JPH0673339U - ピストンピン可動型エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンの圧縮比可変装置で、圧縮比切換え時
に確実に圧縮比が切り換わるとともに、エンジン内に生
じるスラップ音も低下させることを目的とする。 【構成】エンジン負荷に応じてコントローラ４５が油圧
回路３１に信号を発信し、低負荷状態では圧縮比を高圧
縮比状態となるように油圧回路３１を切り換えて、ピス
トンピン７が係合部の最も中心側即ちシリンダ軸線また
はその近傍に固定される。また高負荷状態では圧縮比を
低圧縮比状態となるようにエンジン運転状態に応じて油
圧回路３１を切り換えて、ピストンピン７が上記係合部
２１内を移動し、上記シリンダ軸線から偏倚された位置
に固定され、強い爆発力と偶力とが同一方向となり、ピ
ストントップランド５７あるいはピストンスカート５５
がシリンダ３内に接触して生じるスラップ音を防止する
ことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はエンジンのピストンピンをピストン内で可動するピストンピン可動式 エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、ガソリンエンジンおいてエンジンの高負荷時には圧縮比を下げてノ ッキングの発生を防止しつつ、低負荷時には圧縮比を上げて燃費の向上を計り、 また、ディーゼルエンジンおいては、エンジンの高速域で圧縮比を下げることで フリクションを低減しつつ、低速域では圧縮比を上げ燃費を良くするようにした エンジンの可変圧縮比装置が開発されてきている。

【０００３】 このような可変圧縮比装置としては、燃焼室に通ずる副室または副シリンダを 設け、その容積を調節して圧縮比を可変するものや、コネクティングロッドの長 さを小端部または大端部において調節して、圧縮比を可変するものなどが既に開 発されている。

【０００４】 例えば、コネクティングロッドの長さを小端部にて調節するものでは、小端部 とピストンピンとの間に、内周円と外周円とが偏心する偏心スリーブを介在させ るもの、あるいは大端部で調節するものでは、実開平３−１２７０５２号公報に 示されるような、大端部とクランクシャフトとの間に、上記と同様の偏心スリー ブを介在させるものなどがあり、何れも偏心スリーブの偏心位置を変えることに よりピストンの上下ストロークを変えて圧縮比を可変するようにしている。

【０００５】 図７は大端部に偏心スリーブを設けた従来例を示すコネクティングロッドの側 視図である。 この図７において、１０６はコネクティングロッド、１０７はピストンピン、 １０８はピストンであり、コネクティングロッド１０６の大端部１０６ｂとクラ ンクピン１０２とは偏心スリーブ１０５を介して連結されており、コネクティン グロッド１０６に設けた図示しない可動可能なストッパピンを偏心スリーブ１０ ５の異なる所定位置に設けられた係合孔に係脱し、その偏心位置を変えることに より、偏心スリーブ１０５の周壁部の厚みの違いに応じて、クランクピン１０２ とピストンピン１０７の固定間隔を変えて圧縮比を調節するようにしている。

【０００６】 さらに偏心スリーブ１０５に上記ストッパピンを上記係合孔に係脱させるため に、偏心スリーブ１０５を回転させて行うもので、偏心スリーブ１０５の回転は 、大端部の回転による遠心力あるいは偏心スリーブ自身の慣性力、及びコネクテ ィングロッド１０６にかかる燃焼圧力により行われている。

【０００７】 また、特に図示しないが、小端部に偏心スリーブを設けるものにおいても、コ ネクティングロッドの小端部とピストンピンの間に偏心スリーブを介在させて、 上記と同じ方法によりクランクピン１０２とピストンピン１０７の固定間隔を変 えるようにしている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来のように、偏心スリーブをエンジンの慣性力および燃焼圧 力等により回転させて、上記ストッパピンと係合孔との係脱を行うようにしてい るものでは、エンジンの運転条件の変化による偏心スリーブ１０５の回転速度の 変化によって、偏心スリーブ上の係合孔の位置が不安定となり、ストッパピンが 係脱しにくくなる。このため圧縮比切り換え命令を出しても、いつ切り換わった かの確認しにくいものである。これは偏心スリーブをコネクティングロッドの大 端部あるいは小端部のいずれに設けるものにおいても、共通の課題である。

