JPS6334300B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の可変圧縮比機構に関する
ものである。

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値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は、圧縮比を可変にす
ることが不可欠である。

このために、本特許出願人は、先に、第１図に
示すような、内燃機関のコネクテイングロツド１
の軸支部の一方にコネクテイングロツド１の軸受
孔２と該軸受孔を挿通する支軸３とを互に偏心さ
せる偏心軸受４を設け、該偏心軸受４に偏心量を
固定するための軸受半径方向に移動可能な油圧作
動式ロツク手段５を設け、該ロツク手段５への供
給作動オイルの圧力をピストン位置の検出手段６
と運転条件の検出手段７との信号を受けるコンピ
ユータ８からの信号によりポンプ９の圧力を制御
させるようにした内燃機関の可変圧縮比機構を提
案した。

しかし、上記の可変圧縮比機構には、つぎのよ
うな改善が望まれる問題があつた。すなわち、ク
ランクシヤフトの回転によつてロツクピン５の慣
性力が変化するため、油通路を介してロツクピン
５に作用させる油圧も、加圧装置９で変化させる
必要があつた。

また、温度によつて油の粘性が異なること、加
圧装置９からロツクピン５までの油経路１０が長
いこと、などにより、ロツクピン５の油圧応答性
について十分考慮する必要があつた。このため、
ロツクピン５を穴５′に入れるタイミングの問題
があり、この問題に対する対応策はかなり複雑で
コストが高くなるおそれがあつた。

本発明は、上記のロツクピン慣性力、油圧応答
性、ロツクピン作動のタイミングの問題を解消す
るために、潤滑系の油通路を工夫することによ
り、構造が簡単で、ガソリン機関にもデイーゼル
機関にも適用でき、油の粘性、および油通路の長
さによる応答遅れも無視でき、クランクシヤフト
の回転によつて油圧を変える必要もない、低コス
トで信頼性の高いロツクピン制御機構を備えた内
燃機関の可変圧縮比機構を提供することを目的と
する。そして、究極的にはこの可変圧縮比機構を
介して、内燃機関の諸特性、諸性能の向上、たと
えば燃費の向上、トルクの向上等をはかることを
目的とする。

この目的を達成するために、本発明の内燃機関
の可変圧縮比機構においては、ピストンが、内外
周を互いに偏心させた偏心ベアリングの介装によ
つてピストンピン穴中心とコネクテイングロツド
スモールエンドのピストンピン穴中心とを偏心さ
せて、コネクテイングロツドに連結されており、
その偏心ベアリングの回転は油圧作動式のロツク
ピンにより固定または自由にされる。そして、こ
の油圧作動式のロツクピンには、シリンダブロツ
ク、クランクシヤフト、コネクテイングロツドに
形成された油通路を通して油圧が作用される。具
体的には、従来の機関の潤滑系にもう一つの油通
路が設けられ、一つが低圧縮比用メインギヤラリ
とされ、他の一つが高圧縮比用メインギヤラリと
される。そして、これらのメインギヤラリと連通
される２つの独立した油溝がクランクシヤフトジ
ヤーナル軸受の円周上に形成され、また、コネク
テイングロツドのビツグエンドのクランクピン穴
周上にも周方向に部分的に延びる単一の油溝が設
けられ、クランクシヤフトにはクランクピンから
クランクジヤーナルにわたつて延びる単一の油通
路が形成され、クランクシヤフトジヤーナル軸受
周上側の前記２つの独立の油溝のうち高圧縮比用
メインギヤラリと連通する油溝とクランクピン穴
周上側の前記単一の油溝とは、クランクシヤフト
の回転に合わせてクランクシヤフト内の単一の油
通路を介してピス下死点付近で連通されるように
なつている。さらに所定機関運転状態に応じて前
記両メインギヤラリの切替をなす切替弁が設けら
れ、該切替弁が切替えられることにより、ロツク
ピンの慣性力による上下運動を油の非圧縮性を利
用してロツクしたり、フリーにしたりし、これに
よつて、ピストンのコネクテイングロツドに対す
る相対位置を変えて圧縮比を変えるようになつて
いる。

