JP6208798B2 - 内燃機関用のシリンダ構成 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のシリンダ構成であって、シリンダハウジングを備え、シリンダハウジング内に作動用ピストンが提供され、シリンダハウジングが、第１の端部で、第１の駆動装置によって可動なシリンダカバーによって閉じられており、シリンダカバーがカバー周面を有し、作動用ピストンとシリンダカバーとの間に燃焼室が構成され、シリンダハウジング内に設けられた燃焼空気吸気口および排ガス排気口の開閉のために、第２の駆動装置によって作動可能なスライダ構成が提供されるシリンダ構成に関する。さらに、本発明は、そのようなシリンダ構成を備える内燃機関に関する。

現代の内燃機関は、様々な種類の弁駆動構成を備え、そのような弁駆動構成には、その時々の動作状態に応じて、弁の開き、排気弁および吸気弁の制御時間および位相位置、圧縮比の変化などを適合させることを可能にする装置が設けられている。シリンダ構成のディスクバルブ用のカムシャフト駆動手段を備える従来の内燃機関の構造により、上記の適合を実施できるようにするために多数の高価な弁駆動適合装置が必要とされる。

特に、内燃機関のシリンダの燃焼室内の圧縮比を容易に変更することに関して、いわゆるＢｕｒｔ−ＭｃＣｏｌｌｕｍ型のスライダ制御機構を備えるシリンダ構成を内燃機関で使用することが知られている（これについては、例えば（特許文献１）または（特許文献２）も参照されたい）。

固定して提供されたシリンダヘッド内でカムシャフト駆動手段を利用する従来のシリンダ構成では、シリンダの燃焼室内の圧縮比の単純で安価な変更は可能でない。

米国特許第１，２４８，８０１号明細書 独国特許公開第１９９ ５４ ４３８ Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、単純で安価な様式で、スライダ制御機構を備える内燃機関を、現代の内燃機関のコンセプトに適するようにさらに改良することである。

この目的は、シリンダカバーが、カバー周面と燃焼空気吸気口および排ガス排気口との半径方向での重なり合いが可能になるように可動に配置されることによって解決される。これにより、シリンダカバーを軸方向で移動させることによって、圧縮比の変更に加えて、燃焼空気吸気口および排ガス排気口の制御時間および制御断面積の変更を行うことが容易に可能になる。ここで、スライダ構成が、シリンダハウジング内で移動されるシリンダ筒体として形成され、その運動が、垂直並進運動成分と回転運動成分とを組み合わせたものであり、シリンダ筒体にスライダ開口が構成され、スライダ開口が、それぞれの燃焼空気吸気口および排ガス排気口に対応し、シリンダカバーが、シリンダ筒体内で可動に導かれると特に有利である。これにより、シリンダ筒体の提供によって密閉措置を最小限で済ますことができる非常にコンパクトなシリンダ構成が提供される。第２の駆動装置が、玉継手を介してシリンダ筒体と動作結合されている駆動機構を備えることによって、垂直並進運動成分と回転運動成分を容易に変換することができる。ここで、有利には、駆動機構は、駆動歯車として形成することができる。

燃焼室に向いたカバー周面の周縁部が、燃焼空気吸気口および排ガス排気口に対応する数の、角度を付けて延びる部分を有するとき、シリンダカバーの容易な回転運動によって、燃焼室内の圧縮比を強制的に変えずに燃焼空気吸気口および排ガス排気口の制御時間を変更することができる。有利には、第１の駆動装置は、ねじ駆動手段を備える。駆動は、ここでは、機械的、液圧的、空気圧的、および／または電気的に行うことができる。

６対の燃焼空気吸気口と排ガス排気口に６つのスライダ開口が割り当てられていると有利であることが分かっている。当然、これは、特定の一実施形態を表すにすぎない。燃焼空気吸気口と排ガス排気口の数ならびに大きさおよび幾何形状は、例えば、ボアストローク比、圧縮比、燃焼室の形状、トップランドの高さ、制御断面積および制御角度などに合わせて調整される。さらに、より多数または少数の対も可能である。また、異なる数の燃焼空気吸気口と排ガス排気口が提供されることも考えられる。出力および消費の観点での最大の制御断面積のために、対として配置された開口が使用される。さらに、燃焼空気吸気口および排ガス排気口の吸気チャネルおよび排気チャネル内に第１および第２の絞り機構が提供されることによって、制御時間および制御断面積のさらなる変更が可能にされる。

