KR20160129742A

KR20160129742A - 내연 기관

Info

Publication number: KR20160129742A
Application number: KR1020160051421A
Authority: KR
Inventors: 다카시 스즈키
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2016-11-09
Also published as: RU2016116519A; US20160319768A1; CN106089468A; BR102016009831A2; JP2016211396A; EP3088774A1

Abstract

실린더 블록 내의 원통 형상의 실린더 라이너와, 실린더 라이너 내에서 미끄럼 이동 가능한 피스톤을 구비하는 내연 기관이며, 피스톤이, 그 외주에 톱 랜드에 인접하여 링 홈을 갖고, 링 홈 내에 피스톤 링이 배치되고, 실린더 라이너는, 피스톤이 상사점에 있을 때에 피스톤의 톱 랜드와 대향하는 내주면의 적어도 일부에, 내주면이 직경 확장된 제1부를 갖고, 제1부의 내주면의 반경은, 실린더 라이너의 직경 확장되어 있지 않은 내주면의 반경보다도, 실린더의 직경 방향 외측으로 100㎛ 내지 1000㎛만큼 큰, 내연 기관에 의한다.

Description

내연 기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관에 관한 것이다.

내연 기관의 피스톤에서는, 그 외주면에 형성된 링 홈 내에 피스톤 링이 배치되어 있다. 오일 링은, 그 피스톤 링 중 가장 하방에 배치된 피스톤 링이다. 오일 링은, 피스톤의 하강 시에 실린더 라이너 벽면에 부착된 잉여의 오일을 긁어 떨어뜨리는 데 사용된다. 그러나, 대부분의 내연 기관에 있어서는, 오일 링을 사용해도, 크랭크 케이스 내의 오일이 연소실 내에 유입되는 것이 알려져 있다. 오일은, 피스톤의 왕복 운동에 수반하여 피스톤 외주면, 특히 링 홈 내를 통해 연소실 내에 유입된다. 크랭크 케이스 내의 오일이 연소실 내에 유입되면, 연소실에 있어서의 연소에 수반하여 오일이 연소하고, 오일 소비가 증대되어 버린다.

따라서, 일본 특허 출원 공개 제2012-241861호에서는, 피스톤 링의 하면에 전체 주위에 걸쳐 오목부가 형성되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제2012-241861호에 의하면, 상사점에 있어서 피스톤의 운동 방향이 반전하였을 때에, 피스톤 링이 링 홈 하면에 접착되는 일 없이 링 홈 상면으로 이동한다. 이로 인해, 링 홈 내부의 오일이 연소실 내에 유입되는 것을 방지할 수 있다고 되어 있다.

오일 소비는 이하의 메커니즘으로 발생하고 있다고 생각되어진다. 우선, 피스톤의 톱 랜드의 외주면과, 실린더 라이너의 내주면은, 대향하도록 배치된다. 피스톤의 톱 랜드의 외주면과, 실린더 라이너의 내주면은 각각, 연소실 내에서의 혼합기의 연소 시에 화염이 전파되기 어려운 영역에 위치한다. 이로 인해, 내연 기관의 운전에 수반하여 이들 톱 랜드의 외주면 상 및 실린더 라이너의 내주면 상에는 디포짓이 퇴적된다. 이러한 디포짓의 퇴적량이 많아지면, 피스톤이 상사점에 있을 때에, 이들 톱 랜드의 외주면 상 및 이것에 대향하는 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적된 디포짓끼리가 접촉하게 된다.

한편, 상술한 바와 같이, 내연 기관에 있어서는, 피스톤의 왕복 운동에 수반하여 크랭크 케이스 내의 오일이 피스톤 외주면을 따라 연소실측으로 이동한다. 연소실측으로 이동한 오일은, 피스톤의 톱 랜드의 외주면 상에 퇴적된 디포짓에 부착된다. 그 후, 오일은, 디포짓끼리가 접촉하였을 때에, 피스톤의 톱 랜드의 외주면 상에 퇴적된 디포짓으로부터 톱 랜드에 대향하는 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적된 디포짓으로 이동한다. 톱 랜드에 대향하는 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적된 디포짓에 부착된 오일은, 피스톤이 하강하였을 때에 연소실 내에서의 혼합기의 연소에 의한 고온에 노출되고, 증발한다. 이에 의해 오일이 소비되게 된다.

상기 오일 소비 발생의 메커니즘에 기초하여 오일 소비를 억제하는 내연 기관이 제공된다.

제1 실시 형태에서는, 실린더 블록 내의 원통 형상의 실린더 라이너와, 실린더 라이너 내에서 미끄럼 이동 가능한 피스톤을 구비하는 내연 기관이며, 피스톤이, 그 외주에 톱 랜드에 인접하여 링 홈을 갖고, 링 홈 내에 피스톤 링이 배치되고, 실린더 라이너는, 피스톤이 상사점에 있을 때에 피스톤의 톱 랜드와 대향하는 내주면의 적어도 일부에, 내주면이 직경 확장된 직경 확장부를 갖고, 직경 확장부의 내주면의 반경은, 실린더 라이너의 직경 확장되어 있지 않은 내주면의 반경보다도, 실린더의 직경 방향 외측으로 100㎛ 내지 1000㎛만큼 큰, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제2 실시 형태에서는, 실린더 블록 내의 원통 형상의 실린더 라이너와, 실린더 라이너 내에서 미끄럼 이동 가능한 피스톤을 구비하는 내연 기관이며, 피스톤이, 그 외주에 톱 랜드에 인접하여 링 홈을 갖고, 링 홈 내에 피스톤 링이 배치되고, 실린더 라이너는, 피스톤이 상사점에 있을 때에 피스톤의 톱 랜드와 대향하는 내주면의 적어도 일부에 내주면이 직경 확장된 직경 확장부를 갖고, 직경 확장부의 내주면은, 직경 확장부의 내주면에 디포짓이 부착되어도, 부착된 디포짓이 실린더 라이너의 직경 확장되어 있지 않은 내주면보다도 직경 방향 내측에까지 성장하지 않도록 확장되어 있는, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제3 실시 형태에서는, 제1 또는 제2 실시 형태에 있어서, 직경 확장부가, 직경 확장된 내주면과, 직경 확장된 내주면의 하단부로부터 실린더의 직경 방향 내측으로 연장되는 저면에 의해 구획 형성되고, 저면은, 피스톤이 상사점에 있을 때에, 실린더의 축 방향에 있어서 피스톤 링의 상면과 동등한 위치 또는 피스톤 링의 상면보다도 상방의 위치에 있는, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제4 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에 있어서, 저면은, 피스톤이 상사점에 있을 때에, 실린더의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면과 동등한 위치에 있는, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제5 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에 있어서, 저면은, 피스톤이 상사점에 있을 때에, 실린더의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면보다 500㎛ 상방의 위치보다도 하방에 위치하는, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제6 실시 형태에서는, 제1 내지 제5 실시 형태 중 어느 하나에 있어서, 피스톤이 상사점에 있을 때의, 피스톤과 실린더 블록의 실린더의 축 방향에 있어서의 상대 위치를 변화시킴으로써 기계 압축비를 변경 가능한 가변 압축비 기구를 더 구비하는 내연 기관이며, 피스톤이 상사점에 있을 때라 함은, 실린더 블록에 대한 피스톤의 상대 위치가 가장 연소실측에 위치하는 상태에서 피스톤이 상사점에 있을 때를 말하는, 내연 기관이 제공된다.

