JP2009228671A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクケースとシリンダブロックを相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースとシリンダブロックとの間のシール性を向上できる技術を提供する。
【解決手段】クランクケース１３とシリンダブロック１２とを、シリンダ２の軸方向に相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関１０において、クランクケース１３とシリンダブロック１２の間の隙間に、空気圧によって該隙間をシールするシール用チューブ１５を配置する。シール用チューブ１５内の空気圧を利用して前記隙間をシールする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮比を変更する機能を有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などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、シリンダの軸線方向に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を変更する技術が公知である（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、上記したような公知の機構では、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。しかしながらこの場合には、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によって、潤滑油のシール性が低下し易くなり、潤滑油が内燃機関の外部に漏れ出すおそれが生じる不都合があった。

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および／またはシリンダブロック壁面に凹部を設け、該凹部に断面円形のシール材を装填する技術が提案されている（特許文献２参照。）。この技術によれば、圧縮比変更時にシール材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。

しかし、上記の技術においても、オイルが付着した表面に対して、転動可能な程度の圧力でシール材を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押し当てるだけでは、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の表面の油膜を完全に切れることは困難な場合があった。

特開２００３−２０６７７１号公報 特開２００６−３１６７７０号公報 特開２００５−３４４５６０号公報 特開２００６−２００５０９号公報 特開２００６−３１６７６４号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クランクケースとシリンダブロックを相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースとシリンダブロックの間の隙間のシール性を向上できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、クランクケースとシリンダブロックとを、相対移
動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースとシリンダブロックの間の隙間をシールする際に、該隙間に正の空気圧を作用させることを最大の特徴とする。

より詳しくは、ピストン及びクランク軸が設けられたクランクケースに対して、シリンダが形成されたシリンダブロックを、前記シリンダの軸方向に相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、
前記クランクケースには、前記シリンダブロックの少なくとも一部を前記シリンダの軸方向に移動可能に収納する収納部が設けられ、
前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁との間の隙間をシールするシール手段を備え、
前記シール手段は、前記隙間をシールする際に、該隙間に正の空気圧を作用させることを特徴とする。

ここで、クランクケースとシリンダブロックとをシリンダの軸方向に相対移動させる方式の可変圧縮比内燃機関において、クランクケースとシリンダブロックの間の隙間に対して正の空気圧（以下、単に「空気圧」ともいう。）を作用させた場合について考える。例えば前記隙間に空気圧を直接作用させた場合には、前記隙間の内部を正圧にすることができる。このことにより、当該隙間へのクランクケース内のオイルの侵入を抑制することが可能となる。また、例えば、前記隙間に、該隙間をシールするためのシール部材を配置している場合には、該隙間に空気圧を作用させてシール部材の、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁への接触圧力を高めることが可能となる。このことで、シール部材による前記隙間のシール性を高めることが可能となる。

また、本発明においては、前記シール手段は、前記隙間に配置され弾性体からなるシール部材を有し、前記空気圧によって前記シール部材を変形させて前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックのうち前記収納部に収納される部分の外壁とに押し付けることで、前記隙間をシールするようにしてもよい。

すなわち、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁との間の隙間に弾性体からなるシール部材を配置する。そして、このシール部材に空気圧を作用させることで変形させ、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の側面に押し付けるようにしてもよい。これによれば、空気圧を用いて、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁とに、弾性体であるシール部材を充分に大きな接触圧力で接触させることができ、壁面形状に対応してシール部材と壁面とを密接させることができる。これにより、より確実に前記隙間をシールすることが可能となる。

また、本発明においては、前記シール部材は空気が充填された中空の弾性体であり、前記空気圧は、該シール部材に充填された空気によって作用されるようにしてもよい。

これによれば、空気が充填された中空の弾性体であるシール部材を、記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁（側面）との隙間を埋めるように配置することができ、簡単な構成でより確実に各壁面にシール部材を押し付けることができる。その結果、より確実に前記隙間をシールすることが可能となる。なお、この中空の弾性体は、例えば閉ループ状のゴムチューブとしてもよい。この場合には、より簡単に、シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁（側面）の全周に亘ってシール部材を配置することができ、前記隙間をより確実にシールすること
が可能となる。

また、この場合には、前記シール手段は、前記空気圧を上昇させる加圧装置をさらに有するようにしてもよい。これにより、より確実に、充分な大きさの空気圧を前記隙間に作用させることができる。また、シール部材を変形させて壁面に押し付ける場合には、シール部材と各壁面との接触圧力を充分に大きくすることができる。また、シール部材が中空の弾性体である場合には、シール部材から空気が洩れることで前記隙間のシールが不完全になることを抑制できる。

また、本発明においては、前記シール手段は、前記隙間において前記シリンダの軸方向に各々離れて配置され弾性体からなる複数のシール部材と、前記隙間における前記複数のシール部材の間の空間の空気圧を上昇させる加圧装置と、を有するようにしてもよい。

これによれば、前記複数のシール部材の間の空間に充分に高い空気圧を作用させることで、当該空間をより確実に正圧に維持することができる。従って、クランクケース側から当該空間へのオイルの侵入をより確実に抑制することができる。

