(57)【要約】内燃機関は、１つまたはそれ以上のピストン（４）を含み、その各々はそれぞれのシリンダ（２）内で往復するように装着され、クランクシャフト（７）のそれぞれのクランクに接続されたコネクティングロッド（６）に旋回式に接続される。コネクティングロッド（６）は、細長い連結棒（１４）の一方の端に旋回式に接続され、これは、その両端の中間にある点で関連クランクに旋回式に接続され、その他方の端は、クランクシャフトの軸に平行な旋回軸を中心にして旋回してもよいようにマウント（２０、２４）によって抑制されるロッド（１８）を構成する。マウントは、第１の可動装着部材（２０）と第２の可動装着部材（２４）とを含む。第１の可動装着部材（２０）は、ロッドの長さの方向に相対摺動運動のみを許可する接続によってロッド（１８）に接続され、上記旋回軸を中心にして第２の可動装着部材に対して旋回するように第２の可動装着部材（２４）に旋回式に接続される。第２の可動装着部材（２４）と協働してそれを動かすように配列される単一のアクチュエータ（３０）が設けられている。第２の可動装着部材（２４）は細長いレバーであり、これは固定構造物に接続され、それに対して、クランクシャフトの軸に実質的に平行な軸を中心にして旋回する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたはそれ以上のピストンを含む内燃機関であって、その各々はそれぞれのシリンダ内で往復するように装着され、クランクシャフトのそれぞれのクランクに接続されたコネクティングロッドに旋回式に接続され、前記コネクティングロッドは、細長い連結部材の一方の端に旋回式に接続され、前記連結部材は、その両端の中間にある点で関連クランクに旋回式に接続され、その他方の端は、前記クランクシャフトの軸に平行な旋回軸を中心にして旋回してもよいようにマウントによって抑制されるロッドを構成し、前記マウントは、第１の可動装着部材と第２の可動装着部材とを含み、前記第１の可動装着部材は、前記ロッドの長さの方向に相対摺動運動のみを許可する接続によって前記ロッドに接続され、前記第１の可動装着部材は、前記旋回軸を中心にして前記第２の可動装着部材に対して旋回可能であるように前記第２の可動装着部材に接続され、前記第２の可動装着部材と協働してそれを動かすように配列される単一の作動手段が設けられている内燃機関において、前記第２の可動装着部材は細長いレバーであり、これは固定構造物に接続され、該構造物に対して、前記クランクシャフトの前記軸に実質的に平行な軸を中心にして旋回することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記細長いレバーは、固定マウントに装着されたシャフトによって回転可能に担持され、アクチュエータは前記レバーに作用して、これを前記シャフトに対して回転させる請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記細長いレバーは、アクチュエータシャフトに回転不可能に装着され、それは、固定マウントに回転可能に装着され、アクチュエータは前記シャフトに作用してこれを回転させる請求項１記載のエンジン。
【請求項４】
前記アクチュエータシャフトに回転不可能に装着されたアクチュエータレバーを含み、前記アクチュエータは前記アクチュエータレバーに作用する請求項３記載のエンジン。
【請求項５】
前記細長いレバーは、分岐され、２つのアームを具備し、その間に前記第１の可動装着部材が受け取られ、それに対して前記第１の可動装着部材が旋回式に接続される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記アクチュエータは積極型であり、前記第２の可動装着部材を積極的に動かすように配列される請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項７】
前記アクチュエータは受動型であり、選択的に解除可能なロックを構成し、これは、前記第２の可動装着部材を、それにかかる力の作用下で前記ロッドによって動くのを許可するように、解除されてもよい請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項８】
前記アクチュエータは、ラチェットのように作動するように構造され、前記第２の可動装着部材の運動を防止するかまたは２つの方向の選択された一方へ動くのを許可し反対方向へ動くのは防止するように選択式に切り替え可能であるか、である請求項７記載のエンジン。
【請求項９】
