(57)【要約】【課題】本発明は，コンロッドの大端部とクランクシャフトのクランクピンとの間に偏芯ブッシュを配設し，内燃機関の駆動時に偏芯ブッシュを１／２回転速度で回転させて機械式アトキンソンサイクルエンジンを可能にする。【解決手段】この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，クランクシャフト５のクランクピン８と，クランクシャフト５を取り付けるコンロッド３の大端部７の孔部９との間に，外周円形の外径２４と孔２５の軸心とが偏芯した偏芯ブッシュ１０を回転可能に摺動配設する。内燃機関を駆動すると，偏芯ブッシュ１０を内燃機関の回転速度の１／２の回転速度で回転させ，シリンダ２内のピストン１のストローク量を吸入行程より膨張行程を長くして高圧縮比にして熱効率を改善する。【選択図】図１
2017218919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを形成するシリンダブロック，前記シリンダ内を往復運動するピストン，前記ピストンに一端部が連結されたコンロッド，前記コンロッドの他端部の大端部が連結されたクランクシャフトを有し，前記ピストンは，吸入行程，圧縮行程，膨張行程，次いで排気行程で順次作動される４サイクルで駆動されることから成るエンジンにおいて，
前記コンロッドの前記大端部を取り付ける前記クランクシャフトの軸部と前記コンロッドの前記大端部における第１孔部との間に，偏芯ブッシュが相対摺動自在に配設されており，前記偏芯ブッシュは，外周が円形に形成された外径と，前記クランクシャフトの前記軸部に摺動嵌合する第２孔部の軸心とが偏芯して肉厚部と該肉厚部に対向する肉薄部に形成されており，
前記偏芯ブッシュは，前記クランクシャフトに駆動連結された歯車機構を通じて前記クランクシャフトのエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されており，前記シリンダ内の前記ピストンのストローク量を前記吸入行程より前記膨張行程を長く設定したことを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項２】
前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記内燃機関が前記圧縮行程の爆発上死点に位置する時に，前記クランクシャフトに対してクランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，前記クランクシャフトの前記軸部と前記コンロッドの前記第１孔部との間に回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項３】
前記歯車機構は，前記偏芯ブッシュの側面に一体構造に設けられた第１ギア，前記第１ギアに噛み合う内歯歯車を内周に備え且つ外歯歯車を外周に備えたリングギア，前記リングギアの前記外歯歯車に噛み合う第２ギア，前記第２ギアに連結軸を介して一体に連結された第３ギア，及び前記第３ギアに噛み合い且つ前記クランクシャフトのメインベアリング軸に固定された第４ギアから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項４】
前記偏芯ブッシュは，前記第１ギアによって一体に回転駆動され，前記リングギアは，前記クランクシャフトに前記メインベアリング軸と同軸に且つ回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項５】
前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトの前記メインベアリング軸に固定して取り付けられた前記第４ギア，前記第４ギアに噛み合う前記第３ギア，前記第３ギアに前記連結軸で連結された前記第２ギア，及び前記リングギアを介して，前記エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項６】
前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記内燃機関の運転状況により，前記クランクシャフトに対して，エンジン爆発上死点の時に実質的に９０度の位相から±４５度の位相の範囲でずらして組み込まれて圧縮比が変化できる可変圧縮比に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項７】
前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトに取り付けられた前記歯車機構に配設された位相ずらす機構の作動によって位相がずらされ，前記内燃機関の圧縮比が変化させられることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項８】
前記外径と前記第２孔部の軸心との前記偏芯ブッシュの偏芯量に応じて，前記吸入行程と前記膨張行程との前記ピストンの前記ストローク量が調整されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，往復動内燃機関において，４サイクル中にピストンのストローク量を変更するため，クランクの大端部とクランクシャフトのクランクピンとの間に配設した偏芯ブッシュの回転速度を歯車機構によって変更して圧縮比を変更することから成る可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，内燃機関において，アトキンソンサイクルを実現して，ピストンがシリンダの内壁面から受ける摩擦抵抗を低減できるというものが知られている。該内燃機関は，膨張行程では，コンロッドがピストンの往復動方向に沿った状態で動き，吸気行程では，コンロッドが往復動方向に対して傾斜した状態で動くことにより，膨張行程におけるピストンストロークは，吸気行程におけるピストンストロークよりも大きくなる（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
また，内燃機関として，その運転を負荷に応じてアトキンソンサイクルとオットーサイクルのいずれかで制御して燃焼効率を改善し，特性の変更時の機関の出力段差を抑制する制御をするものが知られている。該内燃機関は，吸気バルブの位相角とリフト量即ちストローク量を複数の特性の間で変更すると共に，負荷に応じてアトキンソンサイクル又はオットーサイクルで制御するものであって，運転状態を検出し，運転状態から目標空気量を算出し，目標空気量に基づいて圧縮比の目標値を算出し，それを実現するために吸気バルブの複数の特性の変更が必要かを判定し，必要と判定されるとき，特性の間で吸気量が一致するクランク角度を機関回転数に基づいて目標位相角として算出し，その位相角で特性の変更を許可するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，内燃機関の吸排気装置として，内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたり，実圧縮比の低下を好適に図ることが可能なものが知られている。該内燃機関の吸排気装置は，燃焼室内にスワール流を発生させる第１の吸気ポートと，第１の吸気ポートを開閉する第１の吸気弁と，第１の吸気ポートが発生させるスワール流の減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な第１の排気ポートと，第１の排気ポートを開閉する第１の排気弁と，第１の吸気弁を内燃機関の吸気行程下死点近傍で閉弁すると共に，第１の排気弁を内燃機関の吸気行程下死点近傍で開弁するＥＣＵ，吸気側ＶＶＴ及び排気側ＶＶＴとを備えている（例えば，特許文献３参照）。
【０００５】
また，エンジンとして，吸気弁の開閉タイミングの可変制御を行わずに，アトキンソンサイクルを可能にするものが知られている。該アトキンソンサイクルは，１つのシリンダ内に異なる周期で往復動する２つのピストンを備え，２つのピストンの内の一方のメインピストンは，吸気行程及び膨張行程にてシリンダ内の容積を増加させる一方，圧縮行程及び排気行程にてシリンダ内の容積を減少させるように往復動すると共に，２つのピストンのうちの他方のサブピストンは，膨張行程終了ときのシリンダ内の容積が吸気行程終了時のシリンダ内の容積より大きくなるように往復動する（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３４７０７号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０２６５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５３５２３号公報
【特許文献４】特開２０１１−３２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで，従来，往復動内燃機関即ちレシプロケーティングエンジンについて，その熱効率は，圧縮比により大きく依存しており，高い圧縮比ほどその熱効率が高くなるが，一方，圧縮比を高くするほど，シリンダ内の圧力が高くなり，エンジンの構造を強固に製作する必要がある。また，内燃機関の圧縮比を高くするほど，シリンダ内の温度も高くなるため，窒素酸化物ＮＯx の生成も増加する傾向にある。更に，ガソリンエンジンでは，シリンダ内の温度が高くなると，ノッキングを起こす傾向にあるので，圧縮比を高くするにも限度がある。従って，エンジンでは，エンジンサイクルにおいて，圧縮比と膨張比を別に設定できるアトキンソンサイクルが上記特許文献のように種々に開発されている。アトキンソンサイクルは，圧縮比を比較的に低く設定し，膨張比を高く設定することによって，高圧縮比の問題をクリアしながら，高い膨張比によって高い熱効率を確保することが理論的に可能になる。しかしながら，従来の機械式アトキンソンサイクルは，複雑なリンク機構を必要とするため，実用化しているケースは少ないのが現状である。
