JP2018173073A - Variable compression ratio mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの可変圧縮比機構に関する。 The present invention relates to an engine variable compression ratio mechanism.
従来より、星型エンジンにおいて、2つのピストンのストロークを異ならせ、圧縮比を可変とした可変容量圧縮エンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a star engine, a variable displacement compression engine is known in which the strokes of two pistons are different and the compression ratio is variable (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記技術では可変圧縮比と可変容量機能が連動している(大燃焼室に変更した場合には大排気量になり、小燃焼室に変更した場合には小排気量になる)。そのため、膨張比を変更されておらず、ガス圧を有効利用できているとは言えない。 However, in the above technique, the variable compression ratio and the variable capacity function are linked (a large displacement is obtained when the large combustion chamber is changed, and a small displacement is obtained when the small combustion chamber is changed). Therefore, the expansion ratio is not changed, and it cannot be said that the gas pressure can be effectively used.
また、上記技術では、クランク軸が放射状に回転することにより、クランク軸自体の耐久性、クランク軸と摺動する面の耐久性等、様々な点で問題がある。 Further, the above technique has problems in various points such as durability of the crankshaft itself and durability of a surface sliding with the crankshaft by rotating the crankshaft radially.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮比及び膨張比を変更可能、かつ、耐久性の高い可変圧縮比機構を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio and the expansion ratio and has high durability.
上記目的を達成するため本発明は、複数のシリンダ(例えば、後述のシリンダ2)と、前記複数のシリンダ内にそれぞれ挿入される複数のピストン(例えば、後述のピストン3)と、前記複数のピストンにそれぞれ揺動可能に接続される複数のコンロッド(例えば、後述のコンロッド4)と、前記複数のコンロッドがそれぞれ揺動可能に接続されるマスターコンロッド(例えば、後述のマスターコンロッド5)と、前記マスターコンロッドが所定の点(例えば、後述の先端53a)を中心として揺動しながら回動することを可能とするために、揺動可能かつ第1の方向(例えば、後述の上下方向)に移動可能に支持された圧縮比変更部材(例えば、後述の圧縮比変更部材53)と、前記圧縮比変更部材の支持位置を前記第1の方向と交差する第2方向(例えば、後述の左右方向)へ移動した位置に変更可能な支持位置変更機構(例えば、後述の支持位置変更機構8)と、を備えた可変圧縮比機構を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of cylinders (for example,
これにより、圧縮比のみならず、膨張比まで変更することが可能となる。例えば、最適圧縮比12で燃焼させた場合、燃焼後の膨張比は12以上となるので、ガス圧を有効利用して、より多くの動力へ変換することが可能となる。 As a result, not only the compression ratio but also the expansion ratio can be changed. For example, when combustion is performed at an optimal compression ratio of 12, the expansion ratio after combustion becomes 12 or more, so that the gas pressure can be effectively used and converted into more power.
また、複数のシリンダは、各コンロッドを介してマスターコンロッドに接続されており、クランクシャフトには、マスターコンロッドのみを接続すればよいので、クランクシャフトを短くすることができる。これにより、クランク機構における軽量化、コンパクト化、低フリクション化、高剛性化を同時に実現することが可能となる。 The plurality of cylinders are connected to the master connecting rod via each connecting rod, and only the master connecting rod needs to be connected to the crankshaft, so that the crankshaft can be shortened. As a result, it is possible to simultaneously realize weight reduction, compactness, low friction, and high rigidity in the crank mechanism.
前記支持位置変更機構は、前記圧縮比変更部材に揺動可能に接続されたレバーである。 The support position changing mechanism is a lever that is swingably connected to the compression ratio changing member.
これにより、簡易な構成で圧縮比変更部材の支持位置を移動させることが可能となる。 Thereby, it becomes possible to move the support position of the compression ratio changing member with a simple configuration.
また、前記マスターコンロッドに接続された少なくとも2つのピストン及びシリンダは、同一平面上に配置されている。 The at least two pistons and cylinders connected to the master connecting rod are arranged on the same plane.
