JP2003129817A - Variable piston stroke type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンストロー
ク量を可変制御する可変ピストンストローク型の内燃機
関に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable piston stroke type internal combustion engine which variably controls a piston stroke amount.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の一般的な内燃機関（エンジン）に
おいては、ピストンのストローク量は一定で圧縮比も一
定である（バルブの開閉タイミングを変えることによっ
て、実効ストローク量や圧縮比を変えるエンジンは実用
化されているが、その制御範囲は限定的である）。しか
し、運転状態に応じて最適なピストンストローク量（及
び圧縮比）を得ることができれば、燃費性能や出力性能
を向上させることができる。そこで、ピストンストロー
ク量（及び圧縮比）を可変制御することによってこれら
の性能向上を図る可変ピストンストローク型の内燃機関
が発明考案されている。特開2000-73804号公報には、こ
のような可変ピストンストローク型内燃機関が記載され
ている。2. Description of the Related Art In a conventional general internal combustion engine (engine), a stroke amount of a piston is constant and a compression ratio is also constant (an engine that changes an effective stroke amount or a compression ratio by changing a valve opening / closing timing). Has been put to practical use, but its control range is limited). However, if the optimum piston stroke amount (and compression ratio) can be obtained according to the operating state, the fuel efficiency performance and the output performance can be improved. Therefore, a variable piston stroke type internal combustion engine has been devised as an invention for improving these performances by variably controlling the piston stroke amount (and compression ratio). Japanese Patent Laying-Open No. 2000-73804 describes such a variable piston stroke type internal combustion engine.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な可変ピストンストローク型内燃機関はまだ十分に実用
化されていると言える段階にはなく、実用化するには種
々の問題があり、更なる研究・改良が必要な段階にあ
る。本発明の目的は、このような可変ピストンストロー
ク型内燃機関が有する種々の問題を解決し、内燃機関と
しての性能を向上させることのできる可変ピストンスト
ローク型内燃機関を提供することにある。However, the variable piston stroke type internal combustion engine as described above is not yet in the stage of being put to practical use, and there are various problems in putting it to practical use. At the stage where research and improvement are necessary. It is an object of the present invention to provide a variable piston stroke type internal combustion engine that can solve various problems of such a variable piston stroke type internal combustion engine and improve the performance as an internal combustion engine.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の可変ピ
ストンストローク型内燃機関は、クランクシャフトと、
クランクシャフトに回転可能に連結された中間アーム
と、中間アームに一端が連結されたコネクティングロッ
ドと、コネクティングロッドの他端に連結されたピスト
ンと、中間アームに一端が連結され、中間アームの動き
を規制してピストンのストローク量をコントロールする
コントロールロッドとを備えている。クランクシャフト
の回転軸に対して垂直な平面上において、ピストンの中
心を通りピストンの往復運動方向にｙ軸を設定し、クラ
ンクシャフトの回転軸を通り、かつ、ｙ軸に直角な方向
にｘ軸を設定して座標軸を設定し、ピストンの圧縮方向
をｙ軸の正方向、クランクシャフトの回転軸からｘ軸及
びｙ軸の交点である原点に向かう方向をｘ軸の正方向と
した場合に、コントロールロッドの他端揺動中心が、x-
y座標軸系の第二象限に位置している。そして、コネク
ティングロッドとコントロールロッドの間に位置するシ
リンダ下端部にオイルジェットノズルが配置されてお
り、オイルジェットノズルが、ピストン及びシリンダに
対してエンジンオイルを噴射させる第一噴出口とコント
ロールロッドの他端揺動中心に対してエンジンオイルを
噴射させる第二噴出口とを有している。A variable piston stroke type internal combustion engine according to claim 1 is a crankshaft,
An intermediate arm that is rotatably connected to the crankshaft, a connecting rod that has one end connected to the intermediate arm, a piston that is connected to the other end of the connecting rod, and one end that is connected to the intermediate arm. It is provided with a control rod that regulates and controls the stroke amount of the piston. On a plane perpendicular to the rotation axis of the crankshaft, set the y-axis in the reciprocating direction of the piston through the center of the piston, and pass the rotation axis of the crankshaft and the x-axis in the direction perpendicular to the y-axis. When the coordinate axis is set by setting, the compression direction of the piston is the positive direction of the y-axis, and the direction from the rotation axis of the crankshaft to the origin that is the intersection of the x-axis and the y-axis is the positive direction of the x-axis, The other end of the control rod swing center is x-
It is located in the second quadrant of the y coordinate axis system. An oil jet nozzle is arranged at the lower end of the cylinder located between the connecting rod and the control rod, and the oil jet nozzle causes the first jet port for injecting engine oil to the piston and the cylinder and the other control rod. It has a 2nd jet nozzle which injects engine oil to an end rocking center.
【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、コントロールロッドの他端揺動中心を
移動させるギア機構を収納するギア収納室をさらに備え
ており、オイルジェットの第二噴出口から噴出されたエ
ンジンオイルをギア収納室の内部に導入するオイル導入
孔がギア収納室の上方に形成され、オイル導入孔からギ
ア収納室の内部に導入されたエンジンオイルがギア収納
室の内部に溜まるように構成されていることを特徴とし
ている。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a gear accommodating chamber for accommodating a gear mechanism for moving the other end swing center of the control rod is further provided. (2) An oil introduction hole for introducing the engine oil ejected from the spout into the gear storage chamber is formed above the gear storage chamber, and the engine oil introduced from the oil introduction hole into the gear storage chamber is the gear storage chamber. It is characterized in that it is configured to accumulate inside.
【０００６】請求項３に記載の可変ピストンストローク
型内燃機関は、ピストンのストローク量を可変制御する
ピストンストローク制御手段と、エンジン冷却水の循環
量を制御する冷却水循環制御手段とを備えており、ピス
トンストローク制御手段がピストンのストロークを小さ
い側に設定したときには、冷却水循環制御手段が、その
ストローク量に応じてエンジン冷却水の循環量を減らす
ように構成されていることを特徴としている。A variable piston stroke type internal combustion engine according to a third aspect comprises piston stroke control means for variably controlling the stroke amount of the piston, and cooling water circulation control means for controlling the circulation amount of engine cooling water. When the piston stroke control means sets the stroke of the piston to the smaller side, the cooling water circulation control means is configured to reduce the circulation amount of the engine cooling water according to the stroke amount.
