JPH0116974B2 - - 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、応答
性良く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式内燃機関は、
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、内燃機関における吸気負圧に関連するアクチ
エータに関連し、吸気負圧が真空側に大きくなる
と前進移動し、吸気負圧が大気圧よりに小さくな
ると後退移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前後移動によつ
て、ステムの軸方向に変位するようにしたもの
で、前記制御棒の前後移動に際しては、油圧室内
における作動油の油圧が、当該制御棒の前後移動
を妨げるように作用し、換言すると、制御棒の前
後移動には、大きい力を必要とするから、前記制
御棒を、吸気負圧によつて前後移動するためのア
クチエータを大型にしなければならないと共に、
内燃機関の負荷の追従しての圧縮比変更の応答性
が低いのである。

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。

その上、この先行技術における副ピストンは、
その背面における油圧室への作動油の供給によつ
て前進動し、燃焼室内における圧力によつて後退
するものであつて、内燃機関の運転停止によつ
て、燃焼室内における圧力が低下すると、副ピス
トンは、内燃機関の運転停止の直前における負荷
に対応した位置に止まつたままの状態になり、従
つて、内燃機関の運転を、低負荷を経て停止した
ときには、燃焼室に向つて最も前進した位置に止
まり、圧縮比が高い状態になつているのであり、
次に、内燃機関を始動するときには、高い圧縮比
の状態から始動しなければならないから、始動に
際してのクランキングトルクが増大し、始動が困
難になると共に、始動モータが大型化するのであ
り、その上、点火栓における要求電圧を高くしな
ければならないのであつた。

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て、該ステムの先端を、シ
リンダヘツド上室に突出し、該ステムの突出端に
は、前記油圧室の作動油が流出するようにしたス
ピルポートを穿設し、且つ、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摺動自在に被嵌し、該ス
ピル体を、内燃機関への吸気負圧に関連する圧力
作動式アクチエータに、吸気負圧が真空側に大き
くなるとスピル体を前進し、吸気負圧が大気圧よ
りに小さくなるとスピル体を後退するように関連
する一方、前記圧力作動式アクチエータには、前
記スピル体を後退方向に付勢するばねを設け、更
に、前記ステムの先端には、前記スピル体がスピ
ルポートの全開位置から当該ステムの先端方向に
移動するのを阻止ためのストツパー手段を設ける
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、内燃機関への吸気負
圧に関連する圧力作動式アクチエータに、吸気負
圧が真空側に大きくなるとスピル体を前進し、吸
気負圧が大気圧よりに小さくなるとスピル体を後
退するように関連することにより、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
できるから、このスピル体を、内燃機関への吸気
負圧に応じて前後移動するためのアクチエータの
小型・軽量化を達成できると共に、負荷の変化に
追従しての圧縮比変更の応答性を向上できるので
ある。

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。

また、内燃機関の運転を停止すると、内燃機関
への吸気負圧は大気圧になることにより、アクチ
エータに設けたばねが、スピル体を後退移動し、
該スピル体がステムにおけるスピルポートを全開
した状態で、ステムの先端におけるストツパー手
段に接当するから、副ピストンは、前記アクチエ
ータに設けたばねにより、油圧室内における作動
油をスピルポートから排出しつつ後退動されるの
である。

その結果、副ピストンは、内燃機関の運転を停
止すると自動的に燃焼室から後退した低圧縮比の
位置になり、次に、内燃機関を始動するときに
は、低い圧縮比の状態から始動することができる
から、始動に際してのクランキングトルクを低減
できて、圧縮比可変式の内燃機関における始動性
を向上できると共に、始動モータを小型・軽量化
できるのであり、更に、点火栓における要求電圧
を下げることができるのである。

そして、本発明は、内燃機関の運転停止により
副ピストンを自動的に後退することを、前記のよ
うにアクチエータにおけるばねと、ステムの先端
に設けたストツパー手段とによつて行うものであ
るから、内燃機関の運転停止により副ピストンを
自動的に後退することの構成が至極簡単で、この
ことのために大型化及び重量の増大を招来するこ
とがなく、換言すると、内燃機関の運転停止によ
り副ピストンを自動的に後退することが、構造の
複雑化、大型化及び重量の増大を招来することな
く達成できるのである。

〔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、その略中心位置に前記シリンダヘツド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、この副
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１０が連結され、該ステム１０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の背面と概板８と
の間に油圧室１１を形成し、該油圧室１１に、図
示しない油圧源からの作動油を逆止弁１２付きポ
ート１３を介して供給する。

また、前記ステム１０には、前記油圧室１１に
連通する通路１４を備え、且つ、ステム１０が蓋
板８より外方に突出する部分には、前記油圧室１
１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１５を穿設する。

