リンク式ストローク特性可変エンジン
【課題】エキセントリックシャフトの軸方向に大型化することなく、バイアストルクをエキセントリックシャフトに付与し、シャフトを駆動するのに必要な両回転方向のトルクを適正化可能な、設計自由度が高いストローク特性可変エンジンを提供する。
【解決手段】クランクシャフト６のクランクピン９に回転自在に軸支されたロアリンク５と、ロアリンク５とピストン３とを連結するアッパリンク４と、エンジン１本体に支持されたエキセントリックシャフト１２とロアリンク５とを連結するコントロールリンク１１とを有し、エキセントリックシャフト１２を回動させることでピストンストロークを変化させるストローク特性可変エンジンにおいて、エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８と、エンジン１本体側に形成された本体側連結部２０との間に、圧縮コイルスプリング装置２１を介装させた構成とする。
【解決手段】クランクシャフト６のクランクピン９に回転自在に軸支されたロアリンク５と、ロアリンク５とピストン３とを連結するアッパリンク４と、エンジン１本体に支持されたエキセントリックシャフト１２とロアリンク５とを連結するコントロールリンク１１とを有し、エキセントリックシャフト１２を回動させることでピストンストロークを変化させるストローク特性可変エンジンにおいて、エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８と、エンジン１本体側に形成された本体側連結部２０との間に、圧縮コイルスプリング装置２１を介装させた構成とする。
【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、コントロールシャフトにバイアストルクを付与して、ストローク特性を変更する際の駆動力を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式内燃機関では、運転状態に応じて圧縮比を変化させて最適な圧縮比でエンジンを駆動することが望ましい。これを実現するために、エンジンのピストンに回動可能に取り付けられたアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとおを連結するロアリンクと、気筒列方向に延びるエキセントリックシャフト（コントロールシャフト）と、このエキセントリックシャフトに偏心して設けられた制御カムと、この制御カムとアッパリンクまたはロアリンクとを連結するコントロールリンクと、エキセントリックシャフトを回転駆動する回転駆動手段とを有する構成をした可変圧縮比エンジンが多く提案されている。
【０００３】
このような構成をした可変圧縮比エンジンでは、エンジンの燃焼工程においてピストンを押し下げる力が大きく作用し、リンク機構を介してその分力がエキセントリックシャフトに伝達されるため、エキセントリックシャフトには一定方向への大きな力が加わった状態となる。したがって、エキセントリックシャフトを当該方向に回転駆動する際には小さな駆動力で駆動することができるが、当該方向と反対方向に回転駆動する際には、ピストンから伝達される分力に抗してリンク機構を駆動する大きな駆動力が必要となる。
【０００４】
そこで、上記構成をした可変圧縮比エンジンにおいて、エキセントリックシャフトから回転駆動手段に作用する負荷荷重を低減するとともに、エキセントリックシャフトの望まれない回転を抑制するために、エキセントリックシャフトにスライダ機構を介して油圧ピストンを設けた可変圧縮比エンジンが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記構成をした可変圧縮比エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に移行する際の迅速性を高めるために、エキセントリックシャフトの端部とシリンダブロックとの間に渦巻ばねを介在させて、エキセントリックシャフトを低圧縮比側に回転駆動する付勢力を与えた可変圧縮比エンジンが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２２０３６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の可変圧縮比エンジンでは、油圧ポンプや油圧アクチュエータ、さらに制御弁等を含む油圧回路等を設けなくてならず、装備が重装になって製造が煩雑となるとともに、エンジンが大型化・重量化されて望ましくない。
【０００７】
また、特許文献２記載の従来の可変圧縮比エンジンでは、エキセントリックシャフトの端部に渦巻ばねを使用しているため、エンジンがエキセントリックシャフトの軸方向に大型化する他、大きなトルクが必要な場合には、素線の径を大きくする必要があるために渦巻ばね自体の径が大きくなってエンジンに搭載できなくなってしまう。密着巻きにして径を小さくしても、素線同士の摩擦によってヒステリシスが発生して適切なトルクを与えることができない。
【０００８】
さらに、同様の配置でねじりコイルばねを用いたとしても、ばねの倒れによるヒステリシスが発生する虞がある。また、所定のトルクを確保するために素線の径を大きくし、且つ所定の回転角を得るために巻数を増やせば、エキセントリックシャフトの軸方向に長くなってエンジンへの搭載が困難となる。さらに、渦巻ばねおよびねじりコイルばねでは、いずれもばね定数を変更することができないため、そのトルク特性はリニアなものに限定されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、エンジンをエキセントリックシャフトの軸方向に大型化することなく、バイアストルクをエキセントリックシャフトに付与し、シャフトを駆動するのに必要な両回転方向のトルクを適正化することが可能な、付勢力の設計自由度が高いストローク特性可変エンジン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】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、クランクシャフトのクランクピンに回転自在に軸支されたロアリンクと、前記ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、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ロアリンクとを連結するコントロールリンクとを有し、前記コントロールシャフトを移動させることでピストンストロークを変化させ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に所定方向の移動力を付与すべく、当該コントロールシャフト側に設けられた連結部と、前記エンジン本体側に形成された連結部との間に、付勢手段を介装させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１の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の中央部に当該コントロールシャフトを移動駆動するアクチュエータが接続され、前記付勢手段は、前記コントロールシャフトにおける前記アクチュエータの接続部の軸方向両側に設置されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の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が複数の偏心ピンを有し、前記付勢手段は一対単位で設置され、当該一対の付勢手段は前記偏心ピンを挟むかたちで設置されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、一方が他方の中に収容されるかたちで同軸に配置された複数本のコイルスプリングを有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部にピンを介して連結される連結ピースを備え、前記連結ピースの上面には、前記ピンとの潤滑部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部に第１のピンを介して連結され、前記エンジン本体側の連結部に第２のピンを介して連結され、前記第１のピンと前記第２のピンとが、前記付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングの軸心上に位置することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、スリーブを備えた第１の連結ピースと、前記スリーブに内挿されるロッドを備えた第２の連結ピースとを備え、前記第１の連結ピースには、前記スリーブ内の前記ロッドとの摺動部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンをコントロールシャフトの軸方向に大型化することなく、付勢力の設計自由度が高く、且つヒステリシスの少ないバイアストルクをシャフトに付与してコントロールシャフトを両方向へ駆動するのに必要なトルクを適正化することが可能である。また、請求項２に記載の発明によれば、アクチュエータの両側に付勢手段を設置することにより、コントロールシャフトに作用するねじれを低減するとともにジャーナルが受ける径方向の荷重を低減することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、偏心ピンにはピストンから伝達する分力が作用するが、この偏心ピンを挟むように付勢手段を配置することにより、ジャーナル部の剛性低下を抑制することができる。
