JP2004124848A - 近似直線機構を有する可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比をより容易に変更することのできる技術を提供する。
【解決手段】ピストン２０とコネクティングロッド３０との連結部にあるピストンピン６０に、近似直線機構５０が連結されている。この近似直線機構５０は、ピストンピン６０がシリンダ１０の軸方向中心線に沿って近似直線運動するようにピストンピン６０の動きを規制する。ピストンピン６０は、偏心ベアリング７０で保持されている。この偏心ベアリング７０の偏心位置を調整することによって、圧縮比が変更される。偏心位置の調整機構の油圧経路は、近似直線機構５０のリンクを通るように構成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧縮比を変更可能な内燃機関が提唱されている。例えば、特開２００２−５４４６８号公報には、通常のコネクティングロッドの代わりに複リンク式可変圧縮比機構を用いることによって、圧縮比を変更する構成が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の可変圧縮比内燃機関では、複リンク式可変圧縮比機構がクランク軸と共に回転するので、圧縮比を変更するための動作を安定に制御することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、圧縮比をより容易に変更することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の内燃機関は、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
前記ピストンと前記コネクティングロッドとの連結部に連結され、前記連結部が前記シリンダの軸方向中心線に沿って近似直線運動するように前記連結部の動きを規制する近似直線機構と、
を備え、
前記ピストンと前記コネクティングロッドとの連結部に設けられた偏心ベアリングであって、偏心位置の変更に伴って、前記シリンダと前記ピストンのストロークとの相対関係を変更して圧縮比を変更する偏心ベアリングと、
前記偏心ベアリングの偏心位置を調整するための調整部と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
この内燃機関では、偏心ベアリングが設けられた部分は、近似直線運動を行うので、回転運動を行う部分に設けられている場合に比べて偏心位置を変更するための動作を安定に制御することができる。また、ピストンとコネクティングロッドとの連結部が近似直線運動するように規制されているので、ピストンとシリンダとの間の摩擦を低減することができる。
【０００７】
前記調整部は、
前記偏心ベアリングの偏心位置の調整に利用するための油圧機構と、
前記油圧機構に接続された油圧経路と、
を有し、
前記油圧経路は、前記コネクティングロッドを通らずに前記近似直線機構を通るように構成されていることが好ましい。
【０００８】
近似直線機構は、コネクティングロッドに比べて加速度変動が小さいので、近似直線機構に油圧経路を設けるようにすれば、油圧をより安定的に制御することができる。この結果、偏心ベアリングの偏心位置を変更するための動作をより安定に制御することが可能である。
【０００９】
なお、前記ピストンは、
前記ピストンの頂部を構成するピストンヘッド部と、
前記ピストンヘッド部と一体に形成され、前記ピストンヘッド部の下方に前記シリンダの軸方向中心線に沿って伸びるピストン支柱部と、
を有し、
前記ピストンと前記コネクティングロッドとの前記連結部は、前記ピストン支柱部の下端に設けられていることが好ましい。
【００１０】
ピストンをこのように構成すれば、近似直線機構とピストンとが、ピストン支柱部の下端で連結されることになるので、近似直線機構とシリンダとの干渉の可能性を低減することができる。この結果、近似直線機構をよりコンパクトに構成することが可能である。
【００１１】
前記ピストンは、さらに、前記ピストン支柱部から外側に向けて前記シリンダの内壁面近傍まで伸びる複数のサポート部を有するようにしてもよい。
【００１２】
このようなサポート部を設けるようにすれば、ピストンの姿勢をより正しく保つことが可能であり、摩擦を更に低減することができる。
【００１３】
前記シリンダの内壁面の下端部は、前記ピストンが下死点にある位置において前記複数のサポート部に対向する内壁面部分を構成するサポート用タブを有しているとともに、前記シリンダの内壁面の下端部において前記複数のサポート部に対向しない内壁面の少なくとも一部が削除されているものとしてもよい。
