JPH06504826A - 可変圧縮比を有する燃焼機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可変圧縮比を有する燃焼機関 本発明は、請求の範囲第１項前段に記載の明細による燃焼機関に関するものであ る。

従来の技術 燃焼機関の先行技術においては、可変圧縮比を有する機関は、特に機関の部分負 荷時に機関効率を改善でき、それにより機関の最高性能が少なからず増大するこ とが公知である。

機関の圧縮比調節のためには、いくつかの異なる基本的な解決策が提案されてい る。米国特許明細書２，７７０．２２４には、固定クランクケース区域を有する ピストン機関が記載されている。このクランクケース区域には、シリンダヘッド が組合されたシリンダ区域がヒンジ結合されている。偏心軸の作用下でシリンダ 区域は、縦軸を中心としてより多く、又はより少なく回転し、それによ−って燃 焼室容積を変化させることができる。

この機関では、シリンダ区域がヒンジ軸を介してクランクケース区域にヒンジ結 合されている。このヒンジ軸は、また、エンジンのカム軸用の中心軸を構成して いると見なしてよい。この構成が好ましいのは、エンジン弁をカム軸により制御 する機構だからである。この場合には、したがって、ブツシュロッドも、シリン ダ区域がヒンジ結合されていることによる影響は、あまり受けることがない。

この構成の機関は、燃焼という観点から見れば存利と見なされるとしても、実地 に使用した場合、その能力を制限するいくつかの欠点がある。

たとえば、シリンダ区域とクランクケース区域との間を完全にはシールできない 。これら２区域間の境界が機関の周囲の異なる平面内に延びているため、シール を機関の垂直方向に延びるように配置せねばならないからである。このため、シ ールが、機関の一方の側ではねじり力を受け、他の側では引張り及び曲げの組合 せ応力を受けることになる。こうした異なる荷重に同時に応じられる適当な材料 は存在しないので、境界の異なる個所に別の材料のシールを用いる必要がある。

しかし、その場合には、また、これらのシールを相互に結合する問題が生じる。

シリンダ区域とクランクケース区域との間に適切なシールを配着することは、ク ランクケース内に汚れの侵入を防ぐためにも、またクランクケース内のオイル及 び（又は）ガスの漏出を防ぐためにも重要である。

自動車用内燃機関は、また、いくつかの異なる補助ユニット、たとえば発電機、 サーボポンプ、圧縮機、水ポンプ等の駆動にも用いられる。固定圧縮比を育する 機関の場合、これらの構成要素は、種々のブラケットにより機関のシリンダ区域 に固定されており、ベルト伝動装置によって機関のクランク軸を介して駆動され る。可動シリンダ区域を有する機関の場合、これら構成要素の駆動には複雑な構 成が必要である。前述の米国特許明細書２゜７７０．２２４も、そのように構成 するための解決策は示していない。

自動車用の機関の場合、機関の出力軸は、クラッチを介してギヤケースに接続さ れている。クラッチケース又はギヤケースを機関の一端に取付けるようにフラン ジ平面を構成する可能性も、シリンダ区域が可動の場合には、同じように制限さ れる。自動車以外に用いられる内燃機関の場合にも、似たような問題が存在する 。

発明の目的 本発明の目的は、前述の型式の機関におけるこのような問題を除去することにあ る。本発明の目的は、したがって、可変圧縮比を存する機関のシリンダ区域とク ランクケース区域との間に適切なシールを配着することにある。また、別の目的 は、補助ユニットを機関に簡単に取付けられるようにし、かつまたこれら補助ユ ニットの駆動のだめの簡単な構成を可能にすることにある。更に別の目的は、機 関のクランクケース区域にクラッチケースとギヤケースを取付けるために、従来 形式のフランジ平面を利用しつるようにすることにある。

発明の詳細な説明 本発明によれば、これらの目的は、請求の範囲第１項記載の特徴を有するように 機関を構成することにより達成された。

本発明による機関のクランクケース区域が、機関の両側部に沿って高い横壁を有 するように構成し、かつまた機関の両端部のところでこれら側部を結合すること によって、同一平面内にシールを固定することが可能になる。

それにより良好な密封状態が得られる。クランクケース区域の固定横壁構成によ って、また、クランク軸により駆動される補助ユニットも、シリンダ区域がクラ ンクケース区域に対して可動である場合にも、実質的に従来の手段により簡単に 固定取付けすることができる。

