(57)【要約】【課題】機関高回転時のカムシャフトにより発生する打音を抑制すると共に機関高負荷時のカムシャフトのフレッチングを抑制する。【解決手段】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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、可変圧縮比機構がクランクケースに固定されたクランクケース側サポート５２の挿入孔５３に嵌合するカムシャフト５８を利用するものであり、クランクケース側サポートには、挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路ＰＡ１と、挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路ＰＡ２とが設けられ、機関回転数が設定回転数以上であるときには、下側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給し、機関負荷が設定負荷以上であるときには、上側潤滑油供給通路から挿入孔へ潤滑油を供給する。【選択図】図１０
2013181522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、前記可変圧縮比機構が前記クランクケースに固定されたクランクケース側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、前記クランクケース側サポートには、前記挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、前記挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられ、機関回転数が設定回転数以上であるときには、前記下側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給し、機関負荷が設定負荷以上であるときには、前記上側潤滑油供給通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給することを特徴とする可変圧縮比機構を備える内燃機関。
【請求項２】
機関回転数が設定回転数以上であっても、前記クランクケースに下方向の加速度が発生していないときには、前記下側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給しないことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関。
【請求項３】
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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、前記可変圧縮比機構が前記シリンダブロックに固定されたシリンダブロック側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、前記シリンダブロック側サポートには、前記挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、前記挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられ、機関回転数が設定回転数以上であるときには、前記上側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給し、機関負荷が設定負荷以上であるときには、前記下側潤滑油供給通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給することを特徴とする可変圧縮比機構を備える内燃機関。
【請求項４】
機関回転数が設定回転数以上であっても、前記シリンダブロックに上方向の加速度が発生していないときには、前記上側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給しないことを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
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可変圧縮比機構を備える内燃機関が公知である。このような可変圧縮比機構として、シリンダブロックとクランクケースとをカムシャフトを介して連結するものが提案されている。
【０００３】
例えば、クランクケース側サポートの挿入孔にはカムシャフトを嵌合させ、シリンダブロック側サポートの挿入孔には円形カムを嵌合させ、カムシャフトを回動させることにより、円形カムの偏心孔に嵌合させたカムシャフトの偏心部がカムシャフトの中心回りに揺動し、その際の偏心部の左右方向の変位は円形カムが回動して吸収し、偏心部の上下方向の変位によってシリンダブロックをクランクケースに対して垂直に上下動させることができる。ここで、上下方向は気筒軸線方向であり、前後方向は気筒配列方向であり、左右方向は上下方向と前後方向とに直角な方向である。
【０００４】
このような可変圧縮比機構において、カムシャフトには潤滑油が供給され、カムシャフトとクランクケース側サポートの挿入孔との間に油膜を形成してカムシャフトを良好に回動させることが意図されている。
【０００５】
ところで、シリンダブロックは、可変圧縮比機構の各部のクリアランスを使用する落下によりクランクケースに衝突しないように、スプリング等によってクランクケースに対して自重より大きな付勢力で上方向に付勢されている。それにより、カムシャフトにもシリンダブロックを介して上方向の付勢力が作用し、クランクケース側サポートの挿入孔においてカムシャフト上側の油膜厚が減少し易い。
【０００６】
カムシャフトを回動させるときに、カムシャフトを一方向にだけ回動させるのではなく、時々、僅かに反対方向に回動させることによって減少したカムシャフト上側の油膜厚を増加させ、フレッチングを抑制することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０４５５６１
【特許文献２】特開２００５−１４００９０
【特許文献３】特開昭６２−１９５６１４
【特許文献４】特開２００７−０３２４４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
カムシャフトを使用して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可変圧縮比機構において、前述のようなカムシャフトの往復回動によって、カムシャフトの回動時におけるフレッチングを抑制することができる。しかしながら、カムシャフトを回動させずに機械圧縮比を変更しないときにおいては、カムシャフト上側の油膜厚の減少を抑制することはできず、例えば、機関高負荷時において比較的高い燃焼圧がシリンダブロックに上方向に作用すると、カムシャフト上側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがある。
【０００９】
さらに、機関高回転時において、ピストンのスラスト力によってシリンダブロックが左右方向に揺動（ローリング）すると、シリンダブロックの両側のカムシャフトが交互に下側をクランクケース側サポートの挿入孔へ衝突させて打音を発生させることがある。
【００１０】
