WO2019171098A1 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

シリンダブロック（12)の下部には、オイルパンアッパ（25)が取り付けられている。オイルパンアッパ（25)の側壁（31)には、開口部（33)が形成されている。可変圧縮比機構は、コントロールシャフトの回転位置に応じてピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を変更する。コントロールシャフトは、アクチュエ一タ（30)によって回転駆動する。アクチュエ一タ（30)は、オイルパンアッパ（25)の外側に一部が位置した状態でメインベアリングキャップ（13)に固定されている。

Description

可変圧縮比内燃機関

　本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。

　例えば、特許文献１には、制御軸の回転位置に応じて圧縮比を変更する可変圧縮比機構を有する内燃機関が開示されている。

　この特許文献１においては、可変圧縮比機構の制御軸を回転駆動するアクチュエータが、シリンダブロックの下方に取り付けられたオイルパンアッパの側壁に固定されている。

　しかしながら、アクチュエータには、制御軸を介して燃焼荷重が作用する。そこで、オイルパンアッパの側壁は、アクチュエータを支持固定するために剛性を高くする必要がある。つまり、オイルパンアッパは、剛性を高くするために重量が増加することになる。

　そのため、内燃機関は、総じて重量が増加することになり、燃費及び機関出力が相対的に低下するとともに、コストが上昇してしまうという問題がある。

国際公開２０１４／０１７１７０号公報

　本発明の可変圧縮比内燃機関は、複リンク式ピストンクランク機構のコントロールシャフトを回転駆動するアクチュエータがクランクシャフトを回転可能に支持する軸受部材に固定されている。アクチュエータは、少なくとも一部がクランク室を形成するケース部材の外側に位置した状態で軸受部材に固定されている。

　本発明によれば、ケース部材の剛性を高くすることなくアクチュエータを固定することができる。

本発明に係る可変圧縮比内燃機関が有する可変圧縮比機構の構成要素を模式的に示した説明図。 本発明に係る可変圧縮比内燃機関のクランクシャフトの軸受構造の概略を示す断面図。 本発明に係る可変圧縮比内燃機関の下部の分解斜視図。 本発明に係る可変圧縮比内燃機関の下部の斜視図。 アクチュエータとメインベアリングキャップとを模式的に示した斜視図。 メインベアリングキャップの側面図。

　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は、本発明の可変圧縮比内燃機関が有する可変圧縮比機構１の構成要素を模式的に示した説明図である。

　可変圧縮比内燃機関は、例えばトランスミッション（図示せず）とともにエンジンユニットを構成し、図示せぬエンジンマウントやトルクロッド等の複数の支持部材を介して図示せぬ車体に対して支持される。

　可変圧縮比機構１は、ピストン２にピストンピン３を介して一端が連結されたアッパリンク４と、アッパリンク４の他端にアッパピン（第１連結ピン）５を介して連結され、かつクランクシャフト６のクランクピン６ａに連結されたロアリンク７と、一端がコントロールピン（第２連結ピン）８を介してロアリンク７に連結されたコントロールリンク９と、コントロールリンク９の他端が連結される偏心軸部１０ａを有するコントロールシャフト１０と、を有している。

　つまり、可変圧縮比機構１は、ピストン２とクランクシャフト６のクランクピン６ａ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る。

　アッパリンク４は、一端がピストンピン３に回転可能に取り付けられ、他端がアッパピン５によりロアリンク７の一端側と回転可能に連結されている。

　クランクシャフト６は、金属材料からなり、複数のクランクピン６ａとクランクジャーナル６ｂとを備えている。クランクシャフト６は、後述する第１軸受部１１に、クランクジャーナル６ｂが回転自在に支持されている。クランクピン６ａは、クランクジャーナル６ｂから所定量偏心しており、ここにロアリンク７が回転可能に連結されている。

　コントロールリンク９は、一端がコントロールピン８によりロアリンク７の他端側と回転可能に連結されており、他端がコントロールシャフト１０の偏心軸部１０ａに回転可能に取り付けられている。アッパピン５及びコントロールピン８は、ロアリンク７に対して圧入固定されている。

