JP2008082172A - ストローク特性可変エンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】 ピストンとクランク軸とを、ストローク特性可変機構を介してコントロール軸に連結し、このコントロール軸にバネ付勢機構付きのアクチュエータを設け、このアクチュエータにより、前記コントロール軸にストローク特性変更のための駆動力を伝達するようにし、また前記バネ付勢手段により、コントロール軸の一方向への駆動力を助成するようにした、ストローク特性可変エンジンにおいて、アクチュエータの大型化を抑制すると共にバネ付勢手段の他物との干渉を防止するようにした。
【解決手段】 アクチュエータACの駆動軸66内に、バネ付勢手段SPを収容する。
【選択図】 図7
【解決手段】 アクチュエータACの駆動軸66内に、バネ付勢手段SPを収容する。
【選択図】 図7
Description
本発明は、ストローク特性可変エンジンの改良に関する。
従来、ピストンとクランク軸のクランクピンとをストローク特性可変手段を介して連結し、このストローク特性可変手段をアクチュエータにより駆動することにより、圧縮比を高圧縮比と低圧縮比とに変更制御するようにした、ストローク特性可変エンジンにおいて、前記アクチュエータにバネ付勢手段を設け、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比の変更を迅速に行い、その圧縮比の変更の遅れによる高負荷・高圧縮比の状況が発生するのを抑制して、燃料の自己着火による異常燃焼(ノッキング)の発生頻度を低減できるようにしたものは公知である(後記特許文献参照)。
特開2004−150353号公報
ところで、かかる従来のストローク特性可変エンジンでは、アクチュエータに付設されるバネ付勢手段は、アクチュエータに対して別に設けられているので、バネ付勢手段を付設したアクチュエータ自体の嵩が大きくなり、その上、そのバネ付勢手段が他の部材と干渉するのを回避する必要から、エンジン全体が大型化するという問題がある。
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、前記問題を解決した、新規なストローク特性可変エンジンを提供す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記載の発明は、ピストンとクランク軸とを、ストローク特性可変機構を介してコントロール軸に連結し、このコントロール軸にバネ付勢手段付きのアクチュエータを設け、このアクチュエータにより、前記コントロール軸にストローク特性変更のための駆動力を伝達するようにし、また前記バネ付勢手段により、前記コントロール軸の一方向への駆動力を助成するようにした、ストローク特性可変エンジンにおいて、前記バネ付勢手段は、前記アクチュエータ内に設けられていることを特徴としている。
上記目的を達成するために、請求項2記載の発明は、前記請求項1のものにおいて、前記バネ付勢手段は、前記アクチュエータの駆動軸内に設けられていることを特徴としている。
上記目的を達成するために、請求項3記載の発明は、前記請求項1または2のものにおいて、前記バネ付勢手段は、前記アクチュエータの駆動軸の軸受部領域まで及んでいることを特徴としている。
上記目的を達成するために、請求項4記載の発明は、前記請求項1,2または3のものにおいて、前記アクチュエータの駆動軸内には、有底の収容孔が形成され、前記バネ付勢手段は、その収容孔内に収容され、そのバネ附勢手段の一端は、前記収容孔の底壁に設けた係合孔または、収容孔を覆うカバー部材に設けた係合孔に係合され、その係合孔は収容孔の外部に開口されていることを特徴としている。
前記請求項1の発明によれば、アクチュエータに付設されるバネ付勢手段は、アクチュエータ内に設けられるので、バネ付勢手段付きのアクチュエータの大型化を抑制することができると共にバネ付勢手段が他の部材に干渉することがなく、アクチュエータの信頼性を高めることができる。
また、前記請求項2の発明によれば、バネ付勢手段は、アクチュエータの駆動軸内に設けられるので、その駆動軸内のスペースを有効に活用してアクチュエータの一層の小型化に寄与することができる。
