JPH0422717A - 内燃エンジンの可変圧縮比機構 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、運転状態に応じて圧縮比を変化させることが
できる、内燃エンジンの可変圧縮比機構に関する。

（従来の技術） 従来、内燃エンジンのクランクシャフトと、該クランク
シャフトをピストンに連結するコネクティングロッド（
以下単にコンロッドと記す）との間に偏心スリーブを介
在させ、当該偏心スリーブのコンロッドに対する位相を
変化させることによりシリンダに対するピストンの相対
的な位置を変化させ、エンジンの圧縮比を変えることの
できる可変圧縮比機構がある。

この可変圧縮比機構は、コンロッド側から偏心スリーブ
の外周の所定位置に形成された複数個の係合部のうちの
一つに向けて出没される油圧式のロックピンを備えてい
る。偏心スリーブは、ピストンからの荷重とクランクシ
ャフトからの反力とが偏心することによって生じる回転
力により回動される。この偏心スリーブは、ロックピン
を保合部に係合させた場合にはコンロッドと相対回動不
能とされ、ロックピンと係合部との係合を解いた場合に
は回動可能とされる。ロックピンを８没させることによ
りこれが係合する係合部を選択的に変え、偏心スリーブ
のコンロッドに対する回動角度、即ち、位相を選択的に
変化させることができる。従って、圧縮比は選択的に可
変とされる。

エンジンの低負荷領域及び低回転域においては圧縮比を
増加させる。これにより、熱効率が向上し、燃料消費率
が向上する。一方、エンジンの高負荷領域及び高回転域
においては、圧縮比を減少させる。これにより、圧縮時
の温度及び圧力が比較的大きいことに起因して発生する
ノッキングの防止を図ることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来の内燃エンジンの可変圧縮比機構
においては、ロックピンの係合する係合部を変える際、
ピストンからの荷重とクランクシャフトからの反力とが
偏心することにより生じる回転力で偏心スリーブを回動
させているため、偏心スリーブの摩擦力、ピストンの往
復慣性力、シリンダ内の圧力等が偏心スリーブの回動に
大きく影響し、圧縮比切換時の偏心スリーブの挙動（回
動）が安定しない。また、ロックピンを油圧により出没
させているために偏心スリーブの軸受面に作動オイルの
油路として溝を形成する必要があり、偏心スリーブの軸
受面圧が増加すると共に、潤滑性が低下する。さらに、
ロックピンを係合部に係合させて圧縮比を選択するため
に、予め設定された圧縮比以外の圧縮比に変化させるこ
とができず、エンジンの負荷領域及び回転域に応じて、
圧縮比をきめこまかく制御することができない等の問題
がある。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、圧縮比の切り換えを安定させことができると共に、圧
縮比を連続的に変化させることができ、さらに、作動オ
イルの油路を必要としない内燃エンジンの可変圧縮比機
構を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によれば、クランクシ
ャフトの各クランクアーム間のクランクピンと、該クラ
ンクピンとピストンとを連結するコネクティングロッド
の大端部との間にこれらクランクピン及びコネクティン
グロッドに相対回転可能な偏心スリーブを介在させ、該
偏心スリーブの前記コネクティングロッドに対する位相
を変化させることによりエンジンの圧縮比を変化させる
可変圧縮比機構において、前記クランクシャフトの回転
に係わらず、前記偏心スリーブの前記コネクティングロ
ッドに対する位相を一定に保持する位相保持手段と、該
位相保持手段を介して前記偏心スリーブの位相を制御す
る位相制御手段とを備え、前記位相保持手段は、前記偏
心スリーブの端面とクランクアームの端面との間に形成
されて当該偏心スリーブと一体的に回転し、且つ、前記
クランクピンの細心と同心の第１のスプロケット、前記
クランクシャフトのクランクジャーナルと細心を同一に
当該クランクジャーナルに相対回転自在に配置され、前
記第１のスプロケットの歯数と同じ歯数の第２のスプロ
ケット、前記第１のスプロケットと前記第２のスプロケ
ットとを連動させるチェーン状部材を備えてなり、前記
位相制御手段は、前記クランクシャフトの軸方向外側に
配置され、前記第２のスプロケットと一体的に回動する
第３のスプロケット、該第３のスプロケットを回動させ
てこの位相を制御する回動制御装置を備えてなる構成す
るものである。

