JPS5891340A - 内燃機関の可変圧縮比機構 - 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】 本発明は、内燃機関の可変圧縮比機構に関するものであ
夛、とくにピストンとコネクティングロッドとの間に偏
心ベアリングを介在させてｏ］変比圧縮した構造におい
て、該偏心ベアリングの回転を同定または固定解除する
ためのロツ也 クピンの作動を確実に行なわせるようにした可変圧縮比
機構に関する。

機関の燃費をはじめ、エミッション、出力および低温始
動性などの性能の改善のために、従来からピストンの形
状、ヘッド側燃焼室形状。

−室形状、吸気形状１点火方式・、パルプ位置等の緒、
検討により、燃焼法の改善が檀々行なわれているが、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。

このことは１機関の運転条件によってそれぞれ最適な要
求圧縮比が檜々あるのにもかかわらず、従来技術におい
ては一定値に固定してｉることも一つの原因となってい
る。シ九がって。

今まで以上の改善効果を得るためには、圧−比を可変と
することが不可欠である。

このために、第１図に示すような、内燃機関のコネクテ
ィングロッド１１とピストン２１との関に、偏心軸受３
１ｉ介装して、偏心軸受３Ｉの回転に合せてピストン２
１′ｔ−コネクティングロッドｌ噛に対する相対位置を
可変とし、該偏心軸受３１の回転を固定または該固定を
解除するために、偏心軸受部に軸受半径方向に移動可能
な油圧作動式のロックビン４１″ｆ設け、ｆＭロックビ
ン４′への供給作動オイルの圧力゛をピストン位置の検
出手段５１と運転条件の検出手段６ｅとの信号を受ける
コンピュータ７１からの信号によシボンプ８１の圧力を
制御させて変え、これによって慣性によ〕回転する偏心
軸受の位置を固定したりその固定金解除し、圧縮比を変
えるようにした内燃機関の可変圧縮比機構が提案されて
いる。（％願昭５ｔｉ−１３６２９８号） しかし、上記の可変圧縮比機構でＶｉ、　ロックビンが
円滑にかつ確実に作動することが重要である。たとえば
クランクシャフトの回転数の変化によってロックビン４
Ｉに作用する慣性力が変化するため、油通路を介してロ
ックビン４Ｉに作用させる油圧も回転数に応じて変化さ
せる必要があった。

ｌた。温間によって油の粘性が異なること。

ｌ用圧装値８１からロックビン４Ｉまでの油経路９Ｉが
長いこと、などにより、ロックビン４Ｉの油圧応答性に
ついて十分考慮する必要があった。このタカ。ロックビ
ン４’？ロックビン穴１０１に入しルタイミングが難し
く、単純な機構で安価にロックビンを作動させる機構の
開発が望まれていた。

本発明汀、−ヒ記の諸問題１！：ｗ！消するために。

ＬＪラックンによる偏心ベアリングの固定および該固定
の解除を確実に行なわせることのできる、構造が簡単で
ガソリン機関にもディーゼル機関にも適用でき、油の粘
性および油通路の距峻による応答遅れも小さくでき、ク
ランクシャフトの回転数によって油圧を変える必要もな
い内燃機関の可変圧縮比機構を提供する仁とを目的とす
るものであり、究極的にはこの可変圧縮比機構を介して
、内燃機関の緒特性、諸性能の向上。

たとえば燃費の向上、トルクの向上等を図ることを目的
とする。

上記の目的を達成するために１本発明の内燃機関の可変
圧縮比機構においては、クランクシャフトのジャーナル
軸受及びコネクティングロッドのクランクビン軸受の円
周上にそれぞれ独立し次２つの油溝が設けられ、クラン
クシャフト内の油通路によってそのジャーナル軸受とク
ランクビン軸受の油溝とは結合されている。

