JP2016142204A

JP2016142204A - 可変圧縮比内燃機関

Info

Publication number: JP2016142204A
Application number: JP2015019505A
Authority: JP
Inventors: 拓瀬川; Taku Segawa; 和人酒井; Kazuto Sakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】機関高負荷時におけるオイルの分離性能と機関低負荷時におけるブローバイガスの掃気性能とを両立させる。【解決手段】シリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関は、クランクケース１内のブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータ７０を具備する。オイルセパレータは、クランクケース内のブローバイガスが流出する噴孔７１を有する噴孔形成部材５２ｃと、噴孔を通過したブローバイガスが衝突するように配置されたオイル分離板７２と、噴孔を少なくとも部分的に塞ぐことができる調整板７３とを具備する。調整板は、機械圧縮比が低下するようにシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動したときに、噴孔の開口面積が小さくなるように相対移動に合わせて移動するように配置される。【選択図】図５

Description

本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。

近年、内燃機関の燃費向上や出力性能の向上等を目的として、内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている。このような技術としては、例えば、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共にその連結部分にカムシャフトを設け、このカムシャフトを回転させてシリンダブロックとクランクケースとを気筒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、もって内燃機関の圧縮比を変更する技術が挙げられる（例えば、特許文献１、２）。

斯かる可変圧縮比内燃機関においても、シリンダ壁面とピストンとの間の隙間を通って燃焼室内の混合気の一部がクランクケース内に漏れてブローバイガスとなる。ブローバイガスはクランクケース内に貯留されるオイルを劣化させることから、例えば特許文献１に記載の内燃機関では、クランクケースと機関吸気通路との間に排気管及び流通管が設けられている。これら排気管や流通管を介してブローバイガスをクランクケース内から掃気することにより、クランクケース内のオイルの劣化等を抑制することができる。

また、ブローバイガス中にはオイルが微少粒子となって存在している（オイルミスト）ことから、ブローバイガスを機関吸気通路へ戻す際にブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータ用いることが知られている（例えば、特許文献３）。例えば、特許文献３に記載のオイルセパレータは、噴孔から噴出されたブローバイガスを分離面に衝突させて、そのガス中からオイルを分離するように構成されている。加えて、特許文献３に記載のオイルセパレータは、噴孔の上流側と下流側との間の圧力差が大きくなるほど噴孔の開口量が大きくなるように構成されている。特許文献３によれば、これにより、噴孔から噴出されるブローバイガスの流速を一定に維持し、流速の低下に伴うオイルの分離効率の低下を抑制することができるとされている。

特開２０１３−２３８１１７号公報特開２０１１−１４９２９０号公報特開２０１１−１６３２２６号公報

ところで、機関高負荷運転時においては、燃焼室から漏れ出すブローバイガス中のオイルミストの粒径が小さくなる。このため、オイルセパレータの分離板へのブローバイガスの衝突速度が遅いと、オイルを分離することができなくなる。このため、機関高負荷運転時においては、噴孔を通って流出するブローバイガスの流速は速いことが好ましい。一方、機関低負荷運転時においては、燃焼室から漏れ出すブローバイガス中のオイルミストの粒径は比較的大きい。このため、オイルセパレータの噴孔を通って流出するブローバイガスの流速はそれほど速くなくてもよい。加えて、ブローバイガスの流速を速めるべく噴孔の開口面積を小さくすると圧力損失が増大することからブローバイガスが掃気されにくくなる。

