JP2020112152A - 三分割コンロッド近似対称正弦ストロークカーブ行程容積、圧縮比連続可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】行程容積、圧縮比連続可変装置において、振動を低減する。【解決手段】ピストン１１とクランクを連接するコンロッド１３を、ピストン側のピストンロッド１２とクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンク１７とに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とする。可変範囲全域に亘り、上、下死点間と下、上死点間のクランク角が一定で、上死点及び下死点のクランク位相が変化せず、ストロークを近似対称正弦カーブにする。【選択図】図１

Description

本発明は自動車、船舶、船外機等のエンジンで行程容積、圧縮比を随時任意に連続無段階可変するものにおいて、ピストンとクランクを連接するコンロッドを、ピストン側のピストンロッドとクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンクとに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とするものである。
コンロッドを三分割すればコンロッド小端とピストンロッド大端のストロークを別々に規制制御でき、コンロッド小端ストローク位置を固定することで、行程容積、圧縮比可変範囲全域に亘り、上、下死点間と下、上死点間のクランク角を１８０°一定にでき、上死点及び下死点のクランク位相変化も無く、バルブタイミング合せのＶＶＴが不要となり、常用域でのピストンロッド大端の上死点側軌跡をシリンダ芯軸に近づけて沿わせることで、ピストン側圧が大幅低減し低メカロス化が図れる。
ピストンロッド大端ストローク位置可変を、ピストンロッド大端と連接リンクを連結するクロスヘッド軸の両端に回転自在に軸支した円筒状の回転体を、面状ガイドレールにて外周両側を挟み込み転動ストロークさせるクロスヘッドガイドの、コンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に可変する方式にすれば、クロスヘッド軸のストロークをアームにて規制する方式では不可能な、直線又は直線に近い曲率を選定でき、ストロークの一部範囲を近似正弦カーブにできるが、コンロッド小端を一本アームにて円弧状にストロークさせる方式では、単純な構造にて下、上死点間と上、下死点間のクランク角を１８０°一定にできるが、ストロークカーブが上死点位相に対し非対称になってしまう。
本発明の様にコンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とすることで、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブが上死点位相に対し対称となり正弦カーブにより近づけることができ、更に振動低減できる。
又、クロスヘッドガイドの面状ガイドレールにてクロスヘッド軸を直線又は直線に近い曲率で転動ストロークさせる方式では無く、クロスヘッド軸を一本アームにて円弧状に揺動させる方式でも、その揺動軸位置をシリンダ芯軸に対しクランク軸の反対側で二次元的に可変制御すれば、ストローク比は大きく出来なくなるが簡単な構造にて小〜中ストローク域を正弦カーブに近づけることができる。

出力に対し内燃機関の行程容積及び圧縮比は、熱効率、ポンピングロスを決定づける主な要因であり、負荷や回転数等に応じて行程容積、圧縮比を連続自在に選択できれば、広い運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減が図れる。
単コンロッドクランク機構のコンロッドを二分割し、クランク側をコンロッド連結軸、クランクピン軸の軸芯を結ぶ辺に対し対角が略直角となる対頂点に可変制御アーム連結軸芯を設けたＬ形ヨークとし、アーム連結軸を可変制御アームにて円弧状にストロークさせ、軌跡がクランクジャーナル軸芯を通りシリンダ芯軸に平行な線に対し、上死点側で近づき下死点側は両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様に可変制御アームの揺動軸芯位置を一次又は二次元的に可変制御することを特徴とする特許文献１が開示されている。
特開２０１７−１０６４２８号公報

特許文献１では、クランク軸方向視にて可変制御アーム揺動軸芯とシリンダ芯軸との間にクランクジャーナル軸芯を配置し、クランクジャーナル軸芯を通りシリンダ芯軸に平行な線に対し、可変制御アーム連結軸芯を上死点側で近づき下死点側は両側に広がるハの字状の範囲で、放射状に位置、角度が変わる様にストロークさせており、上死点側ではシリンダ芯軸直角方向に僅かに軌跡をずらすことで上死点高さが変化し、行程容積（ピストンストローク）に対応させて圧縮比を調整できるが、ＶＶＴが必要になる程ではないが上死点位相が図１４の様に僅かではあるが変化してしまう。
四気筒エンジンの様に隣合う気筒が１８０°クランクの場合、従来の単コンロッドクランク機構であれば隣合う気筒の平均ピストン頂面位置は、図１４ピストンストロークカーブの点線小カーブの様に変動し、上、下死点クランク角が１８０°なので上、下死点時は上、下死点中央位置（一点鎖線上）となり一次クランクバランスが取れるが、二分割コンロッドのクランク側をＬ形ヨークとした特許文献１の例では、下、上死点間に対し上、下死点間のクランク角が大きく差が５０〜７０°にもなり、実線の様に平均ピストン位置が大きく変動し、上死点及び上死点より１８０°回転時では中央位置からずれてしまい、吸気、膨張行程のクランク角を大きくとれるが、クランクバランスが悪く振動対策としてエンジン懸架ダンパにて対策できない場合はバランサが必要になったり、一軸クランクの対向ピストンエンジンではバランスが取れないので、二軸クランクを互いに逆転させる工夫が必要となり、エンジン幅、重量が増加する欠点があった。
対策として、シリンダ芯軸を可変制御アーム揺動軸芯とクランクジャーナル軸芯の間に配置すれば図１５の様に、最小、最大ストローク間での上死点位相変化が大きくなるが、限られた行程容積、圧縮比可変範囲で１８０°にできると共に、平均ピストン位置の波動を単コンロッドクランク並に抑えられ、下、上死点間に対する上、下死点間のクランク角差を最大２０°程度にまで抑えられるが零にはできない。又、Ｌ形ヨークの可変制御アーム連結軸芯を頂点とする内角角度と可変制御アーム連結軸芯の円弧状軌跡を選択することにより、限られた可変範囲でのシリンダ芯軸直角方向振れ幅の狭いコンロッド連結軸芯軌跡にでき更にピストン側圧を大幅低減できるが、幅のある軌跡となり可変制御アーム連結軸芯の軌跡の様な円弧の線状軌跡にはならない。

