JPS58197440A - 圧縮比可変式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮比を変更できるようにした内燃機関に関
するものである。

内燃機関において出力を向上し、燃費を低減するには圧
縮比を高めることが好ましいが、圧縮比を高めると高負
荷、低回転域でノッキンレが発生する。　このため先行
技術としての特開昭５６−８８９２６号公報は、圧縮比
を機関の回転数及び負荷に応じて可変することを、また
、実開昭５６−７９６３９号公報は圧縮比をノッキング
に応じて可変することを各々提案している。

そして、これら両先行技術はいずれもシリンダヘッドに
燃焼室に開口する副シリンダを穿設し、該副シリンダ内
に圧縮比可変用の副ピストンを摺動自在に嵌挿し、該副
ピストンを燃焼室に対して油圧シリンダにて前後動する
ことにより圧縮比を可変にするもので、燃焼室に開口す
る副シリンダは単数の１個にしている。　この場合、燃
焼室には、当該燃焼室への吸気を行う吸気ポート及び燃
焼室からの排気ガスの排気ポート′？に開口すると共に
点火栓がのぞんでいるから、これらを避けて燃焼室に開
口する１個の副シリンダを穿設するには副シリンダの内
径は当然のこと乍ら小さくなり、当該副シリンダ内の副
ピストンの前後動によって所定の圧縮比可変範囲を確保
するには、副ピストンの前後ストロークを長くしなけれ
ばならないのである。

しかし、このように副ピストンの前後ストロークを長く
することは、これを前後する油圧シリンダが大型になる
ばかりか、副ピストンの後退によって圧縮比を最も下げ
た状態において、燃焼室から副ピストン頂面までの距離
が長（なり換言すれば副シリンダの深さが深（なり副シ
リンダ内の掃気効率が著しく低下することに加えて、火
炎伝播距離が長くなるので、吸気混合気の燃焼が悪化す
る不具合がある。

本発明は、このようにシリンダヘッドに燃焼室に開口す
る副シリンダを穿設し、該副シリンダ内に嵌挿した副ピ
ストンの前後動によって圧縮比を可変する場合において
、前記一つの燃焼室に対する副シリンダ及びこれに嵌挿
される副ピストンを複数個として、一つの燃焼室におけ
る副シリンダ全体の合計の横断面積を増大することによ
り、副ピストンの前後ストロークを短かくし前記の不具
合を解消したものである。

以下本発明を実施例の図面について説明すると図におい
て（１）はシリンダブ占ツク、（２）はシリンダヘッド
、（３）は前記シリンダブロック（１）のシリンダポア
（４）内を往復摺動するピストン、（５）は前記シリン
ダヘッド（２）の下面を凹ませて形成した燃焼室を各々
示し、該燃焼室（５）にはその略中心位置にシリンダヘ
ッド（２）に螺着した点火栓（６）がのぞむと共にシリ
ンダヘッド（２）に穿設した吸気ポート（７）及び排気
ポート（８）が各々開口している。　なお、吸気ポート
（７）及び排気ポート（８）の燃焼室（５）への開［１
部には吸気弁（９）と排気弁００が各々設けられている
。

前記シリンダヘッド（２）には、前記吸気ポート（７）
及び排気ポート（８）と点火栓（６）を挾む反対側の領
域に、２個以上の複数個（但し、図面は２個にした場合
を示す）の副シリンダ０υを穿設する。　この各副シリ
ンダ０υはその下側が燃焼室（５）に上側がシリンダヘ
ッド（１）の上面におけるシリンダヘッド上室に各々開
口し、且つこの各副シリンダＯυのシリダヘッド上室へ
の開口部にはこれを塞ぐ蓋板０２が設けられている。

