JP5221390B2 - 可変圧縮比の内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮比が可変の内燃機関に関する。より詳細には、本発明は、２つの対向する往復動可能なピストンを内部に備える少なくとも１つのシリンダであって、各ピストンがピストンロッドを介して対応するアームに接続され、これにより、各アームが、前記２つのアームに接続するメインシャフトがベアリングで回転可能に支持される開口を示し、該メインシャフトは、各開口の中心線に対して角度を含む、シリンダと、前記シリンダ内の圧縮比を変化させる圧縮比可変手段とを含む、内燃機関に関する。

かかる内燃機関は、例えば、特許文献１から知られている。

内燃機関の圧縮比は、ピストンがその上死点にあるとき、燃焼スペースの容積でシリンダの容量を割ることにより算出される。即ち、圧縮比は、エアと燃料の混合物が点火される前に圧縮される圧力の量を示す。圧縮比は、エンジンの出力を大きな範囲で決定する。一般的に、出力は、燃焼スペースの圧力の増加に関連して増加するが、これは無限には続かない。

余りに高い圧縮時には所謂ノッキングが生じ、特に高回転で且つフル負荷時に生じる。これは、混合物の早期の自然爆発であり、これにより、ダメージがピストンに付加される。ノッキングが生じる瞬間は、圧縮比を決定する基礎となる上限値である。その後、それは、回転数や負荷に関係なく同等に留まる。しかし、特に低回転数で低い力の場合、良好な出力のためにより高い圧縮比が望ましいだろう。しかし、たいていは車両用内燃機関の圧縮比のレベルは、妥協の結果であり、これにより、エンジンは、市街地、田舎道、及び、自動車専用道路で高速で駆動しているときに、最良の達成可能な性能の組み合わせを提供する。

全ての環境下で最適な出力及びこのような態様で良好な性能を得るため、内燃機関の圧縮比を可変する可能性に関して研究がなされている。

しかしながら、従来のガソリンエンジンに対しては、これは、構成上非常に複雑である。通常、かかるエンジンは、互いに隣接して直線、V字型、若しくは現在ではW型でも配置され、若しくは、互いに対向したボクサー配置で配置される複数のシリンダを備える。これらのシリンダのそれぞれは、その中でピストンが上下動するが、上面に固定されるシリンダヘッドにより上面が閉塞されており、そこに、スパークプラグ(複数の場合も有り)だけでなく吸気及び排気バルブが設けられる。ピストンは、シリンダの他方の面を閉塞し、エンジンの全てのピストンに対する共通のクランクシャフトのクランクとコネクションロッドを介して接続される。このクランクシャフトは、ピストンの上下動を、例えば車両の、駆動用に使用される回転運動へと変換する。ここで説明される構成の結果として、従来の内燃機関は、圧縮比を可変する適性が低い。

かかる従来の内燃機関において依然として圧縮比を可変しようとする近年の労力の一例は、スウェーデンの製造業者であるSaabによりプロトタイプとして近年提案されたSVCエンジンである。このSVCエンジンは、互いに対して往復動する２つの部分を含む。一方でシリンダバレルが固定されたシリンダヘッドであり、従って、実際には、シリンダブロックであり、他方で、クランクシャフト及びピストンを内蔵するカーターである。カーターに対してシリンダブロックを揺動させることによって、ピストンが上死点にあるときの燃焼スペースの容積が変化し、これにより、圧縮比も変化する。明らかなこととして、これは、複雑な構成であり、その動きは、制御が困難であり、更に、それ自身により既に相当な容量をおそらくは必要とする。かかる設計を考慮する唯一の理由は、できるだけ既存のエンジン構成を結合したい要望の観点からと思われる。

圧縮比をより容易に可変とするために、内燃機関の先進的な他の基本設計が必要である。かかる設計は、上記の特許文献１で提案されている。この特許では、４気筒ガソリンエンジンが開示され、そのシリンダは、中央のメインシャフトまわりに互いに平行に配置され、これは、従来のエンジンのクランクシャフトと機能的に比較に値する。各シリンダでは、２つのピストンが反対方向に移動可能である。ピストンが互いに対して最も近接する端位置、即ち上死点では、ピストンは、協動して、燃焼スペースを決める。従って、この構成では、シリンダを閉塞するために別個のヘッドは必要でない。スパークプラグは、燃焼スペース内にシリンダの壁にて突出し、吸気及び排気ゲートもシリンダ壁に形成される。これは、ピストンが内部を移動する摺動可能なシリンダバレルで閉じられるだろう。

各ピストンは、ピストンロッドにより接続され、ピストンロッドは、アームにより、ガイド内のベアリングで支持される。４つのピストンのアームは、エンジンの各側で、中央の開口を示すディスク上に固定され、中央の開口内には、メインシャフトがベアリングで回転可能に支持される。これにより、ディスクは、メインシャフトに対して角度を持って配置され、従って、ディスクは、メインシャフトの回転中の揺動を実行することができる。このような態様で、ピストン及びピストンロッドの往復動は、従って、多様なシリンダにおける連続的なガソリン／空気混合物の燃焼の結果として、ディスクの揺動及びそれによるメインシャフトの回転を生む。この回転は、例えば車両の駆動に用いることができる。

