JP4154622B2 - ピストンエンジンの動作中において有効排気量および／または容積比を変更するための装置 - Google Patents

Description

（発明の属する技術分野）
本発明の主題は、ピストンエンジンの有効排気量および/または有効容積比を運転中に変更できる装置に存する。
（従来の技術）
エンジンの有効排気量とは、通常、ボアとストロークとによって規定される前記エンジンの幾何学的特徴を意味する。ここでは、各サイクルを実行するためにエンジンによって実際に保持された大気圧でのガス容量により表される有効排気量の考えを採用する。
従来的な用語では、容積比は、燃焼室の容積とボア掛けるストロークによって規定される容積との間の幾何学的関係でもある。ここでは、吸気ガスの有効圧縮比によって決まる有効容積比を採用する。
内燃ピストンエンジンの最大性能は、一般に全負荷で、つまりスロットル全開の速度で、またはエンジンサイクルの平均有効圧力がその最大値となる速度範囲で記録される。
エンジン毎に、これらの動作条件は、規定された出力および規定された速度に対応する。これが帰するところは、エンジンについて求められる仕事が最早これらの出力と速度条件とに対応できなくなると直ぐに、その性能が低下するということである。
最大性能が見出される出力および速度を規定するエンジンの主特性は、それらの排気量である。
日常的使用の場合、特に自動車の分野において、最適性能を生じさせるエンジン動作条件は、めったに一致しない。これは、エンジンの排気量が一定であり、その運転者によりエンジンに要求される出力がかなり変動するからである。
一般的実用段階では、運転者によりエンジンに課せられる動作条件がその最大性能条件からさらに離れると、その性能は益々低下する。
低出力で使用する場合、例えば、市街を走行する際、同じ仕事量に対して、大排気量を有するエンジンは、大排気量を有するエンジンよりも多くのエネルギーを消費する。これは、それらのエンジンがそれらの最大性能動作条件からさらに離れて動作するからである。大排気量を有するエンジンの欠点は、使用条件が、例えば、高速道路などでの高出力を必要とする場合、利点となり得る。
いずれの場合でも、エンジン出力は、変速機を使用してそれらの速度を変更し、またスロットリング操作によって吸気圧を制御しまたシリンダの充填度およびエンジンサイクルの平均有効圧力を変えるスロットルを使用してそれらの負荷を変更することによって主に変えられる。
エンジンの他の特性は、それらの全体性能を決定し、これはそれらの容積比である。後者は、シリンダの容積と燃焼室の容積との間の関係によって規定される。この比率は、固定的であり、エンジンの最大負荷条件および使用される燃料を考慮して計算されるが、部分負荷時、またはシリンダが高速度において十分に充填されない場合でも、この比率は、エンジン性能を改善するために実質的に増大できる。
エンジンの排気量をエンジンに求められる仕事に適するように適合させる利点が明白であるが、エンジン、特に自動車用エンジンがこの結果を達成できるようにする有効な装置は現在のところ、現実化されていない。
但し、実験は、特に、多気筒エンジンの多数のシリンダを解除しまたは不動態化することを構想する装置について実行されている。
（発明が解決しようとする課題）
これらの装置のどれも、それらの実施やそれらの相対的効果の非実用性のため、多数製造されるに足るものと見なされなかった。
最適性能を維持するために、エンジンの容積比が、特に高速度において、それらのシリンダの充填に適するように適応されることが有利であるが、そのような結果を得るための関連する解決法を提供する装置は未だに存在しない。
（課題を解決するための手段）
本発明による装置は、それを備えたいかなるエンジンも、従来技術の規則に従って規定されたエンジンからそれを区別する特定の特徴を示すべきものでなければならないことを構想に置いており、エンジンが使用される様々な状況を考慮して内燃ピストンエンジンの全体の性能を大幅に改善するものである。
故に、本発明による装置は、特定の実施形態において、次の利点を示す：
・最適性能を維持するために、そのエンジンは、それに課される速度条件を考慮に入れて、その排気量をその要求される仕事に自動的に適応させる。
・過給器と関連させた場合、そのエンジンは、従来型エンジンよりもサイズが小さく、しかも同時に高出力を維持でき、これは、部分負荷における性能を損なわずに達成できる。
・そのシリンダが、特に高速度で、十分に充填されない場合、そのエンジンは、その性能を最適化するためにその容積比を前記充填条件に適応させる、すなわち、それは速度に応じてその有効圧縮比を最適化する。
・エンジンの最大出力は、高速度でのそのシリンダへの充填を改善することによって特に増大される。
・エンジン性能は、そのほとんどの出力範囲で大幅に増大される。
・エンジンの最大性能がより広い速度範囲にわたって得られる。
・圧送損失が、ほとんどのエンジン出力範囲にわたって低減される。
・低アイドル速度は、残留燃焼ガスの減少のおかげで低減される。
・エンジンは、汚染物質を処理するための排気に使用される触媒コンバータを速やかに加熱できるようにするために性能を低下させて運転できる。
・ピストン／シリンダ摩擦は、ピストンを長手方向にガイドするための方法によって低減される。
・速度は、その摩擦への影響が少ない。
・機械的部品は、特にコンパクトであり、ピストンの速度を除いて、それらの速度は遅い。
・摩耗によるシリンダの楕円化は、連接ロッドの傾きのため、ピストン上へのサイドスラストがないので低減される。
さらに、本発明による装置は、特に下記を構想している：
低排気量では、エンジンサイクルは、ガスを圧縮するために使用されるストロークよりも長い膨張ストロークを使用するので、膨張線図が、従来技術で規定されたエンジンにおけるよりも遅く、同排気量で、カットオフされる。
