JP6485174B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関する。

例えば、特許文献１には、可変圧縮比機構を備えた内燃機関が開示されている。

特許文献１に開示された可変圧縮比機構は、複リンク式のピストンクランク機構を利用したものであって、複数の第１軸受体によってシリンダブロック等の機関本体側に回転可能に支持されている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制御する構成となっている。そして、特許文献１の可変圧縮比機構は、制御軸の回転位置を変更するアクチュエータが機関本体の外部に配置されており、制御軸の径方向外側に張り出したアーム部に、機関本体の側壁を貫通するレバーを介してこのアクチュエータが連結されている。レバーは、アクチュエータによって、制御軸軸直角方向に往復動するものであり、このようなレバーの動きによって制御軸の回転位置が変化する。

特開２０１３−２４１８４６号公報

しかしながら、このような構成の可変圧縮比機構においては、レバーを介してアクチュエータからの荷重が制御軸に作用した際に、制御軸が変形して複数の第１軸受体に対して片当たりしてしまう虞がある。

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を備え、該可変圧縮比機構が、シリンダブロックと当該シリンダブロックの下面に取り付けられたオイルパンとによって画成されたクランク室内に配置されたものであって、上記コントロールシャフトの回転位置を変更及び保持するアクチュエータを有し、上記コントロールシャフトは、複数のコントロールシャフト軸受部によって回転可能に支持されているとともに、コントロールシャフト径方向に突出するアーム部を介して上記アクチュエータに連結され、上記複数のコントロールシャフト軸受部のうち上記アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部が、上記オイルパンに固定され、上記オイルパンは、シリンダブロックの下面に取り付けられるオイルパンアッパと、該オイルパンアッパの底面開口部に取り付けられるオイルパンロアと、を有し、上記アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部は、上記底面開口部を２分割するよう橋渡しされている上記オイルパンアッパの柱状壁に固定されていることを特徴としている。

本発明によれば、アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部の剛性が向上し、アーム部を介してコントロールシャフトにアクチュエータからの荷重が作用しても、アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部の剛性によりコントロールシャフトの変形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。 コントロールシャフト軸受部の概略構成を模式的に示した説明図。 コントロールシャフトとアクチュエータの相関関係を模式的に示した説明図。 オイルパンの斜視図。 オイルパンアッパの斜視図。 オイルパンと♯３コントロールシャフト軸受部の斜視図。 オイルパンと♯３コントロールシャフト軸受部の要部を拡大した斜視図。 アクチュエータからの荷重がコントロールシャフトに作用した際の挙動の一例を模式的に示した説明図。 本発明の他の実施例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と後述するオイルパンアッパ３２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。本実施例では、内燃機関が４気筒であり、シリンダブロック１４が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は、図３に示すように、気筒列方向一端側から順に、♯１メインベアリングキャップ２２ａ、♯２メインベアリングキャップ２２ｂ、♯３メインベアリングキャップ２２ｃ、♯４メインベアリングキャップ２２ｄ、♯５メインベアリングキャップ２２ｅとなっている。

これら♯１〜♯５メインベアリングキャップ２２ａ〜２２ｅは、気筒列方向に沿って延びる連結ビーム２６に図示せぬボルトで固定されている。つまり、♯１〜♯５メインベアリングキャップ２２ａ〜２２ｅは、連結ビーム２６によって一体に連結されている。各メインベアリングキャップ２２は、シリンダブロック下端の対応する各バルクヘッド２１に対して取り付けられる。

また、各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。サブベアリングキャップ２４は、図３に示すように、気筒列方向一端側から順に、♯１サブベアリングキャップ２４ａ、♯２サブベアリングキャップ２４ｂ、♯３サブベアリングキャップ２４ｃ、♯４サブベアリングキャップ２４ｄ、♯５サブベアリングキャップ２４ｅとなっている。

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。

本実施例の内燃機関は、コントロールシャフト軸受部２５として、♯１メインベアリングキャップ２２ａと♯１サブベアリングキャップ２４ａとからなる♯１コントロールシャフト軸受部２５ａと、♯２メインベアリングキャップ２２ｂと♯２サブベアリングキャップ２４ｂとからなる♯２コントロールシャフト軸受部２５ｂと、♯３メインベアリングキャップ２２ｃと♯３サブベアリングキャップ２４ｃとからなる♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃと、♯４メインベアリングキャップ２２ｄと♯４サブベアリングキャップ２４ｄとからなる♯４コントロールシャフト軸受部２５ｄと、♯５メインベアリングキャップ２２ｅと♯５サブベアリングキャップ２４ｅとからなる♯５コントロールシャフト軸受部２５ｅと、を有している。

コントロールシャフト６は、図２に示すように、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。本実施例のアーム部２７、２７は、気筒列方向で、第３気筒のコントロールリンク８と、第２気筒と第３気筒との間に位置する♯３メインベアリングキャップ２２ｃと、の間に位置している。

アーム部２７、２７には、後述するオイルパン３１の側壁を貫通する細長いリンク部材２８の一端が挟み込まれる。このリンク部材２８の一端は、連結ピン２９を介してアーム部２７、２７に回転可能に連結されている。

