JP2013507554A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、クランクケース（１２）と、このクランクケースの中に収納されているクランクシャフト（１４）と、シリンダヘッド（２０）に接続されている少なくとも１つのシリンダ（１８）を備えるシリンダハウジング（１６）と、を備える自動車の内燃機関（１０）に関し、クランクケース（１２）とシリンダハウジング（１６）との間には、少なくとも１つの偏心エレメント（３２）がシリンダハウジング（１６）とクランクケース（１２）との相対位置を調整するために設けられおり、この偏心エレメント（３２）はクランクシャフト（１４）に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく自動車の内燃機関に関する。

通常の内燃機関では、内燃機関のシリンダ内にあるピストンの位置はクランクシャフトの位置にのみ左右される。言い換えれば、そのような内燃機関は固定した圧縮比を有している。しかし、特定の作動条件においては、この圧縮比が変化するように設計することが有利であり得る。これに関しては、多くのアイディアが知られている。

可変圧縮比を備えるこの種の内燃機関の例では、コンロッドが２つの部分に分けられており、それらの相対位置をコントロールアームによって変更することができ、それによって、ピストンとクランクシャフトとの相対位置を調整し、同時に圧縮比が変更される。そのようなコンロッドは、周知である一体部品のコンロッドよりも質量が大きいことが欠点である。従って、エンジンの可動部分の質量が大きくなり、このことが負荷を増加させる要因になる。

さらに、クランクシャフトをカム内で支持することが知られており、それによって、クランクシャフトはクランクケースに対して移動可能になっている。また、このことにより、ピストン運動のデッドセンタの位置を変更することができるため、可変圧縮比を備える内燃機関を実現することが可能となる。このような内燃機関は、例えば特許文献１から知られている。そのようなシステムは、圧縮比の変更時にクランクシャフトの相対位置が変化するため、内燃機関の動力取出し口の位置も移動することが欠点である。従って、駆動トルクを内燃機関から駆動系のその他のコンポーネントに伝達するためには、複雑なトランスミッションが必要となる。

最後に、特許文献２から、可変圧縮比を備える内燃機関が知られており、この場合、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置が偏心機構によって変更可能であり、この偏心機構は、内燃機関のカムシャフトに支持されている多数の偏心エレメントを備えている。不利であるのは、そのような偏心機構によってカムシャフトに強い負荷がかかるため、カムシャフトが極めて頑丈になるようサイズ決めする必要があり、さらにカムシャフトを潤滑させる措置も不可欠となる。

独国特許出願公開第１９８４１３８１号明細書 欧州特許出願公開第１５０５２７６号明細書

本発明は、内燃機関の圧縮比がとりわけ簡単に調整可能となるように、請求項１の前提部分に記載の内燃機関をさらに発展させるという課題に基づいている。

この課題は、請求項１の特徴を備える内燃機関によって解決される。

そのような内燃機関は、クランクケースと、その中に収納されているクランクシャフトと、少なくとも１つのシリンダを備えるシリンダハウジングとを有している。このシリンダハウジングはシリンダヘッドに接続されている。クランクケースとシリンダハウジングとの間には、少なくとも１つの偏心エレメントが、シリンダハウジングとクランクケースとの相対位置を調整するために設けられている。本発明に基づき、この偏心エレメントはクランクシャフトに支持されている。従って、シリンダハウジングとクランクケースとの相対位置を変更する際に生じる力はクランクシャフトによって吸収され、このクランクシャフトはこのような力に耐えるようにあらかじめ設計されている。また、クランクシャフトの十分な潤滑も、通常の内燃機関においてすでに確実なものになっているため、偏心調整のための追加的な潤滑は必要ない。従って、このような内燃機関は、最小限の追加構成部品によって実現することができる。特に、そのような内燃機関の可動部分の質量が増加しないため、作動負荷は低いまま維持されている。さらに、クランクケースに対するクランクシャフトの相対位置は固定されていることから、駆動トルクを駆動系に伝達するため、動力取出し口に追加のトランスミッションを取り付ける必要もない。全体として、特に簡単なクランクシャフトの圧縮比調整機構が構成され、この機構は低コストかつ動作信頼性があるように実施することができる。

内燃機関の密閉性を確保するため、本発明のもう１つの実施形態では、シリンダヘッドとクランクケースとの間にフレキシブルな密閉エレメントが設けられている。このエレメントは、好ましくはベローズとして形成されている。これによって、オイル及びブローバイガスがシリンダハウジングとクランクケースとの接続部から漏れ出ることを確実に防止することができる。