　コントロールシャフト１０は、クランクシャフト６と平行に配置されるものであって、後述する第２軸受部１４に回転可能に支持される。コントロールシャフト１０は、クランクシャフト６の下方に位置している。

　可変圧縮比機構１は、コントロールシャフト１０を回転させることで偏心軸部１０ａの位置を可変とすることで、ロアリンク７の自由度を規制するコントロールリンク９を揺動させる。そして、可変圧縮比機構１は、コントロールリンク９を揺動させることで、上死点におけるピストン２の位置を変更し、内燃機関の機械的圧縮比を変更する。コントロールシャフト１０は、後述するアクチュエータ３０によって回転駆動する。

　図２は、クランクシャフト６の軸受構造の概略を示す断面図である。

　クランクシャフト軸受部としての第１軸受部１１は、金属材料からなるシリンダブロック１２と軸受部材（第１軸受部材）としてのメインベアリングキャップ１３とによって構成されている。

　コントロールシャフト軸受部としての第２軸受部１４は、メインベアリングキャップ１３と第２軸受部材としてのコントロールシャフトベアリングキャップ１５とによって構成されている。

　メインベアリングキャップ１３は、金属材料からなり、シリンダブロック１２の下部、詳しくは各気筒間のバルクヘッド１６の下部に、３本のボルト１７、１８、１９で取り付けられている。

　メインベアリングキャップ１３は、気筒列方向（図２における紙面垂直方向）に所定の厚みを有する板状の部材である。

　コントロールシャフトベアリングキャップ１５は、金属材料からなり、メインベアリングキャップ１３の下部に取り付けられている。

　コントロールシャフトベアリングキャップ１５は、気筒列方向（図２における紙面垂直方向）に所定の厚みを有する板状の部材である。

　３本のボルト１７~１９のうちの２本のボルト１７、１８は、メインベアリングキャップ１３及びコントロールシャフトベアリングキャップ１５の双方を貫通している。こられ２本のボルト１７、１８は、いわゆる共締めの形でメインベアリングキャップ１３及びコントロールシャフトベアリングキャップ１５をシリンダブロック１２に固定している。こられ２本のボルト１７、１８は、図２に示すように、それぞれ円形の開口部となる第１軸受部１１及び第２軸受部１４の両側を通過している。

　本実施例におけるメインベアリングキャップ１３とバルクヘッド１６との接合面２０は、シリンダ２１の中心軸線Ｌに対して直交する平面となっている。本実施例におけるメインベアリングキャップ１３とコントロールシャフトベアリングキャップ１５との接合面２２は、シリンダ２１の中心軸線Ｌに対して直交する平面となっている。つまり、接合面２０は、接合面２２と平行になっている。

　なお、ボルト１７~１９としては、頭部を備えた通常のボルトであってもよく、あるいは、ナットと組み合わせて用いられるスタッドボルトであってもよい。

　また、シリンダブロック１２には、ケース部材としてのオイルパンアッパ２５が取り付けられている。

　オイルパンアッパ２５は、シリンダブロック１２とともに内側にクランク室２６を形成する。クランク室２６内には、可変圧縮比機構１、メインベアリングキャップ１３及びコントロールシャフトベアリングキャップ１５等が収容される。

　オイルパンアッパ２５の下部には、オイルパンロア２７が取り付けられている。

　そして、メインベアリングキャップ１３には、ボルト２８、２９によってアクチュエータ３０が固定されている。

　ボルト２８、２９としては、頭部を備えた通常のボルトであってもよく、あるいは、ナットと組み合わせて用いられるスタッドボルトであってもよい。

　図３~図６を用いて、アクチュエータ３０の取り付け構造についてさらに説明する。図３は、可変圧縮比内燃機関の下部の分解斜視図である。図４は、可変圧縮比内燃機関の下部の斜視図である。図５は、アクチュエータ３０とメインベアリングキャップ１３とを模式的に示した斜視図である。図６は、シリンダブロック１２に取り付けられる複数のメインベアリングキャップ１３の側面図である。