これにより、複数のシリンダ及びピストンを複数の組に分けることができるので、キャビンの大きい乗用車等に搭載してもキャビンへの浸食は少なくなる。 Thereby, since a some cylinder and piston can be divided into a some group, even if it mounts in a passenger car etc. with a big cabin, the erosion to a cabin decreases.
本発明によれば、圧縮比及び膨張比を変更可能、かつ、耐久性の高い可変圧縮比機構を提供することにある。 According to the present invention, there is provided a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio and the expansion ratio and has high durability.
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第2実施形態以降の説明において、第1実施形態と共通する構成等については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[第1実施形態]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the description of the second and subsequent embodiments, the same reference numerals are given to the same components and the like as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[First Embodiment]
図1は、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1を示す概略正面図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1を示す概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic front view showing a variable
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る可変圧縮比機構1は、星型エンジンに採用されており、円筒形状の4つのシリンダ2と、4つのシリンダ2内にそれぞれ挿入される略円柱形状の4つのピストン3と、4つのピストン3にそれぞれ接続される4つのコンロッド4と、4つのコンロッド4が接続されるマスターコンロッド5と、クランクシャフト6と、バランスウェイト7と、支持位置変更機構8と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the variable
各シリンダ2に対応するピストン3が挿入されることで、シリンダ2とピストン3との間には、燃焼室Sが形成される。図1及び図2には示されていないが、シリンダ2には、吸気バルブ、排気バルブ、及び、点火プラグが接続されている。各コンロッド4は、長尺の平板形状を有しており、一端側には、ピストン3が互いに揺動可能に接続されている。
By inserting the
マスターコンロッド5は、略長方形状の平板形状を有しており、略中心には挿通孔51が形成され、挿通孔51の周囲には各コンロッド4の他端が揺動可能に接続される4つの係合孔52が形成されている。また、マスターコンロッド5の長手方向における中央部からは、棒状の圧縮比変更部材53が延出しており、圧縮比変更部材53はその先端53aを中心として揺動可能、かつ、その先端53aが、図1における上下方向に移動可能に支持されている。
The
クランクシャフト6(図2参照)は、回転軸となるクランクジャーナル61と、クランクジャーナル61から径方向に突出し、マスターコンロッド5の挿通孔51に挿通されるクランクピン62と、を備えている。バランスウェイト7は、ピストン3の運動によって生じる慣性力を軽減するためのものであって、クランクジャーナル61に接続されている。
The crankshaft 6 (see FIG. 2) includes a
このような構成の下、点火プラグにより各シリンダ2の燃焼室S内へ順に点火が行われ、各ピストン3が各シリンダ2内において順にピストン運動を行う。
図3Aは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最下位置にある状態を示す説明図である。図3Bは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最下位置から時計回り方向へ45°回動した状態を示す説明図である。図3Cは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最下位置から時計回り方向へ90°回動した状態を示す説明図である。図3Dは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最下位置から時計回り方向へ135°回動した状態を示す説明図である。
Under such a configuration, ignition is performed sequentially into the combustion chamber S of each
FIG. 3A is an explanatory diagram showing a state where the
図3Eは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最上位置にある状態を示す説明図である。図3Fは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最上位置から時計回り方向へ45°回動した状態を示す説明図である。図3Gは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最上位置から時計回り方向90°回動した状態を示す説明図である。図3Hは、本発明の第1実施形態に係る可変圧縮比機構1のマスターコンロッド5が最上位置から時計回り方向へ135°回動した状態を示す説明図である。