또한, 제7 실시 형태에서는, 제3 내지 제5 실시 형태 중 어느 하나에 있어서, 직경 확장부가 실린더 라이너의 상면까지 연장되어 있고, 직경 확장된 내주면의 상부 테두리부, 직경 확장된 내주면과 저면의 접속부, 및 저면과 직경 확장되어 있지 않은 내주면의 접속부 중 적어도 하나가, R 형상으로 된, 내연 기관이 제공된다.

오일 소비 발생의 메커니즘을 고려하여 오일 소비를 억제할 수 있는 내연 기관을 제공할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사한 요소들을 유사한 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 이하에 설명된다.
도 1은 내연 기관의 부분 단면도.
도 2의 A는 관련 기술의 내연 기관에 있어서 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시한 단면도. 도 2의 B는 도 2의 A의 내연 기관에 있어서 피스톤이 상사점보다도 하방에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시한 단면도.
도 3은 운전 시간의 경과에 수반하는 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓의 높이의 변화를, 내연 기관의 종류마다 나타낸 도면.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 내연 기관에 있어서 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시한 단면도.
도 5의 A는 피스톤 상 및 실린더 라이너 상에 디포짓이 퇴적된 상태에 있어서, 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시하는 단면도. 도 5의 B는 도 5의 A에서 도시한 피스톤이, 상사점보다도 하방에 있을 때의 단면도.
도 6은 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 내연 기관에 있어서 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시한 단면도.
도 7은 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 내연 기관에 있어서 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤 및 실린더 라이너의 상부를 도시한, 도 4와 마찬가지의 단면도.
도 8은 가변 압축비 기구를 갖는 제2 실시 형태에 관한 내연 기관의, 도 1과 마찬가지의 부분 단면도.
도 9는 도 8의 가변 압축비 기구의 분해 사시도.
도 10은 도 8의 내연 기관의 움직임을 도해적으로 나타낸 측면 단면도.
도 11의 A는 기계 압축비를 최대로 한 상태에 있어서, 피스톤이 상사점에 있을 때의 도 4와 마찬가지의 단면도. 도 11의 B는 도 11의 A의 내연 기관의 피스톤 상 및 실린더 라이너 상에 디포짓이 퇴적된 상태를 도시한 단면도.
도 12는 도 10의 A에서 도시한 상태, 즉, 가변 압축비 기구에 의한 압축비가 최소가 되는 상태에 있어서의, 피스톤이 상사점에 있을 때의 단면도.
도 13은 가변 길이 커넥팅 로드를 개략적으로 도시하는 단면 측면도.
도 14는 제3 실시 형태에 관한 내연 기관의, 도 4와 마찬가지의 단면도.

이하, 도면을 참조하면서 실시 형태를 상세하게 설명한다. 전체 도면에 걸쳐, 대응하는 구성 요소에는 공통의 참조 부호를 부여한다.

도 1에는 본 실시 형태가 적용될 수 있는 내연 기관(1)의 부분 단면도를 도시한다. 내연 기관(1)은, 실린더 블록(2) 및 실린더 헤드(3)를 갖는다. 실린더 헤드(3)는, 가스킷(도시하지 않음)을 통해 실린더 블록(2)에 고정되어 있다. 실린더 블록(2)은 그 내부에 원통 형상의 실린더 라이너(5)를 갖고 있으며, 실린더 라이너(5)의 내주면은, 실린더(4)를 구획 형성한다. 실린더(4) 내에는, 피스톤(6)이 미끄럼 이동 가능하게 배치된다. 피스톤(6), 실린더 라이너(5) 및 실린더 헤드(3)에 의해 연소실(7)이 형성되고, 연소실(7)의 정상면 중앙부에는 점화 플러그(8)가 배치된다. 연소실(7)에는 흡기 포트(10)가 연통되어 있고, 연소실(7)과 흡기 포트(10) 사이에는 흡기 밸브(9)가 설치된다. 마찬가지로, 연소실(7)에는 배기 포트(12)가 연통되어 있고, 연소실(7)과 배기 포트(12) 사이에는 배기 밸브(11)가 설치된다. 흡기 포트(10) 내에는, 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(13)가 배치된다.

피스톤(6)의 외주면에는, 그 주위 방향으로 연장되는 복수의 링 홈이 형성되어 있고, 각 링 홈 내에는 피스톤 링이 배치된다. 본 실시 형태에서는, 피스톤(6)의 외주면에는 피스톤(6)의 축 방향으로 이격된 3개의 링 홈이 형성된다. 그리고 피스톤(6) 주위에는 3개의 피스톤 링이 배치된다. 이들 피스톤 링은, 일반적으로, 상방으로부터 톱 링(18), 세컨드 링(19), 오일 링(20)이라고 각각 칭해진다. 또한, 여기에서는, 피스톤(6) 중, 톱 링(18)이 배치되는 링 홈보다도 상방의 부분을 톱 랜드(15)라고 칭한다. 또한, 피스톤(6) 중, 톱 링(18)이 배치되는 링 홈과 세컨드 링(19)이 배치되는 링 홈 사이의 부분을 세컨드 랜드(16)라고 칭한다. 또한, 피스톤(6) 중, 세컨드 링(19)이 배치되는 링 홈과 오일 링(20)이 배치되는 링 홈 사이의 부분을 서드 랜드(17)라고 칭한다. 또한, 여기에서는, 실린더(4)의 축 방향에 있어서, 연소실(7)측 방향을 상방으로 하고, 연소실(7)측과는 반대의 방향을 하방으로 하여 설명한다. 그러나, 내연 기관은 반드시 실린더(4)의 축선이 연직으로 연장되도록 배치될 필요는 없다.

그런데, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 내연 기관에서는 윤활 등에 사용되는 오일이 연소에 의해 소비되어 버린다고 하는 문제가 있었다. 그러나, 그 문제가 발생하는 메커니즘에 대해서는 명확하게는 해명되어 있지 않았다. 발명자는, 이에 대해 예의 연구를 행하고, 오일 소비의 메커니즘의 일부를 해명하였다. 이하에서는, 도 2를 참조하여, 오일 소비의 메커니즘에 대해 설명한다.