また、前記請求項3の発明によれば、バネ付勢手段は、アクチュエータの駆動軸の軸受部領域まで及んでいるので、駆動軸の軽量化とアクチュエータの一層の小型化に寄与することができる。
さらに、前記請求項4の発明によれば、バネ付勢手段は、駆動軸の収容孔内に収容され、その一端は、前記収容孔の底壁に設けた係合孔または、収容孔を覆うカバー部材に設けた係合孔に係合され、その係合孔は収容孔の外部に開口されているので、バネ付勢手段の係合状態を外部から容易に確認することができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
図1は、ストローク特性可変エンジンの概略全体斜視図、図2は、図1の2矢視図、図3は、図1の3−3線に沿う断面図(高圧縮比状態)、図4は、図1の4−4線に沿う断面図(低圧縮比状態)、図5は、図2の5−5線に沿う断面図、図6は、図5の6−6線に沿う横断面図、図7は、図5の7−7線に沿う拡大縦面図、図8は、図3の8−8線に沿う断面図、図9は、バネ付勢手段を付設したベーン式油圧アクチュエータの分解斜視図、図10は、ベーン式油圧アクチュエータの制御系の油圧回路図である。
図1〜4において、本発明にかかるストローク特性可変エンジンEは、自動車用であって、図示しない、自動車のエンジンルーム内に横置き(そのクランク軸30が自動車の進行方向に対して横方向配置)に搭載される。このエンジンEが自動車に搭載されるとき、図2に示すように、若干後傾状態、すなわち、そのシリンダ軸線L−Lが鉛直線V−Vに対して若干後方に傾斜している。
また、このストローク特性可変エンジンEは、直列4気筒のOHC型4サイクルエンジンであって、そのエンジン本体1は、4つのシリンダ5が横方向に並列して設けられるシリンダブロック2と、このシリンダブロック2のデッキ面上にガスケット6を介して一体に結合されるシリンダヘッド3と、前記シリンダブロック2の下部に一体に形成したアッパブロック40(上部クランクケース)と、その下面に一体に結合されるロアブロック41(下部クランクケース)とを備えており、アッパブロック40とロアブロック41とでクランクケース4が形成される。前記シリンダヘッド3の上面には、シール材8を介してヘッドカバー9が一体に被冠され、また、前記ロアブロック41(下部クランクケース)の下面には、オイルパン10が一体に結合されている。
シリンダブロック2の4つのシリンダ5には、それぞれピストン11が摺動可能に嵌合されており、それらのピストン11の頂面に対面するシリンダヘッド3の下面には、4つの燃焼室12と、それらの燃焼室12に連通する吸気ポート14と排気ポート15とが形成されており、吸気ポート14には吸気弁16が、また排気ポート15には排気弁17がそれぞれ開閉可能に設けられる。また、シリンダヘッド3上には、前記吸気弁16と排気弁17とを開閉する動弁機構18が設けられる。この動弁機構18は、シリンダヘッド3に回転自在に支持される吸気側カム軸20および排気側カム軸21と、シリンダヘッド3に設けた吸気側および排気側ロッカ軸22,23にそれぞれ揺動可能に軸支されて前記吸気側および排気側カム軸20,21と吸気弁16および排気弁17間を連接する吸気側および排気側ロッカアーム24,25とを備えており、吸気側および排気側カム軸20,21の回転によれば、弁バネ26,27の閉弁力に抗して吸気側および排気側ロッカアーム24,25を揺動して吸気弁16および排気弁17を所定のタイミングをもって開閉作動することができる。
図2に示すように、吸気側および排気側カム軸20,21は、従来公知の調時伝動機構28を介して後述するクランク軸30に連動されており、クランク軸30の回転によれば、その1/2の回転速度で駆動されるようになっている。そして、前記動弁機構28は、シリンダヘッド3上に一体に被冠されるヘッドカバー9により被覆される。また、シリンダヘッド3には、4つのシリンダに対応して円筒状のプラグ挿通筒31が設けられ、このプラグ挿通筒31内に点火プラグ32が挿着される。