【０００９】 更に従来の通常エンジンでは、図８に示すように、爆発行程時にピストン上面 にかかる爆発力Ｆ１がシリンダ１０４の下方へ向かって作用するのに対し、その 反力として加わる力Ｆ２はコネクティングロッド１０６の軸線方向に作用するた め、ピストン１０９が上記Ｆ１とＦ２との合力により傾き、シリンダ１０４の内 壁１０４ａに、ピストントップランド１１０やピストンスカート１１１が接触し して、搭乗者に不快感を与えるピストンスラップ音を発生する課題もある。 このため、あらかじめピストンピンをセンタからオフセットさせて設けられた ピストンピンと係合させて、ピストンに偶力を発生させ、ピストンがシリンダ側 面に当たる際の力を低減させることが行われている。しかし上記オフセット量は 固定のため、負荷（爆発力）の大小による適当な偶力を発生できない課題がある 。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記圧縮比可変の課題及びピストンスラップ音の課題を各々単独で、 又は両課題を同時に解消するものであり、エンジンのシリンダ内を往復動するピ ストンと、上記ピストンの内壁側部に対向するように形成され上記ピストンのピ ストンピン軸線に対向して略垂直方向に延びると共に同ピストンピンが上記垂直 方向に可動可能に嵌合支持される係合部と、一端が上記ピストンピンに枢支され 他端が上記エンジンのクランクシャフトのクランクピンに枢支されたコネクティ ングロッドと、上記ピストン内に設けられ上記ピストンピンを上記係合部内で可 動させ上記ピストンピン位置を変更させるピストンピン位置決め機構と、同ピス トンピン位置決め機構に上記コネクティングロッドを介して作動油圧を給排する 油圧回路と、エンジン運転状態によって上記油圧回路に制御信号を入力するコン トローラとを有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】

本考案のピストンピン可動型エンジンでは、エンジン負荷に応じてコントロー ラが油圧回路に信号を発信して、低負荷状態では圧縮比を高圧縮比状態となるよ うに油圧回路を切り換えて、ピストンピンが係合部の最も中心側即ち上記シリン ダ軸線またはその近傍に変位固定される。また、高負荷状態では圧縮比を低圧縮 比状態となるようにエンジンの運転状態（高負荷状態）に応じて油圧回路を切り 換えて、ピストンピンが上記係合部内を移動し、上記シリンダ軸線から偏倚され た位置に固定され、強い爆発力と偶力とが同一方向となり、ピストントップラン ドあるいはピストンスカートがシリンダ内に接触して生じるスラップ音を防止す ることができるものである。

【００１２】

【実施例】

次に本考案の実施例を図１〜図６を用いて説明する。図１は本考案のピストン ピン可動型エンジンのピストンピン位置決め機構１３を概念的に捕らえた全体斜 視図である。図２（Ａ），（Ｂ）は本実施例における係合部２１の両端部２１ａ ，２１ｂの位置を明確に示す模式図である。図３は図１のピストン部１５，１６ の両軸線を含む平面Ｐ３で切断した横断面を示す矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ断面で、ピ ストンピン位置決め機構１３の詳細断面図であり、（Ａ）は図３の下半分に示し たようにピストンピン７の軸線７Ｃがピストン５上面を略２等分割する中心線Ｃ にあるときを示し、（Ｂ）は図３上半分に示したようにピストンピン７の軸線７ Ｃがピストン５の上記中心線Ｃに対して、変倚αした位置を示すものである。図 ４は図１のクランクシャフト９及びシリンダ３の両軸線を含む平面Ｐ２で切断し た縦断面を示す矢視ＩＶ−ＩＶ断面図であり、クランクシャフトからピストンピ ン位置決め機構までの油圧通路を示したものである。図５はピストンピン位置決 め機構に油圧を供給する油圧回路である。図６は本願考案の作用効果を指し示す 模式図である。

【００１３】 まず、図１，図２を用いて本考案の概略について説明する。コネクティングロ ッド１の小端部１ａがシリンダ３内を往復動するピストン５のピストンピン７に 枢支されるとともに、その大端部１ｂがクランクシャフト９のクランクピン１１ に枢支されている。ピストンピン７にはコネクティングロッド１の小端部１ａを 挟んで、両側にピストンピン位置決め機構１３が嵌挿されている。ピストンピン 位置決め機構１３は、ピストンピン７に嵌挿固定されピストンピン７の軸線に対 し略垂直に延びているピストン部１５，１６と、そのピストン部１５，１６の一 端部側１５ａ，１６ａが摺動するピストン５内壁に設けられた油圧室１７ａ，１ ７ｂと、上記ピストン部の他端部側１５ｂ，１６ｂが摺動するピストン５内壁に 設けられスプリング２５ａ，２５ｂが内装されたスプリング室１９ａ，１９ｂと が備えられている。このピストン部１５，１６が油圧室１７ａ，１７ｂ内と、ス プリング室１９ａ，１９ｂ内を作動することで、ピストン部１５，１６に嵌挿固 定されているピストンピン７の両端がピストンピン７軸線に対して略垂直方向に 延びると共に、互いに対向するように同ピストンの内側側壁に設けれた例えば直 方体，立方体楕円形体状等の係合部２１内を長手方向（Ａ方向）に摺動すること ができる。

