JP2005220843A - 可変圧縮比機構を備えた内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関を好適に冷却することができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、シリンダブロック(4)及びシリンダヘッド(5)をクランクケース(3)に対して相対的に変位させることにより圧縮比を可変とする内燃機関(1)において、シリンダブロック(4)の外壁面(40)に形成された冷却水取入口(41)とクランクケース(3)に固定された冷却水導入管(13)の開口端(14)とを摺動自在且つ液密に当接させ、それら冷却水取入口(41)と開口端(14)の相対位置をシリンダブロック(4)とクランクケース(3)の相対位置変化に連動させて変化させることにより、冷却水導入管(3)から冷却水取入口(41)を介してウォータジャケット(10)へ流入する冷却水量を自動的に調節する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明は、シリンダブロック(4)及びシリンダヘッド(5)をクランクケース(3)に対して相対的に変位させることにより圧縮比を可変とする内燃機関(1)において、シリンダブロック(4)の外壁面(40)に形成された冷却水取入口(41)とクランクケース(3)に固定された冷却水導入管(13)の開口端(14)とを摺動自在且つ液密に当接させ、それら冷却水取入口(41)と開口端(14)の相対位置をシリンダブロック(4)とクランクケース(3)の相対位置変化に連動させて変化させることにより、冷却水導入管(3)から冷却水取入口(41)を介してウォータジャケット(10)へ流入する冷却水量を自動的に調節する。
【選択図】図1
Description
本発明は圧縮比を変更可能な内燃機関に関し、特に圧縮比を変更可能な内燃機関の冷却系に関する。
近年、熱効率の向上を目的として圧縮比を変更可能とする内燃機関の開発が進められている。このような内燃機関としては、例えば、クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの相対位置を変化させることにより行程容積を一定にしつつ燃焼室容積を変更するものが知られている(例えば、特許文献1、2を参照)。
また、内燃機関の冷却方法としては、従来より多種多様の方法が提案されている(例えば、特許文献3〜8を参照)。
ところで、前述したような圧縮比可変の内燃機関に適した冷却方法については提案されていなかった。
本発明は、クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの位置を変化させることにより圧縮比を変更する内燃機関において、好適な冷却を実現可能とする技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のように構成される。本発明の要旨は、クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの位置を相対的に変化させて燃焼室容積を変化させることにより圧縮比を変更可能とする内燃機関において、シリンダブロックおよびまたはシリンダヘッドに設けられた冷却水通路の流量を圧縮比の変化に連動して自動的に増減する機構を備えた点にある。
すなわち、本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、シリンダブロックまたはシリンダヘッドに形成された冷却水通路と、クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの相対的な変位に連動して前記冷却水通路の流量を自動的に増減する流量自動調整機構と、を備えるようにした。
このように構成された内燃機関では、圧縮比を変更する際にシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して相対的に変位することになる。クランクケースに対
するシリンダブロック及びシリンダヘッドが相対的に変位すると、それに連動して流量自動調整機構が冷却水通路の流量を自動的に増減する。
するシリンダブロック及びシリンダヘッドが相対的に変位すると、それに連動して流量自動調整機構が冷却水通路の流量を自動的に増減する。
従って、圧縮比を変更すべくクランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの相対的な位置が変化すると、それに連動して冷却水通路の流量が自動的に増減されることになる。
尚、一般の可変圧縮比機構を備えた内燃機関では、比較的負荷が低いときに圧縮比が高められ、比較的負荷が高いときに圧縮比が低くされる。そこで、流量自動調整機構は、圧縮比が低いときは圧縮比が高いときに比して流量が多くなるように構成されてもよい。この場合、冷却水通路の流量は、内燃機関の発熱量が多くなる高負荷時に増加し、内燃機関の発熱量が少なくなる低負荷時に減少するようになる。
本発明に係る流量自動調整機構は、以下のように構成されてもよい。
