JP4581801B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、吸気通路及び排気通路を備えた内燃機関に関する。

内燃機関には、新気を導入して燃料と混合させ、混合気を形成するための吸気通路が設けられている。この吸気通路は、吸気マニホールドやスロットルボディ等の吸気系部材によって構成されており、これらの吸気系部材は、内燃機関に設けられた吸気ポートに接続されるべく固定されている。同様に、内燃機関には、燃焼後の排気を排出するための排気通路が設けられている。この排気通路は、排気マニホールド等の排気系部材によって構成されており、これらの排気系部材は、内燃機関に設けられた排気ポートに接続されるべく固定されている。

このように内燃機関に吸気系部材および排気系部材が固定及び接続された場合、吸気系部材または排気系部材の重心は、吸気系部材または排気系部材と内燃機関との接続部の外側に離れて位置する場合が多い。そうすると、吸気系部材または排気系部材と内燃機関との接続部において、剪断応力に加えてモーメントが作用し、前記接続部の耐久性に影響を及ぼす場合があった。

一方、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た、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移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

このような可変圧縮比内燃機関においては、シリンダブロックとクランクケースとが相対移動するため、吸気系部材または排気系部材の内燃機関への固定場所が制限され、前記接続部に作用するモーメントを低減することが特に困難な場合があった。
特開２００３−２０６７７１号公報 実開昭６３−８６３６６号公報 特開平１１−１４１４０６号公報 特開平１１−５０９２４号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関に対する、吸気系部材または排気系部材の接続部に作用するモーメントを低減し、前記接続部における耐久性を向上させる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関に接続及び固定された吸気系部材と排気系部材とを連結部材により連結し、前記吸気系部材、前記排気系部材及び、前記連結部材により構成される吸排気系部材の重心が、前記吸気系部材と前記内燃機関との接続部を通過する鉛直線と、前記排気系部材と前記内燃機関との接続部を通過する鉛直線との間に位置するように構成することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関に対して吸気系接続部において固定及び接続されることにより
、前記内燃機関の吸気通路の一部を形成する吸気系部材と、
前記内燃機関に対して排気系接続部において固定及び接続されることにより、前記内燃機関の排気通路の一部を形成する排気系部材と、
前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結することにより互いの相対位置の変化を規制する連結部材と、を備え、
前記吸気系部材、前記排気系部材及び、前記連結部材により構成される吸排気系部材の重心の水平方向の位置が、前記吸気系接続部を通過する鉛直線と、前記排気系接続部を通過する鉛直線との間に位置することを特徴とする。

ここで前述のように、内燃機関には、該内燃機関に新気を導入するための吸気通路と、該内燃機関から燃焼後の排気を排出する排気通路とが備えられている。そして、これらの吸気通路及び排気通路は長い管路を形成する。従って、吸気通路及び排気通路を前記内燃機関に対して充分な信頼性をもって固定するには、これらの管路を、これらの管路と前記内燃機関との接続部の他の場所においても、前記内燃機関または前記内燃機関に対して相対移動しない場所に固定されることが望ましい。

しかし、前記内燃機関の構成によっては、前記吸気通路または前記排気通路の少なくとも一部を形成する吸気系部材または排気系部材自体を、前記前記内燃機関または前記内燃機関に対して相対移動しない場所に複数箇所で固定することが困難な場合があった。

ここで、内燃機関に前記吸気系部材及び前記排気系部材を、それぞれ前記吸気系接続部及び前記排気系接続部のみにおいて前記内燃機関に固定した状態においては、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部に対して、前記吸気系部材及び前記排気系部材の重量及び、重心の位置に応じたモーメントが作用する。このモーメントは、前記吸気系部材及び前記排気系部材の重量が大きいほど大きくなり、また、前記吸気系部材の重心の位置が前記吸気系接続部から遠いほど、前記排気系部材の重心の位置が前記排気系接続部から遠いほど大きくなる。

またここで、前記吸気系部材及び前記排気系部材は、前述のように長い管路を形成する管状の部材を含むことが多く、それらの重心を前記吸気系接続部及び排気系接続部のごく近傍となるように構成することは困難な場合がある。