また、可変圧縮比機構のカムシャフトをシリンダブロック側サポートの挿入孔に嵌合させ、円形カムをクランクケース側サポートの挿入孔に嵌合させても、同様に、シリンダブロックをクランクケースに対して垂直に上下動させることができる。この場合には、前述とは逆に、機関高負荷時には、シリンダブロック側サポートの挿入孔においてカムシャフト下側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがあり、また、機関高回転時には、カムシャフト上側とシリンダブロック側サポートの挿入孔とがシリンダブロックの両側において交互に衝突して打音を発生させることがある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、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可変圧縮比機構を備える内燃機関において、可変圧縮比機構が、カムシャフトを使用するものである場合に、カムシャフトを回動させずに機械圧縮比を変更しないときに、機関高回転時のカムシャフトにより発生する打音を抑制すると共に機関高負荷時のカムシャフトのフレッチングを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による請求項１に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関は、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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、前記可変圧縮比機構が前記クランクケースに固定されたクランクケース側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、前記クランクケース側サポートには、前記挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、前記挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられ、機関回転数が設定回転数以上であるときには、前記下側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給し、機関負荷が設定負荷以上であるときには、前記上側潤滑油供給通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明による請求項２に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関は、請求項１に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関回転数が設定回転数以上であっても、前記クランクケースに下方向の加速度が発生していないときには、前記下側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給しないことを特徴とする。
【００１４】
本発明による請求項３に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関は、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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、前記可変圧縮比機構が前記シリンダブロックに固定されたシリンダブロック側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、前記シリンダブロック側サポートには、前記挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、前記挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられ、機関回転数が設定回転数以上であるときには、前記上側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給し、機関負荷が設定負荷以上であるときには、前記下側潤滑油供給通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給することを特徴とする。
【００１５】
本発明による請求項４に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関は、請求項３に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関回転数が設定回転数以上であっても、前記シリンダブロックに上方向の加速度が発生していないときには、前記上側潤滑油通路から前記挿入孔へ潤滑油を供給しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による請求項１に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関によれば、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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、可変圧縮比機構がクランクケースに固定されたクランクケース側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、クランクケース側サポートには、挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられている。機関回転数が設定回転数以上であるときには、シリンダブロックの左右方向の揺動が発生してカムシャフト下側がサポートの挿入孔に衝突することがあるために、下側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給することにより、カムシャフト下側がサポートの挿入孔に衝突して打音が発生することを抑制する。また、機関負荷が設定負荷以上であるときには、比較的高い燃焼圧がシリンダブロックに上方向に作用することにより、カムシャフト上側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがあるために、上側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給することにより、カムシャフト上側の油膜が完全に無くならないようにしてフレッチングの発生を抑制する。
【００１７】
本発明による請求項２に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関によれば、請求項１に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関回転数が設定回転数以上であっても、クランクケースに下方向の加速度が発生していないときには、シリンダブロックの左右方向の揺動によるカムシャフト下側と挿入孔との衝突が発生していないこととなり、下側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給しないようにしている。それにより、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにしている。
【００１８】