図2に示すように、吸気側および排気側カム軸20,21は、従来公知の調時伝動機構28を介して後述するクランク軸30に連動されており、クランク軸30の回転によれば、その1/2の回転速度で駆動されるようになっている。前記調時伝動機構28は、エンジン本体1のクランク軸方向端面に固定されるチエンケース29により覆われる。4つのシリンダ5に対応する複数の吸気ポート14は、エンジン本体1の前面、すなわち車両の前方側に向けて開口されており、そこに吸気系INの吸気マニホールド34が接続されている。この吸気系INは従来公知の構造を備えるので、その詳細な説明を省略する。
また、4つのシリンダ5に対応する複数の排気ポート15は、エンジン本体1の後面、すなわち車両の後方側に向けて開口されており、そこに排気系EXの排気マニホールド35が接続されている。この排気系EXは従来公知の構造を備えるので、その詳細な説明を省略する。
図3,4に示すように、シリンダブロック2下部のアッパブロック40(上部クランクケース)と、ロアブロック41(下部クランクケース)よりなるクランクケース4は、シリンダブロック2のシリンダ5の部分よりも前方(車両前方)側に張出しており、この張出し部36のクランク室CC内には、ピストン11の移動ストロークを可変とする、ストローク特性可変機構CR(後述)が設けられ、またエンジン本体1の外部には、それを駆動する、バネ付勢手段(SP)付きのベーン式油圧アクチュエータAC(後述)が設けられ、このアクチュエータACは、クランク軸30よりも下方に配置されている。
図2,3および図5,6に示すように、シリンダブロック2の下部に一体に形成されるアッパブロック40下面には、ロアブロック41が複数の連結ボルト42をもって固定されている。アッパブロック40と、ロアブロック41との合わせ面に形成される複数のジャーナル軸受部43にはクランク軸30のジャーナル軸30Jが回転自在に支承される(図8参照)。
図5に示すように、前記ロアブロック41は、平面視四角な閉断面構造に鋳造成形されており、その左、右端部には端部軸受部材50,51が、またその中間部には、左、右中間軸受部材52,53が、さらにその中央には中央軸受部材54が設けられており、これらの軸受部材50〜54によってクランク軸30のジャーナル軸30Jが支承される。
つぎに、図3,4に戻って、ピストン11の上死点・下死点位置を変えて圧縮比を高圧縮比と低圧縮比との間にわたって変更する、ストローク特性可変機構CRの構造について説明すると、前述のようにアッパブロック40とロアブロック41との合わせ面に回転自在に支承されるクランク軸30の複数のクランクピン30Pには、三角形状のロアリンク60の中間部がそれぞれ揺動自在に枢支連結される。それらのロアリンク60の一端(上端)には、ピストン11のピストンピン13に枢支連結されるアッパリンク( コンロッド) 61の下端(大端部)が第1連結ピン62を介して枢支連結され、各ロアリンク60の他端(下端)に第2連結ピン64を介してコントロールリンク63の上端が枢支連結される。このコントロールリンク63は下方に延びて、その下端には、クランク状のコントロール軸65(後に詳述)の偏心ピン65Pが枢支連結されている。コントロール軸65には、これと同軸上にバネ付勢手段SP付きのベーン式油圧アクチュエータAC(後に詳述)が一体に連結され、コントロール軸65は、このベーン式油圧アクチュエータACの駆動により、所定角度の範囲(約90度)で揺動駆動され、これによる偏心ピン65Pの位相変移により、コントロールリンク63が揺動駆動される。具体的には、コントロール軸65は、図3に示す第1の位置(偏心ピン65Pが下方位置)と、図4に示す第2の位置(偏心ピン65Pが上方位置)との間で揺動可能である。図3に示す第1の位置では、コントロール軸66の偏心ピン65Pが下方に位置しているため、コントロールリンク63は引き下げられてロアリンク60はクランク軸30のクランクピン30P回りに時計方向に揺動し、アッパリンク61が押し上げられてピストン11の位置がシリンダ5に対して高い位置となり、エンジンEは高圧縮比状態となる。逆に、図4に示す第2位置では、コントロール軸65の偏心ピン65Pが上方に位置(前記第1の位置よりも高位置)しているため、コントロールリンク63は押し上げられてロアリンク60はクランク軸30のクランクピン30P回りに反時計方向に揺動し、アッパリンク61が押し下げられてピストン11の位置がシリンダ5に対して低い位置となり、エンジンEは低圧縮比状態となる。以上のように、コントロール軸65の回動制御により、コントロールリンク63が揺動し、ロアーリンク60の運動拘束条件が変化してピストン11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の圧縮比を任意に制御することが可能になる。
