JP6601444B2 - 可変圧縮比機構 - Google Patents

Description

本発明は可変圧縮比機構に関する。

特許文献１には、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な従来の圧縮比可変機構として、コンロッドの小端部に形成された小端部軸受孔に、小端部軸受孔の中心軸から所定量だけ偏心した位置にピストンピンの軸心が位置するようにピストンピンを支持する偏心部材を回転可能に挿入したものが開示されている。この従来の可変圧縮比機構の構成によれば、偏心部材を所定の回転角度範囲内で両方向に回転させることで、ピストンピンの軸心を、小端部軸受孔の中心軸を中心として上下（シリンダ軸方向）に揺動させることができる。これにより、ピストンピンの軸心からクランクピンの軸心までの間の長さ（以下「コンロッド長さ」という。）を変化させることができる。その結果、例えばコンロッド長さを長くすれば、ピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室容積が小さくなるので、内燃機関の機械圧縮比を高くすることができる。一方で、逆にコンロッド長さを短くすれば、ピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室容積が大きくなるので、内燃機関の機械圧縮比を低くすることができる。

国際公開第２０１６／０３７６９６号

ここで前述した従来の可変圧縮比機構は、偏心部材を回転させる際は、最終的に偏心部材をストッパに当接させることで、偏心部材の回転角度を規制するように構成されていた。しかしながら、前述した従来の可変圧縮比機構は、偏心部材の回転速度を制御していなかったため、偏心部材がストッパに衝突する際の衝撃音が大きくなり、騒音が発生するおそれがあった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、コンロッド長さを変化させて内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構から発生する騒音を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、ピストンピンの軸心からクランクシャフトのクランクピンの軸心までの間のコンロッド長さを変化させることで内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構が、小端部に形成された第１軸受孔と、大端部に形成されてクランクピンを支持する第２軸受孔と、を備えるコンロッドと、第１軸受孔に回転可能に挿入され、第１軸受孔の中心軸から所定量だけ偏心した位置にピストンピンの軸心が位置するようにピストンピンを支持する偏心部材と、小端部に設けられ、偏心部材と当接して偏心部材の回転角度を制限し、偏心部材をコンロッド長さが短くなる低圧縮比位置及びコンロッド長さが長くなる高圧縮比位置で静止させるためのストッパと、偏心部材に設けられ、偏心部材と一体となって回転する第１ギヤと、コンロッドに回転可能に取り付けられ、第１ギヤと噛み合って第１ギヤを回転させるための第２ギヤと、第２ギヤを回転させて、偏心部材を回転させるためのギヤ駆動機構と、を備える。そしてギヤ駆動機構は、第２ギヤに設けられたギヤ駆動ピンと、クランクシャフトのカウンターウェイトに内蔵され、偏心部材を回転させるときにギヤ駆動ピン側に移動可能に構成された第１可動部材及び第２可動部材と、第１可動部材のギヤ駆動ピンとの対向面に形成され、偏心部材を高圧縮比位置から低圧縮比位置に向けて回転させるときに、ギヤ駆動ピンが係合する第１ガイド溝と、第２可動部材のギヤ駆動ピンとの対向面に形成され、偏心部材を低圧縮比位置から高圧縮比位置に向けて回転させるときに、ギヤ駆動ピンが係合する第２ガイド溝と、を備え、カウンターウェイトに対して相対移動するギヤ駆動ピンを、第１ガイド溝及び第２ガイド溝に沿って移動させることで、第２ギヤを回転させるように構成される。

本発明のこの態様によれば、コンロッド長さを変化させて内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構から発生する騒音を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構を備えた内燃機関の概略断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構の概略正面図である。 図３は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構を正面側から見た場合の概略斜視図である。 図４は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構の概略背面図である。 図５は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構を背面側から見た場合の概略斜視図である。 図６は、アーム駆動機構の斜視図である。 図７は、排気行程中の所定の時期におけるアーム駆動機構等の位置関係を示す図である。 図８は、機械圧縮比を低圧縮比とした状態の可変圧縮比機構と、機械圧縮比を高圧縮比とした状態の可変圧縮比機構と、をそれぞれ対比して示した図である。 図９は、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替える前の様子を示す正面図である。 図１０は、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切り替えた後の様子を示す正面図である。 図１１は、図９に対応する平面図である。 図１２は、図１０に対応する平面図である。 図１３は、本発明の第２実施形態による切替レール駆動装置について説明する図である。 図１４は、スライド部材をカウンターウェイト側から見た平面図である。 図１５は、スライド部材を初期状態から移動させて、第２切替レールをコンロッド側に移動させるときの様子を示す図である。 図１６は、スライド部材を図１５に示す状態から移動させて、第２切替レールをコンロッドから離れる方向に移動させて初期状態に戻すときの様子を示す図である。 図１７は、スライド部材を初期状態から移動させて、第２切替レールをコンロッド３０から離れる方向に移動させるときの様子を示す図である。 図１８は、カウンターウェイトの内部に形成された密封油路を示す図である。 図１９は、図１８に示す状態から第２切替レールをコンロッドから離れる方向に移動させたときの密封油路の様子を示す図である。 図２０は、図１８に示す状態から第２切替レールをコンロッド側に移動させたときの密封油路の様子を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構２０を備えた内燃機関１の概略断面図である。

図１に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に取り付けられたクランクケース４と、クランクケース４の下部に取り付けられたオイルパン５と、を備える。

