JP6672997B2 - 可変圧縮比機構を備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関し、特に、潤滑性能の改良に関する。

内燃機関の機関圧縮比を変更可能なデバイスとして、特許文献１等に開示されているように、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が知られている。この可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、制御シャフトに偏心して設けられた偏心軸部とロアーリンクとを連結する制御リンクと、を有し、モータ等のアクチュエータにより制御シャフトの回転位置を変更することで、ピストン上死点位置及び下死点位置の変化を伴って機関圧縮比を変更可能である。

特開２００４−１１６４３４号公報

制御シャフトは、クランクシャフトと同様、ベアリングキャップ等のシャフト支持部によって機関本体としてのシリンダブロック側に回転可能に支持されている。従って、クランクシャフトのメインジャーナル部と同様に、制御シャフトのジャーナル部の軸受部分も潤滑を行なう必要がある。このため、潤滑油の供給経路が増加し、オイルポンプ容量の増大やエンジンフリクションの悪化等が懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、制御シャフトのジャーナル部が回転可能に嵌合する軸受面の潤滑性能を確保し得る新規な潤滑構造を提供することを目的としている。

制御シャフトが回転可能に嵌合する軸受面が形成されたシャフト軸受部を有するとともに、一端が上記軸受面に開口し、他端が当該シャフト支持部の端面に開口する油通路が形成されている。

機関運転中、制御シャフトには、アッパーリンク，ロアーリンク及び制御リンクを介して、ピストン側から燃焼圧力に起因する回転方向の荷重が繰り返し作用することから、制御シャフトは所定の角度範囲内を不可避的に回転する回転運動を行なう。

従って、本発明のようにシャフト支持部の軸受面と端面とを繋ぐ油通路を設けることで、制御シャフトの回転動作に伴うポンプ作用によって、オイルパン内に貯留する潤滑油が油通路に吸引され、この油通路を経由して軸受面に潤滑油を供給して、制御シャフトが回転可能に嵌合するシャフト支持部の軸受面を潤滑することができる。

このようにオイルポンプを用いた強制的な潤滑油の送給を行なう必要がないことから、オイルポンプの容量を縮小することができ、かつ、シャフト支持部に設けた油通路を通して最短の経路でオイルパンから軸受面に潤滑油を供給することができるために、潤滑油の供給経路が簡素化され、ひいてはエンジンフリクションを低減することができる。

本発明によれば、制御シャフトの回転運動を利用して、オイルパン内の潤滑油を、シャフト支持部に設けた油通路を経由してシャフト支持部の軸受面に供給することができる。従って、制御シャフトの潤滑性能を確保しつつ、オイルポンプの容量縮小、潤滑油の供給経路の簡素化、及びエンジンフリクションの低減を図ることができる。

本発明の第１実施例に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関を簡略的に示す断面図。 制御リンク及び制御シャフトを示す斜視図。 同じく制御リンク及び制御シャフトを示す分解斜視図。 クランクシャフト及び制御シャフトの支持構造を示す断面図。 上記第１実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。 本発明の第２実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。 本発明の第３実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。 本発明の第４実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。 本発明の第５実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。 本発明の第６実施例に係る制御シャフトのジャーナル部の支持構造を示す断面図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。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。

この可変圧縮比機構１０は、内燃機関のクランクシャフト１１のクランクピン１１Ａに回転可能に取り付けられるロアーリンク１２と、ピストン１３とロアーリンク１２とを連結するアッパーリンク１４と、ロアーリンク１２に一端が回転可能に取り付けられる制御リンク１５と、を有している。ピストン１３とアッパーリンク１４とは、両者を挿通するピストンピン１６により回転可能に連結され、アッパーリンク１４とロアーリンク１２とは、両者を挿通する連結ピン１７により回転可能に連結され、制御リンク１５とロアーリンク１２とは、両者を挿通する制御ピン１８により回転可能に連結されている。

上記のピストン１３はシリンダブロック１９のシリンダ２０に昇降可能に配設され、シリンダ２０内をシリンダ軸方向に摺動する。また、シリンダブロック１９には、クランクシャフト１１と平行に制御シャフト２１が回転可能に支持されている。この制御シャフト２１には、その回転中心から偏心した偏心軸部２１Ａが設けられており、この偏心軸部２１Ａに、上記のロアーリンク１２の他端が回転可能に取り付けられている。

可変圧縮比アクチュエータとしての駆動モータ２６により制御シャフト２１の回転位置を変更することによって、制御リンク１５によるロアーリンク１２の拘束条件が変化して、ピストン１３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が変化する。従って、図示せぬ制御部により駆動モータ２６の動作を制御することにより、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。

