JP2017535722A - 可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関 Download PDF

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Abstract

可変長コンロッドは、コンロッド本体、偏心部材、回動方向切換機構、停止機構を備える。偏心部材は、コンロッド本体の小径端部に設けられる。偏心部材は可変長コンロッドの有効長さが変化するように回動する。回動方向切換機構は、偏心部材に連結された油圧ピストンを備える。回動方向切換機構が第一状態にあるときには、偏心部材が第一回動位置に到達する。回動方向切換機構が第二状態にあるときには、偏心部材が第二回動位置に到達する。停止機構は、偏心部材が第一回動位置と第二回動位置との間の中間回動位置に維持されるように、偏心部材又は油圧ピストンに当接又は係合するよう構成された停止部材を備える。

Description

本発明は、有効長さを変更可能な可変長コンロッド及び可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関に関する。
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、特開2011−196549、国際公開第2014/019683)。コンロッドの有効長さとは、コンロッドにおける、クランクピンを受容する開口の中心とピストンピンを受容する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、特開2011−196549、国際公開第2014/019683)。偏心部材はピストンピンを受容する開口を有する。偏心部材の前記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。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。
可変圧縮比機構を備えた内燃機関では切換可能な機械圧縮比の段数が多いほど、より効率的に内燃機関の運転を行うことができる。ところが、上記コンロッドでは、コンロッド本体に対して偏心部材を一方側に最も回転させたときに達する第一回動位置と、偏心部材を一方側とは反対側に最も回転させたときに達する第二回動位置との二つの位置でしか偏心部材を維持することができない。換言すると、斯かるコンロッドでは、機械圧縮比を2段階でしか切り替えることができない。
本開示は、有効長さを2段階よりも多くの段階で変更及び維持することができる可変長コンロッドを提供する。本開示は、コンロッドの有効長さを変更するだけで機械圧縮比を2段階よりも多くの段階で変更及び維持することができる可変圧縮比内燃機関を提供する。
本開示の一つの態様は、コンロッド本体、偏心部材、回動方向切換機構、中間停止機構を備える可変長コンロッドである。前記コンロッド本体は、大径端部と小径端部を備え、前記小径端部は前記大径端部とコンロッドの軸線方向反対側に位置する端部である。前記コンロッド本体はクランクピンを受容する第1開口を大径端部に有する。前記偏心部材は、小径端部において前記コンロッド本体に対して前記小径端部の周方向に回動可能に取り付けられる。前記偏心部材はピストンピンを受容する第2開口を有する。前記偏心部材は回動すると前記コンロッド本体に対する前記ピストンピン受容開口の相対位置が変化して前記可変長コンロッドの有効長さが変化するように構成される。前記回動方向切換機構は、油圧ピストンを備える。前記油圧ピストンは前記偏心部材に連結されて前記偏心部材の回動位置の変化に伴ってその作動位置が変化する。前記回動方向切換機構は第一状態と第二状態とを切換えるように構成される。前記第一状態は前記偏心部材が第1側へ回動し、前記偏心部材が前記第1側とは反対方向である第2側への回動を禁止された状態である。前記第二状態は前記偏心部材が前記第2側へ回動し、前記偏心部材が前記第1側への回動を禁止された状態である。前記回動方向切換機構が前記第一状態にあるときには、前記偏心部材が前記第1側に最も回動した第一回動位置まで回動して前記第一回動位置に維持される。前記回動方向切換機構が前記第二状態にあるときには、前記偏心部材が前記第2側に最も回動した第二回動位置まで回動して前記第二回動位置に維持される。前記中間停止機構は停止部材を備える。前記停止部材は、前記偏心部材が前記第一回動位置と前記第二回動位置との間の中間回動位置にあるときに、前記偏心部材を前記中間回動位置に維持するように、前記偏心部材又は前記油圧ピストンに当接又は係合するよう構成される。
前記中間停止機構は前記コンロッド本体に設けられてもよい。前記停止部材は前記コンロッド本体から突出するよう構成されてもよい。前記停止部材は、前記中間停止機構に一定圧以上の油圧が供給されると前記コンロッド本体から突出するよう構成されてもよい。前記停止部材は前記停止部材が前記コンロッド本体から突出しているときには前記偏心部材が前記中間回動位置にあるときに前記偏心部材に当接するように構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記コンロッド本体はロッド部を備えてもよく、前記ロッド部は前記大径端部と前記小径端部との間に位置してもよい。前記中間停止機構は、前記コンロッド本体の前記小径端部側に配置されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記偏心部材はスリーブと第1アームと第2アームとを備えてもよい。前記第1アームは前記スリーブに結合され、前記第1アームは前記回動方向切換機構の前記油圧ピストンに連結してもよい。前記第2アームは前記スリーブに結合され、前記第2アームは前記スリーブに対して前記第1アームとは反対側に配置されてもよい。前記コンロッド本体は前記スリーブを受容する第3開口を有してもよい。前記スリーブは前記第3開口内で前記小径端部の周方向に回動するよう構成されてもよい。前記第2アームは、前記停止部材が前記コンロッド本体から突出しているときに前記停止部材と当接するように構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記第2アームは、前記スリーブ側とは反対側の端部において前記偏心部材の径方向よりも前記大径端部側に向かって延びるように湾曲していてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記偏心部材は、前記ピストンピン受容孔が前記偏心部材の回動軸線に対して第1アーム側に偏心して設けられてもよい。
前記停止部材は、前記中間停止機構に供給される油圧に応じて、前記停止部材の軸線方向に摺動するよう構成されてもよい。前記停止部材は摺動することによって前記コンロッド本体からの突出するように構成されてもよい。前記停止部材の摺動方向は、前記第1開口の軸線及び前記コンロッド本体の長手軸線に対して垂直であってもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記コンロッド本体は油圧シリンダを備えてもよい。前記油圧シリンダは前記回動方向切換機構の油圧ピストンを収容してもよい。前記回動方向切換機構の油圧ピストンは前記回動方向切換機構の側面に係合溝を有してもよい。前記中間停止機構は、前記コンロッド本体の内部に配置されてもよい。前記停止部材は、前記中間停止機構に一定圧以上の油圧が供給されると前記油圧シリンダ内へ突出するよう構成されてもよい。前記停止部材は、前記油圧シリンダ内に突出しているときには前記油圧ピストンの係合溝に係合するよう構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記偏心部材はスリーブと第1アームと第2アームとを備えてもよい。前記第1アームは前記スリーブに結合されてもよい。前記第2アームは前記スリーブに結合され、前記第2アームは前記スリーブに対して前記第1アームとは反対側に配置されてもよい。前記コンロッド本体は前記スリーブを受容する第3開口を有してもよい。前記コンロッド本体は第1油圧シリンダおよび 第2油圧シリンダを備えてもよい。前記スリーブは前記第3開口内で回動するよう構成されてもよい。前記回動方向切換機構は第1油圧ピストンおよび第2油圧ピストンを備えてもよい。前記第1油圧ピストンは、前記第1油圧シリンダ内で摺動するよう構成されてもよい。前記第1油圧ピストンは前記第1アームに連結されてもよい。前記第2油圧ピストンは前記第2油圧シリンダ内で摺動するよう構成されてもよい。前記第2油圧ピストンは前記第2アームに連結されてもよい。前記停止部材は、前記第1油圧ピストン及び前記第2油圧ピストンのうち一方の油圧ピストンのみと係合するよう構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記第2油圧シリンダは前記第1油圧シリンダよりも小径端部側に配置されてもよい。前記停止部材は、前記第2油圧ピストンと係合するよう構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記偏心部材は前記第一回動位置にあるときに前記可変長コンロッドの有効長さが最大となるように構成されてもよい。前記中間停止機構は、前記回動方向切換機構が前記第一状態にあるときにのみ前記中間停止機構への一定圧以上の油圧の供給されるように構成されてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記回動方向切換機構と前記中間停止機構とは同一の油圧供給源に接続されてもよい。前記回動方向切換機構は、前記油圧供給源から供給される油圧が第1閾値以上であるときに前記第一状態となるように構成されてもよい。前記回動方向切換機構は、前記油圧供給源から供給される前記油圧が第1閾値よりも小さいときに前記第二状態となるように構成されてもよい。前記中間停止機構は、前記油圧供給源から供給される油圧が第2閾値以上であるときに前記停止部材がコンロッド本体から又は前記油圧ピストンを収容する油圧シリンダ内へ突出するように構成されてもよい。前記第1閾値は前記第2閾値よりも低くてもよい。
