(57)【要約】【課題】アクチュエータ機構への反力荷重入力の抑制に好適な内燃機関の可変圧縮比調整装置を提供する。【解決手段】制御軸１２の回転角度位置に応じて制御軸１２に設けた偏心カム部１２Ａの位置を変化させることにより複リンク機構を介してシリンダ２内を往復動するピストン３の上死点位置を変化させて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構（５〜１２）と、前記制御軸１２の回転角度位置を位置決め駆動するアクチュエータ機構２０と、前記制御軸１２の軸受部１２Ｂを軸受穴１５により回転可能に支持する軸受機構（１２Ｂ、１５）とを備え、前記軸受機構は複リンク機構から作用される荷重ベクトルＷと交差して押圧または離反される領域において軸受部１２Ｂと軸受穴１５との間に隙間２７が形成され、この隙間２７の円周方向の終端部において軸受部１２Ｂと軸受穴１５とが夫々接触する複数の接触部位２６を備えるよう構成した。【選択図】図１２
2008133788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御軸の回転角度位置に応じて制御軸に設けた偏心カム位置を変化させることにより複リンク機構を介してシリンダ内を往復動するピストンの上死点位置を変化させて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、
前記制御軸の回転角度位置を位置決め駆動するアクチュエータ機構と、
前記制御軸の軸受部を軸受穴により回転可能に支持する軸受機構とを備え、
前記軸受機構は複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差する領域において軸受部と軸受穴との間に荷重が伝わらないような部位が形成され、この部位の円周方向の終端部において軸受部と軸受穴との間で荷重が伝わるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項２】
前記荷重が伝わらないような部位は、複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差して押圧または離反される領域において軸受部と軸受穴との間に形成された隙間であり、この隙間の円周方向の終端部において軸受部と軸受穴とが夫々接触する複数の接触部位を備え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調整装置。
【請求項３】
複リンク機構から作用される荷重ベクトルに対抗して生ずる、前記複数の接触部位における各法線方向反力の合力が、前記荷重ベクトルとは絶対値が等しく逆方向であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項４】
前記軸受機構を構成する軸受穴は円形に形成される一方、軸受機構の軸受部は、複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差して押圧または離反される領域において軸受穴との間に隙間が形成されるよう半径方向内側に凹ませて形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項５】
前記軸受機構を構成する軸受部は円形に形成される一方、軸受機構の軸受穴は、複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差して押圧または離反される領域において軸受部との間に隙間が形成されるよう半径方向外側に凹ませて形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項６】
前記制御軸に作用する荷重に対抗して複数の接触部位に生ずる各反力の法線方向成分の大きさの和をΣＮ、軸受面半径をＲ、軸受面の摩擦係数をμ、偏心カムの偏心量をｅ、制御軸に作用する入力荷重をＷとしたときに、［μ×ΣＮ×Ｒ＞ｅ×Ｗ］を満たすようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項７】
複リンク機構から作用される荷重ベクトルの延長線が制御軸軸受部の中心から最も離れる状態において、円周方向の終端部における２箇所の接触部位の法線がなす角度の２等分線が荷重ベクトルの方向となることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項８】
前記２箇所の接触部位の法線が交差する角度を２γ、軸受面半径をＲ、軸受面の摩擦係数をμ、偏心カムの偏心量をｅとするときに、［μ＞ｅ／Ｒ×cosγ］を満たすようにしたことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項９】
前記軸受部および軸受穴の少なくとも一方の軸受面は、少なくとも前記接触部位において、微細な溝若しくは窪みが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項１０】
