(57)【要約】【課題】  吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびストロークを増加させることが可能なエンジンを提供する。【解決手段】  シリンダ軸線Ｌ１に対するオフセット量を変更可能なガイド部材２４に摺動自在に案内されるスライダ２６と、ピストン１５と、クランクシャフト１６とを第１、第２コネクティングロッド１７，１８で接続し、クランクシャフト１６の半分の回転数で回転するコントロールシャフト２８でガイド部材２４を揺動させるので、膨張行程の時間およびストロークと、吸気行程の時間およびストロークとを別個に設定することができ、これにより吸気バルブ２２を極端に遅閉じする必要を無くして吸気の吹き返しを防止しながら、膨張行程の時間を増加させて熱効率を高めるとともに膨張行程のストロークを増加させて膨張比を大きく確保することができる。【選択図】        図１
2007071107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１４）と、
シリンダ（１４）に摺動自在に嵌合するピストン（１５）と、
シリンダ軸線（Ｌ１）に対するオフセット量が変更可能なガイド部材（２４）と、
ガイド部材（２４）に摺動自在に案内されるスライダ（２６）と、
一端がピストン（１５）に接続されて他端がスライダ（２６）に接続された第１コネクティングロッド（１７）と、
一端が第１コネクティングロッド（１７）に接続されて他端がクランクシャフト（１６）に接続された第２コネクティングロッド（１８）と、
ガイド部材（２４）のオフセット量を膨張行程のストロークが圧縮行程のストロークよりも長くなるようにクランクシャフト（１６）の回転位相に応じて変更するオフセット量変更手段（２８）と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
エンジン（Ｅ）の運転状態に応じてガイド部材（２４）のオフセット量を固定するオフセット量固定手段（３３，３４）を備えたとを特徴とする、請求項１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、シリンダに摺動自在に嵌合するピストンをコネクティングロッドを介してクランクシャフトに接続したエンジンに関し、特にピストンの上死点および下死点の位置を変更可能なエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気バルブの閉弁タイミングを一般のエンジンに比べてかなり遅く設定し、この吸気バルブの遅閉じによって圧縮仕事を低減するアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）エンジンにおいて、ターボチャージャによる過給との組み合わせによって、ノッキングや排気温度の上昇を抑制しつつエンジン出力の増加を図るものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開平６−１０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来のものは、吸気バルブの閉弁タイミングを遅く設定したことでピストンが上昇を開始してから吸気バルブが閉じるため、実質の排気量が減少して最大出力が低下してしまうだけでなく、一旦燃焼室に吸入された吸気が圧縮行程の初期において吸気ポートに吹き返されてしまい、これによる損失が発生する問題があった。また吸気ポートに吹き返された吸気が次の吸気行程の吸気と混合するため、これを考慮した空燃比の演算が必要になって演算負荷が増加する問題があった。さらに膨張比は機械圧縮比に等しくなるため、熱効率を高めるべく高膨張比を実現しようとすると燃焼室の形状が偏平になってしまう問題があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびストロークを増加させることが可能な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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダと、シリンダに摺動自在に嵌合するピストンと、シリンダ軸線に対するオフセット量が変更可能なガイド部材と、ガイド部材に摺動自在に案内されるスライダと、一端がピストンに接続されて他端がスライダに接続された第１コネクティングロッドと、一端が第１コネクティングロッドに接続されて他端がクランクシャフトに接続された第２コネクティングロッドと、ガイド部材のオフセット量を膨張行程のストロークが圧縮行程のストロークよりも長くなるようにクランクシャフトの回転位相に応じて変更するオフセット量変更手段とを備えたことを特徴とするエンジンが提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、エンジンの運転状態に応じてガイド部材のオフセット量を固定するオフセット量固定手段を備えたとを特徴とするエンジンが提案される。
【０００７】
