JPH0116330B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の運転中において、その圧
縮比を、簡単な構造によつて応答性良く変更でき
るようにした圧縮比の可変装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

内燃機関において、その出力を向上すると共
に、燃料消費量を低減するには、圧縮比を高めれ
ば良いが、圧縮比を高めると高負荷域、低回転域
においてノツキングが発生する。このため従来の
圧縮比一定の内燃機関では、圧縮比を高負荷域、
低回転域においてノツキングが発生しない値に設
定しなければならないから、低負荷域、高回転域
において十分な出力と、十分な低燃費を出すこと
ができないのである。

そこで、先行技術としての特開昭54−20220号
公報は、燃焼室に開口する副シリンダ内に、燃焼
室の容積を増減するための副ピストンを摺動自在
に嵌挿し、該副ピストンを、当該副ピストンの背
面に形成した油圧室に対する作動油の供給・排出
にて前後移動することにより、圧縮比を変更する
ことを提案している。

そして、この先行技術の圧縮比可変装置は、副
ピストンの背面から中空状のステムを一体的に連
結し、該中空状ステムには、前記油圧室内の部位
に油圧室内の作動油を、当該中空状ステム内に流
出するようにしたスピルポートを穿設する一方、
前記中空状ステム内には、大気に連通する油路を
備えた制御棒を摺動自在に挿入し、該制御棒の摺
動操作によつて、前記スピルポートの開閉位置
を、ステムの軸方向に変位することにより、副ピ
ストンを前後移動するように構成したものである
から、圧縮比を、無段階的に変更できる利点を有
する反面、以下に述べるような問題点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、先行技術は、中空状ステムにおける
スピルポートの開閉位置を、中空状ステム内に摺
動自在に挿入した制御棒の摺動操作によつて、ス
テムの軸方向に変位するようにしたもので、前記
制御棒の摺動操作に際しては、油圧室内における
作動油の油圧が、当該制御棒の摺動操作を妨げる
ように作用し、換言すると、制御棒の摺動操作に
は、大きい力を必要として、軽い力で制御棒を摺
動操作することができないから、制御棒を摺動操
作するための機構が大型化するのである。

しかも、先行技術のものは、前記制御棒によつ
て開閉するスピルポートを、油圧室内の部分に設
けた構成にしており、換言すれば、中空状ステム
と制御棒との摺動部分は、中空状ステムにおける
奥の部分に位置しているから、前記中空状ステム
と制御棒との摺動部分を、当該摺動部分から作動
油の漏洩が無いように高精度に仕上げ加工する場
合における機械的加工が著しく困難で、この機械
的加工に要するコストが大幅の増大すると共に、
中空状ステムと制御棒との良好な摺動状態を維持
するための保守・点検が困難である点も問題であ
つた。

その上、先行技術のものは、燃焼室の圧力が吸
気行程に際して負圧（大気圧以下）になつたと
き、油圧室内に常時供給されている作動油の油圧
と燃焼室との間に大きい圧力差が発生して、副ピ
ストンが燃焼室に向つて前進動し、次の圧縮行程
において燃焼室の圧力が高くなつたとき元の位置
まで後退動すると云うように、一サイクルごとに
１回の往復運動を繰り返すので、副ピストンと副
シリンダとの摺動部、及び中空状ステムと制御棒
との摺動部における摩耗が大きく耐久性が低いの
である。

更に、この先行技術のものは、副ピストンの前
進動は、当該副ピストンの背面における油圧室か
ら作動油の流出を止めて行うために、制御棒の前
進操作によつて副ピストンを前進動するときの応
答性は良い反面、副ピストンは、吸気行程におい
て前記のように燃焼室に向つて前進動することに
より、この前進動により油圧室内に作動油が流入
するから、制御棒の後退操作によつて油圧室内に
おける作動油の流出量を増大して副ピストンを後
退する場合において、副ピストンの後退動が吸気
行程のときに前進動する分だけ遅れることにな
り、換言すると、制御棒の後退操作に対する副ピ
ストンの後退動の応答性が低くなると共に、燃焼
室の圧縮比が、前記制御棒による設定値よりも高
くなる傾向を呈するのであり、特に、これらの傾
向、つまり、副ピストンの後退動の応答性が低下
する傾向及び圧縮比が高くなる傾向は、内燃機関
の回転数が速くなるにつれて顕著に現れるのであ
つた。