【００１４】 係合部２１の一端２１ａは、ピストンピン７が係合部２１の一端２１ａまで移 動したときに、図６（Ａ）に示すようにピストン５の摺動軸線と、クランクシャ フト７の軸線と、クランクピン１１の軸線及びコネクティングロッド１の長手方 向軸線が略同一平面で略鉛直位置にある時が高圧縮比状態の位置になるように設 定される。他端２１ｂは、図６（Ｂ）に示すように一端２１ａ（上記ピストン摺 動方向の軸線）から所定量α離れた位置でピストン５が上死点になり、低圧縮比 状態に設定される。

【００１５】 本実施例では、図２で示すように、低圧縮比状態においてピストンピン７が係 合部２１の他端２１ｂに当接している圧縮行程および排気行程では、コネクティ ングロッド１がシリンダ３軸線よりα離れた位置で、鉛直位置（図２（Ａ））に 到達したとき上死点を迎え、このピストン上死点位置を、図２（Ｂ）のようにク ランクシャフト９が上死点位置到達するまで、上記ピストン５の上死点を維持で きるように、係合部２１の他端２１ｂは設けられている。

【００１６】 そして、ピストンピン位置決め機構１３によってピストンピン７が係合部２１ の一端２１ａで変位固定されたとき、ピストンピンの７軸線がピストン５の上記 中心線に略重なり、圧縮比は高圧縮比となる。また、ピストンピン７が係合部２ １の他端２１ｂで固定されとき、ピストンピン７がピストン５の中心に対して偏 倚し、圧縮比が低圧縮比となる。

【００１７】 次に図３を用いてピストンピン位置決め機構１３について詳細に説明する。図 ３において下半分に示す（Ａ）が高圧縮比状態で、上半分を示す（Ｂ）が低圧縮 比状態である。コネクティングロッド１の小端部１ａを中心にその両端までが等 長となるようにピストンピン７が嵌挿されている。上記説明したようにピストン 部１５，１６は、コネクティングロッド小端部１ａを挟んで両側に設けられ、ピ ストン部１５，１６の一端側１５ａ，１６ａには油圧室１７ａ，１７ｂが設けら れており、クランクシャフト９およびコネクティングロッド１内に設けらた油圧 通路２３によって、油圧がそれぞれ供給されるようになっている。一方ピストン 部１５，１６の他端側１５ｂ，１６ｂにはスプリング２５ａ，２５ｂを内装した スプリング室１９ａ，１９ｂが設けられている。上記油圧室１７ａ，１７ｂに油 圧が存在しない時には、上記ピストン７の係合部２１の他端部２１ｂに変位固定 された状態を保持させるため、上記他端２１ｂに当接するように付勢するスプリ ング２５ａ，２５ｂが内装されている。 さらにピストンピン７が、係合されるピストン５の係合部２１は、高圧縮比状 態を保持させるためピストンピン位置、すなわち同他端２１ｂとα離れた所に端 部２１ａが存在する。

【００１８】 ここで油圧室１７ａ，１７ｂには後述する油圧通路２３から作動油圧が供給さ れ、スプリング室１９ａ，１９ｂに内装されているスプリング２５ａ，２５ｂの 付勢力に抗して、上記ピストンピン位置決め機構１３のピストン部１５，１６を スプリング室１９ａ，１９ｂ内に摺動させるので、ピストンピン７の両端はは係 合部２１の一端部２１ａで変位固定される。すなわち図３下半分（Ａ）で示した ように高圧縮比状態となる。また、油圧室１７ａ，１７ｂに油圧の供給を停止す ると、後述する油圧通路２３から油圧が排出される。そしてスプリング２５ａ， ２５ｂの付勢力により、ピストンピン７は係合部２１の上記一端２１ａから移動 して他端部２１ｂで変位固定される。すなわち図３の上半分を示す（Ｂ）の低圧 縮比状態となる。

【００１９】 次に油圧通路２３について、図４を用いて説明する。油圧通路２３はクランク シャフト９のクランクジャーナル２７からクランクアーム２９の部分を通り、ク ランクピン１１からコネクティングロッド１の大端部１ｂを通って、油圧室１７ ａ，１７ｂに連通接続さている。

