JPS5941632A - 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等の運転状態に合せて変
更するようにした圧縮比可変式の内燃機関］／ｃ関する
ものである。

内燃機関（でおいて出力を向上し、燃費を低減するＫは
圧縮比を高めハ、は良いが、圧縮比を高めると高負荷域
においてノツ＋？７ジが発生する。このため従来の圧縮
比一定の内燃機関では、圧縮比を高ｆｉ代ＩＩ域（てお
いて〕・υ＋′Ｊジが発生しない値に設定しなけ八ばな
らないから、低負荷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、圧縮比を低負荷域では高く、高負荷域では低ぐする
ことを提案しているが、このものは、燃焼室に連通する
副シリシ池因に嵌挿した副ヒスト−Ｊを、前後動するこ
とにより圧縮比を変更するに際して、　＋Ｉｆ記副記文
ピストン副シリ′Ｊり外に突出した０ツドの先端を、こ
ハ、と同−軸線十に設けた油圧シリンタ内のづラ−）ジ
セに接当し、機関における吸気負圧がある値より大きい
低負荷域のとき、前記油圧シリシタ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置φ１１域の
とき、柚子シリ：７り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、ある負傭値を
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、圧縮比を負荷に比例
１−で滑らか（Ｃ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１゛ルク変動が大きくなってドラ
イノＳ−しりティーが悪化するのである。

こｆ′ｌ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、燃焼室に連通する副シ
リ−）夕内に嵌挿した副ヒストシを機関の負荷に応じて
前後摺動するにあたり、前記副ビストシの背面室を油圧
室としてこれに作動油を連続的に供給する一方、前記副
ヒストシから副シリーＪ槍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
うにしたスピルボートをｇ設し、且つステムの突出部に
は、そのスピルボートを当該スピルボートからの流出量
を調節するように開閉すると共に、その開閉位ＩＮをス
テムの軸力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、圧縮比の自助制御が機関
の負荷の変化に応じて無段階的に滑らかにできるように
した発明を提案した。

本発明は、前記した先願発明において、圧縮比を負荷に
対して無段階的に自動制御することに加えて、圧縮比を
機関の他の運転条件である所の始動及びアイドリングに
も関連して制御するものである。すなわち機関の始動（
て際して機関がある回転数に達する捷での間は圧縮比を
最低に保持することにより、機関を高圧縮比の下で始動
することによるクラシ十′Ｊジトルクの増大及び異常燃
焼等による始動性の悪化を防止する一方、機関のアイト
リ：７グ運転時には、圧縮比を最高に保持することによ
り、アイドリング運転の安定化と、アイトリ、７グ運転
時における回＠数の低下及び排気ガスのクリーフ化を図
ったものであり、更に本願の第２の発明は、前記した第
１の発明に加えて、機関５− の減速Ｃ工’Ｊ　、；Ｚｌづレー十）時（でおいて、圧
縮比を最低に保持するこ吉により、態別消費ａの低減を
図ったものである。

以Ｆ本発明を実施例の図面について説明すると、図にお
いてｆｌ＋　１７１：シリーＪダブロック、（２）はシ
リクづへ・リド、（３）はシリシダづ口・υり（１）の
シリーＪタポア（４）内を往復摺動するヒストシ、ｆ５
１１−ｊ前記シリ′Ｊクヘッド（２）の下面を球形又は
多球形状に四重せて形成した燃・焼室を各々示し、該燃
焼室ｆ５）　Ｋはその略中心位置にシリシタヘット璽２
）に螺着した点火栓（６）がのぞむと共に、図示しない
吸気ボート及び排気ボートが開口している。

（７）は前記シリ：７タヘ・リド（２１Ｋｇ設した副シ
リシタで、該副シリシタ（２）は下側が燃焼室（５）に
、上側がシリｙりへ・リド（２）の王室に各々開口し、
該副シリーＪ禎（７）のシリ：、Ｉタヘッド」二基への
開口部にはこれを塞ぐ蓋板（８）が設けられている。

