JPS6065232A - 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、高、低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
能の低下を招く原因となる。

そこで機関の運転状態に応じて圧縮比を可変調節するよ
うにした手段が提案されているが、何れもアイデアの域
を出ず未だ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。

ピストンをコンロッドに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
比位置とに固縛できるようにして圧縮比な２段階に切換
えることができ、特に前記固縛がピストンの往復運動に
起因する外力に影響されずに的確に行われるようにした
、構成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、ピストンに横架されて、そのピストン
とコンロッドとを連結するピストンピンを、前記ピスト
ンの一対のピンボスによって回転自在に支承される左、
右一対のジャーナル部と、前記コンロッドに回転自在に
連結される中央のクランク部と、前記一対のジャーナル
部の何れか一方の端面に形成されて前記一対のピンボス
の端面に衝合されるフランジ部とより構成し、前記フラ
ンジ部には、ピストンピンな低圧縮位置と高圧縮位置と
に固縛するための２つのロックビン孔を穿設し、さらに
前記一対のビンボスの一方には、前記ピストンピンと平
行に前記２つのロックビン孔にそれぞれ対応して第１．
第２油圧シリンダを設け、それら第１．第２油圧シリン
ダは機関の異なる運転状態を感知して作動され、前記２
つのロックビン孔にそれぞれ抜差自在に嵌入し得るロッ
クピストンを備えたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

第１，２Ａ、２Ｂ図には、機関が低圧縮比で圧縮路シの
状態が示される。シリンダ１に摺動自在に嵌合されるピ
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は第５図に示すように両端の
左、右ジャーナル部７．８と、中央のクランク部９と、
一方のジャーナル部８の端部に一体に形成されるの中心
０２は前記左、右ジャーナル部７，８の中心０１に対し
て偏心量ｅをもって偏心している。

前記ピストンピンＰは、ピストン２の一側面よシ左、右
ピンボス３，４内に回転自在に挿入し、そのフランジ部
１０を一方のビンボス４の外端面に形成した環状四部１
１内に収容して、そのフランジ部１０をピンボス４の外
端面に衝合させる。

第１図に示すように前記フランジ部１０には、その上、
下に、高圧縮比側ロックビン孔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
１３には後述する第１油圧シリンダＣｙ１のロックピン
２０１が、また前記高圧縮比側ロックビン孔１２には後
述する第２油圧シリンダ”／２のロックピン２０２　（
第３，４Ａ；４Ｂ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＝ｒ＜ｑｗｂ−ｒ−コンロツ
ド１４の１，２つ割シ小端部１４αが回転自在に連結さ
れ、また該コンロッド１４の２つ割シ大端部１１はクラ
ンク軸１５のクランクピン１５αに回転自在に連結され
る。

ピストンピン２とピスト７６７１間には、第２　Ａ図、
第２Ｂ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に対して上向き位置、す
なわちピストンピンＰを低圧縮位ｔにロックするための
第１油圧シリンダＣｙ１、および第４Ａ、４Ｂ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２油圧シリン
ダＣｙｘが、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。

次に第１．第２Ａ図を参照して前記第１油圧シリンダ”
／ｓ　の構造を説明する。ピストンピン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１γ
１が形成され、この小シリンダ孔１７１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１９１が画成される。前記ロ
ックピストン１８１にはピンボス４の外端面よシ出没し
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１７．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１７、の油圧室１９１は、ピストンピ
ンＰに形成した通油路２２１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
２３．はクランク軸１５に形成した主給油路２４１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図に示すようにピストンピン２
０１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に連通ずるよう
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２３１および通油路２２１を通って小シリンダ孔１
７１内の油圧室１９１に供給される。

次に第３．．４Ａ、４Ｂ図を参照して前記高圧縮比側の
前記第２油圧シリンダＣｙ２の構成を説明すると、これ
は前記低圧縮比側の前記第１油圧シリンダＣ−’ｌｓ　
と同一の構造を備え、しかもシリン１７２が形成され、
この小シリンダ孔１７□内にロックピストン１８２が摺
動自在に嵌合され、このロックピストン１８２で油圧室
１９□が画成される。ロックピストン１８□にはロック
ピン２０２が一体に設けられ、このロックピン２ｏ２は
油圧室１９□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２１１によってピンボス
４内に没入される。

前記小シリンダ孔１７□の油圧室１９□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２３□に連通され、さらにこの給油路２
３２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
トンピンＰが高圧縮比位置に回動したとき、通油路２２
□は、油圧室１９２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２３□および
通油路２２□を通って小シリンダ孔１７□の油圧室１９
２に供給される。

尚、２７はピンボス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。

〔■〕　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１油圧シリンダ”
Ｉ、側の給油路２３１に連通させておく。

いまピストンピンＰが第１．第２油圧シリンダＣ３／Ｉ
　、Ｃ３／２の何れ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シピストン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２Ａ、２Ｂ図に示すように
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。

このピストン２の吸入路りでピストンピンＰに設けた通
油路２２．が、給油路２３１を第１油圧シリンダ”Ｊ、
の小シリンダ孔１７１内の油圧室１９゜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１８
．のロックピン２０．と一致するに至る（第７図＠））
。したがってロックピン２０．は油圧室１９．内の油圧
力をうけて外方に突出してロックビン孔１３に嵌入する
。これによシピストンピンＰはロックされ、低圧縮比位
置（第２Ａ、２Ｂ図）に保持される。そして油圧室１９
１内に圧油が作用しているかぎりロックピン２０１はロ
ックビン孔１３が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に保持されたまま吸入、圧縮、爆発および排気
の行程を繰シ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附勢されて
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
ックピン２．ｏｌ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１油圧シリンダＣｙ１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）、ｅつに示すように吸入、圧縮および爆発の各行程
の終了近くの３回である。

