(57)【要約】【課題】４サイクルレシプロエンジンのクランク機構において、圧縮比に対して膨張比を大きくし、所定の圧縮比を確保しつつ吸気ストロークの可変化を図る。【解決の手段】  本発明は、主コンロッド２・副コンロッド７・クランクアーム１０からなる複コンロッドクランク機構を基本とし、膨張・排気行程のストロークはクランク１０の長さの２倍となり、吸気・圧縮行程のストロークは副コンロッド７の長さの２倍分が膨張・排気行程のストロークより短くなる。また、クランク軸１１を中心に回転自在に歯車（Ａ）１７を配し、歯車（Ｂ）１８に副コンロッド７を連結し、歯車（Ｃ）２０を歯車（Ａ）１７，（Ｂ）１８に噛み合うように配し、エンジン本体側に配した吸気ストローク設定装置３５、圧縮比設定装置４５により歯車（Ａ）１７の回転を制御し、吸気行程・圧縮行程において副コンロッド７を回転させることにより吸入ストロークの可変化・所定の圧縮比の確保を実現する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシプロエンジンのクランク機構であって、ピストンにピストンピンでコンロッドを連結し、コンロッドの他端部をクランクピンでクランクアームに連結し、コンロッドを伸縮化し伸縮長さの規定により吸入・圧縮ストロークを膨張・排気ストロークより小さくするクランク機構。
【請求項２】
請求項１と同様なレシプロエンジンのクランク機構であって、ピストンにピストンピンで主コンロッドを連結し、主コンロッドの他端部をコンロッドピンで副コンロッドを連結し、副コンロッドの他端部をクランクピンでクランクアームに連結し、副コンロッドの長さの規定により吸入・圧縮ストロークを膨張・排気ストロークよりも小さくする複コンロッドクランク機構。
【請求項３】
前記クランク機構において、クランク軸を中心に回転自在な歯車Ａを配し、コンロッドピンを中心とする歯車Ｂを副コンロッドと共に回転するように配し、歯車Ａの周囲を公転する歯車Ｃを歯車Ａ、Ｂに噛み合うように配し、吸気行程・圧縮行程において歯車Ａを外部より回転制御することにより副コンロッドを回転させ、吸入行程・圧縮行程のストロークを変化させるストローク可変機構。
【請求項４】
請求項２、３記載の機構において、クランク軸にブラケットアームを１本以上増設し、該アームに防振バランシングウェートをピンで回動可能に連結し、防振バランシングウェートを歯車等により副コンロッドと対称回転させる防振機構。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、４サイクルレシプロエンジンにおいて、吸入・圧縮行程ストロークに対して膨張・排気行程ストロークを大きくするクランク機構、吸入行程のストローク（吸気量）をある範囲内で変化させる可変吸気機構、吸気量の変化に応じて所定の圧縮比を確保し、且つ圧縮比を火花点火領域から圧縮点火領域まで変化させる可変圧縮機構、以上の機構の副コンロッドの回転により発生する振動を防止する防振機構、等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】４サイクルレシプロエンジンの吸気・排気は吸気弁・排気弁の開閉によって制御され開閉が開始してから全開または全閉するまでには一定の時間がかかり、吸気弁の閉じ終わるタイミングは、吸気負荷の最小化と吸気量の最大化の観点から下死点後に閉じ終わり、クランク軸回転角度にして２０〜６０度後である。下死点後のピストンは上昇し始め、圧縮開始前に吸気したものを吸気ポート側へ押し戻すことになり、吸気行程ストローク容積よりも実吸気量は減少している。【０００３】また、排気弁を開き始めるタイミングは膨張行程末期の膨張圧の仕事量と排気行程初期の排気負荷損失量との兼ね合いから決定され、下死点前より排気弁を開き始めクランク軸回転角度にして３０〜８０度前である。従って、膨張行程での膨張圧力を回転に変換できない未変換圧力を残したまま排気が始まり、実質的な膨張行程ストロークが減少し、効率低下の一因となっている。【０００４】そこで、吸気弁を閉じるタイミングをピストン下死点前の早いタイミング（早閉じ方式）とするか、遅いタイミング（遅閉じ方式）とすることにより吸入容積を減少させ、実質的な吸入・圧縮行程ストロークを短くして所定の実圧縮比を確保し、「実圧縮比＜実膨張比」の関係を作りだすことにより、いわゆるミラーサイクルエンジンを実現し効率の向上を図っている。【０００５】また、複雑なリンク機構を用いて吸入・圧縮・膨張・排気の４行程のピストンストロークを「圧縮行程＜吸入行程＜膨張行程＜排気行程」となるようにして「圧縮比＜膨張比」の関係を実現したアトキンソンエンジンが知られている。【０００６】更に、特開平１０−２５９７３５号公報には、主コンロッド・副コンロッド・クランクアームからなるクランク機構を構成し、主コンロッド・副コンロッドの連結部を副クランク機構で制御することにより、吸入・圧縮行程に対して膨張・排気行程のピストンストロークを大きくするようにしたレシプロエンジンのクランク機構が開示されている。【０００７】また、特開平２００１−５００６７号公報には、ピストンに内挿した摺動部材にコンロッドをピストンピンで回動可能に連結し、摺動部材の摺動範囲を規定することにより、吸入・圧縮行程に対して膨張・排気行程のピストンストロークを大きくするようにしたレシプロエンジンのクランク機構が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】しかしながら、上記従来の吸気弁の閉じるタイミングの制御により、実質的な吸入ストロークを小さくすることで膨張圧力を回転に変換できない未変換残圧力の減少は実現されているが、未変換圧力はまだまだ残されている。しかし、更なる減少を図ろうとすると吸気行程でのポンピングロスを増大させ実質効果を減少させることから現状実態が限界である。【０００９】アトキンソンのエンジンは非常に複雑なリンク機構のため機械的損失が大きく、また、複雑なリンク運動に対する防振対応が容易ではなく、対効果の点から実用化されてない。