JP2010248954A - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変圧縮比機構における各気筒の圧縮比のばらつきを修正できるようにする。
【解決手段】複リンク式の可変圧縮比機構を備え、偏心軸を備えた制御軸１８の回転位置によって圧縮比が定まるものにおいて、制御軸１８を、直線状に連続した棒状の制御軸本体２１と、この制御軸本体２１に取り付けられて偏心軸を構成する円筒部材２２と、の別部材から構成する。円筒部材２２は、コントロールリンク１５を支障する第１の部分２２Ａと制御軸本体２１に対する取付・調整機能を担う第２の部分２２Ｂとを備え、スリット２８，２９により切り離された可動部３０をボルト３１，ナット３２により締め付けることで制御軸本体２１に固定される。ボルト３１の中央部は取付孔２７内に露出しており、制御軸本体２１外周面の凹溝状の雌ねじ部２５に噛み合っているので、ボルト３１の回転操作により円筒部材２２の取付位置を調整できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した内燃機関の可変圧縮比装置に関し、特に、その制御軸の改良に関する。

内燃機関の圧縮比を可変制御するために、特許文献１に例示されているように、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した複リンク式可変圧縮比装置が知られている。これは、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを備え、このコントロールリンクの基端の位置（揺動支点位置）を変更することで、ピストン位置を相対的に上下に変位させ、圧縮比を変更する構成となっている。上記コントロールリンクの揺動支点位置の変更には、コントロールリンク基端が連結される偏心軸を備えた制御軸が用いられ、この制御軸の回転位置を電動モータや油圧機構等からなるアクチュエータによって変化させる構成となっている。

また、特許文献２は、同様の複リンク式ピストン−クランク機構を固定圧縮比機関に適用し、上記制御軸に相当する補助シャフトを気筒毎に分割するとともに、各々の支持位置をシムによって微調整できるようにして、各気筒の圧縮比のばらつきを小さくするようにした技術を開示している。

特開２００２−２１５９２号公報 特開２００７−２３１７５１号公報

上記のような複リンク式の可変圧縮比装置においては、気筒毎の圧縮比のばらつきが生じやすく、これに対しては、各々高さの異なるピストンに組み替えることによって対応せざるを得ない。

また、上記特許文献２の技術は、固定圧縮比機関を前提としたものであり、圧縮比を可変制御する可変圧縮比装置には当然のことながら適用することができない。仮に、これを可変圧縮比装置として構成する場合には、各気筒毎にアクチュエータが必要となってしまう。

この発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、アクチュエータによる上記制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する内燃機関の可変圧縮比装置を前提としている。そして、上記制御軸は、直線状に連続した制御軸本体と、この制御軸本体に挿通されて上記偏心軸を構成する円筒部材と、から構成されており、上記円筒部材は、外周縁に対し偏心した位置に取付孔を有するとともに、少なくとも軸方向の一部分が、軸方向に延びるスリットによりＣ字状に切り離されて弾性変形可能となっており、上記スリットを横切るように配置されたボルトの締付により上記制御軸本体に固定されるようになっている。

つまり、制御軸は、制御軸本体と円筒部材とが別部品として構成されており、制御軸本体に対し、その偏心方向を調整した上で円筒部材が固定される。従って、特定の制御位置、例えば最高圧縮比位置あるいは最低圧縮比位置等における実際の圧縮比の誤差を相殺するように、コントロールリンクの揺動支持位置を微調整できる。

この発明によれば、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比装置において、その圧縮比の微調整を簡単に行うことができる。

複リンク式可変圧縮比装置の全体的な構成の一例を示す構成説明図。 制御軸の分解斜視図。 円筒部材をコントロールリンク端部とともに示す斜視図。 図３とは異なる方向から見た同様の斜視図。 ボルトに沿った断面図。 制御軸に作用する荷重の方向の説明図。

