JPS6361498B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関における圧縮比を、内燃機
関の負荷及び回転数のうちいずれか一方又は両方
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。

〔従来の技術〕

内燃機関において出力を向上し、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
と高負荷域又は低回転域若しくは高負荷・低回転
域においてノツキングが発生することになる。

このため従来の圧縮比一定の内燃機関における
圧縮比は、高負荷又は低回転域若しくは高負荷・
低回転域においてノツキングが発生しないように
低い値に設定しなければならないから、他の運転
域、つまり低負荷又は高回転域若しくは低負荷・
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。

そして、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ツドの先端を、
これと同一軸線上に設けた油圧シリンダ内のプラ
ンジヤに接当し、内燃機関における吸気負圧が、
ある値より大き低負荷域で、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作
動油を送り副ピストンを前進して圧縮比を高め、
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
ンダの作動油を放出し副ピストンを後退して圧縮
比を低下するものであつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記先行技術による圧縮比の変更制御
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ON―OFF的な
制御であるから、圧縮比を負荷及び回転数に比例
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つ
てドライバービリテイが悪化するのである。

しかも、このように副シリンダ外に、圧縮比可
変用の油圧シリンダを設けることは、構造が複雑
になるばかりか、多気筒内燃機関の場合、前記圧
縮比可変用の油圧シリンダを、各気筒ごとに設け
なければならないから、その取付けスペースの増
大により、内燃機関が著しく大型化すると共に、
重量も増加するのであつた。

本発明は、この問題を解消することに加えて、
内燃機関における圧縮比を変更制御する場合にお
ける燃焼の悪化を回避することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明は、内燃機関の気筒における燃
焼室に連通する副シリンダ内に副ピストンを摺動
自在に嵌挿し、前記副シリンダにおける副ピスト
ンの背面に油圧室を形成して、該油圧室に作動油
の供給通路を接続する一方、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
油圧室内の作動油が流出するようにしたスピルポ
ートを設け、且つ、前記ステムの突出端には、当
該ステムの後退動によつてスピルポートが閉じス
テムの前進動によつてスピルポートが開くように
したスピル体を、当該スピル体によるスピルポー
トの開閉位置がステムの軸方向に変位できるよう
に相対移動自在に設け、該スピル体を、内燃機関
に、当該内燃機関における負荷及び回転数のうち
いずれか一方又は両方に応じて移動作動するよう
に関連し、更に、前記油圧室には、内燃機関の減
速時において当該油圧室内への作動油の供給量を
増加するようにした手段を設けた構成にしたもの
である。

〔発明の作用・効果〕

このような構成において、前記スピル体を、当
該スピル体によつてスピルポートを閉じるように
移動作動すると、スピルポートからの作動油の流
出が止まるか減少することにより、副ピストン
は、油圧室内に供給される作動油によつて燃焼室
に向つて前進動し、この前進動は、スピルポート
からの作動油の流出量と油圧室への作動油の供給
量とが略等しくなる位置までスピルポートが開い
た時点で停止することになり、また、前記スピル
体を、当該スピル体によつて前記スピルポートを
大きく開くように移動作動すると、スピルポート
からの作動油の流出量が増大することにより、副
ピストンは、燃焼室内の圧力にて燃焼室から後退
動し、この後退動は、スピルポートからの作動油
の流出量と油圧室への作動油の供給量とが略等し
くなる位置までスピルポートが閉じた時点で停止
することになるから、スピル体の移動作動によつ
て、副ピストンを前進又は後退動させることがで
きるのである。

従つて、このスピル体を、内燃機関における負
荷及び回転数のうちいずれか一方又は両方に応じ
て移動作動するように内燃機関に関連することに
より、圧縮比の変更制御が、内燃機関における負
荷及び回転数のうちいずれか一方又は両方の変化
に応じて無段階的に滑らかにできるのである。

このように本発明によると、圧縮比を、内燃機
関における負荷及び回転数のうちいずれか一方又
は両方に応じて変更制御することが、無段階的に
滑らかに自動制御できるから、圧縮比の変更制御
に伴うドライバービリテイーの悪化を確実に低減
することができる一方、副ピストンの背面に油圧
室への作動油の給排にて副ピストンを前後動する
ことにより、前記先行技術のように副シリンダ外
に圧縮比可変用の油圧シリンダを設ける必要がな
く、構造を簡単化できると共に、内燃機関を小
型・軽量化できるのである。