도 2의 A는 관련 기술의 내연 기관에 있어서 피스톤(106)이 상사점에 있을 때의 피스톤(106) 및 실린더 라이너(105)의 상부를 도시한 단면도이다. 도 2의 B는 도 2의 A의 내연 기관에 있어서 피스톤(106)이 상사점보다도 하방에 있을 때의 피스톤(106) 및 실린더 라이너(105)의 상부를 도시한 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같은 관련 기술의 내연 기관에 있어서, 피스톤(106)의 상부에 위치하는 톱 랜드(115)의 외주면은 실린더 라이너(105)의 내주면과 대향하도록 구성된다. 톱 랜드(115)의 외주면과 실린더 라이너(105)의 내주면은, 연소실에 있어서의 연소 시에 화염이 전파되기 어려운 영역에 위치한다. 이로 인해, 톱 랜드(115)의 외주면 상에는 디포짓(121)이 퇴적된다. 또한 톱 랜드(115)의 외주면에 대향하는 실린더 라이너(105)의 내주면 상에는 디포짓(122)이 퇴적된다. 또한, 디포짓이라 함은, 연소실 내의 연료의 불완전 연소에 의해 발생하는 고형 형상의 퇴적물을 말한다.

단, 실린더 라이너(105)의 내주면 중, 피스톤(106)이 상사점에 있을 때의 톱 링(118)의 상면보다도 하방에 위치하는 내주면 상에는 기본적으로 디포짓은 퇴적되지 않는다. 이것은, 디포짓이 부착되어도, 피스톤(106)의 미끄럼 이동 시에 톱 링(118)에 의해 디포짓이 긁어 내어지기 때문이다. 디포짓(122)이 퇴적되는 위치는, 도 2의 A에 도시하는 바와 같이, 실린더 라이너의 내주면 중 피스톤(106)이 상사점에 있을 때에 톱 랜드(115)와 대면하는 위치이다.

톱 랜드(115)의 외주면 상에 퇴적되는 디포짓(121)은, 내연 기관의 운전에 수반하여, 피스톤(106)의 직경 방향 외측을 향해 서서히 성장한다. 마찬가지로, 실린더 라이너(105)의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓(122)은, 내연 기관의 운전에 수반하여, 실린더 라이너(105)의 직경 방향 내측을 향해 성장한다. 이러한 디포짓(121, 122)의 성장이 계속되면, 점차로 이들 디포짓(121, 122)은 피스톤(106)이 상사점에 있을 때에 서로 접촉하게 된다.

다음으로, 실린더(104) 내의 오일의 이동에 대해 설명한다. 피스톤(106)이 배치되는 실린더(104) 내에는, 미끄럼 이동하는 피스톤 링과 실린더 라이너(105) 사이의 윤활 등을 위해, 오일이 공급되고 있다. 특히, 피스톤(106)의 외주면 상에 부착된 오일은, 피스톤(106)의 왕복 이동에 의해, 피스톤(106)의 외주면을 따라 상방으로 이동한다.

구체적으로는, 피스톤(106)의 세컨드 랜드(116)의 외주면 상에 부착된 오일(도 2의 123a)은, 피스톤(106)의 하강 시에 관성에 의해 피스톤(106)의 외주면을 따라 상방을 향해 이동한다. 이때, 톱 링(118)은, 도 2의 B에 도시한 바와 같이 링 홈(114)의 상면에 접촉하도록 링 홈(114) 내에서 이동한다. 이로 인해, 링 홈(114)의 하면과 톱 링(118)의 하면 사이에는 간극이 생긴다. 세컨드 랜드(116)의 외주면 상을 상방을 향해 이동해 온 오일은, 123b로 나타내는 바와 같이, 이 간극을 통과하여 링 홈(114) 내에 침입한다.

그 후, 피스톤(106)이 상승하면, 톱 링(118)은, 도 2의 A에 도시한 바와 같이 링 홈(114)의 하면과 접촉하도록 링 홈(114) 내에서 이동한다. 이로 인해, 링 홈(114)의 상면과 톱 링(118)의 상면 사이에는 간극이 생긴다. 링 홈(114) 내에 저류되어 있었던 오일은 이 간극을 통과하여 톱 랜드(115)의 외주면 상으로 이동한다. 톱 랜드(115)의 외주면으로 이동한 오일(123)은, 톱 랜드(115)의 외주면 상에 퇴적되어 있는 디포짓(121)에 부착된다(123c).

또한, 실린더 라이너(105)의 내주면 상에 부착된 오일(124)은, 기본적으로 피스톤(106)의 하강에 수반하여 피스톤 링에 긁어 내어진다. 이로 인해, 실린더 라이너(105)를 따라 상방으로 이동하는 양은 극히 적다. 따라서, 실린더 라이너(105)를 따라 상방으로 이동하는 오일(124)의 양은, 피스톤(106)의 외주면을 따라 상방으로 이동하는 오일(123)의 양과 비교하여 무시할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 디포짓(121)은 피스톤(106)의 톱 랜드(115)의 외주면 상에 퇴적된다. 또한 디포짓(122)은, 실린더 라이너(105)의 내주면 상에 퇴적된다. 그리고, 디포짓(121, 122)의 성장이 계속되면, 디포짓(121)과 디포짓(122)은, 피스톤(106)이 상사점에 이를 때마다 접촉한다. 이와 같이 디포짓(121, 122)끼리가 서로 접촉하면, 디포짓(121)에 부착되어 있었던 오일의 일부가, 디포짓(122) 상으로 이동한다.

그 후, 피스톤(106)이 하강하면, 도 2의 B에 도시한 바와 같이, 실린더 라이너(105)의 내주면 상에 퇴적된 디포짓(122)은 연소실에 노출되게 된다. 이때, 이 디포짓(122)은 화염에는 노출되기 어렵지만 고온의 연소 가스에 노출되게 된다. 이로 인해, 이 디포짓(122)에 부착되어 있었던 오일(123d)은 증발하고, 소실된다. 한편, 고온의 연소 가스에 노출되어도, 디포짓(122) 자체는 연소하는 일 없이, 그대로 남는다. 이것은, 디포짓(122)에 가해진 열이 비교적 저온의 실린더 라이너(105)에 릴리프하기 때문이라고 생각되어진다. 이로 인해, 디포짓(121)과 디포짓(122)의 접촉은, 피스톤(106)의 미끄럼 이동마다 여전히 반복되게 되고, 오일(123)은 계속해서 소실되게 된다.

