JPH0116976B2 - - 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式の内燃機
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、アクチエータを介して内燃機関における
負荷に応じて前後移動することにより、前記スピ
ルポートの開閉位置をステムの軸方向に変位し
て、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、負荷に応じて自動的に
変更制御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によつてステムの
軸方向に変位するもので、制御棒の前後移動に
は、油圧室内の油圧がその前後移動を妨げるよう
に作用して、制御棒の前進移動には大きい力を必
要とするから、前記制御棒を、内燃機関の負荷に
応じ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のである。

しかし、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、前記先行技術のものは、副ピストンの
前進動は油圧室の圧力により、副ピストンの後退
動は燃焼室の圧力により行うもので、副ピストン
は、燃焼室の圧力が吸気行程に際して負圧になる
と油圧室の圧力で前進し、爆発行程に際して高く
なると元の位置に後退すると云うように、一サイ
クル中に一回往復動を繰り返すことになるから、
副ピストンと副シリンダとの摺動部、及びステム
と制御棒との摺動部の摩耗が大きくて、耐久性が
低いのである。

加えて、副ピストンの前進動は、油圧室からの
作動油の流出を止めて行うので、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して副ピストンを後退
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いから、ノツキングが
発生するのであつた。

一方、内燃機関におけるノツキングの発生は、
内燃機関における温度に比例するものであるが、
前記先行技術のものは、圧縮比を、内燃機関の温
度に関連していないので、圧縮比の初期の設定値
を、温度が高いときにノツキングが生じないよう
に設定すると、温度が低いときにおいてノツキン
グに対して余裕があり過ぎることになり、また、
温度が低いときに合せて設定すると、温度が高く
なつたときにノツキングが発生すると云う問題が
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、作動油供給ポートを備え
た油圧室を形成し、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、副ピストンに、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、
該ステムを、内燃機関に、当該内燃機関における
負荷及び回転数のうちいずれか一方又は両方に応
じて移動作動するようにアクチエータを介して関
連する一方、前記スピル体又はステムには、前記
スピルに対する前記スピルポートの開閉位置を、
内燃機関の温度に応じてステムの軸方向に修正変
位させるようにした温度修正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、前記スピル体を、内燃機関に、当該内
燃機関における負荷及び回転数のうちいずれか一
方又は両方に応じて移動作動するようにアクチエ
ータを介して関連することにより、圧縮比を、内
燃機関における負荷及び回転数のうちいずれ一方
又は両方の変化に応じて自動的に無段階的に変更
制御することができるのである。

この場合において、本発明は、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
ムの外周に被嵌したことにより、このスピル体の
前後移動に油圧室の油圧が前後移動を妨げるよう
に作用することはなく、スピル体を軽い力で前後
移動できるから、当該スピル体を負荷等に応じて
前後移動するためのアクチエータを小型・軽量化
できる。

しかも、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、副ピストンに対してばね手段を設けた
ことにより、副ピストンが吸気行程において前進
動するときの距離を小さくできるから、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が低減して、耐久性を向上で
きるのであり、また、ばね手段は、吸気行程に際
して副ピストンが前進動する距離を小さくするこ
とに加えて、副ピストンの後退動を加速するか
ら、負荷等の変化に追従して副ピストンを後退動
するときの応答性を向上でき、その結果、負荷等
の変化に追従して圧縮比低への制御が遅れること
によるノツキングの発生を確実に防止できるので
ある。

加えて、本発明は、前記スピル体又はステム
に、スピルに対するスピルポートの開閉位置を、
内燃機関の温度に応じてステムの軸方向に修正変
位させるようにした温度修正手段を設けたもの
で、この構成により、スピルに対するスピルポー
トの開閉位置を、内燃機関の温度が低いときに
は、燃焼室の方向に修正変位し、温度が高くなる
と燃焼室から離れるように修正変位することがで
きるから、内燃機関における負荷等に応じて自動
的に変更するときの圧縮比を、その変更制御中に
おいて、温度が低いときには高く、温度が高いと
きには低くなるように、温度に応じて自動的に修
正できて、圧縮比を、内燃機関における負荷等に
応じて自動的に変更制御するに際して、温度が高
いときにノツキングが発生したり、温度が低いと
きにおいてノツキングに対して余裕があり過ぎた
りすることを確実に防止でき、その結果、内燃機
関の出力及び燃費を、ノツキングがない状態で向
上できるのである。