従って、そのような場合には、前記内燃機関の運転中において振動または衝撃が発生する毎に、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部には前記吸気系部材及び前記排気系部材の慣性に基くモーメントが作用する。そしてそのことが、前記内燃機関における前記吸気系接続部または前記排気系接続部における耐久性を低下させるおそれがあった。

そこで、本発明においては、前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結部材によって連結し、それらの部材を合わせた吸排気系部材全体としての重心の水平方向の位置が、前記吸気系接続部を通過する鉛直線と、前記排気系接続部を通過する鉛直線との間になるようにした。

そうすれば、前記吸気系接続部または前記排気系接続部に作用するモーメントの基となる慣性力の作用する場所が、前記吸気系接続部または前記排気系接続部から過度に遠くなることを抑制することができる。その結果、前記吸気系接続部または前記排気系接続部に作用するモーメントが過大になることを抑制でき、前記内燃機関の前記吸気系接続部または前記排気系接続部における耐久性を向上させることができる。

ここにおいて、吸気系部材及び排気系部材とは、前記内燃機関に接続及び固定され、その重量及び重心の位置に応じたモーメントが直接、前記吸気系接続部及び排気系接続部に
作用する部材を意味する。例えば吸気マニホールドや排気マニホールド、吸気マニホールドにスロットルボディが一体的に組み込まれている場合には吸気マニホールドにスロットルボディを加えた吸気マニホールドユニットを挙げることができる。また、吸気マニホールドにスロットルボディの他シリンダヘッドカバー、エアクリーナケースなどを一体に形成した吸気系モジュールを例示することができる。さらに、排気マニホールドに可撓性部材を介さずに接続された排気管及び排気浄化装置を含んだ部材や、吸気マニホールドに可撓性部材を介さずに接続された吸気管を含んだ部材を例示することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関におけるシリンダが形成されたシリンダブロックと、
前記内燃機関におけるクランク軸が組み付けられるとともに、前記シリンダブロックが相対移動可能に取り付けられたクランクケースと、
前記クランクケースと前記シリンダブロックとを、相対的に接近または離反させることにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、をさらに備えるようにしてもよい。

すなわち、上述したような、前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結部材によって連結し、それらの部材を合わせた吸排気系部材全体としての重心の水平方向の位置が、前記吸気系接続部を通過する鉛直線と、前記排気系接続部を通過する鉛直線との間になるようにする構成を、クランクケースとシリンダブロックとを相対移動させることによって圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関に対して適用してもよい。

ここで、上記の可変圧縮比内燃機関においては、前述のようにクランクケースとシリンダブロックとは相対移動する。

この場合、前記吸気系部材及び排気系部材を、シリンダブロック側及びクランクケース側の両方において支持することは困難となるので、前記吸気系部材及び排気系部材を、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部を含む複数の場所において、効果的に固定することは、可変圧縮比内燃機関ではない通常の内燃機関におけるよりも困難となる。

また、上記のような可変圧縮比内燃機関においては、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部が、シリンダブロック及びクランクケースのうち、圧縮比を変更する際に移動する側に配置された場合には、その移動に際しての前記吸気系部材及び前記排気系部材の慣性力に基くモーメントも、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部へ作用することとなる。

これらより、前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結部材によって連結し、それらの部材を合わせた吸排気系部材全体としての重心の水平方向の位置が、前記吸気系接続部を通過する鉛直線と、前記排気系接続部を通過する鉛直線との間になるようにする構成を、上記のような可変圧縮比内燃機関に適用した場合には、より効果的に、前記内燃機関の前記吸気系接続部及び前記排気系接続部における耐久性を向上させることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関におけるシリンダが形成されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の動弁機構が設けられたシリンダヘッドをさらに備え、
前記連結部材は、前記シリンダヘッドに対して前記シリンダブロックと逆側の空間を通過することにより、前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結するようにしてもよい。

このような構成とすれば、前記吸気系部材と前記排気系部材とを、前記連結部材によって、前記シリンダの軸方向に離れた位置において連結させることができる。こうすれば、
前記吸排気系部材全体として、前記シリンダの軸方向の幅を大きくすることができ、その剛性を高めることができる。また、前記シリンダヘッドに対して前記シリンダブロックと逆側の空間は、比較的スペースを確保することが容易であるので、空間の利用効率を高めることができる。

また、本発明においては、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部は、前記シリンダブロックまたは前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材に設けられるようにしてもよい。

