JP5831636B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることによりトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる圧縮比可変機構を備える内燃機関が知られている。

特開２００８−０７５６０２号公報においては、クランクケースとシリンダブロックとのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることにより、ピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を変更することができる圧縮比可変機構が開示されている。

また、特開昭６０−２２０３０号公報においては、シリンダブロックとクランクケースまたはシリンダヘッドとの間を形状記憶合金によって接合した可変圧縮比エンジンが開示されている。この形状記憶合金は、シリンダの軸方向において、低温側で縮み、高温側で伸びるように形成されていることが開示されている。

特開２００８−０４５４４３号公報においては、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変機構を備え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スプリング機構を設けることが開示されている。このスプリング機構は、シリンダブロックとクランクケースとを接近させる方向に付勢している。

特開２０１１−１５３５９７号公報においては、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変機構を備える内燃機関において、シリンダヘッドの内部に冷却水を流すウォータジャケットが形成されていることが開示されている。

特開２０１１−１４４７８９号公報においては、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変機構を備え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環状のシール材を設けることが開示されている。このシール材は、内燃機関の全周にわたってシリンダブロックとクランクケースとの隙間を覆うように形成されることが開示されている。

また、特開２０１０−１０６７１０号公報においては、シリンダブロックに設けられ、ピストンと摺動するシリンダライナが開示されている。このシリンダライナは、ピストンを摺動させる摺動面部とピストンと非接触の非摺動面部とを有する。摺動面部は、円筒体の内壁面で構成されるとともに、非摺動面部は、円筒体の端部が内壁面から半径方向の外方に徐々に拡径される傾斜面で構成されていることが開示されている。

特開２００８−０７５６０２号公報 特開昭６０−２２０３０号公報 特開２００８−０４５４４３号公報 特開２０１１−１５３５９７号公報 特開２０１１−１４４７８９号公報 特開２０１０−１０６７１０号公報

上記の特開２００８−０７５６０２号公報および特開２００８−０４５４４３号公報に開示されているように、クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させることにより、機械圧縮比を変更することができる。この場合に、クランクケースが不動部になり、シリンダブロックおよびシリンダブロックに固定されているシリンダヘッドが可動部になる。このような内燃機関では、運転期間中に可動部が移動することにより振動が生じるという問題があった。

例えば、４気筒の直列の内燃機関では、第１気筒から第４気筒までの複数の気筒が一列に配置されている。第１気筒において燃焼が生じると、燃焼荷重がシリンダヘッドに加わる。このときに、シリンダブロックの弾性変形、クランクケースの弾性変形、または圧縮比可変機構の軸受けのクリアランス等に起因して、シリンダブロックの第１気筒が配置されている端部が持ち上がる。第４気筒が配置されている反対側の端部では、燃焼が生じていないために下側に下がる。その後に、第４気筒において燃焼が生じると、第４気筒が配置されている端部が持ち上がり、第１気筒が配置されている端部が下がる。この現象が繰り返されると、複数の気筒が並ぶ方向（長手方向）に沿って、クランクケースに対してシリンダヘッドが揺動するピッチング運動と称される運動が生じる。内燃機関は、このピッチング運動に起因する振動が生じる場合がある。

また、ピストンはコネクティングロッドを介してクランクシャフトに接続されているために、シリンダブロックには、ピストンが往復運動する方向と垂直な方向（スラスト方向）に力が加わる。ピストンによるスラスト力がシリンダブロックに作用し、シリンダブロックの弾性変形、クランクケースの弾性変形、または圧縮比可変機構の軸受けのクリアランス等に起因して、クランクケースに対してシリンダヘッドが揺動する場合がある。クランクケースに対してシリンダブロックが幅方向に傾く運動が生じる。この運動は、複数の気筒が並ぶ方向と垂直な方向に沿って生じ、ローリング運動と称される。内燃機関には、このローリング運動に起因する振動が生じる場合がある。

