JP2017190742A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の大型化を抑制して重量の増加を抑制する。【解決手段】内燃機関１００のブロック移動機構３が、クランクシャフト１０と平行に延びてクランクケース１及びシリンダブロック２の一方によって支持されると共に、主軸部３０ａと、当該主軸部３０ａの軸心から所定量偏心した位置に軸心がある偏心部３０ｂと、を有する１本の制御軸３０と、一端部が偏心部３０ｂに取り付けられると共に、他端部がクランクケース１及びシリンダブロック２の他方に取り付けられて、制御軸３０と、クランクケース１及びシリンダブロック２の他方と、を連結するための連結部材３１と、制御軸３０を所定の回転範囲内で両方向に回転させて、偏心部３０ｂの軸心を、主軸部３０ａの軸心を中心としてシリンダブロック２の相対移動方向に揺動させるためのアクチュエータ３２と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関に関する。

特許文献１には、クランクケースに対して相対移動可能なシリンダブロックを備える従来の内燃機関として、シリンダブロックの短手方向両側にそれぞれ配置された２本の偏心軸（カム軸）と、この偏心軸を互いに逆方向に回転させてシリンダブロックを相対移動させるために、シリンダブロックの長手方向一端側に配置された１本の駆動軸と、を備えたものが開示されている。

特開２００３−２０６７７１号公報

このように従来の内燃機関は、シリンダブロックを相対移動させるためには、偏心軸をシリンダブロックの短手方向両側にそれぞれ配置する必要があると共に、駆動軸をシリンダブロックの長手方向一端側に配置する必要がある。そのため、内燃機関が全体的に大型化し、内燃機関の重量が増加するという問題点がある。特に偏心軸には、その軸部に対してカム部と可動軸受部とがそれぞれ複数取り付けられているので、このような偏心軸が２本も必要になると部品点数が非常に多くなる。また、可動軸受部が挿通されて偏心軸を回転自在に支持するための軸受け（軸受収納孔）も複数必要になる。そのため、内燃機関の重量の増加量も大きくなりやすい。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、クランクケースに対して相対移動可能なシリンダブロックを備える内燃機関の大型化を抑制して重量の増加を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、クランクシャフトを支持するクランクケースと、クランクケースに対して相対移動可能なシリンダブロックと、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させるためのブロック移動機構と、を備える。そしてブロック移動機構は、クランクシャフトと平行に延びてクランクケース及びシリンダブロックの一方によって支持されると共に、主軸部と、当該主軸部の軸心から所定量偏心した位置に軸心がある偏心部と、を有する１本の制御軸と、一端部が偏心部に取り付けられると共に、他端部がクランクケース及びシリンダブロックの他方に取り付けられて、制御軸と、クランクケース及びシリンダブロックの他方と、を連結するための連結部材と、制御軸を所定の回転範囲内で両方向に回転させて、偏心部の軸心を、主軸部の軸心を中心としてシリンダブロックの相対移動方向に揺動させるためのアクチュエータと、を備える。

本発明のこの態様による内燃機関によれば、クランクシャフトと平行に延びる１本の制御軸を回転させるだけで、連結部材を介してシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させることができる。そのため、１本の制御軸をシリンダブロックの短手方向片側にだけ配置すればよく、前述した従来の内燃機関のように偏心軸をシリンダブロックの短手方向両側にする必要もなく、また、２本の偏心軸を回転させるための駆動軸をシリンダブロックの長手方向片側に配置する必要もない。したがって、クランクケースに対して相対移動可能なシリンダブロックを備える内燃機関の大型化を抑制して重量の増加を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関の概略斜視図である。 図２は、図１に示した内燃機関の概略分解斜視図である。 図３は、図１に示した内燃機関の概略分解斜視図である。 図４は、本発明の第１実施形態による内燃機関の概略断面図である。 図５は、ブロック移動機構の動作について説明する図である。 図６は、ブロック移動機構の動作について説明する図であり、ブロック移動機構を模式的に示した図である。 図７は、ブロック移動機構をシリンダブロックの片側にだけ設けた場合の問題点について説明する図である。 図８は、本発明の第１実施形態による内燃機関のスライダに作用する力を矢印で表した図である。 図９は、本発明の第２実施形態による内燃機関のスライダに作用する力を矢印で表した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００の概略斜視図である。図２及び図３は、それぞれ図１に示した内燃機関１００の概略分解斜視図である。

