JP4591199B2 - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Description

本発明は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンに関し、特に補機類の取付構造に関する。

クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることにより燃焼室容積を変更し、以て圧縮比を可変とするエンジンが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特許第３２２４８１６号公報 特開２００３−２０６７７１号公報 特開平１１−２００９４９号公報

上記した可変圧縮比エンジンでは、オルタネータのようにクランクシャフトの回転トルクを利用して駆動される補機類は、クランクケースの壁面に取り付ける必要があった。これは、クランクシャフトの回転トルクがベルトを介して補機類へ伝達されるため、補機類がシリンダブロックの壁面に取り付けられると、圧縮比の変更に伴ってクランクシャフトと補機類の距離が変化して補機類を正常に作動させることができなくなる可能性があるからである。

ところで、クランクケースの壁面に補機類を取り付ける際に、十分な取付剛性を確保するためには、クランクケースの壁面の肉厚を厚くし、或いは補強リブを多数設ける等の対策が必要となり、エンジンの重量増加や製造コストの上昇等を招く可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンにおいて、エンジンの重量増加や製造コストの上昇を抑えつつ補機類の取付剛性を高めることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、クランクケースに対してシリンダブロックを変位させる変位機構を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、前記変位機構のハウジングに補機を支えるための支持部材を固定することを特徴とする。

可変圧縮比エンジンの変位機構はエンジンの高い燃焼圧を受けるとともにその燃焼圧に抗してシリンダブロックを変位させる必要があるため、変位機構を支持するハウジングは高い強度および／または剛性を有している。

このようなハウジングに補機を支えるための支持部材が固定され、好ましくはハウジングと支持部材が一体に形成されることにより、クランクケース壁面の肉厚の増加や補強リブの増加を抑えつつクランクケースに対する補機の取付剛性を高めることが可能となる。

また、支持部材が変位機構のハウジングに固定されると、変位機構はエンジンの熱に加えて補機が発生する熱も受け易くなるため、冷間始動後のように変位機構の温度が低い場合に変位機構を早期に暖機させることが可能となる。変位機構が早期に暖機されると、冷間始動後における圧縮比の制御精度を高めことが可能になるとともに、変位機構の駆動に
要する駆動力を低減させることが可能になる。

尚、支持部材が変位機構のハウジングと別体で形成される場合には、ハウジングをクランクケースに固定するためのボルトと支持部材をハウジングに固定するためのボルトとが共用されるようにしてもよい。

支持部材がハウジングと別体で形成されると、支持部材とハウジングが一体形成された場合に比べ補機の熱が変位機構へ伝わり難くなるが、ボルトが共用されれば該ボルト介して補機の熱が変位機構へ伝わり易くなる。

本発明において、支持部材の複数箇所をクランクケースに固定する必要がある場合には、複数の固定箇所の一部を変位機構のハウジングに固定し、残りの固定箇所をクランクケースの壁面に固定するようにしてもよい。

補機の取り付け場所は、他の補機との位置関係やエンジンの車載性等の制約を受けるが、前記した複数の固定箇所の一部が変位機構のハウジングに固定されるとともに残りの固定箇所がクランクケース壁面に固定されるようになると、クランクケース壁面の肉厚の増加や補強リブの増加を最小限に抑えつつ、上記したような種々の制約の範囲内で補機を取り付けることが可能となる。

本発明における支持部材としては、ブラケットやボス等を例示することができる。

本発明における補機としては、発電機（オルタネータ）、油圧ポンプ、エアコンのコンプレッサ等を例示することができる。

本発明における変位機構としては、偏心軸の回転によってシリンダブロックのシリンダ軸方向における位置を変化させる機構を例示することができる。

本発明によれば、クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させる変位機構を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、エンジンの重量増加や製造コストの上昇を抑えつつ補機類の取付剛性を高めることが可能となる。更に、本発明によれば、補機の熱が変位機構へ伝わり易くなるため、冷間時等に変位機構を早期に暖機させることが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用するエンジン１の概略構成を示す図である。エンジン１は、シリンダブロック２とクランクケース３とを備えている。

シリンダブロック２は、クランクケース３に対してシリンダ軸方向へ摺動自在に取り付けられている。エンジン１のシリンダ配列方向の両側面において、シリンダブロック２とクランクケース３が重なり合う部分には、シリンダブロック２を変位させるための変位機構４が設けられている。

