JPH0633805A - エンジンの可変圧縮比装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な吸入空気量を確保しつつ、燃焼室に流
入する混合気に強いスワールを付与する。 【構成】 シリンダヘッド５に形成される吸気ポートの
うちの１つを、燃焼室６に流入する混合気Ｆにスワール
Ｓを付与するスワールポート１１ｂから構成し、このス
ワールポート１１ｂと対向するシリンダヘッドの排気ポ
ート１２側に、燃焼室６に対して進退可能な可変圧縮比
用ピストン１５を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの圧縮比を可
変させる可変圧縮比装置に関し、とくにスワールポート
を有するエンジンの可変圧縮比装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮比を変化させるエンジンに関する先
行技術として、実開昭６３−８２０４１号公報が知られ
ている。本公報の装置は、吸気バルブ側に可変圧縮のた
めの可動部材が設けられており、負荷の変化に応じて可
動部材が燃焼室に対して進退するようになっている。こ
のような可変圧縮比装置においては、可動部材の燃焼室
内への突出により圧縮比が高められ、燃焼効率の改善が
はかれる。可動部材が燃焼室から後退する低圧縮比時に
は、ノッキングの回避により、出力向上、騒音低下がは
かれる。

【０００３】ピストンエンジンにおける燃焼改善の一例
として、吸気ポートをスワールポートから構成し、燃焼
室内に流入する混合気に強い渦流（スワール）を付与す
ることが行われる。スワールポートの一つとして、たと
えば吸気バルブ周辺の吸気ポートの形状を渦巻状にした
ヘリカルポートが採用されている。このように、圧縮比
を可変させる可変圧縮比装置にスワールポートを付加す
れば、混合気の十分な撹拌によってさらに燃焼の改善が
はかれ、エンジン出力性能を高めることが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
実開昭６３−８２０４１号公報のように、吸気ポートを
構成する可動部材が燃焼室に対して進退する装置の場合
は、吸気ポートの途中に段差が生じることになり、吸気
ポートを理想的なスワールポートとすることが難しく、
混合気に強いスワールを付与することが困難であった。
また、吸気ポート側に圧縮比可変のための可動部材を設
けることは、たとえば複数の吸気バルブを設けることが
必要なエンジンにあっては、吸気ポートの開口面積を小
に抑えざるを得ず、十分な吸入空気量を確保することが
難しい。

【０００５】本発明は、十分な吸入空気量を確保しつ
つ、燃焼室に流入する混合気に強いスワールを付与する
ことが可能なエンジンの可変圧縮比装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係るエンジンの可変圧縮比装置は、シリンダ
ヘッドに形成される吸気ポートのうちの１つを、燃焼室
に流入する混合気にスワールを付与するスワールポート
から構成し、該スワールポートと対向するシリンダヘッ
ドの排気ポート側に、燃焼室に対して進退可能な可変圧
縮比用ピストンを配置したものから成る。

【０００７】

【作用】このように構成されたエンジンの可変圧縮比装
置においては、可変圧縮比用ピストンがシリンダヘッド
の排気ポート側に配置されるので、吸気ポートの燃焼室
への開口面積を十分に確保することが可能となる。

【０００８】また、可変圧縮比用ピストンは吸気ポート
とは独立して配置されるので、圧縮比が変化しても吸気
ポートには段差は生じることはない。したがって、理想
的なスワールポートを形成することが可能となり、燃焼
室に流入する混合気に強いスワールを付与することが可
能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係るエンジンの可変圧縮比
装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。

【００１０】第１実施例 図１ないし図６は、本発明の第１実施例を示している。
図２において、１はエンジンのシリンダブロックを示し
ている。シリンダブロック１のシリンダボア２には、ピ
ストン３が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロッ
ク１の上面には、ガスケット４を介してシリンダヘッド
５が取付けられている。

【００１１】燃焼室６は、シリンダブロック１のシリン
ダボア２と、ピストン３の頂面と、シリンダヘッド５の
壁面によって形成されている。燃焼室６は、ペントルー
フ型燃焼室となっている。ペントルーフ型燃焼室は、周
知の通りその形が家の屋根に似ており、屋根の頂部６ａ
を境として吸気ポート側と排気ポート側とに区画されて
いる。

