(57)【要約】【課題】１つの気筒内に２つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上されることができる内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】大シリンダー２内に摺動自在に配設され、小シリンダー７１を有する大ピストン７と、大ピストン７とクランクシャフト５のクランクピン５３を接続する大コンロッド６と、小シリンダー７１内に摺動自在に配設される小ピストン８と、小ピストン８と大コンロッド６を接続する小コンロッド９と、クランクシャフト５のクランクアーム５２に設けられ、小コンロッド９に当接し、大コンロッド６に対して小コンロッド９の位置を変更するプッシュアーム１０と、プッシュアーム１０の移動軌跡を案内するガイド１１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大シリンダー内に摺動自在に配設され、小シリンダーを有する大ピストンと、
該大ピストンとクランクシャフトのクランクピンを接続する大コンロッドと、
前記小シリンダー内に摺動自在に配設される小ピストンと、
該小ピストンと前記大コンロッドを接続する小コンロッドと、
前記クランクシャフトのクランクアームに設けられ、前記小コンロッドに当接し、前記大コンロッドに対して前記小コンロッドの位置を変更する当接体と、
該当接体の移動軌跡を案内するガイドと、を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記当接体の移動軌跡の一部において前記ガイドが当接することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記当接体と前記ガイドとの当接開始位置を変更可能としたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記当接体の前記ガイドとの当接部位が、前記当接体の端部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記当接体は棒状部材であり、
前記当接体の前記ガイドとの前記当接部位と反対側の端部は、前記クランクアームに揺動自在に枢支されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記当接体は、前記小コンロッドに当接する第１の当接部と、前記ガイドに当接する第２の当接部と、前記第１の当接部と、前記第２の当接部とを接続するロッド部とを備え、
該ロッド部は、前記クランクアームを貫通して支持され、前記クランクアーム内を一定範囲で摺動可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記ガイドは、
前記クランクアームの上死点に達するまでに前記当接体を案内する第１のガイド面と、
前記クランクアームの上死点より後に前記当接体を案内する第２のガイド面と、を有し、
該第２のガイド面から前記当接体が受ける反力により、前記クランクアームに駆動力を発生させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、１つのシリンダー内に、大ピストンと少ピストンとを備え、膨張行程における燃焼容積の変化特性を変更可能とした内燃機関が示されている。具体的には、大ピストンの内側にさらにシリンダーが設けられ、そのシリンダー内を摺動可能に小ピストンが配置される。大ピストンに連結されるコンロッドに摺動可能なカムが設けられ、大ピストンの上下運動によって、カムが左右に揺動し、小ピストンが大ピストンのシリンダー内を上下に駆動される。
【０００３】
上記内燃機関では、小ピストンの動きによって、膨張行程の前半で燃焼室容積の増加率を低下させ、後半で燃焼室容積の増加率を高める動作が行われる。これによって、膨張行程の後半における後燃えによる緩慢な熱発生を有効な仕事に変換し、熱効率を向上させる効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２１６０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の内燃機関は、単に膨張行程における燃焼室容積の増加率を変更するものであり、圧縮比を変更可能なものではない。したがって、圧縮比を変更可能として熱効率をさらに向上させる余地がある。
【０００６】
上述した従来の欠点に鑑み、本発明の目的は、１つの気筒内に２つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上されることができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、大シリンダー内に摺動自在に配設され、小シリンダーを有する大ピストンと、該大ピストンとクランクシャフトのクランクピンを接続する大コンロッドと、前記小シリンダー内に摺動自在に配設される小ピストンと、該小ピストンと前記大コンロッドを接続する小コンロッドと、前記クランクシャフトのクランクアームに設けられ、前記小コンロッドに当接し、前記大コンロッドに対して前記小コンロッドの位置を変更する当接体と、該当接体の移動軌跡を案内するガイドと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、前記当接体の移動軌跡の一部において前記ガイドが当接しても良い。
【０００９】
また、上記構成において、前記当接体と前記ガイドとの当接開始位置を変更可能としても良い。
【００１０】
上記構成において、前記当接体の前記ガイドとの当接部位が、前記当接体の端部に設けても良い。
【００１１】