すなわち、流量自動調整機構は、シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁に形成され、前記冷却水通路に冷却水を取り入れるための冷却水取入口と、シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁と摺動自在且つ液密に当接する開口端を有しウォータポンプから吐出された冷却水を前記開口端へ導く冷却水導入管と、前記開口端が前記冷却水取入口を覆うように前記冷却水導入管をクランクケースに固定する固定部材と、を備えるようにしてもよい。
すなわち、流量自動調整機構は、シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁に形成され、前記冷却水通路に冷却水を取り入れるための冷却水取入口と、シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁と摺動自在且つ液密に当接する開口端を有しウォータポンプから吐出された冷却水を前記開口端へ導く冷却水導入管と、前記開口端が前記冷却水取入口を覆うように前記冷却水導入管をクランクケースに固定する固定部材と、を備えるようにしてもよい。
このように構成された流量自動調整機構では、燃焼室容積を増減させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して変位したときに、冷却水取入口がシリンダブロック及びシリンダヘッドとともに変位する。これに対し、冷却水導入管はクランクケースに固定されているため変位しない。
従って、燃焼室容積を増減させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して変位すると、それに連動して冷却水導入管に対する冷却水取入口の位置が変化することになる。
冷却水導入管に対する冷却水取入口の位置が変化すると、シリンダブロック又はシリンダヘッドの外壁と冷却水導入管の開口端との当接面において冷却水取入口と冷却水導入管の連通面積が変化し、その結果、冷却水導入管から冷却水取入口へ流入する冷却水量が変化する。
尚、流量自動調整機構は、圧縮比の増減に反比例して前記連通面積が増減するように構成されてもよい。言い換えれば、流量自動調整機構は、燃焼室容積の増減に比例して前記連通面積が増減するように構成されてもよい。
この場合、前記連通面積は、圧縮比が最も低くなるとき(燃焼室容積が最大となるとき)に最大となり、圧縮比が高くなるほど(燃焼室容積が減少するほど)小さくなる。この結果、冷却水通路の冷却水流量は、圧縮比が最も低いときに最大となり、圧縮比が低くなるほど減少するようになる。
また、本発明に係る流量自動調整機構は、以下のように構成してもよい。
すなわち、流量自動調整機構は、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに固定されてウォータポンプから吐出された冷却水を前記冷却水通路に導く冷却水導入管と、冷却水導入管内に取り付けられた弁体と、前記弁体とクランクケースを連結する連結部材と、を備えるようにしてもよい。
すなわち、流量自動調整機構は、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに固定されてウォータポンプから吐出された冷却水を前記冷却水通路に導く冷却水導入管と、冷却水導入管内に取り付けられた弁体と、前記弁体とクランクケースを連結する連結部材と、を備えるようにしてもよい。
このように構成された流量自動調整機構では、圧縮比を変更すべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して変位したときに、冷却水導入管はシリンダブロック及びシリンダヘッドとともに変位する。これに対し、弁体はクランクケースと連結されているため変位しない。
つまり、圧縮比を変更すべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して変位したときに、冷却水導入管と弁体が相対的に変位する。
冷却水導入管と弁体の相対位置が変化すると、冷却水導入管における弁体の開度が変化し、冷却水導入管を流れる冷却水量が変化する。その結果、ウォータポンプから冷却水導入管を介して冷却水通路へ流入する冷却水量が変化し、以て冷却水通路の冷却水流量が変化する。
尚、流量自動調整機構は、圧縮比の増減に反比例して弁体の開度が増減するように構成されてもよい。すなわち、流量自動調整機構は、燃焼室容積の増減に比例して弁体の開度が増減するように構成されてもよい。
この場合、流量自動調整機構は、圧縮比が最も低くなるときに(燃焼室容積が最大となるとき)に弁体の開度が最大となり、圧縮比が高くなるほど(燃焼室容積が減少するほど)弁体の開度が減少する。この結果、冷却水通路の冷却水流量は、圧縮比が最も低くなるときに最大となり、圧縮比が高くなるほど減少するようになる。
また、本発明に係る流量自動調整機構は、以下のように構成されてもよい。
すなわち、前記流量自動調整機構は、クランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、シリンダブロックに固定されて前記冷却水通路へ向けて冷却水を吐出するウォータポンプと、ウォータポンプの駆動軸に取り付けられてポンププーリと、クランクプーリとポンププーリに掛け渡されるベルトとを備え、前記ポンププーリは、ベルト係合部の径を変更自在に構成されるとともに、前記ベルト係合部の径を拡大させるように作用する付勢部材を具備するようにしてもよい。
