JP2015124639A - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧を用いたアクチュエータを適用して偏心スリーブの回転を容易に、しかも確実に行い、回転位置を的確に固定する。【解決手段】クランクシャフトのクランクピン５の第１供給路２５（第２供給路２６）、偏心スリーブ１１の第１供給溝３１（第２供給溝３２）を通して第１嵌合穴２９ａ（第２嵌合穴２９ｂ）に油圧を供給して固定ピン２８の嵌合を解除し、解除後の油圧を偏心スリーブ１１の外周面の第１油圧路３５（第２油圧路３６）から油圧室に供給して偏心スリーブ１１を回転駆動する。【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の可変圧縮比装置に関する。

内燃機関では、高効率、低燃費を図るため、圧縮比を変更することができる可変圧縮比装置が知られている。可変圧縮比装置は、例えば、コネクティングロッドの大端部とクランクシャフトのクランクピンとの間に偏心スリーブが回転自在に挿入され、クランクシャフトの回転により偏心スリーブを回転させている。偏心スリーブが回転することにより、コネクティングロッドの支持穴に対するクランクピンの位置が切り替わり、高圧縮比の状態と低圧縮比の状態とが切換えられる（例えば、特許文献１、２参照）。

偏心スリーブの回転は、クランクシャフトの回転（内燃機関の運転状態）に依存しているため、偏心スリーブを的確に回転させて回転位置を固定して圧縮比を固定する場合、油圧の動力で偏心スリーブを回転させることが考えられる。この場合、油圧の経路を構築する必要があり、回転方向を切換えるための切換え機構等を備える必要がある。

しかし、クランクシャフトが配されている内燃機関では、限られたスペースに種々の機構を配置する必要があり、油圧の経路や切換え機構を構築するためには、様々な制約がある。このため、偏心スリーブを回転させて的確な位置に固定する場合、油圧を用いたアクチュエータを適用するためには様々な課題があるのが実情であった。

特開２０００−６４８６６号公報 特開平６−２４１０５８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、油圧を用いたアクチュエータを適用して偏心スリーブの回転を容易に行い回転位置を的確に固定することができる内燃機関の可変圧縮比装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の可変圧縮比装置は、気筒内を往復移動するピストンの支持軸に小端部の支持穴が枢支されると共に、クランクシャフトの支持軸に大端部の支持穴が枢支されるコネクティングロッドと、前記大端部の前記支持穴と前記支持軸との間に回転自在に介装され、前記大端部の前記支持穴の中心軸を前記支持軸の中心軸に対して変位させ、前記ピストンの移動状態を高圧縮比の状態もしくは低圧縮比の状態に切り替える偏心スリーブと、前記偏心スリーブを回転駆動させる油圧アクチュエータとを備え、前記油圧アクチュエータは、前記コネクティングロッドの前記大端部及び前記偏心スリーブの間に形成される油圧室と、前記油圧室を、一方の油圧室、他方の油圧室に仕切るベーンと、前記一方の油圧室、前記他方の油圧室に油圧を供給する油圧供給手段と、前記偏心スリーブが高圧縮比の状態の位置もしくは低圧縮比の状態の位置になった時に、前記偏心スリーブに嵌合して前記偏心スリーブの回転を固定する回転固定手段と、前記油圧供給手段により、一方の油圧室もしくは他方の油圧室へ前記油圧を供給して前記偏心スリーブを回転させる際に、供給される油圧により、前記回転固定手段による固定を解除する解除流路とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、偏心スリーブが高圧縮比の状態の位置もしくは低圧縮比の状態の位置で回転固定手段により偏心スリーブの回転位置が固定され、油圧室に油圧を供給してベーンを介して偏心スリーブを回転駆動させる際に、解除流路を介して回転固定手段による偏心スリーブの回転位置の固定が解除される。これにより、偏心スリーブの回転の固定を解除する油圧の系統により偏心スリーブの回転駆動の油圧の供給を行うことができる。

このため、油圧の系統を複雑にすることなく、油圧を用いたアクチュエータを適用して偏心スリーブの回転を容易に、しかも確実に行い、回転位置を的確に固定することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の内燃機関の可変圧縮比装置は、請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置において、前記回転固定手段は、前記偏心スリーブに形成された嵌合穴と、前記コネクティングロッドの前記大端部に設けられ、付勢力により前記嵌合穴に嵌合する固定ピンとを有していることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、偏心スリーブが高圧縮比の状態の位置もしくは低圧縮比の状態の位置で、固定ピンが嵌合穴に嵌合して偏心スリーブの回転位置が固定される。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の可変圧縮比装置は、請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比装置において、前記解除流路は、前記クランクシャフトの支持軸から前記偏心スリーブの支持穴を通して前記嵌合穴に油圧を供給する流路であり、前記嵌合穴に供給されて前記固定ピンの嵌合を解除した後の油圧を前記油圧室に供給する油圧路が前記偏心スリーブの外周面に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、クランクシャフトの支持軸から偏心スリーブの支持穴を通して嵌合穴に油圧が供給されて固定ピンの嵌合が解除され、解除後の油圧が偏心スリーブの外周面の油圧路から油圧室に供給されて偏心スリーブが回転駆動する。

偏心スリーブが高圧縮比の状態の位置にある時に、固定ピンが嵌合穴に固定される位置（固定ピン、嵌合穴の位置）は、一方の油圧室もしくは他方の油圧室のうち、偏心スリーブが低圧縮比の状態に回転する際に油圧が供給される油圧室の近傍側であることが好ましい。

これにより、高い応答性が要求される低圧縮比の状態への切換え時に、固定ピンの嵌合を解除した後に速やかに油圧室に油圧を供給して偏心スリーブを回転駆動することができる。

本発明の内燃機関の可変圧縮比装置は、油圧の系統を複雑にすることなく、油圧を用いたアクチュエータを適用して偏心スリーブの回転を容易に、しかも確実に行い、回転位置を的確に固定することが可能になる。

