可変ストロークおよびクリアランス機構
一般に、組立体は、シリンダに収容された少なくとも一つのピストンと、ピストンに連結された伝達アームと、を含む。伝達アームは回転部材によって画成されるチャンネル内に収容された部材に連結される。伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、ピストンのストロークがえられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる。部材は、回転部材が伝達アームに対して回転できるように、および／または伝達アームの向きが回転部材に対して変えることができるように構成されている。他の実施では、伝達アームは、ノーズピンを含み、回転部材はノーズピンに連結され、伝達アームの移動は、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変更し、ノーズピンがノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ストロークおよびクリアランス機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の装置（例えば、油圧ポンプまたはモータ、空気圧縮機またはモータ、オルタネータ、電気推進エンジン、および内燃機関）では、ピストンの運動は、フライホイールに回転を伝え、またはその逆に使用される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一つの一般的な側面では、組立体は、シリンダに収容された少なくとも一つのピストンと、ピストンに連結された伝達アームと、を含む。伝達アームは、回転部材によって画成されるチャンネルに収容された部材に連結される。伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる。
【０００４】
ある実施では、部材は、回転部材を伝達アームに対して回転させるように構成される。他の実施では、部材は、代替的にまたは追加的に、回転部材に関して伝達アームの向きの変化を可能にするように構成される。
【０００５】
この側面の特定の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含む。伝達アームは、伝達アームを部材に連結するノーズピンを含む。アクチュエータが、伝達アームを、例えば軸方向に移動させるように構成される。スラストベアリングが、伝達アームの肩部と部材との間に位置決めされる。部材は、ベアリングを含み、スライド部材が、ベアリングを収容する。チャンネルは、真っ直ぐな通路または湾曲した通路をたどる。
【０００６】
伝達アームは、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変えることによって、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。伝達アームは、伝達アームと組立体の中心軸線との間に角度があるように、部材に連結され、チャンネル内での部材のスライドは、チャンネル内のより短いストローク位置に向かって、伝達アームと中心軸との間の角度の変化を引き起こす。伝達アームの移動は、クリアランス距離を同時に調整し、部材をチャンネル内でスライドさせる。
【０００７】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、伝達アームの移動によってもたらされる。例えば、ある実施では、伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。組立体が、冷凍圧縮機であるとき、伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。
【０００８】
組立体が、燃焼機関であるとき、伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。変形例では、スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランス関係を定める。
【０００９】
他の側面では、組立体は、シリンダに収容された少なくとも一つのピストンと、ピストンに連結された伝達アームと、を含む。伝達アームは、ノーズピンを含み、回転部材が、ノーズピンに連結され、伝達アームの軸方向移動が、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させる。
【００１０】
この側面の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含む。アクチュエータが、伝達アームを軸方向に移動させるように構成される。回転部材は、伝達アームの軸方向移動が、ピストンの軸方向位置を同時に変化させ、ノーズピンを移動させるように、ノーズピンに連結される。
【００１１】
回転部材は、チャンネルを画成し、部材は、チャンネル内に配置される。回転部材は、部材によってノーズピンに連結され、伝達アームの軸方向移動は、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動するように、部材をチャンネル内でスライドさせる。部材は、ベアリングを含み、チャンネルは、真っ直ぐまたは湾曲した通路をたどる。
【００１２】
伝達アームの軸方向移動は、ピストンの軸方向位置を変化させて、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。回転部材は、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿った回転部材に対して移動するノーズピンが、ピストンのストロークを変化させるように、ノーズピンに連結される。例えば、ノーズピンは、伝達アームと組立体の中心軸の間に角度があるように回転部材に連結され、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動すると、伝達アームと中心軸線との間の角度の変化を引き起こし、その結果、ピストンのストロークの変化をもたらす。
【００１３】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、伝達アームの移動によってもたらされてもよい。例えば、ある実施では、伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する。組立体が、冷凍圧縮機であるとき、伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。
【００１４】
組立体が、燃焼機関であるとき、伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。変形例では、スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランスの関係を定める。
【００１５】
他の側面では、方法は、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、伝達アームのノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して同時に移動させる。
【００１６】
この側面の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含んでいてもよい。例えば、ノーズピンを移動させることは、ノーズピンに連結された部材を、回転部材によって画成されたチャンネル内でスライドさせることを含む。部材は、ベアリングを含み、ノーズピンを移動させることは、回転部材によって画成されたチャンネル内で、ノーズピンに連結されたベアリングをスライドさせることを含む。部材は、真っ直ぐまたは湾曲した通路に沿って、チャンネル内でスライドされる。
【００１７】
伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させることは、ピストンのストロークを変化させる。ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させることは、伝達アームと中心軸線との間の角度を変化させ、その結果、ピストンのストロークを変化させる。
【００１８】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、もたらされてもよい。例えば、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。変形例として、または追加的に、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、または定められた圧縮比が対応するストローク値に関して存在するように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。ある実施では、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。
【００１９】