低排気量では、ガスを圧縮するのに要する時間は、より短くなり、これは、ガスが閉じ込められるのに費やする時間を制限し、望ましくないデトネーション効果の開始に対して利益となる。
これらの結果を達成するために、本発明による装置は、第１の特徴によれば、次のものを含む：
・エンジン動作中にエンジンの容積比を制御するためのシステム。このシステムは、ピストンストロークの長さを変更することなくシリンダに対するピストン移動の開始点を変更することによって動作する。
・エンジンの有効排気量を制御するためのシステム。このシステムは、追加的吸気弁の設置によりエンジンのシリンダ内に送られるガスの一部を吸気管内に放出することによって動作する。低減した排気量での運転中、追加的吸気弁の閉タイミングは、シリンダ内でのその上昇ストローク中に、そのピストンが吸い込まれた過剰ガスを放出でき、ガスの圧縮の開始がピストンの上昇ストローク時に遅れて起きるように、十分に遅延させることができる。本発明による装置の変形形態によれば、従来技術により規定される吸気弁が、それ自体で、その開および閉タイミングを制御することによって、この機能を果たすために使用できる。
本発明によるこの装置は、特に、一つのシリンダに対して、次のものを含む：
・下側部分の一体部分として取り付けられたラックを備えたピストン、前記ラックは、ギヤシステムの部品の１つを構成し、それを長手方向に並進運動させるガイドシステム内に保持される。
・エンジンブロック内に形成されたキャビティ内またはガイド上に設けられて、長手方向に並進運動される制御ラック、前記制御ラックの位置は制御装置によって制御される。
・エンジンクランク軸上に自由に取り付けられた連接ロッド、該連接ロッドはその上側部分に自由に取り付けられたギヤを有し、このギヤはピストンと前記連接ロッドとの間の運動を伝達する要素を構成する。
・追加的吸気弁、その開/閉を制御するカム軸は、エンジンクランク軸に対するその角度オフセットを制御する装置に従動し、それによって、前記弁のクランク軸に対する開閉ポイントの角度オフセットを変更することができるようにする。
一つの特定の実施形態によれば、その動作には、次のものが必要となる：
・様々なエンジン動作パラメータを伝達するプローブ；
・前記パラメータを処理する１つ以上のコンピュータまたは装置；
・前記プローブからのパラメータの処理結果により制御ラックの位置を変更できる制御装置；
・前記プローブからのパラメータの処理結果により、追加的吸気弁の開度を制御するカム軸の角度オフセットを変更させる従動装置。
最後に、本発明による装置は次のものを含む：
・その下側部分で、ラックと一体となり、従来技術の規則により規定されるようなあらゆるエンジンのピストンと同機能を果たすピストン。唯一の違いは、運動をクランク軸に機械的に伝達する方法である；
・従来技術の規則により規定されるあらゆるエンジンの連接ロッドと同機能を果たす、クランク軸上に自由に取り付けられた連接ロッド。唯一の違いは、それがピストンに機械的に接続される方法である；
・連接ロッドの上側端部に自由に取り付けられたギヤ、このギヤは一方では、前記ピストンの下側部分と一体のラックと、他方では、エンジンブロック内に形成されたキャビティ内またはガイド上に搭載され、その制御装置によって所定位置に保持される制御ラックとで形成されるギヤシステムを介してピストンの運動に従動される。このギヤは、ピストンと連接ロッド間の運動を伝達する部材を形成するように設計されている；
・制御ラックの位置を変えることができる制御装置は、次のものを含む：
＊並進運動が制御ラックに伝達されるようにし、任意の機械的リンク機構などにより前記制御ラックに固定される少なくとも１つの液圧アクチュエータまたは他の任意システム；
＊追加的吸気弁の開口を制御するカム軸の角度オフセットを制御する装置を形成できる少なくとも１つの液圧アクチュエータまたは他の任意システム。特定の実施形態の非制限的例による前記液圧アクチュエータは、追加的プーリーの位置を変更する、つまり従来技術で規定されるようなエンジン吸気弁および排気弁のカム軸のプーリーと追加的吸気弁のカム軸のプーリーとの間のベルトまたはチェインの長さを変更することが可能である；
・追加的吸気弁の開口を制御するカム軸の角度オフセットを制御し、従来技術の規則により規定されるようなエンジン吸気弁および排気弁を制御するカム軸に必ずしも作用しない装置。
可変排気量を備えたエンジンを製造するコストを最小限に抑え、且つ制御ラックの位置を変更することを可能にする制御装置の出力消費量を最小限に抑えるために、特定の実施形態によれば、この制御装置は、次の利点を示す：
・この制御ラックは、液圧ポンプを使用しないで移動され、所望位置で一定に保持される；
・制御ラックの位置、故にエンジン燃焼室の容積は、非常に低出力の従動装置を使用して制御できる；
・制御ラックの位置の変更に必要な液圧流体の移動は、補助液圧ポンプを使用することなく実行される。本発明によれば、前記制御ラックの位置の変更を実行するために使用される液圧アクチュエータは、それ自体が前記移動を実行し、それを行うために、それが受ける力の方向への一定の変化を利用している；
・制御ラックの位置は、エンジンが動作している間に、自動的に且つ常に補正される；
・この装置は特に丈夫で、製造が簡単である；さらに、これは、従来技術からも良く知られている製造技術で済む；
この制御装置は、特に次のものを構想している：
・制御ラックの位置の制御は、エンジンの容積比を精密に制御できるほど十分に正確である；
・制御ラックの位置が制御される精度は、エンジンの寿命全体を通じてほとんど劣化せず、液圧流体のいかなる漏れも自動的に常に補償される。
これらの結果を達成するために、制御ラックの位置を変更するための制御装置は、次のものを含む：