本発明の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置の要部の外観図である。 コネクティングロッドの分解斜視図である。 コネクティングロッドの断面図である。 圧縮比の切換えの動作説明図である。 圧縮比の切換えの動作説明図である。 大端部の分解斜視図である。 油圧回路の概略系統である。 圧縮比の切換えの動作説明図である。 圧縮比の切換えの動作説明図である。 油路を説明する展開図である。 大端部の断面図である。 開閉手段の断面図である。 流路ピストンの構成図である。 案内ガイドの構成図である。 押圧ピストンの構成図である。 開閉手段の要部の分解斜視図である。 開閉手段の動作説明図である。

図１から図３に基づいて本発明の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置の要部を説明する外観状況、図２にはコネクティングロッドを分解して表す外観状況、図３（ａ）には高圧縮比の状態のコネクティングロッドの断面、図３（ｂ）には低圧縮比の状態のコネクティングロッドの断面を示してある。

図１に示すように、内燃機関のシリンダブロック（下部ブロック２だけを示してある）にはクランクシャフト３のクランクジャーナル４が回転自在に支持される。

図１、図２に示すように、クランクシャフト３のクランクピン５（支持軸）には、コネクティングロッド１０の大端部６が回転自在に支持される。即ち、コネクティングロッド１０の大端部６の支持穴が支持軸に枢支される。コネクティングロッド１０の小端部７には、気筒内を往復移動するピストン８の支持軸が回転自在に支持される。即ち、ピストン８の支持軸にコネクティングロッド１０の小端部７の支持穴が枢支される。

ピストン８が気筒内を往復移動することにより、コネクティングロッド１０を介してクランクシャフト３がクランクジャーナル４を中心に回転する。つまり、コネクティングロッド１０により、ピストン８の往復移動がクランクシャフトの回転力として伝えられる。

コネクティングロッド１０の大端部６の支持穴には、偏心スリーブ１１の外周面が回転自在に支持され、偏心スリーブ１１の内周面は、クランクシャフト３のクランクピン５の外周面に回転自在に支持されている。偏心スリーブ１１は、厚肉部１１ａと薄肉部１１ｂが周方向に対向して設けられ、肉厚が徐々に変化している。

コネクティングロッド１０の大端部６には、偏心スリーブ１１を回転駆動させるアクチュエータ１２が内蔵されている。具体的には後述するが、アクチュエータ１２により偏心スリーブ１１を回転させることにより、クランクシャフト３のクランクピン５の中心と、コネクティングロッド１０の大端部６の中心が偏心し、ピストン８（図１参照）の移動状態が高圧縮比の状態、もしくは、低圧縮比の状態に切換えられる。

即ち、熱効率向上、燃費向上のため、高圧縮比での運転が有利となる一方、高負荷運転時に高圧縮比で運転を行うとノッキングの発生が生じる虞があるため、主に、低負荷運転時の際に高圧縮比で運転できるようになっている。このため、運転状態に応じて、アクチュエータ１２を駆動して偏心スリーブ１１を回転させることで、図３に示すように、高圧縮比の状態、もしくは、低圧縮比の状態に切換えられる。

図３（ａ）に示すように、厚肉部１１ａが上方にある状態の偏心スリーブ１１の回転位置が高圧縮比の状態となっている。図３（ｂ）に示すように、薄肉部１１ｂが上方にある状態の偏心スリーブ１１の回転位置が低圧縮比の状態となっている。

つまり、図３に示すように、偏心スリーブ１１の厚肉部１１ａが上方にある高圧縮比の状態（ａ）は、偏心スリーブ１１の薄肉部１１ｂが上方にある低圧縮比の状態（ｂ）に比べ、ピストン８の上死点の位置（移動状態）が高さｈだけ高い位置になる。

例えば、低圧縮比の状態は高負荷運転の時とされているため、高圧縮比の状態から低圧縮比の状態への切換えの場合、低負荷運転から高負荷運転への変化であり、高い応答性が要求されている。

このため、高圧縮比の状態から低圧縮比の状態への切換える場合、クランクシャフト３の回転により連れ回りする力が働く方向に偏心スリーブ１１を回転させ、応答性が高い状態で偏心スリーブ１１を回転させるようにしている。そして、低圧縮比の状態から高圧縮比の状態に切換える際には、高い応答性は要求されないので、アクチュエータ１２の駆動範囲を必要以上に拡大することなく、クランクシャフト３の回転方向に対し逆方向に偏心スリーブ１１を回転させるようにしている。

アクチュエータ１２を駆動して偏心スリーブ１１を回転させるため、偏心スリーブ１１の回転位置を確実に所望の回転位置に制御することが可能になる。

図２、図３に基づいてアクチュエータ１２、偏心スリーブ１１の回転を制御する機構を具体的に説明する。

コネクティングロッド１０の大端部６には、偏心スリーブ１１を回転駆動させるアクチュエータ１２の油圧室１３が設けられている。コネクティングロッドの大端部６は、ロッド側の端部に形成され、支持穴の上側の半分を形成する（半円状体に形成される）ロッド側端部１５と、支持穴の下側の半分を形成しロッド側端部１５に固定される半円状体のキャップ１６とで構成されている。

そして、キャップ１６の内側（支持穴）に断面がコ字型（図２参照）の油圧室１３が設けられている。油圧室１３はキャップ１６の内側の周方向の両端部に亘って設けられている。つまり、油圧室１３は、コネクティングロッド１０の大端部６のロッド側端部１５とキャップ１６との分割部位を除く部位に形成されている。

コネクティングロッド１０の大端部６のロッド側端部１５とキャップ１６との分割部位を除く部位に油圧室１３が形成されているので、加工が容易な分割部位に、油圧室１３への圧油の供給路、排出路を形成することができる。また、キャップ１６に油圧室１３が形成されているので、ロッド側端部１５に油圧室を形成する必要がなく、大端部６に油圧室１３を設けた場合であっても、ロッド側端部１５のロッド部との境界部の補強等を行うことなく剛性を維持することができる。

