(57)【要約】  エンジンは、エンジン軸と、軸を有するシリンダー室の中で往復するように構成されたピストンと有し、各ピストンは、第２のピストン部分と一体となって又は別々に移動して前記エンジンの異なる熱関数のためのピストンストロークを定めるようになっている第１のピストン部分及びピストンステムを有する。エンジンは、該エンジンに連結した第１の端部と、コピー点を定めるピストンステムに連結した第２の端部とを有するリンク組立体と、リンク組立体に係合するアクチュエータと、リンク組立体に連結したガイドカム従動部に係合するガイドカムと、を備える。アクチュエータ及びガイドカムは、リンク組立体の運動を制御するように作動可能であり、これによってシリンダー室の軸に沿ったコピー点の実質的に直線的な移動を規定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン軸及び軸を有するシリンダー室の中で往復するように構成されたピストンを有するエンジンであって、前記ピストンの各々は、第２のピストン部分と一体となって又は別々に移動して前記エンジンの異なる熱関数のためのピストンストロークを定めるようになっている第１のピストン部分及びピストンステムを有し、
前記エンジンに連結した第１の端部と、コピー点を定めるピストンステムに連結した第２の端部とを有するリンク組立体と、
前記リンク組立体に係合するアクチュエータと、
前記リンク組立体に連結したガイドカム従動部に係合するガイドカムと、を備え、
前記アクチュエータ及び前記ガイドカムは、前記リンク組立体の運動を制御するように作動可能であり、これによって前記シリンダー室の軸に沿った前記コピー点の実質的に直線的な移動を規定する、
ことを特徴とするエンジン、
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記リンク組立体に連結したアクチュエータカム従動部に係合するアクチュエータカムを備えている、
請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記アクチュエータカム及び前記ガイドカムは同軸である、
請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記アクチュエータカムと前記アクチュエータカム従動部との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に前記リンク組立体を付勢する戻し機構をさらに備えている、
請求項２又は３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記アクチュエータカムは、前記ピストンステムの垂直運動をもたらすように構成され、それによって第１のピストン部分の垂直運動をもたらす、
請求項２ないし４のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記ガイドカム従動部は、前記シリンダー室の軸に対して実質的に直交する方向に移動可能な支点として構成される、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項７】
前記リンク組立体は、ピストンレバーリンクバー、支点リンクバー、フォースリンクバー、及びロッカーリンクバーを有するフォースバーリンクをさらに備え、
前記フォースバーリンクは、
前記エンジンに枢動可能に連結しかつ前記支点リンクバーの第１の端部と前記ロッカーリンクバーの第１の端部とを連結する第１のヒンジ接合部と、
前記支点リンクバーの第２の端部と前記ピストンレバーリンクバーの第１の端部とを連結する第２のヒンジ接合部と、
前記ロッカーリンクバーの第２の端部と前記フォースリンクバーの第１の端部とを連結する第３のヒンジ接合部と、
前記フォースリンクバーの第２の端部と前記ピストンレバーリンクバーの所定の位置とを連結する第４のヒンジ接合部と、によって規定され位置決めされている、
請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
前記フォースバーリンクは、パンタグラフ組立体を規定する、
請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記ガイドカムは、前記ピストンステムの側方運動を制御するように構成され、これによって前記第１のピストン部分の側方運動を制御する、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記アクチュエータカム又は前記ガイドカムのうちの１つに対する前記リンク組立体の移動を付勢する戻し機構をさらに備えている、
請求項１ないし３、及び５ないし９のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記戻し機構は、バネ、カム、電気機械式アクチュエータ、流体式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、又は電磁式アクチュエータのうちの１つを備える、
請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、電気機械式アクチュエータ、流体式アクチュエータ、空力式アクチュエータ、又は電磁式アクチュエータのうちの１つを備えている、
