JPH0826793B2 - 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10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６とインナピストン３との間に
は、下部液室７が夫々形成されており、各液室5,7に
は、油圧回路８の途中に配置されたスプール弁９や、各
スプリング10a,11aによって閉方向に付勢された逆止弁1
0,11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。更に、上記スプール弁９は、機関の運転条件を検知
するセンサ12,12やその信号から加圧装置13に命令を出
す制御回路14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、各センサ12,12からの信号を入
力した制御回路14が加圧装置14に出力して、該加圧装置
14の加圧を強め、オイルパン15内の圧油が油通路8a→8b
→8cに達し、ここでスプリング10aのばね力に抗して逆
止弁10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8bを介してスプール弁９をスプリング9a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７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13の加圧力を弱め油通路9b,9c
内の油圧を低下させ、スブリング10aの付勢力によって
逆止弁10が油通路9cを閉じ、スプール弁９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11によ
って逆流することなく下部液室７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、上記のように機関運転状態が高負荷時あるいは高回
転時などで圧縮比を下げる場合には、まず各センサ12,1
2からの信号を制御回路14が入力して、ここから加圧装
置13に出力し、次にこの加圧装置13の加圧を弱めて油通
路8b,8c内の油圧を低下させるなど複数の過程を経て初
めて低圧縮比状態を得るようになっている。このため、
特に低負荷状態から急加速して高負荷状態になった場合
などにあっては、高圧縮比状態から低圧縮比への切替が
運転状態の変化に追従できず、高圧縮比状態の継続によ
りノッキングが発生したり、あるいは斯るノッキングを
防止するために点火時期の遅角制御を余儀なくされこれ
によって出力の低下を招来するといった問題がある。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたも
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、特にコンロッドの
内部軸方向に形成され、かつ外部の圧油を逆止弁を介し
て上記作動液室に供給する主通路と、上記作動液室内の
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可能に収納され、かつ機関運
転状態に応じて上記供給通路と排出通路を切換えるスプ
ール弁と、上記上部液室と作動液室とを常に連通して、
上部液室の油圧の大きさに応じスプール弁を上記排出通
路を開成する方向に移動させる圧力通路とを備えてい
る。

作用 上記構成を有するこの発明によれば、例えば、機関高
負荷時あるいは高回転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の上面に高い燃焼圧力が
加わると、上部液室は高圧になる。この時、供給・排出
通路が夫々逆止弁あるいはスプール弁で閉塞されている
ため、上部液室の圧力は圧力通路を通り作動液室に伝達
される。このため、スプール弁は、排出通路の開く方向
へ瞬時に移動する。これにより、上部液室内の圧油が、
排出通路を通って外部へ速やかに排出され、同時にアウ
タピストンも速やかに下降して低圧縮比への切替が応答
性よく行われるのである。

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〜第４図はこの発明の一実施例を示し、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は第２図にも示すようにこのピストンピン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、コンロッド24の内部軸方向に形成
されて上記作動液室25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排
出通路36と、上記供給通路35から図中左側位置に略平行
に貫通形成されて上部液室31と作動液室25とを常に連通
する圧力通路37と、該圧力通路37と対向した位置に貫通
形成されて作動液室25から下部液室32に圧油を供給する
油通路38とから構成されている。また、上記圧力通路37
は、途中に設けられた通路構成部39内のオリフィス40に
よって通路断面積が小さく形成されている。更に、上記
主通路34には、後述のオイルパン（図示せず）からの圧
油を作動液室25側にのみ流入を許容する逆止弁41が設け
られ、また供給通路35と油通路38にも、作動液室25内の
圧油を夫々上部液室31と下部液室32側にのみ流入を許容
する逆止弁42,43が設けられている。この各逆止弁41,4
2,43は、前後の油圧の大小によって開閉作動するチェッ
クボール44…と、切欠路を有する円環状の通路構成部45
…とからなっている。