上述の如く、この種の内燃機関は、圧縮比を可変するのに適するように比較的簡易な態様で作成されることができる。それ故に、揺動ディスクの１つは、メインシャフトに沿って変位可能である。他の揺動ディスクに対して揺動ディスクが変位するとき、その上死点でのピストン間のスペースは低減若しくは増加され、これにより、圧縮比が対応してそれぞれ増加、低減される。
米国特許４，６２２，９２７号

特許文献１による上述の内燃機関は、揺動ディスクエンジンとしても指示され、理論的には満足に機能すべきであるが、それは、いくつかの現実的な欠点を示す。これらの欠点は、先ず、十分にロバストでない、圧縮比を可変する機構に関する。他の問題の領域は、スパークプラグの位置及び吸気及び排気バルブの複雑な構成及び動作である。更に、ピストンと揺動ディスクの間の接続は、最も重く負荷されるエンジン構成要素に望ましくない余計な負荷を生む。最後に、エンジンの潤滑及び熱管理は、注意を要するポイントである。

本発明の第１の局面によると、冒頭に記載した種の内燃機関は、圧縮比可変手段が、メインシャフトにおける分割部と、それにより形成されるメインシャフトの各部分を互いに対して離反するように変位させるための駆動手段とを含むことを特徴とする。メインシャフトを長くし若しくは短くすることによる圧縮比の変更は、メインシャフトに沿って揺動ディスクを変位させることに比べて、よりコンパクトな構成を生む。これは、互いに対向するピストンの選択された配置のエンジンは直線若しくはV字にシリンダを備える従来の内燃機関に比べて比較的長くなることから、重要である。

ロバストで簡易な調整機構は、前記駆動手段が、前記メインシャフトにおける分割位置に含まれるスクリュースピンドルを含み、該スクリュースピンドルが、前記シャフトの部分の一方にベアリングで支持され、他方のシャフトの部分内に含まれるナットと協動するときに、得られる。更に、ナットは、シャフト部分自体がめねじも備えるという意味で、シャフト部分に一体的に形状付けされることができる。

好ましくは、前記駆動手段は、前記メインシャフト内に含まれ、電気式モータ若しくは液体式モータを駆動するスクリュースピンドルを含み、これはコンパクトな構成を生む。

エンジンが稼動しているかどうかに関係なく、簡易且つ信頼性の高い態様で圧縮比を適合することができるようにするため、前記駆動手段は、前記メインシャフトの外側に配置され、前記スクリュースピンドルにデファレンシャルを介して接続される調整装置を含む。

本発明の第２の局面によれば、冒頭に記載した種の内燃機関は、前記ピストンの１つの底部を通って突出する少なくとも１つのスパークプラグを備える。かかるスパークプラグの構成を備える場合、スパークプラグは、各圧縮比にて、ピストンの相互距離に関係なく、燃焼スペースの中央に配置されることが保証される。

このスパークプラグの配置は、ピストンロッドが中空である場合に簡易な態様で達成でき、スパークプラグは前記ピストンロッド内に固定される。例えば交換のために、スパークプラグに到達するために、好ましくは、前記ピストンから遠い側のピストンロッドの端部は、開口する。

ピストン内にスパークプラグを配置することは、特別な電源供給を必要とする。この目的のため、内燃機関は、好ましい実施例では、スパークプラグを備え、当該スパークプラグは、ピストンロッド内を延在する導体に接続され、その電圧供給部分は細長い電圧供給装置に沿って摺動可能である。

本発明の更なるその他の局面によれば、内燃機関は、更に、シリンダに空気若しくは燃料／空気混合物を計量供給する手段を効果的に備え、当該供給手段は、メインシャフトに接続されこれにより少なくとも１つの供給開口に沿って回転可能となる少なくとも１つの計量装置を含み、当該計量装置は、回転により供給開口を支配する位置に至らしめることができる。かかるメインシャフトと共に回転する計量装置は、上述の従来技術による摺動可能なシリンダバレルに比べて、構造的にも制御の観点からも、容易に実現することができる。

相当な量の空気若しくは燃料／空気混合物を供給することができるように供給開口を十分長く計量開口が支配するように至らせるにするため、好ましくは、円形部分の形状の計量開口を有する。更に、計量装置は、種々のシリンダに空気若しくは燃料／空気混合物を供給するために、多数の円形部分形状の計量開口を種々の半径及び／又は種々の長さで含むことができる。

本発明のその他の局面は、各ピストンロッドが、ガイドブッシュ内に摺動可能に搭載され、前記ピストンの移動方向を横断する方向に移動可能なユニバーサルジョイントにより前記対応するアームに接続される、上述の種の内燃機関を提供する。ピストンロッドをガイドブッシュ内に組み込むことにより、ピストンは、シリンダ壁に直接接することなく、シリンダ内を直線的に往復動することができる。揺動態様で上下に移動する従来のピストンに比べて、内燃機関は、それにより引き起こされる磨耗を低減する。圧縮方向を横断する方向の追加の移動可能性を備えるユニバーサルジョイントは、ピストンロッドとアーム間の接続位置にて、追加の力及びモーメントが、当該位置で全体として円滑でない稼動運動の結果として生ずることを防止する。

