JPS63266137A - 内燃機関の圧縮比可変装置 - 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 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５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ｌＯａ。

１１ａによって閉方向に付勢された逆止弁１０゜１１を
介して圧油が供給され、互いの容積変化に（１りってア
ウタピストン４を上下に４多動させるようになっている
。更に、」二足スプール弁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４″制御回路１４などによって制御されている。

そして、機関始動時あるいは低負荷時などにおいて圧縮
比を高める場合は、各センサ１２．＋２からの信号を人
力した制御回路１４が加圧装置１３に出力して、該加圧
装置１３の加圧を強め、オイルパン１５内の圧油が油通
路８ａ−８ｂ−８０に達し、ここでスプリング１０ａ圧
に抗して逆止弁ｌＯ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８ｄが閉塞されると共に、油通路８ｅと８ｆが連通
され下部液室７内の圧油が油通路８ｅ、８ｆを通って外
部へ流出するため、上部液室Ｓ内の圧油量の増加に伴っ
てアウタピストン４が上昇して圧縮比が高められる。

一方、機関高負荷時などで圧縮比を下げる場合は、加圧
装置１１３の加圧力を弱め油通路８ｂ２８Ｃ内の４１１
圧を低下させ、スプリングＩＯａの付勢力によって逆止
弁ｌＯが油通路８Ｃを閉じ、スプール弁９が左方向に移
動して油通路８ｆを閉じると共に、油通路８ｄと８０を
連通ずる。したがって、」二部液室５内の圧油が逆止弁
１１によって逆流することなく下部液室７に流入し、こ
れに伴いアウタピストン４が下降して低圧縮比状態を得
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に応して圧縮比を高・低いず
れかに可変制御する場合には、まず各センサ１２，１２
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の加圧を強弱制御
して油通路８ｂ、８ｃ内の油圧を変化させ、断る油圧あ
るいはスプリング９ａのばね圧を介してスプール弁９を
移動させるなど複数の制御作動過程を経て初めて高・低
いずれかの圧縮比状態を得るようになっている。このた
め、運転状態の変化に応じた高・低圧縮比の可変制御の
応答性が悪化し、例えば始動時に低圧縮比から高圧縮比
化の応答性の悪化により、始動性や燃費性能の向上が図
れず、一方、低負荷域から急加速により高負荷域になっ
た場合などにあっては、高圧縮比状態から低圧縮比化へ
の応答性の悪化によりノッキングが発生し易くなる。

また、スプール弁９を一方向へ付勢するスプリング９２
Ｌのばね圧との関連で加圧装置１３の加圧力を高めなけ
ればならないため、加圧装置１３の大型化や高性能化が
余儀なくされ、また加圧力の高・低切替えの必要性から
制御回路１４が複雑になるといった種々の問題がある。

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案出されたもので
、アウタピストン、インナピストンや上・下部液室、貯
油室及び給・排通路などの基本構成を前提として、とり
わけ上記インナピストンの内部に、上記上部液室と貯油
室との油圧差に応じて上記排出通路を開閉する開閉弁を
摺動可能に収納したことを特徴としている。

作用 上記構成を有するこの発明によれば、例えば機関始動時
あるいは低負荷時などに高圧縮比を得る場合は、一般の
オイルポンプを介して潤滑油が貯油室に導入されると、
この貯油室内の油圧が、開閉弁の一方側に作用して排出
通路を閉塞する一方、０（給通路を介し上部液室に速や
かに供給される。

このため、アウタピストンがインナピストンとの相対関
係で速やかに上昇して高圧縮比状態が応答性良く得られ
る。

一方、高負荷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冠面に高い燃焼圧力が加わると
、高圧となった上部液室内の圧油が、供給通路内の逆止
弁に作用して該通路を閉塞する一方、開閉弁の他方側に
ら作用して排出通路を開成する。このため、上部液室内
の圧油が排出通路を介して下部液室へ速やかに排出され
アウタピストンが速やかに下降して低圧縮比状態が応答
性良く得られるのである。

実施例 以下、ガソリン機関に適用されたこの発明の一実施例を
図面に基づいて詳述する。

第１図の２１は大端部が図外のクランク軸に連結された
コンロッド、２２は該コンロッド２１の小端部２１ａに
連結された円筒状のピストンピンであって、このピスト
ンピン２２は、両端が盲プラグ２２ａ、２２ｂで密閉さ
れた円柱状の中空内部に貯油室２３が形成されていると
共に、両端部にインナピストン２４がビンボス部２５．
２５のピン孔を介して固定されている。また、このイン
ナピストン２４の外側には、アウタピストン２６が互い
の内外周面２４ａ、２６ａを摺接しつつ上下軸方向へ摺
動可能に被嵌している。このアウタピストン２６は、ス
カート部２７の上部内周に上記インナピストン２４の外
端部２４ｃ下面との関連でアウタピストン２６の最大上
方移動を規制するストッパリング２８が固定されている
。更に、インナピストン２４の上部所定内部には、通路
面積の小さな上端開口２９ａか後述の上部液室に臨む略
円柱状の作動室２９が垂直方向に沿って形成されており
、この作動室２９内に開閉弁たるスプール弁３０が上下
摺動可能に収納されている。

