(57)【要約】【課題】二分割し揺動自在に連結したコンロッドの、クランク側の動きを規制するアームの揺動軸芯位置を変えストロークを連続可変するものがあるが、ピストン下降側のクランク回転角が上昇側より広くなりクランクバランスがとれず振動大で低減する為にバランサが必要であった。【解決手段】二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御するものにおいて、クランクを２軸とし同回転数にて逆回転させる対向ピストン機関とする。【選択図】図１−１
2017223210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側で、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御する行程容積連続可変装置。
【請求項２】
可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状にリンクにて軸支し３点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯に近いリンクの先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に平行且つ各クランクジャーナル軸に直角に配置した雄送りネジ軸に噛合う雌送りネジにて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで雄送りネジ軸の回転にて雌送りネジが雄送りネジ軸上をスライドして揺動軸芯位置を主にシリンダ軸平行方向に可変することで主に行程容積を可変する請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項３】
クランク軸方向に対向ピストン機構を並べて配置したものにおいて、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近の雄送りネジ軸にギヤを設けると共に、ギヤ両側の送りネジを互いに逆ネジとし、気筒列毎の雄送りネジ軸の中間にアイドルギヤを配置し噛合せることでギヤ列を形成し、その内の一つのアイドルギヤ端部より一体に雄送りネジ軸に平行に延長したシャフトの先端部にドリブンギヤを設け、行程容積可変制御モータのドライブギヤ部を噛合せて対向ピストン気筒列毎の行程容積可変機構を連動し、一つのモータで全ての気筒列の可変制御を可能とする請求項２に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項４】
可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状にリンクにて軸支し３点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯より遠いリンクの先端部を、二本のクランク軸毎に平行配置したシャフトに気筒列毎に固定したアーム先端にて揺動自在に軸支すると共に、別にシャフトに固定した制御レバーの先端部を揺動させることで可変制御アームの揺動軸芯位置を主にシリンダ軸直角方向に可変することで主に圧縮比を可変する請求項１に記載した行程容積連続可変装置。
【請求項５】
圧縮比制御モータの回転を直線運動に変換し、圧縮比可変制御レバーを揺動させる送りネジを、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近において、制御レバーを固定した両側シャフト軸芯を結ぶ線及びシャフト軸に対し略直角に配置し、送りネジ先端部と両方の制御レバーを連結するジョイントの少なくとも片方の長さを調整可能とし両側気筒圧縮比の同調を可能とする請求項４に記載した行程容積連続可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】本発明は、自動車等のエンジンにおいて行程容積、圧縮比を随時任意に連続無段階可変し、ピストン下降側（吸気、膨張行程）のクランク回転角が上昇側（圧縮、排気行程）より広い行程容積連続可変装置における、コンパクト化、低重心化及び振動低減に関するものである。
【背景技術】
【００２】出力に対し、内燃機関の行程容積及び圧縮比は、熱効率、ポンピングロスを決定づける主な要因であり、負荷や回転数等に応じて行程容積、圧縮比を連続自在に選択できれば、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れる。
斜板（斜軸）にてピストン往復運動をクランク軸回転運動に変換し、斜板（斜軸）の傾斜角及びクランク軸方向位置を変え、行程容積及び圧縮比を可変する特許文献ＵＳ特許４４３３５９６号、特開２００４−２４５０９２号等があるが、ピストン往復運動の力を出力軸の回転力に変換する部分でのメカロスが大きく、しかも高回転化が困難な構造であり、斜板（斜軸）の傾斜角を変える機構も精度、安全面での対応が不十分であり、一つの斜板、クランク軸外周に多シリンダをクランク軸に平行に配置したものは、往復運動部の慣性力、慣性モーメントがアンバランスになり易く、一軸クランクでのバランス取りが非常に難しい為振動対策面でも不十分となる。又、クランク軸方向にシリンダ、シリンダヘッド等が順に配置されることとなり軸方向エンジン長が長くなる為に、車体左右方向にクランク軸、変速機を配置することが困難故に前後方向に配置することになるが、変速機部分の運転室への張り出しが多くなり運転席、助手席の邪魔となる欠点もあり実用化に至っていないのが現状である。【００３】単クランク機構を応用すれば従来の加工設備を利用できると共に、エンジンレイアウトも似たものとなり従来の車体に搭載し易く実用化への障壁が小さくなる。
コンロッドを二分割し主にクランク側の動きをアームにて規制し、アームの揺動軸位置を可変したり、揺動軸をクランクの１／２回転にて円運動させることで、圧縮比可変やクランク一回転毎にストロークを可変する所謂アトキンソンサイクルを実現するもの等が数多く提案されている。
その中にシリンダ芯軸とクランクジャーナル軸を通る芯軸への垂線の内側の第二象限に、クランク側コンロッドの動きを規制するアームの揺動軸芯を設けたことを特徴とする特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号があり、揺動軸芯位置を一次元的又は二次元的可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比も行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変できるものが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４】特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号では、第二象限内にアームの揺動軸芯と共に揺動先端軸を設けており先端軸の軌跡がピストンストロークを決定づけている。二分割コンロッド連結軸のシリンダ直角方向の振れはクランクピン回転直径並となるが、ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできるので、従来の単クランク機構よりピストン側圧は低減できるが大幅に低減できるものでは無く、クランク側コンロッドがシリンダ直角方向に長く延長されており、往復運動部重量の増加を招き振動増加、強度低下の原因になると共に、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化する為に、バルブタイミングを合わせる為のＶＶＴが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなＶＶＴが必要となる。