JP6380655B2 - 内燃機関 - Google Patents

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Description

本発明は、コントロールシャフトの回転位置に応じて圧縮比を変化させることが可能な可変圧縮比機構を有する内燃機関に関する。
特許文献１には、制御軸の回転位置に応じて内燃機関の燃焼室容積を変更して圧縮比を可変する圧縮比可変装置において、制御軸に固定された制御軸側ストッパ部材が、シリンダブロックに固定された本体側ストッパ部材に突き当てられることによって、制御軸の回転が規制される構成が開示されている。
例えば、上記本体側ストッパ部材のストッパ面を上記制御軸側ストッパ部材のストッパ面に突き当てることで制御軸の回転を規制するような構成では、制御軸側ストッパ部材及び本体側ストッパ部材の形状等のばらつきによって、制御軸側ストッパ部材の本体側ストッパ部材に突き当たる位置が変化する。
ここで、本体側ストッパ部材に制御軸側ストッパ部材が突き当てられた際に双方に生じる荷重は、制御軸の回転トルクが一定であれば、制御軸軸方向視で、制御軸の回転中心からの距離が近い位置で突き当てられるほど大きくなる。
つまり、本体側ストッパ部材及び制御軸側ストッパ部材の形状等のばらつきによっては、制御軸軸方向視で制御軸の回転中心からの距離が相対的に近い位置で本体側ストッパ部材に制御軸側ストッパ部材が片当たりしてしまい、本体側ストッパ部材と制御軸側ストッパ部材の双方に生じる荷重が相対的に大きくなってしまう虞がある。
特開２００６−２２６１３３号公報
本発明の内燃機関は、コントロールシャフトの回転位置に応じて内燃機関の圧縮比を連続的に変化させることが可能な可変圧縮比機構と、上記コントロールシャフトの回転を規制する本体側ストッパと、を有するものであって、上記コントロールシャフトは、上記本体側ストッパと突き当たるコントロールシャフト側ストッパを備え、上記コントロールシャフト側ストッパは、上記本体側ストッパに突き当てられるコントロールシャフト側ストッパ面を有し、上記本体側ストッパは、上記コントロールシャフト側ストッパに突き当てられる本体側ストッパ面を有し、上記コントロールシャフト側ストッパが上記本体側ストッパに突き当てられる際に、上記本体側ストッパ面と上記コントロールシャフト側ストッパ面との間の距離は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心側が長くなるよう設定されている。
本発明によれば、本体側ストッパ面及び制御側ストッパ面の双方に形状等のばらつきがあったとしても、本体側ストッパ面にコントロールシャフト側ストッパ面が突き当てられる際に、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心からの距離が相対的に近い位置でコントロールシャフト側ストッパ面が本体側ストッパ面に片当たりしてしまうことを回避することができる。そのため、本体側ストッパ部にコントロールシャフト側ストッパ部が突き当てられた際に本体側ストッパ部及びコントロールシャフト側ストッパ部の双方に生じる荷重が相対的に大きくなってしまうことを抑制することができる。
本発明に係る内燃機関が備える可変圧縮比機構の概略構成を模式的に示した説明図。 クランクシャフト及びコントロールシャフトの軸受部分の概略を模式的に示した説明図。 オイルパンとコントロールシャフトの軸受部分の斜視図。 本体側ストッパが設けられたメインベアリングキャップの正面図。 コントロールシャフトの正面図。 本体側ストッパとコントロールシャフト側ストッパの突き当たり方を模式的に示した説明図であって、（ａ）はコントロールシャフト回転中心に近い位置で片当たりする場合を示し、（ｂ）は面接触する場合を示し、（ｃ）はコントロールシャフト回転中心から遠い位置で片当たりする場合を示す。 本体側ストッパ面とコントロールシャフト側ストッパ面の設定を模式的に示した説明図。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関が備える可変圧縮比機構１の概略構成を模式的に示した説明図である。
可変圧縮比機構１は、複リンク式ピストンクランク機構であって、ピストン２の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更するものである。
この可変圧縮比機構１は、クランクピン３に回転可能に取り付けられたロアリンク４と、このロアリンク４とピストン２とを連結するアッパリンク５と、偏心軸部７が設けられたコントロールシャフト６と、偏心軸部７とロアリンク４とを連結するコントロールリンク８と、を有している。
クランクシャフト９は、複数のジャーナル部１０及びクランクピン３を備えている。クランクピン３は、ジャーナル部１０から所定量偏心しており、ここにロアリンク４が回転可能に取り付けられている。
アッパリンク５は、一端がピストンピン１１を介してピストン２に回転可能に連結され、他端が第１連結ピン１２を介してロアリンク４の一端部に回転可能に連結されている。
コントロールリンク８は、一端が第２連結ピン１３を介してロアリンク４の他端部に回転可能に連結され、他端が偏心軸部７に回転可能に連結されている。
なお、図１中の符号１４はシリンダブロック、図１中の符号１５は、ピストン２が往復動するシリンダである。
図２は、クランクシャフト９及びコントロールシャフト６の軸受部分の概略を模式的に示した説明図である。なお、この図２においては、シリンダブロック１４の上部が省略されている。
可変圧縮比機構１は、シリンダブロック１４のスカート部２０と図３に示すオイルパン３１とによって構成されるクランクケース内に収容される。
シリンダブロック１４の下部は、気筒間及び気筒列方向の両端に位置するバルクヘッド２１によって仕切られている。例えば、内燃機関が４気筒であれば、シリンダブロック１４は５つのバルクヘッド２１を有している。
そして、このバルクヘッド２１とメインベアリングキャップ２２とで構成されるクランクシャフト軸受部によって、クランクシャフト９のジャーナル部１０が回転可能に支持されている。つまり、クランクシャフト９は、各気筒のクランクピン３の気筒列方向両側が、バルクヘッド２１とメインベアリングキャップ２２とによって、回転可能に支持されている。
メインベアリングキャップ２２のうち後述するストッパ部材３７に隣接するメインベアリングキャップ２２のストッパ部材３７が位置する側の側面には、図２〜図４に示すように、本体側ストッパとしての本体高圧縮比側ストッパ部３５及び本体低圧縮比側ストッパ部３６が突出形成されている。本体高圧縮比側ストッパ部３５と本体低圧縮比側ストッパ部３６は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト６の両側に互いに離間して位置するよう形成される。
