JP5270522B2 - 内燃機関の可変圧縮比機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構に関する。

内燃機関の圧縮比を変更する機構として、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより、燃焼室容積を変更する機構が知られている。

上記した機構においては、従来のようにクランクケースとシリンダブロックとの連結部位にガスケットを配置することができない。これに対し、クランクケース内の気密性の保持、或いはシリンダブロックとクランクケースとの摺動部に供給される潤滑油の漏洩防止を図るために、クランクケースとシリンダブロックとの隙間に変形自在または転動自在なシール材を配置する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００６−３１６７７０号公報

ところで、上記したような従来の技術では、シール材を組み付ける際にシリンダブロックとクランクケースとの隙間にシール材を圧入する必要がある。そのため、専用の治具が必要になる可能性がある。また、上記したシール材は内燃機関の全周にわたって配置されるため、シール材の圧入時に該シール材の状態（シリンダ軸方向における位置、歪み、捻れなど）を均一にする必要もある。

本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対摺動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構において、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材の組み付け容易性を向上させるとともにシール材の耐久性を向上させることを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、
前記内燃機関の全周にわたって前記シリンダブロックと前記クランクケースとの隙間を覆うべく、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に架設される環状のシール材を備え、
前記シール材は、山部を一つ有する蛇腹状に形成されるようにした。

本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとの間にシール材を圧入する必要がなくなるため、シール材の組み付け容易性が向上する。さらに、本発明のシール材は山部が一つのみの蛇腹状に形成されるため、山部が複数形成された蛇腹状に比べ屈曲部の曲率が大きくなる。屈曲部の曲率が大きくなると、圧縮比の変更に伴うシール材の伸縮時に該シール材に作用する応力を広い範囲に分散させることが可能となる。よって、シール材の耐久性を向上させることも可能となる。

本発明において、シール材とシリンダブロックとの接合方法としては、シール材の一方
の開口端をシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟持させる方法を用いることができる。この接合方法によれば、シリンダヘッドがシリンダブロックに組み付けられるときに、シール材の一方の開口端を挟み込めばよいので、シール材とシリンダブロックとの接合作業が容易となる。

なお、シール材においてシリンダブロックとシリンダヘッドとに挟持される部位には、鉄板などの補強部材が鋳込まれるようにしてもよい。このような構成によると、シリンダヘッドがシリンダブロックに組み付けられるときに、シール材が過剰に変形したり、破断したりする事態を回避することができる。その結果、シール材とシリンダブロックとの接合作業が容易になるとともにシール材の耐久性も向上させることができる。

本発明において、シール材とクランクケースとの接合方法としては、シール材の他方の開口端をクランクケースとリテーナとの間に挟持する方法を用いることができる。この接合方法によれば、クランクケースとリテーナとによってシール材の他方の開口端を挟持すればよいので、シール材とクランクケースとの接合作業が容易となる。

なお、シール材の他方の開口端に環状の突条を設けるとともに、クランクケースの外周に環状の溝を設け、前記突条を前記溝に嵌合させた状態でシール材とクランクケースとを接合するようにしてもよい。このような構成によると、シール材とクランクケースとの接合部におけるシール性を向上させることができる。

本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとを相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構において、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材の組み付け容易性を向上させることができるとともに、シール材の耐久性を向上させることができる。

本発明を適用する内燃機関の断面図である。 本発明を適用する内燃機関の分解斜視図である。 シール材の構成を示す断面図である。 シール材とシリンダブロックの接合部分を示す断面図である。 シリンダブロックの平面図である。 シール材とクランクケースの接合部分を示す断面図である。 クランクケースの平面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、シリンダブロック２とクランクケース３とがシリンダ軸方向へ相対摺動することにより機械圧縮比（燃焼室容積）が変更される火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。

内燃機関１は、シリンダブロック２と、クランクケース３と、シリンダヘッド４と、を備えている。シリンダブロック２とクランクケース３とは、シリンダ軸方向に摺動自在に嵌合されている。図１に示す例では、シリンダブロック２の下部（シリンダ軸方向におい
て下死点側の部分）がクランクケース３の上部（シリンダ軸方向において上死点側の部分）によって包囲されており、シリンダブロック２の外壁面とクランクケース３の内壁面とが摺動するようになっている。また、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とは、一体的に連結されている。

前記シリンダブロック２には、気筒（シリンダ）５が形成されている。気筒５内には、ピストン６がシリンダ軸方向に摺動自在に装填されている。前記クランクケース３には、クランクシャフト７が回転自在に支持されている。ピストン６とクランクシャフト７は、コネクティングロッド８を介して連結されている。

前記シリンダヘッド４には、気筒５内に連通する吸気ポート９と排気ポート１０とが設けられている。前記シリンダヘッド４には、吸気ポート９の開口端を開閉するための吸気バルブ１１と、排気ポート１０の開口端を開閉するための排気バルブ１２が設けられている。吸気バルブ１１は、シリンダヘッド４に回転自在に支持された吸気カムシャフト１３により開閉駆動される。排気バルブ１２は、シリンダヘッド４に回転自在に支持された排気カムシャフト１４により開閉駆動される。また、シリンダヘッド４には、吸気ポート９内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１５と、気筒５内に火花を発生させる点火プラグ１６とが取り付けられている。

