JP6818233B2 - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism.

内燃機関において種々の可変圧縮比機構が提案されている。例えば、特許文献1には、コネクティングロッド小端に偏心機構が設けられ、この偏心機構がクランクケース側のアクチュエータとリンクで連結されており、アクチュエータにより偏心機構を回動させることにより、コネクティングロッド大端と小端の距離を変更可能である可変圧縮比機構が開示されている。 Various variable compression ratio mechanisms have been proposed for internal combustion engines. For example, in Patent Document 1, an eccentric mechanism is provided at the small end of the connecting rod, and this eccentric mechanism is connected to an actuator on the crankcase side by a link, and the eccentric mechanism is rotated by the actuator to increase the size of the connecting rod. A variable compression ratio mechanism that can change the distance between the end and the small end is disclosed.

特開2013−40607号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-40607

内燃機関のピストンは、燃焼圧とコネクティングロッドの位置関係により、上死点付近においてピストン側圧が上昇する。一般的にピストンはスラスト側の荷重が高くなるので、コネクティングロッドとの位置関係を改善するため、反スラスト側にピストンピンオフセットを設けているものが多い。ピストンピンオフセット量の要求はエンジンが低回転の時ほど大きく、高回転になるほど小さくなる。そのため、一般に、低回転型エンジンではピストンピンオフセット量を大きくし、高回転型エンジンでは小さくするか、もしくは無くしている。 In the piston of an internal combustion engine, the piston side pressure rises near top dead center due to the positional relationship between the combustion pressure and the connecting rod. In general, the load on the thrust side of the piston is high, so in many cases, a piston pin offset is provided on the anti-thrust side in order to improve the positional relationship with the connecting rod. The requirement for the amount of piston pin offset increases as the engine speed decreases, and decreases as the engine speed increases. Therefore, in general, the piston pin offset amount is increased in the low-speed engine and decreased or eliminated in the high-speed engine.

しかし、特許文献1では、圧縮比を変更する手段として、コネクティングロッド小端に偏心機構を設けているため、圧縮比とともにピストンピンオフセット量が変化してしまう問題がある。圧縮比の要求は、エンジン回転数だけでなく、負荷によっても変化するため、ピストンピンオフセット量が要求と整合しない範囲が必然的に存在することになる。 However, in Patent Document 1, since the eccentric mechanism is provided at the small end of the connecting rod as a means for changing the compression ratio, there is a problem that the piston pin offset amount changes with the compression ratio. Since the compression ratio requirement changes not only with the engine speed but also with the load, there is inevitably a range in which the piston pin offset amount does not match the requirement.

例えば、図9に示すように、低回転かつ低負荷時には、熱効率を向上するために高圧縮比にすることが好ましいが、低回転であっても高負荷時には、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼を抑制するために低圧縮比にすることが好ましい。このように、同じ回転数でも負荷により圧縮比の要求は異なるが、特許文献1では、圧縮比の変更とともにピストンピンオフセット量も変化するので、ピストンのスラスト側もしくは反スラスト側の荷重が増大し、フリクションの増大、ピストンスラップ音の発生等が懸念される。 For example, as shown in FIG. 9, it is preferable to set a high compression ratio in order to improve thermal efficiency at low rotation speed and low load, but abnormal combustion such as knocking and pre-ignition at high rotation speed even at low rotation speed. It is preferable to use a low compression ratio in order to suppress the above. As described above, the requirements for the compression ratio differ depending on the load even at the same rotation speed, but in Patent Document 1, since the piston pin offset amount also changes as the compression ratio changes, the load on the thrust side or the anti-thrust side of the piston increases. , Increased friction, generation of piston slap noise, etc. are concerned.

また、特許文献1では、コネクティングロッド小端に2重構造となる偏心機構を設けるため、コネクティングロッド小端の外径が必然的に大きくなることに加えて、ピストン裏面との干渉を避けるための逃がしを大きく確保する必要が生じ、ピストンの強度確保等の制約も加わるので、重量や慣性重量の増加は不可避であり、軽量化に不利であることは否めない。 Further, in Patent Document 1, since the eccentric mechanism having a double structure is provided at the small end of the connecting rod, the outer diameter of the small end of the connecting rod is inevitably large, and in addition, interference with the back surface of the piston is avoided. Since it is necessary to secure a large amount of relief and restrictions such as ensuring the strength of the piston are added, it is unavoidable to increase the weight and inertial weight, and it is undeniable that it is disadvantageous for weight reduction.

本発明は、従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンピンオフセット量の変化や重量および慣性重量の増加を回避するうえで有利な可変圧縮比内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points of the prior art, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine having a variable compression ratio which is advantageous in avoiding a change in a piston pin offset amount and an increase in weight and inertial weight. To do.