又、ピストン下降側（吸気、膨張行程）のクランク回転角が上昇側（圧縮、排気行程）より広く燃焼効率面では有利となるが、自動車等のエンジンに多用されている直４、直６等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点があった。【００５】本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御することで、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変し、広運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減を図れると共に、ピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、ストローク可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のＶＶＴも不要で、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられる行程容積連続可変装置において、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側で、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御することで、シリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化、及び低重心化が図れる自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００６】前述の課題を解決する為の請求項１の発明は、二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側で、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御する行程容積連続可変装置とすることを特徴とする。
特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号の様な従来の二分割コンロッド行程容積可変機構は、アーム先端部位置がコンロッド連結軸よりピストン側にあるのでストローク時にシリンダスカート部との接触を防ぐ必要がありピストン側コンロッドが長くなってしまう欠点があり、クランク側コンロッドもシリンダ芯軸に対し直角方向に長く延長されるので重量増加による振動増加及び強度低下と共にエンジンブロックの増大を招いていた。
又、ピストンストロークに対しクランクピン回転直径を多少は小さくできる機構ではあるが、コンロッド連結軸のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れ幅がクランクピン回転直径並となるので、従来の単クランク機構よりはピストンスラップによる側圧を低減できているが大幅に低減できるものでは無く、ピストンストロークの上死点位相がストローク変化に伴い大きく変化するので、バルブタイミングを合わせる為にＶＶＴが必須となり、バルブタイミングをも可変するとなると更に位相可変幅の大きなＶＶＴが必要となる。
又、ピストン下降側（吸気、膨張行程）のクランク回転角が上昇側（圧縮、排気行程）より広くなるので燃焼効率面では有利となるが、自動車等のエンジンに多用されている直４、直６等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点があった。
本発明の様に、コンロッドを二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結、クランク側の動きを可変制御アームにて規制し、アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変することでピストンストロークを連続可変するものにおいて、コンロッド連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点にアーム連結軸芯を設けた（クランクピン軸芯とアーム連結軸芯を結ぶ線に対しアーム連結軸芯から略直角に延長した位置にコンロッド連結軸芯を設け軸芯三ヵ所をＬ形に配置した）Ｌ形ヨークとし、アーム連結軸をアームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様にしたことで、コンロッド連結軸がアーム連結軸の円弧状軌跡上をアーム連結軸に対しコンロッド連結軸が揺動する形で軌跡を描きストロークするので、シリンダ芯軸に対し直角方向の振れが極小さく抑えられピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロスとなる。本実施例図ではアッパクランクケースのみにてシリンダ合せ面を形成し面加工を容易にすることを優先した為に、最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯ストローク軌跡のシリンダ芯軸直角方向最大振れ幅の略中央からシリンダ芯軸が少しずれた位置に配置され、コンロッド連結軸のシリンダ芯軸に対する直角方向の振れが少し大きくなっている。加工工数が増えると共に組立時に合せ面に段差が出来やすくなり、液封に気を使う必要があるが、シリンダ合せ面加工をミドルケースと同時加工とすれば、シリンダ芯軸をシリンダ芯軸直角方向最大振れ幅の略中央にすることは容易に可能である。
又、ストローク量に合せた圧縮比に設定する為に、アーム連結軸の上死点時シリンダ芯軸に対する直角方向位置を多少ずらすことになるが、変位量は小さいのでストローク量による上死点時のクランク位相変化は少なく数度程度に収まり、タイミング合わせのＶＶＴは不要となる。
又、上死点付近ではクランクピン軸とシリンダスカート部の間にアーム連結軸が挟まれる形になるので、クランクジャーナル軸に対するシリンダヘッド合せ面の高さは単クランク機構よりその分高くなるが、単クランク機構のクランクピン回転半径がストロークの１／２であるのに対し、最大ストローク時の１／３〜１／４程度にできるのであまり高くならず、アーム連結軸に対するコンロッド連結軸位置はシリンダヘッド合せ面側に揺動傾斜した状態となり、下死点側でもコンロッド連結軸位置がクランクピン回転半径までは下がらないのでコンロッド長を単クランク機構より短くでき強度、重量面で特許文献例より有利にできる。
又、可変制御アームの揺動軸芯位置を面状（二次元的）に可変可能とすることにより、全ストローク範囲で圧縮比を随時任意に連続無段階可変できるものであり、最少ストローク（最少行程容積）側の低負荷、低回転領域で高圧縮比とし燃焼効率の向上を図ったり、最大ストローク（最大行程容積）側の高負荷、低回転領域でノッキング防止の為に低圧縮比とすること等が瞬時に無段階可変できると共に、圧縮比可変幅も自在に大きくとれるので、一基のエンジンにて過給ガソリンエンジンの圧縮比からディーゼルエンジンやＨＣＣＩエンジンの圧縮比まで随時任意に連続無段階可変できることになる。
以上の様な特徴を有する行程容積可変機構を同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせ、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御する対向ピストン型行程容積連続可変装置とすることにより、ピストン下降側（吸気、膨張行程）のクランク回転角が上昇側（圧縮、排気行程）より広くなり燃焼効率面では有利であるが、自動車等のエンジンに多用されている直４、直６等のクランク配列ではクランクバランスがとれず振動大となる欠点を、対向ピストン化によりシリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、シリンダ軸方向は長くなってしまうが同じ気筒数の直列エンジンよりクランク軸方向をコンパクト化できる。
