JP2002317663A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents
可変圧縮比エンジンInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
よく円滑に変化させると共に、設定された圧縮比を確実
に保持する。 【解決手段】 くの字形に屈曲し得る2つの部分からな
るコンロッド23の接続部に枢着されたコントロールロ
ッド23の他端が、支軸揺動部であるコントロール円板
28に、支軸であるコントロールシャフト27によって
接続している。円板28には、例えば、油圧シリンダに
よって駆動されるラックピニオン機構のようなコントロ
ールシャフト回転手段32と、ロックピン等からなるロ
ック機構あるいはブレーキ機構のようなコントロールシ
ャフト保持手段33がそれぞれ独立に制御されて係合す
ることができる。
Description
ンの圧縮比可変機構に係り、特に該機構において圧縮比
を変更するために作動するコントロールロッドの変位機
構に関する。
おいて、圧縮比を運転状態に応じて適正な値に制御して
エンジン性能の向上を図る可変圧縮比エンジンが従来か
ら知られている。圧縮比を調整するための可変圧縮比機
構としては特開昭62−35033号公報に記載された
ものがある。この機構においては、シリンダ内における
ピストンの上下方向の往復動をクランクシャフトの回転
運動に変換するコンロッドが、クランクシャフトとピス
トンとの間で平仮名のくの字状に屈曲することができる
ように、ピンによって枢着された2つの部分から構成さ
れている。コンロッドの屈曲部のピンには、基端部の支
軸を中心にして揺動することができるコントロールロッ
ドが先端部において係合しているので、コンロッドの屈
曲部がコントロールロッドの揺動範囲内で移動して一定
の軌跡を描く。コントロールロッドの基端部の支軸(以
下これをコントロールシャフトと呼ぶことにする。)を
変位させることによって、コンロッド屈曲部の軌跡を調
整し、ピストンの実質的なストロークを制御して圧縮比
の変更を可能としている。
を変位させる手段としては、図6に示すようなサーボモ
ータ601とウォームギヤ602を用いて、コントロー
ルロッド26の一端のコントロールシャフト27を移動
させるものや、図7の(a)に示すコントロールロッド
26に作用する引張力を利用するもの、あるいは図7の
(b)に示す圧縮力を利用するもののように、外力に頼
らないでコントロールロッド26に周期的に発生する荷
重のみを利用してコントロールシャフト27を移動させ
るもの等がある。しかし、前者はウォームギヤの構造
上、効率が約50%に低下するため、可変圧縮比エンジ
ンの目的である燃費性能の向上および省エネルギーの効
果が低減する要因となるので、あまり望ましくない。
油圧アクチュエータ等を用いてコントロールロッド26
に周期的に発生する荷重だけでコントロールシャフト2
7を移動させる構造であるが、図8に示すようにコント
ロールシャフト27に発生するトルクは、その絶対値お
よび方向のいずれもがコントロールシャフト27の位置
によって複雑に変化するし、エンジン回転数の上昇に伴
ってトルク変動の影響を受け難くなるため、コントロー
ルシャフト27は一方向(平均トルク方向)に移動する
ことができるだけになるので、圧縮比の確実な制御を行
うことができない。また、コントロールシャフト27に
発生するトルクはエンジンの回転時にカムシャフトに発
生するトルクの約15〜20倍にもなるから、ベーン式
の油圧アクチュエータを用いてコントロールシャフト2
7の位置を保持する場合には、ベーンおよび制御用スプ
ール弁からの作動油の漏れ量が多くなって効率が低下す
るというような問題があった。
問題に鑑み、新規な手段によってそれらの問題を解消す
ることを目的としている。
決するための手段として特許請求の範囲の請求項1に記
載された通りの可変圧縮比エンジンを提供する。即ち、
本発明の可変圧縮比エンジンにおいては、どのような手
段をとっても、圧縮比可変機構の作動と保持の制御を単
に一つのアクチュエータによって高効率でしかも確実に
実施することは困難であるという認識において、支軸を
目標の方向に確実に作動させる作動機構と、その作動機
構の効率を低下させることがない保持機構とを別に設け
て、それらをそれぞれ独立に制御することにより、上記
