JPS61268829A - 容積可変副室付内燃機関 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はダンピングピストンを用いた容積可変副室付内
燃機関、特に、スプリングの弾性力と筒内ガス圧力との
バランスに基づき、燃焼室の容積を変化させるダンピン
グピストンを用いた容積可変副室付内燃機関に関する。

（従来の技ｖｆり 内燃機関の出力トルクを増大させると共に燃焼効率を上
げて燃費を低減させる一手段として、高圧縮比化が有効
である。しかし、圧縮比を上げないことは全負荷運転時
のノック発生頻度を高めてしまい、騒音発生やエンジン
の耐久性の低下を招いてしまう。そこでエンジンの筒内
圧の過度の上昇による不具合を除去する手段としてダン
ピングピストンを利用でき、その−例が実開昭５９−４
３６４５号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、燃焼室の筒内ガス圧力（以後単に筒内圧と記す
）は機関の駆動サイクル中の゛圧縮上死点の近傍で急増
し、たとえば、第３図に示すように、モータリング時に
は圧縮上死点でほぼ圧縮ピーク圧Ｐ＋ｗとなり、また１
機関駆動時においては着火後のピーク圧である燃焼圧力
Ｐｍａｘを示す、この燃焼圧力は機関の運転状態特に高
負荷、部分負荷、無負荷等の運転時にそれぞれ変動する
。更に、内燃機関の種類、即ち、ガソリンエンジンかデ
ィーゼルエンジンかの相異や、機関自体の各特性の違い
によっても筒内圧は大きく変化する。このため、ダンピ
ングピストンをノック発生を防止するため所定時に作動
させるとしても、ダンピングピストンの作動開始時を決
定する筒内圧とスプリングの弾性力あるいはダンピング
ピストンの受圧面積等をどのように設定するか、これに
より機関各部の作動が不具合を生じることなく行なわれ
るかは各々の機関により相異する。この内に、特に、ガ
ソリンエンジンのように、全負荷時の燃焼圧力Ｐｍａｘ
がノック多発域Ａ（第３図参照）に近いものではこの全
負荷運転における圧縮比アップの余地はなく、部分負荷
運転時の圧縮比アップにより、燃焼効率を上げ、燃費を
向上させることが望まれる。

本発明の目的は使用頻度の大きな部分負荷運転時の燃費
を向上させることのできる容積可変副室付内燃機関を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため、本発明は、燃焼室の筒内圧
による押圧力とスプリングの弾性力とのバランスに基づ
き副室の容積を機関駆動サイクル毎に変化させるダンピ
ングピストンを用い、上記燃焼室の容積を増減変化させ
て燃焼圧力を調整するものであって、全負荷運転時の燃
焼圧力が設定限界値となるよう、かつ、部分負荷運転時
の圧縮ピーク圧と上記ダンピングピストンの受光面の受
ける容積増作動開始圧とが近似するよう上記スプリング
の弾性力を設定したことを特徴とする構成を採用してい
る。

（作　　　用） このような容積可変副室付内燃機関は部分負荷運転時の
圧縮比アップによる燃焼効率の増加を引き出すことがで
きる。

（実　施　例） 第１図には本発明の一実施例としての容積可変副室付内
燃機関としてのガソリンエンジンを示した。このガソリ
ンエンジンは４サイクルガソリンエンジンであり、燃焼
室１のシリンダヘッド２側触火面３に、図示しない吸、
排気弁により開閉される吸、排気ポートと、点火プラグ
４と、ダンピングピストン装置５とを取付けている。こ
のガソリンエンジンの圧縮比は１１．５であり、その駆
動時における筒内圧特性を第２図に示した。ところで、
このガソリンエンジンのベースとなったエンジン（図示
せず）は本来、圧縮比が８であり、その駆動時の筒内圧
特性は第３図に示すようなものであった。第３図中の符
号Ａはノック多発域を示しており、全負荷運転時の燃焼
圧力Ｐｍａｘはその領域の手前近傍に位置している。

ダンピングピストン装置５は、燃焼室ｌに開口する副室
６（第１図には最小容積の状態で示されている）を形成
したシリンダロア７及びダンピングピストン８と、シリ
ンダロア７の上端に接するシリンダアッパ９と、シリン
ダアッパ９の上端に圧接するスプリングケース１０と、
ダンピングピストン８の上端に連結されるスプリングシ
ートロア１１と、下端がスプリングシートロア１１に上
端がスプリングシートアッパ１２を介してスプリングケ
ース１０の上端に係止される一対のスプリング１３．１
４とを備える。

