(57)【要約】【課題】圧縮比変更用の油圧ピストン機構５０を利用して、燃焼荷重に起因する高負荷時の可変圧縮比装置の振動を効果的に減衰する。【解決手段】複リンク式の可変圧縮比機構を備え、制御軸１８の回転位置によって圧縮比が定まるものにおいて、第１，第２リンク４２，４３を介して、電動モータ３１を用いた主アクチュエータ３０が連結されるとともに、第２リンク４３に、油圧ピストン機構５０のピストンロッド５５が連結される。加速時に、油室５３を開放することで、燃焼荷重により速やかに低圧縮比する。制御軸１８の最低圧縮比位置において、第１リンク４２と第２リンク４３（連結点４４，４６の間）とピストンロッド５５との３者が、一直線上に整列する。従って、制御軸１８に作用する交番トルクによる力が、油圧ピストン機構５０に効率良く伝達され、該油圧ピストン機構５０が一種の油圧ダンパとして機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、この制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する複リンク式可変圧縮比装置において、
上記制御軸に固定したアームにリンク機構を介して連係し、上記制御軸を回転方向に動かす主アクチュエータと、上記リンク機構に連係し、このリンク機構を動かすことにより圧縮比を変更可能な油圧ピストン機構と、を備え、上記アームに揺動可能に連結された第１リンクと上記油圧ピストン機構のピストンロッドとが、所定の低圧縮比状態において互いに一直線上に整列することを特徴とする内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項２】
上記アームと上記第１リンクとが、上記の所定の低圧縮比状態において互いに直交することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項３】
上記コントロールリンクが、上記偏心軸を通る制御軸の半径線に対し、上記の所定の低圧縮比状態において、直交した姿勢となることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項４】
内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、この制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する複リンク式可変圧縮比装置において、
上記制御軸に固定したアームにリンク機構を介して連係し、上記制御軸を回転方向に動かす主アクチュエータと、上記リンク機構に連係し、このリンク機構を動かすことにより圧縮比を変更可能な油圧ピストン機構と、を備え、上記アームに揺動可能に連結された第１リンクと上記油圧ピストン機構のピストンロッドとのなす角が、最低圧縮比状態において最も１８０°に近い角度となることを特徴とする内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項５】
上記アームと上記第１リンクとが、最低圧縮比状態において互いに直交することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項６】
上記コントロールリンクが、上記偏心軸を通る制御軸の半径線に対し、最低圧縮比状態において、直交した姿勢となることを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項７】
上記第１リンクと上記ピストンロッド先端とが直接に連係し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複リンク式可変圧縮比装置。
【請求項８】
上記第１リンクと上記ピストンロッド先端との間に、各々に揺動可能に連結された第２リンクが介在し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複リンク式可変圧縮比装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した内燃機関の複リンク式可変圧縮比装置に関し、特に、その圧縮比を変更するためのアクチュエータ機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の圧縮比を可変制御するために、特許文献１，２に例示されているように、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した複リンク式可変圧縮比装置が知られている。これは、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを備え、このコントロールリンクの基端の位置（揺動支点位置）を変更することで、ピストン位置を相対的に上下に変位させ、圧縮比を変更する構成となっている。上記コントロールリンクの揺動支点位置の変更には、例えば、コントロールリンク基端が連結される偏心軸を備えた制御軸が用いられ、この制御軸の回転位置を電動モータ等からなるアクチュエータによって変化させる構成となっている。
【０００３】
さらに、特許文献３には、アクチュエータとなるサーボモータと制御軸との間に電磁クラッチを介在させ、例えばサーボモータの焼き付き等により圧縮比可変機構が高圧縮比のまま制御不能となったような場合に、電磁クラッチを遮断することで、圧縮比可変機構をフリーの状態とし、燃焼圧によって自然に低圧縮比状態に復帰させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７３８０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２１５９２号公報
