JPH0116968B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関における圧縮比を、当該内
燃機関における運転状態に合せて自動的に変更す
るようにした圧縮比可変式の内燃機関に関するも
のである。

〔従来の技術〕

内燃機関において、その出力を向上すると共
に、燃料消費量を低減するには、圧縮比を高めれ
ば良いが、圧縮比を高めると高負荷域、低回転域
においてノツキングが発生する。このため従来の
圧縮比一定の内燃機関では、圧縮比を高負荷域、
低回転域においてノツキングが発生しない値に設
定しなければならないから、低負荷域・高回転域
において十分な出力と、十分な低燃費を出すこと
ができないのである。

そこで、先行技術としての特開昭54−20220号
公報は、燃焼室に開口する副シリンダ内に、燃焼
室の容積を増減するための副ピストンを摺動自在
に嵌挿し、該副ピストンを、当該副ピストンの背
面に形成した油圧室に対する作動油の供給・排出
にて前後移動することにより、圧縮比を、内燃機
関の運転状態に応じて変更することを提案してい
る。

そして、この先行技術の圧縮比可変装置は、副
ピストンの背面から中空状のステムを一体的に連
結し、該中空状ステムには、前記油圧室内の部位
に油圧室内の作動油を、当該中空状ステム内に流
出するようにしたスピルポートを穿設する一方、
前記中空状ステム内には、大気に連通する油路を
備えた制御棒を摺動自在に挿入し、該制御棒を、
アクチエータを介して内燃機関における負荷に応
じて摺動作動するように構成したものであるか
ら、内燃機関における圧縮比を、内燃機関におけ
る負荷の変化に応じて自動的に無段階的に変更で
きる利点を有する反面、以下に述べるような問題
点を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、先行技術は、中空状ステムにおける
スピルポートの開閉位置を、中空状ステム内に摺
動自在に挿入した制御棒の摺動操作によつて、ス
テムの軸方向に変位するようにしたもので、前記
制御棒の摺動操作に際しては、油圧室内における
作動油の油圧が、当該制御棒の摺動操作を妨げる
ように作用し、換言すると、制御棒の摺動操作に
は、大きい力を必要として、軽い力で制御棒を摺
動操作することができないから、前記制御棒を、
内燃機関の負荷に応じて摺動作動するためのアク
チエータが大型化になるのである。

しかも、先行技術のものは、前記制御棒によつ
て開閉するスピルポートを、油圧室内の部分に設
けた構成にしており、換言すれば、中空状ステム
と制御棒との摺動部分は、中空状ステムにおける
奥の部分に位置しているから、前記中空状ステム
と制御棒との摺動部分を、当該摺動部分から作動
油の漏洩が無いように高精度に仕上げ加工する場
合における機械的加工が著しく困難で、この機械
的加工に要するコストが大幅に増大すると共に、
中空状ステムと制御棒との良好な摺動状態を維持
するための保守・点検が困難である点も問題であ
つた。

その上、先行技術のものは、燃焼室の圧力が吸
気行程に際して負圧（大気圧以下）になつたと
き、油圧室内に常時供給されている作動油の油圧
と燃焼室との間に大きい圧力差が発生して、副ピ
ストンが燃焼室に向つて前進し、次の圧縮行程に
おいて燃焼室の圧力が高くなつたとき元の位置ま
で後退動すると云うように、一サイクルごとに１
回の往復運動を繰り返すので、副シリンダと副ピ
ストンとの摺動部、及び中空状ステムと制御棒と
の摺動部における摩耗が大きくて、耐久性が低い
のである。

更に、副ピストンの前進動は、当該副ピストン
の背面における油圧室からの作動油の流出を止め
て行うために、内燃機関の負荷の減少に追従して
副ピストンを前進動するときの応答性は良い反
面、副ピストンは、吸気行程において前記のよう
に燃焼室に向つて前進動することにより、この前
進動により油圧室内に作動油が流入するから、内
燃機関の負荷の増大に追従させて油圧室内におけ
る作動油の流出量を増大することにより副ピスト
ンを後退動する場合に、負荷の増大に追従しての
副ピストンの後退動が吸気行程のときに前進動す
る分だけ遅れることになり、換言すると、負荷の
増大に対する圧縮比低への応答性が低下すると共
に、負荷の対応する圧縮比が、当該負荷に対応し
た適正値よりも高くなる傾向を呈し、ノツキツグ
が発生するのであり、特に、この応答性の遅れに
よるノツキングの発生は、内燃機関の回転数が早
くなるにつれて増大するのであつた。

本発明は、これらの問題を解消した圧縮比可変
式の内燃機関を提供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〕

