JPH0110419Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、内燃機関の可変圧縮比機構に関する
ものである。

〔従来の技術〕

燃費をはじめ、エミツシヨン、出力性能等の改
善のためにピストンの頂部形状、ヘツド側燃焼室
の形状、吸気ポート形状等を変更し、燃焼の改善
が種々行なわれているが、いずれもそれらの改善
効果が限界の域に来ているのが現状である。しか
し、従来における上記の種々の改善においては、
機関の運転条件によつて最適な要求圧縮比がある
にも拘わらず、圧縮比は通常一定に固定されてい
たのであり、今迄以上の改善効果を得るために
は、運転条件にあわせて圧縮比を可変にすること
が不可欠である。

このような要求に鑑み、特公昭47−25401号公
報は、可変圧縮比に用いられる２分割型ピストン
の全体的構成、及びその作動油を制御する逆止弁
について開示しており、特開昭54−31820号公報
は負荷に応じて圧縮比を変更する技術を開示して
おり、特開昭53−131323号公報は、吸気圧力にて
制御される切替弁を示唆している。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、ピストンを２つの部分に分割して互い
に相対移動させて圧縮比を可変とする上記特公昭
47−25401号公報のようなタイプの可変圧縮比機
構において、特公昭47−25401号公報は逆止弁の
みで切替弁を用いないので、切替の信頼性が低
く、たとえ特開昭53−131323号公報のような切替
弁を適用したとしても、特開昭53−131323号公報
の切替弁は吸気圧力にて制御駆動されるので、制
御機構が複雑となりかつ信頼性が低い。

本考案は、運転条件に合せて内燃機関の圧縮比
を構成が簡単で信頼性の高い手段により可変にす
る機構を提供することを目的とする。さらに具体
的には、ガソリン機関においては、高負荷のとき
に圧縮比を下げてノツキングを抑え、低負荷のと
きは圧縮比を上げて燃費を向上させ、デイーゼル
機関においては、高速側のときに圧縮比を下げて
フリクシヨンを低減し、低速側では圧縮比を上げ
て燃費をよくするようにすることを、作動油自体
の圧力で駆動され切替の信頼性が高くかつ構造が
簡単な切替弁を用いて行なう可変圧縮比機構を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するための、本考案の内燃機関
の可変圧縮比機構は、次のものからなる。すなわ
ち、 ピストンを、ピストンの頂部の全面にわたつて
拡がる部分と該部分の周囲から軸方向下方に向つ
て延びる環状部分とから成るピストン外壁を形成
するピストンシエル、ピストンシエルに固定され
たスカート部、ピストンシエルおよびスカート部
内に挿入されピストンピンに連結されピストンシ
エルおよびスカート部に対して軸方向にスライド
可能とされたピストンコア、とから構成し； ピストンコアとピストンシエルの間にシエル油
室を形成するとともに、ピストンコアとスカート
部との間にスカート油室を形成し； シエル油室とスカート油室を圧油の供給回路に
接続するとともに、該シエル油室とスカート油室
への圧油の供給回路に、内燃機関が低負荷のとき
に圧油の圧力を大にし高負荷のときに圧油の圧力
を下げるように圧油の圧力を変える加圧装置と、
圧油の圧力が大になつたときに圧油をシエル油室
に導入する逆止弁と、ピストンコア内に摺動可能
に配置され圧油の圧力が下がつたときにシエル油
室の圧油をスカート油室に流入させる切替弁と
を、設け、さらに前記切替弁を、該切替弁の一端
にスプリングを設けて切替弁軸方向に付勢すると
ともに切替弁の他端に前記圧油の圧力をかけるこ
とにより、前記圧油自体の圧力によつて制御駆動
させるようにしたことを特徴とする内燃機関の可
変圧縮比機構。