次に、シリンダブロック２とクランクケース３とが相互に重なり合う部分には、クランクケース３に対してシリンダブロック２をシリンダ軸方向へ変位させるための可変圧縮比機構１００が設けられている。可変圧縮比機構１００としては、電動モータ等のアクチュエータが偏心カムを回転させることによりシリンダブロック２をシリンダ軸方向へ変位させる機構を例示することができる。

可変圧縮比機構１００によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック２をクランクケース３から遠ざける（シリンダブロック２をシリンダ軸方向の上死点側へ変位させる）ことにより、燃焼室容積を大きくすることができる。その結果、機械圧縮比（行程容積と燃焼室容積との総和を燃焼室容積で除算した値）が低くなる。

また、上記した可変圧縮比機構１００によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック２をクランクケース３に近づける（シリンダブロック２をシリンダ軸方向の下死点側へ変位させる）ことにより、燃焼室容積を小さくすることができる。その結果、内燃機関１の機械圧縮比が高くなる。

このように構成された内燃機関１には、燃料噴射弁１５、点火プラグ１６、可変圧縮比機構１００などの各種機器を電気的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１７が併設されている。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成されるユニットである。

ＥＣＵ１７には、クランクポジションセンサ１８や、アクセルポジションセンサ１９などの各種センサの電気信号が入力されるようになっている。クランクポジションセンサ１８は、クランクシャフト７近傍に配置され、クランクシャフト７の回転位置に相関するパルス信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する信号を出力するセンサである。

ＥＣＵ１７は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関１の運転状態（機関運転状態）を判別し、その判別結果に従って上記した各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ１７は、クランクポジションセンサ１８やアクセルポジションセンサ１９の出力信号から判別される機関回転数および機関負荷に基づいて、可変圧縮比機構１００を制御する。

その際、機関回転数および機関負荷が予め定められた低負荷・低回転運転領域にあるときは、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の圧縮比が高くなるように可変圧縮比機構１００を制御する。詳細には、ＥＣＵ１７は、シリンダブロック２がクランクケース３に近づく（シリンダ軸方向の下死点側へ変位する）ように可変圧縮比機構１００を制御する。

また、機関回転数および機関負荷が上記した低負荷・低回転運転領域から逸脱したときは、ＥＣＵ１７は、シリンダブロック２がクランクシャフト７から遠ざかる（シリンダ軸方向の上死点側へ変位する）ように可変圧縮比機構１００を制御することにより、内燃機関１の圧縮比を低下させる。

なお、内燃機関１の圧縮比は、上記したように２段階に切り換えられてもよく、或いは機関回転数及び機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。

このように内燃機関１の圧縮比が変更されると、低負荷・低回転運転領域における燃焼効率の向上と、高負荷・高回転運転領域におけるノッキングの抑制と、を両立することができる。

ところで、クランクケース３内の気密性を保つためには、シリンダブロック２とクランクケース３とが相互に重なり合う部分の隙間を密閉する必要がある。これに対し、本実施例の内燃機関の可変圧縮比機構は、図２に示すように、内燃機関１の全周にわたって前記隙間を覆うシール材２００を配置している。

ここで、図３乃至図７に基づいてシール材２００の構成について説明する。図３は、シール材２００の断面図である。図４は、シール材２００とシリンダブロック２の接合部分を示す断面図である。図５は、シリンダブロック２の平面図である。図６は、シール材２００とクランクケース３の接合部分を示す断面図である。図７は、クランクケース３の平面図である。なお、以下において「上部」とはシリンダ軸方向において上死点側の部位を示し、「下部」とはシリンダ軸方向において下死点側の部位を示すものとする。

本実施例のシール材２００は、図３に示すように、内方に突出した山部を一つのみ有する蛇腹状のシール本体２０１と、シール本体２０１の上部開口端に設けられてシリンダヘッド４とシリンダブロック２との間に挟持される第１支持部２０２と、シール本体２０１の下部開口端に設けられてクランクケース３とリテーナ３０との間に挟持される第２支持部２０３と、を備えている。

シール本体２０１は、柔軟性と耐圧性を有する材質により形成されている。なお、柔軟性と耐圧性とを有する材質としては、ゴムと樹脂の中間的組成物である熱可塑性エラストラマ（ＴＰＥＥ）を例示することができる。その際、シール本体２０１の内面にフッ素樹脂などの被膜を形成することにより、シール本体２０１の耐薬品性を向上させてもよい。

第１支持部２０２は、シリンダブロック２の上面と平行な下面を有する環状体であり、シール本体２０１と一体成形されている。第１支持部２０２には、図４に示すように、金属製の補強部材２２０が鋳込まれている。なお、補強部材２２０は、該補強部材２２０の上面が第１支持部２０２から露出し、かつ該補強部材２２０の下面が第１支持部２０２によって覆われるように第１支持部２０２に鋳込まれている。

