JP2558348Y2 - 内燃機関の可変圧縮比装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関（以下エンジン
と称する）の可変圧縮比装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジン中負荷域よりも大き
い高負荷域あるいは高エンジン回転域においてはノッキ
ングを発生させないようにしながら、エンジン中負荷よ
り小さい低負荷域では熱効率を上げて燃費の改善をはか
るために、圧縮比を可変にしうるエンジンが各種提案さ
れている。

【０００３】かかる圧縮比可変機構は、例えば特公昭６
３−３２９７２号公報に開示されている。この公報に開
示された圧縮比可変機構は、エンジンのコネクティング
ロッドの両端の軸支部の一方に、コネクティングロッド
の軸受孔とこの軸受孔を挿通する支軸とを互いに偏心さ
せる偏心軸受を、ピストンからの荷重と支軸からの反力
とが偏心することによって生じる回転力によって自在に
回転するように設け、さらには軸受半径方向に移動可能
なロックピンを駆動することにより偏心軸受の回転を自
由と固定との間に切り替えるための油圧作動式ロック手
段を設けて、このロック手段へ供給される作動オイルの
圧力を、ピストン位置の検出手段と運転条件の検出手段
との信号を受けるコンピュータからの信号により、ロッ
ク中には常時ロック手段に油圧がかかり、ロック解除中
にはロック手段に油圧がかからない条件下で制御するよ
うにしたものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の可変圧縮比機構では、油圧機構に
よりロックピンを軸受半径方向に駆動して、偏心軸受の
回転を自由と固定との間に切り替えているので、コネク
ティングロッドの往復運動等に基づき生じる慣性力の影
響によってロックピンの作動が不確実になるおそれがあ
る。

【０００５】このため、ロックピンを軸受の軸方向に駆
動することにより、コネクティングロッドの往復運動等
に基づき生じる慣性力によってロックピンの作動に影響
を及ぼさなくするようにした可変圧縮比機構も考えられ
ている。

【０００６】しかし、このような可変圧縮比機構におい
て、圧縮比を切り替えるときに、ロックピンの突出部分
と偏心軸受との係合部分が強く衝突して、ロックピンの
突出部分あるいは偏心軸受の上記ロックピンとの係合部
分が破壊するおそれがあった。

【０００７】本考案は上記の点に鑑みてなされたもの
で、圧縮比を切り替えるときに、ロックピンの突出部分
と偏心軸受との係合部分が強く衝突して、ロックピンの
突出部分あるいは偏心軸受の上記ロックピンとの係合部
分とが破壊するのを未然に防止することができる内燃機
関の可変圧縮比装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本考案の構成は、内燃機関の気筒内を摺動するピスト
ンと、このピストンに一端が枢支され他端がクランク軸
に枢支されるコネクティングロッドとを具備し前記ピス
トンの往復運動をクランク軸の回転運動に変えている内
燃機関において、前記コネクティングロッドの他端とク
ランク軸との間に介装され外周面の中心と内周面の中心
とが偏心してなる偏心スリーブと、この偏心スリーブの
両縁部において前記コネクティングロッドの他端を挟む
ように形成されたフランジ部と、前記コネクティングロ
ッド内から前記フランジ部の両側に出没可能に内装され
たロックピンと、一方側のフランジ部に設けられ前記ロ
ックピンを係合する第１の係合部と、他方側のフランジ
部に設けられ前記ロックピンを係合する第２の係合部と
を備え、前記第１の係合部及び前記第２の係合部は、前
記ロックピンの端部が完全に係合するロック用係合部
と、前記ロックピンの前記ロック用係合部への移動を案
内するため該ロック用係合部より浅く形成されたガイド
用係合部とからなり、更に、前記ロックピンを前記第１
の係合部側及び前記第２の係合部側に押圧する押圧部材
を該第１の係合部及び該第２の係合部に対向して反対側
のフランジ部にそれぞれ形成したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】エンジンの圧縮比を切り替えるために作動油の
油圧が制御されると、一方のフランジ部の係合部との係
合を外されたロックピンは、他方のフランジ部の係合部
に係合する前に、先ず、ガイド用係合部に係合して、係
合部との完全な係合を一旦阻止される。しかるのちロッ
クピンは、押圧部材に押圧されて相対回転しているフラ
ンジ部のロック用係合部に進入する。

【００１０】

【実施例】図１には本考案の一実施例に係る内燃機関の
可変圧縮比装置の低圧縮比状態にある時の全体構成、図
２にはそのコネクティングロッドの正面、図３には本考
案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比装置の高圧縮
比状態にある時の全体構成、図４にはそのコネクティン
グロッドの正面、図５には図１及び図３中の矢印Ｖ部の
拡大状態、図６には低圧縮比状態にある時の油圧駆動機
構の断面、図７には高圧縮比状態にある時の油圧駆動機
構の断面を示してある。

