JPH0116972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関における圧縮比を、内燃機
関の運転中において、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〕 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、大きい力が必要して、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。

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に増大すると共に、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。

先行技術は、副ピストンの前進動を、油圧室
内における作動油の圧力により、副ピストンの
後退動を、燃焼室内における圧力により行うも
のであるが、燃焼室の圧力が、吸気行程に際し
て負圧（大気圧以下）になると、油圧室の圧力
て前進し、圧縮行程に際して燃焼室の圧力が高
くなると、元の位置に後退すると云うように、
副ピストンは、内燃機関の一サイクル毎に一回
往復動を繰り返すことになるから、副シリンダ
と副ピストンとの摺動面、及び前記ステムと制
御棒との摺動面における摩耗が増大して耐久性
が低いのである。

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の作
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後退動の応答性が、副
ピストンの前進動に比べて著しく低くなると共
に、圧縮比を高くする場合における圧縮比が、
前記制御棒の位置に対応する値よりも高くなる
傾向を呈するのである。

先行技術は、油圧室の内径を、副シリンダの
内径と同じ内径に構成していることにより、油
圧室の圧力は燃焼室の圧力と等しく、従つて、
燃焼室の圧力が燃焼爆発圧力になると油圧室の
圧力も、燃焼爆発圧力になり、副シリンダと副
ピストンとの摺動面から燃焼室側に漏れる作動
油量が多くなるから、作動油の消費量の増大、
排気ガスの悪化を招来するのであり、しかも、
油圧室に対する作動油の供給圧力も高くしなけ
ればならない。

本発明は、前記、及びの問題を解消する
と共に、前記を解消する手段を利用して、装置
の大型化、構造の複雑化を招来することなく、前
記及びの問題をも解消することも目的とする
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設け、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、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、前記副ピストンのうち燃焼室に対す
る部分を小径に、油圧室に対する部分を大径に形
成する一方、前記副シリンダの内面には、前記副
ピストンにおける大径部が摺動自在に嵌まるハウ
ジングを形成し、該ハウジング内に、副ピストン
における大径部の下側に接当して副ピストンを後
退方向に付勢するようにしたコイルばねを設ける
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
給量とが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コイルばねに
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、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、スピル体を前後移動するため
の機構の小型化を図ることができる。

しかも、本発明は、前記ステムを、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、副ピストンのうち燃焼室に
対する部分を小径に、油圧室に対する部分を大径
に形成する構成にしたことにより、油圧室の圧力
は、燃焼室の圧力より下がるから、油圧室の作動
油が、副シリンダと副ピストンとの摺動部から燃
焼室側に漏れる量を少なくでき、作動油の消費量
を低減できると共に、排気ガスの悪化を防止で
き、加えて、油圧室に対する作動油の供給圧力を
下げることができるのである。

更に、本発明は、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ためのコイルばね
を設けたことにより、内燃機関の吸気行程中にお
いて、副ピストンが燃焼室の負圧によつて前進動
するときのストロークを短縮できるから、副シリ
ンダと副ピストンとの摺動面、及びステムとスピ
ル体との摺動面の摩耗が低減し、耐久性の低下を
防止することができる。

更にまた、副ピストンに対して設けたコイルば
ねは、前記のように吸気行程において副ピストン
が前進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後退動の
応答性を、スピル体の摺動移動が軽い力にてでき
ることと相俟つて、大幅に向上できると共に、圧
縮比を高くする場合における圧縮比が、前記スピ
ル体の位置に対応する値よりも高くなる傾向を確
実に低減できるのである。

そして本発明は、副シリンダの内面に、前記副
ピストンにおける大径部が摺動自在に嵌まるハウ
ジングを形成し、このハウジング内に、前記コイ
ルばねを、当該コイルばねが副ピストンにおける
大径部の下側に接当するように設けたことによ
り、副ピストンにおける大径部を、コイルばねの
受けにそのまま利用できると共に、副シリンダ内
をコイルばねの設置に利用できるから、副ピスト
ンに対してばね手段を設けることによる装置の大
型化、及び構造の複雑化を防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について説明する
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のシリンダボア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、該副シリンダヘ
ツド上室への開口部には、これを塞ぐ蓋板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の外周に
は、燃焼室５に近い部分に複数本のピストンリン
グ１０を設け、この副ピストンが燃焼室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の背面には、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１１
は、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、副ピストン９の背面と
蓋板８との間に油圧室１２を形成して、該油圧室
１２に図示しない油圧源からの作動油を逆止弁１
３付きポート１４を介して供給する。

前記副ピストン９のうち燃焼室５に対する部分
９ａを小径に、油圧室１２に対する部分９ｂを大
径に形成する一方、前記副シリンダ７内には、前
記副ピストン９における大径部９ｂが摺動自在に
嵌まるハウジング１９を形成し、該ハウジング１
９内に、副ピストン９を後退方向に付勢するよう
にしたコイルばね２０を、前記副ピストン９にお
ける大径部９ａの下側に接当するように設ける。

