JP6299741B2 - 可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、可変長コンロッド及び可変長コンロッドを備えた可変圧縮比内燃機関に関する。

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、２）。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長さを意味する。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。

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。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。

特許文献１に記載の可変長コンロッドは、偏心部材を回動させるように構成された二つのピストン機構を備える。この場合、偏心部材を回動させるときに作動油は二つの油圧シリンダ間で移動するため、作動油の供給油路は比較的短い。しかしながら、二つのピストン機構を備えた可変長コンロッドでは、コンロッドの部品点数が多くなり、製造コストが増大する。また、二つのピストン機構によってコンロッドの総重量が大きくなる。

国際公開第２０１４／０１９６８３号 特開２０１５−５２７５１８号公報

そこで、本願の発明者は、一つのピストン機構で偏心部材を回動させることを見出した。しかしながら、油圧シリンダの数が一つである場合、一方の油圧シリンダから排出される作動油を他方の油圧シリンダに移動させることができない。このため、油圧シリンダに作動油を供給するために、常にコンロッド本体の外部の油圧供給源から作動油を供給することが考えられる。この場合、作動油の供給油路が長くなるため、作動油の圧力損失が大きくなる。この結果、コンロッドの有効長さの切替速度、ひいては内燃機関の機械圧縮比の切替速度が遅くなるおそれがある。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、一つのピストン機構が設けられた可変長コンロッドにおいて、作動油の圧力損失を低減することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、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が設けられると共に、該ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変化させるように前記コンロッド本体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形成された油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンとを備える一つのピストン機構と、前記偏心部材と前記油圧ピストンとを連結する連結部材とを備える、可変長コンロッドにおいて、前記油圧シリンダは、前記油圧ピストンによって隔てられる第１油圧室及び第２油圧室を有し、当該可変長コンロッドは、前記コンロッド本体内に配置されると共に、前記第１油圧室から前記第２油圧室への作動油の流れを禁止し且つ前記第２油圧室から前記第１油圧室への作動油の流れを許可する第一状態と、前記第１油圧室から前記第２油圧室への作動油の流れを許可し且つ前記第２油圧室から前記第１油圧室への作動油の流れを禁止する第二状態との間で切り換えられるように構成された流れ方向切換機構を更に備えることを特徴とする、可変長コンロッドが提供される。

第２の発明では、第１の発明において、前記流れ方向切換機構は、前記コンロッド本体の軸線方向において前記油圧シリンダが延在している範囲内で前記コンロッド本体内に配置されている。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記可変長コンロッドは、前記偏心部材の回転運動を前記連結部材の直線運動に変換するように構成された運動方向変換機構を更に備える。

第４の発明では、第１又は第２の発明において、前記油圧ピストンと対向する前記第１油圧室の第１端部に第１摺動孔が形成され、前記連結部材は前記第１摺動孔を通って延在し、前記ピストン機構は、前記第１油圧室内において前記連結部材の外周に配置されたシール部材と、前記シール部材が前記連結部材の周りの前記第１摺動孔を閉塞するように前記シール部材を前記第１端部に向かって付勢する付勢部材とを更に備える。

第５の発明では、第４の発明において、前記シール部材は、前記連結部材の外周に摺動可能に取り付けられたシールリングと、該シールリングと共に前記連結部材の周りの前記第１摺動孔を閉塞するように前記シールリングに固定されたシールプレートとを含む。

第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記油圧ピストンと対向する前記第１油圧室の第１端部に第１摺動孔が形成され、前記油圧ピストンと対向する前記第２油圧室の第２端部に第２摺動孔が形成され、前記連結部材は前記第１摺動孔及び前記第２摺動孔を通って延在し、前記油圧シリンダ、前記油圧ピストン及び前記連結部材は、前記油圧ピストンの前記第１油圧室側の受圧面積と前記油圧ピストンの前記第２油圧室側の受圧面積とが等しくなるように構成されている。

第７の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、第１〜第６のいずれか一つの発明の可変長コンロッドを備え、該可変長コンロッドによって前記ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変更することにより機械圧縮比が変更される、可変圧縮比内燃機関が提供される。