シリンダブロック２には、シリンダ（気筒）６が形成される。本実施形態では、４つのシリンダ６がシリンダブロック２の長手方向に沿って直列に形成されている。シリンダ６の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ６の内部を往復運動するピストン７が収められており、シリンダヘッド３、シリンダ６及びピストン７によって区画された空間が燃焼室８となる。

ピストン７は、後述する可変圧縮比機構２０の一部を構成するコンロッド３０を介して、クランクケース４内に回転可能に支持されたクランクシャフト９と連結されており、クランクシャフト９によってピストン７の往復運動が回転運動に変換される。クランクシャフト９は、クランクケース４によって回転自在に支持されるクランクジャーナル９ａと、クランクジャーナル９ａの周りを回転するクランクピン９ｂと、クランクシャフト９を円滑に回転させるためのカウンターウェイト９ｃと、備える。

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面（図中右側）に開口すると共に燃焼室８に開口する吸気ポート１０と、シリンダヘッド３の他方の側面（図中左側）に開口すると共に燃焼室８に開口する排気ポート１１と、が形成される。

またシリンダヘッド３には、吸気マニホールド１２に取り付けられた燃料噴射弁１３から噴射された燃料と、空気と、の混合気を燃焼室８内で点火するための点火プラグ１４が、燃焼室８に臨むように取り付けられる。なお、燃料噴射弁１３は、燃焼室８内に直接燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド３に取り付けてもよい。

またシリンダヘッド３には、燃焼室８と吸気ポート１０との開口を開閉するための吸気弁１５と、吸気弁１５を開閉駆動するための吸気動弁装置１６と、が設けられる。さらにシリンダヘッド３には、燃焼室８と排気ポート１１との開口を開閉するための排気弁１７と、排気弁１７を開閉駆動するための排気動弁装置１８と、が設けられる。

可変圧縮比機構２０は、コンロッド長さ（ピストンピン７ａの軸心（＝後述する偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２）からクランクピン９ｂの軸心Ｐ３までの間の長さ）を変化させることによって、ピストン７が上死点に位置するときの燃焼室８の容積を変化させることができるように構成される。コンロッド長さを長くすることで、ピストン７が上死点に位置するときの燃焼室８の容積が小さくなるので、内燃機関１の機械圧縮比を高くすることができる。一方で、コンロッド長さを短くすることで、ピストン７が上死点に位置するときの燃焼室８の容積が大きくなるので、内燃機関１の機械圧縮比を低くすることができる。以下、この本実施形態による可変圧縮比機構２０の詳細について、図２から図１３を参照して説明する。

図２は、可変圧縮比機構２０の概略正面図である。図３は、可変圧縮比機構２０を正面側から見た場合の概略斜視図である。図４は、可変圧縮比機構２０の概略背面図である。図５は、可変圧縮比機構２０を背面側から見た場合の概略斜視図である。なお以下の説明では、便宜的にシリンダ軸方向と一致する方向（図２の上下方向）を「コンロッド長さ方向」といい、ブロック長手方向と一致する方向（図２の紙面奥行方向）を「コンロッド厚さ方向」といい、ブロック短手方向と一致する方向（図２の左右方向）を「コンロッド幅方向」という。

可変圧縮比機構２０は、コンロッド３０と、偏心部材４０と、セグメントギヤ５０と、偏心部材４０を固定するためのロック機構６０と、セグメントギヤ５０を回転させて偏心部材４０を回転させるためのギヤ駆動機構７０と、を備える。以下では、まず図２から図８を参照して、コンロッド３０、偏心部材４０、セグメントギヤ５０、及びロック機構６０の具体的な構成について説明し、その後、図９から図１２を参照してギヤ駆動機構７０の具体的な構成について説明する。

コンロッド３０は、ピストン７とクランクシャフト９とを連結するための部材であって、小端部３１と、大端部３２と、ロッド部３３と、を備える。

小端部３１は、コンロッド長さ方向の一端側（ピストン７側）に形成され、ピストンピン７ａを介してピストン７を支持する軸受けとして機能する部分である。小端部３１には、偏心部材４０を挿入するための小端部軸受孔３４が形成される。

また小端部３１の正面には、小端部３１の正面からコンロッド厚さ方向に突出する第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６が形成される。第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６は、それぞれ後述する偏心部材４０の欠歯部４２ａと当接して、偏心部材４０の回転角度範囲を所定の回転角度範囲（本実施形態では概ね１８０°）に制限する。

大端部３２は、コンロッド長さ方向の他端側（クランクシャフト９側）に形成され、クランクピン９ｂを支持する軸受けとして機能する部分である。大端部３２には、クランクピン９ｂを挿入するための大端部軸受孔３７が形成される。

ロッド部３３は、小端部３１から大端部３２に亘ってコンロッド長さ方向に延在している部分である。ロッド部３３には、その一方の側面（図２及び図３では図中左側、図４及び図５では図中右側）からコンロッド幅方向に突出し、後述するロッカアーム６１を支持するための軸受けとして機能するアーム支持部３８が形成される。

偏心部材４０は、小端部軸受孔３４に回転可能に挿入されて、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１から所定量だけ偏心した位置にピストンピン７ａの軸心が位置するようにピストンピン７ａを支持するための部材である。偏心部材４０は、円柱状の本体部４１と、本体部４１の正面側に設けられる欠歯ギヤ４２（図２、図３参照）と、本体部４１の背面側に設けられる係止部４３（図４、図５参照）と、を備える。