しかしながら、例えば、特許文献３に記載のオイルセパレータのように、噴孔を通って流出するブローバイガスの流速が一定になるように噴孔の開口面積を制御する場合、機関高負荷運転時におけるオイルの分離性能を高めるべく高い流速で一定となるように噴孔の開口面積を制御すると、機関低負荷運転時においてブローバイガスの掃気を十分に行うことができない。一方、機関低負荷運転時においてブローバイガスの掃気を十分に行うために噴孔の開口面積を大きくしようとすると噴孔を通って流出するブローバイガスの流速は低い速度で一定に維持されることになる。このため、この場合には、機関高負荷運転におけるオイルの分離を十分に行うことができない。したがって、特許文献３に記載のオイルセパレータでは、機関高負荷運転時におけるオイルの分離性能と、機関低負荷運転時におけるブローバイガスの掃気性能とを両立することができない。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、機関高負荷時におけるオイルの分離性能と機関低負荷時におけるブローバイガスの掃気性能とを両立することができる可変圧縮比内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、シリンダブロックがクランクケースに対して相対移動することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、前記クランクケース内のブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータを具備し、前記オイルセパレータは、前記クランクケース内のブローバイガスが流出する噴孔を有する噴孔形成部材と、前記噴孔を通過したブローバイガスが衝突するように配置されたオイル分離板と、前記噴孔を少なくとも部分的に塞ぐことができる調整板とを具備し、前記調整板は、機械圧縮比が低下するように前記シリンダブロックが前記クランクケースに対して相対移動したときに前記噴孔の開口面積が小さくなるように前記相対移動に合わせて移動するように配置される、可変圧縮比内燃機関が提供される。

本発明によれば、機関高負荷時におけるオイルの分離性能と機関低負荷時におけるブローバイガスの掃気性能とを両立することができる可変圧縮比内燃機関が提供される。

図１は、本発明に係る火花点火式内燃機関を概略的に示す側面断面図である。図２は、図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示している。図３は、図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図４は、機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。図５は、図１の領域Ｘを拡大して示す概略的な断面図である。図６は、シリンダブロックがクランクケースに相対的に接近しているときのオイルセパレータの状態を示している。図７は、シリンダブロックがクランクケースから相対的に離間されているときのオイルセパレータの状態を示している。図８は、機械圧縮比と開口面積との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関の構成＞
図１は、火花点火式内燃機関の側面断面図である。図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付けられる代りに各燃焼室５内に配置されてもよい。

サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いたエアフロメータ１８とが配置される。吸気ポート８、吸気枝管１１、サージタンク１２、吸気ダクト１４は機関吸気通路を形成する。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１９内には空燃比センサ２１が配置される。

一方、図１に示した実施形態ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２とのシリンダ軸線方向の相対距離を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられている。さらに、図１に示した実施形態では、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。

また、本実施形態の内燃機関は、機関吸気通路からクランクケース１内に空気を供給し得る流通管２２と、クランクケース１内のブローバイガスを機関吸気通路に戻す戻し管２３とを具備する。流通管２２は一方の端部においてクランクケース１に連通し、他方の端部においてエアクリーナ１５に連通する。なお、流通管２２は、スロットル弁１７よりも上流側であればエアクリーナ１５以外の場所に連通してもよい。一方、戻し管２３は、一方の端部において可変圧縮比機構Ａの外側に配置されたカバー８０に連結され、他方の端部においてサージタンク１２に連通する。なお、戻し管２３は、スロットル弁１７よりも下流側であればサージタンク以外の場所に連通してもよい。また、戻し管２３内には、機関本体から機関吸気通路への流体の流れは許可するがその逆の流れは禁止する逆止弁が設けられてもよい。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１８及び空燃比センサ２１の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが所定角度だけ回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。

＜可変圧縮比機構の構成＞
次に、本実施形態の可変圧縮比機構Ａの構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個のブロック側突出部５０が形成されている。各ブロック側突出部５０は、内側部５０ａと外側部５０ｂとから形成されている。各ブロック側突出部５０内にはそれぞれ断面円形のブロック側カム挿入孔５１が形成されている。これらブロック側カム挿入孔５１はシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。特に、ブロック側カム挿入孔５１は、ブロック側突出部５０の内側部５０ａと外側部５０ｂとの間に形成される。ブロック側突出部５０がこのように内側部５０ａと外側部５０ｂとに分かれていることにより、ブロック側カム挿入孔５１内に後述するカムシャフト５４、５５を取り付けることができる。

