(57)【要約】【課題】Ｖ型内燃機関において、簡単な機構で、圧縮比を変更することができ、且つ圧縮比の変更が内燃機関の振動状態や燃焼制御に及ぼす影響を抑制できる技術を提供する。【解決手段】Ｖ型内燃機関における、傾斜した２つのシリンダブロックを、クランクケースに対して相対移動させることにより、シリンダブロックの各シリンダにおける圧縮比を変更するＶ型可変圧縮比内燃機関であって、前記２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸の交点は、前記Ｖ型内燃機関が最小圧縮比となるときは、クランク軸中心Ｏｃに対して前記２つのシリンダブロック側のＯｂｓにあり、前記Ｖ型内燃機関が最大圧縮比となるときは、クランク軸中心Ｏｃに対して前記２つのシリンダブロックの逆側のＯｂｒにある。【選択図】図２
2005113743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ型内燃機関における、傾斜した２つのシリンダブロックを、クランクケースに対して一体的に相対移動させることにより、前記２つのシリンダブロックの各シリンダにおける圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸の交点は、前記Ｖ型内燃機関が圧縮比可変範囲における最小圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロック側にあり、前記Ｖ型内燃機関が圧縮比可変範囲における最大圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロックの逆側にあることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸の交点は、前記Ｖ型内燃機関の圧縮比可変範囲における中央の圧縮比であるときに、前記クランク軸中心に対して最も接近していることを特徴とする請求項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、燃焼室容積を変更することにより圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関に関し、特に、傾斜した２つのシリンダブロックを備えるＶ型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関においては、燃焼室の容積が一定で圧縮比も一定である。しかし、運転状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費性能や出力性能を向上させることができる。そこで、圧縮比を可変制御することによってこれらの性能向上を図る可変圧縮比型の内燃機関が提案されている。
【０００３】
この圧縮比を可変制御する方法として、シリンダが形成されたシリンダブロックと、クランクケースとを相対移動可能に連結し、このシリンダブロックとクランクケースとの間に介装されたカム機構を用いて、シリンダブロックとクランクケースとを接近あるいは離反させることにより内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平７−２６９８１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献３】特開２００２−９０４０号公報
【特許文献４】特開２００２−２５０２４１号公報
【特許文献５】特開２００２−２５６８０１号公報
【特許文献６】特開２００２−２５６８０２号公報
【特許文献７】特開２００３−５１５６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術をＶ型内燃機関に適用する場合を考えると、圧縮比の変更の際には、２つのシリンダブロックを、クランクケースに対して一体的に相対移動させることが、機構の簡素化の観点から望ましい。しかし、この場合、上記２つのシリンダブロックにおけるシリンダ中心軸に対するクランク軸中心のオフセットの量が変化する。そして、シリンダ中心軸に対するクランク軸中心のオフセットの量が変化すると、ピストンスラップの状態が変化し、それに伴って、ＫＣＳ制御などの燃焼制御の制御性が変化する。また、内燃機関に発生する高次不釣合い力の状態が変化する。結果として、Ｖ型内燃機関における振動状態や、燃焼制御へ悪影響を及ぼす場合がある。
【０００５】
本発明の目的とするところは、Ｖ型内燃機関において、簡単な機構で、圧縮比を変更することができ、且つ圧縮比の変更が内燃機関の振動状態や燃焼制御に及ぼす影響を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、Ｖ型内燃機関における傾斜した２つのシリンダブロックを、クランクケースに対して一体的に相対移動させる可変圧縮比内燃機関であって、圧縮比の変更を行う際に、上記２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸の交点（以下、「シリンダ中心軸交点」という）は、前記Ｖ型内燃機関におけるクランク軸中心を含んだ領域を移動範囲とすることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、Ｖ型内燃機関における、傾斜した２つのシリンダブロックを、クランクケースに対して一体的に相対移動させることにより、シリンダブロックの各シリンダにお
