(57)【要約】【課題】本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムにおいて、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材に作用する負荷を低減することを課題とする。【解決手段】本発明は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、シリンダブロックとクランクケースとが相対変位するときに、クランクケース内のガスを吸い出し、又はクランクケース内へガスを送り込むことにより、クランクケース内の容積変化に起因した圧力変動を緩和するようにした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
シリンダブロックとクランクケースとの間に配置され、シリンダブロックとクランクケースとの相対変位に伴って変形するシール材と、
シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときはクランクケース内からガスを吸い出し、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときはクランクケース内へガスを送り込む圧力調整機構と、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項２】
請求項１において、前記圧力調整機構は、
内燃機関の吸気通路に配置された過給機と、
前記過給機より上流の吸気通路とクランクケースとを連通する第１通路と、
前記過給機より下流の吸気通路とクランクケースとを連通する第２通路と、
シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときは前記第１通路を導通させるとともに前記第２通路を遮断し、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときは前記第１通路を遮断するとともに前記第２通路を導通させる切換機構と、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の圧縮比を変更するシステムとして、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより、燃焼室容積を変更するシステムが知られている。
【０００３】
上記したシステムにおいては、従来のように、クランクケースとシリンダブロックとの連結部位にガスケットを配置することができない。よって、クランクケース内の気密性を保つためには、クランクケースとシリンダブロックとの間に、変形自在なシール部材を配置する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１６７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した可変圧縮比システムでは、シリンダブロックとクランクケースとの相対変位に伴ってクランクケース内の圧力が変化する。たとえば、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づく場合は、クランクケース内の容積が減少する。このため、クランクケース内の圧力が上昇する。一方、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかる場合は、クランクケース内の容積が増加する。このため、クランクケース内の圧力が低下する。
【０００６】
したがって、上記したシール材には、シリンダブロックとクランクケースとの相対変位による変形に加え、クランクケース内の圧力変動が作用する。その結果、シール材の耐久性が低下する可能性があった。
【０００７】
本発明は、シリンダブロックとクランクケースとを相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムにおいて、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材に作用する負荷を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、シリンダブロックとクランクケースとが相対変位するときにクランクケース内の圧力変動を低減する機構を設けることにより、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材に作用する負荷を低減するようにした。
【０００９】
詳細には、本発明は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
シリンダブロックとクランクケースとの間に配置され、シリンダブロックとクランクケースとの相対変位に伴って変形するシール材と、
シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときはクランクケース内からガスを吸い出し、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときはクランク
ケース内へガスを送り込む圧力調整機構と、
を備えるようにした。
【００１０】
かかる発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときにクランクケース内のガスが吸い出されることになる。その結果、クランクケース内の容積減少に起因した圧力の上昇が抑制される。一方、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときには、クランクケース内にガスが送り込まれることになる。その結果、クランクケース内の容積増加に起因した圧力の低下が抑制される。
【００１１】
したがって、本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとが相対変位するときに、クランクケース内の容積変化に起因した圧力変動が緩和される。その結果、クランクケースとシリンダブロックとの間に配置されたシール材に作用する負荷が軽減され、シール材の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
本発明において、圧力調整機構は、内燃機関の吸気通路に配置された過給機と、前記過給機より上流の吸気通路とクランクケースとを連通する第１通路と、前記過給機より下流の吸気通路とクランクケースとを連通する第２通路と、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときは前記第１通路を導通させるとともに前記第２通路を遮断し、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときは前記第１通路を遮断するとともに前記第２通路を導通させる切換機構と、を備えるようにしてもよい。
