JP2016145563A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保しつつ、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善する。【解決手段】可変圧縮比内燃機関１はシリンダ１５とピストン５とコンロッド６とを具備し、コンロッド６は、コンロッド本体３１と、偏心部材３２と、油圧シリンダ３３ａと油圧ピストン３３ｂとオイルシール３３ｃとを有する油圧ピストン機構３３とを具備し、油圧ピストンは、偏心部材が一方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で上昇し、偏心部材が他方の方向へ回動するときに油圧ピストンが油圧シリンダ内で下降し、油圧シリンダの内径は、油圧ピストンが油圧シリンダ内で上昇した後のオイルシールの位置よりも、油圧ピストンが油圧シリンダ内で下降した後のオイルシールの位置において大きい。【選択図】図１２

Description

本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。

従来から、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。このような可変圧縮比機構としては様々なものが提案されているが、そのうちの一つとして内燃機関で用いられるコンロッドの有効長さを変化させるものが挙げられる（例えば、特許文献１）。ここで、コンロッドの有効長さとは、クランクピンを受容するクランク受容開口の中心とピストンピンを受容するピストンピン受容開口の中心との間の距離を意味する。したがって、コンロッドの有効長さが長くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が小さくなり、よって機械圧縮比が増大する。一方、コンロッドの有効長さが短くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が大きくなり、よって機械圧縮比が低下する。

有効長さを変更可能な可変長コンロッドとしては、コンロッド本体の小径端部に、コンロッド本体に対して回動可能な偏心部材（偏心アームや偏心スリーブ）を設けたものが知られている（例えば、特許文献１）。偏心部材はピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有し、このピストンピン受容開口は偏心部材の回動軸線に対して偏心して設けられる。また、偏心部材には二つのピストン機構が連結されている。各ピストン機構は、可変長コンロッドのコンロッド本体内に形成された油圧シリンダと、シリンダ内を摺動可能な油圧ピストンとを具備する。

このような可変長コンロッドでは、偏心部材の回動位置を変更すると、これに伴ってコンロッドの有効長さを変化させることができる。具体的には、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する上向きの慣性力によって一方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを長くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して上昇し、機械圧縮比は低圧縮比から高圧縮比に切替えられる。このとき、一方の油圧シリンダから他方の油圧シリンダ内に作動油が供給され、機械圧縮比が高圧縮比に維持される。一方、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する下向きの慣性力と、混合気の燃焼によってピストンピンに作用する下向きの爆発力とによって他方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを短くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して下降し、機械圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。このとき、上記他方の油圧シリンダから上記一方の油圧シリンダ内に作動油が供給され、機械圧縮比が低圧縮比に維持される。

したがって、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。また、機械圧縮比は、油圧シリンダ内に供給される作動油によって高圧縮比又は低圧縮比に維持される。

特開２０１１−１９６５４９号公報 特開平６−２２９３１５号公報

ところで、慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力は、内燃機関の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。

また、油圧シリンダ内に作動油を保持するために油圧シリンダと油圧ピストンとの間にオイルシールを配設することが知られている。応答性を高めるためには、油圧シリンダとオイルシールとの間に発生する摩擦力を小さくすることが考えられる。しかしながら、摩擦力を小さくすると、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保することができないおそれがある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保しつつ、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することにある。

上記課題を解決するために、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介してピストンに連結されたコンロッドとを具備し、コンロッドが、クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、大径端部の反対側のピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材と、コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンと、油圧ピストンに固定されると共に油圧シリンダの内面と接触するオイルシールとを有する油圧ピストン機構とを具備し、偏心部材は、ピストンピン受容開口の軸線が偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して下降させるように構成され、油圧ピストンは、偏心部材が一方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で上昇し、偏心部材が他方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で下降し、油圧シリンダの内径は、油圧ピストンが油圧シリンダ内で上昇した後のオイルシールの位置よりも、油圧ピストンが油圧シリンダ内で下降した後のオイルシールの位置において大きい、可変圧縮比内燃機関が提供される。

本発明によれば、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保しつつ、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。

図１は、可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図である。 図２は、本発明に係る可変長コンロッドを概略的に示す斜視図である。 図３は、本発明に係る可変長コンロッド及びピストンを概略的に示す断面側面図である。 図４は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図５は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図６は、本発明に係る可変長コンロッド及びピストンを概略的に示す断面側面図である。 図７は、流れ方向切換機構が設けられた領域を拡大したコンロッドの断面側面図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ及びＩＸ−ＩＸに沿ったコンロッドの断面図である。 図９は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されているときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図１０は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図１１は、第１オイルシールの拡大平面図である。 図１２は、第１シリンダを概略的に示す拡大断面側面図である。 図１３は、第２シリンダを概略的に示す拡大断面側面図である。 図１４は、本発明の第２実施形態に係る可変長コンロッド及びピストンを概略的に示す断面側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図１３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

＜可変圧縮比内燃機関＞
図１は、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図を示す。
図１を参照すると、１は内燃機関を示している。内燃機関１は、クランクケース２、シリンダブロック３、シリンダヘッド４、ピストン５、可変長コンロッド６、燃焼室７、燃焼室７の頂面中央部に配置された点火プラグ８、吸気弁９、吸気カムシャフト１０、吸気ポート１１、排気弁１２、排気カムシャフト１３、排気ポート１４を具備する。シリンダブロック３はシリンダ１５を画成する。ピストン５はシリンダ１５内で往復動する。また、内燃機関１は、さらに、吸気弁９の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ａと、排気弁１２の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂとを具備する。

可変長コンロッド６は、その小径端部においてピストンピン２１を介してピストン５に連結されると共に、その大径端部においてクランクシャフトのクランクピン２２に連結される。可変長コンロッド６は、後述するように、ピストンピン２１の軸線からクランクピン２２の軸線までの距離、すなわち有効長さを変更することができる。

可変長コンロッド６の有効長さが長くなると、クランクピン２２からピストンピン２１までの長さが長くなるため、図中に実線で示したようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド６の有効長さが変化しても、ピストン５がシリンダ内を往復動するストローク長さは変化しない。したがって、このとき、内燃機関１における機械圧縮比が大きくなる。

一方、可変長コンロッド６の有効長さが短くなると、クランクピン２２からピストンピン２１までの長さが短くなるため、図中に破線で示したようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７内の容積が大きくなる。しかしながら、上述したように、ピストン５のストローク長さは一定である。したがって、このとき、内燃機関１における機械圧縮比が小さくなる。

