(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動機構にてシリンダブロックをクランクケースに対して相対変位させることにより圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、
前記クランクケースと前記シリンダブロックとの間に生じる間隙をシールするシール部材と、前記内燃機関の運転状態に応じて圧縮比が変更されるように前記駆動機構の動作を制御する制御手段と、前記クランクケース内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の下限圧以下の場合に、前記制御手段による圧縮比の変更を禁止する変更禁止手段と、を備えている可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記変更禁止手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力が前記下限圧よりも高い圧力である所定の上限圧以上の場合に、前記制御手段による圧縮比の変更を禁止する請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックをクランクケースに対して相対変位させることにより圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることにより圧縮比を変更可能な内燃機関、いわゆる可変圧縮比内燃機関が知られている。このような内燃機関ではクランクケースとシリンダブロックとの間に隙間が生じるため、この間隙をシール部材でシールする。例えば、クランクケースとシリンダブロックとの間にリング状のシール材が設けられた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１４９８９号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可変圧縮比内燃機関に設けられているシール部材は、クランクケース内の圧力が過度に低いとクランクケースの内と外との圧力差によってクランクケースやシリンダブロックに過度に密着する。このような状態でシリンダブロックを動かすとシール部材に過度の応力がかかって破損する可能性がある。また、シール部材がクランクケースとシリンダブロックとの間の隙間を覆うように設けられている場合には、クランクケース内の圧力が過度に低いとシール部材が内側に引き込まれてクランクケースやシリンダブロックと密着する。この状態でシリンダブロックを動かすとシール部材がクランクケースやシリンダブロックと擦れ合い、これによりシール部材が破損する可能性がある。特許文献１には、このようなクランクケースの内部の圧力に起因するシール部材の破損を未然に防止する方法について開示されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、クランクケースの内部の圧力に起因するシール部材の破損を未然に防止することが可能な可変圧縮比内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の可変圧縮比内燃機関は、駆動機構にてシリンダブロックをクランクケースに対して相対変位させることにより圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関において、前記クランクケースと前記シリンダブロックとの間に生じる間隙をシールするシール部材と、前記内燃機関の運転状態に応じて圧縮比が変更されるように前記駆動機構の動作を制御する制御手段と、前記クランクケース内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の下限圧以下の場合に、前記制御手段による圧縮比の変更を禁止する変更禁止手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の可変圧縮比内燃機関によれば、クランクケース内の圧力が下限圧以下の場合には圧縮比の変更が禁止されるので、下限圧を適切に設定することによりシール部材がクランクケースやシリンダブロックと密着しているときにシリンダブロックを動かすことを禁止できる。そのため、シール部材に過度の応力がかかったりシール部材がクランクケースやシリンダブロックと擦れ合ったりすることを防止できる。そのため、クランクケースの内部の圧力に起因するシール部材の破損を未然に防止できる。
【０００８】
本発明の可変圧縮比内燃機関の一形態において、前記変更禁止手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力が前記下限圧よりも高い圧力である所定の上限圧以上の場合に、前記制御手段による圧縮比の変更を禁止してもよい（請求項２）。クランクケース内の圧力が過度に高い場合には、シール部材が外側に押し出されてクランクケースやシリンダブロックと過度に密着することがある。この状態でシリンダブロックを動かすとシール部材が破損する可能性がある。また、クランクケースとシリンダブロックとの間の隙間を覆うようにシール部材が設けられている場合には、シール部材が外側に膨らむ可能性がある。そして、この状態でシリンダブロックを動かすとシール部材に過度の応力がかかる可能性がある。この形態では、クランクケース内の圧力が上限圧以上の場合には圧縮比の変更が禁止されるので、上限圧を適切に設定することによりシール部材に過度の応力がかかることを防止できる。そのため、クランクケースの内部の圧力に起因するシール部材の破損を未然に防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、本発明の可変圧縮比内燃機関によれば、シール部材に過度の応力がかかったりシール部材がシリンダブロックやクランクケースと擦れ合ったりすることを防止できる。そのため、クランクケースの内部の圧力に起因するシール部材の破損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関の要部を概略的に示す図。