【００１０】特開平１０−２５９７３５号公報記載のクランク機構は、複クランク機構により副コンロッドは複雑な運動となるが、従来のバランシングウェイト方式では充分な防振を実現できない問題を有し、また、特開平２００１−５００６７号公報記載のクランク機構は、ピストンの限られた内部でピストンピンの摺動化が必要なため、最小ピストン径が限定される問題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】本発明は、上記の課題を解決する為の、吸気・圧縮行程においてコンロッドの有効長さを変える複コンロッドクランク機構であって、コンロッドの有効長さを変えることにより吸気・圧縮行程のストロークを膨張・排気行程のストロークよりも小さくし、さらに、吸気行程終点（下死点）でのコンロッドの有効長さを変えることにより吸気ストロークの可変化を図り、圧縮行程終点（上死点）でのコンロッドの有効長さを変えることにより圧縮ストロークを可変化し吸気ストロークに応じて所定の圧縮比を確保し、また、これら機構により発生する振動をコンロッドの動きに同調して防振バランシングウェイトを回転させる動的な防振、等を実現するものである。
【発明の効果】
【００１２】吸気・圧縮行程のストロークは膨張・排気行程のストロークより短くでき、圧縮比に対して膨張比を大きくしたミラーサイクルエンジンを実現し、回転力への未変換膨張力の最少化を図ることができる。【００１３】また、膨張・排気行程のクランクアーム長は、吸気・圧縮行程ストロークに制約されることなく、最適な膨張比増となる長さに増長することができ、高トルク性能のエンジンとすることができる。  さらに、吸気・圧縮開始遅れが生じることから、吸気ロス・排気残留ガスを最少とする吸気・排気バルプの開閉タイミングの最適化が容易に実現できる。【００１４】吸気行程の終了時点までに副コンロッドを回転制御することにより、吸気最大ストロークはクランク長の２倍、最小ストロークは最大ストロークより副コンロッド長の２倍分だけ短くなる範囲内で吸気ストロークを変化させ、運転条件に合った最適吸気容量を選択でき、アクセルの踏込み量と踏込み加速度を検出し、踏込み量の変化がなくエンジン回転数が低下した時と基準加速度以上の踏込み時には吸気ストローク増を図り、同様に回転数が上昇時には吸気ストローク減を図る等、エンジン容量を調整するトルク制御エンジンを実現することができる。【００１５】また、圧縮ストロークを吸気ストロークに応じて変化させ所定の圧縮比を確保することができ、圧縮比は火花点火領域から圧縮点火領域まで変化させることができ、ガソリンエンジンとするかディーゼルエンジンとするかの使い分けを可能とする多機能エンジンを実現することができる。【００１６】クランク機構の持つ固有振動については従来の防振バランシングウェート方式により防振が可能であるが、副コンロッドの回転に伴う動的な振動に対しては従来の防振方式では防振できないが、副コンロッドの動きと対称的に回転する防振バランシングウェート方式により防振することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】本発明の第１実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は、第１実施形態に係わる４サイクルレシプロエンジンの吸気行程の下死点におけるクランク機構の状態と下死点におけるコンロッドの長さの増長機構の構成図である。
図１（ｂ）は、増長機構のＡ−Ａ断面図である。
図１（ａ）は、シリンダ（図示せず）内に摺動可能に嵌装されたピストン１に主コンロッド２をピストンピン３で回動可能に連結し、主コンロッド２の他端部に連結シリンダ４を取付け固定し、副コンロッド７に取付け固定した連結ピストン６を連結シリンダ４に摺動可能に嵌装し、エンドストッパー５を連結シリンダ４に取付け固定し摺動長さＫＬを規定し、副コンロッド７の他端部をクランクピン９でクランクアーム１０に回動可能に連結し、下死点においてコンロッド２の長さをＫＬ増長できるクランク機構を構成する。【００１８】以上のように構成したクランク機構の作用について次に説明する。
図１は、吸気行程の下死点におけるクランク機構の状態を示し、この状態より圧縮行程が進行し上死点に到達すると、連結ピストン６は圧縮負荷により押し上げられ摺動規定長さＫＬ＝０となる。膨張行程での下死点および排気行程での上死点でも同様に摺動規定長さＫＬ＝０となる。この状態より吸気行程が進行すると連結シリンダ４は吸気負荷により摺動規定長さＫＬ分引き上げられ、この時点より吸気が開始され下死点に到り吸気が完了する。  この状態より圧縮行程が進行すると連結ピストン６は圧縮負荷により摺動規定長さＫＬ分押し上げられ、この時点より圧縮が開始され上死点に到り圧縮が完了する。
その吸気・圧縮ストロークＳ１は数１により決定され、膨張・排気ストロークＳ２は数２により決定され、吸気・圧縮ストロークＳ１と膨張・排気行程ストロークＳ２の差
ＲＫ（＝Ｓ２−Ｓ１）は摺動規定長さＫＬとなる。
従って、膨張・排気行程のストロークに対して吸気・圧縮行程のストロークを小さく設定でき、圧縮比よりも膨張比を大きくしたミラーサイクルエンジンを実現することができる。【００１９】
【数１】
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【００２０】
【数２】
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【００２１】吸気行程において、連結シリンダ４を摺動規定長さＫＬ分引き上げとして作用するクランク軸の回転角度区間は、吸気作用が行われない吸気開始遅れθ１であり数３で決定される。    圧縮行程において、連結ピストン６を摺動規定長さＫＬ分押し上げとして作用するクランク軸の回転角度区間は、圧縮開始遅れθ２であり数４で決定される。【００２２】
【数３】
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【００２３】
【数４】