本発明の更なるその他の局面によれば、内燃機関は、ピストンの潤滑用システムを備え、当該ピストンの潤滑用システムは、潤滑されるべき前記ピストンの前記ピストンロッド内に設けられる少なくとも１つの潤滑手段供給ラインと、供給ラインに接続される前記ピストンのケーシング内の少なくとも１つの流出開口とを含む。このようにして、潤滑手段は、簡易な態様で、ピストンの外周に沿って分布されることができる。

好ましくは、潤滑手段供給ラインは、ピストン底部の近傍に配置され、従って、ピストン底部は、潤滑手段を介して冷却される。

潤滑手段の正確な計量供給を保証するため、潤滑手段に対して浸透性のある材料が前記流出開口内に含められる。

好ましくは、ピストンは、前記流出開口の両側でピストンケーシングまわりに円形状に延在するリング状のピストンリングを示し、これにより、潤滑手段の層が内部に閉じ込められる。シリンダの壁内に吸気開口及び排気開口が形成される場合、好ましくは、前記ピストンリングの幅は、ダイ開口の直径に少なくとも等しく、従って、これらは、吸気開口及び排気ゲートを均一に通過することができる。

本発明の更なるその他の局面によれば、上述の種の内燃機関は、前記シリンダの壁は一部品で形成されるという特徴を示す。上述の特許文献の特許から知られるエンジンでは、各シリンダは、エンジンの略対称面内で互いに接続される２つの半体からなる。従って、分割は、燃料領域の位置に配置され、そこでは、熱荷重は、最高となり、更に、圧縮比の変動時に顕著に変化する。かかる最も好ましくない位置での分割が、一体形状のシリンダ壁により防止される。

本発明による内燃機関の熱管理に関連して、冷却ラインを内部に備える重厚なエンジンブロックを有さない従来のエンジンとは対照的に、本発明の更なる局面によるエンジンは、シリンダを囲繞する冷却ケーシングを備える。このようにして、シリンダ壁は、なお適切に冷却されることができる。

エンジンの組み立てを簡略化すると共に冷却を最適化するために、好ましくは、前記冷却ケーシング及び前記シリンダの壁は一部品で形成される。

内燃機関の好ましい実施例では、前記シリンダは、前記ピストンの移動方向に摺動可能である。これにより、吸気及び排気開口の開閉の瞬間の双方で、開口の量を可変することができる。このようにして、容量、使用量及びエミッションを制御することができる。

最後に、本発明による内燃機関が前記メインシャフト周りに均等に分割される多数のシリンダを備える場合、前記種々のピストンのアームが、各アームの開口を定める共通のベアリングリングに固定され、一方では相当なエンジン容量が達成でき、他方ではアーム及びそれと共にメインシャフトへの荷重がより均一に拡散される。アーム及びベアリングリングは、実際には、揺動ディスクを形成し、これにより、この種の内燃機関は、揺動ディスクエンジンの名前の由縁とされる。

これより、本発明は、多数の例に基づいて明らかにされるが、これらの例は、あくまで例示を意図しており、如何なる態様でも限定的でないことが意図されている。

内燃機関(図１)は、本例では２つのである、多数のシリンダ２を含み、シリンダのそれぞれには、２つのピストン３が、互いに対して往復動する(図２)。ピストン３間で、各シリンダ２内において、燃焼スペース３５が形成され、各ピストン３背後のスペース１０２は、後述するが、スカベンジングスペースとして機能する。内燃機関１は、ツーストロークエンジンとして示された例で説明され、ピストン３は、スカベンジャーポンプを形成する。

各ピストン３は、対応するアーム５にピストンロッド４を介して接続される。種々のピストン３のアーム５は、開口７を決める共通のベアリングリング６上に固定される。エンジン１の両側上の２つのベアリングリング６は、メインシャフト８を介して接続され、メインシャフト８は、２つのボールベアリング７６により開口７においてベアリングで回転可能に支持されている。このメインシャフト８は、各開口７の中心線Ｃｌに対して角度αで囲み、この目的のため、ベアリングセグメント９を示し、そこでは、ベアリングリング６は、中心線に対して同一角度αで、ベアリングで支持されている。

傾斜した角度下でのこのベアリングの結果として、リング６及びそれに伴いアーム５は、図１，４Ａ，６及び８に一点鎖線で示すように、メインシャフト８の回転時に揺動運動を実行する。リング６及びアーム５の組立体は、従って、揺動ディスク５５とも指示される。更に、明らかなこととして、実際には、運動間の関係は反対である。即ち、アーム５は、往復動するピストン３及びピストンロッド４により揺動され、これは、ベアリングリング６及びベアリングセグメント９にてメインシャフト８の回転運動に変換される。

シリンダ２は、対向配置された２つのエンドプレート１２，１３内の溝１１内に端部１０が固定され、これらエンドプレート１２，１３は、ボルト１４及びナット１５により互いに接続されている。エンドプレート１２は、シリンダ２の約半分まで延在するベアリングブッシュ１６を示し、その中に、メインシャフト８がボールベアリング１７によりベアリングで支持される。メインシャフト８は、エンドプレート１２，１３内の開口１８,１９から更に離れる方向に延在する。

