JP4582029B2 - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は可変圧縮比内燃機関に関する。

内燃機関の機関圧縮比を運転状態に応じて変更可能な機構として、例えば、特許文献１に示すような複リンク式ピストンストローク機構が知られている。この複リンク式ピストンストローク機構は、クランクピンにロアリンクを回転自在に連結し、このロアリンクの一端にはアッパピンによってアッパリンクを、他端にはコントロールピンによってコントロールリンクを回転自在に連結し、このロアリンクの動作をコントロールリンクによって規制している。そして、運転状態に応じてコントロールリンクを制御してロアリンクの傾斜を変えることで、アッパリンクの他端に連結するピストンの上死点位置をコントロールし、圧縮比可変機構を実現しようとするものである。
特開２００２−１２９９９５号公報

前述した従来の可変圧縮比内燃機関は、低負荷運転時などのノッキングが発生しにくい状況では、高圧縮比に制御して出力の向上を図る。また、高負荷運転時などのノッキングが発生しやすい状況では、低圧縮比に制御してノッキングの発生を防止する。したがって、高圧縮比時には、シリンダ内の断熱化を図り、冷却損失を低減してできるだけ熱効率を上げることが求められる。しかし、低圧縮比時にシリンダ内の断熱化を図ると、ノッキングが発生しやすくなるとともに、充填効率も低下するなど、低圧縮比化した効果が得られなくなる。

このように、前述した従来の可変圧縮比内燃機関では、高圧縮比時における冷却損失低減に重点を置くか、低圧縮比時のノッキング防止に重点を置くかは択一的なもので、両効果を両立できないという問題があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、高圧縮比時における冷却損失を低減するとともに、低圧縮比時におけるノッキングを防止することを目的とする。

本発明は、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前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段とを備え、機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンに嵌挿したトップリングと対峙する部分のシリンダの熱伝導率を、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記トップリングと対峙する部分のシリンダの熱伝導率よりも小さくしたことを特徴とする。
あるいは、機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップランドと対峙する部分のシリンダの熱伝導率を、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記トップランドと対峙する部分のシリンダの熱伝導率よりも小さくしたことを特徴とする。
あるいは、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンに嵌挿したトップリングと対峙する部分及びその対峙する部分より上方のシリンダの熱伝導率を、その対峙する部分より下方のシリンダの熱伝導率よりも小さくしたことを特徴とする。

本発明による可変圧縮比内燃機関では、シリンダを高圧縮比と低圧縮比とのピストンストローク位置に対応して熱伝導率の異なる部材で構成する。これにより、高圧縮比状態では冷却損失低減効果を十分に発揮でき、低圧縮比状態ではノッキング防止効果を十分に発揮できる。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明による内燃機関は、例えば直列４気筒の火花点火式ガソリン機関であり、圧縮比を可変制御する複リンク式ピストンストローク機構を利用した可変圧縮比内燃機関である。図１は、この可変圧縮比内燃機関１を示す図である。最初に、これについて図１を参照して説明する。

図１の可変圧縮比内燃機関１は、圧縮比を可変的に制御可能とするために、ピストン２２とクランクシャフト２１がアッパリンク（第１リンク）１１、ロアリンク（第２リンク）１２の２つのリンクを介して連結され、さらにこのロアリンク１２には、その挙動を制約するコントロールリンク（第３リンク）１３が連結され、コントロールリンク１３は偏心軸部１５を有するコントロールシャフト１４によって、その回転（揺動）中心を変えることで、圧縮比を変化させられるようになっている。

この圧縮比制御手段について、さらに詳細に構造を説明すると、クランクシャフト２１は、複数のジャーナル２１ａとクランクピン２１ｂとを有する。ジャーナル２１ａは、シリンダブロック２０の主軸受に回転自在に支持される。シリンダブロック２０には、冷却水が循環するウォータジャケット２９が設けられる。クランクピン２１ｂは、ジャーナル２１ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が回転自在に連結される。ロアリンク１２は、二部材に分割可能に構成されるとともに、その略中央の連結孔にクランクピン２１ｂが嵌合する。

アッパリンク１１は、下端側が連結ピン２５によってロアリンク１２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン２４によりピストン２２に回動可能に連結される。

ピストン２２は、シリンダブロック２０に嵌着したシリンダライナ２７に摺動自在に嵌合する。ピストン２２は、燃焼圧力を受け、シリンダ２３内を往復動する。ピストン２２には、ピストンリング（トップリング）２８が挿嵌される。ピストンリング２８は、ピストン２２が受けた熱をシリンダライナ２７へ伝熱する。

