可変圧縮比内燃機関
【課題】シリンダブロックの放熱性および冷却性を向上する。
【解決手段】本発明は、シリンダブロック３がクランクケース４の内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関１に関する。内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路４２をシリンダブロックに指向させて設ける。吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路４５を設ける。吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路４６を設ける。新気排出路４４と新気抽出路４５の連通状態および新気排出路４４と新気導入路４６の連通状態を調節する弁手段４８を設ける。
【解決手段】本発明は、シリンダブロック３がクランクケース４の内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関１に関する。内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路４２をシリンダブロックに指向させて設ける。吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路４５を設ける。吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路４６を設ける。新気排出路４４と新気抽出路４５の連通状態および新気排出路４４と新気導入路４６の連通状態を調節する弁手段４８を設ける。
【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係り、特に、シリンダブロックとクランクケースとが互いに相対移動可能な可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対的に上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結する圧縮比可変機構を設け、圧縮比可変機構を作動させあるいは制御することで、圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４９２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的にかかる可変圧縮比内燃機関においては、シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられている。この場合、シリンダブロックの一部がクランクケースに覆われ、外部に露出せず、その部分において外部への放熱による冷却効果を期待できない。
【０００５】
そこで本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダブロックの放熱性および冷却性を高めることが可能な可変圧縮比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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路をシリンダブロックに指向させて設け、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路を設けると共に、前記吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路を設け、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態および前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態を調節する弁手段を設けた
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記内燃機関が車両に搭載され、車両走行時の走行風に対向するよう前記新気導入路の入口が指向されている。
【０００８】
好ましくは、前記新気導入路の入口が車両前方に向かって指向されている。
【０００９】
好ましくは、前記新気導入路の入口が車両前端部に位置されている。
【００１０】
好ましくは、前記内燃機関の負荷および前記シリンダブロックの温度の少なくとも一方が検出され、その検出された少なくとも一方に応じて前記弁手段が制御される。
【００１１】
好ましくは、前記負荷および温度の少なくとも一方が所定値以上のとき、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態が全閉状態となり且つ前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態が全開状態となるよう、前記弁手段が制御される。
【００１２】
好ましくは、前記内燃機関の内部に新気を排出すべく前記クランクケース内のクランクジャーナル部に指向された別の新気排出路が設けられ、当該別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における前記弁手段の下流側にて前記新気排出路に接続されている。
【００１３】
好ましくは、前記別の新気排出路が、前記クランクケースの内部に画成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シリンダブロックの放熱性および冷却性を高めることができるという、優れた作用効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】シリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する様子を示す断面図である。
【図３】車両に搭載された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１には、第１実施形態に係る可変圧縮比多気筒内燃機関の概略構成を示す。内燃機関（エンジン）１は、シリンダ２が形成されたシリンダブロック３を、クランクシャフト２０（図３参照）が組み付けられるクランクケース４に対して、シリンダ軸方向に相対移動させることによって圧縮比を変更するものである。クランクケース４およびシリンダブロック３は、圧縮比可変機構２１により、上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結される。なお本実施形態の内燃機関１はガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）であるが、本発明はディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）にも適用可能である。
【００１７】
ここで圧縮比可変機構２１の構成について説明する。図示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成され、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形であり、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。シリンダブロック３の片側の軸受収納孔５はすべて同軸上に位置している。またシリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の中心軸は互いに平行である。
【００１８】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、複数の立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００１９】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これら複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に配置されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同軸上に位置している。シリンダブロック３の両側に配置されたカム収納孔８の一対の中心軸は互いに平行である。また、両側における各軸受収納孔５の間の距離と、両側における各カム収納孔８との間の距離は同一である。
【００２０】
交互に配置される両側二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。これによりシリンダブロック３とクランクケース４は互いに連結される。カム軸９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられる可動軸受部９ｃとを有する。カム部９ｂと可動軸受部９ｃとは交互に配置される。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、ギア１０を取り付けるための取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは互いに一致している。
【００２１】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されており、その偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円である。可動軸受部９ｃを軸部９ａに対し回転させることで、カム部９ｂの外周面と可動軸受部９ｃの外周面とを互いに一致させることができる。
【００２２】
各カム軸９の取り付け部９ｄにはギア１０が取り付けられる。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂが噛合される。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸に取り付けられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を一方向に回転させると、一対のカム軸９、９は、ウォームギア１１ａ、１１ｂおよびギア１０、１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２はシリンダブロック３に固定されている。
