JP2006144615A - ストローク特性可変エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】十分な振動抑制作用の実現とエンジンの大型化の抑制とを高いレベルで両立し得るストローク特性可変エンジンを提供する。
【解決手段】多リンク型圧縮比可変機構を備えるストローク特性可変エンジンにおいて、各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトをクランクシャフトと平行に延設すると共に、ストロークを可変制御するためのエキセントリックシャフトの回動中心を、ピストンの摺動軸線に直交し且つエキセントリックシャフトに近い側のバランサシャフトの中心が通る平面に対してピストンの摺動方向について偏倚させるものとした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ストローク特性可変エンジンに関し、特に、ストローク特性可変機構の運動に起因する２次振動成分を低減するためのバランサシャフトを設けた上で、クランクケースの大型化を抑制可能なように構成されたストローク特性可変エンジンに関するものである。

ピストンとクランク軸との間に複数のリンクを連結し、１つのリンクのエンジン本体に対する連結端を移動させることにより、ピストンストロークを変化させるようにしたストローク特性可変エンジンが、例えば特許文献１、２等に提案されている。

他方、レシプロエンジンには、ピストン及びコネクティングロッドの運動に起因する１次と２次との振動成分が含まれる加振力が作用するが、回転２次振動は、クランクシャフトに一体的に設けたカウンタウェイトや気筒配列だけでは低減し難いので、上記のような多リンク型レシプロエンジンにおいて、リンク長やリンク位置（リンクジオメトリ）を最適化することによって振動を低減しようとしたものが、特許文献３に提案されている。
特開平９−２２８８５８号公報 特開２００４−１５０３５３号公報 特開２００１−２２７３６７号公報

しかし実際には、圧縮比或いはピストンストロークの可変量や、可変機構を構成するリンク等の可動範囲、可変機構の構成部材に作用する応力、及びエンジン全体の寸法などの設計要件を満たした上で２次振動成分を十分に低減し得る可変機構の構成を、限られたクランクケースの容積内で実現することは困難である。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、十分な振動抑制作用の実現とエンジンの大型化の抑制とを高いレベルで両立し得るストローク特性可変エンジンを提供することにある。

このような課題を解決するため、ピストン３に連結される第１リンク４と、該第１リンクとクランクシャフト６とを連結する第２リンク５と、一端が第１リンクまたは第２リンクに連結され他端がエキセントリックシャフト１３を介してエンジン本体（クランクケース７）に移動可能に支持される第３リンク１２とを備えるストローク特性可変エンジンにおいて、本発明の請求項１は、前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂをクランクシャフトと平行に延設すると共に、エキセントリックシャフトの回動中心（静止軸心１３ｂ）を、エキセントリックシャフトに近い側のバランサシャフト２２ｂの中心が通り且つピストンの摺動軸線に直交する平面に対してピストンの摺動方向について偏倚させたことを特徴とするものとした。このようにすれば、ピストンの摺動軸線に直交する平面上においてバランサシャフトの外周面が最も外側に寄る位置を避けた位置にエキセントリックシャフトを配設することができる。

また請求項２は、前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、クランクシャフトと平行に延設した上で動力伝達手段（ドリブンギア２５、ドライブギア２６）を介してクランクシャフトに連結すると共に、前記動力伝達手段を、クランクシャフトの軸方向について第３リンクとずらして配設するものとした。

また請求項３は、前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、クランクシャフトと平行に延設した上で連動手段（連動ギア２４ａ・２４ｂ）を介して連結すると共に、前記連動手段を、クランクシャフトの軸方向について第３リンクとずらして配設するものとした。

さらに請求項４は、前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、クランクシャフトと平行に延設した上でケーシング（２３ａ・２３ｂ）に収容すると共に、前記ケーシングに凹部を形成し且つ該凹部を第３リンクと対向させてケーシングをクランクケース内に配設するものとした。

このような本発明の請求項１によれば、バランサシャフトとエキセントリックシャフトとを互いに近接配置し得るので、多リンク型ストローク特性可変機構に振動低減装置を組み合わせた上でのエンジンのクランクケースの大型化を回避する上に多大な効果を奏することができる。

また請求項２によれば、クランクシャフトの回転力をバランサシャフトに伝達するための動力伝達手段と第３リンクとの干渉を避けることができるので、バランサシャフトと第３リンクとをより一層接近させることができ、エンジンの大型化を抑制し得る。

また請求項３によれば、両バランサシャフトの連動手段と第３リンクとの干渉を避けることができるので、バランサシャフトと第３リンクとをより一層接近させることができ、エンジンの大型化を抑制し得る。

さらに請求項４によれば、バランサシャフトを収容したケーシングと第３リンクとをより一層接近させることができ、エンジンの大型化を抑制し得る。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたストローク特性可変エンジンの概略構成図である。このエンジン１のシリンダ２に摺合したピストン３は、第１リンク４及び第２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。

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第２リンク５の中間部を支持している。そして第２リンク５の一端５ａに、ピストンピン１０に小端部４ａが連結された第１リンク４の大端部４ｂが連結されている。

