JPH0425652A - 内燃エンジンの可変圧縮比機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、運転状態に応じて圧縮比を変化させることが
できる、内燃エンジンの可変圧縮比機構に関する。

（従来の技術） 従来、内燃エンジンのクランク軸と、該クランク軸をピ
ストンに連結するコネクティングロッド（以下単にコン
ロッドと記す）との間に偏心スリ−ブを介在させ、当該
偏心スリーブのコンロッドに対する位相を変化させるこ
とによりシリンダに対するピストンの相対的な位置を変
化させ、エンジンの圧縮比を変えることのできる可変圧
縮比機構が知られている。

この可変圧縮比機構は、コンロッド側から偏心スリーブ
の外周の所定位置に形成された複数個の係合部のうちの
一つに向けて出没される油圧式のロックピンを備えてい
る。偏心スリーブは、ピストンからの荷重とクランク軸
からの反力とが偏心゛することによって生じる回転力に
より回動される。

この偏心スリーブは、ロックピンを係合部に係合させた
場合にはコンロッドと相対回動不能とされ、ロックピン
と係合部との係合を解いた場合には回動可能とされる。

ロックピンを出没させることによりこれが係合する係合
部を選択的に変え、偏心スリーブのコンロッドに対する
回動角度、即ち、位相を選択的に変化させることができ
る。従って、圧縮比は選択的に可変とされる。

エンジンの低負荷領域及び低回転域においては圧縮比を
増加させる。これにより、熱効率が向上し、燃料消費率
が向上する。一方、エンジンの高負荷領域及び高回転域
においては、圧縮比を減少させる。これにより、圧縮時
の温度及び圧力が比較的大きいことに起因して発生する
ノッキングの防止を図ることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来の内燃エンジンの可変圧縮比機構
においては、ロックピンの係合する係合部を変える際、
ピストンからの荷重とクランク軸からの反力とが偏心す
ることにより生じる回転力で偏心スリーブを回動させて
いるため、偏心スリーブの摩擦力、ピストンの往復慣性
力、シリンダ内の圧力等が偏心スリーブの回動に大きく
影響し、圧縮比切換時の偏心スリーブの挙動（回動）が
安定しない。また、ロックピンを油圧により出没させて
いるために偏心スリーブの軸受面に作動オイルの油路と
して溝を形成する必要があり、偏心スリーブの軸受面圧
が増加すると共に、潤滑性が低下する。さらに、ロック
ピンを係合部に係合させて圧縮比を選択するために、予
め設定された圧縮比以外の圧縮比に変化させることがで
きず、エンジンの負荷、エンジンの回転数等に応じて、
圧縮比をきめこまかく制御することができない等の問題
がある。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、圧縮比の切り換えを安定させことができると共に、圧
縮比を連続的に変化させることができ、さらに、作動オ
イルの油路を必要としない内燃エンジンの可変圧縮比機
構を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によれば、クランク軸
の各クランクアーム間のクランクピンと、該クランクピ
ンとピストンとを連結するコネクティングロッドの大端
部との間にこれらクランクピン及びコネクティングロッ
ドに相対回転可能な偏心スリーブを介在させ、該偏心ス
リーブの前記コネクティングロッドに対する位相を変化
させることによりエンジンの圧縮比を変化させる可変圧
縮比機構において、前記偏心スリーブの端面とクランク
アームの端面との間に、前記クランクピンの軸心と同心
で且つ前記偏心スリーブと一体的に回転する第１のスプ
ロケットを配設し、また、前記クランク軸の径方向外方
に支軸手段を設け、当該支軸手段は前記クランク軸の軸
心と平行に配設され且つエンジン本体側に回動可能に支
持されたシャフト、該シャフトに形成された第２のスプ
ロケット、前記シャフトを回動させて当該シャフトの位
相を制御する回動制御装置を備えてなり、さらに、前記
クランクピンと支軸手段をリンク手段により連結し、当
該リンク手段は、一端が前記クランクピンに相対回転自
在に接続された第１のリンク、一端が前記シャフトに相
対回転自在に取り付けられた第２のリンク、これら第１
及び第２のリンクの各他端間に相対回動自在に軸支され
る回動体を備えてなり、この回動体は、前記第１及び第
２のスプロケットにそれぞれ連動して回動する構成とし
たものである。

