JPH0443829A - 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、運転状態に応し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、内燃エンジンのピストンを軸支するピストンピン
と、該ピストンピンをクランク軸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ピストンのストロー
ク方向に対する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知られてい
る。

この可変圧縮比機構は、フ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
り回動される。

この偏心スリーブは、ロックピンを係合部に係合させた
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。

ロックピンを出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軸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、エンジンの回転数等に応じて、
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、ピストンを
軸支するピストンピンと、該ピストンピンとクランク軸
とを連結するコネクティングロッドの小端部との間に、
これらピストンピンと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、前記偏心スリーブの端面と前
記ピストンの周壁との間に、前記コネクティングロッド
の小端部の軸孔の軸心と同心で且つ前記偏心スリーブと
一体的に回転する第１のスプロケットを配設し、また、
前記クランク軸の径方向外方に支軸手段を設け、当該支
軸手段は前記クランク軸の軸心と平行に配設され且つエ
ンジン本体側に回動可能に支持されたシャフト、該ンヤ
フトに形成された第２のスプロケット、前記シャフトを
回動させて当該シャフトの位相を制御する回動制御装置
を備えてなり、さらに、前記ピストンピンと支軸手段を
リンク手段により連結し、当該リンク手段は、一端が前
記ピストンピンに相対回転自在に接続された第１のリン
ク、一端か前記ノヤフトに相対回転自在に取り付けられ
た第２のリンク、これら第１及び第２のリンクの各他端
間に相対回動自在に軸支される回動体を備えてなり、こ
の回動体は、前記第１及び第２のスプロケットにそれぞ
れ連動して回動する構成としたものである。

（作用） 停止状態の回動制御装置は、支軸手段のシャフトを回動
不能とし、第２のスプロケットを回動不能とする。リン
ク手段の第１のリンク及び第２のリンクはピストンピン
及びシャフトにそれぞれ相対回転自在に接続されており
、また、回動体の部位で第１のリンクと第２のリンクと
が折れ曲がるように変位するので、リンク手段はピスト
ンの上下動（ストローク）を妨げることなく第１のスプ
ロケットと第２のスプロケット間で回動体を移動させる
。

第１のスプロケットは、この回動体を介して第２のスプ
ロケットに連動されるので、第１のスプロケットのピス
トンのストローク方向に対する回動角度、即ち位相は、
クランク軸の回転によるコンロッド及びピストンの変位
に係わらずシャフトの回動角度により決定される。この
ため、クランク軸が回転しコンロッド及びピストンが変
位しても、第１のスプロケットの位相は保持される。偏
心スリーブは、この第１のスプロケットと一体的に回転
するので、クランク軸の回転によるコンロッド及びピス
トンの変位に係わらずピストンのストロータ方向に対す
る位相を一定に保持され、従って、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、回動制御装置がシャフトを回動させた場
合には、二〇回動が第２のスプロケット→回動体→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され、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、シャフ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図及び第２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ｌは、
偏心スリーブ２、第１のスプロケット３、支軸手段４及
びリンク手段５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、ピストン２２
を軸支するピストンピン２３と、コンロッド７の小端部
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、ピストン２２の
周壁２２ａとの間に第１のスプロケット３が一体形成さ
れている。第１のスプロケット３はピストンピン２３に
回転自在に取り付けられ、その軸心は、コンロッド７の
小端部７ａの軸孔の軸心と同心になるように配置されて
いる。

支軸手段４は、シャフト９、第２のスプロケットｌＯ及
び回動制御装置（図示せず）等より構成され、図示しな
いクランク軸の径方向外方に、クランク軸の回転に干渉
しないように配設されている。シャフト９はクランク軸
の軸心と平行に配設され、且つエンジン本体側、例えば
シリンダブロックに回動可能に支持され、後述する回動
制御装置により回動操作されてその位相を制御される。

第２のスプロケット１０は、シャフト９の所定位置、詳
しくは前記第１のスプロケット３とクランク軸の軸方向
略同位置に形成され、シャフト９と一体に回動する。

回動制御装置は、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
数等に応してステッピングモータに制御信号を供給し、
当該ステッピングモータを介してシャフト９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。

リンク手段５は、第１のリンク１３、第２のリンク１４
及び回動体１５等より構成され、クランク軸及びコンロ
ッド７に干渉しないように配置されている。回動体１５
は、一体形成された第３のスプロケット１６と第４のス
プロケット１７よりなり、これらのスプロケット１６．
１７は後述のリンク１３．ｌ　４の揺動端１３ｂ、１４
ｂ間に架は渡されたピン１８に回転自在に軸支されてい
る。

