JP2012007603A - 内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構、複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸、または複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏心スリーブとコントロールリンクとの間の摺動部分の潤滑性能を悪化させることなく気筒間の圧縮比の微調整が可能な内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構を提供する。
【解決手段】内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構は、偏心軸部７に圧入された筒状の偏心スリーブ２０を有している。そして、偏心スリーブ２０を偏心軸部７に対して回転させることで、各気筒毎にピストンの上死点位置が調整可能になっている。これによって、偏心スリーブ２０とコントロールリンク５との間の摺動部分の潤滑性能を悪化させることなく気筒間の圧縮比の微調整を実施できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構、複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸、及び複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸の製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、ピストンに揺動自由に連結された第１リンクと、この第１リンクに回動自在に連結されると共に、クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着された第２リンクと、偏心軸部を有するコントロールシャフトと、第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されると共に、コントロールシャフトの偏心軸部に揺動可能に連結された第３リンクと、を備え、機関運転状態に応じてコントロールシャフトを回転して偏心軸部を位置を変更して内燃機関の圧縮比を可変制御する内燃機関の可変圧縮比機構において、各気筒毎に独立して圧縮比を調整可能な調整手段が前記第３リンクの下部に設けられたものが開示されている。

この特許文献１においては、第３リンクの下部に、ネジ溝が形成されたボルト穴が設けられ、そのボルト穴に調整ボルトが螺合していると共に、第３リンクの下部に一対の半割構造の偏心スリーブ軸受が設けられている。そして、この偏心スリーブ軸受の外周と調整ボルトの先端が係合しており、調整ボルトを回転させて前進後退させることて偏心スリーブ軸受が回転するので、第３リンクと第２リンクとを連結する連結ピンと、第３リンクの下部の揺動中心間の距離の微調整が可能となり、圧縮比の微調整が可能となっている。

特開２００５−６９０２７号公報

しかしながら、この特許文献１に開示された可変圧縮比機構においては、偏心スリーブ軸受（軸受メタル）が一対の半割構造となっているため、偏心スリーブ軸受の割り面による分割線が圧縮比の調整によって回転移動し、相対的に大きな荷重である燃焼荷重に基づく荷重が第３リンクとの間に伝わる際に、荷重ベクトル線（第３リンクと第２リンクとを連結する連結ピン中心と第３リンク下部の揺動中心とを結ぶ直線）付近における偏心スリーブ軸受と偏心軸部との摺動面上に、上記分割線が存在する可能性が生じ、潤滑性能が不利になってしまう虞がある。

そこで、本発明は、ピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、これら複数のリンク部材の動きを規制するコントロールリンクと、前記コントロールリンクの一端が揺動可能に連結される偏心軸部を有する制御軸と、を有し、前記制御軸の回転により前記偏心軸部の位置を変化させることによって前記ピストンの上死点位置が変化して圧縮比が変化する内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構を前提としている。そして、前記偏心軸部に圧入された筒状の偏心スリーブを有し、前記偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させることで、各気筒毎にピストンの上死点位置が調整可能になっている。偏心スリーブは、制御軸の偏心軸部とは別部品となっており、偏心スリーブを偏心軸部に対して相対回転させることで、各気筒毎にピストンの上死点位置の微調整が可能となる。

本発明によれば、筒状の偏心スリーブの回転によって圧縮比の調整を行なうようにしたので、偏心スリーブの外周側の軸受メタルが半割り構造であってもその割り面で生じる分割線は、圧縮比の調整によって回転移動することが無い。従って、相対的に大きな荷重としての燃焼荷重が第３リンク側から加わる際に、荷重ベクトル線（コントロールリンク一端の揺動中心とコントロールリンク他端の揺動中心とを結ぶ直線）付近におけるコントロールリンクと制御軸との連結部分の摺動面上に、分割線が存在する可能性が排除され、半割りされた２部材から偏心スリーブを構成する場合に比べて潤滑性能が向上する。つまり、偏心スリーブとコントロールリンクとの間の摺動面の潤滑性能を悪化させることなく、かつ複リンク式ピストン−クランク機構を分解することなく各気筒間の圧縮比の微調整を実施することが可能となる。

本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の概略構成を示す説明図。 制御軸付近の構成を示す側面図。 制御軸の正面図。 制御軸の側面図。 本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構における要部を拡大して示した説明図。 本発明が適用された内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構に用いられる偏心スリーブを示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図。 偏心スリーブと偏心軸部との間の静止摩擦係数と潤滑状態の相関関係を模式的に示した説明図。 本発明の第２実施形態における要部を拡大して示した説明図。 テーパネジを示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 本発明の第２実施形態における圧縮比の調整方法を模式的に示した説明図。 本発明の第３実施形態における制御軸を模式的に示した説明図。 本発明の第３実施形態における制御軸を構成する主軸部材を示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 本発明の第３実施形態における制御軸を構成する偏心軸部材を示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 本発明の第３実施形態における制御軸を構成する連結部材を示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 本発明の第３実施形態における制御軸を構成する位置決め部材を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図。 本発明の第３実施形態における制御軸を構成する基本軸部材を示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図。 本発明の第３実施形態における制御軸の組み立て手順を模式的に示した説明図であって、（ａ）は第１の工程、（ｂ）は第２の工程、（ｃ）は第３の工程、（ｄ）は第４の工程、（ｅ）は組み立てが完了した制御軸を示す。 単一の部材から構成された比較例の制御軸を模式的に示した説明図。 単一の部材から構成された比較例の制御軸を模式的に示した説明図。 比較例の制御軸における問題点を模式的に示した説明図。 比較例の制御軸における問題点を模式的に示した説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は、本発明が適用される複リンク式ピストン−クランク機構の基本的な構成の一例を示すものであって、直列４気筒の内燃機関への適用された場合を示している。図１は内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の概略構成を示す説明図であり、図２は制御軸６（後述）付近の構成を示す側面図である。