また、上記構成において、前記当接体は棒状部材であり、前記当接体の前記ガイドとの前記当接部位と反対側の端部は、前記クランクアームに揺動自在に枢支されても良い。
【００１２】
上記構成において、前記当接体は、前記小コンロッドに当接する第１の当接部と、前記ガイドに当接する第２の当接部と、前記第１の当接部と、前記第２の当接部とを接続するロッド部とを備え、該ロッド部は、前記クランクアームを貫通して支持され、前記クランクアーム内を一定範囲で摺動可能としても良い。
【００１３】
また、上記構成において、前記ガイドは、前記クランクアームの上死点に達するまでに前記当接体を案内する第１のガイド面と、前記クランクアームの上死点より後に前記当接体を案内する第２のガイド面と、を有し、該第２のガイド面から前記当接体が受ける反力により、前記クランクアームに駆動力を発生させても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、１つの気筒内に２つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上する内燃機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の要部の構成を示す部分断面正面図である。
【図２】同じく内燃機関の要部の構成を示す部分断面側面図である。
【図３】第１実施形態にかかるプッシュアームとガイドの構成を示す図である。
【図４】プッシュアームによる小コンロッドの変位状態を示す図である。
【図５】ガイドによる小ピストンの上死点位置の変化を示す図である。
【図６】燃焼時の小コンロッドの挙動を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる内燃機関の要部の構成を示す部分断面正面図である。
【図８】第２実施形態にかかる内燃機関の要部の構成を示す部分断面側面図である。
【図９】第２実施形態における当接体と小コンロッドとの接触開始状態を示す図である。
【図１０】第２実施形態にかかる内燃機関のガイドによる小ピストンの上死点位置の変化を示す図である。
【図１１】第２実施形態にかかる内燃機関の燃焼時の小コンロッドの挙動を示す模式図である。
【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を説明する。
まず、本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関１の全体構成について図１から図４を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関１の要部の構成を示す部分断面図であり、図２は同じく内燃機関１の要部の構成を示す部分断面側面図である。図３はプッシュアーム１０とガイド１１の構成を示す図であり、図４はプッシュアーム１０による小コンロッド９の変位状態を示す図である。なお、図中、ＵＰは上方を示す。
【００１７】
内燃機関１は、大シリンダー２を有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の下部に装着されるクランクケース４を備える。大シリンダー２内には、大ピストン７が摺動自在に設けられており、大ピストン７には小シリンダー７１が設けられている。そして、小シリンダー７１には、小ピストン８が摺動自在に設けられている。
小ピストン８には小コンロッド９が接続しており、後述する当接体であるプッシュアーム１０が当接することにより、小ピストン８の大ピストン７に対する位置を変更可能としている。なお、大シリンダー２と小シリンダー７１は大ピストン７の上部において連通しており、大シリンダー２と小シリンダー７１は、平行延出されて設けられている。
【００１８】
大ピストン７は、大コンロッド６により、クランクシャフト５に接続されており、クランクシャフト５は、燃焼室における燃料の爆発により、大ピストン７が大シリンダー２内を上下に往復動作することで、回転駆動可能に構成されている。なお、図１において、内燃機関１のクランクシャフト５は、回動方向Ｒに回動する。
クランクシャフト５は、クランクジャーナル５１、クランクアーム５２、クランクピン５３およびカウンターウェイト５４を備える。クランクジャーナル５１はクランクシャフト５の回動軸となるものであり、クランクジャーナル５１は、図示しないベアリングにより、シリンダブロック３およびクランクケース４に回動自在に支持される。
【００１９】
クランクアーム５２は、クランクジャーナル５１とクランクピン５３とを接続するものであり、クランクジャーナル５１と直交する方向に延出され、クランクピン５３に接続する。クランクピン５３には、大コンロッド６の基部６ｂが回動自在に連結されており、クランクピン５３には、クランクアーム５２によりクランクジャーナル５１と一体的に接続されている。そして、クランクピン５３は、クランクアーム５２の回動により、クランクジャーナル５１を回動中心とする円周上を移動する。
また、クランクシャフト５には、クランクアーム５２の延出方向と逆方向にカウンターウェイト５４が延出して設けられる。
【００２０】
図２に示すように、大コンロッド６は、２つのブレード６ａと基部６ｂにより構成される。２つのブレード６ａは、上部においてそれぞれ、大ピストン７のピストンピン７ａに接続されており、ブレード６ａは、その下部において互いに繋がった状態で基部６ｂに接続する。ブレード６ａおよび基部６ｂは共に、クランクシャフト５の回動軸と直交する方向に幅広に構成されている。
大コンロッド６の基部６ｂには、大コンロッド６の延出方向に沿って溝部６１が設けられている。溝部６１は、基部６ｂにおいて、クランクシャフト５の回動軸方向と直交する面にそれぞれ設けられている。そして、溝部６１には小コンロッド９のローラー９３が遊びを持った状態で挿入されており、ローラー９３は、溝部６１内を摺動可能に構成されている。
