JP2001263114A - Internal combustion engine equipped with variable compression ratio mechanism - Google Patents
Internal combustion engine equipped with variable compression ratio mechanismInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、機関運転条件に応
じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構を備えた
内燃機関に関し、特に、圧縮比の変更に伴って同一クラ
ンク角でのコンロッド揺動角が変化する内燃機関に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism capable of changing the setting of a compression ratio in accordance with engine operating conditions. The present invention relates to an internal combustion engine in which a connecting rod swing angle changes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】自動車等に用いられる内燃機関として、
燃焼圧力や機関回転数等の機関運転条件に応じて、圧縮
比の設定を変更可能な可変圧縮比機構を備えたものが、
従来より提案されている。2. Description of the Related Art As an internal combustion engine used in automobiles and the like,
Those equipped with a variable compression ratio mechanism that can change the setting of the compression ratio according to engine operating conditions such as combustion pressure and engine speed,
It has been conventionally proposed.
【０００３】一例として、特開平９−２２８８５８号公
報に開示されている内燃機関を図１０に示す。この内燃
機関の可変圧縮比機構は、ピストン１０１のピストンピ
ン１０２に揺動可能に連結されるコンロッド１０３と、
このコンロッド１０３とクランクシャフト１０４のクラ
ンクピン１０５とを連結するロアーリンク１０６と、こ
のロアーリンク１０６に一端が連結されるとともに、他
端がシリンダブロック側に設けられた偏心シャフト１０
７に揺動可能に支持される制御リンク１０８と、を備え
た構成となっている。As an example, FIG. 10 shows an internal combustion engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-228858. The variable compression ratio mechanism of the internal combustion engine includes a connecting rod 103 swingably connected to a piston pin 102 of a piston 101,
A lower link 106 for connecting the connecting rod 103 to the crankpin 105 of the crankshaft 104; and an eccentric shaft 10 having one end connected to the lower link 106 and the other end provided on the cylinder block side.
7 and a control link 108 which is supported to be swingable.
【０００４】そして、機関運転状態に応じて偏心シャフ
ト１０７を回動制御し、制御リンク１０８の支持位置を
変化させることにより、ピストン行程が変化し、圧縮比
が変更されるように構成されている。また、この公報に
は、複数のリンク１０３，１０６，１０８を有する複リ
ンク式の構造を採用することによって、特にピストン１
０１下降時のコンロッド揺動角φ（シリンダ軸線Ｌａと
コンロッド中心線Ｌｂとがなす角）を小さくして、膨張
行程におけるサイドスラスト力を抑制することが開示さ
れている。The eccentric shaft 107 is controlled to rotate in accordance with the operating state of the engine, and the supporting position of the control link 108 is changed to change the piston stroke and change the compression ratio. . In this publication, a multi-link structure having a plurality of links 103, 106, and 108 is adopted, and in particular, the piston 1
It is disclosed that the connecting rod swing angle φ (the angle between the cylinder axis La and the connecting rod center line Lb) at the time of descending 01 is reduced to suppress the side thrust force in the expansion stroke.
【０００５】他の例として、特開平６−２４１０５７号
公報には、コンロッドの長さを変えることで圧縮比を変
更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関が開示されてい
る。[0005] As another example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-241057 discloses an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio by changing the length of a connecting rod.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】これら従来の内燃機関
では、圧縮比の変更に伴って同一クランク角におけるコ
ンロッド揺動角が変化する構成となっているが、機関の
運転条件（燃焼圧力，回転数等）に対する圧縮比の設定
と、その圧縮比設定時におけるコンロッドの揺動角と、
の関係について何ら検討がなされていない。このため、
大きな燃焼圧力やピストン慣性力が作用するときに、コ
ンロッド揺動角が比較的大きい状態となって、例えば上
記のサイドスラスト力が非常に大きくなる等の不具合を
生じるおそれがある。本発明は、このような課題に鑑み
てなされたものである。In these conventional internal combustion engines, the swinging angle of the connecting rod at the same crank angle changes with the change of the compression ratio. Number and the like), the swing angle of the connecting rod at the time of setting the compression ratio,
No consideration has been given to the relationship. For this reason,
When a large combustion pressure or a piston inertia force acts, the connecting rod swing angle becomes relatively large, which may cause a problem such as an extremely large side thrust force. The present invention has been made in view of such a problem.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明に係る内燃機関
は、ピストンに揺動可能に連結されるコンロッドと、機
関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮
比機構と、を備え、この可変圧縮比機構による圧縮比の
変更に伴って、同一クランク角でのコンロッドのシリン
ダ軸線に対する揺動角が変化するようになっている。An internal combustion engine according to the present invention includes a connecting rod swingably connected to a piston, and a variable compression ratio mechanism capable of changing a setting of a compression ratio according to engine operating conditions. As the compression ratio is changed by the variable compression ratio mechanism, the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis at the same crank angle changes.
【０００８】ここで、ピストンに作用するスラスト−反
スラスト方向の荷重（スラスト荷重）は、コンロッドの
シリンダ軸線に対する揺動角と、ピストンへ作用するシ
リンダ軸方向荷重と、に比例して増加する。そこで本発
明では、機関に悪影響を及ぼすスラスト荷重を効果的に
抑制するために、シリンダ軸方向荷重が大きい場合に
は、コンロッド揺動角が小さくなるように、可変圧縮比
機構のレイアウトや寸法等を適宜に設定している。The thrust-anti-thrust load acting on the piston (thrust load) increases in proportion to the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis and the cylinder axial load acting on the piston. Therefore, in the present invention, in order to effectively suppress the thrust load that adversely affects the engine, when the cylinder axial load is large, the layout and dimensions of the variable compression ratio mechanism are reduced so that the connecting rod swing angle is reduced. Is set appropriately.
【０００９】一般的に、ピストンへ作用するシリンダ軸
方向荷重が最も大きくなるのは、燃焼室内の圧力が最大
値となるクランク角で、かつ、この最大値が最も大きく
なる運転条件で設定される圧縮比の設定状態のときであ
る。Generally, the cylinder axial load acting on the piston becomes maximum at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value, and is set under the operating condition at which this maximum value becomes the maximum. This is when the compression ratio is set.
【００１０】そこで、請求項１の発明は、全運転領域の
中で燃焼室内の圧力の最大値が最大となる運転条件のと
きに設定される圧縮比設定状態で、燃焼室内の圧力が最
大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、他の
圧縮比設定状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクラ
ンク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくすることを
特徴としている。Therefore, the invention of claim 1 provides a method in which the pressure in the combustion chamber is set to a maximum value in a compression ratio setting state set under an operating condition in which the maximum value of the pressure in the combustion chamber is maximized in the entire operation range. The swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the swing angle of the connecting rod is smaller than the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value in another compression ratio setting state.
【００１１】上記可変圧縮比機構による圧縮比の設定
は、機関運転状態に応じて変更されるが、どのように変
更するかは、適用される内燃機関によって異なるものと
なる。The setting of the compression ratio by the variable compression ratio mechanism is changed in accordance with the operating state of the engine. How to change the setting depends on the applied internal combustion engine.
