JP2007198309A - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータに作動油圧を供給するオイルポンプを特別高圧型に構成せずとも，アクチュエータを迅速に作動させ得て，リフト部材の応答性の確保を可能にする。
【解決手段】ピストンインナ５ａに，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌへの移動を許容するリフト解除位置Ａ及び，ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持するリフト位置Ｂ間を移動し得るリフト部材１７₁ を設け，このリフト部材１７₁ に，それを作動する油圧式のアクチュエータ２０₁ を連結し，このアクチュエータ２０₁ の油圧室２５₁ を切換弁４５を介してオイルポンプ４６及び油溜め４７に接続した，内燃機関の圧縮比可変装置において，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に，これらの軸方向相対移動に応動して油圧を吐出する補助ポンプ５５を構成し，この補助ポンプ５５の吐出油圧をアクチュエータ２０₁ の油圧室２５₁ に供給する。
【選択図】 図３

Description

本発明は，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと，このピストンインナの外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室に臨ませながら，前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置及び燃焼室寄りの高圧縮比位置間を移動し得るピストンアウタとでピストンを構成し，そのピストンインナに，ピストンアウタの低圧縮比位置への移動を許容するリフト解除位置及び，ピストンアウタを高圧縮比位置に保持するリフト位置間を移動し得るリフト部材を設け，このリフト部材に，それを前記リフト解除位置及びリフト位置に作動する油圧式のアクチュエータを連結し，このアクチュエータの油圧室を切換弁を介してオイルポンプ及び油溜めに接続した，内燃機関の圧縮比可変装置の改良に関する。

かゝる内燃機関の圧縮比可変装置は，下記特許文献１に開示されるように，既に知られている。
特開２００５−５４６１９号公報

かゝる内燃機関の圧縮比可変装置において，機関が高回転になるに従い，リフト部材の応答性を維持するために，アクチュエータの作動時には，それに高い作動油圧を供給する必要があり，したがってアクチュエータに作動油圧を供給するオイルポンプを高圧型に構成することを余儀なくされ，また消費エネルギも過大傾向となる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，アクチュエータに作動油圧を供給するオイルポンプを特別高圧型に構成せずとも，アクチュエータを迅速に作動させ得て，機関が高回転状態でもリフト部材の応答性を良好にし得る，前記内燃機関の圧縮比可変装置を提供することを目的とする。

本発明は，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと，このピストンインナの外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室に臨ませながら，前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置及び燃焼室寄りの高圧縮比位置間を移動し得るピストンアウタとでピストンを構成し，そのピストンインナに，ピストンアウタの低圧縮比位置への移動を許容するリフト解除位置及び，ピストンアウタを高圧縮比位置に保持するリフト位置間を移動し得るリフト部材を設け，このリフト部材に，それを前記リフト解除位置及びリフト位置に作動する油圧式のアクチュエータを連結し，このアクチュエータの油圧室を切換弁を介してオイルポンプ及び油溜めに接続した，内燃機関の圧縮比可変装置において，ピストンインナ及びピストンアウタ間に，これらの軸方向相対移動に応動して油圧を吐出する補助ポンプを構成し，この補助ポンプの吐出油圧を前記アクチュエータの油圧室に供給することを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記補助ポンプを，ピストンインナ及びピストンアウタの軸方向相対移動時の衝撃を緩和する緩衝機能を持つプランジャポンプで構成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記補助ポンプは，前記切換弁によりオイルポンプが前記アクチュエータの油圧室に接続されたときポンプ室に作動油を導入し，その直後に生起するピストンインナ及びピストンアウタの軸方向相対移動により吐出動作をして，その吐出油圧により前記アクチュエータを作動することを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第３の特徴に加えて，前記オイルポンプの吐出圧力を前記補助ポンプの吐出圧力より低く設定すると共に，該補助ポンプのポンプ室を前記アクチュエータの油圧室に連通したことを第４の特徴とする。

尚，前記リフト部材は，後述する本発明の実施例中の第１回転カム板１７₁ に対応し，このリフト部材のリフト解除位置及びリフト位置は，第１回転カム板１７₁ の第１回転位置Ａ及び第２回転位置Ｂにそれぞれ対応する。またアクチュエータは第１アクチュエータ２０₁ に対応する。

本発明の第１の特徴によれば，ピストンアウタの位置切り換えの際には，アクチュエータの油圧室に，オイルポンプの吐出油圧の他に，ピストンインナ及びピストンアウタの軸方向相対移動により強力に作動される補助ポンプの高い吐出油圧が供給されるので，アクチュエータの初動が補助ポンプの高い吐出油圧に依存することで，機関の高回転時でもリフト部材の応答性を高めることができる。またアクチュエータの作動状態は，オイルポンプの吐出油圧に依存することで継続的に保持されることになり，したがってオイルポンプは比較的低圧のものが使用可能となり，経済的であると共に消費エネルギの節減を図ることができる。

本発明の第２の特徴によれば，ピストンインナ及びピストンアウタの軸方向相対移動時には，補助ポンプが緩衝機能を発揮して，それらの軸方向相対移動衝撃を緩和し，各部の耐久性の向上を図ることができる。

