(57)【要約】【課題】高圧縮比時におけるノッキングを防止するとともに、低圧縮比時における冷却損失を低減する。【解決手段】本発明は、シリンダ内を往復動するピストン２２と、機関運転状態に基づいてピストン２２の上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段１とを備え、機関圧縮比を高圧縮比としたときにピストン２２の最上昇部位に面する部分のシリンダ２３の熱伝導率を、低圧縮比としたときに同じくピストン２２の最上昇部位に面する部分のシリンダ２３の熱伝導率よりも大きくしたことを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動するピストンと、
機関運転状態に基づいて前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段と、
を備え、
機関圧縮比を高圧縮比としたときに前記ピストンの最上昇部位に面する部分のシリンダの熱伝導率を、低圧縮比としたときに同じくピストンの最上昇部位に面する部分のシリンダの熱伝導率よりも大きくした
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記シリンダは、前記熱伝導率が小さい部分と、前記熱伝導率が大きい部分との境界が、前記高圧縮比としたときの前記ピストンの最上昇部位と、前記低圧縮比としたときのピストンの最上昇部位との間にある
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ピストンの最上昇部位に面するシリンダの部分が、ピストン上死点位置において、前記ピストンに嵌挿したトップリングと対峙する部分である請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストンの最上昇部位に面するシリンダの部分が、ピストン上死点位置において、前記ピストンのトップランドと対峙する部分である請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記境界の位置は、機関圧縮比を最高圧縮比にしたときであって、前記ピストンが圧縮上死点に位置するときに、前記シリンダが前記ピストンのトップリングと面する部分と、機関圧縮比を最低圧縮比に制御したときであって、前記ピストンが圧縮上死点に位置するときに、前記シリンダが前記トップリングと面する部分との間である
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記境界の位置は、機関圧縮比を最低圧縮比に制御したときであって、前記ピストンが圧縮上死点に位置するときに、前記シリンダが前記ピストンのトップランドと面する部分である
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記境界の位置は、機関圧縮比を最低圧縮比に制御したときであって、前記ピストンが圧縮上死点に位置するときに、前記シリンダが前記ピストンに嵌挿されるトップリングと面する部分である
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記境界の位置は、機関圧縮比を最高圧縮比に制御したときであって、前記ピストンが圧縮上死点に位置するときに、前記シリンダが前記ピストンに嵌挿されるトップリングと面する部分である
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記シリンダの熱伝導率が低い部分の周囲に冷却水を導く第１冷却水循環系路と、
前記シリンダの熱伝導率が高い部分の周囲に冷却水を導く第２冷却水循環経路と、
前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水の流量と前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水の流量とを調節する流量調節手段と、
を備え、
前記流量調節手段によって、前記第１冷却水循環系路及び第２冷却水循環系路を流れる流量を調節することで、前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水温度を、前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水温度よりも高くする
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水の流量を、前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水の流量よりも少なくする
ことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記シリンダの前記ピストンが摺動する表面に単一の材料からなるコーティング層を形成する
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ピストンの冠部表面を、そのピストンの内部よりも熱伝導率の低い材料で構成する
ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記シリンダは、シリンダライナで構成される
ことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の機関圧縮比を運転状態に応じて変更可能な機構として、例えば、特許文献１に示すような複リンク式ピストンストローク機構が知られている。この複リンク式ピストンストローク機構は、クランクピンにロアリンクを回転自在に連結し、このロアリンクの一端にはアッパピンによってアッパリンクを、他端にはコントロールピンによってコントロールリンクを回転自在に連結し、このロアリンクの動作をコントロールリンクによって規制している。そして、運転状態に応じてコントロールリンクを制御してロアリンクの傾斜を変えることで、アッパリンクの他端に連結するピストンの上死点位置をコントロールし、圧縮比可変機構を実現しようとするものである。
