(57)【要約】【課題】燃焼室の圧力に応じて移動する移動部材を含み、移動部材の移動に伴って生じる騒音を抑制する内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室５の圧力変化を駆動源として、ばね装置が縮むことにより燃焼室に連通する副室の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する副室用ピストン５５と、副室用ピストン５５を係止する係止部５２と、副室用ピストン５５の移動速度を低下させる制動装置とを含む。制動装置は、副室用ピストン５５が係止部５２に係止している状態から移動し始めるときの制動力よりも、副室用ピストン５５が係止部５２に接触すべきときの制動力が大きくなるように形成されている。【選択図】図５
2012097656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有するばね装置を含み、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として、ばね装置が縮むことにより燃焼室の容積または燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備え、
容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する移動部材と、燃焼室の圧力が制御圧力未満のときに移動部材を係止する係止部と、移動部材の移動速度を低下させる制動手段とを含み、
移動部材が係止部に係止している状態から移動し始めるときの燃焼室の温度は、移動部材が係止部に接触すべきときの燃焼室の温度よりも低くなり、
制動手段は、燃焼室の温度に応じて移動部材の制動力が可変に形成されており、移動部材が係止部に係止している状態から移動し始めるときの制動力よりも、移動部材が係止部に接触すべきときの制動力が大きくなるように形成されていることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
容積可変装置は、燃焼室に連通する筒状部を含み、
移動部材は、筒状部の内部に配置され、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側にガス室を形成しており、
ばね装置は、ガス室を含み、移動部材が移動してガス室が圧縮されることにより弾性を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
係止部は、筒状部の燃焼室に向かう側の端部に筒状部の内部に突出するように形成され、係止部に囲まれる空間が燃焼室と副室との連通穴を構成しており、
移動部材は、筒状部に接触する枠部材と、枠部材の内側に配置され、連通穴に嵌合する形状を有する嵌合部材と、枠部材と嵌合部材との間に配置され、温度が上昇することにより枠部材に対して嵌合部材を移動させる駆動装置とを含み、
駆動装置は、燃焼室の温度が上昇すると、枠部材から移動部材を突出させるように形成されており、
移動部材が係止部に接触すべきときには、嵌合部材が枠部材から突出して連通穴に嵌合し、嵌合部材、枠部材および筒状部により囲まれる空間が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が発生することが知られている。
【０００３】
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。また、この公報においては、燃焼室に通じる副室が形成され、副室に上下に移動可能な副ピストンが挿入されている内燃機関が開示されている。副ピストンは、機械ばねで押圧されている。燃料が燃焼した時に、燃焼室の圧力により機械ばねが縮んで副ピストンが上昇し、燃焼室に通じる副室の容積が大きくなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている燃焼室の圧力を制御する装置は、燃焼室の圧力により機械ばねが縮んだり伸びたりして、圧力調整弁を開閉したり、副室に配置されている副ピストンを上下に移動させたりする。燃焼サイクルの吸気行程等の燃焼室の圧力が低い場合には、圧力調整弁の弁体または副ピストンは係止部に係止することより所定の位置に止まっている。燃焼室の圧力が所定の圧力を超えると、圧力調整弁の弁体または副ピストンが移動する。この後に、燃焼室の圧力が低下すると、圧力調整弁の弁体または副ピストンが元の所定の位置に戻る。
【０００６】
従来の技術における燃焼室の圧力を制御する装置は、圧力調整弁の弁体または副ピストン等の部材が高速で移動し、元の所定の位置に戻ったときに衝突音が生じる場合があった。例えば、副ピストンが着底するときに係止部と衝突し、大きな衝突音が生じていた。このために、燃焼室の圧力を制御する装置から騒音が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、燃焼室の圧力に応じて移動する移動部材を含み、移動部材の移動に伴って生じる騒音を抑制する内燃機関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】
【０００８】
本発明の内燃機関は、弾性を有するばね装置を含み、燃焼室の圧力が予め定められた制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として、ばね装置が縮むことにより燃焼室の容積または燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに移動する移動部材と、燃焼室の圧力が制御圧力未満のときに移動部材を係止する係止部と、移動部材の移動速度を低下させる制動手段とを含む。移動部材が係止部に係止している状態から移動し始めるときの燃焼室の温度は、移動部材が係止部に接触すべきときの燃焼室の温度よりも低くなり、制動手段は、燃焼室の温度に応じて移動部材の制動力が可変に形成されており、移動部材が係止部に係止している状態から移動し始めるときの制動力よりも、移動部材が係止部に接触すべきときの制動力が大きくなるように形成されている。
【０００９】
上記発明においては、容積可変装置は、燃焼室に連通する筒状部を含み、移動部材は、筒状部の内部に配置され、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側にガス室を形成しており、ばね装置は、ガス室を含み、移動部材が移動してガス室が圧縮されることにより弾性を有することができる。
【００１０】
上記発明においては、係止部は、筒状部の燃焼室に向かう側の端部に筒状部の内部に突出するように形成され、係止部に囲まれる空間が燃焼室と副室との連通穴を構成しており、移動部材は、筒状部に接触する枠部材と、枠部材の内側に配置され、連通穴に嵌合する形状を有する嵌合部材と、枠部材と嵌合部材との間に配置され、温度が上昇することにより枠部材に対して嵌合部材を移動させる駆動装置とを含み、駆動装置は、燃焼室の温度が上昇すると、枠部材から移動部材を突出させるように形成されており、移動部材が係止部に接触すべきときには、嵌合部材が枠部材から突出して連通穴に嵌合し、嵌合部材、枠部材および筒状部により囲まれる空間が形成されることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃焼室の圧力に応じて移動する移動部材を含み、移動部材の移動に伴って生じる騒音を抑制する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における内燃機関の容積可変装置の概略図である。