【０００８】
また，従来，アトキンソンサイクルの機械式の複雑な構造を避けて，吸気バルブの弁開時間を制御することによって，低い圧縮比と高い膨張比を確保しているものが種々知らせている。例えば，吸気バルブの閉時間をエンジン吸気下死点より遅くして，膨張行程の初めまで延長することによって，実質的な圧縮比を小さくし，膨張行程のみを変更しないように制御することができる。しかしながら，このような吸気バルブの制御方法は，吸気バルブを介してシリンダ内に一旦吸入した空気を同じ吸気バルブを介して吐き出すことになり，損失が発生することになる。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，コンロッドの大端部の孔とクランクシャフトの回転軸となるメインベアリング軸との間に偏芯ブッシュを相対回転可能に配設し，シリンダ内のピストンの吸入行程及び膨張行程におけるストローク量を，クランクシャフトに設けた歯車機構を介して偏芯ブッシュを回転駆動して，機械的に変更するものであって，吸入行程のストローク量を短くして，膨張行程のストローク量を長くし，圧縮比を低減して仕事量を増大させて，熱効率を改善し，更に位相ずらし機構によって偏芯ブッシュをクランク大端部の孔部に対して周方向にずらすことによってピストンのストローク量を変更し，圧縮比を可変に構成することができることを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，シリンダを形成するシリンダブロック，前記シリンダ内を往復運動するピストン，前記ピストンに一端部が連結されたコンロッド，前記コンロッドの他端部の大端部が連結されたクランクシャフトを有し，前記ピストンは，吸入行程，圧縮行程，膨張行程，次いで排気行程で順次作動される４サイクルで駆動されることから成るエンジンにおいて，
前記コンロッドの前記大端部を取り付ける前記クランクシャフトの軸部と前記コンロッドの前記大端部における第１孔部との間に，偏芯ブッシュが相対摺動自在に配設されており，前記偏芯ブッシュは，外周が円形に形成された外径と，前記クランクシャフトの前記軸部に摺動嵌合する第２孔部の軸心とが偏芯して肉厚部と該肉厚部に対向する肉薄部に形成されており，
前記偏芯ブッシュは，前記クランクシャフトに駆動連結された歯車機構を通じて前記クランクシャフトのエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されており，前記シリンダ内の前記ピストンのストローク量を前記吸入行程より前記膨張行程を長く設定したことを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンに関する。
【００１１】
また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおいて，前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記内燃機関が前記圧縮行程の爆発上死点に位置する時に，前記クランクシャフトに対してクランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，前記クランクシャフトの前記軸部と前記コンロッドの前記第１孔部との間に回転自在に取り付けられているものである。
【００１２】
また，前記歯車機構は，前記偏芯ブッシュの側面に一体構造に設けられた第１ギア，前記第１ギアに噛み合う内歯歯車を内周に備え且つ外歯発明を外周に備えたリングギア，前記リングギアの外周の設けられた外歯歯車に噛み合う第２ギア，前記第２ギアに連結軸を介して一体に連結された第３ギア，及び前記第３ギアに噛み合い且つ前記クランクシャフトのメインベアリング軸に固定された第４ギアから構成されているものである。
【００１３】
また，前記偏芯ブッシュは，前記第１ギアによって一体に回転駆動され，前記リングギアは，前記クランクシャフトに前記メインベアリング軸と同軸に且つ回転自在に取り付けられているものである。
【００１４】
また，前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトの前記メインベアリング軸に固定して取り付けられた前記第４ギア，前記第４ギアに噛み合う前記第３ギア，前記第３ギアに前記連結軸で連結された前記第２ギア，及び前記リングギアを介して，前記エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されるものである。
【００１５】
また，前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記内燃機関の運転状況により，前記クランクシャフトに対して，エンジン爆発上死点の時に実質的に９０度の位相から±４５度の位相の範囲でずらして組み込まれて圧縮比が変化できる可変圧縮比に構成されているものである。
【００１６】
また，前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトに取り付けられた前記歯車機構に配設された位相ずらす機構の作動によって位相がずらされ，前記内燃機関の圧縮比が変化させられるものである。
【００１７】
また，前記外径と前記第２孔部の軸心との前記偏芯ブッシュの偏芯量に応じて，前記吸入行程と前記膨張行程との前記ピストンの前記ストローク量が調整されるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，上記のように構成したので，シンプルな構造の偏芯ブッシュをコンロッドとクランクシャフトとの間に介在させて，偏芯ブッシュをエンジン回転数の１／２で回転させることだけで，容易にアトキンソンサイクルで作動することが可能であり，既存のエンジンに比較して改変構造が小さいながら容易にアトキンソンサイクルの駆動装置が可能であり，高い熱効率を容易に得ることができる。特に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，現存のエンジン基本構造を大幅に変更することなく，圧縮比に対して膨張比を１０〜３０％程度大きくすることが可能であり，その場合に熱効率を数％から１０％程度改善することができる。更に，上記構造のアトキンソンサイクルエンジンを用いることによって，クランクシャフト角度位置と偏芯ブッシュの位相を変更することにより，アトキンソンサイクルの特性を損なうことなく，圧縮比を±（プラスマイナス）２以上を容易に可変にすることが可能になる。また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンについて，偏芯ブッシュの位相をずらす場合には，圧縮上死点近傍では，偏芯ブッシュの偏芯部即ち肉厚部がほぼ９０度の位置，言い換えれば，シリンダの垂直軸に対して水平方向の位置にあり，この位置が位相変位として極めて感度が高いが，排気下死点では位相変化に対して極めて鈍感であるため，圧縮比のみを変化させることが可能である。そのため，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，エンジンの低負荷時には，比較的に高い圧縮比で極めて高い膨張比を得ることができ，また，高負荷時には，比較的に小さい圧縮比で，極めて高い膨張比を得ることができる。更に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，偏芯ブッシュをクランクシャフトのクランクピンの周方向に位相ずらし機構でずらすことによって，圧縮比を可変に構成することができる。
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，上記のように，２つの重要な機能，即ち，アトキンソンサイクルと可変圧縮比との作動機構をシンプル構造で提供することができる。また，現在，自動車メーカのガソリンエンジンの熱効率は，最大４０％程度と言われているが，最終的な目標効率を５０％としているが，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルを用いれば，５０％の熱効率を得ることが可能になる。また，ディーゼルエンジンを搭載したトラックについては，現状では燃料代が大きな経費になっているが，走行燃費が５〜１０％程度改善することによって経費節減について大きなメリットになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンを達成するための内燃機関の実施例を示す説明図である。
【図２】図１の内燃機関のＡ−Ａ線における偏芯ブッシュと歯車機構の連結状態を概略的に断面で示す説明図である。
【図３】図１の内燃機関のＢ−Ｂ線における偏芯ブッシュとコンロッド及びクランクシャフトとの連結状態を概略的に断面で示す説明図である。
【図４】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおける吸入行程と圧縮行程とを説明するための偏芯ブッシュによる上死点及び下死点の変更状態を説明するためのピストン，コンロッド，偏芯ブッシュ及びクランクシャフトの作動を概略的に示す説明図である。
【図５】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおける膨張行程と排気行程とを説明するための偏芯ブッシュによる上死点及び下死点の変更状態を説明するためのピストン，コンロッド，偏芯ブッシュ及びクランクシャフトの作動を概略的に示す説明図である。