本発明の第３の特徴によれば，ピストンインナ及びピストンアウタの軸方向相対移動を効率よく利用して，補助ポンプを的確に作動することができる。

本発明の第４の特徴によれば，補助ポンプがオイルポンプの作動油を共通に使用することが可能となり，補助ポンプの油圧回路を簡単に構成することができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明に係る圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図，図２は図１の要部拡大図，図３は図２の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。図４は高圧縮比状態を示す，図３との対応図，図５は図３の５−５線拡大断面図，図６は図３の６−６線拡大断面図，図７は図３の７−７線拡大断面図，図８は図３の８−８線拡大断面図，図９は図４の９−９線拡大断面図，図１０は図３の１０−１０線拡大断面図，図１１は図３の１１−１１線拡大断面図，図１２は図４の１２−１２線拡大断面図，図１３は高圧縮比状態から低圧縮比状態への切り換え作用説明図，図１４は低圧縮比状態から高圧縮比状態への切り換え作用図である。

先ず，図１において，内燃機関Ｅの機関本体１は，シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の下端に結合されるクランクケース３と，シリンダボア２ａの上端に連なるペントルーフ型燃焼室４ａを有してシリンダブロック２の上端に結合されるシリンダヘッド４とからなっており，そのシリンダヘッド４には，燃焼室４ａの天井面に開口する吸気ポート３０ｉ及び排気ポート３０ｅをそれぞれ開閉する吸気弁３１ｉ及び排気弁３１ｅと，燃焼室４ａの中心部に電極を臨ませる点火プラグ３２が螺着される。

シリンダボア２ａに摺動可能に嵌装されるピストン５にはコンロッド７の小端部７ａがピストンピン６を介して連結され，コンロッド７の大端部７ｂは，左右一対のベアリング８，８′を介してクランクケース３に回転自在に支承されるクランク軸９のクランクピン９ａに連結される。

図２〜図４において，前記ピストン５は，ピストンピン６を介してコンロッド７の小端部７ａに連結されるピストンインナ５ａと，このピストンインナ５ａの外周面に摺動可能に嵌合していて，ピストンインナ５ａ上で所定の低圧縮比位置Ｌ（図３参照）と高圧縮比位置Ｈ（図４参照）との間を移動し得るピストンアウタ５ｂとからなっており，そのピストンアウタ５ｂが，その外周に装着された複数のピストンリング１０ａ〜１０ｃを介してシリンダボア２ａの内周面に摺動自在に嵌合すると共に，ヘッド部５ｂｈを燃焼室４ａに臨ませている。そのヘッド部５ｂｈは，ペントルーフ型燃焼室４ａの形状に対応して山型をなしている。

図３及び図５に示すように，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂの摺動嵌合面には，ピストン５の軸方向に延びて互いに係合する複数のスプライン歯１１ａ及びスプライン溝１１ｂがそれぞれ形成され，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂは，それらの軸線周りに相対回転できないようになっている。またピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの軸方向相対移動を規制する止環１８が，ピストンインナ５ａを挟んでヘッド部５ｂｈと反対でピストンアウタ５ｂの内周面に係止される。

ピストンインナ５ａとヘッド部５ｂｈとの間には，それらの間の第１軸方向間隔Ｓ₁ を制御する第１カム機構１５₁ が介裝され，またピストンインナ５ａ及び止環１８間には，それらの間の第２軸方向間隔Ｓ₂ を制御する第２カム機構１５₂ が介裝される。これら第１及び第２カム機構１５₁ ，１５₂ により前記第１及び第２軸方向間隔Ｓ₁ ，Ｓ₂ を互いに反対に増減させることによって，ピストンアウタ５ｂは，ピストンインナ５ａに対してピストンピン寄りの低圧縮比位置Ｌと，燃焼室４ａ寄りの高圧縮比位置Ｈとに交互に保持される。

図３，図６及び図１３において，第１カム機構１５₁ は，ピストンアウタ５ｂのヘッド部５ｂｈ内壁に形成される上部の第１固定カム１６₁ と，ピストンインナ５ａの上面に一体に突設された枢軸部１２に回動可能に嵌合しつゝピストンインナ５ａの上面に支承される下部の第１回転カム板１７₁ とからなっている。枢軸部１２は，コンロッド７の小端部７ａを受容すべく，複数のブロック１２ａ，１２ａ…（図７参照）に分割される。これらブロック１２ａ，１２ａ…の端面には，第１回転カム板１７₁ の枢軸１２上での軸方向移動を阻止する押さえ板１３が複数のボルト１４，１４…により固定される。

第１回転カム板１７₁ は，その軸線周りに設定される第１及び第２回転位置Ａ，Ｂ間を回転し得るもので，その往復回転により第１固定カム１６₁ と協働して，前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を増減させ得る。具体的には，第１固定カム１６₁ は，周方向に並ぶ複数のカム山１６₁ ａ，１６₁ ａ…で構成され，第１回転カム板１７₁ には，同じく周方向に並ぶ複数のカム山１７₁ ａ，１７₁ ａ…が一体に形成される。第１固定カム１６₁ 及び第１回転カム板１７₁ の各カム山１６₁ ａ，１７₁ ａは，図１３に示すように，周方向に並ぶ両側面を絶壁面とすると共に，その両絶壁面の上縁間を接続する頂面を平坦とする矩形をなしている。

而して，図１３の（ｂ），（ｃ）に示すように，第１回転カム板１７₁ が第１回転位置Ａにあるときは，この第１回転カム板１７₁ の隣接するカム山１７₁ ａ，１７₁ ａ間の谷に上部の第１固定カム１６₁ のカム山１６₁ が出入り可能であり，その結果，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移行が許容される。そして上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが噛み合えば，第１カム機構１５₁ は軸方向収縮状態となって前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を減少させることになる。