すなわち、前記流量自動調整機構は、クランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、シリンダブロックに固定されて前記冷却水通路へ向けて冷却水を吐出するウォータポンプと、ウォータポンプの駆動軸に取り付けられてポンププーリと、クランクプーリとポンププーリに掛け渡されるベルトとを備え、前記ポンププーリは、ベルト係合部の径を変更自在に構成されるとともに、前記ベルト係合部の径を拡大させるように作用する付勢部材を具備するようにしてもよい。
このように構成された流量自動調整機構では、燃焼室容積を減少させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに接近すると、ポンププーリに作用するベルトの引張応力が低下するため、付勢機構の付勢力がベルトの引張応力に勝り、ポンププーリのプーリ径が大きくなる。
ポンププーリのプーリ径が大きくなると、クランクプーリに対するポンププーリの回転数が低下する。その結果、ウォータポンプが単位時間当たりに吐出する冷却水量が減少して冷却水通路の流量が減少する。
一方、燃焼室容積を増加させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースから離間すると、ポンププーリに作用するベルトの引張応力が増加して付勢機構の付勢力に勝り、ポンププーリのプーリ径が小さくなる。
ポンププーリのプーリ径が小さくなると、クランクプーリに対するポンププーリの回転数が増加する。その結果、ウォータポンプが単位時間当たりに吐出する冷却水量が増加し、冷却水通路の流量が増加する。
従って、燃焼室容積の増減に反比例して、言い換えれば圧縮比の増減に反比例して冷却水通路の流量が増減することになる。
本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関によれば、クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの位置を相対的に変化させることにより圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比の変化に連動して自動的に冷却水量を調節することが可能となるため、特別な制御を実行することなく圧縮比に応じて内燃機関を好適に冷却することが可能となる。
以下、本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図1〜図5に基づいて説明する。
図1は、内燃機関の概略構成を示す図である。
図1に示す内燃機関1は、行程容積を一定に保ちつつ燃焼室容積を増減させることにより圧縮比(圧縮比=(行程容積+燃焼室容積)/燃焼室容積)を可変とするレシプロ型の内燃機関である。
図1に示す内燃機関1は、行程容積を一定に保ちつつ燃焼室容積を増減させることにより圧縮比(圧縮比=(行程容積+燃焼室容積)/燃焼室容積)を可変とするレシプロ型の内燃機関である。
内燃機関1は、クランクシャフト2を回転自在に内装するクランクケース3と、クランクケース3に対してシリンダ軸方向へ摺動自在に取り付けられたシリンダブロック4と、シリンダブロック4の上部に取り付けられたシリンダヘッド5と、クランクケース3の底部に取り付けられたオイルパンケース6とを備えている。
シリンダブロック4にはシリンダ7が形成されている。シリンダ7には、ピストン8がシリンダ軸方向へ摺動自在に嵌装されている。ピストン8はコネクティングロッド9を介してクランクシャフト2と連結されている。
また、シリンダブロック4の側壁には、冷却水を流通させるためのウォータジャケット10が形成されている。このウォータジャケット10は本発明に係る冷却水通路に相当する。
シリンダブロック4とクランクケース3との係合部には、シリンダブロック4をシリンダ軸方向の上死点側又は下死点側へ変位させる駆動機構11が設けられている。前記駆動機構11としては、例えば、特開2003−206771号公報に開示されている機構を用いることができる。
このように構成された内燃機関1では、駆動機構11がシリンダブロック4をシリンダ軸方向の上死点側又は下死点側へ変位させると、シリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3に対して接近又は離間する。
このようにシリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3に対して接近又は離間すると燃焼室容積が増減する。その際、行程容積は変化しないため、燃焼室容積に対する行程容積と燃焼室容積の和、すなわち圧縮比が変化する。
例えば、駆動機構11がシリンダブロック4及びシリンダヘッド5を下死点側へ変位させると、シリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3と相対的に接近して燃焼室容積を減少させる。この結果、内燃機関1の圧縮比が上昇する。
