内燃機関及びそのピストン上死点位置の調整方法
【課題】圧縮比のバラツキを容易に調整する。
【解決手段】内燃機関１の複リンク式のピストンクランク機構２は、偏心軸部９に圧入された筒状の偏心スリーブ２１を有している。そして、所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、コントロールリンク７とロアリンク６を連結する第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定されている。これによって、ピストン上死点位置調整量を偏心スリーブ２１の回転角に容易に変換可能となり、ピストン上死点位置を容易に調整することができる。
【解決手段】内燃機関１の複リンク式のピストンクランク機構２は、偏心軸部９に圧入された筒状の偏心スリーブ２１を有している。そして、所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、コントロールリンク７とロアリンク６を連結する第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定されている。これによって、ピストン上死点位置調整量を偏心スリーブ２１の回転角に容易に変換可能となり、ピストン上死点位置を容易に調整することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を可変させることが可能な複リンク式ピストンクランク機構を備えた内燃機関及びそのピストン上死点位置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ピストンに揺動自由に連結された第１リンクと、この第１リンクに回動自在に連結されると共に、クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着された第２リンクと、偏心軸部を有するコントロールシャフトと、第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されると共に、コントロールシャフトの偏心軸部に揺動可能に連結された第３リンクと、を備え、機関運転状態に応じてコントロールシャフトを回転して偏心軸部を位置を変更して内燃機関の圧縮比を可変制御する内燃機関の可変圧縮比機構において、各気筒毎に独立して圧縮比を調整可能な調整手段が前記第３リンクの下部に設けられたものが開示されている。
【０００３】
この特許文献１においては、第３リンクの下部に、ネジ溝が形成されたボルト穴が設けられ、そのボルト穴に調整ボルトが螺合していると共に、第３リンクの下部に一対の半割構造の偏心スリーブ軸受が設けられている。そして、この偏心スリーブ軸受の外周と調整ボルトの先端が係合しており、調整ボルトを回転させて前進後退させることて偏心スリーブ軸受が回転するので、第３リンクと第２リンクとを連結する連結ピンと、第３リンクの下部の揺動中心間の距離の微調整が可能となり、圧縮比の微調整が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１においては、ピストンの上死点位置を調整する際に、その際の設定圧縮比や偏心スリーブの角度姿勢についてまでは言及されておらず、ピストンの上死点位置の調整が容易に行えない虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、内燃機関本体に回転可能に支持されるとともにその回転中心から偏心した偏心軸部を備えた制御軸と、前記複数のリンク部材のうちの１つと連結ピンを介して一端が連結されるとともに他端が偏心スリーブを介して前記制御軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクと、を有し、負荷と圧縮比を関連付けて設定し、前記制御軸の回転位置に応じた前記偏心軸部の位置によって前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を制御する内燃機関において、所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となるように設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏心スリーブの回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性となる領域で圧縮比のバラツキを調整することができる。そのため、ピストン上死点位置を調整するにあたって、ピストン上死点位置調整量を偏心スリーブの回転角に容易に変換可能となり、ピストン上死点位置を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用された内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。
【図２】ピストンクランク機構におけるコントロールリンクと制御軸の連結部分を拡大拡大して示した説明図。
【図３】ピストンクランク機構に用いられる偏心スリーブを示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図。
【図４】ピストンクランク機構において、コントロールリンクによるロアリンクの運動拘束条件が変化することを模式的に示した説明図。
【図５】偏心スリーブの回転角とピストンの高さ変化の関係を模式的に示した説明図。
【図６】ピストンクランク機構において、第２連結ピンの中心と偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して偏心スリーブの偏心方向が垂直となる状態を模式的に示した説明図。
【図７】本発明の第１実施形態を模式的に示した説明図。
【図８】本発明の第１実施形態において、最も圧縮比が小さい状態なった状態を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第２実施形態における内燃機関を吸排気系を模式的に示した説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態を模式的に示した説明図。
【図１１】本発明の他の実施形態を模式的に示した説明図であって、（ａ）は第１実施形態の中圧縮比・中負荷域の状態における偏心軸部の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ４５°回転可能な設定としたもの、（ｂ）は第１実施形態における偏心軸部の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、低圧縮比側の９０°を回転角度範囲としたもの、（ｃ）は第１実施形態における偏心軸部の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、低圧縮比側の９０°を回転角度範囲としたものである。
【図１２】本発明の第３実施形態を模式的に示した説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態を模式的に示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関１の概略構成を模式的に示した説明図である。
【００１０】
内燃機関１は、ピストン３の上死点位置を変化させて圧縮比を可変させることが可能な複リンク式のピストンクランク機構２を備えている。
【００１１】
ピストンクランク機構２は、ピストン３とクランクシャフト４とを連結するアッパリンク５及びロアリンク６と、アッパリンク５及びロアリンク６の動きを規制するコントロールリンク７と、コントロールリンク７の基端が揺動可能に連結される偏心軸部９を有する制御軸８と、から大略構成されている。
【００１２】
ピストン３は、シリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１内を摺動可能に配置されており、アッパリンク５の一端（図１における上端）にピストンピン１２を介して揺動可能に連結されている。