【００１２】シリンダヘッド５には、燃焼室６に開口す
る２つの吸気ポート１１ａ、１１ｂと１つの排気ポート
１２が形成されている。２つの吸気ポート１１ａ、１１
ｂは、シリンダヘッド５のうち燃焼室６の頂部６ａの一
側に配置されており、１つの排気ポート１２は、シリン
ダヘッド５のうち燃焼室６の頂部６ａの他側に配置され
ている。各吸気ポート１１ａ、１１ｂの燃焼室６への開
口部には吸気バルブ７が配置されており、排気ポート１
２の燃焼室６への開口部には排気バルブ８が配置されて
いる。燃焼室６の頂部６ａには、点火プラグ９が臨まさ
れている。

【００１３】２つの吸気ポート１１ａ、１１ｂのうち一
つの吸気ポート１１ｂはスワールＳを付与するためのス
ワールポート（ヘリカルポート）に形成されている。ス
ワールポートでない吸気ポート１１ａには、スワールコ
ントロールバルブ（ＳＣＶ）２６が設けられている。Ｓ
ＣＶ２６は、アクチュエータ２７に連結されており、エ
ンジンの運転条件によって開閉制御される。

【００１４】シリンダヘッド５の排気ポート１２が形成
される側には、燃焼室６に対して進退可能な可変圧縮比
用ピストン１５が設けられている。可変圧縮比用ピスト
ン１５は、スワールポート１１ｂに隣接して配置されて
いる。排気バルブ８は、混合気Ｆの流れに対する可変圧
縮比用ピストン１５の下流に位置している。可変圧縮比
用ピストン１５は円筒状に形成されており、先端部には
ピストンリング１６が装着されている。ピストンリング
１６が装着された可変圧縮比用ピストン１５の先端部
は、シリンダヘッド５のピストン穴１７に摺動自在に嵌
挿されている。

【００１５】可変圧縮比用ピストン１５の軸方向中央部
には、雄ねじ１８が形成されている。雄ねじ１８は、シ
リンダヘッド５側に形成された雌ねじ１９と螺合されて
いる。雌ねじ１９と雄ねじ１８とが螺合した状態では、
可変圧縮比用ピストン１５を軸心まわりに回転させる
と、可圧縮比用ピストン１５は軸方向に移動するように
なっている。

【００１６】可変圧縮比用ピストン１５の上部には、ね
じ歯車（はすば歯車）２０が形成されている。可変圧縮
比用ピストン１５の上部と隣接する位置には、駆動シャ
フト２１が配置されている。駆動シャフト２１は、可変
圧縮比用ピストン１５の軸方向に対して直交する方向に
延びている。駆動シャフト２１には、ねじ歯車（はすば
歯車）２２が取付けられている。可変圧縮比用ピストン
１５のねじ歯車２０と、駆動シャフト２１のねじ歯車２
２は、噛合わされている。

【００１７】駆動シャフト２１の軸端には、ピニオンギ
ヤ２３が取付けられている。ピニオンギヤ２３は、ラッ
ク２４と噛合わされている。ラック２４には、電磁アク
チュエータとしてのソレノイド２５が連結されている。
ソレノイド２５に電圧が印加されると、ラック２４がソ
レノイド２５側に移動し、駆動シャフト２１が回転する
ようになっている。駆動シャフト２１の回転は、ねじ歯
車２２を介して可変圧縮比用ピストン１５のねじ歯車２
０に伝達され、ねじ歯車２０の回転によって可変圧縮比
用ピストン１５が軸方向に移動するようになっている。

【００１８】可変圧縮比用ピストン１５の傾き角度は、
排気バルブ８の傾き角度と同じ角度に設定されている。
また、可変圧縮比用ピストン１５の先端面は、燃焼室６
の屋根の傾斜角とほぼ同じに設定するのが望ましい。本
実施例では、可変圧縮比用ピストン１５と駆動シャフト
２１とを連結にねじ歯車を用いた構成としたが、ウォー
ム歯車でも傘歯車でもよく、または直接アクチュエータ
によって可変圧縮比用ピストン１５を駆動する構成とし
てもよい。

【００１９】図４は、電磁アクチュエータであるソレノ
イド２５を駆動させる駆動回路を示している。図４に示
すように、ソレノイド２５は、出力インタフェース３０
を介してＣＰＵ（中央処理装置）３１に接続されてい
る。ＣＰＵ３１には、入力インタフェース３２を介して
水温センサ３３、スロットル開度センサ３４、吸気温セ
ンサ３５、点火進角センサ３６、エンジン回転数センサ
３７が接続されている。ＣＰＵ３１は、各センサからの
情報に基づいてエンジン運転状態を把握し、ソレノイド
２５のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうようになっている。

