JP6748202B2 - 圧縮比を変更するためのシステムが設けられた熱機関 - Google Patents

Description

本発明は、段差付き中間ピニオンが設けられた、熱機関の圧縮比を変更するためのシステムを備える熱機関に関する。

特許文献１は、エンジン動作状態に応じて圧縮比を変更するためのシステムを実現することを教示している。圧縮比を変更するためのこのシステムは、各々がコネクティングロッドの端部と協働するようにクランクシャフトのクランクピンに取り付けられた偏心パーツの組立体を備えている。

図１に示される制御デバイス１は、偏心パーツ２の位置を制御することを可能にする。このために、制御デバイス１は、作動シャフト３と、作動シャフト３に取り付けられた作動ピニオン４、及び中間ピニオン５によって形成された一連のピニオンと、を備え、中間ピニオン５の一部分が、作動ピニオン４と噛合し、他の部分が、偏心パーツ２に取り付けられたギア６と噛合する。

動作中に、作動シャフト３がフレームに対して回転固定されると、システムは、固定圧縮比の形態を有する。圧縮比を変えるときには、偏心パーツ２の角度位置が、新たな圧縮比に動かすために、作動シャフト３の角度位置によって制御される。このために、クランクシャフトのピボットを通じて、シャフトと、いわゆる移送ギアと、が、作動シャフト３の側に配置された偏心パーツ２の運動を、クランクシャフト（図１では見ることができない）の他の偏心パーツ２すべてに向かって、一方から他方に伝達する。

欧州特許出願第１４１６３８７０．０号明細書

しかしながら、このような形態の問題は、第１に作動ピニオン４と中間ピニオン5との間、第２に中間ピニオン５とギア６との間のギア平面のシフトが、作動ピニオン４及び中間ピニオン５の一部分を統合するためにクランクシャフトのフランジに凹部を形成することを必要とし、これが、クランクシャフトを局所的に弱化させることである。

さらに、クランクシャフトのバランスをとることは、反対側のフランジを縮小させることを必要とし、これも、クランクシャフトの機械的強度を減少させる傾向がある。フランジ内に１つ以上の凹部を機械加工することは、多くの切りくずを発生させる可能性がある相当な機械加工時間ももたらす。

本発明は、熱機関の圧縮比を変更するためのシステムを備える、特に自動車の熱機関であって、
圧縮比を変更するための前記システムが、
− クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられた少なくとも１つの偏心パーツであって、前記偏心パーツが、コネクティングロッドの端部と協働するよう意図された偏心形状を含む外面と、少なくとも１つのギアと、を備える、偏心パーツと、
− 前記偏心パーツの回転位置を制御するための制御デバイスであって、作動シャフトに取り付けられた作動ピニオンを備える、制御デバイスと、
を備える、熱機関において、
前記制御デバイスが、少なくとも１つの段差付き中間ピニオンをさらに備え、段差付き中間ピニオンが、ピニオンによってそれぞれ形成された第１の段及び第２の段を少なくとも備え、前記第１の段のピニオンが、前記作動ピニオンと噛合し、前記第２の段のピニオンが、偏心パーツの前記ギアと噛合する熱機関を提案することによって、上記の欠点を効果的に改善することを目的とする。

従って、本発明は、ピニオンを受容するためにクランクシャフトのフランジに形成された凹部のサイズを減少させることを可能にする。これは、クランクシャフトのバランスをとることを容易にするとともに、クランクシャフトの機械的強度、従ってエンジンの性能の達成可能なレベルを向上させる。クランクシャフトの機械加工時間も減少され、これは、削りくずを減少させ、従って機械加工プロセスを最適化することを可能にする。いくつかの場合、作動ピニオン及び／又は段の一方のピニオンが、システムの生産コストを制限するために、移送ピニオンの歯と同一である歯の形態を有してもよい。