【図２】シール部材の周囲を拡大して示す図。
【図３】クランクケースの内部の圧力が低いときのシール部材の状態を示す図。
【図４】クランクケースの内部の圧力が高いときのシール部材の状態を示す図。
【図５】ＥＣＵが実行する圧縮比変更判定ルーチンを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の要部を概略的に示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものである。エンジン１は、クランクケース２と、シリンダブロック３と、シリンダヘッド４とを備えている。そして、エンジン１は、クランクケース２に対してシリンダブロック３を相対変位させることにより圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関として構成されている。
【００１２】
シリンダブロック３には、４つ（図１では１つのみを示す。）の気筒５が一列に並ぶように形成されている。なお、これらの気筒５はこの図において紙面に対して垂直な方向に並ぶように設けられている。各気筒５には、ピストン６が気筒５の中心線ＣＬに沿って往復動可能なようにそれぞれ挿入されている。各ピストン６は、コネクティングロッド７を介してクランク軸８と連結されている。クランク軸８は、クランクケース２に回転自在に支持されている。また、シリンダブロック３には、冷却水を流すための冷却水通路９が設けられている。
【００１３】
シリンダヘッド４は、各気筒５の開口部を塞ぐようにシリンダブロック３の上部に取り付けられている。シリンダヘッド４には、気筒５と通じる吸気ポート１０及び排気ポート１１が気筒５毎に設けられている。また、シリンダヘッド４には、吸気ポート１０を開閉する吸気バルブ１２及び排気ポート１１を開閉する排気バルブ１３が設けられている。
【００１４】
この図に示したようにクランクケース２の上部は、シリンダブロック３よりも大きく開口している。シリンダブロック３の下部（クランク軸側の部分）は、クランクケース２の内部に収容されている。クランクケース２の内面２ａとシリンダブロック３の外面３ａとの間には、数ｍｍ程度の間隙（クリアランス）が設けられている。そのため、エンジン１ではシリンダブロック３をクランクケース２に対して相対変位させることができる。
【００１５】
シリンダブロック３は、駆動機構としての駆動装置１４を介してクランクケース２に支持されている。駆動装置１４は、一対の制御シャフト１５と、電動モータ１６と、電動モータ１６の動力を各制御シャフト１５に伝達する駆動シャフト１７とを備えている。各制御シャフト１５は、回転中心軸Ａｘ１回りに回転可能なようにクランクケース２に支持されている。なお、回転中心軸Ａｘ１は気筒５の並び方向と平行になるように設定されている。各制御シャフト１５には、複数のジャーナル部１５ａと、複数の円形カム部１５ｂと、１つのウォームホイール１５ｃとがそれぞれ設けられている。これらの部分１５ａ〜１５ｃは、制御シャフト１５の長手方向（この図において紙面に対して垂直な方向）に沿って並ぶように設けられている。そして、制御シャフト１５は、これらの部分１５ａ〜１５ｃが一体に回転するように構成されている。
【００１６】
各ジャーナル部１５ａは、円柱状をしており、かつ中心が回転中心軸Ａｘ１と同軸になるように制御シャフト１５に設けられている。複数のジャーナル部１５ａは、隣り合う円形カム部１５ｂの間及び制御シャフト１５の長手方向の両端部に設けられている。各円形カム部１５ｂは、それぞれジャーナル部１５ａよりも直径が大きい円柱状をしている。円形カム部１５ｂは、制御シャフト１５に気筒５と同数、すなわち４個設けられている。これらの円形カム部１５ｂは、制御シャフト１５をクランクケース２に支持させたときに各気筒５の横に位置するように制御シャフト１５に設けられている。各円形カム部１５ｂは、中心が回転中心軸Ａｘ１に対して同じ方向に偏心するように制御シャフト１５に設けられている。従って、各円形カム部１５ｂはいずれも制御シャフト１５から同じ方向に突出している。ウォームホイール１５ｃは、制御シャフト１５の長手方向の略中央部に設けられている。ウォームホイール１５ｃは、円板状の歯車であり、かつ中心が回転中心軸Ａｘ１と同軸になるように制御シャフト１５に設けられている。
【００１７】
この図に示したように一対の制御シャフト１５は、一方がシリンダブロック３の一方の側に、他方が気筒５を挟んで反対の側にそれぞれ配置されている。クランクケース２には、各制御シャフト１５の各ジャーナル部１５ａに対応して軸受部（不図示）が設けられている。シリンダブロック３には、各制御シャフト１５の各円形カム部１５ｂに対応してカム支持部１８が設けられている。そのため、これらのカム支持部１８も気筒５に対応するようにシリンダブロック３に設けられている。各カム支持部１８には、円形カム部１５ｂを回転可能に支持する軸受孔１８ａがそれぞれ設けられている。軸受孔１８ａは、その内径が円形カム部１５ｂの外形とほぼ同じ大きさの貫通孔である。各制御シャフト１５は、ジャーナル部１５ａが軸受部に回転自在に支持され、かつ円形カム部１５ｂが軸受孔１８ａに収容されるように設けられている。この際、一対の制御シャフト１５は、それぞれの円形カム部１５ｂがいずれも同じ方向を向くようにクランクケース２に支持されている。例えば、この図に示した状態では各制御シャフト１５の円形カム部１５ｂは、いずれも回転中心軸Ａｘ１に対してこの図の右側を向いている。クランクケース２の上部には、それらカム支持部１８を収容する開口部２ｂが設けられている。
【００１８】