【図３】実施の形態１における容積可変装置を備える内燃機関の運転状態を説明するグラフである。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１における第１の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１における第１の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の他の概略断面図である。
【図６】実施の形態１における容積可変装置の制動装置の運転状態を説明するグラフである。
【図７】実施の形態１における第３の比較例の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図８】実施の形態１における第３の比較例のダンパの拡大概略断面図である。
【図９】実施の形態１における第４の比較例の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図１０】実施の形態１における第２の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図１１】実施の形態１における第２の容積可変装置の駆動装置の拡大概略断面図である。
【図１２】実施の形態１における第２の容積可変装置の駆動装置の他の拡大概略断面図である。
【図１３】実施の形態１における第３の容積可変装置の駆動装置の拡大概略断面図である。
【図１４】実施の形態１における第４の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図１５】実施の形態１における第４の容積可変装置の嵌合部材の概略斜視図である。
【図１６】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態２における第１の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図１７】実施の形態２における第１の容積可変装置の挿入部材と駆動装置との概略斜視図である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態２における第２の容積可変装置の筒状部材および副室用ピストンの部分の概略断面図である。
【図１９】実施の形態２における第３の容積可変装置を含むピストンの概略破断斜視図である。
【図２０】実施の形態２における第３の容積可変装置の制動装置の部分の拡大概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１から図１５を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間、および任意の位置にあるピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
【００１５】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気ガスを燃焼室５から排出するための通路である。
【００１６】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００１７】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室５に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
【００１８】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
【００１９】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が接続されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。
【００２０】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００２１】
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２２】
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。たとえば、第１気筒の圧縮上死点を０°としたときのクランク角度を検出することができる。すなわち、クランクシャフトの回転角度を検出することができる。
【００２３】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００２４】
図２に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、複数の気筒を有する。図２は、複数の気筒が並ぶ方向に機関本体を切断したときの断面図である。
【００２５】
本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、弾性を有するばね装置としての気体ばね５０を含む。気体ばね５０は、それぞれの気筒において燃焼室５に接続されている。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に連通する空間としての副室６０を有する。本実施の形態における容積可変装置は、副室６０の容積が変化する。
【００２６】
本実施の形態における容積可変装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室５の圧力変化を駆動源として副室６０の容積が変化する。すなわち、容積可変装置は、燃焼室５の圧力が変化することにより作動する。本発明における制御圧力は、容積可変装置が作動し始めるときの燃焼室の圧力である。すなわち、副室用ピストン５５が移動し始める時の燃焼室の圧力である。容積可変装置は、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生圧力以上になることを抑制する。本実施の形態においては、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
【００２７】
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
【００２８】
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
【００２９】
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
【００３０】