本発明によれば、一つのピストン機構が設けられた可変長コンロッドにおいて、作動油の圧力損失を低減することができる。

図１は、第一実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図である。 図２は、第一実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す斜視図である。 図３は、第一実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。 図４は、流れ方向切換機構が設けられた領域を拡大したコンロッドの側面断面図である。 図５は、図４のＡ−Ａ線に沿ったコンロッドの断面図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ線に沿ったコンロッドの断面図である。 図７は、図４のＣ−Ｃ線に沿ったコンロッドの断面図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、第一実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。 図９は、切換ピンに油圧が供給されているときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図１０は、切換ピンに油圧が供給されていないときの可変長コンロッドの動作を説明するための概略図である。 図１１は、第二実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す斜視図である。 図１２は、第二実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。 図１３は、第三実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す斜視図である。 図１４は、第三実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。 図１５は、第四実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。 図１６は、第五実施形態に係る可変長コンロッドを概略的に示す側面断面図である。

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。

＜第一実施形態＞
最初に、図１〜図１０を参照して、本発明の第一実施形態に係る可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関について説明する。

＜可変圧縮比内燃機関＞
図１は、本発明の第一実施形態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及び排気ポート１４を備える。

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によりピストン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。

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。

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。

＜可変長コンロッドの構成＞
図２は、第一実施形態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、第一実施形態に係る可変長コンロッド６を概略的に示す側面断面図である。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に設けられた一つのピストン機構３３と、ピストン機構３３に供給される作動油の流れ方向の切換を行う流れ方向切換機構３５とを備える。

＜コンロッド本体＞
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には、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と、後述する偏心部材３２のスリーブ３２ａを受容するスリーブ受容開口４２とが設けられている。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のコンロッド本体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のコンロッド本体３１の端部を小径端部３１ｂと称する。

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及びコンロッド本体３１の軸線Ｘと称す。コンロッド本体３１の大径端部３１ａと小径端部３１ｂとはコンロッド６の軸線Ｘ方向において反対側に位置する。

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６の長さをコンロッド６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６の長さをコンロッド６の厚さと称する。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、ピストン機構３３が設けられている領域を除いて、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。

＜偏心部材＞
次に、偏心部材３２について説明する。偏心部材３２は、スリーブ３２ａと、スリーブ３２ａの両端にそれぞれ配置された第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃとを備える。スリーブ３２ａは、円筒形状を有し、コンロッド本体３１のスリーブ受容開口４２に回動可能に受容される。この結果、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の中心軸線と一致している。

第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃは、平板形状を有し、同一の外形及び厚さを有する。スリーブ３２ａの軸線方向において、第１プレート３２ｂはスリーブ３２ａの一方の端部に配置され、第２プレート３２ｃはスリーブ３２ａの他方の端部に配置される。第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃはコンロッド６の厚さ方向（スリーブ３２ａの軸線方向）においてコンロッド本体３１の小径端部３１ｂを挟むように配置される。また、第１プレート３２ｂはスリーブ３２ａと一体的に成形される。

また、スリーブ３２ａ及び第１プレート３２ｂには、ピストンピン２１を受容するピストンピン受容開口３２ｄが設けられる。ピストンピン受容開口３２ｄは、スリーブ受容開口４２よりも小さい孔径を有する。ピストンピン受容開口３２ｄは、その軸線がスリーブ３２ａの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の回動軸線、すなわち偏心部材３２の回動軸線から偏心している。

偏心部材３２は二本の第１連結ピン３２ｅと偏心カム３２ｆとを更に備える。コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３の反対側に位置する第１連結ピン３２ｅは第１プレート３２ｂと第２プレート３２ｃとを連結する。一方、コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３側に位置する第１連結ピン３２ｅは連結部材４５を通って偏心カム３２ｆを介して第１プレート３２ｂと第２プレート３２ｃとを連結する。偏心カム３２ｆは、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換するように第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃに対して回動可能に固定されている。偏心カム３２ｆの回動中心は第１連結ピン３２ｅの軸線から偏心している。偏心カム３２ｆは、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換する運動方向変換機構として機能する。

