(57)【要約】本発明によれば、可変圧縮比エンジンは、シリンダヘッドおよび制御シャフトにより直接接合されたクランクケースを含み、それによって制御シャフトとシリンダヘッドとの間の連結部の使用が除外される。本発明は、製造費が低く、大量生産の適用に最適な小さいサイズである。本発明の好ましい実施形態では、制御シャフトは、軸受の主要セットおよび軸受の偏心セットを含む。軸受の主要制御シャフトセットは、クランクケース組立体内に直接装着され、偏心制御シャフト軸受は、シリンダヘッド組立体内に直接装着される。シリンダヘッド毎に１つのみの制御シャフトが存在し、制御シャフトとシリンダヘッド組立体との間に連結部はない。また可変圧縮比機構は、エンジンが作動しているときに、シリンダヘッド組立体が整合から外れて回転することを防止するために、モーメント持続手段を含む。モーメント持続手段は、エンジンシリンダを中心に装着されるブッシングである。ブッシングは、エンジンが作動しているときに、シリンダヘッド組立体を整合に保持するために必要とされるモーメント持続手段を提供し、またシリンダヘッド組立体がブッシング上に摺動できる置換手段も提供する。置換手段は、圧縮比を調節する際にシリンダヘッド組立体がクランクケースに対して移動できるために必要とされる。【選択図】図３
2015510071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（４）、前記シリンダ（４）内で往復運動をするために装着されたピストン（６）、クランクケース組立体（８）、クランクケース（８）内に回転可能に装着されたクランクシャフト（１０）であって、前記クランクシャフト（１０）は、それを中心に前記クランクシャフト（１０）が前記クランクケース（８）内で回転するクランクシャフトの軸（１２）を画定する、クランクシャフト（１０）、前記ピストン（６）を前記クランクシャフト（１０）に連結する連結ロッド（１４）、前記シリンダ（４）を封止するためのシリンダヘッド（１６）、ならびにシリンダヘッド組立体（１８）であって、前記シリンダヘッド（１６）および前記シリンダ（４）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）の一部であり、前記クランクシャフト（１０）は、少なくとも前部主軸受（１７）および後部主軸受（１９）を有する、シリンダヘッド組立体（１８）を有するエンジン（２）と、
制御シャフトの軸（２４）を画定する１つまたは複数の主要制御シャフト軸受（２２）を有し、偏心軸受の軸（２８）を画定する１つまたは複数の偏心軸受（２６）を有する制御シャフト（２０）であって、前記偏心軸受の軸（２８）は、前記制御シャフトの軸（２４）から第１の離間距離（３０）を有し、前記エンジン（２）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）毎に前記離隔距離（３０）をもつ１つのみの前記制御シャフト（２０）を有する、制御シャフト（２０）であって、
前記主要制御シャフト軸受（２２）は、前記クランクケース組立体（８）内に装着され、前記偏心軸受（２６）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）を前記エンジン（２）の作動中に前記クランクケース（８）上に保持するために、前記シリンダヘッド組立体（１８）内に装着される、制御シャフト（２０）と、
前記シリンダヘッド組立体（１８）が前記エンジン（２）の作動中に前記制御シャフトの軸（２４）を中心に回転するのを制限するためのモーメント持続手段（３２）であって、前記モーメント持続手段（３２）は、圧縮比の調節中に前記クランクケース（８）内に前記偏心軸受の軸（２８）の再配置が可能な置換手段（３４）をさらに含む、モーメント持続手段（３２）と
のための可変圧縮比機構。
【請求項２】
前記モーメント持続手段（３２）は、ブッシング（４２）であり、前記ブッシング（４２）は、前記モーメント持続手段（３２）および前記置換手段（３４）を提供する、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項３】
前記シリンダ（４）の周囲に軸受レース（４０）をさらに含み、
前記モーメント持続手段（３２）は、前記クランクケース（８）内に装着された前記ブッシング（４２）であり、前記ブッシング（４２）は、前記モーメント持続手段（３２）および前記置換手段（３４）を提供するために、前記軸受レース（４０）上に摺動可能に装着される、請求項２に記載の可変圧縮比機構。
【請求項４】
前記ブッシング（４２）は、前記軸受レース（４０）に接触する冠面（４４）を有し、前記冠面（４４）は、シリンダの中心軸（４５）がブッシングの中心軸（４７）から離れて傾くことを可能にする、請求項３に記載の可変圧縮比機構。
【請求項５】
前記クランクケース（８）と前記シリンダヘッド組立体（１８）との間を封止するために封止（４６）をさらに含み、
前記封止（４６）は前記軸受レース（４０）に封止接触し、前記封止（４６）は前記軸受レース（４０）に摺動可能な接触を有する、請求項３に記載の可変圧縮比機構。
【請求項６】
前記封止（４６）は、前記封止（４６）と前記軸受レース（４０）との間の不整合を最小にするために、前記ブッシング（４２）に概ね隣接した場所を有する、請求項５に記載の可変圧縮比機構。
【請求項７】