図１は、本発明が適用される複リンク式可変圧縮比装置の基本的な構成の一例を示しており、図示するように、シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内に、ピストン１が摺動可能に配設されており、このピストン１に、アッパリンク１１の一端がピストンピン２を介して揺動可能に連結されている。このアッパリンク１１の他端は、第１連結ピン１２を介してロアリンク１３の一端部に回転可能に連結されている。このロアリンク１３は、その中央部においてクランクシャフト３のクランクピン４に揺動可能に取り付けられている。なお、ピストン１は、その上方に画成される燃焼室から燃焼圧力を受ける。また、クランクシャフト３は、クランク軸受ブラケット７によってシリンダブロック５に回転可能に支持されている。

上記ロアリンク１３の他端部には、コントロールリンク１５の一端が第２連結ピン１４を介して回転可能に連結されている。このコントロールリンク１５の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点１６の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト３と平行に延びた制御軸１８を備え、この制御軸１８に偏心して設けられた偏心軸１９に上記コントロールリンク１５の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸１８は、上記のクランク軸受ブラケット７と制御軸受ブラケット８との間に回転可能に支持されている。

従って、圧縮比の変更のために、図示しない電動モータ等のアクチュエータにより制御軸１８を回転駆動すると、コントロールリンク１５の揺動支点１６となる偏心軸１９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク１５によるロアリンク１３の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン１の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。

なお、本発明は、図示したような特定の形式の複リンク式可変圧縮比装置に限定されるものではなく、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した種々の形式の可変圧縮比装置に適用することが可能である。

図２は、この発明の要部である制御軸１８の分解斜視図である。図示するように、制御軸１８は、直線状に連続した棒状の制御軸本体２１と、この制御軸本体２１に取り付けられて上記偏心軸１９を構成する気筒数に応じた数（図には１個のみ示す）の円筒部材２２と、から構成されている。図は、制御軸本体２１の長さの一部を省略して示しているが、例えば直列４気筒内燃機関用の制御軸１８であれば、上述したようにクランク軸受ブラケット７と制御軸受ブラケット８との間に軸支されるジャーナル部２３が５箇所に設けられているとともに、これらのジャーナル部２１の間に、各々円筒部材２２が取り付けられる。ここで、上記制御軸本体２１外周面の各円筒部材２２に対応する位置には、後述する位置調整用の雌ねじ部２５が周方向に沿った凹溝状に形成されている。

上記円筒部材２２は、外周面２２ａが真円の円筒面をなし、図３、図４に示すように、コントロールリンク１５の他端部が回転可能に嵌合する。そして、この外周面２２ａの中心に対し偏心した位置に、真円形の取付孔２７が貫通形成されている。この取付孔２７の径は、上記制御軸本体２１に摺動可能に挿通可能でかつ隙間が可及的に小さくなるように設定されている。また円筒部材２２の軸方向の寸法は、コントロールリンク１５端部の軸方向寸法に比較して大きく、コントロールリンク１５と組み合わされた状態で円筒部材２２の長さの半分程度の部分がコントロールリンク１５端面から突出する。つまり、この円筒部材２２は、軸方向に第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとに２分して見ることができ、主に第１の部分２２Ａが上記の偏心軸１９としてコントロールリンク１５端部の支持を担っており、主に第２の部分２２Ｂが制御軸本体２１に対する取付・調整機能を担っている。

第２の部分２２Ｂとなる円筒部材２２の一方の端部には、円筒部材２２の端面から軸方向に延びた軸方向スリット２８が取付孔２７の半径方向に沿って形成されている。つまり、円筒部材２２を軸方向に見たときに、軸方向スリット２８により、略Ｃ字形に切り離された形となる。この軸方向スリット２８は、円筒部材２２の軸方向中間部に達しており、その先端に、さらに周方向スリット２９が連続している。この周方向スリット２９は、取付孔２７の軸直交面に沿ったものであり、適宜な角度範囲（例えば９０°〜１８０°程度）に亘って円筒部材２２の周方向に延びている。一例としては、上記周方向スリット２９は、１８０°の角度範囲に延びており、その起点となる上記軸方向スリット２８は、取付孔２７の偏心により最も厚肉となっている周方向位置（つまり偏心方向と１８０°異なる方向の位置）にある。従って、周方向スリット２９の先端２９ａ（図３参照）は、逆に、取付孔２７の偏心により最も薄肉となっている周方向位置に達している。