シリンダブロック１９には、シリンダ２０の下端部の近傍に、オイルジェット２２が設けられている。このオイルジェット２２は、シリンダブロック１９の内部に形成された潤滑油通路であるメインギャラリ２３から供給される潤滑油を、ピストン１３の冠面の裏面側へ向けて噴射供給することで、ピストン１３の冷却を行なうもので、機関回転数が約２０００ｒｐｍ以上であれば内蔵された弁が開弁して潤滑油を常時噴射するように構成されている。このオイルジェット２２の噴射ノズル２４は、ピストン１３のスカート部１３Ａと干渉することのないように、オイルジェット本体から側方へ延びてから上方へ延びる形状となっている。

次に、図２〜図５を参照して、本発明の第１実施例の要部をなす制御シャフト２１近傍の潤滑構造について説明する。なお、本明細書における「上下」は、基本的に車載姿勢での鉛直方向に沿うものである。

図２及び図３を参照して、制御リンク１５は、制御ピン１８が回転可能に嵌合する円筒状の小端部１５Ａと、制御シャフト２１の偏心軸部２１Ａが回転可能に嵌合する円筒状の大端部１５Ｂと、これら小端部１５Ａと大端部１５Ｂとを繋ぐロッド部１５Ｃと、を有している。大端部１５Ｂは偏心軸部２１Ａを挟んだ半割形状に形成されており、一方の制御リンク用キャップ１５Ｄが２本のボルト１５Ｅによりロッド部１５Ｃの側に固定される構造となっている。この制御リンク１５のロッド部１５Ｃには、制御ピン１８が回転可能に嵌合する小端部１５Ａの軸受部分と、偏心軸部２１Ａが回転可能に嵌合する大端部１５Ｂの軸受部分とを繋ぐロッド内油路１５Ｆが形成されている。

制御シャフト２１には、軸方向に延びる軸方向油路２７が形成されるとともに、制御リンク１５が回転可能に嵌合する偏心軸部２１Ａに、この偏心軸部２１Ａの外周と軸方向油路２７とを結ぶ第１径方向油路２８が形成され、かつ、後述するジャーナル部２１Ｂには、このジャーナル部２１Ｂの外周と軸方向油路２７とを繋ぐ第２径方向油路２９が形成されている。

図４に示すように、クランクシャフト１１のメインジャーナル部１１Ｂは、シリンダブロック１９に一体的に設けられた板状をなすバルクヘッド３１と、このバルクヘッド３１の下面側に２本の固定ボルト（図では固定ボルトを省略し、固定ボルトが挿通するボルト孔３２のみを描いている）を用いて締結固定される主ベアリングキャップ３３と、に挟み込まれた状態で両者より回転可能に支持されている。バルクヘッド３１の下面側には、メインジャーナル部１１Ｂの上半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面３４Ａが凹設され、主ベアリングキャップ３３の上面側には、メインジャーナル部１１Ｂの下半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面３４Ｂが凹設されている。

制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂは、主ベアリングキャップ３３と、この主ベアリングキャップ３３の下面側に上記２本の固定ボルトを用いて締結固定される副ベアリングキャップ３５と、に挟み込まれた状態で両者により回転可能に支持されている。主ベアリングキャップ３３の下面側には、ジャーナル部２１Ｂの上半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面３６Ａが凹設され、副ベアリングキャップ３５の上面側には、ジャーナル部２１Ｂの下半分が回転可能に嵌合する断面半円弧状の軸受面３６Ｂが凹設されている。

これらのバルクヘッド３１，主ベアリングキャップ３３及び副ベアリングキャップ３５が、クランクシャフト１１及び制御シャフト２１を回転可能に支持するシャフト支持部を構成している。２本の固定ボルトは、バルクヘッド３１と主ベアリングキャップ３３とを締結する機能と、主ベアリングキャップ３３と副ベアリングキャップ３５とを締結する機能とを兼ね備えており、構成の簡素化が図られている。制御シャフト２１は、車載状態でクランクシャフト１１のほぼ鉛直下方に配置されている。従って、制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂとクランクシャフト１１のメインジャーナル部１１Ｂとは共に２本の固定ボルト（ボルト孔３２）の間に配置されている。