そして、油圧室１３はキャップ１６の内側の周方向の両端部に亘って設けられているので、アクチュエータ１２により偏心スリーブ１１を略１８０度の角度で回転駆動させることができる。このため、偏心スリーブ１１の偏心量を広い回転範囲で設定することができる。

偏心スリーブ１１の外周部の厚肉部１１ａと薄肉部１１ｂの境目に該当する部位には、伝達手段としてのベーン１７が設けられている。ベーン１７は油圧室１３の断面形状に応じたコ字型に形成されて油圧室１３に配され、ベーン１７により油圧室１３が二室に仕切られている。

一方の油圧室に油圧を供給すると共に他方の油圧室から油圧を排出することにより偏心スリーブ１１が一方向に回転し、他方の室に油圧を供給すると共に他方の室から油圧を排出することにより偏心スリーブ１１が他方向に回転する。

つまり、伝達手段であるベーン１７がシリンダーのピストンの役割を果たし、ベーン１７を挟んだ一方の油圧室１３に油圧を供給すると同時に他方の油圧室１３から油圧を排出し、排出状況を制御することにより、偏心スリーブ１１の回転位置の制御が実施される。言い換えれば、油圧室１３およびベーン１７がキャップ１６に内蔵されてアクチュエータ１２を構成し、偏心スリーブ１１の回転位置の制御が実施される。

クランクシャフト３（図１参照）の回転方向が、図３中時計回り方向である場合、偏心スリーブ１１の厚肉部１１ａが図中右半分を回転して上下に配されると共に薄肉部１１ｂが図中左半分を回転して上下に配される状態で、ベーン１７が油圧室１３に配される。

ベーン１７から厚肉部１１ａ側の油圧室１３（一方の油圧室１３ａ）の端部（図３中右側）には油圧排出路としての第１排出路２１が連通し、ベーン１７から薄肉部１１ｂ側の油圧室１３（他方の油圧室１３ｂ）の端部（図３中左側）には油圧排出路としての第２排出路２２が連通している。第１排出路２１及び第２排出路２２は、具体的な構成は後述するが、開閉手段により流路が開閉制御される。

そして、一方の油圧室１３ａ及び他方の油圧室１３ｂには、油圧供給手段から油圧が供給される。油圧の供給の機構は、具体的な構成は後述するが、偏心スリーブ１１の回転位置を固定する固定ピンの解除の油圧が一方の油圧室１３ａもしくは他方の油圧室１３ｂに送られる油圧となる機構とされている。

ベーン１７から厚肉部１１ａ側の一方の油圧室１３ａに油圧を供給すると同時に、ベーン１７から薄肉部１１ｂ側の他方の油圧室１３ｂから第２排出路２２を通して油圧が排出されることで、偏心スリーブ１１が図３中時計回り方向に回転して薄肉部１１ｂが上方になる低圧縮比の状態にされる。

つまり、高圧縮比の状態から低圧縮比の状態への切換える場合に、クランクシャフト３（図１参照）の回転により連れ回りする力が働く方向に偏心スリーブ１１を回転させ、応答性が高い状態で偏心スリーブ１１を回転させている。

逆に、他方の油圧室１３ｂに油圧を供給すると同時に、一方の油圧室１３ａから第１排出路２１を通して油圧が排出されることで、偏心スリーブ１１が図３中反時計回り方向、即ち、クランクシャフト３（図１参照）の回転方向に対し逆方向に回転して厚肉部１１ａが上方になる高圧縮比の状態にされる。

つまり、低圧縮比の状態から高圧縮比の状態に切換える際には、高い応答性は要求されないので、クランクシャフト３（図１参照）の回転方向に対し逆方向に偏心スリーブ１１を回転させている。

図４、図５に基づいて高圧縮比と低圧縮比の切換えの動作の状況を概略的に説明する。

尚、図４、図５には、切り換え動作の概略的な動作を示してあり、偏心スリーブ１１を回転制御するための油圧の供給、排出の具体的な説明、即ち、開閉手段、操作手段に相当する具体的な構成の説明は後述する。

図４には高圧縮比の状態から低圧縮比の状態への切換えの動作説明、図５には低圧縮比の状態から高圧縮比の状態への切換えの動作説明を示してあり、各図の（ａ）は切換え前の状態、各図の（ｂ）は切換え途中での状態、各図の（ｃ）は切換えが終了した状態である。

図４（ａ）に示すように、高圧縮比の状態では、偏心スリーブ１１は、厚肉部１１ａが上部に位置し、ベーン１７が図中右側の端部に位置する状態に回転位置が固定されて、他方の油圧室１３ｂに油圧が満たされている。低圧縮比に切換えが行われる場合、第１排出路２１が閉じられると共に第２排出路２２が開かれる。この状態で一方の油圧室１３ａに油圧が供給される。

図４（ｂ）に示すように、他方の油圧室１３ｂの油圧が第２排出路２２から排出され、一方の油圧室１３ａの容積の増加によりベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中時計回り方向に回転する。

図４（ｃ）に示すように、一方の油圧室１３ａに油圧が供給され続けることにより、他方の油圧室１３ｂの油圧が第２排出路２２から全て排出され、ベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中時計回り方向に回転し、薄肉部１１ｂが上部に位置して低圧縮比の状態に切換えられる。

従って、高圧縮比の状態から低圧縮比の状態に切換える場合には、アクチュエータ１２を駆動して、クランクシャフト３（図１参照）の回転により（クランクピン５の移動により）連れ回りする力が働く方向に偏心スリーブ１１を回転させている。

この結果、応答性が必要とされる低圧縮比の状態への切換えの際に、応答性が高い状態で偏心スリーブ１１を回転させることができる。

図５（ａ）に示すように、低圧縮比の状態では、偏心スリーブ１１は、薄肉部１１ｂが上部に位置し、ベーン１７が図中左側の端部に位置する状態に回転位置が固定されて、一方の油圧室１３ａに油圧が満たされている。高圧縮比に切換えが行われる場合、第２排出路２２が閉じられると共に第１排出路２１が開かれる。この状態で他方の油圧室１３ｂに油圧が供給される。