【０００７】なお、ピストンストローク制御手段を備え
た可変ピストンストローク型内燃機関の具体例として
は、請求項１に記載の発明のように、クランクシャフト
と、クランクシャフトに回転可能に連結された中間アー
ムと、中間アームに一端が連結されたコネクティングロ
ッドと、コネクティングロッドの他端に連結されたピス
トンと、中間アームに一端が連結され、中間アームの動
きを規制してピストンのストローク量をコントロールす
るコントロールロッドとを備えたものなどがある。As a concrete example of the variable piston stroke type internal combustion engine provided with the piston stroke control means, as in the invention described in claim 1, the crankshaft and the intermediate arm rotatably connected to the crankshaft are provided. And a connecting rod whose one end is connected to the intermediate arm, a piston which is connected to the other end of the connecting rod, and one end which is connected to the intermediate arm, which controls the movement of the intermediate arm and controls the stroke amount of the piston. Some include rods.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の可変ストローク型内燃機
関の実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明す
る。図１に、本発明の可変ストローク型内燃機関（エン
ジン）の実施形態の断面図を示す。なお、図１には、吸
排気系（排気バルブも含む）の構成については一部図示
が省略されている。図示されない吸排気系は従来の一般
的なエンジンと同様の構成である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a variable stroke internal combustion engine of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of a variable stroke internal combustion engine (engine) of the present invention. In addition, in FIG. 1, a part of the configuration of the intake / exhaust system (including the exhaust valve) is omitted. An intake / exhaust system (not shown) has the same structure as a conventional general engine.
【０００９】本実施形態のエンジン１は直列四気筒エン
ジンであり、ここではそのうちの一気筒のみが断面図と
して示されている。他の気筒に関しても同様の構造とな
っている。なお、本発明は直列四気筒エンジンに対して
だけでなく、他の気筒数の直列エンジンや他の形式（Ｖ
型や水平対向型など）のエンジンに対しても適用するこ
とができる。The engine 1 of this embodiment is an in-line four-cylinder engine, of which only one cylinder is shown in cross section. The other cylinders have the same structure. It should be noted that the present invention is not limited to in-line four-cylinder engines, but may be in-line engines with other numbers of cylinders and other types (V
Type and horizontally opposed type) engines can also be applied.
【００１０】エンジン１は、内部にピストン２を往復運
動可能に収容したシリンダ３を有しており、ピストン２
には通常のエンジンと同様にコネクティングロッド４の
上端が連結されている。なお、以下の説明において、便
宜上、図１に示される上側（後述するｙ軸正方向）を上
方として説明する。コネクティングロッド４の下端は、
通常のエンジンのようにクランクシャフト５に直接連結
されておらず、中間アーム６の一端側に連結されてい
る。そして、この中間アーム６の他端側がクランクシャ
フト５に連結されている。クランクシャフト５がカウン
ターウェイト５ａを有しているのは通常のエンジンと同
様である。The engine 1 has a cylinder 3 in which a piston 2 is reciprocally housed.
The upper end of the connecting rod 4 is connected to the same as in a normal engine. In the following description, for convenience, the upper side (the y-axis positive direction described later) shown in FIG. 1 will be referred to as the upper side. The lower end of the connecting rod 4 is
Unlike a normal engine, it is not directly connected to the crankshaft 5, but is connected to one end of the intermediate arm 6. The other end of the intermediate arm 6 is connected to the crankshaft 5. The crankshaft 5 has a counterweight 5a as in a normal engine.
【００１１】また、この中間アーム６には、中間アーム
６の動きを規制してピストン２のストローク量を制御す
るためのコントロールロッド７の一端が連結されてい
る。このコントロールロッド７の他端７ａは、後述する
移動機構で移動可能に保持されている。コントロールロ
ッド７は、他端７ａが揺動中心となって揺動する。この
他端７ａを配置する位置については、追って詳しく説明
する。上述した各ロッドやアームの連結部は、回転可能
な連結部となっているのは言うまでもない。これらの構
成は、各シリンダ３毎に構築されている。Further, one end of a control rod 7 for controlling the movement amount of the intermediate arm 6 and controlling the stroke amount of the piston 2 is connected to the intermediate arm 6. The other end 7a of the control rod 7 is movably held by a moving mechanism described later. The control rod 7 swings with the other end 7a as the swing center. The position where the other end 7a is arranged will be described later in detail. It goes without saying that the connecting portions of the rods and arms described above are rotatable connecting portions. These configurations are built for each cylinder 3.
【００１２】コネクティングロッド４は、ピストン２の
往復運動を効率よく受け止めるため、シリンダ３の下方
方向に延設されている。コネクティングロッド４の下端
及び中間アーム６の一端はピストン２の往復運動によっ
て回転運動をするが、中間アーム６の動きがコントロー
ルロッド７によって規制されており、中間アーム６の他
端を回転させることとなる。この結果、中間アーム６の
他端に連結されたクランクシャフト５が回転される。こ
のとき、中間アーム６の動きを規制しているコントロー
ルロッド７は他端揺動中心７ａを中心にして揺動する。The connecting rod 4 is extended in the downward direction of the cylinder 3 in order to efficiently receive the reciprocating motion of the piston 2. The lower end of the connecting rod 4 and one end of the intermediate arm 6 rotate by the reciprocating motion of the piston 2, but the movement of the intermediate arm 6 is restricted by the control rod 7, and the other end of the intermediate arm 6 is rotated. Become. As a result, the crankshaft 5 connected to the other end of the intermediate arm 6 is rotated. At this time, the control rod 7 that regulates the movement of the intermediate arm 6 swings about the other end swing center 7a.