第３のスプロケット１６は、第１のスプロケット３の歯
数及び直径と同じ歯数及び直径に設定されている。そし
て、この第３のスプロケット１６は、チェーン２０を介
して第１のスプロケット３を連動させる。また、第４の
スプロケット１７は、第２のスプロケットｌＯの歯数及
び直径と同じ歯数及び直径に設定されている。そして、
この第４のスプロケット１７は、チェーン２１を介して
第２のスプロケット１０に連動する。

なお、上述のチェーン２０．２１に代えてタイミングベ
ルト、ワイヤ等を使用しても良い。また、各リンク１３
．１４の途中に歯車を回転自在に配設し、当該歯車によ
り、第３のスプロケット１６と第１のスプロケット３を
、第４のスプロケット１７と第２のスプロケット１０を
それぞれ連動させる構成としても良い。

第１のリンク１３は、所謂Ｉアーム形状をなし、その両
端にそれぞれ軸受孔が穿設されている。リンク１３の一
端１３ａは、ピストンピン２３に相対回動自在に連結さ
れている。第２のリンク１４は、第１図に示すように、
シャフト９の軸心方向に沿って二股に分岐して形成され
た２個の基端１４　ａ。

１４ａを有しており、各基端１４ａはシャフト９に相対
回動自在に外嵌している。

以下作用を説明する。

偏心スリーブ２は、その内周面２ａと外周面２ｂが偏心
しているので、位相を変化させることによりコンロッド
７に対するピストンピン２３、即ちピストン２２の取り
付は位置を変化させることができ、ストローク方向に対
するピストンの相対的な位置、即ちピストンのストロー
ク量を変えることができる。詳しくは、第２図に示すよ
うに、偏心スリーブ２の厚内部分（図中三角形Ａ）を下
側に位置させた場合には、コンロッド７の小端部７ａに
対してピストンピン２３が上方に偏倚する。このため、
ピストン２２の上死点及び下死点におけるピストン２２
のシリンダに対する位置が上方に偏倚し、ピストン２２
の下死点におけるシリンダ容積の減少に伴い、ピストン
２２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となる。

一方、第６図に示すように、偏心スリーブ２の三角形Ａ
を上側に位置させた場合には、コンロッド７の小端部７
ａに対してクランクビン２３が下方に偏倚する。このた
め、ピストン２２の上死点及び下死点におけるピストン
２２のシリンダに対する位置が下方に偏倚し、ピストン
２２の下死点におけるシリンダ容積の増加に伴い、ピス
トン２２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εＬ　（ε１くε８）となる。

リンク手段５の第１のリンク１３はピストンピン２３及
び回動体１５に、第２のリンク１４は回動体１５及びシ
ャフト９にそれぞれ相対回動自在に接続されている。第
２図乃至第５図は、可変圧縮比機構１の回動状態をクラ
ンク角９０度ごとに順に示しており、クランク軸が回転
しピストン２２（これに代えてピストンピン２３を図示
）がストロークした場合、コンロッド７の大端部７ｂが
連結するクランクビン６ａはクランク軸の軸心（図中０
点）廻りに公転し、クランクビン６ａの中心の軌跡は図
中Ｂ円となる。リンク手段５は、回動体１５の部位で第
１のリンク１３と第２のリンク１４とが折れ曲がるよう
に変位し、クランク軸の回転及びピストン２２のストロ
ークを妨げることなく、シャフト９の回動を第１のスプ
ロケット３に伝達させることができる。即ち、第１のス
プロケット３は、チェーン２０を介して第３のスプロケ
ット１６に、該第３のスプロケット１３と一体回動する
第４のスプロケット１７は、チェーン２】を介して第２
のスプロケット１０にそれぞれ連動される。

このとき、第４のスプロケット１７は、第２のスプロケ
ット１０の歯数及び直径と同し歯数及び直径に設定され
ており、第２のスプロケット１０の回動角度は、そのま
ま第４のスプロケット１７の回動角度となる。また、第
３のスプロケット１６は、第１のスプロケット３の歯数
及び直径と同じ歯数及び直径に設定されており、第３の
スプロケット１６の回動角度は、そのまま第１のスプロ
ケット３の回動角度となる。従って、第１のスプロケッ
ト５のピストンのストローク方向に対する位相は、クラ
ンク軸の回転及びピストン２２のストロークに係わらず
シャフト９の回動角度により決定される。ステッピング
モータが停止している場合には、支軸手段４のシャフト
９は回動不能とされる。このため、このシャフト９は、
第１のスプロケット３、即ち偏心スリーブ２の位相を一
定に保持し、エンジンは圧縮比εゆのままで運転される
。