図５（ｂ）に示すように、一方の油圧室１３ａの油圧が第１排出路２１から排出され、他方の油圧室１３ｂの容積の増加によりベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中反時計回り方向に回転する。

図５（ｃ）に示すように、他方の油圧室１３ｂに油圧が供給され続けることにより、一方の油圧室１３ａの油圧が第１排出路２１から全て排出され、ベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中反時計回り方向に回転し、厚肉部１１ａが上部に位置して高圧縮比の状態に切換えられる。

従って、低圧縮比の状態から高圧縮比の状態に切換える場合には、高い応答性は要求されないので、アクチュエータ１２を駆動して、クランクシャフト３（図１参照）の回転（クランクピン５の白抜き矢印方向への移動）に対し逆方向に偏心スリーブ１１を回転させている。

上述した内燃機関の可変圧縮比装置は、油圧室１３に対して油圧が供給・排出されるアクチュエータ１２によりベーン１７を介して偏心スリーブ１１を回転させるので、大端部６の支持穴とクランクピン５との位置を偏心させ、ピストン８の移動状態を高圧縮比の状態もしくは低圧縮比の状態に切換えることができる。このため、偏心スリーブ１１の回転位置を確実に高圧縮比の状態もしくは低圧縮比の状態の位置（所望の回転位置）に制御することが可能になる。

上述した可変圧縮比装置は、偏心スリーブ１１が高圧縮比の状態、低圧縮比の状態にある時に、固定ピンが偏心スリーブ１１に機械的に嵌合する構成となっている。そして、油圧室１３に供給される油圧により固定ピンの嵌合を解除した後、解除後の油圧が油圧室１３に供給されて偏心スリーブ１１が回転する。

偏心スリーブ１１の回転のための第１排出路２１、第２排出路２２の開閉は、偏心スリーブ１１の回転に連動して操作手段により機械的に操作される開閉手段により行われる。

図６から図１０に基づいて偏心スリーブ１１を回転制御するための油圧の供給系統（油圧供給手段）の構成を具体的に説明する。

図６にはアクチュエータ１２への油圧の供給系統を説明する大端部６の分解斜視状態、図７には油圧回路の概略系統を示してある。また、図８には高圧縮比から低圧縮比への切換えの動作の状況、図９には低圧縮比から高圧縮比への切換えの動作の状況、図１０には油路を説明する展開状況の概念を示してある。

図６に基づいてアクチュエータ１２への油圧の供給系統を説明する。

ロッド側端部１５の内側には固定ピン２８が支持穴側に付勢ばね２７により突出付勢された状態で設けられている。つまり、固定ピン２８の先端が偏心スリーブ１１の周面に摺接した状態でロッド側端部１５に固定ピン２８が設けられている。偏心スリーブ１１の厚肉部１１ａの外周面には、固定ピン２８の先端が嵌合する第１嵌合穴２９ａが形成され、偏心スリーブ１１の薄肉部１１ｂの外周面には、固定ピン２８の先端が嵌合する第２嵌合穴２９ｂが形成されている。

偏心スリーブ１１が高圧縮比の状態に回転した際に、付勢ばね２７の付勢力により第１嵌合穴２９ａに固定ピン２８の先端が嵌合して回転状態が機械的に固定され、偏心スリーブ１１が低圧縮比の状態に回転した際に、付勢ばね２７の付勢力により第２嵌合穴２９ｂに固定ピン２８の先端が嵌合して回転状態が機械的に固定される。

クランクシャフト３（図１参照）のクランクピン５には、一方の油圧室１３ａに油圧を供給するための第１供給路２５、及び、他方の油圧室１３ｂに油圧を供給するための第２供給路２６が設けられている。偏心スリーブ１１の内周には、周方向に円環状とされる第１供給溝３１が形成されていると共に、周方向に円環状とされる第２供給溝３２が形成されている。第１供給溝３１は第１供給路２５に連通し、第２供給溝３２は第２供給路２６に連通している。

偏心スリーブ１１には、第１供給溝３１と第１嵌合穴２９ａを連通する第１路３３が設けられると共に、第２供給溝３２と第２嵌合穴２９ｂを連通する第２路３４が設けられている。

第１嵌合穴２９ａに付勢ばね２７の付勢力により固定ピン２８の先端が嵌合している状態で、第１供給路２５から油圧が供給されると、第１供給溝３１に油圧が満たされ、第１路３３から第１嵌合穴２９ａに油圧が供給される。これにより、付勢ばね２７の付勢力に抗して第１嵌合穴２９ａから固定ピン２８が押し戻され、偏心スリーブ１１の高圧縮比状態の回転位置の固定が解除される（解除流路）。

第２嵌合穴２９ｂに付勢ばね２７の付勢力により固定ピン２８の先端が嵌合している状態で、第２供給路２６から油圧が供給されると、第２供給溝３２に油圧が満たされ、第２路３４から第２嵌合穴２９ｂに油圧が供給される。これにより、付勢ばね２７の付勢力に抗して第２嵌合穴２９ｂから固定ピン２８が押し戻され、偏心スリーブ１１の低圧縮比状態の回転位置の固定が解除される（解除流路）。

一方、第１嵌合穴２９ａからベーン１７の部位の偏心スリーブ１１の外周には第１油圧路３５（油圧路）が形成され、第１油圧路３５は一方の油圧室１３ａに油圧を供給するようになっている。また、第２嵌合穴２９ｂからベーン１７の部位の偏心スリーブ１１の外周には第２油圧路３６（油圧路）が形成され、第２油圧路３６は他方の油圧室１３ｂに油圧を供給するようになっている。

つまり、偏心スリーブ１１が高圧縮比の状態、低圧縮比の状態にある時に、固定ピン２８が偏心スリーブ１１の第１嵌合穴２９ａ、第２嵌合穴２９ｂに嵌合する構成とされ、油圧室１３に供給される油圧により固定ピン２８の嵌合を解除した後、解除後の油圧が第１油圧路３５、第２油圧路３６から一方の油圧室１３ａ、他方の油圧室１３ｂに供給されて偏心スリーブ１１が回転する。