一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応するブロック側突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個のケース側突出部５２が形成されている。各ケース側突出部５２は、内側部５２ａと外側部５２ｂとから形成されている。また、外側部５２ｂ同士は、連結板５２ｃによって互いに連結されている。ケース側突出部５２の複数の外側部５２ｂと複数の連結板５２ｃは一つの部材になるように一体的に形成される。これら各ケース側突出部５２内にもそれぞれ断面円形のケース側カム挿入孔５３が形成されている。これらケース側カム挿入孔５３も、ブロック側カム挿入孔５１と同様にシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。また、ケース側カム挿入孔５３も、ケース側突出部５２の内側部５２ａと外側部５２ｂとの間に形成される。ケース側突出部５２がこのように内側部５２ａと外側部５２ｂとに分かれていることにより、ケース側カム挿入孔５３内に後述するカムシャフト５４、５５を取り付けることができる。

また、可変圧縮比機構Ａは、図２に示したように作用軸として機能する一対のカムシャフト５４、５５を具備する。各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各ケース側カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されるケース側円形カム５８が固定されている。これらケース側円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各ケース側円形カム５８の両側には図３に示したように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別のブロック側円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれらブロック側円形カム５６は各ケース側円形カム５８の両側に配置されており、これらブロック側円形カム５６は対応する各ブロック側カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。

図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸６０にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１、６２が取付けられており、これらウォームギア６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。

＜可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更方法＞
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定されたケース側円形カム５８を図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに離れる方向に移動する。このため、ブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更にケース側円形カム５８を矢印で示した方向に回転させると図３（Ｃ）に示したように偏心軸５７は最も低い位置となる。

なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）には、それぞれの状態におけるケース側円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂとブロック側円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を比較するとわかるように、クランクケース１とシリンダブロック２の相対距離はケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まる。そして、ケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２との間の相対距離を変化させていることになる。そして、シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大する。したがって、各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積（以下、「燃焼室容積」という）を変更することができる。

特に、図３に示した例では、図３（Ａ）に示した状態と図３（Ｂ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してＤ₁だけ相対移動せしめられ、図３（Ｂ）に示した状態と図３（Ｃ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してＤ₂だけ相対移動せしめられる。

このようにカムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変化させたとしても、圧縮行程時のピストン４の行程容積（ピストン４が吸気下死点から圧縮上死点まで移動するときに変化する燃焼室５の容積）は変化しない。したがって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される機械圧縮比は、上述したように燃焼室容積を変化させることで、変化する。すなわち、本実施形態の可変圧縮比機構Ａによれば、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５を回転させることによって、内燃機関の機械圧縮比を変更することができる。

＜機関負荷に応じた制御＞
次に図４を参照しつつ運転制御全般について説明する。
図４には機関負荷に応じた要求吸入空気量、吸気弁７の閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比及びスロットル弁１７の開度の各変化が示されている。なお、本実施形態では触媒コンバータ２０内の三元触媒によって排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯ_xを同時に低減しうるように、通常、燃焼室５内における平均空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基づいて理論空燃比にフィードバック制御されている。

図４に示したように機関高負荷運転時には機械圧縮比は低くされる。このため、膨張比は低く、図４において実線で示したように吸気弁７の閉弁時期は早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁１７の開度は全開又はほぼ全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。

一方、図４において実線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁７の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図４に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁１７は全開状態に保持されており、したがって燃焼室５内に供給される吸入空気量はスロットル弁１７によらずに吸気弁７の閉弁時期を変えることによって制御されている。このときにもポンピング損失は零となる。

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が減少せしめられる。

機関負荷がさらに低くなると機械圧縮比はさらに増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷Ｌ₁まで低下すると機械圧縮比は燃焼室５の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時及び機関低負荷運転時には、すなわち機関低負荷運転側では、機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。

一方、図４に示した実施形態では機関負荷がＬ₁まで低下すると吸気弁７の閉弁時期が燃焼室５内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域では吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。

吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁７の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図４に示した実施形態では、このとき、すなわち吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ₁よりも負荷の低い領域ではスロットル弁１７によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁１７の開度は小さくされる。

なお、図４において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁７の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁１７によらずに吸入空気量を制御することができる。

＜オイルセパレータの構成＞
また、本実施形態の内燃機関は、クランクケース１内のブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータ７０を具備する。以下では、図５を参照して、本実施形態のオイルセパレータ７０について説明する。