・制御ラックと平行なエンジンブロックに対して固定的に取り付けられたアクチュエータ本体；
・アクチュエータ本体に対して固定的に取り付けられたアクチュエータカバー；
・制御ラックと組み付けられ、制御ラックをガイドするための上部システムを構成し、アクチュエータ本体に関して長手方向に移動できるアクチュエータピストン、アクチュエータロッドおよびアクチュエータロッド延長器；
・肩部を含むアクチュエータロッドと平行に配置され、長手方向に運動できる制御ロッド、該制御ロッドは、アクチュエータカバー、アクチュエータ本体およびアクチュエータピストン内に形成されたオリフィスを通じて前記アクチュエータカバー、アクチュエータ本体およびアクチュエータピストンを真っ直ぐ貫通する；
・アクチュエータピストンの塊体内に形成されたダクト内に収容された弁、該弁はアクチュエータ本体に対するアクチュエータピストンの位置によって規定されるアクチュエータ上部室と下部室との間の液圧流体の流れを許容しまたは阻止する、；
・そのオリフィスがアクチュエータ本体の中心部内に開口する、液圧流体入口ダクト内に収容された逆止弁、該逆止弁は、液圧流体をアクチュエータ本体内に入れることは許容するが、それがこの本体から出て行くことは阻止する；
・様々な弁のそれらの座との接触を保つバネ；
・本発明の特定の実施形態ではゴム製Ｏリングから成るシール装置。
一つの特定の実施形態によれば、その動作は、エンジンの動作の指令を考慮して、アクチュエータ本体に対する制御ロッドの長手方向位置を変更する１つ以上の低出力従動手段が必要である。
制御ラックの位置を変更する制御装置は、次のものを含む：
・アクチュエータピストンの塊体内に形成され、前記アクチュエータピストンの上部および下部円形表面を接続する偏心した長手方向のダクト。このダクトは、液圧流体の流れを許容しまたは阻止する２つの弁のためのハウジングを構成するように形成される。このダクトは、前記弁が開いているとき前記ダクトに沿って流体が流れることができるように弁よりも直径が大きい；
・アクチュエータピストンの塊体内に形成され、制御ロッドに長手方向の案内を与える偏心した長手方向のダクト；
・アクチュエータ本体の中心部分に開口している液圧流体入口オリフィスに対面する円筒状表面上にキャビティを有するアクチュエータピストン。このキャビティは、アクチュエータピストンの最大ストロークに少なくとも匹敵する高さを有し、アクチュエータピストンの塊体内に形成された偏心長手方向ダクトに接続される；
・アクチュエータ本体に対するアクチュエータピストンの位置によって規定されるアクチュエータ上部室と下部室との間の液圧流体の流れを許容しまたは阻止する弁。これらの弁は、制御ロッド回りで摺動できるリングから成る。弁の内径は、制御ロッドの肩部の直径よりも小さい。弁が制御ロッドの肩部によって開かれた状態に維持されない場合それらはバネによってそれらの座に保持される；
・アクチュエータピストンの塊体内に形成された偏心長手方向ダクト内の中心に前記ロッドを配置する制御ロッド上の肩部。この肩部は、アクチュエータ上部室と下部室との間の液圧流体の流れを許容しまたは阻止する弁の一方または他方の移動を許容する。この肩部は、流体をダクトに沿って流れるようにする溝またはスロットを備えている；
・液圧流体入口ダクト内に設置され、そのオリフィスがアクチュエータ本体の中心部分に開き、ある特定の実施形態では、バネにより座面上に保持され、オリフィスを閉じるたボールから成っても良い逆止弁；
・そのオリフィスがアクチュエータ本体の中心部分に開口しており、特定の実施形態では、可変行程容積エンジンを潤滑する加圧液圧回路に接続されても良い液圧流体入口ダクト。
有効排気量および/またはピストンエンジンの有効容積比を、エンジン運転中に変更できるようにする本発明による装置は、次のものを含む：
・ピストンストローク長を変更することなくシリンダに関するピストンのストロークの開始点を変更することによってエンジンの容積比を制御するための第１の装置；
・エンジンのシリンダ内に吸い込まれた過剰ガスを吸気管内に放出し、ガスを圧縮するために使用されたピストン上昇ストロークの長さを調整することによってエンジンの有効排気量が制御されるようにする第２の装置。
本発明による装置はエンジンの容積比を制御するための第１の装置を含み、次のものを含むギヤシステムから成る：
・ピストンの下側部分と一体のラックであり、その長手方向の並進運動を許容するガイドシステムに保持されるラック；
・エンジンブロック内で長手方向に並進ガイドされる制御ラック；
・制御ラックの位置を制御する装置；
・クランク軸上で自由な連接ロッドに自由に取り付けられたギヤ、該ギヤは２つのラック間に配置されてピストンと連接ロッドとの間の運動を伝達する要素を形成する。
本発明による装置は、追加的入口弁と、その開口/閉口を制御して前記弁がクランク軸に対して開閉するポイントの角度オフセットが変更できるようにする装置とから成る、エンジンの有効排気量を制御する第２の装置を含む。
本発明による装置は、それ自体周知の入口弁の開口および閉口を制御し、前記弁がクランク軸に対して開閉するポイントの角度オフセットが変更されるようにする装置から成る、追加的入口弁を用いることなく、エンジンの有効排気量を制御するための第２の装置を含む。
本発明による装置は、エンジンクランク軸に対してその角度オフセットを制御する装置に従動されるカム軸であるところの、追加的入口弁の開閉を制御する装置を含む。
本発明による装置は、エンジンクランク軸に対してその角度オフセットを制御する装置に従動される追加的カム軸から成るそれ自体周知の入口弁の開閉を制御する装置を含み、前記追加的カム軸は、そのカム軸によって前記弁に伝達されるその運動に加えて、機械的リンク機構を介して前記弁を動作させる。