【００１４】
この構成では、シリンダの内壁面の一部が削除されているので、内燃機関がより軽量化される。
【００１５】
前記ピストンヘッド部の上端から前記ピストン支柱部の下端にある前記連結部までの距離は、前記ピストンのストロークの１／２倍以上で１倍未満の値に設定されていることが好ましい。
【００１６】
この距離をピストンのストロークの１／２倍未満に設定するよりも１／２倍以上に設定する方が、シリンダと近似直線機構とが干渉する可能性が低い。また、この距離をピストンのストロークの１倍以上に設定するよりも１倍未満に設定する方がピストンを軽量化できる。
【００１７】
前記近似直線機構は、グラスホッパの近似直線機構とすることが好ましい。
【００１８】
グラスホッパの近似直線機構は、近似直線上を移動する点が機構の一方の端部近傍に偏っているので、内燃機関のピストンの運動を規制するのに特に適しており、また、コンパクトな機構で良好な直線性を得ることが可能である。
【００１９】
前記ピストンヘッド部の頂部の横断面は、常温でほぼ真円となるように形成されていることが好ましい。
【００２０】
ピストンがピストンヘッド部とピストン支柱部とに分かれているので、ピストンヘッド部の頂部の横断面が常温でほぼ真円となるように形成しても、高温の運転時においても充分なシール性を確保することができる。
【００２１】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ピストン・クランク機構、内燃機関、その内燃機関を備える移動体等の態様で実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．ピストン・クランク機構の概要：
Ｂ．第１実施例の具体的形状：
Ｃ．他の実施例：
Ｄ．変形例：
【００２３】
Ａ．ピストン・クランク機構の概要：
図１（Ａ），（Ｂ）は、従来の内燃機関におけるピストン・クランク機構と本発明の一実施例の内燃機関におけるピストン・クランク機構とを比較して示す説明図である。図１（Ａ）に示すように、従来の機構は、シリンダ１１０と、ピストン１２０と、コネクティングロッド１３０と、クランクシャフト１４０とを備えている。ピストン１２０とコネクティングロッド１３０は、ピストン１２０の中央部付近においてピストンピン１６０で互いに連結されている。コネクティングロッド１３０とクランクシャフト１４０は、クランクピン１６２で連結されている。ピストン１２０が上下に往復運動すると、クランクシャフト１４０がその軸１４２（「駆動軸」とも呼ぶ）を中心に回転する。ピストン１２０の下部にはスカート１２１が設けられている。このスカート１２１は、ピストン１２０の上死点付近において燃料が爆発したときに、ピストン１２０に掛かる横方向の力（スラスト）を受けるためのものである。
【００２４】
図１（Ｂ）は、本発明の一実施例としてのピストン・クランク機構の概略構成を示している。この機構は、シリンダ１０と、ピストン２０と、コネクティングロッド３０と、クランクシャフト４０とを備えており、さらに、近似直線機構５０と偏心ベアリング７０も備えている。
【００２５】
ピストン２０は、略板状のピストンヘッド部２２と、ピストンヘッド部２２の下方に伸びるピストン支柱部２４とを有している。ピストンヘッド部２２とピストン支柱部２４とは一体として形成されている。ピストン２０とコネクティングロッド３０は、ピストン支柱部２４の下端においてピストンピン６０で互いに連結されている。コネクティングロッド３０とクランクシャフト４０は、クランクピン６２で連結されている。ピストン２０が上下に往復運動すると、クランクシャフト４０がその軸４２（「駆動軸」とも呼ぶ）を中心に回転する。なお、後述するように、このピストン２０にはスラストがほとんど掛からないので、従来のピストン１２０に設けられていたスカート１２１は不要である。
【００２６】
ピストンピン６０は、ピストン支柱部２４の下端に設けられた偏心ベアリング７０で保持されている。後で詳述するように、偏心ベアリング７０の偏心位置を変更することによって、ピストン２０のストロークとシリンダ１０との相対関係が変わり、これによって内燃機関の圧縮比が変更される。
【００２７】
近似直線機構５０は、２つの横方向リンク５２，５４と、１つの縦方向リンク５６とを有している。第１の横方向リンク５２は、ピストンピン６０の位置においてピストン支柱部２４に連結されている。第２の横方向リンク５４は、第１の横方向リンク５２の中間の所定の位置において第１の横方向リンク５２に連結されている。縦方向リンク５６は、第１の横方向リンク５２のピストンピン６０とは反対側の端部において、第１の横方向リンク５２と連結されている。
【００２８】