シリンダブロック4及びシリンダヘッド5が下死点側の変位端まで変位したとき(シリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3に対して最も接近したとき)には、燃焼室容積が最小になるとともに内燃機関1の圧縮比が最も高くなる。
一方、駆動機構11がシリンダブロック4及びシリンダヘッド5を上死点側へ変位させると、シリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3と相対的に離間して燃焼室容積を増加させる。この結果、内燃機関1の圧縮比が低下する。
シリンダブロック4及びシリンダヘッド5が上死点側の変位端まで変位したとき(シリンダブロック4及びシリンダヘッド5がクランクケース3に対して最も離間したとき)には、燃焼室容積が最大になるとともに圧縮比が最も低くなる。
従って、内燃機関1では、駆動機構11がシリンダブロック4及びシリンダヘッド5を上死点側変位端と下死点側変位端との間で連続的に変位させることにより、内燃機関1の圧縮比を連続的に変化させることができる。
また、内燃機関1は、本発明の特徴となる流量自動調整機構12を備えている。この流量自動調整機構12は、シリンダブロック4の側壁に配置され、前記したウォータジャケット10の冷却水流量を圧縮比の変化に連動して自動的に調節する機構である。
以下、流量自動調整機構12について図2〜図4に基づいて詳説する。
図2は、シリンダブロック4が上死点側の変位端に位置するとき(内燃機関1の圧縮比が最も低くなるとき)の流量自動調整機構12の拡大断面図である。
図2は、シリンダブロック4が上死点側の変位端に位置するとき(内燃機関1の圧縮比が最も低くなるとき)の流量自動調整機構12の拡大断面図である。
流量自動調整機構12は、図2に示すように、シリンダブロック4の外壁面40からウォータジャケット10にわたって貫通する冷却水取入口41と、シリンダブロック4の外壁面に摺動自在且つ液密に当接する開口端14を有しウォータポンプ16から吐出された冷却水を前記開口端14へ導く冷却水導入管13と、前記冷却水導入管13をクランクケース3に固定する固定部材15とを備えている。
前記開口端14の周縁には径方向に延在するフランジ14aが設けられ、このフランジ14aが前記外壁面40と摺動自在且つ液密に当接している。前記開口端14の中央部には冷却水導入管13内を流れる冷却水を排出するための冷却水排出口14bが形成されている。尚、冷却水排出口14bの開口形状は、前記冷却水取入口41の開口形状と略同一に形成されている。
前記固定部材15の寸法は、シリンダブロック4が上死点側変位端に位置するときに、前記冷却水取入口41と前記冷却水排出口14bとのシリンダ軸方向における位置が一致するように定められている。
次に、流量自動調整機構12の動作について説明する。
前述した駆動機構11によってシリンダブロック4が上死点側変位端から下死点側へ変位させられると、前記冷却水取入口41がシリンダブロック4とともにシリンダ軸方向の下死点側へ変位する。これに対し、冷却水導入管13は、固定部材15によってクランクケース3に固定されているため変位しない。
前述した駆動機構11によってシリンダブロック4が上死点側変位端から下死点側へ変位させられると、前記冷却水取入口41がシリンダブロック4とともにシリンダ軸方向の下死点側へ変位する。これに対し、冷却水導入管13は、固定部材15によってクランクケース3に固定されているため変位しない。
つまり、シリンダブロック4が下死点側へ変位した場合は、図3に示すように、冷却水取入口41が冷却水排出口14bに対してシリンダ軸方向の下死点側へずれることになる。
この場合、冷却水排出口14bの一部がシリンダブロック4の外壁面40によって閉塞されると同時に、冷却水取入口41の一部が開口端14のフランジ14aによって閉塞されるため、冷却水排出口14bと冷却水取入口41との連通面積が減少する。
前記した連通面積とは、図4に示すように、シリンダブロック4の外壁面40と冷却水導入管13の開口端14との当接面において冷却水取入口41の開口面Aと冷却水排出口14bの開口面Bとが重複する領域Cの面積を表すものとする。
連通面積が減少すると、シリンダブロック4の外壁面40と冷却水導入管13の開口端14との当接面において冷却水の流路断面積が絞られることとなり、冷却水導入管13からウォータジャケット10へ流入する冷却水量が減少する。
因みにシリンダブロック4が上死点側変位端に位置するときは、図5に示すように冷却水排出口14bと冷却水取入口41の位置が互いに一致するため、連通面積が最大となり、冷却水排出口14bから冷却水取入口41へ流入する冷却水量が最大量になる。そして、シリンダブロック4が下死点側へ変位するにつれて連通面積が減少し、冷却水導入管13からウォータジャケット10へ流入する冷却水量も減少する。
尚、前記開口端14のフランジ14aは、シリンダブロック4が下死点側変位端まで変位した場合であっても前記冷却水取入口41を十分に覆うことができる程度の寸法で形成されている。
以上述べた流量自動調整機構12によれば、圧縮比の変化に連動して冷却水排出口14bと冷却水取入口41の連通面積が自動的に変化し、ウォータジャケット10の冷却水流量を自動的に調節すること可能となる。