本発明による請求項３に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関によれば、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可変圧縮比機構を備える内燃機関であって、前記可変圧縮比機構が前記シリンダブロックに固定されたシリンダブロック側サポートの挿入孔に嵌合するカムシャフトを利用するものであり、気筒軸線方向を上下方向としたときに、シリンダブロック側サポートには、挿入孔の上側へ通じる上側潤滑油供給通路と、挿入孔の下側へ通じる下側潤滑油供給通路とが設けられている。機関回転数が設定回転数以上であるときには、シリンダブロックの左右方向の揺動が発生してカムシャフト上側とサポートの挿入孔とが衝突することがあるために、上側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給することにより、カムシャフト上側とサポートの挿入孔とが衝突して打音が発生することを抑制する。また、機関負荷が設定負荷以上であるときには、比較的高い燃焼圧がシリンダブロックに上方向に作用することにより、カムシャフト下側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがあるために、下側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給することにより、カムシャフト下側の油膜が完全に無くならないようにしてフレッチングの発生を抑制する。
【００１９】
本発明による請求項４に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関によれば、請求項３に記載の可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関回転数が設定回転数以上であっても、シリンダブロックに上方向の加速度が発生していないときには、シリンダブロックの左右方向の揺動によるカムシャフト上側と挿入孔との衝突が発生していないこととなり、上側潤滑油通路から挿入孔へ潤滑油を供給しないようにしている。それにより、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３】図解的に表した内燃機関の側面断面図である。
【図４】可変バルブタイミング機構を示す図である。
【図５】吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。
【図６】機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。
【図７】理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【図８】通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。
【図９】機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。
【図１０】クランクケース側サポートに形成された上側潤滑油通路と下側潤滑油通路とを示す概略図である。
【図１１】上側潤滑油通路の第一制御弁及び下側潤滑油通路の第二制御弁の制御を示すフローチャートである。
【図１２】シリンダブロック側サポートに形成された上側潤滑油通路と下側潤滑油通路とを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明による可変圧縮比機構を備える内燃機関の側面断面図を示す。図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１には夫々対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付ける代りに各燃焼室５内に配置してもよい。
【００２２】
サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置２０に連結され、排気マニホルド１９内には空燃比センサ２１が配置される。
【００２３】
一方、図１に示される実施例ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Ｂが設けられている。なお、図１に示される実施例ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Ｂは吸気弁７の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。
【００２４】
図１に示されるようにクランクケース１とシリンダブロック２にはクランクケース１とシリンダブロック２間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ２２が取付けられており、この相対位置センサ２２からはクランクケース１とシリンダブロック２との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Ｂには吸気弁７の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ２３が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１６にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ２４が取付けられている。
【００２５】
ところで、本実施形態において、上下方向とは気筒軸線方向を示し、前後方向とは気筒配列方向を示し、左右方向は上下方向と前後方向とに直角な方向を示している。クランクケース１には、可変圧縮比機構Ａの近傍において上下方向の加速度を検出するための加速度センサＳが配置されている。
【００２６】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１８、空燃比センサ２１、相対位置センサ２２、バルブタイミングセンサ２３、スロットル開度センサ２４、及び、加速度センサＳの出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、可変圧縮比機構Ａおよび可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。
【００２７】
図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０、すなわち、シリンダブロック側サポートが形成されており、各突出部５０内には夫々断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔てて夫々対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２、すなわち、クランクケース側サポートが形成されており、これらの各突出部５２内にも夫々断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００２８】
