(57)【要約】【課題】掃気ポートへの潤滑オイルの流出を防止することができ、かつエンジンのコンパクト化を図ることができる複リンク式可変圧縮比エンジンを提供する。【解決手段】２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジンであって、ピストン２１に形成されるピストンロッド２２とクランクシャフト３６とを複数のリンクで連結する圧縮比可変機構３０と、ピストン２１の下側においてシリンダ１１内をクランク室２４から仕切りピストンロッド２２が摺動自由に貫通する隔壁１２と、ピストン２１の下面とシリンダ壁１１ａと隔壁１２とにより形成され、ピストン２１の往復動に伴って拡縮する圧力室１３と、圧力室１３に接続する新気の吸入管１４を開閉する弁機構１２ｃ、１２ｄと、ピストン２１が下死点近傍にある場合に圧力室１３と燃焼室２とを連通する掃気ポート１５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに形成された排気ポートと、シリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンによって開閉される掃気ポートとを有し、前記掃気ポートから燃焼室に新気を導入するとともに、導入された新気によって燃焼ガスを燃焼室から前記排気ポートに掃気する２サイクルエンジンにおいて、
前記ピストンに形成されるピストンロッドと、
前記ピストンロッドとクランクシャフトとを複数のリンクで連結して機械圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、
前記ピストンの下側においてシリンダ内をクランク室から仕切るとともに、前記ピストンロッドが摺動自由に貫通する隔壁と、
前記ピストンの下面とシリンダ壁と前記隔壁とにより形成され、前記ピストンの往復動に伴って拡縮する圧力室と、
前記圧力室に接続する新気の吸入管を開閉する弁機構と、
前記掃気ポートであって、前記ピストンが下死点近傍にある場合に前記圧力室と燃焼室とを連通する掃気ポートと、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記弁機構は、
前記圧力室と連通する新気の吸入管と前記掃気ポートとをエンジン回転に同期して開閉し、前記圧力室が拡大する前記ピストンの上昇時には吸入管のみが圧力室に連通して、前記圧力室が縮小する前記ピストンの下降時には掃気ポートのみが圧力室に連通するようにした、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記弁機構は、
前記隔壁に設けられ、前記圧力室と前記流入管又は前記掃気ポートを連通する連通部と、前記圧力室と前記流入管又は前記掃気ポートとの連通を遮断する遮断部とを備え、
前記シリンダ内において、前記隔壁を前記ピストンロッドの軸心を中心としてエンジン回転に同期して回転させ、前記ピストン上昇時に圧力室と流入管とを連通し、前記ピストン下降時に圧力室と掃気ポートとを連通させるようにした、ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記隔壁の回転は、
前記エンジンのクランクシャフトが１回転すると１回転するようにした、
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記掃気ポートは、
前記シリンダの配列方向において、対向するシリンダブロックにそれぞれ設けるようにした、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項６】
前記隔壁の回転は、
前記エンジンのクランクシャフトが１回転すると半回転するようにした、
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記圧縮比可変機構は、
前記ピストンロッドに揺動自由に連結する第１リンクと、
前記第１リンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２リンクと、
前記クランクシャフトと平行にシリンダブロックに回転自由に支持され、その回転軸心に対して偏心する偏心軸部を有するコントロールシャフトと、
前記第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されるとともに、前記コントロールシャフトの偏心軸部を揺動軸心として揺動可能な第３リンクとを備え、
車両の運転状態に基づいて前記コントロールシャフトを回転し、偏心軸部の位置を変更して、エンジンの機械圧縮比を変更するようにした、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項８】
前記圧縮比可変機構は、
前記エンジンのクランクシャフトが回転する回転平面内において、前記シリンダの軸線と、クランクシャフト回転中心をピストン摺動方向に通る軸線とを平行にオフセットする、
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記圧縮比可変機構は、
前記燃焼室内の圧力が最大値となる付近において、前記ピストンロッドの軸心と、そのピストンロッドに連結する前記第１リンクとの傾きが略０°になるようにした、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記圧縮比可変機構は、
