JPS5848733A - 可変圧縮比機構 - 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、内燃機関の可変圧縮比機構に関するものであ
る。

機関の燃費をはじめ、エミッタ１ン、出力およ°び低温
始動性などの性能の改善のために、従来からピストンの
形状、ヘッド側燃焼室形”状。

副室形状、吸気形状１点火方式、パルプ形状等が種々検
討され、燃焼法の改善が行なわれているが、いずれもそ
れらの改善効果が限界にきているのが現状である。

このこと杜１機関の運転条件によりてそれぞれ最適な要
求圧縮比が種々あるにもかかわらず、従来技術において
は一定値に固定していることも一つの原因となっている
。したがうて、今まで以上の改善効果を得るためＫは、
圧縮比を可変にすることが不可欠である。

ところで、圧縮比を可変とする機構は大別して、ピッ１
４１体を燃焼室に対して進退させるものと、シリンダヘ
ッド部にサブピストンを設けてこれを燃焼室に対して進
退させ燃焼室体積を変化させるものとの２つがあるが１
本発明はこのうちサブピストンを設けるタイプに関する
ものである。

従来のサブピストンによる可変圧縮比機構には、たとえ
ば実開昭５６−８８２７号の考案等があるが、これらは
全て１機関の爆発行程におけるす圧部で愛けるようにな
っており、受圧部がかじシ、焼付、摩耗による狂いや耐
久性の低下等を招くおそれがあるものであった。さらに
、従来形式のものにおいては、サブピストンはシリンダ
ヘッド部に形成された凹部から成るシリンダボア内に収
納され、低圧縮比状態においてはボア内に没するので、
シリンダボアの壁面に未燃炭化水素のデポジットが付着
形成され、サブピストンのシリンダボア内の摺動を悪化
させるおそれもあった。

本発明は、上記の点く鑑みて、内燃機関の圧縮比を可変
とする機構を提供することを目的とするものであシ、一
般的には１分ンリン機関でＦｉ、高負荷のとき圧縮比を
下げてノッキング。

ＮＯｘ、エミＶシ曹ンの発生を抑え、低負荷のときは圧
縮比を上げて熱効率を高めるとともに燃費°を良＜シ、
またディーゼル機関では、高速側で圧縮比を下げてフリ
クシ冒ンを低減し、低速側で圧縮比を上げて熱効率を上
げ、熱費を良くするとと゛を目的とする。

また１本発明は、サブピストン形式の可変圧縮比機構に
おいて、荷重の受圧構造を安定化させ、かつ従来のデポ
ジットの′問題を解消することも目的とするものである
。

この目的、を達成するために１本発明の内燃機関の可変
圧縮比機構では、シリンダへＶドにサブピストンが取付
けられていて、該サブピストンはカムシャフト、四Ｖカ
アームにより駆動され、かつ主ピストン２往復で１往復
になるよう罠なっておシ、サブピストンの燃焼室側への
突き出し位置でサブピストンを固定するストッパ機構が
設けられている。そして、ガソリン機関では高負荷時に
、ディーゼル機関では高速時に。

ストッパ機構を作動させないことにより低圧縮比状態と
し、またガソリン機関では低負荷時に。

ディーゼル機関では低速時に、ス）ｙパＰｓ構を作動さ
せて燃焼室側への突き出し位置でサブピストンを固定す
るようになっている。

また、ス）Ｆｉはサブピストンからの荷重をサブピスト
ンの軸心上でロッカアームを介して受け、かつス）Ｆｉ
とＯｖカアームは面接触させである。なお、サブピスト
ンは、固定位置においてもカムトＶプ部により僅かな１
゛ストロークされており、サブピストンのシリンダライ
ナ部のデポジットの付着が予防されている。

以下に、本発明の可変圧縮比４！！綱の望ましい実施例
を図面を参照しなから欽明す石。

第１図は本発明の実施例装置の概Ｗ＠＃Ｉｆｒ面を示し
たものである。図中、主ピストン１．シリンダブロック
２．シリンダヘッド３で囲まれた燃焼室４に開口させて
、シリンダへラド３にシリンダボア６が形成されており
、該シリンダボア６Ｆｉ内壁面としてライナ５を有して
いる。シリンダボア６には、サブピストン７が摺動自在
に。

そして燃焼室４に対して進退動自在に挿入されている。

゛サブピストン７のロッド８はストッパ兼ガイド９を挿
通して上方に延びておシ、ロッド８上端にはサブピスト
ン７とともに上下動するキャップ１０が設けられている
。ロッド８の上端部にはばね座１１が固定されており、
キャップ１０が摺動自在に挿入された穴１２の底面１３
とばね座との間にはスプリング１４が介装されていて、
サブピストン７、キャップ１０等を上方に常に付勢しで
いる。