【図６】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの作動サイクルを実線，偏芯ブッシュの移動軌跡を一点鎖線，及びクランクピンであるクランクシャフトの軸部の移動軌跡を点線で示すグラフである。
【図７】この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの圧縮比を変更するための位相ずらし機構の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，図面を参照して，この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの実施例を説明する。この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルで駆動されるエンジンは，動弁機構（図示せず）が設けられたシリンダヘッド２３，シリンダヘッド２３にガスケット（図示せず）を介在して固定され且つシリンダ２を形成するシリンダブロック４，シリンダ２内を往復運動するピストン１，ピストン１に一端部である小端部６がピストンピン２１によって揺動自在に連結されたコンロッド３，コンロッド３の他端部の大端部７が軸部であるクランクピン８によって連結されたクランクシャフト５を備えた内燃機関である。このエンジンは，吸入行程（Suction Stroke），圧縮行程（Compression Stroke），膨張行程（Expantion Stroke），及び排気行程（Exhaust Stroke）で順次作動される４サイクルで駆動されるものである。この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，コンロッド３の大端部７を取り付けるクランクシャフト５のクランクピン８とコンロッド３の大端部７における孔部９（第１孔部）との間に，偏芯ブッシュ１０が相対摺動自在に配設されていることを特徴としている。偏芯ブッシュ１０は，外周が円形に形成された外径２４と，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８に摺動嵌合する孔部２５（第２孔部）の軸心とが偏芯して，肉厚部４０と該肉厚部４０に対向する肉薄部４１に形成されている。言い換えれば，偏芯ブッシュ１０は，外周が円形であって，内径が肉厚部４０とそれに対向即ち１８０°の方向に対向する肉薄部４１にから成り，その途中は滑らかな漸減肉厚部４２に形成されている。偏芯ブッシュ１０は，クランクシャフト５に駆動連結された歯車機構２６を通じてクランクシャフト５６のエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されている。この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，上記のような構成によって，膨張行程が吸入行程に比較してピストン１のストローク量が長くなるように設定される。
【００２１】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンでは，１／２の回転速度ということは，クランクシャフト５が９０度回転したとき，その９０度回転した場所から４５度回転した状態のことである。なお，クランクシャフト５が９０度回転したところから逆方向に４５度回転した状態でも成立することである。即ち，クランクシャフト５の９０度回転の場合は，そこから±４５度の回転を意味している。また，一般的な内燃機関では，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８とコンロッド３の大端部７の孔部９との間には，厚さ２ｍｍ程度のプレーンベアリングを介在して摺動自在に組み立てられている。本願発明では，クランクピン８と孔部９との間の隙間を適正なサイズにして，プレーンベアリングに代えて偏芯ブッシュ１０を介在させたものである。また，偏芯ブッシュ１０は，内燃機関が圧縮行程の爆発上死点Ｃ５に位置する時に，クランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，クランクシャフト５のクランクピン８とコンロッド３の孔部９との間に取り付けられているものである。
【００２２】
また，偏芯ブッシュ１０とクランクシャフト５との間に介在された偏芯ブッシュ１０の回転作動用の歯車機構２６は，偏芯ブッシュ１０の側面１１に一体構造に設けられたギア１２（第１ギア），ギア１２に噛み合う内歯歯車１４を内周に備えたリングギア１３，リングギア１３の外周の設けられた外歯歯車１５に噛み合うギア１７（第２ギア），ギア１７に連結軸１８を介して一体に連結されたギア１９（第３ギア），及びギア１９に噛み合い且つクランクシャフト５の回転主軸であるメインベアリング軸１６に固定されたギア２０（第４ギア）から構成されている。偏芯ブッシュ１０は，ギア１２によって一体に回転駆動されている。リングギア１３は，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に回転自在に取り付けられている。また，ギア１２は，クランクシャフト５の内歯歯車１４に噛み合って回転駆動されており，リングギア１３の外歯歯車１５は，ギア１７により駆動されるものである。また，偏芯ブッシュ１０に取り付けられたギア１２は，歯車機構２６を通じて，即ち，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に固定されたギア２０，ギア２０に噛み合うギア１９，及びギア１９に連結軸１８で連結されたギア１７を介して，エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されることを特徴としている。
【００２３】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，偏芯ブッシュ１０が，エンジンの運転状況により，エンジン爆発上死点Ｃ５の時に，９０度の位相から±４５度ずらして組み立てられており，圧縮比が変化させられて可変圧縮比に構成されることを特徴としている。更に，偏芯ブッシュ１０に取り付けられたギア１２は，クランクシャフト５に取り付けられたギア２０との間に，位相をずらす機構（図７参照）を介して取り付けられていることを特徴としている。また，偏芯ブッシュ１０は，その外径２５と孔部２４の軸心との偏芯量に応じて，吸入行程と膨張行程とのピストン１のストローク量を調整することができるものである。
【００２４】
次に，図４及び図５を参照して，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの作動を説明する。図４及び図５に示す矢印は，サイクルの進行を示すものであり，図中の水平に伸びる直線Ｇは吸入下死点Ｃ３でのピストンピン２１の位置を示し，直線Ｈは膨張下死点Ｃ７でのピストンピン２１の位置を示している。また，図４には，４サイクルにおける吸入行程の吸入始めの排気上死点Ｃ１から吸入行程の中間点Ｃ２，圧縮行程の圧縮始めの吸入下死点Ｃ３，及び圧縮行程の中間点Ｃ４が示されている。図５には，４サイクルにおける膨張行程の膨張始めの爆発上死点Ｃ５から膨張行程の中間点Ｃ６，排気行程の排気始めの膨張下死点Ｃ７，及び排気行程の中間点Ｃ８が示されている。言い換えれば，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンでは，吸入行程はＣ１→Ｃ３の行程であり，圧縮行程はＣ３→Ｃ５の行程であり，膨張行程はＣ５→Ｃ７の行程であり，及び圧縮行程はＣ８→Ｃ１の行程で示されている。また，図４及び図５において，Ｄ段には，ピストン１の往復運動の状態，コンロッド３の大端部７におけるクランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の位置，偏芯ブッシュ１０の回転状態，及びクランクシャフト５の回転主軸であるメインベアリング軸１６の位置を示している。Ｅ段には，軸部であるクランクピン８とクランクシャフト５のメインベアリング軸１６の回転位置関係を示している。Ｆ段には，偏芯ブッシュ１０とクランクピン８との回転位置関係を示している。
【００２５】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンについて，更に具体的に説明すると，クランクシャフト５は，図４及び図５では矢印で示すように，反時計周りに回転している。
（１）図４では，ピストン１の排気上死点Ｃ１では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部は，クランクピン８に対して水平方向であって，図４の左側に位置している。
（２）同時に，偏芯ベアリング１０は，ギア１２によって駆動され，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８とメインベアリング軸１６の中心を結ぶ位置からその回転角度の１／２の割合だけ，クランク回転順方向又は逆方向回転させる（図４では，回転順方向に１／２割合回転）。
（３）クランクシャフト５が９０度回転した時，即ち，吸入行程の中間点Ｃ２では，クランクピン８は，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に対して水平位置になり，偏芯ブッシュ１０は，その水平面から更に４５度（９０度，言い換えれば，１／２回転）だけ反時計回りに回転している。