気体ばね５０は、内部に気体を密閉することにより弾性を有するように形成されている。気体ばね５０は、内部に気体を封入する封入機構を有する。気体ばね５０は、燃焼室５に連通している筒状部を構成する筒状部材５１を含む。本実施の形態における筒状部材５１は、円筒状に形成されている。筒状部材５１の内部には、移動部材としての副室用ピストン５５が配置されている。
【００３１】
筒状部材５１の内部の空間は、副室用ピストン５５により区画されている。筒状部材５１の内部には、燃焼室５に向かう側に副室６０が形成され、燃焼室５に向かう側と反対側にガス室６１が形成されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１に固定されておらず、矢印１００に示すように、筒状部材５１の軸方向に移動するように形成されている。
【００３２】
気体ばね５０のガス室６１には、燃焼室５の圧力が所望の制御圧力に到達したときに、副室用ピストン５５が移動し始めるように、加圧された気体が封入されている。本実施の形態においては、ガス室６１に空気が封入されている。密閉されたガス室６１の圧力により副室用ピストン５５が押圧されている。
【００３３】
容積可変装置は、副室用ピストン５５の移動を停止させる係止部５２を含む。本実施の形態における係止部５２は、筒状部材５１の燃焼室５に向かう側の端部に形成されている。係止部５２は、副室用ピストン５５を筒状部材５１の端部で係止する。副室用ピストン５５が係止部５２に接触している状態が、副室用ピストン５５が筒状部材５１の内部で着底している状態である。
【００３４】
図３に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および副室用ピストンの変位である。図３には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１の係止部５２に接触しているときの変位が零である。本実施の形態における容積可変装置は、燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に、燃焼室の圧力が制御圧力に到達した場合に、副室用ピストン５５が移動する。この結果、気体ばね５０の副室６０の容積が大きくなる。
【００３５】
図２および図３を参照して、圧縮行程の開始時には副室用ピストン５５が筒状部材５１の係止部５２に着底している。圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５の圧力が上昇する。ここで、ガス室６１には制御圧力に対応する圧力の気体が封入されているために、燃焼室５の圧力が制御圧力になるまでは、副室用ピストン５５は着底した状態が維持される。
【００３６】
図３に示す実施例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５の圧力が急激に上昇する。燃焼室５の圧力が制御圧力に達したときに、副室用ピストン５５が移動し始める。燃料の燃焼が進むと、ガス室６１が縮んで副室用ピストン５５の変位が大きくなる。副室６０の容積が大きくなる。このために、燃焼室５および副室６０の圧力が上昇することが抑制される。図３に示す例では、燃焼室の圧力がほぼ一定に保たれる。なお、厳密には副室用ピストン５５が移動することによりガス室６１内の圧力が上昇するために、燃焼室５の圧力も僅かに上昇する。
【００３７】
燃焼室５において、更に燃料の燃焼が進むと、副室用ピストン５５の変位は最大になった後に小さくなる。燃焼室５の圧力が減少して、副室用ピストン５５の変位が零に戻る。すなわち、副室用ピストン５５は着底する位置まで戻る。燃焼室５の圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５の圧力が減少する。
【００３８】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御することができる。
【００３９】
図３には、第１の比較例および第２の比較例の燃焼室の圧力のグラフが示されている。第１の比較例としての比較例１および第２の比較例としての比較例２は、本実施の形態における容積可変装置を有していない内燃機関である。内燃機関は、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期θｍａｘを有する。比較例１は、点火時期θｍａｘで点火したときのグラフである。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。ところが、比較例１のように点火時期が早いと、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力よりも高くなる。比較例１のグラフは、異常燃焼が発生しないと仮定している。一方で、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも小さくなるように点火時期を遅角させている。
【００４０】
比較例２の内燃機関では、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期よりも遅らせて点火している。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
【００４１】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力未満で燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。さらに、燃焼室の圧力が高い時間を長くすることができる。このため、比較例２の点火時期を遅らせた内燃機関よりも熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
【００４２】
図４に、本実施の形態における第１の容積可変装置の筒状部材の先端部分と副室用ピストンとの概略断面図を示す。図４（ａ）は、副室用ピストンが着底している状態を示し、図４（ｂ）は、副室用ピストンが移動し始めた直後の状態を示し、図４（ｃ）は、副室用ピストンが十分に移動したときの状態を示している。
【００４３】
図４（ａ）を参照して、本実施の形態における係止部５２は、筒状部材５１の内側に向かって突出するように形成されている。係止部５２に囲まれる空間が、燃焼室５と副室６０とを連通する連通穴６５を構成している。燃焼室５の圧力が制御圧力未満の場合には、副室用ピストン５５が係止部５２に着底している状態が維持される。副室用ピストン５５は、筒状部材５１の係止部５２に接触しており、係止部５２に係止されている。
【００４４】
本実施の形態における副室用ピストン５５は、筒状部材５１に接触している枠部材としての副室用ピストン本体５６を含む。副室用ピストン本体５６は、筒状部材５１の内部で摺動するように形成されている。また、副室用ピストン本体５６の周方向の表面には、シールリング７１が配置されている。シールリング７１は、副室用ピストン本体５６と筒状部材５１との間から空気が漏れることを抑制するように形成されている。
【００４５】
