JP2005120935A - 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】上記可変圧縮比内燃機関において、シリンダブロック側内壁面又はクランクケース側内壁面がテーパ状に形成された圧縮比変更用孔と、圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と面接触するテーパ面を有し圧縮比変更用孔へ挿入される圧縮比変更用くさび部材と、圧縮比変更用くさび部材の圧縮比変更用孔への挿入量を調整することでシリンダブロック３とクランクケース１２との相対位置を変化させる相対位置制御手段と、圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する保持手段と、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と、圧縮比をより安定的に保持することを目的とする。

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に対して面接触状態する要素によって押圧力をかけて該相対移動を行うともに、移動後においてもその面接触状態を保持することとした。圧縮比の変更時においては、シリンダブロックまたはクランクケースを面接触状態のもと押圧することで相対移動がより円滑に行われるとともに、移動後もその面接触状態を保持することで移動対象となるシリンダブロックまたはクランクケースとこれを押圧する要素との間に存在するクリアランスは極めて小さくなり、移動対象物をより確実に固定し得るからである。

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または前記クランクケースの何れかに設けられた孔であって、該孔のシリンダブロック側内壁面又はクランクケース側内壁面がテーパ状に形成された圧縮比変更用孔と、前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と面接触するテーパ面を有し、前記圧縮比変更用孔へ挿入される圧縮比変更用くさび部材と、前記圧縮比変更用くさび部材の前記圧縮比変更用孔への挿入量
を調整することで、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置を変化させる相対位置制御手段と、前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と前記圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する保持手段と、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を相対移動させることで、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、シリンダブロックをクランクケースに対して近接させ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、シリンダブロックをクランクケースに対して遠ざけることで燃焼室の容積が増大し、以て圧縮比が低下する。

シリンダブロックまたはクランクケース設けられた圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面に圧縮比変更用くさび部材のテーパ面が接触した状態で、相対位置制御手段によって圧縮比変更用くさび部材が圧縮比変更用孔に挿入されると、圧縮比変更用くさび部材が該テーパ状内壁面を押圧し、押圧力が作用する。このとき、テーパ状内壁面がシリンダブロック側内壁面である場合、該押圧力のシリンダ軸線方向の分力がシリンダブロックからシリンダヘッドに向かう方向となる。また、テーパ状内壁面がクランクケース側内壁面である場合、該押圧力のシリンダ軸線方向の分力がシリンダブロックからクランクケースに向かう方向となる。そしてこれらの押圧力の分力によって、圧縮比変更用孔が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースの一方を他方に対して相対移動される。その結果、燃焼室の容積が変更し、可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更される。

また、保持手段によって、圧縮比変更用くさび部材と圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面との面接触状態は保持されるため、相対位置制御手段によって圧縮比変更用くさび部材が圧縮比変更用孔から抜き出されるときは、圧縮比変更用孔が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースには、圧縮比変更用くさび部材が圧縮比変更用孔に挿入されるときに作用する上記力とは逆の方向の力が作用する。その結果、圧縮比変更用くさび部材が圧縮比変更用孔に挿入されるときとは逆の方向に可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更される。従って、圧縮比変更用くさび部材の圧縮比変更用孔への挿入量を調整することで、シリンダブロックとクランクケースとが相対移動し、可変圧縮比内燃機関の圧縮比を変更することが可能となる。

更に、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動が終了した後も、保持手段によって圧縮比変更用くさび部材と圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面との面接触状態は維持されるため、両面間に存在するクリアランスが可及的に小さくなる。これにより、相対移動後において、シリンダブロックをより確実に固定することが可能となる。

ここで、燃焼室における燃焼圧によってシリンダブロックに作用する力は、ピストンの往復運動の摩擦力によってシリンダブロックに作用する力と比べて非常に大きい。そこで、燃焼圧によって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移動して両者間の相対位置が変動するのを抑制すべく、圧縮比変更用くさび部材を圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面に対して配置するのが好ましい。このように圧縮比変更用くさび状部材を配置することで、燃焼圧によってシリンダブロックに力が作用する場合であっても、圧縮比変更用くさび部材によって該力に対抗することが可能となる。また、ピストンの往復運動の摩擦力によってシリンダブロックに作用する力に対しては、保持手段によって対抗することで、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置の変動を抑制し得る。