また、前記シール部材によるシール性が不充分な箇所があった場合でも、当該シール性が不充分な箇所から、空気を前記空間の外側に向かって排出させることができる。これにより、前記複数のシール部材によるシール性が不充分であったとしても、前記空間にクランクケース内のオイルが侵入することを抑制でき、結果として、クランクケース内のオイルが機関の外部に漏れ出すことをより確実に抑制できる。

また、本発明においては、前記加圧装置は、前記クランクケース内の圧力が高いほど、前記空気圧を高くするようにしてもよい。ここで、クランクケース内の圧力が高いほど、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁との隙間から空気が洩れ出し易くなる。従って、クランクケース内の圧力が高くても充分なシール性を確保するためには、前記隙間に作用される空気圧はより高くすることが望ましい。しかし一方で、エネルギの節約の観点から、前記加圧装置によって上昇する空気圧を必要以上に高くすることは避けるべきである。

従って、本実施例においては、加圧装置は、前記隙間に作用される空気圧を、前記クランクケース内の圧力が高いほど高くすることとし、加圧の必要性に応じて加圧装置の負荷を変更することとした。これによれば、充分なシール性を確保できる範囲で、加圧装置の作動をできるだけ抑えることが可能となる。その結果、加圧装置における負荷を必要最低限に抑えることができ、エネルギを節約することが可能となる。

また、本発明においては、前記シール手段は、前記隙間に配置され弾性体からなるシール部材を有し、
前記シール部材は、有端または無端の筒状の形状を有するとともに側面から外側に突出したリブを有し、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックのうち前記収納部に収納される部分の外壁との少なくとも一方に設けられた溝に前記リブが挿入されることで前記シール部材が前記クランクケースおよび／または前記シリンダブロックに結合され、
前記空気圧によって前記リブを前記溝に押し付けることで、前記隙間をシールするようにしてもよい。

この構成によれば、シール部材の側面から突出したリブがクランクケースの収納部の内壁および／またはシリンダブロックの外壁に設けられた溝に挿入固定される。そうすると、クランクケースの収納部の内壁またはシリンダブロックの外壁と、シール部材の表面と
の間から内燃機関の外部へオイルが漏れ出すことをより確実に抑制できる。また、この構成によりシール部材がクランクケースおよび／またはシリンダブロックに確実に結合されるので、シール部材の位置及び作動を安定させることが可能となる。その結果、シール部材によるシール性能を安定させることができる。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。

本発明にあっては、クランクケースとシリンダブロックを相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、クランクケースとシリンダブロックの間の隙間のシール性を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成の説明図である。 本発明の実施例２に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成の説明図である。 本発明の実施例３に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成の説明図である。 本発明の実施例４に係る可変圧縮比内燃機関のシリンダブロックの斜視図である。 本発明の実施例４に係る可変圧縮比内燃機関のクランクケースの斜視図である。 本発明の実施例４に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成の説明図である。 本発明の実施例５に係る可変圧縮比内燃機関のシリンダブロックの斜視図である。 本発明の実施例５に係る可変圧縮比内燃機関のクランクケースの斜視図である。 本発明の実施例５に係る可変圧縮比内燃機関の圧縮比を変更させた場合のシール用チューブの作用を示す図である。 本発明の実施例５に係るシール用チューブの断面図である。 本発明の実施例５に係る凹部とクランクケース側溝を二部品で形成する場合の、シール用チューブの組み付け方法の例を示す図である。 本発明の実施例５に係る凹部とクランクケース側溝を二部品で形成する場合の、シール用チューブの組み付け方法の他の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略図を示す。本実施例における可変圧縮比内燃機関１０（以下、内燃機関１０という。）は、シリンダ２が形成されたシリンダブロック１２と、ピストン３及びクランク軸４が連結されているクランクケース１３とが、上下（シリンダ２の軸方向におけるクランクシャフト側が“下”）に相対移動可能なように構成されている。内燃機関１０においては、シリンダブロック１２をクランクケース１３に対して相対的に上下運動させることによって燃焼室の容積を変化させ、圧縮比を変更することが可能となっている。

より具体的には、内燃機関１０は、シリンダ２の配列方向と平行になるように配置された２つのカム軸１４及び、各カム軸１４を互いに逆方向に回転させるための駆動機構を備えた４気筒直列型内燃機関となっている。なお、シリンダ２の配列方向は、図１において、紙面に垂直な方向であり、駆動機構とは、図１に，点線で示してあるモータ、ウォーム
ギア等からなる機構を指す。また、カム軸１４は、軸部１４ａに、複数のカム部１４ｂ及び複数の可動軸受部１４ｃ（いずれも、円柱状部材）を偏心させた形で取り付けた部材である。各カム軸１４の軸部１４ａには、各カム部１４ｂが固定されているとともに、各可動軸受部１４ｃが回転可能な形で取り付けられている。

そして、内燃機関１０は、各カム軸１４の各カム部１４ｂが，回転可能な形でシリンダブロック１２に対して固定され、各カム軸１４の各可動軸受部１４ｃが，回転可能な形でクランクケース１３に対して固定された構成となっている。

