JP2006316770A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更するエンジンにおいて、圧縮比変更時におけるフリクションの増加を抑制しつつ潤滑油のシール性向上と振動の低減を図ることを課題とする。
【解決手段】 本発明は、クランクケース３及びシリンダブロック２が相互に重なり合う部分のクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面に凹部６を設け、該凹部６に断面円形のシール材７を装填した。このように構成された可変圧縮比エンジンでは、圧縮比変更時にシール材７がクランクケース壁面及びシリンダブロック壁面に当接しながら転動するため、シール材７とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重を高めても圧縮比変更時のフリクション増加を抑えつつシール性及び制振性を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧縮比を変更可能なエンジンに関し、特にクランクケースとシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更するエンジンに関する。

近年、圧縮比を変更可能とするエンジンが提案されている。圧縮比を変更する機構としては、クランクケースとシリンダブロックがシリンダ軸方向へ相互に摺動自在に取り付けられ、クランクケースとシリンダブロックの相対位置を変更することにより燃焼室容積を変化させる機構が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３−２０６７７１号公報 特開平７−２６９８１号公報 特開平７−３５２７５号公報

ところで、上記したような従来の機構では、圧縮比を変更する際のフリクションを低減するためにクランクケースとシリンダブロックとの間にクリアランスを設けて潤滑油を供給する必要がある。

しかしながら、クランクケースとシリンダブロックとの間のクリアランスが大きくなると、圧縮比変更時のフリクションを低減する上では有利になるが、潤滑油のシール性が低下し易くなるとともにシリンダ内圧力の変動等によってクランクケースとシリンダブロックがクリアランス分の相対振動を起こす可能性がある。

一方、クランクケースとシリンダブロックとの間のクリアランスが狭められると、潤滑油のシール性向上や振動抑制の上で有利となるが、圧縮比変更時のフリクションが増加してしまい、圧縮比変更に伴う駆動力の増加や燃費の悪化を招く可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的はクランクケースとシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンにおいて、圧縮比変更時におけるフリクションの増加を抑制しつつシール性及び制振性の向上を図ることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、クランクケースに対してシリンダブロックが相対変位させられることによって圧縮比が変更されるエンジンにおいて、クランクケース及びシリンダブロックが相互に重なり合う部分のクランクケース壁面とシリンダブロック壁面の間に、圧縮比の変更に伴って転動するシール材を装填したことを特徴とする。

クランクケースとシリンダブロックの相対位置を変更するタイプの可変圧縮比エンジンでは、クランクケースとシリンダブロックが相互に重なり合う部分に潤滑油が供給されるため、クランクケース壁面とシリンダブロック壁面の一方にオイルシールを取り付けて前記した潤滑油の漏洩を防止する必要がある。

その際、クランクケースとシリンダブロックの相対振動を抑制、及びオイルシールのシール性を高める上では、オイルシールとクランクケース壁面および／またはシリンダブロ
ック壁面との接触荷重を高くすることが好ましいが、圧縮比変更時にクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面とオイルシールとの摺動抵抗が増加してしまうという問題がある。

これに対し、クランクケース及びシリンダブロックが相互に重なり合う部分のクランクケース壁面とシリンダブロック壁面の間に圧縮比の変更に伴って転動するシール材が装填されると、クランクケース及びシリンダブロックが相対変位する際（圧縮比が変更される際）にシール材がクランクケース壁面上および／またはシリンダブロック壁面上を転動するようになる。

圧縮比変更時にシール材がクランクケース壁面上および／またはシリンダブロック壁面上を転動するようになると、シール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重が高くされても、圧縮比変更時におけるシール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との間のフリクションの増加を少なくなる。

従って、本発明に係る可変圧縮比エンジンによれば、圧縮比変更時におけるシール材とクランクケース壁面および／またはクランクケース壁面との間のフリクションの増加を抑えつつシール性及び制振性を向上させることが可能となる。

