内燃機関
【課題】圧縮比が可変に形成されており、優れた熱効率を有する内燃機関を提供する。
【解決手段】クランクシャフト５２を支持するクランクケース４と、シリンダ部７１を有するモノブロック２と、モノブロック２が上端位置と下端位置との間で相対移動する圧縮比可変手段とを備える。シリンダ部７１の周りの領域には、潤滑油が供給される上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４とが形成されている。上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４との間には第１の流量制限部が形成され、下部オイルジャケット７４の下端部には第２の流量制限部が形成されている。モノブロック２が上端位置のときには、上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留し、モノブロック２が下端位置のときには、上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留せずに下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する。
【解決手段】クランクシャフト５２を支持するクランクケース４と、シリンダ部７１を有するモノブロック２と、モノブロック２が上端位置と下端位置との間で相対移動する圧縮比可変手段とを備える。シリンダ部７１の周りの領域には、潤滑油が供給される上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４とが形成されている。上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４との間には第１の流量制限部が形成され、下部オイルジャケット７４の下端部には第２の流量制限部が形成されている。モノブロック２が上端位置のときには、上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留し、モノブロック２が下端位置のときには、上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留せずに下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する。
【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】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力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出力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。圧縮比は、燃焼室の容積およびピストンが移動するときのピストンの行程容積に依存する。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内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２００９−３０５０８号公報においては、シリンダブロックと、シリンダヘッドと、クランクケースと、移動機構とを備える可変圧縮比の内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、移動機構によってシリンダブロックおよびシリンダヘッドと、クランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更することが開示されている。
【０００４】
特開２００７−２４７５４５号公報においては、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ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変にする可変圧縮比内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、機関圧縮比を高圧縮比としたときに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することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０５０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
火花点火式の内燃機関においては、燃焼室において燃料と空気の混合気が点火装置で着火されることにより、混合気が燃焼するとともにピストンが押し下げされる。このときに圧縮比を高くすることにより熱効率が向上する。ところが、圧縮比を高くすると異常燃焼が発生する場合がある。例えば、圧縮比が高くなることによりプレイグニッション現象や自着火現象が生じる場合がある。
【０００７】
また、燃料が燃焼したときの温度が高くなり過ぎると、ピストンが往復運動するシリンダ部の周りの構成部品が熱的な損傷を受ける場合がある。内燃機関では、異常燃焼の発生を抑制したり、内燃機関の構成部品の熱的な損傷を抑制したりするために、シリンダ部の周りの領域が機関冷却水等で冷却される。除熱された熱は最終的に外気に放出されるために冷却損失になり、除熱量が大きくなると熱効率が小さくなってしまう。
【０００８】
従来の技術の内燃機関においては、シリンダ部の周りの領域を過剰に冷却している場合があった。燃料が燃焼することにより発生する熱を過剰に除去するために内燃機関の熱効率が低くなっている場合があった。
【０００９】
上記の特開２００７−２４７５４５号公報に開示されている内燃機関においては、シリンダ部の壁面に配置されるシリンダライナをピストンのストローク位置に応じて熱伝導率が異なる部材で構成している。ところが、このシリンダライナは、熱伝導率が上部から下部に沿って変化する部分が生じる。この内燃機関では、ピストンからシリンダヘッドへの伝熱が悪化する部分を有していた。このために、ピストンの冷却が不十分になる虞があった。または、ピストンの温度が上昇することにより、シリンダ部の壁面に配置されている油膜が除去される場合がある。この場合には、ピストンリングがシリンダ部の壁面に直接的に接触し、シリンダ部の壁面に傷が生じる虞があった。すなわち、いわゆるスカッフが生じる虞があった。または、ピストンの冠面の温度が上昇してノッキング等の異常燃焼が発生する虞があった。
【００１０】
本発明は、圧縮比が可変に形成されており、優れた熱効率を有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】
【００１１】
本発明の内燃機関は、クランクケースを含み、クランクシャフトを回転可能に支持する下部構造物と、下部構造物の上側に配置され、ピストンが内部に配置されているシリンダ部、燃焼室に通じる吸気通路および排気通路を有する上部構造物と、下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成され、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、燃焼室の容積が大きくなって圧縮比が小さくなる圧縮比可変手段とを備える。シリンダ部の周りの領域において、下部構造物と上部構造物との間には、潤滑油が供給される第１の油貯留部と、第１の油貯留部の下側に配置され、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部とが形成されている。第１の油貯留部と第２の油貯留部との間には潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成され、第２の油貯留部の下端部には第２の油貯留部から流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されている。第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、第１の油貯留部から第２の油貯留部に流れる流量が小さくなるように形成されている。第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、第２の油貯留部から流出する流量が小さくなるように形成されている。上部構造物が上端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留する。上部構造物が下端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留せずに第２の油貯留部に潤滑油が貯留する。
【００１２】
上記発明においては、上部構造物は、機関冷却水が流れる水路を有し、シリンダ部の周りの領域を上死点に到達したピストンに対向する上部領域、下死点に到達したピストンに対向する下部領域、および上部領域と下部領域との間の中間領域に分割したときに、上部領域に水路が形成され、中間領域に第１の油貯留部が形成され、および下部領域に第２の油貯留部が形成されていることが好ましい。
【００１３】
上記発明においては、クランクシャフトの回転力を駆動源として潤滑油を加圧するオイルポンプを備え、下部構造物は、オイルポンプに接続され、第２の油貯留部の内壁に向かって潤滑油を噴射する噴射ノズルを含むことが好ましい。
【００１４】
上記発明においては、上部構造物は、シリンダ部の一部が内部に形成され、下部構造物の内部に向かって突出する突出部を含み、下部構造物は、突出部を内部に配置する開口部を有し、突出部の外面と開口部の壁面とに挟まれる空間により第１の油貯留部および第２の油貯留部が形成されることができる。
【００１５】
上記発明においては、上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、一つの部材に一体的に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧縮比が可変に形成されており、優れた熱効率を有する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の機関本体の分解斜視図である。
【図３】実施の形態における内燃機関の機関本体を燃焼室の部分で切断したときの概略断面図である。
【図４】実施の形態における内燃機関の偏心軸シャフトを回転させる回転装置の概略斜視図である。
【図５】実施の形態における偏心軸シャフトと平歯車との位置関係を説明する概略平面図である。
【図６】実施の形態における機関本体を支持部材の部分で切断したときの第１の概略断面図である。
【図７】実施の形態における機関本体を支持部材の部分で切断したときの第２の概略断面図である。
【図８】実施の形態における機関本体のモノブロックが上端位置および下端位置に配置されたときの概略断面図である。
【図９】実施の形態における潤滑油供給装置の系統図である。
【図１０】実施の形態における潤滑油供給装置の油路を説明する機関本体の第１の概略断面図である。
【図１１】実施の形態における潤滑油供給装置の油路を説明する機関本体の第２の概略断面図である。
【図１２】実施の形態において、内燃機関の圧縮比が低圧縮比になったときのオイルジャケットの部分の拡大概略断面図である。
【図１３】実施の形態において、内燃機関の圧縮比が高圧縮比になったときのオイルジャケットの部分の拡大概略断面図である。
【図１４】実施の形態の機関本体のシリンダ部の周りの領域を説明する内燃機関の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図１４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。
【００１９】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。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。本実施の形態における機関本体１は、下部構造物と上部構造物とを含む。本実施の形態における下部構造物は、クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケース４を含む。上部構造物は、気筒を構成するシリンダ部７１を有するモノブロック２を含む。本実施の形態におけるシリンダ部７１は、円柱状の穴部である。シリンダ部７１の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３とシリンダ部７１とに囲まれる空間により燃焼室５が形成されている。燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。
【００２０】
モノブロック２は、燃焼室５に通じる機関吸気通路としての吸気ポート７を有する。モノブロック２は、燃焼室５に通じる機関排気通路としての排気ポート９を有する。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃焼室５における燃料の燃焼により生じた排気ガスを排出するための通路である。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。モノブロック２には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００２１】
吸気ポート７は、吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結されている。吸気枝管１１には、吸気ポート７内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置されている。燃料噴射弁１３は、この形態に限られず、燃焼室５に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。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に連結されている。吸気ダクト１４の内部には、アクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７が配置されている。また、吸気ダクト１４の内部には、吸入空気量を検出するための吸入空気量検出器１８が配置されている。
【００２２】
燃料噴射弁１３は、燃料供給管２６により燃料タンク２２に接続されている。燃料供給管２６の途中には、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４が配置されている。本実施の形態においては、燃料タンク２２にはガソリンが貯留されている。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２４が駆動することにより、燃料供給管２６を通じて燃料噴射弁１３に供給される。
【００２３】
一方で、排気ポート９は、排気マニホールド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に連結されている。機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、触媒コンバータ２０の上流側の機関排気通路内には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２１が配置されている。
【００２４】