偏心エレメントの調整時に、シリンダハウジングが実質的に垂直に運動することを確実にするため、好ましくは、このエレメントがさらにトルク補償装置によって支持されている。

好ましくは、さらに複数の偏心エレメントが設けられており、これらはクランクシャフトの大多数のベアリングジャーナル及び特に全てのベアリングジャーナルに支持されている。これによって、作動中及び圧縮比を調整する場合に、クランクシャフトの全長にわたって均一な力の伝達が保証されるため、クランクシャフトの座屈荷重が生じない。

以下に、本発明及びその実施形態を図に基づいてさらに詳しく説明する。

本発明に基づく内燃機関の一実施例の縦断面図である。 圧縮比を低く調整する場合の、内燃機関のクランクシャフトのクランクピンの位置における、図１による内燃機関の横断面図である。 圧縮比を低く調整する場合の、クランクシャフトのベアリングジャーナルの位置における、図１による内燃機関の横断面図である。 圧縮比を高く調整する場合の、クランクシャフトのクランクピンの位置における、図１による内燃機関の横断面図である。 圧縮比を高く調整する場合の、クランクシャフトのベアリングジャーナルの位置における、図１による内燃機関の横断面図である。

全体が符号１０で示されている自動車用内燃機関は、クランクシャフト１４を収容しているクランクケース１２を含んでいる。クランクケース１２に対して相対運動するように、４つのシリンダ１８を備えるシリンダハウジング１６が配置されている。シリンダハウジング１６の上方は、シリンダヘッド２０によって閉鎖されている。クランクシャフトのクランクピン２２によって、ピストン２６を担架するコンロッド２４が支持されている。見やすくするために、図１では、１本のコンロッド２４及びピストンしか示されていない。この場合、クランクシャフト１４は、コンロッド２４とピストン２６とが協働して起こる上昇運動を回転運動に変換する。クランクシャフトのそれぞれ２つのクランクピン２２の間には、ベアリングジャーナル２８が配置されている。これらのベアリングジャーナルは、クランクピン２２とは反対に、クランクシャフト１４の回転軸３０と同軸である。ベアリングジャーナル２８は偏心エレメント３２によって取り囲まれており、これらの偏心エレメントの貫通開口部３４は、同時にクランクシャフト１４のベアリング開口部を形成している。この場合、偏心エレメント３２は、シリンダハウジング１６の壁３６の開口部に収容されている。

偏心エレメント３２の調整によって、シリンダハウジング１６とシリンダヘッド２０との組み合わせは、クランクケース１２に対して移動する。このことによって、ピストン運動の上方と下方のデッドセンタの相対位置が変化するため、偏心エレメント３２を調整することにより、内燃機関１０の圧縮比を調整することができる。クランクケース１２、シリンダハウジング１６及びシリンダヘッド２０の接続部をオイル漏れのないように維持するため、クランクケース１２の外壁３８は、ベローズ４０によってシリンダヘッドの外壁４２に接続されている。このベローズ４０は、偏心エレメント３２がそれぞれ調節される際、クランクケース１２に対してシリンダヘッドを密閉している。偏心エレメント３２を調節し、それによって内燃機関１０の圧縮比を変更するため、図示されていないアクチュエータが設けられている。同様に、図示されていないトルク補償装置があり、偏心調整の際、このトルク補償装置により、クランクケース１２に対して実質的に垂直なシリンダハウジング１６とシリンダヘッド２０との相対運動が確実なものにされる。

図２及び３は、圧縮比を低く偏心調整する場合の内燃機関の横断面図を示している。この断面図は、クランクシャフト１４のクランクピン２２又はベアリングジャーナル２８の位置で切断した場合のものである。図２で分かるように、この調節では、上方のデッドセンタのピストン２６は、最大移動位置にない。ピストン２６のピストン冠４４は、線４６によって示されている最大移動位置からかなり離れている。従ってシリンダ１８の圧縮容積４８が大きくなり、このことにより、低い圧縮比が生じる。偏心エレメント３２の位置によって、この調節においては、シリンダハウジング１６とシリンダヘッド２０とが、クランクケース１２に対して距離ｄの分だけ相対的に上方へ移動する。ベローズ４０は、伸長位置にある。偏心エレメント３２を調整するため、このエレメントはかみ合いエレメント５０を有し、図示されていないアクチュエータがこのかみ合いエレメントとかみ合うことができる。偏心エレメント３２の貫通開口部３４の中に収容されているクランクシャフト１４のベアリングジャーナル２８が、ここではそのポジションを変えていないことに注意しなければならない。すなわち、クランクケース１２に対するクランクシャフト１４の相対位置は固定されているため、駆動系のその他のコンポーネントへのトルク伝達を問題なく行うことができる。