本発明による装置は、追加的入口弁の開口を制御するカム軸の角度オフセットを制御する装置を有し、該装置は中間プーリーからなり、その位置はエンジン吸気弁および排気弁のためのカム軸のプーリーと、追加的入口弁を開くカム軸のプーリーとの間のタイミングベルトまたはチェインの長さを規定する。
本発明による装置は、機械的リンク機構を介して制御ラックに作用する液圧アクチュエータから成る制御ラックの位置を制御する装置を含んでいる。
本発明による装置は、液圧アクチュエータから成る中間プーリーの位置を制御する装置を含む。
本発明による装置は、一部を切りつめたプロファイルを有するギヤを含み、このギヤはピストンと連接ロッドとの間で運動を伝達するのに有用な歯のみを有している。
本発明による装置は、ギヤとラックとのそれぞれに形成される軸受面を含み、前記ギヤが前記ラック間の中心に常に位置するようにされ、しかも前記軸受面間の接触点がギヤのピッチ円径に常に位置するようになっている。
本発明の装置は、その円筒状部分がピストンリングを収容するほど十分に高いがその長手方向案内用のスカート部を持たない、ピストンを含む。
ピストンエンジンの有効排気量および/または有効容積比を変更する装置は、次のものを含む制御ラックの位置を制御する装置を含む：
・前記アクチュエータの上側および下側の各室のものと同一であるアクチュエータピストンのストロークの関数として排出される流体の容積を維持できるようにそのロッドを伸ばす手段を含む液圧アクチュエータ；
・アクチュエータの本体に対して所定位置にアクチュエータのロッドが移動させられるかまたは保持されるようにする制御手段。
本発明による装置は、次のものを含む制御装置を含む：
・制御ラックと平行をなす、エンジンブロックに対して固定的に取り付けられたアクチュエータ本体、アクチュエータ本体に対して固定的に取り付けられたアクチュエータカバー、制御ラックと組み付けられて、前記ラックをガイドするための上部システムを構成し、アクチュエータ本体に関して長手方向に移動できるアクチュエータピストン、アクチュエータロッドおよびアクチュエータロッド延長器；
・肩部を有して長手方向に移動できる制御ロッドとアクチュエータピストンの塊体に形成されて長手方向でかつ且つ偏心して配置されたダクト内に収容された弁とから成る制御手段とを有し、前記制御ロッドは、アクチュエータロッドと平行に配置されて、前記アクチュエータカバー、アクチュエータ本体およびアクチュエータピストン内に形成されたオリフィスを介して前記アクチュエータカバー、アクチュエータ本体およびアクチュエータピストンを真っ直ぐ貫通し、前記弁はアクチュエータ本体に対するアクチュエータピストンの位置によって規定されるアクチュエータ上側室と下側室との間での液圧流体の流れを許容または阻止し、前記弁は制御ロッドの回りで摺動できるリングから成り、それらの内径は、前記制御ロッドの前記肩部を利用してそれらを開状態に維持することが可能となるように制御ロッドの肩部の直径よりも小さく；前記弁が前記制御ロッドの前記肩部によって開状態に維持されない時には、それらはバネと、液圧流体入口ダクト内に収容される逆止弁とによってそれらの座に保持され、前記ダクトのオリフィスはアクチュエータ本体の中心部分に開いており、前記逆止弁は液圧流体のアクチュエータ本体内への流入は許容するが、この本体からの流出は阻止する。
本発明による装置は、アクチュエータピストンを有する装置を含み、アクチュエータピストンはアクチュエータ本体の中心部分に開口している液圧流体入口ダクトのオリフィスに対面するその円筒状表面にキャビティを有し、該キャビティは前記アクチュエータピストンの最大ストロークに少なくとも匹敵する高さのものであり、また前記キャビティは前記アクチュエータピストンの塊体内に形成されて長手方向に偏心して配置されたダクトに接続され、接続通路を介して、前記アクチュエータピストンの上側および下側円形表面を接続している。
本発明の装置は逆止弁を有する制御装置を有し、前記逆止弁は、バネによって座面に保持されてオリフィスを閉じるボールから成る。
本発明の装置は液圧流体入口ダクトを有する制御装置を有し、ダクトのオリフィスの１つがアクチュエータ本体の中心部分に開口していて、可変行程容積エンジンを潤滑する加圧液圧回路に接続されている。
本発明の装置はシールエレメントを有する制御装置を有し、シールエレメントはゴム製Ｏリングシールからなっている。
本発明の装置は制御ロッドの肩部が前記アクチュエータピストンの塊体内に形成された偏心長手方向のダクト内で前記制御ロッドを中心に位置させる制御装置を有し、前記肩部は流体を前記ダクトに沿って流すことができるように溝またはスロットを有する。
本発明の他の特徴や利点は、添付の図面とともに、以下の説明を読むことでより明白となろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による装置の断面図である。
図２図は、本発明による装置の第１図の線Ａ−Ａについての右断面図である。
図３は、本発明による装置の１つの別形態による、エンジンの排気量を制御するために使用できる従来技術で規定される入口弁の開口を制御するための装置の断面図である。
図４は、本発明による装置を構成する主要要素の配置構成を示す斜視図である。
図５は、可変行程容積エンジンを構成する他の要素に対する制御ラックの位置を変更するための本発明による制御装置の位置を示し、ギヤシステムの代わりとなる形態を示す全体図である。
図６は、制御ラックを制御するための装置の端部断面図である。
図７は、本発明による制御ラックの位置を制御するための装置を構成する主要要素の配置構成および外観を示す斜視図である。
（発明の実施の形態）
図に見られるように、本発明による装置は、従来技術からも良く知られている環境すなわちピストンエンジンに挿入されている。
