(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮比及び膨張比を変更可能、かつ、耐久性の高い可変圧縮比機構を提供すること。【解決手段】可変圧縮比機構は、複数のシリンダ２と、複数のシリンダ２内にそれぞれ挿入される複数のピストン３と、複数のピストン３にそれぞれ揺動可能に接続される複数のコンロッド４と、複数のコンロッド４がそれぞれ揺動可能に接続されるマスターコンロッドと、マスターコンロッドから延出し、マスターコンロッドがクランクジャーナルを中心として揺動しながら回動することを可能とするために、揺動可能かつ上下方向に移動可能に支持された圧縮比変更部材５３と、圧縮比変更部材５３の支持位置を左右方向へ移動した位置に変更可能な支持位置変更機構と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダと、
前記複数のシリンダ内にそれぞれ挿入される複数のピストンと、
前記複数のピストンにそれぞれ揺動可能に接続される複数のコンロッドと、
前記複数のコンロッドがそれぞれ揺動可能に接続されるマスターコンロッドと、
前記マスターコンロッドから延出し、前記マスターコンロッドが所定の点を中心として揺動しながら回動することを可能とするために、揺動可能かつ第１の方向に移動可能に支持された圧縮比変更部材と、
前記圧縮比変更部材の支持位置を前記第１の方向と交差する第２方向へ移動した位置に変更可能な支持位置変更機構と、
を備えた可変圧縮比機構。
【請求項２】
前記支持位置変更機構は、前記圧縮比変更部材に揺動可能に接続されたレバーである請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項３】
前記マスターコンロッドに接続された少なくとも２つの前記ピストン及び前記シリンダは、同一平面上に配置されている請求項１又は２に記載の可変圧縮比機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの可変圧縮比機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、星型エンジンにおいて、２つのピストンのストロークを異ならせ、圧縮比を可変とした可変容量圧縮エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では可変圧縮比と可変容量機能が連動している（大燃焼室に変更した場合には大排気量になり、小燃焼室に変更した場合には小排気量になる）。そのため、膨張比を変更されておらず、ガス圧を有効利用できているとは言えない。
【０００５】
また、上記技術では、クランク軸が放射状に回転することにより、クランク軸自体の耐久性、クランク軸と摺動する面の耐久性等、様々な点で問題がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮比及び膨張比を変更可能、かつ、耐久性の高い可変圧縮比機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、複数のシリンダ（例えば、後述のシリンダ２）と、前記複数のシリンダ内にそれぞれ挿入される複数のピストン（例えば、後述のピストン３）と、前記複数のピストンにそれぞれ揺動可能に接続される複数のコンロッド（例えば、後述のコンロッド４）と、前記複数のコンロッドがそれぞれ揺動可能に接続されるマスターコンロッド（例えば、後述のマスターコンロッド５）と、前記マスターコンロッドが所定の点（例えば、後述の先端５３ａ）を中心として揺動しながら回動することを可能とするために、揺動可能かつ第１の方向（例えば、後述の上下方向）に移動可能に支持された圧縮比変更部材（例えば、後述の圧縮比変更部材５３）と、前記圧縮比変更部材の支持位置を前記第１の方向と交差する第２方向（例えば、後述の左右方向）へ移動した位置に変更可能な支持位置変更機構（例えば、後述の支持位置変更機構８）と、を備えた可変圧縮比機構を提供する。
【０００８】
これにより、圧縮比のみならず、膨張比まで変更することが可能となる。例えば、最適圧縮比１２で燃焼させた場合、燃焼後の膨張比は１２以上となるので、ガス圧を有効利用して、より多くの動力へ変換することが可能となる。
【０００９】
また、複数のシリンダは、各コンロッドを介してマスターコンロッドに接続されており、クランクシャフトには、マスターコンロッドのみを接続すればよいので、クランクシャフトを短くすることができる。これにより、クランク機構における軽量化、コンパクト化、低フリクション化、高剛性化を同時に実現することが可能となる。
【００１０】
前記支持位置変更機構は、前記圧縮比変更部材に揺動可能に接続されたレバーである。
【００１１】
これにより、簡易な構成で圧縮比変更部材の支持位置を移動させることが可能となる。
【００１２】
また、前記マスターコンロッドに接続された少なくとも２つのピストン及びシリンダは、同一平面上に配置されている。
【００１３】