この目的を達成するため本発明は、シリンダヘ
ツドに、燃焼室に開口する副シリンダを形成し
て、該副シリンダ内に副ピストンを摺動自在に嵌
挿し、該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用のポートを接続する一
方、前記副ピストンの背面に、前記副シリンダの
軸方向に延びるステムを連結して、該ステムの先
端を、前記シリンダヘツド上室に突出し、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
テムの突出端における外周には、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前記スピルポートの開閉
位置がステムの軸方向に変位できるように相対移
動自在に被嵌し、該スピル体を、内燃機関に、当
該内燃機関における負荷、又は負荷及び回転数に
応じて移動作動するようにアクチエータを介して
関連し、更に、前記副ピストンに、当該副ピスト
ンを後退方向に付勢するばね手段を設ける構成に
した。

〔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スピルポートを閉じるように
移動作動すると、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が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作動すると、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、燃焼室内の圧力及びばね手段にて
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
じると停止することになるから、前記スピル体の
移動作動によつて、副ピストンを前進又は後退動
することができる。

従つて、このスピル体を、内燃機関における負
荷、又は負荷及び回転数に応じて移動作動するよ
うにアクチエータを介して内燃機関に関連するこ
とにより、圧縮比を、内燃機関における負荷、又
は負荷及び回転数の変化に応じて自動的に無段階
的に変更することができるのである。

この場合において、本発明は、前記のように、
ステムにおけるスピルポートを開閉するためのス
ピル体を、ステムの外周に対して相対移動自在に
被嵌したことにより、このスピル体の前後移動に
は、前記先行技術のように、油圧室内における作
動油の油圧が当該スピル体の前後移動を妨げるよ
うに作用することがないから、スピル体を、油圧
室内における作動油の油圧とは無関係に、極く軽
い力で前後移動することができる。

すなわち、スピル体を、極く軽い力で前後移動
することができるから、このスピル体を、機関の
負荷等の変化に応じて前後移動するためのアクチ
エータの大型化を回避でき、換言すると、アクチ
エータの小型・軽量化を達成できるのである。

しかも、本発明は、ステムを、シリンダヘツド
上室に突出し、この突出端に、スピルポート及び
スピル体を設けたことにより、ステムとスピル体
との摺動部分を、スピルポートをスピル体にて完
全に閉じるようにするための高精度の機械的加工
が、前記先行技術の場合よりも遥かに容易にでき
るから、機械的加工に要するコストを低減できる
と共に、加工精度の向上を図ることができるので
あり、その上、ステムとスピル体との良好な摺動
状態を維持するための保守・点検が至極容易にで
きるのである。

その上、本発明は、前記副ピストンに対して、
当該副ピストンを後退方向に付勢するばね手段を
設けたことにより、吸気行程において燃焼室と油
圧室との間に大きい圧力差が発生した場合にこの
圧力差のために副ピストンが前進動するときの距
離を、前記ばね手段によつて小さくすることがで
きるから、副ピストンと副シリンダとの摺動部、
及びステムとスピル体との摺動部の摩耗、延いて
は、これらの耐久性を、構造の複雑化及び大型化
並びに重量の増大を招来することなく、向上でき
るのである。

更に、副ピストンに対して設けたばね手段は、
前記のように吸気行程において副ピストンが前進
動するときの距離を小さくして、この前進動に際
して油圧室内に流入する作動油の量を少なくする
と共に、副ピストンの後退動を加速するから、内
燃機関の負荷の増大、又は負荷の増大及び回転数
の減少に追従して油圧室内における作動油のスピ
ルポートからの流出量を増大することにより副ピ
ストンを後退動する場合において、副ピストンの
後退動が遅れることを低減でき、換言すると、負
荷の増大、又は負荷の増大及び回転数の減少に追
従して圧縮比を下げることの応答性を向上できる
と共に、圧縮比が、負荷等に対応した適正値より
も高くなることを防止でき、その結果、負荷の増
大、又は負荷の増大及び回転数の減少に追従して
圧縮比を下げるときにおけるノツキングの発生を
確実に制御できるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第１図及び第２
図）について説明すると、図において符号１はシ
リンダブロツク、符号２はシリンダヘツド、符号
３は前記シリンダブロツク１におけるシリンダボ
ア４内を往復摺動するピストン、符号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は下側が前記燃焼室
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、前記シリンダヘ
ツド２の上面には、前記副シリンダ７を塞ぐため
の蓋板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には、当該副ピストン９を後退方向
に付勢するためのばね１０が設けられている。

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１
１を、前記蓋板８を摺動自在に貫通してシリンダ
ヘツド上室に突出する一方、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
を逆止弁１３付きポート１４を介して連続的に供
給する。

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がシリン
ダヘツド上室に突出する突出端部には、前記油圧
室１２内の作動油を、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。

