JPS6332972B2 - - Google Patents

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JPS6332972B2
JPS6332972B2 JP56134236A JP13423681A JPS6332972B2 JP S6332972 B2 JPS6332972 B2 JP S6332972B2 JP 56134236 A JP56134236 A JP 56134236A JP 13423681 A JP13423681 A JP 13423681A JP S6332972 B2 JPS6332972 B2 JP S6332972B2
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JP
Japan
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eccentric
compression ratio
bearing
eccentric bearing
internal combustion
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JP56134236A
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JPS5838343A (ja
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Takao Naruoka
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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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

Landscapes

  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の可変圧縮比機構に関する
ものである。
〔従来の技術〕
機関の燃費をはじめ、エミツシヨン、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、ヘツド側燃焼室形状、副室形
状、吸気形状、点火方式、バルブ位置等の諸検討
により、燃焼法の改善が種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、機関の運転状態によつてそれぞれ
最適な要求圧縮比が種々あるにも拘らず、従来技
術においては一定値に固定していることも一つの
原因となつている。したがつて、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。
圧縮比と可変とさせる機構は、特開昭55−
40256号公報に開示されている。そこでは、油圧
によつて偏心ピストンピンを強制的にある回転位
置迄回転駆動させ、その位置で圧油を保持して偏
心ピストンピンの回転位置をその位置で保持する
ようにしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、特開昭55−40256号公報の装置では、
油圧による偏心ピストンピンの回転駆動量を正確
に制御する必要があり、かつその位置で偏心ピス
トンピンの回転位置を保持するために油の洩れが
許されないこと、等に起因して、実際の設計、製
作が難しくかつ作動の信頼性が低いという問題が
あつた。
本発明は、このような問題を解決するために、
偏心軸受を回転させる力を油圧によらずにピスト
ンからかかる荷重によるようにし、偏心軸受の回
転のロツクおよびロツク解除をするためのロツク
手段を油圧によつて作動させるようにして偏心軸
受の回転メカニズムおよびそのロツク機構の単純
化をはかり、作動の信頼性を向上させることを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明に係る内燃機
関の可変圧縮比機構は、内燃機関のコネクテイン
グロツドの両端の軸支部の一方にコネクテイング
ロツドの軸受孔と該軸受孔を挿通する支軸とを互
に偏心させる偏心軸受をピストンからの荷重と支
軸からの反力とが偏心することによつて生じる回
転力によつて自在に回転するように設け、該偏心
軸受の回転を自由と固定との間に切換えるための
軸受半径方向に移動可能な油圧作動式ロツク手段
を設け、該ロツク手段への供給作動オイルの圧力
をピストン位置の検出手段と運転条件の検出手段
との信号を受けるコンピユータからの信号により
ロツク中には常時ロツク手段に油圧力がかかりロ
ツク解除中には常時ロツク手段に油圧力がかから
ない条件の下で制御させたことを特徴とする内燃