前記アクチュエータは、前記第２の可動装着部材に接続されたピストンを収容する油圧シリンダを含み、前記ピストンは、前記シリンダを、作動液で満たされた２つのチャンバに分割し、前記２つのチャンバは２つのコンジットを経由して連通し、その各々は逆止め弁と、前記ピストンに作用する力によって前記ピストンが所定の方向に動くのを許可するように選択式に作動可能な制御弁と、を含む請求項８記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの作動中に圧縮比および排気量を変えることができる内燃機関に関する。より具体的には、本発明は、１つまたはそれ以上のピストンを含む内燃機関に関し、ピストンの各々はそれぞれのシリンダ内で往復するように装着され、クランクシャフトのそれぞれのクランクに接続されたコネクティングロッドに旋回式に接続され、コネクティングロッドは、細長い連結部材の一方の端に旋回式に接続され、連結部材は、その両端の中間にある点で関連クランクに旋回式に接続され、その他方の端は、クランクシャフトの軸に平行な旋回軸を中心にして旋回してもよいようにマウントによって抑制されるロッドを構成し、マウントは、第１の可動装着部材と第２の可動装着部材とを含み、第１の可動装着部材は、ロッドの長さの方向に相対摺動運動のみを許可する接続によってロッドに接続され、第１の可動装着部材は、上記旋回軸を中心にして第２の可動装着部材に対して旋回可能であるように第２の可動装着部材に接続され、第２の可動装着部材と協働してそれを動かすように配列される単一の作動手段が設けられている。
【背景技術】
【０００２】
そのようなエンジンは、欧州特許第０８９８６４４号に開示されている。この特許に開示されたエンジンにおいて、第１の装着部材はスリーブ等を有し、これは、連結部材のロッドを摺動可能に保持し、関連シリンダの軸に平行な方向にアクチュエータによって選択的に動くことができる第２の装着部材に、旋回式に接続される。この方向に第１の装着部材が動くことは、結果として、最初にピストンの上死点位置が変化することになり、したがって圧縮比が変化するが、また、ピストンの下死点位置がわずかに変化することにもなり、したがってピストンのストロークがわずかに変化する。
【０００３】
しかし、ピストンのストロークに、したがってエンジンの排気量に、かなりの変化をすることができることが望ましいことも多く、この目的のために、欧州特許第１０１２４５９号には、２つのアクチュエータを含む修正エンジンが開示されている。第１のアクチュエータは、第１の装着部材をシリンダ軸に平行に動かすように配列され、したがって、エンジンの圧縮比を変え、第２のアクチュエータによって担持され、これは、第１のアクチュエータを動かすように配列され、したがって、第１の装着部材はシリンダ軸に垂直であり、したがって、ピストンのストロークを、したがってエンジンの排気量を変える。欧州特許第１０１２４５９号のエンジンは、したがって、エンジンの圧縮比および排気量を、互いに無関係に随意に変えることができる。
【０００４】
しかし、欧州特許第１０１２４５９号のエンジンに第２のアクチュエータを含むことは、その構造的複雑さおよびコスト、さらに、必要な制御システムの複雑さを、かなり加える。エンジンは、得られてもよい範囲内の圧縮比および排気量の値のいずれの所望の組み合わせで操作されてもよいが、これは今や、実際にはすべての場合には必要ではないことが認識されている。このようにして、比較的低い速度および／または負荷では、比較的少ない排気量および比較的高い圧縮比が望ましく、一方、比較的高い速度および／または負荷では、比較的大きな排気量および比較的低い圧縮比が望ましい。高い圧縮比と組み合わせて大きな排気量が提供され、また、低い圧縮比と組み合わせて小さな排気量が提供されるように、アクチュエータはマウントを位置決めすることができるが、これらの操作構成は、実際にはほとんど必要ない。
【０００５】
上記に参照された先行する特許に開示されたエンジンに関連して、ほぼクランクシャフトの高さでエンジンのそばにアクチュエータシステム用のハウジングを構成するクランクケースへの拡張を提供されることが実際に必要である。実際に、自動車エンジンコンパートメントおよび空間制約によっては、そのような構造物を提供することを困難にすることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、圧縮比および排気量の両方を調節することができるが、複雑さおよびしたがってコストは減少するという利点を有する上記に参照された種類のエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、第２の可動装着部材は細長いレバーであり、これは固定構造物に接続され、それに対して、クランクシャフトの軸に実質的に平行な軸を中心にして旋回する。