図５は、図１の領域Ｘを拡大して示す概略的な断面図である。特に、図５は、ブロック側突出部５０が設けられた位置でのカムシャフト５４の軸線と垂直な断面における断面図である。図５からわかるように、ブロック側突出部５０の外側には、ケース側突出部５２の連結板５２ｃが配置される。上述したように、カムシャフト５４、５５が回転することにより、シリンダブロック２がクランクケース１に対して図中の矢印の方向へ相対移動することから、ブロック側突出部５０もケース側突出部５２の連結板５２ｃに対して図中の矢印の方向へ相対移動することになる。

図５からわかるように、クランクケース１に連結されたケース側突出部５２に設けられた連結板５２ｃは、連結板５２ｃを貫通して延びる噴孔７１を具備する。噴孔７１は、シリンダブロック２とクランクケース１とが相対移動する方向に一定長さだけ延びると共に、カムシャフト５４、５５の軸線方向に複数個並んで配置される。噴孔７１の内側はクランクケース１内と連通しており、よってクランクケース１内のブローバイガスは噴孔７１を通ってクランクケース１内から連結板５２ｃの外側に流出することができる。このように構成された連結板５２ｃは、オイルセパレータ７０の一部を構成する。

また、オイルセパレータ７０は、噴孔７１の外側（すなわち、ブローバイガスの流れ方向において下流側）に、連結板５２ｃから僅かな距離を隔てて配置されたオイル分離板７２を有する。オイル分離板７２は、例えば、連結板５２ｃに連結される。しかしながら、噴孔７１に対して、すなわちクランクケース１に対して相対的に移動しなければ、如何なる部材に連結されてもよい。

オイル分離板７２は、全ての噴孔７１が覆われるように配置される。このため、クランクケース１内から噴孔７１を介して流出したブローバイガスは、オイル分離板７２に衝突することになる。このようにブローバイガスがオイル分離板７２に衝突すると、ブローバイガス中の気体はその流れの向きを変えてオイル分離板７２と連結板５２ｃとの隙間から流出する。しかしながら、ブローバイガス中のオイルミストは、その慣性力によりオイル分離板７２に衝突してオイル分離板７２の表面に付着する。これにより、ブローバイガス中のオイルを気体から分離することができる。なお、オイル分離板７２の表面には、衝突したオイルミストを効果的に保持することができるように、メッシュやガーゼが設けられてもよい。

加えて、オイルセパレータ７０は、噴孔７１の内側（すなわち、ブローバイガスの流れ方向において上流側）に、連結板５２ｃに接するように配置された調整板７３を具備する。ブロック側突出部５０の連結板５２ｃと対面する面には、溝５０ｃが設けられており、調整板７３はその溝５０ｃ内に配置される。また、溝５０ｃ内にはバネ７４が設けられており、調整板７３を連結板５２ｃに向けて付勢する。このため、調整板７３は、常に連結板５２ｃの表面に接するように配置される。

上述したように、調整板７３はブロック側突出部５０に設けられた溝５０ｃ内に配置される。このため、調整板７３は、シリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動したときには、ブロック側突出部５０に合わせて、したがってシリンダブロック２に合わせてクランクケース１に対して相対的に移動する。したがって、調整板７３は、連結板５２ｃに接した状態で連結板５２ｃ上を摺動することになる。特に、調整板７３は、噴孔７１が設けられた領域において連結板５２ｃ上を摺動する。このため、調整板７３は、少なくとも部分的に噴孔７１を塞ぐことができる。

また、調整板７３の外側には、クランクケース１に連結されたカバー８０が設けられる。カバー８０は、可変圧縮比機構Ａを構成するカムシャフト５４、５５、ブロック側突出部５０及びケース側突出部５２が配置された開口を塞ぐように配置される。カバー８０には開口部が設けられており、この開口部は戻し管２３に接続される。カバー８０と調整板７３とによって画成された空間には噴孔７１を通ってブローバイガスが流入し、この空間内に流入したブローバイガスは戻し管２３を介して機関吸気通路へ戻される。

