JPH0842368A - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クランクピンとコンロッド大端部との間に回
転可能に介装される偏心輪をクランクピンに連結する第
１の連結状態からコンロッド大端部に連結する第２の連
結状態に切換油圧をもってスムーズに切換えさせる。 【構成】 偏心輪６のピン孔８に支承される連結ピン９
の外端をコンロッド大端部２_B の第２連結孔１１に嵌合
させて第２連結状態を確立し得るように、連結ピン９の
内端に切換油圧を加え得る油路１５をクランクピン１_P
に設け、この油路１５に油圧を供給したとき、連結ピン
９の第２連結孔１１との嵌合に先立って第２連結孔１１
内の押出し部材１２を後退させるように押出し部材１２
に油圧を加えるためのオリフィス１９を偏心輪６に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小端部をピストンに連
接したコンロッドの大端部をクランク軸のクランクピン
に支承させた内燃機関において、圧縮比を高低二段階に
変更し得る可変圧縮比装置に関し、特に、クランクピン
とコンロッド大端部との間に、内、外周面を互いに偏心
させた偏心輪を介装した形式の可変圧縮比装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】かゝる形式の可変圧縮比装置は、例えば
特開昭６２−１２１８３７号公報に開示されているよう
に、既に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報には、偏心
輪を、その偏心方向を反対方向へ切換え得るようにコン
ロッド大端部に連結するものと、偏心輪を、その偏心
方向を反対方向へ切換え得るようにクランクピンに連結
するものとが開示されているが、上記のものでは、偏
心輪の偏心方向の切換えによるも、ピストンストローク
が変化せず、単にピストンの上、下死点の位置が変化す
るのみであるため、圧縮比の変化が少なく、また上記
のものは、偏心輪の偏心方向の切換えによりピストンス
トロークが増減するが、ピストンストロークを増大させ
た高圧縮比状態ではピストンの下死点位置が下がるた
め、圧縮比を充分に高めることができない。したがっ
て、上記，のいずれのものも、圧縮比の大きな変更
を求めようとすると、偏心量の大きい偏心輪を必要と
し、機関の大型化を強いられることになる。

【０００４】そこで本出願人は、偏心輪の内、外周面の
偏心量を最大限利用して、機関の大型化を招くことなく
圧縮比を効果的に変更し得るものとして、クランクピン
の外周面及びこれを囲繞するコンロッド大端部の内周面
間に、内、外周面を互いに所定量偏心させた偏心輪を回
転可能に嵌合し、この偏心輪をクランクピンに連結する
第１の連結状態と、この偏心輪をコンロッド大端部に連
結する第２の連結状態とを選択的に確立し得る連結切換
手段を備えたものを先に提案した（特願平６−１６１５
４４号参照）。

【０００５】本発明は、上記提案の装置を更に改良し
て、圧縮比の切換えをスムーズに行い得る内燃機関の可
変圧縮比装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、連結切換手段を、偏心輪の一側壁を半径
方向に貫通するピン孔と、このピン孔に摺動可能に嵌合
してこのピン孔から内、外端を交互に突出させ得る連結
ピンと、クランクピンの外周面に設けられ、連結ピンの
内端が嵌合して第１の連結状態を確立する第１連結孔
と、コンロッド大端部の内周面に設けられ、連結ピンの
外端が嵌合して第２の連結状態を確立する第２連結孔
と、この第２連結孔に摺動自在に嵌合すると共に、戻し
ばねの弾発力で偏心輪側へ常時付勢される押出し部材
と、この押出し部材の押出し力に抗して連結ピンの外端
を第２連結孔に嵌合すべく連結ピンに切換油圧を加え得
る切換油圧供給手段と、この切換油圧供給手段の作動
時、連結ピンの第２連結孔への嵌合に先立って押出し部
材を第２連結孔内に後退させるべく押出し部材に油圧を
加える後退油圧供給手段とから構成したことを特徴とす
る。

【０００７】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。

【０００８】先ず、図１ないし図５に示す本発明の第１
実施例より説明する。図１及び図２において、内燃機関
のクランク軸１は、図示しないクランクケースの軸受部
に支承されるクランクジャーナル１_J と、その端部に一
体に連なるクランクピン１_Pとを有し、このクランクピ
ン１_P によりコンロッド２の大端部２_B が支承され、そ
の小端部２_S には、シリンダブロックのシリンダボア３
内を摺動するピストン４にピストンピン５を介して連接
される。

