JP6768549B2 - 内燃機関の潤滑構造 - 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内燃機関の潤滑構造に関する。

従来より、複リンク式のピストン−クランク機構を利用して機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を本出願人は提案している。その一例として、特許文献１には、内燃機関の外壁に取り付けられるハウジング内に回転軸が回転可能に支持され、この回転軸の回転角度の変化に伴って機関圧縮比が変化するように構成された内燃機関の潤滑構造が開示されている。

国際公開第２０１３／０８０６７３号

本発明は、内燃機関の潤滑構造、特に、ハウジング内に回転可能に支持される回転軸を利用した油路を形成することによって、回転軸を含めた回転軸の周囲の潤滑部位への潤滑油の給油量を十分に確保して、潤滑性能を向上するとともに、ハウジングの小型化・軽量化を図ることを目的としている。

内燃機関と、上記内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、上記内燃機関の外壁に取り付けられるハウジングと、上記ハウジング内に回転可能に支持され、回転角度を変えることで上記機関圧縮比を変化させる回転軸と、を有する。

そして、上記ハウジングに形成され、上記回転軸が回転可能に嵌合する第１軸受部へ潤滑油を供給する供給油路と、上記回転軸の内部を軸方向に延びる軸方向油路と、上記回転軸の内部を径方向に延び、上記回転軸の外周面と上記軸方向油路とを連通する第１径方向油路と、を有し、上記軸方向油路と上記供給油路とは、高負荷域で用いられる所定の機関圧縮比のときに、上記第１径方向油路を介して連通するように構成されている。

本発明によれば、高負荷域で用いられる所定の機関圧縮比のときに、上記軸方向油路と上記供給油路とが上記第１径方向油路を介して連通するため、供給油路から第１径方向油路を通して軸方向油路へ供給される潤滑油の量を十分に確保することができ、ひいては軸方向油路を経由して回転軸の周囲の潤滑部位へ供給する潤滑油の量を十分に確保し、潤滑性能を向上することができる。

また、回転軸に軸方向油路や第１径方向油路を設けることで、潤滑油の油路構造を簡素化し、ハウジングの小型化・軽量化を図ることができる。

本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変圧縮比機構を簡略的に示す構成図。 上記第１実施例に係るハウジングを示す斜視図。 上記ハウジングを示す側面図。 上記可変圧縮比機構の制御軸と回転軸とを連結するリンク構造を示す高圧縮比時における断面図。 同じく上記可変圧縮比機構の制御軸と回転軸と連結するリンク構造を示す低圧縮比時における断面図。 上記ハウジング内の油路構造を示す一部破断断面図。 図６のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の第２実施例に係るハウジング内の油路構造を示す図６のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１を参照して、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について説明する。なお、この機構は特開２００４−２５７２５４号公報等にも記載のように公知であるので、簡単な説明にとどめる。

内燃機関の機関本体の一部を構成するシリンダブロック１には、各気筒のピストン３がシリンダ２内に摺動可能に嵌合しているとともに、クランクシャフト４が回転可能に支持されている。可変圧縮比機構１０は、クランクシャフト４のクランクピン５に回転可能に取り付けられるロアリンク１１と、このロアリンク１１とピストン３とを連結するアッパリンク１２と、シリンダブロック１等の機関本体側に回転可能に支持される制御軸１４と、この制御軸１４に偏心して設けられた制御偏心軸部１５と、この制御偏心軸部１５とロアリンク１１とを連結する制御リンク１３と、を有している。ピストン３とアッパリンク１２の上端とはピストンピン１６を介して相対回転可能に連結され、アッパリンク１２の下端とロアリンク１１とは第１連結ピン１７を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の上端とロアリンク１１とは第２連結ピン１８を介して相対回転可能に連結され、制御リンク１３の下端は上記の制御偏心軸部１５に回転可能に取り付けられている。

