(57)【要約】【課題】膨張比を圧縮比より大きくしながら、エンジンの負荷に対応した圧縮比が得られかつ圧縮比を無段階に変えることができるようにする。【解決手段】クランク軸２と平行な偏心軸１５と、偏心軸１５をクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転させる駆動装置８とを備える。クランクピン３とコンロッド４の大端部４ａとの間に介装されたリンク５と、このリンク５と偏心軸１５とを連結するレバー７とを備える。前記駆動装置８に、遊星歯車減速機２１と、遊星歯車減速機２１の作動状態を変えることによって偏心軸１５の回転位相を変える位相変更装置２３とを備えさせた。【選択図】  図３
2009085187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と平行な軸線上で回転可能に構成された偏心軸と、
前記クランク軸の回転を前記偏心軸に伝達し、この偏心軸をクランク軸の回転速度の１／２の回転速度で回転させる駆動装置と、
前記クランク軸のクランクピンとコンロッドの大端部との間に介装されたリンクと、
このリンクにおけるクランクピンを挟んでコンロッドとは反対側に一端部が回転自在に連結されかつ他端部が前記偏心軸に回転自在に連結されたレバーとを備えた圧縮比可変エンジンにおいて、
前記駆動装置は、前記クランク軸に接続された入力部材と、前記偏心軸に接続された出力部材とを有する差動歯車機構を用いて構成された減速機と、前記差動歯車機構の作動状態を変えることによって前記偏心軸の回転位相を変える位相変更装置とを備えていることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記偏心軸の回転位相がクランク軸に対して進むことによって圧縮比が減少するように構成され、前記偏心軸の回転する方向は、燃焼圧力の一部が前記レバーを介して偏心軸に伝達される状態で偏心軸が回転モーメントにより付勢される方向であることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項３】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記駆動装置の減速機は、遊星歯車減速機からなり、
前記入力部材は、前記遊星歯車減速機の太陽歯車によって構成され、
前記出力部材は、前記遊星歯車減速機の外周歯車によって構成され、
前記固定要素となる部材は、前記遊星歯車減速機の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアによって構成され、
前記位相変更装置は、前記キャリアに歯車結合された動力源と、この動力源の回転を制御する制御装置とによって構成されていることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項４】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記駆動装置の減速機は、遊星歯車減速機からなり、
前記入力部材は、前記遊星歯車減速機の太陽歯車によって構成され、
前記出力部材は、前記遊星歯車減速機の外周歯車によって構成され、
前記固定要素となる部材は、前記遊星歯車減速機の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアによって構成され、
前記位相変更装置は、前記キャリアのシリンダブロックに対する回転が規制された接続状態と、この規制が解除された切断状態とを切り換える第１のクラッチと、
前記キャリアが外周歯車および偏心軸に接続された接続状態と、この接続が解除された切断状態とを切り換える第２のクラッチと、
前記偏心軸が制動された接続状態と、この制動が解除された切断状態とを切り換える第３のクラッチとを備え、
圧縮比を一定に保つ位相固定時は前記第１のクラッチのみが接続状態とされ、
圧縮比を下げるときは前記第２のクラッチのみが接続状態とされ、
圧縮比を上げるときは前記第３のクラッチのみが接続状態とされることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項５】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記駆動装置の減速機は、ディファレンシャルケースと、このディファレンシャルケースに回転自在に支持されるとともにディファレンシャルケースと一体に公転するピニオンと、前記ディファレンシャルケースと同一軸線上に位置付けられて前記ピニオンに噛合する一対のサイドギヤとからなる傘歯車差動装置からなり、
前記入力部材は、前記傘歯車差動装置の一方のサイドギヤによって構成され、
前記出力部材は、前記傘歯車差動装置のディファレンシャルケースによって構成され、
前記固定要素となる部材は、前記傘歯車差動装置の他方のサイドギヤによって構成され、
前記位相変更装置は、前記他方のサイドギヤに歯車結合された動力源と、この動力源の回転を制御する制御装置とによって構成されていることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項６】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記クランク軸の回転を前記駆動装置の入力部材に伝達する伝動部材は、エンジン補機の入力部材にも接続されていることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【請求項７】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンにおいて、前記クランク軸の回転を前記駆動装置の入力部材に伝達する伝動部材は、円板状のクランクウェブの外周部に歯を設けることによって形成された歯車であることを特徴とする圧縮比可変エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転中に圧縮比を変えることができるように構成された圧縮比可変エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンの圧縮行程におけるストロークに対して膨張行程におけるストロークを変えることができるエンジンとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているものがある。特許文献１に開示されたエンジンは、クランク軸と平行な軸線上で回転可能に構成された偏心軸と、このクランク軸の回転を前記偏心軸に伝達して前記偏心軸をクランク軸の回転速度の１／２の回転速度で回転させる駆動装置と、前記クランク軸のクランクピンとコンロッドの大端部との間に介装されたリンクと、このリンクにおけるクランクピンを挟んでコンロッドとは反対側に一端部が回転自在に連結されかつ他端部が前記偏心軸に回転自在に連結されたレバーとを備えている。
【０００３】
このエンジンによれば、クランク軸が１回転すると偏心軸が１／２回転だけ回り、この偏心軸の回転に対応してピストンの位置が変化する。例えば、圧縮行程が開始されてから膨張行程が終了するまでの間（クランク角が１８０°の位置からクランク軸が１回転する間）に、偏心軸が１／２回転だけ回転することにより前記レバーの偏心軸側端部がクランク軸から離間する場合、上死点の位置が低くなるとともに下死点の位置が低くなる。この場合、膨張比が圧縮比より大きくなるために、熱効率が高くなって燃費向上と出力向上とを図ることができる。
【０００４】
特許文献１に開示されたエンジンの前記駆動装置は、歯車やチェーン、ベルトなどからなる減速機によってクランク軸の回転を１／２に減速して偏心軸に伝達する構成が採られている。すなわち、前記偏心軸は、クランク軸の１／２の回転速度でクランク軸に対して回転位相が一定になるように回転する。
【０００５】
この駆動装置において、クランク軸に対する偏心軸の回転位相を上述したように膨張比が圧縮比より大きくなるように設定するためには、減速機として歯車を使用している場合は歯車どうしが噛み合う位置を所定位置に位置決めすることによって行う。また、前記減速機がチェーンやベルトを使用して構成されている場合は、スプロケットやプーリに対するチェーンやベルトの巻掛位置を所定位置に位置決めすることによって行う。