【特許文献３】特開２００４−１６９６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複リンク式ピストン−クランク機構にあっては、燃焼荷重や往復運動する各部品の慣性荷重などによって大きな振動が発生する。特に、燃焼荷重の大きな高負荷域において、その振動が増加する。
【０００６】
また、内燃機関の可変圧縮比装置は、一般に、熱効率向上のために低中負荷領域では高い圧縮比とする一方、高負荷域ではノッキング回避のために低圧縮比に制御されるが、周知のように、高圧縮比となる低中負荷領域で負荷が急激に増加した際などの圧縮比変化の応答性を高くするするためには、アクチュエータが大型化する傾向となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、この発明は、主アクチュエータに加えて圧縮比を変更可能な一種のアクチュエータとなる油圧ピストン機構を設け、この油圧ピストン機構によって同時に振動の減衰を図ったものである。すなわち、この発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとが複数のリンク部材を介して連結されているとともに、これらのリンク部材の自由度を制限するコントロールリンクを有し、このコントロールリンクの基端が制御軸の偏心軸に揺動可能に連結され、この制御軸の回転位置に応じた上記偏心軸の位置によって圧縮比が変化する複リンク式可変圧縮比装置において、上記制御軸に固定したアームにリンク機構を介して連係し、上記制御軸を回転方向に動かす主アクチュエータと、上記リンク機構に連係し、このリンク機構を動かすことにより圧縮比を変更可能な油圧ピストン機構と、を備え、上記アームに揺動可能に連結された第１リンクと上記油圧ピストン機構のピストンロッドとが、所定の低圧縮比状態において互いに一直線上に整列することを特徴としている。
【０００８】
あるいは、上記アームに揺動可能に連結された第１リンクと上記油圧ピストン機構のピストンロッドとのなす角が、最低圧縮比状態において最も１８０°に近い角度となるように構成されている。
【０００９】
上記可変圧縮比装置は、機関高負荷域では低圧縮比に制御される。そして、このとき、第１リンクと油圧ピストン機構のピストンロッドとが一直線状ないしこれに近い姿勢となるため、燃焼荷重や慣性荷重によりコントロールリンクを介して制御軸に作用する交番トルクが効率よく油圧ピストン機構に入力される。従って、主アクチュエータに加えて圧縮比を変更するための油圧ピストン機構が一種の油圧ダンパとして機能し、高負荷域における可変圧縮比装置の振動を効果的に減衰する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、圧縮比変更用の油圧ピストン機構が一種の油圧ダンパとしても利用され、機関高負荷域における複リンク式ピストン−クランク機構の振動が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の一実施例を示す構成説明図。
【図２】高圧縮比状態のリンク姿勢を示す説明図。
【図３】この発明の異なる実施例を示す構成説明図。
【図４】複リンク式可変圧縮比装置の全体的な構成の一例を示す構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図４は、本発明のアクチュエータ機構が適用される複リンク式可変圧縮比装置の基本的な構成の一例を示しており、図示するように、シリンダブロック５に形成されたシリンダ６内に、ピストン１が摺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の一端部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によってシリンダブロック５に回転可能に支持されている。
【００１３】
上記ロアリンク１３の他端部には、コントロールリンク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。このコントロールリンク１５の他端は、内燃機関本体の一部に揺動可能に支持されており、かつ、圧縮比の変更のために、その揺動支点１６の位置が内燃機関本体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１９に上記コントロールリンク１５の他端が回転可能に嵌合している。上記制御軸１８は、上記のクランク軸受ブラケット７と制御軸受ブラケット８との間に回転可能に支持されている。
【００１４】
従って、圧縮比の変更のために、後述するアクチュエータ機構により制御軸１８を回転駆動すると、コントロールリンク１５の揺動支点１６となる偏心軸１９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、コントロールリンク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の行程位置が変化し、ひいては機関圧縮比が変更されることになる。
【００１５】
なお、本発明は、図示したような特定の形式の複リンク式可変圧縮比装置に限定されるものではなく、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した種々の形式の可変圧縮比装置に適用することが可能である。
【００１６】
図１は、この発明の要部であるアクチュエータ機構の構成を示しており、このアクチュエータ機構は、電動モータ３１を用いた主アクチュエータ３０と、シリンダ５１およびピストン５２からなる油圧ピストン機構５０と、を備えている。上記主アクチュエータ３０は、この実施例では、電動モータ３１の回転が図示せぬ減速機構を介して同軸の出力軸３２に出力され、この出力軸３２に固定されたアーム３３の揺動によりコネクティングロッド３４が直線運動に近似した運動を行うように構成されている。コネクティングロッド３４は、連結点４７においてアーム３３先端に揺動可能に連結されている。なお、主アクチュエータ３０を、公知のボールネジ機構を用いた直線運動する構成としてもよい。
