JPS6331654B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関機関の運転中において、そ
の圧縮比を変更できるようにした圧縮比の可変装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

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
を高めると高負荷域等においてノツキングが発生
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
に応じて可変にすることを、また、実開昭56−
79639号公報は圧縮比をノツキングに応じて可変
にすることを各々提案している。

そして、両先行技術における圧縮比可変装置
は、いずれも燃焼室に連通する副シリンダ内に嵌
挿した副ピストンを、燃焼室に対して前後動する
ことにより圧縮比を変更するにおいて、前記副ピ
ストンを、当該副ピストンから副シリンダ外に突
出したロツドを介して、これと同一軸線上に設け
た油圧シリンダに関連することにより、該油圧シ
リンダにて副ピストンを機関の負荷又はノツキン
グに応じて前後動するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ここにおける副ピストンには、燃焼室
内の著しく高い爆発力が作用するから、この高い
爆発力をロツドを介して油圧シリンダにて支受す
るために、油圧シリンダは相当頑丈なものに構成
しなければならないことに加えて、この油圧シリ
ンダを副シリンダ外に設けることは、その取付け
スペースの増大により機関が著しく大型になると
共に、機関の重量が増大するのであり、特に、実
開昭56−79636号公報のものは、油圧シリンダと
油圧切換弁との間の油圧回路中に、油圧シリンダ
に爆発力によつて発生する油圧が油圧切換弁に作
用することを阻止する手段を備えていないから、
その油圧回路及び油圧切換弁をも高い爆発力に絶
えるものに構成しなければならず、また、特開昭
56−88926号公報のように、副シリンダから突出
したロツドを、油圧シリンダにおけるプランジヤ
に接当させることは、副ピストンに瞬間的に作用
する爆発力のためにロツドがプランジヤに叩き付
けられ、この叩き付けが各サイクルごとに行なわ
れるから、大きな振動及び騒音を発生するばかり
か、ロツドとプランジヤとの接当部の損傷が著し
く耐久性が低いのであつた。

本発明は、この問題を解消することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明は、燃焼室に連通する副シリン
ダ内に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、前記副シ
リンダにおける副ピストンの背面に油圧室を形成
して、該油圧室に作動油供給通路を接続する一
方、前記副ピストンから副シリンダ外に突出する
ようにステムを副ピストンの軸方向に設け、該ス
テムの突出端には、前記油圧室内の作動油が流出
するようにしたスピルポートを設け、且つ、前記
ステムの突出端には、当該ステムの後退動によつ
てスピルポートが閉じステムの前進動によつてス
ピルポートが開くようにしたスピル体を、当該ス
ピル体によるスピルポートの開閉位置がステムの
軸方向に沿つて変位できるように相対移動自在に
設け、更に、前記油圧室への作動油供給通路に
は、機関の回転に関連して、燃焼室の圧力が高く
なる行程区間において当該作動油供給通路を遮断
するようにした遮断弁を設けた構成にしたもので
ある。

〔発明の作用・効果〕

このような構成において、前記スピル体を、当
該スピル体によつて前記スピルポートが閉じるよ
うに移動操作すると、スピルポートからの作動油
の流出が止まるか、減少することにより、副ピス
トンは、油圧室内に供給される作動油によつて燃
焼室に向かつて前進動し、この前進動は、スピル
ポートからの作動油の流出量と油圧室への作動油
の供給量とが略等しくなる位置までスピルポート
が開いた時点で停止することになり、また、前記
スピル体を、当該スピル体によつて前記スピルポ
ートを大きく開くように移動操作すると、スピル
ポートからの作動油の流出量が増大することによ
り、副ピストンは、燃焼室の圧力にて燃焼室から
後退動し、この後退動は、スピルポートからの作
動油の流出量と油圧室への作動油の供給量とが略
等しくなる位置までスピルポートが閉じた時点で
停止することになるから、前記スピル体の移動操
作によつて、副ピストンを前進動又は後退動する
ことができるのである。

また、前記副ピストンが、燃焼室内における大
きい曝発力を受けると、副ピストンが少し後退し
てステムにおけるスピルポートが閉じる一方、油
圧室への作動油供給通路における遮断弁は、曝発
行程中において閉じていて、油圧室内における作
動油は当該油圧室内に閉じ込められることになる
から、大きな爆発力を、前記油圧室内における作
動油にて支受できると共に、爆発に伴う衝撃を油
圧室内における作動油にて吸収・緩和できるので
ある。

