(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のバンク角をなす少なくとも一対のシリンダと、各シリンダ内に摺動可能に配設される一対のピストンと、各ピストンのピストンピンに連結される一対のアッパーリンクと、各アッパーリンクに連結される一対のロアリンクと、を有し、
これら一対のロアリンクの双方が、クランクシャフトの一つのクランクピンに同軸状に回転可能に取り付けられ、
かつ、爆発間隔が等間隔となるように、上記一対のピストンの位相差を、上記バンク角と異ならせたことを特徴とするＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項２】
機関圧縮比の変更時に上記一対のロアリンクの運動拘束条件を変化させる圧縮比変更手段を有し、
この圧縮比変更手段が、機関圧縮比の変更時に回転駆動される一つの制御軸と、この制御軸に固定された一対の制御レバーと、各制御レバーと上記一対のロアリンクとをそれぞれ連結する一対の制御リンクと、を有することを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項３】
上記バンク角が約９０°でＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関に適用され、上記一対のピストンの位相差を約１２０°とすることを特徴とする請求項２に記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項４】
上記アッパーリンクとロアリンクとの一対の連結中心が、クランクシャフトの中心に対してクランクピンとほぼ同方向に近接配置されていることを特徴とする請求項３に記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項５】
上記バンク角が約９０°でＶ型６気筒２サイクル式の内燃機関に適用され、上記一対のピストンの位相差を約６０°とすることを特徴とする請求項２に記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項６】
上記アッパーリンクとロアリンクの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して略対称位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項７】
上記ロアリンクと制御リンクの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して略同方向に近接配置されているとともに、上記制御リンクと制御アームの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して同方向に近接配置されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項８】
上記アッパーリンクとロアリンクの一対の連結中心からクランクピンまでの距離を、略同一としたことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【請求項９】
上記ロアリンクと制御リンクの一対の連結中心からクランクピンまでの距離を、略同一としたことを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載のＶ型内燃機関のピストン駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のバンク角をなす少なくとも一対のシリンダを有するＶ型内燃機関のピストン駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関のクランクシャフトでは、図１２に示すように、主に機関全長を短縮する目的で、左右バンクにそれぞれ設けられる少なくとも一対のシリンダのクランクピン（例えばＮｏ．１ピンとＮｏ．２ピン）が、メインジャーナルの同じ軸受スパン間（例えばＮｏ．１ジャーナルとＮｏ．２ジャーナルの軸受スパン間）に配置される。
【０００３】
このような６気筒の内燃機関では、典型的にはシリンダの点火順序がＮｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３→Ｎｏ．４→Ｎｏ．５→Ｎｏ．６となるため、爆発間隔を等間隔とするためには、同じ軸受スパン間に配設される一対のシリンダの位相差（例えば圧縮上死点の位相差）を１２０°に設定する必要がある。従って、例えばバンク角が９０°の場合、一般的には、同じ軸受スパン間に配設される一対のクランクピンを互いに３０°オフセットさせており、これらクランクピンの間には補強用のウエブ等が介装される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように同じ軸受スパン間に配設される一対のクランクピンが互いにオフセットしていると、補強用ウエブ等を介装する分、機関寸法が長くなるとともに、各クランクピンの軸方向に割り当てられる幅が直列気筒配置に比べて短くなる傾向にある。そのため、クランクピン回りのスペースの制約が大きく、その結果として、各部の強度の確保が不十分となり易い。
