(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの設計自由度を確保しつつ、固定圧縮比エンジンとシリンダヘッドが共通化可能な可変圧縮比エンジンを提供する。【解決手段】点火プラグ１１を移動可能にシリンダヘッド２に支持し、点火プラグ１１の移動により燃焼室５の容積を変更して、圧縮比を変更可能とする可変圧縮比エンジン１において、スプリング２６をシリンダヘッド２の点火プラグ用取付穴２０に収納し、シリンダヘッドカバー２５に固定されたブラケット２８と点火プラグ１１との間に設けて点火プラグ１１を移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに対して点火プラグが移動可能に支持され、前記シリンダヘッドに対して前記点火プラグを移動させることにより燃焼室の容積を変更して、圧縮比を変更可能とする可変圧縮比エンジンであって、
前記シリンダヘッドに対して前記点火プラグを移動させる移動手段が、前記シリンダヘッドの外部、または前記シリンダヘッドの点火プラグ取付用穴に設けられていることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
【請求項２】
前記点火プラグは、前記シリンダヘッドの点火プラグ取付用雌ねじ部に締結されるとともに前記点火プラグを移動可能に支持する支持手段を介して、前記シリンダヘッドに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。
【請求項３】
前記移動手段は、前記エンジンのシリンダヘッドカバーに支持され、前記シリンダヘッドカバーに対して前記点火プラグを移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比エンジン。
【請求項４】
前記移動手段は、前記点火プラグと前記シリンダヘッドカバーとの間に配置され、前記点火プラグを前記燃焼室に向けて付勢するスプリングであることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比エンジン。
【請求項５】
前記移動手段は、前記点火プラグが固定されたホルダと、前記シリンダヘッドカバーに固定されたモータと、を有し、前記モータの駆動によりギヤを介して前記ホルダを移動可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比エンジン。
【請求項６】
前記移動手段は、前記燃焼室内が低圧状態である場合に前記燃焼室の容積を縮小させ、前記燃焼室内が高圧状態である場合に前記燃焼室の容積を拡大させるように、前記点火プラグを移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変圧縮比エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの圧縮比を変更可能な可変圧縮比エンジンが知られている。可変圧縮比エンジンでは、エンジンの運転状態に基づいて、圧縮比を適切に変更することで、燃費や出力の向上を図ることができる。
圧縮比を変更する方法として、種々の機構が提案されている。例えば特許文献１では、点火プラグを支持するホルダをシリンダヘッドに対して上下に移動可能に構成し、更にシリンダヘッドにモータを備え、モータの駆動によりホルダを上下動することで、燃焼室の容積を変更可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６１３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、モータ等からなる点火プラグの移動機構をシリンダヘッドに内蔵しているので、シリンダヘッドにおける吸排気ポートの形状やバルブの設置位置等の設計自由度を低下させ、エンジンの出力や燃費性能に制約を与えてしまう虞がある。
また点火プラグの移動機構を設けるために、圧縮比が固定である固定圧縮比エンジンに対してシリンダヘッドの形状を変更しなければならず、部品コストの増加を招く虞があった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、シリンダヘッドの設計自由度を確保しつつ、固定圧縮比エンジンとシリンダヘッドが共通化可能な可変圧縮比エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１の可変圧縮比エンジンは、シリンダヘッドに対して点火プラグが移動可能に支持され、シリンダヘッドに対して点火プラグを移動させることにより燃焼室の容積を変更して、圧縮比を変更可能とする可変圧縮比エンジンであって、シリンダヘッドに対して点火プラグを移動させる移動手段が、シリンダヘッドの外部、またはシリンダヘッドの点火プラグ取付用穴に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の可変圧縮比エンジンは、請求項１において、点火プラグは、シリンダヘッドの点火プラグ取付用雌ねじ部に締結されるとともに点火プラグを移動可能に支持する支持手段を介して、シリンダヘッドに支持されていることを特徴とする。
