JP3968967B2 - レシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複リンク式のピストン−クランク機構を利用してピストン上死点位置を変化させるようにしたレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、例えば、図９に示すような複リンク式のピストン−クランク機構を利用したものがある。これは、ピストン９にピストンピン１を介して一端が連結されたアッパーリンク３と、このアッパーリンク３の他端に連結されるとともに、クランクシャフト１２のクランクピン５に連結されたロアーリンク４と、上記ロアーリンク４と内燃機関本体とを連結して、ロアーリンク４の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えており、上記コントロールリンク７の揺動支持位置が偏心カム８によって制御される構成となっている。このものでは、上記偏心カム８の回動位置によってコントロールリンク７下端の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストン９の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【０００３】
この従来の複リンク式の可変圧縮比機構にあっては、ピストン上死点付近において、上記アッパーリンク３の軸線つまりピストンピン中心（ＰＰ）と接続点Ａとを結ぶ線分ＰＰ−Ａと、ピストンピン中心（ＰＰ）が往復運動する往復運動軸線Ｘとがなす挟角φが、図１０に示すように、ほぼ０°となる。すなわち、上記アッパーリンク３の軸線が、ピストン上死点位置においてほぼ直立状態になるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０の（ａ）〜（ｄ）は、この従来の構成における可変圧縮比機構のクランク角に対する特性を示したもので、（ａ）は（ピストン速度Ｖ×燃焼荷重Ｗｅｘｐ）の変化を、（ｂ）はアッパーリンク３の軸線の傾きを示す挟角φの変化を、（ｃ）はピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗの変化を、（ｄ）はピストン行程を、それぞれ示している。なお、上記挟角φは、軸線Ｘからクランクシャフト１２回転方向ωと同一の方向つまり時計回り方向に計測した値である。
【０００５】
ここで、上記ピストンスラスト荷重は、図４に示すように、燃焼荷重Ｗｅｘｐと挟角φとによって、Ｗｅｘｐ・ｔａｎφとして示される。また、このピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗは、ピストンとシリンダ間の摩擦係数をμとすると、μ・Ｖ・Ｗｅｘｐ・ｔａｎφとして示される。
【０００６】
すなわち、上記ピストンスラスト荷重ならびに瞬間エネルギー損失Ｗは、アッパーリンク３の傾きに依存することになる。
【０００７】
しかしながら、上記従来のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構にあっては、図１０に示すように、ピストン上死点付近において、アッパーリンク軸線とピストンピン往復軸線Ｘとの挟角φがほぼ０゜となるように構成されていたため、圧縮上死点より遅れて現れる燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン下降速度絶対値Ｖの積が最大となるタイミングＴにおいて、上記挟角φの値（絶対値）が大きくなってしまい、ピストンスラスト荷重ひいては瞬間エネルギー損失Ｗが増大し、内燃機関としての運転効率が悪化するという問題があった。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、ピストンへの燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン下降速度絶対値Ｖの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおいて、アッパーリンク軸線とピストンピン往復軸線との挟角φひいてはｔａｎφを小さくすることにより、上記問題点を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなるレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構において、上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴としている。
【００１０】
図１６の（ａ）は、この請求項１の関係を図示したものであり、図１６の（ｂ）は、参考例の関係を図示したものであるが、いずれの場合でも、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰに対し、その両側に２つの接続点Ａを想定することができる。（ａ）は、２つの接続点Ａが軸線Ｘを挟んで両側に位置する場合を示し、（ｂ）は、２つの接続点Ａが軸線Ｘの一方の側に存在する場合を示している。そして、クランクシャフトが符号ωのように時計回り方向に回転するものとすると、角φも同じ時計回り方向に計測するので、（ａ）の場合は、図左側のＡ点の方が角φが小さい。また（ｂ）の場合は、図右側のＡ点の方が角φが小さい。従って、それぞれ実線で示すリンク構成となるように設定される。
【００１１】
このように構成することにより、ピストン上死点位置ではアッパーリンクが傾斜しているものの、上死点よりも遅れて生じる燃焼荷重が高くなる時期には、アッパーリンクの傾きが上記軸線Ｘに接近する。従って、スラスト荷重が低減する。また、上記ロアーリンクの自由度を規制するために、何らかの手段が必要であるが、この規制手段としてコントロールリンクを備えている。
【００１２】
請求項１の発明をさらに具体化した請求項２の発明は、ピストン下降行程中にのみ上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴としている。
【００１３】
つまり、ピストン下降行程中にアッパーリンクが直立状態になり、ｔａｎφが０となる。
【００１４】
さらに請求項３の発明では、ピストンの上死点位置からピストン速度の絶対値が最大となるまでの行程中に、上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴としている。
【００１５】
瞬間エネルギー損失Ｗに関与する（燃焼荷重×ピストン速度）の値は、ピストンの上死点位置からピストン速度が最大となるまでの行程中に最大値をとる。請求項３の発明では、この間に、アッパーリンクが直立となる状態が存在し、そのときに、ｔａｎφが０となる。
【００１６】
また、請求項１の発明をより具体化した請求項４の発明は、上記角φの絶対値が、ピストン上死点位置に比べて、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置において相対的に小さくなることを特徴としている。
【００１７】
