JP4165074B2

JP4165074B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4165074B2
Application number: JP2002009040A
Authority: JP
Inventors: 栄一神山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003206771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内容積を変更可能にして圧縮比を可変制御することのできる可変圧縮比型の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な内燃機関（エンジン）においては、シリンダ内容積は一定で圧縮比も一定である（バルブの開閉タイミングを変えることによって、実効ストローク量や圧縮比を変えるエンジンは実用化されているが、その制御範囲は限定的である）。しかし、運転状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費性能や出力性能を向上させることができる。そこで、圧縮比を可変制御することによってこれらの性能向上を図る可変圧縮比型の内燃機関が発明考案されている。特開平7-26981号公報には、このような可変圧縮比型の内燃機関が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に記載の内燃機関は、機構的に完成しておらず、エンジンブロックが弾性変形しないと（エンジンブロックがシリンダ中心軸に直角な方向にたわまないと）成立しないようなものであり、十分に機能し得るものではなかった。あるいは、弾性変形しない場合は、シリンダブロックがロアケース（クランクケース）に対して、シリンダ中心軸に直角な方向に移動しなくてはならず、シリンダブロックとロアケースとの間に隙間を確保しておかなくては成立しないものであり、十分に機能し得るものではなかった。
【０００４】
また、可変圧縮比型の内燃機関としては、シリンダをロアケースに対して傾斜させ、シリンダ内容積を変化させるものも特表平7-506652号公報などに記載されている。しかし、このような機構の可変圧縮比型の内燃機関においては、シリンダを傾斜させるため、シリンダが傾斜しても運転に影響しないようにストローク量を大きく確保しておかなければならず、この点からの制約が大きいものであった。
【０００５】
また、上記公報に記載の内燃期間では、シリンダを傾斜させるのに偏心軸（クランク機構）を用いているが、このようにすると発生するモーメントが大きくなり、強度的に不利となってしまう。また、燃焼時の圧力がシリンダを傾斜させるためのギア（偏心軸を回転させるギア）を回転させる方向に働いてしまうので、燃焼時の圧力でギアが回転してしまわないようにする機構が必要である。また、シリンダをクランクケースに対して傾斜させるため、Ｖ型エンジンなどへの搭載が非常に困難な機構となっている。
【０００６】
即ち、従来の可変圧縮比型の内燃機関は、まだ十分に実用化されていると言える段階にはなく、実用化するには種々の問題があり、更なる研究・改良が必要な段階にある。本発明の目的は、このような可変圧縮比型の内燃機関が有する種々の問題を解決し、内燃機関としての性能を向上させることのできる内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関は、シリンダを有するシリンダブロックと、シリンダ内で往復運動するピストンと、シリンダの軸線方向にスライド可能にシリンダブロックを取り付けるロアケースと、ロアケースに対してシリンダブロックをスライドさせるスライド機構とを備えており、スライド機構が、シリンダブロックとロアケースとの間に構築され、かつ、シリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム軸を有し、カム軸が、軸部と、軸部に固定されているカム部と、軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有し、カム部が、シリンダブロック又はロアケースの一方に形成されたカム収納孔に収納されると共に、可動軸受部が、シリンダブロック又はロアケースの他方に形成され、該可動軸受部を保持する軸受収納孔に収納されていることを特徴としている。請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、クランクシャフトに固定されたクランクギアと噛み合う中継ギアを有することを特徴としている。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関において、中継ギアは、同心円状にタイミングスプロケットを有することを特徴としている。請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段を有し、バルブタイミング変更手段により、シリンダブロックのスライドによって変化するバルブタイミングを補正することを特徴としている。請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、クランクプーリーとカムシャフトの端部に固定されたタイミングプーリーを有し、クランクプーリーとタイミングプーリーとは、タイミングベルトによって繋がっていることを特徴としている。請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関において、シリンダブロックのスライドによってクランクプーリーとタイミングプーリーとの距離が変化してもタイミングベルトの経路全長を変化させないように、クランクプーリーとタイミングプーリーとの間に複数のプーリーが配置されることを特徴としている。請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の内燃機関において、複数のプーリーのうちクランクプーリーからタイミングプーリーまでの間のタイミングベルトの経路上に配置されるロアケース側のプーリーとシリンダブロック側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度αと、複数のプーリーのうちタイミングプーリーからクランクプーリーまでの間のタイミングベルトの経路上に配置されるシリンダブロック側のプーリーとロアケース側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度βとは、水平に対して逆回転方向の角度であることを特徴としている。