以下に本発明の内燃機関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図において、１１はシリンダ
ライナで、１２は摺動自在に設けられたピストン
であり、その外周にピストンリング１３が設けら
れている。１４はピストン１２に装着されたピス
トンピンで、スナツプリング１５により止められ
ている。１６はピストンピン１４とクランクシヤ
フト１７を連結するコネクテイングロツドで、１
８はクランクシヤフト１７のクランクピン、１９
はそのジヤーナルである。２０，２１はジヤーナ
ル１９の軸受で、２０′，２１′がその軸受メタル
である。２２，２３はコネクテイングロツド１６
のビツグエンドで、２２′，２３′はその軸受メタ
ルである。また、２４はコネクテイングロツド１
６のスモールエンドである。

コネクテイングロツド１６のスモールエンド２
４とピストンピン１４との間には偏心ベアリング
２５が設けられている。この偏心ベアリング２５
は、ロツクピン２６によつて固定され、高圧縮比
を維持するようになつている。２４′，２５′はス
モールエンド２４、偏心ベアリング２５の内側に
打込んだブツシユで、偏心ベアリング２５、ピス
トンピン１４の回転を円滑にする。

３０は潤滑油をためる油だめで、内部の油３１
は、オイルストレーナ３２を通り、オイルポンプ
３４により圧送される。３３はリターンパイプ、
３５はオイルフイルタである。３６は、フイルタ
３５からの油を、低圧縮比用メインギヤラリ３
７、高圧縮比用メインギヤラリ３８とに、流れ方
向を切替える切替弁である。この切替弁３６は、
第６図イ，ロに示すように、オイルポンプ３４、
オイルフイルタ３５からの通路と、低圧縮比用メ
インギヤラリ３７、高圧縮比用メインギヤラリ３
８に通ずる通路へのポートを有しており、両メイ
ンギヤラリ３７，３８への通路を択一的に、ピス
トン３６ａを電磁石３６ｂで作動させて選択でき
るようになつている。第６図ハ，ニはロータリピ
ストン３６ｃを電磁石３６ｄによつて回転させて
メインギヤラリ３７，３８に向かう通路を択一的
に選択するもので、このような切替弁３６を用い
てもよい。３９，４０は、ジヤーナル軸受１９お
よびメタル２０，２１，２０′，２１′に設けられ
た油溝で、メタル２０′，２１′にのみ設けられて
もよい。このうち油溝３９には低圧縮比用メイン
ギヤラリ３７から油が供給され、油溝４０には高
圧縮比用メインギヤラリ３８から油が供給され
る。上記の油溝３９，４０は互に独立しており、
クランクシヤフト１７の内部に設けた油通路４１
により、コネクテイングロツド１６のビツグエン
ド２２，２３とその軸受メタル２２′，２３′の周
囲に設けた油溝４２に連通され得る。なお、油溝
４２は軸受メタル２２′，２３′のみに設けられて
もよい。

コネクテイングロツド１６内には、油通路４３
が形成されていて、油溝４２に結合されている。
油通路４３の上端部には、しぼり油通路４４が設
けられているが、該油通路４４は、ロツクピン２
６の上下運動のストロークを決める役割と偏心ベ
アリング２５のロツクピン穴４６からロツクピン
２６が抜ける速度をコントロールする。また、そ
の上方のロツクピン固定室４５は、ロツクピン２
６の動きを、油を導いてその非圧縮性を利用して
止め、偏心ベアリング２５からのロツクピン２６
の抜けを防いでいる。また、４７は偏心ベアリン
グ２５、ピストンピン１４の潤滑のための注油穴
である。

