JPH0422716A - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の可変圧縮比装置に関する。

（従来の技術） 従来より、エンジン中負荷域よりも大きい高負荷域ある
いは高エンジン回転域においてはノッキングを発生させ
ないようにしながら、エンジン中負荷より小さい低負荷
域では熱効率を上げて燃費の改善をはかるために、圧縮
比を可変にしうるエンジンが各種提案されている。

かかる圧縮比可変機構は、例えば特公昭６３−３２９７
２号公報に開示されている。この公報に開示された圧縮
比可変機構は、エンジンのコネクティングロッドの両端
の軸支部の一方に、コネクティングロッドの軸受孔とこ
の軸受孔を挿通ずる支軸とを互いに偏心させる偏心軸受
を、ピストンからの荷重と支軸からの反力とが偏心する
ことによって生じる回転力によって自在に回転するよう
に設け、さらには軸受半径方向に移動可能なロックピン
を駆動することにより偏心軸受の回転を自由と固定との
間に切り替えるための油圧作動式ロック手段を設けて、
このロック手段へ供給される作動オイルの圧力を、ピス
トン位置の検出手段と運転条件の検出手段との信号を受
けるコンピュータからの信号により、ロ°ツク中には常
時ロック手段に油圧がかかり、ロック解除中にはロック
手段に油圧がかからない条件下で制御するようにしたも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の内燃機関の可変圧縮比
機構では、油圧機構によりロックピンを軸受半径方向に
駆動して、偏心軸受の回転を自由と固定との間に切り替
えているので、コネクティングロッドの往復運動等に基
づき生じる慣性力の影響によってロックピンの作動が不
確実になるおそれがある。

このため、ロックピンを軸受の軸方向に駆動することに
より、コネクティングロッドの往復運動等に基づき生じ
る慣性力によってロックピンの作動に影響を及ぼさなく
ようにした可変圧縮比機構も考えられている。

しかし、このような可変圧縮比機構において、圧縮比を
切り替えるときに、ロックピンの突出部分と偏心軸受と
の係合部分が強く衝突して、ロックピンの突出部分ある
いは偏心軸受の上記ロックピンとの係合部分が破壊する
恐れがあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
圧縮比を切り替えるときに、ロックピンの突出部分と偏
心軸受との係合部分が強く衝突して、ロックピンの突出
部分あるいは偏心軸受の上記ロックピンとの係合部分と
が破壊するのを未然に防止することができる内燃機関の
可変圧縮比装置を提供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 内燃機関の気筒内を摺動するピストンと、このピストン
に一端が枢支され他端がクランク軸に枢支されるコネク
ティングロッドとを具備し上記ピストンの往復運動をク
ランク軸の回転運動に変えている内燃機関において、上
記コネクティングロッドの他端とクランク軸との間に介
装され外周面の中心と内周面の中心とが偏心してなる偏
心スリーブと、この偏心スリーブの両縁部において上記
コネクティングロッドの他端を挟むように形成されたフ
ランジ部と、上記コネクティングロッド内から上記フラ
ンジ部の両側に出没可能に内装されたロックピンと、一
方側のフランジ部に設けられ上記ロックピンを係合する
第１の切欠部と、他方側のフランジ部に設けられ上記ロ
ックピンを係合する第２の切欠部と、上記フランジ部の
両側円周面において周方向に所定区間だけ切り欠かれた
ガイド用切欠部と、上記ガイド用切欠部に案内されるピ
ンを有し、ピンがガイド用切欠部の両端に当接する衝撃
を吸収する衝撃吸収機構とを具備したことを特徴とする
内燃機関の可変圧縮比装置である。

（作用） コネクティングロッドの他端とクランク軸との間に介装
された偏心スリーブの回転エネルギを吸収するダンパ機
構を設けた。このことにより、圧縮比を切り替えた時に
偏心スリーブのフランジにコネクティングロッドに設け
られたストッパピンが強く衝突するのを防止している。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例に係わる内燃機
関の可変圧縮比装置について説明する。