　なお、図３~図６は、本発明が多気筒の可変圧縮比内燃機関に適用された場合を例に図示したものである。

　オイルパンアッパ２５は、図３に示すように、互いに対向する一対の側壁３１、３２を有している。一対の側壁３１、３２のうちの一方の側壁３１には、矩形の開口部３３が形成されている。つまりオイルパンアッパ２５は、気筒列方向に沿って延びる側壁３１に、開口部３３を有している。

　本実施例のクランクシャフト６は、気筒列方向の４箇所が第１軸受部１１によって回転可能に支持されている。つまり、シリンダブロック１２は、４つのバルクヘッド１６を有している。そして、可変圧縮比内燃機関は、４つのバルクヘッド１６に対応して、４つ（複数）のメインベアリングキャップ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有している。

　メインベアリングキャップ１３は、シリンダブロック側の上端面にメインベアリングキャップ側第１軸受部１１ａが形成され、反対側（下方側）の下端面にメインベアリングキャップ側第２軸受部１４ａが形成されている。

　つまり、第１軸受部１１は、メインベアリングキャップ側第１軸受部１１ａと、バルクヘッド１６に形成されたバルクヘッド側第１軸受部１１ｂと、によって構成される。

　第２軸受部１４は、メインベアリングキャップ側第２軸受部１４ａと、コントロールシャフトベアリングキャップ１５に形成されたコントロールシャフトベアリングキャップ側第２軸受部１４ｂと、によって構成される。

　アクチュエータ３０は、４つ（複数）のメインベアリングキャップ１３のうち、気筒列方向で中央部分に位置するメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに取り付けられている。

　アクチュエータ３０が取り付けられるメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃは、図２、図３、図５、図６に示すように、片側（一方）の側部にアクチュエータ３０が取り付けられる金属製のアクチュエータ取り付け部３４を有している。

　アクチュエータ取り付け部３４は、例えば、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに一体に鋳造されているものである。

　アクチュエータ取り付け部３４は、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃの片側（一方）の側面を構成するものである。

　アクチュエータ取り付け部３４は、アクチュエータ３０に接する互いに離間した第１、第２取り付け面３５、３６と、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６との間に位置する溝３７と、を有している。溝３７は、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６とを隔てるものである。

　アクチュエータ取り付け部３４は、第１、第２取り付け面３５、３６が同一平面上に位置し、機関幅方向（図２における左右方向）で同一位置となるように形成されている。

　第１取り付け面３５は、第２取り付け面３６よりもシリンダブロック側に位置している。つまり、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６とは、上下方向で互いに離間するよう形成されている。

　アクチュエータ取り付け部３４は、第２取り付け面３６が上下方向でコントロールシャフトベアリングキャップ１５よりも下方側に位置するように形成されている。

　溝３７は、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６との間の部分を肉抜きすることによって得られる上下方向に沿って所定幅を有する凹部である。

　溝３７は、クランク室側に向かって凹むように肉抜きされたものであり、断面Ｕ字型状を呈している。

　これによって、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃにアクチュエータ３０を取り付ける際に、アクチュエータ３０が軸受部材の第１、第２取り付け面３５、３６以外の部分に接触することを抑制できる。また、アクチュエータ３０の外形状の設計自由度を高めることができる。

　そして、溝３７は、アクチュエータ３０の一部を収容可能となるように形成されている。

　これによって、可変圧縮比内燃機関は、アクチュエータ３０のオイルパンアッパ２５からの突出量を小さくすることができ、総じて小型化を図ることができる。

　溝３７は、第１取り付け面３５及び第２取り付け面３６と連続しており、第１取り付け面３５及び第２取り付け面３６とともにメインベアリングキャップ１３の片側（一方）の側面を構成している。

