JPH0612229Y2 - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、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３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７とインナピストン３と
の間には下部液室８が夫々形成されており、該上下液室
５，８に作動油たる圧油を供給する油圧回路９の途中に
は、作動液室１７内に摺動自在に収納されたスプール弁
１０や、各スプリング１１ａ，１２ａによって閉方向に
付勢された逆止弁１１，１２が設けられている。更に、
上記スプール弁１０は、第４図にも示すように軸部１０
ａを介して連結された円板状の弁体１０ｂと摺動体１０
ｃとを備え、上記摺動体１０ｃに対する加圧装置１４か
らの油圧及びスプリング１８のばね圧で左右に移動する
ようになっている。また、上記加圧装置１４は、機関運
転状態を各センサ１３，１３からの信号を入力して検知
する制御回路１５によって駆動制御されている。

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、加圧装置１４の加圧を強め、オイ
ルパン１６内の圧油が油通路９ａ→９ｂ→９ｃに達し、
ここでスプリング１１ａ圧に抗して逆止弁１１を押し上
げて上部液室５内に流入する一方、第４図に示すように
圧油が油通路９ｂを介して摺動体１０ｃをスプリング１
８のばね圧に抗して右方向へ押圧する。したがって、ス
プール弁１０の弁体１０ｂが油通路９ｄを閉塞すると共
に、油通路９ｅ，９ｆを開成するため、下部液室８内の
圧油は外部に排出されると同時に油通路９ｂを介して上
部液室５内に多量の圧油が供給されアウタピストン４が
上昇して高圧縮比状態が得られる。

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１４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１１ａの付勢力に
よって逆止弁１１が油通路９ｃを閉じ、スプール弁１０
が左方向に移動して油通路９ｆを閉じ、油通路９ｄ，９
ｅを開成する。したがって上部液室５内の圧油の略全部
が、逆止弁１２によって逆流することなく下部液室８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。尚、図中６は下部液室８のシー
ル部材である。

考案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、
特に高圧縮比状態を得る場合において油通路９ｂを通っ
て作動液室１７内に供給された圧油の受圧面は、スプー
ル弁１０の摺動体１０ｃの一側面１０ｄのみであるた
め、油圧の変動に起因してアウタピストン４の挙動が不
安定になる。すなわち、インナピストン３とアウタピス
トン４の往復運動及びコンロッド１の揺動運動などによ
って作動液室１７内に供給される油圧が第５図に示すよ
うに絶えず変動するため、スプール弁１０が該油圧とス
プリング１８のばね力との相対関係で軸方向へ振動し、
油通路９ｄを頻繁に開閉する。このため、上部液室５内
の油圧が変動してアウタピストン４の挙動が不安定とな
り、各気筒間の燃焼のバラツキによるトルク変動が生じ
る。

問題点を解決するための手段 この考案は、上記従来の問題点に鑑み案出されたもの
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、特に切替弁の弁体と
摺動体の構成において、作動液室内の油圧を受ける各対
向面の受圧面を同一に形成したことを特徴としている。

作用 上記考案によれば、機関始動時あるいは低負荷時には、
所定の加圧手段によって圧油が外部から作動液室内に導
入され、ここから切替弁の弁体によって開成された油圧
回路を通って上部液室に供給され、上部液室の容積が速
やかに増大しこれに伴いアウタピストンが上昇して高圧
縮比状態となる。ここで、作動液室内に供給された圧油
の油圧は、弁体と摺動体の各対向面に対し均等に作用す
るため、切替弁に対する油圧による左右軸方向への両方
への力が相殺されて平衡状態となる。このため、切替弁
は、作動液室内の油圧に影響を受けることなく、したが
って、たとえアウタピストンやインナピストンの往復運
動などに起因して作動液室内の油圧に変動が生じても切
替弁が不用意に作動することがない。尚、斯る切替弁に
対して作動液室内の油圧が影響を与えないことは低圧縮
比状態でも同様である。