【００２３】
次に、圧縮比可変機構２１の作動を説明する。図２（ａ）〜（ｃ）に、シリンダブロック３と、クランクケース４と、これらの間に配設されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周面が一致した状態を示す。このとき、一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００２４】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態になる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を相対的に上方ないし上死点側にスライドさせ、離反方向に移動させることができる。そしてそのスライド量は、図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００２５】
図示しないが、図２(ｃ)の状態からモータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向と逆の方向に回転させると、図２(ｂ)または図２（ａ）の状態へと、クランクケース４に対してシリンダブロック３を相対的に下方ないし下死点側にスライドさせ、近接方向に移動させることができる。
【００２６】
この機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対してシリンダ軸方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を変更することができる。
【００２７】
次に、図３を用いて、車両（図示せず）に搭載された上述の内燃機関１を説明する。図３において、矢印Ｆで示す方向が車両の前方である。図示しないが、本実施形態においては、内燃機関１のクランクケース４がエンジンマウントを介して車両に固定されている。よって固定されたクランクケース４に対しシリンダブロック３が昇降することとなる。但しマウント方法を逆にし、シリンダブロック３を車両に固定してもよい。図示例はフロントエンジン車の例であり、内燃機関１は車両前側のエンジンルーム内に格納されている。
【００２８】
内燃機関１は、シリンダ２内に昇降可能に配置されたピストン２４と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド２５と、シリンダヘッド２５の上部に取り付けられてこれを上方から覆うヘッドカバー２６と、クランクケース４の底部に取り付けられてこれを下方から覆うオイルパン２７とを備える。ピストン２４はコンロッド１９を介してクランクシャフト２０に連結される。
【００２９】
ヘッドカバー２６およびシリンダヘッド２５の内部には動弁室２８が画成される。動弁室２８には、吸気ポートＰｉ及び排気ポートＰｅをそれぞれ開閉する吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅと、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリング（図示せず）と、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ開弁方向に駆動する吸気カムシャフトＣｉ及び排気カムシャフトＣｅとが設けられる。動弁室２８には図示しないオイル供給口から動弁系潤滑のためのオイルが供給されている。シリンダヘッド２５には燃料を噴射するためのインジェクタ２９と、混合気を点火するための点火プラグ３０とが取り付けられている。
【００３０】
ピストン２４の上方には燃焼室３１が画成され、ピストン２４の下方にはクランク室３２が画成される。クランク室３２にはクランクシャフト２０が設けられると共に、その底部にはオイル（図示せず）が貯留される。
【００３１】
吸気ポートＰｉには気筒毎の吸気マニホールド３３を介してサージタンク３４が接続され、サージタンク３４から各気筒の吸気ポートＰｉに吸気マニホールド３３を介して吸気を分配するようになっている。サージタンク３４の上流側には吸気管３５が接続され、吸気管３５には電子制御式スロットルバルブ３６とエアフィルタ３７が設けられている。これら吸気ポートＰｉ、吸気マニホールド３３、サージタンク３４および吸気管３５により吸気通路が画成される。
【００３２】
各気筒の排気ポートＰｅには排気マニホールド３８を介して排気管（図示せず）が接続され、これら排気ポートＰｅ、排気マニホールド３８および排気管により排気通路が画成される。
【００３３】
内燃機関１には、燃焼室３１からピストン２４とシリンダ２の隙間を通過してクランク室３２に漏れ出たブローバイガスを処理するための装置が装備されている。すなわち、クランク室３２内に漏れ出たブローバイガスは、シリンダブロック２およびクランクケース４に設けられたオイル落とし穴（図示せず）等を上昇して動弁室２８に至る。そしてこのブローバイガスを吸気通路に環流させるため、動弁室２８がサージタンク３４にブローバイガス通路３８を介して連通接続されている。ブローバイガス通路３８の入口部には、吸気負圧ないし負荷に応じて開度が調節されるＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ３９が設けられ、このＰＣＶバルブ３９はヘッドカバー２６に取り付けられている。
【００３４】
他方、内燃機関１の内部に、換気用の新気ないし外気を導入するための装置も装備されている。これについては後に詳述する。
【００３５】
図示されるように、シリンダブロック３の下部側は、クランクケース４の上部側の内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられている。特に、当該嵌合部分において、シリンダブロック３の下部側が上部側に対し側方かつ外側に突出され、その突出部分においてシリンダブロック３がクランクケース４に対し摺動可能となっている。当該嵌合部分において、シリンダブロック３はクランクケース４により外側から覆われ、この部分で特にシリンダブロック３の放熱性および冷却性が低下している。この放熱性および冷却性の低下を抑制するのが本発明の目的の一つである。シリンダブロック３の内部にはシリンダ２を取り囲むようウォータジャケットＷが画成されている。
【００３６】
シリンダブロック２とクランクケース４の嵌合部ないし摺動部をシールするため、シール部材４０が設けられている。シール部材４０は、その全体がシリンダブロック２の外周側面の周りを１周するような環状に形成されると共に、その断面が図示の如き蛇腹状に形成された弾性体からなる。シール部材４０の上端縁部はシリンダブロック２とシリンダヘッド２５との間に挟まれて固定され、シール部材４０の下端縁部はクランクケース４に固定されている。
【００３７】
シリンダブロック３が下降してクランクケース４に近づいたとき（圧縮比が高くなったとき）、シール部材４０は収縮する。シリンダブロック２が上昇してクランクケース４から遠ざかったとき（圧縮比が低くなったとき）、シール部材４０は伸長する。こうして、シリンダブロック２とクランクケース３との相対位置が変化してもシール部材４０の伸縮により嵌合部ないし摺動部の気密性を保つことができる。
【００３８】
図示するように、シリンダブロック３、クランクケース４およびシール部材４０により囲まれた空間４１が形成される。この空間４１は、シリンダブロック３およびシール部材４０により挟まれた上部側空間４１Ａと、シリンダブロック３およびクランクケース４により挟まれた下部側空間４１Ｂとからなる。
【００３９】
シール部材４０によってもシリンダブロック３が外側から覆われるので、シリンダブロック３の放熱性および冷却性が低下している。そこで放熱性および冷却性を高めるため、本実施形態では次の構成を採用する。
【００４０】
すなわち、内燃機関１の内部に新気を排出するための新気排出路４２が、シリンダブロック３に指向させて設けられている。本実施形態において新気排出路４２は、下部側空間４１Ｂを画成するクランクケース４の部分に貫通形成された排出口４３と、排出口４３に連通接続され外部に延びる排出通路４４とを含む。すなわち新気排出路４２は下部側空間４１Ｂに連通される。新気排出路４２ないし排出口４３の出口は、同じく下部側空間４１Ｂを画成するシリンダブロック３の部分に向けられ、矢印Ｆ３で示すように、排出口４３から排出された新気を当該部分に当てるようになっている。
【００４１】
排出口４３は、貫通穴から形成してもよいし、クランクケース４に埋め込んだパイプから形成してもよい。新気排出路４２の出口をシリンダブロック３の摺動部に向け、当該摺動部に新気を当てるようにしてもよい。新気を当てる位置は任意である。シール部材４０を貫通して新気排出路４２を設けてもよい。
【００４２】
新気排出路４２から排出された新気は、シリンダブロック３およびクランクケース４の間の図示しない隙間、もしくはシリンダブロック３およびクランクケース４の少なくとも一方に形成された新気通路を通って、クランク室３２に送られる。これにより新気が内燃機関１の内部あるいはクランク室３２に送られ、換気が実現される。
【００４３】
一方、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路４５が設けられる。新気抽出路４５の入口ないし上流端はスロットルバルブ３６より上流側の吸気管３５に接続されており、この位置において新気抽出路４５は吸気通路から新気を抽出する。
【００４４】
さらに、吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路４６が設けられる。新気導入路４６の上流端はエンジンルーム内で開放された自由端となっている。
【００４５】