この目的は、同様に、そのようなシリンダ構成を複数備える内燃機関によっても解決される。ここで、第２の駆動装置が駆動機構を有することができ、この駆動機構は、駆動歯車として形成され、玉継手を介してシリンダ筒体と動作結合されており、駆動歯車は、被動歯車を介してクランクシャフトと接続されている。有利な様式では、ここで、駆動歯車がアクチュエータとして形成され、アクチュエータは、クランクシャフトとスライダ構成との間の位相調整を可能にする。しかし、アクチュエータは、チェーンプーリまたはベルトプーリとして形成することもできる。

ここではシリンダ構成の距離が主にクランクシャフトによって定義されるので、特に有利な様式では、シリンダ構成はフラットエンジンを表す。しかし、あらゆる任意の構造形態／シリンダの数が考えられる。

以下、本発明を図面に基づいてより詳細に説明する。

本発明によるシリンダ構成の部分切断図である。 シリンダハウジングを省いた図１からのシリンダ構成を示す図である。 図１からのシリンダ構成のシリンダカバーの実施形態の詳細図である。 切断線ＩＶ−ＩＶの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。 切断線ＩＶ−ＩＶの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。 切断線ＩＶ−ＩＶの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。 切断線Ｖ−Ｖの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。 切断線Ｖ−Ｖの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。 切断線Ｖ−Ｖの高さでの図１からのシリンダ構成の切断図である。

図１は、本発明によるシリンダ構成２の部分切断図を示す。このシリンダ構成２は、ここではシリンダ構成２間に大きなブリッジ幅があるので、いわゆるフラットエンジン（図示せず）での使用に特に適している。本発明によるシリンダ構成２は、シリンダハウジング４を備え、シリンダハウジング４は、第１の端部で、シリンダカバー６によって閉じられている。さらに、既知の様式で作動用ピストン８が提供され、それにより、作動用ピストン８とシリンダカバー６との間に燃焼室１０が構成される。作動用ピストン８には、既知の様式でコネクティングロッド１２が接続し、コネクティングロッド１２は、クランクシャフト１４と動作結合されている。

シリンダカバー６はカバー周面１６を有し、カバー周面１６は、シリンダ筒体として構成されたシリンダハウジング４のスライダ構成１８につながり、シリンダカバー６の軸方向運動を可能にする。そのために第１の駆動装置２０が提供され、この例示的実施形態では、駆動装置２０のうち、ねじ駆動手段２２が示されており、ねじ駆動手段２２は、ウォーム歯車機構として構成され、ねじ山２４を有し、ウォーム２６の回転運動がウォーム歯車２８の回転運動を引き起こし、シリンダカバー６が軸方向でねじ山２４を越えて移動されるようにする。そのように形成されたシリンダカバー６によって、特定の動作状況に応じて燃焼室１０を拡大または縮小することができるので、圧縮比の変更が容易に可能である。

シリンダ筒体１８はスライダ開口３０を有し、スライダ開口３０は、垂直並進運動成分および回転運動成分によって燃焼空気吸気口３２および排ガス排気口３４と合致し、それにより、既知の様式で、吸気チャネル３６を通して燃焼室１０に燃焼空気を供給し、排気チャネル３８を通して燃焼室１０から排ガスを排気することができる。この例示的実施形態では、６対の燃焼空気吸気口３２と排ガス排気口３４に、６つのスライダ開口３０が割り当てられている。図４ａ〜図４ｃおよび図５ａ〜図５ｃに関してさらにより詳細に述べるように、吸気チャネル３６および排気チャネル３８に第１の絞り機構４０および第２の絞り機構４２が提供され、これらの絞り機構４０および４２は、制御時間または制御断面積の制御を行う。

シリンダ筒体１８は、第２の駆動装置４４によって回転および並進駆動される。第２の駆動装置４４は、ここでは、駆動歯車４６として構成された駆動機構を有し、この駆動機構は、偏心して連接された玉継手４８を介してシリンダ筒体１８と接続されている。駆動歯車４６は、さらに、クランクシャフト１４のピニオン５０と動作結合されている。このように構成された第２の駆動装置４４によって、燃焼空気吸気口３２または排ガス排気口３４の開閉が、既知の様式でクランクシャフト１４と同調可能になることが保証される。