更に、上記スプール弁26は、軸部26aの第１図中左端
部に一体に設けられた断面略コ字形の第１弁体26bと、
軸部26aの右端部に一体に設けられかつ第１弁体26bより
も小径な円柱状の第２弁体26cとから構成されており、
スプール弁26全体が上記第１弁体26bとストッパ27との
間に装着されたスプリング46によって図中右方向に付勢
され、この位置では第２弁体26cが排出通路36を閉成
し、供給通路35を開成している。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に供給される圧油は、機関のオイ
ルパンから加圧装置たる一般の機関潤滑油用のオイルポ
ンプによって圧送され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、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、オイルポンプから送出された比較的低圧力の圧油
が、第１図に示すように主通路34から逆止弁41を介して
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42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の第２弁体26cが
排出通路36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。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、供給通路35の逆止弁42によって作動液室25への逆流
が防止されており、一方、圧力通路37に設けられたオリ
フィス40を介して作動液室25へ僅かに流入するがこれも
主通路34の逆止弁41によって逆流が確実に防止され、ま
た、作動液室25の圧力の上昇も極めて小さいため、アウ
タビストン21の上昇位置維持つまり高圧縮比状態の維持
に影響を与えることがない。しかも、排気行程時にアウ
タピストン21が慣性力で上昇した際、供給通路35を介し
て作動液室25の圧油が上部液室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を機関クランク系から
の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内の油に高圧が掛
り、この高圧油がオリフィス40で所望の圧力に減圧され
て圧力通路37の開口部37aから作動液室25に流入する。
このため、スプール弁26は、第３図に示すようにスプリ
ング46のばね力に抗して左方向へ瞬時にストッパ27まで
移動し、第２弁体26cが供給通路35を閉塞すると共に排
出通路36を開成する。これにより、上部液室31内の圧油
が排出通路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状態を応答性良く確保できる。

また、この低圧縮比への移行の際に作動液室25に流入
した圧油は、油通路38及び逆止弁43を通って下部液室32
内に流入する。そして、この下部液室32内の圧油によっ
て、排気行程時のアウタピストン21の上方慣性力により
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、圧油が圧力通路37を通って上部液室31に供
給され、膨張行程時などに排気通路36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
圧油の劣化が防止できる。また、ここで圧力通路37は、
オリフィス40によって排出通路36により小径に形成され
ているため、上部液室31に油が残留することがない。ま
た、このオリフィス40によって、低圧縮比移行時の上部
液室31から作動液室25に作用する油圧が減圧されるた
め、各摺動部での油洩れを十分に防止できる。更に、圧
力通路37と排出通路36を分離して形成したため、排出通
路36の通路断面積を可及的に大きく設定でき、したがっ
て、上部液室31から外部への圧油の排出作用が良好とな
り、低圧縮比への移行制御を一層迅速に行うことができ
る。更にまた、上記実施例では、主通路34から作動液室
35へ供給される圧油を、通常のオイルポンプの作動によ
って行っているが、前述の従来のものと同様に制御回路
や圧力調整弁等を用いて供給油圧の制御を行えば、上記
のスプール弁26等の制御と相俟ってより高精度な制御が
可能となる。尚、上記スプリング46のセット荷重は、上
部液室31から圧力通路37を通って作動液室25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。

第５図及び第６図は、本発明のスプール弁の変形例を
示し、スプール弁126の第１弁体126b側に減衰機構50を
設けたものである。すなわち、減衰機構50は、第１弁体
126bに穿設した油室51と、該油室51内を摺動可能に形成
されたピストン52とから成り、該ピストン52は、油室51
に収容されたコイルスプリング53によってストッパ27側
へ付勢され、ピストン52の軸52aがストッパ27に当接し
ている。また、油室51は、スプール弁126の軸部126aに
穿設された油路54によって作動液室25と連通している。
尚、第１図乃至第４図に示す実施例と同一構成部分に同
一符号を付してその重複する説明を省略する。