図１から図３に示すように、内燃機関１００は、クランクケース１と、シリンダブロック２と、ブロック移動機構３と、ガイド機構４と、を備える。

クランクケース１は、クランクシャフト１０を回転自在に支持すると共に、その内部にシリンダブロック２を収容するためのブロック収容部１１を備える。

シリンダブロック２は、クランクケース１に対して相対移動可能なようにクランクケース１と別体とされ、クランクケース１のブロック収容部１１内にその一部が収容される。シリンダブロック２には、シリンダ２０が形成される。本実施形態では、４つのシリンダ２０がシリンダブロック２の長手方向（以下「ブロック長手方向」という。）に沿って直列に形成されている。

以下、図１から図３に加えて図４を参照し、内燃機関１００の内部構成や、ブロック移動機構３及びガイド機構４の詳細について説明する。

図４は、内燃機関１００の概略断面図である。なお図１から図３では、図面の煩雑を防止するために、図４に示した内燃機関１００に対して一部の構成部品を省略している。

図４に示すように、シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド５が取り付けられ、クランクケース１の下部にはオイルパン６が取り付けられる。

シリンダ２０の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ２０の内部を往復運動するピストン２１が収められる。ピストン２１は、コンロッド２２を介してクランクシャフト１０と連結されており、クランクシャフト１０によってピストン２１の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド５、シリンダ２０及びピストン２１によって区画された空間が燃焼室７となる。

クランクシャフト１０は、クランクジャーナル１０ａと、クランクピン１０ｂと、クランクアーム１０ｃと、を備える。クランクジャーナル１０ａは、クランクケース１によって回転自在に支持される部分である。クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１がクランクシャフト１０の回転中心となる。クランクピン１０ｂは、コンロッド２２の大端部が取り付けられる部分である。クランクピン１０ｂの軸心Ｐ２は、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１から所定量だけ偏心している。したがって、クランクシャフト１０が回転すると、クランクピン１０ｂの軸心Ｐ２が軸心Ｐ１の周りを回転することになる。クランクアーム１０ｃは、クランクジャーナル１０ａとクランクピン１０ｂとを連結する部分である。本実施形態では、クランクシャフト１０を円滑に回転させるために、クランクアーム１０ｃにバランスウェイト１０ｄを設けている。

ブロック移動機構３は、クランクケース１に対してシリンダブロック２を相対的に移動させるための機構であって、図２から図４に示すように、１本の制御軸３０と、連結部材３１と、アクチュエータ３２と、を備える。

本実施形態によるブロック移動機構３は、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に動かして、クランクケース１に対するシリンダブロック２のシリンダ軸方向の相対位置を変化させることができるように構成される。クランクケース１に対してシリンダブロック２をシリンダ軸方向に相対移動させることで、ピストン２１の上死点位置を変更せずに、燃焼室７の容積のみを変更することができる。このように、ピストン２１の上死点位置を変更せずに、燃焼室７の容積のみを変更することで、内燃機関１００の機械圧縮比を変更することができる。したがって本実施形態によるブロック移動機構３は、内燃機関１００の可変圧縮比機構として機能する。なお機械圧縮比とは、圧縮行程時のピストン２１の行程容積と燃焼室７の容積とから機械的に定まる圧縮比であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。

制御軸３０は、クランクシャフト１０と平行に延びて、クランクケース１に設けられた２組の制御軸受け１２（図２参照）によって回転自在に支持される主軸部３０ａと、主軸部３０ａの軸心Ｐ３（図４参照）から所定量だけ偏心した位置に軸心Ｐ４（図４参照）がある偏心部３０ｂ（図４参照）と、を備える。したがって、仮に制御軸３０を１回転させると、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４が主軸部３０ａの軸心Ｐ３の周りを１回転することになる。本実施形態では偏心部３０ｂは、ブロック長手方向の一端側と他端側とにそれぞれ１つずつ設けられている。

連結部材３１は、制御軸３０の偏心部３０ｂとシリンダブロック２とを連結するための部材である。連結部材３１は、シリンダ軸方向の下側（オイルパン６側）の一端部が制御軸３０の偏心部３０ｂに取り付けられ、シリンダ軸方向の上側（シリンダヘッド５側）の他端部がシリンダブロック２に支持された連結ピン３３に取り付けられる。図２及び図３に示すように、本実施形態では、２本の連結部材３１によって、ブロック長手方向の一端側の偏心部３０ｂとシリンダブロック２、及びブロック長手方向の他端側の偏心部３０ｂとシリンダブロック２を連結している。