【００１１】まず、図１内乃至図４に示すように、コネ
クティングロッド６が、その小端部をガソリンエンジン
（内燃機関）の気筒内を往復運動するピストン８のピス
トンピン７に枢支されるとともに、その大端部をクラン
クシャフト１のクラングピン２に枢支されている。

【００１２】また、コネクティングロッド６の大端部に
おける枢支部にはコネクティングロッド６の軸受穴とこ
の軸受穴を挿通する支軸としてのクランクピン２とを交
互に偏心させる偏心スリーブ５が回転可能に設けられて
いる。即ち、この偏心スリーブ５はその内周面の中心と
その外周面の中心とが偏心しており、偏心スリーブ５を
最小偏心位置からクランクピン２の外周を１６０度程度
回転すると最大偏心位置近傍を採りうるようになってい
る。

【００１３】なお、偏心スリーブ５の内周面とクランク
ピン２の外周面との間には、図５に詳しく示すように、
偏心スリーブ５の内周面付きのメタル軸受９が介装され
ると共に、偏心スリーブ５の外周面とコネクティングロ
ッド６の軸受穴の内周面との間には、コネクティングロ
ッド６の軸受穴の内周面付きのメタル軸受１０が介装さ
れている。これにより、偏心スリーブ５とクランクピン
２との間で摺動できるとともに、偏心スリーブ５とコネ
クティングロッド６の軸受穴との間で摺動できるように
なっている。

【００１４】ところで、偏心スリーブブロック手段１１
が設けられているが、この偏心スリーブブロック手段１
１は偏心スリーブ５の軸方向即ちクランクシャフト１の
軸方向に移動しうるロックピンとしてのストッパピン１
２を備えており、このストッパピン１２をそのピストン
式流体圧駆動機構としての油圧駆動機構１１Ａで作動さ
せることにより、偏心スリーブ５に形成された第１の係
合部５ａ及び第２の係合部５ｂにストッパピン１２を係
合させて、この偏心スリーブ５の回転を２つの位置（上
記の最小偏心位置と最大偏心位置近傍）で固定しうるも
のである。

【００１５】なお、第１の係合部５ａ及び第２の係合部
５ｂの詳しい構成については後述する。

【００１６】さらに、この偏心スリーブブロック手段１
１について詳述する。図６及び図７に示すように、ま
ず、ストッパピン１２の中間部には、フランジ状にピス
トン部１２ａが拡径して一体に設けられており、このピ
ストン部１２ａ付きストッパピン１２が、コネクティン
グロッド６の大端部に形成された貫通穴に嵌合されてい
る。この貫通穴はコネクティングロッド６の大端部をク
ランクシャフト軸方向に貫通しており、３つの径を有す
る３段穴部として構成されていて、一端部に位置する小
径穴部はストッパピン１２の径とほぼ同じで、中間部に
位置する中径穴部はピストン１２ａの径とほぼ同じで、
他端部に位置する大径穴部はピストン１２ａより大きく
設定されている。

【００１７】従って、この貫通穴にピストン部１２ａ付
きストッパピン１２を入れると、貫通穴の小径穴部にス
トッパピン１２が液密に挿通されるとともに、貫通穴の
中径穴部にピストン部１２ａが液密に挿嵌される。そし
て、リターンスプリング１５を入れて、更に貫通穴の大
径部とほぼ同径の貫通穴が形成されたキャップ１６を嵌
め込み、このキャップ１６をコネクティングロッド６に
ボルト等にて固定すると、ストッパピン１２がその一端
を貫通穴の小径部に液密に嵌挿されるとともにその他端
部をキャップ１６の貫通穴に液密に嵌挿されて、貫通穴
の中径部がピストン部１２ａにて２つのチャンバ１３，
１４に分割される。そして、このチャンバ１３，１４に
それぞれ油圧通路１７，１８が連通接続されるようにな
っている。これにより、これらの２つのチャンバは、ピ
ストン部１２ａの両端に形成される油圧室（流体圧室）
１３，１４として構成される。なお、リターンスプリン
グ１５は油圧室１３内に装填されて、ピストン部１２ａ
付きストッパピン１２を油圧室１４側へ付勢しているこ
とになる。なお、ピストン部１２ａ両側の受圧面積は等
しく設定されている。