【００１８】
コントロールシャフトに大きなトルクが必要な場合には、シャフトから延設された腕の長さを長くしてもよいが、その場合ストロークが長くなるためばねの長さも長くする必要があり、付勢手段が大型化してスペース効率が悪くなる。しかし、請求項４に記載の発明によれば、所定のストロークを確保しつつばね荷重を増大することが可能である。さらに、特性の異なる複数のばねを組み合わせることによって、設計自由度をさらに高めることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明によれば、連結ピースとピンとが接触する摺動部に潤滑油が供給され、かじりの発生を防止してコントロールシャフトの駆動をより円滑に行うことができる。また、請求項６に記載の発明によれば、作用点となるピンがばね荷重の作用線上に位置することによって、連結ピースに倒れが生じて付勢手段を伸縮する際に摩擦力が発生することを抑制することができる。さらに、請求項７に記載の発明によれば、スリーブ内のロッドとの摺動部に潤滑油が供給されるので、コントロールシャフトの駆動を一層円滑に行うことができるとともに、連結ピースの軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１はストローク特性可変エンジンを示す横断面図である。図２はエキセントリックシャフトを示す斜視図である。図３は圧縮コイルスプリング装置の分解斜視図である。図４は図１中のIV−IV断面図である。
【００２１】
≪実施形態の構成≫
図１に示すエンジン１は、直列４気筒エンジンであって、４つのシリンダのうち１つの中心を通る横断面が図示されている。シリンダ２にはピストン３が摺合されており、アッパリンク４及びロアリンク５の２つのリンクを介してクランクシャフト６に連結されている。
【００２２】
クランクシャフト６は、基本的に通常の定ストロークエンジンと同様の構成であり、クランクケース７に支持されたクランクジャーナル８（クランクシャフトの回転中心）から偏心したクランクピン９により、シーソー式に揺動するロアリンク５の中間部を支持している。そしてロアリンク５の一端５ａに、ピストンピン１０に小端部４ａが連結されたアッパリンク４の大端部４ｂが連結されている。
【００２３】
ロアリンク５の他端５ｂには、通常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１１の小端部１１ａがピン結合されている。そしてコントロールリンク１１の大端部１１ｂは、クランクケース７に回動自在に支持されたエキセントリックシャフト１２（コントロールシャフト）の偏心ピン１３に、２つ割の軸受け１４をもって連結されている。
【００２４】
エキセントリックシャフト１２の中央部にはドリブンギヤ１６が形成され、エキセントリックシャフト１２を回転駆動するベーン式の油圧アクチュエータ４０には、ドリブンギヤ１６と噛み合うドライブギヤ４１が設けられており（図２参照）、エンジン１の運転状態に応じてその回動角が連続的に制御され、且つ任意の角度で保持されるようになっている。具体的には、油圧アクチュエータ４０内部のジャーナル部分は、その外周に複数枚のベーンが突設されてロータを構成しており、各ベーンについてハウジングによって油圧室が形成されている。油圧室はベーンによって第１油圧室と第２油圧室とに仕切られており、第１および第２油圧室に対して作動油を給排することによってロータが回転・保持される。
【００２５】
このエンジン１によると、エキセントリックシャフト１２を回動させることにより、コントロールリンク１１の大端部１１ｂの位置が、図１に示した位置からエキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａを中心にして上下方向に回転移動することによって変化し、クランクシャフト６の回転に伴うロアリンク５の揺動角度が変化する。このロアリンク５の揺動角度の変化に応じてシリンダ２内でのピストン３のストローク範囲、即ち、ピストン３の上死点位置及び下死点位置が、連続的に変化することとなる。これにより、圧縮比及び排気量の少なくともいずれか一方を連続的に変化させるストローク特性可変機能がもたらされる。
【００２６】
エキセントリックシャフト１２を構成するウェブ１７には、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａに対して偏心ピン１３と反対側に延設されるようにウェブ連結部１８が形成されている。クランクケース７の内面には、本体側連結部２０が形成された本体側連結部材１９が取り付けられており、本体側連結部２０とウェブ連結部１８との間には圧縮コイルスプリング装置２１（付勢手段）が介装されている。
【００２７】
圧縮コイルスプリング装置２１は、上端に上部連結ピース２２（第１の連結ピース）を、下端に下部連結ピース２３（第２の連結ピース）を備え、それぞれがピン２４（第１のピン），２５（第２のピン）を介してウェブ連結部１８および本体側連結部２０に軸着されている。上部連結ピース２２と下部連結ピース２３との間には２本の圧縮コイルスプリング２６，２７が介装されており、圧縮コイルスプリング２７は圧縮コイルスプリング２６の内部に収容されるかたちで同軸に配置されている。ピン２４，２５はこれら圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線上にくるような配置となっている。
【００２８】
図２に示すように、エキセントリックシャフト１２は一端から他端へ向けて、順に、第１ジャーナル１５ａ、第２ジャーナル１５ｂ、第３ジャーナル１５ｃ、第４ジャーナル１５ｄ、第５ジャーナル１５ｅと、５つのジャーナル１５を構成要素として備えている。各ジャーナルの間には、偏心ピン１３がウェブ１７に挟まれるかたちで介在されており、第１ジャーナル１５ａと第２ジャーナル１５ｂとの間には第１偏心ピン１３ａが、第２ジャーナル１５ｂと第３ジャーナル１５ｃとの間には第２偏心ピン１３ｂが、というように、４つの偏心ピン１３ａ〜１３ｄが５つのジャーナル１５と交互に同軸上に配置されている。
【００２９】
各ジャーナル１５と各偏心ピン１３とは、ウェブ１７によって連結されており、第１ジャーナル１５ａと第１偏心ピン１３ａとの間にはウェブ１７ａが配置され、第１ジャーナル１５から第５ジャーナル１５ｅへ向けて、順に８つのウェブ１７ａ〜１７ｈが配置されている。なお、図２においては、コントロールリンク１１の大端部１１ｂが第１偏心ピン１３ａに連結されているためが、他の偏心ピン１３ｂ〜１３ｄについては、実際にはコントロールリンク１１等からなるリンク機構がそれぞれに連結されるが、理解を容易にするため省略して示している。
【００３０】
各ジャーナル１５ａ〜１５ｅは、クランクケース内に形成された軸受け（図示せず）によって軸支されるが、エキセントリックシャフト１２の中央部となる第３ジャーナル１５ｃ部分には油圧アクチュエータ４０により駆動されるドリブンギヤ１６が設置されている。
【００３１】
第１偏心ピン１３ａを挟むウェブ１７ａ，１７ｂ、および第４偏心ピン１３ｄを挟むウェブ１７ｇ，１７ｈには、ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈが、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａに対して偏心ピン１３と反対側に延設されるように形成されている。また、クランクケース７（図示せず）の内面には２つの本体側連結部材１９ａ，１９ｇが取り付けられ、それぞれ２つの連結部２０ａ，２０ｂおよび２０ｇ，２０ｈを備えている。
【００３２】
各ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈと各本体側連結部２０ａ，２０ｂ，２０ｇ，２０ｈとの間には、４体の圧縮コイルスプリング装置２１ａ，２１ｂ，２１ｇ，２１ｈがそれぞれ介装されている。４体の圧縮コイルスプリング装置２１は、油圧アクチュエータ４０を中心にエキセントリックシャフト１２の軸方向について対称に一対ずつ、計４体が配置されている。各圧縮コイルスプリング装置２１の上部連結ピース２２ａ，２２ｂ，２２ｇ，２２ｈを軸支するピン２４ａ，２４ｂ，２４ｇ，２４ｈが同軸上に配置されるように、ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈが形成されている。同様に、下部連結ピース２３ａ，２３ｂ，２３ｇ，２３ｈを軸支するピン２５ａ，２５ｂ，２５ｇ，２５ｈについても、全てが同軸となるように本体側連結部材１９ａ，１９ｇが取り付けられている。