本発明による内燃機関は、クランクシャフトも備え、前記制御デバイスは、好ましくは、クランクアームを貫通する。

従属請求項の１つに記載の内燃機関は、クランクシャフトも備え、好ましくは、ピニオン（３７，３８）によってそれぞれ形成された２つの段は、クランクアームの同じ側に配置されている。

一実施形態では、前記第１の段のピニオンが、前記第２の段のピニオンの直径よりも小さい直径を有する。これは、対応する作動ピニオンの直径を減少させること、従って、システムのサイズを減少させることを可能にする。

一実施形態では、前記第１の段のピニオンが、前記第２の段のピニオンよりも少ない歯を備える。

一実施形態では、前記第１の段の前記ピニオン及び前記第２の段の前記ピニオンが、互いに対して略同じ軸方向厚さを有する。

一実施形態では、前記第１の段の前記ピニオン及び前記第２の段の前記ピニオンが、収縮及び／又は螺合及び／又は溶接及び／又は接着及び／又はスナップ結合及び／又は前記ピニオンのスプラインとの協働によって、一緒に組み立てられる。

一実施形態では、前記第１の段の前記ピニオン及び前記第２の段の前記ピニオンが、支持プレートの両側に配置されている。

一実施形態では、前記支持プレートが、クランクシャフトのフランジに取り付けられるための固定手段を備えている。

一実施形態では、前記第１の段の前記ピニオン及び前記第２の段の前記ピニオンが、軸受、例えばニードルタイプの軸受を介して前記支持プレートに対して回転ガイドされる。

一実施形態では、前記作動ピニオンが、前記支持プレートから突出するピンに回転可能に取り付けられる。

一実施形態では、前記作動ギアと偏心パーツの前記ギアとの間のギア比が、０．５に略等しい。これは、クランクシャフトの回転速度に対して半分の速度での偏心パーツの回転を保証することを可能にする。

本発明は、以下の説明及び添付の図を参照することで、よりよく理解されるであろう。これらの図は、説明する理由だけのために与えられ、本発明を限定するものではない。

すでに説明したように、各々が、作動ピニオン及び偏心パーツのギアそれぞれとの２つの噛合面を有する、従来技術による中間ピニオンの斜視図である。 クランクシャフトの全長に沿った、本発明による熱機関の圧縮比を変更するためのシステムの統合を示す側面図である。 クランクシャフトのない、本発明による熱機関の圧縮比を変更するためのシステムの斜視図である。 本発明による段差付き中間ギアを含む、圧縮比を変更するためのシステムの一部分の斜視図である。 本発明による段差付き中間ギアの分解図である。 本発明の変形例により形成された熱機関の圧縮比を変更するためのシステムの概略正面図である。 支持プレートへの段差付き中間ギアの取付を示す斜視図である。 支持プレートへの段差付き中間ギアの取付を示す斜視図である。 クランクシャフトのフランジへの図７ａ及び図７ｂの支持プレートの取付を示す斜視図である。 クランクシャフトのフランジへの図７ａ及び図７ｂの支持プレートの取付を示す部分的な断面斜視図である。 図１に示される従来技術による段差のない段差なし中間ピニオンを有するクランクシャフトの図を示す。 図４に示される本発明による段差付きギアを有するクランクシャフトの図を示す。

図２から図８では、同一、同様又は類似の要素は、図ごとに同じ参照符号を保持する。

図２は、エンジンの動作状態に応じて圧縮比を変更するために圧縮比を変更するためのシステム１１を組み込むクランクシャフト１２の側面図である。これは、システム１１が低い負荷状態の下で高い圧縮比で内燃機関を動作させ、これにより内燃機関の効率を向上させることを可能にする。高い負荷動作状態の下では、圧縮比は、振動を回避するために小さくすることができる。

より具体的に、軸Ｘを有するエンジンクランクシャフト１２は、軸受によりクランクケースに回転可能に取り付けられるよう意図されている。クランクシャフト１２は、複数のクランクピン１３と、軸Ｘに対して略垂直に延在するフランジ１７によって分離されたジャーナル１４と、を備えている。クランクシャフト１２は、プーリー１８とともに回転可能に取り付けられるよう意図された前端部をさらに有する。フライホイール（図示せず）が、クランクシャフト１２の後端部に回転可能に取り付けられている。