そして、点線で示す駆動機構によってウォームギアが回転すると２つのカム軸１４が互いに逆方向に回転し、シリンダブロック１２をクランクケース１３に対してシリンダ軸方向に相対移動させる。これにより、燃焼室の容積を変更し圧縮比を変更させることができる。

なお、シリンダブロック１２のシリンダ軸に垂直な面の断面は概略長方形となっている。一方、クランクケース１３には、このシリンダブロック１２を収納可能なように概略長方形の断面を有する凹部である収納部１３ａが設けられている。そして、シリンダブロック１２がクランクケース１３の収納部１３ａに収容された状態で、クランクケース１３に対して相対移動する。

この場合、シリンダブロック１２の外壁１２ａと収納部１３ａの内壁１３ｂとの間には、シリンダブロック１２とクランクケース１３の相対移動を円滑に可能とするのに充分な隙間が必要となる。

そうすると、シリンダブロック１２の外壁１２ａと収納部１３ａの内壁１３ｂとの隙間から、クランクケース１３内のオイルが外部に漏れ出す虞がある。これに対し、本実施例のクランクケース１３の収納部１３ａには、収納部の１３ａの内壁１３ｂの全周に亘り、溝状の凹部１３ｃが形成されている。そして、凹部１３ｃには、シリンダブロック１２がクランクケース１３の収納部１３ａに収納された状態で、凹部１３ｃの底面１３ｄと、シリンダブロック１２の外壁１２ａとに密接するように、シール部材としてのシール用チューブ１５が備えられている。

このシール用チューブ１５の内部には、予め空気が充填されており、シール用チューブ１５の弾性力に加えて、充填された空気の空気圧によって、凹部１３ｃの底面１３ｄと、シリンダブロック１２の外壁１２ａとにシール用チューブ１５が押え付けられるようになっている。この空気圧は、凹部１３ｃの底面１３ｄと、シリンダブロック１２の外壁１２ａとに生じた油膜を切るのに充分な空気圧として、予め実験などによって求められた値に設定されている。

ここで、シール用チューブ１５は、凹部１３ｃの底面１３ｄと、シリンダブロック１２の外壁１２ａとに挟まれる形で長円形に変形し、シリンダブロック１２の上下移動に伴って凹部１３ｃ内をずれ動くことが可能となっている。また、シール用チューブ１５と、凹部１３ｃの底面１３ｄ及びシリンダブロック１２の外壁１２ａとの接触幅Ｌは、シリンダブロック１２の上下移動範囲より大きく設定されており、オイルに濡れた面に触れない部分が必ずできるように設定されている。すなわち、シール用チューブ１５の転動によって壁に付着したオイルが内燃機関１０の外部に押し出されることがないようになっている。

本実施例によれば、シール部材をより高い自由度で変形させ、シール部材と凹部１３ｃの底面１３ｄ及びシリンダブロック１２の外壁１２ａとの密着性を向上させるとともに接触圧力を充分に高くすることができる。その結果、シール性能を向上させることができる
。なお、本実施例においてシール用チューブ１５は、シール部材であるとともにシール手段を構成する。

次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、シール部材としてシール用チューブを備える点は実施例１と同様であるが、シール用チューブの空気圧を、加圧ポンプで上昇させるように構成した点が実施例１と相違する。

図２には、本実施例における可変圧縮比内燃機関２０（以下、内燃機関２０という。）の概略図を示す。本実施例における内燃機関２０は、シール部材としてのシール用チューブ２５内の空気圧を上昇させる加圧装置としての加圧ポンプ２７を備えている。

加圧ポンプ２７とシール用チューブ２５とは加圧パイプ２６で連通されており、加圧ポンプ２７を作動させることで、シール用チューブ２５内の空気圧を上昇させることが可能となっている。また、加圧ポンプ２７の作動開始及び停止は、ＥＣＵ５０からの指令に基づいて実行される。

この加圧ポンプ２７の作動は、一定期間毎に、一定時間に亘って行われてもよい。また、例えば加圧バイプ２６に図示しない圧力センサを設けておき、シール用チューブ２５内の圧力が良好なシール性能を得られる下限値以下となった際に加圧ポンプ２７を作動させ、シール用チューブ２５内の圧力が常に良好なシール性能が得られる圧力範囲内に維持されるようにしてもよい。

また、本実施例においては、シール用チューブ２５内の空気圧をクランクケース２３内の圧力に応じて変化させるようにしてもよい。

ここで、クランクケース２３内の圧力が高いほど、クランクケース２３内のオイルが、シリンダブロック１２の外壁１２ａと収納部２３ａの内壁２３ｂとの間から外部に漏れ出し易い状態となることが分かっている。逆に、クランクケース２３内の圧力が低い状態では、オイルが、シリンダブロック１２の外壁１２ａと収納部２３ａの内壁２３ｂとの間から外部に漏れ出し難い状態となる。従って本実施例では、クランクケース２３内の圧力がより高い場合には、シール用チューブ２５内の空気圧をより高めてシール性能を向上させるようにした。また、クランクケース２３内の圧力がより低い場合には、シール用チューブ２５の空気圧をより低下させて、加圧ポンプ２７の作動負荷を低減しエネルギの節約を図ることとした。