特に、好ましい態様として、新気導入路４６の入口４６Ａは、車両走行時の走行風に対向するよう位置され且つ指向されている。具体的には、当該入口４６Ａは、車両前方Ｆに向かって指向され、車両に対し後ろ向きに流れてくる走行風に向かい合い、走行風を直接的に且つ効率良く回収するようになっている。
【００４６】
また当該入口４６Ａは、車両前端部に位置され、特に車両前端部に配置されたラジエータＲに対し、車両前方側から見てオフセットして位置されている。当該入口４６Ａは、好ましくはラジエータＲよりも上方、より好ましくはラジエータＲよりも上方かつ前方に位置されている。これにより、ラジエータから後方に排出された熱気が入口４６Ａに導入されることがなくなり、十分に低温の新気のみを導入できる。
【００４７】
図示例において、入口４６Ａは、走行風を効率的に回収するよう拡径されている。また新気導入路４６の途中には、導入した新気ないし走行風を濾過するための新気フィルタ４７が設けられる。
【００４８】
また、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態、および新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態を調節する弁手段が設けられる。当該弁手段は、具体的には図示されるような単一の切替弁４８からなる。切替弁４８には、排出通路４４の上流端と、新気抽出路４５の下流端と、新気導入路４６の下流端とが接続される。切替弁４８は電磁三方弁からなり、新気抽出路４５と新気導入路４６の一方を新気排出路４２に択一的に接続する。もっとも、このような択一的な切替だけでなく、中間的な切替動作を行って、新気抽出路４５および新気導入路４６から新気排出路４２にそれぞれ送られる新気量の割合を変更するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態では新気抽出路４５と新気導入路４６の切り替えを単一の切替弁４８で行うが、これに限らず、弁手段は複数の弁で構成してもよい。例えば新気抽出路４５と新気導入路４６に個別に弁を設けてもよい。また通路構成も様々な変形が可能である。
【００５０】
内燃機関１には、インジェクタ２９、点火プラグ３０、スロットルバルブ３６、圧縮比可変機構２１のモータ１２、切替弁４８などの各種機器を電気的に制御するため、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成されるユニットである。
【００５１】
ＥＣＵ１００には、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ５２、エアフローメータ５３、水温センサ５４などの各種センサの電気信号が入力される。クランクポジションセンサ５１はクランクシャフト２０の回転位置に相関したパルス信号を出力する。アクセルポジションセンサ５２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した信号を出力する。エアフローメータ５３は、単位時間当たりの吸入空気量に相関した信号を出力する。水温センサ５４は、内燃機関１の冷却水の温度に相関した信号を出力する。
【００５２】
ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関１の運転状態（機関運転状態）を検出し、その検出結果に従って上記した各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ５１の出力信号から検出される内燃機関の回転数（機関回転数）と、アクセルポジションセンサ５２の出力信号から検出される内燃機関の負荷（機関負荷）とに基づいて、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５３】
その際、機関回転数および機関負荷が予め定められた低回転・低負荷運転領域にあるときには、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の圧縮比が高くなるよう、言い換えればシリンダブロック３がクランクケース４に近づくよう、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５４】
また、機関回転数および機関負荷が上記低回転・低負荷運転領域から外れたときには、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の圧縮比が低くなるよう、言い換えればシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかるよう、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５５】
圧縮比は、上述の如く２段階に切り換えられてもよいが、機関回転数および機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。
【００５６】
このように内燃機関１の圧縮比が変更されると、低回転・低負荷運転領域における燃焼効率の向上と、当該領域外の高回転または高負荷運転領域におけるノッキングの抑制とを両立することができる。
【００５７】
ところで、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷に応じて切替弁４８を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、検出された機関負荷が低負荷相当の所定値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全開状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全閉状態となるよう、切替弁４８を制御する。なお、ここでいう機関負荷の所定値は、高圧縮比と低圧縮比とを切り替える前記低回転・低負荷運転領域の境界を規定する負荷に等しくしてもよいし、異ならせてもよい。等しくした場合、高圧縮比および低圧縮比の切り替えと、通路の切り替えとが同時に起こる。
【００５８】
これにより、吸気通路から新気抽出路４５に抽出された新気のみが、図３に矢印Ｆ１で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００５９】
他方、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷が高負荷相当の所定値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全閉状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全開状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００６０】
これにより、新気導入路４６に導入された新気のみが、図３に矢印Ｆ２で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００６１】
このように本実施形態によれば、換気用の新気をシリンダブロック３に常時当てることができるので、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を高めることができる。また新気導入路４６により吸気通路以外の箇所から新気を導入し、これをシリンダブロック３に当てられるようにしたため、吸気通路内から抽出した新気に比べ、より低温の新気をシリンダブロック３に当てることができ、放熱性および冷却性をより高めることができる。
【００６２】
また切替弁４８により、シリンダブロック３に当てる新気を、新気抽出路４５により抽出した相対的に高温な新気と、新気導入路４６により導入した相対的に低温な新気との間で切り替えるようにした。そのため、シリンダブロック３の放熱を促進したくないような場合、すなわち上述した低負荷運転時や機関暖機時には、通常の内燃機関同様、新気抽出路４５により抽出した相対的に高温な新気をシリンダブロック３に当て、シリンダブロック３の保温性を確保し、暖機性を確保できる。
【００６３】
他方、シリンダブロック３の放熱を促進したいような場合、すなわちシリンダブロック温度が高くなる上述した高負荷運転時には、新気導入路４６により導入した相対的に低温の新気をシリンダブロック３に当て、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を向上できる。この際、新気導入路４６の入口４６Ａが上述のように位置され指向されていることから、低温の走行風ないしフレッシュエアをスムーズ且つ効率よく導入し、シリンダブロック３に当てることができる。特に高負荷運転時にはクランク室３２の内圧が高くなる傾向にあるが、このときにも走行風の勢いないし慣性を利用して、新気を比較的大量に機関内部に導入できる。このため、シリンダブロック３の放熱性および冷却性の向上に非常に有利である。
【００６４】
このように、機関運転状態に応じた最適な新気をシリンダブロック３に当て、且つ機関内部に導入することができる。
【００６５】
上記においては切替弁４８を択一的に切り替え、低負荷時と高負荷時とで新気抽出路４５と新気導入路４６を択一的に切り替えるようにした。しかしながら、切替弁４８を中間開度に制御し、新気抽出路４５からの新気と新気導入路４６からの新気との混合割合を機関負荷に応じて連続的に可変とすることも可能である。例えば、機関負荷が高くなるほど後者の新気割合を前者の新気割合に対して増加させるような制御も好ましい。
【００６６】
新気導入路４６の入口４６Ａは、必ずしも車両前方に向かって指向する必要はない。例えば車両のフロア下からエンジンルーム内に巻き上げて走行風が流入するような場合には、その走行風に対向するよう、新気導入路４６の入口４６Ａを下向きにすることが可能である。いずれにしても新気導入路４６の入口４６Ａは、走行風の流れ方向と入口４６Ａの軸線方向とが一致するよう、また走行風が直接導入されるよう、走行風に対向させて指向させるのが好ましい。
【００６７】