【００１３】
アッパリンク５は、他端（図１における下端）が、第１連結ピン１３を介してロアリンク６の一端部に回転可能に連結されている。
【００１４】
ロアリンク６は、その中央部においてクランクシャフト４のクランクピン１４に回転可能に取り付けられている。
【００１５】
クランクシャフト４は、複数のジャーナル部１５とクランクピン１４とを備えており、シリンダブロック１０のクランク軸受ブラケット１６によってシリンダブロック１０にジャーナル部１５が回転可能に支持されている。クランクピン１４は、ジャーナル部１５から所定量偏心しており、ここにロアリンク６が回転自在に連結されている。
【００１６】
ロアリンク６の運動を拘束するコントロールリンク７は、一端（図１における上端）が第２連結ピン１７を介してロアリンク６の他端部に回動可能に連結され、他端（図１おける下端）が内燃機関本体の一部となるシリンダブロック１０に揺動可能に支持されている。コントロールリンク７の他端は、内燃機関の圧縮比の変更のために、その揺動支点１８の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト４と平行に延びた制御軸８を備え、この制御軸８に偏心して設けられた偏心軸部９にコントロールリンク７の他端が回転可能に嵌合している。つまり、揺動支点１８は偏心軸部９の中心位置である。
【００１７】
制御軸８は、クランク軸受ブラケット１６と制御軸軸受ブラケット１９との間に回転可能に支持される主軸受部２０（後述の図２を参照）と、この主軸受部２０に対して所定量だけ偏心した偏心軸部９と、を有している。また、制御軸８の一端には、電気モータ等のアクチュエータ（図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
制御軸８の偏心軸部９の周囲（外周）には、図２及び図３に示すように、略円筒状の継ぎ目の無い偏心スリーブ２１が圧入されている。偏心スリーブ２１は、機関運転中に偏心軸部９に対して相対回転することのない十分な圧入代に基づく圧入によって固定される。
【００１９】
この偏心スリーブ２１は、偏心軸部９に圧入される筒状部２２と、筒状部２２の一端に形成された回転角度調整部２３と、を有している。筒状部２２は、偏心軸部９の外周面と対向する内周面２４に対して、コントロールリンク７の他端側に取り付けられたすべり軸受（メタル）２５と回転可能に嵌合する外周面２６が、所定量ｅだけ偏心するよう形成されている。回転角度調整部２３は、筒状部２２の一端の全周に鍔状に形成された凸部であって、偏心スリーブ２１を軸方向から見て、外形が６角形となるように形成されている。
【００２０】
内燃機関１においては、圧縮比の変更のために、前記アクチュエータにより制御軸８を回転駆動すると、コントロールリンク７の揺動支点１８となる偏心軸部９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、図４に示すように、コントロールリンク７によるロアリンク６の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン３の行程位置が変化し、ひいては圧縮比が変更されることになる。図４において、各リンクが実線で示される状態のときピストン３の上死点位置が最も高い位置となって最も高い圧縮比が得られ状態となる。また、図４において、各リンクが破線で示される状態のときピストン３の上死点位置が最も低い位置となって最も低い圧縮比が得られる状態となる。内燃機関１は運転条件に応じて圧縮比が設定されており、特に負荷に応じては、負荷が低負荷から高負荷へと増大するときに、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に低下するように設定されている。すなわち、低負荷の負荷範囲では高圧縮比の圧縮比範囲が対応し、中負荷の負荷範囲では中圧縮比の圧縮比範囲が対応し、高負荷の負荷範囲では低圧縮比の圧縮比範囲が対応する。
【００２１】
このピストンクランク機構２おいて、例えば、内燃機関の組み立て工程中に圧縮比の調整を行う場合には、全てのリンク部品（アッパリンク５、ロアリンク６、コントロールリンク７）を組み付けた後、制御軸８を回転しないように固定し、各気筒のピストン３の高さを測定し、測定した高さと、その時の制御軸８の角度に対応する所定のピストン高さとの比較から各気筒の偏心スリーブ２１の必要回転角度を算出し、治具を偏心スリーブ２１の回転角度調整部２３に係合させて、各気筒の偏心スリーブ２１を回転させ、ピストン３の高さを調整する。
【００２２】
ここで、偏心スリーブ２１の回転角とピストン３の高さ変化の関係は、図５に示すような関係になっている。制御軸８を固定し、偏心スリーブ２１のみを回転させた場合、偏心スリーブ２１の回転に伴い、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＡで示される角度になったとき（状態Ａのとき）ピストン３の高さ位置が最も高く、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＣで示される角度になったとき（状態Ｃのとき）ピストン３の高さ位置が最も低くなる。
【００２３】
そして、この状態Ａから状態Ｃへの過程で、偏心スリーブ２１の回転角に対してピストン３の高さの変化割合が線形に近い領域Ａが存在し、この領域Ａの略中央において、本実施形態では、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＢで示される角度（状態Ｂ）となる。つまり、ピストン３の高さ調整量の中央値付近において、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＢで示される角度（状態Ｂ）となる。
【００２４】
このような線形に近い領域Ａでは、ピストン３の高さを調整する際に、要求されるピストン高さの調整量を偏心スリーブ２１の回転角度に精度よく変換可能となり、偏心スリーブ２１の回転角度管理が可能となることからピストン高さを調整することによる圧縮比ばらつきの調整作業が容易になる。
【００２５】
そのため、本実施形態では、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が状態Ａから状態Ｃとなるまでの範囲の中から、図５中の状態Ｂ付近で示される角度にあるときに圧縮比のばらつきを調整するものとする。つまり、本実施形態においては、圧縮比ばらつきを調整する際の偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度の状態としては、状態Ａや状態Ｃを使用しないようにする。
【００２６】
そして、本発明の第１実施形態においては、図７に示すように、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２、すなわちコントロールリンク７から伝わる荷重の作用方向に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態が、中圧縮比に対応する（設定される）中負荷範囲内にあるときに現れるように偏心スリーブ２１の偏心方向が設定され、このような設定の下でピストン上死点位置の調整を行う事としている。尚、ピストン上死点位置を調整した後においては、実際の偏心スリーブの偏心方向が気筒毎あるいはエンジン毎に異なるものとなり得るが、各部品のばらつき中心が設計値通りになっているとすれば、偏心スリーブの偏心方向の平均を採った場合、少なくとも中圧縮比が設定される中負荷範囲内にあるときの偏心スリーブの偏心方向の平均値が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２とほぼ垂直になるといえる。
【００２７】