具体的には、クランクケース２３内の圧力と、充分なシール性を確保できるシール用チューブ２５内の空気圧との関係を予め実験などによって求めてマップ化しておく。そして、クランクケース２３内の圧力に応じた、シール用チューブ２５内の空気圧の値を当該マップから読み出して決定する。ＥＣＵ５０は、シール用チューブ２５内の空気圧が決定された空気圧に維持されるように加圧ポンプ２７へ作動指令する。

ここで、クランクケース２３内の圧力は、内燃機関２０の機関負荷と機関回転数との組合せ（以下、運転状態ともいう。）に応じて変化する。従って、予め、内燃機関２０の運転状態とクランクケース２３内の圧力との関係をマップ化しておき、定期的に内燃機関２０の運転状態に対応するクランクケース２３内の圧力の値を当該マップから読み出すことで、クランクケース２３内の圧力を求めるようにしてもよい。また、クランクケース２３内に圧力センサ（不図示）を備え、当該圧力センサの出力値からクランクケース２３内の圧力を求めるようにしてもよい。

以上、説明したように、本実施例によれば、シール用チューブ２５の空気圧を加圧ポンプ２７によって上昇させるので、シリンダブロック１２とクランクケース２３の間の隙間に対して充分なシール性能をより確実に得ることが可能となる。また、クランクケース２３内の圧力が高いほどシール用チューブ２５の空気圧が高くなるように制御することで、シール用チューブ２５の空気圧を、充分なシール性能を得るために必要最低限の空気圧に制御することができる。これによれば、シリンダブロック１２とクランクケース２３との間のシール性を充分に高く維持できるとともに、シール用チューブ２５の空気圧を過度に上昇させることによるエネルギの無駄を抑制することができる。

なお、本実施例においては、シール用チューブ２５の空気圧をクランクケース２３内の圧力より低くしないという意味で、シール用チューブ２５とクランクケース２３とをチェックバルブつきのパイプで接続してもよい。これによれば、万が一、加圧ポンプ２７の作動に不具合があった場合にも、シール用チューブ内の圧力がクランクケース内の圧力より低くなってしまうことを抑制できる。

なお、本実施例においてシール手段は、ＥＣＵ５０、加圧ポンプ２７、加圧パイプ２６、シール用チューブ２５を含んで構成される。また、本実施例においては、加圧パイプとシール用チューブとは一箇所において接続されていたが、加圧パイプとシール用チューブは複数箇所（または、複数の加圧パイプ）で接続されるようにしてもよい。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、シリンダブロックとクランクケースの間の隙間に特殊形状の弾性体からなるシール部材を備えるようにし、外部から空気圧を作用させることでシール部材を変形させ、シール性を向上させる例について説明する。

図３には、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関３０（以下、内燃機関３０という。）の概略図を示す。実施例２で説明した内燃機関２０との最大の相違点は、シール部材として、シール用チューブ２５ではなく、シール用バンド３５が用いられている点である。

本実施例におけるシリンダブロック３２の外壁３２ａには、その全周に亘って溝部３２ｂが設けられている。そして、シール用バンド３５は、溝部３２ｂに取り付けられるゴム製のバンドである。また、クランクケース３３における収納部３３ａの内壁３３ｂには、やはり内壁３３ｂの全周に亘って凹部３３ｃが設けられている。

溝部３２ｂは、シリンダブロック３２がクランクケース３３の収納部３３ａに収納された状態でクランクケース３３側の凹部３３ｃと対向する。また、シリンダブロック３２がクランクケース３３の収納部３３ａに収納された状態で、シール用バンド３５は図３に示すような概略横Ｍ字の断面形状を有する。

その際、シール用バンド３５の肩部３５ａは溝部３２ｂの底面に接しており、シール用バンド３５の足部３５ｂはクランクケース３３の内壁３３ｂに接している。また、シール用バンド３５には加圧パイプ３６の一端が接続されている。この加圧パイプ３６には加圧手段としての加圧ポンプ３７が接続されており、シール用バンド３５と、溝部３２ｂの底面によって形成される空間（以下、バンド内側空間３８という。）を加圧して、この部分の空気圧を上昇させることが可能となっている。また、加圧パイプ３６における、シール用バンド３５と接続されている端部には、チェックバルブ３９が設けられており、バンド内側空間３８における空気が、加圧パイプ３６から外部に漏れ出すことを防止している。

図３において、加圧ポンプ３７による加圧を開始すると、シール用バンド３５の両方の
肩部３５ａを結ぶ曲線が直線に近づく方向に変形し、足部３５ｂはより強くクランクケース３３の内壁３３ｂに押さえ付けられる。また、足部３５ｂと肩部３５ａを結んだ直線がより図中の水平方向に近づくため、肩部３５ａはシリンダブロック３２の溝部３２ｂの底面により強く押さえ付けられる。このように、加圧ポンプ３７を作動させることにより、シール用バンド３５の、クランクケース３３の内壁３３ｂ及びシリンダブロック３２の溝部３２ｂの底面への接触圧力を増大させることができ、シリンダブロック３２とクランクケース３３の間のシール性を向上させることができる。

