JP2689296B2 - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における可変
圧縮比装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関の一つである自動車用
エンジンにおいては、中負荷域以上の高い負荷域あるい
はエンジンの高速回転域での運転時にノッキングを発生
させないようにするとともに中負荷よりも低い負荷域で
の運転時には熱効率を上げて燃料の消費率を改善するこ
とを目的として、圧縮比を変化させることのできる構造
が提案されている。

【０００３】この可変圧縮比装置の構造としては、本願
出願人による先願である特願平２ー１２５１６６号の明
細書に記載されたものがある。いま、上記明細書に記載
された構造を説明すると、次のとおりである。すなわ
ち、図２において、クランクシャフト１のクランクピン
２により大端部を枢支されているコネクティングロッド
３は、その枢支部において、大端部の軸受孔とクランク
ピン２との間に回転可能な偏心スリーブ４を介在されて
いる。この偏心スリーブ４は、クランクピン２の中心に
対して偏心した中心を設定されているものであり、クラ
ンクピン２の回転による遠心力によってクランクピン２
上で回転する際に、コネクティングロッド３側での軸受
面の中心に対してピストン５側のピストンピン６の中心
位置を上昇させる最大偏心位置と下降させる最小偏心位
置とに切り換えることができるようになっている。

【０００４】そして、偏心スリーブ４には、クランクピ
ン２の軸方向に沿った両端部にフランジ４Ａおよび４Ｂ
を設けてあり、これらフランジの外周には、例えば、１
６０度の位相を以って交互位置に切欠きからなる係合部
４Ａ１および４Ｂ１が形成され、さらに、これら係合部
の間の外周面は、後述する緩衝装置のピンに係合するた
めに段違い状に形成されたガイド用切欠き４Ｃが設けて
ある。このガイド用切欠き４Ｃは、クランクシャフト１
の回転方向に対し、フランジ４Ａとフランジ４Ｂとを表
・裏方向からみた場合に回転方向が互いに逆方向となる
ので、この回転方向の上流側に位置する関係を設定され
ている上記緩衝装置のピンに衝合できるように段違い部
の向きを設定されている。

【０００５】一方、この偏心スリーブ４のフランジには
さまれているコネクティングロッド３の内部には、偏心
スリーブ４との連結切り換えを行うための偏心スリーブ
ロック機構７が設けてある。偏心スリーブロック機構７
は、偏心スリーブ４のフランジに形成してある係合部に
対向した状態でクランクシャフト１の軸方向に沿って摺
動可能なピストン７Ａを備えている。このピストン７Ａ
は、コネクティングロッド３の内部に設けてある油圧室
内に挿嵌されていて、摺動方向の一部に形成されている
鍔と油圧室の一方側に固定されているキャップ７Ｂとの
間に配置されているリターンスプリング７Ｃにより、通
常、図２に示すように、一方のフランジの係合部に向け
係合する向きに付勢されている。そして、油圧室には、
鍔を境にした摺動方向両側の位置に油路８、９が接続し
てあり、この油路８、９からのオイルの供給制御により
ピストン７Ａの摺動方向を設定できるようになってい
る。図２においては、油路８、９内のオイルの圧力を標
準圧力とすることでピストン７Ａがリターンスプリング
７Ｃの付勢により左側に向け摺動し、フランジ４Ａに形
成してある係合部４Ａ１に係合して偏心スリーブ４とコ
ネクティングロッド３とを一体化する態位を設定される
ようになっている。また、図４においては、油路８のオ
イルの供給圧力を標準圧力にリターンスプリング７Ｃの
付勢圧を加えた値以上の圧力とすることでピストン７Ａ
がリターンスプリング７Ｃの付勢に抗して右側に向け摺
動し、フランジ４Ｂに形成してある係合部４Ｂ１に係合
して偏心スリーブ４とコネクティングロッド３とを一体
化する態位を設定されるようになっている。上述したピ
ストン７Ａの係合態位は、例えば、図２に示した態位の
場合、図３に示すように、ピストンピン６の位置がコネ
クティングロッド３の軸受面の中心に対して最小偏心位
置を設定できる態位とされ(図３中、符号Ｌ１で示す偏
心量)、そして、図４に示した態位の場合、図５に示す
ように、ピストンピン６の位置がコネクティングロッド
３の軸受面の中心に対して最大偏心位置を設定できる態
位とされる(図５中、符号Ｌ２で示す偏心量、但し、Ｌ
２＞Ｌ１)。前者の態位においては、見かけ上、最も縮
んだ状態で低圧縮比状態を実現でき、そして、後者の態
位においては、見かけ上、最も伸長した状態で高圧縮比
状態を実現できるようになっている。低圧縮状態では、
エンジンにノックングが生じない程度の圧縮比が得ら
れ、通常、エンジンに設定される圧縮比と同等とされ、
これに対して、高圧縮比状態では、通常、エンジンに設
定されている圧縮比よりも高い圧縮比が設定できるよう
になっている。また、これら態位は、図示しないエンジ
ンのコントローラにおいて、エンジンの負荷およびエン
ジン回転数に関する情報が入力されるのを受けて偏心ス
リーブロック機構のピストンの摺動方向が決められるこ
とにより設定されるようになっており、エンジンの中負
荷域以下の場合には、図２に示したようなピストン７Ａ
の摺動方向が、そして、エンジンの中負荷域以上の高負
荷域あるいは高回転域の場合には、図４に示したような
ピストン７Ａの摺動方向がそれぞれ設定されるようにな
っている。

