JP2013526676A - 可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造 - Google Patents

Abstract

本発明による可変圧縮比エンジン（１０）のピストン（２）のための弾性固定構造は、ピストン（２）と伝動部材（３）との間に張力付与状態で保持され、ピストン（２）の基部と伝動部材（３）の上面との間に強い接触圧力を印加する少なくとも一つの金属ロッド（１５）で構成され、ピストン（２）が、一方では予め計算された角度に従って締結されて、植込みボルト（１６）で構成される金属ロッド（１５）が所望の張力を付与され、ピストン（２）と伝動部材（３）との間で締結予応力が達成され、他方では締結予応力を著しく上昇させない付加的締結により伝動部材（３）に対して回転インデックスが行われ、植込みボルト（１６）が塑性変形により同じ張力で伸張し続ける。
【選択図】 図３

Description

本発明の主題は、伝動部材に対するピストンの密着性および／または回転インデックスの維持を可能にする可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造である。

立方インチ排気量が可変のエンジンのための様々な機械装置は、出願人の所有する国際特許ＷＯ ９８／５１９１１、ＷＯ ００／３１３７７、ＷＯ ０３／００８７８３から公知である。

出願人の名による国際特許ＷＯ ９８／５１９１１には、運転中の有効立方インチ排気量および／または圧縮比の適応により可変の負荷および速度で使用されるピストンを備える内燃エンジンの全効率を向上させるのに使用される装置が記載されていることに気づくだろう。このタイプのエンジンは、「可変圧縮比エンジン」の名でも当業者に知られており、以下の文章ではこの名称をそのまま使用する。

出願人の名による国際特許ＷＯ ００／３１３７７によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝動装置は、一方ではころがり軸受を備える案内装置と、他方ではピストンとリンクロッドとの間で動きが伝達されるようにリンクロッドに固着された歯車と協働する伝動部材に底部で固着されたピストンを包含することが理解されるだろう。

出願人の名による国際特許ＷＯ ０３／００８７８３によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝動装置は、一方では小型のラックによりころがり軸受を備える案内装置と、他方では別の大型のラックによりリンクロッドに固着された歯車と協働する伝動部材に底部で固着されたピストンが中で移動する少なくとも一つのシリンダを包含することに気づくだろう。この可変圧縮比エンジンのための機械的伝動装置はまた、歯車と協働する少なくとも一つの制御ラックと、ピストンを伝動部材に固定して締結予応力を付与するための手段と、ラックの歯の補剛を可能にするリンク手段と、歯車の構造を補強および軽量化するための手段とを包含する。

国際特許ＷＯ ０３／００８７８３によれば、伝動部材に底部で固着されたピストンが可変圧縮比エンジンのシリンダにおけるピストンのセンタリングを確実にする案内スカートを有するのに対して、ころがり軸受を備える案内装置はシリンダにおけるピストンの配向を確実にすることが分かるだろう。

出願人の名による国際特許ＷＯ ００／３１３７７によれば、二つのハーフラックで構成されるラックに断面Ｔ字形リンクロッドを介してクランプねじによりリンクされるベースプレートをピストンが有することに気づくだろう。

出願人の名による国際特許ＷＯ ０３／００８７８３によれば、それまでは二つのハーフラックで構成されていたラックが今度は単一の部品のみで構成され、「伝動部材」と名称変更されていることに気づくだろう。

さらに、この同じ特許には、締結予応力を付与して伝動部材でのピストンのセンタリングを確実にする固定手段で構成される、ピストンを伝動部材に固定する別の方法が記載されている。

これらの締結手段は、伝動部材に固着されたねじ形成シャフトと協働する、ピストンの支持脚部に作製されたねじ形成ボアで構成される。

さらにこの特許によれば、伝動部材の垂直シャフトに設けられた平滑部分と協働する、ねじ形成ボアと同軸にピストンの支持脚部に作製された平滑ボアにより、ピストンと伝動部材との間のセンタリングが確実に行われる。

出願人の名による国際特許ＷＯ ０３／００８７８３に記載された固定方法には国際特許ＷＯ ００／３１３７７よりも著しい進歩が見られるが、伝動部材からのピストンの緩みがないことを保証する解決法は存在しない。

さらに、ピストンと伝動部材との間に必要な締結予応力とピストンの回転インデックスの両方を確実にする解決法は提案されていない。

実際、ピストンの頂部およびバルブに作製されたバルブくぼみに対応する、またはシリンダヘッドに収容された噴射部に関連してピストンの頂部に形成されたボウルを配向するのに、インデックスが必要である。

