JP3975095B2 - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の圧縮比可変装置に関し，特に，ピストンを，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと，このピストンインナに連結されて外端面を燃焼室に臨ませながら，ピストンインナ寄りの低圧縮比位置及び燃焼室寄りの高圧縮比位置間を移動し得るピストンアウタとで構成し，ピストンアウタを低圧縮比位置に作動して機関の圧縮比を下げ，高圧縮比位置に作動して同圧縮比を高めるようにしたものゝ改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，かゝる内燃機関の圧縮比可変装置として，（１）ピストンアウタをピストンインナの外周に螺合して，ピストンアウタを正，逆転させることによりピストンインナに対して進退させ，低圧縮比位置及び高圧縮比位置に作動するようにしたもの（例えば特開平１１−１１７７７９号公報参照）と，（２）ピストンアウタをピストンインナの外周に軸方向摺動可能に嵌合し，これらピストンインナ及びアウタ間に，上部油圧室及び下部油圧室を形成し，これら油圧室に交互に油圧を供給することにより，ピストンアウタを低圧縮比位置及び高圧縮比位置に作動するようにしたもの（例えば特公平７−１１３３３０号公報参照）とが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記（１）の装置では，ピストンアウタを低圧縮比位置及び高圧縮比位置に作動するために，ピストンアウタを回転させる必要があるので，ピストンアウタの頂面の形状を，燃焼室の天井面形状や吸気及び排気弁の配置に対応して自由に設定することができず，高圧縮比位置で機関の圧縮比を充分に高めることが困難である。また上記（２）の装置では，特にピストンアウタが高圧縮比位置にあるとき，機関の膨張行程でピストンアウタが受ける大なるスラスト荷重を上部油圧室の油圧で支えるので，上部油圧室には高圧に耐えるシールが必要となり，その上，上部油圧室に気泡が発生するとピストンアウタの高圧縮比位置が不安定になるから，そのような気泡の除去手段を施す必要もあり，全体としてコスト高となるを免れない。
【０００４】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，ピストンアウタを回転させることなく簡単，的確に低圧縮比位置及び高圧縮比位置に作動し得る，内燃機関の圧縮比可変装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明の内燃機関の圧縮比可変装置は，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと，このピストンインナを覆うようにその外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室に臨ませながら，前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置及び燃焼室寄りの高圧縮比位置間を移動し得るピストンアウタとでピストンを構成し，前記ピストンインナ及びアウタ間に嵩上げ部材を，これがピストンの軸線周りに非嵩上げ位置及び嵩上げ位置間を回動し得るように介裝し，この嵩上げ部材と前記ピストンアウタとの軸方向対向面に，それぞれ頂面を平坦面とした凸状で且つ環状に配列される複数の第１カム及び第２カムを形成し，これら第１及び第２カムは，前記嵩上げ部材が非嵩上げ位置に回動したとき互いに噛み合って前記ピストンアウタの低圧縮比位置への移動を許容し，前記嵩上げ部材が嵩上げ位置に回動したとき互いに頂面を当接させて前記ピストンアウタを高圧縮比位置に保持するように配置され，前記嵩上げ部材に連接されるアクチュエータを，前記ピストンインナにおいて前記嵩上げ部材の回動方向に沿う同一軸線上でそれぞれ摺動可能に配設されて前記嵩上げ部材の受圧部を挟んで互いに対向する作動部材及び戻し部材より構成し，これら作動部材及び戻し部材を交互に作動することにより前記嵩上げ部材を非嵩上げ位置及び嵩上げ位置へ交互に回動するようにしたことを第１の特徴とする。
【０００６】
この第１の特徴によれば，アクチュエータにより嵩上げ部材を非嵩上げ位置に回動すると，嵩上げ部材が，ピストンアウタの低圧縮比位置への移動を許容するので，ピストンアウタが燃焼室側からの高圧により低圧縮比位置に移動することができる。またアクチュエータにより嵩上げ部材を非嵩上げ位置から嵩上げ位置へと回動すると，ピストンアウタを高圧縮比位置に保持することができる。
【０００７】