複リンク式ピストン−クランク機構は、ピストン１とクランクシャフト２とを連結するアッパリンク３及びロアリンク４と、アッパリンク３及びロアリンク４の動きを規制するコントロールリンク５と、コントロールリンク５の一端が揺動可能に連結される偏心軸部７を有する制御軸６と、から大略構成されている。

ピストン１は、シリンダブロック９に形成されたシリンダ１０内を摺動可能に配置されており、アッパリンク３の一端（図１における上端）にピストンピン１１を介して揺動可能に連結されている。

アッパリンク３は、他端（図１における下端）が、第１連結ピン１２を介してロアリンク４の一端部に回転可能に連結されている。

ロアリンク４は、その中央部においてクランクシャフト２のクランクピン１３に回転可能に取り付けられている。

クランクシャフト２は、複数のジャーナル部１４とクランクピン１３とを備えており、シリンダブロック９のクランク軸受ブラケット１５によってシリンダブロック９にジャーナル部１４が回転可能に支持されている。クランクピン１３は、ジャーナル部１４から所定量偏心しており、ここにロアリンク４が回転自在に連結されている。

ロアリンク４の運動を拘束するコントロールリンク５は、一端（図１における上端）が第２連結ピン１６を介してロアリンク４の他端部に回動可能に連結され、他端（図１おける下端）が内燃機関本体の一部となるシリンダブロック９に揺動可能に支持されている。コントロールリンク５の他端は、内燃機関の圧縮比の変更のために、その揺動支点１７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２と平行に延びた制御軸６を備え、この制御軸６に偏心して設けられた偏心軸部７にコントロールリンク５の他端が回転可能に嵌合している。

制御軸６は、図１〜図４に示すように、クランク軸受ブラケット１５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る主軸部８と、この主軸部８に対して所定量ｅ₀だけ偏心した偏心軸部７と、有している。偏心軸部７は、主軸部８よりも大径となるよう設定されていて、偏心軸部７と主軸部８の間は偏心軸部７及び主軸部８のどちらよりも径が細い接続部２６となっている。制御軸６の一端には、電気モータ等のアクチュエータ１９が取り付けられている。本実施形態において、制御軸６は、４箇所に偏心軸部７が形成され、これらの偏心軸部７に４つの気筒のコントロールリンク５がそれぞれ連結されている。

従って、圧縮比の変更のために、アクチュエータ１９により制御軸６を回転駆動すると、コントロールリンク５の揺動支点１７となる偏心軸部７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５によるロアリンク４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、ひいては圧縮比が変更されることになる。

尚、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。

ここで、本発明の要部である制御軸６の偏心軸部７の周囲（外周）には、図５及び図６に示すように、略円筒状の継ぎ目の無い偏心スリーブ２０が圧入されている。偏心スリーブ２０は、機関運転中に偏心軸部７に対して相対回転することなく、十分な圧入代に基づく圧入によって固定される。従って本発明によれば、従来技術のようにコントロールリンクの連結ピン孔（軸受メタルの内周）の中心位置が調整される代わりに、制御軸６の偏心軸部７（軸側の外周）の中心位置が調整される。

この偏心スリーブ２０は、偏心軸部７に圧入される筒状部２１と、筒状部２１の一端に形成された回転角度調整部２２と、を有している。筒状部２１は、偏心軸部７の外周面と対向する内周面２３に対して、コントロールリンク５の他端側に取り付けられたすべり軸受（メタル）２４と回転可能に嵌合する外周面２５が、所定量ｅだけ偏心するよう形成されている。回転角度調整部２２は、筒状部２１の一端の全周に鍔状に形成された凸部であって、偏心スリーブ２０を軸方向から見て、外形が６角形となるように形成されている。

ここで、偏心スリーブ２０は、制御軸６の偏心軸部７に圧入されているため、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面とが直接接触する部分が必ず存在することになる。すなわち、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間は、少なくとも流体潤滑状態とはならないように設定されている。

尚、本実施形態における制御軸６は、図３に示すように、４つの偏心軸部７を有しており、偏心軸部７ａ、７ｂについては図３における右側から、偏心軸部７ｃ、７ｄについては図３における左側からそれぞれ偏心スリーブ２０が組み付けられている。これは、偏心軸部７ａ、７ｄの外径が、偏心軸部７ｂ、７ｃの外径よりも（例えば１ｍｍほど）小さく設定されているからである。但し、偏心軸部７ａ、７ｄに圧入される偏心スリーブ２０の筒状部２１の内径は、偏心軸部７ｂ、７ｃに圧入される偏心スリーブ２０の筒状部２１の内径よりも小さく設定され、圧入代δ（偏心軸部７の外径と、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内径との差）は全気筒同一となるよう設定されている。また、偏心スリーブの外径は全気筒で同一となるように構成され、コントロールリンク５は全気筒で共通のものを用いることができるようになっている。

