(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンと吸気弁との干渉を回避する。【解決手段】ピストン上死点位置を変化させることで、機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構１１と、吸気弁１６のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構１２と、の双方を一本の制御軸１３に連結する。可変圧縮比機構１１は、制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心する圧縮比用偏心軸部１５に連結された圧縮比用制御リンク９を含むリンク列によって、ピストン１と連結されている。可変動弁機構１２は、制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心する動弁用偏心軸部３０に連結された動弁用制御リンク２８を含むリンク列によって、吸気弁１６を開閉作動させる揺動カム２６と連結されている。従って、制御軸１３を回動することによって、それぞれの偏心軸部１５，３０を介して可変圧縮比機構１１による機関圧縮比及び可変動弁機構１２によるバルブリフト特性をそれぞれ連続的に変化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン上死点位置を変化させることで、機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、
吸気又は排気の弁のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構と、
上記可変圧縮比機構と機械的に連結されるとともに、上記可変動弁機構と機械的に連結される一本の制御軸と、
この制御軸の回転位置を変更及び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の変化に伴って、上記機関圧縮比が変化するとともに、上記バルブリフト特性が変化するように構成されていることを特徴とするレシプロ式内燃機関。
【請求項２】
上記可変動弁機構が吸気又は排気の弁のバルブリフト量を可変とするものであり、
上記制御軸を第１の回転方向に回動することにより、上記機関圧縮比が低くなるとともに、上記バルブリフト量が大きくなり、上記制御軸を第２の回転方向に回動することにより、上記機関圧縮比が高くなるとともに、上記バルブリフト量が小さくなることを特徴とする請求項１に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３】
燃焼圧に起因して上記可変圧縮比機構から制御軸へ作用する圧縮比側トルクと、動弁反力に起因して上記可変動弁機構から制御軸へ作用する動弁側トルクと、が互いに逆方向となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項４】
上記可変圧縮比機構が、上記制御軸に設けられ、その外形円が制御軸の回転中心に対して偏心する圧縮比用偏心軸部を有し、この圧縮比用偏心軸部に回転可能に連結された圧縮比用制御リンクを含むリンク列によって、上記ピストンと連結されており、
上記可変動弁機構が、上記制御軸に設けられ、その外形円が制御軸の回転中心に対して偏心する動弁用偏心軸部を有し、この動弁用偏心軸部に回転可能に連結された動弁用制御リンクを含むリンク列によって、上記弁を開閉作動させる弁作動部材と連結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レシプロ式内燃機関。
【請求項５】
最高圧縮比の設定状態で、上記動弁用偏心軸部の中心と制御軸の回転中心とを結ぶ線と、上記動弁用制御リンクのリンク中心線と、のなす角度が、上記圧縮比用偏心軸部の中心と制御軸の回転中心を結ぶ線と、上記圧縮比用制御リンクのリンク中心線と、のなす角度よりも９０度に近いことを特徴とする請求項４に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項６】