このように軸方向スリット２８および周方向スリット２９を備えることにより、第２の部分２２Ｂにおける約１８０°の部分が、可動部３０として、第１の部分２２Ａを含む残りの部分から切り離され、径方向に弾性変形可能となっている。上記円筒部材２２は、適宜な鋼から製造され、強度ならびに剛性確保のための必要な熱処理が施されるが、周方向スリット２９の先端２９ａが円筒部材２２の最も薄肉な部位に達しており、可動部３０はこの薄肉部を揺動支点として変位しようとするので、比較容易に可動部３０が弾性変形し得る。なお、容易に理解できるように、上記周方向スリット２９のスリット幅は可及的に小さいものであってもよいが、軸方向スリット２８には、可動部３０の必要な変位を許容し得るだけのスリット幅が必要である。

上記可動部３０を径方向に締め付けるために、円筒部材２２の厚肉部側に、上記軸方向スリット２８と直交するボルト３１およびナット３２が設けられている。上記ボルト３１は、上記軸方向スリット２８を横切るように取付孔２７の接線方向に沿って形成されたボルト貫通孔３４（図５参照）に挿入されており、六角孔３５ａを有する頭部３５が座金３６を介して取付孔２７一端の座面３７に当接し、ナット３２が取付孔２７他端の座面３９に当接する。また、このボルト３１は、先端部に径の小さな第１のねじ部３１Ａを有し、中間部に径の大きな第２のねじ部３１Ｂを有している。上記ナット３２は、先端側の第１のねじ部３１Ａに螺合している。そして、ナット３２から突出するボルト３１の先端には、該ボルト３１を回転操作するための異形部３８が設けられている。この異形部３８としては、例えば角柱状の突起や矩形の凹部など適宜な形状のものを用いることができるが、図示例では、適宜な工具で摘むことができる偏平な角柱状の突起が用いられている。

上記ボルト３１，ナット３２により上記可動部３０を内径方向へ締め付けることにより、第２の部分２２Ｂにおける取付孔２７内周面が制御軸本体２１の外周面に圧接し、その摩擦力によって円筒部材２２を所望の姿勢に固定することができる。なお、適宜な摩擦力増強剤（例えば中程度の強度の嫌気性ねじロック剤などの分解が可能なものが好ましい）を取付孔２７内周面と制御軸本体２１の外周面との間に塗布するようにしてもよい。

ところで、この実施例においては、上記ボルト３１のボルト貫通孔３４が、取付孔２７の径と僅かに干渉する位置に設けられており、従って、図４および図５に示すように、ボルト貫通孔３４側面と取付孔２７との間に、両者を連通する細長い開口部４１が生じ、この開口部４１を介して上記ボルト３１の第２のねじ部３１Ｂが取付孔２７内に張り出した形となる。前述した制御軸本体２１の外周面の雌ねじ部２５は、この開口部４１から露出するボルト３１に対応して形成されており、周方向に沿った凹溝状をなすとともに、その内表面に、第２のねじ部３１Ｂに対応した螺条が刻設されている。そして、図５に示すように、雌ねじ部２５は、制御軸本体２１の断面において円弧形に延び、その内表面の上記の螺条に上記ボルト３１の第２のねじ部３１Ｂが噛み合っている。従って、ボルト３１を回転操作すると、制御軸本体２１の接線方向に沿っているボルト３１が雌ねじ部２５に対し直線移動しようとする結果、円筒部材２２が制御軸本体２１に対し周方向に移動する。これにより、円筒部材２２の周方向の取付位置を調整することが可能である。

