(57)【要約】【課題】二分割し連結したコンロッドの連結軸の動きを規制するアームの揺動軸位置を変え、ストロークを連続可変する装置はあるが、可変時上死点位相変化小でピストン側圧を大幅低減でき、ピストン上、下死点及び圧縮比範囲も制限できる行程容積、圧縮比連続可変装置ではなかった。【解決手段】二分割コンロッドの片方をＬ形ヨークとし、コンロッド連結軸芯を、クランクピン、可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ辺に対し連結軸芯を通る垂線上位置から、最少、最大行程容積時のどちらかアーム揺動振分中心がシリンダ軸に対し直角に近い側のアーム上死点側最大揺動時に、アームの揺動、連結軸芯の延長線上に配置する範囲内に設け、アーム連結軸をアームにて円弧状に揺動させ、軌跡がクランクジャーナル軸芯より離れた側で近づき芯側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様にアーム揺動軸位置を二次元的に可変制御し、ハの字の中にジャーナル軸を配置する。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクジャーナル軸方向視にてシリンダ軸と可変制御アーム揺動軸の間にクランクジャーナル軸を配置すると共に、二分割しクランクジャーナル軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側をＬ形ヨークとし、可変制御アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯よりピストン方向に離れた側で近づき、ジャーナル軸芯側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、ハの字状の範囲内にクランクジャーナル軸芯を配置したものにおいて、Ｌ形ヨークのコンロッド連結軸芯を、クランクピン軸芯、可変制御アーム連結軸芯を結ぶ辺に対し連結軸芯を通る垂線上位置から、最小、最大行程容積側のどちらか可変制御アーム揺動振分中心がシリンダ軸に対し直角に近い側の上死点側最大揺動時において、可変制御アームの揺動軸芯と連結軸芯を結んだ線の延長線上に配置する範囲内に設けた行程容積連続可変装置。
【請求項２】
最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心をシリンダ軸に対し略直角に配置すると共に、最低圧縮比から最大圧縮比の範囲内にてクランクジャーナル軸芯を、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上に配置する請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項３】
最大行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心をシリンダ軸に対し略直角に配置すると共に、最低圧縮比から最大圧縮比の範囲内にてクランクジャーナル軸芯を、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上に配置する請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項４】
可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定を、静止リンクとなるクランクケースに対偶にて揺動自在とした二つの原動リンクに、対偶にて連結した二つの従動リンクを連結する対偶を、可変制御アーム揺動軸とした５節リンク機構にて行い、二つの原動リンクを別々に揺動させるモータ及び駆動力伝達機構を設け、伝達機構の一部に非可逆伝達機構を用いる請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項５】
ピストンの上、下死点位置を制限すると共に、ストローク毎に任意な圧縮比範囲に制限する請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項６】
可変制御アーム揺動軸を軸方向に延長し、従動リンクより突出させた軸部の二次元的移動範囲をリミッタプレートにて制限する請求項５に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項７】
リミッタプレートと可変制御アーム揺動軸の延長軸との接触を回転体を介して行う請求項５に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項８】
リミッタプレートを可変アームに最も近い気筒に設ける請求項５に記載した行程容積連続可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】本発明は、自動車、船舶、船外機等のエンジンにおいて、ピストン側圧を大幅低減し低メカロスにて行程容積、圧縮比を随時任意に連続無段階可変すると共に、可変時ピストン上死点位相変化小でピストン上、下死点位置及び圧縮比範囲を制限できる行程容積連続可変装置に関するものである。
【背景技術】
【００２】出力に対し、内燃機関の行程容積及び圧縮比は、熱効率、ポンピングロスを決定づける主な要因であり、負荷や回転数等に応じて行程容積、圧縮比を連続自在に選択できれば、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れる。
斜板（斜軸）にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜板（斜軸）の傾斜角及びクランク軸方向位置を変え、行程容積及び圧縮比を可変する特許文献ＵＳ特許４４３３５９６号、特開２００４−２４５０９２号等があるが、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する部分でのメカロスが大きく、しかも高回転化が困難な構造であり、クランク軸方向にシリンダ、シリンダヘッド等が順に配置され軸方向エンジン長が長くなる為に、車体左右方向にクランク軸、変速機を配置することが困難故に前後方向に配置することになるが、変速機部分の運転室への張り出しが多くなり運転席、助手席の邪魔となる欠点があり、従来の単クランク機構を採用したエンジンの加工設備を大幅に変更する必要もあって実用化に至っていないのが現状である。【００３】単クランク機構を応用すれば従来の加工設備を利用できると共に、エンジンレイアウトも似たものとなり従来の車体に搭載し易く実用化への障壁が小さくなる。
コンロッドを二分割し主にクランク側の動きをアームにて規制し、アームの揺動軸位置を可変したり、揺動軸をクランクの１／２回転にて円運動させることで、圧縮比可変やクランク一回転毎にストロークを可変する所謂アトキンソンサイクルを実現するもの等が数多く提案されている。
その中にシリンダ芯軸とクランクジャーナル軸を通る芯軸への垂線の内側の第二象限に、クランク側コンロッドの動きを規制するアームの揺動軸芯を設けたことを特徴とする特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号があり、揺動軸芯位置を一次元的又は二次元的可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比も行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変できるものが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４】特許文献特開２００３−１２９８１７号では、第二象限内にコントロールロッドの揺動軸芯及び揺動先端軸を設けており、先端軸の軌跡がピストンストロークを決定づけている。二分割コンロッド連結軸のシリンダ直角方向の振れはクランクピン回転直径並となるが、最大ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできるので、従来の単クランク機構よりはピストン側圧を低減できるが大幅に低減できるものでは無く、クランク側コンロッド（中間アーム）がシリンダ直角方向に長く延長されており、往復運動部重量の増加を招き振動増加、強度低下の原因になると共に、先端軸の軌跡がクランクジャーナル軸芯より離れた側（上死点側）で広がり軸芯に近い側（下死点側）で狭くなっており、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化し、バルブタイミングを合わせる為のＶＶＴが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなＶＶＴが必要となるもので、ストロークに対する圧縮比も固定化されるものである。