制御軸１４には、減速機２１（図６参照）を介してアクチュエータとしての可変圧縮比モータ２０（図２等参照）が連結されており、この可変圧縮比モータ２０により制御軸１４の回転位置を変更することによって、ロアリンク１１の姿勢の変化を伴って、ピストン上死点位置やピストン下死点位置を含むピストンストローク特性が変化して、機関圧縮比が変化するように構成されている。従って、図示せぬ制御部により可変圧縮比モータ２０を駆動制御することによって、機関運転状態に応じて機関圧縮比を制御することができる。なお、アクチュエータとしては、電動式のモータ２０に限らず、油圧駆動式のアクチュエータであっても良い。

図２及び図３を参照して、制御軸１４は、シリンダブロック１と、その下側に固定されるオイルパンアッパ６等からなる機関本体の内部に回転可能に収容されている。一方、可変圧縮比モータ２０は、後述する回転軸３０を回転可能に支持するハウジング２２を介して、機関本体の一部を構成するオイルパンアッパ６の外壁、詳しくは吸気側の側壁７に取り付けられている。このハウジング２２には、回転軸３０の回転角度を検出する角度センサ２３が取り付けられている。

なお、図示していないが、ハウジング２２の機関前側には、空調装置用のエアコンコンプレッサがオイルパンアッパ６の吸気側の側壁７に取り付けられるとともに、ハウジング２２の機関後側には、潤滑油を冷却するためのオイルクーラや、潤滑油中の異物を除去するためのオイルフィルタ等がオイルパンアッパ６の吸気側の側壁７に取り付けられている。なお、オイルクーラやオイルフィルタ等をハウジング２２に直接的に付設するように構成してもよい。

図４及び図５は、制御軸１４と回転軸３０とを連結するリンク構造を示す断面図であり、図４が高圧縮比の設定時におけるリンク姿勢を、図５が低圧縮比の設定時におけるリンク姿勢を示している。これらの図４及び図５に示すように、機関本体内部に配置される制御軸１４と、ハウジング２２内に回転可能に支持されて、減速機２１の出力軸と一体的に回転するように構成された回転軸３０とは、レバー３１によって連結されている。なお、回転軸３０を減速機２１の出力軸と別体の構成とし、両者が一体的に回転するように連結した構造としても良い。

レバー３１の一端と、制御軸１４の軸心より径方向外方へ延びる第１アーム３２の先端とは、第３連結ピン３３を介して相対回転可能に連結されており、レバー３１の他端と回転軸３０の軸心より径方向外方へ延びる第２アーム３４の先端とは第４連結ピン３５を介して相対回転可能に連結されている。オイルパンアッパ６の吸気側の側壁７には、上記のレバー３１が挿通するレバー用スリット３６が貫通形成されている。また、オイルパンアッパ６の下面開口部には、潤滑油を貯留する浅皿状のオイルパンロア８が固定されている。

減速機２１は、例えば公知のハーモニックドライブ（登録商標）機構を利用したものであり、ここでは詳細な説明を省略する。なお、サイクロ減速機等の他の形式の減速機を用いることも可能である。

次に、本実施例の要部をなす潤滑構造について、図５〜図８を参照して説明する。図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図示するように、ハウジング２２には、回転軸３０が回転可能に嵌合する第１軸受部４１及び第２軸受部４２が設けられるとともに、機関前側の第１軸受部４１へ潤滑油を供給する供給油路４３が形成されている。図７に示すように、この供給油路４３は、一端がハウジング２２の側面に開口する補助孔４４に連通し、ハウジング２２の内部を直線状に延在して、他端が上記の第１軸受部４１に開口・連通している。