【００１８】これにより、このストッパピン１２に付設
のピストン部１２ａ，油圧室１３，１４，リターンスプ
リング１５，キャップ１６等で、ストッパピン１２に連
結されたピストン部１２ａを移動させることによってス
トッパピン１２を駆動しうるピストン式油圧駆動機構１
１Ａが構成される。

【００１９】また、偏心スリーブ５は、図１乃至図４に
示すごとく、コネクティングロッド６の大端部を挟むよ
うに軸方向に離隔されたフランジ部５１，５２を有して
いるが、一方のフランジ部５１における偏心スリーブ５
が最小偏心位置を採るような部分には、第１の係合部５
ａが形成されるとともに、他方のフランジ部５２におけ
る偏心スリーブ５が最大偏心位置近傍を採るような部分
には、第２の係合部５ｂが形成される。そして、上記フ
ランジ部５１，５２の互いに整合する位置にガイド用切
欠部５３が形成されている。また、上記コネクティング
ロッド６の大端部の底部には円筒状の油圧ピストン５４
が取り付けられている。この油圧ピストン５４内にはピ
ストン５５が液密に嵌挿されており、ピストン５５の両
側面からピン５６が油圧ピストン５４の両側面に設けら
れた窓５７から突設されている。上記ピストン５５の両
端面と油圧ピストン５４の側壁との間には付勢ばね５
８，５９が装填されると共にオイルが満たされている。
さらに、上記ピストン５５で仕切られた油圧ピストン５
４内の両側の室はオリフィス６０，６１を介してオイル
供給路に接続されている。上記ピストン５５は上記付勢
ばね５８，５９の付勢力により中立位置に保たれてい
る。

【００２０】そして、ストッパピン１２が図３及び図７
に示すように右方へ移動して第１の位置をとった状態
で、図３及び図４に示すように、ストッパピン１２が第
２の係合部５ｂ側に係合して、偏心スリーブ５が最大偏
心位置近傍でコネクティングロッド６の大端部に固定さ
れる。ストッパピン１２が図１及び図６に示すように左
方へ移動して第２の位置をとった状態で、図１及び図２
に示すように、ストッパピン１２が第１の係合部５ａ側
に係合して、偏心スリーブ５が最小偏心位置でコネクテ
ィングロッド６の大端部に固定されるようになってい
る。

【００２１】そして、偏心スリーブ５が最大偏心位置近
傍でコネクティングロッド６の大端部に固定されると、
コネクティングロッド６は見掛け上最も伸びた状態にな
って、高圧縮比状態を実現することができ、偏心スリー
ブ５が最小偏心位置でコネクティングロッド６の大端部
に固定されると、コネクティングロッド６は見掛け上最
も縮んだ状態になって、低圧縮比状態を実現することが
できるのである。なお、この低圧縮比状態での圧縮比は
エンジンがノッキングを起こさない程度の値が選ばれ、
これは通常のエンジンにおいて設定されている値とほぼ
同等である。従って、高圧縮比状態での圧縮比が通常の
エンジンで設定されている値よりも高い値として設定さ
れることになる。

【００２２】さらに、両油圧室１３，１４に油圧通路１
７，１８を通じて予め所要の油圧（標準油圧）を印加し
ておく手段と、ピストン１２ａ付ストッパをリターンス
プリング１５の付勢力に抗して油圧室１３側へ移動させ
るべく、油圧室１４に上記の標準油圧よりも高い油圧
（標準油圧＋α）を印加しうる手段とが設けられてい
る。

【００２３】すなわち、油圧通路１７，１８は図１及び
図３に示すように、クランクシャフト１のクランクジャ
ーナル３からクランクアーム４の部分を通ってクランク
ピン２から更にメタル軸受９，偏心スリーブ５，メタル
軸受１０及びコネクティングロッド６の大端部を通っ
て、それぞれ油圧室１３，１４に連通接続されている。

【００２４】なお、メタル軸受９とクランクピン２との
間及びメタル軸受１０と偏心スリーブ５との間は摺動す
るので、図５に示す如く、メタル軸受９，１０の内周面
には、この内周面を一周する油圧通路１７，１８に繋が
る２条の無端状溝が形成され、メタル軸受９に形成され
た各溝には偏心スリーブ５に形成された油圧通路１７，
１８の部分に整合する貫通穴が形成されるとともに、メ
タル軸受１０に形成された各溝にもコネクティングロッ
ド６の大端部に形成された油圧通路１７，１８の部分に
整合する貫通穴が形成されている。