前記可変長コンロッドにおいて、前記回動方向切換機構及び前記中間停止機構に供給される前記油圧の切り換えは、油圧切換機構によって行われてもよい。前記油圧切換機構は、作動油の流れを切り換える切換弁を具備してもよい。前記切換弁を切り換えることにより前記回動方向切換機構及び前記中間停止機構に供給される油圧を変更するよう構成されてもよい。
前記可変長コンロッドを備える可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を変更するように、前記可変長コンロッドの有効長さが変更されてもよい。
上記構成によれば、コンロッドの有効長さを2段階よりも多くの段階で変更及び維持することができる可変長コンロッドが提供される。また、上記構成によれば、コンロッドの有効長さを変更するだけで機械圧縮比を2段階よりも多くの段階で変更及び維持することができる可変圧縮比内燃機関が提供される。
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、第一実施形態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、前記第一実施形態に係る可変長コンロッド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、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7は、図6のVII−VIIに沿ったコンロッドの断面図である。 図8は、図6のVIII−VIIIに沿ったコンロッドの断面図である。 図9は、切換ピン等に中程度の油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図10は、切換ピン等に高い油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図11は、切換ピン等に低い油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図12A−12Cは、第一実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す断面側面図である。 図13は、第二実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す、図2と同様な斜視図である。 図14は、第二実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す、図3と同様な断面側面図である。 図15は、図14のXV−XVに沿ったコンロッドの断面図である。 図16は、切換ピン等に中程度の油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図17は、切換ピン等に高い油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図18は、切換ピン等に低い油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図19A−19Cは、第二実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す断面側面図である。
以下、添付の図面を参照して、特徴、効果並びに技術上及び産業上の重要性の例示的な実施形態を説明する。図中、同様な要素には同様な参照番号が付される。
以下、図面を参照して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。
図1は、第一実施形態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。
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によりピストン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1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1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。
図2は、第一実施形態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、第一実施形態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、偏心部材32の回動方向を切り換える回動方向切換機構33と、偏心部材32を中間回動位置で停止させ維持することができる中間停止機構34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を受容する第1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。第1開口41はスリーブ受容開口42よりも大きいことから、第1開口41が設けられている側のコンロッド本体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のコンロッド本体31の端部を小径端部31bと称する。加えて、コンロッド本体は、大径端部31aと小径端部31bとの間で延びるロッド部31cを有する。
第1開口41の中心軸線(すなわち、第1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の中央を長手方向に延びる線を、コンロッド6の長手軸線と称す。また、コンロッド6の長手軸線Xに対して垂直であって第1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、第1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36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。
第2アーム32cは、スリーブ32a側(すなわち、第1アーム32b側)とは反対側の端部において、偏心部材32の径方向(すなわち、スリーブ32aの径方向)よりもコンロッド本体31の大径端部31aに向かって延びるように湾曲せしめられている。特に、本実施形態では、第2アーム32cは、スリーブ32a側とは反対側の端部がスリーブ32aの接線方向に延びるように形成される。
また、偏心部材32のスリーブ32aは、ピストンピン21を受容するための第2開口32dを有する。この第2開口32dは円筒状に形成されている。円筒状の第2開口32dは、その軸線がスリーブ32aの円筒状外形の中央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、第2開口32dの中心は、スリーブ32aの円筒状外形の中心から偏心している。
特に、本実施形態では、スリーブ32aの第2開口32dの中心がスリーブ32aの円筒状外形の中心から第1アーム32b側へ偏心している。このため、偏心部材32が回転すると、スリーブ受容開口42内での第2開口32dの位置が変化する。偏心部材32が一方側に回動して、スリーブ受容開口42内において第2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、偏心部材32が上記一方側とは反対側の他方側に回動して、スリーブ受容開口42内において第2開口32dの位置が大径端部31a側とは反対側にあるときには、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。また、本実施形態では、後述するように、偏心部材32は、上記一方側に最も回動した時に達する第一回動位置と、上記他方側に最も回動した時に達する第二回動位置との間で回動可能である。したがって、コンロッド6の有効長さは、偏心部材32が第一回動位置にあるときの最大長さと、偏心部材32が第二回動位置にあるときの最小長さとの間で変更可能である。
次に、図3、図6〜図8を参照して、回動方向切換機構33について説明する。回動方向切換機構33は、偏心部材32の一方側への回動を許可すると共にこの一方側とは反対側の他方側への回動を禁止する第一状態と、偏心部材32の他方側への回動を許可すると共に一方側への回動を禁止する第二状態との間で切換可能に構成される。回動方向切換機構33は、コンロッド本体31に設けられた一つのピストン機構36と、ピストン機構36への作動油の流れの切り換えを行う流れ方向切換機構38とを具備する。