この例示的実施形態では、駆動歯車４６は、さらに油圧アクチュエータとして構成され、この油圧アクチュエータは、クランクシャフト１４とシリンダ筒体１８の運動との間の位相調整、したがって燃焼空気吸気口３２および排ガス排気口３４の開閉を可能にする。アクチュエータ５２は、ここでは特にベーンセル調整器として構成され、ベーン５４の一部分が、玉継手４８につながるシャフト５６と接続されており、ベーン５８の別の部分が、歯車４６と接続されている。

図２は、シリンダハウジング４を省いた図１からの本発明によるシリンダ構成２を示す。吸気チャネル３６を明瞭に見て取ることができ、ここでは吸気チャネル３６のうちの５つが示されている。これらの吸気チャネル３６には、上記のように、第１の絞り機構４０が割り当てられている。この絞り機構４０は、この例示的実施形態では、大きさが異なる絞り開口６０、６２、６４を有し、これらの絞り開口６０、６２、６４によって、レジスタと同様の吸気チャネル３６の開閉が可能にされる。さらに、第２の絞り機構４２を有する排気チャネル３８も示されており、これらの絞り機構４２も同様に、レジスタと同様の排気チャネル３８の開閉を可能にする。

図３は、図１からのシリンダカバー６の特定の実施形態の詳細図を示す。この図では、見やすくするためにシリンダ筒体１８を省略した。それにより、ここでは燃焼空気吸気口３２と排ガス排気口３４も明瞭に見て取ることができる。すなわち、ここで選択されている断面図では、計６対のうち３対の燃焼空気吸気口３２と排ガス排気口３４が示されている。ここでは、これらの開口３２、３４はそれぞれ、直線状に延びる制御縁部６６を有する。この制御縁部は、スライダ開口３０の下縁部６８（これについては図１を参照されたい）と協働して、回転運動成分および並進運動成分により、「燃焼空気吸気口を閉じる」または「排ガス排気口を開く」といった制御プロセスを決定する。図１に関して述べたように、シリンダカバー６の並進軸方向運動により、燃焼室１０の縮小に加えて、燃焼空気吸気口３２または排ガス排気口３４の閉鎖を解除することもでき、それにより制御プロセスの変更が可能である。しかし、圧縮比の変化に関係なく制御プロセスを変更することができるように、この実施形態では、シリンダカバー６が、燃焼室１０に向けられた周縁部７０を有することが企図され、この周縁部７０は、角度を付けて延びる１２個の部分７２を有し、それにより、シリンダカバー６の対応する軸方向位置で、シリンダカバー６の回転によって制御縁部６６の閉鎖を一部解除することが可能であり、それにより制御時間の変更も行うことができる。ここでは、ねじ駆動手段２４用の適切な係止機構（図示せず）によって、シリンダカバーを容易に回転させることができる。

既に上で言及したように、第１および第２の絞り機構４０、４２によって、燃焼空気吸気口３２または排ガス排気口３４の制御時間および／または制御断面積のさらなる変更が可能である。図４ａ〜図４ｃは、切断線ＩＶ−ＩＶの高さでの図１からの本発明によるシリンダ構成２の切断図である。これらの図は、絞り機構４０を様々な位置で示す。図２に関して既に説明したように、それぞれ大きさが異なる第１の絞り開口６０、６２、６４が提供される。第１の絞り機構４０の回転により、これらの絞り開口６０、６２、および６４を、対応する燃焼空気吸気チャネル３６と合致させることができ、それにより、関連の燃焼空気吸気口３２への流体接続を確立可能にする。したがって、図４ａでは、ちょうど２つの吸気チャネル３６が「開かれている」ように開口６４が特定の位置にされた絞り機構４０の位置が想定されている。駆動機構（図示せず）による左への絞り機構４０の回転により、図４ｂに示されるように、４つの吸気チャネル３６が開かれる。絞り機構４０のさらなる回転により、図４ｃで見て取れる位置が達成され、この位置では、６つの吸気チャネル３６が全て「開かれている」。

