JPH11506511A - 可変圧縮比の往復ピストン型内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コネクティングロッド（９）がクランクシャフト側でエキセントリッククランクピン（１）に取り付けられているので、ピストンハブが調整可能であり、圧縮比が可変である。エキセントリッククランクピン（１）は、エンジンの作動中にコントロール手段（３−６）によって、その回転軸（２）周りに調整可能である。コントロール手段（３−６）は、エキセントリッククランクピン（１）の回転軸（２）と同軸に回る歯車（３）を含み、歯車（３）は、エキセントリッククランクピン（１）に固定されている。この歯車（３）は、より大きい直径の内歯ギア（４）内で外歯ギア（３）として機能して内歯ギア内をロールする。内歯ギア（４）はクランクシャフト（１４）の軸（８）と同軸に設けられ、その回転位置は調整可能である。外歯ギア（３）が内歯ギア（４）を一周ロールする度に、外歯ギア自身はちょうど一回転する。

Description

【発明の詳細な説明】 可変圧縮比の往復ピストン型内燃機関 本発明は、請求の範囲の導入部による可変圧縮比の往復ピストン型内燃機関に 関する。今日使用されている内燃機関の大多数は、往復ピストン型エンジンであ る。この型式の往復ピストンエンジンにおいて、圧縮比は、ピストンが上死点に ある時にフリーに残る燃焼空間と、ピストンが下死点にある時のシリンダ全体の 容積との比である。このような往復ピストンエンジンおよび内燃機関における燃 焼プロセスは、一般に、非常に複雑であり且つ幾つかのパラメータによって影響 を受ける。これは、ディーゼルエンジンまたは他の燃料で作動する実際のエンジ ンと同様に、ガソリンエンジンにも当てはまる。最適な燃料燃焼、つまり最大エ ンジン効率は基本的に、吸気量(吸入空気量：sucked or taken in)、その温度、 湿度および圧縮、エンジンに噴射した燃料の型式および質、燃料が空気と混合す る方法、ならびに混合気の点火に依存する。従って、燃料／空気混合気の質、な らびにそれが点火される精密なタイミングおよび方法もまた、ピストン運動に影 響を与える。燃焼中の圧力パターンもまた、燃焼のタイミング自体と同じく、重 要な役割を果たす。エンジンが高負荷で作動している時には、アイドル運転時よ りも燃焼圧力が高くなる。エンジンが高速作動している時には、低速作動してい る時よりも燃焼時間が遙かに短い。エンジンを運転する方法に依存するこれらの 変化に加えて、外部の気候条件もまた、エンジンの運転状態や燃焼効率に影響を 与える。従って、エンジンが平均海面で作動するか、気圧の低い高度で作動する かによって異なる場合がある。外部の温度と、気候に関する湿気もまた、役割を 果たす。 過去数年にわたって、エンジン燃焼プロセスの最適化がめざましく進歩してき た。これは本来、一方では、適用可能なマイクロプロセッサ制御能力の絶え間の ない発展によるものであり、また他方では、マテリアルエンジニアリングの分野 での業績によるものである。エンジンの多くは、現在、燃料／空気混合物の組成 がマイクロプロセッサによって制御されている。例えば、吸引した空気の量、そ の温度および湿度を測定し、噴射する燃料の量を、これらのパラメータに従って 噴射毎に再計算して最適化する。さらに、点火の瞬間、ならびに燃料噴射のタイ ミングおよび期間を、エンジン速度も考慮するマイクロプロセッサによって、そ の都度、再計算する。改良したマテリアルによって、通常の使用のために、エン ジンに４−バルブ技術を利用できるようにもなった。この費用のかかる技術は、 初期の頃には高性能エンジンに独占的に利用されていた。改良した燃料、すなわ ち特に改良したガソリンには、より優れたマテリアルが加わり、燃焼温度および 圧力をさらに高め、これによって近代のエンジンに従来よりも高い圧縮効率をも たらす傾向となっている。圧縮は、燃料／空気混合物の燃焼、すなわちエンジン の効率に決定的な影響を与える要因でもある。概して、圧縮比が増大すると、燃 焼効率が上がる。最大圧縮の限界は、ノック抵抗評価(rating)により定められる 。その理由は、空気／燃料混合物が圧縮され過ぎると、自己点火し、その結果、 望ましくない時期に、制御されない燃焼が起きる。その時、エンジンがノックし て損傷を受ける。 上記パラメータは全て、複雑な相互作用に必要である。車両のエンジンは、絶 えず速度を変えながら、異なる負荷で駆動される。その上、変動する気温、気圧 および湿度等の様々な外部要因が全て存在する。従って、圧縮比が一定である従 来のエンジンは、理想的に、または最も効果的に作動できるわけではない。エン ジン燃焼プロセスは、一つの固定作動点に関してある程度までは最適化できる。 