JP6011393B2 - 可変圧縮比内燃機関の潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える可変圧縮比内燃機関の潤滑構造に関する。

従来より、複リンク式のピストン−クランク機構（以下、単に「複リンク機構」と呼ぶ）を利用して機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を本出願人は提案している。その一例として、特許文献１には、低圧縮比の設定を用いる高負荷時には、複リンク機構の各潤滑部位への潤滑油量を増大して、負荷の増加に伴う潤滑性や冷却性の低下を抑制するとともに、高圧縮比の設定を用いる低負荷時には、無駄なオイルポンプ仕事を抑制するように、複リンク機構の各潤滑部位への潤滑油量を抑制する技術が記載されている。

特開２００４−２５７２５４号公報

可変圧縮比機構の制御軸を駆動するアクチュエータは、例えば機関本体の側壁に取り付けられるハウジングを介して機関本体の外部に配置され、このアクチュエータと制御軸とが連結機構により連結される。この連結機構には、アクチュエータの回転を減速して制御軸へ伝達する減速機と、この減速機と制御軸との間に介装される補助シャフト等が含まれる。ハウジング内の減速機や補助シャフト等の軸部品の軸受部分を潤滑するために、ハウジング内には潤滑油が供給され、潤滑後の潤滑油は機関本体内のオイルパンへ戻される。

本発明は、このように可変圧縮比機構のハウジング内の部品、特に、補助シャフトの軸受部分の潤滑性を向上することを目的としている。

機関本体の内部に回転可能に支持される制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、機関本体の外側に設けられて、この機関本体の側壁に取り付けられるハウジングと、このハウジングに取り付けられて、上記制御軸を駆動するアクチュエータと、上記制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構と、を有する。

この連結機構は、上記アクチュエータの回転を減速して制御軸へ伝達する減速機と、この減速機と制御軸との間に介装される補助シャフトと、を含んでいる。上記ハウジングは、上記減速機を収容する減速機収容室と、上記補助シャフトを収容する補助シャフト収容室と、を有している。

また、上記減速機収容室に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を有し、上記減速機収容室に供給された潤滑油が上記補助シャフト収容室を経て機関本体の内部へと戻されるように構成されている。そして、機関圧縮比に応じて上記補助シャフト収容室内の油量を調整する油量調整手段を有している。

本発明によれば、機関圧縮比に応じて補助シャフト収容室内の油量を調整することで、機関圧縮比に応じて適切に補助シャフトの軸受部分に潤滑油を供給することが可能となり、ハウジング内の、特に補助シャフトの軸受部分の潤滑性能を向上することができる。

本発明に係る可変圧縮比機構の一例を簡略的に示す構成図。 上記可変圧縮比内燃機関のアクチュエータの取付構造を示す斜視対応図。 上記可変圧縮比内燃機関の吸気側の側面図。 本発明の第１実施例に係るアクチュエータの内部を示す断面図。 上記第１実施例の低圧縮比時におけるレバーの姿勢を示す断面図。 上記第１実施例の低圧縮比時におけるアクチュエータの内部を示す断面図。 上記第１実施例の高圧縮比時におけるレバーの姿勢を示す断面図。 上記第１実施例の高圧縮比時におけるアクチュエータの内部を示す断面図。 本発明の第２実施例に係るレバーを示す上面図。 上記第２実施例の低圧縮比時におけるアクチュエータの内部を示す断面図。 上記第２実施例の高圧縮比時におけるアクチュエータの内部を示す断面図。 本発明の第３実施例に係る低圧縮比時におけるレバーの姿勢を示す断面図。 上記第３実施例の高圧縮比時におけるレバーの姿勢を示す断面図。 本発明の第４実施例に係るアクチュエータの内部を示す断面図。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施例に係る複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構について説明する。なお、この機構は上記の特開２００４−２５７２５４号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。