【０００９】コンロッド２の大端部２_B と、クランクピ
ン１_P との間には偏心輪６が嵌装される。この偏心輪６
は、クランクピン１_P の外周面に回転可能に嵌合する内
周面６_I と、大端部２_B の内周面に相対回転可能に嵌合
する外周面６_O とを有すると共に、その内、外周面
６_I ，６_O を相互に一定距離εオフセットさせている。

【００１０】偏心輪６には、これをクランクピン１_P に
連結した第１の連結状態（図１の状態）と、コンロッド
２の大端部２_B に連結した第２の連結状態（図２の状
態）とに制御する連結切換手段７が設けられ、その手段
７について以下に詳述する。

【００１１】偏心輪６の最厚肉部には、半径方向のピン
孔８が穿設され、このピン孔８に、それよりも長い連結
ピン９が摺動自在に嵌合される。またクランクピン１_P
の外周面及び大端部２_B の内周面には、連結ピン９の内
端部及び外端部がそれぞれ嵌合、離脱し得る第１及び第
２連結孔１０，１１がそれぞれ設けられ、大端部２_B側
の第２連結孔１１には、ピン状の押出し部材１２と、こ
の押出し部材１２を偏心輪６側へ付勢する戻しばね１３
と、押出し部材１２の第２連結孔１１での後退位置を規
定するストッパ１４とが収められる。第２連結孔１１
は、呼吸孔１８を介してコンロッド２の外側面に連通す
る。

【００１２】連結ピン９の長さ、第１，第２連結孔１
０，１１の深さ、押出し部材１２及びストッパ１４の長
さは、連結ピン９が第１連結孔１０に確実に嵌合したと
き、その外端が第２連結孔１１から脱出して前記第１の
連結状態となり、また連結ピン９が押出し部材１２をス
トッパ１４に押し当てるまで第２連結孔１１に確実に嵌
合したとき、その内端が第１連結孔１０から離脱して前
記第２の連結状態となるように設定される。

【００１３】一方、クランクピン１_P には、第１連結孔
１０の底部に下流端を開口する油路１５が設けられ、こ
の油路１５の上流側には、それに適時切換油圧を供給し
得る油圧ポンプ等の油圧源（図示せず）が接続され、油
路１５に切換油圧を供給すると、その油圧が連結ピン９
を半径方向外方へ押圧するようになっている。

【００１４】クランクピン１_P の外周面には、第１連結
孔１０からクランクピン１_P の自転方向へ略９０°の範
囲に亘り連結ピン９の内端が摺動し得る第１ガイド溝１
６が設けられ、その溝深さは、第１連結孔１０に向って
零から漸増する。また大端部２_B の内周面には、第２連
結孔１１からクランクピン１_P の反自転方向へ略９０°
の範囲に亘り連結ピン９の外端が摺動し得る第２ガイド
溝１７が設けられ、その溝深さは、第２連結孔１１に向
って零から漸増する。

【００１５】また偏心輪６には、ピン孔８に近接した個
所において、第１ガイド溝１６を偏心輪６の外周面に連
通するオリフィス１９が穿設される。

【００１６】尚、図中矢印Ａはクランク軸１の回転方
向、Ｏはその回転中心をそれぞれ示す。

【００１７】次に、この第１実施例の作用について説明
する。

【００１８】いま、油路１５の上流側で切換油圧を解放
したとすれば、図１に示すように、ピン孔８及び第１，
第２連結孔１０，１１の三者が同軸上に並んだとき、戻
しばね１３の弾発力をもって押出し部材１２が連結ピン
９を半径方向内方へ押圧して第１連結孔１０に嵌合さ
せ、第１の連結状態を確立する。したがって、偏心輪６
は、その最厚肉部をクランク軸１の回転中心Ｏに向けた
状態でクランクピン１_Pに連結される。その結果、図４
に示すように、クランク軸１の回転に伴い偏心輪６はク
ランクピン１_P と一体となってクランク軸１の中心Ｏ周
りに回転し、コンロッド２の大端部２_B に円運動を与え
てピストン４を昇降させる。これが低圧縮比運転状態で
あって、このときのピストン４のストロークＬ_S は次式
で表わすことができる。