図１７は、この関係を図示したものであり、（ａ）が上死点位置の状態を、（ｂ）が上死点後における（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置の状態を、それぞれ示している。（ｂ）に示すように、角φが小さくなることで、ｔａｎφが小さくなり、スラスト方向成分が少なくなる。
【００１８】
さらに、請求項５に係る発明は、内燃機関の全運転領域中の少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となる点で、上記線分ＰＰ−Ａとピストン往復運動軸線Ｘとが一致する状態が存在することを特徴としている。
【００１９】
運転条件の変化、さらにはこの運転条件の変化に伴う圧縮比の変更、によって、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるクランク角は変化する。請求項５の発明では、少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の値が最大となる時期に角φが０となる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明は、上記コントロールリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＢとし、上記クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な線を垂直線Ｚとすると、ピストン上死点位置において、上記線分ＰＰ−ＣＰを基準として上記接続点Ａへ向かう方向に対し、上記垂直線Ｚを基準として反対側となる位置に、上記接続点Ｂが設けられることで線分ＣＰ―Ａと線分ＣＰ―Ｂのなす角が大きくなるよう設定されていることを特徴としている。
【００２２】
図１８の（ａ）は、この請求項６のリンクの関係を図示したものであり、図１６の（ａ）の基本的レイアウトに対応している。図１８の（ｂ）は図１６の（ｂ）の基本的レイアウトに対応している参考例である。（ａ）の場合には、線分ＰＰ−ＣＰを基準として図の左側に接続点Ａが配置されているので、垂直線Ｚを基準として、これと反対側となる右側の位置に、コントロールリンクとの接続点Ｂが設けられる。また、（ｂ）の場合には、線分ＰＰ−ＣＰを基準として図の右側に接続点Ａが配置されているので、垂直線Ｚを基準として、これと反対側となる左側の位置に、コントロールリンクとの接続点Ｂが設けられる。この図１８の（ａ）ような配置とすると、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角が大きく確保でき、ロアーリンクによる変位拡大作用が大きくなる。
【００２３】
また、請求項７に係る発明は、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置における上記角φの絶対値が、低圧縮比状態に比べて、高圧縮比状態において相対的に小さくなることを特徴としている。これにより、高圧縮比状態のときに、スラスト方向成分の割合が一層小さくなる。そして、請求項８に係る発明は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなる複リンク式のピストン―クランク機構において、上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴としている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼荷重が大となる上死点後の位置においてアッパーリンクの傾きが小さくなり、燃焼荷重により発生するピストンのスラスト荷重を低減できる。
【００２５】
また請求項２の発明によれば、ピストン上昇行程中にもアッパーリンク軸線とピストン往復運動軸線とが一致する構成に比べて、スラスト荷重によるエネルギー損失をより低減できる。つまり、スラスト荷重による瞬間エネルギー損失の総和（積分値）をより小さくすることができる。
【００２６】
また請求項３の発明によれば、同様に、スラスト荷重による瞬間エネルギー損失の総和（積分値）をより小さくすることができる。
【００２７】
さらに、請求項４の発明によれば、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置においてスラスト方向成分が小さくなることから、スラスト荷重によるエネルギー損失を一層効果的に抑制できる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、内燃機関の全運転領域中の少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるときのスラスト荷重を０とすることができ、スラスト荷重によるエネルギー損失を確実に抑制できる。
【００２９】
また請求項６の発明によれば、線分ＰＰ−ＣＰを基準として接続点Ａへ向かう方向に対し、上記垂直線Ｚを基準として同方向となる位置に接続点Ｂを設けた場合に比較して、クランクピンの回転半径に対しピストン行程を拡大する作用が大きく得られる。従って、所定のピストン行程を得るために必要なクランクピン回転半径を小さくでき、クランクシャフトを高剛性にできる。
【００３０】
また請求項７の発明によれば、熱力学的に高効率な高圧縮比時において、スラスト荷重によるエネルギー損失をより低減でき、機関の最高効率を向上できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１は、この発明に係る可変圧縮比機構を備えたレシプロ式内燃機関の断面図であり、特に、ピストン９が上死点にある状態を示している。
【００３３】
この可変圧縮比機構は、ピストン９にピストンピン１を介して一端が連結されたアッパーリンク３と、このアッパーリンク３の他端に連結ピン２１を介して揺動可能に連結されるとともに、クランクシャフト１２のクランクピン５に連結されたロアーリンク４と、一端が上記ロアーリンク４に連結ピン２２を介して連結されるとともに、他端が内燃機関本体に連結されて、ロアーリンク４の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えている。上記コントロールリンク７の他端は、詳しくは、シリンダブロック１０下部に配置した制御軸８Ａの偏心カム８に揺動可能に支持されており、上記偏心カム８の回動位置によってコントロールリンク７の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストン９の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する構成となっている。ここで、上記クランクシャフト１２は、矢印ω方向つまり時計回り方向に回転する。
【００３４】
この実施例では、図１６の（ａ）で説明したように、ピストン上死点において想定し得る２つの接続点Ａが、いずれもピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線Ｘを挟んで互いに反対側に位置する構成となっているので、上記ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）とを結ぶ線分ＰＰ−ＣＰよりも図の左側となるように、実際の接続点Ａが選択されている。
