JP2011117366A - Variable compression ratio mechanism for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio of an internal combustion engine.
内燃機関の圧縮比を変更する機構として、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより、燃焼室容積を変更する機構が知られている。 As a mechanism for changing the compression ratio of an internal combustion engine, a mechanism for changing a combustion chamber volume by relatively sliding a cylinder block and a crankcase in the cylinder axial direction is known.
上記した機構においては、従来のようにクランクケースとシリンダブロックとの連結部位にガスケットを配置することができない。これに対し、クランクケース内の気密性の保持、或いはシリンダブロックとクランクケースとの摺動部に供給される潤滑油の漏洩防止を図るために、クランクケースとシリンダブロックとの隙間に変形自在または転動自在なシール材を配置する技術が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。 In the above-described mechanism, a gasket cannot be disposed at a connecting portion between the crankcase and the cylinder block as in the conventional case. On the other hand, in order to maintain airtightness in the crankcase or prevent leakage of lubricating oil supplied to the sliding part between the cylinder block and the crankcase, the gap between the crankcase and the cylinder block can be freely deformed or Techniques have been proposed in which a rollable seal material is arranged (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記したような従来の技術では、シール材を組み付ける際にシリンダブロックとクランクケースとの隙間にシール材を圧入する必要がある。そのため、専用の治具が必要になる可能性がある。また、上記したシール材は内燃機関の全周にわたって配置されるため、シール材の圧入時に該シール材の状態(シリンダ軸方向における位置、歪み、捻れなど)を均一にする必要もある。 By the way, in the conventional techniques as described above, it is necessary to press-fit the sealing material into the gap between the cylinder block and the crankcase when the sealing material is assembled. Therefore, a dedicated jig may be required. Further, since the sealing material described above is arranged over the entire circumference of the internal combustion engine, it is necessary to make the state of the sealing material (position, distortion, twist, etc. in the cylinder axial direction) uniform when the sealing material is press-fitted.
本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対摺動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構において、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材の組み付け容易性を向上させるとともにシール材の耐久性を向上させることを目的とする。 In the variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio of the internal combustion engine by sliding the cylinder block and the crankcase relative to each other, it is easy to assemble the seal material disposed between the cylinder block and the crankcase. It aims at improving and durability of a sealing material.
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、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、
前記内燃機関の全周にわたって前記シリンダブロックと前記クランクケースとの隙間を覆うべく、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に架設される環状のシール材を備え、
前記シール材は、山部を一つ有する蛇腹状に形成されるようにした。
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the present invention provides a variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine that changes the compression ratio of the internal combustion engine by relatively sliding the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction.
An annular seal member provided between the cylinder block and the crankcase so as to cover a gap between the cylinder block and the crankcase over the entire circumference of the internal combustion engine;
The sealing material was formed in a bellows shape having one peak.
本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとの間にシール材を圧入する必要がなくなるため、シール材の組み付け容易性が向上する。さらに、本発明のシール材は山部が一つのみの蛇腹状に形成されるため、山部が複数形成された蛇腹状に比べ屈曲部の曲率が大きくなる。屈曲部の曲率が大きくなると、圧縮比の変更に伴うシール材の伸縮時に該シール材に作用する応力を広い範囲に分散させることが可能となる。よって、シール材の耐久性を向上させることも可能となる。 According to the present invention, since it is not necessary to press-fit a sealing material between the cylinder block and the crankcase, the ease of assembly of the sealing material is improved. Furthermore, since the sealing material of the present invention is formed in a bellows shape having only one peak, the curvature of the bent portion is larger than that of a bellows having a plurality of peaks. When the curvature of the bent portion increases, it is possible to disperse the stress acting on the sealing material over a wide range when the sealing material expands and contracts due to the change in the compression ratio. Therefore, the durability of the sealing material can be improved.
