JPS5920540A - 圧縮比可変式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮比を機関の負荷及び／又は回転数に応じ
て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。

内燃機関において出力を向」−シ、燃費を低減するには
圧縮比を高めれば良いが、圧縮比を高めると高負荷域及
び／又は低回転域においてノッキングが発生する。　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
荷及び／又は低回転域においてノッキングが発生しない
値に設定しなければならないから、低負荷及び／又は高
回転域において十分な出力を出すことができないと共に
、燃費を十分に低減することができない。

そこで先行技術としての特開昭５６−８８９２６号公報
は、圧縮比を低回転、低負荷域では高く、低回転、高負
荷域では低クシ・、また高回転域では高くすることを提
案しているが、このものは、燃焼室に連通する副シリン
ダ内に嵌挿した副ピストンを、前後動することにより圧
縮比を変更するに際して、前記副ピストンから副シリン
ダ外に突出したロッドの先端を、これと同一軸線上に設
けた油圧シリンダ内のプランジャに接当し、機関におけ
る吸気負圧がある値より大きい低負荷域で且つ回転数が
ある値より高い高回転のとき、前記油圧シリンダに油圧
を送って圧縮比を高め、吸気負圧がある値より小さい高
負荷域で且つ回転数がある値より低い低回転のとき、油
圧シリンダの油圧を放出して圧縮比を低下するものであ
るから、その圧縮比の制御は、ある負荷値及び回転数を
境として圧縮比が高から低に又は低から高に急変するＯ
Ｎ−ＯＦＦ的な制御であって、圧縮比を負荷及び／又は
回転数に比例して滑らかに制御することができず、この
圧縮比の急変時において機関のトルク変動が大きくなっ
てドライバービリティ−が悪化するのである。

これに対し本発明者達は、先願の特許出願（特願昭５７
−４８２９５号）において、燃焼室に連通ずる副シリン
ダ内に嵌挿した副ピストンを機関の負荷及び／又は回転
数に応じて前後摺動するにあたり、前記副ピストンの背
面室を油圧室としてこれに作動油を連続的に供給する一
方、前記副ピストンから副シリンダ外に突出するように
ステムを設け、該ステムには、前記油圧室内の作動油を
逃がすようにしたスピルポー　トを穿設し、且つステム
の突出部には、そのスピルポーＩ・を当該スピルポート
からの流出量を調節するように開閉すると共に、その開
閉位置をステムの軸方向に沿って変位するように作動す
るスピル体を設け、該スピル体を機関の負荷及び／又は
回転数の変化に応じて作動するように関連することによ
り、圧縮比の自動制御が機関の負荷及び／又は回転数の
変化に応じて無段階的に滑めらかにできろようにした発
明を提案した。

気圧による補正を加味したも・のである。　すなわち、
自動車用内燃機関は海抜の低い所で運転したりすること
がある一方、機関にわけるノッキングは気圧による影響
を受け、気圧が高くなればノッキングが発生し易くなる
ので、前記の自動制御による圧縮比の値を、海抜の低い
所の気圧に合せて設定すると、海抜の高い気圧の低い所
で運転した場合に、ノッキングに対する限界の圧縮比に
は余祐があり過きて、十分な出力を出すことができずま
た、海抜の高い所の気圧に合せて設定すると、海抜の低
い気圧の高い所で運転したときにノッキングが発生する
ことに鑑み、本発明は、自動制御による圧縮比の値を、
気圧に応じつまり気圧が高くなれば低く、気圧が低くな
れば高くするように修正したものである。

以下本発明を実施例の図面について説明すると図におい
て（１）はシリンタブロック、（２）はシリンダヘット
、（３）はシリンダブロック（１）のシリンダポア（４
）内を往復摺動するピストン、（５）は前記シリンダヘ
ッド頁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シリンダヘット
（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υト気ポートが開口している。

（７）は前記シリンダヘット（２）に穿設した副シリン
ダで、該副シリング（２）は下側が燃焼室（５）に、上
側がシリンダヘッド（２）の」二室に各々開］」シ、該
副シリンダ（７）のシリンダヘット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。

（９）は削記副シリンタ（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ｒ４ｉｉ進すると燃焼室の容積が減少し
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の容積が増大して圧
縮比が低くなるようになっており、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）の中心から軸方向に延びるステ
ム０１）が一体向に設けられ、該ステム（１１）を前記
蓋板（８）を摺動自在に貫通して外方に突出する一方、
副ピストン（９）の背面と蓋板（８）とめ間に油圧室α
のを形成し、該油圧室αのに油圧源からの作動油を逆止
弁０３付きポート０４）を介して連続的に供給する。

また、前記ステム（１υには油圧室［ｊ３に連通ずる通
路（埒を［イ１１え、且つステム（１わが蓋板（８）よ
り外方に突出する部分には、前記油圧室ｑ２内の作動油
をシリングヘッド上室に流出させるためのスピルポート
０６）を穿設する。

