JPS6065231A - 内燃機関の圧縮比可変装置 - 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】 本発明は内燃機関の圧縮比を２段階に可変調節し得る装
置に関するものである。

内燃機関の熱効率、出力性能の向上を図る技術手段とし
て圧縮比を高めるのが有効であることが知られている。

ところが圧縮比を高めすぎると、ノッキング等の異常燃
焼が発生し、特に機関を高負荷運転するときその傾向が
大きくなり、むしろ高圧縮比が機関の熱効率、出力性能
の低下を招くことになる。そこで機関が低負荷運転され
るときは、圧縮比を高め、またそれが高負荷運転される
ときは圧縮比を下げるように機関の運転中に圧縮比を可
変調節できるようにすれば、ノッキングの発生を抑制し
て熱効率、出力性能の向上を図ることができるが従来で
は圧縮比を可変調節できるようにした機関は実用化され
ていない。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、ピスト
ンとコンロッドを連結するピストンピンにクランク部を
形成して、該ピストンピンな高圧縮比位置と低圧縮比位
置とに回動制御してそれらの位置にロックできるように
して圧縮比を２段階に変えることができ、しかも前記ピ
ストンピンには部分的に応力集中が生じることがなく、
そのピストンへの組付も容易な、構造簡単で実用性の高
い内燃機関の圧縮比可変装置を提供することを目的とす
るものである。

本発明によれば、前記目的達成のため、ピストンピンロ
ツドとを連結するピストンピンヲ、その両端の左、右ジ
ャーナル部と、その中央のクランク部とを円柱体により
一体に構成し、前記左。

右ジャーナル部およびクランク部の母線をそれらの一側
において同一線上に一致させ、前記左、右ジャーナル部
を前記ピストンの左、右ピンボスに回転自在に支承させ
るとともに前記クランク部に、前記コンロッドの小端部
を回転自在に連結し、前記ピストンとピストンピン間に
は、前記ピストンの往復運動に伴って師記ピストンピン
を低圧縮比位置と高圧縮比位置とに選択的にロックする
第１０ツク装置と第２０ツク装置とを設けるようにして
いる。

以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

第１．２　Ａ　、２Ｂ図には機関が低圧縮比で圧縮終り
の状態が示される。シリンダ１に摺動自在に嵌合すれる
ピストン２には、その直径方向に対をなす左、右ピンボ
ス３，４が形成され、それらのピンボス３，４には、ピ
ストンピンＰがスリーブ５゜６を介して回転自在に横架
される。前記ピストンピンＰは両端の左、右ジャーナル
部７，８と、中央のクランク部９とよりなり、クランク
部９の中心。２　は前記左、右ジャーナル部７，８の中
心Ｏ１に対して偏心量ｅをもって偏心している。而して
第５図に明瞭に示すようにクランクピンＰの左。

右ジャーナル部７，８および中央のクランク部９は円柱
体により一体に形成され前記左、右ジャーナル部７，８
およびクランク部９の母線はそれらの一側において同一
線上に一致している。

クランクビンＰの一方のジャーナル部８の端部には、円
板状のフランジ部１０が一体に形成される。クランクビ
ンＰはピストン２の一側よりビンボス３，４内に挿入す
ることができ、このフランジ部１０が前記一方のビンボ
ス４の外端面に形成した環状凹部１１に収容される。第
１図に示すように前記フランジ部１０には、その上、下
に、高圧縮比側ロックピン孔１２と低圧縮比側ロックビ
ン孔１３とが穿設され、前記低圧縮比側ロックビン孔１
３には後述する第１０ツク装置り、のロックピン２０□
が、また前記高圧縮比側ロックピン孔１２には後述する
第２０ツク装置Ｌ２のロックピン２０２　（第３，４Ａ
、Ｂ図）がそれぞれ抜差可能に嵌入されるようになって
いる。

ピストンピンＰのクランク部９には、コンロッド１４の
、２つ割り小端部１４ａが回転自在に連結され、また該
コンロッド１４の２つ割り大端部１４６はクランク軸１
５のクランクピン１５ｃに回転自在に連結される。

