(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに揺動可能に連結されるコンロッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構による圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関において、
上記可変圧縮比機構が、上記コンロッドと、このコンロッドとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、一端が機関本体に揺動可能に支持されるとともに、他端が上記コンロッドまたはロアーリンクに連結される制御リンクと、この制御リンクの機関本体に対する揺動支持位置を変更する制御リンク支持位置変更機構と、を有し、
機関運転条件が低中回転高負荷運転領域にあるときに圧縮比を低く設定するとともに、低中回転低中負荷運転領域又は高回転運転領域にあるとき圧縮比を高く設定し、
上記圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、上記圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくすることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項２】
圧縮比の設定に関わらず、ピストン上死点から上死点後３０°までのクランク角範囲におけるコンロッドの揺動角を１０°以下とすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項３】
圧縮比の設定に関わらず、ピストン下死点前９０°から下死点後９０°までのクランク角範囲におけるコンロッドの揺動角を３０°以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項４】
上記制御リンク支持位置変更機構が、機関運転状態に応じて回動制御される制御シャフトを備え、
この制御シャフトが、機関本体に固定された軸受に回動可能に支持される本体と、この本体に偏心形成され、上記制御リンクを揺動可能に支持する偏心部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項５】
上記内燃機関が自然吸気機関であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関し、特に、圧縮比の変更に伴って同一クランク角でのコンロッド揺動角が変化する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に用いられる内燃機関として、燃焼圧力や機関回転数等の機関運転条件に応じて、圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構を備えたものが、従来より提案されている。
【０００３】
一例として、特開平９−２２８８５８号公報に開示されている内燃機関を図１０に示す。この内燃機関の可変圧縮比機構は、ピストン１０１のピストンピン１０２に揺動可能に連結されるコンロッド１０３と、このコンロッド１０３とクランクシャフト１０４のクランクピン１０５とを連結するロアーリンク１０６と、このロアーリンク１０６に一端が連結されるとともに、他端がシリンダブロック側に設けられた偏心シャフト１０７に揺動可能に支持される制御リンク１０８と、を備えた構成となっている。
【０００４】
そして、機関運転状態に応じて偏心シャフト１０７を回動制御し、制御リンク１０８の支持位置を変化させることにより、ピストン行程が変化し、圧縮比が変更されるように構成されている。また、この公報には、複数のリンク１０３，１０６，１０８を有する複リンク式の構造を採用することによって、特にピストン１０１下降時のコンロッド揺動角φ（シリンダ軸線Ｌａとコンロッド中心線Ｌｂとがなす角）を小さくして、膨張行程におけるサイドスラスト力を抑制することが開示されている。
【０００５】
他の例として、特開平６−２４１０５７号公報には、コンロッドの長さを変えることで圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の内燃機関では、圧縮比の変更に伴って同一クランク角におけるコンロッド揺動角が変化する構成となっているが、機関の運転条件（燃焼圧力，回転数等）に対する圧縮比の設定と、その圧縮比設定時におけるコンロッドの揺動角と、の関係について何ら検討がなされていない。このため、大きな燃焼圧力やピストン慣性力が作用するときに、コンロッド揺動角が比較的大きい状態となって、例えば上記のサイドスラスト力が非常に大きくなる等の不具合を生じるおそれがある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関は、ピストンに揺動可能に連結されるコンロッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構による圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化するようになっている。