一つまたはそれ以上の実施の詳細が、以下の添付の図面および説明に記載される。他の特徴、目的、利点が、説明、図面、および請求項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１Ａおよび図１Ｂを全体的に参照すると、組立体１００は、一つまたはそれ以上のピストン組立体１０４（例えば五つのピストン組立体１０４）を含み、ピストン組立体１０４は、伝達アーム１０６の周りの円周に取り付けられている。伝達アーム１０６は、例えばユニバーサルジョイント（Ｕジョイント）または等速ボールジョイントによって支持される。ジョイント１１０は、組立体軸線Ａに沿って直線的に移動させることができ、その結果、伝達アーム１０６が、以下に論ずる理由で組立体軸線Ａに沿って直線的に移動する。ジョイント１１０が、サポート１０８に連結され、サポート１０８は、アクチュエータ１４８に連結される。アクチュエータ１４８が、サポート１０８およびジョイント１１０を組立体軸線Ａに沿って直線的に移動させるように構成される。アクチュエータ１４８は、サポート１０８、ジョイント１１０、および伝達アーム１０６を軸方向に移動させるようにサポート１０８上で作動する、例えばボールナットアクチュエータのような電動ねじアクチュエータである。
【００２１】
伝達アーム１０６は、例えば２００３年５月２７日に出願され、２００３年１２月４日に公開された、ＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図２３乃至図２３Ａに示されているように、ピストンジョイント組立体１１２を介してピストン組立体１０４に連結された駆動アーム１０６ｂを含む。ピストン組立体１０４は、一端にピストン１１４を有し、他端にガイドロッド１１６を有する片端ピストンを含む。ピストン１１４は、シリンダ１１８に受け入れられる。
【００２２】
加えて、伝達アーム１０６は、また、回転部材、例えばフライホイール１３０に（以下に詳述するように）連結されたノーズピン１２２を有するアーム１０６ａを含み、スイングアーム１０６ａは、組立体軸線Ａに対してスイング角度βを形成する。フライホイール１３０は、シャフト１４０に連結され、シャフト１４０の回転が、フライホイール１３０の回転を引き起こす。フライホイール１３０の回転の結果、ノーズピン１２２は、組立体軸線Ａの周りにほぼ円形に移動する。組立体軸線Ａの周りのノーズピン１２２の円形運動は、伝達アーム１０６によってピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動に変換される。かくして、伝達アーム１０６は、フライホイール１３０の回転をピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動に変換する。逆に、伝達アーム１０６は、ピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動を、フライホイール１３０の回転運動、したがって、クランクシャフト１４０の回転に変換する。伝達アーム１０６による、フライホイールの回転とピストンの直線運動との間の変換は、例えばＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号にさらに記載される。
【００２３】
特に図１Ｃ乃至図１Ｅを参照すると、ノーズピン１２２は、球面ベアリングのような自動調心ノーズピンベアリング１２６によってフライホイール１３０に連結される。ノーズピン１２２は、例えば、ベアリング１２６のボアから延びるノーズピン１２４の一部分に位置した溝内に配置されがワッシャおよびスナップリング（図示せず）によって、ベアリング１２６のボア内に軸方向に固定される。ベアリング１２６により、伝達アーム１０６およびフライホイール１３０を互いに対して回転させる。ベアリング１２６は、スライド部材１２４に収容され、スライド部材１２４は、フライホイール１３０に形成されたチャンネル１３４内に収容される。チャンネル１３４は、直線路１５０を有し、且つ組立体軸線Ａに対して選択された角度αをなす。図１Ｅに最もよく示されているように、スライド部材１２４は、直線路１５０と合う真っ直ぐなベースを有する。
【００２４】
スラストベアリング１４６が、ノーズピンベアリング１２６と伝達アーム１０６の肩部１３２の間で、ノーズピン１２２に位置決めされている。スラストベアリング１４６は、伝達アーム１０６、ベアリング１２６、およびスライド部材１２４の間のスラスト荷重から摩擦を減じ、その結果、伝達アームが軸方向に移動されるとき、以下にさらに記載するように、フライホイール１３０が回転すると、スライド部材１２４およびベアリング１２６を伝達アーム１３４に対して回転させる。
【００２５】
スライド部材１２４は、図１Ｃに、チャンネル１３４内の第一位置が実線で示され、第二位置が点線で示される。スライド部材１２４が第一位置にあるとき、ベアリング１２６の中心は、組立体軸線Ａから半径方向距離ｘ1の位置にある。スライド部材１２４が第二位置にスライドすると、ベアリング１２６の中心からの半径方向距離は、半径方向距離ｘ2まで増大する。逆に、スライド部材１２４が第二位置から第一位置にスライドすると、半径方向距離は減少する。半径方向距離の変化により、アーム１０６ａと組立体軸線Ａとの間の角度βに変化をもたらす。ベアリング１２６は、ノーズピン１２４とベアリング１２６のボアとの整列を維持するように、角度βで回転する。
【００２６】
角度βの値は、ピストン組立体１０４のストロークを決定する。かくして、スイング角度βの変化により、ピストン組立体１０４のストロークに変化をもたらす。
【００２７】
したがって、再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ジョイント１１０および伝達アーム１０６が組立体軸線Ａに沿って軸方向に移動するように作動されるとき、スライド部材１２４はチャンネル１３４に沿ってスライドし、それにより、スイングアーム１０６ａと組立体軸線Ａの間の角度βの変化をもたらす。その結果、スライド部材１２４のチャンネル１３４に沿う移動は、例えばＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図２５、図５４、および図５５の参照に記載されるように、ピストン組立体１０４のストロークの変化を引き起こす。
【００２８】
同時に、伝達アーム１０６の組立体軸線Ａに沿う移動は、シリンダ１１８内でピストン組立体１０４の軸方向位置を、変化させ、それにより、トップクリアランス距離、すなわち、ピストン１１４がストロークの上死点にあるときのピストン１１４の端面１３８とシリンダ１１８端壁１４４の間の距離ｄを調整する。かくして、伝達アーム１０６の組立体軸線Ａに沿う移動は、（スライド部材１２４と斜めチャンネル１３４の結果として）ストロークと、（ピストン組立体１０４の軸方向位置の対応する変化の結果として）トップクリアランス距離の両方を調整し、所定のストローク値は、対応するクリアランス距離の値を有する。
【００２９】
かくして、図１Ａに示すように、アクチュエータ１４８が伝達アーム１０６をフライホイール１３０から遠ざかる方向に移動させると、スライド部材１２４は、チャンネル１３４の第一位置（例えば最小ストローク位置）まで下方に移動し、ピストン組立体１０４の軸線方向位置が変わる。スライド部材１２４をチャンネル１３４の下方にスライドさせることは、角度βを減少させ、したがってピストン１１４のストロークを減少させる。同時に、ピストン組立体１０４の位置の軸方向の変化により、ピストン組立体１０４がシリンダ１１８の端壁に向かって移動されるから、シリンダ１１８の端壁とピストン１１４の端面との間のトップクリアランス距離ｄが調整される。
【００３０】
図１Ｂを参照すると、アクチュエータ１４８が、伝達アーム１０６をフライホイール１３０に向かって移動させるとき、スライド部材１２４がチャンネル１３４の第二位置（例えば最大ストローク位置）まで上方にスライドし、ピストン組立体１０４の軸方向位置が変わる。スライド部材１２４をチャンネル１３４の上方にスライドさせることは、角度βを増大させ、したがってピストン１１４のストロークを増大させる。同時に、ピストン組立体１０４の軸方向位置の変化により、ピストン組立体１０４がシリンダ１１８の端壁から遠ざかるから、シリンダ１１８の端壁とピストン１１４の端面との間のトップクリアランス距離ｄが調整される。
【００３１】
したがって、アクチュエータ１４８、スライド部材１２４、およびチャンネル１３４は、ピストン組立体１０４のストロークと、ピストン１４４の端面１３８およびシリンダ１１８の端壁の間のトップクリアランス距離ｄとの間の定められた関係をもたらす、ストローク−クリアランス機構を形成する。
【００３２】
ＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図５８に記載されるように、ストローク−クリアランス機構は、ベアリング１２６をフライホイール１３０内に固定し、ノーズピン１２４をノーズピンベアリング１２６を通してスライドさせながら伝達アーム１０６を軸方向に移動させることによって得られる。もし伝達アーム１０６が軸方向に移動されるなら、ピストン組立体１０４の軸方向位置は、上述のように変えられる。同時に、ノーズピン１２４は、ノーズピンベアリングに滑り込んだり滑り出したりし、アーム１０６ａと軸線Ａの間の角度を変える。かくして、ストロークとクリアランスを、一緒に調整することができる。
【００３３】
しかしながら、この場合、伝達アーム１０６が軸方向に移動すると、ノーズピン１２４は、フライホイール１３０に対してノーズピン１２４の中心軸線Ｔに沿って移動するのみである。したがって、ノーズピンをノーズピンベアリング内でスライドさせることによってストロークを調整することは、設計することができる限られた量のストローク−クリアランス関係に備える。
【００３４】
他方、スライド部材１２４およびチャンネル１３４が使用されるとき、ノーズピン１２４は、フライホイールに対してそれ自身の中心軸線Ｔ以外の軸線に沿って移動する。特に、ノーズピン１２４は、伝達アーム１０６が軸方向に移動されると、チャンネル１３６の軸線に沿って移動する。これは、可能性の範囲が、チャンネル１３６内のスライド部材１２４がたどる通路１５０の設計に存在するから、ストローク−クリアランスの関係についてより広範な可能性を考慮に入れる。