（作用） 停止状態の回動制御装置は、支軸手段のシャフトを回動
不能とし、第２のスプロケットを回動不能とする。リン
ク手段の第１のリンク及び第２のリンクはクランクピン
及びシャフトにそれぞれ相対回転自在に接続されており
、また、回動体の部位で第１のリンクと第２のリンクと
が折れ曲がるように変位するので、リンク手段はクラン
ク軸の回転を妨げることなく第１のスプロケットと第２
のスプロケット間で回動体を移動させる。

第１のスプロケットは、この回動体を介して第２のスプ
ロケットに連動されるので、第１のスプロケットのピス
トンのストローク方向に対する回動角度、即ち位相は、
クランク軸の回転に係わらずシャフトの回動角度により
決定される。このため、クランク軸が回転した場合、第
１のスプロケットはクランクピンに相対回転し、第１の
スプロケットの位相は保持される。偏心スリーブは、こ
の第１のスプロケットと一体的に回転するので、クラン
ク軸の回転に係わらずピストンのストローク方向に対す
る位相を一定に保持され、従って、エンジンは所定の圧
縮比のままで運転される。

この状態より、回動制御装置がシャフトを回動させた場
合には、この回動が第２のスプロケット→回動体→第１
のスプロケット→偏心スリーブの順で伝達され、偏心ス
リーブの位相、即ちエンジンの圧縮比が変化する。そし
て、偏心スリーブは、この変化した位相を保持され、エ
ンジンは変化した圧縮比のままで運転される。

回動制御装置は、シャフトを所望の回動角度だけ回動さ
せることができ、圧縮比を所望の値に連続的に設定でき
る。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図及び第２図は本発明を適用した内燃エンジンの可
変圧縮比機構の一実施例を示し、可変圧縮比機構ｌは、
偏心スリーブ２、第１のスプロケット３、支軸手段４及
びリンク手段５等より構成されている。偏心スリーブ２
は、内周面２ａの軸心に対して外周面２ｂの軸心を偏心
させて形成された円筒形状の軸受部材で、クランク軸６
のクランクピン６ａと、コンロッド７の大端部７ａとの
間に、これらに相対回転可能に介在されている。

また、偏心スリーブ２の一端面には、クランクアーム６
ｂの端面との間に第１のスプロケット３が一体形成され
ている。第１のスプロケット３はクランクピン６ａに回
転自在に取り付けられ、その軸心は、クランクピン６ａ
の軸心と同心になるように配置されている。

支軸手段４は、シャフト９、第２のスプロケットｌＯ及
び回動制御装置（図示せず）等より構成され、クランク
軸６の径方向外方に、クランク軸６の回転に干渉しない
ように配設されている。シャフト９はクランク軸６の軸
心と平行に配設され、且つエンジン本体側、例えばシリ
ンダブロックに回動可能に支持され、後述する回動制御
装置により回動操作されてその位相を制御される。第２
のスプロケット１０は、シャフト９の所定位置、詳しく
は前記第１のスプロケット３とクランク軸６の軸方向略
同位置に形成され、シャフト９と一体に回動する。

回動制御装置は、例えば、ステッピングモータ及びコン
トローラ（共に図示せず）等より構成され、エンジン本
体側、例えば、シリンダブロックに取り付けられている
。このコントローラは、エンジンの負荷、エンジン回転
数等に応じてステッピングモータに制御信号を供給し、
当該ステッピングモータを介してシャフト９を正方向あ
るいは逆方向に所望の回動角度だけ回動させる。

リンク手段５は、第１のリンク１３、第２のリンク１４
及び回動体１５等より構成されている。

回動体１５は、一体形成された第３のスプロケット１６
と第４のスプロケット１７よりなり、これらのスプロケ
ット１６．１７は、後述のリンク１３゜１４の揺動端１
３ｂ、１４ｂ間に架は渡されたピン１８に回転自在に軸
支されている。第３のスプロケット１６は、第１のスプ
ロケット３の歯数及び直径と同じ歯数及び直径に設定さ
れている。そして、この第３のスプロケット１６は、チ
ェーン２０を介して第１のスプロケット３を連動させる
。

また、第４のスプロケット１７は、第２のスプロケット
１０の歯数及び直径と同じ歯数及び直径に設定されてい
る。モして−この第４のスプロケット１７は、チェーン
２１を介して第２のスプロケットＩＯに連動する。

