TWI223685B - Engine with variable compression ratio - Google Patents

Description

1223685 坎、發明說明 (發明說明應敌明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬^技術領域】 發明領域 本發明係有關於一種壓縮比可變引擎，包含有：連桿 5 ，係一端透過活塞銷連結活塞；第1臂，係一端可旋動地 連結連桿另一端，同時另一端透過曲柄銷連結曲軸；第2 煮，係一端一體連結前述第丨臂另一端；控制桿，係一端 可旋動地連結該第2臂之另一端；及支軸，係可旋動地支 承忒控制桿另一端，而，前述支軸在以沿氣缸軸線且通過 10該曲軸軸線之X軸與正交於X軸且通過該曲軸（27)軸線之y 軸所構成的xy平面内是可位移的。 發明背景 以往，這種引擎，譬如在特開平9-228853號公報等中 15已知者，係可配合運轉狀態來改變壓縮比。 可是，從謀求引擎高熱效率化方面來看，則希望不只 要改變壓縮比，也要可改變排氣量，但上述習知者依舊保 持一定的排氣量。

C發明内容；J 2〇 發明概要 本务明係鑑於上述情形而作成者，其目的在於提供一 種可改變壓縮亦可改變排氣量之壓縮比可變引擎。 為達成上述目的，本發明之一種壓縮比可變引擎包含 有··連桿，係一端透過活塞銷連結活塞；第1臂，係一端 6 1223685 玖、發明說明 藉任意地設定L1〜L4、（5及R並導入上式中，可分別求得 剷述支軸在第1位置時於該活塞銷的上死點及下死點之曲 柄角度0，且從表示在兩曲柄角度0處之活塞銷高度χ的 下式： 5 X=L4 · c〇s(H+L2 · sin( α +φΐ)+κ · cos 0 分別求得前述支軸在任意第i位置時之排氣量Vhpiv〇與壓縮比 ε pivO與前述支軸自第i位置位移至第2位置時之排氣量vhpivi 、壓縮比ε pivl ,且為了滿足下列關係： 在 ε pivl < £ piv〇時，vhpivl > VhpivO 在 e pivl > ε pivO時，Vhpivl < VhpivO 分別設定第2臂長度LI、第1臂長度L2、控制桿長度L3、 連桿長度L4、相對該曲軸軸線之氣缸軸線y軸方向偏位量 5、和前述第1及第2臂形成角度α。 以下將一邊參閱簡單地顯示活塞銷、連桿、曲軸、曲 15柄銷、第1臂、第2臂、控制桿及支軸配置的第7圖，一邊 說明如此之第1特徵構成所產生之作用。若決定支軸座標 (Xpiv、Vpiv)，則利用微分在{ X=L4 · COS(t)4+L2 · sin(a+(^i)+R •c〇S0 }所得到之活塞銷x軸方向位置，可得到活塞銷之移 動速度（dX/dt)，且作成dX/d=0之方程式在關於0在〇 < 0 20 < 2 π的範圍中具有兩個解答。使該等解答對應四衝程引 擎動作，且令活塞銷到達上死點之曲柄角度為0 pivtdc、 活塞銷到達下死點之曲柄角為0 pivbdc時，在各曲柄角0 pivtdc、0pivbdc時之活塞位置係可藉在{x=L4.COS(|)4+L2· sin( a +<M)+R · cos 0 }中給予 0 pivtdc、0 pivbdc 來獲得。在 8 玖、發明說明 ά承·^大的負載，但在該膨脹衝程前半中，由於能 抑制連桿的傾斜角度，故可減低上述摩擦。 " 人本兔明加上前述第1或第2特徵的構造’其第3特徵為 令沿在錢量為最小時之上死點處之前述活塞鎖之前述x 1向的巧度為Xetde、沿在排氣量為最大時之上死點處 =述活塞銷之前述_方向的高度為X㈣、前述活塞的 ㈣槽脊寬度為H1時’設定成使Xetde_x_^m可成立 Ο 10 ^ 在排氣里最大時，氣缸缸徑内面的一部份也會面 1乂至且有可迠在氣缸缸徑内面的一部份隨著燃燒發 生碳附著、堆積。在此狀態下’在排氣量最小時，安裝於 活塞上之活塞環將在堆積的碳上滑動，成為活塞環膠著或 ί常磨耗，和燃燒氣密封不良等不佳情形的原因。然而依 15 弟=徵，利用設定而使域却如咖成立，能避免在 排*I Μ小時活塞環在堆積的碳上滑動，且能夠防止發生 上述不佳之情形。 20 、生此外’本發明加上前述ρ〜第3特徵中任一特徵之構 其第4特徵為前述支軸係以在前述外平面内於丫軸及X 由方向上分別相對前述⑲之軸線分開長度U^之位置 為中心描出半㈣p的圓形軌跡作位移者，又，令前述曲轴 之轴線及前述曲柄销間之長度以U時，設定前述第2臂 …1為U〜6·0、前述第1臂長度叫以〜5.5、該控制 桿長度L3為3.0〜6.G、前述長度叫12〜…前述長度 U為〇.9〜3·8’前料徑以物6〜G.76，㈣設定前述 10 1223685 玖、發明說明 第ί及第2臂的形成角度α為77〜15〇度。 依如此第4特徵之構♦，可得前述第2特徵及上述第3 特徵之構造，因此，可減低活塞滑動時之摩擦，同時避免 活塞環在堆積的碳上滑動，能防止發生活塞環膠著或異常 5磨耗，和燃燒氣密封不良等不佳之情形。 本發明之上述，其他目的、特徵及優點，可依循附圖 並從以下詳述之較佳實施例之說明而清楚明白。 