前記ピストンがストローク中央から上昇して上死点を経て再びストローク中央まで下降したときのクランク角度と、ストローク中央から下降して下死点を経て再びストローク中央まで上昇したときのクランク角度とが略同一となり、前記ピストンのクランク角度に対するストローク特性が略単振動に近い特性となるようにしたことを特徴とする請求項７から９のいずれか一つに記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリンダブロックのシリンダ壁に掃気ポートを設け、シリンダヘッドに排気ポートを設けたユニフロー式の２サイクルエンジン（以下「ユニフロー式エンジン」と称する）が広く知られている。このユニフロー式エンジンでは、ピストンの往復動によって潤滑オイルが掃気ポートに流出して、潤滑オイルの消費量が増大する等の問題があった。
【０００３】
特許文献１に記載の発明では、掃気ポートと連通する吸気チャンバを備え、掃気ポートに流出した潤滑オイルを給気チャンバ内に蓄えて、その潤滑オイルをクランク室内に還流することによって潤滑オイルの消費量を低減する。
【特許文献１】特開平５−２８０３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のエンジンでは、潤滑オイルの掃気ポートへの流出を低減することはできるが、完全になくすことはできない。また、特許文献１に記載のエンジンでは、吸気チャンバを備えるためエンジンが大形化してしまい、小型化が優先される車両用エンジンに適用することは困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、掃気ポートへの潤滑オイルの流出を防止することができ、かつエンジンのコンパクト化を図ることができる複リンク式可変圧縮比エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、２サイクルエンジンであって、ピストンに形成されるピストンロッドと、ピストンロッドとクランクシャフトとを複数のリンクで連結して機械圧縮比を可変とする圧縮比可変機構と、ピストンの下側においてシリンダ内をクランク室から仕切るとともに、ピストンロッドが摺動自由に貫通する隔壁と、ピストンの下面とシリンダ壁と隔壁とにより形成され、ピストンの往復動に伴って拡縮する圧力室と、圧力室に接続する新気の吸入管を開閉する弁機構と、ピストンが下死点近傍にある場合に圧力室と燃焼室とを連通する掃気ポートを備える。そして、掃気ポートから燃焼室に新気を導入するとともに、燃焼ガスを燃焼室から排気ポートに掃気する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ピストンの下方に隔壁を配置して圧力室を形成し、圧力室の拡縮によって生じる圧力を利用して新気をエンジンに供給することができる。これにより、外部にピストンポンプ等を備える必要がなく、エンジンのコンパクト化を図ることが可能となる。また、ピストンに形成されるピストンロッドは隔壁を介して摺動するため、ピストンに生じるサイドスラスト荷重が低減する。したがって、ピストンスカートを短縮化でき、潤滑オイルがなくてもピストンはシリンダ内を往復動することができる。これにより、潤滑オイルの消費量の増大等を防止して、内部給気による２サイクル運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１（Ａ）は、第１実施形態に係る２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。図１（Ｂ）はスラストサポートの上視図である。
【００１０】
複リンク式可変圧縮比エンジン１は、ピストンのサイドスラスト荷重を低減するクロスヘッド機構２０と、圧縮比を可変とする複リンク機構３０とをシリンダブロック１０内に備える。なお、シリンダブロック１０の上部に取付けられるシリンダヘッドの図示は省略している。
【００１１】
クロスヘッド機構２０は、ピストン２１、ピストンロッド２２及びアッパリンク３１を備える。
【００１２】
ピストン２１はピストンスカートが無く、あるいはごく僅かであって、シリンダブロック１０のシリンダ１１内に収装される。このピストン２１の冠面２１ａと、シリンダ壁１１ａと、図示しないシリンダヘッドの内壁とによって燃焼室２を仕切る。ピストン２１の下部には、ピストンロッド２２がピストン２１と同軸に一体形成される。なお、ピストンロッド２２はピストン２１と分割可能に設けるようにしてもよい。
【００１３】
ピストンロッド２２は、その下端でピストンピン２３によって、複リンク機構３０のアッパリンク３１と連結する。ピストン２１の下方には、シリンダ１１内をピストン２１の下方とクランク室２４との間で仕切る隔壁としてのスラストサポート１２が設けられる。スラストサポート１２は、後述するようにシリンダ１１の内周に沿って回転可能に構成される。ピストンロッド２２は、スラストサポート１２を貫通し、スラストサポート１２の孔１２ａによって摺動自由に支持される。ピストンロッド２２と孔１２ａとは、潤滑性の高いオイルシール１２ｂによってシールされている。
【００１４】
アッパリンク３１は、その上端においてピストンピン２３を介してピストンロッド２２と連結する。アッパリンク３１の下端は、連結ピン３４を介してロアリンク３２の一端と連結する。ロアリンク３２の他端は、連結ピン３５を介してコントロールリンク３３と連結する。ロアリンク３２は、図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔３２ａを有する。この連結孔３２ａには、クランクシャフト３６のクランクピン３６ａが挿入される。
