JPH05280383A - 内燃機関の圧縮比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮比の切換操作時に発生するストッパピン
と偏心スリーブの係止凹部との衝撃エネルギを簡単な構
造にて緩和し得る内燃機関の圧縮比制御装置を提供す
る。 【構成】 クランクピン１２と連接棒１３の大端部との
間に回転自在に嵌合された偏心スリーブ１６と、連接棒
１３に組み込まれ且つ偏心スリーブ１６に相隔てて形成
された一対の係合部16a,16bの何れかに係合して連接棒
１３と偏心スリーブ１６との相対回転位置を切り換える
ストッパピン１７と、このストッパピン１７を少なくと
も一方の係合部側に付勢する圧油を供給するための油圧
供給手段とを具えた内燃機関の圧縮比制御装置におい
て、連接棒１３の大端部と偏心スリーブ１６との摺接部
分の何れか一方にこれらの相対回転方向に沿った緩衝用
油溝４７を形成すると共に他方にこの緩衝用油溝４７に
係合するピン４８を突設したことを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧油を介して圧縮比を
切り換えるようにした内燃機関（以下、機関と略称す
る）の圧縮比制御装置に関し、特に圧縮比の切換操作に
伴って発生する衝撃を簡単な構造にて緩和し得るように
したものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧縮比を高めに設定した機関
は、この機関の圧縮比を低めに設定したものと比較する
と、熱効率の上昇に伴う燃費等の改善が可能となる反
面、機関の高回転領域や高負荷領域にてノッキングが発
生し易くなる欠点がある。そこで、機関の運転中にその
圧縮比を切り換えることができるようにしたものが、例
えば実開平３−１２７０５２号公報等で提案されてお
り、機関の高回転領域や高負荷領域ではノッキングが発
生しないように機関の圧縮比を下げる一方、ノッキング
が発生し難いその他の運転領域では機関の圧縮比を上
げ、熱効率の上昇に伴う燃費等の改善を行うようにして
いる。

【０００３】このような従来の圧縮比制御装置の一例に
おける低圧縮比の状態の断面構造を表す図６、そのVII
−VII矢視断面形状を表す図７、図６におけるストッパ
ピンの部分を拡大抽出した図８に示すように、図示しな
い機関のクランク軸101に形成されたクランクピン102と
連接棒103の大端部との間には、クランクピン102に対し
て外周面を偏心状態に形成した偏心スリーブ104が回転
可能に設けられている。

【０００４】機関の運転中には、偏心スリーブ104の自
由回転を拘束すると共にこの偏心スリーブ104を所定の
回転位置に固定する必要があるため、偏心スリーブ104
に相隔てて形成された二つの係止凹部104a,104bに係合
し得るストッパピン105がクランク軸101の軸心と平行な
方向（図６中、左右方向）に往復動自在に設けられてい
る。

【０００５】中間部分にフランジ状をなすピストン105a
が一体的に形成されたストッパピン105は、クランク軸1
01の軸心と平行に連接棒103の大端部に形成された貫通
穴に対して摺動自在に嵌合されている。このストッパピ
ン105のピストン105aは、貫通穴を２つの油室106,107に
仕切るものであり、これら油室106,107には偏心スリー
ブ104の外周面に臨む油通路108,109がそれぞれ連通して
いる。又、これら油通路108,109が穿設された連接棒103
の貫通穴の油室106側には、ストッパピン105の外径と対
応する貫通穴を形成したばね受けキャップ110が嵌着さ
れ、図示しないボルト等を介して連接棒103の大端部に
固定されている。そして、このばね受けキャップ110と
ピストン105aとの間には、ピストン105aを油室107側に
付勢する圧縮コイルばね111が介装されている。

【０００６】前記偏心スリーブ104の両端部には、連接
棒103の大端部を挾む一対のフランジ部が形成されてお
り、図示例では連接棒103の大端部が大偏心位置を採る
ような一方のフランジ部に切欠き状をなす前記係止凹部
104aが形成され、連接棒103の大端部が小偏心位置を採
るような他方のフランジ部に切欠き状をなす前記係止凹
部104bが形成されている。

