(57)【要約】    【課題】重量の増大や大型化を招かずに構成することのできるストローク特性可変エンジンを提供する。    【解決手段】直列に列設された複数のピストン３ａ〜３ｄとクランクシャフト２との間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体に支持されたコントロールシャフトと、ピストンとクランクシャフトとコントロールシャフトとを連動連結する連結機構（アッパリンク４、ロワリンク５、コントロールリンク８）と、コントロールシャフトを回動駆動するアクチュエータ９ａ・９ｂとを有するストローク特性可変エンジンにおいて、前記コントロールシャフトを、互いに異なる軸線上に延在する複数に分割されたもの６ａ・６ｂとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に列設された複数のピストンとクランクシャフトとの間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体に支持されたコントロールシャフトと、前記ピストンと前記クランクシャフトと前記コントロールシャフトとを連動連結する連結機構と、前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータとを有するストローク特性可変エンジンであって、
前記コントロールシャフトは、互いに異なる軸線上に延在する複数に分割されたものである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】
少なくとも４つのピストンを有し、位相の異なるピストン同士を共通のコントロールシャフトに連結する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】
前記複数のコントロールシャフトは、前記ピストンの摺動軸線が通る平面を挟む両側に配設されることを特徴とする請求項１若しくは２に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項４】
前記コントロールシャフトは、前記クランクシャフトの軸方向の一端側と他端側とに分割されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記コントロールシャフトと同軸上に配設され、且つ前記クランクシャフトの軸方向の内方側に配設されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記コントロールシャフトと同軸上に配設され、且つ前記連結機構が設けられていない位置に配設されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の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、特に直列配置された複数のピストンを有す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】
ピストンとクランクシャフトとの間を複数のリンクで連結し、これら複数のリンクのうちのいずれか１つとエンジン本体に支持されたコントロールシャフトに設けられた偏心部とをコントロールリンクで連結し、コントロールシャフトを回動させることでコントロールリンクのエンジン側支持端の位置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ように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）。
【０００３】
文献１に記載された従来技術においては、直列配置された複数のピストンの全てに共通して対応する１本のコントロールシャフトがクランクシャフトと平行に延設されており、コントロールシャフトは、複数のシリンダを直列に列設してなるシリンダ列の全長に渡って延在している。
【特許文献１】特開２００６−１７７１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、コントロールシャフトには、ピストンに作用する燃焼圧力や、各リンクの慣性質量による負荷が作用する。従って、コントロールシャフトをこれらの負荷に抗して駆動し、且つ所定の駆動状態を維持させるには、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータがこれらの負荷に抗し得る駆動力を発生しなければならないことはもとより、その全長が長ければ長いほどコントロールシャフトの捩り剛性を高いものにする必要がある。
【０００５】
