JP2002227674A - Variable compression ratio mechanism for internal combustion engine - Google Patents
Variable compression ratio mechanism for internal combustion engineInfo
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の圧縮比
を変更可能な可変圧縮比機構の改良に関する。The present invention relates to an improvement of a variable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio of an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関の可変圧縮比機構として、内燃
機関のクランクピンとピストンピンとを複数のリンクで
連携し、一つのリンクの拘束条件を変化させることによ
り、ピストン往復運動を変化させて、機関圧縮比を変更
する技術が公知である。2. Description of the Related Art As a variable compression ratio mechanism of an internal combustion engine, the crank pin and the piston pin of the internal combustion engine are linked by a plurality of links, and the reciprocating motion of the piston is changed by changing the constraint condition of one link. Techniques for changing the compression ratio are known.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この種の可変圧縮比機
構として、本出願人等は、図１１に示すような機構を先
に提案している（以下、先行例と呼ぶ）。この機構で
は、内燃機関のクランクピン１０２にロアリンク１０４
が回転自在に取り付けられ、このロアリンク１０４と内
燃機関のピストンピン１０１とをアッパーリンク１０３
により連携している。また、機関本体としてのシリンダ
ブロック１１４に回転可能に支持された制御軸１１０に
は、この制御軸１１０の軸心から偏心した円柱状の偏心
部１０５が設けられ、この偏心部１０５とロアリンク１
０４とを制御リンク１０６により連携している。As a variable compression ratio mechanism of this type, the present applicant has previously proposed a mechanism as shown in FIG. 11 (hereinafter referred to as a prior art). In this mechanism, a lower link 104 is connected to a crankpin 102 of an internal combustion engine.
Is rotatably attached to the lower link 104 and the piston pin 101 of the internal combustion engine.
Are working together. A control shaft 110 rotatably supported by a cylinder block 114 as an engine body is provided with a column-shaped eccentric portion 105 eccentric from the axis of the control shaft 110, and the eccentric portion 105 and the lower link 1
04 are linked by a control link 106.
【０００４】このような構成により、制御軸１１０が所
定の回転角度に保持されている状態では、ロアリンク１
０４の運動が、ロアリンク１０４と制御リンク１０６と
の連結中心Ｚ１の揺動軌跡１１１によって拘束されて、
所定の圧縮比に保持される。そして、モーター等のアク
チュエータ（駆動手段）により、制御軸１１０をシリン
ダブロック１１４に対して回動させると、制御リンク１
０６の揺動支点である偏心部１０５の中心Ｚ２が内燃機
関本体に対して移動する。この結果、上記の揺動軌跡１
１１が変化して、ロアリンク１０４の拘束条件が変化
し、ピストンの往復運動が変化することによって、機関
圧縮比が変更される。With such a configuration, when the control shaft 110 is held at a predetermined rotation angle, the lower link 1
04 is constrained by the swing trajectory 111 of the connection center Z1 between the lower link 104 and the control link 106,
It is kept at a predetermined compression ratio. When the control shaft 110 is rotated with respect to the cylinder block 114 by an actuator (drive means) such as a motor, the control link 1
The center Z2 of the eccentric portion 105, which is the swing support point of 06, moves with respect to the internal combustion engine main body. As a result, the above-mentioned swing locus 1
11 changes, the constraint condition of the lower link 104 changes, and the reciprocating motion of the piston changes, thereby changing the engine compression ratio.
【０００５】このように、ロアリンク１０４の運動を制
御リンク１０６により拘束する機構では、ロアリンク１
０４と制御リンク１０６との連結中心Ｚ１の軌跡１１が
直線に近づくほど（言い換えると、軌跡１１の実質的な
曲率半径が大きくなるほど）、クランクピン１０２を中
心とするロアリンク１０４の自転運動に伴う高次振動成
分が低減され、ひいてはピストン往復運動に伴う２次以
上の高次振動成分が低減されて、音振性能が向上するこ
とを本発明者は見い出した。As described above, in the mechanism in which the movement of the lower link 104 is restricted by the control link 106, the lower link 1
As the trajectory 11 of the connection center Z1 between the control link 04 and the control link 106 approaches a straight line (in other words, as the substantial radius of curvature of the trajectory 11 increases), the lower link 104 rotates about the crankpin 102 with the rotation. The present inventor has found that high-order vibration components are reduced, and second-order or higher-order vibration components due to the reciprocating motion of the piston are reduced, thereby improving sound vibration performance.