ところで、この実施例では、高圧縮比から低圧縮比へ圧縮比を変更する局面では、後に述べるようにベーン式油圧アクチュエータACに付設されるバネ付勢手段SPにより、コントロール軸65の一方向の駆動を速めて高圧縮比から低圧縮比へ圧縮比の変更の迅速化を図り、さらにコントロール軸65の回転力の不足を助成して、高負荷・高圧縮比の状況が発生するのを回避しエンジンの効率よく安定した燃焼が得られるようにされている。
しかして、前述のアッパリンク61、第1連結ピン62、ロアリンク60、第2連結ピン64およびコントロールリンク63は、本発明にかかるストローク特性可変機構CRを構成している。
図5,7,9に示すように、前記コントロールリンク63に連結されてストローク特性可変機構CRを作動するコントロール軸65は、クランク軸30と同じく、複数のジャーナル軸65Jと偏心ピン65Pとがアーム65Aを介して交互に連結されてクランク状に形成されている。そして、このコントロール軸65は、その一端に、後述するベーン式油圧アクチュエータACが同軸上に設けられ、このアクチュエータACにより往復駆動される。コントロール軸65は、クランク軸30と平行に配置されており、そのクランク軸30の下方で、ロアブロック41と、その下面に複数の連結ボルト68で固定される軸受ブロック70との間に回転自在に支承される。
図7に示すように、前記コントロール軸65を支持する軸受ブロック70は、コントロール軸65の軸方向に延長される連結部材71と、この連結部材71にその長手方向に間隔をあけて一体に起立結合される複数の軸受壁72とを備えて高い剛性を確保すべくブロック状に鋳造成形されており、前記複数の軸受壁72の上面と、ロアブロック40の前記軸受部材50,51,52,53より延長される軸受壁50a,51a,52a,53aおよび54aの下面との合わせ面に形成される軸受部により、コントロール軸65の複数のジャーナル軸65Jが面軸受を介して回転自在に支承されている。
つぎに、前記コントロール軸65を駆動する、バネ付勢手段SP付きのベーン式油圧アクチュエータACの構造について説明する。
図1,2および図5〜7に示すように、ベーン式油圧アクチュエータACは、そのハウジングHUが、エンジン本体1のクランク軸30方向の一端面において、前記調時転動機構を28を覆うチエンケース29を挟んでロアブロック41の、クランク軸30方向の一端面に複数の締結ボルト100により固定されている。前記ハウジングHUは、内側ハウジングHUiと、外側ハウジングHUoとをパッキンを一体に結合して六角形状に形成され、その内部に円筒状のベーン室80が形成されている。このベーン室80内には、駆動軸としてのベーン軸66が収容され、このベーン軸66の内、外側軸部66i,66oが、ロアブロック41の一端壁と、外側ハウジングHUoとに面軸受を介してそれぞれ回転自在に支承されている。ベーン軸(駆動軸)66の内端には、前記コントロール軸65の一端が同一軸線上でスプライン係合67されており、ベーン軸66の回転力は、コントロール軸65に直接伝達するようにされている。しかして、図7に示すように、ベーン軸66の内側軸部66iの軸受スパンSiは、その外側軸部66oの軸受スパンSoよりも大きくされており、これにより、コントロール軸65とベーン軸(駆動軸)66とのスプライン係合67部の支持剛性を高めるようにされている。
また、外側ハウジングHUoの開口外面は、そこに複数の固定ボルト101で固定されるカバー部材102により油密に封緘されている。前記ベーン軸66内には、外側に開放した有底の円筒状の収容孔103が形成され、この収容孔孔103内に、バネ付勢手段を構成するコイルバネSPが収容されている。このコイルバネSPの内端は、前記有底の収容孔103の底壁104に設けた係合孔105に係合され、その外端は、前記カバー部材102に開口した係合孔106に係合されている。係合孔105,106は外部の開口されていて、コイルバネSPの係合状態を外部から確認できるようにされている。カバー部材102に設けた係合孔106は、そこに着脱可能に設けたシールボルト107により塞がれており、収容孔103内のオイルが外部の漏洩するのを防止している。