回転軸３０には、その軸方向中央部を軸方向に延在する軸方向油路４５が形成されている。この軸方向油路４５は、通路断面積が小さいオリフィス４５Ａが設けられるとともに、このオリフィス４５Ａよりも機関後方側に、通路断面積が大きい大径部４５Ｂが設けられている。この大径部４５Ｂは、機関後方側へ向けて徐々に通路断面積が大きくなり、その後端４５Ｃが、減速機２１が収容されるハウジング２２後方の空間へ向けて開放している。この回転軸３０のうち、第１軸受部４１に回転可能に支持される部分には、第１軸受部４１に対向する回転軸３０の外周面と軸方向油路４５とを連通するように径方向に直線状に延びる２本の径方向油路４６，４７が形成されている。

図７に示すように、第１径方向油路４６は、高負荷域で用いられる所定の機関圧縮比である低圧縮比の設定状態のときに、供給油路４３と直接的に連通するように構成されている。つまり、低圧縮比の設定状態のときに、回転軸３０の外周面に開口する第１径方向油路４６の一端と、第１軸受部４１に開口する供給油路４３の一端と、がほぼ同じ位置に対向配置されるように構成されている。

一方、第２径方向油路４７は、第１径方向油路４６とはほぼ９０度をなし、つまり第１径方向油路４６と異なる径方向に延在している。具体的には、図５に示すように、第２径方向油路４７は、高負荷域で用いられる低圧縮比の設定状態のときに、回転軸３０の軸心と、第２アーム３４とレバー３１との連結点である第４連結ピン３５の中心と、を結ぶ直線であるリンク中心線３４Ａに平行な方向に沿って配置されている。つまり、第２径方向油路４７は、燃焼荷重や慣性荷重に起因してレバー３１側から回転軸３０に作用する荷重（最大荷重を含む）の作用方向である第２レバーのリンク中心線３４Ａと平行な方向に沿って配置されている。

上記の第２軸受部４２は、第１軸受部４１よりも機関後方側に配置されている。図８に示すように、この第２軸受部４２と対向する回転軸３０の部分には、回転軸３０の内部を径方向に延び、回転軸３０の外周面と軸方向油路４５とを連通する第３径方向油路４８が形成されている。この第３径方向油路４８は、第２径方向油路４７と同じ径方向に配置されている。つまり、第３径方向油路４８は、最大荷重作用方向である第２アーム３４のリンク中心線３４Ａと平行な方向に沿って配置されている。

また、回転軸３０の外周面に対向するハウジング２２の第１軸受部４１及び第２軸受部４２の内周面には、周方向に延びる周方向油路４９が凹設されている。なお、第１，第２軸受部４１，４２に回転可能に嵌合する部分の回転軸３０の外周面に周方向油路を凹設しても良い。

潤滑油は、内燃機関の内部に形成されるメインジャーナル（図示省略）から供給油路４３へ供給される。そして、供給油路４３と軸方向油路４５とが第１径方向油路４６を介して直接的に連通する高負荷域での低圧縮比の設定状態において、多くの潤滑油が供給油路４３から第１径方向油路４６を通して軸方向油路４５へと供給される。軸方向油路４５へ供給された潤滑油は、その一部が周方向油路４９を通して第２径方向油路４７へと供給され、第１軸受部４１と回転軸３０との軸受部分へと供給される。また、残りの潤滑油が軸方向油路４５を後方側へ流れ、その一部が第３径方向油路４８を通して第２軸受部４２と回転軸３０との軸受部分へと供給され、残りの潤滑油は、軸方向油路４５の後端４５Ｃより、減速機２１が配置されたハウジング２２後方の減速機収容部へと供給される。各部を潤滑した潤滑油は、上記のスリット３６の他、専用に形成される戻り油路（図示省略）等を経由して内燃機関の内部のオイルパンへと戻される。

仮に回転軸３０の内部に油路を形成せず、ハウジング２２の内部に飛散する潤滑油によって潤滑を行なうように構成した場合、第１，第２軸受部４１，４２や減速機２１に十分な量の潤滑油を供給することができず、潤滑不足を招くおそれがある。

