JP2516643B2 - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関の圧縮比可変装置の改良に関す
る。

従来の技術 この種従来における内燃機関の圧縮比可変装置として
は、例えば第３図に示すようなものが知られている（実
開昭58−25637号公報参照）。概略を説明すれば、コン
ロッド１に連結されたピストンピン２に、インナピスト
ン３が固定されていると共に、該インナピストン３の外
側には軸方向へ摺動可能なアウタピストン４が配置され
ている。また、アウタピストン４とインナピストン３の
上部との間には上部液室５が、アウタピストン４の下部
内周に螺着された円環部６とインナピストン３との間に
は、下部液室７が夫々形成されており、各液室5,7に
は、油圧回路８の途中に配置されたスプール弁９や、各
スプリング10a,11aによって閉方向に付勢された逆止弁1
0,11を介して圧油が供給され、互いの容積変化に伴って
アウタピストン４を上下に移動させるようになってい
る。更に、上記スプール弁９は、機関の運転条件を検知
するセンサ12,12やその信号から加圧装置13に命令を出
す制御回路14などによって制御されている。

そして、機関低負荷時あるいは低回転時などにおいて
圧縮比を高める場合は、各センサ12,12からの信号を入
力した制御回路14が加圧装置14に出力して、該加圧装置
14の加圧を強め、オイルパン15内の圧油が油通路8a→8b
→8cに達し、ここでスプリング10aのばね力に抗して逆
止弁10を押し上げて上部液室５内に流入する一方、圧油
が油通路8bを介してスプール弁９をスプリング9aに抗し
て、右方向へ押圧する。

したがって、油通路8dが閉塞され、下部液室７内の圧
油は油通路8e,8fを通って外部へ流出するため、上部液
室５内の圧油量の増加に伴ってアウタピストン４が上方
に持ち上げられ圧縮比が高められる。

一方、機関高負荷時あるいは高回転時などで圧縮比を
下げる場合は、加圧装置13の加圧力を弱め油通路8b,8c
内の油圧を低下させ、スプリング10aの付勢力によって
逆止弁10が油通路8cを閉じ、スプール弁９が左方向に移
動して油通路8fを閉じ、油通路8d,8eが接続される。し
たがって上部液室５内の圧油の略全部が、逆止弁11によ
って逆流することなく下部液室７に流入し、アウタピス
トン４が下がり低圧縮比状態を得るようになっている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の圧縮比可変装置にあって
は、上記のように機関運転状態が高負荷時などで低圧縮
比状態を得る場合には、まず各センサ12,12からの信号
を制御回路14が入力して、ここから加圧装置13に出力
し、次にこの加圧装置13の加圧を弱めて油通路8b,8c内
の油圧を低下させるなど複数の過程を経て初めて低圧縮
比状態を得るようになっている。このため、特に低負荷
状態から急加速して高負荷状態になった場合などにあっ
ては、高圧縮比状態から低圧縮比への切替えが運転状態
の変化に追従できず、高圧縮比状態の継続によりノッキ
ングが発生したり、あるいは斯るノッキングを防止する
ために点火時期の遅角制御を余儀なくされこれによって
出力の低下を招来するといった問題がある。

しかも、高低圧縮比の切替えつまりアウタピストン４
のインナピストン３に対する上下いずれの相対移動をコ
ンロッド１内に形成された油通路8aを通る圧油を直接利
用しているため、特に高圧縮比から低圧縮比状態への切
替えなどが不安定になる。すなわち、コンロッド１の油
通路8a内の油圧は、機関作動時においてコンロッド１の
激しい揺動運動及び上下運動による慣性力などに起因し
て油圧が絶えず変動している。このため、上記油通路8a
内の油圧で作動するスプール弁９が軸方向へ振動し、例
えば低圧縮比状態への切替えや低圧縮比状態の維持が不
安定になる。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記従来装置の問題点に鑑み案出された
もので、コンロッドにピストンピンを介して連結された
インナピストンと、該インナピストンの外周に軸方向へ
摺動可能に被嵌したアウタピストンと、該アウタピスト
ンの冠部下面と上記インナピストンの上面との間に形成
された上部液室と、外部から導入された圧油を逆止弁を
介して上記上部液室に供給する供給通路と、上記上部液
室の圧油を外部に排出する排出通路と、上記ピストンピ
ンあるいは上記インナピストンの所定内部に形成され上
記供給通路から分離した圧力室と、上記圧力室に摺動可
能に設けられて上記排出通路を開閉する開閉弁と、上記
上部液室と上記圧力室とを連通し、上記上部液室からの
信号油圧に応じて上記開閉弁を作動させる信号圧力通路
とを備えたことを特徴としている。

