JPWO2014017170A1 - 可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造 - Google Patents

Abstract

制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、制御軸を回転駆動するアクチュエータと、を備える。機関本体としてのオイルパンアッパ（１２）の吸気側の側壁に設けられたアクチュエータ取付部（４０）に、複数の固定ボルトを用いてアクチュエータを固定する。複数の固定ボルトのうち、クランク軸方向で両側に位置する２本の固定ボルトのボルト間距離（４６）内に、アクチュエータ取付部（４０）の剛性を向上するための第１剛性向上部（４１）及び第２剛性向上部（４２）を設ける。

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、機関本体の側壁に取り付けられるアクチュエータケースの剛性を向上する技術に関する。

可変圧縮比機構の制御軸を駆動するアクチュエータは、例えば特許文献１に記載のように、シリンダブロックの下方に固定されるオイルパンアッパの側壁に複数の固定ボルトを用いて取り付けられる。このようなアクチュエータの機関本体の側壁への取付構造の一例として、特許文献２には、可変動弁装置のアクチュエータを、アッパヘッドとロアヘッドの２部品に跨って固定する構造が記載されている。

特開２０１２−１０２７１３号公報 特開２０１１−２２０３１１号公報

可変圧縮比機構のアクチュエータには、主運動系であるピストン−クランク機構側より大きな燃焼荷重や慣性荷重が繰り返し作用するために、機関本体の側壁に設けられるアクチュエータ取付部には、非常に高い剛性が要求される。但し、上記特許文献２のように、アクチュエータを２部品の側壁に跨って固定すると、シール性を確保するために、２部品の側壁を正確に面一に加工する必要があり、その加工作業が困難であり、コストの増加を避けられない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可変圧縮比機構のアクチュエータの機関本体への取付剛性を高めることを目的としている。

制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、上記制御軸を回転駆動するアクチュエータと、を有する。アクチュエータは、機関本体の側壁に設けられたアクチュエータ取付部に、複数の固定ボルトを用いて固定される。これら複数の固定ボルトのうち、クランク軸方向で両側に位置する２本の固定ボルトのボルト間距離内に、上記アクチュエータのアクチュエータ取付部への取付剛性を向上するための剛性向上部が設けられる。

剛性向上部の一例として、例えば、アクチュエータ取付部が設けられたオイルパンアッパの下面側に、オイルパンロアが固定されるオイルパンアッパ下面側フランジ部が設けられ、このフランジ部の一部が、上記ボルト間距離内に位置することで、上記剛性向上部の一つである第１剛性向上部を構成している。

また、アクチュエータ取付部が設けられたオイルパンアッパとシリンダブロックとを固定するボルトが挿通するボルトボス部が、上記ボルト間距離内に位置することで、上記剛性向上部の一つである第２剛性向上部を構成している。

本発明によれば、アクチュエータ取付部にアクチュエータを取り付ける複数のボルトのシリンダ軸方向のボルト間距離内に、剛性向上部を設けることで、可変圧縮比機構のアクチュエータの機関本体への取付剛性を向上し、ひいては、リンク部品の位置決め精度を向上するとともに、圧縮比制御精度を向上することができる。

本発明の一実施例に係る可変圧縮比内燃機関を簡略的に示す構成図。 本実施例のアクチュエータ取付構造を示す斜視図。 本実施例のアクチュエータ取付構造を示す斜視図。 本実施例のアクチュエータ取付構造が適用されたオイルパンアッパを斜め下方より見た斜視図。 本実施例のアクチュエータ取付構造を示す側面図。 本実施例のアクチュエータ取付構造を示す一部破断斜視図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１を参照して、内燃機関１０のシリンダブロック１１の下方には、オイルパンの上部を構成するオイルパンアッパ１２が固定され、このオイルパンアッパ１２の下方に、オイルパンの下部を構成するオイルパンロア（図示省略）が、後述するようにオイルパンアッパ１２の下面側に開口形成された下面開口部を塞ぐように固定される。シリンダブロック１１の各シリンダ１４にはピストン１５が往復移動可能に配設されており、このピストン１５とクランクシャフト１６とは、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２０により連結されている。なお、図１では、明りょう化のために、可変圧縮比機構２０を構成する各リンク部品のリンク中心線のみを模式的に描いている。