（作用） 回動制御装置が停止している場合には、第３のスプロケ
ットは回動不能とされ、従って、これと一体的に回転す
る第２のスプロケットも回動不能とされる。クランクシ
ャフトが回転すると、クランクピンはクランクシャフト
の廻りを公転し、第１のスプロケットも第２のスプロケ
ットの廻りを公転する。第２のスプロケットは回動不能
とされており、また、第１のスプロケットと第２のスプ
ロケットの歯数はそれぞれ同数に設定されているので、
第１のスプロケットは、−回公転する間にクランクピン
の廻りを公転方向とは逆方向に一回自転する。従って、
第１のスプロケットと一体的に回転する偏心スリーブは
、クランクシャフトの回転に係わらず、コネクティング
ロッドに対する位相を一定に保持され、エンジンは所定
の圧縮比のままで運転される。

この状態より、回動制御装置が第３のスプロケットを回
動させた場合には、この回動が第３のスプロケット→第
２のスプロケット−チェーン状部材→第１のスプロケッ
ト→偏心スリーブの順で伝達され、偏心スリーブの位相
、即ちエンジンの圧縮比が変化する。そして、偏心スリ
ーブは、この変化した位相を保持しながら第２のスプロ
ケット廻りの一回の公転につき、クランクピン廻りを一
回自転し、エンジンは変化した圧縮比のままで運転され
る。

回動制御装置は、第３のスプロケットを所望の回動角度
だけ回動させることができ、圧縮比を所望の値に連続的
に設定できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明を適用した内燃エンジンの可変圧縮比機
構の一実施例を示し、可変圧縮比機構１は、偏心スリー
ブ２、位相保持手段３及び位相制御手段４等より構成さ
れている。偏心スリーブ２は、内周面２ａの軸心に対し
て外周面２ｂの軸心を偏心させて形成された円筒形状の
軸受部材で、クランクシャフト６のクランクピン６ａと
、コンロッド７の大端部７ａとの間に、これらに相対回
転可能に介在されている。また、偏心スリーブ２の一端
面には、クランクアーム６ｂの端面との間に後述する第
１のスプロケット９が一体形成されている。

位相保持手段３は、第１のスプロケット９、第２のスプ
ロケット１０、チェーン１１、及びシャフト１２等より
構成されている。第１のスプロケット９はクランクピン
６ａに回転自在に取り付けられ、その軸心は、クランク
ピン６ａの軸心と同心になるように配置されている。こ
のスプロケット９は、偏心スリーブ２の一端面に一体形
成され、これと一体的に回転する。シャフト１２の両端
１２ａ。

１２ｂは、それぞれ段部（図示せず）が形成されて縮径
しており、後述するように、各スプロケット９，１０の
取り付は位置を決めている。このシャフト１２は、一端
１２ａにねじ溝が螺刻されており、クランクシャフト６
のクランクジャーナル６ｃ内に挿通され、その一端１２
ａをクランクシャフト６の端面６ｄより延出させ、また
、他端］、２ｂを第１のスプロケット９に対応する位置
まで延出させている。即ち、クランクジャーナル６Ｃに
は、軸心に沿い且つシャフト１２に比べて大径の孔６ｅ
が穿設されており、当該孔６ｅにシャフト１２は挿通さ
れて図示しない軸受により相対回転自在に支持されてい
る。従って、ンヤフト１２は、クランクシャフト６が回
転した場合においても、これに相対回転し、停止状態を
保持することが可能とされる。

第２のスプロケット１０は、第１のスプロケット９の直
径及び歯数と同一の直径及び歯数に設定されている。ま
た、スプロケット１０は、シャフト１２の他端１２ｂ１
即ち、第１のスプロケット９に対向し且つクランクジャ
ーナル６Ｃと軸心を同一にする位置に、シャツｈ１２の
段部により位置決めされて固着され、これと一体的に回
転する。

そして、スプロケット１０は、チェーン１１を介して第
１のスプロケット９と連動される。なお、チェーン１１
に代えてタイミングベルト、ワイヤ等を使用しても良い
。

位相制御手段４は、第３のスプロケット１４、第４のス
プロケット１５、チェーン１６及び回動制御装置１７等
より構成されている。第３のスプロケット１４は、クラ
ンクシャフト６の軸方向外側に配置されている。即ち、
シャフトＩ２の一端１、２　ａに嵌挿され、シャフト１
２の段部により位置決めされてナツト１９により螺着固
定されている。従って、第３のスプロケット１４は、シ
ャフト１２及び第２のスプロケット１０と一体的に回転
する。第４のスプロケット１５は、エンジン本体側、詳
しくは後述する回動制御装置１７の出力軸に取り付けら
れている。そして、第４のスプロケット１５は、チェー
ン１６を介して、第３のスプロケット１４に連動される
。なお、チェーン１６に代えてタイミングベルト、ワイ
ヤ等を使用しても良い。