作用 この発明は、高圧縮比状態を得る上部液室への圧油供
給経路と、低圧縮比状態を得る信号油圧の供給経路を分
離すると共に、開閉弁を上記信号油圧となる燃焼圧力を
利用して開閉するものである。すなわち、機関低負荷時
には、所定の加圧手段によって外部から供給通路を介し
て上部液室に圧油が供給され、これに伴いアウタピスト
ンが上昇して高圧縮比状態となる。一方、高負荷時にな
った場合は、アウタピストンの冠面に高い燃焼圧力が加
わり上部液室内の油圧が高くなると、この高油圧が信号
圧力通路を通って圧力室内の開閉弁に伝達され、該開閉
弁が他の油圧変動等に影響されずに排出通路を開く方向
へ円滑に移動する。これにより、上部液室の圧油が外部
に速やかに排出され低圧縮比状態への切替えが応答性よ
く行われる。

実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図及び第２図はこの発明の係る圧縮比可変装置の
第１実施例を示し、図中21はピストンの外殻を形成し、
かつ下部内周に円環部22が螺着されたアウタピストン、
23は、コンロッド24の小端部に連結されたピストンピン
であって、このピストンピン23は、内部に段差円柱状の
作動液室25が軸方向に沿って形成されていると共に、図
中左端には該作動液室25の一端を密閉する円板状の閉塞
板26が、右端には中央に排出口27aを有する通路構成部2
7が嵌合固定されている。上記作動液室25は、中央から
僅かに右側寄りに固定された略椀状の隔壁28を介して左
側の密閉された油導入室29と右側の圧力室30とに画成さ
れており、この圧力室30には、上記排出口27aを開閉す
るスプール弁31が左右軸方向に摺動可能に収納されてい
る。

また、図中32は、上記ピストンピン23の両端部にボス
部33,33を介して固定されたインナピストンであって、
このインナピストン32の外側に上記アウタピストン21が
上下方向に摺動可能に被嵌している。また、アウタピス
トン21の冠部下面21aとインナピストン32の上面32aとの
間に上部液室34が形成されている一方、アウタピストン
21の最大上方移動を規制する上記円環部22の上面とイン
ナピストン32の下面との間に円環状の下部液室35が夫々
形成されており、この各液室34,35に油圧回路36を介し
て圧油が供給・排出されて夫々容積を相対的に変化さ
せ、アウタピストン21をインナピストン32に対して相対
的に上下動させるようになっている。

上記油圧回路36は、コンロッド24の内部軸方向に形成
されて上記油導入室29に後述する外部からの圧油を導入
する主通路37と、ピストンピン23とインナピストン32に
上下方向に沿って貫通形成されて圧油を油導入室29から
上部液室34に供給する供給通路38と、該供給通路38のコ
ンロッド24を中心とした右側対称位置に略平行に貫通形
成されて上部液室34内の圧油を圧力室30と排出口27a及
びアウタピストン21側部の通孔21bを介して外部に排出
する排出通路39と、上記供給通路38のピストンピン23を
挟んだ下部位置に形成されて油導入室29の圧油を下部液
室35に供給する第１油通路40と、インナピストン32の図
中右端側に上下方向に沿って形成されて上部液室34内の
圧油を下部液室35に供給する第２油通路41と、インナピ
ストン32の図中左端側に上下方向に沿って形成されて、
下部液室35内の圧油を上部液室34に排出する第３油通路
42と、上記排出通路39の左側に平行に貫通形成されて上
部液室34内の信号油圧を圧力室30内のスプール弁31に伝
達する信号圧力通路43とから構成されている。そして、
上記供給通路38と第１油通路40には、油導入室29から夫
々上部液室34または下部液室35方向へのみ圧油の流通を
許容する第1,第２逆止弁44,45が、排出通路39及び第２
油通路41には上部液室34から夫々排出口27aまたは下部
液室35方向へのみ圧油の流通を許容する第3,第４逆止弁
46,47が夫々設けられており、該第１〜第４逆止弁44〜4
7はチェックボール44a,45a,46a,47aが前後の油圧によっ
て開閉するようになっている。尚、逆止弁を有しない第
３油通路42は、他の油通路よりも通路断面積が小さく形
成されている。