【００１５】
クランクシャフト３６は、クランクピン３６ａ、ジャーナル３６ｂ及びカウンターウェイト３６ｃを備える。クランクピン３６ａの中心はジャーナル３６ｂの中心から所定量偏心しており、このクランクピン３６ａにロアリンク３２が回転自在に連結する。ジャーナル３６ｂは、シリンダブロック１０及びラダーフレーム３７によって回転自在に支持される。ジャーナル３６ｂの軸心は、クランクシャフト３６の軸心と一致している。カウンターウェイト３６ｃは、クランクアームに一体形成されて、ピストン運動の回転１次振動成分を低減する。
【００１６】
コントロールリンク３３の上端は、連結ピン３５を介してロアリンク３２に対して回動自在に連結する。また、コントロールリンク３３の下端は、連結ピン３８を介して、クランクシャフト３６と平行に配置されるコントロールシャフト４１に連結する。連結ピン３８は、コントロールシャフト４１の軸心から所定量偏心しており、コントロールリンク３３がその偏心した連結ピン３８を軸心として揺動する。このコントロールシャフト４１は、その外周にギア４２を形成する。このギア４２がピニオン４３と噛合する。ピニオン４３は、シリンダブロック１０の側部に取付けられたアクチュエータ４４の回転軸４５に設けられている。
【００１７】
このように構成される複リンク式可変圧縮比エンジン１では、ピストン２１の往復運動はピストンロッド２２によってアッパリンク３１に伝達され、さらにロアリンク３２を介してクランクシャフト３６の回転運動に変化される。この場合には、ロアリンク３２はクランクピン３６ａを中心軸として揺動しながら、クランクシャフト３６の中心に対して図中反時計回りに回転する。ロアリンク３２に連結するコントロールリンク３３は、その下端に連結するコントロールシャフト４１の連結ピン３８を支点として揺動する。コントロールシャフト４１と連結ピン３８とは偏心しているため、アクチュエータ４４によってコントロールシャフト４１が回転すると、連結ピン３８が移動する。この連結ピン３８の移動によってコントロールリンク３３の揺動中心が変化するため、これによりアッパリンク３１及びロアリンク３２の傾斜を変えることができ、ピストン２１の上死点位置を所定の範囲内で任意に調整できる。このように、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、ピストン２１の上死点位置を調整することによって機械圧縮比が可変となる。
【００１８】
一方、この複リンク式可変圧縮比エンジン１は、ピストン２１の往復動によって燃焼室２内に新気を導入するための圧力室１３を有する。圧力室１３は、スラストサポート１２の上面と、シリンダ１１の壁面と、ピストン２１の下面とによって形成され、ピストン２１の往復動に伴って容積が拡大と縮小を繰り返す。
【００１９】
シリンダブロック１０の一方の側部には、吸入口１４ａが設けられ、圧力室１３と連通するように吸入管１４が接続する。この吸入管１４は、吸気通路の全部又は一部を構成する。そして、吸気通路に設置された図示しない燃料噴射弁が、外部から吸入される新気に対して燃料を噴射して、吸気通路内に混合気を形成する。また、シリンダブロック１０の他方の側部には、下側掃気口１５ａと上側掃気口１５ｂとを有する掃気ポート１５が形成される。上述した吸入口１４ａと下側掃気口１５ａとは、後述するようにスラストサポート１２の回転位置によって開閉されるように形成され、上側掃気口１５ｂはピストン２１が下死点近傍にある場合に燃焼室２と圧力室１３とを連通するように形成される。
【００２０】
上記したスラストサポート１２は、シリンダ１１の内部を仕切る円盤状の隔壁として形成され、ピストン２１の下死点位置よりも下側に設置される。スラストサポート１２は、図１（Ｂ）に示すように、連通部１２ｃと遮断部１２ｄとを備える。連通部１２ｃはスラストサポート１２の上面にほぼ半周にわたる凹部として形成され、この連通部１２ｃが吸入口１４ａ又は下側掃気口１５ａと対峙したときにこれらを開弁する。一方、遮断部１２ｄは、スラストサポート１２の上面のほぼ半周にわたる平端部として形成され、遮断部１２ｄが吸入口１４ａ又は下側掃気口１５ａと対峙したときに閉弁する。
【００２１】
このスラストサポート１２は、図１（Ａ）に示すように、ピストンロッド２２の軸心を回転中心にしてシリンダ１１内に回転自在に、但し上下動不能に支持される。スラストサポート１２は、外周下部にギア１２ｅが形成される。ギア１２ｅは、シリンダブロック１０の側部に設けられ、シリンダ１１内に開口を通じて臨むウォームギヤ５１と噛合する。ウォームギヤ５１は図示しないアクチュエータによって制御され、クランクシャフト３６の回転と同期してスラストサポート１２の回転位置を制御する。スラストサポート１２の回転によって、連通部１２ｃと遮断部１２ｄとが吸入口１４ａ及び下側掃気口１５ａを開閉制御される。
【００２２】
コントローラ６０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを備える。このコントローラ６０には、図示しないノックセンサやクランク角センサ等の車両運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。これら出力に基づいて、コントローラ６０はアクチュエータ４４を制御してコントロールシャフト４１を回転させて機械圧縮比を変更し、またウォームギヤ５１を回転させるアクチュエータを制御してスラストサポート１２の回転を制御する。