キャップ１０の上面にＦｉ、支点１５まわシに揺動する
口ｔカアーム１６の端部の下面が摺接しておシ１ロＶカ
アーム１６は、カムシャフト１７に取付けられ九カム１
８によって駆動される。ｏツカアーム１６．カムシャフ
ト１７によるサブピストン７の往復動は１機関の主ピス
トン１０２ストロークに対してサブピストン７が１スト
ロークするタイミングにされている。

キャップ・１０の上面−側−には、上方に延びるプレー
ト状の延設部１９が設けられている。シリンダヘッド３
には、延設部１９の上下動範吐に出没するス）ｙパｌが
設けられている。該ストツパ２０は、サブピストン７が
燃焼室４側に突き出した位置で丁度延設部１９の上部に
接するように延設部１９上方に突き出し、サブピストン
７の上下動を拘束するようになっており、ストッパ加が
延設部１９の上下動領域から外部に退かされたときは、
サブピストン７はカムにより駆動されて自由に上下動す
る。

ス）ｒパ加がキャップ１０上罠突出するときは。

口Ｖカアーム１６のキャップ１０との接触部の直上を覆
う位置迄突出され、爆発行程でしかも高圧縮比状態の大
きな荷重をサブピストン７０軸心上で安定して受けるこ
とができるようになって″いる。さらにストＶバ加とロ
ッカアーム１６との接触部は面接触となっておシ、高圧
縮比時の爆発行程の大き々荷重は、この面接触受圧面に
て受けられ、従来のカム機構におけるような１ｇ４また
は点の受圧面となっていないので、十分に大荷重を受け
ることが可能である。

なお、サブピストン７のストシバ加による固定゛位置は
、カムトップ部から若干外れた位＊４Ｃ設定されておシ
、サブピストン７はス）ｖパ加で固足された状態におい
ても、僅かな警カムトＶプで駆動されてストロークする
ようになっている。

ストッパ加の駆動は、運転条件に従ってストＶバ頷をキ
ャップ１００ストローク領域内に出没動させるものであ
れば、任意の駆動機構によってよいが、たとえばダイヤ
プラム、シリンダ装置、電磁弁、電動弁などは使用に適
する。ストＶパ２ｏＦｉ、多気筒エンジンの場合、各気
筒に対し１Ｎけられるが、スプリング２１で支持される
ことｉｆ：より、駆動機構によるス）Ｆバ加の進退動の
作動のタインングが、サブピストン７のストロークのタ
イミングとずれても、サブピストン７が燃焼室４１１に
突き出した位置で熱理なくキャップ１０の延設部１９の
上方に入出できるようになっている。

第２図は、ス）Ｆパ２０の駆動機構の一例としてのダイ
ヤフラム駆動を示したものである。同図において、ダイ
ヤフラム２２Ｆｉ吸気ｆ２３に連通されていて吸気管負
圧がダイヤフラムｎに導かれている。低負荷のとき吸気
管の負圧が大になりダイヤフラムρがスプリング冴に抗
して図の右方に移動すると、支点２５まわりに回動する
リンク妬を介して、枠体２７Ｆｉ図の左方に移動し。

スプリング２１を介してストシバ２０を図の左方に押し
、キャップ１０が下がつたときにキャップ１０上に突出
してサブピストン７を固定する。これＫよって高圧縮比
状態が得られる。また、高負荷のときは、ダイヤフラム
ｎがスプリング冴で押され、ス）ｙパ２０ｔ−ひくので
、キャップ１０上方にはストシバ加がなくなり、サブピ
ストン７は自由に上下動する。

第３図は、ストッパ２０の駆動機構の別の例で。

１を磁弁駆動の場合を示している一同図において。

ダイヤフラム四に接点四が設けられておシ、低負荷のと
き吸気管負圧が大になるとダイヤフラム四はスプリング
３０に抗して引きｆけられ、接点四は離れて、電源３１
．電磁弁３２．接点２９から成゛る直列回路はオンにな
る。すると、電磁弁３２の吸引力は消失し、゛電磁弁３
２のロッド３３ハ電磁弁３２のスプリング３４によって
押されて図の左方に移動し二枠体２７を図の左方に押し
、スプリング２１を介してストｖパ２０′ｆｒ図の左方
に押し。

サブピストン７を固定する。これによって高圧縮比状態
が得られる。高負荷のときは接点四がオンにな夛、電磁
弁諺が作動してス）ｙパ加を引き、サブピストン７の固
定を屑除し、低圧縮比の状態が得られる。

上記のように、ストッパ２０によるサブピストン７、め
、固定は、ガソリン機関では低負荷時に。

ディーゼ′ル機関では低速時に行なわれ、それ以外のと
き、すなわちガソリン機関では高負荷時に、ディーゼル
機関では高速時に、ストシバ加による固定は解除される
よう罠なっている。そして、負荷の高低は１通常吸気管
負圧、または吸気管負圧とエンジン回転数の組合せ等に
より検知され、速度の大小はディーゼル機関の場合。