特開２００３−２０１８７５号では、コントロールロッドの揺動軸芯位置を二次元的に可変することが提案されており、ストロークに対する圧縮比を任意に可変可能となり、先端軸の軌跡をクランクジャーナル軸芯より離れた側（上死点側）で近づけ軸芯に近い側（下死点側）で広げることが可能となり、ストローク変化による上死点位相変化を小さくできるがそれ以外の欠点は解消されていない。揺動軸芯位置を円弧状に可変する案も提案されており、先端軸の軌跡がシリンダ軸に平行に近くなる一部条件下（特開例では最大ストローク側の上死点付近のみ）では、二分割コンロッド連結軸のシリンダ軸直角方向変位が小さく抑えられピストン側圧を大幅低減できるが、ストロークに対する圧縮比は固定化されてしまうものであり、揺動軸芯位置を可変する移動アームの揺動範囲を避けて下死点時ピストン下端（シリンダスカート下端）を配置する必要があり、クランク軸方向でオーバーラップする場合はクランクジャーナル軸芯からの上死点ピストン頂面高さが高くなり、コンロッドや中間アームが長くなることで振動、強度面で問題となり、オーバーラップしないようにするとクランク軸方向寸法が長くなってしまう欠点があり、両特開案は、行程容積可変全域にわたって上死点位相変化小でピストン側圧を大幅低減できると共に、行程容積、圧縮比を随時任意に連続無段階可変できるものではなかった。【００５】本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対する対角を適切な範囲に設定した対頂点に、可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯よりピストン方向に離れた側（上死点側）で近づき、クランクジャーナル軸芯側（下死点側）で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、ハの字状の範囲内にクランクジャーナル軸を配置したものにおいて、Ｌ形ヨークの可変制御アーム連結軸を頂点とする内角角度と連結軸の揺動軌跡を適切に組合せ設定することで、最少又は最大行程容積側のコンロッド連結軸芯軌跡のシリンダ軸直角方向変位幅を小さく抑えることを可能とし、エンジン使用特性に合わせて行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変し、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れると共に、ピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、行程容積可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のＶＶＴも不要で、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられると共に、行程容積、圧縮比制御モータの駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を設け、無電力にて行程容積、圧縮比の固定、保持を可能にし省電力化が図れる行程容積連続可変装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００６】前述の課題を解決する為の請求項１の発明は、クランクジャーナル軸方向視にてシリンダ軸と可変制御アーム揺動軸の間にクランクジャーナル軸を配置すると共に、二分割しクランクジャーナル軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側をＬ形ヨークとし、可変制御アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯よりピストン方向に離れた側で近づき、ジャーナル軸芯側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、ハの字状の範囲内にクランクジャーナル軸芯を配置したものにおいて、Ｌ形ヨークのコンロッド連結軸芯を、クランクピン軸芯、可変制御アーム連結軸芯を結ぶ辺に対し連結軸芯を通る垂線上位置から、最小、最大行程容積側のどちらか可変制御アーム揺動振分中心がシリンダ軸に対し直角に近い側の可変制御アーム上死点側最大揺動時において、可変制御アームの揺動軸芯と連結軸芯を結んだ線の延長線上に配置する範囲内に設けたことを特徴とする。【００７】特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号の様な従来の二分割コンロッド行程容積可変機構は、コントロールロッド先端部位置がコンロッド連結軸よりピストン側にあり、揺動軸位置もクランクジャーナル軸よりピストン上死点側に近く、ストローク時にシリンダスカート部との接触を防ぐ必要があり、クランクジャーナル軸に対する上死点時ピストン頂面位置が高くなると共に、ピストン側コンロッドが長くなってしまう欠点があり、クランク側コンロッドもシリンダ芯軸に対し直角方向に長く延長されるので、重量増加による振動増加及び強度低下と共にエンジンブロックの増大を招いていた。
又、ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできる機構ではあるが、コンロッド連結軸のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れ幅がクランクピン回転直径並となるので、従来の単クランク機構よりはピストンスラップによる側圧を低減できるが大幅に低減できるものでは無く、特開２００３−２０１８７５号のコントロールロッド揺動軸芯位置を二次元的に可変する案以外は、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化するので、バルブタイミングを合わせる為にＶＶＴが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなＶＶＴが必要となる。【００８】本発明は、クランクジャーナル軸方向視にてシリンダ軸と可変制御アーム揺動軸の間にクランクジャーナル軸を配置すると共に、二分割しクランクジャーナル軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側をＬ形ヨークとしたものにおいて、コンロッド連結軸芯が請求項１の要件を満たすことにより、コンロッド連結軸がアーム連結軸の円弧状軌跡上をアーム連結軸に対しコンロッド連結軸が揺動する形で軌跡を描いてストロークし、最小又は最大行程容積側のどちらかエンジン常用域側のアーム連結軸の円弧状軌跡をシリンダ芯軸に略平行に設定すると共に、クランクピン軸芯、可変制御アーム連結軸芯を結ぶ辺に対するコンロッド連結軸芯位置を適切な位置に選定することで、コンロッド連結軸芯軌跡のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れが極小さく抑えられピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロスとなる。
更に、クランクジャーナル軸芯よりピストン方向に離れた側（上死点側）で近づき、クランクジャーナル軸芯側（下死点側）で両側に広がる、ハの字状の最小、最大行程容積時の可変制御アーム連結軸円弧状ストローク軌跡の範囲内に、クランクジャーナル軸芯を配置することで、コンロッド連結軸芯軌跡のシリンダ芯軸直角方向変位幅を狭く抑えつつ、クランクジャーナル軸芯側のハの字状軌跡を広げることが可能となり行程容積比を大きくできる。
最小、最大行程容積時における上死点側でのアーム連結軸シリンダ芯軸直角方向位置は近づけてはいるが、ストローク量に合せた圧縮比に設定する為に、直角方向位置を多少ずらすことになる。しかし変位量は小さいのでストローク量による上死点時のクランク位相変化は少なく数度程度に収まり、タイミング合わせのＶＶＴは不要となる。
