JP4165074B2

JP4165074B2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP4165074B2
Application number: JP2002009040A
Authority: JP
Inventors: 栄一神山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003206771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内容積を変更可能にして圧縮比を可変制御することのできる可変圧縮比型の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な内燃機関（エンジン）においては、シリンダ内容積は一定で圧縮比も一定である（バルブの開閉タイミングを変えることによって、実効ストローク量や圧縮比を変えるエンジンは実用化されているが、その制御範囲は限定的である）。しかし、運転状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費性能や出力性能を向上させることができる。そこで、圧縮比を可変制御することによってこれらの性能向上を図る可変圧縮比型の内燃機関が発明考案されている。特開平7-26981号公報には、このような可変圧縮比型の内燃機関が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に記載の内燃機関は、機構的に完成しておらず、エンジンブロックが弾性変形しないと（エンジンブロックがシリンダ中心軸に直角な方向にたわまないと）成立しないようなものであり、十分に機能し得るものではなかった。あるいは、弾性変形しない場合は、シリンダブロックがロアケース（クランクケース）に対して、シリンダ中心軸に直角な方向に移動しなくてはならず、シリンダブロックとロアケースとの間に隙間を確保しておかなくては成立しないものであり、十分に機能し得るものではなかった。
【０００４】
また、可変圧縮比型の内燃機関としては、シリンダをロアケースに対して傾斜させ、シリンダ内容積を変化させるものも特表平7-506652号公報などに記載されている。しかし、このような機構の可変圧縮比型の内燃機関においては、シリンダを傾斜させるため、シリンダが傾斜しても運転に影響しないようにストローク量を大きく確保しておかなければならず、この点からの制約が大きいものであった。
【０００５】
また、上記公報に記載の内燃期間では、シリンダを傾斜させるのに偏心軸（クランク機構）を用いているが、このようにすると発生するモーメントが大きくなり、強度的に不利となってしまう。また、燃焼時の圧力がシリンダを傾斜させるためのギア（偏心軸を回転させるギア）を回転させる方向に働いてしまうので、燃焼時の圧力でギアが回転してしまわないようにする機構が必要である。また、シリンダをクランクケースに対して傾斜させるため、Ｖ型エンジンなどへの搭載が非常に困難な機構となっている。
【０００６】
即ち、従来の可変圧縮比型の内燃機関は、まだ十分に実用化されていると言える段階にはなく、実用化するには種々の問題があり、更なる研究・改良が必要な段階にある。本発明の目的は、このような可変圧縮比型の内燃機関が有する種々の問題を解決し、内燃機関としての性能を向上させることのできる内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関は、シリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内で往復運動するピストンと、シリンダの軸線方向にスライド可能にシリンダブロックを取り付けるロアケースと、ロアケースに対してシリンダブロックをスライドさせるスライド機構とを備えており、スライド機構が、シリンダブロックとロアケースとの間に構築され、かつ、シリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム軸を有し、カム軸が、軸部と、軸部に固定されているカム部と、軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有し、カム部が、シリンダブロック又はロアケースの一方に形成されたカム収納孔に収納されると共に、可動軸受部が、シリンダブロック又はロアケースの他方に形成され、該可動軸受部を保持する軸受収納孔に収納されていることを特徴としている。請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、クランクシャフトに固定されたクランクギアと噛み合う中継ギアを有することを特徴としている。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関において、中継ギアは、同心円状にタイミングスプロケットを有することを特徴としている。請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段を有し、バルブタイミング変更手段により、シリンダブロックのスライドによって変化するバルブタイミングを補正することを特徴としている。請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、クランクプーリーとカムシャフトの端部に固定されたタイミングプーリーを有し、クランクプーリーとタイミングプーリーとは、タイミングベルトによって繋がっていることを特徴としている。請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関において、シリンダブロックのスライドによってクランクプーリーとタイミングプーリーとの距離が変化してもタイミングベルトの経路全長を変化させないように、クランクプーリーとタイミングプーリーとの間に複数のプーリーが配置されることを特徴としている。請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の内燃機関において、複数のプーリーのうちクランクプーリーからタイミングプーリーまでの間のタイミングベルトの経路上に配置されるロアケース側のプーリーとシリンダブロック側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度αと、複数のプーリーのうちタイミングプーリーからクランクプーリーまでの間のタイミングベルトの経路上に配置されるシリンダブロック側のプーリーとロアケース側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度βとは、水平に対して逆回転方向の角度であることを特徴としている。請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、Ｖ型エンジンの各バンク毎に一対のカム軸が配置されていることを特徴としている。請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、Ｖ型エンジンの両バンクの基部に一対のカム軸が配置されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、一対のカム軸を回転させる単一のモータをさらに備えており、モータが、その出力軸に螺旋方向が逆方向の一対の減速ギアを有しており、一対の減速ギアが、カム軸の一端にそれぞれ取り付けられたギアと噛み合っていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、各カム軸が、複数組のカム部及び可動軸受部を配列させて有していることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部もカム軸の中心に対して偏心したカム部と同一の円形を有し、かつ、軸受収納孔もカム収納孔と同一の円形を有していることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸受部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関の実施形態について、以下に説明する。まず、図１〜図６に第一実施形態の内燃機関を有する内燃機関（エンジン）１を示す。
【００１３】
以下に説明するエンジン１は、可変圧縮比型のエンジンであり、シリンダ２を有するシリンダブロック３をロアケース（クランクケース）４に対してシリンダ２の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。このため、本実施形態のエンジンは、ロアケース４に対してシリンダブロック３を移動させる移動機構が構築されている。
【００１４】
また、ロアケース４に対してシリンダブロック３が移動するが、燃焼時の圧力で両者の位置が勝手に変わるようでは困る。本実施形態では、燃焼時の圧力でロアケース４に対するシリンダブロック３の位置が容易に加わらないような機構も構築されている。この機構は、ごく簡単な機構とされており、複雑な機構や重量増を招かないような配慮がなされている。
【００１５】
さらに、ロアケース４に対してシリンダブロック３がシリンダ２の軸方向に移動するため、シリンダ２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行うカムシャフト１７はロアケース４に対して移動することとなる。カムシャフト１７の駆動力は、ロアケース４内に配置されたクランクシャフト１５からチェーンやベルトを介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施形態の内燃機関ではなされている。
【００１６】
シリンダブロック３がロアケース４に対して移動可能とされていること、及び、その移動機構を備えていること、カムシャフトへの駆動力の伝達、以外の部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはないので、以下には上述した点のみを重点的に説明し、従来のエンジンと同様の部分については説明を省略する。
【００１７】
図１に示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部にカム収納孔５が形成されている。カム収納孔５は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔５は、円形を有しており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ２（本実施形態のエンジン１は四気筒エンジン）の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。カム収納孔５は、シリンダブロック３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００１８】
ロアケース４には、上述したカム収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース４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。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７を半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形の軸受収納孔８が形成される。軸受収納孔８の形状は、上述したカム収納孔５と同一である。
【００１９】
複数の軸受収納孔８は、カム収納孔５と同様に、シリンダブロック３をロアケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数の軸受収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔８は全て同一軸線上に位置している。軸受収納孔８は、片側に四つずつ形成される。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔５の間の距離と、両側の軸受収納孔８との間の距離は同一である。
【００２０】
交互に配置される二列のカム収納孔５と軸受収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとからなる。本実施形態では、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取付部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取付部９ｄの中心とは偏心しており、全カム部９ｂの中心と取付部９ｄの中心とは一致している。
【００２１】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。実際にカム軸９を構築するには、最も端部の一つのカム部９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸９が製造され、これに可動軸受部９ｃと他のカム部９ｂとが挿入される。そして、カム部９ｂのみがビスなどで軸部９ａに固定される（圧入や溶接でも良い）。軸部９ａ上のカム部９ｂの数は、シリンダブロック３片側のカム収納孔５の数と一致する。また、カム部９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔５の長さと一致する。同様に、軸部９ａ上の可動軸受部９ｃの数は、ロアケース４片側に形成される軸受収納孔８の数と一致する。また、可動軸受部９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔８の長さと一致する。
【００２２】
各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック３とロアケース４とを組み合わせて複数のカム収納孔５と複数の軸受収納孔８とで形成される長孔にカム軸９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸９をシリンダブロック３及びロアケース４に対して配置させた後にキャップ７を取り付けても良い。
【００２３】
カム収納孔５、軸受収納孔８、カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック３は、ロアケース４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する（他の手法によってシールを行っても良い）。
【００２４】
各カム軸９の軸部９ａの一端にはギア取付用のボルト孔が形成されており、このボルト孔を用いてギア１０がボルトで固定されている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ，１１ｂが噛み合っている。ウォームギア１１ａ，１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸に取り付けられている。ウォームギア１１ａ，１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３などに固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。
【００２５】
さらに、シリンダブロック３は、図２に示されるように、その最も端部よりのカム収納孔５の下方に、中継ギア１３が取り付けられるギア取付部１４を有している。ギア取付部１４は、二列あるカム収納孔５の一方の列の側にのみ形成されている。中継ギア１３は、同心円状にタイミングスプロケット１３ａが一体化されている。中継ギア１３は、クランクシャフト１５の端部に固定されたクランクギア１６と噛み合っている。
【００２６】
上述した構成の内燃機関によって圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図３(a)〜図３(c)にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機構との様子を示した断面図を示す。図３(a)〜図３(c)中、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃをして示す。図３(a)は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、カム収納孔５及び軸受収納孔８の外側に位置している。
【００２７】
