JPH0219292B2 - - 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任意に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、燃費を低減するには、圧縮比を高めれば良い
が、圧縮比を高めると高負荷域及び低回路域にお
いてノツキングが発生する。このため従来の圧縮
比を一定にした内燃機関においては、圧縮比を高
負荷域及び低回転域においてノツキングが発生し
ない値に設定するようにしなければならないか
ら、低負荷域及び高回転域において十分な出力
と、十分な低燃費とを得る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、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、内燃機関
の運転中において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突出し、該
中空状ステムには、前記油圧室内の部位に、油圧
室内における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、内燃機関の運転中において無段階
的に変更できる利点を有する反面、以下に述べる
ような問題を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

すなわち、前記先行技術のものは、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
ら作動油の漏洩がないように高い精度に仕上げ加
工する場合における機械加工が著しく困難で、こ
の機械加工に要するコストが大幅にアツプすると
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。

しかも、先行技術のものは、燃焼室の圧力が、
吸気行程又は排気行程に際して低くなつたとき、
油圧室内に常時供給されている作動油の油圧と燃
焼室内の圧力との間に大きい圧力差が発生して、
副ピストンがこの圧力差にて燃焼室に向つて前進
動し、次に、圧縮行程及び爆発行程に際して燃焼
室内の圧力が高くなつたとき、副ピストンが元の
位置まで後退動すると云うように、一サイクル毎
に一回往復動を繰り返すので、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て、耐久性が低い
のであつた。

本発明は、前記先行技術のものが有するこれら
の問題を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。

〔課題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
への作動油供給通路中に、油圧室における圧力が
上昇すると閉じるようにした制御弁を設ける一
方、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、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穿設し、且つ、前記スチムの
突出端には、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開閉用端面を有するスピル
体を、当該スピル体の開閉用端面による前記スピ
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設け、該スピル体におけ
る開閉用端面を、前記ステムの軸線と略直角な平
面にする一方、前記スピルポートにおける内壁面
のうち、ステムが後退動するときスピル体の開閉
用端面によつて最後にステムが前進動するときス
ピル体の開閉用端面によつて最初に開く部分の内
壁面を、スピル体における開閉用端面と平行な平
面に形成する構成にした。

〔発明の作用・効果〕

このような構成において、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
操作すると、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
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内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操作すると、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操作によつ
て、副ピストンを、無段階的に前進又は後退動す
ることができるのである。

この場合において、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い精度
の機械加工が、前記先行技術の場合よりも遥かに
容易にできるから、その機械加工に要するコスト
を大幅に低減できると共に、加工精度の向上を図
ることができるのであり、更に、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持・点
検が至極容易にできるのである。

しかも、本発明は、スピル体における開閉用端
面を、前記ステムの軸線と略直角な平面にする一
方、前記スピルポートにおける内壁面のうち、ス
テムが後退動するときスピル体の開閉用端面によ
つて最後に閉じステムが前進動するときスピル体
の開閉用端面によつて最初に開く部分の内壁面
を、スピル体における開閉用端面と略平行な平面
に構成したことにより、燃焼室の圧力が、吸気行
程又は排気行程に際して低くなり、副ピストン
が、油圧室内における作動軸の油圧と燃焼室内の
圧力との間における圧力差のために燃焼室に向つ
て前進動した場合に、前記スピルポートは、ステ
ムの軸線と略直角の方向に延びる長い溝状に開口
して、油圧室内の作動油が流出を開始するときの
流出量が急速に増大し、これにより油圧室内にお
ける油圧、延いては、油圧室と燃焼室との間にお
ける圧力差が急速に低下することになるから、吸
気行程及び排気行程に際して、副ピストンが、燃
焼室に向つて前進動するときのストロークを、大
幅に低減することができるのである。

すなわち、副ピストンが、燃焼室内の圧力変化
によつて一サイクル中に一回往復動する場合にお
けるストロークを、前記した構成によつて小さく
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
摩耗を、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、大幅に向上できるのである。

〔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はシリンダブロツクを、符
号２はシリンダヘツドを、符号３はシリンダボア
４内を往復摺動するピストンを、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、前記燃焼室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、この副シリンダ７の
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
ピストンリング９ａを備え、この副ピストン９が
燃焼室５の方向に前進すると燃焼室の容積が減少
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いる。