ここで、圧縮比を可変とする内燃機関では、通常、負荷に反比例して圧縮比が変更されるため、本実施の形態に係る流量自動調整機構12のように圧縮比に反比例してウォータジャケット10の冷却水流量が増減されれば、負荷に比例してウォータジャケット10の冷却水流量が増減されることになる。
要は、内燃機関1の発熱量が多くなり易い高負荷時にはウォータジャケット10の冷却水流量が自動的に増加し、内燃機関1の発熱量が少なくなり易い低負荷時にはウォータジャケット10の冷却水流量が自動的に減少する。
この結果、高負荷時における内燃機関1の過熱を抑制するとともに、低負荷時における内燃機関1の過冷却を抑制することが可能となる。
従って、本実施の形態によれば、内燃機関1の発熱量に応じてウォータジャケット10の冷却水流量が自動的に変化するため、特別な制御を実行することなく内燃機関1を適温に保つことが可能となる。
ところで、本実施の形態では、冷却水取入口41と冷却水導入管13を相対変位させることによりウォータジャケット10の冷却水流量を自動的に調節する例について述べたが、冷却水取入口41と冷却水導入管13を相対変位させずに、冷却水導入管13の流路断面積を自動的に増減させるようにしてもよい。
例えば、図6、7に示すように、流量自動調整機構12は、冷却水導入管13をシリンダブロック4の外壁面に固定するとともに、冷却水導入管13内に進退自在にシャッタバルブ17を配置し、前記シャッタバルブ17の基端部が連結部材18を介してクランクケース3に連結されるように構成されてもよい。
尚、連結部材18の寸法は、圧縮比が最も低くなるとき(シリンダブロック4及びシリンダヘッド5が上死点側変位端に位置するとき)に、前記シャッタバルブ17の冷却水導
入管13内への進出量が零となるように定められるものとする。
入管13内への進出量が零となるように定められるものとする。
このように構成された流量自動調整機構12では、前述した駆動機構11によってシリンダブロック4が上死点側変位端から下死点側へ変位させられると、前記冷却水導入管13がシリンダブロック4とともにシリンダ軸方向の下死点側へ変位する。これに対し、シャッタバルブ17は連結部材18によってクランクケース3に連結されているため変位しない。
つまり、シリンダブロック4が下死点側へ変位した場合は、図8、9に示すように、冷却水導入管13がシャッタバルブ17に対してシリンダ軸方向の下死点側へ変位することになる。
この場合、シャッタバルブ17が冷却水導入管13内へ進出して冷却水導入管13内の冷却水流路の一部を閉塞する。冷却水導入管13内の冷却水流路の一部がシャッタバルブ17によって閉塞されると、前記冷却水流路の断面積が減少し、冷却水導入管13内の冷却水流量が減少する。その結果、冷却水導入管13からウォータジャケット10へ流入する冷却水量も減少する。
冷却水導入管13内へのシャッタバルブ17の進出量は、シリンダブロック4が下死点側へ変位するほど増加するため、シリンダブロック4が下死点側へ変位するにつれて冷却水導入管13内の冷却水流量も減少する。
この結果、内燃機関1の発熱量が多くなり易い高負荷時にはウォータジャケット10の冷却水流量が自動的に増加し、内燃機関1の発熱量が少なくなり易い低負荷時にはウォータジャケット10の冷却水流量が自動的に減少するようになる。
尚、前記シャッタバルブ17の代わりにバタフライバルブを用いても良く、要は圧縮比が最も低くなるときに全開となり圧縮比が高くなるにつれて開度が減少すればよい。
次に、本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関の他の実施の形態について図10〜図13に基づいて説明する。ここでは前述した実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
前述した実施の形態と本実施の形態の差異は、前述した実施の形態では圧縮比の変化に連動して冷却水流通路の断面積を自動的に調節することによりウォータジャケットへ流入する冷却水量を増減させるのに対し、本実施の形態では圧縮比の変化に連動してウォータポンプの吐出量を自動的に調節することによりウォータジャケットへ流入する冷却水量を増減させる点にある。
図10は、内燃機関1の正面図である。内燃機関1のシリンダブロック4にはウォータポンプ19が取り付けられている。ウォータポンプ19の駆動軸20にはポンププーリ21が取り付けられ、クランクシャフト2にはクランクプーリ23が取り付けられている。ポンププーリ21とクランクプーリ23はベルト22を介して接続され、クランクシャフト2の回転力がウォータポンプ19の駆動軸へ伝達されるようになっている。
ここで、ポンププーリ21の詳細な構成について図11、12に基づいて説明する。図11は内燃機関1の圧縮比が最も高いとき(シリンダブロック4が下死点側変位端に位置するとき)のポンププーリ21の状態を示す断面図であり、図12は図11のa−b断面を示す図である。
ポンププーリ21は、駆動軸20の外周に同軸配置される第1筒状体24と、第1筒状体24の外周に同軸配置される第2筒状体25とを備えている。
第1筒状体24は、駆動軸20の外周面に設けられた環状突起26と駆動軸20の先端に螺合されるナット27によって軸方向の変位が規制されている。第1筒状体24の内周面には、図12に示すように、条溝30が形成されており、この条溝30が駆動軸20の外周面に設けられた突起29と嵌合することにより第1筒状体24と駆動軸20の相対回転が規制されるようになっている。
