JPH0116970B2 - - 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、内燃機
関の運転中におい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。

また、先行技術のものは、圧縮比可変用の副ピ
ストンに対する冷却の点を考慮したものでなく、
この副ピストンの温度は可成り上昇するから、焼
付き等が発生して耐久性が低いばかりか、副ピス
トンの過熱により、当該副ピストンがヒートポイ
ントになつて、過早着火が発生する原因になる場
合があつた。

しかも、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。

その上、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、副ピストンの前進動に比べて著しく低
いと共に、圧縮比を高くする場合における圧縮比
が、前記制御棒の位置に対応する値よりも高くな
る傾向を呈するのであり、特に、これらの傾向、
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増大するのであつた。

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設け、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、且つ、前記副ピストン内に、前記
油圧室に通孔を介して連通する中空状の冷却室を
形成する一方、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、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
油が前記冷却室を経て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、前記油圧室
と冷却室とを連通する通孔を、当該通孔から冷却
室内への作動油が冷却室の内壁面に沿つて流入す
る部位に設ける構成にした。

〔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。

この場合、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。

一方、油圧室に供給した作動油は、副ピストン
内における冷却室内を流れたのち、前記スピルポ
ートから流出することにより、この作動油にて、
副ピストンを強制的に冷却できる。この場合にお
いて、油圧室から冷却室への作動油の通孔を、当
該通孔から冷却室内への作動油が冷却室の内壁面
に沿つて流入する部位に設けたことにより、油圧
室からの温度の低い作動油は、副ピストン内の冷
却室のうち温度が高い内壁面に沿つて、比較的早
い流速で流れるから、副ピストンに対する冷却性
能を高い値にできるのである。

しかも、作動油が、油圧室から冷却室を経てス
ピルポートから流出するときにおける作動油の流
量は、副ピストンを前進動した場合と、副ピスト
ンを後退動した場合とで同じであり、換言する
と、副ピストンにおける冷却室内を流れる作動油
の流量は、圧縮比を高低いずれにした場合におい
ても同じであるから、作動油による副ピストンに
対する前記した高い冷却性能を、圧縮比の変更と
は無関係に、換言すると、いかなる圧縮比の状態
においても常に確保することができるから、副ピ
ストンの焼付き等による耐久性の低下を確実に防
止できると共に、副ピストンによる過早着火の発
生のおそれを確実に低減できるのである。

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、大幅に向上できると共に、圧縮比を高くす
る場合における圧縮比が、前記スピル体の位置に
対応する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、３は
前記シリンダブロツク１のシリンダボア４内を往
復摺動する主ピストン、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
シリンダを示し、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７
の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
挿した副ピストンを示し、該副シリンダ９の外周
には、燃焼室５に近い部分に複数本のピストンリ
ング１０を設け、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には、当該副ピストン９を後退方向に
付勢するばね１０が設けられ、また、副ピストン
９の内部には、中空状の冷却室１２が凹み形成さ
れ、該冷却室１２を塞ぐようにして副ピストン９
に固着したデイスク１３には、副ピストン９の中
心から副シリンダ７の軸方向に延びるステム１４
が連結され、該ステム１４を、前記蓋板８を摺動
自在に貫通して前記シリンダヘツド上室に突出す
る一方、副ピストン９の背面のデイスク１３と蓋
板８との間には、油圧室１５を形成して、該油圧
室１５と前記冷却室１２とを、デイスク１３のう
ち前記冷却室１２の内壁面に近い部位に、副ピス
トン９の軸方向に穿設した通孔１６を介して連通
し、更に、前記油圧室１５に、図示しない油圧源
からの作動油を逆止弁１７付きポート１８を介し
て供給する。

前記ステム１４には、前記冷却室１２内に開口
する通路１５を備え、且つ、ステム１４が蓋板８
より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１５内の作動油を冷却室１２を経
たのちシリンダヘツド上室に流出させるようにし
たスピルポート２０を穿設する。