コントロールリンク１３は、上端側が連結ピン２６によってロアリンク１２の他端に回動可能に連結され、下端側がコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を中心として回動可能になっている。

コントロールシャフト１４はアクチュエータ３１の先端に取り付けられたピニオン３２によって回転させられる。コントロールシャフト１４が回転すると偏心軸部１５が上下動し、それにともないコントロールリンク１３が上下動する。

ここで、図２、図３を参照して可変圧縮比内燃機関１のピストン上死点位置の調整方法を説明する。図２はピストン上死点位置が高圧縮比の位置にある場合、図３はピストン上死点位置が低圧縮比の位置にある場合を示す。

圧縮比を高くするときには、図２に示すように、アクチュエータ３１を駆動してコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を下げる。するとロアリンク１２は時計回りに移動し、連結ピン２５が上げられるので、ピストン２２の上死点の位置が上昇する。

圧縮比を低くするときには、図３に示すように、アクチュエータ３１を駆動してコントロールシャフト１４の偏心軸部１５を上げる。するとロアリンク１２は反時計回りに移動し、連結ピン２５が下げられるので、ピストン２２の上死点の位置が下降する。

なお、図２、図３は、高圧縮比状態と低圧縮比状態とを代表的に示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。

図４は、上記の可変圧縮比内燃機関１で得られるピストンストローク特性と、ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを一本のリンク（コンロッド）により連結した従来の単リンク式ピストンストローク機構で得られるピストンストローク特性を示したものである。

従来の単リンク式ピストンストローク機構では、ピストンは上死点付近で早い動き（加速度大）になり、下死点付近では鈍い動き（加速度小）になっていた。これに対し、複リンク式ピストンストローク機構１の場合は、リンク構成を適切に設定することにより、単振動に近いピストンストローク特性を得ることができる。したがって、ピストン加速度が平準化され、上死点付近でのピストン速度が従来に比して遅くなる。上死点付近では、吸気弁から供給される高圧の新気によって掃気、充填、混合気形成が行われ、さらに点火も行われる。このように行程の集中する上死点付近のピストン速度を複リンク機構によって低下させることで、出力可能な回転速度を上げることができる。しかしながら、上死点付近でのピストン速度が遅くなれば、その分冷却損失は増大する。

ところで、内燃機関では、圧縮比を増加させると熱効率もそれにつれて増加する。圧縮比を上げることによって、膨張比も大きくなるからである。ここで熱効率が高いということは、同じ熱エネルギーが加えられた場合に、より多くの仕事をする、つまり出力が大きいことを意味する。また、熱効率が高くなれば、燃料消費率も減少するので燃費も向上する。

したがって、低負荷運転時などのノッキングが発生しにくい状況では、出力及び燃費の向上のため限界まで圧縮比を高くするのが望ましい。

しかし、圧縮比を高くしていくと、燃焼室の表面積（Ｓ）と容積（Ｖ）の比（以下「Ｓ／Ｖ比」という）が大きくなって冷却損失が増大する。燃焼室の表面積が大きいと発生した熱エネルギーが燃焼室壁面に吸収され、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギーが減少するからである。また、燃焼室が扁平となり、燃焼の状態も悪くなる。そのため、圧縮比が１５を超えたあたりからは十分な熱効率向上効果が得られなくなり、逆に熱効率は低下する。

このような、高圧縮化に伴うＳ／Ｖ比の増大による冷却損失の増大及び上述した上死点付近でのピストン速度低下による冷却損失の増大を低減する効果的な方法として、シリンダライナ２７を、例えばジルコニアなどの断熱材で構成し、断熱性を高めることが考えられる。ピストン２２が受ける熱量の多くは、ピストンリング２８を介してシリンダライナ２７へ伝熱する。そして、最終的にウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱される。シリンダライナを断熱材で構成すれば、この熱量の冷却水への放熱を抑えることができ、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギーの減少を抑えられるためである。

このように、シリンダライナ２７を断熱材で構成することで、ピストンリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。結果として、燃焼ガスからピストンへの伝熱量を低減でき、燃焼ガスの膨張に使える熱エネルギーの減少を抑えることができる。そのため、冷却損失が低減して熱効率が向上するとともに、燃費も向上する。

