JP5821299B2 - 可変圧縮比内燃機関の油量調整装置 - Google Patents

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る可変圧縮比内燃機関に関し、特に、内燃機関のクランクシャフトにより機械的に駆動されるオイルポンプのオイル吐出量を調整する油量調整装置に関する。

周知のように、内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動される機械式のオイルポンプは、機関回転数の増加にほぼ比例してオイルポンプのオイル吐出量（吐出圧）が単調増加するため、高回転域ではオイル吐出量が過剰となる。この過剰分のオイルをリリーフバルブ等を用いて排出すると、その分、オイルポンプが無駄に駆動されることになり、損失が増大して燃費の悪化を招く。

このような高回転側での過剰なオイル吐出による損失を解消する技術として、特許文献１には、カムリングの偏心量によってオイル吐出量を可変とする可変容量形オイルポンプが記載されている。カムリングはスプリングにより回転一方向に付勢されており、機関回転数の上昇に伴って油圧が上昇すると、スプリングのばね力に抗してカムリングの揺動位置が変化して、高回転側でのオイルポンプによるオイル吐出圧（オイル吐出量）を減少させるようになっている。

特開２００９−９２０５１号公報

しかしながら、このような可変容量形オイルポンプは、構造が複雑でコストや重量の増加を招くことに加え、ポンプ単体の幅方向寸法が比較的大きいために、ポンプ側方に可変圧縮比機構の制御軸があるような場合には、レイアウトが困難となり、機関搭載性が低下する。

ところで、可変圧縮比機構を備える内燃機関では、機関運転状態に応じて機関圧縮比が制御され、一般的には、低回転・低負荷域では熱効率を高めて燃費向上を図るために機関圧縮比を高くする一方、高回転・高負荷域では、ノッキングの発生を抑制・回避するために機関圧縮比を低くする。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、可変容量形オイルポンプを敢えて用いることなく、可変圧縮比機構の作動を利用してオイルポンプのオイル吐出量を調整可能とすることで、過剰なオイル吐出による損失の発生を抑制・回避することを目的としている。

すなわち本発明は、機関固定体に回転可能に支持される制御軸と、この制御軸の回転位置を変更・保持するアクチュエータと、を有し、上記制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備える可変圧縮比内燃機関に関するものである。また、上記可変圧縮比内燃機関により駆動され、オイルパンから供給されたエンジンオイルを加圧してオイル要求部位へ圧送するオイルポンプと、上記制御軸に機械的に連結されて、この制御軸に連動して作動する通路遮蔽部と、を有している。この通路遮蔽部は、上記制御軸の回転位置に応じて、上記オイル通路の少なくとも一部を遮蔽することで、このオイル通路の通路断面積を増減させて、上記オイルポンプのオイル吐出量を調整するように構成されていることを特徴としている。

このような本発明によれば、可変圧縮比機構の制御軸の作動を利用し、この制御軸の回転位置に応じて、オイルポンプのオイル通路の通路断面積を、制御軸に連動して作動する通路遮蔽部により増減させることによって、オイルポンプのオイル吐出量を調整することができ、高価な可変容量形オイルポンプを用いることなく、過剰なエンジンオイルの吐出による損失の増加を抑制・解消することができる。

本発明の一実施例に係る可変圧縮比機構を示す構成図。 本実施例の可変圧縮比内燃機関の油量調整装置を簡略的に示す構成図。 本実施例の油量調整装置の通路遮蔽部の近傍を示し、明りょう化のためにハウジング本体を省略して示す斜視図。 本実施例の油量調整装置を通路遮蔽部用ハウジングの部分で切断した断面であり、明りょう化のために通路遮蔽部を省略して示す断面図。 本実施例の油量調整装置を制御軸の軸方向に沿って切断した断面図。 本実施例の油量調整装置を示し、機関下方側より見た下面図。 制御軸の回転位置に応じた、通路遮蔽部によるオイル通路の通路断面積の変化を示す説明図。 機関回転数とオイルポンプのオイル吐出量との関係を示す特性図（Ａ）、及び機関回転数と負荷トルクに応じた機関圧縮比の設定マップ。