実際、締結力の値と回転インデックスの両方を検査するためには、ピストンの支持脚部と伝動部材の両方に作製されたねじ山を、その位置を制御しながら回転インデックスを行う必要がある。このようなねじ山のインデックスは、大量生産での実施が困難である。

伝動部材に対するピストンの締結と回転インデックスとを同時に確実に行うための別の解決法は、ピストンと伝動部材との間に肉厚ワッシャを配置することである。

この場合、ピストン／伝動部材アセンブリの全高が可変となり、可変圧縮比エンジンの圧縮比の初期設定時にこの変動量を考慮する必要がある。

さらに厚みの異なるワッシャを用意するか、これらのワッシャをユニットとして製作することが必要である。この制約も、大量生産での実施を困難にする。

国際特許ＷＯ ０３／００８７８３において提案されているように、伝動部材へのピストンの固定によって他の問題が引き起こされる。

これらのうち、たいていの場合にピストンはアルミニウムを主成分とする軽合金で作製されなければならないことに気づくだろう。これは、軽量でありながら、充分な低温を維持するように適切な熱伝導率を保証するピストンとするために必要である。

アルミニウムに関する問題は、一方では、高温時にはより急速に低下する低い初期の機械的強度と、他方では、鋼より高い膨張係数である。これらの二点は、クリープにより、またピストンの支持脚部に作製されたねじ切りの塑性変形により、ピストンをそれが固定された伝動部材から徐々に緩める結果を招く。

このアセンブリがいったん緩むと、ピストンとその伝動部材との間に求められる締結応力がもはや確保されず、ピストンの支持脚部と伝動部材の上面との間の接触面で、望ましくない分離が生じることがある。

この分離は結果的に、ピストンの当接面の膨径を引き起こし、ピストンの回転のリスクを招く。ピストンが回転すると、可変圧縮比エンジンのピストンとバルブとの間の衝突がこの回転に伴って発生する可能性があり、結果的にエンジンの部分的な破壊につながる。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造が、
−ピストンの最冷部と考えられる部分に置かれたピストンの固定領域を用いながら、伝動部材とピストンとの間の弾性を適切に維持する構成と、
−すでに締結予応力に達していても、ピストンを伝動部材に締結する時に、ピストンの回転インデックスを可能にする、可塑性を適切に維持する構成と、
を備えるのは、これらの様々な問題を解決するためである。

ゆえに、本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、特定の実施形態により、
・ピストンとバルブとの間の衝突のリスクおよびエンジンの早期破壊のリスクとともに、ピストンの緩みのリスクが回避され、
・ピストンと伝動部材とのねじ山のインデックスの必要性が回避され、
・ピストンと伝動部材との間に設けられるシムまたは肉厚ワッシャの必要性が回避され、
・ピストンの製造が単純化され、ピストンは取り付けの前に完全に機械加工されて単一の高さ寸法のみを有し、
・ピストンの取り付けが単純化され、伝動部材に対するこのピストンのインデックスが容易となり、
・ほぼ一定の高さのピストン／伝動部材アセンブリであるため、同一のエンジンの二つのシリンダの間の圧縮比分散が縮小される、
ことで、先行技術と区別される。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、ピストンと伝動部材との間に張力付与状態で保持され、ピストンの基部と伝動部材の上面との間に強い接触圧力を印加する少なくとも一つの金属ロッドで構成され、このピストンは、一方では予め計算された角度に従って締結されて、植込みボルトで構成される金属ロッドが所望の張力を付与され、ピストンと伝動部材との間で締結予応力が達成されるようにし、他方では、締結予応力を著しく上昇させない付加的締結により伝動部材に対して回転インデックスが行われ、植込みボルトは塑性変形により同じ張力で伸張し続ける。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、端部の一方で直接的または間接的にピストンに、他端部で伝動部材の上部にねじ結合される植込みボルトで構成される金属ロッドを包含する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、伝動部材の上面に作製された表面に当接する肩部を有する植込みボルトを包含し、植込みボルトが伝動部材にねじ結合される長さを肩部が制限する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、ピストンの内側に作製された表面に当接する肩部を有する植込みボルトを包含し、植込みボルトがピストンにねじ結合される長さを肩部が制限する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、中央に縮径部を有する植込みボルトを包含する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、植込みボルトがねじ結合される内ねじ山を上部に有するスリーブを介してピストンにねじ結合される植込みボルトを包含し、スリーブの底部の外側に形成されたねじ山により、ピストンの支持脚部の底部にスリーブがねじ結合され、スリーブと伝動部材との間に距離（ｄ）を残すようにスリーブは伝動部材と接触していない。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、スリーブの内側に作製された表面に当接する肩部を有する植込みボルトを包含し、植込みボルトがスリーブにねじ結合される長さを肩部が制限する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、ピストンの内側に作製された表面に当接する肩部を有するスリーブを包含し、スリーブがピストンにねじ結合される奥行を肩部が制限する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、単一の部品のみを形成する植込みボルトおよびスリーブを包含する。