つまり、低負荷運転時など、可変圧縮比内燃機関１を高圧縮比にした状態では、冷却損失低減のため、できるだけシリンダライナ２７への伝熱量を小さくすることが求められる。したがって、シリンダライナ２７を低熱伝導率部材で構成することが好ましい。

これに対し、高負荷運転時は、燃焼室壁面が高温となりノッキングが発生しやすい条件なので、低負荷運転時に比べて圧縮比を下げる必要がある。このときは、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材で構成したほうが、ノッキングの発生を防止しやすい。ピストン２２が受ける熱量をシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できるためである。これにより、効率的にシリンダ内の温度を下げることができる。また、シリンダ内の温度を下げることで、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。

つまり、高負荷運転時など、可変圧縮比内燃機関１を低圧縮比にした状態では、ノッキング防止及び充填効率向上のため、できるだけシリンダライナ２７への伝熱量を大きくすることが求められる。したがって、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材で構成することが好ましい。

このように、シリンダライナ２７には、可変圧縮比内燃機関１を高圧縮比にした状態と低圧縮比にした状態とで相反する熱伝導性が求められる。そこで、本発明では、これらの要求を満たすために、シリンダライナ２７をピストンストローク位置に対応して熱伝導率の異なる部材で構成する。すなわち、高圧縮比としたときのピストン最上昇位置に対応する部位には低熱伝導率部材２７ｂ、低圧縮比としたときのピストン最上昇位置に対応する部位には高熱伝導率部材２７ａを用いてシリンダライナ２７を構成する。これにより、高圧縮比化した状態では冷却損失低減効果を十分に発揮でき、低圧縮比化した状態ではノッキング防止効果を十分に発揮できるようにする。以下具体的に説明する。

図５は、本発明の第１実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。なお、以下の図面において、実線で示したピストン２２の位置が、圧縮比を最大にしたときのピストン２２の圧縮上死点位置である。破線で示したピストン２２の位置が、圧縮比を最低にしたときのピストン２２の圧縮上死点位置である。

第１実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａ、低熱伝導率部材２７ｂ及びその他の部材２７ｃの３部材で構成する。

なお、ここでいう「その他の部材」とは、熱伝導率が、高熱伝導率部材及び低熱伝導率部材とは異なる部材をいう。その他の部材の熱伝導率は、高熱伝導率部材と低熱伝導率部材との中間の熱伝導率であるか、又は低熱伝導率部材より低い熱伝導率であることが望ましい。図５に示すように、圧縮比を最大に設定した場合において、ピストン２２が圧縮上死点に位置するとき（実線で示したピストン２２の位置。以下、「最高圧縮比かつ圧縮上死点位置」という）に、トップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。

これにより、冷却損失が大きくなる圧縮上死点におけるトップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減でき、燃焼室６１の断熱化が図れる。そのため、低負荷運転時など高圧縮比のときの熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

また、圧縮比を最低に設定した場合において、ピストン２２が圧縮上死点に位置するとき（破線で示したピストン２２の位置。以下、「最低圧縮比かつ圧縮上死点位置」という）に、トップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。

これにより、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、高負荷運転時など低圧縮比としたときの燃焼室６１内の温度を下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。

上述した部分以外の部分は、その他の部材２７ｃでシリンダライナ２７を構成する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６を参照して説明する。本発明の第２実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図６は、本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第２実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図６に示すように、燃焼室６１側のシリンダライナ２７の上部を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。クランクシャフト２１側のシリンダライナ２７の下部を高熱伝導率部材２７ａで構成する。そして、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときのトップリング２８の位置と、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときのトップリング２８の位置との間に、高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂとの境界が位置するように、シリンダライナ２７を構成する。

これにより、高圧縮比時には、トップリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。結果として、燃焼ガスからピストン２２への伝熱量を低減でき、燃焼室の断熱化が図れる。そのため、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、低圧縮比時には、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、効率的にシリンダ内の温度を下げることができるとともに、ピストン２２の温度上昇に伴うピストンリング２８の焼き付きを防止できる。シリンダ内の温度を下げることで、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７を参照して説明する。本発明の第３実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図７は、本発明の第３実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第３実施形態では、シリンダライナ２７をピストンストローク位置に対応して、高熱伝導率部材２７ａ、低熱伝導率部材２７ｂ及びその他の部材２７ｃの３部材で構成する。

