JPH082444Y2 - 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に連結された中実のピストンピン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、軸部10aを介して連結された円板状の弁体10bや摺動
体を備え、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を介してスプール
弁10をスプリング18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は第４図に示
すように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、前記スプール弁10が収納される弁孔をインナピスト
ン３の下端部に形成しているため、該インナピストン３
を、上側のインナピストン本体と上面に弁孔を形成した
下側の環状部材とによって形成し、弁孔にスプール弁10
を収納保持した後に、環状部材をインナピストン本体に
組み付け固定しなければならない。したがって、その成
形加工作業と組み付け作業が煩雑となり、装置全体の製
造作業能率が低下すると共に、製造コストの高騰が余儀
なくされる。

しかも、スプール弁は内部中実になっているため、自
重が比較的大きくなり、また作動液室17を構成する前記
弁孔の内周面とスプール弁10の軸部10a外周面との間の
断面積が比較的大きく設定されているため、作動液室17
の容積が大きくなってしまう。したがって、圧縮比可変
制御時において作動油が作動液室17全体を満たすのに時
間が掛かる。この結果、スプール弁10の弁体10aに対す
る油圧の伝達速度が遅くなり、このため、上記スプール
弁の大きな自重と相俟ってスプール弁10の移動応答性が
悪化する。更に、上下液室へ油を供給する油通路96を形
成する必要上、ピストンピン２が中実構造となっている
ため、軽量化の面で改善の余地が残っている。

問題点を解決するための手段 本考案は、前記従来の問題点に鑑みて案出されたもの
で、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、該上部液室に圧油を給・排
する油圧回路と、機関の運転状態に応じて上記油圧回路
を切り替えるスプール弁とを備えた圧縮比可変装置にお
いて、 上記ピストンピンの内部軸方向に大径部と小径部とか
らなる弁孔を形成すると共に、該弁孔の内部に前記スプ
ール弁を軸方向へ摺動自在に設け、かつ該スプール弁
は、一端に上記大径部内を摺動する第１弁体と、他端に
上記小径部内を摺動する第２弁体と、該両弁体の間に形
成された軸部とを備え、該軸部を構成する大径軸部と小
径軸部の外径を、夫々対応する上記大径部と小径部の内
径よりも若干小さく形成し、かつ少なくとも上記大径軸
部の内部を中空状に形成し、さらに、前記ピストンピン
の弁孔内周壁とスプール弁の軸部外周面との間に、上記
油圧回路の油圧をスプール弁に伝達する作動液室を形成
したことを特徴としている。

作用 前記構成によれば、ピストンピンの内部に大径部と小
径部とからなる弁孔を形成してピストンピンの軽量化を
図ると共に、、この弁孔内にスプール弁を収納配置する
構造としたため、成形加工や組み付け作業が極めて容易
になる。

しかも、スプール弁の中空化により軽量化が図れ、ま
た、作動液室をスプール弁の大小径軸部の外周面とピス
トンピンの弁孔内周壁との間の小さな隙間で構成したこ
とにより、作動液室の容積の縮小化が図れる。したがっ
て、作動油が作動液室内に満たされるまでの時間が短く
なり、スプール弁に対する油圧伝達性が良好になる。

このため、斯かる油圧伝達性の良好化とスプール弁の
前記軽量化と相俟ってスプール弁の移動応答性が向上す
る。

実施例 以下、この考案の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図及び第２図はこの考案の第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、このピスト
ンピン23は、内部軸方向に弁孔20が形成されていると共
に、該弁孔20の内部に後述するスプール弁26が軸方向へ
摺動自在に収納配置されている。前記弁孔20は、軸方向
に長い大径部20aとテーパ面を介して該大径部20aと連続
する小径部20bとから構成されており、この弁孔20の内
周壁とスプール弁26の軸部44との間に作動液室25が形成
されている。また、ピストンピン23の両端部には、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側部の排
出口21cを介して外部に圧油を排出する第４油通路38と
から構成されている。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４油通
路38とを連通する略円環状の通路溝43が形成されてい
る。

そして、上記スプール弁26は、軸部44と、該軸部44の
図中左端側に一体に設けられて第2,第３油通路36,37を
開閉する略円環状の大径な第１弁体45と、軸部44の右端
側に一体に設けられて第１油通路35と第４油通路38とを
切り替える小径な第２弁体46とを備えている。上記軸部
44は、上記弁孔20の断面形状と略相似形に形成され、大
径部20aと対応する大径軸部44aと小径部20bに対応する
小径軸部44bとからなり、その大径軸部44aの外径が大径
部20aの内径よりも若干小さく設定されていると共に、
小径軸部44bの外径が小径部20bの内径よりも若干小さく
設定されている。したがって、作動液室25は、断面積つ
まり容積が十分に小さく形成されている。また、軸部44
の大径軸部44aと第１弁体45の各内部は、連続した略円
柱状の中空部47になっている。更に、上記第１弁体45の
外端部に螺着された断面略コ字形のスプリングシート48
とストッパ27との間には、スプール弁26を図中右方向に
付勢する圧縮スプリング49が装着され、このばね圧によ
って第２弁体46が第１油通路35を開成し、第４油通路38
を閉成している。