制御シャフト２１の下方、つまり内燃機関の下部には、潤滑油を貯留するオイルパン３７が設けられている。つまり、クランクシャフト１１よりも下方で、かつオイルパン３７上方のスペースを有効に利用して制御シャフト２１が配置されている。従って、機関運転状態では、制御シャフト２１の下側に位置する副ベアリングキャップ３５の一部が、少なくともオイルパン３７内に貯留されている潤滑油の油面３８よりも下側に位置して、オイルパン３７内の潤滑油に油没するようになっている。

そして本実施例では、シャフト支持部としての副ベアリングキャップ３５には、一端が軸受面３６Ｂに開口し、他端が当該副ベアリングキャップ３５の端面３９に開口する油通路４０が形成されている。つまり、油通路４０は、車載状態において、軸受面３６Ｂの下端部分から鉛直下方へ真っ直ぐに延び、副ベアリングキャップ３５の端面３９に開口している。

機関運転中、制御シャフト２１は機関運転状態に応じた所定の機関圧縮比となるように駆動モータ２６によって駆動もしくは保持されるが、仮に機関圧縮比が一定の運転状態、つまり制御シャフト２１を所定の回転角度に保持するべき運転状態であっても、制御シャフト２１には、ピストン１３へ作用する燃焼圧力に起因する回転方向の大きな荷重が、アッパーリンク１４，ロアーリンク１２及び制御リンク１５を介して繰り返し作用することから、制御シャフト２１は不可避的に所定の回転範囲内で正逆方向に回転運動する。

本実施例では、このように機関運転中には制御シャフト２１が不可避的に回転運動すること、更にシャフト支持部としての副ベアリングキャップ３５がオイルパン３７内に貯留する潤滑油に油没していることに着目し、上記の油通路４０を形成した。この油通路４０の他端はオイルパン３７内の潤滑油に浸かっているため、機関運転状態であれば、制御シャフト２１の回転運動に伴うポンプ作用によって、オイルパン３７内の潤滑油が油通路４０内に吸い上げられ、この油通路４０を経由して、制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂが回転可能に嵌合する軸受面３６Ｂに供給されることとなり、この軸受面３６Ｂ及びこれに連なる上側の軸受面３６によって支持される制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂの潤滑性能を良好に確保することが可能となる。

このように制御シャフト２１の回転運動に伴うポンプ作用を利用して潤滑油を軸受面３６Ｂに供給することができるため、オイルポンプにより強制的に潤滑油を圧送する必要がなく、その分のエネルギー消費が抑制されるために、オイルポンプの容量を縮小することができる。また、油通路４０を通して最短の経路でオイルパン３７から軸受面３６Ｂに潤滑油を供給することができるために、潤滑油の供給経路が短縮化，簡素化され、ひいてはエンジンフリクションを低減することができる。

機関運転中、制御リンク１５は、大端部１５Ｂで回転可能に嵌合する偏心軸部２１Ａを支点として揺動する、いわゆる首振り運動を行なうため、この首振り運動に伴うポンプ作用によって、上記油通路４０を通して制御シャフト２１に対する軸受面３６Ｂに供給された潤滑油を、上述した制御シャフト２１の第２径方向油路２９，軸方向油路２７及び第１径方向油路２８を経由して、制御リンク１５の大端部１５Ｂに回転可能に嵌合する偏心軸部２１Ａの軸受面３６Ｂに供給することができ、かつ、制御リンク１５に形成されたロッド内油路１５Ｆを経由して、制御ピン１８が回転可能に嵌合する小端部１５Ａの軸受部分にも供給することが可能である。この結果、オイルポンプの更なる容量の縮小、潤滑油の供給経路の簡素化、及びエンジンフリクションの低減化を図ることができる。

以下に示す実施例では、既述した実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図６は第２実施例を示している。この第２実施例では、油通路４０の他端部に、下方へ向けて徐々に拡径するテーパ部４１を形成している。この結果、油通路４０は、副ベアリングキャップ３５の端面３９に開口する部分で最も断面積（開口面積）が拡大するものとなっている。このような第２実施例では、下方へ向けて拡径するテーパ部４１を油通路４０に設けているため、オイルパン３７内に貯留する潤滑油をより効果的に油通路４０内へ吸引することが可能となり、潤滑油の油量を確保して潤滑性能の向上を図ることができる。

