JPH01330A - 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５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、フンロッド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Ｌ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
スプール弁９や各スプリング１０ａ、ｌｌａによって閉
方向に付勢された逆止弁１０．Ｉｆ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機関始動時などにおいて
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Ｉ５内の圧油が
油通路８ａ→８ｂ→８Ｃに達し、ここでスプリングＩＯ
ａ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８ｂが閉塞され、下部液室７内の圧
油は油通路８ｅ、８ｆ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ディーゼル機関にあっては
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８ｂ、８ｃ内の油圧を低下させ、ス
プリングＩＯａ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、油通路８ｄ、８ｅ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が人力して、ここから加圧
装置Ｉ３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
、該供給通路の閉時に上記上部液室内の圧油を上記作動
液室を介して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替えるスプール弁と、上記上
部液室の油圧を上記スプール弁に伝達して該スプール弁
を上記排出通路の開方向に移動させる圧力通路と、上記
スプール弁の排出通路の全開方向への移動量に応じて上
記圧力通路の開口断面積を漸次小さく制御する制御部と
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、機関運転状態が低
負荷から高負荷に変化して低圧縮比を得る場合には、上
界位置にあるアウタピストンの上面に高い燃焼圧力が作
用する七、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介してスプール弁の
所定個所に伝達される。このため、スプール弁が、作動
液室内を移動して排出通路を開き、これにより」ニ部液
室内の圧油が排出通路から外部へ速やかに排出され、低
圧縮比への切替応答性が良好となる。

そして、斯るスプール弁が上述のように排出通路を開く
方向に移動すると、同時に制御部が圧力通路の開口断面
積を小さく制御するため、スプール弁の過度な移動が防
止され、負荷の上昇に応じた圧縮比の低下作用が得られ
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、
下方移動に伴い該アウタピストン２１の最大上方移動を
規制する］二記円環ｉ’Ｂ２２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２
１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３５の図中右
側近傍位置に平行に貫通形成されて上部液室３１から作
動液室２５と通孔２８ａ及びアウタピストン２１側部の
排出口２１ｃを介して外部に圧油を排出する排出通路３
６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」二部液室３Ｉから作動液室２５に圧油を
供給する圧力通路３７と、該圧力通路３７と対向した位
置に１１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の通路断面積は、他の通路３５，３
６．３８よりも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４Ｉ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、萌後の油圧の大小に
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
端に一体に設けられた断面略コ字状の大径な第１弁体２
６ｂと、軸部２６ａの右端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とを備え
ている。また、上記第１弁体２６ｂとストッパ２７との
間には、スプール弁２６全体を図中右方向に付勢する圧
縮スプリング４６が装着されており、このスプリング４
６で付勢された位置では、第２弁体２６ｃが排出通路３
６を閉成し、供給通路３５を開成している。

また、上記第１弁体２６ｂは、略中央外周面にスプリン
グ４６で右方向に付勢された図示位置で上記圧力通路３
７の一端開ロ部３７ａに左半分の部位が臨む円環状の受
圧溝４７が形成され、更に内部には、一端が上記受圧溝
４７に、他端が作動液室２５内に夫々開口した比較的小
径な略り字形の連通路４８が形成されていて、作動液室
２５と下部液室３２とは、連通路４８．受圧溝４７．油
通路３８によって連通している。また、第１弁体２６ｈ
は、受圧溝４７の図中右側外周端が、該受圧溝４７に対
して上記圧力通路３７の開口部３７ａの断面積を大小制
御する制御部４９になっており、この制御部４９は、第
２弁体２６ｃが排出通路３６を全閉にした位置（第１図
位置）から開方向（左方向）へ移動するのと同時に上記
開口部３７ユの断面積を徐々に小さくし、所定移動量以
上で開口＋１＜３７ａを全閉にするように配置されてい
る。

