JP2010248992A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】可変圧縮比内燃機関において、シリンダボア変形を抑制する技術を提供する。
【解決手段】クランクケース３とは別体のシリンダブロック２をシリンダヘッド４と一体的に形成し、クランクケース３に対してシリンダブロック２及びシリンダヘッド４を昇降させて機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、シリンダブロック２の外周側面に、シリンダブロック２の外周を囲むクランクケース３との相対移動を滑らかにする第１ガイド部７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。

ウォームホイールを有する一対の偏心カム軸をクランクケースの両側に配置し、２つのウォームを有するシャフトをクランクケースの側面中央に形成された貫通孔に挿通し、シャフトのウォームと一対の偏心カム軸のウォームホイールとを互いに噛み合わせる。そして、シャフトに接続されたモータからの回転動力をシャフトのウォームからウォームホイールに伝達し、偏心カム軸を回動してクランクケースとは別体のシリンダブロックを昇降させる。これにより、ピストンが上死点に位置する時のシリンダ内の容積（燃焼室容積）とピストンが下死点に位置する時のシリンダ内の容積との比（機械圧縮比）を変更する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−６４０１０号公報 特開昭６１−００１８１７号公報 実開平１−１５９１５８号公報

ところで、上記の技術においては、シリンダブロックとシリンダヘッドとが別体であった。このため、シリンダブロックとシリンダヘッドとをヘッドボルトで結合する必要があった。ここでヘッドボルトの配置位置は、シリンダの外周を取り巻くように形成されるウォータジャケットのさらに外側になるため、シリンダブロックの外周幅を広くする必要があり、軽量且つコンパクトな設計を阻害する要因となっていた。また、ヘッドボルトの配置位置は、ウォームホイールの真上に存在するため、ヘッドボルトがウォームホイールに到達しないようヘッドボルトのネジ長さをあまり長くできなかった。このようにネジ長さの短いヘッドボルトを用いるため、ヘッドボルトが届かない部位ではシリンダボア変形を抑制し難かった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、可変圧縮比内燃機関において、シリンダボア変形を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
クランクケースとは別体のシリンダブロックをシリンダヘッドと一体的に形成し、前記クランクケースに対して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを昇降させて機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記シリンダブロックの外周側面に、前記シリンダブロックの外周を囲む前記クランクケースとの相対移動を滑らかにするガイド部を設けたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関である。

本発明によると、シリンダブロックとシリンダヘッドとが一体的に形成されるので、ヘッドボルトをシリンダブロック内部に配置するという設計的配慮がそもそも不要となり、シリンダブロックの剛性が増し、シリンダボア変形を抑制することができる。また、ガイド部が設けられたことで、シリンダブロックとクランクケースとの相対移動が滑らかにな
り、内燃機関の機械圧縮比の変更が容易になる。

前記ガイド部は、別体であった前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドを結合する場合には形成されてしまう凸凹であって前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドを一体的に形成することによって必要なくなった外周側面の凹凸を無くすとよい。

本発明によると、シリンダヘッドとシリンダブロックとの継ぎ目による凹凸も無くなってガイド部が移動方向に長く形成可能となるので、製造容易でありながらシリンダブロックの支持剛性が向上する。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
クランクケースとは別体のシリンダブロックをシリンダヘッドと一体的に形成し、前記クランクケースに対して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを昇降させて機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドのシリンダ周りのウォータジャケットは前記クランクケース側端部で外部に開口しており、
当該開口を塞ぐスペーサを備えたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関である。

本発明によると、シリンダブロック及びシリンダヘッドに形成されるウォータジャケットのクランクケース側端部の開口をスペーサで塞ぐ。スペーサは、シリンダブロックに他の部材が結合された場合のスペーサ外側の外力を吸収し、スペーサ内側のシリンダボアには外力を伝達しないので、シリンダボア変形を抑制できる。また、スペーサは、機関作動時の燃焼圧の影響によるシリンダのクランクケース側のシリンダボア弾性変形をシリンダブロックの外壁に伝達することが無くなり、シリンダブロックからクランクケース、エンジンマウントを介して車両に伝達される振動、騒音を低減させることができる。