ピストン２とピストンピッＰ間には、第２図Ａ。

Ｂに示すようにピストンピンＰのクランク部９がその左
、右ジャーナル部７，８に対して上向き位置、すなわち
ピストンピンＰを低圧縮位置にロックするための第１０
ツク装置Ｌ１および第４Ａ、Ｂ図に示すようにピストン
ピンＰのクランク部９がその左、右ジャーナル部７，８
に対して下向き位置、すなわちピストンピンＰを高圧縮
位置にロックするための第２０ツク装置Ｌ２が、シリン
ダ１の縦中心線１−１に対して朽称的に設けられる。

次に前記第１０ツク装置Ｌ１の構造を説明する。

ピストン２の一方のピンボス４には、ピストンピンＰと
平行な小シリンダ孔１７、が形成され、この小シリンダ
孔１７．内には、ロックピストン１８、が摺動自在に嵌
合され、このロックピストン１８１によって油圧室１９
１が画成される。前記ロックピストン１８．にはピンボ
ス４の外端面より出没し得るロックピン２０１が一体に
設けられ、このロックピン２０、は前記油圧室１９．内
の油圧をうけて突出し、また小シリンダ孔１７１内に設
けた戻しばね２１□によってピンボス４内に没入される
。

前記小シリンダ孔１７１の油圧室１９１は、ピストンピ
ンＰに形成した通油路２２．を介してコンロッド１４に
形成した給油路２３１に連通され、さらにこの給油路２
３．はクランク軸１５に形成した主給油路２４．を通り
油圧制御器２５を介して油圧源２６に連通される。

前記通油路２２．は第１図に示すようにロックピン２０
１の横断面方向からみて二叉状をなしており、ピストン
ピンＰが低圧縮比位置に回動したとき、その両開口端が
前記油圧室１９．および給油路２３１に連通するように
なっている。そして前記油圧制御器２５が、機関の高負
荷運転を感知すると、制御油圧は主給油路２４１、給油
路２３゜および通油路２２．を通って小シリンダ孔１７
１内の油圧室１９１に供給される。

次に前記高圧縮比側の前記第２０ツク装置Ｌ２の構成を
説明すると、これは前記低圧縮比側の前記第１０ツク装
置Ｌ１と同一の構造を備え、しかもシリンダ１の縦中心
線１−１に対して対称的に設けられる。一方のピンボス
４には小シリンダ孔１７２が形成され、この小シリンダ
孔１７２内にロックヒストン１８２が摺動自在に嵌合さ
れ、このロックピストン１８□で油圧室１９２が画成さ
れる。ロックピストン１８２にはロックピン２ｏ２が一
体に設けられこのロックピン２ｏ２は油圧室１９２内の
油圧をうけて突出し、また小シリンダ孔１７２内に設け
た戻しばね２１２によってピンボス４内に没入される。

前記小シリンダ孔１７２の油圧室１９２は、ピストンピ
ンＰに形成した通油路２２２を介してコンロッド１４に
形成した給油路２３２に連通され、さらにこの給油路２
３□はクランク軸１５に形成した主給油路２４２を通り
油圧制御器２５を介して油圧源２６に連通される。ピス
トンｅ７ｐが高圧縮比位置に回動したとき、通油路２２
□は、油圧室１９□および給油路２３２に連通される。

そして油圧制御器２５が機関の低負荷運転を感知すると
き、制御油圧は、主給油路２４２、給油路２３２および
通油路２２２を通って小シリンダ孔１７２の油圧室１９
２に供給される。

尚図中２７はビンボス３，４に形成した通油路である。

次に本発明の実施例の作用について説明する。

ＣＤ　機関の低圧縮比運転 第１，２Ａ、２Ｂ図において、油圧制御器２５は機関の
高負荷運転を感知して油圧源２６を第１０ツク装置り、
側の給油路２３．に連通させておく。

いまピストンピンＰが第１．第２０ツク装置Ｌ１゜Ｌ２
の何れにもロックされていない、すなわちピストンピン
Ｐのフリー状態で機関が運転されていると仮定して、こ
れが吸入行程に入り、ピストン２が下降し、その加速度
が漸次減少して零になる点を越えると、該ピストン２に
は下死点に至るまで負の加速度が加わるので、この間ピ
ストン２には制動がかかる。ところがピストン２はその
質量による慣性で下向きに移動しようとするので、不安
定な状態にある、ピストンピンＰは前記慣性をうけて低
圧縮比側、すなわち第２図Ｂに明瞭に示すようにそのク
ランク部９が左、右ジャーナル部７．８に対して上向き
になるように回動する。ピストンＰの吸入路りでピスト
ンＰに設げた通油路２２１が、給油路２３１を第１０ツ
ク装置り、の小シリンダ孔１７１内の油圧室１９１に連
通ずるとともに低圧縮比側ロックピン孔１３がロックピ
ストン１８１のロックピン２０、と一致するに至る（第
７図（イ））。したがってロックピン２０１は油圧室１
９．内の油圧力をうけて外方に突出してロックビン孔１
３に嵌入する。これによりピストンピンＰはロックされ
、低圧縮比位置（第２Ａ。

