(57)【要約】      （修正有）【課題】シリンダ軸線方向に大きな設置スペースを必要とすることなく、シリンダブロックをクランクケースから離間させる方向に付勢することができる付勢手段を備えた内燃機関を提供する。【解決手段】シリンダブロック２をシリンダ軸線に沿ってクランクケース１に対して移動させることで機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構Ａを備えた内燃機関において、シリンダブロック２をクランクケース１から離間させる方向に付勢する付勢部材７０を備え、付勢部材７０が、クランクケース１に固定され且つシリンダ軸線に垂直な平面内に延在するシャフト部と、シャフト部に連結され且つシリンダブロック２と接触する接触部とを有し、シャフト部の軸線回りのねじれによって前記接触部から前記シリンダブロック２に加わる付勢力を発生させる。【選択図】図１
2016102466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックをシリンダ軸線に沿ってクランクケースに対して移動させることで機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
前記シリンダブロックを前記クランクケースから離間させる方向に付勢する付勢部材を備え、該付勢部材が、前記クランクケースに固定され且つ前記シリンダ軸線に垂直な平面内に延在するシャフト部と、該シャフト部に連結され且つ前記シリンダブロックと接触する接触部とを有し、前記シャフト部の軸線回りのねじれによって前記接触部から前記シリンダブロックに加わる付勢力を発生させることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
前記接触部が、前記シャフト部から延在する腕部を介して前記シャフト部に連結される、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記シャフト部がシリンダ配列方向に平行に延在する、請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記接触部と接触する前記シリンダブロックの接触面が、前記シリンダブロックの下降量に対する前記シャフト部のねじれ量を低減するように傾斜している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックをシリンダ軸線に沿ってクランクケースに対して相対移動させることによって機械圧縮比を変化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は、例えば、シリンダブロックとクランクケースとの間に偏心軸等の作用軸を配置し、アクチュエータにより作用軸を回動させることによって、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ものが挙げられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記の構成の可変圧縮比機構では、複数のシリンダのうちのいずれかのシリンダで混合気の燃焼が起こると、シリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間にはシリンダブロックとクランクケースとが互いに離れるような力が加わる。一方、複数のシリンダのうちいずれのシリンダにおいても混合気の燃焼が起こっていないときには、シリンダブロックの自重や燃焼室内の吸気負圧によりシリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間にはシリンダブロックとクランクケースとが互いに近づくような力が加わる。したがって、いずれかのシリンダで燃焼が生じているときと、いずれのシリンダにおいても燃焼が生じていないときとでは、シリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間に作用する力の方向は逆となる。すなわち、シリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間には逆方向の力が交互に加わることになる。
【０００４】
加えて、作用軸のカムとこのカムを受容するクランクケースに設けられたカム挿入孔との間には僅かな隙間が生じている。同様に、作用軸のカムとこのカムを受容するシリンダブロックに設けられたカム挿入孔との間にも僅かな隙間が生じている。このため、上述したようにシリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間に逆方向の力が交互に加わると、カム挿入孔内で作用軸のカムが上下に移動することになり、この結果、作用軸の打音及び振動が大きくなると共に作用軸の軸受（すなわち、カム孔）の摩耗が大きくなる。
【０００５】
そこで、特許文献２及び特許文献３に記載の可変圧縮比機構は、シリンダブロックをクランクケースから離間させる方向に付勢する付勢手段を備える。特許文献２に記載の可変圧縮比機構では付勢手段としてコイルバネが用いられ、特許文献３に記載の可変圧縮比機構では付勢手段としてコイルバネ及び皿バネが用いられている。
【０００６】
