(57)【要約】  【課題】  アクチュエータの操作軸２５と制御軸２０を連繋する駆動伝達機構２８の製作を容易かつ高精度に行えるようにする。  【解決手段】  制御軸２０の外周部には、一端が径方向外側に開口する軸方向に沿ったスリット３１を有する一枚板状のアーム部材３０を突設する。アクチュエータの操作軸２５の先端には、夫々同軸にピン支持孔３３が形成された一対の平行な支持片３２を形成する。両支持片３２のピン支持孔３３に連結ピン３４の両端部を回動可能に支持させるとともに、両支持片３２をアーム部材３０を間に挟むように同アーム部材３０の両側に配置し、連結ピン３４の中間部３６をアーム部材３０のスリット３１にスライド自在に係合させる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンを機械的に連結する複数のリンクと、
クランクシャフトと平行に延びる制御軸と、
この制御軸に偏心して設けられた偏心カムと、
前記複数のリンクの一つに一端が連結されるとともに、前記偏心カムに他端が回動自在に支持された制御リンクと、
運転条件に応じて進退操作されるアクチュエータの操作軸と、
この操作軸の進退作動を回動作動に変換して前記制御軸に伝達する駆動伝達機構と、を備え、
前記アクチュエータの作動によって制御軸を回動させ、その回動によって前記制御リンクの揺動支点を操作することにより、気筒の圧縮比を任意に制御する内燃機関の可変圧縮比装置において、
前記駆動伝達機構を、
一端が径方向外側に開口する軸方向に沿ったスリットを有し、前記制御軸の外周部に突設された一枚板状のアーム部材と、
前記アクチュエータの操作軸の先端に突設され、夫々に同軸にピン支持孔が形成された一対の平行な支持片と、
この一対の支持片のピン支持孔に両端部が回動可能に支持された連結ピンと、を備えた構成とし、
前記一対の支持片を前記アーム部材を間に挟み込むように同アーム部材の両側に配置するとともに、前記両支持片に支持された連結ピンの軸方向の中間部を前記アーム部材のスリットにスライド自在に係合させ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】
前記連結ピンの軸方向の中間部に、前記スリットにスライド自在に係合する二面幅を設けた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】
前記連結ピンの二面幅の軸方向長さを、前記アーム部材の軸方向幅よりも大きく、かつ前記両支持片間の幅よりも小さく設定したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項４】
前記ピン支持孔に支持される連結ピンの両端部を、同連結ピンの中間部よりも大径に形成した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】
前記ピン支持孔に支持される連結ピンの両端部を、連結ピンの中間部と同径に形成した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６】
前記アーム部材が、制御軸上の偏心カムと、前記制御軸を回動可能に支持する主軸受との間に設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比装置であって、
前記両支持片の制御軸軸方向の最大幅を、前記偏心カムと主軸受の間の間隔よりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
【請求項７】
前記アーム部材を制御軸と別体に製作し、製作後に両者を一体に結合した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】
本発明は、運転条件に応じて気筒の圧縮比を可能制御する内燃機関の可変圧縮比装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に、レシプロ式内燃機関の圧縮比可変装置として、複リンク式ピストン−クランク機構を用い、そのリンクの一部を可動制御することによりピストン上死点位置を変化させるようにしたものを種々提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の圧縮比可変装置は、ピストンのピストンピンとクランクシャフトのクランクピンをアッパリンクとロアリングを介して連結するとともに、ロアリンクに、同リンクの作動を制限する制御リンクを連結し、その制御リンクの揺動支点を可変操作することにより、ピストン上死点位置によって決まる気筒の圧縮比を任意に変更し得るようにしている。
【０００４】