コネクティングロッド１０のキャップ１６の油圧室１３の端部には、偏心スリーブ１１の回転のための第１排出路２１、第２排出路２２の開閉を制御するための開閉手段（開閉弁部材）３７がそれぞれ設けられている。偏心スリーブ１１の厚肉部１１ａと薄肉部１１ｂの間の端面部位には、外周方向に延びる凸部材３８が１８０度の対向位置に設けられている。

偏心スリーブ１１が１８０度回転する毎に、即ち、高圧縮比と低圧縮比が切り換えられる毎に、凸部材３８により開閉手段（開閉弁部材）３７が操作され、開閉手段３７の開き状態、閉じ状態が交互に切り換えられて切り換えられた状態が維持される（具体的な説明は後述する）。

図７に基づいて油圧供給の系統（油圧供給手段）を説明する。

クランクシャフト３のクランクジャーナル４からクランクピン５にわたり、第１供給路２５及び第２供給路２６が形成されている。第１供給路２５及び第２供給路２６には供給切換え弁２３を介して油圧ポンプ２４からの油圧が選択的に供給される。第１供給路２５、第２供給路２６は第１路３３、第２路３４につなげられ、嵌合穴２９を介して第１油圧路３５、第２油圧路３６につなげられている。

一方の油圧室１３ａに油圧が供給されている場合には、他方の油圧室１３ｂの第２排出路２２から油圧が排出され、他方の油圧室１３ｂから油圧が供給されている場合には、一方の油圧室１３ａの第１排出路２１から油圧が排出されるように、それぞれの開閉手段３７（図６参照）が凸部材３８（図６参照）により操作される。

このため、供給切換え弁２３では、第１供給路２５及び第２供給路２６への油圧の切換えをだけを制御することで、第１排出路２１及び第２排出路２２からの排出の切換えの制御を行うことなく油圧の供給・排出制御が可能になる。従って、複雑な切換え手段を用いることなく簡単な制御によりアクチュエータ１２を駆動して偏心スリーブ１１を回転させることができる。

図８から図１０に基づいて偏心スリーブ１１の切換えの動作の状況の説明を油圧の経路を中心に具体的に説明する。

図８には高圧縮比の状態から低圧縮比の状態への切換えの動作説明、図９には低圧縮比の状態から高圧縮比の状態への切換えの動作説明を示してあり、各図の（ａ）は切換え前の状態、各図の（ｂ）は切換え途中での状態、各図の（ｃ）は切換えが終了した状態である。図８、図９の動作の状況は、前述した図４、図５の動作の状況に相当する。

また、図１０（ａ）には第１油圧路３５、第２油圧路３６の状況を説明する偏心スリーブ１１の外周面側の展開状況（図８（ａ）中のＰ矢視）、図１０（ｂ）には第１供給溝３１、第２供給溝３２の状況を説明する偏心スリーブ１１の内周面側の展開状況（図８（ｃ）中のＱ矢視）を示してある。

図８（ａ）の状態（図４（ａ）の状態）から低圧縮比に切換えが行われる場合、第１排出路２１が閉じられると共に第２排出路２２が開かれる状態に、開閉手段３７がそれぞれ凸部材３８により操作されている。凸部材３８による開閉手段３７の操作が終了し、再度、凸部材３８により開閉手段３７が操作されるまで、開閉手段３７の開閉状態はそのままの状態が維持される。

尚、開閉手段３７の操作の具体的な構成は後述する。

供給切換え弁２３（図７参照）の動作により、第１供給路２５から第１供給溝３１、第１路３３を通して第１嵌合穴２９ａに油圧が供給され（図１０（ｂ）を参照）、付勢ばね２７の付勢力に抗して第１嵌合穴２９ａから固定ピン２８が押し戻されて偏心スリーブ１１の固定が解除される。

第１供給溝３１は円環状に形成されているので、第１供給路２５の開口位置に拘わらず第１路３３を通して第１嵌合穴２９ａに油圧を供給することができる（図１０（ａ）を参照）。

第１嵌合穴２９ａから固定ピン２８が押し戻され、第１嵌合穴２９ａを通して第１油圧路３５に油圧が供給されると、一方の油圧室１３ａへの油圧の供給が開始される。図８（ｂ）に示すように、他方の油圧室１３ｂの油圧が第２排出路２２から排出され、一方の油圧室１３ａの容積の増加によりベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中時計回り方向に回転する。

図８（ｃ）に示すように、第１嵌合穴２９ａを通して第１油圧路３５から一方の油圧室１３ａに油圧が供給され続けることにより、他方の油圧室１３ｂの油圧が第２排出路２２から全て排出され、ベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中時計回り方向に回転し、付勢ばね２７の付勢力により第２嵌合穴２９ｂに固定ピン２８の先端が嵌合する。これにより、偏心スリーブ１１の回転位置が低圧縮比の状態に機械的に固定される。

この時、開閉手段３７がそれぞれ凸部材３８により操作され、第１排出路２１が開かれると共に第２排出路２２が閉じられる状態に切換え操作される。つまり、図８（ａ）の状態から凸部材３８による開閉手段３７の操作が終了し、再度、凸部材３８により開閉手段３７が操作された状態になっている。

尚、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）には、第１供給路２５（第２供給路２６）と第１供給溝３１（第２供給溝３２）の連通部と、第１路３３（第２路３４）と第１供給溝３１（第２供給溝３２）の連通部とを直線状態に示してあるが、クランクピン５の回転位相と偏心スリーブ１１の回転位相により、連通部同士が、第１供給溝３１（第２供給溝３２）の任意の位置に配されることもある。

図９（ａ）の状態（図８（ｃ）の状態）では、第１排出路２１が開かれると共に第２排出路２２が閉じられる状態に、開閉手段３７がそれぞれ凸部材３８により操作されている。前述同様、凸部材３８による開閉手段３７の操作が終了し、再度、凸部材３８により開閉手段３７が操作されるまで、開閉手段３７の開閉状態はそのままの状態が維持される。