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【００２４】表１に第１実施形態の機構緒元例を示し、図４にピストンストロークの変位図を示す。吸気開始遅れθ１、圧縮開始遅れθ２はコンロッドの総長（＝Ｌ２＋Ｌ３）により変化し、短くすればθ１は小さく・長くすればθ２は小さくなり、それぞれの遅れ角度はコンロッド総長の増減調整により、必要とする角度に設定することができる。【００２５】
【表１】
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【００２６】本発明の第２実施形態について説明する。
図２に、第２実施形態に係わる４サイクルレシプロエンジンの複コンロッドクランク機構の構成を概略的に示す。図２に示すように、シリンダ（図示せず）内に摺動可能に嵌装されたピストン１に主コンロッド２をピストンピン３で回動可能に連結し、主コンロッド２の他端部を副コンロッド７にコンロッドピン８で回動可能に連結し、副コンロッド７の他端部をクランクピン９でクランクアーム１０に回動可能に連結し、クランクアーム１０の他端部をクランク軸１１に固定接続し、複コンロッドクランク機構を構成する。【００２７】以上のように構成した第２実施形態の作用について次に説明する。
図２（ａ）はピストン上死点ＴＤＣの状態を示すが、圧縮行程および排気行程のピストン上死点ＴＤＣは一定である。図２（ｂ）（ｃ）はピストン下死点ＢＤＣの状態を示すが、吸気行程のピストン下死点ＢＤＣ１に対して膨張行程のピストン下死点ＢＤＣ２は下方に位置している。従って、吸気ストロークおよび圧縮ストロークＳ１に対して膨張ストロークおよび排気ストロークＳ２がストローク差ＲＫだけ大きくなり、圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、ミラーサイクルエンジンを実現することができる。【００２８】次に、図３を参照してストローク差ＲＫを発生させる機構作用について説明する。
図３にクランク軸の回転方向を時計回りとして矢印で示しているが、回転方向は限定するものでないが時計回りとして以降の説明を展開する。
また、回転方向については、時計回りを「＋回転」、反時計回りを「−回転」と標記し、以降の説明を展開する。【００２９】図３に示すように、ピストン上死点ＴＤＣにおけるコンロッドピン８はクランクピン９の下方に位置している。これは、直前の圧縮行程での圧縮負荷、または、排気行程での排気負荷によりクランク軸中心に向けてコンロッドピン８は押し下げられる為である。【００３０】図３（ａ）において、クランク軸１１が＋回転し吸気行程が開始し、クランクピン９がＰ１点まで回転すると、ピストン１が上死点ＴＤＣからの下降を抑止または最少となるように副コンロッド７はクランクピン９を中心に＋回転する。更に、クランク軸１１が回転し、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並ぶＰ２点までクランク軸１１が回転する間も同様に、ピストン１が上死点からの下降を抑止または最少とするように副コンロッド７はクランクピン９を中心に＋回転する。従って、クランクピン９のＰ２点までのクランク軸回転角度をθ１とすると、θ１の区間は実質的な吸気は行われず、θ１は吸気遅れに相当する。【００３１】クランク軸回転角度θ１よりさらに回転すると、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並んだ状態を保ちながらピストン１が上死点ＴＤＣから下降を始め吸入が開始され、吸気行程の下死点ＢＤＣでは図２（ｂ）に示すようにコンロッドピン８はクランクピン９の上方に位置する。【００３２】従って、クランク軸１１中心Ｐ１１とクランクピン９中心Ｐ９間の長さをクランクアーム長さＬ１とし、コンロッドピン８中心Ｐ８とクランクピン９中心Ｐ９間の長さを副コンロッド長さＬ２とすると、吸気ストロークＳ１は数５により決定される。【００３３】
【数５】
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【００３４】図３（ａ）において、クランク軸１１が＋回転し圧縮行程が開始し、クランクピン９がＰ３点まで回転すると、ピストン１が下死点ＢＤＣ１からの上昇を抑止または最少とするように副コンロッド７はクランクピン９を中心に＋回転する。さらにクランク軸１１が回転し、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並ぶＰ４点までクランク軸１１が回転する間も同様に、ピストンが下死点からの上昇を抑止または最少とするように副コンロッド７はクランクピン９を中心に＋回転する。従って、クランクピン９のＰ４点までのクランク軸回転角度をθ２とすると、θ２の区間は実質的な圧縮ストロークとして作用せず、θ２は圧縮遅れに相当する。【００３５】クランク軸回転角度θ２よりさらに回転すると、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並んだ状態を保ちながらピストン１が下死点ＢＤＣ１から上昇を始め圧縮が開始され、圧縮行程の上死点ＴＤＣでは図２（ａ）に示すようにコンロッドピン８はクランクピン９の下方に位置する。
従って、圧縮ストロークＳ１は吸気ストロークと同様に数５により決定される。【００３６】図３（ｂ）において、膨張行程が開始しクランク軸１１が回転すると、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並ぶように副コンロッド７はクランクピン９を中心に−回転、ある時点から＋回転しながら下死点ＢＤＣ２に到り、図２（ｃ）に示すようにコンロッドピン８はクランクピン９の下方に位置する。
さらに、クランク軸１１が回転し排気行程が開始すると、主コンロッド２と副コンロッド７が一直線上に並ぶように副コンロッド７はクランクピン９を中心に＋回転、ある時点から−回転しながら上死点ＴＤＣに到り、図２（ａ）に示すようにコンロッドピン８はクランクピン９の下方に位置する。