図４及び５は、同じ横断面図を示しているが、圧縮比が高くなるように偏心エレメント３２が調節されている。シリンダハウジング１６とシリンダヘッド２０との組合せは、図２及び３の図と比較すると、クランクケース１２に対して相対的に下方へずれている。ピストン２６のピストン冠４４は、線４６によって示されている最大移動位置近くにある。ピストン冠４４とこの最大位置４６との間の距離ｄが小さいことにより、とりわけ少ない圧縮容積と、それによる高い圧縮比とが確保される。この位置においても、クランクシャフト１４のベアリングジャーナル２８はずれることはなく、クランクケース１２に対して固定したポジションを保っている。もちろん、図２〜５に示されている最大位置の間にある全ての中間ポジションも可能である。従って、この偏心エレメント３２により、内燃機関１０の圧縮比を無段階に調整することができ、それぞれの作動条件に最適に適合させることができる。

１０ 内燃機関
１２ クランクケース
１４ クランクシャフト
１６ シリンダハウジング
１８ シリンダ
２０ シリンダヘッド
２２ クランクピン
２４ コンロッド
２６ ピストン
２８ ベアリングジャーナル
３０ 回転軸
３２ 偏心エレメント
３４ 貫通開口部
３６ 壁
３８ 外壁
４０ ベローズ
４２ 外壁
４４ ピストン冠
４６ 線
４８ 圧縮容積
５０ かみ合いエレメント

特許文献２から、可変圧縮比を備える内燃機関が知られており、この場合、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置が偏心機構によって変更可能であり、この偏心機構は、内燃機関のカムシャフトに支持されている多数の偏心エレメントを有している。不利であるのは、そのような偏心機構によってカムシャフトに強い負荷がかかるため、カムシャフトが極めて頑丈になるようサイズ決めする必要があり、さらにカムシャフトを潤滑させる措置も不可欠である。
特許文献３から、圧縮比を調整するための装置を有する内燃機関が知られている。ここでは、クランクケースに対するシリンダハウジングの位置が２つの偏心シャフトによって変更可能であり、これらの偏心シャフトはクランクケースの上方部分に配置されている。

独国特許出願公開第１９８４１３８１号明細書 欧州特許出願公開第１５０５２７６号明細書 欧州特許出願公開第１７６２４１５号明細書

Claims (7)

1. クランクケース（１２）と、該クランクケースの中に収納されているクランクシャフト（１４）と、シリンダヘッド（２０）に接続されている少なくとも１つのシリンダ（１８）を備えるシリンダハウジング（１６）とを備え、
   前記クランクケース（１２）と前記シリンダハウジング（１６）との間には、少なくとも１つの偏心エレメント（３２）が前記シリンダハウジング（１６）と前記クランクケース（１２）との相対位置を調整するために設けられている、自動車の内燃機関（１０）であって、
   前記偏心エレメント（３２）が、前記クランクシャフト（１４）に支持されていることを特徴とする、内燃機関（１０）。
2. 前記シリンダヘッド（２０）又は前記シリンダハウジング（１６）と前記クランクケース（１２）との間に、フレキシブルな密閉エレメント（４０）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関（１０）。
3. 前記フレキシブルな密閉エレメント（４０）が、ベローズとして形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関（１０）。
4. 前記シリンダヘッド（２０）又は前記シリンダハウジング（１６）と前記クランクケース（１２）との間に、少なくとも１つのトルク補償装置が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
5. 前記偏心エレメント（３２）が複数設けられており、該偏心エレメントは、前記クランクシャフト（１４）の、それぞれ割り当てられているベアリングジャーナル（２８）に支持されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
6. 前記クランクシャフト（１４）のそれぞれの前記ベアリングジャーナル（２８）に、前記偏心エレメント（３２）が割り当てられていることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）を備える自動車。

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