JPH08511597A - 制御された可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 作動中の内燃機関（10）の圧縮比の制御および調整のための配列である。副シリンダ（201）が当該機関のシリンダヘッド（102）に形成されており、当該機関の燃焼室上で開いている。副ピストン（203）は前記副シリンダ（201）の中で制御装置（503）によって位置づけられている。最後部の位置が最小圧縮比に対応している。当該副ピストン（203）の所望の位置、すなわち、当該機関の最大効率に対応する圧縮比は、吸入マニホールド圧力、機関の毎分回転数および副ピストン（203）の現在位置と相互に関係する機関の負荷を入力する際に、作動している論理ユニット（816）によって制御される。軸（301）を回転させるための連結要素としてサーボモータまたは油圧駆動装置を用いることができる。すべての副ピストン（203）は一斉に作動させてもよいし各シリンダ毎に制御装置を設けてもよい。軸（301）に取り付けられたインボリュート面（302）はバネ（204）を押し副シリンダ（201）内で副ピストン（203）に負荷をかける。軸（301）上のウォーム歯車（813）はネジ切りされたボルト（603）を副ピストン（203）まで回転する。または、ウォーム歯車（813）はインボリュート（815）に形成された歯車（814）と係合して直接インボリュート面（815）に位置せしめることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 制御された可変圧縮比内燃機関 発明の背景 発明の分野 本発明は、内燃機関の技術に関する。さらに詳しくは、機関の圧縮比を制御す るための改良された配列に関する。この出願は、出願番号０７／４９７，６６６ 号として１９９０年３月２３日に出願人アーメド サイアドによって出願された 先の出願の一部継続（ＣＩＰ）出願である。当該先の出願は、このＣＩＰ出願の 完了および承諾の際に放棄されている。従来の技術の記載 内燃機関の理論によれば、熱効率は燃費（fuel economy）に直接関わり、圧縮 比に比例する。 圧縮比（ＣＲ）は、ピストンが下死点（ＢＤＣ）にあるとき該ピストンの上面 とシリンダのシリンダヘッドの底面とのあいだの内部容積と、前記ピストンが上 死点（ＴＤＣ）にあるとき前記シリンダの間隙容積との比として定義されている 。上死点におけるピストンとシリンダヘッドとのあいだの空間は燃焼室として知 られている。 ピストンが上死点にあるとき、ピストンの上面およびシリンダヘッドの内面に 囲まれた空間は常に存在する。 圧縮比と圧縮圧力（ＣＰ）とは直接関わっているが、区分けすることが重要で ある。最近の火花点火機関の典型的な圧縮比は、８〜９．５である。特定の火花 点火内燃機関のための圧縮比の設計は、早期に混合燃料がデトネイションを起す ことなく当該機関を操縦しうる安全な圧縮圧力を決定したのち選択される。 部分絞りにおけるＣＰは、全絞りにおけるＣＰよりも低いであろう。こうして 、ＣＲは最大（全絞り）ＣＰによって制限される。この制限は（ａ）、排出制御 （emission control）のためのひじょうに薄い混合の使用を妨げ、かつ（ｂ）機 関の理論効率に、好ましくない制限を与える。 しかしながら自動車は、たいてい部分絞りで駆動される。部分絞り作動のあい だ、ＣＲは最大安全ＣＰを超えることなく安全に増加しうる。機関効率の上昇と 排出の減少とは、ＣＰがあらかじめ選択された値の近辺にあるようにＣＲが変化 されるばあいに実現されうる。ＣＰの水準を維持するために機関の圧縮システム は、変化する動作と、負荷、速度などの外的条件に適応しなければならず、圧縮 比を変化させなければならない。 可変ＣＲ提供の解決策は、上死点における間隙容積をいかにして制御するかで ある。内燃機関における圧縮比を変化させるために、静粛、安定かつ制御しうる 配列を提供するいくつかの可変圧縮比システムが試みられている。米国特許第４ ，５１６，５３７号明細書は、油圧制御下でその位置を変化させうる副ピストン の使用を教えている。当該′５３７特許は、燃料および空気の内部爆発（intern al explosion）の集中背圧下で油圧流体の逆 流の従来の解決策の固有の問題点を記載している。この従来技術のシステムのば あい、圧縮比の調整には、集中爆発圧力（intense explosion pressure）による あまりにも多くのエラーが伴うので、期待どおりに動かない。 前記′５３７特許は、この問題点を、機関の吸排気ストロークのあいだに副ピ ストンを移動させることのみで解決しようとしている。逆止弁の開閉は当該副ピ ストンの運動を促進するために用いられる。しかしながら、前記′５３７特許は 、集中爆発力を受けるあいだに当該副ピストンが僅かに後退させられることを開 示している。かかる断続的な運動は、騒音、振動および制御不安定をきたす。 日本国特許（特公昭５６−８８９２６号）公報は、圧縮比を変化させるために 用いられた副ピストンのピストンロッドに同軸状に設けられたプランジャーを有 する油圧シリンダを導入することによって前記問題のいくつかを解決しようとし ている。しかしながら、この装置は圧縮比の段階的な制御に帰着するものであり 、ノックと不規則な運転に帰着し、大きなエラーを導いている。 米国特許第２，１６３，０１５号明細書およびこの特許に類似した米国特許第 ２，０４０，６５２号ならびに２，９７０，５８１号明細書などの他の試みでは 油圧制御を機械的なカムに置き換えている（このばあい、該カムはまだ油圧制御 下にある）。しかしながら、当該カムは点火圧力の下で「連続した」形態を提供 するという課題を解決するものではない。カムの幾何学的な構成は、この装置の 物理学的現象にレバーと支点とを導入している。このカムが取り付けられている 軸は、決して荷重ベ クトルと同一直線上にない。このように運動、騒音、エラーおよび非運転性に寄 与する軸回りのモーメントが常に存在する。 