JP2926458B2 - Variable compression mechanism in reciprocating engine - Google Patents

Variable compression mechanism in reciprocating engine

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JP2926458B2
JP2926458B2 JP24985293A JP24985293A JP2926458B2 JP 2926458 B2 JP2926458 B2 JP 2926458B2 JP 24985293 A JP24985293 A JP 24985293A JP 24985293 A JP24985293 A JP 24985293A JP 2926458 B2 JP2926458 B2 JP 2926458B2
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eccentric
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piston pin
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の目的】[Object of the invention]

【産業上の利用分野】本発明は、4サイクルまたは2サ
イクルのガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代表
されるレシプロエンジンに関するものであって、特にそ
の圧縮比をエンジンの運転状況に応じて切り替えること
のできる可変圧縮機構に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reciprocating engine typified by a four-cycle or two-cycle gasoline engine or a diesel engine, and in particular, its compression ratio can be switched according to the operating condition of the engine. It relates to a variable compression mechanism.

【0002】[0002]

【発明の背景】例えば4サイクルガソリンエンジンは一
端をシリンダヘッドで閉塞されたシリンダ内をピストン
が往復動し、この動きをクランク軸によって回転運動に
代えて出力させるものであって、前記ピストンの往復動
によって燃料と空気との混合気を吸入し、これを圧縮し
た後、火花点火によって燃焼させ、回転エネルギーを取
り出した後、排気している。
BACKGROUND OF THE INVENTION For example, in a four-cycle gasoline engine, a piston reciprocates in a cylinder whose one end is closed by a cylinder head, and this movement is output instead of a rotational movement by a crankshaft. The mixture of fuel and air is sucked in by the motion, compressed, burned by spark ignition, and the rotational energy is extracted and exhausted.

【0003】この際、エンジン出力は、直接のエネルギ
ーとなる混合気をいかに効率的にシリンダ内に吸入する
かによって影響されるものであるが、その効率は同一の
エンジンであっても混合気の質量、流速等によって変わ
るものであるから、エンジンの回転数によっては充分な
効率が得られない回転域が生ずることは避けられない。
すなわち見かけ上の理論吸気量は、シリンダ容積と合致
するが、充填効率等を考慮した実吸気量はエンジン回転
数等によって異なってくるのである。例えばエンジンを
高回転高出力タイプに設計する場合には、高速回転時に
充分な吸気の吸入が図られるよう、例えば吸気孔径やバ
ルブタイミングを設定し、また燃焼効率を良くするため
それにマッチングした圧縮比の設定を行っている。この
ような設計のエンジンは、一方の低速運転域では、例え
ば吸入混合気に充分な流速が生じなかったりして必ずし
も充分な混合気の充填効率が得られず、延いては高速時
に最適なものとして割り出されていた圧縮比の下では充
分な圧縮ができず、実質的に低圧縮状態となり良好な燃
料効率は期待できない。なお本明細書の説明では、上記
した例えば高回転時に得られる好ましい吸気量を適正な
実吸気量として定義する。またこの適正な実吸気量を得
られるエンジンの回転域を適合回転域といい、それ以外
の回転域を非適合回転域という。
At this time, the output of the engine is influenced by how efficiently the air-fuel mixture, which is direct energy, is sucked into the cylinder. Since it varies depending on the mass, the flow velocity, and the like, it is inevitable that a rotation range in which sufficient efficiency cannot be obtained depending on the number of revolutions of the engine occurs.
That is, the apparent theoretical intake air amount matches the cylinder volume, but the actual intake air amount in consideration of the charging efficiency and the like differs depending on the engine speed and the like. For example, if the engine is designed to be a high-speed, high-power type, the intake hole diameter and valve timing are set so that sufficient intake is achieved at high speeds, and the compression ratio is matched to improve combustion efficiency. Is set. In an engine of such a design, in a low-speed operation range, for example, a sufficient flow rate of the intake air-fuel mixture is not generated, and thus a sufficient charging efficiency of the air-fuel mixture is not always obtained. Under the compression ratio calculated as above, sufficient compression cannot be performed, resulting in a substantially low compression state, and good fuel efficiency cannot be expected. In the description of the present specification, a preferable intake air amount obtained, for example, at the time of high rotation described above is defined as an appropriate actual intake air amount. The rotation range of the engine in which the proper actual intake air amount can be obtained is called a suitable rotation range, and the other rotation ranges are called non-suitable rotation ranges.

【0004】このようなことから従来からエンジン回転
数に応じて圧縮比を切り替えられるような可変圧縮機構
が種々提案されているが、機構的に複雑であったり、ま
た圧縮比の切り替えに伴う機構等が複雑化することは免
れ得ず、このようなことが隘路となって未だ実用に耐え
得るものは殆どない。
In view of the above, various variable compression mechanisms have conventionally been proposed in which the compression ratio can be switched according to the engine speed. However, the variable compression mechanism is mechanically complicated, and the mechanism accompanying the switching of the compression ratio. It is unavoidable that such a situation becomes complicated, and there is hardly any such a bottleneck that can withstand practical use.

【0005】[0005]

【開発を試みた技術的事項】本発明はこのような背景を
考慮してなされたものであって、可変圧縮機構を構成す
るにあたり、比較的簡単な構成の下に実現できる新規な
機構の開発を試みたものである。
[Technical Issues Attempted to Be Developed] The present invention has been made in view of such a background, and has been developed to develop a novel mechanism which can be realized with a relatively simple configuration when configuring a variable compression mechanism. I tried.

【0006】[0006]

【発明の構成】Configuration of the Invention

【目的達成の手段】すなわち本出願に係るレシプロエン
ジンにおける可変圧縮機構の第一の発明は、クランク軸
にコンロッドを介して接続されたピストンがシリンダ内
を往復動し、吸入、圧縮、燃焼(膨張)、排気の各工程
を行い、前記クランク軸から回転を出力するエンジンで
あり、前記ピストンとコンロッドとは偏心ピストンピン
を介して接続され、且つ偏心ピストンピンを回動するこ
とにより偏心ポジションをエンジン回転の状況に応じて
選択し、圧縮比を変更できるようにした偏心ピストンピ
ン機構を具えるものにおいて、前記偏心ポジションの位
置を保持するにあたっては、一対の保持爪を有するポジ
ショナ本体を偏心ピストンピンに当接させることによっ
て、偏心ピストンピンの回動姿勢を維持し、且つこのポ
ジショナ本体は、ピストンまたはコンロッドに取り付け
られるとともに、これらに取り付けられたポジショナ機
構によりポジショナ本体自体の姿勢維持が成され、更に
ポジショナ本体の姿勢変更は、クランクケース側に設け
たコントローラにより行われることを特徴とするレシプ
ロエンジンにおける可変圧縮機構。
Means for Achieving the Object A first aspect of the variable compression mechanism in the reciprocating engine according to the present invention is that a piston connected to a crankshaft via a connecting rod reciprocates in a cylinder, and performs suction, compression, combustion (expansion). ), An engine that performs each step of exhausting and outputs rotation from the crankshaft. The piston and the connecting rod are connected via an eccentric piston pin, and the eccentric position is set by rotating the eccentric piston pin. selected according to the condition of rotation, in what comprises an eccentric piston pin mechanism that can change the compression ratio, position of the eccentric position
When holding the device, a positive
By contacting the shock absorber body with the eccentric piston pin,
To maintain the rotation posture of the eccentric piston pin.
The changer body is attached to the piston or connecting rod
And the positioner machine attached to these
The position of the positioner body itself is maintained by the structure.
Positioner body position change is provided on the crankcase side.
A variable compression mechanism in a reciprocating engine, which is performed by a controller .

【0007】また本出願に係るレシプロエンジンにおけ
る可変圧縮機構の第二の発明は、前記要件に加え、前記
偏心ピストンピン機構はエンジンの適正な実吸気量が
得られない場合においてピストンを上死点側に偏寄した
位置に設定し、一方、エンジンの適正な実吸気量が得ら
れる場合においてはピストンを下死点側に偏寄した位置
に設定するようにしたことを特徴として成るものであ
る。
According to a second aspect of the variable compression mechanism in the reciprocating engine according to the present invention, in addition to the above requirements, the eccentric piston pin mechanism causes the piston to die when the proper actual intake air amount of the engine cannot be obtained. The piston is set to a position deviated to the point side, while the piston is set to a position deviated to the bottom dead center side when an appropriate actual intake air amount of the engine is obtained. is there.