本発明において、クランクケースとシリンダブロックが相互に重なり合う部分におけるクランクケース壁面とシリンダブロック壁面の一方に凹部が設けられ、シール材が前記凹部に装填されるようにしてもよい。

シール材が転動を繰り返すと該シール材の位置がシール性や制振性に適した転動範囲から外れてしまう可能性がある。これに対し、上記したような凹部がクランクケース壁面又はシリンダブロック壁面に設けられると、シール材の転動範囲が凹部によって規定されることになるため、シール材の位置を適正な転動範囲内に保つことが可能となる。

その際、凹部は、クランクケース壁面又はシリンダブロック壁面の全周にわたって環状に配置されていてもよいが、一部のみに配置されていてもよい。

また、上記した凹部は、クランクケースとシリンダブロックの相対変位方向における寸法がシール材の転動距離より長くされるようにしてもよい。これは、シール材の転動距離に対して凹部の寸法が短くなると、圧縮変更時にシール材が凹部の端部に突き当たって転動できなくなる可能性があるからである。

尚、シール材の転動距離に対して凹部の寸法を長く確保することが難しい場合には、摩擦係数の小さなコーティング剤によってシール材の表面処理を行うことにより、シール材の転動が規制された時のシール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との摺動抵抗を低減するようにしてもよい。

上記した凹部の下端は、傾斜面で形成されるようにしてもよい。これは、凹部（特に、凹部においてシール材より下側の空間）に潤滑油が滞留することを抑えるためである。

本発明において、シール材は中空に形成されるようにしてもよい。この場合、シール材が弾性変形し易くなるため、シリンダ内圧力の変動等によってクランクケース壁面とシリンダブロック壁面とのクリアランスが変化するような場合であってもシール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重の変動を少なく抑えることができる。

例えば、クランクケース壁面とシリンダブロック壁面のクリアランスが狭くなった場合には、中空部が潰れるようにシール材が弾性変形することにより、シール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重が過剰に大きくなることを抑制することができる。

一方、クランクケース壁面とシリンダブロック壁面とのクリアランスが拡がった場合には、中空部が拡がるようにシール材が弾性回復することにより、シール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重が過剰に小さくなることを抑制することができる。

従って、シール材が中空に形成されると、シール材とクランクケース壁面および／またはシリンダブロック壁面との接触荷重を略一定に保つことができる。その結果、シール材のシール性を略一定に保つことが可能となる。更に、上記したようにシール材が弾性変形及び弾性回復し易くなると、クランクケースとシリンダブロックの相対振動を抑制し易くなるという効果も得ることができる。

尚、シール材は、中空に形成されているか否かに拘わらず弾性材によって形成されるようにしてもよい。この場合もシール材が中空に形成された場合と同様に制振性を向上させることができる。

本発明によれば、クランクケースとシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンにおいて、圧縮比変更時のフリクション増加を抑制しつつシール性及び制振性を高めることが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は本実施例における可変圧縮比エンジンの概略構成を示す縦断面図であり、図２は本実施例における可変圧縮比エンジンの概略構成を示す横断面図である。図１及び図２において、エンジン１は、シリンダブロック２とクランクケース３を備えている。

シリンダブロック２は、クランクケース３に対してシリンダ２０の軸方向へ摺動自在に取り付けられている。シリンダブロック２とクランクケース３が相互に重なり合う部分には、シリンダブロック２を変位させる変位機構４が設けられている。

変位機構４は、偏心カムの回転位置を変更することによりクランクケース３に対するシリンダブロック２の位置を変位させる機構であり、本発明に係る可変圧縮比機構に相当する。

シリンダブロック２とクランクケース３が相互に重なり合う領域（図１中のＡ）において、シリンダブロック２の外壁面とクランクケース３の内壁面との間には、間隙（クリアランス）５が設けられている。