又、上死点付近ではクランクピン軸とシリンダスカート部の間にアーム連結軸が挟まれる形になるので、クランクジャーナル軸に対するシリンダヘッド合せ面の高さは単クランク機構よりその分高くなるが、単クランク機構のクランクピン回転半径がストロークの１／２であるのに対し、最大ストローク時の１／３〜１／４程度にできるのであまり高くならず、下死点側でもコンロッド連結軸位置がクランクピン回転半径までは下がらないので、コンロッド長を単クランク機構より短くでき強度、重量面で特許文献例より有利にできる。
又、可変制御アームの揺動軸芯位置を面状（二次元的）に可変可能とすることにより、全ストローク範囲で圧縮比を随時任意に連続無段階可変できるものであり、最少ストローク（最少行程容積）側の低負荷、低回転領域で高圧縮比とし燃焼効率の向上を図ったり、最大ストローク（最大行程容積）側の高負荷、低回転領域でノッキング防止の為に低圧縮比とすること等が瞬時に無段階可変できると共に、圧縮比可変幅も自在に大きくとれるので、一基のエンジンにて過給ガソリンエンジンの圧縮比からディーゼルエンジンやＨＣＣＩエンジンの圧縮比まで随時任意に連続無段階可変できることになる。【００９】又、請求項２の発明は請求項１の発明において、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心をシリンダ軸に対し略直角に配置すると共に、最低圧縮比から最大圧縮比の範囲内にてクランクジャーナル軸芯を、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上に配置することを特徴とする。【０１０】図１−８の左図の様に、クランクジャーナル軸芯Ｏ（以下Ｏ軸芯）を通りシリンダ芯軸Ｙ（以下Ｙ軸）に平行な軸Ｙ’（以下Ｙ’軸）上に、Ｙ軸に略直角に配置した最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯を配置し、可変制御アーム上死点側最大揺動時（Ｏ軸芯と可変制御アーム連結軸芯Ｂを結んだ線上にクランクピン軸芯Ｐがくる時）に可変制御アーム揺動軸芯ＡとＢを結んだ線の延長線上にコンロッド連結軸芯Ｃを配置したＬ形ヨークとすることで、Ｃのストローク軌跡が右図の実線（Ｙ軸左側が最小行程容積、右側が最大行程容積側）となり、最大行程容積側の可変制御アーム上死点側最大揺動時（Ｏ軸芯と可変制御アーム連結軸芯Ｂ’を結んだ線上にクランクピン軸芯Ｐ’がくる時）に可変制御アーム揺動軸芯Ａ’とＢ’を結んだ線の延長線上にコンロッド連結軸芯Ｃ’を配置したＬ形ヨークとすると右図の点線の軌跡となる。
コンロッド連結軸芯Ｃ”をＰとＢを結ぶ辺に対しＢを通る垂線上に配置した（辺Ｐ、Ｃ”の対頂点Ｂの内角を直角とした）Ｌ形ヨークとすると右図の一点鎖線の軌跡となり、請求範囲はコンロッド連結軸芯をＣ〜Ｃ”の範囲内としており軌跡は実線と一点鎖線及び
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二点鎖線の軌跡となる。右図の円は従来の単クランク機構時における実線と同行程容積相当クランクピン回転軌跡を示し、小円が最小、大円が最大行程容積時を示す。
尚、右図におけるＹ軸のＹ’軸からのＸ軸（Ｏ軸芯を通りＹ軸に直角な軸）方向位置は、本例では最小、最大行程容積時の上死点Ｘ軸方向位置の中間付近に設定しており、各ヨーク形状により異なり、単クランク機構時はＯ軸芯を通るＹ’軸上となる。【０１１】図１−１０は図１−８のコンロッド連結軸芯配置例別のピストンストロークカーブで、横軸がシリンダ側Ｙ’軸からの時計回りクランク位相を、縦軸がＯ軸芯からのピストン頂面位置を示し、細線が標準圧縮比、最小ストローク（行程容積）時を、太線が標準圧縮比、最大ストローク（行程容積）時の例を示しており、シリンダ側Ｙ’軸からの時計回りクランク回転角は、実線時は最小行程容積時上死点２１°、上、下死点間クランク回転角２０８°、最大行程容積時上死点２０°、上、下死点間クランク回転角２２０°で、一点鎖線時は最小行程容積時上死点２７°、上、下死点間クランク回転角２０７°、最大行程容積時上死点２３°、上、下死点間クランク回転角２１７°で、点線時は最小行程容積時上死点１３°、上、下死点間クランク回転角２１０°、最大行程容積時上死点１５°、上、下死点間クランク回転角２２６°で、請求範囲の実線、一点鎖線では最小、最大行程容積間での上死点位相差は１〜４°と殆ど無く、上死点位相を合せる為のＶＶＴは不要であるが、図１−１１の様に従来の単クランク機構の上、下死点間クランク回転角（吸気、膨張行程）１８０°より約３０〜４０°広く、その分下、上死点間（圧縮、排気行程）が狭く、吸気、膨張行程を長くとれるエンジンとなるが、その分振動面では不利となり直列四気筒エンジンでは一次をバランスさせることが困難となるので、ダンパ等にて振動を許容範囲に抑えられない場合は二次バランサを設ける等して振動を抑える工夫が必要となる。
尚、最大行程容積／最小行程容積＝行程容積比は実線１．５１、一点鎖線１．４８、点線１．６０となっている。【０１２】請求項２の発明は、最小行程容積側のコンロッド連結軸芯軌跡のＸ軸方向変位幅を小さく抑えることでピストン側圧の大幅低減を図るもので、Ｌ形ヨーク形状及びその可変制御アーム連結軸の軌跡が請求項２の要件を満たすことにより、最小行程容積側コンロッド連結軸芯軌跡を実線、一点鎖線及びそれらの中間的軌跡とすることで、Ｘ軸方向変位幅を極小さく抑えると共に、最大行程容積側も比較的小さく、最小、最大行程容積時のＸ軸方向最大振れ幅Ｗも単クランク機構最小行程容積時のクランクピン半径並に抑えられ、最小行程容積側を常用域とする自動車等のエンジンに適したものとするものである。
頂点Ｂの内角を直角としたＬ形ヨークは、最小行程容積側のコンロッド連結軸芯軌跡のＸ軸方向変位幅を極狭くできほぼ直線的なストロークとなるが、最大行程容積側ではＸ軸方向変位幅が広くなると共に、下死点側での辺ＢＣ”の傾斜が大きくなり、コンロッドと可変制御アーム連結軸部との接触を避ける為に、辺ＢＣ”のスパンを長くする必要がでてきてしまい、ピストンストロークは大きくできるがＬ形ヨークの重量増、強度低下を招く方向となる。一方、ＣをＡ、Ｂを結ぶ線の延長線上に配置したＬ形ヨークは、前述のヨークに較べ最小行程容積側でのＸ軸方向変位幅が少し増えるが、最大行程容積側でのＸ軸方向変位幅は狭く抑えられると共に、辺ＢＣのスパンを短くできより軽量化、強度増を図れる特徴があり、エンジンの設計方針に合わせて選択すれば良い。
尚、点線、二点鎖線になるに従いＸ軸方向変位幅は大きくなりピストン側圧低減効果が小さくなる。シリンダスカート部はコンロッド連結軸部のＸ軸方向変位にて接触しないようにする必要があり、コンロッド連結軸芯位置がＣ’の上死点側Ｘ軸方向変位幅程度であれば連結軸をシリンダ筒内に臨ませることができ、スカート下端部を可変制御アーム連結軸と接触しない位置まで近づけることができるので、Ｏ軸芯に対するピストン下死点（スカート下端）位置を、連結軸芯位置を請求項２の発明範囲にしたものと同等高さにできるが、下死点側の最小、最大行程容積時のＸ軸方向両端振れ幅が大き
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様に単クランク機構に近い変位幅になりピストン側圧大で、しかもコンロッド連結軸部をシリンダ筒内に臨ませることができなくなり、シリンダスカート部をコンロッド連結軸よりＯ軸芯に対し離して設定する必要があり、ヘッド高の高いエンジンになってしまうので、点線、二点鎖線の軌跡となるヨーク形状条件は請求範囲から除外した。【０１３】請求範囲とすることによりコンロッド連結軸芯軌跡のＸ軸方向変位幅を小さくできる理由を図１−１４にて説明する。左図が最少、右図が最大行程容積側を示し、可変制御アーム上死点側最大揺動時において、Ｏ、Ｂｕ（Ｂ’ｕ）を結ぶ線をＹ”とすると、線上にクランクピン軸芯Ｐｕ（Ｐ’ｕ）がくる時に上死点側最大揺動時となり、Ａ（Ａ’）、Ｂｕ（Ｂ’ｕ）を結ぶ線の延長上にＣｕ（Ｃ’ｕ）を配置したＬ形ヨークとすると、辺Ａ、Ｐｕ（Ａ’、Ｐ’ｕ）をＡ（Ａ’）点回りに回転させＰｕ（Ｐ’ｕ）が再びクランクピン軸芯回転軌跡と交差する点を
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ン軸芯が辺Ａ、Ｐｕ（Ａ’、Ｐ’ｕ）を半径とする円弧上を移動するのであれば、コンロッド
