JP2003206771A

JP2003206771A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2003206771A
Application number: JP2002009040A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Kamiyama; 栄一神山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP4165074B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、可変圧縮比型の内燃機関が
有する種々の問題を解決し、内燃機関としての性能を向
上させることのできる内燃機関を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関は、ロアケース４に対
してシリンダブロック３をスライドさせるスライド機構
を備えており、スライド機構が、シリンダブロック３と
ロアケース４との間に構築され、かつ、シリンダ２の両
側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対の
カム軸９を有し、カム軸９が、軸部９ａと、軸部９ａに
対して固定されているカム部９ｂと、軸部９ａに対して
回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとを有し、カ
ム部９ｂが、シリンダブロック３に形成されたカム収納
孔５に収納されると共に、可動軸受部が、ロアケースに
形成された軸受収納孔８に収納されていることを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内容積を
変更可能にして圧縮比を可変制御することのできる可変
圧縮比型の可変ピストンストローク型の内燃機関に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な内燃機関（エンジン）に
おいては、シリンダ内容積は一定で圧縮比も一定である
（バルブの開閉タイミングを変えることによって、実効
ストローク量や圧縮比を変えるエンジンは実用化されて
いるが、その制御範囲は限定的である）。しかし、運転
状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費
性能や出力性能を向上させることができる。そこで、圧
縮比を可変制御することによってこれらの性能向上を図
る可変圧縮比型の内燃機関が発明考案されている。特開
平7-26981号公報には、このような可変圧縮比型の内燃
機関が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した公報
に記載の内燃機関は、機構的に完成しておらず、エンジ
ンブロックが弾性変形しないと（エンジンブロックがシ
リンダ中心軸に直角な方向にたわまないと）成立しない
ようなものであり、十分に機能し得るものではなかっ
た。あるいは、弾性変形しない場合は、シリンダブロッ
クがロアケース（クランクケース）に対して、シリンダ
中心軸に直角な方向に移動しなくてはならず、シリンダ
ブロックとロアケースとの間に隙間を確保しておかなく
てはせいりつしないものであり、十分に機能し得るもの
ではなかった。

【０００４】また、可変圧縮比型の内燃機関としては、
シリンダをロアケースに対して傾斜させ、シリンダ内容
積を変化させるものも特表平7-506652号公報などに記載
されている。しかし、このような機構の可変圧縮比型の
内燃機関においては、シリンダを傾斜させるため、シリ
ンダが傾斜しても運転に影響しないようにストローク量
を大きく確保しておかなければならず、この点からの制
約が大きいものであった。

【０００５】また、上記公報に記載の内燃期間では、シ
リンダを傾斜させるのに偏心軸（クランク機構）を用い
ているが、このようにすると発生するモーメントが大き
くなり、強度的に不利となってしまう。また、燃焼時の
圧力がシリンダを傾斜させるためのギア（偏心軸を回転
させるギア）を回転させる方向に働いてしまうので、燃
焼時の圧力でギアが回転してしまわないようにする機構
が必要である。また、シリンダをクランクケースに対し
て傾斜させるため、Ｖ型エンジンなどへの搭載が非常に
困難な機構となっている。