【特許文献１】特開２００２−１２９９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般的に機関圧縮比を高圧縮比にすると、燃焼室で圧縮された混合気の温度が高くなりノッキングが発生しやすくなる。そのため、高圧縮比にするには、冷却効率を上げて、燃焼室やシリンダ内の温度を下げる必要がある。一方、機関圧縮比を低圧縮比にすると、熱効率が下がり機関出力が低下する。そのため、低圧縮比時には、燃焼室やシリンダ内の断熱化を図り、冷却損失を低減させて機関出力を向上させたい。
【０００４】
しかしながら、前述した従来の可変圧縮比内燃機関では、高圧縮比時における冷却効率増大に重点を置くか、低圧縮比時の冷却損失低減に重点を置くかは択一的なもので、両効果を両立できないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、高圧縮比時における冷却効率を増大させるとともに、低圧縮比時における冷却損失を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリンダ内を往復動するピストンと、機関運転状態に基づいて前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段とを備え、機関圧縮比を高圧縮比としたときに前記ピストンの最上昇部位に面する部分のシリンダの熱伝導率を、低圧縮比としたときに同じくピストンの最上昇部位に面する部分のシリンダの熱伝導率よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による可変圧縮比内燃機関では、シリンダを高圧縮比と低圧縮比とのピストンストローク位置に対応して熱伝導率の異なる部材で構成する。これにより、高圧縮比状態ではノッキング防止効果を十分に発揮でき、低圧縮比状態では冷却損失低減効果を十分に発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明による内燃機関は、例えば直列４気筒の火花点火式ガソリン機関であり、圧縮比を可変制御する複リンク式ピストンストローク機構を利用した可変圧縮比内燃機関（圧縮比制御手段）である。図１は、この可変圧縮比内燃機関１を示す図である。最初に、これについて図１を参照して説明する。
【０００９】
図１の可変圧縮比内燃機関１において、通常のクランク機構と異なる点は、ピストン２２とクランクシャフト２１がアッパリンク（第１リンク）１１、ロアリンク（第２リンク）１２の２つのリンクを介して連結され、さらにこのロアリンク１２には、その挙動を制約するコントロールリンク（第３リンク）１３が連結され、コントロールリンク１３は偏心軸部１５を有するコントロールシャフト１４によって、その回転（揺動）中心を変えられる点にある。
【００１０】
さらに詳細に構造を説明すると、クランクシャフト２１は、複数のジャーナル２１ａとクランクピン２１ｂとを有する。ジャーナル２１ａは、シリンダブロック２０の主軸受に回転自在に支持される。シリンダブロック２０には、冷却水が循環するウォータジャケット２９が設けられる。クランクピン２１ｂは、ジャーナル２１ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が回転自在に連結される。ロアリンク１２は、二部材に分割可能に構成されるとともに、その略中央の連結孔にクランクピン２１ｂが嵌合する。
【００１１】
アッパリンク１１は、下端側が連結ピン２５によってロアリンク１２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン２４によりピストン２２に回動可能に連結される。
【００１２】
ピストン２２は、シリンダブロック２０に嵌着したシリンダライナ２７に摺動自在に嵌合する。ピストン２２は、燃焼圧力を受け、シリンダ２３内を往復動する。ピストン２２には、ピストンリング（トップリング）２８が挿嵌される。ピストンリング２８は、ピストン２２が受けた熱をシリンダライナ２７へ伝熱する。
【００１３】
コントロールリンク１３は、上端側が連結ピン２６によってロアリンク１２の他端に回動可能に連結され、下端側がコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を中心として回動可能になっている。
【００１４】
コントロールシャフト１４はアクチュエータ３１の先端に取り付けられたピニオン３２によって回転させられる。コントロールシャフト１４が回転すると偏心軸部１５が上下動し、それにともないコントロールリンク１３が上下動する。
【００１５】
ここで、図２、図３を参照して可変圧縮比内燃機関１のピストン上死点位置の調整方法を説明する。図２はピストン上死点位置が高圧縮比の位置にある場合、図３はピストン上死点位置が低圧縮比の位置にある場合を示す。
【００１６】
圧縮比を高くするときには、図２に示すように、アクチュエータ３１を駆動してコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を下げる。するとロアリンク１２は時計回りに移動し、連結ピン２５が上げられるので、ピストン２２の上死点の位置が上昇する。
【００１７】
圧縮比を低くするときには、図３に示すように、アクチュエータ３１を駆動してコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を上げる。するとロアリンク１２は反時計回りに移動し、連結ピン２５が下げられるので、ピストン２２の上死点の位置が下降する。
【００１８】