【0008】更にまた本出願に係るレシプロエンジンに
おける可変圧縮機構の第三の発明は、前記要件に加え、
前記偏心ピストンピンの回動は、圧縮及び燃焼工程時に
は前記ピストンに加わった力と、該力に対する前記コン
ロッドの抗力とにより回動し、一方、吸入工程時には前
記コンロッドの引く力と、ピストンの該力に対する摺動
抵抗と、セットスプリングの付勢力とにより回動するこ
とを特徴として成るものである。これら発明により前記
目的を達成しようとするものである。
[0008] Furthermore, the third invention of the variable compression mechanism in the reciprocating engine according to the present application, in addition to the above requirements,
The rotation of the eccentric piston pin is caused by the force applied to the piston during the compression and combustion steps and the resistance of the connecting rod to the force, while the pulling force of the connecting rod during the suction step and the piston It is characterized by being rotated by the sliding resistance against the force and the urging force of the set spring. The present invention aims to achieve the above object.

0009[ 0009 ]

【発明の作用】本発明にあっては、ピストンとコンロッ
ドとを接続する偏心ピストンピンに対して、一対の保持
爪を有するポジショナ本体を設け、このポジショナ本体
の保持爪を偏心ピストンピンに当接させることによっ
て、選択された偏心ピストンピンの回動姿勢を確実に保
持する。そしてポジショナ本体自体の姿勢維持は、ポジ
ショナ機構によってなされるため、偏心ポジションを切
り替えた後は、ポジショナ本体を作動させるための部材
を常時作動させ続ける必要がなく、またポジショナ本体
を作動させるための部材は、移動しないクランクケース
側に設けられる。このためピストンをコンロッドに対し
て相対的に上死点側あるいは下死点側に偏寄させた位置
をより正確に選択できるとともに、この位置をより確実
に維持でき、エンジン回転域に応じた圧縮比の維持がよ
り正確に行える。
According to the present invention , a pair of eccentric piston pins for connecting the piston and the connecting rod are held.
Providing a positioner body having claws;
Contact the eccentric piston pin
The eccentric piston pin
Carry. And maintaining the position of the positioner body itself
Eccentric position
After replacement, the members for operating the positioner body
It is not necessary to keep the
The member for operating the crankcase does not move
Provided on the side. For this reason, move the piston to the connecting rod.
Position relatively biased toward the top dead center or bottom dead center
Can be selected more accurately, and this position
To maintain the compression ratio according to the engine speed range.
Can be performed more accurately.

0010[ 0010 ]

【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的
に説明する。まず図1において本発明を適用したエンジ
ンEを骨格的に示すものであって、一例として4サイク
ルガソリンエンジンを適用した実施例を示す。もちろん
すでに述べたようにレシプロエンジンであれば2サイク
ルガソリンエンジン、2サイクルあるいは4サイクルの
ディーゼルエンンジンにおいても同様に本発明が適用で
きる。まず符号1はシリンダであって、このものはクラ
ンクケース2を下方に具え、一方、上方にシリンダヘッ
ド3を具え、上端側がこのシリンダヘッド3によって閉
塞された構成である。シリンダヘッド3には吸気孔4と
排気孔5とが設けられ、それぞれに吸気弁6、排気弁7
が設けられて燃焼室Cとの間を開閉する。なお符号8は
それぞれ吸気弁6、排気弁7をシフトするカムである。
更にこれら吸気弁6と排気弁7との間には点火プラグ9
を設ける。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the illustrated embodiments. First, FIG. 1 schematically shows an engine E to which the present invention is applied, and shows an embodiment in which a 4-cycle gasoline engine is applied as an example. Of course, as described above, the present invention can be similarly applied to a two-stroke gasoline engine, a two-stroke or four-stroke diesel engine as long as it is a reciprocating engine. First, reference numeral 1 denotes a cylinder, which has a crankcase 2 provided below, a cylinder head 3 provided above, and an upper end side closed by the cylinder head 3. An intake hole 4 and an exhaust hole 5 are provided in the cylinder head 3, and an intake valve 6 and an exhaust valve
Is provided to open and close the space between the fuel cell and the combustion chamber C. Reference numeral 8 denotes a cam for shifting the intake valve 6 and the exhaust valve 7, respectively.
Further, a spark plug 9 is provided between the intake valve 6 and the exhaust valve 7.
Is provided.

0011】一方、シリンダ1及びクランクケース2内
に設けられるクランク及びピストン周りの部材について
述べると符号10はクランク軸であって、このクランク
軸10はその偏心位置においてコンロッド11とクラン
クピン12を介して接続され、一方、前記コンロッド1
1はピストン13とコンロッド小端部14において接続
される。本発明にあってはこのコンロッド小端部14と
ピストン13との間に可変圧縮機構15の主要部材であ
る偏心ピストンピン機構20を設ける。なお符号13a
はピストンリング、13bはピストンサイドである。
Meanwhile, the member code 10 when described in the crank and around the piston provided in the cylinder 1 and the crankcase 2 a crankshaft, the crankshaft 10 via a connecting rod 11 and crank pin 12 at its eccentric position And the connecting rod 1
1 is connected to the piston 13 at a small connecting rod end 14. In the present invention, an eccentric piston pin mechanism 20, which is a main member of the variable compression mechanism 15, is provided between the small connecting rod end 14 and the piston 13. Reference numeral 13a
Is a piston ring, and 13b is a piston side.

0012】以下この可変圧縮機構15について説明す
る。このものは主要部材として偏心ピストンピン機構2
0とポジショナ機構30及びコントローラ40とを含ん
で成る。まず偏心ピストンピン機構20について述べる
と、この機構はピストン13とコンロッド小端部14と
の接続部に設けられるものであって、まず両者を接続す
る偏心ピストンピン21がコンロッド小端部14とピス
トン13のピストンサイド13bとを貫くように設けら
れる。この偏心ピストンピン21はピストン嵌合部21
aとコンロッド嵌合部21bとを偏心的に有するもので
あって、その偏心量をDとする。すなわち偏心ピストン
ピン21はピストン13側に設けたベアリング22a
と、コンロッド11側に設けたベアリング22bとを介
してそれぞれピストン13とコンロッド小端部14に嵌
め合わされるものであって、前記ベアリング22a、2
2bは例えばベアリングのローラを保持部材によって保
持したいわゆるリテーナタイプのベアリングを用いる。
このうち左右一対のベアリング22aのうちの一方はピ
ストンサイド13bにおいてベアリングケース23によ
って支持され、他端はピストンサイド13bに直接支持
されるような構成をとる。
[0012] below the variable compression mechanism 15 will be described. The main component is an eccentric piston pin mechanism 2
0, a positioner mechanism 30 and a controller 40. First, the eccentric piston pin mechanism 20 will be described. This mechanism is provided at a connecting portion between the piston 13 and the small connecting rod end 14. First, the eccentric piston pin 21 for connecting the two is connected to the small connecting rod end 14 and the piston. 13 so as to penetrate the piston side 13b. This eccentric piston pin 21 is
a and the connecting rod fitting portion 21b eccentrically, and the amount of eccentricity is D. That is, the eccentric piston pin 21 is provided on the bearing 22a provided on the piston 13 side.
And a bearing 22b provided on the connecting rod 11 side, and are fitted to the piston 13 and the connecting rod small end portion 14, respectively.
2b uses, for example, a so-called retainer type bearing in which a roller of the bearing is held by a holding member.
One of the pair of left and right bearings 22a is supported by the bearing case 23 on the piston side 13b, and the other end is directly supported by the piston side 13b.

0013】そしてベアリングケース23が設けられた
側と反対側の端部にはセットスプリングケース24を設
けて、ここに例えばゼンマイバネ等のセットスプリング
25を設け、且つそのセットスプリング25の一端をセ
ットスプリングケース24に、他端を偏心ピストンピン
21に係止し、偏心ピストンピン21に対しピストン1
3を上死点側に常時偏寄するような回転傾向を与える。
なお前記ベアリングケース23及びセットスプリングケ
ース24は共にキー26によってピストン13に対する
嵌込位置の位置決めがなされる。なお符号27はコンロ
ッド小端部14のセットスプリングケース24側におい
てピストン13との間を塞ぐスペーサである。
[0013] And the end opposite to the side where the bearing case 23 is provided by providing a set spring case 24, here for example, provided the set spring 25, such as a spiral spring, and set spring one end of the set spring 25 The other end is fixed to the eccentric piston pin 21 in the case 24, and the piston 1 is
No. 3 is given a tendency to rotate so as to always deviate toward the top dead center.
Both the bearing case 23 and the set spring case 24 are positioned by the key 26 at the fitting position with respect to the piston 13. Reference numeral 27 denotes a spacer that closes the space between the small end 14 of the connecting rod and the piston 13 on the set spring case 24 side.