【００２０】本実施例では、ソレノイド２５をアクチュ
エータとして使用した構成としているが、たとえばステ
ッピングモータによって駆動シャフト２１を回転させ、
圧縮比を無段階に制御する構成としてもよい。また、可
変圧縮比用ピストン１５の進退制御は、本来は燃焼圧に
基づいて行うのが望ましく、上記各センサの代りに燃焼
圧センサを用いた構成としてもよい。

【００２１】図５に示すように、ＳＣＶ２６を駆動する
アクチュエータ２７は、ＣＰＵ３１に入力される冷却水
温、エンジン回転数、吸気管負圧（スロットル開度）の
情報に基づいて制御されるようになっている。本実施例
では、アクチュエータ２７は吸気管負圧を利用したダイ
ヤフラム式アクチュエータから構成されている。

【００２２】つぎに、第１実施例における作用について
説明する。エンジンの低回転、軽負荷時には可変圧縮比
用ピストン１５が燃焼室６内に突出し、圧縮比が高めら
れて燃焼効率の改善がはかれる。エンジンの高回転、高
負荷時には可変圧縮比用ピストン１５が燃焼室６に対し
て後退し、低圧縮比に切替えられる。これにより、ノッ
キング発生が回避され、高出力が得られる。

【００２３】可変圧縮比ピストンの出入れ制御と、ＳＣ
Ｖの開閉制御との関係は、表１に示すようになってい
る。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示すように、エンジン回転数が低回
転でかつ吸気管負圧が低い場合は、可変圧縮比用ピスト
ン１５が燃焼室６内に突出し、ＳＣＶ２６が閉弁され
る。この状態では、スワールポート１１ｂのみを介して
吸気が燃焼室６内に導かれる。これにより、スワールポ
ート１１ｂから燃焼室６内に流入した混合気には強いス
ワールＳが付与され、希薄な空燃比の下での良好な燃焼
が行なわれる。

【００２６】また、可変圧縮比ピストン１５はシリンダ
ヘッド５の排気ポート１２が形成される側に配置される
ので、シリンダヘッド５の吸気ポート１１ａ、１１ｂが
形成される側の面積が大に確保される。したがって、吸
気空気量を十分に確保することができ、エンジン出力性
能が高められる。

【００２７】スワールポートとしての吸気ポート１１ｂ
は、図１のヘリカルポートに限定されることはなく、図
６に示すように、吸気ポートに隔壁１１ｃを設け、隔壁
１１ｃによって形成された副吸気ポート１１ｅをＳＣＶ
２６によって開閉する構成としてもよい。このように構
成することにより、ＳＣＶ２６の閉弁時には、混合気は
主吸気ポート１１ｄのみを介して燃焼室６内に流入する
ことになり、燃焼室６内に流入した混合気をシリンダ壁
面に沿って流すことができる。

【００２８】第２実施例 図７は、本発明の第２実施例を示している。第２実施例
が第１実施例と異なるところは、可変圧縮比用ピストン
の配置のみであり、その他の構成は第１実施例に準じる
ので、準じる部分に第１実施例と同一の符号を付すこと
により準じる部分の説明を省略し、異なる部分について
のみ説明する。後述する他の実施例も同様とする。

【００２９】第１実施例の可変圧縮比装置の場合は、ス
ワールポート１１ｂと可変圧縮比用ピストン１５が隣接
することになるので、燃焼室６内に流入しスワールＳが
付与された混合気Ｆが燃焼室６内に突出した可変圧縮比
用ピストン１５に直に衝突し、スワールＳの流れが弱め
られる。そこで、本実施例では、スワールポート１１ｂ
から燃焼室６内に流入しスワールＳが付与された混合気
Ｆの流れに対して最も上流となる位置に、排気バルブ８
が配置されている。

【００３０】このように構成された第２実施例において
は、スワールＳが付与された混合気Ｆの流れに対して最
も上流となる位置には、排気バルブ８が配置されるの
で、スワールポート１１ｂからの混合気Ｆが直に可変圧
縮比用ピストン１５に衝突することは回避される。ここ
で、排気バルブ８の直下を通過したスワールＳは、排気
バルブ８の下流に位置する可変圧縮比用ピストン１５に
到達することになるが、ここに到達するまでにはスワー
ルＳの効果によって混合気Ｆの撹拌が十分に促進され
る。したがって、この状態でスワールＳが可変圧縮比用
ピストン１５と衝突し、スワールＳの流れが多少邪魔さ
れても、燃料が十分に燃焼できなくなるということはな
くなり、第１実施例に比べて燃焼の改善がはかれる。こ
れにより、エンジン出力性能および排気ガス浄化性能を
高めることができる。