そこで、前記先行技術における第３図には、副
ピストンに連結の中空状ステムに第２のピストン
を固着し、第２ピストンの前記副ピストンとの間
における油圧室を、第１油圧室と第２油圧室との
２室にする一方、前記第１油圧室内の作動油を流
出するための第１スピルポートと、前記第２油圧
室内の作動油を流出するための第２スピルポート
とを設け、副ピストンが前進動したとき、前記第
１スピルポートは開くが、第２スピルポートは閉
じるように構成することにより、吸気行程のとき
における副ピストンの前進動を防止することを提
案しているが、これでは、構造が著しく複雑にな
ると共に、大型化し、且つ、重量が増大するので
ある。

本発明は、前記先行技術のものが有するこれら
の問題を、構造の複雑化及び大型化を招来するこ
となく解消した圧縮比可変装置を提供することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため本発明は、シリンダヘ
ツドに、燃焼室に開口する副シリンダを形成し
て、該副シリンダ内に副ピストンを摺動自在に嵌
挿し、該副ピストンの背面に油圧室を形成して、
該油圧室に作動油供給用のポートを接続する一
方、前記副ピストンの背面に、前記副シリンダの
軸方向に延びるステムを連結して、該ステムの先
端を、前記シリンダヘツド上室に突出し、該ステ
ムの突出端には、前記油圧室内の作動油が流出す
るようにしたスピルポートを設け、且つ、前記ス
テムの突出端における外周には、当該ステムの後
退動によつてスピルポートが閉じステムの前進動
によつてスピルポートが開くようにしたスピル体
を、当該スピル体による前記スピルポートの開閉
位置がステムの軸方向に変位できるように相対移
動自在に被嵌し、更に、前記副ピストンに、当該
副ピストンを後退方向に付勢するばね手段を設け
る構成にした。

〔発明の作用・効果〕

このような構成において、前記スピル体を、当
該スピル体によつてスピルポートを閉じるように
移動作動すると、スピルポートからの作動油の流
出が止まるか、減少することにより、副ピストン
は、油圧室内に供給される作動油によつて燃焼室
に向かつて前進動し、この前進動は、スピルポー
トからの作動油の流出量が油圧室への作動油の供
給量と略等しくなる位置までスピルポートが開い
た時点で停止することになり、また、前記スピル
体を、当該スピル体によつて前記スピルポートを
大きく開くように移動作動すると、スピルポート
からの作動油の流出量が増大することにより、副
ピストンは、燃焼室内の圧力及びばね手段にて燃
焼室から後退動し、この後退動は、スピルポート
からの作動油の流出量と油圧室への作動油の供給
量とが略等しくなる位置までスピルポートが閉じ
ると停止することになるから、前記スピル体の移
動作動によつて、副ピストンを前進又は後退動す
ることができる。

この場合において、本発明は、前記のように、
ステムにおけるスピルポートを開閉するためのス
ピル体を、ステムの外周に対して相対移動自在に
被嵌したことにより、このスピル体の前後移動に
は、前記先行技術のように、油圧室内における作
動油の油圧が当該スピル体の前後移動を妨げるよ
うに作用することがないから、スピル体を、油圧
室内における作動油の油圧とは無関係に軽い力で
前後移動することができて、スピル体を前後移動
操作するための機構の小型化を図ることができ
る。

しかも、本発明は、ステムを、シリンダヘツド
上室に突出し、この突出端に、スピルポート及び
スピル体を設けたことにより、ステムとスピル体
との摺動部分を、スピルポートをスピル体にて完
全に閉じるようにするための高精度の機械的加工
が、前記先行技術の場合よりも遥かに容易にでき
るから、機械的加工に要するコストを低減できる
と共に、加工精度の向上を図ることができるので
あり、その上、ステムとスピル体との良好な摺動
状態を維持するための保守・点検が至極容易にで
きるのである。

