JPH0116980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸気系に過給機を備えた内燃機関に
おける圧縮比を、機関の負荷に応じて応答性良く
自動的に変更するようにした圧縮比可変式の内燃
機関に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、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式の内燃機
関は、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
御棒を、内燃機関における吸気圧に開連するアチ
チエータにて前後移動することによつて、前記ス
ピルポートの開閉位置をステムの軸方向に変位し
て、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、無段階的に自動的に変
更制御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、先行技術のものは、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前後移動によつ
て、ステムの軸方向に変位するようにしたもの
で、前記制御棒の前後移動に際しては、油圧室内
の油圧がその前後移動を妨げるように作用し、換
言すると、制御棒の前後移動には、大きい力を必
要とするから、前記制御棒を、内燃機関における
吸気圧によつて前後移動するためのアクチエータ
が大型になるのである。

しかも、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・
点検が困難であつた。

その上、前記先行技術のものは、副ピストンの
前進動は、油圧室の圧力により、副ピストンの後
退動は燃焼室の圧力により行うもので、副ピスト
ンは、燃焼室の圧力が吸気行程に際して負圧にな
ると、油圧室の圧力で前進し、爆発行程に際して
高くなると元の位置に後退すると云うように、一
サイクル中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のとの摺動部、前記
ステムと制御棒との摺動部の摩耗が増大して、耐
久性が低いことも問題であつた。

更に、副ピストンの前進動は、油圧室からの作
動油の流出を止めて行うので、負荷の減少に追従
し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、負荷の増大に追
従して副ピストンを後退する場合に、負荷の増大
に追従しての副ピストンの後退動が、吸気行程の
ときに副ピストンが前進動する分だけ遅れること
になり、換言すると、負荷の増大に対して圧縮比
低への応答性が低いから、ノツキングが発生すの
のであり、特に、このこと、つまり、負荷の増大
に対する圧縮比低への応答性が低いことによるノ
ツキングは、内燃機関に過給機を設けた場合にお
いて顕著に発生するのであつた。

そして、過給機を備えた内燃機関の場合、内燃
機関における吸気圧が、高負荷域において、大気
圧より高くなると、ノツキングが多発するもので
あるが、前記先行技術における圧縮比可変式の内
燃機関は、圧縮比を、吸気圧が真空側に大きくな
ることに応じて高くするように構成したものであ
るから、過給機付きの内燃機関に適用した場合
に、前記高負荷域にノツキングの多発を防止する
ことができないのである。

本発明は、これらの問題を解消した過給機付き
圧縮比可変式内燃機関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、吸気系に過
給機を備えた内燃機関において、該内燃機関にお
けるシリンダヘツドに、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、作動油供
給ポートを備えた油圧室を形成すると共に、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、前記油圧室の作動油が流
出するようにしたスピルポートを穿設し、且つ、
前記ステムの突出端における外周は、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、前記副ピストンには、当該
副ピストンを後退方向に付勢するばね手段を設
け、更に、前記スピル体には、内燃機関における
吸気圧に関連し、当該吸気圧が真空側に大きくな
ることに応じて前記スピル体によるスピルポート
の開閉位置が前進方向に変位し、吸気圧が大気圧
以上になると前記スピル体によるスピルポートの
開閉位置が後退方向に変位するようにした圧力作
動式のアクチエータを連結する構成にした。

〔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。

従つて、前記ステムに、内燃機関におけ吸気圧
に関連し、当該吸気圧が真空側に大きくなること
に応じて前記スピル体によるスピルポートの開閉
位置が前進方向に変位し、吸気圧が大気圧以上に
なると前記スピル体によるスピルポートの開閉位
置が後退方向に変位するようにした圧力作動式の
アクチエータを連結することにより、圧縮比は、
負荷の減少に伴つて高く、負荷の増大に伴つて低
くなるように自動的に変更制御できると共に、負
荷の増大によつて吸気圧が、過給機の作動によつ
て大気圧以上になると、圧縮比は、更に低くなる
ように自動的に制御できるから、吸気圧が過給機
の作動によつて高くなつた場合におけるノツキン
グの発生を、構造の複雑化を招来することなく、
確実に防止できるのである。

この場合において、本発明は、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、前記
ステムの外周に被嵌したことにより、そのスピル
体の前後移動には、油圧室内の油圧がその前後移
動を妨げるように作用することがなく、スピル体
を軽い力で前後移動することができるから、この
スピル体を負荷に応じて前後移動するためのアク
チエータを小型・軽量化できる。

しかも、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
により、副ピストンが、一サイクル中に一回往復
動するときのストロークを、このばね手段によつ
て小さくすることができるから、副シリンダと副
ピストンとの摺動部、及びステムとスピル体との
摺動部の摩耗が低減し、耐久性を向上できるので
ある。

更に、前記ばね手段は、吸気行程に際して副ピ
ストンが前進動するストロークを小さくすること
に加えて、副ピストンの後退動を加速するから、
負荷の増大に追従して副ピストンを後退動すると
きの応答性を向上でき、その結果、負荷の増大に
追従して圧縮比低への制御が遅れることによるノ
ツキングの発生を確実に防止できるのである。