【００１２】一例として、請求項３の発明のように、吸
入空気を過給する過給機を備え、機関運転条件が高負荷
運転領域にあるときに過給圧を高くし、低中負荷運転領
域にあるときに過給圧を低くするような内燃機関では、
好ましくは請求項２の発明のように、機関運転条件が高
負荷運転領域にあるときに圧縮比を低く設定するととも
に、低中負荷運転領域にあるときに圧縮比を高く設定す
る。この理由は、高負荷域では、高過給圧と低圧縮比の
組み合わせにより、高過給圧でもノッキングを回避しつ
つ高出力化を実現でき、かつ、低中負荷域においては、
高圧縮比として燃費向上を図ることができるからであ
る。このような場合、圧縮比を低く設定した状態で、か
つ燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角のときに、
シリンダ軸方向荷重が最も大きくなる。そこで、好まし
くは、圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が
最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、圧
縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値と
なるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくす
る。As one example, a supercharger for supercharging intake air is provided as in the third aspect of the present invention, and when the engine operating condition is in a high load operation region, the supercharging pressure is increased, and the low and medium load operation is performed. In an internal combustion engine that reduces the supercharging pressure when in the region,
Preferably, the compression ratio is set low when the engine operation condition is in the high load operation region, and the compression ratio is set high when the engine operation condition is in the low / middle load operation region. The reason is that in a high load range, a combination of a high boost pressure and a low compression ratio can achieve high output while avoiding knocking even at a high boost pressure, and in a low and medium load range,
This is because fuel efficiency can be improved with a high compression ratio. In such a case, when the compression ratio is set low and the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value,
The load in the cylinder axial direction is the largest. Therefore, preferably, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value when the compression ratio is set to a low value, and the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value when the compression ratio is set to a high value. Smaller than the swing angle of the connecting rod at the crank angle.
【００１３】他の例として、一般的な自然吸気機関で
は、好ましくは請求項４の発明のように、機関運転条件
が低中回転高負荷運転領域にあるときに圧縮比を低く設
定するとともに、低中回転低中負荷運転領域又は高回転
運転領域にあるとき圧縮比を高く設定する。この理由
は、低速高負荷域を低圧縮比とすることにより、ノッキ
ングの抑制が可能となり、中速中負荷域で高圧縮比とし
ているため、燃費の向上が図れ、また高速高負荷域も高
圧縮比としているため、出力の向上が可能となるためで
ある。このような場合、圧縮比を高く設定した状態で、
燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角のときに、シ
リンダ軸方向荷重が非常に大きくなる。従って、好まし
くは、上記圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧
力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角
を、上記圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力
が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角より
も小さくする。As another example, in a general naturally aspirated engine, preferably, the compression ratio is set low when the engine operating condition is in a low-medium-speed high-load operation range, as in the invention of claim 4. The compression ratio is set high when the engine is in the low-medium rotation low-medium load operation region or the high rotation operation region. The reason is that knocking can be suppressed by setting the low compression ratio in the low-speed high-load region, and the high compression ratio is set in the medium-speed and medium-load region, so that fuel efficiency can be improved. This is because the compression ratio makes it possible to improve the output. In such a case, with the compression ratio set high,
When the pressure in the combustion chamber reaches the maximum crank angle, the load in the cylinder axial direction becomes extremely large. Therefore, preferably, in a state in which the compression ratio is set high, the swing angle of the connecting rod at a crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes a maximum value is increased, and in a state in which the compression ratio is set low, the pressure in the combustion chamber is reduced. It is smaller than the swing angle of the connecting rod at the maximum crank angle.
【００１４】更に他の例として、請求項６の発明のよう
に、機関運転条件が高負荷運転領域又は高回転運転領域
にあるときに燃焼室に供給した燃料を火花点火燃焼さ
せ、中回転低中負荷運転領域にあるときに燃焼室に供給
した燃料を圧縮自己着火燃焼させる内燃機関では、好ま
しくは請求項５の発明のように、機関運転条件が高負荷
運転領域又は高回転運転領域にあるときに圧縮比を低く
設定するとともに、中回転低中負荷運転領域にあるとき
に圧縮比を高く設定する。この理由は、中回転低中負荷
域を高圧縮比とすることにより、圧縮自己着火燃焼を成
立させて、燃費向上と排気低減の両立を図りつつ、他の
運転領域では、火花点火燃焼を行うことによりノッキン
グを抑制しつつ出力の向上を図るためである。この場
合、圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最
大値となるクランク角のときに、シリンダ軸方向荷重が
非常に大きくなる。そこで、好ましくは、圧縮比を低く
設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクラン
ク角でのコンロッドの揺動角を、圧縮比を高く設定した
状態で、燃焼室内の圧力が最大値となるクランク角での
コンロッドの揺動角よりも小さくする。As still another example, when the engine operating condition is in the high load operation region or the high rotation operation region, the fuel supplied to the combustion chamber is spark-ignited to reduce the engine speed to the medium rotation speed. In the internal combustion engine that performs the compression self-ignition combustion of the fuel supplied to the combustion chamber when the engine is in the medium load operation region, preferably, the engine operation condition is in the high load operation region or the high rotation operation region. At times, the compression ratio is set to be low, and the compression ratio is set to be high when the engine is in the medium-speed low-medium load operation region. The reason for this is that by setting the compression ratio to a high value in the middle rotation low / middle load region, compression self-ignition combustion is achieved, thereby achieving both improvement in fuel consumption and reduction in exhaust while performing spark ignition combustion in other operation regions. This is to improve the output while suppressing knocking. In this case, in a state where the compression ratio is set to be low, the load in the cylinder axial direction becomes extremely large at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value. Therefore, preferably, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value when the compression ratio is set to a low value, and the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value when the compression ratio is set to a high value. Smaller than the swing angle of the connecting rod at the crank angle.
【００１５】上記ピストンへ作用するシリンダ軸方向荷
重は、主として、ピストン慣性力による荷重と、燃焼室
内の燃焼圧力による荷重との合力により表される。The axial load acting on the piston is mainly represented by the resultant force of the load due to the inertia of the piston and the load due to the combustion pressure in the combustion chamber.
【００１６】ここで、燃焼圧力は、全クランク角度範囲
の中でも、ピストン膨張（圧縮）上死点から上死点後３
０°までのクランク角範囲のときに特に大きくなり、こ
のときには、上記シリンダ軸方向荷重も最も大きくな
る。そこで、請求項７の発明では、圧縮比の設定に関わ
らず、ピストン上死点から上死点後３０°までのクラン
ク角範囲におけるコンロッドの揺動角を１０°以下とす
ることを特徴としている。Here, the combustion pressure is within the range of the piston expansion (compression) top dead center to 3 d after top dead center within the entire crank angle range.
It becomes particularly large in the crank angle range up to 0 °, and in this case, the load in the cylinder axial direction also becomes the largest. Therefore, in the invention of claim 7, the swing angle of the connecting rod in the crank angle range from the top dead center of the piston to 30 ° after the top dead center is set to 10 ° or less regardless of the setting of the compression ratio. .
【００１７】一方、ピストン慣性力は、ピストン下死点
（及び上死点）近傍で最も大きくなるとともに、機関回
転数の増加に伴って大きくなる傾向にあり、このような
ときにも、シリンダ軸方向荷重は大きくなる。そこで、
請求項８の発明では、機関運転条件が高回転運転領域に
あるときに設定される圧縮比設定状態で、ピストンの下
向きの加速度が最大となるクランク角でのコンロッドの
揺動角を、他の圧縮比設定状態で、ピストンの下向きの
加速度が最大となるクランク角でのコンロッドの揺動角
よりも小さくしている。On the other hand, the piston inertia force tends to be largest near the bottom dead center (and top dead center) of the piston, and tends to increase as the engine speed increases. Directional load increases. Therefore,
In the invention of claim 8, in a compression ratio setting state set when the engine operation condition is in the high rotation operation region, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the downward acceleration of the piston is maximum is set to another value. In the compression ratio setting state, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the downward acceleration of the piston is maximized is made smaller.
