JP2006161651A - ストローク特性可変エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ストローク特性可変エンジンにおいて、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータによりエンジンの全長がコントロールシャフトの軸線方向に大型化するのを最小限に抑える。
【解決手段】 コントロールシャフト２５をアクチュエータ３１で回転させてコントロールリンク２８を上下動させることで、クランクシャフト１７に支持されたロアリンク１８の運動拘束条件を変化させてピストンのストローク特性を変化させるエンジンにおいて、少なくともアクチュエータ３１に隣接するコントロールリンク２８を、ロアリンク１８に対する連結部に対して、コントロールシャフト２５に対する連結部がアクチュエータ３１から離反する方向に変位させたので、アクチュエータ３１を前記変位分だけコントロールシャフト２５の中央寄りに移動させることで、エンジンＥがコントロールシャフト２５の軸線方向に大型化するのを最小限に抑えることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、駆動装置でコントロールシャフトを回転させることでピストンの上死点あるいは下死点の位置を変化させるストローク特性可変エンジンに関する。

クランクシャフトのピンジャーナルに揺動自在に支持したロアリンクを、アッパーリンクを介してピストンに連結するとともにコントロールリンクを介してコントロールシャフトに連結し、アクチュエータでコントロールシャフトを回転させてロアリンクの運動拘束条件を変化させることで、ピストンの上死点および下死点の位置を含むストローク特性を変化させるストローク特性可変エンジンが、下記特許文献１により公知である。
特開２００３−３２２０３６号公報

ところで、クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフトは各シリンダ毎に設けられた複数のコントロールリンクを駆動するため、その全長はエンジンブロックの全長に略等しくなる。従って、アクチュエータをコントロールシャフトの軸端に直結すると、アクチュエータがエンジンブロックの端部から突出してしまい、その分だけエンジンがコントロールシャフトの軸線方向に大型化する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ストローク特性可変エンジンにおいて、コントロールシャフトを駆動する駆動装置によりエンジンの全長がコントロールシャフトの軸線方向に大型化するのを最小限に抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンブロックにメインジャーナルを回転自在に支持されたクランクシャフトと、エンジンブロックにメインジャーナルを回転自在に支持されたコントロールシャフトと、クランクシャフトのピンジャーナルに揺動自在に支持されたロアリンクと、ロアリンクをピストンに連結するアッパーリンクと、ロアリンクまたはアッパーリンクをコントロールシャフトのピンジャーナルに連結するコントロールリンクと、コントロールシャフトの軸線上に配置されて該コントロールシャフトを回転駆動する駆動装置とを備えたストローク特性可変エンジンにおいて、少なくとも駆動装置に隣接するコントロールリンクは、ロアリンクまたはアッパーリンクに対する連結部に対して、コントロールシャフトに対する連結部が、コントロールシャフトの軸線方向で駆動装置から離反する方向に変位していることを特徴とするストローク特性可変エンジンが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、隣接する気筒間に駆動装置を配置し、この駆動装置の軸線方向両側に隣接する一対のコントロールリンクは、ロアリンクまたはアッパーリンクに対する連結部に対して、コントロールシャフトに対する連結部が、コントロールシャフトの軸線方向で駆動装置から離反する方向に変位していることを特徴とするストローク特性可変エンジンが提案される。

尚、実施例のアクチュエータ３１は本発明の駆動装置に対応する。

請求項１の構成によれば、クランクシャフトのピンジャーナルにロアリンクを揺動自在に支持し、ロアリンクをアッパーリンクを介してピストンに連結するとともに、ロアリンクまたはアッパーリンクをコントロールリンクを介してコントロールシャフトのピンジャーナルに連結したので、コントロールシャフトをメインジャーナルまわりに回転させてコントロールリンクを上下動させることで、ロアリンクの運動拘束条件を変化させてピストンのストローク特性を変化させることができる。

少なくとも駆動装置に隣接するコントロールリンクは、ロアリンクまたはアッパーリンクに対する連結部に対して、コントロールシャフトに対する連結部が駆動装置から離反する方向に変位しているので、コントロールシャフトの端部に設けられた駆動装置を前記変位分だけコントロールシャフトの中央寄りに移動させたり、駆動装置をコントロールシャフトの中間部に配置するスペースを確保したりすることで、駆動装置によりエンジンがコントロールシャフトの軸線方向に大型化するのを最小限に抑えることができる。