上記課題を解決するために、本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、少なくとも1つのシリンダと、前記シリンダ内に往復摺動可能に収容されたピストンと、前記ピストンに対応するクランクピンを有するクランクシャフトと、大端が前記クランクピンに回動可能に連結されたコネクティングロッドと、前記ピストンにピストンピンを介して角変位可能に連結され、かつ、前記ピストンピンと異軸位置にある第1連結部にて前記コネクティングロッドの小端に角変位可能に連結された揺動部材と、先端が前記第1連結部と異軸位置にある第2連結部にて前記揺動部材に角変位可能に連結され、かつ、基端が前記コネクティングロッドに対して変位可能に設けられている可動ロッドと、前記コネクティングロッドに対して前記可動ロッドを変位させる駆動手段と、を備え、前記駆動手段は、クランクケース側に固定配置されており、前記可動ロッドの前記基端は、前記コネクティングロッドに揺動可能に支持された中間揺動部材の一端に連結され、前記中間揺動部材の他端は、前記駆動手段により変位する可動軸に揺動可能に支持された揺動アームの先端に連結されているIn order to solve the above problems, the variable compression ratio connecting rod engine according to the present invention has at least one cylinder, a piston housed in the cylinder so as to be reciprocally slidable, and a crank having a crank pin corresponding to the piston. The shaft, the connecting rod whose large end is rotatably connected to the crank pin, and the first connecting portion which is rotatably connected to the piston via the piston pin and is in a position different from the piston pin. A swing member that is angularly displaceably connected to the small end of the connecting rod and a second connecting rod whose tip is at a different axis position from the first connecting rod is angularly displaceably connected to the rocking member. A movable rod whose base end is displaceable with respect to the connecting rod and a driving means for displacement of the movable rod with respect to the connecting rod are provided , and the driving means is a crankcase. The base end of the movable rod is fixedly arranged on the side, and the base end of the movable rod is connected to one end of an intermediate rocking member swayably supported by the connecting rod, and the other end of the intermediate rocking member is driven. It is connected to the tip of a swing arm that is swingably supported by a movable shaft that is displaced by means .

本発明は、上記構成により、ピストンピンオフセット量の変化、および、コネクティングロッド小端の大径化とそれに伴う重量および慣性重量の増加を回避しつつ、運転状況に応じて最適な圧縮比を得ることができる。 According to the above configuration, the present invention obtains an optimum compression ratio according to the operating conditions while avoiding a change in the piston pin offset amount and an increase in the diameter of the small end of the connecting rod and the accompanying increase in weight and inertial weight. be able to.

本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関を示す側面図である。It is a side view which shows the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関のクランク角(a)0度、(b)90度、(c)180度、(d)270度の各位置を示す側面図である。It is a side view which shows each position of the crank angle (a) 0 degree, (b) 90 degree, (c) 180 degree, (d) 270 degree of the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関のクランク角0度、90度、180度、270度の各位置を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows each position of the crank angle 0 degree, 90 degree, 180 degree, 270 degree of the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の低圧縮比位置(a)および高圧縮比位置(b)を示す要部側面図である。It is a side view of the main part which shows the low compression ratio position (a) and high compression ratio position (b) of the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の圧縮比変化を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the compression ratio change of the variable compression ratio internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 参考例の可変圧縮比機構を示す側面図である。It is a side view which shows the variable compression ratio mechanism of a reference example . エンジン回転数とトルク、要求圧縮比の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine speed, a torque, and a required compression ratio.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1〜図3は、本発明の実施形態に係る可変圧縮比機構110を備えた内燃機関100のエンジンブロック等を省略した可動部分を示しており、図1には、シリンダ10が二点鎖線で概略的に示されている。図2および図3には、内燃機関100の1気筒分のみが示されているが、複数気筒がクランクシャフト2の軸方向に並設されていても良い。以下の説明では複数気筒の場合を前提とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 3 show a movable portion of an internal combustion engine 100 provided with a variable compression ratio mechanism 110 according to an embodiment of the present invention, in which an engine block or the like is omitted. FIG. 1 shows a two-dot chain line of a cylinder 10. It is outlined in. Although only one cylinder of the internal combustion engine 100 is shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of cylinders may be arranged side by side in the axial direction of the crankshaft 2. The following description assumes the case of multiple cylinders.

シリンダ10の内部には、ピストン1が往復摺動可能に収容されており、ピストン1の冠面1aとシリンダヘッド10aとの間に、ピストン1の位置に応じて容積が変化する燃焼室10bが画成される。シリンダヘッド10aには、不図示の吸気弁や排気弁が設けられる。ピストン1の周側面にはピストンリングを装着するためのピストンリング溝13が設けられ、その下方にはピストンピン11を嵌合するためのピストンピン穴12が横方向に貫通している。 A piston 1 is housed inside the cylinder 10 so as to be slidable back and forth, and a combustion chamber 10b whose volume changes according to the position of the piston 1 is provided between the crown surface 1a of the piston 1 and the cylinder head 10a. It is defined. The cylinder head 10a is provided with an intake valve and an exhaust valve (not shown). A piston ring groove 13 for mounting a piston ring is provided on the peripheral side surface of the piston 1, and a piston pin hole 12 for fitting the piston pin 11 penetrates below the groove 13 in the lateral direction.

クランクシャフト2は、クランクジャーナル20、クランクピン21、バランスウエイト22、クランクアーム23から構成され、クランクジャーナル20においてエンジンブロックに回転自在に支持されており、クランクピン21は、コネクティングロッド3の大端32(軸受部30)に回転自在に連結されている。 The crankshaft 2 is composed of a crank journal 20, a crank pin 21, a balance weight 22, and a crank arm 23, and is rotatably supported by an engine block in the crank journal 20, and the crank pin 21 is a large end of a connecting rod 3. It is rotatably connected to 32 (bearing portion 30).

一般的な往復動型内燃機関ではコネクティングロッドの小端にピストンピンが直接連結されるが、本発明に係る可変圧縮比機構110を備えた内燃機関100では、コネクティングロッド3の小端31は、以下に述べる揺動部材4(シーソー形状アーム)を介してピストンピン11に連結される。 In a general reciprocating internal combustion engine, the piston pin is directly connected to the small end of the connecting rod, but in the internal combustion engine 100 provided with the variable compression ratio mechanism 110 according to the present invention, the small end 31 of the connecting rod 3 is It is connected to the piston pin 11 via the swing member 4 (see saw-shaped arm) described below.