図２に示されるように一対のカムシャフト５４，５５が設けられており、各カムシャフト５４，５５上には一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される同心部分５８が位置している。各同心部分５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各同心部分５８の両側には図３に示すように各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心部５７が位置しており、この偏心部５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。すなわち、偏心部５７は円形カム５６に形成された偏心孔に嵌合し、円形カム５６は偏心孔を中心として偏心部５７回りに回動するようになっている。図２に示されるようにこれら円形カム５６は各同心部分５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。また、図２に示されるようにカムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２５が取付けられている。
【００２９】
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４，５５の同心部分５８を図３（Ａ）において矢印で示される如く互いに反対方向に回転させると偏心部５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において同心部分５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示されるように偏心部５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に同心部分５８を矢印で示される方向に回転させると図３（Ｃ）に示されるように偏心部５７は最も低い位置となる。
【００３０】
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）には夫々の状態における同心部分５８の中心ａと偏心部５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００３１】
図３（Ａ）から図３（Ｃ）とを比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は同心部分５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、同心部分５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。即ち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、従って各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。
【００３２】
図２に示されるように各カムシャフト５４，５５を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸には夫々螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１，６２が取付けられており、これらウォーム６１，６２と噛合するウォームホイール６３，６４が夫々各カムシャフト５４，５５の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。
【００３３】
一方、図４は図１において吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Ｂを示している。図４を参照すると、この可変バルブタイミング機構Ｂは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気弁駆動用カムシャフト７０と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを具備しており、各ベーン７５の両側には夫々進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。
【００３４】
各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６，７７に夫々連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。
【００３５】
吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を進角すべきときは図４においてスプール弁８５が右方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転せしめられる。
【００３６】
これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を遅角すべきときは図４においてスプール弁８５が左方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。
【００３７】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転せしめられているときにスプール弁８５が図４に示される中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。
【００３８】
図５において実線は可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁７の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、従って吸気弁７の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
【００３９】
図１および図４に示される可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００４０】
次に図６を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には説明のために燃焼室容積が５０ｍｌでピストンの行程容積が５００ｍｌであるエンジンが示されており、これら図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。
【００４１】
図６（Ａ）は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示される例ではこの機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００４２】
図６（Ｂ）は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。即ち、図６（Ｂ）に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図６（Ｂ）に示される例では実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。
【００４３】
図６（Ｃ）は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示される例ではこの膨張比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００４４】
次に図７および図８を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図７は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図８は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。