請求項２の構成によれば、隣接する気筒間に配置した駆動装置の両隣にある一対のコントロールリンクは、ロアリンクまたはアッパーリンクに対する連結部に対して、コントロールシャフトに対する連結部が駆動装置から離反する方向に変位しているので、エンジンブロックの内部の隣接する気筒間に確保したスペースに駆動装置を配置することで、駆動装置によりエンジンがコントロールシャフトの軸線方向に大型化するのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は可変圧縮比エンジンの正面図、図２は可変圧縮比エンジンの縦断面図（高圧縮比状態）、図３は図２の３−３線矢視図、図４は図２の４−４線矢視図、図５は図２の５方向矢視図、図６は図１の６−６線断面図、図７は可変圧縮比エンジンの縦断面図（低圧縮比状態）、図８はアクチュエータの制御系の油圧回路図である。

図１〜図５に示すように、ピストンの上死点あるいは下死点の位置を変更可能なストローク特性可変エンジンの一例である可変圧縮比エンジンＥは、シリンダブロック１１、クランクケース１２およびシリンダヘッド１３を結合したエンジンブロック１４を備えており、シリンダヘッド１３の上部にヘッドカバー１５が結合され、クランクケース１２の下部にオイルパン１６が結合される。シリンダブロック１１およびクランクケース１２の割り面にクランクシャフト１７のメインジャーナル１７ａが回転自在に支持されており、メインジャーナル１７ａから偏心するピンジャーナル１７ｂに概略三角形のロアリンク１８の中間部が揺動自在に枢支される。

シリンダブロック１１に設けたシリンダスリーブ２０にピストン２１が摺動自在に嵌合しており、アッパーリンク２２（コネクティングロッド）の上端がピストンピン２３を介してピストン２１に枢支されるとともに、アッパーリンク２２の下端が第１ピン２４を介してロアリンク１８の一端部に枢支される。クランクシャフト１７の位置から横方向に偏心したクランクケース１２の下面に、クランク形状のコントロールシャフト２５のメインジャーナル２５ａが、ボルト２６，２６でクランクケース１２の締結されたキャップ２７によって揺動自在に枢支される。コントロールリンク２８は本体部２８ａと、その下端にボルト２９，２９で締結されたキャップ部２８ｂとを備えており、本体部２８ａの上端が第２ピン３０を介してロアリンク１８の他端部に枢支されるとともに、本体部２８ａの下端およびキャップ部２８ｂ間にコントロールシャフト２５のピンジャーナル２５ｂが枢支される。コントロールシャフト２５は、その一端に設けた油圧制御のアクチュエータ３１で所定角度の範囲で揺動する。

シリンダヘッド１３の下面に形成された燃焼室１３ａに吸気ポート３２および排気ポート３３が開口しており、吸気ポート３２を開閉する吸気バルブ３４と排気ポート３３を開閉する排気バルブ３５とがシリンダヘッド１３に設けられる。吸気バルブ３４は吸気カムシャフト３６により吸気ロッカーアーム３７を介して開閉駆動され、排気バルブ３５は排気カムシャフト３８により排気ロッカーアーム３９を介して開閉駆動される。

図１および図６から明らかなように、シリンダブロック１１、クランクケース１２およびシリンダヘッド１３よりなるエンジンブロック１４の一端面に、チェーンカバー４１が複数本のボルト４２…で着脱自在に固定される。エンジンブロック１４とチェーンカバー４１とに挟まれた空間に配置されたタイミングチェーン４３は、クランクシャフト１７の軸端に設けた駆動スプロケット４４と、吸気カムシャフト３６および排気カムシャフト３８の軸端にそれぞれ設けた従動スプロケット４５，４６とに巻き掛けられる。

チェーンカバー４１の吸気側の下端を円弧状に切り欠いた部分にクランクケース１２の端面が露出しており、その部分にアクチュエータ３１が嵌合して複数本のボルト４７…でクランクケース１２に固定される。クランクケース１２の吸気側の側面に、アクチュエータ３１の作動を制御するバルブブロック４８が複数本のボルト４９…で固定される。