＜可変長コンロッドの構成＞
図２は、本発明に係る可変長コンロッド６を概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明に係る可変長コンロッド６を概略的に示す断面側面図である。図２及び図３に示したように、可変長コンロッド６は、コンロッド本体３１と、コンロッド本体３１に回動可能に取り付けられた偏心部材３２と、コンロッド本体３１に設けられた第１ピストン機構３３及び第２ピストン機構３４と、これら両ピストン機構３３、３４への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構３５とを具備する。

まず、コンロッド本体３１について説明する。コンロッド本体３１は、その一方の端部にクランクシャフトのクランクピン２２を受容するクランク受容開口４１を有し、他方の端部に後述する偏心部材３２のスリーブを受容するスリーブ受容開口４２を有する。クランク受容開口４１はスリーブ受容開口４２よりも大きいことから、クランク受容開口４１が設けられている側（クランクシャフト側）に位置するコンロッド本体３１の端部を大径端部３１ａと称し、スリーブ受容開口４２が設けられている側（ピストン側）に位置するコンロッド本体３１の端部を小径端部３１ｂと称する。

なお、本明細書では、クランク受容開口４１の中心軸線（すなわち、クランク受容開口４１に受容されるクランクピン２２の軸線）と、スリーブ受容開口４２の中心軸線（すなわち、スリーブ受容開口４２に受容されるスリーブの軸線）との間で延びる線Ｘ（図３）、すなわちコンロッド本体３１の中央を通る線をコンロッド６の軸線と称す。また、コンロッド６の軸線Ｘに対して垂直であってクランク受容開口４１の中心軸線に垂直な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの幅と称する。加えて、クランク受容開口４１の中心軸線に平行な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの厚さと称する。

図２及び図３からわかるように、コンロッド本体３１の幅は、大径端部３１ａと小径端部３１ｂとの間の中間部分で最も細い。また、大径端部３１ａの幅は小径端部３１ｂの幅よりも広い。一方、コンロッド本体３１の厚さは、ピストン機構３３、３４が設けられている領域を除いてほぼ一定の厚さとされる。

次に、偏心部材３２について説明する。図４及び図５は、コンロッド本体３１の小径端部３１ｂ近傍の概略斜視図である。図４及び図５では、偏心部材３２は、分解された状態で示されている。図２〜図５を参照すると、偏心部材３２は、コンロッド本体３１に形成されたスリーブ受容開口４２内に受容される円筒状のスリーブ３２ａと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において一方の方向に延びる一対の第１アーム３２ｂと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において他方の方向（上記一方の方向とは概して反対方向）に延びる一対の第２アーム３２ｃとを具備する。スリーブ３２ａはスリーブ受容開口４２内で回動可能であるため、偏心部材３２はコンロッド本体３１の小径端部３１ｂにおいてコンロッド本体３１に対して小径端部３１ｂの周方向に回動可能に取り付けられることになる。偏心部材３２の回動軸線はスリーブ受容開口４２の中心軸線と一致する。

また、偏心部材３２のスリーブ３２ａは、ピストンピン２１を受容するためのピストンピン受容開口３２ｄを有する。このピストンピン受容開口３２ｄは円筒状に形成されている。円筒状のピストンピン受容開口３２ｄは、その軸線がスリーブ３２ａの円筒状外形の中心軸線と平行ではあるが、同軸にはならないように形成される。したがって、ピストンピン受容開口３２ｄの軸線は、スリーブ３２ａの円筒状外形の中心軸線、すなわち偏心部材３２の回動軸線から偏心している。

このように、本実施形態では、スリーブ３２ａのピストンピン受容開口３２ｄの中心軸線が偏心部材３２の回動軸線から偏心している。このため、偏心部材３２が回転すると、スリーブ受容開口４２内でのピストンピン受容開口３２ｄの位置が変化する。スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大径端部３１ａ側にあるときには、コンロッドの有効長さが短くなる。逆に、スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大径端部３１ａ側とは反対側、すなわち小径端部３１ｂ側にあるときには、コンロッドの有効長さが長くなる。したがって本実施形態によれば、偏心部材を回動させることによって、コンロッド６の有効長さが変化する。

次に、図３を参照して、第１ピストン機構３３について説明する。第１ピストン機構３３は、コンロッド本体３１に設けられると共に作動油が供給される第１シリンダ３３ａと、第１シリンダ３３ａ内で摺動する第１ピストン３３ｂと、第１シリンダ３３ａと第１ピストン３３ｂとの間に配設された第１オイルシール３３ｃとを有する。第１シリンダ３３ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッド６の軸線Ｘに対して第１アーム３２ｂ側に配置される。また、第１シリンダ３３ａは、小径端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第１シリンダ３３ａは、第１ピストン連通油路５１を介して流れ方向切換機構３５と連通する。

第１ピストン３３ｂは、第１連結部材４５により偏心部材３２の第１アーム３２ｂに連結される。第１ピストン３３ｂは、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。第１アーム３２ｂは、スリーブ３２ａに結合されている側とは反対側の端部において、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。

第１オイルシール３３ｃは、リング形状を有し、第１ピストン３３ｂの下端部の周囲に固定される。第１オイルシール３３ｃは、第１シリンダ３３ａの内面と接触し、第１シリンダ３３ａ内に供給される作動油をシールする。このため、第１オイルシール３３ｃと第１シリンダ３３ａとの間には摩擦力が発生する。

図１１は、第１オイルシール３３ｃの拡大平面図である。図１１に示されるように、第１オイルシール３３ｃは、ゴムのような弾性体から構成された内層３３ｄと、樹脂から構成された外層３３ｅとを有する。外層３３ｅは、内層３３ｄよりも径方向外側に位置し、第１シリンダ３３ａの内面と接触する。樹脂の摩擦係数は概して弾性体の摩擦係数よりも小さいため、樹脂から構成された外層３３ｅによって、第１オイルシール３３ｃと第１シリンダ３３ａとの間に発生する摩擦力が低減される。また、弾性体から構成された内層３３ｄによって第１オイルシール３３ｃの所要のシール性を確保することができる。