メインベアリングキャップ２２の下部には、サブベアリングキャップ２４がボルト（図示せず）で固定されている。
コントロールシャフト６は、メインベアリングキャップ２２とサブベアリングキャップ２４とで構成されるコントロールシャフト軸受部２５に回転可能に支持されている。
コントロールシャフト６は、軸方向の所定位置に、コントロールシャフト径方向の外側に突出する一対のアーム部２７、２７を有している。また、コントロールシャフト６の軸方向所定位置には、図５に示すように、コントロールシャフト側ストッパとしてのストッパ部材３７が固定されている。
アーム部２７、２７には、連結ピン２９を介して、細長いリンク部材２８の一端が回転可能に連結されている。
リンク部材２８は、オイルパン３１の外側に位置する図外のアクチュエータと連結されており、クランクシャフト軸直角方向に沿って往復動する。コントロールシャフト６は、リンク部材２８の往復動がアーム部２７、２７を介して伝達されることで回転する。なお、上記アクチュエータは、例えば、電動モータであっても油圧駆動式のアクチュエータであってもよい。
ストッパ部材３７は、メインベアリングキャップ２２に形成された本体高圧縮比側ストッパ部３５または本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられることで、コントロールシャフト６の回転を規制するものである。
ストッパ部材３７は、略扇形状を呈し、本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられコントロールシャフト６の高圧縮比側への回転を規制するコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８と、本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられコントロールシャフト６の低圧縮比側への回転を規制するコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９と、を有している。コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８とコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９とは、コントロールシャフト周方向で互いに離間した位置に形成されている。
コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８には、本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられるコントロールシャフト側ストッパ面としてのコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が形成されている。
また、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８は、本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられる部分のコントロールシャフト径方向に沿った肉厚が相対的に厚くなるように形成されており、コントロールシャフト軸方向視で全体が略三角形状に突出している。
コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９には、本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられるコントロールシャフト側ストッパ面としてのコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１が形成されている。
また、コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９は、本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられる部分のコントロールシャフト径方向に沿った肉厚が相対的に厚くなるように形成されており、コントロールシャフト軸方向視で全体が略三角形状に突出している。
本体高圧縮比側ストッパ部３５と本体低圧縮比側ストッパ部３６は、コントロールシャフト６の両側に互いに離間して形成されている。
本体高圧縮比側ストッパ部３５は、ストッパ部材３７のコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が突き当てられる本体側ストッパ面としての本体高圧縮比側ストッパ面４２を有している。
また、本体高圧縮比側ストッパ部３５は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８が突き当てられる部分の肉厚が相対的に厚くなるように形成されている。換言すると、本体高圧縮比側ストッパ部３５は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が遠くなるほど肉厚が相対的に厚くなるように形成されている。
本体低圧縮比側ストッパ部３６は、ストッパ部材３７のコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１が突き当てられる本体側ストッパ面としての本体低圧縮比側ストッパ面４３を有している。
この可変圧縮比機構１においては、コントロールシャフト６が回転すると、偏心軸部７の中心位置が変化し、コントロールリンク８の他端の揺動支持位置が変化する。そして、コントロールリンク８の揺動支持位置が変化すると、シリンダ１５内のピストン２の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン２の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。
また、本体高圧縮比側ストッパ部３５にストッパ部材３７のコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８を突き当てることで、コントロールシャフト６の高圧縮比側の基準位置を学習することが可能となっている。さらに、本体低圧縮比側ストッパ部３６にストッパ部材３７のコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９を突き当てることで、コントロールシャフト６の低圧縮比側の基準位置を学習することが可能となっている。
本体高圧縮比側ストッパ部３５に形成された本体高圧縮比側ストッパ面４２にストッパ部材３７のコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０を突き当てたり、本体低圧縮比側ストッパ部３６に形成された本体低圧縮比側ストッパ面４３にストッパ部材３７のコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１を突き当てたりすることで、コントロールシャフト６の回転を規制する構成では、各ストッパ面４０、４１、４２、４３の形状等のばらつきによって、コントロールシャフト側ストッパ面４０、４１が突き当てられる本体側ストッパ面４２、４３の位置が変化することになる。
