JPS60108531A - 車両用内燃機関における圧縮比可変装置 - 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運転状態に応じて圧縮比を高、低２
段に切換制御し、かつその２段切換が円滑、的確に行わ
れるようにした、内燃機関における圧縮比可変装置に関
するものである。

一般に内燃機関において、圧縮比を高めること力さ、機
関の熱効率、出力性能の向上をはかる技術手段として知
られている。ところが高圧縮比機関が高負荷運転を継続
するときは、ノンキング等の異常燃焼を生起することが
あり、かかる場合には。

むしろ機関の熱効率、出力低下を招く原因となる。

そこで従来より機関の運転状態に応じて圧縮比を可変、
たとえば機関の低負荷運転時には、圧縮比を高くし、ま
たその高負荷運転時には圧縮比を低くするように切り換
で、ノッキング等の異常燃焼の発生を抑えつつ燃費、出
力性能の向上を図るようにした技術手段が提案されたが
、機関の運転中に圧縮比を円滑に切換えることは技術的
課題が多く、未だ実用化に至っていない。

本発明は上記実情に鑑みて発明されたもので、機関の運
転状態に応じて圧縮比を２段階に切換えられるようにし
、特に機関の回転数に依存して前記切換制御をなし、そ
の切換を円滑、的確に行うことができ、かつ低、高圧縮
比に好適な運転状態を正確に選定してその切換を行うよ
うにした新規な車両用内燃機関における圧縮比可変装置
を提供することを目的とするものである。

本発明によればピストンの左右ピンボスに、ピストンピ
ン両端の左右ジャーナル部を回転自在に支承し、前記ピ
ストンの中央部にクランク軸に連動されるコンロッドを
回転自在に連結し、前記ピストンピンの中央部を、その
左右ジャーナル部より偏心するクランク部に形成し、か
つピストンとピストンピン間には、該ピストンピンを低
圧縮比位置に固縛するための第１０ツク装置および該ピ
ストンピンを高圧縮比位置に固縛するための第２０ツク
装置を設け、前記第１．第２０ツク装置は機関の回転数
に応じて切換作動され、機関回転数は高速側の第１設定
値と低速側の第２設定値に予め設定され、前記第１０ツ
ク装置は、少なくとも機関回転数が第１設定値よりも高
く、かつ前記第２設定値よりも低い時作動されることを
特徴としている。

以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１．２Ａ、２Ｂ図には９機関が低圧縮比にあり圧縮路
りの状態が示される。シリンダ１に摺動自在に嵌合され
るピストン２には、その直径方向に対をなす左、右ピン
ボス３．４が形成され、それらのピンボス３，４には、
ピストンピンＰがスリーブ５，６を介して回転自在に横
架される。前記ピストンピンＰは両端の左、右ジャーナ
ル部７゜８と、中央のクランク部９とよりなり、クラン
ク部の中心０２は前記左右ジャーナル部７．８の中心Ｏ
１に対して偏心量ｅをもって偏心している。

一方のジャーナル部の端部には、円板上のフランジ部１
０が一体に形成され、このフランジ部１゜は前記一方の
ピンボスの外端面に形成した環状四部１１に収容される
。第１図に示すように前記フランジ部１０には、その上
、下に、高圧縮比側ロックピン孔１２と低圧縮比側ロッ
クピン孔１３とが穿設され、前記ロックピン孔１３には
後述する第１０ツク装置Ｌ１のロックピン２０．が、ま
た前記ロックビン２０２　（第３．４Ａ図）がそれぞれ
抜差可能に嵌入されるようになっている。

ピストンピンＰのクランク部９には、コンロッド１４の
、２つ割り小端部１４ａが回転自在に連結され、また該
コンロッド１４の２つ割り大端部１４ｂはクランク軸１
５のクランクピン１５ａに回転自在に連結される。

ピストン２とピストンピッＰ間には、第２Ａ。

２Ｂ図に示すようにピストンピンＰのクランク部９がそ
の左、右ジャーナル部７，８に対して上向き位置、すな
わちピストンピンＰを低圧縮位置にロックするための第
１０ツク装置Ｌｌ、および第４Ａ、４Ｂ図に示すように
ピストンピンＰのクランク部９がその左、右ジャーナル
部７．８に対して下向き位置、すなわちピストンピンＰ
を高圧縮位置にロックするための第２０ツク装置ｆＬ２
が。