内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック１には、各気筒のピストン３がシリンダ２内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構１０は、クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク１１と、このロアリンク１１とピストン３とを連結するアッパリンク１２と、シリンダブロック１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸１４と、この制御軸１４に偏心して設けられた制御偏心軸部１５と、この制御偏心軸部１５とロアリンク１１とを連結する制御リンク１３と、を有している。ピストン３とアッパリンク１２の上端とはピストンピン１６を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク１２の下端とロアリンク１１とは第１連結ピン１７を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の上端とロアリンク１１とは第２連結ピン１８を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の下端は上記の制御偏心軸部１５に回転可能に取り付けられている。

制御軸１４には、連結機構２１を介してアクチュエータとしての可変圧縮比モータ２０（図２等参照）が連結されており、この可変圧縮比モータ２０により制御軸１４の回転位置を変更することによって、ロアリンク１１の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化する。従って、図示せぬ制御部により可変圧縮比モータ２０を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。なお、アクチュエータとしては、電動式のモータ２０に限らず、油圧駆動式のアクチュエータであっても良い。

図２，図３を参照して、シリンダブロック１の下方にはオイルパン６が固定されている。このオイルパン６は、シリンダブロック１の下側に固定されるオイルパンアッパ６Ａと、このオイルパンアッパ６Ａの底壁部に開口形成された開口部に取り付けられるオイルパンロア６Ｂと、により構成されている。これらシリンダブロック１やオイルパン６等からなる機関本体の内部に制御軸１４が回転可能に収容されている。一方、連結機構２１及び可変圧縮比モータ２０は、機関本体の外部に配置されており、具体的には、連結機構２１を収容するハウジング２２を介して、機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６Ａの外壁、詳しくは吸気側の側壁７に取り付けられている。このハウジング２２には、上記の可変圧縮比モータ２０の他、潤滑油を冷却するためのオイルクーラ２３が付設されるとともに、潤滑油中の異物すなわちコンタミを除去するためのオイルフィルタ２４が後述する油路形成体５０を介して付設されている。

なお、上記実施例においてはオイルフィルタ２４が取り付けられる油路形成体５０をハウジング２２と別体に構成しているが、油路形成体５０をハウジング２２と一体化した構造としても良い。

図３に示すように、オイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、機関前側にエアコンコンプレッサ９が取り付けられるとともに、機関後側にトランスミッションが締結される締結フランジ８が設けられており、両者８，９の間に、オイルクーラ２３と、オイルフィルタ２４が取り付けられる油路形成体５０と、連結機構２１を収容するハウジング２２と、モータ２０と、が機関前後方向に沿うように配置されている。つまり、ハウジング２２の機関前側にオイルクーラ２３が油路形成体５０を挟んで配置されるとともに、ハウジング２２の機関後側に可変圧縮比モータ２０が配置されている。ハウジング２２の取付フランジ２５は、固定用のボルト２６によりオイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７に締結されている。

図１，図２等に示すように、機関本体内部に配置される制御軸１４と、ハウジング２２内に配置される連結機構２１の補助シャフト３０とは、レバー３１によって連結されている。なお、この実施例では補助シャフト３０を減速機２７の出力軸と一体的に構成しているが、補助シャフト３０を減速機２７の出力軸と別体の構成とし、両者が一体的に回転する構造としても良い。

レバー３１の一端と、制御軸１４の軸方向中央部より径方向外方へ延びるアーム３２の先端とは、第３連結ピン３３を介して相対回転可能に連結されており、レバー３１の他端と補助シャフト３０とは第４連結ピン３５を介して相対回転可能に連結されている。なお、図２では、第４連結ピン３５を省略し、この第４連結ピン３５が嵌合する補助シャフト３０の連結ピン孔３５Ａが描かれている。図６等に示すように、オイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁７には、上記のレバー３１が挿通するスリット状の連通孔３６が貫通形成されている。