機関の可変圧縮比機構から成る。
〔作用〕
上記本発明の可変圧縮比機構では、偏心軸受は
油圧によつて回転されず、ピストンからかかる荷
重(ピストン慣性力、燃焼圧力)と支軸からかか
る反力とが偏心していることによつて偏心軸受に
かかる回転力によつて、偏心軸受は回転され、圧
縮比を可変とする。この回転速度はピストンの上
下動(クランクの回転に対応)と同期する。偏心
軸受の回転の自由、拘束は、油圧作動式のロツク
手段によつてなされる。偏心軸受の回転が高圧縮
比位置でロツクされれば高圧縮比状態が得られ、
低圧縮比位置でロツクされるかまたは回転自由の
ときに低圧縮比状態が得られる。偏心軸受の回転
の自由、拘束(高圧縮比位置での拘束、低圧縮比
位置での拘束)の切換、制御は、コンピユータに
よる信号によつてロツク手段にかかる油圧の制御
によつてなされる。
〔実施例〕
以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参
照して説明する。
第1図ないし第4図は、本発明の第1の実施例
を示している。図中1はピストン、2はコネクテ
イングロツド、3はクランクシヤフト、さらに詳
しくはクランクシヤフトのクランクピンである。
コネクテイングロツド2の大径端の軸受孔4とク
ランクピン3との間には偏心軸受5が介装されて
いる。偏心軸受5は外径面に対し偏心した孔を有
する筒状体からなり、回転自在に介装されてい
る。該偏心軸受5には、軸受の半径方向に移動可
能なロツクピン6が設けられている。ロツクピン
6は内径側から油圧を受けて半径方向外側に押さ
れるとともに、スプリング7により半径方向外側
から内側に向つて付勢されている。コネクテイン
グロツド2側には、軸受孔4に向つて開口したロ
ツクピン穴8,8′が、軸受孔4の上端位置およ
び下端位置に2箇所設けられており、ロツクピン
6を迎入できるようになつている。
ロツクピン6の部分へのオイルの供給は、エン
ジンシリンダブロツクからクランクシヤフト3へ
オイルを供給するオイル供給口9をクランクシヤ
フト3内に形成されたオイル通路10と接続し、
さらに該オイル通路10を偏心軸受5内に形成さ
れたオイル通路11と接続することによりなされ
る。なお、クランクシヤフト3および偏心軸受5
には環状のオイル通路12,13が形成されてお
り、クランクシヤフト3の回転中にもオイル通路
が挿通されるようになつている。
上記オイル通路へのオイルの供給は第4図に示
すように、オイルパン14内のオイルをオイル供
給パイプ15で加圧装置16に導く、これを前記
オイル供給口9に送ることにより行なわれる。加
圧装置16にはオイルリターンパイプ15′が設
けられていて、余分のオイルをオイル溜め14に
戻すようになつている。
加圧装置16におけるオイルの加圧制御系統は
つぎのようになつている。すなわち、17はクラ
ンクシヤフト3とともに回転するリングギヤで、
その周囲に配設された電磁ピツクアツプ18によ
り、ギヤの歯の数をカウントしてクランク位置、
したがつてピストン位置が検出できるようになつ
ている。ピストン位置を検出するのはロツクピン
6をロツクピン穴8,8′の何れに係合させるの
タイミングをとるためである。偏心軸受5の肉厚
側に対応して設けたロツクピン穴8が高圧縮比に
偏心軸受5の回転を固定するロツクピン穴であ
り、薄肉側に対応して設けたロツクピン穴8′が
低圧縮比に偏心軸受の回転を固定するロツクピン
穴である。ロツクピン6とロツクピン穴8,8′
との係合が外れているときは偏心軸受5の回転は
自由であり、このときは低圧縮比状態が得られ
る。一方、19,20は機関の運転状態を検知す
るセンサであり、それぞれ、始動時信号を検知す
るセンサ19と、始動後の状態、たとえば高負
荷、低負荷、または高速、低速などを検知するセ
ンサからなる。ピストン位置を検知するセンサ1
8および運転条件を検知するセンサ19,20の
信号は、コンピユータ21に送られるように電気
的に接続されており、コンピユータ21はこれら
の信号に基いて加圧装置16に加圧の指令の信号
を出すように構成されている。コンピユータ21
の制御ブロツクは、第15図に示されている。第
15図において、P1,P2はロツクピンに作用す
る圧力であり、Fはフラツグである。それぞれの
ブロツクでの作動内容は第15図の各ブロツク内
に示された通りである。
つぎに、上記の構成を有する第1の実施例にお
ける作動について説明する。
まず、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19がスタータ信号を検知
し、その信号をコンピユータ21へ送るととも
に、電磁ピツクアツプ18がピストン1の位置を
検知し、その信号をコンピユータ21へ送る。す
ると、コンピユータ21は、高圧縮比にするよう
に加圧装置16に命令を出す。この場合、命令を
出すタイミングはつぎの通りである。第5図に示