0014】更に前記偏心ピストンピン21にはベアリ
ングケース23側において規制突起21cを具えるもの
であって、このものはベアリングケース23に形成した
突起受部23a、23bに対し、その下側においてほぼ
150°回転し、且つそのものに前記突起受部23a、
23bに当接した位置でそれ以上の回動が阻止されるよ
うな構成をとる。なお以上の偏心ピストンピン21の説
明で理解されるように偏心ピストンピン21の向きによ
って前記偏心量のほぼ二倍に相当する寸法分、ピストン
13とコンロッド11との相対位置が切り替えられるの
である。因みに偏心ピストンピン21の回転角度は、要
はピストン13の往復動時にこれを回転させるだけの回
転モーメントが得られることや、規制突起21cを形成
するスペースを得ること等を勘案して決定されるもので
あり、150°に限らず適宜の設定が可能である。
[0014] In addition to the eccentric piston pin 21 be one comprising a restricting protrusion 21c in the bearing case 23 side, this compound protrusion receiving portion 23a formed in the bearing case 23, with respect to 23b, substantially at its bottom Rotate 150 °, and the projection receiving portion 23a itself,
A structure is adopted in which further rotation is prevented at the position where it abuts on 23b. As understood from the above description of the eccentric piston pin 21, the relative position between the piston 13 and the connecting rod 11 is switched by a dimension corresponding to almost twice the eccentric amount according to the direction of the eccentric piston pin 21. Incidentally, the rotation angle of the eccentric piston pin 21 is determined in consideration of, for example, obtaining a rotation moment enough to rotate the piston 13 during reciprocation of the piston 13 and obtaining a space for forming the regulating protrusion 21c. The angle is not limited to 150 °, and an appropriate setting is possible.

0015】次に偏心ピストンピン機構20における偏
心ピストンピン21が偏心した位置を記憶し、保持する
ポジショナ機構30について説明する。まず主要部材で
あるポジショナ本体31は一対の角状に突出した保持爪
31a、31bと、その下方に伸びたレバー状のコント
ロール受部31cと、更に保持爪31a、31bの基部
とコントロール受部31cの基部との間の側部に設けた
ノッチ受溝31d、31eとを具え、このものが回動中
心31fにおいて左右に首振り状態に回動するように構
成される。そしてこのポジショナ本体31は一例として
ピストン13の内側に取り付けられるポジショナ支持体
32におけるピン33にポジショナ本体31における孔
状の前記回動中心31fが嵌め込まれて取り付けられて
いる。またポジショナ支持体32は、その両側部に孔状
のノッチ取付部34が設けられ、ここから前記ノッチ受
溝31d、31eに対応した尖端状のノッチ35を摺動
自在に嵌め込み、更にこれをセットスプリング36で常
時ポジショナ本体31側に突出する傾向を与える。
[0015] Then the eccentric piston pin 21 in the eccentric piston pin mechanism 20 stores the position eccentric, the positioner mechanism 30 for holding explaining. First, the positioner main body 31, which is a main member, includes a pair of angularly projecting holding claws 31a and 31b, a lever-shaped control receiving portion 31c extending downward, a base of the holding claws 31a and 31b, and a control receiving portion 31c. Notch receiving grooves 31d and 31e provided on the side part between the base part and the base part, and these are configured to swing right and left at the center of rotation 31f. The positioner main body 31 is attached, for example, by fitting the hole-shaped rotation center 31f of the positioner main body 31 into a pin 33 of a positioner support 32 mounted inside the piston 13. The positioner support 32 is provided with hole-shaped notch mounting portions 34 on both sides thereof, from which the pointed notches 35 corresponding to the notch receiving grooves 31d and 31e are slidably fitted, and further set. The spring 36 tends to always project toward the positioner main body 31 side.

0016次にコントローラ40について説明する。
このものは、エンジンの回転数に応じてポジショナ本体
31の姿勢を変更し、これによって偏心ピストンピン2
1の位置を切り替えるものであって、ポジショナ本体3
1の姿勢変更をより正確に行うため、移動しないクラン
クケース2側に設けられるものである。そしてコントロ
ーラ40は、一例としてピストン13が最下死点におい
て前記ポジショナ本体31のコントロール受部31cが
当接する制御カムロッド41を主要部材とする。この制
御カムロッド41は前述したコントロール受部31cの
受入位置にカム部41a、41bを具え、そしてこの制
御カムロッド41は一例としてピストン13の摺動方向
に対しほぼ直交方向にアクチュエータ42によってシフ
トされる。このアクチュエータ42は例えば電磁ソレノ
イド等を用いるものであって、適宜のドライバ43から
の駆動電源を受けてその摺動子42aをシフトさせ、前
記制御カムロッド41をシフトする。なおドライバ43
に対しての給電電源の制御はエンジン回転センサ44か
らなされる。もちろんこのエンジン回転センサ44はク
ランク軸10に直接に設けたセンサとしてもよいし、例
えば点火プラグ9に対する点火用のパルス信号を検出し
て行うものやカムシャフトの回転を検出するものであっ
てよい。また前記アクチュエータ42はこのようなエン
ジン回転センサ44からの出力を受けて制御される駆動
電源により作動するものに限らず、例えばエンジン回転
に応じて遠心ガバナ等によってシフトされるリンケージ
等とすることももとより差し支えない。
[0016] will be described controller 40.
This is the positioner body according to the engine speed.
31 is changed so that the eccentric piston pin 2
1 for switching the position of the positioner body 3
Clan that does not move to more accurately change the posture
It is provided on the work case 2 side. And control
The roller 40 has, as an example, a control cam rod 41 with which the control receiving portion 31c of the positioner main body 31 abuts at the bottom dead center of the piston 13 as a main member. The control cam rod 41 is provided with cam portions 41a and 41b at the receiving position of the control receiving portion 31c, and the control cam rod 41 is shifted by the actuator 42 in a direction substantially perpendicular to the sliding direction of the piston 13 as an example. The actuator 42 uses, for example, an electromagnetic solenoid or the like, and receives driving power from an appropriate driver 43 to shift the slider 42a and shift the control cam rod 41. Note that the driver 43
Is controlled by the engine rotation sensor 44. Of course, the engine rotation sensor 44 may be a sensor provided directly on the crankshaft 10, or may be, for example, a sensor that detects an ignition pulse signal for the ignition plug 9 or a sensor that detects rotation of a camshaft. . Further, the actuator 42 is not limited to the one operated by the drive power supply controlled by receiving the output from the engine rotation sensor 44, and may be a linkage shifted by a centrifugal governor or the like according to the engine rotation. No problem.

0017以上のようにポジショナ機構30は、ノッ
チ受溝31d、31eやこれらに嵌まり込むノッチ35
等、ポジショナ本体31の姿勢を記憶、維持する部材の
総称であって、一旦偏心ポジションを切り替えた後、ポ
ジショナ本体31の姿勢は、このポジショナ機構30に
よって記憶、維持されるため、コントローラ40を、常
時ポジショナ本体31に対して作動させ続ける必要がな
い。このため偏心ポジションの維持がより確実に行え、
圧縮比をより正確に維持するものである。
[0017] The positioner mechanism 30 as described above, notch
The notch 35 which fits into the receiving grooves 31d and 31e and these.
And the like for storing and maintaining the posture of the positioner main body 31.
This is a generic term, and once the eccentric position is switched,
The posture of the positioner body 31 is
Therefore, the controller 40 is always stored and maintained.
It is not necessary to keep operating the positioner body 31
No. Therefore, the eccentric position can be maintained more reliably.
It is intended to maintain the compression ratio more accurately.