このように機関の圧縮比を制御するための改良された配列には長いあいだニー ズがあった。当該配列は上死点におけるシリンダの間隙容積を変化させる手段の 位置決めを提供する。 騒音がなく、エラーがない機関の効率的な運動を提供するためには、当該制御 手段は連続的に可変であろう耐振性を有していることが望ましい。 発明の要旨 したがって、車両において運転中上死点の間隙容積を変化させるための配列を 提供することが本発明の目的である。 運転の範囲を超えても連続である改良された制御の配列を提供することが本発 明の他の目的である。 機関の点火ストロークのあいだ荷重ベクトルの軸をはずすことにより制御機構 の振動を低減または除去する制御方法を提供することが本発明のさらに他の目的 である。 「連続的な」制御機構を提供することが本発明のさらに他の目的である。当該 制御機構は、点火の集中爆発力からの制御機構の反動として上死点における間隙 容積の変動を導くものではない。 シリンダヘッドの最小の変更だけで容易に製造しうる構成を提供することが本 発明のさらに他の目的である。 運動部分の最小化と油圧機構および関連要素の除去に ついての目的を達成する高信頼性の手段を提供することが本発明のさらに他の目 的である。 層をなした充填または高エネルギー点火装置などの効率の低い方法に頼ること なく好ましくない排出を低減するきわめて薄い混合を用いることのできる配列を 開発することが本発明のさらに他の目的である。 本発明の叙上の目的は、本発明の好ましい実施例によりインボリュートの幾何 学的形状を取り入れている制御機構を提供することにより達成される。 可変ＴＤＣ間隙は、上死点における主ピストンと副ピストンとのあいだの間隙 空間の上で開いている、副シリンダ内に設けられた可動副ピストンによって創出 される。当該副ピストンにはバネが設けられている。もどりバネは副ピストンを 主ピストンからもっとも離れた場所において、インボリュートの表面にしっかり と押圧されるように位置づけている。 副ピストンの位置は、軸上に設けられ、副ピストン上に延出された副ピストン に接触しうるように位置づけられたインボリュートの回転位置によって制御され る。副ピストンの荷重ベクトルは、軸およびインボリュート配列の中心に向けら れ、軸回りのモーメントをほとんど零にしている。この目的のため、副ピストン キャップの端面は、インボリュートの表面形状と一致するように、くさび状の形 状に形成されうる。これにより副ピストン上の上向きの力は軸心方向に向けられ 、その結果、インボリュートの配列は、軸回りのモーメントの逆向きのトルクを きわめて小さい値にまで減少している。 インボリュートと軸とに加えられる逆向きのトルクが 零に近いので、副ピストンの騒音、振動および制御エラーは無視し得るようにな る。 インボリュートは、アルキメデスインボリュートまたは対数インボリュートの 形状であってもよい。主たる目的は、直径が一様に増加／減少する制御面を与え ることである。 所望の圧縮比を達成するために、副ピストンを引きつづき位置決めしつつ軸お よびインボリュートの回転軸を制御することは当該技術において公知である。好 ましい実施例において、制御装置はウォームおよびギアの配列によって軸に作用 する電気モータを利用している。ウォームおよびギアの配列は安定した減速比を 達成し、逆トルクに対する反動を減少している。 さらに他の実施例において、インボリュートは、軸を取り囲むスリーブによっ てのみ駆動される該軸により支持されている。スリーブは低背圧の期間のみイン ボリュートを進めるバネによってインボリュートと連絡している。インボリュー トはラチェットによって軸と連絡しており、これによりインボリュートは低圧の あいだに一方向にのみ進む。ラチェットは他の方向への運動を防止している。イ ンボリュートは軸の運動によって再び元の位置に戻る。 温度、圧力、燃料のオクタン価などの変数をあらかじめ選択することに応答す る制御装置は、回転位置を決定し、圧縮比を変化させてあらかじめ選択された機 関効率を達成するために用いられたアルコリズムに取り込まれてもよい。 図面の簡単な説明 本発明の叙上の実施例は、添付図面とともにつぎの詳細な説明から完全に理解 されるであろう。なお、図中同じ参照符号は同じ要素を示している。 図１は本発明のインボリュート軸によって位置づけられた副シリンダを示して いる機関の断面図であり、 図２は、副ピストンの配置図であり、 図３は、制御装置を備えたインボリュート／軸配列の斜視図であり、 図４は、くさび状の副シリンダのキャップを示す機関の断面図であり、 図５は、形成されたキャップくさび配列の斜視図であり、 図６は、本発明の他の実施例を示しており、 図７は、本発明の他の実施例の断面図であり、 図８は、本発明の他の実施例を示しており、 図９は、位置制御のブロック線図を示しており、 図１０は、理想曲線を示しており、 図１１は、本発明の他の実施例を示しており、 図１２は、本発明のさらに他の実施例を示しており、 図１３は、本発明のさらに他の実施例のラチェットを有する基軸を示しており 、 図１４は、図１３に示された基軸のためのスリーブを示しており、 図１５は、本発明の基軸およびスリーブの実施例とともに用いられるインボリ ュートを示しており、 図１６は、基軸およびスリーブを用いている実施例のためのマウントを示して おり、 図１７は、図１３〜１６の関係を示している。 好ましい実施例の記載 この発明の目的は、内燃機関の熱効率を上昇させるために用いられる配列を提 供することである。該効率は、圧縮比と燃−空比との関数である。 好ましくない排出を減少するために燃料およびスモッグ制御装置が導入されて きた。高オクタン燃料はノックを防止するために用いられる。たいていの機関の 圧縮比は、８〜９の範囲に固定されている。 燃料および空気の量は、より高温で走行する理想的な薄い混合を与えるべく制 御されている。しかしながら、低圧縮比のばあい、薄い混合は燃焼が遅く、重大 な出力損失をきたし、ときには点火不良をきたす。もし燃焼が遅すぎるばあい、 燃焼が不完全であり、汚染物質を生成する。