JPS5941637A - 過給機付き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、排気ターボ過給機等の過給機を備えた内燃機
関において、その機関の圧縮比を負荷に合せて自動的に
可変制御するように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上し、燃費を低減す乙 るには圧縮比を高めれば良いが、圧縮比高めると高負荷
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のであった
。

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ピストンを前後動オることによ
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ンドの先端を、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のとき。

１）１１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ＯＮ　ＯＦＦ的な制
御であって、圧縮比を負荷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に
応じて＋ｉＵ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１）１記油圧室内の作動油
を逃がすようにしたスピルポー１・を穿設し、汀つステ
ムの突出部にはそのスピルポートを当該スピルポー）・
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変化に応じ
て作動するように関連することにより、ＦＴＥ縮比の自
動制御が機関の負荷の変化に応じて力！（段階的に滑ら
かにできるようにした発明を提案しｊｖ　。

本発明は、この先願発明を排気ターボ過給機、等の過給
機を備えた内′燃磯関に適用するものである。

すなわち、過給機イ４き内燃機関におけろ圧縮比を機関
の負荷に応じて無段階的に自動制御する場合、過給機が
作動する高負荷域におけるノッキングは、高負荷域にお
いて過給を行なわない場合よりも過給によって多発する
ことになるから、１１社記先願発明におけるスピル体に
よるスピルポー１・の開閉位置が、過給圧の上昇によっ
て副ピストンを後退する方向に変位するように１１４成
することにより、前記機関の負荷に応じた自動制御によ
る圧縮比の値を、高負荷域での過給圧の上昇によって次
第に低くなるように修正して、過給時におけるノッキン
グの発生を防ｄ、＝　１／たものである。

以下本発明を実施例について説明すると、図において（
１）は吸気マニホールド（２）及び排気マニホールド（
３）を有する２気筒内燃機関、（４）は排気タービン（
５）とブロワ−（６）とを直結した排気ターボ過給機を
各々示し、前記吸気マニホールド（２）とブロワ−クロ
）のｌｊｌ出側とをつなぐ吸気通路（７）中には、脈動
消去用のサージタンク（８）と気化器（９）とが設けら
れ、ブロワ−＜６）の吸入側にはエアクリーナ００が接
続され、また、１）１記排気マニホールド（３）には排
気通路（１１）を介して排気タービン（５）の人１」側
が、排気タービン（５）の出［１側には大気への排気管
０力が各々接続されている。

０浄は前記機関（１）におけるシリンダブロック％　（
１４）は誤シリンダブロックθ■の上面に締結したシリ
ンダヘッド、（１つは機関の各気筒箇所のシリンダボア
ＯＱ内を往復摺動するピストン、（＋７１は機関（Ｄ　
各気％？ｉ箇所においてシリンダヘッドθ荀の下面を凹
ませて５− 形成した燃焼室を各々示し、該各気鴎の燃焼室には、そ
の略中心位置にシリンダヘッド（１４）に螺着シた点火
栓（１８）がのぞむと共に、前記吸気マニホールド（２
）に連通オる吸気ポー１−０＜ｊ）及び排気マニホール
ド（３）に連通ずる朗：気ポート（イ）が開ト−１して
いる。

ＣＩ）は各気筒の燃焼室０７）に連通ずるようにシリン
ダヘッド０４）に穿設した副シリンダで、該副シリンダ
（２１）のシリンダヘッド上室への開口部には、これを
塞ぐ蓋板（イ）が設けられている。

（ハ）は前記副シリンダ（２１）内に摺動自在に嵌挿し
た副ピストンで％該副ビス）・ン（ハ）の外周にはピス
トシリング（ハ）を備え、この副ピストン（ハ）が燃焼
室（１カ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、副ピスト二／（ハ）が燃焼室０η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、■、っこの副ピストン＠
はばね（ハ）にて後退方向に付勢され、副ピストン（イ
）の背面（燃焼室０７１に対して裏側の面）には当該副
ピストン（ハ）の中心から軸方向に延びるステム（ト）
が一体向に設けられ、該ステム（イ）を前記蓋板一 （イ）を摺動自白：にｌ’１通して外方に突出する一方
、副ピストン（ａの背面と蓋板（イ）との間に油圧室（
イ）を形成し、該油圧室（イ）に油圧源からの作動油を
逆１１−弁（ハ）伺きボートい力を介して連続的に供給
する。　また、１）１１記ステムい９には油圧室（イ）
に連通オろ通路Ｃｎ）を１イ１１え、、１１つステム０
０が蓋板（イ）より外方に突出する部分には、前記油圧
室（イ）内の作動油をシリンダヘッド−１−室に流出さ
せるためのスピルボート０１）を穿設する。