図１（Ａ），（Ｂ）において、黒丸で表されている連結部（駆動軸４２など）は、その軸を中心に回転または回動するが、シリンダ１０との相対位置が変化しない連結点（以下「支点」と呼ぶ）である。また、白丸で表されている連結部（ピストンピン６０など）は、その軸を中心に回転または回動するとともに、シリンダ１０との相対位置が変化する連結点（以下「移動連結点」と呼ぶ）である。ここで、「回転」とは３６０度以上の範囲で回ることを意味しており、「回動」とは３６０度未満の範囲で回ることを意味している。
【００２９】
なお、本実施例の内燃機関は、通常の内燃機関と同じ種々の構成要素（バルブや吸気管、排気管等）を含んでいるが、図１（Ａ），（Ｂ）ではピストン・クランク機構とシリンダ１０以外は図示が省略されている。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例のピストン・クランク機構のリンク構成を示す説明図である。図２（Ａ）は、シリンダ１０と、ピストン２０と、コネクティングロッド３０と、クランクシャフト４０のみを示している。また、図２（Ｂ）は、近似直線機構５０のみを示している。図２（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示した機構と同じものであり、図２（Ａ），（Ｂ）の構成を組み合わせたものである。なお、本実施例の近似直線機構５０は、グラスホッパの近似直線機構、または、スコット・ラッセルの近似直線機構と呼ばれている。
【００３１】
図２（Ａ）〜（Ｃ）においては、以下のように各種の連結点が表されている。
（１）移動連結点Ａ：ピストンピン６０（図１（Ｂ））の中心軸。
（２）移動連結点Ｂ：第１の横方向リンク５２の移動連結点Ａと反対側の端部にある連結点。
（３）移動連結点Ｃ：コネクティングロッド３０の移動連結点Ａと反対側の端部にある連結点。
（４）移動連結点Ｍ：第１の横方向リンク５２の中間点にある連結点。
（５）支点Ｐ：クランクシャフト４０の中心軸（駆動軸）。
（６）支点Ｑ：第２の横方向リンク５４の移動連結点Ｍと反対側の端部にある連結点。
（７）支点Ｒ：縦方向リンク５６の移動連結点Ｂと反対側の端部にある連結点。
【００３２】
移動連結点Ａはピストンピン６０の中心軸であり、ピストン２０の往復運動に伴って上下方向Ｚ（図２（Ｂ））に沿って移動する。本明細書において、上下方向Ｚとは、シリンダ１０の軸方向中心線（「軸中心」とも呼ぶ）に沿った方向を意味する。移動連結点Ａ，Ｂは、第１の横方向リンク５２の両端の連結点である。移動連結点Ｂは、縦方向リンク５６が支点Ｒを中心に回動するのに従って、円弧状の軌跡上を移動する。また、この移動連結点Ｂは、第２の横方向リンク５４の支点Ｑの上下方向位置Ｘとほぼ同じ上下方向位置を取るように設定されている。
【００３３】
なお、仮想的に縦方向リンク５６の長さを無限大に設定し、移動連結点Ｂが、支点Ｑと同一の上下方向位置Ｘ上を直線的に移動するようにすれば、移動連結点Ａは上下方向Ｚに沿って完全な直線運動を行う。現実には、縦方向リンク５６の長さは有限なので、移動連結点Ａは直線運動からわずかにずれた軌跡上を移動する（これについては後述する）。完全な直線運動機構は、縦方向リンク５６の代わりに、移動連結点Ｂを直線的に案内するガイド部を採用すれば実現可能であるが、このガイド部と移動連結点Ｂとの摩擦が増大する。従って、摩擦の低減の観点からは、本実施例の近似直線機構５０の方が完全な直線運動機構よりも好ましい。
【００３４】
第１の横方向リンク５２の中間にある移動連結点Ｍの位置は、以下の関係を満足するように設定されている。
ＡＭ×ＱＭ＝ＢＭ^２
【００３５】
ここで、ＡＭは連結点Ａ，Ｍ間の距離を意味し、ＱＭは連結点Ｑ，Ｍ間の距離、ＢＭは連結点Ｂ，Ｍ間の距離をそれぞれ意味している。
【００３６】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、ピストン２０の移動に伴うピストン・クランク機構の形状変化を示している。近似直線機構５０の３つの移動連結点Ａ，Ｂ，Ｍのうちで、移動連結点Ａ，Ｍはピストン２０の移動に伴ってかなり大きく移動するが、縦方向リンク５６の上端の移動連結点Ｂはあまり移動しないことが解る。図３（Ａ）には、近似直線機構５０の形状変化の程度を表す指標として利用できる２つの角度θ、φが示されている。第１の角度θは、横方向Ｘから測った第２の横方向リンク５４の角度∠ＭＱＸである。また、第２の角度φは、上下方向Ｚからの縦方向リンク５６の傾き角で∠ＢＲＺである。これらの角度θ，φの値が取る範囲は、移動連結点Ａの移動範囲（すなわちピストン２０のストローク）の設定と、近似直線機構５０の各リンクの長さとに依存する。
【００３７】