【０００８】
ここで、ピストンに作用するスラスト−反スラスト方向の荷重（スラスト荷重）は、コンロッドのシリンダ軸線に対する揺動角と、ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷重と、に比例して増加する。そこで本発明では、機関に悪影響を及ぼすスラスト荷重を効果的に抑制するために、シリンダ軸方向荷重が大きい場合には、コンロッド揺動角が小さくなるように、可変圧縮比機構のレイアウトや寸法等を適宜に設定している。
【０００９】
一般的に、ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷重が最も大きくなるのは、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角で、かつ、この最大値が最も大きくなる運転条件で設定される圧縮比の設定状態のときである。
【００１０】
そこで、全運転領域の中で燃焼室内の圧力の最大値が最大となる運転条件のときに設定される圧縮比設定状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、他の圧縮比設定状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくする。
【００１１】
上記可変圧縮比機構による圧縮比の設定は、機関運転状態に応じて変更されるが、どのように変更するかは、適用される内燃機関によって異なるものとなる。
【００１２】
一例として、吸入空気を過給する過給機を備え、機関運転条件が高負荷運転領域にあるときに過給圧を高くし、低中負荷運転領域にあるときに過給圧を低くするような内燃機関では、好ましくは請求項２の発明のように、機関運転条件が高負荷運転領域にあるときに圧縮比を低く設定するとともに、低中負荷運転領域にあるときに圧縮比を高く設定する。この理由は、高負荷域では、高過給圧と低圧縮比の組み合わせにより、高過給圧でもノッキングを回避しつつ高出力化を実現でき、かつ、低中負荷域においては、高圧縮比として燃費向上を図ることができるからである。このような場合、圧縮比を低く設定した状態で、かつ燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角のときに、シリンダ軸方向荷重が最も大きくなる。そこで、好ましくは、圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくする。
【００１３】
一般的な自然吸気機関では、好ましくは請求項１の発明のように、機関運転条件が低中回転高負荷運転領域にあるときに圧縮比を低く設定するとともに、低中回転低中負荷運転領域又は高回転運転領域にあるとき圧縮比を高く設定する。この理由は、低速高負荷域を低圧縮比とすることにより、ノッキングの抑制が可能となり、中速中負荷域で高圧縮比としているため、燃費の向上が図れ、また高速高負荷域も高圧縮比としているため、出力の向上が可能となるためである。このような場合、圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角のときに、シリンダ軸方向荷重が非常に大きくなる。従って、好ましくは、上記圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、上記圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくする。
【００１４】
更に他の例として、機関運転条件が高負荷運転領域又は高回転運転領域にあるときに燃焼室に供給した燃料を火花点火燃焼させ、中回転低中負荷運転領域にあるときに燃焼室に供給した燃料を圧縮自己着火燃焼させる内燃機関では、好ましくは、機関運転条件が高負荷運転領域又は高回転運転領域にあるときに圧縮比を低く設定するとともに、中回転低中負荷運転領域にあるときに圧縮比を高く設定する。この理由は、中回転低中負荷域を高圧縮比とすることにより、圧縮自己着火燃焼を成立させて、燃費向上と排気低減の両立を図りつつ、他の運転領域では、火花点火燃焼を行うことによりノッキングを抑制しつつ出力の向上を図るためである。この場合、圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角のときに、シリンダ軸方向荷重が非常に大きくなる。そこで、好ましくは、圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくする。
【００１５】
上記ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷重は、主として、ピストン慣性力による荷重と、燃焼室内の燃焼圧力による荷重との合力により表される。
【００１６】
