(57)【要約】【課題】  簡単な構造で内燃機関の圧縮比の切換完了を判定できるようにする。【解決手段】  圧縮比を離散的に切換可能な圧縮比可変装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、振動／音検出手段７１ａ，７１ｃで圧縮比の切換に伴う振動あるいは音を検出し、圧縮比切換完了判定回路７３で前記振動あるいは前記音に基づいて圧縮比の切換完了を判定するので、従来必要だったピストン位置検出手段や筒内圧力検出手段が不要になり、内燃機関への取付位置や取付方法の自由度が高い振動／音検出手段７１ａ，７１ｃを用いて圧縮比の切換完了を判定することができる。また振動／音検出手段として既存のノックセンサを利用すれば、特別の振動／音検出手段７１ａ，７１ｃを設ける必要がなくなってコストダウンが可能になる。【選択図】      図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を離散的に切換可能な圧縮比可変装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、
圧縮比の切換に伴う振動あるいは音を検出する振動／音検出手段（７１ａ，７１ｃ）と、前記振動／音検出手段（７１ａ，７１ｃ）の出力に基づいて圧縮比の切換完了を判定する判定手段（７３）とを備えることを特徴とする、可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置。
【請求項２】
前記判定手段（７３）は、前記振動あるいは前記音の周波数が特定周波数帯域にあるときに圧縮比の切換完了を判定することを特徴とする、請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置。
【請求項３】
内燃機関のクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段（７１ｂ）を備え、前記判定手段（７３）は、前記振動あるいは前記音が検出されたときの前記クランクアングルに基づいて圧縮比の切換完了を判定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置。
【請求項４】
前記判定手段（７３）に隠れマルコフモデルを適用したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮比を離散的に切換可能な圧縮比可変装置を備えた可変圧縮比内燃機関に関し、特にその圧縮比の切換完了を判定する圧縮比切換判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンロッドの上端に結合されたインナピストンに対してアウタピストンを上下動自在に設けた２重ピストンタイプの可変圧縮比内燃機関において、距離センサでインナピストンに対するアウタピストンの相対位置を検出することで圧縮比の切換完了を判定するものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
またクランクシャフトを支持するメインベアリングの位置を上下動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、燃焼室圧力センサで検出した圧力に基づいて圧縮比の切換完了を判定するものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１６４５３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１、２に記載されたものは、距離センサや燃焼室圧力センサを内燃機関に取り付ける際の取付位置や取付方法の自由度が低いだけでなく、そのセンサを取り付けるために内燃機関に大きな追加工を行う必要があり、コストアップの要因となる問題がある。