最低圧縮比の設定状態で、上記動弁用偏心軸部の中心と制御軸の回転中心とを結ぶ線と、上記動弁用制御リンクのリンク中心線と、のなす角度が、上記圧縮比用偏心軸部の中心と制御軸の回転中心を結ぶ線と、上記圧縮比用制御リンクのリンク中心線と、のなす角度よりも９０度に近いことを特徴とする請求項４又は５に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項７】
上記制御軸の回転中心に対する上記動弁用偏心軸部の偏心量が、上記制御軸の回転中心に対する上記圧縮比用偏心軸部の偏心量より大きいことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項８】
上記動弁用偏心軸部と上記圧縮比用偏心軸部の直径が同一であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項９】
上記動弁用偏心軸部の中心と上記圧縮比用偏心軸部の中心とが軸方向視で同一位置に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項１０】
燃焼圧に起因して上記可変圧縮比機構側から制御軸へ作用する圧縮比側荷重と、動弁反力に起因して上記可変動弁機構側から制御軸へ作用する動弁側荷重と、が互いに逆方向となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１１】
上記制御軸は、クランクシャフトより上方であって、かつ、上記弁の上方に配置された駆動軸よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構と可変動弁機構とを備えたレシプロ式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レシプロ式内燃機関において、ピストン上死点位置を変更することにより機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、吸気又は排気の弁のバルブリフト特性とを可変とする可変動弁機構とを併用する場合、ピストンと弁とが干渉することのないように、例えば機関圧縮比が高い場合にはバルブリフト量を減少するように制御することが記載されている。可変圧縮比機構と可変動弁機構とはそれぞれ別個のアクチュエータにより駆動され、各アクチュエータは機関運転状態に応じてそれぞれ独立して制御される。このため、例えば可変動弁機構の制御量を検出するセンサに異常を生じた場合などの制御系統の異常・故障時にも干渉を招くことがないように、十分な安全マージンを見込んでバルブリフト特性や機関圧縮比の制御範囲を設定する必要があり、制御範囲が大幅に制限され、あるいはピストン冠面に凹設されるバルブリセスを大きくする必要がある、などの問題がある。
【０００３】
ピストンと弁との干渉を確実に回避する手法として、特許文献２では、可変動弁機構と可変圧縮比機構とをリンク機構により機械的に連結している。この可変圧縮比機構は、アクチュエータにより駆動されるカムシャフトの回転位置に応じて、クランクケースとシリンダヘッドとを互いに相対移動させることで機関圧縮比を変更するものであり、上記のリンク機構は、クランクケースと可変動弁機構の制御ロッドとを連結している。この場合、制御系統の異常によるピストンと弁との干渉が生じる余地がなく、干渉を確実に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６３０９９号公報
【特許文献２】特開２００８−７５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２のように、クランクケースとシリンダヘッドとを互いに相対移動させることで機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構に可変動弁機構を機械的に連結し、可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて可変動弁機構を制御するものでは、機構自体が非常に大がかりとなる上、アクチュエータの負荷や消費電力も非常に大きなものとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ピストン上死点位置を変化させることで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気又は排気の弁のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構とを併用したレシプロ式内燃機関において、ピストンと弁との干渉を確実に回避するものである。