図７に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。すなわち、特に高温燃焼ガスが接する部分のシリンダライナ２７の断熱化を図る。これにより、高温燃焼ガスからシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。そのため、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときにトップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。

これにより、ノッキングが起こりやすいトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できる。そのため、トップランド２２ａ周りの未燃ガスの温度を低減でき、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。

上述した部分以外の部分は、その他の部材２７ｃでシリンダライナ２７を構成する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図８を参照して説明する。本発明の第４実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図８は、本発明の第４実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第４実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図８に示すように、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分より上方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。これにより、低圧縮比状態にしたとき（高負荷運転時などのノッキングが発生しやすいとき）に、ノッキングの発生に影響の少ないトップランド２２ａと面する部分より上方のシリンダライナ２７からの冷却損失を低減する。

一方、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分とその部分よりも下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。これにより、ノッキングが起こりやすいトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できる。そのため、トップランド２２ａ周りの未燃ガスの温度を低減できる。また、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン冠面の温度も下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図９を参照して説明する。第４実施形態では、ピストン２２が最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときにトップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成していた。これに対して、本発明の第５実施形態は、当該部分を低熱伝導率部材２７ｂで構成した点で相違する。以下、その相違点について説明する。

図９は、本発明の第５実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第５実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図９に示すように、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分より上方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。すなわち、第４実施形態と比較して、シリンダライナ２７を構成する低熱伝導率部材２７ｂの比率を高くする。

これにより、第４実施形態と比較して、シリンダライナ２７の断熱効果が増大し、高圧縮比での運転時により冷却損失を低減できる。結果として、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分とその部分よりも下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。これにより、上死点において、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７ａへ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン冠面の温度も下げることができ、低圧縮比での運転時におけるノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。本実施形態は、上死点位置におけるトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できないため、第４実施形態と比較して、ノッキングの起こりにくい内燃機関に有効である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１０を参照して説明する。第５実施形態では、ピストン２２が最低圧縮比かつ圧縮上死点位置にあるときにトップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成していた。これに対して、本発明の第６実施形態は、当該部分を低熱伝導率部材２７ｂで構成した点で相違する。以下、その相違点について説明する。

図１０は、本発明の第６実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第６実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図１０に示すように、ピストン２２が、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分とその部分よりも上方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。すなわち、第４及び第５実施形態と比較して、シリンダライナ２７を構成する低熱伝導率部材２７ｂの比率を高くする。

これにより、最低圧縮比かつ圧縮上死点位置（破線位置）でのピストンリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。したがって、第４及び第５実施形態と比較して、シリンダライナ２７の断熱効果が増大し、より冷却損失を低減できる。結果として、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、トップリング２８と面する部分よりも下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。

これにより、ピストン２２が膨張行程中に下降して、燃焼温度が最大に達するときには、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、ピストン冠面の温度も下げることができ、ノッキングの発生を防止できる。また、ノック余裕度が増大するため、点火時期を進角させて燃焼最大圧力を上げ、出力の向上を図れる。本実施形態は、上死点位置におけるトップランド２２ａ周りの未燃ガスの熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱できないなど、第４及び第５実施形態と比較して、ノッキングの起こりにくい内燃機関に有効である。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を、図１１を参照して説明する。本発明の第７実施形態は、シリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を変更した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図１１は、本発明の第７実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第７実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図１１に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップランド２２ａと面する部分のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。すなわち、特に高温燃焼ガスが接する部分のシリンダライナ２７の断熱化を図る。これにより、高温燃焼ガスからシリンダライナ２７への伝熱量を低減できる。そのため、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、トップリング２８と面する部分と、それより下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。

膨張行程では、ピストン２２の下降にしたがって燃焼ガスは膨張し、圧力と温度は下がる。そのため、トップリング２８より下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材で構成しても、冷却損失悪化の影響は比較的少ない。また、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、効率的にシリンダ内の温度を下げることができるとともに、ピストン２２の温度上昇に伴うピストンリング２８の焼き付きを防止できる。シリンダ内の温度を下げることで、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態を、図１２を参照して説明する。第７実施形態では、ピストン２２が最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときにトップリング２８と面する部分のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成していた。これに対して、本発明の第８実施形態は、当該部分を低熱伝導率部材２７ｂで構成した点で相違する。以下、その相違点について説明する。

図１２は、本発明の第８実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。第８実施形態では、シリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａと低熱伝導率部材２７ｂの２部材で構成する。