前記副ピストン９の背面と蓋板８との間に油圧
室１０を形成し、該油圧室１０に、図示しない油
圧源からの作動油を作動油供給通路１１を介して
供給するようになつており、この作動油供給通路
１１中には、燃焼室５の圧力が高くなるとき、換
言すれば圧縮行程及び爆発行程において作動油供
給通路１１を閉じるようにした制御弁の一つの実
施例である所の逆止弁１２が設けられている（こ
の制御弁としては、機関の回転に連動して機関の
圧縮行程及び爆発行程において作動油供給通路１
１を閉じるようにしたロータリー式のものにして
も良い）。

また、前記副ピストン９の背面には、副シリン
ダ７の軸線と平行に延びるステム１３を連結し、
該ステム１３を、前記蓋板８を摺動自在に貫通し
て副シリンダ７外に突出する。このステム１３に
は、その軸方向に延びる通孔１４を備え、該通孔
１４の一端は前記副ピストン９内の部屋１５及び
孔１６を介して前記油圧室１０に連通し、前記ス
テム１３の副シリンダ７外への突出端には、前記
油圧室１０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１７を穿設する。

前記ステム１３の副シリンダ７外への突出端に
は、スピル体の一つの実施例であるスピルリング
１８を摺動自在に被嵌して、ステム１３が後退動
するときそのスピルポート１７がスピルリング１
８の下面における開閉用端面１９によつて閉じ、
ステム１３が前進動するときスピルポート１７が
スピルリング１８の開閉用端面１９から開くよう
に構成する一方、前記スピルリング１８をこれに
係合したレバー２０の回転にてステム１３の軸方
向に移動調節するように構成する。

そして、前記スピルリング１８における開閉用
端面１９を、前記ステム１３の軸線と略直角な平
面にする一方、スピルポート１７を丸形の孔にす
ることなく、例えば矩形状の孔に形成して、該ス
ピルポート１７の内壁面のうち、ステム１３の後
退動時にスピルリング１８の開閉用端面１９によ
つて最後に閉じステム１３の前進動時にスピルリ
ング１８の開閉用端面１９によつて最初に開く部
分の内壁面２１を、スピルリング１８における開
閉用端面１９と略平行な平面に構成して成るもの
である。

この構成において、作動油供給通路１１中の逆
止弁１２は、油圧室１０の圧力、延いては燃焼室
５の圧力が低いときにおいて油圧源側の圧力によ
つて開いて、油圧室１０に作動油が供給される。
このときスピルリング１８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１７の閉によつて当該スピ
ルポート１７からの作動油の流出が止まり、吸気
行程や排気行程のように燃焼室５の圧力が低いと
きにおいて作動油が供給されている油圧室１０の
圧力によつて、副ピストン９を燃焼室側に押す力
が、燃焼室の圧力によつて副ピストンを燃焼室か
ら後退させる方向に押す力より強くなるから、副
ピストン９は燃焼室５に向つて前進し、この前進
がスピルポート１７における開閉用端面１９から
開のところまで進行すると、スピルポート１７か
ら作動油が流出を始め、この流出量と油圧室１０
への供給量とがバランスした時点、即ちこのとき
油圧室内の油圧によつて副ピストンを燃焼室に押
す力と、燃焼室内の圧力により副ピストンを燃焼
室から後退する方向に押す力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１８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１７が全
開になり、スピルポート１７からの流出量が増加
して、油圧室１０の圧力が低下するから、副ピス
トン９は、燃焼室５の圧力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１７
がスピルリング１８の開閉用端面１９にて閉じる
ところまで進行すると、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１８の移動調節に
よつて、副ピストン９の位置を任意に変更でき、
ひいては圧縮比を機関の運転中において任意に変
更できるのである。

一方、スピルリング１８を一定の位置にした状
態において、機関が排気行程及び吸気行程になつ
て燃焼室５の圧力が低下すると、油圧室１０の油
圧によつて副ピストン９を前進方向に押す力が、
燃焼室５内の圧力によつて副ピストン９を後退方
向に押す力より大きくなつて、副ピストン９が燃
焼室に向つて前進するが、この前進は、当該前進
に伴つてスピルポート１７がスピルリング１８に
おける開閉用端面１９から開き油圧室の圧力が低
下した時点で停止する。また、機関が爆発行程及
び圧縮行程になつて、燃焼室５内の圧力が高くな
ると、副ピストン９が後退してスピルポート１７
がスピルリング１８の開閉用端面１９にて閉じる
一方、油圧室１０への作動油供給通路１１中の逆
止弁１２が閉じ、油圧室１０の作動軸は、当該油
圧室１０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はこれ以降後退することなく
当該副ピストンに対する大きな爆発圧力を支受す
るのである。