これにより、複数のシリンダ及びピストンを複数の組に分けることができるので、キャビンの大きい乗用車等に搭載してもキャビンへの浸食は少なくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮比及び膨張比を変更可能、かつ、耐久性の高い可変圧縮比機構を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１を示す概略正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１を示す概略平面図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置にある状態を示す説明図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ４５°回動した状態を示す説明図である。
【図３Ｃ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ９０°回動した状態を示す説明図である。
【図３Ｄ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ１３５°回動した状態を示す説明図である。
【図３Ｅ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置にある状態を示す説明図である。
【図３Ｆ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ４５°回動した状態を示す説明図である。
【図３Ｇ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向９０°回動した状態を示す説明図である。
【図３Ｈ】本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ１３５°回動した状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧縮比変更部材の位置による圧縮比の変更についての説明図であり、（ａ）は、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが、左右方向における中心にあるときの一のシリンダ２においてピストン３が上死点にある状態を示す説明図であり、（ｂ）は、一のシリンダ２においてピストン３が下死点にある状態を示す説明図であり、（ｃ）は、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが、左右方向における左寄りの位置にあるときの一のシリンダ２においてピストン３が上死点にある状態を示す説明図であり、（ｄ）は、一のシリンダ２においてピストン３が下死点にある状態を示す説明図である。
【図５】本発明の変形例に係る可変圧縮比機構の支持位置変更機構についての説明図であり、（ａ）は、マスターコンロッド５が最下位置にある状態を示す説明図であり、（ｂ）は、マスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ９０°回動した状態を示す説明図であり、（ｃ）は、マスターコンロッド５が最上位置にある状態を示す説明図であり、（ｄ）は、マスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ６０°回動した状態を示す説明図である。
【図６】本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ａを示す概略平面図である。
【図７】本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ａを示す概略側面図である。
【図８】本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１の車両への搭載例を示す説明図であり、（ａ）は乗用車１００に搭載した状態を示す図であり、（ｂ）はトラック２００に搭載した状態を示す図である。
【図９】本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ｂを示す概略正面図であり、（ａ）は、マスターコンロッド５Ｃが時計回り方向へ搖動した状態を示す図であり、（ｂ）は、マスターコンロッド５Ｃが反時計回り方向へ搖動した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以降の説明において、第１実施形態と共通する構成等については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
［第１実施形態］
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１を示す概略正面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１を示す概略平面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る可変圧縮比機構１は、星型エンジンに採用されており、円筒形状の４つのシリンダ２と、４つのシリンダ２内にそれぞれ挿入される略円柱形状の４つのピストン３と、４つのピストン３にそれぞれ接続される４つのコンロッド４と、４つのコンロッド４が接続されるマスターコンロッド５と、クランクシャフト６と、バランスウェイト７と、支持位置変更機構８と、を備えている。