第１支持部２０２の下面において前記シリンダブロック２の上面と当接する部位には、環状のリブ２２１が２本設けられている。これに対応して、シリンダブロック２の上面において前記リブ２２１と対向する部位には、図５に示すように、環状の溝２０が２本形成
されている。

一方、第２支持部２０３は、クランクケース３の上面と平行な下面を有する環状体であり、シール本体２０１と一体成形されている。第２支持部２０３の下面には、図６に示すように、該第２支持部２０３の全周にわたって環状の突条２３０が形成されている。前記突条２３０には、該突条２３０より柔軟性の高いカバー２３１が被せられている。カバー２３１の材質としては、共重合などの方法を利用して前記シール本体２０１より柔軟性を高めたＴＰＥＥ、ＴＰＥＥにエラストマ成分をブレンドしたもの、もしくはゴムを用いることができる。

前記クランクケース３の上面において前記カバー２３１と対向する部位には、図７に示すように、環状の溝３２が形成されている。また、前記クランクケース３には、リテーナ３０がボルト３１によって締結可能になっている。

以下、上記したシール材２００の組み付け方法について述べる。シール材２００をシリンダブロック２に取り付ける場合は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを組み付ける前に、前記第１支持部２０２のリブ２２１をシリンダブロック２の溝２０に嵌合させる。続いて、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを締結することにより、第１支持部２０２がシリンダブロック２とシリンダヘッド４とに挟持されることになる。

次に、シール材２００をクランクケース３に取り付ける場合は、第２支持部２０３に取り付けられたカバー２３１が取り付けられた状態で該カバー２３１をクランクケース３の溝３２に嵌合させる。続いて、リテーナ３０をボルト３１によってクランクケース３に締結することにより、第２支持部２０３がリテーナ３０とクランクケース３とに挟持されることになる。

以上述べたように、本実施例のシール材２００によれば、該シール材２００を内燃機関１に組み付ける際に専用の治具などを必要としないため、組み付け容易性が高い。さらに、シール本体２０１は山部が一つのみの蛇腹状に形成されるため、山部が複数形成された蛇腹状に比べ、屈曲部の曲率を大きくすることができる。その結果、シリンダブロック２とクランクケース３との相対変位に伴ってシール材２００が伸縮するときに、シール材２００に皺が寄りにくくなるとともにシール材２００に作用する応力を広い範囲に分散させることができる。よって、シール材２００の耐久性を向上させることができる。

また、第１支持部２０２にリブ２２１を設けたことにより、シリンダブロック２とシール材２００とのシール性を高めることができる。さらに、第１支持部２０２に補強部材２２０を鋳込むことにより、第１支持部２０２の不要な変形が抑制されるとともに、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との締結圧力によって、第１支持部２０２が捩れたり、破断したりする事態を抑制することもできる。なお、第１支持部２０２とシリンダブロック２との間に、ゴムなどの弾生体で形成されるシール材を追加してもよい。その場合、シリンダブロック２とシール材２００とのシール性を一層高めることができる。

一方、第２支持部２０３の下面に環状に突出したカバー２３１を取り付けるとともに、該カバー２３１が嵌合するための溝３２をクランクケース３の上面に設けたことにより、クランクケース３とシール材２００とのシール性を高めることができる。

したがって、本実施例によれば、シリンダブロック２とクランクケース３とをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより圧縮比が変更される内燃機関において、シリンダブロック２とクランクケース３との間に配置されるシール材２００の組み付け容易性を向上させることができるとともに、シール材２００の耐久性を向上させることができる。

なお、本実施例では、シール材２００の第１支持部２０２がシリンダヘッド４とシリンダブロック２とに挟持される構成を例に挙げたが、シリンダブロック２の壁面とリテーナとによって挟持されてもよい。要は、シール材２００のシール本体２０１が一つの山部を有する蛇腹状に形成されれば、第１支持部２０２および第２支持部２０３の固定方法は如何なる形態であってもよい。

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ クランクケース
４ シリンダヘッド
５ 気筒
６ ピストン
７ クランクシャフト
８ コネクティングロッド
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１３ 吸気カムシャフト
１４ 排気カムシャフト
１５ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
２０ 溝
３０ リテーナ
３１ ボルト
３２ 溝
１００ 可変圧縮比機構
２００ シール材
２０１ シール本体
２０２ 第１支持部
２０３ 第２支持部
２２０ 補強部材
２２１ リブ
２３０ 突条
２３１ カバー

Claims (3)

1. シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、
   前記内燃機関の全周にわたって前記シリンダブロックと前記クランクケースとの隙間を覆うべく、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの間に架設される環状のシール材を備え、
   前記シール材は、山部を一つ有する蛇腹状に形成されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
2. 請求項１において、前記シール材の一方の開口端には補強部材が鋳込まれ、前記補強部材が鋳込まれた部位が前記シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟持されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。
3. 請求項１または２において、前記クランクケースの外周に環状の溝が設けられるとともに、前記シール材の他方の開口端に前記溝に嵌合する環状の突条が設けられ、
   前記突条が前記溝に嵌合した状態で前記シール材の他方の開口端が前記クランクケースとリテーナとの間に挟持されることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比機構。

Images