偏心スリーブ２０の外径中心と内径中心のずれに相当する偏心量ｅは、全気筒で等しく、気筒間の圧縮比のバラツキ調整に必要な最小限の偏心量に設定されたものであって、制御軸６における偏心軸部７の主軸部８に対する偏心量ｅ₀よりも小さく設定されている。

また、偏心スリーブ２０の偏心軸部７に対する圧入代δは、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間に生じる静止摩擦係数の期待値μｅが実際の静止摩擦係数μａよりも小さくなるように設定されている。

ここで、静止摩擦係数の期待値μｅは、次式（１）を用いて算出されるものである。
［数１］

尚、式（１）中のＴは、偏心スリーブ２０に加わるトルクであり、コントロールリンク５側から偏心スリーブ２０に加わる荷重Ｆ（例えば燃焼荷重が加わる場合など最も大きな荷重を想定したもの）と偏心スリーブ２０の偏心量ｅとを用いて表すと、Ｔ＝Ｆ×ｅである。式（１）中のＡは、偏心スリーブ２０の内周面積であり、偏心スリーブ２０の筒状部２１内径の半径ｂと、偏心スリーブ２０の筒状部２１の長さｌとを用いて表すと、Ａ＝２πｂｌである。また、式（１）中のａは、偏心スリーブ２０の筒状部２１外径の半径、υ_Bは、制御軸６のポアソン比、υ_Hは偏心スリーブ２０のポアソン比、Ｅ_Bは制御軸６の縦弾性係数、Ｅ_Hは偏心スリーブ２０の縦弾性係数である。

この式（１）から静止摩擦係数の期待値μｅを実際の静止摩擦係数μａよりも小さくなるように設定するにあたって、圧入代δを大きくしたくない場合には、例えば偏心スリーブ２０の内周面積Ａを大きくすることで、圧入代δを相対的に小さくなるよう設定すればよいことがわかる。つまり、式（１）を用いて静止摩擦係数の期待値μｅの値が実際の静止摩擦係数μａよりも小さくなるように、偏心スリーブ２０の各部位の寸法は適宜設定することが可能である。

実際の静止摩擦係数μａは、流体潤滑状態とはならないよう、混合潤滑状態または境界潤滑状態となる０．０１以上とする。図７に示すように、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間が流体潤滑状態となる場合は、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間に生じる静止摩擦係数μ（μａ）が０．０１以下の場合である。つまり、偏心スリーブ２０が制御軸６の偏心軸部７に圧入された状態とは、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間に生じる静止摩擦係数μ（μａ）が０．０１よりも大きくなるように設定されている状態であり、混合潤滑状態または境界潤滑状態のいずれかである。

この複リンク式ピストン−クランク機構おいて、例えば、内燃機関の組み立て工程中に圧縮比の調整を行う場合には、全てのリンク部品（アッパリンク３、ロアリンク４、コントロールリンク５）を組み付けた後、制御軸６を回転しないように固定し、各気筒のピストン１の高さを測定し、測定した高さと、その時の制御軸６の角度に対応する所定のピストン高さとの比較から各気筒の偏心スリーブ２０の必要回転角度を算出し、治具を偏心スリーブ２０の回転角度調整部２２に係合させて、各気筒の偏心スリーブ２０を回転させ、ピストン１の高さを調整する。

このような本発明の第１実施形態においては、偏心スリーブ２０は機関運転中に偏心軸部７に対して相対回転することがなく、一方で圧縮比の調整は偏心スリーブ２０を偏心軸部７に対して相対回転させることで、各気筒毎にピストン１の上死点位置の微調整が可能となり、各気筒間の圧縮比の微調整を、複リンク式ピストン−クランク機構を分解することなく簡単に実施することが可能となる。

特に、偏心スリーブ２０と偏心軸部７の間は、上述の通り境界潤滑状態あるいは場合によっては混合潤滑状態であっても良く、極端に圧入代を大きくしなくても十分に偏心軸部７に対する偏心スリーブ２０の回転を抑制することが可能である。これにより筒状の偏心スリーブ２０の圧入という極めて単純な構成によって圧縮比の微調整を可能にしつつ、荷重ベクトル線の近傍におけるメタル軸受と偏心軸部との摺動面上に、軸受メタルの分割線が存在する可能性を排除することで、潤滑性能を向上させることができる。そして、極端に圧入代を大きくしなくても良いことから、圧縮比の微調整を行なう際の偏心スリーブ２０に与える回転トルクは小さなもので済み、圧縮比の調整が容易なものとなる。

