JPH0726981A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

可変圧縮比内燃機関

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JPH0726981A
JPH0726981A JP17769293A JP17769293A JPH0726981A JP H0726981 A JPH0726981 A JP H0726981A JP 17769293 A JP17769293 A JP 17769293A JP 17769293 A JP17769293 A JP 17769293A JP H0726981 A JPH0726981 A JP H0726981A
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JP
Japan
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compression ratio
cylinder block
internal combustion
combustion engine
crankcase
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JP17769293A
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Eiji Miyai
英次 宮井
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コネクティングロッドやクランクシャフト等
の基本構造やその支持方法を変えずに、圧縮比の安定か
つ確実な制御を実現できる可変圧縮比内燃機関を提供す
る。 【構成】 クランクケース4とシリンダブロック13と
は一体となっておらず、左右2本の圧縮比変更用カムシ
ャフト23,24により結合されている。両カムシャフ
ト23,24は、シリンダブロック13の左右下端部に
形成されたカムホルダ25に回動自在に嵌合する小径部
26と、クランクケース4の左右上端部に形成されたカ
ムホルダ27に回動自在に嵌合する大径部28とを具え
ている。両カムシャフト23,24はいわゆる偏心カム
であり、小径部26の中心が大径部28の中心に対して
水平かつ外側にオフセットしている。したがって、カム
シャフト23,24が回動すると、シリンダブロック1
3がクランクケース4に対して上下に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料のオクタン価や運
転状態の変化等に応じて、圧縮比を変更できる可変圧縮
比内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】オットーサイクルやミラーサイクルによ
る火花点火内燃機関(以下、単にエンジンと称する)で
は、空気と燃料とを混合した混合気をシリンダ内で下降
するピストンにより燃焼室に負圧吸引させ、しかる後に
上昇するピストンにより所定の圧縮比で圧縮して上死点
付近で点火し、混合気の膨脹によるピストンの下降エネ
ルギーをコネクティングロッドとクランクシャフトとに
より回転エネルギーに変換している。周知のように、エ
ンジンの軸トルクは圧縮比に大きく依存し、一般に圧縮
が高いほど軸トルクが大きくなり、熱効率も上昇する。
そのため、近年では一般自動車用の自然吸気エンジンに
おいては、燃料のオクタン価の上昇も相俟って、ノッキ
ング限界に近い9ないし11程度の高圧縮比エンジンが
主流となっている。
【0003】さて、上述した圧縮比はいわゆる理論圧縮
比(幾何圧縮比)であり、この圧縮比での圧縮が実現さ
れるのは、1気圧の混合気が燃焼室に吸引された場合で
ある。ところが、吸気系にはエアクリーナや吸気管等に
よる吸気抵抗が存在するため、自然吸気では1気圧の混
合気が燃焼室に吸引されることはない。また、例えばガ
ソリンエンジンにおいては、吸気系内にバタフライ弁な
どのスロットル装置を配して出力制御を行っているた
め、スロットル装置の部分開放(パーシャルスロット
ル)時と全開放(フルスロットル)時とでは吸気系内の
圧力が大きく異なる。すなわち、パーシャルスロットル
時にはスロットル装置によるチョーク現象により吸気系
内は負圧となり、燃焼室に吸引される混合気の量はフル
スロットル時のそれを大きく下回ってしまう。その結
果、圧縮比を高めることにより、フルスロットル時の熱
効率を向上させることはできても、最も頻度の高いパー
シャルスロットル時の熱効率は低下し、出力や燃費の悪
化を余儀無くされていた。
【0004】一方、近年、自動車用エンジンでは、排気
ターボチャージャ(以下、単に排気ターボと称する)や
ルーツ型ブロワー等の過給機を用いて、比較的小排気量
でありながら大出力を得るものが多くなってきた。周知
のように、過給機は排気ガスやクランク出力を動力源と
してコンプレッサを駆動して吸入気(混合気)の加圧を
行う装置であり、この過給機をエンジンに装着すること
により燃焼室への混合気の充填効率が高まり、大排気量
エンジンと同等の出力を得ることが可能となる。そし
て、自動車用エンジンに装着される過給機としては、簡
便で駆動損失や騒音の少ない排気ターボが最も多く用い
られている。
【0005】一般に、排気ターボ付エンジンでは、充填
効率が自然吸気エンジンより高くなる高回転域における
ノッキングを防止するため、理論圧縮比を7ないし8.