符号１６は、スピル体の一つの実施例であると
ころのスピルリングを示し、該スピルリング１６
を前記ステム１０に摺動自在に被嵌して、該スピ
ルリング１６を燃焼室５の方向に前進移動すると
き当該スピルリング１６によつてスピルポート１
５が閉じ、スピルリング１６を燃焼室５から離れ
る方向に後退移動するときスピルポート１５が開
くように構成する一方、ステム１０の上端には、
スピルリング１６がスピルポート１５全開の位置
からステム１０の上端方向に抜けるのを阻止する
ためのストツパー手段の一つの実施例としてのス
ナツプリング１７を設ける。

そして、符号１８は、シリンダヘツド２の上面
に中途部を軸１９にて揺動自在に枢着して設けた
レバーを示し、該レバー１８の一端を前記スピル
リング１６にレバー１８の揺動にてスピルリング
１６が摺動するように係合する一方、他端を圧力
作動式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１８
の他端にロツド２１を介して連結するダイヤフラ
ム２２を内蔵し、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１６を後退摺動する方向に付勢するばね２
４を設けると共に、該圧力室２３を、負圧伝達通
路２５を介して機関の吸気マニホールド（図示せ
ず）に連続して、吸気管負圧を圧力室２３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１６が前進摺動し、機関の負荷の
増大に伴つて吸気管負圧が大気圧よりに小さくな
るとこれに比例して前記スピルリング１６が後退
摺動するように構成する一方、機関の運転を停止
することによつて吸気管負圧がなくなつたとき
（大気圧となつたとき）、圧力室２３内のばね２４
にてスピルリング１６を大きく後退摺動するよう
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１６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１５の閉に
よつて当該スピルポート１５からの作動油の流出
が止まり、逆止弁１２付きポート１３から作動油
が供給されている油圧室１１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１５の開のところまで進行
すると、スピルポート１５から作動油が流出を始
め、この流出量と油圧室１１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１６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１５が全開となりスピルポートからの流出
量が増加して油圧室１１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１５がスピルリング１６にて閉じるところま
で進行すると、スピルポート１５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１６の前後移動によつて副ピス
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１６を、吸気管負圧によつて
作動するダイヤフラム機構２０に、レバー１８を
介して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真空側に大きくなる
と、この負圧によりスピルリング１６が実線位置
から二点鎖線の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自動的に高くなり、ま
た、機関の負荷の増大に応じて吸気管負圧が次第
に大気圧よりに小さくなると、スピルリング１６
は圧力室２３内のばね２４にて二点鎖線の位置か
ら実線の位置へと後退するから、圧縮比は機関の
負荷の増加に伴つて次第に低くなると云うよう
に、圧縮比を内燃機関における負荷の変化に応じ
て自動的に変更できるのである。

そして、機関のイグニツシヨンキースイツチ
（図示せず）を切つて機関の運転を停止すると、
吸気マニホールド内が大気圧になり、吸気管負圧
がなくなるので、圧力室２３内のばね２４により
スピルリング１６が大きく後退し、このスピルリ
ング１６の後退動時に、その上面がステム１０の
上端におけるスナツプリング１７に接当して、ス
テム１０、延いては副ピストン９を、前記ばね２
４にて燃焼室から離れるように後退動するから、
圧縮比は、内燃機関の運転停止と同時に、自動的
に低い値になる。従つて、次に内燃機関を始動す
るとき、内燃機関が完全に始動して吸気管負圧が
真空側に大きくなるまでの間、圧縮比は低い値に
保持されるから、高い圧縮比で始動するときのよ
うに点火栓における要求電圧を高くする必要がな
いと共に、機関の始動に際してのクランキング時
においてクランク軸の回転トルクを低減すること
ができるのである。

なお、前記油圧室１１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。

【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、１０……ステム、１１……油圧室、１
５……スピルポート、１６……スピル体、２０…
…アクチエータとしてのダイヤフラム機構、２４
……ばね、１７……ストツパー手段としてのスナ
ツプリング。

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て、該ステ
   ムの先端を、シリンダヘツド上室に突出し、該ス
   テムの突出端には、前記油圧室の作動油が流出す
   るようにしたスピルポートを穿設し、且つ、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摺動自
   在に被嵌し、該スピル体を、内燃機関への吸気負
   圧に関連する圧力作動式アクチエータに、吸気負
   圧が真空側に大きくなるとスピル体を前進し、吸
   気負圧が大気圧よりに小さくなるとスピル体を後
   退するように関連する一方、前記圧力作動式アク
   チエータには、前記スピル体を後退方向に付勢す
   るばねを設け、更に、前記ステムの先端には、前
   記スピル体がスピルポートの全開位置から当該ス
   テムの先端方向に移動するのを阻止ためのストツ
   パー手段を設けたことを特徴とする圧縮比可変式
   内燃機関。