そして、符号２１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２１
を、前記ステム１４のシリンダヘツド上室への突
出端部に摺動自在に被嵌して、ステム１４の後退
動のときそのスピルポート２０が、スピルリング
２１によつて閉じ、ステム１４の前進動のときそ
のスピルポート２０が開くように構成する一方、
前記スピルリング２１を、これに先端を係合した
レバー２２の回動にてステム１４の軸方向に移動
調節するように構成する。

この構成において、スピルリング２１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２０を閉じる方向に移動操作すれ
ば、スピルポート２０の閉によつて当該スピルポ
ート２０からの作動油の流出が止り、逆止弁１７
付きポート１８から作動油が供給されている油圧
室１５及びこれに連通する冷却室１２内の圧力が
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２０の開のとこ
ろまで進行すると、スピルポート２０から作動油
が流出を始め、この流出量と油圧室１５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２１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２０が全開になり、スピルポート２０
からの流出量が増加して油圧室１５の圧力が低下
するから、副ピストン９は燃焼室５の圧力及びば
ね１１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２０がスピルリン
グ２１にて閉じるところまで進行すると、スピル
ポート２０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２１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、前記スピルリング２１に係合するレバ
ー２２の他端に、機関の負荷の関連するアクチエ
ータ２３を連結し、該アクチエータ２３によりス
ピルリング２１を機関の負荷の増加に比例して二
点鎖線の位置から後退動するようにすれば、圧縮
比を機関の負荷の増加につれて次第に低く、負荷
の減少につれて次第に高くなるように自動制御す
ることができ、また、この負荷への関連に加え
て、圧縮比を機関の回転数の増加につれて次第に
高くなるように自動制御することもできるのであ
り、更にまた、前記アクチエータ２３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自動制御することも
できる。

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２０が閉じる
一方、油圧室１５内の圧力が瞬間的に高くなつて
逆止弁１７が閉じて、油圧室１５及び冷却室１２
内の作動油は当該油圧室１５及び冷却室１２内に
閉じ込められた状態になるから、副ピストン９
は、以後後退することなく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２０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。

そして、逆止弁１７付きポート１８から油圧室
１５に供給された作動油は、油圧室１５から通孔
１６を介して冷却室１２に入つて、副ピストン９
を冷却したのち、スピルポート２０から流出する
のであつて、このように作動油が、油圧室１５か
ら冷却室１５を経てスピルポート２０から流出す
る場合における作動油の流量は、副ピストン９を
前進動した場合と、副ピストン９を後退動した場
合とで同じであり、換言すると、副ピストン９に
おける冷却室１２内を流れる作動油の流量は、圧
縮比を高低いずれにした場合においても同じであ
るから、作動油による副ピストン９の冷却を、圧
縮比の変更とは無関係に、換言すると、いかなる
圧縮比の状態においても常に確保することができ
るのである。

しかも、油圧室１５から冷却室１２への作動油
の入口である通孔１６を、冷却室１２の内壁面に
近い部位において副ピストン９の軸方向に穿設す
るように構成したことにより、該通孔１６より冷
却室１２内に流入する作動油は、冷却室１２の内
壁面に沿つて流れるから、冷却室１２の内壁面に
沿う作動油の流速が早くなり、副ピストン９に対
する冷却性能を向上できるのである。

このように副ピストン９に対する冷却は、当該
副ピストン９の焼付きを防止できると共に、副ピ
ストンの燃焼室側表面が高温になることによつて
生ずる過早着火の防止に寄与できる。

この場合、副ピストン９の冷却性を更に向上す
るには、第３図及び第５図に示すように副ピスト
ン９における冷却室１２の内面に、通孔１６から
の作動油の流入方向と平行に延びる複数枚のフイ
ン２４を設けて、冷却室１２の内表面積を増大す
るか、或いは、第４図に示すように通孔１９付き
ステム１４に冷却室１２の内底面に向つて突出す
る管状延長部２５を設けて、冷却室１２内の作動
油を該延長部２５の先端から流出するように、換
言すれば冷却室１２の内底面から流出するように
して、副ピストン９において最も温度が高くなる
頭部中心付近における作動油の流速を早めるよう
にすれば良く、また、デイスク１３における通孔
１６を副ピストン９の軸線に対して傾斜すること
により、冷却室１２内の作動油に副ピストンの軸
線回りの旋回流（スワル）を生ずるようにしても
良いのである。