本発明によると、可変圧縮比内燃機関において、シリンダボア変形を抑制できる。また、内燃機関による車内騒音を低減できる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係る内燃機関を示す斜視図である。 実施例１に係る一体的に形成されたシリンダブロック及びシリンダヘッドを示す斜視図である。 実施例１に係るクランクケースを示す斜視図である。 実施例１に係るシリンダブロックのウォータジャケットの開口及びスペーサを示す斜視図である。 実施例１に係る一体的に形成されたシリンダブロック及びシリンダヘッド内部のウォータジャケットを示す図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１及び図２は、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示している。図１及び図２に示す可変圧縮比内燃機関（以下、単に内燃機関という）１は、シリンダブロック２とクランクケース３とシリンダヘッド４とを備えている。シリンダブロック２は、シリンダヘッド４と一体的に形成されている（モノブロック化）。

シリンダヘッド４と一体的に形成されたシリンダブロック２は、クランクケース３に対してシリンダ５軸方向（図示上下方向）へ変位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との連結部には、シリンダブロック２を変位させるための変位機構６が設けられている。

図３は、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４の概略構成を示している。シリンダブロック２の外周側面は、シリンダブロック２の外周を囲むクランクケース３との相対移動を滑らかにする平面状の第１ガイド部７が形成されている。第１ガイド部７が本発明のガイド部に相当する。第１ガイド部７は、別体であったシリンダブロック２とシリンダヘッド４を結合する場合には形成されてしまう凸凹であってシリンダブロック２とシリンダヘッド４を一体的に形成することによって必要なくなった外周側面の凹凸、特にシリンダブロック２とシリンダヘッド４との継ぎ目の凹凸を無くしている。このため、第１ガイド部７は、シリンダヘッド４との境界或いはそれを超えてシリンダヘッド側にまで形成される。よって、第１ガイド部７の領域は、シリンダヘッド側にまで大きく形成されており、シリンダブロック２はクランクケース３によって移動可能方向にできるだけ長い寸法で支持された方が、シリンダブロック２の傾きが小さくなって安定して支えられることから、支持剛性の高い理想的な支持構造となる。また、第１ガイド部７が一定の水平断面形状であることから、製造容易である。シリンダブロック２の長手方向両側面下部に複数の隆起部８が形成されており、各隆起部８にカム収納孔９が形成されている。カム収納孔９は、シリンダ配列方向に平行に且つ同一軸線上に形成されている。

図１に示すように、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４には、内部にウォータジャケットが形成されている。このうちシリンダ周りのウォータジャケット１０は、シリンダヘッド４と反対側のクランクケース側端部（図示下端部）で外部に開口している。そして、この開口を樹脂製のスペーサ１１で塞いでいる。スペーサ１１には、当該スペーサ１１の剛性を低めるスリット１２が形成されている。

図４は、クランクケース３の概略構成を示している。クランクケース３は、内側にシリンダブロック２を収容可能となっており、クランクケース３の内周側面は、シリンダブロック２の第１ガイド部７と所定間隔を空けて対向する平面状の第２ガイド部１３が形成されている。シリンダブロック２とクランクケース３との相対移動を滑らかにするため、所定間隔は可及的に均一であり、第１ガイド部７と第２ガイド部１３との間の隙間にはオイルが介在する。クランクケース３には、カム収納孔９が形成された複数の隆起部８の間に位置するように、支持部１４が形成されている。各支持部１４のクランクケース外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。各支持部１４には、対称な半円形の凹部を有する不図示のキャップがボルトによって固定される。支持部１４及びキャップが固定されると、双方の凹部によって円形の軸受収納孔が形成される。

このように構成されたシリンダブロック２とクランクケース３とが連結されると、シリンダブロック２及びクランクケース３の長手方向両側面には、カム収納孔９と軸受収納孔とが交互に配置された連通孔が形成される。連通孔には、不図示の偏心カム軸が各々挿通され、クランクケース３の両側に配置される。

各偏心カム軸は、中心部に配置される一本の軸部と、軸部に対して偏心した状態で固定され中央孔１５に配置されるウォームホイールと、軸部に対して偏心した状態で回転可能な複数のフリーカム部と、軸部に対して偏心した状態で固定される複数の軸受部と、を備えている。偏心カム軸は、回動することでクランクケース３とは別体のシリンダブロック２を昇降させる。各偏心カム軸では、フリーカム部がカム収納孔９に収容され且つ軸受部が軸受収納孔に収容されるように、フリーカム部と軸受部とが交互に配置される。