【００２１】
小コンロッド９は、上部９１、ケージ９２、２つのローラー９３、および２つの当接ローラー９４により構成される。上部９１の上端は小ピストン８に接続されており、上部９１の下端はケージ９２の上部に接続されている。また、上部９１は大コンロッド６のブレード６ａ間に配置される。
【００２２】
小コンロッド９のケージ９２は、トップビーム９２ａ、２つの三角プレート９２ｂ、および２つのボトムビーム９２ｃにより構成されている。トップビーム９２ａの上面中央部には上部９１が接続しており、図１に示すように、トップビーム９２ａの両端は大コンロッド６のブレード６ａ間よりも外側に位置している。そして、トップビーム９２ａの両端には、三角プレート９２ｂの上部がそれぞれ接続し、三角プレート９２ｂ間に大コンロッド６のブレード６ａおよび基部６ｂが配置される。
なお、三角プレート９２ｂは、図２に示すように、略二等辺三角形の形状に構成され、頂角部分でトップビーム９２ａに接続し、底辺部分で２つのボトムビーム９２ｃにより接続される。そして、２つのボトムビーム９２ｃは、大コンロッド６の基部６ｂを挟んで配置される。
【００２３】
ケージ９２のボトムビーム９２ｃには、それぞれローラー９３がケージ９２の内側に回動自在に取り付けられ、ローラー９３が大コンロッド６の溝部６１に係合した状態となる。ローラー９３の回転軸方向は、クランクシャフト５の回動軸方向に一致しており、大コンロッド６に対して小コンロッド９が摺動する際の抵抗を軽減している。これにより、小コンロッド９の下部は大コンロッド６の下部に摺動可能な状態で保持される。なお、ボトムビーム９２ｃは大コンロッド６の幅方向に延出されており、ローラー９３は、ボトムビーム９２ｃの中央部に設けられる。
【００２４】
ケージ９２の外側であって、ボトムビーム９２ｃの外側面には、当接ローラー９４がそれぞれ設けられている。図１に示すように、ケージ９２において、ボトムビーム９２ｃは、一方を下方に延出しており、下方に延出された部位に当接ローラー９４が配置される。
そして、当接ローラー９４は、ボトムビーム９２ｃにおいて、ローラー９３の配置位置に対して、オフセットして配置される。本実施形態において、当接ローラー９４は、ボトムビーム９２ｃの端部に配置されており、ローラー９３に対して、クランクシャフト５の回動方向と逆方向にオフセットされている。これにより、当接ローラー９４がケージ９２より突出され、プッシュアーム１０に当接可能に構成されている。
【００２５】
プッシュアーム１０は、クランクアーム５２に揺動自在に設けられた棒状の部材である。そして、プッシュアーム１０は、小コンロッド９の大コンロッド６に対する位置を規制するべく、小コンロッド９に当接する当接体である。
プッシュアーム１０は、図３および図４に示すように、クランクシャフト５のクランクアーム５２に、一定範囲で回動自在に設けられている。そして、プッシュアーム１０の回動軸の方向は、クランクシャフト５の回動軸方向と一致している。
プッシュアーム１０の一端には、枢支部１０ａが設けられている。枢支部１０ａには、図２に示すように、クランクアーム５２およびクランクピン５３を貫くピン１０ｅが挿入されている。これにより、プッシュアーム１０は、ピン１０ｅを中心として、クランクアーム５２に対して揺動自在に支持される。
プッシュアーム１０は、ピン１０ｅの両端にそれぞれ取り付けられ、ピン１０ｅによりクランクアーム５２に対し、揺動自在に枢支される。また、２つのプッシュアーム１０は、大コンロッド６を挟むように配置される。
【００２６】
図２に示すように、プッシュアーム１０の枢支部と反対側の先端部１０ｂには、ガイドローラー１０ｃが設けられている。プッシュアーム１０の回動平面上には、小コンロッド９の当接ローラー９４が位置しており、当接ローラー９４が、プッシュアーム１０に当接可能となっている。
【００２７】
プッシュアーム１０は、クランクアーム５２の形状により回動範囲が一定範囲に規制される。図３に示すように、クランクアーム５２には、第１規制面５２ａおよび第２規制面５２ｂが設けられている。
プッシュアーム１０の枢支部１０ａには突出部１０ｄが延出しており、突出部１０ｄが第１規制面５２ａに当接することにより、プッシュアーム１０の時計方向への回動が規制される。そして、プッシュアーム１０がガイドローラー１０ｃと枢支部１０ａ間において、第２規制面５２ｂと当接することにより、プッシュアーム１０の反時計方向への回動が規制される。
【００２８】
プッシュアーム１０の移動軌跡は、シリンダブロック３に取り付けられたガイド１１により案内される。プッシュアーム１０はクランクアーム５２の延出方向とプッシュアーム１０の延出方向がなす角度である展開角度を変更することにより、移動軌跡が変更される。
プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃがガイド１１に当接することにより、プッシュアーム１０がクランクアーム５２に対して回動される。
ガイド１１は、ロッド１１ａ、レール部１１ｂ、およびアクチュエーター１１ｃにより構成される。ロッド１１ａの先端にはレール部１１ｂが設けられている。ロッド１１ａはクランクジャーナル５１側の端部を上方に向けて、クランクジャーナル５１と直交する方向に配置されている。そして、レール部１１ｂに設けた溝部１１ｄにガイドローラー１０ｃが導入されることにより、プッシュアーム１０のクランクアーム５２に対する回動位置が変更される。
【００２９】
図３に示すように、ガイド１１のアクチュエーター１１ｃは、ロッド１１ａを摺動可能としており、アクチュエーター１１ｃにより、レール部１１ｂの位置が変更される。レール部１１ｂの溝部１１ｄは、円弧状の溝であり、溝部１１ｄは近接するシリンダブロック側に凸となる形状である。そして、レール部１１ｂの溝部１１ｄにプッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃが嵌り、レール部１１ｂを通過可能となっている。