次に、第２ピストン機構３４について説明する。第２ピストン機構３４は、コンロッド本体３１に設けられると共に作動油が供給される第２シリンダ３４ａと、第２シリンダ３４ａ内で摺動する第２ピストン３４ｂと、第２シリンダ３４ａと第２ピストン３４ｂとの間に配設された第２オイルシール３４ｃを有する。第２シリンダ３４ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッド６の軸線Ｘに対して第２アーム３２ｃ側に配置される。また、第２シリンダ３４ａは、小径端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第２シリンダ３４ａは、第２ピストン連通油路５２を介して流れ方向切換機構３５と連通する。

第２ピストン３４ｂは、第２連結部材４６により偏心部材３２の第２アーム３２ｃに連結される。第２ピストン３４ｂは、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。第２アーム３２ｃは、スリーブ３２ａに連結されている側とは反対側の端部において、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。

第２オイルシール３４ｃは、リング形状を有し、第２ピストン３４ｂの下端部の周囲に固定される。第２オイルシール３４ｃは、第２シリンダ３４ａの内面と接触し、第２シリンダ３４ａ内に供給される作動油をシールする。このため、第２オイルシール３４ｃと第２シリンダ３４ａとの間には摩擦力が発生する。

第２オイルシール３４ｃは、第１オイルシール３３ｃと同様に、ゴムのような弾性体から構成された内層３４ｄと、樹脂から構成された外層３４ｅとを有する。外層３４ｅは、内層３４ｄよりも径方向外側に位置し、第２シリンダ３４ａの内面と接触する。樹脂の摩擦係数は概して弾性体の摩擦係数よりも小さいため、樹脂から構成された外層３４ｅによって、第２オイルシール３４ｃと第２シリンダ３４ａとの間に発生する摩擦力が低減される。また、弾性体から構成された内層３４ｄによって第２オイルシール３４ｃの所要のシール性を確保することができる。

なお、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂは同一の形状及び構成を有し、第１オイルシール３３ｃ及び第２オイルシール３４ｃは同一の形状及び構成を有する。このことによって、部品の共通化が可能となる。

＜可変長コンロッドの動作＞
次に、図６を参照して、このように構成された偏心部材３２、第１ピストン機構３３及び第２ピストン機構３４の動作について説明する。図６（Ａ）は、第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され且つ第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給されていない状態を示している。一方、図６（Ｂ）は、第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａ内には作動油が供給されておらず且つ第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給されている状態を示している。

ここで、後述するように、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態と、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換可能である。

流れ方向切換機構３５が第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態にあると、図６（Ａ）に示したように、第１シリンダ３３ａ内には作動油が供給され、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されることになる。このため、第１ピストン３３ｂは上昇し、第１ピストン３３ｂに連結された偏心部材３２の第１アーム３２ｂも上昇する。一方、第２ピストン３４ｂは下降し、第２ピストン３４ｂに連結された第２アーム３２ｃも下降する。この結果、図６（Ａ）に示した例では、偏心部材３２が図中の矢印の方向に回動され、その結果、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が上昇する。したがって、クランク受容開口４１の中心とピストンピン受容開口３２ｄの中心との間の長さ、すなわちコンロッド６の有効長さが長くなり、図中のＬ１となる。すなわち、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されると、コンロッド６の有効長さが長くなる。

一方、流れ方向切換機構３５が第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態にあると、図６（Ｂ）に示したように、第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給され、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されることになる。このため、第２ピストン３４ｂは上昇し、第２ピストン３４ｂに連結された偏心部材３２の第２アーム３２ｃも上昇する。一方、第１ピストン３３ｂは下降し、第１ピストン３３ｂに連結された第１アーム３２ｂも下降する。この結果、図６（Ｂ）に示した例では、偏心部材３２が図中の矢印の方向（図６（Ａ）の矢印とは反対方向）に回動され、その結果、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が下降する。したがって、クランク受容開口４１の中心とピストンピン受容開口３２ｄの中心との間の長さ、すなわちコンロッド６の有効長さは図中のＬ１よりも短いＬ２となる。すなわち、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されると、コンロッド６の有効長さが短くなる。

本実施形態に係るコンロッド６では、上述したように、流れ方向切換機構３５を第一状態と第二状態との間で切り替えることによって、コンロッド６の有効長さをＬ１とＬ２との間で切り替えることができる。この結果、コンロッド６を用いた内燃機関１では、機械圧縮比を変更することができる。

ここで、流れ方向切換機構３５が第一状態にあるときには、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ａ）に示した位置まで移動し、偏心部材３２が図６（Ａ）に示した位置まで回動する。内燃機関１のシリンダ１５内でのピストン５の往復動による上向きの慣性力がピストンピン２１に作用すると、第１ピストン３３ｂが上昇すると共に、第２ピストン３４ｂが下降する。このとき、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されると共に、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ａ）に示した位置まで移動する。また、上向きの慣性力がピストンピン２１に作用すると、偏心部材３２が一方の方向（図６（Ａ）中の矢印の方向）に図６（Ａ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６の有効長さが長くなり、ピストン５がコンロッド本体３１に対して上昇する。一方、内燃機関１のシリンダ１５内でピストン５が往復動してピストンピン２１に下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室７内で混合気の燃焼が起きてピストンピン２１に下向きの力が作用したときには、第１ピストン３３ｂが下降しようとすると共に、偏心部材３２が他方の方向（図６（Ｂ）中の矢印の方向）に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５により第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れが禁止されているため、第１シリンダ３３ａ内の作動油は流出せず、よって第１ピストン３３ｂ及び偏心部材３２は移動しない。

一方、流れ方向切換機構３５が第二状態にあるときにも、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、偏心部材３２が図６（Ｂ）に示した位置まで回動し、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ｂ）に示した位置まで移動する。内燃機関１のシリンダ１５内でのピストン５の往復動による下向きの慣性力と、燃焼室７内での混合気の燃焼による下向きの爆発力とがピストンピン２１に作用すると、第１ピストン３３ｂが下降すると共に、第２ピストン３４ｂが上昇する。このとき、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されると共に、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ｂ）に示した位置まで移動する。また、下向きの慣性力及び爆発力がピストンピン２１に作用すると、偏心部材３２が他方の方向（図６（Ｂ）中の矢印の方向）に図６（Ｂ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６の有効長さが短くなり、ピストン５はコンロッド本体３１に対して下降する。一方、内燃機関１のシリンダ１５内でピストン５が往復動してピストンピン２１に上向きの慣性力が作用したときには、第２ピストン３４ｂが下降しようとすると共に、偏心部材３２が上記一方の方向（図６（Ａ）における矢印の方向）に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５により第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが禁止されているため、第２シリンダ３４ａ内の作動油は流出せず、よって第２ピストン３４ｂ及び偏心部材３２は移動しない。

