JPH1150866A - 内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力性能の向上と耐ノッキング性能の向上とを
併せ図ることのできる内燃機関の可変圧縮比機構を提供
する。 【解決手段】車両用エンジン１０のシリンダヘッド１１
内には、燃焼室３２が設けられるとともに、動弁系機構
１２が配設されている。同動弁系機構１２は、バルブ１
３、バルブリフタ１４、コイルスプリング１５等を備え
て構成されている。また、シリンダヘッド１１における
上記バルブ１３のバルブフェース部１３ａと対応する箇
所には凹部２０が設けられ、この凹部２０内にはバルブ
シート１８が上下動可能に配設されている。バルブシー
ト１８の上方には、バルブシートを燃焼室３２側に付勢
する皿バネ２１が配設されている。皿バネ２１は、エン
ジン１０の高負荷運転に対応した所定の燃焼圧力時に弾
性変形してバルブシート１８の上方への移動を許容す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の可変圧縮
比機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関は、燃焼室内の圧縮比
を高くすれば、燃焼圧力が高くなり熱効率が上昇して出
力が向上する。しかしその反面、上記圧縮比を過剰に高
くすると、燃焼圧力が高くなりすぎてノッキングを生じ
る要因となってしまう。低負荷及び中負荷運転状態と高
負荷運転状態とでは燃焼室内で発生する燃焼圧力が異な
り、高負荷運転状態の燃焼圧力は、低負荷及び中負荷運
転状態での燃焼圧力と比べて高くなる。そのため従来、
上記燃焼室内の圧縮比は、機関高負荷時にノッキングを
生じない燃焼圧力になる程度の圧縮比に設定されてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
機関高負荷時の運転状態に合わせて燃焼室内の圧縮比を
設定すると、必然的に低負荷及び中負荷における出力性
能を低下させてしまうことになる。

【０００４】このように、耐ノッキング性能の向上と出
力性能の向上とは相容れない関係にあるため、上記圧縮
比を可変として、それら両方の性能を向上させることの
できる内燃機関の開発が従来から望まれている。

【０００５】本発明はこうした実情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、出力性能の向上と耐ノッキン
グ性能の向上とを併せ図ることのできる内燃機関の可変
圧縮比機構を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、内燃機関の燃焼室に設
けられるバルブの軸方向に移動可能に配設されて同バル
ブのフェース部が当接されるバルブシートと、該バルブ
シートを前記燃焼室側に付勢するとともに、前記燃焼室
内の燃焼圧力が機関の高負荷運転に対応した所定の燃焼
圧力に達するとき弾性変形して同バルブシートのバルブ
軸方向への移動を許容する弾性体とを備えたことをその
要旨とする。

【０００７】こうした構造によれば、燃焼室内の燃焼圧
力が上記所定の燃焼圧力に達しない内燃機関の低負荷及
び中負荷運転時においては燃料室内の圧縮比が高く維持
されるため、熱効率が上昇して出力は向上される。ま
た、燃焼室内の燃焼圧力が上記所定の燃焼圧力に達する
内燃機関の高負荷運転時においては、弾性体が変形して
バルブシートが燃焼室の外側に移動する。これにより、
燃料室内の圧縮比が低くなって燃焼圧力が低下されるた
め、ノッキングの発生も好適に低減される。

【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の内燃機関の可変圧縮比機構において、前記弾性体
は、その先端辺の全周が前記バルブシートに当接される
皿バネであることをその要旨とする。

【０００９】こうした構造によれば、弾性体自身にシー
ル機能が付加されることとなり、燃焼室内の燃焼ガスの
流出が防止される。そしてひいては内燃機関の出力効率
の低下も好適に防止される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を車両用エンジンに
適用した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。

【００１１】図１は本実施形態にかかる可変圧縮比機構
を模式的に示す車両用エンジンの断面図である。同図１
に示すように、車両用エンジン１０のシリンダヘッド１
１内には、吸気路または排気路としての通気路３１と、
その通気路３１と連通する燃焼室３２とが設けられてい
る。また、同シリンダヘッド１１内には、動弁系機構１
２が配設されている。同動弁系機構１２は、バルブフェ
ース部１３ａ及びバルブステム部１３ｂを有するバルブ
１３、カム１６の回転に伴ってこのバルブ１３を図中下
方にリフトするバルブリフタ１４、このバルブリフタ１
４を図中上方に付勢するコイルスプリング１５等を備え
て構成されている。すなわち、この動弁系機構１２にあ
って、上記バルブ１３及びバルブリフタ１４は、カム１
６及びコイルスプリング１５によって上記シリンダヘッ
ド１１内を上下に移動し、上記通気路３１と燃焼室３２
との連通部（ポート）１７を開閉する。