そして、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各々示し、該スピルリング
１７を、前記ステム１１における突出端部の外周
に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が開くように構成する。

また、符号１８は、前記シリンダヘツド２の上
面に、中途部を軸１９にて摺動自在に枢着したレ
バーを示し、該レバー１８の一端を、前記スピル
リング１７に係合する一方、他端を、アクチエー
タの一つの実施例であるダイヤフラム機構２０に
連結する。

このダイヤフラム機構２０は、前記レバー２８
の他端にロツド２１を介して連結したダイヤフラ
ム２２を内臓し、該ダイヤフラム２２にて区画さ
れた圧力室２３には、前記レバー１８の他端を図
において下方に押し下げる方向、つまり、スピル
リング１７を後退方向に付勢するばね２４を設け
ると共に、この圧力室２３を、負圧伝達通路２５
を介して内燃機関における吸気マニホールド（図
示せず）に接続して、吸気マニホールド内におけ
る吸気負圧を圧力室２３内に導入することによ
り、内燃機関の負荷の減少に伴つて吸気負圧が真
空側に大きくなると、これに比例して、前記スピ
ルリング１７が前進移動し、内燃機関の負荷の増
大に伴つて吸気負圧が大気圧側に小さくなると、
これに比例して、前記スピルリング１７が後退移
動するように構成する。

この構成において、スピルリング１７を、第１
図に二点鎖線で示すように、燃焼室５の方向、つ
まりスピルポート１６を閉じる方向に前進移動操
作すれば、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り、逆止
弁１３付きポート１４から絶えず作動油が供給さ
れている油圧室１２の圧力が上昇するから、副ピ
ストン９は燃焼室に向かつて前進し、この前進が
スピルポート１６の開のところまで進行すると、
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
ら実線の位置へと後退方向に移動操作すると、ス
ピルポート１６が全開になり流出量が増加し油圧
室１２の圧力が低下するから、副ピストン９は、
燃焼室５内の圧力及び／又はばね１０によつて燃
焼室５から離れるように後退し、この後退がスピ
ルポート１６がスピルリング１７にて閉じるとこ
ろまで進行すると、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
なり、スピルリング１７の移動操作によつて、副
ピストン９を、無段階的に前後移動することがで
きる。

このスピルリング１７を、吸気負圧によつて作
動するアクチエータ２０にレバー１８を介して関
連したことにより、内燃機関における負荷の低下
に伴つて吸気負圧が真空側に大きくなると、ダイ
ヤフラム機構２０における圧力室２３に作用する
吸気負圧により、スピルリング１７が実線の位置
から二点鎖線の位置へと前進移動するから、圧縮
比は、内燃機関の負荷の低下に応じて自動的に大
きくなり、また、内燃機関の負荷の増大に伴つて
吸気負圧が大気圧側に小さくなると、圧力室２３
内のばね２４により、スピルリング１７が二点鎖
線の位置から実線の位置へと後退移動するから、
圧縮比は、内燃機関の負荷の増大に応じて自動的
に小さくなると云うように、圧縮比を、内燃機関
における負荷の変化に応じて自動的に変更制御す
ることができるのである。

前記スピルリング１７を前後移動するアクチエ
ータとしては、前記実施例のダイヤフラム式のも
のに限らず、電気式又は油圧式等の他の形式のア
クチエータを使用しても良いことは勿論である
が、第３図に示すように、スピルリングの移動作
動用のアクチエータ２６に対する制御回路２７
に、内燃機関における負荷検出器２８、及び内燃
機関における回転数検出器２９からの信号を入力
させ、スピルリング１７を、負荷に対しては、負
荷の低下に伴つて前進移動し負荷の増加に伴つて
後退移動する一方、回転数に対しては、回転数の
増加に伴つて前進移動し回転数の減少に伴つて後
退移動するように構成することにより、低負荷域
において吸気負圧が真空側に大きいことによる実
圧縮比の低下を防止できると同時に、高い回転域
において、充填効率が減少することによる出力の
低下を、圧縮比の増大によつて防止することがで
きるのである。