第２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第３リンク１２の小端部１２ａがピン結合されている。そして第３リンク１２の大端部１２ｂ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１３の偏心部１３ａに、２つ割の軸受け１４をもって連結されている。

より詳しく言うと、第１リンク４の大端部４ｂは、図５に示すように、第２リンク５の一端５ａに形成された二股部に、クランクシャフト６の軸方向の両側から挟持されている。また第３リンク１２の小端部１２ａは、図６に示すように、第２リンク５の他端５ｂに形成された二股部に、クランクシャフト６の軸方向の両側から挟持されている。従って、第１リンク４並びに第３リンク１２は、クランクシャフト６の軸線に直交する概ね同一の仮想平面上で運動するようになっている。

エキセントリックシャフト１３は、クランクケース７の外方へ突出した軸端に設けられたストローク特性可変制御アクチュエータ（図示せず）により、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。

このエンジン１によると、エキセントリックシャフト１３を回動させることにより、第３リンク１２の大端部１２ｂの位置が、図１、２に示した位置と図３、４に示した位置との間で変化し、クランクシャフト６の回転に伴う第２リンク５の揺動角度が変化する。この第２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、図２に符号Ａで示す範囲と図４に符号Ｂで示す範囲との間で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。

このエンジン１のクランクケース７の下方には、上記したリンク機構の作動に起因して発生する回転２次振動を相殺するための振動低減装置が設けられている。

振動低減装置２１は、第３リンク１２の大端部１２ｂを連結するためにクランクケース８に支持されてクランクケース８内に延在するエキセントリックシャフト１３と隣合う位置に配設されている。

振動低減装置２１は、一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂと、これらバランサシャフト２２ａ・２２ｂを支持、受容する２つ割のアッパケーシング２３ａ及びロワケーシング２３ｂとを備えている。一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂ同士は、各バランサシャフト２２ａ・２２ｂに一体的に設けられた同一径の連動ギア２４ａ・２４ｂ同士の噛合（連動手段）で互いに連結されると共に、一方のバランサシャフト２４ｂに設けられたドリブンギア２５がクランクシャフト６に設けられたドライブギヤ２６と噛合しており（動力伝達手段）、クランクシャフト６の駆動力が伝達されて各バランサシャフト２２ａ・２２ｂがクランクシャフト６の２倍の回転速度で互いに逆方向に回転するようになっている。なお、クランクシャフト６とバランサシャフト２２ａ・２２ｂとの間の動力伝達手段として、チェーン／スプロケット機構を用いても良い。

ドライブギヤ２６の直径は、クランクシャフト６の回転軌跡円の直径として最大となるカウンタウェイト１１の回転軌跡円の直径と等しくされており、クランクシャフト６の回転力をバランサシャフト２２ｂに伝達するためのギア機構の配置に格別な制約を受けずに済んでいる。また一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂを連動させる連動ギア２４ａ・２４ｂは、図５、６における右から１番目のピストン３と２番目のピストン３との間のクランクジャーナル８に対応する軸方向位置に設けられている。クランクジャーナル８には固定した軸受けが設けられるので、一対のバランサシャフト２２ａ・２２ｂを連動させる連動ギア２４ａ・２４ｂを、他の可動体との位置関係に何ら考慮を払わずに配設することができる。

より詳しく言うと、一方のバランサシャフト２２ｂにクランクシャフト６の回転力を伝達するためのドライブギア２６は、図５、６における右から２番目のピストン３を支持するクランクピン９に対応する一対のクランクアーム１１aの一方（右側）に一体的に設けられている。そしてこれに噛合するドリブンギア２５は、エキセントリックシャフト１３に隣接したバランサシャフト２２ｂに一体的に結合されている。これらドライブギア２６並びにドリブンギア２５は、第１リンク４並びに第３リンク１２が共に運動する仮想平面と平行し、且つクランクシャフト６の軸方向について適宜な間隔を置いてこの仮想平面と離間した別の同一仮想平面上に置かれている。また、連動ギア２４ａ・２４ｂは、ドリブンギア２５と軸方向について近接配置されており、これらも第１リンク４並びに第３リンク１２が共に運動する仮想平面と平行し、且つクランクシャフト６の軸方向について適宜な間隔を置いてこの仮想平面と離間した別の同一仮想平面上に置かれている。

これにより、クランクシャフト６上にて最も直径の大きいドライブギア２６、バランサシャフト２２ｂ上にて最も直径の大きいドリブンギア２５、並びにドリブンギア２５に近接配置された連動ギア２４ａ・２４ｂと第３リンク１２の大端部１２ｂとが相互干渉せずに運動し得るので、振動低減装置２１と第３リンク１２とをより一層接近配置することができることとなり、エンジンの大型化を回避することができる。

各バランサシャフト２２ａ・２２ｂの外周部には、リンク機構の運動で発生するアンバランス量と釣り合わせるための所定の位相及び所定の慣性質量のバランサウェイト２７ａ・２７ｂが設けられている。両バランサウェート２７ａ・２７ｂは、右から２番目のピストンと３番目のピストンとの間、つまり本実施例においては４気筒エンジンのシリンダ列方向の中間位置に配設されている。