図７は第３実施例、図８は第４実施例を示している。上記第１実施例では、油通路４０を軸受面３６Ｂの最下端から鉛直方向に沿って真下に延長形成して、最短距離で油通路４０を形成しているが、このような制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂの真下の部分は、肉厚が最も薄く、燃焼圧力に起因する荷重も作用し易い。そこで、第３，第４実施例では、軸受面３６Ｂの最下端、つまり制御シャフト２１のジャーナル部２１Ｂの真下の位置よりも左右にずれた位置に、軸受面３６Ｂと副ベアリングキャップ３５の端面３９とを繋ぐ油通路４０Ａ，４０Ｂを形成している。特に、第３，第４実施例では、制御シャフト２１の回転範囲の両端に対応する位置に、それぞれ油通路４０Ａ，４０Ｂを形成している。これによって、上述した第１実施例とほぼ同様の作用効果が得られることに加え、荷重の集中を抑制して、信頼性・耐久性を向上することができる。

図９に示す第５実施例は、上記第３実施例と第４実施例とを組み合わせた形状となっており、つまり、制御シャフト２１の回転範囲の両端に対応した２箇所に、それぞれ油通路４０が形成されている。このように、複数本の油通路４０を形成してもよく、この場合、第２，第３実施例と同様の効果が得られることに加え、油通路４０を経由して軸受面３６Ｂへ供給される潤滑油の油量を増大し、潤滑性能を更に向上することができる。

図１０は第６実施例を示している。この実施例では、軸受面３６Ｂの最下端（制御シャフト２１の中心から鉛直下方の部分）から下方へ向けて３本の油通路４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｆが放射状に形成されている。中央の油通路４０Ｃは、第１実施例と同様に、軸受面３６Ｂの最下端から鉛直下方へ向けて真っ直ぐに延びており、両側の２本の油通路４０Ｄ，４０Ｅは、副ベアリングキャップ３５の端面３９のうち、制御シャフト２１の回転範囲の両端に対応する位置に向けて斜め下方へ延びている。

このように複数の油通路４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅが合流・交差するように構成しても良く、このような第６実施例においても、上記の第１実施例及び第５実施例と同様の作用効果を得ることができる。

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、上記実施例では油通路が直線状に形成されているが、油通路が折曲部分又は屈曲部分を有する形状であっても良い。また、上記実施例ではシャフト支持部としてバルクヘッド３１，主ベアリングキャップ３３，及び副ベアリングキャップ３５が用いられているが、シャフト支持部の形状としてはこれに限らず、例えばラダーフレームタイプのシャフト支持部であっても良い。また、本発明が適用される内燃機関は直列だけでなく、V型や水平対向型の内燃機関に適用できる。

１０…可変圧縮比機構
１１…クランクシャフト
１１Ｂ…メインジャーナル部
１２…ロアーリンク
１４…アッパーリンク
１５…制御リンク
１７…連結ピン
１８…制御ピン
２１…制御シャフト
２１Ａ…偏心軸部
２１Ｂ…ジャーナル部
２６…駆動モータ（アクチュエータ）
３５…副ベアリングキャップ（シャフト支持部）
３７…オイルパン
４０（４０Ａ〜４０Ｅ）…油通路

Claims (5)

1. クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアーリンクと、
   このロアーリンクとピストンとを連結するアッパーリンクと、
   アクチュエータにより回転される制御シャフトと、
   この制御シャフトと上記ロアーリンクとを連結する制御リンクと、を有し、
   上記制御シャフトの回転位置に応じて機関圧縮比が変化するように構成された可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
   潤滑油を貯留するオイルパンが上記制御シャフトよりも下方に配置され、
   内燃機関は、上記制御シャフトが回転可能に嵌合する軸受面が形成されたシャフト支持部を有し、このシャフト支持部には、一端が上記軸受面に開口し、他端が当該シャフト支持部の端面に開口する油通路が形成され、
   上記油通路が開口する上記シャフト支持部の端面は、上記オイルパンの潤滑油内に油没していることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
2. 上記制御シャフトの回転に伴うポンプ作用により、上記オイルパン内の潤滑油が上記油通路を経由して上記軸受面に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
3. 上記油通路の他端部には、上記シャフト支持部の端面へ向かって開口面積が徐々に拡大するテーパ部が形成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機構を備えた内燃機関。
4. 上記油通路は、回転運動する上記制御シャフトの回転範囲の端部に対応する位置に設けら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機構を備えた内燃機関。
5. 上記制御シャフトは、当該制御シャフトの回転中心から偏心し、上記ロアリンクが回転可能に嵌合する偏心軸部と、上記シャフト支持部に回転可能に嵌合するジャーナル部と、当該制御シャフト内を軸方向に延びる軸方向油路と、上記偏心軸部の外周と上記軸方向油路とを繋ぐ第１径方向油路と、上記ジャーナル部の外周と軸方向油路とを繋ぐ第２径方向油路と、を有する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機構を備えた内燃機関。
   

Images