【００１３】
このような切換機構によると、第１通路が導通したときは、クランクケース内のガスが過給機へ吸入されることになるため、クランクケース内の圧力が低下する。一方、第２通路が導通したときは、過給機から吐出されたガスがクランクケース内へ導入されることになるため、クランクケース内の圧力が上昇する。
【００１４】
したがって、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に近づくときに第１通路が導通されると、クランクケース内の圧力上昇が抑制されることになる。一方、シリンダブロックとクランクケースとが相対的に遠ざかるときに第２通路が導通されると、クランクケース内の圧力低下が抑制されることになる。
【００１５】
その結果、シリンダブロックとクランクケースとが相対変位するときに、クランクケース内の容積変化に起因した圧力変動が緩和され、シール材に作用する負荷が低減される。
【００１６】
なお、排気中に二次空気を供給するためのポンプを備えた内燃機関においては、前記した第１通路をポンプの吸込口に接続し、前記した第２通路をポンプの吐出口に接続するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとを相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムにおいて、シリンダブロックとクランクケースとの間に配置されるシール材に作用する負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】シール材の構成を示す図である。
【図３】圧縮比が最も低いときのシール材の状態を示す図である。
【図４】クランクケース内の圧力が調整されない場合における圧縮比とクランクケース内容積とクランクケース内圧力との相関関係を示す図である。
【図５】クランクケース内の圧力が調整された場合における圧縮比とクランクケース内容積とクランクケース内圧力との相関関係を示す図である。
【図６】三方切換弁を制御するためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、シリンダブロック２とクランクケース３とがシリンダ軸方向へ相対変位することにより機械圧縮比（燃焼室容積）が変更される火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。
【００２１】
内燃機関１は、シリンダ軸方向に摺動自在に連結されたシリンダブロック２とクランクケース３とを備えている。シリンダブロック２には、シリンダヘッド４が固定されている。
【００２２】
シリンダブロック２には、気筒（シリンダ）５が形成されている。気筒５内には、ピストン６がシリンダ軸方向に摺動自在に装填されている。クランクケース３には、クランクシャフト７が回転自在に支持されている。ピストン６とクランクシャフト７は、コネクティングロッド８を介して連結されている。
【００２３】
シリンダヘッド４には、気筒５内に連通する吸気ポート９と排気ポート１０とが設けられている。シリンダヘッド４には、吸気ポート９の開口端を開閉するための吸気バルブ１１と、排気ポート１０の開口端を開閉するための排気バルブ１２が設けられている。吸気バルブ１１は、シリンダヘッド４に回転自在に支持された吸気カムシャフト１３により開閉駆動される。排気バルブ１２は、シリンダヘッド４に回転自在に支持された排気カムシャフト１４により開閉駆動される。また、シリンダヘッド４には、吸気ポート９内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１５と、気筒５内に火花を発生させる点火プラグ１６とが取り付けられている。
【００２４】
次に、シリンダブロック２とクランクケース３との連結部には、クランクケース３に対してシリンダブロック２をシリンダ軸方向へ変位させるための可変圧縮比機構１００が設けられている。可変圧縮比機構１００としては、電動モータ等のアクチュエータが偏心カムを回転させることによりシリンダブロック２をシリンダ軸方向へ変位させる機構を例示することができる。
【００２５】
可変圧縮比機構１００によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック２をクランクケース３から遠ざけることにより、燃焼室容積を大きくすることができる。その結果、機械圧縮比（行程容積と燃焼室容積との総和を燃焼室容積で除算した値）が低くなる。
【００２６】
また、上記した可変圧縮比機構１００によれば、シリンダ軸方向においてシリンダブロック２をクランクケース３に近づけることにより、燃焼室容積を小さくすることができる。その結果、内燃機関１の機械圧縮比が高くなる。
【００２７】
ところで、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対変位する構成においては、シリンダブロック２とクランクケース３との連結部に従来のようなガスケットを配置することができない。よって、クランクケース３内の気密性を保つためには、シリンダブロック２とクランクケース３との相対変位に応じて変形可能なシール材が必要となる。
【００２８】
ここで、シリンダブロック２とクランクケース３との間に配置されるシール材の構成について図２，３に基づいて説明する。図２，３は、シリンダブロック２とクランクケース３との摺動部の拡大断面図である。なお、図２はシリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に最も近づいた状態を示し、図３はシリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に最も遠ざかった状態を示している。
【００２９】
図２，３において、シリンダブロック２とクランクケース３との間には、蛇腹状のシール材１０１が配置されている。シール材１０１は、ゴムなどの弾性体で構成され、シリンダブロック２とクランクケース３との相対変位に伴って変形可能になっている。
【００３０】
このように構成されたシール材１０１によれば、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に最も近づいたとき（圧縮比が最も高くなったとき）はシール材１０１が収縮（図２を参照）し、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に最も遠ざかったとき（圧縮比が最も低くなったとき）はシール材１０１が伸長する（図３を参照）。その結果、シリンダブロック２とクランクケース３との相対位置に関わらず、クランクケース３内の気密性を保つことが可能となる。