圖式簡單說明 第1圖〜第10圖表示本發明之第丨實施例，第丨圖係引 10擎之正面圖，第2圖係引擎之縱截面圖且係第3圖之2-2線 截面圖，第3圖係第2圖之3-3線之截面圖，第4圖係第3圖 之4-4線之截面圖，第5圖係在輕負載狀態時第丨圖之5巧線 之擴大戴面圖，第6圖係對應在高負載狀態時之第5圖之截 面圖，第7圖係簡單表示連桿機構配置之圖，第8圖係表示 15軸的相位、排氣量及壓縮比關係之圖，第9 Α圖係依序表示 在引擎輕負載狀態時連桿機構之作動狀態之圖，第9B圖係 依序表示在引擎高負載狀態時連桿機構之作動狀態之圖， 第10圖係表示圖示之平均有效壓力及圖示燃料消耗率關係 之圖，第11圖及第12圖表示本發明之第2實施例，第η圖 20 係扣止構件正面圖，第12圖係第11圖之12箭頭方向視圖， 第13圖〜第18圖表示本發明之第3實施例，第13圖係引擎 主要部份正面圖，第14圖係在引擎輕負載狀態時第13圖之 Η-14線之截面圖，第15圖係第14圖之15-15線之截面圖， 第16圖係第15圖之16-16線之截面圖，第17圖係對應在引 11 1223685 玖、發明說明 擎高負載狀態時之第15圖之截面圖，第18圖係第17圖之 18-18線之截面圖，第19圖〜第24圖表示本發明之第4實施 例，第19圖係引擎主要部份正面圖，第20圖係第19圖之 •20-20線之截面圖，第21圖係在引擎輕負載狀態時之第2〇 5 圖之21-21線之戴面圖，第22圖係在引擎輕負載狀態時之 第20圖之22-22線之戴面圖，第23圖係對應在引擎高負載 狀態之第21圖截面圖，第24圖係對應在引擎高負載狀態時 之弟22圖截面圖’弟25圖〜第27圖表示本發明之第5實施 例，第25A圖表示引擎在輕負載狀態時連桿機構之作動狀 10態圖，第25B圖係對比表示引擎在高負載狀態時連桿機構 之作動狀態圖’第26A圖表示引擎在輕負載狀態時之燃燒 室附近的戴面圖’第26B圖表示引擎在高負載狀態時之燃 燒室附近的截面圖，第27圖為用以說明各部尺寸而簡單表 示連桿機構之配置的圖。 15 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明

關於本發明之第1實施例，係一邊參閱第^圖 一邊4明之’首先在第1圖〜第3圖，該引擎係， 〜第10圖 譬如，使 20 用於作業機等空冷之單氣缸引擎。引擎本體21包括曲轴箱 22’自該曲軸箱22之一側面務微向上傾斜突出之氣缸體η 與接合於該氣缸體23頭部之氣虹蓋24，在氣缸體23及氣缸 蓋24外面側設置多數個空冷用散熱片23卜、24a.·.。又曲 軸箱22係在該曲軸箱22下面之安裝面仏處安裝以㈣ 業機之機座。 12 玖、發明說明 曲軸箱22由與氣缸體23—體鑄造成形的箱本體25與社 合其箱本體25開放端之側蓋26所構成，，曲軸27兩端部透 過滾珠軸承28，29及油封30，31而可旋轉自如地支承在箱 本體25及側蓋26上。又曲軸27之一端部作為輸出軸部27a 而由側蓋26突出，並且曲軸27之另一端部作為輔機安裝轴 部27b而由箱本體25突出。而且在輔機安裝軸部27b上固定 有飛輪32，且在該飛輪32外面以螺絲構件36固定用以供給 引擎本體21各部份或氣化器3 4冷卻風之冷卻風扇3 5，而在 冷卻風扇35外側則配設反衝式引擎起動器37。 在氣缸體23中形成讓活塞38可自由滑動地嵌合之氣缸 内徑39，且面臨活塞38頂部之燃燒室4〇形成於氣缸體23及 氣缸蓋24間。 於氣缸蓋24上形成可通到燃燒室4〇之進氣口 41及排氣 口 42，同η守可開閉作動地配設開閉進氣口 41及燃燒室間 之進氣閥43，和開閉排氣口 42及燃燒室4〇間之排氣閥。又 在燃燒室40中面臨電極之火星塞牦係螺鎖於氣缸蓋以上。 亂缸盍24之上部連接氣化器34，且具有該氣化器裝置 之進氣路46下游端連通至進氣口41。χ，連接進氣路私上 游端之進氣管47連接氣化器34,㈣進氣管連接未圖示之 空氣濾清ϋ。錢缸蓋24之上部連接通至排氣㈣之排氣 管48,而該排氣管4㈣連接排氣消音諸。而且在曲轴箱 22上方配置燃油箱5卜並可利用自該曲軸箱22突出之托架 50來支撐。 在曲轴箱22靠近側蓋26之部份，在曲軸27上-體地形 1223685 玖、發明說明 成有驅動齒輪52，响合該驅動齒輪52之被動齒輪53則固定 於凸輪軸54,而凸輪軸54具有與曲軸27平行軸線且可旋轉 自如被支承於曲軸箱22上。然而凸輪軸54係藉相互嚙合之 驅動齒輪52及被動齒輪53，以1/2減速比傳達來自曲軸2? 5 之旋轉動力。 在凸輪軸54上，設有分別對應進氣閥43及排氣閥料之 進氣凸輪55及排氣凸輪56，而進氣凸輪55則滑動接觸可被 氣缸體23作動地支承的從動件57。另一方面，在氣缸體23 及氣缸蓋24上形成有使從動件57上部突出下部之作動室％ 1〇 ，且配置於該作動室58内之推桿59下端抵接前述從動件57 。此外，在氣缸蓋24上，一端抵接於藉彈簧賦與朝閉閥方 向之勢能的進氣閥43上端之搖臂60係可搖動地受到支承， 且在該搖臂60之另一端抵接前述推桿59上端。然而，推桿 59配合進氣凸輪55之旋轉朝軸方向作動，且搖臂6〇因此搖 15 動而使進氣閥43開閉作動。 在排氣凸輪56及排氣閥44間，亦裝入與上述進氣凸輪 55及進氣閥43間同樣的機構，且配合排氣凸輪56之旋轉， 排氣閥44可開閉作動。 凊同k參閱第4圖，支軸61係透過連接機構62來連結 20 ，且支軸6丨可在通過活塞38、曲軸27、氣缸軸線c且正交 於曲軸27軸線之平面内位移，並且被支承於引擎本體2 1之 曲軸箱22。 