図４（Ａ），（Ｂ）は、実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な寸法の一例と、移動連結点Ａの軌跡とを示す説明図である。図４（Ａ）に示されている寸法は、上述した関係（ＡＭ×ＱＭ＝ＢＭ^２　）を満足していることが解る。図４（Ｂ）に示されているように、移動連結点Ａの軌跡は、近似的な直線部分を含んでおり、この近似的な直線部分がピストン２０のストロークの範囲として利用される。このとき、ピストン２０のストロークの範囲は、上死点における直線からのズレ量が、下死点における直線からのズレ量よりも小さくなるように設定されることが好ましい。ここで、「直線からのズレ量」の「直線」とは、シリンダ１０の軸方向中心線を意味している。図４（Ｂ）の例では、上死点におけるズレ量は約５μｍであり、下死点におけるズレ量は約２０μｍである。なお、この数値は常温で測定したものである。
【００３８】
上死点における移動連結点Ａの直線からのズレ量が、下死点におけるズレ量よりも小さくなるように設定する理由は、上死点近傍では燃料の爆発力がピストン２０に掛かるためである。すなわち、上死点におけるズレ量が小さければ、爆発力によってピストン２０に掛かるスラスト（横方向の力）が小さくなるので、ピストン２０とシリンダ１０との摩擦を低減することができる。一方、下死点では爆発力が掛からないので、多少のズレがあっても上死点に比べて摩擦への影響は小さい。なお、移動連結点Ａの軌跡における近似的直線部分は、各リンク５２，５４，５６の長さを大きくすることによって大きくすることが可能であるが、リンクを長くすると近似直線機構５０のサイズが大きくなるという問題がある。換言すれば、上死点や下死点における直線からのズレ量と、近似直線機構５０のサイズとは、トレードオフの関係にある。これらの点を考慮すると、ピストン２０の上死点における移動連結点Ａの直線からのズレ量は、常温で測定して約１０μｍ以下になるように近似直線機構５０を構成することが好ましい。また、下死点におけるズレ量は、約２０μｍ以下になるようすることが好ましい。
【００３９】
図４（Ｂ）に示すようにピストン２０のストロークの範囲を設定した場合には、横方向リンク５４の角度θは、８．８°〜−１７．９°の範囲の値を取る（図４（Ａ））。角度θの最大値（８．８°）はピストン２０が上死点にある場合（図３（Ａ））に相当し、最小値（−１７．９°）はピストン２０が下死点にある場合（図３（Ｃ））に相当する。縦方向リンク５６の角度φは、０°〜２．２°の範囲の値を取る。角度φの最小値（０°）は、連結点Ｑ，Ａ，Ｍ，Ｂがほぼ一直線上に並ぶ場合に相当し、最大値（２．２°）は、角度θの絶対値が最も大きくなる場合（この例では下死点）に相当する。なお、これらの角度θ、φの値の範囲は、近似直線機構５０の各リンクの寸法と、ピストン２０のストローク範囲の設定に依存する。
【００４０】
Ｂ．第１実施例の具体的形状：
図５は、本実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図であり、図６はその要部横断面図である。また、図７は、偏心ベアリング７０近傍の構成を示す要部縦断面図であり、図７（Ａ）は圧縮比が小さい場合、図７（Ｂ）は圧縮比が大きい場合に相当である。
【００４１】
図５に示されているように、ピストンヘッド部２２は全体として皿状の形状を有しており、凹状の上面を有する略板状の上面部２２ａと、この上面部２２ａの周囲に一体として設けられたリング取り付け部２２ｂとを有している。よく知られているように、ピストン２０の頂面の形状は、単純な凹状以外の種々の形状が採用可能である。リング取り付け部２２ｂは、略円環状の形状を有しており、その外周面にはピストンリング（図示せず）用の溝２３が形成されている。このリング取り付け部２２ｂには、従来のスカートは設けられていない。この理由は、上死点付近においてスラストがほとんど掛からないので、スラストを受けるためのスカートが無くても良いからである。
【００４２】
このリング取り付け部２２ｂは、その横断面が常温でほぼ真円となるように形成されている。本明細書において、ある物が「ほぼ真円となるように形成されている」という文言は、その物の製造誤差を含む設計値が真円を含んでいることを意味している。リング取り付け部２２ｂの横断面をほぼ真円にできる理由は、上述したようにピストン２０に掛かるスラストが小さいためである。また、ピストンピン６０は、ピストン２０の頂部からかなり離れた位置（ピストン支柱部２４の下端）に設けられているので、ピストン２０の頂部近傍が従来のピストンに比べて単純な形状を有している。従来は、ピストンが複雑な形状を有していたため、高温時の膨張に伴う複雑な変形を考慮して、常温ではピストンの横断面を楕円形状にするのが普通である。一方、本実施例のピストン２０は、その頂部近傍が従来のピストンに比べて単純な形状を有しているので、温度上昇に伴う複雑な変形を考慮する必要がなく、常温においてもリング取り付け部２２ｂの横断面をほぼ真円に設定することが可能である。リング取り付け部２２ｂの横断面をほぼ真円にすれば、シール性が向上するので、ピストンリングの張力を従来よりも弱くすることができる。この結果、ピストンリングによる摩擦も低減することが可能である。また、リング取り付け部２２ｂの横断面をほぼ真円にすれば、ピストン２０の製造がより容易になるという利点もある。
