JP4204915B2 - 可変圧縮比エンジン - Google Patents
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- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変圧縮比エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両の中には運転条件に応じた適正圧縮比をコンロッドの中間部分を屈曲自在とすることで実現する可変圧縮比エンジンが知られている。そして、前記コンロッドの屈曲部をエンジンの運転中に可動させるには、その屈曲部に作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を上回る出力を持つモータ等の駆動力が必要であるが、制御精度を向上させるためには大きな外部エネルギーが必要となったり、複雑な機構が必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これに対して特許文献２に記載されているように、稼働中のピストンに作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を上記コンロッドの屈曲部に交互に作用する向きの異なる力として作用させ、この力によりコンロッドの屈曲部にコントロールロッドを介して接続された制御機構を作動させるものがある。該制御機構は可動ベーンで仕切られた２つの円弧状の空間部分に作動油が充填されたもので、上記向きの異なる力に対して逆止弁を介して一方の空間部分から他方の空間部分に選択的に作動油を流すことで、コンロッドの屈曲姿勢を変更、保持できるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１４７７０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８９０７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載した技術においては、ピストンに作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を有効利用しているため、別途動力を必要としない点で有利であるが、制御機構が可動ベーンで仕切られた２つの円弧状の空間部分を形成する構造であったため、構造が複雑となると共にシール性能を確保するのが困難であるという問題がある。
そこで、この発明は、構造が簡単でシール性能を確保し易く信頼性の高い可変圧縮比エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ピストン（例えば、実施形態におけるピストン６）のシリンダ（例えば、実施形態におけるシリンダ５）内での上下動をクランクシャフト（例えば、実施形態におけるクランクシャフト１４）の回転運動に変換するコンロッド（例えば、実施形態におけるコンロッド１３）を少なくとも２分割し、該コンロッドの分割部または分割部の近傍あるいは分割された何れかのコンロッド（例えば、実施形態におけるアッパーロッド部材１６、ロアロッド部材１７）にコントロールロッド（例えば、実施形態におけるコントロールロッド２１）を接続して、該コントロールロッドの支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、前記コントロールロッドにピストン形で両ロッド形の復動形油圧シリンダ（例えば、実施形態における油圧シリンダ２７）のシリンダロッド（例えば、実施形態における右シリンダロッド２８）をレバーアームを介して連係し、前記レバーアームは、その略中央部がクランクケース（例えば、実施形態におけるクランクケース２）に回動自在に支持されると共に、一端には前記コントロールロッドの基部が、他端には前記シリンダロッドの端部がそれぞれ連結され、前記シリンダロッドは、前記クランクケース内に収容されると共に、前記シリンダロッド（例えば、実施形態における右シリンダロッド２８、左シリンダロッド２９）の復動方向が前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように前記クランクケースに支持され、かつ該シリンダロッドの復動により前記レバーアームを介して移動するコントロールロッドの移動方向が、前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように設けられ、これらコントロールロッドとシリンダロッドとが、前記レバーアームを介して互いに逆向きに移動すると共に、それぞれの移動方向で互いにラップするように設けられ、前記コントロールロッドの支軸位置が変位するのに応じて前記油圧シリンダのピストン部（例えば、実施形態におけるピストン部３５）を移動自在に構成し、前記ピストン部で区画された２つの油圧室（例えば、実施形態における右油圧室４３、左油圧室４４）内を流路（例えば、実施形態における流路４５）で接続し、この流路を介して、一方の油圧室から他方の油圧室、他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の供給を選択的に許容可能で、かつ停止可能に構成し、前記流路の一部に下流で合流する２つの分岐流路（例えば、実施形態における分岐流路４６，４７）を設け、各分岐流路に向きの異なる逆止弁（例えば、実施形態における逆止弁４８，４９）を設け、各分岐流路を切換弁（例えば、実施形態における切換弁５０）で選択可能とし、前記ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材（例えば、実施形態におけるシール材３６）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、コンロッドの屈曲許容時においては、油圧シリンダのピストン部に取り付けられた両シリンダロッドのうちの一方にコントロールロッドの支持位置から力が作用すると一方の油圧室から他方の油圧室、あるいは他方の油圧室から一方の油圧室へと流路を通じて作動油が流がれて直線的にピストン部、つまりシリンダロッドがスライドしコンロッドの屈曲姿勢を変化させることができ、コンロッドの姿勢保持時においては、前記流路を閉鎖して各油圧室間で作動油の流過を阻止し、ピストン部、つまりシリンダロッドのスライドを阻止してコンロッドの屈曲姿勢を保持することができる。