本実施の形態における内燃機関は、制御装置を備える。本実施の形態における制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３０は、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を備える。電子制御ユニット３０は、双方向性バス３１に接続されている入力ポート３５および出力ポート３６を備える。
【００２５】
吸入空気量検出器１８の出力信号および空燃比センサ２１の出力信号は、それぞれが対応する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が接続されている。負荷センサ４１の出力信号は、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。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。
【００２６】
一方で、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１０、燃料噴射弁１３、燃料ポンプ２４およびアクチュエータ１６に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３０により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３０により制御されている。
【００２７】
図２に、本実施の形態における内燃機関の機関本体の概略分解図を示す。本実施の形態における内燃機関の機関本体１は、モノブロック２と、クランクケース４とが分離可能に形成されている。本実施の形態における機関本体１は、クランクケース４に対してモノブロック２が相対移動するように形成されている。モノブロック２とクランクケース４との間には、シール部材６１が配置される。モノブロック２は、矢印１３１に示すように、クランクケース４の上側に配置される。
【００２８】
図３に、本実施の形態における内燃機関の機関本体を燃焼室の部分で切断したときの概略断面図を示す。図２および図３を参照して、本実施の形態における上部構造物としてのモノブロック２は、１つの部材から形成されている。本実施の形態においては、モノブロック２の内部に空洞が形成されることにより、吸気ポート７、排気ポート９およびシリンダ部７１が形成されている。すなわち、吸気ポート７、排気ポート９およびシリンダ部７１は、１つの部材に一体的に形成されている。シリンダ部７１は、ピストン３が上死点と下死点との間で往復運動するときに、ピストン３を内部に配置するように形成されている。
【００２９】
本実施の形態におけるモノブロック２は、クランクケース４の内部に向かって突出する突出部２ａを含む。突出部２ａの内部には、シリンダ部７１が延びている。突出部２ａは、シリンダ部７１の周りの油貯留部を構成する部分が板状に形成されており、薄肉になるように形成されている。
【００３０】
本実施の形態における内燃機関は、機関冷却水を供給するための冷却水供給装置を備える。モノブロック２の内部には、機関冷却水が流れる水路としてのウォータジャケット８１が形成されている。本実施の形態においては、シリンダ部７１の上部領域を冷却するようにウォータジャケット８１が形成されている。
【００３１】
内燃機関の機関本体１は、吸気弁６を駆動するための吸気カム５５を有する。吸気カム５５は、吸気カムシャフト５６により支持されている。吸気カムシャフト５６が回転することにより吸気カム５５が回転する。吸気カム５５が吸気弁６を押圧することにより、吸気弁６が開閉する。内燃機関の機関本体１は、排気弁８を駆動するための排気カム５７を有する。排気カム５７は、排気カムシャフト５８により支持されている。排気カムシャフト５８が回転することにより、排気カム５７が回転する。排気カム５７が排気弁８を押圧することにより排気弁８が開閉する。
【００３２】
モノブロック２の内部には、軸受６４が配置されている。軸受６４の内部には、シャフト６５が配置されている。シャフト６５がモノブロック２に対して回転するように形成されている。
【００３３】
ピストン３は、コネクティングロッド５１により支持されている。コネクティングロッド５１は、クランクシャフト５２に支持されている。クランクシャフト５２は、クランクケース４に支持されている。本実施の形態におけるクランクケース４は、２つの部材から形成されている。クランクケース４は、この形態に限られず、１つの部材から一体的に形成されていても構わない。
【００３４】
クランクケース４は、上面に開口部４ａを有する。モノブロック２の突出部２ａは、開口部４ａの内部に配置されている。モノブロック２の突出部２ａの外面と、クランクケース４の開口部４ａの壁面とが互いに離れている。モノブロック２の突出部２ａと、クランクケース４の開口部４ａとの間には、潤滑油が貯留する油貯留部としての空間が形成されている。本実施の形態における油貯留部は、第１の油貯留部としての上部オイルジャケット７３と、第２の油貯留部としての下部オイルジャケット７４とを含む。下部オイルジャケット７４は、上部オイルジャケット７３の下側に配置されている。
【００３５】
クランクケース４の上面とモノブロック２の下面との間には、隙間部７２が形成されている。この隙間部７２は、潤滑油が流れる油路として機能する。隙間部７２は、上部オイルジャケット７３に連通している。上部オイルジャケット７３は、下部オイルジャケット７４に連通している。また、下部オイルジャケット７４は、クランクケース４の内部に連通するように形成されている。
【００３６】
ピストンが上死点に達したときのピストンの冠面と、ピストンの上側に形成されている上部構造物の凹部とに囲まれる空間を燃焼室と称すると、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の容積が変化するように形成されている圧縮比可変手段を備える。本実施の形態における圧縮比可変手段は、圧縮比可変装置を含む。圧縮比可変装置は、下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成されている。
【００３７】
下部構造物は、偏心軸受６２を含む。本実施の形態における偏心軸受６２は、クランクケース４の側面に配置されている。偏心軸受６２は、シャフト６３を支持するように形成されている。偏心軸受６２には、矢印１３３に示すようにシャフト６３が挿入される。偏心軸受６２は、シャフト６３の中心軸から離れた回転軸で回転するように形成されている。偏心軸受６２は、シャフト６３を支持しながらシャフト６３全体を回転できるように形成されている。本実施の形態における偏心軸受６２は、矢印１３２に示すように、クランクケース４の側方から取り付けられる。
【００３８】
図４に、本実施の形態の内燃機関の偏心軸受に支持されたシャフトを回転させる回転装置の概略斜視図を示す。本実施の形態における圧縮比可変装置は、シャフト６３を回転させる回転装置を備える。回転装置は、モータ６９を備える。モータ６９は、ウォームギヤ６７に接続されている。モータ６９は、ウォームギヤ６７を回転させる。ウォームギヤ６７は、平歯車６８に係合している。平歯車６８は、回転軸６８ａを有する。回転装置は、ウォームギヤ６７を回転させることにより、平歯車６８が回転軸６８ａの周りに回転するように形成されている。
【００３９】
本実施の形態における回転装置は、平歯車６８と偏心軸受６２に支持されているシャフト６３とを接続するカップリング部材６６を含む。カップリング部材６６は、円板状に形成されている。カップリング部材６６は、シャフト６３と平歯車６８との間に配置されている。回転装置のモータ６９は、対応する駆動回路３８を介して電子制御ユニット３０の出力ポート３６に接続されている（図１参照）。回転装置は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００４０】
図５に、偏心軸受に支持されているシャフト、カップリング部材および平歯車の位置関係を説明する概略平面図を示す。カップリング部材６６は、平歯車６８と同軸状に配置されている。偏心軸受６２の回動軸は、平歯車６８の回転軸６８ａと一致するように形成されている。これに対して、偏心軸受６２に支持されているシャフト６３は、中心軸が回転軸６８ａから離れて配置されている。
【００４１】
図６に、本実施の形態の内燃機関において、支持部材が配置されている部分で機関本体を切断したときの第１の概略断面図を示す。図６は、クランクケース４に対してモノブロック２が最も近接した位置、すなわちモノブロック２が下端位置に配置されているときの概略断面図である。図２および図６を参照して、本実施の形態における機関本体１は、モノブロック２とクランクケース４とを互いに接続する支持部材６０を含む。
【００４２】
支持部材６０は、長手方向を有する棒状に形成されている。本実施の形態においては、複数の支持部材６０が、機関本体１の幅方向の両側に配置されている。支持部材６０は、モノブロック２とクランクケース４との間に配置されている。支持部材６０の長手方向の両側の端部には、貫通孔６０ａが形成されている。支持部材６０の一方の貫通孔６０ａの内部には、モノブロック２を支持するシャフト６５が挿通されている。支持部材６０の他方の貫通孔６０ａには、クランクケース４に係合するシャフト６３が挿通されている。支持部材６０は、貫通孔６０ａの内部でシャフト６５，６３が回転するように形成されている。
【００４３】
シール部材６１は、機関本体１を取り囲むように外周部に配置されている。シール部材６１は、モノブロック２とクランクケース４とが対向する部分に配置されている。シール部材６１は、伸縮するように形成されている。シール部材６１は、隙間部７２の外側の端部を密閉する。シール部材６１は、隙間部７２を通る潤滑油が外部に流出しないように、モノブロック２とクランクケース４とに固定されている。
【００４４】
図４から図６を参照して、モータ６９が作動することにより、平歯車６８が矢印１３４に示す向きに回転する。２つの平歯車６８は、互いに逆方向に回転する。平歯車６８が回転すると、回転軸６８ａを回転中心にしてシャフト６３が回転する。シャフト６３が回転することにより、シャフト６３の中心軸がモノブロック２に向かって移動する。支持部材６０に支持されているシャフト６５は、クランクケース４から離れる向きに移動する。
【００４５】
図７に、本実施の形態の内燃機関において、支持部材が配置されている部分で機関本体を切断したときの第２の概略断面図を示す。図７は、クランクケース４に対してモノブロック２が最も離れた位置、すなわちモノブロック２が上端位置に配置されているときの概略断面図である。シャフト６３が偏心した回転軸で回転することにより、矢印１３５に示すように、モノブロック２はクランクケース４に対して離れる向きに移動する。モノブロック２とクランクケース４との間の隙間部７２の高さが大きくなる。
【００４６】
モノブロック２が上端位置に配置されている状態からシャフト６３を矢印１３４に示す向きに回転させることにより、クランクケース４に対してモノブロック２を近づけることができる。このように、本実施の形態における内燃機関は、クランクケース４に対してモノブロック２が相対移動するように形成されている。
【００４７】
図８に、本実施の形態におけるモノブロックとクランクケースとが相対移動したときのシリンダ部の部分の拡大概略断面図を示す。図８には、クランクケース４に対してモノブロック２が下端位置に配置されている時と、クランクケース４に対してモノブロック２が上端位置に配置されている時の概略断面図が示されている。また、ピストン３が圧縮上死点に到達したときの概略断面図を示している。
【００４８】
通常の圧縮比は、燃焼室やピストンの上死点の位置に依存して定まり、吸気弁の動作等に依存しない。この圧縮比は、機械圧縮比とも言われる。内燃機関の圧縮比は、（圧縮比）＝（燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。
【００４９】
クランクケース４に対してモノブロック２が下端位置に配置されているときには、モノブロック２の突出部２ａがクランクケース４の内部に向かって移動した状態である。このために、燃焼室５の容積が小さくなる。すなわち、圧縮比を大きくすることができる。
【００５０】
一方で、クランクケース４に対してモノブロック２が上端位置に配置されているときには、突出部２ａがクランクケース４から離れる向きに移動した状態である。このために、燃焼室５の容積が大きくなる。すなわち、圧縮比を小さくすることができる。
【００５１】
本実施の形態の内燃機関は、燃焼室５の容積を変化させることにより、圧縮比を変更可能に形成されている。シリンダ部７１を有する上部構造物が、ピストン３を支持するクランクケース４に対して相対的に移動することにより、圧縮比を変更することができる。
【００５２】
本実施の形態における内燃機関は、運転状態検出装置を備える。運転状態検出装置は、たとえば、スロットル弁の開度、アクセルペダルの踏み込み量、または機関回転数等の内燃機関の運転状態を検出するように形成されている。また、本実施の形態における内燃機関は、運転状態検出装置にて検出された運転状態に応じて圧縮比を定めることができる。本実施の形態における内燃機関は、定められた圧縮比に応じて、下部構造物と上部構造物との相対的な位置を変化させる制御を行うことができる。この構成により、それぞれの運転状態に応じて最適な圧縮比を選定することができて、異常燃焼の発生を抑制しながら熱効率を向上させることができる。
【００５３】
本実施の形態における内燃機関は、ノッキング現象などの異常燃焼が発生しやすい運転状態においては、圧縮比を低くして異常燃焼の発生を抑制することができる。ここで、内燃機関の出力トルクを高出力領域、中出力領域および低出力領域に分割する。さらに機関回転数を高回転数領域、中回転数領域および低回転数領域に分割する。異常現象が発生しやすい運転状態としては、高負荷での運転状態を例示することができる。または、内燃機関の出力トルクが高出力領域および機関回転数が高回転領域である場合を例示することができる。この場合には、クランクケース４に対してモノブロック２を上昇させて、低圧縮比にする制御を行う。例えば、モノブロック２を上端位置に配置する制御を行うことができる。このような運転状態においては、例えば、従来の技術における圧縮比可変装置を備えていない内燃機関とほぼ同じ圧縮比に制御することができる。
【００５４】
一方で、異常現象が発生しにくい運転状態においては、圧縮比を大きくする制御を行うことができる。熱効率が向上して燃料消費を抑制することができる。異常燃焼が発生しにくい運転状態としては、低負荷での運転状態を例示することができる。または、内燃機関の出力トルクが低出力領域または中出力領域であり、機関回転数が中回転数領域および低回転数領域である場合を例示することができる。この場合には、クランクケース４に対してモノブロック２を下降させて高圧縮比にする制御を行う。たとえば、モノブロック２を下端位置に配置する制御を行うことができる。
【００５５】
ところで、内燃機関には、吸気弁を開閉する時期を調整できる可変バルブタイミング機構を備えるものがある。吸気弁を閉じる時期を遅らせることにより、圧縮行程においてシリンダ部が密閉された時の容積を小さくすることができる。吸気弁が開弁している間は圧縮作用が行なわれないために、実際の圧縮比を小さくすることができる。内燃機関の構造により定まる前述の圧縮比、すなわち機械圧縮比よりも実際の圧縮比を小さくすることができる。ここで、実際の圧縮比は、（実際の圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じた位置から上死点までのピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示すことができる。