【００３０】
ガイド１１のレール部１１ｂにおいて、溝部１１ｄは、クランクシャフト５の回動方向の上流側において幅広に構成されており、レール部１１ｂの移動可能範囲において、ガイドローラー１０ｃを溝部１１ｄに導入可能となっている。
また、レール部１１ｂにおいて、クランクジャーナル５１側の面にはガイド面１１ｅが設けられており、クランクシャフト５の回動方向の下流側の溝部１１ｄの下部に接続している。
そして、クランクシャフト５の回動方向の下流側においてガイドローラー１０ｃが溝部１１ｄ通過した後に、ガイド面１１ｅに当接可能となっている。
【００３１】
レール部１１ｂは、クランクシャフト５の回動軸であるクランクジャーナル５１に対して、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃの軌道を変更可能である。
ロッド１１ａを延出した場合には、溝部１１ｄのクランクシャフト５の回動方向の下流側がクランクジャーナル５１より離れる。これにより、図４の実線に示すように、ガイドローラー１０ｃがクランクジャーナル５１より離れるようにプッシュアーム１０が回動する。
そして、ロッド１１ａをアクチュエーター１１ｃに収納した場合には、溝部１１ｄのクランクシャフト５の回動方向の下流側がクランクジャーナル５１に近づく。これにより、図３の二点鎖線に示すように、ガイドローラー１０ｃがクランクジャーナル５１に近づけられる。
このように、ガイド１１により、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃの通る位置を変更可能となる。
【００３２】
そして、プッシュアーム１０は、小コンロッド９の当接ローラー９４に当接するものであり、プッシュアーム１０のクランクアーム５２に対する展開角度により、大コンロッド６に対する小コンロッド９の位置が変更される。
図４において、二点鎖線で示される状態は、プッシュアーム１０の展開角度が最小の状態を示し、実線で示される状態は、プッシュアーム１０の展開角度が最大の状態を示す。なお、二点鎖線で示される状態では、プッシュアーム１０は、第２規制面５２ｂに当接しており、実線で示される状態では、第１規制面５２ａに当接している。
【００３３】
図４に示すように、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃがクランクジャーナル５１から離れる方向に回動すると、プッシュアーム１０によって当接ローラー９４が上方に移動する。これにより、小コンロッド９が上方に移動することとなり、小ピストン８が上方に移動する。
そして、ガイドローラー１０ｃがクランクジャーナル５１に近づく方向に回動すると、当接ローラー９４が下方に移動する。これにより、小ピストン８が下方に移動する。
なお、クランクアーム５２の回動に伴い、プッシュアーム１０に当接した当接ローラー９４は、プッシュアーム１０の枢支部１０ａ側からガイドローラー１０ｃ側に向けて移動する。
【００３４】
上記構成において、シリンダブロック３に複数の大シリンダー２を設け、それぞれに小ピストン８を有する大ピストン７を配置し、クランクシャフト５により接続し、多気筒の内燃機関とすることも可能である。
【００３５】
次に本発明の第１の実施形態の作用について説明する。
図５は、ガイド１１による小ピストン８の上死点位置の変化を示す図である。そして、図６は、燃焼時の小コンロッド９の挙動を示す模式図である。
内燃機関１において、クランクシャフト５が回動すると、クランクアーム５２とともにプッシュアーム１０がクランクジャーナル５１を中心に回動する。
【００３６】
クランクアーム５２が下死点位置から回動すると、クランクアーム５２により大コンロッド６が上方に移動し、大ピストン７が大シリンダー２内を上方に移動する。
そして、クランクアーム５２とともに、プッシュアーム１０が上方に回動する。
ガイド１１のレール部１１ｂは、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃの移動軌跡上に配置されており、ガイドローラー１０ｃに当接する。
なお、クランクアーム５２が上死点の近傍に位置する範囲で、ガイドローラー１０ｃに当接する。レール部１１ｂがガイドローラー１０ｃと当接する範囲は、クランクアーム５２の上死点を含む前後９０度の位相範囲とすることができ、この範囲で適宜設定することができる。
【００３７】
クランクアーム５２が上死点に向けて回動するのに伴い、ガイドローラー１０ｃがレール部１１ｂの溝部１１ｄに導入される。そして、ガイドローラー１０ｃがレール部１１ｂに係合された状態で、プッシュアーム１０はクランクアーム５２に引っ張られ回動する。
この際に、プッシュアーム１０は枢支部１０ａ側より、小コンロッド９の下方に進入し、溝部１１ｄの形状により、枢支部１０ａを中心にクランクアーム５２に対して回動し、展開角度が変更される。
なお、ガイドローラー１０ｃがレール部１１ｂに導入される前では、プッシュアーム１０は遠心力により、クランクアーム５２の延出方向に向けた状態でクランクアーム５２とともに回動している。
【００３８】
クランクアーム５２が下死点位から上死点に向けて回動する際、小コンロッド９は、ローラー９３を大コンロッド６の溝部６１の下端に当接させた状態で、大コンロッド６によりに上方に押し上げられる。
そして、クランクアーム５２が更に回動することにより、小コンロッド９の下方にプッシュアーム１０が進入し、小コンロッド９の押し上げが開始される。
【００３９】