図８に示すように、アクチュエータ３１は回転軸５１の両側に延びる一対のベーン５２，５２を揺動自在に収納する扇型の油室５３，５３を備えており、オイルタンク５４と油室５３，５３との間に、モータ５５で駆動されるオイルポンプ５６と、チェックバルブ５７と、アキュムレータ５８と、方向切り換えバルブ５９とが配置される。従って、方向切り換えバルブ５９を左方向に切り換えるとオイルポンプ５６で発生した油圧でベーン５２，５２が押されて回転軸５１が反時計方向に回転し、逆に方向切り換えバルブ５９を右方向に切り換えるとオイルポンプ５６で発生した油圧でベーン５２，５２が押されて回転軸５１が時計方向に回転することで、その回転軸５１に接続されたコントロールシャフト２５の位相が変化する。

図４および図５から明らかなように、コントロールシャフト２５の４個のピンジャーナル２５ｂ…に接続された４本のコントロールリンク２８…のうち、最もアクチュエータ３１に近い位置に配置された１本のコントロールリンク２８は、他の３本のコントロールリンク２８…と形状が異なっている。即ち、前記他の３本のコントロールリンク２８…はコントロールシャフト２５の軸線に直交する方向に直線状に延びているのに対し、最もアクチュエータ３１に近い１本のコントロールリンク２８はＳ字状に湾曲しており、ロアリンク１８との接続部に対してコントロールリンク２８との接続部が、距離αだけアクチュエータ３１から離間する方向に変位している。

図６から明らかなように、コントロールリンク２８のコントロールシャフト２５側の端部を図中右方向に距離αだけオフセットさせたので、クランクケース１２の端面に段部１２ｂを介して形成された取付座１２ａの位置を、前記距離αの分だけ右方向にオフセットさせることができ、この取付座１２ａに取り付けられたアクチュエータ３１のクランクケース１２の端面からの突出量βが小さくなる。

次に、上記構成を備えた本発明の第１実施例の作用を説明する。

エンジンＥの運転状態に応じてアクチュエータ３１が駆動され、アクチュエータ３１に接続されたコントロールシャフト２５が図２に示す位置と図７に示す位置との間の任意の位置に回転する。図２に示す位置では、コントロールシャフト２５のメインジャーナル２５ａに対してピンジャーナル２５ｂが下方に位置するため、コントロールリンク２８が引き下げられてロアリンク１８がクランクシャフト１７のピンジャーナル１７ｂを中心に時計方向に揺動し、アッパーリンク２２が押し上げられてピストン２１の位置が高くなることで、エンジンＥが高圧縮比状態になる。

逆に、図７に示す位置では、コントロールシャフト２５のメインジャーナル２５ａに対してピンジャーナル２５ｂが上方に位置するため、コントロールリンク２８が押し上げられてロアリンク１８がクランクシャフト１７のピンジャーナル１７ｂを中心に反時計方向に揺動し、アッパーリンク２２が引き下げられてピストン２１の位置が低くなることで、エンジンＥが低圧縮比状態になる。

このように、コントロールシャフト２５の揺動によってコントロールリンク２８が上下動し、ロアリンク１８の運動拘束条件が変化してピストン２１の上死点位置を含むストローク特性が変化することで、エンジンＥの圧縮比が任意に制御される。

そしてアクチュエータ３１に隣接するコントロールアーム２８をコントロールシャフト２５の軸線方向に非対称形状としたことで、アクチュエータ３１をコントロールシャフト２５の中央部側に移動させるスペースを確保できるので、クランクケース１２の端面からのアクチュエータ３１の突出量β（図６参照）を最小限に抑えてエンジンＥのコンパクト化を図ることができる。

次に、図９に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例では、ロアリンク１８の二股になった端部にコントロールリンク２８の端部を嵌合させて第２ピン３０で枢支しているが、第２実施例では、ロアリンク１８の薄肉になった端部にコントロールリンク２８の二股になった端部を嵌合させて第２ピン３０で枢支している。第２実施例では、４本のコントロールリンク２８…のうちの３本がコントロールシャフト２５の軸線方向に対称形状を有しているが、最もアクチュエータ３１に近い１本のコントロールリンク２８がコントロールシャフト２５の軸線方向に非対称形状を有しており、そのコントロールリンク２８のアクチュエータ３１に対向する側面にスペースを確保している。即ち、前記１本のコントロールリンク２８のコントロールシャフト２５側の端部の軸線方向の中心が、コントロールリンク２８の二股になったロアリンク１８側の端部のうち、アクチュエータ３１から遠い側の軸線方向の中心と一致するようにオフセットされる。