ここで、燃焼圧力は、全クランク角度範囲の中でも、ピストン膨張（圧縮）上死点から上死点後３０°までのクランク角範囲のときに特に大きくなり、このときには、上記シリンダ軸方向荷重も最も大きくなる。そこで、請求項２の発明では、圧縮比の設定に関わらず、ピストン上死点から上死点後３０°までのクランク角範囲におけるコンロッドの揺動角を１０°以下とすることを特徴としている。
【００１７】
一方、ピストン慣性力は、ピストン下死点（及び上死点）近傍で最も大きくなるとともに、機関回転数の増加に伴って大きくなる傾向にあり、このようなときにも、シリンダ軸方向荷重は大きくなる。そこで、機関運転条件が高回転運転領域にあるときに設定される圧縮比設定状態で、ピストンの下向きの加速度が最大となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、他の圧縮比設定状態で、ピストンの下向きの加速度が最大となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくしても良い。
【００１８】
上記のピストン下死点近傍でシリンダ軸方向荷重が大きくなるのは、一般的に、ピストン下死点前９０°から下死点後９０°までのクランク角範囲である。そこで、請求項３の発明では、圧縮比の設定に関わらず、ピストン下死点前９０°から下死点後９０°までのクランク角範囲におけるコンロッドの揺動角を３０°以下としている。
【００１９】
請求項１の発明は、上記可変圧縮比機構が、上記コンロッドと、このコンロッドとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、一端が機関本体に揺動可能に支持されるとともに、他端が上記コンロッドまたはロアーリンクに連結される制御リンクと、この制御リンクの機関本体に対する揺動支持位置を変更する制御リンク支持位置変更機構と、を有する複リンク式の構造となっている。
【００２０】
この請求項１に係る請求項４の発明では、上記制御リンク支持位置変更機構が、機関運転状態に応じて回動制御される制御シャフトを備え、この制御シャフトが、機関本体に固定された軸受に回動可能に支持される本体と、この本体に偏心形成され、上記制御リンクを揺動可能に支持する偏心部と、を有する構成となっている。
【００２１】
このような構成により、クランクシャフトの回転に伴って、クランクピン，ロアリンク，コンロッドを介してピストンがシリンダ内を昇降移動するとともに、ロアリンク又はコンロッドに連結する制御リンクが、揺動支持位置となる偏心部の軸心を中心として揺動する。
【００２２】
また、機関の運転状態に応じて制御シャフトを回動制御することにより、制御リンクの揺動中心となる偏心部の軸心が回転変位する。この結果、ピストン行程が変化して、機関の各気筒の圧縮比が可変制御される。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷重が大きくなるような状態のときに、コンロッドのシリンダ軸線に対する揺動角を有効に小さくすることができる。この結果、ピストンへ作用するスラスト方向の荷重が効果的に抑制され、フリクションの低減による燃費向上，ピストンスカート部の摩耗抑制による信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の機械的構成を示す概略構成図である。シリンダブロック２には、ピストン３が進退可能に嵌合するシリンダ１が各気筒毎に形成されている。各シリンダ１の周囲には、ウォータージャケット１ａが形成され、各ピストン３の上方には、燃焼室Ｓが画成されている。
【００２６】
また、シリンダ１の下方には、クランクシャフト１０が気筒列方向に延在している。このクランクシャフト１０は、その軸線Ｏと同軸状に配置されるとともにシリンダブロック２に回転可能に支持されるクランクジャーナル１０ａと、軸心Ｏから偏心して各気筒毎に設けられるクランクピン１０ｂと、軸心Ｏに対してクランクピン１０ｂと反対側に設けられ、主としてピストン運動の回転１次振動成分を低減するカウンターウェイト１０ｃと、を有している。
【００２７】
各ピストン３とクランクピン１０ｂとは、複数のリンク４，７，８を備えた複リンク式の可変圧縮比機構によって機械的に連携されている。詳述すると、ピストン３には、スラスト−反スラスト方向（図１の左右方向）と直交する方向に延びるピストンピン５が固定的に設けられ、このピストンピン５に、コンロッド４の上端４ａが揺動可能に外嵌して連結されている。このコンロッド４の下端４ｂとロアリンク７とは、両者４ｂ，７を挿通する連結ピン６によって相対回転可能に連結されている。
【００２８】
ロアリンク７は、キャップ７ａ及びボルト７ｂを用いてクランクピン１０ｂに相対回転可能に外嵌して取り付けられている。このロアリンク７と制御リンク８の一端とは、両者７，８を挿通する連結ピン９を介して相対回転可能に連結されている。この制御リンク８の他端は、制御シャフト１２の偏心部１１に相対回転可能に外嵌している。この制御シャフト１２の本体は、ボルト１４によりシリンダブロック２へ固定された軸受ブラケット１３に相対回転可能に支持されている。また、偏心部１１は、制御シャフト本体１２の外周に一体的に設けられ、この偏心部１１の軸心１１ａは、制御シャフト本体１２の軸心１２ａに対して所定量偏心している。
