JPWO2014112266A1 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

第１制御軸（１４）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（１０）を有する。第１制御軸（１４）とモータに接続する第２制御軸とを連結機構（２０）のレバー（２４）により連結する。第１制御軸（１４）の第１アーム部（２５）とレバー（２４）の一端とを第１連結ピン（２６）により回転可能に連結する。この第１連結ピン（２６）の軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、第１連結ピン（２６）を、第１制御軸（１４）を回転可能に支持するためのベアリングキャップ（３０）から外れた位置に配置する。

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する。

従来より、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を本出願人は提案している（例えば特許文献１参照）。このような可変圧縮比機構は、モータ等のアクチュエータにより第１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・制御することができる。

特開２００４−２５７２５４号公報

上記可変圧縮比機構のアクチュエータを、オイルや排気熱等から保護するために機関本体の外部に配置する構造の場合、例えば、機関本体の側壁を貫通するレバーを備えた連結機構によってアクチュエータと第１制御軸とが連結される。レバーの一端は第１連結ピンを介して第１制御軸と連結される。第１制御軸のジャーナル部は、機関本体に固定されるベアリングキャップを用いて機関本体側に回転可能に支持される。

このような構造の可変圧縮比内燃機関において、第１連結ピンの軸方向から見て、上記ベアリングキャップの外形と第１連結ピン（言い換えると、この第１連結が挿通するピン穴）とがラップしていると、第１連結ピンを組み付ける際に、第１連結ピンを挿入するスペースを確保するために、ベアリングキャップを一旦取り外す必要があり、組付作業性が悪化する。

そこで本発明は、組付作業性を向上することのできる新規な可変圧縮比内燃機関を提供することを目的としている。

本発明に係る可変圧縮比機構は、第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、上記第１制御軸の回転位置を変更及び保持するアクチュエータと、上記アクチュエータと第１制御軸とを連結する連結機構と、を有している。この連結機構は、上記第１制御軸と平行に配置される第２制御軸と、上記第１制御軸と第２制御軸とを連結するレバーと、上記第１制御軸の中心から径方向外方へ延びる第１アーム部の先端と上記レバーの一端とを回転可能に連結する第１連結ピンと、上記第２制御軸の中心から径方向外方へ延びる第２アーム部の先端と上記レバーの他端とを回転可能に連結する第２連結ピンと、を有している。また、機関本体に固定されて、上記第１制御軸のジャーナル部を回転可能に支持するベアリングキャップを有している。そして、上記第１連結ピンの軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、上記第１連結ピンが、上記ベアリングキャップから外れた位置に配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、第１連結ピンがベアリングキャップから外れた位置に配置されるために、ベアリングキャップを取り外すことなく第１連結ピン側で第１連結ピンによりレバーと第１制御軸とを組み付けることが可能となり、組付作業性が大幅に向上する。

本発明の一実施例に係る可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。 上記可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。 上記可変圧縮比内燃機関を示す図２とは逆方向の断面対応図。 上記可変圧縮比内燃機関を示す横断面対応図。 上記可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。

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。なお、図２〜図５は図１に対して簡略化して描いているが、図１〜図５は全て同じ実施例を示す断面対応図である。先ず、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第１制御軸１４と、この第１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。

第１制御軸１４には、減速機２１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により第１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、図示せぬ制御部によりモータ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。

第１制御軸１４は、シリンダブロック１やその下側に固定されるオイルパンアッパ６等からなる機関本体の内部に回転可能に支持されている。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６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。

減速機２１は、モータ１９の出力軸の回転を減速して第１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２１の出力軸と一体的に構成された第２制御軸２３が設けられている。なお、減速機２１の出力軸と第２制御軸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。

この第２制御軸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、第１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第１制御軸１４と、機関本体の外部に設けられる第２制御軸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、第１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、第２制御軸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、第１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から第１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。

クランクシャフト４のメインジャーナル部４Ａと第１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に固定されるベアリングキャップ３０によって機関本体側に回転可能に支持されている。ベアリングキャップ３０は、主ベアリングキャップ３０Ａと副ベアリングキャップ３０Ｂとにより構成されており、両者は共通のキャップ取付ボルト３３を用いてシリンダブロック１のバルクヘッド（図示省略）の下面側に固定されている。第１制御軸１４は主ベアリングキャップ３０Ａとバルクヘッドの間に回転可能に支持され、第２制御軸２３は主ベアリングキャップ３０Ａと副ベアリングキャップ３０Ｂとの間に回転可能に支持されている。