【０００６】即ち、従来の可変圧縮比型の内燃機関は、
まだ十分に実用化されていると言える段階にはなく、実
用化するには種々の問題があり、更なる研究・改良が必
要な段階にある。本発明の目的は、このような可変圧縮
比型の内燃機関が有する種々の問題を解決し、内燃機関
としての性能を向上させることのできる内燃機関を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関は、シリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ
内で往復運動するピストンと、シリンダの軸線方向にス
ライド可能にシリンダブロックを取り付けるロアケース
と、ロアケースに対してシリンダブロックをスライドさ
せるスライド機構とを備えており、スライド機構が、シ
リンダブロックとロアケースとの間に構築され、かつ、
シリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回
転する一対のカム軸を有し、カム軸が、軸部と、軸部に
対して固定されているカム部と、軸部に対して回転可能
に取り付けられた可動軸受部とを有し、カム部が、シリ
ンダブロック又はロアケースの一方に形成されたカム収
納孔に収納されると共に、可動軸受部が、シリンダブロ
ック又はロアケースの他方に形成され、該可動軸受部を
保持する軸受収納孔に収納されていることを特徴として
いる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関において、一対のカム軸を回転させる単一の
モータをさらに備えており、モータが、その出力軸に螺
旋方向が逆方向の一対のウォームギアを有しており、一
対のウォームギアが、カム軸の一端にそれぞれ取り付け
られたギアと噛み合っていることを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の内燃機関において、各カム軸が、複数組のカム部及び
可動軸受部を配列させて有していることを特徴としてい
る。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏
心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納
孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部もカム軸の
中心に対して偏心したカム部と同一の円形を有し、か
つ、軸受収納孔もカム収納孔と同一の円形を有している
ことを特徴としている。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏
心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納
孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部が一対の平
行辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸
受部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を
有していることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の内燃機関の実施形態につ
いて、以下に説明する。まず、図１〜図６に第一実施形
態の内燃機関を有する内燃機関（エンジン）１を示す。

【００１３】以下に説明するエンジン１は、可変圧縮比
型のエンジンであり、シリンダ２を有するシリンダブロ
ック３をロアケース（クランクケース）４に対してシリ
ンダ２の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更
するものである。このため、本実施形態のエンジンは、
ロアケース４に対してシリンダブロック３を移動させる
移動機構が構築されている。

【００１４】また、ロアケース４に対してシリンダブロ
ック３が移動するが、燃焼時の圧力で両者の位置が勝手
に変わるようでは困る。本実施形態では、燃焼時の圧力
でロアケース４に対するシリンダブロック３の位置が容
易に加わらないような機構も構築されている。この機構
は、ごく簡単な機構とされており、複雑な機構や重量増
を招かないような配慮がなされている。

【００１５】さらに、ロアケース４に対してシリンダブ
ロック３がシリンダ２の軸方向に移動するため、シリン
ダ２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行うカムシ
ャフト１７はロアケース４に対して移動することとな
る。カムシャフト１７の駆動力は、ロアケース４内に配
置されたクランクシャフト１５からチェーンやベルトを
介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施形態
の内燃機関ではなされている。

【００１６】シリンダブロック３がロアケース４に対し
て移動可能とされていること、及び、その移動機構を備
えていること、カムシャフトへの駆動力の伝達、以外の
部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはない
ので、以下には上述した点のみを重点的に説明し、従来
のエンジンと同様の部分については説明を省略する。

【００１７】図１に示されるように、シリンダブロック
３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各
隆起部にカム収納孔５が形成されている。カム収納孔５
は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔５は、
円形を有しており、シリンダ２の軸方向に対して直角
に、かつ、複数のシリンダ２（本実施形態のエンジン１
は四気筒エンジン）の配列方向に平行になるようにそれ
ぞれ形成されている。カム収納孔５は、シリンダブロッ
ク３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔
５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダ
ブロック３の両側のカム収納孔５の一対の軸線は平行で
ある。

【００１８】ロアケース４には、上述したカム収納孔５
が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁
部が形成されている。各立壁部のロアケース４外側に向
けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。ま
た、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキ
ャップ７が用意されており、キャップ７を半円形の凹部
を有している。各立壁部にキャップ７を取り付けると、
円形の軸受収納孔８が形成される。軸受収納孔８の形状
は、上述したカム収納孔５と同一である。

【００１９】複数の軸受収納孔８は、カム収納孔５と同
様に、シリンダブロック３をロアケース４に取り付けた
ときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ、複数
のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形
成されている。これらの複数の軸受収納孔８も、シリン
ダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複
数の軸受収納孔８は全て同一軸線上に位置している。軸
受収納孔８は、片側に四つずつ形成される。そして、シ
リンダブロック３の両側の軸受収納孔８の一対の軸線は
平行である。また、両側のカム収納孔５の間の距離と、
両側の軸受収納孔８との間の距離は同一である。