ここで、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材を設けたためシール性能を確保し易い。
また、切換弁により一方の分岐流路を選択した場合には、一方の逆止弁により油圧シリンダの一方の油圧室から他方の油圧室への作動油の移動が許容され、切換弁により他方の分岐流路を選択した場合には、他方の逆止弁により油圧シリンダの他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の移動が許容される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すエンジン１は、例えば、自動二輪車等の車両に用いられ圧縮比を変化させることができる可変圧縮比エンジンである。
クランクケース２上にはシリンダブロック３が取り付けられ、シリンダブロック３の上部にシリンダヘッド４が装着されている。シリンダブロック３に形成されたシリンダ５内にピストン６が上下方向に往復動自在に保持され、シリンダヘッド４にはシリンダ５への吸排気を行う吸気通路７及び排気通路８が形成され、各通路開口には吸気通路７を開閉する吸気バルブ９及び排気通路８を開閉する排気バルブ１０が設けられている。
【０００９】
ピストン６の上方には上死点位置のピストン６とシリンダブロック３の凹部１１との間に燃焼室１２が形成され、燃焼室１２内における燃料と空気との混合気の爆発力によりピストン６を押し下げる。混合気への点火は、シリンダヘッド４を貫通し燃焼室１２内に突出して設けられた図示しない点火プラグにより行われる。ピストン６のシリンダ５内での上下往復動は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１４の回転運動に変換され、図示しないトランスミッションへと伝達されると共に、上記吸気バルブ９、排気バルブ１０の動弁機構１５に伝達される。
【００１０】
コンロッド１３は、上部のアッパーロッド部材（コンロッド）１６と下部のロアロッド部材（コンロッド）１７とに２分割されたもので、アッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とが上記クランクシャフト１４の軸方向と平行に設けられた連結ピン１８を介して回動自在に接続され、コンロッド１３が中間部を屈曲部Ｋとしてくの字状に屈曲自在となっている。アッパーロッド部材１６の上端のスモールエンドＳＥはピストンピン１９に回動自在に取り付けられ、ロアロッド部材１７の下端のビッグエンドＢＥはクランクシャフト１４のクランクピン２０に回動自在に取り付られている。尚、２２はクランクシャフト１４の回転中心を示している。
【００１１】
コンロッド１３の屈曲部Ｋの連結ピン１８には、該コンロッド１３の屈曲度合いを調整すべくコントロールロッド２１が接続されている。コントロールロッド２１は略水平方向に伸びる棒状部材であり、このコントロールロッド２１の支軸位置である連結ピン１８の位置を変位させることで、可変圧縮比エンジンとしている。コントロールロッド２１の基部は後述するレバーアーム２５の一端にクランクシャフト１４と平行に設けられたピン２３により軸支され、コントロールロッド２１の先端はアッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とを連結する前記連結ピン１８を介して、これらアッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とに回動自在に軸支されている。したがって、コントロールロッド２１がコンロッド１３の屈曲部Ｋの軌跡を規定することとなる。
【００１２】
コントロールロッド２１の揺動中心を規定する前記ピン２３は、クランクケース２に支持されたレバーアーム２５の一端に設けられている。このレバーアーム２５はくの字状に屈曲形成された部材で、その略中央部がクランクシャフト１４と平行に設けられた支軸２６を介してクランクケース２に回動自在に支持されたもので、一端には前記コントロールロッド２１の基部が軸支される前記ピン２３を備え、他端には後述する油圧シリンダ２７の右シリンダロッド（シリンダロッド）２８の端部に連結されている。ここで、このレバーアーム２５は、後述する油圧シリンダ２７のピストン部３５が中立位置に位置している場合に、支軸２６よりも下側の部分がほぼ下方に向くようにクランクケース２に支持されている。これにより、レバーアーム２５の支軸２６よりも下側の部分が左右に揺動した場合の左右の揺動角がほぼ同じになるようにしている。
【００１３】
前記油圧シリンダ２７はブラケット３０を介してクランクケース２にボルト３１により固定されている。この油圧シリンダ２７は、ピストン形で両ロッド形の復動形油圧シリンダであって、筒状のケーシング３２の両端にエンドキャプ３３，３３が各々ボルト３４によって固定されている。ケーシング３２内にはピストン部３５がケーシング３２内面をスライドして移動自在に設けられ、このピストン部３５の両側には各エンドキャプ３３から突出する右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９とが取り付けられている。尚、ピストン部３５と左シリンダロッド２９とは一体成形されている。
【００１４】
したがって、ピストン部３５の外周にはケーシング３２内周面との間をシールするシール材３６が取り付けられ、前記エンドキャップ３３，３３の各シリンダロッド２８，２９の挿通孔３７，３７の内周には右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９との間をシールするシール材３８，３８が取り付けられている。尚、各エンドキャップ３３はケーシング３２内に突出するボス部３９を有し、このボス部３９の外周面にはケーシング３２内周面に密接するシール材４０が取り付けられている。
