JPWO2016035127A1 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

第１制御軸（１３）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、アクチュエータ（２０）とを連結する連結機構（２２）が、第１制御軸（１３）と第２制御軸（２４）とを連結するレバー（２５）を有し、第１制御軸（１３）に作用する燃焼荷重がレバー（２５）を介して第２制御軸（２４）に伝達される。第１制御軸（１３）から径方向外方へ延在する第１アーム部（２７）の先端とレバー（２５）の一端とを相対回転可能に連結する第１連結ピン（２８）と、第２制御軸（２４）から径方向外方へ延在する第２アーム部（２９）の先端とレバー（２５）の他端とを相対回転可能に連結する第２連結ピン（３０）と、を有する。第１連結ピン（２８）の直径（Ｄ１）を、第２連結ピン（３０）の直径（Ｄ２）よりも大きくする。

Description

本発明は、第１制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた可変圧縮比内燃機関に関する。

特許文献１には、第１制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関（以下、「可変圧縮比内燃機関」と呼ぶ）が開示されている。第１制御軸を駆動するモータ等のアクチュエータと第１制御軸との間には連結機構が設けられ、この連結機構には、レバーを介して第１制御軸と連結された第２制御軸が設けられる。第２制御軸は、例えば機関本体に固定されるハウジング内に回転可能に支持される。

特開２０１３−２５３５１２号公報

このような可変圧縮比内燃機関においては、燃焼荷重により曲げ・捩じり振動する第１制御軸の第１アーム部に連結される第１連結ピンの軸受部分には、軸傾斜方向への大きな荷重が作用するために、軸受部分の一方の端部で強く接触する、いわゆる片当たりの荷重が大きくなる傾向にある。一方、第２連結ピン側は、第１制御軸との間に第１連結ピンやレバーが介在しているために、これら第１連結ピンとレバーとの間の軸受部分のクリアランスなどによって、荷重が低減されることから、第１連結ピンに比して軸受部分への軸傾斜方向の荷重は低く抑えられ、軸受部分に作用する局所的な面圧は低い。

従って、第１連結ピンと第２連結ピンに同等の荷重が作用すると、第１連結ピンの方が局所的な面圧が増大して、摩耗が進行しやすいという課題がある。

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、本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、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上記第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、を含み、上記第１制御軸に作用する燃焼荷重が上記レバーを介して上記第２制御軸に伝達され、更に、上記第１制御軸から径方向外方へ延在する第１アーム部と、上記第１アーム部の先端と上記レバーの一端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第１連結ピンと、上記第２制御軸から径方向外方へ延在する第２アーム部と、上記第２アーム部の先端と上記レバーの他端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第２連結ピンと、を有している。

そして、上記第１連結ピンの直径が、上記第２連結ピン径よりも大きいことを特徴としている。

本発明によれば、第１連結ピンと第２連結ピンのうち、燃焼荷重が作用するピストン寄りの第１連結ピンの軸受部分には、ピストン側からの燃焼荷重により軸傾斜方向の大きな荷重が作用するものの、第１連結ピンの直径が相対的に大きく設定されているために、摩耗の進行を抑制することができる。一方、ピストンから遠い側の第２連結ピンの直径を相対的に小さくすることで、この連結ピンにより連結されるピン連結部分の運動軌跡を小さくして、機関搭載性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機構を備えた可変圧縮比内燃機関を簡略的に示す構成図。 連結機構の付近を示す断面図。 レバー，第１アーム部及び第２アーム部の連結部分を示す説明図。 第１連結ピン（Ａ）及び第２連結ピン（Ｂ）の倒れ変形を誇張して示す説明図。 第１連結ピン及び第２連結ピンの連結構造を示す断面図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る可変圧縮比機構１０を備えた可変圧縮比内燃機関１を模式的に示す構成図である。この可変圧縮比内燃機関１のシリンダブロック２には、クランクシャフト３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３のクランクピン４に回転可能に取り付けられるロアーリンク１１と、このロアーリンク１１とピストン５とを連結するアッパーリンク１２と、シリンダブロック２に回転可能に支持される第１制御軸１３と、この第１制御軸１３とロアーリンク１１とを連結する制御リンク１４と、を有している。アッパーリンク１２の上端とピストン５とはピストンピン１５により相対回転可能に連結され、アッパーリンク１２とロアーリンク１１とはアッパーピン１６により相対回転可能に連結され、ロアーリンク１１と制御リンク１４の上端とは制御ピン１７により相対回転可能に連結されている。ロアーリンク１１の下端部は、第１制御軸１３の回転中心となるジャーナル部から偏心して設けられた制御偏心軸部１８に回転可能に取り付けられている。

