JP2005120880A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更する内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとのより円滑な相対移動を行うとともに、圧縮比をより安定的に保持する。
【解決手段】シリンダブロック３とクランクケース１２とを相対移動させて内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関１において、前記シリンダブロック３又は前記クランクケース１２に凸状に設けられた鍔部１６と、前記シリンダブロック３と前記クランクケース１２との相対移動方向において前記鍔部１６の対となる部位を挟持する一対の偏心軸と、前記一対の偏心軸によって前記鍔部を挟持した状態で、前記一対の偏心軸を同期して回転する偏心軸回転手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関に関する。

近年、内燃機関の燃費性能や出力性能を向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を変更可能にする技術が提案されている。これらの技術においては、内燃機関の燃焼室を構成する機関要素であるシリンダブロックとクランクケースに連結されている制御軸を回転駆動して、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させることで、燃焼室の容積を変更して該内燃機関の圧縮比を変更する（例えば、特許文献１および特許文献２を参照。）。
特開２００３−２０６７７１号公報 特開平７−２６９８１号公報

上記のように、制御軸を回転駆動することでシリンダブロックとクランクケースとを相対移動させる可変圧縮比機構を有する内燃機関では、制御軸とシリンダブロックとの間および／または制御軸とクランクケースとの間にクリアランスを設け、制御軸の円滑な回転を図る場合がある。

ここで、燃焼室において燃料が燃焼することで発生する燃焼圧、ピストンの往復運動によってシリンダブロックへ掛かる摩擦力やシリンダ内が負圧状態となることでシリンダブロックに掛かる圧力等が存在するため、上述したクリアランスが存在すると、シリンダブロックやクランクケースが移動することで燃焼室の容積が変動し、内燃機関の圧縮比を一定の値に保持することが困難となる場合がある。その結果、内燃機関の圧縮比を変更することによる燃費性能や出力性能の効果が低下する虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更する内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとのより円滑な相対移動を行うことと、圧縮比をより安定的に保持することとを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更する内燃機関において、シリンダブロックまたはクランクケースのある部位を挟持する一対の偏心軸を回転駆動することにより圧縮比を変更することとした。一対の偏心軸がシリンダブロックまたはクランクケースのある部位を挟持することで、両者間のクリアランスを可及的に抑制し、以て圧縮比をより安定的に保持することが可能となるからである。

そこで、本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させて内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、前記シリンダブロック又は前記クランクケースに凸状に設けられた鍔部と、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動方向において前記鍔部の対となる部位を挟持する一対の偏心軸と、前記一対の偏心軸によって前記鍔部を挟持した状態で前記一対の偏心軸を同期して回転させる偏心軸回転手段と、を備える。

上記可変圧縮比内燃機関においては、シリンダブロックとクランクケースとがお互いに
相対移動することで、燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比が変更される。即ち、シリンダブロックがクランクケースに対して近接する方向に相対移動することで燃焼室の容積が減少し、以て圧縮比が上昇する。また、シリンダブロックがクランクケースに対して遠ざかる方向に相対移動することで燃焼室の容積が増大し、以て圧縮比が低下する。

ここで、一対の偏心軸が鍔部と接触する部位は、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動方向において、鍔部を挟んで互いに反対側に位置することで対となる鍔部の外表面上の部位である。そして、偏心軸回転手段によって一対の偏心軸を回転させるとき、各偏心軸の外表面間の距離が一定となる空間が存在し、その空間は偏心軸の回転に併せて一対の偏心軸間を移動する。そこで、その空間に鍔部が収まった状態で、鍔部を挟持した状態で一対の偏心軸が同期して回転駆動される。これにより、鍔部は一対の偏心軸の回転動作に従って、一対の偏心軸間を移動することとなる。その結果、鍔部が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースがより円滑に相対移動し、内燃機関の圧縮比が変更される。

尚、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動方向において、一対の偏心軸は鍔部に対して対となる位置にあることで鍔部を挟持すればよく、必ずしも鍔部に対して一対の偏心軸が対称の位置に配置される必要はない。

また、鍔部が一対の偏心軸によって挟持されているため、鍔部と偏心軸との間のクリアランスは可及的に低減される。従って、一対の偏心軸の回転駆動を停止して内燃機関の圧縮比を一定の値に保持するときは、圧縮比をより安定的に保持し得る。