以上より、可変圧縮比内燃機関において、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ことが可能となる。

ここで、上述した可変圧縮比内燃機関において、保持手段を以下に示すように構成して
もよい。即ち、上述した可変圧縮比内燃機関において、前記保持手段は、前記圧縮比変更用孔が設けられた前記シリンダブロックまたは前記クランクケースの何れかに設けられた孔であって、該孔のシリンダブロック側内壁面とクランクケース側内壁面のうち、前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面とは逆側の内壁面がテーパ状に形成された保持用孔と、前記保持用孔に形成されたテーパ状内壁面と面接触するテーパ面を有し、前記保持用孔へ挿入される保持用くさび部材と、前記圧縮比変更用くさび部材の前記圧縮比変更用孔への挿入量に応じて前記保持用くさび部材の前記保持用孔への挿入量を調整することで、前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と前記圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する面接触状態制御手段と、を具備する。

即ち、先述した圧縮比変更用くさび部材と圧縮比変更用孔との関係と同様に、保持用くさび部材と保持用孔のテーパ状内壁面との面接触を利用して、圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面と圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持するものである。このとき、保持用孔のテーパ状内壁面は、圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面に対して逆側のテーパ状内壁面となる。例えば、圧縮比変更用孔に設けられたテーパ状内壁面がシリンダブロック側内壁面である場合は、保持用孔に設けられたテーパ状内壁面はクランクケース側内壁面となる。即ち、それぞれのテーパ状内壁面に対応するくさび部材がそれぞれの孔において挿入されることでそれぞれの孔が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースに作用する力の、シリンダ軸線方向の分力が逆方向になるべく、圧縮比変更用孔のテーパ状内壁面と保持用孔のテーパ状内壁面とは相異する。

そして、シリンダ軸線方向の分力が逆方向になることで、圧縮比変更用孔と圧縮比変更用くさび部材との面接触状態および保持用孔と保持用くさび部材との面接触状態とをより良好に保持することが可能となる。このとき、相対位置制御手段と面接触状態制御手段とによるそれぞれのくさび部材のそれぞれの孔への挿入量を制御し、シリンダ軸線方向への分力の比率を調整することで、可変圧縮比内燃機関における圧縮比を目的の圧縮比に変更し、その後保持する。

ここで、上述した可変圧縮比内燃機関において、圧縮比変更用孔と保持用孔とを単一の孔によって形成してもよい。即ち、上述した可変圧縮比内燃機関において、前記圧縮比変更用孔と前記保持用孔は単一のくさび部材挿入孔を形成し、前記圧縮比変更用くさび部材と前記保持用くさび部材は、互いに接触し且つ相対移動自在に前記くさび部材挿入孔への挿入量が調整され、前記面接触状態制御手段は、前記相対位置制御手段による前記圧縮比変更用くさび部材の前記くさび部材挿入孔への挿入方向と相反する方向へ前記保持用くさび部材を相対移動させることで、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を許容するとともに、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する。

単一のくさび部材挿入孔において、シリンダブロック側内壁面とクランクケース側内壁面とを形成し、それぞれのテーパ状内壁面に対応したくさび部材を互いに接触する状態で相対移動させることで、くさび部材挿入孔が設けられているシリンダブロック又はクランクケースに、押圧力による分力を作用させる。

例えば、くさび部材挿入孔がシリンダブロックに設けられ、且つくさび部材挿入孔において圧縮比変更用くさび部材がクランクケース側内壁面と面接触し、保持用くさび部材がシリンダブロック側内壁面と面接触する場合、圧縮比変更用くさび部材がくさび部材挿入孔に挿入しクランクケース側内壁面を押圧すると、シリンダブロックがクランクケースに対して近づく方向に移動する。尚、シリンダブロックをクランクケースに近づく方向に移動する場合には、更に保持用くさび部材によるシリンダブロック側内壁面への押圧力を低減すべく、くさび部材挿入孔への挿入量が面接触状態制御手段によって調整される。

