JPWO2014129088A1 - 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）と、第１制御軸（１４）の回転位置を変更及び保持するアクチュエータと、を備える。アクチュエータと第１制御軸（１４）とを連結する連結機構が、第１制御軸（１４）に連結されるレバー（２４）を有する。第１制御軸（１４）の中心から径方向外方へ延びる第１アーム部（２５）の先端とレバー（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。少なくとも最高圧縮比の設定時には、第１連結ピン（２６）を、オイルパン（６）内の油面（α１）よりも下方に油没させる。

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制御軸とが連結される。レバーの一端は連結ピンを介して制御軸のアーム部と連結される。制御軸は、例えば機関本体の下方に設けられるオイルパンの内部に配置され、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では、制御軸とアクチュエータとを連結する連結機構には、内燃機関の燃焼荷重と慣性力との複合による交番荷重が繰り返し作用する。ここで、レバーとアーム部とを回転可能に連結する連結ピンの軸受部分には所定のクリアランスが確保されているために、上記の交番荷重が繰り返し作用することで、振動や騒音を生じるなど、音振性能が悪化するおそれがある。更に、使用に伴って軸受部分の摩耗が進行すると、軸受部分のクリアランスが増大して上記の音振性能の悪化を招き易くなる。

特に、交番荷重が増大し易い高回転・低負荷領域では高圧縮比側の設定が用いられるために、高圧縮比側の設定時における音振性能の悪化が問題となり易い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、機関本体のオイルパン内に配置され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、上記制御軸に連結されるレバーと、上記制御軸の中心から径方向外方へ延びる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連結ピンと、を有している。そして、少なくとも最高圧縮比の設定時には、上記連結ピンが、上記オイルパン内の油面よりも下方に油没するように設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、少なくとも最高圧縮比の設定時には、連結ピンをオイルパン内の油面よりも下方の油中に油没させることで、音振性能の悪化を抑制しつつ、潤滑性能を向上して、軸受部分の摩耗の進行を抑制することができる。

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。 同じく上記可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。 同じく上記可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。 同じく上記可変圧縮比内燃機関を示す断面対応図。 最高圧縮比の設定時におけるレバーの近傍を示す断面図。 最低圧縮比の設定時におけるレバーの近傍を示す断面図。

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１〜図４は図５，図６の構造に比して簡略化して描いているが、図１〜図６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（図示省略）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、制御部４０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の下方に設けられて潤滑油を貯留するオイルパン６の内部に回転可能に支持されている。このオイルパン６は、シリンダブロック１の下側に固定されるオイルパンアッパ６Ａと、このオイルパンアッパ６Ａの下面開口部を塞ぐようにオイルパンアッパ６Ａの下側に固定されるオイルパンロア６Ｂと、から構成されている。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６Ａ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。

上記の減速機は、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。

なお、上記の第１制御軸１４が本発明の「制御軸」に相当し、第１連結ピン２６が本発明の「連結ピン」に相当する。

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５に示すように、第１制御軸１４が最も時計回り方向に回転した最高圧縮比のときには、第２制御軸２３の第２アーム部２７に設けられた第１ストッパ面３１がハウジング２２に設けられた第２ストッパ面３２に突き当てられて、それ以上の第１制御軸１４の時計回り方向の回転移動が規制される。また、図６に示すように、第１制御軸１４が最も反時計回り方向に回転した最低圧縮比のときには、第２制御軸２３の第２アーム部２７に設けられた第３ストッパ面３３がハウジング２２に設けられた第４ストッパ面３４に突き当てられて、それ以上の第２制御軸２３の反時計回り方向の回転が規制される。これらの第１〜第４ストッパ面３１〜３４が、第１制御軸１４の回転範囲を機械的に規制するストッパ機構を構成している。

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１に示すように、少なくとも最高圧縮比の設定時には、第１連結ピン２６の全体が、機関運転中におけるオイルパン６内の油面α１位置よりも下方に油没するように設定されている。

高圧縮比の設定は高回転・低負荷域で使用されるため、交番荷重が大きく、音振性能への影響が大きい。本実施例では、このような最高圧縮比を含めた高圧縮比の設定時に第１連結ピン２６の全てを油没させることで、第１連結ピン２６の軸受部分のクリアランスに潤滑油を充満させて、クリアランス内でのガタツキによる振動や騒音の発生を抑制し、音振性能の悪化を抑制することができる。