（４）この様に，偏芯ブッシュ１０をクランクシャフト５に連結した歯車機構２６によりクランクシャフト５の回転に同期させて１／２の回転速度で回転作動させる。言い換えれば，偏芯ブッシュ１０をクランクシャフト５の回転に同期させて駆動させる。
（５）クランクシャフト５が１８０度回転した時，即ち，ピストンピン２１が吸入行程の吸気下死点Ｃ３に位置する時では，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８は真下側に位置し，その時，偏芯ブッシュ１０は，クランクピン８とメインベアリング軸１６の中心を結ぶ位置から９０度回転し，この時，偏芯ブッシュ１０の肉厚部は上方に位置し，コンロッド３の大端部中心はクランクシャフト５の軸部でアルクランクピン８中心より上側に位置し，吸入行程の吸気下死点Ｃ３になる。即ち，コンロッド３に連結されているピストン１は，偏芯ブッシュ１０によりストロークが短い，言い換えれば，ストローク量が小さいことになり，吸気下死点Ｃ３になる。
（６）次いで，この状態から圧縮行程の中間点Ｃ４を通って圧縮行程の圧縮上死点Ｃ５まで回転する。
（７）同様に，クランクシャフト５が回転し，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８が３６０度回転した時，即ち，圧縮行程の爆発上死点Ｃ５では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部は，クランクピン８に対して水平方向で且つ図５の右側に位置し，１８０回転したことになる。従って，ピストン１の位置は，上記の排気上死点Ｃ１と同じ位置になる  （８）この後，ピストン１は，膨張行程に移行することになり，膨張行程の中間点Ｃ５を通って往復運動する。偏芯ブッシュ１０は，クランクピン８と同期して回転を行い，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８が５４０度回転した時，膨張下死点Ｃ７では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部は，クランクピン８に対して図５の下側に位置し，その結果，コンロッド３の大端部７の中心はクランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の中心より下側に位置し，ピストン１の位置も吸入下死点Ｃ３に比較してそれよりも偏芯ブッシュ１０の偏芯により下がったところまで移動し，膨張行程において多くの仕事を行うことになる。即ち，膨張下死点Ｃ７になり，吸気下死点Ｃ３よりも大きいストロークを動いたこと，即ち，ストローク量が大きくなったことになる。それ故に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，圧縮比より膨張比の高いアトキンソンサイクルで運転したことになる。
なお，図４及び図５では，説明を簡単にするため，図の上死点は偏芯ブッシュ１０の偏芯によるコンロッド３の傾きを無視して図示しているものである。
【００２６】
図４及び図５のピストン１の４サイクルの作動におけるストローク量を，図６のグラフに示している。即ち，図６には，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルのピストン１のストローク量を示すグラフが示されている。図６において，実線で示す曲線は，本願発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルのピストン１の４サイクルにおけるストローク量を示している。点線で示す曲線は，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の移動軌跡を示している。また，一点鎖線で示す曲線は，偏芯ブッシュ１０の回転移動軌跡を示している。図６のグラフから判るように，圧縮始めの吸入下死点Ｃ３のピストン１のストローク量は小さくなっているが，膨張下死点Ｃ７のピストン１のストローク量は大きくなっており，アトキンソンサイクルの作動状態になっている。
【００２７】
また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，クランクシャフト５で駆動されるギア２０から偏芯ブッシュ１０を駆動するまでのギア１２の間の歯車機構２６中にギア一体で位相をずらす機構３８を組み込むことによって，圧縮比を変える機構を簡単に付加することができることを特徴としている。内燃機関の圧縮比は，ピストン下死点の位置とピストン上死点位置での物理的容積の比で計算されるものである。そこで，本願発明における圧縮比を変える機構３８では，ピストン上死点では偏芯ブッシュ１０の肉厚部はほぼ水平に位置している。その為，ピストン上死点での偏芯ブッシュ１０の肉厚部の位置をわずかに回転させる（位相をずらす）ことによって，ピストンの上死点位置は，高い感度で上下することになる。即ち，偏芯ブッシュ１０の肉厚部をわずかに上方に回転させた位置を上死点にすることが可能になる。一方，圧縮開始前の下死点では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部が上側に位置しており，偏芯ブッシュ１０をわずかにすらした回転（位相をずらす）では，その上下方向は極めてわずかしか変位しないことになる。即ち，偏芯ブッシュ１０の位相をずらした場合，上死点近傍ではピストン１の上下位置の変化は大きいが，ピストン下死点では上下位置の変化は極めて少ないことになる。その結果，圧縮比を可変にすることができることになる。
【００２８】
この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，歯車機構２６のいずれかの箇所に，例えば，図７に示すような位相ずらし機構３８を組み込むことによって，歯車機構２６の出力側のギア１２の位相をずらすことができる。即ち，本願発明は，クランクシャフトで駆動される歯車機構２６を通じて偏芯ブッシュ１０を駆動するので，その歯車機構２６中に位相ずらし機構３８を組み込み，又は歯車自体に位相ずらし機構３８を一体構造に構成すれば，圧縮比を変える装置を付加することになる。一般に，圧縮比は，ピストン下死点位置とピストン上死点位置での物理的容積の比で決まる。本願発明では，ピストン上死点では偏芯ブッシュ１０の肉厚部はほぼ水平位置（Ｃ１，Ｃ５参照）になる。そのため，ピストン上死点での偏芯ブッシュ１０の肉厚部の位置を僅かに回転させる（言い換えれば，位相をずらす）ことで，ピストン１の上死点位置は高い感度で上下する。即ち，偏芯ブッシュ１０の肉厚部を，僅かに上方へ回転させた位置を上死点にすることができる。一方，圧縮行程の開始前の下死点では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部は上側に位置しており（Ｃ３参照），偏芯ブッシュ１０を僅かにずらした回転では，ピストン１の上下方向の移動は極めて僅かしか変位しない。従って，偏芯ブッシュ１０の位相をずらした場合，上死点の近傍では，ピストン１の上下位置の変化は極めて少ない。その結果，偏芯ブッシュ１０をずらすだけで，圧縮比を容易に可変に構成することができる。
【００２９】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンエンジンでは，位相ずらし機構３８については，外側ギア３５の軸部２８の嵌合孔３９内に内側ギアの軸部２７を摺動自在に嵌挿し，内側ギアと外側ギアの回転摺動部２９に，軸部２７の押圧凹部３６と軸部２８の押圧凹部３７を形成する。押圧凹部３６と押圧凹部３７との間の回転摺動部３９に跨がって直径方向に一対のスプリング内蔵の油圧ピストン３０をそれぞれ配設する。油圧ピストン３０は，油圧通路３３を通じて油圧が供給されると，油圧ピストン３０の両端にそれぞれ設けられたピボット部３２が延び出し，内側ギアの軸部２７と外側ギア３５の軸部２８とが押圧され，相対回転し，内側ギアと外側ギア３５との位相が互いにずらされることになる。油圧を解放すると，油圧ピストン３０の設けられたスプリングによって内側ギアの軸部２７と外側ギア３５の軸部２８とは元の位置に復帰することになり，それによって，位相ずらし機構３８が作動することになる。この位相ずらし機構３８を．例えば，ギア１９の内部に組み込んで構成することによって，偏芯ブッシュ１０とクランクシャフト５のメインベアリング軸１６の回転位置との位相を変えることができる。位相ずらし機構３８は，油圧ピストン３０の油圧を開放すると，スプリングにより元に戻ることになる。また，油圧ピストン３０における油圧を可変にして，ギア１２の回転量（位相量）を制御すれば，エンジン即ち内燃機関について種々の圧縮比を変えることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，例えば，４サイクルの内燃機関に適用して好ましいものである。
【符号の説明】
【００３１】
１      ピストン
２      シリンダ
３      コンロッド
４      シリンダブロック
５      クランクシャフト
７      大端部
８      クランクピン（軸部）
９      孔部（第１孔部）
１０    偏芯ブッシュ
１１    側面
１２    ギア（第１ギア）
１３    リングギア
１４    内歯歯車
１５    外歯歯車
１６    メインベアリング軸
１７    ギア（第２ギア）
１８    連結軸
１９    ギア（第３ギア）
２０    ギア（第４ギア）
２４    外径
２５    孔部（第２孔部）
２６    歯車機構
３８    位相ずらし機構
【図１】
2017218919.tif 000003
【図２】
2017218919.tif 000004