（９）は前記副シリシタ（７）内に摺動自在に嵌挿した
副ヒストシで、該副ピストシ（９）の外周にはヒストシ
リ：７り（９）Ｉを備え、この副ヒストシ（９）が燃焼
室（５）６− の二り回（で前進すると燃焼室の容積を減少して圧縮月
；が高くなり、副ヒスト−Ｊ（９）が燃焼室（５）から
離れるノフ向に後退すると燃焼室の容積が増大して圧縮
用が低くなるようになっており、この副ピストン（９）
ｊづ−ばね（１０）にて後退方向に付勢され、１だ、こ
の副ヒストニアｆ９１　Ｋ　ｕ　、当該副ピストン（９
）が燃焼室（５）に向って最大に前進したときシリンダ
へ・リド（２）側にこ１１以上１「１進しないように接
当するようにした段部（１１）を設けて、副じスＩ・′
Ｊ（９）の１１」進による最高［１：箭＃＋　Ｉｔの位
置を規定するように構成する。なお、この場合、副ヒス
トン（９）の燃焼室（５）にのぞむ頂面（１２１は、燃
焼室（５）の球面状内壁面（１３）にお（叶る曲率と同
じ曲率にした球面状に凹み形成され、旧つ該凹形球面状
頂面（１２）は、副ビス）：、＋（９）が前記段部（１
１）の規定による最高圧縮比の位置捷でｉ↑１進したと
きにおいて、燃焼室（５）の内壁面（１３）に対して段
差なしに連続するように構成されている。

前記副ヒスＩ−，＋９＋の背面には、当該副ピストン（
９）の中心から軸方向に延びるステム（卯が一体的に設
けられ、該ステム（１４１を前記蓋板（８）を摺■１自
在に貫通して外方（て突出する一力、副ヒスｈ　：Ｊ（
９）の背面と蓋（及（８）との間に油圧室（１５）を形
成１−５該油圧室（１５）に油圧源からの作動油を逆止
弁（１６）伺きポート（１力を介して連続的に供給する
。捷た、１ｉｉｌ記ステム（１４）には油圧室（１５）
に連通ずる通路（１８）を備え、且つステム（１４）が
蓋板（８）より外方に突出する部分には、前記油圧室（
１５）内の作動油をシリシタへ゛リド王室に流出させる
ためのスピルボー１−　ｆ１９＋を穿設する。

（２０）はスピル体の一つの実施例である所のスヒルリ
ｙグを示し、該スヒルリ′Ｊり（２０）を前記ステム（
１４）（て摺動自在に被嵌して、該スピルリンク（２０
）を燃焼室（５）の方向に前進移動するとき当該スヒル
リシジ（２０）によってスピルポー１−　（１９＋が閉
じ、スヒルリシグ（２０）を燃焼室（５）から離れる方
向に後退移動するときスピルボート（１９）が開くよう
に構成する６捷た。　［２１＋はシリーＪ夕へ・リド上
室に中途部を軸（２３）にて揺動自任に枢着して設けた
レバーで、該レバー（２１）の一端を前記スヒルリ′Ｊ
り（１９）に係合する一方、レバーレ１）ＩＴＪ％喘Ｋ
、制御回路（２４）によって作動するアクチェータ＜２
ｗを連結し、制御回路（２４）に機関の負荷検出器（２
５）からの信号を入力させ、機関の負荷の増加ＣＣ比例
してｔｉｆＩ記スヒ１しり′Ｊり（２０）をアクチェー
タ伐２１にて後退力向に移動させるように構成する。更
に目１１記制御回路（２４）は、機関の回転数検出器（
２６）及び吸入空気示調節用スＯットル弁の開度検出器
（２力からの信りを入力と１−１機関のスタートスイッ
チＯＮで且つ機関の回転数がアイドリング時の回転数よ
り低いある回転数に達しないとき、前記スピルリ−Ｊｌ
ｊＣＯ）をアクチェータｆ２２１　ＶＣより大きく後退
移動し、ス０゛ソ］−ル弁の開度がアイドル位置で且つ
回転数がアイドル時の回転数のとき、前記スピルリング
（２０）をアクチェータ（２２１により大きく前進移動
し、そして、スロットル弁の開度がアイドル位置で且つ
回転数がフィト１し時の回転数より高いある回転数以上
のとき、前記スヒルリ、７グ２０＋をアクチェータ（２
２＋により前記負荷による制御に優先して大きく後退移
動するように構成して成るものである。