副室用ピストン５５は、副室用ピストン本体５６の内側に配置されている嵌合部材５７を含む。本実施の形態においては、副室用ピストン本体５６に凹部５６ｄが形成されている。嵌合部材５７は、凹部５６ｄに配置されている。嵌合部材５７は、副室用ピストン本体５６に対して移動可能に形成されている。嵌合部材５７は、連通穴６５に嵌合するように形成されている。また、嵌合部材５７の内部には、嵌合部材５７および副室用ピストン本体５６に囲まれる空間と、燃焼室５に通じる空間とを連通する通路５７ａが形成されている。
【００４６】
副室用ピストン５５は、副室用ピストン本体５６と嵌合部材５７との間に配置されている駆動装置５８を含む。駆動装置５８は、温度が上昇することにより嵌合部材５７を副室用ピストン本体５６に対して移動させるように形成されている。本実施の形態における駆動装置５８は、燃焼室５の気体の温度が高くなったときに、嵌合部材５７を移動させることにより副室用ピストン本体５６の端面から嵌合部材５７を突出させる。
【００４７】
図４（ｂ）を参照して、燃焼室５にて燃料が燃焼し、燃焼室５の圧力が制御圧力以上になると、矢印１０１に示すように、副室用ピストン５５は、係止部５２から離れる向きに移動する。副室用ピストン５５が移動し始めたときには、嵌合部材５７は副室用ピストン本体５６と一体的に移動する。
【００４８】
図４（ｃ）は、燃焼室５において、更に燃料の燃焼が進んだ状態を示している。燃料の燃焼が進むと、燃焼室５の圧力が更に高くなり、副室用ピストン５５の移動距離が大きくなる。また、燃焼室５の気体が高温になり、副室６０の気体の温度も高くなる。副室６０の気体の熱は、副室用ピストン本体５６および嵌合部材５７を通じて駆動装置５８に伝達される。このように、燃焼室５の気体の温度が上昇すると、駆動装置５８の温度も上昇する。
【００４９】
本実施の形態における駆動装置は、予め定められた温度に到達すると駆動するように形成されている。駆動装置５８が駆動して、矢印１０３に示すように、嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６に対して移動する。このときに、嵌合部材５７の通路５７ａを通って、副室６０の気体が嵌合部材５７および副室用ピストン本体５６に囲まれる空間に流入する。嵌合部材５７に通路５７ａを形成することにより、嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６に対して移動するときの抵抗を抑制することができる。
【００５０】
副室用ピストン５５は、矢印１０１に示すように係止部５２から離れる向きに移動を続けた後に、矢印１０２に示すように向きを変えて着底する向きに移動する。副室用ピストン５５は、嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６の端面から飛び出した状態で着底する位置に向かう。
【００５１】
図５に、本実施の形態における容積可変装置の筒状部材の先端部分と副室用ピストンとの他の概略断面図を示す。図５（ａ）は、副室用ピストンが着底する位置に近接した状態を示し、図５（ｂ）は、副室用ピストンが着底したときの状態を示している。
【００５２】
図５（ａ）を参照して、燃焼室５において更に燃料の燃焼が進むと、嵌合部材５７が突出した状態で、矢印１０２に示すように副室用ピストン５５が着底する位置に向かって移動する。嵌合部材５７の先端部が、連通穴６５に嵌合する。このときに、嵌合部材５７、筒状部材５１および副室用ピストン本体５６に囲まれる空間としての圧縮室６２が形成される。本実施の形態における圧縮室６２は、嵌合部材５７の周方向に沿って形成される。圧縮室６２の内部の気体は各部材の接触部分の隙間から徐々に抜ける。このために、副室用ピストン５５の移動速度が低下する。すなわち、副室用ピストン５５が制動される。副室用ピストン５５は速度が低下した状態で着底するために、副室用ピストン５５と係止部５２とが接触するときに生じる騒音を抑制することができる。
【００５３】
このように、本実施の形態における第１の容積可変装置は、副室用ピストン５５の移動速度を低下させる制動手段としての制動装置を備える。本実施の形態における制動装置は、副室用ピストン本体５６、嵌合部材５７、筒状部材５１および駆動装置５８を含む。本実施の形態における制動装置は、副室用ピストン５５が移動し始めるときの制動力が零であり、副室用ピストン５５が着底すべきときに所定の大きさの制動力が生じる。
【００５４】
図５（ｂ）は、副室用ピストン５５が着底したときの概略断面図である。嵌合部材５７は、連通穴６５に嵌合している。燃料の燃焼が終了すると、燃焼室５の気体の温度が低下する。排気行程および吸気行程に移行すると燃焼室５の気体の温度が低下する。特に、吸気行程においては、新気が燃焼室５に流入するために、燃焼室５の気体の温度が低くなる。副室用ピストン５５の熱は、燃焼室５の気体に向かって放出される。または、副室用ピストン５５の熱は、筒状部材５１を介してシリンダヘッド４に放出される。シリンダヘッド４は、機関冷却水により冷却されている。副室用ピストン５５の温度が低下し、駆動装置５８の温度も低下する。
【００５５】
駆動装置５８は、温度が低下すると、矢印１０４に示すように嵌合部材５７を移動させる。嵌合部材５７は、副室用ピストン本体５６の凹部５６ｄの内部に進入する。この結果、図４（ａ）で示されるように、嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６の凹部５６ｄの内部に収容される。次の燃焼サイクルにおいて、副室用ピストン５５が移動し始めるときには、嵌合部材５７が連通穴６５から抜けているために、応答性良く副室用ピストン５５が移動し始める。このように、それぞれの燃焼サイクルごとに嵌合部材５７の移動が繰り返される。
【００５６】
本実施の形態においては、副室用ピストン本体５６に嵌合部材５７が収容されたときに、ピストン本体５６の端面と嵌合部材５７の端面とが、同一平面状になるように形成されているが、この形態に限られず、嵌合部材５７の端面が副室用ピストン本体５６の端面よりも内側に配置されるように、嵌合部材５７が小さく形成されていても構わない。
【００５７】
図６に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の圧力、副室用ピストンの温度および副室用ピストン本体に対する嵌合部材の移動量を説明するグラフを示す。図６の例では、クランク角度θ１において点火されている。クランク角度θ２において、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達して、副室用ピストン５５が移動し始めている。副室用ピストンの温度は、燃焼室の温度に対応して変化する。
【００５８】
クランク角度θ１からクランク角度θ２までの期間においては、燃料が燃焼することにより、燃焼室５の気体の温度が上昇する。また、副室用ピストン５５の熱は、筒状部材５１を介して放出される。たとえば、筒状部材５１の係止部５２からシリンダヘッド４に放熱することができる。しかし、燃料の燃焼熱が大きいために、副室用ピストン５５の温度が上昇する。
【００５９】