【０００７】つまり、ストッパピン105が図８に示す状
態から左側へ移動し、ストッパピン105と係止凹部104a
とが係合することにより、大偏心位置にて連接棒103の
大端部と偏心スリーブ104とが固定される。一方、スト
ッパピン105が右側へ移動して図示の如くストッパピン1
05と係止凹部104bとが係合することにより、小偏心位置
にて連接棒103の大端部と偏心スリーブ104とが固定され
る。

【０００８】前記連接棒103の大端部に形成されて油室1
06,107にそれぞれ連通する油通路108,109には、偏心ス
リーブ104,クランクピン102,クランクアーム112及びク
ランク軸101のクランクジャーナル113に形成された低圧
油路114及び高圧油路115が接続し、クランクジャーナル
113側から油室106,107へそれぞれ圧油が供給される。

【０００９】なお、クランクピン102及び連接棒103の大
端部に対して偏心スリーブ104が相対回転するため、偏
心スリーブ104の内周面にはクランクピン102に形成され
た低圧油路114及び高圧油路115に常に連通し得る一対の
環状溝116,117が全周に亙って近接状態で形成されてお
り、同様に偏心スリーブ104の外周面が摺接する連接棒1
03の大端部の内周面にも、偏心スリーブ104に形成され
た低圧油路114及び高圧油路115に常に連通し得る一対の
環状溝118,119が全周に亙って相互に近接状態で形成さ
れている。

【００１０】従って、図示しない油ポンプからの高圧油
が油通路109を介して油室107に供給されると、油室106
内には油通路108を介して図示しない油ポンプからの低
圧油が供給されているため、圧縮コイルばね111のばね
力に抗してストッパピン105のピストン105aが図示の如
く右方へ移動する。この結果、ストッパピン105と係止
凹部104bとが係合し、連接棒103の大端部が小偏心位置
に保持されるため、機関は低圧縮比状態となる。

【００１１】逆に、図示しない油ポンプからの低圧油が
油通路109を介して油室107に供給されると、油室106内
には油通路108を介して図示しない油ポンプからの低圧
油が同時に供給されているため、圧縮コイルばね111の
ばね力によりストッパピン105のピストン105aが図８に
示す状態から左方へ移動する。この結果、ストッパピン
105と係止凹部104aとが係合し、連接棒103の大端部が大
偏心位置に保持されるため、機関は高圧縮比状態とな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図６〜図８に示した従
来の機関の圧縮比制御装置では、機関の高回転低負荷運
転時や低回転高負荷時に圧縮比の切換操作が行われる
と、偏心スリーブ104が非常に大きなエネルギを伴って
回転するため、この偏心スリーブ104の係止凹部104a,10
4bの何れかにストッパピン105が係合する際、ストッパ
ピン105に非常に大きな剪断力が作用し、ストッパピン1
05が破損してしまう虞がある。

【００１３】このため、ストッパピン105と偏心スリー
ブ104の係止凹部104a,104bとが係合する際の衝突エネル
ギを吸収するようにしたものが特開平４−２２７１６号
公報等にて提案されており、それなりの効果を得ている
ものの、機関の慣性質量の増大につながる上に構造が複
雑であるため、信頼性やコストの点で何かと問題があ
る。

【００１４】

【発明の目的】本発明は、圧縮比の切換操作時に発生す
るストッパピンと偏心スリーブの係止凹部との衝撃エネ
ルギを簡単な構造にて緩和し得る機関の圧縮比制御装置
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による機関の圧縮
比制御装置は、クランクピンと連接棒の大端部との間に
回転自在に嵌合された偏心スリーブと、前記連接棒に組
み込まれ且つ前記偏心スリーブに相隔てて形成された一
対の係合部の何れかに係合して当該連接棒と前記偏心ス
リーブとの相対回転位置を切り換えるストッパピンと、
このストッパピンを少なくとも一方の前記係合部側に付
勢する圧油を供給するための油圧供給手段とを具えた内
燃機関の圧縮比制御装置において、前記連接棒の大端部
と前記偏心スリーブとの摺接部分の何れか一方にこれら
の相対回転方向に沿った緩衝用油溝を形成すると共に他
方にこの緩衝用油溝に係合するピンを突設し、前記緩衝
用油溝に圧油を供給する手段を設けたことを特徴とする
ものである。