したがって、内燃機関１では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。

＜流れ方向切換機構の構成＞
次に、図７、図８を参照して、流れ方向切換機構３５の構成について説明する。図７は、流れ方向切換機構３５が設けられた領域を拡大したコンロッドの断面側面図である。図８（Ａ）は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿ったコンロッドの断面図であり、図８（Ｂ）は、図７のＩＸ−ＩＸに沿ったコンロッドの断面図である。上述したように、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態と、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換を行う機構である。

流れ方向切換機構３５は、図７に示したように、二つの切換ピン６１、６２と一つの逆止弁６３とを具備する。これら二つの切換ピン６１、６２及び逆止弁６３は、コンロッド本体３１の軸線Ｘ方向において、第１シリンダ３３ａ及び第２シリンダ３４ａとクランク受容開口４１との間に配置される。また、逆止弁６３は、コンロッド本体３１の軸線Ｘ方向において、二つの切換ピン６１、６２よりもクランク受容開口４１側に配置される。

さらに、二つの切換ピン６１、６２は、コンロッド本体３１の軸線Ｘに対して両側に設けられると共に逆止弁６３は、軸線Ｘ上に設けられる。これにより、コンロッド本体３１内に切換ピン６１、６２や逆止弁６３を設けることによってコンロッド本体３１の左右の重量バランスが低下することを抑制することができる。

二つの切換ピン６１、６２は、それぞれ円筒状のピン収容空間６４、６５内に収容される。本実施形態では、ピン収容空間６４、６５は、その軸線がクランク受容開口４１の中心軸線と平行に延びるように形成される。切換ピン６１、６２は、ピン収容空間６４、６５内でピン収容空間６４が延びる方向に摺動可能である。すなわち、切換ピン６１、６２は、その作動方向がクランク受容開口４１の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体３１内に配置されている。

また、二つのピン収容空間６４、６５のうち第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体３１の他方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。加えて、二つのピン収容空間６４、６５のうち第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の上記他方の側面に対して開いていると共に上記一方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。

第１切換ピン６１は、その周方向に延びる二つの円周溝６１ａ、６１ｂを有する。これら円周溝６１ａ、６１ｂは、第１切換ピン６１内に形成された連通路６１ｃによって互いに連通せしめられる。また、第１ピン収容空間６４内には第１付勢バネ６７が収容されており、この第１付勢バネ６７によって第１切換ピン６１はクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図８（Ａ）に示した例では、第１切換ピン６１は、第１ピン収容空間６４の閉じた端部に向かって付勢されている。

同様に、第２切換ピン６２も、その周方向に延びる二つの円周溝６２ａ、６２ｂを有する。これら円周溝６２ａ、６２ｂは、第２切換ピン６２内に形成された連通路６２ｃによって互いに連通せしめられる。また、第２ピン収容空間６５内には第２付勢バネ６８が収容されており、この第２付勢バネ６８によって第２切換ピン６２はクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図８（Ａ）に示した例では、第２切換ピン６２は、第２ピン収容空間６５の閉じた端部に向かって付勢されている。この結果、第２切換ピン６２は、第１切換ピン６１とは逆向きに付勢されている。

加えて、第１切換ピン６１と第２切換ピン６２とは、クランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向において互いに逆向きに配置されている。加えて、第２切換ピン６２は、第１切換ピン６１とは逆向きに付勢されている。このため、本実施形態では、これら第１切換ピン及び第２切換ピン６２に油圧が供給されたときのこれら第１切換ピン６１と第２切換ピン６２との作動方向は互いに逆向きとなる。

逆止弁６３は、円筒状の逆止弁収容空間６６内に収容される。本実施形態では、逆止弁収容空間６６も、クランク受容開口４１の中心軸線と平行に延びるように形成される。逆止弁６３は、逆止弁収容空間６６内で逆止弁収容空間６６が延びる方向に運動可能である。したがって、逆止弁６３は、その作動方向がクランク受容開口４１の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体３１内に配置されている。また、逆止弁収容空間６６は、コンロッド本体３１の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体３１の他方の側面に対して閉じている逆止弁収容穴として形成される。

逆止弁６３は一次側（図８（Ｂ）において上側）から二次側（図８（Ｂ）において下側）への流れを許可すると共に、二次側から一次側への流れを禁止するように構成される。

第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａに連通せしめられる。図８（Ａ）に示したように、第１ピストン連通油路５１は、コンロッド本体３１の厚さ方向中央付近において、第１ピン収容空間６４に連通せしめられる。また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は第２ピストン連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａと連通せしめられる。図８（Ａ）に示したように、第２ピストン連通油路５２も、コンロッド本体３１の厚さ方向中央付近において、第２ピン収容空間６５に連通せしめられる。

なお、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２は、クランク受容開口４１からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２のクランク受容開口４１側には、これらピストン連通油路５１、５２と同軸の第１延長油路５１ａ及び第２延長油路５２ａが形成される。換言すると、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２は、その延長線上にクランク受容開口４１が位置するように形成される。これら第１延長油路５１ａ及び第２延長油路５２ａは、例えば、クランク受容開口４１内に設けられるベアリングメタル７１によって閉じられる。

第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、二つの空間連通油路５３、５４を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第１空間連通油路５３は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも一方の側面側（図８（Ｂ）において下側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の二次側に連通せしめられる。他方の第２空間連通油路５４は、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも他方の側面側（図８（Ｂ）において上側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の一次側に連通せしめられる。また、第１空間連通油路５３及び第２空間連通油路５４は、第１空間連通油路５３と第１ピストン連通油路５１との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第２空間連通油路５４と第１ピストン連通油路５１との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝６１ａ、６１ｂ間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。

また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、二つの空間連通油路５５、５６を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第３空間連通油路５５は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも一方の側面側（図８（Ｂ）において下側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の二次側に連通せしめられる。他方の第４空間連通油路５６は、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも他方の側面側（図８（Ｂ）において上側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の一次側に連通せしめられる。また、第３空間連通油路５５及び第４空間連通油路５６は、第３空間連通油路５５と第２ピストン連通油路５２との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第４空間連通油路５６と第２ピストン連通油路５２との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝６２ａ、６２ｂ間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。