コンロッドを三分割しピストンロッド大端とコンロッド小端をアームにてそれぞれ円弧状にストロークさせ、コンロッド小端側のアーム揺動軸位置を固定、ピストンロッド大端側のアーム揺動軸位置を二次元的に可変すれば、比較的単純な構造にて前述の二分割コンロッドでは不可能な、行程容積、圧縮比可変範囲全域に亘り、上、下死点間と下、上死点間のクランク角を１８０°一定にできると共に、上死点及び下死点のクランク位相変化も無く、バルブタイミング合せのＶＶＴが不要で、常用域でのピストンロッド大端（クロスヘッド軸）の上死点側軌跡をシリンダ芯軸に近づけて沿わせることで、ピストン側圧が大幅低減し低メカロス化が図れるが、図１６の様に１８０°クランク四気筒エンジン時の平均ピストン位置の波動が単コンロッドクランク（点線）と同様なカーブとなり、上、下死点で上、下死点の平均ピストン位置となるが、上死点側に比べ下死点付近のピストンスピードが遅くなると共に、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブが上死点位相に対し非対称になってしまう為に波高が高くなり振動面で不利となっている。その原因は連稈比が小さい（実線時連稈比λ≒２．３、点線最小ストローク時λ≒３．８、点線最大ストローク時λ≒３．３）ことと、コンロッド小端及びピストンロッド大端のストローク軌跡の曲率が小さいことにあるが、コンロッド、コンロッドアーム、ピストンロッド大端揺動アームのアーム長を長くすることは、アーム強度及び揺動部重量増に伴う振動増加により限度があり大幅な改善は望めない。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたもので、ピストン側コンロッド（ピストンロッド）とクランク側コンロッド（コンロッド）及びそれらをクランクジャーナル軸直角方向に揺動自在に連接するリンク（連接リンク）とに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをワットリンク等のリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とするもので、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブが上死点位相に対し対称となりより振動低減できるものである。
第一実施形態は、ピストンロッド大端と連接リンクを連結するクロスヘッド軸を、軸両端に設けた円筒状回転体を直線又は直線に近い曲率の面状ガイドレールを有するガイドにて転動させてストロークさせ、コンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に可変制御するもので、円筒状回転体がクロスヘッドガイドの面状ガイドレールに沿って転動するコロガリ接触とすることで、連結部のアーム軸支部が摺動接触となるピストンロッド大端のストロークをアームにて規制しアームの揺動軸位置を二次元的に可変制御する方式に比べ大幅なメカロス低減が図れると共に、アームにて規制する方式では不可能な直線又は直線に近い曲率の選定が可能となり、ピストンロッド大端とコンロッド小端が下死点から上死点側にストロークする途中で、ピストンロッド大端とコンロッド小端の軌跡の間隔が広がらない位置関係にでき、連接リンクのシリンダ芯軸方向傾斜の逆転がなくなることで、ストローク途中における上死点側と下死点側とのピストンスピード差が低減され、ストロークの一部範囲を正弦カーブに近づけることができる。
第二実施形態は、クロスヘッド軸両端に設けた円筒状回転体を直線又は直線に近い曲率の面状ガイドレールを有するガイドにて転動させてストロークさせる方式から、クロスヘッド軸をアームにて円弧状に揺動させ、その揺動軸位置をシリンダ芯軸に対しクランク軸の反対側で二次元的に可変制御するもので、ストローク比は大きく出来なくなるが単純な構造にて小〜中ストローク域を正弦カーブに近づけることができる。
本発明は三分割コンロッドのコンロッド小端を、クランクジャーナル軸芯を通る線上を直線状にストロークさせることで、ピストンストローク可変範囲全域のストロークカーブを上、下死点位相に対し対称にできると共に、一部限定範囲ではあるがピストンストロークを近似正弦波にでき大幅な振動低減が図れることを最大の特徴とし、エンジン使用特性に合わせて行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変し、広い運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減が図れ、更にピストン上、下死点位置及び圧縮比範囲の制限、無電力での行程容積、圧縮比の固定、保持をも可能にする行程容積、圧縮比連続可変装置を提供するものである。

前述の課題を解決する為の請求項１の発明は、ピストンとクランクを連接するコンロッドを、ピストン側のピストンロッドとクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンクとに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とすることを特徴とする。

三分割コンロッドの採用で、コンロッド小端とピストンロッド大端のストロークを分離して決めることができ、コンロッド小端軸芯Ｓの軌跡により上、下死点位相を、ピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯Ｂの軌跡により行程容積、圧縮比を決められるが、コンロッド小端をアームにて円弧状にストロークさせる方式では、行程容積、圧縮比可変範囲全域に亘って、上、下死点位相及び上、下死点間と下、上死点間の角度を一定にでき、タイミング合せのＶＶＴが不要となると共に、上、下死点間角度を１８０°一定にできるが、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブが上死点位相に対し非対称となる欠点が残る。
本発明によるコンロッド小端ストロークをワットリンク等のリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とすることで、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブが上死点位相に対し対称となりより振動低減できる。

又、請求項２の発明は請求項１の発明において、コンロッド小端を３本のリンクの真中のリンク中央に回転自在に軸支、真中リンク両端部に揺動自在に軸支されたリンクの先端部をクランクケースに固定された揺動軸にて揺動自在に軸支し、３本のリンクをクランクジャーナル軸方向視にてＺ字形に形成すると共に、ピストンロッド大端下死点方向でシリンダ芯軸に近い側のリンク揺動軸を、コンロッド小端ストローク方向でクランクジャーナル軸芯に近い側に配置することを特徴とする。

クランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡でコンロッド小端をストロークさせるリンクを、揺動軸方向視にてＺ字形のワットリンクとすることで、チェビシフ、ポースリエ、ケンプ、ブリカード等のリンク機構に較べ単純なリンク構成で往復運動部重量を軽くできると共に、ピストンロッド大端下死点方向でシリンダ芯軸に近い側のリンク揺動軸を、コンロッド小端ストローク方向でクランクジャーナル軸芯に近い側に配置することにより生まれたリンクとシリンダ間のスペースにより、ピストンロッド大端上死点方向でシリンダ芯軸から遠い側を揺動軸とするリンクに邪魔されずに、連接リンクがコンロッド小端を軸に揺動できることでピストンロッド大端がストロークできると共に、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変する機構を配置でき、シリンダ高を低くクランクケースをコンパクトにできる。
第一実施形態（図１、２）では、コンロッド小端ストローク軌跡に対するクロスヘッド軸ストロークの位置、傾斜の可変及び固定を、静止リンクとなるクランクケースに対偶にて揺動自在とした二つの原動リンクに、対偶にて連結した二つの従動リンクの内のシリンダ側をクロスヘッド軸両端にベアリングを介して回転自在に軸支した円筒状の回転体の、外周両側を外径幅にて直線又は直線に近い曲率にて挟み込む平面状ガイドレールを有するクロスヘッドガイドとし、シリンダ側原動リンクとの対偶がクランク側に円弧状に揺動するに従ってシリンダ側に近づく方向に揺動する位置に原動リンクのクランクケースとの対偶を設け、最大ストロークから最小ストローク、低圧縮比から高圧縮比側に可変するに従って、クロスヘッドガイドがクランク側から離れシリンダ側に近づくようにし、クロスヘッドガイド下端部がクランクシャフトのカウンタウエイト外周と当らないようにすると共に、最小ストローク、最高圧縮比時においても回転体が平面状ガイドレールから外れることなくガイドするもので、原動リンクを静止リンクとなるクランクケースにクランク軸に平行に配置した対偶となるシャフトに固定し、二本のシャフトを別々のモータ及び駆動力伝達機構にて別々に自在に揺動を制御することで、原動リンクの相対位相を変えつつ揺動させ二つの従動リンクのＶ字角を自在に可変することで、シリンダ側従動リンクであるクロスヘッドガイドのコンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に広範囲に可変可能とし、行程容積、圧縮比可変範囲を広範囲に可変可能にする５節リンク機構をリンクとシリンダ間のスペースに配置している。
第二実施形態（図１１）においても、ピストンロッド大端を円弧状にストロークさせる可変制御アームの揺動軸位置を二次元的に可変し、行程容積、圧縮比可変範囲を可変可能にする５節リンク機構を、リンクとシリンダ間のスペースに配置することで、シリンダ高を低くクランクケースをコンパクトにできている。
両実施形態共、駆動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構を設けることにより、無電力にてクロスヘッドガイドの位置固定、保持を可能とし、行程容積、圧縮比の固定、保持時の省電力化を図っている。