【００１７】
油圧ピストン機構５０は、ピストン５２により油室５３が画成されているとともに、この油室５３が拡張する方向にリターンスプリング５４を備えた構成であって、ピストン５２に連結されたピストンロッド５５が後退する方向に付勢されたときに、油室５３内の油が圧縮されて油圧が生じ、その圧縮方向の荷重を支承する構成となっている。上記油室５３に至る油路には図示せぬ開閉弁が介装されており、油路の先端は大気圧下ないし比較的低い加圧下にあるリザーバタンクに接続されている。
【００１８】
上記制御軸１８には、半径方向に延びたアーム４１が固定され、その先端に連結点４８を介して第１リンク４２の一端が揺動可能に連結されている。第１リンク４２の他端には、第２リンク４３が揺動可能に連結されている。この第２リンク４３は、この実施例では、３箇所に連結点４４，４５，４６を有する三角形のリンクであり、連結点４４に上記第１リンク４２の他端が揺動可能に連結され、連結点４５に上記コネクティングロッド３４の先端が揺動可能に連結され、さらに、連結点４６に上記ピストンロッド５５の先端が揺動可能に連結されている。
【００１９】
なお、上記アーム３３，４１は、当業者であれば理解できるように、必ずしも物理的なアーム部材が存在する必要はなく、例えば制御軸１８の端面に偏心して設けたピン等をアーム４１とみなすことができる。
【００２０】
上記のようにリンク機構を介して互いに連結された主アクチュエータ３０と油圧ピストン機構５０は、互いに関連し、主アクチュエータ３０を固定した状態で油圧ピストン機構５０のピストン５２を動かせば制御軸１８が回転し、逆に、油圧ピストン機構５０を固定した状態で主アクチュエータ３０を動かせばやはり制御軸１８が回転する関係となる。
【００２１】
また、図には、前述したコントロールリンク１５を模式的に記載してあるが、機関のピストン１に作用する燃焼荷重は、コントロールリンク１５に矢印Ｆで示すように偏心軸１９を引き上げる方向に作用する。従って、この実施例の構成では、制御軸１８は反時計回り方向に燃焼荷重を受け、第１，第２リンク４２，４３を介して、油圧ピストン機構５０の油室に圧縮荷重として燃焼荷重が作用する。そして、制御軸１８を時計回り方向に変位させると圧縮比が上昇し、反時計回り方向に変位させると圧縮比が低下する関係にあり、従って、油圧ピストン機構５０としては、ピストンロッド５５の突出方向（図左方）への変位が高圧縮比側、ピストンロッド５５の後退方向（図右方）への変位が低圧縮比側となり、また主アクチュエータ３０としては、コネクティングロッド３４の図左方への変位が高圧縮比側、図右方への変位が低圧縮比側となる。
【００２２】
この実施例では、油圧ピストン機構５０は、基本的に２値的に制御され、低中負荷領域のように目標圧縮比が高圧縮比側にあれば、ピストンロッド５５が突出した位置にあり、油室５３が拡張している。この状態へはリターンスプリング５４の付勢力を利用して復帰するが、ピストンロッド５５が突出した位置で油室５３は前述した開閉弁により密閉され、ピストンロッド５５に作用する力に抗することができる。そして、この状態で、主アクチュエータ３０が制御軸１８の位置を目標圧縮比に対応させるようにフィードバック制御される。
【００２３】
また、高負荷領域のように目標圧縮比が低圧縮比側にあれば、油室５３が開閉弁により開放され、ピストンロッド５５を介して入力される燃焼荷重によってピストン５２が変位し、ピストンロッド５５が後退位置となる。この状態で、主アクチュエータ３０が制御軸１８の位置を目標圧縮比に対応させるようにフィードバック制御される。
【００２４】
一方、高圧縮比で運転している状態（つまり低中負荷領域）において機関の負荷が急激に増加した場合、つまり、運転者により操作されるアクセル開度が急激に増加した場合には、直ちに開閉弁が開弁され、油室５３が開放される。これにより、油圧ピストン機構５０は、燃焼荷重Ｆによる力を受けて瞬時に変位し、ピストンロッド５５が後退して、機関の圧縮比が直ちに低下する。また、これに並行して、主アクチュエータ３０も低圧縮比側へ変位するが、この主アクチュエータ３０の変位を待たずに圧縮比が低下し、従って、ノッキングを確実に回避できる。
【００２５】
なお、外部から制御される開閉弁を具備せずに、リターンスプリング５４の付勢力と機関負荷の高低により変化する燃焼荷重とのバランスによって、ピストンロッド５５の位置が定まるように構成することもできる。
【００２６】
また、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０による圧縮比の可変範囲（換言すれば制御軸１８の角度変化量）としては、上記実施例では、主アクチュエータ３０あるいは油圧ピストン機構５０の個々では、最低圧縮比から最高圧縮比までの全範囲をカバーすることができず、双方を併せて制御することで、全範囲の圧縮比を実現できる構成となっている。つまり、油圧ピストン機構５０を低圧縮比側に固定した状態において主アクチュエータ３０を動かすと、制御軸１８は、圧縮比として最低圧縮比から所定の中間圧縮比に相当する角度範囲で変位する。他方、主アクチュエータ３０を高圧縮比側に固定した状態において油圧ピストン機構５０を動かしたとすると、制御軸１８は、圧縮比として所定の中間圧縮比から最高圧縮比に相当する角度範囲で変位する。なお、油圧ピストン機構５０により実現し得る圧縮比変化量は、主アクチュエータ３０による圧縮比変化量に対し相対的に小さい。このように主アクチュエータ３０と油圧ピストン機構５０の双方を併せて全圧縮比範囲を実現するように構成することで、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０は、それぞれ比較的小型の構成となり、特に、油圧ピストン機構５０は大きなストロークが要求されないことから、小型かつ小容量のもので足り、必要な油量も少ない。しかも、仮に、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０の一方ないし双方の制御が不能となっても、所定の最高圧縮比相当の位置を超えて制御軸１８が回転することがなく、例えば機関のピストン１の位置が過度に上昇してバルブと干渉したりするような事態を確実に回避できる。
