JPS63105245A - 可変圧縮比エンジン - 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） 本発明は可変圧縮比エンジンの改良に関する。

（従来技術） 内燃機関において燃費、出力等の向上を考慮した場合、
ガソリン機関では、圧縮比εは、中経負荷時においてε
＝１３〜１５、高負荷時において（く１５であることが
望ましく、ディーゼル機関では、圧縮比εは、冷間始動
時においてε＝２０近傍、通常時においてε＝１５近傍
であることが望ましい。このため、このような要求を満
たすためにエンジンの運転状態に応じて圧縮比を変更す
る可変圧縮比エンジンが開発されつつある。

可変圧縮比エンジンには、幾種類かのものがあるが、そ
の一つとて実開昭５８−７９０３６号公報に示すように
ピストン本体の頂部に燃焼室に臨ませて四部を形成し、
該凹部内にフリーピストンを摺動可能に嵌挿し、該フリ
ーピストンと前記四部とが画成する空間に圧油を導びく
油給排路の供給口を開口させたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記可変圧縮比エンジンにおいては、油給排路
は、その構成路がピストン本体、ピストンピン及びコン
ロッドの内部にそれぞれ形成され、該油給排路は前記三
者の内部を通って延びている。このため５次のような問
題を生じている。

（ｐ油給排路の構成路を形成するために、ピストン本体
、ピストンピン及びコンロッドをそれぞれ加工しなけれ
ばならないばかりか、油給排路がピストン本体、ピスト
ンピン及びコンロッド内部を通って形成されるため、該
油給排路の経路が複雑となり、加工性が悪い。

（り油給排路の構成路がピストン本体、ピストンピン及
びコンロッドの内部に形成されるため、各構成路の接続
部においてシール性が確保されなければならず、しかも
１、シール性を確保するシール部分の構造は、シール位
置の関係上、複雑となる。

（ミ）油給排路の構成路がピストン本体、ピストンピン
及びコンロッドの内部に形成され、各構成路の接続部に
おけるシール部分が多くなり、油の漏れ、圧力損失の増
大等により油圧が低下し、フリーピストンの制御性（特
に応答性）が低下する。

本発明は上記問題点を解消するもので、その目的は燃焼
室に臨む内部空間を有するピストン本体と、該ピストン
本体に、前記内部空間において摺動可能に嵌挿されたフ
リーピストンと、が設けられ、該フリーピストンを、油
給排路からの油圧に基づき変位動させることにより、燃
焼室容積を可変とした可変圧縮比エンジンにおいて、前
記油給排路を複数の部品に跨って形成しないことにある
。

（問題点を解決するための手段、作用）この目的を達成
するために本発明にあっては、燃焼室に臨む内部空間を
有するピストン本体と、該ピストン本体内のコンロッド
上方における内部空間において摺動可能に嵌挿されたフ
リーピストンと、 前記コンロッド内部に形成され油圧の給排を行なう油給
排路と、 前記コンロッドに上下方向において摺動可能に保持され
、一端部が前記油給排路に臨み他端部が前記フリーピス
トンに臨む作動杆と、を備えることを特徴とする可変圧
縮比エンジンとした構成としである。

この構成により、高圧縮比においては、油給排路からの
油圧により作動杆が持上げられ、これに伴ってフリーピ
ストンが作動杆により上方に持上げられる。これにより
、燃焼室容積が狭められる。一方、低圧縮比においては
油給排路の油圧調整、燃焼室の圧力に基づき、フリーピ
ストン、作動杆は下方へ下がることになり、燃焼室容請
は広がる。

このように、圧縮比を可変とするためのフリーピストン
の変位動を作動杆と油給排路の油圧によって行なうこと
ができ、この場合、油給排路はコンロッドの内部にだけ
形成されていればよくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図、第２図において、１は本発明に係る可変圧を比
エンジンである。このエンジンｌにおいて、２はシリン
ダブロックで、このシリンダブロー７り２のシリンダ２
ａ内にはピストン本体３が摺動可能に嵌挿されている。

シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４が設け
られており、このシリンダへラド４とシリンダブロック
２とピストン本体３とにより燃焼室５が画成されている
。この燃焼室５には、点火プラグ６が配置されると共に
、吸気ポート７、排気ポート８が開口され、この各ボー
ト７．８は吸気弁９、排気弁１０によりエンジン出力軸
と同期して周知のタイミングで開閉される。前記シリン
ダへラド４の上部にはシリンダヘッドカバー１１が設け
られており、両者４，１１はカム室１２を形成している
。一方、前記シリンダブロック２の下部には、湾曲して
下方に延びるスカート１３が設けられており、このスカ
ート１３開口はオイルパン１４によって塞がれ、オイル
パン１４とスカート１３とシリンダブロック２とはクラ
ンク室１５を画成している。