なお本実施形態では、制御軸３０をいわゆるクランク形状としているが、主軸部３０ａの外周に、軸心が主軸部３０ａの軸心Ｐ３から偏心した偏心カムを固定し、この偏心カムの外周に連結部材３１の一端部を取り付けるようにしても良い。

図２に示すように、連結ピン３３は、シリンダブロック２の短手方向（ブロック長手方向及びシリンダ軸方向のそれぞれと直角に交わる方向。以下「ブロック短手方向」という。）の一端側の側面に設けられた支持部２３によって支持される。本実施形態では支持部２３は、偏心部３０ｂと対応するように、ブロック長手方向の一端側と他端側とにそれぞれ１つずつ設けられている。

アクチュエータ３２は、制御軸３０に駆動トルクを与えて、制御軸３０を所定の回転角度範囲内で両方向に回転させるための駆動機器である。本実施形態では、アクチュエータ３２として電動機を用いている。

このようにブロック移動機構３は、内燃機関１００の片側（本実施形態ではブロック短手方向の一端側）にだけ配置されて、クランクケース１に対してシリンダブロック２を相対的に移動させるように構成されている。

ガイド機構４は、シリンダブロック２を所望の移動方向（本実施形態ではシリンダ軸方向）に動かすときに、シリンダブロック２が移動方向とは異なる方向に傾くのを抑制するための機構であって、ガイド壁４０と、スライダ４１と、を備える。

ガイド壁４０は、シリンダブロック２の側面と対向するようにクランクケース１に設けられた壁であり、シリンダブロック２の側面に対して所定の間隙を空けてシリンダブロック２の周りに配置される。

スライダ４１は、その一端に形成された当接面４１１が、シリンダブロック２の側面と接するように、ガイド壁４０に固定される。本実施形態ではスライダ４１は、シリンダブロック２のブロック短手方向の両側面と対向するガイド壁４０にそれぞれ４つずつ取り付けられる。より詳細にはスライダ４１は、各ガイド壁４０のブロック長手方向の一端側と他端側にそれぞれ２つずつ、シリンダ軸方向の上側と下側に取り付けられている。このように本実施形態では、スライダ４１によってシリンダブロック２を両側面から支持することによって、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に動かすときに、シリンダブロック２がシリンダ軸方向とは異なる方向に傾くのを抑制している。

なお、以下の説明では、特に区別する必要があるときは、内燃機関１００のブロック短手方向の一端側のガイド壁４０に固定されたスライダ４１のことを「スライダ４１ａ」といい、内燃機関１００のブロック短手方向の他端側のガイド壁４０に固定されたスライダ４１のことを「スライダ４１ｂ」という。

次に、図５及び図６を参照して、ブロック移動機構３の動作について説明する。

図５は、ブロック移動機構３によって、ピストン２１が圧縮上死点に位置するときの燃焼室７の容積を最小にした状態、すなわち機械圧縮比を最大にした状態の内燃機関１００と、その状態から制御軸３０を時計周りに所定の回転角度だけ回転させて、ピストン２１が圧縮上死点に位置するときの燃焼室７の容積を最大にした状態、すなわち機械圧縮比を最小にした状態の内燃機関１００と、を比較して示した図である。

図６は、図５と同様に、機械圧縮比を最大にした状態の内燃機関１００と、機械圧縮比を最小にした状態の内燃機関１００と、を比較して示した図であるが、発明の理解を容易にするために、ブロック移動機構３を模式的に示した図である。なお図６の破線Ａは、制御軸３０を１回転させたときの偏心部３０ｂの軸心Ｐ４の軌跡である。またＰ５は、連結ピン３３の軸心である。

図６に示すように本実施形態では、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４の軌跡Ａを、主軸部３０ａの軸心Ｐ３を通ると共にシリンダ軸方向と平行な平行線Ｑによって２つの半円領域に区画したときに、いずれか一方の半円領域（本実施形態では図中左側の半円領域）の範囲内で軸心Ｐ４が両回転方向に移動するように、アクチュエータ３２によって制御軸３０を両回転方向に回転させている。

そしてブロック移動機構３は、図中右側の機械圧縮比を最小にした状態と比較して、図中左側の機械圧縮比を最大にした状態のときには、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４がシリンダ軸方向の下側（オイルパン６側）に位置するように構成されている。