斯かる可変圧縮比機構では、複数のシリンダのうちいずれのシリンダにおいても混合気の燃焼が起こっていないときでも、シリンダブロックの自重や燃焼室内の吸気負圧に基づく力よりも付勢手段の付勢力の方が大きければ、シリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間にはシリンダブロックとクランクケースとが互いから遠ざかるような力が加わるようになる。この結果、付勢手段を設けることにより、いずれかのシリンダで燃焼が生じているときと、いずれのシリンダにおいても燃焼が生じていないときとで、シリンダブロックと作用軸との間又は作用軸とクランクケースとの間に生じる力の方向は同一となる。これにより、作用軸のカムがクランクケースやシリンダブロックに設けられたカム挿入孔内で移動することがなくなり、この結果、作用軸の打音及び振動並びに作用軸の軸受の摩耗を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０６０９７９号
【特許文献２】特開２００４−３２４４６４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、付勢手段として、コイルバネ又は皿バネを用いる場合、シリンダブロックをクランクケースから離間させる方向に付勢するためには、バネの延在方向及び伸縮方向がシリンダ軸線方向と同一である必要がある。このため、シリンダブロックとクランクケースとの間にバネを設置するために、シリンダ軸線方向に大きな設置スペースを確保しなければならない。
【０００９】
また、コイルバネは、その圧縮量が所定量を超えると、線間密着してそれ以上縮むことができない。さらに、コイルバネは、シリンダブロックがクランクケースから最も離れた位置とシリンダブロックがクランクケースに最も近づいた位置との間で伸縮しなければならない。このため、シリンダブロックとクランクケースとの間に設置されたときのコイルバネの長さは、シリンダブロックがクランクケースから最も離れた位置において、少なくとも、シリンダブロックとクランクケースとの相対的な移動量に、線間密着したときのバネの長さを加えた長さよりも長くなる。この結果、シリンダ軸線方向におけるバネの設置スペースが非常に大きくなり、クランクケースによってバネを支持する支持点を、剛性が低い薄肉の位置に設定しなければならない場合がある。この場合、長期の使用を鑑みてクランクケースの薄肉部又はクランクケースの剛性を高める必要が生じる。
【００１０】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、シリンダ軸線方向に大きな設置スペースを必要とすることなく、シリンダブロックをクランクケースから離間させる方向に付勢することができる付勢手段を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明では、シリンダブロックをシリンダ軸線に沿ってクランクケースに対して移動させることで機械圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、前記シリンダブロックを前記クランクケースから離間させる方向に付勢する付勢部材を備え、該付勢部材が、前記クランクケースに固定され且つ前記シリンダ軸線に垂直な平面内に延在するシャフト部と、該シャフト部に連結され且つ前記シリンダブロックと接触する接触部とを有し、前記シャフト部の軸線回りのねじれによって前記接触部から前記シリンダブロックに加わる付勢力を発生させることを特徴とする、内燃機関が提供される。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、前記接触部は、前記シャフト部から延在する腕部を介して前記シャフト部に連結される。
【００１３】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、シャフト部はシリンダ配列方向に平行に延在する。
【００１４】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において前記接触部と接触する前記シリンダブロックの接触面が、前記シリンダブロックの下降量に対する前記シャフト部のねじれ量を低減するように傾斜している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリンダ軸線方向に大きな設置スペースを必要とすることなく、シリンダブロックをクランクケースから離間させる方向に付勢することができる付勢手段を備えた内燃機関が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る火花点火式内燃機関を概略的に示す側面断面図である。
【図２】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いる。
【図３】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４】図４は、トーションバーが設置されたクランクケースの拡大斜視図である。
【図５】図５は、シリンダブロックの下降によってトーションバーがねじれる様子を概略的に示す側面断面図である。