【００１６】なお、ストッパピンと偏心スリーブの係合
部とが係合する位置に対応して緩衝用油溝とピンとの隙
間を変えるようにしても良い。

【００１７】

【作用】連接棒に設けられたストッパピンと偏心スリー
ブに形成された一方の係合部との係合が解除されると、
連接棒に対して偏心スリーブが相対回転を始め、他方の
係合部にストッパピンが係合して所定の圧縮比に切り換
えられる。この時、連接棒に対する偏心スリーブの相対
回転に伴ってピンが緩衝用油溝内を移動するため、これ
らの間に介在する油の剪断抵抗により、連接棒に対する
偏心スリーブの相対的な運動エネルギが吸収され、スト
ッパピンと偏心スリーブの係合部との係合動作が緩やか
に行われる。

【００１８】この場合、ストッパピンと偏心スリーブの
係合部との相対位置が近づくにつれて、緩衝用油溝とピ
ンとの隙間が漸次狭くなるようにしておくと、これらの
間に介在する油の剪断抵抗により、連接棒に対する偏心
スリーブの相対的な運動エネルギが吸収され、ストッパ
ピンと偏心スリーブの係合部との係合動作がより一層緩
やかに行われる。

【００１９】

【実施例】本発明による機関の圧縮比制御装置の一実施
例における高圧縮比の状態の断面構造を表す図１、その
II−II矢視断面形状を表す図２、図１におけるストッパ
ピンの部分を拡大抽出した図３に示すように、図示しな
い機関のクランク軸１１に形成されたクランクピン１２
には、連接棒１３の大端部が回転自在に嵌着され、この
連接棒１３の小端部には機関の図示しない気筒内を往復
動し得るピストン１４がピストンピン１５を介して枢着
されている。又、前記クランクピン１２と連接棒１３の
大端部との間には、クランクピン１２に対して外周面が
偏心した偏心スリーブ１６が回転可能に設けられている

【００２０】機関の運転中には、偏心スリーブ１６の自
由回転を拘束すると共にこの偏心スリーブ１６を所定の
回転位置に固定する必要があるため、偏心スリーブ１６
に相隔てて形成された二つの係止凹部16a,16bに係合し
得るストッパピン１７がクランク軸１１の軸心と平行な
方向（図１中、左右方向）に往復動自在に設けられてい
る。中間部分にフランジ状をなすピストン17aが一体的
に形成されたストッパピン１７は、連接棒１３の大端部
に対してクランク軸１１の軸心と平行な方向に摺動自在
に嵌合されている。

【００２１】前記ストッパピン１７のピストン17aは、
連接棒１３の大端部に形成される２つの油室１８,１９
を仕切るものであり、これら油室１８,１９には連接棒
の大端部に穿設されて偏心スリーブ１６の外周面に臨む
潤滑油用通路２０と切換用油通路２１がそれぞれ連通し
ている。又、連接棒１３の大端部の油室１８側には、ス
トッパピン１７の外径と対応する環状のばね受けキャッ
プ２２が嵌着され、図示しないボルト等を介して連接棒
１３の大端部に固定されている。そして、このばね受け
キャップ２２とピストン17aとの間には、ピストン17aを
油室１９側に付勢する圧縮コイルばね２３が介装されて
いる。

【００２２】前記偏心スリーブ１６の両端部には、連接
棒１３の大端部を挾む一対のフランジ部が形成されてお
り、本実施例では連接棒１３の大端部が大偏心位置を採
るような一方のフランジ部に切欠き状をなす前記係止凹
部16aが形成され、連接棒１３の大端部が小偏心位置を
採るような他方のフランジ部に切欠き状をなす前記係止
凹部16bが形成されている。つまり、ストッパピン１７
が図１及び図３に示す状態から右方へ移動してストッパ
ピン１７と係止凹部16bとが係合することにより、小偏
心位置にて連接棒１３の大端部と偏心スリーブ１６とが
固定される。一方、ストッパピン１７が図１及び図３に
示す如く左方へ移動して係止凹部16aに係合することに
より、大偏心位置にて連接棒１３の大端部と偏心スリー
ブ１６とが固定される。