請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、内燃エンジン、詳細にはピストン式内燃エンジンに関する。より詳細には、本明細書に開示する実施形態は、差動及び可変ストロークサイクル内燃エンジンの二部式ピストの構成要素をガイドするためのガイドカム組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンは、作動流体の流れ回路の一体部分である燃焼室の中で酸化剤による燃料の燃焼が生じるエンジンである。内燃エンジンにおいて、燃焼で生じた高温高圧ガスの膨張は、典型的にはピストンであるエンジンの一部の構成要素に対して直接力を付与する。この力は、所定距離にわたってこの構成要素を移動させて、化学的エネルギを有効な機械的エネルギに変換する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの態様において、本明細書に開示する実施形態は、エンジン軸と、軸を有するシリンダー室の中で往復するように構成されたピストンとを有するエンジンに関し、各ピストンは、第２のピストン部分と一体となって又は別々に移動してエンジンの異なる熱関数のためのピストンストロークを定めるようになっている第１のピストン部分及びピストンステムを有する。エンジンは、該エンジンに連結した第１の端部と、コピー点を定めるピストンステムに連結した第２の端部とを有するリンク組立体と、リンク組立体に係合するアクチュエータと、リンク組立体に連結したガイドカム従動部に係合するガイドカムと、を備える。アクチュエータ及びガイドカムは、リンク組立体の運動を制御するように作動可能であり、これによってシリンダー室の軸に沿ったコピー点の実質的に直線的な移動を規定する。
本発明は、添付図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】ガイドカム組立体の１つの実施形態の概略図を示す。
【図２】ガイドカム組立体の同軸アクチュエータ及びガイドカムの実施形態の上面図を示す。
【図３】パンタグラフリンク組立体を組み込むガイドカム組立体の別の実施形態の概略図を示す。
【図４】可動支点を組み込むガイドカム組立体の別の実施形態の概略図を示す。
【図５】ガイドカム組立体の別の実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書に開示する実施形態は、差動及び可変ストローク内燃エンジン内の二部式ピストンの構成要素をガイドするためのガイドカム組立体に関する。一般に、エンジンは、１又は２以上のシリンダーボアを有するエンジンブロックと、その中の二部式ピストンとを有している。各二部式ピストンは、互いに分離可能な上方又は第１のピストン部分と、下方又は第２のピストン部分とを有している。上方ピストン部分は、それぞれのシリンダーボア壁と滑り接触（又は当接）係合し、特定の期間に下方ピストン部分と係合するように構成される。ピストンステムは、第１の端部において上方ピストン部分に連結し、第２の端部においてリンク組立体にヒンジ（又は枢動可能に）連結する。ヒンジ連結（ピボット接合）は、「コピー」点を規定することができる。
【０００６】
ガイドカム組立体は、リンク組立体に係合するアクチュエータを有し、それによってピストンステムの垂直運動をもたらすか又は制御することができる。１つの実施形態において、アクチュエータは、リンク組立体上のアクチュエータカム従動部に係合するように構成されたアクチュエータカムとすることができ、これによって、ピストンステムの垂直運動をもたらすか又は制御することができる。結果として、ピストンステムは、シリンダーボア壁によって拘束されている上方ピストン部分の垂直運動をもたらすか又は制御する。もしくは、電子式アクチュエータを使用して第１のピストン部分の垂直運動をもたらすか又は制御することができる。また、他の作動機構を使用することができ、限定されるものではないが、エンジン軸とは独立して作動可能な電気機械式アクチュエータ又は流体式アクチュエータを有することができる。さらに他の作動機構としては、電気機械式、電磁式、流体式、空圧式、又は電子回路又はソレノイドで制御されるデバイスを有する、エンジン作動時に電気的に制御される手段を有することができる、
【０００７】
一般に、ガイドカム組立体は、リンク組立体上の異なる箇所でガイドカム従動部に係合して結果としてピストンステムの側方運動を制御するガイドカムをさらに有している。結果として、ピストンステムは、シリンダーボア壁によって拘束される上方ピストン部分の側方運動を制御する。１又は２以上の戻し機構は、リンク組立体上の所定の位置に配置することができ、リンク組立体をそれぞれのカムとカム従動部との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に付勢する。戻し機構は、バネ、カム、電気機械式アクチュエータ、流体式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、又は電磁式アクチュエータを有することができる。特定の実施形態において、複数のアクチュエータカム及びガイドカムは同軸であるがこれは必須ではなく、他の実施形態において、複数のカムは同軸ではない。各カムのいずれかのカムローブ又はローブ輪郭は、リンク組立体の様々な異なる移動を可能にして、これによってコピー点及びピストンステム、結果的に第１のピストン部分の移動を制御するように、最適化することができる。
【０００８】