偏心パーツ２１が、各偏心パーツ２１に形成された貫通孔２２を介してクランクピン１３に回転可能に取り付けられている。図４でよりはっきりと分かるように、各偏心パーツ２１は、孔２２の軸に対して、従って対応するクランクピン１３に対して偏心形状の外面２５を備えている。外面２５は、コネクティングロッド２６の大端部と協働するよう意図されており、コネクティングロッド２６は、エンジンのピストン２７に回転可能に接続された小端部を有する。各偏心パーツ２１は、外面２５の両側に配置された２つのギア２８も備えている。

図３ではっきりと見ることができる制御デバイス３１が、偏心パーツ２１の角度位置を調節することを可能にする。このために、制御デバイス３１は、作動シャフト３２と、作動シャフト３２に取り付けられた作動ピニオン３３、及び段差付き中間ピストン３６によって構成された一連のピニオンと、を備えている。この中間ピニオン３６は、ピニオン３７，３８によってそれぞれ形成された第１の段及び第２の段をそれぞれ備えている。第１の段のピニオン３７は、作動ピニオン３３と噛合し、第２の段のピニオン３８は、ギア２８と噛合する。ピニオン３７及び３８は、同軸上にある。２つ以上の中間ピニオンを使用することも可能である。それは、用途に依存する。

作動ピニオン３３の直径の減少、ひいては組立体のサイズの減少を可能とするために、第１の段のピニオン３７は、第２の段のピニオン３８の直径よりも小さい直径を有する。さらに、第１の段のピニオン３７は、第２の段のピニオン３８よりも少ない歯を有する。

第１の段のピニオン３７及び第２の段のピニオン３８は、互いに対して略同じ軸方向厚さを有する。この厚さは、従来技術の中間ピニオンの厚さの略半分に相当する。

図５で分かるように、ピニオン３７，３８を一緒に組み立てることを保証するために、２つのピニオンの一方、ここではピニオン３７が、シャフトの通路をもたらす中心孔を含むスリーブ４１を備えている。このスリーブ４１は、ピニオン３７の歯を支持する環状部分の端面から軸方向に突出している。

２つのスプロケット３７．３８が、スリーブ４１の軸方向シリンダ状外面４２とピニオン３８の環状歯付き部分の軸方向シリンダ状内面４３との間での収縮及び／又は螺合によって組み立てられてもよい。面４２，４３は、溶接ゾーン及び／又は接着ゾーンによって一緒に溶接又は接着され、溶接ゾーン及び／又は接着ゾーンは、全周に沿って連続的に又はいくつかの等距離の溶接ポイントを介して延在してもよい。ピニオン３７，３８の面４２，４３に配置された相補的形状の溝（フレットを有するか又は有しない）を設けることも可能である。ピニオン３７，３８のスナップフィット組立も考えられる。あるいは、組立が逆にされ、すなわちピニオン３８が、ピニオン３７の中心開口部の内部に侵入するスリーブ４１を備えている。

図７ａから図８ｂの実施形態では、ピニオン３７，３８が、支持プレート４６の両側に配置されている。支持プレート４６は、クランクシャフトのフランジ１７に固定される固定手段４７を備え、これにより、ギアの少なくとも１つ、この場合にはピニオン３７（図８ｂ参照）の少なくとも一部分と、プレート４６の一部分と、が、フランジ１７の凹部内に収納される。この場合、これら固定手段４７は、プレート４６のフランジ４９に形成された孔を貫通する２つのねじ４８を備え、ねじ４８は、フランジ１７の厚さに形成された対応するねじ孔（図８ａ参照）と協働するよう意図され、第３のねじ４８が、プレート４６の反対側の端部の側に形成された開口部を貫通し、フランジ１７の横面に形成されたねじ孔と協働するよう意図されている。あるいは、ねじ４８は、リベットもしくはピン又は用途に適合された任意の他の取付手段によって置換されてもよい。