【００４５】
図８（Ａ）は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図８（Ａ）に示す例でも図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す例と同様に燃焼室容積が５０ｍｌとされ、ピストンの行程容積が５００ｍｌとされている。図８（Ａ）からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１であり、実圧縮比もほぼ１１であり、膨張比も（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。即ち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。
【００４６】
図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、即ち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、即ち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも１２程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。
【００４７】
一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見い出されたのである。即ち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。
【００４８】
これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。
【００４９】
このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図８（Ｂ）は可変圧縮比機構Ａおよび可変バルブタイミング機構Ｂを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。
【００５０】
図８（Ｂ）を参照すると、この例では可変圧縮比機構Ａにより燃焼室容積が５０ｍｌから２０ｍｌまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Ｂによって実際のピストン行程容積が５００ｍｌから２００ｍｌになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は（２０ｍｌ＋２００ｍｌ）／２０ｍｌ＝１１となり、膨張比は（２０ｍｌ＋５００ｍｌ）／２０ｍｌ＝２６となる。図８（Ａ）に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ１１で膨張比が１１であり、この場合に比べると図８（Ｂ）に示される場合には膨張比のみが２６まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。
【００５１】
一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即ち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図８（Ｂ）に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室５内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、従ってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。従って本発明では機関負荷が比較的低いときには図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示す通常のサイクルとするようにしている。
【００５２】
次に図９を参照しつつ運転制御全般について概略的に説明する。図９には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比およびスロットル弁１７の開度の各変化が示されている。なお、図９は、触媒装置２０内の三元触媒によって排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯXを同時に低減しうるように燃焼室５内における平均空燃比が空燃比センサ２１の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている場合を示している。
【００５３】
さて、前述したように機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示される通常のサイクルが実行される。従って図９に示されるようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図９において実線で示されるように吸気弁７の閉弁時期は図５において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁１７の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。
【００５４】
一方、図９において実線で示されるように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁７の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図９に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、従って機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁１７は全開状態に保持されており、従って燃焼室５内に供給される吸入空気量はスロットル弁１７によらずに吸気弁７の閉弁時期を変えることによって制御されている。
【００５５】
このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。即ち、吸入空気量の減少に比例してピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が減少せしめられる。従ってピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図９に示される例では燃焼室５内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は燃料量に比例して変化していることになる。
【００５６】
機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷Ｌ1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室５の構造上限界となる限界機械圧縮比（上限機械圧縮比）に達する。機械圧縮比が限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持される。従って低負荷側の機関中負荷運転時および機関低負荷運転時には即ち、機関低負荷運転側では機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。
【００５７】
一方、図９に示される実施例では機関負荷がＬ1まで低下すると吸気弁７の閉弁時期が燃焼室５内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。