【００１９】Ｌ_L ＝２ｒ−２ε………（１） 但し、ｒ：クランクピン１_P の公転半径 ε：偏心輪６の内、外周面６_I ，６_O 間の偏心量 このような低圧縮比運転状態にあるとき、油路１５に切
換油圧を供給すれば、その油圧は連結ピン９の内端に作
用して、それを半径方向外方へ押圧する。しかしなが
ら、連結ピン９は、第２連結孔１１と同軸に並ばない間
は大端部２_B の内周面に外端を摺接させながらクランク
ピン１_P 及び偏心輪６と共に回転するが、図３（ａ）に
示すように、第２連結孔１１の手前略９０°の位置にく
ると第２ガイド溝１７との係合が始まる。そして、連結
ピン９は第２連結孔１１に近づくにつれて第２ガイド溝
１７に誘導されながら半径方向へ変位し、これに伴い図
３（ｂ）に示すように、油路１５が第１ガイド溝１６、
オリフィス１９及び第２ガイド溝１７を介して第２連結
孔１１の入口に連通すため、押出し部材１２が油路１５
からの油圧を受けて戻しばね１３の力に抗しつゝ第２連
結孔１１内に後退する。したがって図３（ｃ）及び
（ｄ）に示すように、連結ピン９が第２連結孔１１に接
近してからそれと同軸に並ぶまでに、連結ピン９と押出
し部材１２との激しい衝突を防ぐことができる。そして
連結ピン９が第２連結孔１１と並ぶや否や、油路１５の
油圧により連結ピン９は押出し部材１２を更にに後退さ
せながら第２連結孔１１に嵌合すると共に、第１連結孔
１０から離脱するので、偏心輪６を大端部２_B に連結す
る第２連結状態が確立する。

【００２０】而して、この第２の連結状態では、偏心輪
６は最厚肉部をコンロッド２の小端部２_S 側へ向けた状
態で大端部２_B に結合されるので、今度は図５に示すよ
うに、クランク軸１の回転に伴いクランクピン１_P が偏
心輪６及び大端部２_B に円運動を与えてピストン４を昇
降させる。これが高圧縮比運転状態であり、このときの
ピストン４のストロークＬ_L は次式で表わすことができ
る。

【００２１】Ｌ_S ＝２ｒ………（２） 但し、ｒ：クランクピン１_P の公転半径 以上から明らかなように、高、低圧縮比運転状態のいず
れの場合でも、ピストン４の下死点では、連結ピン９が
クランク軸１の回転中心Ｏとクランクピン１_Pの中心と
を結ぶ直線上に位置するので、偏心輪６の向きは変ら
ず、したがってピストン４の下死点位置は常に一定であ
る。しかも、上記（１）及び（２）式により、低圧縮比
運転状態でのピストン４のストロークＬ_S は、高圧縮比
運転状態に比し、偏心輪６の内、外周面６_I ，６_O 間の
偏心量εの２倍相当分も減少するので、その偏心量が低
圧縮比化に最大限活かされることになる。

【００２２】高圧縮比運転状態から油路１５の油圧を再
び解放すれば、押出し部材１２の押出し力をもって半径
方向内方へ付勢される連結ピン９は、第１連結孔１０と
並ばない間は、内端をクランクピン１_P の外周面に摺接
するが、第１連結孔１０の手前略９０°の位置から第１
ガイド溝１６に係合し、これにより第１連結孔１０へと
誘導されるため、第１連結孔１０と並んだとき、それに
スムーズに嵌合することができ、これによって再び低圧
縮比運転状態が始まる。

【００２３】以上において、油路１５は、押出し部材１
２の押出し力に抗して連結ピン９の外端を第２連結孔１
１に嵌合すべく連結ピン９の内端に切換油圧を加え得る
本発明の切換油圧供給手段に相当し、また第１，第２ガ
イド溝１６，１７及びオリフィス１９は、上記切換加圧
供給手段の作動時、連結ピン９の第２連結孔１１への嵌
合に先立って押出し部材１２を第２連結孔１１内に後退
させるべく押出し部材１２に油圧を加える本発明の後退
油圧供給手段に相当する。