駆動シャフト１７は、一対の制御シャフト１５のそれぞれと直交するようにクランクケース２に設けられている。また、駆動シャフト１７は、回転中心軸Ａｘ２回りに回転可能なようにクランクケース２に支持されている。駆動シャフト１７の一端は、電動モータ１６の出力軸と連結されている。駆動シャフト１７には、一対のウォーム１７ａが設けられている。これら一対のウォーム１７ａは、一方が一方の制御シャフト１５のウォームホイール１５ｃと噛み合い、他方が他方の制御シャフト１５のウォームホイール１５ｃと噛み合うように駆動シャフト１７に設けられている。また、これら一対のウォーム１７ａと各制御シャフト１５のウォームホイール１５ｃとは、駆動シャフト１７の回転によって両制御シャフト１５が同じ方向に回転するように構成されている。
【００１９】
クランクケース２には、外部への露出が防止されるように開口部２ｂに設けられてカム支持部１８を覆うカバー部１９が設けられている。各カバー部１９は、クランクケース２との間の隙間からブローバイガスやオイルミストが外部に漏れることが防止されるようにクランクケース２と接合されている。また、各カバー部１９は、クランクケース２に対してシリンダブロック３が相対変位する際にその移動を妨げないように設けられている。
【００２０】
エンジン１には、クランクケース２とシリンダブロック３との間のクリアランスをシールするシール部材２０が設けられている。シール部材２０は、弾性変形する材料、例えばゴムやエラストマー等で構成されている。図２は、シール部材２０の周囲を拡大して示している。シール部材２０は、蛇腹構造を有している。また、この図に示したようにシール部材２０は、一端２０ａがクランクケース２の上部に固定され、他端２０ｂがシリンダブロック３の側面に固定されている。クランクケース２の上部には、シール部材２０を固定するための固定部材２１がボルト２２で取り付けられている。シール部材２０の一端２０ａは、クランクケース２と固定部材２１との間に挟まれることによりクランクケース２の上部に固定されている。一方、他端２０ｂは、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間に挟まれることによりシリンダブロック３の側面に固定されている。
【００２１】
図１を参照してエンジン１における圧縮比の変更方法について説明する。圧縮比の変更は電動モータ１６で一対の制御シャフト１５を回転駆動し、これによりシリンダブロック３をクランクケース２に対して相対変位させることにより実行する。なお、図１は圧縮比がエンジン１において変更可能な圧縮比の範囲の中間の値になるように状態が変更されたときのエンジン１を示している。上述したようにクランクケース２はジャーナル部１５ａを支持しているため、制御シャフト１５が回転中心軸Ａｘ１回りに回転してもクランクケース２に対する制御シャフト１５の位置は変化しない。一方、シリンダブロック３のカム支持部１８は円形カム部１５ｂを回転可能に支持しているため、制御シャフト１５が回転するとシリンダブロック３もその回転と同じ方向に移動する。そして、これによりクランクケース２に対してシリンダブロック３を相対変位させることができる。この際、シリンダブロック３をクランクケース２から離してクランク軸８とシリンダヘッド４との間の距離を長くすることにより圧縮比を小さくできる。一方、シリンダブロック３をクランクケース２に近付けてクランク軸８とシリンダヘッド４との間の距離を短くすることにより圧縮比を大きくできる。
【００２２】
具体的に説明すると、図１に示した状態から各制御シャフト１５がそれぞれ左回り（反時計回り）に回転すると円形カム部１５ｂの突出方向が漸次上方に変化する。これによりシリンダブロック３が図の左側に移動するとともに図の上側（シリンダヘッド側）に移動する。これによりクランク軸８とシリンダヘッド４との間の距離が長くなるので、圧縮比が小さくなる。一方、図１に示した状態から各制御シャフト１５がそれぞれ右回り（時計回り）に回転すると円形カム部１５ｂの突出方向が漸次下方に変化する。これによりシリンダブロック３が図の左側に移動するとともに図の下側（クランクケース側）に移動する。これによりクランク軸８とシリンダヘッド４との間の距離が短くなるので、圧縮比が大きくなる。従って、このエンジン１では、円形カム部１５ｂが上側（シリンダヘッド側）を向いている場合に圧縮比が最大になり、円形カム部１５ｂが下側（クランクケース側）を向いている場合に圧縮比が最小になる。
【００２３】
電動モータ１６の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだ周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、所定の制御プログラムに従ってエンジン１の各部を制御し、これによりエンジン１を目標とする運転状態に制御する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を判別するために種々のセンサが接続されている。例えば、クランク軸８の回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ、アクセル開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ、及び吸気量に対応した信号を出力するエアフローメータ（いずれも不図示）等がＥＣＵ３０に接続されている。また、ＥＣＵ３０には、クランクケース２の内部の圧力（以下、クランクケース内圧と称することがある。）に対応した信号を出力する圧力検出手段としての圧力センサ３１が接続されている。この他にもＥＣＵ３０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００２４】
