JP5136454B2 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。

従来、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させて機械圧縮比を変更可能とする可変圧縮比内燃機関において、油圧を用いて機械圧縮比を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１３３６１２号公報

しかしながら、上記の技術にあっては、油圧を所望の油圧に制御できない場合や油圧が低下した場合等の油圧に異常が生じた場合において、機械圧縮比が高圧縮比の状態に固定され内燃機関の破損を招いたり、機械圧縮比を一定に保持できず異常振動を引き起こしたりする弊害が生じるおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を制御する油圧に異常が生じた場合の弊害を回避する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
シリンダブロック又はクランクケースに固定された油圧ピストンと、前記油圧ピストンを前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動方向において移動自在に収容し前記シリンダブロックと前記クランクケースとを近づける方向の油圧又は遠ざける方向の油圧を前記油圧ピストンに対して作用させる前記油圧ピストンを挟む２つの油圧室と、２つの前記油圧室へ油を供給する又は２つの前記油圧室から油を回収する第１油路と、を備え、２つの前記油圧室の油圧を制御することで機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
２つの前記油圧室を連通する第２油路と、
正常時は前記第２油路を遮断すると共に前記油圧室の油圧を制御できなくなった異常時に前記第２油路の遮断を解除する遮断弁と、
前記シリンダブロックと前記クランクケースとを遠ざける方向の油圧が増加する方向にのみ前記第２油路の油を流す逆止弁と、
を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関である。

本発明によると、油圧室の油圧を制御できなくなった異常時に、遮断弁の第２油路の遮断が解除される。これにより、２つの油圧室が第２油路によってつながる。さらに、シリンダブロックとクランクケースとを遠ざける方向の油圧が増加する方向にのみ逆止弁が第２油路の油を流す。これにより、シリンダブロックとクランクケースとが遠ざかる低圧縮比側へ機械圧縮比が変更されることだけを許容する。したがって、シリンダブロックとクランクケースとが近づいた機械圧縮比が高圧縮比の状態に固定されることに起因する内燃機関が破損する弊害を回避できる。

前記第１油路の油圧が低下した異常時に前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動を最低機械圧縮比の位置で固定するロック機構を備えるとよい。

本発明によると、第１油路の油圧が低下した異常時に、ロック機構によってシリンダブロックとクランクケースとの相対移動を最低機械圧縮比で固定する。これにより、機械圧縮比をシリンダブロックとクランクケースとが最も遠ざかった最低機械圧縮比に保持できる。したがって、機械圧縮比の変動に起因する異常振動の弊害を回避できる。

本発明によると、可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を制御する油圧に異常が生じた場合の弊害を回避できる。

実施例１に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係る可変圧縮比内燃機関におけるシリンダブロックとクランクケースとの重複部位近傍及び連通油路を示す拡大図である。 実施例１に係る可変圧縮比内燃機関におけるシリンダブロックとクランクケースとの重複部位近傍及びロック機構を示す拡大図である。 実施例１の他の例に係る可変圧縮比内燃機関におけるシリンダブロックとクランクケースとの重複部位近傍及びロック機構を示す拡大図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の可変圧縮比内燃機関（以下、内燃機関という）の概略構成を示す。図１に示す内燃機関１において、シリンダ２内の燃焼室に、シリンダヘッド６に設けられた吸気ポートを介して吸気管１０が接続されている。シリンダ２への吸気の流入は吸気弁７によって制御される。また、シリンダ２内の燃焼室に、シリンダヘッド６に設けられた排気ポートを介して排気管１１が接続されている。シリンダ２外への排気の排出は排気弁８によって制御される。ここで、吸気ポートには燃料噴射弁５が設けられている。また、シリンダ２の頂部には、点火プラグ９が設けられている。

内燃機関１において、シリンダブロック３がクランクケース１２に対してシリンダ軸線方向に相対移動自在となっている。このため、可変圧縮比機構２０によってシリンダブロック３をクランクケース１２に対して相対移動させることによって、燃焼室の容積を変更し機械圧縮比を変更することができる。シリンダブロック３をクランクケース１２に近づけることで、機械圧縮比を高圧縮比に変更できる。また、シリンダブロック３をクランクケース１２から遠ざけることで、機械圧縮比を低圧縮比に変更できる。