ピニオン３７，３８は、軸受５２、例えば図８ｂで見ることができるニードルタイプの軸受を介して支持プレート４６に対して回転ガイドされる。このために、ニードル軸受５２は、支持プレート４６に形成された開口部を貫通するシャフト５３に取り付けられている。

図７ｂに示すように、作動ピニオン３３は、支持プレート４６から突出するピン５６に回転可能に取り付けられている。ピン５６は、支持プレート４６に取り付けられるか、又は支持プレート４６と１つの材料から形成されてもよい。これは、シャフト３２及び作動ピニオン３３をガイドすることを保証する。作動ピニオン３３は、支持プレート４６の一側でピニオン３７と噛合する一方で、ピニオン３８は、支持プレート４６の他側で偏心パーツ２１のギア２８と噛合している（図７ｂ及び図８ａ参照）。

動作中に、作動シャフト３２がクランクケースに対して回転固定されていると、システムは、固定圧縮比の形態を有する。圧縮比を変えるときには、プーリー１８の側に配置された偏心パーツ２１の角度位置は、新たな圧縮比に変えるために作動シャフト３２の角度位置によって制御される。このために、作動シャフト３２は、例えばホイール及びウォームギア５７（図３参照）によって、又は適合されたシャフトを動かすための任意の他の手段によって作動される。

作動ピニオン３３と偏心パーツのギア２８との間のギア比は、０．５に略等しい。これは、クランクシャフトの回転速度に対して半分の速度での偏心パーツ２１の回転を保証する。

さらに、図３に示すように、クランクシャフト１２のジャーナル１４を通って、シャフト５８と、いわゆる移送ピニオン５９と、は、クランクシャフト１２の他のすべての偏心パーツに１段ずつ、作動シャフト３２の側に配置された偏心パーツの同じ運動を伝達する。このために、シャフト５８に取り付けられたピニオン５９は、他の偏心パーツのギア２８と噛合する。

変形例では、図６によって示されるように、本発明は、アクセサリクランクシャフトプーリー１８の内部で又は近傍で統合された、いわゆる“カセット”遊星ギア装置で実施されてもよい。この場合、段差付き中間ピニオン３６の組立体は、一方では作動ピニオン３３と噛合し、他方では回転方向を逆にする衛星ピニオン６１と噛合する。各衛星ピニオン６１は、移送ピニオン５９とも噛合する。

図１ａ及び図４ａは、本発明によって提供される重要な利点を説明する。従来技術による図１ａは、クランクシャフトＶを示し、クランクシャフトＶでは、段差なし中間ピニオンを収納するポケットＰが形成されている。このポケットは、クランクピンＭに近い。本発明による図４ａでは、クランクシャフトは、中間ピニオンの段差に起因してより小さい寸法を有するポケットＰ’を有する。さらに、このポケットは、クランクピンからさらに離れているだけでなく、ポケットＰ’（キャビティ）は、より小さく、さらに、このポケットは、機械的強度に関して重要な領域であるクランクピンの近傍の領域からさらに離れており、この領域において、パーツの機械的強度を正確に保証するために十分な厚さを維持することが重要であることに留意されたい。

２つの新たな中間ピニオン３６，３７の中間ピニオンの段差に起因して、作動ピニオン３３の歯の数を減少させることが可能である。例えば、中間ピニオン３６は、２８の歯によって偏心パーツと噛合し、中間ピニオン３７は、２０の歯によって作動ピニオンと噛合し、１５の歯だけが、作動と偏心との間の０．５の運動比を形成するために、作動ピニオン３３のために必要とされる。中間ピニオンの歯の数は、運動にいかなる影響も有することがなく、従って、作動ピニオンは、サイズ（直径）が減少され、クランクシャフト上のポケットも縮小され、これは、このクランクアームの強度への影響を制限する。