このように本発明は、スピル体の移動操作とい
うきわめて簡単な操作によつて、圧縮比を、機関
の運転中において任意に変更することができる一
方、副ピストンの背面を油圧室に形成し、該油圧
室への作動油の給排にて副ピストンを前後動する
ことにより、圧縮比を変更するものであるから、
前記従来のように副シリンダ外に圧縮比可変用の
油圧シリンダを設ける必要がなく、構造を簡単化
できると共に、内燃機関を小型・軽量化できるの
であり、また、副ピストンに作用する大きな爆発
衝撃を、油圧室内における作動油にて吸収・緩和
できるから、圧縮比可変用の副ピストンによる騒
音及び振動の発生を皆無にできるのである。

そして、前記油圧室への作動油供給通路におけ
る遮断弁は、燃焼室内の圧力が高くなる行程のと
き、油圧室内における作動油が、作動油供給通路
より油圧源側に逆流するのを阻止して、油圧室内
に作動油を閉じ込めるためのものであつて、この
目的からすれば、該遮断弁は、構造が簡単な逆止
弁にしても良いように考えられる。

しかし、遮断弁を逆止弁にした場合、この逆止
弁は、油圧室内の圧力が低くなる吸気行程及び排
気行程等の時期において油圧源の圧力で開き、油
圧室内の圧力が高くなる圧縮行程及び爆発行程に
おいて閉じるように、機関の各サイクルごとに、
油圧室における圧力変化によつて開閉を繰り返す
ものであるから、機関の回転数が早くなると、逆
止弁の開閉動作が、機関の回転数に追従できず
に、閉じたまゝの状態になつて終い、副ピストン
の前後動、つまり圧縮比を変更することができな
い事態が発生することになる。

そこで本発明は、前記のように、油圧室への作
動油供給通路に設ける遮断弁を、機関の回転に関
連して、燃焼室の圧力が高くなる行程区間におい
て当該作動油供給通路を遮断するようにした遮断
弁に構成したのであり、この遮断弁は、機関の回
転に連動し、燃焼室の圧力が高くなる行程区間に
おいて作動油供給通路を確実に遮断することがで
きるから、この遮断弁として逆止弁を用いた場合
のように、機関の高回転域において、油圧室への
作動油の供給が不能になる事態が発生することは
なくなり、機関の高回転域においても、圧縮比を
確実に、且つ、的確に変更できるのである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面について説明する
と、図において１はシリンダブロツク、２はシリ
ンダヘツド、３はシリンダブロツク１のシリンダ
ボア４内を往復摺動するピストン、５は前記シリ
ンダヘツド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
リンダヘツド２に螺着した点火栓６がのぞむと共
に、図示しない吸気ポート及び排気ポートが開口
している。

符号７は、前記シリンダヘツド２に穿設した副
シリンダで、該副シリンダ７は下側が燃焼室５に
上側がシリンダヘツド２の上面におけるシリンダ
ヘツド上室に各々開口し、該副シリンダヘツド上
室への開口部にはこれを塞ぐ蓋板８が設けられて
いる。

符号９は、前記副シリンダ７内に摺動自在に嵌
挿した副ピストンで、該副ピストン９の外周には
ピストンリング９′を備え、この副ピストン９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、副ピストン９が燃焼室
５から離れる方向に後退すると燃焼室５の容積が
増大して圧縮比が低くなるようになつており、且
つ、この副ピストン９はばね１０にて後退方向に
付勢され、また、副ピストン９の背面（燃焼室５
に対して裏側の面）には、当該副ピストン９の中
心から軸方向に延びるステム１１が連結され、該
ステム１１を、前記蓋板８を摺動自在に貫通して
外方に突出する一方、前記副ピストン９の背面と
前記蓋板８との間に油圧室１２を形成し、該油圧
室１２に、図示しない油圧源からの作動油供給通
路１３，１３′を接続して、この作動油供給通路
１３，１３′中に、詳しくは後述する回転式の遮
断弁１４を設ける。

更に前記ステム１１には、油圧室１２に連通す
る通路１５を備え、且つ、ステム１１が蓋板８よ
り外方に突出する部分には、前記油圧室１２内の
油圧をシリンダヘツド上室に放出するためのスピ
ルポート１６を穿設する。