前記クランクケース（８）と前記シリンダヘッド組立体（１８）との間を封止するために前記封止（４６）をさらに含み、
前記封止（４６）は概して前記シリンダ（４）を包囲し、前記封止（４６）は圧縮可能な封止（４８）である、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項８】
前記封止（４６）は、前記封止（４６）と前記軸受レース（４０）との間の不整合を最小にするために、前記ブッシング（４２）に概ね隣接した場所をさらに有する、請求項７に記載の可変圧縮比機構。
【請求項９】
前記クランクケース（８）内の第１の通過経路（３６）であって、前記偏心軸受の軸（２８）は、それに沿って前記偏心軸受の軸（２８）が前記クランクケース（８）内を移動する前記第１の通過経路（３６）を画定する、第１の通過経路（３６）と、
シリンダの中心軸（４５）を有する前記シリンダ（４）と、ブッシングの中心軸（４７）を有する前記ブッシング（４２）であって、前記ブッシング（４２）は基準面（４９）をさらに有し、前記基準面（４９）は前記ブッシングの中心軸（４７）に垂直である、ブッシング（４２）とをさらに有し、
前記シリンダの中心軸（４５）と前記基準面（４９）の交点は、前記シリンダヘッド組立体（１８）内に点（５１）を画定し、前記シリンダヘッド組立体（１８）内の前記点（５１）の場所は、異なるエンジン圧縮比値によって異なり、
前記エンジン（２）のすべての圧縮比設定に対する前記点（５１）の配列は、前記シリンダヘッド組立体（１８）内に第２の通過経路（３８）を画定し、前記エンジン（２）は、エンジン圧縮比の調節のために前記第１の通過経路（３６）および前記第２の通過経路（３８）を有する、請求項２に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１０】
前記制御シャフト（２０）を前記シリンダヘッド（１６）内に組み立てるために、取外し可能な軸受（５９）を前記制御シャフト（２０）上にさらに含む、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１１】
少なくとも１つの弁バネ（５２）を有する少なくとも１つの呼気弁（５０）、および少なくとも１つの弁バネ（５２）を有する少なくとも１つの排気弁（５４）をさらに含み、前記呼気弁（５０）、前記弁バネ（５２）および前記排気弁（５４）は、前記シリンダヘッド（１６）内に配置され、
前記制御シャフト（２０）は、前記制御シャフト（２０）が前記バネ（５２）に接触せずに自由に回転するために、少なくとも１つの弁バネ（５２）から間隔を空けた溝付きシャフト（５６）を含む、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１２】
前記呼気弁（５０）の外端部および前記排気弁（５４）の外端部を通過する基準面（５５）であって、前記基準面（５５）は前記偏心軸受の軸（２８）に平行である、基準面（５５）と、
シリンダ端部（５）を有するシリンダ（４）であって、前記シリンダ端部（５）は、前記シリンダ（４）の燃焼端部に配置される、シリンダ（４）と、
エンジンのパッケージ寸法を最小にし、エンジンの剛性を最大にするために、前記基準面（５５）と前記シリンダ端部（５）との間に配置された前記偏心軸受の軸（２８）とをさらに含む、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１３】
前記偏心軸受の軸（２８）は、エンジンのパッケージ寸法を最小にし、エンジンの剛性を最大にするために、前記呼気弁（５０）と前記排気弁（５４）との間に配置される、請求項１２に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１４】
前記クランクケース（８）は、前記制御シャフト軸受（２２）を支持するために、少なくとも１つの電機子（５８）を含み、前記電機子（５８）は、前記シリンダヘッド（１６）内に前記制御シャフト（２０）を設置し支持するために、前記ピストン（６）を超えて延在する、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１５】
前記電機子（５８）内に前記制御シャフト（２０）を設置するために、取外し可能な軸受キャップ（６０）をさらに含む、請求項１４に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１６】
前記クランクケース（８）は、前部電機子（６４）を有する前部構造（６２）、および後部電機子（６８）を有する後部構造（６６）を含み、
前記前部構造（６２）は、前部主軸受（１７）を支持するために前部主軸受支持構造（７０）を含み、前記後部構造（６６）は、前記後部主軸受（１９）を支持するために後部主軸受支持構造（７２）を含み、
前記クランクケース（８）は、前記前部構造（６２）および前記後部構造（６６）の剛性の組立体を含み、
前記前部電機子（６４）および前記後部電機子（６８）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）を前記エンジン（２）が作動中に前記クランクケース（８）上に保持するために、前記制御シャフト軸受（２２）を収納する、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１７】