又、請求項３の発明は請求項１の発明において、ピストンロッド大端と連接リンクを連結するクロスヘッド軸の両端に回転自在に軸支した円筒状の回転体を、面状ガイドレールにて外周両側を挟み込み転動ストロークさせて、クロスヘッド軸のストローク軌跡を直線又は直線に近い曲率に規制するクロスヘッドガイドの、コンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に可変制御することを特徴とする。

ピストンロッド大端のストロークをアームにて規制、制御する方式では、アーム強度及び揺動部重量増に伴う振動増加により揺動アーム長を長くすることに限界があるが、面状ガイドレールであれば曲率を幾ら大きくしても重量増加を伴わないので直線にすることも可能となり、更にピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯Ｂの軌跡を単一の曲線又は直線ではなく複雑な曲線とし、ピストンストロークを任意なカーブに設定することも可能となる。
第一実施形態（図１、２）の様に、クランクジャーナル軸芯Ｏ（以下軸芯Ｏ）を通る線Ｙ’（以下Ｙ’線）上にコンロッド小端の上死点時軸芯Ｓｔと下死点時軸芯Ｓｂを配置しワットリンクにより直線状にストロークさせることで、図１７のピストンストロークカーブの様に上、下死点間角度を１８０°、下、上死点間と上、下死点間を上死点位相に対し対称にできる。本実施例ではシリンダ芯軸Ｙ（以下Ｙ軸）に対するＹ’線の角度αを４５°に、クロスヘッドガイドによるピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯Ｂの軌跡を、中心が軸芯Ｏに対しＹ軸の反対側でクランク半径ｒの３３．３倍の曲率半径Ｒとしており、四気筒１８０°クランク時の平均ピストン頂面カーブが最小ストロークでは従来の単コンロッドクランク並だが、最大ストロークではストロークカーブが一点鎖線の正弦波にかなり近づき、単コンロッドクランクより大幅に平均ピストン頂面カーブの波高を低くでき振動低減できており、中間ストロークでも図１８の様に波高が単コンロッドクランクの半減付近まで低く抑えられている。
軸芯Ｂの軌跡を直線とすれば図１９の様に最小ストローク側は殆ど変化しないが、最大ストロークでは略正弦波となり四気筒１８０°クランク時の平均ピストン頂面カーブが略直線となり大幅な振動低減となる。但し、ピストンロッド側は略正弦波となることで非常に良いバランスにできるが、コンロッド側は単コンロッドクランク機構であるので従来の四気筒同様に一次バランスはとれるが二次以降のアンバランスは残る。
又、図１７の連稈比２．５に対し軸芯Ｂ軌跡の曲率半径を変えずに連稈比を３に変えれば、図２０の様に最大ストロークを図１９並の略正弦波にできると共に、最小ストローク側の波高も単コンロッドクランクより低減できる。
又、Ｙ’線の角度αを５０°にすれば、図１７の連稈比、軸芯Ｂ軌跡の曲率半径のままでも、図２１の様に最小ストローク側の波高低減は図２０より少ないが最大ストロークは図２０並の略正弦波にできる。
更に、αを５０°、連稈比３、軸芯Ｂ軌跡を直線にすれば、図２２の様に最大ストローク側で下死点位相に対する下死点側のストロークカーブの幅が正弦波より狭くなってしまうが、図２３の様に中間ストロークで略正弦波とすることができると共に、最小ストロークでの平均ピストン頂面カーブの波高をより低くできるので、小ストローク側を常用域としたエンジンの振動低減が可能となる。
上述の様に、Ｙ’線の角度α、軸芯Ｂの軌跡及びコンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜等を選択することにより希望する一部範囲のピストンストロークを正弦波に近づけることが可能となり、一部範囲を常用域とすることにより振動低減できる。

又、請求項４の発明は請求項１の発明において、ピストンロッド大端を円弧状にストロークさせるアームの揺動軸を、クランクジャーナル軸方向視にてシリンダ芯軸に対しクランクジャーナル軸の反対側で、二次元的に可変制御することを特徴とする。

ピストンロッド大端のストローク規制を第一実施形態の様にクロスヘッドガイドにて行う方式では、ストローク軌跡を任意に設定できピストンストロークカーブの設定自由度大でメカロスも低減できるが、機構が複雑でコスト面で不利となる欠点がある。
第二実施形態の様に、ピストンロッド大端を一本の可変制御アームにて円弧状にストロークさせれば機構が単純となりコスト面で有利となる。
しかし、ピストンロッド大端に対しコンロッド小端側で可変制御アームの揺動軸を二次元的に可変させるレイアウトでは、ピストンロッド大端の可変制御アームによる円弧軌跡と、コンロッド小端を揺動軸とする連接リンクによるピストンロッド大端の円弧軌跡の凸形状の向きが同方向となり、最大ストロークでの両円弧の交点を思案点近くに設定できるので、最大ストローク即ちストローク比を大きくできる利点があるが、上死点から中間ストロークまでに比べ中間ストロークから下死点までのピストンスピードが遅くなり、従来の単コンロッドクランクより振動面で劣ってしまうが、第二実施形態の様に、ピストンロッド大端に対しコンロッド小端の反対側で可変制御アームの揺動軸を二次元的に可変させるレイアウトにすれば、ピストンロッド大端の連接リンクによる円弧軌跡と可変制御アームによる円弧軌跡の凸形状の向きが逆向きとなり、思案点を発生させない為に両円弧の交点を二ヵ所とし小ストローク側を採用する必要がある為に最大ストロークを大きくできなくなるが、下死点から中間ストロークまでの連結アームの立ち上がりが速くなりピストンスピードが上がるので、図１１〜１３の様に単純な構造でも図２４、２５の様なピストンストロークカーブを実現できる。