請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、Ｖ型エンジンの各バンク毎に一対のカム軸が配置されていることを特徴としている。請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、Ｖ型エンジンの両バンクの基部に一対のカム軸が配置されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、一対のカム軸を回転させる単一のモータをさらに備えており、モータが、その出力軸に螺旋方向が逆方向の一対の減速ギアを有しており、一対の減速ギアが、カム軸の一端にそれぞれ取り付けられたギアと噛み合っていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、各カム軸が、複数組のカム部及び可動軸受部を配列させて有していることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部もカム軸の中心に対して偏心したカム部と同一の円形を有し、かつ、軸受収納孔もカム収納孔と同一の円形を有していることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関において、カム部がカム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、カム収納孔がカム部と同一の円形を有し、可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸受部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関の実施形態について、以下に説明する。まず、図１〜図６に第一実施形態の内燃機関を有する内燃機関（エンジン）１を示す。
【００１３】
以下に説明するエンジン１は、可変圧縮比型のエンジンであり、シリンダ２を有するシリンダブロック３をロアケース（クランクケース）４に対してシリンダ２の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。このため、本実施形態のエンジンは、ロアケース４に対してシリンダブロック３を移動させる移動機構が構築されている。
【００１４】
また、ロアケース４に対してシリンダブロック３が移動するが、燃焼時の圧力で両者の位置が勝手に変わるようでは困る。本実施形態では、燃焼時の圧力でロアケース４に対するシリンダブロック３の位置が容易に加わらないような機構も構築されている。この機構は、ごく簡単な機構とされており、複雑な機構や重量増を招かないような配慮がなされている。
【００１５】
さらに、ロアケース４に対してシリンダブロック３がシリンダ２の軸方向に移動するため、シリンダ２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行うカムシャフト１７はロアケース４に対して移動することとなる。カムシャフト１７の駆動力は、ロアケース４内に配置されたクランクシャフト１５からチェーンやベルトを介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施形態の内燃機関ではなされている。
【００１６】
シリンダブロック３がロアケース４に対して移動可能とされていること、及び、その移動機構を備えていること、カムシャフトへの駆動力の伝達、以外の部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはないので、以下には上述した点のみを重点的に説明し、従来のエンジンと同様の部分については説明を省略する。
【００１７】
図１に示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の***部が形成されており、この各***部にカム収納孔５が形成されている。カム収納孔５は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔５は、円形を有しており、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（本実施形態のエンジン１は四気筒エンジン）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。カム収納孔５は、シリンダブロック３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００１８】
ロアケース４には、上述したカム収納孔５が形成された複数の***部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース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を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、円形の軸受収納孔８が形成される。軸受収納孔８の形状は、上述したカム収納孔５と同一である。
【００１９】
複数の軸受収納孔８は、カム収納孔５と同様に、シリンダブロック３をロアケース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、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。これらの複数の軸受収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔８は全て同一軸線上に位置している。軸受収納孔８は、片側に四つずつ形成される。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔５の間の距離と、両側の軸受収納孔８との間の距離は同一である。
【００２０】
交互に配置される二列のカム収納孔５と軸受収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、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に固定された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た可動軸受部９ｃとからなる。本実施形態では、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。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、後述するギア１０の取付部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取付部９ｄの中心とは偏心しており、全カム部９ｂの中心と取付部９ｄの中心とは一致している。