【０００５】
ところで、内燃機関のピストン駆動装置として、クランクシャフトのクランクピンとピストンのピストンピンとを複数のリンクで連携した複リンク機構や、この複リンク機構の一つのリンクの運動拘束条件を変化させることにより、シリンダ内の圧縮比を変化させる可変圧縮比機構が、従来より知られている。
【０００６】
このような複雑な構造のピストン駆動装置では、構成部品を如何にコンパクトに、かつ合理的に配置するかが大きな課題となる、特に、上述したようなＶ型内燃機関においては、左右バンクのピストンを１本のクランクシャフトで駆動するため、クランクシャフトの周囲に左右バンクのピストン駆動装置のリンク部品が集中する傾向にあり、合理的な配置の工夫が不可欠である。
【０００７】
本発明の一つの目的は、爆発間隔を等間隔としつつ、左右バンクの一対のシリンダで一つのクランクピンを共用し、機関全長の短縮化及び機関搭載性の向上等を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明に係るＶ型内燃機関のピストン駆動装置は、所定のバンク角をなす少なくとも一対のシリンダと、各シリンダ内に摺動可能に配設される一対のピストンと、各ピストンのピストンピンに連結される一対のアッパーリンクと、各アッパーリンクに連結される一対のロアリンクと、を有し、これら一対のロアリンクの双方が、クランクシャフトの一つのクランクピンに同軸状に回転可能に取り付けられ、かつ、爆発間隔が等間隔となるように、上記一対のピストンの位相差を、上記バンク角と異ならせたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、機関圧縮比の変更時に上記一対のロアリンクの運動拘束条件を変化させる圧縮比変更手段を有し、この圧縮比変更手段が、機関圧縮比の変更時に回転駆動される一つの制御軸と、この制御軸に固定された一対の制御レバーと、各制御レバーと上記一対のロアリンクとをそれぞれ連結する一対の制御リンクと、を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記バンク角が約９０°でＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関に適用され、上記一対のピストンの位相差を約１２０°とすることを特徴としている。
【００１１】
この場合、好ましくは請求項４に係る発明のように、上記アッパーリンクとロアリンクとの一対の連結中心が、クランクシャフトの中心に対してクランクピンとほぼ同方向に近接配置されている。
【００１２】
請求項５に係る発明は、上記バンク角が約９０°でＶ型６気筒２サイクル式の内燃機関に適用され、上記一対のピストンの位相差を約６０°とすることを特徴としている。
【００１３】
この場合、請求項６に係る発明のように、上記アッパーリンクとロアリンクの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して略対称位置に配置されている。
【００１４】
より具体的には、請求項７に係る発明のように、上記ロアリンクと制御リンクの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して略同方向に近接配置されているとともに、上記制御リンクと制御アームの一対の連結中心が、上記クランクピンに対して同方向に近接配置されている。
【００１５】
また、請求項８に係る発明のように、上記アッパーリンクとロアリンクの一対の連結中心からクランクピンまでの距離を、略同一とする。
【００１６】
更には請求項９に係る発明のように、上記ロアリンクと制御リンクの一対の連結中心からクランクピンまでの距離を、略同一とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、所定のバンク角を有する内燃機関において、クランクピンを共用する一対のシリンダの位相差をバンク角とは異なる適正な値に設定することができる。この結果、爆発間隔を等間隔としつつ、クランクピンの共用化による機関全長の短縮化及び機関搭載性の向上等を図ることができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、圧縮比を変更可能な複リンク式の複雑なリンク構造でありながら、上記請求項１の効果を実現できる。また、圧縮比変更手段の一部としての一本の制御軸を左右バンクで共用しているため、仮に制御軸を各バンク毎に設ける場合に比して、部品点数が抑制され、機関搭載性の向上等を図ることができる。
【００１９】
請求項３又は４に係る発明によれば、バンク角が約９０°でＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関でありながら、一つのピストンピンを共用する一対のシリンダの位相差を１２０°として、爆発間隔を等間隔とすることができる。