この構成において、スヒルリシジしくト）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（１■の閉によって一９＝ 当該スピ１しポート（１９）からの作動油の流出が止−
ｆ　ＩＩ）、逆＋ｈ　＊　ｆ１６）付きポート（１ηか
ら絶えず作動油が供給されている油圧室（１９の圧力が
−１−昇するから、副ヒス１−ニア（９１は燃焼室（５
１Ｋ向ッテ４ＴＪ進し、このｉＴ７進がスヒｆＩ、ポー
ト（１９）の開の所まで進行すると、スピルボ−トｆ１
９＋から作動油が流出を始め、この流出量と油圧室（１
５）への供給量とがパー）シスした時点で、副ピストン
（９）の１７７進が停止する。捷た、スピルリンク（２
０）を二α鎖線の位置から実線の位置への後退方向に移
動すると、スピルボ−１”　（１９）が全開になりスじ
ルポートからの流出量が増加し油圧室（１５）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）によって燃焼室から離れるよう
に後退し、この後退がスピルボート（１９）がスヒｊし
リシグ＆０１にて閉じる所まで進行すると、スピルボ−
！・０９）からの流出量が減少し、その流出量が供給量
とバラシスした時点で、副ピストン（９）の後退ｌｉＩ
］が停止するこ七になって、スビルリ−Ｊりｃ２０＋の
移動によって副ピストン（９）の位置を任意に変更でき
、ひいては圧縮比を任意に変更できるのであり、この場
１０− 音、スじルリンジＣＯ）をレバー（２１）及びアクチェ
ータ（２２）史には制御回路（２４）を介して機関の負
荷に、当該負荷の増大に伴って後退移Ｗ＋するように関
連したことにより、圧縮比は、機関の負荷の増加に伴っ
て次第に低くなり、機関の負荷の低下に伴って次第に高
くなるように無段階的に滑らかに自動制御できる力であ
る。この場合、機関のノツ＋−，Ｊりは機関の回転数が
高くなる程発生し難く、回転数が低くなる程発生し易い
傾向（であるから、ＦＪＴＩ記負荷（・でよる自動制御
の圧縮化の値を、機関の回転数が１ψｈくなるにつれて
高くするように修正することもできるのであり、捷た、
機関における〕・す＋ングに、大気圧又は吸入空気の温
度が低くなるにつ八で、吸入空気の湿度が高くなるにつ
八てノツ＋ンタが発生し難くなるように、大気圧、吸入
空気の温度及び湿度等の吸気状態に関係があると共に、
機関の温度が低い程ツバＪ＋ンクが発生し難いというよ
うに機関の温度にも関連するから、前記制御回路（２４
）に、大気圧・吸入空気の温度及び湿度等の吸気状態検
出器（２８）からの信３、及び／又は機関の冷却水２品
、潤滑油温又はシリシフづロック温度等の機関温度検出
器（２９）からの信刀を入力させ、ｌ；ＩＪ　ｉ妃した
機関の負荷に関連しての自ｉｆ、ＩＩ制御（てよる圧縮
比の値を、吸気状態及び／又は機関温度に応じて適宜修
正するようにすることもできるのである。

次に機関の始動に際して、機関の回転数がアイドル時の
回転数より低いある回転数に達する寸での間、スピルリ
：７ジ（２０）は最も後退した位置にあり、従って副ピ
ストン（９）も最も後退した位ｈ′にあって、最低の圧
縮比に保持さハるから、高い圧縮比で始動するときに比
べ、点火栓における要求電圧を低くすることができると
共に、機関の始動に際してクランク軸を回転するいわゆ
るウラン＋シジ時において、クランク軸の回転トルクを
低減することができるのである。

そして、機関のスロットル弁がアイドル位置で、回転数
がアイドル時の回転数のときのアイトリシタ運転時には
、スヒｊしり−）り（２０）は最も前進した位置にあり
、従って副ヒストン（９）も最も酊Ｊ進した位置にあっ
て、最高圧縮比に保持されるから、アイトリ、：７ジ時
の着火燃焼は圧縮比が高いことによる温度の土層によっ
て著しく艮くなり、アイドＩＪシ１５運転が安定するこ
とになると共に、その分たけ回転数を低く設定すること
ができ、その上排気カス中における未燃焼性有害成分が
少なくなるのであり、このアイドリシク時Ｑておける最
高圧縮比の状態Ｃておいて、副ピストン（９）の頂面（
］２）を燃焼室（５）の球面状内壁面（］３）に段差な
しに連続するように球面状に凹み形成しておけば、燃焼
室（５）内における混合気の流７′１はきわめてスムー
スになって死角を牛しないからより効果的である。