なお、図２、図３は、高圧縮比状態と低圧縮比状態とを代表的に示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。
【００１９】
図４は、上記の可変圧縮比内燃機関１で得られるピストンストローク特性と、ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを一本のリンク（コンロッド）により連結した従来の単リンク式ピストンストローク機構で得られるピストンストローク特性を示したものである。
【００２０】
従来の単リンク式ピストンストローク機構では、ピストンは上死点付近で早い動き（加速度大）になり、下死点付近では鈍い動き（加速度小）になっていた。これに対し、複リンク式ピストンストローク機構１の場合は、リンク構成を適切に設定することにより、単振動に近いピストンストローク特性を得ることができる。したがって、ピストン加速度が平準化され、上死点付近でのピストン速度が従来に比して遅くなる。上死点付近では、吸気弁から供給される高圧の新気によって掃気、充填、混合気形成が行われ、さらに点火も行われる。このように行程の集中する上死点付近のピストン速度を複リンク機構によって低下させることで、出力可能な回転速度を上げることができる。しかしながら、上死点付近でのピストン速度が遅くなれば、その分冷却損失は増大する。
【００２１】
ところで、内燃機関では、圧縮比を高くすると熱効率もそれにつれて増加する。圧縮比を上げることによって、膨張比も大きくなるからである。ここで熱効率が高いということは、同じ熱エネルギが加えられた場合に、より多くの仕事をする、つまり出力が大きいことを意味する。また、熱効率が高くなれば、燃料消費率も減少するので燃費も向上する。
【００２２】
しかし、圧縮比を高くしすぎると、燃焼開始後に燃焼ガスにより燃焼室内が高圧になりすぎてしまう。そのため、未燃ガスを含む燃焼室内全体が高温となり、ノッキングが発生しやすくなる。
【００２３】
このような高圧縮比化に伴う燃焼室内の温度上昇によるノッキングの発生を防止する方法として、シリンダライナ２７を高熱伝導材で構成して、冷却効率を上げることが考えられる。ピストン２２が受ける熱量の多くは、ピストンリング２８を介してシリンダライナ２７へ伝熱する。そして、最終的にウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱される。シリンダライナ２７を高熱伝導材で構成すれば、この熱量を効率よく冷却水へ放熱できるため、燃焼室内の温度上昇を抑えることができる。したがって、ノッキングの発生を防止できるとともに、圧縮比をより高めることができるため、出力の向上も図れる。
【００２４】
一方、圧縮比が低い場合には、逆にノッキングは発生しにくい。そのため、冷却損失を低減して熱効率を向上させて、出力及び燃費の向上を図ることが求められる。これには、シリンダライナ２７を、例えばジルコニアなどの断熱材（低熱伝導材）で構成することが有効である。シリンダライナ２７を断熱材で構成すれば、ピストンリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減でき、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えることができるためである。
【００２５】
このように、シリンダライナ２７には、可変圧縮比内燃機関１を高圧縮比にした状態と低圧縮比にした状態とで相反する熱伝導性が求められる。そのため、シリンダライナ２７を単一の部材で構成したのでは、上述した高圧縮比化及び低圧縮比化のそれぞれの効果を十分に得ることができない（以下、単一部材で構成したシリンダライナを「単一ライナ」と呼ぶ）。
【００２６】
そこで、本発明では、これらの要求を満たすために、シリンダライナ２７をピストンストローク位置に対応して熱伝導率の異なる部材で構成する。すなわち、高圧縮比としたときのピストン最上昇位置に対応する部位には高熱伝導率部材２７ａ、低圧縮比としたときのピストン最上昇位置に対応する部位には低熱伝導率部材２７ｂを用いてシリンダライナ２７を構成する。これにより、高圧縮比化した状態ではノッキング防止効果を十分に発揮でき、低圧縮比化した状態では冷却損失低減効果を十分に発揮できるようにする。以下具体的に説明する。
【００２７】
図５は、本発明の第１実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。なお、以下の図面において、実線で示したピストン２２の位置が、圧縮比を最大にしたときのピストン２２の圧縮上死点位置である。破線で示したピストン２２の位置が、圧縮比を最低にしたときのピストン２２の圧縮上死点位置である。
【００２８】
第１実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａ、低熱伝導率部材２７ｂ及びその他の部材２７ｃの３部材で構成する。
【００２９】
なお、ここでいう「その他の部材」とは、熱伝導率が、高熱伝導率部材及び低熱伝導率部材とは異なる部材をいう。その他の部材の熱伝導率は、高熱伝導率部材と低熱伝導率部材との中間の熱伝導率であるか、又は低熱伝導率部材より低い熱伝導率であることが望ましい。図５に示すように、圧縮比を最大に設定した場合において、ピストン２２が圧縮上死点に位置するとき（実線で示したピストン２２の位置。以下、「最高圧縮比かつ圧縮上死点位置」という）に、トップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。
【００３０】