【０００６】
特許文献２に記載されているエンジンは、特許文献１に記載されている駆動装置とは異なる構成の駆動装置を備えている。この特許文献２に開示されている駆動装置は、エンジンの負荷が相対的に大きい場合は上述したように膨張比が圧縮比より大きくなるような運転形態を採り、エンジンの負荷が相対的に小さい場合は、前記高負荷運転時の運転形態に較べて圧縮比が相対的に大きくなる運転形態を採るように構成されている。これら二つの運転形態は、吸気通路の負圧の大きさに対応して動作するドッグクラッチによって切り換えられる。
【特許文献１】特開平９−２２８８５８号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されているエンジンでは、膨張比が圧縮比より大きくなる運転形態を採る場合、エンジンの負荷の大きさとは無関係に一定の圧縮比で運転される。このため、この圧縮比が高負荷運転時に適する値に設定されている場合、例えばアイドリング時のような低負荷運転時には燃焼が不安定になるおそれがある。また、これとは逆に、低負荷運転時に燃焼が安定するように圧縮比を設定すると、高負荷運転時にノッキングが発生したりして出力向上を図ることができなくなる。
【０００８】
特許文献２に開示されているエンジンでは、低負荷運転状態（低速運転時に燃焼が安定するように圧縮比が高くなる運転状態）と、高負荷運転状態（膨張比が圧縮比より大きくなって高出力が得られる運転状態）との切り換えが行われたときに出力が急に変化してしまう。このため、このエンジンを例えば自動車に搭載した場合、上述した切り換えが行われたときに乗員に違和感を与えるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、膨張比が圧縮比より大きくなる構成を採りながら、エンジンの負荷に対応した圧縮比が得られかつ圧縮比を無段階に変えることができる圧縮比可変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】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明に係る圧縮比可変エンジンは、クランク軸と平行な軸線上で回転可能に構成された偏心軸と、前記クランク軸の回転を前記偏心軸に伝達し、この偏心軸をクランク軸の回転速度の１／２の回転速度で回転させる駆動装置と、前記クランク軸のクランクピンとコンロッドの大端部との間に介装されたリンクと、このリンクにおけるクランクピンを挟んでコンロッドとは反対側に一端部が回転自在に連結されかつ他端部が前記偏心軸に回転自在に連結されたレバーとを備えた圧縮比可変エンジンにおいて、前記駆動装置に、前記クランク軸に接続された入力部材と、前記偏心軸に接続された出力部材とを有する差動歯車機構を用いて構成された減速機と、前記差動歯車機構の作動状態を変えることによって前記偏心軸の回転位相を変える位相変更装置とを備えさせたものである。
【００１１】
本発明は、前記発明において、前記偏心軸の回転位相をクランク軸に対して進めることによって圧縮比が減少するように構成し、前記偏心軸の回転する方向を、燃焼圧力の一部が前記レバーを介して偏心軸に伝達される状態で偏心軸が回転モーメントにより付勢される方向としたものである。
【００１２】
本発明は、前記発明において、前記駆動装置の減速機を遊星歯車減速機とし、前記入力部材を前記遊星歯車減速機の太陽歯車によって構成し、前記出力部材を前記遊星歯車減速機の外周歯車によって構成し、前記固定要素となる部材を前記遊星歯車減速機の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアによって構成し、前記位相変更装置を、前記キャリアに歯車結合された動力源と、この動力源の回転を制御する制御装置とによって構成したものである。
【００１３】
本発明は、前記発明において、前記駆動装置の減速機は、遊星歯車減速機からなり、前記入力部材を前記遊星歯車減速機の太陽歯車によって構成し、前記出力部材を前記遊星歯車減速機の外周歯車によって構成し、前記固定要素となる部材を前記遊星歯車減速機の遊星歯車を回転自在に支持するキャリアによって構成し、前記位相変更装置に、前記キャリアのシリンダブロックに対する回転が規制された接続状態と、この規制が解除された切断状態とを切り換える第１のクラッチと、前記キャリアが外周歯車および偏心軸に接続された接続状態と、この接続が解除された切断状態とを切り換える第２のクラッチと、前記偏心軸が制動された接続状態と、この制動が解除された切断状態とを切り換える第３のクラッチとを備えさせ、圧縮比を一定に保つ位相固定時に前記第１のクラッチのみを接続状態とし、圧縮比を下げるときに前記第２のクラッチのみを接続状態とし、圧縮比を上げるときに前記第３のクラッチのみを接続状態とするものである。
【００１４】
本発明は、前記発明において、前記駆動装置の減速機を、ディファレンシャルケースと、このディファレンシャルケースに回転自在に支持されるとともにディファレンシャルケースと一体に公転するピニオンと、前記ディファレンシャルケースと同一軸線上に位置付けられて前記ピニオンに噛合する一対のサイドギヤとからなる傘歯車差動装置とし、前記入力部材を前記傘歯車差動装置の一方のサイドギヤによって構成し、前記出力部材を前記傘歯車差動装置のディファレンシャルケースによって構成し、前記固定要素となる部材を前記傘歯車差動装置の他方のサイドギヤによって構成し、前記位相変更装置を、前記他方のサイドギヤに歯車結合された動力源と、この動力源の回転を制御する制御装置とによって構成したものである。
【００１５】
本発明は、前記発明において、前記クランク軸の回転を前記駆動装置の入力部材に伝達する伝動部材をエンジン補機の入力部材にも接続したものである。
【００１６】
本発明は、前記発明において、前記クランク軸の回転を前記駆動装置の入力部材に伝達する伝動部材を、円板状のクランクウェブの外周部に歯を設けることによって形成された歯車としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る圧縮比可変エンジンによれば、リンク、レバー、偏心軸および駆動装置などからなる圧縮比可変機構によって膨張比が圧縮比より大きくなるように構成することができる。このため、このエンジンにおいては、熱効率を高くすることができ、燃費向上と出力向上とを図ることができる。
【００１８】
この圧縮比可変エンジンにおいては、位相変更装置により偏心軸の回転位相を変化させることによって、ピストンの上死点・下死点の位置、ピストンの往復ストロークが変化し、圧縮比が変化する。このため、このエンジンは、膨張比が圧縮比より大きくなって熱効率が向上する運転形態を採りながら、圧縮比を変えることができる。なお、エンジンの熱効率が高くなることは、エンジンの燃費が向上するとともに出力が高くなることを意味する。
【００１９】
このエンジンの圧縮比は、位相変更装置によって偏心軸のクランク軸に対する回転位相を進めることによって低くなり、これとは逆に偏心軸の回転位相をクランク軸に対して遅らせることによって高くなる。
【００２０】
このため、本発明によれば、エンジンの負荷が相対的に低いときに位相変更装置により偏心軸の回転位相を遅らせることによって、圧縮比を相対的に高くすることができる。すなわち、このエンジンは、膨張比が圧縮比より大きくなって熱効率が向上する運転形態を採りながら、低負荷運転時に燃焼が安定するようになって燃費向上を図ることができる。また、エンジンの負荷が相対的に高いときは、位相変更装置により偏心軸の回転位相を進めることによって圧縮比を相対的に低くすることができる。
【００２１】
すなわち、このエンジンは、膨張比が圧縮比より大きくなる運転形態を採りながら、高負荷運転時にノッキングの発生を防ぎつつ熱効率が高くなるように運転することができるから、さらなる燃費向上と出力向上とを図ることができる。前記位相変更装置は、差動歯車機構の固定要素となる部材の位置を変化させるものであるから、偏心軸の回転位相を無段階に変化させることができる。
【００２２】
したがって、本発明によれば、膨張比が圧縮比より大きくなる構成を採りながら、エンジンの負荷に対応した圧縮比が得られかつ圧縮比を無段階に変えることができる圧縮比可変エンジンを提供することができる。
【００２３】