図１は、ガイドカム組立体の１つの実施形態の概略図を示す。可変ストロークサイクル内燃エンジンでは、一般に、エンジンブロック２１０は、１又は２以上のシリンダーボア２１２と、１又は２以上のシリンダーボア２１２の各々の中に配置された上方又は第１のピストン部分２２０とを有している。上方ピストン部分２２０は、それぞれのシリンダーボア壁２１３と滑り接触（又は当接）係合することができる。上方ピストン部分２２０は、特定の期間において下方又は第２のピストン部分２２２と係合するように構成される。ピストンステム２３０は、第１の端部２３２で上方ピストン部分２２０に連結し、第２の端部２３４でピストンレバーリンクバー１１０にヒンジ（又は枢動可能に）連結する。ヒンジ連結（ピボット接合）は、「コピー」点１０２を規定する。
【０００９】
ガイドカム組立体は、共通端部１２０で連結したレバーリンクバー１１０及び支点リンクバー１１２を備えるリンク組立体を有している。この連結部１２０の反対側の端部において、レバーリンクバー１１０は、コピー点１０２でピストンステム２３０に連結し、支点リンクバー１１２は、第１のヒンジ接合部１０４でエンジンブロック２１０にヒンジ連結する。ヒンジ連結（ピボット接合）は、「固定」（又は取り付け）点１０４を規定する。ガイドカム組立体は、
１）レバーリンクバー１１０上のアクチュエータカム従動部２５２に係合するように構成され、それによって第１のピストン部分２２０の垂直運動を制御するピストンステム２３０の垂直運動を制御する、アクチュエータカム２５０と、
２）支点リンクバー１１２上のガイドカム従動部２６２に係合するように構成され、それによって第１のピストン部分２２０の側方運動を制御するピストンステム２３０の側方運動を制御するガイドカム２６０と、
をさらに有している。１又は２以上の戻し機構２５４、２６４は、それぞれレバーリンクバー１１０及び支点リンクバー１１２の所定の位置に配置することができ、各リンクをそれぞれのカムと従動部との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に付勢する。図２は、共通軸上に配列されたガイドカム組立体の同軸アクチュエータ及びガイドカムの上面図を示す。
【００１０】
図３は、ガイドカム組立体の他の実施形態の概略図を示す。ガイドカム組立体は、ピストンレバーリンクバー１１０の部分１１１、支点リンクバー１１２、フォースリンクバー１１４、及びロッカーリンクバー１１８を有するリンク組立体（例えば、フォースバーリンク）を組み込んでいる。フォースバーリンクを規定して位置決めするために、リンク組立体は、支点リンクバー１１２の第１の端部の第１のヒンジ接合部１０４及びロッカーリンクバー１１８の第１の端部でエンジンブロック２１０にヒンジ連結することができる。ヒンジ連結（ピボット接合）は、「固定」（又は取り付け）点１０４を規定する。フォースバーリンクは、支点リンクバー１１２の第２の端部及びピストンレバーリンクバー１１０の部分１１１の第１の端部の第２のヒンジ接合部１２２、ロッカーリンクバー１１８の第２の端部及びフォースリンクバー１１４の第１の端部の第３のヒンジ接合部１２４、並びにフォースリンクバー１１４の第２の端部及びピストンレバーリンクバー１１０の部分１１１の第２の端部の第４のヒンジ接合部１２６をさらに有している。
【００１１】
ガイドカム組立体は、
１）レバーリンクバー１１０上のアクチュエータカム従動部２５２に係合するように構成され、それによって第１のピストン部分２２０の垂直運動を制御するピストンステム２３０の垂直運動を制御するアクチュエータカム２５０と、
２）フォースリンクバー１１４上のガイドカム従動部２６２に係合するように構成され、第１のピストン部分２２０の側方運動を制御するピストンステム２３０の側方運動を制御するガイドカム２６０と、
をさらに有している。ガイドカム従動部２６２は、原点又は軸１０６でフォースリンクバー１１４に連結する（例えば回転可能に又は枢動可能に）。原点又は軸１０６は、フォースリンクバー１１４と仮想線（線１０８で示す）との間の交点に位置し、仮想線は、コピー点１０２と固定点１０４で規定される。１又は２以上の戻し機構２５４、２６４はそれぞれレバーリンクバー１１０とフォースリンクバー１１４の所定位置に配置することができ、各リンクをそれぞれのカムと従動部との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に付勢する。
【００１２】
ガイド装置１００のフォースバーリンクは、パンタグラフ組立体又は装置を形成するように構成することができる。当業者であれば、パンタグラフ組立体は、組立体の１つの点（例えば、原点１０２）の動きが、組立体の第２の点（例えば、コピー点１０２）の個別の（及び、場合によってはスケール調整された）動きをもたらすように、平行四辺形に基づく様式で連結された機械的リンクで形成することができることを理解できる。
【００１３】
図４は、ガイドカム組立体のさらに別の実施形態の概略図を示す。ガイドカム組立体は、レバーリンクバーの１つの端部に可動支点を組み込んでいる。レバーリンクバー１１０は、第１の端部で可動支点として構成されたカム従動部２６２に連結し、第２の端部でコピー点１０２においてピストンステム２３０を経由して第１のピストン部分２２０に連結する。可動カム従動部２６２は、任意の方向に移動するように構成することができる。好ましくは、可動カム従動部２６２は、シリンダー軸２０１に対して実質的に直交する方向に移動することができる。ガイドカム組立体は、
１）レバーリンクバー１１０上のアクチュエータカム従動部２５２に係合するように構成され、これによって第１のピストン部分２２０の垂直運動を制御するピストンステム２３０の垂直運動を制御するアクチュエータカム２５０と、
２）可動カム従動部２６２と係合するように構成され、これによって第１のピストン部分２２０の側方運動を制御するピストンステム２３０の側方運動を制御するガイドカム２６０と、