０３は前記各副シリンダ０１）内に摺動自在に嵌挿した
副ピストンを示し、該各側ピストンα■の外周には燃焼
室に近い部分に複数本のピストンリンダ０４）を設け、
この各副ピストンａ３が燃焼室（５）の方向に前進する
と燃焼室（５）の容積が減少して圧縮比が高くなり、各
副ピストン０３が燃焼室（５）から離れる方向に後退す
ると燃焼室の容積が増大して圧縮比が低くなるようにな
っており、且つこの各副ピストンθ側はその各々に設け
たばねθ枠にて後退方向に付勢され、また、各副ピスト
ンα］の背面（燃焼室（５）に対して裏側の面）には、
当該副ピストン０３の中心から軸方向に延びるステム０
ゆが各々一体向に設けられ、該各ステムＱユを前記蓋板
（２）を摺動自在に貫通して外方に突出する一方、各副
ピストン０３の背面と蓋板（２）との間に油圧室（１７
）を各々形成し、該各油圧室０′Ｉ）に、図示しない油
圧源からの作動油を逆ｒ１−．弁α８）付きボート０［
相］を介して各々連続的に供給する。

また、前記各ステム０ゆには油圧室Ｑ７）に連通ずる通
路−を各々備え、且つ各ステムａ→の突出端には各油圧
室αη内の作動油をシリンダヘッド上室に流出するため
のスピルボート（ハ）を各々穿設する。

（イ）はスピル体の一つの実施例であるスピルリングを
示し、該スピルリング（ハ）を前記各ステムＱＱの突出
部に摺動自在に各々被嵌して、ステム０→の後退勤のと
きそのスピルボート■υがスピルリング（イ）ニヨッて
閉じ、ステムα→の前進動のときそのスピルボートＱ］
）が開くように構成する一方、各スピルリング（イ）を
、シリンダヘッド（２）にピン翰枢着した一つのレバー
（ハ）に係合し、該レバー（ハ）の回動により各スピル
リング（イ）を同時にステムａＱの軸方向に移動調節す
るように構成して成るものである。

この構成において、各スピルリング（イ）を第１図に二
点鎖線で示すように燃焼室（５）の方向、つまりスピル
ボート（ロ）を閉じる方向に移動操作すれば、スピルボ
ー）　２１）の閉によって当該スピルポートＱ］）から
の作動油の流出が止り、逆止弁（至）付きボート０！Ｊ
から絶えず作動油が供給されている油圧室ａ′？）の圧
力が上昇するから、各副ピストンα榎は燃焼室（５）に
向って前進し、この前進がスピルボート（２１）の開の
所まで進行すると、スピルボートＱ１）から作動油が流
出を始め、この流出量と油圧室α力への供給星とがバラ
ンスした時点で各副ピストンα騰の前進が停止する。　
また、各スピルリング（イ）を二点鎖線の位置から実線
の位置へと後退方向に移動操作すると、スピルボートＣ
υが全開になり流出量が増加し油圧室α力の圧力が低下
するから、各副ピストン０３は燃焼室（５）の圧力及び
／又はばねα均によって燃焼室（５）から離れるように
後退し、この後退がスピルポート１２１）がスピルリン
グ（イ）にて閉じる所まで進行すると、スピルポートＱ
］）からの流出量が減少しその流出量が供給礒とバラン
スした時点で、各副ピストンａ′３の後退勤が停止する
ことになり、各スピルリング（イ）の移動操作による各
副ピストン０３の位置変更により、圧縮比を任意に変更
できるのである。