〔作用〕

軽負荷時は圧縮比を高める必要があり、加圧装
置は、作動油の圧力を高め、切替弁と逆止弁が作
動油をシエル油室に導き、ピストンコアに対して
ピストンシエルを持ち上げ、燃焼室容積を小にし
て圧縮比を上げる。高負荷時は逆で、圧縮比をさ
げてノツキグを防止する必要があり、加圧装置は
作動油の圧力を低め、切替弁と逆止弁が作動油を
スカート油室に導き、ピストンコアに対してピス
トンシエルを下げ、圧縮比をさげる。ここで重要
なことは、切替弁がスプリングで一方向に付勢さ
れ、逆方向に作動油の圧力がかけられ、作動油の
圧力の変化によつてのみ、すなわち、吸気圧力を
用いずに、切替弁が駆動制御されるようになつて
いることである。これによつて、ピストンシエル
のピストンコアに対する移動制御機構が、外部の
吸気圧力センサ機構と機械的に連結される必要が
なく、動く部材であるピストンに極めて簡単な構
造をもつて組み込むことが可能となり、かつ作動
油の圧力は、吸気負圧のみならずエンジン回転数
等も考慮してコンピユータで制御されるものであ
るから、作動油自体の圧力で駆動される切替弁の
制御性と信頼性は極めて高い。

〔実施例〕

以下に本考案の望ましい実施例を図面を参照し
て説明する。

第１図ないし第３図は本考案の実施例に係るガ
ソリン機関またはデイーゼル機関のピストン部お
よびそれへの油圧回路を示している。

図中、１はピストンシエル、２はピストンスカ
ート、３はピストンコアで、これら３つの部材に
よつてピストンが構成されている。このスカート
２はピストンシエル１とねじ結合されている。ま
た、４はピストンピン、５はコネクテイングロツ
ドで夫々の中に油圧回路の油通路が形成される。
６，７はピストンシエル１とピストンコア３間で
作られるシエル油室と、スカート部２とピストン
コア３間で作られるスカート油室であり、ピスト
ンピン４に連結されたピストンコア３の外周に沿
つてピストンシエル１が上下動することにより容
積が変化する。

シエル油室６およびスカート油室７への作動油
の油通路８は、コネクテイングロツド５内の油通
路８ａ、ピストンピン４内に形成されかつ油通路
８ａに接続する油通路８ｂ、ピストンコア３内に
形成されかつ油通路８ｂとシエル油室６とを接続
する油通路８ｃ、シエル油室６から切替弁１１へ
の油通路８ｄ、切替弁１１からスカート油室７へ
の油通路８ｅ、切替弁１１からの油逃し通路８ｆ
から構成されている。油通路８ｃにはチエツクボ
ール９ａおよびスプリング１０ａからなる逆止弁
が設けられており、供給オイルの圧力が一定値以
上になつたときにスプリング１０ａを押してチエ
ツクボール９ａを弁座から離し、シエル油室６方
向へのみ作動油（以下圧油、油ともいう）を流す
ようになつている。また、油通路８ｄにもチエツ
クボール９ｂおよびスプリング１０ｂからなる逆
止弁が設けられており、切替弁１１（弁体１１と
もいう）が油通路８ｄと油通路８ｅを連通したと
きにシエル油室６からスカート油室７への方向に
のみ圧油を流すようになつている。

切替弁１１の構造は第２図、第３図に示したよ
うに、弁体１１は一端でスプリング１１ａにより
付勢されており、他端には油通路８ｂからの圧油
の圧力がかかつている。そして、圧油の圧力が大
のときは、第２図に示すように、弁体１１はスプ
リング１１ａを押して図の右側のストツパ１１ｂ
にあたるまで移動して油通路８ｅと油逃し通路８
ｆを連通する。また、圧油の圧力が小のときは、
第３図に示すように、弁体１１はスプリング１１
ａで押されて図の左側のストツパ１１ｃにあた
り、油通路８ｄと油通路８ｅを連通するようにな
つている。なお、１２，１３はシエル油室６、ス
カート油室７から摺動部を通して油が漏れるのを
防ぐシール用リングである。