特に、本発明に係る圧縮比可変エンジンを自動車に搭載することによって、エンジンの負荷の変化に伴って圧縮比が変化しても乗員に違和感を与えることがないから、乗り心地がよい自動車を提供することができる。
【００２４】
偏心軸の回転方向を燃焼圧力の一部が伝達された偏心軸が回転モーメントにより付勢される方向とした発明によれば、エンジンの負荷が相対的に高いときに偏心軸の回転位相を位相変更装置によってクランク軸に対して進める場合、エンジンの燃焼圧力を利用して偏心軸の回転位相を応答性よく進めることができる。
【００２５】
駆動装置の減速機を遊星歯車減速機によって構成した発明によれば、クランク軸の回転を減速するための部材を用いて偏心軸の回転位相を無段階に変化させることができる。したがって、減速と回転位相の変更との二つの機能を一つの遊星歯車減速機にもたせることができるから、専ら減速を行う減速機と、専ら回転位相を変更する装置とを併用する場合に較べて駆動装置をコンパクトに形成することができる。
【００２６】
遊星歯車減速機と第１〜第３のクラッチとを備えた発明によれば、クランク軸の回転を減速する機能と、偏心軸の回転位相を変化させる機能とを一つの遊星歯車減速機によって行うことができる。したがって、これらの機能をそれぞれ別の装置によって実現する場合に較べて駆動装置をコンパクトに形成することができる。
【００２７】
また、この発明によれば、前記第２のクラッチを接続する場合、クランク軸の回転速度の１／２の回転速度で回転している外周歯車および偏心軸に前記キャリアが接続されて移動するから、キャリアを瞬間的に移動させる（偏心軸の回転位相を変える）ことができる。このため、この発明によれば、偏心軸の回転位相を変えるためにモータの動力を用いる場合に較べて応答性よく回転位相を変えることができる。
【００２８】
駆動装置の減速機を傘歯車差動装置によって構成した発明によれば、クランク軸の回転を減速するための部材を用いて偏心軸の回転位相を無段階に変化させることができる。したがって、減速と回転位相の変更との二つの機能を一つの傘歯車差動装置にもたせることができるから、専ら減速を行う装置と、専ら回転位相の変更を行う装置とを用いる場合に較べて駆動装置をコンパクトに形成することができる。
【００２９】
クランク軸の回転を前記駆動装置に伝達する伝動部材をエンジン補機にも接続した発明によれば、専らエンジン補機を駆動するための歯車、スプロケットあるいはプーリなどを前記伝動部材とは別にクランク軸に設ける場合に較べてクランク軸の軸線方向の長さを短く形成することができる。このため、この発明によれば、エンジンのクランク軸の軸線方向の長さを伸ばすことなくエンジンの小型化を図りながら、エンジンに前記駆動装置と前記補機とを装備することができる。この結果、この発明による圧縮比可変エンジンは、偏心軸や駆動装置などからなる圧縮可変機構を備えているにもかかわらず、自動車のエンジンルームを拡大させることなくこのエンジンルームに収納することができる。
【００３０】
クランクウェブに駆動用の歯車を一体に形成する発明によれば、駆動装置の入力部材にクランク軸の回転を伝達するための歯車をクランク軸とは別体に形成してクランク軸に設ける場合に較べて、クランク軸の軸線方向の長さを短く形成することができる。このため、この発明によれば、エンジンのクランク軸の軸線方向の長さを伸ばすことなくエンジンの小型化を図りながら、エンジンに前記駆動装置を装備することができる。この結果、この発明による圧縮比可変エンジンは、偏心軸や駆動装置などからなる可変圧縮機構を備えているにもかかわらず、自動車のエンジンルームを拡大させることなくこのエンジンルームに収納することができる。
【００３１】
また、この発明によれば、多気筒エンジンに本発明を適用した場合にクランク軸の軸線方向の中間部に前記駆動装置を接続することができる。このため、クランク軸の一端部に駆動装置が接続される場合に較べて駆動装置がエンジンよりクランク軸の軸線方向の外側に突出するようなことがなく、より一層コンパクトな圧縮比可変エンジンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る圧縮比可変エンジンの一実施例を図１〜図１３によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る圧縮比可変エンジンの要部を示す断面図、図２は駆動装置の構成を示す縦断面図、図３は図２におけるIII−III線断面図である。図３中には、図１の破断位置をI−I線によって示してある。
【００３３】
図４はシリンダブロック下部の縦断面図、図５は膨張行程における燃焼圧力の作用する方向を説明するための断面図、図６はクランク角とコントロールシャフトの位相角の変化を示す断面図で、同図（ａ）は吸気行程が開始されるクランク角０°（７２０°）の場合を示し、同図（ｂ）は圧縮行程が開始されるクランク角１８０°の場合を示し、同図（ｃ）は膨張行程が開始されるクランク角３６０°の場合を示し、同図（ｄ）は排気行程が開始されるクランク角５４０°の場合を示す。
【００３４】
図７はピストンの圧縮ストロークを説明するための断面図で、同図（ａ）は圧縮比を低くした状態を示し、同図（ｂ）は圧縮比を高くした状態を示す。図８はクランク角とピストン高さの変化との関係を示すグラフである。図９は圧縮比可変エンジンの構成を示す斜視図、図１０は圧縮比可変エンジンの駆動装置部分を取外した状態を示す斜視図で、同図においては、実施例とは異なる形状のリンクを使用した状態で描いてある。図１１は駆動装置の斜視図、図１２は駆動装置の遊星歯車減速機を示す斜視図である。図１３は制御装置の構成を示すブロック図である。
【００３５】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施例による圧縮比可変エンジンを示す。
このエンジン１は、自動車用の４サイクル多気筒エンジンで、図１〜図３、図９および図１０に示すように、クランク軸２のクランクピン３とコンロッド４の大端部４ａとの間に介装されたリンク５と、クランク軸２と平行な軸線上で回転可能に構成されたコントロールシャフト６と、このコントロールシャフト６を前記リンク５に接続するためのレバー７と、前記コントロールシャフト６をクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転させるとともにクランク軸２に対する回転位相を変えるための駆動装置８（図２、図３、図９および図１１参照）とを備えている。図１において、符号９はシリンダブロック、１０はピストン、１１はピストンピンを示す。なお、このエンジン１に設けられているシリンダヘッドや動弁装置などは図示してはいないが、これらの部材は従来からよく知られたものが用いられている。
【００３６】
このエンジン１のクランク軸２は、図１に示すように、軸線方向から見て回転中心Ｃがシリンダの軸線ＣＬより一側方（コントロールシャフト６が位置する一側方）に離間するように位置付けられている。この実施例では、クランク軸２とコントロールシャフト６とは図１において時計方向に回転する。このようにクランク軸２が回転するときにクランクピン３の中心は、図１中に二点鎖線Ａで示す仮想円に沿って回転する。
【００３７】
前記リンク５は、クランクピン３を横切ってクランク軸２の軸線方向とは直交する方向に延びるリンク本体５ａと、このリンク本体５ａと協働してクランクピン３を回転自在に挟持するキャップ５ｂとによって構成されている。このキャップ５ｂは、２本の固定用ボルト５ｃによってリンク本体５ａに固定されている。
前記リンク本体５ａにおけるシリンダの軸線ＣＬに近接する一端部には、前記コンロッド４の大端部４ａが支軸１２を介して回転自在に連結され、リンク本体５ａの他端部、すなわちリンク本体５ａにおけるクランクピン３を挟んでコンロッド４とは反対側に延びる端部には、前記レバー７の一端部が支軸１３を介して回転自在に連結されている。
【００３８】
前記コントロールシャフト６は、図３に示すように、シリンダブロック９に回転自在に支持された中心軸１４と、この中心軸１４に腕部１４ａを介して所定量だけ偏心するように接続された偏心軸１５とによって構成されており、複数の気筒からなる気筒列の一端部から他端部までクランク軸２と平行に延びるように形成されている。このコントロールシャフト６が回転するときに偏心軸１５の中心は、図１中に二点鎖線Ｂで示す仮想円に沿って回転する。このコントロールシャフト６は、クランク軸２の回転が後述する駆動装置８を介して伝達されることによって、クランク軸２の回転速度の１／２の回転速度でクランク軸２と同じ回転方向に回転する。
