JP4645526B2 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の圧縮比を変更する機能を有する可変圧縮比内燃機関に関する。

近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、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ともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動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、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

上記の可変圧縮比内燃機関では、低圧縮比の状態においては、排気損失が増加し、排気温度が上昇する。一方、高圧縮比の状態においては、機関における熱効率が向上するために排気温度が低下する。そうすると、可変圧縮比内燃機関における圧縮比によって、排気浄化触媒に流入する排気の温度の傾向が異なり排気浄化触媒の温度を適正に維持することが困難となることが考えられた。

例えば、内燃機関の冷間始動時において圧縮比を高圧縮比とした場合には、排気温度がより上昇しづらくなる場合があった。その結果、特に排気浄化触媒の容量が大きい場合には、冷間始動直後の浄化能力を充分に高めることが困難となる場合があった。また、高負荷運転時において圧縮比を低圧縮比とした場合には、排気温度が上昇し易くなり、排気浄化触媒が過昇温するおそれがあった。
特開２００３−２０６７７１号公報 特開２００３−３２８７９４号公報 特開２００５−２２０８４３号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可変圧縮比内燃機関において、低圧縮比の状態において排気浄化触媒に流入する排気の温度と、高圧縮比の状態において排気浄化触媒に流入する排気の温度との差を低減し、排気浄化触媒の温度を適正に維持できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関におけるクランクケースとシリンダヘッドとを相対移動させて燃焼室の容積を変化させることにより圧縮比を変化させる可変圧縮比内燃機関において、シリンダヘッド側の排気ポートと、クランクケース側に固定された排気浄化触媒とを、長さを変更可能な伸縮排気通路によって連通し、圧縮比の変化に伴う前記伸縮排気通路の長さの変化を利用して、排気の放熱量を制御することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関におけるクランク軸が組み付けられたクランクケースと、
前記内燃機関における燃焼室の天井面が形成されるとともに、前記クランクケースに相対移動可能に取り付けられたシリンダヘッドと、を備え、
前記クランクケースと前記シリンダヘッドとを、相対的に接近または離反させて前記燃焼室の容積を変更することにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記クランクケースまたは前記クランクケースに対して相対移動しない部材に固定された排気浄化触媒と、
前記シリンダヘッドにおける排気ポートと前記排気浄化触媒とを連通するとともに、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとの相対移動に応じて長さが変化することにより前記排気ポートから排出された排気を前記排気浄化触媒に導入可能とする伸縮排気通路と、
をさらに備えることを特徴とする。

そうすれば、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとを相対移動させた際には、前記伸縮排気通路の長さが変化して、前記排気ポートと前記排気浄化触媒との接続状態を維持する。また、その際に、前記伸縮排気通路の長さが変化したことを利用して、排気熱の伸縮排気通路からの放熱量を自動的に制御することができる。

具体的には、低圧縮比の状態においては、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとが離反することを利用して前記伸縮排気通路の長さを増加させ、排気熱の放熱量を増加させることができる。一方、高圧縮比の状態においては、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとが接近することを利用して前記伸縮排気通路の長さを減少させ、排気熱の放熱量を減少させることができる。その結果、排気浄化触媒に流入する排気の温度を自動的に調整し、排気浄化触媒の温度を適正に維持することができる。

なお、上記において、クランクケースに対して相対移動しない部材とは、例えばクランクケースがマウントによって車両に固定されている構造の場合は、マウントや、車両のエンジンルーム自体であってもよい。

また、本発明においては、前記内燃機関の冷間始動時には前記圧縮比を可変圧縮比範囲の高圧縮比側の所定の始動時圧縮比に設定するようにしてもよい。

従来から、内燃機関の冷間始動時においては圧縮比を高圧縮比として圧縮端温度を上げることにより、着火性を向上させる制御を行う場合がある。しかし、この場合は機関における熱効率が向上するために排気温度が低下する場合があった。その結果、従来の技術においては、特に排気浄化触媒の容量が大きい場合には、冷間始動直後の浄化能力を充分に高めることが困難となる場合があった。

