JP6256367B2 - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine capable of changing a mechanical compression ratio.
従来から、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。このような可変圧縮比機構としては様々なものが提案されているが、そのうちの一つとして内燃機関で用いられるコンロッドの有効長さを変化させるものが挙げられる(例えば、特許文献1)。ここで、コンロッドの有効長さとは、クランクピンを受容するクランク受容開口の中心とピストンピンを受容するピストンピン受容開口の中心との間の距離を意味する。したがって、コンロッドの有効長さが長くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が小さくなり、よって機械圧縮比が増大する。一方、コンロッドの有効長さが短くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が大きくなり、よって機械圧縮比が低下する。 Conventionally, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio of the internal combustion engine is known. Various types of such variable compression ratio mechanisms have been proposed, and one of them is one that changes the effective length of a connecting rod used in an internal combustion engine (for example, Patent Document 1). Here, the effective length of the connecting rod means the distance between the center of the crank receiving opening for receiving the crank pin and the center of the piston pin receiving opening for receiving the piston pin. Therefore, when the effective length of the connecting rod is increased, the combustion chamber volume when the piston is at the compression top dead center is reduced, and thus the mechanical compression ratio is increased. On the other hand, when the effective length of the connecting rod is shortened, the combustion chamber volume when the piston is at the compression top dead center is increased, and thus the mechanical compression ratio is lowered.
有効長さを変更可能な可変長コンロッドとしては、コンロッド本体の小径端部に、コンロッド本体に対して回動可能な偏心部材(偏心アームや偏心スリーブ)を設けたものが知られている(例えば、特許文献1)。偏心部材はピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有し、このピストンピン受容開口は偏心部材の回動軸線に対して偏心して設けられる。また、偏心部材には二つのピストン機構が連結されている。各ピストン機構は、可変長コンロッドのコンロッド本体内に形成された油圧シリンダと、シリンダ内を摺動可能な油圧ピストンとを具備する。 As a variable-length connecting rod capable of changing the effective length, one having an eccentric member (an eccentric arm or an eccentric sleeve) that is rotatable with respect to the connecting rod body is known at the small-diameter end of the connecting rod body (for example, Patent Document 1). The eccentric member has a piston pin receiving opening for receiving the piston pin, and the piston pin receiving opening is provided eccentric to the rotation axis of the eccentric member. Two piston mechanisms are connected to the eccentric member. Each piston mechanism includes a hydraulic cylinder formed in a connecting rod body of a variable-length connecting rod, and a hydraulic piston that can slide in the cylinder.
このような可変長コンロッドでは、偏心部材の回動位置を変更すると、これに伴ってコンロッドの有効長さを変化させることができる。具体的には、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する上向きの慣性力によって一方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを長くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して上昇し、機械圧縮比は低圧縮比から高圧縮比に切替えられる。このとき、一方の油圧シリンダから他方の油圧シリンダ内に作動油が供給され、機械圧縮比が高圧縮比に維持される。一方、偏心部材は、ピストンの往復動によってピストンピンに作用する下向きの慣性力と、混合気の燃焼によってピストンピンに作用する下向きの爆発力とによって他方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを短くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して下降し、機械圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。このとき、上記他方の油圧シリンダから上記一方の油圧シリンダ内に作動油が供給され、機械圧縮比が低圧縮比に維持される。 In such a variable length connecting rod, when the rotational position of the eccentric member is changed, the effective length of the connecting rod can be changed accordingly. Specifically, the eccentric member lengthens the effective length of the connecting rod by rotating in one direction by an upward inertia force acting on the piston pin by the reciprocation of the piston. As a result, the piston rises with respect to the connecting rod body, and the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio. At this time, hydraulic fluid is supplied from one hydraulic cylinder into the other hydraulic cylinder, and the mechanical compression ratio is maintained at a high compression ratio. On the other hand, the eccentric member rotates in the other direction by the downward inertial force acting on the piston pin by the reciprocating motion of the piston and the downward explosive force acting on the piston pin by the combustion of the air-fuel mixture. Shorten the length. As a result, the piston descends with respect to the connecting rod body, and the mechanical compression ratio is switched from the high compression ratio to the low compression ratio. At this time, hydraulic fluid is supplied into the one hydraulic cylinder from the other hydraulic cylinder, and the mechanical compression ratio is maintained at a low compression ratio.
したがって、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。また、機械圧縮比は、油圧シリンダ内に供給される作動油によって高圧縮比又は低圧縮比に維持される。 Therefore, in a variable compression ratio internal combustion engine having a variable length connecting rod, the mechanical compression ratio is switched from a low compression ratio to a high compression ratio by inertial force, and is switched from a high compression ratio to a low compression ratio by inertial force and explosive force. . The mechanical compression ratio is maintained at a high compression ratio or a low compression ratio by the hydraulic oil supplied into the hydraulic cylinder.
ところで、慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力は、内燃機関の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。 By the way, the inertial force is much smaller than the explosive force. For this reason, it is difficult to obtain sufficient response when the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio. Further, since the inertial force is proportional to the square of the engine speed of the internal combustion engine, a sufficient inertial force cannot be obtained in the low rotation range of the internal combustion engine, and the responsiveness is further deteriorated.
また、油圧シリンダ内に作動油を保持するために油圧シリンダと油圧ピストンとの間にオイルシールを配設することが知られている。応答性を高めるためには、油圧シリンダとオイルシールとの間に発生する摩擦力を小さくすることが考えられる。しかしながら、摩擦力を小さくすると、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保することができないおそれがある。 It is also known to dispose an oil seal between the hydraulic cylinder and the hydraulic piston in order to retain the hydraulic oil in the hydraulic cylinder. In order to improve the responsiveness, it is conceivable to reduce the frictional force generated between the hydraulic cylinder and the oil seal. However, if the frictional force is reduced, the sealability of the oil seal necessary to maintain the mechanical compression ratio at a high compression ratio or a low compression ratio may not be ensured.
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保しつつ、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することにある。 Accordingly, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sealing property of an oil seal necessary for maintaining a mechanical compression ratio at a high compression ratio or a low compression ratio in a variable compression ratio internal combustion engine having a variable length connecting rod. It is to improve the responsiveness when the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio.
上記課題を解決するために、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介してピストンに連結されたコンロッドとを具備し、コンロッドが、クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、大径端部の反対側のピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材と、コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンと、油圧ピストンに固定されると共に油圧シリンダの内面と接触するオイルシールとを有する油圧ピストン機構とを具備し、偏心部材は、ピストンピン受容開口の軸線が偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して下降させるように構成され、油圧ピストンは、偏心部材が一方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で上昇し、偏心部材が他方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で下降し、油圧シリンダの内径は、油圧ピストンが油圧シリンダ内で上昇した後のオイルシールの位置よりも、油圧ピストンが油圧シリンダ内で下降した後のオイルシールの位置において大きい、可変圧縮比内燃機関が提供される。 In order to solve the above problems, a variable compression ratio internal combustion engine capable of changing a mechanical compression ratio, comprising a cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, and a connecting rod connected to the piston via a piston pin. The connecting rod receives a piston pin, and a connecting rod body having a large diameter end portion provided with a crank receiving opening for receiving the crank pin and a small diameter end portion located on the piston side opposite to the large diameter end portion. An eccentric member having a piston pin receiving opening that is pivotally attached to a small-diameter end, a hydraulic cylinder that is provided in the connecting rod body and that is supplied with hydraulic oil, and a hydraulic piston that slides within the hydraulic cylinder; A hydraulic piston mechanism having an oil seal fixed to the hydraulic piston and in contact with the inner surface of the hydraulic cylinder. The axis of the pin receiving opening is configured to be decentered from the rotation axis of the eccentric member, and by rotating in one direction, the piston is raised with respect to the connecting rod body and rotated in the other direction. The piston is configured to be lowered with respect to the connecting rod body, and the hydraulic piston rises in the hydraulic cylinder when the eccentric member rotates in one direction and is hydraulic when the eccentric member rotates in the other direction. The cylinder is lowered and the inner diameter of the hydraulic cylinder is larger than the position of the oil seal after the hydraulic piston is raised in the hydraulic cylinder. The variable compression is larger at the position of the oil seal after the hydraulic piston is lowered in the hydraulic cylinder. A specific internal combustion engine is provided.