捷た、機関の運転中において、スロットル弁をアイドル
位置捷で急閉したとき、回転数がアイドル時の回転数よ
り高いちる値以」〕の回転数のときの減速時には、前記
スピルリンジ（２０）が大きく後退移動し、従って副ピ
ストン（９）も犬きく後退して圧縮比が低くなる。圧縮
比を負荷に関連した場合、機関の減速時には圧縮比が最
高になるから、燃焼室の容積が最小になることでじスト
ｙ下降時における燃焼室の圧力が真空側に大きくなって
吸入混１３− 合気量が増加するが、機関の減速時には前記のように圧
縮比が負荷に優先して低くなって、燃焼室（５）の容積
が増大されるから、ヒス１ヘンの下降によって燃焼室（
５）の圧力が真空側に著しく大きくなることを防止でき
て、吸入混合気量を低減できるのである。

捷だ、機関の爆発行程において、副ヒスト、、Ｉｆ９）
が大きな爆発力を受けると、この′爆発力にて当該側ヒ
スト−／　（９）が若干後退してスピルボー１”　ｆ］
９）が閉じる一方、油圧室０５）内の作動油は当該油圧
室（１５）内に閉じ込めらｔ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ホ−１−（１９１が
閉じる捷での間における作動油の流出及びその後の作動
油の圧力上昇がり・ソショシとなって燃焼室（５）内で
の混合気の爆発燃焼による副ヒス１−ン（９）に対する
衝撃を吸収・緩和するのである。

なお、前記害旋例において油圧室（１５）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１ｊ
車のパワーステアリ？７り機構における作動１４− 油若しくに自動車のオートマ千ツク変速装置におしする
作動油を用いろことができ、前記実施例はスｌＪ′＋し
体の一つの実施例としてスピルリンク＋＋７）にした場
合を示したが、第３図に示すようにステム（１，４ａ、
’）を中空軸に形成し、該ステム（１４ａ）内にスピル
棒（２０ａ、）を摺動自在に嵌挿し、該スピル棒（２（
１１’３、）を機関の負荷に関連するアク千エータにて
摺動してスピルポー１−　ｆ”１９ａ）を開閉するよう
に構成しても良いのであり、捷だ、第４図及び第５図に
示ｔようにステｌ、　（１，４ｂ）におけるスじルボ−
１〜をステム（１４ｂ）の軸線に対して傾斜する傾斜状
ス１ゴ１しポー１−　（１９ｂ）に形成する一方、ステ
ム（］−４ｂ）の外周には歯用式のスピルリシク（２０
ｂ）を回転及び摺動自在に被嵌して該スピルリ′Ｊジ（
２０ｂ〕を図示しない軸受にてシリシタヘッド（２）（
で対して軸支１５、このスヒ１１／リシジ（２０１））
にはステム（１４ｔｌ）が前後摺動したときその傾斜状
スピルポート（１９ｂ）ｉて合致するようＶＣｌ−た一
つの逃しポー１−　（３０）を穿設すると」（（て、こ
のスピルリー、Ｉジ（２０ｂ）外周の歯車１：（＋１に
ステム（１４’ｂ）と直角方向に配設したうツク杆（３
力を噛合し、該う・ツクｌ−Ｆ　Ｃ（２）を機関の負荷
に関連するアク千エータ（２４）にて長手方向に摺動し
てスピルリシク（２０ｂ）を回転操作して、ステム（１
４ｂ）の傾斜状スピルポ−１−（１９ｂ）に対して逃し
ポー１−　（３０）を（１１位置又はｔｎ＋位置へとず
らせることで圧縮圧全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（１４ｂ）は摺動自在、
回転不能に保持さハ、捷た、ここにおけるスピルリ′Ｊ
り（２０ｂ）を回転する機構としては、実施例のうツク
とヒニオ、７に限らず曲の手段を用いても良い）。