【００１８】上記のピストン下死点近傍でシリンダ軸方
向荷重が大きくなるのは、一般的に、ピストン下死点前
９０°から下死点後９０°までのクランク角範囲であ
る。そこで、請求項９の発明では、圧縮比の設定に関わ
らず、ピストン下死点前９０°から下死点後９０°まで
のクランク角範囲におけるコンロッドの揺動角を３０°
以下としている。The cylinder axial load increases near the piston bottom dead center generally in the crank angle range from 90 ° before the piston bottom dead center to 90 ° after the bottom dead center. Therefore, in the invention of claim 9, the swing angle of the connecting rod in the crank angle range from 90 ° before the bottom dead center to 90 ° after the bottom dead center is set to 30 ° regardless of the setting of the compression ratio.
It is as follows.
【００１９】請求項１０の発明は、上記可変圧縮比機構
が、上記コンロッドと、このコンロッドとクランクシャ
フトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、一端
が機関本体に揺動可能に支持されるとともに、他端が上
記コンロッドまたはロアーリンクに連結される制御リン
クと、この制御リンクの機関本体に対する揺動支持位置
を変更する制御リンク支持位置変更機構と、を有する複
リンク式の構造となっている。According to a tenth aspect of the present invention, the variable compression ratio mechanism includes the connecting rod, a lower link connecting the connecting rod and a crankpin of a crankshaft, and one end swingably supported by the engine body. It has a multi-link structure including a control link having the other end connected to the connecting rod or the lower link, and a control link support position changing mechanism for changing a swing support position of the control link with respect to the engine body.
【００２０】この請求項１０に係る請求項１１の発明で
は、上記制御リンク支持位置変更機構が、機関運転状態
に応じて回動制御される制御シャフトを備え、この制御
シャフトが、機関本体に固定された軸受に回動可能に支
持される本体と、この本体に偏心形成され、上記制御リ
ンクを揺動可能に支持する偏心部と、を有する構成とな
っている。In the tenth aspect of the present invention, the control link support position changing mechanism includes a control shaft that is rotationally controlled in accordance with an engine operating state, and the control shaft is fixed to the engine body. A main body rotatably supported by the mounted bearing and an eccentric portion formed eccentrically on the main body and supporting the control link so as to be swingable.
【００２１】このような構成により、クランクシャフト
の回転に伴って、クランクピン，ロアリンク，コンロッ
ドを介してピストンがシリンダ内を昇降移動するととも
に、ロアリンク又はコンロッドに連結する制御リンク
が、揺動支持位置となる偏心部の軸心を中心として揺動
する。With this configuration, with the rotation of the crankshaft, the piston moves up and down in the cylinder via the crankpin, the lower link, and the connecting rod, and the control link connected to the lower link or the connecting rod swings. It swings around the axis of the eccentric part which is the supporting position.
【００２２】また、機関の運転状態に応じて制御シャフ
トを回動制御することにより、制御リンクの揺動中心と
なる偏心部の軸心が回転変位する。この結果、ピストン
行程が変化して、機関の各気筒の圧縮比が可変制御され
る。Further, by controlling the rotation of the control shaft in accordance with the operating state of the engine, the axis of the eccentric portion serving as the swing center of the control link is rotationally displaced. As a result, the piston stroke changes, and the compression ratio of each cylinder of the engine is variably controlled.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ピスト
ンへ作用するシリンダ軸方向荷重が大きくなるような状
態のときに、コンロッドのシリンダ軸線に対する揺動角
を有効に小さくすることができる。この結果、ピストン
へ作用するスラスト方向の荷重が効果的に抑制され、フ
リクションの低減による燃費向上，ピストンスカート部
の摩耗抑制による信頼性の向上を図ることができる。As described above, according to the present invention, the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis can be effectively reduced when the load acting on the piston in the cylinder axial direction increases. . As a result, the load on the piston in the thrust direction is effectively suppressed, so that the fuel efficiency can be improved by reducing the friction, and the reliability can be improved by suppressing the wear of the piston skirt.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００２５】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機
関の機械的構成を示す概略構成図である。シリンダブロ
ック２には、ピストン３が進退可能に嵌合するシリンダ
１が各気筒毎に形成されている。各シリンダ１の周囲に
は、ウォータージャケット１ａが形成され、各ピストン
３の上方には、燃焼室Ｓが画成されている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a mechanical configuration of an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention. The cylinder 1 into which the piston 3 can be advanced and retracted is formed in the cylinder block 2 for each cylinder. A water jacket 1 a is formed around each cylinder 1, and a combustion chamber S is defined above each piston 3.
【００２６】また、シリンダ１の下方には、クランクシ
ャフト１０が気筒列方向に延在している。このクランク
シャフト１０は、その軸線Ｏと同軸状に配置されるとと
もにシリンダブロック２に回転可能に支持されるクラン
クジャーナル１０ａと、軸心Ｏから偏心して各気筒毎に
設けられるクランクピン１０ｂと、軸心Ｏに対してクラ
ンクピン１０ｂと反対側に設けられ、主としてピストン
運動の回転１次振動成分を低減するカウンターウェイト
１０ｃと、を有している。Below the cylinder 1, a crankshaft 10 extends in the cylinder row direction. The crankshaft 10 is arranged coaxially with the axis O and rotatably supported by the cylinder block 2. A crank journal 10a is provided eccentrically from the axis O. A counterweight 10c is provided on the side opposite to the crankpin 10b with respect to the center O and mainly reduces the primary rotational vibration component of the piston motion.
【００２７】各ピストン３とクランクピン１０ｂとは、
複数のリンク４，７，８を備えた複リンク式の可変圧縮
比機構によって機械的に連携されている。詳述すると、
ピストン３には、スラスト−反スラスト方向（図１の左
右方向）と直交する方向に延びるピストンピン５が固定
的に設けられ、このピストンピン５に、コンロッド４の
上端４ａが揺動可能に外嵌して連結されている。このコ
ンロッド４の下端４ｂとロアリンク７とは、両者４ｂ，
７を挿通する連結ピン６によって相対回転可能に連結さ
れている。Each piston 3 and the crank pin 10b are
They are mechanically linked by a multi-link variable compression ratio mechanism having a plurality of links 4, 7, 8. To elaborate,
The piston 3 is fixedly provided with a piston pin 5 extending in a direction orthogonal to the thrust-anti-thrust direction (the left-right direction in FIG. 1), and the upper end 4a of the connecting rod 4 is swingably externally attached to the piston pin 5. Fitted and connected. The lower end 4b of the connecting rod 4 and the lower link 7 are
7 are connected so as to be relatively rotatable by a connecting pin 6 inserted therethrough.