本発明において、シール材とシリンダブロックとの接合方法としては、シール材の一方
の開口端をシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟持させる方法を用いることができる。この接合方法によれば、シリンダヘッドがシリンダブロックに組み付けられるときに、シール材の一方の開口端を挟み込めばよいので、シール材とシリンダブロックとの接合作業が容易となる。
In the present invention, as a method of joining the sealing material and the cylinder block, a method of sandwiching one open end of the sealing material between the cylinder block and the cylinder head can be used. According to this joining method, when the cylinder head is assembled to the cylinder block, it is only necessary to sandwich one opening end of the sealing material, so that the joining work between the sealing material and the cylinder block becomes easy.
なお、シール材においてシリンダブロックとシリンダヘッドとに挟持される部位には、鉄板などの補強部材が鋳込まれるようにしてもよい。このような構成によると、シリンダヘッドがシリンダブロックに組み付けられるときに、シール材が過剰に変形したり、破断したりする事態を回避することができる。その結果、シール材とシリンダブロックとの接合作業が容易になるとともにシール材の耐久性も向上させることができる。 Note that a reinforcing member such as an iron plate may be cast into a portion of the sealing material sandwiched between the cylinder block and the cylinder head. According to such a configuration, when the cylinder head is assembled to the cylinder block, it is possible to avoid a situation where the sealing material is excessively deformed or broken. As a result, the joining operation between the sealing material and the cylinder block can be facilitated and the durability of the sealing material can be improved.
本発明において、シール材とクランクケースとの接合方法としては、シール材の他方の開口端をクランクケースとリテーナとの間に挟持する方法を用いることができる。この接合方法によれば、クランクケースとリテーナとによってシール材の他方の開口端を挟持すればよいので、シール材とクランクケースとの接合作業が容易となる。 In the present invention, as a method for joining the sealing material and the crankcase, a method of sandwiching the other open end of the sealing material between the crankcase and the retainer can be used. According to this joining method, the other opening end of the sealing material may be sandwiched between the crankcase and the retainer, so that the joining work between the sealing material and the crankcase becomes easy.
なお、シール材の他方の開口端に環状の突条を設けるとともに、クランクケースの外周に環状の溝を設け、前記突条を前記溝に嵌合させた状態でシール材とクランクケースとを接合するようにしてもよい。このような構成によると、シール材とクランクケースとの接合部におけるシール性を向上させることができる。 In addition, an annular ridge is provided at the other opening end of the seal material, an annular groove is provided on the outer periphery of the crankcase, and the seal material and the crankcase are joined with the ridge fitted into the groove. You may make it do. According to such a configuration, the sealing performance at the joint between the sealing material and the crankcase can be improved.
本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとを相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構において、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材の組み付け容易性を向上させることができるとともに、シール材の耐久性を向上させることができる。 According to the present invention, in the variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio of the internal combustion engine by relatively displacing the cylinder block and the crankcase, it is easy to assemble the seal member disposed between the cylinder block and the crankcase. And the durability of the sealing material can be improved.