【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。実際にカム軸９を構築するには、最も端部の一つのカム部９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸９が製造され、これに可動軸受部９ｃと他のカム部９ｂとが挿入される。そして、カム部９ｂのみがビスなどで軸部９ａに固定される（圧入や溶接でも良い）。軸部９ａ上のカム部９ｂの数は、シリンダブロック３片側のカム収納孔５の数と一致する。また、カム部９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔５の長さと一致する。同様に、軸部９ａ上の可動軸受部９ｃの数は、ロアケース４片側に形成される軸受収納孔８の数と一致する。また、可動軸受部９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔８の長さと一致する。
【００２２】
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と同一正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック３とロアケース４とを組み合わせて複数のカム収納孔５と複数の軸受収納孔８とで形成される長孔にカム軸９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸９をシリンダブロック３及びロアケース４に対して配置させた後にキャップ７を取り付けても良い。
【００２３】
カム収納孔５、軸受収納孔８、カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック３は、ロアケース４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する（他の手法によってシールを行っても良い）。
【００２４】
各カム軸９の軸部９ａの一端にはギア取付用のボルト孔が形成されており、このボルト孔を用いてギア１０がボルトで固定されている。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が噛み合っている。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を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３などに固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。
【００２５】
さらに、シリンダブロック３は、図２に示されるように、その最も端部よりのカム収納孔５の下方に、中継ギア１３が取り付けられるギア取付部１４を有している。ギア取付部１４は、二列あるカム収納孔５の一方の列の側にのみ形成されている。中継ギア１３は、同心円状にタイミングスプロケット１３ａが一体化されている。中継ギア１３は、クランクシャフト１５の端部に固定されたクランクギア１６と噛み合っている。
【００２６】
上述した構成の内燃機関によって圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図３(a)〜図３(c)にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機構との様子を示した断面図を示す。図３(a)〜図３(c)中、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をして示す。図３(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の外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、カム収納孔５及び軸受収納孔８の外側に位置している。
【００２７】
図３(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して矢印方向に回転させると、図３(b)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は、図３(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の偏心量の二倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で回転し、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００２８】
なお、図３(a)の状態からモータ１２を駆動させた場合、各カム軸９において、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが逆方向に回転すると図３(b)の状態となる。図３(a)の状態からモータ１２を駆動させた場合、各カム軸９において、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとが同方向に回転する可能性もあり、この場合は正常にシリンダブロック３をロアケース４に対してスライドさせることができない。一対のカム軸のうちの一方についてはカム部９ｂと可動軸受部９ｃとが逆方向に回転し、他方についてはカム部９ｂと可動軸受部９ｃとが同方向に回転する可能性もないとは言えない。
【００２９】
さらに、一本のカム軸９に取り付けられた複数の可動軸受部９ｃの全てが同じ方向に回転しようとしないで回転の抵抗となってしまう可能性もある。このため、本実施形態の内燃機関のスライド機構では、図３(a)のように、カム部９ｂと可動軸受部９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図３(a)の状態のカム軸９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸９で正方向は逆回転方向）、図３(c)の状態の回転位置は９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上としておけば、上述したような問題を解消し得る。上述したように、実際のシリンダブロック３のスライド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題はない。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にのみスライドさせて使用する。また、図３(c)の状態からスライド量を０に戻すには、モータ１２を逆回転させて図３(a)の状態に戻す。即ち、本実施形態では、カム軸９の制御範囲は５°〜９０°である。しかし、ロアケース４に対してシリンダブロック３を下死点側にのみスライドさせて使用しても良い。この場合のカム軸９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。また、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にのみスライドさせて使用する場合に、カム軸９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００３１】