コネクティングロッドのスモールエンド側に設は友、ロ
ックビン部へ油圧を作用させるためコネクティングロッ
ド内部に２つの独立した通路が形成され、前記のクラン
クビン軸受の２゛つの油溝と結合”′されている。した
がってジャーナル軸受の２つの油溝はそれぞれクランク
軸のある回転角範囲において、ロックビン部と通じ。

ロックビンの上下運動を油圧で強制作動させる。

コネクティングロッド内の２つの油通路はロックビンが
下向きの慣性力をもつ期間、すなわち、ピストンが下が
っている間口ツクビンに油圧を作用し、下向き力を更に
加勢し、偏心ベアリングからロックビンを確実にはずす
ように作用し、もう１つの油通路は逆にロックビンが上
開きの慣性力をもつ期間、すなわちピストンが一トがっ
ている間、ロックビンに油圧を作用し。

上向き力全更に加勢し、偏心ベアリングにロックビンを
＃実にセットするように作用する。

したがってクランクシャフトの油通路は上記期間クラン
クビン軸受の油溝に油を供給するとともにクランクビン
の飼清とロックビンに油圧を作用させる。それ以外の期
間は、クランクビン崗滑に油を供給するようＫなる。

クランクシャフトのジャーナル軸受の２つの油＃Ｉは、
それぞれ独立した注油孔をもっている。

この注油孔への油供給切換制御／ｆｉ１機関の運転条件
音感知する圧力スイッチと始動時を感知するリレーそれ
にそれらの信号にて油の供給を切換える切換弁よりなっ
ている。

上記の構−成により、切換弁の切換えＫよシ。

ロックビンに確実に油圧がかかり、この油圧により、ロ
ックビンを上下に移動させて、偏心ベアリングの固定を
ロックし、ｔたはロックを解除する。すなわち、慣性力
のみにたよらずに上下方向の移動ともロックビンに油圧
をかけ１作動の確実化がはかられている。

以下に１本発明の内燃機関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２図ないしｖｇＢ図は本発明のＷｃｌ実施例に係る奄
のである。図中、ｌｔｉシリンダライチ。

２／ｆｉピストン、３はピストンリング１．４はピスト
ンヒフ、５はコネクティングロッド、６はビッグエンド
側の軸受メタル、７はクランクビン。

８はクランクシャフトのジャーナルで、　　９ｔｌｊそ
の軸受メタル、１０ｔｊジヤーナル軸受であり、ここ迄
は従来構造と同じである。

スモールエンド５とピストンピン４の関には偏心ベアリ
ング１１が介装されてお夛、該偏心ベアリング１１の１
きは！ツクピン１２により固定管たは自由にされるよう
になっている。シリンダブロックＫＦｉ低圧縮比用メイ
ン通路加、高圧縮比用メイン通路２１が設けられており
、該通路加、２１ｒｉそれぞれジャーナル軸受１０．軸
受メタル９０円周上に独立して設けられ九油溝２３，２
２に通じている。２５．２６　Ｈビッグエンド６とコネ
クティングロッド５のビッグエンド側の軸受円周上にそ
れぞれ独立して設けられた油溝で、クランクシャフト内
油通路謁にて、油溝２３．２２と通じている。着た。　
２７．３１はコネクティングロッド５の内部に設けられ
た油通路でそれぞれ油溝２５、２６と通じている。ｔ＋
、偏心ベアリング１１にも油通路四が設けられておシ、
偏心ペアリンＡ第２図に示されるようにロックビン１２
によって固定される時に油通路釘と直接通ずるようＫな
り、ロックビン１２の上部で偏心ベアリング１１のロッ
クビン穴四へ油圧を導く、コネクティングロッド５と偏
心ベアリングＩＩＫは両方Ｋｔたがって油通路３１に通
じるロックビン固定室（資）が設けられている。３２Ｆ
ｉ注油孔であｎ、５ｓｒｊ偏心ベアリング１１がスムー
ズに周囲を回転するようにコネクティングロッド５のス
モールエンド側の軸受に設けた油溝である。なお、ロッ
クビン固定室（９）と油通路３１はしぼ〕通路３１會に
よりしほられて連通している。