まず、図3を参照して、ピストン機構36について説明する。ピストン機構36は、コンロッド本体31に形成された油圧シリンダ36aと、油圧シリンダ36a内で摺動する油圧ピストン36bとを有する。油圧シリンダ36aは、そのほとんど又はその全てがコンロッド6の長手軸線Xに対して第1アーム32b側に配置される。また、油圧シリンダ36a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長手軸線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、油圧シリンダ36aは、ピストン連通油路55を介して流れ方向切換機構38と連通する。
油圧ピストン36bは、第1連結部材43により偏心部材32の第1アーム32bに連結される。油圧ピストン36bは、ピンによって第1連結部材43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43に回転可能に連結される。このため、油圧ピストン36bの作動位置が変化すると偏心部材32の回動位置が変化する。換言すると、油圧ピストン36bは、偏心部材32の回動位置の変化に伴ってその作動位置が変化するように構成されるといえる。
次に、図6〜図8を参照して、流れ方向切換機構38の構成について説明する。図6は、流れ方向切換機構38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7は、図6のVII−VIIに沿ったコンロッドの断面図であり、図8は、図6のVIII−VIIIに沿ったコンロッドの断面図である。流れ方向切換機構38は、外部から油圧シリンダ36aへの作動油の供給を許可するが油圧シリンダ36a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36aへの作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ36a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38は、図6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、油圧シリンダ36aと第1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よりも第1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、その軸線が第1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、65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、その作動方向が第1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7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7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は第1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7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。これら円周溝のうち一方の円周溝62bは、第2切換ピン62内に形成された連通路62cによって第2切換ピン62の一方の端部(第2付勢バネ68が設けられていない側の端部)と連通せしめられる。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は第1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7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。このため、本実施形態では、これら第1切換ピン61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、第1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、その作動方向が第1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において上側)から二次側(図8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、二つの空間連通油路51、52を介して逆止弁収容空間66に連通せしめられる。これら空間連通油路のうち一方の第1空間連通油路51は、図7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7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52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7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53、54を介して逆止弁収容空間66に連通せしめられる。これら空間連通油路のうち一方の第3空間連通油路53は、図7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7において下側)において、第2ピン収容空間65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7において上側)において、第2ピン収容空間65及び逆止弁収容空間66の一次側に連通せしめられる。
第1切換ピン61を収容する第1ピン収容空間64は、ピストン連通油路55を介して油圧シリンダ36aに連通せしめられる。図7に示したように、ピストン連通油路55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、ピストン連通油路55は、第1空間連通油路51とピストン連通油路55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52とピストン連通油路55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には、コンロッド本体31の外部と連通する排出油路56が連通せしめられる。排出油路56は、図7に示したように、第2ピン収容空間65の軸線方向において第3空間連通油路53と同一の位置に配置される。すなわち、排出油路56は、第2切換ピン62の円周溝62aが第3空間連通油路53と連通するときに、同時に円周溝62aに連通するように構成される。
上述した油路51〜55は、第1開口41からドリル等により切削加工を行うことによって形成される。したがって、これら油路51〜55は第1開口41まで延びる。換言すると、油路51〜55は、それぞれ、その延長線上に第1開口41が位置するように形成される。これら油路51〜55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、油路51〜55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、これら油路51〜55を閉じるための加工を別途することなく、これら油路51〜55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、第1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(油圧ポンプ)に連通される。
したがって、外部の油圧供給源から供給される油圧が所定の第1閾値よりも低い値であった場合には、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7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供給される油圧が第1閾値以上であるときには、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による付勢力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。
次に、図3を参照して、中間停止機構34について説明する。中間停止機構34は、偏心部材32が上述した第一回動位置と第二回動位置との間の中間回動位置にあるときに偏心部材32に当接することにより、偏心部材32を中間回動位置に維持することができる。
中間停止機構34は、コンロッド本体31内に形成された停止シリンダ45と、この停止シリンダ45内で摺動可能である停止部材46とを具備する。図3に示した例では、停止シリンダ45及び停止部材46は、その軸線がコンロッド本体31の幅方向(コンロッド6の長手軸線Xに対して垂直であって第1開口41の中心軸線に垂直な方向)に延びるように配置される。したがって、停止部材46は、コンロッド本体31の幅方向に摺動する。しかしながら、これら停止シリンダ45及び停止部材46は、コンロッド本体31の幅方向に対して多少の角度を持って配置されてもよい。