【００３３】
図３に示すように、圧縮コイルスプリング装置２１は、スリーブ２８が形成された上部連結ピース２２と、ロッド２９が形成された下部連結ピース２３と、２つの圧縮コイルスプリング２６，２７とから構成される。ロッド２９はスリーブ２８に内挿され、摺動可能とされている。圧縮コイルスプリング２７の内径はスリーブ２８の外径よりも大きく、スリーブ２８が圧縮コイルスプリング２７内に挿入可能とされている。また、圧縮コイルスプリング２６の内径は圧縮コイルスプリング２７の外径よりも大きく、圧縮コイルスプリング２７が圧縮コイルスプリング２６内に挿入可能とされている。
【００３４】
圧縮コイルスプリング２６，２７は等ピッチの円筒コイルばねであって、コイル径の小さな圧縮コイルスプリング２７は、コイル径の大きな圧縮コイルスプリングよりも、素線の径およびピッチが小さく、有効巻数は多くされている。各圧縮コイルスプリング２６，２７の両端部はクローズドエンドとされており、端部コイルの略全周に渡って均一に荷重を受けるようにされ、座巻部が軸線と略直交するために座りが良く、座屈が発生し難いようにされている。また、圧縮コイルスプリング２６とその内側に収容された圧縮コイルスプリング２７との素線同士が接触した場合に互いに引っ掛かることを避けるために、両圧縮コイルスプリング２６，２７の巻方向は逆にされている。
【００３５】
さらに、上部連結ピース２２および下部連結ピース２３の圧縮コイルスプリング２６，２７支持面には、２つの径の異なる圧縮コイルスプリング２６，２７の内径に合わせて、スプリングの位置を固定する台座部３８，３９がそれぞれ２段ずつ形成されている。上部連結ピース２２はウェブ連結部１８（図２参照）を挟むようにＵ字形状を呈しており、各Ｕ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂにはピン２４が内挿されるピン挿入孔３０ａ，３０ｂが形成されている。Ｕ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの上端には、ピン２４との摺動部分にエンジンオイルを導入するための給油孔３２ａ，３２ｂがそれぞれ穿設され、さらにＵ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの間には、スリーブ２８に連通してスリーブ２８とロッド２９との摺動部分にエンジンオイルを導入するための給油孔４２が穿設されている。下部連結ピース２３は本体側連結部２０によって挟装される平坦部分２３Ａを有しており、この平坦部分２３Ａにはピン２５が内挿されるピン挿入孔３１が形成されている。
【００３６】
図４に示すように、下部連結ピース２３に形成されたロッド２９は、上部連結ピース２２に形成されたスリーブ２８に内挿され、ピン２４とピン２５との距離を変更できるように摺動可能とされている。スリーブ２８とロッド２９との長さは略同一であって、エキセントリックシャフトを所定角度に回動させるのに必要なストロークを確保できるように設定される。スリーブ２８の先端は、内側の圧縮コイルスプリング２７と接触したときに素線に引っ掛からないようにするために面取りされ、その断面は尖形形状または曲線形状とされている。またロッド２９の先端部分も面取りがされている。
【００３７】
ウェブ連結部１８に形成されたピン挿入孔３４と上部連結ピース２２のピン挿入孔３０ａ，３０ｂとにピン２４が挿入されて、上部連結ピース２２がウェブ連結部１８に連結されている。ピン挿入孔３０ａ，３０ｂの内周面には溝が形成されており、この溝にＣ形留め輪３６ａ，３６ｂを嵌装することによって、ピン２４の脱落が防止されている。同様に、本体側連結部２０に形成されたピン挿入孔３５ａ，３５ｂと下部連結ピース２３のピン挿入孔３１とにピン２５が挿入されて、下部連結ピース２３が本体側連結部２０に連結されており、ぴん２５の軸方向両側にはＣ形留め輪３７ａ，３７ｂが嵌装されている。
【００３８】
前述した、上部連結ピース２２のＵ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの上端にそれぞれ穿設された給油孔３２ａ，３２ｂは、ピン挿入孔３０ａ，３０ｂまでそれぞれ達しており、クランクケース内の飛沫オイルをピン２４との摺動部分に導入する。給油孔３２ａ，３２ｂの上端は飛沫オイルを捕集し易いように皿穴状とされている。同様に、下部連結ピース２３を軸支する本体側連結部２０の上面にも、ピン挿入孔３５ａ，３５ｂへ達する給油孔３３ａ，３３ｂが穿設されており、その上端部は皿穴状とされている。なお、給油孔３３ａ，３３ｂが設けられている位置は、平面視において下部連結ピース２３と重ならない位置、すなわち、その上方に飛沫オイルの捕集を妨げる障害物がこない位置とされている。給油孔４２もまた、その上端部が皿穴状とされている。
【００３９】
≪実施形態の作用・効果≫
図１を参照して、エキセントリックシャフト１２に作用する力について説明する。エンジン１の燃焼工程によって、ピストン３は非常に大きな力でシリンダ２内を下方へ押し下げられる。ピストン３が受けた燃焼圧力はアッパリンク４およびロアリンク５を介してクランクピン９に伝達されてクランクシャフト６を回転させるが、ロアリンク５の一端５ａの軸心は、ピストンピン１０の中心とクランクピン９の中心とを結んだ直線から外れているため、ロアリンク５をクランクピン９を中心にして反時計回りに自転させる分力、すなわちロアリンク５の他端５ｂを上方に押し上げる力が発生する。４つの各気筒が順次燃焼工程を経るため、コントロールリンク１１を上に引き上げる力が常時加わった状態となる。
【００４０】
このような状態で、エキセントリックシャフト１２を回転駆動させる場合、エキセントリックシャフト１２を時計回りに回動させて偏心ピン１３を上に移動させることは小さな力で行いうるが、エキセントリックシャフト１２を反時計回りに回動させて偏心ピン１３を下に移動させるためには、前述のコントロールリンク１１を上に引き上げる力に抗してこれよりも大きな力が必要となる。
【００４１】
エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８と本体側連結部２０との間に圧縮コイルスプリング装置２１を介装したことによって、エキセントリックシャフト１２に反時計回りに回動させるバイアストルクが付与され、時計回りおよび反時計回りに回動させるのに必要な力が均等化される。したがって、エキセントリックシャフト１２を回転駆動するためのアクチュエータの最大出力を小さくでき、アクチュエータを小型化することができる。
【００４２】
また、圧縮コイルスプリング装置２１は、クランクケース７内のエキセントリックシャフト１２の側方若しくは下方に設置可能であるため、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａ方向についてエンジン１が大型化することを回避することができる。また、複数個の装置を設置することもできるため、一体当たりの装置の大きさを小型化することも可能である。さらに、本体側連結部材１９がクランクケース７内に設けられているので、連結部の構造が複雑になることもない。
【００４３】
圧縮コイルスプリング装置２１をウェブ連結部１８および本体側連結部２０に連結するために、ピン２４，２５を用いたリンク機構として連結することによって、圧縮コイルスプリング２６，２７に倒れや座屈を発生させずに荷重作用線を一定に保ち、所定のばね特性が発揮されるようにされている。このように、バイアストルクの付勢手段としてリンク機構を備えた圧縮コイルスプリングを用いるため、倒れや摩擦によるヒステリシスが抑制されるとともに、ばね荷重やストロークを変更したり、非線形特性のものを用いることなどが可能となって設計自由度が向上される。したがって、様々なエンジンに容易に対応することが可能となる。
【００４４】
図２に示すように、エキセントリックシャフト１２の中央部となる第３ジャーナル１５ｃの位置に油圧アクチュエータ４０を備え付け、エキセントリックシャフト１２における油圧アクチュエータ４０の軸方向両側に圧縮コイルスプリング装置２１を配置することによって、エキセントリックシャフト１２に作用するねじれを低減するとともに、各ジャーナル１５ａ〜１５ｅが受ける径方向の荷重が低減されている。また、各一対の圧縮コイルスプリング装置２１を油圧アクチュエータ４０について対称となるように配置することによって、エキセントリックシャフト１２における油圧アクチュエータ４０の両側に作用する応力を略均一にしてシャフトの負担が軽減される。また、一対の圧縮コイルスプリング装置２１を偏心ピン１３を挟むかたちで設置、すなわち、コントロールリンク１１を挟むように配置することによって、ジャーナル１５部の剛性低下が抑制されている。