その上、本発明は、前記副ピストンに対して、
当該副ピストンを後退方向に付勢するばね手段を
設けたことにより、吸気行程において燃焼室と油
圧室との間に大きい圧力差が発生した場合にこの
圧力差のために副ピストンが前進動するときの距
離を、前記ばね手段によつて小さくすることがで
きるから、副ピストンと副シリンダとの摺動部、
及びステムとスピル体との摺動部の摩耗、延いて
は、これらの耐久性を、構造の複雑化及び大型化
並びに重量の増大を招来することなく、向上でき
るのである。

更に、副ピストンに対して設けたね手段は、前
記のように吸気行程において副ピストンが前進動
するときの距離を小さくして、この前進動に際し
て油圧室内に流入する作動油の量を少なくすると
共に、副ピストンの後退動を加速するから、スピ
ル体の後退操作によつて油圧室内における作動油
のスピルポートからの流出量を増大して副ピスト
ンを後退する場合において、副ピストンの後退動
が遅れることを低減でき、換言すると、スピル体
の後退操作に対する副ピストンの後退動の応答性
を向上できると共に、圧縮比が、前記スピル体に
よる設定値よりも高くなる傾向を確実に低減でき
るのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第１図）につい
て説明すると、図において符号１はシリンダブロ
ツク、符号２はシリンダヘツド、符号３は前記シ
リンダブロツク１におけるシリンダボア４内を往
復摺動するピストン、符号５は前記シリンダヘツ
ド２の下面を凹ませて形成した燃焼室を各々示
し、該燃焼室５には、その略中心位置にシリンダ
ヘツド２に螺着した点火栓６がのぞむと共に、図
示しない吸気ポート及び排気ポートが開口してい
る。

符号７は、前記シリンダヘツド２に穿設した副
シリンダで、該副シリンダ７は下側が前記燃焼室
５に、上側がシリンダヘツド２の上面におけるシ
リンダヘツド上室に各々開口し、前記シリンダヘ
ツド２の上面には、前記副シリンダ７を塞ぐため
の蓋板８が設けられている。

符号９は、前記副シリンダ７内に摺動自在に嵌
挿した副ピストンで、該副ピストン９が燃焼室５
の方向に前進すると燃焼室５の容積が減少して圧
縮比が高くなり、副ピストン９が燃焼室５から離
れる方向に後退すると燃焼室５の容積が増大して
圧縮比が低くなるようになつており、且つ、この
副ピストン９には、当該副ピストン９を後退方向
に付勢するためのばね１０が設けられている。

また、副ピストン９の背面（燃焼室５に対して
裏側の面）には、当該副ピストン９の中心から軸
方向に延びるステム１１が連結され、該ステム１
１を、前記蓋板８を摺動自在に貫通してシリンダ
ヘツド上室に突出する一方、前記副ピストン９の
背面と前記蓋板８との間に油圧室１２を形成し、
該油圧室１２に、図示しない油圧源からの作動油
を逆止弁１３付きポート１４を介して連続的に供
給する。

更に、前記ステム１１には、油圧室１２に連通
する通路１５を備え、且つ、ステム１１がシリン
ダヘツド上室に突出する突出端部には、前記油圧
室１２内の作動油を、シリンダヘツド上室に放出
するためのスピルポート１６を穿設する。

そして、符号１７は、スピル体の一つの実施例
であるスピルリングを各々示し、該スピルリング
１７を、前記ステム１１における突出端部の外周
に摺動自在に被嵌して、ステム１１の後退動のと
きそのスピルポート１６がスピルリング１７によ
つて閉じ、ステム１１の前進動のときそのスピル
ポート１６が開くように構成する一方、前記スピ
ルリング１７を、これに係合したレバー１８の回
動にてステム１１の軸方向に移動調節するように
構成して成るものである。