なお、本実施例においても、ＥＣＵ６０からの指令に基づく加圧ポンプ３７の作動は、一定期間毎に、一定時間に亘って行われてもよい。また、バンド内側空間３８の空気圧を測定する圧力センサ（不図示）を設けておき、バンド内側空間３８の圧力が良好なシール性能を得られる下限値以下となった際に加圧ポンプ３７を作動させ、バンド内側空間３８の圧力が常に良好なシール性能が得られる圧力範囲内に維持されるようにしてもよい。

また、本実施例においても、バンド内側空間３８の空気圧をクランクケース３３内の圧力より低くしないという意味で、バンド内側空間３８とクランクケース３３とをチェックバルブつきのパイプで接続してもよい。これによれば、万が一、加圧ポンプ３７の作動に不具合があった場合にも、バンド内側空間３８内の圧力がクランクケース３３内の圧力より低くなってしまうことを抑制できる。

また、本実施例においても、バンド内側空間３８の圧力を、クランクケース３３内の圧力に応じて、クランクケース３３内の圧力が高いほど、バンド内側空間３８の圧力が高くなるように変化させてもよい。なお、本実施例においてシール手段は、ＥＣＵ６０、加圧ポンプ３７、加圧パイプ３６、シール用バンド３５を含んで構成される。また、本実施例において加圧パイプは１箇所においてバンド内側空間に接続されていたが、加圧パイプのバンド内側空間への接続箇所は複数あってもよい（または、複数の加圧パイプによって接続されてもよい）。

次に、本発明における実施例４について説明する。本実施例は、シリンダブロックとクランクケースの間の隙間に、シール部材として、シリンダ軸方向に互いに離れて設けられたゴム製のシール用リングを２つ有し、２つのシール用リングと、シリンダブロックの外壁と、クランクケースの収納部の内壁とで形成される空間に空気圧を作用させることでシール性を向上させる例について説明する。

図４及び図５には、本実施例におけるシリンダブロック４２の斜視図と、クランクケース４３の斜視図とを示す。図４から分かるように、本実施例におけるシリンダブロック４２の、クランクケース４３の収納部４３ａに収納される部分の外壁（シリンダ２の軸方向と平行な各側面）には、環状（側面を一周する形状）の溝部４２ａ、４２ｂが形成されている。この溝部４２ａ、４２ｂには、概略長方形の断面を有するシール用リング４５ａ、４５ｂが装着される。

また、図５から分かるように、本実施例におけるクランクケース４３の収納部４３ａの内壁４３ｂ（図中ハッチングで示す部分）には、各溝部４２ａ、４２ｂにシール用リング４５ａ、４５ｂが装着され、シリンダブロック４２をクランクケース４３の収納部４３ａに収納した状態において、シール用リング４５ａ、４５ｂが摺動可能に接触するようになっている。また、シール用リング４５ａ、４５ｂが摺動可能に接触する内壁４３ｂに挟まれた箇所には、溝状の凹部４３ｃが形成されている。なお、シール用リング４５ａ、４５ｂの材質は、シリンダブロック４２の上下動に過度の力が必要とされることにはならず，かつ，シリンダブロック４２とクランクケース４３との間を十分にシールできるという観
点から決定されている。

図６には、本実施例における可変圧縮比内燃機関４０（以下、内燃機関４０という。）の概略構成について示す。図６に示すように、各溝部４２ａ、４２ｂにシール用リング４５ａ、４５ｂを装着し、シリンダブロック４２をクランクケース４３の収納部４３ａに収納した状態において、シール用リング４５ａ、４５ｂは、凹部４３ｃを挟んで、収納部４３ａの内壁４３ｂに接触する。

また、凹部４３ｃには、加圧パイプ４６の一端が接続されており、加圧パイプ４６には加圧装置としての加圧ポンプ４７が接続されている。そして、本実施例においては、シール用リング４５ａ、４５ｂと、クランクケース４３の収納部４３ａの内壁４３ｂ、凹部４３ｃ及び、シリンダブロック４２の外壁４２ｃとでシール室４８が形成されており、シール室４８内の空気圧を圧縮ポンプ４７の作動によって上昇させることが可能となっている。

本実施例におい加圧ポンプ４７を作動させるとシール室４８内の圧力が上昇し、シール室４８内を正圧に維持することができる。これにより、シール室４８へのクランクケース４３側からのオイルの侵入を抑制することができる。また、シール用リング４５ａ、４５ｂの経年変化などにより、シール用リング４５ａ、４５ｂとクランクケース４３の収納部４３ａの内壁４３ｂとの間に隙間が生じた場合にも、当該隙間から外部に空気が流出することとなるので、クランクケース４３のオイルがシール室４３ｃに侵入することを抑制できる。これにより、シリンダブロック４２とクランクケース４３の間のシール性を向上させることが可能となる。

なお、本実施例においても、加圧ポンプ４７の作動は、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて一定期間毎に、一定時間に亘って行われてもよい。また、シール室４８の空気圧を測定する圧力センサ（不図示）を設けておき、シール室４８内の圧力が良好なシール性能を得られる下限値以下となった際に加圧ポンプ４７を作動させ、シール室４８内の圧力が常に良好なシール性能が得られる圧力範囲内に維持されるようにしてもよい。