5程度と低くしている。ところが、排気ターボは排気ガ
スを動力源としている都合上、当然のことながら排気ガ
ス量の少ないエンジンの低回転域ではコンプレッサの回
転数が低く、過給作用が殆ど無くなる。その結果、低速
走行時においては、もともと低く設定された理論圧縮比
と充填効率の低下とにより、熱効率が極端に低くなり、
出力の低下と燃費の悪化とがもたらされていた。また、
過給圧が所定の値より高くなった場合、ブローアップを
防止するため、ウエイストゲート等を用いて排気ガスを
タービンに送らずに排気系に逃がしている。そのため、
排気ガスのエネルギーを完全に利用することもできなか
った。
【0006】そこで、近年運転中に圧縮比を変更するこ
とのできる、種々の可変圧縮比内燃機関が提案されてい
る。これら従来の可変圧縮比内燃機関の原理は、大きく
3系統に分けられる。
【0007】第1のものはシリンダヘッドの燃焼室にピ
ストン様の容積変更部材を摺動自在に設け、これを出没
させることにより燃焼室容積を直接変更するもので、特
開平1-125508号公報や特開平1-232104号公報等に記載さ
れている。
【0008】また、第2のものはコネクティングロッド
の小端部あるいは大端部に偏心スリーブを回動自在に設
け、この偏心スリーブを所定角度回転させてコネクティ
ングロッドの作用長(すなわち、ピストンストローク)
を変えるもので、特公昭63-32972号公報や特公昭63-358
16号公報等に記載されている。
【0009】そして、第3のものはクランクケースとク
ランクシャフトのジャーナルとの間に偏心スリーブを回
動自在に設け、この偏心スリーブを所定角度回転させて
クランクシャフトを上下に移動させるもので、特開昭55
-64131号公報や特開昭58-57040号公報に記載されてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の可変圧縮比内燃機関には、それぞれ以下の問題点が
あった。例えば、第1のものでは、燃焼室に異物たる容
積変更部材が出没する都合上、火炎伝播を理想的に行わ
せることができず、熱効率が逆に悪化する虞があった。
また、圧縮比を大幅に変更するためには、容積変更部材
の体積やその出没量を大きくしなければならず、燃焼室
の形状が大きく変わってしまう等の問題もあり、現実的
ではなかった。
【0011】また、第2のものでは、上下動および揺動
を毎分数千回繰返すコネクティングロッドに偏心スリー
ブの駆動機構を組込まねばならず、設計が甚だ困難であ
ると共に慣性質量の増加や耐久性の確保を考慮するとそ
の実現は難しかった。また、偏心スリーブの駆動機構に
油圧を用いるため、一般には圧縮比の切替えが2段階で
しか行えず、運転状態に応じたきめ細い制御ができなか
った。
【0012】更に、第3のものでは、クランクシャフト
のみを上下に移動させるため、クランクシャフトを変速
機やプロペラシャフトに直に結合することができない。
そのため、内齒歯車と外齒歯車とを組合わせた特殊なカ
ップリング等を用いる必要があり、かつそのカップリン
グもエンジンの最大出力に耐え得るものでなければなら
ず、強度確保も難しかった。
【0013】そのため、現段階で可変圧縮比内燃機関と
して実用に供されたものは皆無であり、その実現が望ま
れていた。
【0014】本発明は上記状況に鑑み成されたもので、
コネクティングロッドやクランクシャフト等の基本構造
やその支持方法を変えずに、圧縮比の安定かつ確実な制
御を実現できる可変圧縮比内燃機関を提供することを目
的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変圧縮比内燃機関はコネクティングロッ
ドの小端部に支持されたピストンがその内部を往復動す
るシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記
コネクティングロッドの大端部を支持するクランクシャ
フトを回転自在に支持するクランクケースと、前記シリ
ンダブロックと前記クランクケースとを連結すると共
に、これらシリンダブロックとクランクケースとを略前
記シリンダボアの軸方向に沿って接近あるいは離反させ