また、上記主通路34には、オイルポンプ60の駆動によ
りオイルパン50からの潤滑油がリリーフ弁51,電磁切換
弁52により調圧された後、クランク軸受53及びクランク
シャフト54各内部のオイルポート55を介して供給される
ようになっている。上記電磁切換弁52は、機関運転状態
を検出する図外の制御回路によってON−OFF制御されて
いる。リリーフ弁51は、電磁切換弁52開時の最低油圧を
確保するものである。

以下、この実施例の作用について説明する。機関始動
時や低負荷時などにおいて低圧縮比状態から高圧縮比状
態を得る場合は、制御回路からの信号によって電磁切換
弁52がOFFされるためリリーフ通路が開き、リリーフ弁5
1で調圧された低圧油が主通路34から作動液室25内に送
られる。そして、この作動液室25は容積が小さいためこ
こを速やかに満たして第１油通路35と逆止弁41を通って
上部液室31に供給される。この時点では、スプール弁26
の第1,第２弁体45,46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、同時にアウタピストン21が速やかに上昇して高圧縮
比状態となる。尚、圧縮あるいは膨張工程時に、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、排気工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60
の負荷が小さくて済むことはいうまでもない。

一方、高負荷時などに低圧縮比状態を得る場合は、電
磁切換弁52がONされてリリーフ通路61が閉じ高圧縮油が
主通路34から作動液室25内に送られる。このため、スプ
ール弁26は、第２図に示すように図中左方向へ速やかに
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を閉成する。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内の油が第４油通路38
から外部へ速やかに排出されると共に、第３油通路37か
ら下部液室32に導入される。これにより、アウタピスト
ン21が即座に下降するので低圧縮比状態への可変制御が
応答性よく行われる。

また、ピストンピン23の内部に大径部20a,小径部20b
からなる弁孔20を形成したため、ピストンピンの軽量化
を図ることができる。更に、上記スプール弁26の内部に
中空部47を形成したため、該スプール弁26の軽量化が図
れる。また、上記作動液室25を、スプール弁26の大小径
軸部44a,44bの外周面とピストンピン23の弁孔20の内周
壁との間の小さな隙間で構成したため、該作動液室25の
容積の縮小化が図れる。したがって、上記スプール弁26
の軽量化と作動液室25の容積の縮小化によるスプール弁
26に対する油圧伝達性の良好化と相俟ってスプール弁26
の作動応答性が一層良好になる。

更にこの低圧縮比状態において下部液室32内の圧油に
よって、排気工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。また、作動液室25の圧油が、第２油通路36から通路
溝43に流入し、この通路溝43内を流通しつつそのまま第
４油通路38から外部に排出され、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。

しかも、ピストンピン23の内部に成形に成形された弁
孔20内にスプール弁26を収納配置する構造であるから、
従来のように、スプール弁をインナピストンの内部に収
納する場合に比較して成形加工や組み付け作業が極めて
容易になり、製造作業能率と製造コストの低廉化を図る
ことができる。

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、ピストンピンの内部に大
径部と小径部とからなる弁孔を形成してピストンピンの
軽量化を図ると共に、この弁孔内にスプール弁を収納配
置したため、従来のように、スプール弁をインナピスト
ンの内部に収納する場合に比較して成形加工や組み付け
作業が極めて容易になる。この結果、製造作業能率の向
上と製造コストの低廉化が図れる。

しかも、スプール弁の内部中空化により該スプール弁
の軽量化が図れる。また、作動液室の容積の十分な縮小
化による該作動液室に作動油が満たされるまでの時間が
短くなり、スプール弁に対する油圧伝達性が良好にな
る。この結果、スプール弁の軽量化と作動液室の良好な
油圧伝達性と相俟ってスプール弁の作動応答性が向上
し、圧縮比可変制御全体の応答性が向上すると共に、ピ
ストンピンの軽量化と合わせて装置全体の軽量化を図る
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す全体構成図、第２図
はこの実施例の低圧縮比状態を示す全体構成図、第３図
は圧縮比可変装置を示す全体構成図、第４図は従来装置
の一部を示す断面図である。 20…弁孔、20a…大径部、20b…小径部、21…アウタピス
トン、21b…冠部下面、23…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、33…油圧回路、44…
軸部、44a…大径軸部、44b…小径軸部、45…第１弁体、
46…第２弁体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 後藤 隆治 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)考案者 原 誠之助 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 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 (56)参考文献 特開 昭63−97836（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−25637（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−164536（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−164534（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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、該上部液室に圧
   油を給・排する油圧回路と、機関の運転状態に応じて上
   記油圧回路を切り替えるスプール弁とを備えた圧縮比可
   変装置において、 上記ピストンピンの内部軸方向に大径部と小径部とから
   なる弁孔を形成すると共に、該弁孔の内部に前記スプー
   ル弁を軸方向へ摺動自在に設け、かつ該スプール弁は、
   一端に上記大径部内を摺動する第１弁体と、他端に上記
   小径部内を摺動する第２弁体と、該両弁体の間に形成さ
   れた軸部とを備え、該軸部を構成する大径軸部と小径軸
   部の外径を、夫々対応する上記大径部と小径部の内径よ
   りも若干小さく形成し、かつ少なくとも上記大径軸部の
   内部を中空状に形成し、さらに、前記ピストンピンの弁
   孔内周壁とスプール弁の軸部外周面との間に、上記油圧
   回路の油圧をスプール弁に伝達する作動液室を形成した
   ことを特徴とする内燃機関の圧縮比可変装置。