第１図は本発明の一実施例としての内燃機関の可変圧縮
比装置を示すもので、第１図は低圧縮比状態にあるとき
の様子を示す全体構成図、第２図は低圧縮比状態にある
ときの様子を示すコネクティングロッドの正面図、第３
図は高圧縮比状態にあるときの様子を示す全体構成図、
第４図は高圧縮比状態にあるときの様子を示す全体構成
図、第５図は第１図及び第３図のＶ部拡大断面図、第６
図は低圧縮比状態にあるときの様子を示す油圧駆動機構
の断面図、第７図は高圧縮比状態にあるときの様子を示
す油圧駆動機構の断面図、第８図は該油圧駆動機構を駆
動する油圧回路図である。

まず、第１図乃至第４図に示すように、コネクティング
ロッド６が、その小端部をガソリンエンジン（内燃機関
）の気筒内を往復運動するピストン８のピストンピン７
に枢支されるとともに、その大端部をクランクシャフト
１のクランクピン２に枢支されている。

また、コネクティングロッド６の大端部における枢支部
にはコネクティングロッド６の軸受穴とこの軸受穴を挿
通する支軸としてのクランクピン２とを相互に偏心させ
る偏心スリーブ５が回転可能に設けられている。即ち、
この偏心スリーブ５はその内周面の中心とその外周面の
中心とか偏心しており、偏心スリーブ５を最小偏心位置
からクランクピン２の外周を１６０度程度回転すると最
大偏心位置近傍を採りつるようになっている。

なお、偏心スリーブ５の内周面とクランクピン２の外周
面との間には、第５図に詳しく示すように、偏心スリー
ブ５の内周面付きのメタル軸受９が介装されると共に、
偏心スリーブ５の外周面とコネクティングロッド６の軸
受穴の内周面との間には、コネクティングロッド６の軸
受穴の内周面付きのメタル軸受１０が介装されている。

これにより、偏心スリーブ５とクランクピン２との間で
摺動できるとともに、偏心スリーブ５とコネクティング
ロッド６の軸受穴との間で摺動できるようになっている
。

ところで、偏心スリーブブロック手段１１が設けられて
いるが、この偏心スリーブブロック手段１１は偏心スリ
ーブ５の軸方向即ちクランクシャフト１の軸方向に移動
しうるピン部材としてのストッパピン１２を備えており
、このストッパピン１２をそのピストン式流体圧駆動機
構としての油圧駆動機構１１Ａで作動させることにより
、偏心スリーブ５に形成された２つの係合部５ａ、５ｂ
にストッパピン１２を係合させて、この偏心スリーブ５
の回転を２つの位置（上記の最小偏心位置と最大偏心位
置近傍）で固定しうるちのである。

さらに、この偏心スリーブブロック手段１１について詳
述する。第６図及び第７図に示すように、まず、ストッ
パピン１２の中間部には、フランジ状にピストン部１２
ａが拡径して一体に設けられており、このピストン部１
２ａ付きストッパピン１２が、コネクティングロッド６
の大端部に形成された貫通穴に嵌合されている。この貫
通穴はコネクティングロッド６の大端部をクランクシャ
フト軸方向に貫通しており、３つの径を有する３段穴部
として構成されていて、一端部に位置する小径穴部はス
トッパピン１２の径とほぼ同じで、中間部に位置する中
径穴部はピストン１２ａの径とほぼ同じで、他端部に位
置する大径穴部はピストン１２ａより大きく設定されて
いる。