【００３１】第３実施例 図８は、本発明の第３実施例を示している。図８に示す
ように、燃焼室６の頂部６ａの一側には２つの吸気バル
ブ７が臨まされており、燃焼室６の頂部６ａの他側には
２つの排気バルブ８が臨まされている。シリンダヘッド
５の排気ポートが形成される側には、可変圧縮比用ピス
トン１５が配置されている。本実施例では、２つの排気
バルブ８の間に可変圧縮比用ピストン１５が配置されて
いる。

【００３２】このように構成された第３実施例において
は、スワールポート１１ｂから燃焼室６内に流入した混
合気にスワールＳが付与される。スワールＳが付与され
た混合気は、一方の排気バルブ８の直下を通過した後
に、燃焼室６内に突出した可変圧縮比ピストン１５に衝
突することになるが、第２実施例と同様にこの位置での
スワールＳの衝突の影響は小さく、燃焼の改善がはかれ
る。

【００３３】第４実施例 図９は、本発明の第４実施例を示している。本実施例で
は、ストレートポートとしての吸気ポート１１ａと、ス
ワールポートとしての吸気ポート１１ｂとの位置が第１
実施例に対して逆になっている。ＳＣＶ２６が閉弁状態
では、スワールポート１１ｂから燃焼室６に流入しスワ
ールＳが付与された混合気は、ストレートポート１１ａ
側の吸気バルブ７の直下を通過した後、排気バルブ８の
直下を通過するようになっている。そして、排気バルブ
８の直下を通過したスワールＳは、燃焼室６内に突出し
た可変圧縮比用ピストン１５に向うようになっている。

【００３４】このように構成された第４実施例において
は、スワールポート１１ｂから燃焼室６内に流入した混
合気Ｆが、可変圧縮比用ピストン１５と衝突するまでの
距離が長くなるので、第１実施例および第２実施例の場
合よりも、スワールＳの衝突による燃焼への影響が小さ
くなり、さらに燃焼を改善することが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。

【００３６】シリンダヘッドに形成される吸気ポートの
うちの１つを、燃焼室に流入する混合気にスワールを付
与するスワールポートから構成し、このスワールポート
と対向するシリンダヘッドの排気ポート側に、燃焼室に
対して進退可能な可変圧縮比用ピストンを配置したの
で、従来のように圧縮比が変化しても吸気ポートの途中
に段差が生じることはなくなり、理想的なスワールポー
トを形成することが可能となる。したがって、燃焼室内
に流入する混合気に強いスワールを付与することがで
き、エンジン出力性能を高めることができる。

【００３７】また、可変圧縮比用ピストンがシリンダヘ
ッドの排気ポート側に配置されるので、吸気ポートの燃
焼室への開口面積を大に確保することが可能となり、吸
入空気量の十分な確保によってエンジン出力性能をさら
に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るエンジンの可変圧縮
比装置における燃焼室の透視平面図である。

【図２】第１図の断面図である。

【図３】図１の装置の斜視図である。

【図４】図３における可変圧縮比用ピストンを駆動する
ための駆動回路図である。

【図５】図１におけるスワールコントロールバルブ（Ｓ
ＣＶ）を開閉駆動させるための駆動回路図である。

【図６】図１のスワールポートの変形例を示す断面図で
ある。

【図７】本発明の第２実施例に係るエンジンの可変圧縮
比装置における燃焼室の透視平面図である。

【図８】本発明の第３実施例に係るエンジンの可変圧縮
比装置における燃焼室の透視平面図である。

【図９】本発明の第４実施例に係るエンジンの可変圧縮
比装置における燃焼室の透視平面図である。

【符号の説明】

５ シリンダヘッド ６ 燃焼室 ７ 吸気バルブ ８ 排気バルブ １１ｂ スワールポート １２ 排気ポート １５ 可変圧縮比用ピストン ２６ ＳＣＶ（スワールコントロールバルブ） Ｓ スワール Ｆ 混合気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成される吸気ポート
   のうちの１つを、燃焼室に流入する混合気にスワールを
   付与するスワールポートから構成し、該スワールポート
   と対向するシリンダヘッドの排気ポート側に、燃焼室に
   対して進退可能な可変圧縮比用ピストンを配置したこと
   を特徴とするエンジンの可変圧縮比装置。