このような設定によれば、加速時等の過渡時に通過することになって圧縮比の設定精度が要求されると共に、僅かな圧縮比ずれでもノックキングを生じさせかねない中圧縮比の状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン３上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。そして、機関運転中、コントロールリンク７から伝わる荷重で生じるモーメントによって偏心スリーブ２１が偏心軸部９に対して相対回転する（ずれる）のを防ぐため、偏心スリーブ２１の偏心量を比較的小さく抑えたとしても、ピストン上死点位置の調整量が犠牲（過小）にならずに済む。
【００２８】
また、この第１実施形態においては、図７に示す状態、すなわち２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、制御軸８の回転によって偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°、高圧縮比側に９０°、それぞれ回転可能に設定されている。すなわち機関運転中、偏心軸部９の中心Ｃ１は、制御軸８の回転によって図７に示す状態から、図７中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・高負荷域となる側には最大９０°回転可能（反時計回り）に設定され、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側には最大９０°回転可能（時計回り）に設定されている。
【００２９】
そして、第１実施形態においては、図７に示す状態から偏心軸部９の中心Ｃ１を低圧縮比側に９０°回転させた状態において、偏心軸部の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２と制御軸８の主軸受部２０の中心Ｃ３とが略直線状に並び、かつこれら３つの点が燃焼荷重の発生に伴いコントールリンク７に作用する荷重Ｆの作用方向と略一致するように設定されている。
【００３０】
すなわち、スロットル開度が全開となる高負荷で、燃焼荷重が大きくなる最低圧縮比状態（上死点位置におけるピストン高さが最も低い状態）のときに、図８に示すように、制御軸８を軸方向から見て、偏心軸部の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２と制御軸８の主軸受部２０の中心Ｃ３とを通る直線Ｌ３（図８中の破線）が、コントロールリンク７を介して偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２に作用する荷重Ｆの方向と略一致するように設定されている。
【００３１】
これにより、特に燃焼荷重が大きくなる運転状態のときに、偏心スリーブ２１に作用するトルクを低減することが可能となっている。
【００３２】
また、本実施形態では、図６に示すように、制御軸８を軸方向から見て、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置し、かつ偏心軸部９の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２とを通る直線Ｌ１が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを通る直線Ｌ２に対して略直交する状態のときに圧縮比のばらつきを調整するものとする。換言すれば、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置し、かつ第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態で、偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整して圧縮比のばらつきを調整する。尚、図６中のＣ３は、制御軸８の主軸受部２０の中心である。
【００３３】
偏心軸部９の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２とを通る直線Ｌ１が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを通る直線Ｌ２に対して略直交する状態としては、図５中の状態Ｂのほかに、図５中の状態Ｃから更に偏心スリーブ２１を回転（図５における右側に回転）させてピストン高さが中間の高さになった状態も考えられる。つまり、偏心軸部９の中心Ｃ１よりも偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置した状態も考えられる。しかしながら、偏心軸部９の中心Ｃ１よりも偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置した状態に成っていると、本実施形態のように偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置している場合に比べて、ピストン３が下死点位置にあるときにコントロールリンク７の他端がピストン３の往復軸線側に位置することになり、コントロールリンク７とロアリンク６との挟角が相対的に小さくなって、各リンクの強度を確保するための肉厚が取りにくくなる。
【００３４】
そのため、本実施形態のように、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が状態Ｃから状態Ａとなる過程を使用しないように設定し、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置しているように設定することにより、下死点付近において、コントロールリンク７と、コントロールリンク７の状態と連結されるロアリンク６の干渉を緩和することができ、ピストンクランク機構２のリンクジオメトリを設定するに当たっての設計自由度を相対的に大きくすることができる。
【００３５】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態は、本発明をターボ過給機を備えた内燃機関に適用したものである。この第２実施形態における内燃機関１は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、図９に示すように、ターボ過給機３０を備えている。ターボ過給機３０は、吸気通路３４に位置するコンプレッサ３１と、排気通路３５に位置するタービン３２とを同軸上に連結した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン３２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁３３を備えている。
【００３７】
そして、この第２実施形態においては、図１０に示すように、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態が、中圧縮比・中負荷の状態となるように設定されているが、このときの中負荷とは、スロットル全開で自然吸気の状態（ＮＡ−ＷＯＴ）である。
【００３８】
尚、この第２実施形態においては、図１０に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、制御軸８の回転によって偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°、高圧縮比側に９０°、それぞれ回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、制御軸８の回転によって図１０に示す状態から、図１０中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・過給域となる側には最大９０°回転可能（反時計回り）に設定され、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側には最大９０°回転可能（時計回り）に設定されている。
【００３９】