【００５８】
吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁７の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図９に示される実施例ではこのとき、即ち吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁１７によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁１７の開度は小さくされる。
【００５９】
一方、図９において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁７の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁１７によらずに吸入空気量を制御することができる。従って、図９において実線で示される場合と破線で示される場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施例では吸気弁７の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期Ｌ1まで吸気下死点ＢＤＣから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁７の閉弁時期を図９において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができる。
【００６０】
前述したように図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が２６とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図７からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε＝５に対しても２０以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。従って本実施例では膨張比が２０以上となるように可変圧縮比機構Ａが形成されている。
【００６１】
可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を変更するために、シリンダブロック２をクランクケース１に対して相対移動させる際には、図３において説明したように、カムシャフト５４及び５５の同心部分５８は、クランクケース側サポート（突出部５２）のカム挿入孔５３内を回動することとなる。このような回動を良好なものとするために、カムシャフトの同心部分５８には、潤滑油が供給され、カムシャフトの同心部分５８とクランクケース側サポートのカム挿入孔５３との間に油膜を形成することが意図されている。
【００６２】
ところで、シリンダブロック２は、可変圧縮比機構Ａの各部のクリアランスを使用する落下によりクランクケース１に衝突しないように、スプリング等によってクランクケース１に対して自重より大きな付勢力で上方向に付勢されている。それにより、可変圧縮比機構Ａのカムシャフト５４，５５にもシリンダブロック２を介して上方向の付勢力が作用し、クランクケース側サポート（突出部５２）のカム挿入孔５３においてカムシャフト上側の油膜厚が減少し易い。
【００６３】
カムシャフト５４，５５を回動させるときに、カムシャフト５４，５５を一方向にだけ回動させるのではなく、時々、僅かに反対方向に回動させることによって減少したカムシャフト上側の油膜厚を増加させ、フレッチングを抑制することができる。
【００６４】
しかしながら、カムシャフト５４，５５を回動させずに機械圧縮比を変更しないときにおいては、カムシャフト上側の油膜厚の減少を抑制することはできず、例えば、機関高負荷時において比較的高い燃焼圧がシリンダブロック２に上方向に作用すると、何もしなければ、カムシャフト上側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがある。
【００６５】
また、機関高回転時において、ピストン４のスラスト力によってシリンダブロック２が左右方向に揺動（ローリング）すると、何もしなければ、シリンダブロック２の両側のカムシャフト５４，５５が交互に下側をクランクケース側サポート５２のカム挿入孔５３へ衝突させて打音を発生させることがある。
【００６６】
本実施形態の可変圧縮比機構Ａを備える内燃機関は、図１０に示すように、クランクケース側サポート５２には、カム挿入孔５３の上側へ通じる上側潤滑油供給通路ＰＡ１と、カム挿入孔５３の下側へ通じる下側潤滑油供給通路ＰＡ２とが設けられている。左右のクランクケース側サポート５２の上側潤滑油供給通路ＰＡ１へは、共通の第一制御弁Ｖ１を介してオイルポンプを使用してクランクケース１内の潤滑油が供給されるようになっている。また、左右のクランクケース側サポート５２の下側潤滑油供給通路ＰＡ２へは、共通の第二制御弁Ｖ２を介してオイルポンプを使用してクランクケース１内の潤滑油が供給されるようになっている。
【００６７】
図１１は、前述した打音及びフレッチングを抑制するための第一制御弁Ｖ１及び第二制御弁Ｖ２の制御を示すフローチャートであり、電子制御ユニット３０により実施される。先ず、ステップ１０１において、クランク角センサ４２の出力に基づき検出される現在の機関回転数Ｎが設定回転数Ｎ１以上であるか否かが判断される。この判断が肯定されるときには、シリンダブロック２の左右方向の揺動が発生する可能性の高い機関高回転時であり、ステップ１０２へ進む。
【００６８】
ステップ１０２では、負荷センサ４１の出力に基づき検出される現在の機関負荷Ｌが設定負荷Ｌ１以上であるか否かが判断される。この判断が肯定されるときには、比較的高い燃焼圧がシリンダブロック２に上方向に作用する機関高負荷時である。こうして、ステップ１０２の判断が肯定されるときには、高回転高負荷時であり、ステップ１０４において、第一制御弁Ｖ１を開弁すると共に第二制御弁Ｖ２を開弁し、左右のクランクケース側サポート５２の上側潤滑油供給通路ＰＡ１及び下側潤滑油供給通路ＰＡ２へクランクケース１内の潤滑油が供給される。
【００６９】
それにより、下側潤滑油通路ＰＡ２を介してカム挿入孔５３の下側へ供給される潤滑油によって、シリンダブロック２の左右方向の揺動が発生してもカムシャフト下側がカム挿入孔５３に衝突して打音が発生することを抑制することができる。また、上側潤滑油通路ＰＡ１を介してカム挿入孔５３の上側へ供給される潤滑油によって、比較的高い燃焼圧がシリンダブロック２に上方向に作用しても、カムシャフト上側の油膜が完全に無くならないようにしてフレッチングの発生を抑制することができる。
【００７０】
一方、ステップ１０２の判断が否定されるときには、高回転低負荷時であり、シリンダブロック２にはそれほど高い燃焼圧は作用せず、フレッチングは発生し難いために、左右方向の揺動により発生する打音を抑制するために、ステップ１０５において、第一制御弁Ｖ１を閉弁し、第二制御弁Ｖ２だけを開弁して、左右のクランクケース側サポート５２の下側潤滑油供給通路ＰＡ２へだけクランクケース１内の潤滑油を供給し、下側潤滑油通路ＰＡ２を介してカム挿入孔５３の下側へ供給される潤滑油によってカムシャフト下側がカム挿入孔５３に衝突して打音が発生することを抑制する。こうして、第一制御弁Ｖ１を閉弁することにより、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにしている。