クランク室１５にはクランクシャフト１６が配置されて
おり、このクランクシャフト１６と前記ピストン本体３
とはコンロッド１７を介して連結されている。また、シ
リンダブリック２にはブローバイガスを流すため連通路
１８が形成されており、その連通路１８を介してクラン
ク室１５と前記カム室１２とが連通している。前記吸気
ボート７には吸気通路１９が接続されており、その吸気
通路１９には、その上流側から下流側に順次エアクリー
ナ２０、エアフローメータ２１、スロットル弁２２、噴
射弁２３が配設されている。この吸気通路１９と前記カ
ム室１２とは、ブローバイガスを流すため連通路２４を
介して連通されており、その連通路２４の一端は吸気通
路１９にスロットル弁２２と噴射・弁２３との間におい
て開口され、その他端はカム室１２にその上方から開口
している。また、吸気通路１９と前記クランク室１５と
は、ブローバイガスを流すため連通路２５を介して連通
されており、その連通路２５の一端は吸気通路１９に、
連通路２４の一端と噴射弁２３との間において開口され
ており、その他端はクランク室にスカート１３部から開
口している。この両速通路２４．２５には、調圧弁（以
下、ＰＣＶ）４９ａ、４９ｂがそれぞれ配設されている
。

一方、排気ポート８には排気通路２６が接続されており
、排気通路２６には、その上流側から下流側へ順次、空
気比センサ、排気ガス浄化装置等（図示路〕が配置され
ている。

このようなエンジンにおいて、前記ピストン本体３は、
頂部が開口されて筒状とされており、ピストン本体３内
部には燃焼室５に臨む内部空間２８が形成されている。

そのピストン本体３内にはコンロット１７の上端部より
も上方の内部空間２８においてフリーピストン２９が摺
動可能に嵌挿されている。このフリーピストン２９の頂
面（上端面）周縁部には面取りが施されており、この部
分の外径はフリーピストン２９の頂面に向うに従って縮
径されている。フリーピストン２９の外周には複数のピ
ストンリング３０が取付けられており、これらピストン
リング３０により、フリーピストン２９とピストン本体
３の内壁との気密性が確保されると共にピストン本体３
の内壁からの油のかき落しが行われる。前記ピストン本
体３の頂部開口部内径は、該頂部開口部よりも内部にお
ける内径よりも縮径されており、この両者の間には段部
３１が形成されている。この段部３１はフリーピストン
２９の上昇領域に臨んでおり、該段部３１は前記フリー
ピストン２９のの頂面周縁部に対応してピストン本体３
の頂面に向うに従って縮径されている。このため、フリ
ーピストン２９の頂面周縁部と前記段部３１とは当設可
能となっている。また、ピストン本体３の内壁には、前
記コンロッド１７の上端部よりもやや上方において環状
の位置決め部材３２が取付けられている。この環状の位
置決め部材３２はフリーピストン２９の下降領域に臨ん
でおり、フリーピストン２９の下面と環状の位置決め部
材３２とはコンロッド１７の上端部上方において当接可
能となっている。この両者２９．３２の当接面はシール
面を構成する。

前記コンロッド１７の内部には油給排路３３が形成され
ている。その油給排路３３は複数の油路３３ａ、３３ｂ
と油室３３ｃとからなる。各油路３３ａ、３３ｂはコン
ロッド１７の軸方向に延びており、各油路３３ａ、３３
ｂの各一端側（第２図中、上端側）はコンロッド１７の
上端部に延び、その各他端側は油圧バルブ３４の一端側
ボー）３４ａ、３４ｂにそれぞれ接続されている。油圧
バルブ３４の他端側ボート３４ｃ、３４ｄは、その−の
ボート３４ｃが油圧ポンプ３５の出口と油路３６を介し
て接続されており、その油路３６の途中には、油圧ポン
プ３５側から順にレギュレータ３７、逆止弁３８が配設
されている。油圧バルブ３４の他のボート３４ｄは、油
路３９を介してオイルパン１４に臨んでいる。前記油圧
ポンプ３５の入口には油路４０の一端が接続されており
、油路４０の他端はオイルパン１４の油液中に臨んでい
る。この油路４０と前記レギュレータ３７とは油路４１
を介して接続されており、この油路４１によりレギュレ
ータ３７からの還流油が油路４０に導かれる。前記油室
３３ｃは前記コンロッド１７の上端部において形成され
ており、その油室３３ｃには各油路３３ａ、３３ｂの各
一端側が開口している。