油の供給源は通常オイルパン１４であり、オイ
ルパン１４からの油通路途上にオイルを加圧供給
する加圧装置１５が設けられている。１６ａは油
供給パイプ、１６ｂは油リターンパイプである。
１７ａ，１７ｂはそれぞれ機関の運転条件を検知
する吸気負圧センサ、速度センサ（回転数センサ
ともいう）で、１８はその信号をもとに予め組ま
れてあるプログラムに従つて加圧装置１５に命令
を出すコンピユータ（エンジンコントロールコン
ピユータ）である。なお加圧装置１５での油の加
圧力に比べて、スプリング１０ａ，１０ｂ，１１
ａのスプリング力が小さいように設計されてい
る。また、スプリング１０ａのスプリング力は運
転条件でチエツクボール９ａの慣性力より大きく
設定されている。

コンピユータ１８の命令を出すロジツクは次の
ようになつている。ガソリン機関においては始動
時に回転数センサ１７ｂがスタート信号を検知
し、コンピユータ１８は、圧縮圧力を高め始動性
をよくするために圧縮比を高める命令を出す。そ
して、エンジンが始動すると、センサ１７ａの圧
力センサが吸気負圧を検知し、所定の値、たとえ
は−180mmHg、になると、コンピユータ１８が、
回転数センサ１７ｂからの信号も考慮して、高負
荷にすべきか低負荷にすべきかの条件を判断し、
この条件より高負荷側で低圧縮比、低負荷側で高
圧縮比になるように加圧装置１５に命令を出すよ
うになつている。また、デイーゼル機関において
も、始動時に回転数センサ１７ｂがスタート信号
を検知し、コンピユータ１８は圧縮比を高める命
令を出す。そして、エンジンが始動すると、燃料
噴射時期タイマ内の油圧を圧力センサ１７ａで検
知し、所定の値、たとえば３Kg／cm²ｇになると、
コンピユータ１８がこの条件より高速側で低圧縮
比に、低速側で高圧縮比になるように加圧装置１
５に命令を出すようになつている。

上記のように構成された装置における作動はつ
ぎの通りである。まず、機関の運転時に運転条件
がセンサ１７ａ，１７ｂからコンピユータ１８に
入ると、コンピユータ１８は予めプログラムされ
たデータと比較し、加圧装置１５に命令を出す。
そこで加圧装置１５は圧縮比を高める命令を受け
ると油の圧力を高める。このため、オイルパン１
４内のオイルは、油供給パイプ１６ａ、加圧装置
１５を通り、圧力を高められて油通路８ａ、油通
路８ｂの油圧回路を通り油通路８ｃに達する。こ
こで、チエツクボール９ａに作用する力がスプリ
ング１０ａより強いため、チエツクボール９ａを
押し上げオイルはシエル油室６に入る一方、圧油
は油通路８ｂを介して切替弁１１を右へ押して第
２図の状態とする。このため油通路８ｄは閉とな
り、スカート油室７のオイルは油通路８ｅ、油逃
し通路８ｆを通つて外部へ流出する。したがつ
て、シエル油室６のオイルの増加に伴なつてピス
トンシエル１は上部に持ち上げられ、圧縮比が高
められる。

つぎに、コンピユータ１８からセンサ１７ａ，
１７ｂで検出した信号に応じて加圧装置１５に圧
縮比を下げる命令が出ると、加圧装置１５の加圧
は弱まり、油通路８ａ，８ｂに作用する油圧が低
下し、スプリング１０ａ，１１ａの付勢力によつ
てチエツクボール９ａは油通路８ｃを閉じ、切替
弁１１は第３図に示すように左へ移動し、油逃し
通路８ｆを閉じ、油通路８ｄと油通路８ｅとが接
続される。このため、シエル油室６のオイルはチ
エツクボール９ｂによつて逆流することなくスカ
ート油室７へ移動し、ピストンシエル１が下が
り、つぎの高圧縮の信号がコンピユータ１８から
出るまで低圧縮比を維持する。