【００１３】コネクティングロッド４の下端（中間アー
ム６の一端）の回転運動を、中間アーム６の動きを規制
しつつ中間アーム６の他端で回転運動として取り出すの
で、必然的にクランクシャフト５の回転軸はピストン２
の往復振動軸に対してオフセットした位置に配置されて
いる。また、コントロールロッド７の他端７ａの位置を
移動させるための機構がエンジンブロック８に取り付け
られている。なおエンジンブロック８の下方には、オイ
ルパン９が取り付けられている。上述したクランクシャ
フト５は、エンジンブロック８に対して回転可能に保持
されている（図１には、クランクシャフト５の軸受部な
どは図示されていない）。Since the rotational movement of the lower end of the connecting rod 4 (one end of the intermediate arm 6) is taken out as rotational movement at the other end of the intermediate arm 6 while restricting the movement of the intermediate arm 6, the crankshaft 5 inevitably rotates. Axis is piston 2
Are arranged at positions offset with respect to the reciprocating vibration axis. A mechanism for moving the position of the other end 7a of the control rod 7 is attached to the engine block 8. An oil pan 9 is attached below the engine block 8. The crankshaft 5 described above is rotatably held with respect to the engine block 8 (the bearing portion of the crankshaft 5 is not shown in FIG. 1).
【００１４】コントロールロッド７の他端揺動中心７ａ
を移動させるこの移動機構は、他端揺動中心７ａを回転
可能に支持する支持部を一端に有する支持ロッド１０
と、この支持ロッド１０の中央部に形成されたネジ部に
螺合されたギア１１と、このギア１１に噛み合うギア１
２ａを出力軸に有するモータ１２とからなり、エンジン
ブロック８に内蔵されている。The other end swing center 7a of the control rod 7
This moving mechanism for moving the support rod 10 has a support portion at one end for rotatably supporting the other end swing center 7a.
A gear 11 screwed into a threaded portion formed in the center of the support rod 10; and a gear 1 meshing with the gear 11.
It is composed of a motor 12 having an output shaft 2a and is built in the engine block 8.
【００１５】支持ロッド１０は、各シリンダ３毎に用意
されており、その一端にコントロールロッド７の他端揺
動中心７ａが連結されている。支持ロッド１０は、その
中心軸方向に進退可能な状態でエンジンブロック８内に
収納されている。支持ロッド１０の進退動は、ギア１１
・ギア１２ａ・モータ１２によって行われる。ギア１１
・ギア１２ａ・モータ１２もエンジンブロック８内に収
納されている。支持ロッド１０の中央部にはネジ部が形
成されており、ギア１１の中央部のネジ孔がこれに螺合
されている。即ち、支持ロッド１０がボルト、ギア１１
がナットのような関係で両者は螺合している。The support rod 10 is prepared for each cylinder 3, and the other end swing center 7a of the control rod 7 is connected to one end thereof. The support rod 10 is housed in the engine block 8 in a state where it can be moved back and forth in the direction of its central axis. When the support rod 10 moves back and forth, the gear 11
-It is performed by the gear 12a and the motor 12. Gear 11
The gear 12a and the motor 12 are also housed in the engine block 8. A screw portion is formed in the center of the support rod 10, and a screw hole in the center of the gear 11 is screwed into this. That is, the support rod 10 is a bolt and the gear 11
However, they are screwed together due to their nut-like relationship.
【００１６】ギア１１は、各シリンダ３毎に配設されて
いる各支持ロッド１０に対してそれぞれ螺合されてい
る。ギア１１が回転すると、支持ロッド１０自体はコン
トロールロッド７と連結されているため回転できないの
で、支持ロッド１０はその中心軸方向に進退動する。ギ
ア１１は、ギア１２ａによって回転される。ギア１１の
外周部にはギア歯が形成されており、このギア歯がギア
１２ａと螺合している。モータ１２を駆動させることに
よって、ギア１２ａを回転させて、コントロールロッド
７の他端揺動中心７ａを支持ロッド１０の中心軸方向に
移動させることができる。The gear 11 is screwed to each support rod 10 provided for each cylinder 3. When the gear 11 rotates, the support rod 10 itself is connected to the control rod 7 and cannot rotate, so that the support rod 10 moves back and forth in the direction of its central axis. The gear 11 is rotated by the gear 12a. Gear teeth are formed on the outer peripheral portion of the gear 11, and the gear teeth are screwed with the gear 12a. By driving the motor 12, the gear 12a can be rotated to move the other end swing center 7a of the control rod 7 in the central axis direction of the support rod 10.
【００１７】モータ１２はＣＰＵに接続されており、Ｃ
ＰＵにはエンジン回転数やアクセル角度やその他の情報
が入力される。これらの情報に基づいて最適なピストン
ストローク量がＣＰＵによって算出され、モータ１２が
制御される（最適なピストンストローク量を一旦算出せ
ずに、モータ１２の制御量が直接算出されるような制御
とすることも可能）。上述したこれらの機構がピストン
ストローク制御手段として機能している。このように、
他端揺動中心７ａを直線的に移動させることによって、
ピストン２のストローク量を可変制御することが可能と
なる。The motor 12 is connected to the CPU, and C
The engine speed, accelerator angle, and other information are input to PU. An optimal piston stroke amount is calculated by the CPU based on these pieces of information, and the motor 12 is controlled (control such that the control amount of the motor 12 is directly calculated without once calculating the optimal piston stroke amount). It is also possible). These mechanisms described above function as piston stroke control means. in this way,
By linearly moving the other end swing center 7a,
The stroke amount of the piston 2 can be variably controlled.
【００１８】ピストンストローク量を可変制御できると
いうことは、吸入空気量制御をピストンストローク量制
御によって行うこともできるということである。従来は
スロットルバルブなどの吸気抵抗となるものを吸気通路
上に配設して吸入空気量制御を行っており、ポンピング
ロスがどうしても大きくなってしまっていた。これに対
して、ピストンストローク制御によって吸入空気量制御
を行えば、ポンピングロスを低減でき、効率よくエンジ
ン１を運転することが可能となる。The fact that the piston stroke amount can be variably controlled means that the intake air amount control can also be performed by the piston stroke amount control. In the past, a throttle valve or other intake resistance was placed in the intake passage to control the intake air amount, and the pumping loss inevitably increased. On the other hand, if the intake air amount control is performed by the piston stroke control, the pumping loss can be reduced and the engine 1 can be operated efficiently.