従って、この貫通穴にピストン部１２ａ付きストッパピ
ン１２を入れると、貫通穴の小径穴部にストッパピン１
２が液密に挿通されるとともに、貫通穴の中径穴部にピ
ストン部１２ａが液密に挿嵌される。そして、リターン
スプリング１５を入れて、更に貫通穴の大径部とほぼ同
径の貫通穴か形成されたキャップ１６を嵌め込み、この
キャップ１６をコネクティングロッド６にボルト等にて
固定すると、ストッパピン１２がその一端を貫通穴の小
径部に液密に嵌挿されるとともにその他端部をキャップ
］６の貫通穴に液密に嵌挿されて、貫通穴の中径部かピ
ストン部１２ａにて２つのチャンバ１３．１４に分割さ
れる。そして、このチャンバ１３．１４にそれぞれ油圧
通路１７．１８が連通接続されるようになっている。こ
れにより、これらの２つのチャンバは、ピストン部１２
ａの両端に形成される油圧室（流体圧室）１３．１４と
して構成される。なお、リターンスプリング］５は油圧
室１３内に装填されて、ピストン部１２ａ付きストッパ
ピン１２を油圧室１４側へ飼勢していることになる。な
お、ピストン部１２ａ両側の受圧面積は等しく設定され
ている。

これにより、このストッパピン１２に付設のピストン部
１２ａ、油圧室１３，１４．　　リターンスプリング１
５、キャップ１６等で、ストッパピン１２に連結された
ピストン部１２ａを移動させることによってストッパピ
ン１２を駆動しうるピストン式油圧駆動機構１１Ａが構
成される。

また、偏心スリーブ５は、第１図乃至第４図に示すごと
く、コネクティングロッド６の大端部を挟むように軸方
向に離隔されたフランジ部５１゜５２を有しているが、
一方のフランジ部５１における偏心スリーブ５が最小偏
心位置を採るような部分には、切欠状の係合部５ａが形
成されるとともに、他方のフランジ部５２における偏心
スリーブ５が最大偏心位置近傍を採るような部分には、
切欠状の係合部５ｂが形成される。そして、上記フラン
ジ部５１．５２の互いに整合する位置にガイド用切欠部
５３が形成されている。また、上記コネクティングロッ
ド６の大端部の底部には円筒状の油圧ピストン５４が取
り付けられている。この油圧ピストン５４内にはピスト
ン５５が液密に嵌挿されており、ピストン５５の両側面
からピン５６が油圧ピストン５４の両側面に設けられた
窓５７から突設されている。上記ピストン５５の両端面
と油圧ピストン５４の側壁との間には付勢ばね５８．５
９が装填されると共にオイルが満たされている。さらに
、上記ピストン５５で仕切られた油圧ピストン５４内の
両側の室はオリフィス６０．６１を介してオイル供給路
に接続されている。上記ピストン５５は上記付勢ばね５
８．５９の付勢力により中立位置に保たれている。

そして、ストッパピン１２が第３図及び第７図に示すよ
うに右方へ移動して第１の位置をとった状態で、第３図
及び第４図に示すように、ストッパピン１２と係合部５
ｂとが係合して、偏心スリーブ５が最大偏心位置近傍で
コネクティングロッド６の大端部に固定されるとともに
、ストッパピン１２が第１図及び第６図に示すように左
方へ移動して第２の位置をとった状態で、第１図及び第
２図に示すように、ストッパピン１２と係合部５ａとが
係合して、偏心スリーブ５が最小偏心位置でコネクティ
ングロッド６の大端部に固定されるようになっている。

そして、偏心スリーブ５が最大偏心位置近傍でコネクテ
ィングロッド６の大端部に固定されると、コネクティン
グロッド６は見掛は上最も伸びた状態になって、高圧縮
比状態を実現することができ、偏心スリーブが５が最小
偏心位置でコネクティングロッド６の大端部に固定され
ると、コネクティングロッド６は見掛は上最も縮んだ状
態になって、低圧縮比状態を実現することができるので
ある。