第１〜４図は、ピストン１、シリンダ２、弁３、４、１５または２２、エンジンブロック５、シリンダヘッド６、クランク軸７、点火プラグ８および燃焼室９を含むエンジンを示す。
本発明によれば、これらの部材の機能は、従来技術と比べて変わっていない。
本発明による装置は、ピストン１の下側部分と一体のラック１０、エンジンブロック５内に形成されたキャビティまたはガイド上に取付けされた制御ラック１１、エンジンブロックに対する前記制御ラックの位置を制御する装置１２を本質的に含む。この装置は、エンジンクランク軸７上に自由に取付けられた連接ロッド１３をも含み、その連接ロッド１３は上部に、自由に取り付けられたギヤ１４を有する。
ピストン１の円筒状部分は、ピストンリングを収容するのに十分な高さのものであるが、その長手方向の案内を行うためのスカート部を持たないことに注目されたい（図５）。
１つの特定の実施形態によれば、このギヤ１４は、一部を切りつめたプロファイルを有して、ピストン１と連接ロッド１３との間の運動を伝達するのに有用となる歯のみを有するものであってもよいことに注目されたい（図５）。軸受面は、ギヤ１４上、およびラック１０、１１上にそれぞれ形成されて常に前記ギヤを前記ラック間の中心に合わせており、一方で前記軸受面間の接触点は、ギヤ１４のピッチ円径上に常に位置されることに注目されたい（図５）。
本発明による装置は追加的入口弁１５をさらに含み、その開口を制御するそのカム軸１６は、エンジンクランク軸７に対するその角度オフセットを制御する装置１７により駆動される。
変形形態では、追加的入口弁１５によって達成される機能は、第３図に示されるように、従来技術により規定されるような吸気弁２２で行われても良い。
追加的装置によって、弁２２がクランク軸７に関して閉口および開口するポイントの角度オフセットを修正できるようになる。この追加的装置は、エンジンクランク軸に対するその角度オフセットを制御する、図示されていない、装置により駆動される追加的カム軸２１を含んでも良い。追加的カム軸２１は、従来技術により規定されるようにそのカム軸２４によって前記弁に与えられる運動に加わる機械的リンク機構２３を介して吸気弁２２を動作させる。
本発明の装置は、様々なエンジン動作パラメータを伝達するプローブ、前記プローブからの情報を処理する１つ以上のコンピュータまたは装置、前記プローブからの情報の処理の結果として、エンジンブロック５に対する制御ラック１１の位置を制御する装置１２と、追加的吸気弁１５の角度オフセットを制御する装置１７とを駆動するシステムなど、図示されていない様々な付属品をも含むことができる。
ピストンエンジンの有効排気量および/または有効容積比を変更するための装置の動作方法は、次の通りである：
エンジン作動している間に、一方で、エンジンの容積比を制御し、他方で、前記エンジンの有効排気量を制御するための装置の結合作用によって、エンジンの有効排気量を修正し、しかも同時に適当な容積比を維持する。
エンジンの容積比は、シリンダ２に対するピストン１のストロークの開始位置を制御することによって、前記ストロークの長さを修正することなく、制御される。
エンジンの有効排気量は次のように制御される：
ラック１１を制御するための装置１２は、前記制御ラック１１を移動する命令を受ける。この命令は、例えば、ポンプ（図示せず）からの一定量の加圧オイルを液圧アクチュエータ２５内へ導入することによって具体化される。
導入される量は、エンジンパラメータプローブ（図示せず）からの情報を処理する装置（図示せず）によって前もって計算される。機械的リンク機構２０を介しての制御ラック１１上への制御装置１２の作用は、前記制御ラック１１上でのその長手方向軸に平行な並進運動を伝達する効果を有する。
制御ラック１１は、連接ロッド１３の上側部分に自由に取り付けられたギヤ１４とピストン１の下側部分と一体のラック１０とを備えたギヤシステムを構成する。制御ラック１１の運動によって、シリンダ２に対するピストン１のストロークの開始点が修正される。ストロークの開始点を修正すると、燃焼室９の容積を修正する効果を有し、前記ストロークの長さは不変であるので、エンジンの容積比が修正される。
エンジンの有効排気量は、次のように制御される：
追加的吸気弁１５の開口を制御するカム軸１６の角度オフセットを制御する装置１７は、前記追加的吸気弁１５の閉口を遅延させまたは早める命令を受ける。
この命令は、制御装置１７の１つの特定の実施形態では、ポンプ（図示せず）からの一定量の加圧オイルを液圧アクチュエータ２６内へ導入することによって具体化される。
導入される量は、エンジンパラメータプローブ（図示せず）からの情報を処理する、図示しない、装置によって前もって計算される。
この液圧アクチュエータ２６は中間プーリー１８の位置を変更でき、この中間プーリーはエンジン吸気３と排気４との弁のためのカム軸２４のプーリー２８と、追加的吸気弁１５の開口を制御するカム軸１６のプーリー２９との間のタイミングベルト２７またはチェインの長さを修正する。
本発明によれば、追加的吸気弁１５を閉じる際の計算された遅延は、一方で、ピストン１が過剰に吸入された一定量のフレッシュガスを吸気管１９内に放出されるようにし、他方で、ガスを圧縮するためピストン１のストローク長の一部を利用する効果を有する、本発明の一つの特徴によれば、多気筒エンジンでは、吸気管１９内に放出されたフレッシュガスを、吸気局面中に隣接するシリンダ内に引き戻すことができる。
本発明による装置は、容積比を制御するシステムによって規定される燃焼室の容積と、フレッシュガスを圧縮するために使用されるピストンストロークの長さと間の比率が一定に留めないことを構想しており、これによって、前記エンジンの動作条件で許容される最高の可能な有効容積比でエンジンを作動させることができる。
動作において、エンジンの有効排気量とその有効容積比とは、エンジン性能を最適化するための要件に常に従わされる。