第1筒状体24の外周面には、径方向に突出した環状の第1環状突出部241が形成されている。第1環状突出部24のナット27側の側面241は、軸心に向かって該第1環状突出部24の厚さが増すようテーパー状に形成されている(以下、側面241を第1テーパー面241と称する)。
一方、第2筒状体25は、第1筒状体24の第1環状突出部24よりナット寄りに配置されている。第2筒状体25の内径は第1筒状体24の外径より僅かに径大に形成され、第2筒状体25が第1筒状体24の外周面上を軸方向に摺動可能となっている。
第2筒状体25の内周面には、図12に示すように、条溝32が形成されており、この条溝32が第1筒状体24の外周面に設けられた突起31と嵌合することにより第2筒状体25と第1筒状体24の相対回転が規制されるようになっている。
第2筒状体25の外周面には径方向に突出した環状の第2環状突出部24が形成され、第2環状突出部24の第1環状突出部240側の側面251は前記第1テーパー面241と対称なテーパー面になっている(以下、側面251を第2テーパー面251と称する)。
前記第2筒状体25とナット27との間にはスプリング28が介設され、このスプリング28によって第2筒状体25が第1環状突出部240に押し付けられている。
このように構成されるポンププーリ21では、第1テーパー面241と第2テーパー面251の間に断面V字形の溝Aが形成される。このV字溝Aには、前記ベルト22が係合される。
ベルト22の両側面は、前記した第1及び第2テーパー面241、251と平行なテーパー状に形成される。ベルト22の幅及び長さは、シリンダブロック4が下死点側変位端に位置し且つ前記第1筒状体24と前記第2筒状体25が相互に当接した状態において、該ベルト22が前記V字溝Aの比較的上部に係合するように定められる。
以下、前記したポンププーリ21の動作について説明する。
前述した駆動機構11によってシリンダブロック4が下死点側変位端から上死点側へ変位させられると、シリンダブロック4がクランクケース3から離間するため、クランクプーリ23とポンププーリ21の相対距離が長くなる。
前述した駆動機構11によってシリンダブロック4が下死点側変位端から上死点側へ変位させられると、シリンダブロック4がクランクケース3から離間するため、クランクプーリ23とポンププーリ21の相対距離が長くなる。
クランクプーリ23とポンププーリ21の相対距離が長くなると、ベルト22に引張応力が発生する。前記引張応力は、ポンププーリ21においてベルト22をV字溝Aの底部側へ変位させるように作用する。前記引張応力が前記スプリング28の付勢力より大きくなると、図13に示すように、第2筒状体25が第1筒状体24から離間してナット27側へ変位する。
この場合、第1テーパー面241と第2テーパー面251の相対距離が広がり、ベルト22が第1テーパー面241及び第2テーパー面25と係合しつつポンププーリ21の軸心寄りに変位する。すなわち、ポンププーリ21においてベルト22が係合する部位の半径が小さくなる。
ポンププーリ21においてベルト22が係合する部位の半径は、シリンダブロック4が上死点側へ変位する程小さくなり、シリンダブロック4が上死点側変位端へ変位したときに最小となる。
ポンププーリ21においてベルト22が係合する部位の半径が小さくなると、クランクプーリ23に対するポンププーリ21の回転数が増加し、ウォータポンプ19の吐出量が増加する。
従って、本実施の形態に係るポンププーリ21によれば、クランクケース3に対するシリンダブロック4の変位に連動してウォータポンプ19の吐出量を自動的に増減させることができる。言い換えれば、内燃機関1の圧縮比の変化に連動してウォータポンプ19の吐出量を自動的に増減させることが可能となる。その結果、ウォータジャケットへ流入する冷却水量は、圧縮比の変化に連動して自動的に増減されることとなる。
次に、本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関の他の実施の形態について説明する。ここでは前述した実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
<他の実施例1>
実施例1においては、ウォータジャケット10の冷却水流量を圧縮比の変化に連動して自動的に調節していたが、これに代えて、ウォータポンプ16を電力の供給で駆動する電動ウォータポンプとし、該ウォータポンプ16への電力の供給量を調整することにより該ウォータポンプ16からの冷却水流量を変更するようにしてもよい。これにより、ウォータジャケット10の冷却水流量を圧縮比の変化に連動して調節することができる。
実施例1においては、ウォータジャケット10の冷却水流量を圧縮比の変化に連動して自動的に調節していたが、これに代えて、ウォータポンプ16を電力の供給で駆動する電動ウォータポンプとし、該ウォータポンプ16への電力の供給量を調整することにより該ウォータポンプ16からの冷却水流量を変更するようにしてもよい。これにより、ウォータジャケット10の冷却水流量を圧縮比の変化に連動して調節することができる。
<他の実施例2>
サーモスタットを電力の供給により制御する電子制御式のサーモスタットとし、該電子制御式のサーモスタットの開弁量を制御することにより、冷却水流量を調整するようにしてもよい。