以下、図示実施例により本発明を説明する。先ず図１を参照して、可変圧縮比機構１０について説明する。なお、この可変圧縮比機構１０は特開２０１０−２４８９５４号公報にも記載のように公知であるため、簡単な説明にとどめる。シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内には、ピストン１が往復移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及び固定ボルト７Ａを用い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、制御リンク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。この制御リンク１５の他端は、機関固定体の一部であるシリンダブロック５側に揺動可能に支持されており、かつ、機関圧縮比の変更のために、その揺動支点１６の位置がシリンダブロック５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部１９に上記制御リンク１５の他端が回転可能に取り付けられている。上記制御軸１８は、固定ボルト８Ａにより共締め固定される上記のクランク軸受ブラケット７と制御軸受キャップ８との間に回転可能に支持されている。

従って、機関圧縮比の変更のために、アクチュエータ２１により制御軸１８を回転駆動すると、制御リンク１５の揺動支点１６となる偏心軸部１９の中心位置がシリンダブロック５等の機関固定体に対して移動する。これにより、制御リンク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の位置変化を伴って、機関圧縮比が変更されることになる。制御部２２は、各種機関制御を記憶及び実行するものであり、機関運転状態に応じてアクチュエータ２１を駆動制御することによって、機関圧縮比を制御する（圧縮比制御手段）。

このような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機構１０にあっては、制御軸１８がクランクシャフト３の斜め下方に配置される。そして、図２に示すように、この制御軸１８の側方にオイルポンプ３０が配設される。このオイルポンプ３０は、内燃機関のクランクシャフト３により機械的に駆動される歯車式のものであり、スプロケット３１を介してクランクシャフト３により回転駆動される駆動側ギヤ３２と、この駆動側ギヤ３２と噛み合う従動側ギヤ３３と、を備え、これら両ギヤ３２，３３によりオイルパン（図示省略）からオイル供給通路３４を介して供給されるエンジンオイルを加圧してオイル吐出通路３５へ圧送する。このオイル吐出通路３５を介して、様々なエンジンオイル要求部位、例えば潤滑が必要とされる軸受部分や摺動部分などの潤滑部位や、油圧駆動式のアクチュエータ等へエンジンオイルが送給される。

図２〜図７に示すように、制御軸１８には、潤滑油としてのエンジンオイルが通流する油路１８Ｂが形成されるとともに、この制御軸１８と一体的に回転作動する通路遮蔽部３６が一体的に設けられている。この通路遮蔽部３６は、この実施例では制御軸１８の外周より径方向外方へ突出する薄肉な板状部材であり、この通路遮蔽部３６の半円弧状をなす外周縁部が、オイルポンプ３０に接続するオイル通路としてのオイル供給通路３４とオイル吐出通路３５のうち、制御軸１８寄りのオイル供給通路３４の一部を横切るように設定されており、この実施例ではオイル供給通路３４の略半分を遮蔽するように設定されている。つまり、通路遮蔽部３６は、制御軸１８の回転位置に応じて、オイル供給通路３４の通路断面積を増減させることによって、オイルポンプ３０へのオイル供給量、ひいてはオイルポンプ３０からのオイル吐出量を調整するように構成されている。

なお、オイルポンプ３０に接続するオイル供給通路３４とオイル吐出通路３５のうち、制御軸１８寄りの通路がオイル吐出通路３５である場合には、このオイル吐出通路３５の一部を通路遮蔽部３６により遮蔽することによって、オイル吐出量を調整するように構成すれば良い。

また、通路遮蔽部３６をオイル供給通路３４に進退可能に配置したことに伴う、オイル供給通路３４からのエンジンオイルの漏洩を防止するように、この実施例では、通路遮蔽部用ハウジング３７が設けられている。この通路遮蔽部用ハウジング３７は、通路遮蔽部３６を覆うように概略中空板状を呈しており、オイル供給通路３４が穿設されたオイルパンアッパ３８に一体的に形成されたハウジング本体３９と、このハウジング本体３９に制御軸１８のジャーナル部１８Ａを挟んでボルト４１により締結固定されるキャップ４０と、を有している。通路遮蔽部用ハウジング３７の内部には、通路遮蔽部３６の揺動運動を許容するように、通路遮蔽部３６の揺動軌跡に応じた形状のスリット４２が形成されている。このスリット４２は、制御軸１８を中心とする扇状をなしており、このスリット４２の外周縁部と直交するようにオイル供給通路３４が形成されている。