ける圧縮比を変更するＶ型の可変圧縮比内燃機関であって、シリンダ中心軸交点は、Ｖ型内燃機関が最小圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して２つのシリンダブロック側にあり、Ｖ型内燃機関が最大圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロックの逆側にあることを特徴とする。
【０００８】
ここで、Ｖ型内燃機関において圧縮比が変更される際には、前記２つのシリンダブロックを、前記２つのシリンダブロックを上にした状態で、これらのシリンダブロックを垂直方向に一体的に移動させることにより、クランクケースに対して相対移動させることが考えられる。このことが、機構の簡素化の観点から望ましいことは前述のとおりである。
【０００９】
そして、この場合において、Ｖ型内燃機関の圧縮比が低圧縮比側に変更されるときは、前記シリンダ中心軸交点は、前記２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸で構成されるＶ字の中心線（以下、「シリンダブロック中心線」という）上を上側に移動する。
【００１０】
逆に、前記シリンダ中心軸交点は、Ｖ型内燃機関の圧縮比が高圧縮比側に変更されるときは、前記シリンダブロック中心線上を下側に移動する。
【００１１】
本発明においては、上記のように、Ｖ型内燃機関において、２つのシリンダブロックをクランクケースに対して一体的に相対移動させるときに、前記シリンダ中心軸交点は、前記Ｖ型内燃機関が最小圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロック側にあり、前記Ｖ型内燃機関が最大圧縮比となるときは、クランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロックの逆側にあるようにすることで、前記シリンダ中心軸交点と、クランク軸中心とが圧縮比の変更に伴って離れ過ぎないようにした。
【００１２】
このようにすれば、Ｖ型内燃機関における２つのシリンダの中心軸に対する、クランク軸中心のオフセットの量（以下、「クランクオフセット量」という。）が、過大にならないようにすることができる。
【００１３】
ここで、内燃機関におけるクランクオフセット量は、ピストンスラップの状態や、それと関連するＫＣＳ制御などの制御性に影響を及ぼす。また、内燃機関に発生する高次不釣合い力の大きさにも影響を及ぼす。
【００１４】
ピストンスラップとは、内燃機関の上死点付近において、ピストンの傾き角度が変化し、異音が発生する現象をいい、クランクオフセット量により、その発生の程度が変化する。また、ＫＣＳ制御とは、ノックセンサによって検出されたノッキングの状態に応じて、ＥＣＵから最適の点火栓の点火時期信号を出力することによりノッキングの発生を防止する制御である。よって、ピストンスラップによる異音や衝撃が増加すると、そのＫＣＳ制御の制御性にも悪影響を与える。また、内燃機関に発生する高次不釣合い力は、カウンターウェイトの付加などにより相殺することができない振動の原因となる慣性力であり、クランクオフセット量が増加すると、その大きさが増大することが分かっている。
【００１５】
従って、本発明においては、上記のように、Ｖ型内燃機関におけるクランクオフセット量が過大にならないようにできるので、可変圧縮比制御による、ピストンスラップや、ＫＣＳ制御などの制御性への影響が過大になることを抑制でき、内燃機関の高次不釣合い力が過大になることを抑制できる。結果として、内燃機関の振動状態や燃焼制御へ影響を及ぼすことなく、且つ簡単な機構で、圧縮比を変更することができる
【００１６】
また、ここにおいて、Ｖ型内燃機関が左右対称である場合には、前記クランク軸中心は、前記シリンダブロック中心線上にある。しかし、実際には、前述した高次不釣合い力を
極力抑えた上で、ピストンスラップなどの状態を最適にするために、意識的にクランク軸中心をシリンダブロック中心線に対してずらし、２つのシリンダブロックにおけるシリンダの中心軸を、クランク軸中心に対してオフセットさせる場合がある。
【００１７】
このとき、クランク軸中心と、シリンダブロック中心線とのずれ量によって、クランクオフセット量は幾何学的に一義的に決定される。従って、クランクオフセット量が、上述の高次不釣合い力や、ピストンスラップへの影響の観点からの最適値となるように、クランク軸中心と、シリンダブロック中心線とのずれ量が設定される。
【００１８】