【００２３】
ここでまず、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第１実施形態の作用について説明する。
【００２４】
図２及び図３は、２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジン１の動作を示す概略図である。図２（Ａ）はピストン２１が下死点から上死点へ移動するときの混合気の流れを示し、図２（Ｂ）はスラストサポート１２の動作を示す。図３（Ａ）はピストン２１が上死点から下死点へ移動するときの混合気の流れを示し、図３（Ｂ）はスラストサポート１２の動作を示す。
【００２５】
スラストサポート１２は、クランクシャフト３６と同期して回転し、クランクシャフト３６が１回転すると１回転する。ピストン２１が下死点にある場合には、図２（Ｂ）に示す通り、スラストサポート１２は吸入口１４ａ及び下側掃気口１５ａを閉弁している。そして、ピストン２１が下死点から上死点に上昇する過程で、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、スラストサポート１２の連通部１２ｃによって吸入口１４ａが開弁され、圧力室１３と吸入管１４とが連通する。このとき、遮断部１２ｄは、圧力室１３と下側掃気口１５ａとの連通は遮断されている。ピストン２１がシリンダ１１内を上昇して圧力室１３が拡大すると、圧力室１３の内部に負圧が生じて混合気が吸入管１４から圧力室１３に吸込まれる（吸入行程）。圧力室１３が拡大すると、同時に燃焼室２は収縮するため、燃焼室２内の混合気を圧縮する（圧縮行程）。ピストン２１が上死点に達すると、図２（Ｂ）に示す通り、スラストサポート１２は、遮断部１２ｄによって吸入口１４ａ及び下側掃気口１５ａを閉弁する。
【００２６】
圧縮行程において圧縮された混合気は、上死点付近で図示しない点火プラグにより点火されて爆発燃焼し、ピストン２１を上死点から下死点に向けて押し下げる（膨張行程）。ピストン２１が下降する過程で、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す通り、遮断部１２ｄによって吸入口１４ａを閉弁し、連通部１２ｃによって下側掃気口１５ａを開弁する。ピストン２１が上死点から下降して上側掃気口１５ｂを通過するまでは、圧力室１３は収縮して混合気を加圧する。そして、ピストン２１が上側掃気口１５ｂを通過すると、掃気ポート１５によって燃焼室２と圧力室１３とが連通する。これにより、加圧された混合気が収縮した圧力室１３から拡大した燃焼室２に導入される。上側掃気口１５ｂはピストン２１の下死点近傍の上側に設けられているため、混合気が燃焼室２の下側から導入されると、図示しないシリンダヘッドに設けられた排気バルブを開弁し、排気ポートから燃焼ガスを掃気する（掃気行程）。
【００２７】
この後、図２に示すように、ピストン２１が下死点から反転して上死点に向けて移動し、図示しない排気バルブが閉じて、圧縮行程へと移行する。
【００２８】
このように第１実施形態では、外部にピストンポンプ等の給気装置をもうけることなく、圧力室１３の拡縮によって燃焼室２内に混合気を給気（以下「内部給気」と称する）し、２サイクル運転をすることができる。
【００２９】
ここで、比較のために従来のユニフロー式エンジンについて説明する。図１０は、従来のユニフロー式エンジンを示す概略図である。
【００３０】
ユニフロー式エンジン６０は、図１０に示す通り、ピストン６１の下死点近傍のシリンダブロック６２に掃気ポート６３を設け、燃焼室６４の上部のシリンダヘッド６５に排気バルブ６６を介して排気ポート６７を設ける。このユニフロー式エンジン６０では、ピストン６１によって掃気ポート６３を開閉するため、ピストン６１が下死点から上昇するときに潤滑オイルが掻き上げられると潤滑オイルが掃気ポート６３に流入する。そのため、潤滑オイルの消費量が増大したり、その潤滑オイルが燃焼室６４に流入して、燃焼室６７の内部の清浄性を悪化させたりする等の問題があった。
【００３１】
しかしながら、第１実施形態においては、図１（Ａ）に示すように複リンク機構３０とスラストサポート１２とを組み合わせることで解消している。複リンク式可変圧縮比エンジン１では、複リンク機構３０のアライメントを選択することによって燃焼室２内の圧力が最大値となる付近において、ピストンロッド２２と連結するアッパリンク３１を直立姿勢（ピストンロッド２２の軸心に対するアッパリンク３１の軸心の傾き角度が０°に近い状態）に維持することができる。そのため、アッパリンク３１の傾きに応じてピストンに生じるサイドスラスト荷重を低減できる。また、ピストン２１のピストンロッド２２は、スラストサポート１２の孔１２ａを貫通してシリンダ１１に沿って摺動するため、ピストン２１に生じるサイドスラスト荷重のほとんどをスラストサポート１２が受ける。このように、第１実施形態においては、ピストン２１に生じるサイドスラスト荷重は大幅に低減されるため、ピストン２１のピストンスカート長さを短縮することができる。したがって、ピストン２１は潤滑オイルがなくてもシリンダ１１内を往復動することができ、ピストン２１の往復動に起因する潤滑オイルの消費量増大等の問題を解決することができる。
