JPS5838344A - 内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents

内燃機関の可変圧縮比機構

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JPS5838344A
JPS5838344A JP13629881A JP13629881A JPS5838344A JP S5838344 A JPS5838344 A JP S5838344A JP 13629881 A JP13629881 A JP 13629881A JP 13629881 A JP13629881 A JP 13629881A JP S5838344 A JPS5838344 A JP S5838344A
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piston
pin
compression ratio
piston pin
eccentric
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Takao Naruoka
成岡 孝夫
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00Varying compression ratio
    • F02D15/02Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

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】 本発明社、内燃機関の可変圧縮比機構Kllするもので
ある。
機関の燃費をはじめ、エミッシヨン、出力および低温始
動性などの性能の改善の友めに、従来からピストンの形
状、ヘッド側m**形状、間室形状、吸気形状、点火方
式、パルプ位置等の諸検討により、燃焼法の改善が種々
性なわれているが、いずれもそれらの改善効果が限界に
きているのが現状である。
とのことは、機関の運転条件によってそれぞれ最適な要
求圧縮比が種々あるの忙もかかわらず、従来技術におい
ては一定値に固定していること−一つの原因となってい
る。したがって、今まで以上の改善効果を得るためには
、圧縮比を可変にすることが不可欠である。
本発明は、上記の点Kl!みて、内燃機関の圧縮比を可
変とする機構を提供することf目的とするものである。
そして、具体的には、ガソリン機関では高負荷のとき圧
縮比を下げてノッキング、Hox。
エミツク田ンの発生を抑え、低負荷のときは、圧縮比を
上げて熱効率を高め、燃費を曳くすることを目的とする
0 ま九、ディーゼル機関では、高速側で圧縮比を下げてフ
リクションを低減し、低速側で圧縮比を上げて熱効率を
上け、燃費を良くすることを目的とする。
さらに、両機関とも、低温始動時に圧縮比を上げたり、
吸入空気量を増加することによって、コンブレツクヨン
圧を高め、圧縮温度を上げ、#動性を良くすることを目
的とする。
上記目的を達成するための本発明の内燃機関コネクティ
ングロッドのスモールエンドにあるビン軸中心とが同一
軸心上になく、同一平面上で平行となる関係にある軸心
をもつ偏心ピストンピンが設けられる。
この偏心ピストンピンは、自らの回転運動をピストンま
友はコネクティングロッドKm足するための四ツクピン
およびロックビン穴等から成るロック手段含有している
そして、このロック手段の作動制御機構は、ピストン位
置の検出手段たとえばピストン位置をセンスする電磁ピ
ックアップと、機関の運転条件を検出する検出手段と、
そしてこれらからの信号を基に制御信号を出すコンピュ
ータと、このコンピュータの信号にて作動油を加圧して
ロック手段を駆動する加圧装置と、該加圧装置で加圧さ
れる圧油を四ツク手段に導く油圧回路とから構成されて
おり、運転条件に合せて、圧縮比を変えることができる
ようになっている。
以下に、本発明の可変圧縮比機構の望ましい実施例を、
図面を参照しながら説明する。
第1IIおよび第2図は本発明の第1の実施例を示した
ものである。図中1はピスト/、2はコネクティングロ
ッドであり、ピストン1とコネクティングロッド2のス
モールエンドとは偏心ピストンビ/3によって連結され
ている。4は偏心ピストンピン3に対するピストンl側
の軸受で、ピストン1に固定されている。
偏心ピストンビア3社クランク状に形成されており、ピ
ストンのビン軸中心Pとコネクティングロッド2のスモ
ールエンドのビン軸中心qとを互に偏心させている。そ
して、ビン軸中心qがビン軸中心Pよシも下側になった
位置でピストンピン3がピストン1またはコネクティン
グロッド2にその回転を拘束されて固定されればピスト
ン位置が上がるので高圧縮比の状態が得られ、逆にビン
軸中心qがビン軸中心Pよりも上側になった位置でピス
トンビy3が自らの回転を固定されれば低圧縮比の状態
が得られる。
ピスト/ビン3の回転を固定しま九は該固定を解除し得
るロック手段は、ピストンピン3の軸方向に11動可能
なロックビン5と、そのロックビン5を迎入するロック