従って、膨張ストロークおよび排気ストロークのＳ２は数２により決定される。【００３７】即ち、吸気ストロークおよび圧縮ストロークＳ１と膨張ストロークおよび排気ストロークＳ２とのストローク差ＲＫは数６により決定される。【００３８】
【数６】
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【００３９】従って、クランクアームの長さＬ１と副コンロッドの長さＬ２の組み合わせを変えることにより、必要とする吸気ストロークおよび圧縮ストロークＳ１に対して最適なストローク増ＲＫを持った膨張ストロークおよび排気ストロークＳ２の設定ができ、圧縮比よりも膨張比が大きいミラーサイクルを実現することができる。【００４０】図３（ａ）に示す、吸気開始遅れθ１・圧縮開始遅れθ２は、クランクアーム長さＬ１、副コンロッド長さＬ２、主コンロッド長さＬ３の組み合わせによって変化し、それぞれ、数７、数８により計算できる。【００４１】
【数７】
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【００４２】
【数８】
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【００４３】表１に第２実施形態の機構緒元例を示す。
緒元例は必要とする圧縮ストロークをＳｔ１とし最適な膨張ストローをＳｔ２となるようにクランクアーム長さＬ１、副コンロッド長さＬ２を設定し、主コンロッド長さＬ３は吸気・圧縮行程において、シリンダ内壁と主コンロッドとの間隙が必要最小限確保できる長さに設定したものである。その時の吸気開始遅れθ１、圧縮開始遅れθ２、を数９と数１０により計算し表にしたものである。【００４４】表１の緒元例に示すように吸気開始遅れθ１はクランク軸回転角度にして３４〜４６度である。  吸気開始時には排気弁は閉じ終わり、この間に吸気弁の開度をより大きくすることができ、吸気負荷の最少化と混合気ロスの減少が可能となる。【００４５】また、圧縮開始遅れθ２はクランク軸回転角度にして４４〜６５度である。
圧縮開始時には吸気弁は閉じ終わることができ、実吸気量を吸気ロスなく吸気行程ストローク容積とすることが可能となる。【００４６】図４に、吸気・圧縮・膨張・排気行程におけるピストンの変位図を示す。
吸気開始遅れθ１、圧縮開始遅れθ２が生ずることによる利点があるが、吸気・圧縮の期間が短くなり急激に吸気・圧縮が行われることになる。  従って、必要以上にθ１・θ２が大きくならないように最適化を図ることが好ましい。【００４７】図５に、吸気開始角度の設定機構を示す。  図５（ｃ）に示すように、クランクアーム１０に回転止めアーム１３を増設し該アームに副コンロッド７の＋回転を止める止め掛金１４を往復動自由に装着し、スプリング１５で押し出し、副コンロッド７がクランクアーム１０に対しθＫ度以上＋回転しないようにし、上死点での状態を示す図５（ｂ）からクランク軸１１がθ１Ｘ度回転した時点から吸気開始がされるようにする。
圧縮開始についても同様に、下死点からクランク軸１１がθ２Ｙ度回転した状態の模式図を図６（ｂ）に示すが、副コンロッド７がクランクアーム１０に対しθＫ度以上＋回転しないようにし、クランク軸１１がθ２Ｙ度回転した時点から圧縮開始がされるようにする。【００４８】これらの開始時期は副コンロッド７の＋回転抑止角度θＫの設定により決まる。
θＫの設定方法について、図６（ａ）に吸気開始時の模式図、（ｂ）に圧縮開始時の模式図を示し説明する。最適な吸気開始角度をθ１ＸとするとθＫは数９により決まり、圧縮開始角度θ２Ｙは数１０で設定される。従って、θ１Ｘ、θ２Ｙ別々に最適化することはできず、ともに満足するθＫを選択する必要がある。【００４９】
【数９】
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【００５０】
【数１０】
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【００５１】  表１に、第２実施形態の機構緒元例を示すが、圧縮開始遅れθ２はクランク軸回転角度にして４４〜６５度であるが、吸気開始角度θ１Ｘを３４〜４０度とすると、圧縮開始遅れは４４〜５４度となり、急激な圧縮は改善される。【００５２】副コンロッド７の＋回転を止める止め掛金１４の作動について副コンロッド７の動軌跡から詳細説明する。図７（ｂ）にクランクアーム１０と副コンロッド７の膨張・排気行程における動軌跡を示すが、排気行程において副コンロッド７は−回転しながら排気が進行し、図５（ａ）に示す状態に移行する。この時点からクランク軸１１が更に回転すると、副コンロッド７に設けた止め爪１６がカムとして作用し止め掛金１４を押し込みながら−回転し、図５（ｂ）に示す上死点に到り排気行程が完了する。【００５３】図５（ｂ）に示す上死点の状態からクランク軸１１がθ１Ｘ度回転し、副コンロッド７は＋回転しながら図５（ｃ）の状態に到達すると、副コンロッド７は止め爪１６と止め掛金１４により＋回転が抑止され吸気が開始される。  副コンロッド７と主コンロッド３が一直線上に並ぶまで副コンロッド７の＋回転は抑止され、以降、副コンロッドは−回転しながら図７（ａ）に示す下死点に到り、吸気が完了する。【００５４】圧縮行程でも同様に、下死点からクランク軸１１がθ２Ｙ度回転し、副コンロッド７は＋回転しながら図６（ｂ）の模式図に示す状態に到達すると、副コンロッド７は止め爪１６と止め掛金１４により＋回転が抑止され圧縮が開始される。副コンロッド７と主コンロッド３が一直線上に並ぶまで副コンロッドの＋回転は抑止され、以降、副コンロッドは−回転しながら上死点に到り、図７（ａ）に示す状態となり圧縮が完了する。【００５５】本発明の第３実施形態である防振機構について説明する。