このような第２実施形態においては、過給遅れがあるので実際の機関負荷の増大には遅れが生じ、圧縮比制御用のアクチュエータの応答性が問題になることはなく（過渡的に制御精度が低下して圧縮比ばらつきが表面化することがない）、圧縮比の設定精度が要求されるのは、高負荷ではなく中負荷となる。そこで、圧縮比ばらつきの影響が高い過渡運転時のノッキング発生回避のために、スロットル全開で自然吸気状態の中負荷に相当する状態で圧縮比の調整を行えるので、過渡運転時のノッキングを効果的に抑制することが可能となる。尚、この第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
尚、上述した第１、第２実施形態においては、図７あるいは図１０に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１と結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ同じ回転角度（９０°）だけ回転可能に設定されているが、低圧縮比側への回転角度と、高圧縮比側への回転角度は必ずしもを同じにする必要はなく、例えば、低圧縮比側に１５°、高圧縮比側に６０°、回転可能に設定することも可能である。
【００４１】
また、上述した第１、第２実施形態においては、制御軸８の偏心軸部９の回転角度範囲は１８０°となっているが、制御軸８の偏心軸部９の回転角度範囲は１８０°に限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように９０°に設定することも可能である。
【００４２】
図１１（ａ）は、上述した第１、第２実施形態の中圧縮比・中負荷域の状態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ４５°回転可能な設定としたものである。
【００４３】
図１１（ｂ）は、上述した第１、第２実施形態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、上側半分、すなわち低圧縮比側の９０°を回転角度範囲（偏心軸部９が第２連結ピン１７寄りにあって偏心方向がＬ２にほぼ沿う状態から偏心方向がＬ２に対してほぼ垂直な状態になるまでの角度範囲）とし、かつその回転角度範囲の中央の回転角度位置において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態となるよう設定したものである。
【００４４】
図１１（ｃ）は、上述した第１、第２実施形態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、下側半分、すなわち（偏心軸部９が第２連結ピン１７から離れた側にあって偏心方向がＬ２にほぼ沿う状態から偏心方向がＬ２に対してほぼ垂直な状態になるまでの角度範囲）高圧縮比側の９０°を回転角度範囲とし、かつその回転角度範囲の中央の回転角度位置において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態となるよう設定したものである。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、図１２に示すように、低負荷に対応する圧縮比範囲において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定され、この状態で偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整する。
【００４６】
尚、この第３実施形態においては、制御軸８の回転によって、図１２に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、図１２に示す状態から、図１２中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・高負荷域となる側に最大９０°回転可能（反時計回り）に設定されている。
【００４７】
このような第３実施形態においては、僅かな圧縮比ずれでも圧縮比に大きく影響する高圧縮比に相当する状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。
【００４８】
図１３は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、高負荷に対応する圧縮比範囲において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定され、この状態で偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整する。
【００４９】
尚、この第４実施形態においては、制御軸８に回転によって、図１３に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が高圧縮比側に９０°回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、図１３に示す状態から、図１３中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側に最大９０°回転可能（反時計回り）に設定されている。
【００５０】
このような第４実施形態においては、圧縮比ずれがノックキングを生じさせかねない高負荷に対応する低圧縮比に相当する状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…内燃機関
２…ピストンクランク機構
３…ピストン
４…クランクシャフト
５…アッパリンク
６…ロアリンク
７…コントロールリンク
８…制御軸
９…偏心軸部
１０…シリンダブロック
１１…シリンダ
１２…ピストンピン
１３…第１連結ピン
１４…クランクピン
１５…ジャーナル部
１６…クランク軸受ブラケット
１７…第２連結ピン
１８…揺動支点
１９…制御軸軸受ブラケット
２１…偏心スリーブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を可変させることが可能な複リンク式ピストンクランク機構を備えた内燃機関及びそのピストン上死点位置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ピストンに揺動自由に連結された第１リンクと、この第１リンクに回動自在に連結されると共に、クランクシャフトのクランクピンに回転自由に装着された第２リンクと、偏心軸部を有するコントロールシャフトと、第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されると共に、コントロールシャフトの偏心軸部に揺動可能に連結された第３リンクと、を備え、機関運転状態に応じてコントロールシャフトを回転して偏心軸部を位置を変更して内燃機関の圧縮比を可変制御する内燃機関の可変圧縮比機構において、各気筒毎に独立して圧縮比を調整可能な調整手段が前記第３リンクの下部に設けられたものが開示されている。
【０００３】
