(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構を備える内燃機関において振動を抑制する。【解決手段】内燃機関は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド４と、機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構とを備える。可変圧縮比機構は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が相対的に移動することにより燃焼室５の容積が可変に形成されている。シリンダブロック２は、上面に形成されている溝部２ｂを含み、シリンダヘッド４は、下面に形成され、溝部２ｂに挿入される流路構成部材３１を含む。シリンダブロック２は、更に、流路構成部材３１とシリンダライナ１５とに挟まれる領域に形成されている冷却水流路４２を含む。【選択図】図１
2015098816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが内部に配置される穴部を有するシリンダブロックと、
穴部の表面に配置されているシリンダライナと、
機関吸気通路および機関排気通路を有するシリンダヘッドと、
機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構とを備え、
可変圧縮比機構は、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動することにより燃焼室の容積が可変に形成されており、
シリンダブロックは、上面に形成されている凹部を含み、
シリンダヘッドは、下面に形成され、凹部に挿入される流路構成部材を含み、
シリンダブロックは、流路構成部材とシリンダライナとに挟まれる領域に形成されている冷却水流路を含むことを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室においては、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、出力されるトルクおよび燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることによりトルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。一方で、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構を備える内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２０１３−１０８５６３号公報においては、クランクケースに対してシリンダブロックを移動させる可変圧縮比機構を備える内燃機関が開示されている。この可変圧縮比機構は、シリンダブロックとクランクケースとの間を覆うブーツシールと、ブーツシールの外方に配置される変形部の変形を規制する変形防止板とを含むことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０８５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させる可変圧縮比機構においては、クランクケースが不動部になり、シリンダブロックおよびシリンダブロックに固定されているシリンダヘッドが可動部になる。すなわち、クランクケースがシリンダブロックを支持している。
【０００６】
シリンダブロックの内部に配置されているピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに接続されている。このために、シリンダブロックには、ピストンが往復運動する方向と垂直な方向に力が加わる。クランクケースに対してシリンダブロックを相対的に移動させる可変圧縮比機構では、ピストンによるスラスト力が可動部であるシリンダブロックに作用する。この結果、シリンダブロックに振動が生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、可変圧縮比機構を備え、振動を抑制する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】
【０００８】
本発明の内燃機関は、ピストンが内部に配置される穴部を有するシリンダブロックと、穴部の表面に配置されているシリンダライナと、機関吸気通路および機関排気通路を有するシリンダヘッドと、機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構とを備える。可変圧縮比機構は、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが相対的に移動することにより燃焼室の容積が可変に形成されている。シリンダブロックは、上面に形成されている凹部を含む。シリンダヘッドは、下面に形成され、凹部に挿入される流路構成部材を含む。シリンダブロックは、流路構成部材とシリンダライナとに挟まれる領域に形成されている冷却水流路を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可変圧縮比機構を備える内燃機関において、振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態の内燃機関におけるシリンダブロックおよびシリンダヘッドの部分の概略断面図である。