そして、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動が終了した後も、圧縮比変更用くさび部材と保持用くさび部材とは接触した状態において、圧縮比変更用くさび部材と保持用くさび部材のくさび部材挿入孔への挿入量が調整されることで、両くさび部材とくさび部材挿入孔が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースの三者は互いに接触し合い、より確実に固定される。その結果、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置の変動を抑制し、可変圧縮比内燃機関の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、上述の可変圧縮比内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動をより円滑に行うためには、圧縮比変更用くさび部材または保持用くさび部材と、くさび部材挿入孔が設けられているシリンダブロックまたはクランクケースとの間に潤滑油を介在させることが好ましい。そこで、上述の可変圧縮比内燃機関において、前記くさび部材挿入孔へ潤滑油を供給する潤滑油供給手段を更に備え、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を開始する前に、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面から該圧縮比変更用くさび部材を所定量遠ざけ、または前記くさび部材挿入孔における前記保持用くさび部材に対応するテーパ状内壁面から該保持用くさび部材を所定量遠ざけ、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を終了した後に、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該圧縮比変更用くさび部材とを接触させ、且つ前記くさび部材挿入孔における前記保持用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該保持用くさび部材とを接触させる。

即ち、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動を開始する前には、圧縮比変更用くさび部材または保持用くさび部材をそれぞれに対応するテーパ状内壁面との面接触を一時的に解消して間隙を形成することで、両者の間への潤滑油の流入が容易となるようにする。従って、上記所定量とは、潤滑油の流入に適した間隙の形成のための、圧縮比変更用くさび部材と保持用くさび部材の挿入量の変位である。更に、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動が終了すると、くさび部材挿入孔が設けられたシリンダブロックまたはクランクケースをより確実に固定するため、圧縮比変更用くさび部材および保持用くさび部材とシリンダブロックまたはクランクケースとの間隙を解消すべく、両くさび部材とそれぞれに対応するテーパ状内壁面とを面接触させる。これにより、可変圧縮比内燃機関の圧縮比をより円滑に変更するとともに、より安定的な圧縮比の保持が可能となる。

尚、上述までの可変圧縮比内燃機関に設けられた圧縮比変更用孔、保持用孔およびくさび部材挿入孔を、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圧縮比変更用孔、保持用孔およびくさび部材挿入孔を設けると共に、該圧縮比変更用孔等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中心点としてシリンダブロックを回動自在とすることで、シリンダブロックを該中心点を軸として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を行うとともに、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。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、圧縮比の変更は、シリンダブロック３の左右両側に設けられたくさび部材挿入孔２１に、それぞれ可変圧縮比機構１５の構成部材が挿入されることで、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。これによって、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。

ここで、図２に基づいて、可変圧縮比機構１５の構成と動作、およびくさび部材挿入孔２１の構成について説明する。くさび部材挿入孔２１は中心部分が凹状の孔であって、図２に示すようにシリンダ２の軸線方向の断面において、クランクケース１２側に設けられたテーパ状内壁面であるクランクケース側内壁面２１ａと、シリンダブロック３側に設けられたテーパ状内壁面であるシリンダブロック側内壁面２１ｂとを有する。そして、くさび部材挿入孔２１において、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂによって形成される窪みは、外部に対して末広がり形状となっている。

また、可変圧縮比機構１５には、第一油圧シリンダ１５ｂおよび第二油圧シリンダ１５ｃが並列して設けられている。第一油圧シリンダ１５ｂおよび第二油圧シリンダ１５ｃの先端部には、それぞれクランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂと平行なテーパ面を有し且つくさび状をした圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅが設けられている。第一油圧シリンダ１５ｂおよび第二油圧シリンダ１５ｃに供給する潤滑油量は、潤滑油供給装置１５ａによって行われる。潤滑油供給装置１５ａより各油圧シリンダへ潤滑油が供給されると、各油圧シリンダは先端部に設けられた各くさび部材のくさび部材挿入孔２１への挿入量が増大されて、各くさび部材はそれぞれに対応するテーパ状内壁面を押圧する。また、潤滑油供給装置１５ａによって各油圧シリンダから潤滑油が回収されると、各くさび部材のくさび部材挿入孔２１への挿入量が低減される。更に、各くさび部材とそれぞれに対応するテーパ状内壁面との接触部位に潤滑油を供給する接触部位用潤滑油供給通路１５ｆが、潤滑油供給装置１５ａから該摺動部位まで延出している。