更に、エンジンオイルの漏洩を防止するために、制御軸１８の軸受部分には、一対のシール用Ｏリング４４が通路遮蔽部３６の両側に配設されているとともに、キャップ４０とハウジング本体３９との合わせ面には、紙ガスケットのようなガスケット部材が介装され、あるいは液状ガスケットを塗布することによりシールされている。

なお、図３，図５，図６にも示すように、制御軸１８のジャーナル部１８Ａは、ボルト８Ａにより共締め固定されるシリンダブロック側のクランク軸受ブラケット７と制御軸受キャップ８とにより回転可能に挟持されているが、この実施例では、オイルポンプ３０近傍のジャーナル部１８Ａを軸方向に延長形成して、この延長部分に上記の通路遮蔽部用ハウジング３７を取り付けている。

図８（Ｂ）は、可変圧縮比機構１０による機関圧縮比（目標圧縮比）の設定マップを示している。この設定マップは予め設定されて制御部２２に記憶されるもので、制御部２２では、このマップを参照して機関回転数と負荷トルクとに基づいて機関圧縮比が設定される。同図に示すように、所定の回転数Ｎｅ０よりも高回転側の高回転域では、ノッキングの発生を抑制するように低圧縮比とされる。また、所定の回転数Ｎｅ０よりも低回転側の領域のうち、低回転低負荷域では熱効率を高めるために高圧縮比とされ、低回転高負荷域ではノッキングの発生を抑制するように、上記の低圧縮比と高圧縮比の中間の圧縮比とされる。

なお、この設定マップでは、明りょう化のために機関圧縮比を大きく３つの運転領域に分けて設定するように描いているが、実際の機関圧縮比の設定は、機関回転数と負荷トルクに応じてより多段階、あるいは連続的に設定される。

上記の可変圧縮比機構１０においては、制御軸１８の回転位置に応じて機関圧縮比が変化し、具体的には図７に示すように、制御軸１８を一方（図７の時計回り方向）へ回転すると圧縮比が高くなり、他方（図７の反時計回り方向）へ回転すると圧縮比が低くなる。そして本実施例においては、制御軸１８が低圧縮比側へ回転するほど、通路遮蔽部３６がオイル供給通路３４を遮蔽して、オイル供給通路３４の通路断面積が小さくなり、オイル供給量・オイル吐出量が減少するように、通路遮蔽部３６とオイル供給通路３４との相対的な位置関係が設定されている。具体的には、図７（Ａ）に示すように制御軸１８が最も低圧縮比側に回転した位置では、通路遮蔽部３６によりオイル供給通路３４が最も遮蔽されて、通路断面積が最も小さくなり、図７（Ｃ）に示すように制御軸１８が最も高圧縮比側に回転した位置では、通路遮蔽部３６がオイル供給通路３４から完全に離間して、オイル供給通路３４が通路遮蔽部３６により遮蔽されることがなく、オイル供給通路３４の通路断面積が最も大きくなり、図７（Ｂ）に示すように制御軸１８が中間圧縮比の回転位置にあるときには、オイル供給通路３４が通路遮蔽部３６により僅かに遮蔽され、通路断面積が低圧縮比のときと高圧縮比のときの中間的な大きさとなる。