０７）はスヒル体の一つの実施例である所のスピルリン
グを示し、該スピルリンクＱ７）を前記ステム（１υに
摺動自在に被嵌して、該スピルリングＱ′７）を燃焼室
（５）の方向に目ｆ１進移動するとき当該スピルリンク
（Ｊ７）によってスピルポート０６）が閉じ、スピルリ
ング０７１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０Ｏが開くように構成する。　また
、０８）はシリングヘッド上室に中途部を軸０５））に
て揺動自在に枢着して設けたレバーで、該レバー０８）
の一端を前記スピルリング０彊こ係合する一方、他端を
アクチェータの一つの実施例であるダイヤフラム式アク
チェータ（イ）に連絡する。　このタイヤフラム式アク
チェータ（イ）は、前記レバー０８）の他端にロッド（
２１）を介して連結するタイヤフラム（イ）を内蔵し該
ダイヤフラム（イ）にて区画されたダイヤフラム室（ハ
）には、前記レバー０８）の他端を図において下方に押
し下げる方向、つまりスピルリンク０乃を後退摺動する
方向に伺勢するはね（ハ）を設けると共に、該タイヤフ
ラム室（ハ）を負圧通路（イ）を介して機関の吸気マニ
ホールド（図示せず）に接続して、吸気負圧をタイヤフ
ラム室（ハ）に導入することにより、機関の負荷の減少
に伴って吸気負圧が真空筒りに大きくなると、これに比
例して前記スピルリンク０乃が削進摺動するように構成
する。

そして（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、前記負圧通路（ハ）に接続
した大気空気導入通路ｉ２カと該大気空気導入通路（イ
）中に設けた気圧補正手段とからなり、気圧補正弁（ハ
）の弁体（ホ）を、大気圧に応じて長さくｔ）が変化す
るようにしたベローズ式の気圧感応系子（ト）に連結し
て大気空気導入通路（イ）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少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０７）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０６）の閉によって当該スピルポ
ート０６）からの作動油の流出が止まり逆］Ｌ弁（＋３
１（＝Ｊきボー１−　（１４）から絶えず作動油が供給
されている油圧室０のの圧力が上昇するから、副ピスト
ン（９）は燃焼室（５）に向って前進し、この前進がス
ピルポート０６）の開の所まで進行すると、スピルポー
　）　（１６）から作動油が流出を始め、この流出量と
油圧室０のへの供給量とがバランスした時点で、副ピス
トン（９）の１）１ｊ進が停止する。　またスピルリン
グ０７）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Ｑ６）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Ｕ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
ははね（１０）によっ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０６）がスピルリング０７）
にて閉じる所まで進行すると、スピルボートト０６）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）の後退勤が停止することにな
って、スピルリング０乃の移動７よって副ピストン（９
）の位置を任意に変更でき、ひＬ）ては圧縮比を圧意に
変更できるのであり、この場合スピルリンク（１７１を
レバー０８）を′介してアクチェータの一例であるダイ
ヤフラム機構（イ）に関連したことにより、機関の負荷
の低下に伴って吸気負圧が真空筒りに次第に大きくなる
と、スピルリンク０乃が前進するから圧縮比は機関の負
荷の低下に伴って次第に高くなり、また、機関の負荷の
増加に伴って吸気負圧が大気圧寄りに小さくなるとスピ
ルリングθカが後退するから、圧縮比は機関の負荷の増
加に伴って次第に低くなるとい・）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、前記の自動制御において気圧が高くなると、気
圧補正弁（ハ）の弁体（イ）が開いて負圧通路（ハ）へ
の大気導入量が多くなり、これによりタイヤフラム室（
ハ）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Ｑ７）　ｔ＊ばね（財）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（ト）の弁体−が閉じて負圧通路（ハ）への大気導入
−楢が少なくなり、これによりダイヤフラム室ｃツに作
用する負圧は真空寄りに大きくなることにより４．スピ
ルリンクθカは気圧が低くなる以前のときの位置より前
進方向に修正移動されるから、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。

この場合、気圧補正手段し０は前記実施例のものに限ら
す、第３図に示すようにタイヤフラム式アクチェータ（
２０におけるはね弼の受は片（３１）を、気圧歿出器Ｇ
ノを人力とする制御手段Ｇ［有］によって動かして、当
該ばね（２）の力を気圧が高くなれは強く気圧が低くな
れは弱くするように構成して、負荷に対する圧縮比を気
圧に応じて補正する等、他の手段を用いても良く、また
、前記スピルリンク０７）を作動するアクチェータとし
ては前記タイヤフラム式のものに限らず、電気式等の他
の形式のアクチェータにしても良いことは勿論であるが
、このアクチェータに機関の回転数又は回転数及び負荷
を関連し、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、或いは圧縮比を負荷の増大に
つれて低くすると共に回転数の増大につれて高くするよ
うに自動制御することもできる。