エンドプレート１２，１３は、更に、ガイドブッシュ２１が内部に固定される開口２０を示し、ガイドブッシュ２１の中には、ピストンロッド４がベアリングにより摺動可能に支持される。これらのピストンロッド４は、ボルト２２により対応するピストン３に固定され、ボルト２２は、各ピストン３の開口２３，２４にて、それぞれ、各ピストンロッド４に取り付き、ナット２５で締結される。

ピストンロッド４をアーム５と共に揺動ディスク６５上に接続するため、図示された例では、ユニバーサルジョイント６６（図７）が使用される。各ユニバーサルジョイント６６は、ピストンロッド４の自由端に固定されるフォーク６７により形成される。このフォーク６７は、２つの開口６８を示し、開口６８内には、クロス７０の２つのアーム６９がベアリングにより回転可能に支持される。クロス７０の２つの他のアーム７１は、アーム５の自由端にてガフ７２内でベアリングにより回転可能に支持される。

回転するメインシャフト８まわりの揺動時にアーム５のこの自由端が全体として直線的に動かないが、メインシャフト８の中心線に中点がある円弧を描くので、クロス７０も、揺動中にメインシャフト８から及びへと小さい範囲で動かされることができる。それによりユニバーサルジョイント６６及びそれに伴いピストンロッド４がピストン３の移動方向に対して横方向に負荷されないように、アーム６９は回転可能なだけでなく、開口６８内にベアリングにより摺動可能にも支持される。

代替実施例に対しては、ユニバーサルジョイント６６に代えて、ボールジョイント１０９が適用される(図８)。ボールジョイント１０９は、ピストンロッド４の周壁２８内の開口１１０においてベアリングにより支持される。後述するようにスパークプラグ３８が通過するのに十分な自由なスペースをピストンロッド４内に維持するために、側壁２８は、ボールジョイント１０９の位置にて突出部１１１を示す。この実施例では、内燃機関１は、更に、２つの追加のプレート１１２，１１３を備え、プレート１１２，１１３は、エンドプレート１２,１３の外側にある距離にて嵌合される。これらのプロセッサ１１２，１１３では、摺動ベアリング１１４が構成されており、これは、ピストンロッド４用の追加のベアリングを形成する。また、メインシャフト８は、図示されていないが、追加的にエンドプレート１１２，１１３内でベアリングにより支持されることができる。

更に、各ピストンロッド４及び対応するピストン３は、潤滑手段供給ライン２６,２７を備え、これにより、潤滑油は、一方では、ガイドブッシュ２１の摺動を潤滑するために、ピストンロッド４の外周２８に中央供給ポイントから搬送されることができ、他方では、シリンダ２の内壁３０に沿ったピストン３の移動を潤滑するために、ピストン３のケーシング２９へと搬送されることができる。ピストン３内の潤滑手段供給ライン２７は、ピストン底部３１の近傍を走り、ピストン底部３１は、幾らかこのようにして冷却される。

潤滑手段供給ライン２７は、ピストンケーシング２９内の円形の溝３２で終端し、円形の溝３２は、流出開口として機能し、円形の溝３２の中には潤滑手段用の浸透性材料のリング３３が含められる。このようにして、シリンダ壁３０の沿った潤滑手段の比較的少量の非常に正確な計量が保証される。ピストン３まわりに潤滑手段を現実的に閉じこめるため、リング形のピストンリング３４が、流出開口３２の両側に構成されており、ピストンリング３４は、ピストンケーシング２９の外側にある程度突出する。これらのピストンリング３４は、比較的広く作成され、Ｉ字型の断面を示し、その利用態様が以下に説明される。

各ピストン３の底部３１は、図示の例では半球状に形成され、従って、シリンダ２内の２つのピストン３が、協動して、主に球状の燃焼スペース３５を定める（図２，４Ａ，６，８）。しかし、真の球形は、最も高い圧縮比時にのみえられる。以下で説明するように、燃焼スペース３５の形状は、圧縮比が低減するにつれて、球状からどんどん逸脱する。

双方のピストン３若しくは１つのピストン３において、ピストン底部３１は、中央開口３６を備え、中央開口３６を通って、スパークプラグ３８のヘッド３７が突出する。図示の例では、スパークプラグ３８は、以下で詳説するように、エンジン１の比較的低温の吸気側に配置される。従って、スパークプラグ３８の本体は、中空に形成されたピストンロッド４に固定される。ピストン３側とは反対側のピストンロッド４の端部３９は、開口しており、従って、スパークプラグ３８は、例えばそれを交換することができるように、ピストンロッド４の当該端部３９から届くことができる。

また、第１の実施例にて、ピストンロッド４及び揺動ディスク６５間の接続、従って、ユニバーサルジョイント６６は、当然ながら、中空１１６に構成される。上述の如く、図８に示すような接続の代替実施例では、ボールジョイント１０９は、中空のピストンロッド４の外側にてベアリングにより支持される。スパークプラグ３８を扱うことができる十分な可能性を有するために、ピストンロッド４の自由端３９は、更なる変形例に対しては拡幅される(図１０)。