図１及び図２に示すように、第１制御軸１３を回転駆動するモータ等のアクチュエータ２０の出力軸と、第１制御軸１３と、の動力伝達経路には、モーターの出力軸の回転動力を減速して第１制御軸１３へ伝える連結機構２２が介装されている。この連結機構２２は、波動歯車装置などの大きな減速が得られる減速機を備えており、この減速機の出力軸と一体的に回転する第２制御軸２４と、この第２制御軸２４と第１制御軸１３（図１参照）とを連結するレバー２５と、を有している。第２制御軸２４はシリンダブロック２に横付け固定されるハウジング２６内に収容配置されており、第１制御軸１３と平行な姿勢でハウジング２６に回転可能に支持されている。レバー２５はシリンダブロック２及びハウジング２６のスリット２３を貫通して延在している。

レバー２５の一端と、第１制御軸１３のジャーナル部１３Ａから径方向に延びる第１アーム部２７の先端とは、第１連結ピン２８を介して相対回転可能に連結されている。レバー２５の他端と、第２制御軸２４の回転中心となるジャーナル部２４Ａから径方向へ延びる第２アーム部２９の先端とは、第２連結ピン３０を介して相対回転可能に連結されている。

第２制御軸２４の回転を減速して第１制御軸１３へ伝達するように、第１アーム部２７は第２アーム部２９よりも長く設定されている。

このような可変圧縮比機構１０は、モーターにより連結機構２２を介して第１制御軸１３の回転位置を変更すると、制御リンク１４を介してロアーリンク１１の姿勢が変化して、ピストン上死点位置及びピストン下死点位置を含めたピストン５のストローク特性が変化して、機関圧縮比が連続的に変化する。

次に、このような本実施例において特徴となる構成やその作用効果について、以下に列記する。

［１］第１制御軸１３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、上記第１制御軸１３の回転位置を変更及び保持するアクチュエータ２０と、上記アクチュエータ２０と上記第１制御軸１３とを連結する連結機構２２と、を有している。

この連結機構２２は、上記第１制御軸１３と平行に配置される第２制御軸２４と、上記第１制御軸１３と第２制御軸２４とを連結するレバー２５と、を含み、上記第１制御軸１３に作用する燃焼荷重が上記レバー２５を介して上記第２制御軸２４に伝達される。

更に、上記第１制御軸１３から径方向外方へ延在する第１アーム部２７と、上記第１アーム部２７の先端と上記レバー２５の一端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第１連結ピン２８と、上記第２制御軸２４から径方向外方へ延在する第２アーム部２９と、上記第２アーム部２９の先端と上記レバー２５の他端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第２連結ピン３０と、を有している。そして、上記第１連結ピン２８の直径Ｄ１が、上記第２連結ピン３０の直径Ｄ２よりも大きい。

第１制御軸１３には、内燃機関のピストン５側から作用する燃焼荷重や慣性荷重によって、軸方向に対して傾斜する軸傾斜方向の荷重を受けるために、曲げ・捩じり振動を生じ易い。従って、第１連結ピン２８と第２連結ピン３０のうち、第１制御軸１３と直接的に連結されている第１連結ピン２８は、上記の軸傾斜方向の荷重により、その軸受部分の面圧が一定ではなく、軸方向両端部の面圧が局所的に増大し、いわゆる片当たりを生じ易い傾向にある。

一方、第２連結ピン３０は、第１制御軸１３に作用する燃焼荷重や慣性荷重が第１連結ピン２８やレバー２５を介して間接的に伝達され、この第１連結ピン２８とレバー２５との連結部分・軸受部分に設けられるクリアランス等によって、軸傾斜方向の荷重の伝達が低減されることから、第１連結ピン２８側に比して軸方向両端部の面圧の局所的な増大が抑制・緩和される。そのため、仮に第１連結ピン２８と第２連結ピン３０に同等の荷重が作用する場合、第１連結ピン２８の方が局所的に面圧が増大して摩耗が進行し易い傾向にある。

そこで、第１連結ピン２８と第２連結ピン３０のうち、第１連結ピン２８の直径Ｄ１を相対的に大きくすることによって、第１連結ピン２８の局所的な面圧の増大・片当たりを抑制し、摩耗の進行を抑制することができる。一方、第２連結ピン３０の直径Ｄ２を相対的に小さくすることによって、第２連結ピン３０を含めた連結部分の運動軌跡が縮小するために、機関搭載性が向上し、具体的には、この第２連結ピン３０を収容するハウジング２６の小型化や軽量化を図ることができる。

