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JP2017129089A - 可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

可変長コンロッド及び可変圧縮比内燃機関 Download PDF

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JP2017129089A JP2016010168A JP2016010168A JP2017129089A JP 2017129089 A JP2017129089 A JP 2017129089A JP 2016010168 A JP2016010168 A JP 2016010168A JP 2016010168 A JP2016010168 A JP 2016010168A JP 2017129089 A JP2017129089 A JP 2017129089A
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江崎 修一
Shuichi Ezaki
修一 江崎
吉朗 加茂
Yoshiro Kamo
吉朗 加茂
昭夫 木戸岡
Akio Kidooka
昭夫 木戸岡
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Abstract

【課題】偏心部材を回動させることによって有効長さを変更可能な可変長コンロッドにおいて、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体の強度の低下を抑制する。【解決手段】可変長コンロッド6は、ピストンピン受容開口32dが設けられた偏心部材32と、クランクピン22を受容するクランク受容開口41が設けられた大径端部31aと、偏心部材を受容する偏心部材受容開口42が設けられた小径端部31bとを有するコンロッド本体31とを備える。偏心部材は、ピストンピン受容開口の中心と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第一位置と第二位置との間で回動する。小径端部に、コンロッド本体の外部と偏心部材受容開口とを連通させる潤滑油孔311が一つのみ形成され、偏心部材に、少なくとも偏心部材が第一位置及び第二位置にあるときに潤滑油孔とピストンピン受容開口とを連通させる貫通路321、322が形成されている。【選択図】図3

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)。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、コンロッド本体の小径端部に設けられた偏心部材受容開口に回動可能に受容される。また、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。
斯かる可変長コンロッドでは、シリンダ内でのピストンの往復動によってピストンピンが偏心部材のピストンピン受容開口の内面に対して摺動する。また、機械圧縮比を変更すべく偏心部材を回動させるとき、偏心部材がコンロッド本体の偏心部材受容開口の内面に対して摺動する。このため、ピストンピン、偏心部材及びコンロッド本体の摩耗、焼き付き等を抑制するためにこれらの摺動部分に潤滑油を供給する必要がある。
特許文献1に記載の可変長コンロッドでは、コンロッド本体の小径端部及び偏心部材にそれぞれ二つの潤滑油孔が形成されている。偏心部材が一方の方向に回動すると、小径端部の一方の潤滑油孔が偏心部材の一方の潤滑油孔と連通し、偏心部材が他方の方向に回動すると、小径端部の他方の潤滑油孔が偏心部材の他方の潤滑油孔と連通する。このことによって、機械圧縮比を変更すべく偏心部材を回動させた場合であっても、摺動部分に潤滑油を供給することができる。
特開2015−152013号公報 特開平7−54997号公報 特開平10−37733号公報
しかしながら、コンロッド本体の小径端部に二つの潤滑油孔を形成すると、小径端部の強度が著しく低下する。このため、ピストンの往復動によって小径端部に力が加えられたとき、特にピストンの上昇によって小径端部に引張荷重が加えられたときに小径端部が破損するおそれがある。
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、偏心部材を回動させることによって有効長さを変更可能な可変長コンロッドにおいて、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体の強度の低下を抑制することにある。
上記課題を解決するために、第1の発明では、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た偏心部材と、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、前記偏心部材を受容する偏心部材受容開口が設けられた小径端部とを有するコンロッド本体とを備え、前記偏心部材は、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化させるように第一位置と第二位置との間で回動する、可変長コンロッドにおいて、前記小径端部に、前記コンロッド本体の外部と前記偏心部材受容開口とを連通させる潤滑油孔が一つのみ形成され、前記偏心部材に、少なくとも該偏心部材が前記第一位置及び前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる貫通路が形成されてい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、前記可変長コンロッドは、前記偏心部材の一方への回動の停止位置を前記第一位置と前記第二位置との間の第三位置と前記第一位置との間で切り換えるように構成された停止装置を更に備え、前記貫通路は、少なくとも該偏心部材が前記第一位置、前記第二位置及び前記第三位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させるように形成されている。
第3の発明では、第1の発明において、前記貫通路は、前記偏心部材が前記第一位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第1貫通孔と、前記偏心部材が前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第2貫通孔とを含む。
第4の発明では、第2の発明において、前記貫通路は、前記偏心部材が前記第一位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第1貫通孔と、前記偏心部材が前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第2貫通孔と、前記偏心部材が前記第三位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第3貫通孔とを含む。
第5の発明では、第1又は第2の発明において、前記貫通路は、前記偏心部材の回動位置に関わらず前記潤滑油孔と連通するように前記偏心部材の回動方向に延在する溝と、該溝と前記ピストンピン受容開口とを連通させる貫通孔とを含む、可変圧縮比内燃機関が提供される。
第6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から第5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、偏心部材を回動させることによって有効長さを変更可能な可変長コンロッドにおいて、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体の強度の低下を抑制することができる。