切替弁３６には、バツテリ５０、イグニツシヨ
ン５１、ガソリン機関のインテークマニホルド５
４に取付けられた吸気負圧スイツチ５２、スター
ト信号を感知するリレー５２′からなる電気回路
が接続されている。デイーゼル機関では燃料噴射
ポンプのポンプ室にとりつけた圧力スイツチ５３
が、ガソリン機関の場合の吸気負圧スイツチ５２
に代わつて接続される。

油溝３９，４０，４２および油通路４１の関係
はつぎの通りである。すなわち、第４図、第７図
に示すように、クランクジヤーナル軸受側の油溝
４０，３９は、互いに独立で、油溝４０は高圧縮
比用メインギヤラリ３８に連通され、油溝３９は
低圧縮比用メインギヤラリ３７に連通される。ク
ランクシヤフト１７内の油通路４１は単一の通路
である。クランクピン軸受周上の油通路４２は、
周方向に部分的に延びる単一の油溝である。クラ
ンクシヤフト１７の回転に合せて、ピストン１２
が下死点近傍にあるときに、油溝１９と油溝４２
がクランクシヤフト１７内の油通路４１によつて
連通される。ピストン１２が上死点近傍にあると
きはクランクシヤフト１７内の油通路４１は油溝
３９と連通する位置に回転してくるが、この位置
では油通路４１はクランクピン軸受周上側の油溝
４２とは連通が本質的に、遮断され、油通路４１
から油溝４２に若干の油が洩れても短時間のうち
にロツクピン２６を押し上げる量だけの油は洩れ
ない。

その作用は、ピストンが上死点付近にあるとき
は、クランクピン１８がクランクジヤーナル１９
より上方に位置し、クランクシヤフト１７内の油
通路４１は油溝３９と連通するが、油溝４２とは
連通しないので（何となれば油溝４２は周方向に
部分的に形成されている油溝でクランクシヤフト
１７の油通路４１の第７図中左端がクランクシヤ
フト１７の回転に合せて上端に回転して移動した
ときに油通路４１に対向する位置には設けられて
いないからである。）、高圧縮比用メインギヤラリ
３８に切換弁３６によつて圧油が送られ高圧縮比
用メインギヤラリ３８に連通する油溝４０に油圧
がかかつているときで、かつ油溝４０と油溝４２
が油通路４１によつて連通されているときに、ロ
ツクピン固定室４５にロツクピン２６を押し上げ
る油が送られる。高圧縮比用メインギヤラリ３８
に圧油が送られている状態で油通路４１と低圧縮
比用メインギヤラリ３７が連通する状態にクラン
クシヤフト１７が回転したときは、油通路４１と
油溝４２とは連通を遮断されているので、ロツク
ピン固定室４５の油は逃げず、ロツクピン２６に
よる偏心ベアリングの高圧縮比状態の固定は維持
される。

また、切換弁３６によつて低圧縮比用メインギ
ヤラリ３７に圧油が送られて油溝３９に油圧がか
かつているときは、クランクシヤフト１７の回転
に合せて油溝３９と油通路４１とが連通しても、
油通路４１と油溝４２が連通していないので、若
干の油は洩れてもロツクピン固定室４５にはロツ
クピン２６を押し上げるだけの容量の油量は送ら
れず、ロツクピン２６は押し上げられず、ロツク
ピン２６の慣性によつてロツクピン２６がロツク
ピン穴４６から抜け、偏心ベアリングの回転が自
由となつて低圧縮比となる。このときロツクピン
固定室４５の油は、クランクシヤフト１７の回転
に合せて油溝４２と油溝４０が油通路４１によつ
て連通されたときに油溝４０側へと逃げる。これ
によつて低圧縮比状態が維持される。油溝４０、
油通路４１、油溝４２が結合している期間は、ク
ランクシヤフト１７によつてピストン１２が下が
り、ロツクピン２６がその慣性力で下向きに力を
受けている間で、油圧で油がこれらの油溝および
油通路４０，４１，４２と、油溝４３、しぼり油
通路４４を介してロツクピン固定室４５内に連続
的に入り、ロツクピン２６の下がりを油の非圧縮
性を利用して防ぐ。一方、油溝３９、油通路４１
が結合している期間は、油溝４２と結合していな
いため、ロツクピン２６に油圧が作用せず、ロツ
クピン２６は偏心ベアリング２５のロツクピン穴
４６から抜けてしまうのを許すようになる。