連結機構２１には、可変圧縮比モータ２０の出力を減速して制御軸１４側へ伝達する減速機２７が設けられている。減速機２７としては、大きな減速比が得られる波動歯車装置やサイクロ減速機等が用いられる。

次に、ハウジング２２の内部に配置される連結機構２１の潤滑構造について説明する。図３にも示すように、油路形成体５０は、ハウジング２２の機関前側の側面とオイルクーラ２３の機関後側の側面との間に介装されている。この油路形成体５０の下側に設けられたフィルタ取付フランジに、フィルタエレメントを収容したオイルフィルタ２４が取り付けられている。この油路形成体５０の内部には、エンジンオイルである潤滑油が通流する複数の油路（図示省略）が形成されている。

これらの油路によって、図示せぬオイルポンプから圧送された潤滑油は、オイルクーラ２３及びオイルフィルタ２４を通過した後に、シリンダブロック１へと至る途中で分岐されて、ハウジング２２の内部に供給され、ハウジング２２の内部に配置された減速機２７の他、補助シャフト３０や可変圧縮比モータ２０の出力軸等の軸部品の軸受部分を潤滑するように構成されている。そして、潤滑後の潤滑油は、レバー３１が挿通する連通孔３６を通して、機関本体内部のオイルパン６へと戻される。つまり、レバー３１が挿通する連通孔３６が、ハウジング２２内の潤滑油を機関本体のオイルパン６内へ戻すリターン油路としての機能を兼用しており、構成の簡素化が図られている。

上記実施例のような機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６Ａの外壁、詳しくは吸気側の側壁７にハウジング２２及び可変圧縮比モータ２０を配置し、かつ、オイルクーラ２３及びオイルフィルタ２４を通過することにより、クリーンかつ低温な潤滑油をハウジング２２の内部に供給することができる。特に本実施例では、オイルフィルタ２４がハウジング２２に直接的に取り付けられているために、オイルフィルタ２４からハウジング２２の内部までの油通路を十分に短くすることができ、コンタミが流入する可能性が非常に低い。

図４にも示すように、ハウジング２２には、減速機２７を収容する減速機収容室４１と、補助シャフト３０を収容する補助シャフト収容室４２と、がモータ２０の軸方向に沿って並設されており、モータ側に減速機収容室４１、反モータ側に補助シャフト収容室４２が設けられている。また、ハウジング２２の補助シャフト収容室４２の両側の側壁には、補助シャフト３０を回転可能に支持する円筒状の一対の第１軸受部４３及び第２軸受部４４が設けられており、減速機収容室４１側の第１軸受部４３によって、補助シャフト収容室４２と補助シャフト収容室４２とが連通している。なお、符号４０はモータ２０の出力軸２０Ａを回転可能に支持する軸受部である。更に、減速機収容室４１の上部には、潤滑油を減速機収容室４１内へ供給する油供給路４５（潤滑油供給手段）が開口形成されている。この油供給路４５から減速機収容室４１内へ供給された潤滑油は、第１軸受部４３を介して補助シャフト収容室４２へと供給され、連通孔３６（図５〜８参照）を通して機関本体内部のオイルパン６へと戻される。

なお、連通孔３６の下端位置は補助シャフト収容室４２の下面よりも高い位置に設定されており、この補助シャフト収容室４２内に供給された潤滑油の少なくとも一部が補助シャフト収容室４２内に滞留するように構成されている。

次に、図５〜図８を参照して、第１実施例の特徴的な構成及び作用効果について説明する。なお、図５〜図８等ではハウジング２２等の構造を簡略化して描いている。図５及び図６は高負荷域で用いられる低圧縮比の設定時における断面図であり、図７及び図８は低負荷域で用いられる高圧縮比の設定時における断面図である。