【００２８】ロアリンク７は、キャップ７ａ及びボルト
７ｂを用いてクランクピン１０ｂに相対回転可能に外嵌
して取り付けられている。このロアリンク７と制御リン
ク８の一端とは、両者７，８を挿通する連結ピン９を介
して相対回転可能に連結されている。この制御リンク８
の他端は、制御シャフト１２の偏心部１１に相対回転可
能に外嵌している。この制御シャフト１２の本体は、ボ
ルト１４によりシリンダブロック２へ固定された軸受ブ
ラケット１３に相対回転可能に支持されている。また、
偏心部１１は、制御シャフト本体１２の外周に一体的に
設けられ、この偏心部１１の軸心１１ａは、制御シャフ
ト本体１２の軸心１２ａに対して所定量偏心している。The lower link 7 is attached to the crank pin 10b by using a cap 7a and a bolt 7b so as to be relatively rotatable. The lower link 7 and one end of the control link 8 are connected so as to be relatively rotatable via a connecting pin 9 that penetrates the lower link 7 and the control link 8. This control link 8
Is externally fitted to the eccentric portion 11 of the control shaft 12 so as to be relatively rotatable. The main body of the control shaft 12 is rotatably supported by a bearing bracket 13 fixed to the cylinder block 2 by bolts 14. Also,
The eccentric part 11 is provided integrally on the outer periphery of the control shaft main body 12, and the axis 11 a of the eccentric part 11 is eccentric with respect to the axis 12 a of the control shaft main body 12 by a predetermined amount.
【００２９】図２は、図１の矢視Ｘ対応図である。この
図２に示すように、制御シャフト１２の一端部にはウォ
ームホイール１５が設けられ、このウォームホイール１
５に噛み合うウォーム１７は、駆動部としての電動モー
タ１７により回転駆動される。この電動モータ１７は、
周知のＣＰＵ及びメモリ等を備えた制御部（図示省略）
により、機関の運転状態に応じて適宜に駆動制御され
る。FIG. 2 is a view corresponding to arrow X in FIG. As shown in FIG. 2, a worm wheel 15 is provided at one end of the control shaft 12.
The worm 17 meshing with the gear 5 is driven to rotate by an electric motor 17 as a drive unit. This electric motor 17
A control unit including a well-known CPU and a memory (not shown)
Thus, the drive is appropriately controlled according to the operating state of the engine.
【００３０】このような構成により、クランクシャフト
１０の回転に伴って、クランクピン１０ｂ，ロアリンク
７，コンロッド４等を介してピストン３がシリンダ１内
を昇降移動するとともに、ロアリンク７に連結する制御
リンク８が、偏心部１１の軸心１１ａを揺動中心として
揺動する。With such a configuration, the piston 3 moves up and down in the cylinder 1 via the crank pin 10b, the lower link 7, the connecting rod 4 and the like, and is connected to the lower link 7 with the rotation of the crankshaft 10. The control link 8 swings about the axis 11a of the eccentric portion 11 as the swing center.
【００３１】また、機関の運転状態に応じて電動モータ
１７を駆動制御することにより、ウォームホイール１５
を介して制御シャフト１２が軸周りに回転し、この制御
シャフト１２の軸心１２ａに対して、制御リンク８の揺
動中心となる偏心部１１の軸心１１ａの位置（ｘｃ，ｙ
ｃ）（図３）が回転変位する。この結果、ピストン行程
が変化して、機関の各気筒の圧縮比が可変制御される。Further, by controlling the driving of the electric motor 17 in accordance with the operating state of the engine, the worm wheel 15 is controlled.
, The control shaft 12 rotates around the axis, and the position (xc, y) of the axis 11 a of the eccentric portion 11 which is the swing center of the control link 8 with respect to the axis 12 a of the control shaft 12
c) (FIG. 3) is rotationally displaced. As a result, the piston stroke changes, and the compression ratio of each cylinder of the engine is variably controlled.
【００３２】図３は、図１に示す内燃機関のリンク構造
を模式的に示しており、クランクシャフト１０の軸心Ｏ
を原点（０，０）とし、シリンダ軸方向ＬＳと平行にｙ
軸をとり、スラスト−反スラスト方向にｘ軸をとった座
標系として描いている。FIG. 3 schematically shows a link structure of the internal combustion engine shown in FIG.
Is the origin (0,0), and y is parallel to the cylinder axis direction LS.
The axis is drawn, and the coordinate system is drawn with the x-axis in the thrust-anti-thrust direction.
【００３３】ここで、クランクシャフト１０とロアリン
ク７との連結位置を（ｘ１，ｙ１）；ロアリンク７と制
御リンク８との連結位置を（ｘ２，ｙ２）；ロアリンク
７とコンロッド４との連結位置を（ｘ３，ｙ３）；コン
ロッド４とピストン３との連結位置（ピストンピン５の
軸心）を（ｘ４，ｙ４）；制御リンク８の揺動支点位置
（偏心部１１の軸心）を（ｘｃ，ｙｃ）；（０，０）〜
（ｘ１，ｙ１）間のリンク長をＬ１；（ｘ１，ｙ１）〜
（ｘ２，ｙ２）間のリンク長をＬ２；（ｘ１，ｙ１）〜
（ｘ２，ｙ２）間のリンク長をＬ２；（ｘ２，ｙ２）〜
（ｘｃ，ｙｃ）間のリンク長をＬ３；（ｘ１，ｙ１）〜
（ｘ３，ｙ３）間のリンク長をＬ４；（ｘ２，ｙ２）〜
（ｘ３，ｙ３）間のリンク長をＬ５；（ｘ３，ｙ３）〜
（ｘ４，ｙ４）間のリンク長をＬ６；クランク角（度）
をθ；シリンダ軸線ＬＳに対するコンロッド４の揺動角
（度）をφ；と定義した場合、以下の式が成立する。Here, the connection position between the crankshaft 10 and the lower link 7 is (x1, y1); the connection position between the lower link 7 and the control link 8 is (x2, y2); The connection position is (x3, y3); the connection position between the connecting rod 4 and the piston 3 (the axis of the piston pin 5) is (x4, y4); the swing fulcrum position of the control link 8 (the axis of the eccentric part 11) is (Xc, yc); (0, 0)-
The link length between (x1, y1) is L1; (x1, y1) to
The link length between (x2, y2) is L2; (x1, y1) to
The link length between (x2, y2) is L2;
The link length between (xc, yc) is L3; (x1, y1) to
The link length between (x3, y3) is L4; (x2, y2) ~
The link length between (x3, y3) is L5; (x3, y3)-
The link length between (x4, y4) is L6; crank angle (degree)
Is defined as θ; and the swing angle (degree) of the connecting rod 4 with respect to the cylinder axis LS is defined as φ;
【００３４】[0034]
【数１】 (Equation 1)
【００３５】このように、各リンク長Ｌ１〜Ｌ６，クラ
ンクシャフト１０の軸心Ｏに対するピストン３のオフセ
ット量ｘ４，及び制御リンク８の支点位置（ｘｃ，ｙ
ｃ）が決定すれば、クランク角θに対する各連結位置
（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３），
（ｘ４，ｙ４）が自ずと決定されることが分かる。従っ
て、上述したように電動モータ１７を駆動制御すること
により制御リンク８の支点位置（ｘｃ，ｙｃ）を移動さ
せると、クランク角θに対するピストン行程ｙ４が変化
し、ピストン上死点位置も変わるため、圧縮比が変化す
ることとなる。As described above, the link lengths L1 to L6, the offset amount x4 of the piston 3 with respect to the axis O of the crankshaft 10, and the fulcrum position (xc, y) of the control link 8
If c) is determined, each connection position (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3),
It can be seen that (x4, y4) is naturally determined. Therefore, when the fulcrum position (xc, yc) of the control link 8 is moved by controlling the driving of the electric motor 17 as described above, the piston stroke y4 with respect to the crank angle θ changes, and the piston top dead center position also changes. , The compression ratio will change.
【００３６】ここで、コンロッド揺動角φは、次式のよ
うに表すことができる。Here, the connecting rod swing angle φ can be expressed by the following equation.