本体部４１は、その外径が小端部軸受孔３４の内径と略一致するように形成されており、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１を回転中心として両方向に回転できるように、小端部軸受孔３４に挿入される。本体部４１には、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１から所定量だけ偏心した位置に中心軸Ｐ２を持つ偏心軸受孔４４が形成されており、この偏心軸受孔４４にピストンピン７ａが挿入される。したがって、偏心部材４０を仮に一回転させたとすると、ピストンピン７ａの軸心（＝偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２）が、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の周りを一回転することになる。

図２及び図３に示すように、欠歯ギヤ４２は、一部に欠歯部４２ａを有する外歯歯車であって、本体部４１の周方向に沿うように本体部４１の正面に形成される。欠歯ギヤ４２を回転させることで、欠歯ギヤ４２と共に本体部４１が回転する。欠歯部４２ａは、コンロッド３０を正面から見たときに、欠歯ギヤ４２を時計周りに回転させていくと、最終的に第１ストッパ３５と当接するようになっており、また逆に欠歯ギヤ４２を反時計周りに回転させていくと、最終的に第２ストッパ３６と当接するようになっている。

図４及び図５に示すように、係止部４３は、本体部４１の背面からロッド厚さ方向に突出した部分である。本実施形態では係止部４３は、本体部４１の周方向に沿って、本体部４１の概ね半周に亘って形成されている。係止部４３は、後述するロック機構６０のロックレバー６３と当接して、偏心部材４０が特定の方向に回転するのを防止する。

図２及び図３に示すように、セグメントギヤ５０は、欠歯ギヤ４２と常に噛み合うようにコンロッド３０の正面側に設けられた扇形の外歯歯車であって、欠歯ギヤ４２に動力を伝達して欠歯ギヤ４２、ひいては偏心部材４０を回転させる機能を有する。セグメントギヤ５０は、ギヤ固定ピン５１によってコンロッド３０に対して回転自在に支持されており、ギヤ固定ピン５１を回転中心として両方向に回転することができるようになっている。なお本実施形態では、小端部３１の正面に形成された第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６によって偏心部材４０の回転角度範囲が制限されているため、セグメントギヤ５０の回転角度範囲も制限されることになる。

またセグメントギヤ５０には、セグメントギヤ５０の表面からコンロッド厚さ方向に突出した円柱状のギヤ駆動ピン７１が形成されている。ギヤ駆動ピン７１は、後述するギヤ駆動機構７０の一部を構成する部品である。ギヤ駆動ピン７１の機能の詳細については、図９から図１２を参照して後述する。

図４及び図５に示すように、ロック機構６０は、コンロッド３０の背面側に設けられ、偏心部材４０を固定（係止）して偏心部材４０が特定の方向に回転するのを防止するための機構である。ロック機構６０は、ロッカアーム６１と、プッシュロッド６２と、ロックレバー６３と、を備える。また図６及び図７に示すように、ロック機構６０は、アーム駆動機構６４をさらに備える。

以下ではまず、図４及び図５を参照してロッカアーム６１、プッシュロッド６２、及びロックレバー６３の詳細について説明する。

ロッカアーム６１は、アーム支持部３８に回転自在に支持されたアーム支持シャフト６５の軸心を中心として所定の回転角度範囲内で揺動することができるように、その中央部がアーム支持シャフト６５によって支持される。

ロッカアーム６１の中央部よりもロッド幅方向外側（図４及び図５では中央部よりも右側）の端部（以下「外側端部」という。）には、アーム支持シャフト６５を支点として外側端部を押し下げるための外力Ｆが付与される。本実施形態では、図４及び図５には図示していないが、図６及び図７を参照して後述するアーム駆動機構６４によって、ロッカアーム６１の外側端部を押し下げることができるようになっている。またロッカアーム６１の外側端部には、ロッカアーム６１の外側端部が押し下げられたときに、ロッカアーム６１に対して外側端部を押し上げる力を付与するための第１スプリング６６の一端側が固定されている。第１スプリング６６の他端側は、コンロッド３０の側面に固定されている。

ロッカアーム６１の中央部よりもロッド幅方向内側（図４及び図５では中央部よりも左側）の端部（以下「内側端部」という。）には、プッシュロッド６２の基端部が固定される。

プッシュロッド６２は、大端部３２側から小端部３１側に延びる棒状の部材であって、ロッカアーム６１の揺動運動をロックレバー６３に伝達する。プッシュロッド６２は、前述した通りその基端部がロッカアーム６１の内側端部に固定され、その先端部がロックレバー６３の一端側（図４及び図５では右側）の端部下面と当接するように、ロッド部３３に配置される。したがって、ロッカアーム６１の外側端部がアーム支持シャフト６５を支点として押し下げられて、ロッカアーム６１の内側端部が押し上げられると、プッシュロッド６２によってロックレバー６３の一端側の端部が押し上げられる。

ロックレバー６３は、レバー固定ピン６７を回転中心として所定の回転角度範囲内で揺動することができるように、レバー固定ピン６７によってコンロッド３０に対して回転自在に支持される。ロックレバー６３は、前述した通りその一端側（図４及び図５では右側）の端部下面がプッシュロッド６２の先端部と当接している。