この第１実施例では、レバー３１のうち、連通孔３６を挿通する部分が、ハウジング側（図５の右側）からオイルパン側（図５の左側）へ向けて徐々に断面積が大きくなる三角形状をなしている。つまり、レバー３１に、高さ方向（図５の上下方向）の寸法が徐々に変化する三角形状の膨出部４６が一体的に形成されている。ここで、低圧縮比の設定ではレバー３１が相対的にハウジング側（図５の右側）へ移動し、高圧縮比の設定ではレバー３１が相対的にオイルパン側（図５の左側）へ移動する。

従って、低圧縮比の設定では、図５及び図６に示すように、連通孔３６を挿通する部分のレバー３１の高さ方向寸法Ｌ１が大きくなり、連通孔３６の全開口面積に対し、レバー３１の断面積が占める割合が大きくなって、連通孔３６の開口面積からレバー３１の断面積を差し引いた（除いた）有効開口面積が小さくなる。一方、高圧縮比の設定では、図７及び図８に示すように、連通孔３６を挿通する部分のレバー３１の高さ方向寸法Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）が大きくなり、連通孔３６の全開口面積に対し、レバー３１の断面積が占める割合が小さくなって、連通孔３６の開口面積からレバー３１の断面積を差し引いた有効開口面積が大きくなる。つまり、レバー３１の形状及び機関圧縮比に応じた動作・姿勢が、機関圧縮比に応じて補助シャフト収容室４２内の油量を調整する油量調整手段として機能している。

このように本実施例では、高温・高負荷域で用いられる低圧縮比時には、レバー３１により連通孔３６の有効開口面積が小さくなり、補助シャフト収容室４２に潤滑油が溜まり易くなるために、補助シャフト収容室４２及び減速機収容室４１内の油面高さＯＬ１が高くなって、潤滑油の油量が増大することとなり、軸受部分の潤滑性を向上することができる。このように高温・高負荷域などで用いられる低圧縮比時に、潤滑油量を増大することで、高温・高負荷域における潤滑性・冷却性を向上して、耐久性・信頼性を向上することができる。

なお、潤滑油は補助シャフト収容室４２を経由して機関本体内部へ戻される構造なので、減速機収容室４１の油面高さは補助シャフト収容室４２内の油量の影響を受ける。例えば図６に示すように、補助シャフト収容室４２から機関本体内部への戻り量が少なく、補助シャフト収容室４２の油量が多くなって、その油面が減速機収容室４１から補助シャフト収容室４２へ潤滑油を供給する第１軸受部４３の位置よりも高い場合には、補助シャフト収容室４２とともに減速機収容室４１内の油面ＯＬ１も高くなる。

一方、ノッキング回避のための低圧縮比方向への高応答性が要求される高圧縮比時には、レバー３１の断面積が小さくなり、連通孔３６の有効開口面積が相対的に大きくなるために、連通孔３６を通した補助シャフト収容室４２からオイルパン６への潤滑油の流れが促進され、補助シャフト収容室４２及び減速機収容室４１内の油面高さＯＬ２が低くなり（ＯＬ２＜ＯＬ１）、潤滑油の油量が相対的に低減する。このように、補助シャフト収容室４２内の油量を低減することによって、油攪拌抵抗が低減するため、低圧縮比方向への応答性が向上し、ノッキングの発生を有効に抑制することができる。具体的には、例えば機関負荷が増大する加速時には、機関圧縮比を高圧縮比からノッキング回避に必要な中間圧縮比まで速やかに低下させる必要があるが、本実施例のように高圧縮比時には補助シャフト収容室４２内の油量を低減し、その油面高さを相対的に低くしておくことで、補助シャフト３０の揺動や減速機の回転に伴う油撹拌抵抗を低減して、圧縮比低下の応答時間を短縮することが可能となる。

更に、このように高圧縮比側から低圧縮比側への圧縮比低下の応答性を向上することによって、ノッキング回避のための高圧縮比側の制限を緩和して、高圧縮比化による燃費向上を図ることができる。