これに対して本実施例では、特に潤滑性能が要求される高負荷域の運転状態、つまり低圧縮比の設定状態のときに、ハウジング２２に形成される供給油路４３の他、回転軸３０の内部に形成される軸方向油路４５及び第１〜第３径方向油路４６〜４８を経由して、第１，第２軸受部４１，４２や減速機２１等の潤滑が必要とされる潤滑部位へ直接的に潤滑油を供給することが可能であるために、十分な量の潤滑油を確保して、その潤滑性能を向上することができる。

また、ハウジング２２や回転軸３０の内部に油路を形成しており、ハウジング２２や回転軸３０とは別個に油路を設けるための配管等を必要としないため、ハウジング２２の小型化・軽量化を図ることができる。

図９は本発明の第２実施例を示している。この第２実施例では、供給油路４３Ａを最短化するように、供給油路４３Ａをハウジング２２の側壁に直交する直線状に形成している。第１実施例と同様、高負荷域で用いられる低圧縮比の設定状態のときに、第１径方向油路４６Ａが供給油路４３と直接的に連通し、第２径方向油路４７が最大荷重作用方向である第２アーム３４のリンク中心線３４Ａに平行な方向に沿って配置されている。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な構成及び作用効果について、上記実施例を参照して以下に列記する。

［１］ハウジング２２に形成され、回転軸３０が回転可能に嵌合する第１軸受部４１へ潤滑油を供給する供給油路４３と、回転軸３０の内部を軸方向に延びる軸方向油路４５と、回転軸３０の内部を径方向に延び、回転軸３０の外周面と軸方向油路４５とを連通する第１径方向油路４６と、を有し、軸方向油路４５と供給油路４３とは、高負荷域で用いられる所定の機関圧縮比のときに、第１径方向油路４６を介して直接的に連通するように構成されている。

また、ハウジング２２や回転軸３０の内部に油路を形成しており、ハウジング２２や回転軸３０とは別個に油路を設けるための配管等を必要としないため、ハウジング２２の小型化・軽量化を図ることができる。

［２］また、回転軸３０の内部を第１径方向油路４６とは異なる径方向に延びて、回転軸３０の外周面と軸方向油路４５とを連通する第２径方向油路４７を有している。このため、第１径方向油路４６から軸方向油路４５へ供給された潤滑油の一部を、第２径方向油路４７を介して第１軸受部４１へ供給することができ、この第１軸受部４１への潤滑油量を十分に確保し、その潤滑性能を向上することができる。

［３］更に、制御軸１４の軸心から径方向外方へ延びる第１アーム３２と、回転軸３０の軸心から径方向外方へ延びる第２アーム３４と、を連結するレバー３１を有している。そして、第２径方向油路４７は、回転軸３０の軸心と、第２アーム３４とレバー３１との連結点とを結ぶ直線であるリンク中心線３４Ａに平行な方向、つまりレバー３１側より第２アーム３４を介して回転軸３０へ作用する荷重（最大荷重を含む）の作用方向と平行な方向に沿って配置されている。従って、回転軸３０の中でも、最大荷重を含む荷重の作用する部分に、第２径方向油路４７から直接的に潤滑油を供給することができ、第１軸受部４１の潤滑性能を効果的に向上することができる。

［４］ハウジング２２には、第１軸受部４１とは異なる軸方向位置に、回転軸３０が回転可能に嵌合する第２軸受部４２が設けられ、かつ、回転軸３０の内部を径方向に延び、回転軸３０の外周面と軸方向油路４５とを連通する第３径方向油路４８を有している。そして、軸方向油路４５から第３径方向油路４８を介して、第２軸受部４２へ潤滑油を供給するように構成されている。このように、供給油路４３，第１径方向油路４６，軸方向油路４５及び第３径方向油路４８を経由して第２軸受部４２へ直接的に潤滑油を供給することができるために、第２軸受部４２の潤滑油量を十分に確保し、その潤滑性能を向上することができる。