この特許文献１においては、第３リンクの下部に、ネジ溝が形成されたボルト穴が設けられ、そのボルト穴に調整ボルトが螺合していると共に、第３リンクの下部に一対の半割構造の偏心スリーブ軸受が設けられている。そして、この偏心スリーブ軸受の外周と調整ボルトの先端が係合しており、調整ボルトを回転させて前進後退させることて偏心スリーブ軸受が回転するので、第３リンクと第２リンクとを連結する連結ピンと、第３リンクの下部の揺動中心間の距離の微調整が可能となり、圧縮比の微調整が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１においては、ピストンの上死点位置を調整する際に、その際の設定圧縮比や偏心スリーブの角度姿勢についてまでは言及されておらず、ピストンの上死点位置の調整が容易に行えない虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、内燃機関本体に回転可能に支持されるとともにその回転中心から偏心した偏心軸部を備えた制御軸と、前記複数のリンク部材のうちの１つと連結ピンを介して一端が連結されるとともに他端が偏心スリーブを介して前記制御軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクと、を有し、負荷と圧縮比を関連付けて設定し、前記制御軸の回転位置に応じた前記偏心軸部の位置によって前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を制御する内燃機関において、所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となるように設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏心スリーブの回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性となる領域で圧縮比のバラツキを調整することができる。そのため、ピストン上死点位置を調整するにあたって、ピストン上死点位置調整量を偏心スリーブの回転角に容易に変換可能となり、ピストン上死点位置を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用された内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。
【図２】ピストンクランク機構におけるコントロールリンクと制御軸の連結部分を拡大拡大して示した説明図。
【図３】ピストンクランク機構に用いられる偏心スリーブを示す説明図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図。
【図４】ピストンクランク機構において、コントロールリンクによるロアリンクの運動拘束条件が変化することを模式的に示した説明図。
【図５】偏心スリーブの回転角とピストンの高さ変化の関係を模式的に示した説明図。
【図６】ピストンクランク機構において、第２連結ピンの中心と偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して偏心スリーブの偏心方向が垂直となる状態を模式的に示した説明図。
【図７】本発明の第１実施形態を模式的に示した説明図。
【図８】本発明の第１実施形態において、最も圧縮比が小さい状態なった状態を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第２実施形態における内燃機関を吸排気系を模式的に示した説明図。
【図１０】本発明の第２実施形態を模式的に示した説明図。
【図１１】本発明の他の実施形態を模式的に示した説明図であって、（ａ）は第１実施形態の中圧縮比・中負荷域の状態における偏心軸部の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ４５°回転可能な設定としたもの、（ｂ）は第１実施形態における偏心軸部の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、低圧縮比側の９０°を回転角度範囲としたもの、（ｃ）は第１実施形態における偏心軸部の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、低圧縮比側の９０°を回転角度範囲としたものである。
【図１２】本発明の第３実施形態を模式的に示した説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態を模式的に示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関１の概略構成を模式的に示した説明図である。
【００１０】
内燃機関１は、ピストン３の上死点位置を変化させて圧縮比を可変させることが可能な複リンク式のピストンクランク機構２を備えている。
【００１１】
ピストンクランク機構２は、ピストン３とクランクシャフト４とを連結するアッパリンク５及びロアリンク６と、アッパリンク５及びロアリンク６の動きを規制するコントロールリンク７と、コントロールリンク７の基端が揺動可能に連結される偏心軸部９を有する制御軸８と、から大略構成されている。
【００１２】
ピストン３は、シリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１内を摺動可能に配置されており、アッパリンク５の一端（図１における上端）にピストンピン１２を介して揺動可能に連結されている。
【００１３】
アッパリンク５は、他端（図１における下端）が、第１連結ピン１３を介してロアリンク６の一端部に回転可能に連結されている。
【００１４】
ロアリンク６は、その中央部においてクランクシャフト４のクランクピン１４に回転可能に取り付けられている。
【００１５】
クランクシャフト４は、複数のジャーナル部１５とクランクピン１４とを備えており、シリンダブロック１０のクランク軸受ブラケット１６によってシリンダブロック１０にジャーナル部１５が回転可能に支持されている。クランクピン１４は、ジャーナル部１５から所定量偏心しており、ここにロアリンク６が回転自在に連結されている。
【００１６】
ロアリンク６の運動を拘束するコントロールリンク７は、一端（図１における上端）が第２連結ピン１７を介してロアリンク６の他端部に回動可能に連結され、他端（図１おける下端）が内燃機関本体の一部となるシリンダブロック１０に揺動可能に支持されている。コントロールリンク７の他端は、内燃機関の圧縮比の変更のために、その揺動支点１８の位置が内燃機関本体に対して変位可能となっている。具体的には、クランクシャフト４と平行に延びた制御軸８を備え、この制御軸８に偏心して設けられた偏心軸部９にコントロールリンク７の他端が回転可能に嵌合している。つまり、揺動支点１８は偏心軸部９の中心位置である。
【００１７】
制御軸８は、クランク軸受ブラケット１６と制御軸軸受ブラケット１９との間に回転可能に支持される主軸受部２０（後述の図２を参照）と、この主軸受部２０に対して所定量だけ偏心した偏心軸部９と、を有している。また、制御軸８の一端には、電気モータ等のアクチュエータ（図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
制御軸８の偏心軸部９の周囲（外周）には、図２及び図３に示すように、略円筒状の継ぎ目の無い偏心スリーブ２１が圧入されている。偏心スリーブ２１は、機関運転中に偏心軸部９に対して相対回転することのない十分な圧入代に基づく圧入によって固定される。
【００１９】
この偏心スリーブ２１は、偏心軸部９に圧入される筒状部２２と、筒状部２２の一端に形成された回転角度調整部２３と、を有している。筒状部２２は、偏心軸部９の外周面と対向する内周面２４に対して、コントロールリンク７の他端側に取り付けられたすべり軸受（メタル）２５と回転可能に嵌合する外周面２６が、所定量ｅだけ偏心するよう形成されている。回転角度調整部２３は、筒状部２２の一端の全周に鍔状に形成された凸部であって、偏心スリーブ２１を軸方向から見て、外形が６角形となるように形成されている。
【００２０】
内燃機関１においては、圧縮比の変更のために、前記アクチュエータにより制御軸８を回転駆動すると、コントロールリンク７の揺動支点１８となる偏心軸部９の中心位置が機関本体に対して移動する。これにより、図４に示すように、コントロールリンク７によるロアリンク６の運動拘束条件が変化して、クランク角に対するピストン３の行程位置が変化し、ひいては圧縮比が変更されることになる。図４において、各リンクが実線で示される状態のときピストン３の上死点位置が最も高い位置となって最も高い圧縮比が得られ状態となる。また、図４において、各リンクが破線で示される状態のときピストン３の上死点位置が最も低い位置となって最も低い圧縮比が得られる状態となる。内燃機関１は運転条件に応じて圧縮比が設定されており、特に負荷に応じては、負荷が低負荷から高負荷へと増大するときに、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に低下するように設定されている。すなわち、低負荷の負荷範囲では高圧縮比の圧縮比範囲が対応し、中負荷の負荷範囲では中圧縮比の圧縮比範囲が対応し、高負荷の負荷範囲では低圧縮比の圧縮比範囲が対応する。