図３(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して矢印方向に回転させると、図３(b)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は、図３(c)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の二倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で回転し、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００２８】
なお、図３(a)の状態からモータ１２を駆動させた場合、各カム軸９において、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが逆方向に回転すると図３(b)の状態となる。図３(a)の状態からモータ１２を駆動させた場合、各カム軸９において、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが同方向に回転する可能性もあり、この場合は正常にシリンダブロック３をロアケース４に対してスライドさせることができない。一対のカム軸のうちの一方についてはカム部９ｂと可動軸受部９ｃとが逆方向に回転し、他方についてはカム部９ｂと可動軸受部９ｃとが同方向に回転する可能性もないとは言えない。
【００２９】
さらに、一本のカム軸９に取り付けられた複数の可動軸受部９ｃの全てが同じ方向に回転しようとしないで回転の抵抗となってしまう可能性もある。このため、本実施形態の内燃機関のスライド機構では、図３(a)のように、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図３(a)の状態のカム軸９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸９で正方向は逆回転方向）、図３(c)の状態の回転位置は９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上としておけば、上述したような問題を解消し得る。上述したように、実際のシリンダブロック３のスライド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題はない。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にのみスライドさせて使用する。また、図３(c)の状態からスライド量を０に戻すには、モータ１２を逆回転させて図３(a)の状態に戻す。即ち、本実施形態では、カム軸９の制御範囲は５°〜９０°である。しかし、ロアケース４に対してシリンダブロック３を下死点側にのみスライドさせて使用しても良い。この場合のカム軸９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。また、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にのみスライドさせて使用する場合に、カム軸９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００３１】
上述したようなスライド機構を用いることによって、シリンダブロック３をロアケース４に対して、シリンダ２の軸線方向にスライドさせることが可能となるので、圧縮比を可変制御することが可能となる。ある寸法の内燃機関で数ｍｍのスライド量を実現して圧縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の可変範囲を確保できることが算出された。また、このようなスライド機構によれば、シリンダを傾けるようなことをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが加わるような箇所も存在せず、カム軸９などを用いた簡便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる
【００３２】
また、燃焼時の圧力は、カム軸９を回転させようとする力として作用する。この力は、ギア１０及びウォームギア１１ａ，１１ｂを介して、モータ１２の出力軸に伝達される。しかし、この力は、モータ１２を以下移転させようとする方向に働くことはなく、出力軸の内部で相殺されてしまう。即ち、一対のウォームギア１１ａ，１１ｂ間の出力軸（シャフト）への圧縮力又は引張力として相殺されてしまい、モータ１２には何らの影響を与えない。この点からも、本実施形態のスライド機構は優れている。
【００３３】
上述したように、ロアケース４に対してシリンダブロック３がスライドするので、ロアケース４内部のクランクシャフト１５とシリンダブロック３の上方に取り付けられる吸排気バルブを駆動するカムシャフト１７との距離も変化することとなる。本実施形態のエンジン１は、図４に示されるように、吸気バルブ・排気バルブ用にそれぞれカムシャフト１７を有している。一対のカムシャフト１７の端部には、カムシャフトスプロケット１８が固定されている。ここでは、カムシャフトスプロケット１８に、バルブの開閉タイミングを可変制御する公知の連続可変バルブタイミング機構が内蔵されている。
【００３４】
そして、上述したように、カムシャフト１７の駆動力は、クランクシャフト１５端部のクランクギア１６から中継ギア１３（タイミングスプロケット１３ａ）に伝えられる。その後、この駆動力は、タイミングスプロケット１３ａと一対のカムシャフトスプロケット１８に取り付けられたタイミングチェーン１９を介して、最終的にカムシャフト１７に伝達され、カムシャフト１７を回転させる。ここで、シリンダブロック３がスライドすると、クランクギア１６に対する中継ギア１３の位置が変化することとなる。この様子を図５(a)及び図５(b)に示す。
【００３５】
図５(a)に示される状態が、クランクギア１６と中継ギア１３との距離が最も短い状態である。これがシリンダブロック３のスライド量が０の状態を示している。この状態から、シリンダブロック３が最大スライド量（数ｍｍ）上死点側に移動した状態が図５(b)である。クランクギア１６と中継ギア１３に対して実際の直径を与え、シリンダブロック３のスライド量が最大（数ｍｍ）となったときに、両ギア間の距離がどの程度離れるかを試算したところ、十数μｍ程度にしかならない。この値は、通常のギアにおける誤差（製造公差やギア軸のガタなど）の範囲内であり、十分問題なく機能する。
【００３６】
また、上述した機構であると、シリンダブロック３をスライドさせるとバルブタイミングも変わるが、本実施形態のエンジン１は上述したように、吸排気側とも連続可変バルブタイミング機構を搭載させてあるので、これを用いて精密な補正を行うことが可能である。さらに、上述したのは、チェーンを用いてカムシャフト１７を駆動する場合であったが、図６に示されるように、タイミングベルト２０を用いてカムシャフト１７を駆動するようにしても良い。ベルトは、チェーンと違ってその経路を屈曲させやすいという特性があるので、この特性を利用する。
【００３７】
図６中の細線の円がロアケース４側に取り付けられたプーリーであり、太線の円がシリンダブロック３に取り付けられたプーリーである。これらのプーリーに対してタイミングベルト２０が巻き付けてある。一番下方にクランクシャフト１５の端部に固定されたクランクプーリー２１があり、一番上方に一方のカムシャフト１７の端部に固定されたタイミングプーリー２２がある。なお、この場合は、もう一つのカムシャフト１７は、一対のカムシャフト１７間に互いに噛み合うギア（一方はシザースギアとする）をそれぞれ設けておくなどして駆動する。また、各カムシャフト１７にタイミングプーリーを取り付けて、二つのタイミングプーリーにタイミングベルトをかけても良い。
【００３８】
クランクプーリー２１からタイミングプーリー２２までの間のタイミングベルト２０の経路上には、ロアケース４側プーリーが一つとシリンダブロック３側のプーリーが一つ配置されている。この二つのプーリー間のタイミングベルト２０が水平に対してなす角をαとして図６中に示してある。同様に、タイミングプーリー２２からクランクプーリー２１までの間のタイミングベルト２０の経路上にも、シリンダブロック３側のプーリーが一つとロアケース４側プーリーが一つ配置されている。この二つのプーリー間のタイミングベルト２０が水平に対してなす角をβとして図６中に示してある。シリンダブロック３側プーリーを実線、ロアケース４側のプーリーを点線で示す。
【００３９】
上述した角度αと角度β（共に時計回転方向を正とすると）とは、正の角度と負の角度である。このようにしておくと、シリンダブロック３がスライドすると、一方の角度が大きくなれば他方の角度が小さくなる。即ち、一方の角度を規定する部分のタイミングベルトの経路長が長くなり、他方の角度を規定する部分のタイミングベルトの経路長が短くなり、タイミングベルト２０の経路全長をほとんど変化させずにシリンダブロック３をスライドさせることができる。上述したように、シリンダブロックの実際のスライド最大量を数ｍｍとして、一般的なプーリー径や配置を用いて試算したところ、タイミングベルト２０の経路長の変化は０．０５ｍｍ程度であった。
【００４０】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態の内燃機関は、上述した第一実施形態とほぼ同様の構成を有している。異なるのは、可動軸受部とこれを収納する軸受収納光の形態のみである。以下には、特に異なる部分について詳しく説明し、第一実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。図７〜図９に第二実施形態の内燃機関を示す。図７は図１相当図、図８は図２相当図、図９は図３相当図である。
【００４１】
本実施形態では、軸受収納孔８０がロアケース側の立壁部の上面に形成された方形の凹部と、同様に方形の凹部を有するキャップ７０とによって形成されている。キャップ７０は上方から立壁部に取り付けられ、軸受収納孔８０は横方向に長い長方形となる。これに対応して、カム軸９に取り付けられる可動軸受部９０ｃも長方形とされている。可動軸受部９０ｃは、一対の凹型部品を対向させて形成されており、そのほぼ中央にはカム軸９の軸部９ａの断面とほぼ等しい円孔が形成され、この部分で軸部９ａに対して回転可能に取り付けられている。可動軸受部９０ｃの長方形は、その高さが軸受収納孔８０の高さとほぼ等しく、その横幅が軸受収納孔８０の横幅よりも狭くなっている。このため、各可動軸受部９０ｃは、各軸受収納孔８０の内部で横方向にスライド可能となっている。
【００４２】
なお、可動軸受部と軸受収納孔との関係は、軸受収納孔の内部で可動軸受部が一方向にスライド可能であればよく、これを実現できるのであれば、長方形でなくても良い。また、可動軸受部のスライド方向も、横方向に限られるものではなく、例えば、シリンダ２の両側の各可動軸受のスライド方向がＶ字形となるように配置されてもよい。即ち、可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸受部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していればよい。
【００４３】
本実施形態の内燃機関によって圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図９(a)〜図９(c)にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機構との様子を示した断面図を示す。図９(a)〜図９(c)中、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９０ｃの中心をｃをして示す。図９(a)は、軸部９ａの延長線上から見てカム収納孔５内における軸部９ａの位置が最上方位置にある（シリンダブロック３が最下方位置にある）状態である。また、各軸受収納孔８０内での可動軸受部９０ｃの位置は、最もシリンダ２寄り（内側寄り）の位置にある。
【００４４】
図９(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して矢印方向に回転させると、図９(b)の状態となる。図９(b)では、カム収納孔５内での軸部９ａの位置は最も外側となっている。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。また、一対のカム軸９の軸部９ａ間の距離は広がるが、この各軸部９ａのロアケース４に対する横方向の移動は可動軸受部９０ｃの横方向のスライドによって吸収される。
【００４５】
そして、シリンダブロック３のスライド量は、図９(c)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂの偏心量の二倍となる。カム部９ｂは、カム収納孔５の内部で回転し、カム収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。なお、ここでは、軸部９ａがカム収納孔５の外側のみを移動するようにしたが、内側のみを移動するようにしたり、カム収納孔５の内部で一周するようにして利用しても良いことは言うまでもない。この場合は、軸受収納孔８０の大きさを十分確保しておく必要がある。
【００４６】
本発明の内燃機関は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、カム部９ｂ−シリンダブロック３、可動軸受部９ｃ−ロアケース４の組み合わせでスライド機構が構築されたが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリンダブロックの組み合わせでスライド機構を構築しても良い。また、カム部９ｂの形状は正円であることが好ましいが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実施形態において、長径がカム部９ｂと同じ長さを有する楕円や卵形をしていても機能し得る。
【００４７】
さらに、本発明の内燃機関はＶ型エンジンにも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述した一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて圧縮比を変えてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に記載の内燃機関によれば、軸部、カム部及び可動軸受部を有する一対の平行な互いに逆回転するカム軸によって構築されたスライド機構によって、シリンダをピストン往復運動方向にのみスライドさせることができる。このため、圧縮比を制御してより高次元の燃焼を行うことが可能となる。このとき、機構は単純な構造で済み、重量増加も最小限に抑えることができ、かつ、動作も確実に行われるので、十分に実用化することができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼時の圧力を容易に相殺させることができ、スライド機構を簡便な機構で構築することが可能となる。請求項３に記載の発明によれば、ロアケースに対してシリンダブロックをスライドさせる力がシリンダ（単数又は複数、複数の場合はシリンダの列）の側方に均等に作用するようにして、ロアケースに対するシリンダブロックのスライドを円滑に行わせることができる。請求項４や請求項５に記載の発明によれば、ロアケースに対するシリンダブロックのスライドをより円滑に行うことができるスライド機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の第一実施形態の分解斜視図である。
【図２】本発明の内燃機関の第一実施形態の斜視図である。
【図３】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるシリンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。
【図４】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるタイミングチェーンの様子を示す側断面図である。
【図５】図４におけるクランクギアと中継ギアとの関係を示す側面図である。
【図６】タイミングベルトを用いた場合のベルトとプーリーとの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の内燃機関の第二実施形態の分解斜視図である。