ＥＣＵ３０による電動モータ１６の制御について説明する。ＥＣＵ３０は、エンジン１が高負荷で運転されている場合には圧縮比が小さくなるように電動モータ１６を制御する。これによりノッキングの発生を抑制できる。一方、エンジン１が低負荷で運転されている場合には圧縮比が大きくなるように電動モータ１６を制御する。これによりエンジン１のトルクを増加させることができる。このようにＥＣＵ３０は、エンジン１の負荷に応じて電動モータ１６の動作を制御する。以下、この制御を圧縮比変更制御と称することがある。なお、このように電動モータ１６の動作を制御することにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２５】
また、ＥＣＵ３０はクランクケース内圧に応じて電動モータ１６の動作を制御する。クランクケース内圧が過度に低い場合は、図３に示すように外部との圧力差によってシール部材２０が内側に引き込まれ、シリンダブロック３と接触する可能性がある。このような状態で圧縮比変更制御が実行されると、シール部材２０とシリンダブロック３とが擦れ合ってシール部材２０が損傷する可能性がある。また、クランクケース内圧が過度に高い場合は、図４に示すように外部との圧力差によってシール部材２０が外側に押し出され、蛇腹構造が反転する可能性がある。このような状態で圧縮比変更制御が実行されると、シール部材２０に過度の応力がかかり亀裂が発生する可能性がある。そこで、ＥＣＵ３０は、クランクケース内圧が所定の範囲外の場合には圧縮比変更制御を禁止する。
【００２６】
図５は、ＥＣＵ３０がこのようにクランクケース内圧に応じて電動モータ１６の動作を制御するために実行する圧縮比変更判定ルーチンを示している。このルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。このルーチンを実行することによりＥＣＵ３０が本発明の変更禁止手段として機能する。
【００２７】
このルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でクランクケース内圧Ｐを取得する。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、クランクケース内圧Ｐが予め設定した所定の下限圧ＰＬ以下か否か判定する。この下限圧ＰＬは、シール部材２０が図３に示した状態になっているか否か判定するための基準として設定される。下限圧ＰＬは、例えばシール部材２０の剛性等に応じて適宜に設定すればよい。
【００２８】
クランクケース内圧Ｐが下限圧ＰＬより高いと判定した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はクランクケース内圧Ｐが予め設定した所定の上限圧ＰＵ以上か否か判定する。この上限圧ＰＵは、シール部材２０が図４に示した状態になっているか否か判定するための基準として設定される。上限圧ＰＵは、下限圧ＰＬと同様に例えばシール部材２０の剛性等に応じて適宜に設定すればよい。クランクケース内圧Ｐが上限圧ＰＵ未満と判定した場合にはステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は圧縮比変更制御の実行を許可する。その後、今回のルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ１２でクランクケース内圧Ｐが下限圧ＰＬ以下と判定した場合、又はステップＳ１３でクランクケース内圧Ｐが上限圧ＰＵ以上と判定した場合にはステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０は圧縮比変更制御の実行を禁止する。その後、今回のルーチンを終了する。
【００３０】
以上に説明したように、本発明によれば、クランクケース内圧Ｐが下限圧ＰＬ以下の場合には圧縮比変更制御の実行を禁止するので、シール部材２０とシリンダブロック３とが擦れ合うことを防止できる。そのため、クランクケース内圧に起因するシール部材２０の破損を未然に防止できる。また、本発明では、クランクケース内圧Ｐが上限圧ＰＵ以上の場合にも圧縮比変更制御の実行を禁止するので、シール部材２０に過度の応力がかかることを防止できる。そのため、クランクケース内圧に起因するシール部材２０の破損を未然に防止できる。
【００３１】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、上述した形態の内燃機関に限定されない。本発明は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対変位させることによって圧縮比を変更可能な種々の内燃機関に適用してよい。例えば、シリンダブロックが気筒の中心線の方向のみに移動可能に設けられ、シリンダブロックとクランクケースとの間にリング状のシール部材が設けられている内燃機関に適用してもよい。このような内燃機関でもクランクケースの内部の圧力が過度に低い状態でクランクケースを動かすとシール部材が破損する可能性がある。そのため、本発明をこのような内燃機関に適用することにより、クランクケース内圧に起因するシール部材の破損を未然に防止することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  内燃機関
２  クランクケース
３  シリンダブロック
１４  駆動装置（駆動機構）
２０  シール部
３０  エンジンコントロールユニット（制御手段、変更禁止手段）
３１  圧力センサ（圧力検出手段）
ＰＬ  下限圧
ＰＵ  上限圧
【図１】
0005516510.tif 000002
【図２】
0005516510.tif 000003
【図３】
0005516510.tif 000004
【図４】
0005516510.tif 000005
【図５】
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