JPH0116971B2 - - 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
する反面に、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、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、圧縮比
可変の応答性が低いと共に、制御棒を摺動操作す
るための機構が大型化するのである。

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・点検が困難であつた。

その上、この先行技術の圧縮比可変装置は、副
ピストンの前進動は、油圧室内における作動油の
圧力により、副ピストンの後退動は、燃焼室内に
おける圧力により行うものであるが、燃焼室の圧
力が、吸気行程に際して負圧（大気圧）になる
と、油圧室の圧力にて前進し、圧縮行程に際して
燃焼室の圧力が高くなると、元の位置に後退する
と云うように、副ピストンは、内燃機関の一サイ
クル毎に一回の往復運動を繰り返すことになるか
ら、副シリンダと副ピストンとの摺動面、及び前
記ステムと制御棒との摺動面における摩耗が増大
して耐久性が低いのであり、特に、この耐久性の
低下は、内燃機関の回転数に比例して増大するも
のである。

更に、この先行技術のものは、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
に比べて著しく低くなると共に、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る。

本発明は、これらの問題を、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、更に、前記ステムの先端と、シリンダヘツ
ド上面との間に、前記副ピストンを後退方向に付
勢するようにした板ばねを装架する構成にした。

〔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板ばねにて燃
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、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軽い力で前後移
動動することができ、スピル体を前後移動するた
めの機構の小型化を図ることができる。

しかも、本発明は、前記ステムを、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板ばねを設
けたことにより、内燃機関の吸気行程中におい
て、副ピストンが燃焼室の負圧によつて前進動す
るときの距離を短縮できるから、副シリンダヘツ
ドと副ピストンとの摺動面、及びステムとスピル
体との摺動面の摩耗が低減し、耐久性を低下を防
止できる。

更に、副ピストンに対して設けた板ばねは、、
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後退動の応答性
を、スピル体の摺動移動が軽い力にてできること
と相俟つて、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。

その上、前記副ピストンを後退方向に付勢する
ための手段を、シリンダヘツドの上面とステムの
先端との間に装架した板ばねに構成にしたことに
より、この付勢手段を、ステムに被嵌したコイル
ばねにした場合のように、ステムの長さを長くす
る必要がなく、ステムの長さを短くして、小型化
を図ることができるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面（第１図〜第３
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、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、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の背面には、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
と蓋板８との間に油圧室１２を形成して、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を介して供給する。更に、前
記ステム１１には、前記油圧室１２に連通する通
路１５を備え、且つ、ステム１１が蓋板８より突
出する部分には、前記油圧室１２内の作動油をシ
リンダヘツド上室に流出させ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のシリンダヘツド上室への突出端に摺動
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、これに先端を係合したレバー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、前記シリンダヘツド２の上面には、板
ばね２１ａの一端をボルト２８等にて固着する一
方、該板ばね２１ａの先端を、前記ステム１１の
先端に固着したナツト２９の下面に、当該板ばね
２１ａにて、前記副ピストン９を後退方向に付勢
するように係止する構成にした。

なお、前記スピルリング１７に係合したレバー
１８の他端は、アクチエータの一つの実施例であ
るダイヤフラム機構２２に連結する。このダイヤ
フラム機構２２は、前記レバー１８の他端にロツ
ド２３を介して連結するダイヤフラム２４を内蔵
し、該ダイヤフラム２４にて区画された圧力室２
５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、つまりスピンリング１７を後
退方向に付勢するばね２６を設けると共に、該圧
力室２５を負圧伝達通路２７を介して機関の吸気
マニホールド（図示せず）に接続して、吸気管負
圧を圧力室２５に導入することにより、機関の負
荷の減少に伴つて吸気管負圧が大きくなる（真空
寄りになる）とこれに比例して前記スピンリング
１７が前進摺動するように構成されている。

この構成において、スピンリング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５に向つて前進し、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
後退方向に移動すると、スピルポート１６が全開
になりスピルポート１６からの流出量が増加し、
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の圧力及び板ばね２１ａにより燃焼
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。

この場合、スピルリング１７をレバー１８を介
してアクチエータの一例であるダイヤフラム機構
２２に関連したことにより、機関の負荷の低下に
伴つて吸気管負圧が次第に大きくなる（真空寄り
になる）とダイヤフラム機構２２にてスピルリン
グ１７が実線位置から二点鎖線位置へと前進する
から、圧縮比は機関の負荷の低下に伴つて次第に
高く負荷の増大に伴つて次第に低下するように自
動制御されることになる。また、スピルリング１
７を移動するためのダイヤフラム機構２２に代表
されるアクチエータを、機関の負荷に関連するこ
とに加えて、機関の回転数にも関連し、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
に自動制御したり、或いはスピルリング移動用の
アクチエータ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が大き
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、油圧室１２内の作動油は当該
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。

そして、前記の実施例において副ピストン９に
対してこれを後退方向に付勢する板ばね２１ａが
設けられていないときには、機関の吸気行程にお
いて燃焼室５内に負圧（大気圧以下）が発生した
ときに、副ピストン９はこの負圧及び圧力室１２
内の圧力により燃焼室５に向つて前進し、次の圧
縮比・爆発行程時に元の位置に後退するというよ
うに、燃焼室５内の圧力変化に応じて一サイクル
ごとに一回往復動することになる。

これに対し本発明は、副ピストン９に対して、
当該副ピストン９を後退方向に付勢する板ばね２
１ａを設けたので、機関の吸気行程において燃焼
室５内に負圧が発生しても、副ピストン９は、当
該副ピストン９に対して設けた板ばね２１ａに
て、燃焼室５方向への前進動が阻止されて、副ピ
ストン９が一サイクルごとに往復動するときのス
トロークを縮小できるのである。

この場合において、二つの気筒が相隣接してい
るときには、前記板ばねとして第４図に示すよう
に、略中央部をシリンダヘツドにボルト２８ａ等
にて固着した天坪式の板ばね２１ｂとすることに
より、その両端で、２つの気筒における副ピスト
ン９，９を同時に後退方向に付勢することができ
るから、多気筒機関には好ましい。

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を用いれば良いが、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を回転及び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、このスピンリング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
逃がしポート３０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３１を噛合し、該ラツク杆３
１の長手方向の摺動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することもできるのであ
り、（このとき、ステム１１ａ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１７ａ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良く、
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５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図は第１図の−
視断面図、第４図は他の実施例を示す断面図、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、１１……ステム、１
６，１６ａ……スピルポート、１７，１７ａ……
スピル体、１３……逆止弁、２１ａ，２１ｂ……
板ばね。

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
   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、更に、前記ステムの先端
   と、シリンダヘツド上面との間に、前記副ピスト
   ンを後退方向に付勢するようにした板ばねを装架
   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 相隣接する２つの気筒における副ピストンを
   後退方向に付勢する板ばねを、一つの板ばねに構
   成し、該板ばねの略中央部をシリンダヘツドの上
   面に固着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。