【００３５】
チャンネル１３４の設計は、ストローク−クリアランス関係を決定する（即ち所定のストローク値に対してトップクリアランス距離ｄの値を決定する）。通路１５０のような直線通路を有するチャンネル１３４にとって、軸線Ａに対する通路の角度αを変えることは、ストローク−クリアランス関係を変更する。この場合、角度αのより大きな値により、ジョイント１１０の軸線Ａに沿う動きの単位当たりのストロークのより大きな変化を引き起こす。
【００３６】
一般に、実施される特定のストローク−クリアランス関係は、組立体１１０の用途に依存し、その用途のために実験的に決定することができる。組立体１００は、例えば内燃機関として使用するように適合されることができる。エンジンのために、ピストンストロークの上死点におけるクリアランスおよびピストンストロークの下死点におけるクリアランスが、エンジンの圧縮比を定める。エンジンにとって、ストロークが増大するとき圧縮比を実質的に一定にすること、またはストロークが増大するとき圧縮比を減少させることは、有利である。そのようにすることは、圧縮比がエンジンの所定出力のための所定量以上であるときに起こる、空気／燃料混合体の異常燃焼である、デトネーションとして知られる状況を制限することができる。
【００３７】
チャンネル１３４の通路を実験的に決定するために、所望の最大および最小ストロークをもたらす、フライホイール１３０でのスライド部材１２４の位置が決定され、それらのストロークに対する対応するトップクリアランスが決定される。直線関係が、ストロークとストロークの各値に対するトップクリアランスの必要な関係を満足するとき、二点の間の直線が、チャンネル１３４を画成する。
【００３８】
最大および最小ストロークに適切なスイング角度を、ストロークと角度βの間の関係に基づいて決定することができ、ジョイント１１０の適切な軸方向位置を、組立体１００の、ＣＡＤ図面のようなコンピュータ化された図面を用いて決定することができる。ストロークは、次の等式によってβに関係する。
ｔａｎβ＝０．５ｓ／ｈ
ここで、ｓは、ストロークであり、ｈは、組立体軸線Ａとピストン軸線Ｐの間の距離である。
【００３９】
最大所望ストロークのためのスイング角度が決定されると、次いで、ＣＡＤ図面を用いて、伝達アーム１０６が、最大所望ストロークに必要な角度に配置され、次いで、トップクリアランス距離ｄが最大ストロークのための所望距離に等しくなるまで、軸方向に移動される。同様に、最小所望ストロークが決定されると、伝達アーム１０６が、最小所望ストロークに必要な角度に配置され、次いで、トップクリアランスが、最小ストロークのための所望クリアランスに等しくなるまで、軸方向に移動される。
【００４０】
一般に、ストローク当たりの一定の圧縮比のためには、チャンネル１３４の通路１５０は、直線である。同様に、ストロークと圧縮比の間の線形関係のためには、チャンネル１３４の通路１５０は、直線である。それ自体、通路１５０は、最大および最小ストロークの二点間の直傾斜と対応するクリアランス距離から決定される。
【００４１】
しかしながら、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ある実施では、ストロークとトップクリアランスの所望の関係は、線形的ではない。そのような状況では、チャンネル１３４の通路２０２およびスライド部材２２４のベース２２４ａは、非線形関係をもたらすように、湾曲される。そのような状況では、通路２０２の湾曲は、ＣＡＤ図面を使用して、伝達アーム１０６を最大ストロークおよび最小ストロークについて位置決めし、湾曲の端点を決定することによって決定される。次いで、伝達アーム１０６を所望のストロークと中間ポイントを決定するためのポイント間のクリアランスに基づいて位置決めし、湾曲をこれらのポイントに適合させる。
【００４２】
図２Ａの通路２０２は、凹状通路であり、ベース２２４ａは、通路２０２に合う凸状である。通路２０２が凹状なので、スライド部材１３４は、特定の値βを達成するために、凹状通路２０２に沿って直線路１５０よりも遠い距離をスライドしなければならない。それ故に、凹状通路２０２を使用してストロークの特定値を得るために、伝達アーム１０６は、直線路１５０を使用して同じストロークの値を得る場合よりも、より大きな距離、フライホイール１３０に向かっておよびフライホイールから離れて軸方向に移動される。その結果、ピストン組立体１０４が、凹状通路２０２では、直線路１５０よりも大きな距離、端壁１４４から離れておよび端壁１４４に向かって移動されるから、ストロークの特定値における圧縮比は、直線路１５０における場合よりも凹状通路２０２における場合の方が小さくなり、ストローク値におけるトップクリアランス距離ｄは、直線路１５０よりも凹状通路２０２の方が大きくなる。
【００４３】
図２Ｃに示すように、凸状通路２０４および凹状ベース（図示せず）を有するスライド部材２２４を使用することによってこの状況を逆にすることができる。この状況では、ストロークの特定値における圧縮比は、直線路１５０を使用したストロークの同じ値における場合よりも大きい。
【００４４】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ストロークが変わっても圧縮比が実質的に一定になるエンジンの例として、ジョイント１１０および伝達アーム１０６は、第一位置から第二位置まで１．４インチの距離だけ軸方向に移動するように構成される。通路１５０の角度αは約４４．７°である。これは、約１４．５°の最小スイング角度βと、約３０°の最大スイング角度をもたらす。組立体軸線Ａからピストン軸線Ｐまでの距離ｈは、約４．２８インチである。これは、約２．３インチの最小ストロークと、４．６インチの最大ストロークをもたらす。最小ストロークでは、トップクリアランス距離ｄは、約０．ｌ５６インチであり、最大ストロークでは、トップクリアランス距離は、約０．４１３インチである。これにより、シリンダ１１８の端壁１４４が平坦でなく、０．１インチのストロークがでこぼこによって引き起こされる（完璧なシリンダと比較して）容積の変化を償うと仮定して、ストローク範囲の間約１０：１の圧縮比になる。
【００４５】
もしシリンダ１１８の端壁１４４が平坦であれば、圧縮比を提供するトップクリアランス距離は、最大ストロークで０．５１３インチであり、最小ストロークで０．２５６インチである。しかしながら、シリンダの端壁は通常平坦ではなく、容積を変更する。この変更された容積は、平坦な端壁１４４に必要なトップクリアランス距離から０．１インチを差し引くことによって考慮に入れられる。
【００４６】
ストロークが増大するに従って圧縮比が線形的に減少する（またはその逆の）エンジンの例として、ジョイント１１０および伝達アーム１０６は、第一位置から第二位置まで約０．６５インチの距離軸方向に移動するように構成される。通路１５０の角度αは約４７．４°である。これにより、約１４．５°の最小スイング角度βおよび、約３２．１°の最大スイング角度になる。組立体軸線Ａからピストン軸線Ｐまでの距離ｈは、約４．３インチである。これにより、約２．３インチの最小ストロークおよび、４．６インチの最大ストロークになる。最小ストロークでは、トップクリアランス距離ｄは、約０．０６５インチであり、最大ストロークでは、トップクリアランス距離は、約０．４１３インチである。
【００４７】
図３を参照すると、そのような寸法は、端壁１４４が平坦でなく、且つ０．１インチが平坦でないことによる変化した容積に原因があると仮定して、グラフ３００に示すように、線形的に変化する圧縮比に備える。線３０２は、ストロークと圧縮比との線形関係を示す。示すように、圧縮比は、最小ストローク（約２．３インチ）における約１５：１から最大ストローク（約４．６インチ）における約１０：１まで線形的に変化する。
【００４８】
図１Ａ乃至図１Ｄに示す組立体１００は、また、例えば冷凍圧縮機、空気ポンプまたはモータ、油圧ポンプまたはモータ等としての用途に適応させることができる。一般的に、これらの装置のために、ピストン端面１３８がシリンダ１１８の端壁１４４と接触することなく、できるだけ０に近いトップクリアランス距離ｄを有することが望ましい。かくして、組立体１００が、これらの装置の一つとしての用途に適応されるとき、チャンネル１３４の通路は、所望のストロークの範囲の間、実質的に０のトップクリアランス距離ｄをもたらすように設計される。例えば、チャンネル１３４とジョイント１１０の位置決めとは、１０／１０００インチから２０／１０００インチの範囲のトップクリアランス距離ｄを提供する。
【００４９】
一般的に、ピストン組立体１０４の変位を変化させる製造公差および長期にわたるベアリングの摩耗を考慮に入れるある量のトップクリアランス距離ｄが存在する。したがって、与えられるトップクリアランス距離ｄの量は、製造公差と、ピストン組立体１０４の変位において期待される変化に依存する。加えて、製造公差によって、トップクリアランス距離のある変動が、最小ストローク位置と最大ストローク位置の間に存在し、変動の絶対量は、組立体寸法に依存する。しかしながら、トップ距離クリアランスｄにおける変動は、最小ストローク位置と最大ストローク位置の間のストロークの変化量のパーセンテージとしては、２％以下に維持される。
【００５０】
一定の圧縮比では、通路１５０は、実質的に０のトップクリアランス距離を提供するように、一般的に直線である。しかしながら、非直線通路を、例えば少なくとも一部がトップクリアランス距離ｄの変動を補償するために、またはストロークとトップクリアランス距離ｄの間に他の関係をもたらすために、使用してもよい。
【００５１】
図４を参照すると、組立体４００は、モータ駆動のスクリューアクチュエータ１４８の代わりに、油圧シリンダ４０２、レバー４０４、およびスプリングリターン４０６が、ジョイント１１０および伝達アーム１０６を軸方向に移動させるのに使用されることをのぞいて、組立体１００と同様である。