このように構成されたクランクケース３の側面中央下部には、貫通孔１６にシャフトが両側にわたって挿通される。シャフトは、各偏心カム軸の途中に固定されるウォームホイールの下側で各ウォームホイールに噛み合うウォームと、シャフトの一端に接続されシャフトを回転駆動するモータと、を備えている。モータの回転動力は、シャフトとそれに配置された２つのウォームを回転させ、各ウォームホイールがウォームの回転により動力伝達を受けて同時に減速回動し、一対の偏心カム軸が同時に回動する。このような一対の偏心カム軸の回動によって、シリンダブロック２がクランクケース３に対して昇降され、内燃機関１の機械圧縮比が自在に変更される。

上記した内燃機関１には、ＥＣＵ１００が併設される。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路であり、内燃機関１の運転状態に基づいてモータを制御する。そして、ＥＣＵ１００にモータが制御されることにより、内燃機関１の運転状態に合わせて内燃機関１の機械圧縮比が変更される。

ところで、従来においては、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とは別体で形成されていた。このため、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とをヘッドボルトで結合させていた。しかし、ヘッドボルトの配置位置は、シリンダ５の外周を取り巻くウォータジャケット１０のさらに外側に形成するため、第１ガイド部７が形成されるシリンダブロック２の外周の幅を広くする必要があり、シリンダブロック２の軽量且つコンパクトな設計を阻害する要因となっていた。また、ヘッドボルトの配置位置は、一対の偏心カム軸に設けられたウォームホイールの配置位置の真上に位置する。このため、径の大きいウォームホイールにヘッドボルトが到達してしまわないよう、ヘッドボルトのネジ長さをあまり長くできなかった。このようにネジ長さの短いヘッドボルトを用いるため、ヘッドボルトが届かない部位では、ヘッドボルトによってシリンダライナーのシリンダボアを押さえることができず、シリンダボア変形を抑制し難かった。

しかし、本実施例では、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成される。このため、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とをヘッドボルトで結合させる必要がなくなり、ヘッドボルトをシリンダブロック２の内部深くにに配置するという設計的配慮がそもそも不要となる。つまり、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成されたことで、シリンダブロック２は、剛性が増し特にシリンダヘッド側が変形し難くなっており、これだけでもシリンダライナーが変形し難くシリンダボア変形を抑制できる。しかしさらに、シリンダブロック２を変形し難くしてシリンダボア変形を抑制したい。

そこで、本実施例では、シリンダブロック２の外周側面に、シリンダブロック２の外周を囲むクランクケース３との相対移動を滑らかにする第１ガイド部７を設けるようにした。

本実施例によると、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成されてヘッドボルトが内部に配置されなくなっても、第１ガイド部７が設けられたことで、シリンダブロック２の肉厚が厚くなりシリンダブロック２の剛性が増し、シリンダライナーが変形し難くなりシリンダボア変形を抑制できる。また、平面状の第１ガイド部７及びそれに対向する第２ガイド部１３が設けられたことで、シリンダブロック２とクランクケース３との相対移動が滑らかになり、内燃機関１の機械圧縮比の変更が容易になる。さらに、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とが一体的に形成されてヘッドボルトが内部に配置されなくなったので、シリンダ５の外周を取り巻くウォータジャケット１０のさらに外側にヘッドボルト用のスペースを形成する必要が無くなる。これにより、ガイド部７がシリンダブロック２の外周に形成されても、ヘッドボルトを配置する場合に比してシリンダブロック２を軽量且つコンパクトにすることができる。

以上のような一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４は、ダイキャストで製造される。ここで、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４の内部には冷却水が流通するウォータジャケットを形成する必要がある。このため、金型及びウォータジャケットの中子の型抜きを考慮すると、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４の内部のシリンダ周りのウォータジャケット１０は、シリンダヘッド４とは反対側のクランクケース側端部（図示下端部）で外部に開口することとなる。これにより、中子を有する金型をクランクケース側から型抜きすれば、シリンダブロック２の外周側面の平面状の第１ガイド部７及び当該第１ガイド部７の内側に設けられる中空となるシリンダ周りのウォータジャケット１０を同時に形成することができる。

