JPS6361728A

JPS6361728A - 内燃機関

Info

Publication number: JPS6361728A
Application number: JP62138840A
Authority: JP
Inventors: フェルディナンド　フロイデンスタイン
Original assignee: Columbia University in the City of New York
Current assignee: Columbia University in the City of New York
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1988-03-17
Also published as: EP0248655A2; EP0248655A3

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】本発明は、燃費を改善できる内燃機関（エンジン）の機
構に関する。

慣用的な内燃機関としてオツトーサイクル機関およびデ
ィーゼルサイクル機関があるが、これらは基本的にはい
ずれも直線運動を行なうスライダークランク機構に基い
ている。この形式のエンジンにおいては、各ピストンは
コネクティングロッドを介して共通のクランクシャフト
に直接連結されている。成る種のディーゼルエンジンに
用いられている他の基本的な形式のエンジン構造として
知られているものに、スイングビーム形エンジンがある
。スイングビーム形エンジンは１００年以上の歴史を有
し、この構造は第１図および第２図に図式的に示されて
いる。

第１図に示すように、公知のスイングビーム形内燃機関
はシリンダ１０およびピストン１２を有し、スイングビ
ーム１４がコネクティングロッド１６を介してピン１２
にピン連結されている。スイングビーム１４の他端は、
枢着点１８において固定位置に枢着されている。最後に
、コネクティングロッド２０を介して、スイングビーム
１４とクランクシャフト２２とが互に枢着されている。

クランクシャフト２２、コネクティングロッド２０、ス
イングビーム１４および固定の枢着点１８は四節ロッカ
ーリンク機構を構成し、この場合はスイングビーム１４
がロッカーに相当する。

通常、第２図に示すように、互に鏡像関係にある２つの
スイングビーム機構が背中合わせに連結されており、共
通のシリンダ１０内に２つのピストン１２，１２２が対
向して配置されている。第２図において、互に鏡像関係
にある構成要素の一方には、符号“ａ”を付して区別し
である。クランクアーム２３，２３ａを共有するクラン
クシャフト２２は、この機構の共通部分として作動する
。

この機構における力の釣り合いは、スイングビーム１４
，１４ａおよびピストン１２．１２ａに伝達されるコネ
クティングロッド２０．２０ａの回転慣性力および該コ
ネクティングロッド２０．２０２の運動に幾分不均衡な
点があることを除き、満足が得られるものである。爆発
は、両ピストン１２゜１２、ｌｉの間の空所内で行なわ
れる。

第２図に示す基本構成については多数の改良案が提案さ
れている。例えば、１９７７年４月発行の雑誌「自動車
工学（Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
）Ｊ　＋第１０〜１２頁におけるスコツト（Ｄ、５ｃｏ
ｔｔ）氏の論文“可変圧縮比をもつ静粛なスイングビー
ム（Ｑｕｉｅｔ　Ｓｗｉｎｇ　Ｂｅａｍ　ｔｌａｓ　Ｖ
ａｒｉａｂｌｅ　ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＲａｔｉｏ）
”には、２ストロークスイングビーム形デイーゼルエン
ジンにおいて２つのスイングビームの下端部を偏心支軸
に取り付ける提案がなされている。この提案によれば、
２つの偏心支軸に取付けられたプーリの間に、スプリン
グによって張力を付与したコソグドベルト（歯付きベル
ト）を張設し、エンジンの作動中に、偏心支軸に対して
作用するビームのトルクによって、コソグドベルトをそ
の支持スプリングに対して僅かに移動させ、これにより
支点を変位させ、ピストンのストロークを小さくしよう
とするものである。この提案によれば、２０：１の圧縮
比でディーゼルエンジンを始動させることができるが、
エンジンの作動中は圧縮比は約１３：１まで低下される
。

スコツト氏の提案による」二記エンジンでは、ピストン
の上死点はクランクの下死点において生じる。このため
、クランクピンの運動は、爆発行程の最初の部分の間で
コネクティングロッドを直線状にする運動から減じられ
る。これにより、爆発行程が開始されるときにピストン
の運動が遅くなり（但し、爆発行程の全時間は通常のス
ライダークランク形エンジンと同じである）、爆発力が
向上する。また、スコツト氏の論文は、ビス１〜ンのコ
ネクティングロッド代えて偏心カップラを用いることを
提案している。

スイングビーム形エンジンにおいては、ビス１−ンのコ
ネクティングロッド（すなわち、ピストンとスイングビ
ームとの間のロンド）は、通常のスライダークランク形
エンジンのコネクティングロッドよりも短かい。その理
由は、スイングビーム形エンジンにおいては、ピストン
の中心軸線に対するコネクティングロッドのスイング角
度が一般に小さいからである。スコツト氏が提案するよ
うに、コネクティングロッドの代りに偏心カップラを用
いることもできよう。しかしながら、−層望ましいこと
は、ピストンとスイングビームとの間にコネクティング
ロッドや偏心カップラを用いることなく、よりコンパク
トに設計できるスイングビーム形エンジンを提供するこ
とである。また、例えば圧縮行程に比べて長い爆発行程
（アトキンソンサイクルのように）、可変サイクル作動
およびサイクルタイミング、可変ストローク、および可
変圧縮比等の改善された熱力学的サイクルを生じさせる
べく、エンジンの作動サイクル中にピストンの変位を制
御できるスイングビーム形エンジンが要望されている。

従来のスライダークランク形エンジンの性能を改善する
他の内燃機関の試みが提案されている。

これらの試みは、オフセントスライダークランク形エン
ジン、遊星歯車駆動機構、および標準形の単一自由度機
構に基いたエンジンであり、これらのエンジンの大きさ
はエンジンの効率を向上させるために変えられている。

知り得る限りのこれらのすべてのエンジンにおいて、基
本となる元のエンジン構成すなわち運動（対称的な運動
）は、可変エンジン作動特性を得んがため歪められてし
まった（すなわち、非対称形の運動をなすようにされて
しまった）。このため、非対称的な機構となってしまい
、好しからざる力学的不均衡や動力伝達特性が生じ、エ
ンジンの実用化が困難であった。

本発明は、改善された構造と、作動効率を向上させるた
めストロークとサイクルタイミングを変える手段とを有
する内燃機関の機構に関するものである。また本発明は
、燃費を改善するのに従来できなかった程度まで内燃機
関の作動特性を変化させる固有の自由度を有する。更に
、エンジンの動力学的作動特性を大きく損なうことなく
してエンジン性能を向上させるべく、従来提案された技
術とは異なる方法でエンジンの作動特性に修正を加える
ものである。また本発明によれば、エンジンの大きさを
コンバク１〜にすることができる。

本発明の１つの特徴は、内燃機関が、ラプソンのスライ
ド機構を用いた新規なスイングビーム機構を備えている
点にある。本発明の他の特徴は、内燃機関が、エンジン
の作動中におけるピストン変位がクランクシャフトおよ
び別の制御エレメントの双方の変位の関数として定めら
れる２自由度機構に基いて作動する点にある。前記制御
エレメントは、クランクまたはレバーあるいは他のエレ
メントとして機能する制御シャフトで構成することがで
きる。１つの応用例においては、制御シャフトは、クラ
ンク速度の所定の比である平均速度で作動し、このため
、４ストロークエンジンにおけるアトキンソンサイクル
のように改善された熱力学的サイクルを得ることができ
る。作動サイクル中にピストン運動のタイミングを変え
るため、制御シャフトとクランクシャフトとの間の位相
を変えることができる。他の応用例においては、制御シ
ャフトは、可変ストローク作動を行なわせるためのレバ
ーとして機能するように構成されている。最後に、可変
圧縮比作動を行なわせるための制御手段を用いることが
できる。

本発明の第１の特徴によれば、本発明の内Ｐ：、機関は
、シリンダと、該シリンダ内でスライド可能なピストン
と、両端部を備えたスイングビームと、該スイングビー
ムの一端をビス１−ンにピン連結（すなわち、コネクテ
ィングロッドを介することなく連結）する手段とを備え
ている。固定点に枢着されたスイングブロックはスイン
グビームと摺動自在に係合していて、スイングビームが
固定点に対して回転およびスライドできるように構成さ
れている。これらのスイングビーム、スイングブロック
、シリンダおよびピストンは、ラプソンのスライド機構
を形成している。コネクティングロッドの一端はクラン
クシャフトに枢着されており、かつその他端はスイング
ビームおよびラプソンのスライド機構のスイングブロッ
クに枢着されている。