〔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、吸気マニホールド２及
び排気マニホールド３を有する２気筒内燃機関、
符号４は、排気タービン５とブロワー６とを直結
した排気ターボ過給機を各々示し、前記吸気マニ
ホールド２とブロワー６の吐出側とをつなぐ吸気
通路７中には、脈動消去用のサージタンク８と気
化器９とが設けられ、ブロワー６の吸入側にはエ
アクリーナ１０が接続され、また、前記排気マニ
ホールド３には、排気通路１１を介して排気ター
ビン５の入口側が、排気タービン５の出口側には
大気への排気管１２が各々接続されている。

符号１３は前記機関１におけるシリンダブロツ
ク、符号１４は該シリンダブロツク１３の上面に
締結したシリンダヘツド、符号１５は機関の各気
筒箇所のシリンダボア１６内を往復摺動する主ピ
ストン、符号１７は機関の各気筒箇所においてシ
リンダヘツド１４の下面を凹ませて形成した燃焼
室を各々示し、該各燃焼室１７には、その略中心
位置に点火栓１８がのぞむと共に、前記吸気マニ
ホールド２に連通する吸気ポート１９及び排気マ
ニホールド３に連通する排気ポート２０が開口し
ている。

符号２１は、前記各気筒の燃焼室１７に開口す
るようにシリンダヘツド１４に穿設した副シリン
ダで、該副シリンダ２１のシリンダヘツド上室へ
の開口部には、これを塞ぐ蓋板２２が設けられて
いる。

符号２３は、前記副シリンダ２１内に摺動自在
に嵌挿した副ピストンで、該副ピストン２３の外
周には、ピストンリング２４を備え、この副ピス
トン２３が、燃焼室１７の方向に前進すると燃焼
室１７の容積が減少して圧縮比が高くなり、副ピ
ストン２３が、燃焼室１７から離れる方向に後退
すると燃焼室１７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２
３はばね２５にて後退方向に付勢され、副ピスト
ン２３の背面（燃焼室１７に対して裏側の面）に
は、当該副ピストン２３の中心から副シリンダ２
１の軸方向に延びるステム２６が連結され、該ス
テム１６を、前記蓋板２２を摺動自在に貫通して
前記シリンダヘツド上室に突出する一方、副ピス
トン２３の背面と蓋板２２との間に油圧室２７を
形成し、該油圧室２７に油圧源からの作動油を逆
止弁２８付きポート２９を介して供給する。

また、前記ステム２６には、油圧室２７に連通
する通路３０を備え、且つ、ステム２６が蓋板２
２より前記シリンダヘツド上室に突出する部分に
は、前記油圧室２７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３１を穿設
する。

３２はスピル体の一つの実施例であるところの
スピルリングを示し、該スピルリング３２を前記
ステム２６に摺動自在に被嵌して、該スピルリン
グ３２を、燃焼室１７の方向に前進移動すると
き、該スピルリング３２によつてスピルポート３
１が閉じ、スピルリング３２を、燃焼室１７から
離れる方向に後退移動するとき、スピルポート３
１が開くように構成する。

また、符号３３は、前記シリンダヘツド上室に
中途部を軸３４に揺動自在に枢着して設けたレバ
ーで、該レバー３３の一端を前記スピルリング３
２に係合する一方、他端を圧力作動式の駆動機構
の一つの実施例であるダイヤフラム機構３５に連
結する。

このダイヤフラム機構３５は、前記レバー３３
の他端にロツド３６を介して連結するダイヤフラ
ム３７を内蔵し、該ダイヤフラム３７にて区画さ
れた上下２つの圧力室３８，３９のうち一方の圧
力室３８には、前記レバー３３の他端を、図にお
いて下方に押し下げる方向、つまり、スピルリン
グ３２を後退摺動する方向に付勢するばね４０を
設けると共に、当該一方の圧力上室３８を、吸気
圧通路４１を介して、前記吸気マニホールド２に
接続して、吸気マニホールド２の吸気圧をダイヤ
フラム上室３８に導入することにより、吸気圧が
大気圧より低い負圧のとき、その負圧が機関の負
荷の減少に伴つて真空寄りに大きくなると、これ
に比例して前記スピルリング３２が前進摺動する
ように構成する一方、前記両圧力室３８，３９の
うち他方の圧力室３９内にばね４２を設けると共
に、当該他方の圧力室３９を大気に開放すること
により、吸気マニホールド２の吸気圧が大気圧以
上の過給圧になると、これに比例して前記スピル
リング３２が後退摺動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３２を、第１
図に実線で示す位置から二点鎖線で示す位置へと
前進方向に移動すると、スピルポート３１の閉に
よつて当該スピルリング３１からの作動油の流出
が止まり、逆止弁２８付きポート２９から作動油
が供給されている油圧室２７の圧力が上昇するか
ら、副ピストン２３は燃焼室１７に向つて前進
し、この前進がスピルポート３１の開のところま
で進行すると、スピルポート３１から作動油が流
出を始め、この流出量と油圧室２７への供給量と
がバランスした時点で、副ピストン２３の前進が
停止する。