以」一実施例について説明したが本発明は、燃焼室に連
通する副シリ：Ｊダ内に副ピストンを摺動自在（Ｃ嵌挿
し、該副ヒス１−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、ｌｉ■記副ヒス１へυから副
シリ′Ｊ’２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１「１記油圧室の
作ｅ＋油が流出するようにしたスピルポートを穿設し、
月つステムの突出端にＵ：、ソノスピルポートを当該ス
ピルポ−１〜からの流出■を調節するように開閉すると
共に、その開閉位置をステｌ、の軸力向に沿って変位す
るように作動するスピル棒を設け、該スピル棒を、機関
の負荷一応じて作動するように構成すると共に、該スピ
ル棒によるスピルポートの開閉位置を、アイトリ、、Ｉ
ジ時の回転数より低いある回転数以下の回転数のとき大
きく後退方向に変位し、アイドリシク時に犬きく前進方
向に変位するように構成して成るもので、これにより圧
縮比を機関の負荷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ｉＴｉ！＋町変にした場合の急
激なトルク変動がなく、従ってドライバーしりティーを
悪化させないのであり、しかも本発明は副シリシタ内に
おける副ヒ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、顛記した先行技
術のように副シリ′Ｊ夕の外方に油圧シリ、７タを別（
て設ける必要がないから、構造の簡略化と機関の小型・
軽量化を図ることができるのである。

その−Ｉ一本発明は、機関の始動頭初には圧縮比を低く
してクラシ＋−Ｊり１−ルクを軽る〈シ、始動後にアイ
ドリー、Ｉジ運転になれば圧縮比を高くして着１７− 火燃焼を安定化するものであるから、機関の始動開始か
ら始動完了捷での始動がきわめて円滑にできる一方、機
関の始動用七−夕を小型化でき、且つアイトリ、、Ｉグ
時の設定回転数を低くして燃料消費を低減できると共に
、排気カスをよりクリーン化できるのである。

才た、本願の第２発Ｆｌ＃は、前記第１発明に加えて、
機関の減速時において圧縮比を低くすることによって吸
入混合気示つ寸り燃判消費開の低減を図ることができる
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図は機関要部の縦断
正面図、第２図は第１図の■−０視断面図、＠３図及び
第４図はスピル棒とスピルポートの別例図、第５図１−
ｊ：第４図の平面図である。 ｆ１＋−°°シリーＪりづ口ｔツク、（２）・・・シリ
シタヘッド、（５）・・・燃焼室、（６）・・・点火栓
、（７）・・・副シリｙり、（９）・・・副ピストｙ　
、　１１５）−油圧室、（１４１（１４ａ）　（１４ｂ
）　・”　ステム、［１９１（１９ａ）　（１９ｂ）　
−スピルポート、　（２０１（２０ａ）１’２０ｂ）・
・・スピル棒、　（２”；！Ｉ−°°アクチェータ、　
＋２４１・・・制御１８− 回路、炬・・・負荷検出器、Ｑカ°°°スロ′υトル開
度検出器、（２６）・・・回転数検出器。 特許出願人　　タイハツ工業株式会社 代　理　人　　　弁理士　石　井　暁　夫１９− 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）。燃焼室（・て連通する副シリ−Ｊり内に副ピス
   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、前記副ヒ
   ストンから副シリーＪ／２外に突出するようにステムを
   副ヒストンの軸方向に設け、該ステムの突出端（（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
   関の負荷に応じて作動するように構成すると共に、該ス
   ピル体によるスピルポートの開閉位置を、アイドリンク
   時の回転数より低いある回転数以下の回転数のとき大き
   く後退方向に変位し、アイドリンク時に大きく前進方向
   に変位するように構成したことを特徴とする圧縮比可変
   式内燃機関。
2. （２）、燃焼室に連通する副シリ、、Ｉり内に副ヒスト
   シ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、曲記副ヒス
   Ｉ−ンから副シリ′Ｊり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、且つステムの突出端ｖＣ１ｌ′ｉ：、そのスピルポ
   ートを当該スピルポートからの流出１゛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、機関の負荷に応じて作動するように構成すると共
   に、該スピル体によるスピルポートの開閉位置を、アイ
   トリ：７り時の回転数より低いある回転数以下の回転数
   のとき及び機関の減速時に大きく後退方向に変位し、ア
   イドリンク時に犬きく前進方向に変位するように構成し
   たことを特徴とする圧縮比可変式内燃機関。