ガイドローラー１０ｃがレール部１１ｂに係合した状態において、小コンロッド９の当接ローラー９４は、プッシュアーム１０の枢支部１０ａとガイドローラー１０ｃとの間で当接しはじめる。クランクアーム５２の回動に伴い、当接ローラー９４はプッシュアーム１０により、上方に押し上げられ、小コンロッド９の大コンロッド６に対する位置が規制される。そして、小コンロッド９を介して小ピストン８の大ピストン７に対する位置が規制される。
この際に、プッシュアーム１０は、枢支部１０ａとレール部１１ｂに支えられた状態で当接ローラー９４を支える。そして、プッシュアーム１０が枢支部１０ａ側から当接ローラー９４に当接するので、当接開始時の負荷の大部分が枢支部１０ａで受け止められる。
また、プッシュアーム１０を、小コンロッド９の近傍に位置するクランクアーム５２に設けたにより、プッシュアーム１０の全長を短く構成できる。そして、プッシュアーム１０の両端を支持した状態で、小コンロッド９を押し上るので、プッシュアーム１０に生じる曲げモーメントを軽減できる。
【００４０】
このような構成において、プッシュアーム１０の位置を変更することにより、内燃機関１における燃焼室の容積を変化させ圧縮比を変更できる。
図５において、Ｈ、Ｍ、Ｌはそれぞれ圧縮比の高い状態、中間の状態、低い状態の内燃機関１を示す。
状態Ｈにおいて、レール部１１ｂが上方に移動しており、これによりプッシュアーム１０が上方に回動する。小コンロッド９はプッシュアーム１０により上方に移動される。
ガイド１１のレール部１１ｂが、設定される範囲において、最高位置に保持されることにより、ガイドローラー１０ｃが最高位置の軌道を通り、小コンロッド９が小ピストン８を最高位置で支持される。
すなわち、大ピストン７の圧縮過程において、小ピストン８を最高位置で支持される。これにより、大シリンダー２、大ピストン７、小シリンダー７１および小ピストン８により形成される容積が小さくなり、内燃機関１における燃焼室の圧縮比が高くなる。
【００４１】
状態Ｌにおいて、レール部１１ｂが下方に移動しており、これによりプッシュアーム１０が下方に回動した状態となる。小コンロッド９はプッシュアーム１０に沿って上方に移動する。
レール部１１ｂが、設定される範囲において、最低位置に保持されることにより、ガイドローラー１０ｃが最低位置の軌道を通り、小コンロッド９が小ピストン８は最低位置にまで押し上げられる。
これにより、大シリンダー２、大ピストン７、小シリンダー７１および小ピストン８により形成される容積が大きく、圧縮比が低くなる。
【００４２】
また、内燃機関１は、圧縮比を状態Ｍに示すように、状態Ｈと状態Ｌの間に調整することも可能である。
このように、本実施形態において、レール部１１ｂの高さは、状態Ｈと状態Ｌの間で変更可能であり、必要に応じて、小ピストン８の位置を変更し、圧縮比を変更可能となっている。
【００４３】
次に、燃焼時における作用について説明する。
図６において、Ａは上死点位置の直前の状態を示し、Ｂは燃焼時の状態を示す。
図６に示すように、状態Ａにおいて、ガイドローラー１０ｃは溝部１１ｄに係合しており、小ピストン８の大コンロッド６に対する高さ位置がプッシュアーム１０により上方側に規制さられる。
そして、クランクアーム５２が上死点を通過すると、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃが溝部１１ｄを抜ける。
【００４４】
小コンロッド９がプッシュアーム１０に当接した状態で燃焼が開始されと、燃焼により小コンロッド９がプッシュアーム１０を押し下げる。これにより、溝部１１ｄを抜けたガイドローラー１０ｃが、レール部１１ｂのガイド面１１ｅに押し付けられる。状態Ｂにおいて、ガイドローラー１０ｃが二点鎖線で示される位置より、ガイド面１１ｅに沿って、下方に移動する。これにより、プッシュアーム１０の枢支部１０ａにクランクアーム５２を回動する方向に駆動力が発生する。
【００４５】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、内燃機関１は、大シリンダー２内に摺動自在に配設され、小シリンダー７１を有する大ピストン７と、大ピストン７とクランクシャフト５のクランクピン５３を接続する大コンロッド６を備える。さらに、内燃機関１は、小シリンダー７１内に摺動自在に配設される小ピストン８と、小ピストン８と大コンロッド６を接続する小コンロッド９を備える。そして、内燃機関１は、クランクシャフト５のクランクアーム５２に設けられ、小コンロッド９に当接し、大コンロッド６に対して小コンロッド９の位置を変更するプッシュアーム１０（当接体に相当）を備える。また、内燃機関１は、プッシュアーム１０の移動軌跡を案内するガイド１１を備える。
このため、プッシュアーム１０による小コンロッド９の高さ位置を、ガイド１１により設定できる。小コンロッド９の高さ位置の調整を簡便な構成により実現できる。また、クランクアーム５２にプッシュアーム１０が設けられているので、大ピストン７に同期して小ピストン８を動かし易くなる。これにより、１つのシリンダー２内に大ピストン７および小ピストン８を有する内燃機関１において、圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上できる。
【００４６】
また、プッシュアーム１０の移動軌跡の一部においてガイド１１が当接する。
このため、プッシュアーム１０とガイド１１との接触抵抗を低減して、内燃機関１の仕事効率を向上できる。また、接触による騒音を低減して、圧縮比を変更する構成の耐久性を向上できる。
【００４７】
また、プッシュアーム１０とガイド１１との当接開始位置を変更可能としている。
このため、容易な構成により、小コンロッド９の高さ位置を変更できる。また、圧縮比に合わせて、プッシュアーム１０がガイド１１より接触抵抗を受けるタイミングを変更できる。