しかして、バネ付勢手段SPのバネ力は、コントロール軸65を一方向、すなわち、高圧縮比側から低圧縮比側へ駆動するように付勢している。
図6に示すように、ベーン室80の内周面とベーン軸(駆動軸)66の外周面との間には、約180°の位相差を存して一対の扇形状ベーン油室86が画成される。これらのベーン油室86内には、ベーン軸66の外周面より一体に突設した一対のベーン87がそれぞれ収容されて、その外周面が、ベーン油室86の内周面にパッキンを介して摺接されており、各ベーン87は、各扇形状のベーン油室86内をそれぞれ2つの制御油室86a,86bに油密に区画する。ハウジングHUには、制御油室86a,86bに連通する油圧油路88,89が形成されており、これらの油圧通路88,89は、後述する油圧回路の電磁弁Vに接続されている。
図1〜4、6に示すように、エンジン本体1の前面には、前記油圧アクチュエータに近づけて平坦な取付面90が形成され、この取付面90にベーン式油圧アクチュエータACの油圧回路の電磁弁V(図11)を収容するバルブユニット92が複数のボルト91をもって固定支持されている。
つぎに、前記ストローク可変リンク機構CRを駆動制御するベーン式油圧アクチュエータACの油圧回路を、図10を参照して説明する。
前述したように、一対の扇形状ベーン油室86内は、ベーン87によって2つの制御油室86a,86bにそれぞれ仕切られており、これらの制御油室86a,86bは、後述の油圧回路を介してオイルタンクTに接続される。油圧回路には、モータMで駆動されるオイルポンプPと、チェック弁Cと、アキュムレータAと、電磁切換弁Vとが接続される。オイルタンクT、モータM、オイルポンプP、チェック弁CおよびアキュムレータAは油圧供給装置Sを構成して、エンジン本体1の適所に設けられ、また電磁切換弁Vは、前述のバルブユニット92の内部に設けられる。油圧供給装置Sと電磁切換弁Vとは、2本の配管P1,P2で接続され、また電磁切換弁Vとベーン式油圧アクチュエータACの制御油室86a,86bとはハウジングHUに形成した油圧通路88,89で接続される。したがって、図10において、電磁切換弁Vを右位置に切り換えると、オイルポンプPで発生した作動油は、制御油室86aに供給され、その油圧でベーン87が押されてコントロール軸65が反時計方向に回転し、逆に電磁切換弁Vを左位置に切り換える、オイルポンプPで発生した作動油は、制御油室86bに供給され、その油圧でベーン87が押されてコントロール軸65が時計方向に回転することで、コントロール軸65の偏心ピン65Pの位相が変化する。コントロール軸65の偏心ピン65Pには、前述したようにストローク特性可変機構CRのコントロールリンク63が揺動可能に枢支連結され、コントロール軸65の駆動(約90°)によれば、コントロール軸65の偏心ピン65Pの位相変化により、ストローク特性可変機構CRを作動する。
ところで、アクチュエータACの駆動軸66、すなわちコントロール軸65を低圧縮比側から高圧縮比側に回転駆動(図4,3、反時計方向)すると、バネ付勢手段95は、そのそのバネ力が畜勢される方向に圧縮され、この状態で発揮するバネ力で、コントロール軸65を高圧縮比側から低圧縮比側に回転駆動(図3,4、時計方向)するようにされている。したがって、コントロール軸65を高圧縮比側から低圧縮比側に回転駆動させるときの回転力は、バネ付勢手段SPのバネ力による回転力とアクチュエータACによる回転力との和になり、アクチュエータACだけによる場合に比べて高い回転力となる。これにより、圧縮比可変機構CRが高圧縮比から低圧縮比へと圧縮比を変更する過程では、ベーン式油圧アクチュエータACによる駆動力と、バネ付勢手段SPによる回転力が共にコントロール軸65を一方向に回転するように作用して、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更に要する時間を短縮化して、高圧縮比から低圧縮比への移行の迅速化を図ることができ、またコントロール軸65の回転力が不足しているのを補うことができる。これにより高負荷・高圧縮比の状況が発生するのを回避して、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制することできる。