【００２９】
図２は、図１の矢視Ｘ対応図である。この図２に示すように、制御シャフト１２の一端部にはウォームホイール１５が設けられ、このウォームホイール１５に噛み合うウォーム１７は、駆動部としての電動モータ１７により回転駆動される。この電動モータ１７は、周知のＣＰＵ及びメモリ等を備えた制御部（図示省略）により、機関の運転状態に応じて適宜に駆動制御される。
【００３０】
このような構成により、クランクシャフト１０の回転に伴って、クランクピン１０ｂ，ロアリンク７，コンロッド４等を介してピストン３がシリンダ１内を昇降移動するとともに、ロアリンク７に連結する制御リンク８が、偏心部１１の軸心１１ａを揺動中心として揺動する。
【００３１】
また、機関の運転状態に応じて電動モータ１７を駆動制御することにより、ウォームホイール１５を介して制御シャフト１２が軸周りに回転し、この制御シャフト１２の軸心１２ａに対して、制御リンク８の揺動中心となる偏心部１１の軸心１１ａの位置（ｘｃ，ｙｃ）（図３）が回転変位する。この結果、ピストン行程が変化して、機関の各気筒の圧縮比が可変制御される。
【００３２】
図３は、図１に示す内燃機関のリンク構造を模式的に示しており、クランクシャフト１０の軸心Ｏを原点（０，０）とし、シリンダ軸方向ＬＳと平行にｙ軸をとり、スラスト−反スラスト方向にｘ軸をとった座標系として描いている。
【００３３】
ここで、
クランクシャフト１０とロアリンク７との連結位置を（ｘ１，ｙ１）；
ロアリンク７と制御リンク８との連結位置を（ｘ２，ｙ２）；
ロアリンク７とコンロッド４との連結位置を（ｘ３，ｙ３）；
コンロッド４とピストン３との連結位置（ピストンピン５の軸心）を（ｘ４，ｙ４）；
制御リンク８の揺動支点位置（偏心部１１の軸心）を（ｘｃ，ｙｃ）；
（０，０）〜（ｘ１，ｙ１）間のリンク長をＬ１；
（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ２，ｙ２）間のリンク長をＬ２；
（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ２，ｙ２）間のリンク長をＬ２；
（ｘ２，ｙ２）〜（ｘｃ，ｙｃ）間のリンク長をＬ３；
（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ３，ｙ３）間のリンク長をＬ４；
（ｘ２，ｙ２）〜（ｘ３，ｙ３）間のリンク長をＬ５；
（ｘ３，ｙ３）〜（ｘ４，ｙ４）間のリンク長をＬ６；
クランク角（度）をθ；
シリンダ軸線ＬＳに対するコンロッド４の揺動角（度）をφ；
と定義した場合、以下の式が成立する。
【００３４】
【数１】
0003991550.tif 000002
【００３５】
このように、各リンク長Ｌ１〜Ｌ６，クランクシャフト１０の軸心Ｏに対するピストン３のオフセット量ｘ４，及び制御リンク８の支点位置（ｘｃ，ｙｃ）が決定すれば、クランク角θに対する各連結位置（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）が自ずと決定されることが分かる。従って、上述したように電動モータ１７を駆動制御することにより制御リンク８の支点位置（ｘｃ，ｙｃ）を移動させると、クランク角θに対するピストン行程ｙ４が変化し、ピストン上死点位置も変わるため、圧縮比が変化することとなる。
【００３６】
ここで、コンロッド揺動角φは、次式のように表すことができる。
【００３７】
【数２】
0003991550.tif 000003
【００３８】
また、燃焼室Ｓ側からピストン３へ作用する下向きのシリンダ軸方向荷重をＦ、ピストン３に作用するスラスト荷重をＦｔとすると、次式が成立する。
【００３９】
【数３】
Ｆｔ＝Ｆ・ｔａｎφ
このように、スラスト荷重Ｆｔは、コンロッド揺動角φとシリンダ軸方向荷重Ｆとに比例して増加する。従って、シリンダ軸方向荷重Ｆが大きい状態で、仮にコンロッド揺動角φが大きい状態となっていると、スラスト荷重Ｆｔが非常に大きくなってしまい、好ましくない。そこで、以下に詳しく説明するように、シリンダ軸方向荷重Ｆが特に大きくなる状態のときに、コンロッドの揺動角φが相対的に小さくなるように、リンク長Ｌ１〜Ｌ６等の機構諸元を適宜に設定している。この結果、スラスト荷重が抑制されて、フリクションが低減され、燃費向上を図ることができるとともに、ピストンスカートの摩耗が抑制され、信頼性の向上を図ることができる。
【００４０】