【００５６】
一方で、燃料が燃焼して膨張する時の膨張比は機械圧縮比と等しくなる。このように、機械圧縮比を高くして吸気弁を閉じる時期を遅らせる高膨張制御を行なうことにより、熱効率を向上させることができる。高膨張制御は、例えば内燃機関が低負荷の時に採用することができる。本実施の形態における内燃機関が可変バルブタイミング機構を備え、高膨張制御を行う場合には、機械圧縮比が高くなるように圧縮比可変装置を制御する。すなわち、クランクケース４に対してモノブロック２を下降させた状態にする制御を行ことができる。
【００５７】
次に、本実施の形態における内燃機関の潤滑油供給装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、構成部品に潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備える。
【００５８】
図９に、本実施の形態における潤滑油供給装置の系統図を示す。図９には、潤滑油供給装置の一部分を示している。本実施の形態における潤滑油供給装置は、潤滑油を貯留するためのオイルパン１０１を備える。オイルパン１０１は、例えば、クランクケース４の下部に配置されている。オイルパン１０１には、オイルストレーナ１０２を介してオイルポンプ１０３が接続されている。オイルポンプ１０３は、オイルフィルタ１０５を介して、メインオイルホール８２に接続されている。
【００５９】
オイルポンプ１０３は、潤滑油を加圧する。オイルストレーナ１０２およびオイルフィルタ１０５は、潤滑油に含まれる異物を除去する。オイルポンプ１０３の出口には、オイルパン１０１に潤滑油を戻す戻り流路が接続されている。戻り流路には、リリーフ弁１０４が配置されている。リリーフ弁１０４は、オイルポンプ１０３の出口圧力が許容値を超えた時に、潤滑油をオイルパン１０１に戻すように制御されている。
【００６０】
メインオイルホール８２は、潤滑油を一時的に貯留する部分である。潤滑油は、メインオイルホール８２から、それぞれの構成部品に供給されている。メインオイルホール８２には、それぞれの構成部品に潤滑油を供給するための油路が接続されている。それぞれの構成部品に供給された潤滑油は、最終的にオイルパン１０１に戻る。
【００６１】
図１０に、本実施の形態の内燃機関の機関本体における油路を説明するための機関本体の第１の概略断面図を示す。本実施の形態の機関本体１においては、クランクケース４の内部にメインオイルホール８２が形成されている。メインオイルホール８２は、クランクケース４の内部で延びるように形成されている。
【００６２】
本実施の形態における機関本体１は、下部オイルジャケット７４の内部に潤滑油を噴出する噴射ノズルとしてのオイルジェット管８３を備える。オイルジェット管８３は、下部オイルジャケット７４の上部に配置されている。オイルジェット管８３は、モノブロック２の突出部２ａの外面に向かって潤滑油を噴出するように形成されている。本実施の形態においては、突出部２ａの周りに複数のオイルジェット管８３が配置されている。オイルジェット管８３は、メインオイルホール８２に接続されている。
【００６３】
本実施の形態においては、支持部材６０を支持するシャフト６３の内部には、空洞部６３ａが形成されている。空洞部６３ａは、油路として機能する。空洞部６３ａは、シャフト６３の延びる方向に沿って延びるように形成されている。また、モノブロック２を支持するシャフト６５の内部には、空洞部６５ａが形成されている。空洞部６５ａは、油路として機能する。空洞部６５ａは、シャフト６５が延びる方向に沿って延びるように形成されている。
【００６４】
本実施の形態の機関本体１のクランクケース４は、メインオイルホール８２と、シャフト６３の空洞部６３ａとを接続する油路８４ａを有する。また、シャフト６５とシャフト６３とを互いに支持する支持部材６０は、シャフト６３の空洞部６３ａと、シャフト６５の空洞部６５ａとを連通する油路８４ｂを有する。油路８４ｂは、支持部材６０の内部に形成されている。また、モノブロック２は、空洞部６５ａから、吸気カムシャフト５６または排気カムシャフト５８のカムジャーナル（軸受）に潤滑油を供給するための油路８４ｃを有する。
【００６５】
図９および図１０を参照して、メインオイルホール８２に貯留する潤滑油は、油路８４ａを通ってシャフト６３の空洞部６３ａに供給される。空洞部６３ａに供給された潤滑油は、支持部材６０の内部の油路８４ｂを通って、矢印１３６に示すようにシャフト６５の空洞部６５ａに供給される。本実施の形態においては、支持部材６０の内部を通って、クランクケース４の内部からモノブロック２の内部に潤滑油が供給される。シャフト６５の空洞部６５ａに供給された潤滑油は、油路８４ｃを通ってカムジャーナル１０６に供給される。カムジャーナル１０６が潤滑される。または、潤滑油は、吸気弁６および排気弁８を駆動するための他の構成部材に供給される。
【００６６】
図１１に、本実施の形態の機関本体の油路を説明する機関本体の第２の概略断面図を示す。図９および図１１を参照して、モノブロック２の内部には、吸気弁６および排気弁８を駆動する構成部品を潤滑した潤滑油が流入する油路８５ａが形成されている。油路８５ａは、油路８５ｂを介して軸受６４に接続されている。潤滑油は、軸受６４に流入する。さらに、油路８５ａは、シャフト６５と支持部材６０との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されている。また、モノブロック２の内部には、軸受６４を潤滑した潤滑油を隙間部７２に流出させるための油路８５ｄが形成されている。
【００６７】
油路８５ａは、油路８５ｃに接続されている。油路８５ｃは、モノブロック２の内部およびクランクケース４の内部に形成されている。油路８５ｃは、シャフト６３の偏心軸受６２に接続されている。また、油路８５ｃは、シャフト６３と支持部材６０との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されている。クランクケース４の内部には、偏心軸受６２を潤滑した潤滑油をクランクケース４の内部に流出させるための油路８５ｅが形成されている。
【００６８】
クランクケース４の内部には、下部オイルジャケット７４とクランクケース４の内部の空間とを連通するオーバーフロー油路８６が形成されている。オーバーフロー油路８６は、下部オイルジャケット７４の上部に接続されている。オーバーフロー油路８６は、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する時に、下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油が上部オイルジャケット７３に侵入しないように形成されている。本実施の形態においては、上部オイルジャケット７３にオーバーフロー油路が接続されていないが、この形態に限られず、上部オイルジャケット７３にオーバーフロー油路が接続されていても構わない。
【００６９】
図９および図１１を参照して、カムジャーナル１０６等の吸気弁６および排気弁８を駆動するための構成部品を潤滑した潤滑油は、矢印１３７に示すように、油路８５ａおよび油路８５ｂを通って軸受６４に供給される。軸受６４を潤滑した潤滑油は、油路８５ｄを通って隙間部７２に流入する。隙間部７２に流入した潤滑油は、上部オイルジャケット７３に流入する。また、油路８５ａを流れる潤滑油は、シャフト６５と支持部材６０との摺動部分に供給される。シャフト６５と支持部材６０との摺動部分を潤滑した潤滑油は、オイルパン１０１に落下する。
【００７０】
油路８５ａを流れる潤滑油の一部は、油路８５ｃに流入する。油路８５ｃに流入した潤滑油は、偏心軸受６２に供給される。また、油路８５ｃに流入した潤滑油は、シャフト６３と支持部材６０との摺動部分に供給される。偏心軸受６２を潤滑した潤滑油は、油路８５ｅに流入する。油路８５ｅに流入した潤滑油は、矢印１３８に示すように、クランクケース４の内部に流入してオイルパン１０１に落下する。支持部材６０とシャフト６３との摺動部分を潤滑した潤滑油は、オイルパン１０１に落下する。このように、潤滑油は、圧縮比可変装置の構成部品を潤滑した後に、オイルパン１０１に戻る。
【００７１】
上部オイルジャケット７３に流入した潤滑油は、下部オイルジャケット７４に流入する。下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する場合に、過剰な潤滑油は、矢印１３９に示すように、オーバーフロー油路８６を通ってクランクケース４の内部に流入し、オイルパン１０１に戻る。
【００７２】
図１２に、本実施の形態における内燃機関の油貯留部の拡大概略断面図を示す。上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４との間には、上部オイルジャケット７３から下部オイルジャケット７４に向かう潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成されている。本実施の形態における第１の流量制限部は、モノブロック２の突出部２ａに形成され、外側に向かって突出する堰部８７ａを有する。第１の流量制限部は、クランクケース４に形成され、開口部４ａの壁面から内側に向かって突出する堰部８８ａを有する。堰部８７ａおよび堰部８８ａは、互いに近づくことにより、堰部８７ａと堰部８８ａとの間の隙間が狭くなり、堰部８７ａと堰部８８ａとの間を流れる潤滑油の流量が小さくなるように形成されている。
【００７３】
下部オイルジャケット７４の下部には、下部オイルジャケット７４からクランクケース４の内部に流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されている。本実施の形態における第２の流量制限部は、モノブロック２の突出部２ａに形成され、外側に向かって突出する堰部８７ｂを有する。第２の流量制限部は、クランクケース４の開口部４ａの壁面に形成され、内側に向かって突出する堰部８８ｂを有する。堰部８７ｂおよび堰部８８ｂは、互いに近づくことにより、堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が狭くなり、堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間を流れる潤滑油の流量が小さくなるように形成されている。
【００７４】
図１２は、モノブロック２が上端位置に配置されている時の概略断面図である（図８参照）。このときには、圧縮比が最小になっている。クランクケース４とモノブロック２との間の隙間部７２は大きくなっている。第１の流量制限部においては、堰部８７ａと堰部８８ａとが接近している。堰部８７ａと堰部８８ａとの間の隙間が小さくなっている。第１の流量制限部を流れる潤滑油の流量が小さくなるように制限される。上部オイルジャケット７３から下部オイルジャケット７４に流入する潤滑油の流量が少なくなる。潤滑油９１は、矢印１４０に示すように、隙間部７２を通って上部オイルジャケット７３に流入する。ところが、上部オイルジャケット７３においては、流入する潤滑油の流量が流出する潤滑油の流量よりも多くなり、潤滑油９１が貯留する。第１の流量制限部を通る潤滑油の流量が少なくなるために、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留する。
【００７５】
一方で、第２の流量制限部においては、堰部８７ｂと堰部８８ｂとが離れる。堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が大きくなる。第２の流量制限部を流れる潤滑油の流量が大きくなる。下部オイルジャケット７４に流入した潤滑油は、下部オイルジャケット７４に貯留せずに、矢印１４１に示すようにクランクケース４の内部の空間に流出する。クランクケース４の内部に流出した潤滑油９１は、オイルパンに戻る。
【００７６】
本実施の形態における内燃機関は、低圧縮比の時には上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留する。特に圧縮比が最小の時には、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留する。潤滑油９１は、下部オイルジャケット７４に貯留せずにクランクケース４の内部に向かって流れる。
【００７７】
また、本実施の形態の内燃機関において、低圧縮比の時には、たとえば機関本体の出力トルクが大きく機関回転数が高い状態である。本実施の形態における潤滑油供給装置のオイルポンプ１０３は、クランクシャフト５２の回転力を駆動源として駆動するように形成されている。オイルポンプ１０３から吐出される潤滑油の油圧は高くなり、オイルジェット管８３に高圧の潤滑油が供給される。オイルジェット管８３からは、矢印１４２に示すように、突出部２ａの外面に向かって潤滑油が噴射される。すなわち、下部オイルジャケット７４の内壁に向かって潤滑油が噴射される。オイルジェット管８３から噴出された潤滑油は、下部オイルジャケット７４を通って、矢印１４１に示すようにクランクケース４の内部に流入する。
【００７８】
図１３に、本実施の形態における内燃機関の油貯留部の他の拡大概略断面図を示す。図１３は、モノブロック２が下端位置に配置された時の概略断面図である（図８参照）。この時には、圧縮比が最大になっている。クランクケース４とモノブロック２との間の隙間部７２は小さくなっている。第１の流量制限部においては、堰部８７ａと堰部８８ａとが互いに離れて、堰部８７ａと堰部８８ａとの隙間が大きくなる。第１の流量制限部を流れる潤滑油の流量が大きくなる。隙間部７２を通って上部オイルジャケット７３に流入した潤滑油は、上部オイルジャケット７３に貯留せずに、下部オイルジャケット７４に流入する。
【００７９】
第２の流量制限部においては、堰部８７ｂと堰部８８ｂとが接近する。堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が小さくなっている。第２の流量制限部を流れる潤滑油の流量が小さくなるように制限される。このために、矢印１４１に示すように下部オイルジャケット７４からクランクケース４の内部の空間に流出する潤滑油の流量は小さくなる。下部オイルジャケット７４においては、流入する潤滑油の流量が流出する潤滑油の流量よりも多くなり、潤滑油９１が貯留する。本実施の形態においては、潤滑油９１の油面が徐々に高くなる。下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油９１の油面がオーバーフロー油路８６まで到達した時には、潤滑油９１は、矢印１３９に示すようにオーバーフロー油路８６を通ってクランクケース４の内部の空間に放出される。
【００８０】
本実施の形態における内燃機関は、圧縮比が高い時には、下部オイルジャケット７４に潤滑油９１が貯留するように形成されている。また、上部オイルジャケット７３には、潤滑油９１が貯留しないように形成されている。本実施の形態の内燃機関においては、圧縮比が高い場合には、たとえば、機関本体の出力トルクが小さく機関回転数が低い状態であり、オイルポンプ１０３からは低圧の潤滑油９１が吐出される。このために、オイルジェット管８３からは、潤滑油が放出されないか又は少量の潤滑油が放出される。または、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する場合には、オイルジェット管８３に流入する潤滑油を遮断するように形成されていても構わない。
