JPS628357Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の可変圧縮比機構に関する
ものであり、とくにピストンとコネクテイングロ
ツドとの間に偏心ベアリングを介在させて可変圧
縮とした構造において、該偏心ベアリングの回転
を固定または固定解除するためのロツクピンの作
動を迅速に行なわせるようにした可変圧縮比機構
に関する。

機関の燃費をはじめ、エミツシヨン、出力およ
び低温始動性などの性能の改善のために、従来か
らピストンの形状、ヘツド側燃焼室形状、副室形
状、吸気形状、点火方式、バルブ位置等の諸検討
により、燃焼法の改善が種々行なわれているが、
いずれもそれらの改善効果が限界にきているのが
現状である。

このことは、機関の運転条件によつてそれぞれ
最適な要求圧縮比が種々あるのにもかかわらず、
従来技術においては一定に固定していることも一
つの原因となつている。したがつて今まで以上の
改善効果を得るために、圧縮比を可変とすること
が不可欠である。

圧縮比を可変とする機構として最も進んだもの
の一つに第１図に示したような原理を有する機構
が本出願人により提案されている（特願昭56−
188302号（特開昭58−91340号公報参照））。第１
図に示した可変圧縮比機構は、ピストン１とコネ
クテイングロツド２との間に偏心ベアリング３を
介在させて偏心ベアリング３の回転に合わせてピ
ストン１のコネクテイングロツド２に対する相対
位置を可変とし、偏心ベアリング３とコネクテイ
ングロツド２にまたがらせてロツクピン固定室４
を形成して偏心ベアリング３の回転を固定または
該固定を解除可能にロツクピン固定室４内にロツ
クピン５を摺動自在に挿入し、コネクテイングロ
ツド２内に互いに独立な二つの油通路６，７を形
成して該二つの油通路６，７をそれぞれ前記ロツ
クピン５を上下方向に加圧可能にロツクピン固定
室４に接続し、前記の二つの油通路６，７による
ロツクピン５への加圧を機関の運転条件に応じて
切替可能としたものから成る。

上記の機構では、二つの油通路を設け、かつ二
つの油通路にかかる油圧を切替えて、上方または
下方からロツクピンに油圧をかけてロツクピンを
作動させるようにしたので、ロツクピンによる偏
心ベアリングのロツクまたは解除が慣性力に頼る
場合に比べてより確実になり、圧縮比の切替が信
頼性高く行なわれるという利点があつた。

しかしながら、上記の可変圧縮比機構において
は、ロツクピン移動側の圧油の処理が十分でない
ため、圧縮比切替信号が出て、ロツクピンの一側
に高い圧力がかかつても他側の圧力が即座に低く
ならないために、即座にロツクピンの圧力作動方
向前後にロツクピン駆動に必要な十分な油圧差が
得られず、切替に時間がかかるという欠点があつ
た。

本考案は、このロツクピンの作動方向の残油処
理を適切に行なうことによつて、圧縮比切替信号
が出ると、圧油が即座にロツクピンを作動し、し
かるべき圧縮比に迅速に切替えることを可能なら
しめることを目的とする。

この目的を達成するために本考案の可変圧縮比
機構においては、ロツクピンを駆動する二つの油
通路をもつコネクテイングロツドに差動ピストン
弁が設けられている。さらに詳しくは、本考案の
可変圧縮比機構においては、コネクテイングロツ
ドに、ロツクピンの切替用の二つの油通路を連通
するシリンダ穴が設けられ、かつそれぞれの油通
路と外気とを連通するドレン穴が設けられてい
る。このシリンダ穴とドレン穴には、差動ピスト
ン弁のピストンがシリンダ穴に摺接するように、
かつ差動ピストン弁の弁がドレン穴に進退して該
ドレン穴を開閉するように、差動ピストン弁が嵌
挿されている。

この差動ピストン弁は、二つの油通路の油圧差
によつてピストンがシリンダ穴内を移動し、これ
とともに弁も移動して油圧が高い側の油通路のド
レン穴を閉じると同時に他側の油通路のドレン穴
を開き、ロツクピン移動側の油通路の圧油をドレ
ンして残油処理を早くかつ確実に行なう。したが
つて、ロツクピンも迅速に駆動されて偏心ベアリ
ングと係合または離脱し、迅速な圧縮比の切替が
可能となる。

以下に、本考案の可変圧縮比機構の望ましい実
施例を図面を参照しながら説明する。

第２図ないし第６図は本考案の第１実施例に係
るものである。図中、１１はシリンダライナ、１
２はピストン、１３はピストンリング、１４はピ
ストンピン、１５はコネクテイングロツド、１６
はビツグエンド側の軸受メタル、１７はクランク
ピン、１８はクランクシヤフトのジヤーナルで１
９はその軸受メタル、２０はジヤーナル軸受であ
る。