前記軸受部および軸受穴の少なくとも一方の軸受面は、炭素被膜若しくはセラミック被膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項１１】
前記軸受部若しくは軸受穴は、複数の円弧または分割された曲面により構成されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項１２】
前記可変圧縮比機構が、クランク軸のクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連係するアッパーリンクと、上記アクチュエータ機構により回転位置が変更・保持される制御軸に偏心して設けられる偏心カム部とロアリンクとを連係するコントロールリンクと、を有する請求項１から請求項１１のいずれか一つに記載の内燃機関の可変圧縮比調整装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか一つに記載の可変圧縮比調整装置を搭載した可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複リンク機構により構成される可変圧縮比機構により内燃機関の往復動ピストンの上死点位置を変えて機関圧縮比を可変とする内燃機関の可変圧縮比調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から複リンク機構により構成される可変圧縮比機構によりピストン上死点位置を変化させることにより機関圧縮比を可変とする内燃機関の可変圧縮比調整装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、クランク軸のクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連係するアッパーリンクと、ロアリンクの運動を拘束するように、ロアリンクに一端が連結されたコントロールリンクとによる複リンク式のピストン−クランク機構を備え、このコントロールリンクの他端を制御軸の偏心カムに嵌合させ、制御軸の回転位置をアクチュエータ機構により変更することにより、可変圧縮比機構として作動させて、機関圧縮比を変更可能に構成している。
【特許文献１】特開２００３−９０４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような複リンク式ピストン−クランク機構による可変圧縮比機構においては、機関の燃焼サイクルに伴いコントロールリンクおよび制御軸にはピストン側から断続的或いは交番的に大きな反力・荷重が作用し、その荷重は制御軸を経由してアクチュエータ機構にも作用する。この制御軸からアクチュエータ機構に作用する断続的或いは交番的な荷重は、アクチュエータ機構に内蔵される（モータ回転運動をアクチュエータロッドの軸方向変位に変換する）ネジ機構に作用し、アクチュエータ機構の耐久性を低下させると共に、アクチュエータ機構による制御軸の回転位置保持のための消費電力を増加させる。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、アクチュエータ機構への荷重入力の抑制に好適な内燃機関の可変圧縮比調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、制御軸の回転角度位置に応じて制御軸に設けた偏心カム位置を変化させることにより複リンク機構を介してシリンダ内を往復動するピストンの上死点位置を変化させて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、前記制御軸の回転角度位置を位置決め駆動するアクチュエータ機構と、前記制御軸の軸受部を軸受穴により回転可能に支持する軸受機構とを備え、前記軸受機構は複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差して押圧または離反される領域において軸受部と軸受穴との間に隙間が形成され、この隙間の円周方向の終端部において軸受部と軸受穴とが夫々接触する複数の接触部位を備えるよう構成した。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、制御軸の軸受部を軸受穴により回転可能に支持する軸受機構を、複リンク機構から作用される荷重ベクトルと交差して押圧または離反される領域において軸受部と軸受穴との間に隙間が形成され、この隙間の円周方向の終端部において軸受部と軸受穴とが夫々接触する複数の接触部位を備えるよう構成したため、入力荷重に対抗して複数の接触部位で法線方向反力を生じさせて、法線方向反力に応じて生ずる摩擦力の総和を大きくでき、偏心した入力荷重による回転モーメントを効果的に相殺できる。また、前記摩擦力の総和の増大は軸受面の半径の縮小に寄与でき、コンパクトな軸受設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の内燃機関の可変圧縮比調整装置の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１は可変圧縮比調整装置を適用した内燃機関の断面図、図２は同じく内燃機関の側面よりの部分断面図、図３は可変圧縮比調整装置の要部側面図、図４は可変圧縮比調整装置のシステム構成図である。