揺動部材4は、ピストン1のスカート部で囲まれた内部14に全体または大部分が収容される小形状のリンクアームである。揺動部材4の略中央にはピストンピン11に角変位可能に嵌合する貫通孔40が設けられ、その両側に腕部43,44が延出している。 The swing member 4 is a small-shaped link arm in which the entire or most of the swing member 4 is housed in the inner 14 surrounded by the skirt portion of the piston 1. A through hole 40 is provided in the substantially center of the swing member 4 so as to be angularly displaceably fitted to the piston pin 11, and arms 43 and 44 extend on both sides thereof.

ピストンピン11と異軸位置にある一方の腕部43に第1連結部41が設けられ、該第1連結部41に、コネクティングロッド3の小端31が角変位可能に連結されている。ピストンピン11と異軸位置にある他方の腕部44には第2連結部42が設けられ、該第2連結部42には、可動ロッド5の先端52が角変位可能に連結されている。 A first connecting portion 41 is provided on one arm portion 43 located at a position different from the piston pin 11, and a small end 31 of the connecting rod 3 is connected to the first connecting portion 41 so as to be angularly displaceable. A second connecting portion 42 is provided on the other arm portion 44 located at a position different from the piston pin 11, and the tip 52 of the movable rod 5 is connected to the second connecting portion 42 so as to be angularly displaceable.

可動ロッド5(第2コネクティングロッド)は、その基端51が、中間揺動部材6の一端側の偏心軸61に角変位可能に連結されることで、コネクティングロッド3に対して略長手方向に変位可能に設けられている。可動ロッド5は、コネクティングロッド3、揺動部材4、中間揺動部材6(偏心中間軸60)と共に4節リンク機構を構成している。 The base end 51 of the movable rod 5 (second connecting rod) is connected to the eccentric shaft 61 on one end side of the intermediate swing member 6 so as to be angularly displaceable, so that the movable rod 5 (second connecting rod) is substantially longitudinally connected to the connecting rod 3. It is provided so that it can be displaced. The movable rod 5 constitutes a four-node link mechanism together with the connecting rod 3, the swing member 4, and the intermediate swing member 6 (eccentric intermediate shaft 60).

中間揺動部材6は、コネクティングロッド3の大端32付近に貫通する軸受け孔36に回動可能に支持され、一端側に偏心軸61が突設された偏心中間軸60、および、その他端62に基端64が回動不可能に固定された中間揺動アーム63から構成されており、中間揺動アーム63の先端65(中間揺動部材6の他端)は、揺動アーム7の先端71に回動可能に連結されている。 The intermediate swing member 6 is rotatably supported by a bearing hole 36 penetrating near the large end 32 of the connecting rod 3, and has an eccentric intermediate shaft 60 having an eccentric shaft 61 protruding from one end side, and the other end 62. The base end 64 is non-rotatably fixed to the intermediate swing arm 63, and the tip 65 of the intermediate swing arm 63 (the other end of the intermediate swing member 6) is the tip of the swing arm 7. It is rotatably connected to 71.

なお、図3では、偏心中間軸60の他端62と、中間揺動アーム63の基端64とが、相互に嵌合する円形断面の軸および軸孔として概略的に示されているが、相互に嵌合する部分円形断面や四角形断面など、非回転形状断面の嵌合部としてトルク伝達可能に形成されるか、または、偏心中間軸60と中間揺動アーム63が一部材で形成されても良い。 In FIG. 3, the other end 62 of the eccentric intermediate shaft 60 and the base end 64 of the intermediate swing arm 63 are schematically shown as shafts and shaft holes having a circular cross section that are fitted to each other. Mutually fitted parts Torque can be transmitted as a fitting part of a non-rotating cross section such as a circular cross section or a square cross section, or an eccentric intermediate shaft 60 and an intermediate swing arm 63 are formed by one member. Is also good.

揺動アーム7は、その基端72(軸受部70)において、クランクケース側に角変位可能に支持された回動軸8の偏心軸81に揺動可能に連結されている。回動軸8は、クランクシャフト2と平行に配設され、各気筒のコネクティングロッド3に隣接して、一対のフランジ部82(ディスク部)が一体に設けられており、これらフランジ部82間に偏心軸81が延設されている。 The swing arm 7 is swingably connected to an eccentric shaft 81 of a rotation shaft 8 that is angularly displaced toward the crankcase side at its base end 72 (bearing portion 70). The rotating shaft 8 is arranged in parallel with the crankshaft 2, and a pair of flange portions 82 (disk portions) are integrally provided adjacent to the connecting rod 3 of each cylinder, and the rotating shaft 8 is integrally provided between the flange portions 82. The eccentric shaft 81 is extended.

回動軸8には、図2に概略的に示されるように、アクチュエータ9(駆動手段)が連結されている。アクチュエータ9としては、回動軸8に角変位を与え、かつ、角変位に対する保持力を有する各種アクチュエータを使用できる。例えば、回動軸8に固定されたウォームホイールとそれに係合するウォームを駆動回転する電動式あるいは油圧式モータ、回動軸8に角変位を与える電動式あるいは油圧式のロータリーアクチュエータを用いることができる。 An actuator 9 (driving means) is connected to the rotating shaft 8 as schematically shown in FIG. As the actuator 9, various actuators that give an angular displacement to the rotating shaft 8 and have a holding force against the angular displacement can be used. For example, an electric or hydraulic motor that drives and rotates a worm wheel fixed to the rotating shaft 8 and a worm that engages with the worm wheel, and an electric or hydraulic rotary actuator that gives an angular displacement to the rotating shaft 8 can be used. it can.