リンク部材２８は、図４に示すように、アクチュエータ３０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、アクチュエータ３０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。

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。

図５〜図７は、シリンダブロック１４の下面に取り付けられるオイルパン３１の概略構成を示す斜視図である。

オイルパン３１は、シリンダブロック１４の下面に取り付けられるオイルパンアッパ３２と、オイルパンアッパ３２に取り付けられるオイルパンロア３３と、から大略構成されている。

オイルパンアッパ３２は、気筒列方向の一端側に底面開口部３４を有している。底面開口部３４は、細長い柱状壁３５によって２分割されている。柱状壁３５は、気筒列方向に対して直交する内燃機関幅方向に沿って底面開口部３４を２分割するよう橋渡しされたものであって、長手方向の中央部分の上面に凹部３６が形成されている。凹部３６は、柱状壁３５の気筒列方向の一端側に位置している。そのため、柱状壁３５は、凹部３６によって、その中央部分が気筒列方向に沿って階段状となるように形成されている。

オイルパンロア３３は、この底面開口部３４のフランジ３７に取り付けられている。フランジ３７は、底面開口部３４による開口の全周に亙って連続するものである。オイルパンロア３３によって、オイルパン３１の気筒列方向の一端側に、オイルパン３１の気筒列方向の他端側に比べて深底となる深底部が形成される。

なお、図５、図６中の符号３８は、上述したリンク部材２８が貫通するオイルパン側壁の貫通穴である。

ここで、本実施例においては、図７及び図８に示すように、サブベアリングキャップ２４のうち、コントロールシャフト６のアーム部２７、２７に最も近接するものがオイルパン３１に固定されている。すなわち、５つのサブベアリングキャップ２４のうちの♯３サブベアリングキャップ２４ｃがオイルパンアッパ３２の柱状壁３５に固定されている。

♯３サブベアリングキャップ２４ｃは、コントロールシャフト６の軸受部分の両側に一対のボス部３９、３９を有している。一対のボス部３９、３９は、その先端（下端）が凹部３６の両側で柱状壁３５の上面に接するように形成される。

♯３サブベアリングキャップ２４ｃは、♯３サブベアリングキャップ２４ｃを♯３メインベアリングキャップ２２ｃに固定するボルト（図示せず）を利用して、柱状壁３５に固定される。すなわち、柱状壁３５をオイルパンロア側から貫通するとともに、ボス部３９、３９の位置で♯３サブベアリングキャップ２４ｃをそれぞれ貫通する一対のボルト（図示せず）によって、♯３サブベアリングキャップ２４ｃは、柱状壁３５と♯３メインベアリングキャップ２２ｃとの双方に対して固定される。

また、柱状壁３５に固定される♯３サブベアリングキャップ２４の下端と、柱状壁３５との間には、隙間４０が設定されている。

可変圧縮比機構１において、コントロールシャフト６には、アクチュエータ３０の駆動やアクチュエータ３０の振動に起因する荷重が、リンク部材２８を介して作用する。そのため、このような荷重により、コントロールシャフト６がリンク部材２８に連結されたアーム部２７、２７の位置で変形し、コントロールシャフト６を回転可能に支持するコントロールシャフト軸受部２５や、コントロールシャフト６とコントロールリンク８との連結部分において、片当たりが発生する虞がある。

例えば、アクチュエータ３０からの荷重によりコントロールシャフト６が、リンク部材２８によってアクチュエータ側に引っ張られ、それにともない♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃがアクチュエータ側に倒れ込むと、図９に示すように、コントロールシャフト６と♯３気筒のコントロールリンク８との連結部分や、♯４メインベアリングキャップ２２と♯４サブベアリングキャップ２４とを主体とする♯４コントロールシャフト軸受部２５ｄにおいてコントロールシャフト６が片当たりする虞がある。

なお、コントロールシャフト６がアーム部２７の位置で変形すれば、♯１コントロールシャフト軸受部２５ａ、♯２コントロールシャフト軸受部２５ｂ及び♯５コントロールシャフト軸受部２５ｅにおいても、コントロールシャフト６が片当たりする虞がある。♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃは、アーム部２７に隣接しているため、コントロールシャフト６と同程度アクチュエータ側への倒れ込むことになり、コントロールシャフト６の片当たりは大きな問題とはならない。

しかしながら、上述した本実施例の内燃機関においては、アーム部２７、２７に近接する♯３サブベアリングキャップ２４ｃがオイルパンアッパ３２の柱状壁３５に固定されている。

これによって、アーム部２７、２７に近接する♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの剛性が向上し、アーム部２７、２７を介してコントロールシャフト６にアクチュエータ３０からの荷重が作用しても、アーム部２７、２７に近接する♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの剛性によりコントロールシャフト６の変形を抑制することができる。そのため、全体として、コントロールシャフト軸受部２５やコントロールシャフト６とコントロールリンク８との連結部分におけるコントロールシャフト６の片当たりが抑制され、コントロールシャフト軸受部２５やコントロールシャフト６とコントロールリンク８との連結部分における焼き付きを防止することができる。