前記エンジン（２）は、２つ以下のシリンダ（４）を有し、前記シリンダヘッド組立体（１８）は、１つのみのシリンダ（４）を有し、それによって費用を低くし、耐久性のある可変圧縮比エンジンを提供する、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１８】
前記エンジン（２）は、第２のシリンダヘッド組立体（１８ｂ）をさらに有し、
前記エンジン（２）は、概ね水平方向に対向するピストンの配置をさらに有し、第２のシリンダヘッド組立体（１８ｂ）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）の反対側の前記クランクシャフト（１０）上に概して配置され、第２のシリンダヘッド組立体（１８ｂ）は、第２の制御シャフト軸受（２２ｂ）を有する第２の制御シャフト（２０ｂ）を有する、請求項１７に記載の可変圧縮比機構。
【請求項１９】
前記クランクケース（８）は、前記前部電機子（６４）を有する前記前部構造（６２）、および前記後部電機子（６８）を有する前記後部構造（６６）を含み、
前記前部構造（６２）は、前記前部主軸受（１７）を支持するために前記前部主軸受支持構造（７０）を含み、前記後部構造（６６）は、前記後部主軸受（１９）を支持するために前記後部主軸受支持構造（７２）を含み、
前記クランクケース（８）は、前記前部構造（６２）および前記後部構造（６６）の剛性の組立体を含み、
前記前部電機子（６４）および前記後部電機子（６８）は、前記シリンダヘッド組立体（１８）を前記エンジン（２）が作動中に前記クランクケース（８）上に保持するために、前記制御シャフト軸受（２２）を収納し、
前記前部構造（６２）は、第２の前部電機子（６４ｂ）をさらに含み、前記後部構造（６６）は、第２の後部電機子（６８ｂ）をさらに含み、
第２の前部電機子（６４ｂ）および第２の後部電機子（６８ｂ）は、第２のシリンダヘッド組立体（１８ｂ）を前記エンジン（２）が作動中に前記クランクケース（８）上に保持するために、前記第２の制御シャフト軸受（２２ｂ）を収納する、
請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項２０】
前記シリンダヘッド組立体（１８）毎に１対のみの前記主要制御シャフト軸受（２２）をさらに有し、それによって機械加工整合費が最小になる、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項２１】
前記シリンダヘッド組立体（１８）毎に１対のみの前記偏心軸受（２６）をさらに有し、それによって機械加工整合費が最小になる、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項２２】
前記制御シャフト（２０）を回転させるための第１のアクチュエータ（７４）、ならびに前記第２の制御シャフト（２０ｂ）を回転させるために第２のアクチュエータ（７４ｂ）を有する、前記第２のシリンダヘッド組立体（１８ｂ）および前記第２の制御シャフト（２０ｂ）をさらに含み、
前記第２のアクチュエータ（７４ｂ）は、前記制御シャフト（２０）に対して前記第２の制御シャフト（２０ｂ）の独立した動きを制御するために、独立制御手段（７６）を含む、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【請求項２３】
第１の圧縮比設定で圧縮比ロックアップをさらに有する、請求項１に記載の可変圧縮比機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年２月９日に出願された米国特許仮出願第６１／６３３，４０２号に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変圧縮比は、乗用車、軽量トラックおよび他の車両に使用される往復動ピストン内燃機関の燃料効率を著しく増加させることができる。本発明は、エンジン圧縮比を調節するための偏心制御シャフトを有する可変圧縮比機構に関する。
【０００３】
偏心制御シャフトを有するエンジンは、Ｐｅｒ  Ｇｉｌｌｂｒａｎｄによる米国特許第５，６１１，３０１号および第５，５６２，０６９号に示されている。米国特許第５，５６２，０６９号を参照すると、クランクケース（４）は、シリンダヘッド組立体（２）にヒンジシャフト（２０）で連結されている。ヒンジシャフト（２０）の使用により、シリンダヘッド組立体（２）が圧縮比を調節するためにクランクケース（４）に対して傾くことが可能になる。また制御シャフト（５６）は、クランクケース（４）内に装着される。エンジンは、シリンダヘッド組立体（２）毎に１つのみの制御シャフト（５６）を有する。エンジンは、シリンダヘッド組立体（２）内に装着されたまっすぐな第２のシャフト（５２）、および制御シャフト（５６）を第２のシャフト（５２）に連結させる複数の連結部（５０）を含む。制御シャフト（５６）が回転すると、連結部（５０）を移動させることにより、第２のシャフト（５２）も移動させ、シリンダヘッド組立体（２）をクランクケース（４）に対して傾けさせ、エンジンの圧縮比の変化をもたらす。エンジンは、少なくとも１つの連結部（５０）が制御シャフト（５６）をシリンダヘッド組立体（２）に連結させることを特徴とする。エンジンは、ヒンジシャフト（２０）をエンジンの中に摺動させてクランクケース（４）とシリンダヘッド組立体（２）を連結させることにより、また第２のシャフト（５２）をエンジンの中に摺動させて連結部（５０）とシリンダヘッド組立体（２）を連結させることによって組み立てられる。制御シャフト（５６）は、偏心部を含み、制御シャフト（５６）が完全な組立体に摺動するのを防止する。したがって、連結部は、連結部（５０）が制御シャフト（５６）上に組み立てられてもよいように、取外し可能な軸受キャップ（６０）を含む。