ここで、可変圧縮比機構２０の詳細について説明する。図２は、シリンダブロック３とクランクケース１２とが相対移動する際に両者が重なる部位（以下、重複部位という）近傍の拡大図である。重複部位において、シリンダブロック３の側壁の一部がシリンダ２の軸線に対して垂直方向（図示水平方向）に外側に突出している突出部３ａが設けられている。

突出部３ａの上側には、突出部３ａのシリンダヘッド６側とシリンダブロック３とクランクケース１２とによって第１油圧室２０ａが形成されている。また、突出部３ａの下側には、突出部３ａのクランクケース１２側とシリンダブロック３とクランクケース１２とによって第２油圧室２０ｂが形成されている。

ここで、突出部３ａの上側であるシリンダヘッド６側には、シリンダヘッド側ピストン２０ｃが突出部３ａに固定されている。また、突出部３ａの下側であるクランクケース１２側には、クランクケース側ピストン２０ｄが突出部３ａに固定されている。シリンダヘッド側ピストン２０ｃ及びクランクケース側ピストン２０ｄの断面積は同一である。そして、突出部３ａ、シリンダヘッド側ピストン２０ｃ及びクランクケース側ピストン２０ｄによって、油圧ピストン２０ｅが構成されている。このため、第１油圧室２０ａと第２油圧室２０ｂは、油圧ピストン２０ｅで遮断されており、油圧ピストン２０ｅを挟んでいる。

第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂは、油制御装置１５によって第１油圧室用油路１８又は第２油圧室用油路１９を経て、油が供給されたり、油が回収されたりし、それぞれの油圧室内の油圧が制御される。第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９が本発明の第１油路に相当する。そして、第１油圧室２０ａ内の油圧は、シリンダヘッド側ピストン２０ｃに作用し、第２油圧室２０ｂ内の油圧は、クランクケース側ピストン２０ｄに作用する。これらの力の合力に応じた力が、油圧ピストン２０ｅを介してシリンダブロック３に作用する。例えば、第１油圧室２０ａ内の油圧が第２油圧室２０ｂ内の油圧より大きい場合には、シリンダブロック３をクランクケース１２に近づける力がシリンダブロック３に作用する。第１油圧室２０ａ内の油圧が第２油圧室２０ｂ内の油圧より小さい場合には、シリンダブロック３をクランクケース１２から遠ざける力がシリンダブロック３に作用する。

ここで、図１に示すように、油制御装置１５への油の供給は、内燃機関１の機関出力によって駆動されるポンプ１４によってオイルパン１３に貯留された油が油供給路１６を経て圧送されてくる。また、第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂから回収された油は、油制御装置１５及び油回収路１７を経て、再びオイルパン１３に貯留される。ここで、油供給路１６及び油回収路１７の途中には、それぞれ逆止弁であるチェックバルブ２１，２２が設けられている。チェックバルブ２１は、油供給路１６において油が油制御装置１５側からオイルパン１３側へ逆流することを防止する。チェックバルブ２２は、油回収路１７において油がオイルパン１３側から油制御装置１５側へ逆流することを防止する。

なお、図１では、図中右側の可変圧縮比機構２０につながる油供給路１６等を表示し、図中左側の可変圧縮比機構２０につながる油供給路等の表示を省略している。

図２に示すように、第１油圧室２０ａと第２油圧室２０ｂとを連通する連通油路２３が設けられている。連通油路２３が本発明の第２油路に相当する。連通油路２３には、遮断弁２４及びチェックバルブ２５が設けられている。遮断弁２４は、正常時は連通油路２３を遮断すると共に、第１油圧室２０ａ及び／又は第２油圧室２０ｂの油圧を制御できなくなった異常時に連通油路２３の遮断を解除する。チェックバルブ２５は、第１油圧室２０ａから第２油圧室２０ｂに流れる方向にのみ連通油路２３の油を流す逆止弁である。つまり、チェックバルブ２５は、シリンダブロック３とクランクケース１２とを遠ざける方向（低圧縮比となる方向）の油圧が増加する方向にのみ連通油路２３の油を流す。

図３に示すように、重複部位の上側には、ロック機構４０が設けられている。ロック機構４０は、シリンダブロック３に設けられ凹部４１ａを有する受け部４１と、クランクケース１２に設けられ最低機械圧縮比のときに凹部４１ａに嵌合するロックピン４３を有するロック装置４２と、を備える。