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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は、本発明を適用する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、シリンダブロック2とクランクケース3とがシリンダ軸方向へ相対摺動することにより機械圧縮比(燃焼室容積)が変更される火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。なお、内燃機関1は、圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)であってもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. An
内燃機関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とクランクケース3とは、シリンダ軸方向に摺動自在に嵌合されている。図1に示す例では、シリンダブロック2の下部(シリンダ軸方向におい
て下死点側の部分)がクランクケース3の上部(シリンダ軸方向において上死点側の部分)によって包囲されており、シリンダブロック2の外壁面とクランクケース3の内壁面とが摺動するようになっている。また、シリンダブロック2とシリンダヘッド4とは、一体的に連結されている。
The
前記シリンダブロック2には、気筒(シリンダ)5が形成されている。気筒5内には、ピストン6がシリンダ軸方向に摺動自在に装填されている。前記クランクケース3には、クランクシャフト7が回転自在に支持されている。ピストン6とクランクシャフト7は、コネクティングロッド8を介して連結されている。
A cylinder (cylinder) 5 is formed in the
前記シリンダヘッド4には、気筒5内に連通する吸気ポート9と排気ポート10とが設けられている。前記シリンダヘッド4には、吸気ポート9の開口端を開閉するための吸気バルブ11と、排気ポート10の開口端を開閉するための排気バルブ12が設けられている。吸気バルブ11は、シリンダヘッド4に回転自在に支持された吸気カムシャフト13により開閉駆動される。排気バルブ12は、シリンダヘッド4に回転自在に支持された排気カムシャフト14により開閉駆動される。また、シリンダヘッド4には、吸気ポート9内へ燃料を噴射する燃料噴射弁15と、気筒5内に火花を発生させる点火プラグ16とが取り付けられている。
The
次に、シリンダブロック2とクランクケース3とが相互に重なり合う部分には、クランクケース3に対してシリンダブロック2をシリンダ軸方向へ変位させるための可変圧縮比機構100が設けられている。可変圧縮比機構100としては、電動モータ等のアクチュエータが偏心カムを回転させることによりシリンダブロック2をシリンダ軸方向へ変位させる機構を例示することができる。
Next, a variable
可変圧縮比機構100によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック2をクランクケース3から遠ざける(シリンダブロック2をシリンダ軸方向の上死点側へ変位させる)ことにより、燃焼室容積を大きくすることができる。その結果、機械圧縮比(行程容積と燃焼室容積との総和を燃焼室容積で除算した値)が低くなる。
According to the variable
また、上記した可変圧縮比機構100によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック2をクランクケース3に近づける(シリンダブロック2をシリンダ軸方向の下死点側へ変位させる)ことにより、燃焼室容積を小さくすることができる。その結果、内燃機関1の機械圧縮比が高くなる。
Further, according to the variable
このように構成された内燃機関1には、燃料噴射弁15、点火プラグ16、可変圧縮比機構100などの各種機器を電気的に制御するための電子制御ユニット(ECU)17が併設されている。ECU17は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどから構成されるユニットである。
The
ECU17には、クランクポジションセンサ18や、アクセルポジションセンサ19などの各種センサの電気信号が入力されるようになっている。クランクポジションセンサ18は、クランクシャフト7近傍に配置され、クランクシャフト7の回転位置に相関するパルス信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ19は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関する信号を出力するセンサである。
Electric signals from various sensors such as a crank
ECU17は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関1の運転状態(機関運転状態)を判別し、その判別結果に従って上記した各種機器を制御する。たとえば、ECU17は、クランクポジションセンサ18やアクセルポジションセンサ19の出力信号から判別される機関回転数および機関負荷に基づいて、可変圧縮比機構100を制御する。
ECU17 discriminate | determines the driving | running state (engine driving | running state) of the
その際、機関回転数および機関負荷が予め定められた低負荷・低回転運転領域にあるときは、ECU17は、内燃機関1の圧縮比が高くなるように可変圧縮比機構100を制御する。詳細には、ECU17は、シリンダブロック2がクランクケース3に近づく(シリンダ軸方向の下死点側へ変位する)ように可変圧縮比機構100を制御する。
At this time, when the engine speed and the engine load are in a predetermined low load / low rotation operation region, the