また、請求項３の可変圧縮比エンジンは、請求項１または２において、移動手段は、エンジンのシリンダヘッドカバーに支持され、シリンダヘッドカバーに対して点火プラグを移動させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４の可変圧縮比エンジンは、請求項３において、移動手段は、点火プラグとシリンダヘッドカバーとの間に配置され、点火プラグを燃焼室に向けて付勢するスプリングであることを特徴とする。
また、請求項５の可変圧縮比エンジンは、請求項３において、移動手段は、点火プラグが固定されたホルダと、シリンダヘッドカバーに固定されたモータと、を有し、モータの駆動によりギヤを介してホルダを移動可能に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６の可変圧縮比エンジンは、請求項１〜５のいずれか１項において、移動手段は、燃焼室内が低圧状態である場合に燃焼室の容積を縮小させ、燃焼室内が高圧状態である場合に燃焼室の容積を拡大させるように、点火プラグを移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の可変圧縮比エンジンによれば、点火プラグを移動させる移動手段を、シリンダヘッドの外部、またはシリンダヘッドの点火プラグ取付用穴に設けたので、シリンダヘッドに移動手段を内蔵する必要がなく、シリンダヘッドの吸排気ポートやバルブ等の設置位置についての設計自由度を確保することができる。
また、移動手段をシリンダヘッドに内蔵しないことにより、固定圧縮比エンジンとシリンダヘッドの共通化を図ることができる。
【００１１】
請求項２の可変圧縮比エンジンによれば、シリンダヘッドの点火プラグ取付用雌ねじ部に支持手段が締結され、支持手段が点火プラグを移動可能に支持するので、シリンダヘッドの点火プラグ取付用雌ねじ部を利用して、点火プラグをシリンダヘッドに対して移動可能に支持することができる。よって、固定圧縮比エンジンとシリンダヘッドの共通化を容易に図ることができる。
【００１２】
請求項３の可変圧縮比エンジンによれば、移動手段は、エンジンのシリンダヘッドカバーに支持され、シリンダヘッドカバーに対して点火プラグを移動させるので、シリンダヘッドに固定されるシリンダヘッドカバーを利用して、点火プラグをシリンダヘッドに対して移動させることができる。
請求項４の可変圧縮比エンジンによれば、点火プラグをシリンダヘッドに対して移動させる移動手段が、点火プラグとシリンダヘッドカバーとの間に配置され点火プラグを燃焼室に向けて付勢するスプリングであるので、簡単な構成で移動手段を構成することができる。
【００１３】
請求項５の可変圧縮比エンジンによれば、移動手段が、点火プラグが固定されたホルダと、シリンダヘッドカバーに固定されたモータと、を有し、モータの駆動軸によりホルダが移動可能に構成されているので、モータの作動によりホルダを介して点火プラグを移動させることができ、シリンダヘッドに対する点火プラグの位置を制御して燃焼室内の容積を変更させ、圧縮比を変更することが可能となる。
【００１４】
請求項６の可変圧縮比エンジンによれば、燃焼室内が低圧状態である場合に燃焼室の容積が縮小するので、圧縮比を増加させることができ、燃費を向上させることができる。また、燃焼室内が高圧状態である場合に燃焼室の容積が拡大するので、圧縮比を減少させることができ、ノッキングし難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態の可変圧縮比エンジンの構造を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態の可変圧縮比エンジンにおける点火プラグの取り付け構造を示す拡大断面図であり、容積拡大時の状態を示す。
【図３】第１の実施形態の可変圧縮比エンジンにおける点火プラグの取り付け構造を示す拡大断面図であり、容積縮小時の状態を示す。
【図４】第２の実施形態の可変圧縮比エンジンにおける点火プラグの取り付け構造を示す拡大断面図であり、容積拡大時の状態を示す
【図５】第２の実施形態の可変圧縮比エンジンにおける点火プラグの取り付け構造を示す拡大断面図であり、容積縮小時の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の可変圧縮比エンジン(以下、エンジン１という)の構造を示す縦断面図である。
本発明の第１の実施形態のエンジン１は、点火プラグ１１の取り付け構造に特徴を有している。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のエンジン１のシリンダヘッド２は、下面に凹部が形成されており、シリンダブロック３とピストン４との間に燃焼室５を形成している。