上記のシリンダ軸方向荷重Ｆは、図４に示すように、クランク角に基づいて変動するが、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角（θｐｍａｘ）の前後、つまりピストン膨張（圧縮）上死点から膨張上死点後３０°の範囲のクランク角の範囲で最も大きくなる。なお、シリンダ軸方向荷重Ｆは、実質的にピストン慣性力による荷重と燃焼室内圧力による荷重との合力で表されるが、上記のピストン膨張上死点近傍では、燃焼圧力による荷重が支配的となる。そこで、好ましくは、上記可変圧縮比機構による圧縮比の設定状態に関わらず、ピストン上死点から上死点後３０°のクランク角の範囲では、コンロッド揺動角φ（の絶対値）が１０°以下となるように設定する。
【００４１】
また、ピストン下死点近傍のクランク角範囲においても、ピストンの下向きの加速度（慣性力）が大きくなる関係で、シリンダ軸方向荷重Ｆが大きくなる。そこで、好ましくはピストン下死点近傍、より具体的にはピストン下死点前９０°〜下死点後９０°に対応するクランク角度範囲では、コンロッド揺動角ができるだけ小さくなるように設定する。例えば図４に示す例では、ピストン上死点近傍の最大荷重をＡ，下死点近傍での最大荷重をＢとすると、Ａ≒３Ｂの関係が成立するために、上述した上死点近傍のスラスト荷重と同等なスラスト荷重まで許容する場合、下死点近傍のコンロッド揺動角は、圧縮比の設定状態に関わらず、３０°以下に設定する。
【００４２】
更に、上記のシリンダ軸方向荷重Ｆは、機関運転状態及びこの機関運転状態に基づく圧縮比の設定状態によっても変動する。そこで、好ましくは、以下の第１〜３実施例でも詳しく説明するように、燃焼室内の圧力の最大値Ｐｍａｘが最も大きくなる運転条件のときに設定される圧縮比設定状態のときに、他の圧縮比設定状態のときに比して、ピストン上，下死点近傍におけるコンロッド揺動角φが小さくなるように設定する。
【００４３】
図５は、全運転領域の中で、高負荷域を低圧縮比とし、低中負荷域を高圧縮比に設定した第１実施例を示している。この実施例は、例えば過給機付き内燃機関に好適に適用される。その理由は、高負荷域では、高過給圧と低圧縮比の組み合わせにより、高過給圧でもノッキングを回避しつつ高出力化を実現でき、かつ、低中負荷域においては、高圧縮比として燃費向上を図ることができるからである。
【００４４】
この実施例の場合、高圧縮比設定時よりも低圧縮比設定時の方が、ピストン膨張上死点近傍での最大燃焼荷重が大きくなる。このため、シリンダ軸方向荷重Ｆが最も大きくなるのは、低圧縮比設定状態でクランク角度がθｐｍａｘ（ピストン上死点から上死点後３０°の範囲内）のときであり、このような状態でのコンロッド揺動角φを、高圧縮比設定時よりも実質的に小さく設定する。
【００４５】
すなわち、高圧縮比設定時のコンロッド４のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’，低圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足するように、機構諸元を設定する。
【００４６】
【数４】
0003991550.tif 000004
【００４７】
図６は、全運転領域の中で、低回転高負荷域を低圧縮比に設定し、それ以外の運転領域を高圧縮比に設定した第２実施例を示している。この実施例は、例えば、自然吸気機関に好適に適用される。その理由は、低速高負荷域を低圧縮比とすることにより、ノッキングの抑制が可能となり、中速中負荷域で高圧縮比としているため、燃費の向上が図れ、また高速高負荷域も高圧縮比としているため、出力の向上が可能となるためである。
【００４８】
この実施例の場合、ピストンへのシリンダ軸方向荷重Ｆが最も大きくなるのは、高圧縮比設定時で、かつ、クランク角度がθｐｍａｘ（ピストン上死点から上死点後３０°の範囲内）のときであり、このときのコンロッド揺動角φを、低圧縮比設定時の場合に比して小さくなるように設定する。
【００４９】
すなわち、高圧縮比設定時におけるコンロッド４のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’，低圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足するように、機構諸元を設定する。
【００５０】
【数５】
0003991550.tif 000005
【００５１】
図８は、この第２実施例に係るクランク角とコンロッド揺動角との関係を示す特性図で、曲線（イ）は高圧縮比設定時の特性を、曲線（ロ）は低圧縮比設定時の特性を示している。同図に示すように、シリンダ軸方向荷重Ｆが最も大きくなる状態、すなわち高圧縮比設定時（イ）にクランク角がθｐｍａｘとなる状態で、コンロッド揺動角（の絶対値）が実質的に０（ゼロ）となるように設定されている。この関係で、高圧縮比設定時には、ピストン上死点〜上死点後３０°のクランク角範囲でも、コンロッド揺動角が十分小さくなっている。
【００５２】
また、ピストン下死点近傍でのピストン慣性力及びシリンダ軸方向荷重Ｆは、機関回転数の増加に伴って大きくなる傾向にある。そこで、図４，８に示すように、好ましくは機関運転条件が高回転運転領域にあるときに設定される圧縮比設定状態（この実施例では高圧縮比設定状態）では、ピストン下向きの加速度（下向きのシリンダ軸方向荷重Ｆ）が最大値となるクランク角（θａｍａｘ）でのコンロッド揺動角が、他の圧縮比設定状態（この実施例では低圧縮比設定時）に比して小さくなるように設定する。これにより、ピストン下死点近傍でのスラスト荷重をより効果的に抑制することができる。