(可変圧縮比機構によるピストン上死点位置の変化)
以上のように構成された可変圧縮比機構110は、アクチュエータ9で回動軸8が回動され、図1に示すように、偏心軸81の角位置(CH〜CL)が変更されることにより、偏心軸81とクランクシャフト2の距離、揺動アーム7とコネクティングロッド3(偏心中間軸60)の距離が変更され、中間揺動部材6に偏心中間軸60を中心とした角変位が与えられる。
(Change in piston top dead center position due to variable compression ratio mechanism)
In the variable compression ratio mechanism 110 configured as described above, the rotation shaft 8 is rotated by the actuator 9, and the angular positions (CH to CL) of the eccentric shaft 81 are changed as shown in FIG. , The distance between the eccentric shaft 81 and the crankshaft 2 and the distance between the swing arm 7 and the connecting rod 3 (eccentric intermediate shaft 60) are changed, and the intermediate swing member 6 is given an angular displacement centered on the eccentric intermediate shaft 60. ..

それに伴い、可動ロッド5がコネクティングロッド3に対して略長手方向に相対変位し、揺動部材4が、コネクティングロッド3の小端31との第1連結部41を中心に角変位し、クランクピン21の中心21aとピストンピン11の中心11aとの間の距離が変化することによって、ピストン1の上死点位置(CH〜CL)が変更され、圧縮比が変化する。 Along with this, the movable rod 5 is displaced relative to the connecting rod 3 in the substantially longitudinal direction, and the swing member 4 is angularly displaced about the first connecting portion 41 with the small end 31 of the connecting rod 3 and the crank pin. By changing the distance between the center 21a of the 21 and the center 11a of the piston pin 11, the top dead center position (CH to CL) of the piston 1 is changed, and the compression ratio is changed.

図6(b)は、ピストン1が上死点において高圧縮比位置CHにある内燃機関100の可変圧縮比機構110を示しており、回動軸8の上方(制御角0°)に偏心軸81が位置している。一方、左側の図6(a)は、ピストン1″が上死点において低圧縮比位置CLにある内燃機関100″の可変圧縮比機構110″を示しており、図6(b)に対して、回動軸8″が図中反時計方向に90°回動し、回動軸8″の図中左側に偏心軸81″が角変位している。これに伴い、中間揺動部材6″が図中反時計方向に約30°回動し、可動ロッド5″が下方に移動し、揺動部材4″が図中反時計方向に約5°回動することによって、ピストン1″が下方の低圧縮比位置CLに変位する。 FIG. 6B shows the variable compression ratio mechanism 110 of the internal combustion engine 100 in which the piston 1 is in the high compression ratio position CH at the top dead center, and the eccentric shaft is above the rotation shaft 8 (control angle 0 °). 81 is located. On the other hand, FIG. 6A on the left side shows the variable compression ratio mechanism 110 ″ of the internal combustion engine 100 ″ in which the piston 1 ″ is in the low compression ratio position CL at the top dead center, with respect to FIG. 6B. , The rotation shaft 8 "rotates 90 ° counterclockwise in the drawing, and the eccentric shaft 81" is angularly displaced to the left side in the drawing of the rotation shaft 8 ". Along with this, the intermediate swing member 6 "rotates about 30 ° counterclockwise in the figure, the movable rod 5" moves downward, and the swing member 4 "turns about 5 ° counterclockwise in the figure. By moving, the piston 1 ″ is displaced to the lower low compression ratio position CL.

図7は、可変圧縮比機構110の回動軸8が制御角0°、45°、90°に角変位した場合の各部材の位置を示しており、可変圧縮比機構110が、コネクティングロッド3を固定リンクとした場合に、中間揺動部材6を原動リンク、揺動部材4を従動リンク、可動ロッド5を中間リンクとする4節リンク機構を構成しており、原動リンクとなる中間揺動部材6の変位に応じて、揺動部材4および可動ロッド5は、コネクティングロッド3に対して確定的に変位することが分かる。 FIG. 7 shows the positions of the members when the rotation shaft 8 of the variable compression ratio mechanism 110 is angularly displaced to the control angles of 0 °, 45 °, and 90 °, and the variable compression ratio mechanism 110 is the connecting rod 3. A four-bar link mechanism is configured in which the intermediate rocking member 6 is the driving link, the rocking member 4 is the driven link, and the movable rod 5 is the intermediate link, and the intermediate rocking member is the driving link. It can be seen that the swing member 4 and the movable rod 5 are deterministically displaced with respect to the connecting rod 3 according to the displacement of the member 6.

(可変圧縮比機構による変位とクランク角に応じた周期的変位の関係)
実施形態に係る可変圧縮比機構110は、ピストン1の往復運動の外部にあるアクチュエータ9から、ピストン1と共に往復運動するコネクティングロッド3側の可動ロッド5に、揺動アーム7および中間揺動部材6を介して変位CVが伝達される構成であるため、図4および図5に示すように、揺動アーム7および中間揺動部材6は、ピストン1の往復運動と共に揺動運動する。
(Relationship between displacement by variable compression ratio mechanism and periodic displacement according to crank angle)
The variable compression ratio mechanism 110 according to the embodiment has a swing arm 7 and an intermediate swing member 6 from an actuator 9 outside the reciprocating motion of the piston 1 to a movable rod 5 on the connecting rod 3 side that reciprocates with the piston 1. As shown in FIGS. 4 and 5, the swing arm 7 and the intermediate swing member 6 swing with the reciprocating motion of the piston 1 because the displacement CV is transmitted via the piston 1.

そのため、上死点以外では、可変圧縮比機構110によって与えられる変位(CH〜CL)に、クランク角に応じた周期的な変位が付加されるものの、上死点では、専ら、可変圧縮比機構110によって与えられる変位によって、ピストン1の上死点位置(CH〜CL)が決定される。 Therefore, other than the top dead center, the displacement (CH to CL) given by the variable compression ratio mechanism 110 is added with a periodic displacement according to the crank angle, but at the top dead center, the variable compression ratio mechanism is exclusively used. The top dead center position (CH to CL) of the piston 1 is determined by the displacement given by 110.

