内燃机的变压缩比装置 【技术领域】
本发明涉及一种内燃机的变压缩比装置，特别是由活塞内件和活塞外件构成活塞，活塞内件通过活塞销连接到连杆上，活塞外件连接在该活塞内件上、使其外端面面向燃烧室、同时能在靠近活塞内件的低压缩比位置和靠近燃烧室的高压缩比位置之间移动，使活塞外件在低压缩比位置工作以降低发动机的压缩比，在高压缩比位置工作以提高该压缩比的技术的改良。
背景技术
以往，作为这样的内燃机的变压缩比装置，众所周知的有：(1)将活塞外件旋合在活塞内件的外周，通过使活塞外件正、反转，使其相对活塞内件进、退，使其在低压缩比位置和高压缩比位置工作的(例如参照日本专利公报特开平11-117779号)，和(2)将活塞外件能沿轴向滑动地嵌合在活塞内件的外周，在这些活塞内件和外件之间形成上部液压室和下部液压室，通过交替地向液压室供给高压油，使活塞外件在低压缩比位置和高压缩比位置工作的(例如参照日本专利公报特公平7-113330号)。
那么，上述(1)的装置，由于为了使活塞外件在低压缩比位置和高压缩比位置工作，必须使活塞外件旋转，所以，不能与燃烧室的天井面形状以及吸气和排气阀的配置位置相对应自由地设定活塞外件的顶面形状，充分地提高在高压缩比位置的发动机地压缩比很困难。另外，上述(2)的装置，特别是在活塞外件处于高压缩比位置时，在发动机的爆发行程，由于要用上部液压室的高压油支承活塞外件所承受的很大的轴向载荷，所以，上部液压室需要有耐高压的密封，除此之外，由于若上部液压室产生气泡的话，活塞外件的高压缩比位置变得不稳定了，也需要设置除去这样的气泡的消泡手段，作为一个整体，不免成本会很高。
【发明内容】
本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的是提供一种不用旋转活塞外件、能简单、准确地在低压缩比位置和高压缩比位置工作的内燃机的变压缩比装置。
为了达到上述目的，本发明的内燃机的变压缩比装置的第1特征是，具备：通过活塞销与连杆连接的活塞内件；仅能沿轴向滑动地嵌合在该活塞内件的外周、使外端面面向燃烧室、而且能在靠近活塞内件的低压缩比位置和靠近燃烧室的高压缩比位置之间移动的活塞外件；介装于上述活塞内件和外件之间、在允许活塞外件向低压缩比位置移动的非膨体位置和将活塞外件保持在高压缩比位置的膨体位置之间移动的膨体部件；交替地将该膨体部件保持在非膨体位置和膨体位置的执行元件。
根据该第1特征，由于若由执行元件将膨体部件移动到非膨体位置，则膨体部件允许活塞外件向低压缩比位置移动，所以，活塞外件由于来自燃烧室一侧的高压，能移动到低压缩比位置。另外，若由执行元件将膨体部件从非膨体位置移动到膨体位置的话，则能将活塞外件保持在高压缩比位置。
这期间，由于活塞外件不相对活塞内件旋转，所以，能使面向燃烧室的活塞外件的顶面形状与燃烧室的形状相对应，能有效地提高活塞外件在高压缩比位置的压缩比。而且，在活塞外件的高压缩比位置，在发动机的爆发行程，用膨体部件承受活塞外件所受到的来自燃烧室的很大的推力。因此，由于也避免了上述推力作用在执行元件上，所以，能实现执行元件的小输出化、进而紧凑化。另外，即使在用液压装置构成执行元件的场合，由于上述推力未作用在执行元件上，所以也不需要高压密封，另外，即使在液压室产生许多气泡，也不会使活塞外件的高压缩比位置不稳定。
另外，本发明的第2特征是，在第1特征的基础上，构成上述膨体部件和执行元件，使它们在上述活塞内件和外件的往复运动过程中，允许活塞外件通过使活塞内件和外件沿轴向相互离开或接近而作用的自然外力，在低压缩比位置和高压缩比位置之间移动。上述自然外力有活塞外件所受到的来自缸筒的内面的摩擦阻力和活塞外件的惯性力、作用在活塞外件上的吸气负压等。
根据该第2特征，在使活塞外件从低压缩比位置向高压缩比位置、或从高压缩比位置向低压缩比位置移动时，能利用自然外力，因此，如果执行元件能发出仅简单地使膨体部件在非膨体位置和膨体位置之间移动的输出就足够了，便于执行元件的小容量化和小型化。