【００２５】上記の構成により、エンジン中負荷以下の
領域を検出すると、油圧室１４に高い油圧（標準油圧＋
α）が供給される。このとき油圧室１３内には油圧通路
１７を介してメインギャラリからの標準油圧が供給され
ているので、結果として上記の高い油圧（標準油圧＋
α）と標準油圧との差圧αがピストン部１２ａにかか
り、これによりこの差圧分がリターンスプリング１５の
付勢力に抗してピストン部１２ａ付ストッパピン１２を
図３及び図７に示すように右方へ移動させる。その結
果、ストッパピン１２が第１の位置をとり、図３及び図
４に示すように、ストッパピン１２と第２の係合部５ｂ
とが係合して、偏心スリーブ５が最大偏心位置近傍でコ
ネクティングロッド６の大端部に固定されている。この
際、ストッパピン１２と第２の係合部５ｂとが係合する
際に、ピン５６がガイド用切欠部５３の端部に当接し、
オイルのダンパ機能により衝撃が緩衝される。そして、
コネクティングロッド６は見掛け上ほぼ最も伸びた状態
にストッパピン１２に衝撃を受けることもなく切り替え
られて、高圧縮比状態とされる。このように高い圧縮比
状態にすると、熱効率が良くなり、燃費の向上が期待で
きる。

【００２６】また、エンジン中負荷域よりも大きいエン
ジン高負荷域あるいはエンジン高回転域を検出すると、
油圧室１３，１４に標準油圧が供給される。これによ
り、リターンスプリング１５の付勢力によって、ピスト
ン部１２ａ付ストッパピンが、図２及び図６に示すよう
に左方へ移動して、第２の位置をとると、図１及び図２
に示すように、ストッパピン１２と第１の係合部５ａと
が係合して、偏心スリーブ５が最小偏心位置でコネクテ
ィングロッド６の大端部に固定される。この際、ストッ
パピン１２と第１の係合部５ａとが係合する際に、ピン
５６がガイド用切欠部５３の端部に当接し、オイルのダ
ンパ機能により衝撃が緩衝される。その結果、コネクテ
ィングロッド６は見掛け上最も縮んだ状態にストッパピ
ン１２に衝撃を受けることもなく切り替えられ、低圧縮
比状態とされる。このように低圧縮比状態にすることに
より、ノッキングを確実に回避することができる。

【００２７】図８に基づいて第１の係合部５ａ及び第２
の係合部の詳細構造を説明する。図８には偏心スリーブ
の構造説明を示してある。なお、第１の係合部５ａ及び
第２の係合部５ｂの構成は同一であるので、第１の係合
部５ａのみの構成を説明する。

【００２８】図８（ａ）及び図８（ｃ）には偏心スリー
ブ５の側面状態を示してあり、図８（ｂ）には図８
（ａ）及び図８（ｃ）中のＢ矢視を示してある。

【００２９】第１の係合部５ａは、ストッパピン１２が
完全に係合する固定係合部１０１と、ストッパピン１２
の移動を完全係合の手前で阻止するためのフランジ部５
１を貫通していない（固定係合部１０１より浅く形成さ
れた）ガイド用係合部１０２とから構成されている。固
定係合部１０１は、フランジ部５１を貫通すると共に、
ストッパピン１２が大きくがたつくことなく係合する大
きさに形成されている。

【００３０】第１の係合部５ａに対向して反対側のフラ
ンジ部５２には、ストッパピン１２を第１の係合部５ａ
側に押圧してストッパピン１２をガイド用係合部１０２
もしくは固定係合部１０１に係合させる押圧部材として
の押出ランプ１０３が形成されている。

【００３１】図９乃至図１１に基づいてストッパピン１
２の第１の係合部への係合状況を説明する。図９乃至図
１１には偏心スリーブ１２の回転状況を示してあり、図
９乃至図１１の（ａ）には偏心スリーブ５の側面状態、
（ｂ）には展開平面状態を示してある。

【００３２】エンジンの圧縮比を低圧縮比モードにする
状態に油圧が制御されると、第２の係合部５ｂとの係合
を外されたストッパピン１２は端部がフランジ部５１の
内側面に衝合される。ストッパピン１２に対して図９，
図１０中矢印方向に相対回転する偏心スリーブ５のフラ
ンジ部５１が矢印ａ方向に移動する時、押出ランプ１０
３によりストッパピン１２が第１の係合部５ａ側に押出
され、ストッパピン１２がガイド用係合部１０２に衝合
して係合方向の移動が阻止される。（図１０（ｂ））。
図１１に示すように、偏心スリーブ５の回転によりフラ
ンジ部５１が矢印ｂ方向に若干移動することで、ストッ
パピン１２が固定係合部１０１に係合する。これによ
り、偏心スリーブ５とコネクティングロッド６が一体化
されたことになる。