【００４３】
ピストン支柱部２４の上端近傍には、ピストン支柱部２４から外側に向けてサポート部２６が伸びている。図６に示すように、本実施例では、４本のサポート部２６がシリンダ１０の内壁面近傍まで伸びている。実際にはサポート部２６とシリンダ内壁との間には隙間が形成されているが、図６では隙間が省略されて描かれている。これらのサポート部２６は、ピストン２０が直立姿勢を保ちながらシリンダ内壁面に沿って滑らかに移動するのを案内するためのものである。但し、近似直線機構５０によって、ピストンピン６０（移動連結点Ａ）の軌跡が充分直線に近いものに規制されている場合には、サポート部２６を省略できる場合もある。但し、サポート部２６を設けた方が、ピストン２０をより円滑に移動させることができる。
【００４４】
ピストン支柱部２４の長さは、ピストン２０の上端からピストンピン６０までの長さが、ピストン２０のストロークの約１／２倍以上で１倍未満の範囲の値になるように設定されていることが好ましい。この理由は、ピストン支柱部２４の長さが過度に短いと、上死点において近似直線機構５０がシリンダ１０に衝突する可能性があるためである。また、ピストン支柱部２４の長さが過度に長いと、ピストン２０の重量が増加してエネルギ損失が増すためである。
【００４５】
図５に示すように、シリンダ１０の下部には、サポート用タブ１２が設けられている。このサポート用タブ１２は、ピストン２０が下死点に到達したときにサポート部２６に対向する位置にあるシリンダ内壁面部分である。また、サポート用タブ１２以外のシリンダ内壁面部分は、不要なので切除されている。このように、本実施例の機構では、不要なシリンダの内壁面部分を切除することができるので、軽量化が可能である。このようにシリンダ１０の内壁面の一部を削除しなくても良いが、軽量化の観点からは、シリンダ１０の内壁面の下端部においてサポート部２６に対向しない内壁面の少なくとも一部が削除されていることが好ましい。
【００４６】
図６に示すように、ピストン支柱部２４と、コネクティングロッド３０と、水平方向リンク５２，５４とは、ピストン２０が上下動したときにも互いに干渉しないように構成されている。具体的には、図６の例では、ピストン支柱部２４はシリンダ１０の軸方向中心に設けられており、ピストン支柱部２４の両側が、第１の横方向リンク５２の２枚の板状部材で挟まれている。なお、この２枚の板状部材５２の一方とピストン支柱部２４の間には、偏心ベアリング７０の第１のギア７２が配置されている。第１の横方向リンク５２の外側には、コネクティングロッド３０の２枚の板状部材が配置されている。これらの３種類の部材２４，５２，３０は、ピストンピン６０で連結されている。また、コネクティングロッド３０の更に外側には、第２の横方向リンク５４の２枚の板状部材が設置されている。すなわち、この例では、コネクティングロッド３０と２つの横方向リンク５２，５４とは、それぞれ２つの板状部材に分かれており、中央のピストン支柱部２４を両側から挟むような位置にそれぞれ配置されている。なお、これらの部材２４，３０，５２，５４の位置関係は、単なる一例であり、他の位置関係を取ることも可能である。
【００４７】
図５に示すように、ピストンピン６０は、ピストン支柱部２４に設けられた偏心ベアリング７０で保持されている。この偏心ベアリング７０は、第１のギア７２と、第１の位置決めピン７４と、複数の位置決め穴７６とを有している。第１のギア７２は、図６および図７に示されているように、ピストン支柱部２４の横に突出している。また、図５および図６に示されているように、第１のギア７２は、第１の横方向リンク５２の移動連結点Ｍ（図２（Ｃ）参照）の位置に設けられた扇状の第２のギア８０と噛み合っている。但し、図７では、第２のギア８０は省略されている。なお、ギア７２，８０は、偏心ベアリング７０自体を回転させて、図７（Ａ），（Ｂ）のように偏心位置を変更するために利用される。
【００４８】