また、下死点位置について、仮に、クランク角に応じた周期的な変位の付加により、上死点位置と同程度、同方向に変位する場合を想定しても、下死点位置の変位が圧縮比に与える影響は無視できるくらい小さい。 Further, even if it is assumed that the bottom dead center position is displaced in the same direction as the top dead center position by adding a periodic displacement according to the crank angle, the displacement of the bottom dead center position is The effect on the compression ratio is negligible.

したがって、下死点の変位に拘わらず、可変圧縮比機構110による上死点位置(CH〜CL)に応じて所望の圧縮比が得られることになる。 Therefore, regardless of the displacement of the bottom dead center, a desired compression ratio can be obtained according to the top dead center position (CH to CL) by the variable compression ratio mechanism 110.

因みに、図5を参照すると、回動軸8の偏心軸81が高圧縮比位置CHにある場合、偏心中間軸60の偏心軸61が、偏心中間軸60の中心60aに対して上方(上死点側)で変位(61′)するため、ピストン1の往復動方向への下死点の変位は上死点側と殆ど同程度である。 Incidentally, referring to FIG. 5, when the eccentric shaft 81 of the rotating shaft 8 is in the high compression ratio position CH, the eccentric shaft 61 of the eccentric intermediate shaft 60 is above the center 60a of the eccentric intermediate shaft 60 (top dead center). Since the displacement (61') is performed on the point side), the displacement of the bottom dead center in the reciprocating direction of the piston 1 is almost the same as that on the top dead center side.

これに対し、図7に二点鎖線で示されるように、回動軸8の偏心軸81が低圧縮比位置CL(81″)にある場合、中間揺動部材6″(中間揺動アーム63″)は下方に変位し、偏心中間軸60の偏心軸61は側方に変位するが、この変位は、下死点側では、クランク角に応じた変位によって相殺され、ピストン1の往復動方向への下死点の変位は殆ど無い。つまり、クランク角に応じた下死点の変位は、僅かながらも最低圧縮比をさらに減少させる方向(圧縮比の可変域CVを拡げる方向)に作用することになる。 On the other hand, as shown by the two-point chain line in FIG. 7, when the eccentric shaft 81 of the rotating shaft 8 is in the low compression ratio position CL (81 ″), the intermediate swing member 6 ″ (intermediate swing arm 63). ″) Is displaced downward, and the eccentric shaft 61 of the eccentric intermediate shaft 60 is displaced laterally, but this displacement is canceled by the displacement according to the crank angle on the bottom dead center side, and the reciprocating direction of the piston 1 There is almost no displacement of the bottom dead center to. That is, the displacement of the bottom dead center according to the crank angle acts in the direction of further reducing the minimum compression ratio (the direction of expanding the variable range CV of the compression ratio). It will be.

(実施形態の可変圧縮比機構により得られる効果)
以上のように構成された可変圧縮比機構110では、ピストンピン11は、偏心機構などを伴うことなく、揺動部材4に角変位可能に連結されているので、
(i)圧縮比を変更してもピストンピンのオフセット位置が変化することがなく、最適位置に保持される。そのため、ピストンピンオフセットの変動に起因するスラスト側もしくは反スラスト側のフリクション増大やピストンスラップ音の発生を抑制できる。
(ii)ピストンピン上方の必要空間(ピストン裏面との干渉を避けるためのクリアランス)の増加を回避でき、ピストンのコンパクト化を図るうえで有利である。
(iii)ピストンの往復運動に伴うコネクティングロッドと揺動部材および可動アームの相対運動が小さく、可変圧縮機構を持たない通常のコネクティングロッドと同等の相対角速度となるので、潤滑条件の悪化を回避できる。
(Effect obtained by the variable compression ratio mechanism of the embodiment)
In the variable compression ratio mechanism 110 configured as described above, the piston pin 11 is connected to the swing member 4 so as to be angularly displaceable without an eccentric mechanism or the like.
(I) Even if the compression ratio is changed, the offset position of the piston pin does not change and is held at the optimum position. Therefore, it is possible to suppress an increase in friction on the thrust side or the anti-thrust side and the generation of a piston slap sound due to fluctuations in the piston pin offset.
(Ii) It is possible to avoid an increase in the required space above the piston pin (clearance for avoiding interference with the back surface of the piston), which is advantageous for making the piston compact.
(Iii) The relative motion of the connecting rod, the swinging member, and the movable arm due to the reciprocating motion of the piston is small, and the relative angular velocity is equivalent to that of a normal connecting rod having no variable compression mechanism, so that deterioration of lubrication conditions can be avoided. ..

揺動部材4の第2連結部42がピストンピン11(11a)と異軸位置にあることで、可動ロッド5を介して伝達される制御力に相応のレバー比が得られ、駆動手段の負荷増大を回避するうえで有利である。 Since the second connecting portion 42 of the swinging member 4 is located at a position different from the piston pin 11 (11a), a lever ratio corresponding to the control force transmitted via the movable rod 5 can be obtained, and the load of the driving means can be obtained. It is advantageous in avoiding the increase.

したがって、コネクティングロッド3の大端中心(21a)とピストンピン11の中心11aを結ぶ線が、揺動部材4の第1連結部41の中心と第2連結部42の中心の間を通る構成は、上記の点で特に有利であることに加えて、ピストン1が受ける燃焼圧力が、揺動部材4を介してコネクティングロッド3と可動ロッド5(第2コネクティングロッド)に按分されるので、圧縮比変更に起因したクランクシャフトへの伝達効率の変動を回避するうえでも有利である。 Therefore, the configuration in which the line connecting the center of the large end (21a) of the connecting rod 3 and the center 11a of the piston pin 11 passes between the center of the first connecting portion 41 and the center of the second connecting portion 42 of the swing member 4. In addition to being particularly advantageous in the above points, the combustion pressure received by the piston 1 is proportionally divided between the connecting rod 3 and the movable rod 5 (second connecting rod) via the swing member 4, so that the compression ratio It is also advantageous in avoiding fluctuations in transmission efficiency to the crankshaft due to changes.