そしてこのスペースを利用してアクチュエータ３１の位置をコントロールシャフト２５の中央部側に移動させることで、クランクケース１２の端面からのアクチュエータ３１の突出量を小さくし、第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

次に、図１０に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第１、第２実施例では、コントロールシャフト２５の一端部にアクチュエータ３１を配置していたが、第３実施例ではコントロールシャフトを中央で均等に２分割し、各々のコントロールシャフト２５，２５の対向部に共通のアクチュエータ３１を配置している。アクチュエータ３１は、第１、第２実施例のコントロールシャフト２５の５個のメインジャーナル２５ａ…のうちの中央のメインジャーナル２５ａがあった位置に配置されるが、その配置スペースを確保するために、アクチュエータ３１の両側に隣接する２個のコントロールリンク２８，２８を、第２実施例のものと同一の非対称形状にしている。

この第３実施例によれば、アクチュエータ３１をエンジンブロック１４の内部に収納することができるので、アクチュエータ３１がエンジンブロック１４の端面から全く突出しないようにし、エンジンＥの一層のコンパクト化を図ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では可変圧縮比エンジンについて説明したが、同様の構造で各部の寸法を変更することで、エンジンの圧縮比および排気量の一方あるいは両方を変更可能である。本発明はこれらのストローク特性可変エンジンに対して適用することができる。

また実施例ではコントロールシャフト２５に油圧式のアクチュエータ３１を直接接続しているが、油圧式のアクチュエータ３１に代えて電気モータを用いても良く、コントロールシャフト２５とアクチュエータ３１との間にギヤ、ベルト、チェーン等の伝動機構を介在させても良い。

またコントロールシャフト２５は揺動軸に限定されず、回転角が３６０°を超える回転軸であっても良い。

また実施例ではコントロールリンク２８をロアリンク１８に接続しているが、本発明はコントロールリンク２８をアッパーリンク２２に接続した形式のストローク特性可変エンジンに対しても適用することができる。

可変圧縮比エンジンの正面図 可変圧縮比エンジンの縦断面図（高圧縮比状態） 図２の３−３線矢視図 図２の４−４線矢視図 図２の５方向矢視図 図１の６−６線断面図 可変圧縮比エンジンの縦断面図（低圧縮比状態） アクチュエータの制御系の油圧回路図 本発明の第２実施例に係る、前記４に対応する図 本発明の第３実施例に係る、前記４に対応する図

符号の説明

１４ エンジンブロック
１７ クランクシャフト
１７ａ メインジャーナル
１７ｂ ピンジャーナル
１８ ロアリンク
２１ ピストン
２２ アッパーリンク
２５ コントロールシャフト
２５ａ メインジャーナル
２５ｂ ピンジャーナル
２８ コントロールリンク
３１ アクチュエータ（駆動装置）

Claims (2)

1. エンジンブロック（１４）にメインジャーナル（１７ａ）を回転自在に支持されたクランクシャフト（１７）と、
   エンジンブロック（１４）にメインジャーナル（２５ａ）を回転自在に支持されたコントロールシャフト（２５）と、
   クランクシャフト（１７）のピンジャーナル（１７ｂ）に揺動自在に支持されたロアリンク（１８）と、
   ロアリンク（１８）をピストン（２１）に連結するアッパーリンク（２２）と、
   ロアリンク（１８）またはアッパーリンク（２２）をコントロールシャフト（２５）のピンジャーナル（２５ｂ）に連結するコントロールリンク（２８）と、
   コントロールシャフト（２５）の軸線上に配置されて該コントロールシャフト（２５）を回転駆動する駆動装置（３１）と、
   を備えたストローク特性可変エンジンにおいて、
   少なくとも駆動装置（３１）に隣接するコントロールリンク（２８）は、ロアリンク（１８）またはアッパーリンク（２２）に対する連結部に対して、コントロールシャフト（２５）に対する連結部が、コントロールシャフト（２５）の軸線方向で駆動装置（３１）から離反する方向に変位していることを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. 隣接する気筒間に駆動装置（３１）を配置し、この駆動装置（３１）の軸線方向両側に隣接する一対のコントロールリンク（２８）は、ロアリンク（１８）またはアッパーリンク（２２）に対する連結部に対して、コントロールシャフト（２５）に対する連結部が、コントロールシャフト（２５）の軸線方向で駆動装置（３１）から離反する方向に変位していることを特徴とする、請求項１に記載のストローク特性可変エンジン。
   

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