【０００４】
機械加工および組立公差は、Ｇｉｌｌｂｒａｎｄによって教示された可変圧縮比機構に関する問題である。特に、ヒンジシャフト（２０）、制御シャフト（５６）および第２のシャフト（５２）は、エンジンの耐久作動に並行しなければならない。加えて、エンジンが作動し高い機械的負荷に曝されているときに、シャフトは忠実であり続けなければならない。シャフトの精密な整合の実現は達成可能だが、不要な巨大なクランクケースが必要とされ、厳密な機械加工公差の実現には比較的費用が掛かる。エンジンは、多くの連結部およびヒンジジョイントを有し、これも製造および整合の費用に加えられる。
【０００５】
エンジンに関する別の問題は、圧縮比を変更するのに必要とされる傾斜角度を最小にするために、ヒンジシャフト（２０）は、クランクシャフト（６）およびシリンダ（１０）の中心軸から比較的遠くに配置されることである。ヒンジシャフト（２０）および制御シャフト（５６）をシリンダの中心軸から比較的遠くに配置することにより、クランクケース（４）およびシリンダヘッド組立体（２）の両方に高いモーメント力がもたらされる。高いモーメント力は、不要な巨大で重いクランクケースの必要性をさらに増加する。重量および複雑性を最小にするために直列型エンジンの配置が利用されるが、クランクケースは依然として巨大である。
【０００６】
傾斜を収容するために、エンジンはまた、丈の高いクランクケース壁（２４）、およびクランクケース（４）とシリンダヘッド組立体（２）との間に可撓性のあるガスケット（４４）を含む。エンジンに関する別の問題は、クランクケースの頂部に固定されない丈の高いクランクケース壁（２４）、およびクランクケース内にノイズを含まない大きいガスケット（４４）によるノイズおよび振動である。
【０００７】
シリンダヘッド組立体毎に１つの制御シャフトを有する別のエンジンは、Ｍａｎｏｕｓｏｓ  Ｐａｔｔａｋｏｓによる米国特許第８，１６６，９２９号に示されている。該エンジンも、連結部（１５）が制御シャフト（１３）をシリンダヘッド組立体（９）に連結させることを特徴とする。制御シャフト（１３）は、モーメント力を最小にするために、概してシリンダの中心軸と一直線に配置される。しかし、エンジンに関する問題は、非常に巨大なシリンダヘッドが連結部および制御シャフトをシリンダヘッド内に収容することを必要とされることである。制御シャフトは、連結部に余地を提供するために、燃焼室ルーフのはるか上に、かつシリンダの頂部から遠く離れて配置される。重量および複雑性を最小にするために直列型エンジンの配置が利用されるが、クランクケースは依然として巨大である。エンジンは、比較的高いエンジンの高さを有し、これは一部の自動車内に包括することを実現困難にさせる。エンジンに関する別の問題は、多数の偏心軸受および連結部が存在することであり、これは製造および整合の費用を増大させる。
【０００８】
２つの制御シャフトを有するエンジンは、Ｄａｉｓｕｋｅ  Ａｋｉｈｉｓａによる米国特許第７，０４７，９１７号に示されている。第７，０４７，９１７号に示された可変圧縮比機構に関する問題は、２つの制御シャフトの精密な整合が、エンジンの耐久作動に必要とされ、精密な整合の実現には費用が掛かることである。エンジンに関する第２の問題は、多数の偏心軸受が存在することであり、これは製造および整合の費用を増大させる。重量および複雑性を最小にするために直列型エンジンの配置が利用されるが、クランクケースは依然として比較的巨大である。
【発明の概要】
【０００９】
本発明によれば、可変圧縮比エンジンは、シリンダヘッドおよび制御シャフトにより直接接合されたクランクケースを含み、それによって制御シャフトとシリンダヘッドとの間の連結部の使用が除外される。本発明は、製造費が低く、大量生産の適用に最適な小さいサイズである。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、制御シャフトは、軸受の主要セットおよび軸受の偏心セットを含む。軸受の主要制御シャフトセットは、クランクケース組立体内に直接装着され、偏心制御シャフト軸受は、シリンダヘッド組立体内に直接装着される。シリンダヘッド毎に１つのみの制御シャフトが存在し、制御シャフトとシリンダヘッド組立体との間に連結部はない。また可変圧縮比機構は、エンジンが作動しているときに、シリンダヘッド組立体が整合から外れて回転することを防止するために、モーメント持続手段を含む。本発明の一実施形態では、モーメント持続手段は、エンジンシリンダを中心に装着されるブッシングである。ブッシングは、エンジンが作動しているときに、シリンダヘッド組立体を整合に保持するために必要とされるモーメント持続手段を提供し、またシリンダヘッド組立体がブッシング上に摺動できる置換手段も提供する。置換手段は、圧縮比を調節する際にシリンダヘッド組立体がクランクケースに対して移動できるために必要とされる。
【００１１】