ロックレバー６３の他端側（図４及び図５では左側）には、ロッド長さ方向上側（小端部３１側）に向かって先端が湾曲した鉤爪部６３ａが形成される。この鉤爪部６３ａを偏心部材４０の係止部４３と当接させることで、偏心部材４０が固定され、偏心部材４０が特定の方向に回転するのが防止される。例えば図４及び図５に示す状態のときは、鉤爪部６３ａによって偏心部材４０が図中時計周りに回転するのが防止される。そして、プッシュロッド６２によってロックレバー６３の一端側の端部がレバー固定ピン６７を支点として押し上げられてロックレバー６３の他端側が押し下げられると、鉤爪部６３ａによる偏心部材４０の固定（係止）が解除される。

またロックレバー６３の他端側の下面には、ロックレバー６３の他端側が押し下げられたときに、ロックレバー６３に対してロックレバー６３の他端側を押し上げる力を付与するための第２スプリング６８の一端側が固定されている。第２スプリング６８は、ロッド部３３の背面側に設けられた窪み部３９に配置されており、第２スプリング６８の他端側は窪み部３９の底面に固定されている。

続いて図６及び図７を参照して、アーム駆動機構６４の詳細について説明する。図６は、アーム駆動機構６４の斜視図である。図７は、排気行程中の所定の時期におけるアーム駆動機構６４等の位置関係を示す図である。

図６及び図７に示すように、アーム駆動機構６４は、シフトレバー６４１と、コントロールシャフト６４２と、レバー駆動カム６４３と、を備える。

内燃機関１の運転中においては、ピストン７と共にコンロッド３０も傾きを変化させながらシリンダ６内を往復動している。そのためシフトレバー６４１は、図７に示すように、内燃機関の１サイクル中（図７の例では排気行程中）の所定の時期に、先端部６４１ａによってロッカアーム６１の外側端部を押し下げることができるように、基端部６４１ｂがシリンダブロック２に固定されている。シフトレバー６４１の基端部６４１ｂ側には、ロッカアーム６１の外側端部を押し下げた状態のシフトレバー６４１をもとの状態に戻すための第３スプリング６４４が設けられる。

コントロールシャフト６４２は、コンロッド厚さ方向に延びており、例えば電磁アクチュエータ等によって任意の時期に回転させることができるように、シリンダブロック２に回転自在に支持される。

レバー駆動カム６４３は、シフトレバー６４１と当接するようにコントロールシャフト６４２に固定される。駆動カムは、コントロールシャフト６４２を回転させたときに、そのカム部によってシフトレバー６４１を駆動し、ロッカアーム６１の外側端部を押し下げる。

図８は、機械圧縮比を低圧縮比とした状態の可変圧縮比機構２０と、機械圧縮比を高圧縮比とした状態の可変圧縮比機構２０と、をそれぞれ対比して示した図である。

本実施形態では、図８（Ａ）に示す状態のとき、すなわち欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａが第１ストッパ３５と当接しているときに、偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２（＝ピストンピン７ａの軸心）が、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真下に位置するようになっている。図８（Ａ）に示す状態のときは、偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２が小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真下に位置することになるため、コンロッド長さが短くなる。そのため、ピストン７が上死点に位置するときの燃焼室容積が大きくなるので、機械圧縮比が低圧縮比となる。このように本実施形態では、第１ストッパ３５によって、コンロッド長さが最も短くなる位置、すなわち偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２が小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真下に位置する低圧縮比位置で偏心部材４０を静止させることができるようになっている。

図８（Ａ）に示す状態からセグメントギヤ５０を図中時計周りに回転させると、欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａが第２ストッパ３６と当接するまで偏心部材４０が図中反時計回りに回転し、図８（Ｂ）に示す状態となる。

そして本実施形態では、図８（Ｂ）に示す状態のとき、すなわち欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａが第２ストッパ３６と当接しているときに、偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２が、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真上に位置するようになっている。図８（Ｂ）に示す状態のときは、偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２が小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真上に位置することになるため、コンロッド長さが長くなる。そのため、ピストン７が上死点に位置するときの燃焼室容積が小さくなるので、機械圧縮比が高圧縮比となる。このように本実施形態では、第２ストッパ３６によって、コンロッド長さが最も長くなる位置、すなわち偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２が小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１の真上に位置する高圧縮比位置で偏心部材４０を静止させることができるようになっている。

図８（Ｂ）の状態からセグメントギヤ５０を図中反時計周りに回転させると、欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａが第１ストッパ３５と当接するまで偏心部材４０が図中時計回りに回転し、図８（Ａ）に示す状態に戻る。

このように本実施形態では、偏心部材４０を所定の回転角度範囲内で両方向に回転させることで、ピストンピン７ａの軸心（＝偏心軸受孔４４の中心軸Ｐ２）を、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１を中心として上下（シリンダ軸方向）に揺動させ、これにより、コンロッド長さを変化させて機械圧縮比を変更している。

このとき本実施形態による可変圧縮比可変機構は、偏心部材４０を第１ストッパ３５又は第２ストッパ３６と当接させることによって、偏心部材４０を低圧縮比位置又は高圧縮比位置で静止させるようにしている。そのため、機械圧縮比を変更するためにセグメントギヤ５０を介して偏心部材４０を回転させると、そのたびに偏心部材４０、すなわち欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａが第１ストッパ３５又は第２ストッパ３６と衝突することになる。この欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａと、第１ストッパ３５又は第２ストッパ３６とが衝突する際の衝突音が大きくなると、内燃機関の騒音性能が悪化することになり、また振動性能も悪化するおそれがある。