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、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図5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6(A)は図5のA−A線に沿ったコンロッドの断面図であり、図6(B)は図5のB−B線に沿ったコンロッドの断面図である。 図7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8は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されているときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図9は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図10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側面断面図である。 図12は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図13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14(A)は図13のC−C線に沿ったコンロッドの断面図であり、図14(B)は図13のD−D線に沿ったコンロッドの断面図である。 図15は、切換ピン等に中程度の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16は、切換ピン等に高い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17は、切換ピン等に低い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18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19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20は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図21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。
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9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。シリンダブロック3はシリンダ15を画定する。ピストン5はシリンダ15内で摺動する。
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の軸線とクランクピン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に設けられた第1油圧ピストン機構33及び第2油圧ピストン機構34と、偏心部材32と第1油圧ピストン機構33とを連結する第1連結部材45と、偏心部材32と第2油圧ピストン機構34とを連結する第2連結部材46と、第1油圧ピストン機構33及び第2油圧ピストン機構34への油の流れ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が設けられた大径端部31aと、偏心部材32を受容する偏心部材受容開口42が設けられた小径端部31bとを有する。小径端部31bは、ピストン5側に配置され、大径端部31aの反対側に位置する。なお、クランク受容開口41は偏心部材受容開口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、偏心部材受容開口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。
また、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、偏心部材受容開口42の中心軸線(すなわち、偏心部材受容開口42に受容される偏心部材の軸線)とを通って延びる線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。
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、34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、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。
<偏心部材>
次に、偏心部材32について説明する。図4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4を参照すると、偏心部材32は、コンロッド本体31に形成された偏心部材受容開口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とを備える。スリーブ32aは偏心部材受容開口42内で回動可能である。このため、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の回動軸線は偏心部材受容開口42の中心軸線と一致する。
また、偏心部材32のスリーブ32a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が設けられている。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。
このように、本実施形態では、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、偏心部材受容開口42内でのピストンピン受容開口32dの位置が変化する。偏心部材受容開口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、偏心部材受容開口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32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。すなわち、偏心部材32は、コンロッド6の有効長さを変化させるように、コンロッド本体31の小径端部31bに回動可能に取り付けられている。
<油圧ピストン機構>
次に、図3を参照して、第1油圧ピストン機構33について説明する。第1油圧ピストン機構33は、コンロッド本体31に形成された第1油圧シリンダ33aと、第1油圧シリンダ33a内で摺動する第1油圧ピストン33bと、第1油圧シリンダ33a内に供給される油をシールする第1オイルシール33cとを有する。第1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に対して第1アーム32b側に配置される。また、第1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延在する。また、第1油圧シリンダ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。
第1油圧ピストン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油圧ピストン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。図4に示されるように、偏心部材32の第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。したがって、第1油圧ピストン33bは偏心部材32と連動する。第1オイルシール33cは、リング形状を有し、第1油圧ピストン33bの下端部の周囲に取り付けられる。
次に、第2油圧ピストン機構34について説明する。第2油圧ピストン機構34は、コンロッド本体31に形成された第2油圧シリンダ34aと、第2油圧シリンダ34a内で摺動する第2油圧ピストン34bと、第2油圧シリンダ34a内に供給される油をシールする第2オイルシール34cとを有する。第2油圧シリンダ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油圧シリンダ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延在する。また、第2油圧シリンダ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。