ピストンピン11の中心11aが、揺動部材4の第1連結部41中心と第2連結部42中心を結ぶ線に対して燃焼室側にある構成(図5)により、ピストンの往復運動に伴う揺動部材4の揺動(図4、図5)に起因したピストンピン上方のクリアランス増加を回避でき、ピストンのコンパクト化を図るうえで有利である。 Due to the configuration in which the center 11a of the piston pin 11 is on the combustion chamber side with respect to the line connecting the center of the first connecting portion 41 and the center of the second connecting portion 42 of the swing member 4 (FIG. 5), it accompanies the reciprocating motion of the piston. It is possible to avoid an increase in clearance above the piston pin due to the swing of the swing member 4 (FIGS. 4 and 5), which is advantageous in reducing the size of the piston.

可動ロッド5が、偏心中間軸60を介してコネクティングロッド3に連結される構成により、コネクティングロッド3、揺動部材4、可動ロッド5はトラスに準じた構造となり、ピストン1が受ける燃焼圧力が、コネクティングロッド3、可動ロッド5(第2コネクティングロッド)を介してクランクシャフト2に確実に伝達される。 Since the movable rod 5 is connected to the connecting rod 3 via the eccentric intermediate shaft 60, the connecting rod 3, the swinging member 4, and the movable rod 5 have a structure similar to that of a truss, and the combustion pressure received by the piston 1 is increased. It is reliably transmitted to the crankshaft 2 via the connecting rod 3 and the movable rod 5 (second connecting rod).

さらに、図示例では、ピストン1が上死点側にある場合に、中間揺動部材6のリンク(偏心中間軸60の中心60a−偏心軸61)と可動ロッド5とが直線状に配列されるように(4節リンク機構の死点となるように)、偏心軸61の初期変位角が設定されることで、ピストン1が受ける燃焼圧力が、コネクティングロッド3、可動ロッド5(第2コネクティングロッド)を介してクランクシャフト2に一層効果的に伝達される利点もある。 Further, in the illustrated example, when the piston 1 is on the top dead center side, the link of the intermediate swing member 6 (center 60a of the eccentric intermediate shaft 60-eccentric shaft 61) and the movable rod 5 are linearly arranged. By setting the initial displacement angle of the eccentric shaft 61 (so as to be the dead center of the four-section link mechanism), the combustion pressure received by the piston 1 is the connecting rod 3 and the movable rod 5 (second connecting rod). ), There is also an advantage that it is more effectively transmitted to the crankshaft 2.

参考例
図8は、本発明の参考例に係る可変圧縮比機構210を備えた内燃機関200のコネクティングロッド203付近を示している。図中省略されているピストンやクランクシャフトの構成は実施形態と同様であるが、参考例の可変圧縮比機構210では、可動ロッド205を変位させる駆動手段として、ピストン1と共に往復運動するコネクティングロッド203に油圧シリンダ207を備えている。
( Reference example )
FIG. 8 shows the vicinity of the connecting rod 203 of the internal combustion engine 200 provided with the variable compression ratio mechanism 210 according to the reference example of the present invention. The configuration of the piston and the crankshaft omitted in the drawing is the same as that of the embodiment, but in the variable compression ratio mechanism 210 of the reference example , the connecting rod 203 that reciprocates together with the piston 1 as a driving means for displaces the movable rod 205. Is provided with a hydraulic cylinder 207.

油圧シリンダ207は、コネクティングロッド203の大端232に形成されており、ピストン271と一体のピストンロッド206の先端261に、可動ロッド205の基端251が連結されている。油圧シリンダ207の油室270には油路273が連通され、該油路273は、クランクシャフトの端部から内部を貫通しクランクピンに至る油路と軸受面内で連通している。この油路の構成は周知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。 The hydraulic cylinder 207 is formed at the large end 232 of the connecting rod 203, and the base end 251 of the movable rod 205 is connected to the tip 261 of the piston rod 206 integrated with the piston 271. An oil passage 273 is communicated with the oil chamber 270 of the hydraulic cylinder 207, and the oil passage 273 communicates with the oil passage penetrating the inside from the end of the crankshaft to the crankpin in the bearing surface. Since the structure of this oil passage is well known, detailed description thereof will be omitted here.

以上のように構成された可変圧縮比機構210によれば、油路273を通じて油室270に油圧が供給されることで、リターンスプリング272の付勢に抗してピストンロッド206が突出し、可動ロッド205が高圧縮比位置CHに保持される。油圧の供給を停止すると、リターンスプリング272の付勢によりピストンロッド206が退没し、可動ロッド205が低圧縮比位置CLに保持される。 According to the variable compression ratio mechanism 210 configured as described above, the piston rod 206 protrudes against the urging of the return spring 272 by supplying the oil pressure to the oil chamber 270 through the oil passage 273, and the movable rod. 205 is held at the high compression ratio position CH. When the supply of hydraulic pressure is stopped, the piston rod 206 retracts due to the urging of the return spring 272, and the movable rod 205 is held at the low compression ratio position CL.