本実施形態では、上述したようにピストンピン受容開口３２ｄの軸線が偏心部材３２の回動軸線から偏心しているため、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６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６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３２を回動させることによって、コンロッド６の有効長さを変化させることができる。

＜ピストン機構＞
次に、図３を参照して、ピストン機構３３について説明する。ピストン機構３３は、コンロッド本体３１に形成された油圧シリンダ３３ａと、油圧シリンダ３３ａ内で摺動する油圧ピストン３３ｂと、油圧ピストン３３ｂを連結部材４５に連結する第２連結ピン３３ｃとを備える。油圧ピストン３３ｂは、連結部材４５によって偏心部材３２に連結され、偏心部材３２と連動する。

油圧シリンダ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に対してピストンピン受容開口３２ｄの軸線側に配置される。また、油圧シリンダ３３ａは、小径端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向外側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。

油圧シリンダ３３ａは、油圧ピストン３３ｂによって隔てられる第１油圧室３３ｄ及び第２油圧室３３ｅを有する。図３には、第１油圧室３３ｄから作動油が排出され且つ第２油圧室３３ｅに作動油が供給された状態のコンロッド６が示されている。また、図３には、コンロッド本体３１内に形成された油路が破線で示されている。第１油圧室３３ｄは第１油圧室連通油路５５を介して流れ方向切換機構３５と連通している。第２油圧室３３ｅは第２油圧室連通油路５６を介して流れ方向切換機構３５と連通している。また、油圧ピストン３３ｂと対向する第１油圧室３３ｄの第１端部３３１には、第１摺動孔３３ｆが形成されている。連結部材４５は第１摺動孔３３ｆを通って延在する。

＜流れ方向切換機構＞
次に、図４及び図５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４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６の側面断面図である。なお、図４には、コンロッド本体３１内に形成された油路が破線で示されている。流れ方向切換機構３５はコンロッド本体３１内に配置される。また、流れ方向切換機構３５は、第１油圧室３３ｄから第２油圧室３３ｅへの作動油の流れを禁止し且つ第２油圧室３３ｅから第１油圧室３３ｄへの作動油の流れを許可する第一状態と、第１油圧室３３ｄから第２油圧室３３ｅへの作動油の流れを許可し且つ第２油圧室３３ｅから第１油圧室３３ｄへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切り換えられるように構成されている。図３及び図４に示したコンロッド６では、流れ方向切換機構３５は第二状態にある。

流れ方向切換機構３５は、図４に示したように、二つのスプール弁７１、７２と、一つの逆止弁６３とを備える。スプール弁７１、７２及び逆止弁６３はコンロッド本体３１内に配置される。より具体的には、スプール弁７１、７２及び逆止弁６３は、コンロッド６の幅方向において、油圧シリンダ３３ａの反対側に配置される。また、逆止弁６３は、コンロッド６の幅方向において、スプール弁７１、７２よりも油圧シリンダ３３ａ側に配置される。

図５は、図４のＡ−Ａ線に沿ったコンロッド６の断面図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線に沿ったコンロッド６の断面図である。図７は、図４のＣ−Ｃ線に沿ったコンロッド６の断面図である。図５及び図６に示すように、スプール弁７１、７２はそれぞれ切換ピン６１、６２を有する。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、６５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。

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５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６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。

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。

第１スプール弁７１は、第１付勢バネ６７と、第１付勢バネ６７を支持する第１支持部材７６とを更に有する。第１付勢バネ６７は第１ピン収容空間６４内に収容される。第１支持部材７６は、例えばＣリング、Ｅリング等のスナップリングであり、第１ピン収容空間６４に形成された円周溝に配置される。第１切換ピン６１は第１付勢バネ６７によってクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢される。図５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。

第２切換ピン６２は、その周方向に延びる二つの円周溝６２ａ、６２ｂを有する。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。

第２スプール弁７２は、第２付勢バネ６８と、第２付勢バネ６８を支持する第２支持部材７７とを更に有する。第２付勢バネ６８は第２ピン収容空間６５内に収容される。第２支持部材７７は、例えばＣリング、Ｅリング等のスナップリングであり、第２ピン収容空間６５に形成された円周溝に配置される。第２切換ピン６２は第２付勢バネ６８によってクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢される。図６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。このため、本実施形態では、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２に油圧が供給されたときの第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。