なお、この低圧縮比状態での圧縮比はエンジンがノッキ
ングを起こさない程度の値が選ばれ、これは通常のエン
ジンにおいて設定されている値とほぼ同等である。従っ
て、高圧縮比状態での圧縮比が通常のエンジンで設定さ
れている値よりも高い値として設定されることになる。

さらに、両袖圧室１３．１４に油圧通路１７゜１８を通
じて予め所要の油圧（標準油圧）を印加しておく手段と
、ピストン１２ａ付はストッパをリターンスプリング１
５の付勢力に抗して油圧室１３側へ移動させるべく、油
圧室１４に上記の標準油圧よりも高い油圧（標準油圧＋
α）を印加しつる手段とが設けられている。

すなわち、油圧通路１７．１８は第１図及び第３図に示
すように、クランクシャフト１のクランクジャーナル３
からクランクアーム４の部分を通ってクランクピン２か
ら更にメタル軸受９．偏心スリーブ５．メタル軸受１０
及びコネクティングロッド６の大端部を通って、それぞ
れ油圧室１３゜１４に連通接続されている。

なお、メタル軸受９とクランクピン２との間及びメタル
軸受１０と偏心スリーブ５との間は摺動するので、第５
図に示すごとく、メタル軸受９゜１０の内周面には、こ
の内周面を一周する油圧通路１７．１８に繋がる２条の
無端状溝が形成され、メタル軸受９に形成された谷溝に
は偏心スリーブ５に形成された油圧通路１７．１８の部
分に整合する貫通穴が形成されるとともに、メタル軸受
１０に形成された谷溝にもコネクティングロッド６の大
端部に形成された油圧通路１７．１８の部分に整合する
貫通穴が形成されている。

また、第８図に示すように、油圧通路１７のクランクシ
ャフト外の部分はメインギヤラリ２３側に繋がると共に
、油圧通路１８のクランクシャフト外の部分はサブオイ
ルポンプ２４またはメインギヤラリ２３側に繋がってい
る。すなわち、オイルタンクあるいはオイルパン２０か
らのオイル（潤滑油）はリリーフバルブ付きのオイルポ
ンプ１９によって所要油圧（標準油圧を供給する油圧）
のオイルとしてのオイルフィルタ２２を介してメインギ
ヤラリ２３へ供給され、このメインギヤラリ２３からは
油圧通路１７を通じて標準油圧のオイルを供給する。さ
らに、メインギヤラリ２３からのオイルは、サブオイル
ポンプ２４へ供給されて更に高い油圧（標準油圧十α）
として吐出されるようになっているが、このサブオイル
ポンプ２４からの油圧はスイッチングバルブ２５を介し
てメインギヤラリ２３からの油圧を選択的に油圧通路１
８へ供給されるようになっている。すなわち、スイッチ
ングバルブ２５を第８図に示すようにａ位置にすると、
油圧通路１８へはメインギヤラリ２３からの標準油圧が
供給され、スイ・ソチバルブ２５をｂ位置にすると、油
圧通路１８へはサブオイルポンプ２４からの高い油圧（
標準油圧十α）が供給されるようになっている。すなわ
ち、スイッチングバルブ２５を第８図に示すようにａ位
置にすると、油圧通路１８へはメインギヤラリ２３から
の標準油圧が供給され、スイッチングバルブ２３をｂ位
置にすると、油圧通路１８へはサブオイルポンプ２４か
らの高い油圧（標準油圧十α）が供給されるようになっ
ている。

したがって、スイッチングバルブ２５をｂ位置にすると
、油圧通路１８へはサブオイルポンプ２４からの高い油
圧（標準油圧＋α）が供給されて、油圧室１４にこの高
い油圧が供給される。このとき油圧室１３内にはこの高
い油圧が供給される。このとき油圧室１３内には油圧通
路１７を介してメインギヤラリ２３からの標準油圧が供
給されているので、リターンスプリング１５の付勢力に
抗してピストン部１２ａ付きストッパピン１２が、第３
図、第７図に示すように右方へ移動して、第１の位置を
とると、第３図及び第４図に示すように、ストッパピン
１２と係合部５ｂとが係合して、偏心スリーブ５が最大
偏心位置近傍でコネクティングロッド６の大端部に固定
される。これにより、コネクティングロッド６は見掛は
１最も伸びた状態になって、高圧縮比状態を実現するこ
とができる。