アクセルペダルの踏込量、スロットル開度または燃料噴
射時期タイマ内の燃圧等により検知される。

つぎに、上記の内燃機関の可変圧縮比機構の作用につい
て説明する。

第４図は、主ピストン１とサブピストン７のそれぞれの
ピストン頂部の軌跡を示したものである０図に示す如く
、主ピストンｌは、吸入。

圧縮、＄１１１発、排気の４行程において、線ムに示す
如く、２ストロークする。

これに対し、ガソリン機関でＦｉ高負荷時Ｋ。

ディーゼル機関では高速時に、サブピストン７はス）Ｆ
パ加による固定を解除されるので、、フリーになシ、線
Ｂで示す如く、主ピストン１０２ストロークに対し１ス
トロークする。そして。

吸入、排気行程ではサブピストン７は燃焼室４側に突き
出すが、圧縮、爆発の行程で燃焼室４から後退するので
低圧縮比の状態になる。低圧縮比状態において、サブピ
スト／７の爆発行程における荷ｘｔｉストクパ兼ガイド
９により受けもたれ、カム１８とロクカアーム１６との
接触面に大きな爆発荷重が直接的にかかることはない。

また、ガンリン機関では低負荷時に、ディーゼル機関で
は高速時に、サブピストフッ社ストＶパ２０に’より固
定され、線Ｃに示すように若干のストローク８のみ許さ
れる。これによって高圧縮比状態が得られる。高圧縮比
状態において。

爆発荷重はス）ｒパ加の面接触部にて受けられ。

カム１８とロクカアーム１６との接解部に、大荷重はか
からない。

なお、サブピストン７がストッパ加によシ固定されてい
ないときは、サブピストン７＃ｉフルスト四−り動き、
ストッパ２０によシ固定されているときでも第４図に示
した５ｊ１だシ常にストロークするので、シリンダ２イ
ナ５にデポジノトが堆積することはない。

本発明の可変圧縮比機構は、上記の構成１作用を有する
ので１本発明によるときはつぎの効果が得られる。

まず、運転条件に合せて圧縮比を可変としたので、ガソ
リン機関では、高負荷のとき圧縮比を下げ、ノッキング
、ＮＯｘ、エミＶシ曹ンの発生を抑え、低負荷のとき圧
縮比を上げ、熱効率を高め、燃費を良くすることができ
る。また。

ディーゼル機関では、高速側で圧縮比を下けてフリクシ
璽ンを低減し、低速側でコンプレクシ冒ン圧を上げるこ
とによって熱効率を上げ、ｔＩＩ費を良くすることがで
きる。。

また、サブピストンの燃焼室への突出し位置でサブピス
トンを固定するストッパを設けたので、高圧縮状態の荷
重をストッパで受けることができ１口Ｖカアームとカム
との間に高圧縮比のときの大きな爆発行程荷重がかから
ず、カム。

口Ｖカアームの摩耗の問題も軽減され１機構の信頼性を
向上することができる。

さらに、サブピストンは固定時に４力五トツプ部で若干
量ストロークするので、ヘッドのシリンダ２イナ部への
デボジＦ）の付着を防止でき、サブピストンのライナへ
の固着、かじ）等を未然に防止す４ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変圧縮比機構の一実施例に係る断面
図。 第２図は第１図のス）Ｆバの作動機構の一例を示す系′
親図。 第３図はス）ｙパの作動機構の別の例を示す系統図。 第４図は本発明の機構における主ピストン。 サブピストンの軌跡図。 である。 ｌ−・−・主ピストン ３・・・・シリンダヘッド ４・・・・燃焼室 ７・・・・サブピストン ９・ｌ・ストＶパ兼ガイド １０　＠１１＠＠バルプキャＶプ １４・・０スプリング １６＠・・・口Ｖカアーム １８・・・ψカム １９・・拳・延設部 ２０・０・ストッパ ２１−・・・スプリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　シリンダヘッド部に燃焼室に対して進退動可
   能にサブピストンを取付け、該サブピストンを主ピスト
   ン２往復に対し１往復の割合でロッカアーム、カムを介
   してカムシャフトに連動させ、前記シリンダヘッド部に
   サブピストン固定用ストッパをサブピストンの燃焼室側
   への突き出し位置でサブピストンを固定可能に設けたこ
   とを特徴とする可変圧縮比ＩＭ横。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の可変圧縮比機構に
   おいて、ストシバがサブピストンからの荷重を、サブピ
   ストンの軸心上でｐＶカアームを介して受け、かつスト
   ツパと口Ｖカアームが面接触しているもの。 （３）特許請求の範囲第１項に記軟の可変圧幅比−機構
   において、ストシバによるサブピストンの固定が、カム
   がカム）−プ部かも若干離れた位置で口Ｖカアームを押
   しているときに生じるようにタイミングをとっであるも
   の。