サーモスタットを電力の供給により制御する電子制御式のサーモスタットとし、該電子制御式のサーモスタットの開弁量を制御することにより、冷却水流量を調整するようにしてもよい。
<他の実施例3>
図10において、ウォータポンプ19の駆動軸20にビスカスカップリングを介在させてもよい。このビスカスカップリングは、その内部に温度の変化とともに粘性が変化する流体が入れられており、温度が高いほどポンププーリ21からウォータポンプ19へ伝達される駆動力が大きくなる。内燃機関1の高負荷時には、冷却水温が上昇するため、ポンププーリ21からウォータポンプ19へ伝達される駆動力が大きくなり、ウォータポンプ19の回転数が高まる。これにより、冷却水流量が多くなり、冷却性能を高めることができる。なお、ビスカスカップリングに代えて、バイメタルを用いて駆動力を変更するようにしてもよい。
図10において、ウォータポンプ19の駆動軸20にビスカスカップリングを介在させてもよい。このビスカスカップリングは、その内部に温度の変化とともに粘性が変化する流体が入れられており、温度が高いほどポンププーリ21からウォータポンプ19へ伝達される駆動力が大きくなる。内燃機関1の高負荷時には、冷却水温が上昇するため、ポンププーリ21からウォータポンプ19へ伝達される駆動力が大きくなり、ウォータポンプ19の回転数が高まる。これにより、冷却水流量が多くなり、冷却性能を高めることができる。なお、ビスカスカップリングに代えて、バイメタルを用いて駆動力を変更するようにしてもよい。
<他の実施例4>
また、図14に示す機構を用いてウォータジャケット10内で冷却水流量の分布が生じるようにしてもよい。
また、図14に示す機構を用いてウォータジャケット10内で冷却水流量の分布が生じるようにしてもよい。
ここで、ウォータジャケット10内であって、ウォータジャケット10の下部に樹脂製のウォータジャケットスペーサ300を設ける。これにより、ウォータジャケット10の下部では、上部より冷却水の通路面積が小さくなる。また、ウォータジャケットスペーサ300の上部には、形状記憶合金を用いた連結ばね301の一端が接続され、この連結ばね301の他端は樹脂製の調整弁302に接続されている。連結ばね301は、温度の低いときにウォータジャケット10の上部方向に伸び(図14(A)参照。)、温度の高いときにウォータジャケット10の下部方向に曲がる(図14(B)参照。)ように形成されている。なお、図14(B)に示すように連結ばね301がウォータジャケット10の下部方向に曲がった状態では、ウォータジャケットスペーサ300の上側端面よりも下方に調整弁302が達し、該ウォータジャケット10の上部と下部との間の冷却水の通路面積が狭められる。
このように構成されたウォータジャケット10内部では、内燃機関1が低圧縮比で且つ高負荷となった場合には冷却水温が上昇するので、調整弁302は図14(B)に示した状態となる。これにより、主にウォータジャケット10の上部に冷却水が流通するようになり、該ウォータジャケット10の上部の冷却水の流速が高まる。ここで、冷却水の流速が高まると冷却効率が高まることが知られている。そのため、内燃機関1が低圧縮比で且つ高負荷となった場合のようにウォータジャケットの上部の温度が高まる運転状態の場合には、主にウォータジャケット10の上部に冷却水を流すことにより該上部の冷却効率を高めることができる。
一方、冷却水温度が低い場合には、調整弁302は図14(A)に示した状態となり、ウォータジャケット下部にも冷却水が流れるようになる。これにより、内燃機関1の暖機性能を向上させることができる。
<他の実施例5>
例えばラジエータを2つ備え、冷却水の温度が高くなる例えば内燃機関1の低圧縮比で且つ高負荷のときに2つのラジエータに冷却水を流し、冷却水の温度が低くなる運転状態のときには1つのラジエータに冷却水を流すようにしてもよい。
例えばラジエータを2つ備え、冷却水の温度が高くなる例えば内燃機関1の低圧縮比で且つ高負荷のときに2つのラジエータに冷却水を流し、冷却水の温度が低くなる運転状態のときには1つのラジエータに冷却水を流すようにしてもよい。
これにより、冷却水の温度が高くなるときにはラジエータからの放熱量を増加させて冷却水の過度の温度上昇を抑制し、冷却水の温度が低くなるときにはラジエータからの放熱量を減少させて過冷却を抑制することができる。
1・・・内燃機関、3・・・クランクケース、4・・・シリンダブロック、5・・・シリンダヘッド、10・・・ウォータジャケット、13・・・冷却水導入管、41・・・冷却水取入口、16・・・ウォータポンプ、15・・・固定部材、17・・・シャッタバルブ、18・・・連結部材、23・・・クランクプーリ、19・・・ウォータポンプ、21・・・ポンププーリ、22・・・ベルト、28・・・スプリング
Claims (6)
- シリンダブロックおよびシリンダヘッドをクランクケースに対して変位させることにより燃焼室容積を増減させる可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
シリンダブロックまたはシリンダヘッドに形成された冷却水通路と、
クランクケースに対するシリンダブロック及びシリンダヘッドの変位に連動して前記冷却水通路の流量を自動的に増減させる流量自動調整機構と、