また、本実施例においても、シール室４８内の圧力を、クランクケース４３内の圧力に応じて、クランクケース４３内の圧力が高いほど、シール室４８の圧力が高くなるように変化させてもよい。なお、本実施例においてシール手段は、ＥＣＵ７０、加圧ポンプ４７、加圧パイプ４６、シール用リング４５ａ、４５ｂを含んで構成される。

また、本実施例においても、シール室４８の空気圧をクランクケース４３内の圧力より低くしないという意味で、シール室４８とクランクケース４３とをチェックバルブつきのパイプで接続してもよい。これによれば、万が一、加圧ポンプ４７の作動に不具合があった場合にも、シール室４８内の圧力がクランクケース４３内の圧力より低くなってしまうことを抑制できる。

なお、本実施例においては、シール部材としてのシール用リングをシリンダの軸方向に２つ有する例について説明した。しかし、シール部材は２つに限られるものではなく、３つ以上のシール部材を有していてよいことは当然である。また、本実施例において加圧パイプは１箇所においてシール室に接続されていたが、加圧パイプのシール室への接続箇所は複数あってもよい（または、複数の加圧パイプによって接続されてもよい）。

次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例においては、シール部材として閉ループ状のシール用チューブを備えており、シール用チューブの外周側と内周側にリブが
設けられ、このリブがクランクケースの内壁及びシリンダブロックの外壁に設けられたリブ用の溝に挿入固定された構成について説明する。

図７及び図８には、本実施例におけるシリンダブロック５２の斜視図と、クランクケース５３の斜視図とを示す。図７から分かるように、本実施例におけるシリンダブロック５２の、クランクケース５３の収納部５３ａに収納される部分の外壁（シリンダ２の軸方向と平行な各側面）５２ａには、環状（側面を一周する形状）の溝部５２ｂが形成されている。

また、図８から分かるように、本実施例におけるクランクケース５３の収納部５３ａの内壁５３ｂに挟まれた箇所には、後述するシール用チューブ５５が収納される凹部５３ｃが形成されている。そして、凹部５３ｃには断面矩形状のクランクケース側溝５３ｅがさらに形成されている。

図９には、本実施例においてクランクケース５３にシリンダブロック５２を組み付けた場合の片側の凹部５３ｃ付近の断面図を示す。図９（Ａ）はシリンダブロック５２がクランクケース５３に対して最も離れた最低圧縮比の状態を示す。図９（Ｂ）は、圧縮比が中央値である状態を示す。図９（Ｃ）はシリンダブロック５２がクランクケース５３に対して最も接近した最高圧縮比の状態を示す。なお、図９（Ａ）の状態と図９（Ｃ）の状態とを比較するとシリンダブロック５２の高さが図９（Ｃ）の状態において相対的に距離Ｅだけ低くなっている。

図９（Ａ）に示すように、凹部５３ｃには、シール部材としてのシール用チューブ５５が収納されている。このシール用チューブ５５は閉ループ状の断面略円筒のゴムから形成されており、シリンダブロック５２の外壁の周囲に巻回されている。また、シール用チューブ５５におけるループの外周側には外周リブ５５ａが全周に亘って形成されている。同様に、シール用チューブ５５におけるループの内周側には内周リブ５５ｂが全周に亘って形成されている。そして、外周リブ５５ａはクランクケース５３に設けられたクランクケース側溝５３ｅに挿入されている。また、内周リブ５５ｂはシリンダブロック５２に設けられたブロック側溝５２ｂに挿入されている。このことによって、シール用チューブ５５はシリンダブロック５２とクランクケース５３の両方に結合されている。なお、シール用チューブ５５について図９（Ａ）の状態と図９（Ｃ）の状態とを比較すると内周リブ５５ｂの高さが図９（Ｃ）の状態において相対的に距離Ｅだけ低くなっている。

図１０にはシール用チューブ５５の拡大断面図を示す。シール用チューブ５５のリブ以外の部分は厚み１ｍｍ以下程度の膜状となっており、シリンダブロック５２の外壁５２ａとクランクケース５３の凹部５３ｃの底面５３ｄとの間の隙間を埋めている。外周リブ５５ａと内周リブ５５ｂとの間のシール用チューブ５５の周方向の長さＳは、シリンダブロック５２の外壁５２ａとクランクケース５３における凹部５３ｃの底面５３ｄとの距離をＬとすると、次式の関係を満たすことが望ましい。

Ｓ≧（Ｌπ／２＋Ｅ）・・・・・・・・（１）

ここで、例えば図９（Ａ）の状態から図９（Ｃ）の状態に、クランクケース５３とシリンダブロック５２の相対位置がＥだけ変化した場合には、シール用チューブ５５の外周リブ５５ａ及び内周リブ５５ｂの上側の範囲には引っ張り力が作用し、シール用チューブ５５の外周リブ５５ａ及び内周リブ５５ｂの下側の範囲には圧縮力が作用する。しかしながら数式（１）が成立する場合には、クランクケース５３とシリンダブロック５２の相対位置がＥだけ変化しても、シール用チューブ５５の断面形状を著しく変形することを抑制できる。その結果、より確実にシール用チューブ５５のシール性能を維持することが可能と
なる。