【００１５】
右シリンダロッド２８の先端には上下に長い長孔４１が形成され、この長孔４１に前記レバーアーム２５の他端に設けたピン４２が挿通され、レバーアーム２５と右シリンダロッド２８の先端とが、互いに回動自在で前記長孔形成範囲内で上下動自在に支持されている。よって、この長孔４１を設けたことによりレバーアーム２５の下端が支軸２６を中心にして回動した際に、ピン４２が油圧シリンダ２７の右シリンダロッド２８の軸心位置よりも下側に変位した分を許容することができる。
【００１６】
したがって、図２に示すように油圧シリンダ２７のピストン部３５がケーシング３２の左端に位置する場合には右シリンダロッド２８を介してレバーアーム２５が支軸２６を中心に最も右側まで回動するため、これに応じて最も右側に移動するコントロールロッド２１により、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が小さくなり（屈曲部Ｋがより直線的になる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も長くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も大きくなる。ここで、圧縮比とは、行程容積に燃焼室容積を加えたものを燃焼室容積で割った値である。
一方、図３に示すように油圧シリンダ２７のピストン部３５がケーシング３２の右端に位置する場合には右シリンダロッド２８を介してレバーアーム２５が支軸２６を中心に最も左側まで回動するため、これに応じて最も左側に移動するコントロールロッド２１により、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が大きくなり（屈曲部Ｋがより大きく曲がる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も短くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も小さくなる。
【００１７】
ここで、図４に示すように前記ピストン部３５により区画される油圧シリンダ２７のケーシング３２内には右シリンダロッド２８側に右油圧室４３が左シリンダロッド２９側に左油圧室４４が各々形成され、右油圧室４３と左油圧室４４とが流路４５を介して接続されている。
流路４５の一部には下流で合流する２つの分岐流路４６，４７が設けられ、各分岐流路４６，４７に向きの異なる逆止弁４８，４９が各々設けられている。逆止弁４８は右油圧室４３側から左油圧室４４側への作動油の移動を許容し、逆止弁４９は左油圧室４４側から右油圧室４３側への作動油の移動を許容している。また、各分岐流路４６，４７はＥＣＵ５１を介して作動する切換弁５０を切り替えることで何れか一方が選択され他方が閉塞される場合（図５，図６）と、分岐流路４６，４７の双方が閉塞される場合（図４）がある。尚、図５，図６ではＥＣＵ５１は図示を省略してある。
【００１８】
具体的には、図５に示すように切換弁５０により分岐流路４６が閉塞され分岐流路４７が選択された場合には（高圧縮比位置）、分岐流路４７を経て左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の流路４５内での移動が許容され、図６に示すように切換弁５０により分岐流路４７が閉塞され分岐流路４６が選択された場合には（低圧縮比位置）、分岐流路４６を経て右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の流路４５内での移動が許容される。また、図４に示すように切換弁５０により分岐流路４６，４７の双方が閉塞された場合には（保持位置）、左油圧室４４と右油圧室４３との間で作動油の移動が停止され、油圧シリンダ２７がロックされる。尚、図４ではピストン部３５をケーシング３２の中央部で保持した場合について説明したが、ピストン部３５は任意の位置で保持できることは言うまでもない。
【００１９】
ここで、前記切換弁５０の切換はＥＣＵ５１からの信号に基づいて行われ、そのためＥＣＵ５１にはクランク角、エンジン回転数（Ｎｅ）、吸気管負圧（Ｐｂ）、スロットル開度等のセンサ信号が入力される。
【００２０】
上記実施形態によれば、ＥＣＵ５１に入力されるクランク角、エンジン回転数、吸気管負圧及びスロットル開度等のセンサ信号からエンジン１を高圧縮比側に切り替える必要がある場合には、ＥＣＵ５１の出力信号により切換弁５０を図５に示す高圧縮比位置に切り替えて分岐流路４７を選択する。すると、ピストン６の上下動に伴いレバーアーム２５にはコンロッド１３の屈曲部Ｋからコントロールロッド２１を介して荷重が作用するが、レバーアーム２５を左回りに回動させる荷重が作用しても、右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の移動は逆止弁４９により阻止されているため、レバーアーム２５は左回りには回動しない。
【００２１】
一方、レバーアーム２５を右回りに回動させる荷重が作用すると、左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の移動は逆止弁４９により許容されているため、油圧シリンダ２７のピストン部３５は作動油を左油圧室４４から押し出し右油圧室４３に送りながら左側へ移動し、レバーアーム２５の右回りの回動を許容して、コンロッド１３は図５に示すように高圧縮比側に姿勢変化する。その後、切換弁５０を保持位置に切り替えれば、コンロッド１３は高圧縮比姿勢を維持する。
【００２２】
また、エンジンを低圧縮比側に切り替える必要がある場合には、ＥＣＵ５１の出力信号により切換弁５０を図６に示す低圧縮比位置に切り替えて分岐流路４６を選択する。すると、ピストン６の上下動に伴いレバーアーム２５にはコンロッド１３の屈曲部Ｋからコントロールロッド２１を介して荷重が作用するが、レバーアーム２５を右回りに回動させる荷重が作用しても、左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の移動は逆止弁４８により阻止されているため、レバーアーム２５は右回りには回動しない。