【０００９】
本実施形態における内燃機関の可変圧縮比調整装置は、図１、２に示される。複数のシリンダ２が気筒列に沿って形成された本実施形態の内燃機関のシリンダブロック１には、各シリンダ２内にピストン３が昇降可能に配設されている。各ピストン３のピストンピン４は、複数のリンク、具体的にはアッパーリンク５及びロアリンク６により、クランク軸７のクランクピン８に機械的に連携されている。アッパーリンク５の一端はピストンピン４に回転可能に連結され、ロアリンク６はクランクピン８に回転可能に連結され、アッパーリンク５の他端とロアリンク６とは第１連結ピン９を介して互いに回転可能に連結されている。クランク軸７にはカウンターウエイト７Ａが設けられている。
【００１０】
前記各ロアリンク６には、第２連結ピン１０を介して夫々コントロールリンク１１の一端が回転可能に連結され、このコントロールリンク１１の他端は、シリンダブロック１に回転可能に設けた制御軸１２（コントロールシャフト）の偏心カム部１２Ａに嵌合して、偏心カム部１２Ａ回りに揺動可能に支持されている。ロアリンク６に連結するクランクピン８、第１連結ピン９、及び第２連結ピン１０の連結位置は、同一直線上ではなく、略三角形状をなすように配置されている。即ち、可変圧縮比機構は、アッパーリンク５、ロアリンク６、第１連結ピン９、第２連結ピン１０、コントロールリンク１１、制御軸１２を含む、マルチリンク式機構となっている。
【００１１】
前記コントロールリンク１１の揺動中心である制御軸１２の偏心カム部１２Ａは、制御軸１２の回転角度位置を制御することにより、その位置が変化させられて、コントロールリンク１１の揺動中心を可変制御することができる。前記制御軸１２は、図３に示すように、クランク軸７と平行に配置され、クランク軸７の各ジャーナル位置に対応してシリンダブロック１に配置した軸受部１２Ｂを介してシリンダブロック１側の軸受穴１５に回転自在に支持されている。即ち、軸受部１２Ｂと軸受穴１５とを含む軸受機構は、制御軸１２を回転可能に支持している。前記軸受穴１５はシリンダブロック１に形成されたバルクヘッド１４とベアリングキャップ１３とで形成されている。前記制御軸１２には、図１に示すように、リンクレバー１６が固定され、このリンクレバー１６のスリット１６Ａに、アクチュエータ機構２０のロッド２１先端のピン２１Ａが係合し、ロッド２１の軸方向の進退（リンクレバー１６へ向かう側への前進と離れる側への後退）に伴って、制御軸１２の回転角度位置が制御される。
【００１２】
前記アクチュエータ機構２０は、図４に示すように、シリンダブロック１に固定のハウジング２０Ａ内で進退移動可能に配置された前記ロッド２１と、ロッド２１に対してネジ係合され電動モータ２３により減速ギヤ２４を介して回転駆動される回転ナット２２と、を含んで構成されている。図示しないが、ロッド２１は進退方向に移動可能であるが回転方向には回転しないようにハウジング２０Ａに保持され、前記回転ナット２２は、回転自在であるが軸方向には移動しないように、ハウジング２０Ａに保持されている。回転ナット２２の回転角度位置は電動モータ２３により調整されて、ロッド２１の軸方向位置が調整可能となっている。
【００１３】
したがって、電動モータ２３により減速ギヤ２４を介して回転ナット２２を回転させてロッド２１の進退方向の位置を調整することにより、ピン２１Ａおよびスリット１６Ａを介してリンクレバー１６および制御軸１２の回動位置を調整すると、制御軸１２の偏心カム部１２Ａの回動位置が変化させることができる。コントロールリンク１１の揺動中心の位置が変化されると、複リンク機構の作動軌跡が変化され、ピストン３の上死点位置を変化させて、可変圧縮比機構としての機能を発揮させることができる。例えば、本実施例の圧縮比に対する偏心カム部１２Ａの位置関係（位置関係の設定の仕方）は、次のようになっている。アクチュエータ機構２０のロッド２１を前進させて偏心カム部１２Ａを上方へ偏心させる場合には、図５に示すように、ロアリンク６が図１中においてクランクピン８回りに反時計方向に回動させてアッパーリンク５との連結ピン９の位置を相対的に下方に位置させ、ピストン３の上死点位置を低下させて機関圧縮比を低下させる。逆に、アクチュエータ機構２０のロッド２１を後退させて偏心カム部１２Ａを下方へ偏心させる場合には、図６に示すように、ロアリンク６が図１中においてクランクピン８回りに時計方向に回動させてアッパーリンク５との連結ピン９の位置を相対的に上方に位置させ、ピストン３の上死点位置を上昇させて機関圧縮比を増加させる。
【００１４】
コントローラＥＣＵ３０は、エンジン回転数、エンジン負荷、吸入負圧、排気温度、および、シリンダブロック１に配置したノックセンサ３１等の各信号に基づいて、エンジンの運転状態に応じた（目標値としての）圧縮比あるいは点火進角等を演算し、得られた圧縮比に応じて電動モータ２３の回転角が制御され、或いは、得られた点火進角に応じて点火進角制御装置３２が制御される。電動モータ２３の回転角度位置は回転角検出センサ３３により検出され、コントローラＥＣＵに圧縮比信号として入力されフィードバック制御等に用いられる。