【0018】i)エンジン作動状況 以下本発明に係るレシプロエンジンの可変圧縮機構の作
動状況について説明する。これは図3、5〜7にその作
動状態を示すものであるが、共通的に言えることはすで
に構造の説明においても明らかなように偏心ピストンピ
ン21が回動することによりピストン13がコンロッド
11におけるコンロッド小端部14との相対的な接続位
置を切り替え、これによって圧縮比の切り替えを行う。
従って偏心ピストンピン21におけるコンロッド嵌合部
21bは常時コンロッド小端部14の中心に位置し、一
方、偏心ピストンピン21におけるピストン嵌合部21
a側が、偏心ピストンピン21の回転によりその中心位
置を上下に切り替えるものである。しかしながら図3、
5〜7までの説明においてはピストン13に対しポジシ
ョナ機構30等が取り付けられていることに因み、これ
らを定位置において説明する関係上、便宜的にコンロッ
ド小端部14の中心、すなわち偏心ピストンピン21に
おけるコンロッド嵌合部21bの位置が切り替わる状態
として図示するものである。
I) Engine operating condition The operating condition of the variable compression mechanism of the reciprocating engine according to the present invention will be described below. 3 and 5 to 7 show the operation state, but it can be said in common that the piston 13 is connected to the connecting rod 11 by the rotation of the eccentric piston pin 21 as is apparent from the description of the structure. Is switched relative to the connecting rod small end 14, thereby switching the compression ratio.
Therefore, the connecting rod fitting part 21b of the eccentric piston pin 21 is always located at the center of the small connecting rod end 14, while the piston fitting part 21b of the eccentric piston pin 21 is
The a side switches the center position of the eccentric piston pin 21 up and down by rotation. However, FIG.
In the description of 5 to 7, since the positioner mechanism 30 and the like are attached to the piston 13, the center of the connecting rod small end portion 14, that is, the eccentric piston This is illustrated as a state in which the position of the connecting rod fitting portion 21b on the pin 21 is switched.

【0019】ii) 適合回転域での運転 適合回転域とは適用されるエンジンの基本的な設計思想
において、例えば高回転、高出力をねらった場合には、
その目的に合うよう、ある一定回転以上の高速域におい
て運転されることをいう。従ってエンジン特性によって
は適合回転域と、その域外たる非適合回転域との切り替
えはエンジン回転数にして毎分2000回転程度から数
1000回転の範囲で適宜切り替えることができる。な
お通常、適合回転域での運転時は非適合回転域での運転
時に比べ圧縮比が低い状態にある。
Ii) Operation in a suitable rotation range A suitable rotation range is a basic design concept of an applied engine, for example, when high rotation and high power are aimed at,
It means that it is operated in a high-speed range above a certain rotation to meet its purpose. Therefore, depending on the engine characteristics, the switching between the suitable rotation range and the non-conforming rotation range outside the range can be appropriately switched in the range of about 2000 rotations per minute to several thousand rotations per minute as the engine rotation speed. Usually, the compression ratio is lower during the operation in the compatible rotation range than in the non-conforming rotation range.

【0020】この状態は図3に示すように偏心ピストン
ピン21におけるピストン嵌合部21aが下方に、コン
ロッド嵌合部21bが上方に位置するような状態とな
る。すなわちピストン嵌合部21aの中心をP0 とし、
コンロッド嵌合部21bの中心をP1 とすると、図3に
示すように偏心ピストンピン21におけるピストン嵌合
部21aの中心P0 よりコンロッド嵌合部21bの中心
1 が垂直上方より時計方向に約15°傾いた上方に一
定の偏心量Dを隔てて位置した状態となっている。
In this state, as shown in FIG. 3, the piston fitting portion 21a of the eccentric piston pin 21 is located below and the connecting rod fitting portion 21b is located above. That is, the center of the piston fitting portion 21a is P 0 ,
When the center of the connecting rod fitting portion 21b and P 1, the center P 1 is clockwise from the vertical above the connecting rod fitting portion 21b from the center P 0 of the piston engaging portion 21a of the eccentric piston pin 21 as shown in FIG. 3 It is in a state of being located at a predetermined eccentric amount D at a position inclined upward by about 15 °.

【0021】この状態におけるポジショナ機構30につ
いて見ると、ポジショナ本体31は図3中、全体として
反時計方向に傾倒した状態であり、このときには保持爪
31bが規制突起21cに作用している。すなわち偏心
ピストンピン21の上記偏向状態において、これと一体
の規制突起21cはベアリングケース23における突起
受部23bに当接してそれ以上の回転が阻まれた状態と
なり、一方、下方への戻りは前記ポジショナ本体31に
おける保持爪31bによって阻止されることによってそ
の状態が維持されている。そしてこのときポジショナ本
体31はノッチ35が左右のノッチ受溝31d、31d
をそれぞれ選択して嵌まり込むことによりこの状態が維
持されているのである。なおこのようなポジショナ本体
31の姿勢を設定するため、コントローラ40における
制御カムロッド41は図3中、右側に偏寄し、左側カム
部41aによって前記コントロール受部31cを右側に
セットした状態となっている。このような状態のときに
はピストン13はコンロッド11のコンロッド小端部1
4に対して相対的に下方に位置した状態にセットされて
いるから、圧縮上死点において燃焼室Cの容積を充分に
とり見かけ上、低圧縮の状態となっているのである。
Referring to the positioner mechanism 30 in this state, the positioner main body 31 is tilted counterclockwise as a whole in FIG. 3, and at this time, the holding claws 31b act on the regulating protrusions 21c. That is, in the above-mentioned deflecting state of the eccentric piston pin 21, the regulating projection 21 c integral therewith comes into contact with the projection receiving portion 23 b of the bearing case 23 so that further rotation is hindered. That state is maintained by being blocked by the holding claws 31b of the positioner main body 31. At this time, the notch 35 of the positioner main body 31 has left and right notch receiving grooves 31d, 31d.
This state is maintained by selecting and fitting each. In order to set the position of the positioner main body 31, the control cam rod 41 of the controller 40 is shifted to the right in FIG. 3, and the control receiving portion 31c is set to the right by the left cam portion 41a. I have. In such a state, the piston 13 is connected to the connecting rod small end 1 of the connecting rod 11.
4, the combustion chamber C has a sufficient volume at the compression top dead center and apparently has a low compression state.

【0022】iii)非適合回転域での運転 一方、非適合回転域での運転時は前記適合回転域での運
転時と逆にコンロッド小端部14から更にピストン13
が上方に位置した状態にセットされる状態である。すな
わち図5に示すように偏心ピストンピン21は、先の定
常状態からほぼ150°程度回転した状態である。この
とき規制突起21cはベアリングケース23における突
起受部23aに当接した状態となり、この状態をポジシ
ョナ機構30におけるポジショナ本体31の保持爪31
aが下から押さえるような状態となって偏心ピストンピ
ン21の姿勢を維持するのである。そしてポジショナ本
体31自体はノッチ35がノッチ受溝31e、31eに
それぞれ嵌合することによりその姿勢を維持する。また
ポジショナ本体31をシフトするためのコントローラ4
0における制御カムロッド41は図5中、実線で示すよ
うに左方に偏寄し、右側のカム部41bが前記ポジショ
ナ本体31におけるコントロール受部31cを図5中、
左方に押しやるようにした状態となっている。そしてこ
れらの両状態からのそれぞれの切り替えについて以下説
明する。
Iii) Operation in the non-conforming rotation range On the other hand, in the operation in the non-conforming rotation range, the piston 13 is further moved from the small connecting rod end 14 in reverse to the operation in the above-mentioned conformation rotation range.
Is set in a state of being positioned above. That is, as shown in FIG. 5, the eccentric piston pin 21 is in a state rotated by about 150 ° from the previous steady state. At this time, the regulating protrusion 21c comes into contact with the protrusion receiving portion 23a of the bearing case 23, and this state is changed to the holding claw 31 of the positioner body 31 of the positioner mechanism 30.
As a result, the position of the eccentric piston pin 21 is maintained such that a is pressed from below. The positioner body 31 itself maintains its position by the notches 35 being fitted into the notch receiving grooves 31e. A controller 4 for shifting the positioner body 31
5, the control cam rod 41 deviates leftward as shown by the solid line in FIG. 5, and the right cam portion 41 b moves the control receiving portion 31 c of the positioner body 31 in FIG.
It is in a state of being pushed to the left. The respective switching from these two states will be described below.