これら空間連通油路５３〜５６は、クランク受容開口４１からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、これら空間連通油路５３〜５６のクランク受容開口４１側には、これら空間連通油路５３〜５６と同軸の延長油路５３ａ〜５６ａが形成される。換言すると、空間連通油路５３〜５６は、それぞれ、その延長線上にクランク受容開口４１が位置するように形成される。これら延長油路５３ａ〜５６ａは、例えば、ベアリングメタル７１によって閉じられる。

上述したように、延長油路５１ａ〜５６ａは、いずれもベアリングメタル７１によって閉じられる。このため、ベアリングメタル７１を用いてコンロッド６をクランクピン２２に組み付けるだけで、これら延長油路５１ａ〜５６ａを閉じるための加工を別途することなくこれら延長油路５１ａ〜５６ａを閉じることができる。

また、コンロッド本体３１内には、第１切換ピン６１に油圧を供給するための第１制御用油路５７と、第２切換ピン６２に油圧を供給するための第２制御用油路５８とが形成される。第１制御用油路５７は、第１付勢バネ６７が設けられた端部とは反対側の端部において第１ピン収容空間６４に連通せしめられる。第２制御用油路５８は、第２付勢バネ６８が設けられた端部とは反対側の端部において第２ピン収容空間６５に連通せしめられる。これら制御用油路５７、５８は、クランク受容開口４１に連通するように形成されると共に、クランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の油圧供給源に連通される。

したがって、外部の油圧供給源から油圧が供給されていないときには、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２はそれぞれ第１付勢バネ６７及び第２付勢バネ６８に付勢されて、図８（Ａ）に示したように、ピン収容空間６４、６５内の閉じられた端部側に位置することになる。一方、外部の油圧供給源から油圧が供給されているときには、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２はそれぞれ第１付勢バネ６７及び第２付勢バネ６８による付勢に抗して移動せしめられ、それぞれピン収容空間６４、６５内の開かれた端部側に位置することになる。

さらに、コンロッド本体３１内には、逆止弁６３が収容された逆止弁収容空間６６のうち逆止弁６３の一次側に作動油を補充するための補充用油路５９が形成される。補充用油路５９の一方の端部は、逆止弁６３の一次側において逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。補充用油路５９の他方の端部は、クランク受容開口４１に連通せしめられる。また、ベアリングメタル７１には、補充用油路５９に合わせて貫通穴７１ａが形成されている。補充用油路５９は、この貫通穴７１ａ及びクランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の作動油供給源に連通される。したがって、補充用油路５９により、逆止弁６３の一次側は、常時又はクランクシャフトの回転に合わせて定期的に作動油供給源に連通している。なお、本実施形態では、作動油供給源は、コンロッド６等に潤滑油を供給する潤滑油供給源とされる。

＜流れ方向切換機構の動作＞
次に、図９及び図１０を参照して、流れ方向切換機構３５の動作について説明する。図９は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されているときの流れ方向切換機構３５の動作を説明する概略図である。また、図１０は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構３５の動作を説明する概略図である。なお、図９及び図１０では、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２に油圧を供給する油圧供給源７５は別々に描かれているが、本実施形態では同一の油圧供給源から油圧が供給される。

図９に示したように、油圧供給源７５から油圧が供給されているときには、切換ピン６１、６２は、それぞれ、付勢バネ６７、６８による付勢に抗して移動した第一位置に位置する。この結果、第１切換ピン６１の連通路６１ｃにより第１ピストン連通油路５１と第１空間連通油路５３とが連通せしめられ、第２切換ピン６２の連通路６２ｃにより第２ピストン連通油路５２と第４空間連通油路５６とが連通せしめられる。したがって、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の二次側に接続され、第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の一次側に接続される。

ここで、逆止弁６３は、第２空間連通油路５４及び第４空間連通油路５６が連通する一次側から第１空間連通油路５３及び第３空間連通油路５５が連通する二次側への作動油の流れは許可するが、その逆の流れは禁止するように構成される。したがって、図９に示した状態では、第４空間連通油路５６から第１空間連通油路５３へは作動油が流れるが、その逆には作動油が流れない。

この結果、図９に示した状態では、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第２ピストン連通油路５２、第４空間連通油路５６、第１空間連通油路５３、第１ピストン連通油路５１の順に油路を通って第１シリンダ３３ａに供給されることができる。しかしながら、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第２シリンダ３４ａに供給されることができない。したがって、油圧供給源７５から油圧が供給されているときには、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態にあるといえる。この結果、上述したように、第１ピストン３３ｂが上昇し、第２ピストン３４ｂが下降するため、コンロッド６の有効長さが図６（Ａ）にＬ１で示したように長くなる。

一方、図１０に示したように、油圧供給源７５から油圧が供給されていないときには、切換ピン６１、６２は、それぞれ、付勢バネ６７、６８によって付勢された第二位置に位置する。この結果、第１切換ピン６１の連通路６１ｃにより、第１ピストン機構３３に連通する第１ピストン連通油路５１と第２空間連通油路５４とが連通せしめられる。加えて、第２切換ピン６２の連通路６２ｃにより、第２ピストン機構３４に連通する第２ピストン連通油路５２と第３空間連通油路５５とが連通せしめられる。したがって、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の一次側に接続され、第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の二次側に接続される。

上述した逆止弁６３の作用により、図１０に示した状態では、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第１ピストン連通油路５１、第２空間連通油路５４、第３空間連通油路５５、第２ピストン連通油路５２の順に油路を通って第２シリンダ３４ａに供給されることができる。しかしながら、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第１シリンダ３３ａに供給されることができない。したがって、油圧供給源７５から油圧が供給されていないときには、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態にあるといえる。この結果、上述したように、第２ピストン３４ｂが上昇し、第１ピストン３３ｂが下降するため、コンロッド６の有効長さが図６（Ａ）にＬ２で示したように短くなる。

また、本実施形態では、上述したように、作動油は第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａと第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａとの間を行き来する。このため、基本的には、第１ピストン機構３３、第２ピストン機構３４及び流れ方向切換機構３５の外部から作動油を供給する必要はない。しかしながら、作動油は、これら機構３３、３４、３５に設けられたオイルシール３３ｃ、３４ｃ等から外部に漏れる可能性があり、このように作動油の漏れが生じた場合には外部から補充することが必要になる。