そのため、例えば図中左側の機械圧縮比を最大にした状態から、アクチュエータ３２によって制御軸３０を時計周りに回転させると、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４が、軌跡Ａ上をシリンダ軸方向の上側（シリンダヘッド５側）に向かって移動する。これにより、偏心部３０ｂに連結されている連結部材３１を介して、連結ピン３３がシリンダ軸方向の上側に向かって直線的に押し上げられるので、シリンダブロック２がクランクケース１に対して相対的にシリンダ軸方向の上側に押し上げられる。その結果、ピストン２１が圧縮上死点に位置するときの燃焼室７の容積が徐々に増大し、機械圧縮比が徐々に小さくなる。

一方で、例えば図中右側の機械圧縮比を最小にした状態から、アクチュエータ３２によって制御軸３０を反時計周りに回転させると、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４が、軌跡Ａ上をシリンダ軸方向の下側に向かって移動する。これにより、偏心部３０ｂに連結されている連結部材３１を介して、連結ピン３３がシリンダ軸方向の下側に向かって直線的に引き下げられるので、シリンダブロック２がクランクケース１に対して相対的にシリンダ軸方向の下側に引き下げられる。その結果、ピストン２１が圧縮上死点に位置するときの燃焼室７の容積が徐々に減少し、機械圧縮比が徐々に大きくなる。

このように本実施形態によるブロック移動機構３は、主軸部３０ａと偏心部３０ｂとを備える制御軸３０を回転させて、主軸部３０ａの軸心Ｐ３を中心として偏心部３０ｂの軸心Ｐ４をシリンダ軸方向に上下に揺動させることで、偏心部３０ｂに連結された連結部材３１によってシリンダブロック２をシリンダ軸方向に上下動させている。

ところで本実施形態では、このようなブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けることで、内燃機関１００の大型化を抑制すると共に、重量の増加を抑制している。しかしながら、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合は、当該ブロック移動機構３を仮に内燃機関１００の両側に設けた場合と比較すると、シリンダブロック２を動かす際に、スライダ４１の当接面４１１とシリンダブロック２の側面との間に生じる抵抗（以下「摺動抵抗」という。）が増加するという問題点がある。以下、この問題点について、図７を参照して説明する。

図７は、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側（この例ではブロック短手方向の一端側）にだけ設けた場合の問題点について説明する図である。なお図７では、発明の理解を容易にするために、ピストン２１、コンロッド２２、及びクランクシャフト１０で構成されるピストンクランク機構と、ブロック移動機構３と、を模式的に示している。また図７の破線Ｂは、クランクシャフト１０を１回転させたときのクランクピン１０ｂの軸心Ｐ２の軌跡である。

内燃機関１００の運転中は、各シリンダ２０の燃焼室７内で燃焼が生じるため、図７に示すように、シリンダヘッド５には図中上向きの燃焼荷重Ｆが加わる。このとき本実施形態のように、制御軸３０をシリンダブロック２の片側の側面に沿って配置し、かつ制御軸３０とシリンダブロック２とを連結部材３１によって連結している場合には、シリンダヘッド５に加わる燃焼荷重Ｆによって、制御軸３０を支点としてシリンダブロック２を図中時計周りに回転させようとするブロック回転力が生じる。すなわち、主軸部３０ａの軸心Ｐ３周りに図中時計周りのモーメントＭが生じる。

ここで、仮にブロック移動機構３を内燃機関１００の両側、例えばブロック短手方向の一端側と他端側とに設けた場合は、内燃機関１００のブロック短手方向の一端側のシリンダブロック２の側面に沿って配置された制御軸３０を支点としてシリンダブロック２を時計周りに回転させようとするブロック回転力が生じる。また、これとは反対に、内燃機関１００のブロック短手方向の他端側のシリンダブロック２の側面に沿って配置された制御軸３０を支点としてシリンダブロック２を反時計周りに回転させようとするブロック回転力が生じる。そのため、シリンダブロック２を時計周りに回転させようとするブロック回転力と、反時計周りに回転させようとするブロック回転力とが釣り合って相殺され、見かけ上はシリンダブロック２にはブロック回転力が生じないことになる。

しかしながら、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合は、両側に設けた場合のようにブロック回転力が相殺されることがない。そのため、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合は、常にシリンダブロック２を一定回転方向に回転させようとするブロック回転力が生じ、そのブロック回転力がブロック移動機構３を設けた側のスライダ４１（本実施形態ではスライダ４１ａ）に作用することになる。

図７に示すように、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合に燃焼荷重Ｆによって生じる軸心Ｐ３周りのモーメントＭの大きさは、軸心Ｐ３と燃焼荷重Ｆの作用点Ｘとを結ぶ線分の長さをｌとし、この線分と燃焼荷重Ｆの作用線（すなわちシリンダ中心軸線Ｓ）とのなす角をαとし、モーメントアームをｒとすると、以下の（１）式によって表される。