本発明により、ピストンとクランクを連接するコンロッドを、ピストン側のピストンロッドとクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンクとに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変制御するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とすることで、行程容積、圧縮比可変範囲全域に亘り、上、下死点間と下、上死点間のクランク角を１８０°一定に、上死点及び下死点のクランク位相変化も無く、バルブタイミング合せのＶＶＴが不要で、常用域でのピストンロッド大端（クロスヘッド軸）の上死点側軌跡をシリンダ芯軸に近づけて沿わせることで、ピストン側圧が大幅低減し低メカロス化が図れると共に、下、上死点間と上、下死点間のストロークカーブを上死点位相に対し対称にでき、二分割コンロッド方式より大幅に振動低減できる。
更に、ピストンロッド大端のストロークをクロスヘッド軸に回転自在に軸支した円筒状の回転体をクロスヘッドガイドの面状ガイドレールに沿って転動させコロガリ接触とすることで低メカロス化が図れると共に、アームにて規制する方式では不可能な直線又は直線に近い曲率の選定が可能となり、ピストンロッド大端とコンロッド小端が下死点から上死点側にストロークする途中で、ピストンロッド大端とコンロッド小端の軌跡の間隔が広がらない位置関係にでき、連接リンクのシリンダ芯軸方向傾斜の逆転がなくなることで、ストローク途中における上死点側と下死点側とのピストンスピード差が低減され、ストロークの一部範囲を正弦カーブに近づけることができる。
又、クロスヘッドガイドの面状ガイドレールにてクロスヘッド軸を直線又は直線に近い曲率で転動ストロークさせる方式では無く、クロスヘッド軸を一本アームにて円弧状に揺動させ、その揺動軸位置をピストンロッド大端に対しコンロッド小端の反対側で二次元的に可変制御する方式でも、ストローク比は大きく出来なくなるが単純、安価な構造にて小〜中ストローク域を正弦カーブに近づけることができ、二分割コンロッド方式より大幅に振動低減が図れるもので、エンジン使用特性に合わせて行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変し、広い運転領域で熱効率向上、ポンピングロス低減が図れ、更にピストン上、下死点位置及び圧縮比範囲の制限、無電力での行程容積、圧縮比の固定、保持をも可能にする行程容積、圧縮比連続可変装置を提供するものである。

本発明による行程容積、圧縮比連続可変装置は、自動車、船舶、船外機等に搭載される各種ガソリン、ディーゼル、ＨＣＣＩエンジン等の動力装置に適用可能であり、以下図面にて実施例を詳細説明する。

ピストンとクランクを連接するコンロッドを、ピストン側のピストンロッドとクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンクとに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とし、エンジン使用特性に合わせて行程容積を連続無段階可変すると共に、圧縮比を行程容積に合せて設定、又は随時任意に連続無段階可変するもので、クランク機構１０、行程容積、圧縮比可変機構２０、行程容積、圧縮比制御機構３０を含む。第二実施形態については第一実施形態と異なる行程容積、圧縮比可変機構についてのみ記述する。

クランク機構１０は、四気筒１８０°位相クランクのクランクシャフト１５が、アッパ、ロアクランクケース２、３に半割のジャーナルメタル軸受１５−１によりジャーナル軸１５ｂにて回転自在に軸支され、クランクケースのジャーナル軸受部両側側面とカウンタウエイト部１５ｗ及び変速機係合ボス部１５ｃの側面間に、半割シム１５−２を挿入し厚さを調整することで適正隙間にて軸方向規制されており、反対側のクランクシャフト段付軸に、カムシャフト、オイルポンプに動力を伝達するカムシャフトドライブスプロケット１５ｄ、オイルポンプドライブスプロケット１５ｅが設けられている。図１、２に於いて本実施例ではシリンダ方向（時計回り）に回転させているが、可変ストローク全域に亘って上死点及び下死点のクランク位相が変化せず、上、下死点間と下、上死点間のクランク角を１８０°一定にできるので、反時計回りにすることも可能である。（図１〜３参照）

コンロッド１３の大端に半割のコンロッドメタル軸受１３−２、コンロッドキャップ１３−１をボルト１３−３にて締結することでクランクピン穴を形成し、クランクピン軸１５ａにコンロッドをクランクジャーナル軸方向規制、回転自在に軸支している。
軸方向でコの字状に二股に分けたコンロッド小端の穴に両端部を圧入固定されたコンロッド小端軸１７−１に、軸方向中央に中間リンク１９その両側に連接リンク１７がコンロッド小端内側面に挟まれて軸方向規制されると共に回転自在に軸支されている。
中間リンクのコンロッド小端軸穴芯を通る線上の同スパン位置で小端軸穴の両側に設けた穴にて、軸方向にコの字状に二股に分けられたアッパ、ロアコンロッドリンク１８Ｕ、１８Ｌの先端穴に、両端部を圧入固定されたリンクピン１９−１を軸に両コンロッドリンクを回転自在に軸支すると共に、先端穴ボス部の内側面部にて中間リンクを挟み込むことで中間リンクに対し両コンロッドリンクを軸方向規制している。
コンロッド小端ストローク範囲を直線運動にする為に、アッパ、ロアコンロッドリンクのアームを同長とすると共に、中間リンクのコンロッド小端穴とリンクピン圧入穴のスパンを略クランク半径ｒとし、アッパ、ロアコンロッドリンクの揺動軸位置をコンロッド小端ストローク軌跡である軸芯Ｏを通るＹ’線に対し直角方向で同スパンとし、ピストンロッド大端下死点方向でＹ軸に近い側のコンロッドリンク揺動軸１８−１はＹ’線方向で軸芯Ｏに近い側に、ピストンロッド大端上死点方向でＹ軸から遠い側のコンロッドリンク揺動軸はＹ’線方向で軸芯Ｏに遠い側に配置し揺動軸方向視Ｚ字形に配置することで、コンロッド小端のＹ’線上での直線ストロークを可能にすると共に、コンロッド小端を軸に連接リンクがアッパコンロッドリンクに邪魔されることなく揺動可能としピストンロッド大端のストロークを可能としつつ、シリンダとロアコンロッドリンクの空いたスペースに行程容積、圧縮比可変機構２０を配置しており、両コンロッドリンクはその揺動軸穴ボス両端面をクランクケースボス部端面にて軸方向規制されつつコンロッドリンク揺動軸にて揺動自在に軸支されている。
コンロッドリンク揺動軸は、アッパ、ロアクランクケースの軸穴の変速機室側端部にプラグ２−１を圧入し液封すると共に、もう一方の軸穴端部に設けた溝にサークリップ１８−２を嵌めコンロッドアーム揺動軸両側面を挟み込むことで抜け止めし、中心穴をオイル通路としクランクケースのオイルギャラリより供給されるオイルによりコンロッドアームの揺動軸穴部を潤滑する為に、変速機室の反対側中心穴端部にはプラグ１８−３を圧入し液封している。
コンロッドリンクの揺動軸方向視アーム形状は、アッパ側は揺動時におけるピストンロッド大端との接触を避け、ロア側も揺動時におけるコンロッド大端との接触を避けつつリンクピンを大端に近づけて配置し連接リンクスパンを短くできる様にする為に、近接する側を逃げた形状しており、本実施例では向きを逆にすることで共通部品としている。（図１〜４参照）