第2油圧ピストン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油圧ピストン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。図4に示されるように、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。したがって、第2油圧ピストン34bは偏心部材32と連動する。第2オイルシール34cは、リング形状を有し、第2油圧ピストン34bの下端部の周囲に取り付けられる。
<流れ方向切換機構>
次に、図5及び図6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5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。図6(A)は、図5のA−A線に沿ったコンロッド6の断面図であり、図6(B)は、図5のB−B線に沿ったコンロッド6の断面図である。流れ方向切換機構35は、第1油圧シリンダ33aから第2油圧シリンダ34aへの油の流れを禁止し且つ第2油圧シリンダ34aから第1油圧シリンダ33aへの油の流れを許可する第一状態と、第1油圧シリンダ33aから第2油圧シリンダ34aへの油の流れを許可し且つ第2油圧シリンダ34aから第1油圧シリンダ33aへの油の流れを禁止する第二状態との間で切り換えられる。
流れ方向切換機構35は、図5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油圧シリンダ33a及び第2油圧シリンダ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。
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。
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6(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6(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。
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。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と、第1付勢バネ67を支持する第1支持部材76とが収容されている。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ている。特に、図6(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。
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。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と、第2付勢バネ68を支持する第2支持部材77とが収容されている。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ている。特に、図6(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。
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。
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63は一次側(図6(B)において上側)から二次側(図6(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。
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油圧シリンダ33aに連通せしめられる。図6(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油圧シリンダ34aと連通せしめられる。図6(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。
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。
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(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6(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。この結果、第1ピストン連通油路51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53と第2空間連通油路54との間で切り換えられる。
また、第2切換ピン62を収容する第2ピン収容空間65は、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(B)において下側)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6(B)において上側)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。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。この結果、第2ピストン連通油路52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55と第4空間連通油路56との間で切り換えられる。
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。
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。
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)を介してコンロッド6の外部の油供給装置に連通される。
したがって、油供給装置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6(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、油供給装置から所定圧以上の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を介して油供給装置に連通される。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供給装置に連通している。
<可変長コンロッドの動作>
次に、図7〜図9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7(A)は、第1油圧ピストン機構33の第1油圧シリンダ33a内に油が供給され且つ第2油圧ピストン機構34の第2油圧シリンダ34a内には油が供給されていない状態を示している。一方、図7(B)は、第1油圧ピストン機構33の第1油圧シリンダ33a内には油が供給されておらず且つ第2油圧ピストン機構34の第2油圧シリンダ34a内には油が供給されている状態を示している。図8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8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8及び図9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8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油圧シリンダ33aが逆止弁63の二次側に接続され、第2油圧シリンダ34a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8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へは油が流れるが、その逆には油が流れない。