図１２に示すように、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときに、トップリング２８と面する部分と、その部分より上方のシリンダライナ２７を低熱伝導率部材２７ｂで構成する。すなわち、第７実施形態と比較して、シリンダライナ２７を構成する低熱伝導率部材２７ｂの比率を高くする。

このように構成することで、特に高温燃焼ガスと接する部分のシリンダライナ２７の断熱化を図る。さらに、ピストン２２が、最高圧縮比かつ圧縮上死点位置（実線位置）にあるときのピストンリング２８からシリンダライナ２７への伝熱量を低減させる。

これにより、第７実施形態と比較して、シリンダライナ２７の断熱効果が増大し、より冷却損失を低減できる。結果として、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、トップリング２８と面する部分より下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成する。

膨張行程では、ピストン２２の下降にしたがって燃焼ガスは膨張し、圧力と温度は下がる。そのため、トップリング２８より下方のシリンダライナ２７を高熱伝導率部材２７ａで構成しても、冷却損失悪化の影響は比較的少ない。

また、ピストン２２が受ける熱量を効率的にシリンダライナ２７へ伝熱して、ウォータジャケット２９を流れる冷却水へ放熱できる。そのため、効率的にシリンダ内の温度を下げることができるとともに、ピストン２２の温度上昇に伴うピストンリング２８の焼き付きを防止できる。シリンダ内の温度を下げることで、吸入空気の膨張を抑えることができ、充填効率も向上する。

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態を、図１３、図１４、図１５及び図１６を参照して説明する。

図１３は、本発明の第９実施形態による２つの冷却系等を有する可変圧縮比内燃機関１０１である。図１４は、可変圧縮比内燃機関１０１の冷却装置の概略構成図である。

図１３及び図１４において、シリンダヘッド６０の内部には、燃焼室６１を取り囲むウォータジャケット４６が形成される。シリンダブロック２０の内部には、ピストンストローク方向において、燃焼室６１側にウォータジャケット２９１が、クランクシャフト２１側にウォータジャケット２９２がそれぞれ独立して形成される（図１３参照）。ウォータジャケット２９１，２９２は、それぞれシリンダ２３を取り囲むように形成される。

冷却装置は、図１４に示すように、上述したウォータジャケット４６，２９１，２９２、冷却水をウォータジャケット４６，２９１，２９２へ圧送し循環させるウォータポンプ４２，４３及び温度の高い冷却水の熱を外気に放熱して冷却するラジエータ４１などからなる。冷却装置は、ウォータポンプ４２，４３によって冷却水を各ウォータジャケット４６，２９１，２９２へ送り、この冷却水をラジエータ４１に導いて放熱し、再びポンプにより循環させる。

この冷却水の循環経路について説明する。

シリンダブロック２０のエンジンフロント側には、ウォータポンプ４２が取り付けられる。ウォータポンプ４２の吐出口は、冷却水通路５０ａを介してウォータジャケット２９２の冷却水入口に接続される。ウォータジャケット２９２は、シリンダブロック２０のエンジンリア側に取り付けられるウォータアウトレット５５の導入口に接続される。ウォータアウトレット５５の排出口は、冷却水通路５０ｂを介してラジエータ４１の上部入口に接続される。ラジエータ４１の下部出口は冷却水通路５０ｃを介してウォータポンプ４２の吸込口に接続される。

図１５は冷却水の循環経路を模式的に表した系統図である。図１５に示すように、これらの冷却水通路５０、ラジエータ（ＲＡＤ）４１及びウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４２等により、シリンダブロック２０のウォータジャケット（Ｃ／Ｂ）２９２を流れる冷却水の循環経路Ａ（第２冷却水循環系路）が形成される。

一方、図１４において、冷却水通路５０ａの途中には、分岐通路５１が形成される。分岐通路５１は、シリンダブロック２０の燃焼室側のウォータジャケット２９１の入口に接続される。その入口には、シリンダヘッド６０のウォータジャケット４６への分岐部５４が形成されている。そのため、分岐通路５１を流れる冷却水は、分岐部５４で分岐してウォータジャケット２９１及びウォータジャケット４６へ送られる。