このため、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータの小型化が困難である上、コントロールシャフトの軽量化も困難であった。
【０００６】
また、アクチュエータの駆動力を補助するために、或いはアクチュエータなどの駆動系の故障時にコントロールシャフトを安全方向へ駆動するためにバイアスばねを設置することがあるが、コントロールシャフトに加わる負荷が大きいと、バイアスばねのばね力もこれに相応して大きくしなければならないため、これも小型化を阻害する要因となり得る。
【０００７】
電動アクチュエータを用いた場合、減速比を大きくすればアクチュエータを小型化し得るが、このようにすると、作動速度が低くなり、応答性を犠牲にせざるを得ない。
【０００８】
アクチュエーターをベーン式油圧モータとした場合、油圧を高くすればアクチュエータを小型化することはできるが、過度に油圧を高めるとアクチュエータの内部リークが増加し、アクチュエータの効率低下を招く。アクチュエータの効率低下はエンジンの出力ロスに繋がるので好ましいことではない。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、重量の増大や大型化を招かずに構成することのできる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】
【００１０】
このような課題を解決するために本発明は、直列に列設された複数のピストン３ａ〜３ｄとクランクシャフト２との間の連動状態を変化させるべく、エンジン本体に支持されたコントロールシャフトと、ピストンとクランクシャフトとコントロールシャフトとを連動連結する連結機構（アッパリンク４、ロワリンク５、コントロールリンク８）と、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータとを有するストローク特性可変エンジンにおいて、前記コントロールシャフトを、互いに異なる軸線上に延在する複数に分割されたもの６ａ・６ｂとした（請求項１）。
特に、少なくとも４つのピストンを有するエンジンの場合は、位相の異なるピストン同士を共通のコントロールシャフトに連結すると良く（請求項２）、また複数のコントロールシャフトを、ピストンの摺動軸線が通る平面を挟む両側に配設すると良い（請求項３）。さらに、コントロールシャフトを、クランクシャフトの軸方向の一端側と他端側とに分割すると良い（請求項４）。
また、アクチュエータを、コントロールシャフトと同軸上且つクランクシャフトの軸方向の内方側に配設するものとしたり（請求項５）、連結機構が設けられていない位置に配設するものとしたり（請求項６）すると良い。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明によれば、コントロールシャフトを分割することにより、個々のコントロールシャフトの負荷を軽減し得るので、回転駆動アクチュエータの小型化およびコントロールシャフトの小径化が可能となり、エンジンの重量増大や大型化を回避することができる。しかもコントロールシャフトの短寸化によって共振周波数が高くなり、振動の影響を受け難くなるので、コントロールシャフトの小径化、軽量化をより一層推進することができる。
４つのピストンを有するエンジンの場合は、位相の異なるピストン同士を共通のコントロールシャフトに連結するもの（請求項２）とすれば、コントロールシャフトの負荷をより一層軽減することができる。
さらに、コントロールシャフトをピストンの摺動軸線が通る平面の両側に配設するもの（請求項３）とすれば、ピストンの摺動軸線を中心として左右対称形となるので、ピストンの摺動軸線に直交する方向についての振動が相殺されることとなるため、エンジン振動の低減にも寄与し得る。
例えば１番、２番ピストンの一側方と、３番、４番ピストンの他側方とにコントロールシャフトを分割配置した場合（請求項４）、１番、２番ピストンの他側方と３番、４番ピストンの一側方とにデッドスペースが生ずるので、ここにアクチュエータを配置すれば、エンジンのシリンダ列方向寸法の増大を招かずに済む。
また、１番、３番ピストンの一側方に配置する第１コントロールシャフトと、２番、４番ピストンの他側方に配置する第２コントロールシャフトとに分割した場合は、第１コントロールシャフト側の２番、４番ピストンの側方と、第２コントロールシャフト側の１番、３番ピストンの側方とにデッドスペースが生ずるので、ここにアクチュエータを配置すれば良い。
特に、一方のコントロールシャフトにおける１番、３番ピストンとの連結機構の中間部、並びに他方のコントロールシャフトにおける２番、４番ピストンとの連結機構の中間部にアクチュエータを設けるものとすれば、コントロールシャフトの捩りトルクの負担をより一層軽減することができる。