第１の位置決めピン７４と複数の位置決め穴７６は、偏心ベアリング７０の回転後の位置（すなわち偏心位置）を位置決めするために利用される。図７に示すように、第１の位置決めピン７４は、例えば第１のギア７２の内側の部分に設けられおり、位置決め穴７６はこの位置決めピン７４の周囲に設けられている（図７では図示省略）。第１の位置決めピン７４には、縦方向リンク５６と横方向リンク５２にそれぞれ設けられた油圧経路５６ａ，５２ａを介して、図示しない油圧ポンプから油圧を印加することが可能である。例えば、油圧を印加しない場合には、第１の位置決めピン７４は図示しないバネによって位置決め穴７６を外れた位置に戻る。一方、所定値以上の油圧を印加した場合には、第１の位置決めピン７４は外側に向けて押しつけられて、複数の位置決め穴７６のうちの１つに挿入される。
【００４９】
図５に示すように、第１の横方向リンク５２に設けられた第２のギア８０にも、第２の位置決めピン８２と、これに係合する位置決め穴（図示省略）が設けられている。この第２の位置決めピン８２には、第２の横方向リンク５４に設けられた油圧経路５４ａを介して、図示しない油圧ポンプから油圧を印加することが可能である。
【００５０】
偏心ベアリング７０の偏心位置は、以下のようにして調整される。通常は、偏心ベアリング７０の第１の位置決めピン７４が位置決め穴７６に係合しており、ピストンピン６０の偏心位置は固定されている。一方、第２の位置決めピン８２は、第２のギア８０の位置決め穴から外れており、第２のギア８２は第１の横方向リンク５２の動きとは無関係に、偏心ベアリング７０のギア７２と噛み合った状態で回動する。偏心ベアリング７０の偏心位置を変更する際には、まず、ピストン２０が所定の第１の位置（例えば上死点）において第１の位置決めピン７４と位置決め穴７６との係合を解除し、また、第２の位置決めピン８２を位置決め穴に係合させる。この結果、偏心ベアリング７０は回動可能な状態となり、一方、第２のギア８０は第１の横方向リンク５２に固定された状態となる。この状態でピストン２０が上下に運動すると、第２のギア８２が第１の横方向リンク５２の動きに従って動き、これに伴って偏心ベアリング７０の偏心位置が変化する。そして、ピストン２０が所定の第２の位置（例えば下死点）に来たときに、第１の位置決めピン７４を位置決め穴７６に挿入して係合させ、また、第２の位置決めピン８２と位置決め穴との係合を解除する。このとき、第１の位置決めピン７４が挿入される位置決め穴７６は、最初の状態で挿入されていた位置決め穴７６とは異なる位置にある穴である。こうして偏心ベアリング７０の偏心位置が変化すると、ピストンピン６０の中心からピストン２０の上端までの距離が変化し、これに応じて圧縮比が変化する。
【００５１】
図７（Ａ）の状態では、ピストンピン６０の中心が偏心ベアリング７０の中心よりも高いところにあり、図７（Ｂ）の状態では、ピストンピン６０の中心が偏心ベアリング７０の中心よりも低いところにある。図７（Ｂ）の場合は、上死点において、ピストン２０の頂部が燃焼室の上端により近いところに達する。従って、図７（Ｂ）では上死点における燃焼室の容積が図７（Ａ）よりも小さくなり、圧縮比がより大きくなる。
【００５２】
このように、第１実施例では、偏心ベアリング７０をピストンピン６０の位置に設け、また、偏心ベアリング７０の偏心位置を調整するための機構７２，７４，７６，８０，８２もピストンピン６０近傍に設けたので、エンジンの圧縮比を容易に変更することが可能である。特に、第１実施例では、油圧経路をコネクティングロッド３０を通らずに、近似直線機構５０を通るようにしたので、油圧経路に過度に大きな加速度が掛かることが無く、偏心位置を安定して制御できるという利点がある。
【００５３】
Ｃ．他の実施例：
図８は、第２実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図である。第１実施例との違いは、扇形のギア８０の代わりにラック８６を設けた点である。このラック８６には、図中において左右にラック８６を移動させるための図示しない移動機構が設けられている。偏心ベアリング７０の偏心位置を変更する際には、ラック８６をギア７２に近づけて互いに係合させ、偏心位置が設定された後はラック８６とギア７２との係合が解除される。この第２実施例の機構によっても、第１実施例の機構と同様に、偏心位置を安定して制御することができ、エンジンの圧縮比を容易に変更することが可能である。
【００５４】
図９は、第３実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図である。第１実施例との違いは、扇形のギア８０の代わりに、油圧モータ９０と、ウォームギア９２と、これらを連結する連結軸９４を設けた点である。また、位置決めピン７４と位置決め穴７６は図示されていないが、これらは設けておいても良い。油圧モータ９０は、油圧経路５６ａ，５２ａを介して印加される油圧に応じて回転する。油圧モータ９０が回転すると、連結軸９４が回転し、これに応じてウォームギア９２も回転し、この結果、偏心ベアリング７０の偏心位置を変更することができる。この第３実施例の機構によっても、第１実施例の機構と同様に、偏心位置を安定して制御することができ、エンジンの圧縮比を容易に変更することが可能である。