該連接機構62包括一端透過活塞銷63連結活塞38之連 桿64 ; —端可旋動地連結連桿64之另一端，並且另一端連 14 玖、發明說明 曲軸27的曲柄銷65之第咖；一端一體地連結前述幻 臂66另-端之第2f 67 ;及__端部可旋動地連結該第2臂^ 另-端’並且另-端部可旋動地連結前述支轴以控制桿 $ 69。p及第2臂66,67係一體地形成而作為輔助桿6卜 5 #助桿68在中間部具有滑動接觸曲軸27之曲柄銷65半 周之半圓狀之第！軸承部70,且在該輔助桿68兩端部，一 體地設有分別於其間挾持連桿64另一端部及控制桿的一端 部之-對雙又部71，72。又在曲抽27之曲柄銷㈣餘的半 周滑動接觸曲柄蓋73裝置之半圓狀第2軸承部74，且該曲 1〇柄蓋73係固定結合於辅助桿68。 連桿64另-端部透過連桿銷75可旋動地連結辅助桿⑽ —端部’亦即第！臂66_端部，且壓人連桿…―端部之 連桿銷75之兩端部可旋動地喪合補助桿68 一端側之雙又部 20

再者控制才干69 -端部透過輔助桿銷76可旋動地連、: 輔：桿68另-端部’亦即第2臂67另一端部。可相對旋; 地貫通控制桿69之—端部之輔助桿鐵⑽兩端部有些許I 隙地肷合於珂述另-端側雙又部72，而控制桿69之_端, 則插入辅助桿68另-端側的雙又部72。而且在前述另1 :雙又和安裝—對失扣77’77,用以抵接輔助桿銷I 端亚阻止其脫離該輔助桿銷76之雙又部72。 各又又。(5 71，72係藉各對配置於曲軸27兩側之夫 检78,78而固定結合於曲柄蓋73’且連桿鎖75及輔助桿在 76係配置於該等螺栓78，78..·之軸線延長線上。 15 1223685 玖、發明說明 請同時再參閱第5圖，圓筒狀支軸61係設置於具有與 曲軸27平行軸線且同軸地配置之-對旋轉軸8卜82之偏心 位置間。而且旋轉軸81透過單向離合器被支承在一體地設 置於曲軸箱22的箱本體25上部之支撐部83上，且旋轉軸82 5係透過單向離合器％而被支承在安裝於前述箱本體25之支 撐構件84上。 此外，另一端部連結於支軸61之控制桿69配合引擎的 、轉循f # [縮控制桿69方向之負載和伸張控制桿69方向 、載相互作用，並且由於在旋轉軸8 1，之偏心位置間 〇认有支軸61 ’故在旋轉軸8卜82上，自前述控制桿的向一 側之紅轉力和向另一側之旋轉力也會相互作用。然而，因 2轉轴81，82與支撐部83及支撐構件84之間裝設有單向離 口 ’ 86 ’旋轉軸81 ’ 82僅可朝箭形符號8〇所示之單向 旋轉。 5 於可旋轉自如地貫通曲軸箱22之侧蓋26且突出外部之 旋轉轴81 一端上固定有卡止構件87,該卡止構件87在周方 向-處具有向半徑方向外方突出的限制突部Μ並形成圓盤 狀0 20

另-方面’在曲軸箱22之側蓋26外面，具有讓前述_ 止構件87-部份插人之開口⑽之支撐板9()與自該支撐才 9〇向外方突出之-對托帥，91㈣結合，且軸構件似 端部固定地支撐在兩托架9卜91上，而軸構件92具有與衣 轉軸81轴線正交之軸線’且配置在前述卡止構件外方七 置。 16 1223685 玖、發明說明 在前述軸構件92上可搖動地支撐搖桿構件93，而搖桿 構件93在其相位錯開譬如167度之位置上具有可卡合前述 卡止構件87之限制突部88之一對卡合部93a，93b。為沿軸 構件92軸線定位搖桿構件93，在兩托架91 , 91及搖桿構件 5 93間裝入圍繞軸構件92之圓筒狀間隔件94，95。又在搖桿 構件93及支撐板90間，設有賦與搖桿構件％旋動勢能的回 動彈黃107，該旋動勢能之方向係可使具有搖桿構件％之 兩卡合部93a，93b中之93a卡合於卡止構件87之限制突部 88的方向。 1〇 搖桿構件93連結膜片式致動器97，該致動器97包含有 安裝在設置於前述支撐板90上之托架96之殼體98;用以將 該殼體98内分隔成負壓室102及大氣壓室1〇3並且被支撐於 殼體98上之膜片99 ;在可增大負壓室1〇2容積之方向上發 揮彈力並且縮設於殼體98及膜片99間之彈簧1〇〇 ;及連結 15膜片99中央部之作動桿101。 殼體98係由安裝於托架96的碗狀第1殼體半體1〇4與歛 合該殼體半體104的碗狀第2殼體半體1〇5所構成，膜片99 之周緣部挾持於兩殼體半體1〇4，；!〇5開口端部間。又負壓 室102形成於膜片99及第2殼體半體1〇5間，且彈簧1〇〇收容在 20 該負壓室1〇2中。 大氣壓室103係形成於膜片99及第1殼體半體1〇4間， 且貫通設置於第2殼體半體104之中央部通孔1〇6並突入大 氣壓室103的作動桿1〇1之一端部係連結於膜片99之中央部 ，而大氣壓室103則透過通孔106内周及作動桿外周間的間 17 1223685 玖、發明說明 隙與外部連通。 冗又體98之弟2殼體半體105連接通到負壓室1〇2之導管 i〇8。另一方面，在鄰接致動器97位置處，前述托架外支 擇緩衝筒109，在該緩衝筒1〇9連接前述導管1〇8。又，連 5通緩衝筒109之導管110連接氣化器34之進氣路46下游端， 亦即進氣路46之進氣負壓可導入致動器之負壓室1〇2， 且緩衝筒109具有使前述進氣負壓脈動衰減之作用。 致動裔97裝設之作動桿丨〇丨之另一端透過連結桿丨丨丨連 、、、。