JPS6349057B2 - - 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
動を確実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、圧縮比を可変とす
ることが不可欠である。

このために、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′とピストン２′との間
に、偏心軸受３′を介装して、偏心軸受３′の回転
に合せてピストン２′をコネクテイングロツド
１′に対する相対位置を可変とし、該偏心軸受
３′の回転を固定または該固定を解除するために、
偏心軸受部に軸受半径方向に移動可能な油圧作動
式のロツクピン４′を設け、該ロツクピン４′への
供給作動オイルの圧力をピストン位置の検出手段
５′と運転条件の検出手段６′との信号を受けるコ
ンピユータ７′からの信号によりポンプ８′の圧力
を制御させて変え、これによつて慣性により回転
する偏心軸受の位置を固定したりその固定を解除
し、圧縮比を変えるようにした内燃機関の可変圧
縮比機構が提案されている。（特願昭56−136298） しかし、上記の可変圧縮比機構では、ロツクピ
ンが円滑にかつ確実に作動することが重要であ
る。たとえばクランクシヤフトの回転数の変化に
よつてロツクピン４′に作用する慣性力が変化す
るため、油通路を介してロツクピン４′に作用さ
せる油圧も回転数に応じて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８′からロツクピン４′までの油経路９′が
長いこと、などにより、ロツクピン４′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４′をロツクピン穴１０′に入れる
タイミングが難しく、単純な機構で安価にロツク
ピンを作動させる機構の開発が望まれていた。

本発明は、上記の諸問題を解消するために、ロ
ツクピンによる偏心ベアリングの固定および該固
定の解除を確実に行なわせることのできる、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距離による応答
遅れも小さくでき、クランクシヤフトの回転数に
よつて油圧を変える必要もない内燃機関の可変圧
縮比機構を提供することを目的とするものであ
り、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、トルクの向上等を図ることを目的とする。

上記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、クランクシヤフ
トのジヤーナル軸受及びコネクテイングロツドの
クランクピン軸受の円周上にそれぞれ独立した２
つの油溝が設けられ、クランクシヤフト内の油通
路によつてそのジヤーナル軸受とクランクピン軸
受の油溝とは結合されている。

コネクテイングロツドのスモールエンド側に設
けた、ロツクピン部へ油圧を作用させるためコネ
クテイングロツド内部に２つの独立した通路が形
成され、前記のクランクピン軸受の２つの油溝と
結合されている。したがつてジヤーナル軸受の２
つの油溝はそれぞれクランク軸のある回転角範囲
において、ロツクピン部と通じ、ロツクピンの上
下運動を油圧で強制作動させる。

コネクテイングロツド内の２つの油通路のうち
一方の油通路はロツクピンが下向きの慣性力をも
つ期間、すなわち、ピストンが下がつている間ロ
ツクピンに油圧を作用し、下向き力を更に加勢
し、偏心ベアリングからロツクピンを確実にはず
すように作用し、もう１つの油通路は逆にロツク
ピンが上向きの慣性力をもつ期間、すなわちピス
トンが下がつている間、ロツクピンに油圧を作用
し、上向き力を更に加勢し、偏心ベアリングにロ
ツクピンを確実にセツトするように作用する。

したがつてクランクシヤフトの油通路は上記期
間クランクピン軸受の油溝に油を供給するととも
にクランクピンの潤滑とロツクピンに油圧を作用
させる。それ以外の期間は、クランクピン潤滑に
油を供給するようになる。

クランクシヤフトのジヤーナル軸受の２つの油
溝は、それぞれ独立した注油孔をもつている。こ
の注油孔への油供給切換制御は、機関の運転条件
を感知する圧力スイツチと始動時を感知するリレ
ーそれにそれらの信号にて油の供給を切換える切
換弁よりなつている。

上記の構成により、切換弁の切換えにより、ロ
ツクピンに確実に油圧がかかり、この油圧によ
り、ロツクピンを上下に移動させて、偏心ベアリ
ングの固定をロツクし、またはロツクを解除す
る。すなわち、慣性力のみにたよらずに上下方向
の移動ともロツクピンに油圧をかけ、作動の確実
化がはかられている。