更に、ピストンの往復運動の慣性力により、クランクケースがピストンの移動方向に振動する場合がある。この振動がシリンダブロックに作用し、シリンダブロックがピストンの往復運動する方向に移動するリフティング運動が生じる場合がある。リフティング運動を抑制するために、クランクケースとシリンダブロックとの間にスプリングが配置される場合がある。このような場合においても、シリンダブロックからスプリングに加わる荷重が所定値以上になると、リフティング運動に起因する振動が生じる場合がある。

このように、圧縮比可変機構を備える内燃機関では、上述の運動に起因した振動が生じるという問題がある。また、振動が生じると、クランクケースに対してシリンダブロックが上下方向および左右方向に動くために、軸受けやクランクケースとシリンダブロックとの間に配置されているスライダ等において打音が発生する場合がある。

本発明は、圧縮比可変機構を備える内燃機関において、振動を抑制することを目的とする。

本発明の内燃機関は、ピストンが内部に配置される穴部を有するシリンダブロックと、燃焼室の上面を有する凹部を含むシリンダヘッドと、シリンダブロックの穴部の表面に固定され、ピストンが接触するシリンダライナと、機械圧縮比を変化させる圧縮比可変機構とを備える。圧縮比可変機構は、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動することにより燃焼室の大きさが可変に形成されている。シリンダライナは、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動する範囲内において、シリンダヘッドに向かう端部がシリンダヘッドの凹部の内部に配置されるように延びている。

上記発明においては、シリンダライナの端部は、シリンダブロックから飛び出すように形成されており、シリンダヘッドの凹部に対して摺動することができる。

上記発明においては、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に配置され、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを付勢する弾性部材を備え、弾性部材は、シリンダライナの周りに配置され、シリンダライナを囲む形状を有することができる。

上記発明においては、 シリンダライナは、シリンダヘッドに向かう端部が先端に向かって徐々に薄くなるように形成されることができる。

上記発明においては、シリンダヘッドは、シリンダライナの端部が凹部に挿入される領域の側方に形成されている冷却水の流路を有することができる。

上記発明においては、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に配置されている密閉部材を備え、密閉部材は、それぞれの気筒ごとにシリンダライナの周りに配置され、シリンダライナを囲む形状を有することが好ましい。

本発明によれば、圧縮比可変機構を備える内燃機関において、振動を抑制することができる。

実施の形態における第１の内燃機関の概略図である。 実施の形態における圧縮比可変機構の概略分解斜視図である。 実施の形態の第１の内燃機関において、機械圧縮比が高圧縮比の時のシリンダブロックおよびシリンダヘッドの概略断面図である。 実施の形態の第１の内燃機関において、機械圧縮比が低圧縮比の時のシリンダブロックおよびシリンダヘッドの概略断面図である。 実施の形態における第２の内燃機関のシリンダブロックおよびシリンダヘッドの概略断面図である。 実施の形態の第２の内燃機関において、弾性部材が配置されている部分を切断したときの概略断面図である。 実施の形態の第３の内燃機関において、シリンダライナの端部の拡大概略断面図である。 比較例のシリンダライナの端部の拡大概略断面図である。 実施の形態の第４の内燃機関において、シリンダライナの端部が挿入される領域の側方の拡大概略断面図である。 実施の形態の第５の内燃機関において、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの概略断面図である。 実施の形態の第５の内燃機関において、密閉部材が配置されている部分を切断したときの概略断面図である。

図１から図１１を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。

図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。

燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、燃焼室に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。

シリンダブロック２は、穴部２ａを有する。穴部２ａの表面には、シリンダライナ１５が固定されている。本実施の形態におけるシリンダライナ１５は、円筒状に形成されている。ピストン３は、シリンダライナ１５に接触している。また、ピストン３は、シリンダライナ１５に対して摺動する。ピストン３は、コネクティングロッド５８を介して、クランクシャフト５９に支持されている。ピストン３は上死点と下死点との間で往復運動する。ピストン３の往復運動により、クランクシャフト５９が回転する。