これにより、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置において、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン２２及びピストンリング２８の温度を下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、更なる高圧縮比化により又は点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げることにより、出力の向上を図れる。
【００３１】
一方、圧縮比を最低に設定した場合において、ピストン２２が圧縮上死点に位置するとき（破線で示したピストン２２の位置。以下、「最低圧縮比かつ圧縮上死点位置」という）に、トップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。
【００３２】
これにより、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置におけるトップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えることができるため、出力及び燃費の向上が図れる。また、ピストン２２は、各行程中においてシリンダ２３内を往復動する際に、この低熱伝導率部材２７ｂを通過する。このとき膨張・排気行程では、低熱伝導率部材２７ｂの断熱効果により、燃焼ガスが単一ライナで構成されたときと比べて高温に保たれる。そのため、トップリング２８とシリンダライナ２７との間の潤滑油温度も高くでき、トップリング２８とシリンダライナ２７との間のフリクションを低減できる。よって、摩擦損失を抑えることができ、燃費の向上が図れる。
【００３３】
上述した部分以外の部分は、その他の部材２７ｃでシリンダライナ２７を構成する。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６を参照して説明する。本発明の第２実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００３５】
図６は、本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第２実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。
【００３６】
図６に示すように、燃焼室６１側のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。クランクシャフト２１側のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。そして、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときのトップリング２８の位置と、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときのトップリング２８の位置との間に、高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂとの境界が位置するように、シリンダライナ２７を構成する。
【００３７】
これにより、高圧縮比時には、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン２２及びピストンリング２８の温度を下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、更なる高圧縮比化により又は点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げることにより、出力の向上を図れる。
【００３８】
一方、低圧縮比時には、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えられるため、出力及び燃費の向上が図れる。
【００３９】
また、高圧縮比時、低圧縮比時ともに、クランクシャフト２１側のシリンダライナ２７が低熱伝導率部材２７ｂで構成されているため、ピストン下降行程においては、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えられるため、出力及び燃費の向上が図れる。
【００４０】
膨張・排気行程では、低熱伝導率部材２７ｂの断熱効果により、燃焼ガスが単一ライナで構成されたときと比べて高温に保たれる。そのため、トップリング２８とシリンダライナ２７との間の潤滑油温度も高くでき、トップリング２８とシリンダライナ２７との間のフリクションを低減できる。よって、摩擦損失を抑えることができ、燃費の向上が図れる。
【００４１】
さらに、低熱伝導率部材２７ｂは熱伝導率が低いとともに、蓄熱作用も低い。そのため、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、低熱伝導率部材２７ｂ自体の温度変化は少ない。すなわち、蓄熱効果が少ないのでシリンダライナ２７の温度変化が少ない。したがって、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、低熱伝導率部材２７ｂで構成されたシリンダライナ２７の表面温度の変化が少ない。そのため、吸入・圧縮行程において、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。
【００４２】
図７は、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分より上方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成した図である。高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂとの境界を図７に示す位置に設定した場合は、特に、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置におけるトップランド２２ａの周りの断熱化が図れる。そのため、ノッキングが起こりにくい低圧縮比時の冷却損失を低減できる。