一方、前記ステム１１には、前記油圧室１２に
連通する通路１５を備え、且つ、ステム１１が蓋
板８より外方に突出する部分には、前記油圧室１
２内の作動油をシリンダヘツド上室に流出させる
ためのスピルポート１６を穿設する。

符号１７は、スピル体の一つの実施例であるス
ピルリングを示し、該スピルリング１７を前記ス
テム１１のシリンダヘツド上室への突出端に摺動
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、これに先端を係合したレバー１８の回
動にてステム１１の軸方向に移動調節するように
構成する。

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１６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、コイルばね２０に抗して燃焼室５に向つて
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が全開になりスピルポー
ト１６からの流出量が増加し、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の圧
力及びコイルばね２０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できるのである。

従つて、前記スピルリング１７に係合するレバ
ー１８の他端に、機関の負荷に関連するアクチユ
エータ２１を連結し、該アクチユエータ２１によ
りスピルリング１７を機関の負荷の増加に比例し
て二点鎖線の位置から後退動するようにすれば、
圧縮比を機関の負荷の増加につれて次第に低く、
負荷の減少につれて次第に高くなるように自動制
御することができ、この負荷への関連に加えて圧
縮比を機関の回転数の増加につれて次第に高くな
るように自動制御することもできるのであり、ま
た、前記アクチユエータ２１を、機関に設けたノ
ツキングセンサーに関連し圧縮比をノツキングが
ないとき高く、ノツキングが発生するとこれに応
じて低くするように自動制御することもできる。

機関の爆発行程において、副ピストン９が大き
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９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、前記の実施例において副ピストン９に
対してこれを後退方向に付勢するコイルばね２０
が設けられていないときには、機関の吸気行程に
おいて燃焼室５内に負圧（大気圧以下）が発生し
たときに、副ピストン９はこの負圧及び圧力室１
２内の圧力により燃焼室５に向つて前進し、次の
圧縮・爆発行程時に元の位置に後退するというよ
うに、燃焼室５内の圧力変化に応じて一サイクル
ごとに一回往復動することになる。

これに対し本発明は、副ピストン９にこれを後
退方向に付勢するコイルばね２０を設けたので、
機関の吸気行程において燃焼室５内に負圧が発生
しても、副ピストン９は当該副ピストン９に対し
て設けたばね２０にて、燃焼室５方向への前進動
が阻止されて、副ピストン９のサイクルごとに往
復動するときのストロークを縮小できるのであ
る。

また、副ピストン９のうち燃焼室５に対する部
分９ａを小径に、油圧室１２に対する部分９ｂを
大径に形成したことにより、油圧室１２の圧力
は、燃焼室５の圧力よりも下がるのである。

なお、前記コイルばね２０を設けるためのハウ
ジング１９を、第３図に示すように、燃焼室５側
に環状溝１９ａとして延長した形状に構成しても
良い。また、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を用いれば良いが、
自動車のパワーステアリング機構又は自動車のオ
ートマチツク変速装置における作動油を用いるこ
とができる。また、前記実施例はスピル体の一つ
の実施例としてスピルリング１７にした場合を示
したが、第４図及び第５図に示すようにステム１
１ａ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を回転及び摺動自在に被嵌し
て、該スピルリング１７ａを、図示しない軸受し
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
うにした一つ逃がしポート２２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１
１ａと直角方向に配設したラツク杆２３を噛合
し、該ラツク杆２３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
２２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１
１ａの軸方向に沿つて変位するように構成するこ
ともできるのであり、（このとき、ステム１１ａ
は、摺動自在、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、実施例のラツクとピニオンに限らず他の手
段を用いても良い）、この場合、前記傾斜状スピ
ルポートをスピルリング側に逃がしポートをステ
ム側に設けても良く、更にまた、ステム又はスピ
ルリングに設けられるポート形状は、必要に応じ
て第４図に二点鎖線に示すように任意形状の組み
合せが考えられる。

【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面図、第４図スピルポートと
スピル体の別の実施例図、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、９ａ……副ピストンの小径部、９ｂ…
…副ピストンの大径部、１２……油圧室、１１…
…ステム、１６，１６ａ……スピルポート、１
７，１７ａ……スピル体、１３……逆止弁、１９
……ハウジング、２０……コイルばね。

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
   ンダを設け、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、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、前記副ピストンのう
   ち燃焼室に対する部分を小径に、油圧室に対する
   部分を大径に形成する一方、前記副シリンダの内
   面には、前記副ピストンにおける大径部が摺動自
   在に嵌まるハウジングを形成し、該ハウジング内
   に、副ピストンにおける大径部の下側に接当して
   副ピストンを後退方向に付勢するようにしたコイ
   ルばね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。