図５〜図７は、エンジンブロック５に対する制御ラック１１の位置を制御する装置１２の別の形態を示す。
制御装置１２は、制御ラック１１と平行なエンジンブロック５に対して固定的となるように取り付けられたアクチュエータ本体４５と、アクチュエータ本体４５に対して固定的となるように取り付けられたアクチュエータカバー４６と、前記制御ラック１１に組み付けられて前記制御ラック１１をガイドするための上側システムを構成し、アクチュエータ本体４５に対して長手方向に移動できるアクチュエータピストン４７と、アクチュエータロッド４８と、アクチュエータロッド延長器４９とを本質的に含んでいる。
図６および図７は、肩部５１を備えた制御ロッド５０から成り、長手方向に移動できる制御手段４２を含む装置１２を示す。
制御ロッド５０は、アクチュエータロッド４８と平行に配置され、アクチュエータカバー４６、アクチュエータ本体４５およびアクチュエータピストン４７内に形成されたダクトにより前記アクチュエータカバー４６、アクチュエータ本体４５およびアクチュエータピストン４７を真っ直ぐ貫通している。
制御手段４２はまた、アクチュエータピストン４７の塊体内に形成されたダクト５４内に収容された弁５２、５３から成る。
弁５２、５３は、アクチュエータ本体４５に対するアクチュエータピストン４７の位置によって規定される、アクチュエータ上部４０および下部４１の室間での液圧流体の流れを許容しまたは阻止できる。これらの弁５２、５３は、制御ロッド５０の回りで摺動できるリングから成る。これらのリングの内径は、制御ロッド５０の肩部の直径よりも小さくなるように設計されているので、前記肩部５１によってそれらが開いた状態に保たれることが可能となっている。弁５２、５３が肩部５１によって開いた状態に保たれない時は、それらはバネ５５、５６によってそれらの座上に保持される。
制御手段４２は、そのオリフィスの１つがアクチュエータ本体４５の中心部分内に開口している液圧流体入口ダクト５７内に収容された逆止弁４３から成っている。この逆止弁４３は、液圧流体がアクチュエータ本体４５内に入ることは許容するが、この本体から出て行くことは阻止する。特定の実施形態によれば、弁４３は、バネ５９によって座面上に保持されてオリフィス４４を閉じることができるボール５８から成る。
装置１２の制御手段４２は、アクチュエータピストン４７が、アクチュエータ本体４５の中心部分に設けられた入口ダクト５７と対面するその円筒状表面上にキャビティ３０を有するように構想されている。このキャビティ３０は、アクチュエータピストン４７の最大ストロークに少なくとも匹敵する高さのものである。このキャビティ３０は、接続通路３１を介して、アクチュエータピストン４７の下側および上側円形表面を接続できるように長手方向かつ偏心して配置されたダクト５４と連通する。
この制御手段４２は、ゴム製Ｏリング３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９から成っても良い、シールエレメントが、可動部分４９、４８、４７、５０、５２、５３に設けられるように構想されている。
図５〜図７に示された制御装置１２の動作方法は次の通りである：
制御ラック１１の位置は、制御ロッド５０を介して制御され、この制御ロッドの位置は、２つの弁５２、５３の動きによって、アクチュエータピストン４７の位置を決定する。
これらの弁５２、５３は、液圧アクチュエータの上側室４０内と下側室４１内にそれぞれ取り込まれるオイルの量を制御することを可能にする。
制御ラック１１の位置は、次のように制御される：
・制御ラック１１の新位置を得ること：
＊エンジン動作条件に従って制御ラック１１の適切な高さを常に規定する、図示されていない、コンピュータは、例えば、低出力電気ステップモータ（図示せず）から成っても良い、従動装置を介して制御ロッド５０の位置を変更する。制御ラック１１と一体のアクチュエータピストン４７に対する制御ロッド５０の新位置によって、前記制御ロッド５０の運動の方向と同じ側に配置された弁５２、５３を開口する効果を有し、故に、その弁は肩部５１によって持ち上げられる。
＊可変行程容積エンジンの可動部品の下部集合の部分を構成する機械的部品の往復運動のために起こるアクチュエータピストン４７に掛かる力の方向の周期的変化は、アクチュエータピストンの頂部でより高く、次に下側でより高くなる圧力を交互に生じさせる。
＊その圧力が、制御ロッド５０によって開いたままに保持される弁５２、５３と同じ側でより高くなると、液圧流体が、現在開いているオリフィスを通って逃げ、制御ロッドに対して自由であり、バネ５５、５６によって今まで閉じられたままであった反対側の弁５２、５３を持ち上げる。この液圧流体は、制御ロッドがもはや前記開口弁を開いたままに保つことができないような位置にアクチュエータピストンがない限り次いで反対側に移動する。
＊一回の力方向変更サイクルが所望位置を得るのに十分でない場合、また、制御ロッド５０がもはや開口弁５２、５３を開いたままに保つことができないような位置にアクチュエータピストン４７が到達していない場合、力の方向を１回以上変更するサイクルが必要となる。制御ロッド５０に対して自由のままであり、故に、弁５２、５３の側に蓄えられた液圧流体が同じ側に戻るのを阻止する逆止弁として作動する弁５２、５３は、制御ロッド５０によって開いたまま保たれ、アクチュエータ本体４５に対するアクチュエータピストン４７の所望位置が達せられるまでそのまま維持される。
・制御ラック１１を常に規定位置に保つこと：
＊アクチュエータ本体４５内の高圧のため、僅かな漏れまたは漏出がシール３２〜３９で生じる恐れがある。これらの液圧損失にも関わらずに制御ラック１１を適切な位置に保持するためには、たとえ少量であっても、制御ロッド５０に対する位置を常に補正する必要がある。