【図６】図６は、シリンダブロックの下降量とトーションバーの付勢力との関係を概略的に示すグラフである。
【図７】図７は、別の実施形態に係るトーションバーの斜視図である。
【図８】図８は、別の実施形態に係るトーションバーの斜視図である。
【図９】図９は、別の実施形態に係るシリンダブロックがトーションバーと接触する様子を概略的に描く側面断面図である。
【図１０】図１０は、別の実施形態に係るシリンダブロックがトーションバーと接触する様子を概略的に描く側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。図１は、本発明の実施形態に係る火花点火式内燃機関の側面断面図を概略的に示す。
【００１８】
＜内燃機関の構成＞
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プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。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にはそれぞれ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。
【００１９】
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（エアフロメータ）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コンバータ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。
【００２０】
一方、図１に示した実施形態では、クランクケース１とシリンダブロック２との連結部に、シリンダブロック２をシリンダ２５の軸線に沿ってクランクケース１に対して移動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が設けられている。また、クランクケース１とシリンダブロック２との間には、付勢部材として機能するトーションバー７０が配置されている。トーションバー７０は、シリンダブロック２をクランクケース１から離間させる方向に付勢するように構成されている。トーションバー７０の詳細については後述する。さらに実際の圧縮作用の開始時期を変更するために吸気弁７の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。
【００２１】
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及び出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１８の出力信号及び空燃比センサ２１の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２２】
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。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°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。さらに、シリンダブロック２にはシリンダブロック２とクランクケース１との相対距離を検出するための相対距離センサ（相対距離検出手段）４３が設けられており、相対距離センサ４３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。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ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及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。
【００２３】
＜可変圧縮比機構の構成＞
次に、本実施形態の可変圧縮比機構Ａの構成について図２及び図３を参照して説明する。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。
【００２４】
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ブロック側突出部５０が形成されており、各ブロック側突出部５０内にはそれぞれ断面円形のブロック側カム挿入孔５１が形成されている。これらブロック側カム挿入孔５１はシリンダ２５の配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。
【００２５】
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それぞれ対応するブロック側突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個のケース側突出部５２が形成されており、これら各ケース側突出部５２内にもそれぞれ断面円形のケース側カム挿入孔５３が形成されている。これらケース側カム挿入孔５３も、ブロック側カム挿入孔５１と同様にシリンダ２５の配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。