本実施形態では、逆止弁６３の一次側に補充用油路５９が連通しており、これにより逆止弁６３の一次側は常時又は定期的に作動油供給源７６に連通する。したがって、作動油が機構３３、３４、３５等から漏れた場合であっても、作動油を補充することができる。

さらに、本実施形態では、流れ方向切換機構３５は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されているときに第一状態となってコンロッド６の有効長さが長くなり、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されていないときに第二状態となってコンロッド６の有効長さが短くなるように構成される。これにより、例えば、油圧供給源７５における故障等によって油圧の供給を行うことができなくなったときに、コンロッド６の有効長さを短くしたままにすることができ、よって機械圧縮比を低く維持することができるようになる。

ところで、機械圧縮比が高くされた場合、機械圧縮比が低くされた場合と比べて、ピストン５が上死点にあるときのピストン５の頂面と吸気弁９及び排気弁１２との距離が短くなる。このため、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比が高く維持されると、ピストン５と吸気弁９又は排気弁１２とが衝突するおそれがある。例えば、可変バルブタイミング機構Ａを制御することによって吸気弁９の開弁時期が進角された場合、又は可変バルブタイミング機構Ａを制御することによって吸気弁９の閉弁時期が遅角された場合にピストン５と吸気弁９とが衝突するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比を低く維持することで、ピストン５と吸気弁９又は排気弁１２との衝突を防止することができる。

また、機械圧縮比が高くされた状態で内燃機関１が停止されて、高温状態で内燃機関１が再始動される場合、機械圧縮比が高く維持されたままではノッキングが発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、内燃機関１の停止時には、油圧が供給されないため、内燃機関１は、機械圧縮比が低くされた状態で再始動される。このため、本実施形態では、高温再始動時におけるノッキングの発生を抑制することができる。

＜機械圧縮比を切替えるときの応答性の問題点＞
しかしながら、要求トルクが小さい低負荷域では、燃費を改善すべく、機械圧縮比を高くすることが望ましい。したがって、内燃機関１の再始動時において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合がある。また、アイドリング状態のような低回転域において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合もある。

しかしながら、上述したように、内燃機関１では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力が内燃機関１の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関１の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。そこで、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することが望まれている。

ところで、機械圧縮比が高く維持された高圧縮比状態（図６（Ａ）参照）及び機械圧縮比が低く維持された低圧縮比状態（図６（Ｂ）参照）では、第１シリンダ３３ａと第１オイルシール３３ｃとの間及び第２シリンダ３４ａと第２オイルシール３４ｃとの間に静止摩擦力が発生する。この静止摩擦力は、機械圧縮比を切替えるときには抵抗力として作用する。したがって、機械圧縮比を切替えるときの応答性を高めるためには、上記静止摩擦力を小さくすることが望ましい。

一方、第１オイルシール３３ｃは高圧縮比状態において第１シリンダ３３ａ内の作動油をシールする。第１オイルシール３３ｃのシール性が低いと、作動油が第１シリンダ３３ａから流出する。この場合、内燃機関１は機械圧縮比を高圧縮比に維持することができない。また、第２オイルシール３４ｃは低圧縮比状態において第２シリンダ３４ａ内の作動油をシールする。第２オイルシール３４ｃのシール性が低いと、作動油が第２シリンダ３４ａから流出する。この場合、内燃機関１は機械圧縮比を低圧縮比に維持することができない。上記静止摩擦力を小さくすると、第１オイルシール３３ｃ及び第２オイルシール３４ｃのシール性が低くなる。このため、上記静止摩擦力を小さくすることによって、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することは困難であると考えられていた。

＜応答性改善手段＞
しかしながら、以下に説明するように、第１オイルシール３３ｃ及び第２オイルシール３４ｃに要求されるシール性は低圧縮比状態と高圧縮比状態とで異なる。図６（Ｂ）に示される低圧縮比状態では、ピストンピン２１に上向きの慣性力が作用すると、第１ピストン３３ｂが上昇しようとすると共に、第２ピストン３４ｂが下降しようとする。この結果、第２シリンダ３４ａ内の作動油をシールする第２オイルシール３４ｃには慣性力が作用する。したがって、第２オイルシール３４ｃは、低圧縮比状態において慣性力に耐えうるシール性を有する必要がある。一方、低圧縮比状態では、ピストンピン２１に下向きの慣性力及び爆発力が作用すると、第１ピストン３３ｂが下降しようとすると共に、第２ピストン３４ｂが上昇しようとする。しかしながら、低圧縮比状態では、作動油が第１シリンダ３３ａ内に供給されていないため、慣性力及び爆発力は、第１ピストン３３ｂが当接する第１シリンダ３３ａの底部に作用する。したがって、第１オイルシール３３ｃは、低圧縮比状態において高いシール性を有する必要がない。

一方、図６（Ａ）に示される高圧縮比状態では、ピストンピン２１に下向きの慣性力及び爆発力が作用すると、第１ピストン３３ｂが下降しようとすると共に、第２ピストン３４ｂが上昇しようとする。この結果、第１シリンダ３３ａ内の作動油をシールする第１オイルシール３３ｃには、慣性力に加えて爆発力が作用する。したがって、第１オイルシール３３ｃは、高圧縮比状態において慣性力及び爆発力に耐えうる最も高いシール性を有する必要がある。一方、高圧縮比状態では、ピストンピン２１に上向きの慣性力が作用すると、第１ピストン３３ｂが上昇しようとすると共に、第２ピストン３４ｂが下降しようとする。しかしながら、高圧縮比状態では、作動油が第２シリンダ３４ａ内に供給されていないため、慣性力は、第２ピストン３４ｂが当接する第２シリンダ３４ａの底部に作用する。したがって、第２オイルシール３４ｃは、高圧縮比状態において高いシール性を有する必要がない。

そこで、本実施形態では、第１シリンダ３３ａの内径が、第１ピストン３３ｂが第１シリンダ３３ａ内で上昇した後の第１オイルシール３３ｃの位置、すなわち高圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置よりも、第１ピストン３３ｂが第１シリンダ３３ａ内で下降した後の第１オイルシール３３ｃの位置、すなわち低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置において大きくされる。

