JPH01329A - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１０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Ｉ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ｌＯａ、１１ａによって閉方向に付勢
された逆止弁１０、＋１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
人力した制御回路Ｉ４が加圧装置！４に出力して、該加
圧装置１４の加圧を強め、オイルパンＩ５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９ｂが閉塞され、下部液室７内の圧
油は油通路９ｅ、９ｆ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９ｂ、
９ｃ内の油圧を低下させ、スプリング１０ａの付勢力に
よって逆上弁ＩＯが油通路９ｃを閉じ、スプール弁９は
左方向に移動して油通路９ｆを閉じ、油通路９ｄ、９ｅ
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維持するようになっ
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にあっては、
上記のように機関運転状態が高負荷時あるいは高回転時
などで圧縮比を下げる場合には、まず各センサ１２．１
２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。

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、アウタピストン、インナピストンや上部液室及び作
動液室等の基本構成を前提として、特にコンロッドの内
部軸方向に形成され、かつ外部の圧油を逆止弁を介して
上記作動液室に供給する主通路と、上記作動液室内の圧
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
、上記上部液室内の圧油を外部に排出する排出通路と、
上記作動液室内に摺動可能に収納され、かつ機関運転状
態に応じて上記供給通路と排出通路を切換えるスプール
弁と、上記上部液室と作動液室とを常に連通して、上部
液室の油圧の大きさに応じスプール弁を上記排出通路を
開成する方向に移動させる圧力通路とを備えている。

作用 上記構成を有するこの発明によれば、例えば、機関高負
荷時あるいは高回転時などに低圧縮比を得る場合は、上
昇位置にあるアウタピストンのト面に高い燃焼圧力が加
わると、上部液室は高圧になる。この時、供給・排出通
路が夫々逆止弁あるいはスプール弁で閉塞されているた
め、上部液室の圧力は圧力通路を通り作動液室に伝達さ
れる。

このため、スプール弁は、排出通路の開く方向へ瞬時に
移動する。これにより、上部液室内の圧油が、排出通路
を通って外部へ速やかに排出され、同時にアウタピスト
ンも速やかに下降して低圧縮比への切替が応答性よく行
われるのである。

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〜第４図はこの発明の一実施例を示し、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に
連結されたピストンピンであって、このピストンピン２
３は、内部に図中右側が小径な円筒状の作動液室２５と
、該作動液室２５内を左右に摺動する後述のスプール弁
２６が設けられていると共に、両端部には、中央に通孔
２７ａ、２８ａを有する円環状のストッパ２７゜２８が
固定されている。また、図中２９は第２図にも示すよう
にこのピストンピン２３にボス部３０．３０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
２９の外側には、アウタピストン２１が夫々の内外周面
２１ａ、２９ａを摺接しつつ軸方向に摺動可能に配置さ
れている。

また、このアウタピストン２１の上方移動に伴い該アウ
タピストン２１の冠部下面２１ｂとインナピストン２９
の上面２９ｂとの間に上部液室３１が形成される一方、
下方移動に伴いアウタピストン２１の側面と該アウタピ
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２９の下面との間に円環状の下部
液室３２が形成されており、この各液室３１，３２に油
圧回路３３を介して圧油が供給・排出されて容積が変化
し、アウタピストン２１を上下動させるようになってい
る。

上記油圧回路３３は、コンロッド２４の内部軸方向に形
成されて上記作動液室２５と連通ずる主通路３４と、ピ
ストンピン２３とインナピストン２９に上下方向に沿っ
て貫通形成されて、圧油を作動液室２５から上部液室３
Ｉに供給する供給通路３５と、該供給通路３５０図中図
中左側位置に平行に貫通形成されて上部液室３１から通
孔２８ａ及びアウタピストン２１側部の排出口２ｔｃを
介して外部に圧油を排出する排出通路３６と、上記供給
通路３５から図中左側位置に略平行に貫通形成されて上
部液室３１と作動液室２５とを常に連通ずる圧力通路３
７と、該圧力通路３７と対向した位置に貫通形成されて
作動液室２５から下部液室３２に圧油を供給する油通路
３８とから構成されている。また、上記圧力通路３７は
、途中に設けられた通路構成部３９内のオリフィス４０
によって通路断面積が小さく形成されている。更に、上
記主通路３４には、後述のオイルパン（図示せず）から
の圧油を作動液室２５側にのみ流入を許容する逆止弁４
１が設けられ、また供給通路３５と油通路３８にも、作
動液室２５内の圧油を夫々上部液室３１と下部液室３２
側にのみ流入を許容する逆止弁４２，４３が設けられて
いる。この各逆止弁４１，４２．４３は、ｎＮ後の油圧
の大小によって開閉作動するチエツクボール４４・・・
と、切欠路を有する円環状の通路構成部４５・・・とか
らなっている。