（（シ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（弓を前記ステム（イ）に摺
動１７−１７＋：に被嵌しで、該スピルリンク０）を燃
焼室（１７１１の方向に＋３ｉＪ進移動するとき当該ス
ピルリングζＱによってスピルボー１−０１）が閉じ、
スピルリング（′（ツを燃焼室（＋７１から離れる方向
に後退移動するときスピルボー１−　ｉ′（＋）が開く
ように構成する。　また、ζｒヤはシリンダヘッド１−
室に中途部を軸■にて揺動自在に枢着して設けたレバー
で該レバー０）の一端を前記スピルリング０２に係合オ
る一方、他端をアクチェータの一つの実施例であるダイ
ヤフラム機構（９に連結する。　このダイヤフラム機構
（７）は、前記レバー０３の他端にロッド（ト）を介し
て連結するダイヤフラム（功を内１板１シ、該タイヤフ
ラム（９）にて区画されたＩ−下２つのダイヤフラム室
ＣＩ　Ｃ３＋１）のうち一方のダイヤフラム」１室（ハ
）には、前記レバー０躯の他端を図において下方に押し
１ぐげる方向、つまりスピルリング＜３２を後退摺動す
る方向に付勢才るばね（４０を設けると共に、該ダイヤ
フラム」−室間を吸気圧通路（４１）を介して１ｊ１１
記吸気マニホールド（２）に接続して、吸気マニホール
ド（２）の吸気圧をダイヤフラム上室（暑に導入するこ
とにより、吸気圧が大気圧より低い負圧のとき、その負
圧が機関の負荷の減少に伴って真空寄りに大きくなると
、これに比例して前記スピルリング０功が１）］進摺動
するように構成する一方、前記両ダイヤフラム室（至）
０＠のうち他方のダイヤフラム下室ζ３［有］内にばね
（抑を設けると共に、当該ダイヤフラム下室００を大気
に開放することにより、吸気マニホールド（２）の吸気
圧が大気圧以」−の過給圧になると、これに比例して前
記スピルリング（′３）が後退摺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、スピルリングＧのを第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、スピルボー１−０１）の閉によって当該スピルボ
ートＯＩ）からの作動油の流出が止まり逆由弁弼付きポ
ート翰から絶えず作動油が供給されている油圧室（イ）
の圧力が上昇するから、副ビス！・ン（ハ）は燃焼室０
７］に向って前進し、この前進がスピルボー１−０１）
の開の所まで進行すると、スピルボー　１−０１）から
作動油が流出を始め、この流出量と油圧室（ハ）への供
給量とがバランスした時点で、副ピストン（ハ）の前進
が停止する。　またスピルリングＯｅ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
ト０ηが全開になりスピルボー１・からの流出量が増加
し油圧室（イ）の圧力が低下するから、副ピストンい→
は燃焼室θカの圧力及び／又はばね（ハ）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０
］）がスピルリング（３２にて閉じる所まで進行すると
、スピルポート０１）からの流出量が減少し、その流出
量が供給量と９− バランスした時点で、副ピストン（ハ）の後退勤が停止
することになって、スピルリング６のの移動によって副
ピストン（ハ）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Ｇつをレバー０→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圧が真空寄りに次第に大きくな
ると、スピルリング０の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圧が大気圧寄りに小さくなるとスピ
ルリンク３２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うように、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、機関の高負荷域になって、排気ターボ過給機（
４）が作動することで、吸気マニホールド（２）の吸気
圧が大気圧以上の過給圧になった場合、この過給圧によ
って、スピルリング０埠はより後退するから、過給時に
おける圧縮比は、過給前の状態１０− 、ｌ：り低い値に自動的に修正されることになって、過
給時におけるノッキンク発生を防止するのである。

