(57)【要約】    【課題】ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減すべく改善されたストローク特性可変エンジンを提供する。    【解決手段】ピストン３とクランクシャフト６との間を第１及び第２のリンク４・５で連結すると共に第２リンク運動拘束状態を変化させることでピストンストロークが変化するようにしたストローク特性可変エンジンにおいて、最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での第1リンクと第２リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第１リンクと第２リンクとの連結中心とを、ピストンピン１０の運動中心軸線を挟む両側に位置させるものとする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとクランクシャフトとの間を連結する第１及び第２のリンクと、前記第２リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段とを有するストローク特性可変エンジンであって、
最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での前記第1リンクと前記第２リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での前記第１リンクと前記第２リンクとの連結中心とを、前記クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線を挟む両側に位置させたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
【請求項２】
前記ピストンピンの運動中心軸線と、上死点での前記第１リンクと前記第２リンクとの連結中心との、前記ピストンピンの運動中心軸線と直交する方向についての間隔が、前記最高圧縮比状態または最小排気量状態の時の方が小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項３】
ピストンとクランクシャフトとの間を連結する第１及び第２のリンクと、前記第２リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段とを有するストローク特性可変エンジンであって、
最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での前記第１リンクと前記第２リンクとの連結中心が、前記クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線上に位置するようにしたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストローク特性可変エンジンに関し、特に、ピストンの摺動抵抗損失を低減することのできるストローク特性可変エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピストン（９）とクランクピン（５）との間をアッパーリンク（３）（第１リンク）及びロアーリンク（４）（第２リンク）で連結すると共に、ロアーリンクとエンジン本体に支持された偏心カム（８）とをコントロールリンク（７）で連結し、偏心カムを回動させることでロアーリンクの運動拘束状態を変化させることにより、ピストンストロークを連続的に変化させることができるように構成したストローク特性可変エンジンが知られている（特許文献１を参照されたい）。
【特許文献１】特開２００２−２１５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、文献１に記載の構成によると、ピストンピンの運動中心軸線（シリンダ中心軸線）とアッパーリンクとのなす角度をφとすると、上死点からピストン速度が最大となるまでの間にφが零となり，また（燃焼荷重）×（ピストン速度）が最大となる点で、φの絶対値が上死点の時よりも小さくなるように、リンクジオメトリ（リンクの幾何学的関係）が設定されている。
【０００４】
確かに、ピストンとシリンダとの間の摺動抵抗損失の低減を考える場合、潤滑を含めたピストンとシリンダとの間の摩擦係数がクランクシャフトの全回転範囲で一定であるならば、シリンダ中心軸線上でのピストン荷重が最大となる膨張行程中にシリンダ中心軸線とアッパーリンクとのなす角度が最小となることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、ピストンとシリンダとの間の摩擦係数は、温度や潤滑状況（オイルリングの上下摺動）によってクランク回転角度の変化に連れて変化する上、シリンダ中心軸線とアッパーリンクとのなす角度が大きくなるに連れてピストンに作用するシリンダ中心軸線に直交する向きの分力が大きくなるので、ピストン荷重のみに比例してピストンとシリンダとの間の摩擦係数や摺動抵抗損失が大きくなるわけではない。
【０００６】
