JP5333251B2 - 可変圧縮比式の内燃機関 - Google Patents

Description

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変位させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比式の内燃機関に関する。

内燃機関のクランクケース内に滞留したブローバイガスを掃気する方法として、吸気通路からシリンダヘッドカバー、シリンダヘッド、およびシリンダブロックを順次通ってクランクケースに空気を導くための導入通路と、クランクケース内のガスを吸気通路に排出するための排出通路とを設けることにより、クランクケース内のブローバイガスを空気と換気する方法が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

また、近年では、内燃機関の燃料消費量の低減や燃焼効率の向上などを目的として、機械圧縮比を変更する技術も提案されている。このような技術としては、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、燃焼室容積を変更する技術が知られている（たとえば、特許文献２を参照）。

特開２００９−６８４０５号公報 特開２００７−３０３４２３号公報

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圧縮比が変更される内燃機関においては、シリンダブロックとクランクケースとがシリンダ軸方向に重なり合う部分（重複部分）がある。前記した重複部分には、シリンダブロックとクランクケースとの摺動抵抗を低減するために僅かな隙間が設けられている。クランクケースの内部と前記した隙間とは連通しているため、クランクケース内のブローバイガスが前記した隙間に入り込む可能性がある。

ところで、前記した特許文献１に開示された方法によると、導入通路がシリンダブロックの内部を貫通するため、前記した隙間内のブローバイガスを掃気することができない可能性がある。

また、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、シリンダブロックとクランクケースとの間には前記した隙間の開口端を閉塞するためのシール材が設けられている。そのため、前記した隙間に入り込んだブローバイガスが掃気されずに滞留し続けると、シール材の劣化を早める可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、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、シリンダブロックとクランクケースとの隙間に存在するブローバイガスを掃気可能な技術の提供にある。

本発明は、前記した課題を解決するために、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圧縮比が変更される可変圧縮比式の内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとの隙間に存在するガスを掃気する手段を設けるようにした。

詳細には、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圧縮比が変更される可変圧縮比式の内燃機関において、
吸気通路を流れる新気の一部をクランクケースの内部へ導く導入通路と、
クランクケースの内部に存在するガスを吸気通路へ導く排出通路と、を備え、
前記導入通路は、シリンダブロックとクランクケースとが重なり合う部分におけるシリンダブロックとクランクケースとの隙間を経由するようにした。

かかる発明によると、吸気通路を流れる新気（空気）の一部は、シリンダブロックとクランクケースとが重なり合う部分におけるシリンダブロックとクランクケースとの隙間を経由してクランクケース内へ流れることになる。

このため、シリンダブロックとクランクケースとの隙間に存在するブローバイガスは、新気により前記隙間からクランクケース内へ押し流されることになる。その結果、前記隙間に存在するブローバイガスは、新気と入れ代わる（換気）ことになる。さらに、前記隙間からクランクケース内へ押し流されたブローバイガスは、クランクケース内のブローバイガスととともにクランクケースから排出通路へ排出され、次いで排出通路から吸気通路へ流れる。

したがって、本発明の可変圧縮比式の内燃機関によれば、シリンダブロックとクランクケースとがシリンダ軸方向に相対摺動することにより圧縮比が変更される可変圧縮比式の内燃機関において、シリンダブロックとクランクケースとが重なり合う部分におけるシリンダブロックとクランクケースとの隙間に入り込んだブローバイガスも掃気することが可能となる。よって、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劣化が早まる事態を回避することができる。

ここで、従来の導入通路は、吸気通路からシリンダヘッドカバーの内部へ新気を導く通路と、シリンダヘッドカバーの内部からシリンダヘッドおよびシリンダブロックをシリンダ軸方向に貫通してクランクケースの内部へ至る貫通路と、を備えていた。これに対し、本発明に係わる導入通路は、前記貫通路から分岐して前記隙間に至る分岐路を更に備えるようにしてもよい。

このように構成された導入通路によれば、吸気通路から貫通路に導かれた新気は、該貫通路の途中から分岐路を介して前記隙間へ導入されることになる。なお、前記隙間における前記分岐路の開口端は、可能な限りシリンダ軸方向の上死点寄りに設けられることが好ましい。その場合、前記隙間の略全域にわたってブローバイガスを掃気することが可能となる。

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、シリンダブロックとクランクケースとの隙間に存在するブローバイガスを掃気することが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 ブローバイガス還元装置の構成を示す第１の図である。 ブローバイガス還元装置の構成を示す第２の図である。

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の内壁面とが相対摺動するようになっている。

その際、シリンダブロック２とクランクケース３との重複部分におけるシリンダブロック２の外壁面とクランクケース３の内壁面との間には、シリンダブロック２とクランクケース３との摺動抵抗を低減するためのクリアランス（隙間）が設けられている。なお、前記隙間の上部開口端（シリンダ軸方向の上死点側に位置する開口端）は、シリンダブロック２とクランクケース３との間に架設されたシール材３００により覆われている。

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は、前記シリンダブロック２の上部に固定されている。前記シリンダヘッド４の上面は、シリンダヘッドカバー４０により覆われている。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。

また、シリンダヘッド４には、前記吸気ポート９と連通する吸気通路９０と、前記排気ポート１０に連通する排気通路１００とが接続されている。吸気通路９０は、大気中から取り込んだ空気を前記吸気ポート９へ導くための通路である。排気通路１００は、排気ポート１０から流出するガス（排気）を排気浄化装置や消音器などに導くための通路である。

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２００が設けられている。可変圧縮比機構２００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利用することができる。