本実施の形態における内燃機関は、クランクシャフト５９を支持する支持構造物を備える。本実施の形態における支持構造物は、シリンダブロック２を含む。シリンダブロック２は、ピストン３が内部に配置される部分に加えて、クランクケース部７９とオイルパン部６０とを含む。クランクケース部７９の内部には、クランクシャフト５９が配置されている。また、クランクシャフト５９は、クランクケース部７９に支持されている。オイルパン部６０は、クランクケース部７９に固定されている。オイルパン部６０の内部には、機関本体１に含まれる部材を潤滑するオイル６１が貯留されている。

本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含み、制御装置として機能する。機関吸気通路に配置されているエアフローメータ、クランクシャフト５９の周りに配置されているクランク角センサ、または所定の位置に配置されている温度センサ等の各種センサの出力信号は、電子制御ユニット３１に入力される。

電子制御ユニット３１は、それぞれの対応する駆動回路を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。機関吸気通路に配置されているスロットル弁を駆動するステップモータ、燃料ポンプ等の内燃機関に含まれる機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。

本実施の形態における内燃機関は、圧縮比可変機構を備える。本実施の形態においては、ピストンが圧縮上死点に位置したときにシリンダヘッド４の凹部４ａおよびピストン３の冠面に囲まれる空間を燃焼室と称する。内燃機関の圧縮比は、燃焼室の容積等に依存して定まる。本実施の形態における圧縮比可変機構は、燃焼室の容積を変更することにより圧縮比を変更するように形成されている。燃焼室における実際の圧縮比である実圧縮比は、（実圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じている期間にピストンが移動する容積）／（燃焼室の容積）で示される。

図２は、本実施の形態における内燃機関の圧縮比可変機構の分解斜視図である。図３は、内燃機関の燃焼室の部分の第１の概略断面図である。図３は、圧縮比可変機構により高圧縮比になったときの概略図である。本実施の形態における内燃機関は、シリンダブロック２を含む支持構造物と、支持構造物の上側に配置されているシリンダヘッド４とが互いに相対移動する。本実施の形態におけるシリンダブロック２は、圧縮比可変機構を介してシリンダヘッド４を支持している。

図２および図３を参照して、シリンダヘッド４の両側の側壁の下方には複数個の突出部８０が形成されている。突出部８０には、断面形状が円形のカム挿入孔８１が形成されている。シリンダブロック２の上壁には、複数個の突出部８２が形成されている。突出部８２には、断面形状が円形のカム挿入孔８３が形成されている。シリンダブロック２の突出部８２は、シリンダヘッド４の突出部８０同士の間に嵌合する。

本実施の形態における圧縮比可変機構は、シリンダヘッド４の支持軸としての一対のカムシャフト８４，８５を含む。カムシャフト８４，８５は、それぞれのカム挿入孔８３内に回転可能に挿入される円形カム８８を含む。円形カム８８は各カムシャフト８４，８５の回転軸線と同軸状に配置されている。一方で、それぞれの円形カム８８の両側には、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸８７が延びている。この偏心軸８７上には、別の円形カム８６が偏心して回転可能に取付けられている。これらの円形カム８６は円形カム８８の両側に配置されている。円形カム８６は対応するカム挿入孔８１内に回転可能に挿入されている。

圧縮比可変機構は、モータ８９を含む。モータ８９の回転軸９０には、螺旋方向が互いに逆向きの２つのウォーム９１，９２が取付けられている。それぞれのカムシャフト８４，８５の端部には、ウォームホイール９３，９４が固定されている。ウォームホイール９３，９４は、ウォーム９１，９２と噛み合うように配置されている。モータ８９が回転軸９０を回転させることにより、カムシャフト８４，８５を、互いに反対方向に回転させることができる。モータ８９は、対応する駆動回路を介して電子制御ユニット３１に接続されている。モータ８９は、電子制御ユニット３１に制御されている。すなわち、本実施の形態における圧縮比可変機構は、電子制御ユニット３１に制御されている。

