JPH0814261B2 - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

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７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、コネ
クティングロッド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、各液
室5,8には、油圧回路９の途中に配置され油圧切替弁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を介して圧油が供給され、互いの容積変化に
伴ってがアウタピストン４を上下に移動させるようにな
っている。更に、上記油圧切替弁10は、機関の運転条件
を検知するセンサ13,13やその信号から加圧装置14に命
令を出す制御回路15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、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、圧油が油通路9bを介して切替弁10
をスプリング10a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８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、切替弁10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。

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、上記のように低圧縮比状態時では、油通路9cが逆止
弁11によって閉塞され、また油通路9dも逆止弁12によっ
て閉塞されているため、上部液室５内の圧油の出入が完
全に遮断されており、したがって上部液室５内に残留し
た圧油が機関回転時の燃焼熱などに晒されて劣化するば
かりか、タール化してインナピストン３上面やアウタピ
ストン４の冠部下面などに粘着あるいは固着してしま
う。この結果、アウタピストン４の摺動が困難になり、
円滑な圧縮比制御作用が得られないといった問題があ
る。そこで、例えば実開昭63−108539号公報に記載され
た考案のように、低圧縮比状態でも上部液室内に油を循
環させて高熱による油の劣化を防止するようにしたもの
も提供されてはいる。しかし、この従来例は、上部液室
内の油を外部に排出するドレン通路のドレン孔を、アウ
タピストンの外周に形成されたオイルリング溝の底部に
開口形成してあるため、ドレン通路を流入した油はドレ
ン孔からオイルリング溝内に排出される。このため、こ
の油はオイルリングの外周部上部に廻り込んでしまう。
したがって、オリルリングによるシリンダ内周面の油の
効率良い掻き落としが困難になり、逆にピストンの冠部
方向へ掻き上げられ、この結果、所謂オイル上がりが発
生し、油の消費量が増加する惧れがある。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記従来の圧縮比可変装置の問題点に鑑
み案出されたもので、インナピストンの外周に摺動可能
に被嵌しかつ冠部外周面にオイルリング溝が形成された
アウタピストンと、このアウタピストンとインナピスト
ンとの間に形成された上部液室と、この上部液室に機関
の運転状態に応じて圧油を供給する加圧手段と、この加
圧手段と上記上部液室とを連通する供給通路と、上記上
部液室と外部とを連通する排出通路とを備えた内燃機関
の圧縮比可変装置において、上記アウタピストンの冠部
下面とインナピストンの上面との間に上記供給通路と排
出通路とを連通する通路溝を形成すると共に、前記排出
通路の出口部を、アウタピストンの上記オイルリング溝
よりも下方位置に開口形成したことを特徴としている。

作用 上記構成のこの発明によれば、機関の運転状態に応じ
て高圧縮比あるいは低圧縮比を得るには、加圧手段によ
る上部液室への圧油の供給や、排出通路を介して上部液
室の圧油の排出によってアウタピストンのインナピスト
ンに対する上下方向への摺動によって行われるのである
が、上部液室内の圧油が排出された低圧縮比状態におい
ては、圧油が供給通路から通路溝内に流入し、排出通路
から外部へ排出されるため、ピストン冠部が効果的に冷
却されると共に圧油の劣化が防止される。しかも、前述
のように排出通路から外部に排出される圧油は、出口部
を介してオイルリング溝（オイルリング）の下方側のシ
リンダ内周面に付着するため、該シリンダ内周面に付着
した上記油は、オイルリングによって下方へ効率良く掻
き落とされる。