【００３５】
また図５の（ａ）〜（ｄ）は、この実施例の可変圧縮比機構における（ピストン速度Ｖ×燃焼荷重Ｗｅｘｐ）の変化（ａ）、アッパーリンク３の軸線の傾きを示す時計回り方向に計測した角φの変化（ｂ）、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗの変化（ｃ）、ピストン行程（ｄ）、を、それぞれ対比して示しているが、同図の（ｂ）と（ｄ）とから解るように、上記アッパーリンク３の軸線（線分ＰＰ−Ａ）が上記ピストンピン往復軸線Ｘに一致する状態、すなわち角φが０となる状態が、ピストン下降行程中（図中のθ１の期間）のみに存在するようになっている。
【００３６】
さらに、同図の（ａ）、（ｂ）から解るように、ピストン上死点後のピストン速度（絶対値）Ｖとピストン９に作用する燃焼荷重Ｗｅｘｐとの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングＴでの角φが、ピストン上死点位置での角φより小さくなるように設定されている。
【００３７】
また、図１１は、さらに、燃焼速度Ｗｅｘｐの特性（ｅ）とピストン速度Ｖの特性（ｆ）とを加えた特性図であるが、この図から解るように、上記角φが０となる状態、つまりアッパーリンク３の軸線が上記軸線Ｘに一致する状態が、ピストン上死点からその後のピストン速度絶対値最大点までの間（図中のθ２の期間）に存在するようになっている。
【００３８】
さらに、この実施例の構成においては、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心となる偏心カム８が、上記軸線Ｘを挟んでクランクピン５の下降側つまり図の右側となる側に位置している。そして、上記コントロールリンク７とロアーリンク４との接続点Ｂも、同じ側に設けられている。特に、ピストン上死点位置において、クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な垂直線Ｚよりも図中右側となる位置に、上記接続点Ｂが設定されている。
【００３９】
ところで、前述した図５は、圧縮比を高圧縮比に制御したときの特性を示しており、これに対し、図８は、圧縮比を低圧縮比に制御したときの特性を示している。図８に示すように、この実施例の場合、低圧縮比状態では、角φが０となるときはない。そして、燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン速度Ｖとの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングＴにおける角φについて、図５と図８とを対比すると、高圧縮比状態における角φの方が低圧縮比状態における角φよりも小さくなるように、各リンクが構成されている。
【００４０】
次に上記実施例の作用を説明する。
【００４１】
ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗ（＝μ・Ｖ・Ｗｅｘｐ・ｔａｎφ）は、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）の大きさと角φつまりｔａｎφの大きさによって実質的に定まる。
【００４２】
上記実施例の構成では、時計回り方向に回転するクランクピン５に対し、ピストン上死点時の接続点Ａが軸線Ｘよりも図の左側に位置しているので、ピストン上死点時には図１のようにアッパーリンク３が傾斜したものとなり、これよりも遅れた時期に、図２のように、アッパーリンク３がより垂直状態に近付くことになる。つまり、角φの最小となるタイミングが、ピストン上死点位置ではなく、これよりも遅れた時期、例えば、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期となる（図５参照）。従って、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗを低減できる。
【００４３】
また、上記角φが０となり上記アッパーリンク３が直立するタイミングがピストン９の下降行程中のみに存在するため、上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期以降に続く上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が比較的大きい期間においても、持続的に角φを小さく保持でき、瞬間エネルギー損失Ｗの積分値として求められるエネルギー損失全体を効果的に低減することができる。
【００４４】
特に、上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングでの角φの絶対値が、ピストン上死点時の角φの絶対値よりも小さいことから、上記瞬間エネルギー損失Ｗの積分値が確実に低減する。
【００４５】
さらに、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心および接続点Ｂが、上述のように配置されていることから、ピストン往復運動方向つまり図７のｙ方向について考察した場合、上記ロアーリンク４を、上記接続点Ｂを支点としたスイングアームとみなすことができる。つまり、偏心カム８の位置が一定であれば、接続点Ｂは、図７の符号３１で示す軌跡に沿って動くことになるが、ｙ方向について見れば、接続点Ｂはほぼ静止していると言える。そして、接続点Ａはクランクピン５を挟んで反対側に位置するので、この接続点Ａのｙ方向の変動は、上記クランクピン５の中心（ＣＰ）のｙ方向の変動よりも拡大されたものとなる。なお、図７に、クランクピン中心（ＣＰ）の移動軌跡を符号３２の円で、接続点Ａの移動軌跡を略楕円状の符号３３の線で、それぞれ示してある。これにより、上記クランクピン５の公転直径よりも大きなピストン行程を得ることができる。換言すれば、所定のピストン行程を得るために必要なクランク半径が小さくなり、高剛性なクランクシャフト１２とすることができる。
【００４６】
なお、図７に軌跡３１として示す上記接続点Ｂのｘ方向の変動は、上記クランクピン５の中心（ＣＰ）のｘ方向の変動を吸収するために生じていると考えることができる。
【００４７】
ここで、図７の破線で描くリンク構成のように、仮に、偏心カム８による揺動中心を符号８’、接続点Ｂを符号Ｂ’として示すように、それぞれ反対側に配置したとすると、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角αが小さくなり、上記ロアーリンク４のスイングアームとしての変位拡大作用が減少してしまう。
【００４８】
図１２は、コントロールリンク７の両端の位置を図７のように設定した実施例の構成におけるピストン行程の特性を示しており、また、図１３は、図７の符号８’、Ｂ’の位置（具体的には軸線Ｘを挟んで線対称の位置）に設定した比較例におけるピストン行程の特性を示している。両者の対比から明らかなように、コントロールリンク７のレイアウトによってピストン行程に大きな違いが生じる。
【００４９】
