(57)【要約】  本発明は、シリンダ（１３）内で可動であるように配置され、かつクランクシャフト（５）のストロークジャーナル（９）に運動が伝達され得るコネクティングロッド（６）に関節式に連結されるピストン（４）を有する往復ピストン式内燃機関（１）に関する。コネクティングロッド（６）とストロークジャーナル（９）との間には伝達要素が設けられ、その伝達要素の運動を補助コネクティングロッド（１１）によって操作して往復ピストン式内燃機関（１）の圧縮比を変更することができる。伝達要素は、ストロークジャーナル（９）に結合点（１５）においてジョイントによって連結される横方向レバー（８）として供される。この往復ピストン式内燃機関（１）では、主要な方向から見た横方向レバー（８）に、結合点（１５）に座標系の原点を有しかつ第２の軸受点（２０）を通る第１の軸とそれに垂直な第２の軸とを有する平面的な直交座標系を重ね合わせたとき、描かれる平面は、従来の数学的な方法において２つの軸によって４つの象限Ｉ〜ＩＶに分割され、第１の軸受点（１８）は第２の象限（ＩＩ）に配置され、横方向レバー（８）の重心（１４）は象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶの１つに配置される。
2009516123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１３）内に可動式に配置され、かつクランクシャフト（５）のストロークジャーナル（９）に運動が伝達され得るコネクティングロッド（６）に関節式に連結されるピストン（４）を有する往復ピストン式内燃機関（１）であって、
前記コネクティングロッド（６）と前記ストロークジャーナル（９）との間に伝達要素が設けられ、その伝達要素の運動を補助コネクティングロッド（１１）により操作して前記往復ピストン式内燃機関（１）の圧縮比を変更することができ、前記伝達要素は、前記ストロークジャーナル（９）に結合点（１５）においてジョイントによって連結される横方向レバー（８）として供され、前記ジョイントは、前記横方向レバー（８）の前記コネクティングロッド（６）に関する第１の軸受点（１８）と前記横方向レバー（８）の前記補助コネクティングロッド（１１）に関する第２の軸受点（２０）との間の領域にあり、かつ前記横方向レバー（８）とストロークジャーナル（９）との間の前記ジョイントは、前記補助コネクティングロッド（１１）および前記コネクティングロッド（６）に関する前記横方向レバー（８）の前記２つの軸受点（１８、２０）を結ぶ線から間隔を空けて配置され、
前記横方向レバー（８）を、前記結合点（１５）に座標系の原点を有しかつ前記第２の軸受点（２０）を通る第１の軸とそれに垂直な第２の軸とを有する平面的な直交座標系に重ね合わせたとき、描かれる平面は、数学的な方法において前記２つの軸によって４つの象限Ｉ〜ＩＶに分割され、かつ前記第１の軸受点（１８）は第２の象限ＩＩに配置され、前記横方向レバー（８）の重心（１４）が前記象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶのいずれか１つにずらされることを特徴とする、往復ピストン式内燃機関（１）。
【請求項２】
最大圧縮を伴う前記ピストン（４）の上死点における位置では、前記横方向レバー（８）の前記重心（１４）が、前記横方向レバー（８）の追加的な質量（１６）により前記象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶのいずれか１つにずらされることを特徴とする、請求項１に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項３】
前記横方向レバー（８）の前記重心（１４）をずらすための前記追加的な質量（１６）が、強度に必要とされる寸法を超えて前記横方向レバー（８）を拡大することよって生成されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項４】
１つのシリンダ（１３）を有する往復ピストン式内燃機関（１）において、前記横方向レバー（８）の質量分布が、前記ピストン（４）、コネクティングロッド（６）、横方向レバー（８）、補助コネクティングロッド（１１）及びクランクシャフト（５）で構成されるクランク駆動機構の回転及び揺動する質量構成部品に応じて選択され、前記クランク駆動機構の前記質量力が、前記クランクシャフト（５）の回転方向とは反対方向に回転する１次力まで低減されるようにすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項５】