この圧縮比可変装置の場合、シリンダブロックには、クランクシャフトと平行な制御軸が設けられ、その制御軸に前記制御リンクの揺動支点を成す偏心カムが一体に設けられている。偏心カムは制御軸の主軸受に対して偏心して設けられ、制御リンクの一端部はその偏心カムに回動自在に支持されており、制御軸の回動作動によって偏心カムの中心位置を操作し、それによって気筒の圧縮比を任意に変更する。制御軸は、運転条件に応じて進退作動するアクチュエータの操作軸によって操作され、その操作軸と制御軸とは以下のような駆動伝達機構を介して連携されている。
【０００５】
即ち、この駆動伝達機構は、図７に示すように、アクチュエータの操作軸１の先端部に設けられたピン支持孔２と、このピン支持孔２に中央の大径部３ａを回動自在に支持された連結ピン３と、制御軸４の外周に、軸方向に離間して設けられた一対のアーム部材５，５と、この両アーム部材５，５に、軸方向に沿い一端が径方向外側に開口するように形成されたスリット６と、を備え、ピン支持孔２に支持された連結ピン３の両端部が両アーム部材５，５の各スリット６にスライド可能に係合されている。この駆動伝達機構は、操作軸１がアクチュエータによって進退操作されると、連結ピン３が両アーム部材５，５のスリット６内をスライドしつつ制御軸４を回動させ、操作軸１の進退作動を制御軸４に回動作動として伝達する。
【０００６】
なお、前記両アーム部材５，５は、制御軸４の主軸受７とその主軸受７に隣接する偏心カム８との間に配置されている。また、図７中９はアクチュエータの回転を操作軸１の進退作動に変換する変換リングである。
【特許文献１】特開２００２−１１５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この従来の可変圧縮比装置は、操作軸１に連結ピン３を回動自在に支持させ、その連結ピン３の両端部を制御軸４の一対のアーム部材５，５のスリット６に係合させた駆動伝達機構の構成となっているため、制御軸４上にアーム部材５，５を造形すること事態が難しいうえに、各アーム部材５にスリット６を精度良く加工することが難しい。
【０００８】
即ち、この装置において、一対のアーム部材５，５が制御軸４の軸上に近接配置されているため、鍛造での製造が難しいのは勿論のこと、鋳造で製造するにしてもアーム部材５，５部分を型から抜くときの抜き性が悪くなってしまう。特に、制御軸４の回動範囲を広げるためには（圧縮比の可変範囲を広げるためには）アーム部材５のスリット６を長く確保する必要があるが、スリット６長さを長く確保するために両アーム部材５，５の延出長さを長くすると、型抜きがさらに難しくなる。
【０００９】
また、両アーム部材５，５にスリット６を形成する場合には、両者のスリット位置が正確に合致するように両アーム部材５，５に対して同時に切削や研磨加工を行う必要があるが、制御軸４の外周面には主軸受７や偏心カム８が突出して形成されているため、スペース上の制約の関係で同時加工を行うことが難しく、充分な加工精度を出せないというのが実情である。そして、両スリット６，６の加工精度を充分に高めることができないことから、両スリット６，６と連結ピン３の間に必要外の隙間やフリクションが発生し易く、隙間が大きい場合には、機関運転中の爆発衝撃と慣性質量による交番荷重によって隙間部分で異音を発生し易くなり、フリクションが大きい場合には、アクチュエータ作動時のエネルギーロスが大きくなってしまう。また、スリット６，６相互の位置ずれは連結ピン３の作動、延いては制御リンクの作動を不正確にし、圧縮比の制御精度の低下を招くことが懸念される。
【００１０】
そこで本発明は、駆動伝達機構の製作を容易かつ高精度に行えるようにして、製造コストの削減と、エネルギーロスの低減、及び、制御精度の向上を図ることのできる内燃機関の可変圧縮比装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、制御軸の外周部には、一端が径方向外側に開口する軸方向に沿ったスリットを有する一枚板状のアーム部材を突設し、アクチュエータの操作軸の先端には、夫々同軸にピン支持孔が形成された一対の平行な支持片を形成し、両支持片のピン支持孔に連結ピンの両端部を回動可能に支持させるとともに、前記両支持片をアーム部材を間に挟むように同アーム部材の両側に配置し、連結ピンの中間部をアーム部材のスリットにスライド自在に係合させるようにした。
【００１２】
本発明の場合、アクチュエータ操作によって操作軸が進退作動すると、連結ピンがその両端を支持する両支持片の支持孔内を回動し、かつ、アーム部材のスリット内をスライドしつつ、制御軸を回動操作する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、制御軸に突設されるアーム部材が一枚板状であるため、軸方向スペースが制限された制御軸の外周面に鋳造や鍛造、或いは、別体部材を結合する等してアーム部材を容易に設けることができる。そして、アーム部材に設けるスリットも、アーム部材が一枚板状であることから、精度良く容易に加工することができる。したがって、本発明によれば、製造コストを削減することができるとともに、スリットと連結ピンの間の必要外の隙間やフリクションの発生等を少なくして、エネルギーロスの低減と圧縮比制御精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図３，図４（Ｃ），（Ｄ）は、本発明の第１の実施形態を示すものであり、図２は、この実施形態の可変圧縮比装置の全体を示す断面図である。