ロック装置４２では、ロックピン油圧室４４に第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９と同じくロックピン油圧室用油路４５を用いて油制御装置１５から油圧が供給さ
れている。また、ロックピン油圧室４４は、ピストン４６を介してバネ４７によってロックピン油圧室４４が小さくなり且つロックピン４３が受け部４１側へ突き出る方に付勢されている。

これにより、ロックピン４３は、第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９と同時にロックピン油圧室用油路４５の油圧が低下すると、ロックピン油圧室４４の油圧が低下してバネ４７の付勢力に抗しえなくなり、ロックピン４３はバネ４７の付勢力によって受け部４１側へ突き出る。そして、シリンダブロック３とクランクケース１２との相対移動が最低機械圧縮比以外の場合では、ロックピン４３が受け部４１に突き当たった状態でその相対移動を許容する。しかし、シリンダブロック３とクランクケース１２との相対移動が最低機械圧縮となると、その位置でロックピン４３が凹部４１ａに嵌合し、以後の相対移動が禁止される。つまり、ロック機構４０は、第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した異常時に、シリンダブロック３とクランクケース１２との相対移動を最低機械圧縮比の位置で固定する。

内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３０が併設されている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する。

ＥＣＵ３０には、クランクポジションセンサ３１及びアクセル開度センサ３２等、内燃機関１の運転状態を検知する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。一方、ＥＣＵ３０と油制御装置１５及び遮断弁２４が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３０からの指令によって、油制御装置１５が第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂへの油の供給若しくは回収を行い、遮断弁２４の遮断及び遮断の解除の切り替えを行う。

このように構成された内燃機関１において、クランクポジションセンサ３１やアクセル開度センサ３２等の出力信号に基づいて、内燃機関１の機械圧縮比をどのように変更するか、若しくは機械圧縮比を一定の値に保持するか決定する。

内燃機関１の機械圧縮比を上昇させるときは、油制御装置１５によって第１油圧室２０ａに油を供給し、第２油圧室２０ｂから油を回収する。これによって、第１油圧室２０ａ内の油圧が上昇する一方で、第２油圧室２０ｂ内の油圧が低下する。その結果、油圧ピストン２０ｅに作用する油圧によって生じる力の合力は、シリンダブロック３をクランクケース１２側に近づける方向の力となる。その結果、シリンダブロック３がクランクケース１２に近づくことで、燃焼室容積が減少し、内燃機関１の機械圧縮比が上昇する。

内燃機関１の機械圧縮比を低下させるときは、油制御装置１５によって第１油圧室２０ａから油を回収し、第２油圧室２０ｂに油を供給する。これによって、第１油圧室２０ａ内の油圧が低下する一方で、第２油圧室２０ｂ内の油圧が上昇する。その結果、油圧ピストン２０ｅに作用する油圧によって生じる力の合力は、シリンダブロック３をクランクケース１２から遠ざける方向の力となる。その結果、シリンダブロック３がクランクケース１２から遠ざかることで、燃焼室容積が増大し、内燃機関１の機械圧縮比が低下する。

内燃機関１の機械圧縮比を一定の値に保持するときは、油制御装置１５によって第１油圧室２０ａへ供給する油圧と第２油圧室２０ｂへ供給する油圧を同じにして油の流れを遮断する。これによって、第１油圧室２０ａと第２油圧室２０ｂとが、等しい油圧で満たされた状態で密封される。その結果、シリンダブロック３はクランクケース１２に対してその位置を維持し、内燃機関１の機械圧縮比は一定の値に保持される。

ところで、第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂの油圧を所望の油圧に制御できない場合や油制御装置１５から供給する第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した場合等の油圧に異常が生じる場合がある。第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂの油圧を所望の油圧に制御できない場合には、機関負荷の増加時等にノッキングを避けるためにシリンダブロック３を上方へ移動させることができず、機械圧縮比を低圧縮比側へ制御できなくなる。よって、機械圧縮比が高圧縮比の状態に固定され、異常燃焼により内燃機関１の破損を招く。また、油制御装置１５から供給する第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した場合には、燃焼圧等の外力に対抗して油圧ピストン２０ｅを保持することができず、シリンダブロック３の位置を一定に保てなくなる。よって、外力に応じて内燃機関１のシリンダブロック３の位置が常時変化し、機械圧縮比を一定に保持できず、異常振動を引き起こす。このように、油圧に異常が生じる場合には、様々な弊害が生じるおそれがあった。