FIG. 3E is an explanatory diagram showing a state where the
詳細には、まず、図3Aに示す各ピストン3の状態から、右上のシリンダ2に接続された点火プラグが点火され、続いて、時計回りに、各シリンダ2に接続された点火プラグが点火される。このようにして点火プラグが順に点火されると、各燃焼室Sが膨張し、コンロッド4を介してマスターコンロッド5をクランクジャーナル61の軸心を中心として、時計回りに回動させる力が伝達される。
Specifically, first, from the state of each
図3Bにおいて、右上の燃焼室Sが膨張して左下の燃焼室Sが圧縮され、図3Cにおいて、右下の燃焼室Sが膨張して左上の燃焼室Sが圧縮され、図3Dを介して図3Eにおいて、左下の燃焼室Sが膨張して右上の燃焼室Sがわずかに圧縮される。そして、図3Fにおいて、左上の燃焼室Sが膨張して右下の燃焼室Sが圧縮され、図3Gを介して図3Hにおいて、左上の燃焼室Sが膨張して右下の燃焼室Sが圧縮され、図3Aに示す状態へ戻る。 3B, the upper right combustion chamber S expands and the lower left combustion chamber S is compressed, and in FIG. 3C, the lower right combustion chamber S expands and the upper left combustion chamber S is compressed, via FIG. 3D. In FIG. 3E, the lower left combustion chamber S expands and the upper right combustion chamber S is slightly compressed. 3F, the upper left combustion chamber S expands and the lower right combustion chamber S is compressed, and in FIG. 3H via FIG. 3G, the upper left combustion chamber S expands to form the lower right combustion chamber S. Compressed and returns to the state shown in FIG. 3A.
このようにして各ピストン3が順にピストン運動を行うことで、各ピストン3に接続されたマスターコンロッド5は、クランクジャーナル61の軸心を中心とした回動運動を行うこととなる。
In this way, the
ここで、本実施の形態では、圧縮比変更部材53の先端53aは、マスターコンロッド5の揺動運動に伴い上下方向に移動可能に支持されているが、この支持位置は、レバー状の支持位置変更機構8(図1参照)により左右方向に変更可能な構成となっている。具体的には、支持位置変更機構8は、シリンダ装置によって構成されており、圧縮比変更部材53の先端53aに接続されている部分が伸縮することにより、圧縮比変更部材53の先端53aの支持位置が変更される。この支持位置を変更することにより、圧縮比を変更する。なお、支持位置変更機構8は、図示せぬ制御装置によって制御される。
Here, in the present embodiment, the
例えば、圧縮比変更部材53の先端53aの支持位置を左右方向に移動させることで、図4(c)に示すように、圧縮側(右上)のコンロッド4は、上死点に近づくに連れてシリンダ2に対して角度を有することとなるので、ピストン3がシリンダ2内に挿入される距離が、図4(a)の同距離よりも短くなる。従って、圧縮比変更部材53の先端53aが左右方向における中心に位置している場合(図4(a))と、圧縮比変更部材53の先端53aが中心からずれている場合(図4(c))と、では、上死点が異なり、距離d11と距離d12とが異なり、すなわち、圧縮比が変更されることとなる。
For example, by moving the support position of the
図4は、本発明の第1実施形態に係る圧縮比変更部材の位置による圧縮比の変更についての説明図であり、(a)は、圧縮比変更部材53の先端53aが、左右方向における中心にあるときの一のシリンダ2においてピストン3が上死点にある状態を示す説明図であり、(b)は、一のシリンダ2においてピストン3が下死点にある状態を示す説明図であり、(c)は、圧縮比変更部材53の先端53aが、左右方向における左寄りの位置にあるときの一のシリンダ2においてピストン3が上死点にある状態を示す説明図であり、(d)は、一のシリンダ2においてピストン3が下死点にある状態を示す説明図である。
4A and 4B are explanatory views for changing the compression ratio depending on the position of the compression ratio changing member according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the
一方で、圧縮比変更部材53の先端53aの支持位置を左右に移動させた分の距離は、図4(d)に示すように、圧縮側(左下)のコンロッド4によって吸収されることとなるため、下死点付近に位置する膨張側(右上)のコンロッド4は、シリンダ2に対して角度を有さずに済んでいる。従って、下死点に関しては、圧縮比変更部材53の先端53aが左右方向における中心に位置している場合(図4(b))と、圧縮比変更部材53の先端53aが中心からずれている場合(図4(d))と、では、ほぼ同じ位置となり、距離d21と距離d22とが同じ位置となるため、排気量もほぼ等しくなる。
On the other hand, the distance by which the support position of the
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。 According to this embodiment, the following effects are produced.