シリンダロア７の内壁下端とシリンダアッパ９の内壁下
端にはそれぞれテーパ面７０１．９０１が形成され、こ
れらにはダンピングピストン８の外周面に形成された環
状でテーパを有するシール面８０１゜８０２が適時にそ
れぞれ圧接し、燃焼室１の気密性の強化を図っている。

シリンダロア７に対してスプリングケース１０の外径は
大きく形成され、これにより、スプリング収容室１０１
に装着されるスプリング１３の形状上の自由度を十分大
きく確保している。このスプリングケースとシリンダロ
ア７とを同一の中心線Ｑに沿って配置させているため１
両者を連結するシリンダアッパ９にはその中央に環状の
段部９０２が形成されている６なお１段部９０２にはオ
イル抜き穴９０３が形成され、これにより、ダンピング
ピストン８の潤滑や冷却に用いたオイルをオイル流下路
１５側に流下させ、ロッカ室１６より落下してくるオイ
ルを自動的に交換させている。

ダンピングピストン８は燃焼室１との対向シである受圧
面８０３が、第１図に示すように六−ムポジションとし
ての非作動位置ａにある時は、それ以外の位置、たしえ
ば第４図に示すようなフルストローク位置すにある時よ
り小さく形成される。

これにより、非作動位置ａにおける筒内圧の受圧面を小
さくシ、気密性をより強化している。

このようなダンピングピストン８には次のような筒内圧
による押圧力Ｐとスプリング１３．１４の弾性力Ｆとが
加わるよう設定されている。

なお、このガソリンエンジンのモータリング時における
圧縮ピーク圧は、全負荷時において、ダンピングピスト
ン非作動とすると、　Ｐｍ’　＝２３　［にｇ／Ｃｆｆ
１２コに、部分負荷時において、１１　［ｋｇ／ａｍ”
　］に達する（第２図中に２点鎖線で示した）。この内
、全負荷時のＰｍ″を８　［Ｋｇ／ｃ■″］下げて、圧
縮比８における全負荷時の圧縮ピーク圧ＰＩ１１＝１５
　ｃＫｇ／ａｍ”　］　Ｌ―まで低下させるべく、ダン
ピングピストンｄを容積増作動（以後単にリフト作動と
記す）させるように受圧面積や両スプリングの弾性力を
設定する。この場合、受注面積は燃焼室の触火面３が限
られており、そこに取付けられるダンピングピストン８
の外径もほとんど寸法決定上の自由度はなく、主として
レイアウト上より決定されてしまう。ここでは作動位置
たとえばフルストローク位［ｂにある時の受圧面積を７
　［ｃｍ２］　、非作動位置ａにある時の受圧面積を４
．５　［ｃｍ２］に形成されている。これに対し、スプ
リング１３．１４側はスプリングケース１０の形状上の
自由度が大きいため、スプリングの寸法上の自由度も十
分ある。

ここでは第２図の実線で示すような筒内圧特性を得るた
めスプリングの弾性力特性を次のように決定している。

即ち、非作動位［ａよりリフト作動開始に入る時の筒内
圧Ｐａと部分負荷運転時の圧縮ピーク圧Ｐｉとがほぼ一
致するよう、まず、スプリングのセット時の弾性力Ｆと
して。

１１Ｋｇ／　０ｍ２Ｘ　４．５ｃｍ″　：　５０Ｋｇを
決定する。更に、非作動位置ａよりしたけ離れたフルス
トローク位置すに達した時の筒内圧ｐｂと全負荷運転時
の圧縮ピーク圧ＰＩ１１とがほぼ一致するよう、フルス
トローク位置すでの弾性力Ｆとして、１５Ｋｇ／ａｍ”
　Ｘ　７ｃｍ”　＝１０５Ｋｇを決定する。