【０００６】しかしながら、図１１に示す先行例にあっ
ては、所定の圧縮比に保持している状態、つまり制御軸
１１０を所定の回転角度に保持している状態では、制御
リンク１０６の揺動支点Ｚ２が内燃機関本体に対して移
動することがないので、上記軌跡１１１の曲率半径が、
必然的に制御リンク１０６の腕長さ（Ｚ１とＺ２との間
の距離）に規定される。従って、上述した２次以上の高
次振動成分を低減する目的で、軌跡１１１を直線に近づ
けるためには、制御リンク１０６の長さを大きくする必
要がある。しかしながら、制御リンク１０６の長さを大
きくすると、制御リンク１０６の揺動中心である偏心部
１０５の中心Ｚ２がクランクシャフトの回転中心から遠
ざかる等の理由により、内燃機関全体のサイズが余儀な
く拡大され、機構の大型化や機関搭載性の悪化等の不具
合を招いてしまう。However, in the prior art shown in FIG. 11, when the control shaft 110 is maintained at a predetermined compression ratio, that is, when the control shaft 110 is maintained at a predetermined rotation angle, the swing of the control link 106 is prevented. Since the fulcrum Z2 does not move with respect to the internal combustion engine body, the radius of curvature of the locus 111 is
The length is inevitably defined by the arm length of the control link 106 (the distance between Z1 and Z2). Therefore, in order to reduce the above-described second-order or higher-order vibration components, the length of the control link 106 needs to be increased in order to make the trajectory 111 closer to a straight line. However, when the length of the control link 106 is increased, the center size Z2 of the eccentric portion 105, which is the swing center of the control link 106, is distant from the rotation center of the crankshaft. Problems such as an increase in the size of the mechanism and deterioration of the mountability of the engine are caused.
【０００７】この発明は、このような課題に着目してな
されたものであって、機構の大型化や機関搭載性の悪化
を招くことなく、ピストン往復運動に伴う２次以上の高
次振動成分を十分に低減し、音振性能を格段に向上し得
る新規な内燃機関の可変圧縮比機構を提供することを一
つの目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and does not increase the size of the mechanism and deteriorate the mountability of the engine, without causing a higher-order vibration component of the second or higher order accompanying the reciprocating motion of the piston. It is an object of the present invention to provide a novel variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine, which can sufficiently reduce the noise and vibration performance.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る可変圧縮比
機構は、内燃機関のクランクピンに回転自在に取り付け
られるロアリンクと、このロアリンクと内燃機関のピス
トンピンとを連携するアッパーリンクと、機関運転状態
に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に偏心し
て設けられた偏心部と、この偏心部に揺動可能に支持さ
れた制御レバーと、この制御レバーの先端と上記ロアリ
ンクとを連携する制御リンクと、を有している。A variable compression ratio mechanism according to the present invention comprises: a lower link rotatably mounted on a crank pin of an internal combustion engine; an upper link for linking the lower link with a piston pin of the internal combustion engine; A control shaft that is rotationally controlled in accordance with the engine operating state, an eccentric portion provided eccentrically to the control shaft, a control lever swingably supported by the eccentric portion, a tip of the control lever, And a control link that links the lower link.
【０００９】そして、請求項１に係る発明は、上記制御
軸に設けられ、上記偏心部を中心とした凹形円弧状をな
す凹形ギヤと、上記制御リンクに設けられ、この制御リ
ンクと制御レバーとの回転中心を中心とした凸形円弧状
をなし、上記凹形ギヤに噛合する凸形ギヤと、を有する
ことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a concave gear formed on the control shaft and having a concave arc shape centered on the eccentric portion, and provided on the control link. And a convex gear having a convex arc shape centered on the rotation center of the lever and meshing with the concave gear.
【００１０】この発明によれば、クランクシャフトの回
転に伴って制御リンクが制御レバーとの連結中心を揺動
支点として揺動する際に、制御リンクに設けられた凸形
ギヤも揺動支点を中心として自転する。この凸形ギヤは
凹形ギヤに噛合しているため、自身の自転動作に伴っ
て、凹形ギヤに沿って上記の揺動方向へ公転する。すな
わち、制御リンクの揺動時に、その揺動支点が揺動方向
へほぼ並進移動する。この結果、制御リンクの腕長さを
大きくすることなく、制御リンクとロアリンクとの連結
中心の軌跡の実質的な曲率半径が大きくなり、この軌跡
を直線に近づけることができる。従って、機構の大型化
や機関搭載性の悪化を招くことなく、ピストン往復運動
に伴う高次振動成分を低減し、音振性能の向上を図るこ
とができる。According to the present invention, when the control link swings with the center of connection with the control lever as the swing fulcrum with the rotation of the crankshaft, the convex gear provided on the control link also has the swing fulcrum. Rotate as center. Since this convex gear meshes with the concave gear, it revolves in the above-described swinging direction along the concave gear with its own rotation operation. That is, when the control link swings, the swing fulcrum substantially translates in the swing direction. As a result, the substantial radius of curvature of the locus of the connection center between the control link and the lower link increases without increasing the arm length of the control link, and this locus can be approximated to a straight line. Therefore, it is possible to reduce the high-order vibration component accompanying the reciprocating motion of the piston and improve the sound and vibration performance without increasing the size of the mechanism or deteriorating the mountability of the engine.
【００１１】請求項２又は請求項３に係る発明は、上記
ロアリンクと制御リンクとの連結中心を第１連結中心と
し、上記制御リンクと制御レバーとの連結中心を第２連
結中心とすると、上記第１連結中心が第２連結中心に対
して揺動する際に、上記第２連結中心が第１連結中心の
揺動方向へほぼ並進移動することを特徴としている。The invention according to claim 2 or 3 is characterized in that a connection center between the lower link and the control link is a first connection center and a connection center between the control link and the control lever is a second connection center. When the first connection center swings with respect to the second connection center, the second connection center substantially translates in the swing direction of the first connection center.