コネクテイングロツド１５のスモールエンドと
ピストンピン１４の間には偏心ベアリング２１が
介装されており、該偏心ベアリング２１の動きは
ロツクピン２２により固定または自由にされるよ
うになつている。２３は偏心ベアリング２１に設
けられたロツクピン係合穴、２４はコネクテイン
グロツド１５に設けられたロツクピン係合穴であ
る。ロツクピン２２が二つのロツクピン係合穴２
３，２４に同時に係合しているときは偏心ベアリ
ング２１のコネクテイングロツド１５に対する回
転は固定され、ロツクピン２２がロツクピン係合
穴２３から外れたときには偏心ベアリング２１の
コネクテイングロツド１５に対する回転は自由と
なる。なお２５はヘリカル溝でロツクピン２２の
ロツクピン係合穴２３への係合を容易ならしめて
いる。

ロツクピン２２はロツクピン駆動室２６内に臨
んでいる。ロツクピン２２はたとえばフランジ部
２２ａを有し、該フランジ部２２ａがロツクピン
駆動室２６内に摺動自在に嵌挿されており、フラ
ンジ部２２ａより下部のロツクピン駆動室２６ａ
に高い油圧がかかるとロツクピン２２は上方に付
勢され、フランジ部２２ａより上部のロツクピン
駆動室２６ｂに高い油圧がかかるとロツクピン２
２は下方に付勢される。ロツクピン駆動室２６に
は下部２６ａと上部２６ｂにそれぞれ互いに独立
な高圧縮比用油通路２７および低圧縮比用油通路
２８が接続されている。油通路２７，２８はコネ
クテイングロツド１５内を通つてビツクエンドの
方に延びている。

コネクテイングロツド１５の油通路２７，２８
が通つている部分には、とくに第４図および第５
図に明らかに示したように、差動ピストン弁２９
が嵌挿されている。すなわち、油通路２７と２８
との間には両通路を連通するシリンダ穴３０が設
けられており、かつ油通路２７には該油通路２７
を外気と連通するドレン穴３１が、油通路２８に
は該油通路２８を外気と連通するドレン穴３２が
設けられている。これらシリンダ穴３０、ドレン
穴３１、ドレン穴３２は同一軸線上に配設されて
おり、この軸線はコネクテイングロツド１５の長
手方向の軸線と直交している。また、シリンダ穴
３０の内径はドレン穴３１，３２の内径よりも大
となつている。差動ピストン弁２９は、真直に延
びるロツドの中央にピストン３３を有し、ロツド
の両端に弁３４，３５を有している。そしてピス
トン３３はシリンダ穴３０に摺接し、弁３４，３
５はそれぞれドレン穴３１，３２に進退してドレ
ン穴３１，３２を開閉する。そして、差動ピスト
ン弁２９の長さは、一方の弁３４がドレン穴３１
を閉じたとき、他方の弁３５がドレン穴３２を開
く長さに設定されている。なお、弁３４，３５に
はパツキン３６，３７が取付けられ、弁３４，３
５がコネクテイングロツド１５に当接したときの
ドレン穴のシールがより完全なものとされてい
る。

二つの油通路２７，２８への圧油の供給および
その切替の構造はつぎのようになつている。すな
わち、第６図に示すように、オイルパン３８のエ
ンジンオイル３９をオイルストレーナ４０を通し
てオイルポンプ４１によつてて汲み上げ加圧す
る。なお、４２はリターンパイプである。オイル
は、オイルフイルタ４３を介してオイルの流れを
切替える切替弁４４に導かれ、切替弁４４で切替
えられて、高圧縮比用メイン通路４５か、低圧縮
比用メイン通路４６のいずれかに流される。バツ
テリ４７、イグニツシヨンスイツチ４８、スター
ト信号を感知するリレー４９、ガソリン機関のイ
ンテークマニホルド５０に取付けた吸気負圧スイ
ツチ５１またはデイーゼル機関の燃料噴射ポンプ
のポンプ室５２に取付けた圧力スイツチ５３が図
示のような回路に組まれており、これらの信号に
よつて、切替弁４４が作動する。この場合、切替
弁４４は、ガソリン機関では高負荷のとき高圧縮
比用メイン通路４５に圧油を提供して圧縮比を下
げ、低負荷のときは低圧縮比用メイン通路４６に
圧油を作動させて圧縮比を上げるように作動す
る。またデイーゼル機関では、切替弁４４は、高
速側で低圧縮比用メイン通路４６に圧油を作動さ
せて圧縮比を下げ、低速側で高圧縮比用メイン通
路４５に圧油を作動させて圧縮比を上げるよう
に、圧油供給経路を切替える。高圧縮比用メイン
通路４５は、ジヤーナル軸受２０の溝５４、クラ
ンクシヤフト内に形成された油通路５５、ビツグ
エンドの軸受に形成された溝５６を介して、コネ
クテイングロツド１５の高圧縮比用の油通路２７
に連通され、低圧縮比用メイン通路４６は、ジヤ
ーナル軸受２０の溝５７、クランクシヤフト内の
油通路５６、、ビツグエンドの軸受に形成された
溝５８を介して、コネクテイングロツド１５の低
圧縮比用の油通路２８に連通されている。この連
通により、切替弁４４による切替えに応じて油通
路２７および２８にかかる油圧が切替わる。