図４にも示すように、第１制御軸１４には、各気筒毎に偏心軸部１５が設けられるとともに、この偏心軸部１５と交互にジャーナル部１４Ａが設けられている。そして、第１連結ピン２６が挿通する二股形状の第１アーム部２５は、気筒列方向の中央部のベアリングキャップ３０と制御リンク１３との隙間に配置されており、この第１アーム部２５の両側面とベアリンクキャップ３０・制御リンク１３の側面との隙間は僅かなもの（例えば２〜３ｍｍ）程度とされている。

次に、この実施例の特徴的な構成及び作用効果について、以下に列記する。

［１］図２に示すように、第１連結ピン２６の軸方向から見たクランク軸方向視において、少なくとも所定の圧縮比姿勢、具体的には、第１アーム部２５が最も下方側を指向する圧縮比姿勢で、第１連結ピン２６が、ベアリングキャップ３０から下方へ外れた位置に配置されている。つまり、第１連結ピン２６のピン孔がベアリングキャップ３０の存在範囲と重ならないように設定されている。

このような構成により、次のような作用効果が得られる。第１に、ベアリングキャップ３０をシリンダブロック１側に組み付けた状態で、第１連結ピン２６によりレバー２４と第１制御軸１４とを組み付けることが可能となり、ベアリングキャップ３０を取り外す必要がないために、組付作業性が向上する。

第２に、上述したようにベアリングキャップ３０を取り外すことなく容易にレバー２４と第１制御軸１４とを組付可能であるために、レバー２４を第２連結ピン２８を介して第２制御軸２３側に予め組み付けておき、つまりレバー２４をハウジング２２側に予め組み付けた状態にユニット化しておき、このユニット化されたハウジングの状態での搬送・納入が可能となるために、組立時の作業効率が向上するとともに、ハウジング２２を機関本体に組み付ける際に、ハウジング２２側を分割する必要がないために、減速機２１等を収容したハウジング２２内への異物の混入を抑制・回避することができ、品質が向上する。

第３に、第１連結ピン２６をベアリングキャップ３０から外れた位置に配置するように第１アーム部２５の寸法を増大することで、レバー２４に作用する荷重が相対的に低減し、レバー２４を介して可変圧縮比機構１０側からハウジング２２内の第２制御軸２３やモータ１９側へ作用する入力荷重を低減することができる。また、モータ１９の出力軸に角度センサを取り付けている場合には、この角度センサの振動が低減されるために、検出精度の向上を図ることができる。

第４に、上述したように第２制御軸２３への入力荷重を低減することで、第２制御軸２３の軸受荷重を低減し、その軸受部分の磨耗を抑制することができる。

第５に、上述したように第２制御軸２３への入力荷重を低減することで、第２連結ピン２８の軸受面圧を低減することができる。これによって、この第２連結ピン２８が挿通する第２制御軸２３の第２アーム部２８先端のピン孔径及びピンボス部の肉厚を低減することができる。この結果、上述したように第１アーム部２５の寸法を増大しているにもかかわらず、第２制御軸２３をコンパクト化し、ひいてはハウジング２２側の寸法増大を抑制することができる。

第６に、上記の第１アーム部２５の寸法増大によって、第１連結ピン２６への入力荷重を抑制し、その軸受部分の磨耗を抑制することができる。また、第１アーム部２５の寸法増大に伴い、第１制御軸１４とレバー２４とが干渉し難い構造となり、両者の干渉を回避するための切欠等が不要となるために、第１制御軸１４の油孔周りの肉厚を十分に確保しつつ、油孔を大きく形成して、潤滑性能の向上を図ることができる。

第７に、上述したようにハウジング２２側への入力荷重を低減することによって、このハウジング２２が取り付けられるオイルパンアッパ６への入力荷重を抑制して、オイルパンアッパ６の変形を抑制することができる。この結果、オイルパンアッパ６の変形に伴う圧縮比の変動を抑制し、ひいては、共振や過度の高圧縮比化に伴う燃焼圧の過度な増大を抑制して、アクチュエータへの異常負荷入力を回避することができるとともに、オイルパンの強度・剛性を確保しつつ小型化・軽量化を図ることができる。

第８に、上述したようにレバー２４への入力荷重を低減することで、第１制御軸１４の軸受部分に作用する荷重も低減する。この結果、バルクヘッドやベアリングキャップ３０の倒れ方向への変形を抑制し、主運動系の不正挙動に起因するモータ１９側への異常負荷入力を抑制・回避することができる。