るする圧縮比変更手段とを備えたことを特徴とする。
【0016】また、本発明の可変圧縮比内燃機関は、吸
気系の圧力を検出する吸気圧検出手段と、この吸気圧検
出手段の検出結果に基づき、目標圧縮比を決定して前記
圧縮比変更手段を駆動する圧縮比変更手段駆動制御手段
とを備えたことを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明の可変圧縮比内燃機関によれば、例えば
吸気圧センサにより混合気の充填効率が低いパーシャル
スロットル状態を検出した際には、偏心カムを所定の方
向に回動させてシリンダブロックとクランクケースとを
接近させる。すると、燃焼室に対するピストンの上死点
位置が上昇して圧縮比が高くなり、高い熱効率が得られ
燃費も向上する。一方、混合気の充填効率が高いフルス
ロットル状態を検出した際には、偏心カムを逆方向に回
動させてシリンダブロックとクランクケースとを離反さ
せる。すると、燃焼室に対するピストンの上死点位置が
下降して圧縮比が低くなり、ノッキングが防止される。
【0018】
【実施例】以下、本発明による可変圧縮比内燃機関の一
実施例について添付の図面を参照して説明する。図1,
図2(図1中のA−A断面図),図3(図1中のB−B
断面図)に示したように、本実施例のエンジン1は、直
列4気筒(図中に、ボアの中心線をBCで示す)のDO
HCガソリンエンジンであり、その吸排気系には図示し
ない排気ターボが装着されている。クランクシャフト2
のクランクジャーナル3を回転自在に支持するクランク
ケース4はアッパクランクケース5とロアクランクケー
ス6とからなっており、クランクシャフト2を組込んだ
状態でボルト7により締結・一体化されている。クラン
クシャフト2のクランクピン8には、コネクティングロ
ッド(以下、コンロッドと略称する)9の大端部10が
回転自在に支持されている。図中、11はロアクランク
ケース6の下端面に取付けられたオイルパンであり、1
2はエンジンオイルである。
【0019】クランクケース4の直上部にはシリンダブ
ロック13が配置されており、そのボア14内にはピス
トン15が摺動自在に嵌合している。ピストン15はピ
ストンピン16を介してコンロッド9の小端部17に揺
動自在に支持されており、ピストン15がボア14内を
往復動すると、クランクシャフト2が回転するようにな
っている。シリンダブロック12の上端面には、吸排気
バルブ18,19や図示しない動弁機構等が組込まれた
シリンダヘッド20が搭載されており、ピストン14の
上端面との間に燃焼室21を形成する。尚、シリンダブ
ロック12とシリンダヘッド20とは、図示しないヘッ
ドボルトにより、強固に締結されている。図中、22は
シリンダブロック13およびシリンダヘッド20に形成
された冷却水用のウォータギャラリーである。
【0020】さて、本実施例のエンジン1では、クラン
クケース4とシリンダブロック13とは一体となってお
らず、圧縮比変更手段である左右2本の圧縮比変更用カ
ムシャフト(以下、カムシャフトと略称する)23,2
4により結合されている。両カムシャフト23,24
は、シリンダブロック13の左右下端部に形成されたカ
ムホルダ25に回動自在に嵌合する小径部26と、クラ
ンクケース4の左右上端部に形成されたカムホルダ27
に回動自在に嵌合する大径部28とを具えている。両カ
ムシャフト23,24はいわゆる偏心カムであり、小径
部26の中心が大径部28の中心に対して水平かつ外側
にオフセットしている。したがって、カムシャフト2
3,24が回動すると、シリンダブロック13がクラン
クケース4に対して上下に移動する。
【0021】図1に示したように、小径部26はボアの
中心線BCの真横すなわち前後方向でクランクピン8と
同位相に配置され、大径部28はボアの中心線BCの間
すなわちクランクジャーナル3と同位相に配置されてい
る。図中、29,30はホルダキャップであり、カムシ
ャフト23,24を組込んだ状態で、それぞれカムホル
ダ25,27にボルト締めされている。また、31はば
ね鋼板やゴム板等の弾性材からなるシールプレートであ
り、シリンダブロック13に形成された横リブ32とク