更に言えば、第１連結ピン２８と第２連結ピン３０の双方ともに、圧縮比変更時のピン軸受部分に対する相対的な連結ピンの摺動速度が小さいため、軸受部分に油膜が形成され難い傾向にある。従って、油膜形成を良好にするため、ピン摺動速度を増大したほうが好ましい。ここで、図３に示すように、第２制御軸２４から第１制御軸１３へ回転を減速して伝達する構成では、第２制御軸２４の作動角θ２（ピン軸受部分に対する連結ピンの相対回転角）が、第１制御軸１３の作動角θ１（ピン軸受部分に対する連結ピンの相対回転角）よりも大きい。このため、所定の圧縮比変更量当たりのピン軸受に対する連結ピンの周方向回転速度は、仮に第１連結ピン２８と第２連結ピン３０の直径が同じである場合、第１連結ピン２８よりも第２連結ピン３０の方が大きくなる。そのため、相対的に軸受部分に油膜が形成され難い第１連結ピン２８の直径Ｄ１を、第２連結ピン３０の直径Ｄ２に対して相対的に大きくすることによって、第１連結ピン２８と第２連結ピン３０の双方ともに良好な油膜を形成して潤滑性能を向上し、摩耗・焼き付きの発生を抑制することができる。

加えて、図４に示すように、第１連結ピン２８の直径Ｄ１を相対的に大きくすることで、第１連結ピン２８と第２連結ピン３０の軸方向長さが同じである場合、第１連結ピン２８の長さ／直径の比が、第２連結ピン３０の長さ／直径の径の比よりも小さくなる。これによって、軸受部分のクリアランス３１が同じである場合には、ピストン側からの燃焼荷重等により軸傾斜方向の曲げ・ねじり振動が大きい第１制御軸１３（の第１アーム部２７）に連結される第１連結ピン２８の軸受クリアランス３１内の倒れ角の自由度が増大するため、第１制御軸１３の振動・倒れを、第１連結ピン２８の軸受部分のクリアランス３１と、その軸受面の油膜とにより吸収し、振動・倒れがレバー２５側に伝達することを抑制することができる。この結果、レバー２５の振動による音振悪化を抑制するとともに、第２連結ピン３０や第２制御軸２４の軸受部分の異常摩耗を回避することができる。

［２］上記第１連結ピン２８の摺動面積（第１連結ピン２８と第１アーム部２７及びレバー２５とが相対回転する軸受部分の面積）が、上記第２連結ピン３０の摺動面積（第２連結ピン３０と第２アーム部２９及びレバー２５とが相対回転する軸受部分の面積）よりも大きく設定されている。このように第１連結ピン２８の摺動面積を相対的に大きくすることで、第１連結ピン２８の局所的な面圧上昇や片当たりを抑制することができる。一方、第２連結ピン３０側は、第１連結ピン２８とレバー２５との間の軸受クリアランス３１によって、偏心軸振動の第２連結ピン３０への伝達が低減されるために、その面圧は第１連結ピン２８側よりも低い。従って、過度な面圧上昇を招くことなく、第２連結ピン３０の摺動面積を縮小可能である。

［３］上記第１連結ピン２８の平均面圧が、上記第２連結ピン３０の平均面圧よりも小さく設定されている。

第１連結ピン２８は、第１制御軸１３を介してピストン５側からの荷重により、振動，捩じれ，及び曲げ変形を生じ易いことから、摺動条件が厳しい。従って、第１連結ピン２８を大径化して、その平均面圧を抑制することで、摩耗が進行しやすい第１連結ピン２８の摩耗を抑制することができる。一方、第２連結ピン３０は、レバー２５を介して第１制御軸１３側と連結されているために、ピストン５側の大きな振動，捩じれ及び曲げ変形が緩和され、第１連結ピン２８側に比して荷重が低減される。従って、第２連結ピン３０側では平均面圧が相対的に大きくても摩耗の進行を抑制することが可能である。

［４］上記第１連結ピン２８の表面粗さが、上記第２連結ピン３０の表面粗さよりも小さく設定されている。このように、局所的な面圧が大きく摩耗が進行し易い第１連結ピン２８の表面粗さを小さくすることで、摩耗を抑制することができる。一方、相対的に摩耗が進行し難い第２連結ピン３０側では、表面粗さを相対的に大きくすることで、表面処理を簡素化することができる。

［５］上記第１連結ピン２８の表面硬度が、上記第２連結ピン３０の表面硬度よりも高く設定されている。このように、局所面圧が大きく摩耗が進行しやすい第１連結ピン２８の表面硬度を高くすることで、その摩耗を抑制可能である。