より速く燃焼せしめる濃い混合を生 成するためには、燃料を増加させる必要性がある。しかしながら、濃い混合は低 温で燃焼し、やはり汚染物質を生成する。 所望の制御とは、現在の負荷に対して圧縮圧力を最大まで増加することである 。圧力が増加するにつれ、より速く燃焼する。このようにして、理想混合が用い られ、汚染物質が減少する。 ２つの異なる利点が同時に達成される。すなわち、汚染物質が減少し、運転の 経済性が改善される。理論効率は、圧縮比の増大に対応して燃焼室容積の減少に より促進される。これにより、常に完全に圧縮された充填をなさしめ、薄い混合 で、より早く、完全な燃焼を可能にする。本発明は、機関の運転中に内燃機関の 圧力を増加す る配列を示唆している。 その目的は、機関の負荷、速度または環境条件に拘らず、点火に先立ち、燃焼 室内の充填圧力を一定に維持することである。 圧縮は副ピストンによって変化される。部分絞り条件の下で、副ピストンは下 方向に移動し、圧縮比を上昇させる。 走行条件または部分絞り条件の下で、機関の圧縮比は、よりよい燃料効率で走 行しうるように上昇される。すべての絞り条件において、充填密度は一定にされ ているので、汚染物質を減少し、経済性を改善する。ひじょうに薄い混合を用い ることができるようになる。 負荷の大きい条件または全絞り加速の下で、機関の圧縮比は減少する。 本発明の配列を用いる他の顕著な結果は、高充填度が高い炎伝ぱ速度を維持す ることである。点火時期は著しく遅らされる。このことは、ガスの膨脹に抗して 作用しているピストンの上昇による逆の作用を低減させ、燃料の経済性をさらに 改善する。 図１０は定容積型機関の効率における圧縮比の効果を示すグラフである。燃料 空気サイクルの効率の空気サイクルの効率に対する比は、与えられた燃空比に対 してほぼ一定である。圧縮比が増加するにつれ、効率は上昇する。本発明の目的 は、可能な限りもっとも高い圧縮比で与えられた燃料の量から最大のマイル程を 引き出すことである。 本発明の配列の構成により、ステップのない（step-less）可変圧縮比を達成 する方法が得られる。なお、該 配列は、メンテナンスフリーで、騒音がなく、実施しやすく、かつコストが高く ない。 図面を参照しつつ説明する。図１には一般的に１０で示された内燃機関の断面 図が示されている。この機関は、主シリンダ１０１と、シリンダヘッド１０２と 、主ピストン１０３とを有している。吸排気弁、ロッカアーム、カムシャフト、 ピストンリング、クランクシャフト、コネクティングロッドなど機関に必要な他 の要素が示されているが、これらの要素は本発明の必須構成要素ではない。 副シリンダ２０１はシリンダヘッド１０２に形成されており、上死点における 間隙容積からなる容積のうちの選択された部分と一致するように位置づけられる 。図示されているように、副シリンダ２０１の開口部は、主ピストン１０３の上 面と対向するシリンダヘッド１０２の上側部分内で完全に閉じられている。副ピ ストン２０３は副シリンダ２０１内に設けられている。副シリンダ２０１の内部 かつ副ピストン２０３の下側の空間は、圧縮比を計算する際に機関１０の間隙容 積に加えられる。 副シリンダ２０１および副ピストン２０３の冷却は、公知の油の流れによって なされる。 戻りバネ２０４は、副ピストン２０３に取り付けられ、該副ピストン２０３を 副シリンダ２０１の最上位置に戻し、インボリュートの表面にしっかりと押圧せ しめておく。アクチュエータ（電動モータ）は、バネ戻り機構を取り入れており 、出力の損失時に最小の圧縮比の方向に該軸を回転させるか、またはアクチュエ ータへの信号を制御する。この最小圧縮比位置は、機関を始動およ び停止する際に用いられる配列である。 副ピストン２０３は機能上、ピストンリング、潤滑径路などを有しておらなけ らばならないが、かかる要素は当該技術において公知であり、本発明の一部でな いので、詳細に示されていない。 図１に示された実施例において、点火プラグ１０４は副ピストン２０３の内部 に点火間隙を有して設けられているように図示されている。当該点火間隙は主シ リンダ１０１の燃焼室１１０内に延出している電極、シリンダヘッド１０２およ び主ピストン１０３のあいだに形成される。この配列は副ピストン２０３をでき る限り大きくすることを許す。また、この配列は図２の線図により明確に示され ている。 点火プラグは、この構成の中に組み込まれた副シリンダ２０１と吸排気弁とは 別の配列に与えられたところに設けてもよい。しかしながら、これらの要素は当 該技術において公知である。 図４は、カムシャフトカバーに取り付けられた接続器によって点火プラグ１０ ４に接続されたディストリビュータからの点火プラグ用配線１０５を示している 。これはまた、カムシャフトカバーにヒンジ結合された扉に近づくことによって なされる。副ピストン内に設けられた点火プラグに容易に近づくようにするため の寸法、位置および密封性の要件は当該技術において公知である。カムシャフト カバーには選択的に当該カバーの外側へのケーブルの通路のためのケーブルコネ クタを設けることができる。 図３において斜視図で示された軸３０１は、架台上の 軸受内に設け、複数のインボリュート３０２の表面と多気筒機関のための複数の キャップ２０５と接触しうるように位置づけることができる。軸３０１もカムシ ャフトと同様に公知である。 制御装置が軸３０１の一端に連結されており、該軸３０１をあらかじめ選択さ れた位置へ回転させる。図４に示されているように、反時計方向に回転されてい る軸３０１の条件のもとで、インボリュート３０２の外側表面がキャップ２０５ を押し下げる。当該キャップは副ピストン２０３を下げ、これにより間隙容積を 減少させ、機関１０の圧縮比を現在の作動・条件のためにあらかじめ選択された 値にまで上昇させる。 燃料および空気は、吸気弁を経てシリンダ内に充填され、点火プラグ１０４に よって点火される。それによる爆発は、副ピストン２０３および主ピストン１０ ３上に上向きの力を印加する。