【００５５】
上述した第１ないし第３実施例の説明から理解できるように、偏心ベアリング７０の偏心位置を調整するための調整機構（「調整部」とも呼ぶ）としては、種々の構成を採用することができる。但し、偏心位置の調整を容易に行えるようにするためには、一般に、調整機構の少なくとも一部を、近似直線機構５０を構成する部材上に設けることが好ましい。
【００５６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、ピストン・クランク機構の変形例を示す説明図である。図１０（Ａ）の機構は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示した実施例の機構の縦方向リンク５６を連結点Ｂの上側に配置したものであり、他の構成は上記実施例と同じである。図１０（Ａ）の機構によっても、上記実施例と同一の効果が得られる。
【００５７】
図１０（Ｂ）の機構は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示した実施例の機構の支点Ｑを移動連結点Ｂ側に移動して、移動連結点Ａ（ピストンピン）と支点Ｐ（クランク軸）とを結ぶ直線上に配置したものであり、他の構成は上記実施例と同じである。図１０（Ｃ）の機構は、支点Ｑをさらに右側に配置したものである。図１０（Ｂ）、（Ｃ）の機構では、第２の横方向リンク５４の長さが上記実施例よりも短くなっており、上記実施例の機構よりもコンパクトであるという利点がある。図２（Ｃ）の機構や図１０（Ｂ）の機構は、図１０（Ａ），（Ｃ）の機構に比べて直線性が良いという利点がある。
【００５８】
以上のように、上述した実施例やその変形例では、ピストン・クランク機構に近似直線機構５０を設けることによって、ピストン２０の下端がシリンダ１０の軸中心に沿った近似的な直線状軌跡を移動するようにしたので、ピストン２０とシリンダ１０との間の摩擦を大幅に低減することが可能である。
【００５９】
Ｃ．その他の変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６０】
Ｃ１．変形例１：
本発明は、グラスホッパの近似直線機構に限らず、他の任意の近似直線機構を採用することが可能であり、例えばワットの近似直線機構を採用することも可能である。この場合にも、上死点におけるシリンダ中心軸からのズレ量が下死点におけるズレ量よりも小さくなるように近似直線機構の構成が設定されることが好ましい。なお、上記実施例で説明したグラスホッパの近似直線機構は、近似直線上を移動する点（移動連結点Ａ）が機構の一方の端部近傍に偏っているので、内燃機関のピストンの運動を規制するのに特に適しており、また、コンパクトな機構で良好な直線性を得ることが可能である。
【００６１】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、ピストンヘッド部２２とピストン支柱部２４とを有するピストン２０を利用するものとしていたが、従来のピストン１２０（図１（Ａ））と同様な構成のピストンを用いることも可能である。但し、ピストンヘッド部２２とピストン支柱部２４とを有するピストン２０を利用すれば、近似直線機構５０とシリンダ１０との干渉を防止し易いので、近似直線機構５０をよりコンパクトにできるという利点がある。
【００６２】
Ｃ３．変形例３：
本発明のピストン・クランク機構は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの種々の内燃機関や、スターリングエンジンなどの外燃機関を含む任意のピストン機関に利用可能である。また、本発明は、このようなピストン機関を備える車両や移動体としても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のピストン・クランク機構と本発明の一実施例のピストン・クランク機構とを比較して示す説明図。
【図２】実施例のピストン・クランク機構のリンク構成を示す説明図。
【図３】ピストン２０の移動に伴うピストン・クランク機構の形状変化を示す説明図。
【図４】実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な寸法の一例と、移動連結点Ａの軌跡とを示す説明図。
