JP2008069679A - Variable stroke characteristics engine - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減すべく改善されたストローク特性可変エンジンを提供する。
【解決手段】ピストン3とクランクシャフト6との間を第1及び第2のリンク4・5で連結すると共に第2リンク運動拘束状態を変化させることでピストンストロークが変化するようにしたストローク特性可変エンジンにおいて、最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心とを、ピストンピン10の運動中心軸線を挟む両側に位置させるものとする。
【選択図】図5A variable stroke characteristic engine improved to reduce an average value of sliding resistance loss during reciprocation of a piston is provided.
Stroke characteristics variable in which a piston stroke is changed by connecting a piston 3 and a crankshaft 6 with first and second links 4 and 5 and changing a second link motion restraint state. In the engine, a connection center between the first link and the second link at the top dead center in the minimum compression ratio state or the maximum displacement state, and the first link at the top dead center in the maximum compression ratio state or the minimum displacement state. The connection center with the second link is located on both sides of the movement center axis of the piston pin 10.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、ストローク特性可変エンジンに関し、特に、ピストンの摺動抵抗損失を低減することのできるストローク特性可変エンジンに関するものである。 The present invention relates to a variable stroke characteristic engine, and more particularly to a variable stroke characteristic engine capable of reducing a sliding resistance loss of a piston.
ピストン(9)とクランクピン(5)との間をアッパーリンク(3)(第1リンク)及びロアーリンク(4)(第2リンク)で連結すると共に、ロアーリンクとエンジン本体に支持された偏心カム(8)とをコントロールリンク(7)で連結し、偏心カムを回動させることでロアーリンクの運動拘束状態を変化させることにより、ピストンストロークを連続的に変化させることができるように構成したストローク特性可変エンジンが知られている(特許文献1を参照されたい)。
しかるに、文献1に記載の構成によると、ピストンピンの運動中心軸線(シリンダ中心軸線)とアッパーリンクとのなす角度をφとすると、上死点からピストン速度が最大となるまでの間にφが零となり,また(燃焼荷重)×(ピストン速度)が最大となる点で、φの絶対値が上死点の時よりも小さくなるように、リンクジオメトリ(リンクの幾何学的関係)が設定されている。
However, according to the configuration described in
確かに、ピストンとシリンダとの間の摺動抵抗損失の低減を考える場合、潤滑を含めたピストンとシリンダとの間の摩擦係数がクランクシャフトの全回転範囲で一定であるならば、シリンダ中心軸線上でのピストン荷重が最大となる膨張行程中にシリンダ中心軸線とアッパーリンクとのなす角度が最小となることが望ましい。 Certainly, when considering the reduction of the sliding resistance loss between the piston and the cylinder, if the coefficient of friction between the piston and the cylinder, including lubrication, is constant over the entire rotation range of the crankshaft, It is desirable that the angle formed by the cylinder center axis and the upper link be minimized during the expansion stroke in which the piston load on the line is maximized.
しかしながら、ピストンとシリンダとの間の摩擦係数は、温度や潤滑状況(オイルリングの上下摺動)によってクランク回転角度の変化に連れて変化する上、シリンダ中心軸線とアッパーリンクとのなす角度が大きくなるに連れてピストンに作用するシリンダ中心軸線に直交する向きの分力が大きくなるので、ピストン荷重のみに比例してピストンとシリンダとの間の摩擦係数や摺動抵抗損失が大きくなるわけではない。 However, the coefficient of friction between the piston and cylinder changes with changes in the crank rotation angle depending on the temperature and lubrication conditions (up and down sliding of the oil ring), and the angle formed between the cylinder center axis and the upper link is large. As a result, the component force in the direction perpendicular to the cylinder center axis acting on the piston increases, so the friction coefficient and sliding resistance loss between the piston and cylinder do not increase in proportion to the piston load alone. .
しかも上死点からピストン速度が最大となるまでの間でφが小さくなるように設定すると、必然的にアッパーリンクの最大傾斜角度φmax(絶対値、以下同)が増大してしまうため、そこでの摺動抵抗損失が増大してしまう。 In addition, if φ is set to be small between the top dead center and the maximum piston speed, the maximum inclination angle φmax (absolute value, hereinafter the same) of the upper link will inevitably increase. Sliding resistance loss increases.
本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減すべく改善されたストローク特性可変エンジンを提供することにある。 The present invention has been devised to eliminate such disadvantages of the prior art, and its main purpose is to improve the stroke to reduce the average value of the sliding resistance loss during the reciprocating motion of the piston. It is to provide a variable characteristic engine.