本発明のその他の特徴及び利点を、以下で一好適実施例につき説明する。

図面の簡単な 説明は以下の添付図面を参照にして行う：第１図は機関の基本構造を示した斜視 図、第２ａ図は最大圧縮位置での機関の垂直断面図、第２ｂ図は最小圧縮位置で の機関の垂直断面図、第３図は機関の前面図、 第４図は機関の圧縮状態を変化させる手段を示した斜視詳細図、 第５図はシール部材と組合わされた各部材の断面図、第６図は機関の圧縮動作を 制御する電気式制御システムの略示配線図である。

実施例の説明 ここで説明する実施例は、乗用車等の車両に使用される火花点火式多シリンダ内 燃機関である。添付図面の第１図には、機関１０の基本構造が斜視図で示されて いる。

この図では、分かりやすくするために、重要な部品もいくつか省略されている。

第２図及び第３図には、機関１０が、より詳細に示されているが、完全ではない 。

機関ｌＯはシリンダ区域１１を有している。この例の場合は、４個のシリンダが 整列している。機関ｌＯは、更に、クランク軸１４とその軸受とを収容している クランクケース区域１３をも有している。各シリンダ１２には、連接棒１６を介 してクランク軸１４に連結されているピストン１５が収容されている。機関ｌＯ は、クランク区域１３の底部に固定された油だめ１７を従来通りに有している。

シリンダ区域には、その一方の側部に沿って、第２図と第３図の場合にはその左 側の下端部に、４個の軸受ラグ１８が設けられている。第２ａ図には、それらの ラグのうちの１個だけが示されている。これらのラグ１８内を、クランクケース 区域１３に取付けられた５個の軸受ブラケット内に収容されたヒンジ軸１９が延 びている。

この−構成によりシリンダ区域を、クランク区域１３に対してこのヒンジ軸１９ を中心として傾けることができる。

クランク軸１４とピストン１５とはクランクケース区域１３内に配置され、シリ ンダ区域１１への間隔は変更可能なので、機関ＩＯの圧縮比も可変である。

第２ａ図に示されている機関１０の位置は、シリンダ区域１１がヒンジ軸１９を 中心として最小限に傾けられた位置で、この位置では機関１０は最大圧縮比を示 している。これに対して、第２ｂ図に示された位置では、シリンダ区域はヒンジ 軸１９を中心として最大限に傾けられ、機関１０は最小圧縮比の位置にある。第 ２ａ図と第２ｂ図の機関１０は、その他の点では同じである。

各シリンダ壁に対しピストン１５により及ぼされる横力を考慮した場合、ヒンジ 軸１９はクランク軸１４に対して比較的低い高さのところに配置しておくのが好 ましい。少なくとも良い妥協策である。クランクケース区域１３は、またシリン ダ区域１１の両側部に垂直に高くされた横壁２１．２２が一体化された構成を有 している。

この場合、横壁２１．２２は、シリンダ区域１１の上端面２３にほぼ合致する高 さまで垂直に延びている。機関１０の一方の端部、この場合には後端部には、取 付は可能のギヤケース２４が配置され、他方の前端部には取付は可能の端板２５ が配置されている。これら２つのものも横壁を構成している。端板２５とギヤケ ース２４とは、クランクケース区域１３に固定された２つの横壁２１゜２２を結 合している。端板２５とギヤケース２４も、シリンダ区域１１の上端面２３にほ ぼ合致する高さまで垂直に延びている。このことは、横壁２１，２２、端板２５ 、ギヤケース２４の各上端面８２〜８５が同一平面内に位置している。この平面 は、またシリンダ区域１１の上端面２３にほぼ合致する。上端面２３は、言うま でもなく、シリンダ区域ＩＩとシリンダヘッド２６とが一体の構成要素をなす機 関での仮想平面から成っている。そしてこの仮想平面は、壁部とシリンダ頂部と の間のほぼ移行部に位置している。横壁２１，２２、ギヤケース２４、端板２５ は、したがって、シリンダ区域の周囲を取囲んでいる。この実施例の場合、横壁 ２１．２２、ギヤケース２４、端板２５の各上端面８２〜８５は、また、これら 各構成要素の上縁をなしている。別の実施例の場合には、各構成要素２１．２２ ，２４．２５は、同時に上縁をなしている必要のない類似の面を有するように構 成されれば十分である。