【００８１】
図１４に、本実施の形態の内燃機関において、シリンダ部７１の周りを冷却するための水路および油貯留部を説明する概略断面図を示す。シリンダ部７１の周りの領域を、上部領域、中間領域および下部領域に分割している。本実施の形態における上部領域は、ピストン３が上死点に到達した時にピストン３に対向する領域である。本実施の形態における下部領域は、ピストン３が下死点に到達した時にピストン３に対向する領域である。中間領域は、上部領域と下部領域との間の領域である。
【００８２】
本実施の形態においては、上部領域には、機関冷却水が流れるウォータジャケット８１が形成されている。上部領域には、ピストン３が上死点に到達した時のピストンリング３ａの位置が含まれる。下部領域には、下部オイルジャケット７４が形成されている。下部領域には、ピストン３が下死点に到達した時のピストンリング３ａの位置が含まれる。中間領域には、上部オイルジャケット７３が形成されている。
【００８３】
シリンダ部７１の周りの上部領域は、機関冷却水によって冷却される。上部領域は、シリンダ部７１において燃料の燃焼が開始される領域である。上部領域を機関冷却水にて冷却することにより、燃焼が開始される部分の周りの領域を十分に冷却することができて、異常燃焼の発生を抑制できる。
【００８４】
図１２および図１４を参照して、低圧縮比の時には、内燃機関は異常燃焼が発生しやすい運転状態にて運転を行なっている。たとえば、高負荷で運転を行なっている。燃料が燃焼した時にシリンダ部７１の周りの領域は高温になるために、十分に冷却することが好ましい。本実施の形態において低圧縮比で運転を行なっている場合には、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留される。シリンダ部７１の周りの中間領域を十分に冷却することができる。
【００８５】
さらに、下部オイルジャケット７４においては、オイルジェット管８３から潤滑油が噴出されることにより、突出部２ａの外面を冷却することができる。シリンダ部７１の周りの下部領域を十分に冷却することができる。このように、内燃機関を低圧縮比で運転している場合には、上部領域に加えて中間領域および下部領域を十分に冷却することができて、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態における内燃機関は、シリンダ部７１の周りの領域のうち下部領域において、ピストン３の冷却を効果的に行なうことができる。ピストン３の熱は、多くがピストンリング３ａを介してモノブロック２に放出される。また、ピストン３の熱は、ピストン３のスカート部３ｂからモノブロック２に放出される。下部領域においては、ピストン３の移動速度が中間領域に比べて遅くなる。このために、ピストン３の冷却時間を長くすることができて効果的にピストンを冷却することができる。
【００８７】
図１３および図１４を参照して、高圧縮比の時には内燃機関は異常燃焼が発生しにくい運転状態にて運転を行なっている。たとえば、低負荷で運転を行なっている。上部オイルジャケット７３には潤滑油９１が貯留せずに、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する。下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油９１により、シリンダ部７１の周りの下部領域を冷却することができる。モノブロック２の突出部２ａを介してピストン３を冷却することができる。
【００８８】
高圧縮比で運転を行なう場合には、シリンダ部の周りの温度およびピストンの温度が低圧縮比で運転を行なう場合に比べて低くなる。低圧縮比の時の運転と比較して異常燃焼が発生しにくいために、シリンダ部の周りの領域の冷却を抑制することができる。本実施の形態においては、高圧縮比の時には上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留しないように形成されている。このために、シリンダ部７１の周りの中間領域の冷却を抑制することができる。シリンダ部７１からの除熱量を減少させることができて、冷却損失を低減することができる。すなわち、内燃機関の熱効率を向上させることができる。このように、高圧縮比で運転を行なう場合には、燃料の燃焼が開始する上部領域、およびピストンの冷却を行なう下部領域は十分に冷却する一方で、中間領域の冷却を抑制することができる。異常燃焼の発生を抑制しながら冷却損失を抑制することができる。
【００８９】
本実施の形態の潤滑油供給装置のオイルポンプは、クランクシャフトの回転力を駆動源として駆動されている。このため、内燃機関の圧縮比が高くなる運転状態では、例えば、内燃機関の回転数が低回転である。このために、オイルジェット管８３から噴出される潤滑油の流量が少なくなる。この場合においても、第２の流量制限部において、下部オイルジャケット７４から流出する潤滑油を制限することができる。下部オイルジャケット７４に潤滑油９１が貯留して、ピストン３を十分に冷却することができる。
【００９０】
ピストンを冷却する他の装置では、クランクケースの内部にオイルジェット管を配置し、ピストンの裏面に向かって直接的に潤滑油を噴出することができる。ピストンの裏面に多量の潤滑油を供給してピストンを冷却することができる。しかしながら、この装置においては、シリンダ部の壁面にも多量の潤滑油が供給されるために、ピストンリングまたはオイルリングとシリンダ部の壁面との間をすり抜けて燃焼室に侵入する潤滑油が多くなってしまう。このために、潤滑油の消費量が多くなる。
【００９１】
これに対して、本実施の形態の内燃機関においては、ピストン３の側方から突出部２ａを介してピストン３を冷却することができる。低圧縮比の時にはオイルジェット管８３から噴出されるオイルにより、または高圧縮比の時には下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油により冷却を行なうことができる。このために、ピストン３の裏面に直接的にオイルを噴出しなくても十分にピストンの冷却を行なうことができる。シリンダ部の壁面に供給する潤滑油を少なくすることができて、燃焼室に侵入する潤滑油の量を少なくすることができる。この結果、潤滑油の消費量を少なくすることができる。
【００９２】
シリンダ部７１の壁面には、任意の装置により適量の潤滑油を供給することができる。本実施の形態の内燃機関においては、クランクシャフト５２の内部およびコネクティングロッド５１の内部に潤滑油の油路が形成されている。また、ピストン３の内部には油路が形成され、シリンダ部７１の壁面に潤滑油を供給する。潤滑油は、クランクシャフト５２の内部の油路およびコネクティングロッド５１の内部の油路を通って、ピストン３の内部の油路に供給される。ピストン３の内部の油路からシリンダ部７１の壁面に潤滑油が供給されている。本実施の形態の内燃機関では、適切な量の潤滑油をシリンダ部７１の壁面に供給することができる。
【００９３】
このように、本実施の形態の内燃機関では、圧縮比の領域を低圧縮比および高圧縮比に分割したときに、低圧縮比のときにはシリンダ部の周りの領域全体を冷却することができる。また、高圧縮比の時には中間領域の冷却を抑制して、冷却損失を小さくすることができる。
【００９４】
本実施の形態におけるオイルジェット管に潤滑油を供給するオイルポンプは、クランクシャフトの回転力を駆動源にして駆動されているが、この形態に限られず、機関本体の運転状態に係わらずにオイルジェット管から潤滑油が噴出されるように形成されていても構わない。内燃機関の運転状態に係わらずに潤滑油がオイルジェット管から噴出されるように形成することにより、常にシリンダ部の周りの下部領域を十分に冷却することができる。この場合には、下部オイルジャケットの下端の第２の流量制限部が形成されていなくても構わない。すなわち、下部オイルジャケットに潤滑油が貯留せずに、クランクケースの内部に流出するように形成されていても構わない。または、第２の流量制限部は、高圧縮比運転時および低圧縮比運転時の両方の場合において下部オイルジャケットに潤滑油が貯留するように形成されていても構わない。
【００９５】
本実施の形態の内燃機関は、上部構造物および下部構造物を備え、上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、１つの部材から一体的に形成されている。上部構造物としては、この形態に限られず、複数の部材から形成されていても構わない。例えば、上部構造物は、シリンダ部を含むシリンダブロックと、吸気ポートおよび排気ポートを含むシリンダヘッドが個別に形成されていても構わない。上部構造物がシリンダブロックとシリンダヘッドとを含む場合には、シリンダブロックとシリンダヘッドとを互いに固定するボルト等の締結部材が必要になる。上部構造物が一体的に形成されていることにより、締結部材および上部構造物の締結部材を配置する領域が不要になる。上部構造物のシリンダ部の上部の周りの領域において構成部材の配置の自由度が向上する。たとえば、支持部材を支持するシャフトを適切な位置に配置することができて、適切な連桿比で上部構造物を支持することができる。
【００９６】
また、上部構造物が、例えばシリンダブロックとシリンダヘッドとを含む場合には、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に気密を形成するためのガスケット等の密閉部材を配置する必要がある。上部構造物が一体的に形成されていることにより、密閉部材を排除することができて、上部構造物の内部の熱伝導性を向上させることができる。このために、シリンダ部の周りにおける冷却効率が向上する。
【００９７】
本実施の形態の内燃機関における圧縮比可変手段は、支持部材を用いて上部構造物を下部構造物に対して支持し、支持部材に挿通されたシャフトを偏心軸にて回転させることにより、下部構造物に対して上部構造物を相対移動するように形成されているが、この形態に限られず、圧縮比可変手段は、下部構造物に対して上部構造物を移動させることにより圧縮比を変更可能に形成されていれば構わない。
【００９８】
また、本実施の形態における潤滑油供給装置は、上部構造部および下部構造部の内部に油路が形成されているが、この形態に限られず、潤滑油供給装置は、内燃機関の構成部品の潤滑油を供給することができて、さらに上部オイルジャケットに潤滑油が供給されるように形成されていれば構わない。
【００９９】
本実施の形態における機関本体は、上死点に到達したピストンに対向する領域に、機関冷却水の水路が形成され、下死点に到達したピストンに対向する領域に第２の油貯留部が形成され、その間の領域に第１の油貯留部が形成されているが、この形態に限られず、シリンダ部の周りの領域において第１の油貯留部と、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部が形成されていれば構わない。
【０１００】
また、本実施の形態における第１の流量制限部および第２の流量制限部は、互いに近づいたり離れたりする堰部を含むが、この形態に限られず、第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、上部オイルジャケットから下部オイルジャケットに流れる流量が小さくなるように形成されていれば構わない。また、第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、下部オイルジャケットから流出する潤滑油の流量が小さくなるように形成されていれば構わない。たとえば、第１の流量制限部は、上部オイルジャケットと下部オイルジャケットとを接続する油路を形成して、油路の途中に圧縮比に応じて流量が可変の流量調整弁が配置されていても構わない。
【０１０１】
流量制限部におけるそれぞれの堰部は、任意の形状を採用することができる。たとえば、互いに対向する堰部の表面に傾斜を形成し、圧縮比に応じて流量制限部を流れる潤滑油の流量が調整されていても構わない。すなわち、圧縮比に応じて、上部オイルジャケットに貯留する潤滑油の油面の高さ又は下部オイルジャケットに貯留する潤滑油の油面の高さが変化する様に形成されていても構わない。
【０１０２】
本実施の形態においては、内燃機関のうち火花点火式の内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、自着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。自着火式の内燃機関においても、シリンダ部が過剰に冷却されることを抑制することができて、冷却損失を抑制することができる。特に、高圧縮比の時の運転状態において冷却損失を抑制することができる。
【０１０３】
上述のそれぞれの図において、同一または相当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、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 機関本体
２ モノブロック
２ａ 突出部
３ ピストン
４ クランクケース
４ａ 開口部
５ 燃焼室
３０ 電子制御ユニット
５１ コネクティングロッド
５２ クランクシャフト
６０ 支持部材
６２ 偏心軸受
６３ シャフト
６４ 軸受
６５ シャフト
７１ シリンダ部
７２ 隙間部
７３ 上部オイルジャケット
７４ 下部オイルジャケット
８１ ウォータジャケット
８３ オイルジェット管
８７ａ，８７ｂ 堰部
８８ａ，８８ｂ 堰部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、出力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出力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。圧縮比は、燃焼室の容積およびピストンが移動するときのピストンの行程容積に依存する。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内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２００９−３０５０８号公報においては、シリンダブロックと、シリンダヘッドと、クランクケースと、移動機構とを備える可変圧縮比の内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、移動機構によってシリンダブロックおよびシリンダヘッドと、クランクケースとを相対移動させることで圧縮比を変更することが開示されている。
【０００４】
特開２００７−２４７５４５号公報においては、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ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変にする可変圧縮比内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、機関圧縮比を高圧縮比としたときに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することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０５０８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
