JP4702082B2 - 内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents

Description

この発明は、複リンク式のピストン−クランク機構を利用した内燃機関の可変圧縮比機構に関し、特に、その制御軸の軸受支持構造の改良に関する。

レシプロ式内燃機関の分野では、機関運転状態に応じて機関圧縮比を最適なものとするために、機関圧縮比を変更可能とする種々の形式の可変圧縮比機構が提案されている。一例として、特許文献１には、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構が開示されている。この機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、電動モータのような駆動部により回転位置が変更・保持される制御軸と、制御軸に偏心して設けられた制御カムとロアリンクとを連結する制御リンクと、を有し、制御軸の回転位置に応じて、制御リンクによるロアリンクの運動拘束条件が変化して、ピストン上死点位置、ひいては機関圧縮比を変更することができる。
特開２００３−３２２０３６号公報

このような複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構では、各気筒での燃焼圧や運動部品の慣性力に起因して、制御軸には制御リンクを介して大きな回転方向の入力（トルク）が作用するので、このような入力によって制御軸が不用意に回転することを防止することが非常に重要な課題である。

制御軸の保持力を高めるために、例えば制御軸に２面幅状のスリット構造を設け、ここにピン介して駆動ロッドを制御軸に対して垂直に連係し、この駆動ロッドをネジ機構や歯車減速機構を介して電動モータと連係させることが考えられる。しかしながら、このような構造では、部品点数が多く、軽量化やコンパクト化を阻害するとともに、駆動ロッドが制御軸と垂直に配置されるなどの関係で、スペースに余裕のない機関幅方向に大きなスペースを必要とし、機関搭載性に問題があり、改善が望まれていた。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、制御リンク側からの入力により制御軸が不用意に回転することを有効に防止し得る新規な内燃機関の可変圧縮比機構を提供することを目的としている。

本発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構は、ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクと、機関固定体側に回転可能に支持される制御軸と、上記複数のリンクの一つと制御軸とを連結する制御リンクと、上記制御軸の回転位置を変更・保持する駆動部と、を有し、上記制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能である。そして、上記駆動部により回転位置が変更・保持される偏心円筒状の偏心スリーブを有している。この偏心スリーブには、上記機関固定体のスリーブ軸受部に回転可能に嵌合するスリーブ外筒面と、上記制御軸の偏心ジャーナル部が回転可能に嵌合するスリーブ内筒面と、が形成される。このスリーブ内筒面がスリーブ外筒面に対して偏心している。機関運転状態に応じて駆動部により偏心スリーブを回転させることにより、上記制御軸の偏心ジャーナル部がスリーブ内筒面内を回転しながら制御軸の回転中心に対して公転して、上記制御軸が回転する。

本発明によれば、偏心スリーブによる、いわゆる楔（クサビ）作用によって、制御リンク側からの入力により制御軸が不用意に回転することを有効に防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１〜３を参照して、複リンク式ピストン−クランク機構を利用した可変圧縮比機構について説明する。なお、この機構の基本構成は上記の特開２００３−３２２０３６号公報等にも記載されているように公知であるので、ここでは簡単な説明にとどめる。

この可変圧縮比機構は、クランクシャフト２のクランクピン２Ａに回転可能に取り付けられるロアリンク４と、このロアリンク４と各気筒のピストン８とを連係するアッパリンク３と、機関固定体としてのシリンダブロック２３側に回転可能に支持される制御軸７と、ロアリンク４と制御軸７とを連結する制御リンク９と、制御軸７の回転位置を変更・保持する駆動部としての駆動モータ１８と、を有し、制御軸７の回転位置を変更することによって、機関圧縮比を機関運転状態に応じて可変制御することができる。

上記のピストン８は気筒列方向（図２の左右方向）に沿って配列される複数のシリンダ（気筒）８Ａにそれぞれ昇降可能に嵌合している。アッパリンク３の上端はピストン８のピストンピン１に回転可能に取り付けられている。アッパリンク３の下端は第１連結ピン５によりロアリンク４に回転可能に連結されている。制御リンク９の一端は第２連結ピン６によりロアリンク４に回転可能に取り付けられている。制御リンク９の他端は、制御軸７の制御カム１０の断面円形の外周面に回転可能に組み付けられている。この制御カム１０の中心は、制御軸７の回転中心、つまり後述するジャーナル部１２の中心Ｐ０（図４参照）に対して偏心している。従って、制御軸７の回転位置に応じて制御カム１０の位置が変化して、制御リンク９によるロアリンク４の運動拘束条件が変化する。