そして、このものにおいて、内燃機関の減速に
際しての圧縮比の高への変更制御の応答性が遅れ
ると、この遅れ期間の間、副シリンダ内の副ピス
トンは燃焼室から後退位置にあつて、点火栓から
の副シリンダ奥部までの火炎伝播距離が長い状態
になるから、内燃機関の減速時において燃焼室内
の圧力が真空側に大きくなることによつて、ただ
でさえも悪化する燃焼が、更に悪化して、排気ガ
ス中の未燃焼性有害カス成分がより増大すること
になる。

この問題を解消するには、副ピストンの前進動
は、油圧室への作動油の供給によつて行なわれる
ことにより、前記油圧室への作動油の供給量を増
大すれば良いと考えられるが、しかし、副ピスト
ンの後退動は、油圧室内における作動油をスピル
ポートから流出して行うものであるから、油圧室
への作動油の供給量を多くすることは、副ピスト
ンの後退動、つまり圧縮比低への変更制御に遅れ
が発生することになる。

そこで本発明は、前記のように、油圧室への作
動油の供給通路に、内燃機関の減速時において当
該油圧室内への作動油の供給量を増加するように
した手段を設ける構成にしたのであり、これによ
り、油圧室への作動油の供給量を、内燃機関の減
速時においてのみ多くすることができるから、副
ピストンを後退動、つまり圧縮比低への変更制御
の応答性を低下することなく、内燃機関の減速時
における副ピストンの前進動を迅速に行うことが
できるのである。

従つて本発明によると、圧縮比低への変更制御
の応答性を低下することなく、内燃機関の減速時
において圧縮比高への変更制御を迅速に行うこと
ができるから、内燃機関の減速時において圧縮比
高への変更制御が遅れることによる燃焼の悪化、
延いては、排気ガスの悪化を確実に防止できる効
果を有する。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面について説明する
と、図において１はシリンダブロツク、２はシリ
ンダヘツド、３はシリンダブロツク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
ヘツド２に螺着した点火栓６がのぞむと共に、図
示しない吸気ポート及び排気ポートが開口してい
る。

符号７は、前記シリンダヘツド２に穿設した副
シリンダで、該副シリンダ７は下側が燃焼室５に
上側がシリンダヘツド２の上室に各々開口し、該
副シリンダ７のシリンダヘツ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。

符号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５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５の容積が
増大して圧縮比が低くなるようになつており、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１１が連結され、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との
間に油圧室１２を形成し、該油圧室１２に、油圧
源からの作動油を逆止弁１３付きポート１４を介
して連続的に供給する。

また、前記ステム１１には、前記油圧室１２に
連通する通路１５を備え、且つ、ステム１１が蓋
板８より外方に突出する部分には、前記油圧室１
２内の作動油をシリンダヘツド上室に流出させる
ためのスピルポート１６を穿設する。

符号１７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１７を前
記ステム１１に摺動自在に被嵌して、該スピルリ
ング１７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１７によつてスピルポート１６が
閉じ、スピルリング１７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１６がスピル
リング１７より開くように構成する。

また、符号１８は、シリンダヘツド上室に中途
部を軸１９にて摺動自在に枢着して設けたレバー
で、該レバー１８の一端を前記スピルリング１７
に係合する一方、他端をアクチエータの一つの実
施例であるダイヤフラム機構２０に連結する。

このダイヤフラム機構２０は、前記レバー１８
の他端にロツド２１を介して連結するダイヤフラ
ム２２を内蔵し、該ダイヤフラム２２にて区画さ
れたダイヤフラム室２３には、前記レバー１８の
他端を図において下方に押し下げる方向、つまり
スピルリング１７を後退摺動する方向に付勢する
ばね２４を設けると共に、該ダイヤフラム室２３
を負圧伝達通路２５を介して内燃機関における吸
気マニホールド（図示せず）に接続して、吸気負
圧をダイヤフラム室２３に導入することにより、
内燃機関における負荷の減少に伴つて吸気負圧が
真空よりに大きくなると、これに比例して前記ス
ピルリング１７が前進摺動するように構成する。

そして、前記油圧室１２に対する逆止弁付きポ
ート１４への作動油の供給通路２６中には、ソレ
ノイド２７への非通電時に一定の開度を保ち、ソ
レノイド２７への通電によつて前記開度から更に
大きく開くようにした制御弁２８を設ける一方、
前記負圧伝達通路２５には内燃機関の減速時にお
いて、前記制御弁２８のソレノイド２７への電源
回路２９中のスイツチ３０を適宜時間の間だけ
ONにするようにした減速感知機構３１を設け
る。

