(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構のコントロールリンクから入力される交番トルクによるセンサの早期劣化や損傷を回避する。【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、制御軸１８の端部に、偏心した真円形の円筒状をなすセンサ用偏心部２２を形成し、その外周面２２ａに対向してギャップセンサ２５を配置する。制御軸１８の回転角度位置に応じて両者間の距離が変化するので、制御軸１８の回転角度位置ひいては圧縮比が検出される。非接触であるため、制御軸１８が受ける交番トルクによるセンサの劣化や損傷がない。制御軸１８の回転角度と圧縮比との間の非線形性を相殺するように設定でき、検出距離と圧縮比との関係を線形に近づけることができる。【選択図】図２
2010180807.tif 000002
【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、アクチュエータによる上記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内燃機関の可変圧縮比装置において、
上記制御軸の外周面に向かって設けられ、距離に応じた信号を出力する非接触式ギャップセンサと、このギャップセンサに対応して制御軸の外周面に設けられ、該制御軸の回転位置に応じて上記ギャップセンサとの間の距離が変化するように形成された被検出部と、を備えたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項２】
上記被検出部は、上記制御軸に偏心して設けられた円筒面からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項３】
上記被検出部は、上記偏心軸の外周面の一部からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項４】
上記制御軸と上記アクチュエータとの間に断続装置が介在し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可変圧縮比装置。
【請求項５】
上記ギャップセンサは、上記コントロールリンクから上記制御軸に加わる荷重の方向に沿って上記被検出部との間の距離を測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項６】
上記制御軸が最高圧縮比位置にあるときに上記コントロールリンクから上記制御軸に加わる荷重の方向に沿っていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項７】
上記制御軸の回転角度と圧縮比とが非線形の関係を有するとともに、この非線形性を相殺するように上記制御軸の回転角度と上記距離とが非線形の関係を有し、この距離と上記圧縮比とが相対的に線形に近い関係を有す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可変圧縮比装置に関し、特に、その制御位置を検出するためのセンサ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、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や油圧機構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】
そして、特許文献２は、圧縮比に相関する制御軸の回転位置を検出するために、油圧アクチュエータに機械的に連係した位置センサを設けた構成となっている。
【０００４】
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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１５９２号公報
【特許文献２】特開２００５−７６５５５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】
【０００６】
複リンク式ピストン−クランク機構の一部となるコントロールリンクには燃焼荷重やピストンの慣性荷重が作用し、コントロールリンクを支持する制御軸には、これが一般に交番トルクとなって作用する。従って、制御軸の回転角度を検出するためのセンサを該制御軸やアクチュエータに直接に接続した構成では、このセンサが振動入力を受け、早期の劣化や損傷が生じやすい。特に、特許文献３のようにアクチュエータと制御軸との間の駆動力伝達系に何らかの断続機構を介在させた場合に、断続に伴う衝撃がセンサに作用し、好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、アクチュエータによる上記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内燃機関の可変圧縮比装置を前提としている。そして、上記制御軸の外周面に向かって設けられ、距離に応じた信号を出力する非接触式ギャップセンサと、このギャップセンサに対応して制御軸の外周面に設けられ、該制御軸の回転位置に応じて上記ギャップセンサとの間の距離が変化するように形成された被検出部と、を備えている。従って、上記の非接触式ギャップセンサの出力信号によって、制御軸の回転角度位置ひいては可変圧縮比装置における実際の圧縮比が示される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、非接触式ギャップセンサを利用して制御軸の回転角度位置が非接触に検出されるので、制御軸にコントロールリンクから作用する交番トルクによる力をセンサが受けることがなく、早期の劣化や損傷の虞がない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】その要部を示す斜視図。
【図３】制御軸に作用する荷重の方向の説明図。
【図４】最高圧縮比位置における荷重の方向とギャップセンサの測定方向との関係を示す説明図。
【図５】制御軸の回転角度位置と圧縮比および距離との関係を対比して示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明のセンサ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。
【００１１】
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。
【００１２】
従って、圧縮比の変更のために、図示しないアクチュエータにより制御軸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。
【００１３】