の問題を解決するものである。
は、コンロッドの屈曲度調整手段が、支軸の指令変位方
向への駆動手段と、指令変位における保持手段とを備え
ていると共に、それらを個別に制御することができるよ
うに構成されているので、可変圧縮比エンジンの圧縮比
を変化させる時に、保持手段が駆動手段の作動を妨げる
ことがないため、駆動手段が効率よく圧縮比を変化させ
ることができるだけでなく、設定された圧縮比を保持手
段によって確実に保持することができる。
は、駆動手段を制御するために駆動制御手段が設けられ
ると共に、保持手段を制御するために保持制御手段が設
けられる。これらの制御手段は、支軸の指令変位が現在
位置と異なる場合は、上記駆動手段を作動させると同時
に保持手段を非作動として、支軸を指令変位の方向に駆
動する一方、現在位置が上記指令変位と等しい場合は、
保持手段を作動させると同時に駆動手段を非作動とし
て、支軸がその位置を保持するように構成されている。
請求項3に記載されたような構成をとることができる。
この場合は、支軸の駆動手段がラックピニオン機構と、
それを駆動する油圧シリンダピストン機構から構成さ
れ、油圧回路によって、油圧シリンダの各室のうちの一
方から制御油が流出する時に他方へ制御油が流入するよ
うに操作される。さらに、指令変位の保持手段として、
支軸揺動部に形成されたロックピン噛合穴と、それに係
合して支軸揺動部の揺動を阻止するロックピンと、ロッ
クピンを作動させて係合と解除を切り換えるロックピン
作動手段とを設けることができる。
の流量を補助するために、エンジン本体のオイルポンプ
を利用することができる。そのために第2の油圧回路を
設ける。さらに、第2の油圧回路と油圧シリンダの各室
に通じる油圧回路との接合部よりもエンジンオイルポン
プ側に、制御油の逆流を阻止するチェック弁を設けても
よい。
動手段を、支軸揺動部の揺動の軸と同一軸線上に設置さ
れた電動モータと、その回転方向を制御するリレーと、
電動モータの駆動力の伝達を断続するクラッチと、それ
を制御する制御機構を設けることができる。さらに、保
持手段として、支軸揺動部の揺動を阻止するブレーキシ
ューと、その作動を制御する制御機構とを設けることが
できる。
第1実施形態としての可変圧縮比エンジンの構成を示
す。この可変圧縮比エンジンの本体1の基本的な構成
は、通常の可変圧縮比エンジンのそれと同じものであっ
て、シリンダブロック11の上方にシリンダヘッド12
が覆着されており、シリンダブロック11に形成された
シリンダ11a内にピストン21が摺動自在に保持され
ている。シリンダヘッド12にはシリンダ11aへの吸
排気を行う吸気通路101および排気通路102が形成
され、それらの通路端には、それぞれ、吸気通路101
を開閉する吸気バルブ41および排気通路102を開閉
する排気バルブ42が設けられている。
11およびシリンダヘッド12の内部に燃焼室100が
形成され、燃焼室100内における燃料と空気との混合
気の爆発力によりピストン21を押し下げる。混合気へ
の点火は、シリンダヘッド12を貫通し燃焼室100内
に突出するように設けられた点火プラグ3により行なわ
れる。シリンダ11a内におけるピストン21の上下往
復動はコンロッド(コネクティングロッド)23を介し
てクランクシャフト22の回転運動に変換され、図示し
ないトランスミッションへ伝達されるとともに、吸気バ
ルブ41および排気バルブ42の動弁機構に伝達され
る。
部材231,233からなり、第1のコンロッド部材2
31のビッグエンドと、第2のコンロッド部材233の
スモールエンドとが上記クランクシャフト22等の軸方
向と平行に設けられた接続ピン232によって接続さ
れ、コンロッド23が中間部の接続ピン232を屈曲部
としてくの字状に屈曲自在となっている。第1のコンロ
ッド部材231はスモールエンドがピストンピン24と
接続され、第2のコンロッド部材233はビッグエンド
がクランクシャフト22と接続される。
するためにコントロールロッド26がコンロッド23と
連動するようになっている。コントロールロッド26
は、その一端が第1のコンロッド部材231のビッグエ
ンドに対して、上記クランクシャフト22等と平行に設
けられた接続ピン25によって枢着されて略水平方向に
伸びる棒状部材で、その他端は、コンロッド23の側方
(図1において左側)にクランクシャフト22等と平行