このような条件を満す弾性力を発するスプリングとして
、一対のスプリング１３．１４の合成スプリング特性を
第５図に示すように設定する。

このようなガソリンエンジンの作動を説明する。

このガソリンエンジンは吸入、圧縮、爆発膨張、排気の
駆動サイクル毎に一度ダンピングピストンを作動させる
。

まず、部分負荷運転時には、ピストン１７が圧縮上死点
（ＴＤＣ）に近づくと筒内圧が急増する。そして混合気
が圧縮化１１．５に近い状態で圧縮され、部分負荷時の
着火点ｆ１で着火される。すると筒内圧は、まず、ダン
ピングピストン８のリフト作動開始圧Ｐａである１１　
［Ｋｇ／ａｍ２］に達する。これによす、ダンピングピ
ストン８は弾性力Ｆにつり合う筒内圧押圧力Ｐ（＝５０
Ｋｇ）を受け、ストローク量りのリフト作動に入り、や
がて、フルストローク位置圧ｐｂである１５　［Ｋｇ／
ａｍ”　］に達する。筒内圧は更に急増し、部分負荷時
の燃焼圧力Ｐｍａｘ　（＝３４Ｋｇ／ａｍ）に達し、そ
の後圧力降下し、ダンピングピストン８もフルストロー
ク位置すより非作動位置ａに戻る。なお、この場合の燃
焼圧力Ｐｍａｘは圧縮比８の時の値である２４［にｇ／
ｃｍ”　］　（第３図参照）より十分増加している。

次に、全負荷運転時には、同じく、ピストンが圧縮上死
点に近づくと、筒内圧が急増する。

まず、ダンピングピストン８のリフト作動開始圧Ｐａに
達し、ダンピングピストン８はリフト作動に入る。そし
て全負荷時の着火点ｆ２で着火されると、筒内圧は、ま
ずダンピングピストン８のフルストローク位置圧ｐｂで
ある１５　［Ｋｇ／ｃｍ”　］に達する。これによりダ
ンピングピストン８はストローク量りを摺動し、その位
置に保持される。−力筒内圧は更に急増して全負荷運転
時の燃焼圧力Ｐｍａｘ（＝６０Ｋｇ／ａｍＪ）に達し、
その後圧力降下しダンピングピストン８もフルストロー
ク位置すより非作動位置ａに戻る。なお、この場合の燃
焼圧力Ｐｍａｘは圧縮比８の時のノック限界値である６
０　［Ｋｇ／ａｍ”　］（第３図参照）とほぼ等しい、
このような燃焼圧力ｐＨａｘは機関のノック多発域Ａ（
第２図参照）に達する直前の値であり、圧縮比を８より
１１．５にアップさせた第１図のガソリンエンジンでも
ノック発生は従来通り抑えられることになる。

上述の処において、ダンピングピストン８のフルストロ
ーク位置圧ｐｂの決定に当って、全負荷のモータリング
時の圧縮ピーク圧Ｐｍが圧縮比８の時と同一値になるよ
うに、ここでは設定した。これにより、全負荷運転時の
燃焼圧力Ｐ＋ｍａｘを圧縮比８の時と同一値であるノッ
ク限界値とし、ノック多発域Ａに達することを防止して
いる。しかし、場合によっては、この全負荷運転時の燃
焼圧力の設定限界値としてノック限界値を取らず、それ
より低い値とし、ノックをより確実に防止してもよく、
逆に微増させてもよい。

（発明の効果） このように本発明による容積可変副室付内燃機関は全負
荷運転時のノックの発生を確実に防ぐと共に実車で最も
使用頻度の高い部分負荷運転時の燃焼圧力Ｐｉを十分上
げることにより燃焼効率を向上させて、燃費を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのガソリンエンジンの
断面図、第２図は同上ガソリンエンジンの筒内圧特性線
図、第３図は同上ガソリンエンジンのベースとなった圧
縮比８のガソリンエンジンの筒内圧特性線図、第４図は
第１図中のダンピングピストンの作動時の要部断面図、
第５図は第１図中のスプリングのスプリング特性線図を
それぞれ示している。 １・・・燃焼室、６・・・副室、８・・・・ダンピング
ピストン、８０３・・・・受圧面、１３．１４・・・・
スプリング、Ｐｍａｘ・・・・燃焼圧力、Ａ・・・・ノ
ック発生域、Ｆ・・・・弾性力、Ｐ・・・・筒内圧荷重
、Ｐａ・・・・リフト作動開始圧、ＰＷｌ・・・・圧縮
ピーク圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼室の筒内ガス圧力による押圧力とスプリングの
   弾性力とのバランスに基づき副室の容積を各機関駆動サ
   イクル毎に変化させるダンピングピストンを用い、上記
   燃焼室の容積を増減変化させて燃焼圧力を調整する容積
   可変副室付内燃機関において、全負荷運転時の燃焼圧力
   が設定限界値となるよう、かつ、部分負荷運転時の圧縮
   ピーク圧と上記ダンピングピストンの受圧面の受ける容
   積増作動開始圧とが近似するよう上記スプリングの弾性
   力を設定したことを特徴とする容積可変副室付内燃機関
   。 ２、上記設定限界値は上記燃焼室のノック多発域に達す
   る直前のノック限界値であることを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載の容積可変副室付内燃機関。