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８図は本発明の第１実施例に係
るものである。図中、１はシリンダライナ、２は
ピストン、３はピストンリング、４はピストンピ
ン、５はコネクテイングロツド、６はビツグエン
ド側の軸受メタル、７はクランクピン、８はクラ
ンクシヤフトのジヤーナルで、９はその軸受メタ
ル、１０はジヤーナル軸受であり、ここ迄は従来
構造と同じである。

スモールエンド５とピストンピン４の間には偏
心ベアリング１１がピストン２からの荷重とコネ
クテイングロツド５からの反力との偏心による回
転力を受けて自在に回転するように介装されてお
り、該偏心ベアリング１１の動きはロツクピン１
２により固定または自由にされるようになつてい
る。シリンダブロツクには低圧縮比用メイン通路
２０、高圧縮比用メイン通路２１が設けられてお
り、該通路２０，２１はそれぞれジヤーナル軸受
１０、軸受メタル９の円周上に独立して設けられ
た油溝２３，２２に通じている。２５，２６はビ
ツグエンド６とコネクテイングロツド５のビツグ
エンド側の軸受円周上にそれぞれ独立して設けら
れた油溝で、クランクシヤフト内油通路２４に
て、油溝２３，２２と通じている。また、２７，
３１はコネクテイングロツド５の内部に設けられ
た油通路でそれぞれ油溝２５，２６と通じてい
る。また、偏心ベアリング１１にも油通路２８が
設けられており、偏心ベアリング１１が第２図に
示されるようにロツクピン１２によつて固定され
る時に油通路２７と直接通ずるようになり、ロツ
クピン１２の上部で偏心ベアリング１１のロツク
ピン穴２９へ油圧を導く。コネクテイングロツド
５には、ロツクピン１２をロツクピン穴２９方向
に付勢できる位置において油通路３１に通じるロ
ツクピン固定室３０が設けられている。３２は注
油孔であり、３３は偏心ベアリング１１がスムー
ズに周囲を回転するようにコネクテイングロツド
５のスモールエンド側の軸受に設けた油溝であ
る。なお、ロツクピン固定室３０と油通路３１は
しぼり通路３１′によりしぼられて連通している。

ロツクピン１２への油圧経路は次の通りであ
る。すなわち、第８図に示すように、オイルパン
３９のエンジンオイル３９′をオイルストレーナ
３４、リターンパイプ３５を介しオイルポンプ３
６によつて汲み上げ加圧し、オイルフイルタ３７
を介してオイルの流れの方向を切換える切換弁３
８に導く。オイルは高圧縮比用メイン通路２１
か、低圧縮比用メイン通路２０のいずれかへ流さ
れる。バツテリ４０、イグニツシヨンスイツチ４
１、スタート信号を感知するリレー４２、ガソリ
ン機構のインテークヤニホルド４４に取り付けた
吸気負圧スイツチ４３またはデイーゼル機関の燃
料噴射ポンプのポンプ室４６に取り付けた圧力ス
イツチ４５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、切換弁３８が作動する。

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１１とピストン２の
動きについてであるが、第１３図に示すように、
偏心ベアリング１１が固定されず自由に回転して
いる場合、ピストン２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２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１２
をロツクピン穴２９に入れ、偏心ベアリング１１
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。それ以外の場合は、偏心ベアリン
グ１１を、ロツクピン１２をロツクピン穴２９に
入れることにより固定するか、または固定しなく
ても低圧縮比になる。