主ピストン１０３は下向きに移動し、該力をコネ クティングロッド１０９を介して機関１０のクランクシャフトに伝達する。副ピ ストン２０３は、その力をキャップ２０５とインボリュート３０２を介して軸３ ０１に伝達する。しかしながら、インボリュート３０２とキャップ２０５とのあ いだの接点が軸３０１と同軸上にあるので、当該軸の位置を変更せしめるように 軸３０１に加えられるトルクは、たとえ存在したとしても殆んどない。これが従 来技術とは違い本発明の配列により作用している安定性である。従来技術は設定 の制御を変更する背圧に対して弱い。この変更が当該システムを所望の位置と背 圧位置とのあいだで振動せしめ、その結果、騒音、不充分な効率および摩耗をき た す。応力が高い期間中経験されるかもしれない小さいトルクがあったとしても、 図３に示された軸とサーボ制御装置５０３とのあいだのウォーム歯車５０２およ び駆動歯車５０１の配列を介して制御装置から分離することができる。前記サー ボ制御装置５０３は電動モータであるように描かれているが、油圧駆動装置であ ってもよい。 軸３０１はシリンダヘッドの架台の軸受に堅固に設けられている。こうして副 ピストン２０３上に発生し、キャップ２０５およびインボリュート３０２を介し て伝達された上向きの力が制御される。 図４は本発明の他の実施例であり、副ピストン２０３上に設けられた定形キャ ップ４０５を示している。副ピストン２０３は、ガイド４０７およびキー４０６ によって副シリンダ２０１の内部で回転自在に配列されている。これにより副ピ ストン２０３の定形キャップ４０５のくさび状の端部４０８をインボリュートの 表面に対して垂直に維持している。図５は、インボリュート３０２の表面上のく さび４０８とキャップ４０８の配列の詳細を示している。この配列の使用により 定形キャップ４０５の荷重ベクトルは軸３０２に作用するトルクが零になるよう に軸３０２の中心を貫いて作用する。 軸の位置制御には電気サーボモータを利用する。機械的な位置決め装置が背圧 のトルクを零にまで減少しうるなら、油圧位置制御アクチュエータを用いてもよ い。 制御手段はオーバーシュートとバックラッシュとを除去するために、自動制動 を用いてもよい。制御手段の位置は、吸気マニホールドバキューム（intakemani holdvacuum）に対して単純に適合しうる。 図９は制御方法のブロック線図を示している。作動中にシリンダ内の圧力を測 定することは実用的でないので、シリンダ内の相対的な充填量を計算する間接的 な方法が用いられている。吸気マニホールドの真空度はかなり正確である。真空 マニホールドセンサは、論理ユニットに入力するための信号を発生する。 車両が加速するか、勾配を登るか、または高速で運動するとき、マニホールド の真空度は比較的低い。吸気マニホールドの真空度は、機関の負荷を確立するた めの直接的なパラメータであり、シリンダに入る充填量を決定するためのかなり 正確な手段である。 論理ユニットは、最新の圧縮比を評価するために、大気圧、絞り位置、機関の 温度などのいくつかの変数からの入力を組合せることができる。 図９は、毎分回転数（RPM）センサ９２０が論理ユニットにより用いられる他 の入力であることを示している。 アクチュエータ９２６の位置センサ９２５は、論理ユニット９１５にインボリ ュート３０２の現在位置と、機関の圧力比とを示す。 リファレンス（reference）９２７は、機関と車両の種類とのために設けられ た台を含み、論理ユニット９１５をして最新の機関の充填量、毎分回転数および 圧縮比と、最大の効率を発生するために確立された所望の圧縮比とを比較せしめ ている。この論理ユニットは、時計方向および反時計方向の位置制御信号を計算 し、当該信号をアクチュエータ９２６と連絡せしめている。アクチュエータが所 望の圧縮比を達成する位置にまでインボ リュート３０２を回転させる時期を論理ユニット９１５に決定せしめるフィード バックを前記位置センサ９２５が与えている。所望の位置に達すると、論理ユニ ツト９１５はアクチュエータ９２６から離脱する。背圧に対して当該システムの 余裕をさらに強固にするためにアクチュエータを現在の位置にロックするスイッ チが設けられてもよい。 諸条件に対して最高のレベルで圧縮比を維持することが目的である。唯一の制 限的な要因は、最大耐久値（maximum tolerable value）を超えない早点火圧力 である。 機関の現在の作動のために最適の圧縮比を達成するこの方法は、実質的に連続 である。インボリュート３０２の位置は、駆動条件に依存するあいだ実質的に同 じ位置にとどまっていてもよい。 アクチュエータ９２６がインボリュート３０２に位置するために有限な時間を 必要とするとき、開または閉が迅速に行えないことを保証するために、主絞りバ タフライ弁上に緩衝機構が設けられてもよい。緩衝動作は、当該システムをして 追随せしめるために、アクチュエータ９２６の応答時間に接近して追随しなけれ ばならない。 前記論理ユニットの制御のもとで追加の絞りプレートを選択的に用いてもよい 。かかる制御システムは、当該技術において公知である。 図６および７は、軸３０１上で駆動歯車を運動させているウオーム歯車５０２ によって駆動されるネジ切りされたボルト６０３の他の実施例を示している。こ のボルト６０３はインボリュート３０２の動作の代わりをする ものである。軸３０１に設けられた第２ウォーム歯車６０２は、前記ネジ切りさ れたボルト６０３の頂部に形成された第２駆動歯車６０１と噛合する。ボルト６ ０３が第２駆動歯車６０１によって回転されるにつれ、当該ボルトは第２シリン ダ２０３に設けられたキャップ２０５を押し下げる。ボルト６０３に対する第２ シリンダ２０３の背圧は、該ボルト６０３にトルクを発生し、ねじを抜く傾向が ある。しかしながら、ウォーム歯車５０２に対する駆動歯車５０１のトルクとし て伝達された第２ウォーム歯車６０２に対する第２駆動歯車６０１のトルクは、 あらかじめ選択されたギア比によって著しく減少され、ボルト６０３の逆向きの 運動が制御される。 