【００２３】
一方、レバーアーム２５を左回りに回動させる荷重が作用すると、右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の移動は逆止弁４８により許容されているため、油圧シリンダ２７のピストン部３５は作動油を右油圧室４３から押し出し左油圧室４４に送りながら右側へ移動し、レバーアーム２５の左回りの回動を許容して、コンロッド１３は図６に示すように低圧縮比側に姿勢変化する。その後、切換弁５０を保持位置に切り替えれば、コンロッド１３は低圧縮比姿勢を維持する。
したがって、所望の圧縮比が得られた時点で切換弁５０を保持位置に切り替えれば、ピストン部３５をその位置で保持させることができるため、最適な圧縮比でエンジン１を運転することができる。
【００２４】
その結果、レバーアーム２５に作用するエンジン１の駆動力を有効利用し、切換弁５０により選択された分岐流路４６，４７を逆止弁４８又は逆止弁４９により方向を規制された作動油が移動することにより、油圧シリンダ２７を所定の方向に移動させることができるため、特別に動力を付与することなくコンロッド１３を高圧縮比側と低圧縮比側との間で保持することができる。
ここで、前記油圧シリンダ２７はピストン形で往復形を用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、シール材３６，３８におけるシール性能を確保し易いため、経時的使用によっても耐久性が高く信頼性を高められる。
つまり、シール材３６はピストン部３５の単純な往復摺動時のシール性能を確保すればよく、シール材３８は右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９の単純な往復摺動時のシール性能を確保するだけでよいためシール性能を確保する上で有利なのである。
【００２５】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、自動二輪車のエンジンに限られず、広く車両一般のエンジンに適用できる。また、コントロールロッド２１をアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７との接続部である連結ピン１８に接続した場合を例にして説明したが、コントロールロッド２１を連結ピン１８の近傍に位置するアッパーロッド部材１６やロアロッド部材１７に連結しても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、コンロッドの屈曲許容時においては、油圧シリンダのピストンに取り付けられた両シリンダロッドのうちの一方にコントロールロッドの支持位置から力が作用すると一方の油圧室から他方の油圧室、あるいは他方の油圧室から一方の油圧室へと流路を通じて作動油が流がれて直線的にピストン、つまりシリンダロッドがスライドしコンロッドの屈曲姿勢を変化させることができ、コンロッドの姿勢保持時においては、前記流路を閉鎖して各油圧室間で作動油の流過を阻止し、ピストン、つまりシリンダロッドのスライドを阻止してコンロッドの屈曲姿勢を保持することができるため、エンジンの慣性力や混合気の爆発力を有効利用してエンジンを最適な圧縮比で運転することができる効果がある。
とりわけ、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、シール性能を確保し易いため、経時的使用によっても耐久性が高く信頼性を高められる効果がある。その上、ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材を設けたため、シール材はピストン部の単純な往復摺動時のシール性能を確保するだけでよくなり、シール性能を確保する上で有利となる。
【００２７】
また、切換弁により一方の分岐流路を選択した場合には、一方の逆止弁により油圧シリンダの一方の油圧室から他方の油圧室への作動油の移動が許容され、切換弁により他方の分岐流路を選択した場合には、他方の逆止弁により油圧シリンダの他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の移動が許容されるため、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いることとも相俟って簡単な構成であってもシール性能を確保し易く、圧縮比の固定精度が高いため高い信頼性を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態のエンジンの断面図である。
【図２】 この発明の実施形態の高圧縮比位置を示す図である。
【図３】 この発明の実施形態の低圧縮比位置を示す図である。
【図４】 この発明の実施形態のシステム図である。
【図５】 この発明の実施形態の高圧縮比位置におけるシステム図である。
【図６】 この発明の実施形態の低圧縮比位置におけるシステム図である。
【符号の説明】
５ シリンダ
６ ピストン
１３ コンロッド
１４ クランクシャフト
１６ アッパーロッド部材（コンロッド）
１７ ロアロッド部材（コンロッド）
２１ コントロールロッド
２７ 油圧シリンダ
２８ 右シリンダロッド（シリンダロッド）
３５ ピストン部
４３ 右油圧室（油圧室）
４４ 左油圧室（油圧室）
４５ 流路
４６，４７ 分岐流路
４８，４９ 逆止弁
５０ 切換弁