　アクチュエータ取り付け部３４は、例えば、溝３７が深くなり肉抜き量が多くなると、軽量化されるものの総じて剛性が低下し強度を低下する。また、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃは、例えば、溝３７が浅くなり肉抜き量が少なくなると、剛性が高くなり強度も高くなるものの、アクチュエータ３０の重量に起因する振動（共振）の影響を受ける虞がある。

　そこで、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃは、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６のとの間に溝３７を設定することで、軽量化と剛性を最適化している。すなわち、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃは、アクチュエータ取り付け部３４の溝３７による肉抜き量を最適化することで、剛性を確保しつつ、強度と振動特性を両立させている。

　本実施例では、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６とが同一平面上に位置しているが、第１取り付け面３５と第２取り付け面３６とが機関幅方向（図２における左右方向）でオフセットするようアクチュエータ取り付け部３４を形成することもの可能である。

　アクチュエータ３０は、オイルパンアッパ２５の開口部３３からメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに取り付けられている。

　アクチュエータ３０は、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに固定される矩形の固定部３８を有している。固定部３８は、オイルパンアッパ２５の開口部３３を塞ぐとともに、４本のボルトによってメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃの第１取り付け面３５と第２取り付け面３６に固定される。固定部３８の外周面と開口部３３の内周面との間は、例えばガスケット等のシール材（図示せず）によってシールされている。

　従って、図２、図４に示すように、アクチュエータ３０は、固定部３８よりも外側の部分がオイルパンアッパ２５の外側に位置した状態で、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに固定される。つまり、アクチュエータ３０は、少なくとも一部がオイルパンアッパ２５の外側に位置した状態でメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに固定されている。

　アクチュエータ３０は、電動モータ及び減速機等からなる駆動ユニットであり、コントロールシャフト１０に直交するように連結されたリンク部材３９を揺動させることでコントロールシャフト１０を回転駆動するものである。

　リンク部材３９は、図５に示すように、アクチュエータ３０に連結されている。

　リンク部材３９は、アクチュエータ３０の駆動によりコントロールシャフト１０の回転軸線と直交する平面上を機関幅方向（図２における左右方向）に揺動する。コントロールシャフト１０は、リンク部材３９の揺動によりリンク部材３９との連結位置が揺動することで回転する。

　リンク部材３９は、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃの間で、コントロールシャフト１０に連結されている。換言すると、アクチュエータ３０は、気筒列方向でリンク部材３９の両側に位置するメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに固定されている。

　これによって、可変圧縮比内燃機関は、コントロールシャフト１０からリンク部材３９を介してアクチュエータ３０に作用する燃焼荷重に対して、アクチュエータ３０をメインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃに強固に支持固定することができる。

　さらに、メインベアリングキャップ１３ｂ、１３ｃは、気筒列方向でリンク部材３９に近い方のアクチュエータ取り付け部３４の気筒列方向に沿った寸法が相対的に大きくなるよう形成されている。

　本実施例の可変圧縮比内燃機関は、メインベアリングキャップ１３ｂが気筒列方向でメインベアリングキャップ１３ｃよりもリンク部材３９に近接している。　そのため、本実施例の可変圧縮比内燃機関は、図６に示すように、メインベアリングキャップ１３ｂのアクチュエータ取り付け部３４の気筒列方向に沿った寸法が、メインベアリングキャップ１３ｃのアクチュエータ取り付け部３４の気筒列方向に沿った寸法よりも大きくなるよう形成されている。

　つまり、本実施例の可変圧縮比内燃機関は、メインベアリングキャップ１３ｂのアクチュエータ取り付け部３４の気筒列方向に沿った厚みｔ１（例えばｔ１＝２４．８ｍｍ）がメインベアリングキャップ１３ｃのアクチュエータ取り付け部３４の気筒列方向に沿った厚みｔ２（例えばｔ２＝２１ｍｍ）よりも厚く形成されている。

　これにより、本実施例の可変圧縮比内燃機関は、リンク部材３９を介してアクチュエータ３０に作用する燃焼荷重に対して、アクチュエータ３０をメインベアリングキャップ１３ｂに一層強固に支持固定することができる。