【００４８】
そして、プッシュアーム１０のガイドローラー１０ｃ（ガイド１１との当接部位に相当）が、プッシュアーム１０の端部に設けられている。
これにより、プッシュアーム１０をガイド１１に導入しやすくなる。
【００４９】
また、プッシュアーム１０は棒状部材であり、枢支部１０ａは、ガイドローラー１０ｃの反対側の端部に設けられており、クランクアーム５２に枢支される。
このため、プッシュアーム１０を棒状の簡便な部材により構成でき、小コンロッド９を規制する機構を軽量かつコンパクトに構成できる。
【００５０】
また、ガイド１１は、クランクアーム５２の上死点に達するまでに、プッシュアーム１０を案内する溝部１１ｄ（第１のガイド面に相当）を有する。さらに、ガイド１１は、クランクアーム５２の上死点より前にプッシュアーム１０を案内するガイド面１１ｅ（第２のガイド面に相当）を有する。そして、ガイド面１１ｅからプッシュアーム１０が受ける反力により、クランクアーム５２に駆動力を発生させる。
このため、燃焼工程において小コンロッド９の受けた力を、クランクアーム５２の駆動力に変換でき、内燃機関の効率が向上する。また、上死点近傍域の大コンロッド６が駆動力を発生出来ない領域でクランクアーム５２に効率的に駆動力を与えることができる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関１ａの全体構成について図７および図８を用いて説明する。
図７は本発明の第２実施形態にかかる内燃機関１ａの要部の構成を示す部分断面正面図であり、図８は第２実施形態にかかる内燃機関１ａの要部の構成を示す部分断面側面図である。
内燃機関１ａは、第１の実施形態の内燃機関１と同様に、大シリンダー２内に大ピストン７を有し、大ピストン７の小シリンダー７１内に小ピストン８を有している。また、シリンダブロック３と、シリンダブロック３の下部に装着されるクランクケース４を備える。
【００５２】
大ピストン７には、大コンロッド６により、クランクシャフト５ａに接続されており、クランクシャフト５の回動により、大ピストン７が上下に摺動可能に構成されている。なお、図７において、内燃機関１ａのクランクシャフト５は、回動方向Ｒに回動する。
クランクシャフト５ａは、クランクジャーナル５１、クランクアーム５２ｄ、クランクピン５３および２つのカウンターウェイト５４ａを備える。クランクジャーナル５１はクランクシャフト５の回動軸となるものであり、図示しないベアリングにより回動自在に支持される。
【００５３】
クランクアーム５２ｄはクランクジャーナル５１とクランクピン５３を接続するものであり、クランクシャフト５ａの回動軸と直交する方向に延出され、クランクピン５３に接続する。クランクピン５３には、大コンロッド６の基部６ｂが回動自在に接続されており、クランクピン５３の両端には、クランクアーム５２ｄが接続している。
【００５４】
クランクアーム５２ｄには、貫通孔５５が設けられており、貫通孔５５はクランクアーム５２ｄに沿って設けられている。貫通孔５５はクランクシャフト５ａの回動軸心を通って設けられており、クランクシャフト５ａの回動軸と直交するように設けられている。
そして、貫通孔５５には、プッシュアーム２０のロッド部２０ｂが摺動自在に挿入されている。
【００５５】
図７および図８に示すように、大コンロッド６の構成は、第１の実施形態と共通する。
小コンロッド１９は、上部９１、ケージ１９２、および２つのローラー１９３により構成される。上部９１の上端は小ピストン８に接続されており、上部９１の下端はケージ１９２の上部に接続されている。また、上部９１は大コンロッド６のブレード６ａ間に配置される。
【００５６】
小コンロッド１９のケージ１９２の構成は、ボトムビーム１９２ｃの形状以外において、第１の実施形態と共通する。
ケージ１９２のボトムビーム１９２ｃには、それぞれローラー１９３がケージ９２の内側に回動自在に取り付けられ、ローラー１９３が大コンロッド６の溝部６１に係合した状態となる。ローラー１９３の回転軸方向は、クランクシャフト５の回動軸方向に一致している。そして、小コンロッド１９の下部は大コンロッド６の基部６ｂに摺動可能な状態で保持される。なお、ローラー１９３は、ボトムビーム１９２ｃの延出方向の中央部に設けられる。
また、ローラー１９３には、プッシュアーム２０のカム部２０ａも当接可能に構成されている。
【００５７】
プッシュアーム２０は、カム部２０ａ、ロッド部２０ｂおよびローラー２０ｃにより構成される。ロッド部２０ｂは、クランクアーム５２ｄの貫通孔５５に挿入されており、一端にカム部２０ａが設けられており、他端にローラー２０ｃが設けられている。
また、カム部２０ａおよびローラー２０ｃは、貫通孔５５の開口よりも大きく、プッシュアーム２０がクランクアーム５２ｄより抜けない構成となっている。
カム部２０ａの端面には、小コンロッド１９のローラー１９３に当接する曲面２０ｄが設けられており、この曲面２０ｄは、図７に示すように、外側に凸の円弧状の面となっている。
また、カム部２０ａの回動方向Ｒ側には、先端部２０ｅが設けられている。
【００５８】
クランクケース４内の下部であって、クランクジャーナル５１の側方には、ガイド３０が設けられている。ガイド３０は、ガイドプレート３１、昇降機構３２、アクチュエーター３４により構成される。
ガイドプレート３１には、昇降機構３２のネジ棒３２ａおよびネジ棒３２ｂが装着される支持部３１ａと、プッシュアーム２０のローラー２０ｃが当接する第１ガイド面３１ｂおよび第２ガイド面３１ｃを備える。
【００５９】