に設けられたコントロールシャフト(支軸)27により
支持されている。
ル円板(支軸揺動部)28の中心から偏心した位置にお
いて、コントロール円板28の中心軸29の方向に平行
に設置、固定されている。したがって、コントロール円
板28を軸29の回りに回転させると、コントロールシ
ャフト27は軸29の周りを公転することになり、コン
トロールシャフト27の位置を時計の略3時から略6時
の区間で作動させることにより、コンロッド23の屈曲
の程度を調整することができるようになっている。これ
により、ピストン21の実質的なストローク量を制御し
て圧縮比εを変更する。図示例ではコントロールシャフ
ト27が略6時の位置に近づくほど圧縮比εが高くな
る。
角度は、コントロールシャフト制御回路(ECU)31
とコントロールシャフト回転手段(支軸の駆動手段)3
2、コントロールシャフト保持手段(支軸の保持手段)
33、および角度センサ34によって調整される。
ンジン回転数、スロットル開度、吸入空気量、冷却水温
度等の検出信号を入力することによってエンジンの運転
状態を検知するようになっており、そのエンジン運転状
態において最も適正な圧縮比(指令圧縮比)を与えるコ
ントロールシャフト27の公転角度位置の目標値を算出
する。角度センサ34はコントロールシャフト27の実
際の公転角度位置を検出する。この公転角度位置の目標
値および検出値に基づいてコントロールシャフト制御回
路31がコントロールシャフト回転手段32およびコン
トロールシャフト保持手段33に指令信号を出力し、コ
ントロールシャフト27の公転角度位置を指令圧縮比に
対応した位置に制御するようになっている。コントロー
ルシャフト制御回路31としては、CPU,RAM,R
OM等からなる一般的なマイクロコンピュータが用いら
れ得る。
およびコントロールシャフト保持手段33の具体的構成
を例示するもので、回転手段32の基本構成は、油圧シ
リンダ340内を摺動する油圧ピストンと一体化された
ラック321、コントロール円板28と中心軸を同じく
し、ラック321の直線運動を回転運動に変換するピニ
オン322と、ラックの作動および略位置決めを制御す
るスプール弁323からなる。ここではメインの駆動源
として高圧オイルポンプ82を使用するが、コントロー
ルシャフト27に作用するトルク変動の影響でラック3
21の片側の油室圧力が低下することが予想されるた
め、オイル流量アシスト用にエンジン本体のオイルポン
プ81および逆流防止のためのチェック弁325A,3
25Bが設置されている。また、保持手段の基本構成は
コントロール円板28を固定するために、円板28に形
成されたロックピン噛合穴341に係合するロックピン
331、およびロックピンのオンオフ制御を油圧で行う
ためのスプール弁332からなる。
コントロールシャフト制御回路31における圧縮比ε、
すなわちコントロールシャフト27の公転角度位置の制
御の手順を例示する。
ットル開度、吸入空気量、冷却水温度等のエンジン運転
状態を検出する。次のステップS02では、検出された
エンジン運転状態に対して適正な圧縮比を与えるコント
ロールシャフト公転角度位置の目標値を決定する。ステ
ップS03では角度センサ34によりコントロールシャ
フト27の公転角度位置を検出し、ステップS04では
公転角度位置の目標値(ステップS02)と検出値(ス
テップS03)を比較して目標値が検出値よりも大きい
か否かを判断する。ここで肯定されればステップS05
へ進んでコントロールシャフト27を左方向に公転させ
るように指令を出し、ステップS06において保持機構
用スプール弁332を制御することによって保持用ロッ
クピン331をオフ状態とし、さらにステップS07に
おいて回転機構用スプール弁323によってラック32
1を作動させてピニオン322を左回転させる。
テップS08へ進んで目標値と検出値が等しいか否かを
判断する。ステップS08において肯定された時はステ
ップS09へ進んでコントロールシャフト27を保持す
るように指令を出し、次のステップS10において保持
機構用スプール弁332を制御することにより保持用ロ
ックピン331をオン状態にするとともに、ステップS
11において回転機構用スプール弁323によってラッ
ク321をオフ状態とする。
ステップS12へ進んで目標値が検出値よりも小さいか
否かを判断し、肯定されればステップS13においてコ