【００２０】
請求項５又は６に係る発明によれば、バンク角が約９０°でＶ型６気筒２サイクル式の内燃機関でありながら、一つのピストンピンを共用する一対のシリンダの位相差を６０°として、爆発間隔を等間隔とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
先ず、図１〜６を参照して、本発明に係るピストン駆動装置を、バンク角が９０°でＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関に適用した第１実施形態について説明する。なお、必要に応じて、左バンクの構成要素には参照符号の後にＬを、右バンクの構成要素には参照符号の後にＲを付して説明する。また、図３は左バンク側の構成を、図４は右バンク側の構成を抽出して描いている。
【００２２】
図１に示すように、シリンダブロック１０の左バンク及び右バンクには、それぞれ左側シリンダ１１Ｌ及び右側シリンダ１１Ｒが形成されている。なお、以下の説明では、一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒに係わるリンク構造について説明するが、実際にはこのような一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒが気筒列方向（紙面直交方向）に合計３組並設されている。
【００２３】
各シリンダ１１Ｌ，１１Ｒには、それぞれ左側ピストン１２Ｌ及び右側ピストン１２Ｒが摺動可能に配設されている。ここで、左バンクのシリンダ軸線（ピストン往復軸線）１３Ｌと、右バンクのシリンダ軸線１３Ｒと、のなす狭角つまりバンク角は、この実施形態では９０°に設定されており、例えばバンク角が６０°の場合に比して機関の全高を短縮する上で有効である。なお、シリンダ軸線１３Ｌ，１３Ｒの交点は、必ずしもクランクシャフト１８のクランク中心１８ａ上に配置されていない。
【００２４】
各ピストン１２Ｌ，１２Ｒのピストンピン１４Ｌ，１４Ｒには、左側アッパーリンク１５Ｌ及び右側アッパーリンク１５Ｒの上端がそれぞれ回転可能に連結されている。各アッパーリンク１５Ｌ，１５Ｒの下端部は、それぞれ左側ロアリンク１６Ｌ及び右側ロアリンク１６Ｒに、第１ジョイント（連結ピン）１７Ｌ，１７Ｒによって回転可能に連結されている。
【００２５】
そして、これら左側ロアリンク１６Ｌ及び右側ロアリンク１６Ｒの双方が、クランクシャフト１８の一本のクランクピン１９に回転可能に取り付けられている。つまり、一対のロアリンク１６Ｌ，１６Ｒが、クランク軸心１８ａに対して偏心するクランクピン１９の中心線上つまり同軸状に配置されている。
【００２６】
また、機関圧縮比の変更時に、ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒの回転拘束条件を変化させる圧縮比変更手段が設けられている。つまり、この圧縮比変更手段は、シリンダブロック１０に回転可能に支持された一本の制御軸２１と、この制御軸２１に固定された左側制御レバー２２Ｌ及び右側制御レバー２２Ｒと、各制御レバー２２Ｌ，２２Ｒと各ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒとを連結する左側制御リンク２３Ｌ及び右側制御リンク２３Ｒと、を有している。各制御リンク２３Ｌ，２３Ｒの一端と各ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒとは、それぞれ第２ジョイント（連結ピン）２４Ｌ，２４Ｒにより回転可能に連結されており、各制御リンク２３Ｌ，２３Ｒの他端と各制御レバー２２Ｌ，２２Ｒの揺動する先端とは、それぞれ第３ジョイント（連結ピン）２５Ｌ，２５Ｒにより回転可能に連結されている。
【００２７】
従って、図外のアクチュエータにより制御軸２１を機関本体としてのシリンダブロック１０に対して回転駆動すると、制御レバー２２Ｌ，２２Ｒも一体的に回転し、各制御レバー２２Ｌ，２２Ｒと制御リンク２３Ｌ，２３Ｒとを連結する第３ジョイント２５Ｌ，２５Ｒの位置、つまり制御リンク２３Ｌ，２３Ｒの揺動支点の位置が変化する。この結果、ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒの運動拘束条件が変化して、アッパーリンク１５Ｌ，１５Ｒを介して連携するピストン１２Ｌ，１２Ｒのストローク特性が変化することにより、シリンダ１１Ｌ，１１Ｒ内の燃焼室の圧縮比が変化する。
【００２８】
例えば、図３に示す左バンク側において、圧縮比の変更時に制御軸２１を時計回りに回転させれば、制御リンク２３Ｌの揺動支点となる第３ジョイント２５Ｌは図中右方向に移動し、第２ジョイント２４Ｌはクランクピン１９を中心として反時計回りに回転する。この結果、第１ジョイント１７Ｌが図中下方に移動し、ピストン１２Ｌの位置が下方へ移動することになる。
【００２９】
