JPWO2017013727A1 - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

ストッパ(32)は、制御軸(10)の回転位置によらず制御軸側連結ピン(30)一端面と対向する一端側側壁(33)と、制御軸(10)の回転位置によらず制御軸側連結ピン(30)他端面と対向する他端側側壁(34)と、オイルパンアッパに対して固定される一端側フランジ(36)と、オイルパンアッパに対して固定される他端側フランジ(37)と、を有している。これによって、制御軸(10)の回転位置によらず、制御軸側連結ピン軸方向視で、制御軸側連結ピン(30)の端面がストッパ(32)の一端側側壁(33)及び他端側側壁(34)と部分的に重なり合うことになる。そのため、制御軸側連結ピン(30)が制御軸側連結ピン軸方向に沿って抜け落ちてしまうことを、制御軸(10)の回転位置によらず確実に防止することができる。

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た内燃機関に関する。
複リンク式のピストンクランク機構を利用して内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構が従来から知られている。
例えば、特許文献1には、回転位置に応じて内燃機関の機関圧縮比を変更可能な制御軸と、制御軸から径方向に延出するアーム部と、連結ピンを介してアーム部に回転可能に連結され、制御軸径方向に往復運動可能なレバーと、レバーを駆動するアクチュエータと、アーム部の軸方向両側に設けられた制御軸のジャーナル部と、を有する可変圧縮比機構が開示されている。
この特許文献1においては、連結ピンの軸方向端面に対向するスラスト面が制御軸もしくはジャーナル部を回転可能に支持する軸受体に設けられており、このスラスト面によって連結ピンが抜け止めされている。
しかしながら、連結ピンの位置は、機関圧縮比が変更されると制御軸が回転して変化することになる。そのため、軸受体や制御軸には、機関圧縮比が変化しても連結ピンの端面と対向するようにスラスト面を形成する必要がある。
特開2013−241846号公報
本発明の内燃機関は、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するアクチュエータと、上記制御軸から径方向外側へ延出するアーム部と、上記アクチュエータと上記アーム部とを連係するレバーと、上記レバーと上記アーム部とを貫通して両者を回転可能に連結する連結ピンと、上記制御軸の回転位置によらず上記連結ピンの端面と対向し、上記レバーもしくは上記アーム部からの上記連結ピンの抜け止めをする壁部と、を有する。
本発明によれば、連結ピンが連結ピン軸方向に沿って抜け落ちてしまうことを、制御軸の回転位置によらず、すなわち連結ピンの位置によらず、確実に防止することができる。
本発明に係る内燃機関に適用される可変圧縮比機構を模式的に示した説明図。 可変圧縮比機構の制御軸と電動モータとの連結機構を模式的に示した説明図。 第1実施例におけるストッパの斜視図。 第1実施例におけるストッパのオイルパンアッパへの取り付け状態を模式的に示した説明図。 制御軸が高圧縮比側ストッパに突き当たった状態におけるストッパと制御軸側連結ピンとの位置関係を模式的に示した説明図。 制御軸が低圧縮比側ストッパに突き当たった状態におけるストッパと制御軸側連結ピンとの位置関係を模式的に示した説明図。 第2実施例におけるストッパの斜視図。 第2実施例におけるストッパのオイルパンアッパへの取り付け状態を模式的に示した説明図。 第3実施例におけるストッパの斜視図。 第3実施例におけるストッパのオイルパンアッパへの取り付け状態を模式的に示した説明図。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、内燃機関1は、機関本体を構成するシリンダブロック2のシリンダ3内を往復動するピストン4の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構5を有している。
可変圧縮比機構5は、ピストン4とクランクシャフト6のクランクピン7とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、クランクピン7に回転可能に装着されたロアリンク8と、このロアリンク8とピストン4とを連結するアッパリンク9と、偏心軸部11が設けられた制御軸10と、偏心軸部11とロアリンク8とを連結するコントロールリンク12と、を有している。
クランクシャフト6は、複数のジャーナル部13及びクランクピン7を備えている。ジャーナル部13は、シリンダブロック2とクランク軸受ブラケット14との間に回転可能に支持されている。