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が延びる方向に摺動可能である。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。逆止弁収容空間６６の開いた端部はシール材７４によって閉じられる。逆止弁６３は、一次側（図７において右側）から二次側（図７において左側）への流れを許可するが、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。

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５１、５２を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。一方の第１空間連通油路５１は、図５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５において左側）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５２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５において右側）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。第１ピン収容空間６４が連通する油路は、第１ピン収容空間６４内での第１切換ピン６１の摺動によって第１空間連通油路５１と第２空間連通油路５２との間で切り換えられる。

また、第１ピン収容空間６４は第１油圧室連通油路５５を介して油圧シリンダ３３ａの第１油圧室３３ｄに連通せしめられる。図５に示したように、第１油圧室連通油路５５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１油圧室連通油路５５は、第１空間連通油路５１と第１油圧室連通油路５５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５２と第１油圧室連通油路５５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。

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５３、５４を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。一方の第３空間連通油路５３は、図６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６において左側）において、第２ピン収容空間６５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６において右側）において、第２ピン収容空間６５及び逆止弁収容空間６６の一次側に連通せしめられる。第２ピン収容空間６５が連通する油路は、第２ピン収容空間６５内での第２切換ピン６２の摺動によって第３空間連通油路５３と第４空間連通油路５４との間で切り換えられる。

また、第２ピン収容空間６５は第２油圧室連通油路５６を介して油圧シリンダ３３ａの第２油圧室３３ｅに連通せしめられる。図６に示したように、第２油圧室連通油路５６は、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。また、第２油圧室連通油路５６は、第３空間連通油路５３と第２油圧室連通油路５６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５４と第２油圧室連通油路５６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。

連通油路５１〜５６は、コンロッド本体３１の外部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。連通油路５１〜５６のコンロッド本体３１の外部と連通する部分はシール材（図示せず）によってシールされる。このことによって、作動油が流れ方向切換機構３５からコンロッド本体３１の外部に流出することを抑制することができる。

また、図３及び図４に示したように、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とが形成されている。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。

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５及び図６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。

さらに、コンロッド本体３１内には、逆止弁６３の一次側に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。補充用油路５９は、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。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油圧供給源に連通している。

＜可変長コンロッドの動作＞
次に、図８〜図１０を参照して、可変長コンロッド６の動作について説明する。図８（Ａ）は、油圧シリンダ３３ａの第１油圧室３３ｄ内に油が供給されておらず且つ油圧シリンダ３３ａの第２油圧室３３ｅ内に油が供給されている状態を示している。一方、図８（Ｂ）は、油圧シリンダ３３ａの第１油圧室３３ｄ内には油が供給され且つ油圧シリンダ３３ａの第２油圧室３３ｅ内に油が供給されていない状態を示している。図９は、油供給装置７５から切換ピン６１、６２に所定圧以上の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、油供給装置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。

可変長コンロッド６は油供給装置７５及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を更に備える。油供給装置７５は第１制御用油路５７を介して第１切換ピン６１に油圧を供給し且つ第２制御用油路５８を介して第２切換ピン６２に油圧を供給する。油供給装置７５は、コンロッド本体３１の外部に配置され、ＥＣＵ４０によって制御される。したがって、ＥＣＵ４０は、油供給装置７５によって第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２に供給される油圧を制御することができる。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供給装置７５、並びに補充用油路５９に油を供給する油供給装置７５は別々に描かれているが、本実施形態では同一の油供給装置から油圧が供給される。

図９に示したように、油供給装置７５から所定圧以上の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油圧室連通油路５５と第１空間連通油路５１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油圧室連通油路５６と第４空間連通油路５４とが連通せしめられる。したがって、第１油圧室３３ｄが逆止弁６３の二次側に接続され、第２油圧室３３ｅが逆止弁６３の一次側に接続される。

ここで、逆止弁６３は、第２空間連通油路５２及び第４空間連通油路５４が連通する一次側から第１空間連通油路５１及び第３空間連通油路５３が連通する二次側への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５４から第１空間連通油路５１へは油が流れるが、その逆には油が流れない。