【００２６】
図２に示したように作用軸として機能する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ケース側カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されるケース側円形カム５８が固定されている。これらケース側円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各ケース側円形カム５８の両側には図３に示した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軸５７が延びており、この偏心軸５７上にブロック側円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれらブロック側円形カム５６は各ケース側円形カム５８の両側に配置されており、これらブロック側円形カム５６は対応する各ブロック側カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。
【００２７】
図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９（アクチュエータ）の回転軸６０にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１、６２が取付けられており、これらウォームギア６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ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。
【００２８】
＜可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更方法＞
次に、上述した構成の可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比を変更する方法について図３を参照して詳述する。図３において、ａはケース側円形カム５８の中心、ｂは偏心軸５７の中心、ｃはブロック側円形カム５６の中心をそれぞれ示している。なお、本実施形態では、ブロック側円形カム５６の直径はケース側円形カム５８の直径よりも大きく、よってブロック側円形カム５６の中心ｃと偏心軸５７の中心ｂとの間の距離がケース側円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂとの間の距離よりも長い。また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）にはそれぞれの状態におけるケース側円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂとブロック側円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００２９】
図３（Ａ）に示したような状態から駆動モータ５９を駆動して、ケース側円形カム５８が図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させるべく各カムシャフト５４、５５を回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動する。この偏心軸５７の移動に伴ってブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８とは反対方向に回転する。この結果、図３（Ｂ）に示したように、偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。
【００３０】
さらに駆動モータ５９を駆動して、ケース側円形カム５８が図３（Ｂ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させるべく各カムシャフト５４、５５を回転させると、偏心軸５７がケース側円形カム５８内で下方に移動する。この偏心軸５７の移動に伴ってブロック側円形カム５６がブロック側カム挿入孔５１内においてケース側円形カム５８と同方向に回転する。この結果、図３（Ｃ）に示したように、偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００３１】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）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の相対距離はケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、ケース側円形カム５８の中心ａとブロック側円形カム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。すなわち、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との間の相対距離を変化させていることになる。そして、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の容積は増大する。したがって、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（以下、「燃焼室容積」という）を変更することができる。