この間，ピストンアウタは，ピストンインナに対して回転することがないから，燃焼室に臨むピストンアウタの頂面形状を燃焼室の形状に対応させて，ピストンアウタの高圧縮比位置での圧縮比を効果的に高めることができる。しかもピストンアウタの高圧縮比位置では，機関の膨張行程時，ピストンアウタが燃焼室から受ける大なる推力は嵩上げ部材で受け止められる。したがって，上記推力のアクチュエータへの作用も回避されることになるから，アクチュエータの小容量化，延いては小型化が可能となる。またアクチュエータを油圧式に構成する場合でも，これに前記推力が作用しないことから高圧シールは不要であり，また油圧室に多少の気泡が発生してもピストンアウタの高圧縮比位置を不安定にさせることもない。
【０００８】
またアクチュエータを，前記ピストンインナにおいて前記嵩上げ部材の回動方向に沿う同一軸線上でそれぞれ摺動可能に配設されて前記嵩上げ部材の受圧部を挟んで互いに対向する作動部材及び戻し部材より構成したことから，アクチュエータの小型化が可能となり，ピストンの狭小な内部へのアクチュエータの配設が容易となる。
【０００９】
また本発明は，第１の特徴に加えて，前記作動部材及び戻し部材を，ピストンインナに形成される同一のシリンダ孔に摺動可能に嵌装されて前記受圧部を挟んで互いに対向する作動プランジャ及び戻しプランジャで構成したことを第２の特徴とする。
【００１０】
この第２の特徴によれば，作動プランジャ及び戻しプランジャのシリンダ孔の共通化により，加工の単純化と構成の簡素化を図ることができる。
【００１１】
さらに本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記受圧部の中心を通る前記嵩上げ部材の半径線に対して略直角に交わる同一軸線上に前記作動部材及び戻し部材を配置したことを第３の特徴とする。
【００１２】
この第３の特徴によれば，作動部材の作動力及び戻し部材の戻し力を受圧部 を介して嵩上げ部材に効率良く伝達することができ，したがってアクチュエータの小容量化，小型化を図ることができる。
【００１３】
さらにまた本発明は，第１〜第３の何れかの特徴に加えて，前記アクチュエータを，嵩上げ部材の周方向に沿って複数組，等間隔に配設したことを第４の特徴とする。
【００１４】
この第４の特徴によれば，複数組のアクチュエータの作動により，嵩上げ部材に偏荷重を加えることがなく，該部材をスムーズに回動することができる。
【００１５】
さらにまた本発明は，第４の特徴に加えて，前記アクチュエータを，前記ピストンピンを挟んで２組配設したことを第５の特徴とする。
【００１６】
この第５の特徴によれば，ピストンピンに干渉されることなく，２組のアクチュエータを嵩上げ部材の周方向等間隔に配設することができ，ピストンの狭小な内部へのアクチュエータの配設をより簡単に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例に係る圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図，図２は図１の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。図３は図２の３−３線断面図，図４は図２の４−４線断面図，図５は図２の５−５線断面図，図６は図２の６−６線断面図，図７は図２の７−７線断面図，図８は高圧縮比状態を示す，図２との対応図，図９は図８の９−９線断面図，図１０は図８の１０−１０線断面図，図１１は嵩上げ部材の作用説明図，図１２は本発明の第２実施例を示す，図１０との対応図である。
【００１９】
先ず，図１〜図１１に示す本発明の第１実施例の説明より始める。
【００２０】
図１及び図２において，内燃機関Ｅの機関本体１は，シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の下端に結合されるクランクケース３と，シリンダボア２ａに連なる燃焼室４ａを有してシリンダブロック２の上端に結合されるシリンダヘッド４とからなり，シリンダボア２ａに摺動可能に嵌装されるピストン５にはコンロッド７の小端部７ａがピストンピン６を介して連結され，コンロッド７の大端部７ｂは，左右一対のベアリング８，８′を介してクランクケース３に回転自在に支承されるクランク軸９のクランクピン９ａに連結される。
【００２１】
前記ピストン５は，ピストンピン６を介してコンロッド７の小端部７ａに連結されるピストンインナ５ａと，このピストンインナ５ａの外周面及びシリンダボア２ａの内周面に摺動自在に嵌合し，頂面を燃焼室４ａに臨ませるピストンアウタ５ｂとからなっており，ピストンアウタ５ｂの外周に，シリンダボア２ａの内周面に摺動自在に密接する複数のピストンリング１０ａ〜１０ｃが装着される。
【００２２】
図２及び図３に示すように，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂの摺動嵌合面には，ピストン５の軸方向に延びて互いに係合する複数のスプライン歯１１ａ及びスプライン溝１１ｂがそれぞれ形成され，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂは，それらの軸線周りに相対回転できないようになっている。