この結果、図９に示した状態では、第２油圧室３３ｅ内の油は、第２油圧室連通油路５６、第４空間連通油路５４、第１空間連通油路５１、第１油圧室連通油路５５の順に油路を通って第１油圧室３３ｄに供給されることができる。しかしながら、第１油圧室３３ｄ内の油は、第２油圧室３３ｅに供給されることができない。したがって、油供給装置７５から所定圧以上の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油圧室３３ｄから第２油圧室３３ｅへの作動油の流れを禁止し且つ第２油圧室３３ｅから第１油圧室３３ｄへの油の流れを許可する第一状態にあるといえる。

このとき、第１油圧室３３ｄ内に油が供給され、第２油圧室３３ｅから油が排出される。このため、油圧ピストン３３ｂは下降する。この結果、図８（Ｂ）に示したように、油圧ピストン３３ｂに連結された偏心部材３２が図中の矢印の方向に回動され、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の有効長さが短くなり、図中のＬ２となる。すなわち、流れ方向切換機構３５が第一状態にされると、コンロッド６の有効長さが短くなる。

一方、図１０に示したように、油供給装置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油圧室３３ｄに連通する第１油圧室連通油路５５と第２空間連通油路５２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油圧室３３ｅに連通する第２油圧室連通油路５６と第３空間連通油路５３とが連通せしめられる。したがって、第１油圧室３３ｄが逆止弁６３の一次側に接続され、第２油圧室３３ｅが逆止弁６３の二次側に接続される。

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油圧室３３ｄ内の油は、第１油圧室連通油路５５、第２空間連通油路５２、第３空間連通油路５３、第２油圧室連通油路５６の順に油路を通って第２油圧室３３ｅに供給されることができる。しかしながら、第２油圧室３３ｅ内の油は、第１油圧室３３ｄに供給されることができない。したがって、油供給装置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油圧室３３ｄから第２油圧室３３ｅへの油の流れを許可し且つ第２油圧室３３ｅから第１油圧室３３ｄへの油の流れを禁止する第二状態にあるといえる。

このとき、第２油圧室３３ｅ内に油が供給され、第１油圧室３３ｄから油が排出される。このため、油圧ピストン３３ｂは上昇する。この結果、図８（Ａ）に示したように、偏心部材３２が図中の矢印の方向（図８（Ｂ）の矢印とは反対方向）に回動され、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。Ｌ１はＬ２よりも長い。すなわち、流れ方向切換機構３５が第二状態にされると、コンロッド６の有効長さが長くなる。

したがって、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Ｌ２とＬ１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。

＜本実施形態における効果＞
上述したように、本実施形態では、油圧シリンダ３３ａ、流れ方向切換機構３５等から作動油が漏れた場合に補充用油路５９から供給される補充油を除いて、作動油は基本的に第１油圧室３３ｄと第２油圧室３３ｅとの間を行き来する。また、第１油圧室３３ｄと第２油圧室３３ｅとの間で作動油を移動させるための油路５１〜５６は、コンロッド本体３１内に形成されているため、油圧シリンダ３３ａと油供給装置７５とを接続する油路よりも短くされる。したがって、本実施形態では、第１油圧室３３ｄと第２油圧室３３ｅとの間で作動油を移動させることによって作動油の圧力損失を低減することができる。この結果、コンロッドの有効長さの切替速度、ひいては内燃機関の機械圧縮比の切替速度を速くすることができる。

特に、本実施形態では、流れ方向切換機構３５はコンロッド本体３１の軸線方向において油圧シリンダ３３ａが延在している範囲内でコンロッド本体３１内に配置されている。この結果、油路５１〜５６を更に短くすることができ、作動油の圧力損失を更に低減することができる。

また、本実施形態では、コンロッド６は、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換する運動方向変換機構として、偏心カム３２ｆを備えている。このため、第１油圧室３３ｄの第１摺動孔３３ｆと連結部材４５との間のクリアランスを小さくすることができる。この結果、連結部材４５と第１摺動孔３３ｆとの間に生じる摩擦を低減しつつ、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を低減することができる。なお、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を更に低減すべく、第１摺動孔３３ｆと連結部材４５との間にオイルシールを設けてもよい。

