JP2016183651A - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine.
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)。
In recent years, techniques for changing the compression ratio of an internal combustion engine have been proposed for the purpose of improving the fuel efficiency and output performance of the internal combustion engine. As such a technique, for example, a cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, a camshaft is provided at the connecting portion, and the camshaft is rotated to connect the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction. There is a technique in which the volume of the combustion chamber is changed by relatively moving the internal combustion engine to change the compression ratio of the internal combustion engine (for example,
斯かる可変圧縮比内燃機関においても、燃焼室内の混合気の一部がシリンダ壁面とピストンとの間の隙間を通って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。
Also in such a variable compression ratio internal combustion engine, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber leaks into the crankcase through the gap between the cylinder wall surface and the piston and becomes blow-by gas. Since blow-by gas deteriorates oil stored in the crankcase, for example, in an internal combustion engine described in
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)。多量のオイルが機関吸気通路に流入すると、燃焼室等にデポジットが付着し易くなると共に点火プラグ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。このため、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を用いることが知られている(例えば、特許文献1)。 Further, oil is present as fine particles in the blow-by gas (oil mist). When a large amount of oil flows into the engine intake passage, deposits are likely to adhere to the combustion chamber or the like, and the air-fuel mixture may self-ignite before ignition by the spark plug. For this reason, it is known to use an oil separator that separates oil from blow-by gas when returning blow-by gas to the engine intake passage (for example, Patent Document 1).
ところで、機関高負荷運転時においては、燃焼室に供給される吸入空気量が多くなり、燃焼室から漏れ出すブローバイガス量、ひいてはブローバイガス中のオイルミスト量も多くなる。このため、機関高負荷運転時においては、オイルセパレータのオイル分離性能を高めることが要求される。しかしながら、オイルセパレータのオイル分離性能を高めると、ブローバイガスがオイルセパレータを通過するときの圧力損失が増大し、ブローバイガスの掃気性能が低下する。 By the way, at the time of engine high load operation, the amount of intake air supplied to the combustion chamber increases, and the amount of blow-by gas leaking from the combustion chamber, and hence the amount of oil mist in the blow-by gas, also increases. For this reason, at the time of engine high load operation, it is required to improve the oil separation performance of the oil separator. However, if the oil separation performance of the oil separator is increased, the pressure loss when blow-by gas passes through the oil separator increases, and the scavenging performance of the blow-by gas decreases.
また、可変圧縮比内燃機関において、内燃機関の燃費向上等のために、機関低負荷運転時に、実圧縮比を維持しつつ膨張比を高めるべく、機械圧縮比を高めると共に吸気弁の閉弁時期を吸気下死点から離れるように遅角又は進角させることも知られている。この場合、吸気弁の閉弁時期の遅角又は進角によって吸入空気量が低減されるので、機関負荷が低いにも拘わらず、スロットル弁の開度は大きくなる。この結果、クランクケースと機関吸気通路との間の圧力差が小さくなり、ブローバイガスの掃気性能が低下する。また、機関低負荷運転時には、過給域のような機関高負荷運転時とは異なり、エゼクタを用いてクランクケース内のブローバイガスを掃気することもできない。したがって、機関低負荷運転時においては、オイル分離性能よりもブローバイガスの掃気性能を高めることが要求される。 Further, in a variable compression ratio internal combustion engine, in order to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine, the engine compression ratio is increased and the intake valve closing timing is increased in order to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio during engine low load operation. It is also known to retard or advance the angle away from the intake bottom dead center. In this case, since the intake air amount is reduced by the delay or advance of the closing timing of the intake valve, the opening of the throttle valve is increased despite the low engine load. As a result, the pressure difference between the crankcase and the engine intake passage is reduced, and the scavenging performance of blow-by gas is reduced. Also, during engine low load operation, unlike the engine high load operation such as a supercharging region, the blow-by gas in the crankcase cannot be scavenged using the ejector. Therefore, during engine low load operation, it is required to improve the scavenging performance of blow-by gas rather than the oil separation performance.
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、機関高負荷運転時におけるオイル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させ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。 Accordingly, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a variable compression ratio internal combustion engine that can achieve both oil separation performance during engine high load operation and blow-by gas scavenging performance during engine low load operation. There is.