【0023】 iv) 適合回転域運転から非適合回転域運転への切り替え すでに述べたような二通りの状態に切り替えるには次の
ように行う。まず切り替えるべきエンジン回転をエンジ
ン回転センサ44が検出すると、その出力信号がドライ
バ43に供給され、これによってドライバ43からアク
チュエータ42に対しその作動電圧が給電される。定常
状態では、制御カムロッド41が図3中、右方に偏寄し
た状態であるから、このような状態から切り替えを行う
にはアクチュエータ42における摺動子42aが収縮
向に移動する。このようにしたときにはピストン13が
下死点にきたとき、図6に示すように前記制御カムロッ
ド41におけるカム部41bが、右方に偏寄していた受
部31cを左右に移動するように図る。この際、まず図
6に示すようにポジショナ本体31におけるコントロー
ル受部31cが押し込まれることによりポジショナ本体
31が全体として回動中心31fを中心に時計方向に回
動して、まず保持爪31bによる偏心ピストンピン21
における規制突起21cの下支え状態を解除する。これ
によって偏心ピストンピン21は少なくとも図3、6
中、時計方向への回動が許された状態となるのである。
Iv) Switching from adaptive speed range operation to non-adaptive speed range operation To switch between the two states as described above, the following is performed. First, when the engine rotation sensor 44 detects the engine rotation to be switched, its output signal is supplied to the driver 43, whereby the operating voltage is supplied from the driver 43 to the actuator 42. In the steady state, in the control cam rod 41 in FIG. 3, because it is state of biasing the rightward performs switching from this state
Then, the slider 42a of the actuator 42 moves in the contracting direction. When this is done, the piston 13
When reaching the bottom dead center, as shown in FIG.
The cam 41b of the door 41 is shifted to the right.
The part 31c is moved left and right. At this time, first, as shown in FIG. 6, when the control receiving portion 31c of the positioner main body 31 is pushed in, the positioner main body 31 is rotated clockwise about the rotation center 31f as a whole, and is firstly eccentric by the holding claw 31b. Piston pin 21
The support state of the regulating projection 21c at the point is released. As a result, the eccentric piston pin 21 is at least shown in FIGS.
In the middle, the clockwise rotation is permitted.

【0024】このように偏心ピストンピン21が自由回
転を許される状態となったとき、本発明の特徴的な構成
の一つであるピストン13とコンロッド11との相対位
置の切り替えはピストンの往復動作を巧みに利用して自
動的になされるのである。すなわち相対的にピストン1
3がコンロッド11のコンロッド小端部14の下方から
上方に移動するように切り替わる動作は、燃焼(膨張)
工程以外の工程でピストンが下方へ移動する工程、すな
わち実際的には吸入工程においてなされる。以下図8の
偏心ピストンピン21の回動動作を示す概略図に従って
説明すると、吸入工程においてはピストン13はピスト
ンリング13aとシリンダ1との摺動抵抗及び吸入負圧
により一定位置に残ろうとするものであるが、それをコ
ンロッド11が下方へ引き込むような状態となっている
から、図8(a)においてコンロッド嵌合部の中心P1
はコンロッド11により下方へ移動しようとする。しか
しピストン嵌合部の中心P0 は上下動できないため、ピ
ストン嵌合部21aを右へ回動させることにより、図8
)に示すようにコンロッド嵌合部の中心P1 を下方
へ位置させる。なお吸気ストロークの上死点から下死点
に至る全域のうちのどの位置であっても、ピストン嵌合
部の中心P0 とコンロッド嵌合部の中心P1を結ぶ線分
と、コンロッド11とにより挟まれる角αを0度になら
ないようにピストン嵌合部21a、コンロッド嵌合部2
1b、およびクランクの径を設定しておけば、偏心ピス
トンピン21を回動させることができる。
When the eccentric piston pin 21 is allowed to rotate freely as described above, switching of the relative position between the piston 13 and the connecting rod 11, which is one of the characteristic features of the present invention, is performed by reciprocating the piston. It is done automatically by using cleverly. That is, the relative piston 1
The operation of switching the connecting rod 3 so as to move upward from below the connecting rod small end 14 of the connecting rod 11 is combustion (expansion).
This is performed in a step other than the step in which the piston moves downward, that is, actually in a suction step. In the following, a description will be given with reference to a schematic diagram showing the rotation operation of the eccentric piston pin 21 shown in FIG. 8. In the suction process, the piston 13 tends to remain at a certain position due to the sliding resistance between the piston ring 13 a and the cylinder 1 and the suction negative pressure. However, since it is in a state where the connecting rod 11 is pulled downward, the center P 1 of the connecting rod fitting portion in FIG.
Tries to move downward by the connecting rod 11. However, since the center P 0 of the piston fitting portion can not be moved up and down by rotating the piston engaging portion 21a to the right, FIG. 8
(B) to position the center P 1 of the connecting rod fitting portion downward as shown. Note that, at any position in the entire region from the top dead center to the bottom dead center of the intake stroke, a line segment connecting the center P 0 of the piston fitting portion and the center P 1 of the connecting rod fitting portion, and the connecting rod 11 The piston fitting portion 21a and the connecting rod fitting portion 2 prevent the angle?
By setting 1b and the diameter of the crank, the eccentric piston pin 21 can be rotated.

【0025】偏心ピストンピン21は以上のように自動
的に位置を切り替えるのであるが、もちろんこの吸入負
圧とピストンリング13aとの摺動抵抗のみではピスト
ン13がコンロッド11に対して上方に偏寄するだけの
抵抗とならないことも予想されることから、本発明にあ
っては、前記偏心ピストンピン機構20における偏心ピ
ストンピン21の他端側にセットスプリング25を設け
て、常時ピストン13がコンロッド11に対し上方に偏
寄する傾向を補助的に与えておくのである。なおこのよ
うなセットスプリング25の作用から理解できるように
セットスプリング25はこのようなゼンマイバネのほ
か、偏心ピストンピン21の内部に一端を固定し、他端
をピストン13側に固定したトーションバータイプのも
の等、適宜適用できるのである。
The position of the eccentric piston pin 21 is automatically switched as described above. Of course, the piston 13 is deviated upward with respect to the connecting rod 11 only by the suction negative pressure and the sliding resistance between the piston ring 13a. In the present invention, a set spring 25 is provided at the other end of the eccentric piston pin 21 in the eccentric piston pin mechanism 20 so that the piston 13 is constantly connected to the connecting rod 11. Is given a tendency to deviate upward. As can be understood from the operation of the set spring 25, the set spring 25 is, besides such a spring, a torsion bar type in which one end is fixed inside the eccentric piston pin 21 and the other end is fixed to the piston 13 side. It can be applied as appropriate.

【0026】この偏心ピストンピン21の回転切り替え
は例えばエンジンの回転数にして毎分2000回転の場
合、1分間に1000回の吸入工程がなされるわけであ
るから、毎秒当たり13回程度の吸入工程がされている
わけであり、事実上一瞬にその旋回がなされるのであ
る。そしてこの一瞬のタイミングで前記偏心ピストンピ
ン21における規制突起21cがベアリングケース23
における突起受部23a側に当接すると、これをポジシ
ョナ本体31における保持爪31aが下からそれ以後の
動きを妨げるように保持するのである。なおこのときポ
ジショナ本体31が一瞬に切り替わった場合であっても
規制突起21cの移動自体は保持爪31bの側部縁部に
滑らかに当接するから、ベアリングケース23における
突起受部23a側に移動する間での支障とはならない。
When the rotation of the eccentric piston pin 21 is switched, for example, at 2000 revolutions per minute, the intake process is performed 1000 times per minute. Therefore, the intake process is performed about 13 times per second. That is, the turn is made virtually instantaneously. At this momentary moment, the regulating projection 21c of the eccentric piston pin 21 is
When the abutment comes into contact with the side of the protrusion receiving portion 23a, the holding claw 31a of the positioner main body 31 is held from below so as to prevent the subsequent movement. At this time, even if the positioner main body 31 is instantaneously switched, the movement of the regulating protrusion 21c itself smoothly contacts the side edge of the holding claw 31b, and therefore moves to the protrusion receiving portion 23a side of the bearing case 23. It does not hinder between them.