４つのシリンダ（１３）が一列に配置された往復ピストン式内燃機関（１）において、前記横方向レバー（８）の質量分布が、前記ピストン（４）、コネクティングロッド（６）、横方向レバー（８）、補助コネクティングロッド（１１）及びクランクシャフト（５）で構成される前記クランク駆動機構の回転及び揺動する質量構成部品に応じて選択され、前記クランク駆動機構の１次質量力、２次質量力及び質量モーメントの平衡を実質的に完全に保つようにすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項６】
前記クランクの半径ｒに対する前記第２の軸受点（２０）と前記第１の軸受点（１８）との間の辺長ａ、前記第２の軸受点（２０）と前記結合点（１５）との間の辺長ｂ、及び前記第１の軸受点（１８）と前記結合点（１５）との間の辺長ｃが、
４．０＊ｒ≦ａ≦７．０＊ｒ、
２．２＊ｒ≦ｂ≦５．５＊ｒ、及び
１．２＊ｒ≦ｃ≦３．５＊ｒ
の関係を満たすような寸法とされることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の往復ピストン式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段の特徴を有する、圧縮比可変の往復ピストン式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧縮比可変の往復ピストン式内燃機関が開示されている。圧縮比の変動は、ピストンに関節式に接続されたコネクティングロッドと、クランクシャフトのクランクとの間に横方向レバーが配置されることによって得られる。横方向レバーの運動プロファイルを、横方向レバーに片側が関節式に締結されかつ他側が偏心輪又はクランクによって可動式に取り付けられている補助コネクティングロッドによって操作することができる。偏心輪又はクランクを回転させることにより、補助コネクティングロッドをその端部において、エンジンハウジングに対して動かす。横方向レバーへの関節式接続の結果、コネクティングロッドがシリンダの方向にピストンを動かすとすぐに、横方向レバーの位置がクランクシャフトのクランクに対して回転される。それゆえ、内燃機関の圧縮比の変動が起こる。
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１  ３０７  ６４２Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、前記タイプの圧縮比を可変とする往復ピストン式内燃機関を改良して、作動の円滑性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的は、請求項１の特徴を有する圧縮比可変の往復ピストン式内燃機関によって達成される。
【０００６】
本発明による圧縮比を可変とする往復ピストン式内燃機関は、主要な方向から見た横方向レバーを、結合点に座標系の原点を有しかつ第２の軸受点を通る第１の軸とそれに垂直な第２の軸と有する平面的な直交座標系に重ね合わせたとき、描かれる平面は、従来の数学的な方法において２つの軸によって４つの象限Ｉ〜ＩＶに分割され、第１の軸受点は第２の象限ＩＩに配置され、横方向レバーの重心は象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶの１つに配置されることを特徴とする。公知のパワーユニットの構成部品であるピストン、コネクティングロッド及びクランクシャフトに加えて横方向レバー及び補助コネクティングロッドを有する、往復ピストン式内燃機関の一般的なパワーユニットでは、力及びトルクが、個々の構成部品の揺動及び回転運動によって生成される。前記タイプの往復ピストン式内燃機関の主な目的は、往復ピストン式内燃機関の圧縮を変更できるようにすることである。回転の中心及び結合点の両方の巧みな配置、及びパワーユニットの個々の要素の重心の巧みな配置によって、個々の要素の運動中に生成される慣性力及び遠心力を互いに重ねて、前記力を可能な限り完全であるが少なくとも部分的には互いに相殺するようにすることが可能である。
【０００７】
有利な効果を有する重心の移動は、横方向レバーの重心が横方向レバーの追加的な質量によって象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶの１つにずらされる配置によって得られる。