ントロールシャフト27を右方向に公転させるように指
令を出し、ステップS14において保持機構用スプール
弁332を制御することによって保持用ロックピン33
1をオフ状態とし、さらにステップS15へ進んで回転
機構用スプール弁323によってラック321を作動さ
せて、ピニオン322を右回転させる。
1およびラック321の何れか一方の作動時に他方の制
御をオフすることが可能なため高効率であり、ロックピ
ン331を一旦オン状態にすれば、コントロールシャフ
ト27に発生する変動の影響を受けないで正確な位置に
機械的に固定することが可能である。なお、この実施形
態では図2においてロックピン331の噛合穴341が
3ヶ所図示されているが、これに限られる訳ではない。
形態としての可変圧縮比エンジンの要部を示す。この実
施形態は、第1実施形態においてコントロールシャフト
回転手段32およびコントロールシャフト保持手段33
を別の機構に変えたものであるから、第1実施形態との
相違点を中心にして説明する。
6、モータの回転方向を切り替えるリレー327、モー
タの回転力を伝達するクラッチ328、およびクラッチ
のオンオフを制御するアクチュエータ(制御機構)32
9からなる。また、保持手段の基本構成はコントロール
円板の回転を摩擦力によって制動するブレーキシュー3
33、ブレーキシューのオンオフを制御するアクチュエ
ータ(制御機構)334からなる。
方向に回転させる場合には保持手段であるブレーキシュ
ー333をオフ状態とし、回転手段である電動モータ3
26およびクラッチ328をオン状態とする。コントロ
ールシャフト27が回転位置の目標に達して、その位置
を保持する場合には、保持手段であるブレーキシュー3
33をオン状態とし、回転手段である電動モータ326
とクラッチ328をオフ状態とすることになる。
おけるコントロールシャフト27の公転角度位置の制御
の手順を例示する。ステップS01からステップS03
までは第1実施形態の場合と同様である。ステップS1
6においては、公転角度位置の目標値(ステップS0
2)が検出値(ステップS03)よりも大きいか否かを
判断する。ここで肯定されるとステップS17へ進ん
で、コントロールシャフト27を左方向に公転させるよ
うに指令を出し、ついでステップS18へ進んで、ブレ
ーキ制御用アクチュエータ334を用いてブレーキシュ
ー333をオフ状態とし、ステップS19においてリレ
ー327の切り替えにより電動モータ326を左方向に
作動させ、さらにステップS20へ進んでクラッチ制御
用アクチュエータ329を用いてクラッチ328をオン
状態とすることにより、電動モータ326の回転力をコ
ントロールシャフト27の公転駆動力として伝達する。
ステップS21へ進んで目標値と検出値が等しいか否か
を判断し、肯定されればステップS22へ進んでコント
ロールシャフト27を保持するように指令を出し、次の
ステップS23においてブレーキシュー333をオン状
態とし、さらにステップS24においてクラッチ328
をオフ状態とするとともに、ステップS25において電
動モータ326をオフ状態とする。
ステップS26へ進んで目標値が検出値よりも小さいか
否かを判断し、肯定されればステップS27においてコ
ントロールシャフト27を右方向に公転させるように指
令を出し、ステップS28ではブレーキシュー333を
オフ状態とし、ステップS29ではリレー327の切り
替えにより電動モータ326を右方向に作動させ、さら
にステップS30ではクラッチ328をオン状態とする
ことによって、電動モータ326の回転力をコントロー
ルシャフト27の公転駆動力として伝達する。
クチュエータ329としては油圧式のものや電磁石を用
いたものが一般的であるが、モータの回転数を充分に減
速することができない場合には、半クラッチが可能であ
る電磁パウダー式のものを用いることもできる。また、
保持手段であるブレーキシュー333の周辺部には車両
において広く用いられているドラムブレーキの技術を応
用することができ、ブレーキ制御用アクチュエータ33
4には油圧を用いるものの他に、ソレノイドによって電
磁力を発生する電磁アクチュエータも使用し得る。
場合と同様に、回転手段である電動モータとクラッチ、
および保持手段であるブレーキシューのいずれか一方の
作動時に、他方の制御をオフとすることが可能であるた
め高効率である。
例示する図である。
おいて圧縮比を調整するコントロールシャフトの回転手