しかも上死点からピストン速度が最大となるまでの間でφが小さくなるように設定すると、必然的にアッパーリンクの最大傾斜角度φmax（絶対値、以下同）が増大してしまうため、そこでの摺動抵抗損失が増大してしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減すべく改善されたストローク特性可変エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明の請求項１は、ピストン３とクランクシャフト６との間を連結する第１及び第２のリンク４・５と、第２リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段（コントロールリンク１２、エキセントリックシャフト１３）とを有するストローク特性可変エンジンにおいて、最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での第1リンクと第２リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第１リンクと第２リンクとの連結中心とを、クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピン１０の運動中心軸線を挟む両側に位置させるものとした。
特に、上記構成のエンジンにおいて、ピストンピンの運動中心軸線と、上死点での第１リンクと第２リンクとの連結中心との、ピストンピンの運動中心軸線と直交する方向についての間隔を、最高圧縮比状態または最小圧縮比状態の時の方が小さくなるようにすると良い（請求項２）。
また本発明の請求項３は、ピストンとクランクシャフトとの間を連結する第１及び第２のリンクと、第２リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段とを有するストローク特性可変エンジンにおいて、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第１リンクと第２リンクとの連結中心を、クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線上に位置させるものとした。
【発明の効果】
【０００９】
このような本発明の請求項１の構成によれば、ピストンピンの運動中心軸線（ｙ軸）と第１リンクとのなす角度φをピストンの往復運動の全域において低減させることができ、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減することができる。また請求項２によれば、省燃費モードである最高圧縮比状態に近い位置で、ピストンピンの運動中心軸線と第１リンクとのなす角度φが最小となるので、燃費向上に寄与し得る。さらに請求項３によれば、ピストンピンの運動中心軸線と第１リンクとのなす角度φが実質的にゼロとなるので、燃費向上に大幅に寄与し得る。
特に、可変排気量工ンジンの場合、ピストンピンの運動中心軸線と第１リンクとのなす角度φが大きくなりがちなので、本発明を適用すれば、最大傾斜角度φmaxを比較的小さく抑えられるので、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の大幅な低減に寄与し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図４は、本発明が適用されたストローク特性可変エンジンの一例としての可変圧縮比／排気量エンジンのシリンダヘッドから上方を省略して示す概略構成図である。このエンジン１のシリンダ２に摺合したピストン３は、第１リンク４及び第２リンク５の２つのリンクを介してクランクシャフト６に連結されている。なお、シリンダヘッドに設けられる動弁機構や吸気系および排気系については、在来の４サイクルエンジンと何ら変わるところはない。
【００１２】
クランクシャフト６は、基本的に通常の固定圧縮比エンジンと同様の構成であり、クランクケース７内に支持されたクランクジャーナル８（クランクシャフトの回転中心）から偏心したクランクピン９を備えており、シーソー式に揺動する第２リンク５の中間部がクランクピン９に支持されている。そして第２リンク５の一端５ａに、ピストンピン１０に小端部４ａが連結された第１リンク４の大端部４ｂが連結されている。なお、クランクシャフト６には、主としてピストン運動の回転１次振動成分を低減するためのカウンタウェイトが設けられているが、これも在来のレシプロエンジンと同様なので省略する。
【００１３】
第２リンク５の他端５ｂには、通常のエンジンにおけるピストンとクランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと同一構成のコントロールリンク１２の小端部１２ａがピン結合されている。そしてコントロールリンク１２の大端部１２ｂは、クランクケース７に回動自在に支持され且つクランクシャフト６と平行に延設されたエキセントリックシャフト１３の偏心部１３ａに、２つ割りの軸受け孔１４をもって連結されている。
【００１４】
エキセントリックシャフト１３は、コントロールリンク１２の大端部１２ｂをクランクケース７内で所定範囲（本実施例においては約９０度）を移動可能に支持しており、例えばクランクケース７の外方へ突出した軸端に設けられた適宜な回動アクチュエータ（図示せず）により、エンジン１の運転状態に応じてその回動角が連続的に変化させられ、且つ任意の角度で保持されるようになっている。
【００１５】