前記コンロット１７の上端部には、作動杆４２がト下方
向に摺動可能に保持されている。この作動杆４２は一端
部としての下端部が油室３３ｃに臨んでおり、作動杆４
２の他端部としての上端部はフリーピストン２９の下面
に臨んでいる。この作動杆４２の下端部には油圧を受け
るためにフランジ部４２ａが設けられており、このフラ
ンジ部４２ａは油室３３ｃ内に摺動可能に嵌合されてい
る。作動杆４２の上端部には、前記フランジ部４２ａよ
りも拡径されたフランジ部４２ｂが設けられており、こ
のフランジ部４２ｂはフリーピストン２９の下面に当接
している。

前記油圧バルブ３４及び油圧ポンプ３５は、制御ユニッ
ト４３により制御され４訓御ユニツト４３は、入力信号
を受けて入力状態を判断し、低圧縮比又は高圧縮比を得
るための圧縮比可変信号０１を出力する機能を有してい
る。この制御ユニット４３により前記油圧バルブ３４に
高圧縮比を得るための圧縮比可変信号が入力された場合
には、油圧バルブ３４のボート３４ａとボート３４Ｃと
が連通されると共にボート３４ｂとボート３４ｄとが連
通される。制御ユニット４３により前記油圧バルブ３４
に低圧縮比を得るための圧縮比可変信号が入力された場
合には、油圧バルブ３４のボー）３４ａとボート３４Ｃ
との連通が阻止され、ボート３４ｂとボート３４ｄとは
Ｍ通される。前記油圧ポンプ３５は、高・低圧縮比のい
ずれかの圧縮比可変信号が入力されていれば、作動する
ことになる。

したがって、このような可変圧縮比エンジンにおいては
、入力信号を受けて制御ユニット４３が高圧縮比とする
ことを判断した場合には、その内容の圧縮比可変信号が
油圧バルブ３４及び油圧ポンプ３５に入力される。これ
により、圧油が油路３６．３３ａを介して油室３３ｃに
供給され、作動杆４２ｃは、その油圧に基づき上方へ押
上げられる。これに伴って、フリーピストン２９は、そ
れが段部３１に当接するまで作動杆４２により押上げら
れることになり燃焼室５の容積は狭められる。

一方、上記高圧縮比状態において、入力信号を受けて制
御ユニット４３が低圧縮比とすることを判断した場合に
は、その内容の圧縮比可変信号０１が油圧バルブ３４、
油圧ポンプ３５に入力される。これにより、油圧バルブ
３４のボート３４ａと３４ｃとの連通が阻止され、ボー
ト３４ｂと３４ｄとが連通され、油室３３ｃの油圧が低
下することになり、燃焼室５の圧力に基づきフリーピス
トン２９はそれが環状の位置決め部材３２に当接するま
で作動杆４２を押圧しつつ押下げられ、燃焼室５の容積
は広がることになる。このとき、フリーピストン２９の
下面と環状の位置決め部材３２との当接により、燃焼室
５の気密性が高められる。

このように、高圧縮比、低圧縮比を得るためのフリーピ
ストン２９の変位動を、油給排路３３からの油圧と１作
動杆４２とによって行なうことができ、この場合、油給
排路３３はコンロッド１７内部にだけ形成されていれば
よいことになる。これにより、ピストン本体３、ピスト
ンピン４４及びコンロッド１７の王者の内部を通る油給
排路３３を形成する必要がなくなり、次のような利点を
得ることになる。

■油給排路３３をコンロッド１７の内部に形成すればよ
いことから加工性が向上する。

■シール部分の構成が簡単になると共にシール部分が減
少することになり、シール性が向上する。

上記の可変圧縮比エンジンの活用例としては、始動時に
おいて、回転数検出センサ５３によりエンジン回転数を
検出し、その回転数が所定回転数以下の時は低圧縮比と
し、検出回転数が所定回転数以上となったときには高圧
縮比とするようにすれば、始動時の着火性、バッテリの
消費性等の問題が解消される。