この減速感知機構３１は、ロツド３２付きダイ
ヤフラム３３によつて区成される２つのダイヤフ
ラム室３４，３５を備え、一方のダイヤフラム室
３４内には、ダイヤフラム３３がそのロツド３２
の突出方向に動くのに抗するばね３６を設け、且
つ、ロツド３２を前記スイツチ３０に、当該ロツ
ド３２が引込むように後退したときスイツチ３０
がONになるように関連する一方、前記ダイヤフ
ラム３４，３５を、前記負圧伝達通路２５に各々
通路３７，３８を介して接続し、一方のばね３６
入りダイヤフラム室３４からの通路３７中に吸気
負圧が急に変化したとき両ダイヤフラム室３４，
３５間にある時間の間だけ圧力差が生ずるように
した絞りオリフイス３９を設けて成るものであ
る。

この構成において、スピルリング１７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１６の閉によ
つて当該スピルポート１６からの作動油の流出が
止まり逆止弁１３付きポート１４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、副ピストン９は、燃焼室５に向つて前進
し、この前進がスピルポート１６の開の所まで進
行すると、スピルポート１６から作動油が流出を
始め、この流出量と油圧室１２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１７を、二点鎖線で示す位
置から実線の位置へと後退方向に移動すると、ス
ピルポート１６が全開となりスピルポートからの
流出量が増加し油圧室１２の圧力が低下するか
ら、副ピストン９は、燃焼室５の圧力及びばね１
０のうちいずれか一方又は両方によつて燃焼室５
から離れるように後退し、この後退動が、スピル
ポート１６がスピルリング１７にて閉じる所まで
進行すると、スピルポート１６のからの流出量が
減少し、その流出量が油圧室１２への作動油の供
給量とバランスした時点で、副ピストン９の後退
動が停止することになつて、スピルリング１７の
移動により、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
る。

この場合、スピルリング１７をレバー１８を介
してアクチエータの一例であるダイヤフラム機構
２０に関連したことにより、内燃機関の負荷の低
下に伴つて吸気負圧が真空よりに次第に大きくな
ると、スピルリング１７が前進するから、圧縮比
は、内燃機関におけるの負荷の低下に伴つて次第
に高くなり、また、内燃機関における負荷の増加
に伴つて吸気負圧が大気圧よりに小さくなるとス
ピルリング１７が後退するから、圧縮比は、内燃
機関における負荷の増加に伴つて次第に低くなる
というように、圧縮比を、内燃機関における負荷
に応じて無段階に滑らかに変更制御できるのであ
る。

なお、前記スピルリング１７を移動作動するア
クチエータとしては、前記ダ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エータに
しても良いことは勿論であるが、このアクチエー
タに、内燃機関における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変更制御したり、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変更制御する
こともできる。

そして、スロツトル弁をある開度から急速に開
いての加速時において、吸気負圧は真空寄りの大
きい値から大気圧より急速に小さくなることによ
り、減速感知機構３１における両ダイヤフラム室
３４，３５間には、絞りオリフイス３９にて設定
した時間だけ圧力差が発生するが、この圧力差は
ロツド３２を突出させるもので、従つてスイツチ
３０はOFFのままで制御弁２８は作動しない。
しかし、スロツトル弁をある開度から急閉しての
減速時には、吸気負圧が真空側に急に大きくなる
ことにより、減速感知機構３１における両ダイヤ
フラム室３４，３５間にロツド３２が後退するよ
うな圧力差が生じ、ロツド３２が両ダイヤフラム
３４，３５の圧力が平衡になるまでの時間だけス
イツチ３０をONとして、制御弁２８が開き作動
し、油圧室１２への作動油の供給量が増加する。

このように内燃機関の減速時において、油圧室
１２への作動油の供給量が増加することにより、
油圧１２への作動油による副ピストン９の前進動
は、時間的に遅れなく迅速にできるから、内燃機
関の減速時において副ピストンの前進動が遅れる
ことによる不具合、つまり、燃焼状態がより悪化
することを確実に防止できるのである。

この場合、前記制御弁を減速感知機構３１に直
結したものにしても良い、第３図はこの場合の実
施例を示す図であり、制御弁２８ａにおける弁体
２３a′を、減速感知機構３１におけるロツド３２
に連結し、制御弁２８ａにおける通路面積を、内
燃機関の減速時において大きくするようにしたも
のである。