別の一実施例の場合、横壁２１．２２をクランクケース区域２４と一体に形成せ ず、クランクケース区域２４に取付は固定する形式にされている。

第１図に示されているように、ギヤケース２４は、機関出力軸ｌＯに結合された クラッチを収容するクラッチケース３８が固定されるフランジ２０を有している 。実質的に従来型式のギヤケース４７がクラッチケース３８に取付けられている 。クラッチケース３８とギヤケース４７とは、また、駆動軸（図示せず）へ駆動 力を伝達する終駆動装置をも収容している。駆動軸は、機関ｌＯと平行に、かつ またクラッチケース３８とギヤケース４７との両側に延びるように構成されてい る。このことは、この車両が横型機関を有することを意味している。入口及び出 口の管路２７，２８と、入口及び出口の弁２９゜３０と、２つのオーバヘッド・ カムシャフト３１．３２とを存するシリンダヘッド２６は、シリンダ区域１１の 頂部２３に固定されている。入口及び出口の管路２７゜２８は、通常の構成要素 （図示せず）、たとえば入口及び出口のシステム、燃料噴射に関連する装置、過 給器、排気浄化装置に接続されている。

シリンダヘッド・ガスケット３３は、シリンダヘッド２６とシリンダ区域１１と の間に配置され、シリンダ区域全体を取囲んで延びている弾性的なシール３４は 、機関１０のシリンダ区域１１と、周囲の横壁２１，２２、ギヤケース２４、端 板２５との間に配着されている。シール３４は、機関ｌＯのクランクケースを密 封するように構成されている。シール３４は、また、ベローズ形の断面を有する ように構成するのが有利である。このことは、シール３４が、それ自身の平面内 を移動可能で、何らかの角度に設定でき、シールの異なる部分に対し異なる垂直 方向位置をとることもできることを意味する。第５図に詳細に示したように、シ ール３４は密に圧着されているので、シリンダヘッド２６とシリンダ区域１１と の間を内縁３５でシールしている。シリンダヘッド・ガスケット３３が、はとん ど完全に剛性なので、弾性的なシール３４が、シリンダヘッド２６とシリンダ区 域ｌｌとの間で過剰に押圧されることが避けられる。シール３４は、また、ホー ルダ３６により保持されている。ホールダ３６は、ボルト継手３７によりシリン ダ区域１１に固定されている。このホールダ３６は、シール内に鋳込まれている 。図示の実施例では、ホールダ３６は角状に曲げであるが、他の形状でもよい。

シリンダ区域１１とシリンダヘッド２６とは、一体の機関構成要素として製造さ れ、いわゆるモノブロック構成の場合、シール３４の内縁３５は、曲げられてい ないホールダ３６のところでボルト継手３７とホールダとによりモノブロックの 側部に対しクランプされる。

シリンダ区域１１のヒンジ軸１９と反対の側、第２ａ図及び第２ｂ図では右側に は、第４図に略示された、連接棒に似た４個のロッド４１が配置されている。ロ ッド４１は、各上端部が縦軸４２に取付けられている。縦軸４２は、シリンダ区 域１１に固定された５個の軸受ブラケット４３に軸受されている。ロッド４１は 、各下端部が偏心軸４４に偏心支承されている。偏心軸４４は、クランクケース 区域に固定された５個の軸受ブラケット４５に軸受されている。５個の軸受ブラ ケット４３は、シリンダ区域１１の端部に縦方向に、シリンダＩ２の間に配列さ れている。シリンダ区域１１のこれらの個所は比較的高い剛度を有している。

ロッド４１は、下端部に別個の軸受キャップ４６を有するように構成されている 。これらのキャップ４６は、偏心軸４４に対して簡単に取付は取外しが可能であ る。

偏心軸４４の前端には変速機内で回転し、偏心軸４４を回転させる駆動ホイール が取付けられている。偏心軸４４は、はぼ半回転が最大回転値であり、この最大 値が、ロッド４１の最大行程及び、機関ＩＯの圧縮比変化の範囲に対応している 。ロッド４１は、シリンダ区域１１の側部に設けられたストッパ４９と協働する 。この結果、各ロッド４１の側面５０は、偏心軸４４の２つの限界位置でストッ パ４９に当たる。このように偏心軸４４の回転に寸法上安定的な限界を設けるこ とにより、偏心軸４４を、横方向にシリンダ区域１１に近い位置に配置できる。