【００３２】
特に、図３に示した例では、図３（Ａ）に示した状態と図３（Ｂ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してΔＤ１だけ相対移動せしめられ、図３（Ｂ）に示した状態と図３（Ｃ）に示した状態との間でシリンダブロック２はクランクケース１に対してΔＤ２だけ相対移動せしめられる。
【００３３】
このようにカムシャフト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の容積を変化させたとしても、圧縮行程時のピストン４の行程容積（ピストン４が吸気下死点から圧縮上死点まで移動するときに変化する燃焼室５の容積）は変化しない。したがって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される機械圧縮比は、上述したように燃焼室容積を変化させることで、変化する。すなわち、本実施形態の可変圧縮比機構Ａによれば、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５を回転させることによって、内燃機関の機械圧縮比を変更することができる。
【００３４】
なお、図１〜図３に示した可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであり、本発明では、駆動モータ等のアクチュエータにより回転軸６０等の回転体を回転させることによって機械圧縮比を変更することができれば、いかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。
【００３５】
＜機械圧縮比の制御＞
上述したように、機械圧縮比は、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対距離を変化させることによって制御される。また、クランクケース１とシリンダブロック２との相対距離は、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５を回転させることによって変化する。
【００３６】
そこで、本実施形態では、相対距離センサ４３によってクランクケース１とシリンダブロック２との相対距離を検出する。そして、この相対距離センサ４３によって検出された相対距離が、目標機械圧縮比に対応する目標相対距離となるように、駆動モータ５９をフィードバック制御するようにしている。
【００３７】
これにより、例えば目標機械圧縮比が大きくなるように変化すると、これに伴ってクランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が短くなるように目標相対距離が変化する。そして、相対距離センサ４３によって検出された相対距離が目標相対距離に一致するように、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられる。具体的には、クランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が短くなるように駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられ、その結果、機械圧縮比が増大されることになる。
【００３８】
一方、目標機械圧縮比が小さくなるように変化すると、これに伴ってクランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が長くなるように目標相対距離が変化する。そして、相対距離センサ４３によって検出された相対距離が目標相対距離に一致するように、駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられる。具体的には、クランクケース１とシリンダブロック２との間の距離が長くなるように駆動モータ５９によってカムシャフト５４、５５が回転せしめられ、その結果、機械圧縮比が減少されることになる。
【００３９】
＜トーションバーの構成＞
以下、図１、図４及び図５を参照してトーションバー７０の構成について説明する。図４は、トーションバー７０が設置されたクランクケース１の拡大斜視図である。図５は、シリンダブロック２の下降によってトーションバー７０がねじれる様子を概略的に示す側面断面図である。図５（ａ）には、ねじれていないときのトーションバー７０が示され、図５（ｂ）には、シリンダブロック２の下降によってねじれたときのトーションバー７０が示される。なお、シリンダブロック２が下降するとは、シリンダブロック２がシリンダ２５の軸線方向においてクランクケース１に近づくように移動することを意味する。
【００４０】