また、前述したように、偏心カム８の位置により高圧縮比状態とした場合の積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおける角φが、低圧縮比状態とした場合の積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおける角φより小さいので、より熱力学的に高効率な高圧縮比状態において、ピストンスラスト荷重によるエネルギー損失をより大きく低減でき、内燃機関の最高効率を高めることができる。
【００５０】
次に、図３に、参考例を示す。
【００５１】
この参考例は、図１６の（ｂ）で説明した構成に対応するものであって、ピストン上死点において想定し得る２つの接続点Ａが、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線Ｘの一方の側、具体的には左側に位置する構成となっているので、角φが小さい方として、軸線Ｘに近い点が、実際の接続点Ａとして選択されている。
【００５２】
図６は、図５と同様に、この参考例の種々の特性を示しており、上記参考例の構成では、やはり、ピストン上死点時にアッパーリンク３が傾斜したものとなるが、これよりも遅れた時期に、角φが０となり得る。特に、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期Ｔには、上死点位置よりもアッパーリンク３がより垂直状態に近付くことになり、角φが減少する。従って、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗを低減できる。
【００５３】
また、この参考例では、コントロールリンク７が図１とは反対側に配置される。すなわち、図１８の（ｂ）で説明したように、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心となる偏心カム８が、上記軸線Ｘを挟んでクランクピン５の上昇側つまり図の左側となる側に位置しており、さらに、上記コントロールリンク７とロアーリンク４との接続点Ｂも、同じく左側に設けられている。特に、ピストン上死点位置において、クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な垂直線Ｚよりも図中左側となる位置に、上記接続点Ｂが設定されている。
【００５４】
これにより、前述した実施例と同様に、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角αが大きくなり、上記ロアーリンク４のスイングアームとしての変位拡大作用を大きく確保できる。図１４は、コントロールリンク７を図３のように配置した参考例の構成におけるピストン行程の特性を示しており、また、図１５は、コントロールリンク７を軸線Ｘを挟んで対称の位置に配置した比較例におけるピストン行程の特性を示している。両者の対比から明らかなように、コントロールリンク７のレイアウトによってピストン行程に大きな違いが生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例をピストン上死点状態において示す断面図。
【図２】この実施例の（ピストン速度絶対値×燃焼荷重）の値が最大となるタイミングにおける状態を示した断面図。
【図３】 参考例をピストン上死点状態において示す断面図。
【図４】燃焼荷重によるピストンスラスト荷重についての説明図。
【図５】第１の実施例における膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図６】 参考例における膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図７】コントロールリンクとの接続点Ｂ等の移動軌跡を示した説明図。
【図８】第１の実施例の低圧縮比状態における特性を示す特性図。
【図９】従来の複リンク式可変圧縮比機構のピストン上死点時における構成説明図。
【図１０】従来例の膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図１１】ピストン速度Ｖ等の特性をさらに加えた図５と同様の特性図。
【図１２】第１の実施例におけるピストン行程の特性図。
【図１３】コントロールリンクの配置を反対側とした場合のピストン行程の特性図。
【図１４】 参考例におけるピストン行程の特性図。
【図１５】 参考例においてコントロールリンクの配置を反対側とした場合のピストン行程の特性図。
【図１６】 （ａ）は請求項１のリンク構成を模式的に示した説明図であり、（ｂ）は参考例のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図１７】請求項４のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図１８】 （ａ）は請求項６のリンク構成を模式的に示した説明図であり、（ｂ）は参考例のリンク構成を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
１…ピストンピン
３…アッパーリンク
４…ロアーリンク
５…クランクピン
７…コントロールリンク
８…偏心カム
９…ピストン
【発明の属する技術分野】
この発明は、複リンク式のピストン−クランク機構を利用してピストン上死点位置を変化させるようにしたレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、例えば、図９に示すような複リンク式のピストン−クランク機構を利用したものがある。これは、ピストン９にピストンピン１を介して一端が連結されたアッパーリンク３と、このアッパーリンク３の他端に連結されるとともに、クランクシャフト１２のクランクピン５に連結されたロアーリンク４と、上記ロアーリンク４と内燃機関本体とを連結して、ロアーリンク４の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えており、上記コントロールリンク７の揺動支持位置が偏心カム８によって制御される構成となっている。このものでは、上記偏心カム８の回動位置によってコントロールリンク７下端の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストン９の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。
【０００３】
この従来の複リンク式の可変圧縮比機構にあっては、ピストン上死点付近において、上記アッパーリンク３の軸線つまりピストンピン中心（ＰＰ）と接続点Ａとを結ぶ線分ＰＰ−Ａと、ピストンピン中心（ＰＰ）が往復運動する往復運動軸線Ｘとがなす挟角φが、図１０に示すように、ほぼ０°となる。すなわち、上記アッパーリンク３の軸線が、ピストン上死点位置においてほぼ直立状態になるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０の（ａ）〜（ｄ）は、この従来の構成における可変圧縮比機構のクランク角に対する特性を示したもので、（ａ）は（ピストン速度Ｖ×燃焼荷重Ｗｅｘｐ）の変化を、（ｂ）はアッパーリンク３の軸線の傾きを示す挟角φの変化を、（ｃ）はピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗの変化を、（ｄ）はピストン行程を、それぞれ示している。なお、上記挟角φは、軸線Ｘからクランクシャフト１２回転方向ωと同一の方向つまり時計回り方向に計測した値である。