更にまた、アウタピストン２６の冠部下面２６ｂとイン
ナピストン２４の上面２４ｂとの間には、アウタピスト
ン２６の上方移動に伴って容積か増加する上部液室３１
が形成されている一方、インナピストン２４の外端部２
４ｃ下面と上記ストッパリング２８上面との間には、ア
ウタピストン２６の下方移動に伴って容積が増加する下
部液室３２が形成されており、該各液室３１．３２に油
圧回路３３を介して圧油を給排して容積を変化させ、ア
ウタピストン２６を上下移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２１の内部軸方向に形
成されて上記貯油室２３に接続した主通路３４と、ピス
トンピン２２の図中右側筒壁とインナピストン２４の内
部を垂直方向に貫通形成され、かつ貯油室２３内の圧油
を上部液室３１に供給する供給通路３５と、一端部３６
２Ｌが上記作動室２９の上側部に開口し、他端部３６ｂ
が下部液室３２に開口した排出通路３６と、上記供給通
路３５と略対称位置のピストンピン２２及びインナピス
トン２４の内部垂直方向に形成され、かつ一端か貯油室
２３に、他端が作動室２９の下端部に夫々開口した圧力
通路３７とを備えている。更に、上記供給通路３５には
、貯油室２３内の圧油の上部液室３１方向にのみ流通を
許容する逆止弁３８が設けられており、また排出通路３
６にも上部液室３１内の圧油の下部液室３２方向にのみ
流通を許容する逆止弁３９が設けられている。この各逆
止弁３Ｂ、３９は、チェックボール４０．４０がスプリ
ング４１．４１のばね圧で閉方向に付勢されるようにな
っている。また、上記インナピストン２４の上面には、
供給通路３５と作動室２９とを連通ずる略円環状の通路
溝４２が形成されている。

更に、上記スプール弁３０は、第２図及び第３図にも示
すように下側の円形摺動部４３と上側の円形弁部４４と
を軸部４５で連結してなり、摺動部４３は、比較的大き
な受圧面積を有し、圧力通路３７を介して貯油室２３内
の油圧を下面４３ａで受ける構成になっている。一方、
弁部４４は、摺動部４３より小さな受圧面積を有し、通
路溝４２を介して上部液室３１の油圧を上面４４ａで受
ける構成であり、摺動部４３と弁部４４とに作用する油
圧の相対的な大きさに応じて上下方向へ移動して排出通
路３６の両端部３６ａを開閉するようになっている。す
なわち、スプール弁３０の移動は、機関の１サイクル中
のアウタピストン２６の冠面２６ｃに掛る平均ガス圧に
依存しており、例えば平均ガス圧が５ｋｇ／ａｘ”以上
で下方へ移動して弁部４４が排出通路３６を開成し、５
に９７ｃｍ”以下では上方へ移動して排出通路３６を閉
成するように設定されている。

尚、上記ストッパリング２８とインナピストン２４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オイルボンブによって圧
送される。

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と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圧油が、主通路３４から
貯４１１室２３に送られ、ここから供給通路３５とスプ
リング４Ｉ圧に抗して開かれた逆止弁３８を経て上部液
室３１に供給される。

そして、この時点でのスプール弁３０は、第２図に示す
ように摺動部４４の下面４−４　ａに圧力通路３７を介
して貯油室２３内の油圧か作用して上方に移動し、弁部
４４が排出通路３６の一端部３６１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２６も速やかに上昇する。したがって、運
転状態に即応した高圧縮比状態が得られる（第１図左側
の状＠）。

尚、圧縮あるいは膨張行程時に、アウタピストン２６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３８によって貯油室２３への逆流が防止され、一
方平均ガス圧が低いため排出通路３６も弁部４４で閉塞
されているため、高圧縮比状態の推持に影響を与えるこ
とがない。しかし、排気行程時にアウタピストン２６か
慣性力で上昇した際、供給通路３５を介して貯油室２３
の圧４１１が１部液室３１に補給されるため、高圧縮比
状態の維持がより確実となる。

一方、高負荷時などに低圧縮比を得る場合は、斯ろ運転
状態時において平均ガス圧が高くなり、この高い（例え
ば５ｋｇ／ｃｕ”以上）平均ガス圧がアウタピストン２
６の冠部２６ｃに作用すると、上部液室３１内が高圧と
なり、その高油圧が上端開口２９ａからスプール弁３０
の弁部４４上面４４ａに作用し、このスプール弁３０は
第３図に示すように下方に移動して弁部４４が排出通路
３６を開成する。これにより上部液室３１内の圧Ｍ１が
作動室２９を介して排出通路３６及び逆止弁３９を通っ
て下部液室３２に速やかに排出され、同時にアウタピス
トン２６もインナピストン２４の外周部２４ａに沿って
速やかに下降する。したがって運転状態に即応した低圧
縮状態が得られる（第１図右側の状態）。