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変圧縮比エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両の中には運転条件に応じた適正圧縮比をコンロッドの中間部分を屈曲自在とすることで実現する可変圧縮比エンジンが知られている。そして、前記コンロッドの屈曲部をエンジンの運転中に可動させるには、その屈曲部に作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を上回る出力を持つモータ等の駆動力が必要であるが、制御精度を向上させるためには大きな外部エネルギーが必要となったり、複雑な機構が必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これに対して特許文献２に記載されているように、稼働中のピストンに作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を上記コンロッドの屈曲部に交互に作用する向きの異なる力として作用させ、この力によりコンロッドの屈曲部にコントロールロッドを介して接続された制御機構を作動させるものがある。該制御機構は可動ベーンで仕切られた２つの円弧状の空間部分に作動油が充填されたもので、上記向きの異なる力に対して逆止弁を介して一方の空間部分から他方の空間部分に選択的に作動油を流すことで、コンロッドの屈曲姿勢を変更、保持できるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１４７７０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８９０７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載した技術においては、ピストンに作用するエンジンの慣性力や混合気の爆発力を有効利用しているため、別途動力を必要としない点で有利であるが、制御機構が可動ベーンで仕切られた２つの円弧状の空間部分を形成する構造であったため、構造が複雑となると共にシール性能を確保するのが困難であるという問題がある。
そこで、この発明は、構造が簡単でシール性能を確保し易く信頼性の高い可変圧縮比エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ピストン（例えば、実施形態におけるピストン６）のシリンダ（例えば、実施形態におけるシリンダ５）内での上下動をクランクシャフト（例えば、実施形態におけるクランクシャフト１４）の回転運動に変換するコンロッド（例えば、実施形態におけるコンロッド１３）を少なくとも２分割し、該コンロッドの分割部または分割部の近傍あるいは分割された何れかのコンロッド（例えば、実施形態におけるアッパーロッド部材１６、ロアロッド部材１７）にコントロールロッド（例えば、実施形態におけるコントロールロッド２１）を接続して、該コントロールロッドの支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、前記コントロールロッドにピストン形で両ロッド形の復動形油圧シリンダ（例えば、実施形態における油圧シリンダ２７）のシリンダロッド（例えば、実施形態における右シリンダロッド２８）をレバーアームを介して連係し、前記レバーアームは、その略中央部がクランクケース（例えば、実施形態におけるクランクケース２）に回動自在に支持されると共に、一端には前記コントロールロッドの基部が、他端には前記シリンダロッドの端部がそれぞれ連結され、前記シリンダロッドは、前記クランクケース内に収容されると共に、前記シリンダロッド（例えば、実施形態における右シリンダロッド２８、左シリンダロッド２９）の復動方向が前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように前記クランクケースに支持され、かつ該シリンダロッドの復動により前記レバーアームを介して移動するコントロールロッドの移動方向が、前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように設けられ、これらコントロールロッドとシリンダロッドとが、前記レバーアームを介して互いに逆向きに移動すると共に、それぞれの移動方向で互いにラップするように設けられ、前記コントロールロッドの支軸位置が変位するのに応じて前記油圧シリンダのピストン部（例えば、実施形態におけるピストン部３５）を移動自在に構成し、前記ピストン部で区画された２つの油圧室（例えば、実施形態における右油圧室４３、左油圧室４４）内を流路（例えば、実施形態における流路４５）で接続し、この流路を介して、一方の油圧室から他方の油圧室、他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の供給を選択的に許容可能で、かつ停止可能に構成し、前記流路の一部に下流で合流する２つの分岐流路（例えば、実施形態における分岐流路４６，４７）を設け、各分岐流路に向きの異なる逆止弁（例えば、実施形態における逆止弁４８，４９）を設け、各分岐流路を切換弁（例えば、実施形態における切換弁５０）で選択可能とし、前記ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材（例えば、実施形態におけるシール材３６）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、コンロッドの屈曲許容時においては、油圧シリンダのピストン部に取り付けられた両シリンダロッドのうちの一方にコントロールロッドの支持位置から力が作用すると一方の油圧室から他方の油圧室、あるいは他方の油圧室から一方の油圧室へと流路を通じて作動油が流がれて直線的にピストン部、つまりシリンダロッドがスライドしコンロッドの屈曲姿勢を変化させることができ、コンロッドの姿勢保持時においては、前記流路を閉鎖して各油圧室間で作動油の流過を阻止し、ピストン部、つまりシリンダロッドのスライドを阻止してコンロッドの屈曲姿勢を保持することができる。
ここで、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材を設けたためシール性能を確保し易い。
また、切換弁により一方の分岐流路を選択した場合には、一方の逆止弁により油圧シリンダの一方の油圧室から他方の油圧室への作動油の移動が許容され、切換弁により他方の分岐流路を選択した場合には、他方の逆止弁により油圧シリンダの他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の移動が許容される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すエンジン１は、例えば、自動二輪車等の車両に用いられ圧縮比を変化させることができる可変圧縮比エンジンである。