また、新気導入路４６の入口４６Ａは、必ずしも車両前端部に位置させる必要はない。例えばリアエンジン車やミッドシップエンジン車の場合、内燃機関１に近い車両の中央部または後端部に新気導入路４６の入口４６Ａを位置させることが可能である。新気導入路４６の入口４６Ａから新気排出路４２の出口（排出口４３）までの距離ができるだけ近い方が、より低温の新気を機関内部に導入できるからである。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。
【００６９】
図４に示すように、本実施形態においては、シリンダブロック３の温度を直接的に検出する温度センサ５５が設けられている。温度センサ５５は、シリンダブロック３の温度に相関した信号をＥＣＵ１００に出力する。なお、水温センサ５４によりシリンダブロック３の温度を間接的に検出することも可能である。
【００７０】
本実施形態では、機関負荷の代わりに、温度センサ５５により検出されたシリンダブロック温度に応じて切替弁４８が制御される。すなわちＥＣＵ１００は、検出されたシリンダブロック温度が相対的に低温な所定値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全開状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全閉状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００７１】
これにより、吸気通路から新気抽出路４５に抽出された新気のみが、図４に矢印Ｆ１で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００７２】
他方、ＥＣＵ１００は、検出されたシリンダブロック温度が相対的に高温な所定値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全閉状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全開状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００７３】
これにより、新気導入路４６に導入された新気のみが、図４に矢印Ｆ２で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００７４】
本実施形態によれば、低負荷運転時でありながらシリンダブロック温度が高温となっているような場合、例えば登坂走行後の定常走行時などにおいて、新気導入路４６からの低温な新気をシリンダブロック３に当てることができ、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を向上することができる。そしてシリンダブロック温度を即座に下げることができる。なお第１実施形態だと、かかる場合には新気抽出路４５が新気排出路４２に接続され、第１実施形態に比べ相対的に不利である。
【００７５】
代替的に、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の両方に応じて切替弁４８を制御することも可能である。この場合たとえばＥＣＵ１００は、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の両方が、それぞれに対応する所定のしきい値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。これにより吸気通路から抽出された新気のみがシリンダブロック３に当てられる。
【００７６】
他方、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の少なくとも一方が、それぞれに対応する所定のしきい値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。これにより新気導入路４６に導入された新気のみがシリンダブロック３に当てられる。
【００７７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。なお第１および第２実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。
【００７８】
この第３実施形態においては、第１実施形態に以下の特徴が付加されている。すなわち、図５に示すように、内燃機関１の内部に新気を排出すべくクランクケース４内のクランクジャーナル部２０Ａに指向された別の新気排出路が設けられる。そしてこの別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における切替弁４８の下流側にて、新気排出路４２に接続されている。
【００７９】
別の新気排出路は本実施形態の場合、クランクケース４の内部に画成された分岐通路５６からなる。分岐通路５６の上流端は排出口４３に接続され、排出口４３から分岐通路５６が分岐されている。分岐通路５６は排出口４３から下方に延び、クランクシャフト２０に近接した位置において、その下流端ないし出口がクランク室３２内のクランクジャーナル部２０Ａに向けて開放されている。ここでクランクジャーナル部２０Ａとは、クランクシャフト２０のうち、図示しない軸受により回転可能に支持されている部分をいう。
【００８０】
本実施形態によると、排出口４３に流入してきた新気を矢印Ｆ４で示すように分岐通路５６に分岐させ、矢印Ｆ５で示すようにクランクジャーナル部２０Ａに向けて排出することができる。これにより、クランクジャーナル部２０Ａの放熱性も向上し、クランクジャーナル部２０Ａの焼き付き等を未然に回避できる。
【００８１】
特に、本実施形態のような可変圧縮比内燃機関の場合、シリンダブロック３とクランクケース４が分離されているので、通常の内燃機関に比べ、シリンダブロック３内の冷却水によるクランクケース４およびその取付部品の放熱および冷却（すなわち冷却水への熱引け）が期待できない。よってクランクジャーナル部２０Ａの温度が上昇し焼き付きが発生しやすくなる。本実施形態はかかる問題に対処し得るものである。特に、高負荷運転時においては、クランクジャーナル部２０Ａの面圧が高くなり温度上昇しやすくなるが、かかる場合においても新気導入路４６から導入した比較的低温の新気でクランクジャーナル部２０Ａを冷却できるため、クランクジャーナル部２０Ａの温度上昇を確実に抑制できる。
【００８２】
さらに、分岐通路５６をクランクケース４の内部に画成したため、分岐通路５６を流れる新気でクランクケース４を直接的に、またその取付部品を間接的に、冷却することができ、この点もクランクジャーナル部２０Ａの温度上昇抑制に有利である。
【００８３】
なお、第２実施形態に本実施形態の特徴を加入してもよい。また、別の新気排出路は、本実施形態のようなクランクケース４内部に画成された分岐通路５６に限らず、例えば排出通路４４の途中から分岐された配管で形成してもよい。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。
【００８５】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。上述の各実施形態および各構成要素は可能な限りにおいて組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 内燃機関
２ シリンダ
３ シリンダブロック
４ クランクケース
９ カム軸
１０ ギア
１１ａ、１１ｂ ウォームギア
１２ モータ
２０ クランクシャフト
２０Ａ クランクジャーナル部
２１ 圧縮比可変機構
４２ 新気排出路
４５ 新気抽出路
４６ 新気導入路
４６Ａ 入口
４８ 切替弁
５１ クランクポジションセンサ
５２ アクセルポジションセンサ
５６ 分岐通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変圧縮比内燃機関に係り、特に、シリンダブロックとクランクケースとが互いに相対移動可能な可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対的に上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結する圧縮比可変機構を設け、圧縮比可変機構を作動させあるいは制御することで、圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４９２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的にかかる可変圧縮比内燃機関においては、シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられている。この場合、シリンダブロックの一部がクランクケースに覆われ、外部に露出せず、その部分において外部への放熱による冷却効果を期待できない。
【０００５】
そこで本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダブロックの放熱性および冷却性を高めることが可能な可変圧縮比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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路をシリンダブロックに指向させて設け、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路を設けると共に、前記吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路を設け、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態および前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態を調節する弁手段を設けた