また機関の高負荷運転から低負荷運転へ移行すべく、第
１油圧シリンダＣｙ１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の加速度が零近くになり、そこにかかる力が最小にな
った時点で第１油圧シリンダ”／１のロックピン２０．
とロックピン孔１３間のフリクションが減少し、ロック
ピン２０１は戻しばね２１１の弾発力でロックビン孔１
３から抜けてピンボス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。

〔■〕　機関の高圧縮比運転 油圧制御器２６は、機関の低負荷運転を感知して油圧源
２６を主給油路２４□を介して第２油圧シリンダＣｙ２
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２油圧シリンダＣｙ１　
、Ｃｌ３の何れによって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１機関が排気行程に入ってその終了近くにくると、
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、４Ｂ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２油圧シリンダＣ３
／２の小シリンダ孔１７□内の油圧室１９□に連通ずる
とともにロックビン孔１２がロックピストン１８□のロ
ックビン２０□と一致スるに至る（第８図（二′））。

したがってロックピノ２０□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、４Ｂ図）に保持される。そして第２油圧シリンダ
Ｃ３／２の油圧室１９□内に圧油が作用しているかぎり
ロックビン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
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は高位置りに保持されたまま吸入、圧縮、
爆発および排気の行程を繰シ返す。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′）〜（ハリ　の状態ではピストンピン
Ｐは高圧縮比位置にロックされる機会はない。

第２油圧シリンダＣ３／２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ビン２０□は戻しばね２１□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運動曲線Ｃ８を描き、かつピスト
ンピンＰは高。

低位置り、１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。

第５Ａ図にはピストンピンＰの変型例を示す。

この変型例ではピストンピンＰのフランジ部１００重量
を軽減してその軸方向の重量バランスをよくしたもので
、フランジ部１０を小径に形成して半径方向に２つの膨
出部１０ａ、１０αを延設し、それらの膨出部１０ａ、
ｌ０ＩＺに高、低圧縮比側のロックビン孔１２．１３が
それぞれ穿設される。

以上のように本発明によれば、ピストンピンにクランク
部を設げ、該クランク部を、ピストンの往復運動に伴っ
て高、低２つの圧縮比位置に切換保持し、高圧縮比での
低負荷運転と、低圧縮比での高負荷運転等機関の運転状
態に応じて圧縮比を２段階に可変調節することができ１
機関の熱効率および出力性能を大幅に向上させることが
できる。

特にピストンピンの一方のジャーナル部の端部には、２
つのロックビン孔を穿設したフランジ部を設け、ジャー
ナル部の一方には、前記ロックビン孔にそれぞれ対応し
て第１．第２油圧シリンダをピストンピンと平行に設け
、それら第１．第２油圧シリンダには、機関の異なる運
転状態を感知して作動され、前記２つのロックビン孔に
それぞれ抜差自在に嵌入し得るロックピストンを設けた
ので、第１．第２油圧シリンダのロックピストンは、ピ
ストンの往復動に伴う加速度の影響をうけることかなく
確実に作動され、ピストンピンを高、低２つの圧縮比位
置に固縛して機関の高、低圧縮比の切換、およびそれら
の各運転を円滑、的確に行うことができる。

また前記第１．第２油圧シリンダは低圧作動が可能とな
ｐ油圧源の駆動ロスが経減され、燃費の向上に寄与する
ことができる。

【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■Ａ−■Ａ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■Ａ−（”ＪＡ線断面図、第４Ｂ
図は第４Ａ図の概略図、第５図はピストンピンの斜視図
、第５Ａ図はピストンピンの変型例の斜視図、第６図は
ピストンピンの、低、高圧縮比とフリー状態での、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。 Ｃｙｌ　、Ｃｙ２・・・第１．第２油圧シリンダ、Ｐ・
・・ピストンピン ２・・・ピストン、３・・・ビンボス、４・・・ピンボ
ス、７・・・左ジャーナル部、８・・・右ジャーナル部
、９・・・クランク部、１０・・・フランジ部、１２・
・・高圧縮比側、１３・・・低圧縮比側、１４・・・コ
ンロッド、１８１・・・ロックピストン、１８２・・・
ロックピストン特許出願人　本田技研工業株式会社 第７図 第６図 一りプング軸回に角 手続補正書、ヵえ。 昭和５９年２　月１４　日 １、事件の表示 昭和５８年特　願第１７３６１３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 ５６補正命令の日付 昭和５９年１月１１日（発送日：昭和５９年１月３１日
）６補正の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンに横架されて、そのピストンとコンロッドとを
   連結するピストンピンを、前記ピストンの一対のピンボ
   スによって回転自在に支承される左、右一対のジャーナ
   ル部と、前記コンロッドに回転自在に連結される中央の
   クランク部と、前記一対のジャーナル部の何れか一方の
   端面に形成されて前記一対のピンボスの端面に衝合され
   るフランジ部とより構成し、前記フランジ部には、ピス
   トンピンを低圧縮比位置と高圧縮比位置とに固縛するだ
   めの２つのロックビン孔を穿設し、さらに前記一対のピ
   ンボスの一方には、前記ピストンピンと平行に前記２つ
   のロックビン孔にそれぞれ対応して第１．第２油圧シリ
   ンダを設け、それら第１、第２油圧シリンダは機関の異
   なる運転状態を感知して作動され、前記２つのロックビ
   ン孔にそれぞれ抜差自在に嵌入し得るロックピストンを
   備えたことを特徴とする。内燃機関の圧縮比可変装置。