そうすれば、前記吸気系部材及び前記排気系部材を、前記内燃機関のシリンダに対しては相対移動しない部材に固定及び接続することができ、前記内燃機関における燃焼室及び、吸気系及び排気系をより平易に構成することができる。

ここで、前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材としては、前記シリンダブロックに取り付けられたシリンダヘッドや、シリンダヘッドにおける吸気ポートまたは排気ポートの開口部に中継的に設けられたパイプなどを例示することができる。

また、本発明においては、前記吸排気系部材は、前記吸気系接続部および前記排気系接続部以外の場所において、前記内燃機関に対してさらに固定されるようにしてもよい。

すなわち、前記吸気系接続部および前記排気系接続部以外の場所において、前記吸排気系部材をさらに１箇所以上で前記内燃機関に対して固定するようにしてもよい。そうすれば、前記吸排気系部材を、３個所以上において前記内燃機関に固定することができるので、前記吸排気系部材全体をより確実に前記内燃機関に固定することができる。その結果、前記吸気系接続部及び前記排気系接続部に作用するモーメントを抑制することができ、前記内燃機関の前記吸気系接続部及び前記排気系接続部における耐久性を向上させることができる。

ここで、前記内燃機関が、クランクケースとシリンダブロックとを相対的に接近または離反させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関である場合には、前記吸排気系部材は、クランクケース及びシリンダブロックのうち、前記吸気系接続部および前記排気系接続部が設けられた方にさらに固定されることが望ましい。これにより、圧縮比の変更の際に、クランクケースとシリンダブロックとが相対的に移動した場合にも、前記吸排気系部材全体をより確実に前記内燃機関に固定することができる。

また、前記吸排気系部材を前記内燃機関に対してさらに固定する場合には、弾性体を介して固定するようにしてもよい。そうすれば、前記吸気通路または前記排気通路内に発生する気体の脈動騒音を前記内燃機関に伝達しづらくすることができる。

また、本発明においては、前記シリンダブロックまたは前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材と、前記吸気系部材および／または前記排気系部材とに結合することにより、前記吸気系部材および／または前記排気系部材の前記内燃機関に対する固定を補助する補助部材をさらに備えるようにしてもよい。

すなわち、前記吸気系部材および／または前記排気系部材を別部品である補助部材によって、前記シリンダブロックまたは前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材にさらに固定するようにしてもよい。そうすれば、前記吸気系接続部および／または前記排気系接続部における前記吸気系部材および／または前記排気系部材の固定をより確実にすることができる。

また、本発明においては、内燃機関におけるクランク軸が組み付けられたクランクケースと、
前記内燃機関におけるシリンダが形成され、前記クランクケースに対して相対移動可能に取り付けられたシリンダブロックと、
前記クランクケースと前記シリンダブロックとを相対的に近接又は離反させることによって前記内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、を備えた内燃機関であって、
前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所に固定され、前記内燃機関または機関関連部品の運転の用に供する一つ又は複数のシリンダブロック側部材と、
前記シリンダブロック側部材と、前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所とを連結することによって、前記シリンダブロック側部材の前記内燃機関に対する固定を補助する補助部材と、
を備えるようにしてもよい。

ここで、クランクケースとシリンダブロックとを相対移動させることによって圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、前記シリンダブロックには、吸気系の部材及び排気系の部材を始め、種々の部品が連結されている（以下、これらを「シリンダブロック側部材」という。）。その場合、前述のように、前記クランクケースと前記シリンダブロックとの間の距離が変化するため、シリンダブロック側部材を前記クランクケースまたは前記クランクケースに対して相対移動しない場所に連結することにより固定すると、上述の圧縮比の変更を行う際に、前記シリンダブロック側部材に過剰な負荷がかかるとともに、上述の圧縮比の変更を阻害するおそれがある。

そこで、本発明においては、前記補助部材によって、前記シリンダブロック側部材と、前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所とを連結して支持することとした。そうすれば、前記補助部材によって、前記シリンダブロック側部材が、前記シリンダフロック側部材自体と相対移動しない場所に連結して支持されるので、前記シリンダブロック側部材を前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所とをより確実に固定することができる。また、より確実に圧縮比の制御を行うことができる。