従って、前記各スピルリング（イ）に係合するレバー（
ハ）の他端に機関の負荷に関連するアクチェータ（イ）
を連結し、該アクチェータ（ハ）により、機関の負荷の
増加に比例して各スピルリング（イ）を後退勤するよう
にすれば、圧縮比を負荷の増加につれて次第に低く、換
言すれば負荷の減少につれて次第に高くなるように自動
制御することができ、また前記アクチェータ（ハ）を機
関の回転数にも関連して、うに自動制御することもでき
るのであり、機関の負荷の検出には吸気管負圧又はスロ
ットル開度を利用すれば良いこ゛とはいうまでもなく、
また、前記のアクチェータ（ハ）を、機関に設けたノッ
キングセンサーに関連し、圧縮比をノッキングがないと
きには高く、ノッキングが発生するとこれに応じて低く
するように制御することもできるのであるそして、機関
の爆発行程において、各副ピストンα］が大きな爆発力
を受けると、この爆発力にて当該各副ピストン０３が若
干後退してそのスピルポートａυが閉じる一方、各油圧
室Ｑ７）内の圧力が瞬間的に高くなって逆止弁に）が閉
じて、各油圧室αη内の作動油は当該各油圧室（１７）
内に閉じ込められた状態になるから、これにより各副ピ
ストン０□□□に対する大きな爆発力を支受するのであ
り、この場合においてスピルポートＱυが閉じるまでの
間における作動油の流出及びその後の作動油の圧力上昇
がクッションとなって、燃焼室（５）内での混合気の爆
発燃焼による各副ピストンα躊に対する衝撃を吸収、緩
和するのである。

そして前記のように、シリンダヘッド（２）に燃焼室（
５）に開口する副シリンダ０υを穿設する場合、当該副
シリンダＯυはシリンダボア（４）より外側にはみ出さ
ず、且つ点火栓（６）及び両ボー）　（７）　（８）に
か５らないようにしなければならないので、この副シリ
ンダ（功が単数の一個であると、その直径つまり横断面
積にはその直径は第２図に二点鎖線に示すように一定の
限度があって大きくすることができないが、本発明は、
シリンダヘッド（２）に燃焼室（５）に開１」するよう
に穿設する副シリンダ０υを２個以−Ｌの複数個とし、
その容態シリンダ０υに副ピストン０３を各々嵌挿し、
各副ピストンα■の前後動によって圧縮比を可変にする
ものであるから、各副シリンダ（１１）の全体の総横断
面積は、副シリンダが１個の場合より可成り増大するこ
とができ、従って各副シリンダ０υの総横断面積を増大
することができる分だけ、各副シリンダ０υ内における
各副ピストン０す向後ストロークを短かくできるのであ
り、しかも、各副ピストンａ１がシリンダヘッド（２）
に接触するときの全体の総接触面積も、副ピストンが１
個の場合より増大するから、各副ピストンα１がらシリ
ンダヘッド（２）への熱伝達が良くなり、副ピストンａ
３の冷却が向上するのである。

なお、前記実施例において各油圧室αηに絶す供給する
作動油として、機関における潤滑油、又は自動車のパワ
ーステアリング機構における作動油若しくは自動車のオ
ートマチック変速装置における作動油を用いることがで
きる。　また、前記実施例はスピル体の一つの実施例と
して、スピルリング（イ）にした場合を示したが、第５
図に示すようにステム（１６ａ）を中空軸に形成し、該
ステム（１６ａ）内にスピルポート（２２ａ）を摺動自
在に嵌挿し、該スピル体（２２ａ）を摺動操作すること
によってスピルポート（２１ａ）の開閉位置をステム（
１６ａ　）の軸方向に沿って変位するように構成しても
良いのでありまた、第６°図及び第７図に示すようにス
テム（１６ｂ）におけるスピルポートをステム（１６ｂ
　）の軸線に対して傾斜する傾斜状スピルボート（２１
ｂ）に形成する一方、ステム（１６ｂ）の外周には歯車
式のスピルリング（２２ｂ）を回転自在、摺動自在に被
嵌して、該スピルリング（２２ｂ）を図示しない軸受に
てシリンダヘッド（２）に対して軸支し、このスピルリ
ング（２２ｂ）にはステム（１６ｂ　）がｖｎ後摺動し
たときその傾斜状スピルポート（２１ｂ）に合致するよ
うにした一つの逃がしボート（イ）を穿設すると共に、
このスピルリング（２２ｂ　）外周の歯にステム（１６
ｂ）と直角方向に配設したラック杆（ハ）を噛合し、該
ラック杆（イ）の長手方向の摺動によってスピルリング
（２２ｂ）を回転操作して、ステム（１６ｂ）の傾斜状
スピルボー　ト（２１ｂ）に対して逃がしボート（ホ）
、をｑ）位置又は（１１）位置へとずらせることによっ
て、スピルポート（２１ｂ）の開閉位１ｄをステム（１
６ｂ）の軸方向に沿って変位するように構成しても良い
のである（この場合、ステム（１６ｂ）は摺動自在、回
転不能に保持され、また、ここにおけるスピルリング（
２２ｂ）を回転する機構としては、実施例図のラックと
ピニオンに限らず他の手段を用いて良いことはいうまテ
モナい）。　また、このステムに設けた傾斜状スピルポ
ートと、スピルリングに設けた逃がしボートの設ける位
置を、それぞれ逆に・しても良いことはいうまでもなく
、また、副ピストンの材質としては、主ピストンと同様
アルミ合金を用いても良いが、その一部若しくは全部を
セラミックで構成しても良い。