＜オイルセパレータの動作＞
次に、図６及び図７を参照して、オイルセパレータ７０の動作について説明する。図６は、シリンダブロック２がクランクケース１に相対的に接近しているときのオイルセパレータ７０の状態を示している。一方、図７は、シリンダブロック２がクランクケース１から相対的に離間されているときのオイルセパレータ７０の状態を示している。なお、図６（Ａ）及び図７（Ａ）は、図５と同様な断面におけるオイルセパレータ７０の状態を示しており、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は図６（Ａ）及び図７（Ａ）の左側から見たオイルセパレータ７０の状態を示している。また、図中の矢印は、ブローバイガスの流れを示している。

シリンダブロック２がクランクケース１に相対的に近づく場合、すなわち機械圧縮比が高くなる場合には、噴孔７１に対して調整板７３が下方に移動する。この結果、本実施形態では、機械圧縮比が高いときには、図６に示したように調整板７３は噴孔７１をほとんど塞がないように位置する。このため、噴孔７１の開口面積は大きなものになる。この結果、クランクケース１内のブローバイガスは噴孔７１を介して多量に流れると共にその流速は遅くなる。換言すると、本実施形態では、調整板７３は、機械圧縮比が増大するようにシリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動したときに噴孔７１の開口面積が大きくなるように、シリンダブロック２に合わせてクランクケース１に対して移動するように配置される。加えて、本実施形態では、調整板７３は、機械圧縮比が高くなったときに、噴孔７１を通って流れるブローバイガスの流速が相対的に遅くなるように構成される。

一方、シリンダブロック２がクランクケース１から相対的に離れていく場合、すなわち機械圧縮比が低くなる場合には、噴孔７１に対して調整板７３が上方に移動する。この結果、本実施形態では、機械圧縮比が低いときには、図７に示したように調整板７３は噴孔７１の大部分を塞ぐように位置する。このため、噴孔７１の開口面積は小さなものになる。この結果、クランクケース１内のブローバイガスは噴孔７１を介して少量が流れると共にその流速は速くなる。逆にいうと、本実施形態では、調整板７３は、機械圧縮比が低下するようにシリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動したときに噴孔７１の開口面積が小さくなるように、シリンダブロック２に合わせてクランクケース１に対して移動するように配置される。加えて、本実施形態では、調整板７３は、機械圧縮比が低くなったときに、噴孔７１を通って流れるブローバイガスの流速が相対的に遅くなるように構成される。

したがって、本実施形態では、シリンダブロック２とクランクケース１との相対位置に応じて、したがって機械圧縮比に応じて、噴孔７１の開口面積が変化する。具体的には、図８に示したように、機械圧縮比が高くなるほど開口面積が増大せしめられる。

＜オイルセパレータの効果＞
次に、上述したように構成されたオイルセパレータ７０の効果について説明する。
ところで、内燃機関の負荷が高い場合には、燃焼室５内での混合気の燃焼に伴って燃焼室５内の圧力（燃焼圧）が高くなる。このため、ピストン４に設けられたピストンリングの隙間からクランクケース１内に漏れ出すブローバイガスの流速が速くなる。これにより、ブローバイガス中のオイルミストの粒径が小さくなる。オイルミストの粒径が小さいと、オイルセパレータ７０の噴孔７１からオイル分離板７２に向けて噴出したブローバイガス中のオイルミストに作用する慣性力は小さい。このため、噴孔７１を流通するブローバイガスの流れが遅いと、オイルミストはオイル分離板７２に衝突せずにオイル分離板７２を迂回するブローバイガスに乗って流れてしまう。この結果、ブローバイガスからオイルミストが分離されにくくなる。

また、内燃機関の負荷が高い場合には、燃焼圧が高いことからクランクケース１内に漏れ出すブローバイガスの流量も多くなる。このため、クランクケース１内のブローバイガスの圧力が高くなる。この結果、機関吸気通路との差圧が大きくなることから、一般に、ブローバイガスが機関吸気通路へ多量に戻されることになる。しかしながら、機関吸気通路へ多量のブローバイガスが戻されると、燃焼室５内にデポジットが付着し易くなると共に点火プラグ６によって点火する前に混合気が自己着火してしまう場合がある。