つぎに上記の可変圧縮比機構の作動について説
明する。まず偏心ベアリング２１とピストン１２
の動きについてであるが、第７図に示すように、
偏心ベアリング２１が固定されず自由に回転して
いる場合、ピストン１２の頂部の軌跡は、吸入、
圧縮、爆発、排気の４行程によつて燃焼室内のガ
ス内圧とピストン１２の慣性力のバランスによつ
て大体破線に示すようになる。したがつて、もし
排気から吸入行程に移る上死点付近でロツクピン
２２をロツクピン係合穴２３に入れ、偏心ベアリ
ング２１を固定すれば、二点鎖線で示したように
なり、高圧縮比となる。また、偏心ベアリング２
１を、ロツクピン２２をロツクピン係合穴２３か
ら外すことにより自由にすると図の実線に示すよ
うに、低圧縮比になる。

つぎにロツクピン２２の制御について述べる。
まず、ガソリン機関において、エンジンスイツチ
４８を入れて始動のためスターターを回すと同時
に、その信号がリレー４９に入力されるためリレ
ーが働き切替弁４４が作動する。このためオイル
パン３８内のエンジンオイル３９はオイルストレ
ーナ４０、オイルポンプ４１、オイルフイルタ４
３を介して切替弁４４に入り、高圧縮比用メイン
通路４５に油が送られる。この油は油溝５４に送
られ、クランクシヤフト内の油通路５５がこの油
溝５４と連通している間、クランクピン１７周囲
の油溝５６、油通路２７を介してロツクピン駆動
室２６の下部２６ａに入り、ロツクピン２２を上
向きに付勢する。クランキング中ピストン１２の
慣性力で偏心ベアリング２１が回転し吸入上死点
付近でその内部にもつロツクピン係合穴２３を下
側にもつこととロツクピン２２がもつ上向きの慣
性力および前記油圧による上向きの加勢によつて
ロツクピン２２がロツクピン係合穴２３に入り、
偏心ベアリング２１の回転を止めるため、高圧縮
比となる。そしてクランクシヤフトが回転し、ピ
ストン１２が下死点付近になると、逆にロツクピ
ン２２は下向きの慣性力をもつが、ロツクピン駆
動室２６ａの圧油による付勢が続いているので、
ロツクピン２２は下がらず高圧縮比を維持する。

エンジンが始動後、走行中に高負荷になつたと
きは、インテークマニホルド５０内の圧力がある
値（例えば−120mmHg）以上になると、その部分
に設けた吸気負圧スイツチ５１が働き、その作動
と同時に切替弁４４が作動し、低圧縮比用メイン
通路４６に圧油を流すように切替える。このた
め、低圧縮比用油通路２８に圧油が供給され、ロ
ツクピン駆動室２６の上部２６ｂに圧油をかけ
る。このため、吸気下死点付近ではロツクピン２
２の慣性力と油圧の加勢によつてロツクピン係合
穴２３からロツクピン２２が抜け、低圧縮比とな
る。