この可変圧縮比機構２０は、上記の特開２０１２−１０２７１３号公報にも記載のように公知のものであり、簡単に説明すると、クランクシャフト１６のクランクピン１７に回転可能に取り付けられるロアーリンク２１と、ロアーリンク２１とピストン１５とを連結するアッパーリンク２２と、ロアーリンク２１と制御軸２４とを連結する制御リンク２３と、を有している。ピストン１５とアッパーリンク２２の上端とはピストンピン２５により相対回転可能に連結され、ロアーリンク２１とアッパーリンク２２の下端とは第１連結ピン２６により相対回転可能に連結され、ロアーリンク２１と制御リンク２３の上端とは第２連結ピン２７により相対回転可能に連結されている。制御軸２４は機関本体としてのオイルパンアッパ１２の内部に回転可能に支持されており、この制御軸２４の回転中心から偏心した偏心軸部２８に、制御リンク２３の下端が回転可能に取り付けられている。

制御軸２４は、アクチュエータ３０により回転駆動される。このアクチュエータ３０によって制御軸２４の回転位置を変更することによって、制御リンク２３によるロアーリンク２１の運動拘束条件が変化して、ピストン１５の上死点位置及び下死点位置を含むピストンストローク特性が変化し、機関圧縮比が連続的に変化する。従って、機関運転状態に応じてアクチュエータ３０の動作を制御することで、機関圧縮比を連続的に変更することができる。

アクチュエータ３０は、アクチュエータケース３０Ａ内に電動モータあるいは油圧機構等のアクチュエータ本体や減速機等を収容・ユニット化したものであり、オイルパンアッパ１２の吸気側の側壁に一体的に設けられたアクチュエータ取付部４０に、複数本の固定ボルト（図示省略）を用いて締結固定される。この制御軸２４とアクチュエータ３０の出力軸３１とを連結する連結機構には、アクチュエータ取付部４０に貫通形成されたスリット３５を挿通するレバー３２が設けられる。このレバー３２の一端は、制御軸２４の回転中心から径方向に延びる第１アーム部３３の先端に連結されており、レバー３２の他端は、アクチュエータ３０の出力軸３１の回転中心から径方向に延びる第２アーム部３４の先端に連結されている。従って、アクチュエータ３０の出力軸３１が回転すると、レバー３２の並進移動を伴って、制御軸２４が回転するように構成されている。

主運動系であ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２０では、そのアクチュエータ３０に大きな燃焼荷重Ｆ１や慣性荷重が繰り返し作用する。ピストン１５に作用する燃焼荷重Ｆ１は、アッパーリンク２２，ロアーリンク２１及び制御リンク２３を介して制御軸２４の回転トルクＦ２に変換され、この回転トルクＦ２がレバー３２等を介してアクチュエータ３０の出力軸３１の回転トルクＦ３として作用する。アクチュエータ３０の出力軸３１は、アクチュエータ３０のケース３０Ａの軸受部分に回転可能に支持されているために、回転トルクＦ３以外の荷重成分は、主にアクチュエータ取付部４０の取付面に直交する方向の荷重Ｆ４として、アクチュエータケース３０Ａを介してオイルパンアッパ１２の側壁のアクチュエータ取付部４０へと作用する。従って、アクチュエータ取付部４０には、荷重Ｆ４に対する高い剛性が要求される。

そこで本実施例では、アクチュエータ取付部４０に対し、その荷重Ｆ４の入力に対抗し得る高い剛性が得られるように、２つの剛性向上部４１，４２を設けている。このようなアクチュエータ取付部４０及び剛性向上部４１，４２の具体的な構造について、図２〜図６を参照して詳細に説明する。

アクチュエータ取付部４０は、アルミ合金等の適宜な金属材料により鋳造されるオイルパンアッパ１２の吸気側の側壁に一体的に形成されており、図２にも示すように、オイルパンアッパ１２の側壁から部分的に張り出した所定厚さの厚肉矩形板状をなしている。アクチュエータ３０が液密に固定されるアクチュエータ取付部４０の取付面４０Ａは、加工により平坦面とされている。このアクチュエータ取付部４０の四隅には、アクチュエータ３０を締結・固定するための固定ボルトが螺合する４つのボルト孔４３が形成されている。また、アクチュエータ取付部４０の中央部には、上記のレバー３２が挿通するスリット３５が貫通形成されている。また、図示していないが、アクチュエータ取付部４０には、潤滑油を供給・排出するための油孔が貫通形成されており、これらの油孔や上記のスリット３５を通して、オイルパンの内部とアクチュエータ３０の内部との間で潤滑油の供給・排出が行われる。