搖桿構件93，在引擎為輕負載運轉狀態且負壓室丨〇2負 1〇壓為高的狀態下，如在第5圖所示，膜片99彎曲並對抗回 動彈黃107及彈簧100之彈力，使負壓室1〇2容積減少，且 作動桿ιοί收縮作動。在此狀態下，搖桿構件93之旋動位 置係在將兩扣部93a，93b其中之931}卡合於卡止構件87之 限制突部88之位置。 另方面，若引擎變成高負載運轉狀態且負壓室1〇2 負[文低，如第6圖所示，則膜片99藉回動彈簧1〇7及彈簧 1〇〇之彈力彎曲，使負壓室1()2容積增大，且作動桿伸張作 動。因此，搖桿構件93可旋動至使兩卡合部93a，9扑中之 93a卡合於卡止構件87之限制突部“之位置。 精由如此旋動搖桿構件93，在引擎運轉中朝一方向之 旋轉力作用之旋轉軸81，82變成在卡合部93a，93b其中的 卡口於與其中一旋轉軸81 一起旋轉的卡止構件87之限 P 88的位置上碇轉受到限制，且該旋轉軸η，μ係在 ，譬如，167度相位不同的兩個位置處停止旋轉，因此位 18 坎、發明說明 《相對旋轉軸81 ’ 82軸線為偏心處的支軸61，即控制桿69 另端部可在正交於曲軸27軸線的平面内兩個位置間位移 ’因此可改變引擎的壓縮比。 而且連接機構62不只可改變壓縮比，亦可改變活塞38 之衝私，對於用以達此目的之連接機構62之尺寸關係，將 邊參閱第7圖一邊說明如下。 在此’在沿氣缸軸線C通過曲軸27軸線之X軸與正交 於X軸且通過曲軸27軸線之γ軸所構成之χγ平面内，當令 連桿64長度為L4，第1臂66長度為L2，第2臂67長度為u 1〇 ，控制桿69長度為L3，連桿64與前述X轴形成 角度為Φ4、 第1及第2臂66，67形成角度為α、第2臂67與前述γ軸形成 角度為Φ1，控制桿69與前述γ軸形成角度為φ3，連結曲軸 27軸線及曲柄銷65之直線與前述χ軸形成角度為0，曲軸 27之軸線及曲柄銷65間長度為尺，支軸之乂丫座標為^^丨乂、 15 YPW，曲軸之旋轉角速度為ω，來自曲轴27軸線的氣缸軸 線c之γ軸方向偏位置作為5時，活塞銷63之高度χ係 X=L4 - cos φ4^2 - sin( a ^1)+R · cos Θ ……(1) 但是， (|)4=arcsin{L2 · cos( a +(|)1)+R · sin - (5 }/L4 20 Φ卜·in{(L32-Ll2-C2-D2)/2 · LI ·，(C2+D2)}· arctan(c/D) C=Ypiv-Rsin Θ D=Xpiv-Rcos Θ 在此，活塞銷63之X軸方向速度係因微分上述式（丨）， 以下面（2)式表示。 19 1223685 玖、發明說明 piv 1 > £ piv〇 時係 Vhpiv 1 < VhpivO 為滿足上列關係，係設定第2臂67長度Li，第1臂66長度L2 ’控制桿69長度L3，連桿64長度L4，來自曲軸27軸線的氣 缸軸線C之Y軸方向偏位量6和第i及第2臂66，67之形成 5 角度α。 依如此的設定，如第8圖所示，可按照支軸61之相位 金化使排氣量Vhpiv及壓縮比e piv之值反向變化，且可以 在大排氣量時作低壓縮比運轉，在小排氣量時作高壓縮比 運轉。 1〇 即，連桿機構62，當支軸61在對應引擎輕負載狀態位 置日守，係如第9(a)圖所示地作動，而當支軸6 1在對應引擎 高負載狀態位置時，係如第9(b)圖所示地作動。在引擎高 負載狀恶下之活塞銷63的衝程Spiv比在引擎輕負載狀態下 之活塞銷63的衝程Spiv更大。而且，由於在引擎的輕負載 15狀態下之壓縮比比在高負載狀態下壓縮比還大，在輕負載 時為低排氣量、高壓縮比之運轉，又在高負載時為大排氣 量、低壓縮比之運轉。 接著說明第！實施例之作用。利用一端透過活塞銷63 連結活塞38之連桿64、一端可旋動地連結連桿64另一端且 2〇另一端透過曲柄銷65連結曲軸27之第1臂66、一端一體地 連結第1臂66另一端且與輔助桿68共同構成之第2臂67、及 -端可旋動地連結第2臂67另—端之控制⑽來構成連桿 機構62,並且使支承控制桿69另一端部之支轴_照引擎 運轉狀態位移而可改變壓縮比之後，藉由分別適當設定第 21 1223685 玖、發明說明 2臂67長度L1、第1臂66長度L2、控制桿的長度u、連桿 64長度L4、偏離曲軸27軸線的氣缸軸線C2Y方向偏位量 5、和第1及第2臂66 ’ 67形成角度^，亦可變更活塞鎖63 之衝程，且使大排氣量時作低壓縮比運轉，而在小排氣量 5 時作高壓縮比運轉。 因此，利肖在引擎輕負載時作低排氣量、高壓縮比運 轉可謀求高熱效率化，如在第10圖實線所示，與虛線所示 習知者相較，圖示之燃料消耗率下降，可減低燃料費。又 利用在高負載時作成大排氣量，低壓縮比，使爆發負載及 内c力不會過度上昇’能夠避免產生噪音及強度問題。 又第1及第2臂66 ’ 67係以具有滑動接觸曲柄銷65半周 之半圓狀第1軸承部之輔助桿68協力構成者，在該輔助桿 68之-端部可旋動地連結連桿64，且在輔助桿㈣另一端 部可旋動地連結控制桿69之一端部，而在一體地設置於輔 b助桿68,使其間分別夾持連桿料另一端部及控制桿的一端 ::的-對雙又部71 ’ 72上’固定結合曲柄蓋73，且該曲柄 盘73具有可滑動接觸曲柄祕殘餘半周之半圓狀的第· 承部74,藉此可提高輔助桿68安裝在曲柄銷^上之剛性。 