このような可変圧縮比機構によれば、ピストン８とクランクシャフト２のクランクピン２Ａとを複数のリンク３，４で連係した複リンク式の構造であるため、ピストンとクランクピンとを一本のコンロッドで連係した一般的な単リンク式の構造に比して、ピストンのストローク特性そのものを適切に変更・設定することが可能であり、例えばピストン・ストローク特性を単振動に近づけて、慣性荷重に起因する振動を抑制することが可能である。また、制御リンク９をロアリンク４に連結している関係で、制御リンク９、制御軸７及び駆動モータ１８等の部品を、シリンダブロック２３内のクランクケースの中でも比較的スペースに余裕のあるクランクシャフト２の斜め下方に配置することができ、機関搭載性に優れ、かつ、潤滑も行い易い。

次に、本発明の第１実施例に係る制御軸７の軸受・支持構造について説明する。図３を参照して、シリンダブロック２３は、複数のシリンダ８Ａが気筒列方向に沿って配列されるブロックアッパ２３Ａの下側にブロックロア２３Ｂがクランクシャフト２を挟んでボルトＢ１，Ｂ２により共締め固定され、このブロックロア２３Ｂの下側に複数の軸受キャップ２３Ｃが制御軸７を挟んでボルトＢ２により共締め固定されており、この軸受キャップ２３Ｃに電動モータ１８が固定されている。ブロックアッパ２３Ａの下面とブロックロア２３Ｂの上面には、クランクシャフト２の主ジャーナル部を回転可能に挟持する半割形状のクランク軸受部２Ｂがそれぞれ形成されている。そして、ブロックロア２３Ｂの下面とベアリングキャップ２３Ｃの上面に、制御軸７を回転可能に支持するための軸受部１１及びスリーブ軸受部１１Ａが半割形状にそれぞれ形成されている。

図２を参照して、制御軸７には、各気筒毎に制御カム１０が設けられるとともに、これら制御カム１０と交互に、ジャーナル部１２と偏心ジャーナル部１３が設けられている。これらの制御カム１０，ジャーナル部１２及び偏心ジャーナル部１３は、制御軸７と一体的に回転するもので、制御軸７に圧入等により固定され、あるいは一体的に形成される。軸受部１１及びスリーブ軸受部１１Ａに対応して、制御軸７には、複数のジャーナル部１２及び偏心ジャーナル部１３が、気筒間及び気筒列両端に対応する複数箇所（例えば直列４気筒型内燃機関では５箇所）に設けられている。ジャーナル部１２は軸受部１１と同軸上に配置され、軸受部１１に直接的に嵌合し、回転可能に支持される。従って、ジャーナル部１２の軸心が制御軸７の回転中心Ｐ０（図４参照）となる。

図４（Ａ）を参照して、偏心ジャーナル部１３の中心Ｐ１は、制御軸７の回転中心であるジャーナル部１２の中心Ｐ０に対して偏心している。そして、この偏心ジャーナル部１３の断面円形の外周面とスリーブ軸受部１１Ａの断面円形の内周面との間に、電動モータ１８により回転位置が変更・保持される偏心円筒状の偏心スリーブ１４が、偏心ジャーナル部１３及びスリーブ軸受部１１Ａの双方に回転可能に介装されている。この偏心スリーブ１４には、偏心ジャーナル部１３が嵌合する断面円形のスリーブ外筒面１６と、このスリーブ外筒面１６に対して偏心する断面円形のスリーブ内筒面１５と、が形成されている。スリーブ外筒面１６はスリーブ軸受部１１Ａに回転可能に嵌合し、つまり摩擦を伴いながら摺接可能である。偏心ジャーナル部１３はスリーブ内筒面１５に回転可能に嵌合し、つまり摩擦を伴いながら摺接可能である。