クランク角度θ３において、副室用ピストン５５がほぼ着底している。クランク角度θ２からクランク角度θ３までは、副室用ピストン５５が移動することにより、燃焼室５の圧力がほぼ制御圧力に保たれる。クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間においては、副室用ピストン５５の熱は、ほとんど放出されずに蓄熱される。この期間においても燃料の燃焼が進行するために、副室用ピストン５５の温度が上昇する。
【００６０】
クランク角度θ４において、燃料の燃焼が終了している。クランク角度θ３からクランク角度θ４までの期間においては、燃焼室５において燃料の燃焼が僅かに残存している。副室用ピストン５５の熱は、たとえば筒状部材５１の係止部５２を介して放出される。この期間においては、副室用ピストン５５の温度は僅かに上昇する。
【００６１】
クランク角度θ４以降においては、燃料の燃焼が終了しているために、副室用ピストン５５の熱は、たとえば筒状部材５１の係止部５２を介して放出される。副室用ピストン５５の温度は下降する。さらに、排気行程および吸気行程では、燃焼室５の気体の温度が低くなり、副室用ピストン５５の温度が下降する。特に、吸気行程になると燃焼室５に流入する新気に冷却されるために、副室用ピストン５５は、所定の温度まで低下する。
【００６２】
クランク角度θ１からクランク角度θ３までの間に、副室用ピストン５５の温度が上昇することにより、駆動装置５８の温度が上昇する。図６の例においては、クランク角度θ２では、副室用ピストン本体５６に対する嵌合部材５７の移動量は、ほぼ零である。このために、副室用ピストン５５は、高速で移動し始める。クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間内において、副室用ピストン本体５６に対して嵌合部材５７が移動し始めている。クランク角度θ３において、副室用ピストン５５が、ほぼ着底する位置まで戻っている。クランク角度θ３では、嵌合部材５７の移動量が大きくなっている。このために、嵌合部材５７が連通穴６５に嵌合する。副室用ピストン５５は、減速して係止部５２に着底する。副室用ピストン５５が着底する時の騒音を抑制することができる。
【００６３】
燃焼サイクルの膨張行程から排気行程および吸気行程に移行すると、副室用ピストン５５の温度低下に伴って、駆動装置５８の温度も低下する。嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６の内部に収容される。
【００６４】
本実施の形態における内燃機関は、副室用ピストン５５が係止部５２に係止している状態から移動し始めるときの燃焼室５の気体の温度が、副室用ピストン５５が係止部５２に接触すべき時の燃焼室５の気体の温度よりも低くなる。本実施の形態における制動装置は、燃焼室５の気体の温度に応じて副室用ピストン５５の制動力が可変に形成されている。副室用ピストン５５が係止部５２に着底するときの騒音を抑制することができる。また、副室用ピストン５５が着底する時の衝突により、副室用ピストン５５や副室用ピストン５５を係止する係止部５２が破損することを抑制できる。
【００６５】
図７に、本実施の形態における第３の比較例の内燃機関の容積可変装置の概略断面図を示す。第３の比較例の容積可変装置においては、筒状部材５１の底部にダンパ７６が配置されている。ダンパ７６は、係止部５２に配置されている。
【００６６】
図８に、本実施の形態における第３の比較例の容積可変装置のダンパの拡大概略断面図を示す。第３の比較例のダンパ７６は、オイルダンパである。ダンパ７６は、容器７６ａを含む。容器７６ａの内部には、ピストン７６ｃが配置されている。ピストン７６ｃには、棒状部材７６ｂが固定されている。棒状部材７６ｂの端部には、押圧板７６ｄが配置されている。
【００６７】
容器７６ａの内部には、オイル７６ｈが充填されている。容器７６ａの内部にピストン７６ｃが配置されることにより、２つのオイル室が区画されている。ピストン７６ｃは、コイルスプリング７６ｇにより、棒状部材７６ｂが飛び出す向きに付勢されている。ピストン７６ｃの内部には、通路７６ｅが形成されている。通路７６ｅは、ピストン７６ｃにより区画される２つのオイル室が連通するように形成されている。通路７６ｅの途中には、オリフィス７６ｆが配置されている。オリフィス７６ｆは、通路７６ｅを流れるオイル７６ｈの流量を制限する。
【００６８】
図７および図８を参照して、副室用ピストン５５が移動して押圧板７６ｄから離れているときには、コイルスプリング７６ｇが伸びる。副室用ピストン５５は、矢印１０２に示すように、着底する位置に向かう。副室用ピストン５５は、係止部５２に向かって移動する。
【００６９】
副室用ピストン５５が、押圧板７６ｄに接触する。ダンパ７６においては、ピストン７６ｃが移動することにより、オイル７６ｈが一方のオイル室からオリフィス７６ｆを通って他方のオイル室に流れる。オリフィス７６ｆにより、オイル７６ｈの流量を制限することにより、ピストン７６ｃの速度を制限することができる。さらに、コイルスプリング７６ｇが縮むことにより、ピストン７６ｃの移動速度を低下させることができる。このために、副室用ピストン５５が係止部５２に着底すべき時の速度を低下させることができる。
【００７０】
本実施の形態における第３の比較例の容積可変装置においても、副室用ピストン５５が係止部５２に着底する時の速度を低下させることができる。しかしながら、第３の比較例の容積可変装置においては、副室用ピストン５５が高速で押圧板７６ｄに衝突する。第３の比較例の容積可変装置においては、オイルの漏れを防止するためのシール構造が複雑になるという問題がある。または、長時間使用すると、オイルが徐々に漏れて容器の内部に充填されているオイルが不足する虞がある。
【００７１】
図９に、本実施の形態における第４の比較例の容積可変装置の概略断面図を示す。図９は、第４の比較例の容積可変装置の筒状部材の先端部分および副室用ピストンの部分の概略断面図である。第４の比較例の容積可変装置の副室用ピストン５５は、副室用ピストン本体５６を含む。副室用ピストン本体５６は、燃焼室に向かって突出する凸部５６ｃを有する。凸部５６ｃは、係止部５２に囲まれる連通穴６５に嵌合するように形成されている。
【００７２】
第４の比較例の容積可変装置は、副室用ピストン５５が係止部５２に向かって戻るときに、凸部５６ｃが連通穴６５に嵌合する。このときに、副室用ピストン本体５６および筒状部材５１に囲まれる圧縮室６２が形成される。圧縮室６２が形成されることにより、副室用ピストン５５の移動速度を低下させることができる。副室用ピストン５５が係止部５２に着底する時の速度を遅くすることができる。
【００７３】
ところが、第４の比較例の容積可変装置においては、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達し、副室用ピストン５５が移動し始める時においても圧縮室６２が形成される。副室用ピストン５５が係止部５２から離れる速度が遅くなる。このために、燃焼室５の圧力上昇を抑制する機能が低下する。たとえば、副室用ピストン５５の移動速度が遅いと、燃焼室５の圧力が上昇を続けて、異常燃焼の発生圧力まで到達する虞がある。副室用ピストン５５の移動速度を低下させる制動装置は、副室用ピストンが移動し始めるときには制動力を小さくして高速で移動させることが好ましい。また、副室用ピストンが着底すべき時には制動力を大きくして低速で移動させることが好ましい。