圧縮が変化する場合、エンジンの作動範囲全体にわたって、かなりの程度まで燃 焼プロセスを最適化可能である。 本発明は、燃焼プロセスが最適化されるときには一定比に関しては実際に圧縮 が最適化されているが、作動条件に圧縮を可変的に適合する手段を見い出すこと は考慮されていないという認識に基づいている。今日のエンジン技術に関する限 りでは、一定の圧縮比の選定は、常に、エンジンの作動条件範囲全体での妥協を うまく選択することである。圧縮が高いと、エンジンの性能密度または特定パワ ー出力が高くなるが、ノック抵抗(knock resistance)やエンジン部品の応力の問 題も大きくなり、その両方が明らかにエンジンのサービス寿命に影響を与える。 従来、圧縮が変化する内燃モータを実現するための提案がなされている。それ によると、例えば、クランクシャフトをシリンダに関して持ち上げるか、または 縦方向に変化するシリンダを使用する。先行技術として、ピストン長が変化可能 なシステムもある。ジャーマン・トレード・ジャーナル（Ｇｅｒｍａｎ ｔｒａ ｄｅ ｊｏｕｒｎａｌ）’アウトモビルーインドウストリ（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌ ーＩｎｄｕｓｔｒｉｅ）’４／８５号は、フォルクスヴァーゲンによって行われ た試験について報告しており、そこでは、１．６リットルインジェクションエン ジンを備えたＶＷゴルフに可変圧縮機構が取り付けられている。これは、シリン ダヘッドに配置した第二燃焼室を用いて達成した。この第二燃焼室の体積−これ に応じる圧縮比−は、第二燃焼室内で移動可能なピストンを用いて変更され、そ の結果、圧縮比は、エンジンの負荷に応じて ε＝９．５と ε＝１５．５との 間で電気機械的に変化可能である。部分負荷範囲（ＥＣＥアーバンサイクル）で は、最適化した標準エンジンと比較して、１２．７％まで燃料を節約できた。３ −ｗａｙ ｍｉｘでさえ、９．６％の燃料を節約できた。従って、可変圧縮は、 著しい燃料節約可能性に関連する。しかし、今まで、可変圧縮は、標準モデルで 使用するという構想では、あまりに構造上の費用がかかり過ぎた。第二燃焼室を 用いた上記解決策のさらに不利な点は、低圧縮では燃焼室がコンパクトにならな いことであり、これは、燃焼プロセスや排気エミッションに悪影響を及ぼす。可 変圧縮を実現する別の提案としては、パリのルイ・ダンブラン（Ｌｏｕｉｓ Ｄ ａｍｂｌａｎｃ）によるものがあり、彼の１９２９年１２月５日のドイツ国特許 第４８８’０５９号に開示されている。そこでは、エキセントリックコネクティ ングロッドベアリングブシュがクランクピンに配置され、このブシュが、ディフ ァレンシャルギアを用いてクランクシャフトから調整可能である。このディファ レンシャルギアは、クランクシャフトの内側でクランクシャフトと同軸に回る軸 を備えている。内歯歯車がクランクシャフトによって駆動され、この内歯歯車が 、ほぼ３分の１の直径をもった３個の内部衛星歯車を駆動する。この内部衛星歯 車は、内周面に間隔をおいて配置されており、歯付きセクタとしてのディスクに ボルトで取り付けられている。この３個全ては、クランクシャフトの内側で作動 する前記軸に取り付けた中央歯車とかみ合う。歯付きセクタは、その周面で作動 する別の歯車によって調整できる。このディファレンシャルギアは、特にクラン ク シャフト内で軸が必要であるため、複雑となる。いかなる場合にも、この圧縮比 を変更する構造が広く用いられることはなかった。 従って、本発明は、可変圧縮比がエキセントリッククランクピンによって与え られ、それ故に現行のエンジン作動条件に適合し、その全範囲にわたって最適化 できる内燃機関を提供し、それによって全体的に効率を上げ、エンジン作動を円 滑にするという課題に基づくものである。 この課題は、可変圧縮比の往復ピストン型内燃機関によって解決される。この 往復ピストン型内燃機関では、コネクティングロッドがクランクシャフト側でエ キセントリック（偏心）クランクピンに取り付けられ、エンジンの作動中にコン トロール手段によって前記エキセントリッククランクピンがその回転軸周りに調 整されることにより、ピストンハブ（ｈｕｂ）が調整可能である。この内燃機関 では、その特徴として、前記エキセントリッククランクピンが、クランクシャフ トのクランクアームシャフトの周りにそれを囲むように配置された少なくとも２ つのシェルによって構成され、これらのシェルは各々歯車セグメントに連結され 、前記セグメントも前記クランクシャフトのクランクアームシャフトを囲んでお り、これらのセグメントによって形成された歯車は、より大きい直径の内歯ギア 内で外歯ギアとしてロール（roll）し、前記内歯ギアは、前記クランクシャフト の軸と同軸に設けられ、その回転位置（rotating position）は調整可能であり 、前記内歯ギアが静止しているときに前記外歯ギアが内歯ギアを一周まわってロ ールする度に外歯ギア自身はちょうど一回転する。 