再有，本发明的第3特征是，在第1或第2特征的基础上，将上述膨体部件介装于上述活塞内件和外件之间，使其能绕它们的轴线在非膨体位置和膨体位置之间转动，在该膨体部件和上述活塞内件及外件之一的轴向对峙面上形成分别制成凸状的第1凸轮和第2凸轮，这些第1和第2凸轮具有斜面和平坦的顶面，斜面用于在上述膨体部件从非膨体位置向膨体位置转动时在轴向相互背离地滑动，而顶面用于在上述膨体部件到达膨体位置时相互抵接。
根据该第3特征，在膨体部件从非膨体位置向膨体位置转动时，由于第1和第2凸轮在斜面上一边相互滑动，一边沿轴向离开，所以，能将活塞外件上推到高压缩比位置，而且，在膨体部件到达膨体位置时，第1凸轮和第2凸轮使平坦的顶面相互抵接，所以，在发动机的爆发行程，活塞外件受到的来自燃烧室的很大的推力垂直地作用在上述平坦的顶面上，能可靠地防止作为转动扭矩作用在膨体部件上。
再有，本发明的第4特征是，在第2特征的基础上，将上述膨体部件介装于上述活塞内件和外件之间，使其能绕它们的轴线在非膨体位置和膨体位置之间转动，在该膨体部件和上述活塞内件及外件之一的轴向对峙面上形成分别制成凸状的第1凸轮和第2凸轮，这些第1和第2凸轮具有在膨体部件到达膨体位置时相互抵接的平坦的顶面和从各顶面的周向两侧缘大致垂直地下降到各凸轮的根部的峭壁面。
根据该第4特征，由于使第1和第2凸轮的各两侧面为峭壁面，所以能将膨体部件的工作行程角度设定得较小，并将各凸轮的顶面制成得较大，能提高膨体部件的响应性能，同时，能降低作用在该顶面上的面压，也便于提高它们的耐用性能。
而且，在使活塞外件在低压缩比位置和高压缩比位置之间移动时，由于能利用使活塞内件和活塞外件沿轴向相互离开或接近的自然外力，所以，在膨体部件在非膨体位置和膨体位置之间转动时也不会出现故障。
再有，本发明的第5特征是，在第1～第4特征的任意一项的基础上，在上述活塞内件和活塞外件之间设有在活塞外件来到低压缩比位置时将活塞外件锁止在活塞内件上的活塞外件锁止手段。
根据该第5特征，在活塞外件来到低压缩比位置时能保证活塞内件和活塞外件一体地动作。
再有，本发明的第6特征是，在第1～第5特征的任意一项的基础上，在上述活塞内件和活塞外件之间设有在活塞外件来到高压缩比位置时能限制该活塞外件相对活塞内件向燃烧室一侧移动的活塞外件限制手段。
根据该第6特征，在活塞外件来到高压缩比位置时也能保证活塞内件和活塞外件一体地动作。
再有，本发明的第7特征是，在第1～第6特征的任意一顶的基础上，由用液压源的高压油使其动作、使膨体部件向膨体位置运动的液压动作手段和使膨体部件具有向非膨体位置一侧运动的趋势的回位弹簧构成上述执行元件。
根据该第7特征，对于液压动作手段，液压室有1个室就足够了，便于简化其结构。
再有，本发明的第8特征是，在第1～第7特征的任意一项的基础上，由支承在上述活塞内件上、在卡合在上述活塞外件内周面的锁止槽中的工作位置和离开该锁止槽的后退位置之间移动的锁止部件、使该锁止部件具有向工作位置运动的趋势的工作弹簧、用上述液压源的高压油使其动作、使锁止部件向后退位置运动的液压回位手段构成上述活塞外件锁止手段。根据第8特征，即使在活塞外件锁止手段，液压室有1个室也就足够了，便于简化其结构。
再有，本发明的第9特征是，在第1～第8特征的任意一项的基础上，由用液压源的高压油使其动作、使膨体部件向膨体位置运动的液压动作手段和使膨体部件具有向非膨体位置一侧运动的趋势的回位弹簧构成上述执行元件，另外，由支承在活塞内件上、在卡合在活塞外件内周面的锁止槽中的工作位置和离开该锁止槽的后退位置之间移动的锁止部件、使该锁止部件具有向工作位置运动的趋势的工作弹簧、用液压源的高压油使其动作、使锁止部件向后退位置运动的液压回位手段构成上述活塞外件锁止手段，将液压源的高压油同时供给到上述液压动作手段和液压回位手段。
根据该第9特征，能用共用的高压油合理地使执行元件和活塞外件锁止手段动作，能简化液压回路。
再有，本发明的第10特征是，在第1特征的基础上，沿上述膨体部件的周向配设多组上述执行元件。