前記領域Ａにおいて、クランクケース３の内壁面における上死点側の端部近傍には、該内壁面の全周にわたって環状の凹部６が形成されている。その際、凹部６の下端６０は、図３に示すように、シリンダブロック２の外壁面に近づくにつれて下方へ傾斜するように形成されている。

前記凹部６には、環状のシール材７が装填されている。シール材７は、中空のゴム材を断面円形に成形したものである。シール材７の表面には、必要に応じてフッ素樹脂等をコーティングしてもよい。

このように構成された可変圧縮比エンジンでは、クランクケース３に対してシリンダブロック２が変位すると、シール材７がシリンダブロック２の外壁面及びクランクケース３の内壁面に当接しながら転動する。

ここで、従来のオイルシールは、クランクケース内壁面とシリンダブロック外壁面の一方に固定されるため、圧縮比変更時にはシール材がクランクケースとシリンダブロック外壁面の他方と擦れ合うようになる。

クランクケースとシリンダブロックの相対振動を抑制、及びオイルシールのシール性を高める上では、オイルシールとクランクケース内壁面および／またはシリンダブロック外壁面との接触荷重を高くすることが好ましいが、圧縮比変更時のフリクションが増加してしまい、速やかに圧縮比を変更することが困難になる。

これに対し、圧縮変更時にシール材７がシリンダブロック外壁面上及びクランクケース内壁面上を転動するようになると、シール材７とシリンダブロック外壁面との接触荷重、及びシール材７とクランクケース内壁面との接触荷重が高くされても、圧縮比変更時のフリクションが増加し難くなる。

従って、本実施例の可変圧縮比エンジンによれば、圧縮比変更時におけるシール材７とクランクケース内壁面および／またはクランクケース外壁面との間のフリクションの増加を抑えつつシール性及び制振性を向上させることが可能となる。

本実施例のシール材７は中空に形成されているため、弾性変形及び弾性回復し易い特性を有している。これにより、シリンダ内圧力の変動等によってクリアランス５の寸法が変化する場合であってもシリンダブロック２の外壁面とシール材７との接触荷重、及びクランクケース３とシール材７との接触荷重の変化を少なく抑えることができる。

例えば、クリアランス５が狭くなった時には、中空部が潰れるようにシール材７が弾性変形するため、シリンダブロック２の外壁面とシール材７との接触荷重、及びクランクケース３の内壁面とシール材７との接触荷重が過剰に大きくなることが抑制される。

一方、クリアランス５が拡がった時には、中空部が拡がるようにシール材７が弾性回復するため、シリンダブロック２の外壁面とシール材７との接触荷重、及びクランクケース３の内壁面とシール材７との接触荷重が過剰に小さくなることが抑制される。

依って、シール材７が中空に形成されると、クリアランス５が変化した場合であっても、シリンダブロック２の外壁面とシール材７との接触荷重、及びクランクケース３の内壁面とシール材７との接触荷重を略一定に保つことができる。その結果、シール材７のシール性が安定する。

上記したようにシール材７が弾性変形及び弾性回復し易くなると、シリンダブロック２とクランクケース３の相対振動を吸収することも可能となる。

尚、凹部６のシリンダ軸方向の寸法ｈがシール材７の転動距離より短いと、圧縮比変更時（圧縮比が最高圧縮比へ変更される場合、若しくは最低圧縮比に変更される場合）にシ
ール材７が凹部６の上端若しくは下端に当接して転動できなくなる可能性がある。シール材７の転動が規制されると、シール材７とシリンダブロック２の外壁面が相互に擦れ合うようになるため、フリクションが増加してしまう。

そこで、凹部６のシリンダ軸方向の寸法ｈは、シール材７の転動距離よりも長くすることが好ましい。シール材７は、クランクケース３に対するシリンダブロック２の相対移動量の半分の距離を移動するため、シリンダブロック２の相対移動量の最大値をＬ、シール材７の径をｄとすると、前記寸法ｈはＬとｄの和（＝Ｌ＋ｄ）にマージンαを加算した寸法（＝Ｌ＋ｄ＋α）とすることが好ましい。