そこで本実施形態では、機械圧縮比を変更するためにセグメントギヤ５０を介して偏心部材４０を回転させるときに、偏心部材４０の回転速度を制御できるようにギヤ駆動機構７０を構成することとした。以下、図９から図１２を参照して、この本実施形態によるギヤ駆動機構７０の詳細な構成について説明する。

図９は、ピストン７が下死点にあるときの可変圧縮比機構２０及びクランクシャフト９の位置関係を示すと共に、ギヤ駆動機構７０によってセグメントギヤ５０を図中反時計周りに回転させる前、すなわち機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替える前の様子を示す正面図である。図１０は、ピストン７が下死点にあるときの可変圧縮比機構２０及びクランクシャフト９の位置関係を示すと共に、ギヤ駆動機構７０によってセグメントギヤ５０を図中時計周りに回転させた後、すなわち機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切り替えた後の様子を示す正面図である。なお図９及び図１０の実線及び破線は、内燃機関１の運転中において、ピストン７が下死点近傍に位置しているときのギヤ駆動ピン７１の軌跡を示している。

また図１１は、図９に対応する平面図である。図１２は、図１０に対応する平面図である。

図９から図１２に示すように、ギヤ駆動機構７０は、セグメントギヤ５０に設けられたギヤ駆動ピン７１と、カウンターウェイト９ｃに内蔵された第１切替レール７２及び第２切替レール７３と、第１切替レール７２及び第２切替レール７３をそれぞれ駆動するための切替レール駆動装置７４と、を備える。

図１１及び図１２に示すように、第１切替レール７２は、通常はコンロッド３０と対向するようにカウンターウェイト９ｃに内蔵されており、切替レール駆動装置７４によって、コンロッド３０側に向かって移動させることができようになっている。

そして図９に示すように、第１切替レール７２のコンロッド３０との対向面には、機械圧縮比が高圧縮比となっている場合において、切替レール駆動装置７４によって第１切替レール７２をコンロッド３０側に向かって移動させた状態でピストン７が下死点近傍まで移動してきたときに、ギヤ駆動ピン７１の軌跡上に位置してギヤ駆動ピン７１が嵌る第１ガイド溝７２ａが形成されている。

第１ガイド溝７２ａは、ギヤ駆動ピン７１が嵌った後、ピストン７の移動に伴ってギヤ駆動ピン７１をコンロッド長さ方向下側（大端部３２側）に向けて移動させ、これによりセグメントギヤ５０を図９において反時計周りに回転させて、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替えることができるような溝形状とされる。すなわち本実施形態では、第１ガイド溝７２ａに沿ってギヤ駆動ピン７１をコンロッド長さ方向下側に向けて移動させることで、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０を回転させて、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替えるようにしている。

また図１１及び図１２に示すように、第２切替レール７３も第１切替レール７２と同様に、通常はコンロッド３０と対向するようにカウンターウェイト９ｃに内蔵されており、切替レール駆動装置７４によって、コンロッド３０側に向かって移動させることができようになっている。

そして図１０に示すように、第２切替レール７３のコンロッド３０との対向面には、機械圧縮比が低圧縮比となっている場合において、切替レール駆動装置７４によって第２切替レール７３をコンロッド３０側に向かって移動させた状態でピストン７が下死点近傍まで移動してきたときに、ギヤ駆動ピン７１の軌跡上に位置してギヤ駆動ピン７１が嵌る第２ガイド溝７３ａが形成される。

第２ガイド溝７３ａは、ギヤ駆動ピン７１が嵌った後、ピストン７の移動に伴ってギヤ駆動ピン７１をコンロッド長さ方向上側（小端部３１側）に向けて移動させ、これによりセグメントギヤ５０を図１０において時計周りに回転させて、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切り替えることができるような溝形状とされる。すなわち本実施形態では、第２ガイド溝７３ａに沿ってギヤ駆動ピン７１をコンロッド長さ方向上側に向けて移動させることで、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０を回転させて、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切り替えるようにしている。

ここでギヤ駆動ピン７１は、図９及び図１０に実線及び破線で示すように、下死点近傍ではピストン７の移動に伴って図中右方向から左方向に向かってコンロッド幅方向に移動している。第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａに沿ってギヤ駆動ピン７１がコンロッド幅方向に移動しているときの、ギヤ駆動ピン７１のコンロッド幅方向の移動速度は、機関回転速度に応じた概ね一定の移動速度となる。

したがって、単位時間当たりのギヤ駆動ピン７１のコンロッド長さ方向側への移動量を大きくするほど、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０の回転速度を速くすることができる。すなわち、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状の傾きを大きくするほど、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０の回転速度を速くすることできる。一方で第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状の傾きを小さくするほど、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０の回転速度を遅くすることができる。このように本実施形態によるギヤ駆動機構７０によれば、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状の傾きを変化させることで、セグメントギヤ５０、ひいては偏心部材４０の回転速度を制御することができる。

そこで本実施形態では、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの後半の溝形状の傾きを小さくすることとした。すなわち本実施形態では、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状を、それぞれ偏心部材４０を所定角度だけ回転させた後の偏心部材４０の回転速度が、所定角度だけ回転させる前の偏心部材４０の回転速度よりも低くなるように、セグメントギヤ５０を回転させる溝形状とした。これにより、欠歯ギヤ４２の欠歯部４２ａとストッパとが衝突する前の偏心部材４０の回転速度を遅くすることができるので、衝突音を抑制することができる。その結果、衝突による振動も抑制することができる。