根据该第10特征，由于沿膨体部件的周向配设多组执行元件，所以，执行元件在膨体部件的周向多处施加工作力，能可靠地使膨体部件从非膨体位置向膨体位置、或从膨体位置向非膨体位置转动，而且，能实现各执行元件的小型化，能很容易地将执行元件配设在活塞的狭小的内部。
再有，本发明的第11特征是，在第10特征的基础上，沿膨体部件的周向等间隔地配设多组上述执行元件。
根据该第11特征，在多组执行元件工作时，不会将偏负荷施加在膨体部件上，能使该部件平稳地转动。
再有，本发明的第12特征是，在第10或第11特征的基础上，中间隔着上述活塞销配设2组上述执行元件。
根据该第12特征，不会与活塞销干涉，能沿膨体部件的周向等间隔地配设2组执行元件，能更加简单地将执行元件配设在活塞的狭小的内部。
再有，本发明的第13特征是，在第1特征的基础上，由在上述活塞内件上、能分别自如滑动地配设在沿上述膨体部件的转动方向的同一轴线上的、中间隔着上述膨体部件的承压部相互对峙的工作部件和回位部件构成上述执行元件，通过交替地使这些工作部件和回位部件动作，交替地使上述膨体部件向非膨体位置和膨体位置转动。
根据该第13特征，由于由在上述活塞内件上、能分别自如滑动地配设在沿上述膨体部件的转动方向的同一轴线上的、中间隔着上述膨体部件的承压部相互对峙的工作部件和回位部件构成执行元件，所以，能使执行元件小型化，能很容易地将执行元件配设在活塞的狭小的内部。
再有，本发明的第14特征是，在第13特征的基础上，用能滑动地嵌装于在活塞内件上形成的同一柱塞孔中、中间隔着上述承压部相互对峙的工作柱塞和回位柱塞构成上述工作部件和回位部件。
根据该第14特征，由于工作柱塞和回位柱塞的柱塞孔是同一个孔，所以，加工简单，便于简化结构。
再有，本发明的第15特征是，在第13或第14特征的基础上，将上述工作部件和回位部件配置在与穿过上述承压部的中心的上述膨体部件的半径大致相交成直角的同一轴线上。
根据该第15特征，能通过承压部有效地将工作部件的工作力和回位部件的回位力传递到膨体部件，因此，能实现执行元件的小容量化和小型化。
现有，本发明的第16特征是，在第13～第15特征的任意一项的基础上，沿膨体部件的周向等间隔地配设多组上述执行元件。
根据该第16特征，由多组执行元件工作，不会将偏负荷施加在膨体部件上，能使该部件平稳地转动。
而且，上述活塞外件限制手段与后述的本发明的实施例中的挡圈18、118相对应。另外，上述液压工作手段与后述的工作柱塞23、123和第1液压室25、125相对应，上述液压回位手段与后述的第2液压室37、137和活塞38、138相对应。
再有，本发明的第17特征是，在第13～第16特征的任意一项的基础上，中间隔着上述活塞销配设2组上述执行元件。
根据该第17特征，不会与活塞销干涉，能沿膨体部件的周向等间隔地配设2组执行元件，能很容易地将执行元件配设在活塞的狭小的内部。
本发明的上述和其它目的、特征和优点，参照附图从以下详细描述的最佳的实施例的说明中就能明白。
【附图说明】
图1是具备本发明的第1实施例的变压缩比装置的内燃机的主要部位的纵剖主视图。
图2是沿图1的2-2线剖切的放大剖视图，表示低压缩比状态。
图3是沿图2的3-3线剖切的剖视图。
图4是沿图2的4-4线剖切的剖视图。
图5是沿图2的5-5线剖切的剖视图。
图6是沿图2的6-6线剖切的剖视图。
图7是表示高压缩比状态的、与图2对应的图。
图8是沿图7的8-8线剖切的剖视图。
图9是沿图7的9-9线剖切的剖视图。
图10A～图10C是用于说明膨体部件的作用的示意图。
图11是具备本发明的第2实施例的变压缩比装置的内燃机的主要部位的纵剖主视图。
图12是沿图11的12-12线剖切的放大剖视图，表示低压缩比状态。
图13是沿图12的13-13线剖切的剖视图。
图14是沿图12的14-14线剖切的剖视图。
图15是沿图12的15-15线剖切的剖视图。
图16是沿图12的16-16线剖切的剖视图。
图17是沿图12的17-17线剖切的剖视图。
图18是表示高压缩比状态的、与图12对应的图。图18是沿图17的18-18线剖切的剖视图。
图19是沿图18的19-19线剖切的剖视图。