【００３９】
前記中心軸１４は、図１０に示すように、シリンダブロック９に設けられた縦壁９ａと、この縦壁９ａに取付けられたキャップ９ｂとにたとえばすべり軸受１６（図３参照）によって回転自在に支持されている。
前記偏心軸１５は、図３に示すように、シリンダの軸線方向から見て各気筒のクランクピン３の横に並ぶように、言い換えればコントロールシャフト６の軸線方向において各気筒のクランクピン３と同じ位置に設けられている。
【００４０】
この偏心軸１５には、前記レバー７の他端部が回転自在に連結されている。前記レバー７は、図１に示すように、前記リンク５に連結される一端部を有するレバー本体７ａと、このレバー本体７ａと協働して偏心軸１５を回転自在に挟持するキャップ７ｂとから構成されている。このキャップ７ｂは固定用ボルト７ｃによってレバー本体７ａに取付けられている。
【００４１】
この実施例による偏心軸１５のクランク軸２に対する回転方向の位置、言い換えれば偏心軸１５のクランク軸２に対する回転位相は、図５に示すように、膨張行程でレバー７が同図において上方へ引き上げられるように設定されている。図５において、レバー７が上方に引き上げられることによって、リンク５がクランクピン３を中心として同図において反時計方向に回るから、クランク軸２が時計方向に回転しているにもかかわらず、コンロッド４の大端部４ａがシリンダの軸線ＣＬに近接した位置を下降するようになる。すなわち、膨張行程でピストン１０がコンロッド４を斜めに押圧する力が低減され、この結果、ピストン１０がシリンダ内面を横に押圧することによる損失が減少し、出力向上が図られる。
【００４２】
偏心軸１５のクランク軸２に対する具体的な回転位相は、図１に示すように、ピストン１０が圧縮上死点に位置している状態（クランク角が３６０°の状態）において、クランク軸２の軸線方向から見て前記中心軸１４の軸心からシリンダの軸線ＣＬと平行にクランク軸２とは反対方向に延びる仮想直線Ｌ１と、中心軸１４の軸心から偏心軸１５の軸心を通って延びる仮想直線Ｌ２とのなす角度θ（以下、この角度θを回転角度θという）が２１０°になるように設定されている。
【００４３】
この偏心軸１５は、後述する駆動装置８によってクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転させられるから、ピストン１０が下死点に位置しているときの前記回転角度θは、ピストン１０が圧縮上死点に位置しているときの回転角度２１０°より９０°小さい角度または９０°大きい角度になる。すなわち、吸気行程から圧縮行程に移行するときの下死点にピストン１０が位置している状態（クランク角が１８０°の状態）においては、偏心軸１５は、図６（ｂ）に示すように、前記回転角度θが前記２１０°より９０°だけ小さい１２０°になる位置に位置することになる。
【００４４】
また、膨張行程から圧縮行程に移行する下死点にピストン１０が位置している状態（クランク角が５４０°の状態）においては、偏心軸１５は、図６（ｄ）に示すように、前記回転角度θが前記２１０°より９０°だけ大きい３００°になる位置に位置することになる。
さらに、排気行程から吸気行程に移行する上死点にピストン１０が位置している状態（クランク角が０°または７２０°の状態）いおいては、偏心軸１５は、図６（ａ）に示すように、前記回転角度θが６０°になる位置に位置することになる。なお、図６（ｃ）は図１と同じ状態を示している。
【００４５】
偏心軸１５のクランク軸２に対する回転位相を図１および図６に示したように設定することによって、圧縮行程が開始されてから膨張行程が終了するまでの間、すなわち図６（ｂ）〜（ｄ）に示す間は、偏心軸１５が主に上方（クランク軸２から離間する方向）に変位する。このとき、仮にクランク軸２が停止しているとすると、レバー７が図６において上方に引き上げられてリンク５が反時計方向に回るために、コンロッド４が下方に下げられてピストン１０は下方へ変位する。このため、ピストン１０の圧縮ストロークが相対的に短くなり、ピストン１０の膨張ストロークが相対的に長くなる。この結果、前記回転位相を図１および図６に示すように設定することによって、圧縮比より膨張比が大きくなる。
【００４６】
この実施例によるエンジン１は、偏心軸１５の前記回転位相を後述する駆動装置８によってエンジン負荷に対応させて変化させるように構成されている。詳述すると、この実施例においては、図１および図６に示した回転位相に対して偏心軸１５の前記回転角度θが９０°大きくなるまで回転位相を進める。このエンジン１において、図１および図６に示す回転位相に設定された場合（回転位相が相対的に遅れる場合）、ピストン１０は、圧縮行程において、図７（ａ）中に実線で示した下死点から二点鎖線で示した圧縮上死点まで移動する。この場合、偏心軸１５は、前記回転角度θが１２０°になる位置から９０°回転して回転角度θが２１０°になる位置まで回転する。
【００４７】
一方、このエンジンにおいて、前記回転位相が相対的に遅れる場合より偏心軸１５の回転位相を９０°進めた場合（回転位相が相対的に進む場合）、ピストン１０は、圧縮行程において、図７（ｂ）中に実線で示した下死点から二点鎖線で示した圧縮上死点まで移動する。この場合、偏心軸１５は、前記回転角度θが２１０°になる位置から９０°回転して回転角度θが３００°になる位置まで回転する。
【００４８】
図７（ａ），（ｂ）に示したように、偏心軸１５の回転位相を相対的に遅らせた場合の圧縮ストロークＳ１は、前記回転位相を相対的に進めた場合の圧縮ストロークＳ２より長くなる。すなわち、偏心軸１５の回転位相を図７（ａ）に示すように遅らせた場合に対して、回転位相を図７（ｂ）に示すように進めることによって、エンジン１の圧縮比は低下し、偏心軸１５の回転角度θが９０°大きくなるように前記回転位相が進むことによって、圧縮比は低くなる。
【００４９】
この実施例によるエンジン１は、偏心軸１５の回転位相が図７（ａ）で示したように設定されている状態で圧縮比が最大になり、前記回転位相が図７（ｂ）で示したように設定されている状態で圧縮比が最低になるように形成されている。
【００５０】
偏心軸１５の回転位相を最も遅らせたとき（圧縮比が最大になるとき）のピストン１０の位置（高さ）と、偏心軸１５の回転位相を最も進めたとき（圧縮比が最低になるとき）のピストン１０の位置（高さ）は、図８に示すように変化する。
図８においては、圧縮比が最も高くなるときのピストン１０高さの変化を実線で示し、圧縮比が最も低くなるときのピストン１０の高さの変化を破線で示す。
【００５１】
図８から明らかなように、高圧縮比の状態におけるピストン１０の圧縮ストロークＳ１は、低圧縮比の状態におけるピストン１０の圧縮ストロークＳ２より長くなる。また、図８に示すように、高圧縮比の状態と低圧縮比の状態とのいずれにおいても、圧縮比より膨張比のほうが大きくなっていることが分かる。
【００５２】
このエンジン１における偏心軸１５の回転位相は、図５に示すように、膨張行程で燃焼圧力によってレバー７が押圧されたときにこのレバー７によって偏心軸１５が付勢される方向に設定されている。図５においては、ピストン１０に作用する燃焼圧力を矢印Ｆ１によって示し、コンロッド４からリンク５に加えられる力を矢印Ｆ２によって示し、リンク５からクランクピン３に加えられる力を矢印Ｆ３によって示し、リンク５からレバー７に加えられる力を矢印Ｆ４によって示す。また、矢印Ｒは、偏心軸１５の回転方向を示す。
【００５３】
この回転方向Ｒは、図５中に矢印Ｆ４で示す燃焼圧力Ｆ１の一部がレバー７を介して偏心軸１５に伝達される状態において、偏心軸１５が回転モーメントＭにより付勢される方向である。偏心軸１５の回転方向Ｒをこのように設定することにより、偏心軸１５の回転位相を後述する駆動装置８によって進めるときに、エンジン１の燃焼圧力を利用して偏心軸１５の回転位相を応答性よく進めることができる。
【００５４】