【図８】本発明の内燃機関の第二実施形態の斜視図である。
【図９】本発明の内燃機関の第二実施形態におけるシリンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…シリンダ、３…シリンダブロック、４…ロアケース、５…カム収納孔、６…ボルト、７，７０…キャップ、８，８０…軸受収納孔、９…カム軸、９ａ…軸部、９ｂ…カム部、９ｃ，９０ｃ…可動軸受部、９ｄ…取付部、１０…ギア、１１ａ，１１ｂ…ウォームギア、１２…モータ、１３…中継ギア、１３ａ…タイミングスプロケット、１４…ギア取付部、１５…クランクシャフト、１６…クランクギア、１７…カムシャフト、１８…カムシャフトスプロケット、１９…タイミングチェーン、２０…タイミングベルト、２１…クランクプーリー、２２…タイミングプーリー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention Variable compression ratio type internal combustion engine capable of variably controlling the compression ratio by changing the internal volume of the cylinder About.
[0002]
[Prior art]
In a conventional general internal combustion engine (engine), the cylinder internal volume is constant and the compression ratio is also constant (engines that change the effective stroke amount and compression ratio by changing the valve opening / closing timing have been put into practical use. However, its control range is limited). However, if an optimal compression ratio can be obtained according to the driving state, fuel efficiency and output performance can be improved. Therefore, a variable compression ratio type internal combustion engine has been devised that improves these performances by variably controlling the compression ratio. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-26981 discloses such a variable compression ratio type internal combustion engine.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the internal combustion engine described in the above publication is not mechanically completed, and it cannot be established unless the engine block is elastically deformed (unless the engine block is bent in a direction perpendicular to the cylinder central axis). It was a thing and it was not able to function enough. Alternatively, if the cylinder block does not elastically deform, the cylinder block must move in a direction perpendicular to the cylinder center axis with respect to the lower case (crankcase), and a gap should be secured between the cylinder block and the lower case. Must Established It was not something that could not function well.
[0004]
In addition, as a variable compression ratio type internal combustion engine, an engine in which the cylinder is inclined with respect to the lower case and the cylinder internal volume is changed is described in Japanese Patent Publication No. 7-506652. However, in a variable compression ratio type internal combustion engine having such a mechanism, since the cylinder is inclined, a large stroke amount must be secured so that the operation is not affected even if the cylinder is inclined. The restrictions from were large.
[0005]
In addition, in the internal combustion period described in the above publication, an eccentric shaft (crank mechanism) is used to incline the cylinder. However, if this is done, the moment that is generated becomes large, which is disadvantageous in terms of strength. Also, since the pressure during combustion works in the direction of rotating the gear for tilting the cylinder (the gear that rotates the eccentric shaft), a mechanism to prevent the gear from rotating due to the pressure during combustion is necessary. It is. Further, since the cylinder is inclined with respect to the crankcase, the mechanism is very difficult to mount on a V-type engine or the like.
[0006]
In other words, the conventional variable compression ratio type internal combustion engine is not at a stage where it can be said that it has been sufficiently put into practical use, but there are various problems to put it into practical use, and it is at a stage where further research and improvement are necessary. . An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of solving various problems of such a variable compression ratio type internal combustion engine and improving the performance as the internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The internal combustion engine according to claim 1, a cylinder block having a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a lower case in which the cylinder block is attached so as to be slidable in the axial direction of the cylinder, and the cylinder block is slid relative to the lower case. A slide mechanism, and the slide mechanism is constructed between the cylinder block and the lower case, has a pair of cam shafts arranged in parallel on both sides of the cylinder and rotating in opposite directions, and a cam The shaft has a shaft portion, a cam portion fixed to the shaft portion, and a movable bearing portion rotatably attached to the shaft portion, and the cam portion is formed on one of the cylinder block or the lower case. And the movable bearing portion is formed on the other of the cylinder block or the lower case. It is characterized by being accommodated in the bearing housing holes to lifting. A sixth aspect of the present invention is the internal combustion engine according to the first aspect, wherein the crankshaft is Crank gear fixed to It has the relay gear which meshes with. According to a seventh aspect of the invention, in the internal combustion engine according to the sixth aspect of the invention, the relay gear has concentric circular timing sprockets. The invention according to claim 8 is the internal combustion engine according to claim 1, further comprising valve timing changing means capable of changing the valve timing, and the valve timing changing means corrects the valve timing which is changed by the sliding of the cylinder block. It is characterized by doing. The invention according to claim 9 is the internal combustion engine according to claim 1, further comprising a timing pulley fixed to an end portion of the crank pulley and the camshaft, and the crank pulley and the timing pulley are connected by a timing belt. It is characterized by being. According to a tenth aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the ninth aspect, the cylinder block slides. Do not change the total length of the timing belt path even if the distance between the crank pulley and the timing pulley changes. A plurality of pulleys are arranged between the crank pulley and the timing pulley. According to an eleventh aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the tenth aspect, the pulley on the lower case side and the cylinder block side disposed on the path of the timing belt between the crank pulley and the timing pulley among the plurality of pulleys. Angle α between the timing belt and the pulley When, The angle β formed by the timing belt between the pulley on the cylinder block side and the pulley on the lower case side arranged on the path of the timing belt between the timing pulley and the crank pulley among the plurality of pulleys with respect to the horizontal. Is the angle of the reverse rotation direction with respect to the horizontal It is characterized by that. The invention according to claim 12 is the internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a V-type engine, and a pair of camshafts are arranged for each bank of the V-type engine. Yes. The invention according to claim 13 is the internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a V-type engine, and a pair of camshafts are disposed at the bases of both banks of the V-type engine. It is said.