シリンダ１の縦中心線ｌ−ｌに対して対称的に設けられ
る。

次に第１．第２Ａ、２Ｂ図を参照して前記第１０ツク装
置Ｌ１の構造を説明すると、ピストン２の一方のピンボ
ス４には、ピストンピンＰと平行なシリンダ孔１７．が
形成され、このシリンダ１７゜内には、ロックピストン
１８１が摺動自在に嵌合され、このロックピストン１８
．にょって油圧室ＩＬが画成される。前記ロックピスト
ン１８゜には、ピンボス４の外端面より出没し得るロッ
クビン２０゜が一体に設けられ、このロックピン２０゜
は前記油圧室１９１内の油圧を受けて突出し、またシリ
ンダ１７．内に設けた戻しばね２１．にょってピンボス
４内に没入される。

前記シリンダ１７．の油圧室１９＋　は、ピストンピン
Ｐに形成した通油路２２、を介してコンロッド１４に形
成した給油路２３１に連通され、さらにこの給油路２３
．はクランク軸１５に形成した分配油路２４１に連通さ
れる。分配油路２４゜は、後に詳述するように切換弁Ｖ
５およびレギュレタＲを介してオイルポンプＰｕに連通
される。

前記通油路２２．は第１図に示すようにピストンピン２
０．の横断面方向からみて二股状をなしており、その両
開口端が前記油圧室１９．および給油路２３１に連通ず
るようになっている。そして前記切換弁Ｖが低圧縮比側
に切換えられると、オイルポンプＰｕからの圧力油は分
配油路２４１、給油路２３．および通油路２２．を通っ
てシリンダ１７．内の油圧室１９１に供給される。

次に第３，４Ａ、４Ｂ図を参照して前記高圧縮比側の前
記第２０ツク装置Ｌ２の構成を説明すると、これは前記
低圧縮比側の前記第１０ツク装置Ｌｌ　と同一の構造を
備え、しかもシリンダ１の縦中心線１１−１に対して対
称的に設けられる。すなわち一方のピンボス４にはシリ
ンダ１７□が形成され、このシリンダ１７□内にロック
ピストン１８□が摺動自在に嵌合され、このロックピス
トン１８□で油圧室１９□が画成される。ロックピスト
ン１８□にはロックピン２０□が　一体に設けられ、こ
のロックピン２０□は油圧室１９□内の油圧をうけて突
出し、またシリンダ１７ｚ内に設けた戻しばね２１２に
よってピンボス４内に没入される。

前記シリンダ１７□の油圧室１９□は、ピストンピンＰ
に形成した通油路２２□を介してコンロッド１４に形成
した給油路２３□に連通され、さらにこの給油路２３．
はクランク軸１５に形成した分配油路２４□を通り切換
弁Ｖを介してオイルポンプＰｕに連通される。ピストン
ピンＰが高圧縮比位置に回動したとき、通油路２２□は
、油圧室１９□および給油路２３□に連通される。そし
て切換弁Ｖが高圧縮比側に切換られると、オイルポンプ
Ｐからの圧力油は分配油路２４２．給油路２３□および
通油路２２□を通ってシリンダ１７□の油圧室１９．に
供給される。

第５図には４気筒機関において、各気筒のシリンダ１７
．・・・、１７□・・・に圧油を供給するための給油系
が示される。ここで低圧縮比側給油系ｓ１が実線で、ま
た高圧縮比側給油系ｓ２が点線で示される。

先ず低圧縮比側給油系Ｓ、（実線）について説明すると
、切換弁Ｖに連なる主給油路２５．は二本の分配油路２
４１　（１）と２４１　（ＩＩ）とに分岐され、一方の
分配油路２４＋　（１）は、左半部、の２つの気筒の低
圧縮比側給油路２３．　（Ｉ）。

２３、Ｎ）に連通され、また他方の分配油路２４、（１
１）は右半部の２つの気筒の低圧縮比側給油路２３．　
（ＩＩ）２３．（ｎ）に連通される。

次に高圧縮比側給油系Ｓｔ　（点線）について説明する
と、切換弁Ｖに連なる他の主給油路２５２は２本の分配
油路２４□　（Ｉ）、２４□　（ＩＩ）に分岐され、一
方の分配油路２４□　（１）は左半部の２つの気筒の高
圧縮比側給油路２Ｌ　（Ｉ）。