図１１及び図１２に示すように、本実施形態による切替レール駆動装置７４は、カウンターウェイト９ｃ内に形成されたピストン室７４１と、ピストン室７４１内に格納されて第１切替レール７２と連結されている切替ピストン７４２と、を備える。ピストン室７４１は、切替ピストン７４２によって２室に分けられており、２室のうちの一方のスプリング室７４１ａには、切替ピストン７４２を常にコンロッド３０側に付勢する第４スプリング７４３が配置されている。そして２室のうちの他方の油圧室７４１ｂには、作動油の給排通路（図示せず）が接続されており、油圧室７４１ｂに対して作動油の給排ができるようになっている。

油圧室７４１ｂに作動油を供給することで、油圧によって切替ピストン７４２が第４スプリング７４３の付勢力に抗してコンロッド３０と反対側に移動するため、第１切替レール７２の第１ガイド溝７２ａにギヤ駆動ピン７１が嵌らないようにすることができる。

一方で油圧室７４１ｂから作動油を排出することで、第４スプリング７４３の付勢力によって切替ピストン７４２がコンロッド３０側に向けて移動するため、第１切替レール７２の第１ガイド溝７２ａにギヤ駆動ピン７１を嵌めることができる。

以上説明した本実施形態によれば、ピストンピン７ａの軸心からクランクシャフト９のクランクピン９ｂの軸心までの間のコンロッド長さを変化させることで内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構２０が、小端部３１に形成された小端部軸受孔３４（第１軸受孔）と大端部３２に形成されてクランクピン９ｂを支持する大端部軸受孔３７（第２軸受孔）とを備えるコンロッド３０と、小端部軸受孔３４に回転可能に挿入され、小端部軸受孔３４の中心軸Ｐ１から所定量だけ偏心した位置にピストンピン７ａの軸心が位置するようにピストンピン７ａを支持する偏心部材４０と、小端部３１に設けられ、偏心部材４０と当接して偏心部材４０の回転角度を制限し、偏心部材４０をコンロッド長さが短くなる低圧縮比位置及びコンロッド長さが長くなる高圧縮比位置で静止させるための第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６（ストッパ）と、偏心部材４０に設けられ、偏心部材４０と一体となって回転する欠歯ギヤ４２（第１ギヤ）と、コンロッド３０に回転可能に取り付けられ、欠歯ギヤ４２と噛み合って欠歯ギヤ４２を回転させるためのセグメントギヤ５０（第２ギヤ）と、セグメントギヤ５０を回転させて、偏心部材４０を回転させるためのギヤ駆動機構７０と、を備える。

そしてギヤ駆動機構７０が、セグメントギヤ５０に設けられたギヤ駆動ピン７１と、クランクシャフト９のカウンターウェイト９ｃに内蔵され、偏心部材４０を回転させるときにギヤ駆動ピン７１側に移動可能に構成された第１切替レール７２（第１可動部材）及び第２切替レール７３（第２可動部材）と、第１切替レール７２のギヤ駆動ピン７１との対向面に形成され、偏心部材４０を高圧縮比位置から低圧縮比位置に向けて回転させるときに、ギヤ駆動ピン７１が係合する第１ガイド溝７２ａと、第２切替レール７３のギヤ駆動ピン７１との対向面に形成され、偏心部材４０を低圧縮比位置から高圧縮比位置に向けて回転させるときに、ギヤ駆動ピン７１が係合する第２ガイド溝７３ａと、を備えており、カウンターウェイト９ｃに対して相対移動するギヤ駆動ピン７１を、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａに沿って移動させることで、セグメントギヤ５０を回転させるように構成されている。

このように、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａに沿ってギヤ駆動ピン７１を移動させることで、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状に応じてセグメントギヤ５０の回転速度を変更することができる。そのため、セグメントギヤ５０によって回転させられる偏心部材４０の回転速度を変更することができる。

したがって、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状を、偏心部材４０が第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６に衝突する前の偏心部材４０の回転速度が相対的に遅くなるような溝形状とすることで、偏心部材４０が第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６に衝突する際の衝撃音を低減することができる。例えば本実施形態では、第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａの溝形状を、それぞれ偏心部材４０を所定角度だけ回転させた後の偏心部材４０の回転速度が、所定角度だけ回転させる前の偏心部材４０の回転速度よりも低くなるように、セグメントギヤ５０を回転させる溝形状として、偏心部材４０が第１ストッパ３５及び第２ストッパ３６に衝突する際の衝撃音を低減している。これにより、内燃機関１の騒音性能や振動性能の悪化を抑制することができる。

また本実施形態によるギヤ駆動機構７０は、偏心部材４０を高圧縮比位置から低圧縮比位置に向けて回転させるときに、第１切替レール７２をギヤ駆動ピン７１側に移動させてギヤ駆動ピン７１を第１ガイド溝７２ａに係合させ、偏心部材４０を低圧縮比位置から高圧縮比位置に向けて回転させるときに、第２切替レール７３をギヤ駆動ピン７１側に移動させてギヤ駆動ピン７１を第２ガイド溝７３ａに係合させるための切替レール駆動装置７４（可動部材駆動装置）を備える。これにより、ギヤ駆動ピン７１を確実に第１ガイド溝７２ａ及び第２ガイド溝７３ａと係合させて、機械圧縮比の変更を行うことができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、切替レール駆動装置７４の構成が第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図１３は、本実施形態による切替レール駆動装置７４について説明する図である。