ジャーナル部１２の中心Ｐ０と偏心ジャーナル部１３の中心Ｐ１との偏心量Δαと、スリーブ内筒面１５の中心とスリーブ外筒面１６の中心との偏心量Δβと、は等しく設定されている。従って、偏心ジャーナル部１３の外周に偏心スリーブ１４を嵌合した状態では、スリーブ外筒面１６とジャーナル部１２の外周面とが略同心状態（スリーブ内筒面１５と偏心ジャーナル部１３の間のクリアランスを無視すれば完全な同心状態）となる。よって、図２に示すような組付状態で、スリーブ軸受部１１Ａ内で偏心スリーブ１４の回転位置を変更すると、偏心ジャーナル部１３がスリーブ内筒面１５内を回転しながら制御軸７の回転中心Ｐ０に対して公転し、これにより制御軸７が回転して、そのジャーナル部１２が軸受部１１内を回転することができる。

偏心スリーブ１４のスリーブ内筒面１５の内径は、制御軸７に設けられるジャーナル部１２、偏心ジャーナル部１３及び制御カム１０のいずれの外径よりも大きく設定されている。また、偏心スリーブ１４のスリーブ外筒面１６とスリーブ内筒面１５には、摩擦係数を安定化するために、周知のＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜が形成されている。

電動モータ１８から偏心スリーブ１４への動力伝達経路には歯車減速機構とししての駆動歯車１７と従動歯車２０とが設けられている。駆動歯車１７はモータ１８の出力軸１８Ａの先端に固定されている。従動歯車２０は、駆動歯車１７に噛み合うとともに、偏心スリーブ１４の一方の軸方向側部に一体形成又は取り付けられて、この偏心スリーブ１４と一体的に回転する。

図５〜図７に示すように、駆動歯車１７と従動歯車２０とのバックラッシュを吸収するバックラッシュ吸収手段として、バックラッシュ吸収機構１９が設けられている。このバックラッシュ吸収機構１９は、偏心スリーブ１４と一体的に回転する従動歯車２０に隣接し、この従動歯車２０を挟んで偏心スリーブ１４の反対側（奥側）に配置されるシザーズ歯車２１と、両者２０，２１を周方向に付勢することにより、両者２０，２１の間に相対的な捻り反発トルクを発生させる付勢手段としてのスプリング２２と、を有している。シザーズ歯車２１は、従動歯車２０と同径かつ同歯数であって、ピン２５が従動歯車２０のストッパ溝２６内を移動可能な範囲で、従動歯車２０に対して若干の回転が許容されている。なお、図６は偏心スリーブ１４と従動歯車２０とを組付状態で示し、図７はシザーズ歯車２１を単体で示している。

次に作用を説明する。シリンダ８Ａ内を往復するピストン８とクランクシャフト２の中心回りを公転するクランクピン２Ａとはアッパリンク３、ロアリンク４及び制御リンク９等により動力伝達可能に機械的に接続されている。従って、ピストン８が受けた燃焼荷重や各運動部品による慣性力が、制御リンク９を介して制御軸７の制御カム１０に入力され、この入力により、制御軸７にはその回転中心Ｐ０（つまり、ジャーナル部１２や軸受部１１，１１Ａの中心）回りの入力（トルク）が作用して、偏心ジャーナル部１３には、図４（Ａ）に示すような荷重Ｆｈが作用する。この荷重Ｆｈにより、偏心ジャーナル部１３がスリーブ内筒面１５に押し付けられて、図４（Ａ）に誇張して示すように、偏心ジャーナル部１３スリーブ内筒面１５とのクリアランス内を微小量移動して、スリーブ外筒面１６がスリーブ軸受部１１Ａの内周面に強く押し付けられる。つまり、偏心スリーブ１４の一部が偏心ジャーナル部１３とスリーブ軸受部１１Ａとの間に局所的に強く挟まれた状態となる。

このため、荷重Ｆｈに起因して偏心スリーブ１４を図４（Ａ）の反時計回りに回転させようとする力Ｆｔが作用するものの、偏心ジャーナル部１３とスリーブ内筒面１５との接触部には、ここに作用する垂直抗力Ｆｉｎによって、上記の力Ｆｔとは逆向きの摩擦力Ｆｓ，ｉｎ（＝μｉｎ×Ｆｉｎ、μｉｎは偏心ジャーナル部１３とスリーブ内筒面１５の間の摩擦係数）が作用する。同様に、スリーブ軸受部１１Ａとスリーブ外筒面１６との接触部には、ここに作用する垂直抗力Ｆｏｕｔによって、上記の力Ｆｔとは逆向きの摩擦力Ｆｓ，ｏｕｔ（＝μｏｕｔ×Ｆｏｕｔ、μｏｕｔはスリーブ軸受部１１Ａとスリーブ外筒面１６の間の摩擦係数）が作用する。