２３□　（Ｉ）に連通され、また他方の分配油路２４□
（■）、は右半部の２つの気筒の高圧縮比側給油路２３
□　（ＩＩ）、２３ｚ　（ＩＩ）に連通される。

前記切換弁Ｖの入口ボートはレギュレタＲを介してオイ
ルポンプＰｕに連通される。

前記切換弁Ｖはロジック回路２６がらの出力信号によっ
て切換制御される。ロジック回路２６には、スタータス
イッチ２７、チョーク開度２８゜マニホールド負圧２９
、車速３０．ミッションのシフト位置３１、および機関
回転数３２等の機関の運転状態を検知するパラメータが
入力されるようになっている。

本発明は主として機関回転数によって切換弁Ｖは低圧縮
比側あるいは高圧縮比側に切換制御される。

（１）機関の低圧縮比（圧縮比約９．５）運転前記ロジ
ック回路２６がらの信号を受けて切換弁Ｖが低圧縮比側
に切換られると、該弁ＶはオイルポンプＰｕを主給油路
２５．に連通ずる。

いまピストンピンが第１．第２０ツク装置Ｌ＋。

Ｌ２のいずれにもロックされていない、すなわちピスト
ンピンＰのフリー状態で機関が運転されていると仮定し
て、これが吸入工程に入りピストンが下降し、その加速
度が漸次減少して零になる点を越えると、該ピストン２
には下死点に至るまで負の加速度が加わるので、この間
ビスＩ・ン２には制動がかかる。ところがピストン２は
その質量による慣性で下向きに移動しようとするので、
不安定な状態にあるピストンピンＰは前記慣性をう番す
で低圧縮比側、すなわち第２Ａ、２Ｂ図に示すようにそ
のクランク部９が左、右ジャーナル部７゜８に対して上
向きになるように回動する。このピストン２の吸入路り
でピストンピンＰに設けた通油路２２１が、給油路２３
１を第１０・ツク装置Ｌ１のシリンダ１７１内の油圧室
１９．に連通ずるとともに低圧縮比側ロックビン孔１３
が口・ツクピストン１８１のロックピン２０．と一致す
るＧこ至る（第７図（イ））。したがって口・ツクピン
２０、は油圧室１９１内の油圧力を受けて外方に突出し
てロックビン孔１３に嵌入する。これによりピストンピ
ンＰはロックされ、低圧縮比位置（第１゜２Ａ、２Ｂ図
）に保持される。そして油圧室１９゜内に圧油が作用し
ているかぎり口・ツクピン２０１はロックビン孔１３か
ら抜は出ることがなし）ので。

ピストン２は低圧縮比位置に保持されたまま、第６ｌ：
点鎖線で示すような運動曲線Ｃ１を描き、かつピストン
ピンは低位置ｌ　（鎖線）に保持されたまま吸入、圧縮
、爆発および排気の行程を繰り返し機関は低圧縮比状態
での運転がおこなわれる。

また圧縮および爆発行程では、シリンダ１内の内部圧力
が高いので、ピストン２はその圧力で下方に付勢されて
低圧縮比側へとどまる傾向が大きく、第７図（ロ）、（
ハ）に示すように圧縮及び爆発行程の終了近くでもロッ
クビン２０１は口・ツクピン孔１３に嵌太し得る機会が
あり、したがって第１０ツク装置り、による低圧縮比側
へ口・ツクタイミングとしては第７図（イ）（ロ）　（
ハ）に示すように吸入、圧縮および爆発の各行程の終了
近くの３回である。

また機関の高負荷運転から低負荷運転へ移行すべく、第
１ロツク装置Ｌｌへの圧油の供給を力・ノドすれば、ピ
ストン２は吸入、あるいは排気行程の途中でピストン２
の加速度が零近くになり、そこにか−る力が最小になっ
た時点で第１０・ツク装　・置のロックビン２０．とロ
ックピン孔１３間のフリクションが減少し、ロックビン
２０．は戻しばね２１１の弾発力でロックビン孔１３か
ら抜けてピンボス４内に没し、ピストンピンＰは自動的
にフリー状態となる。

〔■〕　機関の高圧縮比（圧縮比約１３）運転また前記
ロジック回路２６からの信号をうけて切換弁Ｖが高圧縮
比側に切換えられると、該弁ＶはオイルポンプＰｕを主
給油路２５□に連通ずる。

いまピストンピンＰが第１．第２０ツク装置Ｌｌ。

Ｌ２の何れにもロックされていない、すなわちピストン
ピンＰのフリー状態で機関が運転されているとき３機関
が排気行程に入ってその終了近くにくると、シリンダ１
内の内部圧力は大気圧に近いのでピストン２はそれ自体
の慣性によってコンロッド１４に対して上向きに単独で
移動し、その際ピストンピンＰは約１８０“回転して高
圧縮比側。