エンジンは、クランクケースとシリンダヘッド組立体との間を封止するための封止を含む。ガータ封止または他のタイプの封止を使用して、好ましくは同一表面、またはブッシングのようにシリンダヘッド組立体上の軸受レースに沿って摺動してもよい。本発明の封止システムの利点には、低費用、高い信頼性、およびノイズの抑制が含まれる。
【００１２】
本発明の可変圧縮比機構の重要な恩恵は、そのサイズが小さく重量が軽いことである。制御シャフトは、バルブステム間に装着され、シリンダの頂部付近で燃焼室ルーフに近接される。シリンダの頂部付近に制御シャフトを配置することは、可変圧縮比機構の頑強性および剛性にとって有益である一方で、小型で軽量なエンジンも提供する。取外し可能な軸受および溝付きシャフトを有する制御シャフトを任意に使用して、制御シャフトをシリンダの頂部に実際的であるほど近傍に配置してもよい。制御シャフトの配置を妥協する、または大きい重量のシリンダヘッド構造を義務付けるために、シリンダヘッド組立体と制御シャフトとの間に連結部はない。
【００１３】
本発明の可変圧縮比機構を、直列型エンジン、Ｖ型エンジンおよび水平方向に対向するピストンエンジンを含む、多数の異なるエンジン構成に実施してもよい。本発明の一実施形態では、エンジンは２つのみのシリンダを有し、一般にボクサーエンジンの配置と呼ばれる、概ね水平に対向するピストンの配置を有する。本発明によれば、ボクサーエンジンにおける制御シャフトは、短く頑強であり、１対のみの主要制御シャフトの軸受、および１対のみの偏心軸受を有することにより、持続可能な機械加工および組立公差が容易になり、製造費が低くなり、頑強で小型で軽量な可変圧縮比エンジンをもたらす。好ましくは、クランクケースは、クランクケースの前半がクランクシャフトの前端部上に摺動し、クランクケースの後半がクランクシャフトの後半上に摺動する、クラムシェル構造を有し、２つの半分の部分は、一緒にボルトで固定されて低費用の頑強なクランクケース構造を形成する。好ましくは、前半のクランクケースおよび後半のクランクケースは、主要制御シャフト軸受を捕捉し収納する電機子を含み、軽量で非常に低費用のクランクケース構造を生み出す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される、エンジンの概略構成を示す図である。
【図２】図１に似ているが、クランクケースを取り除いた前部を示す図である。
【図３】図２に似ているが、エンジンの内部を示すために、シリンダヘッド鋳造を取り除き、シリンダの一部を切り取った図である。
【図４】エンジンの低圧縮比設定を示す部分断面図である。
【図５】エンジンの中圧縮比設定を示す部分断面図である。
【図６】エンジンの高圧縮比設定を示す部分断面図である。
【図７】制御シャフトの構造を示す、エンジンの部分断面図である。
【図８】図３に似ているが、圧縮可能な封止を示し、後部主軸受および後部主軸受の支持構造を示すためにクランクケースの一部を切り取った図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１、２および３は、本発明による可変圧縮比機構を有するエンジン２を示すことを意図する。図２は、図１に似ているが、クランクケースの一部を示し、可変圧縮比機構をより詳細に示すためにシリンダヘッドが取り除かれている。エンジン２は、少なくとも１つのシリンダ４を有する。図３は、図２に似ているが、本発明の可変圧縮比機構をより良好に示すために、シリンダ４の一部を切り取って示されている。またシリンダヘッドの鋳造は、可変圧縮比機構をより良好に示すために隠されている。
【００１６】
エンジン２は、シリンダ４内で往復運動をするために装着されたピストン６、およびクランクケース組立体８を有する。クランクシャフト１０は、クランクケース８内に回転可能に装着され、クランクシャフト１０は、それを中心にクランクシャフト１０がクランクケース８内で回転する、クランクシャフトの軸１２を画定する。エンジン２は、少なくとも１つの連結ロッド１４を有し、ピストン６をクランクシャフト１０に連結させる。またエンジン２は、シリンダ４を封止するためのシリンダヘッド１６、およびシリンダヘッド組立体１８を有する。シリンダヘッド１６およびシリンダ４は、シリンダヘッド組立体１８の一部である。シリンダヘッド１６は、高圧燃焼ガスをシリンダ４内に封止する。シリンダヘッド１６およびシリンダ４は、一緒に組み立てられてもよく、または同じ鋳造の一部であってもよい。クランクシャフト１０は、少なくとも１つの前部主軸受１７および１つの後部主軸受１９を有する。玉軸受が示されているが、ジャーナル軸受および他のタイプのころ軸受を本発明に従って任意に使用してもよい。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、エンジン２は制御シャフト２０を有する。制御シャフト２０は、制御シャフトの軸２４を画定する１つまたは複数の主要制御シャフト軸受２２を有し、制御シャフト２０は、偏心軸受の軸２８を画定する１つまたは複数の偏心軸受２６を有する。偏心軸受の軸２８は、制御シャフトの軸２４から第１の離隔距離３０を有する。本発明によれば、エンジン２は、シリンダヘッド組立体１８毎に離隔距離３０をもつ１つのみの制御シャフト２０を有する。主要制御シャフト軸受２２は、クランクケース組立体８内に装着され、偏心軸受２６は、シリンダヘッド組立体１８をエンジン２の作動中にクランクケース８上に保持するために、シリンダヘッド組立体１８内に装着される。本発明によれば、偏心軸受２６とシリンダヘッド組立体１８との間に連結部はない。本発明によれば、偏心軸受２６はシリンダヘッド組立体１８内に収納され、主要制御シャフト軸受２２は、クランクケース組立体８内に収納される。