本実施形態では、上下方向のみに移動可能に固定された圧縮比変更部材53の先端53aの支持位置を、支持位置変更機構8によって左右方向に移動可能である。
In the present embodiment, the support position of the
これにより、圧縮比のみならず、膨張比まで変更することが可能となる。例えば、最適圧縮比12で燃焼させた場合、燃焼後の膨張比は12以上となるので、ガス圧を有効利用して、より多くの動力へ変換することが可能となる。これは、少量燃料燃焼時ほど高膨張比にすることが可能であることを意味する。 As a result, not only the compression ratio but also the expansion ratio can be changed. For example, when combustion is performed at an optimal compression ratio of 12, the expansion ratio after combustion becomes 12 or more, so that the gas pressure can be effectively used and converted into more power. This means that a higher expansion ratio can be achieved as the amount of fuel is burned.
また、4つのシリンダ2は、各コンロッド4を介してマスターコンロッド5に接続されており、クランクシャフト6には、マスターコンロッド5のみを接続すればよいので、クランクシャフト6を短くすることができる。これにより、クランク機構における軽量化、コンパクト化、低フリクション化、高剛性化を同時に実現することが可能となる。
Further, the four
また、支持位置変更機構8は、圧縮比変更部材53に揺動可能に接続されたレバー(レバー状の部材)である。これにより、簡易な構成で圧縮比変更部材53の先端53aの支持位置を移動させることが可能となる。
The support
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
例えば、上記実施の形態では、圧縮比変更部材53の先端53aが、揺動可能、かつ、図1における上下方向にのみ移動可能に支持されていたが、先端53a以外の部分が揺動可能、かつ、図1における上下方向にのみ移動可能に支持されてもよい。また、先端53aは、上下方向以外の一の方向に移動可能に支持されてもよく、支持位置変更機構8は、左右方向に限らず、一の方向と交差する方向へ先端53aを移動させてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、レバー状の支持位置変更機構8を図示せぬ制御装置によって制御し、圧縮比変更部材53の先端53aを、左右方向における所定の位置として、その位置において上下方向に移動可能とさせていたが、これに限定されない。例えば、図5に示すように、支持位置変更機構として、クランクシャフト6(図2参照)から回転のトルクが伝達される2つのギヤ65、65により駆動されるカム部66を設けて、カム部66の固定部661に、圧縮比変更部材53の先端53aではなく途中の部分を、固定部661に対して圧縮比変更部材53が揺動可能に支持するようにして連結してもよい。これにより、左右バンクで圧縮比が不均等に成ることを抑えることが可能となる。
図5は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構の支持位置変更機構についての説明図であり、(a)は、マスターコンロッド5が最下位置にある状態を示す説明図であり、(b)は、マスターコンロッド5が最下位置から時計回り方向へ90°回動した状態を示す説明図であり、(c)は、マスターコンロッド5が最上位置にある状態を示す説明図であり、(d)は、マスターコンロッド5が最上位置から時計回り方向へ60°回動した状態を示す説明図である。
Further, in the above embodiment, the lever-like support
FIG. 5 is an explanatory view of a support position changing mechanism of a variable compression ratio mechanism according to a modification of the present invention, and (a) is an explanatory view showing a state in which the
また、上記実施の形態では、4つのシリンダ2が同一のマスターコンロッド5に接続された星型の構造を有していたが、図6及び図7に示すように、4つのシリンダ2を2組に分け、2つのマスターコンロッド5A及び5Bに、それぞれ2つのピストン3を接続したV型の可変圧縮比機構1Aを採用してもよい。
In the above embodiment, the four
この場合、マスターコンロッド5A(5B)は、略V字形状を有しており、V字の基部に挿通孔51a(51b)が、V字の両先端部にコンロッド4が揺動可能に接続される一対の係合孔52a(52b)が形成されることとなる。また、V型の中央部付近から圧縮比変更部材53が延びている。平面視で、V型の2つのシリンダと圧縮比変更部材53とは、3つ叉に分かれたような形状を有している。
図6は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構1Aを示す概略平面図である。図7は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構1Aを示す概略側面図である。