１つの実施例においては、スイングビームは、スイング
ブロックを摺動自在に受入れるガイド部分を備えている
。スイングブロックは固定の＋ｌｉ軸に枢着されている
。ピストンがシリンダ内で前・後に移動するとき、スイ
ングビームは固定の枢軸のまわりでスライドしかつ回転
する。スイングビームの下端部は連結リンクを介してク
ランクシャツ［・に連結されていて、弧状の運動をする
。スイングビームの下端部が円弧にきわめて近い弧状の
軌跡を描くように機構の比率が定められており、強度を
向上させるためロッカーリンクがスイングビームの下端
部にピン連結されている。この場合、スイングビームの
上端部をピストンに連結するのに小さな偏心体すなわち
偏心支軸が用いられている。

別の実施例においては、やはりスイングビームが、固定
点のまわりで枢動するラプソンの機構のスイングブロッ
ク内で摺動するように構成されている。しかしながら、
クランクシャフトからの連結リンクは、スイングビーム
ではなくスイングブロックにピン連結されている。この
実施例においては、ピストンの運動により引き起こされ
るガイドブロックの回転運動が、連結リンクを介してク
ランクシャフトに伝達される。かような機構のため、非
常にコンパクトにエンジンを設計することができる。

本発明の別の特徴によれば、内燃機関がシリンダと、該
シリンダ内で摺動できるビスＩ・ンと、両端部を備えた
スイングビームとを有しており、スイングビームの一端
が直接または連結リンクを介してピストンに連結されて
いる。更にクランクシャフトも、直接または別の連結リ
ンクを介してスイングビームに連結されており、スイン
グビームが枢着点のまわりでスライドしかつ回転するよ
うになっている。この実施例においては、ピストンの運
動を制御するリンクが２自由度機構に基いて設計されて
いて、熱力学的サイクルおよびザイクル事象のタイミン
グを最適化するようになっている。

特に、ピストンの運動は、クランクシャツ１〜の変位、
および制御された方法で枢着点を移動させるスイングブ
ロックの枢着点に出力が連結された制御手段の変位の関
数である。スＩ・ローフの長さおよびピストンの運動タ
イミングは所望の方法で制御されかつ変化される。

１つの実施例においては、ピストンが連結リンクを介し
てスイングビームに連結されている。スイングビームの
他端部は回転する制御シャフトに連結されており、クラ
ンクシャフトは連結リンクを介してスイングビームの両
端部の間で該スイングビームに連結されている。４スト
ロークサイクルエンジンにおいては、制御シャフトはク
ランクシャフトの％の速度の奇数倍の速度（例えばクラ
ンクシャフトの２の速度）で回転するのが望ましく、ま
た、アトキンソンサイクル作動のように、爆発行程中の
ピストンのストローク長さの方が圧縮行程中のストロー
ク長さよりも大きくなるようにピストンストロークを変
化させ、最適タイミングを得るようにするのが望ましい
。

別の実施例においては、スイングビームは、コネクティ
ングロッドを介することなくして、ピストンに直接ピン
連結されている。しかしながら、この場合には、クラン
クシャフトと制御シャフトの双方が、連結リンクを介し
てスイングビームに連結されている。

本発明の幾つかの実施例においては、制御シャフトに連
結されたスイングブロックが、スイングビームと摺動自
在に係合していてラプソンのスライド機構を形成してい
るが、スイングブロックの枢着軸は固定されているので
はなくして制御シャフトに連結されている。１つの実施
例においては、スイングビームがピストンにピン連結さ
れておりかつコネクティングロッドを介してクランクシ
ャフトに連結されている。他の実施例においては、スイ
ングビームが連結リンクを介してピストンに連結されて
おりかつクランクシャフトにピン連結されている。

スイングビームがスイングブロックの枢軸線のまわりで
スライドしかつ回転するように構成された本発明の別の
実施例においては、スイングブロックの枢着点が制御シ
ャフトによって制御された方法によって（好ましくは直
線状に）移動できるようになっている。制御シャフトは
アトキンソンサイクルを生じさせるべく連続的に回転す
るように設計することができ、あるいは制御シャフトを
レバーとして作用するように設計してピストンスＩ・ロ
ーフの長さを変えるようにすることもできる。

圧縮比または上死点のタイミングを実質的に変えること
なくしてピストンストロークを変えることができるよう
に、枢着点を固定の直線状ガイド通路に沿って移動させ
ることができるように機構の比率が定められている。

この機構は、エンジンの圧縮比の付加的な独立した制御
を行なうべく、直線状のガイド通路自体の傾斜方向を変
えることができるように修正することができる。あるい
は、直線状のガイド通路に代えて、ロッカーリンクまた
は他の手段によって枢着点の運動を制御することができ
る。

ラプソンのスライド機構を用いた上記実施例の変形例と
して、スイングビームとピストンとの間、スイングブロ
ックと制御シャフトとの間、およびクランクシャフトと
スイングビームとの間に、種々の組合せからなる連結リ
ンクを使用することもできる。

以下、添付図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第３ａ図〜第３ｃ図は、ラプソンのスライド機構を採用
したスイングビーム形エンジンの３つの実施例を示すも
のである。図示の関係から、これらの図面および他の図
面には単一ピストンのエンジンを示しである。しかしな
がら、第２図に示したような対向ピストン構造を備えた
エンジンとして構成できることは容易に理解されよう。

ここに述べる機構はスパークプラグにより点火される多
気筒エンジンとして構成するのが最も望ましく、その−
例が他の実施例に関する第１２ａ図〜第１２Ｃ図に示さ
れている。対向ピストン形エンジンならびに多気筒エン
ジンは本発明の範囲に含まれるものである。

第３ａ図に示すエンジンは、シリンダ１０、ピストン１
１、クランクシャフト２２、コネクティングロッド２０
およびスイングビーム３０を備えている。スイングビー
ム３０の一端３２はビスｉ・ン１１にピン連結（すなわ
ち、何も介さずして直接にピン連結）されており、他端
３４はコネクティングロッド２０にピン連結されている
。

スイングビーム３０の一部はガイド３１の形状に形成さ
れていて、該ガイド３１には長いスロット３３が設けで
ある。固定枢着点すなわち固定枢着軸３８のまわりで枢
着自在のスイングブロック３６がスロット３３内に設け
られていて、スイングビーム３０が固定枢軸３８のまわ
りで回転できると同時に長手方向にも自由にスライドで
きるようになっている。ガイド３１および該ガイド３１
と協働するスイングブロック３６は、シリンダ１０、ピ
ストン１１およびスイングビーム３０と相互作用して、
船の操舵機構に用いられているラプソンのスライド機構
のごとく作動する。ラプソンのスライド機構を構成する
エレメントすなわちガイド３１およびスイングブロック
３６は、ビス１−ン１１とコネクティングロッド２０と
の間でスイングビーム３０を枢動自在かつ摺動自在に支
持しているので、ピストン１１とスイングビーム３０と
の間を連結するロンドが必要とされることはない。

本明細書および特許請求の範囲の記載において使用する
用語「ラプソンのスライドエレメント雪とは、固定枢軸
３８を備えた第１のエレメントであるスイングブロック
３６　（あるいは他の実施例におけるスイングブロック
３６ａ、５２．６０および７０）と、前記固定枢軸３８
に対してスライドおよび回転する第２のエレメントであ
るガイド３１とを組み合わせたものをいう。第２のエレ
メントであるガイド３１がスイングビーム３０を構成す
るとき、この機構はスイングビーム形エンジンにおいて
ラプソンのスライド機構による運動を生じさせる。

再び第３ａ図に戻って説明すると、ピストン１１がシリ
ンダ１０内でスライドするとき、スイングビーム３０が
固定枢軸３８のまわりでスライドおよび回転し、かつ、
スイングビーム３０のガイド部分すなわちガイド３１が
スイングブロック３６に対してスライドするため、固定
枢軸３８とスイングビーム３０の上端部３２との間の距
離の変動を吸収することができる。スイングビーム３０
の下端部３４は、クランクシャフト２２と関連して、破
線５０で示すように前・後に動く。クランクシャフト２
２の回転運動は、破線２３で示しである。