【０００６】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で内燃機関の圧縮比の切換完了を判定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、圧縮比を離散的に切換可能な圧縮比可変装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、圧縮比の切換に伴う振動あるいは音を検出する振動／音検出手段と、前記振動／音検出手段の出力に基づいて圧縮比の切換完了を判定する判定手段とを備えることを特徴とする、可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記判定手段は、前記振動あるいは前記音の周波数が特定周波数帯域にあるときに圧縮比の切換完了を判定することを特徴とする、可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置が提案される。      
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、内燃機関のクランクアングルを検出するクランクアングル検出手段を備え、前記判定手段は、前記振動あるいは前記音が検出されたときの前記クランクアングルに基づいて圧縮比の切換完了を判定することを特徴とする、可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置が提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記判定手段に隠れマルコフモデルを適用したことを特徴とする、可変圧縮比内燃機関における圧縮比切換判定装置。
【００１１】
尚、実施の形態の圧縮比切換完了判定回路７３は本発明の判定手段に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、圧縮比を離散的に切換可能な圧縮比可変装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、振動／音検出手段で圧縮比の切換に伴う振動あるいは音を検出し、判定手段で前記振動あるいは前記音に基づいて圧縮比の切換完了を判定するので、従来必要だったピストン位置検出手段や筒内圧力検出手段が不要になり、内燃機関への取付位置や取付方法の自由度が高い振動／音検出手段を用いて圧縮比の切換完了を判定することができる。また振動／音検出手段として既存のノックセンサを利用すれば、特別の振動／音検出手段を設ける必要がなくなってコストダウンが可能になる。
【００１３】
また請求項２の構成によれば、振動あるいは音の周波数が特定周波数帯域にあるときに圧縮比の切換完了を判定するので、圧縮比の切換振動あるいは切換音をノッキングの振動あるいは音と識別し、圧縮比の切換完了を精度良く判定することができる。
【００１４】
また請求項３の構成によれば、クランクアングル検出手段で内燃機関のクランクアングルを検出し、振動あるいは音が検出されたときのクランクアングルに基づいて圧縮比の切換を判定するので、圧縮比の切換振動あるいは切換音をノッキングの振動あるいは音と識別し、圧縮比の切換完了を精度良く判定することができる。
【００１５】
また請求項４の構成によれば、判定手段に隠れマルコフモデルを適用したので、切換振動とバックグラウンド振動とを識別することが可能となり、またクランクアングル別に解析を行うことで気筒別に圧縮比の切換完了を判定することができる。また切換タイミングが限定されていることを利用し、Ｓ／Ｎ比によらずに高い判定精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図（第１の実施の形態）。
【図２】上記圧縮比可変装置の上方からの分解斜視図（第１の実施の形態）。
【図３】同圧縮比可変装置の下方からの分解斜視図（第１の実施の形態）。
【図４】図１の要部拡大図（低圧縮比状態）（第１の実施の形態）。
【図５】図４の５−５線断面図（第１の実施の形態）。
【図６】図５の６−６線断面図（第１の実施の形態）。
【図７】図５の７−７線断面図（第１の実施の形態）。
【図８】図５の８−８線断面図（第１の実施の形態）。
【図９】高圧縮比状態を示す、図４との対応図（第１の実施の形態）。
【図１０】図９の１０−１０線断面図（第１の実施の形態）。
【図１１】図１０の１１−１１線断面図（第１の実施の形態）。
【図１２】図１０の１２−１２線断面図（第１の実施の形態）。
【図１３】図５の１３−１３線断面図（低圧縮比状態）（第１の実施の形態）。