【０００８】
重心を、横方向レバーの追加的な質量によって特に単純で費用効果的に生成することができる。このようにするためには、横方向レバーの断面を、強度に必要とされる寸法を超えて拡大することで十分である。これは、追加的なネジ接続又は機械加工を必要とせずに得られる。
【０００９】
１つのシリンダのパワーユニットにおける横方向レバーの重心の位置及び大きさを本発明に従って選択することによって、クランクシャフトの回転方向とは反対方向に回転する１次力が、パワーユニットの移動質量の結果から生じる力として残る。前記タイプの力を、例えば平衡質量によって排除することができる。他の力及びモーメントは全てごくわずかであるか又は完全に相殺される。
【００１０】
４つのシリンダが一列に設計された往復ピストン式内燃機関では、パワーユニットの要素の寸法を巧みに選択することによって、及び本発明による横方向レバーの重心の位置によって、クランク駆動機構の１次質量力、２次質量力及び質量モーメントの平衡を完全に保つことが可能である。従来のクランクシャフトのクランクピン構成及び点火シーケンスを有する、４つのシリンダが一列になった内燃機関では、横方向レバーの重心が本発明によってずらされるように配置されていると、１つのシリンダのパワーユニットの１次力の回転によって、１次力は互いに相殺される。このようにして、優れた作動の円滑性が得られる。
【００１１】
クランク半径ｒに対する第１の（コネクティングロッド）軸受点と第２の（補助コネクティングロッド）軸受点との間の辺長ａ、第２の（補助コネクティングロッド）軸受点とクランク結合点との間の辺長ｂ、及び第１の（コネクティングロッド）軸受点と及びクランク結合点との間の辺長ｃが、
４．０＊ｒ≦ａ≦７．０＊ｒ、
２．２＊ｒ≦ｂ≦５．５＊ｒ、及び
１．２＊ｒ≦ｃ≦３．５＊ｒ
の関係を満たすような寸法にされると、特に良好な作動円滑性及び往復ピストン式内燃機関の圧縮の良好な調整機能が得られる。
【００１２】
クランク半径ｒは、クランクシャフトの回転軸と、クランク結合点を形成するストロークジャーナルの中心との間の間隔であると規定される。
【００１３】
更なる特徴及び特徴の組み合わせは、説明及び図面から明らかとなる。本発明の具体的な例示的実施形態を、図面に単純な形態で示し、かつ以下詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、圧縮比を変更するための調整装置２を有する往復ピストン式内燃機関１を示す。往復ピストン式内燃機関１は、内部でピストン４がシリンダ１３に可動式に取り付けられるハウジング３と、ハウジング３内で回転軸２２の周りを回転するクランクシャフト５とで構成される。
【００１５】
圧縮比を変更するための調整装置２は、主としてクランクシャフト５のストロークジャーナル９に回転可能に取り付けられる横方向レバー８の第１のレバーアーム７にピストン４を接続するコネクティングロッド６で構成される。横方向レバー８の第２のレバーアーム１０は、ハウジング３に回転可能に取り付けられる偏心輪１２に、補助コネクティングロッド１１によって接続される。
【００１６】
偏心輪１２を回転させ、それにより補助コネクティングロッド１１によって横方向レバー８を、クランクシャフト５のストロークジャーナル９の周りで数度回転させることにより、圧縮比の調整を開始する。前記ストロークジャーナル９の周りでの横方向レバー８の回転の結果、コネクティングロッド６及びピストン４が移動されて、往復ピストン式内燃機関１の圧縮比が変更される。ピストン４の位置は、偏心輪１２の位置のほか、主としてストロークジャーナル９を有するクランクシャフト５の位置、コネクティングロッド６、横方向レバー８の第１のレバーアーム７、第２のレバーアーム１０、補助コネクティングロッド１１及び偏心輪１２の長さ及び間隔に依存する。
【００１７】
調整装置２を有する往復ピストン式内燃機関１の特に運動力学的な構成は、ピストン４のストローク機能を正弦曲線形状に近づける。それゆえ、４つのシリンダ１３を一列に配置した本発明による往復ピストン式内燃機関１では、シリンダ１３の方向の、自由な２次質量力が著しく低減される。
【００１８】
例えばコネクティングロッド６、補助コネクティングロッド１１及び横方向レバー８などの個々の構成部品の運動の結果、平衡をとることができないより高次の力が、シリンダ１３の方向及びその横方向に生成される。特に往復ピストン式内燃機関１の横方向の力は、自動車の快適性において好ましくない。
【００１９】