【０００６】一方、コネクティングロッド３の大端部に
おける底部位置には、緩衝装置１０が設けてある。この
緩衝装置１０は、回転している偏心スリーブ４に対して
偏心スリーブロック機構７のピストン７Ａを係合させる
場合に、偏心スリーブ４の回転力を緩衝して回転を減衰
させ、移動方向が異なる関係にあるピストン７Ａの係合
を行いやすくするためのものである。そして、緩衝装置
１０は、図３および図５に示すように、コネクティング
ロッド３の底部に位置するケーシング１０Ａ内に油圧室
を設けられており、油圧室内には偏心スリーブ４の接線
方向を摺動方向とするピストン１１が挿嵌され、このピ
ストン１１は、摺動方向両側の端面と油圧室内壁との間
に配置されたリターンスプリング１２の付勢によって摺
動方向での中央位置、所謂、中立位置に保持されるよう
になっている。また、ピストン１１には、摺動方向と直
角な方向に延長されたピン１１Ａが放射状に対向した位
置で固定されており、このピン１１Ａは、ケーシング１
０Ａに形成された長孔状のガイド孔１０Ｂから外側に向
け突出している。この緩衝装置１０は、偏心スリーブ４
側に有するガイド用切欠き４Ｃの端縁部とピン１１Ａと
が衝合することによってリターンスプリング１２を縮め
る向きにピストン１１が移動した場合、そのリターンス
プリング１２に対する収縮作用力に加えて、縮められる
側のリターンスプリング１２を配置している油圧室内の
オイルがオリフィス１０Ｃから流れ出す際の排出抵抗と
によってピストン１１の移動を減衰させて偏心スリーブ
４の回転速度を減速させるようになっている。そして、
ピストン１１が油圧室内で充分に減速されて摺動力より
もリタ−ンスプリング１２の付勢力が勝ると、リターン
スプリング１２の付勢によって中立位置に復帰するよう
になり、このときに偏心スリーブ４のフランジに設けて
ある係合部と偏心スリーブロック機構７におけるピスト
ン７Ａとの係合ができる状態を得られるようになってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した緩
衝装置の構造にあっては、リターンスプリング１２によ
りピストン１１を油圧室内で中立位置に保持するように
なっており、所謂、ピストン１１を、その摺動方向に相
当する往復方向において浮動状態を維持するようになっ
ていることから、次のような問題を生じる虞れがあっ
た。すなわち、偏心スリーブ４に対する緩衝作用を大き
くすることにより偏心スリーブ４を充分に減速し、これ
によって、偏心スリーブ４側の係合部と偏心スリーブロ
ック機構側のピストンとの係合を容易に行わせるように
したい場合には、緩衝のために必要なピストン１１の移
動ストロークを大きくすることが考えられる。しかし、
このような要求を満足させるためにガイド孔１０Ｂを長
くすると、緩衝させるための方向、所謂、往復動のうち
の往動方向に摺動しているピストン１１の後端部の位置
が、この方向と反対側の復動方向に延長されているガイ
ド孔１０Ｂの端縁部を通り過ぎてしまうことがあり、こ
の場合には、ピストン１１の摺動方向後端とガイド孔１
０Ｂの一部との間が開き、油圧室内が外部と連通して油
圧室内のオイルが外部に漏れ出してしまうことがある。
従って、ガイド孔１０Ｂを長くした場合には、油圧室内
からのオイル漏れによりオイルが不足してしまい、緩衝
に必要なピストンの移動ストロ−クを設定できなくなる
ので、その長さの設定には自ずと限界があり、これによ
り、緩衝効果もある程度で妥協しなければならないこと
になる。