このように凹部６のシリンダ軸方向の寸法ｈが定められれば、圧縮比変更時にシール材７が凹部６の上端や下端に当接し難くなるため、圧縮比が最高圧縮比或いは最低圧縮比へ変更される際のフリクションの増加を防止することができる。

ところで、凹部６（シール材７より下側の空間）に潤滑油が滞留すると、シール材７が凹部６の下端方向へ転動する時の妨げとなるため、シール材７の位置が不用意に変位する可能性がある。シール材７が不用意に変位すると、凹部６の寸法ｈがシール材７の転動距離より長く設定されていても圧縮比変更時にシール材７が凹部６の下端や上端に当接してしまう可能性がある。

これに対し、本実施例の凹部６はその下端６０が傾斜しているため、潤滑油が凹部６に滞留し難くなっている。依って、凹部６に潤滑油が滞留することに起因したシール材７の不用意な変位を回避することが可能となる。

また、エンジンの寸法やエンジンの搭載スペース等の制約によって凹部６の寸法ｈを大きく確保することができない場合が想定される。そのような場合には、シール材７の表面にフッ素樹脂やダイヤモンドライクカーボン等の摩擦係数の極めて低いコーティング剤を利用した表面処理（コーティング）を施すようにしてもよい。この場合、シール材７が転動できなくなった際のフリクションの増加を最小限に抑えることが可能となる。

以上述べた実施例では、凹部６がクランクケース３の内壁面に設けられる例について述べたが、シリンダブロック２の外壁面に設けられても良いことは勿論である。

上記した実施例では、凹部６にシール材８が装填される例について述べたが、凹部６を設けずにクランクケース３の内壁面とシリンダブロック２の外壁面との間隙５にシール材８が配置されるようにしてもよい。

上記した実施例では、凹部６がクランクケース３の内壁面の全周にわたって環状に設けられる例について述べたが、クランクケース３の内壁面の一部、例えば、前記内壁面の少なくとも一面又は互いに対向する２面のみに設けられていてもよい。

上記した実施例では、シール材８が中空に形成される例について述べたが、弾性変形可能であれば中空でなくともよい。更に、シール材８の断面形状も、該シール材８が圧縮比の変更に伴って転動可能であれば、断面円形に限られないことは勿論である。

実施例１における可変圧縮比エンジンの概略構成を示す図である。 実施例１における規制機構の構成を示す縦断面図である。 実施例１における規制機構の構成を示す横断面図である。

符号の説明

１・・・・・エンジン
２・・・・・シリンダブロック
３・・・・・クランクケース
４・・・・・変位機構
５・・・・・間隙
６・・・・・凹部
７・・・・・シール材

Claims (7)

1. クランクケースとシリンダブロックの相対位置を変化させることにより、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
   前記クランクケース及び前記シリンダブロックが相互に重なり合う部分の前記クランクケースと前記シリンダブロックの間において前記可変圧縮比機構による圧縮比変更時に転動するシール材と、
   を備えることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
2. 請求項１において、前記クランクケース及び前記シリンダブロックが相互に重なり合う部分における前記クランクケースと前記シリンダブロックの一方に凹部が設けられ、
   前記シール材は、前記凹部に装填されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
3. 請求項２において、前記凹部は、前記クランクケース及び前記シリンダブロックが相互に重なり合う部分における前記クランクケースと前記シリンダブロックの一方の全周にわたって設けられることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
4. 請求項２又は３において、前記凹部は、前記クランクケースと前記シリンダブロックの相対変位方向における寸法が前記シール材の転動距離より長くされることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
5. 請求項２〜４の何れか一において、前記凹部の下端は傾斜面で形成されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
6. 請求項１〜５の何れか一において、前記シール材は中空に形成されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
7. 請求項１〜６の何れか一において、前記シール材は弾性材で形成されることを特徴とする可変圧縮比エンジン。

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