【００２７】
図１は、制御軸１８が最低圧縮比位置にあるときのリンク機構の姿勢を示している。なお、このとき、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０の双方が低圧縮比側にある。本実施例では、図示するように、この最低圧縮比位置において、第１リンク４２と第２リンク４３（詳しくは連結点４４，４６の間）とピストンロッド５５との３者が、一直線上に整列する。従って、制御軸１８に作用する交番トルクによって連結点４８の接線方向に生じる力が、油圧ピストン機構５０に効率良く伝達され、該油圧ピストン機構５０が一種の油圧ダンパとして機能して、制御軸１８の交番トルクひいては可変圧縮比装置全体の振動を効果的に抑制することができる。なお、完全な一直線状とならずに、挟角が１８０°に近い僅かに折曲した状態に制限されるように構成してもよい。
【００２８】
また、図１に示す最低圧縮比位置において、同時に、アーム４１と第１リンク４２とのなす角θ１が９０°近傍、望ましくは９０°、となる。これにより、制御軸１８の回転トルクが第１リンク４２の長手方向に沿った力として効率的に変換される。さらに、同時に、制御軸１８におけるコントロールリンク１５の姿勢として、偏心軸１９中心を通る制御軸１８の半径線とコントロールリンク１５とのなす角θ２が、９０°近傍、望ましくは９０°、となる。これにより、コントロールリンク１５の長手方向に沿った力が、制御軸１８の回転トルクとして効率的に変換される。
【００２９】
従って、全体として、高負荷域（低圧縮比状態）における大きな燃焼荷重に起因する振動入力に対し、油圧ピストン機構５０が最も効果的に振動減衰作用を与えることができる。そのため、強度面や振動騒音面の対策の必要性が低減し、制御軸１８やコントロールリンク１５、ひいては、それらを支持するシリンダブロック、ラダーフレーム等のエンジン本体構造の大型化や重量増大を抑制することができる。
【００３０】
図２は、制御軸１８が最高圧縮比位置にあるときのリンク機構の姿勢を示している。なお、このとき、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０の双方が高圧縮比側にある。この状態では、第１リンク４２と第２リンク４３（詳しくは連結点４４，４６の間）とピストンロッド５５との３者は必ずしも直線上に並ばないが、この場合でも、油圧ピストン機構５０は、ある程度の振動減衰作用を奏するものとなる。
【００３１】
次に、図３は、この発明の第２実施例を示しており、この実施例では、第２リンク４３を具備せず、第１リンク４２先端とコネクティングロッド３４先端とピストンロッド５５先端とが、３者に共通の連結点４９において互いに揺動可能に連結されている。なお、必要に応じて、油圧ピストン機構５０が揺動し得るように構成してもよい。
【００３２】
図３は、図１と同じく制御軸１８が最低圧縮比位置にあるときのリンク機構の姿勢を示しており、主アクチュエータ３０および油圧ピストン機構５０の双方が低圧縮比側にあるが、前述した実施例と同様に、この最低圧縮比位置において、第１リンク４２とピストンロッド５５とが一直線上にあり、かつ角θ１および角θ２がいずれも９０°をなしている。
【００３３】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明はこれらの実施例に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、油圧ピストン機構５０としては、上記のような油室が１つの形式のものや単に２値的に動くものに限られず、２つの油室を有する形式や、中間位置に積極的に制御できるものなど、種々の形式のものを用いることができる。
【００３４】
また、上記実施例では、燃焼荷重が最大となる最低圧縮比位置のときに所望のリンクの姿勢となるように説明したが、必ずしも最低圧縮比位置でなくても、最低圧縮比に近い所定の圧縮比位置において上記のようなリンク姿勢の関係が成立するように構成すれば、この圧縮比に対応する所定の高負荷条件のときに、最も効果的な振動減衰作用が得られる。
【００３５】
なお、添付した各図は、本発明の構成や原理を説明するための説明図であり、言うまでもなく各部の寸法関係は厳密なものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１…ピストン
３…クランクシャフト
１１…アッパリンク
１３…ロアリンク
１５…コントロールリンク
１８…制御軸
１９…偏心軸
３０…主アクチュエータ
３１…電動モータ
５０…油圧ピストン機構
５１…シリンダ
５２…ピストン
４２…第１リンク
４３…第２リンク
５５…ピストンロッド  
【図１】
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【図２】
2010174763.tif 000004
【図３】
2010174763.tif 000005
【図４】
2010174763.tif 000006