図９〜図１１は本発明の第２実施例を示している。この第２実施例では、図９に示すように、レバー３１Ａの厚さ方向（図９の上下方向）の寸法が、ハウジング側からオイルパン側へ向けて徐々に厚くなる形状に設定されている。つまり、この第２実施例のレバー３１Ａには、徐々に厚さが変化する三角形状の徐変部４７が設けられている。なお、レバー３１Ａの両端には、第３連結ピン３３が挿通する二股状の連結ピン孔３３Ａと、第４連結ピン３５が挿通する連結ピン孔３５Ａと、が形成されている。また、この第２実施例においても、第１実施例と同様、低圧縮比の設定ではレバー３１Ａが相対的にハウジング側に移動し、高圧縮比の設定ではレバー３１Ａが相対的にオイルパン側へ移動する。

従って、低圧縮比の設定では、図１０に示すように、連通孔３６を挿通する部分のレバー３１Ａの厚さ方向寸法Ｌ３が大きくなり、連通孔３６の全開口面積に対してレバー３１Ａの断面積が占める割合が大きくなって、連通孔３６の開口面積からレバー３１Ａの断面積を差し引いた有効開口面積が小さくなる。一方、高圧縮比の設定では、図１１に示すように、連通孔３６を挿通する部分のレバー３１Ａの厚さ方向寸法Ｌ４が小さくなり（Ｌ４＜Ｌ３）、連通孔３６の全開口面積に対してレバー３１の断面積が占める割合が小さくなるために、連通孔３６の開口面積からレバー３１が占める断面積を差し引いた有効開口面積が大きくなる。つまり、この第２実施例においても、第１実施例と同様に、レバー３１の形状及び機関圧縮比に応じた動作・姿勢が、機関圧縮比に応じて補助シャフト収容室４２内の油量を調整する油量調整手段として機能している。

このような第２実施例においても、上記の第１実施例と同様、高温・高負荷域で用いられる低圧縮比時には連通孔３６の有効開口面積を小さくして、補助シャフト収容室４２及び減速機収容室４１内の油面高さＯＬ３を高くすることで、潤滑油の油量を増大し、軸受部分の潤滑性を向上することができるとともに、高圧縮比時には連通孔３６の有効開口面積を大きくして、補助シャフト収容室４２及び減速機収容室４１内の油面高さＯＬ４を低くすることで（ＯＬ４＜ＯＬ３）、補助シャフト収容室４２の潤滑油の油量を低減して、油攪拌抵抗を低減し、ノッキングの発生を抑制するとともに燃費向上を図ることができる。

図１２及び図１３は本発明の第３実施例を示している。この第３実施例においては、レバー３１に、連通孔３６を通した補助シャフト収容室４２からオイルパン６への潤滑油の流出を妨げる遮蔽部４８を設けている。この遮蔽部４８は、レバー３１がハウジング側へ移動する低圧縮比時に連通孔３６を塞ぐようにレバー３１に固定される板状の部材である。なお、遮蔽部４８により連通孔３６を完全に密閉する必要はなく、連通孔３６の有効開口面積を小さくするものであれば良い。レバー３１がオイルパン側へ移動する高圧縮比時には、遮蔽部４８が連通孔３６からオイルパン側へ後退し、連通孔３６から離間して連通孔３６を塞がない構造となっている。

従って、上記の第１，第２実施例と同様、高温・高負荷域で用いられる低圧縮比時には遮蔽部４８により連通孔３６を遮蔽することで、この連通孔３６の有効開口面積を小さくして補助シャフト収容室４２内の潤滑油の油量を増大し、軸受部分の潤滑性を向上することができるとともに、高圧縮比時には遮蔽部４８を連通孔３６より離間させることで、連通孔３６の有効開口面積を大きく確保して、補助シャフト収容室４２の潤滑油の油量を低減することによって、油攪拌抵抗を低減し、ノッキングの発生を抑制するとともに燃費向上を図ることができる。