【００１９】
各シリンダ２に対応するピストン３が挿入されることで、シリンダ２とピストン３との間には、燃焼室Ｓが形成される。図１及び図２には示されていないが、シリンダ２には、吸気バルブ、排気バルブ、及び、点火プラグが接続されている。各コンロッド４は、長尺の平板形状を有しており、一端側には、ピストン３が互いに揺動可能に接続されている。
【００２０】
マスターコンロッド５は、略長方形状の平板形状を有しており、略中心には挿通孔５１が形成され、挿通孔５１の周囲には各コンロッド４の他端が揺動可能に接続される４つの係合孔５２が形成されている。また、マスターコンロッド５の長手方向における中央部からは、棒状の圧縮比変更部材５３が延出しており、圧縮比変更部材５３はその先端５３ａを中心として揺動可能、かつ、その先端５３ａが、図１における上下方向に移動可能に支持されている。
【００２１】
クランクシャフト６（図２参照）は、回転軸となるクランクジャーナル６１と、クランクジャーナル６１から径方向に突出し、マスターコンロッド５の挿通孔５１に挿通されるクランクピン６２と、を備えている。バランスウェイト７は、ピストン３の運動によって生じる慣性力を軽減するためのものであって、クランクジャーナル６１に接続されている。
【００２２】
このような構成の下、点火プラグにより各シリンダ２の燃焼室Ｓ内へ順に点火が行われ、各ピストン３が各シリンダ２内において順にピストン運動を行う。
図３Ａは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置にある状態を示す説明図である。図３Ｂは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ４５°回動した状態を示す説明図である。図３Ｃは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ９０°回動した状態を示す説明図である。図３Ｄは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ１３５°回動した状態を示す説明図である。
【００２３】
図３Ｅは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置にある状態を示す説明図である。図３Ｆは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ４５°回動した状態を示す説明図である。図３Ｇは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向９０°回動した状態を示す説明図である。図３Ｈは、本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比機構１のマスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ１３５°回動した状態を示す説明図である。
【００２４】
詳細には、まず、図３Ａに示す各ピストン３の状態から、右上のシリンダ２に接続された点火プラグが点火され、続いて、時計回りに、各シリンダ２に接続された点火プラグが点火される。このようにして点火プラグが順に点火されると、各燃焼室Ｓが膨張し、コンロッド４を介してマスターコンロッド５をクランクジャーナル６１の軸心を中心として、時計回りに回動させる力が伝達される。
【００２５】
図３Ｂにおいて、右上の燃焼室Ｓが膨張して左下の燃焼室Ｓが圧縮され、図３Ｃにおいて、右下の燃焼室Ｓが膨張して左上の燃焼室Ｓが圧縮され、図３Ｄを介して図３Ｅにおいて、左下の燃焼室Ｓが膨張して右上の燃焼室Ｓがわずかに圧縮される。そして、図３Ｆにおいて、左上の燃焼室Ｓが膨張して右下の燃焼室Ｓが圧縮され、図３Ｇを介して図３Ｈにおいて、左上の燃焼室Ｓが膨張して右下の燃焼室Ｓが圧縮され、図３Ａに示す状態へ戻る。
【００２６】
このようにして各ピストン３が順にピストン運動を行うことで、各ピストン３に接続されたマスターコンロッド５は、クランクジャーナル６１の軸心を中心とした回動運動を行うこととなる。
【００２７】
ここで、本実施の形態では、圧縮比変更部材５３の先端５３ａは、マスターコンロッド５の揺動運動に伴い上下方向に移動可能に支持されているが、この支持位置は、レバー状の支持位置変更機構８（図１参照）により左右方向に変更可能な構成となっている。具体的には、支持位置変更機構８は、シリンダ装置によって構成されており、圧縮比変更部材５３の先端５３ａに接続されている部分が伸縮することにより、圧縮比変更部材５３の先端５３ａの支持位置が変更される。この支持位置を変更することにより、圧縮比を変更する。なお、支持位置変更機構８は、図示せぬ制御装置によって制御される。
【００２８】