本発明によれば、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比又は低圧縮比に維持するのに必要なオイルシールのシール性を確保しつつ、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。 According to the present invention, in a variable compression ratio internal combustion engine having a variable length connecting rod, the mechanical compression ratio is ensured while ensuring the sealability of the oil seal necessary for maintaining the mechanical compression ratio at a high compression ratio or a low compression ratio. Can be improved when switching from a low compression ratio to a high compression ratio.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<第1実施形態>
最初に、図1〜図13を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<可変圧縮比内燃機関>
図1は、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図を示す。
図1を参照すると、1は内燃機関を示している。内燃機関1は、クランクケース2、シリンダブロック3、シリンダヘッド4、ピストン5、可変長コンロッド6、燃焼室7、燃焼室7の頂面中央部に配置された点火プラグ8、吸気弁9、吸気カムシャフト10、吸気ポート11、排気弁12、排気カムシャフト13、排気ポート14を具備する。シリンダブロック3はシリンダ15を画成する。ピストン5はシリンダ15内で往復動する。また、内燃機関1は、さらに、吸気弁9の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Aと、排気弁12の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Bとを具備する。
<Variable compression ratio internal combustion engine>
FIG. 1 shows a schematic side sectional view of a variable compression ratio internal combustion engine according to the present invention.
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an internal combustion engine. The internal combustion engine 1 includes a
可変長コンロッド6は、その小径端部においてピストンピン21を介してピストン5に連結されると共に、その大径端部においてクランクシャフトのクランクピン22に連結される。可変長コンロッド6は、後述するように、ピストンピン21の軸線からクランクピン22の軸線までの距離、すなわち有効長さを変更することができる。
The variable
可変長コンロッド6の有効長さが長くなると、クランクピン22からピストンピン21までの長さが長くなるため、図中に実線で示したようにピストン5が上死点にあるときの燃焼室7の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド6の有効長さが変化しても、ピストン5がシリンダ内を往復動するストローク長さは変化しない。したがって、このとき、内燃機関1における機械圧縮比が大きくなる。
When the effective length of the variable
一方、可変長コンロッド6の有効長さが短くなると、クランクピン22からピストンピン21までの長さが短くなるため、図中に破線で示したようにピストン5が上死点にあるときの燃焼室7内の容積が大きくなる。しかしながら、上述したように、ピストン5のストローク長さは一定である。したがって、このとき、内燃機関1における機械圧縮比が小さくなる。
On the other hand, if the effective length of the variable-
<可変長コンロッドの構成>
図2は、本発明に係る可変長コンロッド6を概略的に示す斜視図であり、図3は、本発明に係る可変長コンロッド6を概略的に示す断面側面図である。図2及び図3に示したように、可変長コンロッド6は、コンロッド本体31と、コンロッド本体31に回動可能に取り付けられた偏心部材32と、コンロッド本体31に設けられた第1ピストン機構33及び第2ピストン機構34と、これら両ピストン機構33、34への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構35とを具備する。
<Configuration of variable length connecting rod>
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the variable
まず、コンロッド本体31について説明する。コンロッド本体31は、その一方の端部にクランクシャフトのクランクピン22を受容するクランク受容開口41を有し、他方の端部に後述する偏心部材32のスリーブを受容するスリーブ受容開口42を有する。クランク受容開口41はスリーブ受容開口42よりも大きいことから、クランク受容開口41が設けられている側(クランクシャフト側)に位置するコンロッド本体31の端部を大径端部31aと称し、スリーブ受容開口42が設けられている側(ピストン側)に位置するコンロッド本体31の端部を小径端部31bと称する。
First, the connecting
なお、本明細書では、クランク受容開口41の中心軸線(すなわち、クランク受容開口41に受容されるクランクピン22の軸線)と、スリーブ受容開口42の中心軸線(すなわち、スリーブ受容開口42に受容されるスリーブの軸線)との間で延びる線X(図3)、すなわちコンロッド本体31の中央を通る線をコンロッド6の軸線と称す。また、コンロッド6の軸線Xに対して垂直であってクランク受容開口41の中心軸線に垂直な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの幅と称する。加えて、クランク受容開口41の中心軸線に平行な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの厚さと称する。
In the present specification, the center axis of the crank receiving opening 41 (that is, the axis of the
図2及び図3からわかるように、コンロッド本体31の幅は、大径端部31aと小径端部31bとの間の中間部分で最も細い。また、大径端部31aの幅は小径端部31bの幅よりも広い。一方、コンロッド本体31の厚さは、ピストン機構33、34が設けられている領域を除いてほぼ一定の厚さとされる。
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the width of the connecting
次に、偏心部材32について説明する。図4及び図5は、コンロッド本体31の小径端部31b近傍の概略斜視図である。図4及び図5では、偏心部材32は、分解された状態で示されている。図2〜図5を参照すると、偏心部材32は、コンロッド本体31に形成されたスリーブ受容開口42内に受容される円筒状のスリーブ32aと、スリーブ32aからコンロッド本体31の幅方向において一方の方向に延びる一対の第1アーム32bと、スリーブ32aからコンロッド本体31の幅方向において他方の方向(上記一方の方向とは概して反対方向)に延びる一対の第2アーム32cとを具備する。スリーブ32aはスリーブ受容開口42内で回動可能であるため、偏心部材32はコンロッド本体31の小径端部31bにおいてコンロッド本体31に対して小径端部31bの周方向に回動可能に取り付けられることになる。偏心部材32の回動軸線はスリーブ受容開口42の中心軸線と一致する。
Next, the
また、偏心部材32のスリーブ32aは、ピストンピン21を受容するためのピストンピン受容開口32dを有する。このピストンピン受容開口32dは円筒状に形成されている。円筒状のピストンピン受容開口32dは、その軸線がスリーブ32aの円筒状外形の中心軸線と平行ではあるが、同軸にはならないように形成される。したがって、ピストンピン受容開口32dの軸線は、スリーブ32aの円筒状外形の中心軸線、すなわち偏心部材32の回動軸線から偏心している。
The
このように、本実施形態では、スリーブ32aのピストンピン受容開口32dの中心軸線が偏心部材32の回動軸線から偏心している。このため、偏心部材32が回転すると、スリーブ受容開口42内でのピストンピン受容開口32dの位置が変化する。スリーブ受容開口42内においてピストンピン受容開口32dの位置が大径端部31a側にあるときには、コンロッドの有効長さが短くなる。逆に、スリーブ受容開口42内においてピストンピン受容開口32dの位置が大径端部31a側とは反対側、すなわち小径端部31b側にあるときには、コンロッドの有効長さが長くなる。したがって本実施形態によれば、偏心部材を回動させることによって、コンロッド6の有効長さが変化する。
Thus, in the present embodiment, the central axis of the piston
次に、図3を参照して、第1ピストン機構33について説明する。第1ピストン機構33は、コンロッド本体31に設けられると共に作動油が供給される第1シリンダ33aと、第1シリンダ33a内で摺動する第1ピストン33bと、第1シリンダ33aと第1ピストン33bとの間に配設された第1オイルシール33cとを有する。第1シリンダ33aは、そのほとんど又はその全てがコンロッド6の軸線Xに対して第1アーム32b側に配置される。また、第1シリンダ33aは、小径端部31bに近づくほどコンロッド本体31の幅方向に突出するように軸線Xに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第1シリンダ33aは、第1ピストン連通油路51を介して流れ方向切換機構35と連通する。
Next, the
第1ピストン33bは、第1連結部材45により偏心部材32の第1アーム32bに連結される。第1ピストン33bは、ピンによって第1連結部材45に回転可能に連結される。第1アーム32bは、スリーブ32aに結合されている側とは反対側の端部において、ピンによって第1連結部材45に回転可能に連結される。
The
第1オイルシール33cは、リング形状を有し、第1ピストン33bの下端部の周囲に固定される。第1オイルシール33cは、第1シリンダ33aの内面と接触し、第1シリンダ33a内に供給される作動油をシールする。このため、第1オイルシール33cと第1シリンダ33aとの間には摩擦力が発生する。
The