＊この結果は、液圧アクチュエータの上側室４０内と、下側室４１内にそれぞれ取り込まれたオイル量の制御を可能とする２つの弁５２、５３と、そのオリフィスがアクチュエータ本体４５の中心部分に開口している液圧流体入口ダクト内に収容された逆止弁４３との組み合わ動作によって得られる。
＊それぞれの容積がアクチュエータ本体４５に対するアクチュエータピストン４７の位置によって規定されるアクチュエータの上側室４０または下側室４１内に液圧流体の漏れがある場合には、続いて、漏れのある室内側の圧力が高いと、制御ロッド５０の位置によって正当に与えられるものではない、前記漏れのある室に向かうアクチュエータピストン４７の動きが起こる。このような正当に与えられたものでない運動の結果、漏れのある室と同じ側に位置する弁５２、５３を閉じた状態に保つが、反対側に位置する弁５２、５３を開くこととなり、これは、アクチュエータピストン４７に対するその位置がもはや適切でない制御ロッド５０の肩部５１によって引き起こされる。対応する弁のこのような閉口および開口によって、ダクト５７内に収容された逆止弁４３を介して導入される液圧流体が漏れのある室と反対側の室に充填される。この液圧流体は、一方で、アクチュエータ本体４５の中心部分に開口しているダクト５７のオリフィスと対面し、他方で、アクチュエータピストン４７の塊体内に形成されたダクト５４に前記キャビティ３０を接続する接続通路３１と対面するアクチュエータピストン４７の円筒状表面に形成されたキャビティ３０によって、漏れのある室と反対側の室４０、４１に運ばれる。
＊制御ラック１１を介してアクチュエータピストン４７に加えられる力の方向が反転されると、漏れのある室と反対側の室４０、４１内に導入された液圧流体は、制御ロッド５０の肩部５１によって開かれたままの弁５２、５３がその座に着座するまでの時間で前記漏れのある室に向かって放出され、これによって、制御ラック１１が正しい位置に戻される。
本発明によれば、制御ロッド５０の位置によって、エンジンブロック５に対する制御ラック１１の位置が、従って、エンジン燃焼室９の容積が常時支配される。故に、非常に低出力の従動装置（図示せず）を使用してエンジン室の容積を制御することが可能となる。
本発明によれば、動作中にピストンエンジンの有効排気量および/または有効容積比を変更できるようにし、エンジンが可変速度および負荷で使用されている際にエンジンの全体性能を改善できるようにする、装置自身の固有の利点に加えて、本発明は、実行可能性についていかなる特定の問題も提起しない利点をも示すことが理解されよう。本発明は、周知かつ実証された方法および技術を頼みとしている。
本発明は、ここに説明した実施形態に限定されるものではなく、逆に、それは、当業者に明白な方法で変形や変更を行うことができる。

Claims (19)

1. ピストンエンジンの動作中に前記エンジンの有効排気量および／または有効容積比を変更できるようにするための装置であって、
   ピストン（１）のストロークの長さを変更することなく、シリンダ（２）に対する前記ストロークの開始点を変更することによって前記エンジンの前記容積比を制御するための第１装置と、
   前記シリンダ（２）内に吸い込まれた過剰ガスを吸気管（１９）内に放出することによって、また前記シリンダ（２）内に吸い込まれた過剰ガスを圧縮するために利用される前記ピストンの上昇ストロークの長さを調整することによって前記エンジンの有効排気量を制御できるようにする第２装置と、を含む装置。
2. 前記エンジンの容積比を制御する前記第１装置が、
   前記ピストン（１）の下側部分と一体であり、長手方向に並進運動できるようにするガイドシステム内で保持されるラック（１０）と、
   前記エンジンブロック（５）内で長手方向に並進ガイドされる制御ラック（１１）と、
   前記制御ラック（１１）の位置を制御するための装置（１２）と、
   ２つのラック（１０、１１）間に配置されて前記ピストン（１）と連接ロッド（１３）間の運動伝達を行う要素を形成することができるように、クランク軸（７）上で自由である連接ロッド（１３）上に自由に取り付けられたギヤ（１４）と、を含むギヤシステムから成る、請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 前記エンジンの有効排気量を制御する前記第２装置が、追加的吸気弁（１５）と、その開／閉を制御し、前記弁が前記クランク軸（７）に対して開口および閉口する点の角度オフセットを変更できるようにする装置（１６、１７）とから成る、請求の範囲第１項に記載の装置。
4. 追加的吸気弁（１５）を用いないで、前記エンジンの有効排気量を制御するための前記第２装置が、それ自体で周知の吸気弁（２２）の開口および閉口を制御し、前記弁が前記クランク軸（７）に対して開口および閉口する点の角度オフセットをできるようにする装置（２１）から成る、請求の範囲第１項に記載の装置。
5. 前記追加的吸気弁（１５）の開口および閉口を制御する前記装置が、前記エンジンクランク軸（７）に対するその角度オフセットを制御する装置（１７）に従動するカム軸（１６）である、請求の範囲第３項に記載の装置。
6. それ自体で周知の前記吸気弁（２２）の開口および閉口を制御する前記装置が、前記エンジンクランク軸（７）に対するその角度オフセットを制御する装置に従動する追加的カム軸（２１）から成り、前記追加的カム軸（２１）は、そのカム軸（２４）により前記弁に伝達される運動に加えて、機械的リンク機構（２３）を介して前記弁を作動させる、請求の範囲第４項に記載の装置。
7. 前記追加的吸気弁（１５）の開口を制御する前記カム軸（１６）の角度オフセットを制御する前記装置（１７）が中間プーリー（１８）から成り、その中間プーリーの位置が前記エンジン吸気弁（３）および排気弁（２４）のための前記カム軸（２４）のプーリー（２８）と、前記追加的吸気弁（１５）を開口する前記カム軸（１６）の前記プーリー（２９）との間のタイミングベルトまたはチェインの長さを規定する、請求の範囲第５項に記載の装置。