段と保持手段を示す概略図である。
ントロールシャフト制御回路によって実行される制御の
手順を例示するフローチャートである。
おいて圧縮比を調整するコントロールシャフトの回転手
段と保持手段を示す概略図である。
ントロールシャフト制御回路によって実行される制御の
手順を例示するフローチャートである。
ルシャフト制御手段の代表例を示す斜視図である。
エンジンにおけるコントロールシャフト制御手段の他の
例を示す側面図である。
るコントロールシャフトの発生トルクの変化を示す線図
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ピストンとクランクシャフトとの間でく
の字状に屈曲し得るように接続された2つの部分から構
成されていると共にシリンダ内における上記ピストンの
上下動を上記クランクシャフトの回転運動に変換するコ
ンロッドと、一端部において支軸の回りに揺動し得るよ
うに構成されていると共に他端部において上記コンロッ
ドの屈曲部と係合しているコントロールロッドと、上記
支軸と一体的に連動すると共に上記支軸を上記コンロッ
ド側方向とその逆方向に変位させ得る支軸揺動部と、上
記支軸を指令圧縮比に応じた任意の位置まで変位させて
上記コンロッドの屈曲の程度を調整する屈曲度調整手段
とを有する可変圧縮比エンジンにおいて、上記屈曲度調
整手段は、上記指令圧縮比に基づいて設定された上記支
軸の指令変位方向への駆動手段と、指令変位における保
持手段とを有し、それらを個別に制御することができる
ように構成したことを特徴とする可変圧縮比エンジン。 - 【請求項2】 請求項1記載の可変圧縮比エンジンにお
いて、上記駆動手段を制御する駆動制御手段と、上記保
持手段を制御する保持制御手段を有し、これらの制御手
段は、上記指令変位が現在位置と異なる場合に上記駆動
手段を作動させると同時に保持手段を非作動として上記
支軸を上記指令変位の方向に駆動する一方、現在位置が
上記指令変位と等しい場合に上記保持手段を作動させる
と同時に上記駆動手段を非作動として、上記支軸がその
位置を保持するように構成したことを特徴とする可変圧
縮比エンジン。 - 【請求項3】 請求項1記載の可変圧縮比エンジンにお
いて、上記支軸の指令変位方向への駆動手段として、上
記支軸揺動部に設けられたピニオンと、該ピニオンに係
合するラックと、該ラックに設けられたピストンと、該
ピストンの両側に制御油で満たされた各室を有する油圧
シリンダと、該油圧シリンダの各室のうちの一方から制
御油が流出する時に他方へ制御油が流入するように操作
される油圧回路と、上記ラックを駆動する制御油の供給
源と、上記指令変位の方向に応じて流路を選択して制御
油の流出入を切り換える流路切り換え手段とを備えてい
ると共に、さらに、上記指令変位における保持手段とし
て、上記支軸揺動部の揺動を阻止するロックピンと、上
記支軸揺動部に形成されたロックピン噛合穴と、該ロッ
クピン噛合穴への上記ロックピンの係合と解除を切り換
えるロックピン作動手段とを備えていることを特徴とす
る可変圧縮比エンジン。 - 【請求項4】 請求項3記載の可変圧縮比エンジンにお
いて、上記支軸の指令変位方向への駆動手段に使用され
た制御油供給源の流量を補助するために、エンジンのオ
イルポンプから吐出される油を上記各室へ流入させる第
2の油圧回路を設け、さらに、この第2の油圧回路と上
記油圧シリンダの各室に通じる油圧回路との接合部より
も上記エンジンオイルポンプ側に、制御油の逆流を阻止
するチェック弁を設けたことを特徴とする可変圧縮比エ
ンジン。 - 【請求項5】 請求項1記載の可変圧縮比エンジンにお
いて、上記指令変位方向への駆動手段として、上記支軸
揺動部の揺動の軸と同一軸線上に設置された電動モータ
と、該電動モータの回転方向を制御するリレーと、上記
電動モータの駆動力の伝達を断続するためのクラッチ
と、該クラッチの作動を制御する制御機構と、さらに、
上記指令変位における保持手段として、上記支軸揺動部
の揺動を阻止するブレーキシューと、該ブレーキシュー
の作動を制御する制御機構とを備えていることを特徴と
する可変圧縮比エンジン。
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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