ボルト６０３の頭部の歯車部は、ガイドに挿入されたキーによってボルト６０ ３のねじ部に取り付けられてもよい。これにより、一体的に成形または機械加工 された配列の強度を増加しうる。 図８は本発明のさらに他の実施例を示しており、各インボリュート８１５の位 置は、別々の論理ユニットまたは多チャンネル制御ユニットの１チャンネルによ って制御される。 制御ユニット８１６はサーボモータ式のアクチュエータ８１０に接続され、所 望の方向に回転している。ウォーム歯車８１３はサーボモータ式のアクチュエー タ８１０に設けられており、歯車８１９と噛合している。歯車８１４はインボリ ュート８１５の一部として形成され、制御されるべきモータのシリンダヘッドに 回転自在に取り付けられている。サーボモータの位置センサ ８１１は、論理ユニット８１６に入力を与える。論理ユニット８１６からサーボ モータアクチュエータへの制御信号は、インボリュート８１５が副ピストン２０ ３をあらかじめ選択された位置にまで移動したことを、サーボモータ位置センサ ８１１によって検知された位置が示したときに終了する。サーボリミットスイッ チ８１２は、制御システムが、サーボモータアクチュエータ８１０からの離脱に よって、あらかじめ選択された制限値を超えて回転しないように保護する。リミ ットスイッチ８１２は、サーボモータ８１５をしてインボリュート８１５を論理 ユニット８１６の喪失時に最小の圧縮比の位置に移動せしめるか、または論理ユ ニット８１６の選択された入力値に移動せしめるためにフェイルセイフ位置回路 に組み込まれる。 図１１は本発明のさらに他の実施例を示しており、各インボリュート１１１５ の位置は、別々の論理ユニット１１１６または多チャンネル制御ユニットの１チ ャンネルによって独立して制御される。叙上の如くキャップ２０５の位置を制御 するインボリュート１１１５は、叙上と同じ方法でサーボモータアクチュエータ １１１０の軸１１１７に設けられる。 図１２は本発明のさらに他の実施例を示しており、各ネジ切りされたボルト１ ２０６の位置は別々の論理ユニット１２１６または多チャンネル制御ユニットの １チャンネルによって独立して制御される。ネジ切りされたボルト１２０６の回 転位置は叙上の如くキャップ２０５の位置を制御し、叙上の如くサーボモータア クチュエータ１２１０の軸１２１７に設けられたウォーム歯車１２０ ２の回転と一致する。 図１３〜１７は本発明のさらに他の実施例を示しており、インボリュートが燃 焼室の低圧時にのみ進められるので、当該インボリュートの位置決めが最小の力 で達成される。 図１３は基軸１３０１を示しており、該基軸上にラチェット１３０２が形成さ れている。 図１５はインボリュート１５０１を示しており、該インボリュートには、複数 のノッチ１５０３があらかじめ選択された半径で形成されている。第１の壁１５ ０４はインボリュートの中央に形成されており、クリック／ロック機構１５０２ が該第１の壁１５０４の内面に設けられている、クリック／ロック機構１５０２ を有するインボリュート５０１は基軸１３０１の各ラチェット１３０２の上に設 けられている。 つぎに図１４を参照しつつ基軸１３０１上に適合させるために、あらかじめ選 択された内径を有するスリーブ１４０１について説明する。該スリーブ１４０１ には、フィンガー１４０２が形成されており、当該フィンガー１４０２はインボ リュート１５０１のノッチ１５０３によって設けられている。スリーブ１４０１ の回転運動の際に該スリーブ１４０１からインボリュート１５０１へのトルクの 伝達のために、該スリーブ１４０１にはバネ１４０３が設けられている。スリー ブ１４０１の位置は、他の実施例について叙上のとおり、サーボモータアクチュ エータまたは油圧アクチュエータによって制御される。前記アクチュエータとス リーブとのあいだに回転の情報をウォームギアまたは直接連結された歯車伝達に よって伝達せしめるために、歯車１４０４が該スリーブ上のあらかじめ選択され た位置に形成されている。 所望の方向への軸１４０１の運動につれ、バネ１４０３の負荷をかけたときに 、バネ１４０３より低い係数で前記副シリンダによってインボリュートへ伝達さ れうるように、燃焼室内の圧力発生時に当該インボリュートを所望の方向に運動 させるために当該配列は準備される。インボリュート１５０１のこの運動はバネ １４０３にテンションをかける。インボリュート１５０１に設けられたクリック ／ロック機構１５０２によって、当該インボリュートは反対方向への回転が防止 され、基軸１３０１上のラチェット１３０２との係合が防止される。ラチェット １３０２の歯の粒度はあらかじめ選択された寸法を有している。好ましい実施例 において、その粒度は、インボリュート１５０１の回転をして実際にはステップ 状であったとしても実質的に連続にせしめるほどに小さい寸法である。 多くの独立したインボリュート１５０１がこの配列に沿って設けられているが 、より大きな支持のために２重または２段の軸受を用いてもよい。かかる軸受は 図１６に示されている。当該軸受は油圧式またはローラ／ボール軸受を用いるこ とができる。かかる軸受は、当該配列を支持するように位置づけられたジャーナ ル１６０３上に取り付けられたアウターベアリング１６０２内に回転自在のイン ナーベアリング１６０１から構成されている。当該インナーベアリングはスリー ブ１４０１がアウターベアリング１６０２に取り付けられたとき、基軸１３０１ を支持する。 図１７は配列１７に組み込まれた実施例全体を示している。ステップモータ１ ７０２は、スリーブ１４０１の駆動歯車１４０４と係合している伝達歯車１７０ ３を有するように示されている。インボリュート１５０１は、ステップモータ１ ７０２に連結されたコントローラの下側の所望の位置に回転される。インボリュ ート１５０１の位置を反転するために、基軸１３０１の一端においてクラッチ機 構が離脱される。当該クラッチ機構１７０１は低圧縮の方向に基軸１３０１を回 転せしめる。 叙上の装置において本発明の範囲から離脱しない変更は当該発明に含まれる。 