JPH0116969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の運転中において、その圧
縮比を、簡単な構造によつて応答性良く変更でき
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、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・高回転域においてノツキングが発生し
ない低い値に設定しなければならないから、低負
荷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、該制御棒の摺
動操作によつて、前記スピルポートの開閉位置
を、ステムの軸方向に変位することにより、副ピ
ストンを前後移動するように構成したものである
から、圧縮比を、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、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の増大すると共に、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・点検が困難であつた。

しかも、先行技術の圧縮比可変装置では、副ピ
ストンの背面に形成した油圧室の内径を、副シリ
ンダの内径と同じ寸法に構成していることによ
り、前記油圧室内における作動油の圧力は、燃焼
室における圧力と略等しく、従つて、燃焼室が燃
焼爆発圧力になると、油圧室内における作動油の
圧力が、前記燃焼爆発圧力と同じの著しい高圧に
なり、油圧室内における作動油が、副シリンダの
内面と副ピストンとの摺動部分から燃焼室側に漏
れる量が多くなるから、作動油の消費量が増大、
排気ガスの悪化を招来するのである。また、前記
油圧室への作動油の供給によつて、副ピストンを
燃焼室の圧力に抗して前進動するには、前記油圧
室への作動油の供給圧力を、高くしなければなら
ず、前記油圧室への作動油の供給圧力を高くする
ためには、当該作動油に対する油圧ポンプの吐出
圧を高くしなければならないから、作動油に対す
る油圧ポンプの大型化、及び当該油圧ポンプを内
燃機関によつて駆動する場合に、内燃機関の動力
損失が増大することになるし、また、場合によつ
ては、前記油圧室への作動油として、内燃機関に
おける潤滑油、又は自動車におけるパワーステア
リング機構における作動油、若しくはオートマチ
ツク変速機構における油圧ポンプを使用すること
ができないこともある。

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動し、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、副ピストンと副
シリンダとの摺動部、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、制御棒の前進操作によつて副ピス
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、制御棒の後
退操作によつて油圧室内における作動油の流出量
を増大して副ピストンを後退する場合において、
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、制御棒
の後退操作に対する副ピストンの後退動の応答性
が低くなると共に、燃焼室の圧縮比が、前記制御
棒による設定値よりも高くなる傾向を呈するので
あり、特に、これらの傾動、つまり、副ピストン
の後退動の応答性が低下する傾向及び圧縮比が高
くなる傾向は、内燃機関の回転数が早くなるにつ
れて顕著に現れるのであつた。

本発明は、前記先行技術のものが有するこれら
の問題を、構造の複雑化及び大型化を招来するこ
となく解消した圧縮比可変装置を提供することを
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し、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設け、更に、前記副ピストン
のうち燃焼室に対する部分を小径に、油圧室に対
する部分を大径に形成する構成にした。

〔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。

この場合において、本発明は、前記のように、
副ピストンのうち燃焼室に対する部分を小径に、
油圧室に対する部分を大径に形成する構成にした
ことにより、油圧室における作動油の圧力は、燃
焼室の圧力に、前記副ピストンにおける小径と大
径との直径比の二乗を掛算した値になり、燃焼室
の圧力よりも下がることになるから、油圧室の作
動油が、副シリンダの内面と副ピストンとの摺動
部分から燃焼室側に漏洩する量を少なくできて、
作動油の消費量を低減できると共に、排気ガスの
悪化を防止できるのであり、また、前記油圧室に
供給する作動油の油圧を低くすることができるか
ら、当該作動油に対する油圧ポンプの小型・軽量
化を達成できると共に、作動油に対する油圧ポン
プを内燃機関にて駆動する場合に、内燃機関の動
力損失を低減でき、また、場合によつては、内燃
機関における潤滑油、自動車のパワーステアリン
グ機構における作動油、又は自動車のアートマチ
ツク変速機構における作動油を、そのまま、前記
油圧室に対する作動油として使用することができ
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、更に、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、ス
ピル体の後退操作によつ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して副ピス
トンを後退する場合において、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、スピル
体の後退操作に対する副ピストンの後退動の応答
性を向上できると共に、圧縮比が、前記スピル体
による設定値よりも高くなる傾向を確実に低減で
きるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第１図）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、
該油圧式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。

そして、前記副ピストン９のうち燃焼室５に対
する部分９ａを、直径ｄの小径に、油圧室１２に
対する部分９ｂを、直径Ｄの大径に構成する。

一方、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
して成るものである。

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。

従つて、この前記スピルリング１７に係合する
レバー１８を、その他端に連結したアクチエータ
２２等にて、回動することにより、圧縮比を自在
に変更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。