【００１５】
前記制御軸１２における偏心カム部１２Ａの回転位置変化による機関圧縮比εは、例えば、図７に示すような、エンジン運転条件に対する圧縮比特性となるように制御される。即ち、ピストン３および複リンク機構の運動による慣性荷重が増加されるエンジン回転数の高回転領域、および、エンジンノックが生じやすい高負荷領域では、機関圧縮比εを相対的に低下させ、エンジンの低中回転領域では、エンジン負荷が減少するに連れて機関圧縮比εを相対的に増加させる圧縮比特性が選択される。
【００１６】
図８は、制御軸１２の偏心カム部１２Ａを上方へ位置させて低圧縮比が選択された回転角位置、即ち、高負荷領域、高回転領域での設定時におけるピストン上死点位置での複リンク機構のリンクレイアウト状況を示す。ピストン３は圧縮上死点位置から点火による膨張行程に移る燃焼ガス圧を受けている状態となっている。この状態においては、ピストン３に下向きに作用する燃焼ガス圧による荷重はアッパーリンク５・ロアリンク６を経由して大部分がクランクピン８に下向きに作用してクランクシャフトを回転させるとともに、ロアリンク６と第２連結ピン１０を介して連結されたコントロールリンク１１を経由して偏心カム部１２Ａに伝わり、軸受穴１５の上方に向かって制御軸１２を押し付けるような向きに作用する。この偏心カム部１２Ａに伝わった燃焼ガス圧等の荷重は、その（偏心カム部１２Ａの制御軸軸方向の）両側にある軸受部１２Ｂおよびシリンダブロック１の軸受穴１５間に荷重を生じさせる。
【００１７】
図９は図８の状態における制御軸１２の軸受部１２Ｂを含む断面図を示す。偏心カム部１２Ａを経由して制御軸１２に作用するコントロールリンク１１よりの荷重ベクトルＷは、第２連結ピン１０の中心と偏心カム部１２Ａの揺動中心とを結んだ線に沿った向きとなる。荷重ベクトルＷは、制御軸１２の軸受部１２Ｂを軸受支持する軸受穴１５を構成するシリンダヘッド１に形成されたバルクヘッド１４側に、制御軸１２の軸受部１２Ｂを上向きに押付けるよう作用する。ここでは、制御軸１２の軸心と偏心カム部１２Ａの中心とが偏心量ｅを持って隔たっているが、コントロールリンク１１からの荷重ベクトルＷの作用方向に対して同一線上に位置している（即ち、荷重ベクトルＷの延長線上に制御軸１２の軸心が位置している）図９の図示状態を、制御軸１２の回転角が零（θ＝０）と定義する。このように、高負荷領域、高回転領域の運転による荷重が高い条件において、荷重ベクトルＷによる回転モーメントの発生が防止できる設定が最も現実的である。
【００１８】
この状態においては、制御軸１２の軸心と偏心カム部１２Ａの揺動中心とが、荷重ベクトルＷ方向から見てオフセットしていない（一直線上に並んでいる）ため、制御軸１２には前記オフセットに起因する回転モーメントが作用しないが、制御軸１２の軸心と偏心カム部１２Ａの揺動中心とにオフセットが発生すると荷重ベクトルＷの延長線が制御軸１２の回転中心（軸受部１２Ｂの中心）を通らなくなって、制御軸１２に荷重ベクトルＷによる回転モーメントが作用する。この回転モーメントは、偏心カム部１２Ａの揺動中心と制御軸１２の軸心とが荷重ベクトルＷ方向から見てオフセットされていない図９の図示状態から、機関圧縮比εを上昇させるように回転角θを増加させるに連れて、図１０に示すように、変化する。即ち、中間圧縮比となる制御軸１２の回転角θが９０度となる時点（荷重ベクトルＷの延長線が制御軸１２の回転中心から最も離れた時点）で荷重ベクトルＷによる回転モーメントが最大となり、機関圧縮比が最も高くなる制御軸１２の回転角θが１８０度となる時点で荷重ベクトルＷによる回転モーメントが再び零となる特性を備える。
【００１９】
前記制御軸１２に作用する荷重ベクトルＷによる回転モーメントは、制御軸１２が回転されないようにアクチュエータ機構２０により回転抑制方向にアシストして回転位置を保持する場合には、アクチュエータ機構２０の消費電力が増大するため、望ましくない。前記ネジ式のアクチュエータ機構２０のネジ嵌合部の摩擦係数を増加させることにより、電動モータ２３によるアシストを低減させることも一方法であるが、ネジ嵌合部は高速で摺動するため、摩擦発熱の問題とともに、効率の悪さ（すなわち大容量のモータが必要）が生じる。したがって、前記回転モーメントは、途中段階において何らかの回転防止手段により受持たせて、アクチュエータ機構２０へは極力入力されないようにすることが望ましい。
【００２０】
このため、本発明では、機関圧縮比εの変更にあたって摺動速度が比較的低い制御軸１２の軸受部１２Ｂと軸受穴１５との摩擦抵抗を管理することにより、偏心カム部１２Ａの位置保持機能と機関圧縮比変更の際の効率向上の両立する解を得ることを狙いとしている。即ち、この軸受部１２Ｂによる回転防止方法の考え方としては、入力荷重ベクトルＷによって発生する回転モーメントＴｗに対し、軸受部１２Ｂと軸受穴１５との間に生じる荷重によって発生する摩擦モーメントＴFを大きくすることにより、制御軸１２の回転を抑制しようとするものである。
【００２１】