このような利点に基づけば、偏心スリーブ２０の筒状部２１の一端に形成された回転角度調整部２２に治具を係合させることで、偏心スリーブ２０を偏心軸部７に対して相対回転させることができるので、コントロールリンク５と制御軸６の偏心軸部７との連結部分における部品点数を増加させることなく、偏心軸部７に圧入された偏心スリーブ２０を偏心軸部７に対して回転させることができる。そのため、コントロールリンク５と制御軸６の偏心軸部７との連結部分の構成が大型化することや、コントロールリンク５と制御軸６の偏心軸部７との連結部分の部品点数が増加して、重量増やコストが増加してしまうことを抑制することができる。

そして、筒状の偏心スリーブ２０が偏心軸部７に圧入され、偏心スリーブ２０と偏心軸部７との間にガタが生じない構造となっているので、内燃機関の運転時に偏心スリーブ２０と偏心軸部７との間で異音が発生してしまうことを防止することができる。しかも、軸受メタルを偏心させて製作する必要がなく、軸受メタルの製作が難しくなったり、軸受メタルの性能確保が難しくなるようなこともない。

また、偏心スリーブ２０が偏心軸部７に圧入され、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間に生じる静止摩擦係数μが０．０１よりも大きくなる状態に設定されているので、偏心軸部７の外周面と偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３との間の潤滑が、少なくとも流体潤滑とはならず、境界潤滑もしくは偏心軸部７の外周面と偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３が全周に亙って接触した状態となる。つまり、偏心軸部７の外周面に対して偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３が、少なくとも部分的には接触（固体表面同士が接触）しているので、偏心軸部７に偏心スリーブ２０を固定する上で有利となっている。

特に、ピストン１に作用する燃焼圧力により、偏心スリーブ２０が偏心軸部７に対して動かないように、偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３と、偏心軸部７の外周面との間に生じる静止摩擦係数μを設定すれば、圧縮比の経時変化を抑制することができると共に、気筒間の圧縮比のバラツキの発生を抑制することができる。また、偏心軸部７周方向の動きが規制されるように、偏心スリーブ２０を偏心軸部７に圧入しても、圧縮比の経時変化を抑制することができると共に、気筒間の圧縮比のバラツキの発生を抑制することができる。

また、偏心スリーブ２０の偏心量ｅは、気筒間の圧縮比のバラツキを調整できる程度に設定されたものであり、偏心軸部７の偏心量ｅ₀に比べて小さく、気筒間の圧縮比のバラツキ調整に必要な最小限の偏心量に設定されているので、偏心スリーブ２０に加わる燃焼圧力や慣性力の影響が低減され、ひいては偏心軸部７に圧入された偏心スリーブ２０を偏心軸部７に対して回転させようとするトルクを低減させる効果がある。

尚、この第１実施形態における回転角度調整部２２は、偏心スリーブ２０が圧入された偏心軸部７にコントロールリンク５の他端側が組み付けられた状態において、所定の治具と係合可能な形状であれば、その外形状は６角形に限定されるものではない。

以下、本発明の他の実施形態について説明していくが、上述した第１実施形態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８〜図１０を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、第１実施形態の複リンク式ピストン−クランク機構と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、コントロールリンク５と制御軸６の偏心軸部３１との連結部分の構成が異なっており、偏心軸部３１のスラスト方向に作用する力によって偏心スリーブ３２を偏心軸部３１に対して固定する固定手段３３を有している。

詳述すると、この第２実施形態においては、図８に示すように、偏心軸部３１の一端に鍔状に突出した突起３４が形成されている。

また、偏心スリーブ３２は、その外径は全長に亙って一定の円筒形状を呈しているが、その内周面が段付き状に形成され、一端側の内径が相対的に小径となるよう形成されている。すなわち、偏心スリーブ３２は、内径が相対的に小さい小径部３５と、内径が相対的に大きい大径部３６とを有し、小径部３５が制御軸６の偏心軸部３１に圧入されている。また、偏心スリーブ３２は、コントロールリンク５の他端と連結されている部分の外側の外周面に、回転角度調整部としての雌ネジ３７が、偏心スリーブ３２の軸直角方向（図８における紙面垂直方向）に沿って形成されている。この雌ネジ３７は、圧縮比の調整を行う際に、作業者が回転角度調整用ボルト３８を螺合させるために設けられている。尚、小径部３５と大径部３６は同心状に形成されており、両者とも偏心スリーブ３２の軸心に対して所定量偏心している。

固定手段３３は、制御軸６の偏心軸部３１に挿入される筒状のテーパネジ３９と、テーパネジ３９を偏心軸部３１に対して固定するテーパネジ固定用ナット４０と、テーパネジ３９の外周に螺合すると共に、締め込むことによって偏心スリーブ３２の他端側の端面に押し付けられる偏心スリーブ固定用ナット４１と、から構成されている。

テーパネジ３９は、図８及び図９に示すように、偏心スリーブ３２の大径部３６の内周面と偏心軸部３１の外周面との間に空間に挿入される円筒形状のストレート部４２と、軸方向に沿って延びるスリット４３が３箇所に形成されたテーパ部４４と、を有している。ストレート部４２の外周には、偏心スリーブ固定用ナット４１と螺合する雄ネジ４５が形成されている。テーパ部４４の外周には、テーパネジ固定用ナット４０と螺合する雄ネジ４６が形成されている。