これに対し、本発明において、前記内燃機関の冷間始動時に前記圧縮比を可変圧縮比範囲の高圧縮比側の所定の始動時圧縮比に設定するようにした場合には、前記内燃機関の冷間始動時に前記シリンダヘッドと前記クランクケースとを接近させることができ、前記伸縮排気通路からの排気の熱の放熱量を減少させることができる。そうすれば、排気ポートから排出された排気が前記排気浄化触媒に到達した時点における排気の温度の低下を抑制することができる。その結果、低圧縮比化に伴って燃焼室における熱効率が低下し、排気の温度が上昇することと、前記伸縮排気通路からの排気熱の放熱量を減少させることの相乗効果によって、より効率的に前記排気浄化触媒を暖機することができる。

なおここで、所定の始動時圧縮比とは、前記内燃機関の冷間始動時には前記圧縮比を可変圧縮比範囲の高圧縮比側の所定の始動時圧縮比に設定する制御における目標の圧縮比であり、前記内燃機関の始動時に圧縮比をこの圧縮比とすることで、圧縮端温度を上げることができ、着火性を向上させることができる圧縮比としてもよい。

また、本発明においては、前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷状態である場合には、前記圧縮比を可変圧縮比範囲の低圧縮比側の所定の高負荷時圧縮比に設定するようにしてもよい。

ここで、前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷状態である場合には、前記圧縮比を可変圧縮比範囲の低圧縮比側の所定の高負荷時圧縮比に設定する制御を行う場合がある。これは、前記内燃機関の運転状態が高負荷である場合にノッキングが発生し易くなるので、圧縮比を低圧縮比側に変更し、ノッキングの発生を抑制するものである。上記における所定の高負荷状態とは、運転状態がこの状態である場合にノッキングが発生し易いと考えられる前記内燃機関の高負荷側の運転状態を意味する。また、所定の高負荷時圧縮比とは、前述のような運転状態において圧縮比をこの圧縮比まで低下させればノッキングが発生しないと考えられる低圧縮比側の圧縮比を意味する。

しかし、上記の制御を行った場合には、高負荷の運転状態で排気温度が高くなる可能性が高い状況においてさらに排気の温度が上昇する方向の制御をするために、排気浄化触媒に流入する排気の温度をより上昇させてしまうおそれがあった。その結果、排気浄化装置が過昇温する場合があった。

これに対し、本発明において、前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷状態である場合に、前記圧縮比を可変圧縮比範囲の低圧縮比側の所定の高負荷時圧縮比に設定するようにした場合には、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとを離反させることによって、前記伸縮排気通路の長さを増加させることができる。そうすれば、前記伸縮排気通路からの排気の排気熱の放熱量を増加させることができ、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度の低下を促進することができる。その結果、内燃機関の運転状態が高負荷の状態において、前記排気浄化触媒が過昇温することを抑制できる。

また、本発明においては、前記伸縮排気通路には、前記シリンダヘッドまたは前記シリンダヘッドに対して相対移動しない部材に固定されるとともに一端が前記排気ポートと接続され、長さが一定の固定排気管が設けられ、
前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部との距離は、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比である場合には、前記固定排気管から前記排気浄化触媒に導入される排気が前記排気浄化触媒の一部である所定の始動時排気通過領域を集中的に通過するように定められるようにしてもよい。

ここで、前記伸縮排気通路に、前記シリンダヘッドまたは前記シリンダヘッドに対して相対移動しない部材に固定されるとともに一端が前記排気ポートと接続され、長さが一定の固定排気管が設けられている場合について考える。この場合は、前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部の距離は圧縮比の変化とともに変化する。そして、この固定排気管と前記排気浄化触媒とは、前記伸縮排気通路における伸縮可能な部分によって連通されている。

そして、この場合に、前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部の距離を適切に設定することにより、前記固定排気管の他端から排出された排気を排気浄化触媒の前端部全体に広げずに、排気浄化触媒の前端部の一部に集中して流入させることができる。そうすれば、内燃機関の冷間始動時において実質的に暖機すべき前記排気浄化触媒の熱容量を減少させることができる。