【００３３】すなわち、ストッパピン１２は、押出ラン
プ１０３に押圧されて一旦ガイド用係合部１０２に係合
することにより、完全結合の手前でその移動が阻止され
てフランジ部５１に対して不完全係合する。そして、ス
トッパピン１２は、この不完全係合の状態でガイド用係
合部１０２に案内されて固定係合部１０１に係合する。

【００３４】従って、偏心スリーブ５の回転が早い場合
であっても、ストッパピン１２の固定係合部１０１への
係合が確実に行なわれる。

【００３５】ストッパピン１２と第１の係合部５ａもし
くは第２の係合部５ｂとが係合する際に、ピン５６（図
１乃至図６参照）がガイド用切欠部５３の端部に当接し
オイルのダンパ機能により衝撃がストロークＳの範囲で
緩衝される（衝撃吸収機構）。

【００３６】図９（ｂ），図１０（ｂ），図１１（ｂ）
に示すように、固定係合部１０１の位置は、ピン５６
（図１乃至図６参照）がガイド用切欠部５３の端部に当
接する前における偏心スリーブ５の回転方向上流側に設
けられている。これにより、偏心スリーブ５の回転が遅
い場合ガイド用切欠部５３の端部にピン５６が当接する
前（衝撃吸収機構が動作する前）にストッパピン１２が
固定係合部１０１に係合する。

【００３７】従って、偏心スリーブ５の回転が遅い場合
であっても、ストッパピン１２の固定係合部１０１への
係合が確実に行なわれる。

【００３８】なお、上記一実施例では、衝撃吸収機構を
備え、緩衝ストロークの手前側でストッパピン１２が係
合するように固定係合部１０１を設けたが、衝撃吸収機
構を備えずにガイド用係合部１０２の任意の位置に固定
係合部１０１を設けるようにしても良い。

【００３９】

【考案の効果】本考案の内燃機関の可変圧縮比装置によ
ると、偏心スリーブの回転速度が速くてもロックピンと
偏心スリーブの係合が容易に且つ迅速に行なわれるの
で、騒音が出ず、耐久性が向上するという効果を奏す
る。また、ロックピンと偏心スリーブの係合がスムーズ
に行なわれるため、ロックピンを移動させる制御荷重が
低減でき、構造上のコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比
装置の低圧縮比状態にある時の全体構成図。

【図２】図１におけるコネクティングロッドの正面図。

【図３】本考案の一実施例に係る内燃機関の可変圧縮比
装置の高圧縮比状態にある時の全体構成図。

【図４】図３におけるコネクティングロッドの正面図。

【図５】図１及び図３中の矢印Ｖ部の拡大図。

【図６】低圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面
図。

【図７】高圧縮比状態にある時の油圧駆動機構の断面
図。

【図８】偏心スリーブの構造説明図。

【図９】偏心スリーブの回転状況説明図。

【図１０】偏心スリーブの回転状況説明図。

【図１１】偏心スリーブの回転状況説明図。

【符号の説明】

１ クランクシャフト ５ 偏心スリーブ ５ａ 第１の係合部 ５ｂ 第２の係合部 １２ ストッパピン ５１，５２ フランジ部 ５３ ガイド用切欠部 ５６ ピン １０１ 固定係合部 １０２ ガイド用係合部 １０３ 押出ランプ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の気筒内を摺動するピストン
   と、このピストンに一端が枢支され他端がクランク軸に
   枢支されるコネクティングロッドとを具備し前記ピスト
   ンの往復運動をクランク軸の回転運動に変えている内燃
   機関において、前記コネクティングロッドの他端とクラ
   ンク軸との間に介装され外周面の中心と内周面の中心と
   が偏心してなる偏心スリーブと、この偏心スリーブの両
   縁部において前記コネクティングロッドの他端を挟むよ
   うに形成されたフランジ部と、前記コンクティングロッ
   ド内からの前記フランジ部の両側に出没可能に内装され
   たロックピンと、一方側のフランジ部に設けられ前記ロ
   ックピンを係合する第１の係合部と、他方側のフランジ
   部に設けられ前記ロックピンを係合する第２の係合部と
   を備え、前記第１の係合部及び前記第２の係合部は、前
   記ロックピンの端部が完全に係合するロック用係合部
   と、前記ロックピンの前記ロック用係合部への移動を案
   内するため該ロック用係合部より浅く形成されたガイド
   用係合部とからなり、更に、前記ロックピンを前記第１
   の係合部側及び前記第２の係合部側に押圧する押圧部材
   を該第１の係合部及び該第２の係合部に対向して反対側
   のフランジ部にそれぞれ形成したことを特徴とする内燃
   機関の可変圧縮比装置。