ランクケース4の側面にボルト締めされたサイドプレー
ト33との間に介装されている。このシールプレート3
1は、シリンダブロック13とクランクケース4との相
対動に伴って弾性変形して両者の隙間を塞ぎ、エンジン
1内への塵埃の侵入や大気へのブローバイガスやエンジ
ンオイルの流出を防止する。
【0022】図4(図1中のC−C断面図)に示したよ
うに、クランクケース4の前後方向の中央部には、偏心
カム軸駆動手段であるウォーム駆動機構34とサーボモ
ータ35とが組込まれている。ウォーム駆動機構34
は、カムシャフト23,24の大径部28に一体的に形
成されたウォームホイール36と、このウォームホイー
ル36に噛合う鼓型ウォームギア37とからなってい
る。鼓型ウォームギア37は、アッパクランクケース5
とホルダキャップ30とに嵌合・装着された、一対のテ
ーパローラベアリング38により回転自在に支持されて
いる。サーボモータ35は、その回転軸が鼓型ウォーム
ギア37に固着されており、図示しない駆動制御装置に
制御されて正逆両回転方向に回転駆動される。
【0023】本実施例のエンジン1は、ボアとストロー
クとが共に86mmのいわゆるスクエアエンジンであ
り、1気筒当たりの排気量は約500cc(総排気量は
約1998cc)である。したがって、圧縮比を9とす
ると、燃焼室21の容積は62.5ccとなる。本実施
例では、9を基準圧縮比としており、この場合、図4に
示したようにカムシャフト23,24の小径部26の中
心OS と大径部28の中心OL とを結ぶ線が水平になっ
ている。尚、中心OS と中心OL のオフセット量は10
mmである。
【0024】一方、図5に示したように、本実施例で
は、エンジン1に関する種々の制御を行うための、EC
U(Electronic Control Unit )40が具えられてい
る。ECU40には、エンジン1の吸気マニホールド4
1内の圧力を検出する吸気圧センサ42と、スロットル
バルブ43の開閉速度を検出するスロットルセンサ44
と、シリンダヘッド20に取付けられてノッキングを検
出するノックセンサ45からの情報が入力する。この
他、ECU40には、吸気量,冷却水温,吸気温度等多
数の運転情報が入力するが、ここではその記載を省略す
る。図中、46は排気ターボであり、図示しないエアク
リーナから吸入した空気を加圧し、サージタンク47を
介してスロットルバルブボデー48に供給する。
【0025】一方、ECU40からは、図示しない点火
ドライバを介して、イグニッションプラグ49に駆動信
号が出力され、これもまた図示しないモータドライバを
介して、サーボモータ35に駆動信号が出力される。こ
の他、ECU40からは、フュエルインジェクタ等にも
駆動信号が出力されるが、ここではその記載を省略す
る。図中、50はクランクケース4とシリンダブロック
13との相対変位を検出するリニアエンコーダであり、
その検出情報はECU40に入力する。
【0026】以下、本実施例の作用を述べる。本実施例
では、エンジン1が運転を開始すると、燃料噴射制御や
点火時期制御と共に、ECU40が所定の制御インター
バルで圧縮比制御を行う。圧縮比制御に当たっての基本
情報は吸気圧センサ42から入力する吸気マニホールド
41内の圧力すなわち吸気圧であり、例えばアイドリン
グ時や低回転域におけるパーシャルスロットル時におい
ては、これは負圧となる。ECU40では、この負圧の
程度に応じた目標圧縮比を設定し、左右のサーボモータ
35を左回転方向に所定量駆動する。すると、図6に示
したように、鼓型ウォームギア37を介して、右側のウ
ォームホイール36は時計回りに回転し、左側のウォー
ムホイール36は反時計回りに回転する。ウォームホイ
ール36が回転すると、これと一体のカムシャフト2
3,24も同方向に回転し、小径部26の中心OS が大
径部28の中心OL に対して斜め下方に移動する。
【0027】ここで、ウォームホイール36すなわちカ
ムシャフト23,24の回動角度を20°とすると、中
心OS と中心OL のオフセット量が10mmであるか
ら、中心OS は中心OL より約3.4mm下降し、シリ
ンダブロック13もクランクケース4に対して同じ量下