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記内燃機関が車両に搭載され、車両走行時の走行風に対向するよう前記新気導入路の入口が指向されている。
【０００８】
好ましくは、前記新気導入路の入口が車両前方に向かって指向されている。
【０００９】
好ましくは、前記新気導入路の入口が車両前端部に位置されている。
【００１０】
好ましくは、前記内燃機関の負荷および前記シリンダブロックの温度の少なくとも一方が検出され、その検出された少なくとも一方に応じて前記弁手段が制御される。
【００１１】
好ましくは、前記負荷および温度の少なくとも一方が所定値以上のとき、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態が全閉状態となり且つ前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態が全開状態となるよう、前記弁手段が制御される。
【００１２】
好ましくは、前記内燃機関の内部に新気を排出すべく前記クランクケース内のクランクジャーナル部に指向された別の新気排出路が設けられ、当該別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における前記弁手段の下流側にて前記新気排出路に接続されている。
【００１３】
好ましくは、前記別の新気排出路が、前記クランクケースの内部に画成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シリンダブロックの放熱性および冷却性を高めることができるという、優れた作用効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】シリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する様子を示す断面図である。
【図３】車両に搭載された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１には、第１実施形態に係る可変圧縮比多気筒内燃機関の概略構成を示す。内燃機関（エンジン）１は、シリンダ２が形成されたシリンダブロック３を、クランクシャフト２０（図３参照）が組み付けられるクランクケース４に対して、シリンダ軸方向に相対移動させることによって圧縮比を変更するものである。クランクケース４およびシリンダブロック３は、圧縮比可変機構２１により、上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結される。なお本実施形態の内燃機関１はガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）であるが、本発明はディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）にも適用可能である。
【００１７】
ここで圧縮比可変機構２１の構成について説明する。図示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成され、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形であり、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。シリンダブロック３の片側の軸受収納孔５はすべて同軸上に位置している。またシリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の中心軸は互いに平行である。
【００１８】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、複数の立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００１９】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これら複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に配置されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同軸上に位置している。シリンダブロック３の両側に配置されたカム収納孔８の一対の中心軸は互いに平行である。また、両側における各軸受収納孔５の間の距離と、両側における各カム収納孔８との間の距離は同一である。
【００２０】
交互に配置される両側二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。これによりシリンダブロック３とクランクケース４は互いに連結される。カム軸９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられる可動軸受部９ｃとを有する。カム部９ｂと可動軸受部９ｃとは交互に配置される。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、ギア１０を取り付けるための取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは互いに一致している。
【００２１】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されており、その偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円である。可動軸受部９ｃを軸部９ａに対し回転させることで、カム部９ｂの外周面と可動軸受部９ｃの外周面とを互いに一致させることができる。
【００２２】
各カム軸９の取り付け部９ｄにはギア１０が取り付けられる。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂが噛合される。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸に取り付けられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を一方向に回転させると、一対のカム軸９、９は、ウォームギア１１ａ、１１ｂおよびギア１０、１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２はシリンダブロック３に固定されている。
【００２３】
次に、圧縮比可変機構２１の作動を説明する。図２（ａ）〜（ｃ）に、シリンダブロック３と、クランクケース４と、これらの間に配設されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周面が一致した状態を示す。このとき、一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００２４】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態になる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を相対的に上方ないし上死点側にスライドさせ、離反方向に移動させることができる。そしてそのスライド量は、図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００２５】
図示しないが、図２(ｃ)の状態からモータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向と逆の方向に回転させると、図２(ｂ)または図２（ａ）の状態へと、クランクケース４に対してシリンダブロック３を相対的に下方ないし下死点側にスライドさせ、近接方向に移動させることができる。
【００２６】
この機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対してシリンダ軸方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を変更することができる。
【００２７】
次に、図３を用いて、車両（図示せず）に搭載された上述の内燃機関１を説明する。図３において、矢印Ｆで示す方向が車両の前方である。図示しないが、本実施形態においては、内燃機関１のクランクケース４がエンジンマウントを介して車両に固定されている。よって固定されたクランクケース４に対しシリンダブロック３が昇降することとなる。但しマウント方法を逆にし、シリンダブロック３を車両に固定してもよい。図示例はフロントエンジン車の例であり、内燃機関１は車両前側のエンジンルーム内に格納されている。
【００２８】
内燃機関１は、シリンダ２内に昇降可能に配置されたピストン２４と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド２５と、シリンダヘッド２５の上部に取り付けられてこれを上方から覆うヘッドカバー２６と、クランクケース４の底部に取り付けられてこれを下方から覆うオイルパン２７とを備える。ピストン２４はコンロッド１９を介してクランクシャフト２０に連結される。
【００２９】
ヘッドカバー２６およびシリンダヘッド２５の内部には動弁室２８が画成される。動弁室２８には、吸気ポートＰｉ及び排気ポートＰｅをそれぞれ開閉する吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅと、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリング（図示せず）と、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ開弁方向に駆動する吸気カムシャフトＣｉ及び排気カムシャフトＣｅとが設けられる。動弁室２８には図示しないオイル供給口から動弁系潤滑のためのオイルが供給されている。シリンダヘッド２５には燃料を噴射するためのインジェクタ２９と、混合気を点火するための点火プラグ３０とが取り付けられている。
【００３０】
