JP2563381B2 - 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４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13に出力して、該加圧装置13の加圧を強め、オイルパ
ン15内の圧油が油連路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,8r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には、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8
cを閉じ、スプール弁９が左方向に移動して油通路8fを
閉じると共に油通路8d,8eを接続する。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創成す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は、高負荷
域から低負荷域への運転変化に伴い低圧縮比状態から高
圧縮比状態に切り替わる際に、下部液室７内の圧油が上
述のように、油通路8eから油通路8fを通って外部（大
気）に排出されるようになっているものの、斯る各油通
路8e,8fは圧縮比の切り替え中に大気開放状態になって
いる。このため、例えば吸入行程から圧縮行程に移る時
などにおいてアウタピストン４に対し下方向への力が作
用し、下部液室７の容積が一時的に大きくなると、該下
部液室７内に各油通路8e,8fを介して逆に空気が流入し
てしまう。この結果、下部液室７内の激しい容積変化に
よりアウタピストン４の挙動が極めて不安定になるばか
りか、円環部６とインナピストン３が干渉するといった
問題がある。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたも
ので、ピストンピンの両端部に支持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、該アウタピストンと上記イン
ナピストンとの間に夫々形成された上部液室及び下部液
室とを有し、該各上下部液室に油圧回路を介して油を供
給して上記アウタピストンをインナピストンに対して相
対移動させるようにした圧縮比可変装置であって、上記
油圧回路は、上記上部液室と下部液室とを連通する連通
路と、上記下部液室内の圧油を外部に排出する排出通路
と、前記アウタピストンが下方向へ相対移動可能な状態
において、該アウタピストンに下方向への力が作用した
際に前記排出通路を閉塞する逆止弁とを備えたことを特
徴としている。

作用 上記構成を有するこの発明によれば、高圧縮比状態に
あるアウタピストンの高負荷時の高い燃焼圧力が作用す
ると、上記液案内の油圧が高くなり、その圧油が連通路
を介して下部液室に供給される。したがって上部液室の
容積が小さくなる一方下部液室の容積が速やかに増加す
ると同時に、下部液室内の余剰油が逆止弁を経て排出通
路から外部に排出される。このため、高圧縮比状態から
低圧縮比状態への切り替え応答性が良好となる。

一方、斯る低圧縮比状態から運転状態を変化して低負
荷域になり、アウタピストンに対する燃焼圧力が低下す
ると、アウタピストンの機関のサイクル変動つまり排気
行程から吸入行程に移る時などに上方への慣性力が作用
した時点で下部液室内の油圧が高くなって、その油圧が
連通路を介して上部液室に供給される。したがって、上
述とは逆に下部液室の容積が小さくなる一方上部液室の
容積が速やかに増加し、高圧縮比状態への切り替えの応
答性が良好となる。しかも、この高圧縮比状態時に、吸
入行程から圧縮行程に移る時などにおいてアウタピスト
ンに下方向への力が作用して下部液室が瞬間的に膨張し
ようとすると、排出通路が逆止弁によって閉塞されるた
め、外部から下部液室への空気の混入が確実に防止され
る。

実施例 以下、この発明の一実施例を第１図及び第２図に基づ
いて詳述する。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に連結されたピストンであって、このピス
トンピン23は、内部に略円柱状の作動油室25が形成され
ていると共に、両端部には、上記作動油室25の両端を液
密的に閉塞する円板状の閉塞板26a,26bが嵌合固定され
ている。また、図中27は、第２図にも示すように、この
ピストンピン23にボス部28,28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27の外側に上
記アウタピストン21が軸方向に摺動可能に被間してい
る。また、このアウタピストン21のインナピストン27に
対する上方移動に伴い該アウタピストン21の冠部下面21
aとインナピストン27の上面27aとの間に上部液室29が形
成されている一方、下方移動に伴いアウタピストン21の
内側側面及び該アウタピストン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27の下部下面
との間に円環状の下部液室30が形成されており、この各
液室29,30に油圧回路31を介して圧油を供給・排出して
容積を変化させ、アウタピストン21がインナピストン27
に対して上下動するようになっている。