更に、上記主通路３４に供給される圧油は、機関のオイ
ルパンに貯留された潤滑油が一般のオイルポンプによっ
て圧送されるようになっている。

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。

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４Ｉ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がスプリング４６のばね力で排出通路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がト界して高圧縮比状態
となる（第２図参照）。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２
５への逆流が防止されており、一方、圧力通路３７を介
して作動液室２５へ僅かに流入するが、これも主通路３
４の逆止弁４１によって逆流が確実に防止されるため、
アウタピストン２１の上昇位置ｇｔ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内の圧油が高圧
になり、その高油圧が圧力通路３７の開口部３７ａから
第１弁体２６ｂの受圧溝４７及び連通路４８を経て、作
動液室２５に伝達される。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
左方向へ移動し、第２弁体２６ｃが供給通路３５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３Ｉ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（第４図参照）。ここで、ス
プール弁２６は、第２弁体２６ｃが排出通路３６を全開
にした時点で制御部４９が圧力通路３７の開口部３７ａ
を全開にするため、作動液室２５に対する上部液室３１
からの油圧の伝達が遮断され、スプール弁２６は移動の
軸力を失って停止する。したがってスプール弁２６の左
方向の移動によるストッパ２７への衝突が確実に回避さ
れる。よって、スプール弁２６との衝突によって懸念さ
れていたストッパ２７のピストンピン２３からの抜は出
しや摩耗等が防止される。

しかも、上記のような運転状態の変化に際しては、第２
弁体２６ｃが排出通路３６の全開方向へ移動するのに伴
って制御部４９が開口部３７ａの断面積を徐々に小さく
すると共に、圧力通路３７の圧油が受圧）ｕ４７及び連
通路４８を介して作動液室２５内に適宜流入するため、
受圧溝４７に対する油圧力が徐々に低下する。したがっ
て、スプール弁２６の左方向への急激な移動が防止され
、機関の負荷上昇に応じた滑らかな低圧縮比への移行が
可能となり、機関で発生するトルクに急激な変化がなく
、所謂ドルクシコックが低減する。

また、上述のようなスプール弁２６の左方向−＼のオー
パンニートが防止されることにより、スプリング４６の
ばね力による右方向への復帰の応答性が良好となり、圧
縮比の可変制御全般の応答性が向上する。

また、上記低圧縮比への移行の際に作動液室２５に流入
する圧油の一部は、受圧溝４７から油通路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
張行程時などに排出通路３６から排出されて上部液室３
！内を循環するため、ピストン冠部の冷却作用と圧油の
劣化が防止される。また、ここで圧力通路３７は、排出
通路３６より小径に形成されているため、上部液室３１
に油が残留することがない。

更にまた、上記実施例では、主通路３４から作動液室３
５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、前述の従来のら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を通って受圧溝４７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
わる燃焼圧力のノブ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。

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、上部液室内の油圧が圧
力通路を介してスプール弁に直接的に伝達され、スプー
ル弁が所定方向に移動して排出通路を開く。このため、
上部液室内の圧油が、外部へ速やかに排出されて、高圧
縮比状態から低圧縮比状態への可変制御の応答性が良好
となる。

しかも、斯る低圧縮比への移行の際に、スプール弁が排
出通路を全開する方向へ移動するのに伴って制御部が圧
力通路の断面積を徐々に小さく制御するため、スプール
弁に対する上部液室内の油圧力が次第に低下する。した
がって、スプール弁の排出通路開方向への急激な移動が
防止され、機関の負荷上昇に応じた滑らかな低圧縮比へ
の移行制御が得られる。この結果、トルクショックが十
分に低減し、運転性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部断面図、第２図
は第１図の［−ＩＩ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−ｆＶ
線断面図、第５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、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、３Ｉ・・・上部液室、
３４・・・主通路、３５・・・供給通路、３６・・・排
出通路、３７・・・圧力通路、３７２Ｌ・・・開口部、
４１．４２・・・逆止弁、４９・・・制御部。 第３図 第４図

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、上記ピストンピンあるいはインナピストン
   の所定内部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、該供給通路の閉時に上記上部液室内の圧油を上記作
   動液室を介して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の流路を切替えるスプール弁と
   、上記上部液室の油圧を上記スプール弁に伝達して該ス
   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、上記スプール弁の排出通路の全開方向への移動量に
   応じて上記圧力通路の開口断面積を漸次小さく制御する
   制御部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。