【0027】そしてこのポジショナ本体31の姿勢設定
は前記ノッチ35がノッチ受溝31dと31eとの境界
の上を超えた範囲まで行えることにより、その後はノッ
チ35とノッチ受溝31eとの傾斜面によりポジショナ
本体31が図中、時計方向に偏寄した状態にセットされ
てゆく。従って前記コントローラ40における制御カム
ロッド41は図6に示すように少なくともポジショナ本
体31のノッチ受溝31dと31eとの境界凸部をノッ
チ35がそれぞれ超える位置まで案内すれば、その後は
自動的にポジショナ本体31が作動姿勢を記憶し、維持
するのである。このような状態では偏心ピストンピン2
1はピストン13がコンロッド小端部14に対し相対的
に上方に位置した状態にセットされるものであり、これ
によって見かけ上のコンロッド11の寸法が長くなり上
死点におけるピストン13の位置が更に上方に偏寄する
から圧縮工程時における燃焼室Cの容積をより小さく
し、見かけ上の圧縮比を高めるのである。
The position of the positioner main body 31 can be set to a range where the notch 35 exceeds the boundary between the notch receiving grooves 31d and 31e, and thereafter, the inclined surface between the notch 35 and the notch receiving groove 31e is used. The positioner main body 31 is set in a state deviated clockwise in the figure. Accordingly, if the control cam rod 41 of the controller 40 guides the control cam rod 41 to at least the position where the notch 35 exceeds the boundary convex portion between the notch receiving grooves 31d and 31e of the positioner main body 31 as shown in FIG. 31 stores and maintains the operating posture. In such a state, the eccentric piston pin 2
Reference numeral 1 denotes a state in which the piston 13 is set in a state in which the piston 13 is located relatively above the small end portion 14 of the connecting rod, whereby the apparent size of the connecting rod 11 is increased, and the position of the piston 13 at the top dead center is further increased. Since it is deviated upward, the volume of the combustion chamber C during the compression step is made smaller, and the apparent compression ratio is increased.

【0028】 v) 非適合回転域運転から適合回転域運転への切り替え この動作もすでに述べた作動状況と同一の原理で逆に行
われる。すなわちエンジン回転センサ44の出力を受け
て、実質的に制御カムロッド41が図7、8(a)中、
右方にシフトされる。これによってポジショナ本体31
における保持爪31aによって保持されていた偏心ピス
トンピン21における規制突起21cの保持が解除され
るから、偏心ピストンピン21はその自由回転が許容さ
れた状態となる。そしてこのとき圧縮工程ないしは燃焼
工程を受けると、ピストン13はコンロッド小端部14
の上昇に抗して下方に移動するような力が働くから、こ
れによって偏心ピストンピン21を自動的に回転させ
る。
V) Switching from non-conforming rev range operation to compliant rev range operation This operation is also performed in reverse, with the same principle as the operating situation already described. That is, in response to the output of the engine rotation sensor 44, the control cam rod 41 is substantially turned off in FIGS.
Shifted to the right. This allows the positioner body 31
Is released from the holding of the restricting projection 21c on the eccentric piston pin 21 held by the holding claw 31a, the eccentric piston pin 21 is allowed to rotate freely. At this time, when undergoing the compression step or the combustion step, the piston 13 is connected to the connecting rod small end portion 14.
As a result, the eccentric piston pin 21 is automatically rotated.

【0029】この偏心ピストンピン21の回動動作を先
の図8の概略図に従い説明すると、まず燃焼工程では、
高圧の燃焼ガスがピストンを押し下げるように働くが、
コンロッド11の抗力を受けるため、コンロッド嵌合部
の中心P1 を上方へ位置させることにより、ピストン嵌
合部の中心P0 は下方へ行こうとする。すなわち図8
(b)から図8(a)の状態に移行しようとするもので
あって、偏心ピストンピン21は全体として回動する。
尚、燃焼ストロークの上死点から下死点に至る全域のう
ちのどの位置であっても、ピストン嵌合部の中心P0
コンロッド嵌合部の中心P1 を結ぶ線分と、コンロッド
11とにより挟まれる角αを180度にならないように
ピストン嵌合部21a、コンロッド嵌合部21b、およ
びクランクの径を設定しておけば、偏心ピストンピン2
1を回動させることができる。
The turning operation of the eccentric piston pin 21 will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
High pressure combustion gas works to push down the piston,
For receiving the drag of the connecting rod 11, by positioning the center P 1 of the connecting rod fitting portion upward, the center P 0 of the piston engaging portion is going down. That is, FIG.
The state shown in FIG. 8A is to be shifted from FIG. 8B, and the eccentric piston pin 21 rotates as a whole.
Note that, at any position in the entire range from the top dead center to the bottom dead center of the combustion stroke, the line connecting the center P 0 of the piston fitting portion and the center P 1 of the connecting rod fitting portion and the connecting rod 11 If the diameter of the piston fitting portion 21a, the connecting rod fitting portion 21b, and the diameter of the crank are set so that the angle α sandwiched between them does not become 180 degrees, the eccentric piston pin 2
1 can be rotated.

【0030】一方、圧縮工程でも上記と同様の作動がな
される。すなわち圧縮工程では、ピストンは上昇するに
従い混合気を圧縮し、その圧力を受ける。このときピス
トン嵌合部の中心P0 は下方へ移動するような力が働く
が、ピストン嵌合部21a自体は、ピストン13内を上
下へスライドできないため、コンロッド嵌合部の中心P
1 を上方へ位置させるように働きかける。この結果とし
て偏心ピストンピン21は左方へ回動し、コンロッド嵌
合部の中心P1 はピストン嵌合部の中心P0 の上方へ位
置する。
On the other hand, the same operation as described above is performed in the compression step. That is, in the compression step, the piston compresses the air-fuel mixture as it rises and receives the pressure. At this time, a force to move the center P 0 of the piston fitting portion downward is exerted. However, the piston fitting portion 21 a itself cannot slide up and down in the piston 13, so that the center P 0 of the connecting rod fitting portion is not moved.
Work to position 1 upward. Eccentric piston pin 21 as a result rotates leftward, the center P 1 of the connecting rod fitting portion is positioned above the center P 0 of the piston fitting portion.

【0031】なお圧縮ストロークの全域にわたり、角α
は燃焼ストローク時の角αより鋭利な角度となってお
り、コンロッド嵌合部の中心P1 はピストン嵌合部の中
心P0より上方に移動しやすい状況となっているが、ピ
ストン13に加わる混合気の圧力は、圧縮ストロークの
中間より下死点側の位置においては、偏心ピストンピン
21を回動させるまでには至らない。従って偏心ピスト
ンピン21の回動は、中間から上死点の間において行わ
れる。これによって規制突起21cはベアリングケース
23における突起受部23aに下方から当接するような
状態となる。そして前述したようにポジショナ本体31
は全体として図7中、反時計方向に回動することとなる
から、その保持爪31aが突起受部23aに当接した規
制突起21cを下方から下支えするように保持する。こ
のときノッチ35はノッチ受溝31dに嵌まり合ってそ
の位置を記憶し、維持する。
Note that, over the entire compression stroke, the angle α
Is sharper than the angle α at the time of the combustion stroke, and the center P 1 of the connecting rod fitting portion is easily moved upward from the center P 0 of the piston fitting portion. The pressure of the air-fuel mixture does not reach the position where the eccentric piston pin 21 is rotated at a position closer to the bottom dead center than the middle of the compression stroke. Therefore, the rotation of the eccentric piston pin 21 is performed between the middle and the top dead center. As a result, the regulating protrusion 21c comes into contact with the protrusion receiving portion 23a of the bearing case 23 from below. And, as described above, the positioner body 31
7 rotates in the counterclockwise direction in FIG. 7, so that the holding claw 31a holds the regulating projection 21c abutting on the projection receiving portion 23a so as to support the regulating projection 21c from below. At this time, the notch 35 is fitted in the notch receiving groove 31d, and its position is stored and maintained .