この場合において、前記副ピストン９のうち燃
焼室５に対する部分９ａを、直径ｄの小径に、油
圧室１２に対する部分９ｂを、直径Ｄの大径に構
成したことにより、油圧室１２内の作動油の圧力
Ｐは、燃焼室の圧力ｐに、前記副ピストン９にお
ける小径部９ｂと大径部９ｂとの直径比の二乗を
掛算した値、つまり、Ｐ＝ｐ（ｄ／Ｄ）²になるのであ る。

このように、油圧室１２内における作動油の圧
力を下げることができるから、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
おける作動油をそのまま用いることができる。

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。油圧室１２
への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２３を、前記油圧室１２へのポート１
４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２４を設けて、
スピルポート１６から流出する作動油を、カバー
２４に接続した通路２５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。パ
ワーステアリング機構における作動油は、その油
圧ポンプの特性上から圧力が高いため、副ピスト
ンの作動応答性を向上できると共に、副ピストン
の直径を小さく小型化できる。また、オートマチ
ツク変速装置における作動油は、その油圧ポンプ
の特性として圧力が比較的高く、且つ、温度の変
化に対して粘性の変化が小さい特性を有するた
め、機関の温度が低い状態においても、副ピスト
ンを応答性良く作動することができる利点を有す
る。

更に、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５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、スピル棒１７ａを摺
動自在に挿入し、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１１ａ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、また、第６図及び
第７図に示すように、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
る傾斜状のスピルポート１６ｂに形成する一方、
ステム１１ｂの外周には、歯車式のスピルリング
１７ｂを回転自在に、且つ、摺動自在に被嵌し
て、該スピルリング１７ｂ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１７ｂには、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２３を穿設すると共
に、このスピルリング１７ｂ外周の歯にステム１
１ｂと直角方向に配設したラツク杆２６を噛合
し、該ラツク杆２６を、アクチエータ２２にて長
手方向に往復動することによつて、スピルリング
１７ｂを回転操作して、ステム１１ｂの傾斜状ス
ピルポート１６ｂに対して逃がしポート２３を、
位置又は位置へとずらせることによつて、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（この場合、ステム１１ｂ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１７ｂ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１１ｂに設
けた傾斜状スピルポート１６ｂと、スピルリング
１７ｂ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１１ｂ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１７ｂ
に傾斜状スピルポート１６ｂを設けることによ
り、前記スピルリング１７ｂ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。（この場合、ステ
ム１１ｂ又はスピルリング１７ｂに設ける傾斜状
スピルポートの形状は、必要に応じて、第６図に
二点鎖線で示すような形状にしても良い）。

更にまた、図示のように、前記副ピストン９に
おける大径部９ｂの外周面に、環状溝１９を刻設
し、該環状溝１９を、ステム１１，１１ａ，１１
ｂ内に穿設した通孔２０を介して、シリンダヘツ
ド上室に開放する一方、副ピストン９の大径部９
ｂの外周面には、前記環状溝１９より燃焼室５側
の部分にＯリング２１を設けた構成しておけば、
油圧室１２から燃焼室５側に漏洩する作動油は、
前記環状溝１９からシリンダヘツド上室に流出す
るから、油圧室１２内の作動油が燃焼室５内に漏
洩する量を、より低減することができる。

【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１図の要部拡
大図、第４図は第２の実施例を示す機関要部の縦
断正面図、第５図及び第６図スピル体とスピルポ
ートとの別の実施例図、第７図は第６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、９ａ……副ピストンの小径部、９ｂ…
…副ピストンの大径部、１２……油圧室、１４…
…作動油供給ポート、１１，１１ａ，１１ｂ……
ステム、１６，１６ａ，１６ｂ……スピルポー
ト、１７，１７ｂ……スピル体の実施例としての
スピルリング、１７ａ……スピル体の実施例とし
てのスピル棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   接続し、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設け、更に、前
   記副ピストンのうち燃焼室に対する部分を小径
   に、油圧室に対する部分を大径に形成したことを
   特徴とする内燃機関における圧縮比の可変装置。 ２ 前記油圧室に供給する作動油として、内燃機
   関における潤滑油を使用することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載した内燃機関における
   圧縮比の可変装置。 ３ 前記油圧室に供給する作動油として、自動車
   のパワーステアリング機構における作動油を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載した内燃機関における圧縮比の可変装置。 ４ 前記油圧室に供給する作動油として、自動車
   のオートマチツク変速機構における作動油を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載した内燃機関における圧縮比の可変装置。