上述の可変圧縮比内燃機関において、前記一対の偏心軸を前記鍔部の方向へ付勢する偏心軸付勢手段を更に備えるようにしてもよい。これにより、加工誤差や摩耗によって偏心軸の径が本来あるべき径より小さい場合であっても、偏心軸と鍔部との接触状態が保たれ、不要なクリアランスの発生が抑制される。その結果、一対の偏心軸の回転駆動を停止して内燃機関の圧縮比を一定の値に保持するとき、更に圧縮比を安定的に保持し得る。

上述の可変圧縮比内燃機関に設けられた鍔部および一対の偏心軸を、シリンダの軸線を挟んでシリンダブロックの左右に設けることで、より円滑に、シリンダブロックをシリンダの軸線方向にクランクケースに対して相対移動させることが可能となる。また、シリンダブロックの片側に鍔部および一対の偏心軸を設けると共に、該鍔部に対してシリンダの軸線を挟んで反対側のシリンダブロックの一部を回転中心としてシリンダブロックを回転自在とすることで、中心点を軸として、シリンダブロックを傾斜させながらクランクケースに対して相対移動させることも可能となる。

シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更する内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとのより円滑な相対移動と、圧縮比をより安定的に保持することが可能となる。

ここで、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す図である。図２は、図１に示す内燃機関１の側面図である。尚、図１および図２においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素を何れかの図面
における表示を省略している。シリンダ２内の燃焼室には、シリンダヘッド６に設けられた吸気ポートを介して吸気管１０が接続されている。シリンダ２への吸気の流入は吸気弁７によって制御される。また、シリンダヘッド６に設けられた排気ポートを介して、排気管１１が接続されている。シリンダ２外への排気の排出は排気弁８によって制御される。更に、吸気ポートには燃料噴射弁５が、シリンダ２の頂部には、点火プラグ９が設けられている。

ここで、内燃機関１において、シリンダブロック３の左右両側の側壁にシリンダの軸線に対して垂直方向に突出した鍔部１６と、一対の偏心軸から構成され且つ該一対の偏心軸が鍔部１６を挟持するように配置されることで構成された可変圧縮比機構１８とによって、シリンダブロック３をクランクケース１２に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させる。そして、その結果内燃機関１の圧縮比が変更される。即ち、シリンダブロック３をシリンダ２の軸線方向にクランクケースに対して相対移動させることによって、シリンダブロック３、シリンダヘッド６およびピストン４によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関１の圧縮比が可変制御される。

可変圧縮比機構１５を構成する一対の偏心軸は、シリンダ２の軸線方向における鍔部１６の対となる部位、即ち鍔部１６のシリンダヘッド６側の部位とクランクケース１２側の部位を挟持するように設けられている。ここで、シリンダヘッド６側に設けられた偏心軸は、軸部１８ａと偏心カム部１８ｂから構成される。偏心カム部１８ｂの横断面形状は円形であって、偏心カム部１８ｂが鍔部１６に接触している。そして、偏心カム部１８ｂの中心と軸部１８ａの中心が偏心した状態で設けられることでシリンダヘッド６側の偏心軸が構成される。同様に、クランクケース１２側に設けられた偏心軸は、軸部１８ｃと偏心カム部１８ｄから構成される。偏心カム部１８ｄの横断面形状は偏心カム部１８ｂと同形の円形であって、偏心カム部１８ｄが鍔部１６に接触している。そして、偏心カム部１８ｄの中心と軸部１８ｃの中心が偏心した状態で設けられることでクランクケース１２側の偏心軸が構成される。

これらの偏心軸の軸部１８ａおよび１８ｃは、図示されない軸受を介してクランクケース１２に支持されている。更に軸部１８ａの端部にはドリブンギア１９ａが、またドリブンギア１９ａと噛み合うドリブンギア１９ｂが軸部１８ｃに設けられている。

また、クランクケース１２に連結された支持部材２３上にモータ１３が設けられている。そして、モータ１３の出力軸にはウォームギア１４が設けられ、ウォームギア１４と噛み合うウォームホイール１５が、軸部１８ｃの端部に設けられている。従って、モータ１３が駆動することで、ウォームギア１４、ウォームホイール１５、ドリブンギア１９ａ、１９ｂを介して、クランクケース１２側の偏心軸とシリンダヘッド６側の偏心軸が、互いに異なる回転方向に駆動される。