上述したようなスライド機構を用いることによって、シリンダブロック３をロアケース４に対して、シリンダ２の軸線方向にスライドさせることが可能となるので、圧縮比を可変制御することが可能となる。ある寸法の内燃機関で数ｍｍのスライド量を実現して圧縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の可変範囲を確保できることが算出された。また、このようなスライド機構によれば、シリンダを傾けるようなことをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが加わるような箇所も存在せず、カム軸９などを用いた簡便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる
【００３２】
また、燃焼時の圧力は、カム軸９を回転させようとする力として作用する。この力は、ギア１０及びウォームギア１１ａ，１１ｂを介して、モータ１２の出力軸に伝達される。しかし、この力は、モータ１２を以下移転させようとする方向に働くことはなく、出力軸の内部で相殺されてしまう。即ち、一対のウォームギア１１ａ，１１ｂ間の出力軸（シャフト）への圧縮力又は引張力として相殺されてしまい、モータ１２には何らの影響を与えない。この点からも、本実施形態のスライド機構は優れている。
【００３３】
上述したように、ロアケース４に対してシリンダブロック３がスライドするので、ロアケース４内部のクランクシャフト１５とシリンダブロック３の上方に取り付けられる吸排気バルブを駆動するカムシャフト１７との距離も変化することとなる。本実施形態のエンジン１は、図４に示されるように、吸気バルブ・排気バルブ用にそれぞれカムシャフト１７を有している。一対のカムシャフト１７の端部には、カムシャフトスプロケット１８が固定されている。ここでは、カムシャフトスプロケット１８に、バルブの開閉タイミングを可変制御する公知の連続可変バルブタイミング機構が内蔵されている。
【００３４】
そして、上述したように、カムシャフト１７の駆動力は、クランクシャフト１５端部のクランクギア１６から中継ギア１３（タイミングスプロケット１３ａ）に伝えられる。その後、この駆動力は、タイミングスプロケット１３ａと一対のカムシャフトスプロケット１８に取り付けられたタイミングチェーン１９を介して、最終的にカムシャフト１７に伝達され、カムシャフト１７を回転させる。ここで、シリンダブロック３がスライドすると、クランクギア１６に対する中継ギア１３の位置が変化することとなる。この様子を図５(a)及び図５(b)に示す。
【００３５】
図５(a)に示される状態が、クランクギア１６と中継ギア１３との距離が最も短い状態である。これがシリンダブロック３のスライド量が０の状態を示している。この状態から、シリンダブロック３が最大スライド量（数ｍｍ）上死点側に移動した状態が図５(b)である。クランクギア１６と中継ギア１３に対して実際の直径を与え、シリンダブロック３のスライド量が最大（数ｍｍ）となったときに、両ギア間の距離がどの程度離れるかを試算したところ、十数μｍ程度にしかならない。この値は、通常のギアにおける誤差（製造公差やギア軸のガタなど）の範囲内であり、十分問題なく機能する。
【００３６】
また、上述した機構であると、シリンダブロック３をスライドさせるとバルブタイミングも変わるが、本実施形態のエンジン１は上述したように、吸排気側とも連続可変バルブタイミング機構を搭載させてあるので、これを用いて精密な補正を行うことが可能である。さらに、上述したのは、チェーンを用いてカムシャフト１７を駆動する場合であったが、図６に示されるように、タイミングベルト２０を用いてカムシャフト１７を駆動するようにしても良い。ベルトは、チェーンと違ってその経路を屈曲させやすいという特性があるので、この特性を利用する。
【００３７】
図６中の細線の円がロアケース４側に取り付けられたプーリーであり、太線の円がシリンダブロック３に取り付けられたプーリーである。これらのプーリーに対してタイミングベルト２０が巻き付けてある。一番下方にクランクシャフト１５の端部に固定されたクランクプーリー２１があり、一番上方に一方のカムシャフト１７の端部に固定されたタイミングプーリー２２がある。なお、この場合は、もう一つのカムシャフト１７は、一対のカムシャフト１７間に互いに噛み合うギア（一方はシザースギアとする）をそれぞれ設けておくなどして駆動する。また、各カムシャフト１７にタイミングプーリーを取り付けて、二つのタイミングプーリーにタイミングベルトをかけても良い。
【００３８】
クランクプーリー２１からタイミングプーリー２２までの間のタイミングベルト２０の経路上には、ロアケース４側プーリーが一つとシリンダブロック３側のプーリーが一つ配置されている。この二つのプーリー間のタイミングベルト２０が水平に対してなす角をαとして図６中に示してある。同様に、タイミングプーリー２２からクランクプーリー２１までの間のタイミングベルト２０の経路上にも、シリンダブロック３側のプーリーが一つとロアケース４側プーリーが一つ配置されている。この二つのプーリー間のタイミングベルト２０が水平に対してなす角をβとして図６中に示してある。シリンダブロック３側プーリーを実線、ロアケース４側のプーリーを点線で示す。
【００３９】
上述した角度αと角度β（共に時計回転方向を正とすると）とは、正の角度と負の角度である。このようにしておくと、シリンダブロック３がスライドすると、一方の角度が大きくなれば他方の角度が小さくなる。即ち、一方の角度を規定する部分のタイミングベルトの経路長が長くなり、他方の角度を規定する部分のタイミングベルトの経路長が短くなり、タイミングベルト２０の経路全長をほとんど変化させずにシリンダブロック３をスライドさせることができる。上述したように、シリンダブロックの実際のスライド最大量を数ｍｍとして、一般的なプーリー径や配置を用いて試算したところ、タイミングベルト２０の経路長の変化は０．０５ｍｍ程度であった。