本体高圧縮比側ストッパ面４２にコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が突き当てられた際に、本体高圧縮比側ストッパ部３５及びストッパ部材３７の双方に生じる荷重は、コントロールシャフト６の回転トルクが一定であれば、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が近い位置で突き当てられるほど大きくなる。
また、本体低圧縮比側ストッパ面４３にコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１が突き当てられた際に、本体低圧縮比側ストッパ部３６及びストッパ部材３７の双方に生じる荷重は、コントロールシャフト６の回転トルクが一定であれば、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が近い位置で突き当てられるほど大きくなる。
例えば、図６に示すように、本体高圧縮比側ストッパ面４２に、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が突き当てられる際、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に近い位置でコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が本体高圧縮比側ストッパ面４２に片当たりするような場合（図６ａ）、本体高圧縮比側ストッパ面４２とコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０とが片当たりすることなく面接触する場合（図６ｂ）や、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に遠い位置でコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が本体高圧縮比側ストッパ面４２に片当たりするような場合（図６ｃ）に比べてトルクの腕の長さが短くなるため、コントロールシャフト６の回転トルク一定であれば、突き当てられた際に本体高圧縮比側ストッパ部３５及びストッパ部材３７の双方に生じる荷重が相対的に大きくなる。
なお、本体高圧縮比側ストッパ面４２とコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０とが片当たりすることなく面接触する場合、コントロールシャフト回転中心Ｃから両者の接触位置までの距離は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に近い位置でコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が本体高圧縮比側ストッパ面４２に片当たりするような場合よりも相対的に長くなるとみなすことができ、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に遠い位置でコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が本体高圧縮比側ストッパ面４２に片当たりするような場合よりも相対的に短くなるとみなすことができる。
そこで、本実施例においては、図７に示すように。コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８が本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられる際に、コントロールシャフト軸方向視で、互いに対向する本体高圧縮比側ストッパ面４２とコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０との間の距離が、コントロールシャフト回転中心Ｃ側ほど相対的に長くなるように設定する。同様に、コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９が本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられる際に、コントロールシャフト軸方向視で、互いに対向する本体低圧縮比側ストッパ面４３とコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１との間の距離が、コントロールシャフト回転中心Ｃ側ほど相対的に長くなるように設定する。
換言すると、ストッパ部材３７が本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられる際に、コントロールシャフト軸方向視で、本体高圧縮比側ストッパ面４２に対してコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０がコントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が遠い側で片当たりするように設定されている。また、ストッパ部材３７が本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられる際に、コントロールシャフト軸方向視で、本体低圧縮比側ストッパ面４３に対してコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１がコントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が遠い側で片当たりするように設定されている。
これによって、本体高圧縮比側ストッパ面４２及びコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０の双方に形状等のばらつきがあったとしても、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に近い位置でコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ面４０が本体高圧縮比側ストッパ面４２に片当たりしてしまうことを回避することができ、本体高圧縮比側ストッパ部３５及びストッパ部材３７の双方に生じる荷重が相対的に大きくなってしまうことを抑制することができる。また、本体低圧縮比側ストッパ面４３及びコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１の双方に形状等のばらつきがあったとしても、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が相対的に近い位置でコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ面４１が本体低圧縮比側ストッパ面４３に片当たりしてしまうことを回避することができ、本体低圧縮比側ストッパ部３６及びストッパ部材３７の双方に生じる荷重が相対的に大きくなってしまうことを抑制することができる。
コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８とコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９とが、コントロールシャフト周方向で互いに離間して形成されているので、必要な位置に必要最小限の大きさのコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８とコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９を設定することができる。すなわち、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８とコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９とが１つのストッパ部として突出形成される構成に比べてストッパ部材３７を小型化でき、ストッパ部材３７の全体を軽量化することができる。
コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８は、本体高圧縮比側ストッパ部３５に突き当てられる部分のコントロールシャフト径方向に沿った肉厚が相対的に厚くなるように形成されている。そのため、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８は、コントロールシャフト径方向に沿った肉厚を必要最低限の厚さに設定して要求される強度を確保することができる。
コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９は、本体低圧縮比側ストッパ部３６に突き当てられる部分のコントロールシャフト径方向に沿った肉厚が相対的に厚くなるように形成されている。そのため、コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９は、コントロールシャフト径方向に沿った肉厚を必要最低限の厚さに設定して要求される強度を確保することができる。
本体高圧縮比側ストッパ部３５は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８が突き当てられた際に接触する部分の肉厚が相対的に厚くなるように形成されている。そのため、本体高圧縮比側ストッパ部３５は、コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部３８が突き当てられた際の強度を向上させることができる。
なお、本体低圧縮比側ストッパ部３６についても、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部３９が突き当てられる部分の肉厚が相対的に厚くなるように形成してもよい。すなわち、本体低圧縮比側ストッパ部３６についても、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心Ｃからの距離が遠くなるほど肉厚が相対的に厚くなるように形成してもよい。
また、上述した実施例では、高圧縮比側と低圧縮比側の双方で、突き当てられる際のストッパ面間の距離が、コントロールシャフト回転中心Ｃ側ほど相対的に長くなるように設定されているが、どちらか一方のみ、突き当てられる際のストッパ面間の距離が、コントロールシャフト回転中心Ｃ側ほど相対的に長くなるように設定するようにしてもよい。
例えば、コントロールシャフト６の基準位置学習の頻度が高い側のみや、コントロールシャフト６を回転させる上記アクチュエータが故障して圧縮比が維持できない場合に筒内圧荷重をうける低圧縮比側のみを、コントロールシャフト軸方向視で、突き当てられる際のストッパ面間の距離がコントロールシャフト回転中心Ｃ側ほど相対的に長くなるように設定するようにしてもよい。
上述した実施例においては、コントロールシャフト６に別部材のストッパ部材３７を固定した構成となっているが、鍛造したコントロールシャフト６に対して、コントロールシャフト側ストッパを機械加工してもよい。

Claims (4)

  1. コントロールシャフトの回転位置に応じて内燃機関の圧縮比を連続的に変化させることが可能な可変圧縮比機構と、上記コントロールシャフトの回転を規制する本体側ストッパと、を有する内燃機関において、
    上記コントロールシャフトは、上記本体側ストッパと突き当たるコントロールシャフト側ストッパを備え、
    上記コントロールシャフト側ストッパは、上記本体側ストッパに突き当てられるコントロールシャフト側ストッパ面を有し、
    上記本体側ストッパは、上記コントロールシャフト側ストッパに突き当てられる本体側ストッパ面を有し、
    上記コントロールシャフト側ストッパが上記本体側ストッパに突き当てられる際に、上記本体側ストッパ面と上記コントロールシャフト側ストッパ面との間の距離は、コントロールシャフト軸方向視で、コントロールシャフト回転中心側ほど相対的に長くなるように設定されている内燃機関。
  2. 上記コントロールシャフト側ストッパは、上記コントロールシャフトの高圧縮比側への変位を規制するコントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部と、上記コントロールシャフトの低圧縮比側への変位を規制するコントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部と、を有し、
    上記コントロールシャフト高圧縮比側ストッパ部と上記コントロールシャフト低圧縮比側ストッパ部とは、上記コントロールシャフトの周方向に互いに離間して形成されている請求項１に記載の内燃機関。
  3. 上記コントロールシャフト側ストッパは、上記本体側ストッパに突き当てられる部分のコントロールシャフト径方向に沿った肉厚が相対的に厚くなるように形成されている請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 上記本体側ストッパは、上記コントロールシャフト回転中心からの距離が遠いほど肉厚が相対的に厚くなるように形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
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