【０００７】
すなわち、本発明では、上記可変圧縮比機構と機械的に連結されるとともに、上記可変動弁機構と機械的に連結される一本の制御軸と、この制御軸の回転位置を変更及び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の変化に伴って、上記機関圧縮比が変化するとともに、上記バルブリフト特性が変化するように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ピストン上死点位置を変化させることで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気又は排気の弁のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構とを併用しつつ、両者を一本の制御軸に連結し、この制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比とバルブリフト特性の双方が変化するように構成したため、上記特許文献２のものに比してコンパクトな構成でありながら、機関圧縮比とバルブリフト特性とが個別に変化することがなく、制御系統の異常によるピストンと弁との干渉が生じる余地がないので、ピストンと弁との干渉を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係るレシプロ式内燃機関の概略構成を示す構成図。
【図２】上記第１実施例の圧縮比用制御リンクと動弁用制御リンクとを示す図。
【図３】制御軸角度に対するバルブ位置とピストン上死点位置との関係を示す説明図。
【図４】本発明の第２実施例に係る圧縮比用制御リンクと動弁用制御リンクとを示す図。
【図５】上記第２実施例の圧縮比側トルクと動弁側トルクとを示す図。
【図６】本発明の第３実施例に係る最高圧縮比の設定状態における圧縮比用制御リンクと動弁用制御リンクとを示す図。
【図７】上記第３実施例の最高圧縮比の設定状態における圧縮比側トルクと動弁側トルクとを示す図。
【図８】上記第３実施例に係る最低圧縮比の設定状態における圧縮比用制御リンクと動弁用制御リンクとを示す図。
【図９】上記第３実施例に係る最低圧縮比の設定状態おける圧縮比側トルクと動弁側トルクとを示す図。
【図１０】本発明の第４実施例に係るレシプロ式内燃機関の概略構成を示す構成図。
【図１１】上記第４実施例の圧縮比用制御リンクと動弁用制御リンクとを示す図。
【図１２】圧縮比用偏心軸部と動弁用偏心軸部とで直径や中心位置が異なる制御軸を示す図（Ａ）、及びこの制御軸に取り付けられる制御リンクを示す図（Ｂ）。
【図１３】本発明の第５実施例に係る圧縮比用偏心軸部と動弁用偏心軸部とで直径や中心位置が同一の制御軸を示す図（Ａ）、及びこの制御軸に取り付けられる制御リンクを示す図（Ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例に係るレシプロ式内燃機関の概略構成を示している。このレシプロ式内燃機関には、ピストン１の上死点位置を変化させることで、機関圧縮比を可変とする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１１と、吸気弁１６のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構１２と、が各気筒毎に設けられるとともに、複数の可変圧縮比機構１１と機械的に連結されるとともに、複数の可変動弁機構１２と機械的に連結される一本の制御軸１３と、この制御軸１３の回転位置を変更及び保持する一つのアクチュエータ１４すなわち電動モータと、が設けられている。そして、制御軸１３の回転位置の変化に伴って、機関圧縮比が変化するとともに、上記バルブリフト特性が変化するように構成されている。アクチュエータ１４の動作は、図示せぬ制御部により機関運転状態に応じて制御される。
【００１１】