これらの摩擦力Ｆｓ，ｉｎと摩擦力Ｆｓ，ｏｕｔの作用により、荷重Ｆｈが偏心スリーブ１４を反時計回りに回転させようとする力Ｆｔを有効に低減・相殺することができ、制御軸７を所期の角度姿勢に維持するための保持力を低減することができる。従って、制御軸７の不用意な回動による機関圧縮比の変動を招くことなく、電動モータ１８や歯車減速機構１７，２０の小型化・簡素化を図ることができる。

このように、偏心スリーブ１４が摩擦力によって回転運動を拘束されるメカニズムは、図４の左図（Ａ）を右図（Ｂ）に置き換えて考えると理解し易い。力学的には、偏心スリーブ１４は、その偏心方向から反偏心方向に登る、いわゆる楔（クサビ）１４’と考えられる。上記の摩擦係数μｉｎ，μｏｕｔが、偏心スリーブ１４の力学的拘束条件を満たすそれぞれの所定値より大きい場合、偏心スリーブに相当するクサビ１４’は、荷重Ｆｈが作用しても、このクサビ１４’に作用する摩擦力Ｆｓ，ｉｎと摩擦力Ｆｓ，ｏｕｔにより動くことができず、保持されことになるのである。

内燃機関の運転条件が変化し、内燃機関の圧縮比を切り換える必要がある際には、電動モータ１８により歯車減速機構１７，２０を経由して偏心スリーブ１４が回転駆動される。このような偏心スリーブ１４の動き、つまり偏心スリーブ１４を回転駆動することは、図４（Ｂ）に示すように、摩擦拘束されているクサビ１４’を、クサビ自身を持って引き抜くことと力学的には等価であるために、摩擦保持状態にある偏心スリーブ１４を比較的容易に回転駆動することが可能である。つまり、上述したような偏心スリーブ１４のクサビ作用によって、駆動モータ１８による制御軸７の回転駆動力の増加を抑制しつつ、制御リンク９側からの入力により制御軸７が不用意に回転することを有効に防止することができる。

従って、電動モータ１８を制御軸７と平行に配置し、この電動モータ１８の出力軸１８Ａと偏心スリーブ１４とを２つの歯車１７，２０のみで連結するという簡素な構造を実現することが可能となり、上述したような制御軸と垂直に配置される駆動ロッドやネジ機構を設けたものに比して、部品点数の低下、軽量化、コンパクト化及び機関搭載性の向上等の多大な効果を得ることができる。

また、歯車１７，２０間のバックラッシュを吸収するバックラッシュ吸収機構１９が設けられているので、いわゆる歯打ち音を低減・解消し、静粛性を向上することができる。

更に、図２に示す第１実施例においては、偏心ジャーナル部１３を、制御軸７の軸方向中央部、例えば図２に示す直列４気筒型機関では＃２気筒と＃３気筒の中間位置に配置している。このため、制御軸７の回転を気筒列中央部で拘束でき、制御リンク９側からの入力に起因する制御軸の弾性捻り変形を有効に抑制できるとともに、このような捻り変形による気筒間の圧縮比のばらつきを最小限に抑制することが可能である。

但し、このように偏心ジャーナル部１３を制御軸７の中央部に設けると、必然的に、制御軸７上では偏心ジャーナル部１３の両側にジャーナル部１２や制御カム１０が配置されることとなる。従って、偏心スリーブ１４を制御軸７へ組み付ける際には、偏心スリーブ１４のスリーブ内筒面１５を制御軸７の一方の軸端部から通し、制御軸７に設けられるジャーナル部１２や制御カム１０を通り抜けさせて、偏心ジャーナル部１３の外周に組み付ける必要がある。そこで本実施例では、このような偏心ジャーナル部１３を制御軸７の中央付近位置に設定するレイアウトを実現するために、偏心スリーブ１４のスリーブ内筒面１５の内径が、制御軸７に設けられる偏心ジャーナル部１３，他のジャーナル部１２及び制御カム１０のどの外径よりも大きく設定されている。