降することになる。この場合、燃焼室21の容積は約4
2.8ccとなり、理論圧縮比は12.7となる。その
結果、吸気圧が負圧で充填効率が低い状態でも、実圧縮
比の上昇により熱効率は高くなり、出力と燃費とが共に
向上するのである。尚、カムシャフト23,24の回動
に伴い、小径部26の中心OS は大径部28の中心OL
に対して内側にも移動し、回動角度20°ではその移動
量は左右で約1.2mmとなるが、これはクランクケー
ス4とシリンダヘッド13との弾性変形により吸収す
る。また、シリンダブロック13のクランクケース4に
対する移動量はリニアエンコーダ50により検出され、
ECU40ではこの検出結果に基いてフィードバック制
御を行う。
【0028】一方、低回転域におけるフルスロットル時
や、排気ターボ46による過給が盛んに行われる高回転
域においては、吸気圧は急激に上昇する。この場合も、
ECU40では、この吸気圧の程度に応じた目標圧縮比
を設定し、左右のサーボモータ35を今度は右回転方向
に所定量駆動する。すると、図7に示したように、鼓型
ウォームギア37を介して、右側のウォームホイール3
6は反時計回りに回転し、左側のウォームホイール36
は時計回りに回転し、前述とは逆に小径部26の中心O
S が大径部28の中心OL に対して斜め上方に移動す
る。
【0029】ここで、ウォームホイール36すなわちカ
ムシャフト23,24の回動角度を20°とすると、中
心OS は中心OL より約3.4mm上昇し、シリンダブ
ロック13もクランクケース4に対して同じ量上昇する
ことになる。この場合、燃焼室21の容積は約82.2
ccとなり、理論圧縮比は7.1となる。その結果、吸
気圧が高く充填効率が高い状態でも、実圧縮比はそれほ
ど上がらず、ノッキングが防止されると共に高出力が得
られるのである。
【0030】上述したように、クランクケース4とシリ
ンダブロック13とを上下方向に相対移動させる場合、
バルブ駆動機構が若干の問題となる。すなわち、OHC
エンジンではシリンダヘッド20内の動弁機構を構成す
るカムシャフトを、カムチェーンやタイミングベルトを
介して、クランクシャフト2により駆動している。した
がって、クランクシャフト2とシリンダヘッド20との
距離が変化すると、バルブタイミングが狂ってしまうの
である。本実施例では、この問題は、カムチェーンやタ
イミングベルトのアイドラプーリを、サーボモータや簡
単なリンク機構により、シリンダヘッド13の移動と同
期させて移動させることにより解決するが、その詳細は
記載しない。尚、カムチェーン等に代えてシャフトドラ
イブを採用する場合、スプライン結合を用いればこの問
題は容易に解決できる。
【0031】一方、低回転域で急加速を行う等、パーシ
ャルスロットル状態からフルスロットル状態に急激に変
化した場合、本実施例では以下のような制御を行う。E
CU40では、スロットルセンサ44により検出したス
ロットルバルブ43の開放速度が所定の値より高い場
合、圧縮比が低くなる方向にサーボモータ35を駆動
し、同時に点火時期をMBT(Minimam advance for th
e Best Torque )から所定量リタードさせてイグニッシ
ョンプラグ49を駆動する。すると、周知のように燃焼
室21内での燃焼圧力が低下し、ノッキングが未然に防
止されるのである。尚、サーボモータ35の駆動量や点
火時期のリタード量は、スロットルバルブ43の開放速
度をパラメータとした学習制御を行う方式を採ることが
望ましい。
【0032】この点火時期のリタードは、圧縮比の低下
に伴なって解消され、目標圧縮比が得られた時点でMB
Tに復帰する。したがって、点火時期のリタードによる
燃費の低下は最小限に止められる。また、ノックセンサ
45がノッキングを検出した場合も、これと同様に圧縮
比の低下と点火時期のリタードとを併用し、ノッキング
を防止する。
【0033】以上で本発明の好適な一実施例の説明を終
えるが、本発明の態様はこの実施例に限るものではな
い。例えば、上記実施例ではカムシャフト23,24の
小径部26と大径部28のオフセット量を10mmとし
たが、この数値は任意に設定可能であるし、その回動角