【図３】
2017218919.tif 000005
【図４】
2017218919.tif 000006
【図５】
2017218919.tif 000007
【図６】
2017218919.tif 000008
【図７】
2017218919.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月23日(2016.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，往復動内燃機関において，４サイクル中にピストンのストローク量を変更するため，クランクの大端部とクランクシャフトのクランクピンとの間に配設した偏芯ブッシュの回転速度を歯車機構によって変更して圧縮比を変更することから成る可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，内燃機関において，アトキンソンサイクルを実現して，ピストンがシリンダの内壁面から受ける摩擦抵抗を低減できるというものが知られている。該内燃機関は，膨張行程では，コンロッドがピストンの往復動方向に沿った状態で動き，吸気行程では，コンロッドが往復動方向に対して傾斜した状態で動くことにより，膨張行程におけるピストンストロークは，吸気行程におけるピストンストロークよりも大きくなる（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
また，内燃機関として，その運転を負荷に応じてアトキンソンサイクルとオットーサイクルのいずれかで制御して燃焼効率を改善し，特性の変更時の機関の出力段差を抑制する制御をするものが知られている。該内燃機関は，吸気バルブの位相角とリフト量即ちストローク量を複数の特性の間で変更すると共に，負荷に応じてアトキンソンサイクル又はオットーサイクルで制御するものであって，運転状態を検出し，運転状態から目標吸気量を算出し，目標吸気量に基づいて圧縮比の目標値を算出し，それを実現するために吸気バルブの複数の特性の変更が必要かを判定し，必要と判定されるとき，特性の間で吸気量が一致するクランク角度を機関回転数に基づいて目標位相角として算出し，その位相角で特性の変更を許可するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，内燃機関の吸排気装置として，内燃機関をアトキンソンサイクルで運転するにあたり，実圧縮比の低下を好適に図ることが可能なものが知られている。該内燃機関の吸排気装置は，燃焼室内にスワール流を発生させる第１の吸気ポートと，第１の吸気ポートを開閉する第１の吸気弁と，第１の吸気ポートが発生させるスワール流の減衰を抑制可能な態様で排気を行うことが可能な第１の排気ポートと，第１の排気ポートを開閉する第１の排気弁と，第１の吸気弁を内燃機関の吸気行程下死点近傍で閉弁すると共に，第１の排気弁を内燃機関の吸気行程下死点近傍で開弁するＥＣＵ，吸気側ＶＶＴ及び排気側ＶＶＴとを備えている（例えば，特許文献３参照）。
【０００５】
また，エンジンとして，吸気弁の開閉タイミングの可変制御を行わずに，アトキンソンサイクルを可能にするものが知られている。該アトキンソンサイクルは，１つのシリンダ内に異なる周期で往復動する２つのピストンを備え，２つのピストンの内の一方のメインピストンは，吸気行程及び膨張行程にてシリンダ内の容積を増加させる一方，圧縮行程及び排気行程にてシリンダ内の容積を減少させるように往復動すると共に，２つのピストンのうちの他方のサブピストンは，膨張行程終了ときのシリンダ内の容積が吸気行程終了時のシリンダ内の容積より大きくなるように往復動する（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３４７０７号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０２６５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５３５２３号公報
【特許文献４】特開２０１１−３２９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで，従来，往復動内燃機関即ちレシプロケーティングエンジンについて，その熱効率は，圧縮比により大きく依存しており，高い圧縮比ほどその熱効率が高くなるが，一方，圧縮比を高くするほど，シリンダ内の圧力が高くなり，エンジンの構造を強固に製作する必要がある。また，エンジン即ち内燃機関の圧縮比を高くするほど，シリンダ内の温度も高くなるため，窒素酸化物ＮＯx の生成も増加する傾向にある。更に，ガソリンエンジンでは，シリンダ内の温度が高くなると，ノッキングを起こす傾向にあるので，圧縮比を高くするにも限度がある。従って，エンジンでは，エンジンサイクルにおいて，圧縮比と膨張比を別に設定できるアトキンソンサイクルが上記特許文献のように種々に開発されている。アトキンソンサイクルは，圧縮比を比較的に低く設定し，膨張比を高く設定することによって，高圧縮比の問題をクリアしながら，高い膨張比によって高い熱効率を確保することが理論的に可能になる。しかしながら，従来の機械式アトキンソンサイクルは，複雑なリンク機構を必要とするため，実用化しているケースは少ないのが現状である。
【０００８】
また，従来，アトキンソンサイクルの機械式の複雑な構造を避けて，吸気バルブの弁開時間を制御することによって，低い圧縮比と高い膨張比を確保しているものが種々知らせている。例えば，吸気バルブの閉時間をエンジン吸気下死点より遅くして，膨張行程の初めまで延長することによって，実質的な圧縮比を小さくし，膨張行程のみを変更しないように制御することができる。しかしながら，このような吸気バルブの制御方法は，吸気バルブを介してシリンダ内に一旦吸入した空気を同じ吸気バルブを介して吐き出すことになり，損失が発生することになる。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，コンロッドの大端部の孔とクランクシャフトの回転軸となるメインベアリング軸との間に偏芯ブッシュを相対回転可能に配設し，シリンダ内のピストンの吸入行程及び膨張行程におけるストローク量を，クランクシャフトに設けた歯車機構を介して偏芯ブッシュを回転駆動して，機械的に変更するものであって，吸入行程のストローク量を短くして，膨張行程のストローク量を長くし，圧縮比を低減して仕事量を増大させて，熱効率を改善し，更に位相ずらし機構によって偏芯ブッシュをクランク大端部の孔部に対して周方向にずらすことによってピストンのストローク量を変更し，圧縮比を可変に構成することができることを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，シリンダを形成するシリンダブロック，前記シリンダ内を往復運動するピストン，前記ピストンに一端部が連結されたコンロッド，前記コンロッドの他端部の大端部が連結されたクランクシャフトを有し，前記ピストンは，吸入行程，圧縮行程，膨張行程，次いで排気行程で順次作動される４サイクルで駆動されることから成るエンジンにおいて，
前記コンロッドの前記大端部を取り付ける前記クランクシャフトの軸部と前記コンロッドの前記大端部における第１孔部との間に，偏芯ブッシュが相対摺動自在に配設されており，前記偏芯ブッシュは，外周が円形に形成された外径と，前記クランクシャフトの前記軸部に摺動嵌合する第２孔部の軸心とが偏芯して肉厚部と該肉厚部に対向する肉薄部に形成されており，
前記偏芯ブッシュは，前記クランクシャフトに駆動連結された歯車機構を通じて前記クランクシャフトのエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されており，前記シリンダ内の前記ピストンのストローク量を前記吸入行程より前記膨張行程を長く設定したことを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンに関する。
【００１１】
また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおいて，前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記エンジンが前記圧縮行程の爆発上死点に位置する時に，前記クランクシャフトに対してクランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，前記クランクシャフトの前記軸部と前記コンロッドの前記第１孔部との間に回転自在に取り付けられているものである。
【００１２】
また，前記歯車機構は，前記偏芯ブッシュの側面に一体構造に設けられた第１ギア，前記第１ギアに噛み合う内歯歯車を内周に備え且つ外歯発明を外周に備えたリングギア，前記リングギアの外周の設けられた外歯歯車に噛み合う第２ギア，前記第２ギアに連結軸を介して一体に連結された第３ギア，及び前記第３ギアに噛み合い且つ前記クランクシャフトのメインベアリング軸に固定された第４ギアから構成されているものである。
【００１３】
また，前記偏芯ブッシュは，前記第１ギアによって一体に回転駆動され，前記リングギアは，前記クランクシャフトに前記メインベアリング軸と同軸に且つ回転自在に取り付けられているものである。
【００１４】
また，前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトの前記メインベアリング軸に固定して取り付けられた前記第４ギア，前記第４ギアに噛み合う前記第３ギア，前記第３ギアに前記連結軸で連結された前記第２ギア，及び前記リングギアを介して，前記エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されるものである。