回動制御装置１７は、例えば、ステッピングモータ及び
コントローラ（共に図示せず）等より構成され、エンジ
ン本体側、例えば、シリンダブロックに取り付けられて
いる。このコントローラは、エンジンの負荷、エンジン
回転数等に応じてステッピングモータに制御信号を供給
し、これを正方向あるいは逆方向に所望の回動角度だけ
回動させる。

以下作用を説明する。

偏心スリーブ２は、その内周面と外周面か偏心している
ので、位相を変化させることによりクランクピンに対す
るコンロッドの取り付は位置を変化させることができ、
シリンダに対するピストンの相対的な位置、即ちストロ
ーク量を変えることができる。第２図は、偏心スリーブ
２の厚肉部分（図中Ａ点）を下側に位置させた場合を、
クランク角９０度ごとに示している。この場合には、ピ
ストンの上死点及び下死点におけるピストンのシリンダ
に対する位置が下方に偏倚し、ピストンの下死点におけ
るシリンダ容積の増加に伴い、ピストンの上死点におけ
る燃焼室の容積も増加し、圧縮比が減少して値ε、とな
る。一方、第３図は、偏心スリーブ２のＡ点を上側に位
置させた場合を、クランク角９０度ごとに示している。

この場合には、ピストンの上死点及び下死点におけるピ
ストンのシリンダに対する位置が上方に偏倚し、ピスト
ンの下死点におけるシリンダ容積の減少に伴い、ピスト
ンの上死点における燃焼室の容積も減少し、圧縮比が増
加して値εＨ（ε□〉εＬ）となる。

ステッピングモータが停止している場合には、位相制御
手段４の第４のスプロケット１５は回動不能とされ、第
４のスプロケット１５に連動する第３のスプロケット１
４も回動不能とされている。

このため、クランクシャフト６に相対回転可能に支持さ
れているシャフト１２は、クランクシャフト６の回転に
係わらず回動不能とされ、第２のスプロケット１０も回
動不能とされる。

クランクシャフト６が回転してクランクジャーナル６ｃ
の軸心廻りをクランクピン６ａが公転すると、第２図に
示すように、第１のスプロケット９は、第２のスプロケ
ット１０の廻りを公転する。

各スブロケッ）９．１０の歯数は同数に設定され、また
、第２のスプロケット１０は回動不能とされているので
、第１のスプロケット９は、図中矢印Ｃ方向に一回公転
する間に公転方向と逆方向（図中矢印ＣＣ方向）に−回
自転する。従って、第１のスプロケット９、即ち偏心ス
リーブ２のコンロッド７に対する位相は一定に保持され
、エンジンは圧縮比ε、のままで運転される。

回動制御装置１７は、エンジンの圧縮比を変える。詳述
すると、第２図の状態より、ステッピングモータが、例
えば、１８０度だけ回動した場合、この回動が第４のス
プロケット１５→第２のタイミングベルト１６→第３の
スプロケット１４→シヤフト１２→第２のスプロケット
１０→第１のタイミングベルト１１→第１のスプロケッ
ト９の順に伝達され、第１のスプロケット９、即ち偏心
スリーブ２が回動されて１８０度だけその位相が変化す
る（第３図）。そして、偏心スリーブ２は、クランクシ
ャフト６の回転に係わらず、変化した位相を保持され、
エンジンは圧縮比εＨのままで運転される。

ステッピングモータは、第４のスプロケット１５を所望
の角度だけ回動させることができるので、偏心スリーブ
２の位相は連続的に変化し、圧縮比ε□とε、の間で所
望の圧縮比を得ることができる。

また、偏心スリーブ２は、位相保持手段３を介して位相
制御手段４により回動されてその位相が変化するので、
従来の可変圧縮比機構のように作動オイルを必要とせず
に、偏心スリーブの軸受面にこの作動オイルが通る油溝
を省略することかできる。

なお、複数の気筒に可変圧縮比機構を取り付けるには、
第４図に示すように、一端面２Ｃに位相保持手段３Ａが
形成された偏心スリーブ２の他端面２ｄに位相保持手段
３Ｂを形成し、当該位相保持手段３Ｂを隣の偏心スリー
ブ２の一端面２Ｃに形成された位相保持手段３Ｃに接続
すれば良い。