また、中間停止機構34は、コンロッド本体31のロッド部31cのうち小径端部31b側に配置される。すなわち、中間停止機構34は、小径端部31b近傍に配置される。このため、偏心部材32の第2アーム32cの長さがそれほど長くなくても中間停止機構34の停止部材46は第2アーム32cに当接可能である。このため、偏心部材32の第2アーム32cを短くすることができ、よって偏心部材32をコンパクトに構成することができる。加えて、上述したように、第2アーム32cは、コンロッド本体31の大径端部31aに向かって延びるように湾曲せしめられている。このため、第2アーム32cと接触する停止部材46を不必要に突出させる必要がなくなり、よって停止部材46をコンパクトに構成することができる。
停止部材46は、偏心部材32の第2アーム32c側においてコンロッド本体31から少なくとも部分的に突出した突出位置と、コンロッド本体31内に(すなわち、停止シリンダ45内に)少なくともそのほとんどが収容された引込み位置との間で摺動可能である。
また、停止部材46は、突出位置にあるときにも引込み位置にあるときにも偏心部材32の第2アーム32cに当接するように配置される。ここで、本実施形態では、中間停止機構34は、停止部材46が、油圧ピストン36bに連結されている第1アーム32bではなく、第2アーム32cと当接するように構成されている。このため、中間停止機構34を油圧ピストン36bと干渉しないように構成することができる。また、本実施形態では、停止部材46はその軸線方向において摺動すると共にその延長線上で第2アーム32cと当接する。このため、停止部材46には基本的に軸線方向の力が作用し、よって停止部材46の耐久性が高められる。
中間停止機構34は、停止部材46を引込み位置へと付勢する付勢バネ47を具備する。また、中間停止機構34の停止シリンダ45は、油圧供給油路59を介して、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。油圧供給油路59は、図7に示したように、第2ピン収容空間65に第2制御用油路58が連結されている側の端部において、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。したがって、油圧供給油路59には第2制御用油路58と同一の油圧が供給される。なお、油圧供給油路59も、第1開口41からドリル等によって切削加工を行うことで形成される。したがって、図6に示したように、油圧供給油路59も第1開口41まで延び、ベアリングメタル71によって閉じられる。
このように構成された中間停止機構34では、油圧供給油路59を介して停止シリンダ45に第2閾値以上の高い油圧が供給されていないときには、付勢バネ47の作用により停止部材46が引込み位置に引き込まれる。一方、油圧供給油路59を介して停止シリンダ45に第2閾値以上の高い油圧が供給されているときには、停止シリンダ45内に供給された作動油の作用により、停止部材46が突出位置に移動せしめられる。
次に、図9〜図12Cを参照して、本実施形態に係る可変長コンロッド6の動作について説明する。図9は、切換ピン61、62及び停止部材46に中程度の油圧が供給されているときの可変長コンロッド6の動作を説明するための概略図である。また、図10は、切換ピン61、62及び停止部材46に高い油圧が供給されているとき、図11は、切換ピン61、62及び停止部材46に低い油圧が供給されているときの、可変長コンロッド6の動作を説明するための概略図である。図12A〜図12Cは、本実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す断面側面図である。特に、図12Aは切換ピン等に中程度の油圧が供給されているとき、図12Bは切換ピン等に高い油圧が供給されているとき、図12Cは切換ピン等に低い油圧が供給されているときをそれぞれ示している。
なお、本実施形態では、流れ方向切換機構38の第1切換ピン61、第2切換ピン62及び停止部材46には同一の油圧供給源75から作動油が供給される。よってこれら第1切換ピン61、第2切換ピン62及び停止部材46に供給される作動油の圧力は同一となる。
ここで、上述したように、第1切換ピン61及び第2切換ピン62の作動位置は、供給される油圧が第1閾値以上であるかに応じて切り替わる。すなわち、流れ方向切換機構38、したがって回動方向切換機構33が第一状態と第二状態との間で切り替わる作動油の圧力は第1閾値となっている。この第1閾値は、切換ピン61、62の断面積(又はピン収容空間64、65の断面積)及び付勢バネ67、68の弾性係数等に応じて変化する。また、上述したように、停止部材46の作動位置は、供給される油圧が第2閾値以上であるか否かに応じて切り替わる。この第2閾値は、停止部材46の断面積(又は停止シリンダ45の断面積)及び付勢バネ47の弾性係数等に応じて変化する。本実施形態では、第1閾値は、第2閾値よりも小さい値とされる。したがって、油圧供給源75から供給される作動油の圧力を上昇させていくと、最初に第1切換ピン61及び第2切換ピン62の作動位置が切り替わり、流れ方向切換機構38が第二状態から第一状態に変化する。その後、油圧供給源75から供給される作動油の圧力を更に上昇させていくと、停止部材46の作動位置が引込み位置から突出位置へと変化する。
また、本実施形態では、油圧供給源75と制御用油路57、58との間に油圧切換機構90が設けられる。油圧切換機構90は、油圧供給源75に連通する三方弁91と、三方弁91に連通する三つの油路92〜94とを具備する。三つの油路92〜94には、それぞれリリーフ弁が設けられており、これらリリーフ弁の解放圧は互いに異なるものとなっている。図9〜図11に示した例では、油路92に設けられたリリーフ弁の解放圧P1、油路93に設けられたリリーフ弁の解放圧P2、油路94に設けられたリリーフ弁の解放圧P3の順に解放圧が低くなる(P1>P2>P3)。加えて、油路92と油路93との間には油路93内の圧力が高くなると解放されるリリーフ弁が設けられ、油路93と油路94との間には油路94内の圧力が高くなると解放されるリリーフ弁が設けられる。これら油路間に設けられたリリーフ弁の解放圧P4は油路94に設けられたリリーフ弁の解放圧P3よりも低く設定される(P3>P4)。加えて、油路92が制御用油路57、58に連通する。
このように構成された油圧切換機構90では、作動油の流れを切り換える切換弁として機能する三方弁91を切り換えることにより、制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧が変更せしめられる。具体的には、三方弁91により油圧供給源75が油路92に連通せしめられると、供給される油圧は最も高くなる。本実施形態では、このときの油圧は上述した第2閾値よりも高い圧力とされる。また、三方弁91により油圧供給源75が油路93に連通せしめられると、供給される油圧は中程度となる。本実施形態では、このときの油圧は上述した第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い圧力とされる。加えて、三方弁91により油圧供給源75が油路94に連通せしめられると、供給される油圧は最も低くなる。本実施形態では、このときの油圧は上述した第1閾値よりも低い圧力とされる。本実施形態によれば、油圧切換機構90を用いることにより、三方弁91を切り換えるだけで制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧が変更される。このため、例えば油圧ポンプの出力を変更して供給される油圧を変更する場合に比べて、制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧を迅速に変更することができる。
まず、図9に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路93に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧は第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い中程度の圧力とされる。このときの油圧は第1閾値よりも高いため、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によりピストン連通油路55と第1空間連通油路51とが連通せしめられる。また、第2切換ピン62の連通路62cにより油圧供給源75と第4空間連通油路54とが連通せしめられる。したがって、油圧シリンダ36aが逆止弁63の二次側に接続され、油圧供給源75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52及び第4空間連通油路54が連通する一次側から第1空間連通油路51及び第3空間連通油路53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54から第1空間連通油路51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、油圧供給源75の作動油は、第4空間連通油路54、第1空間連通油路51、ピストン連通油路55の順に油路を通って油圧シリンダ36aに供給されることができる。しかしながら、油圧シリンダ36a内の作動油は、油圧シリンダ36aから排出されることができない。したがって、油圧切換機構90によって供給油圧が第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い圧力とされているときには、流れ方向切換機構38は、外部の油圧供給源75から油圧シリンダ36aへの作動油の供給を許可するが油圧シリンダ36aからの作動油の排出を禁止する第一状態にあるといえる。