この結果、図8に示した状態では、第2油圧シリンダ34a内の油は、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油圧シリンダ33aに供給されることができる。しかしながら、第1油圧シリンダ33a内の油は、第2油圧シリンダ34a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油圧シリンダ33aから第2油圧シリンダ34aへの油の流れを禁止し且つ第2油圧シリンダ34aから第1油圧シリンダ33a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、図7(A)に示したように、第1油圧シリンダ33aに油が供給され、第2油圧シリンダ34aから油が排出される。このため、第1油圧ピストン33bは上昇し、第2油圧ピストン34bは下降する。この結果、図7(A)に示した例では、第1油圧ピストン33b及び第2油圧ピストン34bに連結された偏心部材32は第一位置まで図中の矢印の方向に回動される。この結果、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、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の有効長さが長くなる。
一方、図9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油圧ピストン機構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油圧シリンダ33aが逆止弁63の一次側に接続され、第2油圧シリンダ34a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9に示した状態では、第1油圧シリンダ33a内の油は、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油圧シリンダ34aに供給されることができる。しかしながら、第2油圧シリンダ34a内の油は、第1油圧シリンダ33a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油圧シリンダ33aから第2油圧シリンダ34aへの油の流れを許可し且つ第2油圧シリンダ34aから第1油圧シリンダ33a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、図7(B)に示したように、第2油圧シリンダ34aに油が供給され、第1油圧シリンダ33aから油が排出される。このため、第2油圧ピストン34bは上昇し、第1油圧ピストン33bは下降する。この結果、図7(B)に示した例では、偏心部材32は第二位置まで図中の矢印の方向(図7(A)の矢印とは反対方向)に回動される。この結果、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、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の有効長さが短くなる。
したがって、本実施形態では、偏心部材32はコンロッド6の有効長さを変化させるように第一位置と第二位置との間で回動する。このため、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換えて偏心部材32を第一位置と第二位置との間で回動させることによって、コンロッド6の有効長さをL1とL2との間で切り換えることができる。この結果、コンロッド6を備えた内燃機関1では、機械圧縮比を変更することができる。
<潤滑油の供給>
ところで、コンロッド6では、シリンダ15内でのピストン5の往復動によってピストンピン21が偏心部材32のピストンピン受容開口32dの内面に対して摺動する。また、内燃機関1の機械圧縮比を変更すべく偏心部材32を回動させるとき、偏心部材32がコンロッド本体31の偏心部材受容開口42の内面に対して摺動する。このため、ピストンピン21、偏心部材32及びコンロッド本体31の摩耗、焼き付き等を抑制するためにこれらの摺動部分に潤滑油を供給する必要がある。
そこで、本実施形態では、コンロッド本体31の小径端部31bに、コンロッド本体31の外部と偏心部材受容開口42とを連通させる潤滑油孔311が形成されている。潤滑油孔311は小径端部31bの径方向に延在している。また、偏心部材32に、少なくとも偏心部材32が第一位置及び第二位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる貫通路が形成されている。
本実施形態では、貫通路は第1貫通孔321及び第2貫通孔322を含む。第1貫通孔321及び第2貫通孔322は、偏心部材32のスリーブ32aの径方向に延在しており、スリーブ32aの外周面とピストンピン受容開口32dの内面との間でスリーブ32aを貫通する。また、第1貫通孔321及び第2貫通孔322はスリーブ32aの周方向において互いに離間されている。第1貫通孔321は、偏心部材32が第一位置にあるとき、小径端部31bの潤滑油孔311と周方向位置が一致するように形成されている。第2貫通孔322は、偏心部材32が第二位置にあるとき、小径端部31bの潤滑油孔311と周方向位置が一致するように形成されている。このため、第1貫通孔321と第2貫通孔322との間の周方向距離は、偏心部材32が第一位置と第二位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離に等しい。
図7(A)からわかるように、第1貫通孔321は、偏心部材32が第一位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。図7(B)からわかるように、第2貫通孔322は、偏心部材32が第二位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。
ピストンピン21、偏心部材32及びコンロッド本体31の摺動部分への潤滑油の供給はオイルジェット16によって行われる。図1に示したように、オイルジェット16は、シリンダブロック3に取り付けられている。オイルジェット16はピストン5の内部に向かって潤滑油を噴射する。ピストン5の内面に付着した潤滑油は、ピストン5の往復動による慣性力等によって小径端部31bに向かって落下する。この結果、ピストン5の内面に付着した潤滑油の一部が小径端部31bの潤滑油孔311を通ってコンロッド本体31の内部に供給される。
潤滑油は、潤滑油孔311を通って偏心部材受容開口42に流入し、小径端部31bと偏心部材32との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32が第一位置にあるとき、潤滑油孔311及び第1貫通孔321を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32が第二位置にあるとき、潤滑油孔311及び第2貫通孔322を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。
したがって、本実施形態では、機械圧縮比を変更すべく偏心部材32の回動位置を第一位置と第二位置との間で切り換えた場合であっても、摺動部分に潤滑油を供給することができる。このため、ピストンピン21、偏心部材32及びコンロッド本体31の摩耗、焼き付き等を抑制することができる。また、本実施形態では、小径端部31bには潤滑油孔311が一つのみ形成されている。このため、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体31の強度の低下を抑制することができる。
<第二実施形態>
次に、図10〜図18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6’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6’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。
<可変長コンロッドの構成>
図10は、第二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る。図11は、第二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10及び図11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に設けられた油圧ピストン機構33と、偏心部材32と油圧ピストン機構33とを連結する連結部材45と、油圧ピストン機構33への油の流れの切換を行う流れ方向切換機構35とを備える。第二実施形態では、第一実施形態と異なり、油圧ピストン機構及び連結部材の数は一つである。また、可変長コンロッド6’は、偏心部材32の一方への回動の停止位置を二段階に切り換える停止装置36を更に備える。