図３を参照して、それぞれのカムシャフト８４，８５上に配置された円形カム８８を、矢印９７に示すように互いに反対方向に回転させると、偏心軸８７が円形カム８８の上端に向けて移動する。円形カム８６は、カム挿入孔８１内において、矢印９６に示すように円形カム８８と反対方向に回転する。

図４に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の第２の概略断面図を示す。図４は、圧縮比可変機構により低圧縮比になったときの概略図である。図４に示されるように偏心軸８７が円形カム８８の上端まで移動すると、円形カム８８の中心軸が偏心軸８７よりも下方に移動する。図３および図４を参照して、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との相対位置は、円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離によって定まる。円形カム８６の中心軸と円形カム８８の中心軸との距離が大きくなるほどシリンダヘッド４がシリンダブロック２から離れる向きに移動する。矢印９８に示すようにシリンダヘッド４がシリンダブロック２から離れるほど、ピストン３が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が大きくなる。

このように、本実施の形態における圧縮比可変機構は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が相対的に移動することにより、燃焼室５の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積と燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と言う。機械圧縮比は、（機械圧縮比）＝（燃焼室の容積＋下死点から上死点までのピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。

図３ではピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が小さくなっている。吸入空気量が一定の場合には圧縮比が高くなる。この状態は、機械圧縮比が高い状態である。これに対して、図４ではピストン３が圧縮上死点に到達しており、燃焼室５の容積が大きくなっている。吸入空気量が一定の場合には圧縮比が低くなる。この状態は、機械圧縮比が低い状態である。このように、本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に圧縮比を変更することができる。たとえば、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮比可変機構により圧縮比を変更することができる。

なお、実際の圧縮比である実圧縮比は、機械圧縮比を変更する他にも、吸気弁の閉弁時期を変更することにより変化させることができる。内燃機関が吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構を備える場合には、可変動弁機構と圧縮比可変機構とを作動させることにより実圧縮比を変更することができる。

本実施の形態における圧縮比可変機構は、回転軸を偏心させた円形カムを回転させることにより、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを相対的に移動させているが、この形態に限られず、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを相対的に移動させる任意の機構を採用することができる。

図１、図３および図４を参照して、本実施の形態におけるシリンダライナ１５は、シリンダヘッド４に向かう側の端部１５ａを有する。本実施の形態における端部１５ａは、シリンダブロック２から飛び出すように形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室５を形成するための凹部４ａが形成されている。凹部４ａは、燃焼室５の上面を有する。凹部４ａは、シリンダライナ１５の端部１５ａが挿入可能に形成されている。本実施の形態においては、シリンダヘッド４の凹部４ａに対してシリンダライナ１５の端部１５ａが嵌合する。

図３および図４を参照して、機械圧縮比を変更すると、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が、ピストン３の移動方向に相対的に移動する。本実施の形態においては、シリンダライナ１５の端部１５ａが、シリンダヘッド４の凹部４ａに対して摺動する。シリンダライナ１５は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が相対的に移動する範囲内において、端部１５ａがシリンダヘッド４の凹部４ａの内部に配置されるように延びている。このように、シリンダライナ１５がシリンダヘッド４の凹部４ａの内部まで延びるように形成されていることにより、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が相対的に移動しても燃焼室５が密閉され、更に、燃焼室５の容積を可変にすることができる。

ここで、比較例として、クランクケースとシリンダブロックが個別に形成され、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動する圧縮比可変機構を備える内燃機関を例に取り上げる。比較例の内燃機関では、クランクケースが不動部になり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドが一体的に移動する可動部になる。これに対して、本実施の形態の内燃機関は、シリンダブロック２がクランクケース部を含み、ピストンが配置される部分とクランクケース部とを一体的に構成することができる。このために、シリンダブロックを含む不動部の剛性を高くすることができる。内燃機関の気筒の並ぶ方向において揺動するピッチング運動を低減することができる。この結果、ピッチング運動に起因する振動を低減することができる。