更に、上記スプール弁２６は、軸部２６ａの第１図中左
端部に一体に設けられた断面路コ字形の第１弁体２６ｂ
と、軸部２６ａの右端部に一体に設けられかつ第１弁体
２６ｂよりも小径な円柱状の第２弁体２６ｃとから構成
されており、スプール弁２６全体が上記第１弁体２６ｂ
とストッパ２７との間に装着されたスプリング４６によ
って図中布・方向に付勢され、この位置では第２弁体２
６Ｃが排出通路３６を閉成し、供給通路３５を開成して
いる。尚、円環部２２とインナピストン２９との間には
、シール部材等が存在せず、したがって下部液室３２内
に供給された圧油は、摺動部位から僅かにリークするよ
うになっている。

また、上記主通路３４に供給される圧油は、機関のオイ
ルパンから加圧装置たる一般の機関潤滑油用のオイルポ
ンプによって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高圧縮比を得る場合は、
オイルポンプから送出された比較的低圧力の圧油が、第
１図に示すように主通路３４から逆止弁４１を介して作
動液室２５に送られ、ここから供給通路３５とこの内部
油圧で開かれた逆止弁４２を経て上部液室３１に供給さ
れる。そして、この時点では、スプール弁２６の第２弁
体２６ｃが排出通路３６を閉塞しているため、上部液室
３１の容積が速やかに増大し、これに伴いアウタピスト
ン２１が上昇して高圧縮比状態となる。

尚、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３５の
逆止弁４２によって作動液室２５への逆流が防止されて
おり、一方、圧力通路３７に設けられたオリフィス４０
を介して作動液室２５へ僅かに流入するがこれも主通路
３４の逆止弁４１によって逆流が確実に防止され、また
、作動液室２５の圧力の上昇も極めて小さいため、アウ
タピストン２１の上昇位置維持つまり高圧縮比状態の維
持に影響を与えることがない。しかも、排気行程時にア
ウタピストン２１が慣性力で上昇した際、供給通路３５
を介して作動液室２５の圧油が上部液室３１に補給され
るため、高圧縮比状態が確実に維持される。更に、上部
液室３１へ圧油を供給する際に、スプール弁２６を機関
クランク系からの油圧によって作動させる必要がないの
で、オイルポンプの負荷が小さくて済む。

一方、高負荷時などに低圧縮比を得る場合は、斯る運転
状態時における大きな初期の燃焼圧力がアウタピストン
２１の上面に作用すると、上部液室３１内の油に高圧が
掛り、この高圧油がオリフィス４０で所望の圧力に減圧
されて圧力通路３７の開口部３７ａから作動液室２５に
流入する。このため、スプール弁２６は、第３図に示す
ようにスプリング４６のばね力に抗して左方向へ瞬時に
ストッパ２７まで移動し、第２弁体２６ｃが供給通路３
５を閉塞すると共に排出通路３６を開成する。これによ
り、上部液室３１内の圧油が排出通路３６を通って外部
へ速やかに排出され、同時にアウタピストン２１もイン
ナピストン２９の外周に沿って速やかに下降して低圧縮
比状態を応答性良く確保できる。

また、この低圧縮比への移行の際に作動液室２５に流入
した圧油は、油通路３８及び逆止弁４３を通って下部液
室３２内に流入する。そして、この下部液室３２内の圧
油によって、排気行程時のアウタピストン２１の上方慣
性力によりインナピストン２９と円環部２２との干渉が
防止される。

−一方、斯る排気行程時においてアウタピストン２１が
僅かに上昇すると、圧油が圧力通路３７を通って上部液
室３１に供給され、膨張行程時などに排気通路３６から
排出されて上部液室３１内を循環するため、ピストン冠
部の冷却作用と圧油の劣化が防止できる。また、ここで
圧力通路３７は、オリフィス４０によって排出通路３６
により小径に形成されているため、上部液室３Ｉに油が
残留することがない。また、このオリフィス４０によっ
て、低圧縮比移行時の上部液室３１から作動液室２５に
作用する油圧が減圧されるため、各摺動部での油洩れを
十分に防止できる。更に、圧力通路３７と排出通路３６
を分離して形成したため、排出通路３６の通路断面積を
可及的に大きく設定でき、したがって、上部液室３１か
ら外部への圧油の排出作用が良好となり、低圧縮比への
移行制御を一層迅速に行うことができる。更にまた、上
記実施例では、主通路３４から作動液室３５へ供給され
る圧油を、通常のオイルポンプの作動によって行ってい
るが、前述の従来のものと同様に制御回路や圧力調整弁
等を用いて供給油圧の制御を行えば、上記のスプール弁
２６等の制御と相俟ってより高精度な制御が可能となる
。　尚、上記スプリング４６のセット荷重は、上部液室
３１から圧力通路３７を通って作動液室２５に作用する
油圧との相対関係で決定され、アウタピストン２１の上
面に加わる燃焼圧力のノッキング発生限界値付近からス
プール弁２６の左方向への移動が開始するように設定さ
れている。