それとは別に、図示された例では、全ての４つのピストン３は、中央開口３６を備える。単一のピストン設計で十分であるという生産技術上の利点に加えて、これは、エンジン１の使用に対して興味深い可能性を提供する。従って、スパークプラグ３８は、双方のピストン３内に設けることができる(図８)。これらの２つのスパークプラグ３８が、エンジン１の各作動ストロークにて電圧が供給されるとき、ダブルイグニッション(二重点火)及びより迅速でより均質な燃焼が達成される。これは、エンジン１のより良好な性能、エンジン１の低い使用量、エンジン１の低減されたエミッションを生む。他方、スパークプラグ３８は電圧を交互に供給されることも考えられる。この場合、それらの寿命は大幅に増加し、従って、交換の定期性が低減される。最後に、当然ながら、シリンダ２当たり単一のスパークプラグ３８のみを用いることも可能である。この目的のため、使用されないスパークプラグの開口３６は、（ここでは図示されない）プラグによりキャップされる必要がある。

スパークプラグ３８への電圧供給のために、スパークプラグ３８は、導体４０が接続され、導体４０は、中空のピストンロッド４内に延在する。この導体４０は、細長い電圧供給要素４１に沿って移動可能であり、これにより、電圧は、導体４０上へとフラッシュを介して変換される。図４Ａの実施例では、この電圧供給要素４１は、管として示されており、エンジンフレームの部品４３上の脚部４２上に立ち、導体４０まわりの中空ピストンロッド４内に延在する。その他の実施例では、図６に示すように、導体４０は、ピストンロッド４の外周部２８に接して着座する電圧供給部分４４を示し、電圧供給要素４１は、ガイドブッシュ２１内に含まれる。

シリンダ２は、それぞれ、吸気開口４５を介して燃料／空気混合物が提供され、吸気開口４５は、シリンダ壁３０に分割されて作成され、リングライン４６に接続される(図４Ａ，６)。リングライン４６は、供給されたエアが収集されるマニホールド１０３に接続される。この収集マニホールド１０３とリングライン４６の間には、スロットルバルブ１０４が設けられることができる(図４Ｂ)が、空気供給は、以下で詳説するように、ディスク状の計量装置５８(図４Ｃ)に基づいて全体が制御されることも考えられる。更に、各リングライン４６の直径は、図４Ｂの右側半分に示すように、主に一定にできる。しかしながら、シリンダ２に亘る混合物の均一な分布のために有利であると考えられる場合は、この直径は、図４Ｂの左側半分から分かるように、収集マニホールド１０３との接続部から考えて、燃料／空気混合物の流れ方向で低減することもできる。更に、図示の例では、リングライン４６は、収集マニホールド１０３との接続位置にて拡幅されたインジェクションマニホールド１０５を備える。このインジェクションマニホールド１０５には噴射装置５２が含められ、これにより、燃料は、吸入された空気と混合される。

収集マニホールド１０３は、エンドプレート１２,１３内の開口１８,１９の近傍に形成されるラインセグメント４７に(ここでは図示しない)ラインを介して接続される。これらのラインセグメント４７の反対側で、各エンドプレート１２,１３内には、ライン部分４８があり、ライン部分４８は、メインシャフト８に対して径方向に延在し、対応するピストン３背後のスカベンジングスペース１０２にそれぞれ接続される。これらのライン部分４８の反対側、従って、第１のラインセグメント４７の隣であるが、開口１８,１９から遠い側には、供給ライン５０の供給開口ないし供給口４９がそれぞれあり、供給開口ないし供給口４９は、エンドプレート１２を通って径方向に延在し、(ここでは図示しない)空気用のサクション管にフランジ５１を介して接続される。

燃料／空気混合物若しくは少なくとも吸入された空気の計量供給のため、図示された例では上述の如く、２つのディスク状の計量装置５８が利用され、計量装置５８は、中央開口６４をそれぞれ示し、メインシャフト８上に回転不能に固定される。各ディスク状計量装置５８は、第１のラインセグメント４７と一方では供給ライン５０の口４９の間、他方では半径方向のライン部分４８から延在する。この計量装置５８を回転させ、エンドプレート１２内でベアリングにより支持されるようにするために、第１のラインセグメント４７及び口４９は、それぞれのエンドプレート１２，１３の凹部６０内に固定されるプレート部分５９に含まれる。

各計量装置５８は、ここでは円形セグメントの形状である、多数の計量開口６１，６２を備え、メインシャフト８の各回転の部分中に、それぞれエンドプレート１２，１３の種々の開口若しくはライン部分を支配した状態である。図示の例では、計量装置５８は、その外縁６３付近に第１の計量開口６１を示し、第１の計量開口６１は、約半周に亘って延在する。この第１の計量開口６１は、供給ライン５０の供給開口ないし口４９と径方向のライン部分４８との間の接続を形成する。計量装置５８は、更に、他の径で形成される第２の計量開口６２を示し、この場合、計量開口６２は、中央開口６４に近い方である。この計量開口６２は、計量ディスク５８の外周の約半分をカバーするが、径方向のライン部分４８とラインセグメント４７との接続をなし、最終的にリングライン４６と接続される。従って、メインシャフト８及びそれに伴う計量ディスク５８の各回転時、交互に、口４０が径方向のライン部分４８と接続され、その後、このライン部分４８がラインセグメント４７と接続される。これにより、ピストン３の圧縮ストローク中、ピストン３がその下死点（ＢＤＰ）からその上死点（ＴＤＰ）に移動するとき、空気が供給ライン５０から口４９及び計量開口６１を介してスカベンジングスペース１０２に吸引される。続くＢＤＰからＴＤＰへのピストン３の作動ストローク中、当該空気は、径方向のライン部分４８とラインセグメント４７の間を介して、収集マニホールド１０３に至る(ここでは図示しない)接続ラインへと圧送される。そこから、空気は、リングライン４６へ流れ、そこで、燃料が噴射されることになり、その後、このようにして形成される燃料／空気混合物は、シリンダ２へと吸気開口３５を介して流れる。