【００２０】交互に配置される二列のカム収納孔５と軸
受収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム
軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａ
の中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定され
た正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カ
ム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に
取り付けられた可動軸受部９ｃとからなる。本実施形態
では、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが交互に配置され
ている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。ま
た、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取付部９
ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取付部９ｄの
中心とは偏心しており、全カム部９ｂの中心と取付部９
ｄの中心とは一致している。

【００２１】可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心
されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。実際
にカム軸９を構築するには、最も端部の一つのカム部９
ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸９が製造さ
れ、これに可動軸受部９ｃと他のカム部９ｂとが挿入さ
れる。そして、カム部９ｂのみがビスなどで軸部９ａに
固定される（圧入や溶接でも良い）。軸部９ａ上のカム
部９ｂの数は、シリンダブロック３片側のカム収納孔５
の数と一致する。また、カム部９ｂの厚さも、対応する
各カム収納孔５の長さと一致する。同様に、軸部９ａ上
の可動軸受部９ｃの数は、ロアケース４片側に形成され
る軸受収納孔８の数と一致する。また、可動軸受部９ｃ
の厚さも、対応する各軸受収納孔８の長さと一致する。

【００２２】各カム軸９において、複数のカム部９ｂの
偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形
は、カム部９ｂと同一正円であるので、可動軸受部９ｃ
を回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数
の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができ
る。この状態で、シリンダブロック３とロアケース４と
を組み合わせて複数のカム収納孔５と複数の軸受収納孔
８とで形成される長孔にカム軸９が挿入されて組み立て
られる。なお、カム軸９をシリンダブロック３及びロア
ケース４に対して配置させた後にキャップ７を取り付け
ても良い。

【００２３】カム収納孔５、軸受収納孔８、カム部９ｂ
及び可動軸受部９ｃの形状は全て同一の正円形である。
また、シリンダブロック３は、ロアケース４に対してス
ライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面
とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのよ
うな部材を配置して気密性を確保する（他の手法によっ
てシールを行っても良い）。

【００２４】各カム軸９の軸部９ａの一端にはギア取付
用のボルト孔が形成されており、このボルト孔を用いて
ギア１０がボルトで固定されている。一対のカム軸９の
端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォー
ムギア１１ａ，１１ｂが噛み合っている。ウォームギア
１１ａ，１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸に取
り付けられている。ウォームギア１１ａ，１１ｂは、互
いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、
モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１
０を介して逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダ
ブロック３などに固定されており、シリンダブロック３
と一体的に移動する。

【００２５】さらに、シリンダブロック３は、図２に示
されるように、その最も端部よりのカム収納孔５の下方
に、中継ギア１３が取り付けられるギア取付部１４を有
している。ギア取付部１４は、二列あるカム収納孔５の
一方の列の側にのみ形成されている。中継ギア１３は、
同心円状にタイミングスプロケット１３ａが一体化され
ている。中継ギア１３は、クランクシャフト１５の端部
に固定されたクランクギア１６と噛み合っている。

【００２６】上述した構成の内燃機関によって圧縮比を
制御する方法について詳しく説明する。図３(a)〜図３
(c)にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら
両者の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機
構との様子を示した断面図を示す。図３(a)〜図３(c)
中、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可
動軸受部９ｃの中心をｃをして示す。図３(a)は、軸部
９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受
部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここで
は一対の軸部９ａは、カム収納孔５及び軸受収納孔８の
外側に位置している。

【００２７】図３(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部
９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して
矢印方向に回転させると、図３(b)の状態となる。この
とき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃ
の偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対して
シリンダブロック３を上死点側にスライドさせることが
できる。そして、そのスライド量は、図３(c)のような
状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大とな
り、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の二倍とな
る。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収
納孔５及び軸受収納孔８の内部で回転し、それぞれカム
収納孔５及び軸受収納孔８の内部で軸部９ａの位置が移
動するのを許容している。