<偏心部材>
図12は、コンロッド本体31の小径端部31b近傍の概略的な分解斜視図である。可変長コンロッド6’の偏心部材32は回動規制部32eを更に備える。回動規制部32eは一方の第2アーム32cと一体である。なお、回動規制部32eは他方の第2アーム32cと一体であってもよい。回動規制部32eは、油圧シリンダ33aに作動油が供給されて偏心部材32が一方へ回動されたとき、停止装置36に当接することによって偏心部材32の回動を規制する。
<油圧ピストン機構>
図11に示したように、油圧ピストン機構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、油圧シリンダ33a内に供給される油をシールするオイルシール33cとを有する。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に対して第1アーム32b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延在する。また、油圧シリンダ33aは、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。
油圧ピストン33bは、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。油圧ピストン33bは、ピンによって連結部材45に回転可能に連結される。図12に示されるように、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、ピンによって連結部材45に回転可能に連結される。したがって、油圧ピストン33bは偏心部材32と連動する。オイルシール33cは、リング形状を有し、油圧ピストン33bの下端部の周囲に取り付けられる。
<流れ方向切換機構>
次に、図13及び図14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13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。図14(A)は、図13のC−C線に沿ったコンロッド6’の断面図であり、図14(B)は、図13のD−D線に沿ったコンロッド6’の断面図である。流れ方向切換機構35は、油圧シリンダ33aに作動油を供給することを許可し且つ油圧シリンダ33aから作動油を排出することを禁止する第一状態と、油圧シリンダ33aに作動油を供給することを禁止し且つ油圧シリンダ33aから作動油を排出することを許可する第二状態との間で切り換えられる。
流れ方向切換機構35は、図13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。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14(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14(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。
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。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と、第1付勢バネ67を支持する第1支持部材76とが収容されている。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ている。特に、図14(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。
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。一方の円周溝62bは、第2切換ピン62内に形成された連通路62cによって第2切換ピン62の一方の端部(第2付勢バネ68が設けられていない側の端部)と連通せしめられる。また、第2ピン収容空間65内には、第2付勢バネ68と、第2付勢バネ68を支持する第2支持部材77とが収容されている。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ている。特に、図14(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。
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。
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63は一次側(図14(B)において上側)から二次側(図14(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。
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14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14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14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ピン収容空間64は、ピストン連通油路51を介して油圧シリンダ33aに連通せしめられる。図14(A)に示したように、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、ピストン連通油路51は、第1空間連通油路53とピストン連通油路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。この結果、ピストン連通油路51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53と第2空間連通油路54との間で切り換えられる。
また、第2切換ピン62を収容する第2ピン収容空間65は、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14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14において下側)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14において上側)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。
また、第2ピン収容空間65には、コンロッド本体31の外部と連通する排出油路60が連通せしめられる。排出油路60は、図14(A)に示したように、第2ピン収容空間65の軸線方向において第3空間連通油路55と同一の位置に配置される。すなわち、排出油路60は、第2切換ピン62の円周溝62aが第3空間連通油路55と連通するときに、同時に円周溝62aに連通するように構成される。
上述した油路51、53〜56は、クランク受容開口41からドリル等により切削加工を行うことによって形成される。したがって、これら油路51、53〜56のクランク受容開口41側には、これら油路51、53〜56と同軸の延長油路51a、53a〜56aが形成される。換言すると、油路51、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51a、53a〜56aは、例えば、ベアリングメタル71によって閉じられる。また、排出油路60はコンロッド本体31の外部からドリル等により切削加工を行うことによって形成される。
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)を介してコンロッド6の外部の油供給装置に連通される。
<停止装置>
次に、停止装置36について説明する。停止装置36は、コンロッド本体31の外部から供給される油圧によって偏心部材32の一方への回動(図11における時計回りの回動)の停止位置を二段階に切り換えるように構成されている。