【００５２】
この実施では、ジョイント１１０は、サポート４１０の一端４１０ａに取り付けられる。サポート４１０は、サポート４１０が組立体軸線Ａに沿って直線的に移動することができるが、組立体軸線Ａを中心に回転することができないように、キー止めされ、或いはスプラインである。サポート４１０の他端４１０ｂは、支点４０８に取り付けられたレバー４０４の端部４０４ａに取り付けられている。レバー４０４の第二端部４０４ｂは、油圧シリンダ４０２のアーム４０２ａに取り付けられている。オイルがシリンダ４０２に内に圧入されると、アーム４０２ａはレバー４０４に向かって移動する。アーム４０２ａがレバー４０４に向かって移動すると、アーム４０２ａはレバー４０４の端部４０４ｂに力を及ぼし、レバー４０４を支点４０８を中心に回転させる。これにより、レバー４０４の端部４０４ａを、伝達アーム１０６に向かって移動させ、それによってサポート４１０に力を及ぼし、それにより、サポート４１０および伝達アーム１０６をフライホイール１３０に向かって軸方向に移動させる。
【００５３】
伝達アーム１０６がフライホイール１３０に向かって移動すると、ストロークおよびクリアランスは、上述のように、スライド部材１２４がチャンネル１３４内でスライドし（それによりスイング角度βを変化させ）、ピストン組立体１０４が軸方向に移動する結果、同時に変えられる。
【００５４】
オイルがシリンダ４０２から排出されると、アーム４０２ａによってレバー４０４に及ぼされる力は、減少され、伝達アーム１０６がフライホイール１３０から遠ざかる方向に、それ故により短いストローク位置（つまりより小さいスイング角度β）に軸方向に移動する。一般的に、ピストンの力は、伝達アーム１０６に、伝達アーム１０６およびスライド部材１２４をチャンネル１３４内でより短いストローク位置に進める圧力を提供し、アーム４０２ａによってレバー４０４に及ぼされる力は、スライド部材１２４がチャンネル１３４内でより長いストローク位置（より大きいスイング角度β）に移動するように、伝達アーム１０６を移動させるのに必要とされる。かくして、単純にアーム４０２ａによって生じた力を減ずることにより、ピストンの力は、伝達アーム１０６およびスライド部材１２４をより短いストローク位置に移動させるように作用する。しかしながら、スプリングリターン４０６は、アーム４０２ａによって及ぼされた力が減少するとき、スライド部材１２４がより短いストローク位置に確実に戻るようにするのに使用される。
【００５５】
多数の実施が記載された。それにもかかわらず、様々な変更がなされてもよいことは理解されよう。例えば、五つのピストン組立体が記載されたが、より少ない、またより多いピストン組立体が使用されてもよい（例えば１，２，３，４，７，８等）。加えて、ピストン組立体１０４は、片端ピストン組立体として図示された。しかしながら、両端ピストン組立体もまた使用されてもよい。したがって、他の実施形態は、続く請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】可変ストロークおよびクリアランス機構を含む組立体の側面図である。
【図１Ｂ】可変ストロークおよびクリアランス機構を含む組立体の側面図である。
【図１Ｃ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の側面図である。
【図１Ｄ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の斜視図である。
【図１Ｅ】スライド部材の斜視図である。
【図２Ａ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の変形例を示す側面図である。
【図２Ｂ】スライド部材の変形例の斜視図である。
【図２Ｃ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の変形例の側面図である。
【図３】圧縮比とストロークの比例関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す組立体の変形例の側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ストロークおよびクリアランス機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の装置（例えば、油圧ポンプまたはモータ、空気圧縮機またはモータ、オルタネータ、電気推進エンジン、および内燃機関）では、ピストンの運動は、フライホイールに回転を伝え、またはその逆に使用される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一つの一般的な側面では、組立体は、シリンダに収容された少なくとも一つのピストンと、ピストンに連結された伝達アームと、を含む。伝達アームは、回転部材によって画成されるチャンネルに収容された部材に連結される。伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる。
【０００４】
ある実施では、部材は、回転部材を伝達アームに対して回転させるように構成される。他の実施では、部材は、代替的にまたは追加的に、回転部材に関して伝達アームの向きの変化を可能にするように構成される。
【０００５】
この側面の特定の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含む。伝達アームは、伝達アームを部材に連結するノーズピンを含む。アクチュエータが、伝達アームを、例えば軸方向に移動させるように構成される。スラストベアリングが、伝達アームの肩部と部材との間に位置決めされる。部材は、ベアリングを含み、スライド部材が、ベアリングを収容する。チャンネルは、真っ直ぐな通路または湾曲した通路をたどる。
【０００６】
伝達アームは、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変えることによって、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。伝達アームは、伝達アームと組立体の中心軸線との間に角度があるように、部材に連結され、チャンネル内での部材のスライドは、チャンネル内のより短いストローク位置に向かって、伝達アームと中心軸との間の角度の変化を引き起こす。伝達アームの移動は、クリアランス距離を同時に調整し、部材をチャンネル内でスライドさせる。
【０００７】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、伝達アームの移動によってもたらされる。例えば、ある実施では、伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。組立体が、冷凍圧縮機であるとき、伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。
【０００８】
組立体が、燃焼機関であるとき、伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。変形例では、スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランス関係を定める。
【０００９】
他の側面では、組立体は、シリンダに収容された少なくとも一つのピストンと、ピストンに連結された伝達アームと、を含む。伝達アームは、ノーズピンを含み、回転部材が、ノーズピンに連結され、伝達アームの軸方向移動が、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させる。
【００１０】
この側面の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含む。アクチュエータが、伝達アームを軸方向に移動させるように構成される。回転部材は、伝達アームの軸方向移動が、ピストンの軸方向位置を同時に変化させ、ノーズピンを移動させるように、ノーズピンに連結される。
【００１１】
回転部材は、チャンネルを画成し、部材は、チャンネル内に配置される。回転部材は、部材によってノーズピンに連結され、伝達アームの軸方向移動は、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動するように、部材をチャンネル内でスライドさせる。部材は、ベアリングを含み、チャンネルは、真っ直ぐまたは湾曲した通路をたどる。
【００１２】
伝達アームの軸方向移動は、ピストンの軸方向位置を変化させて、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。回転部材は、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿った回転部材に対して移動するノーズピンが、ピストンのストロークを変化させるように、ノーズピンに連結される。例えば、ノーズピンは、伝達アームと組立体の中心軸の間に角度があるように回転部材に連結され、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動すると、伝達アームと中心軸線との間の角度の変化を引き起こし、その結果、ピストンのストロークの変化をもたらす。
【００１３】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、伝達アームの移動によってもたらされてもよい。例えば、ある実施では、伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する。組立体が、冷凍圧縮機であるとき、伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。