また、吸気温、油水温が異常に高くなったときには、中
〜高負荷でもノッキング又は高熱負荷運転となり、エン
ジン破損の原因となるが、吸気温センサ５４、湯温セン
サ５５、水温センサ５６からの検出信号に基づき、所定
の吸気温、柚、水温以上に」−Ｈしたと制御ユニット４
３が判断したとき、いかなる運転条件でも低圧縮比にす
るようにすれば、上記問題は解消されることになる。

第３図は第２実施例、第４図は第３実施例、第５図は第
４実施例を示すものである。この各実施例において、前
実施例と同一構成要素については同一符号を付してその
説明を省略する、第３図の場合は、フリーピストン２９
の上部外周面に、複数の環状溝４５が上下方向に順次形
成されテオリ、フリーピストン２９の下部外周にはピス
トンリング３０が取付けられている。これにより、−の
環状溝°４５と該−の環状溝４５に隣合う別の環状溝と
の間に形成される各突条部４６はピストン本体３の内壁
上部のスラッジをかき落し、ピストン本体３の内壁上部
にスラッジが生成されることを防ぐ。この場合、各突条
部４６の先端部に丸みをつけてもよい。

第４図の場合は、フリーピストン２９の上書下面、段部
３１部分、作動杆４２他端部のフランジ部４２ｂ上面、
作動杆４２一端部のフランジ部４２ａの上面及び該フラ
ンジ部４２ａ上面に対向する油室３３ｃ形成面に、クッ
ション材として溶射コーティング４７を施したものが示
されている。これにより、各部材２９．３１．４２の当
接部分において、各部材２９．３１．４２が損傷するこ
とが防がれる。

第５図の場合は、フリーピストン２９と作動杆４２の他
端部とをスプリング４８により連結したものが示されて
いる。これにより、圧縮比の低い運転条件において、フ
リーピストン２９とピストン本体５とが衝突することが
防止される。

以上実施例について説明したが本発明にあっては、作動
杆４２が上下動できればどのような構成でもよいが、そ
の一つとして、油路３３ａの一端側を、フランジ部４２
ａが区画する油室３３ｃの一方の室に開口し、油路３３
ｂの一端側を油室３３ｃの他方の室に開口し、油圧バル
ブ３４によって圧油の供給を切換えることにより、作動
杆４２を上下動させるようにしてもよい。

また、環状の位置決め部材３２をピストン本体３に一体
的に形成してもよい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、圧縮比を可変とするために
、フリーピストンを作動杆と油給排路の油圧を用いて変
位動させることができ、この場合、油給排路をコンロッ
ド内部にだけ形成されていればよくなることから、複数
の部品に跨って油給排路を形成することをなくすことが
できる。

また、コンロッドの内部にだけ油給排路を形成し、ピス
トン本体の内部に油給排路の構成路を形成しなくてもよ
いことから、熱負荷、に基づくクラック等が発生する可
能性を低下させることができ、熱負荷に対して信頼性の
高いピストン構造を提供できる。

さらに、コンロッドの内部にだけ油給排路を形成しピス
トンピンの内部に油給排路の構成路を形成しなくてもよ
いことから、油給排路に関するピストンピンの加工が必
要でなくなり、ピストン本体等の荷重を支えるピストン
ピンの信頼性を向トさせることができる。

さらにまた、コンロッド内部にだけ油給排路が形成され
ることから、その中の油液の温度上昇を少なくすること
ができ、油劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変圧縮比エンジンのシステム図
、 第２図は本発明の第１実施例に係る可変圧縮比エンジン
を示す拡大縦断面図、 第３図は第２実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す拡
大縦断面図、　　　・ 第４図は第３実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す拡
大縦断面図、 第５図は第４実施例に係る可変圧縮比エンジンを示す縦
断面図である。 ３：ピストン本体 ５：燃焼室 １７：コンロッド ２８：内部空間 ２９：フリーピストン ３３：油給排路 ４２：作動杆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室に臨む内部空間を有するピストン本体と、 該ピストン本体内のコンロッド上方における内部空間に
   おいて摺動可能に嵌挿されたフリーピストンと、 前記コンロッド内部に形成され油圧の給排を行なう油給
   排路と、 前記コンロッドに上下方向において摺動可能に保持され
   、一端部が前記油給排路に臨み他端部が前記フリーピス
   トンに臨む作動杆と、を備えることを特徴とする可変圧
   縮比エンジン。