このようにして、本発明にしたがったエンジンにおいて、細長いバー用のマウントはスリーブ等を具備し、それは、その中にバーを摺動可能に保持し、細長いレバーに旋回式に接続され、それもまた、固定構造物に旋回式に接続される。アクチュエータは、細長いレバーと協働し、その旋回軸を中心にした回転にのみそれを動かすことができる。これは、必然的に、第１の装着部材は、線状ではなく、弓形路にわたって動かされるということを意味する。この弓形路に沿った運動は、シリンダの軸に垂直な運動とシリンダの軸に平行な運動とに分解されてもよく、したがって、単一アクチュエータの作動によって、結果として、エンジンの圧縮比および排気量の両方が変わることになる。弓形路の端点の間でシリンダ軸に垂直な運動および平行な運動の正確な比率は、細長いレバーの長さおよびその旋回マウントの位置を変えることによって、必要に応じて変動してもよい。
【０００８】
上述のように、圧縮比および排気量の組み合わせのすべての範囲を提供する必要がなくてもよいことが認識されており、本発明は、排気量に対する圧縮比のグラフに実行するのに実際に有用である圧縮比および排気量の組み合わせを企図する場合、多くのエンジンではほぼ弓形の線上に様々な点があるという認識に基づいている。細長いレバーを適切に寸法づけ且つその旋回点を位置決めすることによって、第１の装着部材は弓形路に沿って動かすことができ、弓形路は、上記グラフに参照された弓形の線に質的に対応する。これは、旋回式に装着された細長いレバーを提供することによって、単一のアクチュエータのみを使用して実際に通常必要である圧縮比および排気量の実質的にすべての組み合わせを得るように、マウントを調節することが可能であるこということを意味する。
【０００９】
アクチュエータは、このましくは線形アクチュエータであり、細長いレバーに直接作用することが好ましい。したがって、好適な実施の形態において、細長いレバーは、固定マウントに装着されたシャフトによって回転可能に担持され、アクチュエータはレバーに作用して、これをシャフトに対して回転させる。
【００１０】
しかし、代替的な実施の形態において、細長いレバーは、アクチュエータシャフトに回転不可能に装着され、アクチュエータシャフトは固定マウントすなわち軸受に回転可能に装着され、アクチュエータはシャフトに作用してこれを回転させる。この場合、アクチュエータは、アクチュエータシャフトに直接作用する回転アクチュエータであってもよいが、エンジンが、これもまた、アクチュエータシャフトに回転不可能に装着されるアクチュエータレバーを含み且つアクチュエータがアクチュエータレバーに作用することが好適であり、その場合、アクチュエータは再度、線形型であってもよい。このようにして、アクチュエータシャフトは非円形断面であってもよく、たとえば、六角形、スプライン等であり、細長いレバー、および、設けられている場合はアクチュエータレバーは、一方の端に穴を有し、その形状はアクチュエータシャフトの形状に対応する。次いで、アクチュエータレバーの自由端の運動は、結果として、アクチュエータシャフトがその固定マウント内で回転することになり、それが今度は、細長いレバーの旋回運動になり、したがって、第１の可動装着部材が弓形路に沿って動くことになる。
【００１１】
おそらく、アクチュエータは、能動型すなわち積極型でもよく、すなわち、たとえば、電気でまたは油圧で、動力供給される型のものであり、細長いレバーをその装着軸を中心にして旋回式に能動的に動かす。しかし、これは、必須でなくてもよく、さらなる実施の形態では、アクチュエータは、消極型すなわち受動型であり、すなわち、細長いレバーを能動的に動かさないが、その代わり、単にこれが動くのを許可する。この実施の形態において、アクチュエータはしたがって、選択的に解除可能なロックの形態であることが多い。したがって、細長いロッドは、実質的に変動するモーメントをマウントにかけ、これらのモーメントは細長いレバーを一方の方向に、次いで他方の方向に、代わるがわる旋回運動させることを検査が示している。したがって、マウントを適所に係止し細長いレバーを特定の方向に動かしたいときにこれを解除することによって、これらのモーメントまたはトルクを使用することが可能である。これは、トルクが細長いレバーをその方向に動かす傾向があるときを検出し次いで解除可能なロックを解除して所望の運動が発生するのを許可することによって、行われてもよく、その後、解除可能なロックが再適用される。実際に、細長いレバーの所望の運動のすべてが、単一の連続運動で発生することは可能ではなくてもよく、それは、これに加えられるトルクが変動し非常に速く逆になるからであり、したがって、解除可能なロックが、それに作用するトルクが正しい方向に作用する多数の連続する機会の各々に、解除されることが必要であってもよく、それらの機会の間の時にロックを再適用し、それによって、細長いレバーは、所望の位置に到達するまで、徐々に動く。
【００１２】
しかし、アクチュエータは、ラチェットのように作動し、第２の可動装着部材の運動を防止するかまたは２つの方向の選択された一方へ動くのを許可し反対方向へ動くのは防止するように選択式に切り替え可能であることが好適である。この構造の利点は、当然ながら、第２の可動装着部材に作用する力が特定の方向に作用しているときを検出する必要が無く、選択式に作動可能なロックは単に１つの選択された方向に効果的に係止解除されるが、他方の方向では係止されたままであるということである。これは、選択的なロックは、第２の可動装着部材が所望の方向へ動くのを、それに作用する力がその方向に作用するたびに、許可するが、反対方向へ動くのは防止するということを意味する。センサは、所望の量の運動が発生したときを決定し、次いで、選択式に作動可能なロックは、さらなる運動が必要になるまで、完全に係止される。