图20是沿图18的20-20线剖切的剖视图。
图21A～图21C是用于说明膨体部件的作用的示意图。
【具体实施方式】
首先，从图1～图10C所示的本发明的第1实施例的说明开始。
在图1和图2中，内燃机E的发动机本体1由具有缸筒2a的缸体2、连接在该缸体2的下端的曲轴箱3和具有与缸筒2a相连的燃烧室4a并连接在缸体2的上端的缸盖4构成，连杆7的小端部7a通过活塞销6连接在能自如滑动地嵌装在缸筒2a中的活塞5上，连杆7的大端部7b连接在通过左右一对轴承8、8′能自如旋转地支承在曲轴箱3上的曲轴9的曲轴销9a上。
上述活塞5由通过活塞销6连接在连杆7的小端部7a上的活塞内件5a和能自如滑动地与该活塞内件5a的外周面和缸筒2a的内周面嵌合、使顶面面对燃烧室4a的活塞外件5b构成，在活塞外件5b的外周安装有能自如滑动地紧贴在缸筒2a的内周面上的多个活塞环10a～10c。
另外，如图2和图3所示，在活塞内件和外件5a、5b的滑动嵌合面上分别形成有在活塞5的轴向延伸并相互卡合的多个花键齿11a和花键槽11b，使活塞内件和外件5a、5b不能绕它们的轴线相对旋转。
在图2和图6中，在活塞内件5a的上面载置有能转动地嵌合在与其上面突设成一体的枢轴部12上的圆环状的膨体部件14。枢轴部12被分割成能容纳连杆7的小端部7a的多个(在图中为2个)的块体12a、12a。
膨体部件14能绕其轴线在设定的第1和第2膨体位置A、B之间转动，在膨体部件14和活塞外件5b之间设有凸轮机构15，该凸轮机构15使活塞外件5b随着膨体部件14的往复转动，交替地在靠近活塞内件5a的低压缩比位置L(参照图2和图10A)和靠近燃烧室4a的高压缩比位置H(参照图7和图10C)之间移动。
如图10A～图10C所表明的那样，凸轮机构15由在膨体部件14的上面形成的多个凸状第1凸轮16和在活塞外件5b的顶壁下面形成的多个凸状第2凸轮17构成，这些第1凸轮16和第2凸轮17，在膨体部件14处于非膨体位置A时，相互交替地沿周向排列，允许活塞外件5b向低压缩比位置L转换。在这些第1凸轮16和第2凸轮17上设有斜面16a、17a和平坦的顶面16b、17b，斜面16a、17a用于在膨体部件14从非膨体位置A向膨体位置B转动时在轴向相互背离地滑动，而顶面16b、17b用于在膨体部件14到达膨体位置B时相互接触、将活塞外件5b保持在高压缩比位置H。而且，作为在活塞外件5b到达高压缩比位置H时用于阻止活塞外件5b超过高压缩比位置H向燃烧室4a一侧移动的限制手段，与活塞内件5a的下端面相抵接的挡圈18锁止在活塞外件5b的下端部的内周面上。
在活塞内件5a和膨体部件14之间设有使膨体部件14向第1和第2膨体位置A、B转动的执行元件20。以下参照图2、图5和图6对该执行元件20进行说明。
在活塞内件5a上，中间隔着活塞销6设有与其平行延伸的有底的第1和第2柱塞孔21、22，第1和第2柱塞23、24能自如滑动地嵌装在这些柱塞孔21、22中。工作和回位柱塞23、24的前端从第1和第2柱塞孔21、22向同一方向伸出，在膨体部件14的下面突设有与这些柱塞的前端接触的第1和第2承压片14a、14b。
在第1柱塞孔21内，划分工作柱塞23的内端面对的第1液压室25，当将高压油供给到该室25时，承受该高压油，工作柱塞23通过第1承压片14a使膨体部件14向膨体位置B转动。另外，在第2柱塞孔22，划分回位柱塞24的内端面对的弹簧室26，靠收容在该室26中的回位弹簧27的力，回位柱塞24具有通过第2承压片14b使膨体部件14向非膨体位置A方向移动的趋势。膨体部件14的非膨体位置A通过工作柱塞23与第1柱塞孔21的底面接触、第1承压片14a与工作柱塞23的前端接触而被限定(参照图5)，膨体部件14的膨体位置B通过回位柱塞24与第2柱塞孔22的底面接触、第2承压片14b与回位柱塞24的前端接触而被限定(参照图9)。
于是，膨体部件14和执行元件20由于活塞外件5b的惯性力、和活塞外件5b所承受的来自缸筒2a内面的摩擦阻力、作用在活塞外件5b上的吸气负压等作用在活塞内件和外件5a、5b上的使它们沿轴向相互离开或接近的自然外力，允许活塞外件5b在低压缩比位置L和高压缩比位置H之间移动。