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クランクピン軸芯は半径ｒの円上を回転するので、クランクピン軸芯は可変制御アーム連結軸芯を軸に辺Ａ、Ｐｕ（Ａ’、Ｐ’ｕ）を半径とする円弧上を左右に揺動し、コンロッド連結軸芯の軌跡は辺Ａ、Ｃｕ（Ａ’、Ｃ’ｕ）を半径とする円弧よりＡ（Ａ’）寄りの軌跡を描くことになる。
図１−１４は上、下死点側最大揺動間を４等分した図で、例えば可変制御アーム連結軸芯Ｂ１（Ｂ’１）にある時のクランクピン軸芯はＰ１Ｒ（Ｐ’１Ｒ）又はＰ１Ｌ（Ｐ’１Ｌ）となる。
辺Ａ、Ｐｕ（Ａ’、Ｐ’ｕ）を半径とする円弧上のＰ１ｃ（Ｐ’１ｃ）にあれば、辺Ａ、Ｃｕ（Ａ’、Ｃ’ｕ）を半径とする円弧上にコンロッド連結軸芯がくるが、辺Ｂ１、Ｐ１ｃ（Ｂ’１、Ｐ’１ｃ）に対する傾斜分だけコンロッド連結軸芯はＡ（Ａ’）に近づき、最少行程容積側ではＬ側の傾きが小さく円弧に近い軌跡となり、Ｒ側の傾きが大きくＡに近づき円弧から離れた軌跡となる。対して最大行程容積側ではＲ、Ｌの傾斜の差が少なく、クランクピン軸芯Ｐ’１Ｒ、Ｐ’１Ｌ時における、Ａ’、Ｂ’１を結ぶ線の延長線に対するコンロッド連結軸芯とＢ’１を結ぶ線の傾きのＲ、Ｌ差が小さい為に、Ａ’、Ｃ’ｕを半径とする円弧より直線的でＡ’中心方向変位差の小さな軌跡となる。【０１４】もう一方の請求範囲である頂点Ｂｕ（Ｂ’ｕ）の内角を直角とするＬ形ヨークとした場合において、最少行程容積側のＢｕの円弧状軌跡の振分中心線をＹ’に略直角、中心点を略Ｙ’軸上に配置することで、コンロッド連結軸芯と可変制御アーム連結軸芯を結ぶ辺が
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（Ｐ１Ｌ〜Ｐ３Ｌ）のＹ’軸に対する傾斜がほぼ同じとなり、Ｐ１Ｒ〜Ｐ３Ｒ（Ｐ１Ｌ〜Ｐ３Ｌ）では傾斜分だけコンロッド連結軸芯がＡに近づくが、可変制御アーム連結軸芯が振分中心に近づき傾斜が大きくなるにつれ、可変制御アーム連結軸芯の円弧状軌跡がＡより遠ざかり、コンロッド連結軸芯がＡに近づく分を吸収し直線に近いＸ軸方向変位差の極小さな軌跡となる。
但し、最大行程容積側では、Ｙ’軸に対し可変制御アーム連結軸芯の円弧状軌跡が下死点側になるに従い離れており、辺（Ｂ’１〜Ｂ’３）、（Ｐ’１Ｒ〜Ｐ’３Ｒ）と辺（Ｂ’１〜Ｂ’３）、（Ｐ’１Ｌ〜Ｐ’３Ｌ）のＹ’軸に対する傾斜が、Ｒ、Ｌ同じ側では似た傾斜となるがＲ、Ｌでの差が大きく、Ｘ軸方向変位差が大きくなってしまう。【０１５】又、請求項３の発明は請求項１の発明において、最大行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心をシリンダ軸に対し略直角に配置すると共に、最低圧縮比から最大圧縮比の範囲内にてクランクジャーナル軸芯を、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上に配置することを特徴とする。【０１６】  図１−９の左図の様に、Ｙ軸に対し最大行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心を略直角に配置し、最小行程容積側の可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上付近（本図は過給エンジン採用例での無過給（標準）圧縮比時を示しており、常用域の過給（低圧縮比）時にＯ軸芯を接線上とする為に高圧縮比側に少しずれている）にＯ軸芯を配置し、最大行程容積側の可変制御アーム上死点側最大揺動時（Ｏ軸芯とＢ’を結んだ線上にクランクピン軸芯Ｐ’がくる時）に、Ａ’とＢ’を結んだ線の延長線上にＣ’を配置したＬ形ヨークとすることで、Ｃ’の軌跡が右図の実線（Ｙ軸左側が最少行程容積、右側が最大行程容積側）となり、最小行程容積側の可変制御アーム上死点側最大揺動時（Ｏ軸芯とＢを結んだ線上にクランクピン軸芯Ｐがくる時）に、ＡとＢを結んだ線の延長線上にＣを配置したＬ形ヨークとすることで、右図の点線の軌跡となる。コンロッド連結軸芯Ｃ”をクランクピン軸芯Ｐ’とＢ’を結ぶ辺に対しＢ’を通る垂線上に配置した（辺Ｐ’、Ｃ”の対頂点Ｂ’の内角を直角とした）Ｌ形ヨークとすると右図の一点鎖線の軌跡となり、請求範囲はコンロッド連結軸芯をＣ’〜Ｃ”の範囲内としており軌跡は実線と一点鎖線及び点線を含むそれらの中間的軌跡となる。右図の円は従来の単クランク機構時における実線と同行程容積相当クランクピン回転軌跡を示し、小円が最小、大円が最大行程容積時を示す。
尚、右図におけるＹ軸のＹ’軸からのＸ軸方向位置は、最小、最大同行程容積時の上死点Ｘ軸方向位置の中間付近に設定しており各Ｌ形ヨーク形状により異なり、単クランク機構時はＯ軸芯を通るＹ’軸上となる。【０１７】図１−１２は図１−９のコンロッド連結軸芯配置例別のピストンストロークカーブで、シリンダ側Ｙ’軸からの時計回りクランク回転角は、実線時は最小行程容積時上死点３７°、上、下死点間クランク回転角２０９°、最大行程容積時上死点３５°、上、下死点間クランク回転角２２４°で、点線時は最小行程容積時上死点４４°、上、下死点間クランク回転角２０７°、最大行程容積時上死点３９°、上、下死点間クランク回転角２１８°で、一点鎖線時は最小行程容積時上死点４８°、上、下死点間クランク回転角２０５°、最大行程容積時上死点４０°、上、下死点間クランク回転角２１５°で、請求範囲の内の一点鎖線では最小、最大行程容積間での上死点位相差が８°と少し広いがＶＶＴを必要とする程ではなく、図１−１３の様に従来の単クランク機構の上、下死点間クランク回転角（吸気、膨張行程）１８０°より約２５〜４５°広く、請求項２と同様な特徴を有する。
尚、行程容積比は実線１．６０、点線１．５３、一点鎖線１．４８となっている。
図１−１０、図１−１２のピストンストロークカーブに共通した特徴として、Ｌ形ヨークの可変制御アーム連結軸を頂点とする内角が直角より大きくなるに従って、上死点位相がＹ’軸に近づくと共に上、下死点間クランク角が広くなり、ピストンストロークは短くなるが行程容積比（ストローク比）は大きくなる傾向があるので、エンジン設計方針に合わせてＬ形ヨーク形状を選定すれば良い。【０１８】請求項３の発明は、最大行程容積側のコンロッド連結軸芯のＸ軸方向変位幅を小さく抑えることでピストン側圧の大幅低減を図るもので、Ｌ形ヨークが請求項３の要件を満たすことにより、最大行程容積側コンロッド連結軸芯軌跡を、実線、一点鎖線及び点線を含むそれらの中間的軌跡とすることで、Ｘ軸方向変位幅を極小さく抑えると共に、最小行程容積側も比較的小さく、最小、最大行程容積時のＸ軸方向最大両端振れ幅も単クランク機構最小行程容積時のクランクピン半径並に抑えられ、最大行程容積側を常用域とする船舶、船外機等のエンジンに適したものとするものである。
実線は最大行程容積側の上昇、下降ストロークのＸ軸方向差が極小さく略直線的なストロークとなっているが最小行程容積側のＸ軸方向変位幅が少し大きい、一点鎖線は最大行程容積側の下死点付近でのＸ軸方向変位幅が少し大きくなっているが、最小、最大行程容積時のＸ軸方向最大両端振れ幅は実線と略同じ範囲に収まっており、コンロッド連結軸芯がそれらの範囲内にある点線は両方の中間的な軌跡となっている。
最大行程容積側の可変制御アーム上死点側最大揺動時に、Ａ’とＢ’を結んだ線の延長線上にＣ’を配置した実線の最大行程容積側Ｃ’軌跡は、ほぼＹ軸に平行な直線に近い軌跡となっており、その理由を図１−１５右図にて説明する。
左図が最少、右図が最大行程容積側を示し、可変制御アーム上死点側最大揺動時において、Ｏ、Ｂｕ（Ｂ’ｕ）を結ぶ線をＹ”とし、Ｙ”軸を基準とすれば図１−１４と同様なことが言え似たコンロッド連結軸芯軌跡となっている。最少行程容積側は可変制御アーム揺動振分中心における可変制御アーム連結軸芯軌跡の接線上からＯ軸芯が少しずれているので、Ｘ軸方向変位幅が少し広くなっているが図１−１４左図と似たコンロッド連結軸芯軌跡であり、最大行程容積側は可変制御アーム連結軸芯軌跡がＹ”軸に対しほぼ同じなので図１−１４右図と同様なコンロッド連結軸芯軌跡となっており、理由はＹ”軸を基準とすれば図１−１４と同様なので詳細説明は省略する。【０１９】単に圧縮比を可変しピストン側圧を低減できる装置とするのであれば、二分割し連結したコンロッドのクランク側の、コンロッド連結軸芯とクランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が直角となる対頂点を、シリンダ芯軸に平行且つ直線的にストロークさせ、対頂点のストロークをシリンダ芯軸に対し平行移動させて圧縮比を可変する方式とすれば、コンロッド連結軸芯は、ほぼシリンダ芯軸上を平行且つ直線的にシリンダ芯軸直角方向変位幅の小さな軌跡を描くが、対頂点を軸としクランクの回転によりクランクピン軸芯及びコンロッド連結軸芯が揺動するので、上、下死点間はシリンダ芯軸直角方向にコンロッド連結軸芯がシリンダ芯軸に対し離れる方向に変位した軌跡となる。