ロックビン１２への油圧経路は次の通りである。

すなわち、第８図に示すように、オイルパン３９のエン
ジンオイル３９１ｔ−オイルストレーナＵ、リターンパ
イプ３５を介しオイルポンプ３６によって汲み上げ加圧
し、オイルフィルタ３７ヲ介してオイルの流れの方向を
切換える切換弁３８に導く。

オイルは高圧縮比用メイン通路２１か一低圧縮比用メイ
ン通路加のいずれかへ流される。バッテリ菊、イグニッ
ションスイッチ社、スタート信号音感知するリレー４２
．ガソリン機関のインテークマニホルド４４　ｔｓ：　
Ｎ　Ｊ）付けた吸気負圧スイッチ４３ま友はディーゼル
機関の燃料噴射ポンプのポンプ室柘に取シ付けた圧力ス
イッチ藝が図示のような回路に！［１まれでお夛、これ
らの信号によって、切換弁路が作動する。

つぎに上記の可変圧縮“比機構の作動について説明する
。まず偏心ベアリング１１とピストン２の動きについて
であるが、第１３因に示すように。

偏心ベアリング１１が固定されず自由に回転している場
合、ピストン２の頂部の軌跡は、吸入。

圧縮、爆発、排気０４行程によって燃焼室内のガス内圧
とピストン２の慣性力のバランスによって大体破線に示
すようになる。し友がって。

もし排気から吸入行程に移る上死点付近でロックビン１
２ヲーツクビン穴２９に入れ、偏心ベアリング１１ヲ固
定すれば、二点鎖線で示したようになり、高圧縮比とな
る。それ以外の場合は、偏心ベアリング１１　Ｙｔ、ロ
ックビン１２１−ロックビン穴２９に入れることにより
固定するか、または固定しなくても低圧縮比になる。

つぎにロックビン制御について述べる。まず。

ガソリン機関において、工／ジｙスイッチ４１を入れて
始動のためスターターを回すと同時に。

その信号がリレー４２に入力されるためリレーが働き切
換弁路が作動する。このためオイルノ（ン３９内のエン
ジンオイル３９１はＵのオイルトレーナ。

謁のオイルポンプ＆３７のオイルフィルタを介して郭の
切換弁へ入り、２１の高圧縮比用メイン通路へ油が送ら
れる。この油は油溝ｎへ供給される。そして、クランク
シャフトのジャーナル８の潤滑管行う一方、クランクシ
ャフト内の油通路スがこの油溝２２と結合している間、
クランクビン７の潤滑と油溝２６．油通路３１．シ埋り
油通路３１’を介して３０のロックビン固定油室へ入る
。

クランキング中ピストン２の慣性力で偏心ベアリング１
１が回転し吸入上死点付近でその内ｌＩＫもつロックビ
ン穴２９ｔ−下側にもつこととロックビン１２がもつ上
向きの慣性力および２１，２２，２４゜２ｇ、３１，３
１１．３（ｌ介する油圧の加勢によってロックビン１２
がロックビン穴２９に入り、偏心ベアリング１１の動き
を止めるため高圧縮比となる。そしてクランクシャフト
が回転し、ピストン２が下死点付近になると、逆にロッ
クビン１２ハ下向きの慣性力をもつため、もしこの時（
資）のロックビン固定油室に油がな−と、＠６図（Ｇ）
Ｋ示すようにロックビン１２は下に遥か９低圧縮比とな
ってしまう。しかし実際にお−ては、油が逃けないため
、ロックビンは下がらず嵩圧縮比管維持するため、圧縮
温度が上が９始動が早くできる。