図２は、変位機構４の構成を示す図である。シリンダブロック２の両側下部には、複数の隆起部が形成されており、この各隆起部にカム収納孔６が形成されている。これらのカム収納孔６は、シリンダ配列方向に平行に且つ同一軸線上に形成されている。

クランクケース３には、上述したカム収納孔６が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部７ａが形成されている。各立壁部７ａのクランクケース外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。各立壁部７ａには、半円形の凹部を有するキャップ７ｂがボルト８によって固定される。立壁部７ａとキャップ７ｂが固定されると、双方の凹部によって円形の軸受収納孔９が形成される。軸受収納孔９の内径はカム収納孔６と同径である。

このように構成されたシリンダブロック２とクランクケース３が連結されると、シリンダブロック２及びクランクケース３の両側面にはカム収納孔６と軸受収納孔９が交互に配置された連通孔が形成される。これらの連通孔には、偏心カム軸５が各々挿通される。

各偏心カム軸５は、一本の軸部５ａと、複数のカム部５ｂ及び可動軸受部５ｃを備えている。カム部５ｂは、正円形のカムプロフィールを有し、軸部５ａに偏心固定される。可動軸受部５ｃは、カム部５ｂと同一形状を有し、軸部５ａに対して回転自在に取り付けられる。

尚、カム部５ｂと可動軸受部５ｃは、カム部５ｂが前記カム収納孔６に収容され且つ可動軸受部５ｃが前記軸受収納孔９に収容されるように交互に配置されるものとする。

このように構成された偏心カム軸５の一端にはアクチュエータ５０が設けられている。アクチュエータ５０は、各偏心カム軸５の軸部５ａの一端に固定されるウォームホイール５１ａ、５１ｂと、各ウォームホイール５１ａ、５１ｂに噛み合うウォーム５２ａ、５２ｂと、ウォーム５２ａ、５２ｂを回転駆動するモータ５３を備えている。モータ５３は、シリンダブロック２に固定されている。

前記したウォームホイール５１ａ、５１ｂの中心は、軸部５ａの中心軸からオフセットされ、且つカム部５ｂの中心と一致している。また、ウォーム５２ａ、５２ｂの螺旋溝は互いに逆方向に形成され、モータ５３の回転により２本の偏心カム軸５が互いに逆回転するようになっている。

ここで、変位機構４の基本的な動作について図３に基づいて説明する。図３中のａ、ｂ、及びｃは、軸部５ａの中心、カム部５ｂの中心、及び可動軸受部５ｃの中心を各々表している。

図３の（ａ）は、圧縮比が最も高くなる状態、言い換えればシリンダブロック２が下死点側へ最も変位した状態を示している。この場合、全てのカム部５ｂ及び可動軸受部５ｃの中心ｂ、ｃが同一軸線上に位置するとともに、それらカム部５ｂ及び可動軸受部５ｃの外周面が軸方向において一致する。これに対応して、カム収納孔６及び軸受収納孔９の中心も互いに一致している。

図３（ａ）の状態から圧縮比を低下させる場合には、２本の偏心カム軸５が図中の矢印方向へ回転するようにモータ５３が制御される。図３の（ｂ）は偏心カム軸５が図３の（ａ）の状態から凡そ４５°回転した状態を示している。この場合、カム部５ｂの中心ｂが可動軸受部５ｃの中心ｃに対して上死点側へオフセットされ、それに応じてカム部５ｂの外周面も可動軸受部５ｃの外周面に対して上死点側へオフセットされる。

カム部５ｂが可動軸受部５ｃに対して上死点側へオフセットされると、カム収納孔６も軸受収納孔９に対して上死点側へオフセットされるため、シリンダブロック２がクランクケース３に対して上死点側へ変位する。シリンダブロック２がクランクケース３に対して
上死点側へ変位すると、燃焼室容積が拡大するため、内燃機関１の圧縮比が低下する。

モータ５３が２本の偏心カム軸５を図中の矢印方向へ更に回転させると、カム部５ｂと可動軸受部５ｃのオフセット量が更に増加し、それに応じて圧縮比が一層低くなる。図３の（ｃ）は、偏心カム軸５が図３の（ａ）の状態から９０°回転した状態を示している。