【図１４】高圧縮比状態を示す、図１３との対応図（第１の実施の形態）。
【図１５】圧縮比切完了換判定装置のブロック図（第１の実施の形態）。
【図１６】ピストンに作用する荷重の変化を示す図（第１の実施の形態）。
【図１７】燃料噴射量制御および点火時期制御のフローチャート。
【図１８】目標圧縮比を検索するマップ（第１の実施の形態）。
【図１９】低圧縮比→高圧縮比の切換振動の発生時期の説明図（第１の実施の形態）。
【図２０】高圧縮比→低圧縮比の切換振動の発生時期の説明図（第１の実施の形態）。
【図２１】圧縮比切換完了判定のフローチャート（第１の実施の形態）。
【図２２】圧縮比切換振動が発生するクランクアングルの説明図（第１の実施の形態）。
【図２３】圧縮比切換振動の固有振動数の周波数帯域の説明図（第１の実施の形態）。
【図２４】圧縮比切換完了判定のための振動振幅の閾値を検索するマップ（第１の実施の形態）。
【図２５】隠れマルコフモデルの説明図（第２の実施の形態）。
【図２６】圧縮比切換判定の手法の説明図（第２の実施の形態）。
【図２７】圧縮比切換完了判定のフローチャート（第２の実施の形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜図２７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
先ず、図１および図５において、内燃機関Ｅの機関本体１は、シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２と、このシリンダブロック２の下端に結合されるクランクケース３と、シリンダボア２ａの上端に連なるペントルーフ型燃焼室４ａを有してシリンダブロック２の上端に結合されるシリンダヘッド４とからなっており、そのシリンダヘッド４には、燃焼室４ａの天井面に開口する吸気ポート３０ｉおよび排気ポート３０ｅをそれぞれ開閉する吸気弁３１ｉおよび排気弁３１ｅと、燃焼室４ａの中心部に電極を臨ませる点火プラグ３２とが設けられる。
【００１９】
シリンダボア２ａに摺動可能に嵌装されるピストン５にはコンロッド７の小端部７ａがピストンピン６を介して連結され、コンロッド７の大端部７ｂは、左右一対のベアリング８，８を介してクランクケース３に回転自在に支承されるクランク軸９のクランクピン９ａに連結される。
【００２０】
図２〜図５に示すように、前記ピストン５は、ピストンピン６を介してコンロッド７の小端部７ａに連結されるピストンインナ５ａと、このピストンインナ５ａの外周面に摺動自在に嵌合し、頂面を燃焼室４ａに臨ませるピストンアウタ５ｂとからなっており、ピストンアウタ５ｂの外周に、シリンダボア２ａの内周面に摺動自在に密接する複数のピストンリング１０ａ〜１０ｃが装着される。
【００２１】
ピストンインナ５ａには、前記ピストンピン６の両端部を支持する一対のピンボス部１１，１１と、これらピンボス部１１，１１の外端に対応する部分を除いてシリンダボア２ａの内周面に摺動自在に嵌合する円弧状の一対のスカート部１２，１２とが一体に形成される。前記ピストンピン６は中空に形成されている。
【００２２】
一方、ピストンアウタ５ｂは、ピストンリング１０ａ〜１０ｃが装着される周壁を上記スカート部１２，１２の上端面１２ａとの対向位置で終わらせている。このピストンアウタ５ｂには、両ピンボス部１１，１１の外端に対向する一対の耳部１３，１３が一体に形成される。これらには、ピストン５の軸方向を長径とする長孔１４，１４が設けられており、これら長孔１４，１４には、前記ピストンピン６の中空部を貫通する延長軸１５の両端部がピストン５の軸方向に沿って摺動可能に嵌合され、この延長軸１５は、ピストンピン６に圧入等により固着される。しかして、上記長孔１４，１４および延長軸１５の嵌合により、ピストンインナ５ａおよびピストンアウタ５ｂは、相対回転を阻止されながら軸方向の相対摺動が許容され、延長軸１５が長孔１４，１４の下側面に当接することにより、ピストンアウタ５ｂに対するピストンインナ５ａの下方摺動限界が規制される。
【００２３】
