JP6065715B2 - 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に関し、特に、その潤滑構造の改良に関する。

特許文献１には、複リンク式のピストン−クランク機構を利用して機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構が記載されている。この可変圧縮比機構は、ピストンとクランクシャフトとをアッパリンクとロアリンクとにより連結するとともに、アッパリンクもしくはロアリンクと制御軸とを制御リンクにより連結し、モータ等のアクチュエータにより制御軸の回転位置を変更することで、機関圧縮比を機関運転状態に応じて変更・制御する構成となっている。

特開２００４−２５７２５４号公報

このような可変圧縮比機構の制御軸は、アッパリンク，ロアリンク及び制御リンクを介して大きな燃焼荷重や慣性荷重が繰り返し作用することから、ベアリングキャップ等を介して機関本体に回転可能に支持される軸受部分には、潤滑油を確実に供給する必要がある。

本発明は、このような可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関において、制御軸の副軸受部へ潤滑油を供給する新規な潤滑構造を提供するものである。

すなわち、本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、機関本体に設けられたキャップ取付部と、主ベアリングキャップと、副ベアリングキャップと、を有している。上記キャップ取付部の下面と、主ベアリングキャップの上面からなる主合わせ面には、内燃機関のクランクシャフトを回転可能に支持する半円筒面状の主軸受部がそれぞれ形成される。また、上記主ベアリングキャップの下面と副ベアリングキャップの上面からなる副合わせ面には、上記制御軸を回転可能に支持する半円筒面状の副軸受部がそれぞれ形成される。上記副ベアリングキャップと主ベアリングキャップの双方をキャップ取付部に固定する固定ボルトは、上記副ベアリングキャップと主ベアリングキャップとをシリンダ軸方向に貫通して、上記キャップ取付部に螺合している。上記クランクシャフトの主軸受部には、オイルポンプ等により潤滑油が供給されている。

そして、上記主ベアリングキャップに、上記主軸受部と上記固定ボルトが貫通するボルト貫通孔とを繋ぐ第１油路と、このボルト貫通孔と上記副軸受部とを繋ぐ第２油路と、を形成し、上記第１油路，上記ボルト貫通孔及び上記第２油路を経由して、上記主軸受部に供給された潤滑油を上記副軸受部へ供給するように構成されている。

本発明によれば、主ベアリングキャップと副ベアリングキャップとを利用してクランクシャフトと制御軸の双方を機関本体側に回転可能に支持する構造とし、ベアリングキャップの共用化による構成の簡素化を図りつつ、主ベアリングキャップに主軸受部から副軸受部へ潤滑油を供給する油路として、第１油路，ボルト貫通孔及び第２油路を形成することによって、制御軸の副軸受部に潤滑油を供給することができる。また、ベアリングキャップを機関本体側へ固定するための固定ボルトが貫通するボルト貫通孔を油路として利用することにより、このボルト貫通孔に相当する油路を別途形成する必要がなく、油路構造の簡素化を図ることができる。

本発明の第１実施例に係る潤滑構造が適用された可変圧縮比内燃機関を示す構成図。 上記第１実施例のクランクシャフト及び制御軸の軸受部分の近傍を示す断面図。 上記第１実施例の主ベアリングキャップを単体で示す断面図。 本発明の第２実施例に係る潤滑構造が適用された主ベアリングキャップを単体で示す断面図。 比較例に係る潤滑構造が適用された主ベアリングキャップを単体で示す断面図。

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を参照して、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１０について説明する。なお、この機構１０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ために、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偏心軸部１５と、この偏心軸部１５とロアリンク１１（もしくはアッパリンク１２）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とはアッパリンク側連結ピン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とは制御リンク側連結ピン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、減速機（図示省略）を備えた連結機構２０を介して、この可変圧縮比機構１０のアクチュエータとしてのモータ１９が連結されている。このモータ１９により制御軸１４の回転位置（角度）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、制御部２１によりモータ１９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１９に限らず、油圧駆動式のアクチュエータであっても良い。

制御軸１４は、シリンダブロック１の下方に設けられて潤滑油を貯留するオイルパン６の内部に回転可能に支持されている。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の下面開口部を塞ぐようにオイルパンアッパ６Ａの下側に固定されるオイルパンロア６Ｂと、から構成されている。一方、モータ１９は機関本体の外部に配置されており、より詳しくは、機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６Ａの吸気側の側壁（以下、「オイルパン側壁」と呼ぶ）７に取り付けられるハウジング２２の機関後方側に取り付けられている。