すように、偏心軸受5が固定されず自由に回転し
ている場合、ピストン頂部の軌跡は、吸入、圧
縮、爆発、排気の4行程によつて燃焼室内のガス
内圧とピストン1の慣性力のバランスによつて大
方破線に示すようになる。したがつて、もし排気
から吸入行程に移る上死点付近でロツクピン6を
ロツクピン穴8に、コンピユータ21が加圧装置
16に命令を出すことによつて入れ、偏心軸受5
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16
に命令を出し偏心軸受5をロツクピン6をロツク
ピン穴8′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。したがつ
て、始動時の命令は、排気から吸入行程に移る上
死点付近で出される。この詳細な制御はコンピユ
ータ21によつて行なわれる。この命令によつ
て、加圧装置16はオイルを供給パイプ15から
オイル供給口9、オイル通路10,11,12,
13を介してロツクピン6に伝える。すると、そ
のオイルの加圧力がスプリング7の付勢に打勝つ
てロツクピン穴8に入り、偏心軸受5を固定する
ため、機関は高圧縮比運転となる。このため圧縮
温度が上がり、始動が容易になる。また、第5図
の破線にて示したように、偏心軸受5の固定を解
除することによつて、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
プレツシヨン圧を高め、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20が吸気負圧を検知し、所定の
値、たとえば−120mgHgになるとコンピユータ2
1がこの条件より低負荷側で高圧縮比、高負荷側
で低圧縮比になるように加圧装置16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、−120mmHgより高負荷
になると、低圧縮比になるようにコンピユータ2
1から加圧装置16へ命令が出る。すると、加圧
装置16は、圧力を弱める。このため、ロツクピ
ン6はスプリング7の力に打ち勝つて、ロツクピ
ン穴8からはずれ、偏心軸受5は自由になる。し
たがつて低圧縮比の状態が得られる。この場合、
前述したように、偏心軸受5が自由になると、吸
入行程のストロークが長くなり、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、デイーゼル機関の場合は、圧力センサ2
0で燃料噴射時期タイマ内の燃圧を検知し、所定
の値、たとえば3Kg/cm2になるとコンピユータ2
1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15に命令を出
す。これによつて、高速側のフリクシヨンを減
じ、低速側の燃焼効率、燃費を良くすることがで
きる。
第6図および第7図は本発明の第2の実施例を
示している。この実施例では、偏心軸受5はコネ
クテイングロツド2の小径端側軸受孔22とピス
トンピン23との間に回転可能に介装されてい
る。偏心軸受5は外径面と中央孔とが互に偏心し
ている筒状体から成つている。また、ロツクピン
6およびスプリング7はコネクテイングロツド2
側に設けられ、ロツクピン穴8,8′は偏心軸受
5側に設けられている。ロツクピン6には、コネ
クテイングロツド2内の油通路24を通して油が
導かれる。その他の構成は第1実施例に準じる。
第2実施例においては、ロツクピン6がロツク
ピン穴8または8′に突入することによつて高圧
縮比または低圧縮比が得られる。第6図および第
7図の状態は高圧縮比の状態を示している。その
他の作動、タイミングは第1実施例に準じる。
第8図は本発明の第3の実施例を示している。
この実施例では、偏心軸受5はピストンピン25
に一体に形成されており、偏心軸受5の外周面と
コネクテイングロツド2の小径端側の軸受孔の内
面とが摺接するようになつている。ロツクピン6
はコネクテイングロツド2側に設けられ、ロツク
ピン穴8,8′は偏心軸受5側に設けられる。そ
の他の構成、作用は第1または第2の実施例に準
じる。
なお上記説明においてはロツクピンを1個設け
た場合を例示したが、ロツクピンの数は複数個で
あつてもよい。たとえば、第9図および第10図
に示すように、軸方向に2個並設したものであつ
てもよいし、第11図および第12図に示すよう
に円周方向に2個並設したものであつてもよい。
また、ロツクピン6、ロツクピン穴8,8′の
形状は第13図に示すように、球または円筒コロ
からなるロツクピン6を用い、ロツクピン穴8,
8′を半球状または半円筒状のものから形成して
もよい。第14図はロツクピン6の頭を球状また
は半円筒状に丸めた場合を示しているが、このよ
うな形状のピンを用いても勿論さしつかえない。
〔発明の効果〕
