(57)【要約】【課題】（１）機構の設置スペースも多リンク要素連結型リンク機構に比べて小さくてすむ内燃機関の提供。（２）圧縮比と排気量とが互いに独立に可変な内燃機関の提供。【解決手段】（１）シリンダ中心軸２とオフセットした出力軸３を備えた内燃機関であって、出力軸に揺動リンク４を揺動可能に支持し、シリンダ内で往復動するピストン５に連結したコンロッドを揺動リンク４に連結し、揺動リンク４と出力軸３をワンウエイクラッチ７で連結し、揺動リンクにギア歯８を形成した内燃機関１。（２）隣り合う気筒の揺動リンクのギア歯８の両方に噛合するギア１２を設け、該ギア１２に第１のモーター１３を連結した内燃機関。（３）第１のモーター１３およびギア１２を出力軸３まわりに回動可能に支持し、第１のモーターおよびギアを出力軸まわりに回動駆動する第２のモーター１４を設けた内燃機関。【選択図】    図２
2004316563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ中心軸とオフセットした出力軸を備えた内燃機関であって、前記出力軸に揺動リンクを揺動可能に支持し、前記シリンダ内で往復動するピストンに連結したコンロッドを前記揺動リンクに連結し、前記揺動リンクと前記出力軸をワンウエイクラッチで連結し、前記揺動リンクにギア歯を形成した内燃機関。
【請求項２】
隣り合う気筒の前記揺動リンクのギア歯の両方に噛合するギアを設け、該ギアに第１のモーターを連結した請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１のモーターおよび前記ギアを前記出力軸まわりに回動可能に支持し、前記第１のモーターおよび前記ギアを前記出力軸まわりに回動駆動する第２のモーターを設けた請求項２記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ中心軸とオフセットした出力軸を備えた内燃機関に関し、排気量と圧縮比を互いに独立に変えることができる内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平２−１９６２１号公報は、シリンダ中心軸とオフセットした出力軸を備えた内燃機関と、該内燃機関における、複数のリンク要素を連結したリンク機構を用いた、可変ピストンストローク、可変圧縮比機構を開示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１９６２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来内燃機関には、シリンダ中心軸と出力軸がオフセットしているため高トルクを得やすいという利点がある反面、つぎの問題がある。
ピストン往復動を出力軸の連続回転に変換し、かつ、可変排気量を得るのに、多リンク要素連結型のリンク機構を用いているため、そのリンク機構設置のために大きなスペースが必要で、かつ、機構が複雑となって作動の信頼性が低下する。
また、可変ピストンストローク（可変排気量）と圧縮比が互いに関連をもって変化する。その場合、圧縮比大の場合は排気量小となり、圧縮比小の場合は排気量大となる。その結果、常に最適な効率条件で内燃機関を運転することは困難である。
本発明の目的は、機構の設置スペースも多リンク要素連結型リンク機構に比べて小さくてすむ内燃機関を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、圧縮比と排気量とが互いに独立に可変な内燃機関を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  シリンダ中心軸とオフセットした出力軸を備えた内燃機関であって、前記出力軸に揺動リンクを揺動可能に支持し、前記シリンダ内で往復動するピストンに連結したコンロッドを前記揺動リンクに連結し、前記揺動リンクと前記出力軸をワンウエイクラッチで連結し、前記揺動リンクにギア歯を形成した内燃機関。
（２）  隣り合う気筒の前記揺動リンクのギア歯の両方に噛合するギアを設け、該ギアに第１のモーターを連結した（１）記載の内燃機関。
（３）  前記第１のモーターおよび前記ギアを前記出力軸まわりに回動可能に支持し、前記第１のモーターおよび前記ギアを前記出力軸まわりに回動駆動する第２のモーターを設けた（２）記載の内燃機関。
【０００６】