本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造は、外ねじ山の締結方向と反対である締結方向を有する内ねじ山を包含する。

非限定的な例として挙げられた、添付図面を参照しての以下の説明は、発明、発明が提示する特徴、および発明が提供すると思われる長所のより良い理解を可能にする。

本発明によるピストンのための弾性固定構造を介して各ピストンが伝動部材に固着された、可変圧縮比エンジンの主要部品を図示する斜視図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造により伝動部材に固着されたピストンを示す斜視図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造の一実施形態を表す断面図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造の異なる変形実施形態を表す断面図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造の異なる変形実施形態を表す断面図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造の異なる変形実施形態を表す断面図である。 本発明による可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造の異なる変形実施形態を表す断面図である。

図１は、伝動装置１により燃焼ピストン２が中で移動する少なくとも一つのシリンダ１１０と、可変圧縮比エンジン１０の主要可動部品を定位置に保持することを可能にする圧力手段１７０とを包含するエンジンブロックまたはシリンダブロック１００を示している。

機械的伝動装置１は、ピストンに固着されて、一方ではころがり軸受４を備える案内装置と、他方では歯車５と協働する伝動部材３を、燃焼ピストン２の底部に包含する。

ピストン２とリンクロッド６との間の動きを伝達するため、歯車５は、クランクシャフト９に連結されたリンクロッド６と協働する。

歯車５は、伝動部材またはピストンラック３の他に、制御ジャッキ８を包含する制御装置１２によってシリンダブロック１００に対する垂直位置が制御される、制御ラック７と呼ばれる別のラックと協働し、制御ジャッキのジャッキピストン１３は、シリンダブロック１００に形成されて共通シリンダヘッド３００により上部が密封されたジャッキシリンダ１１２の中で案内される。

図２乃至７は、本発明による可変圧縮比エンジン１０のピストン２のための弾性固定構造の異なる変形実施形態を示している。

可変圧縮比エンジン１０のピストン２のための弾性固定構造は、ピストン２と伝動部材３との間に張力付与状態で保持された少なくとも一つの金属ロッド１５で構成される。ピストン２と伝動部材３との間に張力付与状態で保持された金属ロッド１５は、ピストン２の基部と伝動部材３の上面との間に強い接触圧力を印加することを可能にする。

金属ロッド１５は、端部の一方においてピストン２に直接的または間接的に、また他端部において伝動部材３の上部にねじ結合される植込みボルト１６で構成される。

植込みボルト１６の長さにより、ピストン２と伝動部材３とで構成されるアセンブリの緩みを回避するのに必要な弾性が維持される。

図３および６は、植込みボルト１６がねじ結合される内ねじ山２３を上部に有するスリーブ２２を介して植込みボルト１６がピストン２にねじ結合される、本発明による弾性固定構造の一実施形態を示し、ピストン２の支持脚部２５の底部に形成された内ねじ山２６と協働する、スリーブ２２の底部の外側に形成された外ねじ山２４により、スリーブ２２が支持脚部２５の底部にねじ結合される。

スリーブ２２と伝動部材３との間に距離ｄを残すようにスリーブ２２がこの部材３と接触していないことに気づくだろう。

一実施形態によれば、外ねじ山２４の締結方向の反対である締結方向を内ねじ山２３が有する。例えば、内ねじ山２３が右巻きである場合には外ねじ山２４は左巻きであって、その逆でもよい。

この実施形態によれば、スリーブ２２の長さが植込みボルト１６の長さに付加されて、ピストン２とこれが協働する伝動部材３とで構成されるアセンブリの緩みを回避するのに必要な弾性を維持する。