尚、図４Ａの下半分には、リングライン４６に対する代替例が示されている。ここでは、端壁１０６が利用され、端壁１０６は、ベアリングブッシュ１６から突出し、シリンダ壁３０と、シールしつつ、接触する。この端壁１０６は、シリンダ壁３０、ベアリングブッシュ１６及びエンドプレート１０７を定め、そこから、燃料／空気混合物は、吸気開口３５へと流れる。

燃焼後、各シリンダ２からの排気は、シリンダ壁３０内に形成されリングライン５４にも接続される多数の排気開口５３を介して排出される。シリンダ２内の気体の流れ方向は、図の左から右の矢印ＭＦにより指示される。リングライン５４は、排気側では排気ライン５５内で終端し、排気ライン５５は、(ここでは図示しない)排気システムに接続される。

上述の如く、ピストンリング３４は、比較的広く形成される。いずれの場合も、ピストンリング３４は、何ら問題無しに吸気開口４５と排気開口５３を通過できるような幅を示すべきである。ピストンリング３４の幅は、この目的のため、ピストンリング３４の移動方向で吸気及び排気開口４５、５３の寸法に少なくとも等しい。

図示の例では、それぞれ、燃料／空気混合物を供給し、排気を排出するためのリングライン４６，５４は、シリンダ２の一部として形成される。これは、また、シリンダ壁３０まわりの冷却液に対して多数の相互接続された通路５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃを定める冷却ケーシング５６に対しても当てはまる。更に、シリンダ壁３０も、エンドプレート１２，１３間の一部として形成される。したがって、公知の揺動ディスクエンジンの場合のようなエンジンの対称面内の分割は当てはまらない。

図示の例でのエンドプレート１２,１３間のシリンダ２は固定されているが、シリンダ２がベアリングにより摺動可能に支持されることも考えられる。シリンダ２を移動させるとき、吸気及び排気開口４５、５３がピストン３により解放される瞬間と同様、ピストン３と吸気及び排気開口４５、５３の間のオーバーラップ量が変化する。このようにして、エンジン１により提供される容量を制御することができる。かかる制御は、スロットルバルブ１０４を余計なものとするだろう。容量に加えて、当然ながら、使用量及びエミッションをこのように制御することができる。

上述の如く、上述の種の内燃機関、即ち所謂揺動ディスクエンジンは、簡易な態様で圧縮比、従って、２つのピストン３がその下死点（ＢＤＰ）にあるときのシリンダ２の全体のストローク容積と、上死点（ＴＤＰ）にあるピストン３により定まる燃焼スペース３５の容量との間の比を可変するのに非常に適している。本発明によれば、揺動ディスクエンジン１は、メインシャフト８内の分割７４と、このようにして形成されるシャフト部分８Ｌ，８Ｒを互いに対して離れる方向に移動する駆動手段７５との組み合わせにより形成される圧縮比可変手段７３を提供する。

図示の例では、駆動手段７５は、スクリュースピンドル７７を含み、スクリュースピンドル７７は、シャフト半体８Ｌ，８Ｒの一方にベアリングにより支持され、いずれの場合も、シャフトの他の半分に設けられるナット７８と協動する。このナット７８は、２つの対向する方向の螺子セグメント７８Ｌ，７８Ｒを示し、螺子セグメント７８Ｌ，７８Ｒのそれぞれは、シャフト部分８Ｌ，８Ｒの一方と協動する（図４Ａ，６）。スクリュースピンドル７７を回転させるために、電気式モータ若しくは液体式モータを使用することができる。

図４Ａによる実施例では、スクリュースピンドル７７は、スクリュースピンドル７に接続されるピストンの両側にてマニホールド７９，８０の一方内へと液圧式の液体を加圧する手段により移動される。スクリュースピンドル７７は、大きなピッチの螺子セグメント８１Ｒをここでは備え、螺子セグメント８１Ｒは、ナット７８内のめねじセグメント８１Ｌと協動する。従って、スクリュースピンドル７７を移動させるとき、ナット７８が回転されることになり、これにより、対向する方向のセグメント７８Ｌ，７８Ｒがシャフト部分８Ｌ，８Ｒ内の中空８３内のめねじ８２と協動し、これにより、シャフト部分８Ｌ，８Ｒが互いに対して離反又は近接する方向に移動する。従って、ベアリングセグメント９間の距離、それに伴い揺動ディスク６５間及びＢＤＰとＴＤＰの双方におけるピストン３間の距離が変化する。この変化は、揺動ディスクエンジン１の圧縮比の変化をもたらす。