【００７４】
本実施の形態における制動装置は、燃焼室の温度に基づいて制動力が変化する。移動部材が係止部に係止している状態から移動し始める時の制動力がほぼ零であり、移動部材が係止部に着底すべき時の制動力が大きくなる。このために、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときには、素早く移動部材を移動させて燃焼室の圧力上昇を抑制することができる。燃焼室の圧力変化に対する高い応答性を維持することができる。また、移動部材が着底すべき時には、大きな制動力を提供して騒音を抑制することができる。
【００７５】
本実施の形態における制動装置は、副室用ピストンが係止部に係止している状態から移動し始めるときの制動力が零であるが、この形態に限られず、制動装置は、移動部材が係止部に係止している状態から移動し始める時の制動力よりも、移動部材が係止部に接触すべき時の制動力が大きくなるように形成されていれば構わない。
【００７６】
次に、本実施の形態における容積可変装置の駆動装置について、複数の例を取り上げて説明する。
【００７７】
図１０は、本実施の形態における第２の容積可変装置の筒状部材の先端部分および副室用ピストンの概略断面図である。嵌合部材５７のほぼ中央部分には、凹部５７ｂが形成されている。凹部５７ｂの内部には、駆動装置７５が配置されている。
【００７８】
図１１に、本実施の形態における第２の容積可変装置の駆動装置の拡大概略断面図を示す。駆動装置７５は、筐体７５ａを有する。筐体７５ａは、嵌合部材５７の凹部５７ｂに固定されている。駆動装置７５は、筐体７５ａを貫通する棒状部材７５ｂを有する。棒状部材７５ｂの副室用ピストン本体５６に向かう側の端部には、接合板７５ｄが配置されている。接合板７５ｄは、副室用ピストン本体５６に固定されている。棒状部材７５ｂには、筐体７５ａの内部において移動可能な支持板７５ｃが固定されている。
【００７９】
支持板７５ｃの一方の側において、支持板７５ｃと筐体７５ａとの間には、コイルスプリング７５ｆが配置されている。コイルスプリング７５ｆは、温度が変化すると弾性力が強くなるように形成されている。本実施の形態におけるコイルスプリング７５ｆは、形状記憶合金により形成されている。コイルスプリング７５ｆは、低温では柔らかく、温度が上昇するにつれて硬くなる特性を有する。支持板７５ｃの他方の側において、支持板７５ｃと筐体７５ａとの間には、コイルスプリング７５ｅが配置されている。コイルスプリング７５ｅは、温度が変化しても、ほぼ一定の弾性力を有するように形成されている。
【００８０】
燃焼室５が低温の状態、すなわち駆動装置７５が低温の状態では、図１１に示すように、コイルスプリング７５ｆの弾性力が、コイルスプリング７５ｅの弾性力よりも小さくなる。支持板７５ｃが、凹部５７ｂの底部に向かって移動している。本実施の形態においては、接合板７５ｄが凹部５７ｂの内部に配置され、副室用ピストン本体５６と嵌合部材５７とが接触する。
【００８１】
図１２に、本実施の形態における第２の容積可変装置の駆動装置の他の拡大概略断面図を示す。燃焼サイクルの膨張行程等において、燃焼室５の気体の温度が上昇すると、駆動装置７５の温度も上昇する。形状記憶機能を有するコイルスプリング７５ｆの弾性力が強くなる。コイルスプリング７５ｆが固くなる。コイルスプリング７５ｆの弾性力は、コイルスプリング７５ｅの弾性力よりも大きくなる。支持板７５ｃは、副室用ピストン本体５６に向かって移動する。棒状部材７５ｂが移動して、嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６に対して相対移動する。嵌合部材５７が副室用ピストン本体５６から突出する。
【００８２】
このように、駆動装置７５は、形状記憶機能を有する機械ばねを含むことにより、嵌合部材５７を副室用ピストン本体５６から移動させることができる。図１０を参照して、副室用ピストン５５が着底すべき時に、副室用ピストン本体５６から嵌合部材５７を突出させることができる。また、燃焼サイクルの吸気行程等において、駆動装置７５の温度が低下したときには、コイルスプリング７５ｆの弾性力が弱くなり、嵌合部材５７は元の位置に戻る。
【００８３】
図１３に、本実施の形態における第３の容積可変装置の駆動装置の拡大概略断面図を示す。第３の容積可変装置は、駆動装置７７を含む。駆動装置７７は、嵌合部材５７の凹部５７ｂに配置されている。
【００８４】
駆動装置７７は、容器７７ａを有する。容器７７ａの内部には、ピストン７７ｃが配置されている。ピストン７７ｃには、棒状部材７７ｂが接合されている。棒状部材７７ｂは、容器７７ａを貫通している。棒状部材７７ｂの先端には、接合板７７ｄが固定されている。接合板７７ｄは、副室用ピストン本体５６に固定されている。
【００８５】
ピストン７７ｃは、容器７７ａの内部の空間を区画している。ピストン７７ｃにより区画される一方の空間には、温度が上昇することにより膨張する膨張部材としてのワックス７７ｆが充填されている。ピストン７７ｃにより区画される他方の空間には、コイルスプリング７７ｅが配置されている。コイルスプリング７７ｅは、ピストン７７ｃを押圧するように形成されている。
【００８６】
燃焼サイクルの膨張行程等において、燃焼室５の気体の温度が上昇することにより、駆動装置７７の温度が上昇する。ワックス７７ｆの温度が上昇することにより、ワックス７７ｆが膨張する。ピストン７７ｃが、凹部５７ｂの底部から離れる向きに移動する。ピストン７７ｃが移動することにより棒状部材７７ｂが移動して、副室用ピストン本体５６に対して嵌合部材５７を移動させることができる。副室用ピストン５５が着底すべき時に、副室用ピストン本体５６から嵌合部材５７を突出させることができる。燃焼サイクルの吸気行程等において、駆動装置７７の温度が低下したときには、ワックス７７ｆが収縮して、嵌合部材５７は元の位置に戻る。
【００８７】
図１４に、本実施の形態における第４の容積可変装置の筒状部材の先端部分と副室用ピストンの部分の概略断面図を示す。第４の容積可変装置においては、嵌合部材５７の燃焼室５に向かう側の一部分が切り欠かれている。
【００８８】
図１５に、本実施の形態における第４の容積可変装置の嵌合部材の概略斜視図を示す。嵌合部材５７は、円筒状に形成されている。嵌合部材５７は、周方向に延びる部分が板状に形成されている。嵌合部材５７には、気体が流通する通路５７ａが形成されている。嵌合部材５７の頂面には、駆動装置５８が配置される凹部５７ｂが形成されている。
【００８９】
嵌合部材５７は、燃焼室５に向かう側の端部が切り欠かれている。この構成により、嵌合部材５７を軽量化することができて、嵌合部材５７の移動速度を向上させることができる。すなわち、燃焼室５の気体の温度変化に対する嵌合部材の応答性を向上させることができる。または、駆動装置に必要な駆動力を小さくすることができる。
【００９０】
本実施の形態における駆動装置は、温度変化により弾性が変化するばねや温度変化により体積が変化するワックスが用いられているが、この形態に限られず、駆動装置は、温度により形状や体積等が変化する任意の部材を用いることができる。たとえば、駆動装置は、温度が上昇することにより湾曲するバイメタル等を含んでいても構わない。