本実施形態による切替レール駆動装置７４は、第２切替レール７３に設けられたレール駆動ピン７４５と、シリンダブロック２に取り付けられたスライド部材７４６と、カウンターウェイト９ｃの内部に形成された密閉油路７４７（図１８参照）と、を備える。

レール駆動ピン７４５は、第２切替レール７３の頂面から突出する円柱状の突起である。図１３に示す破線の矢印は、内燃機関１の運転中におけるレール駆動ピン７４５の軌跡を示している。なお本実施形態ではレール駆動ピン７４５を第２切替レール７３に設けているが、第１切替レール７２に設けるようにしても良い。

スライド部材７４６は、クランクシャフト９のカウンターウェイト９ｃと対向するように、例えばシリンダブロック２に取り付けられる。スライド部材７４６は、カウンターウェイト９ｃ側に向かってコンロッド幅方向に移動でき、さらにコンロッド厚さ方向にも移動できるようになっている。

図１４は、スライド部材７４６をカウンターウェイト９ｃ側から見た平面図である。

図１４に示すように、スライド部材７４６のカウンターウェイト９ｃとの対向面には、スライド部材７４６をカウンターウェイト９ｃ側に向かってコンロッド幅方向に移動させたときに、レール駆動ピン７４５と係合するレールガイド溝７４８が形成されている。

レールガイド溝７４８は、スライド部材７４６をコンロッド厚さ方向に左右に移動させたときに、レール駆動ピン７４５と当接して第２切替レール７３をコンロッド側に移動させる第１傾斜部７４７ａと、第２切替レール７３をコンロッドから離れる方向に移動させる第２傾斜部７４７ｂと、を備える。

スライド部材７４６をコンロッド厚さ方向に左右に移動させていない初期状態のときは、図１４に一点鎖線で示すように、仮にスライド部材７４６をカウンターウェイト９ｃ側に向かってコンロッド幅方向に移動させたとしても、レール駆動ピン７４５は第１傾斜部７４７ａ及び第２傾斜部７４７ｂとは当接しないようになっている。

図１５は、スライド部材７４６を初期状態からコンロッド厚さ方向一方側に移動させて、第２切替レール７３をコンロッド側に移動させるときの様子を示す図である。

図１５に破線で示すように、スライド部材７４６をコンロッド幅方向に移動させた状態で、スライド部材７４６を初期状態から図中コンロッド厚さ方向左側に移動させることで、レール駆動ピン７４５を第１傾斜部７４７ａと当接させて、第２切替レールをコンロッド側に移動させることができる。なお図１５に一点鎖線で示す矢印は、図１４に示したレール駆動ピン７４５の軌跡である。

図１６は、スライド部材７４６を図１５に示す状態からコンロッド厚さ方向他方側に移動させて、第２切替レール７３をコンロッド３０から離れる方向に移動させて初期状態に戻すときの様子を示す図である。

図１６に破線で示すように、スライド部材７４６を図１５に示す状態から図中コンロッド厚さ方向右側に移動させることで、レール駆動ピン７４５を第２傾斜部７４７ｂと当接させて第２切替レールをコンロッド３０から離れる方向に移動させ、図１４に示す初期状態に戻すことができる。なお図１６に一点鎖線で示す矢印は、図１４に示したレール駆動ピン７４５の軌跡である。

図１７は、スライド部材７４６を初期状態からコンロッド厚さ方向他方側に移動させて、第２切替レール７３をコンロッド３０から離れる方向に移動させるときの様子を示す図である。

図１７に破線で示すように、スライド部材７４６を図１４に示す初期状態から図中コンロッド厚さ方向右側に移動させることで、レール駆動ピン７４５を第２傾斜部７４７ｂと当接させて、第２切替レールをコンロッド３０から離れる方向に移動させることができる。なお図１７に一点鎖線で示す矢印は、図１４に示したレール駆動ピン７４５の軌跡である。

図１８は、カウンターウェイト９ｃの内部に形成された密閉油路７４７を示す図である。

図１８に示すように、密閉油路７４７は、第１切替レール７２の背面側（第１ガイド溝７２ａが形成されていない側）と、第２切替レール７３の背面側（第２ガイド溝７３ａが形成されていない側）と、をカウンターウェイト９ｃの内部で連結する油路である。密閉油路７４７は、第１切替レール７２及び第２切替レール７３によって密閉されており、その内部に作動油が充填されている。

これにより、図１９に示すように、図１８に示す状態（図１４に示す初期状態に相当）から第２切替レール７３をコンロッド３０から離れる方向に移動させることで、第１切替レール７２を油圧によってコンロッド３０側に移動させて、第１切替レール７２の第１ガイド溝７２ａと、セグメントギヤ５０のギヤ駆動ピン７１と、が係合する状態にすることができる。

そして、図１９に示す状態から第２切替レール７３をコンロッド３０から離れる方向に移動させれば、図１８に示す状態に戻すことができる。

また図２０に示すように、図１８に示す状態から第２切替レール７３をコンロッド３０側に移動させれば、第２切替レール７３の第２ガイド溝７３ａと、セグメントギヤ５０のギヤ駆動ピン７１と、が係合する状態にすることができる。