【００２３】ここで、連接棒１３の大端部が大偏心位置
にあると、クランクピン１２とピストンピン１５との間
隔が見掛け上、伸びた状態となって高圧縮比状態が実現
される。又、連接棒１３の大端部が小偏心位置にある
と、クランクピン１２とピストンピン１５との間隔が見
掛け上、縮んだ状態になって低圧縮比状態が実現され
る。

【００２４】前記偏心スリーブ１６が嵌合する連接棒１
３の大端部の内周面には、前記潤滑用油通路２０に接続
する潤滑用環状溝２４と、前記切換用油通路２１に接続
する切換用環状溝２５とが形成されている。同様に、前
記偏心スリーブ１６の内周面には、クランクピン１２の
外周面に両端が開口する潤滑油供給路２６に対して常に
連通し得る環状溝２７と、クランクピン１２の外周面に
両端が開口する切換用油供給路２８に対して常に連通し
得る環状溝２９とがそれぞれ刻設されている。

【００２５】又、前記潤滑用油通路２０と前記潤滑油供
給路２６とが常に連通し得るように、偏心スリーブ１６
には一方の環状溝２７に接続する潤滑用溝連通路３０が
放射状に複数本形成されている。同様に、前記切換用油
通路２１と前記切換用油供給路２８とが常に連通し得る
ように、偏心スリーブ１６には他方の環状溝２９に接続
する切換用溝連通路３１が放射状に複数本形成されてい
る。

【００２６】前記クランクピン１２に形成された潤滑油
供給路２６には、クランクアーム３２、クランクジャー
ナル３３に形成された潤滑油路３４が接続し、高圧縮比
を選択した場合にクランクジャーナル３３側から図示し
ない圧油が油室１８へ供給されるようになっている。

【００２７】又、前記クランクピン１２に形成された切
換用油供給路２８には、クランクアーム３２、クランク
ジャーナル３５に形成された制御油路３６が接続し、低
圧縮比を選択した場合にこのクランクジャーナル３５側
から図示しない圧油が油室１９に供給されるようになっ
ている。

【００２８】本実施例における油圧制御回路を表す図４
に示すように、前記クランクジャーナル３３に形成され
た潤滑油路３４は、クランク軸１１外にて主ギャラリ３
７に臨んでいる。又、前記クランクジャーナル３５に形
成された制御油路３６は、クランク軸１１外にて後述す
る油圧切換弁３８に接続している。

【００２９】油溜め３９からの圧油は、潤滑用リリーフ
弁４０が付設された潤滑用油ポンプ４１により予め設定
した潤滑用に調圧され、油フィルタ４２を介して主ギャ
ラリ３７へ供給される。そして、この主ギャラリ３７か
ら潤滑油路３４を通じ、潤滑用の圧油が潤滑油供給路２
６から環状溝２７,潤滑用溝連通路３０,潤滑用油通路２
０を介して油室１８側に常に供給される他、機関の各部
に分配供給される。

【００３０】前記主ギャラリ３７と前記油圧切換弁３８
との間には、この油圧切換弁３８側に高圧の圧油を供給
する切換用油ポンプ４３が介装されており、前記制御油
路３６は油圧切換弁３８を介して主ギャラリ３７側か或
いは切換用油ポンプ４３側に連通状態を切り換えられる
ようになっている。又、油圧切換弁３８には機関の運転
状態に基づいて通電状態が切り換えられる電磁制御弁４
４が付設されており、この電磁制御弁４４に対する通電
状態を制御ユニット４５にて制御することにより、当該
油圧切換弁３８に対して主ギャラリ３７側からのパイロ
ット圧の給排が切り換えられ、油圧切換弁３８が駆動さ
れる。