例えば、圧縮比変更部材５３の先端５３ａの支持位置を左右方向に移動させることで、図４（ｃ）に示すように、圧縮側（右上）のコンロッド４は、上死点に近づくに連れてシリンダ２に対して角度を有することとなるので、ピストン３がシリンダ２内に挿入される距離が、図４（ａ）の同距離よりも短くなる。従って、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが左右方向における中心に位置している場合（図４（ａ））と、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが中心からずれている場合（図４（ｃ））と、では、上死点が異なり、距離ｄ１１と距離ｄ１２とが異なり、すなわち、圧縮比が変更されることとなる。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態に係る圧縮比変更部材の位置による圧縮比の変更についての説明図であり、（ａ）は、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが、左右方向における中心にあるときの一のシリンダ２においてピストン３が上死点にある状態を示す説明図であり、（ｂ）は、一のシリンダ２においてピストン３が下死点にある状態を示す説明図であり、（ｃ）は、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが、左右方向における左寄りの位置にあるときの一のシリンダ２においてピストン３が上死点にある状態を示す説明図であり、（ｄ）は、一のシリンダ２においてピストン３が下死点にある状態を示す説明図である。
【００３０】
一方で、圧縮比変更部材５３の先端５３ａの支持位置を左右に移動させた分の距離は、図４（ｄ）に示すように、圧縮側（左下）のコンロッド４によって吸収されることとなるため、下死点付近に位置する膨張側（右上）のコンロッド４は、シリンダ２に対して角度を有さずに済んでいる。従って、下死点に関しては、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが左右方向における中心に位置している場合（図４（ｂ））と、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが中心からずれている場合（図４（ｄ））と、では、ほぼ同じ位置となり、距離ｄ２１と距離ｄ２２とが同じ位置となるため、排気量もほぼ等しくなる。
【００３１】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００３２】
本実施形態では、上下方向のみに移動可能に固定された圧縮比変更部材５３の先端５３ａの支持位置を、支持位置変更機構８によって左右方向に移動可能である。
【００３３】
これにより、圧縮比のみならず、膨張比まで変更することが可能となる。例えば、最適圧縮比１２で燃焼させた場合、燃焼後の膨張比は１２以上となるので、ガス圧を有効利用して、より多くの動力へ変換することが可能となる。これは、少量燃料燃焼時ほど高膨張比にすることが可能であることを意味する。
【００３４】
また、４つのシリンダ２は、各コンロッド４を介してマスターコンロッド５に接続されており、クランクシャフト６には、マスターコンロッド５のみを接続すればよいので、クランクシャフト６を短くすることができる。これにより、クランク機構における軽量化、コンパクト化、低フリクション化、高剛性化を同時に実現することが可能となる。
【００３５】
また、支持位置変更機構８は、圧縮比変更部材５３に揺動可能に接続されたレバー（レバー状の部材）である。これにより、簡易な構成で圧縮比変更部材５３の先端５３ａの支持位置を移動させることが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００３７】
例えば、上記実施の形態では、圧縮比変更部材５３の先端５３ａが、揺動可能、かつ、図１における上下方向にのみ移動可能に支持されていたが、先端５３ａ以外の部分が揺動可能、かつ、図１における上下方向にのみ移動可能に支持されてもよい。また、先端５３ａは、上下方向以外の一の方向に移動可能に支持されてもよく、支持位置変更機構８は、左右方向に限らず、一の方向と交差する方向へ先端５３ａを移動させてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態では、レバー状の支持位置変更機構８を図示せぬ制御装置によって制御し、圧縮比変更部材５３の先端５３ａを、左右方向における所定の位置として、その位置において上下方向に移動可能とさせていたが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、支持位置変更機構として、クランクシャフト６（図２参照）から回転のトルクが伝達される２つのギヤ６５、６５により駆動されるカム部６６を設けて、カム部６６の固定部６６１に、圧縮比変更部材５３の先端５３ａではなく途中の部分を、固定部６６１に対して圧縮比変更部材５３が揺動可能に支持するようにして連結してもよい。これにより、左右バンクで圧縮比が不均等に成ることを抑えることが可能となる。