シリンダヘッド６０のエンジンリア側には、ウォータジャケット２９１及びウォータジャケット４６を流れた冷却水の合流部５７とその出口が形成される。ウォータジャケット４６の出口は、シリンダヘッド６０のエンジンリア側に取り付けられるウォータアウトレット５６の導入口に接続される。ウォータアウトレット５６の排出口に接続される通路５２は途中で分岐する。分岐した一方の通路５２ａは、冷却水通路５０ｂに接続され、ラジエータ４１の上部入口に接続される。他方の通路５２ｂは、電動ウォータポンプ４３の吸込口に接続される。

分岐通路５１には、分岐通路５１を流れる冷却水の流量を調節するバルブ４４が設けられる。同様に、分岐通路５２ａにはバルブ４５が設けられる。

図１５に示すように、これらの分岐通路５２ｂ及び電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４３等により、シリンダブロック２０のウォータジャケット（Ｃ／Ｂ）２９１及びシリンダヘッド６０のウォータジャケット（Ｃ／Ｈ）４６を流れる冷却水の循環経路Ｂ（第１冷却水循環系路）が形成される。

本実施形態では、バルブ４４及び４５の開度調節により、ウォータジャケット２９１を流れる冷却水とウォータジャケット４６を流れる冷却水の温度調節を行う。例えば、バルブ４４及び４５が閉じられている状態では、循環経路Ｂ内にはラジエータが存在しない。そのため、循環経路Ｂ内の冷却水温度を、循環経路Ａ内の冷却水温度よりも相対的に高くできる。

また、バルブ４４及び４５の絞り量を調整することで、循環経路Ｂ内の冷却水の流量を循環経路Ａ内の冷却水の流量よりも相対的に多くできる。結果として、循環経路Ｂ内の冷却水温度を、循環経路Ａ内の冷却水温度よりも相対的に高くできる。

図１６は、本発明の第９実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。

このように、低熱伝導率部材２７ｂで構成した燃焼室６１側のシリンダライナ２７の周囲を流れる冷却水の温度を相対的に高くすることで、さらには冷却水の循環量を少なくすることで、シリンダライナ２７の断熱効果をより一層向上させることができる。そのため、熱効率の向上が図れるとともに、燃費の向上が図れる。

一方、高熱伝導率部材２７ａで構成したクランクシャフト２１側のシリンダライナ２７の周囲を流れる冷却水の温度を相対的に低くすることで、さらには冷却水の循環量を多くすることで、吸入行程時における吸入空気の熱膨張を抑えることができ、充填効率を向上できる。

なお、この冷却装置が適用されるシリンダライナ２７の熱伝導率について、図１６に示したシリンダライナ２７の低熱伝導率部材２７ｂと高熱伝導率部材２７ａとの比率は、図９の実施形態と同じ関係にあるが、これに限らず、他の実施形態に示した、すなわち、図５、図６、図７、図８、図１０、図１１、図１２等のものについても、同じように適用することができる。

（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態を、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の第１０実施形態によるシリンダライナ２７を示す図である。

上述してきたように、本発明による可変圧縮比内燃機関１では、熱伝導率の異なる複数の部材でシリンダライナ２７を構成する。シリンダライナ２７はピストン２２の摺動運動によって、ピストンリング２８との接触部分が磨耗する。

このとき、シリンダライナ２７を熱伝導率の異なる複数の部材で構成すると、その材質の違いによって、磨耗量がそれぞれ異なってくる。そのため、異なる部材の境界で段差が生じる。

このような段差が発生すると、燃焼室の気密性が保てなくなりブローバイガスが増大する。フリクションも増大し、シリンダライナ２７にかき傷をつけたり、焼付けをおこしたりする。また、ピストンリング２８が段差を乗り越えるときにノイズが発生することが懸念される。さらに、オイルの掻き残しなどにより、余分なオイルが燃焼室に進入しオイル消費が増大し、焼付けを起こすことが懸念される。

そこで、本実施形態では、シリンダライナ２７のピストン２２が摺動する表面を単一の材料で被覆したコーティング層６５を形成する。これにより、シリンダライナ２７を熱伝導率の異なる複数の部材で構成することによる部材の境界での段差の発生を防止できる。なお、コーティング層６５の熱伝導率は低熱伝導率部材と同等であることが望ましいが、多少の大小があっても問題はない。

（第１１実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態を、図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の第１１実施形態によるピストン２２を示す図である。

本実施形態のピストン２２は、その冠面に層状の低熱伝導部材７０が貼られた断熱ピストンとして構成される。

これにより、燃焼ガスからピストン冠面への伝熱量を抑えることができる。また、燃焼室の一部となるピストン冠面を低熱伝導部材７０で構成することによって、燃焼室の断熱化を図れる。そのため、冷却損失が低減して熱効率が向上するとともに、燃費も向上する。