またピストンインナ５ａの外周面の、ピストンピン６の両端面が臨む両側部に、ピストンピン５の軸方向に延びる一対の内側摺動平坦面２３，２３が形成され、これら内側摺動平坦面２３，２３が摺動自在に当接する外側摺動平坦面２４，２４がピストンアウタ５ｂの耳部１３，１３内側面に形成され、これら摺動平坦面２３，２４も、ピストンインナ５ａおよびピストンアウタ５ｂの相対回転を阻止しながら軸方向の相対摺動を許容する。したがって、ピストンインナ５ａおよびピストンアウタ５ｂの相対回転は、長孔１４，１４および延長軸１５相互の嵌合と、内側および外側摺動平坦面２３，２４相互の当接とにより、これを強力に阻止することができる。
【００２４】
また図２、図３および図５において、ピストンインナ５ａおよびピストンアウタ５ｂは、前記延長軸１５および長孔１４，１４の摺動自在の嵌合と、ピストンインナ５ａ外周の一対の円弧面３３，３３およびピストンアウタ５ｂの雌スプライン４２の内周面４２ａの摺動自在の嵌合とにより充分な軸方向相対摺動支持長さを得て、安定した軸方向相対摺動を確保することができる。上記円弧面３３，３３は、一対のスカート部１２，１２の上端面１２ａと第１支持面１７との間を結ぶように垂直に形成されるものである。
【００２５】
図３〜図５に明示するように、ピストンインナ５ａの上部には、その外周側から順に、上向きの環状の第１支持面１７、この第１支持面１７の内周縁から起立する第１枢軸１８、この第１枢軸１８の上端に形成される環状の第２支持面１９、この第２支持面１９の内周縁から起立する第２枢軸２０、並びにこの第２枢軸２０の上端面に形成される環状の第３支持面２１がピストンインナ５ａと同軸状に形成される。上記第２枢軸２０は、その軽量化のために、周方向に沿って複数のブロックに分割されると共に、その中心部には、前記コンロッド７の小端部７ａが臨む開口部２２が設けられ、クランクケース３内、即ちクランク室３ａで発生する飛散潤滑油がこの開口部２２を通過するようになっている。
【００２６】
そして、第１枢軸１８には、第１支持面１７に載置される環状のロック板２５が回転可能に嵌合され、このロック板２５の上面に対向するようにして第２枢軸２０に嵌合する環状の第１押さえ板２６が第２支持面１９に複数のビス２７，２７…により固着される。さらに第２枢軸２０には、第１押さえ板２６上に載置される環状のリフト部材２８が回転可能に嵌合され、このリフト部材２８の内周縁部の上面に対向する第２押さえ板２９が複数のビス３４，３４…により第３支持面２１に固着される。
【００２７】
リフト部材２８は、第２枢軸２０周りに設定されるリフト位置Ｂおよびリフト解除位置Ａ間を往復回動し得るもので、その往復回動に伴いピストンアウタ５ｂをピストンインナ５ａ寄りの低圧縮比位置Ｌ（図４、５参照）と、燃焼室４ａ寄りの高圧縮比位置Ｈ（図９、１０参照）とに交互に保持するカム機構３７の要部をなしている。
【００２８】
即ち、カム機構３７は、図４、図５および図８に示すように、上記リフト部材２８と、このリフト部材２８の上面に一体に突設される環状配列の複数の第１カム山３８，３８…と、ピストンアウタ５ｂのヘッド部下面に突設される環状配列の第２カム山３９，３９…とよりなっており、各カム山３８，３９は、その頂面が平坦面とされると共に、各カム山３８，３９の配列方向に並ぶ両側面が、その頂面に対する垂直面とされる矩形断面形状に形成される。
【００２９】
しかして、リフト部材２８がリフト解除位置Ａにあるときは、該リフト部材２８の第１カム山３８，３８…間の谷に上部の第２カム山３９，３９…が出入り可能であり（図１３参照）、ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌまたは高圧縮比位置Ｈへの移行が許容される。そして第１および第２カム山３８，３９が噛み合って、少なくとも一方のカム山の頂面が他方のカム山間の谷底に当接すれば、カム機構３７は軸方向収縮状態となり、ピストンアウタ５ｂに低圧縮比位置Ｌを与える。
【００３０】
またリフト部材２８がリフト位置Ｂにあるときは、第１および第２カム山３８，３９同士が平坦な頂面を衝合させる（図１４参照）ことで、カム機構３７は軸方向拡張状態となって、ピストンアウタ５ｂに高圧縮比位置Ｈを与える。このとき、前述のようにピストンピン６に固着した延長軸１５が、ピストンアウタ５ｂにおける耳部１３，１３の長孔１４，１４の下側面に当接することで、ピストンアウタ５ｂが所定の高圧縮比位置Ｈを超えて燃焼室４ａ側に移動することが阻止される。