図５は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構の支持位置変更機構についての説明図であり、（ａ）は、マスターコンロッド５が最下位置にある状態を示す説明図であり、（ｂ）は、マスターコンロッド５が最下位置から時計回り方向へ９０°回動した状態を示す説明図であり、（ｃ）は、マスターコンロッド５が最上位置にある状態を示す説明図であり、（ｄ）は、マスターコンロッド５が最上位置から時計回り方向へ６０°回動した状態を示す説明図である。
【００３９】
また、上記実施の形態では、４つのシリンダ２が同一のマスターコンロッド５に接続された星型の構造を有していたが、図６及び図７に示すように、４つのシリンダ２を２組に分け、２つのマスターコンロッド５Ａ及び５Ｂに、それぞれ２つのピストン３を接続したＶ型の可変圧縮比機構１Ａを採用してもよい。
【００４０】
この場合、マスターコンロッド５Ａ（５Ｂ）は、略Ｖ字形状を有しており、Ｖ字の基部に挿通孔５１ａ（５１ｂ）が、Ｖ字の両先端部にコンロッド４が揺動可能に接続される一対の係合孔５２ａ（５２ｂ）が形成されることとなる。また、Ｖ型の中央部付近から圧縮比変更部材５３が延びている。平面視で、Ｖ型の２つのシリンダと圧縮比変更部材５３とは、３つ叉に分かれたような形状を有している。
図６は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ａを示す概略平面図である。図７は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ａを示す概略側面図である。
【００４１】
また、上記実施の形態に係る可変圧縮比機構１は、キャビンが大きい乗用車１００（図８（ａ）参照）に搭載可能であるが、星型であるため、キャビンの小さいトラック２００（図８（ｂ））に搭載することにより適している。しかし、前述の可変圧縮比機構１Ａ（図６、図７）のように複数のシリンダ２及びピストン３を複数の組に分けることで、乗用車に搭載してもキャビンへの浸食は少なくなる。
図８は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１の車両への搭載例を示す説明図であり、（ａ）は乗用車１００に搭載した状態を示す図であり、（ｂ）はトラック２００に搭載した状態を示す図である。
【００４２】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、圧縮比変更部材５３の替わりに第１の圧縮比変更部材５３Ａ及び第２の圧縮比変更部材５３Ｂを備えていてもよい。具体的には、第１の圧縮比変更部材５３Ａの下端は、前述の実施形態で圧縮比変更部材５３が接続されていたマスターコンロッド５の位置と同様の位置に、マスターコンロッド５Ｃに対して回動可能に接続されている。また、第２の圧縮比変更部材５３Ｂは、支持位置変更機構８と同様の構成を有しており、第２の圧縮比変更部材５３Ｂの伸縮可能な部分の先端部が、コンロッド４が揺動可能に接続される４つの係合孔５２のうちの、図９における右上の係合孔５２の近傍に、マスターコンロッド５Ｃに対して回動可能に接続されている。第１の圧縮比変更部材５３Ａの上端は、第２の圧縮比変更部材５３Ｂの上端に対して回動可能に接続されている。この接続部分は、上下方向へ移動可能に支持されている。
【００４３】
この構成により、シリンダ２ごとの圧縮比をより均一にすることが可能となる。図９は、本発明の変形例に係る可変圧縮比機構１Ｂを示す概略正面図であり、（ａ）は、マスターコンロッド５Ｃが時計回り方向へ搖動した状態を示す図であり、（ｂ）は、マスターコンロッド５Ｃが反時計回り方向へ搖動した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…可変圧縮比機構
１Ａ…  可変圧縮比機構
１Ｂ…  可変圧縮比機構
２…シリンダ
３…ピストン
４…コンロッド
５…マスターコンロッド
５Ａ…マスターコンロッド
６…クランクシャフト
８…支持位置変更機構
５１…挿通孔
５２…係合孔
５３…圧縮比変更部材
５３ａ…先端
【図１】
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【図２】
2018173073.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2018173073.tif 000008
【図３Ｅ】
2018173073.tif 000009
【図３Ｆ】
2018173073.tif 000010
【図３Ｇ】
2018173073.tif 000011
【図３Ｈ】
2018173073.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018173073.tif 000015
【図７】
2018173073.tif 000016
【図８】
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【図９】
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