また、内燃機関における爆発行程において、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
ート１６が閉じる一方、油圧室１２内の圧力が瞬
間的に高くなつて逆止弁１３が閉じて、油圧室１
２内の作動油は当該油圧室１２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１６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、クツシヨンとなつて燃焼室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、前記の実施例において油圧室１２に絶え
ず供給する作動油として、内燃機関における潤滑
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ツク変速
装置における作動油を用いることができる。

また、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１７にして、これをステム１１
にその軸方向に摺動自在に被嵌した場合示した
が、第４図に示すようにステム１１ａを中空軸に
形成し、該ステム１１ａ内に、スピル体としての
他の実施例であるスピル棒１７ａを摺動自在に嵌
挿し、該スピル棒１７ａを内燃機関における負荷
及び回転数のうちいずれか一方又は両方に関連す
るアクチエータにて摺動することによつて、スピ
ル棒１７ａによるスピルポート１６ａの開閉位置
をステム１１ａの軸方向に沿つて変位するように
構成しても良いのであり、更にまた、前記各実施
例は、スピル体のステムに対する相対移動による
スピルポートの開閉位置の変位を、スピル体のス
テムに対する軸方向の摺動によつて行う場合であ
つたが、スピル体のステムに対する相対移動によ
るスピルポートの開閉位置の変位は、ステムに対
する軸方向の摺動に代えて、以下に述べるように
スピル体の回転によつても行うことができる。

すなわち、第５図及び第６図は、この場合の実
施例を示し、スピル体としての一つの実施例とし
て、外周に歯車４１を有するスピルリング１７ｂ
を使用し、これをステムステム１１ｂに回転自在
及び摺動自在に被嵌する一方、ステム１１ｂにお
けるスピルポートをステム１１ｂの軸線に対して
傾斜する傾斜状のスピルポート１６ｂに形成し、
前記歯車式スピルリング１７ｂを図示しない軸受
けにてシリンダヘツド２に対して軸支し、このス
ピルリング１７ｂには、ステム１１ｂが前後摺動
したとき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がしポート４０を穿設すると
共に、このスピルリング１７ｂにおける外周の歯
車４１にステム１１ｂと直角方向に配設したラツ
ク杆４２を噛合し、該ラツク杆４２を、内燃機関
における負荷及び回転数のうちいずれか一方又は
両方に関連するアクチエータ４３にて長手方向に
摺動してスピルリング１７ｂを回転作動して、ス
テム１１ｂの傾斜状スピルポート１６ｂに対して
逃がしポート４０を位置又は位置へとずらせ
ることによつて、スピルリング１７ｂによるスピ
ルポート１６ｂの開閉位置を、ステム１１ｂの軸
方向に変位するように構成したものである（なお
この場合、ステム１１ｂ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１７
ｂを回転する機構としては、実施例のラツク杆と
歯車とに限らず、他の手段を用いても良く、ま
た、ステム１１ｂに逃がしポート４０を、スピル
リング１７ｂに傾斜状スピルポート１６ｂを設け
るようにしても良く、更に、ステム１１ｂ及びス
ピルリング１７ｂに設けるポート１６ｂ及び４０
の形状は、必要に応じて第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）。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は内燃機
関の要部の縦断正面図、第２は第１図の―視
断面図、第３図は制御弁の別例図、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５図の平面図である。 １……シリンダブロツク、２……シリンダヘツ
ド、５……燃焼室、６……点火栓、７……副シリ
ンダ、９……副ピストン、１２……油圧室、１
１，１１ａ，１１ｂ……ステム、１６，１６ａ，
１６ｂ……スピルポート、１７，１７ａ，１７ｂ
……スピル体、２８，２８ａ……制御弁、３１…
…減速感知機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の気筒における燃焼室に連通する副
   シリンダ内に副ピストンを摺動自在に嵌挿し、前
   記副シリンダにおける副ピストンの背面に油圧室
   を形成して、該油圧室に作動油の供給通路を接続
   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、前記油圧室内の作動
   油が流出するようにしたスピルポートを設け、且
   つ、前記ステムの突出端には、当該ステムの後退
   動によつてスピルポートが閉じステムの前進動に
   よつてスピルポートが開くようにしたスピル体
   を、当該スピル体によるスピルポートの開閉位置
   がステムの軸方向に変位できるように相対移動自
   在に設け、該スピル体を、内燃機関に、当該内燃
   機関における負荷及び回転数のうちいずれか一方
   又は両方に応じて移動作動するように関連し、更
   に、前記油圧室には、内燃機関の減速時において
   当該油圧室内への作動油の供給量を増加するよう
   にした手段を設けたことを特徴とする圧縮比可変
   式内燃機関。