【００３２】
また、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、コントロールリンク３３でロアリンク３２の姿勢を制御して、ピストン２１の上死点位置を変更することで機械圧縮比を調整でき、機械圧縮比を変更するとピストン２１の上死点位置に応じて下死点位置も変化する。従来のユニフロー式エンジン６１では、ピストン６２の往復動のみによって掃気ポート６３を開閉するため、ピストン下死点位置が変化した場合に、掃気ポート６３の開閉を制御することができない。したがって、ピストン下死点位置が掃気ポート６３よりも下側にある場合には、ピストン６１が下死点から掃気ポート６３を通過するまでは、燃焼室６４に流入した混合気が掃気ポート６３に逆流する。
【００３３】
しかしながら、第１実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジン１では、スラストサポート１２によって下側掃気口１５ａを開閉することで掃気するタイミングを調整することができる。
【００３４】
図４は、機械圧縮比を変化したときのスラストサポート１２の動作を示す。図４（Ａ）は機械圧縮比が高い場合を示し、図４（Ｂ）は機械圧縮比が低い場合を示す。
【００３５】
図４（Ａ）に示すように、機械圧縮比が高い場合には、ピストン２１が下死点近傍に下降してくるとスラストサポート１２の遮断部１２ｄが徐々に下側掃気口１５ａを閉弁し始め、下死点位置で下側掃気口１５ｂを完全に閉弁する。したがって、ピストン２１が下死点に達した時には、圧力室１３内のほとんどの混合気は燃焼室２内に流入している。また、下側掃気口１５ａも閉弁されているため、ピストン２１が上側掃気口１５ｂを通過する前であっても混合気が燃焼室２から圧力室１３に逆流することもない。また、機械圧縮比が低い場合には、図４（Ｂ）に示すように、ピストン２１の下死点位置が高圧縮比の場合よりも低くなる。この場合においても、スラストサポート１２は、クランクシャフトと同期して回転しているため、高圧縮比時と同様にピストン２１が上死点から下死点近傍に下降してくると、遮断部１２ｄが徐々に下側掃気口１５ａを閉弁し、ピストン２１が下死点に達すると下側掃気口１５ｂを完全に閉弁する。したがって、低圧縮比時においても、ピストン２１が下死点に達した時には、圧力室１３内の混合気はほとんど燃焼室２内に流入している。また、下側掃気口１５ａも閉弁されているため、ピストン２１が上側掃気口１５ｂを通過する前であっても混合気が燃焼室２から圧力室１３に逆流することもない。このように複リンク式可変圧縮比エンジン１では、機械圧縮比が変化してピストン２１の下死点位置が変化しても、スラストサポート１２によって掃気ポート１５の開閉を行うため掃気タイミングを最適に調整できる。
【００３６】
ところで、上述したような内部給気を行うためにクロスヘッド機構２０を備えると、複リンク式可変圧縮比エンジン１が大形化してしまう。クロスヘッド機構を備えたことによるエンジン高さの増大について、ピストンとクランクシャフトとを一本のロッドで連結するエンジン（以下「従来エンジン」と称する）を参考にして説明する。
【００３７】
図１１はクロスヘッド機構を備えたことによる従来エンジンのエンジン高さの増大について示す。
【００３８】
従来エンジン７０は、図１１（Ａ）に示すように、ピストン７１とコンロッド７２とを備える。ピストン７１は、ピストンピン７３を介してコンロッド７２の上端と連結する。コンロッド７２の下端は、クランクシャフト７４のジャーナル７４ａから所定量偏心しているクランクピン７５と接続する。この従来エンジン７０において、クロスヘッド機構による内部給気を行う場合には、図１１（Ｂ）に示すように、ピストン７１にピストンロッド７６を形成し、ピストンロッド７６とコンロッド７２とをピストンピン７３を介して連結するため、エンジン高さが高くなる。このエンジン高さを抑制するために、コンロッド７２を短くして連桿比を小さくすることが考えられる。ここで、連桿比は以下の数式によって表される。
【００３９】
【数１】
2008111387.tif 000003
【００４０】
しかし、従来エンジン７０において、コンロッド７３の長さを短くして連桿比を小さくすると、ピストンストローク特性が単振動から大きくはずれて、ピストン７１の往復動やクランクピン７５の回転運動によって生じる振動（以下「慣性２次振動」と称する）が増大してしまう。したがって、従来エンジン７０では、この慣性２次振動の悪化するため連桿比を小さくすることができず、クロスヘッド機構を備える場合にはエンジン高さの増大が避けられない。
【００４１】
これに対して、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、複リンク機構３０のアライメントを選択することで、ピストン２１がストローク中央から上昇して上死点を経て再びストローク中央まで下降したときのクランク角度と、ストローク中央から下降して下死点を経て再びストローク中央まで上昇したときのクランク角度とが略同一とすることができる。このようにピストン２１のクランク角度に対するストローク特性が略単振動に近い特性とすることによって、ピストンストローク特性に基づく慣性２次振動を低減することができる。ストローク特性を略単振動とする構成の詳細については、特開２００５−１８０３０２号公報を参照されたい。
【００４２】