図１２は、第１シリンダ３３ａを概略的に示す拡大断面側面図である。第１シリンダ３３ａは、その内径が下方に向かって徐々に大きくなる徐変区間αを有する。図１２では、徐変区間αよりも上方における第１シリンダ３３ａの内径がＤ１として示され、徐変区間αよりも下方における第１シリンダ３３ａの内径がＤ３として示される。第１オイルシール３３ｃは、高圧縮比状態において徐変区間αに位置し、低圧縮比状態において徐変区間αよりも下方に位置する。したがって、高圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径Ｄ２は、低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径Ｄ３よりも小さい。

図１３は、第２シリンダ３４ａを概略的に示す拡大断面側面図である。第２シリンダ３４ａの内径Ｄ３は一定であり且つ低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径Ｄ３と同一とされる。

本実施形態では、高圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径Ｄ２が第２シリンダ３４ａの内径Ｄ３及び低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径Ｄ３よりも小さくされるので、機械圧縮比を高圧縮比に維持するのに必要な第１オイルシール３３ｃのシール性を確保することができる。また、第１シリンダ３３ａと第１オイルシール３３ｃとの間及び第２シリンダ３４ａと第２オイルシール３４ｃとの間に発生する静止摩擦力は高圧縮比状態よりも低圧縮比状態において小さくなる。この結果、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。一方、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときには、慣性力に加えて爆発力が第１ピストン３３ｂに作用する。このため、高圧縮比状態における静止摩擦力が大きくても、十分な応答性を確保することができる。

なお、高圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径が第２シリンダ３４ａの内径及び低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径よりも小さければ、第１シリンダ３３ａの内径及び第２シリンダ３４ａの内径は本実施形態とは異なるように変化してもよい。例えば、低圧縮比状態における第１オイルシール３３ｃの位置における第１シリンダ３３ａの内径は第２シリンダ３４ａの内径よりも大きくてもよい。また、低圧縮比状態における第２オイルシール３４ｃの位置における第２シリンダ３４ａの内径は高圧縮比状態における第２オイルシール３４ｃの位置における第２シリンダ３４ａの内径よりも小さくてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図１４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第１実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１４は、本発明の第２実施形態に係る可変長コンロッド６’及びピストン５’を概略的に示す断面側面図である。図１４に示したように、可変長コンロッド６’は、コンロッド本体３１’と、コンロッド本体３１’に回動可能に取り付けられた偏心部材３２’と、コンロッド本体３１’に設けられたピストン機構３３’と、ピストン機構３３’への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構３５’とを具備する。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、一つのピストン機構３３’を用いて機械圧縮比の切換が行われる。

＜可変長コンロッドの動作＞
図１４を参照して、偏心部材３２’及びピストン機構３３’の動作について説明する。図１４（Ａ）は、ピストン機構３３’の油圧シリンダ３３ａ’内に作動油が供給されている状態を示している。一方、図１４（Ｂ）は、ピストン機構３３’の油圧シリンダ３３ａ’内には作動油が供給されていない状態を示している。

流れ方向切換機構３５’は、外部（例えば、後述する作動油供給源）から油圧シリンダ３３ａ’への作動油の供給を許可するが油圧シリンダ３３ａ’からの作動油の排出を禁止する第一状態と、油圧シリンダ３３ａ’への作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ３３ａ’からの作動油の排出を許可する第二状態との間で作動油の流れを切換可能である。

流れ方向切換機構３５’が外部から油圧シリンダ３３ａ’への作動油の供給を許可するが油圧シリンダ３３ａ’からの作動油の排出を禁止する第一状態にあると、図１４（Ａ）に示したように、油圧シリンダ３３ａ’内には作動油が供給されることになる。このため、油圧ピストン３３ｂ’は上昇し、油圧ピストン３３ｂ’に連結された偏心部材３２’の第１アーム３２ｂ’も上昇する。この結果、図１４（Ａ）に示した例では、偏心部材３２’が図中の矢印の方向に回動され、これにより、ピストンピン受容開口３２ｄ’の位置が上昇する。したがって、クランク受容開口４１’の中心とピストンピン受容開口３２ｄ’の中心との間の長さ、すなわちコンロッド６’の有効長さが長くなり、図中のＬ３となる。すなわち、油圧シリンダ３３ａ’内に作動油が供給されると、コンロッド６’の有効長さが長くなる。なお、このとき偏心部材３２’の図１４（Ａ）中の矢印方向の回動は、偏心部材３２’の第２アーム３２ｃ’の屈曲した端部が、コンロッド本体３１’の側面に当接することによって停止せしめられる。

一方、流れ方向切換機構３５’が油圧シリンダ３３ａ’への作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ３３ａ’からの作動油の排出を許可する第二状態にあると、図１４（Ｂ）に示したように、油圧シリンダ３３ａ’から作動油が排出されることになる。このため、油圧ピストン３３ｂ’は下降し、油圧ピストン３３ｂ’に連結された第１アーム３２ｂ’も下降する。この結果、図１４（Ｂ）に示した例では、偏心部材３２’が図中の矢印の方向（図１４（Ａ）の矢印とは反対方向）に回動され、これにより、ピストンピン受容開口３２ｄ’の位置が下降する。したがって、クランク受容開口４１’の中心とピストンピン受容開口３２ｄ’の中心との間の長さ、すなわちコンロッド６’の有効長さは図中のＬ３よりも短いＬ４となる。すなわち、油圧シリンダ３３ａ’から作動油が排出されると、コンロッド６’の有効長さが短くなる。なお、このとき偏心部材３２’の図１４（Ｂ）中の矢印方向の回動は、油圧ピストン３３ｂ’が油圧シリンダ３３ａ’の底部に当接することによって停止せしめられる。

本実施形態に係るコンロッド６’では、上述したように、流れ方向切換機構３５’を第一状態と第二状態との間で切り替えることによって、コンロッド６’の有効長さをＬ３とＬ４との間で切り替えることができる。この結果、コンロッド６’を用いた内燃機関では、機械圧縮比を変更することができる。