【００３１】
図４、図５および図７に示すように、前記ロック板２５は、第１枢軸１８周りに設定されるロック解除位置Ｃ（図１２参照）およびロック位置Ｄ（図７参照）間を往復回動し得るもので、そのロック位置Ｄでカム機構３７の軸方向収縮状態を保持するロック機構４０の要部をなしている。
【００３２】
即ち、ロック機構４０は、ロック板２５と、このロック板２５の外周に形成される雄スプライン４１と、この雄スプライン４１が摺動可能に嵌合するようにピストンアウタ５ｂの内周に形成される雌スプライン４２と、この雌スプライン４２の溝部の上端部を相互に連通させて、雄スプライン４１の歯部の回転、進入を許す環状のロック溝４３とで構成され、ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌおよび高圧縮比位置Ｈ間での位置切換の際には、ロック板２５をロック解除位置Ｃに設定して、雄スプライン４１を雌スプライン４２との摺動関係に置き、またピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌに来たときは、ロック板２５をロック位置Ｄに回動して雄スプライン４１の歯部をロック溝４３に進入させ、その雄スプライン４１の歯部と雌スプライン４２の歯部との端面同士を突き当てることにより、ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌがロックされる。
【００３３】
図２および図１０に示すように、前記第１押さえ板２６によるロック板２５の押さえを強化するために、雄スプライン４１の複数の溝部に配置されて第１押さえ板２６の外周部下面を支持する複数のボス３５，３５…がピストンインナ５ａに一体に形成され、これらボス３５，３５…に第１押さえ板２６の外周部が複数のビス２７′，２７′…により固着される。勿論、上記ボス３５，３５…は、雄スプライン４１のロック解除位置Ｃおよびロック位置Ｄへの回動を妨げないように形成される。
【００３４】
ピストンインナ５ａには、上記リフト部材２８およびロック板２５をそれぞれ駆動する第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 が設けられ、これらについて図５、図６、図１３および図１４を参照しながら説明する。
【００３５】
先ず、第１アクチュエータ４５1 より説明する。ピストンインナ５ａには、ピストンピン６の一側方にそれと平行に延びる有底のシリンダ孔４６1 と、このシリンダ孔４６1 の中間部の上壁および第１押さえ板２６を貫通する一連の長孔４７1 とが設けられ、リフト部材２８の下面に突設された受圧ピン４８1 が長孔４７1 を通してシリンダ孔４６1 に臨ませてある。
【００３６】
受圧ピン４８1 には、シリンダ孔４６1 に緩く嵌合してシリンダ孔４６1 内でその半径方向に遊び得る円板状の摺動子４９1 が相対的に首振り自在に取り付けられる。シリンダ孔４６1 には、この摺動子４９1 を挟んで作動プランジャ５０1 および有底円筒状の戻しプランジャ５１1 が摺動可能に嵌装される。したがって、摺動子４９1 は受圧ピン４８1 と作動プランジャ５０1 および戻しプランジャ５１1 との間に介装されることになるが、受圧ピン４８1 の、リフト部材２８の回動中心周りの円弧運動は、摺動子４９1 が作動プランジャ５０1 および戻しプランジャ５１1 間で摺動しながらシリンダ孔４６1 内を移動することで許容される。しかも受圧ピン４８1 から作動プランジャ５０1 および戻しプランジャ５１1 に至る各部の接触は、常に面接触となるので、その接触部の耐摩耗性が確保される。
【００３７】
シリンダ孔４６1 内には、作動プランジャ５０1 の内端が臨む油圧室５２1 が画成され、この油圧室５２1 に油圧を供給すると、その油圧を受けて作動プランジャ５０1 が摺動子４９1 および受圧ピン４８1 を介してリフト部材２８をリフト位置Ｂへ回動するようになっており、前記長孔４７1 は、そのときの受圧ピン４８1 の動きを妨げない大きさになっている。
【００３８】