つぎに、本発明の作用について説明する。ガソ
リン機関において、まずエンジンスイツチ５１を
入れて、始動のためにスタータを回すと同時に、
その信号がリレー５２′に作用するため、切替弁
３６が作動する。一方、油だめ３１の油はストレ
ーナ３２、オイルポンプ３４、フイルタ３５を介
して切替弁３６へ送られ、この時の切替弁３６は
油を高圧縮比用メインギヤラリ３８へと送る。そ
こから油は油溝４０に供給される。この油はクラ
ンクシヤフト１７のジヤーナル１９部の潤滑を行
なう一方、クランクシヤフト１７内の油通路４１
がこの油溝４０と連通している間、クランクピン
１８の潤滑を行なう他、油溝４２、油溝４３、し
ぼり油通路４４を介してロツクピン固定油室４５
に入る。

クランキング中、ピストン１２の慣性力で偏心
ベアリング２５が回転し、吸入上死点付近でその
内部にもつロツクピン穴４６を下側にもつことと
ロツクピン２６がもつ上向きの慣性力とによつ
て、ロツクピン２６がロツクピン穴４６に入り、
偏心ベアリング２５の動きが止まり、高圧縮比と
なる。この状態が第３図イの状態である。そし
て、クランクシヤフト１７が回転し、ピストン１
２が下死点付近になると、逆にロツクピン２６は
下向きの力を慣性力として受けるが、もしもこの
時ロツクピン固定油室４５に油がないと、第３図
ロのようにロツクピン２６は下にさがり低圧縮比
となるが、始動時には、この期間前述の如く、ロ
ツクピン固定油室４５に油が満たされ、第３図ハ
のように高圧縮比が維持され、始動が早くできる
のである。

つぎに、機関が始動して、インテークマニホル
ド５４内の圧力がある値、たとえば−120mmHg以
上になると、そこに設けられた吸気負圧スイツチ
５２が働らき、それと同時に切替弁３６が作動
し、低圧縮比用メインギヤラリ３７へ油を流すよ
うになる。このため、油溝３９に入つた油は、ジ
ヤーナル１９の潤滑を行なう一方、第４図に示す
ように、油溝３９と油通路４１が結合している間
クランクピン１８の潤滑を行なう。また、それと
同時に、吸気上死点付近でロツクピン固定室４５
へ油を供給するが、下死点付近では、高圧縮の場
合とは逆にロツクピン固定室４５に油が供給され
ないため、ロツクピン２６は第３図ロに示すよう
に下向きの慣性力でロツクピン穴４６より抜けて
しまい、その結果、吸気行程の長い低圧縮比が維
持される。

このように、運転条件によつて切替弁３６が作
動し、油を低圧縮比用メインギヤラリ３７に流せ
ば低圧縮比、高圧縮比用メインギヤラリ３８に流
せば高圧縮比となつて、非常に簡単なシステムに
より圧縮比の切替が可能である。

デイーゼル機関への適応においては、運転条件
の検知は燃料噴射ポンプのポンプ室５５に取付け
られた圧力スイツチ５３で行ない、その圧力があ
る値、たとえば３Kg／cm²以上になると切替弁３６
が作動し、油を低圧縮比用メインギヤラリ３７に
流して低圧縮比にし、それより低い値になると油
を高圧縮比用メインギヤラリ３８に切替弁３６に
て切替えて流し、高圧縮比になるようにすればよ
い。それ以外はガソリン機関の場合に準じる。