また、機関回転数および機関負荷が上記した低負荷・低回転運転領域から逸脱したときは、ECU17は、シリンダブロック2がクランクシャフト7から遠ざかる(シリンダ軸方向の上死点側へ変位する)ように可変圧縮比機構100を制御することにより、内燃機関1の圧縮比を低下させる。
Further, when the engine speed and the engine load deviate from the low load / low rotation operation region described above, the
なお、内燃機関1の圧縮比は、上記したように2段階に切り換えられてもよく、或いは機関回転数及び機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。
It should be noted that the compression ratio of the
このように内燃機関1の圧縮比が変更されると、低負荷・低回転運転領域における燃焼効率の向上と、高負荷・高回転運転領域におけるノッキングの抑制と、を両立することができる。
Thus, when the compression ratio of the
ところで、クランクケース3内の気密性を保つためには、シリンダブロック2とクランクケース3とが相互に重なり合う部分の隙間を密閉する必要がある。これに対し、本実施例の内燃機関の可変圧縮比機構は、図2に示すように、内燃機関1の全周にわたって前記隙間を覆うシール材200を配置している。
By the way, in order to maintain airtightness in the
ここで、図3乃至図7に基づいてシール材200の構成について説明する。図3は、シール材200の断面図である。図4は、シール材200とシリンダブロック2の接合部分を示す断面図である。図5は、シリンダブロック2の平面図である。図6は、シール材200とクランクケース3の接合部分を示す断面図である。図7は、クランクケース3の平面図である。なお、以下において「上部」とはシリンダ軸方向において上死点側の部位を示し、「下部」とはシリンダ軸方向において下死点側の部位を示すものとする。
Here, the structure of the sealing
本実施例のシール材200は、図3に示すように、内方に突出した山部を一つのみ有する蛇腹状のシール本体201と、シール本体201の上部開口端に設けられてシリンダヘッド4とシリンダブロック2との間に挟持される第1支持部202と、シール本体201の下部開口端に設けられてクランクケース3とリテーナ30との間に挟持される第2支持部203と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
シール本体201は、柔軟性と耐圧性を有する材質により形成されている。なお、柔軟性と耐圧性とを有する材質としては、ゴムと樹脂の中間的組成物である熱可塑性エラストラマ(TPEE)を例示することができる。その際、シール本体201の内面にフッ素樹脂などの被膜を形成することにより、シール本体201の耐薬品性を向上させてもよい。
The
第1支持部202は、シリンダブロック2の上面と平行な下面を有する環状体であり、シール本体201と一体成形されている。第1支持部202には、図4に示すように、金属製の補強部材220が鋳込まれている。なお、補強部材220は、該補強部材220の上面が第1支持部202から露出し、かつ該補強部材220の下面が第1支持部202によって覆われるように第1支持部202に鋳込まれている。
The
第1支持部202の下面において前記シリンダブロック2の上面と当接する部位には、環状のリブ221が2本設けられている。これに対応して、シリンダブロック2の上面において前記リブ221と対向する部位には、図5に示すように、環状の溝20が2本形成
されている。
Two
一方、第2支持部203は、クランクケース3の上面と平行な下面を有する環状体であり、シール本体201と一体成形されている。第2支持部203の下面には、図6に示すように、該第2支持部203の全周にわたって環状の突条230が形成されている。前記突条230には、該突条230より柔軟性の高いカバー231が被せられている。カバー231の材質としては、共重合などの方法を利用して前記シール本体201より柔軟性を高めたTPEE、TPEEにエラストマ成分をブレンドしたもの、もしくはゴムを用いることができる。
On the other hand, the
前記クランクケース3の上面において前記カバー231と対向する部位には、図7に示すように、環状の溝32が形成されている。また、前記クランクケース3には、リテーナ30がボルト31によって締結可能になっている。
An
以下、上記したシール材200の組み付け方法について述べる。シール材200をシリンダブロック2に取り付ける場合は、シリンダブロック2とシリンダヘッド4とを組み付ける前に、前記第1支持部202のリブ221をシリンダブロック2の溝20に嵌合させる。続いて、シリンダブロック2とシリンダヘッド4とを締結することにより、第1支持部202がシリンダブロック2とシリンダヘッド4とに挟持されることになる。
Hereinafter, a method for assembling the sealing
次に、シール材200をクランクケース3に取り付ける場合は、第2支持部203に取り付けられたカバー231が取り付けられた状態で該カバー231をクランクケース3の溝32に嵌合させる。続いて、リテーナ30をボルト31によってクランクケース3に締結することにより、第2支持部203がリテーナ30とクランクケース3とに挟持されることになる。
Next, when attaching the sealing
以上述べたように、本実施例のシール材200によれば、該シール材200を内燃機関1に組み付ける際に専用の治具などを必要としないため、組み付け容易性が高い。さらに、シール本体201は山部が一つのみの蛇腹状に形成されるため、山部が複数形成された蛇腹状に比べ、屈曲部の曲率を大きくすることができる。その結果、シリンダブロック2とクランクケース3との相対変位に伴ってシール材200が伸縮するときに、シール材200に皺が寄りにくくなるとともにシール材200に作用する応力を広い範囲に分散させることができる。よって、シール材200の耐久性を向上させることができる。