前記駆動装置８は、前記偏心軸１５をクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転させる減速機能と、偏心軸１５の回転位相を上述したように進めたり遅らせる位相変更機能とを有している。これら二つの機能を同時に実現するために、この駆動装置８は、図２、図９、図１１および図１２に示すように、前記コントロールシャフト６の軸端部に設けられた遊星歯車式減速機２１と、この遊星歯車減速機２１の固定要素となるキャリア２２（図３および図１１参照）を駆動する位相変更装置２３とによって構成されている。この実施例においては、前記遊星歯車減速機２１によって、本発明でいう差動歯車機構を用いた減速機が構成されている。
【００５５】
前記遊星歯車減速機２１は、図３に示すように、クランク軸２のクランク歯車２４に噛合したコントロールシャフト歯車２５を有する太陽歯車２６と、この太陽歯車２６の径方向の外方に位置付けられるとともに前記コントロールシャフト６に接続された外周歯車２７と、この外周歯車２７と前記太陽歯車２６との間に介装された４個の遊星歯車２８と、この遊星歯車２８を支持する前記キャリア２２とから構成されている。
【００５６】
この遊星歯車減速機２１は、クランク歯車２４に噛合するコントロールシャフト歯車２５の回転を減速し、前記コントロールシャフト６をクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転させる構成が採られている。すなわち、遊星歯車減速機２１は、前記クランク歯車２４と前記コントロールシャフト歯車２５との噛合部分の速比と、前記太陽歯車２６と前記遊星歯車２８との噛合部分の速比と、前記遊星歯車２８と前記外周歯車２８との噛合部分の速比との合計が１／２になるように構成されている。この実施例による遊星歯車減速機２１は、図３に示すように、シリンダブロック９の外側であってタイミングチェーン２９が設けられているチェーン室３０の中に配設されている。
【００５７】
前記クランク歯車２４は、クランク軸２の一端部にクランク軸２と一体に回転するように固定されている。この実施例によるクランク歯車２４は、図４に示すように、前記コントロールシャフト歯車２５の他にオイルポンプ３１の駆動歯車３２も接続されている。オイルポンプ３１は、ギヤポンプによって構成されており、前記駆動歯車３２が回転することによってオイルパン３３内のオイルを吸引してエンジンオイル供給用通路（図示せず）に吐出する。
【００５８】
このオイルポンプ３１は、シリンダブロック９の下端部に取付けられ、オイルパン３３内に収容されている。この実施例においては、前記クランク歯車２４によって本発明でいう伝動部材が構成され、オイルポンプ３１によって本発明でいうエンジン補機が構成され、前記駆動歯車３２によって本発明でいうエンジン補機の入力部材が構成されている。
【００５９】
前記コントロールシャフト歯車２５は、図３に示すように、その軸心部に太陽歯車２６の一端部が一体に回転するように結合されており、この太陽歯車２６を介して前記コントロールシャフト６の中心軸１４に回転自在に支持されている。
前記太陽歯車２６は、円筒状に形成されており、コントロールシャフト６の中心軸１４が貫通する状態でこの中心軸１４に回転自在に支持されている。この太陽歯車２６の歯は、前記コントロールシャフト歯車２５が固定された一端部とは反対側の端部に設けられている。この太陽歯車２６と前記コントロールシャフト歯車２５とによって、本発明でいう入力部材が構成されている。
【００６０】
前記遊星歯車２８は、後述するキャリア２２に回転自在に支持された状態で太陽歯車２６と外周歯車２７とに噛合している。
前記外周歯車２７は、円環状に形成されており、この外周歯車２７における前記コントロールシャフト歯車２５とは反対側に位置する一側部には、円板状の伝動プレート３４が設けられている。外周歯車２７は、この伝動プレート３４を介してコントロールシャフト６に接続されている。
【００６１】
伝動プレート３４の外周部は、前記外周歯車２７に固定され、伝動プレート３４の内周部は、コントロールシャフト６の中心軸１４に固定されている。このため、コントロールシャフト６は外周歯車２７と一体に回転する。この実施例においては、前記外周歯車２７によって本発明でいう出力部材が構成されている。
【００６２】
前記キャリア２２は、図３に示すように、前記遊星歯車２８を回転自在に支持する４本の支軸３５と、これらの支軸３５の両端部に溶接、圧入などによって固着した円環板状の第１、第２の支持用プレート３６，３７とから構成されている。第１、第２の支持用プレート３６，３７のうち、コントロールシャフト歯車２５に近接する第１の支持用プレート３６は、図１１に示すように、前記支軸３５が設けられた円板部３６ａと、この円板部３６ａの外周部分から径方向の外側に突出する扇状の動力伝達部３６ｂとから構成されている。前記円板部３６ａは、図３に示すように、前記太陽歯車２６の円筒部分に回転自在に支持されている。前記動力伝達部３６ｂには、後述する位相変更装置２３のウォームホイール４１が取付けられている。
【００６３】
このように構成された遊星歯車減速機２１は、前記キャリア２２の回転が後述する位相変更装置２３により規制されている状態において、太陽歯車２６の回転が遊星歯車２８を介して外周歯車２７に伝達され、この外周歯車２７と前記コントロールシャフト６とがクランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転する。
【００６４】
前記位相変更装置２３は、前記キャリア２２をコントロールシャフト６の軸線回りに回動させることにより、外周歯車２７およびコントロールシャフト６の回転位相を進めたり遅らせたりするものである。前記回転位相は、キャリア２２が外周歯車２７と同じ方向に回ることによって進み、キャリア２２が上記とは逆方向に回ることによって遅れる。
【００６５】
この位相変更装置２３は、図９および図１１に示すように、前記キャリア２２に設けられた前記ウォームホイール４１と、このウォームホイール４１に噛合するウォーム４２を有するアクチュエータ４３と、このアクチュエータ４３の回転を制御する制御装置４４（図１３参照）とによって構成されている。
【００６６】
前記ウォームホイール４１は、円環の一部を構成するような円弧状に形成されており、図３に示すように、前記外周歯車２７の径方向の外方に外周歯車２７との間に隙間が形成される状態で前記キャリア２２の動力伝達部３６ｂに取付けられて固定されている。
前記アクチュエータ４３は、この実施例ではサーボモータによって構成されている。前記ウォーム４２は、このサーボモータの回転軸４３ａに一体に回転するように設けられている。また、このアクチュエータ４３は、図２に示すように、前記回転軸４３ａの軸線がクランク軸２の軸線およびシリンダの軸線ＣＬと直交し、かつ前記ウォーム４２が遊星歯車減速機２１の下方に位置するようにシリンダブロック９に取付けられている。このアクチュエータ４３によって、本発明でいう動力源が構成されている。
【００６７】
前記制御装置４４は、図１３に示すように、負荷検出部４５と、位相角検出部４６と、モータ制御部４７とから構成されている。
前記負荷検出部４５は、スロットル弁（図示せず）の開度を検出するスロットル弁開度センサ４８に接続されている。負荷検出手段４５は、前記スロットル弁開度センサ４８によって検出されたスロットル弁の開度を用いてエンジン１の負荷の大きさを検出する。このため、この負荷検出部４５によって検出されるエンジン１の負荷は、スロットル弁の開度が大きくなればなるほど高くなる。
【００６８】
前記位相角検出部４６は、前記偏心軸１５のクランク角に対する回転位相を位相角として検出する。偏心軸１５の位相角は、前記キャリア２２（ウォームホイール４１）の回転方向の角度に相当するから、この実施例では、前記アクチュエータ４３に設けたエンコーダ（図示せず）を用いてウォーム４２の回転数を検出し、この回転数からウォームホイール４１の回転角度を偏心軸１５の位相角として演算によって求めている。なお、偏心軸１５の位相角を検出するに当たっては、このようにエンコーダを用いる他に、例えばウォームホイール４１の歯を電磁ピックアップ（図示せず）などによって検出して行ってもよく、その方法は適宜変更することができる。
【００６９】
前記モータ制御部４７は、エンジン１の負荷の大きさに対応した前記位相角のデータを例えばマップ（図示せず）として備えており、前記負荷検出部４５が検出したエンジン１の負荷の大きさと対応する位相角を目標位相角としてフィードバック制御によりアクチュエータ４３を回転させる。すなわち、このモータ制御部４７は、エンジン１の負荷が一定であるときは、現在の偏心軸１５の回転位相が変化することがないようにアクチュエータ４３を停止した状態に保つ。