【００４０】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態の内燃機関は、上述した第一実施形態とほぼ同様の構成を有している。異なるのは、可動軸受部とこれを収納する軸受収納光の形態のみである。以下には、特に異なる部分について詳しく説明し、第一実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。図７〜図９に第二実施形態の内燃機関を示す。図７は図１相当図、図８は図２相当図、図９は図３相当図である。
【００４１】
本実施形態では、軸受収納孔８０がロアケース側の立壁部の上面に形成された方形の凹部と、同様に方形の凹部を有するキャップ７０とによって形成されている。キャップ７０は上方から立壁部に取り付けられ、軸受収納孔８０は横方向に長い長方形となる。これに対応して、カム軸９に取り付けられる可動軸受部９０ｃも長方形とされている。可動軸受部９０ｃは、一対の凹型部品を対向させて形成されており、そのほぼ中央にはカム軸９の軸部９ａの断面とほぼ等しい円孔が形成され、この部分で軸部９ａに対して回転可能に取り付けられている。可動軸受部９０ｃの長方形は、その高さが軸受収納孔８０の高さとほぼ等しく、その横幅が軸受収納孔８０の横幅よりも狭くなっている。このため、各可動軸受部９０ｃは、各軸受収納孔８０の内部で横方向にスライド可能となっている。
【００４２】
なお、可動軸受部と軸受収納孔との関係は、軸受収納孔の内部で可動軸受部が一方向にスライド可能であればよく、これを実現できるのであれば、長方形でなくても良い。また、可動軸受部のスライド方向も、横方向に限られるものではなく、例えば、シリンダ２の両側の各可動軸受のスライド方向がＶ字形となるように配置されてもよい。即ち、可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、かつ、軸受収納孔が可動軸受部を内部で平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していればよい。
【００４３】
本実施形態の内燃機関によって圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図９(a)〜図９(c)にシリンダブロック３と、ロアケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９などからなるスライド機構との様子を示した断面図を示す。図９(a)〜図９(c)中、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９０ｃの中心をｃをして示す。図９(a)は、軸部９ａの延長線上から見てカム収納孔５内における軸部９ａの位置が最上方位置にある（シリンダブロック３が最下方位置にある）状態である。また、各軸受収納孔８０内での可動軸受部９０ｃの位置は、最もシリンダ２寄り（内側寄り）の位置にある。
【００４４】
図９(a)の状態から、軸部９ａ（及び軸部９ａに固定されたカム部９ｂ）をモータ１２を駆動して矢印方向に回転させると、図９(b)の状態となる。図９(b)では、カム収納孔５内での軸部９ａの位置は最も外側となっている。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。また、一対のカム軸９の軸部９ａ間の距離は広がるが、この各軸部９ａのロアケース４に対する横方向の移動は可動軸受部９０ｃの横方向のスライドによって吸収される。
【００４５】
そして、シリンダブロック３のスライド量は、図９(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の偏心量の二倍となる。カム部９ｂは、カム収納孔５の内部で回転し、カム収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。なお、ここでは、軸部９ａがカム収納孔５の外側のみを移動するようにしたが、内側のみを移動するようにしたり、カム収納孔５の内部で一周するようにして利用しても良いことは言うまでもない。この場合は、軸受収納孔８０の大きさを十分確保しておく必要がある。
【００４６】
本発明の内燃機関は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、カム部９ｂ−シリンダブロック３、可動軸受部９ｃ−ロアケース４の組み合わせでスライド機構が構築されたが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリンダブロックの組み合わせでスライド機構を構築しても良い。また、カム部９ｂの形状は正円であることが好ましいが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実施形態において、長径がカム部９ｂと同じ長さを有する楕円や卵形をしていても機能し得る。
【００４７】
さらに、本発明の内燃機関はＶ型エンジンにも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述した一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて圧縮比を変えてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に記載の内燃機関によれば、軸部、カム部及び可動軸受部を有する一対の平行な互いに逆回転するカム軸によって構築されたスライド機構によって、シリンダをピストン往復運動方向にのみスライドさせることができる。このため、圧縮比を制御してより高次元の燃焼を行うことが可能となる。このとき、機構は単純な構造で済み、重量増加も最小限に抑えることができ、かつ、動作も確実に行われるので、十分に実用化することができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼時の圧力を容易に相殺させることができ、スライド機構を簡便な機構で構築することが可能となる。請求項３に記載の発明によれば、ロアケースに対してシリンダブロックをスライドさせる力がシリンダ（単数又は複数、複数の場合はシリンダの列）の側方に均等に作用するようにして、ロアケースに対するシリンダブロックのスライドを円滑に行わせることができる。請求項４や請求項５に記載の発明によれば、ロアケースに対するシリンダブロックのスライドをより円滑に行うことができるスライド機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の第一実施形態の分解斜視図である。
【図２】本発明の内燃機関の第一実施形態の斜視図である。