また、柱状壁３５によって、底面開口部３４の剛性が向上し、総じてオイルパンアッパ３２の剛性が向上することになるため、柱状壁３５に固定される♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの剛性も高くなる。

柱状壁３５には、凹部３６が形成されているので、柱状壁の軽量化を図りつつ、柱状壁の剛性を相対的に向上させることができる。

♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃは、柱状壁３５に固定されるものの両者間に隙間４０が設定されているので、この隙間４０をオイルが通流可能となる。そのため、この隙間４０によりオイルパン３１内をオイルが気筒列方向に沿って流れやすくすることができる。

凹部３６が柱状壁３５上面の気筒列方向一端側に形成され、柱状壁３５は、気筒列方向に沿って階段状に形成されている。そのため、オイルが♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの下端と柱状壁３５との間の隙間４０を、上記深底部が形成されるオイルパン３１の気筒列方向一端側に向かって流れやすくなる。

なお、上述した実施例においては、コントロールシャフト軸受部２５のうちアーム部２７、２７に最も近い♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの♯３サブベアリングキャップ２４ｃをオイルパン３１に固定しているが、♯３サブベアリングキャップ２４ｃに替えて♯３メインベアリングキャップ２２ｃをオイルパン３１に固定するようにしてもよい。具体的には、例えば、図１０に示すように、連結ビーム２６を介して♯３メインベアリングキャップ２２ｃをオイルパン３１に対してボルト４１で固定するようにしてもよい。

また、本発明は、深底部がなく柱状壁３５を具備しないようなオイルパンを有する内燃機関にも適用可能である。この場合にも、アーム部２７、２７に最も近い♯３コントロールシャフト軸受部２５をオイルパンに固定することは可能であるため、上述した実施例同様に、♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの剛性が向上する。そのため、アーム部２７、２７を介してコントロールシャフト６にアクチュエータ３０からの荷重が作用しても、アーム部２７、２７に近接する♯３コントロールシャフト軸受部２５ｃの剛性によりコントロールシャフト６の変形を抑制することができる。

１…可変圧縮比機構
６…コントロールシャフト
１４…シリンダブロック
２２…メインベアリングキャップ
２４…サブベアリングキャップ
２５…コントロールシャフト軸受部
２７…アーム部
３０…アクチュエータ
３１…オイルパン
３２…オイルパンアッパ
３３…オイルパンロア
３４…底面開口部
３５…柱状壁
３６…凹部
３９…ボス部
４０…隙間

Claims (6)

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を備え、該可変圧縮比機構が、シリンダブロックと当該シリンダブロックの下面に取り付けられたオイルパンとによって画成されたクランク室内に配置された内燃機関において、
   上記コントロールシャフトの回転位置を変更及び保持するアクチュエータを有し、
   上記コントロールシャフトは、複数のコントロールシャフト軸受部によって回転可能に支持されているとともに、コントロールシャフト径方向に突出するアーム部を介して上記アクチュエータに連結され、
   上記複数のコントロールシャフト軸受部のうち上記アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部が、上記オイルパンに固定され、
   上記オイルパンは、シリンダブロックの下面に取り付けられるオイルパンアッパと、該オイルパンアッパの底面開口部に取り付けられるオイルパンロアと、を有し、
   上記アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部は、上記底面開口部を２分割するよう橋渡しされている上記オイルパンアッパの柱状壁に固定されていることを特徴とする内燃機関。
2. 上記柱状壁には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 上記アーム部に近接するコントロールシャフト軸受部の下端と上記柱状壁との間には隙間が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 上記底面開口部は、上記オイルパンアッパの気筒列方向一端側に形成され、
   上記オイルパンは、気筒列方向の一端側に上記オイルパンロアによって深底部が形成され、
   上記凹部は、上記柱状壁の上面側の上記深底部が位置する側に形成され、
   上記柱状壁は、上記凹部によって気筒列方向に沿って階段状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
5. 上記シリンダブロックの下部は、気筒間及び気筒列方向の両端に位置する複数のバルクヘッドによって気筒毎に仕切られ、
   上記バルクヘッドの下端と、メインベアリングキャップとによってクランクシャフトが回転可能に支持され、
   上記コントロールシャフト軸受部は、上記メインベアリングキャップと、当該メインベアリングキャップの下端に固定されるサブベアリングキャップと、を備え、
   上記複数のコントロールシャフト軸受部のうち上記アーム部に近接するもののサブベアリングキャップが、上記オイルパンに固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 上記シリンダブロックの下部は、気筒間及び気筒列方向の両端に位置する複数のバルクヘッドによって気筒毎に仕切られ、
   上記バルクヘッドの下端と、メインベアリングキャップとによってクランクシャフトが回転可能に支持され、
   上記コントロールシャフト軸受部は、上記メインベアリングキャップと、当該メインベアリングキャップの下端に固定されるサブベアリングキャップと、を備え、
   上記複数のコントロールシャフト軸受部のうち上記アーム部に近接するもののメインベアリングキャップが、複数のメインベアリングキャップを連結する気筒列方向に沿った連結ビームを介して上記オイルパンに固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。

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