本発明の往復ピストン型内燃機関の実施形態の例は、図面に示しており、以下 の説明で詳細に述べており、その機能方法についても以下で説明している。 図１： 圧縮比を機械的に調整する往復ピストンエンジンの基本図であり、ピ ストンは上死点にあり、最大圧縮比の配置に対応する図である； 図２： 歯車およびエキセントリックとしての２部品構成部分； 図３： ２部品構成部分の斜視図； 図４： 最大圧縮比に対する構造の基本図であり、ピストンは上死点および下 死点の中央にある； 図５： 最大圧縮比に対する構造の基本図であり、ピストンは下死点にある； 図６： 最小圧縮比に対する構造の基本図であり、ピストンは上死点にある； 図７： 最小圧縮比に対する構造の基本図であり、ピストンは上死点および下 死点の中央にある； 図８： 最小圧縮比に対する構造の基本図であり、ピストンは下死点にある； 図９： 偏心的に配置したクランクピンの中心が圧縮比の異なる構造に従って 描く楕円曲線； 図１０： 圧縮比を調整するための構造の側面図。 図１は、内燃機関の基本図であり、この場合、１個のシリンダを示す。互いに 一列（直列）、Ｖ型またはボクサー（ｂｏｘｅｒ）構造のいずれで配置されてい るかに関わらず、数個のシリンダを有するエンジンにおいて、総体的原理が何の 問題もなく実現される。この図は、シリンダヘッド上にインレットバルブ１１お よび排出バルブ１２を有するシリンダ１０とシリンダ１０内に取り付けられたピ ストン７を示しており、ピストン７は、コネクティングロッド９を介してクラン クシャフト１４に連結されている。８は、クランクシャフト１４の固定の軸（fi xed axis）である。クランクシャフト１４には、クランクシャフト１４に固定的 に連結されクランクの重量に対するカウンタウェイトを形成するフライウェイト １３が設けられている。クランク２５自体は、専用のクランクピン１を備えてい る。従来のエンジンでは、クランクピンは、クランクアームの回転面に対して直 角に動き、エンジンの作動中には同心円を描く。従って、これは常に、クランク シャフト軸８、すなわちクランクを駆動する軸８に対して、定められた一定の距 離にある。これとは対照的に、本発明のクランクピンは、従来のクランクピン軸 ２に関連するエキセントリック１、すなわちクランクピンの従来の軸２に関連す るエキセントリック１である。このエキセントリック１は、従来のクランクピン 軸２のまわりを回転可能である。コネクティングロッド９のクランクシャフト側 の端部は、このエキセントリック１をコネクティングロッドベアリングで包囲す るので、エキセントリック１はコネクティングロッドベアリング内で回転可能で ある。この例では、このエキセントリック１の構造上の配置は、エキセントリッ ククランクピン１を２個のシェル２６、２７で構成し、このシェル２６、２７が クランクシャフト１４のクランクアームシャフト１５を包囲するように、その周 りに配置され、それによってエキセントリッククランクピン１を形成するという ことで解決する。これらのシェル２６、２７は各々、歯車セグメント２８、２９ と結合されており、セグメント２８、２９もクランクシャフト１４のクランクア ームシャフト１５を包囲する。これらのセグメント２８、２９によって形成され た歯車３は、より大きい直径の内歯ギア４の内側で外歯ギア３として回転する。 内歯ギア４はクランクシャフト１４の軸８と同軸に設けられている。内歯ギア４ は、回転自在であり、その回転位置が調整可能である。内歯ギア４が静止状態に ある時、外歯ギア３が、内歯ギアの内側を一周ロールする度に、外歯ギア３自身 はちょうど一回転することになる。 図２は、外歯ギア３およびエキセントリック１を形成する構成部分を示してお り、ａ）は縦断面図であり、ｂ）は構成部分の下側部２７、２９の上面図である 。歯車３は円形であるが、中央を２個のセグメント２８、２９に切断されており 、セグメント２８、２９はその前端部でハーフシェル２６、２７を保持している 。それらを共に取り付けると、歯車３の回転軸に関してエキセントリック１を形 成する。構成部分のこれら２個の部品は、クランクシャフト軸の周りで、すなわ ちクランクシャフトの従来のクランクピンの周りで連結されており、こうして形 成されたエキセントリック１の周りにコネクティングロッドが取り付けられる。 下方コネクティングロッドベアリングは、２個の部品を共にしっかりと保持して いる。 図２ｂ）は、ハッチングが平坦な’切断’面を示す、構成部分の底部の上面図 である。この構成部分は、応力の加わる歯車に通常使用される型式の好適な硬鋼 合金で形成される。その内側はホワイトメタルコーティングが施されており、摩 耗されないように硬化され、磨かれている。