このようにして、エンジンが始動すると、インテークマ
ニホルドＵ内の圧力がある値（例えば１２０ｍｍＨｇ　
）以上になると、その部分に設は九吸気負圧スイッチ砺
が働き、その作動と一時に切換弁路が作動し、低圧縮比
用メイン通路２０へ油を流すように切換える。このため
、油壽コに入る油は、クランクシャフトのジャーナル８
の潤滑を行う一方、纂意図に示すように、２３０油溝と
Ｕの油通路が結合している間クランクビン７の潤滑と、
吸気下死点付近で油溝５．油通路Ｉ。

２８を介して、ロックビン穴コヘ油を供給する（油圧を
作動する）。このため、吸気下死点付近ではロックビン
の慣性力と油圧の加勢によってロックビン穴四からロツ
クヒｙ　１２カ抜ｆｆ　、　＊　６図に示す過程を通じ
、圧縮行程にて低圧縮比となる。このようにして運転条
件によって切換弁蕊が作動し、油ｔ−加へ流せば低圧縮
比、２１へ流せば高圧縮比となって非常に簡単なシステ
ムにて圧縮比可変が可能となる。

ディーゼル機関への適応においては、運転条件のセンス
は燃料噴射ポンプのポンプ室４６に取り付けた圧力スイ
ッチ藝で行ないその圧力がある値（？ｌえば３Ｋｇ／ａ
ｍ９以上になると、切換弁蕊が作動し、油を頭の低圧縮
比用メイン通路に流し、低圧縮比にし、それよシ低い値
に対しては。

油′ｔ２１へ切換弁路にて流し、高圧縮比になるように
すればよい、それ以外は、ガソリン機関と全く同じであ
る。

Ｗ４９図は本発明の第２の実施例を示して−る。

本実施例において＃ｆ、１２囃Ｔａ！！ロックピン、２
９Ｉはロックビン固定解除室、２７ｉｊ２９１へ通じる
油通路であり、その他の構造、ｔＩ′ｉすべて第１実施
例に同じである九め同一番号を付して説明を省略する。

本実施例はロックビンの型状を変更し。

ロックビン作動用の部屋２９１．３０’ｔコネクテイン
グロツドに設けたものである。なお１作動は第１実施例
に準じる。

第１０図壷ゴ本発明の第３の実施例を示している。

本実施例は、第２実總例のＴ型ロックビン１２Ｉの上方
にスプリング５０１挿入してＴ型ロックビン１２１ヲ下
方に付勢しておル、Ｔ型ロックビン１２１による偏心ベ
アリング１１の固定解除の作動に、油圧のみならずばね
力を付加して１作動をよシ確実なものとしている。その
他の構造１作動Ｆｉ第２実施例に準じる。

第１１図は本発明の第４の実施例を示している。

本実施例におｔｎては、ロックビン１２１が油通路３１
内に入り込んでおり、該入り込んだ部分の上方に油通路
がが接続していて、ロックビン１２１を下方に加圧する
ことができるようになっている。

その他の構造０作動／ｆｉ第１実施例に準じる。

また、第１２図は本発明の第５の実施例を示している。

本実施例においては、第４実施例において１ｇツクピン
１２”がスプリング団により下方に付勢されており、ロ
ックビン１２１に″よる偏心ベアリング１１の固定解除
の作動に、油圧のみならずばね力を付加して１作動管よ
シ確実なものとしている。その他の構造１作動は第４実
施例に準じる。