第３ｂ図は、ガイド溝がスイングビーム３０ａにではな
くスイングブロック３６ａに設けられている点を除き、
第３ａ図に示したものと実質的に同じである。スイング
ビーム３０ａの上端部３２はピストン１１にピン連結さ
れており、下端部３４はコネクティングロッド２０にピ
ン連結されている。スイングビーム３０ａは、その両端
部３２．３４の間においてスライド部材として形成され
た部分３１ａを有し、このスライド部分３１ａはスイン
グブロック３６ａの溝３７内に摺動自在に受入れられて
いる。スイングビーム３０ａはスライドブロック３６ａ
に対して長手方向に自由にスライドできかつ第３ａ図の
機構と同様に作動するので、スイングビーム３０ａは固
定枢軸３８ａのまわりでスライドかつ回転することがで
きる。

第３　ｃ図の実施例においては、スイングビーム３０ｂ
がピストン１１に直接ピン連結されており、かつ、スラ
イド部分３１ｂを備えている。スライド部分３１ｂは、
固定枢軸３８ｂのまわりで枢動自在のスイングブロック
３６ｂ内に受入れられている。コネクティングロッド２
０は、スイングビーム　３０ｂにではなくスイングブロ
ック３６ｂにピン連結されており、これにより横方向お
よび垂直方向にコンパクトな構造にすることができる。

これらの各実施例におけるスイングブロック３６．３６
ａ、３６ｂは、伝達される種々の力に耐え得るに充分な
寸法に形成すべきである。第３ａ図および第３ｂ図にお
けるスイングブロック３６．３６ａは、固定枢軸３８．
３８ａがスイングビーム３０．３０ａの両端の間の支点
として作用するため、固定枢軸３８，３８２に作用する
リニアな力に耐え得ることができるものでなくてはなら
ない。第３Ｃ図におけるスイングブロック３６ｂは、固
定枢軸３８ｂに作用するリニアな力だけではなく、ピス
トン１１からクランクシャツト２２に駆動力を伝達する
ときに、スイングビーム３０ｂによりスイングブロック
３６ｂに伝達されるトルクにも耐えることができなけれ
ばならない。

再び第３ａ図に戻って説明すると、スイングビーム３０
の両端部３２．３４が固定枢軸３８に関して反対側にあ
る間は、ラプソンのスライドエレメント３１．３６のた
めに、スイングビームの両端部３２．３４は同じ運動を
行なわない。このことは、固定枢軸３Ｂがスイングビー
ム３０の両端部３２．３４の間で対称的な位置にある場
合についてもいえることである。機構学的理論から、コ
ネクティングロッド２０とスイングビーム３０との連結
点すなわちスイングビーム３０の下端部３４の軌跡は、
中心点３９をもつほぼ円弧に近い弧５０を描く。このた
め、クランクシャフト２２およびコネクティングロッド
２０の運動は、クランクおよび該クランクとロッカーリ
ンクとのカップラの運動にきわめて似た運動になり、弧
５０の中心点３９からスイングビーム３０の下端部３４
までの寸法は事実上のロッカーの長さとみなすことがで
きる。クランクとロッカーリンクとが非存形（すなわち
、弧５０の両極端位置におけるクランク２２の位置が１
８０°離れてはいない形）になるようにクランクおよび
ロッカーリンクを釣り合わせておくことにより、ピスト
ンの前進運動時間と後退運動時間とが等しくならないよ
うにすることができる。この不等運動は、圧縮行程の時
間よりも爆発行程の時間を長（するのに都合良く用いる
ことができ、従って燃焼効率を向上させることができる
。

例えば、リンクを第３ａ図に示すように釣り合わせてお
くことができる。すなわち、クランクシャフト２２が２
７０°の位置（時計の９時の位置）近くにあるときに、
スイングビーム３０の下端部３４が最も左方に移行する
けれども、クランクアームすなわちクランクシャフト２
２が９０°の位置（時計の３時の位置）に到達する前（
すなわち、クランクが２回転する前）に、スイングビー
ム３０の下端部３４が弧５０の右端に到達（これは、ピ
ストン１工の圧縮行程に相当する〕するように、リンク
を釣り合わせておくことができる。ピストン１１が反対
方向に移行する間（これは爆発行程に相当する）、クラ
ンクシャフト２２は１８０゜以上回転することになる。

このため、爆発行程と圧縮行程とが等時間（すなわちク
ランクシャフトの各２回転）にはならず、爆発行程の時
間の方が圧縮行程の時間よりも長くなる。非存形運動を
生じさせるようにクランクおよびロッカーリンクを釣り
合わせることは、公知の機械設計的事項である。従って
、かような機械設計的手法を利用すれば、所望のサイク
ルタイミングが得られるように容易に本発明の機構を釣
り合わせることができる。

第４図は、第３ｂ図と同様なラプソンのスライド機構を
利用したコンパクトなスイングビーム形エンジンの別の
実施例を示すものである。この実施例においては、スイ
ングビーム形エンジンのラプソンのスライド部は、スイ
ングビームとコネクティングロッドとの枢着点すなわち
スイングビーム３０ａの下端部３４の軌跡が、破線で示
す共通円弧３５上に対称的に配置された６つの点をもつ
ように釣り合わされている。この運動を生じさせるラプ
ソンのスライド機構の寸法は、最小誤差リンク合成の理
論から決定される。この最小誤差リンク合成の理論は、
本発明者の論文「平面運動合成における構造的誤差の解
析（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ＥｒｒｏｒＡｎａｌｙｓｉ
ｓ　ｉｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｋｉｎｅｍａｔｊｃ　５ｙｎｔ
ｈｅｓｊｓ）Ｊ（Ｆ、　Ｆｒｅ（Ｉｄｅｎｓｔｅｉｎ著
、米国機械学会誌８１Ｂ１１５〜２２頁、１９５９年発
行）および［八ｎｇｅｎ：ｉ°ｈｅｒｔｅ　　　５ｙｎ
ｔｈｅｓｅ　　ｖｏｎ　　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｅｎ　　
Ｊ（Ｓ、　Ｓｃｈ、　Ｂｌｏｃｈ　　著、Ｖｅｒｌａｇ
　Ｔｅｃｈｎｉｋ社、ベルリン、１９５１年発行）に示
されており、この説明は参考に留める。

例えば第４図において、スイングビーム３０ａが２．０
１６７Ｘ　（ここでＸは定数）の長さＬを有し、固定枢
軸の位置すなわち固定枢着点３８ａはスイングビーム３
０ａの下端部３４から距離０．６９８６Ｘだけ離れた所
に位置しているものとする。かような幾何学的構成にお
いて、固定枢着点３８ａおよび弧３５の回転中心３７が
ピストン１１の軸線に対し垂直な線上にあり、固定枢着
点３８ａと弧３５の回転中心３７との間の距離Ｅが０．
４５７０Ｘ、弧３５の半径Ｒが０．２４１６Ｘであると
すると、次式％式％の相対寸法関係があることになる。従って実際には、ス
イングビーム３０ａの下端部３４の軌跡は、円弧３５と
はほとんど区別できないものとなる。

このため余分のロッカー５４を下端部３４に連結するこ
とができ、ロッカー５４の長さは、下端部３４により創
成された円弧の曲率半径に等しくなる。ロッカー５４を
使用できれば、きわめて堅牢な構造を得ることができる
。

もしもロッカー５４を付加した場合には、スイングビー
ム３０ａの上端部を、小さな偏心体３２ａを介してピス
トン１１に連結する必要がある。

これは、スイングビーム３０ａの上端部がピストン１１
にピン連結されていて、ピストンの軸線に対して平行な
直線上を正確に移動するため（第３ａ図〜第３Ｃ図参照
）、スイングビーム３０ａの下端部３４により創成され
る弧３５が完全な円弧を描かないという事実があるから
である。従って、もしもスイングビーム３０ａの下端部
３４がロッカー５４に連結されていて、正確な円弧を描
く運動を行なわせるならば、スイングビーム３０ａの上
端部３２ａは正確な直線上を移動できなくなる。