【0032】vi)他の切替設定 以上述べた実施例は低速運転時を非適合回転域として圧
縮比を高圧縮に、高速運転時を適合回転域として低圧縮
に設定したものであり、この設定態様は自然吸気エンジ
ンやターボチャージャ、スーパーチャージャ等を用いた
過吸気エンジンにおいて有効であるが、他の機構との整
合性を考慮してこれ以外の設定とすることもできる。す
なわちエンジンが高速回転域あるいは中速回転域で圧縮
比を上げるような設定もできる。例えばエンジンの熱効
率を上げるため、エンジン回転数のある段階で(例えば
車両速度60〜100km/hのとき)、可変バルブタイ
ミング装置を有するエンジンの場合、故意に吸気弁を早
く閉じて吸気ストロークを短くし、排気弁の開時をその
ままにしておくと、吸気ストロークに対して膨張ストロ
ークが長くなり、より有効に膨張エネルギーを取り出す
ことができ、熱効率がアップする。従ってこの場合で
は、低速でピストンを上死点側に偏寄させるのではな
く、中速回転域で故意に吸気量の減った分、実質的な圧
縮比を同じにするため(圧縮隙間を小さくするように)
ピストンを上死点側に偏寄させるのである。
Vi) Other switching settings In the above-described embodiment, the compression ratio is set to high compression during low-speed operation as a non-conforming rotation range, and the compression ratio is set to low compression during high-speed operation as a suitable rotation range. The embodiment is effective in a naturally aspirated engine, a super-aspirated engine using a turbocharger, a supercharger, or the like. However, other settings may be used in consideration of compatibility with other mechanisms. That is, it is possible to set the compression ratio to be increased in the high-speed rotation range or the middle-speed rotation range. For example, in order to increase the thermal efficiency of the engine, at a certain stage of the engine speed (for example, when the vehicle speed is 60 to 100 km / h), in the case of an engine having a variable valve timing device, the intake valve is intentionally closed earlier to shorten the intake stroke. However, if the exhaust valve is left open, the expansion stroke becomes longer than the intake stroke, so that expansion energy can be more effectively taken out and the thermal efficiency is improved. Therefore, in this case, instead of biasing the piston toward the top dead center at low speed, the actual compression ratio is made the same by the intentional reduction of the intake air amount in the medium speed rotation range (the compression gap is reduced). To do)
The piston is biased toward the top dead center.

【0033】vii)強度面での考察 なお本発明にあってはピストン13とコンロッド11と
の相対的な取付位置の切り替え状態をポジショナ本体3
1によって維持するものであるが、この強度は偏心ピス
トンピン21の偏心がほぼ150°の範囲でなされるこ
とにより、一旦設定された偏心ピストンピン21では上
下方向に作用する混合気の燃焼圧力は偏心ピストンピン
21を回動させ、更にポジショナ本体31の保持爪31
a、31bを圧縮する方向(座屈方向)に働くものの、
ほぼコンロッド11の荷重方向に沿う程度であるから、
保持爪31a、31bを破壊するほどの分力は生じな
い。
Vii) Consideration on Strength In the present invention, the switching state of the relative mounting position between the piston 13 and the connecting rod 11 is determined by the positioner body 3.
The strength is maintained by the eccentric piston pin 21 within a range of approximately 150 °, so that the combustion pressure of the air-fuel mixture that acts vertically in the eccentric piston pin 21 once set is maintained. The eccentric piston pin 21 is rotated, and the holding claw 31 of the positioner main body 31 is further rotated.
a, 31b works in the direction of compressing (buckling direction),
Since it is almost along the load direction of the connecting rod 11,
There is no component force enough to break the holding claws 31a, 31b.

【0034】[0034]

【他の実施例】なお本発明は以上述べたような構成を一
つの基本的な実施例とするものであるが、要は偏心ピス
トンピン21をポジショナ本体31によって偏心位置を
保持するようにし、且つ偏心ピストンピン21の回動は
往復動するピストン13とコンロッド11との動きを利
用して自動的に切り替えるものであり、その限りにおい
て例えばコントローラ40等においては種々の実施例が
とり得る。すなわち図11に示す実施例は、ポジショナ
本体31を言わば揺動タイプではなく、摺動タイプとし
たものであり、この場合の位置決めは同様にノッチ35
によってその位置決めが図られる。またこのようなポジ
ショナ本体31は必ずしもピストン13に取り付けるこ
とを要件とするものではなく、コンロッド11に取り付
けてもよい。すなわち図12(a)に示すようにコンロ
ッド11に対しポジショナ本体31を揺動自在に取り付
けるのである。
[Other Embodiments] The present invention is based on the above-described structure as one basic embodiment. In essence, the eccentric piston pin 21 is held at an eccentric position by a positioner body 31. In addition, the rotation of the eccentric piston pin 21 is automatically switched by utilizing the movement of the reciprocating piston 13 and the connecting rod 11, and as long as the rotation is, for example, the controller 40 or the like can take various embodiments. That is, in the embodiment shown in FIG. 11, the positioner main body 31 is not of a swing type but of a sliding type.
The positioning is achieved. Further, such a positioner main body 31 is not necessarily required to be attached to the piston 13, and may be attached to the connecting rod 11. That is, as shown in FIG. 12A, the positioner main body 31 is attached to the connecting rod 11 so as to be swingable.

0035】またポジショナ本体31をシフトするため
のコントローラ40についても図13に示すようにクラ
ンクケース2側に一対のピンタイプのコントローラ40
A、40Bを用いてもよい。すなわちこのものはエンジ
ン回転数に応じて相互に出没する油圧のシリンダをコン
トローラ40A、40Bとして用いたものである。なお
このようにポジショナ本体31の姿勢を変更するコント
ローラ40に油圧を適用しても、コントローラ40自体
がクランクケース2側に固定状態に設けられているた
め、ピンタイプのコントローラ40A、40Bを作動さ
せる油圧力そのものはエンジンEの回転にかかわらず常
時安定しており、ポジショナ本体31の姿勢変更を確実
に行い得る。
[0035] Further, the controller 40 of the pair of pin type in the crankcase 2 side as is also shown in Figure 13 for the controller 40 for shifting the positioner body 31
A and 40B may be used. That is, in this embodiment, hydraulic cylinders which come and go mutually according to the engine speed are used as the controllers 40A and 40B. Note that
In this manner, the controller for changing the attitude of the positioner body 31 is used.
Even if hydraulic pressure is applied to the roller 40, the controller 40 itself
Is fixedly provided on the crankcase 2 side.
Operating the pin type controllers 40A and 40B.
The oil pressure itself is always constant regardless of the rotation of the engine E.
Stable at any time, ensuring the position change of the positioner body 31
Can be done.

0036[ 0036 ]

【発明の効果】まず本発明によれば、一対の保持爪31
a、31bを有したポジショナ本体31を、偏心ピスト
ンピン21に当接させることによって偏心ピストンピン
21の 回動姿勢を維持するため、燃焼によってピストン
13や偏心ピストンピン21を介して加えられる衝撃力
にも充分耐え得る設計が可能となる。 また圧縮比切り替
えのためのポジショナ本体31の作動は、別途クランク
ケース2側に設けられるコントローラ40によって駆動
され、コントローラ40を常時移動させることなく、固
定状態に設けるため、ポジショナ本体31をより正確に
切り替えできる。 更にまた一旦切り替わった後のポジシ
ョナ本体31の姿勢は、ノッチ35やノッチ受溝31
d、31e等によるポジショナ機構30によって維持さ
れるため、例えばコントローラ40を作動させ続けて、
ポジショナ本体31の姿勢を維持する必要がない。そし
て総合的には、適合回転域に応じた圧縮比をより確実に
選択できるとともに、この圧縮比をより正確に維持でき
るものである。
According to the present invention, first, a pair of holding claws 31 are provided.
a, the eccentric fixer
Eccentric piston pin
In order to maintain the rotating posture of 21, the piston
13 and impact force applied through the eccentric piston pin 21
This makes it possible to design a device capable of withstanding the above. Switching of compression ratio
The operation of the positioner body 31 for
Driven by controller 40 provided on case 2 side
Without moving the controller 40 all the time.
Positioner body 31
You can switch. Furthermore, the position after switching once
The notch 35 and the notch receiving groove 31
d, 31e, etc. maintained by the positioner mechanism 30.
Therefore, for example, by continuing to operate the controller 40,
There is no need to maintain the position of the positioner body 31. Soshi
Comprehensively, more reliably the compression ratio according to the applicable rotation range
Not only can you choose, but also maintain this compression ratio more accurately.
Things.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の可変圧縮機構を適用したエンジンを骨
格的に示す縦断正面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional front view schematically showing an engine to which a variable compression mechanism of the present invention is applied.

【図2】同上特徴的部分を拡大して示す縦断側面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged longitudinal side view showing a characteristic portion of the above.