さらに振動低減装置２１は、第３リンク１２がピストン３の軸線に対してシリンダ列に直交する向きの一方へ偏倚した位置に配設されているのに対し、ピストン３の略直下に配設されている。

またエキセントリックシャフト１３の静止軸心１３ｂは、振動低減装置２１のアッパハウジング２２ａの上端面よりも下方に位置しており、しかもエキセントリックシャフト１３の偏心部１３ａの移動範囲は、アッパハウジング２２ａの側壁と対向する位置に定められている。

より詳しく言うと、エキセントリックシャフト１３は、クランクシャフト６と相似形をなしており、その静止軸心１３ｂは、エキセントリックシャフト１３に近い側のバランサシャフト２２ｂの中心が通り且つピストンの摺動軸線に直交する平面に対し、ピストンの摺動方向について、ややクランクシャフト６側（上方）へ偏倚した位置に配置されている。これにより、ピストンの摺動軸線に直交する平面上においてバランサシャフト２２ｂの外周面が最も外側に寄る位置を避けた位置にエキセントリックシャフト１３を配設することができるので、クランクケース７の大型化を招かずに済む。

ロワケーシング２３ｂは、図７に示すように、その底壁の軸方向両端面が第１、第４気筒の各第３リンク１２から外れた位置に配置されると共に、その底壁の一側縁に形成された凹部３１に第２気筒の第３リンク１２が対向し、その底壁の軸方向左端側のコーナーの切除部３２に第３気筒の第３リンクが対向するように配置されている。これにより、振動低減装置２１と各第３リンク１２とをより一層近接配置することができるので、クランクケース７の大型化を招かずに済む。

このようなレイアウトにより、多リンク型ストローク特性可変機構に振動低減装置を組み合わせた上でのエンジンのクランクケースの大型化を回避している。

以上、詳述した通り、本発明は、複数のリンクのジオメトリを変化させてピストンストロークを変化させ、これによって圧縮比および排気量の少なくともいずれか一方を変更可能なエンジンに等しく適用可能であり、例えば、第１リンクにおける第２リンクとの連結部近傍に第３リンクの一端を連結した形式のエンジンにも適用可能である。

本発明が適用されたエンジンの高圧縮比状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの高圧縮比状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの低圧縮比状態でのピストン上死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの低圧縮比状態でのピストン下死点位置を示す縦断面図である。 本発明が適用されたエンジンの内部機構の右側面図である。 本発明が適用されたエンジンの内部機構の底面図である。 本発明が適用されたエンジンのバランサハウジングを含む内部機構の底面図である。

符号の説明

１ エンジン
３ ピストン
４ 第１リンク
５ 第２リンク
６ クランクシャフト
７ クランクケース
１１ａ クランクシャフトのクランクアーム
１２ 第３リンク
１３ エキセントリックシャフト
１３ｂ 静止軸心（エキセントリックシャフトの回動中心）
２１ 振動低減装置
２２ａ・２２ｂ バランサシャフト
２４ａ・２４ｂ 連動ギア
２５ ドリブンギア
２６ ドライブギア
３１ 凹部
３２ 切除部

Claims (4)

1. ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランクシャフトとを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がエキセントリックシャフトを介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンであって、
   前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを前記クランクシャフトと平行に延設すると共に、
   前記エキセントリックシャフトの回動中心を、前記エキセントリックシャフトに近い側の前記バランサシャフトの中心が通り且つ前記ピストンの摺動軸線に直交する平面に対して前記ピストンの摺動方向について偏倚させたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
2. ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランクシャフトとを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がエキセントリックシャフトを介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンであって、
   前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、前記クランクシャフトと平行に延設した上で動力伝達手段を介して前記クランクシャフトに連結すると共に、
   前記動力伝達手段を、前記クランクシャフトの軸方向について前記第３リンクとずらして配設したことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
3. ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランクシャフトとを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がエキセントリックシャフトを介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンであって、
   前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、前記クランクシャフトと平行に延設した上で連動手段を介して連結すると共に、
   前記連動手段を、前記クランクシャフトの軸方向について前記第３リンクとずらして配設したことを特徴とするストローク特性可変エンジン。
4. ピストンに連結される第１リンクと、該第１リンクとクランクシャフトとを連結する第２リンクと、一端が前記第１リンクまたは前記第２リンクに連結され他端がエキセントリックシャフトを介してエンジン本体に移動可能に支持される第３リンクとを備えるストローク特性可変エンジンであって、
   前記各リンクの揺動に起因して発生する振動を低減するための一対のバランサシャフトを、前記クランクシャフトと平行に延設した上でケーシングに収容すると共に、
   前記ケーシングに凹部を形成し且つ該凹部を前記第３リンクと対向させて前記ケーシングをクランクケース内に配設したことを特徴とするストローク特性可変エンジン。

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