すなわち、例えば直列４気筒内燃機関であれば、４個の円筒部材２２を具備しているが、制御軸本体２１に対する組み付け時に、個々の位相を基準位置から微調整しつつ組み付けることができる。このように位相を変えて組み付けると、図１に示したような可変圧縮比機構において、制御軸１８がある回転角度位置にあるときのコントロールリンク１５の揺動支点１６の位置つまり制御軸１８中心からの偏心量が基準位置とは異なるものとなり、結果的に圧縮比が僅かに変化する。従って、これを用いて、各気筒の圧縮比のばらつきが小さくなるように圧縮比の微調整が可能である。

ここで、上記のボルト３１は、コントロールリンク１５と同じく概ね内燃機関の上下方向に沿って配設されているが、特に、ボルト３１の頭部３５が機関の上方に向かい、ナット３２を備える先端が機関の下方に向かうように配置されている。

内燃機関のピストン１や上述した可変圧縮比装置のシリンダブロック５に対する組立は、例えば機関（シリンダブロック５）を倒立させた姿勢とし、クランクケース側から行われる。制御軸１８は、制御軸本体２１に各円筒部材２２を挿入しかつコントロールリンク１５を組み付けた状態として、シリンダブロック５に組み込まれる。そして、各気筒の圧縮比の微調整のために、ボルト３１を先端の異形部３８を利用して回転操作し、各気筒の円筒部材２２の制御軸本体２１に対する取付位置を調整する。各々の円筒部材２２の位置が確定したら、ナット３２を回転操作して締め付けることにより、円筒部材２２を制御軸本体２１に堅固に固定する。ナット３２および異形部３８がシリンダブロック５の下面側へ向かって位置することから、クランクケース側から容易に作業することができる。なお、上記のボルト３１を利用して、事後的な圧縮比の調整を行うことも可能であり、この場合にも、コントロールリンク１５を取り外すことなく圧縮比を調整できる。

圧縮比調整の具体的な作業手順の一例としては、各々の円筒部材２２を一旦基準位置で組み付けた制御軸１８が、上述した可変圧縮比装置として、シリンダヘッドならびにシリンダブロックとともに仮組立される。そして、各気筒毎に圧縮比が検査され、そのばらつきが測定されるとともに、基準の圧縮比、例えば最高圧縮比、最低圧縮比あるいは最も使用頻度の高い常用の圧縮比等、となる制御軸１８の位置において、各気筒の圧縮比が実質的に同一の圧縮比となるように、必要な円筒部材２２の位相差が演算される。これに基づいて、各気筒の円筒部材２２の取付位置がボルト３１の回転操作により修正され、最終的な組立後に再度各気筒の圧縮比のばらつきが検査される。

なお、最終的な圧縮比調整が完了した後は、上記のボルト３１の再調整を必要とする頻度は低いので、上述したように、摩擦力増強剤を塗布しても支障はない。

図６は、図１の複リンク式ピストン−クランク機構をいわゆるスケルトン図として示したものであって、この図から容易に理解できるように、機関のピストン１に作用する燃焼荷重は、コントロールリンク１５に矢印Ｆで示すように偏心軸１９を引き上げる方向に作用する。ここで、スケルトン図の実線は、最高圧縮比位置に対応し、スケルトン図の破線は、最低圧縮比位置に対応しており、図示するように、最高圧縮比位置から最低圧縮比位置の間で、制御軸１８は９０°強程度しか回動しないので、円筒部材２２の周方向位置を多少変更しても偏心量が単調増加する傾向に変わりはなく、従って、ある特定の圧縮比位置で各気筒の実圧縮比が均一となるように円筒部材２２の位相を調整すれば、最高圧縮比から最低圧縮比の全範囲で圧縮比のばらつきが小さくなる。