ここで、図１に示すように潤滑油供給装置１５ａへの潤滑油の供給は、内燃機関１の機関出力によって駆動されるポンプ１４によって、オイルパン１３に貯留された潤滑油が圧送され、潤滑油供給路１６を経て潤滑油供給装置１５ａへと供給される。また、各油圧シリンダから回収された潤滑油は、潤滑油供給装置１５ａ、潤滑油回収路１７を経て、再びオイルパン１３内へと貯留される。尚、図１においては、図中右側の可変圧縮比機構１５に連結される潤滑油供給路１６等のみを表示し、図中左側の可変圧縮比機構１５に連結される潤滑油供給路等の表示は省略している。

ここで、図２（ａ）は、可変圧縮比機構１５によって内燃機関１のシリンダブロック３をクランクケース１２から遠ざける方向に相対移動させるときの、可変圧縮比機構１５の
動きを示している。一方で、図２（ｂ）は、可変圧縮比機構１５によって内燃機関１のシリンダブロック３をクランクケース１２に近接する方向に相対移動させるときの、可変圧縮比機構１５の動きを示している。ここで本実施例においては、圧縮比変更用くさび部材１５ｄと保持用くさび部材１５ｅは、その一部で互いに接触しているとともに、圧縮比変更用くさび部材１５ｄのテーパ面とクランクケース側内壁面２１ａとは面接触した状態が、保持用くさび部材１５ｅのテーパ面とシリンダブロック側内壁面２１ｂとは面接触した状態が、それぞれ維持されている。

このような状態のもと、潤滑油供給装置１５ａによって第一油圧シリンダ１５ｂから潤滑油を回収すると共に、第二油圧シリンダ１５ｃへ潤滑油を供給すると、図２（ａ）中の実線矢印で表されるように、圧縮比変更用くさび部材１５ｄはくさび部材挿入孔２１から引き抜かれる方向へ移動するとともに、保持用くさび部材１５ｅはくさび部材挿入孔２１へ挿入される方向へ移動する。

このとき、保持用くさび部材１５ｅによってシリンダブロック側内壁面２１ｂに加えられた押圧力が、シリンダブロック３を図２（ａ）中の点線矢印の方向へ移動させることで、クランクケース側内壁面２１ａが付勢されて、クランクケース側内壁面２１ａと圧縮比変更用くさび部材１５ｄとの面接触状態が保持される。その結果、圧縮比変更用くさび部材１５ｄと保持用くさび部材１５ｅとがそれぞれに対応するテーパ状内壁面と面接触した状態を維持しながら、各くさび部材のくさび部材挿入孔２１への挿入量が変更され、シリンダブロック３は、図２（ａ）中の点線矢印で表されるようにクランクケース１２から遠ざかる方向へ移動し、内燃機関１の圧縮比は低下する。

一方で、潤滑油供給装置１５ａによって第一油圧シリンダ１５ｂに潤滑油を供給すると共に、第二油圧シリンダ１５ｃから潤滑油を回収すると、図２（ｂ）中の実線矢印で表されるように、圧縮比変更用くさび部材１５ｄはくさび部材挿入孔２１へ挿入される方向へ移動するとともに、保持用くさび部材１５ｅはくさび部材挿入孔２１から引き抜かれる方向へ移動する。

このとき、圧縮比変更用くさび部材１５ｄによってクランクケース側内壁面２１ａに加えられた押圧力が、シリンダブロック３を図２（ｂ）中の点線矢印の方向へ移動させることで、シリンダブロック側内壁面２１ｂが付勢されて、シリンダブロック側内壁面２１ｂと保持用くさび部材１５ｅとの面接触状態が保持される。その結果、圧縮比変更用くさび部材１５ｄと保持用くさび部材１５ｅとがそれぞれに対応するテーパ状内壁面と面接触した状態を維持しながら、各くさび部材のくさび部材挿入孔２１への挿入量が変更され、シリンダブロック３は、図２（ｂ）中の点線矢印で表されるようにクランクケース１２に近接する方向へ移動し、内燃機関１の圧縮比は上昇する。

また、内燃機関１の圧縮比を一定値に保持するときは、潤滑油供給装置１５ａによる各油圧シリンダへの潤滑油の供給および各油圧シリンダからの潤滑油の回収を停止する。これにより、圧縮比変更用くさび部材１５ｄはクランクケース側内壁面２１ａに面接触した状態であって、保持用くさび部材１５ｅはシリンダブロック側内壁面２１ｂに面接触した状態で、且つ圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅは互いに接触した状態で、くさび部材挿入孔２１内において停止する。このとき、各要素間の接触は全て面接触の状態が保持されるため、各要素間におけるクリアランスは可及的に減少される。