シャフト部分の一方、ここでは、長手方向で右側のシャフト部分８Ｒは、ベアリングにより不動に支持されるので、従って、他方のシャフト部分８Ｌが、往復動することになる。シャフト半体８Ｒのベアリングに対して、これは、シャフトスタブ８５まわりを把持する凹部８４を備えてよく、シャフトスタブ８５は、エンジンフレームのケーシング部分８６Ｒ上に固定される。これに対して、他方のシャフト半体８Ｌ自身は、エンジンフレームの対向する閉じた部分８６Ｌ内の開口８８内にベアリングにより摺動可能に支持されるシャフトスタブ８７を示す。燃焼スペースの固定されたベアリングを備える半体８Ｒ上のベアリングセグメント９は、シャフト８の長手方向で負荷されず、それ故に、簡易に形成されることができる。これに対して、摺動可能なシャフト半体８Ｌ上のベアリングセグメント９は、揺動ディスク６５へと荷重を伝えることができるように構成される。

その他、２つのシャフト半体８Ｌ，８Ｒは、また、それぞれ、いわゆるスプライン１０８，１１５を示し、これにより、２つのシャフト半体８Ｌ，８Ｒは、回転自由な態様で相互に接続される。これらのスプライン１０８，１１５は、互いに対して、軸方向に摺動可能であり、シャフト半体８Ｌの外周上、シャフト半体８Ｒの内周上にそれぞれ互いに噛み合う歯を備え(図４Ａ，６)、これは、これらの２つのシャフト半体８Ｌ，８Ｒ上に負荷されるトルクを伝達する。

圧縮比可変手段７３の代替実施例では、スクリュースピンドル７７の駆動は、メインシャフト８内でなされず、その外側でなされる(図６)。これにより、半体の螺子セグメント８１Ｌ，８１Ｒを備えるスクリュースピンドル７７は、シャフト部分８Ｌ，８Ｒ内の中空８３内のめねじ８２に直接接触する。比較的厚いスクリュースピンドルは、エンジンフレームの外側にメインシャフト８を通って延在するコネクションロッド９０にクロートルク８９を介して接続される。このロッド９０は、メインシャフト８の端部付近でローラベアリング９１により支持され、そこからデファレンシャル９１を通って延在する。

キー９２のおかげでロッド９０の端部は、デファレンシャル９１の歯ディスク９３と回転不能に接続され、歯ディスク９３は、歯付き中間ディスク９５に円錐歯車９４を介して接続される。円錐歯車９４は、回転可能なリング９６にベアリングにより支持される。中間ディスク９５は、エンジンフレーム上の固定された歯９８に円錐歯車９７の第２のセットを介して接続される。円錐歯車９７は、固定されたリング９８内でベアリングにより支持され、リング９８は、ウォーム９９を介して回転可能なリング９６に接続される。このウォーム９９を回転させるとき、回転可能なリング９６が固定リング９８周りを回転し、これにより、ロッド９０が回転され、それと共にスクリュースピンドル７７が回転される。間にデファレンシャル９１を設けることによって、この実施例のスクリュースピンドル７７は、エンジンが稼動していないときとエンジンが稼動しているときの双方で回転されることができる。

揺動ディスク６５の連続的な揺動の結果としてのメインシャフト８の回転モーメントの一人以上のユーザへの伝達のために、メインシャフト８は、歯付きリング１００を備える。これは、エンジンの外側へ回転モーメントを伝える１つ以上の歯車１０１と噛合することができる(図４Ｂ)。これにより、これらの歯車１０１は、フライホイールとして動作されることができる。メインシャフト８上における歯付きリング１００の位置は、原理上、自由に選択されることができる。それ故に、それは、図１，２によるエンジンの実施例では、エンドプレート１３の近傍に配置される一方、図４Ａの実施例では、中央位置が選択される。最後に、図６の実施例では、歯付きリング１００は、フライホイールとして自身が動作され、メインシャフト８の自由端上に搭載される。

従って、上述の本発明によるいわゆる揺動ディスクエンジンは、旧来のエンジン設計に比べて多数の利点を提供する。上述の本発明は、多数の例に基づいて明らかにされたが、本発明はこれに限定されず、多くの異なる方法で変更されることができるは、明らかである。特に、本発明の全ての新規な局面は、それに関連する効果を維持しつつ、種々の組み合わせで適用されることができる。それ故に、本発明の範囲は、添付の請求項により排他的に特定される。

本発明による内燃機関の斜視図。 揺動ディスクが取り除かれたエンジンの長手断面図。 図３Ｂ，Ｃとの組み合わせで各構成要素が分離された図２に対応する内燃機関を示す図。 図３Ａ，Ｃとの組み合わせで各構成要素が分離された図２に対応する内燃機関を示す図。 図３Ａ，Ｂとの組み合わせで各構成要素が分離された図２に対応する内燃機関を示す図。 完全に組み立てられた内燃機関の長手断面図。 図４Ａの矢印Ｂによる端面視を示し、エンジンの種々の面内に存在する要素を概略的に示す図。 円形断面形状の開口を備える計量装置を示す図。 燃料／空気供給システムの、他の面に配置された、他の構成要素に対する計量ディスクの位置を概略的に示す図。 外面にスプラインを備えるメインシャフトの半分の断面図。 圧縮比可変手段の代替実施例を備える内燃機関の長手断面図。 図１乃至図６による内燃機関に適用されるようなピストン、ピストンロッド及びユニバーサルジョイントの斜視図。 ピストンロッドと揺動ディスクの間に代替的な接続が適用された、ピストンとメインシャフト間のトランスミッションの最も重要な構成要素の長手断面図。 図８の内燃機関に適用されるようなピストン、ピストンロッド及びボールジョイントの斜視図。 ピストンとその他の実施例のピストンロッドとボールジョイントの斜視図。