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the internal combustion engine according to the first aspect further includes a single motor for rotating the pair of cam shafts, and the motor has a pair of spiral directions opposite to the output shaft. of Reduction gear A pair of Reduction gear Is engaged with gears respectively attached to one end of the camshaft.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the second aspect, each camshaft has a plurality of sets of cam portions and movable bearing portions arranged.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the internal combustion engine according to the second aspect, the cam portion has a circular cam profile eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the cam housing hole is the same as the cam portion. It has a circular shape, the movable bearing part has the same circular shape as the cam part eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the bearing storage hole has the same circular shape as the cam storage hole. Yes.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the internal combustion engine of the second aspect, the cam portion has a circular cam profile that is eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the cam housing hole is the same as the cam portion. It has a circular shape, the movable bearing part has a quadrangle having a pair of parallel sides, and the bearing housing hole has a quadrangle that allows the movable bearing part to slide in the direction of the parallel side inside. Yes.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the internal combustion engine of the present invention will be described below. 1 to 6 show an internal combustion engine (engine) 1 having the internal combustion engine of the first embodiment.
[0013]
An engine 1 described below is a variable compression ratio type engine, and changes a compression ratio by moving a cylinder block 3 having a cylinder 2 in the axial direction of the cylinder 2 with respect to a lower case (crankcase) 4. It is. For this reason, the engine of this embodiment has a moving mechanism for moving the cylinder block 3 relative to the lower case 4.
[0014]
Moreover, although the cylinder block 3 moves with respect to the lower case 4, it is inconvenient if the positions of the two change freely with the pressure during combustion. In the present embodiment, a mechanism is also constructed in which the position of the cylinder block 3 relative to the lower case 4 is not easily added by the pressure during combustion. This mechanism is a very simple mechanism, and consideration is given so as not to cause a complicated mechanism and an increase in weight.
[0015]
Furthermore, since the cylinder block 3 moves in the axial direction of the cylinder 2 with respect to the lower case 4, the camshaft 17 that opens and closes the intake / exhaust valve disposed at the upper part of the cylinder 2 moves with respect to the lower case 4. Since the driving force of the camshaft 17 is transmitted from the crankshaft 15 disposed in the lower case 4 via a chain or a belt, this is also taken into consideration in the internal combustion engine of the present embodiment.
[0016]
Other than the fact that the cylinder block 3 is movable with respect to the lower case 4 and that the moving mechanism is provided, and that the driving force is transmitted to the camshaft, the difference from a normal engine is that In the following, only the above-described points will be described with emphasis, and description of the same parts as those of the conventional engine will be omitted.
[0017]
As shown in FIG. 1, a plurality of raised portions are formed at lower portions on both sides of the cylinder block 3, and a cam storage hole 5 is formed in each raised portion. Five cam storage holes 5 are formed on one side. The cam housing hole 5 has a circular shape, and is perpendicular to the axial direction of the cylinder 2 and parallel to the arrangement direction of the plurality of cylinders 2 (the engine 1 of the present embodiment is a four-cylinder engine). Are formed respectively. The cam storage holes 5 are formed on both sides of the cylinder block 3, and the plurality of cam storage holes 5 on one side are all located on the same axis. The pair of axes of the cam storage holes 5 on both sides of the cylinder block 3 are parallel.
[0018]
In the lower case 4, a standing wall portion is formed so as to be positioned between the plurality of raised portions in which the above-described cam housing holes 5 are formed. A semicircular recess is formed on the surface of each standing wall portion facing the outer side of the lower case 4. Moreover, the cap 7 attached with the volt | bolt 6 is prepared for each standing wall part, and the cap 7 has a semicircle recessed part. When the cap 7 is attached to each standing wall portion, a circular bearing housing hole 8 is formed. The shape of the bearing storage hole 8 is the same as that of the cam storage hole 5 described above.
[0019]
Similar to the cam housing hole 5, the plurality of bearing housing holes 8 are perpendicular to the axial direction of the cylinder 2 and parallel to the arrangement direction of the plurality of cylinders 2 when the cylinder block 3 is attached to the lower case 4. Each is formed to be. The plurality of bearing housing holes 8 are also formed on both sides of the cylinder block 3, and the plurality of bearing housing holes 8 on one side are all located on the same axis. Four bearing housing holes 8 are formed on one side. The pair of axes of the bearing housing holes 8 on both sides of the cylinder block 3 are parallel. Further, the distance between the cam housing holes 5 on both sides and the distance between the bearing housing holes 8 on both sides are the same.
[0020]
Cam shafts 9 are respectively inserted into the two rows of cam storage holes 5 and bearing storage holes 8 that are alternately arranged. As shown in FIG. 1, the cam shaft 9 includes a shaft portion 9a and a cam portion 9b having a right circular cam profile fixed to the shaft portion 9a while being eccentric with respect to the central axis of the shaft portion 9a. The movable bearing portion 9c has the same outer shape as the cam portion 9b and is rotatably attached to the shaft portion 9a. In the present embodiment, the cam portions 9b and the movable bearing portions 9c are alternately arranged. The pair of cam shafts 9 have a mirror image relationship. Further, a mounting portion 9d of a gear 10 to be described later is formed at the end portion of the cam shaft 9. The center axis of the shaft portion 9a and the center of the mounting portion 9d are eccentric, and the center of all the cam portions 9b and the center of the mounting portion 9d coincide.
[0021]