ここで、前記始動時排気通過領域を、その領域に前記排気管からの排気が集中して導入されることにより、その領域がより早期に暖機可能となる領域とする。そして、前記始動時圧縮比における前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部との距離を、前記固定排気管から排出された排気が前記始動時排気通過領域を通過するような距離に設定する。

そうすれば、前記内燃機関の冷間始動時において前記排気浄化触媒における前記始動時排気通過領域を早期に暖機することができ、冷間始動時における排気エミッションをより確実に向上させることができる。

なお、上記において、シリンダヘッドに対して相対移動しない部材としては、シリンダヘッドに接続された吸排気系部材やシリンダブロックを例示することができる。

また、本発明においては、前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部の距離は、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比より低圧縮比側の所定の始動後圧縮比以下である場合には、前記固定排気管から前記排気浄化触媒に導入される排気が前記排気浄化触媒の略全域を通過するように定められてもよい。

上述の制御によれば、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比である場合には、前記固定排気管からの排気は前記排気浄化触媒における始動時排気通過領域に集中的に流入する。この場合にも、前記内燃機関自体の暖機が終了し、圧縮比を前記始動時圧縮比から低圧縮比側に変更するまでの間には、前記始動時排気通過領域の熱が前記排気浄化触媒における他の部分にも伝わり、前記排気浄化触媒の全体がある程度暖機されていると考えられる。

本発明においては、前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部の距離は、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比より低圧縮比側の所定の始動後圧縮比以下である場合には、前記固定排気管から前記排気浄化触媒に導入される排気が前記排気浄化触媒の略全域を通過するように定められ、前記排気浄化触媒の暖機後は、前記固定排気管から排出される排気を前記排気浄化触媒の全体に流入させるようにした。そうすれば、前記排気浄化触媒の暖機後は、該排気浄化触媒の全容量を用いて効率的に排気を浄化することができる。

ここで、前記始動後圧縮比は、前記内燃機関の冷間始動時に圧縮比を前記始動時圧縮比に設定する制御が終了した後に、頻繁に用いられる圧縮比範囲の最高圧縮比としてもよい。そうすれば、前記内燃機関の冷間始動が終了した後には、自動的に前記固定排気管から排出される排気を前記排気浄化触媒の全体に流入させることができる。

また、本発明においては、前記排気浄化触媒は、前記始動時排気通過領域については、他の領域と比較して触媒のセル密度を高くするようにしてもよい。

そうすれば、冷間始動時などに前記固定排気管から排出される排気に前記始動時排気通過領域を集中的に通過させる場合においても、充分な排気の浄化が可能な触媒担持量と、触媒と排気の接触表面積とを確保することができ、冷間始動時においてもより確実に排気エミッションを向上させることができる。

また、冷間始動時以外の状態においては、前記排気浄化触媒におけるセルの密度が低い部分にも排気を通過させることができるので、前記排気浄化触媒における背圧の上昇を抑制することができる。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。

本発明にあっては、可変圧縮比内燃機関において、低圧縮比の状態において排気浄化触媒に流入する排気の温度と、高圧縮比の状態において排気浄化触媒に流入する排気の温度
との差を低減し、排気浄化触媒の温度を適正に維持することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心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。

先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比機構の構成について説明する。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、円形をしており、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はすべ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。

クランクケース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。各立壁部のクランクケース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も半円形の凹部を有している。また、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。

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をクランクケース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、且つ、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はすべ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。

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とを有し、カム軸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の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一致している。

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。また、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と同一直径の正円であるので、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。

各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。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がかみ合っている。ウォ
ームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。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を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３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。

次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、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として示す。図２（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の中で外側に位置している。

図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(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の偏心方向にずれが生じるので、クランクケース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２(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２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれ軸受収納孔８及びカム収納孔５の内部で回転し、それぞれ軸受収納孔８及びカム収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。