また、比較例における圧縮比可変機構を備える内燃機関では、ピストンの移動方向に垂直な方向のスラスト力が可動部のシリンダブロックに加わるために振動が生じ易くなる。一方で、本実施の形態の内燃機関においては、シリンダブロック２が車両本体に固定されて不動部を構成している。ピストン３の移動により生じるスラスト力は、不動部であるシリンダブロック２に作用する。このために、複数の気筒が並ぶ方向と垂直な方向において揺動するローリング運動を抑制することができる。この結果、ローリング運動に起因する振動の発生を抑制することができる。

また、後述の第２の内燃機関において説明するように、内燃機関にリフティング運動を抑制するための弾性部材を配置することができる。本実施の形態における可動部は、シリンダブロックを含まずにシリンダヘッドから構成されているために軽量である。このために、可動部の慣性力が小さくなり、弾性部材により効果的にリフティング運動を抑制することができる。この結果、リフティング運動に起因する振動を低減することができる。または、弾性部材を小さくすることができる。このように、本実施の形態の内燃機関は、振動を効果的に抑制することができる。

さらに、本実施の形態の内燃機関においては、シリンダヘッド４をシリンダブロック２に固定するためのヘッドボルトが不要になる。このために、ヘッドボルトの締め付けによるシリンダブロック２の穴部２ａの変形を抑制することができる。シリンダブロック２の穴部２ａの変形が抑制されると、ピストン３が移動するときにピストンリング３ａの押圧力が局所的に高くなることを抑制することができる。また、ピストンリング３ａとシリンダライナ１５との間の摩擦を低減できるために、ピストンリング３ａの追従性が向上する。この結果、燃料消費量を低減することができる。また、ピストン３とシリンダライナ１５との間を通って、燃焼室５からクランクケース部７９の内部に漏れるブローバイガスの量が減少する。このために、未燃燃料が減少して燃料消費量が向上する。

さらに、穴部２ａの変形が抑制されると、ピストンリング３ａによりオイルを効果的に掻き落すことができる。燃焼室５の内部に残存するオイルを少なくすることができる。この結果、オイルの消費量を低減することができる。さらに、ブローバイガスの量が低減することにより、ブローバイガスが機関吸気通路に戻されるときに、ブローバイガスと共に機関吸気通路に運ばれるオイルが減少する。このために、オイルの消費量を低減することができる。

また、本実施の形態の内燃機関においては、圧縮比可変機構の駆動軸を支持するシリンダブロック２やシリンダヘッド４に、ヘッドボルトの締め付けによる変形が排除されるために、駆動軸を支持するハウジングの寸法精度を向上させることができる。本実施の形態においては、円形カム８６，８８を挿入するカム挿入孔８１，８３の変形を抑制することができる。また、比較例のクランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動する圧縮比可変機構においては、シリンダブロックとシリンダヘッドの間にガスケットが必要である。これに対して、本実施の形態の内燃機関においては、ガスケットを排除することができる。

さらに、本実施の形態の内燃機関では、ピストンが配置される部分とクランクシャフトを内部に収容するクランクケース部とを一体化することができ、生産性を向上させることができる。また、可動部を軽量にすることができるために、圧縮比可変機構を駆動する駆動装置を小型にすることができる。例えば、図２を参照して、円形カム８６，８８やカムシャフト８４，８５を駆動するモータ８９等を小型にすることができる。この結果、内燃機関を小型にすることができて、車両などへの搭載が容易になる。