ピストン２４の上方には燃焼室３１が画成され、ピストン２４の下方にはクランク室３２が画成される。クランク室３２にはクランクシャフト２０が設けられると共に、その底部にはオイル（図示せず）が貯留される。
【００３１】
吸気ポートＰｉには気筒毎の吸気マニホールド３３を介してサージタンク３４が接続され、サージタンク３４から各気筒の吸気ポートＰｉに吸気マニホールド３３を介して吸気を分配するようになっている。サージタンク３４の上流側には吸気管３５が接続され、吸気管３５には電子制御式スロットルバルブ３６とエアフィルタ３７が設けられている。これら吸気ポートＰｉ、吸気マニホールド３３、サージタンク３４および吸気管３５により吸気通路が画成される。
【００３２】
各気筒の排気ポートＰｅには排気マニホールド３８を介して排気管（図示せず）が接続され、これら排気ポートＰｅ、排気マニホールド３８および排気管により排気通路が画成される。
【００３３】
内燃機関１には、燃焼室３１からピストン２４とシリンダ２の隙間を通過してクランク室３２に漏れ出たブローバイガスを処理するための装置が装備されている。すなわち、クランク室３２内に漏れ出たブローバイガスは、シリンダブロック２およびクランクケース４に設けられたオイル落とし穴（図示せず）等を上昇して動弁室２８に至る。そしてこのブローバイガスを吸気通路に環流させるため、動弁室２８がサージタンク３４にブローバイガス通路３８を介して連通接続されている。ブローバイガス通路３８の入口部には、吸気負圧ないし負荷に応じて開度が調節されるＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ３９が設けられ、このＰＣＶバルブ３９はヘッドカバー２６に取り付けられている。
【００３４】
他方、内燃機関１の内部に、換気用の新気ないし外気を導入するための装置も装備されている。これについては後に詳述する。
【００３５】
図示されるように、シリンダブロック３の下部側は、クランクケース４の上部側の内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられている。特に、当該嵌合部分において、シリンダブロック３の下部側が上部側に対し側方かつ外側に突出され、その突出部分においてシリンダブロック３がクランクケース４に対し摺動可能となっている。当該嵌合部分において、シリンダブロック３はクランクケース４により外側から覆われ、この部分で特にシリンダブロック３の放熱性および冷却性が低下している。この放熱性および冷却性の低下を抑制するのが本発明の目的の一つである。シリンダブロック３の内部にはシリンダ２を取り囲むようウォータジャケットＷが画成されている。
【００３６】
シリンダブロック２とクランクケース４の嵌合部ないし摺動部をシールするため、シール部材４０が設けられている。シール部材４０は、その全体がシリンダブロック２の外周側面の周りを１周するような環状に形成されると共に、その断面が図示の如き蛇腹状に形成された弾性体からなる。シール部材４０の上端縁部はシリンダブロック２とシリンダヘッド２５との間に挟まれて固定され、シール部材４０の下端縁部はクランクケース４に固定されている。
【００３７】
シリンダブロック３が下降してクランクケース４に近づいたとき（圧縮比が高くなったとき）、シール部材４０は収縮する。シリンダブロック２が上昇してクランクケース４から遠ざかったとき（圧縮比が低くなったとき）、シール部材４０は伸長する。こうして、シリンダブロック２とクランクケース３との相対位置が変化してもシール部材４０の伸縮により嵌合部ないし摺動部の気密性を保つことができる。
【００３８】
図示するように、シリンダブロック３、クランクケース４およびシール部材４０により囲まれた空間４１が形成される。この空間４１は、シリンダブロック３およびシール部材４０により挟まれた上部側空間４１Ａと、シリンダブロック３およびクランクケース４により挟まれた下部側空間４１Ｂとからなる。
【００３９】
シール部材４０によってもシリンダブロック３が外側から覆われるので、シリンダブロック３の放熱性および冷却性が低下している。そこで放熱性および冷却性を高めるため、本実施形態では次の構成を採用する。
【００４０】
すなわち、内燃機関１の内部に新気を排出するための新気排出路４２が、シリンダブロック３に指向させて設けられている。本実施形態において新気排出路４２は、下部側空間４１Ｂを画成するクランクケース４の部分に貫通形成された排出口４３と、排出口４３に連通接続され外部に延びる排出通路４４とを含む。すなわち新気排出路４２は下部側空間４１Ｂに連通される。新気排出路４２ないし排出口４３の出口は、同じく下部側空間４１Ｂを画成するシリンダブロック３の部分に向けられ、矢印Ｆ３で示すように、排出口４３から排出された新気を当該部分に当てるようになっている。
【００４１】
排出口４３は、貫通穴から形成してもよいし、クランクケース４に埋め込んだパイプから形成してもよい。新気排出路４２の出口をシリンダブロック３の摺動部に向け、当該摺動部に新気を当てるようにしてもよい。新気を当てる位置は任意である。シール部材４０を貫通して新気排出路４２を設けてもよい。
【００４２】
新気排出路４２から排出された新気は、シリンダブロック３およびクランクケース４の間の図示しない隙間、もしくはシリンダブロック３およびクランクケース４の少なくとも一方に形成された新気通路を通って、クランク室３２に送られる。これにより新気が内燃機関１の内部あるいはクランク室３２に送られ、換気が実現される。
【００４３】
一方、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路４５が設けられる。新気抽出路４５の入口ないし上流端はスロットルバルブ３６より上流側の吸気管３５に接続されており、この位置において新気抽出路４５は吸気通路から新気を抽出する。
【００４４】
さらに、吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路４６が設けられる。新気導入路４６の上流端はエンジンルーム内で開放された自由端となっている。
【００４５】
特に、好ましい態様として、新気導入路４６の入口４６Ａは、車両走行時の走行風に対向するよう位置され且つ指向されている。具体的には、当該入口４６Ａは、車両前方Ｆに向かって指向され、車両に対し後ろ向きに流れてくる走行風に向かい合い、走行風を直接的に且つ効率良く回収するようになっている。
【００４６】
また当該入口４６Ａは、車両前端部に位置され、特に車両前端部に配置されたラジエータＲに対し、車両前方側から見てオフセットして位置されている。当該入口４６Ａは、好ましくはラジエータＲよりも上方、より好ましくはラジエータＲよりも上方かつ前方に位置されている。これにより、ラジエータから後方に排出された熱気が入口４６Ａに導入されることがなくなり、十分に低温の新気のみを導入できる。
【００４７】
図示例において、入口４６Ａは、走行風を効率的に回収するよう拡径されている。また新気導入路４６の途中には、導入した新気ないし走行風を濾過するための新気フィルタ４７が設けられる。
【００４８】
また、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態、および新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態を調節する弁手段が設けられる。当該弁手段は、具体的には図示されるような単一の切替弁４８からなる。切替弁４８には、排出通路４４の上流端と、新気抽出路４５の下流端と、新気導入路４６の下流端とが接続される。切替弁４８は電磁三方弁からなり、新気抽出路４５と新気導入路４６の一方を新気排出路４２に択一的に接続する。もっとも、このような択一的な切替だけでなく、中間的な切替動作を行って、新気抽出路４５および新気導入路４６から新気排出路４２にそれぞれ送られる新気量の割合を変更するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態では新気抽出路４５と新気導入路４６の切り替えを単一の切替弁４８で行うが、これに限らず、弁手段は複数の弁で構成してもよい。例えば新気抽出路４５と新気導入路４６に個別に弁を設けてもよい。また通路構成も様々な変形が可能である。
【００５０】
内燃機関１には、インジェクタ２９、点火プラグ３０、スロットルバルブ３６、圧縮比可変機構２１のモータ１２、切替弁４８などの各種機器を電気的に制御するため、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成されるユニットである。
【００５１】
ＥＣＵ１００には、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ５２、エアフローメータ５３、水温センサ５４などの各種センサの電気信号が入力される。クランクポジションセンサ５１はクランクシャフト２０の回転位置に相関したパルス信号を出力する。アクセルポジションセンサ５２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した信号を出力する。エアフローメータ５３は、単位時間当たりの吸入空気量に相関した信号を出力する。水温センサ５４は、内燃機関１の冷却水の温度に相関した信号を出力する。
【００５２】
ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関１の運転状態（機関運転状態）を検出し、その検出結果に従って上記した各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ５１の出力信号から検出される内燃機関の回転数（機関回転数）と、アクセルポジションセンサ５２の出力信号から検出される内燃機関の負荷（機関負荷）とに基づいて、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５３】