この第２実施形態においては、偏心軸部３１に偏心スリーブ３２を圧入した後、テーパネジ３９を偏心軸部３１に挿入し、テーパネジ固定用ナット４０を締め込むことでスリット４３が形成されたテーパ部４４を圧縮して、テーパネジ３９を偏心軸部３１に固定する。そして、この状態で偏心スリーブ固定用ナット４１を締め込み、偏心スリーブ固定用ナット４１と偏心軸部３１の突起３４とによって偏心スリーブ３２を挟持することで、偏心軸部３１のスラスト方向に作用する力を利用して偏心スリーブ３２が偏心軸部３１に対して固定する。

また、図１０に示すように、偏心スリーブ３２を偏心軸部３１に対して回転させ、圧縮比の調整を行う場合には、制御軸６を固定し、偏心スリーブ固定用ナット４１を緩め、偏心スリーブ３２外周面の雌ネジ３７に作業者が回転角度調整用ボルト３８を螺合させ、作業者が回転角度調整用ボルト３８を回転させ、偏心スリーブ３２を所望の角度回転させ、圧縮比を調整する。

このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と略同一の作用効果を得ることができる。

また、この第２実施形態においては、偏心軸部３１のスラスト方向に作用する力によっても偏心スリーブ３２が偏心軸部３１に対して固定されることになるので、偏心スリープ３２と偏心軸部３１の間を確実に固定することができるようになる。従って第２実施例では、偏心スリーブ３２の内周面２３（小径部３５の内周面）と、偏心軸部３１の外周面との間が、圧入によってのみ固定されるものに限られない。

本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、上述した第１実施形態の複リンク式ピストン−クランク機構と略同一構成となっているが、この第３実施形態における制御軸５１は、鍛造や鋳造等によって、単一の部材から構成されているのではなく、複数の部材によって構成されている。

この第３実施形態における制御軸５１は、図１１に示すように、クランク軸受ブラケット１５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る主軸部５２と、この主軸部５２に対して所定量ｅ₀だけ偏心した偏心軸部５３と、制御軸５１を駆動するアクチュエータ（図示せず）と連結される連結部５４と、制御軸５１のスラスト方向（軸方向）の位置決めを行う位置決め部５５と、を有している。

この第３実施形態において、制御軸５１には、４つの偏心軸部５３と５つの主軸部５２とが形成され、その軸方向に沿って主軸部５２と偏心軸部５３とが交互に設けられた構成となっている。つまり、偏心軸部５３は、制御軸５１の軸方向に沿って見た場合に、一対の主軸部５２の間に位置している。各偏心軸部５３には、４つの気筒のコントロールリンク５がそれぞれ連結されている。

連結部５４及び位置決め部５５は、制御軸５１の軸方向の略中央位置、すなわち内燃機関の気筒列方向の略中央に位置している。位置決め部５５は、制御軸５１の回転量、すなわち制御軸５１の回転角度範囲の上下限位置を規定するメカニカルストッパーとしての機能も有している。

そして、この第３本実施形態においては、制御軸５１が、主軸部５２となる主軸部材６１と、偏心軸部５３となる偏心軸部材６２と、連結部５４となる連結部材６３と、位置決め部５５となる位置決め部材６４と、こららの互いに別体の部材６１、６２、６３、６４を貫通し、連結する細長い円管状の基本軸部材６７と、によって大略構成されている。

主軸部材６１は、図１２に示すように、円管状を呈し、基本軸部材６７が貫通する主軸穴６１ａに対して、クランク軸受ブラケット１５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る円筒面である外周面６１ｂが、偏心するように形成されている。

偏心軸部材６２は、図１３に示すように、円管状を呈し、基本軸部材６７が貫通する偏心軸穴６２ａに対して、偏心スリーブ２０が圧入される円筒面である外周面６２ｂが同心状となるように形成されている。

連結部材６３は、図１４に示すように、板状を呈し、基本軸部材６７が貫通する連結部材穴６３ａと、制御軸５１の駆動源となる図示せぬアクチュエータ側と係合する係合穴６３ｂと、を有するよう形成されている。

位置決め部材６４は、図１５に示すように、円板状の基部６５と、円弧状の先端側が基部６５よりも外側に突出するよう形成された略扇形状の扇形部６６と、基本軸部材６７が貫通する位置決め部材穴６４ａと、を有するよう形成されている。位置決め部材穴６４ａは、基部６５及び扇形部６６を貫通するものである。尚、この位置決め部材６４は、基部６５がクランク軸受ブラケット１５に突き当てられることによって、制御軸５１のスラスト方向（軸方向）の位置決めを行い、制御軸５１の回転に伴い扇形部６６の側面６６ａ、６６ｂが図示せぬストッパに付き当てられることで、制御軸５１の回転角度範囲の上下限位置を規定している。

主軸部材６１の主軸穴６１ａ、偏心軸部材６２の偏心軸穴６２ａ、連結部材６３の連結部材穴６３ａ及び位置決め部材６４の位置決め部材穴６４ａの内径は、本実施形態では同一径となるよう形成されている。