実施例 以下、この考案の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て詳述する。

図中２１はピストンの外殻を形成し、かつ内周に円環部
２２が螺着されたアウタピストン、２３はコンロッド２
４に連結されたピストンピンであって、このピストンピ
ン２３は、内部に略円柱状の作動液室２５と、該作動液
室２５内を左右に摺動する後述の切替弁たるスプール弁
２６が設けられていると共に、両端部には、中央に通孔
２７ａを有する円環状のストッパ２７と、円板状のスト
ッパ２８が夫々固定されている。また、図中２９はこの
ピストンピン２３にピン孔２９ｃ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，２
９ａ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
規制する上記円環部２２の上面２２ａと該円環部２２が
摺動するインナピストン２９の下端部３０との間に円環
状の下部液室３２が形成されている。更に、上記上下各
液室３１，３２には、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をイン
ナピストン１９に対して相対的に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、かつピストンピン２３の上壁に穿設された開口
端３４ａが上記作動液室２５に臨む主通路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３１
に供給する第１油通路３５と、該第１油通路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
の作動液室２５と通孔２７ａ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第２油
通路３６と、上記第１油通路３５の図中左側対称位置に
略平行に貫通形成されて上部液室３１から作動液室２５
に圧油を供給する第３油通路３７と、該第３油通路３７
と対向した位置に貫通形成された作動液室２５から下部
液室３２に圧油を供給する第４油通路３８とから構成さ
れている。また、第３油通路３７の通路断面積は、他の
油通路３５，３６，３８よりも小さく形成されている。
更に、上記第１油通路３５と第４油通路３８の夫々に
は、前後の油圧によって開閉作動するチェックボール３
９，３９と切欠路を有する円環状の通路構成部４０，４
０とからなる逆止弁４１，４２が設けられている。更に
また、上記インナピストン２９の上面には、第１，第２
油通路３５，３６と第３油通路３７とを連通する略円環
状の通路溝４３が形成されている。

上記スプール弁２６は、連結軸４４の図中左端側に設け
られた略円柱状の摺動体４５と、図中右端側に設けられ
て、上記第１油通路３５と第２油通路３６とを選択して
開閉する円柱状の弁体４６とを備えている。上記摺動体
４５は、上記作動液室２５周面の大径部位と小径部位と
を夫々摺動する外側の大径円環部４７と内側の小径円柱
部４８とを有していると共に、該両者４７，４８間の段
差個所に受圧部４９が形成されており、この受圧部４９
近傍に上記第３油通路３７の出口部が臨設されて上部液
室３１内の油圧が第３油通路３７を介して受圧部４９に
伝達されるようになっている。また、摺動体４５の小径
円柱部４８と上記弁体４６は、作動液室２５内で上記主
通路３４からの圧油を受ける各対向面４６ａ，４８ａの
受圧面積が同一に形成されている。更に、摺動体４５と
ストッパ２８との間には、スプール弁２６を図中右方向
すなわち第１油通路３５を開き、第２油通路３６を閉じ
る位置に付勢する圧縮スプリング５０が装着されてい
る。ここで、第３油通路３７と第４油通路３８は、摺動
体４５と作動液室２５の各段差部間に形成された環状通
路５１を介して連通している。

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（図示せず）に貯留された潤滑油が図外の一般的
な機械式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。また、図中５２，５２はピストンピン２３の
左右移動を規制するストッパリングである。

以下、この実施例の作用について説明する。まず、機関
始動時や低負荷時には、オイルポンプから圧送された圧
油が第１図に示すように主通路３４から作動液室２５に
送られ、ここからスプール弁２６の弁体４６によって開
成された第１油通路３５を通って上部液室３１に供給さ
れるが、この時点ではアウタピストン２１に作用する燃
焼圧力が小さいため、上記圧油の油圧によって上部液室
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。ここで、主通路
３４から作動液室２５内に供給された油圧は、弁体４６
と小径円柱部４８の各対向面４６ａ，４８ａに対し均等
に作用するため、スプール弁２６の左右軸方向への油圧
による力関係は平衡状態となる。したがって、スプール
弁２６は、圧縮スプリング５０のばね圧のみによって第
２油通路３６を閉じ、第１油通路２５を開く位置に付勢
される。すなわち、スプール弁２６は、作動液室２５内
の油圧に全く影響を受けることがないため、たとえコン
ロッド２４の揺動運動等により主通路３４及び作動液室
２５内の油圧に変動が生じても現状位置を確実かつ安定
した状態で維持することができる。