＜第二実施形態＞
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第二実施形態に係る可変長コンロッド６ａについて説明する。第二実施形態に係る可変長コンロッド６ａの構成及び動作は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る可変長コンロッド６の構成及び動作と同様である。

図１１は、第二実施形態に係る可変長コンロッド６ａを概略的に示す斜視図である。図１２は、第二実施形態に係る可変長コンロッド６ａを概略的に示す側面断面図である。図１１及び図１２に示したように、可変長コンロッド６ａの偏心部材３２は、スリーブ３２ａと、スリーブ３２ａの両端にそれぞれ配置された第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃと、二本の第１連結ピン３２ｅとを備える。図１２に示したように、第２プレート３２ｃには溝３２ｇが形成されている。また、図１１に破線で示したように、第１プレート３２ｂにも同様の溝３２ｇが形成されている。

コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３の反対側に位置する第１連結ピン３２ｅは第１プレート３２ｂと第２プレート３２ｃとを連結する。一方、コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３側に位置する第１連結ピン３２ｅは連結部材４５を通って第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃの溝３２ｇに受容される。溝３２ｇは例えば長穴形状を有し、第１連結ピン３２ｅは溝３２ｇ内で摺動可能である。第１連結ピン３２ｅ及び溝３２ｇは偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換するように構成される。したがって、第１連結ピン３２ｅ及び溝３２ｇは、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換する運動方向変換機構として機能する。

このため、本実施形態では、第１油圧室３３ｄの第１摺動孔３３ｆと連結部材４５との間のクリアランスを小さくすることができる。この結果、連結部材４５と第１摺動孔３３ｆとの間に生じる摩擦を低減しつつ、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を低減することができる。

＜第三実施形態＞
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の第三実施形態に係る可変長コンロッド６ｂについて説明する。第三実施形態に係る可変長コンロッド６ｂの構成及び動作は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る可変長コンロッド６の構成及び動作と同様である。

図１３は、第三実施形態に係る可変長コンロッド６ｂを概略的に示す斜視図である。図１４は、第三実施形態に係る可変長コンロッド６ｂを概略的に示す側面断面図である。可変長コンロッド６ｂの偏心部材３２は、スリーブ３２ａと、スリーブ３２ａの両端にそれぞれ配置された第１プレート３２ｂ及び第２プレート３２ｃと、二本の第１連結ピン３２ｅと、リンク部材３２ｈとを備える。

コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３の反対側に位置する第１連結ピン３２ｅは第１プレート３２ｂと第２プレート３２ｃとを連結する。一方、コンロッド６の幅方向においてピストン機構３３側に位置する第１連結ピン３２ｅはリンク部材３２ｈを通って第１プレート３２ｂと第２プレート３２ｃとを連結する。リンク部材３２ｈはジョイント３７によって連結部材４５に回動可能に連結される。第１連結ピン３２ｅ、リンク部材３２ｈ及びジョイント３７は偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換するように構成される。したがって、第１連結ピン３２ｅ、リンク部材３２ｈ及びジョイント３７は、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換する運動方向変換機構として機能する。

このため、本実施形態では、第１油圧室３３ｄの第１摺動孔３３ｆと連結部材４５との間のクリアランスを小さくすることができる。この結果、連結部材４５と第１摺動孔３３ｆとの間に生じる摩擦を低減しつつ、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を低減することができる。

＜第四実施形態＞
次に、図１５を参照して、本発明の第四実施形態に係る可変長コンロッド６ｃについて説明する。第四実施形態に係る可変長コンロッド６ｃの構成及び動作は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る可変長コンロッド６の構成及び動作と同様である。

図１５は、第四実施形態に係る可変長コンロッド６ｃを概略的に示す側面断面図である。可変長コンロッド６ｃは、偏心部材３２の回転運動を連結部材４５の直線運動に変換する運動方向変換機構を備えていない。このため、連結部材４５は、油圧ピストン３３ｂの直線運動を偏心部材３２の回転運動に変換すべく、偏心部材３２及び油圧ピストン３３ｂに対して揺動するように構成される。この場合、連結部材４５の可動範囲を考慮して第１油圧室３３ｄの第１摺動孔３３ｆと連結部材４５との間にクリアランスを設ける必要がある。

