JPH05272404A - 可変圧縮比ピストン - Google Patents

可変圧縮比ピストン

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JPH05272404A
JPH05272404A JP10065992A JP10065992A JPH05272404A JP H05272404 A JPH05272404 A JP H05272404A JP 10065992 A JP10065992 A JP 10065992A JP 10065992 A JP10065992 A JP 10065992A JP H05272404 A JPH05272404 A JP H05272404A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
compression ratio
circuit
variable
spool
Prior art date
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Pending
Application number
JP10065992A
Other languages
English (en)
Inventor
Godo Ozawa
吾道 小沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
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Publication of JPH05272404A publication Critical patent/JPH05272404A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接噴射式ディーゼルエンジンの圧縮比、ス
ワール比を、低速時には高く、高速時には低くする。 【構成】 ピストン20のキャビティ21の中央部にシ
リンダ溝22を設け、油圧で作動し、ばね33で下向き
に付勢した可変ピストン30を挿入する。圧力室34へ
の圧力油の導入回路44には逆止弁50を設け、圧力室
34と外部とを連通する排出回路25,27にはそれぞ
れリリーフ弁60,65を設ける。低速時にはリリーフ
弁60,65は回路25,26を閉じており、可変ピス
トン30は油圧により上昇し、圧縮比、スワール比は高
くなる。高速時には慣性力によりピストン上死点付近で
リリーフ弁60のスプール61は上昇して回路25を開
き、ピストン下死点付近ではリリーフ弁65のスプール
61は下降して回路27を開く。圧力室34の油圧は下
がり可変ピストン30は下降して圧縮比、スワール比は
低くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直接噴射式ディーゼル
エンジンのピストンに関する。
【0002】
【従来の技術】図5はティーゼルエンジンのピストン部
分の断面図であり、1はシリンダブロック、2は燃料噴
射ノズル80が取着されたシリンダヘッド、3はシリン
ダライナである。81はピストンで、コネクティングロ
ッド5とピストンピン7により連結している。
【0003】ピストン81の上面には、中央に丘部83
を有するキャビティ82が形成されている。シリンダ内
に吸入され、圧縮された空気は、キャビティ82内でス
ワールを発生し、燃料と空気との混合状態を良好にす
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来のピストン
においては、圧縮比およびスワール比は常に一定であ
る。そのため、以下のような問題点がある。図1はエン
ジンのトルク性能曲線であり、縦軸はトルクを示し、横
軸は回転数を示す。図1において、Cのごとく低負荷、
低速回転すなわちLi(ローアイドル)付近では、良好
な低温始動性、寒冷時の白煙抑制という観点からは高い
圧縮比が望ましい。一方、E、Fのごとき高負荷域にお
いては、最高圧力(Pmax )を低くして高出力を得るた
めに圧縮比を低くすることが望ましい。しかしながら、
両者を満足することはできないため、出力、燃料消費を
犠牲にして高い圧縮比に設定している。
【0005】また、図1のC、Dのごとき低速域、特に
Dのごとき低速、高負荷域でのスモーク対策、および高
い低速トルクを確保するためには高いスワール比が必要
である。一方、E、Fのごとき高速域においいては出
力、スモーク、燃料消費の観点からは、高いスワール比
ではオーバスワール状態となるためスワール比を低くす
ることが望ましい。しかしながら、両者を同時に満足す
ることは出来ないため、中間的なスワール比を設定する
か、もしくは、どちらかの性能を犠牲にしなければなら
ない。
【0006】本発明は上記の問題点に着目してなされた
もので、エンジンの低速域においては高い圧縮比、高い
スワール比が得られ、高速域においては低い圧縮比、低
いスワール比が得られる可変圧縮比ピストンを提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明に係る可変圧縮比ピストンの第1の発明において
は、直接噴射式ディーゼルエンシンのピストンの上面に
形成されたキャビティ内の中央丘部分に、圧縮比を可変