上記の減速機は、モータ１９の出力軸の回転を減速して制御軸１４へ伝達するものであり、例えば波動歯車機構を利用した構造のものが用いられる。なお、減速機としては、このような波動歯車機構を利用した構造に限らず、サイクロ減速機等の他の形式の減速機を用いることもできる。

連結機構２０には、減速機の出力軸と一体的に構成された補助軸２３が設けられている。なお、減速機の出力軸と補助軸２３とを別体とし、両者が連動して回転するように連結する構成であっても良い。

この補助軸２３は、オイルパン側壁７に横付けされたハウジング２２内に回転可能に収容配置されており、オイルパン側壁７に沿って機関前後方向（つまり、制御軸１４と平行な方向）に延在している。潤滑用のオイルが飛散する機関本体の内部に配置される制御軸１４と、機関本体の外部に設けられる補助軸２３とは、オイルパン側壁７を貫通するレバー２４によって機械的に連結されており、両者１４，２３は連動して回転する。なお、オイルパン側壁７及びハウジング２２には、レバー２４が挿通するスリット２４Ａが貫通形成されており、このスリット２４Ａの周囲を塞ぐようにハウジング２２がオイルパン側壁７に液密に取り付けられている。

レバー２４の一端と、制御軸１４の中心より径方向外方へ延在する第１アーム部２５の先端とは、第１連結ピン２６を介して相対回転可能に連結されている。レバー２４の他端と、補助軸２３の中心より径方向外方へ延在する第２アーム部２７の先端とは、第２連結ピン２８を介して相対回転可能に連結されている。

このようなリンク構造によって、制御軸１４が回転すると、機関圧縮比が変化するとともに、第１アーム部２５，第２アーム部２７及びレバー２４の姿勢が変化することから、モータ１９から制御軸１４への回転動力伝達経路の減速比も変化することとなる。

図２を参照して、クランクシャフト４のメインジャーナル部４Ａと、制御軸１４のジャーナル部１４Ａとは、機関本体としてのシリンダブロック１に形成された薄板状のキャップ取付部３０に固定される主ベアリングキャップ３１及び副ベアリングキャップ３２を用いて、機関本体側に回転可能に支持されている。主ベアリングキャップ３１と副ベアリングキャップ３２とは、２本の固定ボルト３３（３３Ａ，３３Ｂ）を用いてキャップ取付部３０の下面側に共締め固定されている。

キャップ取付部３０の下面と、主ベアリングキャップ３１の上面とにより構成される主合わせ面３４には、半円筒面状の主軸受部３５が凹設されており、両主軸受部３５を合わせた円筒面状の空間に、クランクシャフト４のメインジャーナル部４Ａが回転可能に支持されている。同様に、主ベアリングキャップ３１の下面と、副ベアリングキャップ３２の上面と、により構成される副合わせ面３６には、半円筒面状の副軸受部３７が凹設されており、両副軸受部３７を合わせた円筒面状の空間に、制御軸１４のジャーナル部１４Ａが回転可能に支持されている。

そして、これら主軸受部３５と副軸受部３７のスラスト−反スラスト方向の両側に、２本の固定ボルト３３（３３Ａ，３３Ｂ）が配置されている。各固定ボルト３３は、基端側（図２の下端）にボルト頭部３８が形成されるとともに、ボルト軸部３９の先端側（図２の上側）の外周面に雄ねじ４０が形成されている。
主ベアリングキャップ３１には、シリンダ軸方向（図２の上下方向）に貫通するボルト貫通孔４１が貫通形成されるとともに、副ベアリングキャップ３２には、同じくシリンダ軸方向（図２の上下方向）に貫通するボルト貫通孔４２（４２Ａ，４２Ｂ）が貫通形成されている。また、キャップ取付部３０には、雌ねじ４４が内周面に形成されたシリンダ軸方向に延びるボルト螺合孔４３が形成されている。そして、対応する上記ボルト貫通孔４１，４２とボルト螺合孔４３とを同一線上に揃えた上で、固定ボルト３３を図２の下側よりボルト貫通孔４１，４２に挿通し、先端の雄ねじ４０をボルト螺合孔４３の雌ねじ４４に螺合させて締め付けることで、ボルト頭部３８とキャップ取付部３０との間に主ベアリングキャップ３１と副ベアリングキャップ３２とが共締め固定される。