〔考案の効果〕

本考案の内燃機関の可変圧縮比機構は上記の通
りであるから、本考案によるときは次の効果が得
られる。

ガソリン機関に本考案を適用した場合は、高負
荷のとき圧縮比が下がるのでノツキング、NOX、
エミツシヨンの発生を抑制でき、低負荷のときは
圧縮比を上げ熱効率を高めることにより燃費をよ
くすることができる。

また、デイーゼル機関に本考案を適用した場合
は、高速側で圧縮比を下げ、低速側で圧縮比を上
げるために、フリクシヨンが低減でき、熱効率も
高めることができ、燃費をよくすることができ
る。

さらに両機関とも低温始動時に圧縮比を高める
ことによつて圧縮比温度が上昇し、着火が早くな
つて始動性をよくすることができる。

さらにピストンシエルとスカート部内にピスト
ンコアを挿入する構成としたので、ピストンコア
外周の摺動部は燃焼室にさらされることがなく、
燃焼室で形成されるカーボンが該摺動部に入り込
むことはないので、摺動の信頼性が極めて高く、
作動不良が生じることはない。

さらに、本考案で用いられる切替弁は、その一
端でスプリング付勢を受け他端で作動油の圧力を
受けて、作動油圧で駆動されるようになつている
から、吸気負圧で機械的に駆動させるような一般
の切替弁駆動構造をとる必要がなく、構造が簡単
で作動の信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の内燃機関の可変圧縮比機構に
係る実施例の油圧回路も併せて示したピストン部
分の断面図、第２図は第１図の内燃機関の可変圧
縮比機構の切替弁近傍の高圧時の部分断面図、第
３図は第１図の内燃機関の可変圧縮比機構の切替
弁近傍の低圧時の部分断面図、である。 １……ピストンシエル、２……スカート部、３
……ピストンコア、６……シエル油室、７……ス
カート油室、８……油通路、９ａ，９ｂ……チエ
ツクボール、１０ａ，１０ｂ……スプリング、１
１……切替弁、１１ａ……スプリング、１５……
加圧装置、１７ａ，１７ｂ……センサ、１８……
コンピユータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ピストンを、ピストンの頂部の全面にわたつて
   拡がる部分と該部分の周囲から軸方向下方に向つ
   て延びる環状部分とから成るピストン外壁を形成
   するピストンシエル、ピストンシエルに固定され
   たスカート部、ピストンシエルおよびスカート部
   内に挿入されピストンピンに連結されピストンシ
   エルおよびスカート部に対して軸方向にスライド
   可能とされたピストンコア、とから構成し； ピストンコアとピストンシエルの間にシエル油
   室を形成するとともに、ピストンコアとスカート
   部との間にスカート油室を形成し； シエル油室とスカート油室を圧油の供給回路に
   接続するとともに、該シエル油室とスカート油室
   への圧油の供給回路に、内燃機関が低負荷のとき
   に圧油の圧力を大にし高負荷のときに圧油の圧力
   を下げるように圧油の圧力を変える加圧装置と、
   圧油の圧力が大になつたときに圧油をシエル油室
   に導入する逆止弁と、ピストンコア内に摺動可能
   に配置され圧油の圧力が下がつたときにシエル油
   室の圧油をスカート油室に流入させる切替弁と
   を、設け、さらに前記切替弁を、該切替弁の一端
   にスプリングを設けて切替弁軸方向に付勢すると
   ともに切替弁の他端に前記圧油の圧力をかけるこ
   とにより、前記圧油自体の圧力によつて制御駆動
   させるようにしたことを特徴とする内燃機関の可
   変圧縮比機構。