ここで、図３に基づいて、一対の偏心軸と鍔部１６との位置関係および、偏心軸の回転動作によるシリンダブロック３の相対移動について説明する。図３（ａ）は内燃機関１の圧縮比が最も低いときの状態を表す図で、図３（ｂ）は内燃機関１の圧縮比が最も高いときの状態を表す図である。偏心カム部１８ｂおよび偏心カム部１８ｄは、モータ１３によって回転駆動されるとき、両カム部の外表面間の距離を鍔部１６の厚さΔｈに保持されるべく、鍔部１６に対して設けられている。即ち、図３（ａ）に示すように、内燃機関１の圧縮比が最も低くなるときは、偏心カム部１８ｂと鍔部１６との接触部位は、軸部１８ａの回転中心から最も近い偏心カム部１８ｂの外周上の部位であり、偏心カム部１８ｄと鍔部１６との接触部位は、軸部１８ｃの回転中心から最も遠い偏心カム部１８ｄの外周上の部位である。そして、これらの接触部位間の距離がΔｈとなる。

また、図３（ｂ）に示すように、内燃機関１の圧縮比が最も高くなるときは、偏心カム部１８ｂと鍔部１６との接触部位は、軸部１８ａの回転中心から最も遠い偏心カム部１８ｂの外周上の部位であり、偏心カム部１８ｄと鍔部１６との接触部位は、軸部１８ｃの回転中心から最も近い偏心カム部１８ｄの外周上の部位である。そして、これらの接触部位間の距離がΔｈとなる。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２２が併設されている。このＥＣＵ２２は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ＥＣＵ２２には、クランクポジションセンサ１８、アクセル開度センサ１９等、内燃機関１の運転状態を検出する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２２と、モータ１３が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２２からの指令によってモータ１３が回転駆動制御される。

このように構成された一対の偏心軸がモータ１３によって回転駆動されることで、シリンダブロック３がクランクケース１２に対して最も離れた位置にある図３（ａ）に示す状態から、クランクケース１２に対して最も近づいた位置にある図３（ｂ）に示す状態へ向かう方向へ、またはその逆方向へ、シリンダブロック３がクランクケース１２に対してシリンダ２の軸線方向に対して距離ΔＨ分、相対移動する。これによって、燃焼室の容積が変動して、内燃機関１の圧縮比が変更される。

更に、図２に示すように、可変圧縮比機構１８において、軸部１８ａと軸部１８ｃとの間にスタビライザスプリング１７が設けられている。スタビライザスプリング１７によって、軸部１８ａと軸部１８ｃを鍔部１６の方向に付勢する力が、軸部１８ａと軸部１８ｃ等で構成される一対の偏心軸に作用している。そのため、使用による摩耗や加工誤差によって偏心カム部１８ｂ、１８ｃと鍔部１６との間に生じ得るクリアランスを排除し、偏心カム部１８ｂおよび１８ｃと鍔部１６との接触度合をより高めることが可能となる。

従って、内燃機関１において、一対の偏心軸を回転駆動することでシリンダブロック３を円滑に相対移動させて、内燃機関１の圧縮比を変更するとともに、シリンダブロック３の相対移動が終了した後内燃機関１の圧縮比を一定値に保持するときは、鍔部１６を介してシリンダブロック３は一対の偏心軸によって挟持される状態が維持される。その結果、一対の偏心軸とシリンダブロック３との間に存在し得るクリアランスを可及的に小さくすることが可能となる。従って、より安定的に圧縮比を保持することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。 図１に示す可変圧縮比内燃機関の側面図である。 図３（ａ）は本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関の圧縮比が最も低いときの状態を表す図で、図３（ｂ）は該可変圧縮比内燃機関の圧縮比が最も高いときの状態を表す図である。

符号の説明

１・・・・可変圧縮比内燃機関（内燃機関）
２・・・・シリンダ
３・・・・シリンダブロック
４・・・・ピストン
６・・・・シリンダヘッド
１２・・・・クランクケース
１３・・・・モータ
１７・・・・スタビライザスプリング
１８・・・・可変圧縮比機構
１８ａ・・・・軸部
１８ｂ・・・・偏心カム部
１８ｃ・・・・軸部
１８ｄ・・・・偏心カム部
２２・・・・ＥＣＵ

Claims (2)

1. シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させて内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、
   前記シリンダブロック又は前記クランクケースに凸状に設けられた鍔部と、
   前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動方向において前記鍔部の対となる部位を挟持する一対の偏心軸と、
   前記一対の偏心軸によって前記鍔部を挟持した状態で、前記一対の偏心軸を同期して回転させる偏心軸回転手段と、
   を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記一対の偏心軸を前記鍔部の方向へ付勢する偏心軸付勢手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。

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