【図２】実施の形態の内燃機関において、シリンダブロックおよび流路構成部材の概略分解斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、機械圧縮比が変化する時の状態を示す偏心軸機構の概略図である。
【図４】流路構成部材の部分の拡大概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１から図４を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１２】
図１は、実施の形態の内燃機関におけるシリンダブロック２およびシリンダヘッド４の部分の概略断面図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。シリンダヘッド４の上面にはカムキャリア２１が固定されている。カムキャリア２１は、吸気弁および排気弁を駆動するカムおよびカムを回転させるカムシャフトを支持している。
【００１３】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、シリンダヘッド４に形成されている機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。シリンダブロック２は、穴部２ａを有する。穴部２ａの表面には、シリンダライナ１５が固定されている。本実施の形態におけるシリンダライナ１５は、円筒状に形成されている。
【００１４】
ピストン３は、ピストンリングを有し、ピストンリングがシリンダライナ１５に接触している。また、ピストン３は、シリンダライナ１５に対して摺動する。ピストン３は、コネクティングロッド５８を介して、クランクシャフトに支持されている。シリンダブロック２の下面にはクランクケースが固定されている。クランクシャフトはクランクケースの内部に配置されている。
【００１５】
図２に、シリンダブロックと流路構成部材の部分の概略分解斜視図を示す。図１および図２を参照して、本実施の形態におけるシリンダライナ１５は、シリンダヘッド４に向かう側に突出する突出部１５ａを有する。突出部１５ａは、シリンダブロック２の穴部２ａから突出するように形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室５の壁面を構成する凹部４ａが形成されている。凹部４ａは、シリンダライナ１５の突出部１５ａに嵌合する。
【００１６】
本実施の形態における内燃機関は、制御装置として機能する電子制御ユニットを備える。電子制御ユニットは、クランク角センサやエアフロメータ等の信号が入力され、機関本体１を制御する。
【００１７】
本実施の形態における内燃機関は、可変圧縮比機構を備える。本実施の形態においては、ピストン３が圧縮上死点に位置したときにシリンダヘッド４およびピストン３の頂面に囲まれる空間を燃焼室と称する。内燃機関の圧縮比は、燃焼室の容積等に依存して定まる。本実施の形態における可変圧縮比機構は、燃焼室の容積を変更することにより圧縮比を変更するように形成されている。燃焼室における実際の圧縮比である実圧縮比は、（実圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じている期間にピストンが移動する容積）／（燃焼室の容積）で示される。実圧縮比に対して、下死点から上死点までのピストンの行程容積と燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と称する。機械圧縮比は、（機械圧縮比）＝（燃焼室の容積＋下死点から上死点までのピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。
【００１８】
本実施の形態における内燃機関は、シリンダブロック２を含む支持構造物と、支持構造物の上側に配置されているシリンダヘッド４とが互いに相対移動する。本実施の形態におけるシリンダブロック２は、可変圧縮比機構を介してシリンダヘッド４を支持している。
【００１９】
シリンダヘッド４の両側の側壁には複数個の突出部８０が形成されている。突出部８０には、断面形状が円形のカム挿入孔８１が形成されている。シリンダブロック２の上壁には、複数個の突出部が形成されている。この突出部には、断面形状が円形のカム挿入孔８３が形成されている。シリンダヘッド４の突出部８０は、シリンダブロック２の突出部同士の間に嵌合する。
【００２０】
本実施の形態における可変圧縮比機構は、偏心軸機構を含む。偏心軸機構は、シリンダヘッド４の支持軸としての一対のカムシャフト８４，８５を含む。カムシャフト８４，８５は、それぞれのカム挿入孔８３内に回転可能に挿入される円形カム８８を含む。円形カム８８は各カムシャフト８４，８５の回転軸線と同軸状に配置されている。一方で、それぞれの円形カム８８には、カムシャフト８４，８５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸８７が延びている。この偏心軸８７上には、別の円形カム８６が偏心して回転可能に取付けられている。これらの円形カム８６は円形カム８８の両側に配置されている。円形カム８６は対応するカム挿入孔８１内に回転可能に挿入されている。
【００２１】
可変圧縮比機構は、カムシャフト８４，８５を回転させるアクチュエータを有する駆動装置を含む。本実施の形態のアクチュエータは、モータを含み、シリンダブロック２に固定されている。駆動装置は、カムシャフト８４，８５を互いに反対方向に回転させることができるように形成されている。駆動装置は、円形カム８８の中心軸と同軸状にカムシャフト８４，８５を回転する。駆動装置は、対応する駆動回路を介して電子制御ユニットに接続されている。本実施の形態における可変圧縮比機構は、電子制御ユニットにより制御されている。