【００１６】
図２に示すように、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ１２内にはピストン１３が摺動自在に収容されており、このピストン１３のピストンピン１４にアッパリンク１５の上端部が揺動可能に連結されている。一方、クランクシャフト１６のクランクピン１７には、略三角形状のロアリンク１８の中心部が回動可能に支持され、そのロアリンク１８の一端が前記アッパリンク１５の下端に第１連結ピン１９を介して揺動可能に連結されている。
【００１７】
また、シリンダブロック１１の下端部には、クランクシャフト１６と平行に制御軸２０が回動自在に配置され、この制御軸２０に軸受中心に対して偏心するように偏心カム２１が一体に設けられている。そして、この偏心カム２１の外周には制御リンク２２の基端が回動自在に支持され、その制御リンク２２の先端部が前記ロアリンク１８の他端に第２連結ピン２３を介して揺動可能に連結されている。偏心カム２１の中心は制御リンク２２の揺動支点を成し、制御軸２０の回転に伴なってその中心位置が変化する。そして、制御軸２０の回転によって偏心カム２１の中心位置が変化すると、制御リンク２２によるロアリンク１８の運転拘束条件が変化して、ピストン１４の上死点位置が変化し、延いては機関圧縮比が変更されることになる。尚、制御軸２０には各気筒に対応する個数の偏心カム２１が設けられ、全ての気筒のピストン１４は同様に制御リンク２２によって制御されるようになっている。
【００１８】
また、前記制御軸２０はアクチュエータ２４の操作軸２５によって回動操作されるようになっている。このアクチュエータ２４は、ケーシング２６内に進退自在に収容された操作軸２５と、この操作軸２５の基端側の雄ねじ部に螺合する円筒部材２７と、を備え、この円筒部材２７が機関運転条件に応じてモータ等のよって回動制御され、それによって操作軸２５が進退作動するようになっている。そして、このアクチュエータ２４の操作軸２５と前記制御軸２０とは、図１，図３に示すような駆動伝達機構２８によって連繋されている。
【００１９】
駆動伝達機構２８は、制御軸２０の略中央の主軸受２９（制御軸２０をシリンダブロック１１の下部に回動自在に支持するための軸受。）と偏心カム２１の間に設けられた一枚板状のアーム部材３０と、このアーム部材３０に、径方向外側に開口し、かつ同アーム部材３０の軸方向と径方向に沿うように形成されたスリット３１と、アクチュエータ２４の操作軸２５の先端部に二股状に突設された一対の平行な板状の支持片３２，３２と、この両支持片３２，３２の対向する位置に夫々同軸に形成されたピン支持孔３３，３３と、この両支持片３２，３２のピン支持孔３３，３３に両端部が回動可能に嵌合された連結ピン３４と、を備え、連結ピン３４の軸方向略中央には、アーム部材３０のスリット３１にスライド自在に係合される二面幅３５が形成されている。
【００２０】
アーム部材３０は、制御軸２０とともに鋳造あるいは鍛造によって一体に形成され、制御軸２０の軸方向が板厚方向となるように軸直角方向に延出しており、その軸直角方向に延出した延出部の先端面に前記スリット３１が形成されている。また、連結ピン３４は、二面幅３５の形成される軸方向中間部３６に対して両端部３７，３７が大径に形成され、その両端の大径部分がピン支持孔３３，３３に回動可能に嵌合されている。
【００２１】
操作軸２５は、両支持片３２，３２で連結ピン３４の大径部３７を支持した状態において制御軸２０のアーム部材３０に組み付けられている。具体的には、連結ピン３４を支持した支持片３２，３２は、アーム部材３０を軸方向両側から挟み込むように配置され、連結ピン３４の二面幅３５部分はアーム部材３０のスリット３１にスライド自在に嵌合されている。したがって、アクチュエータ２４の駆動によって操作軸２５が進退操作されると、連結ピン３４がピン支持孔３３内を回動しつつアーム部材３０のスリット３１内をスライドし、このとき操作軸２５の進退作動が回動作動に変換されて制御軸２０に伝達される。
【００２２】
ここで、アーム部材３０、連結ピン３４、支持片３２等の各部の寸法は以下の式（１）〜（３）のように設定されている（図３参照。）。
【００２３】
Ｌ３（Ｌ４）＞Ｌ５＞Ｌ６        …（１）
Ｌ３；両支持片３２，３２間の幅
Ｌ４；連結ピン３４の中間部３６（小径部分）の軸方向長さ
Ｌ５；連結ピン３４の二面幅３５の軸方向長さ