【００３７】[0037]
【数２】 (Equation 2)
【００３８】また、燃焼室Ｓ側からピストン３へ作用す
る下向きのシリンダ軸方向荷重をＦ、ピストン３に作用
するスラスト荷重をＦｔとすると、次式が成立する。If the downward cylinder axial load acting on the piston 3 from the combustion chamber S side is F, and the thrust load acting on the piston 3 is Ft, the following equation is established.
【００３９】[0039]
【数３】Ｆｔ＝Ｆ・ｔａｎφ このように、スラスト荷重Ｆｔは、コンロッド揺動角φ
とシリンダ軸方向荷重Ｆとに比例して増加する。従っ
て、シリンダ軸方向荷重Ｆが大きい状態で、仮にコンロ
ッド揺動角φが大きい状態となっていると、スラスト荷
重Ｆｔが非常に大きくなってしまい、好ましくない。そ
こで、以下に詳しく説明するように、シリンダ軸方向荷
重Ｆが特に大きくなる状態のときに、コンロッドの揺動
角φが相対的に小さくなるように、リンク長Ｌ１〜Ｌ６
等の機構諸元を適宜に設定している。この結果、スラス
ト荷重が抑制されて、フリクションが低減され、燃費向
上を図ることができるとともに、ピストンスカートの摩
耗が抑制され、信頼性の向上を図ることができる。Ft = F · tan φ Thus, the thrust load Ft is determined by the connecting rod swing angle φ
And the load F in the axial direction of the cylinder. Therefore, if the connecting rod swing angle φ is large while the cylinder axial load F is large, the thrust load Ft becomes extremely large, which is not preferable. Therefore, as described in detail below, when the cylinder axial load F is particularly large, the link lengths L1 to L6 are set so that the swing angle φ of the connecting rod becomes relatively small.
Etc. are set appropriately. As a result, the thrust load is suppressed, friction is reduced, fuel efficiency can be improved, and wear of the piston skirt is suppressed, and reliability can be improved.
【００４０】上記のシリンダ軸方向荷重Ｆは、図４に示
すように、クランク角に基づいて変動するが、燃焼室内
の圧力が最大値となるクランク角（θｐｍａｘ）の前
後、つまりピストン膨張（圧縮）上死点から膨張上死点
後３０°の範囲のクランク角の範囲で最も大きくなる。
なお、シリンダ軸方向荷重Ｆは、実質的にピストン慣性
力による荷重と燃焼室内圧力による荷重との合力で表さ
れるが、上記のピストン膨張上死点近傍では、燃焼圧力
による荷重が支配的となる。そこで、好ましくは、上記
可変圧縮比機構による圧縮比の設定状態に関わらず、ピ
ストン上死点から上死点後３０°のクランク角の範囲で
は、コンロッド揺動角φ（の絶対値）が１０°以下とな
るように設定する。As shown in FIG. 4, the cylinder axial load F fluctuates based on the crank angle, but before and after the crank angle (θpmax) at which the pressure in the combustion chamber reaches a maximum value, that is, the piston expansion (compression). ) It becomes largest in the range of the crank angle in the range of 30 ° from the top dead center to the expansion top dead center.
Note that the cylinder axial load F is substantially expressed as the resultant of the load due to the inertial force of the piston and the load due to the pressure in the combustion chamber. However, in the vicinity of the piston expansion top dead center, the load due to the combustion pressure is dominant. Become. Therefore, preferably, regardless of the setting of the compression ratio by the variable compression ratio mechanism, in the range of the crank angle of 30 ° from the piston top dead center to the top dead center, the connecting rod swing angle φ (absolute value) is 10 °. Set to be less than °.
【００４１】また、ピストン下死点近傍のクランク角範
囲においても、ピストンの下向きの加速度（慣性力）が
大きくなる関係で、シリンダ軸方向荷重Ｆが大きくな
る。そこで、好ましくはピストン下死点近傍、より具体
的にはピストン下死点前９０°〜下死点後９０°に対応
するクランク角度範囲では、コンロッド揺動角ができる
だけ小さくなるように設定する。例えば図４に示す例で
は、ピストン上死点近傍の最大荷重をＡ，下死点近傍で
の最大荷重をＢとすると、Ａ≒３Ｂの関係が成立するた
めに、上述した上死点近傍のスラスト荷重と同等なスラ
スト荷重まで許容する場合、下死点近傍のコンロッド揺
動角は、圧縮比の設定状態に関わらず、３０°以下に設
定する。In the crank angle range near the bottom dead center of the piston, the axial load F in the cylinder axial direction also increases because the downward acceleration (inertial force) of the piston increases. Therefore, preferably, the connecting rod swing angle is set to be as small as possible in the vicinity of the piston bottom dead center, more specifically, in the crank angle range corresponding to 90 ° before the piston bottom dead center to 90 ° after the bottom dead center. For example, in the example shown in FIG. 4, assuming that the maximum load near the piston top dead center is A and the maximum load near the bottom dead center is B, the relationship of A ≒ 3B is established. When a thrust load equivalent to the thrust load is allowed, the connecting rod swing angle near the bottom dead center is set to 30 ° or less regardless of the setting state of the compression ratio.
【００４２】更に、上記のシリンダ軸方向荷重Ｆは、機
関運転状態及びこの機関運転状態に基づく圧縮比の設定
状態によっても変動する。そこで、好ましくは、以下の
第１〜３実施例でも詳しく説明するように、燃焼室内の
圧力の最大値Ｐｍａｘが最も大きくなる運転条件のとき
に設定される圧縮比設定状態のときに、他の圧縮比設定
状態のときに比して、ピストン上，下死点近傍における
コンロッド揺動角φが小さくなるように設定する。Further, the above-mentioned cylinder axial load F varies depending on the engine operating state and the setting state of the compression ratio based on the engine operating state. Therefore, preferably, as will be described in detail in the following first to third embodiments, when the compression ratio setting state is set in the operating condition in which the maximum value Pmax of the pressure in the combustion chamber is maximized, The connecting rod swing angle φ near the upper and lower dead centers of the piston is set to be smaller than when the compression ratio is set.
【００４３】図５は、全運転領域の中で、高負荷域を低
圧縮比とし、低中負荷域を高圧縮比に設定した第１実施
例を示している。この実施例は、例えば過給機付き内燃
機関に好適に適用される。その理由は、高負荷域では、
高過給圧と低圧縮比の組み合わせにより、高過給圧でも
ノッキングを回避しつつ高出力化を実現でき、かつ、低
中負荷域においては、高圧縮比として燃費向上を図るこ
とができるからである。FIG. 5 shows a first embodiment in which the high load region is set to a low compression ratio and the low and middle load region is set to a high compression ratio in the entire operation region. This embodiment is suitably applied to, for example, an internal combustion engine with a supercharger. The reason is that in the high load range,
The combination of high supercharging pressure and low compression ratio can achieve high output while avoiding knocking even at high supercharging pressure, and at low and medium load ranges, high compression ratio can improve fuel economy. It is.
【００４４】この実施例の場合、高圧縮比設定時よりも
低圧縮比設定時の方が、ピストン膨張上死点近傍での最
大燃焼荷重が大きくなる。このため、シリンダ軸方向荷
重Ｆが最も大きくなるのは、低圧縮比設定状態でクラン
ク角度がθｐｍａｘ（ピストン上死点から上死点後３０
°の範囲内）のときであり、このような状態でのコンロ
ッド揺動角φを、高圧縮比設定時よりも実質的に小さく
設定する。In the case of this embodiment, the maximum combustion load in the vicinity of the piston expansion top dead center is larger when the low compression ratio is set than when the high compression ratio is set. For this reason, the cylinder axial load F becomes the largest when the crank angle is θpmax (30 minutes after the top dead center from the piston top dead center) in the low compression ratio setting state.
