JP2005113902A - 可変圧縮比を有するエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮比が可変的であるエンジンを提供する。
【解決手段】クランク軸の両側端部を支持するメインベアリングの上部に形成されたガイダーと、
前記ガイダーがスライディング移動するように連結部が形成されたシリンダーブロックと、前記メインベアリングの一側に形成され、エンジンの運転条件によってメインベアリングを押したり引いたりして、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心軸上に位置したりピストンの往復運動の中心軸上から一定の距離を逸脱するようにするアクチュエータと、前記アクチュエータを作動させるための電子制御ユニットとを含む。
【選択図】図２
【解決手段】クランク軸の両側端部を支持するメインベアリングの上部に形成されたガイダーと、
前記ガイダーがスライディング移動するように連結部が形成されたシリンダーブロックと、前記メインベアリングの一側に形成され、エンジンの運転条件によってメインベアリングを押したり引いたりして、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心軸上に位置したりピストンの往復運動の中心軸上から一定の距離を逸脱するようにするアクチュエータと、前記アクチュエータを作動させるための電子制御ユニットとを含む。
【選択図】図２
Description
本発明はエンジンに係り、より詳しくは、可変圧縮比を有するエンジンに関する。
一般に、エンジンは、図４に示すように、シリンダー１の内部にピストン２が上下往復運動可能に内蔵され、シリンダー１の下側には、クランク軸４がメインベアリング５を介してシリンダーブロック６に支持される。前記ピストン２とクランク軸４とはコネクティングロッド３によって連結され、ピストン２の上下往復運動は、コネクティングロッド３によってクランク軸４に伝達されて回転運動に変換され、フライホィールに出力される。
このようなエンジンにおけるエンジンの圧縮比は、エンジンの出力に大きく影響する因子である。エンジンの圧縮比は、ピストン２が上死点（Ｔｏｐ ＤｅａｄＣｅｎｔｅｒ；ＴＤＣ）にある時の燃焼室の体積（Ｃ１）と、ピストン２が下死点（Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ；ＢＤＣ）にある時の燃焼室の体積（Ｃ１＋Ｌ１）との比で表すことができる。ここで、Ｌ１は一つのシリンダーの容積（即ち、排気量）を示す。
即ち、圧縮比を式で示すと、
であり、エンジンのレイアウトが決定されると圧縮比が決定され、エンジンの全運転領域で同一な圧縮比でエンジンが運転されることになる。
このように従来のエンジンでは圧縮比が固定されている。しかし、エンジンの圧縮比が可変であれば、エンジンの様々な運転条件に対応した最適の圧縮比が得られ、性能が向上すると期待される。
一例として、高圧縮比が要求される運転条件では、出力を最大にするために点火タイミングを進角させることが有利である。しかし、点火タイミングを過度に進角させるとノックの危険があるため、点火タイミングを進角させるのには限界があり、所望する出力値にまで高めることができない。
低速で低負荷（または部分負荷）の条件では、燃料消耗率を良くするために圧縮比を低くするのが良い。
従って、エンジンの運転条件に応じて圧縮比が可変であれば、必要に応じてエンジンの出力上昇および燃費向上を制御することが可能となる期待される。
圧縮比を可変にする技術としては、エンジンのピストンとクランクシャフトを繋ぐロッドを「く」の字に曲がるようにして、ピストンの往復距離を変え、圧縮比を可変とする技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３１６６３号公報
圧縮比を可変にする技術としては、エンジンのピストンとクランクシャフトを繋ぐロッドを「く」の字に曲がるようにして、ピストンの往復距離を変え、圧縮比を可変とする技術がある（例えば、特許文献１参照）。
本発明の目的は、圧縮比が可変であるエンジンを提供することにある。
前記目的を達成するための本発明によるエンジンは、クランク軸の両側端部を支持するメインベアリングの上部に形成されたガイダーと、前記ガイダーがスライディング移動するように連結部が形成されたシリンダーブロックと、前記メインベアリングの一側に形成され、エンジンの運転条件によってメインベアリングを押したり引いたりして、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心に位置したりピストンの往復運動の中心から一定の距離を逸脱するようにするアクチュエータと、前記アクチュエータを作動させるための電子制御ユニットとを含むのが好ましい。
前記連結部は、前記ガイダーが挿入されてスライディング移動するためのガイド溝を含むのが好ましい。
前記アクチュエータは、エンジンが低速で低負荷の条件である時は、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心から逸脱するようにし、エンジンが高速で高負荷の条件である時は、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心に位置するようにするのが好ましい。