【００３１】つまり、車両の運転状態に基づいて制御ユ
ニット４５により電磁制御弁４４が図示する非通電状態
に保持されている場合には、制御油路３６が油圧切換弁
３８を介して主ギャラリ３７に連通状態となり、低圧油
が制御油路３６から切換用油供給路２８,環状溝２９,切
換用溝連通路３１,切換用油通路２１を介して油室１９
側に供給される結果、圧縮コイルばね２２のばね力によ
りストッパピン１７は高圧縮比状態を実現する偏心スリ
ーブ１６の係止凹部16aに係合する。逆に、車両の運転
状態に基づいて制御ユニット４５により電磁制御弁４４
が通電状態に保持されると、主ギャラリ３７からのパイ
ロット圧が油圧切換弁３８に付勢され、切換用油ポンプ
４３からの高圧油が制御油路３２を介して油室１９に供
給される結果、ストッパピン１７は低圧縮比状態を実現
する偏心スリーブ１６の係止凹部16bに係合する。

【００３２】なお、圧縮比の切り換えは、車両の運転状
態により予め設定されたマップに基づいて行われる。
又、本実施例では制御油路３６の途中に切換用リリーフ
弁４６を付設し、切換用油ポンプ４３から制御油路３６
側に供給される圧油の油圧を、圧縮コイルばね２３のば
ね力に抗してストッパピン１７が図３中、右側に変位す
るに足る切換用に調圧するようにしており、これら潤滑
用油ポンプ４１及び切換用油ポンプ４３は共に機関によ
って駆動される。

【００３３】図２及びそのＶ−Ｖ矢視断面構造を表す図
５に示すように、偏心スリーブ１６のフランジ部と対向
する連接棒１３の大端部の両端面には、クランクピン１
２と同心に円弧状をなす緩衝用油溝４７が本実施例では
ほぼ半周に亙って刻設されており、これら緩衝用油溝４
７にそれぞれ係合する丸棒状をなす緩衝用ピン４８が偏
心スリーブ１６のフランジ部の内側に一体的に突設され
ている。緩衝用油溝４７には、前記潤滑用油ポンプ４１
から潤滑用環状溝２４,切換用環状溝２５に供給される
圧油が偏心スリーブ１６と連接棒１３との嵌合隙間から
常に供給されるようになっているが、予め連接棒１３か
或いは偏心スリーブ１６にこれら潤滑用環状溝２４,切
換用環状溝２５と緩衝用油溝４７とを連通する油路を形
成することも可能である。

【００３４】従って、制御ユニット４５からの指令に基
づき、ストッパピン１７と二つの係合凹部16a,16bのう
ちの何れか一方との係合が解除されると、連接棒１３に
対して偏心スリーブ１６が相対回転を始め、二つの係合
凹部16a,16bのうちの他方にストッパピン１７が係合し
て所定の圧縮比に切り換えられる。この時、連接棒１３
に対する偏心スリーブ１６の相対回転に伴って緩衝用ピ
ン４８が緩衝用油溝４７内を移動するため、これらの間
に介在する油の剪断抵抗により、連接棒１３に対する偏
心スリーブ１６の相対的な運動エネルギが吸収され、ス
トッパピン１７の係合動作が緩やかに行われる。

【００３５】なお、本実施例では緩衝用油溝４７の幅や
深さをその長手方向に沿って一定に形成してあるが、ス
トッパピン１７と偏心スリーブ１６の係合凹部16a,16b
との相対位置が近づくにつれて、緩衝用油溝４７と緩衝
用ピン４８との隙間が漸次狭くなるように、緩衝用油溝
４７の幅や深さをその長手方向に沿って連続的或いは段
階的に変えるようにしても良い。この場合には、ストッ
パピン１７と偏心スリーブ１６の係合凹部16a,16bとの
相対位置が近づくにつれて、これらの間に介在する油の
剪断抵抗が増大するため、連接棒に対する偏心スリーブ
の相対的な運動エネルギが急激に吸収され、ストッパピ
ンと偏心スリーブの係合部との係合動作をより一層緩や
かに行うことができる。又、これら緩衝用油溝４７や緩
衝用ピン４８の形成位置は、偏心スリーブ１６と連接棒
１３の大端部との摺接部分であれば、本実施例以外の箇
所に設定することも当然可能であり、緩衝用油溝４７を
偏心スリーブ１６側に形成すると共に緩衝用ピン４８を
連接棒１３側に突設するようにしても良い。