The movable bearing portion 9c is also eccentric with respect to the shaft portion 9a, and the amount of eccentricity is the same as that of the cam portion 9b. In order to actually construct the camshaft 9, the camshaft 9 is manufactured in a state in which one end cam portion 9b is integrally joined in advance, and the movable bearing portion 9c and the other cam portion 9b Is inserted. Then, only the cam portion 9b is fixed to the shaft portion 9a with a screw or the like (press fitting or welding may be used). The number of cam portions 9b on the shaft portion 9a matches the number of cam housing holes 5 on one side of the cylinder block 3. Further, the thickness of the cam portion 9b also matches the length of each corresponding cam storage hole 5. Similarly, the number of movable bearing portions 9c on the shaft portion 9a matches the number of bearing housing holes 8 formed on one side of the lower case 4. Further, the thickness of the movable bearing portion 9c also matches the length of the corresponding bearing housing hole 8.
[0022]
In each camshaft 9, the eccentric directions of the plurality of cam portions 9b are the same. Further, since the outer shape of the movable bearing portion 9c is the same circle as the cam portion 9b, the outer surface of the plurality of cam portions 9b and the outer surface of the plurality of movable bearing portions 9c are rotated by rotating the movable bearing portion 9c. Can be matched. In this state, the cylinder block 3 and the lower case 4 are combined and the cam shaft 9 is inserted into a long hole formed by the plurality of cam storage holes 5 and the plurality of bearing storage holes 8 and assembled. The cap 7 may be attached after the camshaft 9 is arranged with respect to the cylinder block 3 and the lower case 4.
[0023]
The shapes of the cam housing hole 5, the bearing housing hole 8, the cam portion 9b, and the movable bearing portion 9c are all the same regular circle. The cylinder block 3 is slidable with respect to the lower case 4, but a member such as a piston ring that secures airtightness between the cylinder inner surface and the piston is arranged on the sliding surface of both the cylinder blocks 3. (The sealing may be performed by other methods).
[0024]
A bolt hole for gear attachment is formed at one end of the shaft portion 9a of each camshaft 9, and the gear 10 is fixed with a bolt using this bolt hole. Worm gears 11a and 11b are engaged with a pair of gears 10 fixed to the ends of the pair of cam shafts 9, respectively. The worm gears 11 a and 11 b are attached to one output shaft of the single motor 12. The worm gears 11a and 11b have spiral grooves that rotate in opposite directions. For this reason, when the motor 12 is rotated, the pair of camshafts 9 rotate in the reverse direction via the gear 10. The motor 12 is fixed to the cylinder block 3 or the like and moves integrally with the cylinder block 3.
[0025]
Further, as shown in FIG. 2, the cylinder block 3 has a gear attachment portion 14 to which the relay gear 13 is attached below the cam housing hole 5 from the most end portion. The gear mounting portion 14 is formed only on one row side of the two rows of cam housing holes 5. The relay gear 13 is integrated with a timing sprocket 13a concentrically. The relay gear 13 meshes with a crank gear 16 fixed to the end of the crankshaft 15.
[0026]
A method for controlling the compression ratio by the internal combustion engine having the above-described configuration will be described in detail. FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views showing the cylinder block 3, the lower case 4, and the slide mechanism including the cam shaft 9 and the like constructed between them. 3A to 3C, the central axis of the shaft portion 9a is indicated by a, the center of the cam portion 9b is indicated by b, and the center of the movable bearing portion 9c is indicated by c. FIG. 3 (a) shows a state in which the outer peripheries of all the cam portions 9b and the movable bearing portion 9c coincide with each other when viewed from the extension line of the shaft portion 9a. At this time, the pair of shaft portions 9 a are located outside the cam housing hole 5 and the bearing housing hole 8 here.
[0027]
When the shaft portion 9a (and the cam portion 9b fixed to the shaft portion 9a) is driven in the direction of the arrow by driving the motor 12 from the state of FIG. 3A, the state of FIG. 3B is obtained. At this time, since the cam portion 9b and the movable bearing portion 9c are displaced in the eccentric direction with respect to the shaft portion 9a, the cylinder block 3 can be slid toward the top dead center side with respect to the lower case 4. The sliding amount is maximized when the cam shaft 9 is rotated until the state shown in FIG. 3C is reached, and is twice the eccentric amount of the cam portion 9b and the movable bearing portion 9c. The cam portion 9b and the movable bearing portion 9c rotate inside the cam housing hole 5 and the bearing housing hole 8, respectively, and allow the position of the shaft portion 9a to move inside the cam housing hole 5 and the bearing housing hole 8, respectively. is doing.
[0028]
When the motor 12 is driven from the state of FIG. 3A, the state of FIG. 3B is obtained when the cam portion 9b and the movable bearing portion 9c rotate in the opposite directions in each camshaft 9. When the motor 12 is driven from the state of FIG. 3 (a), the cam portion 9b and the movable bearing portion 9c may rotate in the same direction in each cam shaft 9, and in this case, the cylinder block 3 is normally operated. Cannot be slid with respect to the lower case 4. The cam portion 9b and the movable bearing portion 9c rotate in the opposite direction for one of the pair of cam shafts, and the cam portion 9b and the movable bearing portion 9c may not rotate in the same direction for the other. I can not say.
[0029]
Further, there is a possibility that all of the plurality of movable bearing portions 9c attached to one camshaft 9 do not rotate in the same direction and become resistance to rotation. For this reason, in the sliding mechanism of the internal combustion engine of this embodiment, the state which makes the cam part 9b and the movable bearing part 9c correspond completely like FIG. 3 (a) is not produced. For example, when the rotational position of the cam shaft 9 in the state of FIG. 3A is set to 0 ° as a reference (the forward direction is the reverse rotational direction with the pair of cam shafts 9), the rotational position in the state of FIG. However, if the actual control range is set to 5 ° or more, the above-described problems can be solved. As described above, since the actual slide amount of the cylinder block 3 is considered to be several mm, there is a problem even if about 0 ° ± 5 ° (similarly about 180 ° ± 5 °) cannot be used. There is no.
[0030]
Furthermore, in this embodiment, the cylinder block 3 is slid only to the top dead center side with respect to the lower case 4 and used. Further, in order to return the slide amount to 0 from the state of FIG. 3C, the motor 12 is reversely rotated to return to the state of FIG. That is, in this embodiment, the control range of the cam shaft 9 is 5 ° to 90 °. However, the cylinder block 3 may be slid only to the bottom dead center side with respect to the lower case 4 for use. The control range of the camshaft 9 in this case may be -5 ° to -90 ° (355 ° to 270 °). Further, when the cylinder block 3 is slid only to the top dead center side with respect to the lower case 4, the control range of the camshaft 9 may be set to 90 ° to 175 ° or the like.
[0031]