【００１２】この発明によれば、制御リンクの腕長さを
大きくすることなく、制御リンクとロアリンクとの連結
中心の軌跡を直線に近づけることができる。この結果、
機構の大型化や機関搭載性の悪化を招くことなく、ピス
トン往復運動に伴う高次振動成分を低減し、音振性能の
向上を図ることができる。According to the present invention, the trajectory of the connection center between the control link and the lower link can be made closer to a straight line without increasing the arm length of the control link. As a result,
It is possible to reduce higher-order vibration components due to the reciprocating motion of the piston and improve sound vibration performance without increasing the size of the mechanism or deteriorating the mountability of the engine.
【００１３】請求項４に係る発明は、上記ロアリンクと
制御リンクとの連結中心の軌跡の凸方向と、上記制御リ
ンクと制御レバーとの連結中心の軌跡の凸方向とが、略
反対方向を指向するように設定されていることを特徴と
している。According to a fourth aspect of the present invention, the convex direction of the locus of the center of connection between the lower link and the control link and the convex direction of the locus of the center of connection between the control link and the control lever are substantially opposite to each other. It is characterized by being set to point.
【００１４】この場合、ロアリンクと制御リンクとの連
結中心の軌跡の凸方向と、制御リンクと制御レバーとの
連結中心の軌跡の凸方向とが略同方向を指向する場合に
比して、ロアリンクと制御リンクとの連結中心の軌跡の
実質的な曲率半径が更に大きくなり、更なる音振性能の
向上を図ることができる。In this case, as compared with the case where the convex direction of the locus of the connection center between the lower link and the control link and the convex direction of the locus of the connection center between the control link and the control lever point in substantially the same direction. The substantial radius of curvature of the locus of the connection center between the lower link and the control link is further increased, and the sound and vibration performance can be further improved.
【００１５】より好ましくは請求項５に係る発明のよう
に、常用域である最高圧縮比の設定状態のときに、高次
振動成分が最も低減されるように、クランクシャフトの
回転に伴う上記ロアリンクと制御リンクとの連結中心の
軌跡の実質的な曲率半径が最も大きくなるように、各リ
ンク長等のジオメトリが設定されている。[0015] More preferably, when the maximum compression ratio is set in a normal range, the lower vibration associated with the rotation of the crankshaft is minimized so that the higher-order vibration component is minimized. The geometry such as each link length is set so that the substantial radius of curvature of the locus of the connection center between the link and the control link is maximized.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、制御リンクが制御レバ
ーとの連結中心を揺動支点として揺動する際に、この揺
動支点を上記の揺動方向へほぼ並進移動させることがで
きる。この結果、制御リンクの腕長さを大きくすること
なく、制御リンクとロアリンクとの連結中心の軌跡の実
質的な曲率半径が大きくなり、この軌跡を直線に近づけ
ることができる。従って、機構の大型化や機関搭載性の
悪化を招くことなく、ピストン往復運動に伴う高次振動
成分を低減し、音振性能の向上を図ることができる。According to the present invention, when the control link swings with the center of connection with the control lever as the swinging fulcrum, the swinging fulcrum can be substantially translated in the swinging direction. As a result, the substantial radius of curvature of the locus of the connection center between the control link and the lower link increases without increasing the arm length of the control link, and this locus can be approximated to a straight line. Therefore, it is possible to reduce the high-order vibration component accompanying the reciprocating motion of the piston and improve the sound and vibration performance without increasing the size of the mechanism or deteriorating the mountability of the engine.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態に係
る内燃機関の可変圧縮比機構を図面に基づいて詳細に説
明する。なお、図１〜７は最高圧縮比の設定状態、図８
〜１０は最低圧縮比の設定状態に対応しており、図１及
び図８はピストン上死点時における正面対応図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1 to 7 show the setting state of the maximum compression ratio.
10 to 10 correspond to the setting state of the minimum compression ratio, and FIGS. 1 and 8 are front views at the time of the piston top dead center.
【００１８】クランクシャフト１３のクランクピン２の
外周には、ロアリンク４が回転自在に取り付けられてい
る。このロアリンク４は、図１１に示すロアリンク１０
４と同様、クランクピン２に対して後から共締め固定で
きる半割構造をなしている。また、シリンダブロック１
４には、各気筒毎に円筒形のシリンダ１５が形成され、
各シリンダ１５内にピストン１６が昇降可能に配設され
ている。各ピストン１６には気筒列方向に沿うピストン
ピン１が設けられ、このピストンピン１と上記のロアリ
ンク４とがアッパーリンク３により連携されている。す
なわち、ピストンピン１とクランクピン２とが、互いに
回転支持された２本のリンク３，４で連係されている。A lower link 4 is rotatably mounted on the outer periphery of the crankpin 2 of the crankshaft 13. The lower link 4 is a lower link 10 shown in FIG.