【００１３】
１つの特定の実施の形態において、アクチュエータは、第２の可動装着部材に接続されたピストンを収容する油圧シリンダを含み、ピストンは、シリンダを、作動液で満たされた２つのチャンバに分割し、２つのチャンバは２つのコンジットを経由して連通し、その各々は、逆止め弁と、ピストンに作用する力によってピストンが所定の方向に動くのを許可するように選択式に作動可能な制御弁と、を有する。
積極アクチュエータの作動または選択式に作動可能なロックの解除は、当然ながら、中央制御システムによって制御され、たとえば、エンジン管理システムに組み込まれており、これは、今や便利に自動車エンジンに設けられており、たとえば、エンジン負荷、エンジン速度、クランクシャフトの位置等を示す多数のセンサによって生成される信号に応答する。
本発明のさらなる特徴および詳細は、３つの特定の実施の形態の下記の説明から明らかであり、これは、添付の図面を参照して例としてのみ与えられるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１の実施の形態において、エンジンは４つのシリンダを有するが、これよりも多くても少なくてもよく、単一のシリンダであってもよいが、単一のシリンダ２のみが示される。全体的に従来のものであり且つ本発明の一部を形成しないエンジンのこれらのすべての特徴、たとえば、シリンダブロック、シリンダヘッド、入口弁および出口弁、および、点火プラグは、鎖線で示されるのみであり、詳細には記載されない。シリンダには、ピストン４が往復可能に装着される。ピストンは、軸５を中心にして旋回式に、通常の方法で、コネクティングロッド６へ接続される。各シリンダ２の下にクランクシャフト７が延在し、これは、各ピストン用にそれぞれのクランクまたはクランクスロー９を担持する。コネクティングロッド６は、関連クランクへ直接接続されないが、代わりに、軸１２を中心にして旋回式に、それぞれの細長い連結棒１４の一方の端１１へ接続され、これは、互いに対して約１２０度だけ傾斜している２つの部分を有する。連結棒もまた、その両端の中間の点で旋回式に関連クランク９に接続される。連結棒１４の他方の端１８は、バーの形態であり、マウント内に長手方向に摺動可能に受け取られる。バー１８は、円形断面であってもよく、その場合、これは中空であってもよく、または、重量軽減目的で切り取られてもよく、その場合、略Ｉ断面であっても十字形断面であってもよく、ウェブは、実質的に円形形状の外側表面を画成し、長手方向の摺動および側方向の力転移を容易にする。
【００１５】
マウントは、第１の可動装着部材２０を含み、これは、穴または通路を画成するスリーブによって構成され、それを通ってバー１８が通過し、摺動可能にその中に保持される。スリーブ２０は、その両端の中間にある点でそれぞれの分岐装着レバー２４の２つの脚部２２の間の空間に収容され、それに旋回式に接続される。スリーブ２０は、したがって、レバー２４に対して、クランクシャフトの軸に平行な軸を中心にして旋回または回転してもよい。レバー２４の一方の端は円形形状の穴を有し、そのため、シリンダブロックに取り付けられた相補的な形状の静止シャフト２６が、回転可能に受け取られる。レバー２４の他方の端は、積極アクチュエータに接続され、この場合、線形油圧アクチュエータ３０である。アクチュエータ３０の拡張または収縮によって、結果として、レバー２４がシャフト２６を中心にして回転することになる。したがって、スリーブ２０は、弓形路にわたって動かされる。
【００１６】
使用の際に、エンジンは、欧州特許第１０１２４５９号に開示されたものと実質的に同一のやり方で作動し、この特許は参照されるべきものである。エンジンの定常状態の作動の間に、バー１８は、スリーブ２０内で線状に往復し、スリーブ２０は、レバー２４との旋回接続を中心に回転して往復する。エンジンが高速でおよび／または高負荷下で作動する場合には、マウントは図１に示される位置に保持され、圧縮比は比較的低く、エンジンの排気量は高い。しかし、速度および／または負荷が低下する場合には、これは様々なセンサで検知され、次いでエンジン管理システムがアクチュエータへ信号を発して、マウントを図３に示される位置内に動かし、そこで圧縮比は比較的高く、排気量は比較的低い。エンジン管理システムは、マウントをその２つの端位置の間に漸進的に動かすようにプログラムすることができ、または、マウントを２つの端位置の間で切り替えるかまたはいずれの所定の数のセットポジションの間で徐々に切り替えるようにプログラムされてもよい。