上記のごとき最適な設計手法によれば、直線運動からの
上端部３２ａの偏差は最小となり、すなわち１７３□イ
ンチ（約０．７９ｍｍ）以下にすることができる。この
運動を行なうのにもしもエンジンの公差が不充分である
ときには、偏心体３２ａにより偏差を無くすことができ
る。適当な形式の偏心支軸すなわち偏心体３２ａは公知
である。

以上のすべての実施例において、スイングビームとスイ
ングブロックとの間のスライド量は比較的小さい。９０
ｍｍのストロークを有し、スイングビームの平均位置に
対するスイングビームの最大揺動角度が１５°であるエ
ンジンの場合には、スイングビームとスイングブロック
との間の最大スライド量は次式すなわち、（％）（９０）（１−ｃｏｓｌ　５　　’）　　−１，
５３ｍｍとして計算され、これはストロークの１．７％
に相当する。実用的な目的のためには、これにより生じ
るエネルギ損失は無視することができる。

第５図〜第１２図は、エンジンの作動中の熱力学的サイ
クルおよびピストンの運動タイミングを最適化した２自
由度機構に基く内燃機関を示すものである。これらの機
構におけるピストンの変位は２つの変位すなわちクラン
クシャフトの変位および第２のエレメント（これを制御
シャフトと呼ふことにする）の変位の関数である。上記
のように、制御シャフトは多数のエレメントを介して作
動する。これらの実施例においては、１自由度はクラン
クシャフトの回転に相当し、第２のエレメントは制御手
段により作動される。

４サイクル内燃機関を作動させる１つの公知の熱力学的
ザイクルはアトキンソンサイクルである。

アトキンソンサイクルの基本的特徴は、圧縮行程よりも
膨張行程の方が長いことである。この方法によって、よ
り多くの燃焼エネルギが有効仕事量に変換される。第５
ａ図〜第５ｃ図は、アトキンソンサイクルとして作動さ
せるための制御シャフトを備えたエンジンの第１実施例
を示すものである。

第５ａ図において、単気筒スイングビーム形エンジンは
シリンダ１０と、ピストンＩ２と、ピストンコネクティ
ングロッド１６とを有し、この構成は第１図に示したピ
ストン−コネクティングロッド機構と同様に構成しても
よい。スイングビーム４０の一端４２はコネクティング
ロッド１６にピン連結されていて、他端４４は軸線４８
のまわりで回転自在な制御シャフト４６にピン連結され
ている。スイングビーム４０およびクランクシャフト２
２には、別のコネクティングロッド２０がピン連結され
ている。９０°間隅で隔っている制御シャフト４６の回
転位置が、Ｐ＋、Ｐ２．Ｐ３およびＰ４で示されている
。また、同様に９０゜間隔で隔っているクランクシャツ
１〜２２の回転位置を、Ｃ，、Ｃ２，Ｃ，およびＣ４で
示しである。

ピストン１２の瞬間位置は、クランクシャフト２２の位
置および制御シャフト４６の位置に基いて定められる。

第５ｂ図は、ピストン１２の前面部１２ａが占める位置
を示すものであり、（ｉ）クランクシャフト２２および
制御シャフト４６の回転位置が１８０°の位相だげずれ
ていて、ピストン変位に及ぼす作用が付加的である位置
Ｌｍａｘ。

Ｒｍａｘと、　（ｉｉ　）クランクシャフト２２および
制御シャフト４６が互に打ち消し合うように作用する同
位相位置Ｌｍｉｎ　、　　Ｒｍｉｎと、（ｉｉｉ）クラ
ンクシャフト２２および制御シャフト４６が互に９０６
の位相だけずれている位置Ｌｎｏｍ　、　Ｒｎｏｍとを
示すものである。これらの位置のうち、符号Ｒで示す３
つの位置は作動サイクルの上死点位置であり、符号Ｉ、
で示す３つの位置は作動サイクルの下死点位置である。

例えば、クランクシャフト２２がＣ４位置にありかつ制
御シャフト４６がＰ３位置にあるとき（すなわち、１８
０°の位相だけずれた位置にあるとき）は、ピストン１
２の前面部１２ａばＲｍａｘ位置を占めることになる。

また、クランクシャフト２２が０３位置にあり、制御シ
ャフト４６がＰ。

位置にあるときは、ピストン１２の前面部１２ａはＬｍ
ａｘ位置を占めることになる。これに対し、クランクシ
ャフト２２がＣ３位置にあり、制御シャフト４６がＰ３
位置にあるとき（ずなわら、同位相位置にあるとき）は
、ピストン１２の前面部１２ａはＬｍａｘ位置でばなく
、Ｌｍｉｎ位置を占めることになる。クランクシャツ１
へ２２および制御シャフト４６は、上死点および下死点
においてこれらの両シャフｌ−２２，４６が９０°の倍
数の位置を占めることがないように作動する。

第５ａ図のエンジンを４ス１−ロークサイクルエンジン
として作動させるために、クランクシャフト回転数の％
を加え（又は減じた）回転数で（すなわちカムシャフト
の回転数で）、制御シャフト４６を回転させるための駆
動手段（図示せず）が設けられている。制御シャフト４
６は、クランクシャフト２２に直接ギアを介し連結して
おくのが望ましい。そのような機構は当業者においてよ
く知られた技術である。しかしながら、理論的には制御
シャフト４６を別の駆動装置により独立して駆動するよ
うに構成することも可能である。

第５Ｃ図の表は、制御シャフト４６がクランクシャフト
２２の回転速度すなわち回転数の２で回転する場合の、
第５ａ図に示すエンジンの作動を示すものである。この
表に示すように、制御シャフト４６が１回転するとき、
クランクシャフト２２は２回転する。第５Ｃ図に示すよ
うに、すべての行程長さは、各行程の始点および終点で
のピストン位置りとＲとの間の距離に等しくなっている
。図示の例において、ピストン１２は、排気行程中ばＬ
ｍａｘ位置からＲｎｏｍ位置まで、吸入行程中および圧
縮行程中はＲｎｏｍ位置とＬ　ｍ　ｉ　ｎ位置との間で
、そして爆発行程中にはＲｎｏｍ位置からＬｍａｘ位置
まで移動する。エネルギ効率の観点からすれば、最も重
要な行程は爆発行程であり、第５Ｃ図に示すように、ア
トキンソンサイクルにおいては吸入行程および圧縮行程
よりも爆発行程の方が長くなっている。

上記のごとく、サイクルストロークおよびサイ上記のご
とく、サイクルストロークおよびサイクルタイミングを
修正すべく、クランクシャフト２２と制御シャフト４６
との間の位相が変えられるようになっている。例えば、
第５ａ図に示すエンジンのクランクシャフト２２および
制御卸シャフト４６は、従来の慣用的なスライダークラ
ンク機構に比べ、爆発行程の始点において長い時間を与
えるように位相が僅かにずれている。また、クランクシ
ャフト２２および制御シャフト４６は、互に反対方向に
回転するように構成することができる。

本発明による制御手段は、熱力学的サイクルの特性を少
くとも２つの方法で変えるのに使用することができる。

すなわち１つの方法は、例えば第５ａ図〜第５Ｃ図に示
したように制御シャフト４６がクランクシャフトの回転
数の数分の１の回転数で回転するようにして、行程長さ
を変える方法であり、他の方法はサイクルタイミングを
変えることである。このサイクルタイミングの変化は、
クランクシャフトの回転と制御シャツ１〜の回転との間
の位相を変え、かつ、制御手段およびエンジンの休止時
に対する該制御手段の位置に対して選定された寸法を変
えることによって行なうことができる。４ストロークサ
イクルエンジンの場合には、クランクシャフトの平均速
度（平均回転数）に対する制御シャフトの平均速度（平
均回転数）の比Ｖの代表的な値は、Ｖ−±（ｎ　　％）
　　（ここで、ｎは正の整数）として求められる。２ス
トロークサイクルエンジンの場合には、熱力学的サイク
ルの特性を調節できる可能性が４ストロークサイクルの
場合に比べ小さい。例えば２の速度比を用いた場合には
、爆発行程と圧縮行程との行程長さの比は、各サイクル
ごとに１より僅かに大きくなるだけである。しかしなが
ら、２ストロークサイクルエンジンの場合でも、クラン
クシャフトと制御手段との間の位相を調節することによ
ってサイクルタイミングを制御する可能性が存在する。