また、下部液室３２の圧油によって排気行程時などにお
けるアウタピストン２６の上方慣性力によりインナピス
トン２４とストッパリング２８との干渉が防止される。

一方、斯ろ排気行程時においてアウタピストン２６が僅
かに上昇すると、圧油が供給通路３５を通って上部液室
３１に供給され、膨張行程時などに通路溝４２を介して
排出通路３６から下部液室３２に排出されて上部液室３
１内を循環するため、アウタピストン２６の冠部の冷却
が図れると共に、圧油の劣化が防止される。更にまた、
機関停止時には、貯油室２３内の油圧低下に伴ってスプ
ール弁３０か上部液室３１の油圧と自重によって下方へ
移動し、排出通路３６が常開状態となるため、上部液室
３１内の略全ての圧油が通路溝４２を介して排出通路３
６を経て排出される。よって、上部液室３１内で油の滞
溜がなくなり浦の高温劣化やコーキング等が防止される
。

しかし、スプール弁３０の上下移動を［Ｅ縮スプリング
等を用いずに上下の浦差圧で行うようになっているため
、オイルポンプの加圧性能を高める必要がなく、切替え
等の作動も不要となる。この結果、加圧装置の構造や制
御が従来に比して簡素化されるので、組立作業やコスト
の点で幌めて有利となる。ところで、第４図は実施例に
おけるｌサイクルのンリンダ内ガスの状態変化を縦軸に
圧力Ｐ、横軸に容積■をとって表した所謂Ｐ−Ｖ線図で
あって、低負荷−高圧縮比状態には実線で示す特性とな
り、高負荷−低圧縮比状態には破線に示す特性となる。

そして、上記スプール弁３０の移動は、上述のように平
均ガス圧力に依存しているが、高圧縮比と低圧縮比では
、平均ガス圧力か異なっているため、同一運転条件下で
はスプール弁３０が自由に上下移動することがない。

また、スプール弁３０をピストンピン２２上方のインナ
ピストン２４内に設けているため、排出通路３６等が短
尺化でき、したがって通路途中での圧力低下や油洩れを
名°慮する必要がなく、製造上の寸法公差の許容値中が
大きくなり、加工コストら低下する。また、下部液室３
２をピストンビン２２より上方に形成したため、インナ
ピストン２４外端部２４ｃの短寸化が図れ、したがって
従来に比し犬ｒｊ＋な軽量化が図れる。

更に、スプール弁３０は、弁ｗＪ４４と摺動部４３との
受圧面積を任意に変更できるため、機関回転や負荷に対
する高・低圧縮比の切替特性を自由に変更することが可
能となり、設計上の自由度も高くなる。尚、スプール弁
３０の上下に緩衝用のスプリングを設けることも可能で
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、排出通路を開閉するスプー
ル弁を、上部液室と貯油室内の圧油の差圧によって直接
的に移動させるようにしたため、高・低圧縮比の可変制
御の応答性が良好となる。この結果、始動性や燃費が向
上すると共に、高負荷時におけるノッキングの発生を効
果的に抑制できろ。

しかも、スプール弁を移動させる油圧の加圧装置を大型
化や高性能化する必要がなく、また、加圧の高・低切替
えも不要となるので、構造や抑制の簡素化が図れ、製造
作業性が良好になると共にコストの低廉化が図れる。

【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
はこの実施例における高圧縮比移行時のスプール弁の移
動位置を示す断面図、第３図は同低圧縮比移行時のスプ
ール弁の移動位置を示す断面図、第４図はこの実施例の
Ｐ−Ｖ線図、第５図は従来の圧縮比可変装置を示す全体
構成図である。 ２１・・・コンロッド、２２　・ピストンピン、２３・
・貯油室、２４・・・インナピストン、２６・・・アウ
タピストン、３０・・・スプール弁（開閉弁）、３１・
・・上部液室、３２・・・下部液室、３５・・・供給通
路、３６・・・排出通路。 ２】・・・・・・コンロ−ノド ２４・・・・・・イン丁−ヒ０ズトン に・・・・・・　アウターピストン ３０・・・・・・スプール弁 ３１・・・・・・上式戸シ１１０ ３６・・・・・婢ビ通銘 第２図　　　　第３図 １　　ヶ４い

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   に上下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記上下移動位置でこのアウタピスト
   ンとインナピストンとの間に夫々形成される上部液室及
   び下部液室と、上記ピストンピンの内部軸方向に形成さ
   れ、かつ外部から圧油が導入される貯油室と、該貯油室
   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逆止弁を介して上記下
   部液室に排出する排出通路と、上記インナピストンの内
   部に摺動自在に収納され、かつ上記上部液室と貯油室の
   油圧差に応じて上記排出通路を開閉する開閉弁とを備え
   たことを特徴とする内燃機関の圧縮比可変装置。