８図）に保持される。そして油圧室１９１内に圧油が作
用しているかぎりロックピン２０．はロックビン孔１３
から抜は出ることがないので、ピストン２は低圧縮比位
置に保持されたま＼、第６図二点鎖線で示すような運動
曲線Ｃ１を描き、かつピストンピンＰは低位置ｔ（２点
鎖線）に保持されたま＼吸入、圧縮、爆発および排気の
行程を繰り返し機関は低圧縮比状態での高負荷運転が行
われる。

また圧縮、および爆発行程では、シリンダ１内の内部圧
力が高いので、ピストン２はその圧力で下方に付勢され
て低圧縮比側へとどまる傾向が大きく、第７図（ロ）、
（ハ）に示すように圧縮および爆発行程の終了近くでも
ロックビン２０１はロックビン孔１３に嵌入し得る機会
があり、したがって第１０ツク装置り、による低圧縮比
側へのロックタイミングとしては第７図（イ）、（ロ）
、（′→に示すように吸入、圧縮および爆発の各行程の
終了近くの３回＋７＋九六− また機関が高負荷運転から低負荷運転へ移行すべく第１
０ツク装置Ｌ１への圧油の供給をカットすれば、ピスト
ン２は吸入あるいは排気行程の途中でピストン２の加速
度が零近くＫなりそこにが＼る力が最少になった時点で
第１０ツク装置Ｌ１のロックビン２０１　とロックピン
孔１３間の７リクシヨンが減少し、ロックビン２０．は
戻しばね２１１の弾発力でロックビン孔１３がら抜けて
ビンボス４内に没し、ピストンピンＰは自動的にフリー
状態となる。

（１１）機関の高圧縮比運転 第３，４Ａ、４８図において油圧制御器２５は、機関の
低負荷運転を感知して油圧源２６を主給油路２４２を介
して第２０ツク装置Ｌ２側の給油路２３□に連通させて
おく。いまピストンピンＰが第１゜第２０ツク装置ＬＩ
＋Ｌ２の何れにもロックされていない、すなわちピスト
ンピンＰのフリー状態で機関が運転されているとき、機
関が排気行程に入ってその終了近くに（ると、シリンダ
１内の内部圧力は大気圧に近いのでピストン２はそれ自
体の慣性によってコンロッド１４に対して上向きに単独
で移動しその際ピストンピンＰは約１８０°回転して高
圧縮比側、すなわち第４Ａ、８図に示すようにそのクラ
ンク部９が、その左右ジャーナル部７，８に対して下向
きになるように回動する。

このピストン２の回動過程で、ピストンピンＰに設けた
通油路２２２が、給油路２３２を第２０ツク装置Ｌ２の
小シリンダ孔１７２内の油圧室１９２に連通ずるととも
にロックビン孔１２がロックピストン１８２のロックピ
ン２０２と一致するに至る（第８図（二う）。したがっ
てロックピン２０２は、ロックビン孔１２に嵌入してピ
ストンピンＰはロックされ、高圧縮比位置（第４Ａ、８
図）に保持される。そして第２０ツク装置Ｌ２の油圧室
１９２内に圧油が作用しているかぎりロックピン２０２
はロックビン孔１２から抜は出ることがないので、ピス
トン２は高圧縮比位置に保持されたま＼第６図点線で示
すような運動曲線Ｃ２を描き、またピストンピンＰは高
位置ｈ（点線）に保持されたま＼吸入、圧縮、爆発およ
び排気の行程を繰り返す。ピストン２が上死点に至れば
、該ピストン２の上死点位置は前述の低圧縮比運転時の
上死点位置に比べて偏心量ｅの２倍だけ高位に達し、機
関は高圧縮比での低負荷運転が行われる。