尚、この高圧縮比状態において圧縮あるいは膨張行程時
に、アウタピストン２１に圧縮比あるいは燃焼圧力が作
用しても、第１油通路３５の逆止弁４１によって作動液
室２５への逆流が防止されており、一方、第３油通路３
７を介して作動液室２５へ僅かに流入するが、これも、
排気行程時にアウタピストン２１の慣性力で上昇した
際、作動液室２５の圧油が第１油通路３５を介して上部
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内に高圧が掛り、その高油圧が第３
油通路３７の出口部から摺動体４５の受圧部４９に作用
する。このため、スプール弁２６は、第２図に示すよう
に圧縮スプリング５０のばね圧に抗して左方向へ瞬時に
移動し、弁体４６が第１油通路３５を閉塞するとともに
第２油通路３６を開く。これにより、上部液室３１内の
圧油が、第２油通路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への切替えが応
答性よく行われる。

また、上記低圧縮比への切替えの際に、第３油通路３７
から環状通路５１に流入した圧油は、第４油通路３８及
び逆止弁４２を通って下部液室３２内に流入し、該下部
液室３２の容積が増加する。したがって、この下部液室
３２内の圧油により排気行程時のアウタピストン２１の
上方慣性力によるインナピストン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環状通路５１及び該
環状通路５１内にリークした作動液室２５内の圧油が第
３油通路３７から上部液室３１内に瞬間的に供給され、
膨張行程時などに通路溝４３を通って第２油通路３６か
ら排出されて上部液室３１内を循環するため、アウタピ
ストン２１の冠部の冷却作用と圧油の劣化が防止され
る。また、ここで第３油通路３７は、第２油通路３６よ
り小径であるため、上部液室３１に油が残留することが
ない。

尚、この低圧縮比状態においては、作動液室２５内に
は、比較的高圧の圧油が導入されるが、この圧油によっ
てスプール弁２６の移動性や現状位置の維持に影響を与
えることはない。そして、上記圧縮スプリング５０のセ
ット荷重は、上記燃焼圧力に関連する摺動体４５の受圧
部４９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。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る内燃機関
の圧縮比可変装置によれば、とりわけ作動液室内の油圧
を受ける切替弁の弁体と摺動体との各対向面の受圧面積
を同一に形成したため、作動液室内に供給された油圧が
弁体と摺動体に均等に作用する。このため、切替弁は、
作動液室内の油圧に全く影響を受けることなく、例えば
圧縮スプリングと燃焼圧力による油圧によってのみ軸方
向へ移動あるいは現状位置が維持される。この結果、ア
ウタピストン及びインナピストンの往復運動などに起因
して作動液室内の油圧が変動しても、切替弁の振動が防
止され、アウタピストンの不安定な挙動及びそれに伴う
燃焼の不安定化によるトルク変動等が防止される。

また、切替弁は、作動液室内の油圧の影響を受けず、単
に圧縮スプリングなどの力のみによって作動するため、
その移動性が良好となり高低圧縮比状態への切替え応答
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例における高圧縮比状態を示
す要部断面図、第２図はこの実施例の低圧縮比状態を示
す要部断面図、第３図は従来の圧縮比可変装置を示す全
体構成図、第４図は第３図の一部拡大図、第５図は作動
液室内の油圧変動状態を示すグラフである。 ２１…アウタピストン、２１ｂ…冠部下面、２３…ピス
トンピン、２５…作動液室、２６…スプール弁（切替
弁）、２９…インナピストン、２９ｂ…上面、３１…上
部液室、３３…油圧回路、４５…摺動体、４６…弁体、
４６ａ，４８ａ…対向面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 松屋 辰之 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動車 部品株式会社内 (72)考案者 菅 聖治 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動車 部品株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】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た
   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、上記上部液室に作
   動液室を介して圧油を給排する油圧回路と、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
   上記油圧回路を切替える切替弁とを備え、更に上記切替
   弁は、上記作動液室内の油圧を夫々の対向面で受ける弁
   体と摺動体とを有すると共に、上記各対向面の受圧面積
   が同一に形成されたことを特徴とする内燃機関の圧縮比
   可変装置。