この内側は、鋳鋼で形成したクラン クピン１５上で動く。構成部分の外側、すなわちシェル２６、２７の外側は、硬 質クロムめっきが施されている。これらシェル２６、２７の外側は、コネクティ ングベアリングで包囲されている。コネクティングロッド側は通常、アルミニウ ムから形成されており、その場合、シェル２６、２７の外側は、摩耗されないよ うに硬質クロムめっきを施す必要があるのみである。 図３は、この２部品構成部分の斜視図である。２個のシェル２６、２７および ２個の歯車セグメント２８、２９を示している。共に配置されて、これらのセグ メントは円形歯車３を形成し、シェル２６、２７は歯車の軸に関してエキセント リック１を形成している。この歯車３が回転する場合、エキセントリック１もま た、歯車軸を中心として回転する。これは、エキセントリック１を包囲する下部 コネクティングロッドベアリングを移動させ、さらに、エキセントリック１の位 置に従って、コネクティングロッドを上下させる。その回転軸に関して最大半径 を有するエキセントリック１上の点は１６で示しており、一種のノーズ（ｎｏｓ ｅ）を形成する。変形としては、構成部分が２個の部品ではなく数個、例えば、 その各々がおよそ１２０度延在する３個の部品で形成することも可能である。 図１においては、エキセントリック１によって形成したノーズ１６は、上向き である。従って、この位置において、ピストン７は、できるだけ高い位置に移動 し、燃焼室の体積がその分小さくなる。エキセントリック１がこの位置にある場 合、圧縮は最大である。歯車３は、外歯ギアとして設けられ、歯付き周縁部を備 えられ、内歯ギア４の内側を回って転がる（roll）。この内歯ギア４は、クラン クシャフト１４を中心に回転自在に取り付けられたディスク１７から成る。ディ スクの外縁部には突出部１８が設けられ、その内側に歯１９が設けられている。 歯車３は、この歯１９に関して外歯ギアを構成しているので、歯１９に沿って、 この突出部１８の内縁でロールし、外歯ギア３の歯２０は、同様に内歯ギア４の 歯１９とかみ合う。外歯ギア３に対する、内歯ギア４の歯１９の周部の比は、２ ：１である。従って、外歯ギアは、内歯ギアの歯１９の周縁部全体をロールする と、およそ３６０度回転することになり、それに対応して、内歯ギアの歯１９の 周縁部の半分のみをロールすると、およそ１８０度回転することになる。歯車３ と固定的に連結したエキセントリック１に関し、これは、エキセントリック１の ノーズ１６が上向きであるため圧縮が最大である図１に示す位置から開始すると 、クランクシャフト１４が一回転すると、ノーズ１６が以下のように位置を変え ることを意味する。歯車３は全体として、またそれを有するクランクピンシャフ トは、例えば、クランクシャフト１４を中心に右回りに移動し、その間歯車３自 体 は左回りに回転する。クランクシャフトがこのように９０度回転した後、ノーズ １６がクランクシャフト軸に向かうように左向きとなる。従って、歯車３および それを有するエキセントリック１は、９０度左回りに回転している。このような ９０度回転の後の新たな位置を、図４に示す。クランクアーム２５は、今では水 平であり、その実有効長は、図１に示す開始位置での長さと比較して短くなる。 さらに９０度回転した後、クランクアーム２５は底部に到達し、ノーズ１６は下 向きとなる。この状態は、図５に示されている。この位置では、コネクティング ロッド９およびピストン７が、従来のエンジンと比較して下方にシフトされてい る。エンジンが作動している状態では、ピストン７の吸込ストロークもまた、以 前の構造と比較して長くなり、圧縮比に有効となることを意味する。さらに９０ 度回転すると、ノーズ１６は再度クランクシャフト軸に向く。さらに９０度回転 すると、すなわち、３６０度回転すると、図１の開始位置に示すように、再度上 向きとなる。エキセントリック１の中心は、底部コネクティングロッドベアリン グがエキセントリック１を包囲するので、実有効クランク経路をたどる。 図１からわかるように、エキセントリック１の中心は２１で示しており、この 中心２１は、歯車３の回転軸によって形成されるもので、クランクピンシャフト １５の軸２に関して上方にシフトされている。従って、エキセントリック１に連 結されたコネクティングロッド９が持ち上げられ、その上部に接続されたピスト ン７も、もちろんそれと共に、同様に持ち上げられる。このように、ピストン７ は、図１に示すように、その上死点において持ち上げられた位置になる。これに 対応して、圧縮がより高くなる。逆に、ピストン７の下死点が、図５に示すよう に、エキセントリック１のノーズ１６が下を向くことによって、同程度下方にシ フトし、それによって、上記のように吸込ストロークが長くなり、これによって も圧縮比を大きくする。