すなわち第３．４Ａ、４Ｂ図に示すようにそのクランク
部９が、その左右ジャーナル部７，８に対して下向きに
なるように回動する。このピストン２の回ｔｌＪ　ｉ程
で、ピストンピンＰに設けた通油路２２□が、給油路２
３□を第２０ツク装置Ｌ２のシリンダ１７２内の油圧室
１９□に連通ずるとともにロックビン孔１２がロックピ
ストン１８□のロックビン２０□と一致するに至る（第
８図（ニ））したがってロックビン２０□は、ロックビ
ン孔１２に嵌入してピストンピンＰはロックされ、高圧
縮比位置（第３．４Ａ、４Ｂ図）に保持される。そして
第２０ツク装置Ｌ２の油圧室１９□内に圧油が作用して
いるかぎりロックビン２０□はロックビン孔１２から抜
は出ることがないので、ピストン２は高圧縮比位置に保
持されたま＼第６図点線で示すような運動曲線Ｃ２を描
き、またピストンＰは高位置ｈ　（点線）に保持された
ま＼吸入、圧縮、爆発および排気の行程を繰り返す。ピ
ストン２が上死点に至れば、該ピストン２の上死点位置
は前述の低圧縮比運転時の上死点位置に比べて偏心量ｅ
の２倍だけ高位に達し１機関は高圧縮比での運転が行わ
れる。

尚、第８図（イ）〜（ハ）の状態ではピストンピンＰは
高圧縮比位置にロックされる機会はない。

第２０ツク装置Ｌ２のシリンダ１７□への圧油の供給を
解除すれば、ピストン２は加速度が零に近く、そこにか
−る力が最も小さくなった吸入行程もしくは排気行程の
途中でロックピン２０２は戻しばね２１□の弾発力でピ
ストン２内に内没してピストンピンＰとピストン２との
ロック状態が自動的に解除され、ピストン２はフリー状
態となる。

而して前述の低圧縮比運転から高圧縮比運転。

あるいはその逆に切換える間には、ピストンピンＰは一
時的にフリー状態となるが、この状態で機関が運転され
るときはピストンピンＰの位置が変化するので、ピスト
ン２は第６図実線に示すような運動曲Ｃ３を描き、かつ
ピストンピンＰは高。

低位置り、１間で上下に変動（実線）しつつ往復運動す
るが、この曲線は機関の回転数、負荷によて変化し必ず
しも一定しない。

前記低、高圧縮比運転は１機関の回転数によって切換制
御される。

第９図のグラフ（横軸一機関回転数、縦軸−吸気管内圧
力、θｔｈ−スロットル全閉曲線）に示すように機関回
転数を高速側第１設定値Ａ、（機関回転数約２５０００
ｒｐｍ）とそれよりも低速側第２設定値Ｂ（機関回転数
１１０００ｒｐ弱）定め、前記第１設定値八よりも高速
で、かつ前記第２設定値Ｂよりも、低速の場合に、機関
は少なくとも低圧縮比側に切換られ低圧縮区域２１での
運転が行われるようにする。以下にその理由についての
べると機関が高速回転されるとき、すなわち前記第１設
定値Ａよりも高いときはピストンの各行程における往復
速度が速く切換弁Ｖの切換後。

圧力油がシリンダ１７．　（１７□）に達するまでの時
間遅れによって、ロックピン２０　（２０，）が５０ツ
クピン孔１２（１３）と一致するタイミングと、油圧　
室１９．　（１９□）に圧油が作用するタイミングとに
多少のずれを生じる機会が多く、前述の圧縮比の切換作
動が確実に行われにくくなり、加えてピストン２にかか
る慣性力が機関回転数に比例して大きくなり、ピストン
ピンＰとピストンピン２０．　（２０□）の連結後にビ
スＩ・ン２が作動するとき、該ロックピン２Ｑ＋　（２
０□）に過大な剪断力が作用する不都合があるからであ
り、さらに車両の発進時、徐行時、あるいは機関のアイ
ドル運転時等すなわち前記第２設定値Ｂよりも低いとき
は、機関の吸気負圧が高く、アクセルの僅かな動きでも
吸気負圧変動が大きくその負圧変動に比べて圧縮比の切
換による応答性が悪く。