図８（Ａ）は、機関回転数とオイル吐出量との関係を示している。本実施例の歯車式オイルポンプ３０のように、クランクシャフト３により機械的に駆動される簡素な構造のオイルポンプにあっては、図８（Ａ）の二点鎖線の特性Ｌ０で示すように、機関回転数の増加に比例する形でオイル吐出量が単調増加するために、高回転域では、領域αで示す分、オイル吐出量が過剰となるものの、本実施例では、実線の特性Ｌ１で示すように、高回転域では通路遮蔽部３６によりオイル供給通路３４の通路断面積が小さくされて、オイル吐出量が制限されるために、リリーフバルブ等によりエンジンオイルを無駄に排出することなく、オイルポンプ３０からのオイル吐出量（オイル吐出圧）を適切に抑制して、過剰なオイル吐出による損失の発生を抑制・回避することができる。

この結果、オイルポンプとして簡素な構造の歯車式のものを用いることができ、可変容量型のオイルポンプを用いる場合に比して、オイルポンプの軽量・小型化を図ることができるとともに、余剰のオイルを排出するためのリリーフバルブ等を敢えて設ける必要がないので、油圧回路の構成も簡素化され、機関搭載性に優れている。更に、本実施例のように複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構１０にあっては、制御軸１８がクランクシャフト３の斜め下方に配置されるために、同じくクランクシャフト３の斜め下方に配置されるオイルポンプ３０と制御軸１８とを近接して配置することができ、両者に掛け渡される通路遮蔽部３６や通路遮蔽部用ハウジング３７が十分に小さなものとすることができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では、通路遮蔽部３６を制御軸１８に一体的に設けているが、これに限らず、制御軸１８に機械的に連結されて、この制御軸１８に連動して作動するものであれば良く、例えば複数のリンクを連結させたような構造であっても良い。また、シール構造としては、上記実施例のような通路遮蔽部用ハウジング３７を用いたものに限らず、通路遮蔽部を設けたことに伴うエンジンオイルの漏洩を防止できるものであれば良他のシール構造であっても良い。

５…シリンダブロック（機関固定体）
１０…可変圧縮比機構
１８…制御軸
２１…アクチュエータ
２２…制御部（圧縮比制御手段）
３０…オイルポンプ
３４…オイル供給通路（オイル通路）
３５…オイル吐出通路（オイル通路）
３６…通路遮蔽部
３７…通路遮蔽部用ハウジング
３８…オイルパンアッパ（機関固定体）
４２…スリット

Claims (4)

1. 機関固定体に回転可能に支持される制御軸と、この制御軸の回転位置を変更・保持するアクチュエータと、を有し、上記制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備える可変圧縮比内燃機関の油量調整装置において、
   上記可変圧縮比内燃機関により駆動され、オイル通路を介してオイルパンから供給されたエンジンオイルを加圧してオイル要求部位へ圧送するオイルポンプと、
   上記制御軸に機械的に連結されて、この制御軸に連動して作動する通路遮蔽部と、を有し、
   この通路遮蔽部は、上記制御軸の回転位置に応じて、上記オイル通路の少なくとも一部を遮蔽することで、このオイル通路の通路断面積を増減させて、上記オイルポンプのオイル吐出量を調整するように構成され、
   更に、機関回転数が高いときに機関圧縮比を低くする圧縮比制御手段を有し、
   機関圧縮比が低いときには、機関圧縮比が高いときに比して、上記通路遮蔽部によりオイル通路の通路断面積が小さくなって、上記オイルポンプからのオイル吐出量が減少するように設定されていることを特徴とする可変圧縮比内燃機関の油量調整装置。
2. 機関圧縮比が低くなるほど、上記通路遮蔽部によりオイル通路の通路断面積が小さくなって、上記オイルポンプからのオイル吐出量が減少するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の油量調整装置。
3. 上記通路遮蔽部は、上記制御軸の外周から径方向外方へ突出する板状部材であり、
   この通路遮蔽部の外周縁部が、上記制御軸と平行に延びるオイル通路の少なくとも一部を横切るように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比内燃機関の油量調整装置。
4. 上記可変圧縮比機構は、
   クランクシャフトに取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、上記制御軸に設けられた偏心軸部と、この偏心軸部とロアリンクとを連結する制御リンクと、を有しており、
   上記制御軸がクランクシャフトの斜め下方に配置され、
   上記オイルポンプのオイル通路が制御軸の側方に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関の油量調整装置。

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