なお、上述のチェーン２０．２１に代えてタイミングベ
ルト、ワイヤ等を使用しても良い。また、各リンク１３
．１４の途中に歯車を回転自在に軸支し、当該歯車によ
り、第３のスプロケット１６と第１のスプロケット３を
、第４のスプロケット１７と第２のスプロケット１０を
それぞれ連動させる構成としても良い。

第１のリンク１３は、所謂Ｉアーム形状をなし、その両
端にそれぞれ軸受孔が穿設されている。リンク１３の二
端１３ａは、クランクピン６ａに相対回動自在に連結さ
れている。第２のリンク１４は、第１図に示すように、
シャフト９０軸心方向に沿って二股に分岐して形成され
た２個の基端１４ａ。

１４ａを有しており、各基端１４ａはシャフト９に相対
回動自在に外嵌している。

以下作用を説明する。

偏心スリーブ２は、その内周面２ａと外周面２ｂが偏心
しているので、位相を変化させることによりクランクピ
ン６ａに対するコンロッド７の取り付は位置を変化させ
ることができ、シリンダに対するピストンの相対的な位
置、即ちピストンのストローク量を変えることができる
。詳しくは、第２図に示すように、偏心スリーブ２の厚
肉部分（図中三角形Ａ）を上側に位置させた場合には、
ピストンの上死点及び下死点におけるピストンのシリン
ダに対する位置が上方に偏倚し、ピストンの下死点にお
けるシリンダ容積の減少に伴い、ピストンの上死点にお
ける燃焼室の容積も減少し、圧縮比が増加して値ε□と
なる。

一方、第６図に示すように、偏心スリーブ２の三角形Ａ
を下側に位置させた場合には、ピストンの上死点及び下
死点におけるピストンのシリンダに対する位置が下方に
偏倚し、ピストンの下死点におけるシリンダ容積の増加
に伴い、ピストンの上死点における燃焼室の容積も増加
し、圧縮比が減少して値εＬ　（ε、くεＨ）となる。

リンク手段５の第１のリンク１３はクランクピン６ａ及
び回動体１５に、第２のリンク１４は回動体１５及びシ
ャフト９にそれぞれ相対回動自在に接続されている。第
２図乃至第５図は、可変圧縮比機構ｌの回動状態をクラ
ンク角９０度ごとに順に示しており、クランク軸６が回
転した場合、クランクピン６ａはクランク軸６の軸心（
図中０点）廻りに公転し、クランクピン６ａの中心の軌
跡は図中Ｂ円となる。リンク手段５は、回動体１５の部
位で第１のリンク１３と第２のリンク１４とが折れ曲が
るように変位し、クランク軸６の回転を妨げることなく
、シャフト９の回動を第１のスプロケット３に伝達させ
ることができる。即ち、第１のスプロケット１３は、チ
ェーン２０を介して第３のスプロケット１６に、該第３
のスプロケット１３と一体回動する第４のスプロケット
１７は、チェーン２１を介して第２のスプロケット１０
にそれぞれ連動される。

このとき、第４のスプロケット１７は、第２のスプロケ
ットｌＯの歯数及び直径と同し歯数及び直径に設定され
ており、第２のスプロケットｌＯの回動角度は、そのま
ま第４のスプロケット１７の回動角度となる。また、第
３のスプロケット１６は、第１のスプロケット３の歯数
及び直径と同じ歯数及び直径に設定されており、第３の
スプロケット１６の回動角度は、そのまま第１のスプロ
ケット３の回動角度となる。従って、第１のスプロケッ
ト５のピストンのストローク方向に対する位相は、クラ
ンク軸６の回転に係わらずシャフト９の回動角度により
決定される。ステッピングモータが停止している場合に
は、支軸手段４のシャフト９は回動不能とされる。この
シャフト９は、第１のスプロケット３、即ち偏心スリー
ブ２の位相を一定に保持し、エンジンは圧縮比ε□のま
まで運転される。

この状態より、エンジンの圧縮比を変えるには、回動制
御装置のステッピングモータを操作する。

例えば、ステッピングモータが１８０度だけ回動した場
合、この回動がシャフト９→第２のスプロケラト１０→
チエーン２１→第４及び第３のスプロケット１７．１６
（回動体１５）→チェーン２０→第１のスプロケット３
→偏心スリーブ２の順に伝達され、偏心スリーブ２の位
相が１８０度だけ変化する（第６図）。そして、偏心ス
リーブ２は、クランク軸６の回転に係わらず変化した位
相を保持され、エンジンは圧縮比ε、のままで運転され
る。