【００２０】 次に油圧通路２３を介して油圧室１７ａ，１７ｂに油圧を供給する油圧回路３ １について図５を用いて説明する。油圧通路２３のクランクシャフト９外の部分 はスイッチングバルブ３３またはメインギャラリ３５につながっている。すなわ ち、オイルパン３７からのオイル（潤滑油）は、リリーフバルブ３９付きのオイ ルポンプ４１によって、作動油圧（スプリング２５ａ，２５ｂのスプリング力以 上の油圧）のオイルとして、オイルフィルタ４３を介してメインギャラリ３５へ 供給される。さらにメインギャラリ３５からスイッチングバルブ３３に供給され る。スイッチングバルブ３３はコントローラ４５の信号を受けて、ａ，ｂに切り 換えられる。

【００２１】 図５のようにスイッチングバルブ３３をａの位置にすると、油圧通路２３にエ ンジン運転状態に応じた作動油圧が供給される。また、スイッチングバルブ３３ をｂの位置にすると、メインギャラリ３５を通った油圧はスイッチングバルブ３ ３のｂを介して、オイルパン４７に排出され、油圧通路２３には上記作動油圧が 供給されない。このとき、スプリング室１９ａ，１９ｂ内に内装されるスプリン グ２５ａ，２５ｂの付勢力によって、ピストン部１５，１６は係合部２１の２１ ｂ側に動き始める。これとともに、油圧室１７ａ，１７ｂの上記作動油圧は油圧 通路２３を通り、スイッチングバルブ３３のｂを介してオイルパン４９に排出さ れる。

【００２２】 コントローラ４５は、エンジン負荷センサ５１やエンジン回転数センサ５３か らの検出信号を受けて、エンジン中負荷域よりも小さいエンジン低負荷域あるい はエンジン低回転域を検出すると、スイッチングバルブ３３をａの位置になるよ うに制御する。これによって、オイルポンプ４１からメインギャラリ３５、スイ ッチングバルブのａおよび油圧通路２３を介して、油圧室１７ａ，１７ｂに作動 油圧が供給されて、ピストンピン７が係合部２１の一端部２１ａに変位固定され 高圧縮比状態となる。また、エンジン中負荷域よりも大きいエンジン高負荷域を 検出すると、スイッチングバルブ３３をｂの位置になるように制御する。従って 、メインギャラリ３５の作動油はスイッチングバルブ３３のａ，ｂを介してオイ ルパン３７に排出すると共に、油圧通路２３の作動油圧はスイッチングバルブ３ ３のｃ，ｄを介してオイルパン３７に排出する。これによって油圧通路２３に作 動油圧が供給されずに、スプリング２５ａ，２５ｂの付勢力によって、ピストン ピン７が係合部２１の他端部２１ｂに変位固定され低圧縮比状態となる。

【００２３】 このようなピストンピン移動型エンジンによると、エンジン負荷センサ５１お よびエンジン回転数センサ５３によって、検出された検出信号がコントローラ４ ５に入力され、エンジンが中負荷以下であると判断された場合は、スイッチング バルブ３３をａ位置に移動させ、油圧通路２３を介して油圧室１７ａ，１７ｂに 作動油圧を供給し、スプリング２５ａ，２５ｂの付勢力に抗して、ピストン部１ ５，１６が移動する。それによってピストンピン７は係合部２１の一端２１ａに 当接固定され、図６の（Ａ）に示すように、従来のエンジンと同様にピストン上 死点位置でクランクシャフト９のクランク軸１ａ，コネクティングロッド１及び シリンダ３の各軸線が略一致して、高圧縮比状態となる。

【００２４】 またエンジンが中負荷以上であると判断された場合は、スイッチングバルブ３ ３をｂ位置に移動させ、油圧通路２３に所定油圧を供給しないと、スプリング２ ５ａ，２５ｂの付勢力によって、ピストン部１５，１６が移動し、ピストンピン ７は係合部２１の他端側２１ｂに当接固定され、図６の（Ｂ）に示すようにピス トン５が上死点位置に来ても、コネクティングロッド１は鉛直位置に来るが、シ リンダ３軸線とは一致せず、シリンダ軸線とはαだけ偏倚した位置にあり、上記 図６（Ａ）で示された高圧縮比状態の上死点におけるピストン位置より低い上死 点が形成され、低圧縮比状態となる。