또한, 디포짓(121, 122)끼리가 접촉해도 일부의 오일은 이동하지 않고 톱 랜드(115)의 외주면 상에 퇴적된 디포짓(121)에 부착된 채로 남는다. 디포짓(121)에 남겨진 오일(123c)은, 피스톤(106)이 하강할 때에 연소실의 고온의 연소 가스에 의해서는 거의 증발되지 않는다. 이것은, 연소가 일어나도 톱 랜드(115)의 외주면과 실린더 라이너(105)의 내주면 사이의 공간이 오일(123c)을 증발시킬 정도로 고온이 되지 않기 때문이라고 생각되어진다. 이 공간은, 좁고 또한 저온의 피스톤(106) 및 실린더 라이너(105)에 둘러싸여 있으므로, 연소 시에 고온이 되기 어렵다고 생각되어진다. 또한, 하강하고 있는 피스톤(106)의 톱 랜드(115)의 외주면은 고온의 연소 가스에는 노출되기 어려우므로 오일(123c)이 거의 증발되지 않는다고 생각되어진다. 따라서, 오일(123)의 소실은 오로지 실린더 라이너(105)의 내주면 상에 퇴적된 디포짓(122)으로부터 발생한다.

상술한 바와 같이, 톱 랜드(115)의 외주면 상에 퇴적되는 디포짓(121)은, 내연 기관의 운전에 수반하여 피스톤(106)의 직경 방향 외측으로 서서히 성장한다. 그리고, 디포짓(121)은 최대로 실린더 라이너(105)의 내주면에 도달할 때까지 성장한다. 디포짓(121)이 성장하여 실린더 라이너(105)의 내주면에까지 도달하면, 실린더 라이너(105)의 내주면에 의해 성장이 저지된다. 이로 인해 디포짓(121)은 더 이상 성장할 수 없다.

실린더 라이너(105)의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓(122)도, 실린더 라이너(105)의 직경 방향 내측으로 성장한다. 발명자는, 이 디포짓(122)은 일정한 높이에 이르면, 피스톤(106)의 톱 랜드의 외주면에 도달하지 않더라도 그 이상은 성장하지 않게 되는 것을 발견하였다. 이것은, 이하와 같은 메커니즘에 의한 것이라고 생각되어진다.

실린더 라이너(105)는 도시하지 않은 워터 재킷을 흐르는 냉각수에 의해 냉각되고 있다. 그로 인해, 디포짓(122)의 성장의 초기 단계에 있어서는, 디포짓(122)은 고온의 연소 가스에 노출되어도, 실린더 라이너(105)를 통해 냉각수에 의해 냉각되므로 자기 소멸할 정도로 고온이 되지는 않는다. 그러나, 디포짓(122)의 열전도 특성은 낮으므로, 디포짓(122)이 성장하면, 실린더 라이너로부터 이격된 부위는 실린더 라이너(105)에 의해 충분히 냉각되지 않게 된다. 이로 인해, 디포짓(122)이 일정한 높이 이상으로까지 성장하면, 이 일정한 높이 이상의 영역에서는, 디포짓(122)의 표면 온도가 자기 소멸할 정도로 고온이 된다. 이와 같이, 일정한 높이 이상으로 퇴적된 디포짓(122)은 연소실 내의 고온의 연소 가스에 노출되어 자기 소멸된다. 이 결과, 실린더 라이너(105) 상에 퇴적된 디포짓(122)은 일정한 높이 이상으로는 성장하지 않게 된다고 생각되어진다.

여기서, 디포짓(122)이 퇴적되는 상기 일정한 높이는, 조건에 의해 다소 변화하지만, 130∼250㎛인 것이 발명자의 연구에 의해 확인되었다. 이에 대해, 도 3을 사용하여 설명한다.

도 3은 운전 시간의 경과에 수반하는 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓의 높이의 변화에 대해 나타낸 도면이다. 도 3에는 내연 기관의 종류마다 복수회 시험한 결과가 나타내어져 있다. 도면 중의 포인트의 형상의 차이(삼각형, 사각형 등)는 내연 기관의 종류가 다른 것을 나타내는 것이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실린더 라이너의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓은, 대부분의 경우, 운전 개시로부터 단시간에 100㎛∼200㎛ 정도의 높이까지 급속하게 성장한다. 그 후, 운전을 계속해서 100시간이 경과하면, 디포짓의 높이는, 대부분의 경우, 130㎛∼240㎛ 정도의 높이로까지 성장한다. 그러나, 그 이후는 큰 변화가 없고, 디포짓의 높이는 대부분의 내연 기관에 있어서도 약 250㎛ 이하로 유지되고, 거의 모든 내연 기관에 있어서 약 300㎛ 이하로 유지된다.

제1 실시 형태에 관한 내연 기관은, 상술한 오일 소비의 메커니즘 및 디포짓의 성장 메커니즘을 고려하여 구성되었다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 내연 기관은, 실린더 라이너(5)의 내주면(5a)이 직경 확장된 직경 확장부(30)를 갖는다. 직경 확장부(30)는, 제1부의 일례이다. 도 4는 제1 실시 형태에 관한 내연 기관(1)에 있어서 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 상부의 단면도이다.

직경 확장부(30)는, 내주면(30a)과 저면(30b)에 의해 구획 형성된다. 내주면(30a)은, 실린더 라이너(5)의 내주면(5a)에 대해 직경이 확장되어 있다. 내주면(30a)은, 제1 내주면의 일례이다. 또한, 직경 확장되어 있지 않은 실린더 라이너의 부분을 제2부라고도 한다. 제2부는 내주면(5a)을 포함한다. 내주면(5a)은, 제2 내주면의 일례이다. 저면(30b)은, 내주면(30a)의 하단부로부터 실린더(4)의 직경 방향 내측으로 연장되는 면이다. 본 실시 형태에서는, 내주면(30a)은 실린더 라이너(5)의 상면까지 연장된다. 내주면(30a)의 반경은, 내주면(5a)의 반경보다도, 직경 확장 치수 e만큼 크다. 본 실시 형태에 있어서, 직경 확장 치수 e는, 100㎛ 이상이며 1000㎛ 이하로 된다. 직경 확장 치수 e는, 바람직하게는 200㎛ 이상으로 되고, 더 바람직하게는 250㎛ 이상으로 되고, 가장 바람직하게는 300㎛ 이상으로 된다. 또한, 직경 확장 치수 e는, 바람직하게는 800㎛ 이하로 되고, 보다 바람직하게는 600㎛ 이하로 되고, 가장 바람직하게는 500㎛ 이하로 된다. 내주면(30a)의 반경을 제1 반경, 내주면(5a)의 반경을 제2 반경이라고도 한다.

본 실시 형태에 있어서, 저면(30b)은, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 링 홈(14)의 상면(14a)과 동등한 위치에 위치하도록 구성된다.