【００１５】
また，前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記エンジンの運転状況により，前記クランクシャフトに対して，エンジン爆発上死点の時に実質的に９０度の位相から±４５度の位相の範囲でずらして組み込まれて圧縮比が変化できる可変圧縮比に構成されているものである。
【００１６】
また，前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトに取り付けられた前記歯車機構に配設された位相ずらし機構の作動によって位相がずらされ，前記エンジンの圧縮比が変化させられるものである。
【００１７】
また，前記外径と前記第２孔部の軸心との前記偏芯ブッシュの偏芯量に応じて，前記吸入行程と前記膨張行程との前記ピストンの前記ストローク量が調整されるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，上記のように構成したので，シンプルな構造の偏芯ブッシュをコンロッドとクランクシャフトとの間に介在させて，偏芯ブッシュをエンジン回転数の１／２で回転させることだけで，容易にアトキンソンサイクルで作動することが可能であり，既存のエンジンに比較して改変構造が小さいながら容易にアトキンソンサイクルの駆動装置が可能であり，高い熱効率を容易に得ることができる。特に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，現存のエンジン基本構造を大幅に変更することなく，圧縮比に対して膨張比を１０〜３０％程度大きくすることが可能であり，その場合に熱効率を数％から１０％程度改善することができる。更に，上記構造のアトキンソンサイクルエンジンを用いることによって，クランクシャフト角度位置と偏芯ブッシュの位相を変更することにより，アトキンソンサイクルの特性を損なうことなく，圧縮比を±（プラスマイナス）２以上を容易に可変にすることが可能になる。また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンについて，偏芯ブッシュの位相をずらす場合には，圧縮上死点近傍では，偏芯ブッシュの偏芯部即ち肉厚部がほぼ９０度の位置，言い換えれば，シリンダの垂直軸に対して水平方向の位置にあり，この位置が位相変位として極めて感度が高いが，排気下死点では位相変化に対して極めて鈍感であるため，圧縮比のみを変化させることが可能である。そのため，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，エンジンの低負荷時には，比較的に高い圧縮比で極めて高い膨張比を得ることができ，また，高負荷時には，比較的に低い圧縮比で，極めて高い膨張比を得ることができる。更に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，偏芯ブッシュをクランクシャフトのクランクピンの周方向に位相ずらし機構でずらすことによって，圧縮比を可変に構成することができる。
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，上記のように，２つの重要な機能，即ち，アトキンソンサイクルと可変圧縮比との作動機構をシンプル構造で提供することができる。また，現在，自動車メーカのガソリンエンジンの熱効率は，最大４０％程度と言われているが，最終的な目標効率を５０％としているが，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルを用いれば，５０％の熱効率を得ることが可能になる。また，ディーゼルエンジンを搭載したトラックについては，現状では燃料代が大きな経費になっているが，走行燃費が５〜１０％程度改善することによって経費節減について大きなメリットになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンを達成するためのエンジンの実施例を示す説明図である。
【図２】図１のエンジンのＡ−Ａ線における偏芯ブッシュと歯車機構の連結状態を概略的に断面で示す説明図である。
【図３】図１のエンジンのＢ−Ｂ線における偏芯ブッシュとコンロッド及びクランクシャフトとの連結状態を概略的に断面で示す説明図である。
【図４】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおける吸入行程と圧縮行程とを説明するための偏芯ブッシュによる上死点及び下死点の変更状態を説明するためのピストン，コンロッド，偏芯ブッシュ及びクランクシャフトの作動を概略的に示す説明図である。
【図５】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンにおける膨張行程と排気行程とを説明するための偏芯ブッシュによる上死点及び下死点の変更状態を説明するためのピストン，コンロッド，偏芯ブッシュ及びクランクシャフトの作動を概略的に示す説明図である。
【図６】この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの作動サイクルを実線，偏芯ブッシュの移動軌跡を一点鎖線，及びクランクピンであるクランクシャフトの軸部の移動軌跡を点線で示すグラフである。
【図７】この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの圧縮比を変更するための位相ずらし機構の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，図面を参照して，この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの実施例を説明する。この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルで駆動されるエンジンは，動弁機構（図示せず）が設けられたシリンダヘッド２３，シリンダヘッド２３にガスケット（図示せず）を介在して固定され且つシリンダ２を形成するシリンダブロック４，シリンダ２内を往復運動するピストン１，ピストン１の一端部である小端部６がピストンピン２１によって揺動自在に連結されたコンロッド３，コンロッド３の他端部の大端部７が軸部であるクランクピン８によって連結されたクランクシャフト５を備えた内燃機関即ちエンジンである。このエンジンは，吸入行程（Suction Stroke），圧縮行程（Compression Stroke），膨張行程（Expantion Stroke），及び排気行程（Exhaust Stroke）で順次作動される４サイクルで駆動されるものである。この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，コンロッド３の大端部７を取り付けるクランクシャフト５のクランクピン８とコンロッド３の大端部７における孔部９（第１孔部）との間に，偏芯ブッシュ１０が相対摺動自在に配設されていることを特徴としている。偏芯ブッシュ１０は，外周が円形に形成された外径２４と，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８に摺動嵌合する孔部２５（第２孔部）の軸心とが偏芯して，肉厚部４０と該肉厚部４０に対向する肉薄部４１に形成されている。言い換えれば，偏芯ブッシュ１０は，外周が円形であって，内径が肉厚部４０とそれに対向即ち１８０°の方向に対向する肉薄部４１にから成り，その途中は滑らかな漸減肉厚部４２に形成されている。偏芯ブッシュ１０は，クランクシャフト５に駆動連結された歯車機構２６を通じてクランクシャフト５のエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されている。この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，上記のような構成によって，膨張行程が吸入行程に比較してピストン１のストローク量が長くなるように設定される。
【００２１】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンでは，１／２の回転速度ということは，クランクシャフト５が９０度回転したとき，その９０度回転した場所から４５度回転した状態のことである。なお，クランクシャフト５が９０度回転したところから逆方向に４５度回転した状態でも成立することである。即ち，クランクシャフト５の９０度回転の場合は，そこから±４５度の回転を意味している。また，一般的な内燃機関では，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８とコンロッド３の大端部７の孔部９との間には，厚さ２ｍｍ程度のプレーンベアリングを介在して摺動自在に組み立てられている。本願発明では，クランクピン８と孔部９との間の隙間を適正なサイズにして，プレーンベアリングに代えて偏芯ブッシュ１０を介在させたものである。また，偏芯ブッシュ１０は，内燃機関が圧縮行程の爆発上死点Ｃ５に位置する時に，クランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，クランクシャフト５のクランクピン８とコンロッド３の孔部９との間に取り付けられているものである。
【００２２】