本実施の形態における内燃機関は、シリンダライナ１５の端部１５ａとシリンダヘッド４の凹部４ａとが摺動するように形成されているが、この形態に限られず、シリンダライナの周りにシリンダブロック本体の壁部が形成されていても構わない。すなわち、シリンダブロック本体に、シリンダヘッドに向かって突出する嵌合部が形成され、嵌合部の内面にシリンダライナの端部が配置されていても構わない。この場合には、シリンダブロックの嵌合部とシリンダヘッドの凹部とが嵌合するように形成することができる。また、シリンダヘッドの凹部に対してシリンダブロックの嵌合部が摺動するように形成することができる。

次に、本実施の形態における第２の内燃機関について説明する。図５は、本実施の形態における第２の内燃機関の概略断面図である。第２の内燃機関は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との間に配置されている弾性部材を備える。本実施の形態の弾性部材としては、コイルスプリング１６が配置されている。

図６に、一つの気筒においてコイルスプリング１６が配置されている部分を切断したときの概略断面図を示す。図５および図６を参照して、シリンダブロック２の上面に切欠き部１２が形成されている。切欠き部１２は、シリンダライナ１５の形状に沿って形成されている。切欠き部１２は、シリンダライナ１５を囲むように形成されている。

本実施の形態のコイルスプリング１６は、それぞれの気筒ごとに配置されている。コイルスプリング１６は、シリンダライナ１５の周りに配置されている。コイルスプリング１６は、シリンダライナ１５を囲む形状を有する。コイルスプリング１６は、切欠き部１２の内部に配置されている。本実施の形態におけるコイルスプリング１６は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４を離す向きにシリンダヘッド４を付勢している。

本実施の形態の第２の内燃機関においては、運転期間中にシリンダヘッド４をシリンダブロック２から離れる向きに付勢することができる。このために、機械圧縮比を変更していない期間中に、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４がピストン３の移動方向に移動するリフティング運動を抑制することができる。この結果、リフティング運動に起因する振動を抑制することができる。

本実施の形態の内燃機関は、シリンダライナ１５を囲むように弾性部材を配置することができるために、大きな弾性部材を採用することができる。比較例におけるクランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動する内燃機関では、シリンダブロックとクランクケースとの間にコイルスプリングを配置する。シリンダブロックとクランクケースとの間の空間は小さいために、小さなコイルスプリングを配置していた。この場合には、コイルスプリングを配置する座面の面積が小さくなり、座面における応力が高くなる。このために、クランクケースまたはシリンダブロックの座面の部分に亀裂などの損傷が生じる虞があった。更に、コイルスプリングは、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを含む重量の大きな移動部を付勢するために、内部の応力が大きくなり損傷しやすくなる。

これに対して、本実施の形態の第２の内燃機関においては、大きな弾性部材を配置することができるために、弾性部材の弾性力を大きくすることができて振動を効果的に抑制することができる。また、弾性部材が大きくなることにより、弾性部材を配置する座面の面積が大きくなる。座面における応力を低減することができる。更に、弾性部材の内部に生じる応力を低減することができる。

弾性部材は、全ての気筒に対して配置することができる。または、弾性部材は、複数の気筒のうち一部の気筒に配置しても構わない。例えば、直列の４気筒の内燃機関においては、第１気筒と第４気筒に弾性部材を配置し、第２気筒および第３気筒には弾性部材を配置しなくても構わない。

本実施の形態においては、弾性部材としてコイルスプリングが配置されているが、この形態に限られず、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを離す向きに付勢する任意の弾性部材を採用することができる。

次に、本実施の形態における第３の内燃機関について説明する。図７は、本実施の形態における第３の内燃機関のシリンダライナの端部の拡大概略断面図である。図７は、機械圧縮比が高い状態が示されている。シリンダライナ１５の端部１５ａは、燃焼室５の上面の近傍まで挿入されている。