又、対頂点を直線的にストロークさせる為にスライド機構を用いると、モーメントが掛り楔効果により動きにくくなりメカロス大となり、実用化困難なものとなる。
対頂点を揺動アームにて揺動自在に軸支し、円弧状にシリンダ芯軸方向に凸状にストロークさせることで、対頂点及び揺動軸部の摺動量を減らしメカロス低減できると共に、上、下死点間にて対頂点を軸としクランクピン軸芯及びコンロッド連結軸芯の揺動によるコンロッド連結軸芯のシリンダ芯軸方向変位を、前述のように吸収しより直線的な軌跡にできる。又、上死点側のクランクピン位相変化が小さく行程容積も可変できる装置とする為には、最少、最大行程容積時の対頂点円弧状ストロークをクランク回転軸からピストン方向に離れた側で近づけ、クランク回転軸側で広げたハの字状にする必要があり、全ての行程容積時におけるコンロッド連結軸芯軌跡を、シリンダ芯軸付近で平行且つ直線的で直角方向変位幅の小さな軌跡とすることができなくなる。
又、クランクジャーナル軸芯を、対頂点の最小行程容積側ハの字状軌跡外側に配置すると、コンロッド連結軸芯軌跡のＸ軸方向変位幅は狭くでき、クランクピン半径に対する最大ストロークも増大できるが、コンロッドと可変制御アーム連結軸部との接触を防ぐ為に、Ｌ形ヨークのコンロッド連結軸、可変制御アーム連結軸間スパン及びコンロッド長を長くする必要があると共に、可変制御アームとＬ形ヨーククランクピンボス部との接触を防ぐ為に、可変制御アームを長くすると共にアーム部を曲げた形状にする必要があり、重量増加、強度低下を招き高回転化困難となり自動車等での実用化が困難となる。
対頂点の最大行程容積側ハの字状軌跡外側に配置すると、最小行程容積側のコンロッド連結軸芯軌跡のＸ軸方向変位幅が増大すると共に、クランクピン半径に対する最大ストロークが小さくなり行程容積比も小さくなってしまう。
クランクジャーナル軸芯をハの字状の範囲内に配置することにより、ジャーナル軸芯付近のハの字の幅を広げることが可能となり、行程容積比を大きくできると共にＸ軸方向変位幅も狭くできる。故に、クランク側コンロッド及びその軌跡を請求項１〜３の要件を満たすものにすることで、エンジンの使用特性に合わせて常用域でのピストン側圧を小さくでき、メカロス及び騒音低減が図れるものにできる。【０２０】又、請求項４の発明は請求項１の発明において、可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定を、静止リンクとなるクランクケースに対偶にて揺動自在とした二つの原動リンクに、対偶にて連結した二つの従動リンクを連結する対偶を、可変制御アーム揺動軸とした５節リンク機構にて行い、二つの原動リンクを別々に揺動させるモータ及び駆動力伝達機構を設け、伝達機構の一部に非可逆伝達機構を用いることを特徴とする。
本発明により、可変制御アーム揺動軸を二つの従動リンクにてクランク軸方向視Ｖ字状に軸支し、Ｖ字先端部を対偶にて連結した二つの原動リンクを、静止リンクとなるクランクケースにクランク軸に平行に配置した対偶となるシャフトに固定し、二本のシャフトを別々のモータ及び駆動力伝達機構にて別々に自在に揺動を制御することで、原動リンクの相対位相を変えつつ揺動させ二つの従動リンクのＶ字角を自在に可変しつつ、二つの従動リンクの対偶である可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に広範囲に可変可能とし、行程容積、圧縮比可変範囲を広範囲に可変可能にするもので、駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を設けることにより、無電力にて可変制御アーム揺動軸位置固定、保持を可能とし、行程容積、圧縮比の固定、保持時の省電力化を図るものである。【０２１】又、請求項５の発明は請求項１の発明において、ピストンの上、下死点位置を制限すると共に、ストローク毎に任意な圧縮比範囲に制限することを特徴とする。
本発明により、行程容積、圧縮比制御モータが制御不能に陥り暴走したとしても、ピストンの上、下死点側ストローク範囲を制限することで、ピストンとシリンダヘッド、バルブ類及びクランク類との衝突を防止でき破損を免れることができると共に、各行程容積毎に圧縮比を決められた範囲内に制限できることにより、必要最低限のコンピュータ能力にて燃料供給制御を可能にし、不正燃焼を防ぎエンジン停止、焼付き等を防止できる。【０２２】又、請求項６の発明は請求項５の発明において、可変制御アーム揺動軸を軸方向に延長し、従動リンクより突出させた軸部の二次元的移動範囲をリミッタプレートにて制限することを特徴とする。
可変制御アーム揺動軸を二次元的に位置制御することで、行程容積、圧縮比を可変するものであるので、その部分の移動範囲を制限するのが理想的で正確な制限が可能となる。原動リンクと従動リンクを連結する二つの対偶の移動範囲及び相対スパンを制限したり、駆動力伝達機構の非可逆伝達機構部等の移動範囲を制限することで、行程容積、圧縮比可変範囲を制限することもある程度可能ではあるが、行程容積毎に圧縮比を任意の範囲で正確に制限する為には、揺動軸の移動範囲を制限するしかなく、揺動軸を延長した部分をリミットプレートにて制限するのが、追加部品を最小限に抑えるコスト面で有利な方法である。【０２３】又、請求項７の発明は請求項５の発明において、リミッタプレートと可変制御アーム揺動軸の延長軸との接触を回転体を介して行うことを特徴とする。
無電力にて可変制御アーム揺動軸位置を固定保持する為に、駆動力伝達機構部に非可逆伝達機構を用いており、万一、行程容積、圧縮比制御モータか制御不能に陥り暴走し、可変制御アーム揺動軸の延長軸部とリミッタプレートが接触すると、揺動軸部アライメントが変形した状態でロックし抵抗大となり抜け出すのに大電力が必要となる。
リミッタプレートと揺動軸の接触を、本図例のようにベアリング等の回転体を介し接触部の接線方向に揺動軸を移動させ脱出させれば、接触部の摩擦抵抗を小さくでき小電力でのロック状態解除が可能となる。【０２４】又、請求項８の発明は請求項５の発明において、リミッタプレートを可変アームに最も近い気筒に設けることを特徴とする。
可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定をする５節リンク機構の、二つの原動リンクの対偶であるシャフトを回転させ原動リンクを揺動する可変アームと、揺動軸の位置移動を制限するリミッタプレート部が軸方向で離れるほどに、強度、剛性面で弱くなると共にアライメントの誤差、バラツキも大きくなり、目標行程容積、圧縮比制限範囲からの逸脱量がバラツクと共に増加するが、軸方向で近づけることで逸脱量を少なくできると共に強度、剛性面で有利となる。同様な考え方で本図例の様に、可変アームを中央気筒間に配置すれば、可変アームと両端気筒間の軸間距離を出来る限り短くでき、曲げ、捩り強度、剛性を高めつつ、アライメントの誤差、バラツキも小さく抑えられ精度の高い行程容積、圧縮比制御が図れる。
【発明の効果】
【０２５】本発明により、二分割したコンロッドのクランク側をアームにて動きを規制し、アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比もストロークに合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、エンジンの使用特性に応じて常用域に合わせてピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、ストローク可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のＶＶＴも不必要で、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられると共に、ピストンストロークの上、下死点及びストローク毎の圧縮比範囲を制限し、ピストン破損、不正燃焼、エンジン停止、焼付き等を防止する行程容積連続可変装置を提供できる。
しかも、行程容積、圧縮比の可変機構の一部に非可逆伝達機構を設けており無電力で行程容積、圧縮比を一定保持できるので電力消費を抑え燃料消費を低減できる。