また，偏芯ブッシュ１０とクランクシャフト５との間に介在された偏芯ブッシュ１０の回転作動用の歯車機構２６は，偏芯ブッシュ１０の側面１１に一体構造に設けられたギア１２（第１ギア），ギア１２に噛み合う内歯歯車１４を内周に備えたリングギア１３，リングギア１３の外周に設けられた外歯歯車１５に噛み合うギア１７（第２ギア），ギア１７に連結軸１８を介して一体に連結されたギア１９（第３ギア），及びギア１９に噛み合い且つクランクシャフト５の回転主軸であるメインベアリング軸１６に固定されたギア２０（第４ギア）から構成されている。偏芯ブッシュ１０は，ギア１２によって一体に回転駆動されている。リングギア１３は，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に回転自在に取り付けられている。また，ギア１２は，クランクシャフト５の内歯歯車１４に噛み合って回転駆動されており，リングギア１３の外歯歯車１５は，ギア１７により駆動されるものである。また，偏芯ブッシュ１０に取り付けられたギア１２は，歯車機構２６を通じて，即ち，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に固定されたギア２０，ギア２０に噛み合うギア１９，及びギア１９に連結軸１８で連結されたギア１７を介して，エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されることを特徴としている。
【００２３】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，偏芯ブッシュ１０が，エンジンの運転状況により，エンジン爆発上死点Ｃ５の時に，９０度の位相から±４５度ずらして組み立てられており，圧縮比が変化させられて可変圧縮比に構成されることを特徴としている。更に，偏芯ブッシュ１０に取り付けられたギア１２は，クランクシャフト５に取り付けられたギア２０との間に，位相をずらし機構（図７参照）を介して取り付けられていることを特徴としている。また，偏芯ブッシュ１０は，その外径２４と孔部２５の軸心との偏芯量に応じて，吸入行程と膨張行程とのピストン１のストローク量を調整することができるものである。
【００２４】
次に，図４及び図５を参照して，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンの作動を説明する。図４及び図５に示す矢印は，サイクルの進行を示すものであり，図中の水平に伸びる直線Ｇは吸入下死点Ｃ３でのピストンピン２１の位置を示し，直線Ｈは膨張下死点Ｃ７でのピストンピン２１の位置を示している。また，図４には，４サイクルにおける吸入行程の吸入始めの排気上死点Ｃ１から吸入行程の中間点Ｃ２，圧縮行程の圧縮始めの吸入下死点Ｃ３，及び圧縮行程の中間点Ｃ４が示されている。図５には，４サイクルにおける膨張行程の膨張始めの爆発上死点Ｃ５から膨張行程の中間点Ｃ６，排気行程の排気始めの膨張下死点Ｃ７，及び排気行程の中間点Ｃ８が示されている。言い換えれば，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンでは，吸入行程はＣ１→Ｃ３の行程であり，圧縮行程はＣ３→Ｃ５の行程であり，膨張行程はＣ５→Ｃ７の行程であり，及び圧縮行程はＣ７→Ｃ１の行程で示されている。また，図４及び図５において，Ｄ段には，ピストン１の往復運動の状態，コンロッド３の大端部７におけるクランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の位置，偏芯ブッシュ１０の回転状態，及びクランクシャフト５の回転主軸であるメインベアリング軸１６の位置を示している。Ｅ段には，軸部であるクランクピン８とクランクシャフト５のメインベアリング軸１６の回転位置関係を示している。Ｆ段には，偏芯ブッシュ１０とクランクピン８との回転位置関係を示している。
【００２５】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンについて，更に具体的に説明すると，クランクシャフト５は，図４及び図５では矢印で示すように，反時計周りに回転している。
（１）図４では，ピストン１の排気上死点Ｃ１では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０は，クランクピン８に対して水平方向であって，図４の右側に位置している。
（２）同時に，偏芯ベアリング１０は，ギア１２によって駆動され，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８とメインベアリング軸１６の中心を結ぶ位置からその回転角度の１／２の割合だけ，クランク回転順方向又は逆方向回転させる（図４では，回転順方向に１／２割合回転）。
（３）クランクシャフト５が９０度回転した時，即ち，吸入行程の中間点Ｃ２では，クランクピン８は，クランクシャフト５のメインベアリング軸１６に対して水平位置になり，偏芯ブッシュ１０は，その水平面から更に４５度（９０度，言い換えれば，１／２回転）だけ反時計回りに回転している。
（４）この様に，偏芯ブッシュ１０をクランクシャフト５に連結した歯車機構２６によりクランクシャフト５の回転に同期させて１／２の回転速度で回転作動させる。言い換えれば，偏芯ブッシュ１０をクランクシャフト５の回転に同期させて駆動させる。
（５）クランクシャフト５が１８０度回転した時，即ち，ピストンピン２１が吸入行程の吸気下死点Ｃ３に位置する時では，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８は真下側に位置し，その時，偏芯ブッシュ１０は，クランクピン８とメインベアリング軸１６の中心を結ぶ位置から９０度回転し，この時，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０は上方に位置し，コンロッド３の大端部中心はクランクシャフト５の軸部であるクランクピン８中心より上側に位置し，吸入行程の吸気下死点Ｃ３になる。即ち，コンロッド３に連結されているピストン１は，偏芯ブッシュ１０によりストロークが短い，言い換えれば，ストローク量が小さいことになり，吸気下死点Ｃ３になる。
（６）次いで，この状態から圧縮行程の中間点Ｃ４を通って圧縮行程の圧縮上死点Ｃ５まで回転する。
（７）同様に，クランクシャフト５が回転し，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８が３６０度回転した時，即ち，圧縮行程の爆発上死点Ｃ５では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０は，クランクピン８に対して水平方向で且つ図５の右側に位置し，１８０回転したことになる。従って，ピストン１の位置は，上記の排気上死点Ｃ１と同じ位置になる。
（８）この後，ピストン１は，膨張行程に移行することになり，膨張行程の中間点Ｃ６を通って往復運動する。偏芯ブッシュ１０は，クランクピン８と同期して回転を行い，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８が５４０度回転した時，膨張下死点Ｃ７では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０は，クランクピン８に対して図５の下側に位置し，その結果，コンロッド３の大端部７の中心はクランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の中心より下側に位置し，ピストン１の位置も吸入下死点Ｃ３に比較してそれよりも偏芯ブッシュ１０の偏芯により下がったところまで移動し，膨張行程において多くの仕事を行うことになる。即ち，膨張下死点Ｃ７になり，吸気下死点Ｃ３よりも大きいストロークを動いたこと，即ち，ストローク量が大きくなったことになる。それ故に，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルは，圧縮比より膨張比の高いアトキンソンサイクルで運転したことになる。
なお，図４及び図５では，説明を簡単にするため，図の上死点は偏芯ブッシュ１０の偏芯によるコンロッド３の傾きを無視して図示しているものである。
【００２６】
図４及び図５のピストン１の４サイクルの作動におけるストローク量を，図６のグラフに示している。即ち，図６には，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルのピストン１のストローク量を示すグラフが示されている。図６において，実線で示す曲線は，本願発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルのピストン１の４サイクルにおけるストローク量を示している。点線で示す曲線は，クランクシャフト５の軸部であるクランクピン８の移動軌跡を示している。また，一点鎖線で示す曲線は，偏芯ブッシュ１０の回転移動軌跡を示している。図６のグラフから判るように，圧縮始めの吸入下死点Ｃ３のピストン１のストローク量は小さくなっているが，膨張下死点Ｃ７のピストン１のストローク量は大きくなっており，アトキンソンサイクルの作動状態になっている。
【００２７】