【００２８】なお、図３(a)の状態からモータ１２を駆
動させた場合、各カム軸９において、カム部９ｂと可動
軸受部９ｃとが逆方向に回転すると図３(b)の状態とな
る。図３(a)の状態からモータ１２を駆動させた場合、
各カム軸９において、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが
同方向に回転する可能性もあり、この場合は正常にシリ
ンダブロック３をロアケース４に対してスライドさせる
ことができない。一対のカム軸のうちの一方については
カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが逆方向に回転し、他方
についてはカム部９ｂと可動軸受部９ｃとが同方向に回
転する可能性もないとは言えない。

【００２９】さらに、一本のカム軸９に取り付けられた
複数の可動軸受部９ｃの全てが同じ方向に回転しようと
しないで回転の抵抗となってしまう可能性もある。この
ため、本実施形態の内燃機関のスライド機構では、図３
(a)のように、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとを完全に
一致させる状態を生じさせない。例えば、図３(a)の状
態のカム軸９の回転位置を基準０°とした場合（一対の
カム軸９で正方向は逆回転方向）、図３(c)の状態の回
転位置は９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上と
しておけば、上述したような問題を解消し得る。上述し
たように、実際のシリンダブロック３のスライド量は、
数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度
（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題
はない。

【００３０】さらに、本実施形態では、ロアケース４に
対してシリンダブロック３を上死点側にのみスライドさ
せて使用する。また、図３(c)の状態からスライド量を
０に戻すには、モータ１２を逆回転させて図３(a)の状
態に戻す。即ち、本実施形態では、カム軸９の制御範囲
は５°〜９０°である。しかし、ロアケース４に対して
シリンダブロック３を下死点側にのみスライドさせて使
用しても良い。この場合のカム軸９の制御範囲は−５°
〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。ま
た、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点
側にのみスライドさせて使用する場合に、カム軸９の制
御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。

【００３１】上述したようなスライド機構を用いること
によって、シリンダブロック３をロアケース４に対し
て、シリンダ２の軸線方向にスライドさせることが可能
となるので、圧縮比を可変制御することが可能となる。
ある寸法の内燃機関で数ｍｍのスライド量を実現して圧
縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の
可変範囲を確保できることが算出された。また、このよ
うなスライド機構によれば、シリンダを傾けるようなこ
とをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが
加わるような箇所も存在せず、カム軸９などを用いた簡
便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる

【００３２】また、燃焼時の圧力は、カム軸９を回転さ
せようとする力として作用する。この力は、ギア１０及
びウォームギア１１ａ，１１ｂを介して、モータ１２の
出力軸に伝達される。しかし、この力は、モータ１２を
以下移転させようとする方向に働くことはなく、出力軸
の内部で相殺されてしまう。即ち、一対のウォームギア
１１ａ，１１ｂ間の出力軸（シャフト）への圧縮力又は
引張力として相殺されてしまい、モータ１２には何らの
影響を与えない。この点からも、本実施形態のスライド
機構は優れている。

【００３３】上述したように、ロアケース４に対してシ
リンダブロック３がスライドするので、ロアケース４内
部のクランクシャフト１５とシリンダブロック３の上方
に取り付けられる吸排気バルブを駆動するカムシャフト
１７との距離も変化することとなる。本実施形態のエン
ジン１は、図４に示されるように、吸気バルブ・排気バ
ルブ用にそれぞれカムシャフト１７を有している。一対
のカムシャフト１７の端部には、カムシャフトスプロケ
ット１８が固定されている。ここでは、カムシャフトス
プロケット１８に、バルブの開閉タイミングを可変制御
する公知の連続可変バルブタイミング機構が内蔵されて
いる。

【００３４】そして、上述したように、カムシャフト１
７の駆動力は、クランクシャフト１５端部のクランクギ
ア１６から中継ギア１３（タイミングスプロケット１３
ａ）に伝えられる。その後、この駆動力は、タイミング
スプロケット１３ａと一対のカムシャフトスプロケット
１８に取り付けられたタイミングチェーン１９を介し
て、最終的にカムシャフト１７に伝達され、カムシャフ
ト１７を回転させる。ここで、シリンダブロック３がス
ライドすると、クランクギア１６に対する中継ギア１３
の位置が変化することとなる。この様子を図５(a)及び
図５(b)に示す。