横方向レバー８の重心１４の位置は、パワーユニットに生じる自由な力及び往復ピストン式内燃機関１の振動挙動に対して重要な影響を与える変数である。
【００２０】
図２は、圧縮比を変更するための公知の調整装置２の公知の横方向レバー８を示す。横方向レバー８は、第１のレバーアーム７及び第２のレバーアーム１０を有し、それらは互いに１８０°未満の角度にある。横方向レバー８はその寸法に関して、軽量で十分な強度があるように設計されている。図２では、横方向レバー８の重心１４は、結合点１５の右上にある。設置された状態では、横方向レバー８が、結合点１５を中心としてストロークジャーナル９の周りを回転する。重心１４の前記位置は、２つのレバーアーム７、１０の長さが異なること、及び互いに対して距離の変わらない位置（ｎｏｎ−ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）であることによるものである。
【００２１】
図３は、往復ピストン式内燃機関の圧縮比を変更するための調整装置２の横方向レバー８を示す。横方向レバー８は、仮想の直交する座標系を備える。座標系の原点は、横方向レバー８の結合点１５に配置される。第１の軸２３が、原点及び横方向レバー８の第２のレバーアーム１０の第２の軸受点２０を通る。第１の軸２３に垂直に配置された第２の軸２４が同様に原点を通り、描かれる平面を４つの象限Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ及びＩＶに分割する。第１のレバーアーム７及び第２のレバーアーム１０の互いに対する及び結合点１５に対する配置は、図２からの公知の構成に対応するので、圧縮を変動させる機能を果たすことができる。しかしながら、本発明による横方向レバー８には、横方向レバー８の重心１４を図２における位置からずらす追加的な質量１６が加えられている。図３において、重心１４は象限ＩＶにある。図３では、重心１４は、結合点１５と第１のレバーアーム７の第１の軸受点１８とを結ぶ第１の線１７の下方にある。図２では、重心１４はまた、結合点１５と第２のレバーアーム１０の第２の軸受点２０とを結ぶ第２の線１９の下方にある。図３における位置的な用語「下方」は、ピストン４の位置が最大圧縮を伴う上死点にある時の横方向レバー８の重心１４の位置に対応する。ピストンの上死点では、重心１４がクランクシャフト５のおおよそ回転軸２２の方向にずらされる。
【００２２】
追加的な質量１６は、例えば横方向レバー８の断面を部分的に拡大することによって生成され、これは単純で費用効果的な解決法を提供する。追加的な重量をネジで留めることによる、より複雑な解決法も可能である。
【００２３】
追加的な質量１６によって横方向レバー８の重心１４をずらす結果、追加的な質量力が、往復ピストン式内燃機関１の作動中、往復ピストン式内燃機関１及び調整装置２のクランク駆動機構において生成される。クランクシャフトの回転方向に回転する１次質量力を、クランクシャフト５のカウンタウェイト２１によって補償することができる。
【００２４】
本発明によって設計された１つのシリンダのパワーユニットでは、クランクシャフト５とは反対方向に回転する１次質量力のみが低次の質量力として残る。前記質量力の平衡をバランスシャフト（図示せず）によって保つことができる。
【００２５】
クランクシャフト５にストロークジャーナル９が従来通り配置され、４つのシリンダ１３が一列に配置された本発明による往復ピストン式内燃機関１では、残存する１次質量力は、バランスシャフトが無くても、横方向レバー８の重心１４をずらす追加的な質量１６によって相殺される。このようにして、圧縮比を変更するための調整装置２によって４気筒設計の往復ピストン式内燃機関１を滑らかに作動させることが可能となる。本発明による設計によって、バランスシャフトを省略することが可能となる。本発明による設計では、高次の質量力はごくわずかである。
【００２６】
本発明の利点は、４つのシリンダ１３と圧縮比を調整する調整装置２とを有する往復ピストン式内燃機関１の作動の円滑性を、横方向レバー８に追加的な質量１６を取り付けることによって単純で費用効果的に著しく改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】圧縮比を調整するための装置を有する、本発明による往復ピストン式内燃機関のシリンダユニットを示す。
【図２】圧縮比を変更するための公知の調整装置の公知の横方向レバーを示す。
【図３】圧縮比を変更するための調整装置の本発明による横方向レバーを示す。
【図１】