【００２３】
図２及び図６において，ピストンインナ５ａの上面には，その上面に一体に突設された枢軸部１２に回動可能に嵌合する円環状の嵩上げ部材１４が載置される。枢軸部１２は，コンロッド７の小端部７ａを受容すべく，複数（図では４個）のブロック１２ａ，１２ａ…に分割される。
【００２４】
嵩上げ部材１４は，その軸線周りに設定される第１及び嵩上げ位置Ａ，Ｂ間を回動し得るもので，その往復回動に伴いピストンアウタ５ｂをピストンインナ５ａ寄りの低圧縮比位置Ｌ（図２参照）と，燃焼室４ａ寄りの高圧縮比位置Ｈ（図７参照）とに交互に保持するカム機構１５が嵩上げ部材１４及びピストンアウタ５ｂ間に設けられる。
【００２５】
図７及び図１０に明示するように，カム機構１５は，嵩上げ部材１４の上面に形成される環状配列の複数の凸状第１カム１６と，ピストンアウタ５ｂの頂壁下面に形成される環状配列の複数の凸状第２カム１７とからなっており，これら第１及び第２カム１６，１７は，嵩上げ部材１４が非嵩上げ位置Ａにあるときは，周方向に交互に並んでピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移行を許容するようになっている。
【００２６】
これら第１カム１６及び第２カム１７の，嵩上げ部材１４の周方向に並ぶ両側面は，各カム１６，１７の根元から略垂直に起立する絶壁面１６ａ，１７ａとなっており，両絶壁面１６ａ，１７ａの上縁間を接続する平坦な頂面１６ｂ，１７ｂは，嵩上げ部材１４が嵩上げ位置Ｂに到達したとき互いに当接してピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持するようになっている。このように，第１及び第２カム１６，１７の両側面を絶壁面１６ａ，１７ａとしたことで，周方向に並ぶ各カム１６，１７の隣接間隔を狭くすることが可能となり，また各カム１６，１７の頂面１６ｂ，１７ｂの総合面積を大きく設定することができる。
【００２７】
ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに達したときは，ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈを越えて燃焼室４ａ側へ移動することを阻止するための規制手段として，ピストンインナ５ａの下端面に当接する止環１８がピストンアウタ５ｂの下端部内周面に係止される。
【００２８】
ピストンインナ５ａ及び嵩上げ部材１４間には，嵩上げ部材１４を非嵩上げ位置Ａ又は嵩上げ位置Ｂへ回動させるアクチュエータ２０が設けられる。このアクチュエータ２０について図２，図５及び図６を参照しながら説明する。
【００２９】
ピストンインナ５ａには，ピストンピン６を挟んでそれと平行に延びる一対の有底のシリンダ孔２１，２１と，各シリンダ孔２１，２１の中間部の上壁を貫通する長孔５４，５４とが設けられ，嵩上げ部材１４の下面に一体的に突設されて，その直径線上に並ぶ一対の受圧ピン１４ａ，１４ａがこれら長孔５４，５４を通してシリンダ孔２１，２１に臨ませてある。長孔５４，５４は，受圧ピン１４ａ，１４ａが嵩上げ部材１４と共に非嵩上げ位置Ａ及び嵩上げ位置Ｂ間を移動することを妨げないようになっている。
【００３０】
シリンダ孔２１，２１には，対応する受圧ピン１４ａ，１４ａを挟んで作動プランジャ２３，２３及び有底円筒状の戻しプランジャ２４，２４が摺動可能に嵌装される。その際，作動プランジャ２３，２３同士及び戻しプランジャ２４，２４同士は，それぞれピストン５の軸線に関して点対称に配置される。
【００３１】
各シリンダ孔２１内には，作動プランジャ２３の内端が臨む第１油圧室２５が画成され，該室２５に油圧を供給すると，その油圧を受けて作動プランジャ２３が受圧ピン１４ａを介して嵩上げ部材１４を嵩上げ位置Ｂへ回動するようになっている。
【００３２】
嵩上げ部材１４の非嵩上げ位置Ａは，各シリンダ孔２１，２１の底面に当接する作動プランジャ２３，２３の先端に受圧ピン片１４ａ，１４ａが当接することにより規定され（図５参照），嵩上げ部材１４の嵩上げ位置Ｂは，ばね保持環５２のスカート部５２ａに当接する戻しプランジャ２４の先端に受圧ピン１４ａが当接することにより規定される（図１０参照）。こうすることにより，嵩上げ部材１４の非嵩上げ位置Ａでは，隣接する第１及び第２カム１６，１７の側面接触を回避して（図１１（ａ）参照），ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈへのスムーズな移動が可能となる。
【００３３】