また、スイッチングバルブ２５をａ位置にすると、油圧
通路１８へはメインギヤラリ２３からの標準油圧が供給
されて、油圧室１４にはこの標準油圧が供給される。こ
のとき油圧室１３内には油圧通路１７を介してメインギ
ヤラリ２３からの標準油圧が供給されているので、リタ
ーンスプリング１５の付勢力によって、ピストン部１２
ａ付きストッパピンが第２図及び第６図に示すように左
方へ移動して、第２の位置をとると、第１図及び第２図
に示すように、ストッパピン１２と係合部５ａとが係合
して、偏心スリーブ５が最小偏心位置でコネクティング
ロッド６の大端部に固定される。これにより、コネクテ
ィングロッド６は見掛は１最も縮んだ状態になって、低
圧縮比状態を実現することができる。

なお、オイルポンプ１９．サブオイルポンプ２４はエン
ジンによって駆動されるようになっている。

また、第８図中の符号２６はリリーフバルブで、このリ
リーフバルブ２６は、（標準油圧＋α）と標準油圧との
差圧αが一定となるように調整するものである。

さらに、２７はスイッチングバルブ２５の切り替え制御
用のオイルコントロールバルブで、このオイルコントロ
ールバルブ２７をａ位置にすると、スイッチングバルブ
２５のパイロット油圧が低下してスイッチングバルブ２
５をａ位置にすることができ、オイルコントロールバル
ブ２７をｂ位置にすると、スイッチングバルブ２５のパ
イロ・ント油圧が上がってスイッチングバルブ２５をｂ
位置にすることができるようになっている。

そして、このオイルコントロールバルブ２７へはコント
ローラ４０からの切替制御信号が入力されるようになっ
ているが、コントローラ４０は、エンジン負荷センサ４
１やエンジン回転数センサ４２からの検出信号を受けて
、エンジン中負荷域よりも大きいエンジン高負荷域ある
いはエンジン高回転域を検出すると、オイルコントロー
ルバルブ２７をａ位置にするような制御信号を出し、エ
ンジン中負荷域以下の領域を検出すると、オイルコント
ロールバルブ２７をｂ位置にするような制御信号を出す
ようになっている。

上記の構成により、エンジン中負荷以下の領域を検出す
ると、オイルコントロールバルブ２７をｂ位置にするよ
うな制御信号を出すので、スイッチングバルブ２５もｂ
位置になり、油圧通路１８へはオイルポンプ２４からの
高い油圧が供給されて油圧室１４にこの高い油圧（標準
油圧＋α）が供給される。このとき油圧室１３内には油
圧通路１７を介してメインギヤラリ２３からの標準油圧
が供給されているので、結果として上記の高い油圧（標
準油圧＋α）と標準油圧との差圧αがピストン部１２ａ
にかかり、これによりこの差圧分がリターンスプリング
１５の付勢力に抗してピストン部１２ａ付きストッパピ
ン１２を第３図及び第７図に示すように右方へ移動させ
る。その結果、ストッパピン１２が第１の位置をとり、
第３図及び第４図に示すように、ストッパピン１２と係
合部５ｂとが係合して、偏心スリーブ５が最大偏心位置
近傍でコネクティングロッド６の大端部に固定される。

この際、ストッパピン１２と係合部５ｂとが係合する際
に、ピン５６がガイド用切欠部５３の端部に当接し、オ
イルのダンパ機能により衝撃が緩衝される。そして、コ
ネクティングロッド６は見掛は上はぼ最も伸びた状態に
スト・ソノスピン１２に衝撃を受けることもなく切り替
えられて、高圧縮比状態とされる。このように高い圧縮
比状態にすると、熱効率が良くなり、熱効率か良くなり
、燃費の向上が期待できる。