(Within the range of °), and the connecting rod swing angle φ in such a state is set substantially smaller than when the high compression ratio is set.
【００４５】すなわち、高圧縮比設定時のコンロッド４
のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ３’，低
圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオフセット
量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足するよう
に、機構諸元を設定する。That is, the connecting rod 4 when the high compression ratio is set
Assuming that the offset amount x3 near the piston top dead center is x3 'and the offset amount x3 near the piston top dead center when the low compression ratio is set is x3'', the mechanical specifications are set so as to satisfy the following equation. I do.
【００４６】[0046]
【数４】 (Equation 4)
【００４７】図６は、全運転領域の中で、低回転高負荷
域を低圧縮比に設定し、それ以外の運転領域を高圧縮比
に設定した第２実施例を示している。この実施例は、例
えば、自然吸気機関に好適に適用される。その理由は、
低速高負荷域を低圧縮比とすることにより、ノッキング
の抑制が可能となり、中速中負荷域で高圧縮比としてい
るため、燃費の向上が図れ、また高速高負荷域も高圧縮
比としているため、出力の向上が可能となるためであ
る。FIG. 6 shows a second embodiment in which the low-speed high-load region is set to a low compression ratio and the other operation regions are set to a high compression ratio in the entire operation region. This embodiment is suitably applied, for example, to a naturally aspirated engine. The reason is,
By setting a low compression ratio in the low-speed high-load region, it is possible to suppress knocking, and a high compression ratio is used in the medium-speed, medium-load region to improve fuel efficiency. In addition, a high compression ratio is also used in the high-speed, high-load region. Therefore, the output can be improved.
【００４８】この実施例の場合、ピストンへのシリンダ
軸方向荷重Ｆが最も大きくなるのは、高圧縮比設定時
で、かつ、クランク角度がθｐｍａｘ（ピストン上死点
から上死点後３０°の範囲内）のときであり、このとき
のコンロッド揺動角φを、低圧縮比設定時の場合に比し
て小さくなるように設定する。In this embodiment, the load F in the cylinder axial direction on the piston becomes the largest when the high compression ratio is set and the crank angle is θpmax (30 ° after the top dead center from the top dead center of the piston). (Within the range), and the connecting rod swing angle φ at this time is set to be smaller than when the low compression ratio is set.
【００４９】すなわち、高圧縮比設定時におけるコンロ
ッド４のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ
３’，低圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオ
フセット量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足す
るように、機構諸元を設定する。That is, the offset amount x3 near the piston top dead center of the connecting rod 4 at the time of setting the high compression ratio is x
3 ', when the offset amount x3 near the top dead center of the piston at the time of setting the low compression ratio is x3'', the mechanism specifications are set so as to satisfy the following expression.
【００５０】[0050]
【数５】 (Equation 5)
【００５１】図８は、この第２実施例に係るクランク角
とコンロッド揺動角との関係を示す特性図で、曲線
（イ）は高圧縮比設定時の特性を、曲線（ロ）は低圧縮
比設定時の特性を示している。同図に示すように、シリ
ンダ軸方向荷重Ｆが最も大きくなる状態、すなわち高圧
縮比設定時（イ）にクランク角がθｐｍａｘとなる状態
で、コンロッド揺動角（の絶対値）が実質的に０（ゼ
ロ）となるように設定されている。この関係で、高圧縮
比設定時には、ピストン上死点〜上死点後３０°のクラ
ンク角範囲でも、コンロッド揺動角が十分小さくなって
いる。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the crank angle and the connecting rod swing angle according to the second embodiment. The curve (a) shows the characteristic when a high compression ratio is set, and the curve (b) shows a low characteristic. This shows the characteristics when the compression ratio is set. As shown in the figure, in the state where the cylinder axial load F is the largest, that is, when the crank angle becomes θpmax when the high compression ratio is set (A), the connecting rod swing angle (absolute value) is substantially It is set to be 0 (zero). In this connection, when the high compression ratio is set, the connecting rod swing angle is sufficiently small even in the crank angle range from the piston top dead center to 30 ° after the top dead center.
【００５２】また、ピストン下死点近傍でのピストン慣
性力及びシリンダ軸方向荷重Ｆは、機関回転数の増加に
伴って大きくなる傾向にある。そこで、図４，８に示す
ように、好ましくは機関運転条件が高回転運転領域にあ
るときに設定される圧縮比設定状態（この実施例では高
圧縮比設定状態）では、ピストン下向きの加速度（下向
きのシリンダ軸方向荷重Ｆ）が最大値となるクランク角
（θａｍａｘ）でのコンロッド揺動角が、他の圧縮比設
定状態（この実施例では低圧縮比設定時）に比して小さ
くなるように設定する。これにより、ピストン下死点近
傍でのスラスト荷重をより効果的に抑制することができ
る。The piston inertia force and the cylinder axial load F near the bottom dead center of the piston tend to increase as the engine speed increases. Therefore, as shown in FIGS. 4 and 8, in the compression ratio setting state (high compression ratio setting state in this embodiment) preferably set when the engine operation condition is in the high rotation operation region, the piston downward acceleration ( The connecting rod swing angle at the crank angle (θamax) where the downward cylinder axial load F) becomes the maximum value becomes smaller than in other compression ratio setting states (in this embodiment, when a low compression ratio is set). Set to. Thereby, the thrust load near the piston bottom dead center can be more effectively suppressed.
【００５３】図７は、中回転低中負荷域を高圧縮比と
し、それ以外の運転領域を低圧縮比にした第３実施例で
ある。この第３実施例は、例えば、機関運転条件が高負
荷運転領域や高回転運転領域の状態にあるときに燃焼室
内に供給した燃料を火花点火燃焼させ、中回転低中負荷
運転領域にあるときには燃焼室内に供給した燃料を圧縮
自己着火燃焼させる内燃機関に好適に適用される。この
理由は、中回転低中負荷域を高圧縮比とすることによ
り、圧縮自己着火燃焼を成立させて、燃費向上と排気低
減の両立を図りつつ、他の運転領域では、火花点火燃焼
を行うことによりノッキングを抑制しつつ出力の向上を
図るためである。FIG. 7 shows a third embodiment in which the high compression ratio is set in the middle rotation, low and medium load range, and the low compression ratio is set in the other operation ranges. In the third embodiment, for example, when the engine operating condition is in a high load operation region or a high rotation operation region, the fuel supplied into the combustion chamber is ignited by spark ignition. The present invention is suitably applied to an internal combustion engine that performs compression self-ignition combustion of fuel supplied into a combustion chamber. The reason for this is that by setting the compression ratio to a high value in the middle rotation low / middle load region, compression self-ignition combustion is achieved, thereby achieving both improvement in fuel consumption and reduction in exhaust while performing spark ignition combustion in other operation regions. This is to improve the output while suppressing knocking.
【００５４】この実施例の場合、低圧縮比設定時の方が
高圧縮比設定時よりもピストン膨張上死点近傍での最大
燃焼荷重が大きくなる。従って、低圧縮比設定時でのピ
ストン上死点近傍（例えば上死点から上死点後３０°の
範囲内）のコンロッド揺動角を、高圧縮比設定時よりも
小さくなるように設定する。In this embodiment, the maximum combustion load near the piston expansion top dead center is larger when the low compression ratio is set than when the high compression ratio is set. Therefore, the connecting rod swing angle near the piston top dead center at the time of setting the low compression ratio (for example, within the range of 30 ° from the top dead center to the top dead center) is set to be smaller than at the time of setting the high compression ratio. .