ここで、シリンダブロック側部材としては、吸排気系部材、始動用モータやジェネレータなどの補機類、電源関係部品、センサ類、制御用基盤類等を例示することができる。また、前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所としては、シリンダブロック自体、シリンダヘッド、シリンダヘッドカバーなどを例示することができる。

また、本発明においては、前記シリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の動弁機構が設けられたシリンダヘッドをさらに備え、
前記シリンダブロック側部材は、前記シリンダヘッドに固定及び接続されることにより、前記内燃機関の吸気通路の一部を形成する吸気系部材または、前記シリンダヘッドに固定及び接続されることにより、前記内燃機関の排気通路の一部を形成する排気系部材であり、
前記補助部材は、前記シリンダブロックと、前記シリンダヘッドと、前記吸気系部材または排気系部材のそれぞれに固定されることにより、前記シリンダブロック側部材と、前記シリンダブロックに対して相対移動しない場所とを連結するようにしてもよい。

すなわち、前記クランクケースに対して相対移動するシリンダブロックにはシリンダヘッドが設けられ、該シリンダヘッドには、前記シリンダブロック側部材としての吸気系部材および／または排気系部材が接続されて前記内燃機関の吸気通路および／または排気通路を形成し、該吸気系部材および／または排気系部材を、前記補助部材が、前記シリンダブロックと、前記シリンダヘッドと、前記吸気系部材または排気系部材のそれぞれに固定され、合計３点以上で支持された上で、前記シリンダブロック側部材と、前記シリンダブ
ロックに対して相対移動しない場所とを連結するようにしてもよい。

そうすれば、補助部材によって距離の離れた３点以上において前記吸気系部材および／または前記排気系部材の固定を補助することができるので、前記吸気系部材および／または前記排気系部材のシリンダヘッドに対する固定をより確実にすることができるとともに、補助部材自体の剛性を確保することができる。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。

本発明にあっては、内燃機関に対する、吸気系部材または排気系部材の接続部に作用するモーメントを低減し、前記接続部における耐久性を向上させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストン１６が連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心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。

先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の構成について説明する。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***部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形をしており、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。軸受収納孔５はすべ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の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。

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***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。また、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。

複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様に、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。これらの複数のカム収納孔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、片側の複数のカム収納孔８はすべ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８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。

交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。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の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部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の中心とは一致している。

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。

各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれをウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。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に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。

次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、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、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。

図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａ矢印方向に回転させると、図２(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。

上述したような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２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。

次に、上述した内燃機関１の詳細について説明する。図３は、内燃機関１の吸排気系の部材の一部を含めた詳細を表す図である。図３において、シリンダブロック３の上部には、図示しない吸排気弁を含む動弁機構、吸排気ポートを備えたシリンダヘッド１５が取り付けられている。シリンダヘッド１５のさらに上部には、前記の動弁機構などを保護するシリンダヘッドカバー１６が取り付けられている。

また、シリンダヘッド１５には、吸気マニホールドユニット１７が取り付けられている。この吸気マニホールドユニット１７は、吸気マニホールド１７ａ、スロットルボディ１７ｂを含んで構成されており、吸気マニホールド１７ａの下流側端部は図示しない吸気ポートと第１接続部１７ｃにおいて接続されている。

一方、シリンダヘッド１５には、内燃機関１から排出される排気を通過させるための排気マニホールド１８が取り付けられている。この排気マニホールド１８は、上流側端部がシリンダヘッド１５の図示しない排気ポートに第２接続部１８ａにおいて接続されている。

ここで、第１接続部１７ｃは吸気系接続部に相当し、第２接続部１８ａは排気系接続部に相当する。また、吸気マニホールドユニット１７は吸気系部材、排気マニホールドは排気系部材に相当する。

また、排気マニホールド１８の下流側の端部は可撓性の材料で形成されるとともに排気の通過が可能なフレキシブルパイプ１９を介して排気管２０が接続されている。そして排気管２０は、排気管ステー２１によってクランクケース４に固定されている。これは、本実施例における内燃機関１においては、圧縮比を変更するためにクランクケース４に対してシリンダブロック３及びシリンダヘッド１５が相対移動するために、排気マニホールド１８に直接排気管２０を接続したのでは、圧縮比の変更時にクランクケース４に対するシリンダブロック３及びシリンダヘッド１５の相対移動が阻害されたり、排気マニホールド１８または排気管２０に過大な負荷が加わるおそれがあるので、途中にフレキシブルパイプ１９を配することにより、排気マニホールド１８と排気管２０とを相対移動可能としたものである。