【００７０】
また、このモータ制御部４７は、たとえば加速時などのように、エンジン１の負荷が低い状態から高い状態に移行しているときは、位相角検出部４６が検出した実際の位相角が現在のエンジン１の負荷に対応した目標位相角と一致するようにアクチュエータ４３を回転させて偏心軸１５の位相角を進角させる。この場合、アクチュエータ４３は、キャリア２２を外周歯車２７と同じ方向に回転させる。
このように偏心軸１５の位相角が進角させられることによって、エンジン１の圧縮比は低くなる。前記位相角の変化は、キャリア２２がアクチュエータ４３により無段階に回転させられることによって無段階に変化し、この結果、圧縮比も無段階に漸次低くなる。
【００７１】
さらに、このモータ制御部４７は、たとえば減速時などでエンジン１の負荷が高い状態から低い状態に移行しているときは、位相角検出部４６が検出した実際の位相角が現在のエンジン１の負荷に対応した目標位相角と一致するようにアクチュエータ４３を回転させて偏心軸１５の位相角を遅角させる。この場合、アクチュエータ４３は、キャリア２２を外周歯車２７とは逆方向に回転させる。
【００７２】
このように偏心軸１５の位相角が遅角させられることによって、エンジン１の圧縮比は高くなる。この場合も前記位相角を無段階に変化させることができ、エンジン１の圧縮比も無段階に漸次高くなる。
すなわち、このエンジン１の圧縮比は、最高圧縮比（図８中において実線で示した運転形態を採るときの圧縮比）と、最低圧縮比（図８において波線で示した運転形態を採るときの圧縮比）との間で無段階に変化することになる。
【００７３】
このように構成された圧縮比可変エンジン１は、リンク５、レバー７、偏心軸１５および駆動装置８などからなる圧縮比可変機構によって膨張比が圧縮比より大きくなるように構成されているから、熱効率を高くすることができ、燃費向上と出力向上とを図ることができる。
【００７４】
この圧縮比可変エンジン１においては、位相変更装置２３により偏心軸１５の回転位相を変化させることによって、ピストン１０の上死点・下死点の位置、ピストン１０の往復ストロークが変化し、圧縮比が変化する。このため、このエンジン１は、膨張比を圧縮比より大きくとって熱効率が向上するようにしながら、圧縮比を変えることができる。エンジン１の熱効率が高くなることにより、エンジン１の燃費が向上するとともに出力が高くなる。
【００７５】
このエンジン１の圧縮比は、位相変更装置２３により偏心軸１５のクランク軸２に対する回転位相を進めることによって低くなり、これとは逆に偏心軸１５の回転位相をクランク軸２に対して遅らせることによって高くなる。
このため、この実施例によれば、エンジン１の負荷が相対的に低いときに位相変更装置２３により偏心軸１５の回転位相を遅らせることによって、圧縮比を相対的に高くすることができる。すなわち、このエンジン１は、膨張比が圧縮比より大きくなって熱効率が向上する運転形態を採りながら、低負荷運転時に燃焼が安定するように圧縮比を高くすることができてさらに燃費を向上させることができる。
【００７６】
また、エンジン１の負荷が相対的に高いときは、位相変更装置２３により偏心軸１５の回転位相を進めることによって圧縮比を相対的に低くすることができる。すなわち、このエンジン１は、膨張比が圧縮比より大きくなる運転形態を採りながら、高負荷運転時にノッキングの発生を防ぎつつ熱効率が高くなるように運転することができるから、さらなる燃費向上と出力向上とを図ることができる。
【００７７】
前記位相変更装置２３は、遊星歯車減速機２１の固定要素となるキャリア２２の位置を変化させるものであるから、偏心軸１５の回転位相を無段階に変化させることができる。
したがって、この実施例によれば、膨張比が圧縮比より大きくなる構成を採りながら、エンジン１の負荷に対応した圧縮比が得られかつ圧縮比を無段階に変えることができる圧縮比可変エンジンを提供することができる。
【００７８】
この実施例による圧縮比可変エンジン１を搭載した自動車は、上述したように圧縮比を無段階に変えることができることから、エンジン１の負荷の変化に伴って圧縮比が変化しても乗員に違和感を与えることがなく、乗り心地がよいものとなる。
【００７９】
この実施例による偏心軸１５の回転方向Ｒは、燃焼圧力の一部が伝達された偏心軸１５が回転モーメントＭにより付勢される方向に設定されている。このため、この実施例によれば、エンジン１の負荷が相対的に高いときに偏心軸１５の回転位相を位相変更装置２３によってクランク軸２に対して進める場合、エンジン１の燃焼圧力を利用して偏心軸１５の回転位相を応答性よく進めることができる。
【００８０】
この実施例においては、クランク軸２の回転を減速するための遊星歯車減速機２１の構成部材であるキャリア２２を移動させることによって偏心軸１５の回転位相を無段階に変化させることができる。このため、減速と回転位相の変更との二つの機能を一つの遊星歯車減速機２１にもたせることができるから、専ら減速を行う減速機と、専ら回転位相を変更する装置とを併用する場合に較べて駆動装置８をコンパクトに形成することができる。
【００８１】
この実施例による圧縮比可変エンジン１は、クランク軸２の回転を駆動装置８に伝達するクランク歯車２４がオイルポンプ３１の駆動歯車３２にも接続されている。このため、この実施例によれば、専らオイルポンプ３１を駆動するための歯車、スプロケットあるいはプーリなどを前記クランク歯車２４とは別にクランク軸２に設ける場合に較べて、エンジン１におけるクランク軸２の軸線方向の長さを短く形成することができる。したがって、この実施例によれば、エンジン１の全長（クランク軸２の軸線方向の長さ）を伸ばすことなくエンジン１の小型化を図りながら、エンジン１に前記駆動装置８とオイルポンプ３１とを装備することができる。
【００８２】
この結果、この実施例による圧縮比可変エンジン１は、偏心軸１５や駆動装置８などからなる圧縮可変機構を備えているにもかかわらず、自動車のエンジンルームを拡大させることなくこのエンジンルームに収納することができる。
この実施例においては、クランク軸２の回転を遊星歯車減速機２１に伝達するために歯車を使用しているが、この動力伝達部分はベルトやチェーンなどの他の動力伝達部材を使用することができる。ベルトやチェーンなどを用いる場合でもこのベルトやチェーンによってオイルポンプ３１を駆動することができる。
【００８３】
（第２の実施例）
遊星歯車減速機２１は図１４および図１５に示すように構成することができる。
図１４は遊星歯車減速機の他の実施例を示す正面図で、同図はキャリアの一部を破断するとともに伝動プレートおよびウォームホイールを取外した状態で描いてある。図１５は図１４におけるXV−XV線断面図で、同図は全ての部品を組付けた状態で描いてある。これらの図において、前記図１〜図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
【００８４】
図１４および図１５に示すクランク歯車２４は、クランク軸２の軸端部に固定用ボルト５１によって固定されている。この実施例による遊星歯車減速機２１は、コントロールシャフト歯車２５を挟んでシリンダブロック９とは反対側に位置するように構成されている。このため、この遊星歯車減速機２１の外周歯車２７とコントロールシャフト６とを接続する伝動プレート３４は、シリンダブロック９から最も離間するように設けられている。
【００８５】
この実施例による伝動プレート３４は、平板からなる円板状に形成されており、コントロールシャフト６と外周歯車２７とに溶接されている。コントロールシャフト６は、伝動プレート３４の軸心部にここを貫通した状態で溶接されている。外周歯車２７は、その軸端面を伝動プレート３４に重ねた状態で溶接されている。
また、この遊星歯車減速機２１においては、キャリア２２の第１の支持用プレート３６に駆動装置８のウォームホイール４１が一体形成されている。
遊星歯車減速機２１をこのように構成しても第１の実施例と同等の効果が得られる。
【００８６】
（第３の実施例）
駆動装置は図１６に示すように構成することができる。
図１６は駆動装置の他の実施例を示す断面図である。同図において、前記図１〜図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