さらに、スリーブ外筒面１６とスリーブ内筒面１５とがＤＬＣ膜に代表される摩擦係数を安定化する皮膜で被われている。従って、摩擦係数のばらつきが小さく、上述した偏心スリーブ１４のクサビ作用による制御軸７の回転防止効果を安定して得ることができる。また、ＤＬＣコートは炭素が主成分であるため、材質的には共有結合体であり、原子同士が金属結合である金属面とは異質であり、容易には化学結合し難いので、摺動部での耐焼き付き性や耐溶着磨耗性を向上することができる。

加えて、ブロックロア２３Ｂとともに偏心スリーブ１４を支持している軸受キャップ２３Ｃに、駆動部としての電動モータ１８が回転を拘束された状態で取り付けられているために、予め電動モータ１８が固定された軸受キャップ２３Ｃを、偏心スリーブ１４を間に挟んでブロックロア２３Ｂに取り付けることによって、電動モータ１８をシリンダブロック２３側へ組み付けることができ、電動モータと軸受キャップとを別々にシリンダブロック側へ組み付ける場合に比して、組立生産性が向上する。

以下に説明する実施例では、既述した実施例と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し、既述の実施例と異なる部分について主に説明する。

図８に示す第２実施例では、偏心ジャーナル部１３が制御軸７の軸方向一端部に位置している。つまり、制御軸７の軸方向について、偏心ジャーナル部１３の一方側（図８の右側）に全てのジャーナル部１２が配置されている。従って、偏心スリーブ１４を制御軸７に組み付ける際に、上記の第１実施例のように偏心スリーブ１４のスリーブ内筒面１５をジャーナル部１２や制御カム１０に通す必要がないので、偏心スリーブ１４のスリーブ内筒面１５の内径を、ジャーナル部１２や制御カム１０の外径よりも小さく設定することが可能であり、コンパクト化を図ることができる。つまり、スリーブ内筒面１５の内径や偏心ジャーナル部１３の外径を、ジャーナル部１２や制御カム１０の外径に制約されることなく、偏心ジャーナル部１３の部位での構造強度や潤滑面圧等を勘案して設定することが可能で、設定の自由度が高くなる。

図９〜図１２に示す第３実施例では、従動歯車２０とシザーズ歯車２１とが、偏心スリーブ１４を挟んで偏心スリーブ１４の軸方向両側に分散して配置されている。これに対応して、電動モータ１８の出力軸１８Ａに固定される駆動歯車１７が、従動歯車２０に噛み合う第１駆動歯車１７Ａと、シザーズ歯車２１に噛み合う第２駆動歯車１７Ｂとに分割して構成されている。電動モータ１８は、手前側の第１駆動歯車１７Ａを迂回するようにブラケット２４を利用して軸受キャップ２３Ｃに固定され、つまり回転を拘束された状態でシリンダブロック２３側へ取り付けられている。偏心スリーブ１４の一方の側面には従動歯車２０が固定され、他方の側面には、シザーズ歯車２０に形成される溝２６（図１１参照）に嵌合するピン２５が設けられ、スプリング２２により偏心スリーブ１４及び従動歯車２０とシザーズ歯車２１とが回転方向に付勢されている。

この第３実施例では、一対の駆動側の歯車１７Ａ，１７Ｂや一対の従動側の歯車２０，２１が偏心スリーブ１４や軸受キャップ２３Ｃの両側に分散して配置され、つまりスリーブ軸受部１１Ａを挟んで両側の気筒に分散して配置される形となる。従って、上記第１，第２実施例のように全ての歯車をスリーブ軸受部１１Ａの一方の側に配置する場合に比して、スリーブ軸受部１１Ａからの張出幅を抑制することができ、クランク回転部品やリンク類との干渉を回避し易くなり、搭載性が向上する。

図１３に示す第４実施例では、シザーズ歯車２１が駆動歯車１７とともに電動モータ１８の出力軸１８Ａ側に取り付けられている。すなわち、駆動歯車１７は出力軸１８Ａの外周に固定される円筒部材２７の一方の側面に固定されており、円筒部材２７の他方の側面には、シザーズ歯車２１のストッパ溝２６に嵌合するピン２５が設けられている。スプリング２２により円筒部材２７及び駆動歯車１７とシザーズ歯車２１とが回転方向に付勢されている。これらの歯車１７，２１に対応して、偏心スリーブ１４と一体的に回転する従動歯車２０が、駆動歯車１７に噛み合う第１従動歯車２０Ａと、シザーズ歯車２１に噛み合う第２従動歯車２０Ｂと、に分割して構成されている。これらの従動歯車２０Ａ，２０Ｂは偏心スリーブ１４の両側面にそれぞれ取り付けられる。