このような場合についても、本発明においては、前記Ｖ型内燃機関が最小圧縮比となるときには、前記シリンダ中心軸交点がクランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロック側にあり、前記Ｖ型内燃機関が最大圧縮比となるときには、前記シリンダ中心軸交点がクランク軸中心に対して前記２つのシリンダブロックの逆側にあるようにすることにより、クランクオフセット量が、上記の最適値から大きく外れることを抑制できる。従って、可変圧縮比制御が、Ｖ型内燃機関における振動状態や、燃焼制御へ悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００１９】
なお、本発明においては、前記シリンダ中心軸交点は、前記Ｖ型内燃機関の圧縮比可変範囲における中央の圧縮比であるときに、前記クランク軸中心に対して最も接近しているようにするのがよい。
【００２０】
こうすれば、前記クランク軸中心に最も接近した点を中心として、前記シリンダ中心軸交点は、略対称な範囲を移動することになるので、前記Ｖ型内燃機関の可変圧縮比制御において、おこりうるクランクオフセット量の最大値を抑えることができる。従って、可変圧縮比制御が、Ｖ型内燃機関における振動状態や、燃焼制御へ悪影響を及ぼすことをより効果的に抑制できる。
【００２１】
また、このときのシリンダ中心軸交点と、クランク軸中心とのずれ量を、上記のようにクランクオフセット量が最適値となるように設定すれば、Ｖ型内燃機関の圧縮比可変範囲における中央の圧縮比において、Ｖ型内燃機関の振動状態や、燃焼制御の状態を最適な状態にすることができる。
【００２２】
この場合は、前記Ｖ型内燃機関の可変圧縮比制御においておこりうる、クランクオフセット量の、前記最適値からの最大外れ量を小さくすることができる。従って、Ｖ型内燃機関における振動状態や、燃焼制御が最適に近い状態で、可変圧縮比制御を実施することができる。
【００２３】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、Ｖ型内燃機関において、簡単な機構で、圧縮比を変更することができ、且つ圧縮比の変更が内燃機関の振動状態や燃焼制御に及ぼす影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係るＶ型可変圧縮比内燃機関である内燃機関１の概略構成を示した図である。本実施例においては、クランクケース４の中心線Ｌに対して対称に傾斜した、２つのシリンダブロック３、２３がＶ型のバンクを形成している。そして、シリンダブロック３，２３の傾き角はそれぞれクランクケース４の中心線Ｌに対して４５度である。また、２つのシリンダブロック３，２３には、複数のシリンダが形成されているが、図１には、その中で最も手前のシリンダ３ａ，２３ａについての断面図のみを示している。断面図に示さないシリンダの構成も、図１に示された断面図の構成と略同様である。
【００２７】
また、本実施例においては、２つのシリンダブロック３、２３は、連結部６によって連結されることによって一体化し、Ｖ型シリンダブロック２を形成している。そして、クランクケース４に対して、クランクケース４の中心線Ｌに沿ってＶ型シリンダブロック２を上下に移動させることによって各バンクにおける圧縮比を変更する。
【００２８】
ここで、Ｖ型シリンダブロック２の両側下部には、カム機構７ａ、７ｂが設けられている。そして、各カム機構７ａ、７ｂの、紙面に対して手前方向の一端には破線で示すウォームホイール８ａ、８ｂが取り付けられている。また、ウォームホイール８ａ、８ｂは、モータ５の出力軸に取り付けられた破線で示すウォーム９ａ、９ｂとかみ合っている。
【００２９】
そして、モータ５を回転させることにより、前述のウォーム９ａ、９ｂ、ウォームホイール８ａ、８ｂを介してカム機構７ａ、７ｂを作動させる。このカム機構７ａ、７ｂによって、Ｖ型シリンダブロック２を、クランクケース４の中心線Ｌと平行に移動させる。この一連の動作により、内燃機関１における各シリンダの圧縮比を制御することができる。なお、本実施例においては、クランクケース４の中心線Ｌは、シリンダブロック中心線と一致する。
【００３０】
次に、図２を用いて、本実施例におけるＶ型内燃機関の圧縮比を変更したときの、シリンダ３ａ，２３ａの中心軸の交点とクランク軸中心との位置関係の変化について説明する。
なお、図２における上下方向は、図１における上下方向と一致している。
【００３１】
図２においては、クランク軸中心をＯｃで表す。また、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸を一点鎖線で表す。そして、内燃機関１における圧縮比を最小にした場合の、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸の交点をＯｂｓ，内燃機関１における圧縮比を最大にした場合の、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸の交点をＯｂｒで表す。本実施例では、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点は、内燃機関１の圧縮比の変更制御に伴い、ＯｂｓとＯｂｒの間でクランクケース４の中心線Ｌ上を移動する。