可変圧縮比機構１１は、上記の特許文献１等にも記載のように複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであり、クランクシャフト６のクランクピン７に回転可能に取り付けられるロアリンク４と、このロアリンク４の一端とピストン１とを連結するアッパリンク３と、ロアリンク４の他端と制御軸１３とを連結する圧縮比用制御リンク９と、を有している。ピストン１はシリンダブロック２に形成されたシリンダ２Ａに往復動可能に嵌合している。ピストン１とアッパリンク３とはピストンピン１Ａにより相対回転可能に連結され、アッパリンク３とロアリンク４とは第１連結ピン５により相対回転可能に連結され、ロアリンク４と圧縮比用制御リンク９とは第２連結ピン１０により相対回転可能に連結されている。
【００１２】
制御軸１３はシリンダブロック２に回転可能に支持されており、この制御軸１３には、図２にも示すように、圧縮比用偏心軸部１５が設けられている。この圧縮比用偏心軸部１５は、制御軸１３に固定又は一体的に形成された円柱状をなしており、円形の外周面の中心１５Ａが制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心している。この圧縮比用偏心軸部１５に上記の圧縮比用制御リンク９の上端が回転可能に取り付けられている。
【００１３】
このような構成により、機関運転状態に応じて制御軸１３の回転位置が変化すると、制御軸１３の回転中心１３Ａに対して圧縮比用偏心軸部１５が移動し、圧縮比用制御リンク９を介してロアリンク４の運動拘束条件が変化して、ピストン上死点位置を含めたピストンストローク特性が変化することにより、機関圧縮比が変化する。また、図１に示すように、第１連結ピン５の軌跡Ａを縦長の楕円状の軌跡として、ピストンピンとクランクピンとを一本のリンクにより連結した単リンク式のピストン−クランク機構に比して、ピストンストローク特性を単振動に近い適切な特性とすることで、ピストン１に作用するスラスト−反スラスト方向の荷重を低減し、また圧縮上死点付近のピストン速度及びピストン加速度を抑制し、燃焼の安定化・高効率化を図ることができる。
【００１４】
次に、可変動弁機構１２は、ピストン１の上方に設けられた吸気弁１６と排気弁１７のうち、本実施例では吸気弁１６側に適用され、この吸気弁１６の作動角（開弁期間）とバルブリフト量の双方を同時かつ連続的に可変とするものである。なお、排気弁１７は、そのバルブリフト特性が変化することのない直動式の固定動弁となっており、排気カムシャフト１８に設けられた固定カム（図示省略）により開閉作動する。排気カムシャフト１８は、排気弁１７のバルブリフタ１７Ａの上方に配設され、スプロケットやチェーン（図示省略）を介してクランクシャフト６により回転駆動される。
【００１５】
可変動弁機構１２は、駆動軸２１に対して偏心して設けられた駆動偏心軸部２２と、この駆動偏心軸部２２に一端が相対回転可能に連結された第１動弁リンク２３と、一端が第１動弁リンク２３の他端に第３連結ピン２５により相対回転可能に連結された第２動弁リンク２４と、この第２動弁リンク２４の他端に第４連結ピン２７により相対回転可能に連結された揺動カム２６と、一端が第５連結ピン２９により第１動弁リンク２３と回転可能に連結され、他端が制御軸１３の動弁用偏心軸部３０に回転可能に取り付けられた動弁用制御リンク２８と、を有している。
【００１６】
駆動軸２１は、排気カムシャフト１８と同様、吸気弁１６のバルブリフタの上方に配置された直動式のレイアウトとなっており、スプロケットやチェーン（図示省略）を介してクランクシャフト６により回転駆動される。揺動カム２６は、駆動軸２１に回転可能に取り付けられ、吸気弁１６のバルブリフタ１６Ａを押し下げる適宜なカムプロフィールを有するカムノーズ２６Ａを有している。動弁用偏心軸部３０は、上記の圧縮比用偏心軸部１５と同様、制御軸１３に固定又は一体的に形成された円柱状をなしており、円形の外周面の中心３０Ａが制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心している。
【００１７】
このような構成により、クランクシャフト６の回転に連動して駆動軸２１が回転すると、駆動偏心軸部２２，第１動弁リンク２３及び第２動弁リンク２４を介して揺動カム２６が所定範囲内を往復回転移動つまり揺動して、吸気弁１６を開閉させる。また、機関運転状態に応じてアクチュエータ１４により制御軸１３の回転位置を変化させると、制御軸１３の回転中心に対して動弁用偏心軸部３０が移動し、動弁用制御リンク２８を介して第１動弁リンク２３の運動拘束条件が変化して、揺動カム２６の揺動角度範囲が変化し、吸気弁１６の作動角及びバルブリフト量の双方が連続的に拡大もしくは縮小する。