図４に示されるように、シリンダブロック２とクランクケース１との間には二本のトーションバー７０が設置されている。トーションバー７０は、クランクケース１に固定されたシャフト部７１と、シャフト部７１の両端に連結された接触部７２とを有する。トーションバー７０はステンレス鋼等の金属から構成される。なお、接触部７２は、シャフト部７１の軸線方向においてシャフト部７１の固定位置よりも外側であれば、シャフト部７１の両端以外の位置でシャフト部７１に連結されてもよい。
【００４１】
シャフト部７１はケース側突出部５２の内側の二箇所においてボルト８０でクランクケース１に固定されている。したがって、トーションバー７０は、可変圧縮比機構Ａに固定されるために、コイルバネ又は皿バネのガイドのような構成を必要としない。また、シャフト部７１は、円柱形状を有し、シリンダ２５の軸線に垂直な平面内に延在する。このことによって、トーションバー７０の設置に必要なシリンダ軸線方向のスペースを小さくすることができる。好ましくは、シャフト部７１は、図４に示すように、シリンダ２５の軸線に垂直な平面内においてシリンダ２５の配列方向に平行に延在する。このことによって、シリンダ２５の軸線方向だけでなく、シリンダ２５の軸線方向及び配列方向に垂直な方向においても、トーションバー７０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。
【００４２】
なお、シャフト部７１は、トーションバー７０がシリンダブロック２とクランクケース１との間に設置される限り、他の位置、例えばケース側突出部５２の外側でクランクケース１に固定されてもよい。また、シャフト部７１は溶接等の他の固定手段によってクランクケース１に固定されてもよい。
【００４３】
接触部７２は、円柱形状を有し、図１に示すように、組立状態においてシリンダブロック２と接触する。また、図５からわかるように、シャフト部７１の軸線と接触部７２の軸線とは、同軸ではなく、径方向にオフセットしている。このため、図５（ｂ）に示すように、シリンダブロック２が可変圧縮比機構Ａによって下降すると、シャフト部７１は接触部７２を介してシャフト部７１の軸線回りの力を受けて角度αだけねじれる。角度αは、シリンダブロック２の下降量が多ければ多いほど大きくなる。
【００４４】
シャフト部７１がその軸線回りにねじれると、軸線回りのトルクが発生するため、シリンダブロック２は接触部７２を介してクランクケース１から離間する方向に付勢される。言い換えれば、トーションバー７０はシャフト部７１の軸線回りのねじれによって接触部７２からシリンダブロック２に加わる付勢力を発生させる。なお、接触部７２の形状は、シリンダブロック２の下降中にシリンダブロック２との接触を維持することができれば、球、楕円柱、多角柱等の他の形状であってもよい。
【００４５】
＜トーションバーの作用効果＞
以下、トーションバー７０の作用効果について説明する。
【００４６】
上述したように、トーションバー７０のシャフト部７１はシリンダ２５の軸線に垂直な平面内に延在する。また、トーションバー７０はシャフト部７１の軸線回りのねじれによって接触部７２からシリンダブロック２に加わる付勢力を発生させる。したがって、トーションバー７０は、シリンダ２５の軸線方向に大きな設置スペースを必要とすることなく、シリンダブロック２をクランクケース１から離間させる方向に付勢することができる。
【００４７】
シリンダブロック２とクランクケース１との間にトーションバー７０を設置することにより、いずれかのシリンダ２５において燃焼が生じているかいないかに関わらず、ブロック側カム挿入孔５１とブロック側円形カム５６との間及びケース側カム挿入孔５３とケース側円形カム５８との間には常に同一方向の力（シリンダブロック２とクランクケース１とが互いから遠ざかるような力）が加わることになる。これにより、カム挿入孔５１、５３内で円形カム５６、５８が上下に移動することがなくなり、この結果、カムシャフト５４、５５の打音や振動を低減することができると共に円形カム５６、５８の摩耗等を低減することができる。
【００４８】
ところで、トーションバー７０でシリンダブロック２をクランクケース１から離間させる方向に付勢することは、シリンダブロック２とクランクケース１とを近づけるために必要な力を増大させる。シリンダブロック２をクランクケース１に近づけるときに必要な力は、燃焼による抗力も含むため、シリンダブロック２をクランクケース１から離間させるときに必要な力よりも大きくなる。このため、シリンダブロック２をクランクケース１に近づけるときに必要な力が可変圧縮比機構Ａの駆動モータ５９に必要なトルクを決定する。必要なトルクが増加すると、駆動モータ５９のサイズを大きくする必要があり、この結果、駆動モータ５９のコスト及び消費電力が増加する。また、駆動モータ５９の消費電力の増加は燃費の悪化をもたらす。したがって、駆動モータ５９に必要なトルクを低減すべく、シリンダブロック２をクランクケース１に近づけるときに必要な力を低減することが望ましい。
【００４９】
しかしながら、シリンダブロック２の下降量が大きくなると、シャフト部７１のねじれ量が大きくなるため、トーションバー７０の付勢力も大きくなる。このことは、シリンダブロック２をクランクケース１に近づけるときに必要な力、ひいては駆動モータ５９の必要トルクを増大させる。したがって、駆動モータ５９の必要トルクを低減するには、シリンダブロック２の下降量が最大となるとき、すなわちシリンダブロック２がクランクケース１に最も近いときのトーションバー７０の付勢力を低減する必要がある。