Like FIG. 4, it has a half-split structure that can be fixed together with the crankpin 2 later. Also, cylinder block 1
4, a cylindrical cylinder 15 is formed for each cylinder.
A piston 16 is provided in each cylinder 15 so as to be able to move up and down. Each piston 16 is provided with a piston pin 1 along the cylinder row direction, and the piston pin 1 and the lower link 4 are linked by an upper link 3. That is, the piston pin 1 and the crank pin 2 are linked by the two links 3 and 4 that are rotatably supported with each other.
【００１９】クランクシャフト１３の斜め下方には、こ
のクランクシャフト１３と平行に気筒列方向へ延びる制
御軸５が配設されており、この制御軸５が機関圧縮比の
変更時に回動制御される。すなわち、制御軸５は、機関
本体としてのシリンダブロック１４に回転可能に支持さ
れており、かつ、アクチュエータ１７により機関運転状
態に応じて回動制御されるとともに所定の回転位置に保
持される。より具体的には、アクチュエータ１７のピス
トン１８の先端にはピン１９が設けられ、このピン１９
が、制御軸５の一端に固定された駆動プレート２０の径
方向スリット２１にスライド可能に嵌合している。従っ
て、アクチュエータ１７によりピストン１８を進退駆動
すると、ピン１９の径方向スリット２１内におけるスラ
イド動作に伴って駆動プレート２０及び制御軸５が回転
駆動される。Below the crankshaft 13, there is provided a control shaft 5 extending in the cylinder row direction parallel to the crankshaft 13, and the control shaft 5 is controlled to rotate when the engine compression ratio is changed. . That is, the control shaft 5 is rotatably supported by the cylinder block 14 as the engine body, and is controlled to rotate by the actuator 17 according to the engine operating state and is held at a predetermined rotation position. More specifically, a pin 19 is provided at the tip of the piston 18 of the actuator 17.
Are slidably fitted in a radial slit 21 of a drive plate 20 fixed to one end of the control shaft 5. Accordingly, when the piston 18 is driven forward and backward by the actuator 17, the drive plate 20 and the control shaft 5 are driven to rotate in accordance with the sliding operation of the pin 19 in the radial slit 21.
【００２０】図２及び図３にも示すように、制御軸５に
は、各気筒毎に、円柱状をなす一対の偏心プレート２２
及び偏心ピン（偏心部）２３が適宜間隔をあけて対向す
るように固定されている。これら偏心プレート２２及び
偏心ピン２３の中心（軸心）Ｃ３は、制御軸５の回転中
心（軸心）５ａに対して偏心している。各偏心ピン２３
には、制御レバー９の基端部が揺動可能に支持されてお
り、各制御レバー９の先端と上記のロアリンク４とが制
御リンク６により連携されている。つまり、対向する一
対の制御レバー９の先端間に支持ピン２４が架け渡され
ており、この支持ピン２４に制御リンク６の一端が回転
可能に取り付けられている。As shown in FIGS. 2 and 3, the control shaft 5 is provided with a pair of eccentric plates 22 having a cylindrical shape for each cylinder.
The eccentric pins (eccentric portions) 23 are fixed so as to face each other at appropriate intervals. The center (axis) C3 of the eccentric plate 22 and the eccentric pin 23 is eccentric with respect to the rotation center (axis) 5a of the control shaft 5. Each eccentric pin 23
, The base end of the control lever 9 is swingably supported, and the distal end of each control lever 9 and the lower link 4 are linked by the control link 6. That is, the support pin 24 is bridged between the distal ends of the pair of control levers 9 facing each other, and one end of the control link 6 is rotatably attached to the support pin 24.
【００２１】また、制御軸５には、対向する各気筒の偏
心プレート２２間に、拘束ギヤ体２５が固定されてい
る。つまり、この拘束ギヤ体２５と上記の偏心プレート
２２及び偏心ピン２３とは、制御軸５に一体的に固定さ
れ、この制御軸５と一体的に回転する。拘束ギヤ体２５
は、互いに対向する一対の側壁部２６の外周を周壁部２
７により接続した構造となっている。各側壁部２６は、
偏心ピン２３（の中心Ｃ３）を中心とする扇状をなして
いる。A restraining gear 25 is fixed to the control shaft 5 between the eccentric plates 22 of the cylinders facing each other. That is, the restraining gear body 25, the eccentric plate 22 and the eccentric pin 23 are integrally fixed to the control shaft 5, and rotate integrally with the control shaft 5. Restraint gear body 25
Is the outer periphery of the pair of side wall portions 26 facing each other.
7 are connected. Each side wall 26
It has a fan shape centered on (center C3 of) the eccentric pin 23.