スイングビーム形エンジンにおいて最適な動力伝達を行
なうためには、あたかも通常のスライダークランク形エ
ンジンにおいてコネクティングロソドの揺動角度を制限
しているように、スイングビームの揺動角度を制限する
ことが望ましい。スイングビーム形エンジンにおいては
、スイングビームの揺動角度は、ピストンの運動方向に
対して垂直な方向から約１５°以内となるように維持す
るのが望ましい。このことは、本発明による制御シャフ
トを備えた通常のスイングビーム形エンジンについても
、また、ラプソンのスライド方式によるスイングビーム
形エンジンについても適用されることである。

スイングビーム形エンジンに、連続的に回転する制御シ
ャフト（例えば第５ａ図の制御シャフト４６）を付加し
た場合には、幾分かの動力が制御シャフト４６を介して
クランクシャフト２２に伝達される。従って制御シャフ
ト４６の釣り合いをとる必要がある。しかしながら、例
えば可変ストローク作動を行なう場合のように、制御シ
ャフトが制御レバーとして機能するときには、制御レバ
ーによってはいかなる動力もクランクシャフトに伝達さ
れることがない。

しかしながら、制御シャフトを直接スイングビームに連
結する必要はない。第８図〜第１１図に示す実施例から
も明らかなように、制御シャフトとスイングビームとの
間の連結部をコネクティングリンク組立体で構成するこ
とができ、このコネクティングリンク組立体は、制御シ
ャフトと、コネクティングリンク組立体と、スイングビ
ームと、固定リンクとが、スライダークランク運動又は
クランク−ロッカー運動あるいは他の運動をなすように
構成されている。

第５ａ図に示す制御手段の種々の構造は本発明の範囲内
に入るものであり、そのうちの幾つかのものについては
更に説明するように、２自由度機構で構成することがで
きる。例えば、第８図および第９図に示すように、制御
シャフトを、コネクティングロッドおよびスライダに連
結されたクランクすなわち偏心体で作り、偏心体のクロ
スへソドピンを制御ピンに取付けるように構成すること
ができる。クランク−ロッカー制御手段は第１１図の実
施例に関して説明する。

第６図に示すスイングビーム形エンジンは、スイングビ
ーム４０が直接ピストン１１にピーン連結されている点
を除き、第５ａ図に示したスイングビーム形エンジンと
同じである。この実施例の場合、スイングビーム４０の
反対側の端部４４は、第５ａ図の実施例のように直接制
御シャフト４６に連結されているのではなく、コネクテ
ィングロッド４７を介して制御シャフト４６に連結され
ている。また第６図は、制御シャフト４６を作動させる
ためのギア連結装置４５が、クランクシャフト２２と制
御シャフト４６との間に設けられていることを図式的に
示している。

これらのすべての実施例において、クランクシャフトと
制御シャフトとの相対位置を逆にすることができる。ま
た、スイングビームに関して、制御シャフトとクランク
シャフトとを同じ側あるいは反対側に配置することもで
きる。更に、クランクシャフトと制御シャフトとをスイ
ングビームに関して同じ側に配置した場合に、これらの
両シャフトをピストンに関して同じ側あるいは反対側に
配置することもできる。

第７ａ図〜第７ｄ図は他の形式のスイングビーム形エン
ジン、すなわち第３ａ図〜第３ｂ図に示したラプソンの
スライド機構を用いたエンジンではあるが、アトキンソ
ンサイクル作動を行なわせるための制御シャフトを備え
た２自由度機構に基くエンジンを示すものである。第７
ａ図において、スイングビーム５０の下端部にはラプソ
ンのガイド部分５１が設けてあり、該ガイド部分５Ｉは
、枢動自在のスイングブロック５２を受入れるための長
いガイドスロットを備えている。ガイド部分５１および
スイングブロック５２は、第３ａ図に示したガイド３１
およびスイングブロック３６に相当するものである。ス
イングブロック５２の枢着ピン５３は、回転する制御シ
ャツＩ・４６に連結されている。

第７ｂ図および第７ｃ図はスイングビーム５０゜５０ａ
の２つの実施例を示すものであり、スイングビーム５０
はピストン］１に直接連結されており、スイングビーム
５０ａはリンクを介してピストン１２に連結されている
。各スイングビーム５０，５０ａは、制御シャフト４６
に対して直接ピン連結されている。第７ｂ図の実施例の
場合すなわちスイングビーム５０がピストン１１に直接
ピン連結されている場合には、配位運動を維持するため
、クランクシャフト２２が中間リンク２０を介してスイ
ングビーム５０に連結されている。

第７Ｃ図の実施例には中間リンク２０が用いられていな
い。第７ｄ図の実施例は、制御シャフト４６とクランク
シャフト２２との位置が逆になっている点を除いて、第
７ｂ図の実施例と同じである。

エンジンがクランクシャフトに対してギア連結された制
御シャフトを備えているものであるか、あるいは制御シ
ャフトがレバーとして機能するものであるかには関係な
くして、制御シャフトの位置が所望の行程に対応するよ
うに構成し、また、制御シャフトあるいはレバーに伴う
僅かな動力損失が摩擦損失に打ち勝つようにすることが
必要である。

第７ａ図〜第７ｄ図に示す実施例は、第５ａ図の実施例
と同様に作動する。制御シャフト４６を所定の速度で回
転させるための駆動手段（図示せず）が制御シャフト４
６に連結されており、アトキンソンサイクルを生じさせ
るためには制御シャフト４６をクランクシャフト２２の
数分の１の速度で回転することが望ましい。制御シャフ
ト４６とクランクシャフト２２との間の相互位相は第５
Ｃ図に示した関係と同様に構成してもよいし、サイクル
事象のタイミングを変えるように変化させてもよい。

本発明の実施例は、可変ストローク作動を行なわせるべ
く使用することができる。この場合には、制御シャフト
は制御レバーとして機能する。可変ストローク作動を行
なわせるため、制御シャフトを適当に制御して駆動する
駆動装置を用いることにより、第３図〜第６図の実施例
を使用することができる。しかしながら、可変ストロー
ク作動を行なわせるには、第８図〜第１１図に関して説
明する付加的な特徴を備えた実施例とするのが望ましい
。

第８ａ図は、ラプソンのスライド機構を用いたスイング
ビーム形エンジンを示すものであり、スライダークラン
ク機構によって、制御シャフト４６の位置がスイングブ
ロック６０の位置を決定するように構成されている。制
御シャフト４６は、制御ロッド６２を介してスライドブ
ロック６４に連結されており、該スライドブロック６４
ば、固定の滑り通路６６内で長手方向に移動できるよう
になっている。第８ｂ図および第８Ｃ図に示すように、
スライドブロック６４は、枢着ピン６８を介して上方の
スイングブロック６０に連結されている。

スイングビーム５０ａは、第３ａ図、第７Ｃ図および第
７ｄ図に示した構造と同様なラプソンのガイド部分５１
を備えている。このガイド部分５１は、スイングブロッ
ク６０と摺動自在に係合している。

枢着ピン６８は、スイングブロック６０の枢着点をも形
成している。枢着ピン６８を静止させておいた場合には
、エンジンは第３ａ図に関して説明したように作動する
。しかしながら、枢着ピン６８は滑り通路６６に沿って
変位することができるので、この構造は幾つかの付加的
な作動モードで作動する。

第８ａ図に示す構造は単に図式的に示したものである。

当業者にとっては、この機構を介して伝達される力につ
いてみれば、第８ａ図の実際の構造が種々の力伝達形式
を採りうろことが理解されよう。第８ｄ図および第８ｅ
図はかような一例を示すものであり、これらの図面にお
いては、第８ａ図の構成要素と同様な機能をもつものに
ついて同じ番号を使用して示しである。

１つの制御モードにおいては、制御シャフト４６が制御
レバーとして作用し、その位置がピストンストロークを
調整するように構成することができる。第９図は、この
ための好ましい運動力学的レイアウトを示すものであり
、スイングブロック６０の中心Ｍの幾つかの点（例えば
、Ｍ、、Ｍ２゜Ｍ、）を示すものである。図示の幾何学
的構成は、一定圧縮化（このレイアウトでは９：１）に
おいて、最大ストロークの約３０％迄ストロークを変え
得ることができる。