同様に、図３においては省略するが、吸気マニホールドユニット１７における接続口２２にも、フレキシブルパイプを介して吸気管が接続されている。

また、図３におけるＧ１及びＧ２は、吸気マニホールドユニット１７及び排気マニホールド１８における重心の位置を示している。ここで、吸気マニホールドユニット１７の重心Ｇ１及び、排気マニホールド１８の重心Ｇ２は、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａからかなり離れた場所に存在している。

そうすると、内燃機関１の圧縮比変更のためのシリンダブロック１５の移動時または、内燃機関１が搭載された車両の走行時において、振動または衝撃が発生した時には、フレキシブルパイプ１９によって自由度が確保されていたとしても、吸気マニホールドユニット１７及び排気マニホールド１８の慣性に基くモーメントが、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａに作用する。

そして、その際のモーメントの大きさは、吸気マニホールドユニット１７の重心Ｇ１の位置が、第１接続部１７ｃから離れているほど大きくなり、排気マニホールド１８の重心Ｇ２の位置が、第２接続部１８ａから離れているほど大きくなる。この第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａに作用するモーメントが大きい場合には、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにおける内燃機関１の耐久性が低下するおそれがあった。

そこで、本実施例においては、ステー２３によって吸気マニホールドユニット１７と排気マニホールド１８を橋渡すこととした。具体的には、ステー２３にシリンダヘッドカバー１６の上方を通過させ、吸気側ボス部２３ａにおいて吸気マニホールドユニット１７とステー２３とを結合させ、排気側ボス部２３ｂにおいて排気マニホールド１８とステー２３を結合させる。

そして、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の重心Ｇ３を、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａの間に位置させるようにした。なおこの場合、ステー２３は、吸気マニホールドユニット１７及び排気マニホールド１８より重量が軽いので、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３
全体の重心Ｇ３の鉛直方向の位置は、Ｇ１とＧ２とを結んだ直線上か、該直線の若干上側に位置することとなる。

そうすれば、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の剛性を高めた上で、それらを第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａの２点において支持することとなるので、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体をより確実にシリンダヘッド１５に固定することができる。また、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の重心Ｇ３を第１接続部１７ｃと第２接続部１８ａとの間に位置させるので、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにモーメントが作用することを抑制することができる。その結果、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにおける内燃機関１の耐久性を向上させることができる。

ここで、ステー２３は連結部材に相当する。また、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体は吸排気系部材に相当する。なお、本実施例においては、ステー２３は、吸気側ボス部２３ａと排気側ボス部２３ｂの２箇所で支持されるのみとしたが、別の場所においてさらに、内燃機関１に固定されるようにしてもよい。例えば、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の重心Ｇ３近傍と、シリンダヘッドカバー１６とを連結することにより固定してもよい。

そうすれば、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の重量をシリンダヘッドカバー部においても支持することができ、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにモーメント及び剪断力が作用することをより確実に抑制できる。

なお、図３においては、内燃機関１は直立の姿勢で車両に備え付けられており、クランクケース４に対してシリンダブロック３は鉛直方向に相対移動する例について説明したが、内燃機関１の姿勢はこれに限られない。例えば、図４に示すように、内燃機関１全体が鉛直方向に対して傾斜していてもよい。その場合は、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド１８及びステー２３全体の重心Ｇ３は、その水平方向の位置が、図中破線で示した第１接続部１７ｃを通過する鉛直線と、第２接続部１８ａを通過する鉛直線との間に位置するように構成する。そうすれば、前述のようにＧ３の鉛直方向の位置は、Ｇ１とＧ２とを結んだ直線上か、該直線の若干上側に位置するので、内燃機関１が傾斜してもＧ３の水平方向の位置は殆ど変化しない。その結果、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにモーメントが作用することを抑制でき、第１接続部１７ｃ及び第２接続部１８ａにおける内燃機関１の耐久性を向上させることができる。