つぎにロツクピン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４１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４２に入力されるためリレーが働
き切換弁３８が作動する。このためオイルパン３
９内のエンジンオイル３９′は３４のオイルトレ
ーナ、３６のオイルポンプ、３７のオイルフイル
タを介して３８の切換弁へ入り、２１の高圧縮比
用メイン通路へ油が送られる。この油は油溝２２
へ供給される。そして、クランクシヤフトのジヤ
ーナル８の潤滑を行う一方、クランクシヤフト内
の油通路２４がこの油溝２２と結合している間、
クランクピン７の潤滑と油溝２６、油通路３１、
しぼり油通路３１′を介して３０のロツクピン固
定油室へ入る。クランキング中ピストン２の慣性
力で偏心ベアリング１１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２９を下側にもつ
こととロツクピン１２がもつ上向きの慣性力およ
び２１，２２，２４，２６，３１，３１′，３０
を介する油圧の加勢によつてロツクピン１２がロ
ツクピン穴２９に入り、偏心ベアリング１１の肉
厚部が最下位位置にきたときに偏心ベアリング１
１の動き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２が下死点付
近になると、逆にロツクピン１２は下向きの慣性
力をもつため、もしこの時３０のロツクピン固定
油室に油がないと、第６図Ｃに示すようにロツク
ピン１２は下にさがり低圧縮比となつてしまう。
しかし実際においては、油が逃げないため、ロツ
クピンは下がらず高圧縮比を維持するため、圧縮
温度が上がり始動が早くできる。このようにし
て、エンジンが始動すると、インテークマニホル
ド４４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
４３が働き、その作動と同時に切換弁３８が作動
し、低圧縮比用メイン通路２０へ油を流すように
切換える。このため、油溝２３に入る油は、クラ
ンクシヤフトのジヤーナル８の潤滑を行う一方、
第２図に示すように、２３の油溝と２４の油通路
が結合している間クランクピン７の潤滑と、吸気
下死点付近で油溝２５、油通路２７，２８を介し
て、ロツクピン穴２９へ油を供給する（油圧を作
動する）。このため、吸気下死点付近ではロツク
ピンの慣性力と油圧の加勢によつてロツクピン穴
２９からロツクピン１２が抜け、第６図に示す過
程を通じ、圧縮行程にて低圧縮比となる。このよ
うにして運転条件によつて切換弁３８が作動し、
油を２０へ流せば低圧縮比、２１へ流せば高圧縮
比となつて非常に簡単なシステムにて圧縮比可変
が可能となる。

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４６に取り
付けた圧力スイツチ４５で行ないその圧力がある
値（例えば３Kg／cm²）以上になると、切換弁３８
が作動し、油を２０の低圧縮比用メイン通路に流
し、低圧縮比にし、それより低い値に対しては、
油を２１へ切換弁３８にて流し、高圧縮比になる
ようにすればよい。それ以外は、ガソリン機関と
全く同じである。

第９図は本発明の第２の実施例を示している。
本実施例においては、１２′はＴ型ロツクピン、
２９′はロツクピン固定解除室、２７は２９′へ通
じる油通路であり、その他の構造、はすべて第１
実施例に同じであるため同一番号を付して説明を
省略する。本実施例はロツクピンの型状を変更
し、ロツクピン作動用の部屋２９′，３０をコネ
クテイングロツドに設けたものである。なお、作
動は第１実施例に準じる。

第１０図は本発明の第３の実施例を示してい
る。本実施例は、第２実施例のＴ型ロツクピン１
２′の上方にスプリング５０を挿入してＴ型ロツ
クピン１２′を下方に付勢しており、Ｔ型ロツク
ピン１２′による偏心ベアリング１１の固定解除
の作動に、油圧のみならずばね力を付加して、作
動をより確実なものとしている。その他の構造、
作動は第２実施例に準じる。

第１１図は本発明の第４の実施例を示してい
る。本実施例においては、ロツクピン１２″が油
通路３１内に入り込んでおり、該入り込んだ部分
の上方に油通路２７が接続していて、ロツクピン
１２″を下方に加圧することができるようになつ
ている。その他の構造、作動は第１実施例に準じ
る。

また、第１２図は本発明の第５の実施例を示し
ている。本実施例においては、第４実施例におい
て、ロツクピン１２″がスプリング５０により下
方に付勢されており、ロツクピン１２″による偏
心ベアリング１１の固定解除の作動に、油圧のみ
ならずばね力を付加して、作動をより確実なもの
としている。その他の構造、作動は第４実施例に
準じる。

上記の通りであるから本発明は、ピストンピン
とコネクテイングロツド間に両者に対して回転自
在の偏心ベアリングを介在させ、該偏心ベアリン
グの回転の自由、固定を油圧作動式のロツクピン
によつて行なうようにし、従来の内燃機関の潤滑
通路にもう一つの油通路を設け、その通路の切換
えと軸受部の油溝の位置とによつてコネクテイン
グロツド内の２通路のいずれかに油圧を作動さ
せ、ロツクピンを強制的に動かし、偏心ベアリン
グの動きを止めたり、止めなくしたりし、圧縮比
を可変させるため、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小さくできクラ
ンクシヤフト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作動の確実なロツク
ピン制御を可能にし、可変圧縮比機構において不
可欠なものである。