なお、本実施例においては、シール用チューブ５５の外周リブ５５ａがクランクケース側溝５３ｅに挿入され、内周リブ５５ｂがブロック側溝５２ｂに挿入されることで、シリンダブロック５２とクランクケース５３の両方に結合されていた。これに関して、外周リブ５５ａをクランクケース側溝５３ｅに、内周リブ５５ｂをブロック側溝５２ｂに挿入させた上で、これらを接着や溶着などの化学反応的な方法でさらに強固に結合してもよいことは当然である。

ところで本実施例においては、シリンダブロック５２の外壁５２ａにブロック側溝５２ｂが形成されるとともに、クランクケース５３の凹部５３ｃにクランクケース側溝５３ｅが形成され、これらの２つの溝に、内周リブ５５ｂと外周リブ５５ａが挿入される形でシール用チューブ５５が組み付けられる。

これに対し、シール用チューブ５５が組み付け易いように、クランクケース５３をクランクケース側溝５３ｅ付近において二部品に分け、シール用チューブ５５を組み付けてから、二部品に分けた片方の部品を組み付けることによりクランクケース５３を完成させるようにしてもよい。

図１１及び図１２には、その際の構成及び、シール用チューブ５５と、クランクケース５３、シリンダブロック５２、シリンダヘッド５６の組み立て方法を示す。図１１及び図１２に示すように、クランクケース５３にリブ押え部材５３ｆを組み付けることで、凹部５３ｃとクランクケース側溝５３ｅとが形成されるようになっている。

より具体的には、図１１に示す組み付け方法では、まず、図１１（Ａ）に示すようにシリンダブロック５２とシール用チューブ５５とシリンダヘッド５６とを組み立てる。その後に、図１１（Ｂ）に示すように、シリンダブロック５２とシール用チューブ５５とシリンダヘッド５６からなるユニットをリブ押え部材５３ｆとともに、クランクケース５３の収納部５３ａに収納させる。さらに、図１１（Ｃ）に示すように、リブ押え部材５３ｆをクランクケース５３に嵌めこむことで確実に固定する。このことで、凹部５３ｃとクランクケース側溝５３ｅとが同時に形成されるとともに、シール用チューブ５５の組み付けが完了する。

次に、図１２に示す組み付け方法では、図１２（Ａ）に示すようにシリンダブロック５２にシール用チューブ５５が組み付けられた状態で、クランクケース５３の収納部５３ａにシリンダブロック５２を収納する。次に、図１２（Ｂ）に示すように、リブ押え部材５３ｆをクランクケース５３に嵌めこみ、凹部５３ｃとクランクケース側溝５３ｅとを同時に形成させる。さらに図１２（Ｃ）に示すように、シリンダヘッド５６を組み付ける。

このように、本実施例では、クランクケース５３をクランクケース側溝５３ｅ付近において二部品に分割した。そして、シール用チューブ５５を組み付けた状態のシリンダブロック５２を収納部５３ａに収納し、その後に、分割したクランクケース５３とリブ押え部材５３ｆとを組み立てることで凹部５３ｃとクランクケース側溝５３ｅとを完成させるようにした。このことで、より容易に凹部５３ｃ及びクランクケース側溝５３ｅを形成できるとともに、シール用チューブ５５をより容易に組み付けることが可能となる。

なお、シール用チューブ５５の内部には、予め空気が充填されており、シール用チューブ５５自体の弾性力に加えて、充填された空気の空気圧によって、クランクケース側溝５３ｅに外周リブ５５ａが、ブロック側溝５２ｂに内周リブ５５ｂが押え付けられるようになっている。この場合の空気圧は、クランクケース側溝５３ｅに外周リブ５５ａが、ブロ
ック側溝５２ｂに内周リブ５５ｂが挿入されることで、凹部５３ｃの底面５３ｄと、シリンダブロック５２の外壁５２ａとに生じた油膜をシールするのに充分な空気圧として、予め実験などによって求められた値に設定される。

また、本実施例では、シール用チューブ５５の内部に空気を充填することに加えて、スポンジなどの膨張力発生部材を充填しておいてもよい。これにより、シール用チューブ５５のシール性能をさらに向上させることができる。また、シール用チューブ５５の空気圧を図示しない加圧ポンプによって上昇させてもよい。この場合には、クランクケース５３内の圧力が高いほどシール用チューブ５５の空気圧が高くなるように制御してもよい。

しかしながら、本実施例では、必ずしもシール用チューブ５５に空気や膨張力発生部材を充填しなくてもよい。例えば、断面円筒状の弾性体は特に密閉されておらず、シール用チューブ５５の弾性力のみによって、クランクケース側溝５３ｅに外周リブ５５ａが、ブロック側溝５２ｂに内周リブ５５ｂが押え付けられるようにしてもよい。この場合の弾性力は、クランクケース側溝５３ｅに外周リブ５５ａが、ブロック側溝５２ｂに内周リブ５５ｂが挿入されることで、凹部５３ｃの底面５３ｄと、シリンダブロック５２の外壁５２ａとに生じた油膜をシールするのに充分な弾性力として、予め実験などによって求められた値に設定される。