この場合、燃焼室側の材質をセラミックにすると、セラ
ミックは熱伝導性が低いため、燃焼室かストン裏面に伝
達する熱量が減少するので圧縮比劇 変史用ピストンを摺動させる液体の温度を昇が少＾ なくなり液体の劣化が少なくなる。

又、４撃・トンの摺動面にセラミ・・りを使用すれへ ば、耐摩耗性が高く、摩擦係数が低いので、摺動面の潤
滑に必要な液体（潤滑油）が少なくてもよ、いので、オ
イル下がりの量も少なくなり、排ガスの悪化、オイル消
費の増大が防止できる。　さらに、ステムならびにスピ
ルリングに設けるポート形状は、必要に応じて第６図に
二点鎖線で示すような任意形状の組合せが考えられる。

以上実施例について説明したが本発明は、シリンダヘッ
ドに、燃焼室に開口する副シリンダを穿設し、該副シリ
ンダ内に摺動自在に嵌挿した副ピストンの前後動によっ
て圧縮比を可変するようにした内燃機関において、前記
副シリンダを２個以上の複数個とし、該各側シリンダの
各々に前記副ピストンを嵌挿して成るもので、各副シリ
ンダの全体の総横断面積の増により、各副ピストンの前
後ストロークを短縮できるから、当該各副ピストンを前
後動するための油圧シリンダを小型化できる一方、各副
ピストンを後退したときの副シリンダ内の掃気が良くな
ると共に、火炎伝播距離が短かくなって燃焼を向上でき
るのであり、しかも、各副ピストンの冷却が向上して、
各副ピストンの熱負荷を低減できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は機関要部の縦断
正面図、第２図は第１図のロー■視度面図、第３図は第
１図のＩＩＩ−ＩＩＩ視断面断面図４図は第１図のＩＶ
−ｍＶ視視向面図第５図及び第６図はスピル体とスピル
ポートとの別例図、第７図は第６図の平面図である。 （１）・・・シリンダブロック、（２）・・・シリンダ
ヘッド、（５）・・・燃焼室、（６）・・・点火栓、θ
υ・・・副シリンダ、（１３・・・副ピストン。 特許出願人　　ダイハツ工業株式会社 代理人　弁理土石井暁天 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）。シリンダヘッドに、燃焼室に開口する副シリン
   ダを穿設し、該副シリンダ内に摺動自在に嵌挿した副ピ
   ストンの前後動によって圧縮比を可変スルようにした内
   燃機関において、前記副シリンダを２個以、Ｌの複数個
   とし、該各側シリンダの各々に前記副ピストンを嵌挿し
   たことを特徴とする圧縮比可変式内燃機関。