流れ方向切換機構38が第一状態にあると、油圧シリンダ36a内への作動油の供給が許可される。そして、油圧シリンダ36a内に作動油が供給されると、偏心部材32は図12Aに矢印で示した方向に回動されることになる。一方、流れ方向切換機構38が第一状態にあると、油圧シリンダ36a内からの作動油の排出が禁止される。そして、油圧シリンダ36aから作動油の排出が禁止されると、偏心部材32は図12Aに矢印で示した方向とは反対方向に回動することができない。したがって、回動方向切換機構33は、偏心部材32の第一回動位置へ向かう回動を許可すると共に第二回動位置へ向かう回動を禁止する第一状態にある。
このように回動方向切換機構33が第一状態にあると、油圧供給源75の作動油が油圧シリンダ36aに供給されるため油圧ピストン36bが上昇する。加えて、内燃機関1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したときにも油圧ピストン36bが上昇する。
一方、内燃機関1のシリンダ内でピストン5が往復動してピストン5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5に下向きの力が作用したときには、油圧ピストン36bが下降しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構38により油圧シリンダ36a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36a内の作動油は流出せず、よって油圧ピストン36bは下降せしめられない。この結果、コンロッド6の有効長さが長いまま維持される。
この結果、図9及び図12Aに示した場合には、油圧ピストン36bは上昇し、油圧ピストン36bに連結された偏心部材32の第1アーム32bも上昇する。よって、図12Aに示したように、偏心部材32が図12Aの矢印の方向に回動され、これにより、第2開口32dの位置が上昇する。したがって、第1開口41の中心と第2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12AのL1となる。すなわち、油圧供給源75及び油圧切換機構90によって第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い圧力で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12A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、このときの油圧が第2閾値よりも低いため、図9に示したように停止部材46は引込み位置とされる。このため、油圧供給源75から中程度の油圧が供給されているときにはコンロッド6の有効長さが図12AにL1で示したように長くなる。
図10に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路92に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧は第2閾値よりも高い圧力とされる。したがって、このときの油圧は第1閾値よりも高いため、図9に示した状態と同様に、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。よって、流れ方向切換機構38は第一状態にあり、油圧ピストン36bが上昇する。
一方、このときの油圧が第2閾値よりも高いため、図10に示したように停止部材46は突出位置へと移動せしめられる。このため、偏心部材32は第一回動位置(図12Aに矢印で示した方向に最も回動されたときに達する回動位置)に到達する前に停止部材46と当接する。これにより、偏心部材32は、それ以上回動することができなくなり、第一回動位置と第二回動位置との間の中間回動位置で停止せしめられ維持される。このため、油圧供給源75から高い油圧が供給されているときにはコンロッド6の有効長さが図12BにL2で示した中程度の長さとなる。
なお、このときには、コンロッド6の有効長さを長くすべく油圧シリンダ36aには高い油圧が供給されている。すなわち、本実施形態によれば、回動方向切換機構が第一状態にあるときに停止部材46が突出位置へと移動せしめられる。したがって、燃焼室7内で混合気の燃焼が起きてピストン5に大きな下向きの力が作用したときであっても、油圧シリンダ36a内からの作動油の排出が禁止される。これにより、混合気の燃焼に伴う大きな下向きの力が作用しても、コンロッド6の有効長さを図12BにL2で示した中程度の長さに維持することができる。
他方、図11に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路94に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59に供給される油圧は第1閾値よりも低い圧力とされる。このため、図11に示したように、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、ピストン連通油路55と第2空間連通油路52とが連通せしめられる。加えて、第2切換ピン62の円周溝62aにより、第3空間連通油路53と排出油路56とが連通せしめられる。したがって、油圧シリンダ36aが逆止弁63の一次側に接続され、排出油路56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11に示した状態では、油圧シリンダ36a内の作動油は、ピストン連通油路55、第2空間連通油路52、第3空間連通油路53、排出油路56の順に油路を通って外部に排出されることができる。しかしながら、逆止弁63の作用により、排出油路56側から油圧シリンダ36aに作動油が供給されることができない。したがって、油圧切換機構90によって供給油圧が第1閾値よりも低い圧力とされているときには、流れ方向切換機構38は、油圧シリンダ36aへの作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ36aからの作動油の排出を許可する第二状態にあるといえる。
流れ方向切換機構38が第二状態にあると、油圧シリンダ36aからの作動油の排出が許可される。そして、油圧シリンダ36aから作動油が排出されると、偏心部材32は図12Cに矢印で示した方向に回動されることになる。一方、流れ方向切換機構38が第二状態にあると、油圧シリンダ36a内への作動油の供給が禁止される。そして、油圧シリンダ36a内への作動油の供給が禁止されると偏心部材32は図12Cに矢印で示した方向とは反対方向に回動することができない。したがって、回動方向切換機構33は、偏心部材32の第一回動位置へ向かう回動を禁止すると共に第二回動位置へ向かう回動を許可する第二状態にある。
このように回動方向切換機構33が第二状態にあると、内燃機関1のシリンダ内でピストン5が往復動してピストン5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5に下向きの力が作用したときに、油圧ピストン36bが下降する。一方、内燃機関1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したときには、油圧ピストン36bが上昇しようとする。しかしながら、逆止弁63の作用により油圧シリンダ36a内には作動油が供給されないため、油圧ピストン36bが上昇しようとすると油圧シリンダ36a内には大きな負圧ができる。このため、ピストン5に上向きの慣性力が作用しても、油圧ピストン36bは上昇せしめられない。この結果、図11及び図12Cに示した場合には、油圧ピストン36bは下降し、油圧ピストン36bに連結された偏心部材32の第1アーム32bも下降する。よって、図12Cに示したように、偏心部材32が図12Cの矢印の方向に回動され、これにより、第2開口32dの位置が下降する。したがって、コンロッド6の有効長さが短くなり、図12CのL3となる。すなわち、油圧供給源75及び油圧切換機構90によって第1閾値より低い圧力で作動油が供給されると、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12C中の矢印方向の回動は、油圧ピストン36bが油圧シリンダ36aの底面に当接することによって停止せしめられる。なお、このときの油圧が第2閾値よりも低いため、図11に示したように停止部材46は引込み位置とされる。