しかもクランクを二本とし逆回転させることでエンジン部のジャイロ効果を打ち消し車体前後方向のクランク軸配置に適したエンジンにできると共に、可変制御アームの揺動軸芯位置を、二本のクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線に対し線対称位置に可変制御するレイアウトにて、ピストン下降側（吸気、膨張行程）のクランク回転角が上昇側（圧縮、排気行程）より広くなるストローク特性を両側気筒同一に設定できると共に、シリンダ芯軸直角方向寸法がコンパクト化され低重心化が図れる。
クランクジャーナル軸に対しクランクピンがシリンダ側を回転する時の上死点から下死点間のクランク回転角が広くなり、クランクピンがシリンダの反対側を回転する時の下死点から上死点間のクランク回転角が狭くなる特性故に、従来の対向ピストンの様に、クランク一本で対向するピストン芯軸をクランク軸方向視同一線上でクランク軸方向にずらして配置したものおいて、可変制御アームの揺動軸芯位置をクランクに対し対向ピストンシリンダの反対側に配置すると共に、クランクジャーナル軸芯を通りシリンダ芯軸に直角な線に対し線対称位置に可変制御するレイアウトでは、両側ピストンに連結されたクランクピンが同方向に回転するので、片方のピストンの上死点から下死点間のクランク回転角が広いと、反対側のピストンの上死点から下死点間のクランク回転角は狭くなり燃焼特性が大幅に変わると共に、往復運動部の慣性力も差ができバランスが取れない。クランクを二本とし同回転数にて逆回転させることで両側気筒のストローク特性を同一にでき、燃焼特性、クランクバランス共合わせることが可能となる。【００７】又、請求項２の発明は、請求項１の発明において、可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状にリンクにて軸支し３点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯に近いリンクの先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に平行且つ各クランクジャーナル軸に直角に配置した雄送りネジ軸に噛合う雌送りネジにて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで雄送りネジ軸の回転にて雌送りネジが雄送りネジ軸上をスライドして揺動軸芯位置を主にシリンダ軸平行方向に可変することで主に行程容積を可変することを特徴とする。
可変制御アームの揺動軸を位置可変にて軸支する方法としては、特許文献特開２００３−１２９８１７号、特開２００３−２０１８７５号の様に送りネジシャフト端にて揺動軸を軸支し送りネジにて一次元的に位置を変えるか、送りネジシャフトの位相も可変として二次元的に可変可能にする方法もあるが、気筒毎に送りネジ、ギヤ類を設ける必要がありコスト、アライメント精度面で不利であり、送りネジシャフト自体が動くので行程容積可変時のイナーシャ大となり、位相可変時は更に機構を保持するケースをも含めたイナーシャが加わり応答速度の低下が問題となる。
本発明の様に、可変制御アームの揺動軸をＶ字状のリンクにて軸支することで、両リンク先端軸との三点支持にて確実に軸支でき、コスト、アライメント精度面で優れ、可変機構の可動部イナーシャも小さく抑えられ応答速度を速くできると共に、機構をクランクケース内に収められるので液封も容易である。
尚、揺動軸を安定、確実に保持する為に、揺動軸と両リンク先端軸で形成される三角形は全可変ストローク（行程容積）範囲に於いて三角形を維持すると共に、揺動軸芯点の内角は０°、１８０°から遠ざけた角度にする必要がある。
又、揺動軸位置可変を二次元的に可変する時、可変制御アームの揺動軸を主にシリンダ芯軸方向に変位させるリンク側の先端部移動で主に行程容積（ピストンストローク）が可変されるが、シリンダ芯軸直角方向変位により圧縮比も変化し、主にシリンダ芯軸直角方向に変位させるリンク側の先端部移動で主に圧縮比が可変されるが、シリンダ芯軸方向変位により行程容積も変化してしまうので、決められた圧縮比にて行程容積を正確に可変する場合は両方のリンク先端部移動を協調させる必要がある。
ピストンストロークは主に可変制御アーム揺動軸のシリンダ芯軸方向位置により変化し、シリンダ芯軸方向位置をより大きく変位させた方がストロークを大きく可変できるので、本案では主にシリンダ芯軸方向に変位させるリンク側の先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に平行つまりはシリンダ芯軸に平行、且つ各クランクジャーナル軸に直角に配置した雄送りネジ軸に噛合う雌送りネジにて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで、雄送りネジの回転にて雌送りネジが雄送りネジ上をスライドして揺動軸芯位置を可変させることで、移動量を大きくでき行程容積可変量を大きくできる構造としている。又、送りネジ部が非可逆伝達なので無電力で行程容積を一定保持でき電力消費を抑え燃料消費を低減できる。【００８】又、請求項３の発明は、請求項２の発明において、クランク軸方向に対向ピストン機構を並べて配置したものにおいて、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近の雄送りネジ軸にギヤを設けると共に、ギヤ両側の送りネジを互いに逆ネジとし、気筒列毎の雄送りネジ軸の中間にアイドルギヤを配置し噛合せることでギヤ列を形成し、その内の一つのアイドルギヤ端部より一体に雄送りネジ軸に平行に延長したシャフトの先端部にドリブンギヤを設け、行程容積可変制御モータのドライブギヤ部を噛合せて対向ピストン気筒列毎の行程容積可変機構を連動し、一つのモータで全ての気筒列の可変制御を可能とすることを特徴とする。
ギヤ列を二本のクランクジャーナル軸芯の中間付近に設けることで雌送りネジのスライドの邪魔にならずに配置できると共に、可変制御アームの揺動軸移動及び揺動範囲を避けて配置された行程容積可変制御モータからの動力を伝達するアイドルギヤに一体に形成したシャフトを、各気筒列毎に配置した雄送りネジ軸の中間の空間を有効利用し配置することで、気筒列間隔を広げることなく雄送りネジ軸上をスライドする雌送りネジを避けて配置することができる。【００９】又、請求項４の発明は、請求項１の発明において、可変制御アームの揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状にリンクにて軸支し３点支持にて位置決め固定可能とし、先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯より遠いリンクの先端部を、二本のクランク軸毎に平行配置したシャフトに気筒列毎に固定したアーム先端にて揺動自在に軸支すると共に、別にシャフトに固定した制御レバーの先端部を揺動させることで可変制御アームの揺動軸芯位置を主にシリンダ軸直角方向に可変することで主に圧縮比を可変することを特徴とする。