高圧縮比運転によるメリットが少ないからである。

一方策９図に示すように機関回転数が前記第１設定値よ
りも低く、かつ第２設定値Ｂよりも高い区域は高圧縮比
区域ｚｈであって、この区域ｚｈでは機関は主として高
圧縮比運転され１機関出力のアンプと熱効率が高められ
る。

なお、前記高圧縮比運転区域ｚｈでも吸気管負圧が高い
ときは前述の理由により機関は低圧縮比運転に切換られ
る。またオーバトップレシオでの運転等機関の回転を下
降させる方向の設定シフトで、車両が高速走行する場合
には、高圧縮比運転に切換える要求はむしろ少なくて、
しかもアクセルの僅かな動きで機関の回転数が変動し圧
縮比の切換頻度が増すのでか＼る場合には２機関回転数
が、前述の高圧縮比区域ｚｈにあっても機関は低圧縮比
区域ｚ７！での運転に切換えられる。

以上のように本発明によれば、ピストンとピストンピン
間に、ピストンピンを低圧縮比位置に固縛するための第
１０ツク装置、および該ピストンピンを高圧縮比位置に
固縛するかめの第２０ツク装置を設け、第１．第２０ツ
ク装置は機関の回転数に応じて切換作動され１機関回転
数は高速側の第１設定値と、低速側の第２設定値に予め
設定され、前記第１０ツク装置は少なくとも機関回転数
が前記第１設定値よりも高く、かつ前記第２設定値より
も低いとき作動されるので、高圧縮比および低圧縮比運
転の必要な機関の運転区域をそれぞれ機関の回転数によ
り選定してそれらの運転区域でそれぞれ的確な低、高圧
縮比運転をなすことができ熱効率、出力性能を大幅に向
上させることができる。

さらに低、高圧縮比の切換を機関回転数で行うことによ
り、その切換時期の選定が正確かつ容易となりその切換
作動を円滑、的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はピスト
ンが低圧縮比位置に保持された状態の機関のピストン部
分の側面図、第２Ａ図は第１図■Ａ−ＩＩＡ線断面図、
第２Ｂ図は第２Ａ図の概略図。 第３図は、ピストが高圧縮比位置に保持された状態の機
関のピストン部分の側面図、第４Ａ図は第３図■Ａ−Ｊ
ＶＡ線断面図５第４Ｂ図は第４Ａ図の概略図、第５図は
給油系統の概略図第６図はピストンの、低、高圧縮比位
置とフリー状態での、ピストンの運動曲線およびピスト
ンピンの位置を示す線図、第７図は低圧縮比ロックタイ
ミングを示す概略図、第８図は高圧縮比ロックタイミン
グを示す概略図、第９図は機関回転数と吸気管負圧によ
る低、高圧縮比運動区域を示すグラフである。 ２・・・ピストン、３，４・・・ピンボス。 ７・・・左ジャーナル部、８・・・右ジャーナル部９・
・・クランク部、１５・・・クランク軸、Ｐ・・・ピス
トンピン 第６図 一りラング軸回に角 図面の浄Ｗ（内容に変更なし） 手続補正書…。 昭和５８年１２月２９日 １、事件の表示 昭和５８年　特　願第２１５４２０号 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（５３２）本田技研工業株式会社４６代　理　人
　〒１０５ ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 補正の自答 １　明細書第５頁第４行、 「前記ロックピン２０２Ｊ・・・とあるを、［前記ロッ
クビン孔ｊ２には後述する第２０ツク装置Ｌ２のロック
ピン２ｏ２」・・・・・に訂正スル。 以上 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５８年　特　願第２１５４２０号 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（５３２）本田技研工業株式会社４、代　理　
人　〒１０５ ５補正命令の日刊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストンの左右ピンボスに、ピストンピン両端の左右ジ
   ャーナル部を回転自在に支承し、前記ピストンの中央部
   にクランク軸に連動されるコンロノドを回転自在に連結
   し、前記ピストンピンの中央部を、その左右ジャーナル
   部より偏心するクランク部に形成し、かつピストンとピ
   ストンピン間には、該ピストンピンを低圧縮比位置に固
   縛するための第１０ツク装置および該ピストンピンを高
   圧縮比位置に固縛するための第２０ツク装置を設け、前
   記第１．第２０ツク装置は機関の回転数に応じて切換作
   動され、機関回転数は高速側の第１設定値と低速側の第
   ２設定値に予め設定され、前記第１０ツク装置は、少な
   くとも機関回転数が第１設定値よりも高く、かつ前記第
   ２設定値よりも低い時作動されることを特徴とする車両
   用内燃機関における圧縮比可変装置。