【００２１】
このピストンクランク機構２おいて、例えば、内燃機関の組み立て工程中に圧縮比の調整を行う場合には、全てのリンク部品（アッパリンク５、ロアリンク６、コントロールリンク７）を組み付けた後、制御軸８を回転しないように固定し、各気筒のピストン３の高さを測定し、測定した高さと、その時の制御軸８の角度に対応する所定のピストン高さとの比較から各気筒の偏心スリーブ２１の必要回転角度を算出し、治具を偏心スリーブ２１の回転角度調整部２３に係合させて、各気筒の偏心スリーブ２１を回転させ、ピストン３の高さを調整する。
【００２２】
ここで、偏心スリーブ２１の回転角とピストン３の高さ変化の関係は、図５に示すような関係になっている。制御軸８を固定し、偏心スリーブ２１のみを回転させた場合、偏心スリーブ２１の回転に伴い、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＡで示される角度になったとき（状態Ａのとき）ピストン３の高さ位置が最も高く、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＣで示される角度になったとき（状態Ｃのとき）ピストン３の高さ位置が最も低くなる。
【００２３】
そして、この状態Ａから状態Ｃへの過程で、偏心スリーブ２１の回転角に対してピストン３の高さの変化割合が線形に近い領域Ａが存在し、この領域Ａの略中央において、本実施形態では、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＢで示される角度（状態Ｂ）となる。つまり、ピストン３の高さ調整量の中央値付近において、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が図５中のＢで示される角度（状態Ｂ）となる。
【００２４】
このような線形に近い領域Ａでは、ピストン３の高さを調整する際に、要求されるピストン高さの調整量を偏心スリーブ２１の回転角度に精度よく変換可能となり、偏心スリーブ２１の回転角度管理が可能となることからピストン高さを調整することによる圧縮比ばらつきの調整作業が容易になる。
【００２５】
そのため、本実施形態では、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が状態Ａから状態Ｃとなるまでの範囲の中から、図５中の状態Ｂ付近で示される角度にあるときに圧縮比のばらつきを調整するものとする。つまり、本実施形態においては、圧縮比ばらつきを調整する際の偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度の状態としては、状態Ａや状態Ｃを使用しないようにする。
【００２６】
そして、本発明の第１実施形態においては、図７に示すように、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２、すなわちコントロールリンク７から伝わる荷重の作用方向に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態が、中圧縮比に対応する（設定される）中負荷範囲内にあるときに現れるように偏心スリーブ２１の偏心方向が設定され、このような設定の下でピストン上死点位置の調整を行う事としている。尚、ピストン上死点位置を調整した後においては、実際の偏心スリーブの偏心方向が気筒毎あるいはエンジン毎に異なるものとなり得るが、各部品のばらつき中心が設計値通りになっているとすれば、偏心スリーブの偏心方向の平均を採った場合、少なくとも中圧縮比が設定される中負荷範囲内にあるときの偏心スリーブの偏心方向の平均値が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２とほぼ垂直になるといえる。
【００２７】
このような設定によれば、加速時等の過渡時に通過することになって圧縮比の設定精度が要求されると共に、僅かな圧縮比ずれでもノックキングを生じさせかねない中圧縮比の状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン３上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。そして、機関運転中、コントロールリンク７から伝わる荷重で生じるモーメントによって偏心スリーブ２１が偏心軸部９に対して相対回転する（ずれる）のを防ぐため、偏心スリーブ２１の偏心量を比較的小さく抑えたとしても、ピストン上死点位置の調整量が犠牲（過小）にならずに済む。
【００２８】
また、この第１実施形態においては、図７に示す状態、すなわち２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、制御軸８の回転によって偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°、高圧縮比側に９０°、それぞれ回転可能に設定されている。すなわち機関運転中、偏心軸部９の中心Ｃ１は、制御軸８の回転によって図７に示す状態から、図７中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・高負荷域となる側には最大９０°回転可能（反時計回り）に設定され、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側には最大９０°回転可能（時計回り）に設定されている。
【００２９】
そして、第１実施形態においては、図７に示す状態から偏心軸部９の中心Ｃ１を低圧縮比側に９０°回転させた状態において、偏心軸部の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２と制御軸８の主軸受部２０の中心Ｃ３とが略直線状に並び、かつこれら３つの点が燃焼荷重の発生に伴いコントールリンク７に作用する荷重Ｆの作用方向と略一致するように設定されている。
【００３０】
すなわち、スロットル開度が全開となる高負荷で、燃焼荷重が大きくなる最低圧縮比状態（上死点位置におけるピストン高さが最も低い状態）のときに、図８に示すように、制御軸８を軸方向から見て、偏心軸部の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２と制御軸８の主軸受部２０の中心Ｃ３とを通る直線Ｌ３（図８中の破線）が、コントロールリンク７を介して偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２に作用する荷重Ｆの方向と略一致するように設定されている。
【００３１】
これにより、特に燃焼荷重が大きくなる運転状態のときに、偏心スリーブ２１に作用するトルクを低減することが可能となっている。
【００３２】
また、本実施形態では、図６に示すように、制御軸８を軸方向から見て、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置し、かつ偏心軸部９の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２とを通る直線Ｌ１が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを通る直線Ｌ２に対して略直交する状態のときに圧縮比のばらつきを調整するものとする。換言すれば、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置し、かつ第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態で、偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整して圧縮比のばらつきを調整する。尚、図６中のＣ３は、制御軸８の主軸受部２０の中心である。