圧縮比は主に可変制御アーム揺動軸のシリンダ軸直角方向位置により変わるが、変位量はピストンストロークを可変するより小さくて済むので、行程容積可変に採用した気筒毎に送りネジ機構を設けそれらを連動させる方式より、両側クランク軸毎に平行にシャフトを配置し、気筒毎にシャフトに一体に形成した偏芯軸又は別体のアームをシャフトに締結し、シャフトの位相を可変することで揺動軸芯位置を主にシリンダ軸直角方向に可変する側のリンク先端部を、軸支しつつ変位させシリンダ軸直角方向位置を変える方式の方が、コスト、重量、組立面で優れクランクケースもコンパクト化できる。但し、シャフトをクランクケース合せ面上に配置できない場合、シャフトを軸方向にスライドさせてクランクケースの軸穴に挿入することになり、偏芯軸の場合偏芯量すなわち揺動軸のシリンダ軸直角方向変位量に制限を受けるか、偏芯量を確保できる軸径まで軸を太くする必要がある。圧縮比を可変する為の揺動軸のシリンダ軸直角方向変位量は、ピストンストローク可変量すなわちシリンダ軸平行方向変位量にほぼ比例するので、本案の様にピストンストローク可変量が大きい場合偏芯軸では対応困難となる。
クランクケースにシャフトを挿入する時に別体のアームをシャフトに締結する方式とすることで、シャフト軸径に無関係にアーム長を変えられ、シリンダ軸直角方向変位量を大きくでき大きなピストンストローク可変量に圧縮比可変を対応できる。【０１０】又、請求項５の発明は、請求項４の発明において、圧縮比制御モータの回転を直線運動に変換し、圧縮比可変制御レバーを揺動させる送りネジを、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線付近において、制御レバーを固定した両側シャフト軸芯を結ぶ線及びシャフト軸に対し略直角に配置し、送りネジ先端部と両方の制御レバーを連結するジョイントの少なくとも片方の長さを調整可能とし両側気筒圧縮比の同調を可能とすることを特徴とする。
二本のクランクの中間付近に送りネジを配置することで、両クランクのジャーナル軸間の空間部に送りネジを含む圧縮比制御機構を配置でき、クランクケースをコンパクトにできると共に、片方のジョイント長を変えることで圧縮比制御レバーの位相を調整でき両側気筒の圧縮比を同調できる。
【発明の効果】
【０１１】本発明により、二分割したコンロッドのクランク側をアームにて動きを規制し、アームの揺動軸芯位置を二次元的可変することでピストンストロークを連続可変可能とし、併せて圧縮比もストロークに合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、ピストン側圧を大幅低減でき低メカロスで、ストローク可変時の上死点位相変化が少なく位相合わせの為のＶＶＴも不必要となり、往復運動部重量の増加をも少なく抑えられるうえ、シリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化及び低重心化が図れるもので、単クランク機構を応用したものゆえ従来の加工設備を利用できると共に、エンジンレイアウトも似たものとなり従来の車体に搭載し易い、自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供できる。
しかも、行程容積、圧縮比の可変機構の一部に非可逆伝達機構を設けており無電力で行程容積、圧縮比を一定保持できるので電力消費を抑え燃料消費を低減できる。
【発明を実施するための形態】
【０１２】以下図面にて、本発明による行程容積連続可変装置の実施形態を詳細説明する。本発明による行程容積連続可変装置は自動車等に搭載される各種ガソリン、ディーゼル、ＨＣＣＩエンジン等の動力装置に適用可能である。
【０１３】二分割しクランク軸方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせるもので、クランク機構１０、行程容積可変機構２０、行程容積制御機構３０、圧縮比可変機構４０、圧縮比制御機構５０を含む。
【０１４】クランク機構１０は、二気筒１８０°位相クランクのＲ、Ｌクランクシャフト１５Ｒ，１５Ｌが、互いに平行にアッパ、ミドルクランクケース２、３の合せ面上にジャーナル軸芯を配置、半割のジャーナルメタル軸受１５−１によりジャーナル軸１５ｂが回転自在に軸支されると共に、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とクランク軸ギヤ１５ｇ及び変速機係合ボス部１５ｃ又は鍔部１５ｆの側面間に、半割シム１５−２を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制され、クランク軸ギヤによりＲ、Ｌクランクシャフトが同回転数にて互いに逆回転し、図１−１、２に於いてＲクランクシャフトは時計回りにＬクランクシャフトは反時計回りに回転する。
反対側のクランクシャフト段付軸に、Ｒクランクシャフトにはカムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット１５ｄ、オイルポンプドライブスプロケット１５ｅ、Ｌクランクシャフトにはカムシャフトに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット、クランク位相を検知する為のクランク位相検知ピン１５−５が設けられており、クランクピン軸１５ａには二分割しクランク軸に直角な方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、コンロッド連結軸１２−１、クランクピン軸の芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸１３−４の芯を配置し軸芯三ヵ所をＬ形に配置したＬ形ヨーク１３とし、半割のヨークメタル軸受１３−２、ヨークキャップ１３−１をボルト１３−３にてヨークに締結することでクランクピン穴を形成し、ヨークを回転自在に軸支している。
尚、ヨークとヨークキャップの合せ面は、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な面よりコンロッド連結軸側に傾け、クランク回転時にヨークキャップ固定ボルトの綿付ボス部と可変制御アーム１４の揺動軸受ボス部との緩衝を避けると共に、コンロッド連結軸とクランクピン穴間をボルト締結にて剛性、強度を確保し、合せ面をクランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な方向にするよりヨークを軽くでき振動軽減している。
又、可変制御アームのＩ形断面形状アーム部も連結軸と揺動軸の穴芯を結ぶ線に対しヨークのクランクピンボス部を逃げる側にずらすことで、ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを短くし軽量化を図ると共に、可変制御アームのアーム長も短くしエンジンブロックもその分コンパクトにしている。
本実施例では、Ｌ形ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを、クランクピン回転直径の二割程度増しとしストローク増加比１．６余としているが、スパンを長くする等して、可変制御アーム揺動軸の揺動軌跡の下死点側をクランクピン回転軌跡に対しより遠ざけた軌跡にすれば２程度まで上げることは可能である。
スパンを長くすれば重くなり強度、振動面で不利となるがエンジンの使用特性に合わせてスパンを選定すれば良い。
短くすれば軽くなり強度、振動面で有利となるがストローク増加比（最大ストローク／最少ストローク）が小さくなると共に揺動角が大きくなる。
又本実施例では、可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間スパンもクランクピン回転直径の一割増しとしているが、長さに比例してストローク量が変わるので強度上問題の無い範囲内でヨークのこのスパンを変えるだけで行程容積の違うエンジンにできる利点を有する。その場合コンロッド連結軸のシリンダ芯軸Ｙ（以下Ｙ軸）直角方向の軌跡をＹ軸に対し最少、最大ストローク時の振れを均等に近づけることで最大ピストン側圧を小さく抑える為に可変制御アームの長さを変えて調整する方法がある。
（図１−１〜３参照）