도 5의 A와 도 5의 B는 도 4의 피스톤(6) 상, 및 실린더 라이너(5) 상에 디포짓(21, 22)이 퇴적된 상태를 도시한 도면이다. 도 5의 A는 피스톤(6)이 상사점에 위치할 때의 단면도이다. 도 5의 B는 그 피스톤(6)이 상사점보다도 하방에 위치할 때의 단면도이다. 도 5의 A에 도시되는 바와 같이, 실린더 라이너(5) 상의 디포짓(22)은, 직경 확장부(30)의 내주면(30a) 상에 퇴적된다. 이 디포짓(22)은, 상술한 바와 같이, 일정한 높이까지 성장하면 그 이상은 성장하지 않는다. 따라서, 일례로서, 디포짓(22)이 최고로 280㎛까지 성장하는 내연 기관의 경우, 직경 확장 치수 e를 300㎛로 하면, 내주면(30a) 상에 퇴적된 디포짓은, 내주면(5a)과 동일 평면까지 직경 방향 내측으로는 성장하지 않는다.

상술한 바와 같이, 톱 랜드(15)의 외주면 상의 디포짓(21)은, 실린더 라이너(5)의 내주면(5a)보다도 직경 방향 외측으로 성장하는 일은 없다. 이로 인해, 도 5의 A에 도시한 바와 같이, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때라도, 디포짓(21)은 디포짓(22)과 접촉하지 않는다. 디포짓(21)에 부착된 오일(23c)은, 디포짓(22)으로는 이동하지 않고, 그 결과, 오일의 소실이 저감된다.

상술한 바와 같이, 피스톤(6)측의 디포짓(21)과 실린더 라이너(5)측의 디포짓(21)이 접촉하지 않으면, 오일의 소실을 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 내주면(30a)에 디포짓(22)이 부착되어도, 디포짓(22)이 내주면(5a)보다도 직경 방향 내측으로까지 성장하지 않도록 직경 확장부(30)의 내주면(30a)이 설치된다. 즉, 직경 확장 치수 e는, 디포짓(22)의 최대 성장 높이보다도 큰 값, 즉, 상술한 바와 같은 수치 범위 내로 설정된다. 따라서, 예를 들어 실린더 라이너(5)의 내주면 상에 퇴적되는 디포짓(22)이 성장할 수 있는 최대 높이가 150㎛인 경우, 직경 확장 치수 e는 150㎛보다도 큰 값으로 된다.

가솔린 엔진의 경우, 직경 확장부(30)에 들어간 혼합기는 초기의 연소에 기여하기 어렵다. 이로 인해, 직경 확장부(30)를 크게 할수록 연소실(7) 내에서의 혼합기의 연소 악화를 초래한다. 따라서, 직경 확장부(30)의 직경 확장 치수 e는 필요 이상으로 크게 해서는 안 된다. 디젤 엔진의 경우에 있어서도, 직경 확장부(30)는 공기가 들어가는 불필요한 용적이 되므로, 직경 확장 치수 e를 필요 이상으로 크게 해서는 안 된다. 이들 이유로부터, 본 실시 형태에서는, 직경 확장 치수 e는, 1000㎛ 이하, 바람직하게는 800㎛ 이하, 보다 바람직하게는 600㎛ 이하, 가장 바람직하게는 500㎛ 이하로 된다. 이로 인해, 직경 확장부(30)를 설치하는 것에 의한 혼합기의 연소 악화를 최소한으로 억제할 수 있다.

도 6은 도 4에서 도시한 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 내연 기관의 단면도이다. 본 변형예에 관한 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성은, 이하에 설명하는 부분을 제외하고 기본적으로 도 4에서 설명한 실시 형태에 관한 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성과 마찬가지이다.

본 변형예에 있어서, 직경 확장부(230)의 저면(230b)은, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 톱 링의 상면(18a)과 동등한 위치에 위치하도록 구성된다. 이와 같이 구성됨으로써, 도 6에 도시한 바와 같이, 실린더 라이너(5)의 내주면(5a)의 최상단부까지 톱 링(18)이 미끄럼 이동할 수 있다. 가령 실린더 라이너(5)의 확대되어 있지 않은 내주면(5a)의 최상단부 근방에 디포짓이 퇴적되었다고 해도, 톱 링(18)에 의해 디포짓을 완전히 제거하는 것이 가능해진다.

또한, 도 4를 사용하여 나타낸 제1 실시 형태에서는, 저면(30b)의 위치는, 실린더(4)의 축 방향에 있어서, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 링 홈의 상면(14a)의 위치와 동등한 위치로 된다. 또한, 도 6을 사용하여 설명한 본 제1 변형예에서는, 저면(230b)의 위치는, 실린더(4)의 축 방향에 있어서, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 톱 링의 상면(18a)의 위치와 동등한 위치로 된다. 그러나, 저면(230b)의 위치는, 이들 양 위치에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저면(230b)의 위치는, 도 4에 도시한 저면(30b)의 실린더(4)의 축 방향 위치와, 도 6에 도시한 저면(230b)의 실린더(4)의 축 방향 위치 사이의 임의의 위치로 설정되어도 된다. 즉, 직경 확장부(230)의 저면(230b)의 위치는, 실린더(4)의 축 방향에 있어서, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 링 홈의 상면(14a)의 위치와 톱 링의 상면(18a)의 위치 사이의 임의의 위치로 된다. 또한, 저면(230b)의 위치는, 톱 링의 상면(18a)의 위치보다 다소 하방으로 설정되어도 된다. 따라서, 직경 확장부(230)의 저면(230b)의 위치는, 실린더(4)의 축 방향에 있어서, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 링 홈의 상면(14a)의 위치보다 다소 하방의 위치로 되어도 된다.

도 7은 도 4에서 도시한 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 내연 기관의 단면도이다. 제2 변형예에 관한 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성은, 이하에 설명하는 부분을 제외하고 기본적으로 도 4의 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성과 마찬가지이다.

톱 링(18)이 직경 확장부(330)의 저면(330b)보다도 상방으로 이동하면 코너부(E)에 의해 톱 링(18)이 직경 확장부(330)에 걸리고, 톱 링(18)이 손상되어 버릴 우려가 있다. 따라서, 도 7에 나타내는 제2 변형예에서는, 저면(330b)의 위치는, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면(14a)의 위치보다도 상방에 위치하도록 구성된다. 구체적으로는, 저면(330b)의 위치는, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면(14a)보다도 마진(M)만큼 상방에 위치하도록 구성된다. 이 마진(M)은, 예를 들어 0∼1000㎛의 값으로 되고, 바람직하게는 0∼500㎛로 된다.