度も圧縮比の必要変更量に応じて決めることができる。
また、カムシャフト23,24同士をギヤ等で連結して
同期回転させるようにしてもよいし、その駆動手段とし
てステップモータや油圧シリンダ等を用いてもよい。更
に、上述したような電気的な制御を行わず、燃料のオク
タン価の変動等に応じて、カムシャフトの23,24の
駆動を手動で行うようにしてもよい。
【0034】一方、上記実施例では左右のカムシャフト
23,24の小径部26と大径部28との位置関係を左
右対称としたが、図8に示したように、その位置関係を
同一にしてもよい。この場合、回動に伴う小径部26の
中心と大径部28の中心との相対移動は左右のカムシャ
フト23,24で同一の方向となり、クランクケース4
とシリンダヘッド13との弾性変形はなくなる。また、
上記実施例は直列エンジンに採用したものであるが、図
9に示したように、V型エンジンに採用してもよいし、
カムシャフトの本数を3本以上配置するようにしてもよ
い。更に、圧縮比変更手段として、カムシャフトに代え
てボールスクリューやラック機構等を採用してもよい。
【0035】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、圧縮比変
更手段を用いて、シリンダブロックとクランクケースと
を略シリンダボアの軸方向に沿って接近あるいは離反さ
せるようにしたため、混合気の充填効率に応じて圧縮比
を適宜変更することが可能となり、パーシャルスロット
ル時等における燃費の低減と出力の向上とを図ることが
できる一方、フルスロットル時おけるノッキングも防止
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変圧縮比機関の一実施例を示した側
面図。
【図2】図1中のA−A断面図。
【図3】図1中のB−B断面図。
【図4】図1中のC−C断面図。
【図5】実施例の可変圧縮比機関の制御システムを示し
た説明図。
【図6】実施例の可変圧縮比機関において高圧縮にする
状態を示した説明図。
【図7】実施例の可変圧縮比機関において低圧縮にする
状態を示した説明図。
【図8】本発明の可変圧縮比機関の変形例を示した説明
図。
【図9】本発明の可変圧縮比機関の変形例を示した説明
図。
【符号の説明】 1 エンジン 2 クランクシャフト 4 クランクケース 5 アッパクランクケース 6 ロアクランクケース 9 コネクティングロッド 10 大端部 13 シリンダブロック 14 ボア 15 ピストン 17 小端部 20 シリンダヘッド 23,24 カムシャフト 35 サーボモータ 36 ウォームホイール 37 鼓型ウォームギア 40 ECU 41 吸気マニホールド 42 吸気圧センサ 43 スロットルバルブ 44 スロットルセンサ 45 ノックセンサ 46 排気ターボ 50 リニアエンコーダ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年8月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】クランクケース4の直上部にはシリンダブ
ロック13が配置されており、そのボア14内にはピス
トン15が摺動自在に嵌合している。ピストン15はピ
ストンピン16を介してコンロッド9の小端部17に揺
動自在に支持されており、ピストン15がボア14内を
往復動すると、クランクシャフト2が回転するようにな
っている。シリンダブロック13の上端面には、吸排気
バルブ18,19や図示しない動弁機構等が組込まれた
シリンダヘッド20が搭載されており、ピストン14の
上端面との間に燃焼室21を形成する。尚、シリンダブ
ロック12とシリンダヘッド20とは、図示しないヘッ
ドボルトにより、強固に締結されている。図中、22は
シリンダブロック13およびシリンダヘッド20に形成
された冷却水用のウォータギャラリーである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】さて、本実施例のエンジン1では、クラン
クケース4とシリンダブロック13とは一体となってお
らず、圧縮比変更手段である左右2本の圧縮比変更用カ