有効クランクアーム長に関しては、後者は、中間位置、 例えば図４に示す位置で、中間値を採る。従って、クランクアーム長は、ピスト ン７の上死点で最大となり、その後、９０度回転した後に最小となり、下死点に 向けて、再度、最大となる。後に、ピストン７がその上死点に戻るときに、同じ ように変化する。このように、クランクはもはや円を描かず、垂直楕円を描く。 この内燃機関は今や、圧縮比を変えることが可能である。このために、歯車３ は、クランクピンシャフト１５の軸２を中心に、エキセントリック１と共に回転 する。これは、クランクシャフトを中心として内歯ギア４を回転させることによ り達成される。図６はもう一つの極端な位置を示しており、そこでは、ピストン ７のトップ位置で、すなわちその上死点で、エキセントリック１のノーズ１６が 下向きとなる。この構成（配置）では、燃焼室の体積が最大となる。外歯ギア３ が、内歯ギア４の歯付き周縁部１９に沿って同じようにこの開始位置からロール する場合、クランクシャフトが右回りに９０度回転すると、エキセントリック１ がまず図７に示す中間位置に移動する。ここでは、ノーズ１６がクランクシャフ ト軸８に関して放射状に外を向くので、有効クランクアームはその長さが最大と なる。ピストン７の下死点においては、図８に示すように、ノーズ１６が上を向 くように、すなわちクランクシャフト軸８に向かうように位置を変える。この圧 縮構造では、ピストン７のストロークは最小となる。吸気経路は最短となり、燃 焼室の体積は最大となるため、圧縮比は最小となる。クランクは、水平楕円を描 く。圧縮比は、上記２つの最大位置の範囲でエキセントリック１を調整すること により、自由に選択できる。中間構成では、クランクは常に均一の楕円を描くが 、その楕円は、その時、垂直でも水平でもなく、ピストン運動方向に関して、斜 めに傾斜している。 図９は、様々な構成（配置）にあるエキセントリック１の中心によって描かれ る異なる曲線を示す。ピストンは、矢印で示した方向に運動する。図９ａ）は、 最大圧縮比に対する構成を示す。ここでは、クランクが垂直楕円を描く。比較の ために、従来のエンジンにおけるクランクの経路を、点線で示している。この構 成においては、ピストン経路がより長くなる。吸気経路および圧縮経路の両方と も、より長く、また同時に、圧縮空間の体積が減少する。この構成では、圧縮比 が最大となる。圧縮が増大するとエンジン効率が上がり、効率の増大は低負荷の 場合に最大となるので、この構成は、部分負荷範囲のどこかでガソリンエンジン に使用される。また一方で、圧縮比は全負荷で幾分減少される。ディーゼルエン ジンでは、エンジン始動のために最大圧縮比を設定し、その後、エンジン作動の ためにそれを減少させるのが有利である。 図９ｂ）は、最小圧縮比に対する構成において、エキセントリック１の中心に よって描かれた曲線を示す。クランクピンは、水平であることを除いては、同一 楕円を描く。ピストン経路は最短であり、すなわち吸引経路と圧縮経路の両方と も最短である。同時に、上死点が下方にシフトしたことによって、燃焼室の体積 が増大する。従って、この構成では、圧縮比が最小となる。この構成は、例えば 、エンジンがアイドリング状態であるときに好適である。 図９ｃ）は、中間構成において、エキセントリック１の中心によって描かれた 曲線を示す。有効クランクピンは、同じ楕円を再度描くが、ピストンの運動方向 に対しては斜めに傾斜している。エキセントリック１およびそれが形成するノー ズ１６は、回転方向に依存して、左か右にターン可能である。ここで示す楕円に 関しては、望ましいエンジン特性により、エンジンが右回りまたは左回りのどち らに作動するべきかが決められる。右回り運動が有利と思われる。なぜならば、 右回り運動は圧縮をできるだけ長引かせ、その結果、燃焼が最適条件で進むこと ができ、且つ燃焼圧力が最も効率的に発生（develop）可能である。すなわちク ランク長が最大で、回転が進むとともに低下する。 エキセントリック１は実際には、内歯ギア４を用いて歯車３を回転させること によって調整される。エキセントリック１を一の最大位置から他方に１８０度回 転させるために、内歯ギア４を、クランクシャフト８を中心に４分の１回転させ なければならない。この内歯ギア４の回転は、様々な調整手段によって行うこと が可能である。図１、図４ないし図８および図１０に例を示す。突出部から最も 離れたディスク１７の平坦な外面において、スパーギア(spur gear)としての同 心歯車５に、内歯ギア４が固定的に結合されている。サイドに配置されたシャフ ト２４を中心に回転する歯付きコントロールギア６の歯２３は、このスパーギア ５の周辺で、図１に示す歯２２とかみ合う。ここで示すように、歯付きコントロ ールギア６の半径はスパーギア５の半径の２倍より大きいので、歯付きコントロ ールギアは、一の極大位置から他方への調整のためにおよそ４０度回転されなけ ればならない。