オイルパンアッパ１２の下面側の開口周縁部には、この開口周縁部を塞ぐようにオイルパンロアが取り付けられるオイルパンアッパ下面側フランジ部４４が形成されている。図４にも示すように、このオイルパンアッパ下面側フランジ部４４は、所定厚さの帯状をなしており、オイルパンロア取付用のボルトが挿通する複数のオイルパンロア取付用ボルト孔４５が適宜間隔毎に形成されている。

このオイルパンアッパ下面側フランジ部４４の一部、具体的には、図４に示すように、オイルパンアッパ下面側フランジ部４４のうちで、機関幅方向に延びる辺部４４Ａが、クランク軸方向Ｌに関して、アクチュエータ取付部４０と重なるように配置されている。つまり、アクチュエータ３０をアクチュエータ取付部４０へ固定する複数の固定ボルト（ボルト孔４３）のうち、クランク軸方向Ｌの両端に位置する２本のボルト（ボルト孔４３）の間のボルト間距離４６の範囲内に、オイルパンアッパ下面側フランジ部４４の一部である辺部４４Ａが配置するように設定されている。

また、図５に示すように、機関上下方向（図５の上下方向）に関して、アクチュエータ取付部４０の下端部分が、オイルパンアッパ下面側フランジ部４４と部分的に重なるように配置されている、従って、図４にも示すように、オイルパンアッパ下面側フランジ部４４の辺部４４Ａはアクチュエータ取付部４０と実質的に連なって、このアクチュエータ取付部４０から機関幅方向へ延びる梁構造をなしており、アクチュエータ取付部４０の、特に下方部分の取付剛性を向上する第１剛性向上部４１を構成している。すなわち、この第１剛性向上部４１は、アクチュエータ取付部４０の下側部分に、機関幅方向（機関左右方向）のリブを追加したような作用をもたらすことで、アクチュエータ取付部４０の機関幅方向の剛性を大幅に向上するものである。

また、図６に示すように、シリンダブロック１１には、隣り合うシリンダ１４の間に板状のバルク壁４７が設けられている。そして、第１剛性向上部４１として機能するオイルパンアッパ下面側フランジ部４４の辺部４４Ａが、バルク壁４７とクランク軸方向Ｌの位置が一致するように配置されている。これによって、図６に破断して示すように、クランク軸方向Ｌに直交する断面において、シリンダブロック１１のバルク壁４７と、オイルパン取付部４０を含めたオイルパンアッパ１２の側壁と、オイルパンアッパ下面側フランジ部４４の一方の辺部４４Ａ（第１剛性向上部４１）と、によって、閉断面の矩形梁形の構造が形成される形となり、アクチュエータ取付部４０の剛性を大幅に向上することができる。

次に、第２剛性向上部４２について説明する。図４〜図６にも示すように、シリンダブロック１１の下面側の開口周縁部には、径方向外方へ張り出した所定厚さのシリンダブロック下面側フランジ部５１が一体的に形成されているとともに、オイルパンアッパ１２の上面側の開口周縁部には、径方向外方へ張り出した所定厚さのオイルパンアッパ上面側フランジ部５２が一体的に形成されている。これらのシリンダブロック下面側フランジ部５１及びオイルパンアッパ上面側フランジ部５２には、固定ボルトにより共締め固定される複数のボルトボス部５３が適宜間隔毎に設けられている。各ボルトボス部５３は、フランジ部５１，５２の一般部よりも剛性が局所的に高くなるように、フランジ部５１，５２から半円弧状に張り出した厚肉形状に形成されている。

図４に示すように、これら複数のボルトボス部５３のうち、隣接する２つのボルトボス部５３Ａが、クランク軸方向Ｌに関して、上述したアクチュエータ取付部４０のボルト間距離４６内に配置されている。また、図５に示すように、機関上下方向に関して、アクチュエータ取付部４０の上端部分は、オイルパンアッパ上面側フランジ部５２の近傍に配置されている。従って、ボルト間距離４６内に配置される２つのボルトボス部５３Ａが実質的にアクチュエータ取付部４０に連なる形となっており、これら２つのボルトボス部５３Ａが、アクチュエータ取付部４０の、特に上側部分の剛性を向上する第２剛性向上部４２として機能している。

このような構成の本実施例の作用効果について以下に説明する。上述した従来技術のように、仮にアクチュエータ取付部をシリンダブロック１１とオイルパンアッパ１２の２部品に跨るように設定し、ここにアクチュエ−タを固定する構造とした場合、取付剛性は向上するものの、アクチュエータ取付部にスリット３５や油孔が形成されている場合、そのシール性を確保することが極めて困難となる。本実施例では、オイルパンアッパ１２の１部品にのみアクチュエータ取付部４０を設定している。これによって、所定の肉厚を有するアクチュエータ取付部４０の取付面４０Ａを容易かつ精度良く平坦面に加工することが可能であり、この取付面４０Ａに適宜なシール部材（図示省略）を介してアクチュエータ３０を取り付けることで、シール性の確保を容易なものとしている。