By using the slide mechanism as described above, the cylinder block 3 can be slid in the axial direction of the cylinder 2 with respect to the lower case 4, so that the compression ratio can be variably controlled. As a result of trial calculation of the variable range of the compression ratio by realizing a sliding amount of several mm with an internal combustion engine of a certain size, it was calculated that a variable range of about 9 to 14.5 could be secured. Further, according to such a slide mechanism, since the cylinder is not tilted, there is no place where an excessive moment due to the combustion pressure is applied, and a simple mechanism using the camshaft 9 or the like is used. Variable compression ratio engine can be built
[0032]
Further, the pressure during combustion acts as a force for rotating the camshaft 9. This force is transmitted to the output shaft of the motor 12 via the gear 10 and the worm gears 11a and 11b. However, this force does not work in the direction to move the motor 12 below, and is canceled inside the output shaft. That is, it is canceled out as a compressive force or tensile force to the output shaft (shaft) between the pair of worm gears 11a and 11b, and the motor 12 is not affected at all. Also from this point, the slide mechanism of this embodiment is excellent.
[0033]
As described above, since the cylinder block 3 slides with respect to the lower case 4, the distance between the crankshaft 15 inside the lower case 4 and the camshaft 17 that drives the intake / exhaust valve mounted above the cylinder block 3 also changes. It becomes. As shown in FIG. 4, the engine 1 of this embodiment has camshafts 17 for intake valves and exhaust valves, respectively. A camshaft sprocket 18 is fixed to the ends of the pair of camshafts 17. Here, the camshaft sprocket 18 incorporates a known continuously variable valve timing mechanism that variably controls the valve opening / closing timing.
[0034]
As described above, the driving force of the camshaft 17 is transmitted from the crank gear 16 at the end of the crankshaft 15 to the relay gear 13 (timing sprocket 13a). Thereafter, this driving force is finally transmitted to the camshaft 17 via the timing chain 19 attached to the timing sprocket 13 a and the pair of camshaft sprockets 18 to rotate the camshaft 17. Here, when the cylinder block 3 slides, the position of the relay gear 13 with respect to the crank gear 16 changes. This is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
[0035]
The state shown in FIG. 5A is the state where the distance between the crank gear 16 and the relay gear 13 is the shortest. This shows a state where the sliding amount of the cylinder block 3 is zero. FIG. 5B shows a state where the cylinder block 3 has moved to the top dead center side from this state with the maximum slide amount (several mm). When the actual diameters were given to the crank gear 16 and the relay gear 13 and the sliding amount of the cylinder block 3 reached the maximum (several mm), it was calculated how far the distance between the two gears was. It is only a few μm. This value is within the range of errors in normal gears (manufacturing tolerances, gear shaft play, etc.) and functions without problems.
[0036]
Further, in the mechanism described above, the valve timing changes when the cylinder block 3 is slid. However, as described above, the engine 1 of the present embodiment has the continuously variable valve timing mechanism mounted on the intake and exhaust sides. It is possible to perform precise correction using this. Furthermore, although the case where the camshaft 17 is driven using a chain has been described above, the camshaft 17 may be driven using a timing belt 20 as shown in FIG. Unlike the chain, the belt has a characteristic that it is easy to bend its path, and this characteristic is used.
[0037]
A thin line circle in FIG. 6 is a pulley attached to the lower case 4 side, and a thick line circle is a pulley attached to the cylinder block 3. A timing belt 20 is wound around these pulleys. There is a crank pulley 21 fixed to the end of the crankshaft 15 at the lowermost position, and a timing pulley 22 fixed to the end of one camshaft 17 at the uppermost position. In this case, the other camshaft 17 is driven by providing gears (one is a scissor gear) that meshes with each other between the pair of camshafts 17. Moreover, a timing pulley may be attached to each camshaft 17, and a timing belt may be hung on two timing pulleys.
[0038]
On the path of the timing belt 20 between the crank pulley 21 and the timing pulley 22, one lower case 4 side pulley and one cylinder block 3 side pulley are arranged. The angle formed by the timing belt 20 between the two pulleys with respect to the horizontal is indicated by α in FIG. Similarly, one pulley on the cylinder block 3 side and one pulley on the lower case 4 side are also arranged on the path of the timing belt 20 between the timing pulley 22 and the crank pulley 21. An angle formed by the timing belt 20 between the two pulleys with respect to the horizontal is represented by β in FIG. The pulley on the cylinder block 3 side is indicated by a solid line, and the pulley on the lower case 4 side is indicated by a dotted line.
[0039]
The above-mentioned angle α and angle β (both assuming that the clockwise direction is positive) are a positive angle and a negative angle. In this way, when the cylinder block 3 slides, if one angle increases, the other angle decreases. That is, the path length of the timing belt in the part defining one angle is increased, the path length of the timing belt in the part defining the other angle is shortened, and the cylinder block is hardly changed without substantially changing the total path length of the timing belt 20. 3 can be slid. As described above, when the actual maximum slide amount of the cylinder block was set to several mm and calculated using a general pulley diameter and arrangement, the change in the path length of the timing belt 20 was about 0.05 mm.
[0040]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The internal combustion engine of the present embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment described above. The only difference is the form of the movable bearing portion and the bearing housing light that houses it. In the following, particularly different portions will be described in detail, and the same or equivalent components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. 7 to 9 show the internal combustion engine of the second embodiment. 7 is a diagram corresponding to FIG. 1, FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 2, and FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG.
[0041]
In this embodiment, the bearing housing hole 80 is formed by a rectangular recess formed on the upper surface of the standing wall portion on the lower case side, and a cap 70 having a rectangular recess as well. The cap 70 is attached to the standing wall portion from above, and the bearing housing hole 80 has a rectangular shape that is long in the lateral direction. Correspondingly, the movable bearing portion 90c attached to the cam shaft 9 is also rectangular. The movable bearing portion 90c is formed by facing a pair of concave parts, and a circular hole substantially equal to the cross section of the shaft portion 9a of the camshaft 9 is formed at substantially the center thereof. It is attached so that it can rotate. The movable bearing portion 90 c has a rectangular shape whose height is substantially equal to the height of the bearing housing hole 80, and whose lateral width is narrower than the lateral width of the bearing housing hole 80. For this reason, each movable bearing portion 90 c is slidable in the lateral direction inside each bearing housing hole 80.