第２実施形態におけるクランクアーム１０と副コンロッド７の動軌跡を図７に示す。図７（ａ）は吸気・圧縮行程における動軌跡を示し、（ｂ）は膨張・排気行程における動軌跡を示す。これからも明らかなように、各行程における副コンロッド７の動軌跡は全く異なり、従来の防振方法であるクランクピンの反対側におもりを取り付ける等のバランシング方式のみでは不十分であり、副コンロッド７の動軌跡に同調した動的なバランシング方式が必要不可欠である。【００５６】図８に、新防振機構を示しその構成を説明する。クランク軸１１を中心に回転可能な歯車（Ａ）１７を設置し、クランクピン９を中心とする歯車（Ｂ）１８を副コンロッド７と共に回転するように配し、両歯車（Ａ）１７，（Ｂ）１８を噛み合せる。更に、クランクアーム１０の反対側にブラケットアーム２３を増設しクランク軸１１に固定接続し、ブラケットアーム２３に歯車（Ｄ）２４を軸２５で回転可能に連結し、両歯車（Ａ）１７，（Ｄ）２４を噛み合せ、主コンロッド２副コンロッドピン７等との動的防振バランスをとるための防振バランシングウェート（１）３０を歯車（Ｄ）２４に取り付け固定し、ブラケットアーム２３に防振バランシングウェート（２）３１を設置する。【００５７】次に、新防振機構の作用について図８により説明する。
図８に示すように、副コンロッド７は歯車（Ｂ）１８とクランクピン９で連結されており、歯車（Ｂ）１８は副コンロッド７と共に回転し、歯車（Ａ）１７を介し歯車（Ｄ）２４も副コンロッド７と同方向に回転することになる。  防振バランシングウェート（１）３０と副コンロッド７の位置関係を、常にクランク軸１１の中心に対し対称関係を維持できるように歯車（Ｂ）１８と歯車（Ｄ）２４は同じ大きさにしておく。
これにより、クランク機構の持つ固有振動については防振バランシングウェート（２）３１で防振し、副コンロッド７の回転に伴う動的な振動に対しては歯車（Ｄ）２４に固定した防振バランシングウェート（１）３０で動的に防振することが可能となる。【００５８】図５に吸気開始角度θ１Ｘの設定機構を示したが、図８に示す防振機構の付加に伴い、回転止めアーム１３の増設は必要がなくなり、回転止め装置１２は図８、図９に示す位置に設置することになる。
詳細説明は省略するが、止め爪１６は歯車（Ｄ）２４の側面に設置し、止め掛金１４、スプリング１５からなる回転止め装置１２はブラケットアーム２３に固定設置する。
図８の回転止め装置１２のＮ−Ｎ線の断面図を図１０に示す。【００５９】図８に新防振機構の基本構成を示すが、クランク軸１１の径とクランクアーム１０の長さとの関係から歯車の軸間距離がとれない場合には、図１１に示すように、チェーン車（Ａ）３２とチェーン車（Ｂ）３３をチェーン３４で連結した構成とするか、または、図１４に示すように歯車構成が必要となるが詳細については後述する。【００６０】本発明の第４実施形態である吸気行程・圧縮行程のストロークを変化させるストローク可変機構を図１２、図１３に示し、その構成を説明する。
図１２に示すように、ブラケットアーム１９、２３、２６をそれぞれ増設しクランク軸１１に固定接続し、クランク軸１１を中心に回転自在な歯車（Ａ）１７を配し、クランクピン９を中心とする歯車（Ｂ）１８を副コンロッド７と共に回転するように配し、歯車（Ａ）１７の周囲を公転する歯車（Ｃ１）２０を歯車（Ａ）１７、（Ｂ）１８に噛み合うようにブラケットアーム１９に軸２２で回転自在に配する。また、防振機構についても同様にブラケットアーム２３に歯車（Ｄ）２４を軸２５で回転可能に設置し、歯車（Ａ）１７の周囲を公転する歯車（Ｅ１）２７を歯車（Ａ）１７、（Ｄ）２４に噛み合うようにブラケットアーム２６に軸２９で回転自在に配する。  吸気ストローク設定装置３５、圧縮比設定装置４５については、図１２では概略配置のみを示す。【００６１】図１２，１３に示す基本構成において、クランク軸１１の径とクランクアーム１０の長さとの関係から歯車の軸間距離がとれない場合には、図１４、１５に示すような構成が必要となる。その構成について説明する。
クランク軸１１を中心に回転自在な歯車（Ａ）１７を配し、ブラケットアーム１９に軸２２を回転自在に装着し、歯車（Ｃ１）２０を軸２２に固定し歯車（Ａ）１７と噛み合わせ、軸２２の他端部に歯車（Ｃ２）２１を固定し、歯車（Ｂ）１８を副コンロッド７と一体化し歯車（Ｃ２）２１と噛み合わせる。また、防振機構についても同様にブラケットアーム２６に軸２９を回転自在に装着し、歯車（Ｅ１）２７を軸２９に固定し歯車（Ａ）１７と噛み合わせ、軸２９の他端部に歯車（Ｅ２）２８を固定し、ブラケットアーム２３に軸２５で回転可能に設置した歯車（Ｄ）２４と噛み合わせる。【００６２】吸入行程・圧縮行程のストロークを変化させるストローク可変機構の作用について図１６の模式図によりその原理について説明する。
図１６（ａ）は吸気行程開始の上死点の状態を示す。    これより歯車（Ａ）１７の＋回転を（１８０−α）度に規制し下死点に到ると、歯車（Ａ）１７・歯車（Ｃ）２０・歯車（Ｂ）１８からなる遊星歯車機構により、歯車（Ｂ）１８はα度−回転し、破線図に示すように副コンロッド７はα度−回転する。従って、吸気ストロークはα＝０の時に最小となり、α＝１８０の時に最大とすることができる。
即ち、歯車（Ａ）１７のクランク軸回転方向の回転角度を規制することにより、吸気ストロークを変化させるのが基本原理（１）である。【００６３】吸気ストロークを可変化した時の圧縮比の設計は、当然、適用する最大吸気ストロークが前提となり、吸気ストロークが小さくなれば圧縮比も小さくなる。
従って、吸気ストロークに対応して圧縮ストロークを変化させる必要がある。