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、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可能なオイルセパレータを具備し、オイルセパレータは、ブローバイガスがオイルセパレータに流入するための第1入口孔及び第2入口孔と、オイルセパレータに流入したブローバイガスがオイルセパレータから流出するための出口孔と、第1入口孔と出口孔との間のブローバイガスの流路内に配置されたオイル分離板と、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第1入口孔及び第2入口孔に対して相対移動する調整板とを具備すると共に、ブローバイガスがオイルセパレータを通過するときの圧力損失が、ブローバイガスが第1入口孔から流入するときよりも第2入口孔から流入するときにおいて小さくなるように構成され、可変圧縮比内燃機関は、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達するまで、機関負荷が低くなるほど機械圧縮比が増大するように機械圧縮比を変更し、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第2入口孔の開口面積が小さくなり且つ第1入口孔の開口面積が大きくなり又は最大に維持されるように構成される、可変圧縮比内燃機関が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect of the invention, in the variable compression ratio internal combustion engine in which the mechanical compression ratio can be changed by moving the cylinder block relative to the crankcase, it is included in the blow-by gas in the crankcase. An oil separator capable of separating oil is provided. The oil separator has a first inlet hole and a second inlet hole through which blow-by gas flows into the oil separator, and blow-by gas flowing into the oil separator flows out from the oil separator. When the cylinder block moves relative to the crankcase, and the oil separation plate disposed in the blow-by gas passage between the first inlet hole and the outlet hole. 2 and an adjustment plate that moves relative to the inlet hole, and blow-by gas passes through the oil separator. The pressure loss is reduced when the blow-by gas flows from the second inlet hole than when the blow-by gas flows from the first inlet hole, and the variable compression ratio internal combustion engine has a maximum mechanical compression ratio of the mechanical compression ratio. Until the ratio is reached, the mechanical compression ratio is changed so that the mechanical compression ratio increases as the engine load decreases, and the adjustment plate moves when the cylinder block moves relative to the crankcase so that the mechanical compression ratio decreases. A variable compression ratio internal combustion engine is provided that is configured such that the opening area of the second inlet hole is reduced and the opening area of the first inlet hole is increased or maintained at a maximum.
本発明によれば、機関高負荷運転時におけるオイル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させることができる可変圧縮比内燃機関が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the variable compression ratio internal combustion engine which can make the oil separation performance at the time of engine high load operation and the scavenging performance of blow-by gas at the time of engine low load operation compatible is provided.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<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。
<Configuration of internal combustion engine>
FIG. 1 is a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the
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。
The
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25の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7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。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the
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クランクケース1に連通し、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、内燃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。
The internal combustion engine of the present embodiment also includes a
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。
The
<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シャフト保持部50が形成されている。各ブロック側シャフト保持部50は、内側部50aと外側部50bとから形成されている。各ブロック側シャフト保持部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25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、ブロック側シャフト保持部50の内側部50aと外側部50bとの間に形成される。ブロック側シャフト保持部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。ブロック側シャフト保持部50はカムシャフト54、55を回転可能に保持する。
<Configuration of variable compression ratio mechanism>
Next, the configuration of the variable compression ratio mechanism A of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown. Referring to FIG. 2, a plurality of block-side
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シャフト保持部50の間に嵌合せしめられる複数個のケース側シャフト保持部52が形成されている。各ケース側シャフト保持部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。ケース側シャフト保持部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。これら各ケース側シャフト保持部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25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、ケース側シャフト保持部52の内側部52aと外側部52bとの間に形成される。ケース側シャフト保持部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。ケース側シャフト保持部52はカムシャフト54、55を回転可能に保持する。
On the other hand, on the upper wall surface of the
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及び図3から分かるように、シリンダブロック2は、偏心軸57を有するカムシャフト54、55の回転によってクランクケース1に対して相対移動するように、カムシャフト54、55を介してクランクケース1に支持される。
In addition, the variable compression ratio mechanism A includes a pair of
また、可変圧縮比機構Aは、カムシャフト54、55を回転させる駆動装置を具備する。本実施形態では駆動装置の駆動源は駆動モータ59である。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。
The variable compression ratio mechanism A includes a drive device that rotates the
<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。
<Method of changing mechanical compression ratio by variable compression ratio mechanism>
When the case-side
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。
3A, 3B, and 3C show the center a of the case-side
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。
As can be seen by comparing FIGS. 3A to 3C, the relative distance between the
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。
In particular, in the example shown in FIG. 3, the
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。
Even if the volume of the
<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NOx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。
<Control according to engine load>
Next, overall operation control will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows changes in the required intake air amount, the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 according to the engine load. In the present embodiment, the average air-fuel ratio in the
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の閉弁時期は吸気下死点近傍に設定されている。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。 As shown in FIG. 4, the mechanical compression ratio is lowered during engine high load operation. For this reason, the expansion ratio is low, and the valve closing timing of the intake valve 7 is set near the intake bottom dead center as shown by the solid line in FIG. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open or almost fully open, so that the pumping loss is zero.