In this case, the
FIG. 6 is a schematic plan view showing a variable
また、上記実施の形態に係る可変圧縮比機構1は、キャビンが大きい乗用車100(図8(a)参照)に搭載可能であるが、星型であるため、キャビンの小さいトラック200(図8(b))に搭載することにより適している。しかし、前述の可変圧縮比機構1A(図6、図7)のように複数のシリンダ2及びピストン3を複数の組に分けることで、乗用車に搭載してもキャビンへの浸食は少なくなる。
図8は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構1の車両への搭載例を示す説明図であり、(a)は乗用車100に搭載した状態を示す図であり、(b)はトラック200に搭載した状態を示す図である。
In addition, the variable
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of mounting the variable
また、図9(a)及び図9(b)に示すように、圧縮比変更部材53の替わりに第1の圧縮比変更部材53A及び第2の圧縮比変更部材53Bを備えていてもよい。具体的には、第1の圧縮比変更部材53Aの下端は、前述の実施形態で圧縮比変更部材53が接続されていたマスターコンロッド5の位置と同様の位置に、マスターコンロッド5Cに対して回動可能に接続されている。また、第2の圧縮比変更部材53Bは、支持位置変更機構8と同様の構成を有しており、第2の圧縮比変更部材53Bの伸縮可能な部分の先端部が、コンロッド4が揺動可能に接続される4つの係合孔52のうちの、図9における右上の係合孔52の近傍に、マスターコンロッド5Cに対して回動可能に接続されている。第1の圧縮比変更部材53Aの上端は、第2の圧縮比変更部材53Bの上端に対して回動可能に接続されている。この接続部分は、上下方向へ移動可能に支持されている。
9A and 9B, a first compression
この構成により、シリンダ2ごとの圧縮比をより均一にすることが可能となる。図9は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構1Bを示す概略正面図であり、(a)は、マスターコンロッド5Cが時計回り方向へ搖動した状態を示す図であり、(b)は、マスターコンロッド5Cが反時計回り方向へ搖動した状態を示す図である。
With this configuration, the compression ratio for each
1…可変圧縮比機構
1A… 可変圧縮比機構
1B… 可変圧縮比機構
2…シリンダ
3…ピストン
4…コンロッド
5…マスターコンロッド
5A…マスターコンロッド
6…クランクシャフト
8…支持位置変更機構
51…挿通孔
52…係合孔
53…圧縮比変更部材
53a…先端
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数のシリンダ内にそれぞれ挿入される複数のピストンと、
前記複数のピストンにそれぞれ揺動可能に接続される複数のコンロッドと、
前記複数のコンロッドがそれぞれ揺動可能に接続されるマスターコンロッドと、
前記マスターコンロッドから延出し、前記マスターコンロッドが所定の点を中心として揺動しながら回動することを可能とするために、揺動可能かつ第1の方向に移動可能に支持された圧縮比変更部材と、
前記圧縮比変更部材の支持位置を前記第1の方向と交差する第2方向へ移動した位置に変更可能な支持位置変更機構と、
を備えた可変圧縮比機構。 Multiple cylinders;
A plurality of pistons respectively inserted into the plurality of cylinders;
A plurality of connecting rods swingably connected to the plurality of pistons;
A master connecting rod to which the plurality of connecting rods are swingably connected;
A compression ratio change that extends from the master connecting rod and is supported so as to be swingable and movable in a first direction so that the master connecting rod can rotate while swinging about a predetermined point. Members,
A support position change mechanism capable of changing the support position of the compression ratio change member to a position moved in a second direction intersecting the first direction;
Variable compression ratio mechanism with
Applications Claiming Priority (2)
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JP2017071001 | 2017-03-31 |
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Country | Link |
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