数個のシリンダを直列に配置する場合、数個のこのような歯付き コントロールギアを、共通のサイドシャフト２４に取り付ける。Ｖ型エンジンで は、各シリンダに対する内歯ギア４を作動させる中央シャフトをＶアーム間に配 置することができる。ボクサーエンジンに対しても同様の配置が可能であるので 、 そのサイドシャフトが、それぞれ向かい合ったシリンダに対する内歯ギアを制御 する。コントロールギア６は、様々な方法で動作させることが可能である。考え られる選択肢としては、例えば、電気ステッピングモータの形態のサーボモータ により駆動することである。このモータは、例えば歯付きベルトまたはピニオン によりサイドシャフト２４に直接的にまたは間接的に作用する。このモータでも って、一の極大の構成から他方への迅速な調整ができる。このステッピングモー タは、マイクロプロセッサにより有利に制御される。プロセスを制御するのに用 いられるマイクロプロセッサには、複数個のパラメータを電子的に供給すること ができる。エンジン負荷は、例えば、このようなデータを、多くのオートマチッ クギアボックスにおいてギアチェンジ機構を制御するためにいずれかの方法で測 定するのと全く同じ方法で、ギアボックスで電子的に測定することができる。エ ンジン速度−決定的（重要な）パラメータ−もまた、電子的に検出され、圧縮比 の調整に考慮することができる。近代の多くの車両に既に内蔵された装置である ノッキングセンサからの信号もまた、処理可能である。燃焼圧力および燃焼温度 もまた、測定でき、且つ考慮に入れることが可能である。最終的に、多次元性能 特性により、これらのデータはすべて、その後、このようなマイクロプロセッサ によって、ステッピングモータにコントロールギアの位置を変えるよう促す出力 信号に処理される。 図１０は、クランク駆動部とともに２個のピストン７を例示した、エンジンの 側面図である。上記のように、圧縮比を変化させる構造は、クランクシャフト１ ４の所に位置する内歯ギア４を含む。前記内歯ギアは、クランクシャフト１４に 、自由に動くようなかたちで取り付けられている。明瞭にするために、これらの 内歯ギア４は、ここでは部分断面として示されている。突出部から最も離れたデ ィスク１７の平坦な外面は、それに固定的に結合された歯車５を同軸支持する。 エキセントリック１に固定的に連結した歯車３は、内歯ギア４の歯付き内側突出 部に沿ってまわって動く。このエキセントリック１は、クランクアームシャフト １５を包囲し、自由に回転できるように、それに取り付けられている。コネクテ ィングロッド９の底部コネクティングロッドベアリング２５は、エキセントリッ ク１を包囲し、そのノーズ１６は、左ピストン７の場合は上向きであり、右ピス ト ン７の場合は下向きである。従って、左ピストン７は、幾分高く持ち上げられ、 右ピストン７は、幾分低くなる。歯車５が内歯ギア４と共に回転すると、エクセ ントリック１もまた一定位置で回転するので、それが形成するノーズ１６は位置 を変える。エンジンの作動中、歯車３は、外歯ギアとして、内歯ギア４の内側に 沿って転がり、それによって、クランクシャフトが一回転するとエキセントリッ ク１が３６０度回転することになる。このように、クランクシャフトが１８０度 回転すると、エキセントリック１もまた、１８０度回転し、それが形成するノー ズ１６は、右側に示したクランクシャフト部分からわかるように下向きになる。 ノーズ１６がそこで下向きとなるため、底部ピストン位置が下がる。これにより 、全体的にピストンストロークがより大きくなり、同時に燃焼室の体積が自然に 減少することになる。圧縮比が大きくなる。中間位置において、有効クランクア ームが短くなる。クランクピンの実有効中心は、圧縮が高い時、垂直楕円を描く 。 変形として、内歯ギア４の外周に歯を設け、この歯と直接かみ合う歯車を用い て内歯ギア４を移動することができる。ある構成に圧縮を設定するとき、エンジ ンの作動中、内歯ギアは静止したままとどまる。内歯ギアがクランクシャフトと 共に作動することもまた、考えられる。この場合、エキセントリックの回転位置 は、一回転する間は、常に同じままであるので、この回転全部の間、有効クラン クアーム長は、常に同じである。従って、エキセントリックの中心は、もはや楕 円を描かず、円を描く。クランク軸に対する内歯ギアの回転位置を変えることに よって、調整を行わなければならない。 本発明によるエンジンは、圧縮比を変化させることにより、他の重要なパラメ ータを考慮に入れ、エンジンの特性および性能に決定的な影響を与えることを可 能にする。クランクシャフトのみ、またある場合には、それとエンジンブロック を、新たな製造シリーズに適合させるということで、既存のエンジンは変形可能 である。