図11は、第1オイルシール33cの拡大平面図である。図11に示されるように、第1オイルシール33cは、ゴムのような弾性体から構成された内層33dと、樹脂から構成された外層33eとを有する。外層33eは、内層33dよりも径方向外側に位置し、第1シリンダ33aの内面と接触する。樹脂の摩擦係数は概して弾性体の摩擦係数よりも小さいため、樹脂から構成された外層33eによって、第1オイルシール33cと第1シリンダ33aとの間に発生する摩擦力が低減される。また、弾性体から構成された内層33dによって第1オイルシール33cの所要のシール性を確保することができる。
FIG. 11 is an enlarged plan view of the
次に、第2ピストン機構34について説明する。第2ピストン機構34は、コンロッド本体31に設けられると共に作動油が供給される第2シリンダ34aと、第2シリンダ34a内で摺動する第2ピストン34bと、第2シリンダ34aと第2ピストン34bとの間に配設された第2オイルシール34cを有する。第2シリンダ34aは、そのほとんど又はその全てがコンロッド6の軸線Xに対して第2アーム32c側に配置される。また、第2シリンダ34aは、小径端部31bに近づくほどコンロッド本体31の幅方向に突出するように軸線Xに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第2シリンダ34aは、第2ピストン連通油路52を介して流れ方向切換機構35と連通する。
Next, the
第2ピストン34bは、第2連結部材46により偏心部材32の第2アーム32cに連結される。第2ピストン34bは、ピンによって第2連結部材46に回転可能に連結される。第2アーム32cは、スリーブ32aに連結されている側とは反対側の端部において、ピンによって第2連結部材46に回転可能に連結される。
The
第2オイルシール34cは、リング形状を有し、第2ピストン34bの下端部の周囲に固定される。第2オイルシール34cは、第2シリンダ34aの内面と接触し、第2シリンダ34a内に供給される作動油をシールする。このため、第2オイルシール34cと第2シリンダ34aとの間には摩擦力が発生する。
The
第2オイルシール34cは、第1オイルシール33cと同様に、ゴムのような弾性体から構成された内層34dと、樹脂から構成された外層34eとを有する。外層34eは、内層34dよりも径方向外側に位置し、第2シリンダ34aの内面と接触する。樹脂の摩擦係数は概して弾性体の摩擦係数よりも小さいため、樹脂から構成された外層34eによって、第2オイルシール34cと第2シリンダ34aとの間に発生する摩擦力が低減される。また、弾性体から構成された内層34dによって第2オイルシール34cの所要のシール性を確保することができる。
Similar to the
なお、第1ピストン33b及び第2ピストン34bは同一の形状及び構成を有し、第1オイルシール33c及び第2オイルシール34cは同一の形状及び構成を有する。このことによって、部品の共通化が可能となる。
The
<可変長コンロッドの動作>
次に、図6を参照して、このように構成された偏心部材32、第1ピストン機構33及び第2ピストン機構34の動作について説明する。図6(A)は、第1ピストン機構33の第1シリンダ33a内に作動油が供給され且つ第2ピストン機構34の第2シリンダ34a内には作動油が供給されていない状態を示している。一方、図6(B)は、第1ピストン機構33の第1シリンダ33a内には作動油が供給されておらず且つ第2ピストン機構34の第2シリンダ34a内には作動油が供給されている状態を示している。
<Operation of variable length connecting rod>
Next, operations of the
ここで、後述するように、流れ方向切換機構35は、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを禁止し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを許可する第一状態と、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを許可し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換可能である。
Here, as will be described later, the flow
流れ方向切換機構35が第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを禁止し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを許可する第一状態にあると、図6(A)に示したように、第1シリンダ33a内には作動油が供給され、第2シリンダ34aから作動油が排出されることになる。このため、第1ピストン33bは上昇し、第1ピストン33bに連結された偏心部材32の第1アーム32bも上昇する。一方、第2ピストン34bは下降し、第2ピストン34bに連結された第2アーム32cも下降する。この結果、図6(A)に示した例では、偏心部材32が図中の矢印の方向に回動され、その結果、ピストンピン受容開口32dの位置が上昇する。したがって、クランク受容開口41の中心とピストンピン受容開口32dの中心との間の長さ、すなわちコンロッド6の有効長さが長くなり、図中のL1となる。すなわち、第1シリンダ33a内に作動油が供給され、第2シリンダ34aから作動油が排出されると、コンロッド6の有効長さが長くなる。
When the flow
一方、流れ方向切換機構35が第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを許可し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを禁止する第二状態にあると、図6(B)に示したように、第2シリンダ34a内には作動油が供給され、第1シリンダ33aから作動油が排出されることになる。このため、第2ピストン34bは上昇し、第2ピストン34bに連結された偏心部材32の第2アーム32cも上昇する。一方、第1ピストン33bは下降し、第1ピストン33bに連結された第1アーム32bも下降する。この結果、図6(B)に示した例では、偏心部材32が図中の矢印の方向(図6(A)の矢印とは反対方向)に回動され、その結果、ピストンピン受容開口32dの位置が下降する。したがって、クランク受容開口41の中心とピストンピン受容開口32dの中心との間の長さ、すなわちコンロッド6の有効長さは図中のL1よりも短いL2となる。すなわち、第2シリンダ34a内に作動油が供給され、第1シリンダ33aから作動油が排出されると、コンロッド6の有効長さが短くなる。
On the other hand, the flow
本実施形態に係るコンロッド6では、上述したように、流れ方向切換機構35を第一状態と第二状態との間で切り替えることによって、コンロッド6の有効長さをL1とL2との間で切り替えることができる。この結果、コンロッド6を用いた内燃機関1では、機械圧縮比を変更することができる。
In the connecting
ここで、流れ方向切換機構35が第一状態にあるときには、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、第1ピストン33b及び第2ピストン34bが図6(A)に示した位置まで移動し、偏心部材32が図6(A)に示した位置まで回動する。内燃機関1のシリンダ15内でのピストン5の往復動による上向きの慣性力がピストンピン21に作用すると、第1ピストン33bが上昇すると共に、第2ピストン34bが下降する。このとき、第2シリンダ34aから作動油が排出されると共に、第1シリンダ33a内に作動油が供給され、第1ピストン33b及び第2ピストン34bが図6(A)に示した位置まで移動する。また、上向きの慣性力がピストンピン21に作用すると、偏心部材32が一方の方向(図6(A)中の矢印の方向)に図6(A)に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド6の有効長さが長くなり、ピストン5がコンロッド本体31に対して上昇する。一方、内燃機関1のシリンダ15内でピストン5が往復動してピストンピン21に下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室7内で混合気の燃焼が起きてピストンピン21に下向きの力が作用したときには、第1ピストン33bが下降しようとすると共に、偏心部材32が他方の方向(図6(B)中の矢印の方向)に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構35により第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れが禁止されているため、第1シリンダ33a内の作動油は流出せず、よって第1ピストン33b及び偏心部材32は移動しない。
Here, when the flow
一方、流れ方向切換機構35が第二状態にあるときにも、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、偏心部材32が図6(B)に示した位置まで回動し、第1ピストン33b及び第2ピストン34bが図6(B)に示した位置まで移動する。内燃機関1のシリンダ15内でのピストン5の往復動による下向きの慣性力と、燃焼室7内での混合気の燃焼による下向きの爆発力とがピストンピン21に作用すると、第1ピストン33bが下降すると共に、第2ピストン34bが上昇する。このとき、第1シリンダ33aから作動油が排出されると共に、第2シリンダ34a内に作動油が供給され、第1ピストン33b及び第2ピストン34bが図6(B)に示した位置まで移動する。また、下向きの慣性力及び爆発力がピストンピン21に作用すると、偏心部材32が他方の方向(図6(B)中の矢印の方向)に図6(B)に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド6の有効長さが短くなり、ピストン5はコンロッド本体31に対して下降する。一方、内燃機関1のシリンダ15内でピストン5が往復動してピストンピン21に上向きの慣性力が作用したときには、第2ピストン34bが下降しようとすると共に、偏心部材32が上記一方の方向(図6(A)における矢印の方向)に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構35により第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れが禁止されているため、第2シリンダ34a内の作動油は流出せず、よって第2ピストン34b及び偏心部材32は移動しない。
On the other hand, even when the flow
したがって、内燃機関1では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。 Therefore, in the internal combustion engine 1, the mechanical compression ratio is switched from a low compression ratio to a high compression ratio by inertial force, and is switched from a high compression ratio to a low compression ratio by inertial force and explosive force.