このように、スプール弁126に減衰機構50を設ける
と、第５図に示す高圧縮比状態から第６図に示す低圧縮
比状態へ切替わる際、急加速時において急激に高負荷に
なった場合であっても、スプール弁126がストッパ27側
へ移動して第１弁体126bが激しく衝突するのを防止する
ことができるので、衝突音の発生を防止したり、激しい
衝突によるストッパ27の脱落を防止する。

また、第７図に示すように、ピストン52の軸52aをス
トッパ27にかしめによって固定して、スプリング53を廃
止してもよい。

第８図及び第９図は、本発明のスプール弁の他の変形
例を示し、スプール弁226の第２弁体226cの軸方向長さ
を、第１図〜第７図に示す実施例の第２弁体26c,126cと
比較して小さく形成したものである。尚、第１図〜第７
図に示す実施例と同一構成部分には同一符号を付してそ
の重複する説明を省略する。

これについて説明すると、第８図に示す高圧縮比状態
では、スプール弁226の第２弁体226cは排出通路36を閉
塞し、供給通路35を開成するのはこれまでと同様である
が、スプール弁226に高油圧が作用し、第９図に示すよ
うに、最も左側に移動した場合でも、第２弁体226cは、
供給通路35を閉塞することがない。このように、常時供
給通路35を開成し、上部液室31に対して常に圧油を供給
することで、例えば高負荷時あるいは高回転時に作動液
室25の圧力が高い状態が続き、スプール弁226の復帰が
遅れるような場合に排気行程の終わりにアウタピストン
21に大きな上向きの慣性力が作用し、上部液室25の容積
が急激に増大しようとした時、速やかに容積の増大分を
補うべく圧油が上部液室25に流入する。これにより、上
部液室25が負圧になることで圧油内に含まれていた空気
が気泡化したり、排出通路36からの空気の吸込みよっ
て、上部液室31,作動液室25及び下部液室32などに気体
が浸入し、適正な圧縮比が得られなかったり、アウタピ
ストン21とインナピストン29が衝突するなどといったこ
とが防止できるのである。

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、とりわけ高圧縮比状態か
ら低圧縮比状態に移行するに際し、アウタピストンの上
面に高圧の燃焼圧力が作用すると上部液室内の圧油が、
圧力通路を介してスプール弁の受圧部に衝突してスプー
ル弁を所定方向へ瞬時に移動させて排出通路を開成す
る。このため、上部液室内の圧油が外部へ速やかに排出
されると共にアウタピストンが速やかに下降し、この結
果、高圧縮比状態から低圧縮比への可変制御の応答性が
良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部断面図、第２図
は第１図のII−II線断面図、第３図はこの実施例の低圧
縮比状態を示す断面図、第４図は第３図のIV−IV線断面
図、第５図〜第７図はこの実施例におけるスプール弁の
変形例を示す要部断面図、第8,9図はこの実施例におけ
るスプール弁の他の変形例を示す要部断面図、第10図は
従来の圧縮比可変装置を示す全体構成図である。 21……アウタビストン。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、34……主通路、35……供給通路、36……
排出通路、37……圧力通路、41・42……逆止弁。

フロントページの続き (72)発明者 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)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 特開 昭63−97836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−186926（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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上方移動位置でこのアウタピス
   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
   成される上部液室と、上記ピストンピンの内部軸方向に
   形成された作動液室と、上記コンロッドの内部軸方向に
   形成され、かつ外部の圧油を逆止弁を介して上記作動液
   室に供給する主通路と、上記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
   室内に摺動可能に収納され、かつ機関運転状態に応じて
   上記供給通路と排出通路を切換えるスプール弁と、上記
   上部液室と作動液室とを常に連通して、上部液室の油圧
   の大きさに応じスプール弁を上記排出通路の開方向に移
   動させる圧力通路とを備えたことを特徴とする内燃機関
   の圧縮比可変装置。