JPH0830423B2 - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （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63−32972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。

［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］ （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。

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、こん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
しうるものである。

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
きのストッパピン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。

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。

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58,59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。

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。

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付け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。

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。

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ャラリ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またはメインギャラリ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）はリリーフパネル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を介してメインギャラリ23へ供給
され、このメインギャラリ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、メインギャラリ
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＋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を介してメインギャラリ23からの油圧
を選択的に油圧通路18へ供給されるようになっている。
すなわち、スチッチングバルブ25を第８図に示すように
ａ位置にすると、油圧通路18へはメインギャラリ23から
の標準油圧が供給され、スイッチバルブ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＋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へはメインギャラリ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＋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
してメインギャラリ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へはメインギャラリ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を介してメインギャラリ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。これにより、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。

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25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のパイロット油圧
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41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
を介してメインギャラリ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、熱効率
が良くなり、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、スイッチングバルブ25もａ位置となって、油圧通
路17,18へはともにメインギャラリ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。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。

［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ーブとの間に生
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、5a,5b…係
合部、9,10…メタル軸受、11…偏心スリーブブロック手
段、13,14…チャンバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。