図１１は前記荷重ベクトルＷによる回転モーメントＴｗに起因する制御軸１２の回転を防止する偏心軸受構造の比較例を示す断面図であり、図１２は同じく前記荷重ベクトルＷによる回転モーメントＴｗに起因する制御軸１２の回転を防止する本実施形態における偏心軸受構造の第１実施例を示す断面図である。先ず、比較例について、説明する。
【００２２】
比較例の偏心軸受構造においては、制御軸１２の軸受部１２Ｂと軸受穴１５との摩擦力による摩擦モーメントを大きくするために、比較的大径の軸受を使用するようにしたものである。即ち、図１１において、軸受穴１５の半径をＲ、軸受部１２Ｂと軸受穴１５との摩擦係数をμ、偏心カム部１２Ａの偏心量をｅ、制御軸１２の回転角をθ、燃焼ガスによる入力荷重をＷとすると、軸受部１２Ｂと軸受穴１５とが接触する軸受面に作用する摩擦力Ｆは、［Ｆ＝μ×Ｗ］であるから、軸受面の摩擦モーメントＴＦは、［ＴF＝μ×Ｒ×Ｗ］として求められる。また、制御軸１２に作用する回転モーメントＴｗは、［Ｔｗ＝ｅ×sinθ×Ｗ］として求められる。
【００２３】
そして、回転モーメントＴｗより摩擦モーメントＴFが小さい場合には、その差分［Ｔｗ−ＴF］のトルクがアクチュエータ機構２０に向かって伝えられることとなるが、摩擦モーメントＴFを回転モーメントＴｗより大きく［ＴF＞Ｔｗ］できれば、アクチュエータ機構２０に向かって伝わるトルクをゼロとすることができる。
【００２４】
このため、比較例においては、荷重ベクトルＷのモーメント腕の長さが最も大きくなるθ＝９０°の時にも（腕の長さはトルクの大きさに影響度が大きく、腕の長さが最大の時にはトルクも最大値近傍である）、アクチュエータ機構２０に向かって伝わるトルクが発生しないように［μ×Ｒ＞ｅ×sinθ］を満たす、即ち、［μ＞ｅ／Ｒ］となるように、軸受面の径を増加させるようにしたものである。この場合には、回転角θの如何に係らずアクチュエータ機構２０へ伝えられるトルクはゼロにできる。また、（アクチュエータ機構２０に向かって伝わるトルクが抑えられなかった場合）アクチュエータ機構２０までの弾性部位の弾性変形による微小な回動が軸受部１２Ｂに発生するが、この比較例の場合には、最初に荷重を受ける軸受部１２Ｂと軸受穴１５との静止摩擦によって回転モーメントＴｗが支えられるため、前述の微小な回動によるフレッチングも防止できる効果がある。
【００２５】
前記［μ＞ｅ／Ｒ］の条件を満たすためには、軸受面の摩擦係数μを大きくとるか、軸受面の半径Ｒを大きくとるかのいずれかを選択する必要があるが、潤滑油存在下での摩擦係数μは、［０．１］前後であるため、軸受面の半径Ｒを大きくする必要がある。しかしながら、軸受部１２Ｂは常時回転する軸受ではないため、摩擦損失が問題になることは無いが、軸受を構成するスペースが大となり、エンジンのクランクケース内に収容するためには、そのレイアウトに工夫を要する。
【００２６】
第１実施例の偏心軸受構造においては、複数の接触部位により制御軸１２の軸受部１２Ｂを軸受穴１５で支持することとし、それにより、軸受部１２Ｂと軸受穴１５との間に生じる摩擦力を増加させるようにしている。即ち、第１実施例の偏心軸受構造においては、図１２に示すように、制御軸１２の軸受部１２Ｂの摺動面構造を多円弧２５（４円弧）として、複数（４箇所）の接触部位２６を備えるようにしている。前記接触部位２６を構成する円弧２５の表面の曲率半径は、軸受穴１５の半径よりも若干小さい曲率に形成し、後述するような関係を満たした法線方向反力ベクトルＮを、狙い通りの角度位置γ（後述）に発生させるようにする。接触部位２６は、制御軸１２の軸線方向に延びる線接触による接触部位となっている。そして図１２は、オフセット量が最大となる偏心カム部１２Ａの回転角が９０度となる状態を示しており、この状態において、軸受部１２Ｂに作用する荷重ベクトルＷ（制御軸１２に作用するモーメントが最大になる時の荷重ベクトル）が軸受穴１５と交差する近傍の軸受部と軸受穴との間は、荷重が伝わらないような部位となっている。荷重が伝わらないような部位は、本実施例では軸受隙間２７になっており、荷重ベクトルＷが軸受穴１５と交差する近傍では軸受隙間２７を大とし、この軸受隙間２７の両側の接触部位２６に生ずる法線方向反力ベクトルＮ（支点反力ベクトルでもある）同士の合力ベクトルが、前記荷重ベクトルＷとは絶対値が等しく且つ方向が逆となる反力ベクトルとなるよう構成している。
【００２７】
前記入力荷重Ｗは、エンジン回転数が比較的低い領域および中速領域においては、機関の燃焼サイクルに伴いコントロールリンク１１からの断続的に入力される荷重Ｗとなる（図示されている状態）が、エンジンの回転数が高い高回転領域においては、ピストン−複リンクの慣性荷重が大きくなることにより、前記入力荷重Ｗは機関の燃焼サイクルに伴いコントロールリンク１１から交番的に方向を変えて入力される（図１２中の破線図示参照）。したがって、破線方向から荷重が入力される場合には、図中下方の一対の接触部位２６において、前記と同様の法線方向反力が発生される。以下では、図中下方からの荷重入力がある場合についてのみ説明するが、反対方向からの荷重入力がある場合にも、同様に説明できる。
【００２８】