另外，在活塞内件5a和活塞外件5b之间，设有在活塞外件5b来到低压缩比位置L时将该活塞外件5b锁止在活塞内件5a上的活塞外件锁止手段30。以下参照图2和图4对该活塞外件锁止手段30进行说明。
在活塞内件5a的内周面上等间隔地形成有沿周向延伸的多个锁止槽31，多个锁止杆32通过枢轴33能自如摇动地安装在活塞内件5a上，使其在活塞外件5b来到低压缩比位置L时，能与这些锁止槽31卡合、分离。即，锁止杆32能在与锁止槽31卡合的工作位置C(参照图4)和离开锁止槽31的后退位置D(参照图8)之间摇动。
各锁止杆32由与锁止槽31卡合、分离的长臂部32a和隔着枢轴33向与长臂部32a相反的一侧延伸的短臂部32b构成，使长臂部32a具有向与锁止槽31卡合的方向运动的趋势的工作弹簧34压缩设置在长臂部32a和活塞内件5a之间。此时，在长臂部32a上形成有嵌合在工作弹簧34的内周、将其保持在规定位置的定位突起35。另一方面，在活塞内件5a上形成有与各短臂部32b对应的多个柱塞孔36，能自如滑动地嵌装在这些柱塞孔36中的多个活塞38的前端与短臂部32b的前端接触。在各柱塞孔36中，划分对应的活塞38的内端面对的第2液压室37，当将高压油供给到该第2液压室37时，活塞38承受该高压油，使锁止杆32反抗工作弹簧34的力离开锁止槽31。
如图4和图5所示，上述活塞销6和压入其中空部的套筒40之间划分成筒状的油室41，将该油室41连接到上述第1和第2液压室25、37上的第1和第2分配油路42、43跨设在活塞销6和活塞内件5a上。另外，如图1所示，油室41与跨设在活塞销6、连杆7和曲轴9上的油路44相连接，该油路44能用电磁换向阀45切换地连接在液压源—油泵46和油箱47上。
以下对该实施例的作用进行说明。
例如，在内燃机E紧急加速运转时，为了获得能避免爆击的低压缩比状态，如图1所示，使电磁换向阀45为非通电状态，使油路44与油箱47连通。这样的话，由于第1液压室25和第2液压室37任何一个都通过油室41和油路44与油箱47连通，所以，如图5所示，对于执行元件20，回位柱塞24靠回位弹簧27的弹簧力推压第2承压片14b，使膨体部件14转动到非膨体位置A。其结果如图10A所示，由于凸轮机构15的第1凸轮16和第2凸轮17为使顶部相互错开的配置，所以，在发动机的爆发行程或压缩行程，由燃烧室4a一侧的压力，活塞外件5b对活塞内件5a进行推压时；或在活塞5的上升行程，由于在活塞环10a～10c和缸筒2a内面之间产生的摩擦阻力，活塞外件5b对活塞内件5a进行推压时；或在活塞5的下降行程的后半行程，随着活塞内件5a的减速，活塞外件5b由于其惯性力而对活塞内件5a进行推压时；活塞外件5b能使第1凸轮16和第2凸轮17一边相互啮合，一边相对活塞内件5a下降，到达低压缩比位置L。此时，对于活塞外件锁止手段30，由于通过轴支承在活塞内件5a上的锁止杆32和活塞外件5b的锁止槽31相互对峙，所以，锁止杆32靠工作弹簧34的弹簧力而摇动，使长臂部32a卡合在锁止槽31中，由于这些长臂部32a和锁止槽31的卡合，活塞外件5b保持在低压缩比位置L。这样一来，在凸轮机构15没有间隙，活塞内件和外件5a、5b能既降低了压缩比，又能成为一体地在缸筒2a内升降。
另外，例如，在内燃机E高速运转时，为了获得能够提高输出的高压缩比状态，给电磁换向阀45通电，将油路44连接到油泵46上。这样一来，由于油泵46排出的高压油通过油路44和油室41供给到第1液压室25和第2液压室37，所以，如图8所示，首先，在活塞外件锁止手段30，活塞38承受第2液压室37的高压油，使锁止杆32反抗工作弹簧34的弹簧力向后退位置D摇动，使长臂部32a离开活塞外件5b的锁止槽31。若锁止杆32离开锁止槽31，则由于允许活塞外件5b向高压缩比位置H移动，所以，如图9所示，在执行元件20，工作柱塞23承受第1液压室25的高压油，推压第1承压片14a，使膨体部件14从非膨体位置A向膨体位置B转动。