上記（１）の内燃機関では、出力軸がシリンダ中心軸とオフセットしているので、高いトルクが得られ、揺動リンクと出力軸をワンウエイクラッチで連結したので、揺動リンクが連続回転しなくても出力軸は連続回転でき、これらによって、多リンク要素連結型リンク機構を用いたエンジンに比べて、小さなスペースに揺動リンク、ワンウエイクラッチを配置した内燃機関が得られる。また、揺動リンクにギア歯を形成したので、揺動リンクにギア歯を介してエネルギ回収、エネルギアシストをすることができる。
上記（２）の内燃機関では、隣り合う気筒の揺動リンクのギア歯の両方に噛合するギアを設け、該ギアに第１のモーター（揺動角制御モーター）を連結したので、該第１のモーターでエネルギ回収、エネルギアシストを行うことにより、揺動リンクの揺動角を可変とすることができ、したがって、ピストンのストローク量を可変とすることができる。
上記（３）の内燃機関では、第１のモーターおよびギアを出力軸まわりに回動駆動する第２のモーター（上死点制御モーター）を設けたので、第２のモーターにより第１のモーターおよびギアの出力軸まわりに回動させることにより、ピストンの上死点位置を可変とすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の内燃機関を、図１〜図３を参照して説明する。
本発明の内燃機関１は、シリンダ中心軸２とオフセットした出力軸３を備えた内燃機関であって、出力軸３に揺動リンク４を揺動可能に支持し、シリンダ内で往復動するピストン５に連結したコンロッド６を揺動リンク４に連結し、揺動リンク４と出力軸３をワンウエイクラッチ７で連結し、揺動リンク４にギア歯８を形成した内燃機関からなる。
【０００８】
出力軸３は、真直ぐな軸からなり、シリンダブロック９にベアリング１０を介して回転可能（全周連続回転可能）に支持される。揺動リンク４は各気筒に対して設けられ、出力軸３の軸芯まわりに揺動可能に（ただし、全周連続回転はしない）、ベアリング（たとえば、ニードルベアリング）１１を介して出力軸３に支持される。ピストン５はシリンダ内を直線往復運動し、コンロッド（コネクティングロッド）６により揺動リンク４と連結される。この場合、ピストン５が往復運動をすると、揺動リンク４は回転方向に揺動する。図示例は、４気筒の場合、したがって、シリンダ、ピストン５がそれぞれ４個の場合を示すが、内燃機関は１気筒以上であればよい。各気筒の揺動リンク４の揺動を出力軸３の全周連続回転に変換するために、揺動リンク４と出力軸３はワンウエイクラッチ７で連結されている。ワンウエイクラッチ７は、揺動リンク４の一方向の揺動の回転だけを出力軸３に伝達し、それと反対方向の揺動の回転は出力軸３に伝達しない。
【０００９】
ワンウエイクラッチ７は、たとえば、揺動リンク４に固定されるアウタレースと出力軸３に固定されるインナレースとの間に複数の樽形の駒を挿入してリテーナで保持し、アウタレースが回転伝達方向に回転する時には駒が締まってインナレースに回転力を伝え、アウタレースがそれと反対方向に回転する時には駒が緩んでインナレースに回転力を伝えない構造となっている。ただし、一方向のみに回転力を伝達するものであれば、ワンウエイクラッチ７は他の構造のものであってもよい。
【００１０】
揺動リンク４は、回転バランス上有利なように、たとえば円板としてあり（ただし、回転バランスさえとれていれば円板に限るものではない、理想的には強度を確保しつつ軽量、小慣性なものとするのがよい）、各気筒に対し２枚の円板４ａ、４ｂをピン４ｃで連結するとともに間隔保持ピン４ｄで連結してある。揺動リンク４は、円板４ａ、４ｂによって両端支持梁とされたピン４ｃで、コンロッド６に連結してある。
揺動リンク４には、外周部にギア歯８が形成されている。ギア歯８は、たとえば、ベベルギアと噛合可能な歯に形成されている。
【００１１】
上記構造の内燃機関は、シリンダ軸芯上にクランク軸芯がある通常のクランク機構型エンジンに比べて、シリンダ中心軸２と出力軸３とがオフセットしている分、モーメントアーム長を長くとることができるため、上死点付近の爆発力を出力軸のトルクとしてうまく取り出すことができ、高トルクを出せる内燃機関の観点から有利である。