このように、油圧シリンダ207により、可動ロッド205を高圧縮比位置CHまたは低圧縮比位置CLに変位させることで、実施形態と同様に、可動ロッド205の先端252に第2連結部242にて連結された揺動部材204が、第1連結部241を中心に角変位し、クランクピンとピストンピン211との間の距離が変化し、内燃機関200の圧縮比が変更される。 In this way, by displacing the movable rod 205 to the high compression ratio position CH or the low compression ratio position CL by the hydraulic cylinder 207, the second connecting portion 242 is attached to the tip 252 of the movable rod 205 as in the embodiment. The connected rocking member 204 is angularly displaced about the first connecting portion 241 to change the distance between the crank pin and the piston pin 211, and the compression ratio of the internal combustion engine 200 is changed.

また、高い燃焼圧時は、ピストン1が受ける力が可動ロッド205を介して油圧シリンダ207に伝達されることで、急激な筒内圧力上昇を緩和し、ノッキングを回避することもできる。 Further, when the combustion pressure is high, the force received by the piston 1 is transmitted to the hydraulic cylinder 207 via the movable rod 205, so that the sudden increase in the in-cylinder pressure can be alleviated and knocking can be avoided.

さらに、油圧シリンダと直列にスプリングを介設することにより、ピストン1が受ける力が可動ロッド205を介してスプリングに伝達され、スプリングが圧縮変形されることで、前記同様に、急激な筒内圧力上昇を緩和し、ノッキングを回避することもできる。 Further, by interposing the spring in series with the hydraulic cylinder, the force received by the piston 1 is transmitted to the spring via the movable rod 205, and the spring is compressed and deformed, thereby causing a sudden in-cylinder pressure as described above. It can also mitigate the rise and avoid knocking.

なお、上記参考例では単動式の油圧シリンダ207を用いる場合を示したが、ピストン271の両側に油室を形成し、各油室に連通する油路を設けることで、複道式油圧シリンダとすることもできる。 In the above reference example , the case where the single-acting hydraulic cylinder 207 is used is shown, but by forming oil chambers on both sides of the piston 271 and providing oil passages communicating with each oil chamber, the double-way hydraulic cylinder It can also be.

以上のように構成された可変圧縮比機構210では、クランクシャフトを通じた油圧系を具備する必要がある反面、ピストン往復運動の外部から可動アーム205に制御力を伝達するためのリンク機構(中間揺動アーム63および揺動アーム7)を省略でき、機構の簡素化および軽量化において有利である。 The variable compression ratio mechanism 210 configured as described above needs to be provided with a hydraulic system through the crankshaft, but on the other hand, a link mechanism (intermediate rocking) for transmitting a control force from the outside of the piston reciprocating motion to the movable arm 205. The moving arm 63 and the swing arm 7) can be omitted, which is advantageous in terms of simplification and weight reduction of the mechanism.

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

例えば、上記実施形態では、回動軸8およびアクチュエータ9により複数気筒の圧縮比を一斉に変更する場合を示したが、アクチュエータを各気筒に設け、気筒ごとに圧縮比を制御することもできる。 For example, in the above embodiment, the case where the compression ratios of a plurality of cylinders are changed all at once by the rotating shaft 8 and the actuator 9 is shown, but an actuator can be provided in each cylinder and the compression ratio can be controlled for each cylinder.

また、揺動アーム7の基端72の支軸(偏心軸81)を角変位させる代わりに、支軸を設けた部材(スライドブロックなど)をねじ送り機構や油圧シリンダなどのリニアアクチュエータを用いて直線的に変位させ、圧縮比を制御することもできる。 Further, instead of angularly displacement the support shaft (eccentric shaft 81) of the base end 72 of the swing arm 7, a member (slide block or the like) provided with the support shaft is displaced by using a linear actuator such as a screw feed mechanism or a hydraulic cylinder. It can also be displaced linearly to control the compression ratio.

また、上記実施形態では、中間揺動部材6のリンクとして偏心機構(偏心中間軸60)を用いる場合を示したが、偏心機構以外の一般的なリンク(中間揺動アーム63を含めたレバー)を用いることもできる。 Further, in the above embodiment, the case where the eccentric mechanism (eccentric intermediate shaft 60) is used as the link of the intermediate swing member 6 is shown, but a general link other than the eccentric mechanism (lever including the intermediate swing arm 63) Can also be used.

上記各実施形態では、揺動部材4,204の略中央にピストンピン11,211が連結され、ピストンピン11,211と異軸位置にある第2連結部42,242に可動ロッド5,205が連結される場合を示したが、第2連結部42,242はピストンピン11,211と同軸位置であっても良い。 In each of the above embodiments, the piston pins 11 and 211 are connected to substantially the center of the swing members 4, 204, and the movable rods 5, 205 are connected to the second connecting portions 42, 242 located at different axes from the piston pins 11 and 211. Although the case of being connected is shown, the second connecting portions 42 and 242 may be in the coaxial position with the piston pins 11 and 211.

上記各実施形態において、内燃機関100,200のクランクシャフト2の回転方向に対する可動ロッド5,205や揺動アーム7の設置方向は特に限定されるものではなく、図示例と反対方向であっても良い。 In each of the above embodiments, the installation directions of the movable rods 5, 205 and the swing arm 7 with respect to the rotation direction of the crankshafts 2 of the internal combustion engines 100 and 200 are not particularly limited, and may be in the direction opposite to the illustrated example. good.