段差のない比較例の場合には（図１及び図１ａ）、例えば偏心パーツ２が、段差なし中間ピニオン５とともに４２の歯を有し、逆に、作動ピニオン４は、作動と偏心との間に０．５の比を有するためには必然的に２１の歯を有しなければならない。

１１ システム、１３ クランクピン、１７ フランジ、２１ 偏心パーツ、２５ 外面、２６ コネクティングロッド、２８ ギア、３１ 制御デバイス、３２ 作動シャフト、３３ 作動ピニオン、３６ 段差付き中間ピニオン、３７ ピニオン、３８ ピニオン、４６ 支持プレート、４７ 固定手段、５２ 軸受、５６ ピン、Ｖ クランクシャフト

Claims (12)

1. 熱機関の圧縮比を変更するためのシステム（１１）を備える、特に自動車の熱機関であって、
   圧縮比を変更するための前記システム（１１）が、
   − クランクシャフトのクランクピン（１３）に回転可能に取り付けられた少なくとも１つの偏心パーツ（２１）であって、前記偏心パーツ（２１）が、コネクティングロッド（２６）の端部と協働するよう意図された偏心形状を含む外面（２５）と、少なくとも１つのギア（２８）と、を備える、偏心パーツ（２１）と、
   − 前記偏心パーツ（２１）の回転位置を制御するための制御デバイス（３１）であって、作動シャフト（３２）に取り付けられた作動ピニオン（３３）を備える、制御デバイス（３１）と、
   を備える、熱機関において、
   前記制御デバイス（３１）が、少なくとも１つの段差付き中間ピニオン（３６）をさらに備え、前記段差付き中間ピニオン（３６）が、ピニオン（３７，３８）によってそれぞれ形成された第１の段及び第２の段を少なくとも備え、前記第１の段の前記ピニオン（３７）が、前記作動ピニオン（３３）と噛合し、前記第２の段の前記ピニオン（３８）が、前記偏心パーツの前記ギア（２８）と噛合することを特徴とする熱機関（１）。
2. 前記熱機関（１）が、クランクシャフト（Ｖ）も備え、前記制御デバイス（３１）が、前記クランクアームを貫通することを特徴とする請求項１に記載の熱機関（１）。
3. 前記熱機関（１）が、クランクシャフト（Ｖ）も備え、ピニオン（３７，３８）によってそれぞれ形成された前記第１の段及び前記第２の段が、前記クランクアームの同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱機関（１）。
4. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）が、前記第２の段の前記ピニオン（３８）の直径よりも小さい直径を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
5. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）が、前記第２の段の前記ピニオン（３８）よりも少ない歯を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
6. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）及び前記第２の段の前記ピニオン（３８）が、互いに対して略同じ軸方向厚さを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
7. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）及び前記第２の段の前記ピニオン（３８）が、収縮及び／又は螺合及び／又は溶接及び／又は接着及び／又はスナップ結合によって一緒に組み立てられており、且つ／又は前記ピニオン（３７，３８）のスプラインと協働することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
8. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）及び前記第２の段の前記ピニオン（３８）が、支持プレート（４６）の両側に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
9. 前記支持プレート（４６）が、クランクシャフトのフランジ（１７）に取り付けられるための固定手段（４７）を備えていることを特徴とする請求項８に記載の熱機関（１）。
10. 前記第１の段の前記ピニオン（３７）及び前記第２の段の前記ピニオン（３８）が、軸受（５２）、例えばニードルタイプの軸受を介して前記支持プレート（４６）に対して回転ガイドされることを特徴とする請求項８又は９に記載の熱機関（１）。
11. 前記作動ピニオン（３３）が、前記支持プレート（４６）から突出するピン（５６）に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
12. 前記作動ギア（３３）と前記偏心パーツの前記ギア（２８）との間のギア比が、０．５に略等しいことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の熱機関（１）。

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