この状態より、エンジンの圧縮比を変えるには、回動制
御装置のステッピングモータを操作する。

例えば、ステッピングモータが１８０度だけ回動した場
合、この回動がシャフト９→第２のスプロケット１０→
チエーン２１→第４及び第３のスプロケット１７．１６
（回動体１５）→チェーン２０→第１のスプロケット３
→偏心スリーブ２の順に伝達され、偏心スリーブ２の位
相が１８０度だけ変化する（第６図）。そして、偏心ス
リーブ２は、クランク軸の回転に伴うコンロッド７及び
ピストン２２の変位に係わらず変化した位相を保持され
、エンジンは圧縮比ε、のままで運転される。

ステッピングモータは、シャフト９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εＨとεＬ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、リンク手段５を介して支軸手
段４により位相を変化されるので、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
軸受面の作動オイルが通る油溝を省略することができる
。

なお、本実施例においては、第１のスプロケット３の軸
心を、コンロッド７の小端部７ａの軸孔の軸心と同心に
なるように設定したがこれに限るものではなく、ピスト
ンピンの軸心と同心になるように設定しても良い。この
場合、偏心スリーブの厚肉部分を上方に位置させたとき
には、エンジンの圧縮比は増加し、偏心スリーブの厚内
部分を下方に位置させたときには、エンジンの圧縮比は
減少する。

また、複数の気筒に可変圧縮比機構を取り付けるには、
各気筒毎にリンク手段５を設け、この各リンク手段５を
それぞれ支軸手段４に連結すれば良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、偏心スリーブの端
面とピストンの周壁との間に、コネクティングロッドの
小端部の軸孔の軸心と同心で且つ偏心スリーブと一体的
に回転する第１のスプロケットを配設し、また、クラン
ク軸の径方向外方に支軸手段を設け、当該支軸手段はク
ランク軸の軸心と平行に配設され且つエンジン本体側に
回動可能に支持されたシャフト、該シャフトに形成され
た第２のスプロケット、シャフトを回動させて当該シャ
フトの位相を制御する回動制御装置を備えてなり、さら
に、ピストンピンと支軸手段をリンク手段により連結し
、当該リンク手段は、一端がピストンピンに相対回転自
在に接続された第１のリンク、一端がシャフトに相対回
転自在に取り付けられた第２のリンク、これら第１及び
第２のリンクの各他端間に相対回動自在に軸支される回
動体を備えてなり、この回動体は、第１及び第２のスプ
ロケットにそれぞれ連動して回動するので、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図乃至第５図は第１図
の側方より視た高圧縮比状態におけるクランク角９０度
ごとの回動状態を示す概略構成図、第６図は第１図の側
方より視た低圧縮比状態における概略構成図である。 ｌ・・・可変圧縮比機構、２・・・偏心スリーブ、３・
・・第１のスプロケット、４・・・支軸手段、５・・・
リンク手段、７・・・コンロッド、７ａ・・・小端部、
９・・・シャフト、ｌＯ・・・第２のスプロケット、１
３・・・第１のリンク、１４・・・第２のリンク、１５
・・・回動体、２２・・・ピストン、２２ａ・・・周壁
、２３・・・ピストンピン。 第２図 第 ！ 図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンを軸支するピストンピンと、該ピストンピンと
   クランク軸とを連結するコネクティングロッドの小端部
   との間に、これらピストンピンと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、前記偏心スリーブ
   の端面と前記ピストンの周壁との間に、前記コネクティ
   ングロッドの小端部の軸孔の軸心と同心で且つ前記偏心
   スリーブと一体的に回転する第１のスプロケットを配設
   し、また、前記クランク軸の径方向外方に支軸手段を設
   け、当該支軸手段は前記クランク軸の軸心と平行に配設
   され且つエンジン本体側に回動可能に支持されたシャフ
   ト、該シャフトに形成された第２のスプロケット、前記
   シャフトを回動させて当該シャフトの位相を制御する回
   動制御装置を備えてなり、さらに、前記ピストンピンと
   支軸手段をリンク手段により連結し、当該リンク手段は
   、一端が前記ピストンピンに相対回転自在に接続された
   第１のリンク、一端が前記シャフトに相対回転自在に取
   り付けられた第２のリンク、これら第１及び第２のリン
   クの各他端間に相対回動自在に軸支される回動体を備え
   てなり、この回動体は、前記第１及び第２のスプロケッ
   トにそれぞれ連動して回動することを特徴とする内燃エ
   ンジンの可変圧縮比機構。