【００１４】
組立体が、燃焼機関であるとき、伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、クリアランス距離を調整する。変形例では、スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランスの関係を定める。
【００１５】
他の側面では、方法は、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、伝達アームのノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して同時に移動させる。
【００１６】
この側面の実施は、一つまたはそれ以上の次の特徴を含んでいてもよい。例えば、ノーズピンを移動させることは、ノーズピンに連結された部材を、回転部材によって画成されたチャンネル内でスライドさせることを含む。部材は、ベアリングを含み、ノーズピンを移動させることは、回転部材によって画成されたチャンネル内で、ノーズピンに連結されたベアリングをスライドさせることを含む。部材は、真っ直ぐまたは湾曲した通路に沿って、チャンネル内でスライドされる。
【００１７】
伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させることは、ピストンのストロークを変化させる。ノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させることは、伝達アームと中心軸線との間の角度を変化させ、その結果、ピストンのストロークを変化させる。
【００１８】
クリアランス距離とストロークの間の多数の関係が、もたらされてもよい。例えば、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。変形例として、または追加的に、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、または定められた圧縮比が対応するストローク値に関して存在するように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。ある実施では、伝達アームを軸方向に移動させてシリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させることは、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する。
【００１９】
一つまたはそれ以上の実施の詳細が、以下の添付の図面および説明に記載される。他の特徴、目的、利点が、説明、図面、および請求項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１Ａおよび図１Ｂを全体的に参照すると、組立体１００は、一つまたはそれ以上のピストン組立体１０４（例えば五つのピストン組立体１０４）を含み、ピストン組立体１０４は、伝達アーム１０６の周りの円周に取り付けられている。伝達アーム１０６は、例えばユニバーサルジョイント（Ｕジョイント）または等速ボールジョイントによって支持される。ジョイント１１０は、組立体軸線Ａに沿って直線的に移動させることができ、その結果、伝達アーム１０６が、以下に論ずる理由で組立体軸線Ａに沿って直線的に移動する。ジョイント１１０が、サポート１０８に連結され、サポート１０８は、アクチュエータ１４８に連結される。アクチュエータ１４８が、サポート１０８およびジョイント１１０を組立体軸線Ａに沿って直線的に移動させるように構成される。アクチュエータ１４８は、サポート１０８、ジョイント１１０、および伝達アーム１０６を軸方向に移動させるようにサポート１０８上で作動する、例えばボールナットアクチュエータのような電動ねじアクチュエータである。
【００２１】
伝達アーム１０６は、例えば２００３年５月２７日に出願され、２００３年１２月４日に公開された、ＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図２３乃至図２３Ａに示されているように、ピストンジョイント組立体１１２を介してピストン組立体１０４に連結された駆動アーム１０６ｂを含む。ピストン組立体１０４は、一端にピストン１１４を有し、他端にガイドロッド１１６を有する片端ピストンを含む。ピストン１１４は、シリンダ１１８に受け入れられる。
【００２２】
加えて、伝達アーム１０６は、また、回転部材、例えばフライホイール１３０に（以下に詳述するように）連結されたノーズピン１２２を有するアーム１０６ａを含み、スイングアーム１０６ａは、組立体軸線Ａに対してスイング角度βを形成する。フライホイール１３０は、シャフト１４０に連結され、シャフト１４０の回転が、フライホイール１３０の回転を引き起こす。フライホイール１３０の回転の結果、ノーズピン１２２は、組立体軸線Ａの周りにほぼ円形に移動する。組立体軸線Ａの周りのノーズピン１２２の円形運動は、伝達アーム１０６によってピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動に変換される。かくして、伝達アーム１０６は、フライホイール１３０の回転をピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動に変換する。逆に、伝達アーム１０６は、ピストン組立体１０４のピストン軸線Ｐに沿う直線運動を、フライホイール１３０の回転運動、したがって、クランクシャフト１４０の回転に変換する。伝達アーム１０６による、フライホイールの回転とピストンの直線運動との間の変換は、例えばＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号にさらに記載される。
【００２３】
特に図１Ｃ乃至図１Ｅを参照すると、ノーズピン１２２は、球面ベアリングのような自動調心ノーズピンベアリング１２６によってフライホイール１３０に連結される。ノーズピン１２２は、例えば、ベアリング１２６のボアから延びるノーズピン１２４の一部分に位置した溝内に配置されがワッシャおよびスナップリング（図示せず）によって、ベアリング１２６のボア内に軸方向に固定される。ベアリング１２６により、伝達アーム１０６およびフライホイール１３０を互いに対して回転させる。ベアリング１２６は、スライド部材１２４に収容され、スライド部材１２４は、フライホイール１３０に形成されたチャンネル１３４内に収容される。チャンネル１３４は、直線路１５０を有し、且つ組立体軸線Ａに対して選択された角度αをなす。図１Ｅに最もよく示されているように、スライド部材１２４は、直線路１５０と合う真っ直ぐなベースを有する。
【００２４】
スラストベアリング１４６が、ノーズピンベアリング１２６と伝達アーム１０６の肩部１３２の間で、ノーズピン１２２に位置決めされている。スラストベアリング１４６は、伝達アーム１０６、ベアリング１２６、およびスライド部材１２４の間のスラスト荷重から摩擦を減じ、その結果、伝達アームが軸方向に移動されるとき、以下にさらに記載するように、フライホイール１３０が回転すると、スライド部材１２４およびベアリング１２６を伝達アーム１３４に対して回転させる。
【００２５】
スライド部材１２４は、図１Ｃに、チャンネル１３４内の第一位置が実線で示され、第二位置が点線で示される。スライド部材１２４が第一位置にあるとき、ベアリング１２６の中心は、組立体軸線Ａから半径方向距離ｘ1の位置にある。スライド部材１２４が第二位置にスライドすると、ベアリング１２６の中心からの半径方向距離は、半径方向距離ｘ2まで増大する。逆に、スライド部材１２４が第二位置から第一位置にスライドすると、半径方向距離は減少する。半径方向距離の変化により、アーム１０６ａと組立体軸線Ａとの間の角度βに変化をもたらす。ベアリング１２６は、ノーズピン１２４とベアリング１２６のボアとの整列を維持するように、角度βで回転する。
【００２６】
角度βの値は、ピストン組立体１０４のストロークを決定する。かくして、スイング角度βの変化により、ピストン組立体１０４のストロークに変化をもたらす。
【００２７】
したがって、再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ジョイント１１０および伝達アーム１０６が組立体軸線Ａに沿って軸方向に移動するように作動されるとき、スライド部材１２４はチャンネル１３４に沿ってスライドし、それにより、スイングアーム１０６ａと組立体軸線Ａの間の角度βの変化をもたらす。その結果、スライド部材１２４のチャンネル１３４に沿う移動は、例えばＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図２５、図５４、および図５５の参照に記載されるように、ピストン組立体１０４のストロークの変化を引き起こす。
【００２８】
同時に、伝達アーム１０６の組立体軸線Ａに沿う移動は、シリンダ１１８内でピストン組立体１０４の軸方向位置を、変化させ、それにより、トップクリアランス距離、すなわち、ピストン１１４がストロークの上死点にあるときのピストン１１４の端面１３８とシリンダ１１８端壁１４４の間の距離ｄを調整する。かくして、伝達アーム１０６の組立体軸線Ａに沿う移動は、（スライド部材１２４と斜めチャンネル１３４の結果として）ストロークと、（ピストン組立体１０４の軸方向位置の対応する変化の結果として）トップクリアランス距離の両方を調整し、所定のストローク値は、対応するクリアランス距離の値を有する。
【００２９】