Ｍ＝ｒ×Ｆ …（１）
但し、ｒ＝ｌ×ｓｉｎα

ここで、モーメントＭが大きくなるほどブロック回転力は大きくなる。したがって、モーメントＭが大きくなるほど、ブロック回転力に起因して、ブロック移動機構３を設けた側のシリンダブロック２の側面と当接しているスライダ４１ａに加わる力が大きくなる。換言すれば、モーメントＭが大きくなるほど、ブロック移動機構３を設けた側のシリンダブロック２の側面がスライダ４１ａから受ける反力（以下「スライダ反力」という。）が大きくなる。そして、スライダ反力が大きくなるほど、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に移動させる際の摺動抵抗が増加する。

このように、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合は、常にシリンダブロック２に一定回転方向のブロック回転力が加わることになるので、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に移動させる際の摺動抵抗が増加するのである。

摺動抵抗が増加すると、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に移動させる際の負荷、すなわち制御軸３０を回転させるための駆動トルクが増加する。そのため、例えばアクチュエータ３２を電動機とした場合は、電力消費量が増加し、結果としての燃費の悪化を招く。また、アクチュエータ３２の最大駆動トルクを高くする必要もあるので、アクチュエータ３２の大型化、大容量化を招く。

したがって、摺動抵抗は可能な限り小さくすることが望ましく、摺動抵抗を小さくするにはモーメントＭを小さくする必要がある。ここで前述した（１）式から分かるように、モーメントＭは、燃焼荷重Ｆが同じ大きさでも、モーメントアームｒが短くなるほど小さくなる。したがって、モーメントＭを小さくするには、モーメントアームｒを可能な限り短くすることが有効である。

そこで本実施形態では、図７に示すように、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１が、シリンダ中心軸線Ｓに対してブロック短手方向の他端側に所定のオフセット幅Ｌだけ離れた位置に配置されるように、クランクケース１によってクランクシャフト１０を支持することとした。そしてさらに、シリンダ中心軸線Ｓに対してクランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をオフセット幅Ｌだけ離した方向（以下「クランクオフセット方向」という。）とは反対側となるブロック短手方向の一端側に、ブロック移動機構３を配置することとした。

クランクシャフト１０とブロック移動機構３の制御軸３０は、クランクピン１０ｂの軸心Ｐ２の軌跡Ｂと、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４の軌跡とが、それぞれ干渉しないように配置する必要がある。そのため本実施形態のように、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をシリンダ中心軸線Ｓに対してブロック短手方向の他端側に所定のオフセット幅Ｌだけ離れた位置に配置すると共に、クランクオフセット方向とは反対側となるブロック短手方向の一端側にブロック移動機構３を配置することで、クランクピン１０ｂの軸心Ｐ２の軌跡Ｂをオフセット幅Ｌの分だけクランクオフセット方向に移動させることができる。したがって、オフセット幅Ｌの分だけブロック移動機構３をクランクオフセット方向に配置するスペースを作ることができ、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４の軌跡Ａをオフセット幅Ｌの分だけクランクオフセット方向に移動させることができる。

そのため、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をシリンダ中心軸線Ｓ上に配置した場合と比較して、オフセット幅Ｌの分だけモーメントアームｒを短くすることができる。

また、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をシリンダ中心軸線Ｓに対してブロック短手方向の他端側に所定のオフセット幅Ｌだけ離れた位置に配置した場合において、本実施形態とは逆側にブロック移動機構３に配置したとき、すなわち、クランクオフセット方向となるブロック短手方向の他端側にブロック移動機構３を配置したときは、オフセット幅Ｌの分だけモーメントアームｒが長くなる。したがって、このときと比較すると、オフセット幅Ｌの２倍分だけモーメントアームｒを短くすることができる。

このように、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をシリンダ中心軸線Ｓに対してブロック短手方向の他端側に所定のオフセット幅Ｌだけ離れた位置に配置すると共に、クランクオフセット方向とは反対側となるブロック短手方向の一端側にブロック移動機構３を配置することによって、燃焼荷重Ｆによって生じる軸心Ｐ３周りのモーメントＭのモーメントアームｒを短くすることができる。