【００１９】ただし、本実施形態のエンジン１は、ピス
トンストローク制御以外の吸入空気量制御手段としてス
ロットルバルブ１９も有している。吸気バルブ１７は吸
気ポート１８とシリンダ３との境界部に配置されてい
る。スロットルバルブ１９は、この吸気ポートよりも上
流側に排気管内に配設されており、吸入空気の有効開口
面積を変更することによって吸入空気量を調節すること
ができる。各シリンダ３は二つの吸気バルブ１７と二つ
の排気バルブ（図示せず）を有しており、エンジン１は
いわゆる４バルブエンジンである。However, the engine 1 of this embodiment also has a throttle valve 19 as an intake air amount control means other than the piston stroke control. The intake valve 17 is arranged at the boundary between the intake port 18 and the cylinder 3. The throttle valve 19 is disposed in the exhaust pipe upstream of the intake port, and the intake air amount can be adjusted by changing the effective opening area of the intake air. Each cylinder 3 has two intake valves 17 and two exhaust valves (not shown), and the engine 1 is a so-called four-valve engine.
【００２０】このようなスロットルバルブ１９をピスト
ンストローク制御による吸入空気量制御と併用したとし
ても、スロットルバルブ１９を全開にしてピストンスト
ローク量によって吸入空気量を行うことによってポンピ
ングロスを低減することができる。そして、エンジン１
の運転状態に応じて（例えば、要求出力との関係から吸
入空気量制御をピストンストローク制御のみで行うのが
好ましくない状況なども考えられる）ピンストンストロ
ーク制御とスロットルバルブ制御を併用することによっ
て吸入空気量制御を行ったり、スロットルバルブ制御の
みによって吸入空気量制御を行なうことも可能となり、
より一層効率のよい運転を行うことができる。Even if the throttle valve 19 is used together with the intake air amount control by the piston stroke control, the pumping loss can be reduced by fully opening the throttle valve 19 and performing the intake air amount by the piston stroke amount. . And engine 1
Depending on the operating state of the intake (for example, it may be considered that it is not preferable to control the intake air amount only by the piston stroke control due to the relationship with the required output) It is also possible to control the air amount, or to control the intake air amount only by controlling the throttle valve.
More efficient operation can be performed.
【００２１】さらに、本実施形態のエンジン１において
は、各シリンダ３毎に図１に示されるようなオイルジェ
ットノズル１４を有している。このオイルジェットノズ
ル１４は、ピストン２及びシリンダ３に対してエンジン
オイルを噴射する第一噴出口１４ａと、コントロールロ
ッド７の他端揺動中心７ａに対してエンジンオイルを噴
射する第二噴出口１４ｂとを有している。後述するが、
第二噴出口１４ｂは、上述した移動機構の潤滑やクーリ
ングの役割をも有している。Further, in the engine 1 of this embodiment, each cylinder 3 has an oil jet nozzle 14 as shown in FIG. The oil jet nozzle 14 has a first ejection port 14a for injecting engine oil to the piston 2 and the cylinder 3, and a second ejection port 14b for injecting engine oil to the other end swing center 7a of the control rod 7. And have. As will be described later,
The second ejection port 14b also has a role of lubrication and cooling of the moving mechanism described above.
【００２２】このオイルジェットノズル１４は、コネク
ティングロッド４とコントロールロッド７の間のシリン
ダ３の下端部に配設されている。シリンダ３の周囲のエ
ンジンブロック８の内部には、エンジンオイルを循環さ
せるオイルホール（流路）１３が形成されており、オイ
ルジェットノズル１４にはこのオイルホール１３からオ
イルが供給される。第一噴出口１４ａは、ピストン２の
下面に向けられており、ピストン２の内部に形成された
図示されないオイル流路に対してエンジンオイルを噴出
している。The oil jet nozzle 14 is arranged at the lower end of the cylinder 3 between the connecting rod 4 and the control rod 7. An oil hole (flow path) 13 for circulating engine oil is formed inside the engine block 8 around the cylinder 3, and oil is supplied to the oil jet nozzle 14 from this oil hole 13. The first ejection port 14a is directed to the lower surface of the piston 2 and ejects engine oil to an oil passage (not shown) formed inside the piston 2.
【００２３】一方、第二噴出口１４ｂは、コントロール
ロッド７の他端揺動中心７ａに対してエンジンオイルを
噴出している。このとき、上述した他端揺動中心７ａを
移動させる移動機構を収納するギア収納室１５の上部に
オイル導入孔１６が形成されている。このため、第二噴
出口１４ｂから噴射されたエンジンオイルは、このオイ
ル導入孔１６からギア収納室１５の内部に導入される。
上述したように、オイル導入孔１６はギア収納室１５の
上部に形成されているので、ギア収納室１５の内部には
エンジンオイルが溜まり、オイル溜まりが形成される。On the other hand, the second jet port 14b jets engine oil to the other end swing center 7a of the control rod 7. At this time, the oil introduction hole 16 is formed in the upper part of the gear storage chamber 15 that houses the moving mechanism that moves the other end swing center 7a. Therefore, the engine oil injected from the second ejection port 14b is introduced into the gear storage chamber 15 through the oil introduction hole 16.
As described above, since the oil introduction hole 16 is formed in the upper portion of the gear storage chamber 15, engine oil is accumulated inside the gear storage chamber 15 and an oil reservoir is formed.
【００２４】ギア１２ａ（構造によってはギア１１も）
は、このオイル溜まりの中に位置することとなり、ギア
１１と支持ロッド１０との間の潤滑、ギア１１とギア１
２ａとの間の潤滑が確実に行われるようになる。また、
言うまでもなく、このオイル溜まりには、これらの部位
の冷却効果もある。このように、コネクティングロッド
４とコントロールロッド７の間のシリンダ３の下端部に
を配設することで、効率よくピストン２・シリンダ３及
びコントロールロッド７の他端揺動中心７ａ・移動機構
を冷却・潤滑することができる。また、オイルジェット
ノズル１４を配設するに際して構造的にも簡素化でき、
製造が容易であると共に故障なども少ないものとなる。Gear 12a (and gear 11 depending on the structure)
Will be located in this oil sump, and the lubrication between the gear 11 and the support rod 10 and the gear 11 and the gear 1 will occur.