以上より、潤滑油供給装置１５ａによって各油圧シリンダへの潤滑油の供給を制御することでシリンダブロック３をクランクケース１２に対して相対移動することで、より円滑な圧縮比の変更が可能となる。また、可変圧縮比機構１５およびくさび部材挿入孔２１の
各要素間のクリアランスを減少することで、燃料の燃焼に伴う燃焼圧やピストン４の往復動作でシリンダブロック３にかかる力をクランクケース側内壁面２１ａ、シリンダブロック側内壁面２１ｂ、各くさび部材のテーパ面、および圧縮比変更用くさび部材１５ｄと保持用くさび部材１５ｅとの接触面によって受け止めることで、シリンダブロック３とクランクケース１２との相対位置の変動を抑え、以て内燃機関１の圧縮比が変動することをより確実に抑制することが可能となる。

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）２０が併設されている。このＥＣＵ２０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。

ＥＣＵ２０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ＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、本実施例に係る潤滑油供給装置１５ａが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０からの指令によって潤滑油供給装置１５ａが第一油圧シリンダ１５ｂおよび第二油圧シリンダ１５ｃに供給する潤滑油量またはそれらから回収される潤滑油量が制御される。

このように構成される内燃機関１において、上述したように、圧縮比を変更する際には圧縮比変更用くさび部材１５ｄと保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を制御する。ここで、圧縮比の変更をより円滑に行うためには、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂと、各くさび部材との面接触部位に潤滑油を介在させるのが好ましい。そこで、該面接触部位に潤滑油を供給するための潤滑油供給制御について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、Ｓ１０１では、内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態か否かが判断される。具体的には、クランクポジションセンサ１８からの検出信号より算出される機関回転速度や、アクセル開度センサ１９からの検出信号より算出される機関負荷の変動から、内燃機関１における燃料の燃焼条件をより適正なものとするために、圧縮比の変更が必要とされるか否かが判断される。Ｓ１０１において、内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態であると判断されると、Ｓ１０２へ進む。内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態でないと判断されると、本制御を終了する。

Ｓ１０２では、潤滑油供給装置１５ａによって第二油圧シリンダ１５ｃから潤滑油を微少量回収することで、保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を微少量低減する。これにより保持用くさび部材１５ｅとシリンダブロック側内壁面２１ｂとの間に間隙が生じ、接触部位用潤滑油供給通路１５ｆから供給される潤滑油が円滑にくさび部材挿入孔２１内での接触部位に供給される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、Ｓ１０１で内燃機関１において圧縮比の変更が必要と判断されたとき、該圧縮比の変更が低圧縮比側への変更か、または高圧縮比側への変更かが判断される。低圧縮比側への変更と判断されるとＳ１０４へ進み、高圧縮比側への変更と判断されるとＳ１０６へ進む。

Ｓ１０４では、圧縮比変更用くさび部材１５ｄのくさび部材挿入孔２１への挿入量を低減するとともに、保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を増大する。即ち、図２（ａ）に示す方向にくさび部材を移動させることで、シリンダブロック３を
クランクケース１２から遠ざける方向に移動させる。これにより、燃焼室の容積が増大していき、内燃機関１の圧縮比が徐々に低下する。一方で、Ｓ１０６では、圧縮比変更用くさび部材１５ｄのくさび部材挿入孔２１への挿入量を増大するとともに、保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を低減する。即ち、図２（ｂ）に示す方向にくさび部材を移動させることで、シリンダブロック３をクランクケース１２に近接する方向に移動させる。これにより、燃焼室の容積が低減していき、内燃機関１の圧縮比が徐々に上昇する。Ｓ１０４またはＳ１０６の処理が終了すると、それぞれＳ１０５またはＳ１０７へ進む。

Ｓ１０５またはＳ１０７では、内燃機関１の圧縮比を目的の圧縮比まで変更させるために、潤滑油供給装置１５ａから各油圧シリンダへの潤滑油の供給または回収が完了したか否かが判断される。各油圧シリンダへの潤滑油の供給または回収が完了したと判断されるとＳ１０８へ進み、各油圧シリンダへの潤滑油の供給または回収が完了していないと判断されると、再びＳ１０４またはＳ１０６の処理が繰り返される。