【００３１】
ところで、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対変化すると、燃焼室の容積が変化すると同時にクランクケース３内の容積も変化する。たとえば、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に近づくと、燃焼室の容積が縮小すると同時にクランクケース３内の容積も縮小する。一方、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に遠ざかると、燃焼室の容積が拡大すると同時にクランクケース３内の容積も拡大する。
【００３２】
上記したようにクランクケース３内の容積が変化すると、それに応じてクランクケース３内の圧力も変化することになる。具体的には、図４に示すように、クランクケース３内の容積が拡大するときはクランクケース３内の圧力が低下し、クランクケース３内の容積が縮小するときはクランクケース３内の圧力が上昇することになる。
【００３３】
したがって、圧縮比が変更されるときには、シリンダブロック２とクランクケース３との相対変位による伸縮力に加え、クランクケース３内の圧力変動もシール材１０１に作用することになる。その結果、シール材１０１の耐久性が低下する可能性がある。
【００３４】
これに対し、本実施例の内燃機関の可変圧縮比システムは、圧縮比の変更に伴うクランクケース３内の圧力変動を緩和する機構（圧力調整機構）を備えるようにした。ここで図１に戻って圧力調整機構について説明する。
【００３５】
内燃機関１には、吸気通路９０が接続されている。吸気通路９０は、大気中から取り込んだ空気を吸気ポート９へ導くための通路である。吸気通路９０の途中には、過給機２０が配置されている。ここでいう過給機２０は、排気エネルギを利用して吸気を圧縮する機構であってもよく、クランクシャフト７の回転エネルギ又は電動モータの回転エネルギを利用して吸気を圧縮する機構であってもよい。
【００３６】
前記過給機２０の吸込口側（過給機２０より上流）の吸気通路９０には、第１通路２１が接続されている。前記過給機２０の吐出口側（過給機２０より下流）の吸気通路９０には、第２通路２２が接続されている。第１通路２１と第２通路２２は三方切換弁２３に接続されている。
【００３７】
三方切換弁２３には、第１通路２１及び第２通路２２に加え、第３通路２４が接続されている。第３通路２４は、クランクケース３の内部と連通している。三方切換弁２３は、
（１）第１通路２１及び第２通路２２の遮断、（２）第１通路２１と第３通路２４の導通、（３）第２通路２２と第３通路２４の導通、を切り換える弁であり、ソレノイド又はステップモータにより駆動されるようになっている。
【００３８】
三方切換弁２３は、ＥＣＵ１７によって電気的に制御されるようになっている。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットであり、クランクポジションセンサ１８やアクセルポジションセンサ１９などの各種センサの電気信号が入力されるようになっている。
【００３９】
クランクポジションセンサ１８は、クランクシャフト７近傍に配置され、クランクシャフト７の回転位置に相関するパルス信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する信号を出力するセンサである。
【００４０】
ＥＣＵ１７は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関１の運転状態（機関運転状態）を判別し、その判別結果に従って燃料噴射弁１５、点火プラグ１６、可変圧縮比機構１００、及び三方切換弁２３を制御する。
【００４１】
たとえば、ＥＣＵ１７は、クランクポジションセンサ１８やアクセルポジションセンサ１９の出力信号から判別される機関回転数及び機関負荷に基づいて、可変圧縮比機構１００を制御する。
【００４２】
その際、機関回転数及び機関負荷が予め定められた低負荷・低回転運転領域にあるときは、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の圧縮比が高くなるように可変圧縮比機構１００を制御する。詳細には、ＥＣＵ１７は、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に最も近づくように可変圧縮比機構１００を制御する。
【００４３】
また、機関回転数及び機関負荷が上記した低負荷・低回転運転領域から逸脱したときは、ＥＣＵ１７は、シリンダブロック２とクランクシャフト７とが相対的に最も遠ざかるように可変圧縮比機構１００を制御することにより、内燃機関１の圧縮比を低下させる。
【００４４】
なお、内燃機関１の圧縮比は、上記したように２段階に切り換えられてもよく、或いは機関回転数及び機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。
【００４５】
上記したように内燃機関１の圧縮比が変更されるときに、ＥＣＵ１７は、以下のように三方切換弁２３を制御する。すなわち、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の圧縮比を上昇させるとき（シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に近づくとき）は、第１通路２１と第３通路２４とが導通するように三方切換弁２３を制御する。一方、内燃機関１の圧縮比を低下させるとき（シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に遠ざかるとき）は、ＥＣＵ１７は、第２通路２２と第３通路２４とが導通するように三方切換弁２３を制御する。
【００４６】
シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に近づくときに第１通路２１と第３通路２４とが導通すると、クランクケース３内のガスが第３通路２４、第１通路２１、及び吸気通路９０を介して過給機２０に吸い込まれることになる。その結果、クランクケース３内の容積が縮小することに起因したクランクケース３内の圧力上昇が抑制される。
【００４７】
また、シリンダブロック２とクランクケース３とが相対的に遠ざかるときに第２通路２２と第３通路２４とが導通すると、過給機２０から吐出されたガスが吸気通路９０、第２通路２２、及び第３通路２４を介してクランクケース３内に送り込まれることになる。そ