昇降機構３２のネジ棒３２ｂは逆ネジに構成されている。また、ネジ棒３２ａとネジ棒３２ｂは、クランクケース４内で、平行かつ上下方向に配置され、アクチュエーター３４の駆動力がギヤ３３を介してそれぞれ伝達される。これにより、ネジ棒３２ｂを駆動すると、ネジ棒３２ａが逆回転方向に駆動される。２つのネジ棒３２ａおよびネジ棒３２ｂを装着することにより、ガイドプレート３１が安定的に支持でき、衝撃を受けてもガイドプレート３１の位置が変動しにくくなる。
そして、アクチュエーター３４で、昇降機構３２を駆動することにより、ガイドプレート３１をクランクジャーナル５１側に近づけたり遠ざけたりできる。
【００６０】
ガイド３０は、図７に示すように、クランクアーム５２ｄが上死点位置にある場合に、プッシュアーム２０のローラー２０ｃが、第２ガイド面３１ｃのクランクジャーナル５１に最も近い部分に当接するように配置されている。
また、ガイド３０およびプッシュアーム２０は、図８に示すように、クランクピン５３を挟んで左右対称に配置されている。
【００６１】
ガイドプレート３１の第１ガイド面３１ｂは、ガイドプレート３１の上面に設けられており、ローラー２０ｃを円滑に当接させ、ローラー２０ｃの移動を阻害しないように、クランクジャーナル５１に向いて凹んだ弧状に形成されている。そして、第２ガイド面３１ｃは、端部に向かうにつれて低くなるように構成されている。また、第２ガイド面３１ｃは、第１ガイド面３１ｂに比較して、水平に対する傾斜角が大きくなるように構成されている。
【００６２】
次に、第２の実施形態の作用について、図９から図１１を用いて説明する。
図９はプッシュアーム２０と小コンロッド１９との接触開始状態を示す図であり、図１０は内燃機関１ａのガイド３０による小ピストン８の上死点位置の変化を示す図である。そして、図１１は、内燃機関１ａの燃焼時の小コンロッド１９の挙動を示す模式図である。
【００６３】
クランクアーム５２ｄが下死点より上方に向けて回動すると、図９に示すように、プッシュアーム２０は、カム部２０ａをクランクアーム５２ｄに近づけた状態で回動する。
そして、カム部２０ａの先端部２０ｅが小コンロッド１９のローラー１９３に当接する。プッシュアーム２０のローラー２０ｃがガイドプレート３１に当接する前に、カム部２０ａの先端部２０ｅにより小コンロッド１９が押し上げられる。
この後に、ローラー２０ｃがガイドプレート３１の第１ガイド面３１ｂに当接し、ローラー２０ｃが第１ガイド面３１ｂに沿って移動する。
なお、ローラー２０ｃがガイドプレート３１に当接する前に、小コンロッド１９が押し上げられることにより、ガイドプレート３１による小ピストン８の押し上げを円滑にでき、小コンロッド１９およびプッシュアーム２０にかかる負荷を軽減できる。
【００６４】
また、図９において、ローラー２０ｃがガイドプレート３１の第１ガイド面３１ｂに当接する際に、ローラー２０ｃと第１ガイド面３１ｂが鋭角接触するように、第１ガイド面３１ｂが構成されている。
ローラー２０ｃと第１ガイド面３１ｂの当接開始点におけるローラー２０ｃの速度方向と、第１ガイド面３１ｂの接線方向とが交差する角度θが、鋭角になるように、第１ガイド面３１ｂの位置および形状が構成されている。これにより、ローラー２０ｃとガイドプレート３１の接触による衝撃負荷が抑制される。また、静粛性が向上するとともに、ガイド３０とプッシュアーム２０の耐久性が向上する。
【００６５】
次に、ローラー２０ｃが第１ガイド面３１ｂに当接した状態で、クランクアーム５２ｄが回動すると、ローラー２０ｃ側のロッド部２０ｂがクランクアーム５２ｄ側に摺動する。そして、カム部２０ａ側のロッド部２０ｂがクランクアーム５２ｄより突出し、カム部２０ａによりローラー１９３が押し上げられる。ローラー１９３は、大コンロッド６の溝部６１に沿って上方に移動し、小コンロッド１９によって、小ピストン８が押し上げられる。
【００６６】
図１０において、Ｈ、Ｌはそれぞれ圧縮比の高い状態、および低い状態の内燃機関１ａを示す。小ピストン８の上死点における高さは、ガイド３０により変更可能であり、ローラー２０ｃの当接するガイドプレート３１の高さにより変更される。
図１０において、状態Ｈに示されるように、ガイドプレート３１を高い位置に保持する。ことにより、プッシュアーム２０のカム部２０ａ側がクランクアーム５２ｄより突出して、小コンロッド１９が押し上げられる。これにより、小ピストン８が高い位置へ移動した状態で規制され、大シリンダー２、大ピストン７、小シリンダー７１および小ピストン８により形成される容積が小さくなる。そして、内燃機関１ａにおける燃焼室の容積が小さくなり、圧縮比が高くなる。
【００６７】
また、図１０において、状態Ｌに示されるように、ガイドプレート３１を低い位置に保持すると、プッシュアーム２０のクランクアーム５２ｄより突出量が少なく、小ピストン８は上死点において低い位置となる。なお、状態Ｌにおいては、小コンロッド１９のローラー１９３が大コンロッド６の溝部６１の下端に当接しており、小ピストン８が上死点において、最低位置となっている。そして、この状態Ｌにおいて、内燃機関１ａにおける燃焼室の圧縮比は最低となる。
【００６８】
このように、ガイドプレート３１の保持位置により、プッシュアーム２０のカム部２０ａの軌道を調節し、小ピストン８の上死点位置を変更し、圧縮比を変更可能となる。なお、クランクアーム５２ｄの回動角度あたりの上昇速度は、ガイドプレート３１の第１ガイド面の形状により調節で可能となる。
【００６９】
次に、燃焼時における作用について説明する。
圧縮行程において、ローラー２０ｃは第１ガイド面３１ｂに当接しており、燃焼工程においてローラー２０ｃは第２ガイド面３１ｄに当接する。
図１１に示すように、内燃機関１ａの燃焼工程において、ローラー２０ｃはガイドプレート３１の第１ガイド面３１ｂより、第２ガイド面３１ｃに当接する。