【０１５】Ｒ、Ｌクランクのジャーナル軸芯が配置されたクランクケース合せ面に対し、Ｙ軸を平行で同芯軸上に配置したシリンダ１Ｒ，１Ｌにピストン１１が対向ストローク自在に挿入され、ピストンピン１１−１及びコンロッド連結軸にてクランク軸に直角な方向に揺動自在にヨークに軸支したピストン側のコンロッド１２と、クランクピン軸に回転自在に軸支したヨークの可変制御アーム連結軸の動きを規制する可変制御アームを、可変制御アーム揺動軸１６にて軸支し揺動させることで、可変制御アーム連結軸を主にＹ軸方向に円弧状に揺動させ、クランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に直角な軸Ｘ（以下Ｘ軸）方向を規制しピストン往復運動をクランク回転運動に変換するもので、可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に変えることで、アーム連結軸軌跡がクランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に略平行な線Ｙ´（以下Ｙ´線）に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で放射状に位置、角度が変わる様にし、ストローク及び圧縮比を可変可能とすることで、アーム連結軸の円弧状軌跡上をアーム連結軸に対しコンロッド連結軸が揺動する形で軌跡を描きストロークするので、Ｘ軸方向の振れが極小さく抑えられピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロスとなる。最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯揺動軌跡のＸ軸方向最大振れ幅の略中央にＹ軸を配置することで、全ストローク範囲に於いて上、下死点共にＹ軸に対するピストン側コンロッドの揺動傾斜角を小さく抑えることができるが、本実施例図ではアッパクランクケースのみにてシリンダ合せ面を形成し面加工を容易にすることを優先した為に、最少、最大ストロークに於けるコンロッド連結軸芯ストローク軌跡のＸ軸方向最大振れ幅の略中央からＹ軸が少しずれた位置に配置され、コンロッド連結軸のＸ軸方向の振れが少し大きくなっている。加工工数が増えると共に組立時に合せ面に段差が出来やすくなり、液封に気を使う必要があるが、シリンダ合せ面加工をミドルケースと同時加工とすれば、Ｙ軸をＸ軸方向最大振れ幅の略中央にすることは容易に可能である。（図１−１〜３参照）
又、アーム連結軸の上死点時Ｘ軸方向位置は、ストローク量に合せた圧縮比に設定する為に多少ずらすことになるが変位量は小さいので、ストローク量による上死点時のクランク位相変化は少なく数度程度に収まるので、タイミング合わせのＶＶＴは不要となる。（図１−９参照）
本実施例では、コンロッドとコンロッド連結軸及び可変制御アームと可変制御アーム連結軸とを圧入固定し、Ｌ形ヨークの両側軸受穴にて各軸を回転自在に軸支し、各連結軸の幅をできる限り狭くし、クランクシャフトのカウンタウエイト部の幅を広くとると共に、ストロークに対するクランクピン半径が小さくなるのでクランクピン軸とジャーナル軸の断面重なりを大きくできることでクランクシャフトの剛性、強度の向上を図っており、Ｌ形ヨークの両側軸受穴にはクランクピン穴部より連通するオイル穴にて供給されるオイルにて揺動軸受部が潤滑される構造としている。
クランク機構は、クランク軸方向視にて二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線Ｃ，Ｌ（以下Ｃ，Ｌ）に対し、後述する行程容積可変機構、圧縮比可変機構と共に基本的に線対称位置に配置され線対称に動く構造としている。（図１−１〜３参照）
【０１６】行程容積可変機構２０は、Ｌ形ヨークの動きを規制する可変制御アームを揺動自在に軸支する可変制御アーム揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状のリンクにて軸支することで３点支持にて位置決め固定可能としたものにおいて、Ｖ字状リンクの片方でリンク先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯に近い行程容積可変リンク２１の先端部を、二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線つまりはＹ´線に平行且つ各クランクジャーナル軸に直角に、ミドルクランクケースとロアクランクケース４の合せ面に軸芯を配置すると共に回転自在に軸支した行程容積可変雄送りネジ軸２２に噛合う、行程容積可変雌送りネジ２３Ｒ、２３Ｌにネジに対し直角に設けられた軸にて揺動自在に軸支し、リンクにて雌送りネジの回転を規制することで雄送りネジ軸の回転にて雌送りネジが雄送りネジ軸上をスライドし、揺動軸芯位置を主にＹ軸平行方向に可変することで主にストローク（行程容積）を変えるもので、クランク軸方向に並べて配置された対向ピストン機構毎に設けられている。行程容積可変機構の雌送りネジのスライドのみで揺動軸位置を可変すると圧縮比が変化してしまうので、一定又は任意の圧縮比で行程容積を可変する為には圧縮比可変機構を協調させて動かす必要がある。アーム部コの字断面形状の行程容積可変リンクは、可変制御アーム揺動軸に揺動自在に軸支された可変制御アーム及びＨ形断面形状アームの圧縮比可変リンク４１を挟む形で両端段付軸部に圧入固定されており、圧縮比可変リンクにより揺動軸方向が規制されることで雌送りネジの回転を規制している。（図１−１、２、４、５参照）
【０１７】行程容積制御機構３０は、Ｃ，Ｌ付近の行程容積可変雄送りネジ軸にドリブンギヤ部２２ｂを設けると共に、ギヤ両側の送りネジ部２２ａを互いに逆ネジとし、気筒列毎の行程容積可変雄送りネジ軸の中間に、ドリブンギヤに噛合うピニオンギヤ部３３ａより一体に雄送りネジ軸に平行に延長したシャフトの先端部にドリブンギヤ部３３ｂを有するドライブピニオンシャフト３３をミドルクランクケースとロアクランクケースの合せ面に軸芯を配置すると共に回転自在に軸支し、ドリブンギヤ部に行程容積制御モータホルダ３２に固定された行程容積制御モータ３１のドライブピニオンギヤ部３１ａを噛合せて対向ピストン気筒列毎の行程容積可変機構を連動し、一つのモータで全ての気筒列の可変制御を可能にしている。行程容積の制御は行程容積可変雌送りネジのスライドをポジションセンサにて検知し制御するのが一般的だが、行程容積可変量が大きくスライド量が大きいのでセンサの分解能により検知精度が粗くなるので、本実施例ではコスト面では不利となるが回転角、回転量検知可能な制御モータを採用している。
行程容積可変雄送りネジ軸のドリブンギヤ部両側部とクランクケースの軸受穴側面部との間にはシム２２−１が配置され、両側シムの厚さを調整することで可変制御アーム揺動軸位置を調整し両側対向ピストンのストローク量（行程容積）を同調可能としている。（図１−１、２、５、８参照）