その際、機関回転数および機関負荷が予め定められた低回転・低負荷運転領域にあるときには、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の圧縮比が高くなるよう、言い換えればシリンダブロック３がクランクケース４に近づくよう、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５４】
また、機関回転数および機関負荷が上記低回転・低負荷運転領域から外れたときには、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の圧縮比が低くなるよう、言い換えればシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかるよう、圧縮比可変機構２１を制御する。
【００５５】
圧縮比は、上述の如く２段階に切り換えられてもよいが、機関回転数および機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。
【００５６】
このように内燃機関１の圧縮比が変更されると、低回転・低負荷運転領域における燃焼効率の向上と、当該領域外の高回転または高負荷運転領域におけるノッキングの抑制とを両立することができる。
【００５７】
ところで、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷に応じて切替弁４８を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、検出された機関負荷が低負荷相当の所定値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全開状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全閉状態となるよう、切替弁４８を制御する。なお、ここでいう機関負荷の所定値は、高圧縮比と低圧縮比とを切り替える前記低回転・低負荷運転領域の境界を規定する負荷に等しくしてもよいし、異ならせてもよい。等しくした場合、高圧縮比および低圧縮比の切り替えと、通路の切り替えとが同時に起こる。
【００５８】
これにより、吸気通路から新気抽出路４５に抽出された新気のみが、図３に矢印Ｆ１で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００５９】
他方、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷が高負荷相当の所定値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全閉状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全開状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００６０】
これにより、新気導入路４６に導入された新気のみが、図３に矢印Ｆ２で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００６１】
このように本実施形態によれば、換気用の新気をシリンダブロック３に常時当てることができるので、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を高めることができる。また新気導入路４６により吸気通路以外の箇所から新気を導入し、これをシリンダブロック３に当てられるようにしたため、吸気通路内から抽出した新気に比べ、より低温の新気をシリンダブロック３に当てることができ、放熱性および冷却性をより高めることができる。
【００６２】
また切替弁４８により、シリンダブロック３に当てる新気を、新気抽出路４５により抽出した相対的に高温な新気と、新気導入路４６により導入した相対的に低温な新気との間で切り替えるようにした。そのため、シリンダブロック３の放熱を促進したくないような場合、すなわち上述した低負荷運転時や機関暖機時には、通常の内燃機関同様、新気抽出路４５により抽出した相対的に高温な新気をシリンダブロック３に当て、シリンダブロック３の保温性を確保し、暖機性を確保できる。
【００６３】
他方、シリンダブロック３の放熱を促進したいような場合、すなわちシリンダブロック温度が高くなる上述した高負荷運転時には、新気導入路４６により導入した相対的に低温の新気をシリンダブロック３に当て、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を向上できる。この際、新気導入路４６の入口４６Ａが上述のように位置され指向されていることから、低温の走行風ないしフレッシュエアをスムーズ且つ効率よく導入し、シリンダブロック３に当てることができる。特に高負荷運転時にはクランク室３２の内圧が高くなる傾向にあるが、このときにも走行風の勢いないし慣性を利用して、新気を比較的大量に機関内部に導入できる。このため、シリンダブロック３の放熱性および冷却性の向上に非常に有利である。
【００６４】
このように、機関運転状態に応じた最適な新気をシリンダブロック３に当て、且つ機関内部に導入することができる。
【００６５】
上記においては切替弁４８を択一的に切り替え、低負荷時と高負荷時とで新気抽出路４５と新気導入路４６を択一的に切り替えるようにした。しかしながら、切替弁４８を中間開度に制御し、新気抽出路４５からの新気と新気導入路４６からの新気との混合割合を機関負荷に応じて連続的に可変とすることも可能である。例えば、機関負荷が高くなるほど後者の新気割合を前者の新気割合に対して増加させるような制御も好ましい。
【００６６】
新気導入路４６の入口４６Ａは、必ずしも車両前方に向かって指向する必要はない。例えば車両のフロア下からエンジンルーム内に巻き上げて走行風が流入するような場合には、その走行風に対向するよう、新気導入路４６の入口４６Ａを下向きにすることが可能である。いずれにしても新気導入路４６の入口４６Ａは、走行風の流れ方向と入口４６Ａの軸線方向とが一致するよう、また走行風が直接導入されるよう、走行風に対向させて指向させるのが好ましい。
【００６７】
また、新気導入路４６の入口４６Ａは、必ずしも車両前端部に位置させる必要はない。例えばリアエンジン車やミッドシップエンジン車の場合、内燃機関１に近い車両の中央部または後端部に新気導入路４６の入口４６Ａを位置させることが可能である。新気導入路４６の入口４６Ａから新気排出路４２の出口（排出口４３）までの距離ができるだけ近い方が、より低温の新気を機関内部に導入できるからである。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。
【００６９】
図４に示すように、本実施形態においては、シリンダブロック３の温度を直接的に検出する温度センサ５５が設けられている。温度センサ５５は、シリンダブロック３の温度に相関した信号をＥＣＵ１００に出力する。なお、水温センサ５４によりシリンダブロック３の温度を間接的に検出することも可能である。
【００７０】
本実施形態では、機関負荷の代わりに、温度センサ５５により検出されたシリンダブロック温度に応じて切替弁４８が制御される。すなわちＥＣＵ１００は、検出されたシリンダブロック温度が相対的に低温な所定値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全開状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全閉状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００７１】
これにより、吸気通路から新気抽出路４５に抽出された新気のみが、図４に矢印Ｆ１で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００７２】
他方、ＥＣＵ１００は、検出されたシリンダブロック温度が相対的に高温な所定値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。すなわち、新気排出路４２と新気抽出路４５の連通状態が全閉状態となり且つ新気排出路４２と新気導入路４６の連通状態が全開状態となるよう、切替弁４８を制御する。
【００７３】
これにより、新気導入路４６に導入された新気のみが、図４に矢印Ｆ２で示すように、切替弁４８、新気排出路４２を順に経てシリンダブロック３に当てられる。
【００７４】
本実施形態によれば、低負荷運転時でありながらシリンダブロック温度が高温となっているような場合、例えば登坂走行後の定常走行時などにおいて、新気導入路４６からの低温な新気をシリンダブロック３に当てることができ、シリンダブロック３の放熱性および冷却性を向上することができる。そしてシリンダブロック温度を即座に下げることができる。なお第１実施形態だと、かかる場合には新気抽出路４５が新気排出路４２に接続され、第１実施形態に比べ相対的に不利である。
【００７５】
代替的に、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の両方に応じて切替弁４８を制御することも可能である。この場合たとえばＥＣＵ１００は、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の両方が、それぞれに対応する所定のしきい値未満であるときには、新気抽出路４５のみを新気排出路４２に接続し、新気導入路４６が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第１の位置に切り替える。これにより吸気通路から抽出された新気のみがシリンダブロック３に当てられる。
【００７６】
他方、ＥＣＵ１００は、検出された機関負荷とシリンダブロック温度の少なくとも一方が、それぞれに対応する所定のしきい値以上であるときには、新気導入路４６のみを新気排出路４２に接続し、新気抽出路４５が新気排出路４２に対し未接続となるよう、切替弁４８を第２の位置に切り替える。これにより新気導入路４６に導入された新気のみがシリンダブロック３に当てられる。