尚、第８図（イ′）〜（ハ′）の状態ではロックピンＰ
は高圧縮比位置にロックされる機会はない。

第２０ツク装置Ｌ２の小シリンダ孔１７２への圧油の供
給を解除すれば、ピストン２は加速度が零に近く、そこ
にかかる力が最も小さくなった吸入行程もしくは排気行
程の途中でロックピン２０□は戻しばね２１２の弾発力
でピストン２内に内部してピストンピンＰとピストン２
とのロック状態が自動的に解除され、ピストン２はフリ
ー状態となる。

而して前述の低圧縮比運転から高圧縮比運転、あるいは
その逆に切換える間には、ピストンピンＰは一時的にフ
リー状態となるが、この状態で機関が運転されるときは
ピストンピンＰの位置が変化するので、ピストン２は第
６図実線に示すような不規側な運動曲線Ｃ３を描き、か
つピストンピンＰは高、低位置り、を間で上下に変動し
つつ往復運動するが、この曲線は機関の回転数、負荷に
よって変化し必ずしも一定しない。

以上の実施例により明らかなように本発明によれば、ピ
ストンピンを、その両端の左、右ジャーナル部とそれら
の中央のクランク部とより構成し、前記左右ジャーナル
部をピストンの左右ビンボ部にコンロッドの小端部を回
転自在に連結し、ピストンとピストンピン間には、ピス
トンの往復運動に伴ってピストンピンを低圧縮比位置と
高圧縮比位置とに選択的にロックする第１０ツク装置と
第２０ツク装置とを設けたので、機関の運転状態に応じ
てピストンを高圧縮比位置と低圧縮比位置との２段階に
確実に保持することができ、機関の熱効率、出力性能を
大幅にアップすることができる。

またピストンピンの左、右ジャーナル部およびクランク
部は円柱体により一体に構成し、左右ジャーナル部とク
ランク部の母線をそれらの一側において同一線上に一致
させたので、ピストンピンはクランク部を形成しても段
差部分がきわめて少なく応力集中を可及的に低減するこ
とができピストンピンのコンパクト化が可能となり、さ
らにビトンビンをピストンの一側面より挿入して組付け
ることができ、その組付が容易となるばかりでなく、ピ
ストン自体の強度減を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はピスト
ンが低圧縮比位置に保持された状態の機関のピストン部
分の側面図、第２Ａ図は第１図Ｌ４−９，４線断面図、
第２Ｂ図は第２Ａ図の概略図、第３図はピストンが高圧
縮比位置に保持された状態の機関のピストン部分の側面
図、第４Ａ図は第３図ＴＶＡ−■Ｖ、４線断面図、第４
Ｂ図は第４Ａ図の概略図、第５図はピストン　ビ・ソの
Ｊ斜視図、第６図はピストンの、低、高圧縮位置とフリ
ー状態での、ピストンの運動曲線およびピストンピンの
位置を示す線図、第７図は低圧縮比ロックタイミングを
示す概略図、第８図は高圧縮比ロックタイミングを示す
概略図であ・る。 Ｐ・・・ピストンピン、Ｌｌ、Ｌ２・・・ｉｌ、２０ツ
ク装置、 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、７，８・・・左
、右ジャーナル部、９・・・クランクＮ、１４・・・コ
ンロッド、１４．ｚ・・・小端部 第７図 ’１１６ｖ！Ｊ −りランク軸回車六角 手続補正書（方式） １、事件の表示 昭和５８年　特　願第１７３６１２号 ２・発明の名称 内燃機関の圧縮比可変装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（５３２）本田技研工業株式会社４、代　理　
人　〒１０５ 電話東京４３４−４１５１ ５補正命令の日付

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダに摺動自在に嵌合されるピストンに横架したピ
   ストンピンに、クランク軸に連なるコンロッドを連接し
   た内燃機関において、前記ピストンピンは、その両端の
   左、右ジャーナル部と、その中央のクランク部とを円柱
   体により一体に構成し、前記左、右ジャーナル部および
   クランク部の母線をそれらの一側において同一線上に一
   致させ、前記左、右ジャーナル部を前記ピストンの左、
   右ピンボスに回転自在に支承させるとともに前記クラン
   ク部に、前記コンロッドの小端部を回転自在に連結し、
   前記ピストンとピストンピン間ニは、前記ピストンの往
   復運動に伴って前記ピストンピンを低圧縮比位置と高圧
   縮比位置とに選択的にロックする第１０ツク装置と第２
   ０ツク装置とを設けたことを特徴とする、内燃機関の圧
   縮比可変装置。