【図５】第１実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図。
【図６】第１実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部横断面図。
【図７】第１実施例の偏心ベアリング７０近傍の構成を示す要部縦断面図。
【図８】第２実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図。
【図９】第３実施例におけるピストン・クランク機構の具体的な形状の一例を示す要部縦断面図。
【図１０】ピストン・クランク機構の変形例を示す説明図。
【符号の説明】
１０…シリンダ
１２…サポート用タブ
２０…ピストン
２２…ピストンヘッド部
２２ａ…上面部
２２ｂ…リング取り付け部
２３…溝
２４…ピストン支柱部
２６…サポート部
３０…コネクティングロッド
４０…クランクシャフト
４２…駆動軸
５０…近似直線機構
５２…第１の横方向リンク
５２ａ…油圧経路
５４…第２の横方向リンク
５４ａ…油圧経路
５６…縦方向リンク
５６ａ…油圧経路
６０…ピストンピン
６２…クランクピン
７０…偏心ベアリング
７２…ギア
７４…位置決めピン
７６…位置決め穴
８０…ギア
８２…位置決めピン
８６…ラック
９０…油圧モータ
９２…ウォームギア
９４…連結軸
１１０…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…スカート
１３０…コネクティングロッド
１４０…クランクシャフト
１４２…駆動軸
１６０…ピストンピン
１６２…クランクピン

Claims (8)

1. 内燃機関であって、
   シリンダと、
   前記シリンダ内を往復運動するピストンと、
   駆動軸を中心に回転するクランクシャフトと、
   前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと、
   前記ピストンと前記コネクティングロッドとの連結部に連結され、前記連結部が前記シリンダの軸方向中心線に沿って近似直線運動するように前記連結部の動きを規制する近似直線機構と、
   前記ピストンと前記コネクティングロッドとの連結部に設けられた偏心ベアリングであって、偏心位置の変更に伴って、前記シリンダと前記ピストンのストロークとの相対関係を変更して圧縮比を変更する偏心ベアリングと、
   前記偏心ベアリングの偏心位置を調整するための調整部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記調整部は、
   前記偏心ベアリングの偏心位置の調整に利用するための油圧機構と、
   前記油圧機構に接続された油圧経路と、
   を有し、
   前記油圧経路は、前記コネクティングロッドを通らずに前記近似直線機構を通るように構成されている、内燃機関。
3. 請求項１または２記載の内燃機関であって、
   前記ピストンは、
   前記ピストンの頂部を構成するピストンヘッド部と、
   前記ピストンヘッド部と一体に形成され、前記ピストンヘッド部の下方に前記シリンダの軸方向中心線に沿って伸びるピストン支柱部と、
   を有し、
   前記ピストンと前記コネクティングロッドとの前記連結部は、前記ピストン支柱部の下端に設けられている、内燃機関。
4. 請求項３記載の内燃機関であって、
   前記ピストンは、さらに、前記ピストン支柱部から外側に向けて前記シリンダの内壁面近傍まで伸びる複数のサポート部を有する、内燃機関。
5. 請求項４記載の内燃機関であって、
   前記シリンダの内壁面の下端部は、前記ピストンが下死点にある位置において前記複数のサポート部に対向する内壁面部分を構成するサポート用タブを有しているとともに、前記シリンダの内壁面の下端部において前記複数のサポート部に対向しない内壁面の少なくとも一部が削除されている、内燃機関。
6. 請求項３記載の内燃機関であって、
   前記ピストンヘッド部の上端から前記ピストン支柱部の下端にある前記連結部までの距離は、前記ピストンのストロークの１／２倍以上で１倍未満の値に設定されている、内燃機関。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関であって、
   前記近似直線機構は、グラスホッパの近似直線機構である、内燃機関。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関であって、
   前記ピストンヘッド部の頂部の横断面は、常温でほぼ真円となるように形成されている、内燃機関。

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