更に、上記スプール弁31は、圧力室30内を摺動する左
端側のフランジ状摺動部31aと、排出通路39の一端を開
閉する右端側の比較的小径な円柱状の弁体31bと、該弁
体31bと摺動部31aとの間に位置し、信号圧力通路43から
の油圧信号を伝受する段差円環状の受圧部31cとを備え
ている。また、スプール弁31は、摺動部31a側の開口部
内端面と隔壁28との間に装着された圧縮スプリング48に
よって図中右方向つまり排出通路39を閉塞する位置に付
勢されており、その右方向への最大移動位置は通路構成
部27によって規制されている。

上記圧縮スプリング48のセット荷重は、膨張行程時に
アウタピストン21の冠面に作用する燃焼圧力との相対関
係によって決定され、高負荷時の高い燃焼圧力が受圧部
31cに作用した時点ではじめて短縮するように設定され
ている。

尚、インナピストン32の外部外周及び下部外周には、
該インナピストン32とアウタピストン21あるいは円環部
22との摺動部位のクリアランスから外部に圧油の洩れを
防止するシールリング49,50が設けられている。図中51,
51は、ピストンピン23の軸方向への移動を規制するスト
ッパリングである。

そして、上記主通路37には、機関回転と同期する一般
的な機械式オイルポンプ（図示せず）によってオイルパ
ン内の機関潤滑油が圧送されるようになっている。

以下、この実施例の作用について説明する。まず、機
関始動時や低負荷時には、オイルポンプによって比較的
低圧力の圧油が主通路37から油導入室29に送られ、ここ
から供給通路38とこの油圧で開かれた第１逆止弁44を通
って上部液室34に供給される。この時点では、アウタピ
ストン21の冠面に作用する燃焼圧力が比較的小さく、信
号圧力通路43を介してスプール弁31の受圧部31cに伝達
される信号油圧も小さいため、スプール弁31の弁体31b
が、第１図に示すように圧縮スプリング48のばね力によ
って排出通路39を閉塞しているので、上部液室34の容積
が速やかに増大する一方、これに同伴した形で下部液室
35内の圧油が第３油通路42を介して上部液室34内に排出
される。これにより、アウタピストン21がインナピスト
ン32から速やかに上昇し、高圧縮比状態を応答性よく確
保できる。

ここで、圧縮行程若しくは膨張行程時に、アウタピス
トン21の冠面に圧縮圧力あるいは燃焼圧力が作用して
も、第１逆止弁44によって圧油の逆流が防止される。一
方、第３油通路42は、逆止弁を有しないため、ここを通
って上部液室34の圧油が下部液室35へ僅かに逆流する
が、これも排気行程時にアウタピストン21が慣性力によ
って上昇した際に、供給通路38から上部液室34内に補給
されるため、高圧縮比状態が十分に維持できる。また、
上記のように機関サイクル変動に伴い下部液室35に第３
油通路42を介して圧油が僅かに給・排されても、該第３
油通路42は外部に連通しておらず、上部液室34に直接連
通しているため、下部液室35への空気の混入が確実に防
止される。この結果、後述の低圧縮比状態においても機
関サイクル変動に伴うアウタピストン21の不安定な挙動
が十分に防止できる。

尚、ここで、上部液室34へ圧油を供給する際に、従来
のようにスプール弁を油圧によって作動させる必要がな
く、単に第１逆止弁44のチェックボール44aを小さな油
圧で開くだけであるから一般的なオイルポンプの併用が
可能となりコスト面で有利となる。