Ｌ６；アーム部材３０の軸方向幅
Ｌ１＞Ｌ２                      …（２）
Ｌ１；隣接する偏心カム２１と主軸受２９の間の間隔
Ｌ２；両支持片３２の制御軸２０軸方向の最大幅
Ｄ２＞Ｄ１                      …（３）
Ｄ２；連結ピン３４の中間部３６の直径
Ｄ１；連結ピン３４の端部３７の直径
まず、式（１）について説明すると、これは連結ピン３４の二面幅３５と、両支持片３２，３２間の幅とアーム部材３０の軸方向幅の関係を規定したものであり、二面幅３５の軸方向長さＬ５を、両支持片３２，３２間の幅Ｌ３よりも小さく設定することによって、ピン支持孔３３に連結ピン３４の大径部分（端部３７）を充分な幅でもって嵌合できるようにするとともに、アーム部材３０の軸方向幅Ｌ６よりも大きくすることによって二面幅３５が常時アーム部材３０のスリット３１内に確実に係合されるようにしている。Ｌ３＞Ｌ５の関係については、これが逆の場合には、二面幅３５がピン支持孔３３内に入り込むことによって連結ピン３４とピン支持孔３３の嵌合代が減少し、機関運転時における連結ピン３４の軸方向のガタが大きくなり、その結果、連結ピン３４が偏心カム２１や主軸受２９と干渉し易くなるが、上記の設定によってこのような不具合を確実に回避することができる。
【００２４】
式（２）は、両支持片３２の最大幅Ｌ２について規定したものであり、両支持片３２の最大幅Ｌ２を、偏心カム２１と主軸受２９の間隔Ｌ１よりも小さく設定することによって、操作軸２５の進退操作時に、支持片３２が偏心カム２１や主軸受２９に対して干渉することがないようにしている。
【００２５】
また、式（３）は、連結ピン３４の直径について規定したものであり、両端部３７の直径を中央部３６の直径より大きく設定することによって、ピン支持孔３３との接触面圧を大きくし、連結ピン３４及びピン支持孔３３部分の耐久性の向上を図るようにしている。
【００２６】
なお、当然のことながら、操作軸２５の両支持片３２，３２はアーム部材３０の軸方向両側に配置されるため、アーム部材３０の軸方向幅Ｌ６と両支持片３２，３２間の幅Ｌ３は、Ｌ６＜Ｌ３の関係にある。
【００２７】
以上説明したように、この可変圧縮比装置の駆動伝達機構２８は、制御軸２０に一枚板状のアーム部材３０を一体に設け、そのアーム部材３０にスリット３１を形成して、操作軸２５側の支持片３２に両端を回動自在に支持された連結ピン３４の中間部３６をスリット３１にスライド自在に係合させたものであるため、駆動伝達機構２８の各部の成形、特に、アーム部材３０とスリット３１の成形を容易に行うことができる。
【００２８】
即ち、アーム部材３０を鋳造で成形する場合には、アーム部材３０が他部材と近接していないことから、型抜き性が良好になる。また、アーム部材３０を鍛造で成形する場合には、一対の棒材を圧着することによって制御軸２０を成形し、このとき両棒材の圧着部の成長肉厚を利用することによって、アーム部材３０を成形することができる。
【００２９】
スリット３１の成形については、図４を参照して以下に詳述する。なお、図４（ａ），（ｂ）は、図７の従来技術に対応するものを示し、図４（ｃ），（ｄ）は、第１の実施形態を示す。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、平行な一対のアーム部材５，５を制御軸４に一体に形成した従来技術の場合、二つのカッター４０，４０Ａを両アーム部材５，５に同時に当て、夫々にスリット６，６を同時に加工することが加工精度上望ましい。しかし、一対のアーム部材５，５を制御軸４上に設けた従来のものにおいては、主軸受７や偏心カム８に対するアーム部材５の間隔が狭くならざるを得ないため、切削加工時にカッター４０，４０Ａが主軸受７や偏心カム８に干渉してしまう。このため、従来のものにおいては、単一のカッター４０を用いて各アーム部材５に別々に切削加工を行わざるを得ず、両アーム部材５，５のスリット６，６の位置精度を高めることができなかった。
【００３１】
これに対し、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、この実施形態は、制御軸２０に一枚板状のアーム部材３０が形成されたものであるため、二つのカッターを用いずに単一のカッター４０で精度上の問題なく加工を行うことができ、しかも、主軸受２９や偏心カム２１に対するアーム部材３０の間隔を充分に広く確保できることから、カッター４０が主軸受２９や偏心カム２１と接触する不具合も生じない。なお、スリット３１に対する研磨加工についても同様である。
【００３２】
したがって、この実施形態の駆動伝達機構２８の場合には、アーム部材３０の成形とスリット３１の加工を容易にかつ精度良く行うことができるため、製造コストの低減を図ることができるとともに、各部のフリクションや隙間が少なくなることから、アクチュエータ２４のエネルギーロスの低減と圧縮比制御精度の向上を図ることができる。