【００１８】
［１］このように本実施例では、ピストン上死点位置を変化させることで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構１１と、吸気弁１６のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構１２とを併用しつつ、両者１１，１２を共通の制御軸１３に機械的に連結し、この制御軸１３の回転位置をアクチュエータ１４により変更することで、機関圧縮比とバルブリフト特性の双方を変化させる構成としたために、比較的コンパクトな構造でありながら、機関圧縮比とバルブリフト特性とが個別に変化することがなく、制御系統の異常によるピストン１と吸気弁１６との干渉が生じる余地がないので、ピストン１と吸気弁１６との干渉を確実に回避することができる。
【００１９】
［２］図３は、制御軸１３の角度に対する吸気弁のバルブ位置（バルブリフト量）とピストン上死点位置とを示している。同図において、ピストン上死点位置は、ピストン上死点位置よりも下死点寄りの所定のピストン基準位置Ｙ０（図１参照）からピストン上死点位置までの距離で表される。また、バルブ位置は、最大リフト時における上記ピストン基準位置Ｙ０からの距離で表され、バルブリフト量が大きくなるほど、バルブ位置は低くなる。
【００２０】
同図に示すように、制御軸１３の回転位置にかかわらず、バルブ位置とピストン上死点位置との間にほぼ一定のマージン幅ΔＭを維持するように設定されている。すなわち、制御軸１３を時計回り方向（第１の回転方向）に回動することにより、ピストン上死点位置が低くなって機関圧縮比が低くなるとともに、バルブリフト量が大きくなってバルブ位置が低くなり、一方、制御軸１３を反時計方向（第２の回転方向）に回動することにより、ピストン上死点位置が高くなって機関圧縮比が高くなるとともに、バルブリフト量が小さくなってバルブ位置が高くなる。
【００２１】
例えば低速・低負荷側では、高圧縮比・低バルブリフトの設定を用いることで、高圧縮比化による熱効率向上により燃費性能の向上を図りつつ、低バルブリフト（小作動角）化により吸入空気量を制限することで、吸気通路に設けられたスロットルにより吸入空気量を絞る場合に比してスロットル損失を抑制・解消することができる。また、高速・高負荷側では、低圧縮比・高バルブリフトの設定を用いることで、低圧縮比化によりノッキングの発生を抑制・回避しつつ、高バルブリフト（大作動角）化により負荷の増加に伴って増大する吸入空気量を確保することができる。
【００２２】
このように、制御軸１３の回転位置にかかわらず、バルブ位置とピストン上死点位置との間にほぼ一定のマージン幅ΔＭを維持することで、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避しつつ、機関運転状態に応じた適切なバルブリフト特性及び機関圧縮比の設定を実現することができる。
【００２３】
［３］図２を参照して、可変圧縮比機構１１においては、ピストン１には下向きに非常に大きな燃焼圧が作用することから、この燃焼圧に起因して、アッパリンク３を介してロアリンク４に図２の反時計方向のトルクが作用し、圧縮比用制御リンク９から制御軸１３へ上向きの圧縮比側荷重Ｆｖｃｒが圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａに作用する。一方、可変動弁機構１２においては、バルブリフト時に吸気弁１６側からバルブスプリングによる動弁反力が作用し、この動弁反力に起因して、揺動カム２６には反時計周りのトルクが作用し、第２動弁リンク２４及び第１動弁リンク２３を介して、動弁用制御リンク２８から制御軸１３に上方向の動弁側荷重Ｆｖｅｌが動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａに作用する。
【００２４】
