JPH0116977B2 - - 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応じて、応答性良く自
動的に変更制御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、内燃機関における吸気負圧に関連する負
圧作動式のアクチエータにて前後移動することに
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、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、制御棒の前後移動には大きな力を必
要とするから、前記制御棒を内燃機関における吸
気負圧によつて前後移動するための負圧作動式ア
クチエータが大型になるのである。

しかも、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、内燃機
関の負荷の増大に追従して副ピストンを後退動す
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、吸気工程のとき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は、大気の
気圧による影響を受けて、気圧が高くなればノツ
キングが発生し易くなるが、前記先行技術のもの
は、圧縮比を、内燃機関における負荷にのみ関連
したものであつて、この負荷に応じた自動制御に
よる圧縮比の値を、海抜の低い所の気圧に合わせ
て設定すると、海抜が高く気圧の低い所で運転し
た場合に、ノツキングに対する限界の圧縮比には
余裕が有り過ぎて十分な出力を出すことができ
ず、また、海抜の高い所で気圧に合わせて設定す
ると、海抜の低く気圧の高い所で運転したときに
ノツキングが発生することがあつた。

本発明は、これらの問題を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、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て、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、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摺動自在に被
嵌する一方、前記スピル体には、内燃機関におけ
る吸気負圧が作用する圧力室を備え、この圧力室
に作用する吸気負圧が真空側に大きくなるとスピ
ル体を前進移動し、吸気負圧が小さくなるとスピ
ル体を後退移動するようにした負圧作動式のアク
チエータ駆動装置を連結し、該負圧作動式アクチ
エータには、大気の気圧が高くなると当該負圧作
動式アクチエータの圧力室に大気を導入するよう
にした気圧補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、このスピル体に、内燃機関における吸
気負圧が真空側に大きくなるとスピル体を前進移
動し吸気負圧が小さくなるとスピル体を後退移動
するようにした負圧作動式のアクチエータを連結
したことより、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制御する
ことができる。

この場合において、本発明は、前記のように、
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摺動自在に
被嵌したことにより、このスピル体の前後摺動に
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摺動を妨げるように
作用することがなく、スピル体を、軽い力で摺動
することができるから、このスピル体を、吸気負
圧によつて前後摺動するための負圧作動式アクチ
エータの直径を小さくして、その小型・軽量化を
図ることができると共に、圧縮比を、内燃機関の
負荷の変化に応じて自動的に変更制御するときの
応答性を向上できる。

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、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、負荷の増大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、負荷の増
大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。

また、前記負圧作動式のアクチエータに、大気
の気圧が高くなると当該負圧作動式アクチエータ
における圧力室に大気を導入するようにした気圧
補正手段を設けたことにより、前記負荷に応じた
圧縮比の自動制御中において、気圧が高くなれば
前記負圧作動式アクチエータにおける圧力室に対
する吸気負圧が大気の導入によつて小さくなり、
この分だけスピル体を後退できるから、圧縮比を
低くするように自動的に補正することができる。
その結果、気圧が高いときにノツキングが発生し
たり、気圧が低いときにノツキングに対して圧縮
比が余裕があり過ぎたりすることを防止でき、海
抜の高い所においても、また、海抜の低い所にお
いても、常に最適な圧縮比にできて高出力を得る
ことができるのである。

特に、前記負荷に関連した圧縮比の自動制御中
において、その圧縮比を、気圧に応じて補正する
制御は、負圧作動式アクチエータに対する大気の
導入制御によつて行うもので、この大気の導入に
よる補正制御は、前記副ピストンの背面における
油圧室に対する作動油を増減することによつて行
うものに比べて、構造を簡単化できると共に、微
細に、且つ、高い精度で補正制御でき、更に、補
正制御の安定性が良い利点を有する。

〔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２は、下側が燃焼室５
に、上側がシリンダヘツド２の上室に各々開口
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の外周には
ピストンリング９′を備え、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は、ばね１０にて後退方
向に付勢され、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
から副シリンダ７の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３付きポート１４を介して供給す
る。

また、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と
ころのスピルリングを示し、該スピルリング１７
を前記ステム１１に摺動自在に被嵌して、該スピ
ルリング１７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１７によつてスピルポート
１６が閉じ、スピルリング１７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１６が
開くように構成する。

また、符号１８は、前記シリンダヘツド上室に
中途部を軸１９にて揺動自在に枢着して設けたレ
バーで、該レバー１８の一端を前記スピルリング
１７に係合する一方、他端を負圧作動式アクチエ
ータの一つの実施例であるダイヤフラム機構２０
に連絡する。