クランクケース２上にはシリンダブロック３が取り付けられ、シリンダブロック３の上部にシリンダヘッド４が装着されている。シリンダブロック３に形成されたシリンダ５内にピストン６が上下方向に往復動自在に保持され、シリンダヘッド４にはシリンダ５への吸排気を行う吸気通路７及び排気通路８が形成され、各通路開口には吸気通路７を開閉する吸気バルブ９及び排気通路８を開閉する排気バルブ１０が設けられている。
【０００９】
ピストン６の上方には上死点位置のピストン６とシリンダブロック３の凹部１１との間に燃焼室１２が形成され、燃焼室１２内における燃料と空気との混合気の爆発力によりピストン６を押し下げる。混合気への点火は、シリンダヘッド４を貫通し燃焼室１２内に突出して設けられた図示しない点火プラグにより行われる。ピストン６のシリンダ５内での上下往復動は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１４の回転運動に変換され、図示しないトランスミッションへと伝達されると共に、上記吸気バルブ９、排気バルブ１０の動弁機構１５に伝達される。
【００１０】
コンロッド１３は、上部のアッパーロッド部材（コンロッド）１６と下部のロアロッド部材（コンロッド）１７とに２分割されたもので、アッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とが上記クランクシャフト１４の軸方向と平行に設けられた連結ピン１８を介して回動自在に接続され、コンロッド１３が中間部を屈曲部Ｋとしてくの字状に屈曲自在となっている。アッパーロッド部材１６の上端のスモールエンドＳＥはピストンピン１９に回動自在に取り付けられ、ロアロッド部材１７の下端のビッグエンドＢＥはクランクシャフト１４のクランクピン２０に回動自在に取り付られている。尚、２２はクランクシャフト１４の回転中心を示している。
【００１１】
コンロッド１３の屈曲部Ｋの連結ピン１８には、該コンロッド１３の屈曲度合いを調整すべくコントロールロッド２１が接続されている。コントロールロッド２１は略水平方向に伸びる棒状部材であり、このコントロールロッド２１の支軸位置である連結ピン１８の位置を変位させることで、可変圧縮比エンジンとしている。コントロールロッド２１の基部は後述するレバーアーム２５の一端にクランクシャフト１４と平行に設けられたピン２３により軸支され、コントロールロッド２１の先端はアッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とを連結する前記連結ピン１８を介して、これらアッパーロッド部材１６の下端とロアロッド部材１７の上端とに回動自在に軸支されている。したがって、コントロールロッド２１がコンロッド１３の屈曲部Ｋの軌跡を規定することとなる。
【００１２】
コントロールロッド２１の揺動中心を規定する前記ピン２３は、クランクケース２に支持されたレバーアーム２５の一端に設けられている。このレバーアーム２５はくの字状に屈曲形成された部材で、その略中央部がクランクシャフト１４と平行に設けられた支軸２６を介してクランクケース２に回動自在に支持されたもので、一端には前記コントロールロッド２１の基部が軸支される前記ピン２３を備え、他端には後述する油圧シリンダ２７の右シリンダロッド（シリンダロッド）２８の端部に連結されている。ここで、このレバーアーム２５は、後述する油圧シリンダ２７のピストン部３５が中立位置に位置している場合に、支軸２６よりも下側の部分がほぼ下方に向くようにクランクケース２に支持されている。これにより、レバーアーム２５の支軸２６よりも下側の部分が左右に揺動した場合の左右の揺動角がほぼ同じになるようにしている。
【００１３】
前記油圧シリンダ２７はブラケット３０を介してクランクケース２にボルト３１により固定されている。この油圧シリンダ２７は、ピストン形で両ロッド形の復動形油圧シリンダであって、筒状のケーシング３２の両端にエンドキャプ３３，３３が各々ボルト３４によって固定されている。ケーシング３２内にはピストン部３５がケーシング３２内面をスライドして移動自在に設けられ、このピストン部３５の両側には各エンドキャプ３３から突出する右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９とが取り付けられている。尚、ピストン部３５と左シリンダロッド２９とは一体成形されている。
【００１４】
したがって、ピストン部３５の外周にはケーシング３２内周面との間をシールするシール材３６が取り付けられ、前記エンドキャップ３３，３３の各シリンダロッド２８，２９の挿通孔３７，３７の内周には右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９との間をシールするシール材３８，３８が取り付けられている。尚、各エンドキャップ３３はケーシング３２内に突出するボス部３９を有し、このボス部３９の外周面にはケーシング３２内周面に密接するシール材４０が取り付けられている。
【００１５】
右シリンダロッド２８の先端には上下に長い長孔４１が形成され、この長孔４１に前記レバーアーム２５の他端に設けたピン４２が挿通され、レバーアーム２５と右シリンダロッド２８の先端とが、互いに回動自在で前記長孔形成範囲内で上下動自在に支持されている。よって、この長孔４１を設けたことによりレバーアーム２５の下端が支軸２６を中心にして回動した際に、ピン４２が油圧シリンダ２７の右シリンダロッド２８の軸心位置よりも下側に変位した分を許容することができる。
【００１６】
したがって、図２に示すように油圧シリンダ２７のピストン部３５がケーシング３２の左端に位置する場合には右シリンダロッド２８を介してレバーアーム２５が支軸２６を中心に最も右側まで回動するため、これに応じて最も右側に移動するコントロールロッド２１により、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が小さくなり（屈曲部Ｋがより直線的になる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も長くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も大きくなる。ここで、圧縮比とは、行程容積に燃焼室容積を加えたものを燃焼室容積で割った値である。