〔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、その略中心位置に点
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
に上側が前記シリンダヘツド２上面のシリンダヘ
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、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１１
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
面と蓋板８との間に油圧室１２を形成し、該油圧
室１２に、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、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
よりシリンダヘツド上室に突出する部分には、前
記油圧室１２内の作動油をシリンダヘツド上室に
放出するための溝状スピルポート１６が穿設さ
れ、この溝状スピルポート１６は、ステム１１の
軸線に対して右上りの適宜角度θに傾斜してい
る。

符号１７は、前記ステム１１の突出端に回転及
び摺動自在に被嵌したスピル体としての一つの実
施例であるところのスピルリングで、該スピルリ
ング１７には、ステム１１が燃焼室５の方向に前
進動するときスピルポート１６に連通し、ステム
１１が燃焼室５から離れる方向に後退動するとき
スピルポート１６に対して閉じるようにした逃し
ポート１８が穿設されている。

そして、前記スピルリング１７の外側には、外
周面に歯車２４を有するリング体１９を、スピル
リング１７の外周面との間に環状隙間２０を隔て
て同芯状に配設し、該リング体１９を前記蓋板８
から一体的に造形した軸受ブラケツト２１にて回
転自在に軸支し、このリング体１９とスピルリン
グ１７とを、その間の環状隙間２０内に円周方向
に延びるようにして設けたバイメタル板２１によ
つて連結するにおいて、バイメタル板２１が温度
の上昇に伴つて円周方向に熱膨張すると、スピル
リング１７がリング体１９に対して矢印Ａ方向に
右回転するように構成する一方、前記軸受ブラケ
ツト２１には、リング体１９外周の歯車２４に噛
合するラツク杆２２を、ステム１１の軸線と直角
方向に摺動自在に設け、該ラツク杆２２に、機関
の負荷に関連するアクチエータ２３を連結して、
機関の負荷の増大に伴つてリング体１９を矢印Ｂ
方向に右回転し、機関の負荷の低下に伴つてリン
グ体１９を矢印Ｃ方向に左回転するように構成し
て成るものである。

この構成において、リング体１９を、図に実線
で示す位置から矢印Ｃ方向に左回転すると、リン
グ体１９にバイメタル板２１によつて連結された
スピルリング１７も左回転して、その逃しポート
１８が位置になつて、スピルポート１６に対す
る逃しポート１８の開閉位置が、燃焼室５から離
れる方向に後退移行し、スピルポート１６は、逃
しポート１８に対して非連通の状態に閉じ、当該
スピルポート１６からの潤滑油の流出が止まり、
逆止弁１３付きポート１４から作動油が供給され
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が位置の逃しポート１８
に対して一部連通するところまで進行すると、油
圧室１２の作動油は、スピルポート１６及び逃し
ポート１８から流出を始め、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、前記リング体１９
を、図の実線の位置から矢印Ｂ方向に右回転する
と、このリング体１９にバイメタル板２１を介し
て連結したスピルリング１７の逃しポート１８が
位置になつて、スピルポート１６に対する逃し
ポート１８の開閉位置が、燃焼室５に近づくよう
に前進移行し、スピルポート１６は逃しポート１
８に対して全開状態に連通して、スピルポート１
６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／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と
位置の逃しポート１８との一部連通のところまで
進行すると、これらからの流出量が減少し、その
流出量と供給量とがバランスした時点で、副ピス
トン９の後退動が、停止することになると云うよ
うに、リング体１９の回転、延いては、スピルリ
ング１７の回転により、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、リング体１９を、機関の負荷に関連
するアクチエータ２３により、機関の負荷の増加
につれて右回転し、負荷の低下に伴つて左回転す
るように構成したから、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的に変更制御することが
できるのであり、この負荷への関連に代えて、機
関の回転数に関連し、圧縮比を、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
いは負荷及び回転数の両方に関連して圧縮比を自
動制御することもできるのである。

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、これと同時にステム１１も
若干後退し、そのスピルポート１６の逃しポート
１８に対する連通が閉じる一方、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９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が逃し
ポート１８に対して閉じるまでの間における作動
油の若干の流出及びその後の油圧の上昇が、副ピ
ストン９に対する爆発衝撃を吸収・緩和するので
ある。