停止装置36は、コンロッド本体31内に形成された停止シリンダ36aと、停止シリンダ36a内で摺動可能である停止部材36bとを備える。図11に示した例では、停止シリンダ36a及び停止部材36bは、その軸線がコンロッド本体31の幅方向に延びるように配置される。しかしながら、これら停止シリンダ36a及び停止部材36bは、コンロッド本体31の幅方向に対して多少の角度を持って配置されてもよい。
停止部材36bは、偏心部材32の第2アーム32c側においてコンロッド本体31から少なくとも部分的に突出した突出位置と、コンロッド本体31内に(すなわち、停止シリンダ36a内に)少なくともそのほとんどが収容された引込み位置との間で摺動可能である。停止部材36bは、突出位置及び引込み位置の両方の位置において偏心部材32の第2アーム32cに当接するように配置される。
停止装置36は、停止部材36bを引込み位置へと付勢する第3付勢バネ36cを更に備える。また、停止装置36の停止シリンダ36aは、油圧供給油路52’を介して、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。油圧供給油路52’は、図14(A)に示したように、第2ピン収容空間65の閉じた端部において、第2ピン収容空間65に連通せしめられる。油圧供給油路52’は、第2ピン収容空間65の軸線方向において第2制御用油路58とほぼ同一の位置に配置される。
油圧供給油路52’は、外部の油供給装置から供給された油圧によって第2切換ピン62が移動すると、第2ピン収容空間65と連通する。このことによって、外部の油供給装置から第2ピン収容空間65及び油圧供給油路52’を介して停止シリンダ36aに作動油が供給される。なお、油圧供給油路52’も、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で形成される。したがって、油圧供給油路52’のクランク受容開口41側には、油圧供給油路52’と同軸の延長油路52a’が形成される。図13に示したように、延長油路52a’はベアリングメタル71によって閉じられる。
このように構成された停止装置36では、油圧供給油路52’を介して停止シリンダ36aに所定以上の高い油圧が供給されていないときには、第3付勢バネ36cの作用により停止部材36bが引込み位置に引き込まれる。一方、油圧供給油路52’を介して停止シリンダ36aに所定以上の高い油圧が供給されているときには、停止シリンダ36aに供給された作動油の作用により、停止部材36bが突出位置に移動せしめられる。
<可変長コンロッドの動作>
次に、図15〜図18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15は、切換ピン61、62及び停止部材36bに中程度の油圧が供給されているときの可変長コンロッド6’の動作を説明するための概略図である。図16は、切換ピン61、62及び停止部材36bに高い油圧が供給されているときの可変長コンロッド6’の動作を説明するための概略図である。図17は、切換ピン61、62に低い油圧が供給されているときの可変長コンロッド6’の動作を説明するための概略図である。図18は、第二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18(A)は、流れ方向切換機構35が第一状態にあり且つ停止部材36bが引込み位置にある状態を示している。図18(B)は、流れ方向切換機構35が第一状態にあり且つ停止部材36bが突出位置にある状態を示している。図18(C)は、流れ方向切換機構35が第二状態にあり且つ停止部材36bが引込み位置にある状態を示している。
内燃機関1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及び停止部材63b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、第2切換ピン62及び停止部材63bに供給される油圧を制御することができる。なお、本実施形態では、流れ方向切換機構35の第1切換ピン61、第2切換ピン62及び停止部材36bには同一の油供給装置75から作動油が供給される。
ここで、第1切換ピン61及び第2切換ピン62の作動位置が切り換わる作動油の圧力、すなわち流れ方向切換機構35が第一状態と第二状態との間で切り換わる作動油の圧力を第一閾値とする。この第一閾値は、切換ピン61、62の断面積(又はピン収容空間64、65の断面積)及び付勢バネ67、68の弾性係数等に応じて定められる。同様に、停止部材36bの作動位置が突出位置と引込み位置との間で切り換わる圧力を第二閾値とする。この第二閾値は、停止部材36bの断面積(又は停止シリンダ36aの断面積)及び第3付勢バネ83の弾性係数等に応じて定められる。本実施形態では、第一閾値は、第二閾値よりも小さい値とされる。したがって、油供給装置75から供給される作動油の圧力を上昇させていくと、最初に第1切換ピン61及び第2切換ピン62の作動位置が切り換わり、流れ方向切換機構35が第二状態から第一状態に変化する。その後、油供給装置75から供給される作動油の圧力を更に上昇させていくと、停止部材36bが引込み位置から突出位置へと移動する。
また、本実施形態では、可変長コンロッド6’は油圧切換機構90を更に備える。油圧切換機構90は油供給装置75と制御用油路57、58との間に配置される。油圧切換機構90は、油供給装置75に連通する三方弁91と、三方弁91に連通する三つの油路92〜94とを備える。三方弁91はECU40によって制御される。
三つの油路92〜94には、それぞれリリーフ弁が設けられており、これらリリーフ弁の解放圧は互いに異なるものとなっている。図15〜図17に示した例では、油路92に設けられたリリーフ弁の解放圧P1、油路93に設けられたリリーフ弁の解放圧P2、油路94に設けられたリリーフ弁の解放圧P3の順に解放圧が低くなる(P1>P2>P3)。加えて、油路92と油路93との間には油路93内の圧力が高くなると解放されるリリーフ弁が設けられ、油路93と油路94との間には油路94内の圧力が高くなると解放されるリリーフ弁が設けられる。これら油路間に設けられたリリーフ弁の解放圧P4は油路94に設けられたリリーフ弁の解放圧P3よりも低く設定される。加えて、油路92が制御用油路57、58に連通する。
このように構成された油圧切換機構90では、三方弁91により油供給装置75が油路93に連通しているときに制御用油路57、58に供給される油圧は中程度となる。本実施形態では、このときの油圧は第一閾値よりも高く第二閾値よりも低い圧力とされる。このときの油圧が第一閾値よりも高いため、図15に示したように、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により油供給装置75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、油圧シリンダ33aが逆止弁63の二次側に接続され、油供給装置75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15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。
この結果、図15に示した状態では、作動油は、油供給装置75から第4空間連通油路56、第1空間連通油路53、ピストン連通油路51の順に油路を通って油圧シリンダ33aに供給される。しかしながら、油圧シリンダ33a内の作動油は、油圧シリンダ33aから排出されることができない。したがって、油供給装置75から第一閾値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、油圧シリンダ33aに作動油を供給することを許可し且つ油圧シリンダ33aから作動油を排出することを禁止する第一状態にあるといえる。
このとき、油圧シリンダ33aに作動油が供給され、油圧ピストン33bが上昇する。また、このときの油圧が第二閾値よりも低いため、図15に示したように停止部材36bは引込み位置に配置される。この結果、図18(A)に示したように、偏心部材32は図中の矢印の方向に最も回動された第一位置まで回動される。これにより、ピストンピン受容開口32dの位置は最も上昇する。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’の有効長さが最も長くなり、図中のL1となる。なお、偏心部材32の図18(A)中の矢印方向の回動は、偏心部材32の回動規制部32eが、引込み位置に配置された停止部材36bに当接することによって停止せしめられる。