再者，壓入連桿64另一端部的連桿鎖75之兩端部可旋 2〇動地嵌合其中一雙又部7卜由於可相對旋動地貫通控制桿 69 一端部之輔助桿鎖76之兩端部係稍有間隙地嵌合於雙又 部，故將自活塞38到輔助桿68與控制桿的分離而組裝:引 擎中後，再連結輔助桿68及控制桿69，可提高組裝精確戶 並且易於進行組裝作業，因此可避免5丨擎巨大化。^ 22 1223685 玖、發明說明 又’由於連桿銷75及輔助桿銷76係配置於用以將曲柄 蓋73固定結合於輔助桿68的螺栓78之軸線延長線上，故可 密實地構成輔助桿68及曲柄蓋73，因此，可減輕輔助桿68 及曲柄蓋73重量，並抑制動力損失。 5 再者一對旋轉軸81，82透過單向離合器85，86被支承 在引擎本體21中一體地設置於曲軸箱22箱本體25之支撐部 83和安裝於前述箱本體25之支撐構件84上，且在兩旋轉軸 81，82之偏心位置間設置支軸61。而由於在支軸61上，配 合引擎之運轉循環而壓縮控制桿69之方向的負載和伸張控 10制桿69之方向的負載相互作用，故會在旋轉軸si，82上， 使該旋轉軸81，82朝一方向旋轉之負載和使朝另一方向旋 轉之負载相互作用。可是，藉前述單向離合器85，86之作 用，旋轉軸81，82僅可單向旋轉。 另’在周方向一處具有限制突部88之卡止構件87係固 疋於自引擎本體2 1之側蓋26突出的旋轉軸8丨之一端，且搖 桿構件93可搖動地支承在具有與旋轉軸81正交之軸線並固 定於引擎本體21之軸構件92上，而搖桿構件93具有作為可 卡合卡止構件87的前述限制突部88且相位錯開，譬如， 7度的對卡合部93a，93b，該搖桿構件93藉回動彈簧 20 1〇7被賦與朝向使兩卡合部93a’ 9扑之其中一者卡合於限 制突部88之方向的勢能。 另一方面，膜片式致動器97被支撐於引擎本體21上， X、片式致動為97係膜片99的周緣部被挾持於殼體98上 而幵/成者，而該膜片99的兩面則面臨通到氣化器Μ内的進 23 玖、發明說明 氣路46之負壓室102和開放於大氣之大氣壓室1〇3。該致動 為97係連結搖桿構件93，以配合負壓室1 〇2的負壓增大， 與前述彈簧賦與勢能方向反向地旋動驅動搖桿構件93，而 〇 亦即’利用以引擎負載來作動致動器97，能使旋轉軸 81 ’ 82，即支軸61，位移並保持在譬如ι67度相位不同的 兩處，且可驅動支軸61，即控制桿69之另一端部在對應高 壓縮比位置與對應低壓縮比位置之間位移。此外，藉由使 用膜片式致動器97，不但避免引擎巨大化及構造複雜化， 而且極力抑制產生引擎之動力損失，並可驅動控制桿69位 移。 第Π圖及第12圖顯示本發明之第2實施例，在卡止構 件87(參閱第5圖，第6圖）周方向排成複數個階部112&…、 112b…形成在搖桿構件93之兩卡合部93a，93b上，並可配 合卡止構件87之旋動，使各階部n2a…、112b…依序卡合 於卡止構作87之限制突部88(參閱第5圖，第6圖）。 依该弟2貫施例’藉在各階部H2a…，112b··.，卡合限 制突部88，能階段地改變卡止構件87周方向位置，能夠更 細分化地改變壓縮比。 關於本發明之第3實施例，係一邊參閱第13圖〜第1 8 圖，一邊說明之。首先在第13圖及第14圖中，可旋動地連 結控制桿69另一端部之支軸61之兩端部，設置於具有平行 於曲軸27之軸線且同軸地配置的一對旋轉軸113，U4之偏 心軸部113a，114a間，且兩旋轉軸113，114透過單向離合 1223685 玫、發明說明 器85，86可旋動被支承於曲軸箱22上。 此外，在其中一旋轉軸113之偏心軸部113a周方向一 處，一體地設置向半徑向外方突出之限制突部115。 與前述兩旋轉轴113，114軸線正交之軸構件116可旋 5 動地貫通曲軸箱22之引擎本體25並突入曲轴箱22内，該車由 構件116之一端可旋動地被支承在設置於曲軸箱22之支撐 部17上。 又在自曲軸箱22突出之軸構件116另一端上固定有桿 118上，且膜片式致動器97連結該桿118。 10 在前述曲軸箱22之側壁内面及支撐部117間，軸構件 116固定有圍繞該軸構件116之搖桿構件119，且在該搖桿 構件119上設置有可卡合前述限制突部丨15且錯開相位，譬 如，167度之一對卡合部丨丨如，n9b。又在搖桿構件119及 曲軸I目22間，設置有回動彈簧12〇，用以朝可使搖桿構件 15 U9裝置之兩卡合部n9a，119b中之U9a卡合限制突部115 之方向賦與搖桿構件119旋動勢能。 在引擎係輕負載運轉狀態且致動器97中之負壓室1〇2 負壓高的狀態下，作動桿1〇1縮小作動。在該狀態下，如 弟15圖及第16圖所示，搖桿構件119之旋動位置係在可使 2〇兩卡合部U9a，119b中之im卡合限制突部ιΐ5之位置。 另方面，右引擎變成高負載運轉狀態且負壓室1〇2 的負壓、交低’則膜片99彎曲而使負壓室1〇2容積增大，且 作動桿101伸張作動。因此，如第17圖及第18圖所示，搖 杯構件119係變成旋動至可使兩卡合部119a，119b中之 25 1223685 玖、發明說明 119a卡合限制突部Π5之位置。 如此’藉由旋動搖桿構件119，支軸61，亦即控制桿 69之另一端部變成在正交於曲軸27軸線之平面内兩個位置 間位移，因此，可改變引擎之壓縮比及衝程。 