ここで、流れ方向切換機構３５’が第一状態にあるときには、仮に外部から作動油を供給しなくても、以下に説明するように、油圧ピストン３３ｂ’が図１４（Ａ）に示した位置まで移動し、偏心部材３２’が図１４（Ａ）に示した位置まで回動する。内燃機関のシリンダ内でピストン５’が往復動してピストン５’に上向きの慣性力が作用すると、油圧ピストン３３ｂ’が上昇する。このとき、油圧シリンダ３３ａ’内に作動油が供給され、油圧ピストン３３ｂ’が図１４（Ａ）に示した位置まで移動する。また、上向きの慣性力がピストンピンに作用すると、偏心部材３２’が一方の方向（図１４（Ａ）中の矢印の方向）に図１４（Ａ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６’の有効長さが長くなり、ピストン５’がコンロッド本体３１’に対して上昇する。一方、内燃機関のシリンダ内でピストン５’が往復動してピストンピンに下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室内で混合気の燃焼が起きてピストン５’に下向きの力が作用したときには、油圧ピストン３３ｂ’が下降しようとすると共に、偏心部材３２’が他方の方向（図１４（Ｂ）中の矢印の方向）に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５’により油圧シリンダ３３ａ’から作動油が排出されるのが禁止されているため、油圧シリンダ３３ａ’内の作動油は流出せず、よって油圧ピストン３３ｂ’及び偏心部材３２’は移動しない。

一方、流れ方向切換機構３５’が第二状態にあるときにも、以下に説明するように、偏心部材３２’が図１４（Ｂ）に示した位置まで回動し、油圧ピストン３３ｂ’が図１４（Ｂ）に示した位置まで移動する。内燃機関のシリンダ内でのピストン５’の往復動による下向きの慣性力と、燃焼室内での混合気の燃焼による下向きの爆発力とがピストンピンに作用すると、油圧ピストン３３ｂ’が下降する。このとき、油圧シリンダ３３ａ’から作動油が排出され、油圧ピストン３３ｂ’が図１４（Ｂ）に示した位置まで移動する。また、下向きの慣性力及び爆発力がピストンピンに作用すると、偏心部材３２’が他方の方向（図１４（Ｂ）中の矢印の方向）に図１４（Ｂ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６’の有効長さが短くなり、ピストン５’はコンロッド本体３１’に対して下降する。一方、内燃機関のシリンダ内でピストン５’が往復動してピストンピンに上向きの慣性力が作用したときには、油圧ピストン３３ｂ’が上昇しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５’により油圧シリンダ３３ａ’への作動油の流れが禁止されているため、油圧シリンダ３３ａ’内には作動油が供給されず、よって油圧ピストン３３ｂは’上昇しない。

したがって、第２実施形態の内燃機関では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。

＜応答性改善手段＞
ピストン機構３３’は第１実施形態の第１ピストン機構３３と同様の形状及び構成を有し、油圧シリンダ３３ａ’の内面は、図１２に示される第１シリンダ３３ａの内面と同様の形状を有する。したがって、油圧シリンダ３３ａ’の内径は、油圧ピストン３３ｂ’が油圧シリンダ３３ａ’内で上昇した後のオイルシール３３ｃ’の位置、すなわち高圧縮比状態（図１４（Ａ）参照）におけるオイルシール３３ｃ’の位置よりも、油圧ピストン３３ｂ’が油圧シリンダ３３ａ’内で下降した後のオイルシール３３ｃ’の位置、すなわち低圧縮比状態（図１４（Ｂ）参照）におけるオイルシール３３ｃ’の位置において大きくされる。

具体的には、図１２に示されるように、油圧シリンダ３３ａ’は、その内径が下方に向かって徐々に大きくなる徐変区間αを有する。図１２では、徐変区間αよりも上方における油圧シリンダ３３ａ’の内径がＤ１として示され、徐変区間αよりも下方における油圧シリンダ３３ａ’の内径がＤ２として示される。オイルシール３３ｃ’は、高圧縮比状態において徐変区間αに位置し、低圧縮比状態において徐変区間αよりも下方に位置する。したがって、高圧縮比状態におけるオイルシール３３ｃ’の位置における油圧シリンダ３３ａ’の内径Ｄ２は、低圧縮比状態におけるオイルシール３３ｃ’の位置における油圧シリンダ３３ａ’の内径Ｄ３よりも小さい。

第２実施形態では、高圧縮比状態におけるオイルシール３３ｃ’の位置における油圧シリンダ３３’ａの内径Ｄ２が低圧縮比状態におけるオイルシール３３ｃ’の位置における油圧シリンダ３３ａ’の内径Ｄ３よりも小さくされるので、機械圧縮比を高圧縮比に維持するのに必要なオイルシール３３ｃ’のシール性を確保することができる。また、油圧シリンダ３３ａ’とオイルシール３３ｃ’との間に発生する静止摩擦力は高圧縮比状態よりも低圧縮比状態において小さくなる。この結果、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。一方、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときには、慣性力に加えて爆発力が油圧ピストン３３ｂ’に作用する。このため、高圧縮比状態における静止摩擦力が大きくても、十分な応答性を確保することができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

１ 内燃機関
５、５’ ピストン
６、６’ コンロッド
１５ シリンダ
２１ ピストンピン
２２ クランクピン
３１、３１’ コンロッド本体
３２、３２’ 偏心部材
３３ 第１ピストン機構
３３ａ 第１シリンダ
３３ｂ 第１ピストン
３３ｃ 第１オイルシール
３３’ ピストン機構
３３ａ’ 油圧シリンダ
３３ｂ’ 油圧ピストン
３３ｃ’ オイルシール
３４ 第２ピストン機構
３４ａ 第２シリンダ
３４ｂ 第２ピストン
３４ｃ 第２オイルシール
３５、３５’ 流れ方向切換機構

Claims (1)

1. 機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、
   シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介して前記ピストンに連結されたコンロッドとを具備し、
   前記コンロッドが、
   クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、該大径端部の反対側の前記ピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、
   前記ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に前記小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材と、
   前記コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、該油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンと、該油圧ピストンに固定されると共に該油圧シリンダの内面と接触するオイルシールとを有する油圧ピストン機構とを具備し、
   前記偏心部材は、前記ピストンピン受容開口の軸線が当該偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して下降させるように構成され、
   前記油圧ピストンは、前記偏心部材が前記一方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で上昇し、前記偏心部材が前記他方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で下降し、
   前記油圧シリンダの内径は、前記油圧ピストンが該油圧シリンダ内で上昇した後の前記オイルシールの位置よりも、前記油圧ピストンが該油圧シリンダ内で下降した後の前記オイルシールの位置において大きい、可変圧縮比内燃機関。

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