제2 변형예에 따르면, 톱 링(18)이 직경 확장부(330)에 들어가 손상되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 제1 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예를 통합하면, 직경 확장부의 저면의 위치는, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 톱 링(18)의 상면의 위치로부터 링 홈의 상면(14a)보다 마진(M)만큼 상방의 위치까지의 사이의 임의의 위치로 되도록 구성된다. 그러나, 직경 확장부는, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 톱 랜드(15)와 대향하는 실린더 라이너의 내주면의 적어도 일부에 설치되어 있으면 된다. 직경 확장부가 이와 같이 설치됨으로써, 톱 랜드(15) 상에 퇴적되는 디포짓과 실린더 라이너(5) 상에 퇴적되는 디포짓의 접촉 면적을 감소시킬 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 내연 기관에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 내연 기관(401)의 구성은, 이하에 설명하는 부분을 제외하고 기본적으로 도 4에서 설명한 제1 실시 형태에 관한 내연 기관(1)의 구성과 마찬가지이다.

도 8은 가변 압축비 기구(A)를 갖는 내연 기관(401)의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 440은 크랭크 케이스, 402는 실린더 블록을 각각 나타낸다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시 형태의 내연 기관(401)은, 크랭크 케이스(440)와 실린더 블록(402) 사이의 상대 거리를 변화시킴으로써 기계 압축비를 변경 가능한 가변 압축비 기구(A)를 갖는다.

도 9는 도 8의 가변 압축비 기구(A)의 분해 사시도이며, 도 10은 도해적으로 나타낸 도 8의 내연 기관(401)의 측면 단면도를 나타내고 있다. 가변 압축비 기구(A)는, 내연 기관(401)의 부하에 따라 연소실(7)의 용적을 변화시켜 기계 압축비를 조정하기 위한 기구이다. 도 9를 참조하면, 실린더 블록(402)의 짧은 방향 양 측벽의 하방에는 서로 간격을 둔 복수개의 돌출부(50)가 형성되어 있다. 각 돌출부(50) 내에는 각각 원형의 캠 삽입 구멍(51)이 형성되어 있다. 한편, 크랭크 케이스(440)의 상벽면 상에는 복수의 돌출부(52)가 형성되어 있다. 복수의 돌출부(52)는, 서로 간격을 두고 배치된다. 복수의 돌출부(52)는 각각, 대응하는 돌출부(50)의 사이에 끼워 맞추어진다. 복수의 각 돌출부(52) 내에는, 원형의 캠 삽입 구멍(53)이 형성되어 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 가변 압축비 기구(A)에는 한 쌍의 캠 샤프트(54, 55)가 설치되어 있다. 각 캠 샤프트(54, 55) 상에는 원형 캠(58)이 고정되어 있다. 원형 캠(58)은, 1개 간격으로 각 캠 삽입 구멍(53) 내에 회전 가능하게 삽입된다. 이들 원형 캠(58)은 각 캠 샤프트(54, 55)의 회전 축선과 공축을 이룬이다. 한편, 각 원형 캠(58)에는 도 10에 도시하는 바와 같이 각 캠 샤프트(54, 55)의 회전 축선에 대해 편심 배치된 편심축(57)이 연장되어 있다. 이 편심축(57) 상에 다른 원형 캠(56)이 편심되어 회전 가능하게 설치되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이 이들 원형 캠(56)은 원형 캠(58)과 교대로 캠 샤프트 길이 방향으로 배치되어 있다. 이들 원형 캠(56)은 대응하는 각 캠 삽입 구멍(51) 내에 회전 가능하게 삽입되어 있다.

각 캠 샤프트(54, 55) 상에 고정된 원형 캠(58)을, 도 10의 A에 있어서 화살표로 나타낸 바와 같이 서로 반대 방향으로 회전시키면, 편심축(57)이 서로 이격되는 방향으로 이동한다. 이로 인해 원형 캠(56)이 캠 삽입 구멍(51) 내에 있어서 원형 캠(58)과는 반대 방향으로 회전한다. 그리고, 도 10의 B에 도시한 바와 같이 편심축(57)의 위치가 높은 위치로부터 중간 높이 위치가 된다. 이어서 또한 원형 캠(58)을 화살표로 나타낸 방향으로 회전시키면 도 10의 C에 도시한 바와 같이 편심축(57)은 가장 낮은 위치가 된다.

또한, 도 10의 A∼도 10의 C에는 각각의 상태에 있어서의 원형 캠(58)의 중심 a와 편심축(57)의 중심 b와 원형 캠(56)의 중심 c의 위치 관계가 나타나 있다.

도 10의 A∼도 10의 C를 비교하면 알 수 있는 바와 같이 크랭크 케이스(440)와 실린더 블록(402)의 상대 위치는 원형 캠(58)의 중심 a와 원형 캠(56)의 중심 c의 거리에 의해 정해진다. 원형 캠(58)의 중심 a와 원형 캠(56)의 중심 c의 거리가 커질수록 실린더 블록(402)은 크랭크 케이스(440)로부터 이격된다. 즉, 가변 압축비 기구(A)는 회전하는 캠을 사용한 크랭크 기구에 의해 크랭크 케이스(440)와 실린더 블록(402)의 상대 위치를 변화시키고 있다. 실린더 블록(402)이 크랭크 케이스(440)로부터 이격되면 피스톤(6)이 압축 상사점에 위치할 때의 연소실(7)의 용적은 증대된다. 따라서 각 캠 샤프트(54, 55)를 회전시킴으로써 피스톤(6)이 압축 상사점에 위치할 때의 연소실(7)의 용적을 변경할 수 있다. 이 결과, 가변 압축비 기구(A)에 따르면, 피스톤(6)과 실린더 블록(402)의 실린더(4)의 축 방향에 있어서의 상대 위치를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한, 가변 압축비 기구(A)에 의해 내연 기관의 압축비를 변경할 수 있다.

특히, 도 10의 A에 도시한 상태에서는, 상사점에 있을 때의 피스톤(6)의 위치가 실린더 블록(402)에 대해 상대적으로 가장 하방에 위치한다. 이로 인해, 이 상태에서는, 압축비가 최소로 된다. 한편, 도 10의 C에 도시한 상태에서는, 상사점에 있을 때의 피스톤(6)의 위치가 실린더 블록(402)에 대해 상대적으로 가장 상방에 위치한다. 이로 인해, 이 상태에서는, 압축비가 최대로 된다.

도 9에 도시한 바와 같이 각 캠 샤프트(54, 55)를 각각 반대 방향으로 회전시키기 위해 구동 모터(59)의 회전축에는 각각 나선 방향이 역방향인 한 쌍의 웜(61, 62)이 설치되어 있다. 이들 웜(61, 62)과 맞물리는 웜 휠(63, 64)이 각각 각 캠 샤프트(54, 55)의 단부에 고정되어 있다. 이 실시 형태에서는 구동 모터(59)를 구동함으로써 피스톤(6)이 압축 상사점에 위치할 때의 연소실(7)의 용적이 넓은 범위에 걸쳐 변경될 수 있다. 또한, 도 9 및 도 10에 도시한 가변 압축비 기구(A)는 일례를 나타내는 것으로서, 어떠한 형식의 가변 압축비 기구라도 사용할 수 있다.