ビン穴6とからなり、ロックビン5とロックビン穴6の
何れか一方がピストンピン3に、他方がピストン1側ま
九はコネクティングロッド2側に設けられる。
ロックビン5はスプリング7によって付勢されており、
かグそのスプリン付勢に抗するように油圧がかけられて
いる。そして、油圧を大にすることKよりスプリング力
に抗してロックビン5を移動させ、油圧を小にすること
によりスプリング力でロックビン5を逆方向に移動させ
る◇このロックビン5の往復動により、ロックビン5の
ロックビン穴6への突入、離脱が達成される。
第3図社ロックビン5と賞ツクビン穴6の種々の形状の
例の組み合せを示したものであるが、これらまたはこれ
らに類するものの何れかを採用してもよく、要はロック
ビン5のピストンビン軸方移動動によって、ロックビン
30回転が固定され、または固定が解除されるものであ
ればよい。
ロックビン5の移動方向をピストンピン3の軸方向とし
たのは、ロックビン5がピストンピン3の回転に伴なう
遠心力の影響を受けないようにするためである。すなわ
ち、ロックビン5がピストンピン3の半径方向に移動可
能に設けられる場合は、ピストンピン3の回転数に応じ
て遠心力を受けるので、ロックビン5を駆動する油圧の
圧力はピストンピン3の回転数に応じて加減する必要が
生じるが、軸方向に移動可能に設けたロックビン5には
、このようなわずられしさは生じない。
ロックビン5の油圧による作動制御機構はつぎのように
構成されている。すなわち、第1図に示すように、クラ
ンク軸受円に回転するクランク軸8に同期して回転する
リングギヤ9の周囲に電磁ピックアップ10を配設し、
リングギヤ9の歯数をカウントすることによりピストン
位置を検知できるようになっている。また、ti、tz
は機関の運転条件を検出するセンナで、センナ11は機
関の始動を検知し、センサ12はガソリン機関では負荷
の高低を、ディーゼル機関では高速低速を検知する。セ
ンサ10゜11.12OJH考はコンピュータ13に送
られる。コンピュータ13は、始動時、ガソリン機関で
は低負荷時、ディーゼル機関では低速時に、加圧信号を
加圧装置14に送るようになっている。15はオイルパ
ン16から加圧装置14へのオイル供給パイプ、17は
リターンパイプである。加圧装置14からの圧油は、シ
リンダブロック内の油通路18、クランク軸8内の油通
路19、コネクティングロッド2円の油通路20、ピス
トンピン3円の油通路21などから成る油圧回路を介し
てロックビン5に送られる。
なお油通路18.19の間、油通路19.20の間、油
通路20,21の間にはそれぞれ環状の油通路22,2
3.24が形成されていて、部品の回転にかかわらず、
油通路が相互に連通できるようになっている。
第4図は、本発明のII2の実施例を示している。第2
の実施例が第1の実施例と異なる部分は偏心ピストンピ
ン3の形状であり、その他の部分は第1実施例に準じる
。第2の実施例においては、ピストンピン3は、その長
手方向中央部にピストンピン3の両端部とは偏心した外
径面を有する膨出部3&を有している。この膨出111
3m外径面をコネクティングロッド2のスモールエンド
の軸受孔に摺動自在に嵌挿することによりピストンのピ
ン軸中心アとコネクティングロッド2のピン軸中心Qと
を互に偏心させている。
つぎに、上記の構成を有する各実施例の圧縮比の変更の
作動について説明する。
マス、エンジンキーをオンにし、クランキングを始める
と、センサ11がスタータ信号を検知し、その信号をコ
ンピュータ13へ送るとともに1電磁ピツクアツプ10
がピストン1の位置を検知し、その信号をコンピュータ
13へ送る。すると、コンビ二一タ13は、高圧縮比に
するように加圧装置14に命令を出す。この場合、命令
を出すタイ(yグはつぎの通りである。
第5図に示すように、偏心ピストンピン3が固定されず
自由に回転している場合(自由と称す)、ピストン1の
頂部の軌跡は、吸入、圧縮、爆発、排気の4行mlKよ
って燃焼室内のガス内圧とピストン1の慣性力のバラン
スによって大体破線に示すようになっている。したがっ
て、もし排気から吸入性11に移る上死点付近でロック
ビン5をロックビン穴6に、コンピュータ13が加圧装
置14に命令を出すことによって入れ、偏心ピストンピ
ン3を固定すれば、二点鎖線にて示したようになり、高
圧縮となる。それ以外の場合は、加圧装置14に命令を
出し偏心ピストンピン3を、四ツクビン5をロックピン
穴6に入れることにより固定するか、また社固定しなく
ても低圧縮比になる。したがって、始動時の命令は、排
気から吸入行租に移る上死点付近で出される。この詳細
な制御は、コンピュータ13によって行なわれる。この
命令によって、加圧装置14はオイルを供給パイプ15
からオイル通路18,22,19,23,20,24゜
21を介してロックピン5に伝える。すると、そのオイ
ルの加圧力がスプリング7の付勢力に打ち勝ってロック
ピン穴6に入り、偏心ピストンピン3をピストンIK固
足するため、機関は高圧縮比運転となる。このため、圧
縮111j#上がり、始動が容易になる。ま九、第5図
の破線にて示し友ように1偏心ピストンピン3のS足を