Lubrication with 2a is surely performed. Also,
Needless to say, this oil sump also has a cooling effect on these parts. By disposing the lower end of the cylinder 3 between the connecting rod 4 and the control rod 7 in this way, the piston 2, the cylinder 3, and the other end swing center 7a of the control rod 7 and the moving mechanism are efficiently cooled.・ Can be lubricated. Further, when disposing the oil jet nozzle 14, the structure can be simplified,
It is easy to manufacture and has few failures.
【００２５】ここで、コントロールロッド７の他端揺動
中心７ａの配置に関して説明する。説明を容易にするた
め、クランクシャフト５の回転軸に対して直角な平面
（図１に示される平面）において、ピストン２（シリン
ダ３）の中心を通り、ピストン２の往復運動方向にｙ軸
を設定し、クランクシャフト５の回転軸を通りｙ軸に直
角な方向にｘ軸を設定してx-y座標軸系を設定する。ｘ
軸とｙ軸との交点を原点Ｏとし、ｘ軸の正方向はクラン
クシャフト５の中心軸から原点Ｏの方向とし、ｙ軸の正
方向はピストン２の圧縮方向として設定する。このよう
にx-y座標軸を設定すると、コントロールロッド７の他
端揺動中心７ａは第二象限内に位置されている（図１参
照）。Here, the arrangement of the other end swing center 7a of the control rod 7 will be described. For ease of explanation, in a plane (plane shown in FIG. 1) perpendicular to the rotation axis of the crankshaft 5, the y axis is passed through the center of the piston 2 (cylinder 3) and in the reciprocating direction of the piston 2. The x-axis is set by setting the x-axis in a direction that passes through the rotation axis of the crankshaft 5 and is perpendicular to the y-axis to set the xy coordinate axis system. x
The intersection of the axis and the y-axis is the origin O, the positive direction of the x-axis is the direction from the center axis of the crankshaft 5 to the origin O, and the positive direction of the y-axis is the compression direction of the piston 2. When the xy coordinate axes are set in this manner, the other end swing center 7a of the control rod 7 is located in the second quadrant (see FIG. 1).
【００２６】なお、ｘが正・ｙが正の領域が第一象限、
ｘが負・ｙが正の領域が第二象限、ｘが負・ｙが負の領
域が第三象限、ｘが正・ｙが負の領域が第四象限であ
る。このように、他端揺動中心７ａを第二象限に位置さ
せることで、好ましいストローク曲線（クランクアング
ルとピストン位置を示すグラフ上の曲線）と広範囲な圧
縮比を得ることが可能となる。コネクティングロッド４
や中間アーム６やコントロールロッド７の各連結点の幾
何学的位置が変わるとストローク曲線の形状も変わる
が、以下には、上述した連結点を代表的な位置に設定し
て得られるストローク曲線を、他端揺動中心７ａを第一
・第二・第三・第四象限のそれぞれに設定した場合につ
いて示す。The region where x is positive and y is positive is the first quadrant,
The region where x is negative and y is positive is the second quadrant, the region where x is negative and y is negative is the third quadrant, and the region where x is positive and y is negative is the fourth quadrant. As described above, by locating the other end swing center 7a in the second quadrant, it is possible to obtain a preferable stroke curve (a curve on the graph showing the crank angle and the piston position) and a wide range of compression ratios. Connecting rod 4
Although the shape of the stroke curve changes as the geometrical position of each connection point of the intermediate arm 6 and the control rod 7 changes, the stroke curve obtained by setting the above-mentioned connection point to a typical position will be described below. , The case where the other end swing center 7a is set in each of the first, second, third, and fourth quadrants.
【００２７】図２が他端揺動中心７ａを第一象限内に設
定した場合を示している。図３が他端揺動中心７ａを第
二象限内に設定した場合を示している。図４が他端揺動
中心７ａを第三象限内に設定した場合を示している。図
５が他端揺動中心７ａを第四象限内に設定した場合を示
している。これらの図から、コントロールロッド７の他
端揺動中心７ａを各象限内に設定した場合のピストンス
トローク量及び圧縮比との関係の傾向を知ることができ
る。FIG. 2 shows a case where the other end swing center 7a is set within the first quadrant. FIG. 3 shows a case where the other end swing center 7a is set within the second quadrant. FIG. 4 shows a case where the other end swing center 7a is set within the third quadrant. FIG. 5 shows a case where the other end swing center 7a is set in the fourth quadrant. From these figures, the tendency of the relationship between the piston stroke amount and the compression ratio when the other end swing center 7a of the control rod 7 is set in each quadrant can be known.
【００２８】図２(b)には、他端揺動中心７ａの配置位
置を図２(a)における矢印方向に変化させた場合（二カ
所）のピストン２の位置とクランクアングルとの関係が
グラフとして示されている。ピストン２の位置が０ｍｍ
とは、構造上ピストン２がそれ以上上方に行かない位置
を示している。即ち、一つの曲線で最上位位置が上死点
で、最下位位置が下死点となる。ピストン２が０ｍｍの
位置にあるときの上部空間体積とシリンダ３の断面積積
とが分かっていれば、図２(b)の曲線から圧縮比を求め
ることができる。図２(b)から分かるように、他端揺動
中心７ａを第一象限内に配置した場合は、ピストンスト
ローク量の可変範囲が狭く、十分な圧縮比を確保するこ
とができない。FIG. 2 (b) shows the relationship between the position of the piston 2 and the crank angle when the arrangement position of the other end swing center 7a is changed in the direction of the arrow in FIG. 2 (a) (two positions). Shown as a graph. Position of piston 2 is 0mm
Indicates a position where the piston 2 does not move upward due to the structure. That is, in one curve, the highest position is the top dead center and the lowest position is the bottom dead center. If the upper space volume and the cross-sectional area of the cylinder 3 when the piston 2 is at the position of 0 mm are known, the compression ratio can be obtained from the curve of FIG. 2 (b). As can be seen from FIG. 2B, when the other end swing center 7a is arranged in the first quadrant, the variable range of the piston stroke amount is narrow and a sufficient compression ratio cannot be secured.