但し、このようにオイルパンアッパ１２にのみアクチュエータ取付部４０を設定した場合、アクチュエータ取付部４０の剛性、特に、取付面４０Ａに直交する方向の荷重Ｆ４（図１参照）に対する剛性の確保が大きな課題となるが、本実施例においては、上述した２つの剛性向上部４１，４２を設けることにより、アクチュエータ取付部４０の剛性を確保し、アクチュエータ取付部４０におけるシール性の確保と剛性の確保との両立を実現することができる。このようにアクチュエータ取付部４０の剛性を向上することによって、リンク部品の位置精度が向上し、圧縮比可変制御の精度が向上する。また、アクチュエータ取付部４０の強度・耐久性が向上する。

特に本実施例では、アクチュエータ取付部４０の下側部分に関しては、第１剛性向上部４１としてのオイルパンアッパ下面側フランジ部４４の辺部４４Ａにより剛性を向上し、アクチュエータ取付部４０の上側部分に関しては、第２剛性向上部４２としての２つのボルトボス部５３Ａにより剛性を向上することで、機関上下方向の全長にわたってバランス良く剛性を向上することができ、かつ、既存のフランジ部やボルトボス部を用いた構造であるために、剛性向上のために厚肉部分等を別途設定する必要がなく、形状の簡素化や軽量化を図ることができる。

また、この実施例においては、更なる剛性向上のために、アクチュエータ取付部４０のボルト間距離４６内に隣接する複数（２つ）のボルトボス部５３Ａが配置されるように、このボルト間距離４６内に位置する２つのボルトボス部５３Ａの間隔（ピッチ）を、このアクチュエータ取付部４０以外に配置される他のボルトボス部５３の間隔（ピッチ）よりも狭く設定している。

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、上記実施例では高温となる排気側の側壁を避けて、吸気側の側壁にアクチュエータ取付部を設けているが、排気側の側壁に設けるようにしても良い。また、第２剛性向上部４２として複数のボルトボス部５３Ａをボルト間距離４６内に配置しているが、１つのボルトボス部のみを配置するようにしても良い。

Claims (8)

1. 制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
   上記制御軸を回転駆動するアクチュエータと、を備える可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造において、
   上記アクチュエータが、機関本体の側壁に設けられたアクチュエータ取付部に、複数の固定ボルトを用いて固定され、
   上記複数の固定ボルトのうち、クランク軸方向で両側に位置する２本の固定ボルトのボルト間距離内に、上記アクチュエータのアクチュエータ取付部への取付剛性を向上するための剛性向上部が設けられる可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
2. 上記アクチュエータ取付部が、シリンダブロックの下方に固定されるオイルパンアッパの側壁に設けられ、
   このオイルパンアッパの下面側に形成されたオイルパンアッパ下面側フランジ部に、オイルパンロアが固定され、
   このオイルパンアッパ下面側フランジ部の一部が、上記ボルト間距離内に位置することで、上記剛性向上部の一つである第１剛性向上部を構成している請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
3. シリンダブロックの隣り合うシリンダ間にバルク壁が設けられ、
   上記第１剛性向上部が、上記バルク壁とクランク軸方向位置が一致するように配置されている請求項２に記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
4. 上記アクチュエータ取付部が、シリンダブロックの下方に固定されるオイルパンアッパの側壁に設けられ、
   上記オイルパンアッパと上記シリンダブロックとを固定するボルトが挿通するボルトボス部が、上記ボルト間距離内に位置することで、上記剛性向上部の一つである第２剛性向上部を構成している請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
5. 上記ボルト間距離内に、上記第２剛性向上部を構成する複数のボルトボス部が設けられている請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
6. 上記アクチュエータと制御軸とを連結する連結機構を有し、
   この連結機構が、上記アクチュエータ取付部に貫通形成されたスリットを貫通するレバーを含む請求項１〜５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
7. 上記可変圧縮比機構が、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たロアーリンクと、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、一端が上記ロアーリンクに連結された制御リンクと、を有し、
   この制御リンクの他端が、上記制御軸の偏心軸部に回転可能に取り付けられる請求項１〜６のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
8. 上記アクチュエータ取付部が、上記機関本体の吸気側の側壁に設けられる請求項１〜７のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関のアクチュエータ取付構造。
   
   

Images