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の閉弁時期が吸気下死点から離れるように遅角される。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。
On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 4, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is retarded so as to be away from the intake bottom dead center in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, as shown in FIG. 4, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and therefore the amount of intake air supplied into the
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。
As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the
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。したがって、本実施形態の可変圧縮比内燃機関は、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達するまで、機関負荷が低くなるほど機械圧縮比が増大するように機械圧縮比を変更する。
When the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio is further increased, and when the engine load is lowered to the medium load L 1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio that is the structural limit of the
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。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 4, when the engine load decreases to L 1 , the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the amount of intake air supplied into the
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。
When the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 4, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the throttle valve 17 causes the
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の閉弁時期を吸気下死点から離れるように進角させ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してもよい。なお、以下では、機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期を遅角させる場合を例にとって説明するが、吸気弁7の閉弁時期を進角させる場合についても同様に適用可能である。 In addition, as shown by the broken line in FIG. 4, the intake air amount is controlled without depending on the throttle valve 17 by advancing the closing timing of the intake valve 7 away from the intake bottom dead center as the engine load decreases. May be. In the following description, the case where the closing timing of the intake valve 7 is retarded as the engine load decreases will be described as an example. However, the present invention can be similarly applied to the case where the closing timing of the intake valve 7 is advanced. .
ところで、機械圧縮比及び吸気弁7の閉弁時期を変更しない場合、図4において破線で示すようにスロットル弁17の開度は、機関負荷が小さいほど小さくなる。一方、可変圧縮比内燃機関では、機関負荷がL1まで低下するまで、機械圧縮比が増大せしめられると共に、吸気弁7の閉弁時期が遅角される。この場合、要求吸入空気量が吸気弁7の閉弁時期によって制御されるため、機関負荷がL1まで低下するまで、スロットル弁17の開度は全開にされる。また、上述したように、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の開度を小さくすることによって吸入空気量が制御される。しかしながら、機関負荷L1よりも負荷の低い領域においても、可変圧縮比内燃機関におけるスロットル弁17の開度は、機械圧縮比及び吸気弁7の閉弁時期を変更しない場合に比べて大きくなる。したがって、可変圧縮比内燃機関では、機関低負荷運転時において、クランクケース1と機関吸気通路との間の圧力差が小さくなるため、ブローバイガスの掃気性能が低下する。
By the way, when the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve 7 are not changed, the opening degree of the throttle valve 17 becomes smaller as the engine load is smaller as shown by the broken line in FIG. On the other hand, in the variable compression ratio internal combustion engine, until the engine load is reduced to L 1, together with the mechanical compression ratio is increased, the closing timing of the intake valve 7 is retarded. In this case, since the required intake air amount is controlled by the closing timing of the intake valve 7, until the engine load is reduced to L 1, the opening degree of the throttle valve 17 is fully opened. Further, as described above, in the