放熱フィン611aによって、エンジン1の外部に向けて放出される。したがって、かかる構成によれば、前記本体部側からモータ65への伝熱が、効果的に抑制される。
(6)図11は、図1に示されているエンジン1の他の変形例の構成を示す側断面図である。
図11に示されているように、本変形例においては、駆動シャフト61におけるモータ65側の端部に、接続部68が設けられている。接続部68は、第一モータ側フランジ68aと、第二モータ側フランジ68bと、駆動シャフト側フランジ68cと、細径部68dと、から構成されている。
第一モータ側フランジ68aは、板状の部材であって、モータ65の出力シャフト65aの端部に固定されている。第二モータ側フランジ68bは、第一モータ側フランジ68aと係合し得るように構成されている。駆動シャフト側フランジ68cは、板状の部材であって、駆動シャフト61の端面と係合し得るように構成されている。
細径部68dは、第二モータ側フランジ68bと駆動シャフト側フランジ68cとを結合するように設けられた円筒状の部材である。この細径部68dは、駆動シャフト61における、回転軸RAdと直交する面による断面積が最も小さい部分よりも、さらに断面積が小さくなるような径に形成されている。
細径部68dは、第二モータ側フランジ68b及び駆動シャフト側フランジ68cと継ぎ目無く一体に形成されている。この第二モータ側フランジ68bと駆動シャフト側フランジ68cと細径部68dとが一体となった側面視にて略H字状の部材は、駆動シャフト61の端面と第一モータ側フランジ68aとの間に介装されていて、駆動シャフト61の端面及び第一モータ側フランジ68aに対して着脱可能に構成されている。すなわち、当該略H状の部材は、交換可能に構成されている。
かかる構成によれば、断面積の小さな細径部68dが、駆動シャフト61側からモータ65への熱の流束に対する抵抗となる。よって、駆動シャフト61側からモータ65への伝熱が、断面積の小さな細径部68dによって抑制され得る。
また、モータ65側から過大なトルクが駆動シャフト61に入力されようとした場合、連結機構5やウォーム62a等にダメージが生じる前に、細径部68dが破断する。よって、この細径部68dによって、連結機構5等が良好に保護され得る。
(7)図12は、図1に示されている駆動シャフト61の一つの変形例の構成を示す側面図である。図13は、図12に示されている変形例の駆動シャフト61の側断面図である。なお、図12及び図13においては、エンジン1(図1参照)が車体に搭載されてシリンダ中心軸CCAが鉛直線から傾いた場合の、駆動シャフト61の姿勢が示されている。
図12及び図13を参照すると、本変形例においては、駆動シャフト61の前記一端部(ウォーム62a側)が前記他端部(ウォーム62b側)及びモータ65よりも上になるように、駆動シャフト61が配置されている。そして、放熱フィン611aは、駆動シャフト61の「上側」の端縁部に設けられている。
図13を参照すると、駆動シャフト61の内部には、いわゆる「ヒートパイプ」構造が設けられている。すなわち、駆動シャフト61の内部には、当該駆動シャフト61やウォーム62bを冷却するための冷却構造(冷却部)が設けられている。
具体的には、駆動シャフト61の内部には、略円柱形状のキャビティ611bが設けられている。キャビティ611bは、放熱フィン611aに対応する位置から、駆動シャフト側フランジ67bの少し手前まで、駆動シャフト61の長手方向に沿って設けられている。
キャビティ611bの内側壁面に密着するように、ウイック611cが設けられている。ウイック611cは、金属あるいは繊維による網からなり、両端が閉じられた略円筒形状に形成されている。また、キャビティ611b内には、作動流体611dが封入されている。作動流体611dとしては、水、メタノール、エタノール等が用いられ得る。
かかる構成においては、駆動シャフト61に熱が伝えられると、この熱によって、キャビティ611b内の作動流体611dが蒸発する。この蒸気は、放熱フィン611aに対応するキャビティ611bの上端部に達し、ここで外気との熱交換によって冷却・凝縮される。凝縮により液化した作動流体611dは、ウイック611cの奏する毛管現象により、キャビティ611bの下端部に向かって環流する。このようにして、駆動シャフト61(特にモータ65の近傍部分)の熱が、ヒートパイプ構造によって外部に放出される。
このように、かかる構成によれば、モータ65への伝熱が、効果的に抑制される。
(8)駆動シャフト61は、モータ65の回転軸と交差するように設けられ得る。具体的には、モータ65は、その回転軸が、駆動シャフト61と直交するように設けられ得る。換言すれば、モータ65の回転軸が、図3におけるシリンダ配列方向ADに沿った方向となるように(シリンダ配列方向ADと平行になるように)、モータ65が配置され得る。
この場合、モータ65の出力シャフト65aと、駆動シャフト61とは、ベベルギヤやジョイント等によって結合され得る。
(9)モータ65の出力シャフト65a、及び/又は駆動シャフト61が、断熱性の高いセラミックス材料から構成されていてもよい。この場合、駆動シャフト61側からの伝熱の抑制の他に、モータ65の負荷低減の効果もある。
(10)上述のような、駆動シャフト61、モータ支持プレート66、及び断熱カップリング部67における、モータ65への伝熱の抑制手段は、これらのうちの1つが用いられればよい。
これに応じて、上述の各部の構成も適宜変更され得る。例えば、モータ支持プレート66に断熱性あるいは放熱性が付与された場合、モータ65の出力シャフト65aと、駆動シャフト61とは、一体に形成され得る。
(11)その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。
例えば、材料の変更は、適宜行われ得る。また、一体(ワンピース)であったものは別体(ツーピース)にされ得るし、その逆もあり得る。さらに、一体であるものは、シームレスなものともされ得るし、シームレスでないもの(接合部あるいは接合媒体が介在するもの)ともされ得る。
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。