詳述すると、偏心スリーブ２０両端面には、それぞれ第
１のスプロケット９Ａ、９Ｂが一体形成され、当該各ス
プロケット９Ａ、９Ｂには、それぞれ第２のスプロケッ
トＩＯＡ、ＩＯＢがチェーン１１Ａ、１１Ｂにより連動
されている。一方の第２のスプロケットＩＯＡはシャフ
ト１２Ａを介して第３のスプロケッ）１４Ａ、即ち位相
制御装置４に接続され、他方の第２のスプロケットＩＯ
Ｂはシャフト１２Ｂを介して、隣の偏心スリーブ２の一
端面に形成された位相保持手段３Ｃの第２のスプロケッ
トＩＯＣに接続されている。

位相制御装置４により、位相保持手段３Ａを介して偏心
スリーブ２が回動されると、この回動は、第１のスプロ
ケット９Ｂ→第２のスプロケットＩＯＢ→シャフト１２
Ｂ→第２のスプロケット９Ｂ→第１のスプロケット９Ｃ
→隣の偏心スリーブ２の順に伝達され、各偏心スリーブ
２は同時に回動して位相を変化させる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、クランクシャフト
の回転に係わらず、偏心スリーブのコネクティングロッ
ドに対する位相を一定に保持する位相保持手段と、該位
相保持手段を介して偏心スリーブの位相を制御する位相
制御手段とを備え、４゜ 前記位相保持手段は、偏心スリーブの端面とクランクア
ームの端面との間に形成されて当該偏心スリーブと一体
的に回転し、且つ、クランクビンの細心と同心の第１の
スプロケット、クランクシャフトのクランクジャーナル
と細心を同一に当該クランクジャーナルに相対回転自在
に配置され、第１のスプロケットの歯数と同じ歯数の第
２のスプロケット、第１のスプロケットと第２のスプロ
ケットとを連動させるチェーン状部材を備えてなり、前
記位相制御手段は、クランクシャフトの軸方向外側に配
置され、第２のスプロケットと一体的に回動する第３の
スプロケット、該第３のスプロケットを回動させてこの
位相を制御する回動制御装置を備えてなるので、圧縮比
の切り換えを安定化させると共に、圧縮比を連続的に変
化させることができ、さらに、作動オイルの油路を省略
できて偏心スリーブの軸受面圧を増加させ、且つ潤滑性
能を向上させることができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を適用した内燃エンジンの可変圧縮比機
構の一実施例を示す断面図、第２図及び第３図は第１図
の偏心スリーブのクランク角９０度ごとの回動状態を示
し、第２図は低圧縮比状態における概略構成図、第３図
は高圧縮比状態における概略構成図、第４図は本発明に
係る可変圧縮比機構を適用した多気筒エンジンの要部断
面図である。 １・・・可変圧縮比機構、２・・・偏心スリーブ、３・
・・位相保持手段、４・・・位相制御手段、６・・・ク
ランクシャフト、７・・・コンロッド、７ａ・・・大端
部、９・・・第１のスプロケット、１０・・・第２のス
プロケット、１１・・・タイミングベルト、１２・・・
シャフト、１４・・・第３のスプロケット、１７・・・
回動制御装置。 出願人　　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランクシャフトの各クランクアーム間のクランクピン
   と、該クランクピンとピストンとを連結するコネクティ
   ングロッドの大端部との間にこれらクランクピン及びコ
   ネクティングロッドに相対回転可能な偏心スリーブを介
   在させ、該偏心スリーブの前記コネクティングロッドに
   対する位相を変化させることによりエンジンの圧縮比を
   変化させる可変圧縮比機構において、前記クランクシャ
   フトの回転に係わらず、前記偏心スリーブの前記コネク
   ティングロッドに対する位相を一定に保持する位相保持
   手段と、該位相保持手段を介して前記偏心スリーブの位
   相を制御する位相制御手段とを備え、前記位相保持手段
   は、前記偏心スリーブの端面とクランクアームの端面と
   の間に形成されて当該偏心スリーブと一体的に回転し、
   且つ、前記クランクピンの軸心と同心の第１のスプロケ
   ット、前記クランクシャフトのクランクジャーナルと軸
   心を同一に当該クランクジャーナルに相対回転自在に配
   置され、前記第１のスプロケットの歯数と同じ歯数の第
   ２のスプロケット、前記第１のスプロケットと前記第２
   のスプロケットとを連動させるチェーン状部材を備えて
   なり、前記位相制御手段は、前記クランクシャフトの軸
   方向外側に配置され、前記第２のスプロケットと一体的
   に回動する第３のスプロケット、該第３のスプロケット
   を回動させてこの位相を制御する回動制御装置を備えて
   なることを特徴とする内燃エンジンの可変圧縮比機構。