随着其转动，在凸轮机构15，第1凸轮16和第2凸轮17使斜面16a、17a一边相互滑动，一边沿轴向分离(参照图10B)，若膨体部件14到达膨体位置，则如图7所示，由于两凸轮16、17使平坦的顶面16b、17b相互接触(参照图10C)，所以，变成将活塞外件5b向上推到高压缩比位置H的状态。此时，由于活塞外件5b的挡圈18抵在活塞内件5a的下端面上，阻止活塞外件5b向燃烧室4a一侧再向上移动，所以，活塞外件5b的高压缩比位置H由于两凸轮16、17的顶面16b、17b的接触、和挡圈18抵在活塞内件5a的下端面上而被保持住。这样一来，在凸轮机构15没有间隙，活塞内件和外件5a、5b能既提高了压缩比，又能成为一体地在缸筒2a内升降。
于是，当活塞外件5b在低压缩比位置L和高压缩比位置H之间移动时，通过在活塞内件5a和活塞外件5b的嵌合面上形成的、能相互自如滑动地卡合的花键齿11a和花键槽11b，相对活塞内件5a的旋转被限制住，所以，使面向燃烧室4a的活塞外件5b的顶面形状与燃烧室4a的形状相对应，能有效地提高活塞外件5b在高压缩比位置H的压缩比。而且，在活塞外件5b的高压缩比位置H，在发动机的爆发行程时，由于活塞外件5b承受来自燃烧室4a的很大的推力，垂直地作用在第1凸轮16和第2凸轮17的相互接触的平坦的顶面16b、17b上，所以，由于该推力膨体部件14不能转动，因此，供给到第1液压室25的高压油不需要反抗上述推力那样的高压，另外，由于即使在第1液压室25中存在一些气泡，也能将活塞外件5b稳定地保持在高压缩比位置H，所以没有故障。
那么，若锁止杆32离开锁止槽31，则以下那样的自然外力促使活塞外件5b向高压缩比位置H移动。即，在发动机的吸气行程，由于吸气负压，活塞外件5b被拉向燃烧室4a一侧时；或在活塞5的下降行程，由于在活塞环10a～10c和缸筒2a内面之间产生的摩擦阻力，活塞外件5b要被活塞内件5a抛下时；或在活塞5的上升行程的后半行程，随着活塞内件5a的减速，活塞外件5b由于其惯性力要离开活塞内件5a时，活塞外件5b离开活塞内件5a而上升，能很容易地到达高压缩比位置H。其结果，与执行元件20的动作相互结合，能使活塞外件5b迅速地向高压缩比位置H移动，有助于提高响应性能。
如以上所述，在有助于活塞外件5b向低压缩比位置L和高压缩比位置H进行位置切换的自然外力中，活塞环10a～10c和缸筒2a内面之间的摩擦阻力和活塞外件5b的惯性力特别有效。另外，相对发动机转速的变化，上述摩擦阻力变化较小，与此相对，由于活塞外件5b的惯性力相应于发动机转速的上升，以2次曲线的形式增大，所以，对于活塞外件5b的位置切换来说，在发动机的低转速区域，上述摩擦阻力起支配作用，在发动机的高转速区域，活塞外件5b的惯性力起支配作用。
另外，由于执行元件20由靠第1液压室25的高压油工作、能使膨体部件14从非膨体位置A向膨体位置B转动的工作柱塞23和在释放第1液压室25的高压油时靠回位弹簧27的弹簧力工作、能使膨体部件14从膨体位置B返回到非膨体位置A的回位柱塞24构成，所以，液压室25用1个室就足够了，便于简化其结构。
另外，由于活塞外件锁止手段30由通过轴支承在活塞内件5a上、在卡合在活塞外件5b的锁止槽31中的工作位置C和离开锁止槽31的后退位置之间移动的锁止杆32、使该锁止杆32具有向工作位置C运动的趋势的工作弹簧34、靠第2液压室37的高压油工作且使锁止杆32向后退位置D动作的活塞38构成，所以，即使在该锁止手段30，液压室37用1个室就足够了，便于简化其结构。
再有，由于第1和第2液压室25、37，通过共用的电磁换向阀45能切换地与油泵46和油箱47连接着，所以，能用共用的高压油合理地使执行元件20和活塞外件锁止手段30动作，也便于简化液压回路，能提供廉价的变压缩比装置。
以下，对图11～图21C所示的本发明的第2实施例进行说明。