かくして、図１Ａに示すように、アクチュエータ１４８が伝達アーム１０６をフライホイール１３０から遠ざかる方向に移動させると、スライド部材１２４は、チャンネル１３４の第一位置（例えば最小ストローク位置）まで下方に移動し、ピストン組立体１０４の軸線方向位置が変わる。スライド部材１２４をチャンネル１３４の下方にスライドさせることは、角度βを減少させ、したがってピストン１１４のストロークを減少させる。同時に、ピストン組立体１０４の位置の軸方向の変化により、ピストン組立体１０４がシリンダ１１８の端壁に向かって移動されるから、シリンダ１１８の端壁とピストン１１４の端面との間のトップクリアランス距離ｄが調整される。
【００３０】
図１Ｂを参照すると、アクチュエータ１４８が、伝達アーム１０６をフライホイール１３０に向かって移動させるとき、スライド部材１２４がチャンネル１３４の第二位置（例えば最大ストローク位置）まで上方にスライドし、ピストン組立体１０４の軸方向位置が変わる。スライド部材１２４をチャンネル１３４の上方にスライドさせることは、角度βを増大させ、したがってピストン１１４のストロークを増大させる。同時に、ピストン組立体１０４の軸方向位置の変化により、ピストン組立体１０４がシリンダ１１８の端壁から遠ざかるから、シリンダ１１８の端壁とピストン１１４の端面との間のトップクリアランス距離ｄが調整される。
【００３１】
したがって、アクチュエータ１４８、スライド部材１２４、およびチャンネル１３４は、ピストン組立体１０４のストロークと、ピストン１４４の端面１３８およびシリンダ１１８の端壁の間のトップクリアランス距離ｄとの間の定められた関係をもたらす、ストローク−クリアランス機構を形成する。
【００３２】
ＰＣＴ出願番号ＷＯ０３／１００２３１号の図５８に記載されるように、ストローク−クリアランス機構は、ベアリング１２６をフライホイール１３０内に固定し、ノーズピン１２４をノーズピンベアリング１２６を通してスライドさせながら伝達アーム１０６を軸方向に移動させることによって得られる。もし伝達アーム１０６が軸方向に移動されるなら、ピストン組立体１０４の軸方向位置は、上述のように変えられる。同時に、ノーズピン１２４は、ノーズピンベアリングに滑り込んだり滑り出したりし、アーム１０６ａと軸線Ａの間の角度を変える。かくして、ストロークとクリアランスを、一緒に調整することができる。
【００３３】
しかしながら、この場合、伝達アーム１０６が軸方向に移動すると、ノーズピン１２４は、フライホイール１３０に対してノーズピン１２４の中心軸線Ｔに沿って移動するのみである。したがって、ノーズピンをノーズピンベアリング内でスライドさせることによってストロークを調整することは、設計することができる限られた量のストローク−クリアランス関係に備える。
【００３４】
他方、スライド部材１２４およびチャンネル１３４が使用されるとき、ノーズピン１２４は、フライホイールに対してそれ自身の中心軸線Ｔ以外の軸線に沿って移動する。特に、ノーズピン１２４は、伝達アーム１０６が軸方向に移動されると、チャンネル１３６の軸線に沿って移動する。これは、可能性の範囲が、チャンネル１３６内のスライド部材１２４がたどる通路１５０の設計に存在するから、ストローク−クリアランスの関係についてより広範な可能性を考慮に入れる。
【００３５】
チャンネル１３４の設計は、ストローク−クリアランス関係を決定する（即ち所定のストローク値に対してトップクリアランス距離ｄの値を決定する）。通路１５０のような直線通路を有するチャンネル１３４にとって、軸線Ａに対する通路の角度αを変えることは、ストローク−クリアランス関係を変更する。この場合、角度αのより大きな値により、ジョイント１１０の軸線Ａに沿う動きの単位当たりのストロークのより大きな変化を引き起こす。
【００３６】
一般に、実施される特定のストローク−クリアランス関係は、組立体１１０の用途に依存し、その用途のために実験的に決定することができる。組立体１００は、例えば内燃機関として使用するように適合されることができる。エンジンのために、ピストンストロークの上死点におけるクリアランスおよびピストンストロークの下死点におけるクリアランスが、エンジンの圧縮比を定める。エンジンにとって、ストロークが増大するとき圧縮比を実質的に一定にすること、またはストロークが増大するとき圧縮比を減少させることは、有利である。そのようにすることは、圧縮比がエンジンの所定出力のための所定量以上であるときに起こる、空気／燃料混合体の異常燃焼である、デトネーションとして知られる状況を制限することができる。
【００３７】
チャンネル１３４の通路を実験的に決定するために、所望の最大および最小ストロークをもたらす、フライホイール１３０でのスライド部材１２４の位置が決定され、それらのストロークに対する対応するトップクリアランスが決定される。直線関係が、ストロークとストロークの各値に対するトップクリアランスの必要な関係を満足するとき、二点の間の直線が、チャンネル１３４を画成する。
【００３８】
最大および最小ストロークに適切なスイング角度を、ストロークと角度βの間の関係に基づいて決定することができ、ジョイント１１０の適切な軸方向位置を、組立体１００の、ＣＡＤ図面のようなコンピュータ化された図面を用いて決定することができる。ストロークは、次の等式によってβに関係する。
ｔａｎβ＝０．５ｓ／ｈ
ここで、ｓは、ストロークであり、ｈは、組立体軸線Ａとピストン軸線Ｐの間の距離である。
【００３９】
最大所望ストロークのためのスイング角度が決定されると、次いで、ＣＡＤ図面を用いて、伝達アーム１０６が、最大所望ストロークに必要な角度に配置され、次いで、トップクリアランス距離ｄが最大ストロークのための所望距離に等しくなるまで、軸方向に移動される。同様に、最小所望ストロークが決定されると、伝達アーム１０６が、最小所望ストロークに必要な角度に配置され、次いで、トップクリアランスが、最小ストロークのための所望クリアランスに等しくなるまで、軸方向に移動される。
【００４０】
一般に、ストローク当たりの一定の圧縮比のためには、チャンネル１３４の通路１５０は、直線である。同様に、ストロークと圧縮比の間の線形関係のためには、チャンネル１３４の通路１５０は、直線である。それ自体、通路１５０は、最大および最小ストロークの二点間の直傾斜と対応するクリアランス距離から決定される。
【００４１】
しかしながら、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ある実施では、ストロークとトップクリアランスの所望の関係は、線形的ではない。そのような状況では、チャンネル１３４の通路２０２およびスライド部材２２４のベース２２４ａは、非線形関係をもたらすように、湾曲される。そのような状況では、通路２０２の湾曲は、ＣＡＤ図面を使用して、伝達アーム１０６を最大ストロークおよび最小ストロークについて位置決めし、湾曲の端点を決定することによって決定される。次いで、伝達アーム１０６を所望のストロークと中間ポイントを決定するためのポイント間のクリアランスに基づいて位置決めし、湾曲をこれらのポイントに適合させる。
【００４２】
図２Ａの通路２０２は、凹状通路であり、ベース２２４ａは、通路２０２に合う凸状である。通路２０２が凹状なので、スライド部材１３４は、特定の値βを達成するために、凹状通路２０２に沿って直線路１５０よりも遠い距離をスライドしなければならない。それ故に、凹状通路２０２を使用してストロークの特定値を得るために、伝達アーム１０６は、直線路１５０を使用して同じストロークの値を得る場合よりも、より大きな距離、フライホイール１３０に向かっておよびフライホイールから離れて軸方向に移動される。その結果、ピストン組立体１０４が、凹状通路２０２では、直線路１５０よりも大きな距離、端壁１４４から離れておよび端壁１４４に向かって移動されるから、ストロークの特定値における圧縮比は、直線路１５０における場合よりも凹状通路２０２における場合の方が小さくなり、ストローク値におけるトップクリアランス距離ｄは、直線路１５０よりも凹状通路２０２の方が大きくなる。
【００４３】
図２Ｃに示すように、凸状通路２０４および凹状ベース（図示せず）を有するスライド部材２２４を使用することによってこの状況を逆にすることができる。この状況では、ストロークの特定値における圧縮比は、直線路１５０を使用したストロークの同じ値における場合よりも大きい。
【００４４】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ストロークが変わっても圧縮比が実質的に一定になるエンジンの例として、ジョイント１１０および伝達アーム１０６は、第一位置から第二位置まで１．４インチの距離だけ軸方向に移動するように構成される。通路１５０の角度αは約４４．７°である。これは、約１４．５°の最小スイング角度βと、約３０°の最大スイング角度をもたらす。組立体軸線Ａからピストン軸線Ｐまでの距離ｈは、約４．２８インチである。これは、約２．３インチの最小ストロークと、４．６インチの最大ストロークをもたらす。最小ストロークでは、トップクリアランス距離ｄは、約０．ｌ５６インチであり、最大ストロークでは、トップクリアランス距離は、約０．４１３インチである。これにより、シリンダ１１８の端壁１４４が平坦でなく、０．１インチのストロークがでこぼこによって引き起こされる（完璧なシリンダと比較して）容積の変化を償うと仮定して、ストローク範囲の間約１０：１の圧縮比になる。
【００４５】
もしシリンダ１１８の端壁１４４が平坦であれば、圧縮比を提供するトップクリアランス距離は、最大ストロークで０．５１３インチであり、最小ストロークで０．２５６インチである。しかしながら、シリンダの端壁は通常平坦ではなく、容積を変更する。この変更された容積は、平坦な端壁１４４に必要なトップクリアランス距離から０．１インチを差し引くことによって考慮に入れられる。
【００４６】