【００４５】
圧縮コイルスプリング装置２１によって大きなトルクを付加する必要がある場合には、エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８までの腕の長さを長くしてもよいが、この場合長いストロークが必要となるため、ばねの長さも長くする必要があって圧縮コイルスプリング装置２１が大型化してスペース効率が悪くなる。しかし図３に示すように、圧縮コイルスプリング２７が圧縮コイルスプリング２６に収容されるかたちで両スプリングを同軸に配置することによって、所定のストロークを確保しつつばね荷重を増大することが可能になっている。これにより、より大きなトルクをエキセントリックシャフト１２に付加することが可能となり、さらに複数の圧縮コイルスプリング２６，２７を組み合わせることにより、より複雑なトルク特性を圧縮コイルスプリング装置２１に与えることができ、設計自由度がさらに高まる。
【００４６】
図１および図４に示すように、ピン２４，２５が圧縮コイルスプリング２６，２７の同心軸上に配置されることにより、圧縮コイルスプリング２６，２７の荷重作用線上に作用点が配置される。これにより、スリーブ２８とロッド２９とが摺動する際に倒れによる摩擦力が発生することが抑制されている。
【００４７】
また、図４に示すように、ピン２４，２５の摺動部にエンジンオイルを導入する給油孔３２，３３が設けられていることにより、圧縮コイルスプリング装置２１の回動がより潤滑的に行われる。また、各給油孔３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂの上端が皿穴状とされ、本体側連結部２０に設けられる給油孔３３ａ，３３ｂは下部連結ピース２３と重ならない位置に配置されていることにより、クランクシャフト７内の飛沫オイルが効果的に捕集されて潤滑が促進されている。したがって、圧縮コイルスプリング２６，２７が所定の荷重特性を発揮して、より正確なトルクをエキセントリックシャフト１２に付与することができる。さらにこれら各給油孔３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂによって各部材の軽量化が図られている。
【００４８】
上部連結ピース２２にスリーブ２８内に連通する給油孔４２が穿設されていることにより、スリーブ２８内のロッド２９との摺動部に潤滑油が供給されるので、エキセントリックシャフト１２の駆動を一層円滑に行うことができるとともに、上部連結ピース２２の軽量化が図られている。さらにこの給油孔４２は、スリーブ２８とロッド２９とが摺動した際にスリーブ２８内の空気を給排する空気孔としての機能も果たすため、一層円滑な摺動を可能としている。
【００４９】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では直列４気筒エンジンを例に説明をしているが、並列エンジンやＶ型エンジン、６気筒エンジンや８気筒エンジンなど、様々なエンジンに適用することができる。また、本実施形態ではコントロールシャフトとしてエキセントリックシャフト１２を用いているが、コントロールシャフトはコントロールリンク１１の支点を移動できるものであればよく、油圧シリンダなどによってコントロールリンク１１の支点を直線移動させるコントロール部材であってもよい。
【００５０】
油圧アクチュエータ４０はエキセントリックシャフト１２の中央部で接続されているが、エキセントリックシャフト１２の一端や両端で接続されていたり、エキセントリックシャフト１２の中央部でない中間部で接続されていてもよい。また、本実施形態では付勢手段として圧縮コイルスプリングを用いているが、これに代えて、引張スプリングや、空気ばね、油圧シリンダなどを用いてもよい。エキセントリックシャフト１２には付勢手段として圧縮コイルスプリング装置２１を４体備え付けているが、１体や２体であってもよく、または６体や８体、或いは５体や７体などの奇数体であってもよい。さらに、圧縮コイルスプリング装置２１を取り付ける位置についても、設計の都合などによってはエキセントリックシャフト１２の中心に対して対称とならないような配置とすることも可能であり、本体側連結部材１９が設けられる位置もクランクケース７の内面に限らず、エンジン１本体側であれば他の部材であってもよい。
【００５１】
また、付勢手段として１つの装置に対して２つの圧縮コイルスプリング２６，２７を用いているが、１つのスプリングだけを用いたり、３つ以上のスプリングを用いてもよい。また、圧縮コイルスプリングには、等ピッチの円筒コイルばねだけではなく、不等ピッチコイルばねを用いたり、円錐コイルばねやつづみ形コイルばね、たる形コイルばね等を用いてもよく、また、素線の径が変化するテーパーコイルばねや、素線の断面が矩形や楕円形、卵形などの形状をしたばねや、これらを組み合わせたようなばねを用いてもよい。例えば、不等ピッチコイルばねを用いることにより、非線形の荷重特性を得ることができる。
【００５２】
さらに、ピン２４，２５は、必ずしも圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線上に配置する必要はなく、圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線からオフセットした位置に配置するような形態としてもよい。このような形態とすることにより、ロッド２９の延長を長くして上部連結ピース２２に貫通させ、ロッド２９がスリーブ２８に内挿される長さをより長くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ストローク特性可変エンジンを示す横断面図である。
【図２】エキセントリックシャフトを示す斜視図である。
【図３】圧縮コイルスプリング装置の分解斜視図である。
【図４】図１中のIV−IV断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ エンジン
３ ピストン
４ アッパリンク
５ ロアリンク
６ クランクシャフト
７ クランクケース
９ クランクピン
１１ コントロールリンク
１２ エキセントリックシャフト（コントロールシャフト）
１３ 偏心ピン
１５ ジャーナル
１６ ドリブンギヤ
１７ ウェブ
１８ ウェブ連結部
１９ 本体側連結部材
２０ 本体側連結部
２１ 圧縮コイルスプリング装置（付勢手段）
２２ 上部連結ピース（第１の連結ピース）
２３ 下部連結ピース（第２の連結ピース）
２４ ピン（第１のピン）
２５ ピン（第２のピン）
２６，２７ 圧縮コイルスプリング
２８ スリーブ
２９ ロッド
３２，３３ 給油孔
４０ 油圧アクチュエータ
４１ ドリブンギヤ
４２ 給油孔
【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、コントロールシャフトにバイアストルクを付与して、ストローク特性を変更する際の駆動力を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式内燃機関では、運転状態に応じて圧縮比を変化させて最適な圧縮比でエンジンを駆動することが望ましい。これを実現するために、エンジンのピストンに回動可能に取り付けられたアッパリンクと、このアッパリンクとクランクシャフトのクランクピンとおを連結するロアリンクと、気筒列方向に延びるエキセントリックシャフト（コントロールシャフト）と、このエキセントリックシャフトに偏心して設けられた制御カムと、この制御カムとアッパリンクまたはロアリンクとを連結するコントロールリンクと、エキセントリックシャフトを回転駆動する回転駆動手段とを有する構成をした可変圧縮比エンジンが多く提案されている。
【０００３】
このような構成をした可変圧縮比エンジンでは、エンジンの燃焼工程においてピストンを押し下げる力が大きく作用し、リンク機構を介してその分力がエキセントリックシャフトに伝達されるため、エキセントリックシャフトには一定方向への大きな力が加わった状態となる。したがって、エキセントリックシャフトを当該方向に回転駆動する際には小さな駆動力で駆動することができるが、当該方向と反対方向に回転駆動する際には、ピストンから伝達される分力に抗してリンク機構を駆動する大きな駆動力が必要となる。
【０００４】
そこで、上記構成をした可変圧縮比エンジンにおいて、エキセントリックシャフトから回転駆動手段に作用する負荷荷重を低減するとともに、エキセントリックシャフトの望まれない回転を抑制するために、エキセントリックシャフトにスライダ機構を介して油圧ピストンを設けた可変圧縮比エンジンが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記構成をした可変圧縮比エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に移行する際の迅速性を高めるために、エキセントリックシャフトの端部とシリンダブロックとの間に渦巻ばねを介在させて、エキセントリックシャフトを低圧縮比側に回転駆動する付勢力を与えた可変圧縮比エンジンが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３２２０３６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の可変圧縮比エンジンでは、油圧ポンプや油圧アクチュエータ、さらに制御弁等を含む油圧回路等を設けなくてならず、装備が重装になって製造が煩雑となるとともに、エンジンが大型化・重量化されて望ましくない。