アッパリンク9は、一端がピストンピン15に回転可能に取り付けられ、他端が第1連結ピン16によりロアリンク8と回転可能に連結されている。コントロールリンク12は、一端が第2連結ピン17によりロアリンク8と回転可能に連結されており、他端が制御軸10の偏心軸部11に回転可能に取り付けられている。
ここで、第1連結ピン16及び第2連結ピン17は、例えばロアリンク8に対して圧入固定されている。
制御軸10は、クランクシャフト6と平行に配置され、かつシリンダブロック2に回転可能に支持されている。詳述すると、制御軸10は、クランク軸受ブラケット14と制御軸軸受ブラケット18との間に回転可能に支持されている。
制御軸10は、アクチュエータとしての電動モータ21(図2を参照)によって回転駆動される。
電動モータ21により制御軸10の回転位置を変更することで、コントロールリンク12の揺動支点となる偏心軸部11の位置が変化する。これによりロアリンク8の姿勢が変化し、ピストン4のピストンモーション(ストローク特性)、すなわちピストン4の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が連続的に変更される。なお、制御軸10の駆動源としては、電動モータ21に限らず、油圧駆動式のアクチュエータであってもよい。
図2は、制御軸10と電動モータ21との連結機構を模式的に示した説明図である。
制御軸10は、径方向外側へ向かって延出する二股状のアーム部としての制御軸アーム部22を有し、シリンダブロック2やその下側(下部)に固定されるオイルパンアッパ23等からなる内燃機関本体の内部に回転可能に支持されている。
電動モータ21は、上記内燃機関本体の外部に配置されている。電動モータ21の回転は減速機(図示せず)により減速され、図示せぬ減速機出力軸の回転として取り出される。
上記減速機出力軸は、径方向外側へ向かって延出する出力軸アーム部26を有している。上記減速機、上記減速機出力軸及び出力軸アーム部26は、上記内燃機関本体の外部に配置されているとともに、上記内燃機関本体の側壁であるオイルパンアッパ側壁27に取り付けられたハウジング28に収容されている。本実施例では、このハウジング28の後端に電動モータ21が取り付けられている。
上記減速機出力軸は、オイルパンアッパ側壁27に沿って、機関前後方向に延在している。制御軸アーム部22と、出力軸アーム部26とは、制御軸10及び上記減速機出力軸に対して直交する細長いレバー29により連係されている。すなわち、潤滑用のオイルが飛散する上記内燃機関本体内に配置された制御軸10と、上記内燃機関本体の外部に設けられた上記減速機出力軸とは、オイルパンアッパ側壁27を貫通するレバー29によって機械的に連結された構成となっている。
制御軸アーム部22の先端には、レバー29の一端が挟み込まれている。制御軸アーム部22とレバー29は、円柱状の制御軸側連結ピン30を介して回転可能に連結されている。制御軸側連結ピン30は、連結ピンに相当するものであり、制御軸10に平行な状態で、制御軸アーム部22の先端及びレバー29の一端を貫通している。
出力軸アーム部26の先端には、レバー29の他端が出力軸側連結ピン31を介して回転可能に連結されている。電動モータ21の回転に伴い上記減速機出力軸が回転すると、制御軸10に直交する平面に沿ってレバー29が往復運動する。そして、レバー29の往復運動に伴い制御軸アーム部22が揺動することで制御軸10が回転する。
ここで、制御軸側連結ピン30は、ストッパ32によって、制御軸側連結ピン軸方向(制御軸軸方向)に沿った位置が規制され、制御軸アーム部22の先端及びレバー29の一端から脱落しないようになっている。
第1実施例におけるストッパ32は、図3〜図6に示すように、制御軸側連結ピン30一端面と対向する壁部としての一端側側壁33と、一端側側壁33と平行で、制御軸側連結ピン30他端面と対向する壁部としての他端側側壁34と、一端側側壁33と他端側側壁34とを連結する底壁35と、一端側側壁33から突出し、オイルパンアッパ23の相対的に剛性の高い部位に対して固定される板状の一端側フランジ36と、他端側側壁34から突出し、オイルパンアッパ23の相対的に剛性の高い部位に対して固定される板状の他端側フランジ37と、を有している。
ストッパ32の一端側側壁33と他端側側壁34との間には、制御軸アーム部22の先端とレバー29の一端が配置される。
一端側側壁33は、制御軸側連結ピン軸方向視(制御軸軸方向視)で、上辺部分が偏心軸部11に取り付けられるコントロールリンク12大端部の移動軌跡に沿った曲線状に形成されているとともに、機関圧縮比によらず、すなわち制御軸10の回転位置によらず、制御軸側連結ピン30一端面と部分的に常に対向するように形成されている。つまり、高圧縮比側(図示せず)に突き当たる状態(図5)と低圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図6)との間で制御軸10を回転させても、一端側側壁33は、制御軸側連結ピン軸方向視で、制御軸側連結ピン30一端面と常に先端が部分的に重なり合うように形成されている。