【００１２】一方、上記シリンダヘッド１１における上
記バルブフェース部１３ａと対応する箇所には凹部２０
が設けられ、この凹部２０内にはバルブシート１８が凹
部２０内を上下動可能に配設されている。このとき、バ
ルブシート１８と凹部２０の内壁との間には、バルブシ
ート１８の上下動を可能にするための僅かなクリアラン
スが設けられている。また、バルブシート１８の上方に
は、バルブシートを燃焼室３２側に付勢する皿バネ２１
が、凹部２０の内壁及びバルブシート１８に密着した状
態で、すなわち少なくともその先端辺の全周がバルブシ
ート１８に当接される状態で配設されている。そのた
め、上記バルブシート１８は、この皿バネ２１によって
上下動が規制されるとともに、バルブ１３が閉となって
いるときの燃焼室３２内の機密も好適に維持される。さ
らに、上記バルブステム部１３ｂと対応する箇所にはバ
ルブガイド１９が配設されている。なお、上記皿バネ２
１は、上記燃焼室３２内の燃焼圧力がエンジン１０の高
負荷運転に対応した所定の燃焼圧力に達するとき弾性変
形して、上記バルブシート１８の図中上方への移動を許
容するよう、その弾性係数（付勢力）が設定されてい
る。

【００１３】続いて、このように構成された可変圧縮比
機構の作用を図２に従って説明する。なお、図２（ａ）
及び（ｂ）は、同可変圧縮比機構の作用を示す拡大図で
ある。

【００１４】上記車両用エンジン１０が運転を開始する
と、すなわち燃焼室３２内で燃料が燃焼されると、同燃
焼室３２内には燃焼圧力が発生する。そして、上記エン
ジン１０の低負荷及び中負荷運転状態においては、図２
（ａ）に矢印Ｐで示す燃焼圧力が上記燃焼室３２内に発
生する。このとき、同図に矢印ＳＰで示す上記皿バネ２
１の上記バルブシート１８に対する付勢力は、この燃焼
圧力Ｐよりも強く設定されている。すなわち、上記燃焼
室３２内で上記燃焼圧力Ｐが発生しても、上記バルブシ
ート１８が上方に移動することはない。したがって、上
記エンジン１０の通常運転状態において、上記燃焼室３
２内の圧縮比は高く維持される。

【００１５】一方、上記車両用エンジン１０の高負荷運
転状態、例えば急加速時や登坂走行時等の高負荷運転状
態には、急激な吸入空気量の増加によって燃焼室３２内
に発生する燃焼圧力が異常に高くなる場合がある。そし
て、図２（ｂ）に示すように、その燃焼圧力が上記皿バ
ネ２１の上記バルブシート１８に対する付勢力ＳＰを越
える燃焼圧力Ｐmax になると、同燃焼圧力Ｐmax によっ
てバルブシート１８が上方に持ち上げられる。すなわち
この場合には、バルブシート１８が持ち上がることで燃
焼室３２内の容積がその持ち上がった分の容積だけ増す
こととなり、圧縮比が低くなる。これにより、高負荷運
転時におけるノッキングの発生が低減される。

【００１６】ところで、バルブシート１８と凹部２０の
内壁との間には僅かなクリアランスが設けられているた
め、燃焼室３２内の燃焼ガスがこのクリアランスを通っ
て上記通気路３１へ流出してしまうことが考えられる。
しかし上述したように、上記皿バネ２１はバルブシート
１８及び凹部２０の内壁に密着した状態で配設されてい
るため、同皿バネ２１によって燃焼ガスの流出は好適に
防止され、エンジン１０の出力効率が低下することはな
い。

【００１７】以上説明したように、本実施形態によれば
以下の効果が得られるようになる。 ・車両用エンジン１０の低負荷及び中負荷運転時には、
上記燃焼室３２内を高い圧縮比に保つことができるた
め、同エンジン１０の出力性能を向上させることができ
る。また、同エンジン１０の高負荷運転時には、上記燃
焼室３２内の圧縮比を低くして燃焼圧力を低下させるこ
とができるため、耐ノッキング性能を向上させることが
できる。換言すれば、燃焼室３２内の圧縮比を、通常、
高く設定しておくことにより、低負荷及び中負荷運転時
における出力性能を向上させることができ、高負荷運転
時においては、燃焼圧力を利用して燃焼室３２内の圧縮
比を低くして耐ノッキング性能を向上させることができ
る。