【００９１】
本実施の形態における容積可変装置の制動装置は、副室用ピストンが着底すべきときにほぼ密閉される圧縮室が形成されているが、この形態に限られず、たとえば、僅かに圧縮室の気体を燃焼室等に逃す通路が形成されていても構わない。制動装置は、圧縮室が形成されることにより副室用ピストンの移動速度を低下させるように形成されていれば構わない。
【００９２】
本実施の形態における容積可変装置のばね装置は、気体が封入された気体ばねを含むが、この形態に限られず、ばね装置は、制御圧力に対応した付勢力で移動部材を付勢することができる任意の装置を採用することができる。たとえば、ばね装置は、コイルスプリングのような機械ばねを含んでいても構わない。また、ばね装置が流体ばねを含む場合には、流体ばねの内部の圧力を調整する圧力調整装置を流体ばねに接続することができる。流体ばねの内部の圧力を変化させることにより、制御圧力を調整することができる。
【００９３】
（実施の形態２）
図１６から図２０を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関も容積可変装置を備える。
【００９４】
図１６は、本実施の形態における第１の容積可変装置の筒状部材の先端部分と副室用ピストンとの概略断面図である。図１６（ａ）は、副室用ピストンが移動し始めた直後の状態を示し、図１６（ｂ）は、副室用ピストンが着底する位置に向かって移動している状態を示し、図１６（ｃ）は、副室用ピストンが係止部に近接した状態を示している。
【００９５】
図１６（ａ）を参照して、本実施の形態における第１の容積可変装置は、温度に基づいて駆動する駆動装置５８を含む。駆動装置５８は、筒状部材５１の係止部５２の内部に配置されている。駆動装置５８は、係止部５２に固定されている。筒状部材５１の係止部５２の内部には、板状に形成された挿入部材７８が配置されている。挿入部材７８は、係止部５２の内部において移動可能に形成されている。
【００９６】
図１７に、本実施の形態における第１の容積可変装置の駆動装置および挿入部材の概略斜視図を示す。挿入部材７８は、円筒状に形成されている。挿入部材７８の一方の端部には、駆動装置５８が配置されている。本実施の形態における第１の容積可変装置は、燃焼室５の気体の熱により駆動装置５８が高温になると、駆動装置５８が駆動して、挿入部材７８を押し上げるように形成されている。
【００９７】
図１６（ａ）を参照して、副室用ピストン５５は副室用ピストン本体５６を含む。副室用ピストン本体５６には、挿入穴５６ａが形成されている。挿入穴５６ａには、挿入部材７８が挿入可能に形成されている。挿入穴５６ａは、挿入部材７８の形状に対応して形成されている。本実施の形態における挿入穴５６ａは、挿入部材７８が挿入されたときに、挿入部材７８に接触するように形成されている。
【００９８】
燃焼サイクルの膨張行程等において、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達すると、副室用ピストン５５が、矢印１０１に示すように、係止部５２から離れる向きに移動する。この時には、副室用ピストン５５を制動する力が働いておらず、副室用ピストン５５は、高速で移動する。副室用ピストン５５が移動することにより、燃焼室５の圧力が、ほぼ制御圧力に保たれる。
【００９９】
図１６（ｂ）を参照して、燃焼室５における燃料の燃焼が進んで、燃焼室５の気体が高温になると、駆動装置５８も高温になる。駆動装置５８が駆動して、矢印１０３に示すように、挿入部材７８を移動させる。挿入部材７８は、係止部５２の表面から突出する。この状態において、矢印１０２に示すように、副室用ピストン５５が着底する位置に向かって移動する。本実施の形態における第１の容積可変装置の制動装置は、副室用ピストン５５が着底すべきときに圧縮室を形成するように形成されている。
【０１００】
図１６（ｃ）を参照して、副室用ピストン５５が係止部５２に着底すべきときには、挿入部材７８が挿入穴５６ａに挿入される。筒状部材５１、副室用ピストン本体５６、および挿入部材７８に含まれる圧縮室６２が形成される。圧縮室６２が形成されることにより、副室用ピストン５５が着底するときの移動速度を低下させることができる。
【０１０１】
燃焼サイクルの吸気行程等において、燃焼室５の気体の温度が低下した場合には、駆動装置５８が駆動することにより挿入部材７８が元の位置に戻される。次の燃焼サイクルにおいて、副室用ピストン５５が移動し始める時の制動力は零になる。このため、副室用ピストン５５が移動し始める時には、高速で副室用ピストン５５を移動させることができる。
【０１０２】
このように、駆動装置を筒状部材の内部に配置することによっても、圧縮室を形成して副室用ピストンが着底すべきときの移動速度を低下させることができる。副室用ピストンが着底する時に生じる騒音を抑制することができる。
【０１０３】
図１８に、本実施の形態における第２の容積可変装置の筒状部材の先端部分と副室用ピストンとの部分の拡大概略断面図を示す。図１８（ａ）は、副室用ピストンが着底している状態の概略断面図であり、図１８（ｂ）は、副室用ピストンが着底する位置に向かって移動しているときの概略断面図である。
【０１０４】
図１８（ａ）を参照して、本実施の形態の第２の容積可変装置は、駆動装置５８が、筒状部材５１の側壁に配置されている。駆動装置５８は、副室用ピストン５５が着底しているときの副室用ピストン５５の側方に配置されている。駆動装置５８は、コイルスプリング７９を介して押圧部材８０に接続されている。
【０１０５】
副室用ピストン５５は、副室用ピストン本体５６を含む。副室用ピストン本体５６の燃焼室５に向かう端部には、テーパ部５６ｂが形成されている。テーパ部５６ｂは、燃焼室５に向かって、徐々に径が小さくなる様に形成されている。本実施の形態の第２の容積可変装置の制動装置は、駆動装置５８、コイルスプリング７９、押圧部材８０および副室用ピストン本体５６のテーパ部５６ｂを含む。
【０１０６】
図１８（ａ）は、燃焼室が低温のときの状態を示している。押圧部材８０は、副室用ピストン５５から離れた位置に配置されている。燃焼サイクルの膨張行程等において、燃焼室の圧力が制御圧力に到達すると、矢印１０１に示すように、副室用ピストン５５が着底している位置から移動し始める。このときには、押圧部材８０が副室用ピストン５５から離れているために、副室用ピストン５５は、高速で移動することができる。
【０１０７】
図１８（ｂ）を参照して、燃焼室５における燃料の燃焼が進んで、燃焼室５の気体が高温になると、駆動装置５８も高温になる。駆動装置５８が駆動して、矢印１０３に示すように、押圧部材８０を移動させる。押圧部材８０は、筒状部材５１の内部に向かって突出する。押圧部材８０は、副室用ピストン本体５６のテーパ部５６ｂと接触可能になる。
【０１０８】