いずれにしても、アクチュエータを、コントロールシャフトと同軸上に配設し、且つクランクシャフトの軸方向の内方側に配設するもの（請求項５）としたり、連結機構が設けられていない位置に配設するもの（請求項６）としたりすれば、アクチュエータの軸方向寸法に余裕を持たせられるので、アクチュエータを油圧作動とした場合には、油圧を低くして効率を高めることができると共に、バイアスばねを設ける場合は、バイアスばねの巻数を多くしてばねの応力を低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明が適用された可変ストロークエンジンの一例としての可変圧縮比エンジンの可動部分回りのみを抽出して示した斜視図であり、図２はその上面図である。このエンジンは、在来のエンジンと同様に、例えばシリンダブロックとクランクケースとの割り面などに設けられた軸受けにジャーナル部１が支持されたクランクシャフト２と、クランクシャフト２の軸方向に沿って列設された複数の（本実施例では４つ）ピストン３ａ〜３ｄとを備えている。そしてジャーナル部１から偏心したクランクピン部（図には明示せず）と各ピストン３ａ〜３ｄとの間が、それぞれアッパリンク４とロワリンク５とで連結されている。
【００１４】
ロワリンク５は、概ね三角形をなし、その中間部がクランクピン部に揺動自在に枢着されている。そして各ロワリンク５の一端と各ピストン３ａ〜３ｄとが、それぞれアッパリンク４で連結されている。
【００１５】
ピストン３ａ〜３ｄの摺動軸線が通る平面を挟む両側方におけるクランクシャフト２の斜め下方には、一対のコントロールシャフト６ａ・６ｂのジャーナル部７が、例えばクランクケース内に設けられた軸受けに回動自在に支持されている。
【００１６】
これらのコントロールシャフト６ａ・６ｂには、クランクシャフト２のクランクピン部と同様な偏心部（図には明示せず）が設けられており、この偏心部と各ロワリンク５の他端との間が、在来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８で連結されている。
【００１７】
両コントロールシャフト６ａ・６ｂは、それぞれの一端に結合された油圧制御の回動アクチュエータ９ａ・９ｂにより、所定の角度範囲（略９０度）を回動駆動される。
【００１８】
各回動アクチュエータ９ａ・９ｂと同軸的に捩りコイルばね１０ａ・１０ｂが設けられている。これらの捩りコイルばね１０ａ・１０ｂは、各回動アクチュエータ９ａ・９ｂの回動部材にその一端が固定され、且つ例えばクランクケース側にその他端が固定されており、各回動アクチュエータ９ａ・９ｂの回動部材、換言すると各コントロールシャフト６ａ・６ｂに一方への捩りトルクが常時作用するようにしてある。
【００１９】
両回動アクチュエータ９ａ・９ｂは、図５に示すように、中心軸を通る直径線上を径方向外向きに延びる一対のベーン１２と、各ベーン１２を受容する一対の油室１３とを備えており、油室１３内のベーン１２の周方向両側へポンプ１４で圧送する油の向きを電磁弁１５で切り替えることにより、その回転方向を変化させると共に、油室１３内に油圧を封入することにより、ベーン１２の周方向位置を固定して任意の回動角度を保持し得るようにされている。
【００２０】
次に、本発明装置の作動要領について説明する。エンジンの負荷状態に応じて両回動アクチュエータ９ａ・９ｂを駆動し、各回動アクチュエータ９ａ・９ｂに接続された各コントロールシャフト６ａ・６ｂを回動させて偏心部の中心を上下に変位させる。偏心部の中心を下方に位置させると、コントロールリンク８が引き下げられてロワリンク５がクランクシャフト２のクランクピン回りに回動し、アッパリンク４が押し上げられて各ピストン３ａ〜３ｄの上死点位置が高くなる。
【００２１】
この逆に、両コントロールシャフト６ａ・６ｂの偏心部を上方に位置させると、コントロールリンク８が押し上げられてロワリンク５がクランクシャフト２のクランクピン回りに回動し、アッパリンク４が引き下げられて各ピストン３ａ〜３ｄの上死点位置が低くなる。
【００２２】
このようにして、両コントロールシャフト６ａ・６ｂの回動によってコントロールリンク８を上下動させることにより、ロワリンク５の運動拘束条件が変化して各ピストン３ａ〜３ｄの上死点位置を含むストローク特性が連続的に変化することで、エンジンの圧縮比あるいは排気量が任意に制御される。なお、このピストンストローク特性の可変機構自体は、既に公知の技術である（必要ならば、特許文献１などを参照されたい）。
【００２３】