また図１３の（ａ）に示すように，第１回転カム板１７₁ が第２回転位置Ｂにあるときは，第１回転カム板１７₁ 及び第１固定カム１６₁ のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａ同士が平坦な頂面を衝合させることで，第１カム機構１５₁ は軸方向拡張状態となって，前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を増加させ，ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持することになる。

ピストンインナ５ａ及び第１回転カム板１７₁ 間には，第１回転カム板１７₁ を第１回転位置Ａ及び第２回転位置Ｂへ交互に回転させる第１アクチュエータ２０₁ が設けられる。この第１アクチュエータ２０₁ について図３，図４，図８及び図９により説明する。

ピストンインナ５ａには，ピストンピン６を挟んでそれと平行に延びる一対の有底のシリンダ孔２１₁ ，２１₁ と，各シリンダ孔２１₁ の中間部の上壁を貫通する長孔２９₁ ，２９₁ とが設けられ，第１回転カム板１７₁ の下面に一体的に突設されて，その直径線上に並ぶ一対の受圧ピン２８₁ ，２８₁ が上記長孔２９₁ ，２９₁ を通してシリンダ孔２１₁ ，２１₁ に臨ませてある。長孔２９₁ ，２９₁ は，受圧ピン２８₁ ，２８₁ が第１回転カム板１７₁ と共に第１回転位置Ａ及び第２回転位置Ｂ間を移動することを妨げないようになっている。

各シリンダ孔２１₁ には，対応する受圧ピン２８₁ を挟んで作動プランジャ２３₁ 及び有底円筒状の戻しプランジャ２４₁ が摺動可能に嵌装される。その際，作動プランジャ２３₁ ，２３₁ 同士及び戻しプランジャ２４₁ ，２４₁ 同士は，それぞれピストン５の軸線に関して点対称に配置される。

各シリンダ孔２１₁ 内には，作動プランジャ２３₁ の内端が臨む第１油圧室２５₁ が画成され，該室２５₁ に油圧を供給すると，その油圧を受けて作動プランジャ２３₁ が受圧ピン２８₁ を介して第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂへ回転するようになっている。

また各シリンダ孔２１₁ の開放側端部には，円筒状のばね保持筒３５₁ が止環３６₁ を介して係止され，このばね保持筒３５₁ と前記戻しプランジャ２４₁ との間に，その戻しプランジャ２４₁ を受圧ピン２８₁ 側に付勢する戻しばね２７₁ が縮設される。

而して，第１回転カム板１７₁ の第１回転位置Ａは，各シリンダ孔２１₁ の底面に当接する作動プランジャ２３₁ の先端に受圧ピン２８₁ が当接することにより規定され（図８参照），第１回転カム板１７₁ の第２回転位置Ｂは，受圧ピン２８₁ に押された戻しプランジャ２４₁ がばね保持筒３５₁ の先端に当接することにより規定される（図９参照）。

図３，図１０及び図１３において，第２カム機構１５₂ は，ピストンインナ５ａの下端壁に形成される上部の第２固定カム１６₂ と，前記止環１８上でピストンアウタ５ｂの内周面に回転可能に嵌合する下部の第２回転カム板１７₂ とからなっている，ピストンアウタ５ｂの内周には，第２回転カム板１７₂ の上面に当接する環状の肩部１９が形成されており，この肩部１９と前記止環１８とで第２回転カム板１７₂ は回転可能に挟持され，ピストンアウタ５ｂに対して軸方向の移動が阻止される。

第２回転カム板１７₂ は，その軸線周りに設定される第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄ間を回転し得るもので，その往復回転により第２固定カム１６₂ と協働して，前記第２軸方向間隔Ｓ₂ を増減させるようになっている。具体的には，第２固定カム１６₂ は，周方向に並ぶ複数のカム山１６₂ ａ，１６₂ ａ…で構成され，第２回転カム板１７₂ には，同じく周方向に並ぶ複数のカム山１７₂ ａ，１７₂ ａ…が一体に形成される。第１固定カム１６₁ 及び第１回転カム板１７₁ の各カム山１６₁ ａ，１７₁ ａは，周方向に並ぶ両側面を絶壁面とすると共に，その両絶壁面上縁間を接続する頂面を平坦頂面とする矩形をなしている。第２回転カム板１７₂ の第３及び第４回転位置Ｃ，Ｄ間の回転角度は，前記第１回転カム板１７₁ の第１及び第２回転位置Ａ，Ｂ間の回転角度と同一に設定される。また第２固定カム１６₂ 及び第２回転カム板１７₂ のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａの少なくとも有効高さは，前記第１固定カム１６₁ 及び第１回転カム板１７₁ のカム山１６₁ ａ，１７₂ ａのそれと同一に設定され，図示例の場合，カム山１６₂ ａ，１７₂ ａはカム山１６₁ ａ，１７₂ ａと同一形状に形成される。第２固定カム１６₂ 及び第２回転カム板１７₂ には，ピストンインナ５ａのピストンピン６を支持するピンボス部との干渉を回避すべく，カム山の無い部分が存在する（図１０参照）。