基本軸部材６７は、図１６に示すように、細長い円管状の部材であり、主軸部材６１の主軸穴６１ａ、偏心軸部材６２の偏心軸穴６２ａ、連結部材６３の連結部材穴６３ａ及び位置決め部材６４の位置決め部材穴６４ａに対して、挿入または圧入可能となるようにその外径が設定されている。本実施形態では、基本軸部材６７の外径は、前記各穴６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの穴径と同一となるよう設定されているが、前記各穴６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの穴径よりも小さく設定することも可能である。

そして、制御軸５１は、これらの部材６１、６２、６３、６４、６７を用いて、図１７に示すような手順で組み立てられている。

まず、第１の工程では、図１７（ａ）に示すように、偏心軸部材６２を基本軸部材６７に組み付ける前に、偏心スリーブ２０を予め圧入しておく。

次に、第２の工程では、図１７（ｂ）に示すように、基本軸部材６７に、主軸部材６１、偏心スリーブ２０が圧入された偏心軸部材６２、連結部材６３、位置決め部材６４（図示省略）を順番に挿入していく。換言すれば、これらの部材６１、６２、６３、６４の各穴６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａに、基本軸部材６７を挿入する。

そして、第３の工程では、各部材６１、６２、６３、６４を基本軸部材６７の所定位置に所定の角度となるよう配置して、図１７（ｃ）に示すように、基本軸部材６７を拡管する。基本軸部材６７に行う拡管加工は、例えば、基本軸部材６７の内部に気体あるいは液体を充填し、基本軸部材６７の内部の気体あるいは液体を高圧にすることで、基本軸部材６７の外径を全長に亙って拡大させるものである。基本軸部材６７を拡管することで、各部材６１、６２、６３、６４は、基本軸部材６７に固定される。尚、基本軸部材６７は、全長に拡管するのではなく、各部材６１、６２、６３、６４が配置されている部分のみを拡管するようにしてもよい。

次に、第４の工程では、図１７（ｄ）に示すように、拡管した基本軸部材６７の前後端にそれぞれプラグ６８を打ち込み、基本軸部材６７の前後端を閉塞する。

その結果、図１７（ｅ）に示すように、偏心スリーブ２０が既に偏心軸部５３に圧入された状態の制御軸５１が得られることになる。

ここで、図１８に示す比較例の制御軸７１は、上述した第３実施形態の制御軸５１と同一形状の主軸部５２、偏心軸部５３、連結部５４、位置決め部５５を有し、上述した第３実施形態の制御軸５１と同一の外形状となっているが、鍛造もしくは鋳造等により、単一の部材から構成されたものである。各部の形状は、上述した第３実施形態の制御軸５１を同一形状であるので、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

このような制御軸７１においては、制御軸７１の偏心軸部５３に偏心スリーブ２０を組み付ける際に、図１８における左側の２つの偏心軸部５３ａ、５３ｂについては図１８における左側から、図１８における右側の２つの偏心軸部５３ｃ、５３ｄについては図１８における右側から、それぞれ偏心スリーブ２０が圧入されることになる。つまり、制御軸７１の端部から所定の偏心軸部５３まで偏心スリーブ２０を制御軸７１の軸方向に移動させることになる。

例えば、偏心軸部５３ｂに圧入される偏心スリーブ２０は、図１９に示すように、制御軸７１の一方の端部（図１９における左側の端部）から、制御軸７１の軸方向に沿ってクランク状に動きながら偏心軸部５３ｂまで移動することになり、偏心軸部５３ａと、偏心軸部５３ａの両側の位置する２つの主軸部５２、５２を通過して偏心軸部５３ｂに圧入されることになる。

そのため、制御軸７１の端部から所定の偏心軸部５３まで偏心スリーブ２０を制御軸７１の軸方向に移動させることができるようにするために、制御軸７１の設計上の自由度が制限されてしまうことになる。

具体的には、図２０に示すように、偏心軸部５３の外径Ｒ１が、主軸部５２の外径Ｒ２よりも小さければ、偏心スリーブ２０が主軸部５２を通り抜けられなくなるため、偏心スリーブ２０を制御軸７１の軸方向に移動させることはできず、偏心スリーブ２０を所定の偏心軸部５３に対して圧入することはできない。従って、比較例の制御軸７１においては、偏心軸部５３の外径Ｒ１を主軸部５２の外径Ｒ２よりも大きくする必要がある。

また、比較例の制御軸７１においては、偏心軸部５３の外径が、主軸部５２の外径よりも大きかったとしても、制御軸７１の端部側に位置する偏心軸部５３ａの外径よりも、偏心軸部５３ｂの外径が小さい場合には、偏心軸部５３ｂに対して偏心スリーブ２０を圧入することはできない。これは、偏心軸部５３ｂに取り付けられる偏心スリーブ２０は、偏心軸部５３ａを通過する必要があるため、偏心スリーブ２０の内径を偏心軸部５３ａの外径より大きくする必要があるからである。そのため、制御軸７１の端部側に位置する偏心軸部５３ａよりもその内側に位置する偏心軸部５３ｂの外径を大きくする必要がある。