【００５５】すなわち、高圧縮比設定時におけるコンロ
ッド４のピストン上死点近傍のオフセット量ｘ３をｘ
３’，低圧縮比設定時におけるピストン上死点近傍のオ
フセット量ｘ３をｘ３’’とすると、以下の式を満足す
るように、機構諸元を設定する。That is, the offset amount x3 near the top dead center of the piston of the connecting rod 4 at the time of setting the high compression ratio is x
3 ', when the offset amount x3 near the top dead center of the piston at the time of setting the low compression ratio is x3'', the mechanism specifications are set so as to satisfy the following expression.
【００５６】[0056]
【数６】 (Equation 6)
【００５７】更に言えば、この実施例では、ピストン下
死点近傍でのシリンダ軸方向荷重Ｆが大きくなる高回転
運転領域で低圧縮比に設定され、この状態で、ピストン
下向きの加速度が最大値となるクランク角θａｍａｘで
のコンロッド揺動角φが、他の高圧縮比設定状態に比し
て小さくなるように設定されている。これにより、上記
第２実施例と同様、高回転運転域におけるスラスト荷重
をピストン全行程にわたって良好に抑制することができ
る。More specifically, in this embodiment, the compression ratio is set to a low compression ratio in the high rotation operation region where the cylinder axial load F near the bottom dead center of the piston becomes large, and in this state, the downward acceleration of the piston becomes the maximum value. Is set so that the connecting rod swing angle φ at the crank angle θamax becomes smaller than the other high compression ratio setting states. Thus, similarly to the second embodiment, the thrust load in the high rotation operation range can be favorably suppressed over the entire stroke of the piston.
【００５８】以上の実施例１〜３によれば、シリンダ軸
方向荷重Ｆが大きくなる圧縮比設定状態及びクランク角
のときに、コンロッド揺動角φの絶対値が十分に小さく
なり、ピストンに作用するスラスト荷重を効果的に抑制
することができる。According to the first to third embodiments, the absolute value of the connecting rod swing angle φ becomes sufficiently small when the compression ratio is set and the crank angle at which the load F in the axial direction of the cylinder becomes large, and the piston acts on the piston. Thrust load can be effectively suppressed.
【００５９】図９は、他の実施形態を示しており、上述
した実施形態における図２に対応している。この図９に
示す実施形態では、制御リンク２０の揺動支点位置を、
クランク状の制御シャフト１８を用いて移動するように
構成されている。すなわち、制御シャフト１８に一体的
に設けられる偏心部（ピン部）１９の直径が、制御シャ
フト１８本体の直径と略同等又はそれ以下に設定されて
いる。このため、偏心部１９に外嵌する揺動アーム２０
の端部２０ｂの小型化が可能となる。この場合、制御リ
ンク２０の端部２０ｂは、２つ割れ構造になっており、
図示せぬボルトによって、制御シャフト１８の偏心部１
９に相対回転可能に外嵌して取り付けられるようになっ
ている。FIG. 9 shows another embodiment, which corresponds to FIG. 2 in the above-described embodiment. In the embodiment shown in FIG. 9, the swing fulcrum position of the control link 20 is
It is configured to move using a crank-shaped control shaft 18. That is, the diameter of the eccentric portion (pin portion) 19 provided integrally with the control shaft 18 is set to be substantially equal to or smaller than the diameter of the control shaft 18 main body. For this reason, the swing arm 20 fitted externally to the eccentric portion 19
Of the end 20b can be reduced in size. In this case, the end 20b of the control link 20 has a split structure,
The eccentric part 1 of the control shaft 18 is formed by a bolt (not shown).
9 so as to be fitted to the outside so as to be relatively rotatable.
【図１】本発明の一実施形態に係る可変圧縮比機構を備
えた内燃機関を示す概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism according to one embodiment of the present invention.
【図２】図１の矢視Ｘに対応する構成図。FIG. 2 is a configuration diagram corresponding to an arrow X in FIG. 1;
【図３】図１に示す内燃機関のリンク構造を模式的に示
す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a link structure of the internal combustion engine shown in FIG. 1;
【図４】クランク角と、ピストンへ作用するシリンダ軸
方向荷重との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a crank angle and a cylinder axial load acting on a piston.
【図５】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第１実施
例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of setting a compression ratio with respect to engine operating conditions.
【図６】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第２実施
例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of setting a compression ratio with respect to engine operating conditions.
【図７】機関運転条件に対する圧縮比の設定の第３実施
例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of setting a compression ratio with respect to engine operating conditions.
【図８】圧縮比の設定の変更に伴うコンロッド揺動角の
変化を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing a change in a connecting rod swing angle accompanying a change in setting of a compression ratio.
【図９】本発明の他の実施形態を示し、図２に対応する
構成図。FIG. 9 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention and corresponding to FIG. 2;
【図１０】従来例に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機
関を示す概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism according to a conventional example.
３…ピストン ４…コンロッド ５…ピストンピン ７…ロアリンク ８…制御リンク １０…クランクシャフト １０ｂ…クランクピン １１…偏心部 １２…制御シャフト DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Piston 4 ... Connecting rod 5 ... Piston pin 7 ... Lower link 8 ... Control link 10 ... Crank shaft 10b ... Crank pin 11 ... Eccentric part 12 ... Control shaft
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｔ Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AA06 AB06 AC04 3G084 BA07 BA22 CA03 CA04 CA05 DA02 DA19 EA11 EB12 EC03 FA18 FA21 FA38 3G092 AA01 AA12 DB00 DD06 FA11 FA25 HA11Z HE01Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 45/00 368 F02D 45/00 368T F term (Reference) 3G023 AA02 AA03 AA06 AB06 AC04 3G084 BA07 BA22 CA03 CA04 CA05 DA02 DA19 EA11 EB12 EC03 FA18 FA21 FA38 3G092 AA01 AA12 DB00 DD06 FA11 FA25 HA11Z HE01Z
Claims (11)
ッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能
な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構によ
る圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッ
ドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関に
おいて、 全運転領域の中で燃焼室内の圧力の最大値が最大となる
運転条件のときに設定される圧縮比設定状態で、燃焼室
内の圧力が最大値となるクランク角でのコンロッドの揺
動角を、他の圧縮比設定状態で、燃焼室内の圧力が最大
値となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さ
くすることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機
関。1. A variable compression ratio mechanism comprising: a connecting rod pivotally connected to a piston; and a variable compression ratio mechanism capable of changing a setting of a compression ratio in accordance with engine operating conditions. As a result, in an internal combustion engine in which the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis changes at the same crank angle, the compression set when the maximum value of the pressure in the combustion chamber is maximized in the entire operation range In the ratio setting state, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value, and in other compression ratio setting states, the swinging of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism characterized in that the internal combustion engine is smaller than an angle.
ッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能
な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構によ
る圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッ
ドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関に
おいて、 機関運転条件が高負荷運転領域にあるときに圧縮比を低
く設定するとともに、低中負荷運転領域にあるときに圧
縮比を高く設定し、 上記圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最
大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、上記
圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値
となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さく
することを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機
関。2. A variable compression ratio mechanism comprising: a connecting rod swingably connected to a piston; and a variable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio according to engine operating conditions. In the internal combustion engine where the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis changes at the same crank angle, the compression ratio is set low when the engine operation condition is in the high load operation range, and the compression ratio is set to low and medium load operation range. At a certain time, the compression ratio is set high, and in the state where the compression ratio is set low, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value is set with the compression ratio set high. An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism, wherein the swing angle of the connecting rod at a crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes a maximum value is made smaller.
くし、低中負荷運転領域にあるときに過給圧を低くする
ことを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比機構を備
えた内燃機関。3. A supercharger for supercharging intake air, wherein the supercharging pressure is increased when the engine operating condition is in a high-load operation range, and the supercharging pressure is reduced when the engine operation condition is in a low-medium-load operation range. An internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism according to claim 2.
ッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能
な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構によ
る圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッ
ドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関に
おいて、 機関運転条件が低中回転高負荷運転領域にあるときに圧
縮比を低く設定するとともに、低中回転低中負荷運転領
域又は高回転運転領域にあるとき圧縮比を高く設定し、 上記圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最
大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、上記
圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値
となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さく
することを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機
関。4. A connecting rod rotatably connected to a piston, and a variable compression ratio mechanism capable of changing a setting of a compression ratio according to engine operating conditions, wherein the variable compression ratio mechanism changes the compression ratio. In the internal combustion engine in which the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis changes at the same crank angle, the compression ratio is set low when the engine operating conditions are in the low, medium, and high load operation range, When the compression ratio is set high when in the low-medium load operation region or the high rotation operation region, and the compression ratio is set high, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes the maximum value is set as follows. An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism, wherein the compression ratio is set to be lower than the swing angle of the connecting rod at a crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes a maximum value.
ッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能
な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構によ
る圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッ
ドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関に
おいて、 機関運転条件が高負荷運転領域又は高回転運転領域にあ
るときに圧縮比を低く設定するとともに、中回転低中負
荷運転領域にあるときに圧縮比を高く設定し、 上記圧縮比を低く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最
大値となるクランク角でのコンロッドの揺動角を、上記
圧縮比を高く設定した状態で、燃焼室内の圧力が最大値
となるクランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さく
することを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機
関。5. A variable compression ratio mechanism comprising: a connecting rod swingably connected to a piston; and a variable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio according to engine operating conditions. In the internal combustion engine in which the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis changes at the same crank angle, the compression ratio is set low when the engine operating condition is in the high-load operation region or the high-speed operation region. When the compression ratio is set high when the engine is in the rotation low-medium load operation range, and the compression ratio is set low, the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber reaches a maximum value is calculated by the compression ratio An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, wherein the pressure in the combustion chamber is set smaller than the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the pressure in the combustion chamber becomes a maximum value.
転運転領域にあるときに燃焼室に供給した燃料を火花点
火燃焼させ、中回転低中負荷運転領域にあるときに燃焼
室に供給した燃料を圧縮自己着火燃焼させることを特徴
とする請求項５に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機
関。6. The fuel supplied to the combustion chamber is spark-ignited when the engine operating condition is in a high-load operation area or a high-speed operation area, and supplied to the combustion chamber when the engine is in a medium-speed low-medium-load operation area. The internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism according to claim 5, wherein the fuel is subjected to compression self-ignition combustion.
点から上死点後３０°までのクランク角範囲におけるコ
ンロッドの揺動角を１０°以下とすることを特徴とする
請求項１〜６のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備え
た内燃機関。7. The swing angle of the connecting rod in the crank angle range from the top dead center of the piston to 30 ° after the top dead center is set to 10 ° or less regardless of the setting of the compression ratio. An internal combustion engine comprising the variable compression ratio mechanism according to any one of claims 6 to 10.
ッドと、機関運転条件に応じて圧縮比の設定を変更可能
な可変圧縮比機構と、を備え、この可変圧縮比機構によ
る圧縮比の変更に伴って、同一クランク角でのコンロッ
ドのシリンダ軸線に対する揺動角が変化する内燃機関に
おいて、 機関運転条件が高回転運転領域にあるときに設定される
圧縮比設定状態で、ピストンの下向きの加速度が最大と
なるクランク角でのコンロッドの揺動角を、他の圧縮比
設定状態で、ピストンの下向きの加速度が最大となるク
ランク角でのコンロッドの揺動角よりも小さくすること
を特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。8. A connecting rod which is swingably connected to a piston, and a variable compression ratio mechanism capable of changing a setting of a compression ratio according to an engine operating condition, wherein the variable compression ratio mechanism changes the compression ratio. In the internal combustion engine in which the swing angle of the connecting rod with respect to the cylinder axis changes at the same crank angle, the downward acceleration of the piston in the compression ratio setting state set when the engine operation condition is in the high rotation operation region The swing angle of the connecting rod at the maximum crank angle is smaller than the swing angle of the connecting rod at the crank angle at which the downward acceleration of the piston is maximized in another compression ratio setting state. An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism.
点前９０°から下死点後９０°までのクランク角範囲に
おけるコンロッドの揺動角を３０°以下とすることを特
徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の可変圧縮比機
構を備えた内燃機関。9. The swing angle of the connecting rod in the crank angle range from 90 ° before bottom dead center to 90 ° after bottom dead center of the piston is 30 ° or less regardless of the setting of the compression ratio. Item 9. An internal combustion engine comprising the variable compression ratio mechanism according to any one of Items 1 to 8.
ドと、このコンロッドとクランクシャフトのクランクピ
ンとを連結するロアーリンクと、一端が機関本体に揺動
可能に支持されるとともに、他端が上記コンロッドまた
はロアーリンクに連結される制御リンクと、この制御リ
ンクの機関本体に対する揺動支持位置を変更する制御リ
ンク支持位置変更機構と、を有することを特徴とする請
求項１〜９のいずれかに記載の可変圧縮比機構を備えた
内燃機関。10. The variable compression ratio mechanism, wherein the connecting rod, a lower link connecting the connecting rod and a crankpin of a crankshaft, one end of which is swingably supported by an engine body, and the other end of which is connected to the connecting rod. Or a control link connected to the lower link, and a control link support position changing mechanism for changing a swing support position of the control link with respect to the engine body. Internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism.
機関運転状態に応じて回動制御される制御シャフトを備
え、 この制御シャフトが、機関本体に固定された軸受に回動
可能に支持される本体と、この本体に偏心形成され、上
記制御リンクを揺動可能に支持する偏心部と、を有する
ことを特徴とする請求項１０に記載の可変圧縮比機構を
備えた内燃機関。11. The control link support position changing mechanism,
A control shaft that is rotationally controlled in accordance with the engine operating state; the control shaft is rotatably supported by a bearing fixed to the engine main body; and the control link is formed eccentrically in the main body and includes the control link. The internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism according to claim 10, further comprising: an eccentric portion that is swingably supported.
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|---|---|---|---|
| JP2000077333A JP3991550B2 (en) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | Internal combustion engine with variable compression ratio mechanism |
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|---|---|---|---|
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| US6990934B2 (en) | 2002-12-27 | 2006-01-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Internal combustion engine having variable compression ratio mechanism and control method therefor |
| US7165517B2 (en) | 2003-09-16 | 2007-01-23 | Nissan Motor Co., Ltd. | Control apparatus and method for internal combustion engine with variable compression ratio mechanism |
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- 2000-03-21 JP JP2000077333A patent/JP3991550B2/en not_active Expired - Lifetime
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