火花点火式の内燃機関においては、燃焼室において燃料と空気の混合気が点火装置で着火されることにより、混合気が燃焼するとともにピストンが押し下げされる。このときに圧縮比を高くすることにより熱効率が向上する。ところが、圧縮比を高くすると異常燃焼が発生する場合がある。例えば、圧縮比が高くなることによりプレイグニッション現象や自着火現象が生じる場合がある。
【０００７】
また、燃料が燃焼したときの温度が高くなり過ぎると、ピストンが往復運動するシリンダ部の周りの構成部品が熱的な損傷を受ける場合がある。内燃機関では、異常燃焼の発生を抑制したり、内燃機関の構成部品の熱的な損傷を抑制したりするために、シリンダ部の周りの領域が機関冷却水等で冷却される。除熱された熱は最終的に外気に放出されるために冷却損失になり、除熱量が大きくなると熱効率が小さくなってしまう。
【０００８】
従来の技術の内燃機関においては、シリンダ部の周りの領域を過剰に冷却している場合があった。燃料が燃焼することにより発生する熱を過剰に除去するために内燃機関の熱効率が低くなっている場合があった。
【０００９】
上記の特開２００７−２４７５４５号公報に開示されている内燃機関においては、シリンダ部の壁面に配置されるシリンダライナをピストンのストローク位置に応じて熱伝導率が異なる部材で構成している。ところが、このシリンダライナは、熱伝導率が上部から下部に沿って変化する部分が生じる。この内燃機関では、ピストンからシリンダヘッドへの伝熱が悪化する部分を有していた。このために、ピストンの冷却が不十分になる虞があった。または、ピストンの温度が上昇することにより、シリンダ部の壁面に配置されている油膜が除去される場合がある。この場合には、ピストンリングがシリンダ部の壁面に直接的に接触し、シリンダ部の壁面に傷が生じる虞があった。すなわち、いわゆるスカッフが生じる虞があった。または、ピストンの冠面の温度が上昇してノッキング等の異常燃焼が発生する虞があった。
【００１０】
本発明は、圧縮比が可変に形成されており、優れた熱効率を有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】
【００１１】
本発明の内燃機関は、クランクケースを含み、クランクシャフトを回転可能に支持する下部構造物と、下部構造物の上側に配置され、ピストンが内部に配置されているシリンダ部、燃焼室に通じる吸気通路および排気通路を有する上部構造物と、下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成され、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、燃焼室の容積が大きくなって圧縮比が小さくなる圧縮比可変手段とを備える。シリンダ部の周りの領域において、下部構造物と上部構造物との間には、潤滑油が供給される第１の油貯留部と、第１の油貯留部の下側に配置され、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部とが形成されている。第１の油貯留部と第２の油貯留部との間には潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成され、第２の油貯留部の下端部には第２の油貯留部から流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されている。第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、第１の油貯留部から第２の油貯留部に流れる流量が小さくなるように形成されている。第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、第２の油貯留部から流出する流量が小さくなるように形成されている。上部構造物が上端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留する。上部構造物が下端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留せずに第２の油貯留部に潤滑油が貯留する。
【００１２】
上記発明においては、上部構造物は、機関冷却水が流れる水路を有し、シリンダ部の周りの領域を上死点に到達したピストンに対向する上部領域、下死点に到達したピストンに対向する下部領域、および上部領域と下部領域との間の中間領域に分割したときに、上部領域に水路が形成され、中間領域に第１の油貯留部が形成され、および下部領域に第２の油貯留部が形成されていることが好ましい。
【００１３】
上記発明においては、クランクシャフトの回転力を駆動源として潤滑油を加圧するオイルポンプを備え、下部構造物は、オイルポンプに接続され、第２の油貯留部の内壁に向かって潤滑油を噴射する噴射ノズルを含むことが好ましい。
【００１４】
上記発明においては、上部構造物は、シリンダ部の一部が内部に形成され、下部構造物の内部に向かって突出する突出部を含み、下部構造物は、突出部を内部に配置する開口部を有し、突出部の外面と開口部の壁面とに挟まれる空間により第１の油貯留部および第２の油貯留部が形成されることができる。
【００１５】
上記発明においては、上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、一つの部材に一体的に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧縮比が可変に形成されており、優れた熱効率を有する内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の機関本体の分解斜視図である。
【図３】実施の形態における内燃機関の機関本体を燃焼室の部分で切断したときの概略断面図である。
【図４】実施の形態における内燃機関の偏心軸シャフトを回転させる回転装置の概略斜視図である。
【図５】実施の形態における偏心軸シャフトと平歯車との位置関係を説明する概略平面図である。
【図６】実施の形態における機関本体を支持部材の部分で切断したときの第１の概略断面図である。
【図７】実施の形態における機関本体を支持部材の部分で切断したときの第２の概略断面図である。
【図８】実施の形態における機関本体のモノブロックが上端位置および下端位置に配置されたときの概略断面図である。
【図９】実施の形態における潤滑油供給装置の系統図である。
【図１０】実施の形態における潤滑油供給装置の油路を説明する機関本体の第１の概略断面図である。
【図１１】実施の形態における潤滑油供給装置の油路を説明する機関本体の第２の概略断面図である。
【図１２】実施の形態において、内燃機関の圧縮比が低圧縮比になったときのオイルジャケットの部分の拡大概略断面図である。
【図１３】実施の形態において、内燃機関の圧縮比が高圧縮比になったときのオイルジャケットの部分の拡大概略断面図である。
【図１４】実施の形態の機関本体のシリンダ部の周りの領域を説明する内燃機関の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図１４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。
【００１９】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。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。本実施の形態における機関本体１は、下部構造物と上部構造物とを含む。本実施の形態における下部構造物は、クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケース４を含む。上部構造物は、気筒を構成するシリンダ部７１を有するモノブロック２を含む。本実施の形態におけるシリンダ部７１は、円柱状の穴部である。シリンダ部７１の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３とシリンダ部７１とに囲まれる空間により燃焼室５が形成されている。燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。
【００２０】
モノブロック２は、燃焼室５に通じる機関吸気通路としての吸気ポート７を有する。モノブロック２は、燃焼室５に通じる機関排気通路としての排気ポート９を有する。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃焼室５における燃料の燃焼により生じた排気ガスを排出するための通路である。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。モノブロック２には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００２１】
吸気ポート７は、吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結されている。吸気枝管１１には、吸気ポート７内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置されている。燃料噴射弁１３は、この形態に限られず、燃焼室５に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。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に連結されている。吸気ダクト１４の内部には、アクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７が配置されている。また、吸気ダクト１４の内部には、吸入空気量を検出するための吸入空気量検出器１８が配置されている。
【００２２】
燃料噴射弁１３は、燃料供給管２６により燃料タンク２２に接続されている。燃料供給管２６の途中には、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４が配置されている。本実施の形態においては、燃料タンク２２にはガソリンが貯留されている。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２４が駆動することにより、燃料供給管２６を通じて燃料噴射弁１３に供給される。
【００２３】
一方で、排気ポート９は、排気マニホールド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に連結されている。機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、触媒コンバータ２０の上流側の機関排気通路内には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２１が配置されている。
【００２４】
本実施の形態における内燃機関は、制御装置を備える。本実施の形態における制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３０は、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を備える。電子制御ユニット３０は、双方向性バス３１に接続されている入力ポート３５および出力ポート３６を備える。
【００２５】
吸入空気量検出器１８の出力信号および空燃比センサ２１の出力信号は、それぞれが対応する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が接続されている。負荷センサ４１の出力信号は、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。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。
【００２６】
一方で、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１０、燃料噴射弁１３、燃料ポンプ２４およびアクチュエータ１６に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３０により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３０により制御されている。
【００２７】
図２に、本実施の形態における内燃機関の機関本体の概略分解図を示す。本実施の形態における内燃機関の機関本体１は、モノブロック２と、クランクケース４とが分離可能に形成されている。本実施の形態における機関本体１は、クランクケース４に対してモノブロック２が相対移動するように形成されている。モノブロック２とクランクケース４との間には、シール部材６１が配置される。モノブロック２は、矢印１３１に示すように、クランクケース４の上側に配置される。
【００２８】
図３に、本実施の形態における内燃機関の機関本体を燃焼室の部分で切断したときの概略断面図を示す。図２および図３を参照して、本実施の形態における上部構造物としてのモノブロック２は、１つの部材から形成されている。本実施の形態においては、モノブロック２の内部に空洞が形成されることにより、吸気ポート７、排気ポート９およびシリンダ部７１が形成されている。すなわち、吸気ポート７、排気ポート９およびシリンダ部７１は、１つの部材に一体的に形成されている。シリンダ部７１は、ピストン３が上死点と下死点との間で往復運動するときに、ピストン３を内部に配置するように形成されている。
【００２９】
本実施の形態におけるモノブロック２は、クランクケース４の内部に向かって突出する突出部２ａを含む。突出部２ａの内部には、シリンダ部７１が延びている。突出部２ａは、シリンダ部７１の周りの油貯留部を構成する部分が板状に形成されており、薄肉になるように形成されている。
【００３０】
本実施の形態における内燃機関は、機関冷却水を供給するための冷却水供給装置を備える。モノブロック２の内部には、機関冷却水が流れる水路としてのウォータジャケット８１が形成されている。本実施の形態においては、シリンダ部７１の上部領域を冷却するようにウォータジャケット８１が形成されている。
【００３１】
内燃機関の機関本体１は、吸気弁６を駆動するための吸気カム５５を有する。吸気カム５５は、吸気カムシャフト５６により支持されている。吸気カムシャフト５６が回転することにより吸気カム５５が回転する。吸気カム５５が吸気弁６を押圧することにより、吸気弁６が開閉する。内燃機関の機関本体１は、排気弁８を駆動するための排気カム５７を有する。排気カム５７は、排気カムシャフト５８により支持されている。排気カムシャフト５８が回転することにより、排気カム５７が回転する。排気カム５７が排気弁８を押圧することにより排気弁８が開閉する。
【００３２】
モノブロック２の内部には、軸受６４が配置されている。軸受６４の内部には、シャフト６５が配置されている。シャフト６５がモノブロック２に対して回転するように形成されている。
【００３３】
ピストン３は、コネクティングロッド５１により支持されている。コネクティングロッド５１は、クランクシャフト５２に支持されている。クランクシャフト５２は、クランクケース４に支持されている。本実施の形態におけるクランクケース４は、２つの部材から形成されている。クランクケース４は、この形態に限られず、１つの部材から一体的に形成されていても構わない。
【００３４】