【００３２】
なお、ここで、ＯｂｓはＯｃに対して、Ｖ型シリンダブロック２側に位置し、ＯｂｒはＯｃに対して、Ｖ型シリンダブロック２の逆側に位置している。
【００３３】
本実施例においては、クランク軸中心Ｏｃは、クランクケース４の中心線Ｌに対して水平方向にＺだけずれている。また、クランク軸中心Ｏｃの、図２の高さ方向の位置は、図２におけるＯｂｓとＯｂｒを結んだ線分の中点Ｏｂｃと同じ位置である。すなわち、内燃機関１における圧縮比が、最大圧縮比と最小圧縮比との中央の圧縮比の場合に、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点がクランク軸中心Ｏｃに最も近くなり、その時のずれ量がＺになるように構成されている。
【００３４】
上記のずれ量Ｚは、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点がＯｂｃに位置するときに、内燃機関１における、クランク軸中心Ｏｃの、シリンダ３ａ，２３ａの中心軸に対するオフセットの量が、ピストンスラップへの状態や、高次不釣合い力の大きさの観点から最
適な値になるように設定された値である。なお、このときの、クランク軸中心Ｏｃの、シリンダ３ａ，２３ａの中心軸に対するオフセットの量は幾何学的にＺ／√２になる。換言すると、クランク軸中心Ｏｃの、シリンダ３ａ，２３ａの中心軸に対するオフセットの量の最適値はＺ／√２である。
【００３５】
ここで、内燃機関１の圧縮比が最小となった場合について考える。このとき、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点はＯｂｓにある。そして、このときの、シリンダ３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量は、図中に示すように、Ｅｓ３で表される。同様に、シリンダ２３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとのオフセットの量は、Ｅｓ２３で表される。
【００３６】
その状態から内燃機関１の圧縮比を上昇させていった場合、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点は、ＯｂｓからＯｂｒに向かってクランクケース４の中心線Ｌ上を移動する。この間、シリンダ３ａ及び、シリンダ２３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量は、一旦減少する。そして、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点がＯｂｃに達したとき、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸に対するクランク軸中心Ｏｃのオフセットの量は双方Ｚ／√２になる。その後、さらに圧縮比を上昇させ、内燃機関１の圧縮比が最大となった場合には、シリンダ３ａ及びシリンダ２３ａの中心軸の交点は、Ｏｂｒに達する。このときのシリンダ３ａ及び２３ａの中心軸とクランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量は、図中に示すように、それぞれＥｒ３及びＥｒ２３で表される。
【００３７】
以上のように、本実施例においては、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点は、内燃機関１が最小圧縮比となるときは、クランク軸中心Ｏｃに対してＶ型シリンダブロック２側にあり、内燃機関１が最大圧縮比となるときは、クランク軸中心Ｏｃに対してＶ型シリンダブロック２の逆側にあるので、クランク軸中心Ｏｃを、図２における水平方向に関して、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点の移動範囲の中に含めることができる。
【００３８】
これにより、クランク軸中心Ｏｃが、図２における水平方向に関して、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点の移動範囲より上側または下側に位置する場合と比較して、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸とクランク軸中心との間のオフセットの量が、ピストンスラップや、高次不釣合い力などを考慮した最適のオフセットの量であるＺ／√２から大きく外れない構成となっている。
【００３９】
さらに、図２に示すように、内燃機関１の圧縮比が、その可変範囲の中央の圧縮比であるときに、クランク軸中心Ｏｃと、シリンダ３ａ及び２３ａの中心軸の交点とが最も接近し、その距離がＺとなるようにしているので、内燃機関１における圧縮比変更制御の中でおこりうるオフセットの量と、最適なオフセットの量であるＺ／√２との差の最大値を抑えることができる。