【図3】同上ピストンが下死点側に偏寄した状態を示す
縦断正面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional front view showing a state in which the piston is biased toward a bottom dead center side.

【図4】同上ピストン内部の構造を示す横断面図であ
る。
FIG. 4 is a transverse sectional view showing the internal structure of the piston.

【図5】同上ピストンが上死点側に偏寄した状態を示す
縦断正面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional front view showing a state where the piston is deviated to the top dead center side.

【図6】図3の状態からコントローラの作用で保持爪の
保持が解除された状態に移行する様子を示す縦断正面図
である。
6 is a vertical sectional front view showing a state where the state of FIG. 3 is shifted to a state in which holding of a holding claw is released by an operation of a controller.

【図7】図5の状態からコントローラの作用で保持爪の
保持が解除された状態に移行する様子を示す縦断正面図
である。
7 is a vertical sectional front view showing a state where the state of FIG. 5 is shifted to a state in which holding of the holding claws is released by the action of the controller.

【図8】偏心ピストンピンの回動動作をピストンが下死
点側にある場合とピストンが上死点側にある場合とを対
比して示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a rotation operation of the eccentric piston pin in comparison with a case where the piston is at the bottom dead center side and a case where the piston is at the top dead center side.

【図9】本発明の可変圧縮機構を示す分解斜視図であ
る。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the variable compression mechanism of the present invention.

【図10】偏心ピストンピンに回転傾向を与えるセット
スプリング及びセットスプリングケースを示す分解斜視
図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing a set spring and a set spring case that give a rotation tendency to the eccentric piston pin.

【図11】ポジショナ本体を摺動タイプとした実施例を
示す縦断正面図並びに縦断側面図である。
FIG. 11 is a longitudinal sectional front view and a longitudinal sectional side view showing an embodiment in which a positioner main body is of a sliding type.

【図12】ポジショナ本体をコンロッドに取り付けるよ
うにした実施例を示す縦断側面図並びに縦断正面図であ
る。
FIG. 12 is a longitudinal sectional side view and a longitudinal sectional front view showing an embodiment in which a positioner main body is attached to a connecting rod.

【図13】ポジショナ本体をシフトするためのコントロ
ーラの他の実施例を示す縦断正面図である。
FIG. 13 is a longitudinal sectional front view showing another embodiment of the controller for shifting the positioner main body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダ 2 クランクケース 3 シリンダヘッド 4 吸気孔 5 排気孔 6 吸気弁 7 排気弁 8 カム 9 点火プラグ 10 クランク軸 11 コンロッド 12 クランクピン 13 ピストン 13a ピストンリング 13b ピストンサイド 14 コンロッド小端部 15 可変圧縮機構 20 偏心ピストンピン機構 21 偏心ピストンピン 21a ピストン嵌合部 21b コンロッド嵌合部 21c 規制突起 22a ベアリング(ピストン側) 22b ベアリング(コンロッド側) 23 ベアリングケース 23a 突起受部 23b 突起受部 24 セットスプリングケース 25 セットスプリング 26 キー 27 スペーサ 30 ポジショナ機構 31 ポジショナ本体 31a 保持爪 31b 保持爪 31c コントロール受部 31d ノッチ受溝 31e ノッチ受溝 31f 回動中心 32 ポジショナ支持体 33 ピン 34 ノッチ取付部 35 ノッチ 36 セットスプリング 40 コントローラ 40A コントローラ 40B コントローラ 41 制御カムロッド 41a カム部 41b カム部 42 アクチュエータ 42a 摺動子 43 ドライバ 44 エンジン回転センサ α 角 C 燃焼室 D 偏心量 E エンジン P0 ピストン嵌合部の中心 P1 コンロッド嵌合部の中心DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Crankcase 3 Cylinder head 4 Intake hole 5 Exhaust hole 6 Intake valve 7 Exhaust valve 8 Cam 9 Ignition plug 10 Crankshaft 11 Connecting rod 12 Crankpin 13 Piston 13a Piston ring 13b Piston side 14 Small end of connecting rod 15 Variable compression mechanism Reference Signs List 20 eccentric piston pin mechanism 21 eccentric piston pin 21a piston fitting part 21b connecting rod fitting part 21c regulating projection 22a bearing (piston side) 22b bearing (conrod side) 23 bearing case 23a projection receiving part 23b projection receiving part 24 set spring case 25 Set spring 26 Key 27 Spacer 30 Positioner mechanism 31 Positioner main body 31a Holding claw 31b Holding claw 31c Control receiving portion 31d Notch receiving groove 31e Notch receiving groove 3 1f Center of rotation 32 Positioner support 33 Pin 34 Notch mounting part 35 Notch 36 Set spring 40 Controller 40A Controller 40B Controller 41 Control cam rod 41a Cam part 41b Cam part 42 Actuator 42a Slider 43 Driver 44 Engine rotation sensor α Angle C Combustion Chamber D Eccentricity E Engine P 0 Center of piston fitting part P 1 Center of connecting rod fitting part

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 クランク軸にコンロッドを介して接続さ
れたピストンがシリンダ内を往復動し、吸入、圧縮、燃
焼(膨張)、排気の各工程を行い、前記クランク軸から
回転を出力するエンジンであり、前記ピストンとコンロ
ッドとは偏心ピストンピンを介して接続され、且つ偏心
ピストンピンを回動することにより偏心ポジションをエ
ンジン回転の状況に応じて選択し、圧縮比を変更できる
ようにした偏心ピストンピン機構を具えるものにおい
て、前記偏心ポジションの位置を保持するにあたって
は、一対の保持爪を有するポジショナ本体を偏心ピスト
ンピンに当接させることによって、偏心ピストンピンの
回動姿勢を維持し、且つこのポジショナ本体は、ピスト
ンまたはコンロッドに取り付けられるとともに、これら
に取り付けられたポジショナ機構によりポジショナ本体
自体の姿勢維持が成され、更にポジショナ本体の姿勢変
更は、クランクケース側に設けたコントローラにより行
われることを特徴とするレシプロエンジンにおける可変
圧縮機構。
A piston connected to a crankshaft via a connecting rod reciprocates in a cylinder to perform suction, compression, combustion (expansion), and exhaust processes, and output rotation from the crankshaft. The piston and the connecting rod are connected via an eccentric piston pin, and by rotating the eccentric piston pin, an eccentric position can be selected according to the condition of engine rotation, and a compression ratio can be changed. smell which comprises an eccentric piston pin mechanism to
In maintaining the position of the eccentric position,
Eccentric fixation of the positioner body with a pair of holding claws
Contact with the eccentric piston pin.
Maintain the rotation posture and the positioner body
Or connecting rod
Positioner body with positioner mechanism attached to
The posture of the positioner itself is maintained, and the posture of the positioner body changes.
Is changed by the controller provided on the crankcase side.
Variable in the reciprocating engine characterized by
Compression mechanism.
【請求項2】 前記偏心ピストンピン機構はエンジン
の適正な実吸気量が得られない場合においてピストンを
上死点側に偏寄した位置に設定し、一方、エンジンの適
正な実吸気量が得られる場合においてはピストンを下死
点側に偏寄した位置に設定するようにしたことを特徴と
する請求項1記載のレシプロエンジンにおける可変圧縮
機構。
2. The eccentric piston pin mechanism sets a piston at a position deviated to a top dead center side when an appropriate actual intake amount of the engine cannot be obtained, while an appropriate actual intake amount of the engine is 2. A variable compression mechanism in a reciprocating engine according to claim 1, wherein the piston is set at a position deviated to the bottom dead center side when it can be obtained.
【請求項3】 前記偏心ピストンピンの回動は、圧縮及
び燃焼工程時には前記ピストンに加わった力と、該力に
対する前記コンロッドの抗力とにより回動し、一方、吸
入工程時には前記コンロッドの引く力と、ピストンの該
力に対する摺動抵抗と、セットスプリングの付勢力とに
より回動することを特徴とする請求項1または2記載の
レシプロエンジンにおける可変圧縮機構。
3. The rotation of the eccentric piston pin is caused by the force applied to the piston during the compression and combustion steps and the resistance of the connecting rod to the force, while the pulling force of the connecting rod during the suction step. 3. The variable compression mechanism of a reciprocating engine according to claim 1, wherein the piston is rotated by a sliding resistance of the piston against the force and an urging force of a set spring.
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