クランクケース４は、上面に開口部４ａを有する。モノブロック２の突出部２ａは、開口部４ａの内部に配置されている。モノブロック２の突出部２ａの外面と、クランクケース４の開口部４ａの壁面とが互いに離れている。モノブロック２の突出部２ａと、クランクケース４の開口部４ａとの間には、潤滑油が貯留する油貯留部としての空間が形成されている。本実施の形態における油貯留部は、第１の油貯留部としての上部オイルジャケット７３と、第２の油貯留部としての下部オイルジャケット７４とを含む。下部オイルジャケット７４は、上部オイルジャケット７３の下側に配置されている。
【００３５】
クランクケース４の上面とモノブロック２の下面との間には、隙間部７２が形成されている。この隙間部７２は、潤滑油が流れる油路として機能する。隙間部７２は、上部オイルジャケット７３に連通している。上部オイルジャケット７３は、下部オイルジャケット７４に連通している。また、下部オイルジャケット７４は、クランクケース４の内部に連通するように形成されている。
【００３６】
ピストンが上死点に達したときのピストンの冠面と、ピストンの上側に形成されている上部構造物の凹部とに囲まれる空間を燃焼室と称すると、本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の容積が変化するように形成されている圧縮比可変手段を備える。本実施の形態における圧縮比可変手段は、圧縮比可変装置を含む。圧縮比可変装置は、下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成されている。
【００３７】
下部構造物は、偏心軸受６２を含む。本実施の形態における偏心軸受６２は、クランクケース４の側面に配置されている。偏心軸受６２は、シャフト６３を支持するように形成されている。偏心軸受６２には、矢印１３３に示すようにシャフト６３が挿入される。偏心軸受６２は、シャフト６３の中心軸から離れた回転軸で回転するように形成されている。偏心軸受６２は、シャフト６３を支持しながらシャフト６３全体を回転できるように形成されている。本実施の形態における偏心軸受６２は、矢印１３２に示すように、クランクケース４の側方から取り付けられる。
【００３８】
図４に、本実施の形態の内燃機関の偏心軸受に支持されたシャフトを回転させる回転装置の概略斜視図を示す。本実施の形態における圧縮比可変装置は、シャフト６３を回転させる回転装置を備える。回転装置は、モータ６９を備える。モータ６９は、ウォームギヤ６７に接続されている。モータ６９は、ウォームギヤ６７を回転させる。ウォームギヤ６７は、平歯車６８に係合している。平歯車６８は、回転軸６８ａを有する。回転装置は、ウォームギヤ６７を回転させることにより、平歯車６８が回転軸６８ａの周りに回転するように形成されている。
【００３９】
本実施の形態における回転装置は、平歯車６８と偏心軸受６２に支持されているシャフト６３とを接続するカップリング部材６６を含む。カップリング部材６６は、円板状に形成されている。カップリング部材６６は、シャフト６３と平歯車６８との間に配置されている。回転装置のモータ６９は、対応する駆動回路３８を介して電子制御ユニット３０の出力ポート３６に接続されている（図１参照）。回転装置は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００４０】
図５に、偏心軸受に支持されているシャフト、カップリング部材および平歯車の位置関係を説明する概略平面図を示す。カップリング部材６６は、平歯車６８と同軸状に配置されている。偏心軸受６２の回動軸は、平歯車６８の回転軸６８ａと一致するように形成されている。これに対して、偏心軸受６２に支持されているシャフト６３は、中心軸が回転軸６８ａから離れて配置されている。
【００４１】
図６に、本実施の形態の内燃機関において、支持部材が配置されている部分で機関本体を切断したときの第１の概略断面図を示す。図６は、クランクケース４に対してモノブロック２が最も近接した位置、すなわちモノブロック２が下端位置に配置されているときの概略断面図である。図２および図６を参照して、本実施の形態における機関本体１は、モノブロック２とクランクケース４とを互いに接続する支持部材６０を含む。
【００４２】
支持部材６０は、長手方向を有する棒状に形成されている。本実施の形態においては、複数の支持部材６０が、機関本体１の幅方向の両側に配置されている。支持部材６０は、モノブロック２とクランクケース４との間に配置されている。支持部材６０の長手方向の両側の端部には、貫通孔６０ａが形成されている。支持部材６０の一方の貫通孔６０ａの内部には、モノブロック２を支持するシャフト６５が挿通されている。支持部材６０の他方の貫通孔６０ａには、クランクケース４に係合するシャフト６３が挿通されている。支持部材６０は、貫通孔６０ａの内部でシャフト６５，６３が回転するように形成されている。
【００４３】
シール部材６１は、機関本体１を取り囲むように外周部に配置されている。シール部材６１は、モノブロック２とクランクケース４とが対向する部分に配置されている。シール部材６１は、伸縮するように形成されている。シール部材６１は、隙間部７２の外側の端部を密閉する。シール部材６１は、隙間部７２を通る潤滑油が外部に流出しないように、モノブロック２とクランクケース４とに固定されている。
【００４４】
図４から図６を参照して、モータ６９が作動することにより、平歯車６８が矢印１３４に示す向きに回転する。２つの平歯車６８は、互いに逆方向に回転する。平歯車６８が回転すると、回転軸６８ａを回転中心にしてシャフト６３が回転する。シャフト６３が回転することにより、シャフト６３の中心軸がモノブロック２に向かって移動する。支持部材６０に支持されているシャフト６５は、クランクケース４から離れる向きに移動する。
【００４５】
図７に、本実施の形態の内燃機関において、支持部材が配置されている部分で機関本体を切断したときの第２の概略断面図を示す。図７は、クランクケース４に対してモノブロック２が最も離れた位置、すなわちモノブロック２が上端位置に配置されているときの概略断面図である。シャフト６３が偏心した回転軸で回転することにより、矢印１３５に示すように、モノブロック２はクランクケース４に対して離れる向きに移動する。モノブロック２とクランクケース４との間の隙間部７２の高さが大きくなる。
【００４６】
モノブロック２が上端位置に配置されている状態からシャフト６３を矢印１３４に示す向きに回転させることにより、クランクケース４に対してモノブロック２を近づけることができる。このように、本実施の形態における内燃機関は、クランクケース４に対してモノブロック２が相対移動するように形成されている。
【００４７】
図８に、本実施の形態におけるモノブロックとクランクケースとが相対移動したときのシリンダ部の部分の拡大概略断面図を示す。図８には、クランクケース４に対してモノブロック２が下端位置に配置されている時と、クランクケース４に対してモノブロック２が上端位置に配置されている時の概略断面図が示されている。また、ピストン３が圧縮上死点に到達したときの概略断面図を示している。
【００４８】
通常の圧縮比は、燃焼室やピストンの上死点の位置に依存して定まり、吸気弁の動作等に依存しない。この圧縮比は、機械圧縮比とも言われる。内燃機関の圧縮比は、（圧縮比）＝（燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示される。
【００４９】
クランクケース４に対してモノブロック２が下端位置に配置されているときには、モノブロック２の突出部２ａがクランクケース４の内部に向かって移動した状態である。このために、燃焼室５の容積が小さくなる。すなわち、圧縮比を大きくすることができる。
【００５０】
一方で、クランクケース４に対してモノブロック２が上端位置に配置されているときには、突出部２ａがクランクケース４から離れる向きに移動した状態である。このために、燃焼室５の容積が大きくなる。すなわち、圧縮比を小さくすることができる。
【００５１】
本実施の形態の内燃機関は、燃焼室５の容積を変化させることにより、圧縮比を変更可能に形成されている。シリンダ部７１を有する上部構造物が、ピストン３を支持するクランクケース４に対して相対的に移動することにより、圧縮比を変更することができる。
【００５２】
本実施の形態における内燃機関は、運転状態検出装置を備える。運転状態検出装置は、たとえば、スロットル弁の開度、アクセルペダルの踏み込み量、または機関回転数等の内燃機関の運転状態を検出するように形成されている。また、本実施の形態における内燃機関は、運転状態検出装置にて検出された運転状態に応じて圧縮比を定めることができる。本実施の形態における内燃機関は、定められた圧縮比に応じて、下部構造物と上部構造物との相対的な位置を変化させる制御を行うことができる。この構成により、それぞれの運転状態に応じて最適な圧縮比を選定することができて、異常燃焼の発生を抑制しながら熱効率を向上させることができる。
【００５３】
本実施の形態における内燃機関は、ノッキング現象などの異常燃焼が発生しやすい運転状態においては、圧縮比を低くして異常燃焼の発生を抑制することができる。ここで、内燃機関の出力トルクを高出力領域、中出力領域および低出力領域に分割する。さらに機関回転数を高回転数領域、中回転数領域および低回転数領域に分割する。異常現象が発生しやすい運転状態としては、高負荷での運転状態を例示することができる。または、内燃機関の出力トルクが高出力領域および機関回転数が高回転領域である場合を例示することができる。この場合には、クランクケース４に対してモノブロック２を上昇させて、低圧縮比にする制御を行う。例えば、モノブロック２を上端位置に配置する制御を行うことができる。このような運転状態においては、例えば、従来の技術における圧縮比可変装置を備えていない内燃機関とほぼ同じ圧縮比に制御することができる。
【００５４】
一方で、異常現象が発生しにくい運転状態においては、圧縮比を大きくする制御を行うことができる。熱効率が向上して燃料消費を抑制することができる。異常燃焼が発生しにくい運転状態としては、低負荷での運転状態を例示することができる。または、内燃機関の出力トルクが低出力領域または中出力領域であり、機関回転数が中回転数領域および低回転数領域である場合を例示することができる。この場合には、クランクケース４に対してモノブロック２を下降させて高圧縮比にする制御を行う。たとえば、モノブロック２を下端位置に配置する制御を行うことができる。
【００５５】
ところで、内燃機関には、吸気弁を開閉する時期を調整できる可変バルブタイミング機構を備えるものがある。吸気弁を閉じる時期を遅らせることにより、圧縮行程においてシリンダ部が密閉された時の容積を小さくすることができる。吸気弁が開弁している間は圧縮作用が行なわれないために、実際の圧縮比を小さくすることができる。内燃機関の構造により定まる前述の圧縮比、すなわち機械圧縮比よりも実際の圧縮比を小さくすることができる。ここで、実際の圧縮比は、（実際の圧縮比）＝（燃焼室の容積＋吸気弁が閉じた位置から上死点までのピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）で示すことができる。
【００５６】
一方で、燃料が燃焼して膨張する時の膨張比は機械圧縮比と等しくなる。このように、機械圧縮比を高くして吸気弁を閉じる時期を遅らせる高膨張制御を行なうことにより、熱効率を向上させることができる。高膨張制御は、例えば内燃機関が低負荷の時に採用することができる。本実施の形態における内燃機関が可変バルブタイミング機構を備え、高膨張制御を行う場合には、機械圧縮比が高くなるように圧縮比可変装置を制御する。すなわち、クランクケース４に対してモノブロック２を下降させた状態にする制御を行ことができる。
【００５７】
次に、本実施の形態における内燃機関の潤滑油供給装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、構成部品に潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備える。
【００５８】
図９に、本実施の形態における潤滑油供給装置の系統図を示す。図９には、潤滑油供給装置の一部分を示している。本実施の形態における潤滑油供給装置は、潤滑油を貯留するためのオイルパン１０１を備える。オイルパン１０１は、例えば、クランクケース４の下部に配置されている。オイルパン１０１には、オイルストレーナ１０２を介してオイルポンプ１０３が接続されている。オイルポンプ１０３は、オイルフィルタ１０５を介して、メインオイルホール８２に接続されている。
【００５９】
オイルポンプ１０３は、潤滑油を加圧する。オイルストレーナ１０２およびオイルフィルタ１０５は、潤滑油に含まれる異物を除去する。オイルポンプ１０３の出口には、オイルパン１０１に潤滑油を戻す戻り流路が接続されている。戻り流路には、リリーフ弁１０４が配置されている。リリーフ弁１０４は、オイルポンプ１０３の出口圧力が許容値を超えた時に、潤滑油をオイルパン１０１に戻すように制御されている。
【００６０】
メインオイルホール８２は、潤滑油を一時的に貯留する部分である。潤滑油は、メインオイルホール８２から、それぞれの構成部品に供給されている。メインオイルホール８２には、それぞれの構成部品に潤滑油を供給するための油路が接続されている。それぞれの構成部品に供給された潤滑油は、最終的にオイルパン１０１に戻る。
【００６１】
図１０に、本実施の形態の内燃機関の機関本体における油路を説明するための機関本体の第１の概略断面図を示す。本実施の形態の機関本体１においては、クランクケース４の内部にメインオイルホール８２が形成されている。メインオイルホール８２は、クランクケース４の内部で延びるように形成されている。
【００６２】
本実施の形態における機関本体１は、下部オイルジャケット７４の内部に潤滑油を噴出する噴射ノズルとしてのオイルジェット管８３を備える。オイルジェット管８３は、下部オイルジャケット７４の上部に配置されている。オイルジェット管８３は、モノブロック２の突出部２ａの外面に向かって潤滑油を噴出するように形成されている。本実施の形態においては、突出部２ａの周りに複数のオイルジェット管８３が配置されている。オイルジェット管８３は、メインオイルホール８２に接続されている。
【００６３】
本実施の形態においては、支持部材６０を支持するシャフト６３の内部には、空洞部６３ａが形成されている。空洞部６３ａは、油路として機能する。空洞部６３ａは、シャフト６３の延びる方向に沿って延びるように形成されている。また、モノブロック２を支持するシャフト６５の内部には、空洞部６５ａが形成されている。空洞部６５ａは、油路として機能する。空洞部６５ａは、シャフト６５が延びる方向に沿って延びるように形成されている。
【００６４】
本実施の形態の機関本体１のクランクケース４は、メインオイルホール８２と、シャフト６３の空洞部６３ａとを接続する油路８４ａを有する。また、シャフト６５とシャフト６３とを互いに支持する支持部材６０は、シャフト６３の空洞部６３ａと、シャフト６５の空洞部６５ａとを連通する油路８４ｂを有する。油路８４ｂは、支持部材６０の内部に形成されている。また、モノブロック２は、空洞部６５ａから、吸気カムシャフト５６または排気カムシャフト５８のカムジャーナル（軸受）に潤滑油を供給するための油路８４ｃを有する。
【００６５】
図９および図１０を参照して、メインオイルホール８２に貯留する潤滑油は、油路８４ａを通ってシャフト６３の空洞部６３ａに供給される。空洞部６３ａに供給された潤滑油は、支持部材６０の内部の油路８４ｂを通って、矢印１３６に示すようにシャフト６５の空洞部６５ａに供給される。本実施の形態においては、支持部材６０の内部を通って、クランクケース４の内部からモノブロック２の内部に潤滑油が供給される。シャフト６５の空洞部６５ａに供給された潤滑油は、油路８４ｃを通ってカムジャーナル１０６に供給される。カムジャーナル１０６が潤滑される。または、潤滑油は、吸気弁６および排気弁８を駆動するための他の構成部材に供給される。