【００２２】そして、周壁部２７の内周面に、凹形円弧
状をなす凹形ギヤ８が形成されている。つまり、凹形ギ
ヤ８は、制御軸５に固定的に設けられ、偏心ピン２３の
中心Ｃ３を中心とした凹形円弧状をなしており、かつ、
少なくとも最高圧縮比における上死点近傍（図１及び図
２に示す状態）では、ロアリンク４と制御リンク６との
連結中心Ｃ１に向かって凹状に対向している。The concave gear 8 having a concave arc shape is formed on the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 27. In other words, the concave gear 8 is fixedly provided on the control shaft 5, has a concave arc shape centered on the center C3 of the eccentric pin 23, and
At least in the vicinity of the top dead center at the highest compression ratio (the state shown in FIGS. 1 and 2), it is concavely opposed to the connection center C1 between the lower link 4 and the control link 6.
【００２３】一方、制御レバー９に連結する制御リンク
６の一端部の両側面には、外周面に上記の凹形ギヤ８に
噛合する凸形円弧状のギヤが形成された円盤状の凸形ギ
ヤ７がそれぞれ固定されている。各凸形ギヤ７は、支持
ピン２４の中心、つまり制御レバー９と制御リンク６と
の連結中心Ｃ２を中心（軸心）としており、かつ、上記
の凹形ギヤ８に比して十分に半径が小さく設定されてい
る。On the other hand, on both sides of one end of the control link 6 connected to the control lever 9, a disk-shaped convex shape having a convex arcuate gear meshing with the concave gear 8 is formed on the outer peripheral surface. The gears 7 are fixed respectively. Each convex gear 7 has its center (axial center) at the center of the support pin 24, that is, the connection center C2 between the control lever 9 and the control link 6, and has a radius sufficiently larger than that of the concave gear 8 described above. Is set small.
【００２４】このように本実施形態では、図１１の先行
例と同様、ピストンピン１とクランクピン２を互いに回
転支持された２本のリンク３，４により連係し、かつ、
ロアリンク４の運動を制御リンク６により拘束する構造
となっている。従って、クランクシャフト１３の回転に
伴うロアリンク４と制御リンク６との連結中心Ｃ１の軌
跡１１によって、ピストン往復運動に伴う高次振動成分
が増減する。つまり、軌跡１１が直線に近いほど、ロア
リンク４のクランクピン２を中心とする自転運動の高次
振動成分が除去され、ひいては、ピストン往復運動に伴
う高次振動成分が低減されて、内燃機関の音振性能が向
上する。As described above, in this embodiment, the piston pin 1 and the crank pin 2 are linked by the two links 3 and 4 which are rotatably supported with each other, as in the prior example of FIG.
The movement of the lower link 4 is restricted by the control link 6. Therefore, the higher-order vibration component accompanying the reciprocation of the piston increases or decreases according to the trajectory 11 of the connection center C1 between the lower link 4 and the control link 6 accompanying the rotation of the crankshaft 13. That is, as the trajectory 11 is closer to a straight line, the higher-order vibration component of the rotation motion around the crankpin 2 of the lower link 4 is removed, and the higher-order vibration component accompanying the reciprocating motion of the piston is reduced. Sound and vibration performance is improved.
【００２５】そして、本実施形態によれば、このような
軌跡１１の直線化を機構の大型化や機関搭載性を招くこ
となく達成することが可能であり、そのメカニズムを以
下に詳述する。なお、以下の説明では、ロアリンク４と
制御リンク６との連結中心を第１連結中心Ｃ１，制御リ
ンク６と制御レバー９との連結中心（凸形ギヤ７の中
心）を第２連結中心Ｃ２，制御レバー９の揺動中心とな
る偏心ピン２３の中心（凹形ギヤ８の中心）を揺動中心
Ｃ３と呼ぶ。According to the present embodiment, it is possible to achieve such linearization of the trajectory 11 without increasing the size of the mechanism or mounting the engine, and the mechanism will be described in detail below. In the following description, the connection center between the lower link 4 and the control link 6 is the first connection center C1, and the connection center between the control link 6 and the control lever 9 (the center of the convex gear 7) is the second connection center C2. The center of the eccentric pin 23 (the center of the concave gear 8), which is the center of swing of the control lever 9, is called the center of swing C3.
【００２６】所定の圧縮比に保持した状態、つまり制御
軸５を所定角度に保持した状態で、クランクシャフト１
３が回転すると、ロアリンク４及びアッパーリンク３を
介してピストンピン１及びピストン１６がシリンダ１５
内を往復移動する。この際、ロアリンク４の運動は制御
リンク６により拘束され、この制御リンク６の運動は制
御レバー９と凸形ギヤ７及び凹形ギヤ８とにより拘束さ
れる。In a state where a predetermined compression ratio is maintained, that is, a state where the control shaft 5 is maintained at a predetermined angle, the crankshaft 1
3 rotates, the piston pin 1 and the piston 16 are connected to the cylinder 15 via the lower link 4 and the upper link 3.
Reciprocate inside. At this time, the movement of the lower link 4 is restricted by the control link 6, and the movement of the control link 6 is restricted by the control lever 9, the convex gear 7 and the concave gear 8.