【０００５】
ここで、上記ピストンスラスト荷重は、図４に示すように、燃焼荷重Ｗｅｘｐと挟角φとによって、Ｗｅｘｐ・ｔａｎφとして示される。また、このピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗは、ピストンとシリンダ間の摩擦係数をμとすると、μ・Ｖ・Ｗｅｘｐ・ｔａｎφとして示される。
【０００６】
すなわち、上記ピストンスラスト荷重ならびに瞬間エネルギー損失Ｗは、アッパーリンク３の傾きに依存することになる。
【０００７】
しかしながら、上記従来のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構にあっては、図１０に示すように、ピストン上死点付近において、アッパーリンク軸線とピストンピン往復軸線Ｘとの挟角φがほぼ０゜となるように構成されていたため、圧縮上死点より遅れて現れる燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン下降速度絶対値Ｖの積が最大となるタイミングＴにおいて、上記挟角φの値（絶対値）が大きくなってしまい、ピストンスラスト荷重ひいては瞬間エネルギー損失Ｗが増大し、内燃機関としての運転効率が悪化するという問題があった。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、ピストンへの燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン下降速度絶対値Ｖの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおいて、アッパーリンク軸線とピストンピン往復軸線との挟角φひいてはｔａｎφを小さくすることにより、上記問題点を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなるレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構において、上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴としている。
【００１０】
図１６の（ａ）は、この請求項１の関係を図示したものであり、図１６の（ｂ）は、参考例の関係を図示したものであるが、いずれの場合でも、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰに対し、その両側に２つの接続点Ａを想定することができる。（ａ）は、２つの接続点Ａが軸線Ｘを挟んで両側に位置する場合を示し、（ｂ）は、２つの接続点Ａが軸線Ｘの一方の側に存在する場合を示している。そして、クランクシャフトが符号ωのように時計回り方向に回転するものとすると、角φも同じ時計回り方向に計測するので、（ａ）の場合は、図左側のＡ点の方が角φが小さい。また（ｂ）の場合は、図右側のＡ点の方が角φが小さい。従って、それぞれ実線で示すリンク構成となるように設定される。
【００１１】
このように構成することにより、ピストン上死点位置ではアッパーリンクが傾斜しているものの、上死点よりも遅れて生じる燃焼荷重が高くなる時期には、アッパーリンクの傾きが上記軸線Ｘに接近する。従って、スラスト荷重が低減する。また、上記ロアーリンクの自由度を規制するために、何らかの手段が必要であるが、この規制手段としてコントロールリンクを備えている。
【００１２】
請求項１の発明をさらに具体化した請求項２の発明は、ピストン下降行程中にのみ上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴としている。
【００１３】
つまり、ピストン下降行程中にアッパーリンクが直立状態になり、ｔａｎφが０となる。
【００１４】
さらに請求項３の発明では、ピストンの上死点位置からピストン速度の絶対値が最大となるまでの行程中に、上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴としている。
【００１５】
瞬間エネルギー損失Ｗに関与する（燃焼荷重×ピストン速度）の値は、ピストンの上死点位置からピストン速度が最大となるまでの行程中に最大値をとる。請求項３の発明では、この間に、アッパーリンクが直立となる状態が存在し、そのときに、ｔａｎφが０となる。
【００１６】
また、請求項１の発明をより具体化した請求項４の発明は、上記角φの絶対値が、ピストン上死点位置に比べて、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置において相対的に小さくなることを特徴としている。
【００１７】
図１７は、この関係を図示したものであり、（ａ）が上死点位置の状態を、（ｂ）が上死点後における（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置の状態を、それぞれ示している。（ｂ）に示すように、角φが小さくなることで、ｔａｎφが小さくなり、スラスト方向成分が少なくなる。
【００１８】
さらに、請求項５に係る発明は、内燃機関の全運転領域中の少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となる点で、上記線分ＰＰ−Ａとピストン往復運動軸線Ｘとが一致する状態が存在することを特徴としている。
【００１９】
運転条件の変化、さらにはこの運転条件の変化に伴う圧縮比の変更、によって、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるクランク角は変化する。請求項５の発明では、少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の値が最大となる時期に角φが０となる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明は、上記コントロールリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＢとし、上記クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な線を垂直線Ｚとすると、ピストン上死点位置において、上記線分ＰＰ−ＣＰを基準として上記接続点Ａへ向かう方向に対し、上記垂直線Ｚを基準として反対側となる位置に、上記接続点Ｂが設けられることで線分ＣＰ―Ａと線分ＣＰ―Ｂのなす角が大きくなるよう設定されていることを特徴としている。
【００２２】