他端側側壁34は、周辺の部品に対して干渉しないように形成されているとともに、機関圧縮比によらず、すなわち制御軸10の回転位置によらず、制御軸側連結ピン30他端面と部分的に常に対向するように形成されている。つまり、高圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図5)と低圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図6)との間で制御軸10を回転させても、他端側側壁34は、制御軸側連結ピン軸方向視で、制御軸側連結ピン30他端面と常に先端が部分的に重なり合うように形成されている。
なお、本実施例では、他端側側壁34が一端側側壁33に比べて高く形成され、制御軸側連結ピン30の端面と重なり合う面積が相対的に大きくなっているが、他端側側壁34及び一端側側壁33の高さは、周辺の部品に干渉しない範囲で適宜設定可能であり、周辺の部品に干渉しないのであれば一端側側壁33を他端側側壁34に比べて高く形成することも可能である。
一端側フランジ36は、2つの一端側ボルト貫通孔38、38と、2つの一端側リブ39、40と、を有している。一端側ボルト貫通孔38、38は、一端側フランジ36の先端側に位置し、かつストッパ32の長手方向で互いに離間するよう形成されている。そして、一端側フランジ36は、オイルパンアッパ23に形成された開口部41開口縁内周側のフランジ41aに、オイルパンアッパ23の下面側から制御軸半径方向(制御軸側連結ピン半径方向)に沿って2本のボルト42、42で固定されている。
オイルパンアッパ23の開口部41は、気筒列方向(図4における上下方向)の一端側(図4における下方)が相対的に幅狭になっている。フランジ41aは、開口部41の気筒列方向の一端の開口縁に位置している。つまり、フランジ41aは、オイルパンアッパ23の開口部41開口縁のなかで相対的に剛性が高くなっている。
なお、オイルパンアッパ23の開口部41には、図示せぬオイルパンロアが取り付けられる。
他端側フランジ37は、1つの他端側ボルト貫通孔43と、1つの他端側リブ44と、を有している。他端側ボルト貫通孔43は、他端側フランジ37の先端側に位置するよう形成されている。そして、他端側フランジ37は、オイルパンアッパ23の開口部41を上記内燃機関本体の幅方向(図4における左右方向)に横切った梁部45の相対的に剛性が高くなっている部分に、オイルパンアッパ23の下面側から制御軸半径方向に沿って1本のボルト46で固定されている。梁部45は、その両端が開口部41の開口縁にそれぞれ接続されている。
一端側フランジ36及び他端側フランジ37には、固定する際の位置決めを容易にするための位置決め孔47がそれぞれ一つずつ形成されている。これらの位置決め孔47には、オイルパンアッパ23に形成された位置決め突起48が係合する。
上述した第1実施例の内燃機関1においては、制御軸10の回転位置によらず、すなわち制御軸側連結ピン30の位置によらず、制御軸側連結ピン軸方向視で、制御軸側連結ピン30の端面がストッパ32の一端側側壁33及び他端側側壁34と部分的に重なり合うことになる。そのため、制御軸側連結ピン30が制御軸側連結ピン軸方向に沿って抜け落ちてしまうことを、制御軸10の回転位置によらず確実に防止することができる。
また、第1実施例の内燃機関1は、制御軸側連結ピン30にスナップリングやスナップピン等を取り付けて抜け止めとする場合に比べ、制御軸側連結ピン30の取り付け作業性や故障時の取り外し作業性を改善することができる。
制御軸側連結ピン30にスナップリング等を取り付けて抜け止めとする場合、機関圧縮比によっては、制御軸アーム部22とレバー29とを貫通した制御軸側連結ピン30の端部が周辺の部品等に近接する可能性がある。そのため、十分な作業空間が確保できず制御軸側連結ピン30から抜け止め用のスナップリング等を脱着することが困難となる虞がある。
しかしながら、第1実施例の内燃機関1では、ストッパ32がオイルパンアッパ23に固定されている。そのため、制御軸側連結ピン30にスナップリング等を取り付けて抜け止めとする場合に比べ、組立性を改善することができるとともに、電動モータ21故障時の機関圧縮比によらず、レバー29や電動モータ21等の脱着整備性を向上させることができる。
また、制御軸側連結ピン30にスナップリング等を取り付けて抜け止めとする場合、スナップリング等を組み付けるための形状を制御軸側連結ピン30に設定する必要がある。
しかしながら、第1実施例の内燃機関1においては、オイルパンアッパ23に固定されたストッパ32によって制御軸側連結ピン30の抜け止めがなされている。そのため、制御軸側連結ピン30の形状が相対的に簡略化されたものとなり、制御軸側連結ピン30のコストを低減することができる。