符号１７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１７を前記ス
テム１１に回転自在及び摺動自在に被嵌して、ス
テム１１の後退動のときそのスピルポート１６が
スピルリング１７によつて閉じ、ステム１１の前
進動のときそのスピルポート１６がスピルリング
１７から開くように構成する一方、前記スピルリ
ング１７を、これに係合したレバー１８の回動に
てステム１１の軸方向に移動調節するように構成
する。

そして、前記回転式の遮断弁１４は、機関のク
ランク軸（図示せず）にチエン等に動力伝達手段
を介して連動し、当該クランク軸の２回転当り１
回転するようにしたロータリー弁体１９を備え、
作動油供給通路１３，１３′を、機関における圧
縮行程の中途から爆発行程の終了までの行程区間
において遮断し、それ以外の行程区間において連
通するように構成して成るものである。

このように構成すると、副ピストン９の背面の
油圧室１２への作動油の供給は、燃焼室５の圧力
が高くなる圧縮行程の中途から爆発行程の終了ま
での行程区程においては行なわれず、それ以外の
行程区間つまり、燃焼室５の圧力が低い排気行程
から吸気行程を経て圧縮行程の中途までの行程区
間において行なわれることになる。

そこでスピルリング１７を、第１図に実線で示
す位置から二点鎖線で示す位置へと前進方向に移
動すると、スピルポート１６の閉によつて当該ス
ピルポート１６からの作動油の流出が止まり、機
関の排気行程から吸気行程を経て圧縮行程の中途
までの行程区間において作動油が供給されている
油圧室１２の圧力が上昇することにより、副ピス
トン９は、燃焼室５に向つて前進し、この前進が
スピルポート１６の開の所まで進行すると、スピ
ルポート１６から作動油が流出を始め、この流出
量と油圧室１２への供給量とがバランスした時点
で、副ピストン９の前進が停止する。

また、スピルリング１７を、二点鎖線の位置か
ら実線位置へと後退方向に移動すると、スピルポ
ート１６が全開になり、スピルポートからの流出
量が増加して油圧室１２の圧力が低下するから、
副ピストン９は、燃焼室５の圧力及び／又はばね
１０によつて燃焼室から離れるように後退し、こ
の後退がスピルポート１６のスピルリング１７に
よる閉の所まで進行すると、スピルポート１６か
らの流出量が減少し、その流出量が油圧室１２へ
の供給量とバランスした時点で、副ピストン９の
後退動が停止することによつて、スピルリング１
７の移動操作により、副ピストンの位置を任意に
変更でき、延いては、圧縮比を機関の運転中にお
いて任意に変更できるのである。

従つて、前記スピルリング１７に係合するレバ
ー１８の他端に、機関の負荷に関連するアクチエ
ータ２０を連結し、該アクチエータ２０により、
スピルリング１７を機関の負荷の増加に比例して
後退移動するようにすれば、圧縮比を負荷の増加
につれて次第に低くなるように自動的に変更制御
することができ、また、前記アクチエータ２０
を、機関の回転数にも関連して、回転数の増加に
つれて圧縮比が次第に高くなるように自動的に変
更制御することもできるのであり、更に、前記の
アクチエータ２０を、機関に設けたノツキングセ
ンサーに関連し、圧縮比をノツキングがないとき
は高く、ノツキングが発生するとこれに応じて低
くするように変更制御することもできるのであ
る。

そして、燃焼室５の圧力が高くなる圧縮行程の
中途から爆発行程の終了までの行程区間では、油
圧室１２への作動油供給通路１３，１３′は回転
式の遮断弁１４にて遮断される一方、副ピストン
９が燃焼室５内の圧力によつて若干後退してスピ
ルポート１６が閉じることにより、油圧室１２の
作動油は当該油圧室１２内に閉じ込められた状態
になるから、油圧室１２内の作動油が油圧源側に
逆流することはなく、副ピストン９に対して作用
する大きな燃焼圧力を、油圧室１２内に閉じ込め
られた作動油によつて支受することができるので
あり、この場合、スピルポート１６が閉じるまで
の間における作動油の若干の流出、及び閉じ込め
後における作動油の圧力上昇が、燃焼室５内で瞬
間的に行なわれる爆発燃焼による副ピストン９に
対する衝撃を、吸収・緩和するのである。