上記アクチュエータとしては、電動モータや油圧モータ、油圧シリンダなど適宜な形式のものを用いることができ、減速機構を介して駆動する構成であってもよい。また、例えば加速時の急速な低圧縮比化やアクチュエータ異常時のフェールセーフなどのために、アクチュエータと制御軸１８との間の動力伝達系にクラッチ等の断続装置を介在させた構成とすることもできる。
【００１４】
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。
【００１５】
図２は、この発明の要部であるセンサ機構の構成を示しており、制御軸１８には、前述したように各気筒毎に短い円筒状の偏心軸１９が設けられている。偏心軸１９の前後両側には、ジャーナル部２１が設けられ、このジャーナル部２１が、前述したように、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。なお、図２では、制御軸１８の長さの一部を省略して示しており、実際には、気筒数に応じた数の偏心軸１９およびジャーナル部２１を備えている。
【００１６】
そして、上記の偏心軸１９とは別に、制御軸１８の例えば前端部に、被検出部となるセンサ用偏心部２２が設けられている。このセンサ用偏心部２２は、外周面２２ａが真円形の円筒面をなし、かつその中心が制御軸１８の軸中心から偏心している。このセンサ用偏心部２２の外形輪郭は、コントロールリンク１５が連結される偏心軸１９の形状と無関係に設定することができるが、一つの実施例では、制御軸１８全体の加工性を考慮して、センサ用偏心部２２の外形輪郭が偏心軸１９と同一の形状に形成されている。なお、いずれかの偏心軸１９の軸方向寸法を多少拡大して、偏心軸１９そのものの外周面を被検出部として利用することもできる。
【００１７】
また、このセンサ用偏心部２２の外周面２２ａに向かって、公知の非接触式ギャップセンサ２５が配置されている。このギャップセンサ２５は、矢印Ｚに示す検出方向を有し、この検出方向Ｚに沿ったセンサ用偏心部２２外周面２２ａとの間の距離に応じて、出力信号が得られる。上記検出方向Ｚは、基本的に、制御軸１８の中心を通る平面に対し垂直である。
【００１８】
上記構成では、制御軸１８が回転すると、センサ用偏心部２２の外周面２２ａとギャップセンサ２５との間の距離（隙間）が変化し、この検出距離によって制御軸１８の回転角度位置ないし圧縮比が求められる。
【００１９】
なお、図示例の制御軸１８は、制御軸１８の径に対する偏心軸１９の偏心量が比較的小さいが、制御軸１８全体をクランクシャフト状に形成して偏心軸１９の偏心量を大きく確保した構成においても、同様のセンサ機構を適用することが可能である。
【００２０】
図３は、図１の複リンク式ピストン−クランク機構をいわゆるスケルトン図として示したものであって、この図から容易に理解できるように、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。なお、スケルトン図の実線は、最高圧縮比位置に対応し、スケルトン図の破線は、最低圧縮比位置に対応する。つまり、制御軸１８には、基本的にコントロールリンク１５に沿った方向に燃焼荷重Ｆが作用する。
【００２１】
従って、ギャップセンサ２５の配置としては、その検出方向Ｚが上記のコントロールリンク１５に沿った方向となるように配置することが望ましい。制御軸１８のジャーナル部２１とこれを支持する軸受面との間には潤滑油膜形成のための微小間隙が存在するが、燃焼荷重Ｆが作用した状態では、この微小間隙が最小となり、従って、この微小間隙による誤差を排除して制御軸１８の回転角度位置をより高精度に検出できる。
【００２２】
より望ましくは、図４に示すように、制御軸１８が最高圧縮比位置にあるときに、偏心軸１９（図にはその中心点を示す）に作用する荷重Ｆの方向に、上記検出方向Ｚが合致するようにギャップセンサ２５が配置されている。最高圧縮比のときには、ノッキングなどの異常燃焼回避のために、より精度の高い圧縮比制御が要求されるが、図４のように、この最高圧縮比位置に対応して検出方向Ｚを設定することで、高い検出精度が得られる。
【００２３】
なお、図４の矢印Ｚは、制御軸１８の下方にギャップセンサ２５を配置する例を示しているが、これと１８０°反対となるように、制御軸１８の上方にギャップセンサ２５を配置することも可能である。また、図では、最高圧縮比位置のときに偏心軸１９が制御軸１８の図左側に位置し、従って、燃焼荷重Ｆにより図４の矢印Ｔで示す時計回り方向にトルクが作用するが、最高圧縮比位置のときの偏心軸１９の位置を制御軸１８の図右側とし、燃焼荷重Ｆが反時計回り方向へのトルクとなるように構成することも可能である。
【００２４】
次に、図５は、制御軸１８の回転角度位置と圧縮比等との関係を示したものであり、上記の複リンク式可変圧縮比機構においては、制御軸１８の回転角度と最終的な圧縮比の値とが線形な関係とはならない。両者の関係は、リンク機構の設定によって種々変化するが、図の一つの例では、実線ａで示すように、低圧縮比側の領域では制御軸１８の単位角度当たりの圧縮比変化量が小さく、高圧縮比側の領域では制御軸１８の単位角度当たりの圧縮比変化量が大きな非線形の特性となっている。つまり、この例では、高圧縮比側の圧縮比変化が急峻であり、その制御性が問題となる。
【００２５】
このような可変圧縮比機構の特性に対し、一つの例のセンサ機構では、実線ｂとして示すように、制御軸１８の回転角度とギャップセンサ２５により検出される距離（隙間）との相関関係が、低圧縮比側の領域（図右側の領域）では、制御軸１８の単位角度当たりの距離変化が小さく、高圧縮比側の領域（図左側の領域）では、制御軸１８の単位角度当たりの距離変化が大きくなる非線形の特性となっている。従って、検出距離に対する圧縮比の特性としては、破線ｃとして模式的に示すように、より線形に近い特性となる。なお、破線ｃは、図５の横軸を検出距離に置き換えたときの圧縮比との関係に相当する。
【００２６】
ギャップセンサ２５に対向する被検出部の輪郭形状としては、所望の特性に応じた任意の形状を選択できるので、上記のような非線形特性の補正は容易に実現できる。なお、図２に例示したような単純な偏心した円筒面であっても、その位置関係を適切に選択することで、制御軸１８角度と圧縮比との間の非線形性に比較して検出距離と圧縮比との関係をより線形に近づけることが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
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…コントロールシャフト
１８…制御軸
１９…偏心軸
２２…センサ用偏心部
２５…ギャップセンサ
【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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