なお、前記油圧室１５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１５への逆止弁１７付きポート１８に導く
一方、スピルポート２０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、シリンダブロツク１下部のオイ
ルパン（図示せず）に戻すようにすれば良いか
ら、その構造は簡単となる。

油圧室１５への作動油として自動車のパワース
テアリング機構又はオートマチツク変速装置にお
ける作動油を用いるときには、第６図に示すよう
にこれらの作動油ポンプ２６から分岐した通路２
７を前記油圧室１５への逆止弁１７付きポート１
８に接続する一方、蓋板８の外側にスピルリング
２１及びステム１４を覆うカバー２８を設けて、
スピルポート２０からの流出油をカバー２８に接
続の通路２９よりその通路２９中に設けたオイル
クーラ３０を経て、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３１に
戻せば良いのである。

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２１にした場合を示したが、
第７図に示すようにステム１４ａを中空軸に形成
し、該ステム１４ａ内にスピル棒２１ａを摺動自
在に嵌挿し、該スピル棒２１ａを摺動操作するこ
とによつてスピルポート２０ａの開閉位置をステ
ム１４ａ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８図及び第９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１４の軸線に対して傾斜する傾斜状スピルポ
ート２０ｂに形成する一方、ステム１４の外周に
は歯車式のスピルリング２１ｂを回転及び摺動自
在に被嵌して、該スピルリング２１ｂ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２１ｂには、ステム１４が前後摺
動したときその傾斜状スピルポート２０ｂに合致
するようにした一つの逃がしポート３２を穿設す
ると共に、このスピルリング２１ｂ外周の歯にス
テム１４と直角方向に配設したラツク杆２２を噛
合し、該ラツク杆３３の長手方向の摺動によつて
スピルリング２１ｂを回転操作してステム１４ｂ
の傾斜状スピルポート２０ｂに対して逃がしポー
ト３２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２０ｂの開閉位置をステム
１４ｂの軸方向に沿つて変位するように構成する
こともできるのであり、（このとき、ステム１４
ｂ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２１ｂを回転する機構として
は、実施例のラツクとピニオンに限らず他の手段
を用いても良い）、この場合前記傾斜状スピルポ
ートをスピルリング側に逃がしポートをステム側
に設けてもよく、また、ステム又はスピルリング
に設けられるポート形状は、必要に応じて第８図
に二点鎖線に示すように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図及び第４図は副ピ
ストンの別例を示す断面図、第５図は第３図の
−視断面図、第６図は第２の実施例を示す機関
要部の縦断正面図、第７図及び第８図はスピル体
とスピルポートとの別実施例図、第９図は第８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、１５……油圧室、１２……冷却室、１
４……ステム、１６……通孔、２０，２０ａ，２
０ｂ……スピルポート、１７……逆止弁、２１，
２１ａ，２１ｂ……スピル体。

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
   ンダを設け、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、且つ、前記副ピス
   トン内に、前記油圧室に通孔を介して連通する中
   空状の冷却室を形成する一方、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、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
   圧室内の作動油が前記冷却室を経て流出するよう
   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、前記油圧室と冷却室とを連通する通孔を、当
   該通孔から冷却室内への作動油が冷却室の内壁面
   に沿つて流入する部位に設け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 前記副ピストンにおける冷却室の内面に、通
   孔からの作動油の流れ方向に延びるフインを設け
   た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 前記副ピストンにおける冷却室からスピルポ
   ートへの作動油の流出口を、冷却室の内底面に位
   置した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 前記通孔を、当該通孔から冷却室内に流入す
   る作動油に、冷却室の内壁面に沿う旋回を付与す
   るように構成した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。