<流れ方向切換機構の構成>
次に、図7、図8を参照して、流れ方向切換機構35の構成について説明する。図7は、流れ方向切換機構35が設けられた領域を拡大したコンロッドの断面側面図である。図8(A)は、図7のVIII−VIIIに沿ったコンロッドの断面図であり、図8(B)は、図7のIX−IXに沿ったコンロッドの断面図である。上述したように、流れ方向切換機構35は、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを禁止し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを許可する第一状態と、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを許可し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換を行う機構である。
<Configuration of flow direction switching mechanism>
Next, the configuration of the flow
流れ方向切換機構35は、図7に示したように、二つの切換ピン61、62と一つの逆止弁63とを具備する。これら二つの切換ピン61、62及び逆止弁63は、コンロッド本体31の軸線X方向において、第1シリンダ33a及び第2シリンダ34aとクランク受容開口41との間に配置される。また、逆止弁63は、コンロッド本体31の軸線X方向において、二つの切換ピン61、62よりもクランク受容開口41側に配置される。
As shown in FIG. 7, the flow
さらに、二つの切換ピン61、62は、コンロッド本体31の軸線Xに対して両側に設けられると共に逆止弁63は、軸線X上に設けられる。これにより、コンロッド本体31内に切換ピン61、62や逆止弁63を設けることによってコンロッド本体31の左右の重量バランスが低下することを抑制することができる。
Further, the two switching
二つの切換ピン61、62は、それぞれ円筒状のピン収容空間64、65内に収容される。本実施形態では、ピン収容空間64、65は、その軸線がクランク受容開口41の中心軸線と平行に延びるように形成される。切換ピン61、62は、ピン収容空間64、65内でピン収容空間64が延びる方向に摺動可能である。すなわち、切換ピン61、62は、その作動方向がクランク受容開口41の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体31内に配置されている。
The two switching
また、二つのピン収容空間64、65のうち第1切換ピン61を収容する第1ピン収容空間64は、図8(A)に示したように、コンロッド本体31の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体31の他方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。加えて、二つのピン収容空間64、65のうち第2切換ピン62を収容する第2ピン収容空間65は、図8(A)に示したように、コンロッド本体31の上記他方の側面に対して開いていると共に上記一方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。
Moreover, the 1st
第1切換ピン61は、その周方向に延びる二つの円周溝61a、61bを有する。これら円周溝61a、61bは、第1切換ピン61内に形成された連通路61cによって互いに連通せしめられる。また、第1ピン収容空間64内には第1付勢バネ67が収容されており、この第1付勢バネ67によって第1切換ピン61はクランク受容開口41の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図8(A)に示した例では、第1切換ピン61は、第1ピン収容空間64の閉じた端部に向かって付勢されている。
The
同様に、第2切換ピン62も、その周方向に延びる二つの円周溝62a、62bを有する。これら円周溝62a、62bは、第2切換ピン62内に形成された連通路62cによって互いに連通せしめられる。また、第2ピン収容空間65内には第2付勢バネ68が収容されており、この第2付勢バネ68によって第2切換ピン62はクランク受容開口41の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図8(A)に示した例では、第2切換ピン62は、第2ピン収容空間65の閉じた端部に向かって付勢されている。この結果、第2切換ピン62は、第1切換ピン61とは逆向きに付勢されている。
Similarly, the
加えて、第1切換ピン61と第2切換ピン62とは、クランク受容開口41の中心軸線と平行な方向において互いに逆向きに配置されている。加えて、第2切換ピン62は、第1切換ピン61とは逆向きに付勢されている。このため、本実施形態では、これら第1切換ピン及び第2切換ピン62に油圧が供給されたときのこれら第1切換ピン61と第2切換ピン62との作動方向は互いに逆向きとなる。
In addition, the
逆止弁63は、円筒状の逆止弁収容空間66内に収容される。本実施形態では、逆止弁収容空間66も、クランク受容開口41の中心軸線と平行に延びるように形成される。逆止弁63は、逆止弁収容空間66内で逆止弁収容空間66が延びる方向に運動可能である。したがって、逆止弁63は、その作動方向がクランク受容開口41の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体31内に配置されている。また、逆止弁収容空間66は、コンロッド本体31の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体31の他方の側面に対して閉じている逆止弁収容穴として形成される。
The
逆止弁63は一次側(図8(B)において上側)から二次側(図8(B)において下側)への流れを許可すると共に、二次側から一次側への流れを禁止するように構成される。
The
第1切換ピン61を収容する第1ピン収容空間64は、第1ピストン連通油路51を介して第1シリンダ33aに連通せしめられる。図8(A)に示したように、第1ピストン連通油路51は、コンロッド本体31の厚さ方向中央付近において、第1ピン収容空間64に連通せしめられる。また、第2切換ピン62を収容する第2ピン収容空間65は第2ピストン連通油路52を介して第2シリンダ34aと連通せしめられる。図8(A)に示したように、第2ピストン連通油路52も、コンロッド本体31の厚さ方向中央付近において、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。
The first
なお、第1ピストン連通油路51及び第2ピストン連通油路52は、クランク受容開口41からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、第1ピストン連通油路51及び第2ピストン連通油路52のクランク受容開口41側には、これらピストン連通油路51、52と同軸の第1延長油路51a及び第2延長油路52aが形成される。換言すると、第1ピストン連通油路51及び第2ピストン連通油路52は、その延長線上にクランク受容開口41が位置するように形成される。これら第1延長油路51a及び第2延長油路52aは、例えば、クランク受容開口41内に設けられるベアリングメタル71によって閉じられる。
The first piston
第1切換ピン61を収容する第1ピン収容空間64は、二つの空間連通油路53、54を介して逆止弁収容空間66に連通せしめられる。このうち一方の第1空間連通油路53は、図8(A)に示したように、コンロッド本体31の厚さ方向において中央よりも一方の側面側(図8(B)において下側)において、第1ピン収容空間64及び逆止弁収容空間66の二次側に連通せしめられる。他方の第2空間連通油路54は、コンロッド本体31の厚さ方向において中央よりも他方の側面側(図8(B)において上側)において、第1ピン収容空間64及び逆止弁収容空間66の一次側に連通せしめられる。また、第1空間連通油路53及び第2空間連通油路54は、第1空間連通油路53と第1ピストン連通油路51との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第2空間連通油路54と第1ピストン連通油路51との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝61a、61b間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。
The first
また、第2切換ピン62を収容する第2ピン収容空間65は、二つの空間連通油路55、56を介して逆止弁収容空間66に連通せしめられる。このうち一方の第3空間連通油路55は、図8(A)に示したように、コンロッド本体31の厚さ方向において中央よりも一方の側面側(図8(B)において下側)において、第1ピン収容空間64及び逆止弁収容空間66の二次側に連通せしめられる。他方の第4空間連通油路56は、コンロッド本体31の厚さ方向において中央よりも他方の側面側(図8(B)において上側)において、第1ピン収容空間64及び逆止弁収容空間66の一次側に連通せしめられる。また、第3空間連通油路55及び第4空間連通油路56は、第3空間連通油路55と第2ピストン連通油路52との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第4空間連通油路56と第2ピストン連通油路52との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝62a、62b間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。
The second
これら空間連通油路53〜56は、クランク受容開口41からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、これら空間連通油路53〜56のクランク受容開口41側には、これら空間連通油路53〜56と同軸の延長油路53a〜56aが形成される。換言すると、空間連通油路53〜56は、それぞれ、その延長線上にクランク受容開口41が位置するように形成される。これら延長油路53a〜56aは、例えば、ベアリングメタル71によって閉じられる。
These space
上述したように、延長油路51a〜56aは、いずれもベアリングメタル71によって閉じられる。このため、ベアリングメタル71を用いてコンロッド6をクランクピン22に組み付けるだけで、これら延長油路51a〜56aを閉じるための加工を別途することなくこれら延長油路51a〜56aを閉じることができる。
As described above, the