このように第４実施例では、駆動側にシザーズ歯車２１を設けたので、従動歯車２０Ａ，２０Ｂを偏心スリーブ１４に対して一体的に固定することができる。従って、第３実施例と同様の効果（機関搭載性の向上等）が得られることに加え、従動歯車２０Ａ，２０Ｂを偏心スリーブ１４と例えば一体成形することが可能であり、偏心構造を有し、原価が高くなると考えられる偏心スリーブの原価を低減することができる。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想を、上記実施例を参照して説明する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。

（１）本発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構は、ピストン８とクランクシャフト２のクランクピン２Ａとを連係する複数のリンク３，４と、シリンダブロック２３等の機関固定体側に回転可能に支持される制御軸７と、複数のリンク３，４の一つと制御軸７とを連結する制御リンク９と、上記制御軸７の回転位置を変更・保持する駆動部（例えば、駆動モータ１８）と、を有し、上記制御軸７の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能である。そして、上記駆動部により回転位置が変更・保持される偏心円筒状の偏心スリーブ１４を有している。この偏心スリーブ１４には、上記機関固定体のスリーブ軸受部１１Ａに回転可能に嵌合するスリーブ外筒面１６と、上記制御軸７の偏心ジャーナル部１３が回転可能に嵌合するスリーブ内筒面１５と、が形成される。このスリーブ内筒面１５はスリーブ外筒面１６に対して偏心している。このような構成によれば、偏心スリーブ１４のクサビ作用によって、制御リンク９側からの入力により制御軸７が不用意に回転することを有効に防止することができる。このため、駆動部や減速機構の小型化・簡素化を図り、機関搭載性を著しく向上することが可能となる。

（２）上記制御軸７には、機関固定体の軸受部１１に回転可能に支持される複数のジャーナル部１２が設けられ、スリーブ軸受部１１Ａは軸受部１１と同軸上に設けられる。そして、上記ジャーナル部１２と偏心ジャーナル部１３の偏心量と、上記スリーブ外筒面１６とスリーブ内筒面１５の偏心量と、が実質的に同一に設定されている。このため、駆動部により偏心スリーブ１４を回動すると、偏心ジャーナル部１３がスリーブ内筒面１５内を回転しながら制御軸７の回転中心Ｐ０に対して公転し、制御軸７が回転することとなる。

（３）上記偏心ジャーナル部１３が上記制御軸７の軸方向中央部に配置されている。この場合、制御軸７の回転を気筒列中央部で拘束でき、制御リンク９側からの入力に起因する制御軸の弾性捻り変形を有効に抑制できるとともに、このような捻り変形による気筒間の圧縮比のばらつきを最小限に抑制することが可能である。

（４）このように偏心ジャーナル部１３を制御軸７の軸方向中央部に配置すると、制御軸７上では偏心ジャーナル部１３の両側にジャーナル部１２等が配置されることとなる。この場合、制御軸１３のジャーナル部１２を通して偏心スリーブ１４を組み付けることができるように、スリーブ内筒面１５の内径が、少なくともジャーナル部１２の外径よりも大きく設定される。

（５）一方、制御軸７の軸方向について、偏心ジャーナル部１３に対して一方の側に全ての偏心ジャーナル部１２を配置すると、スリーブ組付時に偏心スリーブ１４をジャーナル部１２に通す必要がないので、スリーブ内筒面１５の内径に制約を受けることがなく、設計の自由度が高くなり、例えばコンパクト化のためにスリーブ内筒面１５の内径をジャーナル部１２の外径よりも小さくすることも可能となる。

（６）例えば直列多気筒内燃機関の場合には、図２に示すように、制御軸７が複数の気筒にわたって気筒列方向に延在し、この制御軸７に、ジャーナル部１２に対して偏心する複数の制御カム１０が、ジャーナル部１２及び偏心ジャーナル部１３に対して交互に設けられる。そして、制御カム１０の外周面に各気筒の制御リンク９の一端が回転可能に嵌合する。