【００４３】
図８は、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分より上方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成した図である。高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂとの境界を図８に示す位置に設定した場合は、特に、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置においても、ノッキングの起こりやすいトップランド２２ａの周りの未燃ガスの温度を下げることができる。したがって、従来ではノッキングが発生していたような圧縮比まで最低圧縮比を上げることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図９を参照して説明する。本発明の第３実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００４５】
図９は、本発明の第３実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第３実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａ、低熱伝導率部材２７ｂ及びその他の部材２７ｃの３部材で構成する。
【００４６】
前述したように、圧縮比を高くしすぎると、燃焼開始後に燃焼ガスにより燃焼室内の圧力が高くなりすぎてしまう。そのため、未燃ガスを含む燃焼室内全体が高温となり、ノッキングが発生しやすくなる。したがって、高圧縮比化によって出力の向上を狙う場合には、ノッキングの発生を防止するために、点火時期を遅角する必要がでてくる。すると、高圧縮比化した効果が得られず、逆に出力が低下する。
【００４７】
そこで、本実施形態では、図９に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。すなわち、特に高温燃焼ガスに接する部分の冷却効率を上げる。これにより、ノッキングが起こりやすいトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できる。そのため、トップランド２２ａ周りの未燃ガスの温度を低減でき、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。
【００４８】
一方、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときにトップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。
【００４９】
これにより、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置におけるトップランド２２ａの周りの断熱化を図る。そのため、ノッキングが起こりにくい低圧縮比時の冷却損失を低減できる。
【００５０】
また、第１実施形態と同様に、膨張・排気行程では、低熱伝導率部材２７ｂの断熱効果により、燃焼ガスが高温に保たれる。そのため、トップリング２８とシリンダライナ２７との間の潤滑油温度も高くでき、ピストンリング２８とシリンダライナ２７との間のフリクションを低減できる。
【００５１】
上述した部分以外の部分は、その他の部材２７ｃでシリンダライナ２７を構成する。
【００５２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１０を参照して説明する。本発明の第４実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００５３】
図１０は、本発明の第４実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第４実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。
【００５４】
図１０に示すように、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分とその部分よりも上方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。
【００５５】
これにより、最低圧縮比のときでも圧縮上死点位置において、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン２２及びピストンリング２８の温度を下げることができる。また、ノッキングの起こりやすいトップランド２２ａの周りの未燃ガスの温度を下げることができる。したがって、ノッキングの発生が防止できるとともに、従来ではノッキングが発生していたような圧縮比まで最低圧縮比を上げることができる。
【００５６】
一方、トップリング２８と面する部分よりも下方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。
【００５７】
これにより、ピストン２２が膨張行程中に下降しているときの、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えることができるため、出力及び燃費の向上が図れる。
【００５８】