また、機関の爆発行程において、副ピストン９
に大きな爆発力を受けると、この爆発力にて当該
副ピストン９が若干後退してスピルポート１６が
閉じる一方、油圧室１２内の圧力が瞬間的に高く
なつて逆止弁１３が閉じて、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、これにより副ピストンに対する大きな爆発
力を支受するのであり、この場合において、スピ
ルポート１６が閉じるまでの間における作動油の
流出及びその後の作動油の圧力上昇が、燃焼室５
内での混合気の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、前記油圧室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
ことができるが、機関における潤滑油を用いる場
合には、潤滑油ポンプからの潤滑油を、機関にお
ける各種回転又は摺動部分に分配するメインギヤ
ラリーから前記油圧室１２への逆止弁１３付きポ
ート１４に導くようにする一方、ステム１１にお
けるスピルポート１６からの流出油をシリンダヘ
ツド上室に放出し、一般的に言つて当該シリンダ
ヘツド上室内に設けられている動弁機構（図示せ
ず）に対する潤滑油と一緒にして、シリンダブロ
ツク１の下部におけるオイルパン（図示せず）に
戻すようにすれば良いから、この構造は簡単にな
る。また、作動油として自動車のパワーステアリ
ング機構における作動油、又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ときに
は、第４図に示すように、パワーステアリング機
構又はオートマチツク変速装置における油圧ポン
プから分岐した通路３０を、前記油圧室１２への
ポート１４に接続する一方、蓋板８の外側にスピ
ルリング１７及びステム１１を覆うカバー３１を
設けて、スピルポート１６から流出する作動油
を、カバー３１に接続した通路３２を介して、パ
ワーステアリング機構又はオートマチツク変速装
置におけるオイル溜（図示せず）に戻せば良いの
である。

更に、前記実施例は、スピル体をスピルリング
１７にして、このスピルリング１７を、ステム１
１の軸方向に摺動移動する場合を示したが、第５
図及び第６図に示すように、ステム１１ａにおけ
るスピルポートを、ステム１１ａの軸線に対して
傾斜する傾斜状のスピルポート１６ａに形成する
一方、ステム１１ａの外周には、歯車式のスピル
リング１７ａを回転自在に、且つ、摺動自在に被
嵌して、該スピルリング１７ａを、図示しない軸
受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１７ａには、ステム１１ａが前後摺動
したときその傾斜状スピルポート１６ａに合致す
るようにした一つの逃がしポート２３を穿設する
と共に、このスピルリング１７ａ外周の歯にステ
ム１１ａと直角方向に配設したラツク杆２４を噛
合し、該ラツク杆２４を、機関の負荷、又は負荷
及び回転数に関連するアクチエータ２６により、
長手方向に往復動することによつて、スピルリン
グ１７ａを回転操作して、ステム１１ａの傾斜状
スピルポート１６ａに対して逃がしポート２３
を、位置又は位置へとずらせ、これによつ
て、スピルポート１６ａの開閉位置をステム１１
ａ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（この場合、ステム１１ａは、シリン
ダヘツド２に対して摺動自在に、且つ、回転不能
に保持され、また、ここにおけるスピルリング１
７ａを回転する機構としては、実施例図面のラツ
クとピニオンに限らず他の手段を用いて良いこと
はいうまでもない）。更にまた、このステム１１
ａに設けた傾斜状スピルポート１６ａと、スピル
リング１７ａに設けた逃がしポート２３とを設け
る位置をそれぞれ逆にし、すなわち、ステム１１
ａに逃がしポート２３を設けて、この逃がしポー
ト２３をスピルポートにする一方、スピルリング
１７ａに傾斜状スピルポート１６ａを設けること
により、前記スピルリング１７ａの回転にてスピ
ルポートの開閉位置を、ステムの軸方向に変位す
るように構成しても良いのである。

さらに、ステム１１ａ又はスピルリング１７ａ
に設ける傾斜状スピルポートの形状は、必要に応
じて、第５図に二点鎖線で示すような形状にして
も良いのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１の
実施例を示す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２の実施例の
回路図、第４図は第３の実施例を示す機関要部の
縦断正面図、第５図はスピル体とスピルポートと
の別の実施例図、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、１４……作動油供給
ポート、１１，１１ａ……ステム、１６，１６ａ
……スピルポート、１７，１７ａ……スピル体の
実施例としてのスピルリング、２０……アクチエ
ータの実施例としてのダイヤフラム機構、２６…
…アクチエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドに、燃焼室に開口する副シリ
   ンダを形成して、該副シリンダ内に副ピストンを
   摺動自在に嵌挿し、該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用のポートを
   接続する一方、前記副ピストンの背面に、前記副
   シリンダの軸方向に延びるステムを連結して、該
   ステムの先端を、前記シリンダヘツド上室に突出
   し、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おける外周には、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前記スピルポ
   ートの開閉位置がステムの軸方向に変位できるよ
   うに相対移動自在に被嵌し、該スピル体を、内燃
   機関に、当該内燃機関における負荷、又は負荷及
   び回転数に応じて移動作動するようにアクチエー
   タを介して関連し、更に、前記副ピストンに、当
   該副ピストンを後退方向に付勢するためのばね手
   段を設けたことを特徴とする圧縮比可変式内燃機
   関。