而して，図１３の（ｄ）に示すように，第２回転カム板１７₂ が第３回転位置Ｃにあるときは，第２回転カム板１７₂ 及び第２固定カム１６₂ のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａ同士が平坦な頂面を衝合させることで，第２カム機構１５₂ は軸方向拡張状態となって，前記第２軸方向間隔Ｓ₂ を増加させ，ピストンアウタ５ｂを低圧縮比位置Ｌに保持する。

また図１３の（ｂ），（ｃ）に示すように，第２回転カム板１７₂ が第４回転位置Ｄにあるときは，この第２回転カム板１７₂ の隣接するカム山１７₂ ａ，１７₂ ａ間の谷に第２固定カム１６₂ のカム山１６₂ ａが出入り可能であり，その結果，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移行が許容される。そして上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａが噛み合えば，第２カム機構１５₂ は軸方向収縮状態となって前記第２軸方向間隔Ｓ₂ の減少をすることになる。

ピストンインナ５ａ及び第２回転カム板１７₂ 間には，第２回転カム板１７₂ を第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄへ交互に回転させる第２アクチュエータ２０₂ が設けられる。この第２アクチュエータ２０₂ について図３，図４，図１１及び図１２により説明する。

第２アクチュエータ２０₂ は，前記第１アクチュエータ２０₁ と対称的に構成される。即ちピストンインナ５ａには，ピストンピン６を挟んでそれと平行に延びる一対の有底のシリンダ孔２１₂ ，２１₂ と，各シリンダ孔２１₂ の中間部の上壁を貫通する長孔２９₂ ，２９₂ とが設けられ，第２回転カム板１７₂ の下面に一体的に突設されて，その直径線上に並ぶ一対の受圧ピン２８₂ ，２８₂ が上記長孔２９₂ ，２９₂ を通してシリンダ孔２１₂ ，２１₂ に臨ませてある。各長孔２９₂ は，受圧ピン２８₂ が第２回転カム板１７₂ と共に第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄ間を移動することを妨げないようになっている。

各シリンダ孔２１₂ には，対応する受圧ピン２８₂ を挟んで作動プランジャ２３₂ 及び有底円筒状の戻しプランジャ２４₂ が摺動可能に嵌装される。その際，作動プランジャ２３₂ ，２３₂ 同士及び戻しプランジャ２４₂ ，２４₂ 同士は，それぞれピストン５の軸線に関して点対称に配置される。

各シリンダ孔２１₂ 内には，作動プランジャ２３₂ の内端が臨む第２油圧室２５₂ が画成され，該室２５₂ に油圧を供給すると，その油圧を受けて作動プランジャ２３₂ が受圧ピン２８₂ を介して第２回転カム板１７₂ を第４回転位置Ｄへ回動するようになっている。

また各シリンダ孔２１₂ の開放側端部には，円筒状のばね保持筒３５₂ が止環３６₂ を介して係止され，このばね保持筒３５₂ と前記戻しプランジャ２４₂ との間に，その戻しプランジャ２４₂ を受圧ピン２８₂ 側に付勢する戻しばね２７₂ が縮設される。

而して，第２回転カム板１７₂ の第３回転位置Ｃは，各シリンダ孔２１₂ ，２１₂ の底面に当接する作動プランジャ２３₂ ，２３₂ の先端に受圧ピン２８₂ ，２８₂ が当接することにより規定され（図１１参照），第２回転カム板１７₂ の第４回転位置Ｄは，受圧ピン２８₂ に押された戻しプランジャ２４₂ がばね保持筒３５₂ の先端に当接することにより規定される（図１２参照）。

以上において，第１回転カム板１７₁ 及び第１アクチュエータ２０₁ ，並びに第２回転カム板１７₂ 及び第２アクチュエータ２０₂ は，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの慣性力の差や，ピストンアウタ５ｂがシリンダボア２ａの内面から受ける摩擦抵抗，ピストンアウタ５ｂが燃焼室４ａ側から受ける負圧，正圧等，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂを互いに軸方向に離間させたり近接させようと作用する自然外力により，ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間を移動することを許容する。また各上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａ；１６₂ ａ，１７₂ ａの両側面を絶壁面としたことで，各カム山１６₁ ａ，１７₁ ａ；１６₂ ａ，１７₂ ａの周方向隣接間隔を狭くすることが可能となり，また各カム山１６₁ ａ，１７₁ ａ；１６₂ ａ，１７₂ ａの頂面の総合面積を大きく設定することができる。

再び図１及び図２において，前記ピストンピン６と，その中空部に圧入されたスリーブ４０との間に筒状の油室４１が画成され，この油室４１を第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の両油圧室２５₁ ，２５₂ に接続する第１及び第２分配油路４２₁ ，４２₂ がピストンピン６及びピストンインナ５ａに渡り設けられる。また油室４１は，図１に示すように，ピストンピン６，コンロッド７及びクランク軸９に渡り設けられる油路４４に接続され，この油路４４は，電磁式の切換弁４５を介して油圧源たるオイルポンプ４６と，油溜め４７とに切換可能に接続される。この切換弁４５は，非通電状態では油路４４を油溜め４７に開放し，通電状態ではオイルポンプ４６を油路４４に接続するようになっている。