高圧縮比と低圧縮比との切替において差動ピス
トン弁２９はつぎのように作用する。まず、高圧
縮比状態から低圧縮比状態への切替についてであ
るが、ピストン１２が高圧縮比にセツトされてい
る場合、オイルポンプ４１からの圧油によつて高
圧縮比用通路２７の油圧が高いため、ロツクピン
２２が偏心ベアリング２１のロツクピン係合穴２
３に固定されており、ピストン弁２９は高、低圧
縮比用通路２７，２８の油圧差によつてドレン穴
３１を弁３４で閉じている。一方、弁３５はドレ
ン穴３２を開き、低圧縮比用通路２８内の残油を
ドレン穴３２でドレンしている。この状態が第８
図の状態である。ここで、低圧縮比への切替信号
が出ると、高圧縮比用通路２７に油が供給されな
くなるために油圧が下がり始める一方、低圧縮比
用通路２８に油が供給され、油圧が作用するため
油圧は上昇する。そして、両通路２７，２８内の
油圧が逆転しはじめた時、差動ピストン弁２９の
ピストン３３が逆方向にその圧力差によつてシリ
ンダ穴３０を移動し始める。この状態が第９図で
ある。このため、ドレン穴３１は弁３４によつて
開く。このため、高圧縮比用通路２７の残油はド
レンされ、急に高、低圧縮比用通路２７，２８の
油圧差が一層大きくなり、ドレン穴３２は、弁３
５によつて閉じられると同時に、ロツクピン２２
は偏心ベアリング１２のロツクピン係合穴２３か
ら抜かれ、低圧縮比となる。この状態が第１０図
の状態である。この状態はつぎの切替信号がでる
まで維持される。

高圧縮比の切替の場合は上の作動の逆となる
が、基本的には上述の場合と全く同じ原理で切替
わる。

第１１図は上記の高圧縮比と低圧縮比との切替
における圧力変化と切替時間の関係を示してい
る。図中、Ｐ１は高圧縮比用通路２７の圧力を、
Ｐ２は低圧縮比用通路２８の圧力を示している。
そして、破線は差動ピストン弁２９を設けない場
合、実線は差動ピストン弁２９を設けた場合を示
している。図から明きらかな如く、差動ピストン
弁２９を設けることによつて切替時間が短縮して
おり、高圧縮比と低圧縮比との切替が迅速に行な
われることが分かる。これは、差動ピストン弁２
９を設けることによつて、ロツクピン２２の移動
方向にある油がドレンされ、ロツクピン２２の移
動を阻止するように作用することがないからであ
る。

つぎに、デイーゼル機関への適応においては、
運転条件のセンスは燃料噴射ポンプのポンプ室５
２は取付けた圧力スイツチ５３で行ないその圧力
がある値（例えば３Kg／cm²）以上になると、切替
弁４４が作動し、油を低圧縮比用メイン通路４６
に流し、低圧縮比にし、それより低い値に対して
は、油を高圧縮比用メイン通路４５へ切替弁４４
にて流し、高圧縮比になるようにすればよい。そ
れ以外は、差動ピストン弁２９の作用を含めガソ
リン機関と全く同じである。

以上の通りであるから、本考案の内燃機関の可
変圧縮比機構によるときは、差動ピストン弁を設
けて、二つの油通路にかかる油圧を利用して自動
的にロツクピン移動方向にある圧油をドレンする
ようにしたから、ロツクピンの移動を迅速にで
き、したがつて圧縮比の切替も迅速にかつ確実に
行なうことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は既に提案した可変圧縮比機構の断面
図、第２図は本考案に係る内燃機関の可変圧縮比
機構の断面図、第３図は第２図と直角方向の断面
に沿つて見た第２図の機構の断面図、第４図は第
２図の機構の差動ピストン弁近傍の断面図、第５
図は第４図と直角方向の断面に沿つて見た第４図
の機構の断面図、第６図は第２図の機構の圧油供
給系の系統図、第７図は第２図の機構におけるピ
ストンの往復動位置を示す概略図、第８図、第９
図、第１０図は差動ピストン弁の作動を示す部分
断面図、第１１図は第２図の機構の時間経過と油
圧力との関係図、である。 １２…ピストン、１５…コネクテイングロツ
ド、２１…偏心ベアリング、２２…ロツクピン、
２３…ロツクピン係合穴、２６…ロツクピン駆動
室、２７…高圧縮比用の油通路、２８…低圧縮比
用の油通路、２９…差動ピストン弁、３０…シリ
ンダ穴、３１，３２…ドレン穴、３３…ピスト
ン、３４，３５…弁、４４…切替弁、４５…高圧
縮比用メイン通路、４６…低圧縮比用メイン通
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ピストンとコネクテイングロツドとの間に偏心
   ベアリングを回転可能に介在させるとともに、該
   偏心ベアリングの回転をコネクテイングロツド内
   に設けた二つの油通路より油圧を受けて作動する
   ロツクピンによつて固定または自由にするように
   した内燃機関の可変圧縮比機構において、前記コ
   ネクテイングロツドに、前記二つの油通路を連通
   するシリンダ穴を設けるとともにそれぞれの油通
   路を外気と連通するドレン穴を設け、かつ該シリ
   ンダ穴とドレン穴に前記シリンダ穴に摺接するピ
   ントンを有し前記ドレン穴に進退するドレン穴開
   閉用の弁を有する差動ピストン弁を嵌挿したこと
   を特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。