【００３５】図５(a)に示される状態が、クランクギア
１６と中継ギア１３との距離が最も短い状態である。こ
れがシリンダブロック３のスライド量が０の状態を示し
ている。この状態から、シリンダブロック３が最大スラ
イド量（数ｍｍ）上死点側に移動した状態が図５(b)で
ある。クランクギア１６と中継ギア１３に対して実際の
直径を与え、シリンダブロック３のスライド量が最大
（数ｍｍ）となったときに、両ギア間の距離がどの程度
離れるかを試算したところ、十数μｍ程度にしかならな
い。この値は、通常のギアにおける誤差（製造公差やギ
ア軸のガタなど）の範囲内であり、十分問題なく機能す
る。

【００３６】また、上述した機構であると、シリンダブ
ロック３をスライドさせるとバルブタイミングも変わる
が、本実施形態のエンジン１は上述したように、吸排気
側とも連続可変バルブタイミング機構を搭載させてある
ので、これを用いて精密な補正を行うことが可能であ
る。さらに、上述したのは、チェーンを用いてカムシャ
フト１７を駆動する場合であったが、図６に示されるよ
うに、タイミングベルト２０を用いてカムシャフト１７
を駆動するようにしても良い。ベルトは、チェーンと違
ってその経路を屈曲させやすいという特性があるので、
この特性を利用する。

【００３７】図６中の細線の円がロアケース４側に取り
付けられたプーリーであり、太線の円がシリンダブロッ
ク３に取り付けられたプーリーである。これらのプーリ
ーに対してタイミングベルト２０が巻き付けてある。一
番下方にクランクシャフト１５の端部に固定されたクラ
ンクプーリー２１があり、一番上方に一方のカムシャフ
ト１７の端部に固定されたタイミングプーリー２２があ
る。なお、この場合は、もう一つのカムシャフト１７
は、一対のカムシャフト１７間に互いに噛み合うギア
（一方はシザースギアとする）をそれぞれ設けておくな
どして駆動する。また、各カムシャフト１７にタイミン
グプーリーを取り付けて、二つのタイミングプーリーに
タイミングベルトをかけても良い。

【００３８】クランクプーリー２１からタイミングプー
リー２２までの間のタイミングベルト２０の経路上に
は、ロアケース４側プーリーが一つとシリンダブロック
３側のプーリーが一つ配置されている。この二つのプー
リー間のタイミングベルト２０が水平に対してなす角を
αとして図６中に示してある。同様に、タイミングプー
リー２２からクランクプーリー２１までの間のタイミン
グベルト２０の経路上にも、シリンダブロック３側のプ
ーリーが一つとロアケース４側プーリーが一つ配置され
ている。この二つのプーリー間のタイミングベルト２０
が水平に対してなす角をβとして図６中に示してある。
シリンダブロック３側プーリーを実線、ロアケース４側
のプーリーを点線で示す。

【００３９】上述した角度αと角度β（共に時計回転方
向を正とすると）とは、正の角度と負の角度である。こ
のようにしておくと、シリンダブロック３がスライドす
ると、一方の角度が大きくなれば他方の角度が小さくな
る。即ち、一方の角度を規定する部分のタイミングベル
トの経路長が長くなり、他方の角度を規定する部分のタ
イミングベルトの経路長が短くなり、タイミングベルト
２０の経路全長をほとんど変化させずにシリンダブロッ
ク３をスライドさせることができる。上述したように、
シリンダブロックの実際のスライド最大量を数ｍｍとし
て、一般的なプーリー径や配置を用いて試算したとこ
ろ、タイミングベルト２０の経路長の変化は０．０５ｍ
ｍ程度であった。

【００４０】次に、本発明の第二実施形態について説明
する。本実施形態の内燃機関は、上述した第一実施形態
とほぼ同様の構成を有している。異なるのは、可動軸受
部とこれを収納する軸受収納光の形態のみである。以下
には、特に異なる部分について詳しく説明し、第一実施
形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を
付して詳しい説明を省略する。図７〜図９に第二実施形
態の内燃機関を示す。図７は図１相当図、図８は図２相
当図、図９は図３相当図である。