この図１２に示される構成および状態（オフセット量が最大で制御軸１２に作用するモーメントが最も大きくなるような状態）において、制御軸１２の姿勢（角度）を示す回転角θの基準となった角度位置（接触部位２６の荷重ベクトルＷが制御軸１２の軸心を通るときの角度位置）を基準にしたときに、該基準に対する角度γだけ夫々隔たった位置の軸受穴１５の傾斜した一対の斜面で、入力荷重Ｗを分担して支える状態を想定する。ここで、一対の接触部位２６に生ずる法線方向反力をＮ、とすると、各接触部位２６に生ずる摩擦力Ｆ１、Ｆ２は、［Ｆ１＝Ｆ２＝μ×Ｎ］であり、法線方向反力Ｎは、［Ｎ＝（１／２）×Ｗ／cosγ］となる。したがって、両接触部位２６を合計する摩擦力ＴFrは、［ＴFr＝(Ｆ１＋Ｆ２）×Ｒ＝μ×（Ｗ／cosγ）×Ｒ］となる。
【００２９】
具体的に、接触部位２６の荷重ベクトルＷに対する角度γを、［γ＝６０度］とした場合（下２箇所および上２箇所の接触部位２６同士の角度は１２０度となり、上下２箇所同士の角度は６０度となる）には、左右２箇所の接触部位２６に発生する法線方向反力Ｎ［＝（１／２）×Ｗ／cosγ］の大きさは、荷重ベクトルＷの大きさと等しくなる。そして、その法線方向反力Ｎ同士の合力ベクトルは荷重ベクトルＷと等しいにも関わらず、各接触部位２６に生ずる摩擦力によって発生する摩擦モーメントの和は、接触部位２６の荷重ベクトルＷに対する法線方向反力の角度が［γ＝０］の場合（図１１の比較例の場合）に比較して倍増することになる。この場合、接触部位２６の面圧は、接触部位２６の荷重ベクトルＷに対する角度［γ＝０］の場合（比較例）と同等である（法線方向反力Ｎの大きさが、荷重ベクトルＷの大きさと等しい）から、接触部位２６の摩耗が増大することはない。摩擦モーメントが２倍になれば、軸受面の半径Ｒを比較例に対して半減できるので、コンパクトな軸受設計が可能となる。
【００３０】
上記実施例では、荷重ベクトルＷの両側に配置する接触部位２６を、制御軸１２側の軸受部１２Ｂの形状を４箇所で半径方向外周に張り出し、その間の外周部を半径方向内方に窪ませて形成するものについて説明したが、制御軸１２側の軸受部１２Ｂを円形とし、軸受穴１５側の形状を接触部位２６の部分を除いて半径方向外側に凹ませることにより形成してもよい。このように形成することにより、制御軸１２の回転角度θが変化しても接触部位２６の荷重ベクトルＷに対する角度γを常に一定に維持させることができ、より安定した摩擦モーメントを発生させることができる。このように構成する場合には、軸受穴１５を構成するバルクヘッド１４やベアリングキャップ１３の内周面形状を工夫するのみで形成することができる。
【００３１】
なお、前記接触部位２６を構成する軸受部１２Ｂおよび軸受穴１５は、部分接触に耐える硬質の金属で形成することが、部分摩耗を発生させない上で望ましい。
【００３２】
また、上記実施例では、荷重ベクトルＷの両側に配置する接触部位２６を、４つの円弧２５により軸受部１２Ｂ側若しくは軸受穴１５側を構成するものについて説明したが、例えば圧縮比を変更させるのに制御軸１２をどれだけ回転させるのかといった仕様に応じ、３個の円弧で軸受部１２Ｂ側若しくは軸受穴１５側に接触部位２６を構成するものであっても、４個以上の円弧で軸受部１２Ｂ側若しくは軸受穴１５側に接触部位２６を構成するものであってもよい。また、複数の円弧２５で接触部位２６を形成するものに代えて、分割された曲面により軸受部１２Ｂ側若しくは軸受穴１５側に荷重ベクトルＷの両側に配置する接触部位２６を形成するものであってもよい。軸側と穴側のどちらを凹ませるにしても、前述したように、前記軸受隙間２７は荷重ベクトルと交差する領域において軸受部と軸受穴との間に荷重が伝わらないような部位となっている。この部位は、荷重ベクトルと交差する領域において軸受部と軸受穴との間に荷重が伝わらないようになっていれば良いので、必ずしも目に見えるような隙間が設けられている必要はない。荷重が伝わらないように意図した部位で、例えば弾性変形によって荷重が伝わるようになってしまうようなことが無ければ、目に見えるような隙間である必要はない。
【００３３】
図１３は本実施形態の偏心軸受構造の第２実施例を示し、第１実施例の偏心軸受構造の制御軸１２の軸受部１２Ｂの外周面および／または軸受穴１５の内周面に潤滑油（エンジンオイル）による流体潤滑膜の生成を抑制する微細溝２８等を設ける構成を追加したものである。
【００３４】
前記微細溝２８等は、微細な無数の溝を切削加工若しくは研削加工により形成することができ、これらの微細な溝２８は縦横に交差させて形成することが望ましい。また、別の方法としては、サンドブラストやショットピーニング等により形成することもできる。そして、前記加工後に仕上げ加工を施すことにより前記加工により表面に生じる鋭角な先端部を取り去ることにより軸受面として使用することができる。
【００３５】
得られた軸受部１２Ｂおよび／または軸受穴１５の表面には、無数の微細溝２８若しくは微細凹みが形成されているため、軸受として組立てた場合に、潤滑油により形成される流体潤滑膜が分断され、境界潤滑状態が支配的な潤滑条件とすることができ、軸受部１２Ｂと軸受穴１５との摩擦係数μを潤滑油による低減効果を抑制して、摩擦係数μを増加させ潤滑油の存在によっても安定させることができる。