２本のコントロールシャフト６ａ・６ｂには、ピストンの位相が異なるもの同士のコントロールリンクがそれぞれ連結されている。図１、２に示した実施形態においては、２本のコントロールシャフト６ａ・６ｂは、クランクシャフト２の軸方向の前端側と後端側とに分割されており、１番、２番ピストン３ａ・３ｂを右側の第１コントロールシャフト６ａに連結し、３番、４番ピストン３ｃ・３ｄを左側の第２コントロールシャフト６ｂに連結している。これにより、第１コントロールシャフト６ａ側の３番、４番ピストン３ｃ・３ｄの側方および第２コントロールシャフト６ｂ側の１番、２番ピストン３ａ・３ｂの側方に空間ができるので、この空間に各コントロールシャフト６ａ・６ｂに対応する回動アクチュエータ９ａ・９ｂ並びにバイアスばね２１ａ・２１ｂを、各コントロールシャフト６ａ・６ｂと同軸的に配設している。特に駆動手段の一部をなすバイアスばね２１ａ・２１ｂは、互いに隣り合うピストン３ａ・３ｂ／３ｃ・３ｄをクランクシャフト１及び各コントロールシャフト６ａ・６ｂに連動連結するリンク機構の間に設けられており、エンジンの大型化を抑制する上に寄与している。
【００２４】
図３、４に示すように、１番、３番ピストン３ａ・３ｃを左側の第２コントロールシャフト６ｂに連結し、２番、４番ピストン３ｂ・３ｄを第１コントロールシャフト６ａに連結し、第１コントロールシャフト６ａ側の３番ピストン３ｃの側方に回動アクチュエータ９ａを、第１コントロールシャフト６ａ側の１番ピストン３ａの側方にバイアスばね２１ａを、それぞれ配設し、第２コントロールシャフト６ｂ側の２番ピストン３ｂの側方に回動アクチュエータ９ｂを、第２コントロールシャフト６ｂ側の４番ピストン３ｄの側方にバイアスばね２１ｂを、それぞれ配設するようにしても良い。
【００２５】
このようにして、個々のコントロールシャフト６ａ・６ｂに加わるトルクを半減することができるので、コントロールシャフトの小径化および軽量化を実現することができる。また軸長の短寸化により、共振周波数が高くなるので振動の影響を受け難くなるので、より一層コントロールシャフトの小径化、軽量化を推進することができる。
【００２６】
さらに、コントロールシャフトに加わるトルクが小さくなると言うことは、これを駆動する回動アクチュエータの発生すべき力も減少させられることを意味し、アクチュエータのコンパクト化を実現することができる。またクランクケース内の空間を有効利用できるため、エンジンの全長を大きくせずにアクチュエータの軸方向長さをとることができるため、アクチュエータの強度を高め易くなり、信頼性が向上する。
【００２７】
特に、第２コントロールシャフト６ｂにおける第１、第３ピストン３ａ・３ｃとの連結機構の中間部、並びに第１コントロールシャフト６ａにおける第２、第４ピストン３ｂ・３ｄとの連結機構の中間部にそれぞれ回動アクチュエータ９ａ・９ｂを設けるもの（図３、４に示す構成）とすれば、各コントロールシャフト６ａ・６ｂの捩りトルクの負担をより一層軽減することができる。
【００２８】
本発明によれば、回動アクチュエータの軸方向寸法に余裕ができるので、油圧作動するものとした場合、アクチュエータの径寸法を増大せずに軸方向寸法で受圧面積の増大を企図することができる。従って、アクチュエータへの作動油圧を低下させることができるので、油の漏れが減り、効率を高めることができる。
【００２９】
またバイアスばねの軸方向寸法にも余裕ができるので、コイルばねの巻数を多くすることが可能となり、応力を低下させて耐久性を向上することができる。
【００３０】
さらに本発明は、クランクシャフト２を中心に左右対称形に一対のコントロールシャフト６ａ・６ｂを配置するので、シリンダ軸線に直交する方向についての加振力を相殺することができ、これによってエンジン振動の低減に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明装置の第１実施形態を示す上面図である。
【図３】本発明装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明装置の第２実施形態を示す上面図である。
【図５】本発明装置の油圧回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  クランクシャフト
３ａ〜３ｄ  ピストン
４  アッパリンク
５  ロワリンク
６ａ・６ｂ  コントロールシャフト
８  コントロールリンク
９ａ・９ｂ  回動アクチュエータ
【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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