【００２９】図３(b)には、他端揺動中心７ａの配置位
置を図３(a)における矢印方向に変化させた場合（二カ
所）のピストン２の位置とクランクアングルとの関係が
グラフとして示されている。これが本実施形態のもので
ある。図３(b)から分かるように、他端揺動中心７ａを
第二象限内に配置した場合は、ピストンストローク量の
可変範囲を広く設定することも可能で、十分な圧縮比を
確保することができる。また、ピストンストロークの変
化もサインカーブに近くピストン２が円滑に往復運動す
るので悪影響がない。さらに重要なことに、これらの良
好な傾向は、ピストンストロークの可変域全体で得られ
る。FIG. 3 (b) shows the relationship between the position of the piston 2 and the crank angle when the arrangement position of the other end swing center 7a is changed in the direction of the arrow in FIG. 3 (a) (two positions). Shown as a graph. This is the present embodiment. As can be seen from FIG. 3 (b), when the other end swing center 7a is arranged in the second quadrant, it is possible to set a wide variable range of the piston stroke amount and to secure a sufficient compression ratio. You can Further, the change in piston stroke is close to a sine curve, and the piston 2 smoothly reciprocates, so that there is no adverse effect. More importantly, these good trends are obtained throughout the variable range of piston stroke.
【００３０】図４(b)には、他端揺動中心７ａの配置位
置を図４(a)における矢印方向に変化させた場合（三カ
所）のピストン２の位置とクランクアングルとの関係が
グラフとして示されている。図４(b)から分かるよう
に、他端揺動中心７ａを第三象限内に配置した場合は、
ピストンストローク量の可変範囲は広く確保でき、十分
な圧縮比を確保することができるが、ピストンストロー
クの変化がサインカーブとはかなり異なったものとなっ
てしまう。このため、ピストン２の往復運動が円滑に行
われず、振動が大きくなるなど実用上の問題がある。FIG. 4 (b) shows the relationship between the position of the piston 2 and the crank angle when the arrangement position of the other end swing center 7a is changed in the arrow direction in FIG. 4 (a) (three places). Shown as a graph. As can be seen from FIG. 4 (b), when the other end swing center 7a is arranged in the third quadrant,
A wide variable range of the piston stroke amount can be secured and a sufficient compression ratio can be secured, but the change in the piston stroke becomes quite different from the sine curve. For this reason, the reciprocating motion of the piston 2 is not smoothly performed, and there is a practical problem that vibration is increased.
【００３１】図５(b)には、他端揺動中心７ａの配置位
置を第四象限内に設定した場合のピストン２の位置とク
ランクアングルとの関係がグラフとして示されている。
図５(b)から分かるように、他端揺動中心７ａを第四象
限内に配置した場合は、ピストンストローク量の可変範
囲が狭く、十分な圧縮比を確保することが困難である。
また、ピストンストロークの変化がサインカーブとはか
なり異なったものとなってしまうので、ピストン２の往
復運動が円滑に行われない。これらの二つの問題点を考
えると実用は困難である。FIG. 5 (b) is a graph showing the relationship between the position of the piston 2 and the crank angle when the position of the other end swing center 7a is set in the fourth quadrant.
As can be seen from FIG. 5B, when the other end swing center 7a is arranged in the fourth quadrant, the variable range of the piston stroke amount is narrow, and it is difficult to secure a sufficient compression ratio.
Further, since the change in the piston stroke becomes quite different from the sine curve, the reciprocating motion of the piston 2 is not smoothly performed. Considering these two problems, practical application is difficult.
【００３２】さらに、本実施形態のエンジン１は、図６
に示されるように、エンジン冷却水の循環量を制御する
冷却水循環制御手段と水量調節弁２０を有している。エ
ンジンブロック８の内部にはエンジン冷却水を循環させ
る流路（図示せず）が形成されており、この冷却水でエ
ンジン１を冷却している。エンジン１から熱を受け取っ
た冷却水は、エンジンブロック８から導出され、ラジエ
ター２２などの熱交換機などによって温度が冷やされた
後、再度エンジン１に戻される。Furthermore, the engine 1 of the present embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the cooling water circulation control means for controlling the circulation amount of the engine cooling water and the water amount control valve 20 are provided. A channel (not shown) for circulating engine cooling water is formed inside the engine block 8, and the engine 1 is cooled by this cooling water. The cooling water that has received heat from the engine 1 is led out from the engine block 8, cooled in temperature by a heat exchanger such as the radiator 22, and then returned to the engine 1 again.
【００３３】本実施形態では、このときの冷却水の循環
量を調節する水量調節弁２０が、冷却水がエンジンブロ
ック８に戻される直前に配設されている。水量調節弁２
０は、ＣＰＵ２１に接続されている。ＣＰＵ２１には、
エンジン回転数やピストン２のストローク位置（これら
はクランクシャフト５に取り付けられたクランクポジシ
ョンセンサやモータ１２への制御信号などから得られ
る）、エンジン水温、スロットル開度などのエンジン１
に関する各種情報が入力・蓄積されている。ＣＰＵ２１
は、これらの情報に基づいて水量調節弁２０の開度を決
定する。In this embodiment, the water amount control valve 20 for adjusting the circulating amount of the cooling water at this time is provided immediately before the cooling water is returned to the engine block 8. Water volume control valve 2
0 is connected to the CPU 21. The CPU 21 has
The engine 1 such as the engine speed, the stroke position of the piston 2 (these are obtained from a crank position sensor attached to the crankshaft 5 and a control signal to the motor 12), the engine water temperature, the throttle opening, etc.
Various information regarding is input and accumulated. CPU21
Determines the opening degree of the water flow control valve 20 based on these pieces of information.