にするための、上下動可能な可変ピストンを具備せるこ
とを特徴としており、第2の発明においては、前記可変
ピストンに、前記可変ピストンを作動させる圧力油を導
入および排出する回路を設けたことを特徴としており、
第3の発明においては、前記圧力油を導入する回路に逆
止弁を備え、前記圧力油を排出する回路に、エンジン回
転数が予め定められた回転数以下では前記回路を閉じ、
エンジン回転数が前記予め定められた回転数を越えると
前記回路を開くリリーフ弁を備えたことを特徴としてい
る。
【0008】
【作用】上記構成によれば、ピストンのキャビティ内
に、圧縮比を可変にするための上下動可能な可変ピスト
ンを設け、可変ピストンを作動させる圧力油の導入回路
に逆止弁を備え、圧力油の排出回路にリリーフ弁を設
け、エンジン回転数が予め定められた値よりも低い場合
には排出回路を閉じ、高い場合には排出回路を開くよう
にしたため、低回転時には可変ピストンは上昇して高圧
縮比、高スワール比となり、高回転時には可変ピストン
は下降して低圧縮比、低スワール比となる。
【0009】
【実施例】以下に、本発明に係る可変圧縮比ピストンの
実施例につき、図面を参照して詳述する。図2はエンジ
ンの断面図であり、1はクランクケース、2はシリンダ
ヘッド、3はシリンダライナ、4はクランクシャフト、
5はコネクティングロッド、6はピストン、7はピスト
ンピンである。
【0010】クランクシャフト4のメインジャーナルお
よびクランクジャーナルには潤滑油回路を形成する環状
溝11および12が設けられている。潤滑油はギャラリ
10からクランクケース1に設けられた穴13、クラン
クシャフト4に設けられた穴14、コネクティングロッ
ド5に設けられた穴15を経由して各軸受部に供給され
るが、環状溝11および12があるため、ピストンピン
7には常に一定の圧力の潤滑油が供給されるようになっ
ている。
【0011】図3(a)はピストン部分の断面図であ
り、ピストン20はピストンピン7によりコネクティン
グロッド5と連結している。ピストン20の上面にはキ
ャビティ21が形成され、中央部にはシリンダ溝22が
設けられている。シリンダ溝22には上面が凸型の可変
ピストン30が挿入されており、キャビティ21と共に
中央に丘部分を備えたキャビティを形成している。可変
ピストン30のステム31はピストン20の中央に穿設
された穴23に挿入されている。ステム31の先端には
ばね座32が取着され、ピストン20に設けられたばね
室24に収納されたばね33により、可変ピストン30
を下向きに付勢している。ピストン20と可変ピストン
30との間には圧力室34が構成されている。
【0012】ピストンピン7は穴40を有する筒状であ
り、中央部にはコネクティングロッド5の潤滑油穴15
と連通する環状溝41が設けられて、穴42により連通
されている。ピストンピン7の一端には穴40に連通す
る穴43が穿設され、ピストン20に設けられた圧力油
の導入回路44と連通している。
【0013】ピストン20には導入回路44と圧力室3
4とを接続する回路上に逆止弁50が設けられている。
逆止弁50は弁座51、弁52およびばね53により構
成され、導入回路44から圧力室34の方向にのみ油を
流すようになっている。
【0014】圧力室34からピストン20の外部に通じ
る排出回路25上にはリリーフ弁(I)60が配設され
ている。リリーフ弁(I)60は、環状溝62を有する
スプール61とばね64とより構成され、ピストン20
に上下方向に穿設されたバルブ穴26に上下動可能に挿
入されている。スプール61はばね64により下向きに
付勢され、スプール61がバルブ穴26のプラグ67に
当接した状態では、スプール61のフランク63は排出
回路25を閉じている。
【0015】図3(b)に示すように、排出回路25に
並列に設けられた排出回路27上にはリリーフ弁(II)
65が配設されている。リリーフ弁(II)65はスプー
ル61とばね64とより構成され、ピストン20に上下
方向に穿設されたバルブ穴28に上下動可能に挿入さ
れ、バルブ穴28はプラグ66により閉塞されている。
スプール61はばね64により上向きに付勢され、最上
昇した位置ではフランク63は排出回路27を閉じてい
る。
【0016】次に作用について説明する。図1のAのご
ときエンジン低速域においては、図3(a),(b)に
示すようにリリーフ弁(I)60および(II)65は閉
じており、従って、圧力を持った潤滑油はコネクティン
グロッド5の穴15からピストンピン7の穴42,40
およびピストン20の導入回路44を経て逆止弁50を
押し開いて圧力室34に流入し、図3(a)に示すよう
に可変ピストン30を上方に押し上げる。この状態では
ピストン20の上面に高圧がかかっても、圧力室34の
圧力油は逆止弁50およびリリーフ弁(I)60,(I
I)65により閉塞状態になっており、可変ピストン3
0は押し下げられることはない。
【0017】その結果、キャビティ21の容積は、可変
ピストン30が下降した状態よりも小さくなり、圧縮比
は高くなる。また、可変ピストン30が上昇しているた
め、スワール比も高くなる。
【0018】エンジンの回転数が上昇し、図1に示すB
のごとき高速域に入ると、図4(a)に示すようにリリ
ーフ弁(I)60のスプール61には、ピストン20が