［５］一般的に、オイルポンプはクランクシャフトによりチェーンやギヤを介して駆動される関係で、機関前側に配置されることから、供給油路４３が接続する第１軸受部４１を機関前側、つまりオイルポンプと近い側に配置することで、オイルポンプから供給油路４３への潤滑油の供給経路の簡素化，短縮化を図ることができる。また、供給経路の短縮化により圧力損失を抑制し、潤滑油量の低下を抑制することができる。

［６］ハウジング２２の第１，第２軸受部４１，４２の内周面と、第１，第２軸受部４１，４２に嵌合する回転軸３０の外周面と、の少なくとも一方に、周方向に延びる周方向油路４９が凹設されている。これによって、回転軸３０の回転位置（つまり、機関圧縮比の設定状態）にかかわらず、周方向油路４９を通して供給油路４３から第１径方向油路４６へ潤滑油を確実に供給することができるとともに、軸方向油路４５から第２，第３径方向油路４７，４８へ潤滑油を供給することができる。

［７］また、図６に示すように、軸方向油路４５の後端４５Ｃが減速機２１を収容するハウジング２２の後方側の空間に開放しており、この軸方向油路４５を介して減速機２１へ潤滑油を直接的に供給するように構成されている。これによって、減速機２１の軸受部分へも十分な量の潤滑油を供給することができ、その潤滑性能を向上することができる。

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、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上述した実施例では、第２軸受部を一箇所に設けているが、第２軸受部を複数設けるようにしても良い。

Claims (7)

1. 内燃機関と、
   上記内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
   上記内燃機関の外壁に取り付けられるハウジングと、
   上記ハウジング内に回転可能に支持され、回転角度を変えることで上記機関圧縮比を変化させる回転軸と、
   上記ハウジングに形成され、上記回転軸が回転可能に嵌合する第１軸受部へ潤滑油を供給する供給油路と、
   上記回転軸の内部を軸方向に延びる軸方向油路と、
   上記回転軸の内部を径方向に延び、上記回転軸の外周面と上記軸方向油路とを連通する第１径方向油路と、を有し、
   上記軸方向油路と上記供給油路とは、高負荷域で用いられる所定の機関圧縮比のときに、上記第１径方向油路を介して連通することを特徴とする内燃機関の潤滑構造。
2. 上記回転軸の内部を上記第１径方向油路とは異なる径方向に延びて、上記回転軸の外周面と上記軸方向油路とを連通する第２径方向油路を有し、
   上記軸方向油路から上記第２径方向油路を介して、上記第１軸受部に潤滑油を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の潤滑構造。
3. 上記可変圧縮比機構が、上記内燃機関の内部に回転可能に支持された制御軸と、
   この制御軸の軸心から径方向外方へ延びる第１アームと、
   上記回転軸の軸心から径方向外方へ延びる第２アームと、
   上記第１アームと第２アームとを連結するレバーと、を有し、
   上記第２径方向油路は、上記回転軸の軸心と、上記第２アームと上記レバーとの連結点とを結ぶ直線に平行な方向に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の潤滑構造。
4. 上記ハウジングには、上記第１軸受部とは異なる軸方向位置に、上記回転軸が回転可能に嵌合する第２軸受部が設けられ、
   かつ、上記回転軸の内部を径方向に延び、上記回転軸の外周面と上記軸方向油路とを連通する第３径方向油路を有し、上記軸方向油路から上記第３径方向油路を介して、上記第２軸受部へ潤滑油を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の潤滑構造。
5. 上記第１軸受部が上記第２軸受部よりも機関前側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の潤滑構造。
6. 上記ハウジングの第１軸受部の内周面と、この第１軸受部に嵌合する上記回転軸の外周面と、の少なくとも一方に、周方向に延びる周方向油路が凹設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潤滑構造。
7. 上記回転軸と上記可変圧縮比機構を駆動するアクチュエータとの間に減速機が設けられ、
   上記軸方向油路を介して、上記減速機へ潤滑油を供給するように構成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潤滑構造。

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