図１４に示す第４実施例では、減速機収容室４１から補助シャフト収容室４２への潤滑油の流れを促進するように、第１軸受部４３の下方位置に、減速機収容室４１と補助シャフト収容室４２とを結ぶ連通油路４９を設けている。この場合、減速機収容室４１内の潤滑油の油面高さＯＬ５が第１軸受部４３に達しない場合であっても、連通油路４９を通して減速機収容室４１から補助シャフト収容室４２へ潤滑油を供給することが可能であり、より確実に補助シャフト収容室４２へ潤滑油を供給することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例におけるレバーや遮蔽部の形状は一例に過ぎず、低圧縮比時に高圧縮比時よりも連通孔３６の有効開口面積を小さくするものであれば別の形状であっても良い。

１…シリンダブロック（機関本体）
６…オイルパン（機関本体）
６Ａ…オイルパンアッパ（機関本体）
６Ｂ…オイルパンアッパ（機関本体）
７…側壁
１０…可変圧縮比機構
１４…制御軸
２０…可変圧縮比モータ（アクチュエータ）
２１…連結機構
２２…ハウジング
２３…オイルクーラ
２４…オイルフィルタ
２７…減速機
３０…補助シャフト
３１，３１Ａ…レバー
３６…連通孔
４１…減速機収容室
４２…補助シャフト収容室
４３…第１軸受部
４５…油供給路（潤滑油供給手段）
４６…膨出部
４７…徐変部
４８…遮蔽部
４９…連通油路

Claims (6)

1. 機関本体の内部に回転可能に支持される制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
   機関本体の外側に設けられて、この機関本体の側壁に取り付けられるハウジングと、
   このハウジングに取り付けられて、上記制御軸を駆動するアクチュエータと、
   上記制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構と、を有し、
   この連結機構は、上記アクチュエータの回転を減速して制御軸へ伝達する減速機と、この減速機と制御軸との間に介装される補助シャフトと、を含み、
   上記ハウジングは、上記減速機を収容する減速機収容室と、上記補助シャフトを収容する補助シャフト収容室と、を有し、
   上記減速機収容室に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を有し、上記減速機収容室に供給された潤滑油が上記補助シャフト収容室を経て機関本体の内部へと戻されるように構成され、
   かつ、機関圧縮比に応じて上記補助シャフト収容室内の油量を調整する油量調整手段を有することを特徴とする可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
2. 上記油量調整手段は、低圧縮比時に高圧縮比時に比して補助シャフト収容室内の潤滑油量を増大す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の潤滑構造。
3. 機関本体の側壁に、上記補助シャフト収容室と機関本体の内部とを連通する連通孔が形成され、この連通孔を通して上記補助シャフト収容室から機関本体の内部へ潤滑油が戻されるように構成されており、
   上記連結機構は、上記連通孔を挿通して、上記制御軸と補助シャフトとを連結するレバーを有し、
   上記連通孔の開口面積から、上記連通孔を挿通する部分のレバーの断面積を除いた有効開口面積の大きさが、高圧縮比時よりも低圧縮比時の方が小さくな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の潤滑構造。
4. 上記連通孔を挿通する部分のレバーの断面積が、高圧縮比時よりも低圧縮比時の方が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
5. 機関本体の側壁に、上記補助シャフト収容室と機関本体の内部とを連通する連通孔が形成され、この連通孔を通して上記補助シャフト収容室から機関本体の内部へ潤滑油が戻されるように構成されており、
   上記連結機構は、上記連通孔を挿通して、上記制御軸と補助シャフトとを連結するレバーを有し、
   上記レバーに、上記連通孔を通して補助シャフト収容室から機関本体の内部へ流出する潤滑油の流れを妨げる遮蔽部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
6. 上記遮蔽部は、低圧縮比時にのみ上記連通孔を通して補助シャフト収容室から機関本体の内部へ流出する潤滑油の流れを妨げるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。

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