再び図３，図４，図８及び図９において，ピストンインナ５ａには，オイルポンプ４６と協働して第１アクチュエータ２０₁ の油圧室２５₁ ，２５₁ に油圧を供給するプランジャ型の補助ポンプ５５が一対設けられる。各補助ポンプ５５は，ピストンインナ５ａに設けられてその下端面に開口するポンプシリンダ５６と，このポンプシリンダ５６に摺動自在に嵌合して，下端面を前記第２回転カム板１７₂ のカム山１７₂ ａの頂面に対向させるポンププランジャ５７とで構成される。

一対の補助ポンプ５５，５５のポンププランジャ５７，５７は，対応するポンプシリンダ５６，５６内にポンプ室５８，５８を画成するもので，これらポンプ室５８，５８は，第１アクチュエータ２０₁ の両油圧室２５₁ ，２５₁ にそれぞれ連通路５９，５９を介して接続される。

またピストンインナ５ａには，各ポンプシリンダ５６の上端面に開口する小径のロッド孔６０及び，このロッド孔６０の上端に連なる大径孔６１とが設けられ，各ポンププランジャ５７の上端から延出したロッド５７ａが上記ロッド孔６０を摺動自在に貫通し，上記大径孔６１においてロッド５７ａの上端に大径のストッパ端部が形成され，このストッパ端部５７ｂが大径孔６１の底部に当接することで，ポンププランジャ５７がポンプシリンダ５６から最大に突出してポンプ室５８を最大に拡張する吸入動作限界が規制される。またポンププランジャ５７は，ピストンインナ５ａが第２回転カム板１７₂ に近接するとき，第２回転カム板１７₂ のカム山１７₂ ａによって吐出動作，即ちポンプ室５８を圧縮する吐出動作が付与される。前記オイルポンプ４６の吐出圧力は，補助ポンプ５５の吐出圧力より低く設定される。

次に，この実施例の作用について説明する。
［高圧縮比位置から低圧縮比位置への切り換え（図１３参照）］
いま，図１３の（ａ）に示すように，ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに保持されているとする。即ち，第１カム機構１５₁ では，上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが互いに頂面を対向させた軸方向拡張状態にあると共に，第２カム機構１５₂ では上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａを互いに噛み合わせた軸方向収縮状態にある。

そこで，例えば内燃機関Ｅの急加速運転に際して，ノッキングが発生し易い状態になると，運転状態判別手段４８が機関を低圧縮比状態にすべきとして，切換弁４５を図１に示すように非通電状態にして，油路４４を油溜め４７に開放する。これにより，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の油圧室２５₁ ，２５₂ は，何れも油室４１及び油路４４を通して油溜め４７に開放されるので，第１アクチュエータ２０₁ では，戻しプランジャ２４₁ が戻しばね２７₁ の付勢力で受圧ピン２８₁ を押圧して，第１回転カム板１７₁ を第１回転位置Ａへ回転しようとし，また第２アクチュエータ２０₂ では，戻しプランジャ２４₂ が戻しばね２７₂ の付勢力で受圧ピン２８₂ を押圧して，第２回転カム板１７₂ を第３回転位置Ｃへ回転しようとする。

そこで，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に，これらを相互に離反させる自然外力が作用するとき，例えば排気行程の終期から吸気行程にかけてピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して上方へ離反する方向の慣性力を持つとき，ピストンアウタ５ｂはピストンインナ５ａに対して浮動状態となり，第１カム機構１５₁ はピストンインナ５ａピストンインナ５ａ間のスラスト荷重から開放されるため，第１回転カム板１７₁ は，第１アクチュエータ２０₁ の戻しばね２７₁ の付勢力により受圧ピン２８₁ を介して第１回転位置Ａへ素早く回転する（図８参照）。

その結果，図１３の（ｂ）に示すように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａは互いに半ピッチずらした噛み合い可能の配置となる。

次に，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に，これらを相互に近接させる自然外力が作用するとき，例えば吸入行程終期から圧縮行程にかけてピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して近接する方向の慣性力を持つとき，ピストンアウタ５ｂは，図１３の（ｃ）のように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａを互いに噛み合せながら，即ち第１カム機構１５₁ を軸方向に収縮させながら，ピストンインナ５ａに対して相対的に下降し，低圧縮比位置Ｌを占めることになる。

このようにピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して相対的に下降すると，第２カム機構１５₂ では，第２固定カム１６₂ に対して第２回転カム板１７₂ が下降することになり，それに伴ない上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａが噛み合い状態から解放され
，したがって第１カム機構１５₂ はピストンインナ５ａピストンインナ５ａ間のスラスト荷重から開放されるため，第２回転カム板１７₂ は第２アクチュエータ２０₂ の戻しばね２７₂ の付勢力により受圧ピン２８₂ を介して第３回転位置Ｃへ素早く回転する（図１１参照）。

その結果，図１３の（ｄ）に示すように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａは互いに平坦な頂面を当接対向させる。このような第２カム機構１５₂ の軸方向拡張作用により，第２軸方向間隔Ｓ₂ は増加して，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌを保持することになる。