一方、ノツキングの発生は、機関の温度が高く
なるほど増大するから、前記機関の負荷及び／又
は回転数に関連しての自動制御による圧縮比値
を、機関の温度が低いときに合せて設定すると、
機関の温度が高くなつたときにノツキングが多発
することになるが、本発明は、前記のように、リ
ング体１９の内周と、スピルリング１７の外周と
の間の環状隙間２０に、両者を連結するバイメタ
ル板２１を設けたもので、このバイメタル板２１
は、逃しポート１８より流出する作動油によつて
暖められる一方、作動油は、前記油圧室１２及び
シリンダヘツド２の油通路１４等を通るときにお
いて、機関の温度に略比例した温度になつている
ことにより、機関の温度が高くなるにつれてバイ
メタル板２１が円周方向に熱膨張して、スピルリ
ング１７をリング体１９に及びステム１１に対し
て矢印Ａ方向、つまり、ステム１１のスピルポー
ト１６に対する逃しポート１８の連通面積が増大
する方向に回転するから、これによりスピルポー
ト１６からの流出量が多くなり、副ピストン９
は、スピルポート１６からの流出量が供給量とバ
ランスするところまで後退することになつて圧縮
比は低下する。

すなわち、内燃機関に負荷等に応じて自動的に
変更制御される圧縮比は、バイメタル板２１によ
り、前記負荷等に応じた制御中において、機関の
温度が高くなるにつれて次第に低くなるように自
動的に修正調整されることになつて、機関の温度
が高いときにおけるノツキングの発生を確実に防
止できるのであり、また、機関の負荷等に応じて
自動的に変更制御される圧縮比の値を、機関の温
度が高いときに合せて設定したときには、機関の
温度が低いときにおける圧縮比を、そのときに適
合するように高い値に、自動的に修正調整するこ
とができるのである。

なお、前記油圧室１２への作動油としては、機
関における潤滑油を使用する場合に限らず、自動
車のパワーステアリング機構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ことが
できる。こ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、油圧室１２に入つた作動油を、副ピストン９
内の空洞室２５に導いたのち、スピルポート１６
から流出することにより、作動油の温度を機関の
温度に略比例させるようにすれば良い。また、傾
斜状スピルポート１６及び逃しポート１８を設け
る位置を、前記実施例とは逆にして、ステム１１
に逃しポート１８を、スピルリング１７に傾斜状
スピルポート１６を設けるようにしても良く、更
にスピルポート１６の形状は必要に応じて第２図
に二点鎖線で示すような任意形状にしても良い。

第４図及び第５図は第２の実施例を示し、この
第２の実施例は、副シリンダ７内の副ピストン９
の背面に、シリンダヘツド上室に突出するステム
１１ａを連結し、該ステム１１ａの突出端に、ス
ピルポート１６ａを穿設すると共に、該スピルポ
ート１６ａを開閉するためのスピルリング１７ａ
を回転及び摺動自在に被嵌し、該スピルリング１
７ａを、中途部をシリンダヘツド２に対して軸２
６にて揺動自在に枢着したレバー２１を介して、
内燃機関における負荷及び回転数のうちいずれか
一方又は両方に関連するアクチエータ２３によつ
て、前後摺動するように構成したものである。

そして、この実施例では、ステム１１ａを、第
５図に示すように、上下二つのステム１１a′，１
１a″に分断し、上下両ステム１１a′，１１a″の軸
方向に伸縮自在に嵌合する一方、上下両ステム１
１a′，１１a″の間を、パイプ状のバイメタル２１
ａを介して連結し、該バイメタル２１ａの軸方向
への熱による伸縮により、スピル体１７ａに対す
るスピルポート１６ａの開閉位置を、温度に応じ
て、ステム１１ａの軸方向に修正変位するように
したもので、これにより、機関の負荷等に応じて
自動的に変更制御するときにおける圧縮比の値
を、機関の温度の上昇につれて低く、温度の低下
につれて高くなるように自動的に修正することが
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図の要部拡大断面図、第３図は第２図の−
視断面図、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図は第４図の要部拡大図であ
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、１１，１１ａ……ス
テム、１６，１６ａ……スピルポート、１７，１
７ａ……スピル体、２３……アクチエータ、２
１，２１ａ……バイメタル。

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、作動油供
   給ポートを備えた油圧室を形成し、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、前記副ピストンに、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、該ステムを、内燃機関に、当
   該内燃機関における負荷及び回転数のうちいずれ
   か一方又は両方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する一方、前記スピル体又
   はステムには、前記スピルに対する前記スピルポ
   ートの開閉位置を、内燃機関の温度に応じてステ
   ムの軸方向に修正変位させるようにした温度修正
   手段を設けたことを特徴とする圧縮比可変式内燃
   機関。