次に、図13〜図19Cを参照して、第二実施形態に係る可変長コンロッドについて説明する。第二実施形態に係る可変長コンロッド6’の構成は、以下の点を除いて第一実施形態に係る可変長コンロッド6の構成と同様なものとされる。
本実施形態においては、回動方向切換機構33’は、コンロッド本体31に設けられた二つのピストン機構36、37と、ピストン機構36、37への作動油の流れの切り換えを行う流れ方向切換機構38’とを具備する。したがって、本実施形態では、第一実施形態のピストン機構と同様な第1ピストン機構36に加えて、第2ピストン機構37を具備する。
第2ピストン機構37は、コンロッド本体31に形成された第2油圧シリンダ37aと、第2油圧シリンダ37a内で摺動する第2油圧ピストン37bとを有する。第2油圧シリンダは、そのほとんど又はその全てがコンロッド6’の長手軸線Xに対して第2アーム32c側に配置される。また、第2油圧シリンダ37a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長手軸線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油圧シリンダ37aは、第2ピストン連通油路60を介して流れ方向切換機構38’と連通する。また、第2油圧シリンダ37aは第1油圧シリンダ36aよりも小径端部31b側に設けられている。
第2油圧ピストン37bは、第2連結部材44により偏心部材32の第2アーム32cに連結される。第2油圧ピストン37bは、ピンによって第2連結部材44に回転可能に連結される。第2アーム32c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2連結部材44に回転可能に連結される。このため、第2油圧ピストン37bの作動位置が変化すると偏心部材32の回動位置が変化する。換言すると、第2油圧ピストン37bは、偏心部材32の回動位置の変化に伴ってその作動位置が変化するように構成されるといえる。なお、本実施形態では、偏心部材32の第2アーム32cは第1アーム32bと対称的な形状とされる。
加えて、第2油圧ピストン37bの側面には、後述する中間停止機構34’の停止部材46’と係合可能な係合溝37dが形成される。したがって、係合溝37dの断面形状は停止部材46’の断面形状とほぼ同一の形状とされる。
次に、図14及び図15を参照して、本実施形態における流れ方向切換機構38’の構成について説明する。図15は、図14のXV−XVに沿った、図7と同様な断面図である。本実施形態の流れ方向切換機構38’は、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れを禁止し且つ第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36aへの作動油の流れを許可する第一状態と、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れを許可し且つ第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36a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。
本実施形態の流れ方向切換機構38’も、第一実施形態の流れ方向切換機構38と同様に、二つの切換ピン61、62’と一つの逆止弁63とを具備する。このうち、第1切換ピン61及び逆止弁63はその構成が第一実施形態の第1切換ピン61及び逆止弁63の構成と同様である。しかしながら、第2切換ピン62’はその構成が第一実施形態の第2切換ピン62の構成と異なっている。
図15に示したように、本実施形態における第2切換ピン62’は、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’は第1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15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。
したがって、本実施形態の第2切換ピン62’は、第1切換ピン61と同様な構成を有するピンとして形成される。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61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。
第2切換ピン62’を収容する第2ピン収容空間65は、第一実施形態と同様に、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。また、第2ピン収容空間65は、第2ピストン連通油路60を介して第2油圧シリンダ37aに連通せしめられる。図15に示したように、第2ピストン連通油路60は、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。また、第2ピストン連通油路60は、第3空間連通油路53と第2ピストン連通油路60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54と第2ピストン連通油路60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。
第2ピストン連通油路60も第1開口41からドリル等により切削加工を行うことによって形成される。したがって、第2ピストン連通油路60は、第1開口41まで延び、よってその延長線上に第1開口41が位置するように形成されるといえる。第2ピストン連通油路60は、例えば、ベアリングメタル71によって閉じられる。
次に、図14を参照して、本実施形態の中間停止機構34’について説明する。本実施形態においても、中間停止機構34’は、偏心部材32が上述した第一回動位置と第二回動位置との間の中間回動位置にあるときに偏心部材32に当接することにより、偏心部材32を中間回動位置に維持することができる。
中間停止機構34’は、コンロッド本体31内に形成された停止シリンダ45’と、この停止シリンダ45’内で摺動可能である停止部材46’とを具備する。図14に示した例では、停止シリンダ45’及び停止部材46’は、その軸線が第2ピストン機構37の第2油圧シリンダ37aの軸線に対して垂直に延びるように配置される。しかしながら、これら停止シリンダ45’及び停止部材46’は、第2油圧シリンダ37aの軸線に対して角度が付けられていれば、垂直に配置されていなくてもよい。
停止部材46’は、第2油圧シリンダ37aを画成する表面から第2油圧シリンダ37a内に少なくとも部分的に突出した突出位置と、停止シリンダ45’内に収容されて第2油圧シリンダ37aを画成する表面からは突出していない引込み位置との間で摺動可能である。また、停止部材46’は、第2油圧シリンダ37aの軸線方向において中間部分にて第2油圧シリンダ37aを画成する表面から突出可能となるように配置される。停止部材46’がその突出位置にあるときには、停止部材46’は、偏心部材32が中間停止位置にあると第2油圧ピストン37bの係合溝37dと係合せしめられる。このため、偏心部材32が中間停止位置にある状態で、第2油圧ピストン37bの動作が停止せしめられる。一方、停止部材46’がその引込み位置にあるときには、停止部材46’は第2油圧ピストン37bの係合溝37dとは係合せず、よって第2油圧ピストン37bは自由に動作することができる。
中間停止機構34’は、停止部材46’を引込み位置へと付勢する付勢バネ47’を具備する。また、中間停止機構34’の停止シリンダ45’は、油圧供給油路59’を介して、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。油圧供給油路59’は、図15に示したように、第2ピン収容空間65に第2制御用油路58が連結されている側の端部において、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。したがって、油圧供給油路59’には第2制御用油路58と同一の油圧が供給される。
このように構成された中間停止機構34’では、油圧供給油路59’を介して停止シリンダ45’に第2閾値以上の高い油圧が供給されていないときには、付勢バネ47’の作用により停止部材46’が引込み位置に引き込まれる。一方、油圧供給油路59’を介して停止シリンダ45’に第2閾値以上の高い油圧が供給されているときには、停止シリンダ45’内に供給された作動油の作用により、停止部材46’が突出位置に移動せしめられる。
なお、本実施形態では、中間停止機構34’の停止部材46’は、第1油圧シリンダ36aよりも小径端部31b側に設けられた第2油圧シリンダ37a内で摺動する第2油圧ピストン37bと係合するように構成される。これにより、第2油圧シリンダ37a内の内側においてコンロッド本体31に中間停止機構34’が設けられる。このため、中間停止機構34’がコンロッド本体31からほとんど突出することなく中間停止機構34’をコンロッド本体31に配置することができる。ただし、中間停止機構34’の停止部材46’は、第1油圧シリンダ36a内で摺動する第1油圧ピストン36bと係合するように構成されてもよい。したがって、中間停止機構34’の停止部材46’は、第1油圧ピストン36b及び第2油圧ピストン37bのうち一方の油圧ピストンのみと係合することができるように構成される。