而して，嵩上げ部材１４及びアクチュエータ２０は，ピストンアウタ５ｂの慣性力や，ピストンアウタ５ｂがシリンダボア２ａの内面から受ける摩擦抵抗，ピストンアウタ５ｂに作用する吸気負圧等，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂにそれらを互いに軸方向に離間させたり近接させようと作用する自然外力により，ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間で移動することを許容する。
【００３４】
またピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間には，ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌに来たとき，このピストンアウタ５ｂをピストンインナ５ａに対して係止するピストンアウタ係止手段３０が設けられる。このピストンアウタ係止手段３０について，図２及び図４を参照しながら説明する。
【００３５】
ピストンインナ５ａの内周面には，周方向に延びる複数の係止溝３１が等間隔置きに形成され，ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌに来たとき，これら係止溝３１に係合，離脱し得るように複数の係止レバー３２がピストンインナ５ａにピボット軸３３を介して揺動自在に取り付けられる。即ち，係止レバー３２は，係止溝３１に係合する作動位置Ｃ（図４参照）と，係止溝３１から離脱する後退位置Ｄ（図９参照）との間を揺動することができる。
【００３６】
各係止レバー３２は，係止溝３１に係合，離脱する長腕部３２ａと，ピボット軸３３を挟んで長腕部３２ａと反対側に延びる短腕部３２ｂとからなっており，長腕部３２ａを係止溝３１との係合方向へ付勢する作動ばね３４が長腕部３２ａ及びピストンインナ５ａ間に縮設される。その際，長腕部３２ａには，作動ばね３４の内周に嵌合してそれを定位置に保持する位置決め突起３５が形成される。一方，ピストンインナ５ａには，各短腕部３２ｂに対応して複数のシリンダ孔３６が形成され，これらシリンダ孔３６の摺動自在に嵌装される複数のピストン３８の先端が短腕部３２ｂの先端に当接配置される。各シリンダ孔３６には，対応するピストン３８の内端が臨む第２油圧室３７が画成され，この第２油圧室３７に油圧を供給すると，その油圧を受けてピストン３８が係止レバー３２を作動ばね３４の力に抗して係止溝３１から離脱させるようになっている。
【００３７】
図４及び図５に示すように，前記ピストンピン６と，その中空部に圧入されたスリーブ４０との間に筒状の油室４１が画成され，この油室４１を前記第１及び第２油圧室２５，３７に接続する第１及び第２分配油路４２，４３がピストンピン６及びピストンインナ５ａに渡り設けられる。また油室４１は，図１に示すように，ピストンピン６，コンロッド７及びクランク軸９に渡り設けられる油路４４に接続され，この油路４４は，電磁切換弁４５を介して油圧源たるオイルポンプ４６と，油溜め４７とに切換可能に接続される。
【００３８】
次に，この第１実施例の作用について説明する。
【００３９】
例えば内燃機関Ｅの急加速運転に際して，ノッキングを回避すべく低圧縮比状態を得るには，電磁切換弁４５を図１に示すように非通電状態にして，油路４４を油溜め４７に連通する。こうすれば，第１油圧室２５及び第２油圧室３７は，何れも油室４１及び油路４４を通して油溜め４７に開放されるので，アクチュエータ２０では，図５に示すように，戻しプランジャ２４が戻しばね２７の付勢力で受圧ピン１４ａを押圧して，嵩上げ部材１４を非嵩上げ位置Ａまで回動する。その結果，図１０（ａ）に示すように，カム機構１５の，それぞれ環状配列された複数の第１カム１６及び第２カム１７は互いに頂部をずらした配置となるから，機関の膨張行程又は圧縮行程で燃焼室４ａ側の圧力でピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して押圧されたときや，ピストン５の上昇行程でピストンリング１０ａ〜１０ｃ及びシリンダボア２ａ内面間に生ずる摩擦抵抗によりピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して押圧されたときや，ピストン５の下降行程の後半でピストンインナ５ａの減速に伴いピストンアウタ５ｂがその慣性力によりピストンインナ５ａに対して押圧されたときに，ピストンアウタ５ｂは第１カム１６及び第２カム１７を相互に噛み合せながら，ピストンインナ５ａに対して下降し，低圧縮比位置Ｌに下がることができる。このとき，ピストンアウタ係止手段３０では，ピストンインナ５ａに軸支される係止レバー３２と，ピストンアウタ５ｂの係止溝３１とが互いに対向するため，係止レバー３２は作動ばね３４の付勢力をもって長腕部３２ａを係止溝３１に係合させるように揺動し，それら長腕部３２ａ及び係止溝３１の係合により，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌは保持される。かくして，カム機構１５での遊びは無くなり，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂは，圧縮比を下げながら一体となってシリンダボア２ａ内を昇降することができる。