【００４１】本実施形態では、軸受収納孔８０がロアケ
ース側の立壁部の上面に形成された方形の凹部と、同様
に方形の凹部を有するキャップ７０とによって形成され
ている。キャップ７０は上方から立壁部に取り付けら
れ、軸受収納孔８０は横方向に長い長方形となる。これ
に対応して、カム軸９に取り付けられる可動軸受部９０
ｃも長方形とされている。可動軸受部９０ｃは、一対の
凹型部品を対向させて形成されており、そのほぼ中央に
はカム軸９の軸部９ａの断面とほぼ等しい円孔が形成さ
れ、この部分で軸部９ａに対して回転可能に取り付けら
れている。可動軸受部９０ｃの長方形は、その高さが軸
受収納孔８０の高さとほぼ等しく、その横幅が軸受収納
孔８０の横幅よりも狭くなっている。このため、各可動
軸受部９０ｃは、各軸受収納孔８０の内部で横方向にス
ライド可能となっている。

【００４２】なお、可動軸受部と軸受収納孔との関係
は、軸受収納孔の内部で可動軸受部が一方向にスライド
可能であればよく、これを実現できるのであれば、長方
形でなくても良い。また、可動軸受部のスライド方向
も、横方向に限られるものではなく、例えば、シリンダ
２の両側の各可動軸受のスライド方向がＶ字形となるよ
うに配置されてもよい。即ち、可動軸受部が一対の平行
辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸受
部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有
していればよい。

【００４３】本実施形態の内燃機関によって圧縮比を制
御する方法について詳しく説明する。図９(a)〜図９(c)
にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら両者
の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機構と
の様子を示した断面図を示す。図９(a)〜図９(c)中、軸
部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受
部９０ｃの中心をｃをして示す。図９(a)は、軸部９ａ
の延長線上から見てカム収納孔５内における軸部９ａの
位置が最上方位置にある（シリンダブロック３が最下方
位置にある）状態である。また、各軸受収納孔８０内で
の可動軸受部９０ｃの位置は、最もシリンダ２寄り（内
側寄り）の位置にある。

【００４４】図９(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部
９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して
矢印方向に回転させると、図９(b)の状態となる。図９
(b)では、カム収納孔５内での軸部９ａの位置は最も外
側となっている。このとき、軸部９ａに対して、カム部
９ｂの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対
してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせるこ
とができる。また、一対のカム軸９の軸部９ａ間の距離
は広がるが、この各軸部９ａのロアケース４に対する横
方向の移動は可動軸受部９０ｃの横方向のスライドによ
って吸収される。

【００４５】そして、シリンダブロック３のスライド量
は、図９(c)のような状態となるまでカム軸９を回転さ
せたときが最大となり、カム部９ｂの偏心量の二倍とな
る。カム部９ｂは、カム収納孔５の内部で回転し、カム
収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容し
ている。なお、ここでは、軸部９ａがカム収納孔５の外
側のみを移動するようにしたが、内側のみを移動するよ
うにしたり、カム収納孔５の内部で一周するようにして
利用しても良いことは言うまでもない。この場合は、軸
受収納孔８０の大きさを十分確保しておく必要がある。

【００４６】本発明の内燃機関は、上述した実施形態に
限定されるものではない。例えば、上述した実施形態に
おいては、カム部９ｂ−シリンダブロック３、可動軸受
部９ｃ−ロアケース４の組み合わせでスライド機構が構
築されたが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリン
ダブロックの組み合わせでスライド機構を構築しても良
い。また、カム部９ｂの形状は正円であることが好まし
いが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実
施形態において、長径がカム部９ｂと同じ長さを有する
楕円や卵形をしていても機能し得る。

【００４７】さらに、本発明の内燃機関はＶ型エンジン
にも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述し
た一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に
一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される
中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて
圧縮比を変えてもよい。