一方、図16に示したように、油圧切換機構90において三方弁91により油供給装置75が油路92に連通しているときに制御用油路57、58に供給される油圧は高くなる。本実施形態では、このときの油圧は第二閾値よりも高い圧力とされる。したがって、このときの油圧が第一閾値よりも高いため、図15に示した状態と同様に、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、流れ方向切換機構35は第一状態にあり、油圧ピストン33bが上昇する。また、このときの油圧が第二閾値よりも高いため、図16に示したように停止部材82は突出位置に配置される。この結果、図18(B)に示したように、偏心部材32は第三位置まで図18(A)の矢印の方向に回動される。このときの偏心部材32の回動角度は、図18(A)に示した状態よりも僅かに小さくなる。これにより、ピストンピン受容開口32dの位置は最も上昇した位置よりも下降せしめられる。したがって、図18(A)に示した状態よりも、コンロッド6’の有効長さが短くなり、図中のL2となる。なお、偏心部材32の回動は、偏心部材32の回動規制部32eが、突出位置に配置された停止部材36bに当接することによって停止せしめられる。
他方、図17に示したように、油圧切換機構90において三方弁91により油供給装置75が油路94に連通しているときに制御用油路57、58に供給される油圧は低くなる。本実施形態では、このときの油圧は第一閾値よりも低い圧力とされる。したがって、このときの油圧が第一閾値よりも低いため、図17に示したように、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、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の円周溝62aにより、第3空間連通油路55と排出油路60とが連通せしめられる。したがって、油圧シリンダ33aが逆止弁63の一次側に接続され、排出油路60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17に示した状態では、油圧シリンダ33a内の作動油は、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、排出油路60の順に油路を通ってコンロッド本体31の外部に排出される。しかしながら、作動油は排出油路60側から油圧シリンダ33aに供給されることができない。したがって、油供給装置75から第一閾値未満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、油圧シリンダ33aに作動油を供給することを禁止し且つ油圧シリンダ33aから作動油を排出することを許可する第二状態にあるといえる。
このとき、油圧シリンダ33aからコンロッド本体31の外部へ作動油が排出され、油圧ピストン33bが下降する。また、このとき、停止部材36bに油圧が供給されないため、図17に示したように停止部材36bは引込み位置に配置される。この結果、図18(C)に示したように、偏心部材32は、図中の矢印の方向に最も回動された第二位置まで回動される。これにより、ピストンピン受容開口32dの位置は最も下降する。したがって、コンロッド6’の有効長さが最も短くなり、図中のL3となる。なお、このとき、偏心部材32の図18(C)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。
なお、図18(C)に示した状態において、シリンダ15内でピストン5の往復動によってピストンピン21に上向きの慣性力が作用すると、油圧ピストン33bは上昇しようとする。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には作動油が供給されない。このため、油圧シリンダ33a内には負圧が発生し、この負圧によって油圧ピストン33bの位置、ひいては偏心部材32の回動位置が保持される。
本実施形態では、停止装置36は、偏心部材32の一方への回動の停止位置を第一位置と第二位置との間の第三位置と第一位置との間で切り換えるように構成されている。このため、流れ方向切換機構35及び停止装置36によって偏心部材32の回動位置を三段階に切り換えることができる。この結果、コンロッド6’の有効長さを三段階に切り換えることができ、コンロッド6’を備えた内燃機関1では、機械圧縮比を三段階に変更することができる。
<潤滑油の供給>
本実施形態では、コンロッド本体31の小径端部31bに、コンロッド本体31の外部と偏心部材受容開口42とを連通させる潤滑油孔311が形成されている。潤滑油孔311は小径端部31bの径方向に延在している。また、偏心部材32に、少なくとも偏心部材32が第一位置、第二位置及び第三位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる貫通路が形成されている。
本実施形態では、貫通路は、第1貫通孔321、第2貫通孔322及び第3貫通孔323を含む。第1貫通孔321、第2貫通孔322及び第3貫通孔323は、偏心部材32のスリーブ32aの径方向に延在しており、スリーブ32aの外周面とピストンピン受容開口32dの内面との間でスリーブ32aを貫通する。また、第1貫通孔321、第2貫通孔322及び第3貫通孔323はスリーブ32aの周方向において互いに離間されている。第1貫通孔321は、偏心部材32が第一位置にあるとき、小径端部31bの潤滑油孔311と周方向位置が一致するように形成されている。第2貫通孔322は、偏心部材32が第二位置にあるとき、小径端部31bの潤滑油孔311と周方向位置が一致するように形成されている。第3貫通孔323は、偏心部材32が第三位置にあるとき、小径端部31bの潤滑油孔311と周方向位置が一致するように形成されている。このため、第1貫通孔321と第2貫通孔322との間の周方向距離は、偏心部材32が第一位置と第二位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離に等しい。第1貫通孔321と第3貫通孔323との間の周方向距離は、偏心部材32が第一位置と第三位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離に等しい。第2貫通孔322と第3貫通孔323との間の周方向距離は、偏心部材32が第二位置と第三位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離に等しい。
図18(A)からわかるように、第1貫通孔321は、偏心部材32が第一位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。図18(C)からわかるように、第2貫通孔322は、偏心部材32が第二位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。図18(B)からわかるように、第3貫通孔323は、偏心部材32が第三位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。
オイルジェット16から供給される潤滑油は、潤滑油孔311を通って偏心部材受容開口42に流入し、小径端部31bと偏心部材32との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32が第一位置にあるとき、潤滑油孔311及び第1貫通孔321を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32が第二位置にあるとき、潤滑油孔311及び第2貫通孔322を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32が第三位置にあるとき、潤滑油孔311及び第3貫通孔323を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。
したがって、本実施形態では、機械圧縮比を変更すべく偏心部材32の回動位置を第一位置と第二位置と第三位置との間で切り換えた場合であっても、摺動部分に潤滑油を供給することができる。このため、ピストンピン21、偏心部材32及びコンロッド本体31の摩耗、焼き付き等を抑制することができる。また、本実施形態では、小径端部31bには潤滑油孔311が一つのみ形成されている。このため、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体31の強度の低下を抑制することができる。