従来はシリンダ中心軸と出力軸とをオフセットさせるのに、多リンク要素連結型のリンク機構を用いており（たとえば、特開平２−１９６２１号公報）、それら機構を配置するのに大きなスペースを必要とし、機構が複雑になって作動の信頼性が低下するという問題があった。これに対し、本発明では、多リンク要素連結型のリンク機構を用いずにワンウエイクラッチ７でピストンの直線往復運動を出力軸３の連続回転に変換しており、ワンウエイクラッチ７、揺動リンク４、出力軸３を収納するのに、従来のクランク軸型エンジンのクランク軸収納スペースと同等かそれ以下程度のスペースですむので、配置スペース上の問題は生じない。
【００１２】
また、揺動リンク４には、ギア歯８が形成されているので、ギア歯８を介して揺動リンク４にエネルギを入れたり出したりすることができる。そして、これによって、以下に述べる排気量可変が可能となる。
【００１３】
本発明の内燃機関は、排気量可変のための機構を有する。
隣り合う気筒の揺動リンク４間に、隣り合う気筒の揺動リンク４のギア歯８の両方に噛合するギア１２が設けられている。このギア１２は、たとえば、ベベルギアからなる。ギア１２には第１のモーター１３が連結されている。たとえば、モーター１３の出力軸にギア１２が連結（直結）されている。第１のモーター１３は、揺動リンク４の揺動角を変える揺動角制御モーターである。
【００１４】
図２は、４気筒エンジンの場合を示している。左の２つの気筒の揺動リンク４間にベベルギア１２が配置されており、この２つの揺動リンク４はベベルギア１２を介して互いに反対方向に揺動する。同様に、右の２つの気筒の揺動リンク４間にもう１つのベベルギア１２が配置されており、この２つの揺動リンク４はベベルギア１２を介して互いに反対方向に揺動する。
中央の２つの気筒の揺動リンク４は直結されているので、それらの間にはギア１２は不要である。左右の２つのベベルギア１２のそれぞれに第１のモーター１３が連結されている。したがって、ベベルギア１２と第１のモーター１３は同数設けられる。
【００１５】
中央の２つの気筒の揺動リンク４に対して、それらの間に１つのワンウエイクラッチ７が設けられている。両端の２つの気筒の揺動リンク４に対して、右端の揺動リンク４の側部に１つのワンウエイクラッチ７が設けられている。両端の２つの気筒の揺動リンク４の揺動は、隣り合う揺動リンク４のベベルギア１２による連結と、中央の２つの揺動リンク４の直結により、互いに連動される。
【００１６】
モーター１３は、制御ボックス１６に電気的に接続されており、制御ボックス１６はオルタネータ１７に電気的に接続されている。制御ボックス１６、オルタネータ１７は、従来の車両に設けられているものと同じものでよい。そして、オルタネータ系に制御ボックス１６を介して接続することにより、モーター１３からエネルギを回収したり、エネルギを付与してエネルギアシストできるようにしてある。
この場合、オルタネータ１７での発電が余剰の場合はアシスト側の制御、不足の場合はモーター１３が発電となる側の制御を、制御ボックス１６にて組み合わせれば、排気量可変動作に対し最小限のエネルギで対応することができる。
【００１７】
排気量可変に関する作用を説明する。
ベベルギア１２の回転軸にモーター１３を直結し、モーター１３でのエネルギ回収、エネルギアシストを調整することで、ピストン５のストローク量を可変とすることができ、排気量を任意にコントロールすることができる。ベベルギア１２そのものの回転に対して、ベベルギア１２が回転しやすいようにモーター１３でエネルギアシストしたり、ベベルギア１２が回転しにくい方向にモーター１３でエネルギ回収したり（モーター１３は発電）することにより、ピストン５のストローク量を可変とすることができ、排気量を可変とすることができる。
【００１８】
たとえば、左端のピストン５が爆発行程で８０ｍｍのストロークをしている時に、その８０ｍｍのストロークを４０ｍｍのストロークに変えたい時、ピストン５によるモーター１３の回転方向と反対方向に、ピストンストロークで４０ｍｍ相当分の負荷をかけることにより、ピストンストロークが４０ｍｍになる。この時右端のピストン５は吸入行程にあり、４０ｍｍ分しか吸気を吸えない。そのため、それに対応した燃料噴射しかしないので、それ以降は４０ｍｍストロークでエンジンは動く。すなわち、１回８０ｍｍストロークを４０ｍｍストロークに変えると、それ以降は４０ｍｍストロークでエンジンは動き続ける。
次に４０ｍｍストロークを８０ｍｍストロークに変える時には、モーター１３にアシスト側のエネルギを与える。１回４０ｍｍストロークを８０ｍｍストロークに変えると、それ以降は８０ｍｍストロークでエンジンは動き続ける。