このような本実施形態の第１の特徴は、上述したように、左右バンクの一対のロアリンク１６Ｌ，１６Ｒを一つのクランクピン１９に同軸状に取り付けている点である。このように一対のロアリンク１６Ｌ，１６Ｒでクランクピン１９を共用することにより、クランクピン１９の数を半分（例えばＶ６の場合には３個）に抑制できるとともに、機関軸方向寸法の増加を招くことなく、クランクピン１９の有効幅を十分に大きく確保することができる。このため、圧縮比変更手段を備えた複リンク式の複雑なリンク構成でありながら、比較的コンパクトであり、機関搭載性にも優れている。
【００３０】
第２の特徴は、クランクピン１９を共用する一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの位相差（例えば圧縮上死点位置の位相差）を、バンク角とは異ならせる設定とし、かつ、シリンダ間の爆発間隔を等間隔としている点にある。
【００３１】
この点について詳述すると、バンク角が９０°のＶ型６気筒４サイクル式の内燃機関で爆発間隔を等間隔とするためには、一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの位相差を１２０°とする必要があるため、従来の一般的な構造では、一対のシリンダのクランクピンを互いに３０°だけオフセットさせる必要があった。これに対し、本実施形態では、後述するようなリンクアライメントの設定等により、バンク角が９０°であるにもかかわらず、クランクピン１９を共用する左右一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒの位相差を１２０°とすることができる。
【００３２】
第３の特長は、圧縮比変更手段の一部としての一本の制御軸２１を左右バンクで共用している点にある。これにより、仮に制御軸を各バンク毎に設ける場合に比して、部品点数が少なくてすみ、構成が簡素化される。つまり、本実施形態においては、左右バンクで制御軸２１を共用するとともに、左右一対のシリンダでクランクピン１９を共用する簡素な構造で、シリンダの爆発間隔を等間隔とすることができる。
【００３３】
これらの特徴を実現するリンクアライメントを図５に示している。なお、この図５は、クランク角度で６０°毎のリンク配置を示す機関後方から見たリンク図であり、図１，３，４等とは左右逆になっているように見えるが、実際には同じ構造を描いている。
【００３４】
この図５にも示すように、左右バンクの各リンクの主要寸法は、アッパーリンク１５Ｌ，１５Ｒを除いて左右バンクでほぼ同じ寸法に設定されている。また、第１ジョイント１７Ｌ，１７Ｒ（アッパーリンク１５Ｌ，１５Ｒとロアリンク１６Ｌ，１６Ｒの連結中心）からクランクピン１９までの距離は、左右バンクで略同一に設定されている。更に、第２ジョイント２４Ｌ，２４Ｒ（ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒと制御リンク２３Ｌ，２３Ｒの連結中心）からクランクピン１９までの距離も、左右バンクで略同一に設定されている。
【００３５】
各アッパーリンク１５Ｌ，１５Ｒとロアリンク１６Ｌ，１６Ｒとを連結する一対の第１ジョイント１７Ｌ，１７Ｒは、クランクシャフト１８のクランク中心１８ａに対してクランクピン１９と略同方向に互いに近接して配置されている。また、各ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒと各制御リンク２３Ｌ，２３Ｒとを連結する第２ジョイント２４Ｌ，２４Ｒは、クランクピン１９に対して同方向に互いに近接して配置されている。さらに、各制御リンク２３Ｌ，２３Ｒと各制御レバー２２Ｌ，２２Ｒとを連結する第３ジョイント２５Ｌ，２５Ｒも、クランクピン１９に対して同方向に互いに近接して配置されている。
【００３６】
また、図５（ａ）に示すように、クランク角度が９０°のときには、クランクピン１９が図中略３時の位置に配置されており、この状態からクランクシャフト１８が反時計方向へ６０°回転すると、（ｂ）に示すように、クランクピン１９も回転し、図中上方に移動する。この場合、制御リンク２３Ｌ，２３Ｒが共に反時計回り方向、つまりクランクピン１９と同方向に揺動する関係で、ロアリンク１６Ｌ，１６Ｒのクランクピン回りの回転運動は、同じ方向に拘束を受ける。
【００３７】
このような各リンクの寸法関係や動作を全て説明することは難しいが、各リンクの寸法関係を適正に選定したシュミレーション結果が図５の特性であり、その動作をクランク角度毎に追っていくと、そのメカニズムを理解できるであろう。
【００３８】
図６は、クランク角に対する左右バンクのピストンストローク特性を示す。同図に示すように、左右バンク共に、滑らかな正弦波形に近い略同一のピストンストローク特性が得られており、かつ、バンク角が９０°であるにもかかわらず左右バンクの位相差（例えば圧縮上死点位置の位相差）もクランク角度で１２０°となっており、等間隔爆発を実現できる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、図７〜１１を参照して、本発明に係るピストン駆動装置を、バンク角が９０°のＶ型６気筒２サイクル式内燃機関に適用した第２実施形態について説明する。つまり、上記の第１実施形態では４サイクル式の内燃機関に適用しているのに対し、この第２実施形態では２サイクル式の内燃機関に適用している点が大きく異なっている。なお、基本的な構成は第１実施形態と同様であり、実質的に同じ構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４０】