したがって、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合において、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に移動させる際の摺動抵抗の増加を抑制することができる。その結果、燃費の悪化やアクチュエータ３２の大型化、大容量化を抑制することができる。そのため、内燃機関１００の大型化、重量増加をさらに抑制することができる。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、クランクシャフト１０を支持するクランクケース１と、クランクケース１に対して相対移動可能なシリンダブロック２と、クランクケース１に対してシリンダブロック２を相対移動させるためのブロック移動機構３と、を備える。

そしてブロック移動機構３は、クランクシャフト１０と平行に延びてクランクケース１によって支持されると共に、主軸部３０ａと、主軸部３０ａの軸心Ｐ３から所定量偏心した位置に軸心Ｐ４がある偏心部３０ｂと、を有する１本の制御軸３０と、一端部が偏心部３０ｂに取り付けられると共に、他端部がシリンダブロック２に取り付けられて、制御軸３０と、シリンダブロック２と、を連結するための連結部材３１と、制御軸３０を所定の回転範囲内で両方向に回転させて、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４を主軸部３０ａの軸心Ｐ３を中心としてシリンダブロック２の相対移動方向に揺動させるためのアクチュエータ３２と、を備える。

これにより本実施形態によれば、クランクシャフト１０と平行に延びる１本の制御軸３０を回転させるだけで、連結部材３１を介してシリンダブロック２をクランクケース１に対して相対移動させることができる。そのため、１本の制御軸３０を内燃機関１００の短手方向片側にだけ配置すればよく、前述した従来の内燃機関のように偏心軸をシリンダブロックの短手方向両側にする必要もなく、また、２本の偏心軸を回転させるための駆動軸をシリンダブロックの長手方向片側に配置する必要もない。したがって、クランクケース１に対して相対移動可能なシリンダブロック２を備える内燃機関１００の大型化を抑制して重量の増加を抑制することができる。

また、制御軸３０の偏心部３０ｂとシリンダブロック２とを連結部材３１によって連結しているため、制御軸３０を回転させたときに、主軸部３０ａの軸心Ｐ３を中心とする偏心部３０ｂの揺動運転を効率良くシリンダブロック２の移動方向と平行な直線運動に変換することができる。そのため、制御軸３０を回転させたときに、連結部材３１からシリンダブロックに作用するブロック短手方向の力を抑制することができる。

また本実施形態による内燃機関１００によれば、クランクケース１は、クランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１がシリンダブロック２に形成されたシリンダ２０の中心軸線Ｓに対して所定距離（オフセット幅Ｌ）だけ離れた位置に配置されるように、クランクシャフト１０を支持している。またブロック移動機構３は、シリンダ２０の中心軸線Ｓに対してクランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１を離した方向とは反対側に配置されている。

これにより、例えばクランクジャーナル１０ａの軸心Ｐ１をシリンダ２０の中心線軸Ｓ上に配置した場合と比較して、燃焼荷重Ｆに起因して主軸部３０ａの軸心Ｐ３周りに生じるモーメントＭのモーメントアームｒをオフセット幅Ｌの分だけ短くすることができる。そのため、ブロック移動機構３をシリンダブロック２の片側にだけ設けた場合において、燃焼荷重Ｆに起因してシリンダブロック２に作用する一定回転方向のブロック回転力を低減することができる。

特に本実施形態による内燃機関１００は、シリンダブロック２の側面の周囲を覆うように、クランクケース１に設けられたガイド壁４０と、ブロック移動機構３の配置側のガイド壁４０とその反対側のガイド壁４０と、にそれぞれ取り付けられ、シリンダブロック２の側面と当接するスライダ４１と、を備えている。そのため、燃焼荷重Ｆに起因してシリンダブロック２に作用する一定回転方向のブロック回転力を低減することで、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合において、シリンダブロック２をシリンダ軸方向に移動させる際の摺動抵抗の増加を抑制することができる。したがって、燃費の悪化やアクチュエータ３２の大型化、大容量化を抑制することができ、ひいては内燃機関１００の大型化、重量増加をさらに抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ブロック移動機構３の連結部材３１の傾き方向が第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

図８は、前述した第１実施形態による内燃機関１００の概略断面図であって、スライダ４１に作用する力を矢印で表した図である。なお図８では、ピストン２１、コンロッド２２、及びクランクシャフト１０で構成されるピストンクランク機構と、ブロック移動機構３と、を模式的に示している。

前述したように、ブロック移動機構３を内燃機関１００の片側にだけ設けた場合は、燃焼荷重Ｆによって、シリンダブロック２に対して、常にシリンダブロック２を一定回転方向に回転させようとするブロック回転力が加わる。