そこで、本実施形態では、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を抑制すべく、可変長コンロッド６ｃのピストン機構３３はシール部材３３ｇ及び付勢部材３３ｈを更に備える。付勢部材３３ｈは、シール部材３３ｇが連結部材４５の周りの第１摺動孔３３ｆを閉塞するようにシール部材３３ｇを第１端部３３１に向かって付勢する。付勢部材３３ｈは、例えばコイルバネであり、シール部材３３ｇと油圧ピストン３３ｂとの間で伸縮する。付勢部材３３ｈは、その付勢力が第２油圧室３３ｅに供給される作動油の油圧よりも小さくなるように構成される。このため、第２油圧室３３ｅに作動油が供給されると、油圧ピストン３３ｂは付勢部材３３ｈの付勢力に抗して上昇する。

シール部材３３ｇは第１油圧室３３ｄ内において連結部材４５の外周に配置される。シール部材３３ｇはシールリング３３２及びシールプレート３３３を含む。シールリング３３２は連結部材４５の外周に摺動可能に取り付けられる。シールリング３３２は例えばリング形状を有する。シールプレート３３３は、シールリング３３２と共に連結部材４５の周りの第１摺動孔３３ｆを閉塞するようにシールリング３３２に固定される。シールプレート３３３はシールリング３３２の外周に配置される。シールプレート３３３は例えば円板形状を有する。

第四実施形態では、第１摺動孔３３ｆはシール部材３３ｇによって常に閉塞される。このため、油圧シリンダ３３ａの第１端部３３１と連結部材４５との干渉を防止しつつ、第１摺動孔３３ｆからの作動油の漏出を抑制することができる。なお、連結部材４５の可動範囲が小さい場合には、シール部材３３ｇはシールリング３３２のみであってもよい。

＜第五実施形態＞
次に、図１６を参照して、本発明の第五実施形態に係る可変長コンロッド６ｄについて説明する。第五実施形態に係る可変長コンロッド６ｃの構成及び動作は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る可変長コンロッド６の構成及び動作と同様である。

図１６は、第五実施形態に係る可変長コンロッド６ｄを概略的に示す側面断面図である。第五実施形態の可変長コンロッド６ｄでは、油圧ピストン３３ｂと対向する第１油圧室３３ｄの第１端部３３１に第１摺動孔３３ｆが形成され、油圧ピストン３３ｂと対向する第２油圧室３３ｅの第２端部３３４に第２摺動孔３３ｉが形成されている。第２摺動孔３３ｉの入口付近には円周溝が形成され、オイルシール３３ｊが円周溝に配置される。オイルシール３３ｊは、油圧シリンダ３３ａ内の作動油が第２摺動孔３３ｉに流入することを抑制する。

連結部材４５は第１摺動孔３３ｆ及び第２摺動孔３３ｉを通って延在する。このため、油圧ピストン３３ｂが油圧シリンダ３３ａ内で下降するとき、連結部材４５は第２摺動孔３３ｉに収容される。また、油圧シリンダ３３ａ、油圧ピストン３３ｂの第１油圧室３３ｄ側の受圧面積と油圧ピストン３３ｂの第２油圧室３３ｅ側の受圧面積とが等しくなるように構成されている。言い換えれば、油圧シリンダ３３ａ、油圧ピストン３３ｂ及び連結部材４５は、油圧ピストン３３ｂの摺動方向と直行する平面における第１油圧室３３ｄ及び第２油圧室３３ｅの断面積が等しくなるように構成されている。このため、流れ方向切換機構３５を第一状態から第二状態に切り換えたときに第１油圧室３３ｄから排出される作動油の量と、流れ方向切換機構３５を第二状態から第一状態に切り換えたときに第２油圧室３３ｅから排出される作動油の量とが等しくなる。このため、補充用油路５９から作動油を補充する頻度を少なくすることができ、作動油の圧力損失を更に低減することができる。

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。例えば、流れ方向切換機構３５は、コンロッド本体３１の軸線方向において、油圧シリンダ３３ａよりも大径端部３１ａ側又は小径端部３１ｂ側に配置されてもよい。また、油圧シリンダ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に対してピストンピン受容開口３２ｄの軸線とは反対側に配置されてもよい。