上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。

図３には、本実施例における内燃機関１及び排気系の詳細について示す。本実施例においては前述のように、クランクケース４とシリンダブロック３とを接近または離反させることにより燃焼室の容積を変更して圧縮比を変更する。シリンダブロック３には、燃焼室の天井面を形成するシリンダヘッド２０が取り付けられている。

シリンダヘッド２０には吸気ポート２１及び排気ポート２２が設けられ、この吸気ポート２１及び排気ポート２２を燃焼室に対して開閉するように吸気弁２３及び排気弁２４が進退運動可能に取り付けられている。

また、シリンダヘッド２０には上流側排気管２５が固定され、排気ポート２２に接続されている。上流側排気管２５には接続部２６を介して触媒コンバータ３０が接続されている。この触媒コンバータ３０には、ストレートフロー型の多孔質基材に吸蔵還元型ＮＯx
触媒が担持されることによって形成された触媒３０ａが格納されている。

また、この触媒コンバータ３０は固定部２８によってクランクケース４に固定されている。そして、触媒コンバータ３０の後端には下流側排気管２７が接続されている。

ここで、内燃機関１の圧縮比が変更される場合には、シリンダブロック３とクランクケース４とが相対的に接近または離反する。そうすると、シリンダケース２０に固定されている上流側排気管２５と、クランクケース４に固定されている触媒コンバータ３０とも同様に接近または離反する。

これに対し、接続部２６は、図４（ａ）に示すように一端は上流側排気管２５に、他端
が触媒コンバータ３０に接続された蛇腹構造を有している。すなわち、圧縮比の変更に伴う上流側排気管２５と触媒コンバータ３０の接近および離反に伴って接続部２６が軸方向に伸縮し、圧縮比に拘らず上流側排気管２５から排出された排気を触媒コンバータ３０に導入可能としている。なお、この接続部２６の構造は、図４（ａ）に示すような蛇腹構造を有するものに限られない。例えば図４（ｂ）に示すように、一端が上流側排気管２５に接続され他端が触媒コンバータ３０に接続され、両端の途中がスライド可能となるような構造を有していても良い。なお、上流側排気管２５及び接続部２６は、本実施例における伸縮排気通路を構成する。

次に、本実施例における圧縮比の制御及び、その際の上流側排気管２５及び接続部２６における作用について説明する。

本実施例では、内燃機関１の冷間始動時においては、圧縮比は高圧縮比側に変更される。これにより燃焼室における燃焼効率を向上させ、燃焼室における着火性を向上させる。その際は、シリンダブロック３とクランクケース４とは接近するので、上流側排気管２５と触媒コンバータ３０も接近する。それに伴って接続部２６の蛇腹が軸方向に縮小する。そうすると、上流側排気管２５及び接続部２６の全体の長さが減少し、上流側排気管２５及び接続部２６から外気への放熱量が少なくなる。従って排気ポート２２から排出された排気の温度低下を抑制することができ、冷間始動時においてより効率的に触媒コンバータ３０を暖機することができる。なお、この制御における目標圧縮比は始動時圧縮比に相当する。

次に、暖機終了後であって、内燃機関１の運転状態が高負荷の状態について考える。この場合には、本実施例においてはノッキングの発生を抑制するために圧縮比は低圧縮比側に変更する。そうすると、シリンダブロック３とクランクケース４とは離反するので、上流側排気管２５と触媒コンバータ３０も離反する。そうすると、接続部２６の蛇腹構造は軸方向に伸びた状態となる。

この場合、上流側排気管２５と接続部２６の全体の長さは増加し、排気ポート２２から排出された排気から外気への放熱量が増加する。従って、高負荷状態においては排気温度を低下させることができ、触媒コンバータ３０の過昇温を抑制することができる。なお、この制御における目標圧縮比は高負荷時圧縮比に相当する。

以上、説明したように、本実施例においては、冷間始動時においては自動的に上流側排気管２５及び接続部２６からの放熱を抑制することができ、触媒コンバータ３０の暖機を促進することができる。一方、内燃機関１の運転状態が高負荷の場合には、自動的に上流側排気管２５及び接続部２６からの放熱を促進することができ、触媒コンバータ３０の過昇温を抑制することができる。