【００５０】
図６は、シリンダブロック２の下降量とトーションバー７０の付勢力との関係を概略的に示すグラフである。なお、シリンダブロック２とクランクケース１との間の距離は、シリンダブロック２の下降量がゼロであるときに最も大きく、シリンダブロック２の下降量が最大値Ｌｍａｘであるときに最も小さい。
【００５１】
シリンダブロック２の下降量がゼロであるとき、シャフト部７１のねじれ量が最も小さいため、トーションバー７０の付勢力は最小値Ｎｍｉｎとなる。一方、シリンダブロック２の下降量が最大値Ｌｍａｘであるとき、シャフト部７１のねじれ量が最も大きいため、トーションバー７０の付勢力は最大値Ｎｍａｘとなる。カムシャフト５４、５５の打音及び振動並びに円形カム５６、５８の摩耗を低減するためには、付勢力の最小値Ｎｍｉｎをシリンダブロック２の自重及び燃焼室内の吸気負圧に基づく力よりも大きくしなければならない。したがって、付勢力の最大値Ｎｍａｘを小さくするためには、図７におけるグラフの傾き、すなわちシリンダブロック２の下降量に対するトーションバー７０の付勢力の増加量を低減する必要がある。
【００５２】
ところで、トーションバー７０の付勢力Ｆｔは下記式（１）で算出される。
Ｆｔ（Ｎ）＝Ｋｔ（Ｎｍ／ｄｅｇ）×θ（ｄｅｇ）／ＡＤ（ｍ）      …（１）
ここで、Ｋｔはトーションバー７０のバネ定数を表し、θはシャフト部７１のねじれ量を表し、ＡＤはシリンダブロック２と接触する接触部７２の位置とシャフト部７１の軸線との距離（以下、「作用距離」という）を表している。
【００５３】
したがって、シリンダブロックがゼロから最大値Ｌｍａｘまで下降したときのシャフト部のねじれ量の変化量をΔθとし、シリンダブロックの下降時に作用距離ＡＤがほとんど変化しないとすると、付勢力の変化量ΔＦは下記式（２）で算出される。
ΔＦｔ（Ｎ）＝Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ＝Ｋｔ（Ｎｍ／ｄｅｇ）×Δθ（ｄｅｇ）／ＡＤ（ｍ）…（２）
【００５４】
一方、従来技術において付勢手段として用いられていたコイルバネの付勢力Ｆｃは下記式（３）で算出される。
Ｆｃ（Ｎ）＝Ｋｃ（Ｎ／ｍ）×ｘ（ｍ））      …（３）
ここで、Ｋｃはコイルバネのバネ定数を表し、ｘはコイルバネの圧縮量を表す。
【００５５】
したがって、シリンダブロック２がゼロから最大値Ｌｍａｘまで下降したときのコイルバネの圧縮量の変化量をΔｘとすると、付勢力の変化量ΔＦｃは下記式（４）で算出される。
ΔＦｃ（Ｎ）＝Ｋｃ（Ｎ／ｍ）×Δｘ（ｍ））      …（４）
【００５６】
上記式（２）及び式（４）から明らかなように、付勢力の変化量ΔＦｔ及び変化量ΔＦｃ、ひいては付勢力の最大値を小さくするためには、バネ定数Ｋｔ及びＫｃを小さくすることが有効である。トーションバーのバネ定数Ｋｔは、シャフト部の長さ、断面形状、材質等によって定められる。また、コイルバネのバネ定数Ｋｃは、コイルバネの有効巻き数、平均コイル径等によって定められる。
【００５７】
しかしながら、コイルバネのバネ定数Ｋｃを小さくした場合、所望の付勢力の最小値を確保するために、シリンダブロック２の下降量がゼロのときのコイルバネの圧縮量を大きくしなければならない。このためには、コイルバネの自然長を長くする必要があり、この場合、線間密着したときのコイルバネの長さも長くなる。また、シリンダブロック２とクランクケース１との間に設置されたときのコイルバネの長さは、シリンダブロック２がクランクケース１から最も離れた位置において、少なくとも、シリンダブロック２とクランクケース１との相対的な移動量に、線間密着したときのコイルバネの長さを加えた長さよりも長くなる。したがって、付勢力の最大値を小さくするためにバネ定数Ｋｃを小さくすることは、シリンダ２５の軸線方向におけるコイルバネの設置スペースを増大させる。また、コイルバネの有効巻き数を大きくことによってバネ定数Ｋｃを小さくした場合、シリンダ２５の軸線方向におけるコイルバネの設置スペースは更に増大する。
【００５８】
一方、トーションバー７０のバネ定数Ｋｔを小さくした場合、所望の付勢力の最小値Ｎｍｉｎを確保するために、シリンダブロック２の下降量がゼロのときのシャフト部７１のねじれ量を大きくしなければならない。しかしながら、付勢手段としてトーションバー７０を用いた場合、コイルバネの線間密着のような問題は生じない。このため、トーションバー７０は、シリンダ２５の軸線方向における設置スペースを増大させることなく、バネ定数Ｋｔを小さくすることによって付勢力の最大値Ｎｍａｘを小さくすることができ、ひいては駆動モータ５９の必要トルクを低減することができる。
【００５９】
＜トーションバーの別の実施形態＞
図７及び図８は、それぞれ、別の実施形態に係るトーションバー７０ａ、７０ｂの斜視図である。トーションバー７０ａ、７０ｂは、それぞれ、クランクケース１に固定されるシャフト部７１ａ、７１ｂと、シャフト部７１ａ、７１ｂから延在する腕部７３ａ、７３ｂを介してシャフト部７１ａ、７１ｂに連結された二つの接触部７２ａ、７２ｂとを有する。図７の各接触部７２ａは二本の腕部７３ａで支持され、図８の各接触部７２ｂは一本の腕部７３ｂで支持されている。なお、図７及び図８の例では、腕部７３ａ、７３ｂは、シャフト部７１ａ、７１ｂの軸線方向に垂直に延在しているが、シャフト部７１ａ、７１ｂの軸線方向に対して斜めに延在してもよい。