以上のように、本発明はエンジンの運転条件に応じてエンジンの圧縮比を変えることができる。一つのエンジンで圧縮比を変更することによってエンジンの性能及び燃費が向上し、加速性能も向上する。即ち、必要時に圧縮比を低くすることができるので、最大圧縮比を高く設計することができる。従って、従来技術によるエンジンより小さい排気量で、従来の技術によるエンジンと同様な出力を発揮することができ、エンジンの重量及び車両の重量全体を減らすことができる。
また、圧縮比を変更するための構造が簡単であるので、可変圧縮比を実現するための重量の増加は僅かであり、またコストの増加も少ない。
以下、図１乃至図３を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
本発明の説明において、従来と同一な構成要素については同一符号を付けて重複説明を避けるようにした。
引用符号１０は、クランク軸４の両側を支持するメインベアリングを示し、このメインベアリング１０の上部に別途のガイダー１１を形成する。
そして、前記メインベアリング１０が装着されるシリンダーブロック１２には、前記ガイダーが挿入されるためのガイド溝１３が所定の長さに形成される。このガイド溝１３には、図３に示すように、メインベアリング１０のガイダー１１が挿入されて、メインベアリング１０は一定の距離をスライディング移動する。
一方、前記メインベアリング１０の一側には、メインベアリング１０を押したり引いたりして、メインベアリング１０が移動するようにするアクチュエータ１４を形成し、前記アクチュエータ１４は油圧または空圧によって出入するピストン１５を備えており、前記ピストン１５はメインベアリング１０の一側面に固定結合される。
前記アクチュエータ１４は、電子制御ユニット１６の制御によって、エンジンの動作状態に応じてその動作が制御される。
エンジンが高速で高負荷の条件で駆動して高圧縮比を要する場合には、前記アクチュエータ１４のピストン１５がアクチュエータ１４に引き込まれ、ピストン１５に連結されているメインベアリング１０が引かれて、メインベアリング１０に支持されたクランク軸４の中心がピストン２の往復運動の中心軸上に位置するようにする。したがって、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ピストン２の上死点と下死点とがエンジンの設計時に設定された状態となり、エンジンの圧縮比が最大圧縮比の状態を維持することになる。
一方、エンジンが低速で低負荷及び部分負荷の条件で動作する場合には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ１４のピストン１５がメインベアリング１０を一定の距離押し出し、その結果、クランク軸４の中心がピストン２の往復運動の中心軸上から一定の距離（ｄ）だけ逸脱することになる。したがって、クランク軸４の中心が逸脱した距離（ｄ）に対応してピストン２の上死点と下死点とが低くなり、上死点における燃焼室の体積が大きくなってエンジンの圧縮比が低くなる。
前記説明のように、クランク軸４の中心がピストン２の往復運動の中心軸上から一定の距離（ｄ）を逸脱した場合に、エンジンの圧縮比を数式で表すと、次の通りである。
ピストン２が上死点に到達した時の燃焼室の体積Ｃ２と、ピストン２が下死点に到達した時の燃焼室の体積Ｌ２とは、下記の式の通りである。
前記式で燃焼室の圧縮比を表すと、
である。
つまり、前記圧縮比の式で、クランク軸４の中心がピストン２の往復運動の中心軸上に位置するｄ＝０の場合には、圧縮比が最大圧縮比と同一な式（但し、Ｌ１＝２ｒ）となり、クランク軸４の逸脱距離ｄ＞０であれば、圧縮比が最大圧縮比より低くなるのである。
１ シリンダー
２ ピストン
３ コネクティングロッド
４ クランク軸
５、１０ メインベアリング
６、１２ シリンダーブロック
１１ ガイダー
１３ ガイド溝
１４ アクチュエータ
１５ アクチュエータのピストン
１６ 電子制御ユニット
２ ピストン
３ コネクティングロッド
４ クランク軸
５、１０ メインベアリング
６、１２ シリンダーブロック
１１ ガイダー
１３ ガイド溝
１４ アクチュエータ
１５ アクチュエータのピストン
１６ 電子制御ユニット
Claims (3)
- クランク軸の両側端部を支持するメインベアリングの上部に形成されたガイダーと、
前記ガイダーがスライディング移動するように連結部が形成されたシリンダーブロックと、
前記メインベアリングの一側に形成され、エンジンの運転条件によってメインベアリングを押したり引いたりして、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心軸上に位置したりピストンの往復運動の中心から一定の距離を逸脱するようにするアクチュエータと、
前記アクチュエータを作動させるための電子制御ユニットとを含むことを特徴とする、可変圧縮比を有するエンジン。 - 前記連結部は、前記ガイダーが挿入されてスライディング移動するためのガイド溝を含むことを特徴とする、請求項１に記載の可変圧縮比を有するエンジン。
- 前記アクチュエータは、エンジンが低速で低負荷の条件である時は、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心から逸脱するようにし、
エンジンが高速で高負荷の条件である時は、クランク軸の中心がピストンの往復運動の中心軸上に位置するようにすることを特徴とする、請求項１に記載の可変圧縮比を有するエンジン。
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