図１６（ｂ）は圧縮行程が完了した上死点の状態を示し、吸気行程で（１８０−α）度＋回転した歯車（Ａ）１７は圧縮行程において、歯車（Ａ）１７・歯車（Ｃ）２０・歯車（Ｂ）１８からなる遊星歯車機構により（１８０−α）度−回転し、図１６（ａ）に示す上死点の状態に定点復帰する。  圧縮行程末期において歯車（Ｂ）１８をβ度、−回転させ、ピストンをＶδＸ燃焼室へ押し込み増を図ることにより、所定の圧縮比を確保することができる。図１６（Ｃ）も圧縮行程が完了した上死点の状態を示し、圧縮行程末期において歯車（Ｂ）１８をβ度、＋回転させ、ピストンをＶδＸ燃焼室へ押し込み増を図り、所定の圧縮比を確保したものである。即ち、圧縮行程末期において歯車（Ｂ）１８の回転制御を、歯車（Ａ）１７を介して外部から強制実施し、吸気ストロークに対応して圧縮ストロークを変化させ、ピストンをＶδＸ燃焼室へ押し込み増を図ることにより、所定の圧縮比を確保するのが基本原理（２）である。【００６４】従って、圧縮行程において歯車（Ａ）１７が（１８０−α）度−回転することが前提であり、第２実施形態で提案した歯車（Ａ）１７の＋回転抑制による圧縮開始遅れ制御は実施できず、機構により発生する圧縮開始遅れ角度で規定されることになる。【００６５】図１７に吸気ストローク設定装置３５の機構を示しその構成について説明する。本図はクランク軸が上死点にあり排気行程が完了し、吸気ストロークを最小とする場合の状態を示し、摺動ラック３６、吸気摺動ロッド４１等の摺動台およびクランク機構の図示は省略し、摺動台の断面図を図１８に示す。  摺動ラック３６の両側にラック歯（Ａ）３７とラック歯（Ｂ）３８を構成し、ラック歯（Ａ）３７下端部で歯車（Ａ）１７と噛み合わせ、固定ラック３９をラック歯（Ｂ）３８に対向して設置し、ピニオン４０をラック歯（Ｂ）３８下端部と固定ラック３９上端部に噛み合わせて配し、吸気摺動ロッド４１に固定した軸４２にピニオン４０を回転可能に取り付け、歯車（Ａ）１７の回転に対応して吸気摺動ロッド４１が上昇または下降するようにし、ストッパー位置設定制御装置４３によりストッパー４４を上昇または下降させ吸気行程摺動ロッド４１の下降位置を規定することにより、吸気ストロークを設定する。【００６６】吸気ストローク設定装置３５の作用について、図１７により説明する。  基本原理で説明したように吸気行程において歯車（Ａ）１７は最大１８０度＋回転する。歯車（Ａ）１７のピッチ円の径をＤａとすると、歯車（Ａ）１７とラック歯（Ａ）３７で噛み合わされている摺動ラック３６はπＤａ／２下降し、摺動ラック３６のラック歯（Ｂ）３８と固定ラック３９に噛み合わされているピニオン４０は吸気行程摺動ロッド４１と共に、πＤａ／４下降する。
従って、吸気摺動ロッド４１の下降量は摺動ラック３６の下降量の１／２となり、後述するストッパー位置設定制御装置４３の制御応答性向上を図っているが、制御応答性に支障がなければラック・ピニオン機構を省略し、摺動ラック３６の下降量を制御対象とすることも可能である。    ストッパー位置設定制御装置４３のストッパー４４と吸気摺動ロッド４１の間隔をπＤａ／４として配置し、ストッパー位置設定制御装置４３によりストッパー４４を上昇・下降制御することにより、吸気摺動ロッド４１の下降量を規制して歯車（Ａ）１７の回転角度を規定することにより、副コンロッド７の回転を制御し吸気ストロークを変化させるのが基本作用である。
副コンロッド７をα度、−回転させるためには、ストッパー位置設定制御装置４３のストッパー４４をπＤａ／４×α／１８０上昇させればよく、その時の吸気ストロークＳｔαは数１１  で決定され、ストッパー位置設定制御装置４３を数値制御する。
α値の設定可能範囲は機構的には０〜１８０度であるが、吸気開始クランク回転角度を規定する回転止め装置１２を設置し、回転ストッパー角度をθＫ、吸気開始クランク回転角度をθ１Ｘとした場合のα値は０〜（１８０−θＫ−θ１Ｘ）の範囲となる。【００６７】
【数１１】
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【００６８】図１７に圧縮比設定装置４５の機構を示し、その構成について説明する。
本図はクランク軸が上死点にあり排気行程が完了し、圧縮ストロークがまだ設定されてない状態を示し、摺動ロッド４９、圧縮比設定ラック５５、圧縮行程摺動ラック５８等の摺動台およびクランク機構の図示は省略し、摺動台は図１８に示す。    クランク軸１１の１／２角速度で同期回転するカム軸４６に設けたカム４７の機構により、プッシュロッド４８とプッシュロッド４８に連結した摺動ロッド４９を下降させ、摺動ロッド４９に固定した軸５０にピニオン５１を回転可能に取り付け、カム４７開放時にスプリング５２、スプリング架台５３によりプッシュロッド４８と摺動ロッド４９を定位置へ上昇させ、ストッパー５４で上昇限を規定する。圧縮比設定ラック５５上端部をピニオン５１に噛み合わせて配し、圧縮比設定制御装置５６により伸縮するロッド５７を圧縮比設定ラック５５に連結し、圧縮比設定ラック５５に対向して配した圧縮摺動ラック５８の下端部をピニオン５１に噛み合わせ、圧縮行程摺動ラック５８はカム４７による摺動ロッド４９の下降ストロークの２倍下降する。  圧縮比設定制御装置５６でロッド５７の伸縮量を圧縮比設定ラック  ５５とピニオン５１を介して圧縮摺動ラック５８を上下に摺動させることにより圧縮摺動ラック５８の下降終点を吸気ストロークに対応して規定し、歯車（Ａ）１７に固定設置したレシーバーロッド５９が圧縮行程末期に圧縮摺動ラック５８の下降ストローク線上にあるように、かつ、圧縮ストロークの調整を必要としない場合は圧縮摺動ラック５８が下降終点でレシーバーロッド５９に接する位置に圧縮比設定装置４５を配置し、圧縮摺動ラック５８の下降ストロークでレシーバーロッド５９を押し下げて歯車（Ａ）１７を−回転させることにより副コンロッド７を−回転させ、吸気ストロークに対応して所定の圧縮比を得るように圧縮ストロークを変化させる。【００６９】図１７に圧縮比設定装置４５の機構を示し、その作用について説明する。
クランク軸１１の１／２角速度で同期回転するカム軸４６に設けたカム４７の機構により、摺動ロッド４９はピニオン５１と共に圧縮行程において常に一定量下降し、圧縮行程が完了しカム４７の作用が開放され始めるとスプリング５２により定位置へ上昇する。  ピニオン５１に噛み合わされた圧縮比設定ラック５５は、設定作動時以外は固定された状態にあり、ピニオン５１に噛み合わされている圧縮摺動ラック５８は摺動ロッド４９の下降ストロークの２倍下降する。
圧縮ストロークの調整を必要としない場合は圧縮摺動ラック５８の下降終点でレシーバーロッド５９に接する位置に圧縮比設定装置４５を配置しておく。      圧縮比設定制御装置５６により圧縮比設定ラック５５をＳδＸ上昇すると、圧縮摺動ラック５８はピニオン５１を介しＳδＸ下降し、圧縮行程完了時に圧縮摺動ラック５８はレシーバーロッド５９を直線にしてＳδＸ押し込み回転運動させて、歯車（Ａ）１７を−回転し、歯車（Ｂ）１８・歯車（Ｃ１）２０を介して副コンロッド７を−回転し、圧縮ストローク増を図り、吸気ストロークに対応して所定の圧縮比を得るようにピストンをＶδＸ燃焼室へ押し込む。