［６］上記第１連結ピン２８の有効軸受長さが、上記第２連結ピン３０の有効軸受長さよりも短く設定されている。

つまり、上述したように第１連結ピン２８の直径を第２連結ピン３０の直径よりも大きくしているために、面圧の悪化を招くことなく、第１連結ピン２８の有効軸受長さを短縮することができる。これによって、第１連結ピン２８の全長を抑制し、特に多気筒内燃機関における機関搭載性を向上することができる。

［７］図５に示すように、第１連結ピン２８は、第１アーム部２７とレバー２５の双方に対して相対回転可能であり、その両端に、ピン抜け止め機構としてのスナップリング３２が固定されている。一方、第２連結ピン３０は、第２アーム部２９とレバー２５の少なくとも一方（この例では第２アーム部２９）に相対回転不能に固定されている。

このように、相対的に振動が大きい第１連結ピン２８をフルフロート化することによって、第２連結ピン３０側へ伝達される振動入力を低減することができることから、第２連結ピン３０を、第２アーム部２９とレバー２５の少なくとも一方に圧入等により相対回転不能に固定する構造としても、アクチュエータ側への振動入力の悪化を抑制することができる。

また、このように第２連結ピン３０を第２アーム部２９とレバー２５の一方に圧入等による固定する構造とすることで、圧入側（この例では第２アーム部２９）の軸受幅を短縮することができるために、固定されていない他方の側（この例ではレバー２５）の軸受幅を拡大可能となる。この結果、第２連結ピン３０の直径を相対的に小さくしているにもかかわらず、面圧の悪化を抑制することができる。

［８］
より具体的には、図５に示すように、第２連結ピン３０を第２アーム部２９に圧入により固定し、かつ、上記第２連結ピン３０に対する第２アーム部２９の軸受部分３３を、上記第２連結ピン３０に対するレバー２５の一対の軸受部分３４で両側から挟み込む構造としている。

このような構造とすることで、レバー２５の軸傾斜方向の倒れ変形を抑制することができるとともに、軸受部分のクリアランスを低減可能である。更に、第２連結ピン３０を第２アーム部２９に圧入により固定しているために、第２連結ピン３０の抜け止めがなされており、第２連結ピン３０の抜け止めを防止するためのスナップリング等が不要となる。また、軸方向中央部の一箇所で第２連結ピン３０と第２アーム部２９とを圧入固定しているために、軸方向両側の２箇所で圧入固定する場合に比して、圧入作業の際の圧入抜け時にトルクばらつきを低減可能である。

［９］第２連結ピン３０とレバー２５の一対の軸受部分３４の軸方向幅の合計が、第２連結ピン３０と第２アーム部２９との軸受部分３３の軸方向幅よりも大きい。

このように、相対回転する第２連結ピン３０とレバー２５の一対の軸受部分３４の軸方向幅を大きく確保することで、摺動部分の面圧を低減することができる。

Claims (9)

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上記第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、を含み、上記第１制御軸に作用する燃焼荷重が上記レバーを介して上記第２制御軸に伝達され、
   更に、上記第１制御軸から径方向外方へ延在する第１アーム部と、上記第１アーム部の先端と上記レバーの一端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第１連結ピンと、上記第２制御軸から径方向外方へ延在する第２アーム部と、上記第２アーム部の先端と上記レバーの他端とを挿通して、両者を相対回転可能に連結する第２連結ピンと、を有し、
   上記第１連結ピンの直径が、上記第２連結ピンの直径よりも大きい可変圧縮比内燃機関。
2. 上記第１連結ピンの摺動面積が、上記第２連結ピンの摺動面積よりも大きい請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 上記第１連結ピンの平均面圧が、上記第２連結ピンの平均面圧よりも小さい請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 上記第１連結ピンの表面粗さが、上記第２連結ピンの表面粗さよりも小さい請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 上記第１連結ピンの表面硬度が、上記第２連結ピンの表面硬度よりも高い請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
6. 上記第１連結ピンの有効軸受長さが、上記第２連結ピンの有効軸受長さよりも短い請求項１〜５のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 上記第１連結ピンが、上記第１アーム部と上記レバーの双方に対して相対回転可能であり、
   上記第２連結ピンが、上記第２アーム部とレバーの少なくとも一方に相対回転不能に固定されている請求項１〜６のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
8. 上記第２連結ピンを第２アーム部に圧入により固定し、かつ、上記第２連結ピンに対する第２アーム部の軸受部分を、上記第２連結ピンに対するレバーの一対の軸受部分で両側から挟み込む構造とする請求項７に記載の可変圧縮比内燃機関。
9. 上記第２連結ピンと上記レバーの一対の軸受部分の軸方向幅の合計が、上記第２連結ピンと上記第２アーム部との軸受部分の軸方向幅よりも大きい請求項８に記載の可変圧縮比内燃機関。

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