region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the intake air amount is reduced by reducing the opening of the throttle valve 17. Be controlled. However, even in a region where the load is lower than the engine load L 1, the opening degree of the throttle valve 17 in the variable compression ratio internal combustion engine becomes larger than when the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve 7 are not changed. Therefore, in the variable compression ratio internal combustion engine, the pressure difference between the
<スライダの構成>
また、本実施形態の可変圧縮比内燃機関は、シリンダブロック2をクランクケース1に対して内側に付勢するスライダ90を具備する。なお、本明細書において、内側とはシリンダ25の軸線方向及び配列方向に垂直な方向(以下、「左右方向」と称する)においてシリンダ25の中心側を意味し、外側とは左右方向においてシリンダ25の中心から離れていく側を意味する。以下では、図5を参照して、本実施形態のスライダ90について説明する。なお、図1では、スライダ90は省略されている。
<Configuration of slider>
Further, the variable compression ratio internal combustion engine of the present embodiment includes a
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、ブロック側シャフト保持部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、ブロック側シャフト保持部50の外側には、ケース側シャフト保持部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、ブロック側シャフト保持部50もケース側シャフト保持部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。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a region X of FIG. 1 in an enlarged manner. In particular, FIG. 5 is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the axis of the
スライダ90は、ケース側シャフト保持部52の連結板52cに固定される固定部91と、固定部91及びブロック側シャフト保持部50と摺動可能に係合する摺動部92とを具備する。固定部91は例えばボルトのような固定具(図示せず)によって連結板52cに固定される。摺動部92は固定部91内に部分的に収容される。
The
スライダ90は、さらに、固定部91と摺動部92との間に配設された付勢手段を備える。本実施形態では、付勢手段は第1バネ93である。第1バネ93は摺動部92を介してシリンダブロック2を内側に付勢する。このことによって、シリンダブロック2をクランクケース1に対して相対移動させるときに生じる、シリンダブロック2の左右方向の振動を抑制することができる。
The
なお、スライダ90はシリンダブロック2の左右方向両側に配設される。また、シリンダブロック2の各側において複数のスライダ90が配設されてもよい。
The
<オイルセパレータの構成>
また、本実施形態の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可能なオイルセパレータ70を具備する。以下では、図5及び図6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6は、図5のC−C線に沿ったオイルセパレータ70の概略的な断面図である。なお、図1では、オイルセパレータ70は省略されている。
<Configuration of oil separator>
Further, the variable compression ratio internal combustion engine of the present embodiment includes an
図5に示されるように、クランクケース1は、ケース側シャフト保持部52の外側に配置されたカバー80を具備する。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、ブロック側シャフト保持部50及びケース側シャフト保持部52と、スライダ90とが配置された開口を塞ぐように配置される。オイルセパレータ70はカバー80の内側に形成される。また、オイルセパレータ70はシリンダ25の軸線方向においてスライダ90の下方に形成される。なお、オイルセパレータ70及びスライダ90の位置は上下逆であってもよい。また、オイルセパレータ70はシリンダ25の配列方向においてスライダ90から離間されてもよい。
As shown in FIG. 5, the
オイルセパレータ70は囲い板71及びガスケット72を具備する。囲い板71は、カバー80からケース側シャフト保持部52の連結板52cに向かって延在する。本実施形態では、囲い板71はカバー80と一体的に形成される。なお、囲い板71は、カバー80と別体であり、ボルトのような固定具によってカバー80に固定されてもよい。ガスケット72は、連結板52cと囲い板71との間に配設され、連結板52cと囲い板71との間の空間をシールする。例えば、ガスケット72は、長方形の形状を有し、ゴムのような弾性体から構成される。図5に示されるように、オイルセパレータ70内の空間は連結板52cとカバー80と囲い板71とガスケット72とによって画定される。
The
本実施形態では、オイルセパレータ70は、ブローバイガスがオイルセパレータ70に流入するための第1入口孔73及び第2入口孔74と、オイルセパレータ70に流入したブローバイガスがオイルセパレータ70から流出するための出口孔75と、第1入口孔73と出口孔75との間のブローバイガスの流路内に配置されたオイル分離板76とを更に具備する。なお、図6の断面図では、実際には現れない出口孔75が参考のために破線で示されている。
In the present embodiment, the
図5及び図6に示されるように、第1入口孔73及び第2入口孔74は、円形の断面を有し、連結板52cを貫通するように左右方向に延びる。したがって、第1入口孔73及び第2入口孔74は連結板52cに形成される。第1入口孔73と第2入口孔74とはシリンダ25の軸線方向において離間され、第2入口孔74は第1入口孔73よりも出口孔75に近い。一方、出口孔75は、円形の断面を有し、カバー80を貫通して延びる。したがって、出口孔75はカバー80に形成される。出口孔75は、左右方向において第1入口孔73及び第2入口孔74から離間される。また、出口孔75は戻し管23に接続される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