Ｓ１０８では、圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を、それぞれ微少量増大させる。これによって、内燃機関１の圧縮比を一定値に保持するときは、圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅとそれぞれに対応するテーパ状内壁面との間に介在する潤滑油を排除して、各要素間を直接に面接触させることで、各要素間のクリアランスを可及的に小さくすることが可能となる。Ｓ１０８の処理後、本制御を終了する。

尚、Ｓ１０８において、圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅのくさび部材挿入孔２１への挿入量を、それぞれ微少量増大させることで、内燃機関１の圧縮比が微少量変動する虞がある。そこでＳ１０８の処理後、変動した内燃機関１の圧縮比を補正すべく、圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅを移動させる。また、Ｓ１０８において生じる内燃機関１の圧縮比の変動量に応じて、Ｓ１０４またはＳ１０６によって行う各くさび部材のくさび部材挿入孔２１への挿入量を補正してもよい。

本制御によると、内燃機関１の圧縮比を変更するときくさび部材挿入孔２１において、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂと、各くさび部材との面接触部位に潤滑油がより確実に確保され、より円滑な圧縮比の変更が可能となる。また、圧縮比を一定値に保持する際は、潤滑油が排除されることで各テーパ状内壁面と各くさび部材との間のクリアランスが小さくなり、各要素同士が面接触状態となることで、圧縮比の変動がより確実に回避される。

ここで、図４にくさび部材挿入孔２１と可変圧縮比機構１５の別の実施の形態について示す。本実施の形態と上述した実施の形態との違いは、くさび部材挿入孔２１において、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂによって形成される窪みは、外部にして間口が徐々に狭まる形状となっている点である。即ち、くさび部材挿入孔２１に設けられたテーパ状内壁面の向きが、上述した実施の形態におけるテーパ状内壁面と異なる向きである。その結果、各くさび部材をくさび部材挿入孔２１への挿入量を低減する方向へ移動させると、各くさび部材が対応するくさび部材挿入孔２１のテーパ状内壁面を押圧し、該挿入量が増大すると、各くさび部材は該テーパ状内壁面から離れる方向へ移動する。

そこで、潤滑油供給装置１５ａによって第一油圧シリンダ１５ｂから潤滑油を回収すると共に、第二油圧シリンダ１５ｃへ潤滑油を供給すると、図４（ａ）中の実線矢印で表されるように、圧縮比変更用くさび部材１５ｄはくさび部材挿入孔２１から引き抜かれる方
向へ移動するとともに、保持用くさび部材１５ｅはくさび部材挿入孔２１へ挿入される方向へ移動する。その結果、図４（ａ）の点線矢印に示すように、可変圧縮比機構１５によって内燃機関１のシリンダブロック３はクランクケース１２に近接する方向に移動し、内燃機関１の圧縮比が上昇する。

一方で、潤滑油供給装置１５ａによって第一油圧シリンダ１５ｂに潤滑油を供給すると共に、第二油圧シリンダ１５ｃから潤滑油を回収すると、図４（ｂ）中の実線矢印で表されるように、圧縮比変更用くさび部材１５ｄはくさび部材挿入孔２１へ挿入される方向へ移動するとともに、保持用くさび部材１５ｅはくさび部材挿入孔２１から引き抜かれる方向へ移動する。その結果、図４（ｂ）の点線矢印に示すように、可変圧縮比機構１５によって内燃機関１のシリンダブロック３はクランクケース１２から遠ざかる方向に移動し、内燃機関１の圧縮比が低減する。

また、内燃機関１の圧縮比を一定値に保持するときは、潤滑油供給装置１５ａによる各油圧シリンダへの潤滑油の供給および各油圧シリンダからの潤滑油の回収を停止することで、上述した実施の形態と同様に、各要素間の接触は全て面接触の状態に保持されるため、各要素間におけるクリアランスは可及的に減少される。