ステッピングモータは、シャフト９を所望の角度だけ回
動させることができるので、偏心スリーブ２の位相は連
続的に変化し、圧縮比ε□とε。

の間で所望の圧縮比を得ることができる。

また、偏心スリーブ２は、リンク手段５を介して支軸手
段４により位相を変化されるので、従来の可変圧縮比機
構のように作動オイルを必要とせずに、偏心スリーブの
軸受面の作動オイルが通る油溝を省略することができる
。

なお、複数の気筒に可変圧縮比機構を取り付けるには、
各気筒毎にリンク手段５を設け、この各リンク手段５を
それぞれ支軸手段４に連結すれば良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、偏心スリーブの端
面とクランクアームの端面との間に、クランクピンの軸
心と同心で且つ偏心スリーブと一体的に回転する第１の
スプロケットを配設し、また、クランク軸の径方向外方
に支軸手段を設け、当該支軸手段はクランク軸の軸心と
平行に配設され且つエンジン本体側に回動可能に支持さ
れたシャフト、該シャフトに形成された第２のスプロケ
ット、シャフトを回動させて当該シャフトの位相を制御
する回動制御装置を備えてなり、さらに、クランクピン
と支軸手段をリンク手段により連結し、当該リンク手段
は、一端がクランクピンに相対回転自在に接続された第
１のリンク、一端がシャフトに相対回転自在に取り付け
られた第２のリンク、これら第１及び第２のリンクの各
他端間に相対回動自在に軸支される回動体を備えてなり
、この回動体は、第１及び第２のスプロケットにそれぞ
れ連動して回動するので、圧縮比の切り換え４゜ を安定化させると共に、圧縮比を連続的に変化させるこ
とができ、さらに、作動オイルの油路を省略できて偏心
スリーブの軸受面圧を増加させ、且つ潤滑性能を向上さ
せることができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した内燃エンジンの可変圧縮比機
構の一実施例を示す断面図、第２図乃至第５図は第１図
の矢印Ｒ方向より視た高圧縮比状態におけるクランク角
９０度ごとの回動状態を示す概略構成図、第６図は第１
図の矢印Ｒ方向より視た低圧縮比状態における概略構成
図である。 １・・・可変圧縮比機構、２・・・偏心スリーブ、３・
・・第１のスプロケット、４・・・支軸手段、５・・・
リンク手段、６・・・クランク軸、７・・・コンロッド
、７ａ・・・大端部、９・・・シャフト、ｌＯ・・・第
２のスプロケット、１３・・・第１のリンク、１４・・
・第２のリンク、１５・・・回動体。 出願人　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第 図 Ｊζ−Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランク軸の各クランクアーム間のクランクピンと、該
   クランクピンとピストンとを連結するコネクティングロ
   ッドの大端部との間にこれらクランクピン及びコネクテ
   ィングロッドに相対回転可能な偏心スリーブを介在させ
   、該偏心スリーブの前記コネクティングロッドに対する
   位相を変化させることによりエンジンの圧縮比を変化さ
   せる可変圧縮比機構において、前記偏心スリーブの端面
   とクランクアームの端面との間に、前記クランクピンの
   軸心と同心で且つ前記偏心スリーブと一体的に回転する
   第１のスプロケットを配設し、また、前記クランク軸の
   径方向外方に支軸手段を設け、当該支軸手段は前記クラ
   ンク軸の軸心と平行に配設され且つエンジン本体側に回
   動可能に支持されたシャフト、該シャフトに形成された
   第２のスプロケット、前記シャフトを回動させて当該シ
   ャフトの位相を制御する回動制御装置を備えてなり、さ
   らに、前記クランクピンと支軸手段をリンク手段により
   連結し、当該リンク手段は、一端が前記クランクピンに
   相対回転自在に接続された第１のリンク、一端が前記シ
   ャフトに相対回転自在に取り付けられた第２のリンク、
   これら第１及び第２のリンクの各他端間に相対回動自在
   に軸支される回動体を備えてなり、この回動体は、前記
   第１及び第２のスプロケットにそれぞれ連動して回動す
   ることを特徴とする内燃エンジンの可変圧縮比機構。