図１８の（ａ）は、この請求項６のリンクの関係を図示したものであり、図１６の（ａ）の基本的レイアウトに対応している。図１８の（ｂ）は図１６の（ｂ）の基本的レイアウトに対応している参考例である。（ａ）の場合には、線分ＰＰ−ＣＰを基準として図の左側に接続点Ａが配置されているので、垂直線Ｚを基準として、これと反対側となる右側の位置に、コントロールリンクとの接続点Ｂが設けられる。また、（ｂ）の場合には、線分ＰＰ−ＣＰを基準として図の右側に接続点Ａが配置されているので、垂直線Ｚを基準として、これと反対側となる左側の位置に、コントロールリンクとの接続点Ｂが設けられる。この図１８の（ａ）ような配置とすると、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角が大きく確保でき、ロアーリンクによる変位拡大作用が大きくなる。
【００２３】
また、請求項７に係る発明は、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置における上記角φの絶対値が、低圧縮比状態に比べて、高圧縮比状態において相対的に小さくなることを特徴としている。これにより、高圧縮比状態のときに、スラスト方向成分の割合が一層小さくなる。そして、請求項８に係る発明は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなる複リンク式のピストン―クランク機構において、上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴としている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼荷重が大となる上死点後の位置においてアッパーリンクの傾きが小さくなり、燃焼荷重により発生するピストンのスラスト荷重を低減できる。
【００２５】
また請求項２の発明によれば、ピストン上昇行程中にもアッパーリンク軸線とピストン往復運動軸線とが一致する構成に比べて、スラスト荷重によるエネルギー損失をより低減できる。つまり、スラスト荷重による瞬間エネルギー損失の総和（積分値）をより小さくすることができる。
【００２６】
また請求項３の発明によれば、同様に、スラスト荷重による瞬間エネルギー損失の総和（積分値）をより小さくすることができる。
【００２７】
さらに、請求項４の発明によれば、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置においてスラスト方向成分が小さくなることから、スラスト荷重によるエネルギー損失を一層効果的に抑制できる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、内燃機関の全運転領域中の少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるときのスラスト荷重を０とすることができ、スラスト荷重によるエネルギー損失を確実に抑制できる。
【００２９】
また請求項６の発明によれば、線分ＰＰ−ＣＰを基準として接続点Ａへ向かう方向に対し、上記垂直線Ｚを基準として同方向となる位置に接続点Ｂを設けた場合に比較して、クランクピンの回転半径に対しピストン行程を拡大する作用が大きく得られる。従って、所定のピストン行程を得るために必要なクランクピン回転半径を小さくでき、クランクシャフトを高剛性にできる。
【００３０】
また請求項７の発明によれば、熱力学的に高効率な高圧縮比時において、スラスト荷重によるエネルギー損失をより低減でき、機関の最高効率を向上できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１は、この発明に係る可変圧縮比機構を備えたレシプロ式内燃機関の断面図であり、特に、ピストン９が上死点にある状態を示している。
【００３３】
この可変圧縮比機構は、ピストン９にピストンピン１を介して一端が連結されたアッパーリンク３と、このアッパーリンク３の他端に連結ピン２１を介して揺動可能に連結されるとともに、クランクシャフト１２のクランクピン５に連結されたロアーリンク４と、一端が上記ロアーリンク４に連結ピン２２を介して連結されるとともに、他端が内燃機関本体に連結されて、ロアーリンク４の自由度を規制するコントロールリンク７と、を備えている。上記コントロールリンク７の他端は、詳しくは、シリンダブロック１０下部に配置した制御軸８Ａの偏心カム８に揺動可能に支持されており、上記偏心カム８の回動位置によってコントロールリンク７の揺動支点位置が変化し、これに伴ってピストン９の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する構成となっている。ここで、上記クランクシャフト１２は、矢印ω方向つまり時計回り方向に回転する。
【００３４】
この実施例では、図１６の（ａ）で説明したように、ピストン上死点において想定し得る２つの接続点Ａが、いずれもピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線Ｘを挟んで互いに反対側に位置する構成となっているので、上記ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）とを結ぶ線分ＰＰ−ＣＰよりも図の左側となるように、実際の接続点Ａが選択されている。
【００３５】
また図５の（ａ）〜（ｄ）は、この実施例の可変圧縮比機構における（ピストン速度Ｖ×燃焼荷重Ｗｅｘｐ）の変化（ａ）、アッパーリンク３の軸線の傾きを示す時計回り方向に計測した角φの変化（ｂ）、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗの変化（ｃ）、ピストン行程（ｄ）、を、それぞれ対比して示しているが、同図の（ｂ）と（ｄ）とから解るように、上記アッパーリンク３の軸線（線分ＰＰ−Ａ）が上記ピストンピン往復軸線Ｘに一致する状態、すなわち角φが０となる状態が、ピストン下降行程中（図中のθ１の期間）のみに存在するようになっている。
【００３６】
さらに、同図の（ａ）、（ｂ）から解るように、ピストン上死点後のピストン速度（絶対値）Ｖとピストン９に作用する燃焼荷重Ｗｅｘｐとの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングＴでの角φが、ピストン上死点位置での角φより小さくなるように設定されている。
【００３７】
また、図１１は、さらに、燃焼速度Ｗｅｘｐの特性（ｅ）とピストン速度Ｖの特性（ｆ）とを加えた特性図であるが、この図から解るように、上記角φが０となる状態、つまりアッパーリンク３の軸線が上記軸線Ｘに一致する状態が、ピストン上死点からその後のピストン速度絶対値最大点までの間（図中のθ２の期間）に存在するようになっている。
【００３８】
さらに、この実施例の構成においては、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心となる偏心カム８が、上記軸線Ｘを挟んでクランクピン５の下降側つまり図の右側となる側に位置している。そして、上記コントロールリンク７とロアーリンク４との接続点Ｂも、同じ側に設けられている。特に、ピストン上死点位置において、クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な垂直線Ｚよりも図中右側となる位置に、上記接続点Ｂが設定されている。
【００３９】