（圧縮摺動ラック５８とレシーバーロッド５９の作用の詳細については後述する）
適用する最大吸気ストロークで燃焼室の容積ＶＣを設計し所定の圧縮比εを確保し、吸気ストロークを小さくした時はそれに対応して圧縮ストローク増を図り所定の圧縮比εを維持する。【００７０】圧縮比を圧縮点火領域まで増大が可能であり、火花点火方式と圧縮点火方式とを兼用化したエンジンとする場合には、火花点火エンジンとして適用する最大吸気ストロークで燃焼室の容積Ｖｃを設計し所定の圧縮比を確保し、圧縮点火エンジンとして運転する場合には、吸気ストロークに対応して所定の圧縮比が得られるように圧縮ストロークを変化させる。【００７１】吸気ストロークに対応して所定の圧縮比を得るための、圧縮比設定制御装置５６の制御量ＳδＸは数１２で決定され、圧縮比設定制御装置５６を数値制御する。【００７２】
【数１２】
2007239729.tif 000015
【００７３】歯車（Ａ）１７を＋回転し、歯車（Ｂ）１８・歯車（Ｃ１）２０を介して副コンロッド７を＋回転する方式については、圧縮比設定装置４５の配置を変えればよく、図１９に示すレシーバーロッド５９の押込みを押上げるように配置するか、図１７に示す吸気摺動ロッド４１の戻り量を規定する位置まで押し下げるように配置すればよく、詳細説明は省略する。【００７４】吸気ストローク設定装置３５の制御方法例について説明する。  運転条件により吸気ストロークを変化させ吸気容量を決定するには、下死点における副コンロッド７の回転角度αを設定すれば、吸気ストロークＳｔαは数１１により規定され、ストッパー位置設定制御４３を数値制御する。  吸気容量を自動選択するとすれば、アクセルの踏込み量と踏込み加速度を検出し、踏込み量の変化がなくエンジン回転数が低下した時と基準加速度以上の踏込み時には吸気ストローク増を図り、同様に回転数が上昇時には吸気ストローク減を図る等が考えられる。【００７５】圧縮比設定装置４５の制御方法例について説明する。    吸気ストロークに応じて所定の圧縮比を確保するには、運転吸気ストロークＳＸすればレシーバーロッド５９の押込み量ＳδＸは数１２により規定され、圧縮比設定制御装置５６を数値制御する。
圧縮比は火花点火領域から圧縮点火領域まで変化させることができ、ガソリンエンジンとするかディーゼルエンジンとするかの使い分けを設定することも可能である。【００７６】以上、吸入・圧縮行程のストロークを変化させる本発明の第４実施形態であるストローク可変機構について説明してきたが、次の２点について補足・検証する。【００７７】第１に、圧縮摺動ラック５８の直線下降をレシーバーロッド５９の回転運動に変換し、副コンロッド７を−回転できるか検証する。【００７８】図１９（ａ）は、圧縮比設定制御を必要としない適用最大吸気ストロークでの圧縮行程における圧縮摺動ラック５８の作動ストロークを示し、圧縮行程終点において圧縮摺動ラック５８のヘッド部は所定のストロークを下降してもレシーバーロッド５９に接するのみで、レシーバーロッド５９を押し込み回転させることはない。【００７９】図１９（ｂ）は、最小吸気ストロークで圧縮比設定制御装置５６により圧縮摺動ラック５８が最大下降された状態を示し、この時点より圧縮摺動ラック５８は所定のストロークを下降しレシーバーロッド５９を押し込み、歯車（Ａ）１７をβｍａｘ−回転する。  この下降時に圧縮摺動ラック５８のヘッド部がレシーバーロッド５９と干渉することなくレシーバーロッド５９を押し込むことができるかが問題である。【００８０】図２０は、圧縮摺動ラック５８の下降過程において、圧縮摺動ラック５８のヘッド部がレシーバーロッド５９に接近するクランク軸回転角度にして１．２度の区間の作動推移を拡大したものであるが、図からも明らかなように、ヘッド部の寸法・形状と圧縮摺動ラック５８の下降ストロークの傾斜角度θｒの最適化により干渉は回避可能であり問題はない。【００８１】第２の問題は、圧縮行程終点において副コンロッド７を−回転または＋回転し、所定の圧縮比を確保した後、問題なく膨張行程に移行できるかどうかである。
圧縮設定装置４５のカム機構４６，４７を図２１のような緒元とした時、副コンロッド７を−回転または＋回転し所定の圧縮比を確保した後の、膨張行程における副コンロッド７の回転角度βは数１３で決定される。
表２に示す複コンロッドクランク機構緒元例により、膨張行程におけるクランク軸の回転角度対副コンロッド７の回転角度βの推移を図２２に示し、問題なく膨張行程に移行できることを検証する。【００８２】
【数１３】
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【００８３】
【表２】
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【００８４】図２２により膨張行程における副コンロッド７の回転角度βの推移過程を説明する。
圧縮比設定制御を必要としない適用最大吸気ストロークでの圧縮行程終点における副コンロッド７の回転角度βは０°であり、β＝０°の推移線が圧縮比制御不要の場合である。β≠０°の場合の推移線とβ＝０°の推移線との交点が、圧縮設定装置４５の作動終了点であり、以降β＝０°の推移線で膨張行程が進行する。  この交点のクランク軸回転角度は、プッシュロッド４８のヘッドの傾斜角度θｂと傾斜部の幅ＫＢにより調整でき、最適点に設定することが可能である。【００８５】副コンロッド７を−回転したβ≦０°の場合について検証する。圧縮行程が完了した上死点の状態は図１６（ｂ）に示す通り、着火が上死点前に完了するか、上死点後に完了するかに関係なく、膨張力はクランクアーム１０の回転力に変換でき、問題なく膨張行程に移行できることは明白である。