2009516123.tif 000003
【図２】
2009516123.tif 000004
【図３】
2009516123.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月15日(2008.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１３）内に可動式に配置され、かつクランクシャフト（５）のストロークジャーナル（９）に運動が伝達され得るコネクティングロッド（６）に関節式に連結されるピストン（４）を有する往復ピストン式内燃機関（１）であって、
前記コネクティングロッド（６）と前記ストロークジャーナル（９）との間に伝達要素が設けられ、その伝達要素の運動を補助コネクティングロッド（１１）により操作して前記往復ピストン式内燃機関（１）の圧縮比を変更することができ、前記伝達要素は、前記ストロークジャーナル（９）に結合点（１５）においてジョイントによって連結される横方向レバー（８）として供され、前記ジョイントは、前記横方向レバー（８）の前記コネクティングロッド（６）に関する第１の軸受点（１８）と前記横方向レバー（８）の前記補助コネクティングロッド（１１）に関する第２の軸受点（２０）との間の領域にあり、かつ前記横方向レバー（８）とストロークジャーナル（９）との間の前記ジョイントは、前記補助コネクティングロッド（１１）および前記コネクティングロッド（６）に関する前記横方向レバー（８）の前記２つの軸受点（１８、２０）を結ぶ線とは間隔を空けて配置され、
前記横方向レバー（８）を、前記結合点（１５）に座標系の原点を有しかつ前記第２の軸受点（２０）を通る第１の軸とそれに垂直な第２の軸とを有する平面的な直交座標系に重ね合わせたとき、描かれる平面は、数学的な方法において前記２つの軸によって４つの象限Ｉ〜ＩＶに分割され、かつ前記第１の軸受点（１８）は第２の象限ＩＩに配置され、最大圧縮を伴う前記ピストン（４）の上死点における位置では、前記横方向レバー（８）の重心（１４）が、前記横方向レバー（８）の追加的な質量（１６）により前記象限ＩＩ、ＩＩＩ又はＩＶの１つにずらされ、前記横方向レバー（８）の前記重心（１４）をずらすための前記追加的な質量（１６）が、強度に必要とされる寸法を超えて前記横方向レバー（８）を拡大することにより生成されることを特徴とする、往復ピストン式内燃機関（１）。
【請求項２】
１つのシリンダ（１３）を有する往復ピストン式内燃機関（１）において、前記横方向レバー（８）の質量分布が、前記ピストン（４）、コネクティングロッド（６）、横方向レバー（８）、補助コネクティングロッド（１１）及びクランクシャフト（５）で構成されるクランク駆動機構の回転及び揺動する質量構成部品に応じて選択され、前記クランク駆動機構の前記質量力が、前記クランクシャフト（５）の回転方向とは反対方向に回転する１次力まで低減されるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項３】
４つのシリンダ（１３）が一列に配置された往復ピストン式内燃機関（１）において、前記横方向レバー（８）の質量分布が、前記ピストン（４）、コネクティングロッド（６）、横方向レバー（８）、補助コネクティングロッド（１１）及びクランクシャフト（５）で構成される前記クランク駆動機構の回転及び揺動する質量構成部品に応じて選択され、前記クランク駆動機構の１次質量力、２次質量力及び質量モーメントの平衡を実質的に完全に保つようにすることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の往復ピストン式内燃機関。
【請求項４】
前記クランクの半径ｒに対する前記第２の軸受点（２０）と前記第１の軸受点（１８）との間の辺長ａ、前記第２の軸受点（２０）と前記結合点（１５）との間の辺長ｂ、及び前記第１の軸受点（１８）と前記結合点（１５）との間の辺長ｃが、
４．０＊ｒ≦ａ≦７．０＊ｒ、
２．２＊ｒ≦ｂ≦５．５＊ｒ、及び
１．２＊ｒ≦ｃ≦３．５＊ｒ
の関係を満たすような寸法とされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復ピストン式内燃機関。
【国際調査報告】
2009516123.tif 000006
2009516123.tif 000007
2009516123.tif 000008
2009516123.tif 000009
2009516123.tif 000010
2009516123.tif 000011