このような課題を解決するために本発明の請求項1は、ピストン3とクランクシャフト6との間を連結する第1及び第2のリンク4・5と、第2リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段(コントロールリンク12、エキセントリックシャフト13)とを有するストローク特性可変エンジンにおいて、最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心とを、クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピン10の運動中心軸線を挟む両側に位置させるものとした。
特に、上記構成のエンジンにおいて、ピストンピンの運動中心軸線と、上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心との、ピストンピンの運動中心軸線と直交する方向についての間隔を、最高圧縮比状態または最小圧縮比状態の時の方が小さくなるようにすると良い(請求項2)。
また本発明の請求項3は、ピストンとクランクシャフトとの間を連結する第1及び第2のリンクと、第2リンクの運動拘束状態を変化させる可変手段とを有するストローク特性可変エンジンにおいて、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での第1リンクと第2リンクとの連結中心を、クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線上に位置させるものとした。
In order to solve such a problem, claim 1 of the present invention changes the motion restraint state of the first and
In particular, in the engine configured as described above, the interval between the movement center axis of the piston pin and the connection center between the first link and the second link at the top dead center in the direction perpendicular to the movement center axis of the piston pin, It is preferable that the maximum compression ratio state or the minimum compression ratio state be smaller.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a variable stroke characteristic engine having a first and a second link connecting the piston and the crankshaft, and a variable means for changing a motion restraint state of the second link. The connection center of the first link and the second link at the top dead center in the compression ratio state or the minimum displacement amount state is positioned on the motion center axis of the piston pin on a plane orthogonal to the crankshaft.
このような本発明の請求項1の構成によれば、ピストンピンの運動中心軸線(y軸)と第1リンクとのなす角度φをピストンの往復運動の全域において低減させることができ、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の平均値を低減することができる。また請求項2によれば、省燃費モードである最高圧縮比状態に近い位置で、ピストンピンの運動中心軸線と第1リンクとのなす角度φが最小となるので、燃費向上に寄与し得る。さらに請求項3によれば、ピストンピンの運動中心軸線と第1リンクとのなす角度φが実質的にゼロとなるので、燃費向上に大幅に寄与し得る。
特に、可変排気量工ンジンの場合、ピストンピンの運動中心軸線と第1リンクとのなす角度φが大きくなりがちなので、本発明を適用すれば、最大傾斜角度φmaxを比較的小さく抑えられるので、ピストンの往復運動時の摺動抵抗損失の大幅な低減に寄与し得る。
According to such a configuration of
In particular, in the case of a variable displacement engine, the angle φ formed between the movement center axis of the piston pin and the first link tends to be large. Therefore, if the present invention is applied, the maximum inclination angle φmax can be kept relatively small. This can contribute to a significant reduction in sliding resistance loss during the reciprocating motion of the piston.
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図4は、本発明が適用されたストローク特性可変エンジンの一例としての可変圧縮比/排気量エンジンのシリンダヘッドから上方を省略して示す概略構成図である。このエンジン1のシリンダ2に摺合したピストン3は、第1リンク4及び第2リンク5の2つのリンクを介してクランクシャフト6に連結されている。なお、シリンダヘッドに設けられる動弁機構や吸気系および排気系については、在来の4サイクルエンジンと何ら変わるところはない。
1 to 4 are schematic configuration diagrams in which the upper part is omitted from the cylinder head of a variable compression ratio / displacement engine as an example of a stroke characteristic variable engine to which the present invention is applied. The
クランクシャフト6は、基本的に通常の固定圧縮比エンジンと同様の構成であり、クランクケース7内に支持されたクランクジャーナル8(クランクシャフトの回転中心)から偏心したクランクピン9を備えており、シーソー式に揺動する第2リンク5の中間部がクランクピン9に支持されている。そして第2リンク5の一端5aに、ピストンピン10に小端部4aが連結された第1リンク4の大端部4bが連結されている。なお、クランクシャフト6には、主としてピストン運動の回転1次振動成分を低減するためのカウンタウェイトが設けられているが、これも在来のレシプロエンジンと同様なので省略する。
The
第2リンク5の他端5bには、通常のエンジンにおけるピストンとクランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと同一構成のコントロールリンク12の小端部12aがピン結合されている。そしてコントロールリンク12の大端部12bは、クランクケース7に回動自在に支持され且つクランクシャフト6と平行に延設されたエキセントリックシャフト13の偏心部13aに、2つ割りの軸受け孔14をもって連結されている。
The
エキセントリックシャフト13は、コントロールリンク12の大端部12bをクランクケース7内で所定範囲(本実施例においては約90度)を移動可能に支持しており、例えばクランクケース7の外方へ突出した軸端に設けられた適宜な回動アクチュエータ(図示せず)により、エンジン1の運転状態に応じてその回動角が連続的に変化させられ、且つ任意の角度で保持されるようになっている。
The
