JPH0512640U - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏心スリーブの回転速度に係らず偏心スリー
ブとコネクティングロッドとの係合を確実に行なう。 【構成】 フランジ部５１，５２に設けられたガイド用
切欠部と、ガイド用切欠部の両端に当接するピンの衝撃
を吸収する衝撃吸収機構とを備え、固定係合部１０１
は、ピンがガイド用切欠部の両端に当接する前の偏心ス
リーブ５の回転方向上流側でロックピンによって位置決
めされるようにし、偏心スリーブ５の回転速度に係らず
偏心スリーブ５とロックピンの係合を確実に行なう。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関（以下エンジンと称する）の可変圧縮比装置に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】 かかる圧縮比可変機構は、例えば特公昭６３−３２９７２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 す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、ロック中には 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。

【０００４】

【考案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。

【０００５】 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 ぼさなくするようにした可変圧縮比機構も考えられている。

【０００６】 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おそれがあった 。

【０００７】 本考案は上記の点に鑑みてなされたもので、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を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案の構成は、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前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、前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前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、前記コネクティングロッド内から前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前記ロッ クピンを係合する第１の係合部と、他方側のフランジ部に設けられ前記ロックピ ンを係合する第２の係合部と、前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、前記ガイド用切欠部に案内されるピ ンを有し、該ピンが前記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 収機構とを備え、前記第１の係合部及び前記第２の係合部は、前記ピンが前記ガ イド用切欠部の両端に当接する前における前記偏心スリーブの回転方向上流側で 前記ロックピンによって位置決めされるように備えられていることを特徴とする 。

【０００９】

【作用】

偏心スリーブの回転速度が速い場合、回転エネルギーは衝撃吸収機構によって 吸収される。偏心スリーブの回転速度が遅い場合、ピンがガイド用切欠部の両端 に当接する前にロックピンが第１の係合部もしくは第２の係合部に係合する。

【００１０】

【実施例】

図１には本考案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置の低圧縮比状態に ある時の全体構成、図２にはそのコネクティングロッドの正面、図３には本考案 の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置の高圧縮比状態にある時の全体構成 、図４にはそのコネクティングロッドの正面、図５には図１及び図３中の矢印Ｖ 部の拡大状態、図６には低圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面、図７には 高圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面を示してある。

【００１１】 まず、図１内乃至図４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のクラングピ ン２に枢支されている。

【００１２】 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とを交互に 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が偏心しており、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 置近傍を採りうるようになっている。

【００１３】 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、図５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。

【００１４】 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 向に移動しうるロックピン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に形成された第１の係合部５ａ及び第２の係 合部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）で固定しうるものである。

【００１５】 なお、第１の係合部５ａ及び第２の係合部５ｂの詳しい構成については後述す る。

【００１６】 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。図６及び図７ 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 １２ａが拡径して一体に設けられており、このピストン部１２ａ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１２ ａより大きく設定されている。

【００１７】 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１２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が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１６の貫通穴に液密に嵌挿されて、貫通穴の中径部がピス 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１２ａ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 １５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側へ付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。

【００１８】 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１５，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。

【００１９】 また、偏心スリーブ５は、図１乃至図４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、第１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、第２の係合部５ ｂ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， ５９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５８，５９の付勢 力により中立位置に保たれている。

【００２０】 そして、ストッパピン１２が図３及び図７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、図３及び図４に示すように、ストッパピン１２が第２の係 合部５ｂ側に係合して、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。ストッパピン１２が図１及び図６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、図１及び図２に示すように、ストッパ ピン１２が第１の係合部５ａ側に係合して、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。

【００２１】 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は見掛け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は見掛け上 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。

【００２２】 さらに、両油圧室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付ストッパをリターンスプリ ング１５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）を印加しうる手段とが設けられている 。

【００２３】 すなわち、油圧通路１７，１８は図１及び図３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。

【００２４】 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、図５に示す如く、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に形成された各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 れた各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。

【００２５】 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、油圧室１４に高 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 を介してメインギャラリ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付ストッパピン１２を図３及び図７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、図３及び図４に示すように、スト ッパピン１２と第２の係合部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ている。この際、ストッパピ ン１２と第２の係合部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は見掛け上ほぼ最も伸びた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、燃費の向上が期待できる。

【００２６】 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、油圧室１３，１４に標準油圧が供給される。これにより、リ ターンスプリング１５の付勢力によって、ピストン部１２ａ付ストッパピンが、 図２及び図６に示すように左方へ移動して、第２の位置をとると、図１及び図２ に示すように、ストッパピン１２と第１の係合部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と第１の係合部５ａ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は見掛け上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。

【００２７】 図８に基づいて第１の係合部５ａ及び第２の係合部の詳細構造を説明する。図 ８には偏心スリーブの構造説明を示してある。なお、第１の係合部５ａ及び第２ の係合部５ｂの構成は同一であるので、第１の係合部５ａのみの構成を説明する 。

【００２８】 図８（ａ）及び図８（ｃ）には偏心スリーブ５の側面状態を示してあり、図８ （ｂ）には図８（ａ）及び図８（ｃ）中のＢ矢視を示してある。

【００２９】 第１の係合部５ａは、ストッパピン１２が完全に係合する固定係合部１０１と 、ストッパピン１２の移動を完全係合の手前で阻止するためのフランジ部５１を 貫通していない（固定係合部１０１より浅く形成された）ガイド用係合部１０２ とから構成されている。固定係合部１０１は、フランジ部５１を貫通すると共に 、ストッパピン１２が大きくがたつくことなく係合する大きさに形成されている 。