【００３３】
偏心軸部９の中心Ｃ１と偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２とを通る直線Ｌ１が、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを通る直線Ｌ２に対して略直交する状態としては、図５中の状態Ｂのほかに、図５中の状態Ｃから更に偏心スリーブ２１を回転（図５における右側に回転）させてピストン高さが中間の高さになった状態も考えられる。つまり、偏心軸部９の中心Ｃ１よりも偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置した状態も考えられる。しかしながら、偏心軸部９の中心Ｃ１よりも偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置した状態に成っていると、本実施形態のように偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置している場合に比べて、ピストン３が下死点位置にあるときにコントロールリンク７の他端がピストン３の往復軸線側に位置することになり、コントロールリンク７とロアリンク６との挟角が相対的に小さくなって、各リンクの強度を確保するための肉厚が取りにくくなる。
【００３４】
そのため、本実施形態のように、偏心軸部９に対する偏心スリーブ２１の角度が状態Ｃから状態Ａとなる過程を使用しないように設定し、偏心スリーブ２１の外径中心Ｃ２よりも偏心軸部９の中心Ｃ１がピストン３の往復軸線Ｌ０側に位置しているように設定することにより、下死点付近において、コントロールリンク７と、コントロールリンク７の状態と連結されるロアリンク６の干渉を緩和することができ、ピストンクランク機構２のリンクジオメトリを設定するに当たっての設計自由度を相対的に大きくすることができる。
【００３５】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３６】
第２実施形態は、本発明をターボ過給機を備えた内燃機関に適用したものである。この第２実施形態における内燃機関１は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、図９に示すように、ターボ過給機３０を備えている。ターボ過給機３０は、吸気通路３４に位置するコンプレッサ３１と、排気通路３５に位置するタービン３２とを同軸上に連結した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン３２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁３３を備えている。
【００３７】
そして、この第２実施形態においては、図１０に示すように、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態が、中圧縮比・中負荷の状態となるように設定されているが、このときの中負荷とは、スロットル全開で自然吸気の状態（ＮＡ−ＷＯＴ）である。
【００３８】
尚、この第２実施形態においては、図１０に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、制御軸８の回転によって偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°、高圧縮比側に９０°、それぞれ回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、制御軸８の回転によって図１０に示す状態から、図１０中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・過給域となる側には最大９０°回転可能（反時計回り）に設定され、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側には最大９０°回転可能（時計回り）に設定されている。
【００３９】
このような第２実施形態においては、過給遅れがあるので実際の機関負荷の増大には遅れが生じ、圧縮比制御用のアクチュエータの応答性が問題になることはなく（過渡的に制御精度が低下して圧縮比ばらつきが表面化することがない）、圧縮比の設定精度が要求されるのは、高負荷ではなく中負荷となる。そこで、圧縮比ばらつきの影響が高い過渡運転時のノッキング発生回避のために、スロットル全開で自然吸気状態の中負荷に相当する状態で圧縮比の調整を行えるので、過渡運転時のノッキングを効果的に抑制することが可能となる。尚、この第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
尚、上述した第１、第２実施形態においては、図７あるいは図１０に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１と結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ同じ回転角度（９０°）だけ回転可能に設定されているが、低圧縮比側への回転角度と、高圧縮比側への回転角度は必ずしもを同じにする必要はなく、例えば、低圧縮比側に１５°、高圧縮比側に６０°、回転可能に設定することも可能である。
【００４１】
また、上述した第１、第２実施形態においては、制御軸８の偏心軸部９の回転角度範囲は１８０°となっているが、制御軸８の偏心軸部９の回転角度範囲は１８０°に限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように９０°に設定することも可能である。
【００４２】
図１１（ａ）は、上述した第１、第２実施形態の中圧縮比・中負荷域の状態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側、高圧縮比側に、それぞれ４５°回転可能な設定としたものである。
【００４３】
図１１（ｂ）は、上述した第１、第２実施形態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、上側半分、すなわち低圧縮比側の９０°を回転角度範囲（偏心軸部９が第２連結ピン１７寄りにあって偏心方向がＬ２にほぼ沿う状態から偏心方向がＬ２に対してほぼ垂直な状態になるまでの角度範囲）とし、かつその回転角度範囲の中央の回転角度位置において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態となるよう設定したものである。
【００４４】
図１１（ｃ）は、上述した第１、第２実施形態における制御軸８の偏心軸部９の中心Ｃ１の回転角度範囲のうち、下側半分、すなわち（偏心軸部９が第２連結ピン１７から離れた側にあって偏心方向がＬ２にほぼ沿う状態から偏心方向がＬ２に対してほぼ垂直な状態になるまでの角度範囲）高圧縮比側の９０°を回転角度範囲とし、かつその回転角度範囲の中央の回転角度位置において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態となるよう設定したものである。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、図１２に示すように、低負荷に対応する圧縮比範囲において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定され、この状態で偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整する。
【００４６】