【発明を実施するための形態】
【０２６】以下図面にて、本発明による行程容積連続可変装置の実施形態を詳細説明する。本発明による行程容積連続可変装置は自動車、船舶、船外機等に搭載される各種ガソリン、ディーゼル、ＨＣＣＩエンジン等の動力装置に適用可能である。
【０２７】二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対する対角を適切な範囲に設定した対頂点に、可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯よりピストン方向に離れた側（上死点側）で近づき、ジャーナル軸芯側（下死点側）で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、ハの字状の範囲内にクランクジャーナル軸を配置したものにおいて、Ｌ形ヨークの可変制御アーム連結軸を頂点とする内角角度と連結軸の揺動軌跡を適切に組合せ設定し、エンジン使用特性に合わせて行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変するもので、クランク機構１０、行程容積、圧縮比可変機構２０、行程容積、圧縮比制御機構３０を含む。
【０２８】クランク機構１０は、四気筒１８０°位相クランクのクランクシャフト１５が、アッパ、ロアクランクケース２、３に半割のジャーナルメタル軸受１５−１によりジャーナル軸１５ｂにて回転自在に軸支され、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とカウンタウエイト部１５ｗ及び変速機係合ボス部１５ｃの側面間に、半割シム１５−２を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制されており、反対側のクランクシャフト段付軸に、カムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット１５ｄ、オイルポンプドライブスプロケット１５ｅが設けられており、図１−１、２に於いてシリンダ方向（時計回り）に回転する。クランクピン軸１５ａには二分割しクランク軸に直角な方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側（Ｌ形ヨーク）の、コンロッド連結軸１２−１の軸芯を、クランクピン軸芯、可変制御アーム連結軸１３−４の軸芯を結ぶ辺に対し連結軸芯を通る垂線上位置から、最小、最大行程容積側のどちらかの可変制御アーム揺動振分中心が、Ｙ軸に対し直角に近い側の可変制御アーム上死点側最大揺動時において、可変制御アーム揺動軸芯と連結軸芯を結んだ線の延長線上に配置する範囲内とし、軸芯三ヵ所をＬ形に配置したＬ形ヨーク１３とし、半割のヨークメタル軸受１３−２、ヨークキャップ１３−１をボルト１３−３にてヨークに締結することでクランクピン穴を形成し、ヨークを回転自在に軸支している。尚、ヨークとヨークキャップの合せ面は、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸芯を結ぶ線に直角な面よりコンロッド連結軸側に傾け、クランク回転時にヨークキャップ固定ボルトの締付ボス部と可変制御アーム１４との接触を避けると共に、コンロッド連結軸とクランクピン穴間をボルト締結にて剛性、強度を確保し、合せ面をクランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な方向にするよりヨークを軽くし振動軽減している。
又、可変制御アームのアーム部も連結軸と揺動軸の穴芯を結ぶ線に対しヨークのクランクピンボス部を逃げる側にずらすことで、ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを短くし軽量化を図ると共に、可変制御アームのアーム長も短くしエンジンブロックもその分コンパクトにしている。（図１−１〜３、５参照）
【０２９】Ｙ軸をクランクケース合せ面（Ｘ軸）に対し直角に、Ｏ軸芯に対しクランク回転方向にオフセットして配置したシリンダ１に、ピストン１１がストローク自在に挿入され、ピストンピン１１−１及びコンロッド連結軸にてクランク軸に直角な方向に揺動自在にヨークに軸支したピストン側のコンロッド１２と、クランクピン軸に回転自在に軸支したヨークの可変制御アーム連結軸の動きを規制する可変制御アームを、可変制御アーム揺動軸１６にて軸支し揺動させることで、可変制御アーム連結軸を主にＹ軸方向に円弧状に揺動させＸ軸方向を規制しピストン往復運動をクランク回転運動に変換するもので、可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に可変制御することで、アーム連結軸軌跡がＯ軸芯よりピストン方向に離れた側（上死点側）で近づき、Ｏ軸芯側（下死点側）で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様にすると共に、ハの字状の範囲内にＯ軸芯を配置し、Ｌ形ヨークの可変制御アーム連結軸を頂点とする内角角度と連結軸の揺動軌跡を適切に組合せ設定することで、エンジン使用特性に合わせて最少又は最大行程容積側のコンロッド連結軸芯軌跡のシリンダ軸直角方向変位幅を極小さく抑えることを可能とし、ピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロス化が図れる。
【０３０】更には、コンロッド連結軸の軌跡に対するＹ軸のＸ軸方向位置を、エンジンの常用域の頻度の高さにより、使用頻度の高い側の上死点付近、次に本図例の様に最少、最大行程容積時上死点Ｘ軸方向位置の中間、その次に最少、最大行程容積時に於けるコンロッド連結軸芯揺動軌跡のＸ軸方向最大振れ幅の略中央に配置することで、ピストン側圧を小さく抑える運転時間帯を広げることができる。（図１−１〜３、８、９参照）又、アーム連結軸の上死点時Ｘ軸方向位置は、行程容積に合せた圧縮比に設定する為に多少ずらすことになるが変位量は小さいので、行程容積による上死点時のクランク位相変化は少なく図１−１０、１２細線と太線の差の様に数度程度に収まるので、タイミング合わせのＶＶＴは不要となる。
本実施例では、コンロッドとコンロッド連結軸及び可変制御アームと可変制御アーム連結軸とを圧入固定し、Ｌ形ヨークの両側軸受穴にて各軸を回転自在に軸支し、各連結軸の幅をできる限り狭くし、クランクシャフトのカウンタウエイト部の幅を広くとると共に、ストロークに対するクランクピン半径が小さくなるのでクランクピン軸とジャーナル軸の断面重なりを大きくできることでクランクシャフトの剛性、強度の向上を図っており、Ｌ形ヨークの両側軸受穴にはクランクピン穴部より連通するオイル穴にて供給されるオイルにて揺動軸受部が潤滑される構造としている。
（図１−１〜３、５参照）
【０３１】行程容積、圧縮比可変機構２０は、Ｌ形ヨークの動きを規制する可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定を５節リンク機構にて行うもので、アッパ、ロアクランクケース合せ面（Ｘ軸）上にロア原動リンク２１Ｌの対偶であるロア可変シャフト２３Ｌの軸芯を配置すると共に軸をクランクジャーナル軸に平行に配置、ロア原動リンクはロア可変シャフトにキー２１−２にて位相を決めボルト２１Ｌ−３にて固定、クランクケースのシャフト穴ボス部端面にて軸方向を規制され、ロア可変シャフトと共に揺動自在としている。一方アッパ原動リンク２１Ｕはクランクジャーナル軸に平行にあけられたアッパクランクケースのシャフト穴に回転自在に挿入された対偶であるアッパ可変シャフト２３Ｕにキー２１−２にて位相を決めキャップ２１Ｕ−１とでアッパ可変シャフトを挟みボルト２１Ｕ−３にて固定されアッパ可変シャフトと共に揺動自在としている。尚、ロア原動リンクはロア可変シャフトをクランクケースにセットする前に仮組可能ゆえシャフト穴部の片側を半割としセット後に半割部をボルトにて締付固定する方法とし、アッパ原動リンクはクランクケースにアッパ可変シャフトを挿入後でないと組付けできないので、シャフト穴部でアーム部とキャップに半割分割しシャフト挿入後の組立固定を可能にしている。