本発明は、以上述べたように、従来の内燃機関
の潤滑通路にもう一つの油通路を設け、その通路
の切替えと軸受部の油溝の位置とによつて、ロツ
クピン油室に油を入れたり入れなかつたりするこ
とによつて、常に自らの慣性力で上下運動するロ
ツクピンの動きを止めたり、止めなくしたりし
て、可変圧縮させるため、機構が簡単で、大型、
小型を問わず、どんな内燃機関にも適応でき、油
の粘性および油通路の距離による応答遅れも無視
でき、クランクシヤフトの回転によつて油圧を変
える必要もなく、低コストで、信頼性の高いロツ
クピン制御が可能な、可変圧縮比機構を提供する
ことができる。

また、この可変圧縮比機構を適用することによ
り、高負荷時に低圧縮比としてノツキングの発生
を抑制し、それ以外の負荷時に高圧縮比とするこ
とにより、燃費の改善をはかることができるとい
う効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先に提案した可変圧縮比機構の一例の
断面図、第２図イは本発明の内燃機関の圧縮比機
構における油の経路を示す縦断面図、第２図ロは
第１図イのＡ−Ａ線に沿う断面図、第３図イは上
死点近傍でのロツクピンによるロツク時の断面
図、第３図ロは下死点近傍でのロツクピンのロツ
ク解除時の断面図、第３図ハは下死点近傍でのロ
ツクピンによるロツク時の断面図、第４図イ，
ロ，ハは油溝の相対位置図、第５図は切替弁の制
御系の系統図、第６図イ，ロ，ハ，ニは切替弁の
各実施例の概略断面図で、このうち第５図ハは第
５図ニの横断面図、第７図は本発明の油溝と油通
路との連結の関係を示す透視斜視図、である。 ２５……偏心ベアリング、２６……ロツクピ
ン、３６……切替弁、３７……低圧縮比用メイン
ギヤラリ、３８……高圧縮比用メインギヤラリ、
３９，４０，４２……油溝、４１，４３……油通
路、４６……ロツクピン穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンを内外周が偏心した偏心ベアリング
   をピストンピンとコネクテイングロツドスモール
   エンドのピストンピン穴との間に回転可能に介装
   することにより、該ピストンピン穴中心とコネク
   テイングロツドスモールエンドのピストンピン穴
   中心とを偏心させて、コネクテイングロツドに連
   結するとともに、コネクテイングロツドにロツク
   ピン固定室を形成してロツクピンを摺動自在に挿
   入し偏心ベアリングにロツクピンが出入りするロ
   ツクピン穴を形成し油圧作動式のロツクピンにシ
   リンダブロツク、クランクシヤフト、コネクテイ
   ングロツド内に形成した油通路を介して油圧を作
   用させることにより、偏心ベアリングのコネクテ
   イングロツドに対する回転を固定または自由にし
   て圧縮比を変えるようにした内燃機関の可変圧縮
   比機構において、シリンダブロツクに互に独立の
   ２つの油通路を設けて高圧縮比用メインギヤラリ
   と低圧縮比用メインギヤラリとを構成し、各メイ
   ンギヤラリをクランクシヤフトジヤーナル軸受の
   周上に互に独立に形成した２つの油溝にそれぞれ
   独立に接続して、該油溝をクランクシヤフト内に
   形成した単一の油通路にクランクシヤフトの回転
   に合せて個別に接続可能とし、コネクテイングロ
   ツドのビツグエンドのクランクピン穴周上に周方
   向に部分的に延びる単一の油溝を設けて、該クラ
   ンクピン穴周上の油溝を前記クランクシヤフト内
   の単一の油通路を介してクランクシヤフトの回転
   に合せてピストン下死点近傍で高圧縮比用メイン
   ギヤラリと連通するクランクジヤーナル軸受周上
   の油溝と連通させ、前記クランクピン穴周上に設
   けた単一の油溝をコネクテイングロツド内に形成
   した油通路を介して前記ロツクピン固定室に接続
   し、さらに前記両メインギヤラリへの油供給回路
   に油の供給を低圧縮比用メインギヤラリと高圧縮
   比用メインギヤラリとの間に切替える切替弁を設
   けたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機
   構。