これにより機関ｌＯはコンパクトな構成となる。

第３図に示されているように、クランク軸１４の前端に取付けられたプーリ５１ は、共通の駆動ベルト５２を有する、機関ｌＯの種々の補助装置、たとえば発電 機５べて、高くされた横壁２１．２２に固定された通常のブラケットを介して、 機関ｌＯのクランクケース区域１３に取付けられている。この目的のため横壁２ １．２２は、外側に取付は穴７２又は類似の手段が備えられれている。

そのうちのいくつかが第１図に示されている。これらの穴又は類似の手段を介し 、補助装置５３〜５５はボルト継手により通常の形式で取付けることができる。

歯付プーリ５９を歯付ベルト５８を介して駆動し、かつまたブーりと剛性結合さ れた歯車（図示せず）を駆動する電動モータ５７も、ブラケット５６を介してク ランクケース区域１３に取付けられている。この歯車は、内歯車と一緒にギヤケ ース２４内の凹所に収容された伝動装置を形成している。この装置はカバー６１ により覆われている。

内歯車は偏心軸４４用の駆動歯車を形成している。内歯を有する歯車を内側に配 置された歯車を有するこの種の伝動装置は、自体公知であり、とりわけ調和伝動 装置と呼ばれる。歯車に一定数の歯を設け、内歯車には１個だけ歯を付加するこ とにより、高い減速比を有する伝動装置が得られる。歯車が１回転する間に、内 歯車は１個の歯に相当する角度だけ回転する。内歯車と、内歯車に剛性結合され た偏心軸４４とは、したがって、電動モータ５７により高い精度で回転可能であ る。この実施例の場合、偏心軸４４の最大回転値は１／２回転であり、この値は 、ロッド４１がクランクケース区域１３に対しシリンダ区域１１を最大又は最小 に傾倒させるのに十分な値である。この最大値と最小値とは、また、それぞれ機 関１０の圧縮比の最小値と最大値とに対応する。

第６図は、電動モータ５７と機関１０の圧縮比とを制御する電気式制御システム を示したものである。マイクロプロセッサを基本にした制御ユニット７５は、機 関ｌＯの入口システム内のセンサ７６に接続され、このセンサを介して、入口シ ステム内の圧力を示す信号を受信する。この圧力は、機関ｌＯの負荷の尺度とな る。制御ユニット７５は、また、センサ７７に接続されている。このセンサ７７ は、クランク軸１４の回転速度、すなわち機関ＩＯの速度を示す信号を制御ユニ ットに伝える。これらの機関パラメータと、所要圧縮比用に制御ユニット７５の 記憶回路内に貯えられたセットポイントとに基づき、制御ユニット７５は、出力 信号を電動モータ５７へ伝え、一定回転位置をとる。この場合、偏心軸４４は、 前記の信号伝達により対応する回転位置をとり、シリンダ区域１１はヒンジ軸１ ９を中心として回転し、所望圧縮比が得られる。

前述のように偏心軸４４は約半回転しうるのみであるが、これを実施するために は電動モータ５７は数回転せねばならない。偏心軸４４には偏心軸４４の回転の 相対位置を検知する位置センサ７８か配置され、偏心軸４４の回転位置に対応す る信号が制御ユニット７５ヘフイードバツクされ、これによって間接的に機関Ｉ Ｏの圧縮比もフィードバックされる。この位置センサは、たとえば電位差計とし て構成することができる。

本発明のより好ましい実施例の場合、制御ユニット７５とセンサ７６．７７とか 、機関ｌＯを制御するより大型のユニットに含まれており、したがって、別個の 構成要素とする必要はないが、もしくは先述の通り電動モータ５７の制御用にだ け配置しておけばよい。

機関が電気制御式スロットル７９によって制御される場合には、スロットル７９ は、制御ユニットに７５に接続して、入口圧力と機関速度とを検知する２つのセ ンサ７６．７７の代りに、所要圧縮比計算信号を伝達するようにする。第６図で は、この伝達経路から破線で示されている。第６図には、また、破線によって、 制御ユニット７５が、機関の点火システム８０と過給システム８１とに制御信号 を送るのに用いられ、更に機関パラメータか制御されることが示されている。

機関ｌＯの圧縮比は前述のように制御されるので、機関は、部分負荷時でも高圧 縮比が得られるように操作可能である。この効果によって、熱効率が改善され、 燃料消費量が低減される。機関は過給型で、広い作動域にわたって圧縮比を変化 できるものであるのか好ましい。したがって、制御ユニット７５は、過給ユニッ ト８１をも制御するように構成するのが好ましい。