【００２７】すなわち、制御リンク６が第２連結中心Ｃ
２を中心として揺動する際、この制御リンク６に固定さ
れた凸形ギヤ７も第２連結中心Ｃ２周りに自転する。こ
の凸形ギヤ７は凹形ギヤ８に噛合しているため、自身の
自転動作に伴って、凹形ギヤ８に沿って転がるように公
転移動する。例えば、制御リンク６が右方向（反時計回
り方向）へ揺動する場合（図１から図４の状態へ移行す
る場合）、凸形ギヤ７は時計回りに自転しつつ、凹形ギ
ヤ８に沿って右方向（反時計回り方向）へ公転する。つ
まり、制御リンク６の揺動方向へ凸形ギヤ７及び第２連
結中心Ｃ２がほぼ並進移動することとなる。That is, the control link 6 is connected to the second connection center C
When swinging about the center 2, the convex gear 7 fixed to the control link 6 also rotates around the second connection center C2. Since the convex gear 7 is meshed with the concave gear 8, it revolves around the concave gear 8 in accordance with its own rotation. For example, when the control link 6 swings clockwise (counterclockwise direction) (when shifting from the state of FIG. 1 to the state of FIG. 4), the convex gear 7 rotates clockwise while Revolves rightward (counterclockwise). That is, the convex gear 7 and the second connection center C2 substantially translate in the swing direction of the control link 6.
【００２８】また、図５に示すように、少なくとも常用
域である最高圧縮比の設定状態では、クランクシャフト
１３の回転に伴う第１連結中心Ｃ１の移動軌跡１１の凸
方向と第２連結中心Ｃ２の移動軌跡１２の凸方向とが略
反対方向を指向するように設定されている。従って、第
１連結中心Ｃ１が軌跡１１のほぼ中間に位置している瞬
間に、第２連結中心Ｃ２が軌跡１２のほぼ中間に位置
し、軌跡１１から最も遠ざかることになる。更に、最高
圧縮比の状態では、図６にも示すように、第１連結中心
Ｃ１と揺動中心Ｃ３との間の距離が、第１連結中心Ｃ１
と第２連結中心Ｃ２との間の距離（制御リンク６の腕長
さ）よりも小さく、揺動中心Ｃ３が第２連結中心Ｃ２よ
りも第１連結中心Ｃ１寄りに位置するように設定されて
いる。Further, as shown in FIG. 5, at least in the setting state of the maximum compression ratio which is a normal range, the convex direction of the movement trajectory 11 of the first connection center C1 accompanying the rotation of the crankshaft 13 and the second connection center C2 Is set so that the convex direction of the movement trajectory 12 is substantially in the opposite direction. Therefore, at the moment when the first connection center C1 is located substantially in the middle of the trajectory 11, the second connection center C2 is located almost in the middle of the trajectory 12 and is farthest from the trajectory 11. Further, in the state of the highest compression ratio, as shown in FIG. 6, the distance between the first connection center C1 and the swing center C3 is equal to the first connection center C1.
Is smaller than the distance (the arm length of the control link 6) between the first connection center C1 and the second connection center C2, and the swing center C3 is set closer to the first connection center C1 than the second connection center C2. I have.
【００２９】このように、第２連結中心Ｃ２が第１連結
中心Ｃ１の揺動方向に向かってほぼ並進移動し、かつ、
第１連結中心Ｃ１の移動軌跡１１の凸方向と第２連結中
心Ｃ２の移動軌跡１２の凸方向とが略反対方向を指向し
ているため、軌跡１１の実質的な曲率半径が制御リンク
６の腕長さよりも大幅に大きくなり、この軌跡１１が著
しく直線形状に近づくこととなる。この結果、ロアリン
ク４のクランクピン２を中心とする自転運動の高次振動
成分が低減され、ピストン往復運動に伴う高次振動成分
が低減される。言い換えれば、図７に示すように、上記
の先行例（図１１参照）に比して、ピストン加速度が単
振動に近い特性となる。従って、制御リンク６の大型化
による機構の大型化や機関搭載性の悪化を招くことな
く、内燃機関の音振性能を著しく向上することができ
る。As described above, the second connection center C2 substantially translates in the swinging direction of the first connection center C1, and
Since the convex direction of the movement trajectory 11 of the first connection center C1 and the protrusion direction of the movement trajectory 12 of the second connection center C2 are substantially opposite directions, the substantial radius of curvature of the trajectory 11 is This becomes much larger than the arm length, and this trajectory 11 remarkably approaches a linear shape. As a result, a higher-order vibration component of the rotation of the lower link 4 about the crankpin 2 is reduced, and a higher-order vibration component associated with the reciprocation of the piston is reduced. In other words, as shown in FIG. 7, the piston acceleration has a characteristic closer to a simple vibration as compared with the preceding example (see FIG. 11). Accordingly, the sound vibration performance of the internal combustion engine can be significantly improved without causing an increase in the size of the mechanism and deterioration of the engine mountability due to an increase in the size of the control link 6.