ムシャフト(以下、カムシャフトと略称する)23,2
4により結合されている。両カムシャフト23,24
は、シリンダブロック13の左右下端部に形成されたカ
ムホルダ25に回動自在に嵌合する小径部26と、アッ
パクランクケース5の左右上端部に形成されたカムホル
ダ27に回動自在に嵌合する大径部28とを具えてい
る。両カムシャフト23,24はいわゆる偏心カムであ
り、小径部26の中心が大径部28の中心に対して水平
かつ外側にオフセットしている。したがって、カムシャ
フト23,24が回動すると、シリンダブロック13が
クランクケース4に対して上下に移動する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】ここで、ウォームホイール36すなわちカ
ムシャフト23,24の回動角度を20°とすると、中
心OSと中心OLのオフセット量が10mmであるか
ら、中心OSは中心OLより約3.4mm下降し、シリ
ンダブロック13もクランクケース4に対して同じ量下
降することになる。この場合、燃焼室21の容積は約4
2.8ccとなり、理論圧縮比は12.7となる。その
結果、吸気圧が負圧で充填効率が低い状態でも、実圧縮
比の上昇により熱効率は高くなり、出力と燃費とが共に
向上するのである。尚、カムシャフト23,24の回動
に伴い、小径部26の中心OSは大径部28の中心OL
に対して内側にも移動し、回動角度20°ではその移動
量は左右で約1.2mmとなるが、これはクランクケー
ス4とシリンダブロック13との弾性変形により吸収す
る。また、シリンダブロック13のクランクケース4に
対する移動量はリニアエンコーダ50により検出され、
ECU40ではこの検出結果に基いてフィードバック制
御を行う。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】上述したように、クランクケース4とシリ
ンダブロック13とを上下方向に相対移動させる場合、
バルブ駆動機構が若干の問題となる。すなわち、OHC
エンジンではシリンダヘッド20内の動弁機構を構成す
るカムシャフトを、カムチェーンやタイミングベルトを
介して、クランクシャフト2により駆動している。した
がって、クランクシャフト2とシリンダヘッド20との
距離が変化すると、バルブタイミングが狂ってしまうの
である。本実施例では、この問題は、カムチェーンやタ
イミングベルトのアイドラプーリを、サーボモータや簡
単なリンク機構により、シリンダブロック13の移動と
同期させて移動させることにより解決するが、その詳細
は記載しない。尚、カムチェーンドライブ等に代えてシ
ャフトドライブを採用すると共に、スプライン結合を用
いればこの問題は容易に解決できる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0034
【補正方法】変更
【補正内容】
【0034】一方、上記実施例では左右のカムシャフト
23,24の小径部26と大径部28との位置関係を左
右対称としたが、図8に示したように、その位置関係を
同一にしてもよい。この場合、回動に伴う小径部26の
中心と大径部28の中心との相対移動は左右のカムシャ
フト23,24で同一の方向となり、クランクケース4
とシリンダブロック13との弾性変形はなくなる。ま
た、上記実施例は直列エンジンに採用したものである
が、図9に示したように、V型エンジンに採用してもよ
いし、カムシャフトの本数を3本以上配置するようにし
てもよい。また、圧縮比変更手段として、カムシャフト
に代えてボールスクリューやラック機構等を採用しても
よい。
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正8】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正9】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正10】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正11】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】平成6年9月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】図4(図1中のC−C断面図)に示したよ