【００３３】
また、この実施形態においては、連結ピン３４の中間部に二面幅３５を形成し、その二面幅３５をアーム部材３０のスリット３１に係合させるようにしているため、スリット３１と連結ピン３４の接触部の面圧を下げて部材の耐久性を向上させることができるとともに、連結ピン３４とスリット３１の接触が安定して機関運転時の装置の作動が安定するという利点がある。
【００３４】
なお、操作軸２５の両支持片３２，３２には同軸にピン支持孔３３，３３を形成する必要があるが、これらのピン支持孔３３，３３は、制御軸２０のように他の構成部材が込み入って配置される部分に加工を行うものでないため、加工は著しく容易である。
【００３５】
図５は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、この実施形態は、駆動伝達機構２８の連結ピン１３４がストレート状に形成され、各支持片３２，３２のピン支持孔３３，３３に回動可能に嵌合される連結ピン１３４の両端部１３７，１３７と中間部１３６とが同直径に形成されている。なお、この実施形態の場合も、各部の寸法は前記式（１），式（２）を満たすように設定されている。
【００３６】
この実施形態の場合、基本的には第１の実施形態と同様の効果を得ることができるが、連結ピン１３４がストレート状に形成されているため、連結ピン１３４の製造が容易になり、より低コストでの製造が可能となる。
【００３７】
また、図６は、本発明の第３の実施形態を示すものであり、この実施形態は、一枚板状のアーム部材２３０を棒状の制御軸２２０と別体に製造し、両者に夫々切削や研磨や熱処理等を行った後に最終的にアーム部材２３０を制御軸２２０の設定位置にボルト５０によって締結したものである。
【００３８】
この実施形態の場合、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるうえ、さらに以下のような効果を得ることができる。
【００３９】
即ち、この実施形態は、制御軸２２０の形状を単純化できるうえ、アーム部材２３０の加工（例えば、スリット３１の切削加工）をスペース的に余裕のある別の場所で行うことができるため、製造コストをより低減することができる。
【００４０】
また、アーム部材２３０は制御軸２２０に対して径方向に大きく突出しているため、アーム部材２３０を制御軸２２０に一体に形成して全体に焼入れを行おうとすると、径方向変化の大きいアーム部材２３０部分が原因となって制御軸２２０に焼き曲がりが生じ、その焼き曲がりによって制御軸の同軸度が低下することが懸念される。しかし、この実施形態においては、アーム部材２３０と制御軸２２０が別体であるため、両者に対して別々に熱処理を行うことによって制御軸２２０の焼き曲がりによる気筒間の圧縮比のバラツキを無くすことができる。また、アーム部材２３０と制御軸２２０に夫々に適した熱処理を行い、例えば、制御軸２２０側には簡単な熱処理を行う等して熱処理効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の要部を示す分解斜視図。
【図２】同実施形態の可変圧縮装置全体を示す断面図。
【図３】同実施形態の要部の寸法関係を示す部分断面平面図。
【図４】従来装置の平面図（Ａ）、従来装置の切削工程時における側面図（Ｂ）、本発明の第１の実施形態の平面図（Ｃ）、同実施形態の切削工程時における側面図（Ｄ）を併せて記載した図。
【図５】本発明の第２の実施形態の要部の寸法関係を示す部分断面平面図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す要部の分解斜視図。
【図７】従来の可変圧縮装置の要部を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００４２】
１３…ピストン
１４…ピストンピン
１５…アッパリンク
１６…クランクシャフト
１７…クランクピン
１８…ロアリンク
２０，２２０…制御軸
２１…偏心カム
２２…制御リンク
２４…アクチュエータ
２５…操作軸
２８…駆動伝達機構
３０，２３０…アーム部材
３１…スリット
３２…支持片
３３…ピン支持孔
３４，１３４…連結ピン
３５…二面幅
３６，１３６…中間部
３７，１３７…端部
【図１】
2005163740.tif 000003
【図２】
2005163740.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005163740.tif 000006
【図５】
2005163740.tif 000007
【図６】
2005163740.tif 000008
【図７】
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