なお、上記において接続部２６は、必ずしも上流側排気管２５の端部と触媒コンバータ３０との間の部分に配置される必要はない。例えば上流側排気管２５を軸方向に２分割し、その間に接続部２６を配置するようにしてもよい。また、上流側排気管２５がない構成としてもよい。すなわち、シリンダヘッド２０の排気ポート２２と触媒コンバータ３０とを蛇腹構造の接続部によって直接連通させるような構成としてもよい。

次に本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、上流側排気管の端部と触媒３０ａの前端部との距離を適切に設定し、内燃機関１の冷間始動時においては排気が触媒３０ａの一部に集中的に流入し、その後には排気が触媒３０ａの全体に流入するようにした例について説明する。本実施例における内燃機関１は図３に示したものと同
様である。しかし、本実施例における排気系については、上流側排気管及び接続部の構成が実施例１において示したものと相違する。なお、この実施例は、特に冷間始動時において排気浄化触媒を早急に暖機し、排気エミッションを早急に向上させることができる技術を提供することも目的としている。

図５には、本実施例における接続部３６付近の概略を示す。本実施例では図５（ａ）に示すように、排気ポートに固定接続された排気管３５の端部が接続部３６の内部に侵入し、触媒３０ａの前端部に近接した状態となっている。この排気管３５は固定排気管に相当する。内燃機関１の始動時に設定される圧縮比（始動時圧縮比に相当）においては、上流側排気管３５の端部と触媒コンバータ３０の触媒３０ａの前端部との距離（以下、「端面間距離」という。）が始動時端面間距離Ｘ１となるように設定される。そして、内燃機関１の暖機後に、圧縮比が低圧縮比側に変更された際には、図５（ｂ）に示すように端面間距離が自動的に増加する。

そして、図５（ａ）に示すように端面間距離が始動時端面間距離Ｘ１である場合には、上流側排気管３５から排出される排気は触媒コンバータ３０内の触媒３０ａの一部の領域に集中して流入する。従って、この領域における触媒を集中的に暖機することができ、この領域の排気浄化能力を早急に上昇させることができる。その結果、早期に排気エミッションを向上させることができる。なお、排気は触媒コンバータ３０内の触媒３０ａの一部の領域に集中して流入している過程で触媒３０ａの全域についても暖機を進めることができる。

また、内燃機関１自体が暖機され燃焼室における着火性が向上した後には、前述のように圧縮比が低圧縮比側に変更されるため、端面間距離は増加する。そうすると、上流側排気管３５から排出された排気は、触媒コンバータ３０内の触媒３０ａの全体から流入するようになる。その際には、触媒３０ａの全域について暖機が略終了しているので、触媒３０ａの全域において充分に排気の浄化を行うことができる。なお、この際に設定されている圧縮比は、始動後圧縮比以下の圧縮比である。

なお、端面間距離を始動時端面間距離Ｘ１とした際に、上流側排気管３５からの排気が流入する触媒３０ａ内の領域を、冷間始動時における上流側排気管３５からの排気によって充分早期に暖機できる領域である早期暖機領域３０ｂとなるように設定してもよい。そうすれば、内燃機関１の冷間始動時には、自動的に、上流側排気管３５からの排気を充分早期に暖機できる触媒３０ａの領域に集中して流入させることができ、自動的に排気エミッションをより短時間で向上させることができる。この早期暖機領域３９ｂは始動時排気通過領域に相当し、予め実験的に求めるようにしてもよい。

次に実施例３について説明する。本実施例においては、実施例２で説明したような、上流側排気管の端部と触媒の前端面との距離を適切に設定し、内燃機関１の冷間始動時においては排気が触媒の一部に集中的に流入し、その後は排気が触媒の略全域に流入するようにした場合において、内燃機関１の冷間始動時に排気が集中的に流入する領域における触媒のセルの密度を、それ以外の領域における触媒のセルの密度より高くした例について説明する。