ここで、ボルト締結時の作業性を考慮して、ボルト貫通孔４１，４２の直径は固定ボルト３３のボルト軸部３９の直径よりも大きく形成されており、両者の間には円筒状の間隙４５が確保されている。そして本実施例では、この円筒状の間隙４５を、後述する油路４８，４９の一部として利用している。従って本実施例では、ボルト貫通孔４２（４２Ｂ）が油路としても機能するように、ボルト貫通孔４２とボルト軸部３９との間の間隙４５が十分に大きく確保されている。

次に、本実施例の要部をなす潤滑構造について説明する。なお、以下の説明では、スラスト−反スラスト方向（図１の左右方向）に関して、クランクシャフト４の回転方向Ｒの上流側（図１の左側）を第１の方向ＤＡと呼び、クランク回転方向Ｒの下流側を第２の方向ＤＢと呼ぶ。また、必要に応じて、第１の方向ＤＡに位置する構成要素には、参照符号の後に「Ａ」を付記し、第２の方向ＤＢに位置する構成要素には参照符号の後に「Ｂ」を付記する。例えば、スラスト−反スラスト方向で軸受部３５，３７の両側に位置する２本の固定ボルト３３を区別する場合、第１の方向ＤＡに位置する固定ボルトを固定ボルト３３Ａと記し、第２の方向ＤＢに位置する固定ボルトを固定ボルト３３Ｂと記す。

［１］図２に示すように、クランクシャフト４には、その主軸中心部に軸方向に延びる軸方向油路４６が形成されるとともに、そのメインジャーナル部４Ａには、軸方向油路４６と交差しつつ径方向に貫通する径方向油路４７が形成されている。これらの軸方向油路４６及び径方向油路４７を経由して、図示せぬオイルポンプにより圧送された潤滑油が主軸受部３５へ供給され、この主軸受部３５を潤滑するように構成されている（潤滑油供給手段）。

そして本実施例では、主ベアリングキャップ３１に、主軸受部３５と固定ボルト３３が貫通するボルト貫通孔４１（４１Ａ）とを繋ぐ第１油路４８と、このボルト貫通孔４１（４１Ａ）と副軸受部３７とを繋ぐ第２油路４９と、を形成し、これらの第１油路４８，ボルト貫通孔４２及び第２油路４９を経由して、主軸受部３５に供給された潤滑油を副軸受部３７へ供給するように構成されている。

このように本実施例では、主ベアリングキャップ３１と副ベアリングキャップ３２とを利用してクランクシャフト４と制御軸１４の双方を機関本体側に回転可能に支持する構造とすることで、ベアリングキャップ３１，３２の共用化による構成の簡素化を図りつつ、主ベアリングキャップ３１を利用した簡素な油路構造で制御軸１４の副軸受部３７に潤滑油を供給することが可能となる。

しかも、ベアリングキャップ３１，３２を機関本体側へ固定する固定ボルト３３が貫通するボルト貫通孔４１（４１Ａ）を油路として利用することにより、このボルト貫通孔４１（４１Ａ）に相当する油路を別途形成する必要がなく、更に油路構造の簡素化を図ることができる。

図５は、比較例に係る潤滑構造が適用された主ベアリングキャップ３１Ａを示す断面図である。この比較例では、油路６０を経由してシリンダブロック側から副軸受部３７へ潤滑油を直接的に供給する構造となっており、油路６０の一端（上端）はシリンダブロックのキャップ取付部３０（図１参照）に固定される上面の主合わせ面３４に開口し、油路６０の他端（下端）は副軸受部３７に開口している。このような比較例の構造では、主合わせ面３４に油路６０の一端を開口させているために、キャップ幅が増大し、主ベアリングキャップ３１Ａの重量増加や大型化を招くとともに、キャップ幅の増大により主合わせ面３４の面圧が低下し、口開きやフレッティングを生じ易い。

これに対して本実施例では、比較例のようなシリンダブロック側から副軸受部３７へ直接的に潤滑油を引き込む油路（６０）を廃止することができるために、その分の加工コストが低減することに加え、主合わせ面３４に油路（６０）の一端を開口させる必要がないために、キャップ幅を短縮して、主ベアリングキャップ３１の軽量化・小型化が可能となり、かつ、キャップ幅の短縮により主合わせ面３４の面圧を向上し、口開きやフレッティングの発生を有効に抑制することができる。