またシリンダ孔４６1 の開放側端部には、円筒状のばね保持筒５３1 が止環５４1 を介して係止され、このばね保持筒５３1 と前記戻しプランジャ５１1 との間に、その戻しプランジャ５１1 を受圧ピン４８1 側に付勢する戻しばね５５1 が縮設される。
【００３９】
しかして、リフト部材２８のリフト解除位置Ａは、受圧ピン４８1 が長孔４７1 の、作動プランジャ５１1 側内端壁に当接することにより規定され（図１３参照）、リフト部材２８のリフト位置Ｂは、受圧ピン４８1 が摺動子４９1 および戻しプランジャ５１1 を介してばね保持筒５３1 に当接することにより規定される（図１４参照）。
【００４０】
第２アクチュエータ４５2 は、ピストンピン６を挟んで第１アクチュエータ４５1 と軸対称的もしくは点対称的に配置され、受圧ピン４８2 はロック板２５の下面に突設される。その他の構成は、第１アクチュエータ４５1 と同様であるので、図中、第１アクチュエータ４５1 と対応する部分には、添え字のみを「2 」とした対応符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
しかして、ロック板２５のロック解除位置Ｃは、受圧ピン４８2 が長孔４７2 の、作動プランジャ５０2 側内端壁に当接することにより規定され、ロック板２５のロック位置Ｄは、受圧ピン４８2 が摺動子４９2 および戻しプランジャ５１2 を介してばね保持筒５３2 に当接することにより規定される。
【００４２】
ところで、受圧ピン４８1 ，４８2 の作動ストロークを、長孔４７1 ，４７2 の内端壁で規定するすれば、受圧ピン４８1 ，４８2 の作動ストロークを高精度に規定することができ、また作動プランジャ５０1 ，５０2 および戻しプランジャ５１1 ，５１2 を、シリンダ孔４６1 ，４６2 の内端壁に当接させることで受圧ピン４８1 ，４８2 の作動ストロークを規制すれば、受圧ピン４８1 ，４８2 の作動限界において受圧ピン４８1 ，４８2 から負荷を取り除くことができる。
【００４３】
こうして第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 は、実質的に同一構造に構成されると共に、第１押さえ板２６を挟んで上下に重ね配置されるリフト部材２８およびロック板２５の下方で、ピストンインナ５ａの軸線を挟むようにして配置される。また第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の互いに対応する部品には互換性が付与される。これにより、第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の構成部品の共通化を図り、コストの低減を大いに図ることができる。
【００４４】
図１および図６に示すように、前記ピストンピン６と、その中空部に嵌合された延長軸１５との間に筒状の油室５７が画成され、この油室５７を第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の油圧室５２1 ，５２2 に接続する第１および第２分配油路５８1 ，５８2 がピストンピン６およびピストンインナ５ａに渡り設けられる。また油室５７は、ピストンピン６、コンロッド７およびクランク軸９に渡り設けられる油路５９に接続され、この油路５９は、電磁式の切換弁６０を介して油圧源たるオイルポンプ６１と、油溜め６２とに切換可能に接続される。油溜め６２は、クランクケース３底部に取り付けられるオイルパンであり、したがって第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の作動油として、内燃機関Ｅの潤滑油が使用される。
【００４５】
図４において、前記延長軸１５は、両端の開放面を端板１５ａ，１５ａで閉塞される中空部１５ｂを有しており、その中空部１５ｂは、延長軸１５中央部の通孔１６ａを通してピストンピン６内の筒状の油室５７に連通され、またその中空部１５ｂは、延長軸１５の両端部の噴孔１６ｂ，１６ｂを介して前記耳部１３，１３の長孔１４，１４内に連通される。その際、延長軸１５の各端部の噴孔１６ｂは、対応する長孔１４の下端面に向かって開口するように配置することが望ましく、図示例では、噴孔１６ｂを延長軸１５の端部に周方向に複数配列して、ピストンピン６が回転しても、少なくとも一つの噴孔１６ｂが長孔１４の下端面を指向するようにしてある。