かくして，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂは，軸方向収縮状態の第１カム機構１５₁ と，軸方向拡張状態の第２カム機構１５₂ とにより，ピストンアウタ５ｂを低圧縮比位置Ｌに保持しつゝ強固に連結され，内燃機関Ｅを低圧縮比状態にすることができる。
［低圧縮比位置から高圧縮比位置への切り換え（図１４参照）］
次に，例えば内燃機関Ｅの高速運転時，運転状態判別手段４８が機関を高圧縮比状態にすべきとして，切換弁４５を通電状態にして，油路４４をオイルポンプ４６に接続すると，オイルポンプ４６の吐出油圧が油路４４及び油室４１を通して全油圧室２５₁ ，２５₂ に供給されるので，第１アクチュエータ２０₁ では，作動プランジャ２３₁ が第１油圧室２５₁ の油圧を受けて受圧ピン２８₁ を介して第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂに向かって回転しようとし，第２アクチュエータ２０₂ では，作動プランジャ２３₂ が第２油圧室２５₂ の油圧を受けて受圧ピン２８₂ を介して第２回転カム板１７₂ を第４回転位置Ｄに向かって回転しようとする。

また第１アクチュエータ２０₁ の第１油圧室２５₁ に供給された油圧は，即座に連通路５９を通して補助ポンプ５５のポンプ室５８に供給されて，ポンププランジャ５７をピストンインナ５ａの下方に突出させるので，第１アクチュエータ２０₁ の作動に先行して，補助ポンプ５５は吸入状態となる（図３参照）。

そこで，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に，これらを相互に近接させる自然外力が作用するとき，例えば膨張行程時，燃焼圧力によりピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対する押圧荷重を受けるとき，ピストンインナ５ａ及び止環１８間に介装された第２カム機構１５₂ がスラスト荷重から解放される。したがって，先ず第２回転カム板１７₂ が第２アクチュエータ２０₂ の作動プランジャ２３₂ の油圧による押圧力により受圧ピン２８₂ を介して第４回転位置Ｄへ素早く回転する（図１２参照）。

その結果，図１４の（ｂ）に示すように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａは互いに半ピッチずらした噛み合い可能の配置となる。

次に，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に，これらを相互に離反させる自然外力が作用するとき，例えば排気行程の終期から吸気行程にかけてピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して上方へ離反する方向の慣性力を持つとき，ピストンアウタ５ｂは，図１４の（ｃ）のように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａを互いに噛み合せながら，即ち第２カム機構１５₁ を軸方向に収縮させながら，ピストンインナ５ａに対して相対的に上昇し，高圧縮比位置Ｈを占めることになる。

このとき，図４に示すように，補助ポンプ５５では，ポンププランジャ５７が第２カム機構１５₂ の下側のカム山１７₂ ａにより上方へ押圧され，吐出動作が強力に与えられるので，ポンプ室５８が吐出した高油圧は連通路５９を通して第１アクチュエータ２０₁ の第１油圧室２５₁ に供給され，これにより該第１油圧室２５₁ の圧力は，先刻，オイルポンプ４６から油圧を供給されたとき以上に昇圧して，作動プランジャ２３₁ を第１回転カム板１７₁ の第２回転位置Ｂ側に強力に押圧することになる。

したがって，ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに達するに伴ない，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが噛み合い状態から解放されるや否や，第１アクチュエータ２０₁ の作動プランジャ２３₁ は，オイルポンプ４６の吐出圧力のみによる場合より数倍も早く，受圧ピン２８₂ を介して第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂへ回転させることができる（図９参照）。

その結果，図１３の（ｄ）に示すように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａは互いに平坦な頂面を当接対向させる。このような第１カム機構１５₁ の軸方向拡張作用によれば，第１軸方向間隔Ｓ₁ は増加して，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈを保持することになる。そして補助ポンプ５５の吐出動作後も，第１油圧室２５₁ には，オイルポンプ４６の吐出油圧が継続的に供給されるから，第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂに確実に保持し続けることができる。

かくして，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂは，軸方向拡張状態の第１カム機構１５₁ と，軸方向収縮状態の第２カム機構１５₂ とにより，ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持しつゝ強固に連結され，内燃機関Ｅを高圧縮比状態にすることができる。

上記のように，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈへの切り換えの際には，第１アクチュエータ２０₁ の油圧室２５₁ に，オイルポンプ４６の吐出油圧の他に，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの軸方向相対移動により強力に作動されるプランジャ型の補助ポンプ５５の高い吐出油圧が供給されるので，第１アクチュエータ２０₁ の初動が補助ポンプ５５の高い吐出油圧に依存することで，機関が高回転状態になるにつれて第１回転カム板１７₁ の応答性を高めることができる。また第１アクチュエータ２０₁ の作動状態は，オイルポンプ４６の吐出油圧に依存することで継続的に保持される。この第１アクチュエータ２０₁ の作動状態の保持には，特別高い油圧を必要としないから，オイルポンプ４６は，比較的低圧の潤滑用ポンプの使用が可能となり，経済的であると共に消費エネルギの節減を図ることができる。

また補助ポンプ５５の作動油として，オイルポンプ４６が第１アクチュエータ２０₁ に供給する作動油を利用すべく，補助ポンプ５５のポンプ室５８を第１油圧室２５₁ に連通路５９を介して接続したので，補助ポンプ５５の油圧回路を簡単に構成することができる。

また補助ポンプ５５では，第２カム機構１５₂ の下側のカム山１７₂ ａにより吐出動作を付与されるとき減衰力を発生するので，この減衰力により第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａの噛み合い衝撃を緩和し，それらの耐久性の向上を図ることができる。