また、上述したように、低熱伝導率部材２７ｂは熱伝導率が低いとともに、蓄熱作用も低い。そのため、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、低熱伝導率部材２７ｂ自体の温度変化は少ない。すなわち、蓄熱効果が少ないのでシリンダライナ２７の温度変化が少ない。したがって、高圧縮比時、低圧縮比時ともに、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、シリンダライナ２７の表面温度の変化が少ない。そのため、吸入・圧縮行程において、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。
【００５９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図１１を参照して説明する。本発明の第５実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
【００６０】
図１１は、本発明の第５実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第５実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。
【００６１】
図１１に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。
【００６２】
これにより、ノッキングが起こりやすいトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できる。そのため、トップランド２２ａ周りの未燃ガスの温度を低減でき、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。
【００６３】
一方、トップリング２８と面する部分と、それより下方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。
【００６４】
これにより、トップリング２８と面する部分とそれより下方の部分における、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えることができるため、出力及び燃費の向上が図れる。
【００６５】
また、上述したように、低熱伝導率部材２７ｂは熱伝導率が低いとともに、蓄熱作用も低い。そのため、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、低熱伝導率部材２７ｂ自体の温度変化は少ない。すなわち、蓄熱効果が少ないのでシリンダライナ２７の温度変化が少ない。したがって、高圧縮比時、低圧縮比時ともに、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、シリンダライナ２７の表面温度の変化が少ない。そのため、吸入・圧縮行程において、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。
【００６６】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１２を参照して説明する。第５実施形態では、ピストン２２が最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときにトップランド２２ａよりも低い位置のトップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７は低熱伝導率部材２７ｂで構成していた。これに対して、本発明の第６実施形態は、当該部分を高熱伝導率部材２７ａで構成した点で相違する。以下、その相違点について説明する。
【００６７】
図１２は、本発明の第６実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第６実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。
【００６８】
図１２に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分と、その部分より上方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。すなわち、第５実施形態と比較して、シリンダライナ２７を構成する高熱伝導率部材２７ａの比率を高くする。
【００６９】
このように構成することで、ノッキングが起こりやすいトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。また、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、トップランド２２ａ周りの未燃ガスの温度を低減でき、また、ピストン２２及びピストンリング２８の温度を下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。
【００７０】
これにより、第５実施形態と比較して、冷却効率が増大し、よりノッキングの発生を防止できる。
【００７１】
一方、トップリング２８と面する部分より下方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。
【００７２】
これにより、トップリング２８と面する部分より下方の部分における、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を小さくできる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減できる。よって、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギの減少を抑えることができるため、出力及び燃費の向上が図れる。
【００７３】