【００４８】

【発明の効果】請求項１に記載の内燃機関によれば、軸
部、カム部及び可動軸受部を有する一対の平行な互いに
逆回転するカム軸によって構築されたスライド機構によ
って、シリンダをピストン往復運動方向にのみスライド
させることができる。このため、圧縮比を制御してより
高次元の燃焼を行うことが可能となる。このとき、機構
は単純な構造で済み、重量増加も最小限に抑えることが
でき、かつ、動作も確実に行われるので、十分に実用化
することができる。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、燃焼時の
圧力を容易に相殺させることができ、スライド機構を簡
便な機構で構築することが可能となる。請求項３に記載
の発明によれば、ロアケースに対してシリンダブロック
をスライドさせる力がシリンダ（単数又は複数、複数の
場合はシリンダの列）の側方に均等に作用するようにし
て、ロアケースに対するシリンダブロックのスライドを
円滑に行わせることができる。請求項４や請求項５に記
載の発明によれば、ロアケースに対するシリンダブロッ
クのスライドをより円滑に行うことができるスライド機
構を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の第一実施形態の分解斜視図
である。

【図２】本発明の内燃機関の第一実施形態の斜視図であ
る。

【図３】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるシリ
ンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。

【図４】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるタイ
ミングチェーンの様子を示す側断面図である。

【図５】図４におけるクランクギアと中継ギアとの関係
を示す側面図である。

【図６】タイミングベルトを用いた場合のベルトとプー
リーとの関係を示す説明図である。

【図７】本発明の内燃機関の第二実施形態の分解斜視図
である。

【図８】本発明の内燃機関の第二実施形態の斜視図であ
る。

【図９】本発明の内燃機関の第二実施形態におけるシリ
ンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、２…シリンダ、３…シリン
ダブロック、４…ロアケース、５…カム収納孔、６…ボ
ルト、７，７０…キャップ、８，８０…軸受収納孔、９
…カム軸、９ａ…軸部、９ｂ…カム部、９ｃ，９０ｃ…
可動軸受部、９ｄ…取付部、１０…ギア、１１ａ，１１
ｂ…ウォームギア、１２…モータ、１３…中継ギア、１
３ａ…タイミングスプロケット、１４…ギア取付部、１
５…クランクシャフト、１６…クランクギア、１７…カ
ムシャフト、１８…カムシャフトスプロケット、１９…
タイミングチェーン、２０…タイミングベルト、２１…
クランクプーリー、２２…タイミングプーリー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダを有するシリンダブロックと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、前記シリン
ダの軸線方向にスライド可能に前記シリンダブロックを
取り付けるロアケースと、前記ロアケースに対して前記
シリンダブロックをスライドさせるスライド機構とを備
えており、前記スライド機構が、前記シリンダブロックと前記ロア
ケースとの間に構築され、かつ、前記シリンダの両側方
に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム
軸を有し、前記カム軸が、軸部と、前記軸部に固定されているカム
部と、前記軸部に対して回転可能に取り付けられた可動
軸受部とを有し、前記カム部が、前記シリンダブロック又は前記ロアケー
スの一方に形成されたカム収納孔に収納されると共に、
前記可動軸受部が、前記シリンダブロック又は前記ロア
ケースの他方に形成され、該可動軸受部を保持する軸受
収納孔に収納されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】一対の前記カム軸を回転させる単一のモ
ータをさらに備えており、前記モータが、その出力軸に
螺旋方向が逆方向の一対のウォームギアを有しており、前記一対のウォームギアが、前記カム軸の一端にそれぞ
れ取り付けられたギアと噛み合っていることを特徴とす
る請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】各カム軸が、複数組の前記カム部及び前
記可動軸受部を配列させて有していることを特徴とする
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】前記カム部が前記カム軸の中心に対して
偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、前記カ
ム収納孔が前記カム部と同一の円形を有し、前記可動軸受部も前記カム軸の中心に対して偏心した前
記カム部と同一の円形を有し、かつ、前記軸受収納孔も
前記カム収納孔と同一の円形を有していることを特徴と
する請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】前記カム部が前記カム軸の中心に対して
偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、前記カ
ム収納孔が前記カム部と同一の円形を有し、前記可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、
かつ、前記軸受収納孔が前記可動軸受部を内部で前記平
行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していること
を特徴とする請求項２に記載の内燃機関。