図６には、本実施例における触媒コンバータ４０内の触媒４０ａ及び、接続部３６付近の詳細について示す。図６（ａ）に示すように、触媒４０ａにおいては、軸方向から見た中心部付近の第１領域４０ｂと周辺部の第２領域４０ｃとにおいて、セルの密度を異ならせている。第１領域４０ｂにおけるセルの密度が第２領域４０ｃにおけるセルの密度より大きくなっている。

そして、実施例２で説明した構成において、図６（ｂ）に示すように、内燃機関１の冷間始動時において上流側排気管３５から排出された排気が集中的に流入する領域が第１領域４０ｂとなるように第１領域４０ｂの大きさを設定する。

そうすれば、内燃機関１の冷間始動時において、上流側排気管３５から排出された比較的低温の排気が第１領域４０ｂに集中的に流入した場合にも、排気の浄化が充分に行われる触媒表面積と触媒担持量とを確保することができる。

また、冷間始動の終了後においては、上流側排気管３５からの排気は第２領域４０ｃを含めた触媒４０の全体に流入することになるが、この場合には、平均的なセルの密度を低下させることができるので、触媒４０によって生じる背圧を低下させることができ、内燃機関１の良好な運転性能を確保することができる。

なお、上記の第１領域４０ｂと実施例２における早期暖機領域３０ｂとを一致させるようにしてもよいことはもちろんである。

本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例に係る内燃機関における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経過を示す断面図である。 本発明の実施例に係る内燃機関及び排気系の詳細を示す図である。 本発明の実施例１に係る接続部付近の詳細を示す図である。 本発明の実施例２に係る接続部付近の詳細を示す図である。 本発明の実施例３に係る触媒及び接続部付近の詳細を示す図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
２０・・・シリンダヘッド
２１・・・吸気ポート
２２・・・排気ポート
２３・・・吸気弁
２４・・・排気弁
２５、３５・・・上流側排気管
２６、３６・・・接続部
２７・・・下流側排気管
２８・・・固定部
３０、４０・・・触媒コンバータ
３０ａ，４０ａ・・・触媒

Claims (6)

1. 内燃機関におけるクランク軸が組み付けられたクランクケースと、
   前記内燃機関における燃焼室の天井面が形成されるとともに、前記クランクケースに相対移動可能に取り付けられたシリンダヘッドと、を備え、
   前記クランクケースと前記シリンダヘッドとを、相対的に接近または離反させて前記燃焼室の容積を変更することにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
   前記クランクケースまたは前記クランクケースに対して相対移動しない部材に固定された排気浄化触媒と、
   前記シリンダヘッドにおける排気ポートと前記排気浄化触媒とを連通するとともに、前記シリンダヘッドと前記クランクケースとの相対移動に応じて長さが変化することにより前記排気ポートから排出された排気を前記排気浄化触媒に導入可能とする伸縮排気通路と、
   をさらに備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記内燃機関の冷間始動時には前記圧縮比を可変圧縮比範囲の高圧縮比側の所定の始動時圧縮比に設定することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷状態である場合には、前記圧縮比を可変圧縮比範囲の低圧縮比側の所定の高負荷時圧縮比に設定することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 前記伸縮排気通路には、前記シリンダヘッドまたは前記シリンダヘッドに対して相対移動しない部材に固定されるとともに一端が前記排気ポートと接続され、長さが一定の固定排気管が設けられ、
   前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部との距離は、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比である場合には、前記固定排気管から前記排気浄化触媒に導入される排気が前記排気浄化触媒の一部である所定の始動時排気通過領域を集中的に通過するように定められたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 前記固定排気管の他端と前記排気浄化触媒の前端部との距離は、前記内燃機関における圧縮比が前記始動時圧縮比より低圧縮比側の所定の始動後圧縮比以下である場合には、前記固定排気管から前記排気浄化触媒に導入される排気が前記排気浄化触媒の略全域を通過するように定められたことを特徴とする請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関。
6. 前記排気浄化触媒は、前記始動時排気通過領域については、他の領域と比較して触媒のセル密度を高くしたことを特徴とする請求項４または５に記載の可変圧縮比内燃機関。

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