【００３０】 第１の係合部５ａに対向して反対側のフランジ部５２には、ストッパピン１２ を第１の係合部５ａ側に押圧してストッパピン１２をガイド用係合部１０２もし くは固定係合部１０１に係合させる押圧部材としての押出ランプ１０３が形成さ れている。

【００３１】 図９乃至図１１に基づいてストッパピン１２の第１の係合部への係合状況を説 明する。図９乃至図１１には偏心スリーブ１２の回転状況を示してあり、図９乃 至図１１の（ａ）には偏心スリーブ５の側面状態、（ｂ）には展開平面状態を示 してある。

【００３２】 エンジンの圧縮比を低圧縮比モードにする状態に油圧が制御されると、第２の 係合部５ｂとの係合を外されたストッパピン１２は端部がフランジ部５１の内側 面に衝合される。ストッパピン１２に対して図９，図１０中矢印方向に相対回転 する偏心スリーブ５のフランジ部５１が矢印ａ方向に移動する時、押出ランプ１ ０３によりストッパピン１２が第１の係合部５ａ側に押出され、ストッパピン１ ２がガイド用係合部１０２に衝合して係合方向の移動が阻止される。（図１０（ ｂ））。図１１に示すように、偏心スリーブ５の回転によりフランジ部５１が矢 印ｂ方向に若干移動することで、ストッパピン１２が固定係合部１０１に係合す る。これにより、偏心スリーブ５とコネクティングロッド６が一体化されたこと になる。

【００３３】 すなわち、ストッパピン１２は、押出ランプ１０３に押圧されて一旦ガイド用 係合部１０２に係合することにより、完全結合の手前でその移動が阻止されてフ ランジ部５１に対して不完全係合する。そして、ストッパピン１２は、この不完 全係合の状態でガイド用係合部１０２に案内されて固定係合部１０１に係合する 。

【００３４】 従って、偏心スリーブ５の回転が早い場合であっても、ストッパピン１２の固 定係合部１０１への係合が確実に行なわれる。

【００３５】 ストッパピン１２と第１の係合部５ａもしくは第２の係合部５ｂとが係合する 際に、ピン５６（図１乃至図６参照）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ストロークＳの範囲で緩衝される（衝撃吸収機構） 。

【００３６】 図９（ｂ），図１０（ｂ），図１１（ｂ）に示すように、固定係合部１０１の 位置は、ピン５６（図１乃至図６参照）がガイド用切欠部５３の端部に当接する 前における偏心スリーブ５の回転方向上流側に設けられている。これにより、偏 心スリーブ５の回転が遅い場合ガイド用切欠部５３の端部にピン５６が当接する 前（衝撃吸収機構が動作する前）にストッパピン１２が固定係合部１０１に係合 する。

【００３７】 従って、偏心スリーブ５の回転が遅い場合であっても、ストッパピン１２が固 定係合部１０１に達する前に衝撃吸収機構により偏心スリーブ５が停止すること がなく、ストッパピン１２の固定係合部１０１への係合が確実に行なわれる。

【００３８】 なお上記一実施例では、押出ランプ１０３を設けてストッパピン１２を押圧す るようにしたが、必ずしも押出ランプ１０３を設ける必要はない。

【００３９】

【考案の効果】

本考案の内燃機関の可変圧縮比装置によると、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ーブとの間に生じる衝撃を衝撃吸収手段により吸収する ようにしたので、ロックピン及びロック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。また、偏心スリーブの回転が遅い場合であっ ても、ストッパピンの第１の係合部及び第２の係合部への係合が確実に行なわれ る。この結果、偏心スリーブの回転速度に係らず、ロックピンと偏心スリーブの 係合が容易且つ迅速に行なわれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比
装置の低圧縮比状態にある時の全体構成図。

【図２】図１におけるコネクティングロッドの正面図。

【図３】本考案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比
装置の高圧縮比状態にある時の全体構成図。

【図４】図３におけるコネクティングロッドの正面図。

【図５】図１及び図３中の矢印Ｖ部の拡大図。

【図６】低圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面
図。

【図７】高圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面
図。

【図８】偏心スリーブの構造説明図。

【図９】偏心スリーブの回転状況説明図。

【図１０】偏心スリーブの回転状況説明図。

【図１１】偏心スリーブの回転状況説明図。

【符号の説明】

１ クランクシャフト ５ 偏心スリーブ ５ａ 第１の係合部 ５ｂ 第２の係合部 １２ ストッパピン ５１，５２ フランジ部 ５３ ガイド用切欠部 ５６ ピン １０１ 固定係合部 １０２ ガイド用係合部 １０３ 押出ランプ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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前記ピスト
   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、 前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前
   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、前記コンクティングロッド内からの前記
   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前記ロックピンを係
   合する第１の係合部と、他方側のフランジ部に設けられ
   前記ロックピンを係合する第２の係合部と、前記フラン
   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、前記ガイド用切欠部に案内さ
   れるピンを有し、該ピンが前記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備え、前記第
   １の係合部及び前記第２の係合部は、前記ピンが前記ガ
   イド用切欠部の両端に当接する前における前記偏心スリ
   ーブの回転方向上流側で前記ロックピンによって位置決
   めされるように備えられていることを特徴とする内燃機
   関の可変圧縮比装置。