【００４６】
図１５に示すように、内燃機関Ｅには、その振動を検出する振動検出手段７１ａと、クランクアングルを検出するクランクアングル検出手段７１ｂとが設けられる。振動検出手段７１ａには振動検出回路７２が接続されており、振動検出回路７２にはフィルタ回路７２ａ、整流検波回路７２ｂおよびゲイン切換回路７２ｃが含まれる。尚、内燃機関Ｅに既に設けられているノックセンサを振動検出手段７１ａに兼用することも可能であり、そのようにすれば部品点数およびコストを更に削減することができる。
【００４７】
振動検出手段７１ａが検出した内燃機関Ｅの振動は、フィルタ回路７２ａでフィルタリングされ、整流検波回路７２ｂで波形整形され、ゲイン切換回路７２ｃでゲイン調整された後に、クランクアングル検出手段７１ｂが接続された圧縮比切換判定完了回路７３に出力され、そこで内燃機関Ｅの圧縮比の切換が完了したか否かが判定される。      
【００４８】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００４９】
先ず、図１６に基づいてピストンアウタ５ｂに作用する荷重の変化を説明する。ピストンアウタ５ｂに作用する荷重には、燃焼室４ａの圧力に基づく筒内圧力荷重と、ピストン５の昇降に基づく慣性力荷重とがあり、その二つの合力がピストンアウタ５ｂに作用する荷重（以下、ピストン荷重という）となる。
【００５０】
筒内圧力は圧縮行程で急激に増加して圧縮上死点でピーク値になった後、膨張行程で急激に減少して膨張下死点で略大気圧のボトム値になり、続く排気行程および吸入行程で概ね前記ボトム値付近の値に維持される。よって、上向きのピストン荷重を正とし、下向きのピストン荷重を負としたとき、筒内圧力荷重は圧縮行程で略ゼロの値から急激に減少して圧縮上死点でボトム値になった後、膨張行程で急激に増加して膨張下死点で略ゼロの値に復帰し、続く排気行程および吸入行程で略ゼロの値に維持される。一方、慣性力荷重はサインカーブ状に変化し、圧縮行程で負値から正値に増加し、膨張行程で正値から負値に減少し、排気行程で負値から正値に増加し、吸入行程で正値から負値に減少する。
【００５１】
その結果、ピストンアウタ５ｂに作用するピストン荷重は、排気行程の後半から排気上死点を経て吸入行程の前半までの期間で正値（上向き）となり、その前後の期間で負値（下向き）となる。
【００５２】
図３〜図８および図１３に示すように、カム機構３７のリフト部材２８がリフト解除位置Ａにあり、またロック板２５がロック溝４３に係合していることで、いま、ピストンアウタ５ｂは、ピストンインナ５ａ側に寄った低圧縮比位置Ｌに保持されているとする。したがって、この状態で運転される内燃機関Ｅの圧縮比は比較的低く制御される。
【００５３】
このような状態から、例えば内燃機関Ｅの高速運転時、出力向上を図るべく高圧縮比状態を得るには、切換弁６０を通電状態、即ちオン状態にして、油路５９をオイルポンプ６１に接続する。こうすると、オイルポンプ６１が吐出する作動油は、クランクシャフト９の上流側油路５９ａ、コンロッド７の下流側油路５９ｂ、第１および第２分配油路５８1 ，５８2 を経て第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の油圧室５２1 ，５２2 に供給される。
【００５４】
すると、先ず第２アクチュエータ４５2 の作動プランジャ５０2 が油圧室５２2 の油圧を受けて摺動子４９2 と共に受圧ピン４８2 を、戻しばね５５2 の付勢力に抗して押圧するので、受圧ピン４８2 がロック板２５をロック位置Ｄ（図７参照）からロック解除位置Ｃ（図９参照）へと回動し、ロック板２５の雄スプライン４１とピストンアウタ５ｂの雌スプライン４２との摺動嵌合が可能な状態となる。
【００５５】
そこで、ピストンアウタ５ｂは、次のようなピストン荷重の作用で高圧縮比位置Ｈへ移動する。即ち、図１６で説明したように、排気上死点の付近で、それまで下向きに作用していたピストン荷重が上向きに変化すると、ピストンアウタ５ｂはピストンインナ５ａから燃焼室４ａ側へ離れる方向に変位し、これに伴ないピストンインナ５ａに支持される延長軸１５がピストンアウタ５ｂの耳部１３，１３の長孔１４，１４を相対的に下降して、それら長孔１４，１４の下端壁に当接することにより、ピストンアウタ５ｂは所定の高圧縮比位置Ｈでその変位は阻止される。