次に、図16〜図19Cを参照して、本実施形態に係る可変長コンロッド6’の動作について説明する。図16は、切換ピン61、62’及び停止部材46’に中程度の油圧が供給されているときの可変長コンロッド6’の動作を説明するための図9と同様な概略図である。また、図17は、切換ピン61、62’及び停止部材46’に高い油圧が供給されているとき、図18は、切換ピン61、62’及び停止部材46’に低い油圧が供給されているときの、可変長コンロッド6’の動作を説明するための図10及び図11と同様な概略図である。図19A〜図19Cは、本実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す断面側面図である。特に、図19Aは切換ピン等に中程度の油圧が供給されているとき、図19Bは切換ピン等に高い油圧が供給されているとき、図19Cは切換ピン等に低い油圧が供給されているときをそれぞれ示している。
本実施形態においても、上述したように、停止部材46’の作動位置は、供給される油圧が第2閾値以上であるか否かに応じて切り替わる。この第2閾値は、停止部材46’の断面積(又は停止シリンダ45’の断面積)及び付勢バネ47’の弾性係数等に応じて変化する。本実施形態においても、第1閾値は、第2閾値よりも小さい値とされる。したがって、油圧供給源75から供給される作動油の圧力を上昇させていくと、最初に第1切換ピン61及び第2切換ピン62’の作動位置が切り替わり、流れ方向切換機構38が第二状態から第一状態に変化する。その後、油圧供給源75から供給される作動油の圧力を更に上昇させていくと、停止部材46’の作動位置が引込み位置から突出位置へと変化する。
まず、図16に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路93に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59’に供給される油圧は第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い中程度の圧力とされる。このため、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55と第1空間連通油路51とが連通せしめられる。また、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60と第4空間連通油路54とが連通せしめられる。したがって、第1油圧シリンダ36aが逆止弁63の二次側に接続され、第2油圧シリンダ37aが逆止弁63の一次側に接続される。
この結果、図16に示した状態では、第2油圧シリンダ37a内の作動油は、第2ピストン連通油路60、第4空間連通油路54、第1空間連通油路51、第1ピストン連通油路55の順に油路を通って第1油圧シリンダ36aに供給されることができる。しかしながら、第1油圧シリンダ36a内の作動油は、第2油圧シリンダ37aに供給されることができない。したがって、油圧切換機構90によって供給油圧が第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い圧力とされているときには、流れ方向切換機構38’は、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れを禁止し且つ第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36aへの作動油の流れを許可する第一状態にあるといえる。
流れ方向切換機構38’が第一状態にあると、第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36aへの作動油の流れが許可される。そして、第1油圧シリンダ36a内に作動油が供給されると、偏心部材32は図19Aに矢印で示した方向に回動されることになる。一方、流れ方向切換機構38’が第一状態にあると、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れが禁止される。そして、第1油圧シリンダ36aから作動油の流れが禁止されると、偏心部材32は図19Aに矢印で示した方向とは反対方向に回動することができない。したがって、回動方向切換機構33’は、偏心部材32の第一回動位置へ向かう回動を許可すると共に第二回動位置へ向かう回動を禁止する第一状態にある。
このように回動方向切換機構33’が第一状態にあると、内燃機関1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したときに第1油圧ピストン36bが上昇する。一方、内燃機関1のシリンダ内でピストン5が往復動してピストン5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5に下向きの力が作用したときであっても、第1油圧ピストン36bは下降せしめられない。この結果、コンロッド6’の有効長さが長いまま維持される。したがって、油圧供給源75及び油圧切換機構90によって第1閾値よりも高く第2閾値よりも低い圧力で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り、図19A中のL1となる。なお、このとき偏心部材32の図19A中の矢印方向の回動は、第2油圧ピストン37bが第2油圧シリンダ37aの底面に当接することによって停止せしめられる。一方、このときの油圧が第2閾値よりも低いため、図16に示したように停止部材46’は引込み位置とされる。
図17に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路92に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59’に供給される油圧は第2閾値よりも高い圧力とされる。したがって、このときの油圧は第1閾値よりも高いため、図16に示した状態と同様に、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。よって、流れ方向切換機構38’は第一状態にあり、第1油圧ピストン36bが上昇する。
一方、このときの油圧が第2閾値よりも高いため、図17に示したように停止部材46’は突出位置へと移動せしめられる。このため、第2油圧ピストン37bは、偏心部材32が第一回動位置(図19Aに矢印で示した方向に最も回動されたときに達する回動位置)に到達する前に、停止部材46’と係合する。これにより、偏心部材32は、それ以上回動することができなくなり、第一回動位置と第二回動位置との間の中間回動位置で停止せしめられ維持される。このため、油圧供給源75から高い油圧が供給されているときにはコンロッド6’の有効長さが図19BにL2で示した中程度の長さとなる。
他方、図18に示したように、油圧切換機構90の三方弁91により油圧供給源75が油路94に連通せしめられると、制御用油路57、58及び油圧供給油路59’に供給される油圧は第1閾値よりも低い圧力とされる。このため、図18に示したように、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ピストン連通油路55と第2空間連通油路52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ピストン連通油路60と第3空間連通油路53とが連通せしめられる。したがって、第2油圧シリンダ37aが逆止弁63の一次側に接続され、第1油圧シリンダ36aが逆止弁63の二次側に接続される。
この結果、図18に示した例では、第1油圧シリンダ36a内の作動油は、第1ピストン連通油路55、第2空間連通油路52、第3空間連通油路53、第2ピストン連通油路60の順に油路を通って第2油圧シリンダ37aに供給されることができる。しかしながら、第2油圧シリンダ37a内の作動油は、第1油圧シリンダ36aに供給されることができない。したがって、油圧切換機構90によって供給油圧が第1閾値よりも低い圧力とされているときには、流れ方向切換機構38’は、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れを許可し且つ第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36aへの作動油の流れを禁止する第二状態にあるといえる。
流れ方向切換機構38’が第二状態にあると、第1油圧シリンダ36aから第2油圧シリンダ37aへの作動油の流れが許可される。そして、第2油圧シリンダ37a内に作動油が供給されると、偏心部材32は図19Cに矢印で示した方向に回動されることになる。一方、流れ方向切換機構38’が第二状態にあると、第2油圧シリンダ37aから第1油圧シリンダ36aへの作動油の流れが禁止される。そして、第2油圧シリンダ37aから作動油の流れが禁止されると、偏心部材32は図19Cに矢印で示した方向とは反対方向に回動することができない。したがって、回動方向切換機構33’は、偏心部材32の第一回動位置へ向かう回動を禁止すると共に第二回動位置へ向かう回動を許可する第二状態にある。