また、上述したように、低熱伝導率部材２７ｂは熱伝導率が低いとともに、蓄熱作用も低い。そのため、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、低熱伝導率部材２７ｂ自体の温度変化は少ない。すなわち、蓄熱効果が少ないのでシリンダライナ２７の温度変化が少ない。したがって、高圧縮比時、低圧縮比時ともに、膨張・排気行程で高温ガスに晒されても、シリンダライナ２７の表面温度の変化が少ない。そのため、吸入・圧縮行程において、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。
【００７４】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を、図１３、図１４、図１５及び図１６を参照して説明する。
【００７５】
図１３は、本発明の第７実施形態による２つの冷却系等を有する可変圧縮比内燃機関１０１である。図１４は、可変圧縮比内燃機関１０１の冷却装置の概略構成図である。
【００７６】
図１３及び図１４において、シリンダヘッド６０の内部には、燃焼室６１を取り囲むウォータジャケット４６が形成される。シリンダブロック２０の内部には、ピストンストローク方向において、燃焼室６１側にウォータジャケット２９１が、クランクシャフト２１側にウォータジャケット２９２がそれぞれ独立して形成される（図１３参照）。ウォータジャケット２９１，２９２は、それぞれシリンダ２７を取り囲むように形成される。
【００７７】
冷却装置は、図１４に示すように、上述したウォータジャケット４６，２９１，２９２、冷却水をウォータジャケット４６，２９１，２９２へ圧送し循環させるウォータポンプ４２及び温度の高い冷却水の熱を外気に放熱して冷却するラジエータ４１などからなる。冷却装置は、ウォータポンプ４２によって冷却水を各ウォータジャケット４６，２９１，２９２へ送り、この冷却水をラジエータ４１に導いて放熱し、再びポンプにより循環させる。
【００７８】
この冷却水の循環経路について説明する。
【００７９】
シリンダブロック２０のエンジンフロント側には、ウォータポンプ４２が取り付けられる。ウォータポンプ４２の吐出口は、冷却水通路５０ａを介してウォータジャケット２９２の冷却水入口に接続される。ウォータジャケット２９２は、シリンダブロック２０のエンジンリア側に取り付けられるウォータアウトレット５５の導入口に接続される。ウォータアウトレット５５の排出口は、冷却水通路５０ｂを介してラジエータ４１の上部入口に接続される。ラジエータ４１の下部出口は冷却水通路５０ｃを介してウォータポンプ４２の吸込口に接続される。
【００８０】
一方、図１４において、冷却水通路５０ａの途中には、分岐通路５１が形成される。分岐通路５１は、シリンダブロック２０の燃焼室６１側のウォータジャケット２９１の入口に接続される。その入口には、シリンダヘッド６０のウォータジャケット４６への分岐部５４が形成されている。そのため、分岐通路５１を流れる冷却水は、分岐部５４で分岐してウォータジャケット２９１及びウォータジャケット４６へ送られる。
【００８１】
シリンダヘッド６０のエンジンリア側には、ウォータジャケット２９１及びウォータジャケット４６を流れた冷却水の合流部５７とその出口が形成される。ウォータジャケット４６の出口は、シリンダヘッド６０のエンジンリア側に取り付けられるウォータアウトレット５６の導入口に接続される。ウォータアウトレット５６の排出口に接続される通路５２は、冷却水通路５０ｂに接続され、ラジエータ４１の上部入口に接続される。
【００８２】
冷却水通路５０ａと分岐通路５１との分岐点には三方弁４３が設けられる。三方弁４３によって、冷却水通路５０ａと分岐通路５１とを流れる冷却水の流量が調節される。すなわち、三方弁４３により、ウォータジャケット２９２を流れる冷却水の流量と、ウォータジャケット２９１、４６を流れる冷却水の流量とを調節する。
【００８３】
図１５は冷却水の循環経路を模式的に表した系統図である。図１５に示すように、ラジエータ（ＲＡＤ）４１、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４２及び三方弁４３等により、シリンダブロック２０のウォータジャケット（Ｃ／Ｂ）２９１，２９２及びシリンダヘッドのウォータジャケット４６（Ｃ／Ｈ）を流れる冷却水の循環経路Ａ（第２冷却水循環系路）が形成される。また、シリンダブロック２０のウォータジャケット（Ｃ／Ｂ）２９１及びシリンダヘッド６０のウォータジャケット（Ｃ／Ｈ）４６を流れる冷却水の循環経路Ｂ（第１冷却水循環系路）が形成される。上述したように、三方弁４３により、循環経路Ａ及びＢに流れる冷却水の流量を調節する。本実施形態では、循環経路Ａ内の冷却水の流量を循環経路Ｂ内の冷却水の流量よりも相対的に少なくすることで、循環経路Ａ内の冷却水温度を、循環経路Ｂ内の冷却水温度よりも相対的に高くする。
【００８４】
図１６は、本発明の第７実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【００８５】
このように、低熱伝導率部材２７ｂで構成したクランクシャフト２１側のシリンダライナ２７の周囲を流れる冷却水の温度を相対的に高くすることで、さらには冷却水の循環量を少なくすることで、シリンダライナ２７の断熱効果をより一層向上させることができる。そのため、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。
【００８６】
一方、高熱伝導率部材２７ａで構成した燃焼室６１側のシリンダライナ２７の周囲を流れる冷却水の温度を相対的に低くすることで、さらには冷却水の循環量を多くすることで、冷却効率をより一層向上させることができる。そのため、ノッキングの発生を防止し、吸入行程時における吸入空気の熱膨張を抑えることができ、充填効率を向上できる。
【００８７】
なお、この冷却装置が適用されるシリンダライナ２７の熱伝導率について、図１６に示したシリンダライナ２７の低熱伝導率部材２７ｂと高熱伝導率部材２７ａとの比率は、図８の実施形態と同じ関係にあるが、これに限らず、他の実施形態に示した、すなわち、図５、図６、図７、図９、図１０、図１１、図１２等のものについても、同じように適用することができる。