（７）上記スリーブ外筒面１６とスリーブ内筒面１５の少なくとも一方に、ＤＬＣ膜が形成されている。この場合、摩擦係数のばらつきを抑制し、上述した偏心スリーブ１４のクサビ作用による制御軸７の回転防止効果を安定して得ることができ、かつ、摺動部での耐焼き付き性や耐溶着磨耗性を向上することができる。

（８）上記機関固定体が、ブロックロア２３Ｂと、このブロックロア２３Ｂの下側に制御軸７を挟んで固定される複数の軸受キャップ２３Ｃと、を有し、上記スリーブ軸受部１１Ａの一部が形成される軸受キャップ２３Ｃに、上記駆動部１８を固定している。この場合、駆動部を軸受キャップとを別々に機関固定体へ組み付ける場合に比して、組立生産性が向上する。

（９）上記駆動部１８から偏心スリーブ１４への動力伝達経路に、偏心スリーブ１４と一体的に回転する従動歯車２０と、この従動歯車２０に噛み合う駆動歯車１７と、が設けられる。そして、上記駆動歯車１７と従動歯車２０とのバックラッシュを吸収するバックラッシュ吸収手段（バックラッシュ吸収機構１９）を有している。これにより、いわゆる歯打ち音を低減・解消し、静粛性を向上することができる。

（１０）上記のバックラッシュ吸収手段として、例えば図５〜７に示す第１実施例では、駆動歯車１７に噛み合うシザーズ歯車２１と、上記従動歯車２０とシザーズ歯車２１とを回転方向に付勢する付勢手段（スプリング２２）と、を有している。

（１１）また、図９〜１２に示す第３実施例では、従動歯車２０とシザーズ歯車２１とが偏心スリーブ１４の軸方向両側にそれぞれ配置され、上記駆動歯車１７が、従動歯車１７に噛み合う第１駆動歯車１７Ａと、シザーズ歯車２１に噛み合う第２駆動歯車１７Ｂと、に分割して構成されている。この場合、複数の歯車が偏心スリーブ１４や偏心軸受部１１Ａを挟んで両側に分散して配置されるため、その軸方向への張出幅を抑制して、機関搭載性を向上することができる。

（１２）図１３に示す第４実施例では、従動歯車が、駆動歯車に噛み合う第１従動歯車と、シザーズ歯車に噛み合う第２従動歯車と、に分割して構成され、これら第１，第２従動歯車が偏心スリーブの軸方向両側に配置される。この場合、上記（１１）と同様に、歯車を分散配置して機関搭載性を向上できることに加え、駆動歯車側にシザース歯車が設けられるので、従動歯車２０Ａ，２０Ｂを偏心スリーブ１４と例えば一体成形することが可能とな、生産性が向上する。

（１３）典型的には図１に示すように、クランクシャフト２のクランクピン２Ａに回転可能に取り付けられるロアリンク４と、このロアリンク４とピストン８とを連結するアッパリンク３と、を有し、上記制御リンク９の一端がロアリンク４に回転可能に取り付けられている。

本発明の第１実施例に係る可変圧縮比機構を適用した内燃機関の一例を簡略的に示す断面対応図。 上記第１実施例の制御軸の近傍を一部破断して示す側面対応図。 図１の内燃機関のシリンダブロック側の構成を簡略的に示す断面対応図。 （Ａ）が偏心スリーブによる制御軸の回転防止作用を説明するための説明図で、（Ｂ）が偏心スリーブのクサビ効果を説明するための説明図。 上記第１実施例に係る偏心スリーブに取り付けられた従動歯車とシザーズ歯車とを組立状態で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 図５の偏心スリーブに取り付けられた従動歯車を単体で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 図５のシザーズ歯車を単体で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 本発明の第２実施例に係る制御軸の近傍を一部破断して示す側面対応図。 本発明の第３実施例に係る制御軸の近傍を一部破断して示す側面対応図。 上記第３実施例に係る偏心スリーブに取り付けられた従動歯車とシザーズ歯車とを組立状態で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 図１０の偏心スリーブに取り付けられた従動歯車を単体で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 図１０のシザーズ歯車を単体で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。 本発明の第４実施例に係る偏心スリーブに取り付けられた従動歯車とシザーズ歯車とを組立状態で示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。