<第三実施形態>
次に、本発明の第三実施形態に係る可変長コンロッド6”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6”の構成及び動作は、以下に説明する点を除いて、基本的に第二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。
<潤滑油の供給>
以下、図19〜図21を参照して本実施形態における潤滑油の供給について説明する。図19は、第三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20は、コンロッド本体31の小径端部31b近傍の概略的な分解斜視図である。図21は、第三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21(A)は、流れ方向切換機構35が第一状態にあり且つ停止部材36bが引込み位置にある状態を示している。図21(B)は、流れ方向切換機構35が第一状態にあり且つ停止部材36bが突出位置にある状態を示している。図21(C)は、流れ方向切換機構35が第二状態にあり且つ停止部材36bが引込み位置にある状態を示している。
本実施形態では、コンロッド本体31の小径端部31bに、コンロッド本体31の外部と偏心部材受容開口42とを連通させる潤滑油孔311が形成されている。潤滑油孔311は小径端部31bの径方向に延在している。また、偏心部材32に、少なくとも偏心部材32が第一位置、第二位置及び第三位置にあるときに潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる貫通路が形成されている。
本実施形態では、貫通路は溝324及び貫通孔325を含む。溝324は、偏心部材32のスリーブ32aに形成され、偏心部材32の回動位置に関わらず潤滑油孔311と連通するように偏心部材32の回動方向(スリーブ32aの周方向)に延在している。溝324の延在距離は、偏心部材32が第一位置と第二位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離以上にされる。本実施形態では、溝324の延在距離は、偏心部材32が第一位置と第二位置との間で回動されるときのスリーブ32aの回動距離に等しい。また、溝324は、偏心部材32が第一位置にあるとき、溝324の周方向の一方の端部と潤滑油孔311との周方向位置が一致するように形成されている。
一方、貫通孔325は、スリーブ32aの径方向に延在し、溝324とピストンピン受容開口32dとを連通させる。本実施形態では、貫通孔325は溝324の周方向の他方の端部において溝324と連通している。なお、貫通孔325は周方向の他の位置において溝324と連通してもよい。図21(A)〜図21(C)からわかるように、溝324及び貫通孔325は、偏心部材32の回動位置に関わらず潤滑油孔311とピストンピン受容開口32dとを連通させる。
オイルジェット16から供給される潤滑油は、潤滑油孔311を通って偏心部材受容開口42に流入し、小径端部31bと偏心部材32との間に供給される。また、潤滑油は、偏心部材32の回動位置に関わらず、潤滑油孔311、溝324及び貫通孔325を通ってピストンピン受容開口32dに流入し、偏心部材32とピストンピン21との間に供給される。
したがって、本実施形態では、機械圧縮比を変更すべく偏心部材32の回動位置を第一位置と第二位置と第三位置との間で切り換えた場合であっても、摺動部分に潤滑油を供給することができる。特に、本実施形態では、偏心部材32の回動位置が第一位置と第三位置との間又は第三位置と第二位置との間にあるときであっても、溝324を介して潤滑油孔311と貫通孔325とが連通するため、摺動部分に潤滑油を供給することができる。このため、ピストンピン21、偏心部材32及びコンロッド本体31の摩耗、焼き付き等を抑制することができる。また、本実施形態では、小径端部31bには潤滑油孔311が一つのみ形成されている。このため、潤滑油の油路の形成に伴うコンロッド本体31の強度の低下を抑制することができる。
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、第二実施形態及び第三実施形態における可変長コンロッド6’、6”は停止装置36を備えていなくてもよい。この場合、可変長コンロッド6’、6”の有効長さ、ひいては内燃機関1の機械圧縮比は二段階に変更される。また、第一実施形態における可変長コンロッド6において、第三実施形態のように、偏心部材32に形成された貫通路が溝324及び貫通孔325を含んでもよい。
なお、本明細書において、油圧ピストン33a、34aの上昇とは、油圧ピストン33a、34a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33a、34aの下降とは、油圧ピストン33a、34a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、6’、6” 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
31a 大径端部
31b 小径端部
32 偏心部材
32d ピストンピン受容開口
41 クランク受容開口
42 偏心部材受容開口
311 潤滑油孔
321 第1貫通孔
322 第2貫通孔
323 第3貫通孔
324 溝
325 貫通孔

Claims (6)

  1. 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た偏心部材と、
    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、前記偏心部材を受容する偏心部材受容開口が設けられた小径端部とを有するコンロッド本体とを備え、
    前記偏心部材は、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化させるように第一位置と第二位置との間で回動する、可変長コンロッドにおいて、
    前記小径端部に、前記コンロッド本体の外部と前記偏心部材受容開口とを連通させる潤滑油孔が一つのみ形成され、前記偏心部材に、少なくとも該偏心部材が前記第一位置及び前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる貫通路が形成されていることを特徴とする、可変長コンロッド。
  2. 前記偏心部材の一方への回動の停止位置を前記第一位置と前記第二位置との間の第三位置と前記第一位置との間で切り換えるように構成された停止装置を更に備え、
    前記貫通路は、少なくとも該偏心部材が前記第一位置、前記第二位置及び前記第三位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させるように形成されている、請求項1に記載の可変長コンロッド。
  3. 前記貫通路は、前記偏心部材が前記第一位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第1貫通孔と、前記偏心部材が前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第2貫通孔とを含む、請求項1に記載の可変長コンロッド。
  4. 前記貫通路は、前記偏心部材が前記第一位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第1貫通孔と、前記偏心部材が前記第二位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第2貫通孔と、前記偏心部材が前記第三位置にあるときに前記潤滑油孔と前記ピストンピン受容開口とを連通させる第3貫通孔とを含む、請求項2に記載の可変長コンロッド。
  5. 前記貫通路は、前記偏心部材の回動位置に関わらず前記潤滑油孔と連通するように前記偏心部材の回動方向に延在する溝と、該溝と前記ピストンピン受容開口とを連通させる貫通孔とを含む、請求項1又は2に記載の可変長コンロッド。
  6. 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5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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