本実施の形態の第３の内燃機関では、シリンダライナ１５は、シリンダヘッド４に向かう端部１５ａが、燃焼室５の内側に向かって傾斜しているテーパ形状を有する。端部１５ａは、先端が尖った形状を有し、先端に向かって徐々に薄くなる形状を有する。シリンダライナ１５の端面１５ｂは燃焼室５に向かって傾斜している。

図８に、比較例のシリンダライナの端部の拡大概略断面図を示す。比較例のシリンダライナ１５の端部１５ａは、厚さがほぼ一定に形成されている。端部１５ａの端面１５ｂは、シリンダライナ１５が延びる方向に対してほぼ垂直になる様に形成されている。比較例のシリンダライナにおいては、端面１５ｂとシリンダヘッド４の凹部４ａの上面とに挟まれる空間１９が狭くなる。このために、空間１９において、燃料が燃焼しなかったり失火したりして、未燃燃料が発生する場合がある。

図７を参照して、これに対して本実施の形態の第３の内燃機関においては、シリンダライナ１５の端部１５ａをテーパ形状に形成しているために、空間１９を大きくすることができる。特に、燃焼室５の容積が小さくなる高機械圧縮比において、空間１９が狭くなることを回避できる。このために、空間１９において未燃燃料の発生が抑制され、燃料消費量を向上させることができる。また、燃焼室５の内部における燃焼のばらつきを抑制することができる。このために、内燃機関の振動をより効果的に抑制することができる。

次に、本実施の形態おける第４の内燃機関について説明する。図９は、本実施の形態における第４の内燃機関の燃焼室の側方の部分の拡大概略断面図である。第４の内燃機関において、シリンダヘッド４は、シリンダライナ１５の端部１５ａが凹部４ａに挿入される領域の側方に形成されている冷却水の流路を含む。本実施の形態においては、冷却水の流路として冷却水ジャケット１７が形成されている。冷却水ジャケット１７は、凹部４ａの近傍に形成されている。また、冷却水ジャケット１７は、シリンダライナ１５の外側に形成されている。冷却水ジャケット１７は、シリンダライナ１５が延びる方向に延びている。

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５において生じる熱が、シリンダライナ１５を介してシリンダヘッド４に伝達される。このために、燃焼室５の壁面の温度が上昇し易くなる。本実施の形態においては、シリンダライナ１５の端部１５ａがシリンダヘッド４に挿入される領域の側方に、冷却水ジャケット１７が形成されているために、燃焼室５の壁面を効果的に冷却することができる。

また、シリンダヘッド４の熱膨張率とシリンダライナ１５の熱膨張率との差により、シリンダヘッド４とシリンダライナ１５との間に隙間が生じることを抑制できる。すなわち、シリンダヘッド４の凹部４ａとシリンダライナ１５との間の密閉性を確保することができる。また、シリンダヘッド４の燃焼室５の壁面を効果的に冷却することができて、ノッキングなどの異常燃焼が発生することを抑制できる。

更に、本実施の形態の第４の内燃機関においては、燃焼室５のほぼ全体がシリンダヘッド４の内部に配置される。冷却水ジャケット１７に冷却水を流通させると、燃焼室５の周りを冷却することができる。このために、シリンダブロック２において穴部２ａの周りに冷却水ジャケットを形成しなくても構わない。シリンダブロック２の穴部２ａの周りの冷却水ジャケットを排除することができるために、シリンダブロック２の構造を簡易にすることができる。

次に、本実施の形態おける第５の内燃機関について説明する。図１０に、本実施の形態における第５の内燃機関の概略断面図を示す。本実施の形態の第５の内燃機関は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との間に配置される密閉部材を備える。図１０に示す例では、密閉部材としてブーツシール１８が配置されている。本実施の形態のブーツシール１８は、それぞれの気筒ごとに配置されている。