【００３６】

【発明の効果】本発明の機関の圧縮比制御装置による
と、連接棒の大端部と偏心スリーブとの摺接部分の何れ
か一方にこれらの相対回転方向に沿った緩衝用油溝を形
成すると共に他方にこの緩衝用油溝に係合するピンを突
設し、緩衝用油溝に圧油を供給するようにしたので、連
接棒に対する偏心スリーブの相対回転に伴ってピンが緩
衝用油溝内を移動する際の油の剪断抵抗により、連接棒
に対する偏心スリーブの相対的な運動エネルギが吸収さ
れる結果、ストッパピンと偏心スリーブの係合部との係
合動作を緩やかに行うことができる。

【００３７】又、緩衝用油溝とこの緩衝用油溝に係合す
るピンのみで、ストッパピンと偏心スリーブの係合部と
の係合の際の衝撃を緩和することができるため、機関の
慣性質量を増大させることなく、従来のものよりも極め
て簡単な構造にすることができ、製造コストの上昇をほ
とんど招かずに信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による機関の圧縮比制御装置の一実施例
における高圧縮比を選択した状態の主要部の断面図であ
る。

【図２】そのII−II矢視断面図である。

【図３】図１におけるストッパピンの部分の抽出拡大断
面図である。

【図４】本実施例における油圧制御回路図である。

【図５】図２におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。

【図６】従来の内燃機関の圧縮比制御装置の一例におけ
る低圧縮比の状態を表す主要部の断面図である。

【図７】そのVII−VII矢視断面図である。

【図８】図６におけるストッパピンの部分を拡大状態で
抽出した断面図である。

【符号の説明】

１１はクランク軸、１２はクランクピン、１３は連接
棒、１４はピストン、１５はピストンピン、１６は偏心
スリーブ、16a,16bは係止凹部、１７はストッパピン、1
7aはピストン、１８は油室、１９は油室、２０は潤滑油
用通路、２１は切換用油通路、２２はばね受けキャッ
プ、２３は圧縮コイルばね、２４は潤滑用環状溝、２５
は切換用環状溝、２６は潤滑油供給路、２７は環状溝、
２８は切換用油供給路、２９は環状溝、３０は潤滑用溝
連通路、３１は切換用溝連通路、３２はクランクアー
ム、３３はクランクジャーナル、３４は潤滑油路、３５
はクランクジャーナル、３６は制御油路、３７は主ギャ
ラリ、３８は油圧切換弁、３９は油溜め、４０は潤滑用
リリーフ弁、４１は潤滑用油ポンプ、４２は油フィル
タ、４３は切換用油ポンプ、４４は電磁制御弁、４５は
制御ユニット、４６は切換用リリーフ弁、４７は緩衝用
油溝、４８は緩衝用ピンである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 やよい 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 平野 孝明 京都府京都市右京区太秦巽町１番地 三菱 自動車エンジニアリング株式会社京都事業 所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクピンと連接棒の大端部との間に
   回転自在に嵌合された偏心スリーブと、前記連接棒に組
   み込まれ且つ前記偏心スリーブに相隔てて形成された一
   対の係合部の何れかに係合して当該連接棒と前記偏心ス
   リーブとの相対回転位置を切り換えるストッパピンと、
   このストッパピンを少なくとも一方の前記係合部側に付
   勢する圧油を供給するための油圧供給手段とを具えた内
   燃機関の圧縮比制御装置において、前記連接棒の大端部
   と前記偏心スリーブとの摺接部分の何れか一方にこれら
   の相対回転方向に沿った緩衝用油溝を形成すると共に他
   方にこの緩衝用油溝に係合するピンを突設し、前記緩衝
   用油溝に圧油を供給する手段を設けたことを特徴とする
   内燃機関の圧縮比制御装置。
2. 【請求項２】 ストッパピンと偏心スリーブの係合部と
   が係合する位置に対応して緩衝用油溝とピンとの隙間を
   変えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載した
   内燃機関の圧縮比制御装置。