図８に示す例では、シリンダブロック２に対して、シリンダブロック２を時計周りに回転させようとするブロック回転力が加わる。そのため図８に示すように、ブロック移動機構３が設けられたブロック短手方向の一端側のスライダ４１ａに対して、燃焼荷重Ｆに起因するブロック回転力Ｆ１が作用する。また、ブロック短手方向の他端側のスライダ４１ｂに対しては、下側のスライダ４１ｂに対してのみ、ブロック短手方向の一端側のスライダ４１ａに作用するブロック回転力Ｆ１よりも小さいブロック回転力Ｆ１’が作用する。

また図８に示す例では、クランクシャフト１０が時計周りに回転しているため、コンロッド２２の傾きに起因して、吸気行程及び膨張行程中には、ピストン２１によってシリンダブロック２をブロック短手方向の一端側に押す力（以下「ピストン反スラスト力」という。）Ｆ２が加えられる。そのため図８に示すように、ブロック移動機構３が設けられたブロック短手方向の一端側のスライダ４１ａに対して、ピストン反スラスト力Ｆ２が作用する。

一方、圧縮行程及び排気行程中には、ピストン２１によってシリンダブロック２をブロック短手方向の他端側に押す力（以下「ピストン正スラスト力」という。）Ｆ２’が加えられる。そのため図８に示すように、ブロック移動機構３が設けられたブロック短手方向の他端側のスライダ４１ｂに対して、ピストン正スラスト力Ｆ２’が作用する。ピストン反スラスト力Ｆ２とピストン正スラスト力Ｆ２’の大きさはほぼ同じである。

さらに図８に示すように、前述した第１実施形態では、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４に対して、連結ピン３３の軸心Ｐ５がシリンダブロック２側に位置するように、連結部材３１の一端部を偏心部３０ｂに取り付け、他端部を連結ピン３３に取り付けていた。すなわち連結部材３１の一端部に対して他端部がシリンダブロック２側に位置するように、連結部材３１を傾けていた。以下の説明では便宜上、このように連結部材３１の一端部に対して他端部がシリンダブロック２側に位置するように連結部材３１を傾けることを、「連結部材３１をブロック内向きに傾ける」という。

連結部材３１をブロック内向きに傾けた場合は、シリンダブロック２には、連結部材３１によってシリンダブロック２をブロック短手方向の他端側に押す力（以下「第１スラスト力」という。）Ｆ３が加えられる。したがって、この第１スラスト力Ｆ３は、ブロック短手方向の他端側に配置されるスライダ４１ｂに作用する。

このように、連結部材３１をブロック内向きに傾けることで、スライダ４１に作用する合力を、シリンダブロック２の一端側に配置されたスライダ４１ａと、他端側に配置されたスライダ４１ｂとに分散させることができる。しかしながら、この場合は、シリンダブロック２の両側に配置された双方のガイド壁４０の剛性を高める必要があり、またガイド壁４０が設けられるクランクケース１の剛性も高める必要がある。そのため、内燃機関１００の大型化や重量増を招くおそれがある。

そこで本実施形態では、スライダ４１に作用する合力を、或る一方のスライダ４１に集中させることとした。これにより、合力を集中させた側のスライダ４１が取り付けられたガイド壁４０の剛性を高めるだけでよいので、内燃機関１００の大型化や重量増を抑制することができる。以下、この本実施形態による内燃機関１００の構成について説明する。

図９は、本発明の第２実施形態による内燃機関１００の概略断面図である。図９では、発明の理解を容易にするために、ピストン２１、コンロッド２２、及びクランクシャフト１０で構成されるピストンクランク機構と、ブロック移動機構３と、を模式的に示すと共に、スライダ４１に作用する力を矢印で示している。

図９に示すように、本実施形態では、偏心部３０ｂの軸心Ｐ４に対して、連結ピン３３の軸心Ｐ５がガイド壁４０側（すなわち内燃機関１００の外側）に位置するように、連結部材３１の一端部を偏心部３０ｂに取り付け、他端部を連結ピン３３に取り付ける。すなわち連結部材３１の一端部に対して他端部がガイド壁４０側に位置するように、連結部材３１を傾ける。以下の説明では便宜上、このように連結部材３１の一端部に対して他端部がガイド壁４０側に位置するように連結部材３１を傾けることを、「連結部材３１をブロック外向きに傾ける」という。

連結部材３１をブロック外向きに傾けた場合は、シリンダブロック２には、連結部材３１によってシリンダブロック２をガイド壁４０側に引く力（以下「第２スラスト力」という。）Ｆ４が加えられる。したがって、この第２スラスト力Ｆ４は、ブロック短手方向の一端側に配置されるスライダ４１ａに作用する。