【００７７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。なお第１および第２実施形態と同様の部分については説明を省略し、以下相違点を中心に述べる。
【００７８】
この第３実施形態においては、第１実施形態に以下の特徴が付加されている。すなわち、図５に示すように、内燃機関１の内部に新気を排出すべくクランクケース４内のクランクジャーナル部２０Ａに指向された別の新気排出路が設けられる。そしてこの別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における切替弁４８の下流側にて、新気排出路４２に接続されている。
【００７９】
別の新気排出路は本実施形態の場合、クランクケース４の内部に画成された分岐通路５６からなる。分岐通路５６の上流端は排出口４３に接続され、排出口４３から分岐通路５６が分岐されている。分岐通路５６は排出口４３から下方に延び、クランクシャフト２０に近接した位置において、その下流端ないし出口がクランク室３２内のクランクジャーナル部２０Ａに向けて開放されている。ここでクランクジャーナル部２０Ａとは、クランクシャフト２０のうち、図示しない軸受により回転可能に支持されている部分をいう。
【００８０】
本実施形態によると、排出口４３に流入してきた新気を矢印Ｆ４で示すように分岐通路５６に分岐させ、矢印Ｆ５で示すようにクランクジャーナル部２０Ａに向けて排出することができる。これにより、クランクジャーナル部２０Ａの放熱性も向上し、クランクジャーナル部２０Ａの焼き付き等を未然に回避できる。
【００８１】
特に、本実施形態のような可変圧縮比内燃機関の場合、シリンダブロック３とクランクケース４が分離されているので、通常の内燃機関に比べ、シリンダブロック３内の冷却水によるクランクケース４およびその取付部品の放熱および冷却（すなわち冷却水への熱引け）が期待できない。よってクランクジャーナル部２０Ａの温度が上昇し焼き付きが発生しやすくなる。本実施形態はかかる問題に対処し得るものである。特に、高負荷運転時においては、クランクジャーナル部２０Ａの面圧が高くなり温度上昇しやすくなるが、かかる場合においても新気導入路４６から導入した比較的低温の新気でクランクジャーナル部２０Ａを冷却できるため、クランクジャーナル部２０Ａの温度上昇を確実に抑制できる。
【００８２】
さらに、分岐通路５６をクランクケース４の内部に画成したため、分岐通路５６を流れる新気でクランクケース４を直接的に、またその取付部品を間接的に、冷却することができ、この点もクランクジャーナル部２０Ａの温度上昇抑制に有利である。
【００８３】
なお、第２実施形態に本実施形態の特徴を加入してもよい。また、別の新気排出路は、本実施形態のようなクランクケース４内部に画成された分岐通路５６に限らず、例えば排出通路４４の途中から分岐された配管で形成してもよい。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。
【００８５】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。上述の各実施形態および各構成要素は可能な限りにおいて組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 内燃機関
２ シリンダ
３ シリンダブロック
４ クランクケース
９ カム軸
１０ ギア
１１ａ、１１ｂ ウォームギア
１２ モータ
２０ クランクシャフト
２０Ａ クランクジャーナル部
２１ 圧縮比可変機構
４２ 新気排出路
４５ 新気抽出路
４６ 新気導入路
４６Ａ 入口
４８ 切替弁
５１ クランクポジションセンサ
５２ アクセルポジションセンサ
５６ 分岐通路
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路をシリンダブロックに指向させて設け、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路を設けると共に、前記吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路を設け、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態および前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態を調節する弁手段を設けた
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関が車両に搭載され、車両走行時の走行風に対向するよう前記新気導入路の入口が指向されている
ことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記新気導入路の入口が車両前方に向かって指向されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記新気導入路の入口が車両前端部に位置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関の負荷および前記シリンダブロックの温度の少なくとも一方が検出され、その検出された少なくとも一方に応じて前記弁手段が制御される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記負荷および温度の少なくとも一方が所定値以上のとき、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態が全閉状態となり且つ前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態が全開状態となるよう、前記弁手段が制御される
ことを特徴とする請求項５に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関の内部に新気を排出すべく前記クランクケース内のクランクジャーナル部に指向された別の新気排出路が設けられ、当該別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における前記弁手段の下流側にて前記新気排出路に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項８】
前記別の新気排出路が、前記クランクケースの内部に画成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項１】
シリンダブロックがクランクケースの内側にシリンダ軸方向に移動可能に嵌め入れられた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の内部に新気を排出するための新気排出路をシリンダブロックに指向させて設け、吸気通路から新気を抽出するための新気抽出路を設けると共に、前記吸気通路以外の箇所から新気を導入する新気導入路を設け、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態および前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態を調節する弁手段を設けた
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関が車両に搭載され、車両走行時の走行風に対向するよう前記新気導入路の入口が指向されている
ことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記新気導入路の入口が車両前方に向かって指向されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記新気導入路の入口が車両前端部に位置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関の負荷および前記シリンダブロックの温度の少なくとも一方が検出され、その検出された少なくとも一方に応じて前記弁手段が制御される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記負荷および温度の少なくとも一方が所定値以上のとき、前記新気排出路と前記新気抽出路の連通状態が全閉状態となり且つ前記新気排出路と前記新気導入路の連通状態が全開状態となるよう、前記弁手段が制御される
ことを特徴とする請求項５に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関の内部に新気を排出すべく前記クランクケース内のクランクジャーナル部に指向された別の新気排出路が設けられ、当該別の新気排出路の上流端が、新気流れ方向における前記弁手段の下流側にて前記新気排出路に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項８】
前記別の新気排出路が、前記クランクケースの内部に画成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の可変圧縮比内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８７６２７（Ｐ２０１３−８７６２７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５７６０（Ｐ２０１１−２２５７６０）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【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２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【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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