一方、高負荷時などには、膨張行程時の初期における
高い燃焼圧力がアウタピストン21の冠面に作用し上部液
室34内の圧力が高まると、第２図に示すようにその油圧
が信号圧力通路43から圧力室30を介してスプール弁31の
受圧部31cに伝達される。このため、スプール弁31が圧
縮スプリング48のばね圧に抗して図中左方向へ瞬時に移
動し、排出通路39を開く。したがって、上部液室34内の
圧油が排出通路39及び排出口27aを通って通孔21bから外
部に速やかに排出される。依って、上部液室34の容積が
速やかに減少し、アウタピストン21が下降し、低圧縮比
状態が応答性よく確保できる。しかも、下部液室35に
は、上部液室34の圧油の排出と同時に油導入室29及び上
部液室34内の圧油が第１油通路40と第２油通路41の２つ
の油通路を通って第2,第４逆止弁45,47を開きながら急
速に供給されるため、上記の高圧縮比状態から低圧縮比
状態への切替え応答性が一層向上する。また、下部液室
35の圧油の供給速度が早くなることにより、下部液室35
内に負圧が発生せず、したがって外部からの空気の混入
が防止される。

また、油導入室29と圧力室30とが隔壁28によって互い
の連通が遮断されているため、たとえコンロッド24の上
下，揺動運動に基因して油導入室29内の油圧が変動して
もスプール弁31は何んら影響されない。したがって、軸
方向への常時円滑な移動性が得られ、高圧縮比から低圧
縮比状態への切替えが良好になるばかりか低圧縮比状態
を安定かつ確実に維持できる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機
関の圧縮比可変装置によれば、開閉弁をアウタピストン
に加わる燃焼圧力によって創成される信号油圧によって
作動するように構成したため、特に高圧縮比状態から低
圧縮比状態への切替え応答性が極めて良好となり、した
がって高負荷時等のノッキングが十分に防止される。

しかも、高圧縮比状態を得る上部液室への圧油の供給
経路と、低圧縮比状態を得る上記信号油圧の供給経路と
を別個独立に形成したため、開閉弁が上記上部液室の圧
油供給経路中の油圧変動に何んらの影響を受けることが
ない。この結果、開閉弁の安定かつ円滑な移動性が得ら
れ、上記低圧縮比状態への切替え応答性が一層良好にな
るばかりか、低圧縮比状態を安定かつ確実に維持でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における高圧縮比状態を示
す要部断面図、第２図はこの実施例の低圧縮比状態を示
す要部断面図、第３図は従来の圧縮比可変装置を示す全
体構成図である。 21……アウタピストン、21a……冠部下面、23……ピス
トンピン、24……コンロッド、30……圧力室、31……ス
プール弁（開閉弁）、32……インナピストン、32a……
上面、34……上部液室、38……供給通路、39……排出通
路、43……信号圧力通路、44……第１逆止弁。

フロントページの続き (72)発明者 高島 安雄 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内 (72)発明者 原 誠之助 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内 (72)発明者 松屋 辰之 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−266137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−69728（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−191252（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−108537（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−25637（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−22182（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンロッドにピストンピンを介して連結さ
   れたインナピストンと、該インナピストンの外周に軸方
   向へ摺動可能に被嵌したアウタピストンと、該アウタピ
   ストンの冠部下面と上記インナピストンの上面との間に
   形成された上部液室と、外部から導入された圧油を逆止
   弁を介して上記上部液室に供給する供給通路と、上記上
   部液室の圧油を外部に排出する排出通路と、上記ピスト
   ンピンあるいは上記インナピストンの所定内部に形成さ
   れ上記供給通路から分離した圧力室と、上記圧力室に摺
   動可能に設けられて上記排出通路を開閉する開閉弁と、
   上記上部液室と上記圧力室とを連通し、上記上部液室か
   らの信号油圧に応じて上記開閉弁を作動させる信号圧力
   通路とを備えたことを特徴とする内燃機関の圧縮比可変
   装置。