【０００７】
また、特許文献２記載の従来の可変圧縮比エンジンでは、エキセントリックシャフトの端部に渦巻ばねを使用しているため、エンジンがエキセントリックシャフトの軸方向に大型化する他、大きなトルクが必要な場合には、素線の径を大きくする必要があるために渦巻ばね自体の径が大きくなってエンジンに搭載できなくなってしまう。密着巻きにして径を小さくしても、素線同士の摩擦によってヒステリシスが発生して適切なトルクを与えることができない。
【０００８】
さらに、同様の配置でねじりコイルばねを用いたとしても、ばねの倒れによるヒステリシスが発生する虞がある。また、所定のトルクを確保するために素線の径を大きくし、且つ所定の回転角を得るために巻数を増やせば、エキセントリックシャフトの軸方向に長くなってエンジンへの搭載が困難となる。さらに、渦巻ばねおよびねじりコイルばねでは、いずれもばね定数を変更することができないため、そのトルク特性はリニアなものに限定されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、エンジンをエキセントリックシャフトの軸方向に大型化することなく、バイアストルクをエキセントリックシャフトに付与し、シャフトを駆動するのに必要な両回転方向のトルクを適正化することが可能な、付勢力の設計自由度が高いストローク特性可変エンジン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】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、クランクシャフトのクランクピンに回転自在に軸支されたロアリンクと、前記ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、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ロアリンクとを連結するコントロールリンクとを有し、前記コントロールシャフトを移動させることでピストンストロークを変化させ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に所定方向の移動力を付与すべく、当該コントロールシャフト側に設けられた連結部と、前記エンジン本体側に形成された連結部との間に、付勢手段を介装させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１の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の中央部に当該コントロールシャフトを移動駆動するアクチュエータが接続され、前記付勢手段は、前記コントロールシャフトにおける前記アクチュエータの接続部の軸方向両側に設置されたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の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が複数の偏心ピンを有し、前記付勢手段は一対単位で設置され、当該一対の付勢手段は前記偏心ピンを挟むかたちで設置されたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、一方が他方の中に収容されるかたちで同軸に配置された複数本のコイルスプリングを有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部にピンを介して連結される連結ピースを備え、前記連結ピースの上面には、前記ピンとの潤滑部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部に第１のピンを介して連結され、前記エンジン本体側の連結部に第２のピンを介して連結され、前記第１のピンと前記第２のピンとが、前記付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングの軸心上に位置することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれかのストローク特性可変エンジンにおいて、前記付勢手段は、スリーブを備えた第１の連結ピースと、前記スリーブに内挿されるロッドを備えた第２の連結ピースとを備え、前記第１の連結ピースには、前記スリーブ内の前記ロッドとの摺動部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、エンジンをコントロールシャフトの軸方向に大型化することなく、付勢力の設計自由度が高く、且つヒステリシスの少ないバイアストルクをシャフトに付与してコントロールシャフトを両方向へ駆動するのに必要なトルクを適正化することが可能である。また、請求項２に記載の発明によれば、アクチュエータの両側に付勢手段を設置することにより、コントロールシャフトに作用するねじれを低減するとともにジャーナルが受ける径方向の荷重を低減することができる。また、請求項３に記載の発明によれば、偏心ピンにはピストンから伝達する分力が作用するが、この偏心ピンを挟むように付勢手段を配置することにより、ジャーナル部の剛性低下を抑制することができる。
【００１８】
コントロールシャフトに大きなトルクが必要な場合には、シャフトから延設された腕の長さを長くしてもよいが、その場合ストロークが長くなるためばねの長さも長くする必要があり、付勢手段が大型化してスペース効率が悪くなる。しかし、請求項４に記載の発明によれば、所定のストロークを確保しつつばね荷重を増大することが可能である。さらに、特性の異なる複数のばねを組み合わせることによって、設計自由度をさらに高めることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明によれば、連結ピースとピンとが接触する摺動部に潤滑油が供給され、かじりの発生を防止してコントロールシャフトの駆動をより円滑に行うことができる。また、請求項６に記載の発明によれば、作用点となるピンがばね荷重の作用線上に位置することによって、連結ピースに倒れが生じて付勢手段を伸縮する際に摩擦力が発生することを抑制することができる。さらに、請求項７に記載の発明によれば、スリーブ内のロッドとの摺動部に潤滑油が供給されるので、コントロールシャフトの駆動を一層円滑に行うことができるとともに、連結ピースの軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１はストローク特性可変エンジンを示す横断面図である。図２はエキセントリックシャフトを示す斜視図である。図３は圧縮コイルスプリング装置の分解斜視図である。図４は図１中のIV−IV断面図である。
【００２１】
≪実施形態の構成≫
図１に示すエンジン１は、直列４気筒エンジンであって、４つのシリンダのうち１つの中心を通る横断面が図示されている。シリンダ２にはピストン３が摺合されており、アッパリンク４及びロアリンク５の２つのリンクを介してクランクシャフト６に連結されている。
【００２２】
クランクシャフト６は、基本的に通常の定ストロークエンジンと同様の構成であり、クランクケース７に支持されたクランクジャーナル８（クランクシャフトの回転中心）から偏心したクランクピン９により、シーソー式に揺動するロアリンク５の中間部を支持している。そしてロアリンク５の一端５ａに、ピストンピン１０に小端部４ａが連結されたアッパリンク４の大端部４ｂが連結されている。
【００２３】
ロアリンク５の他端５ｂには、通常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１１の小端部１１ａがピン結合されている。そしてコントロールリンク１１の大端部１１ｂは、クランクケース７に回動自在に支持されたエキセントリックシャフト１２（コントロールシャフト）の偏心ピン１３に、２つ割の軸受け１４をもって連結されている。
【００２４】
エキセントリックシャフト１２の中央部にはドリブンギヤ１６が形成され、エキセントリックシャフト１２を回転駆動するベーン式の油圧アクチュエータ４０には、ドリブンギヤ１６と噛み合うドライブギヤ４１が設けられており（図２参照）、エンジン１の運転状態に応じてその回動角が連続的に制御され、且つ任意の角度で保持されるようになっている。具体的には、油圧アクチュエータ４０内部のジャーナル部分は、その外周に複数枚のベーンが突設されてロータを構成しており、各ベーンについてハウジングによって油圧室が形成されている。油圧室はベーンによって第１油圧室と第２油圧室とに仕切られており、第１および第２油圧室に対して作動油を給排することによってロータが回転・保持される。