を備えることを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 - 前記流量自動調整機構は、
シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁に形成され、前記冷却水通路に冷却水を取り入れるための冷却水取入口と、
シリンダブロックまたはシリンダヘッドの外壁と摺動自在且つ液密に当接する開口端を有し、ウォータポンプから吐出された冷却水を前記開口端へ導く冷却水導入管と、
前記開口端が前記冷却水取入口を覆うように前記冷却水導入管をクランクケースに固定する固定部材と、を備え、
燃焼室容積を増減させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して変位したときに、それに連動して前記冷却水取入口と前記冷却水導入管との相対位置を変化させることにより、前記外壁と前記開口端の当接面における前記冷却水取入口と前記冷却水導入管の連通面積を増減させることを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 - 前記流量自動調整機構は、燃焼室容積の増減に比例して前記連通面積を増減させるように構成されることを特徴とする請求項2に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
- 前記流量自動調整機構は、
シリンダヘッドまたはシリンダブロックに固定され、ウォータポンプから吐出された冷却水を前記冷却水通路に導く冷却水導入管と、
冷却水導入管に取り付けられた弁体と、
前記弁体とクランクケースを連結する連結部材と、を備え、
燃焼室容積を増減させるべくシリンダブロック及びシリンダヘッドがクランクケースに対して相対変位すると、それに連動して前記弁体の開度を変化させることを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 - 前記流量自動調整機構は、燃焼室容積の増減に比例して前記弁体の開度が増減するよう構成されることを特徴とする請求項4に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
- 前記流量自動調整機構は、
クランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、
シリンダブロックに固定され、前記冷却水通路へ向けて冷却水を吐出するウォータポンプと、
ウォータポンプの駆動軸に取り付けられてポンププーリと、
クランクプーリとポンププーリに掛け渡されるベルトと、を備え、
前記ポンププーリは、ベルト係合部の径を変更自在に構成されるとともに、前記ベルト係合部の径を拡大させるように作用する付勢部材を具備し、
クランクケースに対してシリンダブロック及びシリンダヘッドが相対的に離間すると、クランクプーリとポンププーリが相対的に離間してベルトに引張応力が作用し、その引張応力が前記付勢力に抗してプーリ径を径小化させることを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004030754A JP2005220843A (ja) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | 可変圧縮比機構を備えた内燃機関 |
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ID=34996677
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JP2004030754A Withdrawn JP2005220843A (ja) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | 可変圧縮比機構を備えた内燃機関 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101171911B1 (ko) | 2010-12-08 | 2012-08-07 | 현대자동차주식회사 | 가변 체적의 크랭크 케이스를 가지는 엔진 |
US8646419B2 (en) | 2007-04-20 | 2014-02-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for internal combustion engine |
JP2016008570A (ja) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の冷却装置 |
JP2016113984A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | アイシン精機株式会社 | 内燃機関の冷却システム |
-
2004
- 2004-02-06 JP JP2004030754A patent/JP2005220843A/ja not_active Withdrawn
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