【０３２】ロア従動リンク２２Ｌは、ロア原動リンクの先端穴に回転自在に挿入され両端に段付軸を有するロアリンクピン２４Ｌと、可変制御アーム及びアッパ従動リンク２２Ｕを揺動自在に軸支し両端に段付軸を有する可変制御アーム揺動軸の両側段付軸に圧入されており、ロア原動リンクに対しロアリンクピン及びロア従動リンクを、ロア従動リンク及び可変制御アーム揺動軸に対しアッパ従動リンク及び可変制御アームを軸方向規制、揺動自在に軸支している。又、ロア可変シャフト、ロア原動リンク、ロアリンクピン、可変制御アーム揺動軸及び少なくともロア従動リンクの片側にオイル通路を設け、オイルギャラリよりロア可変シャフト中心オイル通路へ供給されるオイルにて圧入部以外の軸受部を潤滑している。
アッパ従動リンクは、アッパ原動リンクの先端穴に回転自在に挿入され両端に段付軸を有するアッパリンクピン２４Ｕの両側段付軸に圧入され、アッパ原動リンクを挟み込むことでアッパ原動リンクに対し軸方向規制、揺動自在に軸支されており、もう一方の穴は可変制御アーム揺動軸にロア従動リンク及び可変制御アームの間に揺動自在に挿入されている。
可変制御アーム揺動軸をアッパ、ロア従動リンクにてクランク軸方向視Ｖ字状に軸支し、Ｖ字先端部をアッパ、ロアリンクピンの対偶にて連結したアッパ、ロア原動リンクを、静止リンクとなるクランクケースにクランク軸に平行に配置した対偶となるアッパ、ロア可変シャフトに固定し、二本のシャフトを別々のモータ及び駆動力伝達機構にて別々に自在に揺動を制御することで、アッパ、ロア原動リンクの相対位相を変えつつ揺動させアッパ、ロア従動リンクのＶ字角を自在に可変しつつ、アッパ、ロア従動リンクの対偶である可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に広範囲に可変し、行程容積、圧縮比可変範囲を広範囲に可変可能としている。（図１−１〜４参照）
【０３３】行程容積、圧縮比制御機構３０は、可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定、保持を行う５節リンク機構の、ロア原動リンクの対偶であるロア可変シャフトを揺動させるロア可変アーム３７Ｌを、ロア可変シャフト軸方向で２、３番気筒間の中間に、キー３７−２にて位相を決めボルト３７Ｌ−３にて固定、クランクケースのシャフト穴ボス部端面にて軸方向を規制され、ロア可変シャフトと共に揺動自在としている。一方アッパ可変アーム３７Ｕはアッパ可変シャフト軸方向で２、３番気筒間の中間に、キー３７−２にて位相を決めキャップ３７Ｕ−１とでアッパ可変シャフトを挟みボルト３７Ｕ−３にて固定、クランクケースのシャフト穴ボス部端面にて軸方向を規制され、アッパ可変シャフトと共に揺動自在としている。尚、ロア可変アームはロア可変シャフトをクランクケースにセットする前に仮組可能ゆえシャフト穴部の片側を半割としセット後に半割部をボルトにて締付固定する方法とし、アッパ可変アームはクランクケースにアッパ可変シャフトを挿入後でないと組付けできないのでシャフト穴部でアーム部とキャップに半割分割しシャフト挿入後の組立固定を可能にしている。
【０３４】ジョイント３５は、アッパ、ロア可変アームの先端穴に回転自在に挿入され両端に段付軸を有するジョイントピン３６と、アッパ、ロア雄送りネジ３４Ｕ、３４Ｌのジョイントホルダ部３４Ｕａ、３４Ｌａの穴に、回転自在に挿入されたジョイントピン３６の両側段付軸に、アッパ、ロア可変アーム先端及びアッパ、ロア雄送りネジのジョイントホルダ部両側面部を挟み込むように圧入されており、アッパ、ロア可変アーム及びアッパ、ロア雄送りネジに対し、ジョイントをジョイントピン軸方向規制、揺動自在に軸支すると共に、アッパ、ロア雄送りネジの軸直角方向規制をし、ジョイントホルダ部が雌ネジから離れた時の倒れを防止すると共に、雄ネジの回転を止めて雌ネジの回転により雄ネジが雌ネジに対し軸方向に出入りすることで、アッパ、ロア可変アームを揺動可能にしている。
アッパ、ロア雄送りネジに噛合い、軸方向規制、回転自在にクランクケースに軸支されることで、雄送りネジを軸方向に出し入れするアッパ、ロア雌送りネジ３３Ｕ、３３Ｌは、Ｙ軸に平行なアッパクランクケースの穴に回転自在に挿入され、軸端に設けられたドリブンギヤ部３３Ｕａ、３３Ｌａのギヤ部両側面を、アッパクランクケースの雌送りネジ挿入穴端面と、ケースにガスケット３２−１を挟み込み液封しボルト３２−２にて固定された、制御モータホルダ３２の合せ面にて軸方向規制している。
【０３５】ドリブンギヤ部に噛合うドライブピニオンギヤ部３１Ｕａ、３１Ｌａを有するアッパ、ロア制御モータ３１Ｕ、３１Ｌは、回転軸を雌送りネジの軸（Ｙ軸）に平行に配置され、Ｏリング３１−２にて液封しボルト３１−１にて制御モータホルダに固定されている。
アッパ、ロア制御モータの正逆回転によるアッパ、ロア雄送りネジの前後進により、アッパ、ロア可変シャフトに固定されたアッパ、ロア可変アームにより、気筒毎にアッパ、ロア可変シャフトに固定されたアッパ、ロア原動リンクを、相対位相を変えつつ揺動させて位相を変え、アッパ、ロア従動リンクのＶ字角を自在に可変し、可変制御アーム揺動軸位置を二次元的に広範囲に可変している。
アッパ、ロア可変シャフトの変速機室側ジャーナル軸側部ケースにはプラグ２３Ｕ−２、２３Ｌ−２を圧入又は挟み込んで液封し、軸方向反対側先端中心穴部には−溝付軸２３−１が圧入されており、−溝にカムチェーンカバー４にＯリング３９−２にて液封しボルト３９−１にて締結された、アッパ、ロア可変シャフト位相検知センサ３９Ｕ、３９Ｌの−突起を臨ませて、アッパ、ロア可変シャフトの位相及び位相差を検知することで可変制御アーム揺動軸位置を求めて行程容積及び圧縮比を制御している。（図１−１〜４、６、７参照）
【０３６】本発明案では、制御モータと行程容積、圧縮比可変機構の動力伝達機構の一部に送りネジを設けることで、無電力にて行程容積、圧縮比を一定保持できる様にしている。
送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動とする為には、ネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。
【０３７】アッパ、ロア可変アームの隣の気筒の可変制御アーム揺動軸をリミッタ付可変制御アーム揺動軸１６Ｌとし、軸端を延長し段付軸にベアリング１６Ｌ−１を挿入しサークリップ１６Ｌ−２にて軸方向規制しベアリングの脱落を防止している。ベアリングの外輪と接触することでリミッタ付可変制御アーム揺動軸の二次元的移動範囲を制限するリミッタプレート３８を、アッパクランクケースにノックピン３８−１にて正確に位置決めしボルト３８−２にて締付しケースに固定している。ベアリングが入るリミッタプレートの穴部において、上側十字中心と下側十字中心を結ぶ円弧状実線が標準圧縮比（本実施例では圧縮比１２）時のリミッタ付可変制御アーム揺動軸の軸芯軌跡を示し、一点鎖線が最低圧縮比（本実施例では圧縮比１０）時、二点鎖線が最高圧縮比（本実施例では圧縮比１８）時を示し、上側十字中心がピストン上死点及び最小行程容積制限、下側十字中心がピストン下死点及び最大行程容積制限位置で、最低圧縮比下側十字中心位置が他の圧縮比時と異なるのは、下死点時にピストン下端がシリンダスカート下端より突出しないようにしクランク類との衝突を防止する為である。本実施例はガソリンエンジンにて過給及びＨＣＣＩ燃焼を可能とすることを、最小、最大行程容積間全てで可能とするリミッタプレート穴形状としているが、最小行程容積側では最低圧縮比、最大行程容積側では最大圧縮比側を無くす方向に制限幅を狭めることは容易に可能である。（図１−３、４、７参照）
【図面の簡単な説明】
【０３８】以下実施形態例は、標準圧縮比時に於ける最大及び最少ストローク（行程容積）時の行程容積連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は四気筒である。
図１−１は本実施形態に係る行程容積連続可変装置に於いて、上死点時の標準圧縮比、最大ストローク（行程容積）時を、図１−２は上死点時の標準圧縮比、最小ストローク（行程容積）時を示し、二点鎖線は下死点時を示す。
図１−３はクランクピン及びロアリンクピン及びジョイントピンがクランクケース合せ面上にある場合を示し、Ｌ形ヨーク断面はクランクピン、コンロッド連結軸間断面を、ロア従動リンク断面はロアリンクピン、可変制御アーム揺動軸間断面を示している。図１−５は図１−３におけるＣ，Ｌより変速機係合ボス部側の断面を示し、カムシャフトドライブスプロケット側断面は省略している。又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず単気筒から多気筒まで採用可能である。【０３９】