叙上のすべての事項は添付図に示されているように限られた意味においてではな く説明されているものとして解釈されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 たは、ウォーム歯車（813）はインボリュート（815）に 形成された歯車（814）と係合して直接インボリュート 面（815）に位置せしめることもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転軸と、その１つが前記各 キャップと隣接する、前記回転軸に設けられた複数のインボリュート面との組み 合せからなり、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピス トンを往復させるアクチュエータ手段と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記キ ャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転軸の軸に垂直な直線上に位 置づけられた接触領域を形成しているインボリュート面に付勢された戻りバネ からなる配列。 ２．前記副ピストン内に設けられ、前記燃焼室と連絡しうるように位置づけられ た点火手段をさらに有してなる請求項１記載の配列。 ３．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、くさび状のキャップを形成してい る第１端部とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する 第２端部とを有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転軸と、その１つが前記各 キャップと隣接する、前記回転軸に設けられた複数のインボリュート面との組み 合せからなり、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピス トンを往復させるアクチュエータ手段と、 前記副ピストンの側に設けられたキーと、 前記キーによって係合しうる、前記副シリンダ内にスロットを形成し、前記副 ピストンが、前記くさび状のキャップの上端が前記インボリュートの面にほぼ垂 直になるように前記副シリンダ内に配列された壁と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記キ ャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転軸の軸に垂直な直線上に位 置づけられた接触領域を形成しているインボリュート面に付勢された戻りバネ からなる配列。 ４．前記副ピストン内に設けられ、前記燃焼室と連絡しうるように位置づけられ た点火手段をさらに有してなる請求項３記載の配列。 ５．前記制御手段が、 サーボモータアクチュエータと、 サーボモータ位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記サーボモータ位置センサからの信号に 応答して、前記サーボモータアクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリ ンダ内のあらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項１記載の配列。 ６．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項５記載の配列。 ７．前記制御手段が、 油圧駆動アクチュエータと、油圧駆動位置センサと、 前記油圧駆動アクチュエータが、あらかじめ選択された制限位置まで回転され る前記回転軸の条件下で離脱される位置リミットスイッチと、制御された機関の 吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサと、前記吸気マニホ ールド圧力センサと前記サーボモータ位置センサからの信号に応答して、前記サ ー ボモータアクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリンダ内のあらかじめ 選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項１記載の配列。 ８．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項７記載の配列。 ９．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転軸と、制御手段と、該制 御手段によって位置づけられた回転軸と、該回転軸に設けられた複数のウォーム 歯車と、前記シリンダヘッドの外側に歯車が形成された頭部を有する複数のネジ 切りされたボルトとの組み合せからなり、前記シリンダに設けられ、前記副シリ ンダ内で副ピストンを往復動させるアクチュエータ手段と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けら れ、前記キャップが前記キャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転 軸の軸に垂直な直線上に位置づけられた接触領域を形成しているインボリュート 面に付勢された戻りバネ からなり、前記ボルトの少なくとも１つが前記キャップ、前記ウォーム歯車の １つと係合しうる歯車が形成された頭部のそれぞれと隣接する配列。 10．前記制御手段が、 サーボモータアクチュエータと、 サーボモータ位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記サーボモータ位置センサからの信号に 応答して、前記サーボモータアクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリ ンダ内のあらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項９記載の配列。 