の結果、クランクケース３内の容積が拡大することに起因したクランクケース３内の圧力低下が抑制される。
【００４８】
このように過給機２０の吸引力及び吐出力を利用することにより、クランクケース３内の圧力変動が速やかに解消されるようになる。よって、図５に示すように、圧縮比の変更に伴うクランクケース３内の圧力変動が抑制され、シール材１０１に作用する負荷を軽減することが可能になる。
【００４９】
なお、上記した過給機２０、第１通路２１、第２通路２２、三方切換弁２３、第３通路２４、及びＥＣＵ１７によって、本発明の圧力調整機構が実現される。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１７による三方切換弁２３の制御手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ１７が三方切換弁２３を制御するためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ＥＣＵ１７のＲＯＭなどに予め記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１７によって周期的に実行される。
【００５１】
図６のルーチンにおいて、ＥＣＵ１７は、先ずＳ１０１で圧縮比が変更中であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０１においてシリンダブロック２とクランクケース３とが相対変位している過渡時であるか否かを判別する。この判別方法としては、ＥＣＵ１７から可変圧縮比機構１００へ送られる指示信号や、クランクケース３に対するシリンダブロック２の変位量を検出するセンサ（リフトセンサ）の出力信号などに基づいて判別する方法を用いることができる。
【００５２】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０５へ進み、第１通路２１及び第２通路２２が遮断されるように三方切換弁２３を制御する。その場合、第１通路２１と第３通路２４が非導通状態になるとともに、第２通路２２と第３通路２４も非導通状態になる。よって、クランクケース３内と吸気通路９０との間でガスが往き来しなくなる。その結果、クランクケース３内の圧力は略一定に保たれるようになる。
【００５３】
前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ１７は、圧縮比が低下中であるか否か（シリンダブロック２がクランクケース３から遠ざかっている途中であるか否か）を判別する。この判別は、前述のＳ１０１の判別方法と同様に、ＥＣＵ１７から可変圧縮比機構１００へ送られる指示信号やリフトセンサの出力信号に基づいて行われる。
【００５４】
前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、クランクケース３内の容積が拡大することになるため、クランクケース３内にガスを送り込む必要がある。そこで、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０３において、第２通路２２と第３通路２４とが導通するように三方切換弁２３を制御する。その場合、過給機２０から吐出されたガスが吸気通路９０、第２通路２２、及び第３通路２４を介してクランクケース３内に送り込まれることになる。よって、クランクケース３内の容積拡大に起因したクランクケース内圧力の低下が抑制される。つまり、クランクケース内圧力は、圧縮比が変更される前と略同等に保たれる。なお、第２通路２２と第３通路２４が導通状態になったときに本発明に係わる第２通路が実現される。
【００５５】
また、前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、クランクケース３内の容積が縮小することになるため、クランクケース３内のガスを排出させる必要がある。そこで、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０４において、第１通路２１と第３通路２４とが導通するように三方切換弁２３を制御する。その場合、クランクケース３内のガスが第３通路２４、第１通路２１、及び吸気通路９０を介して過給機２０に吸い込まれることになる。よって、クランクケース３内の容積縮小に起因したクランクケース内圧力の上昇が抑制される。つまり、クラ
ンクケース内圧力は、圧縮比が変更される前と略同等に保たれる。なお、第１通路２１と第３通路２４が導通状態になったときに本発明に係わる第１通路が実現される。
【００５６】
以上述べた実施例によれば、シリンダブロック２とクランクケース３とをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関１において、圧縮比の変更に起因したクランクケース３内の圧力変動が抑制されるようになる。その結果、シール材１０１に作用する負荷が軽減され、シール材１０１の耐久性が向上する。
【００５７】
なお、本実施例では、過給機を備えた内燃機関を例に挙げたが、過給機を備えていない内燃機関に本発明を適用する場合は、過給機の変わりに二次空気用ポンプを用いて圧力調整機構が構成されてもよい。その場合、上記した第１通路２１は二次空気用ポンプの吸込口に連通され、上記した第２通路２２は二次空気用ポンプの吐出口に連通させればよい。
【符号の説明】
【００５８】
１     内燃機関
２     シリンダブロック
３     クランクケース
４     シリンダヘッド
５     気筒
５     気筒
６     ピストン
７     クランクシャフト
８     コネクティングロッド
９     吸気ポート
１０   排気ポート
１１   吸気バルブ
１２   排気バルブ
１３   吸気カムシャフト
１４   排気カムシャフト
１５   燃料噴射弁
１６   点火プラグ
１７   ＥＣＵ
１８   クランクポジションセンサ
１９   アクセルポジションセンサ
２０   過給機
２１   第１通路
２２   第２通路
２３   三方切換弁
２４   第３通路
９０   吸気通路
１００ 可変圧縮比機構
１０１ シール材
【図１】
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【図２】
2011149283.tif 000004
【図３】
2011149283.tif 000005
【図４】
2011149283.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011149283.tif 000008