すなわち、エンジンを完全に再構成する必要はない。歯車群およびサイ ドシャフトを配置するための空間が十分にある時、既存のエンジンブロックを再 使用することさえ可能である場合が多い。従って、例えばシリンダ、ピストン、 コネクティングロッド、および点火／燃料噴射機構のような周辺エンジン構成部 分、ならびに補助システムは、原則的に、この変形に影響されない。可変圧縮の 内燃機関は、より円滑に作動し、且つエンジン効率の改良により燃料消費のさら なる最適化を確保し、かなり性能良く作動することが期待でき、燃焼プロセスを 最適化した結果として、排気エミッションをさらに減少することになる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年９月１８日 【補正内容】 請求の範囲 １． コネクティングロッド（９）がクランクシャフト側でエキセントリック クランクピン（１）に取り付けられ、エンジンの作動中にコントロール手段（３ −６）によって前記エキセントリッククランクピン（１）がその回転軸（２）周 りに調整されることにより、ピストンハブが調整可能な、可変圧縮比の往復ピス トン型内燃機関であって、 前記エキセントリッククランクピン（１）は、クランクシャフト（１４）のクラ ンクアームシャフト（１５）の周りにそれを囲むように配置された少なくとも２ つのワンピース・シェル（２６，２７）によって形成され、 これらのシェル（２６，２７）は各々歯車セグメント（２８，２９）を有し、前 記セグメント（２８，２９）も前記クランクシャフト（１４）のクランクアーム シャフト（１５）を囲んでおり、 これらのセグメント（２８，２９）によって形成される歯車（３）は、より大き い直径の内歯ギア（４）内で外歯ギア（３）として機能して前記内歯ギア内をロ ールし、 前記内歯ギアは、前記クランクシャフト（１４）の軸（８）と同軸に設けられ、 その回転位置はエンジン作動中に調整可能であり、 前記内歯ギア（４）がある静止した調整位置に配置されているときに、前記外歯 ギア（３）が前記内歯ギア（４）をロールする度に外歯ギア自身は一回転し、ボ トムコネクティングロッドベアリングの有効中心の運動は前記調整位置に従った 楕円を常に描き、この楕円が垂直楕円から水平楕円までの間になるすべての中間 調整位置を無段階に設定可能であることを特徴とする往復ピストン型内燃機関。 ２． 前記内歯ギア（４）が、その平坦な外面でスパーギア（５）と同軸結合 され、前記スパーギア（５）は、それとかみ合う別の歯付きコントロールギア（ ６）によって調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。 ３． 前記内歯ギア（４）が、その外周に歯を有しており、この歯と直接にか み合う歯付きコントロールギア（６）を用いて調整可能であることを特徴とする 、請求項１に記載の内燃機関。 ４． 前記歯付きコントロールギア（６）が別個のサーボモータを用いて回転 されることにより、クランク長を変えることによってエンジンの圧縮比が変わる ことができ、前記サーボモータはマイクロプロセッサによって制御され、このマ イクロプロセッサでは、少なくとも１つのエンジン動作測定パラメータが電子的 に処理されることを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の内燃機関 。 ５． 前記サーボモータが、ピニオンを介して前記歯付きコントロールギア（ ６）を駆動する電気ステッピングモータであることを特徴とする、請求項４に記 載の内燃機関。 ６． 前記サーボモータが、歯付きベルトを介して前記歯付きコントロールギ ア（６）またはその駆動軸（２４）を駆動する電気ステッピングモータであるこ とを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。 ７． ギアボックスで測定されたエンジン負荷、測定されたエンジン速度、吸 気量または吸入空気量、およびノッキングセンサからの信号を示す１または複数 の信号が送られるマイクロプロセッサが設けられており、このマイクロプロセッ サにて、これらの値が前記サーボモータのためのコントロール信号へと電子的に 処理されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関。 ８． エンジンが複数のシリンダを有する場合に、複数の前記歯付きコントロ ールギア（６）が、個々のシリンダに関係し、共通のサイドシャフト（２４）に 固定的に配置されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の内 燃機関。 ９． 前記歯付きコントロールギア（６）の半径が、前記スパーギア（５）の 半径の２倍よりも大きいことを特徴とする、請求項２〜８のいずれかに記載の内 燃機関。 １０． 前記内歯ギア（４）が前記クランクシャフトと共に動くように設けられ 、前記クランクシャフトに対する前記内歯ギアの回転位置は調整可能であり、ク ランクが一回転する間、有効クランクアーム長が常に同じであることを特徴とす る、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関。 【手続補正書】 【提出日】１９９７年８月２９日 【補正内容】 【図１】 【図２】 【図３】 【図４】 【図５】 【図６】 【図７】 【図８】 【図９】 【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． コネクティングロッド（９）がクランクシャフト側でエキセントリック クランクピン（１）に取り付けられ、エンジンの作動中にコントロール手段（３ −６）によって前記エキセントリッククランクピン（１）がその回転軸（２）周 りに調整されることにより、ピストンハブが調整可能な、可変圧縮比の往復ピス トン型内燃機関であって、 前記エキセントリッククランクピン（１）は、クランクシャフト（１４）のクラ ンクアームシャフト（１５）の周りにそれを囲むように配置された少なくとも２ つのシェル（２６，２７）によって形成され、 これらのシェル（２６，２７）は各々歯車セグメント（２８，２９）と結合され 、前記セグメント（２８，２９）も前記クランクシャフト（１４）のクランクア ームシャフト（１５）を囲んでおり、 これらのセグメント（２８，２９）によって形成される歯車（３）は、より大き い直径の内歯ギア（４）内で外歯ギア（３）として機能して前記内歯ギア内をロ ールし、 前記内歯ギアは、前記クランクシャフト（１４）の軸（８）と同軸に設けられ、 その回転位置は調整可能であり、前記内歯ギアが静止しているときに前記外歯ギ ア（３）が内歯ギア（４）をロールする度に外歯ギア自身はちょうど一回転する ことを特徴とする、往復ピストン型内燃機関。 ２． 前記内歯ギア（４）が、その平坦な外面でスパーギア（５）と同軸結合 され、前記スパーギア（５）は、それとかみ合う別の歯付きコントロールギア（ ６）によって調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。 ３． 前記内歯ギア（４）が、その外周に歯を有しており、この歯と直接にか み合う歯付きコントロールギア（６）を用いて調整可能であることを特徴とする 、請求項１に記載の内燃機関。 ４． 前記歯付きコントロールギア（６）が別個のサーボモータを用いて回転 されることにより、クランク長を変えることによってエンジンの圧縮比が変わる ことができ、前記サーボモータはマイクロプロセッサによって制御され、このマ イクロプロセッサでは、少なくとも１つのエンジン動作測定パラメータが電子的 に処理されることを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の内燃機関 。 ５． 前記サーボモータが、ピニオンを介して前記歯付きコントロールギア（ ６）を駆動する電気ステッピングモータであることを特徴とする、請求項４に記 載の内燃機関。 ６． 前記サーボモータが、歯付きベルトを介して前記歯付きコントロールギ ア（６）またはその駆動軸（２４）を駆動する電気ステッピングモータであるこ とを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。 ７． ギアボックスで測定されたエンジン負荷、測定されたエンジン速度、吸 気量または吸入空気量、およびノッキングセンサからの信号を示す１または複数 の信号が送られるマイクロプロセッサが設けられており、このマイクロプロセッ サにて、これらの値が前記サーボモータのためのコントロール信号へと電子的に 処理されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関。 ８． エンジンが複数のシリンダを有する場合に、複数の前記歯付きコントロ ールギア（６）が、個々のシリンダに関係し、共通のサイドシャフト（２４）に 固定的に配置されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の内 燃機関。 ９． 前記歯付きコントロールギア（６）の半径が、前記スパーギア（５）の 半径の２倍よりも大きいことを特徴とする、請求項２〜８のいずれかに記載の内 燃機関。 １０． 前記内歯ギア（４）が前記クランクシャフトと共に動くように設けられ 、前記クランクシャフトに対する前記内歯ギアの回転位置は調整可能であり、ク ランクが一回転する間、有効クランクアーム長が常に同じであることを特徴とす る、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関。