このように本実施形態による切替レール駆動装置７４（可動部材駆動装置）は、カウンターウェイト９ｃ内に形成されて、第１切替レール７２（第１可動部材）のギヤ駆動ピン７１との対向面の反対面と、第２切替レール７３（第２可動部材）のギヤ駆動ピン７１との対向面の反対面と、を連通する密閉された密閉油路７４７を備え密閉油路７４７内の油圧によって、第１切替レール７２をギヤ駆動ピン７１側に移動させたときには第２切替レール７３がギヤ駆動ピン７１とは反対側に移動し、第２切替レール７３をギヤ駆動ピン７１側に移動させたときには第１切替レール７２がギヤ駆動ピン７１とは反対側に移動するように構成されている。切替レール駆動装置７４をこのように構成しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 内燃機関
７ａ ピストンピン
９ クランクシャフト
９ｂ クランクピン
２０ 可変圧縮比機構
３０ コンロッド
３１ 小端部
３２ 大端部
３４ 小端部軸受孔（第１軸受孔）
３５ 第１ストッパ（ストッパ）
３６ 第２ストッパ（ストッパ）
３７ 大端部軸受孔（第２軸受孔）
４０ 偏心部材
４２ 欠歯ギヤ
５０ セグメントギヤ（第２ギヤ）
７０ ギヤ駆動機構
７１ ギヤ駆動ピン
７２ 第１切替レール（第１可動部材）
７２ａ 第１ガイド溝
７３ 第２切替レール（第２可動部材）
７３ａ 第２ガイド溝
７４ 切替レール駆動装置（可動部材駆動装置）
７４７ 密閉油路（油路）

Claims (4)

1. ピストンピンの軸心からクランクシャフトのクランクピンの軸心までの間のコンロッド長さを変化させることで内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構であって、
   小端部に形成された第１軸受孔と、大端部に形成されて前記クランクピンを支持する第２軸受孔と、を備えるコンロッドと、
   前記第１軸受孔に回転可能に挿入され、前記第１軸受孔の中心軸から所定量だけ偏心した位置に前記ピストンピンの軸心が位置するように前記ピストンピンを支持する偏心部材と、
   前記小端部に設けられ、前記偏心部材と当接して前記偏心部材の回転角度を制限し、前記偏心部材を前記コンロッド長さが短くなる低圧縮比位置及び前記コンロッド長さが長くなる高圧縮比位置で静止させるためのストッパと、
   前記偏心部材に設けられ、当該偏心部材と一体となって回転する第１ギヤと、
   前記コンロッドに回転可能に取り付けられ、前記第１ギヤと噛み合って当該第１ギヤを回転させるための第２ギヤと、
   前記第２ギヤを回転させて、前記偏心部材を回転させるためのギヤ駆動機構と、
   を備え、
   前記ギヤ駆動機構は、
   前記第２ギヤに設けられたギヤ駆動ピンと、
   前記クランクシャフトのカウンターウェイトに内蔵され、前記偏心部材を回転させるときに前記ギヤ駆動ピン側に移動可能に構成された第１可動部材及び第２可動部材と、
   前記第１可動部材の前記ギヤ駆動ピンとの対向面に形成され、前記偏心部材を前記高圧縮比位置から前記低圧縮比位置に向けて回転させるときに、前記ギヤ駆動ピンが係合する第１ガイド溝と、
   前記第２可動部材の前記ギヤ駆動ピンとの対向面に形成され、前記偏心部材を前記低圧縮比位置から前記高圧縮比位置に向けて回転させるときに、前記ギヤ駆動ピンが係合する第２ガイド溝と、
   を備え、
   前記カウンターウェイトに対して相対移動する前記ギヤ駆動ピンを、前記第１ガイド溝及び第２ガイド溝に沿って移動させることで、前記第２ギヤを回転させるように構成される、
   可変圧縮比機構。
2. 前記第１ガイド溝及び第２ガイド溝は、それぞれ前記偏心部材を所定角度だけ回転させた後の前記偏心部材の回転速度が、前記所定角度だけ回転させる前の前記偏心部材の回転速度よりも低くなるように、前記第２ギヤを回転させる溝形状とされる、
   請求項１に記載の可変圧縮比機構。
3. 前記ギヤ駆動機構は、
   前記偏心部材を前記高圧縮比位置から前記低圧縮比位置に向けて回転させるときに、前記第１可動部材を前記ギヤ駆動ピン側に移動させて前記ギヤ駆動ピンを前記第１ガイド溝に係合させ、前記偏心部材を前記低圧縮比位置から前記高圧縮比位置に向けて回転させるときに、前記第２可動部材を前記ギヤ駆動ピン側に移動させて前記ギヤ駆動ピンを前記第２ガイド溝に係合させるための可動部材駆動装置を備える、
   請求項１又は請求項２に記載の可変圧縮比機構。
4. 前記可動部材駆動装置は、
   前記カウンターウェイト内に形成されて、前記第１可動部材の前記ギヤ駆動ピンとの対向面の反対面と、前記第２可動部材の前記ギヤ駆動ピンとの対向面の反対面と、を連通する密閉された油路を備え、
   前記油路内の油圧によって、前記第１可動部材を前記ギヤ駆動ピン側に移動させたときには前記第２可動部材は前記ギヤ駆動ピンとは反対側に移動し、前記第２可動部材を前記ギヤ駆動ピン側に移動させたときには前記第１可動部材は前記ギヤ駆動ピンとは反対側に移動するように構成される、
   請求項３に記載の可変圧縮比機構。

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