図５ａ〜図５ｃは、断面線ＶＩ−ＶＩの高さでの図１からの本発明によるシリンダ構成２を示す。ここでは、各排気チャネル３８に第２の絞り機構４２が配置されており、ここで、図５ｃに示されるように、これらの第２の絞り機構４２は、左方向への最大限の回転が６つの排気チャネル３８全てを開くように第１の絞り機構４０と結合される。図５ａに示される位置は、右への絞り機構４０の最大限の回転を示し、この位置では、２つの排気チャネル３８が開かれている。中間位置では、４つの排気チャネル３８が開かれる図５ｂに示される位置が達成される。

４ シリンダハウジング
６ シリンダカバー
８ 作動用ピストン
１０ 燃焼室
１４ クランクシャフト
１６ カバー周面
１８ スライダ構成
２０ 第１の駆動装置
２２ ねじ駆動手段
３０ スライダ開口
３２ 燃焼空気吸気口
３４ 排ガス排気口
３６ 吸気チャネル
３８ 排気チャネル
４０、４２ 絞り機構
４４ 第２の駆動装置
４６ 駆動機構
４８ 玉継手
５０ 被動歯車
７２ 部分

Claims (12)

1. 内燃機関用のシリンダ構成であって、シリンダハウジング（４）を備え、前記シリンダハウジング（４）内に作動用ピストン（８）が提供され、前記シリンダハウジング（４）が、第１の端部で、第１の駆動装置（２０）によって可動のシリンダカバー（６）によって閉じられており、前記作動用ピストン（８）と前記シリンダカバー（６）との間に燃焼室（１０）が構成され、
   前記シリンダカバー（６）の外周面をなすカバー周面（１６）は、前記燃焼室（１０）に向けられた側の端となる周縁部（７０）を有し、
   前記シリンダハウジング（４）内に設けられた燃焼空気吸気口（３２）および排ガス排気口（３４）の開閉のために、第２の駆動装置（４４）によって作動可能なスライダ構成（１８）が提供されたシリンダ構成において、
   前記燃焼空気吸気口（３２）および排ガス排気口（３４）の開とされている時間および閉とされている時間によって定義される制御時間の変更を行うことが可能となるよう、前記シリンダカバー（６）が、前記周縁部（７０）と燃焼空気吸気口（３２）および排ガス排気口（３４）との半径方向での重なり合いが可能になるように可動に配置されていることを特徴とするシリンダ構成。
2. 前記スライダ構成（１８）が、前記シリンダハウジング（４）内で移動されるシリンダ筒体として形成され、その運動が、垂直並進運動成分と回転運動成分とを組み合わせたものであり、前記シリンダ筒体（１８）にスライダ開口（３０）が構成され、前記スライダ開口（３０）が、それぞれの燃焼空気吸気口（３２）および排ガス排気口（３４）に対応し、前記シリンダカバー（６）が、前記シリンダ筒体（１８）内で可動に導かれることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ構成。
3. 前記第２の駆動装置（４４）が駆動機構（４６）を備え、前記駆動機構（４６）が、玉継手（４８）を介して前記シリンダ筒体（１８）と動作結合されていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダ構成。
4. 前記駆動機構（４６）が駆動歯車として形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシリンダ構成。
5. 前記燃焼室（１０）に向いた前記カバー周面（１６）の周縁部が、前記燃焼空気吸気口（３２）および前記排ガス排気口（３４）に対応する数の、角度を付けて延びる部分部片（７２）を有す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シリンダ構成。
6. 前記第１の駆動装置（２０）がねじ駆動手段（２２）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリンダ構成。
7. ６対の燃焼空気吸気口（３２）と排ガス排気口（３４）に６つのスライダ開口（３０）が割り当てられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリンダ構成。
8. 前記燃焼空気吸気口（３２）および前記排ガス排気口（３４）の吸気チャネル（３６）および排気チャネル（３８）に第１および第２の絞り機構（４０、４２）が提供されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリンダ構成。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のシリンダ構成（２）を複数有する内燃機関。
10. 前記第２の駆動装置（４４）が駆動機構（４６）を有し、前記駆動機構（４６）が、駆動歯車として形成され、玉継手（４８）を介して前記シリンダ筒体（１８）と動作結合されており、前記駆動歯車（４６）が、被動歯車（５０）を介してクランクシャフト（１４）と接続されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記駆動歯車（４６）がアクチュエータとして形成され、前記アクチュエータが、前記クランクシャフト（１４）と前記スライダ構成（１８）との間の位相調整を可能にすることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
12. 前記シリンダ構成（２）がフラットエンジンを表すことを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関。