【０１８】圧縮比可変機構４０は、Ｌ形ヨークの動きを規制する可変制御アームを揺動自在に軸支する可変制御アーム揺動軸をクランク軸方向視Ｖ字状のリンクにて軸支することで３点支持にて位置決め固定可能としたものにおいて、Ｖ字状リンクの片方でリンク先端が可変制御アームの揺動軸芯位置に対しクランク軸芯より遠い圧縮比可変リンクの先端部を、二本のクランク軸毎に平行配置した圧縮比可変シャフト４２Ｒ、４２Ｌに気筒列毎に固定した圧縮比可変アーム４４ＦＲ、４４ＦＬ、４４ＲＲ、４４ＲＬ先端に圧入固定されたリンクピン４３にて揺動自在に軸支すると共に圧縮比可変アームの両側アーム側面にて軸方向規制し、別に圧縮比可変シャフトのカムチェーン側の端部に締結した圧縮比制御レバー４５Ｒ、４５Ｌの先端部を揺動させることで可変制御アームの揺動軸芯位置を主にＸ軸方向に可変することで主に圧縮比を可変するもので、上死点時の可変制御アーム連結軸位置をＹ軸より遠ざかるＸ軸方向に変位させれば、Ｌ形ヨークの傾斜角が大きくなりコンロッド連結軸がＹ軸方向でシリンダヘッド側に移動し圧縮比が高くなるが、可変制御アーム連結軸移動量は僅かでも圧縮比は比較的大きく変わる。例えば本実施例の様な最大ピストンストローク１００ｍｍの燃焼室を同シリンダボアの円筒高さ１１ｍｍ相当の容積に設定すれば、圧縮比は（１００＋１１）／１１≒１０．１となる。ピストン位置を５ｍｍずらし円筒高さ６ｍｍ相当の燃焼室容積とすれば、圧縮比は（１００＋６）／６≒１７．７となる。最小ピストンストロークは６１ｍｍ故に燃焼室を同シリンダボアの円筒高さ６．７ｍｍ相当の容積に設定すれば、圧縮比は（６１＋６．７）／６．７≒１０．１と同等圧縮比にでき、ピストン位置を３．１ｍｍずらし円筒高さ３．６ｍｍ相当の燃焼室容積とすれば、圧縮比は（６１＋３．６）／３．６≒１７．９と同等圧縮比にできる。本実施例の様に、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸間のスパンを可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間のスパンより一割程度増したＬ形ヨークでは、可変制御アーム連結軸のＸ軸方向変位はコンロッド連結軸のＹ軸方向変位のほぼ一割程度増しとなり、最大ピストンストローク時では５×１．１／１００＝０．０５５、最少ピストンストローク時では３．１×１．１／１００≒０．０３４となり最大ストローク量に対し３〜６％程度の僅かな可変制御アーム揺動軸のＸ軸方向変位で、過給ガソリンエンジンからディーゼルエンジン又はＨＣＣＩ化が可能な圧縮比まで可変できる。
本実施例では、圧縮比可変リンク先端部を軸支する圧縮比可変アーム先端に圧入されたリンクピン位置を、同位置にて最少、最大ストローク時の最低圧縮比を同一圧縮比に設定しており、最少、最大ストローク時には前述の可変制御アーム揺動軸のＸ軸方向変位のみで圧縮比を可変できるが、中間ストローク時の同一圧縮比となる可変制御アーム揺動軸位置は可変制御アーム連結軸側を中心とする略円弧状となり、圧縮比可変アームに圧入されたリンクピン位置を固定したままでの圧縮比可変アーム揺動による可変制御アーム揺動軸の軌跡は、逆向きの円弧となるので両円弧のＸ軸方向の差分を追加したＸ軸方向変位が必要となるが、ピストンストロークを可変するよりは大分小さくて済むので、ピストンストロークを可変する為に採用した気筒毎に送りネジ機構を設けそれらを連動させる方式より、両側クランク軸毎に平行にシャフトを配置し、気筒毎にシャフトに別体のアームをシャフトに締結し、シャフトの位相を可変する本方式の方が、コスト、重量、組立面で優れクランクケースもコンパクト化でき、シャフト軸径に無関係にアーム長を変えられ、Ｘ軸方向変位量を大きくでき大きなピストンストローク可変量に圧縮比可変を対応できるものになる。
シャフトがクランクケース合せ面上にないと、組立時シャフトを軸方向にスライドさせてクランクケースの軸穴に挿入することになり、偏芯軸の場合偏芯量すなわち揺動軸のＸ軸方向変位量に制限を受けるか、偏芯量を確保できる軸径まで軸を太くする必要がある。圧縮比を可変する為の揺動軸のＸ軸方向変位量はピストンストローク可変量すなわちＹ軸方向変位量にほぼ比例するので、本案の様にピストンストローク可変量が大きい場合偏芯軸では対応困難となる。シャフトをクランクケース合せ面上に配置できればシャフトに一体の偏芯軸を設けリンクの先端部を軸支することが可能だが、ケース合せ面が増えコスト、重量面で不利となるので、本実施例では合せ面で無い所に配置し、予めケース内に圧縮比可変アームを納めた後に圧縮比可変シャフトを挿入後ボルト４４−１にて締結し、位相決めスプライン４２ａを設けることで所定の位相にて確実に固定している。但しスプラインを設ける為に挿入先になるに従い軸径を細くすることで片方からの挿入を可能にしている。圧縮比可変シャフトのオイル通路液封は、カムチェーン側はオイル穴にプラグ４２−２を圧入して液封し、変速機室側はＬ側シャフトのジャーナル軸側部ケースにプラグ４−１圧入して液封、Ｒ側シャフトにはオイル穴に−溝付プラグ４２−１が圧入され、−溝にクランクケースに固定された圧縮比可変シャフト位相検知センサ５５の−突起を臨ませ、液封すると共に圧縮比可変シャフトの位相を検知することで圧縮比を制御している。
尚、圧縮比可変機構の各部品に設けられたオイル通路より供給されるオイルにより可変制御アームの揺動軸部を潤滑している。（図１−１、２、４参照）
【０１９】圧縮比制御機構５０は、圧縮比可変シャフトのカムチェーン側軸端付近の段付軸部に設けられた位相決めスプライン４２ｂにて圧縮比可変アームに対する位相を決めて圧縮比制御レバーがＣ，Ｌ側にボルト４５−２にて締結されている。
一方圧縮比制御モータ５１の正逆回転を直線運動に変換し、圧縮比制御レバーを揺動させる送りネジを、Ｃ，Ｌ付近において両側圧縮比可変シャフト軸芯を結ぶ線及びシャフト軸に対し略直角に配置し、圧縮比制御雄送りネジ５４先端部に設けられたジョイントホルダ部５４ａにネジ軸に対し左右両側に圧入固定されたピン５４−２と両側の制御レバー先端部に圧入固定されたピン４５−１を片方はピンに揺動自在に軸支された長さ固定のジョイント５４−１にて連結し、もう一方はピンに揺動自在に軸支されたアジャストナット５４−３Ｒ、５４−３Ｌの雌ネジに噛合う両側を逆ネジとした雄ネジのアジャストボルト５４−４を回してスパンを調整後ロックナット５４−５Ｒ、５４−５Ｌにて固定することで両側気筒圧縮比の同調を可能としている。圧縮比制御雄送りネジに噛合う圧縮比制御雌送りネジ５３はミドルクランクケースに回転自在に軸支され、軸方向はミドルクランクケースの軸穴側面とアッパクランクケース合せ面にてドリブンギヤ部５３ａ側部を挟み込み規制されている。ドリブンギヤ部に噛合うピニオンギヤ部５２ａを有するドライブピニオンシャフト５２がＣ，Ｌ付近にて送りネジ軸に平行に配置され、ミドル及びアッパクランクケースに設けられた軸受け穴にて回転自在に軸支されると共に軸受穴端面にて軸方向を規制されている。ドライブピニオンシャフトのピニオンギヤ部反対側端部に設けられたドリブンギヤ部５２ｂに、ドライブピニオンシャフトに平行に回転軸を配置しアッパクランクケースに固定された、圧縮比制御モータのドライブピニオンギヤ部５１ａが噛合い、制御モータの正逆回転による雄送りネジの前後進により圧縮比可変シャフトの位相を変え、圧縮比可変アーム先端に軸支された圧縮比可変リンクの変位により可変制御アーム揺動軸の位置を主にＸ軸方向に変位させることで主に圧縮比を可変制御するものである。
（図１−１〜４、６、７参照）
【０２０】本発明案では、行程容積可変機構及び圧縮比可変機構の制御モータからの動力伝達機構の一部に送りネジを設けることで、無電力にて行程容積、圧縮比を一定保持できる様にしている。送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動とする為には、ネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。
【０２１】図１−９のピストンストロークは本実施例を示し、点線が最低圧縮比、最小ストローク（行程容積）時を示し、実線が最低圧縮比、最大ストローク（行程容積）時を示しており、上死点のクランクピン位相はシリンダ側Ｙ´線よりクランク回転方向（図１−１、２においてＲクランクは時計回り、Ｌクランクは反時計回り）に最小ストローク（行程容積）時２９°、最大ストローク（行程容積）時２３°、下死点のクランクピン位相は上死点より最小ストローク（行程容積）時２０７°、最大ストローク（行程容積）時２１７°回った位相となっており、最小、最大ストローク時の差は大きくはない。