ピストン２の支持脚部２５の底部に形成される内ねじ山２６が、成形、圧延、またはひずみ硬化により作製されるとよいことに気づくだろう。さらに、特定の実施形態によれば、スリーブ２２が、ピストン２へのスリーブの取り付けを容易にする何らかの形状の工具把持部となってもよい。

スリーブ２２の内側に作製された表面に当接する不図示の肩部を植込みボルト１６が有し、植込みボルト１６がスリーブ２２にねじ結合される長さをこの肩部が制限する。

この肩部は、最初に植込みボルト１６をスリーブ２２にねじ結合してから植込みボルト１６を伝動部材３にねじ結合して、植込みボルト１６が伝動部材３ではなくスリーブ２２に続けてねじ結合される危険を無くすことを可能にする、何らかの形状の工具把持部となってもよい。

スリーブ２２は、ピストン２の内側に作製された表面２８に当接する肩部２７を有し、スリーブ２２がピストン２にねじ結合される奥行をこの肩部２７が制限する（図７）。スリーブ２２を包含する本発明による弾性固定構造の各実施形態では、ピストン２の内側に作製された表面２８に当接する肩部２７をスリーブが有するとよいことに気づくだろう。

図４は、金属ロッド１５を構成する植込みボルト１６が、伝動部材３の上面に作製された表面１８に当接する肩部１７を底部で収容して、植込みボルト１６が伝動部材３にねじ結合される長さを肩部１７が制限する、本発明による弾性固定構造の第一変形実施形態を示している。

肩部１７は何らかの形状の工具把持部となって、最初に植込みボルト１６を伝動部材３にねじ結合してから植込みボルトをピストン２にねじ結合して、植込みボルト１６がピストン２ではなく伝動部材３に続けてねじ結合される危険を無くすことを可能にするとよい。

出願人の所有する様々な特許にすでに記載されているものと類似した、ピストン２のセンタリングを確実にする平滑部分を伝動部材３の上部が含むとよいことに気づくだろう。

図５は、金属ロッド１５を構成する植込みボルト１６が、ピストン２の内側に作製された表面２０に当接する肩部１９を上部に有して、植込みボルト１６がピストン２にねじ結合される長さを肩部１９が制限する（図５）、本発明による弾性固定構造の第二変形実施形態を示している。

肩部１９は何らかの形状の工具把持部となって、最初に植込みボルト１６をピストン２にねじ結合してから植込みボルト１６を伝動部材３にねじ結合して、植込みボルト１６が伝動部材３ではなくピストン２に続けてねじ結合される危険を無くすことを、この把持部が可能にする。

植込みボルト１６は、その断面を計算することにより植込みボルトの弾性の制御を可能にする縮径部２１を中央に含むとよい。

図７は、植込みボルト１６がもはやスリーブ２２にねじ結合されずに同じ金属部品で作製され、結果的に植込みボルト１６およびスリーブ２２の組立に必要な、これらの二つの部品に作製されるねじ山が省略される、本発明による弾性固定構造の第三変形実施形態を示している。こうして、植込みボルト１６とスリーブ２２とは単一の部品で作製される。

別の実施形態は、スリーブ２２と植込みボルト１６とを別々に作製することと、もはやねじ結合ではなく、例えば結束、締結、または当業者に公知の他の組立方法によりこれらを組み立てることにある。

本発明の作用
本発明による、また図３および６に図示された特定実施形態による可変圧縮比エンジン１０のピストン２のための弾性固定構造は、以下のように嵌着される。スリーブ２２がピストン２の支持脚部２５にねじ結合され、植込みボルト１６が伝動部材３の上部にねじ結合されてから、ピストン２が伝動部材３と接触するまで、伝動部材３に固着された植込みボルト１６が、他端部でスリーブ２２の上部にねじ結合される。正しくねじ結合された植込みボルト１６、ピストン２、および伝動部材３が組み立てられる。

次に、予め計算される角度に従ってピストン２が締結される。この角度により、植込みボルト１６が所望の張力を受けるとともに、ピストン２と伝動部材３との間で締結予応力に達することが可能になる。次に、付加的な締結により、ピストン２が伝動部材３に対して回転インデックスされる。この付加的締結は締結予応力を著しく上昇させず、植込みボルト１６は塑性変形により同じ張力で伸張し続ける。

上の説明は単なる例として挙げられたものであることと、記載された実行の詳細が他の何らかの同等物と置き換えられた場合に逸脱することのない本発明の範囲をいかなる形でも制限しないことを、理解されるべきである。