【００８８】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態を、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の第１０実施形態によるシリンダライナ２７を示す図である。
【００８９】
上述してきたように、本発明による可変圧縮比内燃機関１では、熱伝導率の異なる複数の部材でシリンダライナ２７を構成する。シリンダライナ２７はピストン２２の摺動運動によって、ピストンリング２８との接触部分が磨耗する。
【００９０】
このとき、シリンダライナ２７を熱伝導率の異なる複数の部材で構成すると、その材質の違いによって、磨耗量がそれぞれ異なってくる。そのため、異なる部材の境界で段差が生じる。
【００９１】
このような段差が発生すると、燃焼室の気密性が保てなくなりブローバイガスが増大する。フリクションも増大し、シリンダライナ２７にかき傷をつけたり、焼付けをおこしたりする。また、ピストンリング２８が段差を乗り越えるときにノイズが発生することが懸念される。さらに、オイルの掻き残しなどにより、余分なオイルが燃焼室に進入しオイル消費が増大し、焼付けを起こすことが懸念される。
【００９２】
そこで、本実施形態では、シリンダライナ２７のピストン２２が摺動する表面を単一の材料で被覆したコーティング層６５を形成する。これにより、シリンダライナ２７を熱伝導率の異なる複数の部材で構成することによる部材の境界での段差の発生を防止できる。なお、コーティング層６５の熱伝導率は低熱伝導率部材と同等であることが望ましいが、多少の大小があっても問題はない。
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態を、図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の第１１実施形態によるピストン２２を示す図である。
【００９３】
本実施形態のピストン２２は、その冠面に層状の低熱伝導部材７０が貼られた断熱ピストンとして構成される。
【００９４】
これにより、燃焼ガスからピストン冠面への伝熱量を抑えることができる。また、燃焼室の一部となるピストン冠面を低熱伝導部材７０で構成することによって、燃焼室の断熱化を図れる。そのため、冷却損失が低減して熱効率が向上するとともに、燃費も向上する。
【００９５】
また、ピストン冠面に貼られた低熱伝導部材７０の断熱効果により、ピストン２２自体の温度を低減することができる。そのため、シリンダライナ２７とピストンリング２８間の焼き付きを防止できる。また、ピストン強度を高めることなく燃焼温度を高めることができ、出力の向上を図れる。
【００９６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。例えば、上記実施形態では、シリンダ２３の内壁が、シリンダブロック２０と別の材料で作られたシリンダライナ２７を嵌め込んで構成されている。しかし、熱伝導率を上記実施形態のように構成すれば、内壁がシリンダブロック２０と一体となったものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】可変圧縮比内燃機関を示す図である。
【図２】可変圧縮比内燃機関を高圧縮比とした状態を示す説明図である。
【図３】同じく低圧縮比とした状態を示す説明図である。
【図４】可変圧縮比内燃機関と単リンク式ピストンストローク機構とで得られるピストンストローク特性を示したものである。
【図５】本発明の第１実施形態によるシリンダライナ内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態による２つの冷却系等を有する可変圧縮比内燃機関を示す図である。
【図１４】本発明の第７実施形態による可変圧縮比内燃機関の冷却装置の概略構成図である。
【図１５】冷却水の循環経路を模式的に表した系統図である。
【図１６】本発明の第７実施形態によるシリンダライナ内部の熱伝導率の関係を示す図である。
【図１７】本発明の第８実施形態によるシリンダライナを示す図である。
【図１８】本発明の第９実施形態によるピストンを示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１    可変圧縮比内燃機関（圧縮比制御手段）
２２    ピストン
２３    シリンダ
２２ａ  トップランド
２７    シリンダライナ
２８    ピストンリング（トップリング）
４４    バルブ（流量調節手段）
４５    バルブ（流量調節手段）
【図１】
2007247545.tif 000003
【図２】
2007247545.tif 000004
【図３】
2007247545.tif 000005
【図４】
2007247545.tif 000006
【図１３】
2007247545.tif 000007
【図１４】
2007247545.tif 000008
【図１５】
2007247545.tif 000009
【図１８】
2007247545.tif 000010
【図５】
2007247545.tif 000011
【図６】
2007247545.tif 000012
【図７】
2007247545.tif 000013
【図８】
2007247545.tif 000014
【図９】
2007247545.tif 000015
【図１０】
2007247545.tif 000016
【図１１】
2007247545.tif 000017
【図１２】
2007247545.tif 000018
【図１６】
2007247545.tif 000019
【図１７】
2007247545.tif 000020