また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、第二実施形態〜第四実施形態の可変コンロッドにおいて、第五実施形態のように、油圧シリンダ３３ａ、油圧ピストン３３ｂ及び連結部材４５が、油圧ピストン３３ｂの摺動方向と直行する平面における第１油圧室３３ｄ及び第２油圧室３３ｅの断面積が等しくなるように構成されていてもよい。

なお、本明細書において、油圧ピストン３３ｂの上昇とは、油圧ピストン３３ｂがコンロッド本体３１の小径端部３１ｂに近づくように移動することを意味し、油圧ピストン３３ｂの下降とは、油圧ピストン３３ｂが小径端部３１ｂから離れるように移動することを意味する。

１ 内燃機関
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 可変長コンロッド
２１ ピストンピン
２２ クランクピン
３１ コンロッド本体
３２ 偏心部材
３２ｄ ピストンピン受容開口
３３ ピストン機構
３３ａ 油圧シリンダ
３３ｂ 油圧ピストン
３３ｄ 第１油圧室
３３ｅ 第２油圧室
３５ 流れ方向切換機構
４１ クランク受容開口
４５ 連結部材

Claims (7)

1. 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が設けられると共に、該ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変化させるように前記コンロッド本体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形成された油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンとを備える一つのピストン機構と、
   前記偏心部材と前記油圧ピストンとを連結する連結部材と
   を備える、可変長コンロッドにおいて、
   前記油圧シリンダは、前記油圧ピストンによって隔てられる第１油圧室及び第２油圧室を有し、
   当該可変長コンロッドは、前記コンロッド本体内に配置されると共に、前記第１油圧室から前記第２油圧室への作動油の流れを禁止し且つ前記第２油圧室から前記第１油圧室への作動油の流れを許可する第一状態と、前記第１油圧室から前記第２油圧室への作動油の流れを許可し且つ前記第２油圧室から前記第１油圧室への作動油の流れを禁止する第二状態との間で切り換えられるように構成された流れ方向切換機構を更に備えることを特徴とする、可変長コンロッド。
2. 前記流れ方向切換機構は、前記コンロッド本体の軸線方向において前記油圧シリンダが延在している範囲内で前記コンロッド本体内に配置されている、請求項１に記載の可変長コンロッド。
3. 前記偏心部材の回転運動を前記連結部材の直線運動に変換するように構成された運動方向変換機構を更に備える、請求項１又は２に記載の可変長コンロッド。
4. 前記油圧ピストンと対向する前記第１油圧室の第１端部に第１摺動孔が形成され、前記連結部材は前記第１摺動孔を通って延在し、
   前記ピストン機構は、
   前記第１油圧室内において前記連結部材の外周に配置されたシール部材と、
   前記シール部材が前記連結部材の周りの前記第１摺動孔を閉塞するように前記シール部材を前記第１端部に向かって付勢する付勢部材と
   を更に備える、請求項１又は２に記載の可変長コンロッド。
5. 前記シール部材は、前記連結部材の外周に摺動可能に取り付けられたシールリングと、該シールリングと共に前記連結部材の周りの前記第１摺動孔を閉塞するように前記シールリングに固定されたシールプレートとを含む、請求項４に記載の可変長コンロッド。
6. 前記油圧ピストンと対向する前記第１油圧室の第１端部に第１摺動孔が形成され、前記油圧ピストンと対向する前記第２油圧室の第２端部に第２摺動孔が形成され、前記連結部材は前記第１摺動孔及び前記第２摺動孔を通って延在し、
   前記油圧シリンダ、前記油圧ピストン及び前記連結部材は、前記油圧ピストンの前記第１油圧室側の受圧面積と前記油圧ピストンの前記第２油圧室側の受圧面積とが等しくなるように構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の可変長コンロッド。
7. 機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の可変長コンロッドを備え、該可変長コンロッドによって前記ピストンピン受容開口の中心と前記クランク受容開口の中心との間の長さを変更することにより機械圧縮比が変更される、可変圧縮比内燃機関。

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