上記の実施例においては、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂとは、単一のくさび部材挿入孔２１内に設けられているが、クランクケース側内壁面２１ａとシリンダブロック側内壁面２１ｂとをそれぞれ異なる孔に設けてもよい。即ち、シリンダブロック３に設けられた一の圧縮比変更用孔にシリンダブロック側内壁面２１ｂを設け、また圧縮比変更用孔とは別の保持用孔にクランクケース側内壁面２１ａを設け、それぞれのテーパ状内壁面に対して、各くさび部材を面接触させる。尚、このとき圧縮比変更用くさび部材１５ｄおよび保持用くさび部材１５ｅが互いに接触しない場合は、外力によってくさび部材が変形しないように、各くさび部材を高剛性の部材や構造とするのが好ましい。

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であって、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、圧縮比より安定的に保持する可変圧縮比内燃機関の第二の実施例について、図５および図６に基づいて説明する。尚、図５および図６に示す構成要素と図１に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の番号を付して、その説明を省略する。図６は、図５に示した内燃機関１の側面図である。尚、図６中においては、モータ２２およびオイルパン１３の表示は省略してある。

図５に示す内燃機関１においては、シリンダブロック３の側部に設けられたくさび部材挿入孔２６と可変圧縮比機構２５および可変圧縮比機構２５の動力源であるモータ２２、モータ２２の駆動力を可変圧縮比機構２５に伝達するウォームギア２３とウォームホイール２４によって、シリンダブロック３をクランクケース１２に対して相対移動させることで、圧縮比が変更される。尚、モータ２２はＥＣＵ２０からの指令に従い、駆動される。

ここで、くさび部材挿入孔２６は、内燃機関１のクランク軸方向に沿って設けられている。くさび部材挿入孔２６は、内燃機関１のクランク軸方向に沿ってクランクケース１２側に設けられたテーパ状内壁面であるクランクケース側内壁面２６ａを有している。また、モータ２２、ウォームギア２４等は支持部材２７に支持されており、支持部材２７はクランクケース１２に連結されている。

可変圧縮比機構２５は、クランクケース側内壁面２６ａと平行なテーパ面を有し且つく
さび状をしたくさび部材２５ａを有し、くさび部材２５ａはクランクケース側内壁面２６ａと面接触状態となっている。ここで、くさび部材２５ａの端部には支持棒２５ｃが連結されている。また、ウォームホイール２３の中心部は雌ねじ形状となり、支持棒２５ｃは雄ねじ形状となることで、支持棒２５ｃとウォームホイール２３は連結されている。更に、くさび部材挿入孔２６において、くさび部材２５ａをクランクケース側内壁面２６ａに押圧するための板バネ２５ｂが、くさび部材挿入孔２６のシリンダヘッド６側の空間に設けられている。

ここで、モータ２２が右回転すると、それに併せてウォームホイール２３が回転する。そしてウォームホイール２３に対して雄ねじとして連結される支持棒２５ｃは回転動作が制限されることで、くさび部材２５ａとともにクランクケース側内壁面２６ａの方向に移動する。その結果、くさび部材２５ａがクランクケース側内壁面２６ａを押圧するため、その押圧力の分力によってシリンダブロック３はクランクケース１２に近接する方向に移動し、内燃機関１の圧縮比は上昇する。尚、シリンダブロック３がクランクケース１２に近接する方向に移動するほど、板バネ２５ｂが設けられているくさび部材挿入孔２６内の空間が小さくなるため、板バネ２５ｂがより圧縮される。その結果、内燃機関１の圧縮比が高くなるほど、くさび部材２６ａはより強い力で、クランクケース側内壁面２６ａに付勢される。

逆に、モータ２２が左回転すると、くさび部材２５ａは、クランクケース側内壁面２６ａとは逆の方向に移動する。ここで、くさび部材２５ａは板バネ２５ｂによって付勢されているため、その付勢力によってクランクケース側内壁面２６ａは常にくさび部材２５ａのテーパ面に面接触した状態に維持される。その結果、くさび部材２５ａが、クランクケース側内壁面２６ａとは逆の方向に移動すると、シリンダブロック３はクランクケース１２から遠ざかる方向に移動し、内燃機関１の圧縮比は低下する。

また、内燃機関１の圧縮比を一定値に保持する際は、モータ２２による駆動を停止する。これによって、くさび部材２５ａは板バネによる付勢力を常に受けているため、シリンダブロック３とクランクケース１２は、くさび部材２５ａおよび板バネ２５ｂによってクリアランスが可及的に少ない状態で、その相対位置が保持される。ウォームギア２４とウォームホイール２３との間にバックラッシが存在する場合であっても、該バックラッシには影響されず、シリンダブロック３とクランクケース１２の相対位置は保持される。