また、機関の爆発行程において、副ピストンい］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（
ハ）が若干後退してスピルポートＯＩ）が閉じる一方、
油圧室（イ）内の圧力が瞬間的に高くなって逆止弁（ハ
）が閉じて、油圧室（イ）内の作動油は当該油圧室（イ
）内に閉じ込められた状態になるから、これによＩ）副
ビス）・ン（イ）に対する大きな爆発力を支受オるので
あｌ］、この場合においてスピルポー１・０１）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１１１
１簡の圧力、Ｊｌ昇がクッションとなって燃焼室（口内
での混合気の爆発燃焼による副ピストン（ハ）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（イ）に絶えず供給す
る作動油としては、機関にわける潤滑油、又は自動車の
パワーステアリング（幾構に、仁イ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、前記実施例はスピル体）一つの実施例と
してスピルリングＧのにした場合を示したが、第４図に
示すようにステム（２６ａ）を中空軸に形成し、該ステ
ム（２６ａ）内にスピル体（３２ａ）を摺動自在に嵌挿
し、該スピル体（３２ａ）を機関の負荷に関連するアク
チェータにて摺カバしてスピルポー）、　（３１ａ）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（２６１））におけるス
ピルポー１・をステム（２６ｂ）の軸線に対して傾斜す
る傾斜状スピルポート（３１ｂ）に形成する一方、ステ
ム（２６１３）の外周には山車式のスピルリング（３２
ｂ　）を回転及び摺動自在に被嵌して該スピルリング（
３２ｂ）を図示しない軸受けにてシリンダヘッド０４）
に対−して軸支しこのスピルリング（３２ｂ）にはステ
ム（２６１））が前後摺動したときその傾斜状スピルポ
ー１−　（３１ｂ）に合致するようにした一つの逃しポ
ー１−　ＧＩ３）を穿設すると共に、このスピルリング
（３２ｂ）外周の両市０４）にステム（２６ｂ）と直角
方向に配設したラック杆００を噛合し、該ラック杆０の
を機関の負荷に関連するアクチェータ（ハ）にて長手方
向に摺動してスピルリング（３２１））を回転操作して
、ステム（２６ｂ）の傾斜状スピルポー１−　（３１１
））に対して逃しポート０３をａ）位箔又はσ１）位ｉ
ｆｆ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（２６＋））は
摺動自在、回転不能に保持され、また、ここにおけるス
ピルリング（３２ｂ）を回転する機構とには、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−に実施例について説明したが本発明は、吸気系に過
給機を備えた内燃機関において、その燃焼室に連通ずる
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％前記副ピストンから副シリンダ外に突出オ
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
スピルポー１．を当該スピルポートからの流出を往を調
節するように開閉すると共に、その開閉位：〆１をステ
ムの軸方向に沿って変位するように作動１３− オるスピル体を設け、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、機関への吸気圧が大気圧以１−
の過給圧になることに応じて後退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、頭圧した先行技術のように副シリンダの外方に
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、軽量化を図ることができるのである。

その上本発明は、過給機付き内燃機関の過給運圧 転時において、吸気圧が大気以上の過給圧になるハ と、圧縮比を低く修正制御するものであるから、過給運
転時におけるノッキングの発生を確実に防１］−できる
効果を有する。

１４−

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は機関の概略平面
図、第２図は機関要部の縦断正面図、第３図は第２図の
ＩＩＩ　−ＩＩＩ視断面断面図４図及び第５図はスピル
体とスピルポートとの別個図、第６図は第５図の平面図
である。 （１）・・・内燃機関、（４）・・・排気ターボ過給機
、０■・・・シリンダブロック、０→・・・シリンダヘ
ッド、θカ・・・燃焼室、　（２１）・・・副シリンダ
％（ハ）・・・副ピストン、（ハ）・・・油圧室、Ｈ（
２６ａ）（２６ｂ）・＝　ステム、Ｇυ（３１ａ）（３
１ｂ）・ｘピルポート、Ｇの（３２ａ）（３２１））・
・・スピル体、（ハ）・・・ダイヤフラム機構、（４］
）・・・吸気圧通路。 特許出願人　ダイハツ工業株式会社 第Ｓ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）。吸気系に過給機を備えた内燃機関において、そ
   の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１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、機圧 関への吸気ノ（大気圧以上の過給圧になることに応じて
   後退方向に変位するように構成したことを特徴とする過
   給機イ」き圧縮比可変式内燃機関。