なお、図示していないが、主，副ベアリングキャップ３１，３２のボルト貫通孔４１，４２の軸心を合わせるために、副合わせ面３６の近傍のボルト貫通孔４１，４２に円筒状のカラーを介装する場合には、このカラーにも第２油路４９が貫通形成される。

［２］図１を参照して、本実施例の可変圧縮比機構１０は、クランクシャフト４の主軸中心４Ｂに対して、ピストン３の中心３Ａが、第１の方向ＤＡにオフセットして配置されるとともに、制御軸１４の偏心軸部１５の中心１５Ａが、反対側の第２の方向ＤＢにオフセットして配置されている。この関係で、最大燃焼荷重を含めた大きな荷重が作用する際に、主ベアリングキャップ３１には、クランクシャフト４のメインジャーナル部４Ａより第２の方向ＤＢに傾斜した斜め下方の力Ｆ１が作用するとともに、制御軸１４のジャーナル部１４Ａより第１の方向ＤＡに傾斜した斜め上方の力Ｆ２が作用する。これらの力Ｆ１，Ｆ２の関係で、主ベアリングキャップ３１はクランク回転方向Ｒと同方向のモーメントを受ける形となり、合わせ面３４，３６では、第１の方向ＤＡで密着性が強くなり、第２の方向ＤＢで密着性が弱くなる。つまり、第１の方向ＤＡの側では、その密着性が向上することで、第２の方向ＤＢの側に比して、ボルト締結部での荷重負担が軽減され、耐久性や信頼性の上で余裕がある構造となっている。

そこで本実施例では、軸受部３５，３７のスラスト−反スラスト方向の両側に位置する２つのボルト貫通孔４１Ａ，４１Ｂのうち、密着性が高い第１の方向ＤＡに位置するボルト貫通孔４１Ａにのみ、第１油路４８及び第２油路４９を連通させている。このように、ボルト締結部の荷重負担が低い第１の方向ＤＡの側に第１油路４８及び第２油路４９を形成することで、第２の方向ＤＢの側に第１油路４８及び第２油路４９を形成する場合に比して、主に最大燃焼荷重等の大きな荷重に対する耐久性及び信頼性を向上することができる。

［３］図３は、主ベアリングキャップ３１をクランクシャフト軸方向に直交する面で切断した断面図を示している。第１油路４８は、主ベアリングキャップ３１の主合わせ面３４を構成する上面の軸方向中央部に断面半円弧状あるいはチャンネル形状に凹設された溝形状をなしている。このために、加工が容易であるとともに、後述する第２実施例のように第１油路を主ベアリングキャップ３１の内部に貫通形成する場合に比して、応力集中部位を少なくして、信頼性・耐久性を向上することができる。

［４］同様に、第２油路４９もまた、主ベアリングキャップ３１の副合わせ面３６を構成する下面の軸方向中央部に断面半円弧状あるいはチャンネル形状に凹設された溝形状をなしている。このために、加工が容易であるとともに、後述する第２実施例のように第２油路を主ベアリングキャップ３１の内部に貫通形成する場合に比して、応力集中部位を少なくして、信頼性・耐久性を向上することができる。

［５］図４は本発明の第２実施例に係る潤滑構造が適用された主ベアリングキャップ３１を示す断面図である。この第２実施例では、第１実施例とは逆に、第２の方向ＤＢに位置するボルト貫通孔４１Ｂにのみ、第１油路５０及び第２油路５１を連通させている。このように、密着性が低く発生応力の小さい第２の方向ＤＢの側に第１油路５０及び第２油路５１を形成することによって、第１実施例のように第１の方向ＤＡの側に第１油路及び第２油路を形成する場合に比して、主に応力集中による疲労破損に対する耐久性や信頼性を高めることができる。

［６］また、上記第１実施例では第１，第２油路４８，４９を合わせ面３４，３６に凹設していたが、この第２実施例では、第１油路５０と第２油路５１とを、合わせ面３４，３６ではなく、主ベアリングキャップ３１の内部を貫通する油孔として貫通形成している。具体的には、第１油路５０は、主軸受部３５からボルト貫通孔４１Ｂへ斜め下方に延びる直線状の油孔として貫通形成されており、同じく第２油路５１は、ボルト貫通孔４１Ｂから副軸受部３７へ斜め下方に延びる直線状の油路として形成されている。このように、第１，第２油路５０，５１を油孔として貫通形成することで、油路５０，５１及びその開口部の位置を任意に設定することができるために、レイアウトの自由度が高くなり、応力集中部位を避けて油路５０，５１を形成することで、耐久性・信頼性を向上することができるとともに、油路５０，５１の軸受部３５，３７に対する開口部の位置を適正化することによって、潤滑性の向上を図ることができる。