上記の通りであるから本発明は、従来の内燃機関の＠溝
通路に賜う一つの油通路を設け、その通路の切換えと軸
受部の油溝の位置とによってコネクティングロッド内の
２通路のいずれかに油圧を作動させ、ロックビンを強制
的に動かし、偏心ベアリングの動きを止め次り、止めな
くシ危りし、圧縮比を可変させる次め、機構が簡単で大
型小型を、問わず、どんな内燃機関にも適応でき、油の
粘性および油通路の距離による応答遅れも小さくできク
ランクシャフト回転によって油圧を変える必要もなく、
低コストで信頼性の高い作動の確実なロックビン制御を
可能にし、可変圧縮比機構において不可尺なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は先に提案した可変圧縮比機構の断面図。 第２因は本発明に係る内燃機関の可変圧縮比Ｗ＆構の縦
断面図。 第３図は第２図と直角方向の断面に沿って見た縦断面図
。 第４図は第２図のロックビン部分の拡大断面図。 第５図は第４図と直角方向の断ＩＴＩＹＫ沿って見たロ
ックビン部分の拡大断面図。 ａｇ６図（ａ）　＃　（ｂ）　ｅ　（ｃ）は第４図のロ
ックビンの作ｍ１ｌｋ示すロックビン部分の断面図。 第７図（、）ないしく１）Ｆｉクランクビン部とクラン
クジャーナル部の油溝の連通状ｍ’を示す関係図。 第８図は本発明の圧油供給系路の系統図。 ％９図は本発明の第２実施例のロックビン部分の拡大断
面図。 第１０図は本発明の８ｇ３実施例のロックビン部分の拡
大断面図。 第１１図は本発明のｉ＠４実施例のロックビン部分の拡
大断面図。 ！１２図は本発明の第５実ｊｌｉｍ？ｌＪのロックビン
部分の拡大断面図。 第１３図はピストン往復動に伴なうピストンの位置図。 である。 ５１１＠φ・コネクティングロッド。 ７・・拳・クランクビン。 ８＠・ψ−クランクシャフトのジャーナル。 １１・・・−偏心ベアリング。 １２・・・−ロックビン。 加・・−・低圧縮比用メイン通路。 ２１・・・・高圧縮比用メイン通路。 ２２．２３，２５．２６−−−−油溝。 ス・・・拳油通路。 釘、３１・・・・油通路。 ３１’…・し＃ｉシ通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　ピストンとコネクティングロッドとの間に偏心ベ
   アリングを介在させて偏心ベアリングの回転に合せてピ
   ストンのコネクティングロッドに対する相対位置を可変
   とし、偏心ベアリングとコネクティングロッドにまたが
   らせてロックビン固定室を形成して偏心ベアリングの同
   転を固定または該固定を解除可能にロックビン固定室内
   にロックビンを摺動自在に挿入し、コネクティングロッ
   ド内に互に独立な２つの油通路を形成して該２つの油通
   路をそれぞれ前記ロックビンを上下方向に加圧可能にロ
   ックビン固定室に接続し、前記の２つの油通路による四
   ツクビンへの加圧を機関の運転条件に応じて切換え可能
   としたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。 （２、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６ｍ記加圧の切換えケ、シリンダブロ
   ックに互に独立に形成された低圧網孔用メイン通路と高
   圧縮比用７４７通路を、クランクシャフトのジャーナル
   軸受の周上に形成された２つの独立の油溝にオｊ＠に接
   続し、該ジャーナル軸受周上の２つの油ａｔ−クラ／ク
   シャフト内の油通路を介してコネクティングロッドのク
   ランクビン軸受の同上に形成された２つの独立の油溝に
   接続し。 該クランクビン軸受上の２つの油＃ｌＩを前記ロックビ
   ン（６）定室に通ずるコネクティングロッド内の２つの
   油通路にそれぞれ接続し、＃記低圧縮比用メイン通路と
   高圧縮比用メイン通路への油圧の加圧を切換弁にて切換
   えることにより行なうもの。 （３）　　’ＦＤ’ｆ績°求の範囲第１項または第２項
   に記載の内燃機関の可変圧縮比機構において、前記ロッ
   クピンによる偏心ベアリングの固定または該固定の解除
   が油圧のみによって行なわれるもの。 （４）％許請求の範囲第１項または第２項に記載の内燃
   機関の可変圧縮比機構において、ロックビンがスプリン
   グによって下方に付勢されており、前ｉピロツクピンに
   よる偏心ベアリングの＋７．Ｉ定または該固定の解除が
   油圧とスプリンーグ付勢力とによって行なわれるもの。