【００６６】
図１１に、本実施の形態の機関本体の油路を説明する機関本体の第２の概略断面図を示す。図９および図１１を参照して、モノブロック２の内部には、吸気弁６および排気弁８を駆動する構成部品を潤滑した潤滑油が流入する油路８５ａが形成されている。油路８５ａは、油路８５ｂを介して軸受６４に接続されている。潤滑油は、軸受６４に流入する。さらに、油路８５ａは、シャフト６５と支持部材６０との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されている。また、モノブロック２の内部には、軸受６４を潤滑した潤滑油を隙間部７２に流出させるための油路８５ｄが形成されている。
【００６７】
油路８５ａは、油路８５ｃに接続されている。油路８５ｃは、モノブロック２の内部およびクランクケース４の内部に形成されている。油路８５ｃは、シャフト６３の偏心軸受６２に接続されている。また、油路８５ｃは、シャフト６３と支持部材６０との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されている。クランクケース４の内部には、偏心軸受６２を潤滑した潤滑油をクランクケース４の内部に流出させるための油路８５ｅが形成されている。
【００６８】
クランクケース４の内部には、下部オイルジャケット７４とクランクケース４の内部の空間とを連通するオーバーフロー油路８６が形成されている。オーバーフロー油路８６は、下部オイルジャケット７４の上部に接続されている。オーバーフロー油路８６は、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する時に、下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油が上部オイルジャケット７３に侵入しないように形成されている。本実施の形態においては、上部オイルジャケット７３にオーバーフロー油路が接続されていないが、この形態に限られず、上部オイルジャケット７３にオーバーフロー油路が接続されていても構わない。
【００６９】
図９および図１１を参照して、カムジャーナル１０６等の吸気弁６および排気弁８を駆動するための構成部品を潤滑した潤滑油は、矢印１３７に示すように、油路８５ａおよび油路８５ｂを通って軸受６４に供給される。軸受６４を潤滑した潤滑油は、油路８５ｄを通って隙間部７２に流入する。隙間部７２に流入した潤滑油は、上部オイルジャケット７３に流入する。また、油路８５ａを流れる潤滑油は、シャフト６５と支持部材６０との摺動部分に供給される。シャフト６５と支持部材６０との摺動部分を潤滑した潤滑油は、オイルパン１０１に落下する。
【００７０】
油路８５ａを流れる潤滑油の一部は、油路８５ｃに流入する。油路８５ｃに流入した潤滑油は、偏心軸受６２に供給される。また、油路８５ｃに流入した潤滑油は、シャフト６３と支持部材６０との摺動部分に供給される。偏心軸受６２を潤滑した潤滑油は、油路８５ｅに流入する。油路８５ｅに流入した潤滑油は、矢印１３８に示すように、クランクケース４の内部に流入してオイルパン１０１に落下する。支持部材６０とシャフト６３との摺動部分を潤滑した潤滑油は、オイルパン１０１に落下する。このように、潤滑油は、圧縮比可変装置の構成部品を潤滑した後に、オイルパン１０１に戻る。
【００７１】
上部オイルジャケット７３に流入した潤滑油は、下部オイルジャケット７４に流入する。下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する場合に、過剰な潤滑油は、矢印１３９に示すように、オーバーフロー油路８６を通ってクランクケース４の内部に流入し、オイルパン１０１に戻る。
【００７２】
図１２に、本実施の形態における内燃機関の油貯留部の拡大概略断面図を示す。上部オイルジャケット７３と下部オイルジャケット７４との間には、上部オイルジャケット７３から下部オイルジャケット７４に向かう潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成されている。本実施の形態における第１の流量制限部は、モノブロック２の突出部２ａに形成され、外側に向かって突出する堰部８７ａを有する。第１の流量制限部は、クランクケース４に形成され、開口部４ａの壁面から内側に向かって突出する堰部８８ａを有する。堰部８７ａおよび堰部８８ａは、互いに近づくことにより、堰部８７ａと堰部８８ａとの間の隙間が狭くなり、堰部８７ａと堰部８８ａとの間を流れる潤滑油の流量が小さくなるように形成されている。
【００７３】
下部オイルジャケット７４の下部には、下部オイルジャケット７４からクランクケース４の内部に流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されている。本実施の形態における第２の流量制限部は、モノブロック２の突出部２ａに形成され、外側に向かって突出する堰部８７ｂを有する。第２の流量制限部は、クランクケース４の開口部４ａの壁面に形成され、内側に向かって突出する堰部８８ｂを有する。堰部８７ｂおよび堰部８８ｂは、互いに近づくことにより、堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が狭くなり、堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間を流れる潤滑油の流量が小さくなるように形成されている。
【００７４】
図１２は、モノブロック２が上端位置に配置されている時の概略断面図である（図８参照）。このときには、圧縮比が最小になっている。クランクケース４とモノブロック２との間の隙間部７２は大きくなっている。第１の流量制限部においては、堰部８７ａと堰部８８ａとが接近している。堰部８７ａと堰部８８ａとの間の隙間が小さくなっている。第１の流量制限部を流れる潤滑油の流量が小さくなるように制限される。上部オイルジャケット７３から下部オイルジャケット７４に流入する潤滑油の流量が少なくなる。潤滑油９１は、矢印１４０に示すように、隙間部７２を通って上部オイルジャケット７３に流入する。ところが、上部オイルジャケット７３においては、流入する潤滑油の流量が流出する潤滑油の流量よりも多くなり、潤滑油９１が貯留する。第１の流量制限部を通る潤滑油の流量が少なくなるために、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留する。
【００７５】
一方で、第２の流量制限部においては、堰部８７ｂと堰部８８ｂとが離れる。堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が大きくなる。第２の流量制限部を流れる潤滑油の流量が大きくなる。下部オイルジャケット７４に流入した潤滑油は、下部オイルジャケット７４に貯留せずに、矢印１４１に示すようにクランクケース４の内部の空間に流出する。クランクケース４の内部に流出した潤滑油９１は、オイルパンに戻る。
【００７６】
本実施の形態における内燃機関は、低圧縮比の時には上部オイルジャケット７３に潤滑油が貯留する。特に圧縮比が最小の時には、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留する。潤滑油９１は、下部オイルジャケット７４に貯留せずにクランクケース４の内部に向かって流れる。
【００７７】
また、本実施の形態の内燃機関において、低圧縮比の時には、たとえば機関本体の出力トルクが大きく機関回転数が高い状態である。本実施の形態における潤滑油供給装置のオイルポンプ１０３は、クランクシャフト５２の回転力を駆動源として駆動するように形成されている。オイルポンプ１０３から吐出される潤滑油の油圧は高くなり、オイルジェット管８３に高圧の潤滑油が供給される。オイルジェット管８３からは、矢印１４２に示すように、突出部２ａの外面に向かって潤滑油が噴射される。すなわち、下部オイルジャケット７４の内壁に向かって潤滑油が噴射される。オイルジェット管８３から噴出された潤滑油は、下部オイルジャケット７４を通って、矢印１４１に示すようにクランクケース４の内部に流入する。
【００７８】
図１３に、本実施の形態における内燃機関の油貯留部の他の拡大概略断面図を示す。図１３は、モノブロック２が下端位置に配置された時の概略断面図である（図８参照）。この時には、圧縮比が最大になっている。クランクケース４とモノブロック２との間の隙間部７２は小さくなっている。第１の流量制限部においては、堰部８７ａと堰部８８ａとが互いに離れて、堰部８７ａと堰部８８ａとの隙間が大きくなる。第１の流量制限部を流れる潤滑油の流量が大きくなる。隙間部７２を通って上部オイルジャケット７３に流入した潤滑油は、上部オイルジャケット７３に貯留せずに、下部オイルジャケット７４に流入する。
【００７９】
第２の流量制限部においては、堰部８７ｂと堰部８８ｂとが接近する。堰部８７ｂと堰部８８ｂとの間の隙間が小さくなっている。第２の流量制限部を流れる潤滑油の流量が小さくなるように制限される。このために、矢印１４１に示すように下部オイルジャケット７４からクランクケース４の内部の空間に流出する潤滑油の流量は小さくなる。下部オイルジャケット７４においては、流入する潤滑油の流量が流出する潤滑油の流量よりも多くなり、潤滑油９１が貯留する。本実施の形態においては、潤滑油９１の油面が徐々に高くなる。下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油９１の油面がオーバーフロー油路８６まで到達した時には、潤滑油９１は、矢印１３９に示すようにオーバーフロー油路８６を通ってクランクケース４の内部の空間に放出される。
【００８０】
本実施の形態における内燃機関は、圧縮比が高い時には、下部オイルジャケット７４に潤滑油９１が貯留するように形成されている。また、上部オイルジャケット７３には、潤滑油９１が貯留しないように形成されている。本実施の形態の内燃機関においては、圧縮比が高い場合には、たとえば、機関本体の出力トルクが小さく機関回転数が低い状態であり、オイルポンプ１０３からは低圧の潤滑油９１が吐出される。このために、オイルジェット管８３からは、潤滑油が放出されないか又は少量の潤滑油が放出される。または、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する場合には、オイルジェット管８３に流入する潤滑油を遮断するように形成されていても構わない。
【００８１】
図１４に、本実施の形態の内燃機関において、シリンダ部７１の周りを冷却するための水路および油貯留部を説明する概略断面図を示す。シリンダ部７１の周りの領域を、上部領域、中間領域および下部領域に分割している。本実施の形態における上部領域は、ピストン３が上死点に到達した時にピストン３に対向する領域である。本実施の形態における下部領域は、ピストン３が下死点に到達した時にピストン３に対向する領域である。中間領域は、上部領域と下部領域との間の領域である。
【００８２】
本実施の形態においては、上部領域には、機関冷却水が流れるウォータジャケット８１が形成されている。上部領域には、ピストン３が上死点に到達した時のピストンリング３ａの位置が含まれる。下部領域には、下部オイルジャケット７４が形成されている。下部領域には、ピストン３が下死点に到達した時のピストンリング３ａの位置が含まれる。中間領域には、上部オイルジャケット７３が形成されている。
【００８３】
シリンダ部７１の周りの上部領域は、機関冷却水によって冷却される。上部領域は、シリンダ部７１において燃料の燃焼が開始される領域である。上部領域を機関冷却水にて冷却することにより、燃焼が開始される部分の周りの領域を十分に冷却することができて、異常燃焼の発生を抑制できる。
【００８４】
図１２および図１４を参照して、低圧縮比の時には、内燃機関は異常燃焼が発生しやすい運転状態にて運転を行なっている。たとえば、高負荷で運転を行なっている。燃料が燃焼した時にシリンダ部７１の周りの領域は高温になるために、十分に冷却することが好ましい。本実施の形態において低圧縮比で運転を行なっている場合には、上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留される。シリンダ部７１の周りの中間領域を十分に冷却することができる。
【００８５】
さらに、下部オイルジャケット７４においては、オイルジェット管８３から潤滑油が噴出されることにより、突出部２ａの外面を冷却することができる。シリンダ部７１の周りの下部領域を十分に冷却することができる。このように、内燃機関を低圧縮比で運転している場合には、上部領域に加えて中間領域および下部領域を十分に冷却することができて、異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態における内燃機関は、シリンダ部７１の周りの領域のうち下部領域において、ピストン３の冷却を効果的に行なうことができる。ピストン３の熱は、多くがピストンリング３ａを介してモノブロック２に放出される。また、ピストン３の熱は、ピストン３のスカート部３ｂからモノブロック２に放出される。下部領域においては、ピストン３の移動速度が中間領域に比べて遅くなる。このために、ピストン３の冷却時間を長くすることができて効果的にピストンを冷却することができる。
【００８７】
図１３および図１４を参照して、高圧縮比の時には内燃機関は異常燃焼が発生しにくい運転状態にて運転を行なっている。たとえば、低負荷で運転を行なっている。上部オイルジャケット７３には潤滑油９１が貯留せずに、下部オイルジャケット７４に潤滑油が貯留する。下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油９１により、シリンダ部７１の周りの下部領域を冷却することができる。モノブロック２の突出部２ａを介してピストン３を冷却することができる。
【００８８】
高圧縮比で運転を行なう場合には、シリンダ部の周りの温度およびピストンの温度が低圧縮比で運転を行なう場合に比べて低くなる。低圧縮比の時の運転と比較して異常燃焼が発生しにくいために、シリンダ部の周りの領域の冷却を抑制することができる。本実施の形態においては、高圧縮比の時には上部オイルジャケット７３に潤滑油９１が貯留しないように形成されている。このために、シリンダ部７１の周りの中間領域の冷却を抑制することができる。シリンダ部７１からの除熱量を減少させることができて、冷却損失を低減することができる。すなわち、内燃機関の熱効率を向上させることができる。このように、高圧縮比で運転を行なう場合には、燃料の燃焼が開始する上部領域、およびピストンの冷却を行なう下部領域は十分に冷却する一方で、中間領域の冷却を抑制することができる。異常燃焼の発生を抑制しながら冷却損失を抑制することができる。
【００８９】
本実施の形態の潤滑油供給装置のオイルポンプは、クランクシャフトの回転力を駆動源として駆動されている。このため、内燃機関の圧縮比が高くなる運転状態では、例えば、内燃機関の回転数が低回転である。このために、オイルジェット管８３から噴出される潤滑油の流量が少なくなる。この場合においても、第２の流量制限部において、下部オイルジャケット７４から流出する潤滑油を制限することができる。下部オイルジャケット７４に潤滑油９１が貯留して、ピストン３を十分に冷却することができる。