【００３４】ここでは、ピストンストローク量が小さい
側に設定されたときに冷却水の循環量が減る（完全に循
環しない状態も含む）ように、水量調節弁２０が制御さ
れている。ピストンストロークが小さい側に設定された
ときは、圧縮時の燃焼室形状は扁平となる。このような
場合、S/V比（燃焼室内表面積/燃焼室体積）が大きくな
り、冷却損失が大きくなるという傾向があることが知ら
れている。冷却損失が大きくなると、燃焼が不安定とな
ったり、熱効率が向上しないという問題が生じる。そこ
で、ピストンストローク量が小さいときには冷却水循環
量を少なくして冷却損失を低減する。Here, the water amount control valve 20 is controlled so that the circulation amount of the cooling water decreases (including the state where the cooling water does not circulate completely) when the piston stroke amount is set to a small side. When the piston stroke is set to a small side, the shape of the combustion chamber during compression becomes flat. In such a case, it is known that the S / V ratio (combustion chamber surface area / combustion chamber volume) increases and cooling loss tends to increase. When the cooling loss becomes large, there arise problems that the combustion becomes unstable and the thermal efficiency is not improved. Therefore, when the piston stroke amount is small, the cooling water circulation amount is reduced to reduce the cooling loss.
【００３５】本発明の内燃機関は、上述した実施形態に
限定されない。例えば、上述した図１に示される実施形
態においては、各ギア１１毎にそれぞれモータ１２を配
設した。しかし、隣接するギア１１同士を螺合させ、一
つのモータ１２のみで全てのギア１１を回転させても良
い。ただし、この場合は、隣り合うギア１１同士で回転
方向が異なるので、このような場合も支持ロッド１０の
進退動が同方向となるような配慮が必要である。The internal combustion engine of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment shown in FIG. 1, the motor 12 is provided for each gear 11. However, the adjacent gears 11 may be screwed together so that only one motor 12 rotates all the gears 11. However, in this case, since the rotation directions of the adjacent gears 11 are different from each other, it is necessary to consider that the support rod 10 moves back and forth in the same direction even in such a case.
【００３６】[0036]
【発明の効果】請求項１に記載の可変ピストンストロー
ク型内燃機関によれば、ピストンストローク量を可変制
御することが可能となり、ピストンストローク制御によ
るポンピングロス低減や燃費改善効果を得ることができ
る。また、これに加えて、コントロールロッドの他端揺
動中心を上述したx-y座標軸における第二象限内に配置
することで、ピストンの往復運動が振動抑制上好ましい
ものとなるだけでなく、十分な圧縮比を得ることが可能
となる。さらに、上述したオイルジェットノズルを設け
ることによって、構造を複雑にすることなく、ピストン
・シリンダ及びコントロールロッド周辺を効果的に潤滑
・冷却することが可能となる。According to the variable piston stroke type internal combustion engine of the first aspect, the piston stroke amount can be variably controlled, and the pumping loss can be reduced and the fuel consumption can be improved by the piston stroke control. Further, in addition to this, by arranging the other end swing center of the control rod in the second quadrant on the xy coordinate axis described above, not only the reciprocating motion of the piston becomes preferable for vibration suppression, but also sufficient compression is achieved. It is possible to obtain the ratio. Furthermore, by providing the above-mentioned oil jet nozzle, it becomes possible to effectively lubricate and cool the periphery of the piston / cylinder and the control rod without complicating the structure.
【００３７】請求項２に記載の発明によれば、コントロ
ールロッドの他端揺動中心を移動させる移動機構の潤滑
・冷却をも確実に行うことができる。According to the second aspect of the present invention, it is possible to reliably lubricate and cool the moving mechanism that moves the other end swing center of the control rod.
【００３８】請求項３に記載の可変ピストンストローク
型内燃機関によれば、このような冷却水循環制御手段を
備えることによって、ピストンストローク量が小さくな
って冷却損失の増大が懸念されるような状況でも、冷却
損失を低減させることができ、安定した燃焼を行わせる
ことが可能となる。According to the variable piston stroke type internal combustion engine of the third aspect, by providing such a cooling water circulation control means, even in a situation where the piston stroke amount becomes small and the cooling loss may increase. The cooling loss can be reduced, and stable combustion can be performed.
【図１】本発明の可変ピストンストローク型内燃機関の
実施形態の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a variable piston stroke type internal combustion engine of the present invention.
【図２】(a)はコントロールロッドの他端揺動中心が第
一象限に配置された状態を示す模式図、(b)はそのとき
のクランクアングルに対するピストン位置を示すグラフ
である。FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing a state in which the center of the other end of the control rod swing is arranged in the first quadrant, and FIG. 2 (b) is a graph showing the piston position with respect to the crank angle at that time.
【図３】(a)はコントロールロッドの他端揺動中心が第
二象限に配置された状態を示す模式図、(b)はそのとき
のクランクアングルに対するピストン位置を示すグラフ
である。FIG. 3 (a) is a schematic view showing a state where the other end swing center of the control rod is arranged in the second quadrant, and FIG. 3 (b) is a graph showing the piston position with respect to the crank angle at that time.
【図４】(a)はコントロールロッドの他端揺動中心が第
三象限に配置された状態を示す模式図、(b)はそのとき
のクランクアングルに対するピストン位置を示すグラフ
である。FIG. 4A is a schematic diagram showing a state where the other end swing center of the control rod is arranged in the third quadrant, and FIG. 4B is a graph showing the piston position with respect to the crank angle at that time.
【図５】(a)はコントロールロッドの他端揺動中心が第
四象限に配置された状態を示す模式図、(b)はそのとき
のクランクアングルに対するピストン位置を示すグラフ
である。FIG. 5A is a schematic view showing a state where the other end swing center of the control rod is arranged in the fourth quadrant, and FIG. 5B is a graph showing the piston position with respect to the crank angle at that time.
【図６】エンジン冷却水の循環量を調節する水量調節弁
の配設状態を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an arrangement state of a water amount control valve that adjusts a circulation amount of engine cooling water.