常用域でのピストン側圧を最大限低減すると共に、可変範囲内でのＹ軸直角方向変位幅を狭くしピストン側圧を低減する目的で、常用域付近のピストンロッド大端上死点時位置を通り、可変範囲の大端軌跡を振分けて通る様に、軸芯Ｏに対しオフセットして配置したシリンダ１に、ピストン１１がストローク自在に挿入され、クランクジャーナル軸に平行に配置したピストンピン１１−１にピストンロッド１２が揺動自在に軸支されその大端部は、中間リンクを挟みコンロッド小端軸に揺動自在に軸支された一対の連接リンクの他端の穴に圧入固定された、クロスヘッド軸１２−１の中央部に連接リンクに挟まれて軸方向規制され揺動自在に軸支されている。連接リンクの両外側のクロスヘッド軸の段付軸にベアリング１２−４を介して円筒状の回転体１２−３が回転自在に軸支され、それらの端面をクロスヘッド軸及び連接リンクの側面とクロスヘッドガイド１４にて挟み大端をストロークさせることで脱落を防止している。
連接リンクをクロスヘッド軸及びコンロッド小端軸に回転自在に軸支することで、ピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯Ｂ及びコンロッド小端軸芯Ｓのストローク軌跡の間隔変化に応じて自在に連接リンクの傾斜が変化し、ピストンロッド大端（クロスヘッド軸）とコンロッド小端の相対位置が固定されず動きが連動しないので、可変範囲全域に亘って上死点及び下死点のクランク位相が変化せず、上、下死点間と下、上死点間のクランク角も１８０°一定にできる。
尚、コンロッド大端、連接リンク、中間リンク、ピストンロッド大端及びクロスヘッド軸両端の回転体軸支部は、コンロッド、コンロッド小端軸、連接リンク、中間リンク、クロスヘッド軸に設けられたオイル通路により、オイルギャラリよりクランクのオイル通路を経由して供給されるオイルにて潤滑されている（図１〜３参照）

第一実施形態での行程容積、圧縮比可変機構２０は、５節リンク機構のシリンダ側の従動リンクをクロスヘッドガイドとし、その面状ガイドレールにてクロスヘッド軸両端の回転体の外周両側を挟み込み、直線又は直線に近い曲率でクロスヘッド軸つまりはピストンロッド大端をストロークさせ、コンロッド小端直線状軌跡に対するクロスヘッドガイドの位置、傾斜の可変及び固定、保持をして行程容積、圧縮比可変を行うもので、ロア原動リンク２１Ｌの対偶であるロア可変シャフト２３Ｌの軸芯を、軸芯Ｏを通りＹ軸に直角なＸ軸上でクランクジャーナル軸に平行に配置しアッパ、ロアクランクケース合せ面とし、ノックスクリュ２１−１の頭部四角柱に工具を挿入して回し、先端ネジ部をロア原動リンクネジ穴の適切な軸方向位置へ仮組後にボルト２１−３を締付け、その後に四角柱にてノックスクリュの回り止めをしつつナット２１−２を締付けて弛み止めをして、ロア原動リンクの位相及び軸方向位置を決めロア可変シャフトと共に揺動自在としている。一方アッパ原動リンク２１Ｕは、クランクジャーナル軸に平行にあけられたアッパクランクケースのシャフト穴に回転自在に挿入された対偶であるアッパ可変シャフト２３Ｕにロア原動リンクと同じ方法で組付けし、アッパ可変シャフトと共に揺動自在としている。円筒状の回転体の外周両側を外径幅一定にて直線又は直線に近い曲率にて挟み込むクロスヘッドガイドの両側の面状ガイドレールはコの字状断面として連結一体化すると共に、クロスヘッド軸を軸方向両側に設けたクロスヘッドガイドのクランク側、シリンダ側二ヵ所にガイド連結ピン１４−１を圧入することで左右一体化させ剛性、強度を確保している。
（図１〜３、５、６参照）

アッパ原動リンクは、ガイド連結ピンで連結した両側のクロスヘッドガイドのガイド連結ピン圧入穴ボス側面にて原動リンク先端ボス部両外側面を挟み込むことで軸方向規制され、ガイド連結ピンを対偶としクロスヘッドガイドに対し揺動自在に軸支されている。ロア従動リンク２２Ｌは、コの字状アームの片方先端部両側内側面にてロア原動リンク先端ボス部両外側面を挟み込むことで軸方向規制され、両側アーム部の穴に圧入固定されたロアリンクピン２４Ｌを対偶としロア原動リンクに対し揺動自在に軸支されると共に、もう一方の先端部は外側面をガイド連結ピンで連結した両側のクロスヘッドガイドのガイド連結ピン圧入穴ボス側面にて挟み込むことで軸方向規制され、ガイド連結ピンを対偶としクロスヘッドガイドに対し揺動自在に軸支されている。
（図１〜３、５、６参照）

クロスヘッド軸のガイドをシリンダ側従動リンクに設けロア従動リンクとを対偶にて連結し、それらを対偶にて連結したアッパ、ロア原動リンクを、静止リンクとなるクランクケースにクランク軸に平行に配置した対偶となるアッパ、ロア可変シャフトに固定し、二本のシャフトを別々のモータ及び駆動力伝達機構にて別々に自在に揺動を制御することで、アッパ、ロア原動リンクの相対位相を変えつつ揺動させシリンダ側従動リンクであるクロスヘッドガイドのコンロッド小端円弧状軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に広範囲に可変し、行程容積、圧縮比可変範囲を広範囲に可変可能としている。尚、全行程容積、圧縮比可変範囲で静止リンク以外の対偶に対するリンク、アームのＶ字角が直線に近づき思案点が発生しないレイアウトにする必要がある。

第一実施形態での行程容積、圧縮比制御機構３０は、クロスヘッドガイド位置、傾斜の可変及び固定、保持を行う５節リンク機構の、アッパ、ロア原動リンクの対偶であるアッパ、ロア可変シャフトを揺動させるアッパ、ロア可変アーム３７Ｕ、３７Ｌを、アッパ、ロア可変シャフト軸方向で変速機室の反対側となるカムチェーン室に配置し、アッパ、ロア可変シャフトにノックスクリュ３７−１にて位相及び軸方向位置を決め、ノックスクリュの先端ネジ部をアッパ、ロア可変アームネジ穴の適切な軸方向位置に仮組後にボルト３７−３を締付け、その後にナット３７−２を締付け弛み止めし、アッパ、ロア可変シャフトと共に揺動自在としている。アッパ、ロア可変アームのアッパ、ロア可変シャフトへの取付ボス部側面とアッパ、ロア可変シャフトの軸端面を、クランクケースのアッパ、ロア可変シャフト挿入穴端面とカムチェーンカバー４の合せ面とで挟み込みアッパ、ロア可変シャフトの軸方向を規制している。
（図５〜７参照）