［２］より具体的には、図２に示すように、第１連結ピン２６と第１制御軸１４の中心との最短距離（第１連結ピン２６の中心から第１制御軸１４の中心までの距離から第１連結ピン２６の半径を引いた距離）Ｌ１が、ベアリングキャップ３０の下端と第１制御軸の中心との最短距離Ｌ２よりも大きく設定されている。このような設定により、上述したように所定の圧縮比姿勢で第１連結ピン２６がベアリングキャップ３０から外れた位置に配置されることとなる。

［３］第１連結ピン２６の軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、第１連結ピン２６が、制御リンク１３からも外れた位置に配置されている。

これによって、図４にも示すように、第１連結ピン２６が挿通する第１アーム部２５は制御リンク１３とベアリングキャップ３０との間に２〜３ｍｍ程度の僅かな隙間を介して配置されているが、上記の構成により、第１連結ピン２６を組み付ける際に、制御リンク１３との干渉をも抑制・回避することができ、制御リンク１３を取り外すことなく第１連結ピン２６によりレバー２４と第１制御軸１４とを組み付けることができる。この結果、第１連結ピン２６を制御リンク１３側から挿入する場合にも、上記の［１］における第１連結ピン２６をベアリングキャップ３０側から挿入する場合と同様の作用効果を得ることができる。

［４］具体的には、図３にも示すように、第１連結ピン２６と第１制御軸１４の中心との最短距離Ｌ３が、制御リンク１３の下端と第１制御軸１４の中心との最短距離Ｌ４よりも大きく設定されている。これによって、上記［３］に記載のように、第１連結ピン２６の軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、第１連結ピン２６が制御リンク１３からも外れた位置に配置される構成となる。

［５］より具体的には、図２及び図３に示すように、第１アーム部２５の先端が第１制御軸１４の中心に対して下方を指向する姿勢のときに、上記所定の圧縮比姿勢となり、第１連結ピン２６がベアリングキャップ３０と制御リンク１３の双方から外れた位置に配置されるようになっている。

［６］オイルパンアッパ６の下面側には開口部６Ａが開口形成されており、この開口部６Ａを閉塞するように、浅皿状のオイルパンロア８が取り付けられる。これらオイルパンアッパ６とオイルパンロア８とによって、エンジンオイルを貯留するオイルパンが構成されている。そして、第１連結ピン２６の下方にオイルパンアッパ６の開口部６Ａが位置するように設定されている。つまり、第１連結ピン２６がオイルパンアッパ６の開口部６Ａの上方に配置するように構成されている。

これによって、第１制御軸１４やオイルパンアッパ６を機関本体側に組み付けた状態で、オイルパンアッパ６の開口部６Ａを通して第１連結ピン２６によりレバー２４と第１制御軸１４とを組付可能となる。従って、上述したように、レバー２４をハウジング２２側に予め組み付けてユニット化した状態で、このレバー２４を第１連結ピン２６を介して機関本体に組付けられている第１制御軸１４に組み付けることが可能となり、作業性が格段に向上するとともに、モータ１９や減速機２１をハウジング２２に組み付けた状態、つまり品質保証がなされた状態での組付が可能となり、品質向上を図ることができる。

［７］また、図５に示すように、所定の圧縮比姿勢、つまり第１アーム部２５の先端が下方（シリンダ軸方向に沿って燃焼室と反対側、つまりクランクケース側の方向）を指向する姿勢のとき、第１アーム部２５の先端がオイルパンアッパ６の下端よりも所定距離Ｌ５だけ下方に位置しており、この第１アーム部２５の先端がオイルパンアッパ６の開口部６Ａより下方へ張り出している。

このように第１連結ピン２６の先端を開口部６Ａよりも下方に張り出させることで、第１連結ピン２６を組み付ける際に、この第１連結ピン２６を組み付ける第１アーム部２５の下端部を目視可能となり、組付時の作業性を更に向上することができる。

［８］更に言えば、最高圧縮比もしくは最低圧縮比の姿勢、つまり第１制御軸１４が一方に最も捻られた回転位置のときに、上記所定の圧縮比姿勢となって、第１連結ピン２６がベアリングキャップ３０と制御リンク１３の双方から外れた位置に配置されるようになっている。

［９］図２，図３及び図５に示すように、第１制御軸１４の中心と第２制御軸２３の中心とを通る直線に対し、第１アーム部２５の突出方向と第２アーム部２７の突出方向とが互いに逆方向となるように設定されている。

このように突出方向を逆向きとすることで、同方向に設定される場合に比して、第１に、レバー２４の長さを短縮して、レバー２４の剛性を向上することができる。この結果、共振を抑制して、モータ１９やこのモータ１９に取り付けられる角度センサの振動を低減することができる。