尚、実施例コントロールシャフト２８は本発明のオフセット量変更手段に対応し、実施例のクラッチ機構３３およびブレーキ機構３４は本発明のオフセット量固定手段に対応する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、シリンダ軸線に対するオフセット量を変更可能なガイド部材に摺動自在に案内されるスライダに、一端がピストンに接続された第１コネクティングロッドの他端を接続するとともに、一端が第１コネクティングロッドに接続された第２コネクティングロッドの他端をクランクシャフトに接続したので、前記オフセット量の変更に基づいてピストンの上死点の位置および下死点の位置を変化させて排気量および圧縮比を変更することができる。
【０００９】
またオフセット量変更手段がガイド部材のオフセット量を膨張行程のストロークが圧縮行程のストロークよりも長くなるようにクランクシャフトの回転位相に応じて変更するので、膨張行程の時間およびストロークと、吸気行程の時間およびストロークとを別個に設定することができ、これにより吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間を増加させて熱効率を高めるとともに膨張行程のストロークを増加させて膨張比を大きく確保することができる。
【００１０】
請求項２の構成によれば、エンジンの運転状態に応じてオフセット量固定手段がガイド部材のオフセット量を固定するので、クランクシャフトの回転に応じて上死点位置や下死点位置が変化する状態と変化しない状態とを切り換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１は排気量および圧縮比の可変機構を備えたエンジンの縦断面図、図２は第１上死点および膨張行程の作用説明図、図３は第１下死点および排気行程の作用説明図、図４は第２上死点および吸気行程の作用説明図、図５は第２下死点および圧縮行程の作用説明図、図６はエンジンの膨張行程、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるクランクアングルとピストン位置との関係を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、４サイクル単気筒のエンジンＥはクランクケース１１と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に設けたシリンダ１４に摺動自在に嵌合するピストン１５と、クランクケース１１に回転自在に支持したクランクシャフト１６とが、第１コネクティングロッド１７および第２コネクティングロッド１８を介して接続される。
【００１４】
シリンダヘッド１３の下面にピストン１５の上面に臨む燃焼室１９が形成されており、燃焼室１９に連なる吸気ポート２０および排気ポート２１がそれぞれ吸気バルブ２２および排気バルブ２３で開閉される。これらの吸気バルブ２２および排気バルブ２３は、図示せぬ動弁機構により駆動される。
【００１５】
軸線Ｌ２を有するレール状のガイド部材２４の上端が、クランクシャフト軸線Ｌ３と平行な支軸２４ａを介してクランクケース１１の内部に揺動可能に枢支される。第１コネクティングロッド１７は「く」字状に屈曲した部材であり、その上端がピストン１５の下面にピストンピン２５を介して枢支されるとともに、その下端に設けたスライダ２６がガイド部材２４に摺動自在に嵌合する。
【００１６】
クランクシャフト１６はジャーナル１６ａと、クランクウエブ１６ｂと、クランクピン１６ｃとを備えており、直線状の第２コネクティングロッド１８は、その上端が第１コネクティングロッド１７の中間部に連結ピン２７を介して枢支されるとともに、その下端がクランクシャフト１６のクランクピン１６ｃに枢支される。
【００１７】
クランクシャフト１６の左下に小型のクランクシャフト形状のコントロールシャフト２８が回転自在に支持されており、クランクシャフト１６に設けた駆動スプロケット２９とコントロールシャフト２８に設けた従動スプロケット３０とがタイミングベルト３１で連結される。従動スプロケット３０の歯数は駆動スプロケット２９の歯数の２倍に設定されており、従ってコントロールシャフト２８はクランクシャフト１６の２分の１の回転数で回転する。コントロールシャフト２８のクランクピン２８ａとガイド部材２４の下端とが第３コネクティングロッド３２で連結されており、従ってクランクシャフト１６が反時計方向に回転するとコントロールシャフト２８がクランクシャフト１６の２分の１の回転数で反時計方向に回転し、ガイド部材２４は支軸２４ａまわりにクランクシャフト１６の２回転につき１回往復揺動する。      
【００１８】
シリンダ軸線Ｌ１に対して、ガイド部材２４の軸線Ｌ２は左側にオフセットしており、クランクシャフト軸線Ｌ３、つまりジャーナル１６ａの軸線は右側にオフセットしている。
【００１９】
次に、上記構成を備えた本発明の第１実施例の作用について説明する。
【００２０】
図６はエンジンＥの膨張行程、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるクランクアングルとピストン位置との関係を示す図である。圧縮行程および膨張行程間の第１上死点位置Ａは図２（Ａ）に対応し、膨張行程および排気行程間の第１下死点位置Ｃは図３（Ａ）に対応し、排気行程および吸気行程間の第２上死点位置Ｅは図４（Ａ）に対応し、吸気行程および圧縮行程間の第２下死点位置Ｇは図５（Ａ）に対応する。また第１上死点位置Ａおよび第１下死点位置Ｃ間の第１中間位置Ｂは図２（Ｂ）に対応し、第１下死点位置Ｃおよび第２上死点位置Ｅ間の第２中間位置Ｄは図３（Ｂ）に対応し、第２上死点位置Ｅおよび第２下死点位置Ｇ間の第３中間位置Ｆは図４（Ｂ）に対応し、第２下死点位置Ｇおよび第１上死点位置Ａ間の第４中間位置Ｈは図５（Ｂ）に対応する。