【００１８】
次に図３および４を参照すると、本発明によれば、エンジン２は、シリンダヘッド組立体１８がエンジン２の作動中に制御シャフトの軸２４を中心に回転するのを防止するために、より詳細には、圧縮比が調節されていないときに、シリンダヘッド組立体１８が制御シャフトの軸２４を中心に動くことを防止するために、モーメント持続手段３２をさらに含む。モーメント持続手段３２は、圧縮比の調節中に偏心軸受２６が過剰負荷される、またはシリンダヘッド組立体１８内に固着させるのを防ぐために、置換手段３４をさらに含む。より詳細には、置換手段３４は、圧縮比の調節中に偏心軸受２６のクランクケース８における再配置を可能にする。より詳細には、置換手段３４は、圧縮比の調節中に偏心軸受の軸２８のクランクケース８における移動および再配置を可能にする。
【００１９】
シリンダ４は、ピストン６がシリンダ４内で往復運動をするために概ね円筒形の内部を有する。シリンダ４の外部は、任意に異なる形状および構造を有してもよい。シリンダ４は、任意に単一の鋳造片であってもよく、または同様のタイプの材料または異なるタイプの材料で形成されたシリンダライナーを含んでもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、エンジン２は、シリンダ４の周囲の軸受レース４０、およびクランクケース８内に装着または収納されたブッシング４２を含む。軸受レース４０は、シリンダ４上に組み立てられてもよく、またはシリンダ４上に直接形成されてもよい。好ましくは、軸受レース４０は、シリンダ４の周囲に概ね円筒形を有する。本発明によれば、シリンダ４はブッシング４２の内部に装着され、ブッシング４２は軸受レース４０上に搭載される。ブッシング４２は、軸受レース４０上に摺動可能に装着されることにより、エンジンの圧縮比を調節するために、シリンダヘッド組立体１８をクランクケース８に対して移動させることが可能になる。より詳細には、用語摺動可能に装着されるとは、ブッシング４２が軸受レース４０上に摺動できることを意味する。ブッシング４２は、シリンダヘッド組立体１８を拘束し、シリンダヘッド組立体１８がエンジン２の作動中に制御シャフトの軸２４を中心に回転するのを防止し、より詳細には、ブッシング４２は、圧縮比が調節されていないときに、シリンダヘッド組立体１８が制御シャフトの軸２４を中心に動くことを防止する。本発明によれば、ブッシング４２は、モーメント持続手段３２および置換手段３４の両方を提供する。任意に、ブッシング４２はシリンダヘッド組立体１８内に収納されてもよく、軸受レース４０はクランクケース組立体８（図示せず）内に配置されてもよく、ブッシング４２の外側表面は、レース４０の内側表面上に支持される。任意に、連結部（図示せず）を使用して、モーメント持続手段３２および置換手段３４を提供してもよく、連結部は、シリンダヘッド組立体１８に連結する第１のピン、およびクランクケース組立体８に連結する第２のピンを有する。任意の連結部は、制御シャフト２０に連結されないことを特徴とする。
【００２１】
図４、５および６は、エンジン２の一部の断面図を示す。図４は、エンジン２の低圧縮比設定を示し、図５は、中圧縮比設定を示し、図６は、高圧縮比設定を示す。次に図５を参照すると、ブッシング４２は、軸受レース４０と接触する冠面４４を有する。冠面４４は、中圧縮比設定中にシリンダ４がブッシング４２に対して傾くことを可能にする。シリンダ４はシリンダの中心軸４５を有し、ブッシング４２はブッシングの中心軸４７を有する。中圧縮比設定中に、シリンダの中心軸４５はブッシングの中心軸４７から離れて傾く。好ましくは、本発明によれば、ブッシング４２、または別法としてモーメント持続手段３２を、シリンダの中心軸４５とブッシングの中心軸４７との間の最大傾斜角度を最小にするために、シリンダ４の下半分上に、より詳細には、クランクシャフトの軸１２に最も近いシリンダ４の下半分上に配置する。ブッシング４２を有さないエンジンにおいては、中心軸４７は、最高圧縮比設定におけるシリンダの中心軸と定義される。
【００２２】
好ましくは、エンジン２は、クランクケース８とシリンダヘッド組立体１８との間を封止するために封止４６を含む。好ましくは、封止４６は軸受レース４０に封止接触し、好ましくは、封止４６は、軸受レース４０に摺動可能な封止接触を有することにより、圧縮比を変えてシリンダヘッド１８を動かすことが可能になる。二次的レースを任意に使用して、クランクケース８とシリンダヘッド組立体１８との間に封止を形成できるが、封止およびブッシング４２の支持の両方のために軸受レース４０を使用することにより、費用をより低くする。好ましくは、封止４６を、封止およびレースの製造費を最小にするために、シリンダ４の周囲に概ね円筒形のレース上に搭載させる。好ましくは、本発明によれば、封止４６は、封止４６と軸受レース４０との間の不整合を最小にするために、ブッシング４２に概ね隣接した場所を有する。封止４６と軸受レース４０との間の不整合は、傾斜角度を最小にすることにより、また封止４６をブッシング４２付近またはブッシング４２に概ね隣接して配置することにより、本発明に従って最小にされる。