【０００８】また、ピストン１１を中立位置に保持し
て、所謂、往復方向のいずれに対しても動き得る浮動状
態を維持する構造であるので、リタ−ンスプリング１２
は、いずれの方向へもピストンが移動できるように、か
なり弱い弾性力とされる必要がある。このようなリタ−
ンスプリング１２を用いた場合には、図６に示すよう
に、偏心スリーブ４が回転している際の慣性力により、
リターンスプリング１２の一方が縮められ易くなり、ピ
ストン１１の中立位置にピストン１１を保持させておく
ことが困難となり、摺動方向でピストン１１が振動して
しまうことになる。従って、このような場合には、減速
された偏心スリーブ４側の係合部と偏心スリーブロック
機構７側のピストンとの係合位置が定まらなくなり、係
合部とピストンとが適正な係合関係を設定されなくなる
ばかりでなく、緩衝に必要なピストンの移動ストロ−ク
を得るための摺動開始位置がずれてしまうことになり、
緩衝に必要なピストンの移動ストロ−クが一定しなくな
る。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上述した緩衝装
置を備えた可変圧縮比装置における問題に鑑み、緩衝装
置での適正な緩衝特性を維持でき、しかも、偏心スリー
ブとコネクティングロッドとの係合に必要な位置関係な
らびに緩衝に必要なピストンの移動ストロークを常に一
定させることのできる構造の緩衝装置を備えた可変圧縮
比装置を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、内燃機関の気筒内を摺動するピストン
と、このピストンに一端が枢支され他端がクランク軸に
枢支されているコネクティングロッドを備え、上記ピス
トンの往復運動を上記クランク軸の回転運動に変換する
構造の内燃機関において、上記コネクティングロッドの
他端と上記クランク軸との間に配置され、上記コネクテ
ィングロッドの軸方向に沿った両端部に同コネクティン
グロッドをはさむようにして位置する一対のフランジを
備え、外周面と内周面との中心位置を偏心させてある偏
心スリーブと、上記偏心スリーブの外周で位相を異なら
せて交互に形成されている第１および第２の係合部およ
びこれら係合部の間の所定区間だけ切り欠かれたガイド
用切欠きと、上記コネクティングロッド内から上記フラ
ンジ部に向け交互に突没可能に設けてあるロック部材
と、上記偏心スリーブのガイド用切欠きと係合して偏心
スリーブの回転を減速する緩衝装置とを備え、上記緩衝
装置は、上記偏心スリーブの接線方向に摺動可能なピス
トンと、このピストンを挿嵌されるとともにピストンの
ガイド孔を壁部に形成されたケーシングとで構成され、
上記ピストンは、上記偏心スリーブおよび上記コネクテ
ィングロッドの共通中心線を境に相対位置に配置されて
一対に設けられるとともに対向する面側にリターンスプ
リングを配置することにより外側に向け付勢された構造
とされ、そして、上記ケーシングは、上記ピストンの対
向する面側の位置にオリフィスを接続したオイルチャン
バを設けた構造とされていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明によれば、緩衝装置のピストンは、偏心
スリーブ側のガイド用切欠きの移動方向に対して、所
謂、往動方向への移動のみに作用して摺動し、復動方向
への移動については作用させないようになっているの
で、一方の方向での移動量だけを設定できる分、ガイド
孔の長さを短くできる。

【００１２】また、本発明によれば、ピストンの移動量
が一方向のみを対象としている分、少なくされるので、
これにより、リタ−ンスプリングの長さを短くして、撓
み量が小さくなる強い弾性力のリタ−ンスプリングを用
いることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図１において、本発明実施例の詳細を
説明する。

【００１４】図１は、図２乃至図４に示した構造を用い
た本実施例による可変圧縮比装置の要部である緩衝装置
を示す断面図であり、図１に示された実施例の特徴は、
緩衝装置に設けてあるピストンを対構造としたことにあ
る。なお、図２乃至図４に示したものと同じ構成部品に
ついては同符号により示してあることを前置きしてお
く。すなわち、緩衝装置２０は、図２乃至図４に示した
場合と同様に、コネクティングロッド３の底部に位置し
ているケーシング２０Ａを備えており、このケーシング
２０Ａ内には、コネクティングロッド３および偏心スリ
ーブ４の共通中心線Ｃを境にして対向する位置に偏心ス
リーブ３の接線方向に摺動できる一対のピストン２１が
それぞれ挿嵌されている。そして、ピストン２１は、対
面する側の面にリターンスプリング２２を配置されるこ
とにより、通常、ケーシング２０Ａの内壁面に向け付勢
されており、この付勢による移動は、ケーシング２０Ａ
の内壁面にピストン２１の背面が衝合することで阻止さ
れている。従って、通常態位にあるピストン２１は、リ
ターンスプリング２２の付勢に抗した力が加わることに
より、対向するピストン２１側、換言すれば、上記共通
中心線Ｃ側に向けて移動できるようになっており、この
力は、摺動方向と直角な方向に向け延長されているピン
２１Ａと偏心スリーブ４側のガイド用切欠き４Ｃにおけ
る端縁部との衝合時に発生する力である。