これに対し、本実施例では、第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂの油圧を制御できなくなった異常時に、遮断弁２４の連通油路２３の遮断が解除される。これにより、第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂが連通油路２３によってつながる。さらに、シリンダブロック３とクランクケース１２とを遠ざける方向の油圧が増加する方向にのみチェックバルブ２５が連通油路２３の油を流す。これにより、シリンダブロック３とクランクケース１２とが遠ざかる低圧縮比側へ機械圧縮比が変更されることだけを許容する。したがって、第１油圧室２０ａ及び第２油圧室２０ｂの油圧を制御できなくなった異常時における、シリンダブロック３とクランクケース１２とが近づいた機械圧縮比が高圧縮比の状態に固定されることに起因する内燃機関１が破損する弊害を回避できる。

また、本実施例では、第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した異常時に、ロック機構４０によってシリンダブロック３とクランクケース１２との相対移動を最低機械圧縮比で固定する。これにより、機械圧縮比をシリンダブロック３とクランクケース１２とが最も遠ざかった最低機械圧縮比に保持できる。したがって、第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した異常時における、機械圧縮比の変動に起因する異常振動の弊害を回避できる。

なお、本実施例では、シリンダブロック３に突出部３ａを設けて油圧ピストン２０ｅを構成していた。しかしこれに限られない。クランクケース１２に突出部を設けて油圧ピストンを構成してもよい。

また、ロック機構４０は、図４に示すように、ロックピン４３の先端を上側が下側よりも突出するくさび形状にし、受け部４１をロックピン４３の先端のくさび形状を連続させた鋸歯形状の段差を設けたものとしてもよい。これによると、ロック機構４０は、シリンダブロック３が上方に動くこと（シリンダブロック３がクランクケース１２から遠ざかる方向＝機械圧縮比が低下する方向）だけを許容する。よって、ロック機構４０は、第１油圧室用油路１８及び第２油圧室用油路１９の油圧が低下した異常時に、シリンダブロック３が最上位の最低機械圧縮比の位置まで移動すると、シリンダブロック３を固定する。

本発明に係る可変圧縮比内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１ 内燃機関
２ シリンダ
３ シリンダブロック
３ａ 突出部
１２ クランクケース
１４ ポンプ
１５ 油制御装置
１６ 油供給路
１７ 油回収路
１８ 第１油圧室用油路
１９ 第２油圧室用油路
２０ 可変圧縮比機構
２０ａ 第１油圧室
２０ｂ 第２油圧室
２０ｃ シリンダヘッド側ピストン
２０ｄ クランクケース側ピストン
２０ｅ 油圧ピストン
２１，２２ チェックバルブ
２３ 連通油路
２４ 遮断弁
２５ チェックバルブ
３１ クランクポジションセンサ
３２ アクセル開度センサ
４０ ロック機構
４１ 受け部
４１ａ 凹部
４２ ロック装置
４３ ロックピン
４４ ロックピン油圧室
４５ ロックピン油圧室用油路
４６ ピストン
４７ バネ

Claims (2)

1. シリンダブロック又はクランクケースに固定された油圧ピストンと、前記油圧ピストンを前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動方向において移動自在に収容し前記シリンダブロックと前記クランクケースとを近づける方向の油圧又は遠ざける方向の油圧を前記油圧ピストンに対して作用させる前記油圧ピストンを挟む２つの油圧室と、２つの前記油圧室へ油を供給する又は２つの前記油圧室から油を回収する第１油路と、を備え、２つの前記油圧室の油圧を制御することで機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
   ２つの前記油圧室を連通する第２油路と、
   正常時は前記第２油路を遮断すると共に前記油圧室の油圧を制御できなくなった異常時に前記第２油路の遮断を解除する遮断弁と、
   前記シリンダブロックと前記クランクケースとを遠ざける方向の油圧が増加する方向にのみ前記第２油路の油を流す逆止弁と、
   を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
2. 前記第１油路の油圧が低下した異常時に前記シリンダブロックと前記クランクケースとの相対移動を最低機械圧縮比で固定するロック機構を備え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。

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