【００４０】
また例えば内燃機関Ｅの高速運転時，出力向上を図るべく高圧縮比状態を得るには，電磁切換弁４５に通電して，油路４４をオイルポンプ４６に接続する。こうすると，オイルポンプ４６の吐出油圧が油路４４及び油室４１を通して第１油圧室２５及び第２油圧室３７に供給されるので，先ず，ピストンアウタ係止手段３０において，図９に示すように，ピストン３８が第２油圧室３７の油圧を受けて係止レバー３２を作動ばね３４の付勢力に抗して後退位置Ｄへと揺動させ，長腕部３２ａをピストンアウタ５ｂの係止溝３１から離脱させる。係止レバー３２が係止溝３１から離脱すると，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈへの移動が可能となる。
【００４１】
そこで，ピストンアウタ５ｂは，次のような自然外力の作用で高圧縮比位置Ｈへの移動する。即ち，機関の吸気行程で吸気負圧によりピストンアウタ５ｂが燃焼室４ａ側に引き寄せられたときや，ピストン５の下降行程でピストンリング１０ａ〜１０ｃ及びシリンダボア２ａ内面間に生ずる摩擦抵抗によりピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａから置き去りにされようとしたときや，ピストン５の上昇行程の後半でピストンインナ５ａの減速に伴いピストンアウタ５ｂがその慣性力によりピストンインナ５ａから浮き上がろうとしたときに，ピストンアウタ５ｂはピストンインナ５ａから上昇し，高圧縮比位置Ｈに容易に到達することになる（図１０（ｂ）参照）。
【００４２】
こうしてピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに到達すると，既に，アクチュエータ２０では，作動プランジャ２３が第１油圧室２５の油圧を受けて受圧ピン１４ａを嵩上げ位置Ｂに向かって押圧しているので，その押圧力により嵩上げ部材１４を図１０に示すように非嵩上げ位置Ａから嵩上げ位置Ｂへと回動するので，図１０（ｃ）に示すように，嵩上げ部材１４の環状配列の複数の第１カム１６とピストンアウタ５ｂの環状配列の複数の第２カム１７とは互いに平坦の頂面１６ｂ，１７ｂを当接させることになり（図１０（ｃ）参照），ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持することができる。
【００４３】
このとき，ピストンアウタ５ｂの止環１８がピストンインナ５ａの下端面に当接して，ピストンアウタ５ｂの燃焼室４ａ側へのそれ以上の移動が阻止される。したがって，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈは，両カム１６，１７の頂面１６ｂ，１７ｂの当接と，止環１８のピストンインナ５ａ下端面への当接とにより保持される。かくして，カム機構１５での遊びは無くなり，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂは，圧縮比を高めながら一体となってシリンダボア２ａ内を昇降することができる。
【００４４】
而して，ピストンアウタ５ｂは，低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間を移動する際，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの嵌合面に形成されて互いに摺動自在に係合するスプライン歯１１ａ及びスプライン溝１１ｂにより，ピストンインナ５ａに対する回転が拘束されているから，燃焼室４ａに臨むピストンアウタ５ｂの頂面形状を燃焼室４ａの形状に対応させて，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈでの圧縮比を効果的に高めることができる。しかもピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈでは，機関の膨張行程時，ピストンアウタ５ｂが燃焼室４ａから受ける大なる推力は，環状配列の複数の第１カム１６及び第２カム１７の互いに当接する平坦な頂面１６ｂ，１７ｂに垂直に作用するので，該推力により嵩上げ部材１４が回動されることはなく，したがって第１油圧室２５に供給する油圧は，前記推力に抗する程の高圧を必要とせず，また第１油圧室２５に多少の気泡が存在しても，ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに安定的に保持し得るから，支障はない。
【００４５】
しかもピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間での回動は，ピストン５の往復動中，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂに，それらを軸方向に離間させたり近接させようと作用する自然外力を利用するものであるから，アクチュエータ２０は嵩上げ部材１４を，単に非嵩上げ位置Ａ及び嵩上げ位置Ｂ間で移動させるだけの出力を発揮すれば足りることになり，アクチュエータ２０の小容量化及び小型化を図ることができる。
【００４６】
ところで，上記自然外力のうち，ピストンリング１０ａ〜１０ｃ及びシリンダボア２ａ内面間の摩擦抵抗と，ピストンアウタ５ｂの慣性力が特に効果的である。また上記摩擦抵抗は機関回転数の変化に対して変化が比較的少ないのに対して，ピストンアウタ５ｂの慣性力は機関回転数の上昇に応じて２次曲線的に増大するものであるから，ピストンアウタ５ｂの位置切り換えに対して，機関の低回転域では上記摩擦抵抗が支配的であり，機関の高回転域ではピストンアウタ５ｂの慣性力が支配的である。
【００４７】
また各アクチュエータ２０は，第１油圧室２５の油圧で作動して嵩上げ部材１４を非嵩上げ位置Ａから嵩上げ位置Ｂへ回動し得る作動プランジャ２３と，第１油圧室２５の油圧解放時，戻しばね２７の付勢力で作動して嵩上げ部材１４を嵩上げ位置Ｂから非嵩上げ位置Ａへ戻し得る戻しプランジャ２４とで構成されるので，１組のアクチュエータ２０につき油圧室２５が１室で足り，その構成の簡素化を図ることができる。
【００４８】
またピストンアウタ係止手段３０は，ピストンインナ５ａに軸支されてピストンアウタ５ｂの係止溝３１に係合する作動位置Ｃ及び係止溝３１から離脱する後退位置Ｄ間を移動する係止レバー３２と，この係止レバー３２を作動位置Ｃへ付勢する作動ばね３４と，第２油圧室３７の油圧で作動して係止レバー３２を後退位置Ｄへ作動するピストン３８とで構成されるので，この係止手段３０においても油圧室３７が１室で足り，その構成の簡素化を図ることができる。
【００４９】
さらに第１及び第２油圧室２５，３７には，共通の電磁切換弁４５を介してオイルポンプ４６及び油溜め４７に切換可能に接続されるので，共通の油圧をもってアクチュエータ２０及びピストンアウタ係止手段３０を合理的に作動することができ，油圧回路の簡素化をも図ることができ，圧縮比可変装置を安価に提供し得る。
【００５０】
またアクチュエータ２０は，嵩上げ部材１４の周方向に複数組等間隔に配設されるので，嵩上げ部材１４に偏荷重を与えることなく，これを枢軸１２周りにスムーズに回動することができ，しかも複数組のアクチュエータ２０の総合出力は大きいことから，各組のアクチュエータ２０の小容量化，延いては小型化を図ることができる。
【００５１】
また各組のアクチュエータ２０の構成要素である作動プランジャ２３及び戻しプランジャ２４は，ピストンインナ５ａに形成された共通のシリンダ孔２１に嵌装されるので，構造が簡単であると共に，孔加工が単純でコストの低減に寄与し得る。
【００５２】
またアクチュエータ２０を２組，配設する場合には，それぞれのシリンダ孔２１，２１がピストンインナ５ａにピストンピン６と平行に形成されるので，ピストンピン６に干渉されることなく，ピストンインナ５ａの狭小な内部において２組のアクチュエータ２０，２０を嵩上げ部材１４の周方向等間隔に配設することができる。
【００５３】
また作動及び戻しプランジャ２３，２４の軸線は，各受圧ピン１４ａの軸線を横切る，枢軸１２の半径線に対して略直角に交差するように配置されるので，作動及び戻しプランジャ２３，２４の押圧力を受圧ピン１４を介して嵩上げ部材１４に効率良く伝達することができ，アクチュエータ２０のコンパクト化に寄与し得る。
【００５４】
また作動及び戻しプランジャ２３，２４の各端面と，受圧ピン１４ａの円筒状外周面とは線接触で接触するので，その接触面積は比較的広く，面圧の低減を図り，耐久性の向上に寄与し得る。
【００５５】
次に図１２に示す本発明の第２実施例について説明する。
【００５６】
この第２実施例は，嵩上げ部材１１４及びピストンアウタ１０５ｂにそれぞれ形成される第１カム１１６及び第２カム１１７に，嵩上げ部材１１４が非嵩上げ位置Ａから嵩上げ位置Ｂへ回動するとき互いに軸方向に離反するように滑る斜面１１６ａ，１１７ａを形成した点を除けば，前実施例と同様の構成であり，図１２中，前実施例と対応する部分には，前実施例の参照符号の数字に１００を加算した参照符号を付して，その説明を省略する。
【００５７】
この第２実施例では，各カム１１６，１１７の一側面を斜面１１６ａ，１１７ａとしたたことで，前実施例に比して，各カム１１６，１１７の隣接間隔が広がり，嵩上げ部材１１４の作動ストローク角度が増加し，また各カム１１６，１１７の頂面１１６ｂ，１１７ｂの面積が減少することになるが，ピストンアウタ１０５ｂを高圧縮比位置Ｈに移動させる自然外力が弱い場合でも，図示しないアクチュエータにより嵩上げ部材１１４に嵩上げ位置Ｂへの回動力を付与すれば，斜面１１６ａ，１１７ａ相互のリフト作用によりピストンアウタ１０５ｂを高圧縮比位置Ｈへ押し上げることができる。