また、ピストン冠面に貼られた低熱伝導部材７０の断熱効果により、ピストン２２自体の温度を低減することができる。そのため、シリンダライナ２７とピストンリング２８間の焼き付きを防止できる。また、ピストン強度を高めることなく燃焼温度を高めることができ、出力の向上を図れる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。例えば、上記実施形態では、シリンダ２３の内壁が、シリンダブロック２０と別の材料で作られたシリンダライナ２７を嵌め込んで構成されている。しかし、熱伝導率を上記実施形態のように構成すれば、内壁がシリンダブロック２０と一体となったものであってもよい。

可変圧縮比内燃機関を示す図である。 可変圧縮比内燃機関を高圧縮比とした状態を示す説明図である。 同じく低圧縮比とした状態を示す説明図である。 可変圧縮比内燃機関と単リンク式ピストンストローク機構とで得られるピストンストローク特性を示したものである。 本発明の第１実施形態によるシリンダライナ内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第３実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第４実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第５実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第６実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第７実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第８実施形態によるシリンダライナ２７内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第９実施形態による２つの冷却系等を有する可変圧縮比内燃機関を示す図である。 本発明の第９実施形態による可変圧縮比内燃機関の冷却装置の概略構成図である。 冷却水の循環経路を模式的に表した系統図である。 本発明の第９実施形態によるシリンダライナ内部の熱伝導率の関係を示す図である。 本発明の第１０実施形態によるシリンダライナを示す図である。 本発明の第１１実施形態によるピストンを示す図である。

符号の説明

１ 可変圧縮比内燃機関（圧縮比制御手段）
２２ ピストン
２２ａ トップランド
２７ シリンダライナ
２７ａ 高熱伝導率部材
２７ｂ 低熱伝導率部材
２８ ピストンリング（トップリング）
４４ バルブ（流量調節手段）
４５ バルブ（流量調節手段）

Claims (12)

1. 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前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段と、
   を備え、
   機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンに嵌挿したトップリングと対峙する部分のシリンダの熱伝導率を、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記トップリングと対峙する部分のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記シリンダの熱伝導率が大きい部分と小さい部分との境界が、機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップリングに対峙する部分と、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップリングに対峙する部分との間にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップリングと対峙する部分より上方のシリンダの熱伝導率を、その対峙する部分より下方のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップリングと対峙する部分及びその対峙する部分より上方のシリンダの熱伝導率を、その対峙する部分より下方のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
5. 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前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段と、
   を備え、
   機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップランドと対峙する部分のシリンダの熱伝導率を、機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記トップランドと対峙する部分のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする内燃機関。
6. 機関圧縮比を高圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンのトップランドと対峙する部分より下方のシリンダの熱伝導率を、その対峙する部分のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする請求項５に内燃機関。
7. 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前記ピストンの上死点位置を変更して機関圧縮比を可変とする圧縮比制御手段と、
   を備え、
   機関圧縮比を低圧縮比にしたときに、ピストン上死点位置において前記ピストンに嵌挿したトップリングと対峙する部分及びその対峙する部分より上方のシリンダの熱伝導率を、その対峙する部分より下方のシリンダの熱伝導率よりも小さくした
   ことを特徴とする内燃機関。
8. 前記シリンダの熱伝導率が低い部分の周囲に冷却水を導く第１冷却水循環系路と、
   前記シリンダの熱伝導率が高い部分の周囲に冷却水を導く第２冷却水循環経路と、
   前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水の流量と前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水の流量とを調節する流量調節手段と、
   を備え、
   前記流量調節手段によって、前記第１冷却水循環系路及び第２冷却水循環系路を流れる流量を調節することで、前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水温度を、前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水温度よりも高くする
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の内燃機関。
9. 前記第１冷却水循環経路を流れる冷却水の流量を、前記第２冷却水循環経路を流れる冷却水の流量よりも少なくする
   ことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記シリンダの前記ピストンが摺動する表面に単一の材料からなるコーティング層を形成する
    ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の内燃機関。
11. 前記ピストンの冠部表面を、そのピストンの内部よりも熱伝導率の低い材料で構成する
    ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の内燃機関。
12. 前記シリンダは、シリンダライナで構成される
    ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の内燃機関。