JPH082445Y2 - 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が固定されており、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の途中に配置された油圧切替弁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。また、
上記油圧切替弁10は、加圧機構たるオイルポンプ14の作
動によりオイルパン16から吸上げられて油圧回路９を介
して供給された圧油によって移動制御されており、上記
オイルポンプ14は機関運転状態を検出するセンサ13,13
の信号を入力する制御回路15により制御されている。
尚、図中６は下部液室８をシールするシール部材であ
る。

そして、機関始動時あるいは低負荷時などにおいて圧
縮比を高める場合は、制御回路15がオイルポンプ14の加
圧力を強め、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
を介して油圧切替弁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9d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、オイルポンプ14の加圧力を弱める油通路
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、油圧切替弁10が左方向
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。

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、上述のように低圧縮比時にのみ下部液室８に圧油が
供給されるようになっているため、例えば高圧縮比時に
おいて上部液室５内の圧油がリークダウンしてアウタピ
ストン４が一時的に下降した後、排気行程の終わりに上
向きの慣性力で上昇すると円環部７とインナピストン３
が干渉する。つまり、アウタピストン４が慣性力で上昇
すると下部液室８内には、通路9e,9fを介して空気が導
入されるだけであるから、円環部７とインナピストン３
の十分な緩衝作用が得られず、したがって、両者7,3が
干渉して衝撃音を発生する。

しかも、高低の圧縮比を単にON−OFF的に切り替える
ようになっているため、大きなトルク変動が発生して、
運転性や乗心地性が悪化する惧れがある。

また、前記高低圧縮比の切り替え制御を、作動液室に
対する供給油圧を制御することにより行い、このため
に、制御回路15や各センサ13,13を必要としている。、
この結果、油圧制御構成が複雑となると共に、部品点数
の増加を招き、製造作業能率の低下とコストの高騰が余
儀なくされている。

問題点を解決するための手段 本考案は、上記従来の圧縮比可変装置の問題点に鑑みて
案出されたもので、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上下方向
へ摺動可能に被嵌したアウタピストンと、該アウタピス
トンの上記上下動位置でこのアウタピストンとインナピ
ストンとの間に夫々形成される上部液室及び該上部液室
より受圧面積の小さな下部液室と、上記ピストンピンあ
るいは上記インナピストンの内部に形成され、かつ外部
から圧油が導入される作動液室と、該作動液室内の圧油
を逆止弁を介して上記上部液室に供給する供給通路と、
上記上部液室内の圧油を外部に排出する排出通路と、上
記作動液室内に摺動自在に収納され、かつ上部液室の油
圧に応じて上記排出通路の出口を開閉する弁体を有する
スプール弁とを備え、 上記作動液室と下部液室とを逆止弁を介して常時連通
する連通路を設けると共に、上記排出通路の出口孔縁を
テーパ状に形成する一方、該出口に位置する上記弁体の
受圧部の外形を上記出口形状に対応して外方縮径のテー
パ状に形成し、上記作動液室に機関回転に同期して常時
圧油を供給する加圧手段を設けたことを特徴としてい
る。

作用 上記構成の本考案によれば、低負荷時などに高圧縮比
を得る場合は、機関回転に同期して常時圧油を供給する
加圧手段によって圧油が作動液室に導入されると、この
圧油が供給通路を介して上部液室に速やかに供給され
る。即ち、作動液室内に流入した作動油は、下部液室よ
りも受圧面積が大きく、流入抵抗の小さな上部液室に速
やかに流入してアウタピストンをインナピストンに対し
て上昇して高圧縮比状態となる。

ここで、上部液室内の圧油がリークダウンしてアウタ
ピストンが一時的に下降すると、逆止弁を介して連通路
から作動液室内の圧油が下部液室内に供給される。この
ため、排気行程の終了付近の慣性力でアウタピストンが
上昇しても下部液室内の作動油によりアウタピストンと
インナピストンとの干渉が防止される。

一方、高負荷時などに低圧縮比を得る場合は、上昇位
置にあるアウタピストンに対する燃焼圧力が増加する
と、高圧になった上部液室内の圧油が排出通路からスプ
ール弁の弁体のテーパ状の受圧部に伝達されて、該弁体
が排出通路の出口を上記燃焼圧力の大きさに応じた開口
面積で開成する。このため、上部液室内の圧油が排出通
路から外部に排出されて、アウタピストンがインナピス
トンに対して下降して運転状態に即応した低圧縮比状態
が得られる。逆に、高負荷時から低負荷域に移行する
と、燃焼圧力に応じて受圧部が閉方向に漸次移動して出
口を閉成することにより、高圧縮比状態が得られる。換
言すれば、高低いずれかの圧縮比の切り替えをON−OFF
的ではなく燃焼圧力に応じて無段階に変化させることが
できる。