在图11和图12中，活塞105由通过活塞销106连接在连杆107的小端部107a上的活塞内件105a和能自如滑动地与该活塞内件105a的外周面和缸筒102a的内周面嵌合、使顶面面对燃烧室104a的活塞外件105b构成，在活塞外件105b的外周安装有能自如滑动地紧贴在缸筒102a的内周面上的多个活塞环110a～110c。
另外，如图12和图13所示，在活塞内件和外件105a、105b的滑动嵌合面上分别形成有在活塞105的轴向延伸且相互卡合的多个花键齿111a和花键槽111b，使活塞内件和外件105a、105b不能绕它们的轴线相对旋转。
在图12和图17中，在活塞内件105a的上面载置有能转动地嵌合在与其上面突设成一体的枢轴部112上的圆环状的膨体部件114，用小螺钉151将压着该膨体部件114的上面、阻止其离开该枢轴112的压环150固定在枢轴112的上面。枢轴部112被分割成能容纳连杆107的小端部107a的多个(在图中为4个)块体112a、112a。
膨体部件114能在绕其轴线设定的第1和第2膨体位置A、B之间转动，在膨体部件114和活塞外件105b之间设有凸轮机构115，该凸轮机构115使活塞外件105b随着膨体部件114的往复转动，交替地在靠近活塞内件105a的低压缩比位置L(参照图12和图21A)和靠近燃烧室104a的高压缩比位置H(参照图18和图21C)之间移动。
如图21A～图21C所表明的那样，凸轮机构115由在膨体部件114的上面形成的多个凸状第1凸轮116和在活塞外件105b的顶壁下面形成的多个凸状第2凸轮117构成，这些第1凸轮116和第2凸轮117，在膨体部件114处于非膨体位置A时，相互交替地沿周向排列，允许活塞外件105b向低压缩比位置L转换。这些第1凸轮116和第2凸轮117的沿膨体部件114的周向排列的两侧面成为从各凸轮116、117的根部大致垂直立起的峭壁面116a、117a，连接两峭壁面116a、117a的上缘之间的平坦的顶面116b、117b在膨体部件114到达膨体位置B时相互接触，将活塞外件105b保持在高压缩比位置H。这样一来，通过使第1和第2凸轮116、117的两侧面成为峭壁面116a、117a，能减小沿周向排列的各凸轮116、117的邻接间隔，另外，与上述第1实施例的场合相比，能将各凸轮116、117的顶面116b、117b的总面积设定得很大。
作为在活塞外件105b到达高压缩比位置H时用于阻止活塞外件105b超过高压缩比位置H向燃烧室104a一侧移动的限制手段，与活塞内件105a的下端面相抵接的挡圈118锁止在活塞外件105b的下端部的内周面上。
如图12、图15和图16所示，在活塞内件105a和膨体部件114之间设有多组使膨体部件114向第1和第2膨体位置A、B转动的执行元件120，图中所示例子设有2组。以下对配设有2组执行元件120情况下的结构进行说明。
在活塞内件105a上，中间隔着活塞销106设有与其平行延伸的一对有底的柱塞孔121、121，和贯通各柱塞孔121、12的中间部的上壁的长孔154、154，一体地突出设置在膨体部件114的下面的、排列在其直径线上的一对承压销114a、114a穿过这些长孔154、154面向柱塞孔121、121。长孔154、154不妨碍承压销114a、114a与膨体部件114一起在非膨体位置A和膨体位置B之间移动。
中间隔着对应的承压销114a、114a，工作柱塞123、123和有底圆筒状的回位柱塞124、124能滑动地嵌装在柱塞孔121、121中。此时，工作柱塞123、123和回位柱塞124、124配置成分别关于活塞105的轴线点对称。
在柱塞孔121的底部，划分成工作柱塞23的、与承压销114a相反一侧的端部面对的第1液压室125，当将高压油供给到该室125时，承受该高压油，工作柱塞23通过对应的承压销114a使膨体部件114向膨体位置B转动。第1液压室125通过第1分配油路142、油室141与油路144(图11)相连接，该油路144通过电磁换向阀145能切换地与液压源—油泵146和油箱147相连接。