制御ユニット７５からの制御信号に応じて、電動モータ５７は、偏心軸４４を回 転させ、この結果、シリンダ区域１１は、ロッド４１の影響のもとてクランクケ ース区域１３に対し一定角度をとるようにされ、それによって機関ｌＯに対し一 定の適当な圧縮比を与える。

シリンダ区域１１とクランクケース区域１３との間のこうした相対運動と関連し て、シール３４は圧縮とねじりの２つの応力にさらされる。シール３４は、その 外縁に沿−って同一平面で固定されているため、また、その内縁は別の平面に取 付けられているため、そしてまた、これら異なる平面が事実上同一平面内に位置 するか、もしくは少なくとも互いに近接しているため、シール３４は大きな応力 にはさらされない。シール３４は、固在の弾性を有し、加えて折りたたまれたベ ローズの形状を存するため、シリンダ区域１１とクランクケース区域１３との間 で行なわれる相対運動を吸収し、かつそれに追従することができる。

シール３４は一体のユニットとして構成でき、このユニットにより組立てが簡単 になり、密封性も確実になる。

別の実施例の場合、シール３４をシリンダヘッド・ガスケット３３と一体に構成 することも考えられる。

この形式により良好なシールを得る可能性は、横壁２１．２２、端板２５、ギヤ ケース２４の構成に左右される。この構成により、また、クランク軸１４により 駆動される補助装置５３〜５５の、機関ｌＯへの取付けが容易になり、しかもク ランク軸区域１３に対しシリンダ区域１１が可動であることを考慮に入れる必要 がない。

本発明は、以上に説明した実施例に限定されるものではな（、添付請求の範囲の 枠内で種々の変化形に好適利用できる。

ＩＧ　１ ＩＧ　２ａ ＩＧ　２ｂ ＦＩＧ　６ 国際調査報告 国際調査報告 、ＰＣＴ／ＳＥ　９１１００８１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関（１０）であって、シリンダ区域（１１）がクランクケース区域（ １３）上で旋回せしめられ、制御機構の影響のもとに異なる回転位置をとること により異なる圧縮比が得られる形式のものにおいて、クランクケース区域（１３ ）が、実質的にシリンダ区域（１１）を取囲むように延びている横壁（２１，２ ２，２４，２５）を有するように構成され、かつ（又は）横壁に結合され、これ ら横壁（２１，２２，２４，２５）が垂直方向に上方制限面（８２〜８５）を有 するように構成され、これら制限面が実質的に同一平面内に位置しており、更に 、横壁（２１，２２，２４，２５）の制限面（８２〜８５）とシリンダ区域（１ １）との間にシール（３４）が配置され、クランクケース区域（１３）とシリン ダ区域（１１）との間を密封していることを特徴とする内燃機関。 ２．横壁（２１，２２，２４，２５）の制限面（８２〜８５）が、シリンダ区域 （１１）とこれに固定されたシリンダヘッド（２６）との間の境界平面と、実質 的に等しい高さに位置することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。 ３．シール（３４）が弾性材料から成り、この弾性材料の内縁（３５）が剛性材 料製のホールダ（３６）に固定され、更にこのホールダ（３６）がボルト継手（ ３７）によりシリンダ区域（１１）に固定されていることを特徴とする、請求項 １記載の内燃機関。 ４．シール（３４）の内縁（３５）が、シリンダ区域（１１）とシリンダヘッド （２６）との間にクランプされ、そりにより密封作用を発揮することを特徴とす る、請求項１記載の内燃機関。 ５．シール（３４）が、シリンダ区域（１１）の周囲に延びるベローズ形状を有 することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。 ６．横壁が、クランクケースに固定された、シリンダ区域（１１）の両側に延び る２つの横壁（２１，２２）として構成されており、更に、これら横壁（２１， ２２）が、それぞれ取付け可能の横壁（２４，２５）により機関（１０）の前端 及び後端に結合されていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。 ７．クランクケース区域（１３）に固定された横壁（２１，２２）が、クランク ケース区域（１３）と一体となるように構成されており、更に、取付け可能の横 壁の１つがギヤケース（２４）として構成され、このギヤケース（２４）が、ボ ルト継手を介してクランクケース区域（１３）と、この区域（１３）に固定され た横壁（２１，２２）とに固定されていることを特徴とする、請求項１記載の内 燃機関。 ８．クランクケース区域に固定された横壁（２１，２２）が、その外側に、機関 用の補助装置（５３〜５５）を取付けるための取付け穴を有することを特徴とす る、請求項１記載の内燃機関。