【００３０】また、車載用内燃機関として、特に音振性
能が要求される中低速域（常用域）で用いられる最高圧
縮比の設定状態（図１〜図７に示す状態）において、第
１連結中心Ｃ１の軌跡１１の実質的な曲率半径が最も大
きくなるように、各リンク長等のジオメトリを設定して
いる。具体的には、最高圧縮比の設定状態で、第１連結
中心Ｃ１と揺動中心Ｃ３との間の距離が最も小さくなる
ように設定している。従って、最高圧縮比の設定状態に
おける音振性能をより効果的に向上することができる。Further, in the setting state of the maximum compression ratio (the state shown in FIG. 1 to FIG. 7) used in the middle and low speed range (normal use range) in which sound vibration performance is particularly required as the vehicle-mounted internal combustion engine, the first connection is established. The geometry such as each link length is set so that the substantial radius of curvature of the trajectory 11 of the center C1 is maximized. Specifically, the distance between the first connection center C1 and the swing center C3 is set to be the smallest when the maximum compression ratio is set. Therefore, sound vibration performance in the setting state of the highest compression ratio can be more effectively improved.
【００３１】更に、機関圧縮比を切換えるために、アク
チュエータ１７により制御軸５を内燃機関本体に対して
回動すると、制御レバー９，制御リンク６，ロアリンク
４及びアッパーリンク３の初期姿勢が変化して、機関圧
縮比が変更される。このように、制御軸５を回動する際
に、本実施形態においては、制御レバー９の揺動中心Ｃ
３が制御軸５の回転中心５ａに対して回転移動するとと
もに、制御軸５に固定された凹形ギヤ８も回転中心５ａ
に対して回転移動し、この凹形ギヤ８に噛合する凸形ギ
ヤ７及び第２連結中心Ｃ２が機関本体に対して大きく移
動する。このため、例えば図１１に示すような先行例に
比して、制御リンク６の揺動支点を大きく移動させるこ
とが可能で、アクチュエータ１７の小型化等を図ること
ができる。Further, when the control shaft 5 is rotated with respect to the internal combustion engine body by the actuator 17 in order to switch the engine compression ratio, the initial attitude of the control lever 9, the control link 6, the lower link 4 and the upper link 3 changes. Then, the engine compression ratio is changed. As described above, when the control shaft 5 is rotated, in the present embodiment, the swing center C of the control lever 9 is set.
3 rotates with respect to the rotation center 5a of the control shaft 5, and the concave gear 8 fixed to the control shaft 5 also rotates the rotation center 5a.
, The convex gear 7 meshing with the concave gear 8 and the second connection center C2 largely move with respect to the engine body. For this reason, the swing fulcrum of the control link 6 can be largely moved as compared with the prior example as shown in FIG. 11, for example, and the size of the actuator 17 can be reduced.
【００３２】ちなみに、図８〜１０に示す機関最低圧縮
比の設定状態においても、ピストン往復運動に伴う高次
振動成分を低減し得るように、図９に示すように第１連
結中心Ｃ１の軌跡１１の凸方向と第２連結中心Ｃ２の軌
跡１２の凸方向とがほぼ反対方向を指向するように設定
されている。By the way, even in the setting state of the engine minimum compression ratio shown in FIGS. 8 to 10, the locus of the first connection center C1 as shown in FIG. The convex direction of the ellipse 11 and the convex direction of the trajectory 12 of the second connection center C2 are set to be substantially opposite.
【００３３】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、種々の変形，変更を含むものである。例
えば、凹形ギヤを制御軸に一体形成したり、凸形ギヤを
制御リンクの一端外周に一体形成しても良い。The present invention is not limited to the above embodiment, but includes various modifications and changes. For example, the concave gear may be formed integrally with the control shaft, or the convex gear may be formed integrally with one end of the control link.
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変圧縮
比機構を示す最高圧縮比の設定状態における上死点時の
正面対応図。FIG. 1 is a front view showing a variable compression ratio mechanism of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention at the time of top dead center in a state where a maximum compression ratio is set.
【図２】図１の要部を示す正面対応図。FIG. 2 is a front view showing a main part of FIG. 1;
【図３】図１の要部を示す側面対応図。FIG. 3 is a side view showing a main part of FIG. 1;
【図４】図１の状態からクランクシャフトが少し回転し
た状態を示す正面対応図。FIG. 4 is a front view showing a state where the crankshaft is slightly rotated from the state shown in FIG. 1;
【図５】最高圧縮比の設定状態におけるリンク連結中心
等の軌跡を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a trajectory of a link connection center and the like in a setting state of a maximum compression ratio.
【図６】最高圧縮比の設定状態での各クランク角におけ
るリンク配置図。FIG. 6 is a view showing a link arrangement at each crank angle in a setting state of a maximum compression ratio.
【図７】最高圧縮比設定状態における上記実施形態と先
行例との加速度比較グラフ。FIG. 7 is an acceleration comparison graph between the embodiment and the preceding example in a maximum compression ratio setting state.
【図８】上記実施形態に係る最低圧縮比の設定状態にお
ける上死点時の正面対応図。FIG. 8 is a front view at the time of the top dead center in the minimum compression ratio setting state according to the embodiment.
【図９】最低圧縮比の設定状態におけるリンク連結中心
等の軌跡を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a trajectory of a link connection center and the like in a setting state of a minimum compression ratio.