故に上死点位相を合せる為のＶＶＴは不要であると共に、吸気、膨張行程の回転角が１８０°より３０°（圧縮、膨張行程より６０°）前後大きくなり、吸気、膨張行程を長くとれるエンジンとなるが、その分振動面では不利となり直列四気筒エンジンでは一次をバランスさせることが困難となり、ダンパ等にて振動を許容範囲に抑えられない場合にはバランサを設ける等して振動を抑える工夫が必要となるが、本案採用によりシリンダ芯軸直角方向の振動は僅かに残るがシリンダ芯軸方向はバランスがとれ大幅に振動低減しバランサ装置不要にできると共に、クランク軸方向のコンパクト化、及び低重心化が図れる自動車用エンジンに適した行程容積連続可変装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０２２】以下、実施形態例は最低圧縮比時に於ける最大及び最少ストローク（行程容積）時の行程容積連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は、二本クランク水平対向四気筒において対向ピストンの片方が膨張行程時もう一方を吸気行程とし点火間隔を１８０°とした自然吸気ガソリンエンジンで、最少、最大ストローク時共に最低圧縮比１２．０、最少ストローク時最高圧縮比１５．０（ピストン頂面がシリンダ上面に一致した時）に設定されており、車にカムチェーン室を前方、変速機室を後方に、シリンダを上方、行程容積、圧縮比可変機構を下方オイル室側に搭載時に、後方より視て右側をＲ、左側をＬとしている。
図１−１は上死点時の最低圧縮比、最大ストローク（行程容積）時を示し、Ｌクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のＬ形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図１−２はＬクランク側が前列気筒上死点時の最低圧縮比、最小ストローク（行程容積）時を示し、Ｒクランク側が前列気筒上死点時の後列気筒を示す。Ｌクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のＬ形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図１−３はクランクピン位相がクランクケース合せ面上にある場合を示している。
又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず二気筒から多気筒まで採用可能である。【０２３】
【図１−１】本実施形態に係る行程容積連続可変装置に於いて最低圧縮比、最大行程容積時上死点を示す断面図（図１−３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。
【図１−２】本実施形態に係る行程容積連続可変装置に於いて最低圧縮比、最小行程容積時を示す断面図（図１−３のＡ−Ｂ線に沿う断面図）であり、Ｃ，Ｌ右側図（Ｌクランク側）が前列気筒上死点時を、左側図（Ｒクランク側）が前列上死点時の後列気筒を示す。
【図１−３】図１−１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１−４】図１−１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１−５】図１−１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１−６】図１−７のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図１−７】図１−６のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１−８】図１−５のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【図１−９】ピストンストローク図である。クランク位相は左気筒側はシリンダ側Ｙ´線からの反時計回り、右気筒側は時計回り（クランク回転方向）の位相を示し、ストロークはクランクジャーナル軸芯からのピストン頂面高さの例を示す。前列気筒に対し後列気筒は１８０°位相をずらしている。
【符号の説明】
【０２４】  １（Ｒ，Ｌ）    シリンダ
１−１  シリンダガスケット
２      アッパクランクケース
３      ミドルクランクケース
４      ロアクランクケース
４−１  プラグ
１０    クランク機構
１１    ピストン
１１−１  ピストンピン
１２    コンロッド
１２−１  コンロッド連結軸
１３    Ｌ形ヨーク
１３−１  ヨークキャップ
１３−２  ヨークメタル軸受
１３−３  ボルト
１３−４  可変制御アーム連結軸
１４    可変制御アーム
１５（Ｒ，Ｌ）    （Ｒ，Ｌ）クランクシャフト
１５ａ  クランクピン軸
１５ｂ  ジャーナル軸
１５ｗ  カウンタウエイト部
１５ｃ  変速機係合ボス部
１５ｄ  カムシャフトドライブスプロケット
１５ｅ  オイルポンプドライブスプロケット
１５ｆ  鍔部
１５ｇ  クランク軸ギヤ
１５−１  ジャーナルメタル軸受
１５−２  半割シム
１５−３  オイルシール
１５−４  シールプラグ
１５−５  クランク位相検知ピン
１６    可変制御アーム揺動軸
１６−１  プラグ
２０    行程容積可変機構
２１    行程容積可変リンク
２２    行程容積可変雄送りネジ軸  ２２ａ  送りネジ部
２２ｂ  ドリブンギヤ部
２２−１  シム
２２−２  プラグ
２３（Ｒ，Ｌ）    行程容積可変雌送りネジ
３０    行程容積制御機構
３１    行程容積制御モータ        ３１ａ  ドライブピニオンギヤ部
３１−１  ボルト
３１−２  Ｏリング
３２    行程容積制御モータホルダ
３２−１  ガスケット
３２−２  ボルト
３３    ドライブピニオンシャフト  ３３ａ  ピニオンギヤ部
３３ｂ  ドリブンギヤ部
４０    圧縮比可変機構
４１    圧縮比可変リンク
４２（Ｒ，Ｌ）    圧縮比可変シャフト  ４２ａ  位相決めスプライン
４２ｂ  位相決めスプライン
４２−１  −溝付プラグ
４２−２  プラグ
４３    リンクピン
４３−１  プラグ
４４（Ｆ，Ｒ）（Ｒ，Ｌ）    圧縮比可変アーム
４４−１  ボルト
４５（Ｒ，Ｌ）    圧縮比制御レバー
４５−１  ピン
４５−２  ボルト
５０    圧縮比制御機構
５１    圧縮比制御モータ          ５１ａ  ドライブピニオンギヤ部
５１−１  Ｏリング
５２    ドライブピニオンシャフト  ５２ａ  ピニオンギヤ部
５２ｂ  ドリブンギヤ部
５２−１  スラストワッシャ
５３    圧縮比制御雌送りネジ      ５３ａ  ドリブンギヤ部
５４    圧縮比制御雄送りネジ      ５４ａ  ジョイントホルダ部
５４−１  ジョイント
５４−２  ピン
５４−３（Ｒ，Ｌ）  アジャストナット
５４−４  アジャストボルト
５４−５（Ｒ，Ｌ）  ロックナット
５５    圧縮比可変シャフト位相検知センサ
Ｙ      シリンダ芯軸
Ｙ´    クランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に略平行な線
Ｘ      クランクジャーナル軸芯を通りＹ軸に直角な軸
Ｃ，Ｌ  クランク軸方向視にて二本のクランクジャーナル軸芯を結ぶ線に直角な中間線
【図１−１】
2017223210.tif 000003
【図１−２】
2017223210.tif 000004
【図１−３】
2017223210.tif 000005
【図１−４】
2017223210.tif 000006
【図１−５】