この構成において、スピルリング１７を、第１
図に二点鎖線で示すように、燃焼室５の方向、つ
まりスピルポート１６を閉じる方向に前進移動操
作すれば、スピルポート１６の閉によつて当該ス
ピルポート１６からの作動油の流出が止り、逆止
弁１３付きポート１４から絶えず作動油が供給さ
れている油圧室１２の圧力が上昇するから、副ピ
ストン９は燃焼室に向かつて前進し、この前進が
スピルポート１６の開のところまで進行すると、
スピルポート１６から作動油が流出を始め、この
流出量と油圧室１２への供給量とがバランスした
時点で副ピストン９の前進が停止する。

また、スピルリング１７を、二点鎖線の位置か
ら実線の位置へと後退方向に移動操作すると、ス
ピルポート１６が全開になり流出量が増加し油圧
室１２の圧力が低下するから、副ピストン９は、
燃焼室５内の圧力及びばね１０によつて燃焼室５
から離れるように後退し、この後退がスピルポー
ト１６がスピルリング１７にて閉じるところまで
進行すると、スピルポート１６からの流出量が減
少し、その流出量が供給量とバランスした時点
で、副ピストン９の後退動が停止することにな
り、スピルリング１７の移動操作によつて、副ピ
ストン９を、無段階的に前後移動することができ
る。

従つて、この前記スピルリング１７に係合する
レバー１８を、その他端に連結したアクチエータ
１９等にて、回動することにより、圧縮比を自在
に変更することができるのである。

また、機関の爆発行程において、副ピストン９
に大きな爆発力を受けると、この爆発力にて当該
副ピストン９が若干後退してスピルポート１６が
閉じる一方、油圧室１２内の圧力が瞬間的に高く
なつて逆止弁１３が閉じて、油圧室１２の作動油
は当該油圧室１２内に閉じ込められた状態になる
から、これにより副ピストンに対する大きな爆発
力を支受するのであり、この場合において、スピ
ルポート１６が閉じるまでの間における作動油の
流出及びその後の作動油の圧力上昇が、燃焼室５
内での混合気の爆発燃焼による副ピストン９に対
する衝撃を吸収・緩和するのである。

そして、前記油圧室１２に供給する作動油とし
ては、機関における潤滑油又は自動車のパワース
テアリング機構における作動油、若しくは自動車
のオートマチツク変速装置における作動油を用い
ることができるが、機関における潤滑油を用いる
場合には、潤滑油ポンプからの潤滑油を、機関に
おける各種回転又は摺動部分に分配するメインギ
ヤラリーから前記油圧室１２への逆止弁１３付き
ポート１４に導くようにする一方、ステム１１に
おけるスピルポート１６からの流出油をシリンダ
ヘツド上室に放出し、一般的に言つて当該シリン
ダヘツド上室内に設けられている動弁機構（図示
せず）に対する潤滑油と一緒にして、シリンダブ
ロツク１の下部におけるオイルパン（図示せず）
に戻すようにすれば良いから、この構造は簡単に
なる。

また、作動油として自動車のパワーステアリン
グ機構における作動油、又は自動車のオートマチ
ツク変速装置における作動油を用いるときには、
第３図に示すように、パワーステアリング機構又
はオートマチツク変速装置における油圧ポンプか
ら分岐した通路２０を、前記油圧室１２へのポー
ト１４に接続する一方、蓋板８の外側にスピルリ
ング１７及びステム１１を覆うカバー２１を設け
て、スピルポート１６から流出する作動油を、カ
バー２１に接続した通路２２を介して、パワース
テアリング機構又はオートマチツク変速装置にお
けるオイル溜（図示せず）に戻せば良いのであ
る。パワーステアリング機構における作動油は、
その油圧ポンプの特性上から圧力が高いため、副
ピストンの作動応答性を向上できると共に、副ピ
ストンの直径を小さく小型化できる。また、オー
トマチツク変速装置における作動油は、その油圧
ポンプの特性として圧力が比較的高く、且つ、温
度の変化に対して粘性の変化が小さい特性を有す
るため、機関の温度が低い状態においても、副ピ
ストンを応答性良く作動することができる利点を
有する。