また、シール用チューブ５５の外表面にはフッ素樹脂などからなる低摩擦層を形成してもよい。これにより、内燃機関の圧縮比の変化に伴い、シール用チューブ５５をより円滑に動かすことができ、より確実にシール性を向上させることができる。また、シール用チューブ５５の中空に内部にスポンジなどの膨張力発生部材を充填した場合には、シール用チューブ５５の内表面にもフッ素樹脂などからなる低摩擦層を形成してもよい。これにより、内部に膨張力発生部材が充填された場合にも、シール用チューブ５５をより円滑に動かすことができ、より確実にシール性を向上させることができる。

また、本実施例においては、シール用チューブ５５は閉ループ状の断面円筒のゴムから形成される例について説明したが、シール用チューブ５５は必ずしも閉ループ状（無端）でなくてもよい。シール用チューブ５５を有端の断面円筒のゴムから形成されるようにして、シリンダブロック５２の外壁の周囲に端同士が接触するように巻回されていてもよい。また、外周リブ５５ａ及び内周リブ５５ｂは必ずしもシール用チューブの全長に亘って形成されていなくてもよい。オイル漏れの多い箇所や溝に挿入し易い箇所に部分的に設けられていてもよい。

また、本実施例においては、シール用チューブ５５が外周リブ５５ａと内周リブ５５ｂの２つのリブが設けられ、各々のリブがクランクケース側溝５３ｅとブロック側溝５２ｂとに挿入固定されている例について説明したが、本発明の構成はこれに限られない。例えば、シール用チューブには外周リブのみが設けられクランクケース側溝に挿入固定されており、シール用チューブとシリンダブロックの外壁とは接着または溶着で固定されるようにしてもよい。あるいは、逆にシール用チューブには内周リブのみが設けられブロック側溝に挿入固定されており、シール用チューブとクランクケースの収納部の内壁とは接着または溶着で固定されるようにしてもよい。

１０、２０、３０、４０・・・・・・可変圧縮比内燃機関
１１、５６・・・・・・・・・・・・・・・シリンダヘッド
１２、３２、４２、５２・・・・・・・・・シリンダブロック
１２ａ、３２ａ、４２ｃ、５２ａ・・・・・・・・・・シリンダブロック外壁
１３、２３、３３、４３、５３・・・・・・クランクケース
１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ・・収納部
１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ・・収納部内壁
１４・・・・・・・・・・・・・・・カム軸
１５、２５、５５・・・・・・・・・・・・シール用チューブ
２６、３６、４６・・・・・・・・・加圧パイプ
２７、３７、４７・・・・・・・・・圧縮ポンプ
３５・・・・・・・・・・・・・・・シール用バンド
４５ａ、４５ｂ・・・・・・・・・・シール用リング
５０、６０、７０・・・・・・・・・ＥＣＵ
５２ｂ・・・・・・・・・・・・・・ブロック側溝
５３ｅ・・・・・・・・・・・・・・クランクケース側溝
５３ｆ・・・・・・・・・・・・・・リブ押え部材

Claims (7)

1. ピストン及びクランク軸が設けられたクランクケースに対して、シリンダが形成されたシリンダブロックを、前記シリンダの軸方向に相対移動させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、
   前記クランクケースには、前記シリンダブロックの少なくとも一部を前記シリンダの軸方向に移動可能に収納する収納部が設けられ、
   前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックの前記収納部に収納される部分の外壁との間の隙間をシールするシール手段を備え、
   前記シール手段は、前記隙間をシールする際に、該隙間に正の空気圧を作用させることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記シール手段は、前記隙間に配置され弾性体からなるシール部材を有し、前記空気圧によって前記シール部材を変形させて前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックのうち前記収納部に収納される部分の外壁とに押し付けることで、前記隙間をシール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. 前記シール部材は、空気が充填された中空の弾性体であり、前記空気圧は、該シール部材に充填された空気によって作用され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. 前記シール手段は、前記空気圧を上昇させる加圧装置をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 前記シール手段は、前記隙間において前記シリンダの軸方向に各々離れて配置され弾性体からなる複数のシール部材と、前記隙間における前記複数のシール部材の間の空間の空気圧を上昇させる加圧装置と、を有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。
6. 前記加圧装置は、前記クランクケース内の圧力が高いほど、前記空気圧を高くすることを特徴とする請求項４または５に記載の可変圧縮比内燃機関。
7. 前記シール手段は、前記隙間に配置され弾性体からなるシール部材を有し、
   前記シール部材は、有端または無端の筒状の形状を有するとともに側面から外側に突出したリブを有し、前記クランクケースの収納部の内壁と、前記シリンダブロックのうち前記収納部に収納される部分の外壁との少なくとも一方に設けられた溝に前記リブが挿入されることで前記シール部材が前記クランクケースおよび／または前記シリンダブロックに結合され、
   前記空気圧によって前記リブを前記溝に押し付けることで、前記隙間をシール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。

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