前記のように副ピストン９は、機関の各行程に
よつて燃焼室の圧力が変化することにより前後動
し、その前後動のストロークが長い程、副ピスト
ン９及び副シリンダ７の摩耗が増大することにな
る。

そして、前記のように燃焼室の圧力が低下する
ことによる副ピストンの前進ストロークは、当該
副ピストンの前進に伴ない、油圧室１０内の作動
油が流出して油圧室１０の圧力が降下する速度に
関連し、この圧力室１０の圧力が下降する速度
は、油圧室１０内からの作動油の流出量によつて
決り、流出量が多い程副ピストンの前進ストロー
クは小さくなる。

この場合において、スピルリング１８における
下面の直線的な開閉用端面１９に対して、スピル
ポート１７が第５図に示すように丸形の孔である
と、副ピストン９の前進に伴つてスピルポート１
７が開閉用端面１９に対して最初に開くときの形
状が欠円状で、開口面積が小さく、従つて作動油
が流出を始めるときの流出量が少ないので、油圧
室１０の圧力が十分に低下するまでには可成りの
前進ストロークが必要になり、燃焼室の圧力の変
化に伴う副ピストンの前後ストロークが増大す
る。

これに対し本発明は、前記のように、スピルリ
ング１８における開閉用端面１９を、ステム１３
の軸線と略直角な平面にする一方、前記スピルポ
ート１７を丸形の孔にすることなく、例えば矩形
状の孔に形成して、該スピルポート１７の内壁面
のうちステム１３の後退動時にスピルリング１８
の開閉用端面１９によつて最後に閉じステム１３
の前進動時にスピルリング１８の開閉用端面１９
によつて最初に開く部分の内壁面２１を、スピル
リング１８における開閉用端面１９と略平行な平
面に構成したもので、この構成により、副ピスト
ン９の前進に伴つてスピルポート１７が開閉用端
面１９に対して最初に開くときの形状は、開閉用
端面１９と、該開閉用端面１９と略平行な内壁面
２１とによつて、ステム１３の軸線と略直線の方
向に延びる長い溝状になつて、油圧室１０の作動
油が流出を始めるときの流出量が、スピルポート
１７を丸形の孔にした場合よりも多いから、油圧
室１０の圧力が十分に低下するまでの前進ストロ
ークが短くなり、燃焼室の圧力の変化に伴う副ピ
ストンの前後ストロークを短縮できるのである。

なお、前記油圧室１０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。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１８にした場合
を示したが、第６図及び第７図に示すようにステ
ム１３ａを中空軸に形成し、該ステム１３ａに内
スピル棒１８ａを摺動自在に嵌挿し、このスピル
棒１８ａの下面におけるステム１３ａの軸線と略
直角の方向に延びる開閉用端面１９ａによつて、
ステム１３ａに穿設のスピルポート１７ａを開閉
するようにしても良い。この場合においてもスピ
ルポート１７ａの内壁面のうちスピル棒１８ａに
おける開閉用端面１９ａによつて最初に開く部分
の内壁面２１ａは、スピル棒１８ａにおける開閉
用端面１９ａと略平行な平面であることは勿論で
ある。更にまた、前記スピルポート１７，１７ａ
の形状は矩形孔に限らず、梯形又は三角形若しく
は多角形等他の形状にしても良いことは云うまで
もない。

【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１図の要部拡大図、第４図は第３
の側面図、第５図は本発明に至る以前のスピルポ
ートを示す図、第６図はスピルポートとスピル体
との別例図、第７図は第６図の側面図である。 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、１０……油圧室、１１……作動油供給
通路、１２……逆止弁、１３……ステム、１７，
１７ａ……スピルポート、１８，１８ａ……スピ
ル体、１９，１９ａ……開閉用端面、２１，２１
ｄ……内壁面。

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、該油圧室への作動油供給通路中に、油圧室
   における圧力が上昇すると閉じるようにした制御
   弁を設ける一方、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、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穿設し、且つ、
   前記ステムの突出端には、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開閉用端面を
   有するスピル体を、当該スピル体の開閉用端面に
   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設け、該ス
   ピル体における開閉用端面を、前記ステムの軸線
   と略直角な平面にする一方、前記スピルポートに
   おける内壁面のうち、ステムが後退動するときス
   ピル体の開閉用端面によつて最後に閉じステムが
   前進動するときスピル体の開閉用端面によつて最
   初に開く部分の内壁面を、スピル体における開閉
   用端面と略平行な平面に形成したことを特徴とす
   る内燃機関における圧縮比の可変装置。