しかして、この実施例によれば、アクチュエータACに付設されるバネ付勢手段SPは、アクチュエータAC内に設けられるので、バネ付勢手段付きのアクチュエータACの大型化を抑制することができると共にバネ付勢手段SPが他の部材に干渉することがなく、アクチュエータACの信頼性を高めることができる。
また、バネ付勢手段SPは、アクチュエータACの駆動軸66内に設けられるので、その駆動軸66内のスペースを有効に活用してアクチュエータACの一層の小型化に寄与することができる。
また、バネ付勢手段SPは、アクチュエータACの駆動軸66の軸受部領域まで及んでいるので、駆動軸66の軽量化とアクチュエータACの一層の小型化に寄与することができる。
さらに、バネ付勢手段SPは、駆動軸66の収容孔103内に収容され、その一端は、前記収容孔103の底壁104に設けた係合孔105または、収容孔103を覆うカバー部材102に設けた係合孔106に係合され、その係合孔105,106は収容孔103の外部に開口されているので、バネ付勢手段SPの係合状態を外部から容易に確認することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
たとえば、前記実施例では、アクチュエータとしてベーン式油圧アクチュエータを採用しているが、これに代えてモータなどの他の公知のアクチュエータを用いてもよく、また前記実施例では、アクチュエータの駆動軸と、コントロール軸とをスプライン結合しているが、これらを圧入など他の公知の結合手段に代えてもよい。
11・・・・・・・ピストン
30・・・・・・・クランク軸
65・・・・・・・コントロール軸
66・・・・・・・駆動軸(ベーン軸)
103・・・・・・収容孔
104・・・・・・底壁
105・・・・・・係合孔
106・・・・・・係合孔
AC・・・・・・・アクチュエータ(ベーン式油圧アクチュエータ)
CR・・・・・・・ストローク特性可変機構
SP・・・・・・・バネ付勢手段(コイルバネ)
30・・・・・・・クランク軸
65・・・・・・・コントロール軸
66・・・・・・・駆動軸(ベーン軸)
103・・・・・・収容孔
104・・・・・・底壁
105・・・・・・係合孔
106・・・・・・係合孔
AC・・・・・・・アクチュエータ(ベーン式油圧アクチュエータ)
CR・・・・・・・ストローク特性可変機構
SP・・・・・・・バネ付勢手段(コイルバネ)
Claims (4)
- ピストン(11)とクランク軸(30)とを、ストローク特性可変機構(CR)を介してコントロール軸(65)に連結し、このコントロール軸(65)にバネ付勢手段(SP)付きのアクチュエータ(AC)を設け、このアクチュエータ(AC)により、前記コントロール軸(65)にストローク特性変更のための駆動力を伝達するようにし、また前記バネ付勢手段(SP)により、前記コントロール軸(65)の一方向への駆動力を助成するようにした、ストローク特性可変エンジンにおいて、
前記バネ付勢手段(SP)は、前記アクチュエータ(AC)内に設けられていることを特徴とする、ストローク特性可変エンジン。 - 前記バネ付勢手段(SP)は、前記アクチュエータ(AC)の駆動軸(66)内に設けられていることを特徴とする、前記請求項1記載のストローク特性可変エンジン。
- 前記バネ付勢手段(SP)は、前記アクチュエータ(AC)の駆動軸(66)の軸受部領域まで及んでいることを特徴とする、前記請求項1または2記載のストローク特性可変エンジン。
- 前記アクチュエータ(AC)の駆動軸(66)内には、有底の収容孔(103)が形成され、前記バネ付勢手段(SP)は、その収容孔(103)内に収容され、そのバネ附勢手段(SP)の一端は、前記収容孔(103)の底壁(104)に設けた係合孔(105)、または、収容孔(103)を覆うカバー部材(102)に設けた係合孔(106)に係合され、その係合孔(105,106)は収容孔(103)の外部に開口されていることを特徴とする、前記請求項1,2または3記載のストローク特性可変エンジン。
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