【００４０】
次に、上記で説明したように圧縮比を変更した場合の、シリンダ３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量の変化について図３のグラフに基づいて説明する。図３は、内燃機関１における圧縮比を横軸に、シリンダ３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量を縦軸にしたグラフである。
【００４１】
図３において、内燃機関１における圧縮比が最小のεｓであるときは、シリンダ３ａ及び、２３ａの中心軸の交点はＯｂｓにあるので、シリンダ３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとのオフセットの量はＥｓ３である。ここで、圧縮比が増加するに従い、オフセットの量は０に近づく。そして、圧縮比の値が、内燃機関１の圧縮可変範囲における最大圧縮比と、最小圧縮比の中央の圧縮比であるεｍとなったときに、オフセットの量は、Ｚ／√２となる。さらに圧縮比が増加すると、オフセットの量が０となる圧縮比を通過したの
ち、最大圧縮比εｒになる。ここにおいては、シリンダ３ａ及び、２３ａの中心軸の交点はＯｂｒにあるので、シリンダ３ａの中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとのオフセットの量はＥｒ３となる。
【００４２】
なお、図３では、シリンダ３ａにおける中心軸と、クランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量について説明したが、シリンダ２３ａについても略同様なグラフとなる。
【００４３】
図３のグラフからも、本実施例において、内燃機関１の圧縮比可変範囲の中央の圧縮比において、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸とクランク軸中心Ｏｃとの間のオフセットの量が、ピストンスラップや、高次不釣合い力などを考慮した最適のオフセットの量であるＺ／√２になるように設定されていることが理解できる。そして、内燃機関１の圧縮比が変更された場合には、最適なオフセットの量Ｚ／√２を中心として略対称にオフセットの量を振ることとなり、オフセットの量がＺ／√２から大きく外れることが抑制されると理解できる。
【００４４】
なお、本実施例においては、クランク軸中心Ｏｃと、クランクケース４の中心線Ｌとの水平方向のずれの量をＺと設定したが、これを０に設定した場合の、シリンダ３ａ、２３ａの中心軸の交点とクランク軸中心との位置関係の変化を図４に示す。すなわち図４は、図２においてＺ＝０とした場合の図である。図４においては、クランク軸中心Ｏｃは、クランクケース４の中心線Ｌ上にある。従って、内燃機関１における圧縮比が可変範囲の中央の圧縮比である場合の、シリンダ３ａ及びシリンダ２３ａの中心軸の交点Ｏｂｃは、クランク軸中心Ｏｃと一致している。
【００４５】
従って、この場合は、可変範囲の中央の圧縮比において、シリンダ３ａ、２３ａにおけるクランクオフセット量を同時に０にすることができる。また、可変範囲の中央の圧縮比以外の圧縮比においても、シリンダ３ａの中心軸とクランク軸中心Ｏｃのオフセットの量及び、シリンダ２３ａにおける中心軸とクランク軸中心Ｏｃのオフセットの量を等しくすることができる。さらに図４においては、ＯｃとＯｂｓの間の距離と、ＯｃとＯｂｒの間の距離とが同じであるので、結果としてＥｓ３、Ｅｓ２３、Ｅｒ３及びＥｒ２３の大きさを全て等しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施例に係るＶ型可変圧縮比内燃機関である内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】本実施例における２つのシリンダの中心軸の交点とクランク軸中心との位置関係を示す図である。
【図３】本実施例における内燃機関の圧縮比が変化した場合の、シリンダの中心軸と、クランク軸中心との間のオフセットの量の変化を示すグラフである。
【図４】本実施例におけるクランク軸中心と、クランクケースの中心線との水平方向のずれの量を０とした場合の、２つのシリンダの中心軸の交点とクランク軸中心との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・内燃機関
２・・・Ｖ型シリンダブロック
３、２３・・・シリンダブロック
３ａ、２３ａ・・・シリンダ
４・・・クランクケース
５・・・モータ
６・・・連結部
７ａ、７ｂ・・・カム機構
８ａ、８ｂ・・・ウォームホイール
９ａ、９ｂ・・・ウォーム
１０・・・クランク軸
Ｌ・・・クランクケース中心線
Ｏｃ・・・クランク軸中心
Ｏｂｓ、Ｏｂｃ、Ｏｂｒ・・・シリンダ中心軸交点
【図１】
2005113743.tif 000003
【図２】
2005113743.tif 000004
【図３】
2005113743.tif 000005
【図４】
2005113743.tif 000006