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図及び第２図はこの発明の第１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はコネクティングロ
ッド24に連結されたピストンピンであって、前記アウタ
ピストン21は、冠部のリングランド51の外周面に下側の
オイルリング溝52と上側のピストンリング溝53が形成さ
れている。また、インナピストン23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,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2
9は第３図にも示すようにこのピストンピン23にボス部3
0,30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、コネクティングロッド24の内部軸
方向に形成されて上記作動液室25と連通する主通路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31
に供給する第１油通路35と、該第１油通路35から図中左
側位置に略平行に貫通形成されて作動液室25から上部液
室31内に圧油を供給する供給通路たる第２油通路36と、
該第２油通路36と対向した位置に貫通形成され作動液室
25から下部液室32に圧油を供給する第３油通路37と、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から作動液室25と通孔28a及びアウタピスト
ン21側部の出口部である排出口21cを介して外部に圧油
を排出する排出通路たる第４油通路38とから構成されて
いる。前記排出口21cは、前記アウタピストン21のリン
グランド部51の下方位置つまりオイルリング溝52より下
方の位置に開口形成されている。また、第２油通路36の
通路断面積は、他の油通路35,37,38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３油通路37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39,39と切欠路を有する円環状の通路構成部40,40とか
らなる逆止弁41,42が設けられている。

更に、上記インナピストン29の上面29bには、第２図
にも示すように上記第２油通路36の上端開口36aと上記
第４油通路38の上端開口38aとを連通する略円環状の通
路溝50が形成されている。この通路溝50は、第２油通路
36と第４油通路38の各上端開口36a,38a付近が内側に向
かって幅広く形成されており、第４油通路38側は、第１
油通路35の上端開口35aまで幅広く形成されている。

更に、上記スプール弁26は、軸部26aの図中左端部に
断面略コ字形の第１スライド弁体26bが形成されている
と共に、図中右端部には、第１スライド弁体26bよりも
小径な円柱状の第２スライド弁体26cが形成されてお
り、上記第１スライド弁体26bとストッパ27との間に装
着されたスプリング43によって図中右方向へ付勢されて
いる。すなわち、作動液室25内に大きな油圧が作用しな
い場合は、スプリング43のばね力によって第１油通路35
のみを開く位置に付勢され、大きな油圧が作用するとス
プリング43のばね力に抗して左側に移動して第１油通路
35を閉じ、第2,第3,第４油通路36,37,38を開くように切
替え作動す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、上記主通路34に供給される油圧は、機関のオイ
ルパン44から加圧装置たる一般のオイルポンプ45によっ
て圧送される。また、オイルポンプ45で送出される圧油
の圧力は、リリーフ通路46に配設された圧力調整弁47に
よって制御されるようになっており、この圧力調整弁47
は、車速センサ（図示せず）等からの出力信号を入力し
て機関運転状態を検出する制御回路48によって開閉制御
されている。

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、制御回路48からの信号を受けた圧力調整弁47の開度
が大きくなり、低圧力の圧油が、第４図に示すように主
通路34から作動液室25に送られ、ここから第１油通路35
とこの油圧で開かれた逆止弁41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の各スライ
ド弁体26b,26cが第2,第3,第４油通路36,37,38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
に伴うアウタピストン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、逆止弁41によ
って圧油の逆流が防止され、僅かにアウタピストン21と
インナピストン29との摺動部位からリークするにすぎな
い。これも、排気行程時にアウタピストン21が慣性力で
上昇した際、第１油通路35から上部液室31内に補給され
るため、高圧縮比状態が維持される。尚、上記上部液室
31へ圧油を供給する際に、油圧によってスプール弁26を
作動させる必要がないので、オイルポンプ45の負荷が小
さくて済むことは云うまでもない。

一方、高負荷時などに低圧縮比を得る場合は、制御回
路48からの信号を受けた圧力調整弁47の開度が小さくな
り、高圧力の圧油が主通路34から作動液室25に送られ、
この圧油によって第２図に示すようにスプール弁26が図
中左方向に移動して第２〜第４油通路36,37,38を開き、
同時に第１油通路35を閉塞する。したがってアウタピス
トン21が燃焼圧力を受けた際に、上部液室31内の圧油
は、第４油通路38から外部へ速やかに排出され、そして
第３油通路37を通って逆止弁42を開きながら下部液室32
内に供給される。したがって、とりわけ第４油通路38か
らの圧油の排出作用により上部液室31の容積や速やかに
減少しアウタピストン21が下降して低圧縮比状態が応答
性よく確保できる。

また、この低圧縮比状態において下部液室32中の圧油
によって、排気行程時のアウタピストン21の上方慣性力
によってインナピストン29と円環部22との干渉が防止さ
れる。