ところで、前述した図５は、圧縮比を高圧縮比に制御したときの特性を示しており、これに対し、図８は、圧縮比を低圧縮比に制御したときの特性を示している。図８に示すように、この実施例の場合、低圧縮比状態では、角φが０となるときはない。そして、燃焼荷重Ｗｅｘｐとピストン速度Ｖとの積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングＴにおける角φについて、図５と図８とを対比すると、高圧縮比状態における角φの方が低圧縮比状態における角φよりも小さくなるように、各リンクが構成されている。
【００４０】
次に上記実施例の作用を説明する。
【００４１】
ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗ（＝μ・Ｖ・Ｗｅｘｐ・ｔａｎφ）は、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）の大きさと角φつまりｔａｎφの大きさによって実質的に定まる。
【００４２】
上記実施例の構成では、時計回り方向に回転するクランクピン５に対し、ピストン上死点時の接続点Ａが軸線Ｘよりも図の左側に位置しているので、ピストン上死点時には図１のようにアッパーリンク３が傾斜したものとなり、これよりも遅れた時期に、図２のように、アッパーリンク３がより垂直状態に近付くことになる。つまり、角φの最小となるタイミングが、ピストン上死点位置ではなく、これよりも遅れた時期、例えば、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期となる（図５参照）。従って、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗを低減できる。
【００４３】
また、上記角φが０となり上記アッパーリンク３が直立するタイミングがピストン９の下降行程中のみに存在するため、上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期以降に続く上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が比較的大きい期間においても、持続的に角φを小さく保持でき、瞬間エネルギー損失Ｗの積分値として求められるエネルギー損失全体を効果的に低減することができる。
【００４４】
特に、上記積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングでの角φの絶対値が、ピストン上死点時の角φの絶対値よりも小さいことから、上記瞬間エネルギー損失Ｗの積分値が確実に低減する。
【００４５】
さらに、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心および接続点Ｂが、上述のように配置されていることから、ピストン往復運動方向つまり図７のｙ方向について考察した場合、上記ロアーリンク４を、上記接続点Ｂを支点としたスイングアームとみなすことができる。つまり、偏心カム８の位置が一定であれば、接続点Ｂは、図７の符号３１で示す軌跡に沿って動くことになるが、ｙ方向について見れば、接続点Ｂはほぼ静止していると言える。そして、接続点Ａはクランクピン５を挟んで反対側に位置するので、この接続点Ａのｙ方向の変動は、上記クランクピン５の中心（ＣＰ）のｙ方向の変動よりも拡大されたものとなる。なお、図７に、クランクピン中心（ＣＰ）の移動軌跡を符号３２の円で、接続点Ａの移動軌跡を略楕円状の符号３３の線で、それぞれ示してある。これにより、上記クランクピン５の公転直径よりも大きなピストン行程を得ることができる。換言すれば、所定のピストン行程を得るために必要なクランク半径が小さくなり、高剛性なクランクシャフト１２とすることができる。
【００４６】
なお、図７に軌跡３１として示す上記接続点Ｂのｘ方向の変動は、上記クランクピン５の中心（ＣＰ）のｘ方向の変動を吸収するために生じていると考えることができる。
【００４７】
ここで、図７の破線で描くリンク構成のように、仮に、偏心カム８による揺動中心を符号８’、接続点Ｂを符号Ｂ’として示すように、それぞれ反対側に配置したとすると、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角αが小さくなり、上記ロアーリンク４のスイングアームとしての変位拡大作用が減少してしまう。
【００４８】
図１２は、コントロールリンク７の両端の位置を図７のように設定した実施例の構成におけるピストン行程の特性を示しており、また、図１３は、図７の符号８’、Ｂ’の位置（具体的には軸線Ｘを挟んで線対称の位置）に設定した比較例におけるピストン行程の特性を示している。両者の対比から明らかなように、コントロールリンク７のレイアウトによってピストン行程に大きな違いが生じる。
【００４９】
また、前述したように、偏心カム８の位置により高圧縮比状態とした場合の積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおける角φが、低圧縮比状態とした場合の積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となるタイミングにおける角φより小さいので、より熱力学的に高効率な高圧縮比状態において、ピストンスラスト荷重によるエネルギー損失をより大きく低減でき、内燃機関の最高効率を高めることができる。
【００５０】
次に、図３に、参考例を示す。
【００５１】
この参考例は、図１６の（ｂ）で説明した構成に対応するものであって、ピストン上死点において想定し得る２つの接続点Ａが、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線Ｘの一方の側、具体的には左側に位置する構成となっているので、角φが小さい方として、軸線Ｘに近い点が、実際の接続点Ａとして選択されている。
【００５２】
図６は、図５と同様に、この参考例の種々の特性を示しており、上記参考例の構成では、やはり、ピストン上死点時にアッパーリンク３が傾斜したものとなるが、これよりも遅れた時期に、角φが０となり得る。特に、積（Ｖ・Ｗｅｘｐ）が最大となる時期Ｔには、上死点位置よりもアッパーリンク３がより垂直状態に近付くことになり、角φが減少する。従って、ピストンスラスト荷重による瞬間エネルギー損失Ｗを低減できる。
【００５３】
また、この参考例では、コントロールリンク７が図１とは反対側に配置される。すなわち、図１８の（ｂ）で説明したように、コントロールリンク７の内燃機関本体に対する揺動中心となる偏心カム８が、上記軸線Ｘを挟んでクランクピン５の上昇側つまり図の左側となる側に位置しており、さらに、上記コントロールリンク７とロアーリンク４との接続点Ｂも、同じく左側に設けられている。特に、ピストン上死点位置において、クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な垂直線Ｚよりも図中左側となる位置に、上記接続点Ｂが設定されている。
【００５４】