一方、図３に示すように油圧シリンダ２７のピストン部３５がケーシング３２の右端に位置する場合には右シリンダロッド２８を介してレバーアーム２５が支軸２６を中心に最も左側まで回動するため、これに応じて最も左側に移動するコントロールロッド２１により、アッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とのなす角度が大きくなり（屈曲部Ｋがより大きく曲がる）、これらアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７とで構成されるコンロッド１３のピストンピン１９からクランクピン２０までの距離が最も短くなる。その結果、エンジン１の圧縮比が最も小さくなる。
【００１７】
ここで、図４に示すように前記ピストン部３５により区画される油圧シリンダ２７のケーシング３２内には右シリンダロッド２８側に右油圧室４３が左シリンダロッド２９側に左油圧室４４が各々形成され、右油圧室４３と左油圧室４４とが流路４５を介して接続されている。
流路４５の一部には下流で合流する２つの分岐流路４６，４７が設けられ、各分岐流路４６，４７に向きの異なる逆止弁４８，４９が各々設けられている。逆止弁４８は右油圧室４３側から左油圧室４４側への作動油の移動を許容し、逆止弁４９は左油圧室４４側から右油圧室４３側への作動油の移動を許容している。また、各分岐流路４６，４７はＥＣＵ５１を介して作動する切換弁５０を切り替えることで何れか一方が選択され他方が閉塞される場合（図５，図６）と、分岐流路４６，４７の双方が閉塞される場合（図４）がある。尚、図５，図６ではＥＣＵ５１は図示を省略してある。
【００１８】
具体的には、図５に示すように切換弁５０により分岐流路４６が閉塞され分岐流路４７が選択された場合には（高圧縮比位置）、分岐流路４７を経て左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の流路４５内での移動が許容され、図６に示すように切換弁５０により分岐流路４７が閉塞され分岐流路４６が選択された場合には（低圧縮比位置）、分岐流路４６を経て右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の流路４５内での移動が許容される。また、図４に示すように切換弁５０により分岐流路４６，４７の双方が閉塞された場合には（保持位置）、左油圧室４４と右油圧室４３との間で作動油の移動が停止され、油圧シリンダ２７がロックされる。尚、図４ではピストン部３５をケーシング３２の中央部で保持した場合について説明したが、ピストン部３５は任意の位置で保持できることは言うまでもない。
【００１９】
ここで、前記切換弁５０の切換はＥＣＵ５１からの信号に基づいて行われ、そのためＥＣＵ５１にはクランク角、エンジン回転数（Ｎｅ）、吸気管負圧（Ｐｂ）、スロットル開度等のセンサ信号が入力される。
【００２０】
上記実施形態によれば、ＥＣＵ５１に入力されるクランク角、エンジン回転数、吸気管負圧及びスロットル開度等のセンサ信号からエンジン１を高圧縮比側に切り替える必要がある場合には、ＥＣＵ５１の出力信号により切換弁５０を図５に示す高圧縮比位置に切り替えて分岐流路４７を選択する。すると、ピストン６の上下動に伴いレバーアーム２５にはコンロッド１３の屈曲部Ｋからコントロールロッド２１を介して荷重が作用するが、レバーアーム２５を左回りに回動させる荷重が作用しても、右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の移動は逆止弁４９により阻止されているため、レバーアーム２５は左回りには回動しない。
【００２１】
一方、レバーアーム２５を右回りに回動させる荷重が作用すると、左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の移動は逆止弁４９により許容されているため、油圧シリンダ２７のピストン部３５は作動油を左油圧室４４から押し出し右油圧室４３に送りながら左側へ移動し、レバーアーム２５の右回りの回動を許容して、コンロッド１３は図５に示すように高圧縮比側に姿勢変化する。その後、切換弁５０を保持位置に切り替えれば、コンロッド１３は高圧縮比姿勢を維持する。
【００２２】
また、エンジンを低圧縮比側に切り替える必要がある場合には、ＥＣＵ５１の出力信号により切換弁５０を図６に示す低圧縮比位置に切り替えて分岐流路４６を選択する。すると、ピストン６の上下動に伴いレバーアーム２５にはコンロッド１３の屈曲部Ｋからコントロールロッド２１を介して荷重が作用するが、レバーアーム２５を右回りに回動させる荷重が作用しても、左油圧室４４から右油圧室４３への作動油の移動は逆止弁４８により阻止されているため、レバーアーム２５は右回りには回動しない。
【００２３】
一方、レバーアーム２５を左回りに回動させる荷重が作用すると、右油圧室４３から左油圧室４４への作動油の移動は逆止弁４８により許容されているため、油圧シリンダ２７のピストン部３５は作動油を右油圧室４３から押し出し左油圧室４４に送りながら右側へ移動し、レバーアーム２５の左回りの回動を許容して、コンロッド１３は図６に示すように低圧縮比側に姿勢変化する。その後、切換弁５０を保持位置に切り替えれば、コンロッド１３は低圧縮比姿勢を維持する。
したがって、所望の圧縮比が得られた時点で切換弁５０を保持位置に切り替えれば、ピストン部３５をその位置で保持させることができるため、最適な圧縮比でエンジン１を運転することができる。
【００２４】
その結果、レバーアーム２５に作用するエンジン１の駆動力を有効利用し、切換弁５０により選択された分岐流路４６，４７を逆止弁４８又は逆止弁４９により方向を規制された作動油が移動することにより、油圧シリンダ２７を所定の方向に移動させることができるため、特別に動力を付与することなくコンロッド１３を高圧縮比側と低圧縮比側との間で保持することができる。