図１１に、一つの気筒においてブーツシール１８が配置されている部分を切断したときの概略断面図を示す。ブーツシール１８は、シリンダライナ１５の周りに配置されている。ブーツシール１８は、シリンダライナ１５を囲む形状を有する。本実施の形態においては、シリンダブロック２に切欠き部１２が形成されている。切欠き部１２は、シリンダライナ１５の周りを囲むように形成されている。ブーツシール１８は、切欠き部１２の内部に配置されている。

ブーツシール１８は、ピストン３の移動方向に沿って変形可能に形成されている。本実施の形態におけるブーツシール１８は、蛇腹状に形成されている。ブーツシール１８の一方の端部はシリンダヘッド４に固定されている。ブーツシール１８の他方の端部は、シリンダブロック２に固定されている。ブーツシール１８は、シリンダブロック２に対するシリンダヘッド４の移動に合わせて伸縮可能に形成されている。

このように、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との間に密閉部材を配置することにより、シリンダヘッド４の凹部４ａとシリンダライナ１５との摺動部分から漏れる気体が外部に放出されることを抑制できる。

参考例としてのクランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動する内燃機関においても、密閉部材を配置することができる。しかしながら、参考例の内燃機関においては、シリンダブロック全体を取り囲むように密閉部材を配置する必要があった。このために、密閉部材が大型になっていた。本実施の形態の内燃機関においては、円筒状のシリンダライナの外側に密閉部材を配置することができるために、密閉部材を小型にすることができる。

本実施の形態における密閉部材は、それぞれの気筒ごとに配置されているが、この形態に限られず、複数の気筒に対して１つの密閉部材が配置されていても構わない。すなわち、複数の気筒を囲むように密閉部材が配置されていても構わない。

本実施の形態における密閉部材は、伸縮可能なブーツシールを含むが、この形態に限られず、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間を密閉可能な任意の部材を配置することができる。例えば、密閉部材は、シリンダライナの外周に嵌め込まれる円環状の部材であっても構わない。このような軸シールタイプの密閉部材がシリンダライナの外側に圧入されていても構わない。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される変更が含まれている。

２ シリンダブロック
２ａ 穴部
３ ピストン
４ シリンダヘッド
４ａ 凹部
５ 燃焼室
１２ 切欠き部
１５ シリンダライナ
１５ａ 端部
１５ｂ 端面
１６ コイルスプリング
１７ 冷却水ジャケット
１８ ブーツシール
１９ 空間
３１ 電子制御ユニット
８４，８５ カムシャフト
８６，８８ 円形カム
８７ 偏心軸
８９ モータ

Claims (5)

1. ピストンが内部に配置される穴部を有するシリンダブロックと、
   燃焼室の上面を有する凹部を含むシリンダヘッドと、
   シリンダブロックの穴部の表面に固定され、ピストンが接触するシリンダライナと、
   機械圧縮比を変化させる圧縮比可変機構とを備え、
   圧縮比可変機構は、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動することにより燃焼室の大きさが可変に形成されており、
   シリンダライナは、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動する範囲内において、シリンダヘッドに向かう端部がシリンダヘッドの凹部の内部に配置されるように延びており、
   シリンダライナのシリンダヘッドに向かう側の端部は、先端に向かって徐々に薄くなり、断面形状が先端から燃焼室の内側に向かって傾斜しているテーパ形状であることを特徴とする、内燃機関。
2. シリンダライナの端部は、シリンダブロックから飛び出すように形成されており、シリンダヘッドの凹部に対して摺動する、請求項１に記載の内燃機関。
3. シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に配置され、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを付勢する弾性部材を備え、弾性部材は、シリンダライナの周りに配置され、シリンダライナを囲む形状を有する、請求項１に記載の内燃機関。
4. シリンダヘッドは、シリンダライナの端部が凹部に挿入される領域の側方に形成されている冷却水の流路を有する、請求項１に記載の内燃機関。
5. シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に配置されている密閉部材を備え、密閉部材は、それぞれの気筒ごとにシリンダライナの周りに配置され、シリンダライナを囲む形状を有する、請求項１に記載の内燃機関。

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