また、図４においては、破線で示した２つの鉛直線は、第１接続部１７ｃ及び、第２接続部１８ａの上下方向の略中央部を通過することとしているが、厳密にこの場所に限定される必要はない。重心Ｇ３の水平方向の位置が、例えば図４における、第１接続部１７ｃ及び、第２接続部１８ａの最も外側を通過する鉛直線同士の間に配置されるように構成してもよいし、第１接続部１７ｃ及び、第２接続部１８ａの最も内側を通過する鉛直線同士の間に配置されるように構成してもよい。

次に、図５を用いて、本実施例における別の態様について説明する。この態様における吸気マニホールドユニット２４は、吸気マニホールド２４ａと、吸気系モジュール２４ｂによって構成されている。この吸気系モジュール２４ｂは、図示しないスロットルボディの他、シリンダヘッドカバー、エアクリーナケースなどを一体に形成したものである。そして、本態様においては、吸気系モジュール２４ｂはシリンダヘッド１５の上に、シリンダヘッドカバーの代りに搭載されることとしている。そして、第２吸気側ボス部２５ａにおいてステー２５と吸気系モジュール２４ｂが結合され、第２排気側ボス部２５ｂにおいてステー２５と排気マニホールド１８とが結合されることにより、吸気マニホールドユニ
ット２４と排気マニホールド１８が連結されている。

また、本態様においても、吸気マニホールドユニット２４、排気マニホールド１８及び、ステー２５全体の重心Ｇ３は、第１接続部２４ｃ及び第２接続部１８ａの間に配置するようにしている。

そうすれば、吸気マニホールドユニット２４、排気マニホールド１８及びステー２５の全体を第１接続部２４ｃ、第２接続部１８ａ及びシリンダヘッド１５の３点において支持することとなるので、吸気マニホールドユニット２４、排気マニホールド１８及びステー２５全体をより確実にシリンダヘッド１５に固定することができる。また、吸気マニホールドユニット２４、排気マニホールド１８及びステー２５全体の重心を第１接続部２４ｃと第２接続部１８ａとの間に位置させるので、第１接続部２４ｃ及び第２接続部１８ａに作用するモーメントの大きさを大幅に低減することができる。その結果、第１接続部２４ｃ及び第２接続部１８ａにおける内燃機関１の耐久性を向上させることができる。

また、本実施例においては、ステー２５を小型化することができるので、ステー２５自体の剛性を上昇させることが容易となる。

次に本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、シリンダブロックと、シリンダヘッドと、吸気マニホールドまたは排気マニホールドを、３点で結合する３点支持ステーによって支持する例について説明する。

図６には、本実施例における可変圧縮比内燃機関１の詳細な構成を示す。本実施例においては、排気マニホールド２８は、内燃機関１全体のコンパクト化と排気触媒コンバータ３２の暖機性向上のため、シリンダヘッド１５と一体で鋳造されている。また、排気触媒コンバータ３２に接続された排気管３３は、内燃機関１の下側に廻り込んでおり、排気管３３の下流側にはフレキシブルパイプ２９が接続されている。さらにフレキシブルパイプ２９の下流側において、排気管３３はクランクケース４に排気管ステー３４によって固定されている。

上記の構成より、本実施例においては、クランクケース４に対するシリンダブロック３の相対運動の際には、排気マニホールド２８、排気触媒コンバータ３２及び、フレキシブルパイプ２９の上流側の排気管３３（以下、「排気マニホールド２８など」という。）が一体となって移動することとなる。

ここで、本実施例においては、吸気マニホールドユニット１７、排気マニホールド２８をそれぞれ吸気側３点支持ステー３０、排気側３点支持ステー３１で支持することにより補強している。そして、吸気側３点支持ステー３０は、第３吸気側ボス部３０ａにおいて、シリンダヘッド１５と、第４吸気側ボス部３０ｂにおいて、シリンダブロック３と、第５吸気側ボス部３０ｃにおいて吸気マニホールドユニット１７と結合されている。

一方、排気側３点支持ステー３１は、第３排気側ボス部３１ａにおいて、シリンダヘッド１５と、第４排気側ボス部３１ｂにおいて、シリンダブロック３と、第５排気側ボス部３１ｃにおいて排気マニホールド２８と結合されている。