更に、前記実施例は、スピル体をスピルリング
１７にして、このスピルリング１７を、ステム１
１の軸方向に摺動移動する場合を示したが、第４
図及び第５図を示すように、ステム１１ａにおけ
るスピルポートを、ステム１１ａの軸線に対して
傾斜する傾斜状のスピルポート１６ａに形成する
一方、ステム１１ａの外周には、歯車式のスピル
リング１７ａを回転自在に、且つ、摺動自在に被
嵌して、該スピルリング１７ａを、図示しない軸
受にてシリンダヘツド２に対して軸支し、このス
ピルリング１７ａには、ステム１１ａが前後摺動
したときその傾斜状スピルポート１６ａに合致す
るようにした一つの逃がしポート２３を穿設する
と共に、このスピルリング１７ａ外周の歯にステ
ム１１ａと直角方向に配設したラツク杆２４を噛
合し、該ラツク杆２４の長手方向の摺動によつ
て、スピルリング１７ａを回転操作して、ステム
１１ａの傾斜状スピルポート１６ａに対して逃が
しポート２３を、位置又は位置へとずらせる
ことによつて、スピルポート１６ａの開閉位置を
ステム１１ａの軸方向に沿つて変位するように構
成しても良いのである（この場合、ステム１１ａ
は、シリンダヘツド２に対して摺動自在に、且
つ、回転不能に保持され、また、ここにおけるス
ピルリング１７ａを回転する機構としては、実施
例図面のラツクとピニオンに限らず他の手段を用
いて良いことはいうまでもない。）更にまた、こ
のステム１１ａに設けた傾斜状スピルポート１６
ａと、スピルリング１７ａを設けた逃がしポート
２３とを設ける位置をそれぞれ逆にし、すなわ
ち、ステム１１ａに逃がしポート２３を設けて、
この逃がしポート２３をスピルポートにする一
方、スピルリング１７ａに傾斜状スピルポート１
６ａを設けることにより、前記スピルリング１７
ａの回転にてスピルポートの開閉位置を、ステム
の軸方向に変位するように構成しても良いのであ
る。

さらに、ステム１１ａ又はスピルリング１７ａ
に設ける傾斜状スピルポートの形状は、必要に応
じて、第４図に二点鎖線で示すような形状にして
も良いのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１の
実施例を示す機関要部の縦断正面図、第２図は第
１図の−視断面図、第３図は第２の実施例を
示す機関要部の縦断正面図、第４図はスピル体と
スピルポートとの別の実施例図、第５図は第４図
の平面図である。 １……シリンダブロツク、２……シリンダヘツ
ド、５……燃焼室、７……副シリンダ、９……副
ピストン、１２……油圧室、１４……作動油供給
ポート、１１，１１ａ……ステム、１６，１６ａ
……スピルポート、１７，１７ａ……スピル体の
実施例としてのスピルリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドに、燃焼室に開口する副シリ
   ンダを形成して、該副シリンダ内に副ピストンを
   摺動自在に嵌挿し、該副ピストンの背面に油圧室
   を形成して、該油圧室に作動油供給用のポートを
   接続する一方、前記副ピストンの背面に、前記副
   シリンダの軸方向に延びるステムを連結して、該
   ステムの先端を、前記シリンダヘツド上室に突出
   し、該ステムの突出端には、前記油圧室内の作動
   油が流出するようにしたスピルポートを設け、且
   つ、前記ステムの突出端における外周には、当該
   ステムの後退動によつてスピルポートが閉じステ
   ムの前進動によつてスピルポートが開くようにし
   たスピル体を、当該スピル体による前記スピルポ
   ートの開閉位置がステムの軸方向に変位できるよ
   うに相対移動自在に被嵌し、更に、前記副ピスト
   ンに、当該副ピストンを後退方向に付勢するばね
   手段を設けたことを特徴とする内燃機関における
   圧縮比の可変装置。