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、上記実施例では第１，第２油路を２つのボルト貫通孔のうちの一方に連通させているが、双方のボルト貫通孔に第１，第２油路を連通させるように構成しても良い。また、第１，第２油路のうちの一方を合わせ面に凹設し、他方を油孔として主ベアリングキャップの内部に貫通形成する構造としても良い。

３…ピストン
４…クランクシャフト
１０…可変圧縮比機構
１４…制御軸
３０…キャップ取付部
３１…主ベアリングキャップ
３２…副ベアリングキャップ
３３…固定ボルト
３４…主合わせ面
３５…主軸受部
３６…副合わせ面
３７…副軸受部
４１（４１Ａ，４１Ｂ）…ボルト貫通孔
４８，５０…第１油路
４９，５１…第２油路

Claims (6)

1. 制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
   機関本体に設けられたキャップ取付部と、
   主ベアリングキャップと、
   副ベアリングキャップと、を有し、
   上記キャップ取付部の下面と主ベアリングキャップの上面からなる主合わせ面に、内燃機関のクランクシャフトを回転可能に支持する半円筒面状の主軸受部がそれぞれ形成されるとともに、
   上記主ベアリングキャップの下面と副ベアリングキャップの上面からなる副合わせ面に、上記制御軸を回転可能に支持する半円筒面状の副軸受部がそれぞれ形成され、
   かつ、上記副ベアリングキャップと主ベアリングキャップとをシリンダ軸方向に貫通して、上記キャップ取付部に螺合することで、上記副ベアリングキャップと主ベアリングキャップの双方をキャップ取付部に固定する固定ボルトを有する可変圧縮比内燃機関の潤滑構造であって、
   上記主軸受部に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を有するとともに、
   上記主ベアリングキャップに、上記主軸受部と上記固定ボルトが貫通するボルト貫通孔とを繋ぐ第１油路と、このボルト貫通孔と上記副軸受部とを繋ぐ第２油路と、を形成し、
   上記第１油路，上記ボルト貫通孔及び上記第２油路を経由して、上記主軸受部に供給された潤滑油を上記副軸受部へ供給するように構成されていることを特徴とする可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
2. 上記可変圧縮比機構は、クランクシャフトに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、上記ロアリンク又はアッパリンクと上記制御軸に偏心して設けられた偏心軸部とを連結する制御リンクと、を有し、
   更に、上記可変圧縮比機構は、クランクシャフトの主軸中心に対して、ピストンの中心が、スラスト−反スラスト方向でクランクシャフトの回転方向の上流側となる第１の方向にオフセットして配置されるとともに、クランクシャフトの主軸中心に対して、上記制御軸の偏心軸部の中心が、スラスト−反スラスト方向でクランクシャフトの回転方向の下流側となる第２の方向にオフセットして配置され、
   上記主軸受部及び副軸受部のスラスト−反スラスト方向の両側に配置される２つの上記ボルト貫通孔のうち、上記第１の方向に位置するボルト貫通孔にのみ、上記第１油路及び上記第２油路を連通させてい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. 上記第１油路は、上記主ベアリングキャップの上面に凹設されてい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. 上記第２油路は、上記主ベアリングキャップの下面に凹設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。
5. 上記可変圧縮比機構は、クランクシャフトに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、上記ロアリンク又はアッパリンクと上記制御軸に偏心して設けられた偏心軸部とを連結する制御リンクと、を有し、
   更に、上記可変圧縮比機構は、クランクシャフトの主軸中心に対して、ピストンの中心が、スラスト−反スラスト方向でクランクシャフトの回転方向の上流側となる第１の方向にオフセットして配置されるとともに、クランクシャフトの主軸中心に対して、上記制御軸の偏心軸部の中心が、スラスト−反スラスト方向でクランクシャフトの回転方向の下流側となる第２の方向にオフセットして配置され、
   上記主軸受部及び副軸受部のスラスト−反スラスト方向の両側に配置される２つの上記ボルト貫通孔のうち、上記第２の方向に位置するボルト貫通孔にのみ、上記第１油路及び上記第２油路を連通させてい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。
6. 上記第１油路又は第２油路の少なくとも一方が、上記ベアリングキャップの内部に貫通形成されていることを特徴とする請求項１，２又は５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の潤滑構造。

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