【００２１】
図２（Ａ）に示す第１上死点位置Ｇおよび図４（Ａ）に示す第２上死点位置Ｅでは、スライダ２６がガイド部材２４の上部の支軸２４ａに重なるので、ピストン位置は同じである。しかしながら、図３（Ａ）に示す第１下死点位置Ｃおよび図５（Ａ）に示す第２下死点位置Ｇでは、スライダ２６がガイド部材２４の下方に位置するので、ガイド部材２４の揺動によってスライダ２６の位置が変化してピストン位置も変化する。即ち、第１下死点位置Ｃではガイド部材２４が支軸２４ａを中心としてクランクシャフト１６から遠ざかる方向に揺動するため、ピストン位置が通常位置よりも低くなる。一方、第２下死点位置Ｇではガイド部材２４が支軸２４ａを中心としてクランクシャフト１６に近づく方向に揺動するため、ピストン位置は通常位置となる。
【００２２】
また第１、第２下死点位置Ｃ，Ｇにおいてピストン１５の高さが変化するのと同時に、図６に示すように、膨張行程および排気行程間の第１下死点位置Ｃでは位相の遅れが大きくなり、吸気行程および圧縮行程間の第２下死点位置Ｇでは位相の遅れが小さくなる。
【００２３】
しかして、膨張行程の終わりの第１下死点位置Ｃでのピストン位置が低くなることで第１上死点位置Ａから第１下死点位置Ｃまでの膨張行程でのピストン１５のストロークが増加するため、燃焼室１９の形状を偏平にして機械圧縮比を増加させることなく膨張比を大きく確保することができ、エンジンＥの熱効率を高い値に保持しながら出力を増加させることができる。また膨張行程の時間が長くなることによっても熱効率が向上する。
【００２４】
このようにしてエンジンＥの熱効率が向上すると排気ガス温度が低下し、さらに膨張比の増加により排気行程で排出するガス量の筒内全体のガス量に対する比率が大きくなる結果、排気上死点において筒内に残留するガス量およびガス温度を共に低減し、これにより吸入後ガス温度および圧縮後ガス温度が低下してノッキングの改善に寄与することができる。
【００２５】
一方、吸気行程の終わりの第２下死点位置Ｇの位相の遅れは小さく抑えられるので、吸気バルブ２２が極端に遅閉じするのを防止して吸気ポート２０への吸気の吹き返しを最小限に抑え、吸気ポート２０に吹き返された吸気が次の吸気行程の吸気と混合するのを防止して空燃比の演算負荷が増加を回避することができる。
【００２６】
次に、図７に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００２７】
第２実施例は、ガイド部材２４の揺動を停止して任意の位置に固定可能にすべく、コントロールシャフト２８と従動スプロケット３０との間にクラッチ機構３３を配置するとともに、ガイド部材２４の支軸２４ａにブレーキ機構３４を設けたものである。これにより、コントロールシャフト２８が所定の位相にあるときにクラッチ機構３３を締結解除してクランクシャフト１６とコントロールシャフト２８との連結を遮断し、かつブレーキ機構３４を作動させることで、ガイド部材２４の揺動を停止して任意の位置に固定することができる。
【００２８】
従って、エンジンＥの運転状態、即ちエンジン回転数やエンジン負荷に応じてガイド部材２４を揺動させたり固定したりすることで、ピストン１５のストローク特性を変更することができる。例えば、エンジンＥの低負荷時にガイド部材２４を揺動させて第１実施例と同様の作動をさせ、高負荷時にガイド部材２４を固定して通常のエンジンＥ（圧縮比＝膨張比）として作動させることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３０】
例えば、実施例ではガイド部材２４を支軸２４ａまわりに揺動させてオフセット量を変更しているが、ガイド部材２４を平行移動させて、あるいは平行移動および揺動を組み合わせてオフセット量を変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施例の排気量および圧縮比の可変機構を備えたエンジンの縦断面図
【図２】第１上死点および膨張行程の作用説明図
【図３】第１下死点および排気行程の作用説明図
【図４】第２上死点および吸気行程の作用説明図
【図５】第２下死点および圧縮行程の作用説明図
【図６】エンジンの膨張行程、排気行程、吸気行程および圧縮行程におけるクランクアングルとピストン位置との関係を示す図
【図７】第２実施例の排気量および圧縮比の可変機構を備えたエンジンの縦断面図
【符号の説明】
【００３２】
１４        シリンダ
１５        ピストン
１６        クランクシャフト
１７        第１コネクティングロッド
１８        第２コネクティングロッド
２４        ガイド部材
２６        スライダ
２８        コントロールシャフト（オフセット量変更手段）
３３        クラッチ機構（オフセット量固定手段）
３４        ブレーキ機構（オフセット量固定手段）
Ｌ１        シリンダ軸線
【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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