また、コンロッド本体31内には、第1切換ピン61に油圧を供給するための第1制御用油路57と、第2切換ピン62に油圧を供給するための第2制御用油路58とが形成される。第1制御用油路57は、第1付勢バネ67が設けられた端部とは反対側の端部において第1ピン収容空間64に連通せしめられる。第2制御用油路58は、第2付勢バネ68が設けられた端部とは反対側の端部において第2ピン収容空間65に連通せしめられる。これら制御用油路57、58は、クランク受容開口41に連通するように形成されると共に、クランクピン22内に形成された油路(図示せず)を介して外部の油圧供給源に連通される。
In the connecting
したがって、外部の油圧供給源から油圧が供給されていないときには、第1切換ピン61及び第2切換ピン62はそれぞれ第1付勢バネ67及び第2付勢バネ68に付勢されて、図8(A)に示したように、ピン収容空間64、65内の閉じられた端部側に位置することになる。一方、外部の油圧供給源から油圧が供給されているときには、第1切換ピン61及び第2切換ピン62はそれぞれ第1付勢バネ67及び第2付勢バネ68による付勢に抗して移動せしめられ、それぞれピン収容空間64、65内の開かれた端部側に位置することになる。
Therefore, when the hydraulic pressure is not supplied from the external hydraulic pressure supply source, the
さらに、コンロッド本体31内には、逆止弁63が収容された逆止弁収容空間66のうち逆止弁63の一次側に作動油を補充するための補充用油路59が形成される。補充用油路59の一方の端部は、逆止弁63の一次側において逆止弁収容空間66に連通せしめられる。補充用油路59の他方の端部は、クランク受容開口41に連通せしめられる。また、ベアリングメタル71には、補充用油路59に合わせて貫通穴71aが形成されている。補充用油路59は、この貫通穴71a及びクランクピン22内に形成された油路(図示せず)を介して外部の作動油供給源に連通される。したがって、補充用油路59により、逆止弁63の一次側は、常時又はクランクシャフトの回転に合わせて定期的に作動油供給源に連通している。なお、本実施形態では、作動油供給源は、コンロッド6等に潤滑油を供給する潤滑油供給源とされる。
Further, a refilling
<流れ方向切換機構の動作>
次に、図9及び図10を参照して、流れ方向切換機構35の動作について説明する。図9は、油圧供給源75から切換ピン61、62に油圧が供給されているときの流れ方向切換機構35の動作を説明する概略図である。また、図10は、油圧供給源75から切換ピン61、62に油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構35の動作を説明する概略図である。なお、図9及び図10では、第1切換ピン61及び第2切換ピン62に油圧を供給する油圧供給源75は別々に描かれているが、本実施形態では同一の油圧供給源から油圧が供給される。
<Operation of flow direction switching mechanism>
Next, the operation of the flow
図9に示したように、油圧供給源75から油圧が供給されているときには、切換ピン61、62は、それぞれ、付勢バネ67、68による付勢に抗して移動した第一位置に位置する。この結果、第1切換ピン61の連通路61cにより第1ピストン連通油路51と第1空間連通油路53とが連通せしめられ、第2切換ピン62の連通路62cにより第2ピストン連通油路52と第4空間連通油路56とが連通せしめられる。したがって、第1シリンダ33aが逆止弁63の二次側に接続され、第2シリンダ34aが逆止弁63の一次側に接続される。
As shown in FIG. 9, when the hydraulic pressure is supplied from the hydraulic
ここで、逆止弁63は、第2空間連通油路54及び第4空間連通油路56が連通する一次側から第1空間連通油路53及び第3空間連通油路55が連通する二次側への作動油の流れは許可するが、その逆の流れは禁止するように構成される。したがって、図9に示した状態では、第4空間連通油路56から第1空間連通油路53へは作動油が流れるが、その逆には作動油が流れない。
Here, the
この結果、図9に示した状態では、第2シリンダ34a内の作動油は、第2ピストン連通油路52、第4空間連通油路56、第1空間連通油路53、第1ピストン連通油路51の順に油路を通って第1シリンダ33aに供給されることができる。しかしながら、第1シリンダ33a内の作動油は、第2シリンダ34aに供給されることができない。したがって、油圧供給源75から油圧が供給されているときには、流れ方向切換機構35は、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを禁止し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを許可する第一状態にあるといえる。この結果、上述したように、第1ピストン33bが上昇し、第2ピストン34bが下降するため、コンロッド6の有効長さが図6(A)にL1で示したように長くなる。
As a result, in the state shown in FIG. 9, the hydraulic oil in the
一方、図10に示したように、油圧供給源75から油圧が供給されていないときには、切換ピン61、62は、それぞれ、付勢バネ67、68によって付勢された第二位置に位置する。この結果、第1切換ピン61の連通路61cにより、第1ピストン機構33に連通する第1ピストン連通油路51と第2空間連通油路54とが連通せしめられる。加えて、第2切換ピン62の連通路62cにより、第2ピストン機構34に連通する第2ピストン連通油路52と第3空間連通油路55とが連通せしめられる。したがって、第1シリンダ33aが逆止弁63の一次側に接続され、第2シリンダ34aが逆止弁63の二次側に接続される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the hydraulic pressure is not supplied from the hydraulic
上述した逆止弁63の作用により、図10に示した状態では、第1シリンダ33a内の作動油は、第1ピストン連通油路51、第2空間連通油路54、第3空間連通油路55、第2ピストン連通油路52の順に油路を通って第2シリンダ34aに供給されることができる。しかしながら、第2シリンダ34a内の作動油は、第1シリンダ33aに供給されることができない。したがって、油圧供給源75から油圧が供給されていないときには、流れ方向切換機構35は、第1シリンダ33aから第2シリンダ34aへの作動油の流れを許可し且つ第2シリンダ34aから第1シリンダ33aへの作動油の流れを禁止する第二状態にあるといえる。この結果、上述したように、第2ピストン34bが上昇し、第1ピストン33bが下降するため、コンロッド6の有効長さが図6(A)にL2で示したように短くなる。
Due to the action of the
また、本実施形態では、上述したように、作動油は第1ピストン機構33の第1シリンダ33aと第2ピストン機構34の第2シリンダ34aとの間を行き来する。このため、基本的には、第1ピストン機構33、第2ピストン機構34及び流れ方向切換機構35の外部から作動油を供給する必要はない。しかしながら、作動油は、これら機構33、34、35に設けられたオイルシール33c、34c等から外部に漏れる可能性があり、このように作動油の漏れが生じた場合には外部から補充することが必要になる。
In the present embodiment, as described above, the hydraulic oil moves back and forth between the
本実施形態では、逆止弁63の一次側に補充用油路59が連通しており、これにより逆止弁63の一次側は常時又は定期的に作動油供給源76に連通する。したがって、作動油が機構33、34、35等から漏れた場合であっても、作動油を補充することができる。
In the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、流れ方向切換機構35は、油圧供給源75から切換ピン61、62に油圧が供給されているときに第一状態となってコンロッド6の有効長さが長くなり、油圧供給源75から切換ピン61、62に油圧が供給されていないときに第二状態となってコンロッド6の有効長さが短くなるように構成される。これにより、例えば、油圧供給源75における故障等によって油圧の供給を行うことができなくなったときに、コンロッド6の有効長さを短くしたままにすることができ、よって機械圧縮比を低く維持することができるようになる。
Furthermore, in this embodiment, the flow
ところで、機械圧縮比が高くされた場合、機械圧縮比が低くされた場合と比べて、ピストン5が上死点にあるときのピストン5の頂面と吸気弁9及び排気弁12との距離が短くなる。このため、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比が高く維持されると、ピストン5と吸気弁9又は排気弁12とが衝突するおそれがある。例えば、可変バルブタイミング機構Aを制御することによって吸気弁9の開弁時期が進角された場合、又は可変バルブタイミング機構Aを制御することによって吸気弁9の閉弁時期が遅角された場合にピストン5と吸気弁9とが衝突するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比を低く維持することで、ピストン5と吸気弁9又は排気弁12との衝突を防止することができる。
By the way, when the mechanical compression ratio is increased, the distance between the top surface of the