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、つぎの効果が得ら
れる。
まず、偏心軸受はピストンからの荷重と支軸か
らの反力とが偏心していることによつて生じる回
転力によつて非ロツク状態で自由に回転するか
ら、偏心軸受の回転量を圧油の送付量によつて制
御する必要がなく、また偏心軸受のある回転位置
への固定保持に圧油を用いていないから油洩れ防
止は厳格さを要求されず、回転駆動機構、回転位
置保持機構の構造の単純化、作動の信頼性の向上
がはかられる。
また、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、ノツキング、NOx、エミツシヨンの発生を
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。
また、デイーゼル機関では、高速側で圧縮比を
下げてフリクシヨンを低減し、低速側でコンプレ
ツシヨン圧を上げることによつて熱効率を上げ、
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つて、
コンプレツシヨン圧を高め、始動性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係る要部の断面
図、第2図は第1図におけるコネクテイングロツ
ドの大径端の回転軌跡を示す部分断面図、第3図
は第1図におけるコネクテイングロツドの大径端
側の回転軌跡と偏心軸受の回転軌跡との関係を示
す軌跡図、第4図は第1図に示した装置の給油回
路とその制御回路を示す概略系統図、第5図は第
1図の装置におけるピストン頂部の運動の軌跡
図、第6図は本発明の第2の実施例におけるピス
トン近傍の部分断面図、第7図は第6図の装置の
第6図に対して直角方向からみた部分断面図、第
8図は本発明の第3の実施例におけるピストン近
傍の部分断面図、第9図はロツクピンの配置例の
一例を示す部分縦断面図、第10図は第9図の横
断面図、第11図はロツクピンの別の配置例を示
す部分縦断面図、第12図は第11図の横断面
図、第13図はロツクピンの形状の一例を示す部
分断面図、第14図はロツクピンの別の形状を示
す部分断面図、第15図はコンピユータの制御ブ
ロツク図、である。 1……ピストン、2……コネクテイングロツ
ド、3……クランクシヤフト、4……大径端軸受
孔、5……偏心軸受、6……ロツクピン、7……
スプリング、8……ロツクピン穴、16……加圧
装置、18……電磁ピツクアツプ、19,20…
…センサ、22……小径端軸受孔、21……コン
ピユータ、23,25……ピストンピン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関のコネクテイングロツドの両端の軸
    支部の一方にコネクテイングロツドの軸受孔と該
    軸受孔を挿通する支軸とを互に偏心させる偏心軸
    受をピストンからの荷重と支軸からの反力とが偏
    心することによつて生じる回転力によつて自在に
    回転するように設け、該偏心軸受の回転を自由と
    固定との間に切換えるための軸受半径方向に移動
    可能な油圧作動式ロツク手段を設け、該ロツク手
    段への供給作動オイルの圧力をピストン位置の検
    出手段と運転条件の検出手段との信号を受けるコ
    ンピユータからの信号によりロツク中には常時ロ
    ツク手段に油圧力がかかりロツク解除中には常時
    ロツク手段に油圧力がかからない条件の下で制御
    させたことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機
    構。 2 前記偏心軸受がコネクテイングロツドの大径
    端軸受とクランクシヤフトとの間に回転自在に介
    装された内外周が互いに偏心された偏心筒体から
    なる特許請求の範囲第1項記載の内燃機関の可変
    圧縮比機構。 3 前記偏心軸受がコネクテイングロツドの小径
    端軸受とピストンピンとの間に回転自在に介装さ
    れた内外周が互いに偏心された偏心筒体からなる
    特許請求の範囲第1項記載の内燃機関の可変圧縮
    比機構。 4 前記偏心軸受が、ピストンピンに一体に形成
    され、かつピストンピン軸心に対し偏心させた外
    径面を有する軸受から成る特許請求の範囲第1項
    記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
JP13423681A 1981-08-28 1981-08-28 内燃機関の可変圧縮比機構 Granted JPS5838343A (ja)

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