另外，用挡圈153、153将弹簧保持环152、152锁止在柱塞孔121、121的敞口端，在这些弹簧保持环152、152和回位柱塞124、124之间，压缩设置有使回位柱塞124、124分别具有向承压销114a、114a一侧运动的趋势的、由螺旋弹簧构成的回位弹簧127、127，回位柱塞124、124能靠这些回位弹簧127、127的弹簧力，通过承压销114a、114a使膨体部件114向非膨体位置A转动。
各工作柱塞123为了减轻重量，用杯状的柱塞本体123a和压入并固定在该柱塞本体123a的敞口端的硬质材料的帽123b制成空心状，配置成使该帽123b与承压销114a相接触。另外，各回位柱塞124为了减轻重量也制成杯状，配置成使其底壁与承压销114a接触。
各弹簧保持环152具备在回位弹簧127的内侧进入到回位柱塞124内的圆筒状的裙部152a，由该裙部152a以防止回位弹簧127被压弯。
膨体部件114的非膨体位置A通过工作柱塞123、123与各柱塞孔121、121的底面接触、承压销114a、114a与工作柱塞123、123的前端接触而被限定(参照图15)，膨体部件114的膨体位置B通过回位柱塞124与弹簧保持环152的裙部152a接触、承压销114a与回位柱塞124的前端接触而被限定(参照图20)。这样一来，能避免在膨体部件114的非膨体位置A邻接的第1和第2凸轮116、117的侧面相互接触，活塞外件105b能平稳地移动到高压缩比位置H。
由于活塞外件锁止手段130等其它结构与上述第1实施例相同，所以，在图11～图21C中，在与第1实施例对应的部分标在第1实施例的参考符号的数字上加100的参考符号，且省略其说明。
在该第2实施例，活塞外件105b从低压缩比位置L向高压缩比位置H移动、以及从高压缩比位置H向低压缩比位置L移动，是在活塞105的往复运动过程中，仅利用作用在活塞内件和外件105a、105b上的上述自然外力，使其沿轴向离开或接近(参照图21B)。因此，如图21C所示，如果执行元件120能产生仅使膨体部件114简单地在非膨体位置A和膨体位置B之间移动的输出就足够了，便于执行元件120的小容量化和小型化。
另外，在第1和第2凸轮116、117，能将沿滑动方向排列的两侧面作为峭壁面116a、117a，不具备上述第1实施例那样的斜面16a、17a的部分，能将膨体部件114的工作行程角度设定得较小，并能将各凸轮116、117的顶面116b、117b制得较大，能提高膨体部件114的响应性能，同时，能降低作用在该顶面116b、117b上的面压，以便于提高它们的耐用性能。
另外，如图15和图16所示，等间隔地配设多组用于使膨体部件114动作的执行元件120，所以，在膨体部件114上不会有偏负荷，能使其绕枢轴112平稳地转动，而且，由于多组执行元件120的总输出大，所以，便于各组执行元件120的小容量化，进而小型化。
另外，由于各组执行元件120的构成要素—工作柱塞123和回位柱塞124嵌装在活塞内件105a上形成的共同的柱塞孔121中，所以，结构简单，而且孔加工单纯，有助于降低成本。
另外，在配设2组执行元件120的场合，由于在活塞内件105a上与活塞销106平行地形成各自的柱塞孔121、121，所以，不会与活塞销106干涉，能等间隔地沿活塞105的周向配设2组执行元件120、120。
另外，由于配置工作和回位柱塞123、124的轴线，使其横穿各承压销114a的轴线、且与枢轴112的半径交叉大致成直角，所以，能将工作和回位柱塞123、124的推压力通过承压销114高效地传递到膨体部件114上，有助于执行元件120的紧凑化。
另外，由于工作和回位柱塞123、124的各端面和承压销114a的圆筒状外周面以线接触的形式进行接触，所以，与上述第1实施例的情况相比，其接触面积大，便于降低面压，有助于提高耐用性能。
本发明并不限于上述实施例，在不脱离其主旨的范围内能进行各种设计变更。例如，即使电磁换向阀45、145的工作形式与上述实施例的场合相反也没关系。即，也可以在该换向阀45、145的非通电状态下，将油路44、144连接到油泵46、146上，在通电的状态下，将油路44、144连接到油箱47、147上。