ところで，第１回転カム板１７₁ は，押さえ板１３によりピストンインナ５ａに軸方向移動不能に支持され，また第２回転カム板１７₂ は，止環１８と肩部１９とによりピストンアウタ５ｂに軸方向移動不能に支持されて，それぞれ軸方向に遊ぶことがなく，したがって第１カム機構１５₁ 及び第２カム機構１５₂ が，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂの慣性力の差等の外力を利用して交互に拡張・収縮する際には，第１固定カム１６₁ と第１回転カム板１７₁ ，第２固定カム１６₂ と第２回転カム板１７₂ のそれぞれの相互干渉を確実に回避して，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の駆動力による各回転カム板１７₁ ，１７₂ の所望回転位置への回転を確実にさせ，ピストンアウタ５ｂを所望の低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈに確実に保持することができる。

またピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈの何れにあっても，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂは，常に第１及び第２カム機構１５₁ ，１５₂ を介して軸方向に強固に連結されるので，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間に働くスラスト荷重を常に第１及び第２カム機構１５₁ ，１５₂ の何れ一方に機械的に負担させ，ピストン強度を効果的に高めることができ，のみならず，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の小容量化，延いてはコンパクト化が可能となる。

特に，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移動には，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの慣性力の差，ピストンアウタ５ｂのシリンダボア内面との摺動抵抗，燃焼室４ａ側の負圧及び正圧等の外力を有効に利用可能であるから，また第１及び第２カム板１７₁ ，１７₂ を回転させる第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ は，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂから受けるスラスト荷重がゼロ若しくは極めて小さいから，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の負荷を下げ得て，それらの小容量化，延いてはコンパクト化を一層図ることができる。

またピストンアウタ５ｂは，低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間を移動する際，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの嵌合面に形成されて互いに摺動自在に係合するスプライン歯１１ａ及びスプライン溝１１ｂにより，ピストンインナ５ａに対する回転が拘束されているから，燃焼室４ａに臨むピストンアウタ５ｂのヘッド部５ｂｈの形状を燃焼室４ａの形状に対応させて，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈでの圧縮比を効果的に高めることができ，したがって図示例のようなペントルーフ型燃焼室４ａの採用が可能となる。

また第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ は，それぞれ油圧室２５₁ ，２５₂ ，作動プランジャ２３₁ ，２３₂ と，戻しばね２７₁ ，２７₂ と，戻しプランジャ２４₁ ，２４₂ とで構成されるので，各１組のアクチュエータ２０₁ ，２０₂ につき油圧室２５₁ ，２５₂ が１室で足り，その上，作動プランジャ２３₁ ，２３₂ 及び戻しプランジャ２４₁ ，２４₂ はピストンインナ５ａに設けられる共通のシリンダ孔２１₁ ，２１₂ に嵌装されるので，これら第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の構成の簡素化を図ることができる。

また第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ は，第１及び第２回転カム板１７₁ ，１７₂ の回転軸線周りに複数組等間隔に配設されるので，第１及び第２回転カム板１７₁ ，１７₂ に偏荷重を与えることなく，これらを自己の軸線周りにスムーズに回動することができ，しかも複数組の第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の総合出力は大きいことから，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の小容量化，延いてはコンパクト化を図ることができる。

また第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ において，各作動及び戻しプランジャ２３₁ ，２４₁ ；２３₂ ，２４₂ の軸線は，各受圧ピン２８₁ ，２８₂ の軸線を横切る，第１及び第２回転カム板１７₁ ，１７₂ の半径線に対して略直角に交差するように配置されるから，作動及び戻しプランジャ２３₁ ，２４₁ ；２３₂ ，２４₂ の押圧力を受圧ピン２８₁ ，２８₂ を介して第１及び第２回転カム板１７₁ ，１７₂ に効率良く伝達することができ，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ のコンパクト化に寄与し得る。

また作動及び戻しプランジャ２３₁ ，２４₁ ；２３₂ ，２４₂ の各端面と，受圧ピン２８₁ ，２８₂ の円筒状外周面とは線接触で接触するので，その接触面積は比較的広く，面圧の低減を図り，耐久性の向上に寄与し得る。

また第１アクチュエータ２０₁ は，その油圧作動時に第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂに作動し，また第２アクチュエータ２０₂ は，その油圧作動時に第２回転カム板１７₂ を第４回転位置Ｄに作動するようになっているので，油圧系の万一の失陥時には，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の戻しばね２７₁ ，２７₂ の作用により，自動的にピストンアウタ５ｂを低圧縮比位置Ｌに作動，保持することができる。

また第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の両油圧室２５₁ ，２５₂ に対して共通の制御弁４５により作動油圧の供給及び解放が行われるので，油圧制御系の簡素化をもたらし，コストの低減を図ることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

例えば，上記実施例では，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの軸方向相対移動を，ピストンインナ５ａと，ピストンアウタ５ｂに連結した第２回転カム板１７₂ との軸方向相対移動として捉え，それを利用して補助ポンプ５５を作動するようにして，その吐出圧力を第１アクチュエータ２０₁ の油圧室２５₁ に供給するようにしたが，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの軸方向相対移動を直接利用して補助ポンプ５５を作動するようにして，その吐出圧力を第２アクチュエータ２０₂ の油圧室２５₂ に供給することもできる。また上記実施例の装置では，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の不作動時，即ち戻しばね２７₁ ，２７₂ の付勢力による作動プランジャ２３₁ ，２３₂ の後退時にピストンアウタ５ｂを低圧縮比位置に制御するようにして低圧縮比重視型に構成したが，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の不作動時にピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置に制御するようにして，高圧縮比重視型に構成することもできる。

