JPS5941634A - 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に関す
るものである。

内燃機関において出力を向トし、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
荷域では低くし、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、燃焼室に連通ずる副シリンダ
内に嵌挿した副ビス！−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［１［シリンタ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
数かある値より高い高回転のとき、前記油圧シリ／りに
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かある値より低い低回転のとき
、油田シリンタ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か高から低に又は低から高に急変す
る０Ｎ−ＯＦ’Ｆ的１１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
す、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１ごライバービリティ−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
−４．８２９５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、前記副ビス１〜ンから副シリンダ内に突出するよ
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１〜を穿設し、目、っ
ステムの突出部（こは、そのスピルボートを当該スピル
ボ＝１・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、前記した本発明者達による先願発明において
、その自動制御による圧縮比に、吸入空気の温度に対す
る補正を追加したものである。

すなわち、機関におけるノッキングは機関への吸入空気
の温度が高くなると発生し易く、吸入空気の温度が低く
なるにつれて発生し難くなるものであるから、前記先願
発明の自動制御による圧縮比の値を、吸入空気の温度が
高いときにノッキングを生じないように設定すると、吸
入空気の温度が低いときにおいてノッキングに対して余
裕があり過ぎることになり、また、吸入空気の温度の低
いときに合せて設定すると、吸入空気の温度が高くなっ
たときにノッキングが発生することになる。

そこで本発明は、前記スピル体によるスピルポー１−の
開閉位置が吸入空気の温度が高くなることに応じて副ピ
ストンを後退する方向に変位し、温度が低くなることに
応じて副ビス］・ンを前進する方向に変位するように構
成することにより、前記自動制御による圧縮比の値を、
吸入空気の温度に応じて修正して、機関の出力及び燃費
をより改善するものである。

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）はシリンタフロック、（２）はシリンダヘッ
ド、（３）はシリンダブロック（１）のシリンダボア（
４）内を往復摺動するピストン、（５）は前記シリンダ
ヘッド（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タ５− ヘッド（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ポートが開口している。

（７）は前記シリンダヘッド（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
側がシリンダヘッド（２）の上室に各々開口し、該副シ
リンダ（７）のシリンダヘッ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。

（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の容積が減少して圧縮
比が高くなり、副ビス１−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（なるようになっており、且つこの副ビスｌ−ン（
９）ハハねθ０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θ
υが一体的に設けられ、該ステム（１１）を前記看板（
８）を摺動自在に貫通して外方に突出する一方、副ビス
Ｉ〜ン（９）の背面と蓋板（８）との間に油圧室（１の
を形成［７、該油月室（ＩＺに油部源からの作動油を逆
止弁（１；ヤ付きボート（＋４）　ｆ介ｊ−で連続的に
供給する。また前記ステノー　（Ｉ＋）には油甲室（１
つに連通ずる通路（鋤を備え、ｆ−’ｉ’１．−．）ス
テト（１１）が蓋板（８）より外方に突出する部分には
、自ｉＪ記油即室０２内の作動油をシリンクヘッド上室
に流出させるためのスピルボー１−　（１１’Ｃを穿設
する。

（１７１はスピル体の一つの実施例である所のスピルリ
ングを示し、該スピルリング０力を１１工記ステム０１
）に摺動自在に被嵌して、該スピルリング０７）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（
］’ｉ９によってスピルボー１−　（１６）が閉じ、ス
ピルリング（１η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１−　（１（ｉ）が開くように
構成する。また、０８）はシリシタヘッド−４−室に中
途部を軸θ［相］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ｍ丁記スピルリングθ乃に
係合する一方、レバー０８）の曲端に、制御回路（イ）
によって作動するアクチェータＱ】）を連結し、制御回
路−に機関の負荷検出器Ｗからの信号を人力させ、機関
の負荷の増加に比例して前記スピルリング（１’７’ｌ
をアクチェータＱ１）にて後退方向に移動さぜるように
構成する。更に前記制御回路−は、機関の吸気用エアク
リーナ（図示せず）内等の適宜箇所に設けた吸入空気の
温度検出器（（ハ）からの（言付を人力として、前記機
関の負荷に応じて移動したスピルリング０７）の位置を
、吸入空気の温度が高くなるにつれて後退方向に、温度
が低くなるにつれて曲進方向に修正移動するようζこ構
成して成るものである。

この構成において、スピルリンクθカを第１図に実線で
示す位置から二点鎖線で示すｌ、ｆｌ置へと前進方向に
移動すると、スピルボー１−　（］［Ｄの閉によって当
該スピルボー１〜（１０からの作動油の流出が止まり、
逆止弁ｑ■イ」きボートθ４）から絶えず作動油が供給
されている油圧室（１２の圧力が上昇するから、副ビス
（・ン（９）は燃焼室（５）に向って前進し、この前進
がスピルボー１−　（］ｅの開の所まで進行すると、ス
ピルボートｏｅ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）の前進が停止する。またスピルリング０７１
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、スピルボー１・０Ｏが全開になりスピルホー１・
からの流出量が増加し油圧室αつ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００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ｑＱがスピルリング０７）ｉこて閉じ
る所まで進行すると、スピルボー１−　Ｏｎ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
、副ビス］・ン（９）の後退勤が停止することになって
、スピルリング０７１の移動によって副ビス１−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、この場合、スピルリングθカをレバ
ーθ８）及びアクチェータ（１２１）更には制御回路（
イ）を介して機関の負荷の増大に伴って後退移動するよ
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るように、無段階的に滑らかに自
動制御できるのである。この場合、圧縮比の負荷への関
連に代えて、前記制御回路−に機関の回転数検出管（財
）からの信９− 号を入力させ、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、或いは負荷及び回転数の
両方に関連して圧縮比を自動制御することもできるので
ある。