【００１５】一方、ケーシング２０Ａの壁部において、
ピストン２１のピン２１Ａが延長されている側に位置す
る壁部には、ピストン２１に固定されているピン２１Ａ
を挿通して摺動方向の案内を行うためのガイド孔２０Ａ
１(図１中、二点鎖線で示してある孔)が形成されてお
り、このガイド孔２０Ａ１は、長手方向の長さを、ピス
トン２１が一方向への移動のみを行う場合に必要な長さ
とされている。従って、このガイド孔２０Ａ１の長さ
は、往復移動する長さを設定されているガイド孔を用い
た図２乃至図４に示した場合に比べ、ピストン２１が往
復方向の中心ではなく、いずれか一方に初期位置を設定
されていることにより、往復方向の一方のみの長さで済
む分、短くされている。なお、このガイド孔２０Ａ１の
長さは、ピストン２１が摺動した場合にその後端が孔縁
からはみ出さない程度とされることにより、ピストンの
後端位置がガイド孔２０Ａ１の孔縁を通り過ぎるような
ことがないようにしてあること勿論である。

【００１６】また、ケーシング２０Ａの内部には、ピス
トン２１の対面する側の端部間にオイルチャンバ２０Ｂ
が設けてあり、このオイルチャンバ２０Ｂは、油圧室に
おけるピストンの摺動方向中央部に設けてあるオリフィ
ス２３に接続され、オリフィス２３を介して内部に貯溜
しているオイルを、例えば、コネクティングロッド３の
軸受面に向け排出することができるようになっている。

【００１７】本実施例は以上のような構造であるから、
通常時、ピストン２１は、リターンスプリング２２の付
勢によりケーシング２０Ａの壁部に押し付けられて移動
を阻止されている。そして、この通常時の態位から、偏
心スリーブ４のガイド用切欠き４Ｃにおける端縁部がピ
ストン２１に衝合すると、ピストン２１は、偏心スリー
ブ４の回転方向に合わせて、対向するピストン２１側に
向け押し動かされる。従って、リターンスプリング２２
が縮められ、この時のリターンスプリング２２への収縮
作用力に対する反発力が緩衝力の一つとしてピストン２
１を介し偏心スリーブ４に伝達されるとともに、オイル
チャンバ２０Ｂ内からオリフィス２３に流れ込むオイル
の排出抵抗とによって偏心スリーブ４が減速されること
になる。

【００１８】本実施例によれば、ピストン２１の摺動に
対して共通する位置にオリフィスを設けてあるので、油
路構成を簡単なものとすることができる。

【００１９】また、本実施例によれば、ピストン２１の
リターンスプリング２２は、ピストンの一方向への移動
のみを許容する機能を持たせるだけでよいので、従来の
構造である、ピストンの往復方向への移動を可能にした
構造に比べ、リターンスプリング２２の長さを短くする
ことができる。従って、撓み量を小さくできる弾性力の
大きなスプリングを選択することが可能になり、偏心ス
リーブの減速に必要な緩衝能力を向上させることができ
る。さらに、本実施例によれば、上述したスプリングの
弾性力を大きくできることにより、ピストン２１を付勢
する力を強くできるので、偏心スリーブ４の回転時に発
生する慣性力に対してピストン２１の無為な変位を抑え
て振動の発生を抑制することができる。