これにより、スライダ４１に作用する合力を、ブロック移動機構３が配置された側のガイド壁４０に取り付けらえたスライダ４１ａに集中させることができる。そのため、スライダ４１ａが固定されたガイド壁４０の剛性を高めるだけでよく、逆にスライダ４１ｂが固定されたガイド壁４０の剛性を低く抑えることができる。そのため、内燃機関１００の大型化や重量増を抑制することができる。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００によれば、連結部材３１は、他端部が一端部に対して内燃機関１００の外側に位置するように、一端部が偏心部３０ｂに取り付けられると共に他端部がシリンダブロック２に取り付けられている。

これにより、連結部材３１をブロック外向きに傾けて、スライダ４１に作用する合力を、ブロック移動機構３が配置された側のガイド壁４０に取り付けらえたスライダ４１ａに集中させることができる。そのため、スライダ４１ａが固定されたガイド壁４０の剛性を高めるだけでよく、逆にスライダ４１ｂが固定されたガイド壁４０の剛性を低く抑えることができる。そのため、内燃機関１００の大型化や重量増を抑制することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記の各実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記の各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の各実施形態では、制御軸３０をクランクケース１に設けた軸受け１２によって支持し、連結部材によって制御軸３０とシリンダブロック２とを連結していたが、これとは逆に、例えば制御軸３０をシリンダブロック２に設けた軸受けによって支持し、連結部材３１によってこの制御軸３０とクランクケース１とを連結するようにしても良い。すなわち、ブロック移動機構３を、クランクシャフト１０と平行に延びてシリンダブロック２によって支持される１本の制御軸３０と、制御軸３０の偏心部３０ｂとクランクケース１とを連結するための連結部材３１と、制御軸３０を所定の回転範囲内で両方向に回転させためのアクチュエータ３２と、によって構成するようにしても良い。このようにしても上記の各実施形態と同様の効果を得ることができる。

また上記の各実施形態では、２本の連結部材３１で制御軸３０の偏心部３０ｂとシリンダブロック２とを連結していたが、連結部材３１の本数は２本に限らず、必要に応じて増減させても良い。

１ クランクケース
２ シリンダブロック
３ ブロック移動機構
１０ クランクシャフト
３０ 制御軸
３０ａ 主軸部
３０ｂ 偏心部
３１ 連結部材
３２ アクチュエータ
４０ ガイド壁
４１ スライダ
１００ 内燃機関

Claims (4)

1. クランクシャフトを支持するクランクケースと、
   前記クランクケースに対して相対移動可能なシリンダブロックと、
   前記クランクケースに対して前記シリンダブロックを相対移動させるためのブロック移動機構と、
   を備える内燃機関であって、
   前記ブロック移動機構は、
   前記クランクシャフトと平行に延びて前記クランクケース及び前記シリンダブロックの一方によって支持されると共に、主軸部と、当該主軸部の軸心から所定量偏心した位置に軸心がある偏心部と、を有する１本の制御軸と、
   一端部が前記偏心部に取り付けられると共に、他端部が前記クランクケース及び前記シリンダブロックの他方に取り付けられて、前記制御軸と、前記クランクケース及び前記シリンダブロックの他方と、を連結するための連結部材と、
   前記制御軸を所定の回転範囲内で両方向に回転させて、前記偏心部の軸心を、前記主軸部の軸心を中心として前記シリンダブロックの相対移動方向に揺動させるためのアクチュエータと、
   を備える内燃機関。
2. 前記クランクケースは、
   前記クランクシャフトの軸心が、前記シリンダブロックに形成されたシリンダの中心軸線に対して所定距離だけ離れた位置に配置されるように当該クランクシャフトを支持し、
   前記ブロック移動機構は、
   前記シリンダの中心軸線に対して前記クランクシャフトの軸心を離した方向とは反対側に配置される、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記連結部材は、
   他端部が一端部に対して内燃機関の外側に位置するように、一端部が前記偏心部に取り付けられると共に、他端部が前記クランクケース及び前記シリンダブロックの他方に取り付けられる、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記シリンダブロックの側面の周囲を覆うように、前記クランクケースに設けられたガイド壁と、
   前記ブロック移動機構の配置側の前記ガイド壁と、その反対側の前記ガイド壁と、にそれぞれ取り付けられ、前記シリンダブロックの側面と当接するスライダと、
   をさらに備える請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関。

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