第５図及び第６図は、本発明のスプール弁の変形例を示
し、スプール弁１２６の第１弁体１２６ｂ側に減衰機構
５０を設けたものである。すなわち、減衰機構５０は、
第１弁体１２６ｂに穿設した油室５１と、該油室５１内
を摺動可能に形成されたピストン５２とから成り、該ピ
ストン５２は、油室５１に収容されたコイルスプリング
５３によってストッパ２７側へ付勢され、ピストン５２
の軸５２ａがストッパ２７に当接している。また、油室
５１は、スプール弁１２６の軸部１２６ａに穿設された
油路５４によって作動液室２５と連通している。尚、第
１図乃至第４図に示す実施例と同一構成部分には同一符
号を付してその重複する説明を省略する。

このように、スプール弁１２６に減衰機構５０を設ける
と、第５図に示す高圧縮比状態から第６図に示す低圧縮
比状態へ切替わる際、急加速時において急激に高負荷に
なった場合であっても、スプール弁Ｉ２６がストッパ２
７側へ移動して第！弁体１２６ｂが激しく衝突するのを
防止するこ、とができるので、衝突音の発生を防止した
り、激しい衝突によるストッパ２７の脱落を防止する。

また、第７図に示すように、ピストン５２の軸５２ａを
ストッパ２７にかしめによって固定して、スプリング５
３を廃止してもよい。

第８図及び第９図は、本発明のスプール弁の他の変形例
を示し、スプール弁２２６の第２弁体２２６ｃの軸方向
長さを、第１図〜第７図に示す実施例の第２弁体２６ｃ
、１２６ｃと比較して小さく形成したものである。尚、
第１図〜第７図に示す実施例と同一構成部分には同一符
号を付してその重複する説明を省略する。

これについて説明すると、第８図に示す高圧縮比状態で
は、スプール弁２２６の第２弁体２２６Ｃは排出通路３
６を閉塞し、供給通路３５を開成するのはこれまでと同
様であるが、スプール弁２２６に高油圧が作用し、第９
図に示すように、最も左側に移動した場合でも、第２弁
体２２６ｃは、供給通路３５を閉塞することがない。こ
のように、常時供給通路３５を開成し、上部液室３１に
対して常に圧油を供給することで、例えば高負荷時ある
いは高回転時に作動液室２５の圧力が高い状態が続き、
スプール弁２２６の復帰が遅れるような場合に排気行程
の終わりにアウタピストン２Ｉに大きな上向きの慣性力
が作用し、上部液室２５の容積が急激に増大しようとし
た時に、速やかに容積の増大分を補うべく圧油が上部液
室２５に流入する。これにより、上部液室２５が負圧に
なることで圧油内に含まれていた空気が気泡化したり、
排出通路３６からの空気の吸込みよって、上部液室３１
９作動液室２５及び下部液室３２などに気体が浸入し、
適正な圧縮比が得られなかったり、アウタピストン２■
とインナピストン２９が衝突するなどといったことが防
止できるのである。

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、とりわけ高圧縮比状態から
低圧縮比状態に移行するに際し、アウタピストンの上面
に高圧の燃焼圧力が作用すると上部液室内の圧油が、圧
力通路を介してスプール弁の受圧部に衝突してスプール
弁を所定方向へ瞬時に移動させて排出通路を開成する。

このため、上部液室内の圧油が外部へ速やかに排出され
ると共にアウタピストンが速やかに下降し、この結果、
高圧縮比状態から低圧縮比への可変制御の応答性が良好
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部断面図、第２図
は第１図の■−■線断面図、第３図はこの実施例の低圧
縮比状態を示す断面図、第４図は第３図のＩＶ−１’Ｖ
線断面図、第５図〜第７図はこの実施例におけるスプー
ル弁の変形例を示す要部断面図、第８．９図はこの実施
例におけるスプール弁の他の変形例を示す要部断面図、
第１Ｏ図は従来の圧縮比可変装置を示す全体構成図であ
る。 ２Ｉ・・・アウタピストン。２１ｂ・・・冠部下面、２
３・・・ピストンピン、２４・・・コンロッド、２５・
・・作動液室、２６・・・スプール弁、２９・・・イン
ナピストン、２９ｂ・・・上面、３１・・・上部液室、
３４・・・主通路、３５・・・供給通路、３６・・・排
出通路、３７・・・圧力通路、４１・４２・・・逆止弁
。 外２名 第６図 ′１Ｓ７図 ４ｂ　コＩＪ　　ｌｌｂＤ ＩＩＩＴ＋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンロッドに連結された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
   ウタピストンの上方移動位置でこの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る
   上部液室と、上記ピストンピンの内部軸方向に形成され
   た作動液室と、上記コンロッドの内部軸方向に形成され
   、かつ外部の圧油を逆止弁を介して上記作動液室に供給
   する主通路と、上記作動液室内の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、上記上部液室内の
   圧油を外部に排出する排出通路と、上記作動液室内に摺
   動可能に収納され、かつ機関運転状態に応じて上記供給
   通路と排出通路を切換えるスプール弁と、上記上部液室
   と作動液室とを常に連通して、上部液室の油圧の大きさ
   に応じスプール弁を上記排出通路の開方向に移動させる
   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。