2017223210.tif 000007
【図１−６】
2017223210.tif 000008
【図１−７】
2017223210.tif 000009
【図１−８】
2017223210.tif 000010
【図１−９】
2017223210.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月27日(2017.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３】二分割しクランク軸直角方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、連結軸、クランクピン軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通るシリンダ芯軸に略平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側で両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に制御アームの揺動軸芯位置を二次元的に可変制御し、行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて随時任意に連続無段階可変するものにおいて、同回転数にて互いに逆転する二本のクランクを平行配置し、各クランクに連結したピストンを同芯軸上で対向ストロークさせるもので、クランク機構１０、行程容積可変機構２０、行程容積制御機構３０、圧縮比可変機構４０、圧縮比制御機構５０を含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４】クランク機構１０は、二気筒１８０°位相クランクのＲ、Ｌクランクシャフト１５Ｒ，１５Ｌが、互いに平行にアッパ、ミドルクランクケース２、３の合せ面上にジャーナル軸芯を配置、半割のジャーナルメタル軸受１５−１によりジャーナル軸１５ｂが回転自在に軸支されると共に、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とクランク軸ギヤ１５ｇ及び変速機係合ボス部１５ｃ又は鍔部１５ｆの側面間に、半割シム１５−２を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制され、クランク軸ギヤによりＲ、Ｌクランクシャフトが同回転数にて互いに逆回転し、図１−１、２に於いてＲクランクシャフトは時計回りにＬクランクシャフトは反時計回りに回転する。
反対側のクランクシャフト段付軸に、Ｒクランクシャフトにはカムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット１５ｄ、オイルポンプドライブスプロケット１５ｅ、Ｌクランクシャフトにはカムシャフトに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット、クランク位相を検知する為のクランク位相検知ピン１５−５が設けられており、クランクピン軸１５ａには二分割しクランク軸に直角な方向に揺動自在に連結したコンロッドのクランク側を、コンロッド連結軸１２−１、クランクピン軸の芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸１３−４の芯を配置し軸芯三ヵ所をＬ形に配置したＬ形ヨーク１３とし、半割のヨークメタル軸受１３−２、ヨークキャップ１３−１をボルト１３−３にてヨークに締結することでクランクピン穴を形成し、ヨークを回転自在に軸支している。
尚、ヨークとヨークキャップの合せ面は、クランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な面よりコンロッド連結軸側に傾け、クランク回転時にヨークキャップ固定ボルトの締付ボス部と可変制御アーム１４の揺動軸受ボス部との衝突を避けると共に、コンロッド連結軸とクランクピン穴間をボルト締結にて剛性、強度を確保し、合せ面をクランクピン穴と可変制御アーム連結軸の芯を結ぶ線に直角な方向にするよりヨークを軽くでき振動軽減している。
又、可変制御アームのＩ形断面形状アーム部も連結軸と揺動軸の穴芯を結ぶ線に対しヨークのクランクピンボス部を逃げる側にずらすことで、ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを短くし軽量化を図ると共に、可変制御アームのアーム長も短くしエンジンブロックもその分コンパクトにしている。
本実施例では、Ｌ形ヨークのクランクピン穴と可変制御アーム連結軸間スパンを、クランクピン回転直径の二割程度増しとしストローク増加比１．６余としているが、スパンを長くする等して、可変制御アーム揺動軸の揺動軌跡の下死点側をクランクピン回転軌跡に対しより遠ざけた軌跡にすれば２程度まで上げることは可能である。
スパンを長くすれば重くなり強度、振動面で不利となるがエンジンの使用特性に合わせてスパンを選定すれば良い。
短くすれば軽くなり強度、振動面で有利となるがストローク増加比（最大ストローク／最少ストローク）が小さくなると共に揺動角が大きくなる。
又本実施例では、可変制御アーム連結軸とコンロッド連結軸間スパンもクランクピン回転直径の一割増しとしているが、長さに比例してストローク量が変わるので強度上問題の無い範囲内でヨークのこのスパンを変えるだけで行程容積の違うエンジンにできる利点を有する。その場合コンロッド連結軸のシリンダ芯軸Ｙ（以下Ｙ軸）直角方向の軌跡をＹ軸に対し最少、最大ストローク時の振れを均等に近づけることで最大ピストン側圧を小さく抑える為に可変制御アームの長さを変えて調整する方法がある。
（図１−１〜３参照）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２２】以下、実施形態例は最低圧縮比時に於ける最大及び最少ストローク（行程容積）時の行程容積連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁装置を駆動するカムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施形態例で説明する行程容積連続可変装置は、二本クランク水平対向四気筒において、前列気筒対向ピストンの片方が膨張行程時もう一方を吸気行程、後列気筒対向ピストンの片方を圧縮行程もう一方を排気行程とし、点火間隔を１８０°とした自然吸気ガソリンエンジンで、最少、最大ストローク時共に最低圧縮比１２．０、最少ストローク時最高圧縮比１５．０（ピストン頂面がシリンダ上面に一致した時）に設定されており、車にカムチェーン室を前方、変速機室を後方に、シリンダを上方、行程容積、圧縮比可変機構を下方オイル室側に搭載時に、後方より視て右側をＲ、左側をＬとしている。
図１−１は上死点時の最低圧縮比、最大ストローク（行程容積）時を示し、Ｌクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のＬ形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図１−２はＬクランク側が前列気筒上死点時の最低圧縮比、最小ストローク（行程容積）時を示し、Ｒクランク側が前列気筒上死点時の後列気筒を示す。Ｌクランク側の二点鎖線はコンロッド連結軸芯軌跡、一点鎖線は可変制御アームの揺動範囲、点線は下死点時のＬ形ヨーク及び可変制御アームの各軸芯を結ぶ線を示している。
図１−３はクランクピン位相がクランクケース合せ面上にある場合を示している。
又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず二気筒から多気筒まで採用可能である。