ストロークが増大するに従って圧縮比が線形的に減少する（またはその逆の）エンジンの例として、ジョイント１１０および伝達アーム１０６は、第一位置から第二位置まで約０．６５インチの距離軸方向に移動するように構成される。通路１５０の角度αは約４７．４°である。これにより、約１４．５°の最小スイング角度βおよび、約３２．１°の最大スイング角度になる。組立体軸線Ａからピストン軸線Ｐまでの距離ｈは、約４．３インチである。これにより、約２．３インチの最小ストロークおよび、４．６インチの最大ストロークになる。最小ストロークでは、トップクリアランス距離ｄは、約０．０６５インチであり、最大ストロークでは、トップクリアランス距離は、約０．４１３インチである。
【００４７】
図３を参照すると、そのような寸法は、端壁１４４が平坦でなく、且つ０．１インチが平坦でないことによる変化した容積に原因があると仮定して、グラフ３００に示すように、線形的に変化する圧縮比に備える。線３０２は、ストロークと圧縮比との線形関係を示す。示すように、圧縮比は、最小ストローク（約２．３インチ）における約１５：１から最大ストローク（約４．６インチ）における約１０：１まで線形的に変化する。
【００４８】
図１Ａ乃至図１Ｄに示す組立体１００は、また、例えば冷凍圧縮機、空気ポンプまたはモータ、油圧ポンプまたはモータ等としての用途に適応させることができる。一般的に、これらの装置のために、ピストン端面１３８がシリンダ１１８の端壁１４４と接触することなく、できるだけ０に近いトップクリアランス距離ｄを有することが望ましい。かくして、組立体１００が、これらの装置の一つとしての用途に適応されるとき、チャンネル１３４の通路は、所望のストロークの範囲の間、実質的に０のトップクリアランス距離ｄをもたらすように設計される。例えば、チャンネル１３４とジョイント１１０の位置決めとは、１０／１０００インチから２０／１０００インチの範囲のトップクリアランス距離ｄを提供する。
【００４９】
一般的に、ピストン組立体１０４の変位を変化させる製造公差および長期にわたるベアリングの摩耗を考慮に入れるある量のトップクリアランス距離ｄが存在する。したがって、与えられるトップクリアランス距離ｄの量は、製造公差と、ピストン組立体１０４の変位において期待される変化に依存する。加えて、製造公差によって、トップクリアランス距離のある変動が、最小ストローク位置と最大ストローク位置の間に存在し、変動の絶対量は、組立体寸法に依存する。しかしながら、トップ距離クリアランスｄにおける変動は、最小ストローク位置と最大ストローク位置の間のストロークの変化量のパーセンテージとしては、２％以下に維持される。
【００５０】
一定の圧縮比では、通路１５０は、実質的に０のトップクリアランス距離を提供するように、一般的に直線である。しかしながら、非直線通路を、例えば少なくとも一部がトップクリアランス距離ｄの変動を補償するために、またはストロークとトップクリアランス距離ｄの間に他の関係をもたらすために、使用してもよい。
【００５１】
図４を参照すると、組立体４００は、モータ駆動のスクリューアクチュエータ１４８の代わりに、油圧シリンダ４０２、レバー４０４、およびスプリングリターン４０６が、ジョイント１１０および伝達アーム１０６を軸方向に移動させるのに使用されることをのぞいて、組立体１００と同様である。
【００５２】
この実施では、ジョイント１１０は、サポート４１０の一端４１０ａに取り付けられる。サポート４１０は、サポート４１０が組立体軸線Ａに沿って直線的に移動することができるが、組立体軸線Ａを中心に回転することができないように、キー止めされ、或いはスプラインである。サポート４１０の他端４１０ｂは、支点４０８に取り付けられたレバー４０４の端部４０４ａに取り付けられている。レバー４０４の第二端部４０４ｂは、油圧シリンダ４０２のアーム４０２ａに取り付けられている。オイルがシリンダ４０２に内に圧入されると、アーム４０２ａはレバー４０４に向かって移動する。アーム４０２ａがレバー４０４に向かって移動すると、アーム４０２ａはレバー４０４の端部４０４ｂに力を及ぼし、レバー４０４を支点４０８を中心に回転させる。これにより、レバー４０４の端部４０４ａを、伝達アーム１０６に向かって移動させ、それによってサポート４１０に力を及ぼし、それにより、サポート４１０および伝達アーム１０６をフライホイール１３０に向かって軸方向に移動させる。
【００５３】
伝達アーム１０６がフライホイール１３０に向かって移動すると、ストロークおよびクリアランスは、上述のように、スライド部材１２４がチャンネル１３４内でスライドし（それによりスイング角度βを変化させ）、ピストン組立体１０４が軸方向に移動する結果、同時に変えられる。
【００５４】
オイルがシリンダ４０２から排出されると、アーム４０２ａによってレバー４０４に及ぼされる力は、減少され、伝達アーム１０６がフライホイール１３０から遠ざかる方向に、それ故により短いストローク位置（つまりより小さいスイング角度β）に軸方向に移動する。一般的に、ピストンの力は、伝達アーム１０６に、伝達アーム１０６およびスライド部材１２４をチャンネル１３４内でより短いストローク位置に進める圧力を提供し、アーム４０２ａによってレバー４０４に及ぼされる力は、スライド部材１２４がチャンネル１３４内でより長いストローク位置（より大きいスイング角度β）に移動するように、伝達アーム１０６を移動させるのに必要とされる。かくして、単純にアーム４０２ａによって生じた力を減ずることにより、ピストンの力は、伝達アーム１０６およびスライド部材１２４をより短いストローク位置に移動させるように作用する。しかしながら、スプリングリターン４０６は、アーム４０２ａによって及ぼされた力が減少するとき、スライド部材１２４がより短いストローク位置に確実に戻るようにするのに使用される。
【００５５】
多数の実施が記載された。それにもかかわらず、様々な変更がなされてもよいことは理解されよう。例えば、五つのピストン組立体が記載されたが、より少ない、またより多いピストン組立体が使用されてもよい（例えば１，２，３，４，７，８等）。加えて、ピストン組立体１０４は、片端ピストン組立体として図示された。しかしながら、両端ピストン組立体もまた使用されてもよい。したがって、他の実施形態は、続く請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】可変ストロークおよびクリアランス機構を含む組立体の側面図である。
【図１Ｂ】可変ストロークおよびクリアランス機構を含む組立体の側面図である。
【図１Ｃ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の側面図である。
【図１Ｄ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の斜視図である。
【図１Ｅ】スライド部材の斜視図である。
【図２Ａ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の変形例を示す側面図である。
【図２Ｂ】スライド部材の変形例の斜視図である。
【図２Ｃ】チャンネルを有する回転部材およびスライド部材の変形例の側面図である。
【図３】圧縮比とストロークの比例関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す組立体の変形例の側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結される伝達アームと、
チャンネルを画成する回転部材と、
伝達アームに連結され、回転部材によって画成されるチャンネル内に配置された部材と、を含み、部材は、回転部材を伝達アームに対して回転させるように構成され、
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、
伝達アームの移動により、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項２】
部材は、ベアリングを含む、
請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
ベアリングを収容するスライド部材を更に含む、
請求項５に記載の組立体。
【請求項４】
伝達アームの移動は、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変えることによって、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する、
請求項１に記載の組立体。
【請求項５】
伝達アームは、伝達アームと組立体の中心軸線の間に角度があるように、部材に連結され、チャンネル内での部材のスライドは、伝達アームと中心軸線との間の角度の変化を引き起こし、ピストンのストロークの変化をもたらす、
請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を同時に調整し、且つピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
チャンネルは、真っ直ぐな通路をたどる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
チャンネルは、湾曲した通路をたどる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
部材を、チャンネル内でより短いストローク位置に向かって付勢するスプリングリターンを更に含む、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１０】
組立体は、冷凍圧縮機である、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１１】
伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１４に記載の組立体。
【請求項１２】
組立体が、燃焼機関である、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１３】
伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１６に記載の組立体。
【請求項１４】
スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランス関係を定める、
請求項１６に記載の組立体。
【請求項１５】
伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１６】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結される伝達アームと、
チャンネルを画成する回転部材と、
伝達アームに連結され、回転部材によって画成されるチャンネル内に配置される部材と、を含み、部材は、回転部材に関して伝達アームの向きを変えることができるように構成され、
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、
伝達アームの移動により、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項１７】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結され、且つノーズピンを含む伝達アームと、
ノーズピンに連結された回転部材と、を含み、伝達アームの移動が、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変え、且つノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動させる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項１８】
伝達アームの軸方向移動は、ピストンの軸方向位置を変化させ、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１７に記載の組立体。
【請求項１９】
回転部材は、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動すると、ピストンのストロークを変化させるように、ノーズピンに連結される、
請求項１７に記載の組立体。
【請求項２０】
伝達アームを軸方向に移動させて、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、同時に、伝達アームのノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結される伝達アームと、
チャンネルを画成する回転部材と、
伝達アームに連結され、回転部材によって画成されるチャンネル内に配置された部材と、を含み、部材は、回転部材を伝達アームに対して回転させるように構成され、
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、
伝達アームの移動により、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項２】
部材は、ベアリングを含む、
請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
ベアリングを収容するスライド部材を更に含む、
請求項５に記載の組立体。
【請求項４】
伝達アームの移動は、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変えることによって、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整する、
請求項１に記載の組立体。
【請求項５】
伝達アームは、伝達アームと組立体の中心軸線の間に角度があるように、部材に連結され、チャンネル内での部材のスライドは、伝達アームと中心軸線との間の角度の変化を引き起こし、ピストンのストロークの変化をもたらす、
請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を同時に調整し、且つピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
チャンネルは、真っ直ぐな通路をたどる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
チャンネルは、湾曲した通路をたどる、
請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
部材を、チャンネル内でより短いストローク位置に向かって付勢するスプリングリターンを更に含む、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１０】
組立体は、冷凍圧縮機である、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１１】
伝達アームの移動は、実質的に０のトップクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１４に記載の組立体。
【請求項１２】
組立体が、燃焼機関である、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１３】
伝達アームの移動は、実質的に一定の圧縮比が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１６に記載の組立体。
【請求項１４】
スライド部材およびチャンネルは、対応するストローク値に関して定められた圧縮比を提供するストローク−クリアランス関係を定める、
請求項１６に記載の組立体。
【請求項１５】
伝達アームの移動は、一定のクリアランス距離が、異なるストロークに関して維持されるように、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１に記載の組立体。
【請求項１６】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結される伝達アームと、
チャンネルを画成する回転部材と、
伝達アームに連結され、回転部材によって画成されるチャンネル内に配置される部材と、を含み、部材は、回転部材に関して伝達アームの向きを変えることができるように構成され、
伝達アームの移動は、ピストンの端面とシリンダの端壁との間のクリアランス距離を調整し、
伝達アームの移動により、ピストンのストロークが変えられるように、部材をチャンネル内でスライドさせる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項１７】
シリンダと、
シリンダに収容される少なくとも一つのピストンと、
ピストンに連結され、且つノーズピンを含む伝達アームと、
ノーズピンに連結された回転部材と、を含み、伝達アームの移動が、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変え、且つノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動させる、
ことを特徴とする組立体。
【請求項１８】
伝達アームの軸方向移動は、ピストンの軸方向位置を変化させ、ピストンの端面とシリンダの端壁の間のクリアランス距離を調整する、
請求項１７に記載の組立体。
【請求項１９】
回転部材は、ノーズピンが、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って回転部材に対して移動すると、ピストンのストロークを変化させるように、ノーズピンに連結される、
請求項１７に記載の組立体。
【請求項２０】
伝達アームを軸方向に移動させて、シリンダ内のピストンの軸方向位置を変化させ、同時に、伝達アームのノーズピンを、ノーズピンの中心軸線以外の軸線に沿って、回転部材に対して移動させる、
ことを特徴とする方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５００４９３（Ｐ２００８−５００４９３Ａ）
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５３１３（Ｐ２００７−５１５３１３）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１８４２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９０１０
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５００１１８８５０）アール サンダーソン マネージメント インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１８４２５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９０１０
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５００１１８８５０）アール サンダーソン マネージメント インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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