このような構成をとることにより、シリンダブロック３がクランクケース４に対して相対移動する際や、内燃機関１に対して振動または衝撃が加わった際の、吸気マニホールドユニット１７の自重及び慣性に基くモーメントが、第１接続部１７ｃのみに集中して作用することを抑制できる。また同様に、排気マニホールド２８などの自重及び慣性に基くモ
ーメントが、第２接続部２８ａのみに集中して作用することを抑制できる。

またここで、吸気側３点支持ステー３０及び排気側３点支持ステー３１は支持されるべき点をそれぞれシリンダヘッド１５、シリンダブロック３及び、吸記マニホールドユニット１７または排気マニホールド２８の異なる部品上に有しているため、支持されるべき３点の距離を大きくすることができる。

これにより、吸気マニホールドユニット１７及び、排気マニホールド２８などを、より確実に支持することができるとともに、吸気側３点支持ステー３０及び排気側３点支持ステー３１自体の剛性を確保することができ、より確実に吸気マニホールドユニット１７及び排気マニホールド２８などを補強することができる。なお、本実施例における吸気側３点支持ステー３０及び排気側３点支持ステー３１は、補助部材に相当する。

ここで、吸気側３点支持ステー３０及び、排気側３点支持ステー３１の形状については、以下のように考えることができる。図７は、例として排気側３点支持ステー３１について、効率よく排気マニホールドを支持することができる形状を説明するための図である。

図７においてＸは第３排気側ボス部３１ａと第４排気側ボス部３１ｂとの距離である。また、Ｌは、第３排気側ボス部３１ａと第４排気側ボス部３１ｂとを結んだ直線と第５排気側ボス部３１ｃとの間の距離である。また、θは第３排気側ボス部３１ａと第５排気側ボス部３１ｃとを結んだ直線の水平線に対する傾斜角、φは第４排気側ボス部３１ｂと第５排気側ボス部３１ｃとを結んだ直線の水平線に対する傾斜角を表す。

ここで、第５排気側ボス部３１ｃに荷重Ｐが作用するとすれば、第３排気側ボス部３１ａと第５排気側ボス部３１ｃとを結んだ直線の方向に作用する荷重Ｆ１及び、第４排気側ボス部３１ｂと第５排気側ボス部３１ｃとを結んだ直線の方向に作用する荷重Ｆ２はそれぞれ以下のように表すことができる。
Ｆ１＝−Ｐ／(ｔａｎφ・ｃｏｓθ−ｓｉｎθ) （１）
Ｆ２＝−Ｐ／(ｓｉｎφ−ｔａｎθ・ｃｏｓφ) （２）

そうすると、φの値が小さく、θの値が大きい場合に、Ｆ１もＦ２も安定して小さくなる。換言すると、この場合に排気側３点支持ステーによる補強の効率が良くなる。また、φの値が小さく、θの値が大きい場合には、Ｌに対してＸが大きくなる。

本実施例において、上記のφ、θ、Ｌ、Ｘの関係に対して、一般的なシリンダブロック３、シリンダヘッド１５の寸法、排気マニホールド２８の寸法及び、排気マニホールド２８の先端部を支持した方が効率よく補強できる点を考慮すると、φは０〜２０度の範囲とすことにより、排気側３点支持ステー３１によって最適に排気マニホールド１８の補強が可能となる。なお、このφの範囲は吸気側３点支持ステー３０にも適用可能である。

また、ＸとＬの関係については、φの値が小さく、θの値が大きいという条件下においては、Ｌに対してＸが大きくなることと、排気マニホールド２８の先端部を支持した方が効率よく補強できる点から、Ｘ≦Ｌ≦２Ｘの範囲とすれば、より効率よく排気側３点支持ステー３１によって最適に排気マニホールド２８の補強が可能となる。なお、このＬの範囲は吸気側３点支持ステー３０にも適用可能である。

ただし、上記のφ、θ、Ｌ、Ｘの関係は、本実施例における排気側３点支持ステー３１の望ましい形状の一例を示したものであり、上記のφ、θ、Ｌ、Ｘの関係から外れていても、吸気マニホールドユニット１７及び排気マニホールド２８などを充分に支持及び補強することができる限り問題はない。