[0042]
Note that the relationship between the movable bearing portion and the bearing housing hole is not limited to a rectangle as long as the movable bearing portion can slide in one direction inside the bearing housing hole. Further, the sliding direction of the movable bearing portion is not limited to the lateral direction, and for example, the sliding directions of the movable bearings on both sides of the cylinder 2 may be V-shaped. That is, the movable bearing portion may have a quadrangle having a pair of parallel sides, and the bearing housing hole may have a quadrangle that can slide the movable bearing portion in the direction of the parallel sides.
[0043]
A method for controlling the compression ratio by the internal combustion engine of the present embodiment will be described in detail. 9 (a) to 9 (c) are cross-sectional views showing a state of the cylinder block 3, the lower case 4, and a slide mechanism including the cam shaft 9 and the like constructed between them. 9A to 9C, the central axis of the shaft portion 9a is indicated by a, the center of the cam portion 9b is indicated by b, and the center of the movable bearing portion 90c is indicated by c. FIG. 9A shows a state in which the position of the shaft portion 9a in the cam housing hole 5 is at the uppermost position (the cylinder block 3 is at the lowermost position) when viewed from the extension line of the shaft portion 9a. Further, the position of the movable bearing portion 90c in each bearing housing hole 80 is the position closest to the cylinder 2 (close to the inner side).
[0044]
If the shaft portion 9a (and the cam portion 9b fixed to the shaft portion 9a) is driven in the direction of the arrow by driving the motor 12 from the state of FIG. 9A, the state of FIG. 9B is obtained. In FIG. 9B, the position of the shaft portion 9a in the cam housing hole 5 is the outermost side. At this time, the cam part 9 b is displaced in the eccentric direction with respect to the shaft part 9 a, so that the cylinder block 3 can be slid toward the top dead center side with respect to the lower case 4. Further, although the distance between the shaft portions 9a of the pair of cam shafts 9 increases, the lateral movement of each shaft portion 9a with respect to the lower case 4 is absorbed by the lateral slide of the movable bearing portion 90c.
[0045]
The sliding amount of the cylinder block 3 is maximized when the cam shaft 9 is rotated until the cylinder block 3 reaches a state as shown in FIG. 9C, and is twice the eccentric amount of the cam portion 9b. The cam portion 9 b rotates inside the cam storage hole 5 and allows the position of the shaft portion 9 a to move inside the cam storage hole 5. Here, the shaft portion 9a moves only on the outer side of the cam storage hole 5. However, the shaft portion 9a may move only on the inner side, or may be used so as to make a round in the cam storage hole 5. Needless to say. In this case, it is necessary to ensure a sufficient size of the bearing housing hole 80.
[0046]
The internal combustion engine of the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the slide mechanism is constructed by the combination of the cam portion 9b, the cylinder block 3, and the movable bearing portion 9c, and the lower case 4. However, the slide mechanism is constructed by combining the cam portion-lower case and the movable bearing portion-cylinder block. A mechanism may be constructed. Further, the shape of the cam portion 9b is preferably a perfect circle, but it can function even if it is not a perfect circle. For example, in the above-described embodiment, it can function even if it has an ellipse or egg shape whose major axis has the same length as the cam portion 9b.
[0047]
Furthermore, the internal combustion engine of the present invention can be easily applied to a V-type engine. In this case, the pair of cam shafts described above may be disposed for each bank, or a pair of cam shafts may be disposed at the bases of both banks so that a V-shape is formed in the center direction of the central angle formed by both banks. The compression ratio may be changed by sliding the entire bank.
[0048]
【The invention's effect】
According to the internal combustion engine of the first aspect, the cylinder is slid only in the piston reciprocating motion direction by the slide mechanism constructed by the pair of parallel cam shafts rotating in the opposite directions and having the shaft portion, the cam portion, and the movable bearing portion. Can be made. For this reason, it becomes possible to perform higher-dimensional combustion by controlling the compression ratio. At this time, the mechanism has a simple structure, the weight increase can be suppressed to the minimum, and the operation is performed reliably, so that the mechanism can be sufficiently put into practical use.
[0049]
According to invention of Claim 2, the pressure at the time of combustion can be canceled easily, and it becomes possible to construct | assemble a slide mechanism with a simple mechanism. According to the third aspect of the present invention, the force for sliding the cylinder block with respect to the lower case acts evenly on the side of the cylinder (single or plural, in the case of plural cylinder rows), The cylinder block can be smoothly slid. According to invention of Claim 4 or Claim 5, the slide mechanism which can perform the slide of the cylinder block with respect to a lower case more smoothly is realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment of an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of sliding a cylinder block in the first embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing a timing chain in the first embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
5 is a side view showing the relationship between the crank gear and the relay gear in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a belt and a pulley when a timing belt is used.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a second embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a second embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a process of sliding a cylinder block in the second embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine (internal combustion engine), 2 ... Cylinder, 3 ... Cylinder block, 4 ... Lower case, 5 ... Cam accommodation hole, 6 ... Bolt, 7, 70 ... Cap, 8, 80 ... Bearing accommodation hole, 9 ... Cam shaft, 9a ... Shaft portion, 9b ... Cam portion, 9c, 90c ... Movable bearing portion, 9d ... Mounting portion, 10 ... Gear, 11a, 11b ... Worm gear, 12 ... Motor, 13 ... Relay gear, 13a ... Timing sprocket, 14 ... Gear Mounting part, 15 ... crankshaft, 16 ... crank gear, 17 ... camshaft, 18 ... camshaft sprocket, 19 ... timing chain, 20 ... timing belt, 21 ... crank pulley, 22 ... timing pulley.