上記油圧回路31は、コンロッド24の内部軸方向に形成
されて上記作動油室25に連通する主通路32と、ピストン
ピン23とインナピストン27に上下方向に沿って貫通形成
されて圧油を作動油室25から上部液室29に供給する供給
通路33と、該供給通路33の図中右側位置に平行に形成さ
れて上部液室29と下部液室30とを連通する連通路34と、
該連通路34のコンロッド24を挟んだ図中左側略対称位置
に上下に貫通形成されて上部液室29内の圧油を下部液室
30に導入する第１導入通路35と、ピストン23の下壁とボ
ス部28との各内部に略Ｌ字形状に屈曲形成されて作動油
室25内の圧油を下部液室30に導入する第２導入通路36
と、該第２導入通路36と対向するボス部28内にインナピ
ストン27の半径方向に沿って形成されて下部液室30内の
圧油を外部に排出する排出通路37とを備えている。ま
た、上記連通路34は、その通路断面積が比較的小さく設
定されている。すなわち、後述するようにアウタピスト
ン21がインナピストン27から相対的に下降して低圧縮比
状態を創成している時点で、第３図に示すような機関１
サイクル中における排気行程の後半に上方への慣性力が
作用した場合でも、下部液室30内の圧油が連通路34を介
して上部液室29に大量に流入しない、つまり高圧縮比へ
切り替わらないようにその通路断面積が設定されている
（第３図実線参照）。更に、上記主通路32及び供給通路
33には、夫々主通路32から作動油室25あるいは作動油室
25から上部液室29にのみ圧油の流入を許容する第1,第２
逆止弁38,39が設けられており、また、第1,第２導入通
路35,36にも上部液室29から下部液室30へ、あるいは作
動油室25から下部液室30へのみ圧油の流入を許容する第
3,第４逆止弁40,41が設けられている。更にまた、上記
排出通路37には、下部液室30から外部にのみ圧油の流出
を許容する第５逆止弁42が設けられている。そして、上
記第2,第3,第５逆止弁39,40,42のチェックボール39a,40
a,42aは、夫々のスプリング39b,40b,42bのばね圧で閉方
向に付勢されているが、第1,第４逆止弁38,41のチェッ
クボール38a,41aは前後油圧の大小によって開閉するよ
うになっている。

また、インナピストン27の上部外周に、上部液室29を
シールするシールリング43が設けられている一方、イン
ナピストン27の下部外周つまりアウタピストン21の下部
内周と摺動する部位及び円環部22の内周と摺動する部位
に下部液室30をシールするシールリング44,45が夫々設
けられている。尚、図中46,47はピストンピン23の両端
部を支持するストッパリングである。

更にまた、上記主通路32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などにおいて上部液室29に圧油が満
たされて高圧縮比状態になっている場合から説明すれ
ば、この時点で機関が高負荷域となりアウタピストン21
の冠面にこの高負荷時の大きな初期燃焼圧力が作用する
と上部液室29内の油圧が高くなり、その圧油が連通路34
及び第１導入通路35とこの内部の第３逆止弁40を通って
下部液室30に供給される。同時に下部液室30内に収納し
切れない余剰油が排出通路37から第５逆止弁42を経て外
部に速やかに排出される。このため、アウタピストン21
がインナピストン27に対して下降して低圧縮比状態が応
答性良く確保できる。尚、この時点では、作動油室25内
の圧油が第２導入通路36及び第４逆止弁41を介して下部
液室30に供給されるため、上記２つの油通路34,35から
の供給と相俟って下部液室30への圧油の供給作用が良好
となり、下部液室30内に負圧が発生せずしたがって空気
の混入が防止される。

ここで、機関の１サイクル中における変動つまり排気
行程から吸入行程に移る時などにアウタピストン21に上
方慣性力が作用して該アウタピストン21がインナピスト
ン27から一時的に僅かに上昇しても下部液室30内に満た
された圧油によってインナピストン27と円環部22との干
渉が防止される。また、このアウタピストン21の一時的
な上昇に伴い上部液室29には、下部液室30内の圧油が連
通路34を介して僅かに流入するが、上述の膨張行程時の
燃焼圧力により連通路34及び第１導入通路35から下部液
室30に速やかに戻されるため、低圧縮比状態が十分に維
持できると共に、上部液室29への圧油循環によってピス
トン冠部の冷却作用が得られかつ圧油の劣化が防止でき
る。