【００２４】図６は本発明の第２実施例を示すもので、
偏心輪６をクランクピン１_P に連結した第１の連結状態
により高圧縮比運転状態を得、偏心輪６をコンロッド大
端部２_B に連結した第２の連結状態により低圧縮比運転
状態を得るようにしたものであって、偏心輪６の最薄肉
部に連結ピン９を支承するピン孔８に穿設した点を除け
ば前実施例と同様の構成であり、図中、前実施例と対応
する部分には、それと同一の符号を付す。

【００２５】この実施例の場合、連結ピン９を第１連結
孔１０に嵌合して偏心輪６をクランクピン１_P に連結し
たとき（高圧縮比運転状態）のピストン４のストローク
Ｌ_Lは次式で表わすことができる。

【００２６】Ｌ_S ＝２ｒ＋２ε………（３） 但し、ｒ：クランクピン１_P の公転半径 ε：偏心輪６の内、外周面６_I ，６_O 間の偏心量 また、連結ピン９を第２連結孔１１に嵌合して偏心輪６
を大端部２_B に連結したとき（低圧縮比運転状態）のピ
ストン４のストロークＬ_S は次式で表わすことができ
る。

【００２７】Ｌ_L ＝２ｒ……………（４） 而して、この実施例においても、高、低圧縮比運転状態
でのピストン４の下死点では偏心輪６の向きが変わらな
いから、ピストン４の下死点位置は不動であり、したが
って上記（３）及び（４）式から明らかなように、偏心
輪６の偏心量εが高圧縮比化に大いに寄与することにな
る。

【００２８】上記各実施例においては、本発明の要旨を
逸脱することなく、種々の設計変更が可能である。例え
ば、偏心輪６のクランクピン１_P への装着性を考慮し
て、偏心輪６を直径方向に二つ割り可能に構成すること
もでき、また押出し部材１２を鋼球で構成することもで
きる。また連結ピン９の切換時期をピストン４の上死点
に設定し、ピストン４の下死点位置を変えることにより
圧縮比を変更させることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、連結切換
手段を、偏心輪の一側壁を半径方向に貫通するピン孔
と、このピン孔に摺動可能に嵌合してこのピン孔から
内、外端を交互に突出させ得る連結ピンと、クランクピ
ンの外周面に設けられ、連結ピンの内端が嵌合して第１
の連結状態を確立する第１連結孔と、コンロッド大端部
の内周面に設けられ、連結ピンの外端が嵌合して第２の
連結状態を確立する第２連結孔と、この第２連結孔に摺
動自在に嵌合すると共に戻しばねの弾発力で偏心輪側へ
常時付勢される押出し部材と、この押出し部材の押出し
力に抗して連結ピンの外端を第２連結孔に嵌合すべく連
結ピンに切換油圧を加え得る切換油圧供給手段と、この
切換油圧供給手段の作動時、連結ピンの第２連結孔への
嵌合に先立って押出し部材を第２連結孔内に後退させる
べく押出し部材に油圧を加える後退油圧供給手段とから
構成したので、連結ピンが第１連結状態から第２連結状
態に切換わるとき、連結ピンの押出し部材との激しい衝
撃を防止して、連結ピンの第２連結孔との嵌合をスムー
ズに行うことができ、したがって第２連結状態への切換
わりがスムーズとなり、連結切換手段の耐久性向上にも
寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る可変圧縮比装置を備
えた内燃機関の低圧縮比状態での横断面図

【図２】同機関の高圧縮比状態での横断面図

【図３】同機関の上記低圧縮比状態から高圧縮比状態へ
の切換え作用説明図

【図４】同機関の低圧縮比運転状態の作用説明図

【図５】同機関の高圧縮比運転状態の作用説明図

【図６】本発明の第２実施例を示す機関の横断面図

【符号の説明】

１ クランク軸 １_P クランクピン ２ コンロッド ２_B 大端部 ２_S 小端部 ４ ピストン ６ 偏心輪 ６_I 内周面 ６_O 外周面 ７ 連結切換手段 ８ ピン孔 ９ 連結ピン １０ 第１連結孔 １１ 第２連結孔 １２ 押出し部材 １３ 戻しばね １５ 切換油圧供給手段 １６，１７，１９ 後退油圧供給手段 ε 偏心量