【００２０】そして、本実施例によれば、ケーシング２
０Ａに形成されているガイド孔２０Ｂは、ピストン２１
の一方向のみの移動に対して機能すればよいので、従来
構造のように、往復移動の全ストロークにわたってピス
トンの案内を行う場合に比べ、長手方向の長さを短くす
ることができ、単純にいえば、長さを半分にすることが
できる。従って、ピストン２１の摺動開始位置を一方向
のみの移動を考慮したガイド孔２０Ｂの長手方向一端に
設定するだけで、反対方向への移動を可能にする長手方
向の長さが存在していない分、この一端よりも後方に位
置するピストン２１の後端部がガイド孔２０Ｂの一部を
通り過ぎてしまうような事態を未然に防止することがで
き、これによって、オイルチャンバ内からのオイル漏れ
を防止できる。また、本実施例におけるケーシング２０
Ａのガイド孔２０Ｂは、従来の構造に比べ、ピストンの
一方向のみの摺動を対象としていることで短くできるの
で、仮りに、緩衝のためのピストンの移動ストロークを
拡張したい場合には、上述した従来のものに比べて半分
の長さを基準にして容易に長さの拡張が行えることにな
る。さらに、本実施例によれば、ピストン２１における
摺動方向の大きさも、一方向のみの移動に対応して小さ
くできるので、ピストン単体の重量も軽減できることに
より、慣性発生時での振動軽減に寄与することができ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、緩衝装置
に設けてあるピストンを対向させた状態で設け、その対
向面間にリターンスプリングを配置すると共に、オイル
チャンバを設けたので、各ピストンは一方向への摺動の
みを対象として機能すれば良く、これによって、ピスト
ンの案内を行うために設けてあるケーシング側のガイド
孔の長さが、往復方向全域を案内するための長さに比べ
短くすることができる。従って、従来の往復動するピス
トンに対するガイド孔に比べ、一方の移動に見合う長さ
を省くことにより、ピストンの摺動時にピストンの後端
がガイド孔を通り越してしまうようなことが防止され、
これによって、ガイド孔を通してオイルチャンバ内のオ
イルが外に漏れ出すような事態を防止されることにな
り、緩衝の際のオイル不足による緩衝特性の変化を回避
することができる。

【００２２】また、本発明によれば、上述したピストン
の移動ストロークを小さくできるので、その分、リター
ンスプリングの全長を短くして弾性力を大きくしたもの
を用いることができる。従って、偏心スリーブの回転時
に発生する慣性力に対して、ピストンが不用意に動いて
しまうのを抑えることができ、これによって、緩衝のた
めのピストンの摺動開始位置を所定位置で維持させるこ
とができ、この位置を基準として設定される緩衝に必要
なピストンの移動ストロ−クおよびコネクティングロッ
ド側との係合関係を常に一定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による可変圧縮比装置の要部を示
す断面図である。

【図２】可変圧縮比装置の従来構造の一態様を説明する
ための一部断面図である。

【図３】図２中、矢印で示す方向の矢視図である。

【図４】可変圧縮比装置の従来構造の他の態様を説明す
るための一部断面図である。

【図５】図４中、矢印で示す方向の矢視図である。

【図６】図２乃至図４に示した従来構造における問題点
を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ クランクシャフト ２ クランクピン ３ コネクティングロッド ４ 偏心スリ−ブ ４Ａ，４Ｂ フランジ ４Ａ１、４Ｂ１ 係合部 ４Ｃ ガイド用切欠き ７ 偏心スリ−ブロック機構 ７Ａ 偏心スリ−ブロック機構のピストン ２０ 緩衝装置 ２０Ａ ケ−シング ２０Ａ１ ガイド孔 ２０Ｂ オイルチャンバ ２１ ピストン ２２ リタ−ンスプリング

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の気筒内を摺動するピストンと、
   このピストンに一端が枢支され他端がクランク軸に枢支
   されているコネクティングロッドとを備え、上記ピスト
   ンの往復運動を上記クランク軸の回転運動に変換する構
   造の内燃機関において、 上記コネクティングロッドの他端と上記クランク軸との
   間に配置され、上記コネクティングロッドの軸方向に沿
   った両端部に同コネクティングロッドをはさむようにし
   て位置する一対のフランジを備え、外周面と内周面との
   中心位置を偏心させてある偏心スリーブと、 上記フランジの外周で位相を異ならせて交互に形成され
   ている第１および第２の係合部およびこれら係合部の間
   の所定区間だけ切り欠かれたガイド用切欠きと、 上記コネクティングロッド内から上記フランジ部に向け
   交互に突没可能に設けてあるロック部材と、 上記偏心スリーブのガイド用切欠きと係合して偏心スリ
   ーブの回転を減速する緩衝装置とを備え、 上記緩衝装置は、上記偏心スリーブの接線方向に摺動可
   能なピストンと、このピストンを挿嵌されるとともにピ
   ストンのガイド孔を壁部に形成されたケーシングとで構
   成され、上記ピストンは、上記接線方向に対する上記偏
   心スリーブおよび上記コネクティングロッドの共通中心
   線を境に相対位置に配置されて一対に設けられるととも
   に対向する面側にリターンスプリングを配置することに
   より外側に向け付勢された構造とされ、そして、上記ケ
   ーシングは、上記ピストン同士が対向する面側の位置で
   オリフィスを接続したオイルチャンバを設けた構造とさ
   れていることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比装置。