また、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、複リンク機構３０のアライメントを選択することによって慣性２次振動のＹ方向成分を低減することもできる。
【００４３】
図５（Ａ）は、慣性２次振動のＹ方向成分を低減する複リンク機構３０を模式的に示す図である。ここで、ピストン２１の往復運動する方向をＹ方向、それに直行する方向をＸ方向とする。図５（Ｂ）はピストンピン２３に生じる慣性２次振動のＹ方向成分を示し、図５（Ｃ）は連結ピン３４に生じる慣性２次振動のＹ方向成分を示す。横軸はピストン２１のシリンダ１１内での位置を示し、縦軸は慣性２次振動のＹ方向成分を示す。
【００４４】
複リンク式可変圧縮比エンジン１では、図５（Ｂ）に示すように、ピストン２１が上死点又は下死点にある場合に、アッパリンク３１の揺動によってピストンピン２３に生じるＹ方向の慣性２次振動が最大となるアライメントを選択する。また、図５（Ｃ）に示すように、ピストン２１が上死点及び下死点にある場合に、コントロールリンク３３の揺動によって連結ピン３４に生じるＹ方向の慣性２次振動が最小となるアライメントを選択する。このように複リンク機構３０のアライメントを選択することによって、ピストンピン２３に生じる慣性２次振動のＹ方向成分を連結ピン３４に生じる慣性２次振動のＹ方向成分で打ち消すことができ、慣性２次振動を低減することができる。
【００４５】
このように複リンク式可変圧縮比エンジン１では慣性２次振動をできるため、クランクピン２３と連結ピン３４との距離を短く設定してエンジン高さを抑制することができる。また、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、図１（Ａ）に示す通り、シリンダの軸方向の中心線Ｓ（以下「シリンダ軸線」と称する）とクランクシャフト３６の回転軸心Ｃ（以下「クランク軸心」と称する）とをオフセットして、ピストン２１のロングストローク化することによって、エンジン高さの増大をより抑制することができる。これについて図６を参照して説明する。
【００４６】
図６は、ピストン８１のロングストローク化を図る複リンク式可変圧縮比エンジン（以下、「ロングストローク化エンジン」と称する）８０を示す概略図である。クランクシャフト８２に形成されるカウンターウェイトの最外径の軌跡Ｗを破線で示す。なお、図６は、ロングストローク化の概念を説明するためのものであって、図１の内部給気機構の構成は省略されている。
【００４７】
ピストンストローク量を維持したままエンジン高さを抑制するためには、ピストン８１の上死点位置を下げるとともに下死点位置も下げる必要がある。図６の点線で示すように、単にシリンダ８３を下方向に延ばしてピストン８１が往復運動できる距離を延長しても、カウンターウェイトの最外径の軌跡Ｗとシリンダ８３が干渉してしまう。そこで、ロングストローク化エンジン８０では、クランクシャフト８２の回転方向が反時計回りの場合には、図６に示すように、シリンダ軸線Ｓをクランク軸心Ｃよりも左方向にオフセットさせる。このようにオフセットすると、ピストン８１がシリンダ８３のどの位置にあっても、ピストン８１に生じるサイドスラスト荷重はクランクシャフト８２から遠い側（図中左側）のシリンダ８３に作用する。そのため、図中左側のシリンダ８３の下方にピストン８１が摺動できるシリンダ壁１１ａがあればよいことになり、サイドスラスト荷重が作用しない右側のシリンダ壁１１ａは、図１１に示す通りカウンターウェイトの軌跡Ｗと干渉しないように削ることができる。これにより、サイドスラスト荷重が作用する側のシリンダ８３を下方へ延長でき、ピストン８１が往復運動できる距離が長くなる。これにより、ピストン８１のロングストローク化が可能となって、ピストンストローク量を維持したままピストン８１の上死点及び下死点位置を下げることができ、エンジンの高さを低減することができる。
【００４８】
第１実施形態においても、図１（Ａ）に示すようにシリンダ軸線Ｓをクランク回転軸心Ｃからオフセットする。また、第１実施形態では、ピストン２１のピストンスカートも短縮されているため、下死点位置をより低くすることができ、ピストンストローク量を維持したままエンジン高さの増大を抑制することができる。
【００４９】
上述したように、慣性２次振動を低減するとともにエンジン高さを抑制する複リンク式可変圧縮比エンジン１のピストン２１の動作を図７に示す。なお、給気機構の図示は省略している。
【００５０】
図７は、第１実施形態のピストン２１の往復動を模式的に示す図である。図７（Ａ）はピストン２１が上死点にある場合を示し、図７（Ｂ）はピストン２１が下死点にある場合を示す。座標の中心は、クランクシャフト３６の回転中心を示す。
【００５１】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるシリンダ１１は、クロスヘッド機構２０を備えない複リンク式可変圧縮比エンジンで使用されるシリンダと略同一の高さである。第１実施形態では、慣性２次振動が低減できるような複リンク機構３０のアライメント選択しているため、クランクピン２３と連結ピン３４との距離を短く設定できる。そのため、図７（Ｂ）に示すように、ピストン２１の下死点位置において、クランクピン２３をクランクシャフト３６の回転中心と略同程度の位置まで下げることができる。また、上述したピストンスカートの短縮やピストン２１のロングストローク化によって、従来のピストンストロークを維持したまま上死点及び下死点位置をシリンダ１１の下方にさげることできる。そのため、シリンダ１１がクロスヘッド機構２０を備えない複リンク式可変圧縮比エンジンで使用されるシリンダと略同一の高さのものであっても、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す通り、ピストン２１は従来のピストンストロークのまま往復運動することができる。