第９図は、次の（ａ）〜（Ｃ）の条件を満足できるよう
に、運動力学的解析により決められた各部の寸法を示す
ものであり、この条件とは、（ａ）ストロークを変える
ことができること、（ｂｌはぼ一定の圧縮比を維持でき
ること、および（Ｃ）木質的に一定の上死点タイミング
を維持できることである。第９図から明らかなように、
Ｍ４点、Ｍｚ点およびＭ３点はほぼ同一直線上にあるが
、上死点におけるスイングビームの軸線とは整合してい
ない位置にある。

換言すれば、第９図のレイアうトに示ずように、ストロ
ークの上死点において、ピストンの位置はＣ８からＣ２
更に０３まで変化する（第９図において、符号Ｃは上死
点におけるビス！・ンの位置すなわちピストンクリアラ
ンスを示すものである）。

各点Ｍ＋　、Ｍ２　、Ｍ３に対するピストンストローク
の長さは変化するが、上死点位置も同し比率で変化する
ため、最終圧縮比は実質的に一定に維持される。

種々のリンクの寸法が第９図に示してあり、ここで符号
ｒはクランクシャフト２２の半径、符号Ｒはコネクティ
ングロッド２０の長さ、符号Ａ−Ｂはスイングビーム５
０ａの長さである。符号Ａ、、ＢＩおよびＡ、’、Ｂ、
’は、ピン位置がＭ。

点にあるときの、上死点および下死点におけるスイング
ビーム５０ａの両端部３２．３４の位置を示すものであ
る。符号ＡＺ、Ｂ２およびＡ２’Ｂ２’。

および−点鎖線は、ピン位置がＭ２点にあるときの、そ
れぞれスイングビーム５０ａの両端部の位置およびスィ
ングビーム５０ａ自体の位置を示すものである。また、
符号Ａ３．８３およびＡ３’Ｂ３′、および破線は、ピ
ン位置がＭ３点にあるときの、それぞれスイングビーム
５０ａの両端部の位置およびスィングビーム５０ａ自体
の位置を示すものである。Ｃ１点、Ｃ２点および０３点
は、それぞれピン位置Ｍ、、Ｍ２およびＭ３に対する上
死点の位置を示すものである。最後に、符号Ｐは、ピス
トンの軸線とクランクシャフトの軸線との間の距離を示
すものである。

第９図に示すように、Ｍ＋点、Ｍ２点およびＭ３はほぼ
同一直線上にあり、第８ａ図に示したスライダクランク
案内機構を実現できるようになっている。更に、上死点
位置（これＢ５点、Ｂ２点および３３点により定められ
る）のタイミングは実質的に変化しないように維持され
る。従って、はぼ一定の圧縮比において、しがも、上死
点位置あるいはこの近くの位置におけるバルブタイミン
グに影響を与えることなくして、ピストンストロークを
変えることができる。

４ストロークサイクルエンジンの他の作動モードにおい
ては、ｍｌ？卸シャフトは、クランクシャフトの速度の
２の奇数倍の速度で駆動される。爆発行程の方が圧縮行
程よりも長くなるように制御シャフトとクランクシャフ
トとの位相を定めることにより、アトキンソンサイクル
で作動させることができる。通常のサイクルタイミング
を維持するには、クランクシャフトに対する制御シャフ
トの位相は、上死点位置がスイングブロックの最上方位
置に一致するように構成する必要がある。

上記作動モードを得るために、制御シャフトと係合およ
び係合解除させる適当な制御手段を設けることができる
。例えば、実施例の第１のモードの場合には、マイクロ
プロセッサ制御による制御シャフト４６のアクチュエー
タ４９　（第８ａ図）を用いることができる。合理的な
制御範囲内で正しいバルブタイミングを調節したり維持
するためおよび／またはアトキンソンサイクルタイミン
グを変えるために、位相変化装置を用いることもできる
。

第１０図は、第８ａ図の機構に他の作動モードを行なわ
せるための機構を示すものである。この実施例において
は、第８ａ図の固定の滑り通路６６の代りに、固定の枢
着点６７と偏心支軸６８との間にガイド６６ａが保持さ
れている。図面を明瞭にするため、スライドブロック組
立体６４゜６８の底部材６４のみを示しである。ガイド
６６ａは第９図に示すように配置することができ、これ
により、偏心支軸６８の中心位置において制御シャフト
４６がスライドブロック６４を移動させ、圧縮比を変え
ることなくストロークを変えることが可能となる。しか
しながら、補助スライダ６４の通路を制御するガイド６
６ａの傾斜角度は、偏心支軸６８により調節することが
でき、これにより、圧縮比を大きくしたり小さくするこ
とができる。もしも圧縮比の変動がきわめて僅小に制限
されるならば、上死点位置のタイミングによる影響は無
視することができる。

偏心支軸６８を制御作動するために、該偏心支軸に適当
な駆動手段を連結することができる。エンジンの作動中
には、小さな圧縮比でエンジンを運転させたりあるいは
一時的に小さな圧縮比で運転させたり　（例えばエンジ
ンにノンキングが生じているとき）することが望まれる
多くの作動条件が存在する。上記駆動手段は、このよう
な所望のエンジン作動パラメータに応答するように制御
することができる。

第１１図は、クランクシャフトおよび制御リンク（この
場合はクランクとロッカー）の下側でスイングブロック
７０のガイドを行なうように構成した別の実施例を示す
ものである。前にも述べたように、これらの構成要素の
相対位置は任意に変えることができる。この場合、制御
シャフト４６は、固定の柩着点７４のまわりで枢動自在
に支持されたプレート７２にピン連結されている。また
プレート７２は、番号７６で示す位置においてスイング
ブロック７０にピン連結されている。スイングブロック
７０のピン７６の軌跡は円弧をなし、その揺動角度およ
び半径は、設計上の要求を満たす限度内で調整すること
ができる。

いずれかの実施例においてもしも必要ならば、クランク
シャフトまたはカムシャフトと制御シャフトとの間に位
相変化装置を設けることができる。

この位相変化装置とは、時間の関数としてピストンスト
ロークの運動を変えるためのものであり、これにより、
タイミングおよび他の作動特性を変えるためのものであ
る。

第９図の実施例は、適当な運動学的設計を行なうことに
より、上死点タイミングの変動を無視できる可変ストロ
ーク作動を行なわせることができる。しかしながら、他
の実施例においては、バルブタイミング、アトキンソン
サイクルのタイミング可変ストロークまたは可変圧縮比
作動モードにおけるタイミングを制御するには位相を調
整する必要がある。所望ならば、可変ストローク作動を
行なわせるための制御レバー（これらは第８図〜第１１
図に関して説明した）は、可変圧縮比作動の比率に合わ
せることができる。

本発明の実施例には、もしも位相変化装置を必要とする
場合には、公知の可変バルブタイミング機構を備えた公
知のベヘルギアまたはスパーギア形装置を使用すること
ができる。

第１２ａ図〜第１２Ｃ図は４気筒可変ストロークエンジ
ンの実施例を示すものであり、このエンジンには第１２
Ｃ図に示すように、４つのシリンダの各々に対して第８
ａ図〜第８ｅ図の実施例が使用されている。クランクシ
ャフト２２のクランクスローの位相は、通常の直列４気
筒エンジンの場合のように、０°−１８０°−１８０°
−ｏ’となるように構成するのが望ましい。第１２ａ図
には、４つのピストンの対応位置が示されている。

各ピストンＡ、Ｂは、スイングビーム５０ａおよびコネ
クティングロッド２０を介してクランクシャフト２２に
連結されている。第８ａ図の場合、各スイングビーム５
０ａは、枢着ピン６８′に対して摺動かつ枢動できるよ
うにスイングブロック６０′と係合しており、補助スラ
イダ６４′は、枢着ピン６８′の位置を調節するため固
定の滑り通路６６に沿って変位できるようになっている
。

枢着ピン６８′は、各スイングビーム５０ａと関連する
スイングブロック６０′を通って滑り通路６６に対して
垂直に延在している。スライダ６４　（および関連する
滑り通路６６）は、軸線方向に間隔を隔てた位置で枢着
ピン６８′を支持するように構成されている。