このとき、軸部５ａの中心ａとカム部５ｂの中心ｂと可動軸受部５ｃの中心ｃとがシリンダ軸方向に一列に並び、カム部５ｂと可動軸受部５ｃのオフセット量が最大となる。すなわち、偏心カム軸５が図３の（ａ）の状態から９０°回転した時に、シリンダブロック２の上死点側への変位量が最大となる。その結果、内燃機関１の圧縮比が最も低くなる。

尚、図３の（ｂ）、（ｃ）の状態から圧縮比を上昇させる場合には、モータ５３が逆回転して２本の偏心カム軸５を図３中の矢印方向と逆方向へ回転させればよい。

このように、変位機構４によれば、シリンダブロック２がシリンダ軸方向へ変位自在となり、それに応じて内燃機関１の圧縮比が自在に変更されることとなる。

ところで、従来のエンジンでは、オルタネータ、油圧ポンプ、或いはエアコンのコンプレッサ等のようにクランクシャフトにより駆動される補機がシリンダブロックに取り付けられる場合があるが、上述したような可変圧縮比エンジン１において補機がシリンダブロック２に取り付けられると補機が正常に作動しなくなる可能性がある。

クランクシャフトから補機への動力伝達は、補機及びクランクシャフトの各々に取り付けられたプーリをベルトで連結することによって成されるが、可変圧縮比エンジンにおいて補機がシリンダブロック２に取り付けられると、圧縮比の変更に伴ってクランクシャフトのプーリ（クランクプーリ）と補機のプーリとの距離が変化する。

クランクプーリと補機のプーリとの距離が過剰に短くなると、ベルトの張力が過剰に低くなるため、クランクプーリの回転トルクが補機のプーリへ伝達されなくなる虞がある。一方、クランクプーリと補機のプーリとの距離が過剰に長くなると、ベルトの張力が過剰に高くなるため、クランクプーリや補機のプーリが回転不良を誘発する虞がある。

従って、可変圧縮比エンジン１の補機は、クランクケース３に取り付けることが好ましい。但し、一般にクランクケース壁面の強度及び剛性はシリンダブロック壁面に比して低くくなる傾向があるため、必要十分な取付剛性及び取付強度を確保するにはクランクケース壁面の肉厚を増加させ、或いは補強リブを多数設ける等の対策が必要となる。クランクケース壁面の肉厚増加や補強リブの追加などが施されると、エンジンの重量増加や製造コストの上昇等の不具合を招く可能性がある。

これに対し、本実施例では、補機が変位機構４のハウジングに取り付けられるようにした。図１及び図２に示す例では、ボルト８によって相互に締結された立壁部７ａ及びキャップ７ｂが変位機構４のハウジングに相当する。

キャップ７ｂ及び立壁部７ａは、偏心カム軸５を介してエンジン１の燃焼圧を受けるとともに、その燃焼圧に抗して偏心カム軸５を回転（シリンダブロック２を変位）させるモータ５０のトルクを受けるため、クランクケース３の他の部位に比して剛性及び強度が高くなるように設計されている。

従って、補機がキャップ７ｂに取り付けられるようにすれば、クランクケース壁面の肉厚増加や補強リブの追加等の対策を施さなくとも、補機の取付剛性及び取付強度を高める
ことができる。

ここで図１に戻って補機の具体的な取付方法について説明する。図１に示す例では、オルタネータ１０を支持するためのブラケット１１は、変位機構４のキャップ７ｂに固定される。その際、キャップ７ｂとブラケット１１を予め一体成型しておくようにしてもよいが、キャップ７ｂとは別体のブラケット１１を複数のボルトによってキャップ７ｂへ固定するようにしてもよい。

ブラケット１１を複数のボルトによってキャップ７ｂへ固定する場合には、複数のボルトのうち可能な限り多くのボルトをキャップ取付用のボルト８と共用し、残りのボルトを専用のボルト１２とすることが好ましい。

キャップ取付用のボルト８がブラケット１１の固定用ボルトを兼用すると、クランクケース３の構造簡略化や部品点数削減などのメリットに加え、オルタネータ１０が発生する熱を利用して変位機構４を暖機させることができるという優れた効果を得ることができる。