この状態において、矢印１０２に示すように、副室用ピストン５５が着底する位置に向かって移動することにより、テーパ部５６ｂと押圧部材８０とが接触して、押圧部材８０がテーパ部５６ｂを押圧する。副室用ピストン本体５６のテーパ部５６ｂが押圧されることにより、副室用ピストン５５は移動速度が低下する。副室用ピストン５５が係止部５２に着底する時の速度を遅くすることができる。燃焼サイクルの吸気行程等において、燃焼室５の気体の温度が低下した場合には、駆動装置５８が駆動して、押圧部材８０が元の位置に戻る。
【０１０９】
本実施の形態における第２の容積可変装置においても、副室用ピストン５５が着底するときに生じる騒音を抑制することができる。
【０１１０】
図１９に、本実施の形態における第３の容積可変装置を備える内燃機関のピストンの概略破断斜視図を示す。本実施の形態における第３の容積可変装置は、それぞれの気筒に配置されているピストンに形成されている。
【０１１１】
本実施の形態における第３の容積可変装置は、ばね装置がピストンの内部に形成されている。ピストン８３は、ピストン本体８４を含む。ピストン８３は、ピストン本体８４の上部を覆うように形成されている移動部材としての覆い部材８５を含む。ピストン本体８４と覆い部材８５とは、矢印１０１，１０２に示すように互いに相対移動する。
【０１１２】
ばね装置は、ピストン本体８４と覆い部材８５とにより構成されている。ピストン本体８４の上面と覆い部材８５とによりガス室８６が形成されている。ガス室８６には、制御圧力に対応した圧力にて気体が封入されている。ピストン８３は、ガス室８６からの気体の漏れを抑制する封止部材としてのピストンリング８７を有する。ピストンリング８７は、ピストン本体８４と覆い部材８５とが接触する領域に配置されている。覆い部材８５は、ピストン８３の冠面を構成する天板８５ａを有する。
【０１１３】
ピストン本体８４は、筒状に形成されている。ピストン本体８４は、コネクティングロッドに接続するためのピストンピンを挿入するための穴部８４ａを有する。ピストン本体８４の側面には、溝部８４ｃが形成されている。溝部８４ｃには、燃焼室５からクランクケースに燃焼ガスが漏れることを抑制するピストンリングまたは過剰なオイルを掻き落とすオイルリングが配置される。
【０１１４】
ピストン本体８４は、燃焼室５の圧力が制御圧力未満の時に覆い部材８５を係止する係止部８４ｂを有する。覆い部材８５は、係止部８４ｂに係止する爪部８５ｂを有する。覆い部材８５の内壁には、切欠き部８５ｃが形成されている。また、ピストン本体８４の内部には、駆動装置５８が配置されている。
【０１１５】
図２０に、本実施の形態における第３の容積可変装置の制動装置の部分の拡大概略断面図を示す。図２０は、覆い部材が移動した後に元の位置に戻るときの状態を示している。ピストン本体８４の係止部８４ｂに覆い部材８５の爪部８５ｂが接触しているときが、覆い部材８５が着底した状態である。
【０１１６】
本実施の形態における第３の容積可変装置の制動装置は、駆動装置５８、コイルスプリング７９、押圧部材８０および切欠き部８５ｃから構成されている。駆動装置５８は、ピストン本体８４に固定されている。駆動装置５８は、コイルスプリング７９を介して、押圧部材８０に接続されている。覆い部材８５の切欠き部８５ｃは、押圧部材８０の位置に対応する位置に形成されている。切欠き部８５ｃは、覆い部材８５の移動方向において、深さが徐々に変化するように形成されている。
【０１１７】
図１９を参照して、本実施の形態の第３の容積可変装置においては、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達すると、矢印１０１に示すように、覆い部材８５がピストン本体８４に対して相対的に移動する。このために、燃焼室５の容積が大きくなる。ガス室８６が圧縮されることにより、燃焼室５の圧力をほぼ制御圧力に保つことができる。この後に、燃焼室５の圧力が降下すると、矢印１０２に示すように、ガス室８６の体積が大きくなるように、ピストン本体８４に対して覆い部材８５が移動する。
【０１１８】
図２０を参照して、燃焼室５の気体の温度が上昇すると、駆動装置５８は、コイルスプリング７９を介して押圧部材８０を移動させる。押圧部材８０は、ピストン本体８４の側面から突出する。この後に、燃焼室５の気体の圧力が低下して、矢印１０２に示すように、覆い部材８５が元の位置に戻る。押圧部材８０が、覆い部材８５の切欠き部８５ｃに接触することにより、覆い部材８５の移動速度を低下させることができる。
【０１１９】
本実施の形態における第３の容積可変装置は、覆い部材８５の爪部８５ｂが、ピストン本体８４の係止部８４ｂに着底する時に生じる騒音を抑制することができる。すなわち、覆い部材８５が係止部８４ｂに接触するときに生じる騒音を抑制することができる。また、吸気行程等において燃焼室５の気体の温度が下降すると、駆動装置５８が駆動して、押圧部材８０が切欠き部８５ｃから離れた状態にすることができる。膨張行程等において覆い部材８５が移動し始めるときには、高速で移動させることができる。
【０１２０】
本実施の形態における第３の容積可変装置は、シリンダの頂部が縮むことにより、燃焼室の容積が増加して燃焼室の圧力上昇を抑制するように形成されている。このように、容積可変装置は、燃焼室に連通する空間の容積を変化させるのみではなく、燃焼室自体の容積を変化させるように形成されていても構わない。
【０１２１】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１２２】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【０１２３】
５    燃焼室
５０    気体ばね
５１    筒状部材
５２    係止部
５５    副室用ピストン
５７    嵌合部材
５８    駆動装置
６０    副室
６１    ガス室
６２    圧縮室
７５    駆動装置
７７    駆動装置
７８    挿入部材
７９    コイルスプリング
８０    押圧部材
８３    ピストン
８４    ピストン本体
８４ｂ    係止部
８５    覆い部材
８５ｂ    爪部
【図１】
2012097656.tif 000003
【図２】
2012097656.tif 000004
【図３】
2012097656.tif 000005
【図４】
2012097656.tif 000006
【図５】
2012097656.tif 000007
【図６】
2012097656.tif 000008
【図７】
2012097656.tif 000009
【図８】
2012097656.tif 000010
【図９】
2012097656.tif 000011
【図１０】
2012097656.tif 000012
【図１１】
2012097656.tif 000013
【図１２】
2012097656.tif 000014
【図１３】
2012097656.tif 000015
【図１４】
2012097656.tif 000016
【図１５】
2012097656.tif 000017
【図１６】
2012097656.tif 000018
【図１７】
2012097656.tif 000019
【図１８】
2012097656.tif 000020
【図１９】
2012097656.tif 000021
【図２０】
2012097656.tif 000022