8. 前記制御ラック（１１）の位置を制御する前記装置（１２）が、機械的リンク機構（２０）を介して前記ラックに作用する液圧アクチュエータ（２５）から成る、請求の範囲第２項に記載の装置。
9. 前記中間プーリー（１８）の位置を制御する前記装置（１７）が液圧アクチュエータ（２６）から成る、請求の範囲第７項に記載の装置。
10. 前記ギヤ（１４）が一部を切りつめたプロファイルを有しており、前記ピストン（１）と前記連接ロッド（１３）との間の運動を伝達するのに有用な歯のみを有している、請求の範囲第２項に記載の装置。
11. 軸受面が前記ギヤ（１４）上と前記ラック（１０、１１）上とにそれぞれ形成されて前記ギヤが前記ラック間の中心に常に位置され、しかも前記軸受面間の接触点は、前記ギヤ（１４）のピッチ円径に常に位置している、請求の範囲第２項に記載の装置。
12. 前記ピストン（１）の円筒状部分は、ピストンリングを収容するに足る高さであるが、その長手方向へ案内するためのスカート部は持たない、請求の範囲第２項に記載の装置。
13. 前記制御装置（１７）が、
    液圧アクチュエータであって、該アクチュエータの上側（４０）および下側（４１）の各室で同一であるアクチュエータピストンのストロークの関数である排出される液量を、そのロッド（４８）を伸ばすことで維持できるようにする手段（４９）を含む、液圧アクチュエータと、
    前記アクチュエータ（４５）の本体に対して前記アクチュエータの前記ロッド（４８）が所定位置に変位される、または所定位置に保持されるようにする制御手段（４２）とを含む、請求の範囲第２項に記載の装置。
14. 前記制御装置（１２）が、
    前記制御ラック（１１）と平行に、前記エンジンブロック（５）に対して固定的に取り付けられたアクチュエータ本体（４５）と、前記アクチュエータ本体（４５）に対して固定的に取り付けられたアクチュエータカバー（４６）と、前記制御ラック（１１）に組み付けられて、前記制御ラック（１１）をガイドするための上側システムを構成し、前記アクチュエータ本体（４５）に対して長手方向に移動できるアクチュエータピストン（４７）、アクチュエータロッド（４８）およびアクチュエータロッド延長器（４９）と、
    肩部（５１）を有して長手方向に移動できる制御ロッド（５０）とアクチュエータピストン（４７）の塊体に形成されて長手方向で且つ偏心して配置されたダクト内に収容された弁（５２、５３）とから成る制御手段（４２）とを有し、前記制御ロッド（５０）は、アクチュエータロッド（４８）と平行に配置されて、前記アクチュエータカバー（４６）、アクチュエータ本体（４５）およびアクチュエータピストン（４７）内に形成されたオリフィスを介して前記アクチュエータカバー（４６）、アクチュエータ本体（４５）およびアクチュエータピストン（４７）を真っ直ぐ貫通し、前記弁（５２、５３）はアクチュエータ本体（４５）に対するアクチュエータピストン（４７）の位置によって規定されるアクチュエータ上側室（４０）と下側室（４１）との間での液圧流体の流れを許容または阻止し、前記弁（５２、５３）は制御ロッド（５０）の回りで摺動できるリングから成り、それらの内径は、前記制御ロッド（５０）の前記肩部（５１）を利用してそれらを開状態に維持することが可能となるように制御ロッド（５０）の肩部（５１）の直径よりも小さく、前記弁が前記制御ロッド（５０）の前記肩部（５１）によって開状態に維持されない時には、それらはバネ（５５、５６）と、液圧流体入口ダクト（５７）内に収容される逆止弁とによってそれらの座に保持され、前記ダクトのオリフィスの１つはアクチュエータ本体（４５）の中心部分に開いており、前記逆止弁は液圧流体のアクチュエータ本体（４５）内への流入は許容するが、この本体からの流出は阻止する、請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. 前記アクチュエータピストン（４７）が、アクチュエータ本体（４５）の中心部分に開口している液圧流体入口ダクト（５７）のオリフィスに対面するその円筒状表面にキャビティ（３０）を有し、該キャビティ（３０）は前記アクチュエータピストン（４７）の最大ストロークに少なくとも匹敵する高さのものであり、また前記キャビティは前記アクチュエータピストン（４７）の塊体内に形成されて長手方向に偏心して配置されたダクト（５４）に接続され、接続通路（３１）を介して、前記アクチュエータピストン（４７）の上側および下側円形表面を接続する、請求の範囲第１４項に記載の装置。
16. 前記逆止弁（４３）が、バネ（５９）によって座面に保持されてオリフィス（４４）を閉じるボール（５８）から成る、請求の範囲第１４項に記載の装置。
17. そのオリフィスの１つがアクチュエータ本体（４５）の中心部分に開口している前記液圧流体入口ダクト（５７）が、可変行程容積エンジンを潤滑する加圧液圧回路に接続されている、請求の範囲第１４項に記載の装置。
18. ゴム製Ｏリングシール（３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９）から成るシールエレメントを含む、請求の範囲第１４項に記載の装置。
19. 前記制御ロッド（５０）の肩部（５１）が前記アクチュエータピストン（４７）の塊体内に形成された偏心長手方向のダクト（５４）内で前記制御ロッドを中心に位置させ、前記肩部は流体を前記ダクトに沿って流すことができるように溝またはスロットを有する、請求の範囲第１４項に記載の装置。

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