可変圧縮比機構２００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２００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２００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２００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２００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２００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２００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、上記したように構成された内燃機関１には、クランクケース３内に浸入したブローバイガスを掃気するための機構を設ける必要がある。これに対し、吸気通路からクランクケースの内部へ新気（空気）を導く導入通路、およびクランクケース内のガスを吸
気通路に導く排出通路を内燃機関に設け、クランクケース内のブローバイガスを新気（空気）と交換（換気）する方法が考えられる。

しかしながら、本実施例の内燃機関１は、シリンダブロック２とクランクケース３との重複分においてシリンダブロック２の外壁面とクランクケース３の内壁面との間に隙間を有している。この隙間は、クランクケース３の内部と連通しているため、クランクケース３内のブローバイガスが当該隙間に入り込む可能性がある。

このため、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対摺動する内燃機関１においては、クランクケース３内のブローバイガスに加え、前記した隙間に浸入したブローバイガスも掃気する必要がある。

以下、クランクケース３内および前記隙間のブローバイガスを掃気する機構（以下、「ブローバイガス還元機構」と称する）について図２乃至図３に基づいて説明する。図２は、内燃機関１のシリンダ軸方向の断面図である。図３は、シリンダブロック２とクランクケース３とが重なり合う部分の拡大断面図である。

本実施例のブローバイガス還元機構は、吸気通路９０からシリンダヘッドカバー４０内へ新気（空気）を導く第１導入通路５０と、シリンダヘッドカバー４０内からクランクケース３内へ新気を導く第２導入通路５１と、クランクケース３内から吸気通路９０へガスを導く排出通路５２と、を備えている。

前記した第１導入通路５０は、吸気通路９０におけるスロットル弁９１より上流の部位とシリンダヘッドカバー４０内とを連通するように構成されている。前記した第２導入通路５１は、吸気通路９０におけるスロットル弁９１より下流の部位とクランクケース３内とを連通するように構成されている。

また、前記した第２導入通路５１は、シリンダヘッド４およびシリンダブロック２をシリンダ軸方向に貫通する貫通路５１ａと、前記貫通路５１ａからシリンダブロック２の外壁面に至る分岐路５１ｂと、を備えている。

シリンダブロック２の外壁面における分岐路５１ｂの開口端は、シリンダブロック２とクランクケース３とが重なり合う部分におけるシリンダブロック２の外壁面とクランクケース３の内壁面との隙間Ａに臨む位置に設けられるものとする。なお、前記開口端は、前記隙間Ａに臨む範囲内において可能な限り上方（シリンダ軸方向の上死点寄り）に設けられることが望ましい。

このように構成されたブローバイガス還元機構によれば、クランクケース３内にブローバイガスが浸入すると、吸気通路９０におけるスロットル弁９１より下流の圧力（吸気管負圧）に対してクランクケース３内の圧力が高くなる。

その場合、クランクケース３内のブローバイガスが排出通路５２を介して吸気通路９０へ排出されるとともに、スロットル弁９１より上流の吸気通路９０を流れる新気の一部が第１導入通路５０、シリンダヘッドカバー４０内部、および第２導入通路５１を経てクランクケース３内に導入される。

なお、図３中の矢印で示すように、第２導入通路５１に流入した新気の大部分は貫通路５１ａを介してクランクケース３内に流れるが、残りの一部の新気は分岐路５１ｂおよび隙間Ａを介してクランクケース３内に流れることになる。よって、クランクケース３内のブローバイガスに加え、隙間Ａ内のブローバイガスも新気と交換されることになる。さら
に、分岐路５１ｂの開口端を前記隙間Ａに臨む範囲内で可能な限り上死点寄りに配置することにより、前記隙間Ａの略全域にわたってブローバイガスを掃気することが可能となる。

以上述べた実施例によれば、シリンダブロック２とクランクケース３とがシリンダ軸方向に相対摺動することにより圧縮比が変更される内燃機関１において、シリンダブロック２とクランクケース３とが重なり合う部分におけるシリンダブロック２とクランクケース３との隙間Ａに入り込んだブローバイガスを掃気することが可能となる。その結果、ブローバイガスがシール材３００に接触することによってシール材３００の劣化が早まる事態を回避することができる。

なお、本実施例では、第２導入通路５１に流入した新気の一部が前記隙間Ａを通ってクランクケース３内へ流れる構成を例挙げたが、第２導入通路５１に流入した新気の全部が前記隙間Ａを通ってクランクケース３内へ流れる構成であってもよい。すなわち、第２導入通路５１の貫通路５１ａは、シリンダヘッド４およびシリンダブロック２を貫通して前記隙間Ａに連通するように構成されてもよい。

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
１５ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
４０ シリンダヘッドカバー
５０ 第１導入通路
５１ 第２導入通路
５１ａ 貫通路
５１ｂ 分岐路
５２ 排出通路
９０ 吸気通路
９１ スロットル弁
１００ 排気通路
２００ 可変圧縮比機構
３００ シール材

Claims (2)

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圧縮比が変更される可変圧縮比式の内燃機関において、
   吸気通路を流れる新気の一部をクランクケースの内部へ導く導入通路と、
   クランクケースの内部に存在するガスを吸気通路へ導く排出通路と、を備え、
   前記導入通路は、シリンダブロックとクランクケースとが重なり合う部分に形成されるシリンダブロックとクランクケースの隙間を経由してクランクケースに至ることを特徴とする可変圧縮比式の内燃機関。
2. 請求項１において、前記導入通路は、シリンダブロックをシリンダ軸方向に貫通する貫通路と、前記貫通路から分岐して前記隙間に至る分岐路と、を具備することを特徴とする可変圧縮比式の内燃機関。

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