このように双方の荷重Ｆｖｃｒ，Ｆｖｅｌが同じ方向に作用する場合、つまり両荷重Ｆｖｃｒ，Ｆｖｅｌのなす角度が９０度未満である場合には、制御軸１３の回転中心１３Ａを挟んで圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａと動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａとが異なる側に位置するように設定する。つまり、制御軸１３の回転中心１３Ａから圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａへ向かう方向と、制御軸１３の回転中心１３Ａから動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａへ向かう方向と、のなす角度が９０度を超えるように設定する。これにより、可変圧縮比機構１１から制御軸１３に作用する圧縮比側トルクＴｖｃｒと、可変動弁機構１２から制御軸１３に作用する動弁側トルクＴｖｅｌと、が互いに逆方向となり、両トルクを互いに相殺させることができる。従って、アクチュエータ１４により制御軸１３を駆動するときの駆動トルクや、制御軸１３を所定位置に保持するための保持トルクを低減して、アクチュエータ１４の消費エネルギー（消費電力）を抑制し、また、アクチュエータ１４の小型化や軽量化を図ることができる。
【００２５】
［４］構造的には、可変圧縮比機構１１が、制御軸１３に設けられ、その外形円が制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心する圧縮比用偏心軸部１５を有し、この圧縮比用偏心軸部１５に回転可能に連結された圧縮比用制御リンク９を含むリンク列によって、上記ピストン１と連結されている。同様に、可変動弁機構１２が、制御軸１３に設けられ、その外形円が制御軸１３の回転中心１３Ａに対して偏心する動弁用偏心軸部３０を有し、この動弁用偏心軸部３０に回転可能に連結された動弁用制御リンク２８を含むリンク列によって、吸気弁１６を開閉作動させる弁作動部材としての揺動カム２６と連結されている。
【００２６】
従って、制御軸１３を回動することによって、それぞれの偏心軸部１５，３０を介して可変動弁機構１２によるバルブリフト特性及び可変圧縮比機構１１による機関圧縮比をそれぞれ連続的に変化させることが可能となり、また、個々の偏心軸部１５，３０の偏心方向や偏心量を適切に設定することで、上記［３］及び下記の［５］〜［１０］に示すように、制御軸１３に作用するトルクや荷重を軽減し、アクチュエータ１５の小型化・軽量化や消費エネルギーの低減化を図ることが可能となる。
【００２７】
［５］一般的に、主に燃焼圧により可変圧縮比機構１１側より作用する圧縮比側荷重Ｆｖｃｒは、主に動弁反力に起因して可変動弁機構１２側より作用する動弁側荷重Ｆｖｅｌよりも大きい。従って、図４及び図５に示す第２実施例においては、制御軸１３の回転中心１３Ａに対する動弁用偏心軸部３０の偏心量ΔＨｖｅｌを、制御軸１３の回転中心１３Ａに対する圧縮比用偏心軸部１５の偏心量ΔＨｖｃｒより大きくしている。ここで、『偏心量』は、制御軸の回転中心１３Ａからそれぞれの偏心軸部の中心１５Ａ，３０Ａまでの距離である。このように動弁用偏心軸部３０の偏心量ΔＨｖｅｌを相対的に大きくすることで、荷重の小さい動弁側トルクのトルク腕長さを長くすることができ、これによって、動弁側トルクＴｖｅｌと圧縮比側トルクＴｖｃｒとの差を小さくして、制御軸１３に作用するトルクを更に効果的に相殺・低減することができる。
【００２８】
［６］図６及び図７は第３実施例を示している。低速・低負荷域で使用される最高圧縮比・最小作動角の設定状態、つまり制御軸１３を最も高圧縮比・小作動角側に回動させた状態では、動弁用偏心軸部の中心３０Ａと第５連結ピン２９の中心とを結ぶ動弁用制御リンク２８のリンク中心線２８Ａと、制御軸の回転中心１３Ａと動弁用偏心軸部の中心３０Ａとを結ぶ線と、のなす角度θｖｅｌが、圧縮比用偏心軸部１５Ａと連結ピン１０とを結ぶ圧縮比用制御リンク９のリンク中心線９Ａと、圧縮比用偏心軸部の中心１５Ａと制御軸１３の回転中心１３Ａとを結ぶ線と、のなす角度θｖｃｒよりも９０度に近くなるように設定されている。
【００２９】