本実施形態では、オイル分離板76の数は5枚である。図6に示されるように、オイル分離板76は、シリンダ25の配列方向に離間された囲い板71の前方部分71aと後方部分71bとから交互にシリンダ25の配列方向に延びると共に、左右方向において連結板52cからカバー80まで延びる。
In the present embodiment, the number of
第1入口孔73から流入したブローバイガスは、図6中の実線の矢印で示されるように、オイルセパレータ70内において何回も方向を変えた後、出口孔75から流出する。このとき、ブローバイガスが、カバー80、囲い板71及びオイル分離板76に衝突するため、ブローバイガスに含まれるオイルが分離される。一方、第2入口孔74から流入したブローバイガスは、図6中の破線の矢印で示されるように、オイル分離板76の間の流路を通過することなく出口孔75から流出する。したがって、オイルセパレータ70は、ブローバイガスがオイルセパレータ70を通過するときの圧力損失が、ブローバイガスが第1入口孔73から流入するときよりも第2入口孔74から流入するときにおいて小さくなるように構成されている。
The blow-by gas flowing in from the
オイルセパレータ70内においてブローバイガスから分離されたオイルは、囲い板71の下方部分71cに形成されたオイル落下孔77を通して、クランクケース1の下方に配置されたオイルパンに戻される。一方、オイルが分離されたブローバイガスは戻し管23を通って機関吸気通路内に流入する。
The oil separated from the blow-by gas in the
オイルセパレータ70は、第1入口孔73及び第2入口孔74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78を更に具備する。ブロック側シャフト保持部50、より具体的には外側部50bの連結板52cと対面する面には、溝50cが設けられている。調整板78は溝50c内に部分的に収容される。また、溝50c内には第2バネ79が設けられており、調整板78を連結板52cに向けて付勢する。このため、調整板78は第2バネ79の付勢力によって常に連結板52cに当接する。
The
上述したように、調整板78はブロック側シャフト保持部50に設けられた溝50c内に部分的に収容される。このため、調整板78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、ブロック側シャフト保持部50と共に、クランクケース1の連結板52cに形成された第1入口孔73及び第2入口孔74に対して相対移動する。このとき、調整板78は連結板52c上を摺動する。特に、調整板78は、第1入口孔73及び第2入口孔74が設けられた領域において連結板52c上を摺動する。したがって、調整板78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、第1入口孔73及び第2入口孔74の開口面積を変更することができる。
As described above, the
<調整板の動作>
以下、図7及び図8を参照して、調整板78の動作について説明する。図7は、シリンダブロック2とクランクケース1との間の距離が最小のとき、すなわち機械圧縮比が最大のときのオイルセパレータの状態を示す。一方、図8は、シリンダブロック2とクランクケース1との間の距離が最大のとき、すなわち機械圧縮比が最小のときのオイルセパレータの状態を概略的に示す図である。図7及び図8は、図6と同様の図5のC−C線に沿った断面図である。なお、図7及び図8の断面図では、実際には現れない出口孔75及び調整板78が参考のために破線で示されている。また、図中の矢印は、ブローバイガスの流れを示している。
<Operation of adjusting plate>
Hereinafter, the operation of the
上述したように、本実施形態の可変圧縮比内燃機関は、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達するまで、機関負荷が低くなるほど機械圧縮比が増大するように機械圧縮比を変更する。したがって、機械圧縮比が最大の状態を示す図7は、機関低負荷運転時におけるオイルセパレータの状態を示す。一方、機械圧縮比が最小の状態を示す図8は、機関高負荷運転時におけるオイルセパレータの状態を示す。 As described above, the variable compression ratio internal combustion engine of the present embodiment changes the mechanical compression ratio so that the mechanical compression ratio increases as the engine load decreases until the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio. Therefore, FIG. 7 showing the state where the mechanical compression ratio is maximum shows the state of the oil separator during engine low load operation. On the other hand, FIG. 8 showing a state where the mechanical compression ratio is minimum shows a state of the oil separator during the engine high load operation.
図7に示されるように、シリンダブロック2とクランクケース1との間の距離が最小のとき、調整板78は、第1入口孔73側に位置し、第1入口孔73を閉塞し且つ第2入口孔74を開放する。したがって、このとき、第1入口孔73の開口面積はゼロであり、第2入口孔74の開口面積は最大である。この場合、ブローバイガスは第2入口孔74からオイルセパレータ70内に流入する。この結果、機関低負荷運転時には、ブローバイガスがオイル分離板76にほとんど衝突しないため、ブローバイガスがオイルセパレータ70を通過するときの圧力損失が小さくなり、ブローバイガスの掃気性能が高められる。
As shown in FIG. 7, when the distance between the
シリンダブロック2がクランクケース1に対して相対的に離れるにつれて、調整板78は第1入口孔73側から第2入口孔74側に移動する。したがって、調整板78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第2入口孔74の開口面積が小さくなり且つ第1入口孔の開口面積が大きくなるように構成されている。第2入口孔74の開口面積が小さくなり且つ第1入口孔の開口面積が大きくなるにつれて、第2入口孔74から流入するブローバイガスの量が少なくなり、第1入口孔73から流入するブローバイガスの量が多くなる。
As the
図8に示されるように、シリンダブロック2とクランクケース1との間の距離が最大のとき、調整板78は、第2入口孔74側に位置し、第1入口孔73を開放し且つ第2入口孔74を閉塞する。したがって、このとき、第1入口孔73の開口面積は最大であり、第2入口孔74の開口面積はゼロである。この場合、ブローバイガスは第1入口孔73からオイルセパレータ70内に流入する。この結果、機関高負荷運転時には、オイル分離板76等によってブローバイガス中のオイルが効果的に分離されるため、オイルの分離性能が高められる。したがって、本実施形態の可変圧縮比内燃機関は、機関高負荷運転時におけるオイル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させることができる。