尚、この第３実施形態においては、制御軸８の回転によって、図１２に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が低圧縮比側に９０°回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、図１２に示す状態から、図１２中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が低圧縮比・高負荷域となる側に最大９０°回転可能（反時計回り）に設定されている。
【００４７】
このような第３実施形態においては、僅かな圧縮比ずれでも圧縮比に大きく影響する高圧縮比に相当する状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。
【００４８】
図１３は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、高負荷に対応する圧縮比範囲において、第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となるように設定され、この状態で偏心スリーブ２１を偏心軸部９に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整する。
【００４９】
尚、この第４実施形態においては、制御軸８に回転によって、図１３に示す状態、すなわち第２連結ピン１７の中心と偏心軸部９の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌ２に対して、偏心スリーブ２１の偏心方向が垂直となる状態から、偏心軸部９の中心Ｃ１が高圧縮比側に９０°回転可能に設定されている。すなわち、偏心軸部９の中心Ｃ１は、図１３に示す状態から、図１３中に示す偏心軸部９の中心Ｃ１の軌跡上に沿って、運転領域が高圧縮比・低負荷域となる側に最大９０°回転可能（反時計回り）に設定されている。
【００５０】
このような第４実施形態においては、圧縮比ずれがノックキングを生じさせかねない高負荷に対応する低圧縮比に相当する状態において、偏心スリーブ２１の回転に伴うピストン上下位置の変化割合が線形特性で、かつピストン上死点位置調整量に対する偏心スリーブ２１の回転角が大きい状態で、ピストン上死点位置を調整することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…内燃機関
２…ピストンクランク機構
３…ピストン
４…クランクシャフト
５…アッパリンク
６…ロアリンク
７…コントロールリンク
８…制御軸
９…偏心軸部
１０…シリンダブロック
１１…シリンダ
１２…ピストンピン
１３…第１連結ピン
１４…クランクピン
１５…ジャーナル部
１６…クランク軸受ブラケット
１７…第２連結ピン
１８…揺動支点
１９…制御軸軸受ブラケット
２１…偏心スリーブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、内燃機関本体に回転可能に支持されるとともにその回転中心から偏心した偏心軸部を備えた制御軸と、前記複数のリンク部材のうちの１つと連結ピンを介して一端が連結されるとともに他端が偏心スリーブを介して前記制御軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクと、を有し、負荷と圧縮比を関連付けて設定し、前記制御軸の回転位置に応じた前記偏心軸部の位置によって前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を制御する内燃機関において、
前記偏心スリーブは、その内径中心に対して外径中心が偏心し、前記内燃機関の運転中は、前記偏心軸部と相対移動することがないように偏心軸部に固定され、
所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となるように設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記所定の負荷は中負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
内燃機関は過給機を備え、前記中負荷は、スロットル全開で自然吸気状態の中負荷であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記所定の負荷は、低負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記所定の負荷は、高負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
所定の負荷に対応する圧縮比範囲において、前記偏心スリーブの外径中心よりも前記偏心軸部の中心が、前記ピストンの往復軸線側に位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となる状態において、前記偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関のピストン上死点位置の調整方法。
【請求項１】
内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する複数のリンク部材と、内燃機関本体に回転可能に支持されるとともにその回転中心から偏心した偏心軸部を備えた制御軸と、前記複数のリンク部材のうちの１つと連結ピンを介して一端が連結されるとともに他端が偏心スリーブを介して前記制御軸に揺動可能に連結されるコントロールリンクと、を有し、負荷と圧縮比を関連付けて設定し、前記制御軸の回転位置に応じた前記偏心軸部の位置によって前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を制御する内燃機関において、
前記偏心スリーブは、その内径中心に対して外径中心が偏心し、前記内燃機関の運転中は、前記偏心軸部と相対移動することがないように偏心軸部に固定され、
所定の負荷に対応する圧縮比範囲内において、前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となるように設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記所定の負荷は中負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
内燃機関は過給機を備え、前記中負荷は、スロットル全開で自然吸気状態の中負荷であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記所定の負荷は、低負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記所定の負荷は、高負荷であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
所定の負荷に対応する圧縮比範囲において、前記偏心スリーブの外径中心よりも前記偏心軸部の中心が、前記ピストンの往復軸線側に位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記連結ピンの中心と前記偏心軸部の中心とを結ぶ直線に対して、前記偏心スリーブの偏心方向が垂直となる状態において、前記偏心スリーブを前記偏心軸部に対して回転させ、ピストン上死点位置を調整することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関のピストン上死点位置の調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−３１８０９（Ｐ２０１２−３１８０９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３３８６（Ｐ２０１０−１７３３８６）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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