第２に、レバー２４と制御リンク１３とのなす角度を挟角化して、第１制御軸１４の軸受部分に作用する荷重を低減することができる。この結果、バルクヘッドやベアリングキャップ３０の倒れ変形を抑制することができる。

第３に、突出方向を逆向きとすることで、レバー２４が貫通するオイルパン側壁７のスリット２４Ａを、オイルパンアッパ６のオイルパン側壁７に固定されるハウジング２２の側壁の範囲に配置することができる。このために、スリット２４Ａがシリンダブロック１やオイルパンロア８に跨って形成されることがなく、スリット２４Ａの形成に伴う剛性の低下やシール性の低下を抑制・回避することができる。

［１０］更に、図５に示すように、第２連結ピン２８と第２制御軸２３の中心との最短距離Ｌ６が、ハウジング２２に回転可能に支持される第２制御軸２３のジャーナル部２３Ａの半径Ｌ７よりも大きく設定されている。

これによって、第２アーム部２８がジャーナル部２３Ａから径方向外方へ張り出す形となり、第２連結ピン２８が挿通する第２制御軸２３のピン孔がジャーナル部２３Ａと重なることがなく、このピン孔を容易に加工することができる。また、上述したように第１アーム部２５の長さの増大に対応して、第２アーム部２７の長さも増大することで、連結機構２０による減速比特性を適正なものに設定可能となる。

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、上記の可変圧縮比機構では制御リンクをロアリンクに連結しているが、制御リンクをアッパリンクに連結する構造とすることもできる。

Claims (11)

1. 第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、
   上記第１制御軸の回転位置を変更及び保持するアクチュエータと、
   上記アクチュエータと第１制御軸とを連結する連結機構と、を有し、
   この連結機構が、
   上記第１制御軸と平行に配置される第２制御軸と、
   上記第１制御軸と第２制御軸とを連結するレバーと、
   上記第１制御軸の中心から径方向外方へ延びる第１アーム部の先端と上記レバーの一端とを回転可能に連結する第１連結ピンと、
   上記第２制御軸の中心から径方向外方へ延びる第２アーム部の先端と上記レバーの他端とを回転可能に連結する第２連結ピンと、を有し、
   かつ、機関本体に固定されて、上記第１制御軸のジャーナル部を回転可能に支持するベアリングキャップを有し、
   上記第１連結ピンの軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、上記第１連結ピンが、上記ベアリングキャップから外れた位置に配置されている可変圧縮比内燃機関。
2. 上記第１連結ピンと第１制御軸の中心との最短距離が、上記ベアリングキャップの下端と上記第１制御軸の中心との最短距離よりも大きく設定されている請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 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、上記ロアリンクもしくはアッパリンクと上記第１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、
   上記第１連結ピンの軸方向から見て、少なくとも所定の圧縮比姿勢で、上記第１連結ピンが、上記制御リンクから外れた位置に配置されている請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 上記第１連結ピンと第１制御軸の中心との最短距離が、上記制御リンクの下端と上記第１制御軸の中心との最短距離よりも大きく設定されている請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 上記所定の圧縮比姿勢のとき、上記第１アーム部の先端が上記第１制御軸の中心に対して下方を指向するように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
6. エンジンオイルを貯留するオイルパンが、下面に開口部が形成されたオイルパンアッパと、上記オイルパンアッパの開口部に取り付けられる浅皿状のオイルパンロアと、により構成され、
   上記第１連結ピンの下方に上記オイルパンアッパの開口部が位置する請求項５に記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 上記所定の圧縮比姿勢で、上記第１アーム部の先端が上記オイルパンアッパの開口部より下方へ張り出している請求項６に記載の可変圧縮比内燃機関。
8. 上記所定の圧縮比姿勢が、最高圧縮比もしくは最低圧縮比の姿勢である請求項１〜７のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
9. 上記第１制御軸の中心と第２制御軸の中心とを通る直線に対し、上記第１アーム部の突出方向と第２アーム部の突出方向とが互いに逆方向となるように設定されている請求項１〜８のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
10. 上記第２連結ピンと第２制御軸の中心との最短距離が、ハウジングに回転可能に支持される第２制御軸のジャーナル部の半径よりも大きく設定されている請求項１〜９のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
11. 上記第１制御軸が機関本体の内部に配置される一方、
    上記第２制御軸が機関本体の側壁に取り付けられるハウジング内に収容配置され、
    かつ、上記レバーが機関本体の側壁に形成されたスリットを貫通している請求項１〜１０のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
    
    

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