【００５２】
以上により、第１実施形態は下記の効果を得ることができる。
【００５３】
本発明よれば、ピストン２１の下方にスラストサポート１２を配置して圧力室１３を形成し、ピストン２１の往復動によって圧力室１３に生じる圧力を利用して混合気を燃焼室２内に供給することができる。また、ピストン２１に形成されるピストンロッド２２はスラストサポート１２を介して摺動するため、ピストン２１に生じるサイドスラスト荷重が低減する。したがって、ピストンスカートを短縮化でき、潤滑オイルがなくてもピストン２１はシリンダ１１内を往復動することができる。これにより、複リンク式可変圧縮比エンジン１は、潤滑オイルの消費量の増大等を防止するとともに、内部給気による２サイクル運転が可能となる。
【００５４】
また、スラストサポート１２によって吸入口１４ａ及び下側掃気口１５ａの開閉を行うため、機械圧縮比が変化してピストン２１の下死点位置が変化しても、掃気タイミングを最適に制御することができる。
【００５５】
さらに、ピストン２１の往復動によって燃焼室２内の内部給気を行うため、外部にピストンポンプ等を備える必要がない。また、第１実施形態では、複リンク機構３０のアライメントを選択することによって連桿比を小さくしても慣性２次振動を低減でき、ピストンスカートの短縮化やロングストローク化によってピストンストローク量を維持したままピストン２１の下死点位置を下げることができる。これにより、クロスヘッド機構２０を備えてもエンジン高さの増大を抑制でき、複リンク式可変圧縮比エンジン１をコンパクトな構造とすることが可能となる。
【００５６】
（第２実施形態）
図８（Ａ）は、２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジン１の第２実施形態を示す概略図である。図８（Ｂ）は、第２実施形態に係るスラストサポート８０の上視図である。
【００５７】
複リンク式可変圧縮比エンジン１の第２実施形態の構成は、第１の実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、掃気ポートの構成において一部相違する。つまり、２つの掃気ポート９０、９１をシリンダ列方向にそれぞれ設けるようにしたもので、以下にその違点を中心に説明する。
【００５８】
第２実施形態では、図８（Ａ）に示す通り、シリンダ列方向のシリンダブロック１０の側部に掃気ポート９０、９１を対向するように備える。一方の側部に形成される掃気ポート９０は、スラストサポート９２によって開閉される下側掃気口９０ａと、ピストン２１が下死点近傍にある場合に燃焼室２と圧力室１３とを連通させる上側掃気口９０ｂを有する。なお、他方の側部に形成される掃気ポート９１も掃気ポート９０と同様の形状であり、下側掃気口９１ａ及び上側掃気口９１ｂを有する。この掃気ポート９０、９１は、ピストンロッド２２の軸心を中心としてシリンダ１１内を回転自在に支持されるスラストサポート９２によって開閉される。なお、掃気ポート９０、９１の下側掃気口９０ａ、９１ａ及び上側掃気口９０ｂ、９１ｂは第１実施形態の下側及び上側掃気口１５ａ、１５ｂよりも小さいが、燃焼室２内に掃気される混合気の掃気量は第１実施形態と同程度になるように設定されている。なお、シリンダブロック１０の側部に形成される掃気ポートは２つに限られず、複数設けるようにしてもよい。
【００５９】
スラストサポート９２は、シリンダ１１の内部を仕切る円盤状の隔壁として形成され、ピストン２１のピストンロッド２２を摺動自在に支持する孔９２ａを有する。また、スラストサポート９２は、図８（Ｂ）に示す通り、扇形に形成される各一対の連通部９２ａと遮断部９２ｂとを交互に備える。連通部９２ｃ、９２ｃは対向するように配置され、孔９２ａと遮断部９２ｄに形成された通路９２ｅによって互いに接続する。また、遮断部９２ｂ、９２ｂはそれぞれ独立して、対向する位置に形成される。このスラストサポート９２は、クランクシャフト３６の回転と同期しており、クランクシャフトが１回転すると半回転する。スラストサポート９２の回転をクランクシャフトの回転の半分とするため、エンジン回転速度が増大してもスラストサポートを回転制御する図示しないアクチュエータの負荷を第１実施形態よりも低減することができる。このように、ピストン２１の往復動に伴って、連通部９２ａが吸入口１４ａ又は下側掃気口９０ａ、９１ａを連通し、遮断部９２ｂが吸入口１４ａ又は掃気ポート９０ａ、９１ａとの連通を遮断する。
【００６０】
以下に、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第２実施形態の作用について説明する。
【００６１】
図９は、ピストン２１の往復動に伴うスラストサポート９２の動作を示す概略図である。
【００６２】