１ 機械的伝動装置
２ 燃焼ピストン
３ 伝動部材
４ ころがり軸受
５ 歯車
６ リンクロッド
７ 制御ラック
８ 制御ジャッキ
９ クランクシャフト
１０ 可変圧縮比エンジン
１２ 制御装置
１３ ジャッキピストン
１５ 金属ロッド
１６ 植込みボルト
１７ 肩部
１８ 表面
１９ 肩部
２０ 表面
２１ 縮径部
２２ スリーブ
２３ 内ねじ山
２４ 外ねじ山
２５ 支持脚部
２６ 内ねじ山
２７ 肩部
２８ 表面
１００ エンジンブロック／シリンダブロック
１１０ シリンダ
１１２ ジャッキシリンダ
１７０ 圧力手段
３００ 共通シリンダヘッド

Claims (10)

1. 可変圧縮比エンジン（１０）のピストン（２）のための弾性固定構造であって、一方ではころがり軸受（４）を備える案内装置と、他方では前記ピストン（２）とリンクロッド（６）との間での動きの伝達を確実に行うため前記リンクロッド（６）に固着された歯車（５）と協働する伝動部材（３）に前記ピストン（２）が底部で固着され、弾性固定構造が、前記ピストン（２）と前記伝動部材（３）との間に張力付与状態で保持され、前記ピストン（２）の基部と前記伝動部材（３）の上面との間に強い接触圧力を印加する少なくとも一つの金属ロッド（１５）で構成され、前記ピストン（２）が、一方では、予め計算された角度に従って締結されて、植込みボルト（１６）で構成される前記金属ロッド（１５）に所望の張力が付与され、前記ピストン（２）と前記伝動部材（３）との間で締結予応力が達成され、他方では、前記締結予応力を著しく上昇させない付加的締結により前記伝動部材（３）に対して回転インデックスが行われて、前記植込みボルト（１６）が塑性変形により同じ張力で伸張し続けることを特徴とする、弾性固定構造。
2. 端部の一方では前記ピストン（２）に直接的または間接的に、他端部では前記伝動部材（３）の上部にねじ結合される植込みボルト（１６）で前記金属ロッド（１５）が構成されることを特徴とする、請求項１に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
3. 前記伝動部材（３）の上面に作製された表面（１８）に当接する肩部（１７）を前記植込みボルト（１６）が有し、前記植込みボルト（１６）が前記伝動部材（３）にねじ結合される長さを前記肩部（１７）が制限することを特徴とする、請求項２に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
4. 前記ピストン（２）の内側に作製された表面（２０）に当接する肩部（１９）を前記植込みボルト（１６）が有し、前記植込みボルト（１６）が前記ピストン（２）にねじ結合される長さを前記肩部（１９）が制限することを特徴とする、請求項２に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
5. 前記植込みボルト（１６）が中央に縮径部（２１）を有することを特徴とする、請求項２に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
6. 前記植込みボルト（１６）がねじ結合される内ねじ山（２３）を上部に有するスリーブ（２２）を介して前記植込みボルト（１６）が前記ピストン（２）にねじ結合され、前記ピストン（２）の支持脚部（２５）の底部に形成された内ねじ山（２６）と協働する、前記スリーブ（２２）の底部の外側に形成された外ねじ山（２４）によって、前記支持脚部（２５）の底部に前記スリーブ（２２）がねじ結合され、前記スリーブ（２２）と前記伝動部材（３）との間に距離（ｄ）を残すように前記スリーブ（２２）がこの部材（３）と接触していないことを特徴とする、請求項２に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
7. 前記スリーブ（２２）の内側に作製された表面に当接する肩部を前記植込みボルト（１６）が有し、前記植込みボルト（１６）が前記スリーブ（２２）にねじ結合される長さを前記肩部が制限することを特徴とする、請求項６に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
8. 前記ピストン（２）の内側に作製された表面（２８）に当接する肩部（２７）を前記スリーブ（２２）が有し、前記スリーブ（２２）が前記ピストン（２）にねじ結合される奥行を前記肩部（２７）が制限することを特徴とする、請求項６に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
9. 前記植込みボルト（１６）と前記スリーブ（２２）とが単一の部品で作製されることを特徴とする、請求項６に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。
10. 前記外ねじ山（２４）の締結方向の反対である締結方向を前記内ねじ山（２３）が有することを特徴とする、請求項６に記載の可変圧縮比エンジンのピストンのための弾性固定構造。