一端側フランジ36と他端側フランジ37は、制御軸側連結ピン軸方向で制御軸側連結ピン30の両側に設定されている。そのため、第1実施例の内燃機関1においては、ストッパ32によって制御軸側連結ピン軸方向に沿ったオイルパンアッパ23の剛性が向上し、上記内燃機関本体の振動を低減することができる。
また、ストッパ32は、オイルパンアッパ23の開口部41開口縁のフランジ41aとオイルパンアッパ23の開口部41を横切る梁部45に固定されている。そのため、第1実施例の内燃機関1においては、ストッパ32によりオイルパンアッパ23の開口部41の剛性が向上し、上記内燃機関本体の振動を低減することができる。
ストッパ32は、オイルパンアッパ23の剛性の高い場所に固定されている。そのため、第1実施例の内燃機関1においては、ストッパ32を取り付けたことに起因する共振振動が抑制され、総じて上記内燃機関本体の振動を低減することが可能となる。
ストッパ32の一端側側壁33及び他端側側壁34は、機関圧縮比が低い時に制御軸側連結ピン30と対向する部位の剛性が、機関圧縮比が高い時に制御軸側連結ピン30と対向する部位の剛性よりも低くなるよう形成されている。
換言すると、ストッパ32は、制御軸側連結ピン軸方向視で、オイルパンアッパ23に固定される部分から制御軸側連結ピン30端面と対向する部分までの距離が、機関圧縮比が低いほど長くなるよう形成されている。
詳述すると、ストッパ32は、図5、図6に示すように、制御軸10が低圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図6)の時に制御軸側連結ピン30一端面と対向する部分から一端側フランジ36のオイルパンアッパ23への固定位置までの距離が、制御軸10が高圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図5)の時に制御軸側連結ピン30一端面と対向する部分から一端側フランジ36のオイルパンアッパ23への固定位置までの距離よりも長くなるよう設定されている。また、ストッパ32は、図5、図6に示すように、制御軸10が低圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図6)の時に制御軸側連結ピン30他端面と対向する部分から他端側フランジ37のオイルパンアッパ23への固定位置までの距離が、制御軸10が高圧縮比側ストッパ(図示せず)に突き当たる状態(図5)の時に制御軸側連結ピン30他端面と対向する部分から他端側フランジ37のオイルパンアッパ23への固定位置までの距離よりも長くなるよう設定されている。
機関圧縮比は、振動が相対的に大きくなる高回転高負荷側の運転状態で低圧縮比となる。そこで、一端側側壁33及び他端側側壁34においては、機関圧縮比の低い時に制御軸側連結ピン30と対向する部位の剛性を相対的に低くすることで、機関圧縮比が低い時に制御軸側連結ピン30が衝突した際の衝撃を緩和する。これによって、第1実施例の内燃機関1においては、一端側側壁33または他端側側壁34に制御軸側連結ピン30が衝突した際の騒音や振動を低減することができるとともに、一端側側壁33及び他端側側壁34や制御軸側連結ピン30の摩耗を低減することができる。
一端側側壁33及び他端側側壁34は、制御軸側連結ピン30の端面と部分的に対向するように形成されている。そのため、第1実施例の内燃機関1においては、機関圧縮比が保持された状態のときに振動により制御軸側連結ピン30の端面が衝突し、表面に凹みが生じたとしても、機関圧縮比の変更時に制御軸側連結ピン30が引っかかりにくく、機関圧縮比の変更を円滑に実施できる。
なお、振動が相対的に大きくなる高回転高負荷側の運転状態で使用される機関圧縮比は低圧縮比となるため、機関圧縮比が低くなるほど、制御軸側連結ピン30の端面と重なり合う面積が大きくなるように一端側側壁33及び他端側側壁34を形成すれば、振動により制御軸側連結ピン30が一端側側壁33や他端側側壁34に衝突した際の面圧を下げることができる。
本発明の他の実施例について説明する。なお、上述した第1実施例と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図7、8を用いて、本発明の第2実施例を説明する。第2実施例における内燃機関50は、上述した第1実施例の内燃機関1と略同一構成となっているが、ストッパ51に一端側フランジが設けられていない。すなわち、ストッパ51は、他端側側壁34から突出する他端側フランジ52のみによって、オイルパンアッパ23に対して固定されている。
第2実施例における他端側フランジ52は、2つの他端側ボルト貫通孔43、43を有している。他端側ボルト貫通孔43、43は、他端側フランジ52の先端側に位置し、かつストッパ51の長手方向で互いに離間するよう形成されている。そして、他端側フランジ52は、オイルパンアッパ23の開口部41を上記内燃機関本体の幅方向(図8における左右方向)に横切った梁部45の相対的に剛性が高くなっている部分に、オイルパンアッパ23の下面側から制御軸半径方向に沿って2本のボルト46、46で固定されている。