このエンジン1によると、エキセントリックシャフト13を回動駆動することにより、コントロールリンク12の大端部12bの位置が、図1、2に示した位置(水平方向内向き/低圧縮比状態または大排気量状態)と図3、4に示した位置(垂直方向下向き/高圧縮比状態または小排気量状態)との間で変化し、クランクシャフト6の回転に伴う第2リンク5の運動拘束状態、即ち揺動角度が変化する。これにより、ピストン3とクランクシャフト6とを連結するコネクティングロッドの見かけ上の長さが、ピストン3の運動に応じて連続的に変化するかのような作用を発揮し、且つエキセントリックシャフト13から与えられる回動駆動力によってコントロールリンク12のクランクケース7に対する支持端の位置を変化させることにより、圧縮比または排気量を任意に変化させることができる。
According to the
つまり、第1、第2リンク4・5、コントロールリンク12、及びエキセントリックシャフト13によってピストンストローク特性可変機構が構成され、これらにより、圧縮比または排気量を連続的に変化させるストローク特性可変機能がもたらされる。
That is, the first and
このようにして、シリンダ2内でのピストン3のストローク範囲、即ち、ピストン3の上死点位置及び下死点位置が、図2に符号Aで示す範囲と図4に符号Bで示す範囲との間で連続的に変化することとなる。
In this way, the stroke range of the
上記構成のストローク特性可変エンジンにおいては、図5に示すように、第1リンク4と第2リンク5との連結部中心点をDとし、ピストンピン10の運動中心軸線(シリンダ中心軸線)をy軸とし、y軸並びにクランクジャーナル8の中心軸線に直交する軸をx軸とし、D点の上死点でのx座標をDx_TDCとした時に、圧縮比または排気量の変化に連れてD点の軌跡が変化するので、最高圧縮比状態または最小排気量状態でのDxh_TDCと最低圧縮比状態または最大排気量状態でのDxl_TDCとを、これらの間にy軸を挟むようにリンクジオメトリを設定するものとした。これにより、第1リンク4のy軸に対する最大傾斜角度φmaxを小さくし、且つ圧縮比または排気量を変化させても常に上死点付近でφが最小となるようにすることができる。即ち、本発明により、圧縮比または排気量の全可変範囲において、クランクシャフト6の全回転範囲に渡って第1リンク4のy軸に対する最大傾斜角度φmaxが低減され、ピストンピン10に作用するピストン3のラジアル方向の分力が低減されるので、シリンダ2とピストン3との間の摩擦係数や摺動抵抗損失の平均値を低減し、エンジンの効率を高めることができる。
In the stroke characteristic variable engine having the above-described configuration, as shown in FIG. 5, the central point of the connecting portion between the
特に、上死点での第1リンク4と第2リンク5との連結中心(Dx_TDC)とピストンピン10の運動中心軸線(y軸)とのx軸方向についての間隔を、最高圧縮比状態または最小排気量状態時の間隔EDhの方が、最低圧縮比状態または最大排気量状態時の間隔EDlよりも小さくなるようにリンクジオメトリを設定すると良い。これにより、省燃費モードである最大圧縮比状態に近い位置で、ピストンピン10の運動中心軸線(y軸)と第1リンク4とのなす角度φが最小となるので、燃費向上に寄与し得る。
In particular, the distance in the x-axis direction between the connection center (Dx_TDC) of the
さらに、このEDhの値がゼロ、即ちピストンピン10の運動中心軸線(y軸)上に最高圧縮比状態または最小排気量状態時の上死点での第1リンク4と第2リンク5との連結中心(Dxh_TDC)を置くようにリンクジオメトリを設定すると良い。これにより、ピストンピン10の運動中心軸線(y軸)と第1リンク4とのなす角度φが実質的にゼロとなるので、燃費向上に大幅に寄与し得る。
Further, the value of EDh is zero, that is, the
上記の実施形態においては、コントロールリンク12のエンジン側連結部である大端部12bを移動させるための駆動力を、偏心部13aを備えたエキセントリックシャフト13を回動させて与えるものとしたが、これはコントロールリンク12のエンジン側連結部の位置を変化させることができさえすれば、他の手段、例えば油圧シリンダなどで直線的に移動させるもの等であっても良い。
In the above embodiment, the driving force for moving the
3 ピストン
4 第1リンク
5 第2リンク
6 クランクシャフト
10 ピストンピン
12 コントロールリンク
13 エキセントリックシャフト
3
Claims (3)
最低圧縮比状態または最大排気量状態における上死点での前記第1リンクと前記第2リンクとの連結中心と、最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での前記第1リンクと前記第2リンクとの連結中心とを、前記クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線を挟む両側に位置させたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。 A variable stroke characteristic engine having first and second links connecting between a piston and a crankshaft, and variable means for changing a motion restraint state of the second link,
The connection center of the first link and the second link at the top dead center in the lowest compression ratio state or the maximum displacement amount state, and the first link at the top dead center in the highest compression ratio state or the smallest displacement amount state A variable stroke characteristic engine characterized in that a connection center with the second link is located on both sides of a motion axis of a piston pin on a plane orthogonal to the crankshaft.
最高圧縮比状態または最小排気量状態における上死点での前記第1リンクと前記第2リンクとの連結中心が、前記クランクシャフトに直交する平面上にてピストンピンの運動中心軸線上に位置するようにしたことを特徴とするストローク特性可変エンジン。 A variable stroke characteristic engine having first and second links connecting between a piston and a crankshaft, and variable means for changing a motion restraint state of the second link,
The connection center between the first link and the second link at the top dead center in the maximum compression ratio state or the minimum displacement state is located on the motion center axis of the piston pin on a plane orthogonal to the crankshaft. Stroke characteristic variable engine characterized by doing so.
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JP2006177177A (en) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | Hydraulic drive unit for internal combustion engine |
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2006
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