【００８７】
図１６に示すクランク歯車２４は、クランク軸２のクランクウェブ６１に一体に形成されている。このクランク軸２は、４気筒エンジン用のものである。前記クランク歯車２４を構成するクランクウェブ６１は、第４気筒用の一対のクランクウェブ６１，６１のうち第３気筒側に位置するものである。
【００８８】
この実施例による遊星歯車減速機２１の太陽歯車２６には、この太陽歯車２６の歯とコントロールシャフト歯車２５との間隔を広く形成することによって軸受部６２が設けられている。この軸受部６２は、シリンダブロック９の縦壁９ａに回転自在に支持されている。
【００８９】
この実施例で示したようにクランクウェブ６１にクランク歯車２４を一体に形成することにより、たとえば第１の実施例のようにクランク歯車２４をクランク軸２とは別体に形成してクランク軸２に設ける場合に較べて、クランク軸２の軸線方向の長さを短く形成することができる。このため、この実施例によれば、エンジン１におけるクランク軸２の軸線方向の長さを伸ばすことなくエンジン１の小型化を図りながら、エンジン１に前記駆動装置８を装備することができる。
この結果、この実施例による圧縮比可変エンジン１は、偏心軸１５や駆動装置８などからなる圧縮比可変機構を備えているにもかかわらず、自動車のエンジンルームを拡大させることなくこのエンジンルームに収納することができる。
【００９０】
また、この実施例によれば、多気筒エンジンに本発明を適用した場合にクランク軸２の軸線方向の中間部に前記駆動装置８を接続することができる。このため、クランク軸２の一端部に駆動装置８が接続される場合に較べて駆動装置８がエンジン１よりクランク軸２の軸線方向の外側に突出するようなことがないから、より一層コンパクトな圧縮比可変エンジンを提供することができる。
【００９１】
（第４の実施例）
駆動装置は図１７に示すように構成することができる。
図１７は駆動装置の他の実施例の構成を示す斜視図で、同図（ａ）は定常走行時の状態を示し、同図（ｂ）は加速時の状態を示し、同図（ｃ）は減速時の状態を示す。同図において、前記図１〜図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
【００９２】
図１７に示す駆動装置８は、第１の実施例で示した遊星歯車減速機と同じ構造の遊星歯車減速機２１と、後述する第１〜第３のクラッチＣ１〜Ｃ３および制御装置（図示せず）からなる位相変更装置２３とによって構成されている。この実施例による駆動装置８は、キャリア２２を駆動するためのモータは備えていない。
【００９３】
第１のクラッチＣ１は、遊星歯車減速機２１のキャリア２２とシリンダブロック９との間に介装されている。この第１のクラッチＣ１は、前記キャリア２２のシリンダブロック９に対する回転が規制された接続状態（図１７において実線で示す）と、この規制が解除された切断状態（図１７において破線で示す）とを切り換えることができるように構成されている。
【００９４】
第２のクラッチＣ２は、遊星歯車減速機２１の外周歯車２７およびコントロールシャフト６からなる回転体とキャリア２２との間に介装されている。この第２のクラッチＣ２は、前記キャリア２２が外周歯車２７およびコントロールシャフト６に接続された接続状態（図１７において実線で示す）と、この接続が解除された切断状態（図１７において破線で示す）とを切り換えることができるように構成されている。
【００９５】
第３のクラッチＣ３は、コントロールシャフト６とシリンダブロック９との間に介装されている。この第３のクラッチＣ３は、前記偏心軸１５が制動される接続状態（図１７において実線で示す）と、この制動が解除された切断状態（図１７において破線で示す）とを切り換えることができるように構成されている。この第３のクラッチＣ３は、ブレーキによって構成することもできる。なお、第１のクラッチＣ１と第２のクラッチＣ２もブレーキによって構成することができる。ここでいうクラッチとは、一方の回転に対して他方が僅かな回転差をもって相対的に回転できるものを含み、ブレーキとは、回転体の回転、停止を切り換えることができるものを含む。
【００９６】
これら第１〜第３のクラッチＣ１〜Ｃ３は、制御装置（図示せず）に接続されており、この制御装置によって接続状態と切断状態とが切り換えられる。この実施例による制御装置は、キャリア２２の回転方向の位置をたとえば電磁ピックアップなどのセンサによって検出し、キャリア２２の回転方向の位置に基づいて現在の偏心軸１５の位相角を求めるように構成されている。
【００９７】
また、この制御装置は、前記第１の実施例と同様に、エンジン１の負荷に対応する偏心軸１５の位相角を目標位相角とし、現在の偏心軸１５の位相角が前記目標位相角と一致するようにフィードバック制御により第１〜第３のクラッチＣ１〜Ｃ３の接続状態と切断状態とを切り換える。
【００９８】
この制御装置は、エンジン１の圧縮比を一定に保つ位相固定時に前記第１のクラッチＣ１のみを接続状態とし、圧縮比を下げるときに前記第２のクラッチＣ２のみを接続状態とし、圧縮比を上げるときに前記第３のクラッチＣ３のみを接続状態とする。
詳述すると、この制御装置は、エンジン１の負荷が一定であるときは、図１７（ａ）に示すように、現在の偏心軸１５の回転位相が変化することがないように第１のクラッチＣ１を接続状態とし、第２、第３のクラッチＣ２，Ｃ３を切断状態とする。
このクラッチ操作により、キャリア２２の回転が規制され、偏心軸１５の回転位相を一定にすることができる。
【００９９】
また、この制御装置は、エンジン１の負荷が低い状態から高い状態に移行しているときは、図１７（ｂ）に示すように、第２のクラッチＣ２を接続状態とするとともに、第１、第３のクラッチＣ１，Ｃ３を切断状態とする。このクラッチ操作により、遊星歯車２８によって外周歯車２７が回されると同時に外周歯車２７とキャリア２２と遊星歯車２８とが一体になって回転し、遊星歯車２８が自転しながら外周歯車２７と同じ方向に移動（公転）するようになる。
【０１００】
このため、キャリア２２が外周歯車２７と同じ方向に一体に回転するから、偏心軸１５の回転位相が進むことになる。制御装置４４は、常にキャリア２２の回転方向の位置を検出しており、キャリア２２の回転方向の位置に基づいて求めた実際の偏心軸１５の位相角が現在のエンジン１の負荷に対応した目標位相角と一致するまで進角したときに第２のクラッチＣ２を切断状態に切り換えるとともに第１のクラッチＣ１を接続状態に切り換える。
【０１０１】
すなわち、この実施例においては、エンジン１の負荷が上昇しているときは、エンジン１の動力によりキャリア２２を外周歯車２７と同方向に回転させることによって、偏心軸１５の位相角を負荷の大きさに対応した角度に達するまで進角させる。このように偏心軸１５の位相角が進角させられることによって、エンジン１の圧縮比は低くなる。前記位相角の変化は、キャリア２２がエンジン１の動力によって無段階に回転させられることによって無段階に変化し、この結果、圧縮比も無段階に漸次低くなる。
【０１０２】
さらに、この制御装置は、たとえば減速時などでエンジン１の負荷が高い状態から低い状態に移行しているときは、図１７（ｃ）に示すように、第３のクラッチＣ３を接続状態とするとともに、第１、第２のクラッチＣ１，Ｃ２を切断状態にする。このクラッチ操作により、コントロールシャフト６が減速され、これに伴ってキャリア２２が外周歯車２７とは逆方向に回るようになる。このとき、制御装置４４は、キャリア２２の回転方向の位置に基づいて求めた実際の偏心軸１５の位相角がエンジン１の負荷に対応した目標位相角と一致するまで遅角したときに第３のクラッチＣ３を切断状態とするとともに、第１のクラッチＣ１を接続状態とする。
【０１０３】
すなわち、この実施例においては、エンジン１の負荷が減少しているときは、第３のクラッチＣ３による制動力によりキャリア２２を外周歯車２７とは逆方向に回転させることによって、偏心軸１５の位相角を負荷の大きさに対応した角度に達するまで遅角させる。このように偏心軸１５の位相角が遅角させられることによって、エンジン１の圧縮比は高くなる。前記位相角の変化は、キャリア２２が前記制動力によって無段階に回転させられることによって無段階に変化し、この結果、圧縮比も無段階に漸次高くなる。
【０１０４】