更に、この低圧縮比状態において、作動液室25の圧油
が、第２油通路36から通路溝50に流入し、この通路溝50
内を流通しつつ、そのまま第４油通路38から排出され、
これによってアウタピストン21の冠部下面21bとインナ
ピストン29の上面29bとの間を速やかに循環する。この
ため、ピストン冠部が効果的に冷却されると共に、圧油
の劣化が防止される。また、ここで排気行程時において
は、アウタピストン21が僅かに上昇すると通路溝50内の
圧油が上部液室31の全体に拡散されて隅々まで行き渡る
ため、ピストン冠部に対する冷却効果が一層大きくな
る。次いで膨張行程時などにアウタピストン21の冠部下
面21bで上部液室31内の圧油が押圧されて再び通路溝50
内に集合して第４油通路38から排出される。そして、こ
の第４油通路38から排出口21cを介して排出される油圧
は、オイルリング溝52の下方位置に排出される。したが
って、シリンダ内周面に付着した油をオイルリングによ
って下方へ効率良く掻き落とすことが可能になる。尚、
ここで第２油通路36は、第４油通路38よりも小径である
ため、上部液室31に油が残留することがない。

第５図はこの発明の第２実施例を示し、この実施例で
は、上記第１実施例と同様な形状及び断面積を有する通
路溝50を、アウタピストン21の冠部下面21bに形成し
た。

第６図はこの発明の第３実施例を示し、この実施例で
は、通路溝50を、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の双方に対向して形成し、両
面21b,29bが接触した際に第1,第２実施例と同様な形状
となるように形成している。斯る通路溝50によって第１
実施例と同様にピストン冠部の冷却と圧油の劣化が防止
される。

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、特にアウタピストンの冠
部下面とインナピストンの上面との間に、圧油の供給通
路と排出通路とを連通する通路溝を形成し、低圧縮比状
態において、上記通路溝により上部液室で圧油を積極的
に循環させることができるため、圧油の劣化を防止でき
ると共に、ピストンの冠部を効果的に冷却することがで
きる。

また、斯る冷却効果によってノッキングを十分に抑制
することができ、したがって圧縮比を可及的に高くする
ことが可能となり可変圧縮比制御による高圧縮比化と相
俟って機関始動性や出力の向上が図れる。

更に、通路溝によって上部液室内の圧油を効率よく排
出できるので、高圧縮比から低圧縮比化への応答性が極
めて良好となると共に、ピストン冠部の軽量化が図れ
る。しかも、排出通路の出口部をオイルリング溝の下方
位置に開口形成したため、出口部から排出されてシリン
ダの内周面に付着した油をオイルリングによって効率良
く下方へ掻き落とすことが可能になる。この結果、油の
消費量の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す全体構成図、第２
図はこの実施例に供されるインナピストンの平面図、第
３図は第１図のIII−III線断面図、第４図はこの実施例
の高圧縮比状態を示す断面図、第５図はこの発明の第２
実施例を示す断面図、第６図はこの発明の第３実施例を
示す断面図、第７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、29……イン
ナピストン、29a……外周面、29b……上面、31……上部
液室、36……第２油通路（供給通路）、38……第４油通
路（排出通路）、45……オイルポンプ（加圧手段）、50
……通路溝、51……リングランド、52……オイルリング
溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 博章 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)発明者 尾藤 博通 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 荒井 孝之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (56)参考文献 実開 昭58−25637（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−108539（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭32−3766（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−8047（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭60−42344（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平６−3166（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インナピストンの外周に摺動可能に被嵌し
   かつ冠部外周面にオイルリング溝が形成されたアウタピ
   ストンと、このアウタピストンとインナピストンとの間
   に形成された上部液室と、この上部液室に機関の運転状
   態に応じて圧油を供給する加圧手段と、この加圧手段と
   上記上部液室とを連通する供給通路と、上記上部液室と
   外部とを連通する排出通路とを備えた内燃機関の圧縮比
   可変装置において、 上記アウタピストンの冠部下面とインナピストンの上面
   との間に上記供給通路と排出通路とを連通する通路溝を
   形成すると共に、前記排出通路の出口部を、アウタピス
   トンの上記オイルリング溝よりも下方位置に開口形成し
   たことを特徴とする内燃機関の圧縮比可変装置。