Claims (22)

1. ２つの対向する往復動可能なピストンを内部に備える少なくとも１つのシリンダであって、各ピストンがピストンロッドを介して対応するアームに接続され、各アームが、前記２つのアームに接続するメインシャフトがベアリングで回転可能に支持される開口を示し、該メインシャフトは、各開口の中心線に対して角度を含む、シリンダと、
   前記シリンダ内の圧縮比を変化させる圧縮比可変手段とを含む、内燃機関において、
   前記圧縮比可変手段は、前記メインシャフトにおける分割と、該分割により形成される前記メインシャフトの各部分を互いに対して離反するように動かすための駆動手段とを含み、
   前記メインシャフトは、２部品に横方向に分割され、軸方向で、互いに並んでおり、
   前記メインシャフトは、一の部分が一方のアームに接続され、他の部分が他方のアームに接続され、
   前記駆動手段は、前記メインシャフトの双方の部分を、固定された前記シリンダに対して、逆方向に移動させることを特徴とする、内燃機関。
2. ２つの対向する往復動可能なピストンを内部に備える少なくとも１つのシリンダであって、各ピストンがピストンロッドを介して対応するアームに接続され、各アームが、前記２つのアームに接続するメインシャフトがベアリングで回転可能に支持される開口を示し、該メインシャフトは、各開口の中心線に対して角度を含む、シリンダと、
   前記シリンダ内の圧縮比を変化させる圧縮比可変手段とを含む、内燃機関において、
   前記圧縮比可変手段は、前記メインシャフトにおける分割と、該分割により形成される前記メインシャフトの各部分を互いに対して離反するように動かすための駆動手段とを含み、
   前記駆動手段は、前記メインシャフトにおける分割部に含まれるスクリュースピンドルを含み、該スクリュースピンドルは、前記シャフトの部分の一方にベアリングで支持され、他方のシャフトの部分内に設けられるナットと協動することを特徴とする、内燃機関。
3. 前記駆動手段は、前記メインシャフト内に設けられ、前記スクリュースピンドルを駆動する電気式モータ若しくは液体式モータを含むことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記駆動手段は、前記メインシャフトの外側に配置され、前記スクリュースピンドルにデファレンシャルを介して接続される調整装置を含むことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記ピストンの１つの底部を通って突出する少なくとも１つのスパークプラグを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記ピストンロッドは中空であり、前記スパークプラグは前記ピストンロッド内に固定されることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記ピストンロッドの、前記ピストンから離れる側の端部は開口していることを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記スパークプラグに接続される導体であって、前記ピストンロッド内を延在し、その電圧供給部分が細長い電圧供給装置に沿って移動可能である導体を特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
9. 空気若しくは燃料／空気混合物の供給のシリンダへの計量のための手段であって、供給手段は、メインシャフトに接続される少なくとも１つの供給開口に沿って回転可能な計量装置を含み、該計量装置は、少なくとも１つの計量開口を示し、該計量開口は、前記計量装置の回転を介して前記供給開口を支配する位置に至らしめることができることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
10. 前記計量開口は、円形部分の形状を有することを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記計量装置は、多数の円形部分形状の計量開口を種々の半径及び／又は種々の長さで示す、請求項１０に記載の内燃機関。
12. 各ピストンロッドは、ガイドブッシュ内に摺動可能に設けられ、前記ピストンの移動方向を横断する方向に移動可能なユニバーサルジョイントにより前記対応するアームに接続されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関。
13. 前記ピストンの潤滑用システムであって、潤滑されるべき前記ピストンの前記ピストンロッド内に設けられる少なくとも１つの潤滑手段供給ラインと、前記ピストンのケーシング内の供給ラインに接続される少なくとも１つの流出開口とを含む潤滑用システムを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の内燃機関。
14. 前記の潤滑手段供給ラインは、ピストン底部の近傍を走ることを特徴とする、請求項１３に記載の内燃機関。
15. 給油浸透性材料が前記流出開口内に含められることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の内燃機関。
16. 前記流出開口の両側の前記ピストンは、前記ピストンのケーシングまわりにリング状のピストンリングを示すことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関。
17. 前記シリンダの壁内に、吸気開口及び排気開口が形成され、前記ピストンリングの幅は、これらの吸気開口及び排気開口の直径に少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１６に記載の内燃機関。
18. 前記シリンダの壁は一部品で形成されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の内燃機関。
19. 前記シリンダを囲繞する冷却ケーシングを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の内燃機関。
20. 前記冷却ケーシング及び前記シリンダの壁は一部品で形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の内燃機関。
21. 前記シリンダは、前記ピストンの移動方向に摺動可能であることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の内燃機関。
22. 前記メインシャフト周りに均等に分割される多数のシリンダを特徴とし、前記種々のピストンのアームが、各アームの開口を定める共通のベアリングリングに固定される、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の内燃機関。
    

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