また、機械圧縮比が高くされた状態で内燃機関1が停止されて、高温状態で内燃機関1が再始動される場合、機械圧縮比が高く維持されたままではノッキングが発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、内燃機関1の停止時には、油圧が供給されないため、内燃機関1は、機械圧縮比が低くされた状態で再始動される。このため、本実施形態では、高温再始動時におけるノッキングの発生を抑制することができる。 Further, when the internal combustion engine 1 is stopped in a state where the mechanical compression ratio is high and the internal combustion engine 1 is restarted in a high temperature state, knocking may occur if the mechanical compression ratio is kept high. However, in this embodiment, since the hydraulic pressure is not supplied when the internal combustion engine 1 is stopped, the internal combustion engine 1 is restarted in a state where the mechanical compression ratio is lowered. For this reason, in this embodiment, generation | occurrence | production of knocking at the time of high temperature restart can be suppressed.
<機械圧縮比を切替えるときの応答性の問題点>
しかしながら、要求トルクが小さい低負荷域では、燃費を改善すべく、機械圧縮比を高くすることが望ましい。したがって、内燃機関1の再始動時において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合がある。また、アイドリング状態のような低回転域において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合もある。
<Problem of responsiveness when switching the mechanical compression ratio>
However, in a low load range where the required torque is small, it is desirable to increase the mechanical compression ratio in order to improve fuel efficiency. Therefore, when the internal combustion engine 1 is restarted, it may be required to quickly switch the mechanical compression ratio from the low compression ratio to the high compression ratio. In some cases, it is required to quickly switch the mechanical compression ratio from a low compression ratio to a high compression ratio in a low rotation range such as an idling state.
しかしながら、上述したように、内燃機関1では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力が内燃機関1の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関1の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。そこで、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することが望まれている。 However, as described above, in the internal combustion engine 1, the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio by the inertial force, and is switched from the high compression ratio to the low compression ratio by the inertial force and the explosion force. The inertial force is much smaller than the explosive force. For this reason, it is difficult to obtain sufficient response when the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio. In addition, since the inertial force is proportional to the square of the engine speed of the internal combustion engine 1, a sufficient inertial force cannot be obtained in the low rotational speed region of the internal combustion engine 1, and the responsiveness is further deteriorated. Therefore, it is desired to improve the response when the mechanical compression ratio is switched from the low compression ratio to the high compression ratio.
ところで、機械圧縮比が高く維持された高圧縮比状態(図6(A)参照)及び機械圧縮比が低く維持された低圧縮比状態(図6(B)参照)では、第1シリンダ33aと第1オイルシール33cとの間及び第2シリンダ34aと第2オイルシール34cとの間に静止摩擦力が発生する。この静止摩擦力は、機械圧縮比を切替えるときには抵抗力として作用する。したがって、機械圧縮比を切替えるときの応答性を高めるためには、上記静止摩擦力を小さくすることが望ましい。
By the way, in the high compression ratio state where the mechanical compression ratio is kept high (see FIG. 6A) and the low compression ratio state where the mechanical compression ratio is kept low (see FIG. 6B), the
一方、第1オイルシール33cは高圧縮比状態において第1シリンダ33a内の作動油をシールする。第1オイルシール33cのシール性が低いと、作動油が第1シリンダ33aから流出する。この場合、内燃機関1は機械圧縮比を高圧縮比に維持することができない。また、第2オイルシール34cは低圧縮比状態において第2シリンダ34a内の作動油をシールする。第2オイルシール34cのシール性が低いと、作動油が第2シリンダ34aから流出する。この場合、内燃機関1は機械圧縮比を低圧縮比に維持することができない。上記静止摩擦力を小さくすると、第1オイルシール33c及び第2オイルシール34cのシール性が低くなる。このため、上記静止摩擦力を小さくすることによって、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することは困難であると考えられていた。
On the other hand, the
<応答性改善手段>
しかしながら、以下に説明するように、第1オイルシール33c及び第2オイルシール34cに要求されるシール性は低圧縮比状態と高圧縮比状態とで異なる。図6(B)に示される低圧縮比状態では、ピストンピン21に上向きの慣性力が作用すると、第1ピストン33bが上昇しようとすると共に、第2ピストン34bが下降しようとする。この結果、第2シリンダ34a内の作動油をシールする第2オイルシール34cには慣性力が作用する。したがって、第2オイルシール34cは、低圧縮比状態において慣性力に耐えうるシール性を有する必要がある。一方、低圧縮比状態では、ピストンピン21に下向きの慣性力及び爆発力が作用すると、第1ピストン33bが下降しようとすると共に、第2ピストン34bが上昇しようとする。しかしながら、低圧縮比状態では、作動油が第1シリンダ33a内に供給されていないため、慣性力及び爆発力は、第1ピストン33bが当接する第1シリンダ33aの底部に作用する。したがって、第1オイルシール33cは、低圧縮比状態において高いシール性を有する必要がない。
<Response improvement means>
However, as described below, the sealing performance required for the
一方、図6(A)に示される高圧縮比状態では、ピストンピン21に下向きの慣性力及び爆発力が作用すると、第1ピストン33bが下降しようとすると共に、第2ピストン34bが上昇しようとする。この結果、第1シリンダ33a内の作動油をシールする第1オイルシール33cには、慣性力に加えて爆発力が作用する。したがって、第1オイルシール33cは、高圧縮比状態において慣性力及び爆発力に耐えうる最も高いシール性を有する必要がある。一方、高圧縮比状態では、ピストンピン21に上向きの慣性力が作用すると、第1ピストン33bが上昇しようとすると共に、第2ピストン34bが下降しようとする。しかしながら、高圧縮比状態では、作動油が第2シリンダ34a内に供給されていないため、慣性力は、第2ピストン34bが当接する第2シリンダ34aの底部に作用する。したがって、第2オイルシール34cは、高圧縮比状態において高いシール性を有する必要がない。
On the other hand, in the high compression ratio state shown in FIG. 6 (A), when downward inertial force and explosive force act on the
そこで、本実施形態では、第1シリンダ33aの内径が、第1ピストン33bが第1シリンダ33a内で上昇した後の第1オイルシール33cの位置、すなわち高圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置よりも、第1ピストン33bが第1シリンダ33a内で下降した後の第1オイルシール33cの位置、すなわち低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置において大きくされる。
Therefore, in the present embodiment, the inner diameter of the