ジョイント３５は、アッパ、ロア可変アームの先端穴に回転自在に挿入され両端に段付軸を有するジョイントピン３６と、アッパ、ロア雄送りネジ３４Ｕ、３４Ｌのジョイントホルダ部３４Ｕａ、３４Ｌａの穴に、回転自在に挿入されたジョイントピン３６の両側段付軸に、アッパ、ロア可変アーム先端及びアッパ、ロア雄送りネジのジョイントホルダ部両側面部を挟み込むように圧入されており、アッパ、ロア可変アーム及びアッパ、ロア雄送りネジに対し、ジョイントをジョイントピン軸方向規制、揺動自在に軸支すると共に、アッパ、ロア雄送りネジの軸直角方向を規制し、ジョイントホルダ部が雌ネジから離れた時の倒れを防止すると共に、雄ネジの回転を止めて雌ネジの回転により雄ネジが雌ネジに対し軸方向に出入りすることで、アッパ、ロア可変アームを揺動している。アッパ雄送りネジに噛合い、軸方向規制、回転自在に制御モータホルダ３２に軸支されることで、雄送りネジを軸方向に出し入れするアッパ雌送りネジ３３Ｕは、Ｙ軸に直角に設けた制御モータホルダの穴に回転自在に挿入され、軸端に設けられたドリブンギヤ部３３Ｕａのギヤ部両側面を、Ｙ軸に平行なアッパクランクケースの制御モータホルダとの合せ面と、液体ガスケットにて液封しノックピン３２−２にて位置決めしボルト３１−１、３２−１にて固定された、制御モータホルダのアッパ雌送りネジの穴端面にて軸方向規制している。
又、ロア雄送りネジに噛合い、軸方向規制、回転自在に制御モータホルダに軸支されることで、雄送りネジを軸方向に出し入れするロア雌送りネジ３３Ｌは、Ｙ軸に直角に設けた制御モータホルダの穴に回転自在に挿入され、軸端に設けられたドリブンギヤ部３３Ｌａのギヤ部両側面を、Ｙ軸に平行な制御モータホルダのアッパクランクケースとの合せ面と、アッパクランクケースのロア雄送りネジ逃げ穴の端面にて軸方向規制している。（図７〜１０参照）

制御モータホルダとアッパクランクケースとの合せ面を、クランクケースのコンパクト化を図る為にできる限り可変シャフト側に設けており、最大行程容積、最低圧縮比時のアッパ、ロア雄送りネジとの当りを避けて突起した制御モータホルダのカバー部と、回転軸を送りネジの軸に平行に配置したアッパ、ロア制御モータ３１Ｕ、３１Ｌとの接触を避ける為に、制御モータのドライブピニオンギヤ部３１Ｕａ、３１Ｌａとアッパ、ロア雌送りネジのドリブンギヤとの間に、アッパクランクケース及び制御モータホルダに設けた穴にて回転自在に軸支すると共に、穴の端面にて軸方向を規制した送りネジアイドルギヤ３３ｉを設け、アッパ雌送りネジとアッパ、ロア制御モータの軸間を広げている。アッパ、ロア制御モータはＯリング３１−２にて液封しボルト３１−１にて制御モータホルダと共にアッパクランクケースに固定されており、制御モータホルダの一部はボルト３２−１にてアッパクランクケースに固定されている。
（図８〜１０参照）

アッパ、ロア制御モータの正逆回転によるアッパ、ロア雄送りネジの前後進により、アッパ、ロア可変シャフトに固定されたアッパ、ロア可変アームが、気筒毎にアッパ、ロア可変シャフトに固定されたアッパ、ロア原動リンクを、相対位相を変えつつ揺動させて位相を変え、クロスヘッドガイドのコンロッド小端直線状軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に広範囲に可変しており、アッパ原動リンクの位相を変え先端のガイド連結ピンにて連結されたシリンダ側クロスヘッドガイドの、主にＹ軸直角（Ｘ軸）方向位置を変えることによりピストン上死点高さが変化し主に圧縮比を可変し、ロア原動リンクの位相を変えロア従動リンク両先端の対偶にて連接されたクランク側クロスヘッドガイドの、主にＹ軸直角（Ｘ軸）方向位置を変えることによりピストン下死点高さが変化し主にピストンストロークを可変している。
アッパ、ロア可変シャフトの変速機室側ジャーナル軸側部ケースにはプラグ２−２を圧入して液封し、軸方向反対側先端中心穴部には−溝付軸２３−１が圧入されており、−溝にカムチェーンカバーにＯリング４６−２にて液封しボルト４６−１にて締結された、アッパ、ロア可変シャフト位相検知センサ４６Ｕ、４６Ｌの−突起を臨ませて、アッパ、ロア可変シャフトの位相及び位相差を検知することでクロスヘッドガイドのコンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を求めて行程容積及び圧縮比を制御している。
（図１、２、５、６参照）

本発明案では、制御モータと行程容積、圧縮比可変機構の動力伝達機構の一部に非可逆伝達機構である送りネジを設けることで、無電力にて行程容積、圧縮比を一定保持できるので電力消費を抑え燃料消費を低減できる。
送りネジとしては、台形ネジ、角ネジ、鋸歯ネジ等が考えられるが、ネジ部を確実な非可逆伝動とする為には、ネジリード角を使用材質の動摩擦係数以下にするのが良く、最低限静摩擦係数以下にする必要がある。

第二実施形態は、ピストンロッド大端ストローク可変を、クロスヘッドガイドにて行う第一実施形態の方式から、一本の可変制御アームにて行う単純な機構にてピストンストロークカーブを小、中ストローク側で正弦波に近づけることを目的とするもので、行程容積、圧縮比制御機構はレイアウトが異なるが同様機構ゆえ記述を省略し、行程容積、圧縮比可変機構についてのみ記述する。