【００９０】
ピストンを冷却する他の装置では、クランクケースの内部にオイルジェット管を配置し、ピストンの裏面に向かって直接的に潤滑油を噴出することができる。ピストンの裏面に多量の潤滑油を供給してピストンを冷却することができる。しかしながら、この装置においては、シリンダ部の壁面にも多量の潤滑油が供給されるために、ピストンリングまたはオイルリングとシリンダ部の壁面との間をすり抜けて燃焼室に侵入する潤滑油が多くなってしまう。このために、潤滑油の消費量が多くなる。
【００９１】
これに対して、本実施の形態の内燃機関においては、ピストン３の側方から突出部２ａを介してピストン３を冷却することができる。低圧縮比の時にはオイルジェット管８３から噴出されるオイルにより、または高圧縮比の時には下部オイルジャケット７４に貯留する潤滑油により冷却を行なうことができる。このために、ピストン３の裏面に直接的にオイルを噴出しなくても十分にピストンの冷却を行なうことができる。シリンダ部の壁面に供給する潤滑油を少なくすることができて、燃焼室に侵入する潤滑油の量を少なくすることができる。この結果、潤滑油の消費量を少なくすることができる。
【００９２】
シリンダ部７１の壁面には、任意の装置により適量の潤滑油を供給することができる。本実施の形態の内燃機関においては、クランクシャフト５２の内部およびコネクティングロッド５１の内部に潤滑油の油路が形成されている。また、ピストン３の内部には油路が形成され、シリンダ部７１の壁面に潤滑油を供給する。潤滑油は、クランクシャフト５２の内部の油路およびコネクティングロッド５１の内部の油路を通って、ピストン３の内部の油路に供給される。ピストン３の内部の油路からシリンダ部７１の壁面に潤滑油が供給されている。本実施の形態の内燃機関では、適切な量の潤滑油をシリンダ部７１の壁面に供給することができる。
【００９３】
このように、本実施の形態の内燃機関では、圧縮比の領域を低圧縮比および高圧縮比に分割したときに、低圧縮比のときにはシリンダ部の周りの領域全体を冷却することができる。また、高圧縮比の時には中間領域の冷却を抑制して、冷却損失を小さくすることができる。
【００９４】
本実施の形態におけるオイルジェット管に潤滑油を供給するオイルポンプは、クランクシャフトの回転力を駆動源にして駆動されているが、この形態に限られず、機関本体の運転状態に係わらずにオイルジェット管から潤滑油が噴出されるように形成されていても構わない。内燃機関の運転状態に係わらずに潤滑油がオイルジェット管から噴出されるように形成することにより、常にシリンダ部の周りの下部領域を十分に冷却することができる。この場合には、下部オイルジャケットの下端の第２の流量制限部が形成されていなくても構わない。すなわち、下部オイルジャケットに潤滑油が貯留せずに、クランクケースの内部に流出するように形成されていても構わない。または、第２の流量制限部は、高圧縮比運転時および低圧縮比運転時の両方の場合において下部オイルジャケットに潤滑油が貯留するように形成されていても構わない。
【００９５】
本実施の形態の内燃機関は、上部構造物および下部構造物を備え、上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、１つの部材から一体的に形成されている。上部構造物としては、この形態に限られず、複数の部材から形成されていても構わない。例えば、上部構造物は、シリンダ部を含むシリンダブロックと、吸気ポートおよび排気ポートを含むシリンダヘッドが個別に形成されていても構わない。上部構造物がシリンダブロックとシリンダヘッドとを含む場合には、シリンダブロックとシリンダヘッドとを互いに固定するボルト等の締結部材が必要になる。上部構造物が一体的に形成されていることにより、締結部材および上部構造物の締結部材を配置する領域が不要になる。上部構造物のシリンダ部の上部の周りの領域において構成部材の配置の自由度が向上する。たとえば、支持部材を支持するシャフトを適切な位置に配置することができて、適切な連桿比で上部構造物を支持することができる。
【００９６】
また、上部構造物が、例えばシリンダブロックとシリンダヘッドとを含む場合には、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に気密を形成するためのガスケット等の密閉部材を配置する必要がある。上部構造物が一体的に形成されていることにより、密閉部材を排除することができて、上部構造物の内部の熱伝導性を向上させることができる。このために、シリンダ部の周りにおける冷却効率が向上する。
【００９７】
本実施の形態の内燃機関における圧縮比可変手段は、支持部材を用いて上部構造物を下部構造物に対して支持し、支持部材に挿通されたシャフトを偏心軸にて回転させることにより、下部構造物に対して上部構造物を相対移動するように形成されているが、この形態に限られず、圧縮比可変手段は、下部構造物に対して上部構造物を移動させることにより圧縮比を変更可能に形成されていれば構わない。
【００９８】
また、本実施の形態における潤滑油供給装置は、上部構造部および下部構造部の内部に油路が形成されているが、この形態に限られず、潤滑油供給装置は、内燃機関の構成部品の潤滑油を供給することができて、さらに上部オイルジャケットに潤滑油が供給されるように形成されていれば構わない。
【００９９】
本実施の形態における機関本体は、上死点に到達したピストンに対向する領域に、機関冷却水の水路が形成され、下死点に到達したピストンに対向する領域に第２の油貯留部が形成され、その間の領域に第１の油貯留部が形成されているが、この形態に限られず、シリンダ部の周りの領域において第１の油貯留部と、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部が形成されていれば構わない。
【０１００】
また、本実施の形態における第１の流量制限部および第２の流量制限部は、互いに近づいたり離れたりする堰部を含むが、この形態に限られず、第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、上部オイルジャケットから下部オイルジャケットに流れる流量が小さくなるように形成されていれば構わない。また、第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、下部オイルジャケットから流出する潤滑油の流量が小さくなるように形成されていれば構わない。たとえば、第１の流量制限部は、上部オイルジャケットと下部オイルジャケットとを接続する油路を形成して、油路の途中に圧縮比に応じて流量が可変の流量調整弁が配置されていても構わない。
【０１０１】
流量制限部におけるそれぞれの堰部は、任意の形状を採用することができる。たとえば、互いに対向する堰部の表面に傾斜を形成し、圧縮比に応じて流量制限部を流れる潤滑油の流量が調整されていても構わない。すなわち、圧縮比に応じて、上部オイルジャケットに貯留する潤滑油の油面の高さ又は下部オイルジャケットに貯留する潤滑油の油面の高さが変化する様に形成されていても構わない。
【０１０２】
本実施の形態においては、内燃機関のうち火花点火式の内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、自着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。自着火式の内燃機関においても、シリンダ部が過剰に冷却されることを抑制することができて、冷却損失を抑制することができる。特に、高圧縮比の時の運転状態において冷却損失を抑制することができる。
【０１０３】
上述のそれぞれの図において、同一または相当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、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 機関本体
２ モノブロック
２ａ 突出部
３ ピストン
４ クランクケース
４ａ 開口部
５ 燃焼室
３０ 電子制御ユニット
５１ コネクティングロッド
５２ クランクシャフト
６０ 支持部材
６２ 偏心軸受
６３ シャフト
６４ 軸受
６５ シャフト
７１ シリンダ部
７２ 隙間部
７３ 上部オイルジャケット
７４ 下部オイルジャケット
８１ ウォータジャケット
８３ オイルジェット管
８７ａ，８７ｂ 堰部
８８ａ，８８ｂ 堰部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースを含み、クランクシャフトを回転可能に支持する下部構造物と、
下部構造物の上側に配置され、ピストンが内部に配置されているシリンダ部、燃焼室に通じる吸気通路および排気通路を有する上部構造物と、
下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成され、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、燃焼室の容積が大きくなって圧縮比が小さくなる圧縮比可変手段とを備え、
シリンダ部の周りの領域において、下部構造物と上部構造物との間には、潤滑油が供給される第１の油貯留部と、第１の油貯留部の下側に配置され、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部とが形成されており、
第１の油貯留部と第２の油貯留部との間には潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成され、第２の油貯留部の下端部には第２の油貯留部から流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されており、
第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、第１の油貯留部から第２の油貯留部に流れる流量が小さくなるように形成されており、
第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、第２の油貯留部から流出する流量が小さくなるように形成されており、
上部構造物が上端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留し、
上部構造物が下端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留せずに第２の油貯留部に潤滑油が貯留することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
上部構造物は、機関冷却水が流れる水路を有し、
シリンダ部の周りの領域を上死点に到達したピストンに対向する上部領域、下死点に到達したピストンに対向する下部領域、および上部領域と下部領域との間の中間領域に分割したときに、上部領域に水路が形成され、中間領域に第１の油貯留部が形成され、および下部領域に第２の油貯留部が形成されてい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】
クランクシャフトの回転力を駆動源として潤滑油を加圧するオイルポンプを備え、
下部構造物は、オイルポンプに接続され、第２の油貯留部の内壁に向かって潤滑油を噴射する噴射ノズルを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
上部構造物は、シリンダ部の一部が内部に形成され、下部構造物の内部に向かって突出する突出部を含み、
下部構造物は、突出部を内部に配置する開口部を有し、
突出部の外面と開口部の壁面とに挟まれる空間により第１の油貯留部および第２の油貯留部が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、一つの部材に一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１】
クランクケースを含み、クランクシャフトを回転可能に支持する下部構造物と、
下部構造物の上側に配置され、ピストンが内部に配置されているシリンダ部、燃焼室に通じる吸気通路および排気通路を有する上部構造物と、
下部構造物に対して上部構造物が上端位置と下端位置との間で相対移動するように形成され、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、燃焼室の容積が大きくなって圧縮比が小さくなる圧縮比可変手段とを備え、
シリンダ部の周りの領域において、下部構造物と上部構造物との間には、潤滑油が供給される第１の油貯留部と、第１の油貯留部の下側に配置され、第１の油貯留部に連通する第２の油貯留部とが形成されており、
第１の油貯留部と第２の油貯留部との間には潤滑油の流量を制限する第１の流量制限部が形成され、第２の油貯留部の下端部には第２の油貯留部から流出する潤滑油の流量を制限する第２の流量制限部が形成されており、
第１の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が上昇することにより、第１の油貯留部から第２の油貯留部に流れる流量が小さくなるように形成されており、
第２の流量制限部は、下部構造物に対して上部構造物が下降することにより、第２の油貯留部から流出する流量が小さくなるように形成されており、
上部構造物が上端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留し、
上部構造物が下端位置に配置されているときには、第１の油貯留部に潤滑油が貯留せずに第２の油貯留部に潤滑油が貯留することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
上部構造物は、機関冷却水が流れる水路を有し、
シリンダ部の周りの領域を上死点に到達したピストンに対向する上部領域、下死点に到達したピストンに対向する下部領域、および上部領域と下部領域との間の中間領域に分割したときに、上部領域に水路が形成され、中間領域に第１の油貯留部が形成され、および下部領域に第２の油貯留部が形成されてい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】
クランクシャフトの回転力を駆動源として潤滑油を加圧するオイルポンプを備え、
下部構造物は、オイルポンプに接続され、第２の油貯留部の内壁に向かって潤滑油を噴射する噴射ノズルを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
上部構造物は、シリンダ部の一部が内部に形成され、下部構造物の内部に向かって突出する突出部を含み、
下部構造物は、突出部を内部に配置する開口部を有し、
突出部の外面と開口部の壁面とに挟まれる空間により第１の油貯留部および第２の油貯留部が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
上部構造物は、シリンダ部、吸気通路および排気通路が、一つの部材に一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１６３３１７（Ｐ２０１１−１６３３１７Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０３３０（Ｐ２０１０−３０３３０）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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