符号の説明

２…クランクシャフト
２Ａ…クランクピン
３…アッパリンク
４…ロアリンク
７…制御軸
８…ピストン
９…制御リンク
１０…制御カム
１１…軸受部
１１Ａ…スリーブ軸受部
１２…ジャーナル部
１３…偏心ジャーナル部
１４…偏心スリーブ
１５…スリーブ内筒面
１６…スリーブ外筒面
１７…駆動歯車
１８…駆動モータ（駆動部）
１９…バックラッシュ吸収機構
２０…従動歯車
２１…シザーズ歯車
２２…スプリング（付勢手段）
２３…シリンダブロック（機関固定体）
２３Ｂ…ブロックロア
２３Ｃ…軸受キャップ

Claims (13)

1. ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクと、
   機関固定体側に回転可能に支持される制御軸と、
   上記複数のリンクの一つと制御軸とを連結する制御リンクと、
   上記制御軸の回転位置を変更・保持する駆動部と、を有し、
   上記制御軸の回転位置に応じて機関圧縮比を変更可能な内燃機関の可変圧縮比機構において、
   上記駆動部により回転位置が変更・保持される偏心円筒状の偏心スリーブを有し、
   この偏心スリーブには、上記機関固定体のスリーブ軸受部に回転可能に嵌合するスリーブ外筒面と、上記制御軸の偏心ジャーナル部が回転可能に嵌合するスリーブ内筒面と、が形成され、このスリーブ内筒面がスリーブ外筒面に対して偏心しており、
   機関運転状態に応じて駆動部により偏心スリーブを回転させることにより、上記制御軸の偏心ジャーナル部がスリーブ内筒面内を回転しながら制御軸の回転中心に対して公転して、上記制御軸が回転することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
2. 上記制御軸には、機関固定体の軸受部に回転可能に支持される複数のジャーナル部が設けられ、
   上記スリーブ軸受部が上記軸受部と同軸上に設けられ、
   かつ、上記ジャーナル部と偏心ジャーナル部の偏心量と、上記スリーブ外筒面とスリーブ内筒面の偏心量と、が実質的に同一に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
3. 上記偏心ジャーナル部が上記制御軸の軸方向中央部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
4. 上記制御軸では、上記偏心ジャーナル部の両側にジャーナル部が配置されており、
   上記スリーブ内筒面の内径が上記ジャーナル部の外径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
5. 上記制御軸では、上記偏心ジャーナル部に対して一方の側に全ての偏心ジャーナル部が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
6. 上記制御軸が複数の気筒にわたって気筒列方向に延在しており、
   この制御軸には、上記ジャーナル部に対して偏心する複数の制御カムが、上記ジャーナル部及び偏心ジャーナル部に対して交互に設けられており、
   上記制御カムの外周面に各気筒の制御リンクの一端が回転可能に嵌合していることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
7. 上記スリーブ外筒面とスリーブ内筒面の少なくとも一方に、ＤＬＣ膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
8. 上記機関固定体が、ブロックロアと、このブロックロアの下側に制御軸を挟んで固定される複数の軸受キャップと、を有し、
   上記スリーブ軸受部の一部が形成される軸受キャップに、上記駆動部を固定したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
9. 上記駆動部から偏心スリーブへの動力伝達経路に、偏心スリーブと一体的に回転する従動歯車と、この従動歯車に噛み合う駆動歯車と、が設けられ、
   かつ、上記駆動歯車と従動歯車とのバックラッシュを吸収するバックラッシュ吸収手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
10. 上記バックラッシュ吸収手段が、
    上記駆動歯車に噛み合うシザーズ歯車と、
    上記従動歯車とシザーズ歯車とを回転方向に付勢する付勢手段と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
11. 上記従動歯車とシザーズ歯車とが偏心スリーブの軸方向両側にそれぞれ配置され、
    上記駆動歯車が、従動歯車に噛み合う第１駆動歯車と、シザーズ歯車に噛み合う第２駆動歯車と、に分割して構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
12. 上記バックラッシュ吸収手段が、シザーズ歯車と、このシザーズ歯車と駆動歯車とを回転方向に付勢する付勢手段と、を有し、
    上記従動歯車が、駆動歯車に噛み合う第１従動歯車と、シザーズ歯車に噛み合う第２従動歯車と、に分割して構成され、
    これら第１，第２従動歯車が偏心スリーブの軸方向両側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
13. 上記クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクとピストンとを連結するアッパリンクと、を有し、
    上記制御リンクの一端がロアリンクに回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の内燃機関の可変圧縮比機構。

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