このエンジン１によると、エキセントリックシャフト１３を回動駆動することにより、コントロールリンク１２の大端部１２ｂの位置が、図１、２に示した位置（水平方向内向き／低圧縮比状態または大排気量状態）と図３、４に示した位置（垂直方向下向き／高圧縮比状態または小排気量状態）との間で変化し、クランクシャフト６の回転に伴う第２リンク５の運動拘束状態、即ち揺動角度が変化する。これにより、ピストン３とクランクシャフト６とを連結するコネクティングロッドの見かけ上の長さが、ピストン３の運動に応じて連続的に変化するかのような作用を発揮し、且つエキセントリックシャフト１３から与えられる回動駆動力によってコントロールリンク１２のクランクケース７に対する支持端の位置を変化させることにより、圧縮比または排気量を任意に変化させることができる。
【００１６】
つまり、第１、第２リンク４・５、コントロールリンク１２、及びエキセントリックシャフト１３によってピストンストローク特性可変機構が構成され、これらにより、圧縮比または排気量を連続的に変化させるストローク特性可変機能がもたらされる。
【００１７】
このようにして、シリンダ２内でのピストン３のストローク範囲、即ち、ピストン３の上死点位置及び下死点位置が、図２に符号Ａで示す範囲と図４に符号Ｂで示す範囲との間で連続的に変化することとなる。
【００１８】
上記構成のストローク特性可変エンジンにおいては、図５に示すように、第１リンク４と第２リンク５との連結部中心点をＤとし、ピストンピン１０の運動中心軸線（シリンダ中心軸線）をｙ軸とし、ｙ軸並びにクランクジャーナル８の中心軸線に直交する軸をｘ軸とし、Ｄ点の上死点でのｘ座標をＤｘ＿ＴＤＣとした時に、圧縮比または排気量の変化に連れてＤ点の軌跡が変化するので、最高圧縮比状態または最小排気量状態でのＤｘｈ＿ＴＤＣと最低圧縮比状態または最大排気量状態でのＤｘｌ＿ＴＤＣとを、これらの間にｙ軸を挟むようにリンクジオメトリを設定するものとした。これにより、第１リンク４のｙ軸に対する最大傾斜角度φmaxを小さくし、且つ圧縮比または排気量を変化させても常に上死点付近でφが最小となるようにすることができる。即ち、本発明により、圧縮比または排気量の全可変範囲において、クランクシャフト６の全回転範囲に渡って第１リンク４のｙ軸に対する最大傾斜角度φmaxが低減され、ピストンピン１０に作用するピストン３のラジアル方向の分力が低減されるので、シリンダ２とピストン３との間の摩擦係数や摺動抵抗損失の平均値を低減し、エンジンの効率を高めることができる。
【００１９】
特に、上死点での第１リンク４と第２リンク５との連結中心（Ｄｘ＿ＴＤＣ）とピストンピン１０の運動中心軸線（ｙ軸）とのｘ軸方向についての間隔を、最高圧縮比状態または最小排気量状態時の間隔ＥＤｈの方が、最低圧縮比状態または最大排気量状態時の間隔ＥＤｌよりも小さくなるようにリンクジオメトリを設定すると良い。これにより、省燃費モードである最大圧縮比状態に近い位置で、ピストンピン１０の運動中心軸線（ｙ軸）と第１リンク４とのなす角度φが最小となるので、燃費向上に寄与し得る。
【００２０】
さらに、このＥＤｈの値がゼロ、即ちピストンピン１０の運動中心軸線（ｙ軸）上に最高圧縮比状態または最小排気量状態時の上死点での第１リンク４と第２リンク５との連結中心（Ｄｘｈ＿ＴＤＣ）を置くようにリンクジオメトリを設定すると良い。これにより、ピストンピン１０の運動中心軸線（ｙ軸）と第１リンク４とのなす角度φが実質的にゼロとなるので、燃費向上に大幅に寄与し得る。
【００２１】
上記の実施形態においては、コントロールリンク１２のエンジン側連結部である大端部１２ｂを移動させるための駆動力を、偏心部１３aを備えたエキセントリックシャフト１３を回動させて与えるものとしたが、これはコントロールリンク１２のエンジン側連結部の位置を変化させることができさえすれば、他の手段、例えば油圧シリンダなどで直線的に移動させるもの等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用されたエンジンの最低圧縮比状態または最大排気量状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。
【図２】本発明が適用されたエンジンの最低圧縮比状態または最大排気量状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。
【図３】本発明が適用されたエンジンの最高圧縮比状態または最小排気量状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。
【図４】本発明が適用されたエンジンの最高圧縮比状態または最小排気量状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。
【図５】各リンクの運動の説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
３  ピストン
４  第１リンク
５  第２リンク
６  クランクシャフト
１０  ピストンピン
１２  コントロールリンク
１３  エキセントリックシャフト
【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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