膚除することによって、低圧縮比ではあるが、吸入行程
が長くなるため、吸入空気量が増加し、コンプレッショ
ン圧を高め、始動性を向上させることができる。
そして、機関が始動した後は、ガソリン機関の場合、圧
力センサ12が吸気負圧を検知し、所足の値、たとえば
−120−Hgになるとコンビ二一タ13がこの条件よ
り低負荷側で高圧縮比に、高負荷側で低圧縮比になるよ
うに加圧装置14に命令を出す。このため、始動後アイ
ドルでは高圧縮比をそのまま維持する。その後、−12
0m 11gより高負荷になると、低圧縮比になるよう
にコンピュータ13から加圧装置14に命令が出され、
加圧装置14はそれに従って圧力金員める。このため、
ロックピン5はスプリング70力に打ち勝って、ロック
ピン穴6から幡ずれ、偏心ピストンピン3は自由になる
。し九がって、低圧縮比の状態が得られる。
この場合、前述したように、偏心ピストンピン3が自由
になると、吸入行場のス)ローフが長くなり、充填効率
が増加し、機関性能を大巾に向上させることができる。
また、ディーゼル機関の場合は、圧力センサ12で燃料
噴射時期タイマ内の燃圧を検知し、所足の値、たとえば
3(/−になると、コンビ二一夕13がこの条件より高
速側で低圧縮比に、低速側で高圧縮比になるように加圧
装置14に命令を出す。これによって、高速側の7リク
シ目ンが滅じ、低速側の燃焼効率、燃費が良くなるO 本発明は、上記の構成、作用を有するものであるから、
本発明によるときは、つぎの種々の効果が得られる。
まず、運転条件に合せて圧縮比を可変としたので、ガソ
リン機関では、高負荷のとき圧縮比を下げ、ノッキング
、NOxエミツションの発生を抑え、低負荷のとき圧縮
比を上げ、熱効率を高め、燃費を良くすることができる
ま九、ディーゼル機関では、高速側で圧縮比を下げてフ
リクションを低減し、低速側でコンプレッション圧を上
げることによって熱効率を上げ、燃費を良くすることが
できる。
さらに、両機関とも低温始動時に圧縮比を上げたり、吸
入空気量を上げたりすることによって、コンプレッショ
ン圧を高め、始動性を向上させることができる。
なお、本発明では偏心ピストンピンの回転を固足するた
めのロック手R#′iピストンピン軸方向に移動可能と
したので、ロック手段の作動は回転に伴なう遠心力の影
響を受けず、エンジン回転数に応じてロック手段作動油
圧力を制御する必要がないので、制御が容易であるとい
う効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係る内燃機関の可変圧
縮比機構の系統図、 第2図は#!1図のピストン部分の断面図、第3図はロ
ックピンおよびロックピン穴の形状の組み合せを示す正
面図、 第4図は本発明の第2の実施例に係るピストン部分の断
面図、 ms図は本発明にお叶るピストン頂部の軌跡図、 である。 1・・・・−・ピストン 2・−・−コネクティングロッド 3・−・・・・偏心ピストンピン 3a−廖出部 5・・・…ロックビン 6・・・・−ロックピン穴 9・・・・・・リングギャ 10・・・ピストン位置の検出手段たとえば電磁ピック
アップ 11.12−・・運転条件の検出センサ13・・・コン
ピュータ 14−・加圧装置 18.19,20,21,22,23.24・・・・・
・・・・油通路 P−・・・・・ピストンのピン軸中心 q−−−−−・コネクティングロッドのビン軸中心待 
許 出 原 人  トヨタ自動車工業株式会社第1図 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  ピストンピンを、ピストンのビン軸中心とコ
    ネクティングロッドのスモールエンドのビン軸中心とを
    互に傷心させる偏心ピストンピンから構成し、該偏心ピ
    ストンピンに自らの回転運動を固定しまたは該固定を解
    除し得るピストンピン軸方向に移動可能な油圧作動式の
    ロック手段を設け、該ロック手段に1ピストン位置O#
    1.出手段と、運転条件の検出手段と、これらの信号1
    基に制御信号を出すコンピュータと、皺コンピュータの
    信号にて作動油を加圧する加圧装置と、該加圧装置の圧
    油をロック千RK導く油圧回路とから成る作動制御機構
    を付設したことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構
    。 (z)特許請求の1III第1項に記載の内燃機関の可
    変圧縮比機構において、前記偏心ピストンピンをクラン
    ク状のピストンピンから構成したもの。 (3)特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の可変圧
    縮比機構において、前記偏心ピストンピンを長手方向中
    央部に両端@に対して偏心し九膨出部を有するピストン
    ピンかも構成したもの。
JP13629881A 1981-08-31 1981-08-31 内燃機関の可変圧縮比機構 Granted JPS5838344A (ja)

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