このように回動方向切換機構33’が第二状態にあると、内燃機関1のシリンダ内でピストン5が往復動してピストン5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5に下向きの力が作用したときに第2油圧ピストン37bが上昇する。一方、内燃機関1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したとであっても、第2油圧ピストン37bは下降せしめられない。この結果、コンロッド6’の有効長さが短いまま維持される。したがって、油圧供給源75及び油圧切換機構90によって第1閾値よりも低い圧力で作動油が供給されると、コンロッド6’の有効長さが短くなり、図19C中のL3となる。一方、このときの油圧が第2閾値よりも低いため、図18に示したように停止部材46’は引込み位置とされる。
なお、上記第二実施形態では、中間停止機構34’の停止部材46’は、第2ピストン機構37の第2油圧ピストン37bと係合するように構成されている。しかしながら、中間停止機構34’の停止部材46’は、第1ピストン機構36の第1油圧ピストン36bと係合するように構成されてもよい。
また、上記第二実施形態では、コンロッド6’には二つのピストン機構が設けられている。しかしながら、コンロッドは、第一実施形態と同様にコンロッドには一つのピストン機構のみが設けられ、このピストン機構の油圧ピストンと中間停止機構の停止部材とが係合するように構成されてもよい。

Claims (14)

  1. 可変長コンロッドであって、
    大径端部と小径端部を備えるコンロッド本体であって、前記小径端部は前記大径端部とコンロッドの軸線方向反対側に位置する端部であり、当該コンロッド本体はクランクピンを受容する第1開口を前記大径端部に有する、コンロッド本体と、
    前記小径端部において前記コンロッド本体に対して前記小径端部の周方向に回動するように設けられた偏心部材であって、当該偏心部材はピストンピンを受容する第2開口を有し、当該偏心部材は回動すると前記コンロッド本体に対する前記第2開口の位置が変化して前記可変長コンロッドの有効長さが変化するように構成された、偏心部材と、
    油圧ピストンを備える回動方向切換機構と、
    停止部材を備えた中間停止機構と、を備え、
    前記油圧ピストンは前記偏心部材に連結されて前記偏心部材の回動位置の変化に伴ってその作動位置が変化し、
    前記回動方向切換機構は第一状態と第二状態とを切換えるように構成され、
    前記第一状態は前記偏心部材が第1側へ回動し、前記偏心部材が前記第1側とは反対方向である第2側への回動を禁止された状態であり、
    前記第二状態は前記偏心部材が前記第2側へ回動し、前記偏心部材が前記第1側への回動を禁止された状態であり、
    前記回動方向切換機構が前記第一状態にあるときには、前記偏心部材が前記第1側に最も回動した第一回動位置まで回動して前記第一回動位置に維持され、
    前記回動方向切換機構が前記第二状態にあるときには、前記偏心部材が前記第2側に最も回動した第二回動位置まで回動して前記第二回動位置に維持され、
    前記停止部材は、前記偏心部材が前記第一回動位置と前記第二回動位置との間の中間回動位置にあるときに、前記偏心部材を前記中間回動位置に維持するように、前記偏心部材又は前記油圧ピストンに当接又は係合するよう構成される、可変長コンロッド。
  2. 前記中間停止機構は前記コンロッド本体に設けられ、
    前記停止部材は前記コンロッド本体から突出するよう構成され、
    前記停止部材は、前記中間停止機構に一定圧以上の油圧が供給されると前記コンロッド本体から突出するよう構成され、
    前記停止部材は該停止部材が前記コンロッド本体から突出しているときには前記偏心部材が前記中間回動位置にあるときに前記偏心部材に当接するように構成される、請求項1に記載の可変長コンロッド。
  3. 前記コンロッド本体はロッド部を備え、前記ロッド部は前記大径端部と前記小径端部との間に位置し、
    前記中間停止機構は、前記コンロッド本体の前記小径端部側に配置される、請求項2に記載の可変長コンロッド。
  4. 前記偏心部材はスリーブと第1アームと第2アームとを備え、
    前記第1アームは前記スリーブに結合され且つ前記回動方向切換機構の前記油圧ピストンに連結し、
    前記第2アームは前記スリーブに結合され且つ前記スリーブに対して前記第1アームとは反対側に配置され、
    前記コンロッド本体は前記スリーブを受容する第3開口を有し、
    前記スリーブは前記第3開口内で前記小径端部の周方向に回動するよう構成され、
    前記第2アームは、前記停止部材が前記コンロッド本体から突出しているときに前記停止部材と当接するように構成される、請求項2又は3に記載の可変長コンロッド。
  5. 前記第2アームは、前記スリーブ側とは反対側の端部において前記偏心部材の径方向よりも前記大径端部側に向かって延びるように湾曲する、請求項4に記載の可変長コンロッド。
  6. 前記偏心部材は、前記ピストンピン受容開口が前記偏心部材の回動軸線に対して第1アーム側に偏心して設けられる、請求項4又は5に記載の可変長コンロッド。
  7. 前記停止部材は、前記中間停止機構に供給される油圧に応じて、当該停止部材の軸線方向に摺動するよう構成され、
    前記停止部材は摺動することによって前記コンロッド本体からの突出するように構成され、
    前記停止部材の摺動方向は、前記第1開口の軸線及び前記コンロッド本体の長手軸線に対して垂直である、請求項2〜6のいずれか1項に記載の可変長コンロッド。
  8. 前記コンロッド本体は油圧シリンダを備え、
    前記油圧シリンダは前記回動方向切換機構の油圧ピストンを収容し、
    前記回動方向切換機構の油圧ピストンは前記回動方向切換機構の側面に係合溝を有し、
    前記中間停止機構は、前記コンロッド本体の内部に配置され、
    前記停止部材は、前記中間停止機構に一定圧以上の油圧が供給されると前記油圧シリンダ内へ突出するよう構成され、
    前記停止部材は、前記油圧シリンダ内に突出しているときには前記油圧ピストンの係合溝に係合するよう構成される、請求項1に記載の可変長コンロッド。
  9. 前記偏心部材はスリーブと第1アームと第2アームとを備え、
    前記第1アームは前記スリーブに結合され、
    前記第2アームは前記スリーブに結合され、前記第2アームは前記スリーブに対して前記第1アームとは反対側に配置され、
    前記コンロッド本体は前記スリーブを受容する第3開口を有し、
    前記コンロッド本体は第1油圧シリンダおよび第2油圧シリンダを備え、
    前記スリーブは前記第3開口内で回動するよう構成され、
    前記回動方向切換機構は第1油圧ピストンおよび第2油圧ピストンを備え、
    前記第1油圧ピストンは、前記第1油圧シリンダ内で摺動するよう構成され且つ前記第1アームに連結され、
    前記第2油圧ピストンは前記第2油圧シリンダ内で摺動するよう構成され且つ前記第2油圧ピストンは前記第2アームに連結され、
    前記停止部材は、前記第1油圧ピストン及び前記第2油圧ピストンのうち一方の油圧ピストンのみと係合するよう構成される、請求項8に記載の可変長コンロッド。
  10. 前記第2油圧シリンダは前記第1油圧シリンダよりも小径端部側に配置され、
    前記停止部材は、前記第2油圧ピストンと係合するよう構成される、請求項9に記載の前記可変長コンロッド。
  11. 前記偏心部材は前記第一回動位置にあるときに前記可変長コンロッドの有効長さが最大となるように構成され、
    前記中間停止機構は、前記回動方向切換機構が前記第一状態にあるときにのみ前記中間停止機構への一定圧以上の油圧の供給されるように構成される、請求項2〜10のいずれか1項に記載の可変長コンロッド。
  12. 前記回動方向切換機構と前記中間停止機構とは同一の油圧供給源に接続され、
    前記回動方向切換機構は、前記油圧供給源から供給される油圧が第1閾値以上であるときに前記第一状態となり、前記油圧供給源から供給される前記油圧が第1閾値よりも小さいときに前記第二状態となるように構成され、
    前記中間停止機構は、前記油圧供給源から供給される油圧が第2閾値以上であるときに前記停止部材がコンロッド本体から又は前記油圧ピストンを収容する油圧シリンダ内へ突出するように構成され、
    前記第1閾値は前記第2閾値よりも低い、請求項1〜11のいずれか1項に記載の可変長コンロッド。
  13. 前記回動方向切換機構及び前記中間停止機構に供給される前記油圧の切り換えは、油圧切換機構によって行われ、
    前記油圧切換機構は、作動油の流れを切り換える切換弁を具備し、
    前記切換弁は前記回動方向切換機構及び前記中間停止機構に供給される油圧を変更するように構成される、請求項12に記載の可変長コンロッド。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の可変長コンロッドを備える可変圧縮比内燃機関であって、
    機械圧縮比を変更するように、前記可変長コンロッドの有効長さが変更される、可変圧縮比内燃機関。
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