As described above, according to the sealing
また、第1支持部202にリブ221を設けたことにより、シリンダブロック2とシール材200とのシール性を高めることができる。さらに、第1支持部202に補強部材220を鋳込むことにより、第1支持部202の不要な変形が抑制されるとともに、シリンダブロック2とシリンダヘッド4との締結圧力によって、第1支持部202が捩れたり、破断したりする事態を抑制することもできる。なお、第1支持部202とシリンダブロック2との間に、ゴムなどの弾生体で形成されるシール材を追加してもよい。その場合、シリンダブロック2とシール材200とのシール性を一層高めることができる。
Further, by providing the
一方、第2支持部203の下面に環状に突出したカバー231を取り付けるとともに、該カバー231が嵌合するための溝32をクランクケース3の上面に設けたことにより、クランクケース3とシール材200とのシール性を高めることができる。
On the other hand, an annular projecting
したがって、本実施例によれば、シリンダブロック2とクランクケース3とをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより圧縮比が変更される内燃機関において、シリンダブロック2とクランクケース3との間に配置されるシール材200の組み付け容易性を向上させることができるとともに、シール材200の耐久性を向上させることができる。
Therefore, according to this embodiment, in the internal combustion engine in which the compression ratio is changed by relatively sliding the
なお、本実施例では、シール材200の第1支持部202がシリンダヘッド4とシリンダブロック2とに挟持される構成を例に挙げたが、シリンダブロック2の壁面とリテーナとによって挟持されてもよい。要は、シール材200のシール本体201が一つの山部を有する蛇腹状に形成されれば、第1支持部202および第2支持部203の固定方法は如何なる形態であってもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the
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 気筒
6 ピストン
7 クランクシャフト
8 コネクティングロッド
9 吸気ポート
10 排気ポート
11 吸気バルブ
12 排気バルブ
13 吸気カムシャフト
14 排気カムシャフト
15 燃料噴射弁
16 点火プラグ
20 溝
30 リテーナ
31 ボルト
32 溝
100 可変圧縮比機構
200 シール材
201 シール本体
202 第1支持部
203 第2支持部
220 補強部材
221 リブ
230 突条
231 カバー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記内燃機関の全周にわたって前記シリンダブロックと前記クランクケースとの隙間を覆うべく、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に架設される環状のシール材を備え、
前記シール材は、山部を一つ有する蛇腹状に形成されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。 In a variable compression ratio mechanism of an internal combustion engine that changes the compression ratio of the internal combustion engine by relatively sliding the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction,
An annular seal member provided between the cylinder block and the crankcase so as to cover a gap between the cylinder block and the crankcase over the entire circumference of the internal combustion engine;
The variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine, wherein the sealing material is formed in a bellows shape having one peak portion.
前記突条が前記溝に嵌合した状態で前記シール材の他方の開口端が前記クランクケースとリテーナとの間に挟持されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。 In Claim 1 or 2, an annular groove is provided on the outer periphery of the crankcase, and an annular protrusion that fits into the groove is provided at the other opening end of the seal material.
The variable compression ratio mechanism for an internal combustion engine, wherein the other open end of the seal material is sandwiched between the crankcase and the retainer in a state where the protrusion is fitted in the groove.
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