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はコンロッド24の小
端部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、上記アウタピストン
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。ま
た、上部液室31は、受圧面積が下部液室32のそれよりも
十分に大きく設定されている。

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に供給する供
給通路35と、該供給通路35と略対角線上の位置に貫通形
成され、作動液室25と下部液室32とを連通する連通路36
と、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内の圧油を作動液室25と通孔28a及びア
ウタピストン21側部の排出口21cを介して外部に排出す
る排出通路37とから構成されている。この排出通路37
は、出口37aの内端縁がテーパ状に形成されている。
尚、インナピストン29の上面29bには、供給通路35と排
出通路37の各上端開口部を通る円環状の通路溝38が形成
されている。更に、上記供給通路35と連通路36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40,40とから
なる逆止弁41,42が設けられている。

上記スプール弁26は、軸部43の図中左端部に一体に設
けられた断面略コ字形の摺動部44と、軸部43の右端部に
一体に設けられかつ摺動部44よりも小径な円柱状の弁体
45と、該弁体45の外端部に形成された受圧部46とから構
成されている。この受圧部46は、外形が上記排出通路37
の出口37a形状に対応してテーパ状つまり外方縮径状に
形成されている。また、スプール26は、摺動部44とスト
ッパ27との間に装着されたスプリング47によって図中右
方向に付勢され、この位置では弁体45が排出通路37を受
圧部46を介して閉成しており、この受圧部46が開閉方向
つまり左右方向へ移動する際に、排出通路37の出口37a
面積を徐々に拡大または縮小して油流量を制御するよう
になっている。また、上記摺動部44は、連通路36の開閉
に供されるのではなく、左右いずれの移動位置でも連通
路36を開成する位置になるように配置されており、した
がって連通路36は作動液室25と下部液室32とを常時連通
している。

更に、上記主通路34は、クランク軸48及びクランク軸
受49内に夫々形成されたオイルポート50に連通してお
り、このオイルポート50には、機関のオイルパン51に貯
留された潤滑油が機関回転と同期する加圧手段たる機械
式オイルポンプ52の作動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
た圧油は両者22,29の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、低
負荷時などに高圧縮比を得る場合は、機関回転と同期し
て作動するオイルポンプ52から送出された低圧力の圧油
が第１図に示すようにオイルポート50及び主通路34から
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41を経て上部液室31に供給される。
即ち、上部液室31の受圧面積が下部液室32のそれよりも
大きくなっているため、作動液室25内の圧油は流入抵抗
の小さな上部液室31内にのみ速やかに流入し、下部液室
32には殆ど流入しない。また、この時点ではスプール弁
26の弁体45が、排出通路37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が上昇して高圧縮比状態となる。

また、この高圧縮比状態時にアウタピストン21に圧縮
あるいは燃焼圧力が作用しても供給通路35の逆止弁41に
よって作動液室25への逆流が防止される。しかも、上記
燃焼圧力によって上部液室31内の油圧が上昇するに伴い
該上部液室31内の圧油がアウタピストン21とインナピス
トン29との摺動部位からリークしてアウタピストン21が
僅かに下降すると、同時に作動液室25から連通路36及び
逆止弁42を経て下部液室32に圧油が導入される。このた
め、排気行程時にアウタピストン21が慣性力で上昇した
際、円環部22とインナピストン29との激しい干渉が防止
されるのである。そして、下部液室32の圧油は、上記の
緩衝作用後インナピストン29と円環部22との摺動部位か
ら速やかにリークする。また、上記アウタピストン21が
慣性力で上昇すると作動液室25内の圧油が上部液室31に
補給されるため、高圧縮比状態が維持される。

尚、上記高圧縮比状態において、アウタピストン21の
冠面に燃焼圧力が作用して上部液室31内の油圧が弁体45
の受圧部46に掛っても、この運転領域では、燃焼圧力が
比較的小さいため、スプール弁26はスプリング47のばね
力で右方向に付勢されている。

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燃焼圧力がアウタピストン
21の冠面に作用すると、上部液室31内の高油圧が排出通
路37から弁体45の受圧部46に直接伝達される。このた
め、スプール弁26は、第２図に示すようにスプリング47
のばね力に抗して左方向へ移動し、弁体45が排出通路37
を開成する。これにより、上部液室31内の圧油が排出通
路37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、低圧縮比状態が応答性良く確保できる。