をさらに有することができる。戻し機構２５４は、レバーリンクバー１１０上の所定位置に配置することができ、レバーリンクバー１１０をアクチュエータカム２５０とカム従動部２５２との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に付勢する。
【００１４】
図５は、ガイドカム組立体のさらに別の実施形態の概略図を示す。ガイドカム組立体は、共通端部１２０で連結されたレバーリンクバー１１０及び支点リンクバー１１２を備えるリンク組立体を有している。この連結部１２０の反対側で、レバーリンクバー１１０は、コピー点１０２でピストンステム２３０に連結し、支点リンクバー１１２は、第１のヒンジ接合部１０４でエンジンブロック２１０にヒンジ連結する。ヒンジ連結（ピボット接合）は「固定」（又は取り付け）点１０４を規定する。ガイドカム組立体は、レバーリンクバー１１０に係合するように構成され、これによって第１のピストン部分２２０の垂直運動を制御するピストンステム２３０の垂直運動を制御するアクチュエータ２５０をさらに有している。アクチュエータ２５０は、任意の形式のアクチュエータとすることができ、限定されるものではないが、電子式アクチュエータ、エンジン軸とは独立して作動することができる電気機械式アクチュエータ、流体式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、電気機械式アクチュエータ、電磁式アクチュエータ、電子回路又はソレノイドで制御されるアクチュエータ、又はリンク組立体の動きを有効にすることができる何らかの形式とすることができる。ガイドカム組立体は。支点リンクバー１１２上のガイドカム従動部２６２と係合するように構成され、それによって第１のピストン部分２２０の側方運動を制御するピストンステム２３０の側方運動を制御するガイドカム２６０をさらに有している。ガイドカム従動部２６２は、リンク２６３によって支点リンクバー１１２にしっかり固定することができる。戻し機構２５４は、レバーリンクバー１１０上の所定の位置に配置することができ、レバーリンクバーをアクチュエータ２５０の動作とは実質的に反対の方向に付勢する。戻し機構２６４は、支点リンクバー１１２上の所定の位置に配置することができ、支点リンクバー１１２をガイドカム２６０とガイドカム従動部２６２との間の合わせ係合に実質的に相対する方向に付勢する。
【００１５】
差動ストローク又は可変ストローク往復内燃エンジンを作動させる方法であって、エンジンは、エンジン軸と、軸を有するシリンダー室の中で往復するように構成されたピストンとを有し、各ピストンは、第２のピストン部分と一体となって又は別々に作動することができる第１のピストン部分及びピストンステムを有し、これによりエンジンの異なる熱関数のためのピストンストロークを定めるようになっており、本方法は、エンジンに連結した第１の端部とピストンステムに連結した第２の端部（コピー点を定める）とを有するリンク組立体と、リンク組立体に係合するアクチュエータと、リンク組立体上でガイドカム従動部に係合するように構成されたガイドカムとを準備する段階を含み、アクチュエータ及びガイドカムは、リンク組立体の運動を制御するように作動可能であり、これにより、コピー点のシリンダー室の軸に沿った実質的に直線的な運動を定める。
【００１６】
本明細書を通して、「１つの実施形態」又は「実施形態」又は「特定の実施形態」への参照は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して成句「１つの実施形態」又は「一実施形態」又は「特定の実施形態」の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するとは限らない。さらに、当業者であれば理解できるように、特定の特徴、構造、又は特性は、１又は２以上の実施形態において適切な任意の方法で組み合わせることができる。
【００１７】
以下の特許請求の範囲及び本明細書の説明において、用語「備え」「備えた」、又は「備えている」のうちの何らかの１つの用語は、オープンであり、少なくとも１つの要素／特徴を含むがこれに限定されないことを意味する。従って、用語「備える」は、特許請求の範囲で使用する場合、その後に記載される手段又は要素又はステップに限定されると解釈すべきではない。本明細書で使用する場合、「有す」又は「有する」又は「有している」は、同様にオープンであり、この用語に続く少なくとも１つの要素／特徴を含むが、他のものを排除しないことを意味する。
【００１８】
特許請求の範囲で使用する場合、用語「連結された」は直接的な連結だけに限定されると解釈すべきではない。「連結され」は、２又は３以上の要素が相互に直接的に接触するか又は直接的に接触しないかのいずれかであるが、依然として互いに協働又は相互作用することを意味する。「連結された」は、剛連結、ヒンジ連結、ピボット連結などを意味することができる。
【００１９】
本開示の１又は２以上の実施形態が詳細に説明されているが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の範疇から逸脱することなく、種々の特定の形態を取り、変更、置換、及び変化を反映した多くの実施形態を構築できることを理解できるはずである。記載された実施形態は、特許請求の範囲の範疇を例示するが、その範疇を限定しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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