圧縮設定装置４５の作動終了点までは、膨張力の一部が副コンロッド７を＋回転させる力として作用し歯車（Ａ）１７等に負荷をかけることになり、作動終了点は短いことが好ましいが、短すぎると圧縮比を早めに低下させることになり、着火遅れとの兼ね合いから最適化が必要である。【００８６】副コンロッド７を＋回転したβ≧０°の場合について検証する。
圧縮行程が完了した上死点の状態は図１６（Ｃ）に示す通り、膨張力がクランクアーム１０の回転力に変換できるのは、コンロッドピン８がピストンピン３とクランク軸１１１の中心点を結んだ中心線を越えた時点からであり、図２２に「コンロッドピン座標Ｙ＝０となるθ」として示すが、θは０〜１４°である。従って、着火を上死点前に完了させることはできず、上死点後に完了させる必要があり、プッシュロッド４８のヘッドの傾斜角度θＢを設定調整し「コンロッドピン座標Ｙ＝０となるθ」で着火を完了させるような最適化設計が必要不可欠であるが、着火完了までに圧縮比の低下は免れず、副コンロッド７を＋回転とする圧縮比設定制御方式の利点はなく、特別な支障がない限り−回転としたβ≦０°による方式が最適である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施形態に係るクランク機構を示し、下死点におけるコンロッドの長さの増長機構の概略図である。
【図２】第２実施形態に係るクランク機構を示し、上死点・下死点におけるピストン位置と行程ストロークとの関係を示す概略図である。
【図３】図２の機構の吸気・圧縮行程、膨張・排気行程におけるクランクアーム・主コンロッド・副コンロッドの作動を示す模式図である。
【図４】図１、図２の機構の吸気・圧縮・膨張・排気行程におけるピストン位置の変位を示したグラフ図である。
【図５】吸気・圧縮開始クランク軸角度の設定機構を示す図である。
【図６】図５の設定機構の設定値と吸気開始時・圧縮開始時のクランク軸角度の関係を示した模式図である。
【図７】第２実施形態の吸気・圧縮・膨張・排気行程におけるクランクアームと副コンロッドの動軌跡を示したグラフ図である。
【図８】第３実施形態である新防振機構を示す概略図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】図８における歯車（Ｄ）回転止め装置に係るＮ−Ｎ断面図である。
【図１１】図８に示す新防振機構をチェーンとチェーン車で構成した図である。
【図１２】第４実施形態である吸気行程・圧縮行程のストローク可変機構を示す図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【図１４】図１２の機構において歯車の軸間距離が取れない場合の歯車配置と構成を示す図である。
【図１５】図１４の平面図である。
【図１６】図１２の吸気行程・圧縮行程のストローク可変機構の作用原理を説明するための模式図である。
【図１７】吸気ストローク・圧縮ストロークの設定装置の機構を示す図である。
【図１８】図１７における摺動台に係るＲ−Ｒ，Ｓ−Ｓ，Ｔ−Ｔ断面図である。
【図１９】圧縮摺動ラックのヘッドとレシーバーロッドの作動・回転の推移を示したグラフ図である。
【図２０】圧縮摺動ラックのヘッドとレシーバーロッドが最初に最接近する特定区間の作動・回転の推移を示したグラフ図である。
【図２１】圧縮行程のストローク変化させた後、膨張行程に移行できるか検証するための圧縮設定装置のカム機構緒元例を示したものである。
【図２２】表２に示す複コンロッドクランク機構緒元（例）を図２２のカム機構の圧縮ストローク設定装置で所定の圧縮比を確保した時の、膨張行程における副コンロッドの回転角度の推移を示したグラフ図である。
【符号の説明】
【００８８】  １    ピストン
２    主コンロッド
３    ピストンピン
４    連結シリンダ
５    エンドストッパー
６    連結ピストン
７    副コンロッド
８    コンロッドピン
９    クランクピン
１０    クランクアーム
１１    クランク軸
１２    回転止め装置
１３    回転止めアーム
１４    止め掛金
１５    スプリング
１６    止め爪
１７    歯車（Ａ）
１８    歯車（Ｂ）
１９    ブラケットアーム
２０    歯車（Ｃ１）
２１    歯車（Ｃ２）
２２    軸
２３    ブラケットアーム
２４    歯車（Ｄ）
２５    軸
２６    ブラケットアーム
２７    歯車（Ｅ１）
２８    歯車（Ｅ２）
２９    軸
３０    防振バランシングウェート（１）
３１    防振バランシングウェート（２）
３２    チェーン車（Ａ）
３３    チェーン車（Ｂ）
３４    チェーン
３５    吸気ストローク設定装置
３６    摺動ラック
３７    ラック歯（Ａ）
３８    ラック歯（Ｂ）
３９    固定ラック
４０    ピニオン
４１    摺動ロッド
４２    軸
４３    ストッパー位置設定制御装置
４４    ストッパー
４５    圧縮比設定装置
４６    カム軸
４７    カム
４８    プッシュロッド
４９    摺動ロッド
５０    軸
５１    ピニオン
５２    スプリング
５３    スプリング架台
５４    ストッパー
５５    圧縮比設定ラック
５６    圧縮比設定制御装置
５７    ロッド
５８    圧縮摺動ラック
５９    レシーバーロッド
６１    摺動台（１）
６２    摺動台（２）
６３    摺動台（３）
ＫＬ    ピストンピン３または連結ピストン６の摺動規定長さ
θｋ    回転ストッパー角度
θ１Ｘ  吸気開始クランク軸回転角度
θ２Ｙ  圧縮開始クランク軸回転角度
α      下死点における副コンロッドの回転角度（＝歯車（Ａ）１７の回転角度）
β      上死点における副コンロッドの回転角度（＝歯車（Ａ）１７の回転角度）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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