ここで、前記油圧シリンダ２７はピストン形で往復形を用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、シール材３６，３８におけるシール性能を確保し易いため、経時的使用によっても耐久性が高く信頼性を高められる。
つまり、シール材３６はピストン部３５の単純な往復摺動時のシール性能を確保すればよく、シール材３８は右シリンダロッド２８と左シリンダロッド２９の単純な往復摺動時のシール性能を確保するだけでよいためシール性能を確保する上で有利なのである。
【００２５】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、自動二輪車のエンジンに限られず、広く車両一般のエンジンに適用できる。また、コントロールロッド２１をアッパーロッド部材１６とロアロッド部材１７との接続部である連結ピン１８に接続した場合を例にして説明したが、コントロールロッド２１を連結ピン１８の近傍に位置するアッパーロッド部材１６やロアロッド部材１７に連結しても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、コンロッドの屈曲許容時においては、油圧シリンダのピストンに取り付けられた両シリンダロッドのうちの一方にコントロールロッドの支持位置から力が作用すると一方の油圧室から他方の油圧室、あるいは他方の油圧室から一方の油圧室へと流路を通じて作動油が流がれて直線的にピストン、つまりシリンダロッドがスライドしコンロッドの屈曲姿勢を変化させることができ、コンロッドの姿勢保持時においては、前記流路を閉鎖して各油圧室間で作動油の流過を阻止し、ピストン、つまりシリンダロッドのスライドを阻止してコンロッドの屈曲姿勢を保持することができるため、エンジンの慣性力や混合気の爆発力を有効利用してエンジンを最適な圧縮比で運転することができる効果がある。
とりわけ、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いているため、構造がシンプルで圧縮比固定精度が高く、シール性能を確保し易いため、経時的使用によっても耐久性が高く信頼性を高められる効果がある。その上、ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材を設けたため、シール材はピストン部の単純な往復摺動時のシール性能を確保するだけでよくなり、シール性能を確保する上で有利となる。
【００２７】
また、切換弁により一方の分岐流路を選択した場合には、一方の逆止弁により油圧シリンダの一方の油圧室から他方の油圧室への作動油の移動が許容され、切換弁により他方の分岐流路を選択した場合には、他方の逆止弁により油圧シリンダの他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の移動が許容されるため、ピストン形で往復形の油圧シリンダを用いることとも相俟って簡単な構成であってもシール性能を確保し易く、圧縮比の固定精度が高いため高い信頼性を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態のエンジンの断面図である。
【図２】 この発明の実施形態の高圧縮比位置を示す図である。
【図３】 この発明の実施形態の低圧縮比位置を示す図である。
【図４】 この発明の実施形態のシステム図である。
【図５】 この発明の実施形態の高圧縮比位置におけるシステム図である。
【図６】 この発明の実施形態の低圧縮比位置におけるシステム図である。
【符号の説明】
５ シリンダ
６ ピストン
１３ コンロッド
１４ クランクシャフト
１６ アッパーロッド部材（コンロッド）
１７ ロアロッド部材（コンロッド）
２１ コントロールロッド
２７ 油圧シリンダ
２８ 右シリンダロッド（シリンダロッド）
３５ ピストン部
４３ 右油圧室（油圧室）
４４ 左油圧室（油圧室）
４５ 流路
４６，４７ 分岐流路
４８，４９ 逆止弁
５０ 切換弁
Claims (1)
- ピストンのシリンダ内での上下動をクランクシャフトの回転運動に変換するコンロッドを少なくとも２分割し、該コンロッドの分割部または分割部の近傍あるいは分割された何れかのコンロッドにコントロールロッドを接続して、該コントロールロッドの支軸位置を変位させる可変圧縮比エンジンにおいて、
前記コントロールロッドにピストン形で両ロッド形の復動形油圧シリンダのシリンダロッドをレバーアームを介して連係し、前記レバーアームは、その略中央部がクランクケースに回動自在に支持されると共に、一端には前記コントロールロッドの基部が、他端には前記シリンダロッドの端部がそれぞれ連結され、
前記シリンダロッドは、前記クランクケース内に収容されると共に、前記シリンダロッドの復動方向が前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように前記クランクケースに支持され、かつ該シリンダロッドの復動により前記レバーアームを介して移動するコントロールロッドの移動方向が、前記ピストンの上下往復動する向きと略垂直になるように設けられ、
これらコントロールロッドとシリンダロッドとが、前記レバーアームを介して互いに逆向きに移動すると共に、それぞれの移動方向で互いにラップするように設けられ、
前記コントロールロッドの支軸位置が変位するのに応じて前記油圧シリンダのピストン部を移動自在に構成し、前記ピストン部で区画された２つの油圧室内を流路で接続し、この流路を介して、一方の油圧室から他方の油圧室、他方の油圧室から一方の油圧室への作動油の供給を選択的に許容可能で、かつ停止可能に構成し、前記流路の一部に下流で合流する２つの分岐流路を設け、各分岐流路に向きの異なる逆止弁を設け、各分岐流路を切換弁で選択可能とし、前記ピストン部と共に前記油圧シリンダ内を摺動するシール材を設けたことを特徴とする可変圧縮比エンジン。
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