　アクチュエータ３０をオイルパンアッパ２５の側壁に固定する場合には、オイルパンアッパ２５の側壁の剛性を高くする必要がある。この場合オイルパンアッパ２５は、剛性を高くするために重量が増加することになる。その結果、可変圧縮比内燃機関は、総じて重量が増加することになり、燃費及び機関出力が相対的に低下するとともに、コストが上昇する虞がある。

　しかしながら、本実施例の可変圧縮比内燃機関においては、アクチュエータ３０が、オイルパンアッパ２５の外側に一部が位置した状態でメインベアリングキャップ１３に固定されている。

　そのため、本実施例の可変圧縮比内燃機関においては、オイルパンアッパ２５の剛性を高くすることなくアクチュエータ３０を固定することができる。

　クランクシャフト６を回転可能に支持するメインベアリングキャップ１３にアクチュエータ３０を直接取り付けることで、オイルパンアッパ２５の重量増加が抑制され、可変圧縮比内燃機関の重量増加の抑制することできる。

　また、可変圧縮比内燃機関の重量増加の抑制によって、可変圧縮比内燃機関の燃費及び機関出力を向上させるとともに、可変圧縮比内燃機関のコストを低減することが可能となる。

　なお、第１取り付け面３５でアクチュエータ３０をメインベアリングキャップ１３に固定するボルト２８が挿入されるボルト穴４１は、ボルト１７が挿入されるボルト穴４２と連通するように形成してもよい。

　また、アクチュエータ３０は、３つ以上のメインベアリングキャップ１３に対して固定されるようにしてもよい。

Claims (7)

1. 　シリンダブロックの下部に取り付けられて内側に当該シリンダブロックとともにクランク室を形成するケース部材と、
   　上記シリンダブロックの下部に取り付けられ、該シリンダブロックとの間にクランクシャフトを回転可能に支持するクランクシャフト軸受部を形成する軸受部材と、
   　上記クランク室内に位置し、コントロールシャフトの回転位置に応じてピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を変更する複リンク式ピストンクランク機構と、
   　少なくとも一部が上記ケース部材の外側に位置した状態で複数の上記軸受部材に固定され、上記複リンク式ピストンクランク機構のコントロールシャフトを回転駆動するアクチュエータと、を有する可変圧縮比内燃機関。
2. 　上記ケース部材は、気筒列方向に沿った側面に開口部を有し、
   　上記アクチュエータは、上記開口部から複数の上記軸受部材に固定されている請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 　上記コントロールシャフトに直交するように連結されたリンク部材を有し、
   　上記アクチュエータは、上記リンク部材を揺動させて上記クランクシャフトと平行に配置された上記コントロールシャフトを回転駆動するものであり、気筒列方向で上記リンク部材の両側に位置する一対の上記軸受部材に固定されている請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 　上記コントロールシャフトに直交するように連結されたリンク部材を有し、
   　上記アクチュエータは、上記リンク部材を揺動させて上記クランクシャフトと平行に配置された上記コントロールシャフトを回転駆動するものであり、
   　上記アクチュエータが固定される複数の上記軸受部材は、気筒列方向で上記リンク部材に近いものほど、上記アクチュエータが取り付けられる部分の気筒列方向に沿った寸法が大きくなるよう形成されている請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 　上記アクチュエータが取り付けられる複数の上記軸受部材は、上記アクチュエータが取り付けられるアクチュエータ取り付け部を有し、
   　上記アクチュエータ取り付け部は、上記アクチュエータに接する互いに離間した第１、第２取り付け面と、上記第１取り付け面と上記第２取り付け面との間に位置し、上記第１取り付け面と上記第２取り付け面とを隔てる溝と、を有する請求項１~４のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
6. 　上記溝は、上記アクチュエータの一部を収容可能となるよう形成されている請求項５に記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 　上記アクチュエータ取り付け部は、上記軸受部材と一体に鋳造されている請求項５または６に記載の可変圧縮比内燃機関。

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