また、燃焼圧によってシリンダブロック３はシリンダヘッド６側へ移動する力を受けるが、くさび部材２５ａとクランクケース側内壁面２６ａが面接触状態となることにより、燃焼圧によるシリンダブロック３の位置の変動を、より確実に抑制することが可能となる。また、ピストン４の往復運動による摩擦力によって、シリンダブロック３をクランクケース１２側へ移動させる力が作用するが、該摩擦力は燃焼圧によって受ける力と比べ、非常に小さい。従って、板バネ２５ｂの弾性係数を該摩擦力に抗し得る程度の数値とすることで、該摩擦力によるシリンダブロック３の位置の変動を、より確実に抑制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。 本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関における可変圧縮比機構の動作を示す図である。 本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、可変圧縮比機構に潤滑油を供給する潤滑油供給制御を示す制御フローチャートである。 本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関における可変圧縮比機構の動作を示す第二の図である。 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第二の図である。 図５に示す可変圧縮比内燃機関の側面図である。

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
１５・・・・可変圧縮比機構
１５ａ・・・・潤滑油供給装置
１５ｂ・・・・第一油圧シリンダ
１５ｃ・・・・第二油圧シリンダ
１５ｄ・・・・圧縮比変更用くさび部材
１５ｅ・・・・保持用くさび部材
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・くさび部材挿入孔
２１ａ・・・・クランクケース側内壁面
２１ｂ・・・・シリンダブロック側内壁面
２２・・・・モータ
２５・・・・可変圧縮比機構
２５ａ・・・・くさび部材
２５ｂ・・・・板バネ
２６・・・・くさび部材挿入孔
２６ａ・・・・クランクケース側内壁面

Claims (4)

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または前記クランクケースの何れかに設けられた孔であって、該孔のシリンダブロック側内壁面又はクランクケース側内壁面がテーパ状に形成された圧縮比変更用孔と、
   前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と面接触するテーパ面を有し、前記圧縮比変更用孔へ挿入される圧縮比変更用くさび部材と、
   前記圧縮比変更用くさび部材の前記圧縮比変更用孔への挿入量を調整することで、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置を変化させる相対位置制御手段と、
   前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と前記圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する保持手段と、
   を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記保持手段は、
   前記圧縮比変更用孔が設けられた前記シリンダブロックまたは前記クランクケースの何れかに設けられた孔であって、該孔のシリンダブロック側内壁面とクランクケース側内壁面のうち前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面とは逆側の内壁面がテーパ状に形成された保持用孔と、
   前記保持用孔に形成されたテーパ状内壁面と面接触するテーパ面を有し、前記保持用孔へ挿入される保持用くさび部材と、
   前記圧縮比変更用くさび部材の前記圧縮比変更用孔への挿入量に応じて前記保持用くさび部材の前記保持用孔への挿入量を調整することで、前記圧縮比変更用孔に形成されたテーパ状内壁面と前記圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持する面接触状態制御手段と、
   を具備す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。
3. 前記圧縮比変更用孔と前記保持用孔は単一のくさび部材挿入孔を形成し、
   前記圧縮比変更用くさび部材と前記保持用くさび部材は、互いに接触し且つ相対移動自在に前記くさび部材挿入孔への挿入量が調整され、
   前記面接触状態制御手段は、前記相対位置制御手段による前記圧縮比変更用くさび部材の前記くさび部材挿入孔への挿入方向と相反する方向へ前記保持用くさび部材を相対移動させることで、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を許容するとともに、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該圧縮比変更用くさび部材との面接触状態を保持することを特徴とする請求項２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 前記くさび部材挿入孔へ潤滑油を供給する潤滑油供給手段を更に備え、
   前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を開始する前に、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面から該圧縮比変更用くさび部材を所定量遠ざけ、または前記くさび部材挿入孔における前記保持用くさび部材に対応するテーパ状内壁面から該保持用くさび部材を所定量遠ざけ、
   前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対位置の変更を終了した後に、前記くさび部材挿入孔における前記圧縮比変更用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該圧縮比変更用くさび部材とを接触させ、且つ前記くさび部材挿入孔における前記保持用くさび部材に対応するテーパ状内壁面と該保持用くさび部材とを接触させることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関。

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