Claims

A cylinder block having a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a lower case that attaches the cylinder block to be slidable in an axial direction of the cylinder, and a slide mechanism that slides the cylinder block with respect to the lower case. And
The sliding mechanism is constructed between the cylinder block and the lower case, and has a pair of cam shafts arranged in parallel on both sides of the cylinder and rotating in opposite directions,
The cam shaft includes a shaft portion, a cam portion fixed to the shaft portion, and a movable bearing portion attached rotatably to the shaft portion,
The cam portion is housed in a cam housing hole formed in one of the cylinder block or the lower case, and the movable bearing portion is formed in the other of the cylinder block or the lower case to hold the movable bearing portion. An internal combustion engine which is housed in a bearing housing hole.

A single motor that rotates the pair of cam shafts, and the motor has a pair of reduction gears whose spiral directions are opposite to the output shaft;
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the pair of reduction gears meshes with gears respectively attached to one end of the camshaft.

The internal combustion engine according to claim 2, wherein each camshaft has a plurality of sets of the cam portion and the movable bearing portion arranged.

The cam portion has a circular cam profile eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the cam storage hole has the same circular shape as the cam portion;
The movable bearing portion also has the same circular shape as the cam portion eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the bearing storage hole also has the same circular shape as the cam storage hole. The internal combustion engine according to claim 2.

The cam portion has a circular cam profile eccentric with respect to the center of the cam shaft, and the cam storage hole has the same circular shape as the cam portion;
The movable bearing portion has a quadrangle having a pair of parallel sides, and the bearing housing hole has a quadrangle that can slide the movable bearing portion in the direction of the parallel sides. The internal combustion engine according to claim 2.

The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a relay gear that meshes with a crank gear fixed to the crankshaft .

The internal combustion engine according to claim 6, wherein the relay gear has a timing sprocket concentrically.

A valve timing changing means capable of changing the valve timing;
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the valve timing changing means corrects a valve timing that changes due to sliding of the cylinder block.

Having a timing pulley fixed to the end of the crank pulley and camshaft,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the crank pulley and the timing pulley are connected by a timing belt.

A plurality of pulleys are arranged between the crank pulley and the timing pulley so that the total length of the timing belt path does not change even if the distance between the crank pulley and the timing pulley changes due to the sliding of the cylinder block. The internal combustion engine according to claim 9.

The timing belt between the pulley on the lower case side and the pulley on the cylinder block side that is arranged on the path of the timing belt between the crank pulley and the timing pulley among the plurality of pulleys is horizontally And the timing belt between the pulley on the cylinder block side and the pulley on the lower case side disposed on the path of the timing belt between the timing pulley and the crank pulley among the plurality of pulleys. 11. The internal combustion engine according to claim 10, wherein an angle β formed by the angle with respect to the horizontal is an angle in a reverse rotation direction with respect to the horizontal .

The internal combustion engine is a V-type engine;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein a pair of camshafts are arranged for each bank of the V-type engine.

The internal combustion engine is a V-type engine;
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a pair of camshafts are disposed at the bases of both banks of the V-type engine.