また、本実施例においては、例えば排気側３点支持ステー３１における第５排気側ボス部３１ｃは、排気触媒コンバータ３２または、排気管３３上に設けるようにしてもよい。これは、排気側３点支持ステー３１の形状におけるφ、θ、Ｌ、Ｘの関係が、前述の望ましい関係から外れていても、重量の重い排気触媒コンバータ３２を直接支持し、または排気マニホールド２８などのなるべく先端側を支持した方がより確実に排気マニホールド２８などを支持及び固定できる場合もあるからである。

また、本実施例においては、吸気側３点支持ステー３０または排気側３点支持ステー３１によって、図示しないモータやジェネレータなどの補機類をも一体的に固定するような構成としてもよい。すなわち、吸気側３点支持ステー３０または排気側３点支持ステー３１を補機類のブラケットとしても使用してもよい。そうすれば、部品点数を低減することができ、コストダウンが可能となる。

また、上記の実施例においては、内燃機関１がシリンダブロック３とクランクケース４とを相対移動させる可変圧縮比内燃機関である場合について説明したが、本発明は、それ以外の内燃機関に適用することが可能である。

本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例に係る内燃機関における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経過を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る可変圧縮比内燃機関の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る可変圧縮比内燃機関の詳細な構成の別の例を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る可変圧縮比内燃機関の詳細な構成のさらに別の例を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る可変圧縮比内燃機関の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る排気側３点支持ステーの望ましい形状を説明するための図である。

符号の説明

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
１５・・・シリンダヘッド
１６・・・シリンダヘッドカバー
１７、２４・・・吸気マニホールドユニット
１７ａ、２４ａ・・・吸気マニホールド
１７ｂ・・・スロットルボディ
１７ｃ、２４ｃ・・・第１接続部
１８、２８・・・排気マニホールド
１８ａ、２８ａ・・・第２接続部
１９、２９・・・フレキシブルバイプ
２０、３３・・・排気管
２１、３４・・・排気管ステー
２２・・・接続口
２３・・・ステー
２３ａ・・・吸気側ボス部
２３ｂ・・・排気側ボス部
２４ｂ・・・吸気系モジュール
２５・・・ステー
２５ａ・・・第２吸気側ボス部
２５ｂ・・・第２排気側ボス部
３０・・・吸気側３点支持ステー
３０ａ・・・第３吸気側ボス部
３０ｂ・・・第４吸気側ボス部
３０ｃ・・・第５吸気側ボス部
３１・・・排気側３点支持ステー
３１ａ・・・第３排気側ボス部
３１ｂ・・・第４排気側ボス部
３１ｃ・・・第５排気側ボス部
３２・・・排気触媒コンバータ

Claims (6)

1. 内燃機関に対して吸気系接続部において固定及び接続されることにより、前記内燃機関の吸気通路の一部を形成する吸気系部材と、
   前記内燃機関に対して排気系接続部において固定及び接続されることにより、前記内燃機関の排気通路の一部を形成する排気系部材と、
   前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結することにより互いの相対位置の変化を規制する連結部材と、を備え、
   前記吸気系部材、前記排気系部材及び、前記連結部材により構成される吸排気系部材の重心の水平方向の位置が、前記吸気系接続部を通過する鉛直線と、前記排気系接続部を通過する鉛直線との間に位置することを特徴とする内燃機関。
2. 前記内燃機関におけるシリンダが形成されたシリンダブロックと、
   前記内燃機関におけるクランク軸が組み付けられるとともに、前記シリンダブロックが相対移動可能に取り付けられたクランクケースと、
   前記クランクケースと前記シリンダブロックとを、相対的に接近または離反させることにより、前記内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比変更手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関におけるシリンダが形成されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに取り付けられ、前記内燃機関の動弁機構が設けられたシリンダヘッドをさらに備え、
   前記連結部材は、前記シリンダヘッドに対して前記シリンダブロックと逆側の空間を通過することにより、前記吸気系部材と前記排気系部材とを連結することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記吸気系接続部及び前記排気系接続部は、前記シリンダブロックまたは前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材に設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
5. 前記吸排気系部材は、前記吸気系接続部および前記排気系接続部以外の場所において、前記内燃機関に対してさらに固定されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
   載の内燃機関。
6. 前記シリンダブロックまたは前記シリンダブロックに対して相対移動しない部材と、前記吸気系部材および／または前記排気系部材とに結合することにより、前記吸気系部材および／または前記排気系部材の前記内燃機関に対する固定を補助する補助部材をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。

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