図１７に示した実施例によれば、クランク軸２の回転を減速する機能と、偏心軸１５の回転位相を変化させる機能とを一つの遊星歯車減速機２１によって行うことができる。したがって、これらの機能をそれぞれ別の装置によって実現する場合に較べて駆動装置８をコンパクトに形成することができる。
また、この実施例によれば、前記第２のクラッチＣ２を接続する場合、クランク軸２の回転速度の１／２の回転速度で回転している外周歯車２７および偏心軸１５に前記キャリア２２が接続されて移動するから、キャリア２２を瞬間的に移動させる（偏心軸１５の回転位相を進める）ことができる。このため、この実施例によれば、偏心軸１５の回転位相を変えるためにモータの動力を用いる場合に較べて加速時などで応答性よく前記回転位相を遅らせることができる。
【０１０５】
（第５の実施例）
差動歯車機構を用いて構成する減速機は、図１８に示すように、傘歯車差動装置を用いることができる。
図１８は減速機の他の実施例を示す断面図である。同図において、前記図１〜図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
【０１０６】
図１８に示す実施例においては、傘歯車差動装置７１を使用してクランク軸２の回転速度を１／２の回転速度に減速してコントロールシャフト６に伝達する構成が採られている。傘歯車差動装置７１は、従来からよく知られているように、図１８において左右方向（クランク軸２の軸線と平行な方向）を指向する軸線上を回転するディファレンシャルケース７２と、このディファレンシャルケース７２に支軸７３を介して回転自在に支持されるとともにディファレンシャルケース７２と一体に公転する一対のピニオン７４，７４と、前記ディファレンシャルケース７２と同一軸線上に位置付けられて前記ピニオン７４に噛合する一対の第１、第２のサイドギヤ７５，７６と、これらの部材を収容するハウジング７７とによって構成されている。
【０１０７】
この傘歯車差動装置７１は、前記ディファレンシャルケース７２の軸線をクランク軸２の軸線と平行にした状態で前記ハウジング７７をシリンダブロック９のカバー部材７８に固定することによって、カバー部材７８に支持されている。この実施例による傘歯車差動装置７１は、クランク軸２の一端部に設けられている伝動用プーリ７９と隣り合うような位置に配設されている。
【０１０８】
前記第１、第２のサイドギヤ７５，７６のうちシリンダブロック９側（図１８において右側）に位置する第１のサイドギヤ７５は、コントロールシャフト歯車２５が接続されており、このコントロールシャフト歯車２５を介してクランク歯車２４に接続されている。この第１のサイドギヤ７５が本発明でいう入力部材を構成している。
【０１０９】
第１、第２のサイドギヤ７５，７６の軸心部には、出力軸８１が回転自在に挿通されている。この出力軸８１は、コントロールシャフト６と同一軸線上に位置付けられており、その一端部には、コントロールシャフト６の中心軸１４が一体に回転するように結合されている。この出力軸８１の他端部は、前記ハウジング７７に軸受８２によって回転自在に支持されている。
【０１１０】
また、この出力軸８１の中間部には、前記ピニオン７４の支軸７３が出力軸８１と一体に回転するように貫通している。すなわち、コントロールシャフト６は、前記出力軸８１と前記支軸７３とを介してディファレンシャルケース７２に一体に回転するように接続されている。この実施例においては、前記ディファレンシャルケース７２が本発明でいう出力部材を構成している。
【０１１１】
この傘歯車差動装置７１においては、前記第２のサイドギヤ７６をハウジング７７に対して固定することによって、前記第１のサイドギヤ７５の回転速度が１／２に減速されてディファレンシャルケース７２（コントロールシャフト６）が回転する。この実施例においては、前記第２のサイドギヤ７６が本発明でいう固定要素となる部材を構成している。
【０１１２】
前記第２のサイドギヤ７６は、ディファレンシャルケース７２の外に突出した部分にウォームホイール４１が一体に回転するように取付けられている。このウォームホイール４１には、前記第１の実施例で示した位相変更装置２３と同じ構造のアクチュエータ４３が接続されている。
【０１１３】
この実施例による位相変更装置２３は、前記第２のサイドギヤ７６をアクチュエータ４３により回動させることによって偏心軸１５の回転位相を変える。すなわち、アクチュエータ４３により前記ウォームホイール４１を一方に回すことによって、ディファレンシャルケース７２（コントロールシャフト６）の回転位相が進み、ウォームホイール４１を他方に回すことによって、ディファレンシャルケース７２（コントロールシャフト６）の回転位相が遅れる。
【０１１４】
この実施例による位相変更装置２３の制御装置（図示せず）も第１の実施例と同様にフィードバック制御によって実際の偏心軸１５の位相角がエンジン１の負荷に対応した目標位相角と一致するようにアクチュエータ４３の回転を制御する。実際の偏心軸１５の位相角は、ウォームホイール４１の回転角度に基づいて演算によって求めたり、ディファレンシャルケース７２とコントロールシャフト歯車２５（またはクランク歯車２４やクランク軸２）との回転数差を利用して演算によって求めることができる。
【０１１５】
この実施例によれば、クランク軸２の回転を減速するための傘歯車差動装置７１の構成部材である第２のサイドギヤ７６を回転させることにより偏心軸１５の回転位相を無段階に変化させることができる。したがって、減速と回転位相の変更との二つの機能を一つの傘歯車差動装置７１にもたせることができるから、専ら減速を行う減速機と、専ら回転位相の変更を行う装置とを併用する場合に較べて駆動装置８をコンパクトに形成することができる。
上述した各実施例においては、フィードバック制御によってアクチュエータ４３やクラッチＣ１〜Ｃ３の動作を制御する構成のものを示したが、本発明はこのような限定にとらわれることなく、アクチュエータ４３やクラッチＣ１〜Ｃ３の動作を制御する方法は適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る圧縮比可変エンジンの要部を示す断面図である。
【図２】駆動装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるIII−III線断面図である。
【図４】シリンダブロック下部の縦断面図である。
【図５】膨張行程における燃焼圧力の作用する方向を説明するための断面図である。
【図６】クランク角とコントロールシャフトの位相角の変化を示す断面図である。
【図７】ピストンの圧縮ストロークを説明するための断面図である。
【図８】クランク角とピストン高さの変化との関係を示すグラフである。
【図９】圧縮比可変エンジンの構成を示す斜視図である。
【図１０】圧縮比可変エンジンの駆動装置部分を取外した状態を示す斜視図である。
【図１１】駆動装置の斜視図である。
【図１２】駆動装置の遊星歯車減速機を示す斜視図である。
【図１３】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】遊星歯車減速機の他の実施例を示す正面図である。
【図１５】図１４におけるXV−XV線断面図である。
【図１６】駆動装置の他の実施例を示す断面図である。
【図１７】駆動装置の他の実施例の構成を示す斜視図である。
【図１８】減速機の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…圧縮比可変エンジン、２…クランク軸、３…クランクピン、４…コンロッド、５…リンク、６…コントロールシャフト、７…レバー、８…駆動装置、９…シリンダブロック、１０…ピストン、１５…偏心軸、２１…遊星歯車減速機、２２…キャリア、２３…位相変更装置、２４…クランク歯車、２５…コントロールシャフト歯車、２６…太陽歯車、２７…外周歯車、２８…遊星歯車、４１…ウォームホイール、４２…ウォーム、４３…アクチュエータ、４４…制御装置、７１…傘歯車差動装置、７２…ディファレンシャルケース、７４…ピニオン、７５…第１のサイドギヤ、７６…第２のサイドギヤ、Ｃ１…第１のクラッチ、Ｃ２…第２のクラッチ、Ｃ３…第３のクラッチＣ３。
【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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