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１−　（１６）が閉じ
る一方、油圧室Ｑ２１内の圧力が瞬間的に高くなって逆
出弁０（至）が閉して、油圧室ａａ内の作動油は当該油
圧室αの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０Ｏ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
上昇がクッションとなって燃焼室（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０のに絶えず供給する
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
オートマチック変速装置における作動油を用いることが
でき、ｎ１１記実施例としてスピルリングｑ加こした場
合を示したが、第４図に示すようにステム（１１８）を
中空軸に形成し、該４（Ｈａ）内にスピル棒（１７ａ）
を摺動自在に嵌挿し、Ｋテ該スピル棒（１７ａ）を機関
の負荷及び／又は回転数に関連するアクチェータにて摺
動じてスピルポート（１６ａ）を開閉するように構成し
ても良いのであり、また、第５図及び第６図に示すよう
にステム（ｌｌｂ）におけるスピルポートをステム（ｌ
ｌｂ）の軸線に対して傾斜する傾斜状スピルポート（１
６ｂ）　ニ形成する一方、ステム（ｌｌｂ）の外周には
歯車式のスピルリング（１７ｂ）を回転及び摺動自在に
被嵌して該スピルリング（１７ｂ　）を図示しない軸受
けにてシリンタヘッド（２）に対して軸支し、このスピ
ルリング（１７ｂ）にはステム（ｌｌｂ）が前後摺動し
たときその傾斜状スピルポート（１６ｂ）に合致するよ
うにした一つの逃しポート■を穿設すると共に、このス
ピルリンク（１７ｂ）外周の歯車（イ）にステム（ｌｌ
ｂ）と直角方向に配設したラック杆（ト）を１味合し、
該ラック杆Ｃ３Ｑを機関の負荷及び／又は回転数に関連
するアクチェータＩ２０にて長手方向に摺動してスピル
リング（１７ｂ）を回転操作して、ステム（ｌｌｂ）の
傾斜状スピルポート（１６ｂ）に対して逃しポート■を
（１）位置又は（ＩＩ）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（ｌｌｂ）は摺動自在、回転不能に保持され
、また、ここにおけろスピルリング（１７ｂ）を回転す
る機構としては、実施例のラン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５図に二点鎖線で示すような任意
形状の組み合せが考えられる。

以上実施例について説明したが本発明は、燃焼室に連通
ずる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
を供給する一方、前記ピストンから副シリンダ外に突出
するようにステムを副ピストンの軸方向に設け、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、且っステムの突出端には、
そのスピルポートを当該スピルポートからの流出量を調
査ｉするように開閉すると共にその開閉位置をステムの
軸方向に沿って変位するように作動するスピル体を設け
、該スピル体を機関の負荷及び／叉は回転数に応じて作
動するように機関の負荷及び／又は回転数にアクチェー
タを介して関連し該アクチェータには、大気圧に応じて
前記スピル体を修正作動するようにした気圧補正手段を
設けて成るもので、これにより圧縮比を機関の負荷及び
／又は回転数に応じて無段階的に滑らかに自動制御でき
るから、圧縮比を自動可変にした場合の急激なトルク変
動が−なく、従ってドライバービリティ−を悪化させな
いのであり、しかも本発明は副シリンダ内における副ピ
ストンの背面を油圧室とし、これに作動油を送って副ピ
ストンを前後動するもので、頭記した先行技術のように
副シリンタの外方に油圧シリンダを別に設ける必要がな
いから、構造の簡略化と機関の小型、軽量化を図るその
上本発明は、前記自動制御による圧縮比の値を、大気圧
の変化に補正することができるから圧縮比の自動制御に
おいて、大気圧が高いときにノッキングが発生したり、
大気圧が低いときにノッキングに対して圧縮比が余祐が
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
きて高出力を出すことかて゛きる効果を有する。

【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Ｌｌ−Ｌ
ｌｌ視向面図第３図は気圧補正手段の別例図、第４図及
び第５図はスピル体とスピルポートとの別例図、第６図
は第４図の平面図である。 （１）・・・シリンダブロック、　（２）・・・シリン
ダヘッド、（５）・・・燃焼室、（７）・・・副シリン
ダ、（９）・・・副ピストン、θ２）　・・・油圧室、
（１１）　（ｌｌａ）（ｌｌｂ）−・・ステム、（１！
　（１６ａ）（１６ｂ）・・・スピルポート、０７１（
１７ａ）（１７ｂ）・・・スピル体、（イ）・・・ダイ
ヤフラム式アクチェータ、００・・気圧補正手段第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）。燃焼室に連通ずる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を供給する一方曲記ピストンから
   副シリンダ外に突出するようにステムを副ピストンの軸
   方向に設け、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ボートを穿設し、且つス
   テムの突出端には、そのスピルポートを当該スピルポル
   トからの流量を調節するように開閉すると共にその開閉
   位置をステムの軸方向に沿って変位するように作動する
   スピル体を設け、該スピル体を機関の負荷及び／又は回
   転数に応じて作動するように機関の負荷及び／又は回転
   数にアクチェータを介して関連し、該アクチェータには
   、大気圧に応じて前記スピル体を修正作動するようにし
   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。