【００２５】
このエンジン１によると、エキセントリックシャフト１２を回動させることにより、コントロールリンク１１の大端部１１ｂの位置が、図１に示した位置からエキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａを中心にして上下方向に回転移動することによって変化し、クランクシャフト６の回転に伴うロアリンク５の揺動角度が変化する。このロアリンク５の揺動角度の変化に応じてシリンダ２内でのピストン３のストローク範囲、即ち、ピストン３の上死点位置及び下死点位置が、連続的に変化することとなる。これにより、圧縮比及び排気量の少なくともいずれか一方を連続的に変化させるストローク特性可変機能がもたらされる。
【００２６】
エキセントリックシャフト１２を構成するウェブ１７には、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａに対して偏心ピン１３と反対側に延設されるようにウェブ連結部１８が形成されている。クランクケース７の内面には、本体側連結部２０が形成された本体側連結部材１９が取り付けられており、本体側連結部２０とウェブ連結部１８との間には圧縮コイルスプリング装置２１（付勢手段）が介装されている。
【００２７】
圧縮コイルスプリング装置２１は、上端に上部連結ピース２２（第１の連結ピース）を、下端に下部連結ピース２３（第２の連結ピース）を備え、それぞれがピン２４（第１のピン），２５（第２のピン）を介してウェブ連結部１８および本体側連結部２０に軸着されている。上部連結ピース２２と下部連結ピース２３との間には２本の圧縮コイルスプリング２６，２７が介装されており、圧縮コイルスプリング２７は圧縮コイルスプリング２６の内部に収容されるかたちで同軸に配置されている。ピン２４，２５はこれら圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線上にくるような配置となっている。
【００２８】
図２に示すように、エキセントリックシャフト１２は一端から他端へ向けて、順に、第１ジャーナル１５ａ、第２ジャーナル１５ｂ、第３ジャーナル１５ｃ、第４ジャーナル１５ｄ、第５ジャーナル１５ｅと、５つのジャーナル１５を構成要素として備えている。各ジャーナルの間には、偏心ピン１３がウェブ１７に挟まれるかたちで介在されており、第１ジャーナル１５ａと第２ジャーナル１５ｂとの間には第１偏心ピン１３ａが、第２ジャーナル１５ｂと第３ジャーナル１５ｃとの間には第２偏心ピン１３ｂが、というように、４つの偏心ピン１３ａ〜１３ｄが５つのジャーナル１５と交互に同軸上に配置されている。
【００２９】
各ジャーナル１５と各偏心ピン１３とは、ウェブ１７によって連結されており、第１ジャーナル１５ａと第１偏心ピン１３ａとの間にはウェブ１７ａが配置され、第１ジャーナル１５から第５ジャーナル１５ｅへ向けて、順に８つのウェブ１７ａ〜１７ｈが配置されている。なお、図２においては、コントロールリンク１１の大端部１１ｂが第１偏心ピン１３ａに連結されているためが、他の偏心ピン１３ｂ〜１３ｄについては、実際にはコントロールリンク１１等からなるリンク機構がそれぞれに連結されるが、理解を容易にするため省略して示している。
【００３０】
各ジャーナル１５ａ〜１５ｅは、クランクケース内に形成された軸受け（図示せず）によって軸支されるが、エキセントリックシャフト１２の中央部となる第３ジャーナル１５ｃ部分には油圧アクチュエータ４０により駆動されるドリブンギヤ１６が設置されている。
【００３１】
第１偏心ピン１３ａを挟むウェブ１７ａ，１７ｂ、および第４偏心ピン１３ｄを挟むウェブ１７ｇ，１７ｈには、ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈが、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａに対して偏心ピン１３と反対側に延設されるように形成されている。また、クランクケース７（図示せず）の内面には２つの本体側連結部材１９ａ，１９ｇが取り付けられ、それぞれ２つの連結部２０ａ，２０ｂおよび２０ｇ，２０ｈを備えている。
【００３２】
各ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈと各本体側連結部２０ａ，２０ｂ，２０ｇ，２０ｈとの間には、４体の圧縮コイルスプリング装置２１ａ，２１ｂ，２１ｇ，２１ｈがそれぞれ介装されている。４体の圧縮コイルスプリング装置２１は、油圧アクチュエータ４０を中心にエキセントリックシャフト１２の軸方向について対称に一対ずつ、計４体が配置されている。各圧縮コイルスプリング装置２１の上部連結ピース２２ａ，２２ｂ，２２ｇ，２２ｈを軸支するピン２４ａ，２４ｂ，２４ｇ，２４ｈが同軸上に配置されるように、ウェブ連結部１８ａ，１８ｂ，１８ｇ，１８ｈが形成されている。同様に、下部連結ピース２３ａ，２３ｂ，２３ｇ，２３ｈを軸支するピン２５ａ，２５ｂ，２５ｇ，２５ｈについても、全てが同軸となるように本体側連結部材１９ａ，１９ｇが取り付けられている。
【００３３】
図３に示すように、圧縮コイルスプリング装置２１は、スリーブ２８が形成された上部連結ピース２２と、ロッド２９が形成された下部連結ピース２３と、２つの圧縮コイルスプリング２６，２７とから構成される。ロッド２９はスリーブ２８に内挿され、摺動可能とされている。圧縮コイルスプリング２７の内径はスリーブ２８の外径よりも大きく、スリーブ２８が圧縮コイルスプリング２７内に挿入可能とされている。また、圧縮コイルスプリング２６の内径は圧縮コイルスプリング２７の外径よりも大きく、圧縮コイルスプリング２７が圧縮コイルスプリング２６内に挿入可能とされている。
【００３４】
圧縮コイルスプリング２６，２７は等ピッチの円筒コイルばねであって、コイル径の小さな圧縮コイルスプリング２７は、コイル径の大きな圧縮コイルスプリングよりも、素線の径およびピッチが小さく、有効巻数は多くされている。各圧縮コイルスプリング２６，２７の両端部はクローズドエンドとされており、端部コイルの略全周に渡って均一に荷重を受けるようにされ、座巻部が軸線と略直交するために座りが良く、座屈が発生し難いようにされている。また、圧縮コイルスプリング２６とその内側に収容された圧縮コイルスプリング２７との素線同士が接触した場合に互いに引っ掛かることを避けるために、両圧縮コイルスプリング２６，２７の巻方向は逆にされている。
【００３５】
さらに、上部連結ピース２２および下部連結ピース２３の圧縮コイルスプリング２６，２７支持面には、２つの径の異なる圧縮コイルスプリング２６，２７の内径に合わせて、スプリングの位置を固定する台座部３８，３９がそれぞれ２段ずつ形成されている。上部連結ピース２２はウェブ連結部１８（図２参照）を挟むようにＵ字形状を呈しており、各Ｕ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂにはピン２４が内挿されるピン挿入孔３０ａ，３０ｂが形成されている。Ｕ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの上端には、ピン２４との摺動部分にエンジンオイルを導入するための給油孔３２ａ，３２ｂがそれぞれ穿設され、さらにＵ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの間には、スリーブ２８に連通してスリーブ２８とロッド２９との摺動部分にエンジンオイルを導入するための給油孔４２が穿設されている。下部連結ピース２３は本体側連結部２０によって挟装される平坦部分２３Ａを有しており、この平坦部分２３Ａにはピン２５が内挿されるピン挿入孔３１が形成されている。
【００３６】
図４に示すように、下部連結ピース２３に形成されたロッド２９は、上部連結ピース２２に形成されたスリーブ２８に内挿され、ピン２４とピン２５との距離を変更できるように摺動可能とされている。スリーブ２８とロッド２９との長さは略同一であって、エキセントリックシャフトを所定角度に回動させるのに必要なストロークを確保できるように設定される。スリーブ２８の先端は、内側の圧縮コイルスプリング２７と接触したときに素線に引っ掛からないようにするために面取りされ、その断面は尖形形状または曲線形状とされている。またロッド２９の先端部分も面取りがされている。
【００３７】
ウェブ連結部１８に形成されたピン挿入孔３４と上部連結ピース２２のピン挿入孔３０ａ，３０ｂとにピン２４が挿入されて、上部連結ピース２２がウェブ連結部１８に連結されている。ピン挿入孔３０ａ，３０ｂの内周面には溝が形成されており、この溝にＣ形留め輪３６ａ，３６ｂを嵌装することによって、ピン２４の脱落が防止されている。同様に、本体側連結部２０に形成されたピン挿入孔３５ａ，３５ｂと下部連結ピース２３のピン挿入孔３１とにピン２５が挿入されて、下部連結ピース２３が本体側連結部２０に連結されており、ぴん２５の軸方向両側にはＣ形留め輪３７ａ，３７ｂが嵌装されている。