【００７１】
また、ステップ１０１の判断が否定される機関低回転時には、ステップ１０３において、負荷センサ４１の出力に基づき検出される現在の機関負荷Ｌが設定負荷Ｌ１以上であるか否かが判断される。この判断が肯定されるときには、低回転高負荷時であり、燃焼時のシリンダブロック２の左右方向の揺動は発生し難いが、シリンダブロック２に作用する比較的大きな燃焼圧によってカムシャフト５４，５５のフレッチングの可能性があるために、ステップ１０６において、第二制御弁Ｖ２を閉弁し、第一制御弁Ｖ１だけを開弁して、左右のクランクケース側サポート５２の上側潤滑油供給通路ＰＡ１へだけクランクケース１内の潤滑油を供給し、上側潤滑油通路ＰＡ１を介してカム挿入孔５３の上側へ供給される潤滑油によってカムシャフト上側の油膜が完全に無くならないようにしてフレッチングの発生を抑制する。こうして、第二制御弁Ｖ２を閉弁することにより、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにしている。
【００７２】
また、ステップ１０３の判断が否定されるときには、低回転低負荷時であり、燃焼時のシリンダブロック２の左右方向の揺動もカムシャフト５４，５５のフレッチングも発生し難いために、ステップ１０７において、第一制御弁Ｖ１及び第二制御弁Ｖ２を閉弁し、左右のクランクケース側サポート５２の上側潤滑油供給通路ＰＡ１及び下側潤滑油通路ＰＡ２へは潤滑油を供給しないようになっている。こうして、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにしている。
【００７３】
ところで、シリンダブロック２の左右方向の揺動は、機関高回転時に必ず発生するわけではない。シリンダブロック２の左右方向の揺動によりカムシャフト下側がカム挿入孔５３へ衝突すれば、その衝撃によってクランクケース１には下方向の加速度が発生する。それにより、可変圧縮比機構Ａの近傍においてクランクケース１に取り付けられた加速度センサＳによりクランクケース１に下方向の加速度が検出されないときには、シリンダブロック２の左右方向の揺動によるカムシャフト下側のカム挿入孔５３への衝突が発生していないこととなり、下側潤滑油通路ＰＡ２から挿入孔へ潤滑油を供給しないことが好ましい。そうすることにより、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにすることができる。
【００７４】
ところで、可変圧縮比機構Ａのカムシャフトの同心部分５８をシリンダブロック側サポート５０のカム挿入孔５１に嵌合させ、円形カム５６をクランクケース側サポート５２のカム挿入孔５３に嵌合させても、同様に、シリンダブロック２をクランクケース１に対して垂直に上下動させることができる。この場合において、機関高負荷時には、シリンダブロック側サポート５０のカム挿入孔５１においてカムシャフト下側の油膜が完全に無くなってフレッチングを発生することがあり、また、機関高回転時には、シリンダブロック２の両側のカムシャフト５４，５５のそれぞれの上側とシリンダブロック側サポート５０のカム挿入孔５１とが交互に衝突して打音を発生させることがある。
【００７５】
それにより、この場合には、図１２に示すように、シリンダブロック側サポート５０には、カム挿入孔５１の上側へ通じる上側潤滑油供給通路ＰＡ１’と、カム挿入孔５１の下側へ通じる下側潤滑油供給通路ＰＡ２’とを設けて、左右のシリンダブロック側サポート５０の上側潤滑油供給通路ＰＡ１’へは、共通の第一制御弁Ｖ１’を介してオイルポンプを使用してクランクケース１内の潤滑油が供給されるようにし、左右のシリンダブロック側サポート５０の下側潤滑油供給通路ＰＡ２’へは、共通の第二制御弁Ｖ２’を介してオイルポンプを使用してクランクケース１内の潤滑油が供給されるようにする。
【００７６】
機関回転数Ｎが設定回転数Ｎ１以上であるときには、第一制御弁Ｖ１’を開弁して上側潤滑油通路ＰＡ１’からカム挿入孔５１へ潤滑油を供給することにより、燃焼時のシリンダブロック２の左右方向に揺動しても、カムシャフト上側とカム挿入孔５１とが衝突して打音が発生することを抑制することができる。また、機関負荷Ｌが設定負荷Ｌ１以上であるときには、第二制御弁Ｖ２’を開弁して下側潤滑油通路ＰＡ２’からカム挿入孔５１へ潤滑油を供給することにより、比較的高い燃焼圧がシリンダブロック２に上方向に作用しても、カムシャフト下側の油膜が完全に無くならないようにしてフレッチングの発生を抑制することができる。
【００７７】
この場合において、シリンダブロック２の左右方向の揺動によりカムシャフト上側とカム挿入孔５１とが衝突すれば、その衝撃によってシリンダブロック２には上方向の加速度が発生する。それにより、可変圧縮比機構Ａの近傍においてシリンダブロック２に加速度センサを取り付ければ、この加速度センサによってシリンダブロック２の上方向の加速度が検出されないときには、シリンダブロック２の左右方向の揺動によるカムシャフト上側のカム挿入孔５１への衝突が発生していないこととなる。このときに上側潤滑油通路ＰＡ１’からカム挿入孔５１へ潤滑油を供給しないようにすれば、必要以上に潤滑油を使用して潤滑油の劣化を早めないようにすることができる。
【００７８】
可変圧縮比機構Ａの円形カム５６に関しても、やはり、シリンダブロック２の左右方向の揺動によってカム挿入孔との衝突により打音が発生したり、シリンダブロック２の上方向のリフトによって円形カム５６のフレッチングが発生したりすることがあるために、図１０及び図１２に示すように、クランクケース側サポート５２及びシリンダブロック側サポート５０のいずれにも上側潤滑油供給通路ＰＡ１及びＰＡ１’と下側潤滑油通路ＰＡ２及びＰＡ２’とを設けて、カムシャフトの同心部分５８がクランクケース側サポート５２のカム挿入孔５３及びシリンダブロック側サポート５０のカム挿入孔５１のいずれに嵌合される場合でも、高回転時には、クランクケース側サポート５２の下側潤滑油供給通路ＰＡ２及びシリンダブロック側サポート５０の上側潤滑油通路ＰＡ１’を介して潤滑油を供給するようにし、高負荷時には、クランクケース側サポート５２の上側潤滑油供給通路ＰＡ１及びシリンダブロック側サポート５０の下側潤滑油通路ＰＡ２’を介して潤滑油を供給するようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【００７９】
１    クランクケース
２    シリンダブロック
５４，５５    カムシャフト
５６    円形カム
５７    偏心部
５８    同心部分
ＰＡ１，ＰＡ１’    上側潤滑油通路
ＰＡ２，ＰＡ２’    下側潤滑油通路
Ｖ１，Ｖ１’    第一制御弁
Ｖ２，Ｖ２’    第二制御弁
Ａ    可変圧縮比機構
【図１】
2013181522.tif 000003
【図２】
2013181522.tif 000004
【図３】
2013181522.tif 000005
【図４】
2013181522.tif 000006
【図５】
2013181522.tif 000007
【図６】
2013181522.tif 000008
【図７】
2013181522.tif 000009
【図８】
2013181522.tif 000010
【図９】
2013181522.tif 000011
【図１０】
2013181522.tif 000012
【図１１】
2013181522.tif 000013
【図１２】
2013181522.tif 000014