11．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項１０記載の配列。 12．前記制御手段が、 油圧駆動アクチュエータと、 油圧駆動位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条 件下で離脱される位置リミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記油圧駆動位置センサからの信号に応答 して、前記油圧駆動アクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリンダ内の あらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項９記載の配列。 13．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項１２記載の配列。 14．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転軸と、該回転軸に設けら れたウォーム歯車と、前記シリンダヘッドに回転自在に設けられ、前記ウォーム 歯車の１つと係合しうる歯車が形成された部分と前記キ ャップに隣接する部分とを有する制御面との組み合せからなり、前記シリンダヘ ッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピストンを往復させる複数のアクチ ュエータ手段と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記制 御面に付勢された戻りバネからなる配列。 15．前記副ピストンのキャップがくさびと、前記副ピストンの側に設けられたキ ーと、該キーによって係合しうる前記副ピストン内のガイドを形成している壁と して形成され、前記副ピストンが副シリンダ内で、前記くさびの上端が前記イン ボリュートに対して実質的に垂直である請求項１４記載の配列。 16．前記制御手段が、 サーボモータアクチュエータと、 サーボモータ位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記サーボモータ位置センサからの信号に 応答して、前記サーボモータアクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリ ンダ内のあらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項１４記載の配列。 17．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづ いて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサを有してなる請求項１６記載 の配列。 18．前記制御手段が、 油圧駆動アクチュエータと、 油圧駆動位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記油圧駆動位置センサからの信号に応答 して、前記油圧駆動アクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリンダ内の あらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項１４記載の配列。 19．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項１８記載の配列。 20．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、前記各副シリンダ内に摺動 自在に設けられ、キャップを形成している第１端部とその容積が可変の燃焼室を 形成している前記副ピストン に隣接する第２端部とを有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転軸と、が前記各キャップ と隣接する、前記回転軸に設けられた複数のインボリュート面との組み合せから なり、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピストンを往 復させるアクチュエータ手段と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記キ ャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転軸の軸に垂直な直線上に位 置づけられた接触領域を形成しているインボリュート面に付勢された戻りバネ からなる配列。 21．前記副ピストン内に設けられ、前記燃焼室と連絡しうるように位置づけられ た点火手段をさらに有してなる請求項２０記載の配列。 22．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられた回転 軸と、該回転軸に設けられたウォーム歯車と、前記シリンダヘッドに設けられ、 前記各キャップと隣接する前記シリンダヘッドの外側で、前記ウォーム歯車と係 合しうる歯車を有するネジ切りされたボルトとの組み合せからなり、前記シリン ダヘッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピストンを往復させる複数のア クチュエータ手段と、 副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、キャップが前記ボルトに付 勢された戻りバネからなる配列。 23．