【図１０】最低圧縮比の設定状態での各クランク角にお
けるリンク配置図。FIG. 10 is a view showing a link arrangement at each crank angle in a setting state of a minimum compression ratio.
【図１１】先行例に係る内燃機関の可変圧縮比機構を示
す正面対応図。FIG. 11 is a front view showing a variable compression ratio mechanism of an internal combustion engine according to a prior art.
１…ピストンピン ２…クランクピン ３…アッパーリンク ４…ロアリンク ５…制御軸 ６…制御リンク ７…凸形ギヤ ８…凹形ギヤ ９…制御レバー ２３…偏心ピン（偏心部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston pin 2 ... Crank pin 3 ... Upper link 4 ... Lower link 5 ... Control shaft 6 ... Control link 7 ... Convex gear 8 ... Concave gear 9 ... Control lever 23 ... Eccentric pin (eccentric part)
Claims (5)
り付けられるロアリンクと、このロアリンクと内燃機関
のピストンピンとを連携するアッパーリンクと、機関運
転状態に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に
偏心して設けられた偏心部と、この偏心部に揺動可能に
支持された制御レバーと、この制御レバーの先端と上記
ロアリンクとを連携する制御リンクと、を有し、 かつ、上記制御軸に設けられ、上記偏心部を中心とした
凹形円弧状をなす凹形ギヤと、上記制御リンクに設けら
れ、この制御リンクと制御レバーとの回転中心を中心と
した凸形円弧状をなし、上記凹形ギヤに噛合する凸形ギ
ヤと、を有することを特徴とする内燃機関の可変圧縮比
機構。1. A lower link rotatably attached to a crank pin of an internal combustion engine, an upper link for linking the lower link with a piston pin of the internal combustion engine, and a control shaft controlled to rotate according to an engine operating state. An eccentric portion provided eccentrically to the control shaft, a control lever swingably supported by the eccentric portion, and a control link for linking the tip of the control lever and the lower link, A concave gear provided on the control shaft and having a concave arc shape centered on the eccentric portion; and a convex gear provided on the control link and having a rotation center between the control link and the control lever as a center. A variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine, comprising: a convex gear having an arc shape and meshing with the concave gear.
心を第１連結中心とし、上記制御リンクと制御レバーと
の連結中心を第２連結中心とすると、上記第１連結中心
が第２連結中心に対して揺動する際に、上記第２連結中
心が第１連結中心の揺動方向へほぼ並進移動することを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比機
構。2. Assuming that a connection center between the lower link and the control link is a first connection center and a connection center between the control link and the control lever is a second connection center, the first connection center is a second connection center. 2. The variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second connection center substantially translates in a swing direction of the first connection center when swinging with respect to the first connection center.
り付けられるロアリンクと、このロアリンクと内燃機関
のピストンピンとを連携するアッパーリンクと、機関運
転状態に応じて回動制御される制御軸と、この制御軸に
偏心して設けられた偏心部と、この偏心部に揺動可能に
支持された制御レバーと、この制御レバーの先端と上記
ロアリンクとを連携する制御リンクと、を有し、 上記ロアリンクと制御リンクとの連結中心を第１連結中
心とし、上記制御リンクと制御レバーとの連結中心を第
２連結中心とすると、上記第１連結中心が第２連結中心
に対して揺動する際に、上記第２連結中心が第１連結中
心の揺動方向へほぼ並進移動することを特徴とする内燃
機関の可変圧縮比機構。3. A lower link rotatably mounted on a crank pin of the internal combustion engine, an upper link for linking the lower link with a piston pin of the internal combustion engine, and a control shaft controlled to rotate according to an engine operating state. An eccentric portion provided eccentrically to the control shaft, a control lever swingably supported by the eccentric portion, and a control link for linking the tip of the control lever and the lower link, When the connection center between the lower link and the control link is a first connection center and the connection center between the control link and the control lever is a second connection center, the first connection center swings with respect to the second connection center. A variable compression ratio mechanism for the internal combustion engine, wherein the second connection center substantially translates in the swinging direction of the first connection center.
心の軌跡の凸方向と、上記制御リンクと制御レバーとの
連結中心の軌跡の凸方向とが、略反対方向を指向してい
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内
燃機関の可変圧縮比機構。4. The projecting direction of the locus of the connection center between the lower link and the control link and the convex direction of the locus of the connecting center of the control link and the control lever are substantially opposite to each other. The variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein:
アリンクと制御リンクとの連結中心の軌跡の実質的な曲
率半径が最も大きくなるように設定されていることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可
変圧縮比機構。5. The apparatus according to claim 1, wherein when the maximum compression ratio is set, a substantial radius of curvature of a locus of a connection center between the lower link and the control link is set to be largest. The variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001029022A JP2002227674A (en) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | Variable compression ratio mechanism for internal combustion engine |
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009108730A (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Nissan Motor Co Ltd | Variable compression ratio engine |
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-
2001
- 2001-02-06 JP JP2001029022A patent/JP2002227674A/en active Pending
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