一方、低圧縮比の設定は高負荷領域で使用されるため、第１連結ピン２６に作用する荷重は最大燃焼荷重の作用方向が、反対方向の慣性荷重よりもはるかに大きくなり、第１連結ピン２６の軸受部分のクリアランスで生じるガタツキが少ないため、音振性能の悪化への影響は小さい。

また、常用運転域では高圧縮比の設定が多用されるため、本実施例のように、負荷が低く騒音レベルが低いために静粛性が要求される高圧縮比の設定時に、音振性能を向上することが有効である。逆に、低圧縮比の設定は高負荷域で使用されるため、元々騒音レベルが高いため、高圧縮比の設定時に比して、音振性能の悪化は比較的許容される。

（２）図１に示すように、オイルパン６内の油面α１が、第１制御軸１４の中心と第１連結ピン２６の中心との間に位置するように設定されている。より具体的には、図１に示すように、少なくとも最高圧縮比の設定時には、第１制御軸１４の全体が油面よりも上方に位置するように設定されている。

これによって、第１連結ピン２６の潤滑性能を向上しつつ、第１制御軸１４を油没させることなく油面より上方に配置することで、第１制御軸１４に揺動可能に連結された制御リンク１３の揺動運動に伴う油攪拌抵抗の増大を抑制することができる。

（３）図２に示すように、第１連結ピン２６がオイルパン６内の油面α１に対して最も上方へ離れる圧縮比の設定時、より具体的には第１制御軸１４が最も反時計回り方向に回転した最低圧縮比の設定時に、第１制御軸１４の軸方向からみて、第１連結ピン２６が、制御リンク１３の偏心軸部１５が設けられた大端部の外径線１３Ａの近傍、より詳しくは外径線１３Ａの輪郭線上に第１連結ピン２６が配置するように設定されている。

このように油面攪拌による油面変動や油跳ね掛け量が多くなる制御リンク１３の大端部の外径線１３Ａの近傍に第１連結ピン２６が配置されることによって、図２に示すように第１連結ピン２６が油没していなくても、この第１連結ピン２６への油供給量を十分に確保することができる。この結果、第１連結ピン２６の軸受部分に油膜を形成して潤滑性を向上し、音振性能を向上することができる。

（４）図３に示すように、少なくとも最高圧縮比を含む高圧縮比の設定時には、油面変動時のオイルパン６内の油面α２の位置にかかわらず、常に第１連結ピン２６がオイルパン６内の油面α２よりも下方に油没するように設定されている。

これによって、加減速などによる油面変動が生じても、高圧縮比の設定時には第１連結ピン２６が油面から露出することがないために、常に第１連結ピン２６が油没する形となり、音振性能の悪化を抑制することができる。

（５）図４に示すように、機関停止時には、始動に適した所定の中間圧縮比に設定し、かつ、この中間圧縮比の設定時には、第１連結ピン２６が機関停止時のオイルパン６内の油面α３よりも下方に油没するように設定されている。

これによって、機関停止中には第１連結ピンの軸受部分が油没した状態に維持される。従って、第１連結ピン２６に強制給油しない場合や、始動直後から高負荷・低圧縮比の設定となって油面α３から第１連結ピン２６が露出するような場合であっても、十分な潤滑性を確保することが可能となる。

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 (5)

1. 機関本体のオイルパン内に配置され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、
   上記制御軸に連結されるレバーと、
   上記制御軸の中心から径方向外方へ延びる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連結ピンと、を有し、
   少なくとも最高圧縮比の設定時には、上記連結ピンが、上記オイルパン内の油面よりも下方に油没するように設定されている可変圧縮比内燃機関。
2. 上記オイルパン内の油面が、上記制御軸の中心と連結ピンの中心との間に位置するように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、
   上記連結ピンがオイルパン内の油面から最も離れる圧縮比の設定時に、上記制御軸の軸方向からみて、上記連結ピンが、上記偏心軸部と連結する制御リンクの大端部の外径線の近傍に位置するように設定されている請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 高圧縮比の設定時には、油面変動時のオイルパン内の油面位置にかかわらず、常に連結ピンがオイルパン内の油面よりも下方に油没するように設定されている請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 機関停止時には所定の中間圧縮比に設定し、かつ、この中間圧縮比の設定時には、上記連結ピンが機関停止時のオイルパン内の油面より下方に油没するように設定されている請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
   
   

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