【００１８】・皿バネ２１によって、燃焼室３２内の燃
焼ガスが上記バルブシート１８と上記凹部２０の内壁と
の間のクリアランスから流出するのを防止することがで
きる。そのため、該クリアランスにパッキン等のシール
部材を設ける必要がなく、部品点数を低減して、上記車
両用エンジン１０の出力効率の低下を防止することがで
きる。

【００１９】・簡単な構造で上記燃焼室３２内の圧縮比
を可変とすることができるため、製造コスト、製造ＴＡ
Ｔ(Turn Around Time)、及び部品点数を低減することが
できる。

【００２０】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよく、その場合でも同様の作用及び効果を得ること
ができる。 ・上記実施形態では、皿バネ２１によって燃焼室３２内
の圧縮比を可変にしたが、この皿バネ２１を、図３に示
すようなジャバラ状のバネ（ジャバラバネ）４１に変更
してもよい。この場合も、上記ジャバラバネ４１は、上
記燃焼室３２内の燃焼圧力がエンジン１０の高負荷運転
に対応した所定の燃焼圧力に達するとき弾性変形して、
上記バルブシート１８の図中上方への移動を許容するよ
う、その弾性係数（付勢力）が設定されている。

【００２１】・上記実施形態では、皿バネ２１によって
燃焼室３２内の圧縮比を可変にしたが、この皿バネ２１
を、図４に示すようなコイルスプリング４２に変更して
もよい。但しこの場合には、バルブシート１８の周面に
凹部２０の内壁と接して、燃焼ガスの流出を防止するた
めのシール部材４３を配設することが望ましい。またこ
の場合も、上記コイルスプリング４２は、上記燃焼室３
２内の燃焼圧力がエンジン１０の高負荷運転に対応した
所定の燃焼圧力に達するとき弾性変形して、上記バルブ
シート１８の図中上方への移動を許容するよう、その弾
性係数（付勢力）が設定されている。

【００２２】ところで、本明細書において、弾性体と
は、皿バネ、コイルスプリング、ジャバラバネだけでな
く、板バネその他の各種弾性体をも含むものとする。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃焼室
内の燃焼圧力が上記所定の燃焼圧力に達しない内燃機関
の低負荷及び中負荷運転時においては燃料室内の圧縮比
を高く維持することができるため、熱効率を上昇させて
出力を向上させることができる。また、燃焼室内の燃焼
圧力が上記所定の燃焼圧力に達する内燃機関の高負荷運
転時においては、弾性体が変形してバルブシートが燃焼
室の外側に移動する。これにより、燃料室内の圧縮比を
低くして燃焼圧力を低下させることができるため、ノッ
キングの発生も好適に低減することができる。

【００２４】請求項２に記載の発明によれば、弾性体自
身にシール機能が付加されることとなり、燃焼室内の燃
焼ガスの流出を防止することができる。そしてひいては
内燃機関の出力効率の低下も好適に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の可変圧縮比機構を模式的に示す断
面図。

【図２】本実施形態の可変圧縮比機構の作用を示す拡大
図。

【図３】他の実施形態の可変圧縮比機構を模式的に示す
拡大図。

【図４】他の実施形態の可変圧縮比機構を模式的に示す
拡大図。

【符号の説明】

１０…車両用エンジン、１３…バルブ、１８…バルブシ
ート、２０…凹部、２１…皿バネ（弾性体）、３２…燃
焼室、４１…ジャバラバネ（弾性体）、４２…コイルス
プリング（弾性体）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室に設けられるバルブの
   軸方向に移動可能に配設されて同バルブのフェース部が
   当接されるバルブシートと、 該バルブシートを前記燃焼室側に付勢するとともに、前
   記燃焼室内の燃焼圧力が機関の高負荷運転に対応した所
   定の燃焼圧力に達するとき弾性変形して同バルブシート
   のバルブ軸方向への移動を許容する弾性体とを備えたこ
   とを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の内燃機関の可変圧縮比
   機構において、 前記弾性体は、その先端辺の全周が前記バルブシートに
   当接される皿バネであることを特徴とする内燃機関の可
   変圧縮比機構。