また、機関運転状態が低負荷域から高負荷域へ緩やか
に移行した場合は、受圧部46が排出通路出口37aの開口
面積を徐々に大きく制御するため、上部液室31からの単
位時間あたりの圧油排出量が少なくなる。したがって、
アウタピストン21の下降速度も緩慢となり、低圧縮比状
態への急激な切替えが防止され、この結果、大きなトル
ク変動が抑制され、運転性や乗り心地の向上が図れる。
尚、上記受圧部46による油排出量制御は、高負荷域から
低負荷域に緩やかに移行した場合にも行われる。このよ
うに、機関運転状態が緩やかに変化する場合は、高低い
ずれかの圧縮比の切替えをON−OFF的ではなく無段階的
に行うことができるため、トルク変動を効果的に抑制で
きる。

また、上記低圧縮比への切替え時における作動液室25
内の圧油は、連通路36及び逆止弁42を通って下部液室32
内に流入し、これ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、圧油が供給通路35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37から排出されて上部液室31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。特に上
部液室31の容積が略零の状態になっても通路溝38内を圧
油が循環するため、十分な冷却作用が得られる。

また、上記排出通路37は、受圧部46への油圧伝達と圧
油排出の２つの機能を兼ねているため、構造が簡素化さ
れ製造作業性も向上する。

尚、上記スプリング47のばね力は、上部液室31から排
出通路37を通って受圧部46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の冠面に加わる燃焼圧力
のノッ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。これによ
り、ノッキング発生限界まで高圧縮比状態を維持できる
ので燃費や出力の向上が十分に図れる。

尚、上記実施例では、作動液室をピストンピン内に設
けた例を示したが、従来例と同様に、インナピストン内
に設けてもよい。

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、燃焼圧力の大きさに応じ
てスプール弁の弁体の受圧部が排出通路の出口を開閉制
御することにより、低圧縮比状態から高圧縮比状態へ、
あるいは高圧縮比状態から低圧縮比状態への切り替えを
応答性良く行うことができる。

しかも、前記高圧縮比状態時において上部液室内の圧
油のリークダウンに伴いアウタピストンが若干下降する
と、作動液室の圧油が逆止弁を介して連通路から下部液
室に供給されるため、アウタピストンが慣性力で上昇し
ても、該下部液室内の作動油によってアウタピストンと
インナピストの激しい干渉が防止され、この結果衝撃音
の発生が防止される。

また、例えば機関の高負荷域から低負荷域などへ運転
状態変化が緩やかに行われた場合には、排出通路の出口
の開口面積が受圧部によって漸次小さくなるように制御
されるため、排出通路を流通する圧油の流量が次第に少
なく制御される。したがって、アウタピストンの上昇あ
るいは下降速度も緩慢となり高低圧縮比への急激な切り
替えが防止される。この結果、大きなトルク変動が抑制
され、運転性や乗心地性の向上が図れる。

また、前述のように、高低圧縮比の切替制御を、スプ
ール弁の弁体の受圧部による排出通路出口の開閉制御に
よって行うため、油圧制御構成が簡素化され、製造作業
能率の向上とコストの低廉化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る圧縮比可変装置の一実施例を示
す全体構成図、第２図はこの実施例の低圧縮比状態を示
す要部断面図、第３図は従来の圧縮比可変装置の全体構
成図である。 21…アウタピストン、23…ピストンピン、25…作動液
室、26…スプール弁、29…インナピストン、31…上部液
室、32…下部液室、35…供給通路、36…連通路、37…排
出通路、37a…出口、41,42…逆止弁、45…弁体、46…受
圧部。

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63−302150（ＪＰ，Ａ)

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上下方向へ摺動
   可能に被嵌したアウタピストンと、該アウタピストンの
   上記上下動位置でこのアウタピストンとインナピストン
   との間に夫々形成される上部液室及び該上部液室より受
   圧面積の小さな下部液室と、上記ピストンピンあるいは
   上記インナピストンの内部に形成され、かつ外部から圧
   油が導入される作動液室と、該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、上記上
   部液室内の圧油を外部に排出する排出通路と、上記作動
   液室内に摺動自在に収納され、かつ上部液室の油圧に応
   じて上記排出通路の出口を開閉する弁体を有するスプー
   ル弁とを備え、 上記作動液室と下部液室とを逆止弁を介して常時連通す
   る連通路を設けると共に、上記排出通路の出口孔縁をテ
   ーパ状に形成する一方、該出口に位置する上記スプール
   弁の弁体の受圧部の外形を上記出口形状に対応して外方
   縮径のテーパ状に形成し、上記作動液室に機関回転に同
   期して常時圧油を供給する加圧手段を設けたことを特徴
   とする内燃機関の圧縮比可変装置。