変位機構４はシリンダブロック２とクランクケース３の接合部に設けられるが、該接合部は燃焼室から離れているため、燃焼室の熱が変位機構４へ伝わり難い。燃焼室の熱が変位機構４へ伝わり難いと、エンジン１が冷間始動された時に変位機構４が適正温度まで昇温し難くなり、フリクションの増加や圧縮比の制御精度低下などの不具合を発生する可能性がある。

これに対し、キャップ取付用のボルト８がブラケット１１の固定用ボルトを兼用すると、オルタネータ１０の発生熱がボルト８を介してキャップ７ｂへ伝わり易くなる。その結果、エンジン１が冷間始動された時に変位機構４が適正温度まで昇温し易くなるため、フリクションの増加や圧縮比の制御精度低下を抑えることができる。

また、複数の補機をクランクケース３に取り付ける場合には、各補機のプーリ径の大きさ、ベルトの回転バランス、或いはエンジン１の車載性等を考慮しなければならないため、各補機の取付可能な位置が制約される。このような制約の中で全ての補機のブラケットをキャップ７ｂに取り付けることは困難となる可能性がある。

そこで、図１の例では、油圧ポンプ１３のブラケット１４とエアコン用コンプレッサ１５のブラケット１６については、各ブラケット１４、１６の複数の固定箇所の一部をキャップ７ｂへ固定し、残りの固定箇所をクランクケース３の壁面に固定するようにした。

詳細には、油圧ポンプ１３のブラケット１４の一箇所がキャップ取付用のボルト８によりキャップ７ｂへ固定され、該ブラケット１４の他の箇所がクランクケース３の壁面に図示されていない専用のボルトによって固定される。また、エアコン用コンプレッサ１５のブラケット１６の一箇所がキャップ取付用ボルト８によってキャップ７ｂへ固定され、該ブラケット１６の他の箇所が専用のボルト１７によってクランクケース３の壁面に固定される。

このような取付方法によれば、前述したような種々の制約の範囲内において、クランクケース壁面の補強箇所を最小限に抑えつつ補機の取付剛性や取付強度を高めることが可能となる。

従って、本実施例の可変圧縮比エンジンによれば、エンジン１の重量増加や製造コストの上昇を抑えつつ補機類の取付剛性や取付強度を高めることが可能となる上、変位機構４
の暖機性を向上させることが可能となる。

尚、本実施例で述べた、オルタネータ１０、油圧ポンプ１３、及びエアコン用コンプレッサ１５は本発明に係る補機の一例であり、本発明に係る補機がこれらに限定されるものではない。また、オルタネータ１０、油圧ポンプ１３、及びエアコン用コンプレッサ１５の取付位置も図１に示した取付位置に限定されるものではなく、エンジン１の形状やエンジン１が搭載されるエンジンルームの形状などによって適宜変更されるものである。

可変圧縮比エンジンの概略構成を示す図である。 変位機構の構成を示す図である。 変位機構の動作を示す図である。

符号の説明

１・・・・・エンジン
２・・・・・シリンダブロック
３・・・・・クランクケース
４・・・・・変位機構
７ａ・・・・立壁部（ハウジング）
７ｂ・・・・キャップ（ハウジング）
８・・・・・ボルト
１０・・・・オルタネータ（補機）
１１・・・・ブラケット（支持部材）
１３・・・・油圧ポンプ（補機）
１４・・・・ブラケット（支持部材）
１５・・・・エアコン用コンプレッサ（補機）
１６・・・・ブラケット（支持部材）

Claims (3)

1. クランクケースに対してシリンダブロックを変位させる変位機構を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、
   前記変位機構は、偏心カム軸と、前記クランクケースに設けられ前記偏心カム軸に接して該偏心カム軸を支持する軸受部材であるハウジングと、を具備し、
   クランク軸により駆動される補機を支持するための支持部材の少なくとも一部が前記ハウジングに固定されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
2. 請求項１において、前記支持部材は、前記ハウジングと一体に形成されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
3. 請求項１において、前記支持部材が前記ハウジングと別体で形成され、前記支持部材を前記ハウジングに固定するボルトと前記ハウジングを前記クランクケースに固定するボルトを共用することを特徴とする可変圧縮比エンジン。

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