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年４月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】Ｌ _S ＝２ｒ−２ε………（１） 但し、ｒ：クランクピン１_P の公転半径 ε：偏心輪６の内、外周面６_I ，６_O 間の偏心量 このような低圧縮比運転状態にあるとき、油路１５に切
換油圧を供給すれば、その油圧は連結ピン９の内端に作
用して、それを半径方向外方へ押圧する。しかしなが
ら、連結ピン９は、第２連結孔１１と同軸に並ばない間
は大端部２_B の内周面に外端を摺接させながらクランク
ピン１_P 及び偏心輪６と共に回転するが、図３（ａ）に
示すように、第２連結孔１１の手前略９０°の位置にく
ると第２ガイド溝１７との係合が始まる。そして、連結
ピン９は第２連結孔１１に近づくにつれて第２ガイド溝
１７に誘導されながら半径方向へ変位し、これに伴い図
３（ｂ）に示すように、油路１５が第１ガイド溝１６、
オリフィス１９及び第２ガイド溝１７を介して第２連結
孔１１の入口に連通するため、押出し部材１２が油路１
５からの油圧を受けて戻しばね１３の力に抗しつゝ第２
連結孔１１内に後退する。したがって図３（ｃ）及び
（ｄ）に示すように、連結ピン９が第２連結孔１１に接
近してからそれと同軸に並ぶまでに、連結ピン９と押出
し部材１２との激しい衝突を防ぐことができる。そして
連結ピン９が第２連結孔１１と並ぶや否や、油路１５の
油圧により連結ピン９は押出し部材１２を更にに後退さ
せながら第２連結孔１１に嵌合すると共に、第１連結孔
１０から離脱するので、偏心輪６を大端部２_B に連結す
る第２連結状態が確立する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】Ｌ _L ＝２ｒ………（２） 但し、ｒ：クランクピン１_P の公転半径 以上から明らかなように、高、低圧縮比運転状態のいず
れの場合でも、ピストン４の下死点では、連結ピン９が
クランク軸１の回転中心Ｏとクランクピン１_Pの中心と
を結ぶ直線上に位置するので、偏心輪６の向きは変ら
ず、したがってピストン４の下死点位置は常に一定であ
る。しかも、上記（１）及び（２）式により、低圧縮比
運転状態でのピストン４のストロークＬ_S は、高圧縮比
運転状態に比し、偏心輪６の内、外周面６_I ，６_O 間の
偏心量εの２倍相当分も減少するので、その偏心量が低
圧縮比化に最大限活かされることになる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクピン（１_P ）の外周面及びこれ
   を囲繞するコンロッド大端部（２_B ）の内周面間に、
   内、外周面（６_I ，６_O ）を互いに所定量（ε）偏心さ
   せた偏心輪（６）を回転可能に嵌合し、この偏心輪
   （６）をクランクピン（１_P ）に連結する第１の連結状
   態と、この偏心輪（６）をコンロッド大端部（２_B ）に
   連結する第２の連結状態とを選択的に確立し得る連結切
   換手段（７）を備えてなる、内燃機関の可変圧縮比装置
   であって、 連結切換手段（１７）を、偏心輪（６）の一側壁を半径
   方向に貫通するピン孔（８）と、このピン孔（８）に摺
   動可能に嵌合してこのピン孔（８）から内、外端を交互
   に突出させ得る連結ピン（９）と、クランクピン
   （１_P ）の外周面に設けられ、連結ピン（９）の内端が
   嵌合して前記第１の連結状態を確立する第１連結孔（１
   ０）と、コンロッド大端部（２_B ）の内周面に設けら
   れ、連結ピン（９）の外端が嵌合して前記第２の連結状
   態を確立する第２連結孔（１１）と、この第２連結孔
   （１１）に摺動自在に嵌合すると共に、戻しばね（１
   ３）の弾発力で偏心輪（６）側へ常時付勢される押出し
   部材（１２）と、この押出し部材（１２）の押出し力に
   抗して連結ピン（９）の外端を第２連結孔（１１）に嵌
   合すべく連結ピンに切換油圧を加え得る切換油圧供給手
   段（１５）と、この切換油圧供給手段（１５）の作動
   時、連結ピン（９）の第２連結孔（１１）への嵌合に先
   立って押出し部材（１２）を第２連結孔（１１）内に後
   退させるべく押出し部材（１２）に油圧を加える後退油
   圧供給手段（１６，１７，１９）とから構成したことを
   特徴とする、内燃機関の可変圧縮比装置。