すべてのスイングビーム５０のスライダ６４′の位置従
って枢着ピン６８′の位置は、単一の制御シャツｌ−４
６’によって制御され、該制御シャフト４６′は、リン
ク６２　（１つのリンク６２が各スライダ６４′と関連
している）を介して枢着ピン６８′に連結された制御レ
バーとして作用する。もしも所望ならば、制御シャフト
はカムシャフトと一体に構成でき、また、別体として構
成してもよい。あるいはまた、市１営卸シャフトは、ア
］・キンソンサイクルとして機能するか可変圧縮比モー
ドとして作動するように設計し、寸法を定めることがで
きる。

第１２Ｃ図の実施例は、図面を明瞭にするため概略的に
示しであるが、実際の構造は第８ｄ図〜第８ｅ図の実施
例とは異なるものであることが当業者には容易に理解で
きるであろう。

単一の制御レバー４６′を使用できるため、本発明の長
所を直列シリンダエンジンに適用することができる。第
２ａ図に関して説明したように、リンクの比率を適当な
比率に選定することによって、爆発行程中のタイミング
を最適化することができる。このエンジンの動力学的バ
ランスは、２気Ｍ　対向ピストンエンジンの動力学的バ
ランスと類似している。しかしながら、このエンジンの
動力学的バランスはより良好なものになっている。

同一のクランクシャフト１８０°の位相を隔てて配置さ
れたコネクティングロッドを備えた対向ピストンエンジ
ンにおいては、コネクティングロッドの回転位性力が同
じように作用するため、コネクティングロッドの慣性ア
ンバランスが生じる。

しかしながら、第１２図に示す４気筒エンジンにおいて
は、Ａ−Ａピストンのコネクティングロッドに関連する
慣性アンバランスは、Ｂ−Ｂピストンのコネクティング
ロッドに関連する慣性アンバランスとは逆方向に作用す
る。

以上述べた実施例に基く多気筒エンジンの構成において
は、次の諸点からなる種々の作動モードを考えることが
できる。すなわち、１、　固定ストローク−オツトーサイクル。

２、　固定ス１−ロークーア（・キンソンサイクル。

３、　可変ストロークーオッＩ・−サイクル、４、　可
変ストローク−アトキンソンサイクル、および５、　可変圧縮比、アトキンソンまたはオントーサイク
ルである。

どのエンジンに対しても、オプションとしてこれらのモ
ードの中の１つあるいは１つ以上を用いるのが望ましい
。モード１は従来の内燃機関に相当するものであり、モ
ード５は、第１０図に関して説明したような調節手段を
備えたものである。

モード２の作動を行なう場合には、制御シャフトを単一
の構成にすることができるが、クランクおよび制御シャ
フトのスローの位相は適当に定める必要がある。例えば
、０°−１８０°−１８０°−０°のクランクスローを有
し、クランクシャフトの２の速度で作動する制御シャフ
トを備えた直列４気筒エンジンを構成するのに第５ａ図
の機構を用いる場合において、各シリンダにおいて第５
Ｃ図に示すタイミングを得るためには、制御シャフトの
スローの位相を０”２７０”１８０’−９０’にする。

モード３の作動を行なう場合には、制御シャフトは制御
レバーとして機能し、レバーの位置ばすべてのシリンダ
について同位置にある。すなわち、制御シャフトを単一
の制御シャフトで作り、第１２図に示すような偏心軸と
して機能するように構成することができる。

モード４の作動を行なう場合には、モード２の作動を行
なうように構成された単一の制御シャフトを使用するこ
とができるが、制御シャフトの位置はストロークの関数
となる。すなわち、制御シャフトの軸線は、ストローク
に基く量だけ第９図の軸線ＭＩ　　Ｍ２　　Ｍ３に沿っ
て移動できるようにしなければならない。このモードの
作動を行なうためには位相変化装置が必要とされ、この
目的のために公知のあらゆる位相変化装置を使用するこ
とができる。

第１２図に示した実施例のピストンおよびシリンダの構
成が直列４気筒スライダークランクエンジンであるとは
いえ、従来の直列シリンダエンジンまたは他のエンジン
のスライダークランクピストン作用を、本発明のスイン
グビーム作用に置き換えることによって、第１２同に示
した形式のスイングビーム設計による直列ピストンシリ
ンダ構造または他のピストン−シリンダ構造を得ること
ができることは、当業者にとって明らかであろう。

以上述べたエンジン構造は、内勤形ピストンおよび外勤
形ピストンのいずれについても機能するものである。こ
こでいう内勤形ピストンとは、燃焼室がピストンの間に
配置された配置をいう。また外勤形ピストンとは、エン
ジンの対称面から最も離れているピストンの両端部に隣
接して燃焼室が配置されているものをいう。

本発明の多数の実施例に係る発明は、１自由度のクラン
クシャフト運動および別の自由度をもつ制御手段の運動
を用いた２自由度のリンク機構に基くものである。これ
らの機構は、力の伝達および動力学的特性を大きく損な
うことがないため、アトキンソンサイクル作動、可変ス
Ｉ・ローフ作動および可変圧縮比作動を行なわせるべく
設計するときに好ましい機構的釣り合いを保つことがで
きる。以上のすべての実施例は、２ストロークサイクル
エンジン並びに４ストロークサイクルエンジン、火花点
火形エンジン並びにディーゼルエンジンに用いることが
できる。