도 11의 A는 도 10의 C에서 도시한 상태, 즉, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대로 되는 상태에 있어서의, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 단면도이다. 또한, 도 11의 B는 도 11의 A의 내연 기관의 피스톤(6) 상 및 실린더 라이너(5) 상에 디포짓이 퇴적된 상태를 도시한 단면도이다.

도 11의 A에 도시하는 바와 같이, 도 10의 C에서 도시한 상태에서 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 저면(430b)의 위치가 링 홈의 상면(14a)의 위치와 동등해지도록 구성된다. 따라서, 저면(430b)의 위치는, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최소로 되는 상태에서 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면(14a)의 위치와 동등해진다.

직경 확장부(430)를 이와 같이 구성함으로써, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대로 된다. 그리고 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대로 되어 있는 한, 상술한 도 5의 A를 사용하여 설명한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 피스톤(6)측의 디포짓(21)과 실린더 라이너(5)측의 디포짓(22)은 접촉하지 않는다. 이로 인해, 디포짓(21, 22) 사이에서 오일은 이동하지 않고, 오일은 소실이 억제된다.

한편, 예를 들어 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 계속적으로 최소로 되어 있는 경우를 도 12에 도시한다. 도 12는 도 10의 A에서 도시한 상태, 즉, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최소로 되는 상태에 있어서의, 피스톤(6)이 상사점에 있을 때의 단면도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 계속적으로 최소로 되어 있는 경우에는, 디포짓(25)이 실린더 라이너(5)의 직경 확장되어 있지 않은 내주면(5a) 상에 퇴적될 수 있다. 그러나, 가령 도 12에 도시한 바와 같이 디포짓(25)이 실린더 라이너(5)의 내주면(5a) 상에 퇴적되었다고 해도, 가변 압축비 기구(A)에 의해 압축비가 크게 되면, 상사점에 있어서의 피스톤(6)의 위치가 실린더 라이너(5)에 대해 상대적으로 상승한다. 이 결과, 실린더 라이너(5)의 내주면(5a) 상에 퇴적되어 있었던 디포짓(25)은 피스톤(6)의 상승 시에 피스톤(6)에 의해 긁어 내어진다. 따라서, 피스톤(6)의 톱 랜드(15)의 외주면 상의 디포짓(21)이 계속적으로 실린더 라이너(5)의 내주면(5a) 상의 디포짓에 접촉하는 일은 없고, 오일의 소실은 억제된다.

또한, 도 11의 A에 도시하는 바와 같이, 직경 확장부의 저면(430b)의 위치는, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대인 상태, 또한 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 실린더(4)의 축 방향에 있어서 링 홈의 상면(14a)과 동등한 위치로 된다. 그러나, 저면(430b)의 위치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 6이나 도 7에 나타낸 예와 같이, 저면(430b)이, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대인 상태, 또한 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 톱 링(18)의 상면의 위치와 링 홈의 상면(14a)으로부터 마진(M)만큼 상방의 위치 사이의 임의의 위치에 있어도 된다. 또는, 직경 확장부(430)는, 가변 압축비 기구(A)에 의한 압축비가 최대인 상태 또한 피스톤(6)이 상사점에 있을 때에, 피스톤(6)의 톱 랜드(15)와 대향하는 실린더 라이너(5)의 내주면의 적어도 일부에 설치되어 있으면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤과 실린더 블록의 상대 위치를 변경하는 장치로서, 상술한 가변 압축비 기구(A)를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 장치는, 이것에 한정되는 것이 아니라, 피스톤이 상사점에 있을 때의 피스톤과 실린더 블록의 상대 위치를 변경할 수 있으면 어떠한 장치를 사용해도 된다.

이러한 장치의 예로서는, 예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 피스톤의 커넥팅 로드의 유효 길이를 변경하는 기구를 들 수 있다. 여기서, 커넥팅 로드의 유효 길이라 함은, 크랭크 핀을 수용하는 크랭크 수용 개구의 중심과 피스톤을 수용하는 피스톤 핀 수용 개구의 중심 사이의 거리를 의미한다.

도 13에 도시한 바와 같이, 가변 길이 커넥팅 로드는, 편심 부재(32)와, 제1 피스톤 기구(33)와, 제2 피스톤 기구(34)와, 흐름 방향 전환 기구(35)를 포함한다. 편심 부재(32)는 커넥팅 로드 본체의 소직경 단부에 회동 가능하게 설치된다. 제1 피스톤 기구(33)와 제2 피스톤 기구(34)는 커넥팅 로드 본체에 설치된다. 흐름 방향 전환 기구(35)는 이들 제1 피스톤 기구(33)와 제2 피스톤 기구(34)로의 작동유의 흐름의 전환을 행한다. 편심 부재(32)에는 피스톤 핀을 수용하는 수용 개구(32d)가 형성된다. 그리고 이 수용 개구(32d)는 편심 부재(32)의 회동 축선에 대해 편심되어 있다.

이와 같이 구성된 가변 길이 커넥팅 로드에서는, 흐름 방향 전환 기구(35)에 의해 제2 피스톤 기구(34)로부터 제1 피스톤 기구(33)에 흐르도록 작동유의 흐름이 전환된다. 작동유가 제2 피스톤 기구(34)로부터 제1 피스톤 기구(33)에 흐르도록 전환되면, 도 13의 A에 도시한 바와 같이, 편심 부재(32)가 화살표로 나타낸 방향으로 회동된다. 이 결과, 커넥팅 로드의 유효 길이가 길어지고(도면 중의 L1), 압축비가 높여진다. 한편, 흐름 방향 전환 기구(35)에 의해, 작동유가 제1 피스톤 기구(33)로부터 제2 피스톤 기구(34)에 흐르도록 전환되면, 도 13의 B에 도시한 바와 같이, 편심 부재(32)가 화살표로 나타낸 방향으로 회동된다. 이 결과, 커넥팅 로드의 유효 길이가 짧아지고(도면 중의 L2), 압축비가 저하된다.