この第２実施形態では、Ｖ型６気筒の２サイクル機関であるため、等間隔爆発が得られるのは、左右バンクの一対のシリンダの位相差が６０°の場合である。そこで本実施形態では、バンク角が９０°の左右バンクの一対のシリンダで一つのクランクピン１９を共用しつつ、一対のシリンダの位相差が６０°となるように、各リンクの主要寸法等を適宜に設定している（図１０参照）。
【００４１】
例えば左バンク側では、図８に示すように、制御軸２１を時計回りに回転させれば、制御リンク２３Ｌの揺動支点である第３ジョイント２５Ｌが図中右方向に移動するために、第２ジョイント２４Ｌはクランクピン１９を中心として反時計回りに回転する。この結果、第１ジョイント１７Ｌが図中下方に移動し、ピストン１２Ｌの位置が下方へ移動する。
【００４２】
そして、この第２実施形態では、主にロアリンク１６Ｌ，１６Ｒの主要寸法が左右バンクで大きく異なっている。すなわち、図８に示す左バンク側のロアリンク１６Ｌでは、第１ジョイント１７Ｌと第２ジョイント２４Ｌとがクランクピン１９に対して大きく開いた角度で配置されているが、図９に示す右バンク側のロアリンク１６Ｒでは、第１ジョイント１７Ｒと第２ジョイント２４Ｒとがクランクピン１９に対してほぼ同じ方向に配置されており、その開き角度が小さく設定されている。
【００４３】
また、図７に示すように、左右の第１ジョイント１７Ｌ，１７Ｒは、クランクピン１９に対して略対称（逆側）の位置に配置されている。一方、第２ジョイント２４Ｌ，２４Ｒは、クランクピン１９に対してほぼ同方向に近接配置されており、第３ジョイント２５Ｌ，２５Ｒも、クランクピン１９に対してほぼ同方向に近接配置されている。
【００４４】
図１０は、各クランク角におけるリンク姿勢を示している。さらに、図１１は、クランク角に対する左右バンクのピストンストローク特性を示している。同図に示すように、左右バンクで略同一の滑らかな正弦波形に近いピストンストローク特性が得られており、ピストンの位相差も６０°となっている。これにより、バンク角９０°のＶ型６気筒の２サイクル機関において、左右一対のシリンダ１１Ｌ，１１Ｒでピストンピン１９を共用しつつ、爆発間隔を等間隔にすることができる。
【００４５】
なお、図５，６，１０，１１において、クランク角の値は、上死点や下死点を基準としたものではない。また、図６及び図１０は、それぞれ高圧縮比の設定状態に対応している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関のピストン駆動装置を示す概略構成図。
【図２】上記第１実施形態のピストン駆動装置の要部を示す側面対応図。
【図３】上記第１実施形態の左バンク側の構成を示す構成図。
【図４】上記第１実施形態の右バンク側の構成を示す構成図。
【図５】上記第１実施形態に係る６０°毎のリンク配置を示す説明図。
【図６】上記第１実施形態に係る左右バンクのピストンストローク特性を示す特性図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る内燃機関のピストン駆動装置を示す概略構成図。
【図８】上記第２実施形態の左バンク側の構成を示す構成図。
【図９】上記第２実施形態の右バンク側の構成を示す構成図。
【図１０】上記第２実施形態に係る６０°毎のリンク配置を示す説明図。
【図１１】上記第２実施形態に係る左右バンクのピストンストローク特性を示す特性図。
【図１２】従来例に係るクランクシャフトを示す説明図。
【符号の説明】
１１Ｌ，１１Ｒ…シリンダ
１２Ｌ，１２Ｒ…ピストン
１４Ｌ，１４Ｒ…ピストンピン
１５Ｌ，１５Ｒ…アッパーリンク
１６Ｌ，１６Ｒ…ロアリンク
１７Ｌ，１７Ｒ…第１ジョイント（連結中心）
１９…クランクピン
２１…制御軸
２２Ｌ，２２Ｒ…制御レバー
２３Ｌ，２３Ｒ…制御リンク
２４Ｌ，２４Ｒ…第２ジョイント（連結中心）
２５Ｌ，２５Ｒ…第３ジョイント（連結中心）
【図１】
0004487431.tif 000002
【図２】
0004487431.tif 000003
【図３】
0004487431.tif 000004
【図４】
0004487431.tif 000005
【図５】
0004487431.tif 000006
【図６】
0004487431.tif 000007
【図７】
0004487431.tif 000008
【図８】
0004487431.tif 000009
【図９】
0004487431.tif 000010
【図１０】
0004487431.tif 000011
【図１１】
0004487431.tif 000012
【図１２】
0004487431.tif 000013