このような第2実施例の内燃機関50においては、ストッパ51に一端側フランジが設けられていない。そのため、内燃機関50は、ストッパ51よる制御軸側連結ピン軸方向に沿ったオイルパンアッパ23の剛性向上や、ストッパ51によるオイルパンアッパ23の開口部41の剛性向上といった作用効果を奏しないものの、それ以外は上述した第1実施例の内燃機関1と略同等の作用効果を奏することができる。
図9、10を用いて、本発明の第3実施例を説明する。第3実施例における内燃機関60は、上述した第1実施例の内燃機関1と略同一構成となっているが、ストッパ61に、他端側側壁及び他端側フランジが設けられていない。
すなわち、第3実施例におけるストッパ61は、第1実施例のストッパ32を長手方向に沿って底壁35の中央で分割したものの一方と同一形状となっており、制御軸側連結ピン30一端面と対向する壁部としての一端側側壁33と、一端側側壁33の基端から内側に突出する底壁35と、一端側側壁33から外側に突出し、オイルパンアッパ23に対して固定される板状の一端側フランジ36と、を有している。
ストッパ61は、一端側側壁33から突出する一端側フランジ36のみによって、オイルパンアッパ23に対して固定されている。
制御軸側連結ピン30は、制御軸側連結ピン軸方向の一方側への抜け落ちが制御軸10の回転位置によらずストッパ61の一端側側壁33によって防止され、制御軸側連結ピン軸方向の他方側への抜け落ちが制御軸側連結ピン30に取り付けられたスナップリング(図示せず)によって防止される。
このような第3実施例の内燃機関60においては、ストッパ61に他端側フランジが設けられていない。そのため、内燃機関60は、ストッパ61による制御軸側連結ピン軸方向に沿ったオイルパンアッパ23の剛性向上や、ストッパ61によるオイルパンアッパ23の開口部41の剛性向上といった作用効果を奏しないものの、それ以外は上述した第1実施例の内燃機関1と略同等の作用効果を奏することができる。
なお、この第3実施例の内燃機関60においては、ストッパ61が制御軸側連結ピン30の制御軸側連結ピン軸方向の一方側への抜け落ちのみを防止するべく一端側側壁33のみを有するため、ストッパ61を相対的に小型軽量化することができる。
また、上記実施例では、二股状の制御軸アーム部の先端にレバーの一端が挟み込まれる構造としたが、レバーの一端が二股状で、アーム部の先端が挟み込まれる構造にしても構わない。また、壁部は、連結ピンの端面と対向して連結ピンの抜け止めができればどのような形状にしても構わない。

Claims (7)

  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、
    上記制御軸の回転位置を変更するアクチュエータと、
    上記制御軸から径方向外側へ延出するアーム部と、
    上記アクチュエータと上記アーム部とを連係するレバーと、
    上記レバーと上記アーム部とを貫通して両者を回転可能に連結する連結ピンと、
    上記制御軸の回転位置によらず上記連結ピンの端面と対向し、上記レバーもしくは上記アーム部からの上記連結ピンの抜け止めをする壁部と、
    を有する内燃機関。
  2. 上記壁部は、上記連結ピンの一端面と対向する請求項1に記載の内燃機関。
  3. 上記壁部は、上記連結ピンの一端面と対向する一端側壁部と上記連結ピンの他端面と対向する他端側壁部である請求項1に記載の内燃機関。
  4. 上記壁部を有するストッパの内燃機関本体への取り付け位置は、連結ピン軸方向で上記連結ピンの両側に設定されている請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関。
  5. 上記壁部は、機関圧縮比が低い時に上記連結ピンと対向する部位の剛性が、機関圧縮比が高い時に上記連結ピンと対向する部位の剛性よりも低くなるよう形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関。
  6. 上記壁部は、連結ピン軸方向視で、当該底壁の内燃機関本体に対する固定位置から上記連結ピンの端面と対向する部分までの距離が、機関圧縮比が低いほど長くなるよう形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関。
  7. 内燃機関本体は、シリンダブロックの下部に固定されたオイルパンアッパを有し、
    上記壁部を有するストッパの上記内燃機関本体への取り付け位置は、上記オイルパンアッパに形成されたオイルパン開口部を上記内燃機関本体の幅方向に横切って分割する梁部と、上記オイルパン開口部の開口縁と、に設定されている請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関。
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