また，この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，特に，クランクシャフト５で駆動されるギア２０から偏芯ブッシュ１０を駆動するまでのギア１２の間の歯車機構２６中にギア一体で位相をずらす機構である位相ずらし機構３８を組み込むことによって，圧縮比を変える機構を簡単に付加することができることを特徴としている。内燃機関の圧縮比は，ピストン下死点の位置とピストン上死点位置での物理的容積の比で計算されるものである。そこで，本願発明における圧縮比を変える機構３８では，ピストン上死点では偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０はほぼ水平に位置している。その為，ピストン上死点での偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０の位置をわずかに回転させる（位相をずらす）ことによって，ピストンの上死点位置は，高い感度で上下することになる。即ち，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０をわずかに上方に回転させた位置を上死点にすることが可能になる。一方，圧縮開始前の下死点では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０が上側に位置しており，偏芯ブッシュ１０をわずかにすらした回転（位相をずらす）では，その上下方向は極めてわずかしか変位しないことになる。即ち，偏芯ブッシュ１０の位相をずらした場合，上死点近傍ではピストン１の上下位置の変化は大きいが，ピストン下死点では上下位置の変化は極めて少ないことになる。その結果，圧縮比を可変にすることができることになる。
【００２８】
この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，歯車機構２６のいずれかの箇所に，例えば，図７に示すような位相ずらし機構３８を組み込むことによって，歯車機構２６の出力側のギア１２の位相をずらすことができる。即ち，本願発明は，クランクシャフトで駆動される歯車機構２６を通じて偏芯ブッシュ１０を駆動するので，その歯車機構２６中に位相ずらし機構３８を組み込み，又は歯車自体に位相ずらし機構３８を一体構造に構成すれば，圧縮比を変える装置を付加することになる。一般に，圧縮比は，ピストン下死点位置とピストン上死点位置での物理的容積の比で決まる。本願発明では，ピストン上死点では偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０はほぼ水平位置（Ｃ１，Ｃ５参照）になる。そのため，ピストン上死点での偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０の位置を僅かに回転させる（言い換えれば，位相をずらす）ことで，ピストン１の上死点位置は高い感度で上下する。即ち，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０を，僅かに上方へ回転させた位置を上死点にすることができる。一方，圧縮行程の開始前の下死点では，偏芯ブッシュ１０の肉厚部４０は上側に位置しており（Ｃ３参照），偏芯ブッシュ１０を僅かにずらした回転では，ピストン１の上下方向の移動は極めて僅かしか変位しない。従って，偏芯ブッシュ１０の位相をずらした場合，上死点の近傍では，ピストン１の上下位置の変化は極めて少ない。その結果，偏芯ブッシュ１０をずらすだけで，圧縮比を容易に可変に構成することができる。
【００２９】
この可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンエンジンでは，位相ずらし機構３８については，外側ギア３５の軸部２８の嵌合孔３９内に内側ギアの軸部２７を摺動自在に嵌挿し，内側ギアと外側ギアの回転摺動部２９に，軸部２７の押圧凹部３６と軸部２８の押圧凹部３７を形成する。押圧凹部３６と押圧凹部３７との間の回転摺動部３９に跨がって直径方向に一対のスプリング内蔵の油圧ピストン３０をそれぞれ配設する。油圧ピストン３０は，油圧通路３３を通じて油圧が供給されると，油圧ピストン３０の両端にそれぞれ設けられたピボット部３２が延び出し，内側ギアの軸部２７と外側ギア３５の軸部２８とが押圧され，相対回転し，内側ギアと外側ギア３５との位相が互いにずらされることになる。油圧を解放すると，油圧ピストン３０の設けられたスプリングによって内側ギアの軸部２７と外側ギア３５の軸部２８とは元の位置に復帰することになり，それによって，位相ずらし機構３８が作動することになる。この位相ずらし機構３８を．例えば，ギア１９の内部に組み込んで構成することによって，偏芯ブッシュ１０とクランクシャフト５のメインベアリング軸１６の回転位置との位相を変えることができる。位相ずらし機構３８は，油圧ピストン３０の油圧を開放すると，スプリングにより元に戻ることになる。また，油圧ピストン３０における油圧を可変にして，ギア１２の回転量（位相量）を制御すれば，エンジン即ち内燃機関について種々の圧縮比を変えることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明による可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジンは，例えば，４サイクルの内燃機関に適用して好ましいものである。
【符号の説明】
【００３１】
１      ピストン
２      シリンダ
３      コンロッド
４      シリンダブロック
５      クランクシャフト
７      大端部
８      クランクピン（軸部）
９      孔部（第１孔部）
１０    偏芯ブッシュ
１１    側面
１２    ギア（第１ギア）
１３    リングギア
１４    内歯歯車
１５    外歯歯車
１６    メインベアリング軸
１７    ギア（第２ギア）
１８    連結軸
１９    ギア（第３ギア）
２０    ギア（第４ギア）
２４    外径
２５    孔部（第２孔部）
２６    歯車機構
３８    位相ずらし機構
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを形成するシリンダブロック，前記シリンダ内を往復運動するピストン，前記ピストンに一端部が連結されたコンロッド，前記コンロッドの他端部の大端部が連結されたクランクシャフトを有し，前記ピストンは，吸入行程，圧縮行程，膨張行程，次いで排気行程で順次作動される４サイクルで駆動されることから成るエンジンにおいて，
前記コンロッドの前記大端部を取り付ける前記クランクシャフトの軸部と前記コンロッドの前記大端部における第１孔部との間に，偏芯ブッシュが相対摺動自在に配設されており，前記偏芯ブッシュは，外周が円形に形成された外径と，前記クランクシャフトの前記軸部に摺動嵌合する第２孔部の軸心とが偏芯して肉厚部と該肉厚部に対向する肉薄部に形成されており，
前記偏芯ブッシュは，前記クランクシャフトに駆動連結された歯車機構を通じて前記クランクシャフトのエンジン回転速度の１／２の回転速度で回転するように設定されており，前記シリンダ内の前記ピストンのストローク量を前記吸入行程より前記膨張行程を長く設定したことを特徴とする可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項２】
前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記エンジンが前記圧縮行程の爆発上死点に位置する時に，前記クランクシャフトに対してクランク角度の位相で実質的に９０度ずれて設定されており，前記クランクシャフトの前記軸部と前記コンロッドの前記第１孔部との間に回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項３】
前記歯車機構は，前記偏芯ブッシュの側面に一体構造に設けられた第１ギア，前記第１ギアに噛み合う内歯歯車を内周に備え且つ外歯歯車を外周に備えたリングギア，前記リングギアの前記外歯歯車に噛み合う第２ギア，前記第２ギアに連結軸を介して一体に連結された第３ギア，及び前記第３ギアに噛み合い且つ前記クランクシャフトのメインベアリング軸に固定された第４ギアから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項４】
前記偏芯ブッシュは，前記第１ギアによって一体に回転駆動され，前記リングギアは，前記クランクシャフトに前記メインベアリング軸と同軸に且つ回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項５】
前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトの前記メインベアリング軸に固定して取り付けられた前記第４ギア，前記第４ギアに噛み合う前記第３ギア，前記第３ギアに前記連結軸で連結された前記第２ギア，及び前記リングギアを介して，前記エンジン回転速度の１／２の回転速度で回転駆動されることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項６】
前記偏芯ブッシュの前記肉厚部は，前記エンジンの運転状況により，前記クランクシャフトに対して，エンジン爆発上死点の時に実質的に９０度の位相から±４５度の位相の範囲でずらして組み込まれて圧縮比が変化できる可変圧縮比に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項７】
前記偏芯ブッシュに取り付けられた前記第１ギアは，前記クランクシャフトに取り付けられた前記歯車機構に配設された位相ずらし機構の作動によって位相がずらされ，前記エンジンの圧縮比が変化させられることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。
【請求項８】
前記外径と前記第２孔部の軸心との前記偏芯ブッシュの偏芯量に応じて，前記吸入行程と前記膨張行程との前記ピストンの前記ストローク量が調整されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の可変圧縮比機械式アトキンソンサイクルエンジン。