図２に例示される第２の実施の形態は、図１に例示されたものに非常に類似しているが、アクチュエータ３０が直接レバー２４に作用しない点が、図１とは異なっている。この場合、シャフト２６は静止ではないが、アクチュエータシャフトを構成し、レバー２４の一方の端は非円形形状の穴を有し、その中に相補的な形状のアクチュエータシャフト２６が回転不可能に受け取られる。アクチュエータシャフトは、その２つの端で静止軸受によって保持され、たとえば、シリンダブロックの側部に装着され、したがって線状に動くことはできないが、軸受内で自己の軸を中心にして回転するように装着される。アクチュエータシャフト２６には、アクチュエータレバー２８も接続され、これもまた、シャフト２６に対して回転不可能である。アクチュエータレバー２８の自由端に、積極アクチュエータが接続され、この場合、線形油圧アクチュエータ３０であり、これは、レバー２８を能動的に動かすことができ、したがってシャフト２６を回転させる。アクチュエータの拡張または収縮によって、結果として、シャフト２６がその軸を中心にして回転することになり、したがって、レバー２４もシャフト２６の軸を中心にして回転することになる。したがって、スリーブ２０もまた、弓形路にわたって動かされる。
【００１７】
図３もまた、第３の実施の形態を例示し、これは、第１の実施の形態と本質的に同一であるが、能動アクチュエータ３０が受動アクチュエータ３２か選択的に作動可能なブレーキに取って代わられることを除き、それは、レバー２４を能動的に動かすことはできないが、選択的に開放されてレバー２４が動くのを許可することはでき、すなわち、それに作用する変動トルクによって回転する。この場合、アクチュエータ３２はラチェットのように作動するように構造され、すなわち、レバー２４がそれに作用する力下で選択された方向に動くのを許可するが反対方向へ動くのは防止するように、切り替えられてもよい。
【００１８】
図４は、受動アクチュエータ３２の詳細図である。これもまた油圧シリンダ３４から構成され、その中にピストン３６があり、そのピストンロッド３８は、レバー２４の端に旋回式に接続される。ピストンは、シリンダを２つの空間、４０、４２に分割し、これは、作動液で満たされる。２つの空間、４０、４２は、第１の制御弁４６および第１の逆止め弁４８を含む第１のコンジット４４によって、および、第２の制御弁５２および第２の逆止め弁５４を含む第２のコンジット５０によって、接続される。両方のコンジット４４および５０は、それぞれのコンジット５６、５８を経由して、作動液の加圧されていない源にも連通し、これは、典型的に加圧されず、そのため、いずれの漏れが埋め合わされる。
【００１９】
図４に見られるように、ピストンロッド３８を左側へ動かしたいときには、エンジン管理システムは制御弁４６を開ける。次いで、ピストンロッドを左側へ動かす傾向がある力がピストンロッドに作用するたびに、流体が、空間４０から弁４６および４８を経由して空間４２内に移動し、ついには所望の運動量が発生し、次いで弁４６が閉じられ、その後、アクチュエータは油圧式に係止される。ピストンロッドを右側へ動かしたいときには、同一の手順が採用されるが、この場合は、制御弁５２が開けられる。逆止め弁の目的は、制御弁の一方または他方が開いているときに、ピストンがそれに作用する逆力の作用によって動くのを防止することであることが認識される。
【００２０】
図３および４の実施の形態において、受動アクチュエータ３２は、図１の積極アクチュエータ３０と同一の方法でレバー２４に作用する。しかし、受動アクチュエータが、図２に示される方法で作動レバー２８に作用することも可能であるか、または、レバー２４がシャフト２６を中心にして回転するのを選択的に許可するかまたは防止するように、レバー２４とシャフト２６との間に直接作用することも可能である。他の多数の変形例を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にしたがったマルチシリンダ４ストロークエンジンの一部のみを示す第１の実施の形態の概略図であり、適所に示されたマウントを備えており、その中でエンジンは低圧縮比および高排気量有する。
【図２】第２の実施の形態の類似した図である。
【図３】第２の実施の形態の類似した図であるが、適所にあるマウント内で、エンジンは高圧縮比および低排気量を有する。
【図４】受動アクチュエータかまたは図２の実施の形態に使用される選択式に解除可能なロックの図である。
【図１】
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【図２】
2005536677.tif 000004
【図３】
2005536677.tif 000005
【図４】
2005536677.tif 000006
【国際調査報告】
2005536677.tif 000007
2005536677.tif 000008