5 因此，第3貫施例也能夠達成與上述第1實施例同樣的 效果。 以下一邊參閱第19圖〜第24圖一邊說明本發明之第4 貝施例’首先在第1 9圖及第20圖中，可旋動地連結控制桿 69另一端部之支軸6丨兩端部係設置於具有平行曲軸27軸線 10且同軸配置之一對旋轉軸113，114之偏心軸部113a，114a 間’且兩旋轉軸113，114係透過單向離合器85，86可旋動 地被支承於曲軸箱22上。 此外，旋轉軸113係貫通設置於曲軸箱22之支撐部121 ，在該旋轉軸Π3之一端，固定有具有在周方向一處向半 15 徑方向外方突出之限制突部88之圓盤狀卡止構件87。 又與前述兩旋轉軸113，114軸線正交之軸構件Π6可 旋動地貫通曲軸箱22之側蓋26，突入曲軸箱22内，並利用 設置於曲軸箱22之支撐部117可旋動地被支承在該軸構件n6 之一端上。 20 又在突出曲軸箱22之軸構件116另一端上固定有桿U8 ’膜片式致動器97連結該桿118。 在前述曲軸箱22側壁内面及支撐部117,間，搖桿構件 121固定於軸構件丨16上，而在該搖桿構件ι21上設有可卡 合前述限制突部88且錯開，譬如，167度相位之一對卡合 26 1223685 玖、發明說明 部121a，121b。又在搖桿構件a丨及曲軸箱22間，設置有 回動彈簧122，用以朝使搖桿構件121裝設之兩卡合部121&， 121b中之12la卡合限制突部88之方向賦與搖桿構件121旋 動的勢能。 5 引擎係輕負載運轉狀態且在致動器97之負壓室1〇2的 負壓南的狀悲下，作動桿1 〇 1縮小作動。在該狀態下，如 第2 1圖及第22圖所示，搖桿構件i 21之旋動位置係在可使 兩卡合部121a，121b之中121b卡合限制突部88之位置。 另一方面’若引擎變成高負載運轉狀態且負壓室1〇2 10的負壓變低，則膜片99彎曲使負壓室1〇2容積增大，作動 桿101伸張作動。因此，如在第23及第24圖所示，搖桿構 件121變成旋動至可使兩卡合部121a，121b中之12U卡合 限制突部88之位置。 如此利用旋動搖桿構件12 1，支軸61，亦即控制桿6 9 15之另一％部變成可在正交於曲軸27軸線平面内兩個位置間 位移，因此可改變引擎之壓縮比及衝程。 因此第4實施例也能達成與上述第1實施例同樣的效果 〇 此外’活塞3 8在膨脹衝程的前半時，雖由於在燃燒室 20 40的燃燒而有很大的負載作用於活塞3 8，但這時，若連桿 64的傾斜角度大，則朝氣缸39内面的活塞38接觸壓就會變 大，且摩擦增大。又引擎在高負載時，排氣量為最大時， 氣缸39的内面一部份也會面臨燃燒室4〇，可能會在氣缸缸 徑39内面的一部份隨著燃燒發生碳附著、堆積。在此狀態 27 1223685 玖、發明說明 =擎在輕負載時，排氣量為最小時，安裝於活塞批 # μ /在㈣㈣上'成為活塞環膠著或異常磨耗 和料氣密封不良等不佳情形的原因。因此，在以下第5 5 實施例中將說明可防止發生這些不佳情形的構成。 為減低摩擦，係設定成使活塞銷63的移動軌跡保持在 一直線和X軸之間的範圍内，且該直線係在活塞38在上死 點時之連桿64及第！臂66的連結點，即連桿鎖料及第卜㈣

的連結點，亦即連桿銷75位置之中，在_方向上通過距 離X軸最遠的位置且與\轴平行延伸者。 10 即，引擎在輕負載狀態時，如第25Α圖所示，連桿機

構62會在活塞38位於上死點之狀態（以實線表示狀態消活 塞38位於下死點之狀態（以虛線表示狀態）之間作動，在通 過活塞38位於上死點時之連桿銷乃位置且與义軸平行延伸 之直線Le和X軸之間，沿y軸方向有距離5ye，相對於此， 15引擎在高負載狀態時，如第25B圖所示，連桿機構62會在 活塞38位於上死點狀態（以實線表示狀態）與活塞38位於下 死點狀態（以虛線表示狀態）之間作動，在通過活塞3 8位於 上死點時之連桿銷75位置且與\軸平行延伸之直線Lp和與χ 軸之間，沿y軸方向則有距離5 yp，且5 ye <占yp。因此 20活塞銷63的移動軌跡係設定成保持在直線£^及义軸之間。 依設定為如此之活塞銷63之移動執跡，儘管在膨脹衝 程前半活塞因在燃燒室40的燃燒而承受很大的負載，但是 由於在膨脹衝程前半中能抑制連桿64的傾斜角度，使朝氣 缸39内面之活塞38接觸壓不會變大，故能減少摩擦。 28 玖、發明說明 此外，如第26A，B圖所示，在活塞38上安裝有活塞環 125、126、127 ,且令在活塞38中比前述各活塞環us〜 之中最靠近燃燒室4〇側之活塞環125更靠近燃燒室扣側 部份之端環槽脊38a的寬度為111、第26八圖所示之在引擎 5輕負载時排氣量為最小時位於上死點之活塞銷63沿著前述 X軸方向的兩度為Xetdc、第26B圖所示之在引擎高負載時 排氣量為最大時位於上死點之活塞銷63沿义軸方向的高度 為XPtdc時，係設定成使Xetdc-XptdcSHl成立。 依此，在引擎高負載時排氣量為最大時氣缸39的内面 1〇 一部份也會面臨燃燒室40，隨著燃燒所發生的碳雖有附著 ，堆積於氣缸39内面一部份之可能性，但在引擎輕負載且 排氣量為最小時，可避免安裝於活塞38之活塞環125〜127 之中最接近燃燒室40的活塞環125在朝氣缸％内面的前述 堆積碳上滑動，因此能夠防止產生活塞環125膠著或異常 15磨耗，和燃燒氣密封不良等不佳之情形。 