これに対して、上述したように構成された内燃機関では、内燃機関の負荷が高い場合には、図４に示したように機械圧縮比が低下せしめられる。この結果、図７に示したように、噴孔７１の開口面積が小さくされる。これにより、オイルセパレータ７０の噴孔７１を通過するブローバイガスの流速が速くなる。このため、ブローバイガス中のオイルミストの粒径が小さくても、オイルミストはオイル分離板７２に衝突し、その結果、ブローバイガスからオイルを分離させることができる。加えて、噴孔７１の開口面積が小さくされることにより、噴孔７１による絞りが大きくなり、多量のブローバイガスが機関吸気通路に戻されるのが抑制される。

一方、内燃機関の負荷が低い場合には、燃焼圧は低くなり、よってブローバイガス中のオイルミストの粒径が大きくなる。このため、噴孔７１を流通するブローバイガスの流れが遅くても、オイルミストはオイル分離板７２に衝突し、よってブローバイガスからオイルを分離することができる。また、内燃機関の負荷が低い場合には、クランクケース１内に漏れ出すブローバイガスの流量が少ない。このため、クランクケース１内のブローバイガスの圧力はそれほど高くならず、よって噴孔７１の開口面積を大きくしてもブローバイガスが機関吸気通路へ過剰に戻されてしまうことはない。一方で、噴孔７１の開口面積を大きくすることにより、ブローバイガスが噴孔７１を通ってクランクケース１から流出し易くなり、クランクケース１内のブローバイガスの掃気を十分に行うことができるようになる。したがって、本実施形態では、内燃機関の負荷が高いときのオイル分離性能と、内燃機関の負荷が低いときのブローバイガスの掃気性能とを両立させることができる。

＜変更例＞
なお、図５〜図７に示した例では、噴孔７１は、シリンダブロック２とクランクケース１とが相対移動する方向に一定長さだけ延びると共に、カムシャフト５４、５５の軸線方向に複数個並んで配置される。しかしながら、噴孔７１は、カムシャフト５４、５５の軸線方向に一定長さだけ延びると共に、上記相対移動する方向に複数個並んで配置されてもよい。この場合、調整板が移動することにより閉じられる噴孔の数が変化し、その結果、噴孔の開口面積が変化する。

また、上述した実施形態では、クランクケース１内のブローバイガスが流出する噴孔を有する噴孔形成部材として、クランクケース１に取り付けられたケース側突出部５２の連結板５２ｃが用いられている。しかしながら、噴孔形成部材は、クランクケース１に連結された他の部材であってもよいしクランクケース１自体に設けられてもよい。

さらに、上述した実施形態では、オイルセパレータ７０は、ブロック側突出部５０及びケース側突出部５２周りに設けられている。しかしながら、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対移動に伴って互いに摺動する部材同士の周りであれば、いかなる部材周りに設けられてもよい。したがって、例えば、噴孔形成部材はシリンダブロック２に設けられるか又はシリンダブロック２に連結された部材であってもよい。この場合には、調整板は、機械圧縮比が低下するようにシリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動したときに噴孔７１の開口面積が小さくなるようにクランクケース１に対してシリンダブロック２に合わせて移動するように配置されることになる。

以上をまとめると、本発明では、調整板は、機械圧縮比が低下するようにシリンダブロック２がクランクケース１に対して相対移動したときに噴孔７１の開口面積が小さくなるようにシリンダブロック２とクランクケース１との相対移動に合わせて移動するように配置されるといえる。

１クランクケース
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
６点火プラグ
１３燃料噴射弁
３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５０ブロック側突出部
５２ケース側突出部
５４、５５カムシャフト
５９駆動モータ
６０回転軸
Ａ可変圧縮比機構
Ｂ可変バルブタイミング機構

Claims

シリンダブロックがクランクケースに対して相対移動することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
前記クランクケース内のブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータを具備し、
前記オイルセパレータは、前記クランクケース内のブローバイガスが流出する噴孔を有する噴孔形成部材と、前記噴孔を通過したブローバイガスが衝突するように配置されたオイル分離板と、前記噴孔を少なくとも部分的に塞ぐことができる調整板とを具備し、
前記調整板は、機械圧縮比が低下するように前記シリンダブロックが前記クランクケースに対して相対移動したときに前記噴孔の開口面積が小さくなるように前記相対移動に合わせて移動するように配置される、可変圧縮比内燃機関。