【００６０】
図７及び図８に示したトーションバー７０ａ、７０ｂのように接触部７２ａ、７２ｂを腕部７３ａ、７３ｂを介してシャフト部７１ａ、７１ｂに連結させることによって、作用距離ＡＤを大きくすることができる。この場合、上記式（２）から明らかなように、付勢力の変化量ΔＦｔ、ひいては付勢力の最大値Ｎｍａｘを小さくすることができる。なお、作用距離ＡＤを大きくした場合、シリンダブロック２の下降量がゼロのときのシャフト部７１ａ、７１ｂのねじれ量を大きくすることによって、所望の付勢力の最小値Ｎｍｉｎを確保することができる。
【００６１】
また、作用距離ＡＤが大きくなると、シリンダブロック２がゼロから最大値Ｌｍａｘまで下降したときのねじれ量の変化量Δθが小さくなる。この結果、上記式（２）から明らかなように、付勢力の変化量ΔＦｔは更に小さくなる。したがって、接触部７２ａ、７２ｂを腕部７３ａ、７３ｂを介してシャフト部７１ａ、７１ｂに連結させることによって付勢力の最大値Ｎｍａｘを大幅に小さくすることができ、ひいては駆動モータ５９の必要トルクを低減することができる。
【００６２】
＜シリンダブロックの別の実施形態＞
図９及び図１０は、それぞれ、別の実施形態に係るシリンダブロック２ａ、２ｂがトーションバー７０ｃと接触する様子を概略的に描く側面断面図である。図９（ａ）から図９（ｂ）及び図１０（ａ）から図１０（ｂ）にかけて、シリンダブロック２ａ、２ｂは可変圧縮比機構ＡによってＬ０だけ下降している。なお、トーションバー７０ｃの形状は、図４、図７及び図８に示した形状のいずれであってもよい。
【００６３】
シリンダブロック２ａ、２ｂでは、これらの接触面が、シリンダブロック２ａ、２ｂの外側に向かって、シリンダ２５の軸線方向上側に傾斜している。図９に示したシリンダブロック２ａの接触面は平面であり、図１０に示したシリンダブロック２ｂの接触面は曲面である。なお、シリンダブロック２ａ、２ｂの外側とは、シリンダ２５の軸線方向及び配列方向に垂直な方向において、シリンダ２５の反対側を意味する。
【００６４】
図９及び図１０に示すように、シリンダブロック２ａ、２ｂが下降すると、トーションバー７０ｃの接触部７２ｃとシリンダブロック２ａ、２ｂとの接触位置も下降する。接触位置の下降量が大きければ大きいほど、シャフト部７１ｃのねじれ量も大きくなり、トーションバー７０ｃの付勢力が増大する。このため、シリンダブロック２ａ、２ｂの下降量に対するトーションバー７０ｃの付勢力の増加量を低減するためには、シリンダブロック２ａ、２ｂの下降量に対する接触位置の下降量を低減することが有効である。
【００６５】
図１に示すように、接触部７２と接触するシリンダブロック２の接触面がシリンダ２５の軸線方向に垂直に延在している場合、接触位置の下降量はシリンダブロック２の下降量と等しい。一方、シリンダブロック２ａ、２ｂでは、これらの接触面がシリンダブロック２ａ、２ｂの外側に向かってシリンダ２５の軸線方向上側に傾斜しているため、接触位置の下降量Ｌ１、Ｌ２はシリンダブロック２ａ、２ｂの下降量Ｌ０よりも小さい。したがって、シリンダブロック２ａ、２ｂの下降量に対するトーションバー７０ｃの付勢力の増加量を低減することができ、ひいては駆動モータ５９の必要トルクを低減することができる。なお、シリンダブロック２ａ、２ｂの接触面の形状は、これら実施形態に限定されるものではなく、接触部７２ｃと接触するシリンダブロック２ａ、２ｂの接触面が、接触位置の下降量Ｌ１、Ｌ２がシリンダブロック２ａ、２ｂの下降量Ｌ０よりも小さくなるように、すなわちシリンダブロック２ａ、２ｂの下降量に対するシャフト部７１ｃのねじれ量を低減するように傾斜していれば如何なる形状であってもよい。
【００６６】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１    クランクケース
２、２ａ、２ｂ    シリンダブロック
３    シリンダヘッド
６    点火プラグ
１３    燃料噴射弁
２５    シリンダ
３０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５４、５５    カムシャフト
５６    ブロック側円形カム
５８    ケース側円形カム
５９    駆動モータ
６０    回転軸
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ    トーションバー
７１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ    シャフト部
７２、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ    接触部
７３ａ、７３ｂ    腕部
Ａ    可変圧縮比機構
Ｂ    可変バルブタイミング機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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