また、スピルリング３２を、二点鎖線の位置か
ら実線の位置への後退方向に移動すると、スピル
ポート３１が全開になり、スピルポート３１から
の流出量が増加し、油圧室２７の圧力が低下する
から、副ピストン２３は燃焼室１７の圧力及びば
ね２５によつて、燃焼室から離れるように後退
し、この後退がスピルポート３１がスピルリング
３２にて閉じるところまで進行すると、スピルポ
ート３１からの流出量が減少し、その流出量と供
給量とバランスした時点で、副ピストン２３の後
退動が停止することになつて、スピルリング３２
の移動によつて、副ピストン２３の位置を任意に
変更でき、ひいては圧縮比を任意に変更できるの
であり、この場合、スピルリング３２をレバー３
３を介してアクチエータの一例であるダイヤフラ
ム機構３５に関連したことにより、機関の負荷の
低下に伴つて吸気圧が真空寄りに次第に大きくな
ると、スピルリング３２が前進するから、圧縮比
は、機関の負荷の低下に伴つて次第に高くなり、
また、機関の負荷の増加に伴つて吸気圧が大気圧
よりに小さくなるとスピルリング３２が後退する
から、圧縮比は、機関の負荷の増加に伴つて次第
に低くなるというように、圧縮比を機関の負荷に
応じて無段階に滑らかに自動制御できるのであ
る。

そして、機関の高負荷域になつて、排気ターボ
過給機４が作動することで、吸気マニホールド２
の吸気圧が大気圧以上の過給圧になつた場合、こ
の過給圧によつて、スピルリング３２はより後退
するから、過給時における圧縮比は、過給前の状
態より低い値に自動的に修正されることになつ
て、過給時におけるノツキング発生を防止するの
である。

また、機関の爆発行程において、副ピストン２
３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２３が若干後退してスピルポート３
１が閉じる一方、油圧室２７内の圧力が瞬間的に
高くなつて逆止弁２８が閉じて、油圧室１７内の
作動油は、当該油圧室１７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２３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３１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
クツシヨンとなつて燃焼室１７内での混合気の爆
発燃焼による、副ピストン２３に対する衝撃を吸
収・緩和するのである。

なお、前記実施例において油圧室２７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、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
３２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２６ａにおけるスピルポート
をステム２６ａの軸線に対して傾斜する傾斜状ス
ピルポート３１ａに形成する一方、ステム２６ａ
の外周には歯車式のスピルリング３２ａを回転及
び摺動自在に被嵌して、該スピルリング３２ａを
図示しない軸受にてシリンダヘツド１４に対して
軸支し、このスピルリング３２ａには、ステム２
６ａが前後摺動したとき、その傾斜状スピルポー
ト３１ａに合致するようにした一つの逃がしポー
ト４３を穿設すると共に、このスピルリング３２
ａ外周に歯車４４にステム２６ａと直角方向に配
設したラツク杆４５を噛合し、該ラツク杆４５を
機関の負荷に関連するアクチエータ３５にて、長
手方向に摺動してスピルリング３２ａを回転操作
して、ステム２６ａの傾斜状スピルポート３１ａ
に対して逃がしポート４３を、（）位置又は
（）位置へとずらせることで、スピルリング３
２ａによるスピルポート３１ａの開閉位置をステ
ム２６ａの軸方向に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２６ａ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３２ａを回転する機構とには、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）。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は機関の
概略平面図、第２図は機関要部の縦断正面図、第
３図は第２図の−視断面図、第４図はスピル
体とスピルポートとの別例図、第５図は第４図の
平面図である。 １……内燃機関、４……排気ターボ過給機、１
３……シリンダブロツク、１４……シリンダヘツ
ド、１７……燃焼室、２１……副シリンダ、２３
……副ピストン、２５……ばね、２６，２６ａ…
…ステム、２７……油圧室、３１，３１ａ……ス
ピルポート、３２，３２ａ……スピル体、３５…
…ダイヤフラム機構、４１……吸気圧通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気系に過給機を備えた内燃機関において、
   該内燃機関におけるシリンダヘツドに、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、作動油供給ポートを備えた油圧室を形成す
   ると共に、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
   室の作動油が流出するようにしたスピルポートを
   穿設し、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、前記副ピ
   ストンには、当該副ピストンを後退方向に付勢す
   るばね手段を設け、更に、前記スピル体には、内
   燃機関における吸気圧に関連し、当該吸気圧が真
   空側に大きくなることに応じて前記スピル体によ
   るスピルポートの開閉位置が前進方向に変位し、
   吸気圧が大気圧以上になると前記スピル体による
   スピルポートの開閉位置が後退方向に変位するよ
   うにした圧力作動式のアクチエータを連結したこ
   とを特徴とする過給機付き圧縮比可変式内燃機
   関。