【００２３】
次に図８を参照すると、封止４６は、任意にＯリングまたは別のタイプの圧縮可能な封止４８であってもよい。封止Ｏリングの断面を示すために、図８では封止４６の一部が切り取られている。圧縮可能な封止４８は、クランクケース８上の第１の封止表面４１とシリンダヘッド組立体１８またはシリンダ４上の第２の封止表面４３との間に、圧縮比を変えて弾性的に変形することにより封止を形成する。好ましくは、圧縮可能な封止４８は、概して個々のシリンダ４を包囲する。任意に、圧縮可能な封止４８は、２つ以上のシリンダを包囲してもよい。例えば、単一のＯリングを任意に使用して、水平方向に対向する４シリンダボクサーエンジン内の２つの隣接したシリンダを封止してもよい。好ましくは、圧縮可能な封止４８は、シリンダ４上の封止表面４３とクランクケース８上の封止表面４１との間の不整合を最小にするために、ブッシング４２に概ね隣接した場所、またはブッシング４２付近の場所を有する。
【００２４】
また可撓性のあるガスケットを使用して、クランクケース８とシリンダヘッド組立体１８との間、例えば、封止されるチェーン駆動室（図示せず）を必要とする、チェーン駆動カムシャフトを有するエンジン内に封止を提供してもよい。
【００２５】
次に図３〜６を参照すると、エンジン２は、クランクケース８内に第１の通過経路３６を有する。通過経路３６は、それに沿って偏心軸受の軸２８がクランクケース８内で圧縮比を変えて移動する経路である。通過経路３６上の偏心軸受の軸２８の場所は、図４、５および６を見て分かるように、異なる圧縮比値において異なる。
【００２６】
ブッシング４２は、基準面４９を有する。基準面４９は、ブッシングの中心軸４７に垂直であり、基準面４９は、概してブッシング４２の中央部を通過する。シリンダの中心軸４５と基準面４９の交点は、シリンダヘッド組立体１８内に点５１を画定する。シリンダヘッド組立体１８内の点５１の場所は、 図４、５および６を見て分かるように、異なるエンジン圧縮比値によって異なる。エンジン２のすべての圧縮比設定に対する点５１の配列は、シリンダヘッド組立体１８内の第２の通過経路３８を画定する。エンジン２は、エンジン圧縮比の調節のために、第１の通過経路３６および第２の通過経路３８を有する。本発明によれば、第１の通過経路３６は、第２の通過経路３８と異なる場所および異なる形状の両方を有する。
【００２７】
次に図１〜７を参照すると、エンジン幅が小さくパッケージ寸法が小さいことは、大量生産のエンジンに非常に望ましい。加えて、制御シャフト２０をシリンダ４に実際的であるほど接近して配置することは、エンジンの頑強性を最大にするために非常に望ましい。任意に、制御シャフト２０は、シリンダヘッド１６における制御シャフト２０の組立に対して取外し可能な軸受５９を含む。より詳細には、取外し可能な軸受５９により、より頑強でより小型の可変圧縮比エンジンを提供するために、制御シャフト２０がシリンダ４により接近して配置可能になる。
【００２８】
エンジン２は、少なくとも１つの弁バネ５２を有する少なくとも１つの呼気弁５０、および少なくとも１つの弁バネ５２を有する少なくとも１つの排気弁５４を含む。呼気弁５０、弁バネ５２および排気弁５４は、シリンダヘッド１６内に配置される。好ましくは、制御シャフト２０は、制御シャフト２０がバネ５２に接触せずに自由に回転するために、少なくとも１つの弁バネ５２から間隔を空けた溝付きシャフト５６を含む。溝付きシャフト５６により、より頑強でより小型の可変圧縮比エンジンを提供するために、制御シャフト２０がシリンダ４により接近して配置可能になる。
【００２９】
次に図６を参照すると、エンジン２は、弁が閉じているときに呼気弁５０の外端部および排気弁５４の外端部を通過する、基準面５５を含む。基準面５５は、偏心軸受の軸２８に平行である。シリンダ４はシリンダ端部５を有し、シリンダ端部５は、シリンダ４の燃焼端部に配置される。好ましくは、本発明によれば、偏心軸受の軸２８および第２の通過経路３８は、エンジンのパッケージ寸法を最小にし、エンジンの剛性を最大にするために、基準面５５とシリンダ端部５との間に配置される。好ましくは、偏心軸受の軸２８および第２の通過経路３８は、エンジンの剛性を最大にするために、呼気弁５０と排気弁５４との間に配置される。
【００３０】
次に図１〜４および図８を参照すると、クランクケース８は、好ましくは、制御シャフト軸受２２を支持するために、少なくとも１つの電機子５８を含む。好ましくは、本発明によれば、電機子５８は、シリンダヘッド１６内に制御シャフト２０を設置し支持するために、ピストン６を超えて延在する。任意に、電機子５８は、電機子５８内に制御シャフト２０を設置するために、軸受キャップ６０を含む。
【００３１】