【００３６】
したがって、軸受部１２Ｂと軸受穴１５とで形成する軸受面の半径Ｒを両者間の摩擦係数μの増加に応じて縮小させることができ、よりコンパクトな軸受設計が可能となる。
【００３７】
本実施形態の偏心軸受構造の第３実施例としては、第１実施例若しくは第２実施例の偏心軸受構造の軸受部１２Ｂおよび／または軸受穴１５の表面に炭素被膜２９若しくはセラミック被膜を形成して構成している。
【００３８】
自動車用エンジンには、近年、摩擦低減と摺動部の直接接触を減らす目的で有機モリブデン入りのモータオイル（フリクションモディファイアオイル、以下、「ＦＭオイル」と言う）が一般にも使用され始めている。ＦＭオイルを使用すると、摺動部には摩擦係数の非常に低い皮膜（トライボケミカル反応膜）が生成され、各部の摺動抵抗が減少するため、自動車の燃費向上にも役立つ。代表的な有機モリブデンには、硫化ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（通称モリブデンジチオカーバメイト；ＭｏＤＴＣ）、硫化オキシモリブデン・ジアルキルジチオリン酸塩（通称モリブデンジチオフォスフェート；ＭｏＤＴＰ）があり、これらは摩擦緩和性、耐摩耗性、極圧性、耐酸化性を有する。
【００３９】
これらの効果は、オイル中のオイル添加剤であるＺｎＤＴＰ（ジアルキルジチオリン亜鉛）の存在により、単独の効果よりも摩擦係数を下げることが知られており、これはＺｎＤＴＰが下地にリン酸鉄を形成し、その上にＭｏＳ2皮膜を形成するためとされる。又、このＺｎＤＴＰは鉄との反応性が高く、例えば、ＤＬＣ皮膜が施された摺動面にはその化学的安定性から上記のようなトライボケミカル反応膜は形成されないことが報告されている（技術誌「トライボロジスト」Ｖｏｌ．４７／Ｎｏ．１１／２００２／８１９頁）。
【００４０】
前記トライボケミカル反応膜の生成を抑制する材料として、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ等のいずれかを用いた化学的に安定した炭素被膜２９若しくはセラミック皮膜を形成することが望ましい。このような材料を用いることにより、トライボケミカル反応膜の生成を抑えることができる。上記セラミック皮膜の具体例としては、次のような材料を挙げることができる。即ち、炭素膜２９としてダイヤモンドライクカーボン膜、セラミック皮膜として窒化チタンＴｉＮ、窒化クロムＣｒＮが用いられる。
【００４１】
以上のように、偏心軸受構造の軸受部１２Ｂおよび／または軸受穴１５の表面に炭素被膜２９若しくはセラミック被膜を形成して構成することにより、ＦＭオイルをエンジンオイルとして使用する環境においても、トライボケミカル反応膜の形成を抑制でき、それによって偏心軸受構造の軸受面の摩擦係数の減少が抑制でき、且つ摩擦係数を安定させることができ、よりコンパクトな軸受設計が可能となる。特に、第２実施例の偏心軸受構造の軸受部１２Ｂおよび／または軸受穴１５の表面に炭素被膜２９若しくはセラミック被膜を形成して構成することにより、微細溝２８若しくは微細凹みによる流体潤滑膜の生成抑制効果と相俟って、より一層、軸受部１２Ｂと軸受穴１５とで形成する軸受面の半径Ｒを両者間の摩擦係数の増加に応じて縮小させることができ、よりコンパクトな軸受設計が可能となる。
【００４２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４３】
（ア）制御軸１２の回転角度位置に応じて制御軸１２に設けた偏心カム部１２Ａの位置を変化させることにより複リンク機構を介してシリンダ２内を往復動するピストン３の上死点位置を変化させて機関圧縮比を可変とする可変圧縮比機構（５〜１２）と、前記制御軸１２の回転角度位置を位置決め駆動するアクチュエータ機構２０と、前記制御軸１２の軸受部１２Ｂを軸受穴１５により回転可能に支持する軸受機構（１２Ｂ、１５）とを備え、前記軸受機構は複リンク機構から作用される荷重ベクトルＷと交差して押圧または離反される領域において軸受部１２Ｂと軸受穴１５との間に隙間２７が形成され、この隙間２７の円周方向の終端部において軸受部１２Ｂと軸受穴１５とが夫々接触する複数の接触部位２６を備えるよう構成した。
【００４４】
このため、入力された荷重ベクトルＷに対抗する複数の接触部位２６の法線方向反力Ｎに応じて生ずる摩擦力の総和を大きくでき、偏心した入力荷重Ｗによる回転モーメントを効果的に相殺できる。また、前記摩擦力の総和の増大は軸受面の半径の縮小に寄与でき、コンパクトな軸受設計が可能となる。
【００４５】
（イ）複数の接触部位２６は、制御軸１２に作用する入力荷重Ｗに対抗して生ずる各法線方向反力Ｎの合力が前記荷重ベクトルＷとは絶対値が等しく逆方向であることにより、各法線方向反力Ｎにより生ずる摩擦力の総和を大きくできる。
【００４６】
（ウ）軸受機構を構成する軸受穴１５は円形に形成される一方、軸受機構の軸受部１２Ｂは偏心カム部１２Ａの位置が荷重ベクトルＷと交差する回転角度位置において、複リンク機構から作用される荷重ベクトルＷと交差して押圧または離反される領域において軸受穴１５との間に隙間２７が形成されるよう半径方向内側に凹ませて形成されることにより、軸受部１２Ｂの外径形状を加工するのみで形成することができ、製作が容易である。