これにより、前述した実施例と同様に、線分ＣＰ−Ａと線分ＣＰ−Ｂとのなす角αが大きくなり、上記ロアーリンク４のスイングアームとしての変位拡大作用を大きく確保できる。図１４は、コントロールリンク７を図３のように配置した参考例の構成におけるピストン行程の特性を示しており、また、図１５は、コントロールリンク７を軸線Ｘを挟んで対称の位置に配置した比較例におけるピストン行程の特性を示している。両者の対比から明らかなように、コントロールリンク７のレイアウトによってピストン行程に大きな違いが生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例をピストン上死点状態において示す断面図。
【図２】この実施例の（ピストン速度絶対値×燃焼荷重）の値が最大となるタイミングにおける状態を示した断面図。
【図３】 参考例をピストン上死点状態において示す断面図。
【図４】燃焼荷重によるピストンスラスト荷重についての説明図。
【図５】第１の実施例における膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図６】 参考例における膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図７】コントロールリンクとの接続点Ｂ等の移動軌跡を示した説明図。
【図８】第１の実施例の低圧縮比状態における特性を示す特性図。
【図９】従来の複リンク式可変圧縮比機構のピストン上死点時における構成説明図。
【図１０】従来例の膨張行程付近での角φ等の変化を示す特性図。
【図１１】ピストン速度Ｖ等の特性をさらに加えた図５と同様の特性図。
【図１２】第１の実施例におけるピストン行程の特性図。
【図１３】コントロールリンクの配置を反対側とした場合のピストン行程の特性図。
【図１４】 参考例におけるピストン行程の特性図。
【図１５】 参考例においてコントロールリンクの配置を反対側とした場合のピストン行程の特性図。
【図１６】 （ａ）は請求項１のリンク構成を模式的に示した説明図であり、（ｂ）は参考例のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図１７】請求項４のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図１８】 （ａ）は請求項６のリンク構成を模式的に示した説明図であり、（ｂ）は参考例のリンク構成を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
１…ピストンピン
３…アッパーリンク
４…ロアーリンク
５…クランクピン
７…コントロールリンク
８…偏心カム
９…ピストン
Claims (8)
- ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなるレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構において、
上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、
ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、
ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴とするレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。 - ピストン下降行程中にのみ上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴とする請求項１記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。
- ピストンの上死点位置からピストン速度の絶対値が最大となるまでの行程中に、上記線分ＰＰ−Ａが上記ピストン往復運動軸線Ｘに一致することを特徴とする請求項１記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。
- 上記角φの絶対値が、ピストン上死点位置に比べて、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置において相対的に小さくなることを特徴とする請求項１記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。
- 内燃機関の全運転領域中の少なくとも一つの運転領域において、（燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となる点で、上記線分ＰＰ−Ａとピストン往復運動軸線Ｘとが一致する状態が存在することを特徴とする請求項１記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。
- 上記コントロールリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＢとし、上記クランクピン中心（ＣＰ）を通り上記軸線Ｘに平行な線を垂直線Ｚとすると、
ピストン上死点位置において、上記線分ＰＰ−ＣＰを基準として上記接続点Ａへ向かう方向に対し、上記垂直線Ｚを基準として反対側となる位置に、上記接続点Ｂが設けられることで線分ＣＰ―Ａと線分ＣＰ―Ｂのなす角が大きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。 - （燃焼荷重×ピストン速度）の絶対値が最大となるピストン位置における上記角φの絶対値が、低圧縮比状態に比べて、高圧縮比状態において相対的に小さくなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構。
- ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、このアッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、このロアーリンクに一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に揺動可能に連結されたコントロールリンクを備えてなる複リンク式のピストン―クランク機構において、
上記アッパーリンクと上記ロアーリンクとの接続点をＡとし、ピストンピン中心（ＰＰ）と上記接続点Ａとを結ぶ線分を線分ＰＰ−Ａとし、ピストンピン中心（ＰＰ）の往復運動軸線をＸとし、上記軸線Ｘ上に上記クランクシャフトの回転中心が位置するよう設定し、上記軸線Ｘから上記線分ＰＰ−Ａまでクランクシャフト回転方向と同一の回転方向に沿って計測した角度を角φとすると、
ピストン上死点において、ピストンピン中心（ＰＰ）とクランクピン中心（ＣＰ）を結ぶ１つの線分ＰＰ−ＣＰを挟んで両側に想定し得る２つの接続点Ａの中で、それぞれの線分ＰＰ−Ａに対する角φが小さくなる側に、接続点Ａを設定し、
ピストン上死点時の上記接続点Ａを上記軸線Ｘに対して上記コントロールリンク他端の内燃機関本体への連結部の反対側に設定し、上記連結部を上記軸線Ｘに対して線分ＰＰ−Ａがピストン下降時に移行する側に設定したことを特徴とする複リンク式のピストン―クランク機構。
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