供給切換え弁２３（図７参照）の動作により、第２供給路２６から第２供給溝３２、第２路３４を通して第２嵌合穴２９ｂに油圧が供給され（図１０（ｂ）を参照）、付勢ばね２７の付勢力に抗して第２嵌合穴２９ｂから固定ピン２８が押し戻されて偏心スリーブ１１の固定が解除される。第２供給溝３２は円環状に形成されているので、第２供給路２６の開口位置に拘わらず第２路３４を通して第２嵌合穴２９ｂに油圧を供給することができる（図１０（ａ）を参照）。

第２嵌合穴２９ｂから固定ピン２８が押し戻され、第２嵌合穴２９ｂを通して第２油圧路３６に油圧が供給されると、他方の油圧室１３ｂへの油圧の供給が開始される。図９（ｂ）に示すように、一方の油圧室１３ａの油圧が第１排出路２１から排出され、他方の油圧室１３ｂの容積の増加によりベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中反時計回り方向に回転する。

図９（ｃ）に示すように、第２嵌合穴２９ｂを通して第２油圧路３６から他方の油圧室１３ｂに油圧が供給され続けることにより、一方の油圧室１３ａの油圧が第１排出路２１から全て排出され、ベーン１７が押されて偏心スリーブ１１が図中反時計回り方向に回転し、付勢ばね２７の付勢力により第１嵌合穴２９ａに固定ピン２８の先端が嵌合する。これにより、偏心スリーブ１１の回転位置が高圧縮比の状態に機械的に固定される。

この時、開閉手段３７がそれぞれ凸部材３８により操作され、再び、第１排出路２１が閉じられると共に第２排出路２２が開かれる状態に切換え操作され、開閉手段３７の開閉状態はそのままの状態が維持される。

上述した可変圧縮比装置は、偏心スリーブ１１が高圧縮比の状態、低圧縮比の状態にある時に、固定ピン２８が偏心スリーブ１１に機械的に嵌合し、油圧室１３に供給される油圧により固定ピン２８の嵌合を解除した後、解除後の油圧が油圧室１３に供給されて偏心スリーブ１１が回転するようになっている。

つまり、一方の油圧室１３ａ及び他方の油圧室１３ｂには、第１供給路２５、第２供給路２６から油圧が供給されて、偏心スリーブ１１の回転位置を固定する固定ピン２８の固定を解除した後に、第１油圧路３５、第２油圧路３６を通して一方の油圧室１３ａもしくは他方の油圧室１３ｂに送られるようになっている。

このため、一つの系統の油圧回路により、固定ピン２８による偏心スリーブ１１の回転位置の固定の解除と、油圧室１３への油圧の供給によるアクチュエータ１２の駆動を実施することができる。従って、油圧の系統を複雑にすることなく偏心スリーブ１１を、的確にしかも確実に回転させることができる。

図１１から図１７に基づいて開閉手段３７を具体的に説明する。

図１１には開閉手段３７を説明するためのコネクティングロッドの大端部の断面、図１２（ａ）には開閉手段３７の部位の断面、図１２（ｂ）には図１２（ａ）中のＡ-Ａ線矢視、図１２（ｃ）には図１２（ａ）中のＢ-Ｂ線矢視を示してある。また、図１３には流路ピストンの構成、図１４には案内ガイドの構成、図１５には押圧ピストンの構成を示してあり、各図の（ａ）は外観斜視、（ｂ）は側面視、（ｃ）は正面視である。そして、図１６には開閉手段３７の構成部材の分解斜視の状況、図１７には開閉手段３７の動作説明を示してある。

第１排出路２１、第２排出路２２には開閉手段３７がそれぞれ備えられ、開閉手段３７は、偏心スリーブ１１の回転により凸部材３８で開閉操作される。開閉手段３７は、第１排出路２１、第２排出路２２の開閉状況が互いに逆になるように開閉操作される。

図１１に基づいて開閉手段３７の概略構成を説明する。

第１排出路２１、第２排出路２２は、油圧室１３につながる排出口路４１、及び、外部のタンク等につながる戻り路４２により形成されている。排出口路４１と戻り路４２の間には開閉手段３７が設けられ、開閉手段３７の動作により、排出口路４１と戻り路４２の連通（開）、及び、排出口路４１と戻り路４２の連通遮断（閉）が切換えられる。

図において、第１排出路２１の開閉手段３７の状況（ｂ-ｂ線断面の状態）は、凸部材３８の操作により、排出口路４１と戻り路４２が連通している状態（開状態）である。また、第２排出路２２の開閉手段３７の状況（ａ-ａ線断面の状態）は、凸部材３８の操作により、排出口路４１と戻り路４２が連通遮断している状態（閉状態）である。

開閉手段３７は、突出ばね４３により大端部６の端面側に付勢され、付勢方向に延びる回転軸を中心に回動自在とされる開閉ピンとしての流路ピストン４５と、流路ピストン４５の付勢移動により回動案内する案内ガイド４６と、大端部６の端面から頭部が出没自在となるように支持され、凸部材３８により押圧されることにより流路ピストン４５を付勢力に抗して移動させる開閉ピンとしての押圧ピストン４７とを有している。

図１２から図１６に基づいて開閉手段３７を具体的に説明する。

図１２に示すように、大端部６には流路ピストン４５、押圧ピストン４７が移動するピストン穴４４が形成され、ピストン穴４４は一端（凸部材３８が配されている端面側）が開口している。ピストン穴４４の底部には突出ばね４３が配され、突出ばね４３の先端部位には流路ピストン４５の底部が当接している。

流路ピストン４５には連通路５１が形成されている。付勢方向に延びる回転軸を中心に流路ピストン４５が回動することにより、連通路５１が排出口路４１及び戻り路４２と平行な状態とされる位置（開状態）と、連通路５１が排出口路４１及び戻り路４２と直角な状態とされる位置（閉状態）とに切換えられる。