シリンダヘッド２には、燃焼室５の中央から左右にオフセットして、燃焼室５に連通する吸気ポート６及び排気ポート７が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、燃焼室５と吸気ポート６との間を開閉する吸気バルブ８、燃焼室５と排気ポート７との間を開閉する排気バルブ９が設けられるとともに、吸気ポート６内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１８】
更に、シリンダヘッド２には、燃焼室５の中央部に面して点火プラグ１１が配置されている。点火プラグ１１は円柱状に形成され、先端部（下端部）に設けられた電極１２が燃焼室５に面し、上端部に設けられた図示しないターミナルに電力供給用の電線であるプラグコード１３が接続されている。
図２及び図３は、第１の実施形態のエンジン１における点火プラグ１１の取り付け構造を示す拡大断面図であり、図２は容積拡大時、図３は容積縮小時の状態を示す。
【００１９】
図２、３に示すように、本実施形態のエンジン１では、点火プラグ１１がシリンダヘッド２に対して、上下に移動可能に配置されている。
シリンダヘッド２に設けられた、点火プラグ１１を取り付けるための点火プラグ取付用穴２０は、外部（上部）から燃焼室５まで上下に貫通しており、燃焼室５側である下部の縁部に雌ねじ部２１（点火プラグ取付用雌ねじ部）が設けられている。この雌ねじ部２１は、圧縮比が固定である固定圧縮比エンジンに一般的に用いられる点火プラグが締結可能なねじ径に設定されている。
【００２０】
本実施形態では、シリンダヘッド２の雌ねじ部２１にブッシュ２２(支持手段)が締結され、このブッシュ２２に円柱状の点火プラグ１１の下部が支持されている。
ブッシュ２２は、円筒状の形状であって、外周壁に雄ネジ部２３が形成されており、シリンダヘッド２の雌ねじ部２１に締結されている。
ブッシュ２２には、点火プラグ１１の下部が軸線方向に移動可能に挿入されている。ブッシュ２２の内壁には、軸線方向に間隔をおいて２箇所の円周溝が設けられ、当該円周溝にはピストンリングと同様の機能を有する円環形状の摺動用リング２４が夫々挿入されている。点火プラグ１１の下部の外周壁は軸線と平行に滑らかに形成され、摺動用リング２４の内周壁と密接しており、ブッシュ２２に対して点火プラグ１１が軸線方向に移動可能であり、かつブッシュ２２と点火プラグ１１との間を気体が通過不能となるように構成されている。
【００２１】
点火プラグ１１の上端部と、シリンダヘッド２の上部に固定されたシリンダヘッドカバー２５との間には、スプリング２６（移動手段）が設けられている。詳しくは、シリンダヘッドカバー２５の点火プラグ挿入用の開口部２７にブラケット２８が挿入され、当該ブラケット２８がシリンダヘッドカバー２５に固定されている。スプリング２６は、ブラケット２８と点火プラグ１１の上端部との間に配置されており、点火プラグ１１をシリンダヘッドカバー２５に対して下方、即ち燃焼室５側に向かって付勢する。
【００２２】
以上のような構成により、本実施形態では、燃焼室５内の圧力と大気圧との差圧により点火プラグ１１に作用する力とスプリング２６の反力とが釣り合う位置に点火プラグ１１が上下動する。高負荷運転時では、燃焼室５内の圧力が上昇して、図２に示すように、点火プラグ１１が上方に移動する。ここでは、点火プラグ１１の下面がシリンダヘッド２の下面と略面一な位置となる。
【００２３】
また、アイドル運転時のような低負荷運転時には、燃焼室５内の圧力が低下して、図３に示すように、スプリング２６による付勢によって点火プラグ１１の下端が燃焼室５に突出した位置となる。
したがって、高負荷運転時では燃焼室５内の容積が拡大するので、圧縮比が低下し、ノッキングの発生を抑制することができる。一方、低負荷運転時では、燃焼室５内の容積が縮小するので、圧縮比が増加し、燃費の向上を図ることができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態では、点火プラグ１１を移動可能に支持し、スプリング２６によって付勢するといった簡単な構成によって可変圧縮比エンジンが構成される。
特に、本実施形態では、点火プラグ１１を移動させるスプリング２６を点火プラグ取付用穴２０内に配置しており、シリンダヘッド２に内蔵していないので、吸気ポート６や排気ポート７の形状あるいは吸気バルブ８や排気バルブ９の設置位置等のシリンダヘッド２における設計自由度を損ねることなく、圧縮比を可変可能なエンジンとすることができる。
【００２５】
更に、ブッシュ２２の雄ねじ部２３のねじ径が、一般的な点火プラグの下部の雄ねじ径と同一であるので、圧縮比が固定である従来の固定圧縮比エンジンのシリンダヘッドの点火プラグ取付用雌ねじ部にブッシュ２２を締結することができる。そして、ブッシュ２２によって点火プラグ１１を上下に移動可能に支持し、点火プラグ１１を付勢するスプリング２６を点火プラグ１１とシリンダヘッドカバー２５に固定したブラケット２８との間に設けており、スプリング２６等の点火プラグ１１を移動させる移動手段が、シリンダヘッド２に内蔵されるのではなく、シリンダヘッド２にすでに設けられている点火プラグ取付用穴２０内に収納された構成となっているので、固定圧縮比エンジンとシリンダヘッド２を共通化することができる。これにより、シリンダヘッド２の部品価格の上昇を抑え、安価に可変圧縮比エンジンを提供することができる。