一方、ノッキングの発生は、吸入空気の温度が高くなる
ほど増大するから、前記機関の負荷及び／又は回転数に
関連しての自動制御による圧縮比値を、吸入空気の温度
が低いときに合せて設定すると、吸入空気の温度が高く
なったときにノッキングが多発することになるが、本発
明は、前記のように機関の負荷及び／又は回転数に応じ
て移動したスピルリングθカの位置を、吸入空気の温度
が高くなるにつれて後退方向に修正移動するように構成
したことにより、圧縮比は吸入空気の温度が高くなるに
つれて次第に低くなるように自動的に調節されるから、
吸入空気の温度が高いときにおけるノッキングの発生を
防止できるのであり、また、機関の負荷及び／又は回転
数に関連しての自動制御による圧縮比値を、吸入空気の
温度が高いときに合せて設定したときには、吸入空気の
温度１０− か低いときにおける圧縮比をそのときに適合するように
高く調整することができるのである。

また、機関の爆発行程において、副ビスＩ・ン（９）が
大きな爆発力を受けると、この爆発力にて当該副ヒスト
ン（９）が若干後退してスピルボー１・ＯＱが閉じる一
方、油圧室０■内の圧力が瞬間的に高くなって逆庄弁（
１３が閉じて、油圧室θ環内の作動油は当該油圧室（１
９内に閉じ込められた状態になるから、これにより副ビ
ス１ヘン（９）に対する大きな爆発力を支受スるのであ
り、この場合においてスピルボー１−（１を染が閉じる
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、ＢＩＪ記実施例において油圧室０埠に絶えず供給
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
とかでき、前記実施例はスピル体の一つの実施例として
スピルリングα力にした場合を示したが、第３図に示す
ようにステム（Ｌｌａ）’ｉｌ−中空軸に形成し、該ス
テム（１１，ａ　）内にスピル体（１，７ａ）を摺動自
在に嵌挿し、該スピル体（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してスピ
ルボー１−（Ｌ６ａ）を開閉するように構成しても良い
のであり、また、第４図及び第５図に示すようにステム
（ｉ　ｌｂ　）におけるスピルボー１・をステム（１１
，ｂ）の軸線に対して傾斜する傾斜状スピルボーｌ−（
１６ｂ）に形成する一方、ステム（１１ｂ）の外周には
歯車式のスピルリンク（１，７ｂ）を回転及び摺動自在
に被嵌して該スピルリンク（１７ｂ）を図示しない軸受
けにてシリンクヘツＦ　（２）に対して軸支し、このス
ピルリング（ｔ７ｂ）にはステム（ｌｌｂ）が前後摺動
したときその傾斜状スピルボー　ト（１６ｂ）に合致す
るようにした一つの逃しボーｌ−（ハ）を穿設すると共
に、このスピルリング（１７ｂ）外周の歯車（ハ）にス
テム（ｌｌｂ）と直角方向に配設したラック杆＠を噛合
し、該ラック杆（ハ）を機関の負荷及び／又は回転数（
こ関連するアクチェータ（２１）にて長手方向に摺動し
てスピルリング（１７ｂ）を回転操作１〜で、ステム（
１，１−ｂ）の傾斜状スピルボート（１１ｂ）に対して
逃しボート（ハ）を（１）位置又は（１）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ｌ−（ｌｌｂ）は摺＋ｉｈ自
在、回転不態に保持され、また、ここにおけるスピルリ
ング（１７ｂ）を回転する機構としては、実施例のラッ
クとピニオンに限らず他の手段を用いても良い）。

以−１−１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タ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ンリンタ外
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１−を穿設し、且つステムの突出端
には、そのスピルボートを当該スピルボー１・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１３− 及び７回転数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ボー１・の開閉位置を、機関へ
の吸入空気の温度に応じて修正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、従ってドライバーヒリテイーを悪化させないのであ
り、しかも本発明は副シリンタ内における副ビス１〜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タを別に設ける必要かないから
、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。

その上本発明は、前記自動制御による圧縮比の値を、機
関への吸入空気の温度に対して補正することができるか
ら、圧縮比の機関の負荷及び／又は回転数による自動制
御に際して、吸入空気の温度が高いときにノッキングが
発生したり、吸入空気の温度が低いときにノッキングに
対して圧縮比１４− が余裕かあり過きたりすることを防止できて、機関の出
力及び燃費をノツキ〉・グが発生しない状態でより改善
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ｌｌ−１挽断面図、第３図及
び第４図はスピル体とスピルボートとの別例図、第５図
は第４図の平面図である。 （１）・・・シリンタブロック、（２）・・・シリンタ
ヘッド、（５）・・・燃焼室、（６）・・・点火栓、（
７）・・・副シリンダ、（９）・・・副ピストン、θ２
　・・・油圧室、（］Ｉ１　（１１ａ）　（１ｌ　ｂ　
）−ステム、（ＩＱ　（１６ａＸ１６ｂ）　”’スピル
ボー１〜、（＋７）　（１７ａ）　（１７ｂ）　・−・
スピル体、Ｉ２１）・・・アクチェータ、（イ）・・・
制御回路、（イ）・・・負荷検出器、（ハ）・・・回転
数検出器、（ハ）・・・吸入空気の温度検出器。 １５− 第４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汗室を形成
   して該油圧室に作動油を供給する一方、前記ビスｌ−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、且つ
   ステムの突出端には、そのスピルボ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、機関の負荷及び
   ／又は回転数に応じて作動するように構成すると共に、
   該ステム体によるスピルボートの開閉位置を、機関への
   吸入空気の温度に応じて修正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。