도 14는 제3 실시 형태에 관한 내연 기관의 도 4와 마찬가지의 단면도이다. 본 실시 형태에 관한 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성은, 이하에 설명하는 부분을 제외하고 기본적으로 도 4에서 설명한 실시 형태에 관한 피스톤(6) 및 실린더 라이너(5)의 구성과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 있어서는, 실린더 라이너(5)의 상면(5b)과 직경 확장된 내주면(30a)의 접속부, 직경 확장된 내주면(30a)과 저면(30b)의 접속부, 및 저면(30b)과 직경 확장되어 있지 않은 내주면(5a)의 접속부가, R 형상으로 되어 있다. 단, 직경 확장된 내주면(30a)의 상방에 직경 확장되어 있지 않은 내주면(5a)이 있는 경우에는, 실린더 라이너(5)의 상면(5b)과 직경 확장된 내주면(30a)이 아니라, 실린더 라이너(5)의 상면(5b)과 그 직경 확장되어 있지 않은 내주면(5a)의 접속부가 R 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 피스톤(6)을 실린더(4) 내에 실린더(4)의 축 방향 하방으로 삽입하는 제조 공정에 있어서, 피스톤(6) 및 톱 링(18)의 실린더 라이너(5)의 내부의 에지에 의한 손상이 억제되고, 조립도 용이해진다. 도 14에 있어서는, 실린더 라이너(5)의 직경 확장된 내주면(30a)의 상부 테두리부, 직경 확장된 내주면(30a)과 저면(30b)의 접속부, 및 저면(30b)과 직경 확장되어 있지 않은 내주면(5a)의 접속부의 모두가 R 형상으로 되어 있다. 그러나, 이들 모두가 R 형상으로 되어 있을 필요는 없고, 이들 중 적어도 하나가 R 형상이면 상술한 효과를 얻을 수 있다.

본 명세서에 있어서의 실린더 라이너는, 실린더를 구획 형성하는 면이며, 피스톤에 배치된 톱 링이 미끄럼 이동하는 면을 갖는 부분을 의미하는 것이다. 따라서, 본 명세서에 있어서의 실린더 라이너라 함은, 실린더 블록에 대해 별개의 부재로서 주입된 통 형상체여도 되고, 혹은 실린더 블록과 일체의 부분이며, 용사 피막이 형성된 실린더 보어의 내면을 갖는 부분이어도 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 디포짓의 높이라 함은, 피스톤의 외주면 또는 실린더 라이너의 내주면에 대해 수직한 방향에 있어서의 디포짓의 치수를 의미한다. 따라서, 피스톤의 외주면에 부착된 디포짓의 높이는, 실린더의 직경 방향에 있어서, 그 피스톤의 외주면으로부터, 디포짓의 가장 외측의 위치까지의 치수를 의미한다. 마찬가지로, 실린더 라이너의 내주면에 부착된 디포짓의 높이는, 실린더의 직경 방향에 있어서, 그 실린더 라이너의 내주면으로부터, 디포짓의 가장 내측의 위치까지의 치수를 의미한다.

Claims

내연 기관이며,
실린더 블록과,
실린더 라이너와,
피스톤을 포함하고,
상기 실린더 라이너는 원통 형상이며, 상기 실린더 라이너는 실린더 블록 내에 위치하고,
상기 피스톤은 상기 실린더 라이너 내에 위치하고,
상기 피스톤은 링 홈, 톱 랜드와 피스톤 링을 포함하고,
상기 링 홈은 상기 피스톤의 외주에 상기 톱 랜드에 인접하여 위치하고,
상기 링 홈 내에 상기 피스톤 링이 배치되고,
상기 실린더 라이너는 제1부 및 제2부를 포함하고,
상기 제1부는, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에 상기 피스톤의 상기 톱 랜드와 대향하는 상기 실린더 라이너의 내주면의 적어도 일부에 위치하고,
상기 제1부는 제1 내주면을 포함하고, 상기 제1 내주면은 제1 반경을 갖고,
상기 제2부는 제2 내주면을 포함하고, 상기 제2 내주면은 제2 반경을 갖고,
상기 제1 반경은, 상기 제2 반경보다도 100㎛ 내지 1000㎛만큼 큰, 내연 기관.
내연 기관이며,
실린더 블록과,
실린더 라이너와,
피스톤을 포함하고,
상기 실린더 라이너는 원통 형상이며, 상기 실린더 라이너는 실린더 블록 내에 위치하고,
상기 피스톤은 상기 실린더 라이너 내에 위치하고,
상기 피스톤은 링 홈, 톱 랜드와 피스톤 링을 포함하고,
상기 링 홈은 상기 피스톤의 외주에 상기 톱 랜드에 인접하여 위치하고,
상기 링 홈 내에 상기 피스톤 링이 배치되고,
상기 실린더 라이너는 제1부 및 제2부를 포함하고,
상기 제1부는 제1 내주면을 포함하고,
상기 제1 내주면은 제1 반경을 갖고,
상기 제1 내주면은, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에 상기 피스톤의 상기 톱 랜드와 대향하는 상기 실린더 라이너의 내주면의 적어도 일부에 위치하고,
상기 제2부는 제2 내주면을 포함하고,
상기 제2 내주면은 제2 반경을 갖고,
상기 제1 내주면과 상기 제2 내주면 사이의 실린더 라이너 직경 방향에 있어서의 거리는, 상기 제1 내주면에 퇴적되는 디포짓이 성장할 수 있는 최대 높이보다도 커지도록 구성되는, 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1부는 상기 제1 내주면의 하단부로부터 상기 실린더 라이너의 직경 방향 내측으로 연장되는 저면을 포함하고,
상기 제1부는, 상기 저면과 상기 제1 내주면에 의해 획정되고,
상기 저면은, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에, 상기 실린더 라이너의 축 방향에 있어서 상기 피스톤 링의 상면과 동등한 위치 또는 상기 피스톤 링의 상면보다도 상방의 위치에 있는, 내연 기관.
제3항에 있어서,
상기 저면은, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에, 상기 실린더 라이너의 축 방향에 있어서 상기 링 홈의 상면과 동등한 위치에 있는, 내연 기관.
제3항에 있어서,
상기 저면의 위치는, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에, 상기 실린더 라이너의 축 방향에 있어서 상기 링 홈의 상면보다 500㎛ 상방의 위치보다도 하방에 있는, 내연 기관.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤이 상사점에 있을 때의 상기 피스톤과 실린더 블록의 상기 실린더 라이너의 축 방향에 있어서의 상대 위치를 변화시킴으로써 기계 압축비를 변경하도록 구성되는 가변 압축비 기구를 더 포함하고,
상기 피스톤은, 상기 실린더 블록에 대한 상기 피스톤의 상기 상대 위치가 가장 연소실측에 위치하는 상태에서 상사점에 있는, 내연 기관.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1부가, 상기 실린더 라이너의 상면까지 연장되어 있고,
상기 실린더 라이너는 상부 테두리부, 제1 접속부 및 제2 접속부를 포함하고,
상기 상부 테두리부는 상기 제1 내주면 상에 있고,
상기 상부 테두리부는 상기 제1 내주면의 상단부 부분인, 상기 제1 접속부에 있어서, 상기 제1 내주면과 상기 저면이 접속되고,
상기 제2 접속부에 있어서, 상기 저면과 상기 제2 내주면이 접속되고,
상기 상부 테두리부, 상기 제1 접속부, 그리고 상기 제2 접속부 중 적어도 하나가, R 형상으로 되는, 내연 기관.