【００５８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，電磁切換弁４５の作動態様は，上記実施例の場合と逆であっても差し支えはない。即ち，該切換弁４５の非通電状態で油路４４をオイルポンプ４６に接続し，通電状態で油路４４を油溜め４７に接続することもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の特徴によれば，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと，このピストンインナを覆うようにその外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室に臨ませながら，前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置及び燃焼室寄りの高圧縮比位置間を移動し得るピストンアウタとでピストンを構成し，前記ピストンインナ及びアウタ間に嵩上げ部材を，これがピストンの軸線周りに非嵩上げ位置及び嵩上げ位置間を回動し得るように介裝し，この嵩上げ部材と前記ピストンアウタとの軸方向対向面に，それぞれ頂面を平坦面とした凸状で且つ環状に配列される複数の第１カム及び第２カムを形成し，これら第１及び第２カムは，前記嵩上げ部材が非嵩上げ位置に回動したとき互いに噛み合って前記ピストンアウタの低圧縮比位置への移動を許容し，前記嵩上げ部材が嵩上げ位置に回動したとき互いに頂面を当接させて前記ピストンアウタを高圧縮比位置に保持するように配置され，前記嵩上げ部材に連接されるアクチュエータを，前記ピストンインナにおいて前記嵩上げ部材の回動方向に沿う同一軸線上でそれぞれ摺動可能に配設されて前記嵩上げ部材の受圧部を挟んで互いに対向する作動部材及び戻し部材より構成し，これら作動部材及び戻し部材を交互に作動することにより前記嵩上げ部材を非嵩上げ位置及び嵩上げ位置へ交互に回動するようにしたので，アクチュエータにより嵩上げ部材を非嵩上げ位置と嵩上げ位置とへ交互に回動することにより，ピストンアウタを低圧縮比位置と高圧縮比位置との交互に保持することができ，この間，ピストンアウタは，ピストンインナに対して回転することがないから，燃焼室に臨むピストンアウタの頂面形状を燃焼室の形状に対応させて，ピストンアウタの高圧縮比位置での圧縮比を効果的に高めることができる。しかもピストンアウタの高圧縮比位置では，機関の膨張行程時，ピストンアウタが燃焼室から受ける大なる推力は嵩上げ部材で受け止められることになり，上記推力のアクチュエータへの作用も回避されることになるから，アクチュエータの小容量化，延いては小型化が可能となる。またアクチュエータを油圧式に構成する場合でも，これに前記推力が作用しないことから高圧シールは不要であり，また油圧室に多少の気泡が発生してもピストンアウタの高圧縮比位置を不安定にさせることもない。
【００６０】
またアクチュエータを，前記ピストンインナにおいて前記嵩上げ部材の回動方向に沿う同一軸線上でそれぞれ摺動可能に配設されて前記嵩上げ部材の受圧部を挟んで互いに対向する作動部材及び戻し部材より構成したことから，アクチュエータの小型化が可能となり，ピストンの狭小な内部へのアクチュエータの配設が容易となる。
【００６１】
また本発明の第２の特徴によれば，第１の特徴に加えて，前記作動部材及び戻し部材を，ピストンインナに形成される同一のシリンダ孔に摺動可能に嵌装されて前記受圧部を挟んで互いに対向する作動プランジャ及び戻しプランジャで構成したので，作動プランジャ及び戻しプランジャのシリンダ孔の共通化により，加工の単純化と構成の簡素化を図ることができる。
【００６２】
さらに本発明の第３の特徴によれば，第１又は第２の特徴に加えて，前記受圧部の中心を通る前記嵩上げ部材の半径線に対して略直角に交わる同一軸線上に前記作動部材及び戻し部材を配置したので，作動部材の作動力及び戻し部材の戻し力を受圧部を介して嵩上げ部材に効率良く伝達することができ，したがってアクチュエータの小容量化，小型化を図ることができる。
【００６３】
さらにまた本発明の第４の特徴によれば，第１〜第３の何れかの特徴に加えて，前記アクチュエータを，嵩上げ部材の周方向に沿って複数組，等間隔に配設したので，複数組のアクチュエータの作動により，嵩上げ部材に偏荷重を加えることがなく，該部材をスムーズに回動することができる。
【００６４】
さらにまた本発明の第５の特徴によれば，第４の特徴に加えて，前記アクチュエータを，前記ピストンピンを挟んで２組配設したので，ピストンピンに干渉されることなく，２組のアクチュエータを嵩上げ部材の周方向等間隔に配設することができ，ピストンの狭小な内部へのアクチュエータの配設をより簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図。