As shown in FIG. 8, when the distance between the
なお、第1入口孔73及び第2入口孔74の両方が開放されている場合、ブローバイガスの大部分は、オイルセパレータ70を通過するときの圧力損失が小さい第2入口孔74から流入する。このため、調整板78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、第2入口孔74の開口面積のみを変更するように構成されてもよい。具体的には、調整板78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、第2入口孔74の開口面積が小さくなり且つ第1入口孔73の開口面積が最大に維持されるように構成されてもよい。この場合、機関低負荷運転時には、第1入口孔73及び第2入口孔74の両方が開放される。この結果、ブローバイガスの大部分は第2入口孔74から流入し、機関低負荷運転時にはブローバイガスの掃気性能が高められる。一方、機関高負荷運転時には、第1入口孔73が開放され、第2入口孔74が調整板78によって閉塞される。この結果、ブローバイガスは第1入口孔73から流入し、機関高負荷運転時にはオイルの分離性能が高められる。
When both the
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、第1入口孔73、第2入口孔74及び出口孔75は、円形以外の断面、例えば長方形、楕円、三角形等の断面を有してもよい。また、ブローバイガスのオイルセパレータ70を通過するときの圧力損失が、ブローバイガスが第1入口孔73から流入するときよりも第2入口孔74から流入するときにおいて小さくなるようにオイルセパレータ70が構成されていれば、オイル分離板76の枚数及び延在方向、第1入口孔73、第2入口孔74及び出口孔75の位置等は本実施形態とは異なっていてもよい。
The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. For example, the
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 ブロック側シャフト保持部
52 ケース側シャフト保持部
54、55 カムシャフト
70 オイルセパレータ
71 囲い板
72 ガスケット
73 第1入口孔
74 第2入口孔
75 出口孔
76 オイル分離板
78 調整板
80 カバー
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF
50 Block-side
Claims (1)
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可能なオイルセパレータを具備し、
前記オイルセパレータは、前記ブローバイガスが該オイルセパレータに流入するための第1入口孔及び第2入口孔と、該オイルセパレータに流入した前記ブローバイガスが該オイルセパレータから流出するための出口孔と、前記第1入口孔と前記出口孔との間の前記ブローバイガスの流路内に配置されたオイル分離板と、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第1入口孔及び第2入口孔に対して相対移動する調整板とを具備すると共に、前記ブローバイガスが該オイルセパレータを通過するときの圧力損失が、前記ブローバイガスが前記第1入口孔から流入するときよりも前記第2入口孔から流入するときにおいて小さくなるように構成され、
当該可変圧縮比内燃機関は、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達するまで、機関負荷が低くなるほど機械圧縮比が増大するように機械圧縮比を変更し、
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第2入口孔の開口面積が小さくなり且つ前記第1入口孔の開口面積が大きくなり又は最大に維持されるように構成される、可変圧縮比内燃機関。 In a variable compression ratio internal combustion engine in which the mechanical compression ratio can be changed by moving the cylinder block relative to the crankcase,
Comprising an oil separator capable of separating oil contained in the blow-by gas in the crankcase;
The oil separator has a first inlet hole and a second inlet hole for the blow-by gas to flow into the oil separator, and an outlet hole for the blow-by gas that has flowed into the oil separator to flow out of the oil separator; An oil separation plate disposed in the blow-by gas flow path between the first inlet hole and the outlet hole, and the first inlet hole and the oil inlet when the cylinder block moves relative to the crankcase; And an adjustment plate that moves relative to the second inlet hole, and the pressure loss when the blow-by gas passes through the oil separator is greater than that when the blow-by gas flows from the first inlet hole. It is configured to be small when flowing from the second inlet hole,
The variable compression ratio internal combustion engine changes the mechanical compression ratio so that the mechanical compression ratio increases as the engine load decreases until the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio.
The adjustment plate has a smaller opening area of the second inlet hole and a larger opening area of the first inlet hole when the cylinder block moves relative to the crankcase so that the mechanical compression ratio decreases. A variable compression ratio internal combustion engine configured to be or be maintained at a maximum.
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