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１７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）に接続して、吸気負圧を圧力室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負
圧が真空寄りに大きくなると、これに比例して前
記スピルリング１７が前進摺動し、機関の負荷の
増大に伴つて吸気負圧が大気圧よりに小さくなる
と前記スピルリング１７が後退摺動するように構
成する。

そして、符号２６は、気圧補正手段を示し、該
気圧補正手段２６の一つの実施例は、前記負圧伝
達通路２５に接続した大気空気導入通路２７と、
該大気空気導入通路２７中に設けた気圧補正弁２
８とからなり、気圧補正弁２８の弁体２９を、大
気圧に応じて長さ（ｌ）が変化するようにしたベ
ローズ式の気圧感応系子３０に連結して、大気空
気導入通路２７の通路面積を、気圧が高くなれば
増大し、気圧が低くなれば縮小するように構成し
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
から実線の位置への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の圧力及びばね１
０によつて燃焼室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
ことになつて、スピルリング１７の摺動移動によ
つて、副ピストン９を、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
介して負圧作動式アクチエータの一例であるダイ
ヤフラム機構２０に関連したことにより、機関の
負荷の低下に伴つて吸気負圧が真空寄りに次第に
大きくなると、スピルリング１７が前進するか
ら、圧縮比は、機関の負荷の低下に伴つて次第に
高くなり、また、機関の負荷の増加に伴つて吸気
負圧が大気圧よりに小さくなると、スピルリング
１７が後退するから、圧縮比は、機関の負荷の増
加に伴つて次第に低くなるというように、圧縮比
を、機関の負荷に応じて無段階に滑らかに自動制
御できるのである。

そして、前記の自動制御中において気圧が高く
なると、気圧補正弁２８の弁体２９が開いて負圧
伝達通路２５への大気導入量が多くなり、これに
より圧力室２３に作用する負圧が大気圧よりに小
さくなることにより、スピルリング１７は、ばね
２４にて気圧が高くなる以前のときの位置よりも
後退方向に修正移動されるから、吸気負圧に対す
る圧縮比は低くなるように補正されるのであり、
また、大気圧が低くなると、気圧補正弁２８の弁
体２９が閉じて負圧伝達通路２５への大気導入量
が少なくなり、これにより圧力室２３に作用する
負圧は真空よりに大きくなることにより、スピル
リング１７は気圧が低くなる以前のときの位置よ
り前進方向に補正移動されるから、吸気負圧に対
する圧縮比は高くなるように補正されるのであ
る。

また、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ク
ツシヨンとなつて燃焼室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。

なお、前記実施例において油圧室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
作動油を用いることができ、また、前記実施例
は、スピル体としてスピルリング１７にした場合
に示したが、第３図及び第４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１１
ａの軸線に対して傾斜する傾斜状スピルポート１
６ａ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
軸受け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１７ａにはステム１１ａが前後摺
動したとき、この傾斜状スピルポート１６ａに合
致するようにした一つの逃がしポート３４を穿設
すると共に、このスピルリング１７ａ外周の歯車
３５に、ステム１１ａと直角方向に配設したラツ
ク杆３６を噛合し、該ラツク杆３６を、機関の吸
気負圧に関連するダイヤフラム機構２０にて長手
方向に往復動してスピルリング１７ａを回転操作
して、ステム１１ａの傾斜状スピルポート１６ａ
に対して逃しポート３４を、（）位置又は（）
位置へとずらせることで、圧縮比を自動制御する
ように構成しても良いのである（この場合、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）。また、このステム
に設けた傾斜状スピルポートと、スピルリングに
設けた逃がしポートの設ける位置を、それぞれ逆
にしても良いことはいうまでもなく、ステム及び
スピルリングに設けるポートの形状は、要に応じ
て第３図に二点鎖線で示すような任意形状の組合
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図はスピル体とスピ
ルポートとの別例図、第４図は第３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、１１，１１ａ……ステム、１２……油
圧室、１６，１６ａ……スピルポート、１７，１
７ａ……スピル体、２０……ダイヤフラム機構、
２６……気圧補正手段。

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て、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、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
   対摺動自在に被嵌する一方、前記スピル体には、
   内燃機関における吸気負圧が作用する圧力室を備
   え、この圧力室に作用するこの吸気負圧が真空側
   に大きくなるとスピル体を前進移動し吸気負圧が
   小さくなるとスピル体を後退移動するようにした
   負圧作動式のアクチエータを連結し、該負圧作動
   式アクチエータには、大気の気圧が高くなると当
   該負圧作動式アクチエータの圧力室に大気を導入
   するようにした気圧補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。