【図１−１】標準圧縮比、最大行程容積時上死点を示す断面図（図１−３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。
【図１−２】標準圧縮比、最小行程容積時上死点を示す断面図（図１−３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。
【図１−３】図１−１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１−４】図１−１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１−５】図１−１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１−６】図１−３のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図１−７】図１−４のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１−８】請求項２の標準圧縮比時可変制御アーム連結軸揺動軌跡における、Ｌ形ヨークコンロッド連結軸配置例図及びコンロッド連結軸芯軌跡である。
【図１−９】請求項３の標準圧縮比時可変制御アーム連結軸揺動軌跡における、Ｌ形ヨークコンロッド連結軸配置例図及びコンロッド連結軸芯軌跡である。
【図１−１０】図１−８の二点鎖線を除くコンロッド連結軸配置例別ピストンストローク図である。
【図１−１１】図１−１０の実線例と従来の単クランク機構にて同ストロークとした場合のピストンストローク比較図である。
【図１−１２】図１−９のコンロッド連結軸配置例別ピストンストローク図である。
【図１−１３】図１−１２の実線例と従来の単クランク機構にて同ストロークとした場合のピストンストローク比較図である。
【図１−１４】図１−８の可変制御アーム揺動範囲４等分時の可変制御アーム連結軸芯に対する各軸芯位置及びコンロッド連結軸芯軌跡を示す図である。
【図１−１５】図１−９の可変制御アーム揺動範囲４等分時の可変制御アーム連結軸芯に対する各軸芯位置及びコンロッド連結軸芯軌跡を示す図である。
【符号の説明】
【０４０】１        シリンダ
１−１      シリンダガスケット
２        アッパクランクケース
３        ロアクランクケース
４        カムチェーンカバー
１０    クランク機構
１１      ピストン
１１−１    ピストンピン
１２      コンロッド
１２−１    コンロッド連結軸
１３      Ｌ形ヨーク
１３−１    ヨークキャップ
１３−２    ヨークメタル軸受
１３−３    ボルト
１３−４    可変制御アーム連結軸
１４      可変制御アーム
１５      クランクシャフト      １５ａ    クランクピン軸
１５ｂ    ジャーナル軸
１５ｗ    カウンタウエイト部
１５ｃ    変速機係合ボス部
１５ｄ    カムシャフトドライブスプロケット
１５ｅ    オイルポンプドライブスプロケット
１５−１    ジャーナルメタル軸受
１５−２    半割シム
１５−３    オイルシール
１６      可変制御アーム揺動軸
１６−１    プラグ
１６Ｌ    リミッタ付可変制御アーム揺動軸
１６Ｌ−１  ベアリング
１６Ｌ−２  サークリップ
２０    行程容積、圧縮比可変機構
２１Ｕ    アッパ原動リンク
２１Ｕ−１  キャップ
２１−２    キー
２１Ｕ−３  ボルト
２１Ｌ    ロア原動リンク
２１Ｌ−３  ボルト
２２Ｕ    アッパ従動リンク
２２Ｌ    ロア従動リンク
２３Ｕ    アッパ可変シャフト
２３−１    −溝付軸
２３Ｕ−２    プラグ
２３Ｌ    ロア可変シャフト
２３Ｌ−２    プラグ
２４Ｕ    アッパリンクピン
２４Ｌ    ロアリンクピン
２４−１    プラグ
３０    行程容積、圧縮比制御機構
３１Ｕ    アッパ制御モータ      ３１Ｕａ  ドライブピニオンギヤ部
３１−１    ボルト
３１−２    Ｏリング
３１Ｌ    ロア制御モータ        ３１Ｌａ  ドライブピニオンギヤ部
３２      制御モータホルダ
３２−１    ガスケット
３２−２    ボルト
３３Ｕ    アッパ雌送りネジ        ３３Ｕａ  ドリブンギヤ部
３３Ｌ    ロア雌送りネジ          ３３Ｌａ  ドリブンギヤ部
３４Ｕ    アッパ雄送りネジ        ３４Ｕａ  ジョイントホルダ部
３４Ｌ    ロア雄送りネジ          ３４Ｌａ  ジョイントホルダ部
３５      ジョイント
３６      ジョイントピン
３７Ｕ    アッパ可変アーム
３７Ｕ−１  キャップ
３７−２    キー
３７Ｕ−３  ボルト
３７Ｌ    ロア可変アーム
３７Ｌ−３  ボルト
３８      リミッタプレート
３８−１    ノックピン
３８−２    ボルト
３９Ｕ    アッパ可変シャフト位相検知センサ
３９−１    ボルト
３９−２    Ｏリング
３９Ｌ    ロア可変シャフト位相検知センサ
Ｙ        シリンダ芯軸
Ｙ’      クランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に平行な線
Ｘ        クランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に直角な軸（クランクケース合せ面）
Ａ（Ａ’）  可変制御アーム揺動軸芯
Ｂ（Ｂ’）  可変制御アーム連結軸芯
Ｃ（Ｃ’、Ｃ”）  コンロッド連結軸芯
Ｐ（Ｐ’）  クランクピン軸芯
Ｏ          クランクジャーナル軸芯
Ｌ          クランクピン軸、可変制御アーム連結軸間スパン
ｒ          クランクピン半径
Ｗ          最小、最大行程容積時のＸ軸方向最大振れ幅
【図１−１】
2018115647.tif 000008
【図１−２】
2018115647.tif 000009
【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図１−６】
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【図１−７】
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【図１−８】
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【図１−９】
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【図１−１０】
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【図１−１１】
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【図１−１２】
2018115647.tif 000019
【図１−１３】
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【図１−１４】
2018115647.tif 000021
【図１−１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１−３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１−３】
2018115647.tif 000023
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１−４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１−４】
2018115647.tif 000024
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１−７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１−７】
2018115647.tif 000025