さらに、比較例の制御軸７１においては、図２１に示すように、主軸部５２とこれに隣接する偏心軸部５３との間隔Ｌ１が、偏心スリーブ２０の軸方向に沿った長さＬ２よりも短くなると、偏心スリーブ２０が主軸部５２を通過しきらない状態で、偏心スリーブ２０の先端が偏心軸部５３に突き当たることになり、偏心スリーブ２０を所望の偏心軸部５３の位置まで、制御軸７１上を移動させることができなくなる。従って、比較例の制御軸７１においては、偏心スリーブ２０の長さＬ２よりも、主軸部５２とこれに隣接する偏心軸部５３との間隔Ｌ１を長くする必要がある。

しかしながら、この第３実施形態においては、制御軸５１が、主軸部材６１、偏心軸部材６２、連結部材６３、位置決め部材６４及び基本軸部材６７から構成され、主軸部材６１、偏心スリーブ２０が予め圧入された偏心軸部材６２、連結部材６３及び位置決め部材６４に挿入した基本軸部材６７を拡管することで、基本軸部材６７に対して主軸部材６１、偏心軸部材６２、連結部材６３、位置決め部材６４が固定された構成となっている。

つまり、第３実施形態では、制御軸５１を組み立てる際に、偏心スリーブ２０を予め偏心軸部材６２に予め圧入しておくことが可能であり、偏心軸部材６２に偏心スリーブ２０を予め圧入しておけば、制御軸５１の端部から所定の偏心軸部５３まで偏心スリーブ２０を制御軸５１の軸方向に移動させる必要がなくなるため、制御軸５１の設計自由度を向上させることができる。

具体的には、偏心軸部５３の外径が、主軸部５２の外径よりも大きかったとしても、偏心スリーブ２０が予め偏心軸部材６２に圧入されていれば、制御軸５１の端部から所定の偏心軸部５３まで偏心スリーブ２０を制御軸５１の軸方向に移動させる必要がないので、偏心軸部５３の外径を主軸部５２の外径よりも大きく設定したり、偏心軸部５３の外径と主軸部５２の外径とを同一径に設定することも可能となる。そのため、制御軸５１を支持する主軸部５２の外径を大きくすることが可能となり、主軸部５２の強度を向上させることができる。

また、偏心スリーブ２０が予め偏心軸部材６２に圧入されていれば、制御軸５１の端部側に位置する偏心軸部５３ほどその外径を小径とし（偏心軸部５３ｂの外径に比べて偏心軸部５３ａの外径を小径とし）、制御軸５１の端部側に位置する偏心軸部５３に圧入される偏心スリーブ２０ほどその内径を小径と設定する必要性もなくなるので、同一寸法の偏心スリーブ２０が使用可能となり、偏心スリーブ２０の設計自由度が向上すると共に、内径違いの偏心スリーブ２０を用意する必要がなくなり、偏心スリーブ２０の種類を削減することで、製造コストの低減を図ることができる。さらに、同一寸法の偏心スリーブ２０を使用しても、偏心スリーブ２０は予め偏心軸部材６２に圧入されているため、偏心スリーブ２０が所定の偏心軸部５３に圧入されるまでに制御軸５１の端部側の偏心軸部５３を通過することもないので、制御軸５１の端部側の偏心軸部５３を通過させる際に偏心スリーブ２０の筒状部２１の内周面２３が傷ついてしまうこともない。

そして、偏心スリーブ２０が予め偏心軸部材６２に圧入されていれば、主軸部５２とこれに隣接する偏心軸部５３との間隔を、偏心スリーブ２０の軸方向に沿った長さよりも大きく設定する必要性もなくなるため、制御軸５１の軸方向に沿った主軸部５２及び偏心軸部５３の長さを大きくすることが可能となる。そのため、主軸部５２及び偏心軸部５３の軸受け幅の拡大が可能となり、主軸部５２や偏心軸部５３に荷重が作用した際に、主軸部５２や偏心軸部５３の倒れ込みを抑制でき、また主軸部５２や偏心軸部５３における面圧を低減できるため、主軸部５２や偏心軸部５３における軸受け性能を向上させることができる。

また、偏心スリーブ２０が予め偏心軸部材６２に圧入されていれば、制御軸７１の端部から所定の偏心軸部５３まで偏心スリーブ２０を制御軸５１の軸方向に移動させてから該偏心軸部５３に圧入する場合に比べ、偏心スリーブ２０の圧入作業性を向上させることができる。すなわち、長尺の制御軸５１に対して偏心スリーブ２０を圧入するのではなく、偏心軸部材６２に対して偏心スリーブ２０が圧入されているので、偏心スリーブ２０の圧入作業性を向上させることができる。

尚、この第３実施形態の制御軸５１においては、偏心スリーブ２０に代えて、上述した第２実施形態の偏心スリーブ３２を用いることも可能である。

５…コントロールリンク
６…制御軸
７…偏心軸部
２０…偏心スリーブ
２１…筒状部
２２…回転角度調整部
２３…内周面
２５…外周面

Claims (13)

1. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、これら複数のリンク部材の動きを規制するコントロールリンクと、前記コントロールリンクの一端が揺動可能に連結される偏心軸部を有する制御軸と、を有し、前記制御軸の回転により前記偏心軸部の位置を変化させることによって前記ピストンの上死点位置が変化して圧縮比が変化する内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構において、
   前記偏心軸部に圧入された筒状の偏心スリーブを有し、
   前記偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させることで、各気筒毎にピストンの上死点位置が調整可能なことを特徴とする内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
2. 前記偏心スリーブの外周には、当該偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させる際に治具と係合する回転角度調整部が形成され、
   前記偏心スリーブが前記偏心軸部に圧入された状態で、当該偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させることが可能なことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
3. 前記偏心軸部の外周面と前記偏心スリーブの内周面との間に生じる静止摩擦係数が０．０１よりも大きくなるように設定されている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複リンク式ピストン−クランク機構。
4. 前記偏心軸部のスラスト方向に作用する力によって、前記偏心スリーブを前記偏心軸部に対して固定する固定手段を有している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複リンク式ピストン−クランク機構。
5. 前記偏心スリーブは、前記偏心軸部に対する周方向の動きが規制されるように、前記偏心軸部に対して圧入されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
6. 前記偏心スリーブは、前記ピストンに作用する燃焼圧力により前記偏心軸部に対する周方向の動きが規制されるよう、前記偏心軸部に対して圧入されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
7. 前記偏心スリーブに加わるトルクをＴ、前記偏心スリーブの内周面積をＡ、前記偏心スリーブの前記偏心軸部に対する圧入代をδ、前記偏心スリーブの筒状部外径の半径をａ、前記偏心スリーブの筒状部内径の半径をｂ、前記制御軸のポアソン比をυ_Bは、前記偏心スリーブのポアソン比をυ_H、前記制御軸の縦弾性係数をＥ_B、前記偏心スリーブの縦弾性係数をＥ_Hとすると、次式（１）で算出される前記偏心スリーブの内周面と前記偏心軸部の外周面の間の静止摩擦係数の期待値μｅが、実際の前記偏心スリーブの内周面と前記偏心軸部の外周面の間の静止摩擦係数より小さく設定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複リンク式ピストン−クランク機構。
   ［数１］
   

   
8. 前記制御軸は、前記内燃機関に対して回転可能に支持される主軸部を有し、この主軸部に対して前記偏心軸部が偏心していると共に、前記主軸部となる主軸部材と前記偏心軸部となる偏心軸部材とに細長い管状の基本軸部材を挿入し、前記基本軸部材を拡管することで該基本軸部材に対して前記主軸部材と前記偏心軸部材とが固定された構造となっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構。
9. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材の動きを規制するコントロールリンクが連結された制御軸であって、前記内燃機関に対して回転可能に支持される主軸部と、前記コントロールリンクの一端が揺動可能に連結されると共に、前記主軸部に対して偏心した偏心軸部とを有し、前記制御軸の回転により前記偏心軸部の位置を変化させることによって前記ピストンの上死点位置を変化させ、前記内燃機関の圧縮比を変化させる複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸において、
   前記偏心軸部には、前記偏心軸部に対して回転させることで、各気筒毎にピストンの上死点位置が調整可能な筒状の偏心スリーブが圧入され、
   前記制御軸は、前記主軸部となる主軸部材と、前記偏心軸部となる偏心軸部材とに細長い管状の基本軸部材を挿入し、前記基本軸部材を拡管することで該基本軸部材に対して前記主軸部材と前記偏心軸部材とが固定された構造となっていることを特徴する複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸。
10. 前記主軸部の外径が前記偏心軸部の外径以上となるよう設定されていることを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構または複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸。
11. 前記制御軸は、その軸方向に沿って、前記主軸部と前記偏心軸部とが交互に設けられた構成となっており、
    前記主軸部とこれに隣接する前記偏心軸部との間隔が、前記偏心スリーブの軸方向に沿った長さよりも短くなるよう設定されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構または複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸。
12. 前記基本軸部材は、前記偏心スリーブが圧入された状態の前記偏心軸材に挿入されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構または複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸。
13. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材の動きを規制するコントロールリンクが連結された制御軸であって、前記内燃機関に対して回転可能に支持される主軸部と前記コントロールリンクの一端が揺動可能に連結される偏心軸部とを有し、前記制御軸の回転により前記偏心軸部の位置を変化させることによって前記ピストンの上死点位置を変化させ、前記内燃機関の圧縮比を変化させる複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸の製造方法において、
    前記制御軸は、前記主軸部を構成する円管状の主軸部材と、前記偏心軸部を構成する円管状の偏心軸部材と、前記主軸部材と前記偏心軸部材を連結する細長い管状の基本軸部材と、を有し、
    前記偏心軸部材の外周に、該偏心軸部に対して回転させることで各気筒毎にピストンの上死点位置が調整可能な筒状の偏心スリーブを圧入する工程と、
    前記主軸部材と前記偏心スリーブが圧入された状態の前記偏心軸部材に、前記基本軸部材を挿入し、前記主軸部材と前記偏心軸部材をそれぞれ基本軸部材の所定位置に配置する工程と、
    前記基本軸部材を拡管し、前記主軸部材と前記偏心軸部材を前記基本軸部材に固定する工程と、を含んでなることを特徴とする複リンク式ピストン−クランク機構の制御軸の製造方法。

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