一方、機関運転状態が高負荷域から低負荷域に変化し
た場合は、アウタピストン21の冠面に作用する燃焼圧力
が低下するため排気行程から吸入行程に移る時などにア
ウタピストン21に上方慣性力が作用すると下部液室30内
の圧油が連通路34を通って上部液室29内に速やかに供給
される。同時にオイルポンプから送出された比較的低圧
力の潤滑油（圧油）が、主通路32から作動油室25に送ら
れ、ここから供給通路33とこの内部油圧で開かれた第２
逆止弁39を経て上部液室29に上記連通路34を通る圧油量
の不足分を補填する形で供給される。このため、上部液
室29の容積が速やかに増大し、これに伴いアウタピスト
ン21が上昇して第３図に破線で示すように高圧縮比状態
が応答性よく創成される。

ここで、圧縮あるいは膨張行程時にアウタピストン21
に圧縮圧あるいは燃焼圧力が作用しても供給通路33の第
２逆止弁39によって作動油室25への逆流が防止され、ま
た連通路34及び第１導入通路35から下部液室30に僅かに
逆流するが、これも排気行程から吸入行程に移る時など
におけるアウタピストン21の上方慣性力による上昇によ
って特に供給通路33から圧油が上部液室29に補給される
ため、アウタピストン21による高圧縮比状態の維持に影
響を与えることがない。

しかも、この低圧縮比状態から高圧縮比状態に切り替
わる際に、アウタピストン21に吸気行程から圧縮行程に
移る時など下方向への力が作用し下部液室30が瞬間的に
膨張しようとするが、排出通路37が第５逆止弁42によっ
て閉塞されるため、外部から下部液室30内への空気の逆
流が確実に防止される。この結果、アウタピストン21の
機関運転の伴う不安定な挙動が防止され、高圧縮比状態
及び低圧縮比状態が安定かつ確実に維持される。

また、この実施例では、高圧縮比の切り替えを従来の
ような外部からの信号油圧によって行うのではなくアウ
タピストン21に対する燃焼圧力や上方慣性力等を用いて
行うようにしているため、切替制御の応答性が良好にな
る。しかも、上記の圧縮比を切り替えるための上部液室
29あるいは下部液室30への圧油の供給を単に連通路34を
介して相互に入れ替えるようにして、従来のスプール弁
等を廃止したため、装置全体の構造が極めて簡単にな
る。更に、上部液室29へ圧油を供給する際に、従来のよ
うにオイルポンプの加圧力を高める必要がないので一般
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。

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、とりわけ上部液室と下部
液室とを連通する連通路と、上記下部液室内の圧油を外
部に排出する排出通路と、アウタピストンが下方向へ相
対移動可能な状態において、該アウタピストンに下方向
への力が作用した際に前記排出通路を閉塞する逆止弁と
を備える構成とし、低圧縮比状態から高圧縮比への切り
替えの際に下部液室の圧油を連通路を介して上部液室に
導入する一方排出通路を逆止弁によって閉塞するため、
下部液室への空気の混入が確実に防止される。この結
果、アウタピストンの挙動の不安定化が防止されると共
に、インナピストンとの干渉が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
この実施例の低圧縮比状態を示す縦断面図、第３図は上
部液室に作用する筒内圧力による圧縮比の変化を示す特
性図、第４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、23……ピストンピン、27……イ
ンナピストン、29……上部液室、30……下部液室、31…
…油圧回路、34……連通路、37……排出通路、42……第
５逆止弁（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 特公 昭48−8048（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−8047（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭55−14262（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンピンの両端部に支持されたインナ
   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、該アウタピストンと上
   記インナピストンとの間に夫々形成された上部液室及び
   下部液室とを有し、該各上下部液室に油圧回路を介して
   油を供給して上記アウタピストンをインナピストンに対
   して相対移動させるようにした圧縮比可変装置であっ
   て、 上記油圧回路は、上記上部液室と下部液室とを連通する
   連通路と、上記下部液室内の圧油を外部に排出する排出
   通路と、前期アウタピストンが下方向へ相対移動可能な
   状態において、該アウタピストンに下方向への力が作用
   した際に前記排出通路を閉塞する逆止弁とを備えたこと
   を特徴とする内燃機関の圧縮比可変装置。