図12は、第1シリンダ33aを概略的に示す拡大断面側面図である。第1シリンダ33aは、その内径が下方に向かって徐々に大きくなる徐変区間αを有する。図12では、徐変区間αよりも上方における第1シリンダ33aの内径がD1として示され、徐変区間αよりも下方における第1シリンダ33aの内径がD3として示される。第1オイルシール33cは、高圧縮比状態において徐変区間αに位置し、低圧縮比状態において徐変区間αよりも下方に位置する。したがって、高圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径D2は、低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径D3よりも小さい。
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional side view schematically showing the
図13は、第2シリンダ34aを概略的に示す拡大断面側面図である。第2シリンダ34aの内径D3は一定であり且つ低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径D3と同一とされる。
FIG. 13 is an enlarged cross-sectional side view schematically showing the
本実施形態では、高圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径D2が第2シリンダ34aの内径D3及び低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径D3よりも小さくされるので、機械圧縮比を高圧縮比に維持するのに必要な第1オイルシール33cのシール性を確保することができる。また、第1シリンダ33aと第1オイルシール33cとの間及び第2シリンダ34aと第2オイルシール34cとの間に発生する静止摩擦力は高圧縮比状態よりも低圧縮比状態において小さくなる。この結果、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。一方、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときには、慣性力に加えて爆発力が第1ピストン33bに作用する。このため、高圧縮比状態における静止摩擦力が大きくても、十分な応答性を確保することができる。
In the present embodiment, the inner diameter D2 of the
なお、高圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径が第2シリンダ34aの内径及び低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径よりも小さければ、第1シリンダ33aの内径及び第2シリンダ34aの内径は本実施形態とは異なるように変化してもよい。例えば、低圧縮比状態における第1オイルシール33cの位置における第1シリンダ33aの内径は第2シリンダ34aの内径よりも大きくてもよい。また、低圧縮比状態における第2オイルシール34cの位置における第2シリンダ34aの内径は高圧縮比状態における第2オイルシール34cの位置における第2シリンダ34aの内径よりも小さくてもよい。
The inner diameter of the
<第2実施形態>
次に、図14を参照して本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第1実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, since the structure and control of the internal combustion engine of 2nd Embodiment are the same as that of the internal combustion engine of 1st Embodiment fundamentally, in the following description, it demonstrates centering on a different part from 1st Embodiment.
図14は、本発明の第2実施形態に係る可変長コンロッド6’及びピストン5’を概略的に示す断面側面図である。図14に示したように、可変長コンロッド6’は、コンロッド本体31’と、コンロッド本体31’に回動可能に取り付けられた偏心部材32’と、コンロッド本体31’に設けられたピストン機構33’と、ピストン機構33’への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構35’とを具備する。第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、一つのピストン機構33’を用いて機械圧縮比の切換が行われる。
FIG. 14 is a sectional side view schematically showing a variable length connecting rod 6 'and a piston 5' according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the variable-
<可変長コンロッドの動作>
図14を参照して、偏心部材32’及びピストン機構33’の動作について説明する。図14(A)は、ピストン機構33’の油圧シリンダ33a’内に作動油が供給されている状態を示している。一方、図14(B)は、ピストン機構33’の油圧シリンダ33a’内には作動油が供給されていない状態を示している。
<Operation of variable length connecting rod>
The operation of the
流れ方向切換機構35’は、外部(例えば、後述する作動油供給源)から油圧シリンダ33a’への作動油の供給を許可するが油圧シリンダ33a’からの作動油の排出を禁止する第一状態と、油圧シリンダ33a’への作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ33a’からの作動油の排出を許可する第二状態との間で作動油の流れを切換可能である。
The flow
流れ方向切換機構35’が外部から油圧シリンダ33a’への作動油の供給を許可するが油圧シリンダ33a’からの作動油の排出を禁止する第一状態にあると、図14(A)に示したように、油圧シリンダ33a’内には作動油が供給されることになる。このため、油圧ピストン33b’は上昇し、油圧ピストン33b’に連結された偏心部材32’の第1アーム32b’も上昇する。この結果、図14(A)に示した例では、偏心部材32’が図中の矢印の方向に回動され、これにより、ピストンピン受容開口32d’の位置が上昇する。したがって、クランク受容開口41’の中心とピストンピン受容開口32d’の中心との間の長さ、すなわちコンロッド6’の有効長さが長くなり、図中のL3となる。すなわち、油圧シリンダ33a’内に作動油が供給されると、コンロッド6’の有効長さが長くなる。なお、このとき偏心部材32’の図14(A)中の矢印方向の回動は、偏心部材32’の第2アーム32c’の屈曲した端部が、コンロッド本体31’の側面に当接することによって停止せしめられる。
FIG. 14A shows that the flow
一方、流れ方向切換機構35’が油圧シリンダ33a’への作動油の供給を禁止するが油圧シリンダ33a’からの作動油の排出を許可する第二状態にあると、図14(B)に示したように、油圧シリンダ33a’から作動油が排出されることになる。このため、油圧ピストン33b’は下降し、油圧ピストン33b’に連結された第1アーム32b’も下降する。この結果、図14(B)に示した例では、偏心部材32’が図中の矢印の方向(図14(A)の矢印とは反対方向)に回動され、これにより、ピストンピン受容開口32d’の位置が下降する。したがって、クランク受容開口41’の中心とピストンピン受容開口32d’の中心との間の長さ、すなわちコンロッド6’の有効長さは図中のL3よりも短いL4となる。すなわち、油圧シリンダ33a’から作動油が排出されると、コンロッド6’の有効長さが短くなる。なお、このとき偏心部材32’の図14(B)中の矢印方向の回動は、油圧ピストン33b’が油圧シリンダ33a’の底部に当接することによって停止せしめられる。
On the other hand, FIG. 14B shows that the flow
本実施形態に係るコンロッド6’では、上述したように、流れ方向切換機構35’を第一状態と第二状態との間で切り替えることによって、コンロッド6’の有効長さをL3とL4との間で切り替えることができる。この結果、コンロッド6’を用いた内燃機関では、機械圧縮比を変更することができる。
In the connecting
ここで、流れ方向切換機構35’が第一状態にあるときには、仮に外部から作動油を供給しなくても、以下に説明するように、油圧ピストン33b’が図14(A)に示した位置まで移動し、偏心部材32’が図14(A)に示した位置まで回動する。内燃機関のシリンダ内でピストン5’が往復動してピストン5’に上向きの慣性力が作用すると、油圧ピストン33b’が上昇する。このとき、油圧シリンダ33a’内に作動油が供給され、油圧ピストン33b’が図14(A)に示した位置まで移動する。また、上向きの慣性力がピストンピンに作用すると、偏心部材32’が一方の方向(図14(A)中の矢印の方向)に図14(A)に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド6’の有効長さが長くなり、ピストン5’がコンロッド本体31’に対して上昇する。一方、内燃機関のシリンダ内でピストン5’が往復動してピストンピンに下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室内で混合気の燃焼が起きてピストン5’に下向きの力が作用したときには、油圧ピストン33b’が下降しようとすると共に、偏心部材32’が他方の方向(図14(B)中の矢印の方向)に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構35’により油圧シリンダ33a’から作動油が排出されるのが禁止されているため、油圧シリンダ33a’内の作動油は流出せず、よって油圧ピストン33b’及び偏心部材32’は移動しない。
Here, when the flow