突出ばね４３と反対側の流路ピストン４５の面側には、流路ピストン４５の付勢方向の端部を規制することで流路ピストン４５を回動案内する案内ガイド４６が配されている。案内ガイド４６が配されているピストン穴４４の開口部側には押圧ピストン４７が配され、押圧ピストン４７の頭部４７ａが開口から出没自在に支持され、凸部材３８により押圧されるようになっている。

尚、押圧ピストン４７は、図示しないストッパ等により開口部からの脱落が阻止され、更に、図示しない回り止め機構により、軸方向への移動が許容され、回動が阻止された状態に支持されている。

図１２、図１３、図１６に基づいて流路ピストン４５を説明する。

流路ピストン４５は筒状の本体５０を備え、本体５０がピストン穴４４に移動自在で回動自在に配されている。本体５０の底面側の端面が突出ばね４３に当接し、ピストン穴４４の開口部側の本体５０の端面には、カムフォロア面５２が形成されている。

詳細は後述するが、流路ピストン４５が突出ばね４３の付勢力により案内ガイド４６側に移動することで、カムフォロア面５２が案内ガイド４６のカム端面に案内されて流路ピストン４５が９０度回動するようになっている。

流路ピストン４５のカムフォロア面５２には、端面の中心部位に小径の筒状突起５４が形成され、筒状突起５４の外周側の２箇所の１８０度の対向位置に矩形板フォロア５５が設けられている。そして、流路ピストン４５の本体５０には中心軸に直交する方向に連通路５１が形成されている。

矩形板フォロア５５の先端部には、後述する案内ガイドの傾斜部の山部を乗り越えて隣接する傾斜部に移動するためのテーパ部５５ａが形成されている。乗り越える作用の具体的な説明は後述する。

図１２、図１４、図１６に基づいて案内ガイド４６を説明する。

案内ガイド４６はピストン穴４４の内周面の所定位置に固定される円環状をなし、案内ガイド４６の流路ピストン４５側の面にはカム面５７が形成されている。尚、図１２（ａ）には案内ガイド４６のカム面５７のカムプロファイルの形状を側面視の状態で示してある。

案内ガイド４６は展開した状態で、直角三角形が同方向に４個連続して配された形状とされている。そして、直角を作る辺を結ぶ傾斜部がカム面５７とされ、流路ピストン４５が軸方向に移動することで、カムフォロア面５２の矩形板フォロア５５の外周側の縁の部位が傾斜したカム面５７に摺接して谷部まで移動案内され、流路ピストン４５が回動する。

図１２、図１５、図１６に基づいて押圧ピストン４７を説明する。

押圧ピストン４７の径は、案内ガイド４６の内周側に移動できる径に設定され、押圧ピストン４７のピストン穴４４の開口部側の端面に頭部４７ａが形成されている。頭部４７ａの反対側（流路ピストン４５側）の押圧ピストン４７の面には、押圧面６１が形成されている。

押圧ピストン４７の押圧面６１は、案内ガイド４６のカム面５７に沿った傾斜の傾斜面６２と、傾斜面６２に連続して形成される小傾斜面６３とから形成されている。押圧ピストン４７の押圧面６１は、案内ガイド４６の内周側で流路ピストン４５のカムフォロア面５２に対向している。

凸部材３８により押圧ピストン４７の頭部４７ａが押されることで、押圧ピストン４７の押圧面６１が案内ガイド４６の内周側から流路ピストン４５の矩形板フォロア５５を押圧する。具体的には後述するが、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が押圧ピストン４７で押されることで、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が、案内ガイド４６の隣接するカム面５７の位置に移動する。

図１７に基づいて上述した開閉手段３７の動作の状況を具体的に説明する。

図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、第１排出路２１、第２排出路２２が閉じ状態から開き状態に切換えられる動作の状況を説明してある。第１排出路２１、第２排出路２２が開き状態から閉じ状態に切換えられる状態は、図１７（ｅ）が最初の状態で、図１７（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に対して連通路５１の回動位置が９０度ずれている状況となる。

例えば、図１１の状態から偏心スリーブ１１が反時計周り方向に１８０度回動すると、第２排出路２２側の開閉手段３７の状況が、図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の状態に動作して開き状態に切換えられる。第１排出路２１の開閉手段３７の状況は、図１７（ｅ）が最初の状態で、図１７（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に対して連通路５１の回動位置が９０度ずれている状況で動作して閉じ状態に切換えられる。

つまり、第１排出路２１、第２排出路２２の開閉手段３７は、偏心スリーブ１１の回転により凸部材３８で開閉操作され、第１排出路２１、第２排出路２２の開閉状況が互いに逆になるように開閉操作される。

図１７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の順に動作の状況を説明する。

図１７（ａ）に示すように、流路ピストン４５が突出ばね４３に付勢され、矩形板フォロア５５が案内ガイド４６のカム面５７の谷部に位置規制されている。流路ピストン４５の矩形板フォロア５５には、押圧ピストン４７の傾斜面６２と小傾斜面６３の境界部位が当接し、押圧ピストン４７が突出側に移動して頭部４７ａがピストン穴４４の開口部から突出している。

図１７（ａ）の状態では、排出口路４１、戻り路４２に対し連通路５１が直角の位置関係に維持されているため、排出口路４１、戻り路４２の連通が遮断した状態に維持されている。即ち、第１排出路２１（第２排出路２２）の開閉手段３７が閉状態に維持されている。

図１７（ｂ）に示すように、偏心スリーブ１１（図１１参照）が回動して凸部材３８が押圧ピストン４７の頭部４７ａを押し始め、押圧ピストン４７の押圧面６１（傾斜面６２と小傾斜面６３の境界部位）により、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が、突出ばね４３の付勢力に抗して、案内ガイド４６のカム面５７の山部側に押され始める。

図１７（ｃ）に示すように、凸部材３８が押圧ピストン４７の頭部４７ａを更に押すことにより、押圧ピストン４７の押圧面６１の傾斜面６２が案内ガイド４６のカム面５７と重なる位置に流路ピストン４５が押される。その後、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が案内ガイド４６のカム面５７の山部の位置に達する。