【００２６】
また、固定圧縮比エンジンから、点火プラグを外し、本実施形態のブッシュ２２、点火プラグ１１、スプリング２６、ブラケット２８を取り付けることで、可変圧縮比エンジンに改造することもできる。
図４及び図５は、本発明の第２の実施形態の可変圧縮比エンジン(以下、エンジン３０という)における点火プラグ３１の取り付け構造を示す拡大断面図であり、図４は容積拡大時、図５は容積縮小時の状態を示す。
【００２７】
本発明の第２の実施形態では、図４及び図５に示すように、点火プラグ３１の移動手段ンとして、ラック＆ピニオンギヤ３２、３３とモータ３４を用いている。
以下、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
第２の実施形態のエンジン３０では、点火プラグ３１は、円筒状のホルダ３５（移動手段）に収納されている。
【００２８】
ホルダ３５の下部は、軸線方向に移動可能にブッシュ２２に挿入されて支持されている。ブッシュ２２に対してホルダ３５が軸線方向に移動可能であり、かつブッシュ２２とホルダ３５との間に設けられた摺動用リング２４によって、ブッシュ２２とホルダ３５との間を気体が通過不能となるように構成されている。
点火プラグ１１は、ホルダ３５の下部に固定され、下端に設けられた電極３６がホルダ３５の下端部から突出するように配置されている。
【００２９】
点火プラグ３１に電力を供給するプラグコード１３は、ホルダ３５の上端部に設けられた穴３７から内部を通過して点火プラグ３１の上端のターミナルに接続されている。
ホルダ３５は、上端部がシリンダヘッド２の上面よりも上方に突出するまで延びており、上部にラックギヤ３２が形成されている。
シリンダヘッドカバー２５には、モータ３４が固定されている。モータ３４の出力軸には、ピニオンギヤ３３が固定されており、当該ピニオンギヤ３３がホルダ３５のラックギヤ３２に噛み合うように配置されている。モータ３４は、コントロールユニット４０により作動制御される。
【００３０】
コントロールユニット４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。コントロールユニット４０は、負荷等のエンジン３０の運転状況を入力し、当該エンジン３０の運転状況に基づいてモータ３３を作動制御して、ホルダ３５の上下位置を制御する。コントロールユニット４０は、例えば低負荷時には図４に示すようにホルダ３５を上昇させ、高負荷時には図５に示すようにホルダ３５を下降させるように制御することで、第１の実施形態と同様に、燃焼室５内の容積を変化させ、圧縮比の可変制御が可能となる。なお、エンジン３０の負荷は、例えばアクセル操作量から求めればよい。
【００３１】
更には、ホルダ３５の位置を連続的に制御したり、負荷だけでなくエンジン回転速度や温度等にも基づいてホルダ３５の位置を制御したりすることで、よりエンジン３０の運転状態に適した圧縮比制御が可能となる。
なお、本願発明は以上の実施形態に限定するものではない。点火プラグ１１、３１の移動手段について、固定圧縮比エンジンに対してシリンダヘッド２の形状を変更しなければ、スプリング２６、ラック＆ピニオンギヤ３２、３３及びモータ３４以外の構成でもよく、またホルダ３５等の移動手段の構成部品についても、シリンダヘッド２やシリンダヘッドカバー２５の形状に応じて、適宜形状を変更してもよい。
【００３２】
また、上記第２の実施形態のラック＆ピニオンギヤ３２、３３及びモータ３４からなる点火プラグ３１の移動手段に、第１の実施形態のようなスプリング２６を併用してもよい。このようにすれば、ラック＆ピニオンギヤ３２、３３及びモータ３４によって任意の圧縮比制御を可能とするとともに、スプリング２６によって迅速かつ確実な点火プラグ３１の移動を可能にして、より正確な圧縮比制御を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１、３０  エンジン(可変圧縮比エンジン)
２  シリンダヘッド
５  燃焼室
１１、３１  点火プラグ
２０  点火プラグ取付用穴
２１  雌ねじ部（点火プラグ取付用雌ねじ部)
２２  ブッシュ（支持手段）
２５  シリンダヘッドカバー
２６  スプリング（移動手段）
３２  ラックギヤ（移動手段）
３３  ピニオンギヤ（移動手段）
３４  モータ（移動手段）
３５  ホルダ(移動手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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