1 ピストン
2 クランクシャフト
3,203 コネクティングロッド
4,204 揺動部材
5,205 可動ロッド
6 中間揺動部材
7 揺動アーム
8 回動軸
9 アクチュエータ(駆動手段)
10 シリンダ
11,211 ピストンピン
21 クランクピン
31,231 小端
32,232 大端
41,241 第1連結部
42,242 第2連結部
51,251 基端
52,252 先端
60 偏心中間軸
61 偏心軸
63 中間揺動アーム
207 油圧シリンダ(駆動手段)
206 ピストンロッド
271 ピストン
272 リターンスプリング
100,200 内燃機関
110,210 可変圧縮比機構
1 Piston 2 Crankshaft 3,203 Connecting rod 4,204 Swing member 5,205 Movable rod 6 Intermediate rocking member 7 Swing arm 8 Rotating shaft 9 Actuator (driving means)
10 Cylinder 11,211 Piston pin 21 Crank pin 31,231 Small end 32,232 Large end 41,241 First connection 42,242 Second connection 51,251 Base end 52,252 Tip 60 Eccentric intermediate shaft 61 Eccentric shaft 63 Intermediate swing arm 207 Hydraulic cylinder (driving means)
206 Piston rod 271 Piston 272 Return spring 100,200 Internal combustion engine 110,210 Variable compression ratio mechanism

Claims (5)

少なくとも1つのシリンダと、
前記シリンダ内に往復摺動可能に収容されたピストンと、
前記ピストンに対応するクランクピンを有するクランクシャフトと、
大端が前記クランクピンに回動可能に連結されたコネクティングロッドと、
前記ピストンにピストンピンを介して角変位可能に連結され、かつ、前記ピストンピンと異軸位置にある第1連結部にて前記コネクティングロッドの小端に角変位可能に連結された揺動部材と、
先端が前記第1連結部と異軸位置にある第2連結部にて前記揺動部材に角変位可能に連結され、かつ、基端が前記コネクティングロッドに対して変位可能に設けられている可動ロッドと、
前記コネクティングロッドに対して前記可動ロッドを変位させる駆動手段と、
を備え
前記駆動手段は、クランクケース側に固定配置されており、
前記可動ロッドの前記基端は、前記コネクティングロッドに揺動可能に支持された中間揺動部材の一端に連結され、前記中間揺動部材の他端は、前記駆動手段により変位する可動軸に揺動可能に支持された揺動アームの先端に連結されている、
可変圧縮比内燃機関。
With at least one cylinder,
A piston housed in the cylinder so as to be slidable back and forth,
A crankshaft having a crankpin corresponding to the piston,
A connecting rod whose large end is rotatably connected to the crank pin,
An oscillating member that is angularly displaceably connected to the piston via a piston pin and is angularly displaceably connected to the small end of the connecting rod at a first connecting portion that is located at a position different from the piston pin.
A movable tip that is angularly displaceably connected to the swinging member at a second connecting portion that is located at a different axis position from the first connecting portion, and a base end that is displaceably provided with respect to the connecting rod. With the rod
A driving means that displaces the movable rod with respect to the connecting rod, and
Equipped with a,
The drive means is fixedly arranged on the crankcase side.
The base end of the movable rod is connected to one end of an intermediate rocking member swayably supported by the connecting rod, and the other end of the intermediate rocking member swings to a movable shaft displaced by the driving means. Connected to the tip of a swing arm that is movably supported,
Variable compression ratio internal combustion engine.
前記第2連結部は、前記ピストンピンと異軸位置にある、請求項1記載の可変圧縮比内燃機関。 The variable compression ratio internal combustion engine according to claim 1, wherein the second connecting portion is located at a position different from the piston pin. 前記コネクティングロッドの大端中心と前記ピストンピンの中心を結ぶ線が、前記第1連結部中心と前記第2連結部中心の間を通る、請求項1または2記載の可変圧縮比内燃機関。 The variable compression ratio internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a line connecting the center of the large end of the connecting rod and the center of the piston pin passes between the center of the first connecting portion and the center of the second connecting portion. 前記ピストンピンの中心が、前記第1連結部中心と前記第2連結部中心を結ぶ線に対して燃焼室側にある、請求項1〜3の何れか一項記載の可変圧縮比内燃機関。 The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the center of the piston pin is on the combustion chamber side with respect to the line connecting the center of the first connecting portion and the center of the second connecting portion. 少なくとも1つのシリンダと、
前記シリンダ内に往復摺動可能に収容されたピストンと、
前記ピストンに対応するクランクピンを有するクランクシャフトと、
大端が前記クランクピンに回動可能に連結されたコネクティングロッドと、
前記コネクティングロッドを含む4節リンク機構を構成すべく、前記コネクティングロッドの小端に連結された揺動部材と、前記コネクティングロッドの大端側に連結された中間揺動部材と、前記揺動部材と前記中間揺動部材を連結する可動ロッドと、
前記揺動部材に連結されたピストンピンと、
前記中間揺動部材を前記コネクティングロッドに対して角変位させる駆動手段と、
を備え
前記駆動手段は、クランクケース側に固定配置されており、
前記可動ロッドの前記基端は、前記中間揺動部材の一端に連結され、前記中間揺動部材の他端は、前記駆動手段により変位する可動軸に揺動可能に支持された揺動アームの先端に連結されている、
可変圧縮比内燃機関。
With at least one cylinder,
A piston housed in the cylinder so as to be slidable back and forth,
A crankshaft having a crankpin corresponding to the piston,
A connecting rod whose large end is rotatably connected to the crank pin,
An oscillating member connected to the small end of the connecting rod, an intermediate oscillating member connected to the large end side of the connecting rod, and the oscillating member to form a four-node link mechanism including the connecting rod. And a movable rod that connects the intermediate rocking member,
The piston pin connected to the swing member and
A driving means for angularly displacement the intermediate swing member with respect to the connecting rod,
Equipped with a,
The drive means is fixedly arranged on the crankcase side.
The base end of the movable rod is connected to one end of the intermediate swing member, and the other end of the intermediate swing member is a swing arm oscillatingly supported by a movable shaft displaced by the drive means. Connected to the tip,
Variable compression ratio internal combustion engine.
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