図１７（ｄ）に示すように、凸部材３８が押圧ピストン４７の頭部４７ａを更に押すことにより、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５のテーパ部５５ａが案内ガイド４６のカム面５７の山部を乗り越え、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が、突出ばね４３の付勢力により、案内ガイド４６のカム面５７を谷部側に移動して移動端がカム面５７の谷部側で規制される。即ち、押圧ピストン４７の押圧面６１の傾斜面６２と小傾斜面６３の境界部位で流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が規制される。

これにより、流路ピストン４５が９０度回動し、排出口路４１と戻り路４２を連通する状態に連通路５１が配され、第１排出路２１（第２排出路２２）の開閉手段３７が開状態に切換えられる。

開閉手段３７が切換えられた後、図１７（ｅ）に示すように、次に、圧縮比の状態を切換える際に偏心スリーブ１１が回転し、凸部材３８が押圧ピストン４７の頭部４７ａから外れる。突出ばね４３の付勢力により流路ピストン４５がピストン穴４４の開口部側に移動し、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が、押圧ピストン４７の押圧面６１の小傾斜面６３を押すと同時に、案内ガイド４６のカム面５７の谷部に移動する。

これにより、押圧ピストン４７の頭部４７ａがピストン穴４４の開口部から突出し、流路ピストン４５の矩形板フォロア５５が案内ガイド４６のカム面５７の谷部に規制される。従って、流路ピストン４５が９０度回動して開閉手段３７が開状態に切換えられた状態が維持される。

開閉手段３７が開き状態から閉じ状態に切換えられる場合、図１７（ｅ）が最初の状態で、図１７（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に対して連通路５１の回動位置が９０度ずれている状況で動作して閉じ状態に切換えられる。つまり、凸部材３８による開閉手段３７の操作が一旦終了し、再度、凸部材３８により開閉手段３７が操作されるまで、開閉手段３７の開閉状態が維持される。

開閉手段３７は、凸部材３８が押圧ピストン４７を押圧する毎に、開閉状態が切換えられ、再度、凸部材３８が押圧ピストン４７を押圧するまでその状態が維持される。このため、電気的な切換えの機構を用いることなく、機械的な機構により開閉の切換えと開閉状態の維持とを行うことができる。

従って、偏心スリーブ１１を回動させるアクチュエータ１２の排出路の開閉を制御する開閉制御弁部材として、開閉手段３７を適用することにより、限られたスペースでの油圧経路の切換えのための機構を小型・簡素化することができ、複雑な制御も不要となる。

上述した内燃機関の可変圧縮比装置は、油圧の系統を複雑にすることなく、油圧を用いたアクチュエータ１２を適用して偏心スリーブ１１の回転を容易に、しかも確実に行い、回転位置を的確に固定することが可能になる。

本発明は、内燃機関の可変圧縮比装置の産業分野で利用することができる。

２ 下部ブロック
３ クランクシャフト
４ クランクジャーナル
５ クランクピン
６ 大端部
７ 小端部
８ ピストン
１０ コネクティングロッド
１１ 偏心スリーブ
１２ アクチュエータ
１３ 油圧室
１５ ロッド側端部
１６ キャップ
１７ ベーン
２１ 第１排出路
２２ 第２排出路
２３ 供給切換え弁
２４ 油圧ポンプ
２５ 第１供給路
２６ 第２供給路
２７ 付勢ばね
２８ 固定ピン
２９ 嵌合穴
３１ 第１供給溝
３２ 第２供給溝
３３ 第１路
３４ 第２路
３５ 第１油圧路
３６ 第２油圧路
３７ 開閉手段
３８ 凸部材
４１ 排出口路
４２ 戻り路
４３ 突出ばね
４４ ピストン穴
４５ 流路ピストン
４６ 案内ガイド
４７ 押圧ピストン
５０ 本体
５１ 連通路
５２ カムフォロア面
５４ 筒状突起
５５ 矩形板フォロア
５７ カム面
６１ 押圧面
６２ 傾斜面
６３ 小傾斜面

Claims (3)

1. 気筒内を往復移動するピストンの支持軸に小端部の支持穴が枢支されると共に、クランクシャフトの支持軸に大端部の支持穴が枢支されるコネクティングロッドと、
   前記大端部の前記支持穴と前記支持軸との間に回転自在に介装され、前記大端部の前記支持穴の中心軸を前記支持軸の中心軸に対して変位させ、前記ピストンの移動状態を高圧縮比の状態もしくは低圧縮比の状態に切り替える偏心スリーブと、
   前記偏心スリーブを回転駆動させる油圧アクチュエータとを備え、
   前記油圧アクチュエータは、
   前記コネクティングロッドの前記大端部及び前記偏心スリーブの間に形成される油圧室と、
   前記油圧室を、一方の油圧室、他方の油圧室に仕切るベーンと、
   前記一方の油圧室、前記他方の油圧室に油圧を供給する油圧供給手段と、
   前記偏心スリーブが高圧縮比の状態の位置もしくは低圧縮比の状態の位置になった時に、前記偏心スリーブに嵌合して前記偏心スリーブの回転を固定する回転固定手段と、
   前記油圧供給手段により、一方の油圧室もしくは他方の油圧室へ前記油圧を供給して前記偏心スリーブを回転させる際に、供給される油圧により、前記回転固定手段による固定を解除する解除流路とを備えた
   ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比装置において、
   前記回転固定手段は、
   前記偏心スリーブに形成された嵌合穴と、
   前記コネクティングロッドの前記大端部に設けられ、付勢力により前記嵌合穴に嵌合する固定ピンとを有している
   ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の可変圧縮比装置において、
   前記解除流路は、
   前記クランクシャフトの支持軸から前記偏心スリーブの支持穴を通して前記嵌合穴に油圧を供給する流路であり、
   前記嵌合穴に供給されて前記固定ピンの嵌合を解除した後の油圧を前記油圧室に供給する油圧路が前記偏心スリーブの外周面に形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。

Images