【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断面
図、第２図は本発明に係る内燃機関の可変圧縮比
機構の縦断面図、第３図は第２図と直角方向の断
面に沿つて見た縦断面図、第４図は第２図のロツ
クピン部分の拡大断面図、第５図は第４図と直角
方向の断面に沿つて見たロツクピン部分の拡大断
面図、第６図ａ，ｂ，ｃは第４図のロツクピンの
作動を示すロツクピン部分の断面図、第７図ａな
いしｉはクランクピン部とクランクジヤーナル部
の油溝の連通状態を示す関係図、第８図は本発明
の圧油供給系路の系統図、第９図は本発明の第２
実施例のロツクピン部分の拡大断面図、第１０図
は本発明の第３実施例のロツクピン部分の拡大断
面図、第１１図は本発明の第４実施例のロツクピ
ン部分の拡大断面図、第１２図は本発明の第５実
施例のロツクピン部分の拡大断面図、第１３図は
ピストン往復動に伴なうピストンの位置図、であ
る。 ５……コネクテイングロツド、７……クランク
ピン、８……クランクシヤフトのジヤーナル、１
１……偏心ベアリング、１２……ロツクピン、２
０……低圧縮比用メイン通路、２１……高圧縮比
用メイン通路、２２，２３，２５，２６……油
溝、２４……油通路、２７，３１……油通路、３
１′……しぼり通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストンピン外周とコネクテイングロツド小
   端穴内周との間に、内外周を互いに偏心させた筒
   状体からなる偏心ベアリングを回転自在に介装
   し、 偏心ベアリングにロツクピン穴をコネクテイン
   グロツドにロツクピン固定室を設け、該ロツクピ
   ン固定室にロツクピンを摺動自在に挿入して、ロ
   ツクピンをロツクピン穴に係合させないときは偏
   心ベアリングの回転が自由で低圧縮比状態を得、
   ロツクピンをロツクピン穴に係合させたときは偏
   心ベアリングの肉厚部が最下位位置で偏心ベアリ
   ングの回転をロツクして高圧縮比状態を得るよう
   にし、 コネクテイングロツド内に互いに独立な２つの
   油通路を形成して、一方の油通路をロツクピン固
   定室のロツクピンをロツクピン穴方向に付勢する
   部位に接続し、他方の油通路をロツクピン固定室
   とロツクピン穴との何れか一方のロツクピンをロ
   ツクピン穴と反対方向に付勢する部位に接続し、 前記２つの油通路によるロツクピンへの加圧を
   機関の運転条件に応じて切換可能としたことを特
   徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。 ２ 前記加圧の切換えを、シリンダブロツクに互
   に独立に形成された低圧縮比用メイン通路と高圧
   縮比用メイン通路を、クランクシヤフトのジヤー
   ナル軸受の周上に形成された２つの独立の油溝に
   別個に接続し、該ジヤーナル軸受周上の２つの油
   溝をクランクシヤフト内の油通路を介してコネク
   テイングロツドのクランクピン軸受の周上に形成
   された２つの独立の油溝に接続し、該クランクピ
   ン軸受上の２つの油溝を前記ロツクピン固定室に
   通ずるコネクテイングロツド内の２つの油通路に
   それぞれ接続し、前記低圧縮用メイン通路と高圧
   縮比用メイン通路への油圧の加圧を切換弁にて切
   換えることにより行なう特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関の可変圧縮比機構。 ３ 前記ロツクピンによる偏心ベアリングの固定
   または該固定の解除が油圧のみによつて行なわれ
   る特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の可変圧
   縮比機構。 ４ 前記ロツクピンがスプリングによつて下方に
   付勢されており、前記ロツクピンによる偏心ベア
   リングの固定または該固定の解除が油圧とスプリ
   ング付勢力とによつて行なわれる特許請求の範囲
   第１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。