在第27圖中，支軸61係以在xy平面内於乂軸及χ軸方向 上分別相對曲軸27的軸線分開長度。、“之位置作為中心 ，描出半徑Rp的圓形軌跡作位移者，又，令曲軸27的輛線 及曲柄銷65間長度時，設定第2臂67長度li^.5〜 2…、第W66長度⑽·。〜5·5、控制桿69長度以3.〇^ 6.0、前述長度L“0.9〜3·8、前述半徑印為〇 〇6〜〇76、 同時設定第1及第2臂66、67的形成角度α為77〜150度。 若如此設定連桿機構62的各部份尺寸，則能抑制在膨 脹衝程前半連桿64的傾斜角度，同時能夠避免排氣量為最 29 1223685 玖、發明說明 小時’活基環12 5在堆積在氣缸缸徑3 9内面之破上滑動。 因而變成可減低活塞滑動時的摩擦，同時能防止發生活塞 環125膠著或異常磨耗，和燃燒氣密封不良等不佳的情形 〇 5 以上，雖已說明了本發明之實施例，但本發明並不限 定於上述實施例，在不脫離本發明之申請專利範圍的情形 下，可做種種的設計變更。 譬如在上述各實施例中，雖使用膜片式致動器97來使 支軸61位移，但也可以使用電動馬達等電子控制式轉換機 構來使支轴61位移。

【圖式簡單明；J 第1圖〜第10圖表示本發明之第i實施例，第i圖係引 擎之正面圖，第2圖係引擎之縱截面圖且係第3圖之2·2線 截面圖，第3圖係第2圖之3-3線之截面圖，第4圖係第3圖 15之4_4線之戴面圖，第5圖係在輕負載狀態時第丨圖之5巧線 之擴大戴面圖，第6圖係對應在高負載狀態時之第5圖之截 面圖，第7圖係簡單表示連桿機構配置之圖，第8圖係表示 軸的相位、排氣量及壓縮比關係之圖，第9Α圖係依序表示 在引擎輕負載狀態時連桿機構之作動狀態之圖，第9Β圖係 20依序表示在引擎高負載狀態時連桿機構之作動狀態之圖， 第10圖係表示圖示之平均有效壓力及圖示燃料消耗率關係 之圖，第11圖及第12圖表示本發明之第2實施例，第"圖 係扣止構件正面圖，第12圖係第U圖之12箭頭方向視圖， 第13圖〜第18圖表示本發明之第3實施例，第13圖係引擎 30 1223685 玖、發明說明 主要部份正面圖，第14圖係在引擎輕負載狀態時第13圖之 14-14線之截面圖，第15圖係第14圖之15-15線之戴面圖， 第16圖係第15圖之16-16線之截面圖，第17圖係對應在引 擎高負載狀態時之第15圖之截面圖，第18圖係第17圖之 5 18-18線之戴面圖，第19圖〜第24圖表示本發明之第4實施 例，第19圖係引擎主要部份正面圖，第20圖係第19圖之 20-20線之截面圖，第21圖係在引擎輕負載狀態時之第20 圖之21-21線之戴面圖，第22圖係在引擎輕負載狀態時之 第20圖之22-22線之截面圖，第23圖係對應在引擎高負載 10 狀態之第21圖截面圖，第24圖係對應在引擎高負載狀態時 之第22圖截面圖，第25圖〜第27圖表示本發明之第5實施 例’第25 A圖表示引擎在輕負載狀態時連桿機構之作動狀 態圖，第25B圖係對比表示引擎在高負載狀態時連桿機構 之作動狀態圖，第26A圖表示引擎在輕負載狀態時之燃燒 15 至附近的截面圖，第26B圖表示引擎在高負載狀態時之燃 燒室附近的戴面圖，第27圖為用以說明各部尺寸而簡單表 示連桿機構之配置的圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 21…引擎本體 22…曲軸箱 22a···安裝面 23···氣 &L 體 23心··散熱片 24···氣虹頭 24心··散熱片 25…箱本體 26…側蓋 27…曲車由 2 7 a…輪出軸部 27b···輔機安裝軸部 31 1223685 玖、發明說明 28，29···滾珠軸承 5 4…凸輪軸 3 0，3 1…油封 55…進氣凸輪 32…飛輪 56…排氣凸輪 34…氣化器 5 7…從動馬句 3 5…冷卸風扇 58…作動室 36…螺絲構件 59…推桿 37…反衝式引擎起動器 60…搖臂 38…活塞 61…支轴 38a···端環槽脊 62…連接機構 39…氣缸缸徑 6 3…活塞銷 40…燃燒室 6 4…連桿 41…進氣口 6 5…曲柄銷 42···排氣口 66…第1臂 43…進氣閥 67…第2臂 44…排氣閥 68···畐丨J桿 45···火花塞 69···控制桿 46…進氣路 70···第1軸承部 47…進氣管 71，72···二叉部 48…排氣管 7 3…曲軸轴承蓋 49…排氣消音器 74···第2軸承部 50…托架 75…連桿銷 5 1…燃料箱 76···副桿銷 52…驅動齒輪 7 7…夾扣 53…被動齒輪 78…螺栓

32 1223685 玖、發明說明 80…箭形符號 81，82···回轉軸 83…支撐部 84…支撐構件 85，86···單向離合器 87…扣止構件 88···限制突部 89···開口部 90…支撐板 91…托架 92…軸構件 93…搖桿構件 9 3 a…扣合部 9 3 b · · ·扣合部 94…隔板 95…隔板 96…托架 97…膜片式致動器 98…殼 99…膜片 100…彈簧 101···作動桿 102···負壓室 103…大氣壓室 104···第1殼半體 105···第2殼半體 106···透孔 107…回動彈簧 10 8…導管 109···緩衝櫃 110…導管 111···連結桿 112a，112b···段部 113，114···回轉軸 113a，114a···偏心軸部 115···限制突部 116···軸構件 117，117’…支撐部 118…桿 119···搖桿構件 119a，119b，121a，121b…扣合部 120···回動彈簧 121···搖桿構件 122···回動彈簀 125，126，127···活塞環