【００２２】
図３に、機械圧縮比を変更した時の偏心軸機構、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの概略図を示す。図３（ａ）は、所定の機械圧縮比の状態を示し、図３（ｂ）は、所定の機械圧縮比の状態から機械圧縮比機械を低下した状態を示している。シリンダブロック２とシリンダヘッド４との相対位置は、円形カム８６の中心軸ａと円形カム８８の中心軸ｂとの距離によって定まる。駆動装置のアクチュエータを駆動することにより、円形カム８８が回転する。たとえば、矢印９６に示す方向に円形カム８８が回転すると、偏心軸８７は、円形カム８８の上端の位置に向かって移動する。偏心軸８７が回転することにより、円形カム８６は、矢印９７に示す方向に回転する。この結果、シリンダヘッド４が矢印９８に示す向きに移動し、図３（ｂ）に示す状態になる。シリンダヘッド４の移動後の状態を移動前の状態と比較すると、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が離れる向きに移動していることが分かる。
【００２３】
図３（ｂ）に示されるように、偏心軸８７が円形カム８８の上端まで移動すると、円形カム８８の中心軸ｂが偏心軸８７よりも下方に位置する。矢印９８に示すようにシリンダヘッド４がシリンダブロック２から離れるほど、燃焼室５の容積が大きくなる。この結果、圧縮比を低下させることができる。また、たとえば図３（ｂ）に示す状態から円形カム８８を矢印９６と反対向きに回転させることにより、シリンダヘッド４がシリンダブロック２に近づく向きに移動し、圧縮比を上昇させることができる。
【００２４】
このように、機械圧縮比を変更するために駆動装置を駆動すると、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４がピストン３の移動方向に相対的に移動する。図１を参照して、機械圧縮比を変更すると、シリンダヘッド４の凹部４ａが、シリンダライナ１５の突出部１５ａに対して摺動する。シリンダライナ１５がシリンダヘッド４の凹部４ａの内部まで延びるように形成されていることにより、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が相対的に移動しても燃焼室５が密閉された状態が維持される。更に、燃焼室５の容積を可変にすることができる。
【００２５】
ここで、クランクケースとシリンダブロックが別部材として形成され、クランクケースに対してシリンダブロックが相対的に移動する可変圧縮比機構を備える内燃機関を比較例に取り上げる。比較例の内燃機関では、クランクケースが不動部になり、シリンダブロックおよびシリンダヘッドが一体的に移動する可動部になる。これに対して、本実施の形態の内燃機関は、シリンダブロックとクランクケースとを一体的に構成することができる。このために、シリンダブロックを含む不動部の剛性を高くすることができる。内燃機関の気筒の並ぶ方向において揺動するピッチング運動を低減することができる。この結果、ピッチング運動に起因する振動を低減することができる。
【００２６】
また、比較例における可変圧縮比機構を備える内燃機関では、ピストンの移動方向に垂直な方向のスラスト力が可動部のシリンダブロックに加わるために振動が生じ易くなる。一方で、本実施の形態の内燃機関においては、シリンダブロック２が車両本体に固定されて不動部を構成している。ピストン３の移動により生じるスラスト力は、不動部であるシリンダブロック２に作用する。このために、複数の気筒が並ぶ方向と垂直な方向において揺動するローリング運動を抑制することができる。この結果、ローリング運動に起因する振動の発生を抑制することができる。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態の内燃機関は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が移動する時に、シリンダライナ１５に対してシリンダヘッド４の凹部４ａの壁面が摺動する。この摺動部分から燃焼室５の内部のガスが漏出する。すなわちブローバイガスが流出する。燃焼室５の内部のガスには、燃焼ガスが含まれる。燃焼室５から漏れ出るガスがシリンダブロック２とシリンダヘッド４との間の隙間を通って外部に放出することを抑制するために、ブーツシール１８が配置されている。
【００２８】
ブーツシール１８は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４との境界の部分を塞ぐように形成されている。ブーツシール１８は、シリンダブロック２の外周に沿って平面形状が環状に配置されている。ブーツシール１８は変形可能に形成されている。ブーツシール１８は、シリンダブロック２に対するシリンダヘッド４の相対移動に応じて変形する。
【００２９】
図１および図２を参照して、シリンダブロック２の上面には、凹部としての溝部２ｂが形成されている。本実施の形態の溝部２ｂは、所定の深さを有する溝が延びるように形成されている。溝部２ｂは、複数の穴部２ａを取り囲むように形成されている。シリンダヘッド４は、下面に形成され、溝部２ｂに挿入される流路構成部材３１を含む。流路構成部材３１は、溝部２ｂの形状に対応するように形成されている。本実施の形態の流路構成部材３１は、板状に形成されており、溝部２ｂの内部に挿入される。
【００３０】