好ましくは、クランクケース８は、前部電機子６４を有する前部構造６２、および後部電機子６８を有する後部構造６６を含み、前部構造６２は、前部主軸受１７を支持するために前部主軸受支持構造７０を含み、後部構造６６は、後部主軸受１９を支持するために後部主軸受支持構造７２を含む。本発明の一実施形態によれば、クランクケース８は、前部構造６２および後部構造６６の剛性の組立体を含み、前部電機子６４および後部電機子６８は、シリンダヘッド組立体１８をエンジン２の作動中にクランクケース８上に保持するために、制御シャフト軸受２２を収納する。電機子５８、６４および６８は、 図１〜４および図８に示したようにクランクケースの鋳造の一部であってもよく、またはクランクケースの鋳造上に組み立てられてもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態では、エンジン２は、一般にボクサーエンジンの配置と呼ばれる、概ね水平に対向するピストンの配置を有する。より詳細には、エンジン２は第２のシリンダヘッド組立体１８ｂを有し、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂは、第１のシリンダヘッド組立体１８の反対側のクランクシャフト１０上に概して配置される。１８０クランク角度離間したシリンダは、正確に水平方向に対向するピストンの配置を提供する。概ね水平方向に対向するピストンの配置は、本発明に特定されており、それによって、自動車または他のタイプの車両内に改良されたパッケージを提供するために、１８０クランク角度未満離間したシリンダの使用が可能になる。任意に、エンジン２は、Ｖ型エンジンの配置を有してもよい。好ましくは、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂは、第２の制御シャフト軸受２２ｂを有する第２の制御シャフト軸受２０ｂを有する。前部構造６２は、第２の前部電機子６４ｂをさらに含み、後部構造６６は、第２の後部電機子６８ｂをさらに含む。第２の前部電機子６４ｂおよび第２の後部電機子６８ｂは、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂをエンジン２が作動中にクランクケース８上に保持するために、第２の制御シャフト軸受２２ｂを収納する。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、エンジンは２つのみのシリンダ４を有し、概ね水平に対向するピストンのボクサーエンジンの配置を有する。本発明によれば、ボクサーエンジンにおける制御シャフト２０は、短く頑強であり、１対のみの主要制御シャフト軸受２２、および１対のみの偏心軸受２６を有することにより、持続可能な機械加工および組立公差が容易になり、製造費が低くなり、頑強で小型で軽量な可変圧縮比エンジンをもたらす。
【００３４】
本発明の一実施形態では、エンジン２は、２つ以下のシリンダ４を有し、シリンダヘッド組立体１８は、１つのみのシリンダ４を有し、それによって費用を低くし、耐久性のある可変圧縮比エンジンを提供する。好ましくは、エンジン２は、概ね水平方向に対向するピストンの配置をさらに有し、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂは、シリンダヘッド組立体１８の反対側のクランクシャフト１０上に概して配置され、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂは、第２の制御シャフト軸受２２ｂを有する第２の制御シャフト２０ｂを有し、両方のシリンダヘッド組立体内に可変圧縮を提供する。
【００３５】
本発明の一実施形態では、エンジン２は、機械加工および整合の費用を最小にするために、シリンダヘッド組立体１８毎に１対のみの主要制御シャフト軸受２２を有する。また本発明の一実施形態では、エンジン２は、シリンダヘッド組立体１８毎に１対のみの偏心軸受２６を有し、それによって機械加工および整合の費用が最小になる。この実施形態は、２シリンダボクサーエンジンに、また４シリンダボクサーエンジンなどの複数の隣接シリンダを有するエンジンにも実用的であり得る。
【００３６】
次に図１を参照すると、本発明の別の実施形態では、エンジン２は、制御シャフト２０を回転させるために第１のアクチュエータ７４、ならびに第２の制御シャフト２０ｂを回転させるために第２のアクチュエータ７４ｂを有する、第２のシリンダヘッド組立体１８ｂおよび第２の制御シャフト２０ｂを含む。本発明によれば、第２のアクチュエータ７４ｂは、制御シャフト２０に対して第２の制御シャフト２０ｂの独立した動きを制御するために、独立制御手段７６を含んでもよく、または任意にエンジン２は、制御シャフト２０に対するのと同じ動きを第２の制御シャフト２０ｂに概して提供するために、制御手段７６を有してもよい。任意に、２つのシリンダヘッド組立体に対する圧縮比の範囲は異なってもよく、例えば、離隔距離３０は、第２の制御シャフト２０ｂに対するより制御シャフト２０に対する方が大きくてもよい。任意に、一方のシリンダヘッドは、可変圧縮比を有してもよく、他方のシリンダヘッドは、固定圧縮比を有してもよい。
【００３７】
本発明によれば、エンジン２は、最大および最小圧縮比で圧縮比ロックアップを有し、より一般的には、エンジン２は、第１の圧縮比設定で圧縮比ロックアップを有する。より詳細には、本発明によれば、圧縮比ロックアップは、制御シャフト２０に作用するモーメント力がエンジン２の作動中に比較的小さいように、主要制御シャフトの軸２４に対して偏心軸受の軸２８を配置させることによって提供される。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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