偏心量に対して実質的なトルクの腕長さとなる割合は、上記の角度θｖｅｌ，ｖｃｒが９０度のときに最も大きくなることから、圧縮比側の角度θｖｃｒに比して動弁側の角度θｖｅｌを９０度に近づけることで、実質的なトルク腕長さを長くして、動弁側荷重Ｆｖｅｌの小さい動弁側トルクＴｖｅｌを高めることで、両トルクＴｖｅｌ，Ｔｖｃｒの差を小さくすることが可能である。従って、アイドルや低速・低負荷域等の頻繁に用いられる最高圧縮比・最小作動角の設定状態で、制御軸１３の保持トルクを軽減し、最高圧縮比・最小作動角の設定状態での保持トルクの低減により、アクチュエータ１４の消費電力を低減し、燃費向上を図ることができる。
【００３０】
特に、図７に示すように、圧縮比側の角度θｖｃｒを、０度又は１８０度の近傍（例えば、±１０度）とすることによって、大きな圧縮比側荷重Ｆｖｃｒによる圧縮比側トルクＴｖｃｒを大幅に低減することが可能となる。
【００３１】
［７］同様に、高速・高負荷域で用いられる最小圧縮比・最大作動角の設定状態、つまり制御軸１３を最も低圧縮比・大作動角側に回動させた状態では、図８及び図９に示すように、動弁用偏心軸部の中心１５Ａと連結ピン１０中心とを結ぶ動弁用制御リンク２８のリンク中心線２８Ａと、制御軸の回転中心１３Ａと動弁用偏心軸部の中心３０Ａとを結ぶ線と、のなす角度θｖｅｌが、圧縮比用偏心軸部３０Ａと第５連結ピン２９とを結ぶ圧縮比用制御リンク９のリンク中心線９Ａと、圧縮比用偏心軸部の中心３０Ａと制御軸の回転中心１３Ａとを結ぶ線と、のなす角度θｖｃｒよりも９０度に近くなるように設定されている。これによって、燃焼圧が最も大きくなる高速・高負荷域での最小圧縮比・最大作動角の設定状態においても、上記［６］と同様、荷重の小さい動弁側の実質的なトルク腕長さを大きくして、荷重Ｆｖｅｌの小さい動弁側トルクＴｖｅｌを高めることで、制御軸１３に作用する２つのトルクＴｖｅｌ，Ｔｖｃｒの差を小さくして、制御軸１３の保持トルクを軽減することができる。
【００３２】
［８］図１０及び図１１に示す第４実施例では、動弁反力により可変動弁機構１２側から制御軸１３へ作用する動弁側荷重Ｆｖｅｌと、燃焼圧により可変圧縮比機構１１側から制御軸１３へ作用する圧縮比側荷重Ｆｖｃｒと、がを互いに逆方向に作用するように設定されている。つまり、両荷重Ｆｖｃｒ，Ｆｖｅｌのなす角度が９０度を超えるように設定している。これにより、両荷重Ｆｖｅｌ，Ｆｖｃｒを互いに相殺させることができ、制御軸１３に作用する荷重の偏りや応力集中を抑制・緩和し、制御軸駆動時のフリクションを低減することができ、また、例えば制御軸の軸受幅を低減することができる。
【００３３】
具体的には、図１に示す第１実施例に対して、揺動カム２６の揺動方向を反転させている。これによって、可変動弁機構１２においては、バルブリフト時に吸気弁１６側からバルブスプリングによる動弁反力が作用し、この動弁反力に起因して、揺動カム２６には時計周り方向のトルクが作用し、第２動弁リンク２４及び第１動弁リンク２３を介して、動弁用制御リンク２８から制御軸１３に下方向の荷重Ｆｖｅｌが動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａに作用することとなる。一方、可変圧縮比機構１１においては、上記第１実施例と同様、燃焼圧がピストン１に下向きに作用し、この燃焼圧に起因して、アッパリンク３を介してロアリンク４に反時計方向のトルクが作用し、圧縮比用制御リンク９から制御軸１３へ上向きの荷重Ｆｖｃｒが圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａに作用する。従って、両者の荷重Ｆｖｃｒ，Ｆｖｅｌの方向が互いに逆向きとなる。
【００３４】
この第２実施例のように、双方の荷重Ｆｖｃｒ，Ｆｖｅｌが互いに逆方向に作用する場合には、制御軸１３の回転中心１３Ａに対して圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａと動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａとを同方向に配置する。つまり制御軸１３の回転中心１３Ａから圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａに向かう方向と、制御軸１３の回転中心１３Ａから動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａへ向かう方向と、のなす角度を９０度未満とする。これにより、上記第１実施例と同様、可変圧縮比機構１１から制御軸１３に作用する圧縮比側トルクＴｖｃｒと、可変動弁機構１２から制御軸１３に作用する動弁側トルクＴｖｅｌと、を互いに逆方向に作用させて、互いに相殺させることができる。