一方、流れ方向切換機構35’が第二状態にあるときにも、以下に説明するように、偏心部材32’が図14(B)に示した位置まで回動し、油圧ピストン33b’が図14(B)に示した位置まで移動する。内燃機関のシリンダ内でのピストン5’の往復動による下向きの慣性力と、燃焼室内での混合気の燃焼による下向きの爆発力とがピストンピンに作用すると、油圧ピストン33b’が下降する。このとき、油圧シリンダ33a’から作動油が排出され、油圧ピストン33b’が図14(B)に示した位置まで移動する。また、下向きの慣性力及び爆発力がピストンピンに作用すると、偏心部材32’が他方の方向(図14(B)中の矢印の方向)に図14(B)に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド6’の有効長さが短くなり、ピストン5’はコンロッド本体31’に対して下降する。一方、内燃機関のシリンダ内でピストン5’が往復動してピストンピンに上向きの慣性力が作用したときには、油圧ピストン33b’が上昇しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構35’により油圧シリンダ33a’への作動油の流れが禁止されているため、油圧シリンダ33a’内には作動油が供給されず、よって油圧ピストン33bは’上昇しない。
On the other hand, even when the flow
したがって、第2実施形態の内燃機関では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。 Therefore, in the internal combustion engine of the second embodiment, the mechanical compression ratio is switched from a low compression ratio to a high compression ratio by inertial force, and is switched from a high compression ratio to a low compression ratio by inertial force and explosive force.
<応答性改善手段>
ピストン機構33’は第1実施形態の第1ピストン機構33と同様の形状及び構成を有し、油圧シリンダ33a’の内面は、図12に示される第1シリンダ33aの内面と同様の形状を有する。したがって、油圧シリンダ33a’の内径は、油圧ピストン33b’が油圧シリンダ33a’内で上昇した後のオイルシール33c’の位置、すなわち高圧縮比状態(図14(A)参照)におけるオイルシール33c’の位置よりも、油圧ピストン33b’が油圧シリンダ33a’内で下降した後のオイルシール33c’の位置、すなわち低圧縮比状態(図14(B)参照)におけるオイルシール33c’の位置において大きくされる。
<Response improvement means>
The
具体的には、図12に示されるように、油圧シリンダ33a’は、その内径が下方に向かって徐々に大きくなる徐変区間αを有する。図12では、徐変区間αよりも上方における油圧シリンダ33a’の内径がD1として示され、徐変区間αよりも下方における油圧シリンダ33a’の内径がD2として示される。オイルシール33c’は、高圧縮比状態において徐変区間αに位置し、低圧縮比状態において徐変区間αよりも下方に位置する。したがって、高圧縮比状態におけるオイルシール33c’の位置における油圧シリンダ33a’の内径D2は、低圧縮比状態におけるオイルシール33c’の位置における油圧シリンダ33a’の内径D3よりも小さい。
Specifically, as shown in FIG. 12, the
第2実施形態では、高圧縮比状態におけるオイルシール33c’の位置における油圧シリンダ33’aの内径D2が低圧縮比状態におけるオイルシール33c’の位置における油圧シリンダ33a’の内径D3よりも小さくされるので、機械圧縮比を高圧縮比に維持するのに必要なオイルシール33c’のシール性を確保することができる。また、油圧シリンダ33a’とオイルシール33c’との間に発生する静止摩擦力は高圧縮比状態よりも低圧縮比状態において小さくなる。この結果、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。一方、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときには、慣性力に加えて爆発力が油圧ピストン33b’に作用する。このため、高圧縮比状態における静止摩擦力が大きくても、十分な応答性を確保することができる。
In the second embodiment, the inner diameter D2 of the
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。 The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
1 内燃機関
5、5’ ピストン
6、6’ コンロッド
15 シリンダ
21 ピストンピン
22 クランクピン
31、31’ コンロッド本体
32、32’ 偏心部材
33 第1ピストン機構
33a 第1シリンダ
33b 第1ピストン
33c 第1オイルシール
33’ ピストン機構
33a’ 油圧シリンダ
33b’ 油圧ピストン
33c’ オイルシール
34 第2ピストン機構
34a 第2シリンダ
34b 第2ピストン
34c 第2オイルシール
35、35’ 流れ方向切換機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介して前記ピストンに連結されたコンロッドとを具備し、
前記コンロッドが、
クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、該大径端部の反対側の前記ピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、
前記ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に前記小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材と、
前記コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、該油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンと、該油圧ピストンに固定されると共に該油圧シリンダの内面と接触するオイルシールとを有する油圧ピストン機構とを具備し、
前記偏心部材は、前記ピストンピン受容開口の軸線が当該偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して下降させるように構成され、
前記油圧ピストンは、前記偏心部材が前記一方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で上昇し、前記偏心部材が前記他方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で下降し、
前記油圧シリンダの内径は、前記油圧ピストンが該油圧シリンダ内で上昇した後の前記オイルシールの位置よりも、前記油圧ピストンが該油圧シリンダ内で下降した後の前記オイルシールの位置において大きい、可変圧縮比内燃機関。 A variable compression ratio internal combustion engine capable of changing a mechanical compression ratio,
A cylinder, a piston reciprocating in the cylinder, and a connecting rod connected to the piston via a piston pin;
The connecting rod is
A connecting rod body having a large-diameter end portion provided with a crank receiving opening for receiving a crankpin, and a small-diameter end portion located on the piston side opposite to the large-diameter end portion;
An eccentric member having a piston pin receiving opening for receiving the piston pin and pivotally attached to the small diameter end;
A hydraulic cylinder provided in the connecting rod body and supplied with hydraulic oil; a hydraulic piston that slides within the hydraulic cylinder; and an oil seal that is fixed to the hydraulic piston and contacts an inner surface of the hydraulic cylinder. A hydraulic piston mechanism,
The eccentric member is configured such that the axis of the piston pin receiving opening is eccentric from the rotation axis of the eccentric member, and the piston is raised with respect to the connecting rod body by rotating in one direction. And is configured to lower the piston relative to the connecting rod body by rotating in the other direction,
The hydraulic piston rises in the hydraulic cylinder when the eccentric member rotates in the one direction, and descends in the hydraulic cylinder when the eccentric member rotates in the other direction,
The inner diameter of the hydraulic cylinder is variable at the position of the oil seal after the hydraulic piston is lowered in the hydraulic cylinder, than the position of the oil seal after the hydraulic piston is raised in the hydraulic cylinder. Compression ratio internal combustion engine.
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