なお、燃焼室５の圧力が高い圧縮行程の途中か
ら爆発行程終了までの区間において、油圧室１２
への作動油供給通路１３，１３′を遮断する遮断
弁１４としては、前記実施例の回転式の遮断弁１
４に限らず、機関の回転に関連するものであれば
他の形式の遮断弁にしても良いことは勿論であ
り、また、油圧室１２に供給する作動油として
は、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
オートマチツ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１７にした場合を示したが、
第４図に示すようにステム１１ａを中空軸に形成
し、該ステム１１ａ内にスピル体としてのスピル
体の実施例であるスピル棒１７ａを摺動自在に嵌
挿し、該スピル棒１７ａを摺動操作することによ
つて、スピルポート１６ａの開閉位置をステム１
１ａの軸方向に沿つて変位するように構成しても
良いのであり、更にまた、前記各実施例は、スピ
ル体のステムに対する相対移動によるスピルポー
トの開閉位置の変位を、スピル体のステムに対す
る軸方向の摺動によつて行う場合であつたが、ス
ピル体のステムに対する相対移動によるスピルポ
ートの開閉位置の変位は、ステムに対する軸方向
の摺動に代えて、以下に述べるようにスピル体の
回転によつても行うことができる。

すなわち、第５図及び第６図は、この場合の実
施例を示し、スピル体の一つの実施例として外周
に歯車２２を有するスピルリング１７ｂを使用し
て、これをステム１１ｂに回転自在に及び摺動自
在に被嵌する一方、ステム１１ｂにおけるスピル
ポートをステム１１ｂの軸線に対して傾斜する傾
斜状スピルポート１６ｂに形成し、前記歯車式の
スピルリング１７ｂを図示しない軸受けにてシリ
ンダヘツド２に対して軸支し、このスピルリング
１７ｂに、ステム１１ｂが前後摺動したときその
傾斜状スピルポート１６ｂに合致するようにした
一つの逃がしポート２１を穿設すると共に、この
スピルリング１７ｂにおける外周の歯車２２に、
ステム１１ｂと直角方向に配設したラツク杆２３
を噛合し、該ラツク杆２３の長手方向の摺動によ
つて、スピルリング１７ｂを回転操作して、ステ
ム１１ｂにおける傾斜状スピルポート１６ｂに対
して逃がしポート２１を位置又は位置へとず
らせることで、スピルポート１６ｂの開閉位置を
ステム１１ｂの軸方向に沿つて変位するように構
成しても良いのである（なお、この場合、ステム
１１ｂ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１７ｂを回転する機構
としては、実施例のラツク杆と歯車とに限らず他
の手段を用いても良く、更にまた、ステム１１ｂ
に逃がしポート２１を、スピルリング１７ｂに傾
斜状スピルポート１６ｂを各々設けるようにして
ても良い。また、ステム１１ｂ及びスピルリング
１７ｂに設けるポート１６ｂ及び２１の形状は、
必要に応じて第５図に二点鎖線で示すような任意
形状の組み合せが考えられる）。

【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−視断面
図、第３図は第１図の−視断面図、第４図及
び第５図はスピルポートとスピル体との別例図、
第６図は第５図の平面図である。 １……シリンダブロツク、２……シリンダヘツ
ド、５……燃焼室、７……副シリンダ、９……副
ピストン、１２……油圧室、１１，１１ａ，１１
ｂ……ステム、１６，１６ａ，１６ｂ……スピル
ポート、１７，１７ａ，１７ｂ……スピル体、１
３，１３′……作動油供給通路、１４……遮断弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室に連通する副シリンダ内に副ピストン
   を摺動自在に嵌挿し、前記副シリンダにおける副
   ピストンの背面に油圧室を形成して、該油圧室に
   作動油供給通路を接続する一方、前記副ピストン
   から副シリンダ外に突出するようにステムを副ピ
   ストンの軸方向に設け、該ステムの突出端には、
   前記油圧室内の作動油が流出するようにしたスピ
   ルポートを設け、且つ、前記ステムの突出端に
   は、当該ステムの後退動によつてスピルポートが
   閉じステムの前進動によつてスピルポートが開く
   ようにしたスピル体を、当該スピル体によるスピ
   ルポートの開閉位置がステムの軸方向に沿つて変
   位できるように相対移動自在に設け、更に、前記
   油圧室への作動油供給通路には、機関の回転に関
   連して、燃焼室の圧力が高くなる行程区間におい
   て当該作動油供給通路を遮断するようにした遮断
   弁を設けたことを特徴とする内燃機関機関におけ
   る圧縮比の可変装置。