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮 比内燃機関のための改良された配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、 制御手段と、該制御手段によって位置づけられ、その外側の面に沿って形成さ れ、あらかじめ選択された粘度で形成された複数のノッチを有し、あらかじめ選 択された半径で形成された第１の壁を有し、前記第１の壁に設けられたクリック ／ロック機構を組み込み、前記基軸の各ラチェットに設けられたインボリュート の１つが前記各キャップと隣接してなる複数のインボリ ュート面と、前記基軸上に設けられ、基軸よりも大きくなるように内径があらか じめ選択されたスリーブと、前記スリーブが制御手段の方向に回転されるように 前記スリーブ上に設けられ、前記制御手段と係合する駆動歯車と、前記スリーブ 内で、前記ノッチと係合しうるように形成された複数のフィンガーと、前記スリ ーブとインボリュートノッチのあいだで前記フィンガーの少なくとも１つの上に 設けられ、あらかじめ選択されたバネ常数を有し、少なくともその一段がほぼ前 記ラチェットの粒度で、前記バネ常数よりも小さい圧力条件の下で燃焼室内にお いてあらかじめ選択された方向に前記インボリュートを回転させるように負荷が かけられ、反対方向への前記インボリュートの回転が前記クリック／ロック機構 によって前記ラチェットと係合するのを防止するバネとの組み合せからなり、前 記シリンダヘッドに設けられ、前記副シリンダ内で前記副ピストンを往復させる アクチュエータ手段と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記キ ャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転軸の軸に垂直な直線上に位 置づけられた接触領域を形成しているインボリュート面に付勢された戻りバネ からなる配列。 24．前記副ピストン内に設けられ、前記燃焼室と連絡しうるように位置づけられ た点火手段をさらに有してなる請求項２３記載の配列。 25．クランクシャフトによって駆動され、主ピストンがコネクティングロッドに よって摺動する複数の主シリ ンダと、複数のシリンダヘッドとを有する可変圧縮比内燃機関のための改良され た配列であって、 その１つが燃焼室を形成するために前記主シリンダの１つと連絡する位置で前 記シリンダヘッドに設けられた複数の副シリンダと、 前記各副シリンダ内に摺動自在に設けられ、キャップを形成している第１端部 とその容積が可変の燃焼室を形成している前記副ピストンに隣接する第２端部と を有する副ピストンと、制御手段と、該制御手段によって位置づけられ、その外 側の面に沿って形成され、あらかじめ選択された粘度で形成された複数のノッチ を有し、あらかじめ選択された半径で形成された第１の壁を有し、前記第１の壁 に設けられたクリック／ロック機構を組み込み、前記基軸の各ラチェットに設け られたインボリュートの１つが前記各キャップと隣接してなる複数のインボリュ ート面と、前記基軸上に設けられ、基軸よりも大きく内径があらかじめ選択され たスリーブと、前記スリーブが制御手段の方向に回転されるように前記スリーブ 上に設けられ、前記制御手段と係合する駆動歯車と、前記スリーブ内で、前記ノ ッチと係合しうるように形成された複数のフィンガーと、前記スリーブとインボ リュートノッチのあいだで前記フィンガーの少なくとも１つの上に設けられ、あ らかじめ選択されたバネ常数を有し、少なくともその一段がほぼ前記ラチェット の粒度で、前記バネ常数よりも小さい圧力条件の下で燃焼室内においてあらかじ め選択された方向に前記インボリュートを回転させるように負荷がかけられ、反 対方向への前記インボリュ ートの回転が前記クリック／ロック機構によって前記ラチェットと係合するのを 防止するバネとの組み合せからなり、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副シ リンダ内で前記副ピストンを往復させるアクチュエータ手段と、 前記副ピストンのキャップに形成されたくさびと、 前記副ピストンの側に設けられたキーと、該キーによって係合しうる前記副ピ ストン内において前記副ピストンが副シリンダ内で、前記くさびの上端が前記イ ンボリュートに対して実質的に垂直になるようにスロットを形成している壁と、 前記副ピストンと前記シリンダとのあいだに設けられ、前記キャップが前記キ ャップと前記インボリュート面とのあいだで前記回転軸の軸に垂直な直線上に位 置づけられた接触領域を形成しているインボリュート面に付勢された戻りバネ からなる配列。 26．前記副ピストン内に設けられ、前記燃焼室と連絡しうるように位置づけられ た点火手段をさらに有してなる請求項２５記載の配列。 27．前記制御手段が、 サーボモータアクチュエータと、 サーボモータ位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記サーボモータ 位置センサからの信号に応答して、前記サーボモータアクチュエータが駆動され 前記副ピストンを副シリンダ内のあらかじめ選択された位置にまで移動させる論 理ユニット からなる請求項２３記載の配列。 28．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項２７記載の配列。 29．前記制御手段が、 油圧駆動アクチュエータと、 油圧駆動位置センサと、 あらかじめ選択された制限位置にまで前記回転軸の条件下で離脱される位置リ ミットスイッチと、 制御された機関の吸気マニホールドに設けられた吸気マニホールド圧力センサ と、 前記吸気マニホールド圧力センサと前記油圧駆動位置センサからの信号に応答 して、前記油圧駆動アクチュエータが駆動され前記副ピストンを副シリンダ内の あらかじめ選択された位置にまで移動させる論理ユニット からなる請求項２３記載の配列。 30．前記論理ユニットに連結されたＲＰＭセンサであって、前記制御された機関 のＲＰＭの追加情報にもとづいて前記副ピストンの位置を選択するＲＰＭセンサ を有してなる請求項２９記載の配列。