具体的には，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ において，それぞれの油圧室２５₁ ，２５₂ 及び作動プランジャ２３₁ ，２３₂ と，戻しばね２７₁ ，２７₂ 及び戻しプランジャ２４₁ ，２４₂ との配置を逆にし，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間の軸方向相対移動に応動する補助ポンプ５５の吐出圧力を第２アクチュエータ２０₂ の油圧室２５₂ に供給することもできる。こうすれば，特に，ピストン５の下降時の，下向き慣性力によるコンロッド７内を経由する，オイルポンプ４６の吐出圧力の低下に対し，吸気行程終期に作動する第２アクチュエータ２０₂ の作動プランジャ２３₂ に補助ポンプ５５の吐出圧力を付加して，第２回動カム板１７₂ の第３回転位置Ｃへの素早い回転を加速することができる。

また第２アクチュエータ２０₂ において，油圧室２５₂ 及び作動プランジャ２３₂ と，戻しばね２７₂ 及び戻しプランジャ２４₂ との配置を逆にして，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間の軸方向相対移動に応動する別の補助ポンプと，オイルポンプ４６からの油路と切換弁とを別に設け，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ に補助ポンプの吐出圧力を供給することもできる。これによれば，オイルポンプ４６の更なる低圧化が可能となり，消費エネルギの節減を図ることができる。

本発明に係る圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図。 図１の要部拡大図。 図２の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。 高圧縮比状態を示す，図３との対応図。 図３の５−５線拡大断面図。 図３の６−６線拡大断面図。 図３の７−７線拡大断面図。 図３の８−８線拡大断面図。 図４の９−９線拡大断面図。 図３の１０−１０線拡大断面図。 図３の１１−１１線拡大断面図。 図４の１２−１２線拡大断面図。 高圧縮比状態から低圧縮比状態への切り換え作用説明図。 低圧縮比状態から高圧縮比状態への切り換え作用図。

符号の説明

Ａ・・・・・・・リフト部材のリフト解除位置（第１回転カム板の第１回転位置）
Ｂ・・・・・・・リフト部材のリフト位置（第１回転カム板の第２回転位置）
Ｅ・・・・・・・内燃機関
Ｈ・・・・・・・ピストンアウタの高圧縮比位置
Ｌ・・・・・・・ピストンアウタの低圧縮比位置
５・・・・・・・ピストン
５ａ・・・・・・ピストンインナ
５ｂ・・・・・・ピストンアウタ
６・・・・・・・ピストンピン
７・・・・・・・コンロッド
１７₁ ・・・・・リフト部材（第１回転カム板）
２０₁ ・・・・・アクチュエータ（第１アクチュエータ）
４５・・・・・・切換弁
４６・・・・・・オイルポンプ
４７・・・・・・油溜め
５５・・・・・・補助ポンプ
５８・・・・・・ポンプ室

Claims (4)

1. コンロッド（７）にピストンピン（６）を介して連結されるピストンインナ（５ａ）と，このピストンインナ（５ａ）の外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室（４ａ）に臨ませながら，前記ピストンインナ（５ａ）寄りの低圧縮比位置（Ｌ）及び燃焼室（４ａ）寄りの高圧縮比位置（Ｈ）間を移動し得るピストンアウタ（５ｂ）とでピストン（５）を構成し，そのピストンインナ（５ａ）に，ピストンアウタ（５ｂ）の低圧縮比位置（Ｌ）への移動を許容するリフト解除位置（Ａ）及び，ピストンアウタ（５ｂ）を高圧縮比位置（Ｈ）に保持するリフト位置（Ｂ）間を移動し得るリフト部材（１７₁ ）を設け，このリフト部材（１７₁ ）に，それを前記リフト解除位置（Ａ）及びリフト位置（Ｂ）に作動する油圧式のアクチュエータ（２０₁ ）を連結し，このアクチュエータ（２０₁ ）の油圧室（２５₁ ）を切換弁（４５）を介してオイルポンプ（４６）及び油溜め（４７）に接続した，内燃機関の圧縮比可変装置において，
   ピストンインナ（５ａ）及びピストンアウタ（５ｂ）間に，これらの軸方向相対移動に応動して油圧を吐出する補助ポンプ（５５）を構成し，この補助ポンプ（５５）の吐出油圧を前記アクチュエータ（２０₁ ）の油圧室（２５₁ ）に供給することを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記補助ポンプ（５５）を，ピストンインナ（５ａ）及びピストンアウタ（５ｂ）の軸方向相対移動時の衝撃を緩和する緩衝機能を持つプランジャポンプで構成したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記補助ポンプ（５５）は，前記切換弁（４５）によりオイルポンプ（４６）が前記アクチュエータ（２０₁ ）の油圧室（２５₁ ）に接続されたときポンプ室（５８）に作動油を導入し，その直後に生起するピストンインナ（５ａ）及びピストンアウタ（５ｂ）の軸方向相対移動により吐出動作をして，その吐出油圧により前記アクチュエータ（２０₁ ）を作動することを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
4. 請求項３記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記オイルポンプ（４６）の吐出圧力を前記補助ポンプ（５５）の吐出圧力より低く設定すると共に，該補助ポンプ（５５）のポンプ室（５８）を前記アクチュエータ（２０₁ ）の油圧室（２５₁ ）に連通したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
   

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