【００３５】
［９］図１２を参照して、制御軸１３には、シリンダブロック２に回転可能に支持されるジャーナル部３１の他、複数の気筒に対応して複数の圧縮比用偏心軸部１５と動弁用偏心軸部３０とが設けられている。このため、両者１５，３０の偏心量や直径が異なる場合、一方の制御リンク、この例では直径の小さい圧縮比用偏心軸部１５に嵌合する圧縮比用制御リンク９を制御軸１３の軸方向一端から挿入することができない。従って、例えば図１２（Ｂ）に示すように、この制御リンク９を、偏心軸部１５が嵌合する軸受孔３５の直径に沿って２つの分割体３２，３３に二分割し、偏心軸部１５を挟んで両分割体３２，３３をボルト３４により締結する構造とする必要があり、組立工数が増加するとともに、部品点数の増加，大型化，重量増加等を招いてしまう。
【００３６】
そこで、図１３に示す第５実施例では、動弁用偏心軸部３０と圧縮比用偏心軸部１５の直径を同一としている。これによって、動弁用偏心軸部３０に取り付けられる動弁用制御リンク２８と圧縮比用偏心軸部１５に取り付けられる圧縮比用制御リンク９の双方を、制御軸１３の軸方向一端より挿入して組み付けることが可能となる。従って、図１３（Ｂ）に示すように、双方の制御リンク９，２８を、偏心軸部１５，３０が回転可能に嵌合する軸受孔３５が一体的に貫通形成された簡素な形状とすることが可能となり、図１２（Ｂ）に示すような分割構造とする場合に比して、組立工数が軽減し、また、部品点数の低下，小型化，軽量化を図ることができる。
【００３７】
［１０］加えて、この第５実施例においては、圧縮比用偏心軸部１５の中心１５Ａと動弁用偏心軸部３０の中心３０Ａとが制御軸１３と平行な同一線上に設定されている。つまり制御軸１３の軸方向視で両偏心軸部の中心１５Ａ，３０Ａが同一位置に設定されている。これにより、制御リンク９，２８を制御軸１３の軸方向一端側より挿入する場合に、他の偏心軸部１５，３０を乗り越える際にその都度径方向に移動させる必要がなく、その組み込み作業が容易なものとなる。また、仮に両偏心軸部１５，３０の中心が異なる位置に設定されていると、制御リンク９，２８を制御軸１３に挿入する場合に、他の偏心軸部１５，３０を乗り越えることができるように、隣り合う偏心軸部間の距離を、少なくとも各偏心軸部の幅以上に確保しなければならないものの、本実施例のように制御軸１３の軸方向視で両偏心軸部の中心１５Ａ，３０Ａを同一位置に設定することで、隣り合う圧縮比用偏心軸部１５と動弁用偏心軸部３０とを十分に近づけて配置することが可能となり、軸方向寸法の短縮化・コンパクト化を図ることができる。
【００３８】
［１１］また、図１や図１０にも示すように、制御軸１３は、クランクシャフト６より上方であって、かつ、吸気弁１６の上方に配置された駆動軸２１よりも下方に配置されている。このようにクランクシャフト６と駆動軸２１の中間に制御軸１３を配置することで、この制御軸１３に連結する可変圧縮比機構１１や可変動弁機構１２の各リンク部品がクランクシャフト６の下方や駆動軸２１の上方に大きく張り出すことを抑制して、機関全高の増加を抑制することができ、かつ、制御軸１３に連結する制御リンク９，２８のリンク長さを抑制でき、つまり一方のリンクが過度に長くなることがなく、可変圧縮比機構１１や可変動弁機構１２を全体として小型化・軽量化することができる。
【００３９】
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、上記実施例では吸気弁側に可変動弁機構を適用しているが、排気弁側に可変動弁機構を適用したものに本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ピストン
２…シリンダブロック
９…圧縮比用制御リンク
１１…可変圧縮比機構
１２…可変動弁機構
１３…制御軸
１４…アクチュエータ
１５…圧縮比用偏心軸部
１６…吸気弁
１７…排気弁
２８…動弁用偏心軸部
３０…動弁用制御リンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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