第一実施形態と同様に、常用域でのピストン側圧を最大限低減すると共に、可変範囲内でのＹ軸直角方向変位幅を狭くしピストン側圧を低減する目的で、常用域付近のピストンロッド大端上死点時位置を通り、可変範囲の大端軌跡を振分けて通る様に、軸芯Ｏに対しオフセットして配置したシリンダ１に、ピストン１１がストローク自在に挿入され、クランクジャーナル軸に平行に配置したピストンピン１１−１にピストンロッド１２が揺動自在に軸支されその大端部は、その両外側の連接リンク１７と共に、クロスヘッド軸１２−１の両端に圧入固定された一対の薄板状の可変制御アーム１４にて軸方向規制され、クロスヘッド軸にて揺動自在に軸支されている。
ピストンロッド大端の動きを規制する可変制御アームを、可変制御アーム揺動軸にて軸支し揺動させることで、ピストンロッド大端を主にＹ軸方向に円弧状に揺動させＸ軸方向変位を低減しピストン往復運動をクランク回転運動に変換するもので、可変制御アーム揺動軸の位置をピストンロッド大端に対しコンロッド小端の反対側で二次元的に可変制御することで、エンジン使用特性に合わせてＹ軸に対するピストンロッド大端軌跡のＸ軸方向変位幅を小さく抑え、ピストンスラップによる側圧を大幅に低減でき低メカロス化が図れ、ストローク比は大きく採れないが単純、安価な構造にて小〜中ストローク域を正弦カーブに近づけることができ、二分割コンロッド方式より大幅に振動低減が図れる。
尚、コンロッド大端、連接リンク、中間リンク及びピストンロッド大端の軸支部はコンロッド、コンロッド小端軸、連接リンク、中間リンク、クロスヘッド軸に設けられたオイル通路によりオイルギャラリよりクランクのオイル通路を経由して供給されるオイルにて潤滑されている（図１１〜１３参照）

行程容積、圧縮比可変機構２０は、ピストンロッド大端のストロークを可変する可変制御アーム揺動軸の位置可変及び固定を５節リンク機構にて行うもので、アッパ、ロアクランクケース合せ面上にアッパ、ロア原動リンク２１Ｕ、２１Ｌの対偶であるアッパ、ロア可変シャフト２３Ｕ、２３Ｌの軸芯を配置すると共に軸をクランクジャーナル軸に平行に配置、ノックスクリュ２１−１の頭部四角柱に工具を挿入して回し先端ネジ部をアッパ、ロア原動リンクネジ穴の適切な軸方向位置へ仮組後にボルト２１−３を締付け、その後に四角柱にてノックスクリュの回り止めをしつつナット２１−２を締付けて弛み止めをして、アッパ、ロア原動リンクの位相及び軸方向位置を決めアッパ、ロア可変シャフトと共に揺動自在としている。（図１１〜１３参照）

ロア従動リンク２２Ｌは、片方先端部をロア原動リンク先端両側ボス部の内側側面にて軸方向規制され、両側ボス部の穴に圧入固定されたロアリンクピン２４Ｌを対偶としロア原動リンクに対し揺動自在に軸支されると共に、もう一方の先端部には両側に一対のアッパ従動リンク２２Ｕを回転自在に軸支した可変制御アーム揺動軸１６が回転自在に軸支され、それらを挟み込むように可変制御アーム揺動軸の両端に圧入固定された可変制御アームにて軸方向規制されている。
又、ロア可変シャフト、ロア原動リンク、ロアリンクピン、ロア従動リンク、可変制御アーム揺動軸にオイル通路を設け、オイルギャラリよりロア可変シャフト中心オイル通路へ供給されるオイルにて圧入部以外の軸受部を潤滑している。
一対のアッパ従動リンクは、アッパ原動リンク先端ボス部の穴に回転自在に挿入されたアッパリンクピン２４Ｕの両端に圧入され、アッパ原動リンク先端両側ボス部を挟み込むことでアッパ原動リンクに対し軸方向規制、揺動自在に軸支されている。
（図１１〜１３参照）

可変制御アーム揺動軸をアッパ、ロア従動リンクにてクランク軸方向視Ｖ字状に軸支し、Ｖ字先端部をアッパ、ロアリンクピンの対偶にて連結したアッパ、ロア原動リンクを、静止リンクとなるクランクケースにクランク軸に平行に配置した対偶となるアッパ、ロア可変シャフトに固定し、二本のシャフトを別々のモータ及び駆動力伝達機構にて別々に自在に揺動を制御することで、アッパ、ロア原動リンクの相対位相を変えつつ揺動させアッパ、ロア従動リンクのＶ字角を自在に可変しつつ、アッパ、ロア従動リンクの対偶である可変制御アーム揺動軸の位置を二次元的に広範囲に可変し、行程容積、圧縮比可変範囲を広範囲に可変可能としている。（図１１〜１３参照）
尚、全行程容積、圧縮比可変範囲にてアッパ、ロアリンクピン及び可変制御アーム揺動軸の対偶に対するリンクのＶ字角は直線に近づき死点（思案点）が発生しないレイアウトにする必要がある。

以下本実施例は、最少行程容積、最高圧縮比時及び最大行程容積、最低圧縮比時に於ける行程容積、圧縮比連続可変装置が収まるクランクケースブロック部にて主に説明し、動弁カムチェーン関係及びオイルポンプ、補機類は図示、説明共に省略する。
本実施例で説明する行程容積、圧縮比連続可変装置は１８０°クランク四気筒である。
図１は本実施例に係る行程容積、圧縮比連続可変装置に於いて、上死点時の最高圧縮比、最小行程容積（最小ピストンストローク）時を、図２は上死点時の最低圧縮比、最大行程容積（最大ピストンストローク）時を示し、二点鎖線は下死点時を示す。
図３はピストンからクランクジャーナル軸芯まで三分割したコンロッドの連結部軸芯を通る断面を示している。又、各図では必要に応じて一部図面化を省略している。
尚、本発明は四気筒に限らず単気筒から多気筒まで採用可能である。