また上記の燃焼荷重Ｆは、偏心軸１９つまり円筒部材２２に回転方向に作用するが、上記構成では、ボルト３１により径方向に締め付けられる円筒部材２２の内周面と制御軸本体２１の外周面との間の摩擦力によって上記の燃焼荷重Ｆによるトルクが支承される。つまり、ボルト３１と雌ねじ部２５との噛合は、円筒部材２２の位置調整に用いられるものであり、そのバックラッシュによる円筒部材２２のがたつき等の問題はない。

なお、上記のように制御軸本体２１と円筒部材２２とを別部材とした構成では、制御軸本体２１が単純な棒状となるので、偏心軸１９を一体に備えた従来の構成に比べて、例えば焼き入れ処理を行った際の変形（曲がり）が生じず、その修正工程が不要となる利点もある。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、ボルト３１の第１のねじ部３１Ａと第２のねじ部３１Ｂとが異なる径の異なるねじとなっているが、両者を、実質的に連続した同じねじとして構成することも可能である。また、周方向スリット２９を省略したり、あるいは、より短いものとしてもよい。また、上記円筒部材２２では、加工を容易とするために、偏心軸１９としてコントロールリンク１５端部を支持する第１の部分２２Ａと、制御軸本体２１に対する取付・調整機能を担っている第２の部分２２Ｂとが、同じ外周面および内周面（取付孔２７）を備えているが、本発明はこれに限定されず、両者が異なる形状であってもよく、また第２の部分２２Ｂでは、内周面（取付孔２７）に対し外周面が同心円をなしていてもよい。

１…ピストン
３…クランクシャフト
１１…アッパリンク
１３…ロアリンク
１５…コントロールシャフト
１８…制御軸
１９…偏心軸
２１…制御軸本体
２２…円筒部材
２５…雌ねじ部
２７…取付孔
２８…軸方向スリット
２９…周方向スリット
３１…ボルト
３２…ナット

Claims (7)

1. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、アクチュエータによる上記制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する内燃機関の可変圧縮比装置において、
   上記制御軸は、直線状に連続した制御軸本体と、この制御軸本体に挿通されて上記偏心軸を構成する円筒部材と、から構成されており、
   上記円筒部材は、外周縁に対し偏心した位置に取付孔を有するとともに、少なくとも軸方向の一部分が、軸方向に延びるスリットによりＣ字状に切り離されて弾性変形可能となっており、上記スリットを横切るように配置されたボルトの締付により上記制御軸本体に固定されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
2. 上記の軸方向のスリットは、円筒部材の一端から該円筒部材の軸方向の中間部にまで軸方向に延び、かつこれに連続して周方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
3. 上記取付孔の内周面と上記制御軸本体の外周面との間に摩擦力増強剤を塗布したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
4. 上記ボルトは、先端側の第１のねじ部とこれよりも基端側の第２のねじ部とを備えるとともに、上記取付孔の接線方向に沿ったボルト貫通孔に挿入されており、上記第１のねじ部に螺合するナットによって上記円筒部材の締付固定が行われ、
   さらに、上記ボルト貫通孔の側面の開口部から上記取付孔内に上記第２のねじ部が張り出しており、上記制御軸本体に周方向の凹溝状に形成した雌ねじ部に該第２のねじ部が噛み合っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
5. 上記ボルトを円筒部材に対し回転することで上記第２のねじ部と上記雌ねじ部とにより上記制御軸本体における上記円筒部材の取付位置が周方向に調整されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
6. 上記ナットが螺着するボルトの先端に、該ボルトを回転操作するための異形部が設けられており、内燃機関の組立状態において、このボルト先端が内燃機関の下方へ向かうことを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
7. 上記の軸方向のスリットは、円筒部材の外周縁に対する取付孔の偏心により相対的に厚肉となっている周方向位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。

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