【００５３】
図７は、中回転低中負荷域を高圧縮比とし、それ以外の運転領域を低圧縮比にした第３実施例である。この第３実施例は、例えば、機関運転条件が高負荷運転領域や高回転運転領域の状態にあるときに燃焼室内に供給した燃料を火花点火燃焼させ、中回転低中負荷運転領域にあるときには燃焼室内に供給した燃料を圧縮自己着火燃焼させる内燃機関に好適に適用される。この理由は、中回転低中負荷域を高圧縮比とすることにより、圧縮自己着火燃焼を成立させて、燃費向上と排気低減の両立を図りつつ、他の運転領域では、火花点火燃焼を行うことによりノッキングを抑制しつつ出力の向上を図るためである。
【００５４】
この実施例の場合、低圧縮比設定時の方が高圧縮比設定時よりもピストン膨張上死点近傍での最大燃焼荷重が大きくなる。従って、低圧縮比設定時でのピストン上死点近傍（例えば上死点から上死点後３０°の範囲内）のコンロッド揺動角を、高圧縮比設定時よりも小さくなるように設定する。
【００５５】
すなわち、高圧縮比設定時におけるコンロッド４のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’，低圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足するように、機構諸元を設定する。
【００５６】
【数６】
0003991550.tif 000006
【００５７】
更に言えば、この実施例では、ピストン下死点近傍でのシリンダ軸方向荷重Ｆが大きくなる高回転運転領域で低圧縮比に設定され、この状態で、ピストン下向きの加速度が最大値となるクランク角θａｍａｘでのコンロッド揺動角φが、他の高圧縮比設定状態に比して小さくなるように設定されている。これにより、上記第２実施例と同様、高回転運転域におけるスラスト荷重をピストン全行程にわたって良好に抑制することができる。
【００５８】
以上の実施例１〜３によれば、シリンダ軸方向荷重Ｆが大きくなる圧縮比設定状態及びクランク角のときに、コンロッド揺動角φの絶対値が十分に小さくなり、ピストンに作用するスラスト荷重を効果的に抑制することができる。
【００５９】
図９は、他の実施形態を示しており、上述した実施形態における図２に対応している。この図９に示す実施形態では、制御リンク２０の揺動支点位置を、クランク状の制御シャフト１８を用いて移動するように構成されている。すなわち、制御シャフト１８に一体的に設けられる偏心部（ピン部）１９の直径が、制御シャフト１８本体の直径と略同等又はそれ以下に設定されている。このため、偏心部１９に外嵌する揺動アーム２０の端部２０ｂの小型化が可能となる。この場合、制御リンク２０の端部２０ｂは、２つ割れ構造になっており、図示せぬボルトによって、制御シャフト１８の偏心部１９に相対回転可能に外嵌して取り付けられるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関を示す概略構成図。
【図２】図１の矢視Ｘに対応する構成図。
【図３】図１に示す内燃機関のリンク構造を模式的に示す模式図。
【図４】クランク角と、ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷重との関係を示すグラフ。
【図５】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第１実施例を示す図。
【図６】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第２実施例を示す図。
【図７】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第３実施例を示す図。
【図８】圧縮比の設定の変更に伴うコンロッド揺動角の変化を示すグラフ。
【図９】本発明の他の実施形態を示し、図２に対応する構成図。
【図１０】従来例に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関を示す概略構成図。
【符号の説明】
３…ピストン
４…コンロッド
５…ピストンピン
７…ロアリンク
８…制御リンク
１０…クランクシャフト
１０ｂ…クランクピン
１１…偏心部
１２…制御シャフト
【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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【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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