中央の２つの揺動リンク４は直結しているので、２つのモーター１３のうち一方のモーター１３のみをコントロールすればよい。ただし、両方のモーター１３をコントロールしてもよい。それぞれのモーター１３の負担が変わるだけである。
【００１９】
本発明の内燃機関は、可変圧縮比のための機構を有する。
第１のモーター１３およびギア１２は、出力軸３まわりに回動可能に支持されている。また、第１のモーター１３およびギア１２を出力軸３まわりに回動駆動する第２のモーター１４が設けられている。第２のモーター１４はピストン上死点位置を変える上死点制御モーターである。
第１のモーター１３およびギア１２は、キャリア１５に支持されており、キャリア１５は出力軸３の回転軸芯まわりに回動可能にシリンダブロックに支持されている。そして、キャリア１５をモーター１４で第１のモーター１３およびギア１２ごと出力軸３まわりに回転させることにより、ピストン上死点位置を変えることができ、圧縮比を可変とすることができる。
【００２０】
可変圧縮比機構の作用を説明する。
図３で、第１のモーター１３およびギア１２が出力軸３の回転軸芯まわりに反時計回り方向に回転して上方に移動すると、全気筒同時にピストン上死点位置が上がって、圧縮比は高くなり、第１のモーター１３およびギア１２が出力軸３の回転軸芯まわりに時計回り方向に上方に移動すると、全気筒同時にピストン上死点位置が下がって、圧縮比は低くなる。
この圧縮比可変機構は、前述の排気量可変機構と独立に作動させることができ、各々最適に制御することにより、最適圧縮比と最適排気量にてエンジンを運転することができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の内燃機関によれば、出力軸がシリンダ中心軸とオフセットしているので、高いトルクが得られ、揺動リンクと出力軸をワンウエイクラッチで連結したので、揺動リンクが連続回転しなくても出力軸は連続回転でき、これらによって、多リンク要素連結型リンク機構を用いたエンジンに比べて、小さなスペースに揺動リンク、ワンウエイクラッチを配置した内燃機関が得られる。また、揺動リンクにギア歯を形成したので、揺動リンクにギア歯を介してエネルギ回収、エネルギアシストをすることができる。
請求項２の内燃機関によれば、隣り合う気筒の揺動リンクのギア歯の両方に噛合するギアを設け、該ギアに第１のモーター（揺動角制御モーター）を連結したので、該第１のモーターでエネルギ回収、エネルギアシストを行うことにより、揺動リンクの揺動角を可変とすることができ、したがって、ピストンのストローク量を可変とすることができる。
請求項３の内燃機関によれば、第１のモーターおよびギアを出力軸まわりに回動駆動する第２のモーター（上死点制御モーター）を設けたので、第２のモーターにより第１のモーターおよびギアの出力軸まわりに回動させることにより、ピストンの上死点位置を可変とすることができる。この場合、圧縮比可変と排気量可変とは独立に制御可能であり、互いに独立に最適制御をすることができ、最適条件で内燃機関を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関のピストン、揺動リンク、第１のモーター、第２のモーター部分の斜視図である。
【図２】本発明の内燃機関のピストン、揺動リンク、第１のモーター、第２のモーター部分の断面図である。
【図３】本発明の内燃機関のピストン、揺動リンク、第１のモーター、第２のモーター部分の、一つの気筒分の、（オルタネータとの接続系統図も含んだ）正面図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  シリンダ中心軸
３  出力軸
４  揺動リンク
４ａ、４ｂ  円板
４ｃ  ピン
４ｄ  間隔保持ピン
５  ピストン
６  コンロッド
７  ワンウエイクラッチ
８  ギア歯
９  シリンダブロック
１０  ベアリング
１１  ベアリング（たとえば、ニードルベアリング）
１２  ギア（たとえば、ベベルギア）
１３  第１のモーター（揺動角制御モーター）
１４  第２のモーター（上死点制御モーター）
１５  キャリア
１６  制御ボックス
１７  オルタネータ
【図１】
2004316563.tif 000003
【図２】
2004316563.tif 000004
【図３】
2004316563.tif 000005