燃焼により小ピストン８が押し下げられると、小コンロッド１９がプッシュアーム２０を押し下げる。これにより、ローラー２０ｃが第２ガイド面３１ｃに押し当てられる。これにより、ローラー２０ｃは、第２ガイド面３１ｃに沿って下方に移動しながら、回動方向Ｒ方向に移動する。ローラー２０ｃが第２ガイド面３１ｃより受けた反力により、プッシュアーム２０が回動方向Ｒに駆動される。そして、プッシュアーム２０の受けた駆動力がクランクアーム５２ｄに伝達され、クランクアーム５２ｄが回動方向Ｒに駆動される。
これにより、小ピストン８の動きがクランクアーム５２ｄの回動に変換される。
【００７０】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、内燃機関１ａは、大シリンダー２内に摺動自在に配設され、小シリンダー７１を有する大ピストン７と、大ピストン７とクランクシャフト５ａのクランクピン５３を接続する大コンロッド６を備える。さらに、内燃機関１ａは、小シリンダー７１内に摺動自在に配設される小ピストン８と、小ピストン８と大コンロッド６を接続する小コンロッド９を備える。そして、内燃機関１ａは、クランクシャフト５のクランクアーム５２ｄに設けられ、小コンロッド９に当接し、大コンロッド６に対して小コンロッド９の位置を変更するプッシュアーム２０（当接体に相当）を備える。また、内燃機関１ａは、プッシュアーム２０の移動軌跡を案内するガイド３０を備える。
このため、プッシュアーム２０による小コンロッド９の高さ位置を、ガイドプレート３１により設定できる。小コンロッド９の高さ位置の調整を簡便な構成により実現できる。また、クランクアーム５２にプッシュアーム２０が設けられているので、大ピストン７に同期して小ピストン８を動かし易くなる。これにより、１つのシリンダー２内に大ピストン７および小ピストン８を有する内燃機関１において、圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上できる。
【００７１】
また、プッシュアーム２０の移動軌跡の一部においてガイド３０が当接する。
このため、プッシュアーム２０とガイド３０との接触抵抗を低減して、内燃機関１ａの仕事効率を向上できる。また、接触による騒音を低減して、圧縮比を変更する構成の耐久性を向上できる。
【００７２】
また、プッシュアーム２０とガイド３０との当接開始位置を変更可能としている。
このため、容易な構成により、小コンロッド１９の高さ位置を変更できる。また、圧縮比に合わせて、プッシュアーム２０がガイド３０より接触抵抗を受けるタイミングを変更できる。
このため、クランクシャフト５ａにかかる慣性力が小さくなる低圧縮時には、接触のタイミングが遅くなり、接触抵抗による慣性力の損失を低減できる。
【００７３】
そして、プッシュアーム２０のローラー２０ｃ（ガイド３０との当接部位に相当）が、プッシュアーム２０の端部に設けられている。
これにより、プッシュアーム２０をガイド３０に当接させやすくなる。
【００７４】
プッシュアーム２０は、小コンロッド１９に当接するカム部２０ａ（第１の当接部に相当）と、ガイド３０に当接するローラー２０ｃ（第２の当接部に相当）と、カム部２０ａと、ローラー２０ｃとを接続するロッド部２０ｂとを備える。そして、ロッド部２０ｂは、クランクアーム５２ｄを貫通して支持され、クランクアーム５２ｄ内を一定範囲で摺動可能となっている。
このため、クランクアーム５２ｄを利用してプッシュアーム２０を支持するので、簡易な構造でプッシュアーム２０を支持でき、プッシュアーム２０の支持構造による重量の増加を低減できる。
【００７５】
また、ガイド３０は、クランクアーム５２ｄの上死点に達するまでに、プッシュアーム２０を案内する第１ガイド面３１ｂ（第１のガイド面に相当）を有する。さらに、ガイド３０は、クランクアーム５２ｄの上死点より前にプッシュアーム２０を案内する第２ガイド面３１ｃ（第２のガイド面に相当）を有する。そして、第２ガイド面３１ｃからプッシュアーム２０が受ける反力により、クランクアーム５２ｄに駆動力を発生させる。
このため、燃焼工程において小コンロッド９の受けた力を、クランクアーム５２ｄの駆動力に変換でき、内燃機関の効率が向上する。また、上死点近傍域の大コンロッド６が駆動力を発生出来ない領域でクランクアーム５２ｄに効率的に駆動力を与えることができる。
【００７６】
上記の実施形態は、あくまでも本発明の一実施の態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  内燃機関
２  シリンダー
３  シリンダブロック
４  クランクケース
５  クランクシャフト
５ａ  クランクシャフト
６  コンロッド
６ａ  ブレード
６ｂ  基部
７  ピストン
７ａ  ピストンピン
８  ピストン
９  コンロッド
１０  プッシュアーム
１０ａ  枢支部
１０ｂ  先端部
１０ｃ  ガイドローラー
１０ｄ  突出部
１０ｅ  ピン
１１  ガイド
１１ａ  ロッド
１１ｂ  レール部
１１ｃ  アクチュエーター
１１ｄ  溝部
１１ｅ  ガイド面
５１  クランクジャーナル
５２  クランクアーム
５２ａ  第１規制面
５２ｂ  第２規制面
５２ｄ  クランクアーム
５３  クランクピン
５４  カウンターウェイト
【図１】
2020002882.tif 000003
【図２】
2020002882.tif 000004
【図３】
2020002882.tif 000005
【図４】
2020002882.tif 000006
【図５】
2020002882.tif 000007
【図６】
2020002882.tif 000008
【図７】
2020002882.tif 000009
【図８】
2020002882.tif 000010
【図９】
2020002882.tif 000011
【図１０】
2020002882.tif 000012
【図１１】
2020002882.tif 000013