第一実施形態の最高圧縮比（圧縮比１８）、最小行程容積時上死点を示す断面図（図３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。 第一実施形態の最低圧縮比（圧縮比１０）、最大行程容積時上死点を示す断面図（図３のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 図５のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 図７のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。 図８のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。 図８のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。 第二実施形態の最高圧縮比（圧縮比１８）、最小行程容積時上死点を示す断面図（図３のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当）である。実線が最高圧縮比、最小行程容積時、二点鎖線が最低圧縮比、最大行程容積時の可変制御アームの揺動範囲（扇形状）及び同一圧縮比での最小〜最大行程容積可変時の揺動軸芯軌跡（揺動軸芯を通る円孤状軌跡）を示す。 図１１のＫ−Ｋ線に沿う断面図である。 図１１のＬ−Ｌ線に沿う断面図である。 二分割コンロッド（特許文献１）のピストンストローク例である。クランク位相はシリンダ芯軸に平行な線からの時計回り角度を、ピストン頂面位置はクランクジャーナル軸芯からの高さを示す。細線が最小、太線が最大ストローク時を示し、点線が従来の単コンロッドクランクとした時を示す。縦細線が最小ストローク、縦太線が最大ストローク時の上死点位相を示し、一点鎖線横線は上、下死点の平均ピストン頂面高さを、横線付近の小カーブは１８０°クランク時の平均ピストン頂面カーブを示す。 特許文献１に対しシリンダ芯軸を可変制御アーム揺動軸芯とクランクジャーナル軸芯の間に配置変更した場合のストローク例である。 コンロッドを三分割しピストンロッド大端とコンロッド小端をアームにてそれぞれ円弧状にストロークさせ、コンロッド小端のアーム揺動軸位置を固定、ピストンロッド大端のアーム揺動軸位置をコンロッド小端アーム揺動軸位置側で二次元的に可変した場合のストローク例である。 第一実施形態において、α＝４５°、軸芯Ｂ軌跡の中心が軸芯Ｏに対しＹ軸の反対側でクランク半径ｒの３３．３倍の曲率半径Ｒとなるクロスヘッドガイド位置を二次元的に可変制御した時のストロークカーブ例である。以下、クランク位相はＹ’線からの時計回り角度を、ピストン頂面位置はＸ軸からの高さを示す。細線が圧縮比１８最小ストローク、太線が圧縮比１０最大ストローク時を示し、点線が従来の単コンロッドクランク、一点鎖線は正弦波でのストロークを示す。縦太線は上死点位相を示し、小カーブは二気筒１８０°クランクの平均ピストン頂面カーブを示す。 図１７例の中間ストロークカーブを示す。 図１７例において、軸芯Ｂ軌跡を直線に変えたストロークカーブを示す。 図１７例において、連稈比２．５を３に変えたストロークカーブを示す。 図１７例において、αを５０°に変えたストロークカーブを示す。 図１７例に対し、αを５０°、連稈比３、軸芯Ｂ軌跡を直線に変えたストロークカーブを示す。 図２２例の中間ストロークカーブを示す。 ピストンロッド大端に対しコンロッド小端の反対側で可変制御アームの揺動軸を二次元的に可変させる第二実施形態のストロークカーブ例である。 図２４例の中間ストロークカーブを示す。

１ シリンダ
１−１ シリンダガスケット
２ アッパクランクケース
２−１，２ プラグ
３ ロアクランクケース
４ カムチェーンカバー
４−１ カムチェーンカバーガスケット
１０ クランク機構
１１ ピストン
１１−１ ピストンピン
１１−２ サークリップ
１２ ピストンロッド
１２−１ クロスヘッド軸
１２−２ プラグ
１２−３ 回転体
１２−４ ベアリング
１３ コンロッド
１３−１ コンロッドキャップ
１３−２ コンロッドメタル軸受
１３−３ ボルト
１４ クロスヘッドガイド（可変制御アーム）
１４−１ ガイド連結ピン
１５ クランクシャフト １５ａ クランクピン軸
１５ｂ ジャーナル軸
１５ｗ カウンタウエイト部
１５ｃ 変速機係合ボス部
１５ｄ カムシャフトドライブスプロケット
１５ｅ オイルポンプドライブスプロケット
１５−１ ジャーナルメタル軸受
１５−２ 半割シム
１５−３ オイルシール
１５−４ プラグ
１６ 可変制御アーム揺動軸
１６−１ プラグ
１７ 連接リンク
１７−１ コンロッド小端軸
１７−２ プラグ
１８（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）コンロッドリンク
１８−１ コンロッドリンク揺動軸
１８−２ サークリップ
１８−３ プラグ
１９ 中間リンク
１９−１ リンクピン
１９−２ プラグ
２０ 行程容積、圧縮比可変機構
２１（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）原動リンク
２１−１ ノックスクリュ
２１−２ ナット
２１−３ ボルト
２２（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）従動リンク
２３（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）可変シャフト
２３−１ −溝付軸
２４（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）リンクピン
２４−１ プラグ
３０ 行程容積、圧縮比制御機構
３１（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）制御モータ ３１（Ｕａ，Ｌａ）ドライブピニオンギヤ部
３１−１ ボルト
３１−２ Ｏリング
３２ 制御モータホルダ
３２−１ ボルト
３２−２ ノックピン
３３（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）雌送りネジ ３３（Ｕａ，Ｌａ）ドリブンギヤ部
３３ｉ 送りネジアイドルギヤ
３４（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）雄送りネジ ３４（Ｕａ，Ｌａ）ジョイントホルダ部
３５ ジョイント
３６ ジョイントピン
３７（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）可変アーム
３７−１ ノックスクリュ
３７−２ ナット
３７−３ ボルト
４６（Ｕ，Ｌ）（アッパ、ロア）可変シャフト位相検知センサ
４６−１ ボルト
４６−２ Ｏリング
Ｏ クランクジャーナル軸芯
Ｙ シリンダ芯軸
Ｘ 軸芯Ｏを通りＹ軸に直角な軸
Ｙ’ 軸芯Ｏと上死点時コンロッド小端軸芯を結ぶ線
ｒ クランク半径（クランクピン軸芯Ｐ回転半径）
Ｂ ピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯
Ｓ コンロッド小端軸芯
Ｓｔ 上死点時コンロッド小端軸芯
Ｓｂ 下死点時コンロッド小端軸芯
Ｐ クランクピン軸芯（コンロッド大端軸芯）
α Ｙ軸に対するＹ’線の角度
Ｒ ピストンロッド大端（クロスヘッド軸）軸芯のストローク曲率半径

Claims (4)

1. ピストンとクランクを連接するコンロッドを、ピストン側のピストンロッドとクランク側のコンロッドを揺動自在に連接する連接リンクとに三分割し、コンロッド小端のストローク位置を固定、ピストンロッド大端のストローク位置を二次元的に可変制御することでストローク量及び圧縮比を可変するものにおいて、コンロッド小端ストロークをリンク機構にてクランクジャーナル軸芯を通る直線軌跡とする行程容積、圧縮比連続可変装置。
2. コンロッド小端を３本のリンクの真中のリンク中央に回転自在に軸支、真中リンク両端部に揺動自在に軸支されたリンクの先端部をクランクケースに固定された揺動軸にて揺動自在に軸支し、３本のリンクをクランクジャーナル軸方向視にてＺ字形に形成すると共に、ピストンロッド大端下死点方向でシリンダ芯軸に近い側のリンク揺動軸を、コンロッド小端ストローク方向でクランクジャーナル軸芯に近い側に配置する請求項１に記載した行程容積、圧縮比連続可変装置。
3. ピストンロッド大端と連接リンクを連結するクロスヘッド軸の両端に回転自在に軸支した円筒状の回転体を、面状ガイドレールにて外周両側を挟み込み転動ストロークさせて、クロスヘッド軸のストローク軌跡を直線又は直線に近い曲率に規制するクロスヘッドガイドの、コンロッド小端軌跡に対する位置、傾斜を二次元的に可変制御する請求項１に記載した行程容積、圧縮比連続可変装置。
4. ピストンロッド大端を円弧状にストロークさせるアームの揺動軸を、クランクジャーナル軸方向視にてシリンダ芯軸に対しクランクジャーナル軸の反対側で、二次元的に可変制御する請求項１に記載した行程容積、圧縮比連続可変装置。

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