うに、クランクケース4の前後方向の中央部には、偏心
カム軸駆動手段であるウォーム駆動機構34とアクチュ
エータであるサーボモータ35とが組込まれている。ウ
ォーム駆動機構34は、カムシャフト23,24の大径
部28に一体的に形成されたウォームホイール36と、
このウォームホイール36に噛合う鼓型ウォームギア3
7とからなっている。鼓型ウォームギア37は、アッパ
クランクケース5とホルダキャップ30とに嵌合・装着
された、一対のテーパローラベアリング38により回転
自在に支持されている。サーボモータ35は、その回転
軸が鼓型ウォームギア37に固着されており、図示しな
い駆動制御装置に制御されて正逆両回転方向に回転駆動
される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】上述したように、クランクケース4とシリ
ンダブロック13とを上下方向に相対移動させる場合、
バルブ駆動機構が若干の問題となる。すなわち、OHC
エンジンではシリンダヘッド20内の動弁機構を構成す
るカムシャフトを、カムチェーンやタイミングベルトを
介して、クランクシャフト2により駆動している。した
がって、クランクシャフト2とシリンダヘッド20との
距離が変化すると、バルブタイミングが狂ってしまうの
である。本実施例では、この問題は、カムチェーンやタ
イミングベルトのアイドラプーリを、サーボモータや簡
単なリンク機構により、シリンダブロック13の移動と
同期させて移動させることにより解決するが、その詳細
は記載しない。尚、カムチェーン等に代えてシャフトド
ライブを採用し、そのドライブシャフトをスプライン結
合等を介して伸縮自在とすれば、この問題は容易に解決
できる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コネクティングロッドの小端部に支持され
    たピストンがその内部を往復動するシリンダボアが形成
    されたシリンダブロックと、 前記コネクティングロッドの大端部を支持するクランク
    シャフトを回転自在に支持するクランクケースと、 前記シリンダブロックと前記クランクケースとを連結す
    ると共に、これらシリンダブロックとクランクケースと
    を略前記シリンダボアの軸方向に沿って接近あるいは離
    反させる圧縮比変更手段とを備えたことを特徴とする可
    変圧縮比内燃機関。
  2. 【請求項2】前記圧縮比変更手段が、前記シリンダブロ
    ックと前記クランクケースとの間に介装された少なくと
    も左右一対の偏心カム軸と、これら偏心カムを回動させ
    る偏心カム軸駆動手段とからなることを特徴とする請求
    項1記載の可変圧縮比内燃機関。
  3. 【請求項3】前記偏心カム軸駆動手段が、前記偏心カム
    軸に形成されたウォームホイールと、このウォームホイ
    ールに噛合うウォームギアと、このウォームギアを回転
    駆動するモータとからなることを特徴とする請求項2記
    載の可変圧縮比内燃機関。
  4. 【請求項4】吸気系の圧力を検出する吸気圧検出手段
    と、 この吸気圧検出手段の検出結果に基づき、目標圧縮比を
    決定して前記圧縮比変更手段を駆動する圧縮比変更手段
    駆動制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載
    の可変圧縮比内燃機関。
  5. 【請求項5】スロットル弁の開閉速度を検出する開弁速
    度検出手段と、 この開弁速度検出手段の検出結果に基づき、前記目標圧
    縮比を補正して前記圧縮比変更手段を駆動する圧縮比変
    更手段駆動制御手段とを備えたことを特徴とする請求項
    3記載の可変圧縮比内燃機関。
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