Claims (1)

1223685 拾、申請專利範圍 L 一種壓縮比可變引擎，包含有： 連桿（64)，係一端透過活塞銷（63)連結活塞（38); 第1臂（66)，係一端可旋動地連結連桿（64)另一端， 同時另一端透過曲柄銷（65)連結曲軸（27); 第2臂（67)，係一端一體連結前述第1臂（66)另一端 9 控制桿（69)，係一端可旋動地連結該第2臂（67)另一 端；及 支軸（61)，係可旋動地支承該控制桿（69)另一端， 而，前述支軸（61)在以沿氣缸軸線（c)且通過該曲軸（27) 軸線之X軸與正交於X軸且通過該曲軸（27)軸線之y軸所 構成的xy平面内是可位移的，其特徵在於： 令該連桿（64)長度為L4、該第丨臂……長度為L2、 该第2臂（67)長度為L1、該控制桿（69)長度為L3、該連 桿（64)與前述X軸形成角度為φ4、前述第丨及第2臂（66、 67)的形成角度為α、該第2臂（67)與前述y軸形成角度 · 為φΐ、該控制桿（69)與前述y軸形成角度為φ3、連接該 曲軸（27)軸線及該曲柄銷（65)之直線與前述乂軸形成角 度為0、該曲軸（27)軸線及該曲柄銷（65)間長度為r、 前述支軸（61)的xy座標為Xpiv與Ypiv、該曲軸（27)的回 ^ 轉角速度為6；、相對該曲軸（27)軸線之氣缸軸線（C)的y 軸方向偏位量為5時， -L4 · sin(|)4 · d(K/dt+L2 · cos(a+(|)l) · (ΐφΙ/dt-R · ω · sin0=O 但是， 34 1223685 拾、申請專利範圍 c()4=arcsiii { L2 · cos(a+(|)l)+R · sinS - ά } /L4 άφ4/άΐ=ω · {-L2 · sin( α+φ1) · R · cos( <9-φ3)/υ · sin((j>l+(()3) +R · cos θ } /(L4 · ο〇8φ4) (|)3 = arcsin { (R · cos<9 -Xpiv+Ll · sin(|)l)/L3 } 5 (|)l=arcsin {(L32-Ll2-C2-D2)/2 · LI · /~(C2+D2)} -arctan(C/D) C=Ypiv-Rsin0 D=Xpiv-Rcos Θ ά^άί=ω · R · cos( θ -φ3)/ { LI · 8ΐη(φ1+φ3) } 5 藉任意地設定LI〜L4、5及R並導入上式中，可分別求 10 得前述支軸（61)在第1位置時於該活塞銷（63)的上死點 及下死點之曲柄角度0，且從表示在兩曲柄角度0處 之活塞銷（63)高度X的下式： X=L4 · cos())4+L2 · sin(a+(j>l)+R · cos0 分別求得前述支軸（61)在任意第1位置時的排氣量 15 VhpivO及壓縮比ε pivO與前述支軸（61)在自前述第1位 置位移至第2位置時之排氣量Vhpivl、壓縮比ε pivl， 且為了滿足下列關係： ε pivl < ε pivO時，Vhpivl > VhpivO ε pivl〉ε pivO時，Vhpivl < VhpivO 20 分別設定該第2臂（67)長度LI、該第1臂（66)長度L2、該 控制桿（69)長度L3、該連桿（64)長度L4、相對該曲軸 (27)軸線之氣缸軸線（C)y軸方向偏位量ά、和前述第1 及第2臂（66、67)的形成角度α。 2.如上述申請專利範圍第1項之壓縮比可變引擎，其中前 35 拾、申請專利範圍 述活塞鎖（63)的移動軌跡係設定成可進入直線與前述X :之間的範圍，而該線通過前述活塞(38)在上死點時之 前述連桿（64)及第lf(66)連結點的位置中，在乂轴方向 距離前述X軸最遠的位置，並且與前述χ軸平行地延伸 3·如上述申請專利«第1或2項之I縮比可變引擎，其 中令沿在排氣量為最小時之上死點處之前述活塞鎖㈣ 之前述X軸方向的高度為她、沿在排氣量為最大時 之上死點處之前述活塞銷（63)之前述χ軸方向的高度為 Xptdc、前述活塞（63)的端環槽脊寬度為出時，設定成 使 Xetdc-Xptdc^Hl可成立。 4·如上述申凊專利範圍第丨項之壓縮比可變引擎，其中前 述支軸（61)係以在前述xy平面内於乂軸及χ軸方向上分別 相對前述曲軸（27)之軸線分開長度。、L6之位置為中 心掐出半徑Rp的圓形軌跡作位移者，又，令前述曲軸 (27)之軸線及前述曲柄銷（65)間之長度r為1〇時，設定 月,J述第2臂（67)長度L1為1·5〜6.0、前述第1臂（66)長度 L2為L〇〜5.5、該控制桿（69)長度L3為3.0〜6.0、前述 長度L5為h2〜6.0、前述長度L6為0.9〜3.8，前述半徑 Rp為0·06〜0·76，同時設定前述第i及第2臂（66、67)的 形成角度α為77〜15〇度。 36