【００３８】
前述した、上部連結ピース２２のＵ字アーム部分２２Ａ，２２Ｂの上端にそれぞれ穿設された給油孔３２ａ，３２ｂは、ピン挿入孔３０ａ，３０ｂまでそれぞれ達しており、クランクケース内の飛沫オイルをピン２４との摺動部分に導入する。給油孔３２ａ，３２ｂの上端は飛沫オイルを捕集し易いように皿穴状とされている。同様に、下部連結ピース２３を軸支する本体側連結部２０の上面にも、ピン挿入孔３５ａ，３５ｂへ達する給油孔３３ａ，３３ｂが穿設されており、その上端部は皿穴状とされている。なお、給油孔３３ａ，３３ｂが設けられている位置は、平面視において下部連結ピース２３と重ならない位置、すなわち、その上方に飛沫オイルの捕集を妨げる障害物がこない位置とされている。給油孔４２もまた、その上端部が皿穴状とされている。
【００３９】
≪実施形態の作用・効果≫
図１を参照して、エキセントリックシャフト１２に作用する力について説明する。エンジン１の燃焼工程によって、ピストン３は非常に大きな力でシリンダ２内を下方へ押し下げられる。ピストン３が受けた燃焼圧力はアッパリンク４およびロアリンク５を介してクランクピン９に伝達されてクランクシャフト６を回転させるが、ロアリンク５の一端５ａの軸心は、ピストンピン１０の中心とクランクピン９の中心とを結んだ直線から外れているため、ロアリンク５をクランクピン９を中心にして反時計回りに自転させる分力、すなわちロアリンク５の他端５ｂを上方に押し上げる力が発生する。４つの各気筒が順次燃焼工程を経るため、コントロールリンク１１を上に引き上げる力が常時加わった状態となる。
【００４０】
このような状態で、エキセントリックシャフト１２を回転駆動させる場合、エキセントリックシャフト１２を時計回りに回動させて偏心ピン１３を上に移動させることは小さな力で行いうるが、エキセントリックシャフト１２を反時計回りに回動させて偏心ピン１３を下に移動させるためには、前述のコントロールリンク１１を上に引き上げる力に抗してこれよりも大きな力が必要となる。
【００４１】
エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８と本体側連結部２０との間に圧縮コイルスプリング装置２１を介装したことによって、エキセントリックシャフト１２に反時計回りに回動させるバイアストルクが付与され、時計回りおよび反時計回りに回動させるのに必要な力が均等化される。したがって、エキセントリックシャフト１２を回転駆動するためのアクチュエータの最大出力を小さくでき、アクチュエータを小型化することができる。
【００４２】
また、圧縮コイルスプリング装置２１は、クランクケース７内のエキセントリックシャフト１２の側方若しくは下方に設置可能であるため、エキセントリックシャフト１２の静止軸心１２ａ方向についてエンジン１が大型化することを回避することができる。また、複数個の装置を設置することもできるため、一体当たりの装置の大きさを小型化することも可能である。さらに、本体側連結部材１９がクランクケース７内に設けられているので、連結部の構造が複雑になることもない。
【００４３】
圧縮コイルスプリング装置２１をウェブ連結部１８および本体側連結部２０に連結するために、ピン２４，２５を用いたリンク機構として連結することによって、圧縮コイルスプリング２６，２７に倒れや座屈を発生させずに荷重作用線を一定に保ち、所定のばね特性が発揮されるようにされている。このように、バイアストルクの付勢手段としてリンク機構を備えた圧縮コイルスプリングを用いるため、倒れや摩擦によるヒステリシスが抑制されるとともに、ばね荷重やストロークを変更したり、非線形特性のものを用いることなどが可能となって設計自由度が向上される。したがって、様々なエンジンに容易に対応することが可能となる。
【００４４】
図２に示すように、エキセントリックシャフト１２の中央部となる第３ジャーナル１５ｃの位置に油圧アクチュエータ４０を備え付け、エキセントリックシャフト１２における油圧アクチュエータ４０の軸方向両側に圧縮コイルスプリング装置２１を配置することによって、エキセントリックシャフト１２に作用するねじれを低減するとともに、各ジャーナル１５ａ〜１５ｅが受ける径方向の荷重が低減されている。また、各一対の圧縮コイルスプリング装置２１を油圧アクチュエータ４０について対称となるように配置することによって、エキセントリックシャフト１２における油圧アクチュエータ４０の両側に作用する応力を略均一にしてシャフトの負担が軽減される。また、一対の圧縮コイルスプリング装置２１を偏心ピン１３を挟むかたちで設置、すなわち、コントロールリンク１１を挟むように配置することによって、ジャーナル１５部の剛性低下が抑制されている。
【００４５】
圧縮コイルスプリング装置２１によって大きなトルクを付加する必要がある場合には、エキセントリックシャフト１２から延設されたウェブ連結部１８までの腕の長さを長くしてもよいが、この場合長いストロークが必要となるため、ばねの長さも長くする必要があって圧縮コイルスプリング装置２１が大型化してスペース効率が悪くなる。しかし図３に示すように、圧縮コイルスプリング２７が圧縮コイルスプリング２６に収容されるかたちで両スプリングを同軸に配置することによって、所定のストロークを確保しつつばね荷重を増大することが可能になっている。これにより、より大きなトルクをエキセントリックシャフト１２に付加することが可能となり、さらに複数の圧縮コイルスプリング２６，２７を組み合わせることにより、より複雑なトルク特性を圧縮コイルスプリング装置２１に与えることができ、設計自由度がさらに高まる。
【００４６】
図１および図４に示すように、ピン２４，２５が圧縮コイルスプリング２６，２７の同心軸上に配置されることにより、圧縮コイルスプリング２６，２７の荷重作用線上に作用点が配置される。これにより、スリーブ２８とロッド２９とが摺動する際に倒れによる摩擦力が発生することが抑制されている。
【００４７】
また、図４に示すように、ピン２４，２５の摺動部にエンジンオイルを導入する給油孔３２，３３が設けられていることにより、圧縮コイルスプリング装置２１の回動がより潤滑的に行われる。また、各給油孔３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂの上端が皿穴状とされ、本体側連結部２０に設けられる給油孔３３ａ，３３ｂは下部連結ピース２３と重ならない位置に配置されていることにより、クランクシャフト７内の飛沫オイルが効果的に捕集されて潤滑が促進されている。したがって、圧縮コイルスプリング２６，２７が所定の荷重特性を発揮して、より正確なトルクをエキセントリックシャフト１２に付与することができる。さらにこれら各給油孔３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂによって各部材の軽量化が図られている。
【００４８】
上部連結ピース２２にスリーブ２８内に連通する給油孔４２が穿設されていることにより、スリーブ２８内のロッド２９との摺動部に潤滑油が供給されるので、エキセントリックシャフト１２の駆動を一層円滑に行うことができるとともに、上部連結ピース２２の軽量化が図られている。さらにこの給油孔４２は、スリーブ２８とロッド２９とが摺動した際にスリーブ２８内の空気を給排する空気孔としての機能も果たすため、一層円滑な摺動を可能としている。
【００４９】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では直列４気筒エンジンを例に説明をしているが、並列エンジンやＶ型エンジン、６気筒エンジンや８気筒エンジンなど、様々なエンジンに適用することができる。また、本実施形態ではコントロールシャフトとしてエキセントリックシャフト１２を用いているが、コントロールシャフトはコントロールリンク１１の支点を移動できるものであればよく、油圧シリンダなどによってコントロールリンク１１の支点を直線移動させるコントロール部材であってもよい。
【００５０】
油圧アクチュエータ４０はエキセントリックシャフト１２の中央部で接続されているが、エキセントリックシャフト１２の一端や両端で接続されていたり、エキセントリックシャフト１２の中央部でない中間部で接続されていてもよい。また、本実施形態では付勢手段として圧縮コイルスプリングを用いているが、これに代えて、引張スプリングや、空気ばね、油圧シリンダなどを用いてもよい。エキセントリックシャフト１２には付勢手段として圧縮コイルスプリング装置２１を４体備え付けているが、１体や２体であってもよく、または６体や８体、或いは５体や７体などの奇数体であってもよい。さらに、圧縮コイルスプリング装置２１を取り付ける位置についても、設計の都合などによってはエキセントリックシャフト１２の中心に対して対称とならないような配置とすることも可能であり、本体側連結部材１９が設けられる位置もクランクケース７の内面に限らず、エンジン１本体側であれば他の部材であってもよい。