【００４７】
（エ）軸受機構を構成する軸受部１２Ｂは円形に形成される一方、軸受機構の軸受穴１５は複リンク機構から作用される荷重ベクトルＷと交差して押圧または離反される領域において軸受部１２Ｂとの間に隙間２７が形成されるよう半径方向外側に凹ませて形成されることにより、制御軸１２の回転角の如何に係らず、常に同じ方向の法線方向反力Ｎを発生させることができる。
【００４８】
（オ）制御軸１２に作用する入力荷重Ｗに対抗して複数の接触部位２６に生ずる各反力の法線方向成分Ｎの和をΣＮ、軸受面半径をＲ、軸受面の摩擦係数をμ、偏心カムの偏心量をｅ、制御軸１２に作用する入力荷重をＷとしたときに、［μ×ΣＮ×Ｒ＞ｅ×Ｗ］を満たすようにすることで、入力荷重による回転モーメントに対して、軸受部１２Ｂと軸受穴１５との摩擦モーメントを大きくすることができる。
【００４９】
（カ）荷重ベクトルＷを挟んで２箇所の接触部位２６の法線方向反力Ｎのベクトルが交差する角度を２γ、軸受面半径をＲ、軸受面の摩擦係数をμ、偏心カム部１２Ａの偏心量をｅとするときに、［μ＞ｅ／Ｒ×cosγ］を満たすようにしても、前記（オ）と同様の効果を発揮させることができる。
【００５０】
（キ）偏心カム部１２Ａの位置が荷重ベクトルＷと交差する回転角度位置において、前記２箇所の接触部位２６に生ずる反力の法線方向成分Ｎのなす角度の２等分線が荷重ベクトルＷの方向となることによっても、前記（オ）と同様の効果を発揮させることができる。
【００５１】
（ク）軸受部１２Ｂおよび軸受穴１５の少なくとも一方の軸受面は、少なくとも前記接触部位２６において、無数の微細な溝２８若しくは窪みが設けられていることにより、潤滑油（エンジンオイル）による流体潤滑膜の生成を抑制でき、両者間の摩擦係数の増加に応じて縮小させることができ、よりコンパクトな軸受設計が可能となる。
【００５２】
（ケ）軸受部１２Ｂおよび軸受穴１５の少なくとも一方の軸受面は、炭素被膜２９若しくはセラミック被膜が形成されていることにより、ＦＭオイルが使用されたとしても、トライボケミカル反応膜の形成を抑制でき、それによって偏心軸受構造の軸受面の摩擦係数の減少が抑制でき、且つ摩擦係数を安定させることができ、よりコンパクトな軸受設計が可能となる。
【００５３】
（コ）可変圧縮比機構が、クランク軸７のクランクピン８に回転可能に取り付けられるロアリンク６と、このロアリンク６とピストン３とを連係するアッパーリンク５と、上記アクチュエータ機構２０により回転位置が変更・保持される制御軸１２に偏心して設けられる偏心カム部１２Ａとロアリンク６とを連係するコントロールリンク１１と、を有することにより、機関圧縮比を連続的・無段階で広範囲に調整できるとともに、ピストン３とクランクピン８とを一本のリンクにより連係する単リンク式ピストン−クランク機構に比して、ピストンストローク特性そのものを例えば単振動のような適正な特性に近づけることができる。加えて、コントロールリンク１１をロアリンク６に連結しているため、このコントロールリンク１１や制御軸１２及びそのアクチュエータ機構２０等を、スペース的に余裕のあるクランク軸７の斜め下方に配置することができ、機関搭載性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態を示す可変圧縮比調整装置を適用した内燃機関の断面図。
【図２】同じく内燃機関の側面よりの部分断面図。
【図３】可変圧縮比調整装置の要部側面図。
【図４】可変圧縮比調整装置のシステム構成図。
【図５】可変圧縮比調整装置により低圧縮比が選択された概略図。
【図６】可変圧縮比調整装置により高圧縮比が選択された概略図。
【図７】エンジン運転条件に対する圧縮比特性を示す特性図。
【図８】低圧縮比が選択された制御軸の回転角位置におけるピストン上死点位置での複リンク機構のリンクレイアウト図。
【図９】図８の状態における制御軸の軸受部を含む断面図。
【図１０】制御軸の回転角度位置に応じて回転モーメントの変化を示す特性図。
【図１１】回転モーメントに起因する制御軸の回転防止の偏心軸受構造の比較例を示す断面図。
【図１２】第１実施例の偏心軸受構造を示す断面図。
【図１３】第２実施例の偏心軸受構造を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５５】
１  シリンダブロック
２  シリンダ
３  ピストン
４  ピストンピン
５  アッパーリンク
６  ロアリンク
７  クランク軸
８  クランクピン
１１  コントロールリンク
１２  制御軸
１２Ａ  偏心カム部
１２Ｂ  軸受部
１６  リンクレバー
２０  アクチュエータ機構
２６  接触部位
２７  軸受隙間
２８  微細溝
２９  炭素被膜
【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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