流路構成部材３１は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が離れて低機械圧縮比になっても、少なくとも一部が溝部２ｂの内部に配置されるように形成されている。また、流路構成部材３１は、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド４が近づいて高機械圧縮比になっても、溝部２ｂの底面に衝突しないように形成されている。
【００３１】
シリンダブロック２の内部には、冷却水流路４２が形成されている。冷却水流路４２は、穴部２ａを取り囲むように形成されている。冷却水流路４２は、流路構成部材３１とシリンダライナ１５とに挟まれる領域に形成されている。冷却水流路４２は、穴部２ａの延びる方向に沿って延びている。また、冷却水流路４２は、溝部２ｂの深さ方向に沿って延びている。
【００３２】
更に、シリンダブロック２の内部には、ガス通路４１が形成されている。ガス通路４１は、溝部２ｂの内部の空間とクランクケースの内部の空間とを接続するように形成されている。本実施の形態のガス通路４１は、溝部２ｂの底部に接続されている。なお、ガス通路４１は、１本が形成されていても複数本が形成されていても構わない。
【００３３】
シリンダヘッド４には、冷却水流路４３が形成されている。冷却水流路４３は、凹部４ａの側壁を取り囲むように形成されている。冷却水流路４２，４３には、たとえば機関冷却水が供給される。
【００３４】
ところで、燃焼室５のガスがブーツシール１８まで到達すると、ブーツシール１８が劣化する場合がある。たとえば、燃焼ガスがブーツシール１８に接触すると、ブーツシール１８が熱により劣化する。ブーツシール１８が耐熱温度を超えた場合には、軟化して損傷する場合がある。ブーツシール１８が耐熱温度以下の場合でも徐々に劣化が進行して損傷する虞がある。ブーツシール１８が損傷した場合には、燃焼室５のガスが外部に放出される虞がある。
【００３５】
図４に、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の領域のうち、流路構成部材が配置されている部分の拡大概略断面図を示す。本実施の形態の内燃機関は、溝部２ｂの内部に少なくとも一部の流路構成部材３１が配置されている。燃焼室５のガスは、シリンダライナ１５と凹部４ａとの摺動部分から漏出する。燃焼室５のガスは、矢印４６に示すように流路構成部材３１に衝突して向きを変える。燃焼室５のガスは、流路構成部材３１に沿ってシリンダブロック２の下方に向かって移動する。そして、燃焼室５のガスは、矢印４７に示すようにガス通路４１を通って、クランクケースの内部に放出される。
【００３６】
このように、本実施の形態の内燃機関は、燃焼室５のガスが、矢印４８に示す様にシリンダブロック２とシリンダヘッド４との間の隙間を通ってブーツシール１８に到達することを抑制することができる。この結果、ブーツシール１８の劣化を抑制することができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態の内燃機関は、溝部２ｂの壁面と流路構成部材３１との間には、間隙部４４ａ，４４ｂが形成されている。間隙部４４ａは、穴部２ａに向かう側に形成されている。間隙部４４ｂは、穴部２ａに向かう側と反対側に形成されている。本実施の形態では、間隙部４４ｂは、間隙部４４ａよりも流路断面積が小さくなるように形成されている。間隙部４４ｂの高さは、間隙部４４ａの高さよりも小さくなるように形成されている。この構成により、間隙部４４ｂの流路抵抗を大きくすることができて、燃焼室５のガスが間隙部４４ｂを通ってブーツシール１８に向かうことを抑制することができる。燃焼室５のガスがブーツシール１８に到達することを抑制できる。
【００３８】
また、シリンダブロック２は、流路構成部材３１とシリンダライナ１５とに挟まれる領域に形成されている冷却水流路４２を含む。この構成により、矢印４６に示す様に流通する燃焼室５のガスを冷却することができる。燃焼室５から漏出するガスの温度を低下させることができる。燃焼室５のガスがブーツシール１８に到達したとしても、ブーツシール１８の熱劣化を抑制することができる。
【００３９】
本実施の形態における可変圧縮比機構は、回転軸を偏心させた円形カムを回転させることにより、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを相対的に移動させているが、この形態に限られず、シリンダブロックに対してシリンダヘッドを相対的に移動させる任意の機構を採用することができる。
【００４０】
なお、上記の実施の形態においては、シリンダブロックに加えてカムキャリアを備える内燃機関を例示したが、この形態に限られず、シリンダブロックにて吸気弁等を駆動するカムシャフトを支持し、カムキャリアを備えていない内燃機関にも本発明を適用することができる。
【００４１】
上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。
【符号の説明】
【００４２】
２    シリンダブロック
２ｂ    溝部
３    ピストン
４    シリンダヘッド
５    燃焼室
１５    シリンダライナ
３１    流路構成部材
４２    冷却水流路
８４，８５    カムシャフト
８６，８８    円形カム
８７    偏心軸
【図１】
2015098816.tif 000003
【図２】
2015098816.tif 000004
【図３】
2015098816.tif 000005
【図４】
2015098816.tif 000006