【図３】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるシリンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。
【図４】本発明の内燃機関の第一実施形態におけるタイミングチェーンの様子を示す側断面図である。
【図５】図４におけるクランクギアと中継ギアとの関係を示す側面図である。
【図６】タイミングベルトを用いた場合のベルトとプーリーとの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の内燃機関の第二実施形態の分解斜視図である。
【図８】本発明の内燃機関の第二実施形態の斜視図である。
【図９】本発明の内燃機関の第二実施形態におけるシリンダブロックがスライドする経過を示す断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…シリンダ、３…シリンダブロック、４…ロアケース、５…カム収納孔、６…ボルト、７，７０…キャップ、８，８０…軸受収納孔、９…カム軸、９ａ…軸部、９ｂ…カム部、９ｃ，９０ｃ…可動軸受部、９ｄ…取付部、１０…ギア、１１ａ，１１ｂ…ウォームギア、１２…モータ、１３…中継ギア、１３ａ…タイミングスプロケット、１４…ギア取付部、１５…クランクシャフト、１６…クランクギア、１７…カムシャフト、１８…カムシャフトスプロケット、１９…タイミングチェーン、２０…タイミングベルト、２１…クランクプーリー、２２…タイミングプーリー。

Claims

シリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダ内で往復運動するピストンと、前記シリンダの軸線方向にスライド可能に前記シリンダブロックを取り付けるロアケースと、前記ロアケースに対して前記シリンダブロックをスライドさせるスライド機構とを備えており、
前記スライド機構が、前記シリンダブロックと前記ロアケースとの間に構築され、かつ、前記シリンダの両側方に平行に配置されて互いに逆方向に回転する一対のカム軸を有し、
前記カム軸が、軸部と、前記軸部に固定されているカム部と、前記軸部に対して回転可能に取り付けられた可動軸受部とを有し、
前記カム部が、前記シリンダブロック又は前記ロアケースの一方に形成されたカム収納孔に収納されると共に、前記可動軸受部が、前記シリンダブロック又は前記ロアケースの他方に形成され、該可動軸受部を保持する軸受収納孔に収納されていることを特徴とする内燃機関。
一対の前記カム軸を回転させる単一のモータをさらに備えており、前記モータが、その出力軸に螺旋方向が逆方向の一対の減速ギアを有しており、
前記一対の減速ギアが、前記カム軸の一端にそれぞれ取り付けられたギアと噛み合っていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
各カム軸が、複数組の前記カム部及び前記可動軸受部を配列させて有していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
前記カム部が前記カム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、前記カム収納孔が前記カム部と同一の円形を有し、
前記可動軸受部も前記カム軸の中心に対して偏心した前記カム部と同一の円形を有し、かつ、前記軸受収納孔も前記カム収納孔と同一の円形を有していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
前記カム部が前記カム軸の中心に対して偏心した円形のカムプロフィールを有し、かつ、前記カム収納孔が前記カム部と同一の円形を有し、
前記可動軸受部が一対の平行辺を有する四角形を有し、かつ、前記軸受収納孔が前記可動軸受部を内部で前記平行辺の方向にスライドさせ得る四角形を有していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
クランクシャフトに固定されたクランクギアと噛み合う中継ギアを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記中継ギアは、同心円状にタイミングスプロケットを有することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
バルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段を有し、
前記バルブタイミング変更手段により、前記シリンダブロックのスライドによって変化するバルブタイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
クランクプーリーとカムシャフトの端部に固定されたタイミングプーリーを有し、
前記クランクプーリーと前記タイミングプーリーとは、タイミングベルトによって繋がっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記シリンダブロックのスライドによって前記クランクプーリーと前記タイミングプーリーとの距離が変化しても前記タイミングベルトの経路全長を変化させないように、前記クランクプーリーと前記タイミングプーリーとの間に複数のプーリーが配置されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
前記複数のプーリーのうち前記クランクプーリーから前記タイミングプーリーまでの間の前記タイミングベルトの経路上に配置される前記ロアケース側のプーリーと前記シリンダブロック側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度αと、前記複数のプーリーのうち前記タイミングプーリーから前記クランクプーリーまでの間の前記タイミングベルトの経路上に配置される前記シリンダブロック側のプーリーと前記ロアケース側のプーリーとの間のタイミングベルトが水平に対してなす角度βとは、水平に対して逆回転方向の角度であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
前記内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、
前記Ｖ型エンジンの各バンク毎に一対のカム軸が配置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。
前記内燃機関は、Ｖ型エンジンであり、
前記Ｖ型エンジンの両バンクの基部に一対のカム軸が配置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。