ところで、シリンダ周りのウォータジャケット１０の開口は、塞がなければならない。そこで、本実施例では、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４の材質より剛性の低い材質である樹脂製のスペーサ１１で当該開口を塞ぐようにした。

図５は、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４内部のシリンダ周りのウォータジャケット１０の開口をスペーサ１１で塞ぐ状態を示している。図６は、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４の内部構造を示している。スペーサ１１は、図５に示すように複数の筒を連ねた形状をしており、シリンダ周りのウォータジャケット１０の開口に圧入後、密閉のため底部を溶接又は接着される。また、スペーサ１１は、図６に示すようにウォータジャケット１０の奥に向かう先端が細く奥まで届くようになっている。これにより、ウォータジャケット１０の実際に冷却水が流通する部位をなるべくシリンダヘッド側に形成したり、ダイキャストでの金型の寿命向上のためにウォータジャケット１０の孔幅を大きく形成してもスペーサ１１で埋めてウォータジャケット１０の実際に冷却水が流通する部位を小さく形成したりできる。よって、開口をスペーサ１１で塞いだウォータジャケット１０では、暖機性を向上したり、熱効率を向上（冷却損失を低減）したりすることができる。

本実施例によると、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４に形成されるウォータジャケット１０のクランクケース側端部の開口を樹脂製のスペーサ１１で塞ぐ。スペーサ１１は、シリンダブロック２に例えば隆起部８等の他の部材がボルトやネジ等で結合された場合のシリンダブロック２のスペーサ外側に作用する外力を吸収し、スペーサ内側のシリンダボアを有するシリンダライナーには外力を伝達しないので、シリンダボア変形を抑制できる。また、スペーサ１１は、機関作動時の燃焼圧の影響によるシリンダ５のクランクケース側のシリンダライナーのシリンダボア弾性変形をシリンダブロック２の外壁に伝達することが無くなり、シリンダブロック２からクランクケース３、エンジンマウントを介して車両に伝達される振動、騒音を低減させることができる。

なお、本実施例では、樹脂製のスペーサ１１を用いたが、樹脂製に限られない。スペーサ１１は、一体的に形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド４の材質より剛性の低い材質であればよい。これにより、スペーサ１１が外力吸収の作用や弾性変形を許容する作用を奏することができる。

また、本実施例では、図６に示すように、スペーサ１１にスリット１２を形成している。スリット１２は、ウォータジャケット１０の開口側から中心にかけて切り込まれた細隙である。このスリット１２によって、スペーサ１１はさらに剛性が低くなり、スペーサ１１が外力吸収の作用やシリンダボア弾性変形を外壁に伝達しない作用を奏することがより容易になる。なお、スリット１２を設けた場合には、スペーサ１１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド４の材質より必ずしも剛性の低い材質を用いなくてもよい。スリット１２により、スペーサ１１の剛性が高くても、外力吸収の作用や弾性変形を許容する作
用を奏することができるからである。

本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ クランクケース
４ シリンダヘッド
５ シリンダ
６ 変位機構
７ 第１ガイド部
８ 隆起部
９ カム収納孔
１０ ウォータジャケット
１１ スペーサ
１２ スリット
１３ 第２ガイド部
１４ 支持部
１００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. クランクケースとは別体のシリンダブロックをシリンダヘッドと一体的に形成し、前記クランクケースに対して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを昇降させて機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
   前記シリンダブロックの外周側面に、前記シリンダブロックの外周を囲む前記クランクケースとの相対移動を滑らかにするガイド部を設けたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記ガイド部は、別体であった前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドを結合する場合には形成されてしまう凸凹であって前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドを一体的に形成することによって必要なくなった外周側面の凹凸を無くす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. クランクケースとは別体のシリンダブロックをシリンダヘッドと一体的に形成し、前記クランクケースに対して前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドを昇降させて機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
   前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドのシリンダ周りのウォータジャケットは前記クランクケース側端部で外部に開口しており、
   当該開口を塞ぐスペーサを備えたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。

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