ピストン２１が下死点にある場合には、図９（Ａ）に示す通り、スラストサポート９２の遮断部９２ｄが吸入口１４ａ及び掃気ポート９０、９１の下側掃気口９０ａ、９１ａを閉弁する。ピストン２１が下死点から上死点に上昇すると、図９（Ｂ）に示すように、スラストサポート９２は反時計回りに回転して、連通部９２ｃが吸入口１４ａを開弁し、遮断部９２ｄが下側掃気口９０ａ、９１ａを閉弁する。ピストン２１がシリンダ１１内を上昇して圧力室１３が拡大すると、圧力室１３の内部に負圧が生じて、混合気が吸入管１４から圧力室１３に吸入される。そして、ピストン２１が上死点に達すると、図９（Ｃ）に示す通り、遮断部９２ｄが吸入口１４ａ及び下側掃気口９０ａ、９１ａを閉弁する。このとき、燃焼室２内で圧縮された混合気は図示しない点火プラグにより点火され、爆発燃焼してピストン２１を押し下げる。
【００６３】
この爆発燃焼によってピストン２１が上死点から下降すると、図９（Ｄ）に示す通り、遮断部９２ｄが吸入口１４ａを閉弁し、連通部９２ｃが下側掃気口９０ａ、９１ａを開弁する。ピストン２１が上死点から下降して掃気ポート９０、９１の上側掃気口９０ｂ、９１ｂを通過するまでは、燃焼室２と圧力室１３とは連通していないため、圧力室１３が収縮して混合気を加圧する。そして、ピストン２１が上側掃気口９０ｂ、９１ｂを通過すると、燃焼室２と圧力室１３とが連通して、圧力室１３内で加圧された混合気が燃焼室２に流入する。これにより、燃焼室２内には混合気が導入されるとともに、燃焼室２内の燃焼ガスが図示しないシリンダヘッドに設けられた排気ポートから掃気される。そして、ピストン２１が下死点に達すると、スラストサポート９２が吸入口１４ａ及び下側掃気口９０ａ、９１ａを閉弁する。
【００６４】
このように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ピストン２１の往復動によって圧力室１３に生じる圧力を利用して混合気を燃焼室２内に供給して、内部給気することができる。
【００６５】
以上により、第２実施形態は下記の効果を得ることができる。
【００６６】
本発明によれば、２つの掃気ポート９０、９１を備えるため、第１実施形態よりも上側掃気口９０ａ、９１ａ及び下側掃気口９０ｂ、９１ｂが小さくても、第１実施形態と同程度の掃気量が得ることができ、スラストサポート９２をクランクシャフトと同期して回転させて内部給気を行うことで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００６８】
例えば、本発明においては、吸入管１４を構成する吸気通路に燃料噴射弁を設置するようにしたが、燃料噴射弁をシリンダヘッドに設置して、燃焼室２内に直接に燃料を噴射して混合気を形成するようにしてもよい。
【００６９】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、ピストン２１が下死点から上死点に上昇する過程で吸気口１４ａのみを開弁し、ピストン２１が上死点から下死点に下降する過程で吸気口１４ａのみを閉弁することによっても、圧力室１３の拡縮によって燃焼室２内に新気を給気することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジンの第１実施形態を示す概略図である。
【図２】ピストンが下死点から上死点に移動する場合のスラストサポートの動作を示す概略図である。
【図３】ピストンが上死点から下死点に移動する場合のスラストサポートの動作を示す概略図である。
【図４】機械圧縮比を変化したときのスラストサポートの動作を示す概略図である。
【図５】慣性２次振動の低減の原理を示す複リンク機構の概略図である。
【図６】複リンク式可変圧縮比エンジンのロングストローク化を示す概略図である
【図７】第１実施形態のピストンの往復動を模式的に示す概略図である
【図８】２サイクルの複リンク式可変圧縮比エンジンの第２実施形態を示す概略図である。
【図９】ピストンの往復動に伴うスラストサポートの動作を示す概略図である。
【図１０】従来のユニフロー式２サイクルエンジンを示す概略図である。
【図１１】従来エンジンにおける内部過給を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  複リンク式可変圧縮比エンジン
２  燃焼室
１１  シリンダ
１２、９２  スラストサポート（隔壁）
１２ａ、９２ａ  孔
１２ｂ、９２ｂ  オイルシール
１２ｃ、９２ｃ  連通部（弁機構）
１２ｄ、９２ｄ  遮断部（弁機構）
１３  圧力室
１４  吸入管
１４ａ  吸入口
１５、９０、９１  掃気ポート
１５ａ、９０ａ、９１ａ  下側掃気口
１５ｂ、９０ｂ、９１ｂ  上側掃気口
２０  クロスヘッド機構
２１  ピストン
２２  ピストンロッド
３０  複リンク機構（圧縮比可変機構）
３１  アッパリンク（第１リンク）
３２  ロアリンク（第２リンク）
３３  コントロールリンク（第３リンク）
３６  クランクシャフト
４１  コントロールシャフト
６０  コントローラ
【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【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６】
2008111387.tif 000012
【図８】
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【図１１】
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