上昇中には上向きの慣性力が生じ、ピストン20の上死
点付近においてはばね64のセット荷重に打ち勝ってス
プール61は上昇し、リング溝62によって排出回路2
5を開く。
【0019】また、図4(b)に示すように、リリーフ
弁(II)65のスプール61にはピストン20が下降中
に下向きの慣性力が生じ、ピストン20の下死点付近に
おいてはばね64のセット荷重に打ち勝ってスプール6
1は下降し、リング溝62によって排出回路27を開
く。なお、低速域Aから高速域Bに移行するエンジン回
転数はエンジン性能から予め定められる。
【0020】その結果、常にリリーフ弁(I)60か、
リリーフ弁(II)65のいずれかが開くこととなる。従
って、図4(a)に示すように、圧力室34の圧力油は
排出回路25または27を通ってピストン20の外に流
出し、圧力室の油圧は低下し、可変ピストン30はばね
33により下降する。
【0021】従って、キャビティ21の容積は大きくな
り、圧縮比は低く、スワール比も低くなる。
【0022】
【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明は直接噴射
式ディーゼルエンジンの、ピストン上面のキャビティの
中央丘部分に、上下動可能な可変ピストンを設け、可変
ピストンを作動させる圧力油の排出回路に、エンジン低
速回転時には回路を閉じ、高速回転時には回路を開くリ
リーフ弁を設けたため、エンジンの低回転域においては
可変ピストンを上昇させ、圧縮比を高めて良好な低温始
動性と寒冷時の白煙の抑制を図り、スワール比を高めて
低速時のスモークを改善し、低速トルクを確保すること
がてきる。また、エンジンの高回転域においては可変ピ
ストンを下降させ、圧縮比を低くしてPMAX を抑えるこ
とにより更に高出力化を図り、スワール比を低くしてオ
ーバスワールを避けて出力、スモーク、燃料消費を改善
することのできる可変圧縮比ピストンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジンのトルク性能曲線である。
【図2】エンジンの断面図である。
【図3】本発明のピストンのエンジン低速回転時の断面
図である。
【図4】本発明のピストンのエンジン高速回転時の断面
図である。
【図5】従来のピストンの断面図である。
【符号の説明】
5 コネクティングロッド 7 ピストンピン 20 ピストン 21 キャビティ 22 リング溝 25,27 排出回路 30 可変ピストン 31 ステム 32 ばね座 33 ばね 34 圧力室 44 導入回路 50 逆止弁 51 弁座 52 弁 53 ばね 60 リリーフ弁(I) 61 スプール 64 ばね 65 リリーフ弁(II)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
    ンの上面に形成されたキャビティ内の中央丘部分に、圧
    縮比を可変にするための、上下動可能な可変ピストンを
    具備せることを特徴とする可変圧縮比ピストン。
  2. 【請求項2】 前記可変ピストンに、前記可変ピストン
    を作動させる圧力油を導入および排出する回路を設けた
    ことを特徴とする請求項1の可変圧縮比ピストン。
  3. 【請求項3】 前記圧力油を導入する回路に逆止弁を備
    え、前記圧力油を排出する回路に、エンジン回転数が予
    め定められた回転数以下では前記回路を閉じ、エンジン
    回転数が前記予め定められた回転数を越えると前記回路
    を開くリリーフ弁を備えたことを特徴とする請求項2の
    可変圧縮比ピストン。
JP10065992A 1992-03-26 1992-03-26 可変圧縮比ピストン Pending JPH05272404A (ja)

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JP10065992A JPH05272404A (ja) 1992-03-26 1992-03-26 可変圧縮比ピストン

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JP (1) JPH05272404A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006015265A1 (de) * 2006-04-01 2007-10-31 Audi Ag Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung
JP2012137061A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Mitsubishi Motors Corp ピストン

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DE102006015265A1 (de) * 2006-04-01 2007-10-31 Audi Ag Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung
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