【図２】 図１の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。
【図３】 図２の３−３線断面図。
【図４】 図２の４−４線断面図。
【図５】 図２の５−５線断面図。
【図６】 図２の６−６線断面図。
【図７】 図２の７−７線断面図。
【図８】 高圧縮比状態を示す，図２との対応図。
【図９】 図８の９−９線断面図。
【図１０】 図８の１０−１０線断面図。
【図１１】 嵩上げ部材の作用説明図。
【図１２】 本発明の第２実施例を示す，図１０との対応図。
【符号の説明】
Ａ・・・・・・・嵩上げ部材の非嵩上げ位置
Ｂ・・・・・・・嵩上げ部材の嵩上げ位置
Ｈ・・・・・・・ピストンアウタの高圧縮比位置
Ｌ・・・・・・・ピストンアウタの低圧縮比位置
５・・・・・・・ピストン
５ａ・・・・・・ピストンインナ
５ｂ・・・・・・ピストンアウタ
６・・・・・・・ピストンピン
７・・・・・・・コンロッド
１４・・・・・・嵩上げ部材
１４・・・・・・嵩上げ部材
１６・・・・・・第１カム
１６ｂ・・・・・頂面
１７・・・・・・第２カム
１７ｂ・・・・・頂面
２０・・・・・・アクチュエータ
２１・・・・・・シリンダ孔
２３・・・・・・作動部材（作動プランジャ）
２４・・・・・・戻しプランジャ
１０５ｂ・・・・ピストンアウタ
１１４・・・・・嵩上げ部材
１１６・・・・・第１カム
１１６ｂ・・・・頂面
１１７・・・・・第２カム
１１７ｂ・・・・頂面

Claims (5)

1. コンロッド（７）にピストンピン（６）を介して連結されるピストンインナ（５ａ）と，このピストンインナ（５ａ）を覆うようにその外周に軸方向にのみ摺動可能に嵌合して外端面を燃焼室（４ａ）に臨ませながら，前記ピストンインナ（５ａ）寄りの低圧縮比位置（Ｌ）及び燃焼室（４ａ）寄りの高圧縮比位置（Ｈ）間を移動し得るピストンアウタ（５ｂ）とでピストン（５）を構成し，前記ピストンインナ及びアウタ（５ａ；５ｂ，１０５ｂ）間に嵩上げ部材（１４，１１４）を，これがピストン（５）の軸線周りに非嵩上げ位置（Ａ）及び嵩上げ位置（Ｂ）間を回動し得るように介裝し，この嵩上げ部材（１４，１１４）と前記ピストンアウタ（５ｂ，１０５ｂ）との軸方向対向面に，それぞれ頂面（１６ｂ，１７ｂ；１１６ｂ，１１７ｂ）を平坦面とした凸状で且つ環状に配列される複数の第１カム（１６，１１６）及び第２カム（１７，１１７）を形成し，これら第１及び第２カム（１６，１７；１１６，１１７）は，前記嵩上げ部材（１４，１１４）が非嵩上げ位置（Ａ）に回動したとき互いに噛み合って前記ピストンアウタ（５ｂ，１０５ｂ）の低圧縮比位置（Ｌ）への移動を許容し，前記嵩上げ部材（１４，１１４）が嵩上げ位置（Ｂ）に回動したとき互いに頂面（１６ｂ，１７ｂ）を当接させて前記ピストンアウタ（５ｂ，１０５ｂ）を高圧縮比位置（Ｈ）に保持するように配置され，前記嵩上げ部材（１４）に連接されるアクチュエータ（２０）を，前記ピストンインナ（５ａ）において前記嵩上げ部材（１４，１１４）の回動方向に沿う同一軸線上でそれぞれ摺動可能に配設されて前記嵩上げ部材（１４，１１４）の受圧部（１４ａ）を挟んで互いに対向する作動部材（２３）及び戻し部材（２４）より構成し，これら作動部材（２３）及び戻し部材（２４）を交互に作動することにより前記嵩上げ部材（１４，１１４）を非嵩上げ位置（Ａ）及び嵩上げ位置（Ｂ）へ交互に回動するようにしたことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記作動部材及び戻し部材を，ピストンインナ（５ａ）に形成される同一のシリンダ孔（２１）に摺動可能に嵌装されて前記受圧部（１４ａ）を挟んで互いに対向する作動プランジャ（２３）及び戻しプランジャ（２４）で構成したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記受圧部（１４ａ）の中心を通る前記嵩上げ部材（１４，１１４）の半径線に対して略直角に交わる同一軸線上に前記作動部材（２３）及び戻し部材（２４）を配置したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記アクチュエータ（２０）を，嵩上げ部材（１４，１１４）の周方向に沿って複数組，等間隔に配設したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
5. 請求項４記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記アクチュエータ（２０）を，前記ピストンピン（６）を挟んで２組配設したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。

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