また、エンジン中負荷域よりも大きいエンジン高負荷域
あるいはエンジン高回転域を検出すると、オイルコント
ロールバルブ２７をａ位置にするような制御信号を出す
ので、スイッチングノくルブ２５もａ位置となって、油
圧通路１７．１８へはともにメインギヤラリ２３からの
標準油圧が供給されて、油圧室１３．１４に標準油圧が
供給される。コレにより、リターンスプリング１５の付
勢力によって、ピストン部１２ａ付きストッパピンが、
第２図及び第６図に示すように左方へ移動して、第２の
位置をとると、第１図及び第２図に示すように、ストッ
パピン１２と係合部５ａとが係合して、偏心スリーブ５
が最小偏心位置でコネクティングロッド６の大端部に固
定される。この際、ストッパピン１２と係合部５ｂとが
係合する際に、ピン５６がガイド用切欠部５３の端部に
当接し、オイルのダンパ機能により衝撃が緩衝される。

その結果、コネクティングロッド６は見掛は１最も縮ん
だ状態にストッパピン１２に衝撃を受けることもなく切
り替えられ、低圧縮比状態とされる。

このように低圧縮比状態にすることにより、ノッキング
を確実に回避することができる。

［発明の効果〕 以上詳述したように本発明によれば、圧縮比を切り替え
る時に生じるストッパピンと偏心スリブとの間に生じる
衝撃を油圧ピストンにより吸収するようにしたので、ス
トッパピン及びこのストッパピンに当接する偏心スリー
ブの部分の破壊を未然に防止することができる内燃機関
の可変圧縮比装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の一実施例としての内燃機関
の可変圧縮比装置を示すもので、第１図は低圧縮比状態
にあるときの様子を示す全体構成図、第２図は低圧縮比
状態にあるときの様子を示すコネクティングロッドの正
面図、第３図は高圧縮比状態にあるときの様子を示す全
体構成図、第４図は高圧縮比状態にあるときの様子を示
す全体構成図、第５図は第１図及び第３図のＶ部拡大断
面図、第６図は低圧縮比状態にあるときの様子を示す油
圧駆動機構の断面図、第７図は高圧縮比状態にあるとき
の様子を示す油圧駆動機構の断面図、第８図はその油圧
回路を示す図である。 １・・・クランクシャフト、５・・・偏心スリーブ、５
ａ、５ｂ・・・係合部、９．］０・・・メタル軸受、１
１・・・偏心スリーブブロック手段、１３．１４・・チ
ャンバ。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の気筒内を摺動するピストンと、このピストン
   に一端が枢支され他端がクランク軸に枢支されるコネク
   ティングロッドとを具備し上記ピストンの往復運動をク
   ランク軸の回転運動に変えている内燃機関において、上
   記コネクティングロッドの他端とクランク軸との間に介
   装され外周面の中心と内周面の中心とが偏心してなる偏
   心スリーブと、この偏心スリーブの両縁部において上記
   コネクティングロッドの他端を挟むように形成されたフ
   ランジ部と、上記コネクティングロッド内から上記フラ
   ンジ部の両側に出没可能に内装されたロックピンと、一
   方側のフランジ部に設けられ上記ロックピンを係合する
   第１の切欠部と、他方側のフランジ部に設けられ上記ロ
   ックピンを係合する第２の切欠部と、上記フランジ部の
   両側円周面において周方向に所定区間だけ切り欠かれた
   ガイド用切欠部と、上記ガイド用切欠部に案内されるピ
   ンを有し、ピンがガイド用切欠部の両端に当接する衝撃
   を吸収する衝撃吸収機構とを具備したことを特徴とする
   内燃機関の可変圧縮比装置。