【００２５】 また、低圧縮比状態では、ピストンピン７が係合部２１の他端側２１ｂへ偏倚 され、コンロッドが圧縮行程で鉛直状態を保てるので、特に爆発力が大きい高負 荷状態の爆発行程時の爆発力Ｆ１とピストン５に生じる偶力Ｆ２が同一方向とな り、図８で説明した従来装置の不具合を解消し、ピストンスカート５５およびピ ストントップランド５７の部分が、シリンダ３内面と接触することなく、スラッ プ音の発生を防止することができる。

【００２６】 さらにオイルポンプの突出圧力を可変とすることで、ピストンピンの偏倚量を エンジン運転状態に応じて自由に調節でき、エンジンの運転状況に応じたピスト ン５の上死点を設定できるので、エンジン運転状況に応じたスラップ音防止がで きるとともに、ピストンピン７が係合部２１内を摺動可能に係合しているので、 圧縮比が高から低へ、低から高へ連続的に変位し、圧縮比可変の過渡期がなく、 圧縮比の切換が確実に行える。すなわち本実施例では、エンジン負荷に応じて最 適な圧縮比での運転と、スラップ音の防止とを少なくとも何れか一方を可能とす るものである。

【００２７】

【効果】

本考案はエンジンの運転負荷状態を検出して、そのエンジン負荷状態に最適な 圧縮比およびスラップ音防止のためのコネクティングロッドの偏倚位置を設定す るために、コネクテングロッドの小端部に嵌挿しているピストンピンをピストン ピン位置決め機構によって、ピストンの内側内壁に設けられ、かつ同ピストンピ ンに対して略垂直方向に延びた係合部内を可動させ、同ピストン上死点位置を可 変にさせることで、確実に圧縮比を可変することができるとともに、スラップ音 を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるピストンピン可動型エンジンのピ
ストンピン位置決め機構１３を概念的に捕らえた全体斜
視図である。

【図２】ピストンとピストンピンとの係合部の両端部の
位置を明確に示す模式図である。

【図３】図１のピストン部を平面Ｐ３で切断した横断面
を示す矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ断面で、ピストンピン位置決
め機構の詳細断面図である。

【図４】図１を平面Ｐ２で切断した縦断面図を示す矢視
ＩＶ−ＩＶ断面図であり、クランクシャフトからピスト
ン位置決め機構までの油圧通路を示したものである。

【図５】ピストン位置決め機構に油圧を供給する油圧回
路である。

【図６】本願考案の作用効果を指し示した模式図であ
る。

【図７】従来の可変圧縮比構造を示した図である。

【図８】従来のエンジンにおけるスラップ音発生の状態
を具体的に表した図である。

【符号の説明】 １ コネクティングロッド １ａ コネクティングロッド小端部 １ｂ コネクティングロッド大端部 ３ シリンダ ５ ピストン ７ ピストンピン ９ クランクシャフト １１ クランクピン １３ ピストンピン位置決め機構 １５，１６ ピストン部 １５ａ，１６ａ ピストン部一端部側 １５ｂ，１６ｂ ピストン部他端部側 １７ａ，１７ｂ 油圧室 １９ａ，１９ｂ スプリング室 ２１ 係合部 ２１ａ 係合部一端部側 ２１ｂ 係合部他端部側 ２３ 油圧通路 ２５ａ，２５ｂ スプリング ２７ クランクジャーナル ２９ クランクアーム ３１ 油圧回路 ３３ スイッチングバルブ ３５ メインギャラリ ３９ リリーフバルブ ４１ オイルポンプ ４３ オイルフィルタ ４５ コントローラ ４７ オイルパン ４９ オイルパン ５１ エンジン負荷センサ ５３ エンジン回転数センサ ５５ ピストンスカート ５７ ピストントップランド

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンのシリンダ内を往復動するピスト
   ンと、上記ピストンの内壁側部に対向するように形成さ
   れ上記ピストンのピストンピン軸線に対向して略垂直方
   向に延びると共に同ピストンピンが上記垂直方向に可動
   可能に嵌合支持される係合部と、一端が上記ピストンピ
   ンに枢支され他端が上記エンジンのクランクシャフトの
   クランクピンに枢支されたコネクティングロッドと、上
   記ピストン内に設けられ上記ピストンピンを上記係合部
   内で可動させ上記ピストンピン位置を変更させるピスト
   ンピン位置決め機構と、同ピストンピン位置決め機構に
   上記コネクティングロッドを介して作動油圧を給排する
   油圧回路と、エンジン運転状態によって上記油圧回路に
   制御信号を入力するコントローラとを有することを特徴
   とするピストンピン可動型エンジン。