以上は本発明の好ましい実施例を代表するものであり、
本発明の概念を逸脱することなく、ここに開示した構造
に変更および修正を加えることは当業者にとって明白で
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のスイングビーム形エンジン
の概略構成図であり、それぞれ、単一ピストン配置構造
および対向ピストン配置構造を示すものである。第３ａ図、第３ｂ図および第３Ｃ図は、ラプソンのスラ
イド機構を用いたコンパクトなスイングビーム形エンジ
ンの３つの実施例を示すものである。第４図は、ラプソンのスライド機構を用いた他のコンパ
クトなスイングビーム形エンジンの概略構成図である。第５ａ図は、アトキンソンサイクル作動を行なうための
２自由度機構を暴く制御手段を備えたスイングビーム形
エンジンの概略構成図である。第５ｂ図は、第５ａ図の実施例における種々のピストン
上死点および下死点を示すものである。第５ｃ図は、第５ａ図に示すエンジンの種々のピストン
位置およびピストン運動を示す表である。第６図は、制御手段を備えたスイングビーム形エンジン
の概略構成図である。第７ａ図、第７ｂ図、第７ｃ図および第７ｄ図は、制御
手段を備えたスイングビーム形エンジンの他の実施例を
示す概略構成図である。第８ａ図は、ラプソンのスライド要素および枢動位置を
調節する制御手段を備えたスイングビーム形エンジンの
概略構成図である。第８ｂ図、第８ｃ図は、第８ａ図に用いたスライドブロ
ック機構の平面図および斜視図である。第８ｄ図は、第８ａ図のリンク機構を取り入れたエンジ
ンの概略構成図である。第８ｅ図は、第８ｄ図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。第９図は、可変ストローク作動、実質的に一定の圧縮比
および上死点タイミングを与えるための、第８ａ図のエ
ンジンのストローク制御レイアウトの概略構成図である
。第１０図は、第８ａ図のエンジンに使用するラプソンの
スライド機構の改良されたガイドを示す概略構成図であ
る。第１１図は、ロッカ−１１ｉ１Ｊ御手段を備えたラプソ
ンスライド機構によるスイングビーム形エンジンを示す
概略構成図である。第１２ａ図、第１２ｂ図および第１２Ｃ図は、ラプソン
スライド機構による４気筒スイングビーム形エンジンの
概略構成図であり、該エンジンの作動を示すものである
。１０・・・・・・シリンダ、１１．１２・・・・・・ピストン、１４．３０．３０ａ、３０ｂ、４．０，５０゜５０ａ・
・・・・・スイングビーム、２０．２２・・・・・・クランクシャフト、４６・・・
・・・制御シャフト。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリンダと、該シリンダ内で変位可能なピストン
と、クランクシャフトと、スイングビームとを備えた内
燃機関において、前記スイングビームとピストンとの間の第１のカップリ
ング手段と、前記クランクシャフトとスイングビームとの間の第２の
カップリング手段と、前記スイングビームを枢着手段のまわりで回転させるべ
く、前記スイングビームと係合する枢着手段と、前記枢着手段の位置を制御する制御手段であって、制御
シャフトと、エンジンの作動に応答して制御された方法
で前記制御シャフトを移動させる駆動手段とを備えた制
御手段とを有することを特徴とする内燃機関。
（２）前記制御シャフトが複数の選定された位置の間で
移動することができ、前記制御シャフトを選定された位
置の間で移動させて制御シャフトを制御レバーとして機
能させるべく前記駆動手段を作動させるため、エンジン
の作動パラメータに応答する手段を備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。
（３）前記駆動手段は、前記制御シャフトが周期的運動
をなすように駆動する手段を備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。
（４）前記制御シャフトがクランクであり、かつ、クラ
ンクシャフトの速度の１／２の複数倍の速度で制御シャ
フトを回転させる手段を備えていることを特徴とする特
許請求の範囲第３項に記載の内燃機関。
（５）前記第１のカップリング手段がピストンとスイン
グビームとの間の連結リンクを備えており、前記第２の
カップリング手段がクランクシャフトとスイングビーム
との間のコネクティングロッドを備えており、前記制御
シャフトがスイングビームにピン連結されていることを
特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の内燃機関。
（６）前記第１の連結手段が、スイングビームをピスト
ンに直接連結するピンを備えており、前記第２の連結手
段がクランクシャフトとスイングビームとの間の連結ロ
ッドを備えており、前記制御手段が制御シャフトとスイ
ングビームとの間の連結リンクを備えていることを特徴
とする特許請求の範囲第４項に記載の内燃機関。
（７）前記第１の連結手段がピストンとスイングビーム
との間の連結リンクを備えており、前記第２の連結手段
が、スイングビームとクランクシャフトとを直接連結す
るピンを備えており、前記制御手段が、互に協働する１
対のラプソンのスライドエレメントを備えていて、一方
のエレメントは制御シャフトに枢着されておりかつ他方
のエレメントはスイングビームに枢着されていることを
特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の内燃機関。
（８）前記ラプソンのスライドエレメントは、前記第１
および第２の連結手段の間に配置されていることを特徴
とする特許請求の範囲第７項に記載の内燃機関。
（９）前記第２の連結手段がラプソンのスライドエレメ
ントと第１の連結手段との間に配置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第７項に記載の内燃機関。
（１０）前記第１の連結手段がスイングビームとピスト
ンとを直接連結するピンを備えており、前記第２の連結
手段がクランクシャフトとスイングビームとの間の連結
リンクを備えており、前記制御手段が互に協働する１対
のラプソンのスライドエレメントを備えていて、一方の
エレメントは制御シャフトに枢着されており、かつ他方
のエレメントはスイングビームに枢着されていることを
特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の内燃機関。
（１１）前記ラプソンのスライドエレメントが第１およ
び第２の連結手段の間に配置されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１０項に記載の内燃機関。
（１２）前記第２の連結手段がラプソンのスライドエレ
メントと第１の連結手段との間に配置されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の内燃機関。
（１３）前記制御手段が、前記枢着手段と係合するスライドブロックと、該スライ
ドブロックを所定の運動経路に沿って案内するためのガ
イド手段と、前記制御シャフトとスライドブロックとの間のカップリ
ング手段とを備えていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の内燃機関。
（１４）前記枢着手段が互に協働する１対のラプソンの
スライドエレメントを備えていて、一方のエレメントが
スライドブロックに枢着されておりかつ他方のエレメン
トがスイングビームの一部を構成していることを特徴と
する特許請求の範囲第１３項に記載の内燃機関。
（１５）前記ガイド手段が、スライドブロックの経路に
沿う種々様々の位置において向きが変化する実質的に直
線状の経路に沿って前記スライドブロックを案内し、エ
ンジンの圧縮比および上死点タイミングが実質的に一定
に維持されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
４項に記載の内燃機関。
（１６）前記ガイド手段の位置を選択的に移動させてエ
ンジンの圧縮比を変化させる手段を備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の内燃機関。
（１７）前記制御手段が、制御シャフトに連結されたロ
ッカー手段と、互に協働する１対のラプソンのスライド
エレメントとを備えており、一方のエレメントがロッカ
ー手段に枢着されておりかつ他方のエレメントがスイン
グビームの一部を構成していることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の内燃機関。
（１８）前記制御シャフトが周期的な運動をなすように
駆動して、エンジン回転中のピストンストロークを変化
させる手段を備えていることを特徴とする特許請求の範
囲第１３項または第１７項に記載の内燃機関。
（１９）シリンダと、該シリンダ内で変位可能なピスト
ンと、クランクシャフトと、スイングビームと、該スイ
ングビームをピストンに直接連結する手段と、固定枢軸
のまわりで前記スイングビームをスライドさせかつ回転
させるラプソンのスライド機構であって、前記固定枢軸
のまわりで枢動できかつ第２のエレメントを前記固定枢
軸を通る軸線に沿ってスライドさせるべく該第２のエレ
メントと係合するように形成された第１のエレメントを
備えているラプソンのスライド機構とを有する内燃機関
において、前記スイングビームが、前記軸線に沿って前記第１のエ
レメントと摺動自在に係合する協働部分と、スイングビ
ームとクランクとの間に運動を伝達すべくこれらの両者
を連結する手段とを備えていることを特徴とする内燃機
関。
（２０）前記連結手段が、スイングビームとクランクシ
ャフトとに枢着されたコネクティングロッドを備えてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載の内
燃機関。
（２１）前記スイングビームが両端部を有し、一端部は
ピストンに連結されておりかつ他端部はコネクティング
ロッドに連結されており、前記ラプソンのスライド機構
は前記スイングビームの両端部の間に配置されていて、
前記他端部が実質的に円弧状の経路に従って移動するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の内燃機
関。
（２２）前記クランクとコネクティングロッドは、エン
ジンの爆発行程時間の方が圧縮行程時間よりも長くなる
ような非心形のロッカーリンク運動を生じさせる比率に
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２１
項に記載の内燃機関。
（２３）前記スイングビームは、該スイングビームの前
記他端部が実質的に円弧状の軌跡を描いて運動する比率
に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２
１項に記載の内燃機関。
（２４）前記スイングビームの他端部と円弧状の弧の中
心との間に枢着されたロッカーエレメントを備えており
、前記スイングビームが偏心支軸を介して前記ピストン
に連結されていることを特徴とする特許請求の範囲第２
３項記載の内燃機関。
（２５）前記連結手段が、ラプソンのスライド機構の前
記第１のエレメントとクランクシャフトとに枢着された
コネクティングロッドを備えていることを特徴とする特
許請求の範囲第２０項に記載の内燃機関。
（２６）前記ラプソンのスライド機構の第１のエレメン
トが枢動自在に取付けられたガイドブロックであり、前
記スイングビームの協働部分が、前記ガイドブロックを
摺動自在に受入れるスロットを備えたガイドエレメント
であることを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載
の内燃機関。
（２７）前記ラプソンのスライド機構の第１のエレメン
トが、長いスロットを備えている枢動自在に取付けられ
たガイドブロックであり、前記スイングビームの協働部
分が前記スロット内に配置された被ガイドエレメントで
あることを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の
内燃機関。
（２８）複数の直列シリンダと、各シリンダ内で摺動可
能なピストンと、クランクシャフトと、各ピストンに連
結されたスイングビームと、各スイングビームの一端と
該スイングビームが関連するピストンとの間の第１のカ
ップリング手段と、各スイングビームとクランクシャフ
トとの間の第２のカップリング手段と、各スイングビー
ムと係合する枢着手段であって、スイングビームを該枢
着手段のまわりで回転させる枢着手段と、各枢着手段の
位置を制御する制御手段であって、単一の制御シャフト
とエンジンの作動に応答して制御された方法で制御シャ
フトを駆動するための駆動手段とを備えた制御手段とを
有することを特徴とする内燃機関。
（２９）固定ストロークまたは可変ストロークでおよび
一定の圧縮比または可変圧縮比で、オットーサイクルま
たはアトキンソンサイクルにより作動することを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関。