【００５１】
また、付勢手段として１つの装置に対して２つの圧縮コイルスプリング２６，２７を用いているが、１つのスプリングだけを用いたり、３つ以上のスプリングを用いてもよい。また、圧縮コイルスプリングには、等ピッチの円筒コイルばねだけではなく、不等ピッチコイルばねを用いたり、円錐コイルばねやつづみ形コイルばね、たる形コイルばね等を用いてもよく、また、素線の径が変化するテーパーコイルばねや、素線の断面が矩形や楕円形、卵形などの形状をしたばねや、これらを組み合わせたようなばねを用いてもよい。例えば、不等ピッチコイルばねを用いることにより、非線形の荷重特性を得ることができる。
【００５２】
さらに、ピン２４，２５は、必ずしも圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線上に配置する必要はなく、圧縮コイルスプリング２６，２７の同軸線からオフセットした位置に配置するような形態としてもよい。このような形態とすることにより、ロッド２９の延長を長くして上部連結ピース２２に貫通させ、ロッド２９がスリーブ２８に内挿される長さをより長くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ストローク特性可変エンジンを示す横断面図である。
【図２】エキセントリックシャフトを示す斜視図である。
【図３】圧縮コイルスプリング装置の分解斜視図である。
【図４】図１中のIV−IV断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ エンジン
３ ピストン
４ アッパリンク
５ ロアリンク
６ クランクシャフト
７ クランクケース
９ クランクピン
１１ コントロールリンク
１２ エキセントリックシャフト（コントロールシャフト）
１３ 偏心ピン
１５ ジャーナル
１６ ドリブンギヤ
１７ ウェブ
１８ ウェブ連結部
１９ 本体側連結部材
２０ 本体側連結部
２１ 圧縮コイルスプリング装置（付勢手段）
２２ 上部連結ピース（第１の連結ピース）
２３ 下部連結ピース（第２の連結ピース）
２４ ピン（第１のピン）
２５ ピン（第２のピン）
２６，２７ 圧縮コイルスプリング
２８ スリーブ
２９ ロッド
３２，３３ 給油孔
４０ 油圧アクチュエータ
４１ ドリブンギヤ
４２ 給油孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトのクランクピンに回転自在に軸支されたロアリンクと、前記ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、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ロアリンクとを連結するコントロールリンクとを有し、前記コントロールシャフトを移動させることでピストンストロークを変化させ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に所定方向の移動力を付与すべく、当該コントロールシャフト側に設けられた連結部と、前記エンジン本体側に形成された連結部との間に、付勢手段を介装させた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】
前記コントロールシャフトの中央部に当該コントロールシャフトを移動駆動するアクチュエータが接続され、
前記付勢手段は、前記コントロールシャフトにおける前記アクチュエータの接続部の軸方向両側に設置されたことを特徴とする、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】
前記コントロールシャフトが複数の偏心ピンを有し、
前記付勢手段は一対単位で設置され、当該一対の付勢手段は前記偏心ピンを挟むかたちで設置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項４】
前記付勢手段は、一方が他方の中に収容されるかたちで同軸に配置された複数本のコイルスプリングを有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項５】
前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部にピンを介して連結される連結ピースを備え、
前記連結ピースの上面には、前記ピンとの潤滑部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項６】
前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部に第１のピンを介して連結され、前記エンジン本体側の連結部に第２のピンを介して連結され、
前記第１のピンと前記第２のピンとが、前記付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングの軸心上に位置することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項７】
前記付勢手段は、スリーブを備えた第１の連結ピースと、前記スリーブに内挿されるロッドを備えた第２の連結ピースとを備え、
前記第１の連結ピースには、前記スリーブ内の前記ロッドとの摺動部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項１】
クランクシャフトのクランクピンに回転自在に軸支されたロアリンクと、前記ロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、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ロアリンクとを連結するコントロールリンクとを有し、前記コントロールシャフトを移動させることでピストンストロークを変化させ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に所定方向の移動力を付与すべく、当該コントロールシャフト側に設けられた連結部と、前記エンジン本体側に形成された連結部との間に、付勢手段を介装させた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】
前記コントロールシャフトの中央部に当該コントロールシャフトを移動駆動するアクチュエータが接続され、
前記付勢手段は、前記コントロールシャフトにおける前記アクチュエータの接続部の軸方向両側に設置されたことを特徴とする、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】
前記コントロールシャフトが複数の偏心ピンを有し、
前記付勢手段は一対単位で設置され、当該一対の付勢手段は前記偏心ピンを挟むかたちで設置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項４】
前記付勢手段は、一方が他方の中に収容されるかたちで同軸に配置された複数本のコイルスプリングを有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項５】
前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部にピンを介して連結される連結ピースを備え、
前記連結ピースの上面には、前記ピンとの潤滑部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項６】
前記付勢手段は、前記コントロールシャフト側の連結部に第１のピンを介して連結され、前記エンジン本体側の連結部に第２のピンを介して連結され、
前記第１のピンと前記第２のピンとが、前記付勢手段を構成する圧縮コイルスプリングの軸心上に位置することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【請求項７】
前記付勢手段は、スリーブを備えた第１の連結ピースと、前記スリーブに内挿されるロッドを備えた第２の連結ピースとを備え、
前記第１の連結ピースには、前記スリーブ内の前記ロッドとの摺動部にエンジンオイルを導入させるための給油孔が穿設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のストローク特性可変エンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−６９７４４（Ｐ２００８−６９７４４Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５０９４６（Ｐ２００６−２５０９４６）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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