１…エンジン、２…ピストン２…シリンダ、４…コネク
ティングロッド、５…クランクシャフト、６…中間アー
ム、７…コントロールロッド、７ａ…他端揺動中心、８
…エンジンブロック、９…オイルパン、１０…支持ロッ
ド、１１…ギア、１２，１２０…モータ、１２ａ，１２
０ａ…ウォームギア、１３…揺動ユニット、１４…モー
タ、１７…吸気バルブ、１８…吸気ポート、１９…スロ
ットルバルブ、２０…循環量調節弁（冷却水循環制御手
段）、２１…ＣＰＵ、２２…ラジエター。1 ... Engine, 2 ... Piston 2 ... Cylinder, 4 ... Connecting rod, 5 ... Crankshaft, 6 ... Intermediate arm, 7 ... Control rod, 7a ... Other end swing center, 8
... engine block, 9 ... oil pan, 10 ... support rod, 11 ... gear, 12, 120 ... motor, 12a, 12
0a ... Worm gear, 13 ... Oscillation unit, 14 ... Motor, 17 ... Intake valve, 18 ... Intake port, 19 ... Throttle valve, 20 ... Circulation amount control valve (cooling water circulation control means), 21 ... CPU, 22 ... Radiator.
───────────────────────────────────────────────────── 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 15/02 Ｆ０２Ｄ 15/02 Ｚ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｓ Ｆターム(参考） 3G013 AA00 BA01 BA02 BC03 BC07 CA06 3G024 AA38 AA69 BA23 DA00 DA03 DA06 DA10 DA18 3G092 AA12 BA02 DD06 DG01 DG05 EA01 EA22 FA01 FA24 FA25 FA38 GA05 HA01Z HD03Z─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 15/02 F02D 15/02 Z F02F 1/00 F02F 1/00 SF term (reference) 3G013 AA00 BA01 BA02 BC03 BC07 CA06 3G024 AA38 AA69 BA23 DA00 DA03 DA06 DA10 DA18 3G092 AA12 BA02 DD06 DG01 DG05 EA01 EA22 FA01 FA24 FA25 FA38 GA05 HA01Z HD03Z
Claims (3)
ムと、 前記中間アームに一端が連結されたコネクティングロッ
ドと、 前記コネクティングロッドの他端に連結されたピストン
と、 前記中間アームに一端が連結され、前記中間アームの動
きを規制して前記ピストンのストローク量をコントロー
ルするコントロールロッドとを備えた可変ピストンスト
ローク型内燃機関であって、 前記クランクシャフトの回転軸に対して垂直な平面上に
おいて、前記ピストンの中心を通り前記ピストンの往復
運動方向にｙ軸を設定し、前記クランクシャフトの回転
軸を通り、かつ、ｙ軸に直角な方向にｘ軸を設定して座
標軸を設定し、前記ピストンの圧縮方向をｙ軸の正方
向、前記クランクシャフトの回転軸からｘ軸及びｙ軸の
交点である原点に向かう方向をｘ軸の正方向とした場合
に、前記コントロールロッドの他端揺動中心が、前記x-
y座標軸系の第二象限に位置し、 前記コネクティングロッドと前記コントロールロッドの
間に位置するシリンダ下端部にオイルジェットノズルを
配置し、前記オイルジェットノズルが、前記ピストン及
び前記シリンダに対してエンジンオイルを噴射させる第
一噴出口と前記コントロールロッドの他端揺動中心に対
してエンジンオイルを噴射させる第二噴出口とを有して
いることを特徴とする可変ピストンストローク型内燃機
関。1. A crankshaft, an intermediate arm rotatably connected to the crankshaft, a connecting rod having one end connected to the intermediate arm, a piston connected to the other end of the connecting rod, A variable piston stroke type internal combustion engine having one end connected to an intermediate arm and a control rod for controlling the stroke amount of the piston by regulating the movement of the intermediate arm, wherein On a vertical plane, the y-axis is set in the reciprocating direction of the piston passing through the center of the piston, the x-axis is set in the direction perpendicular to the y-axis passing through the rotation axis of the crankshaft, and the coordinate axis is set. And the compression direction of the piston is the positive direction of the y-axis, and the x-axis from the rotation axis of the crankshaft. A direction toward the origin at the intersection of the fine y-axis in case of a positive direction of the x axis, the other end pivot center of the control rod, the x-
Located in the second quadrant of the y-coordinate axis system, an oil jet nozzle is arranged at the lower end of the cylinder located between the connecting rod and the control rod, and the oil jet nozzle causes engine oil with respect to the piston and the cylinder. A variable piston stroke type internal combustion engine having a first injection port for injecting the engine oil and a second injection port for injecting engine oil to the other end swing center of the control rod.
を移動させるギア機構を収納するギア収納室をさらに備
えており、前記オイルジェットの第二噴出口から噴出さ
れたエンジンオイルを前記ギア収納室の内部に導入する
オイル導入孔が前記ギア収納室の上方に形成され、前記
オイル導入孔から前記ギア収納室の内部に導入されたエ
ンジンオイルが前記ギア収納室の内部に溜まるように構
成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ピ
ストンストローク型内燃機関。2. A gear accommodating chamber for accommodating a gear mechanism for moving the other end swing center of the control rod is further provided, and the engine oil ejected from the second ejection port of the oil jet is accommodated in the gear accommodating chamber. Is formed above the gear accommodating chamber, and engine oil introduced from the oil introducing hole into the gear accommodating chamber is collected inside the gear accommodating chamber. The variable piston stroke type internal combustion engine according to claim 1, wherein:
ピストンストローク制御手段を備えた可変ピストンスト
ローク型内燃機関であって、 エンジン冷却水の循環量を制御する冷却水循環制御手段
をさらに備えており、 前記ピストンストローク制御手段が前記ピストンのスト
ロークを小さい側に設定したときには、前記冷却水循環
制御手段が、そのストローク量に応じてエンジン冷却水
の循環量を減らすように構成されていることを特徴とす
る可変ピストンストローク型内燃機関。3. A variable piston stroke type internal combustion engine having piston stroke control means for variably controlling the stroke amount of a piston, further comprising cooling water circulation control means for controlling the circulation amount of engine cooling water, When the piston stroke control means sets the stroke of the piston to the smaller side, the cooling water circulation control means is configured to reduce the circulation amount of the engine cooling water according to the stroke amount. Piston stroke type internal combustion engine.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| JP2001329751A JP2003129817A (en) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | Variable piston stroke type internal combustion engine |
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