【００５６】
したがって、特別なストッパ部材を用いることなく、ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置側への移動限界を規制することができ、装置の構造の簡素化に寄与し得る。しかもピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置側への移動限界規制時の衝撃は、ピストンアウタ５ｂから、互いに当接する長孔１４，１４下端壁および延長軸１５を介してピストンピン６に直接的に伝達させ、ピストンインナ５ａには伝達させないので、ピストンインナ５ａに設けられるカム機構３７、ロック機構４０、第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 等への衝撃の影響を防ぐことができ、それらの耐久性および作動安定性を確保することができる。
【００５７】
ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに来ると、リフト部材２８の第１カム山３８，３８…がピストンアウタ５ｂの第２カム山３９，３９…間の谷部から離脱するので、第１アクチュエータ４５1 において、既に油圧室５２1 の油圧を受けていた作動プランジャ５０1 が摺動子４９1 と共に受圧ピン４８1 を戻しばね５５1 の付勢力に抗して押動し、リフト部材２８をリフト解除位置Ａからリフト位置Ｂへと回動する。したがって、図１４に示すように、第１カム山３８，３８…と第２カム山３９，３９…とは互いに平坦の頂面を当接させることになる。即ち、カム機構３７は軸方向拡張状態となる。
【００５８】
こうして、ピストンアウタ５ｂは、カム機構３７の軸方向拡張状態と、延長軸１５および長孔１４，１４下端壁の当接とにより高圧縮比位置Ｈに保持される。したがって、ピストンインナおよびアウタ５ａ，５ｂは、圧縮比を高めながら一体となってシリンダボア２ａ内を昇降し、内燃機関Ｅの出力性能の向上に寄与することができる。しかも、カム機構３７において、互いに当接する環状配列の第１および第２カム山３８，３９の頂面の当接面は、ピストン５の全周に均等に分布する上、その総合面積が広いので、カム機構３７は、内燃機関Ｅの膨張行程や圧縮行程での大なる筒内圧力に充分に耐えることができる。
【００５９】
次に、内燃機関Ｅを、上記高圧縮比状態から、再び低圧縮比状態に切換えるには、切換弁６０をオフ状態、即ち非通電状態にして、油路５９を油溜め６２に開放する。すると、下流側油路５９ｂに連なる第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の油圧室５２1 ，５２2 は減圧し、第１および第２アクチュエータ４５1 ，４５2 の受圧ピン４８1 ，４８2 は、それぞれ戻しばね５５1 ，５５2 の付勢力を受ける戻しプランジャ５１1 ，５１2 の制御下に置かれる。
【００６０】
こうして、油圧室５２1 ，５２2 が減圧すると、先ず、第１アクチュエータ４５1 では、戻しプランジャ５１1 が受圧ピン４８1 を摺動子４９1 と共に油圧室５２1 側に押動して、リフト部材２８をリフト解除位置Ａへと回動し、第１カム山３８，３８…および第２カム山３９，３９…は、互いに頂部をずらした配置となるから、図１６で説明したように、吸入下死点の付近で、それまで上向きに作用していたピストン荷重が下向きに変化すると、ピストンアウタ５ｂは、図１３に示すように、第１カム山３８，３８…および第２カム山３９，３９…を相互に噛み合せながら、ピストンインナ５ａに近接するように変位し、一方のカム山３９の頂部が、他方のカム山３８間の谷底に突き当ったことでピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌが決まる。
【００６１】
ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌに到達すると、ロック板２５の雄スプライン４１は、ピストンアウタ５ｂのロック溝４３に進入可能となるから、第２アクチュエータ４５2 の戻しプランジャ５１2 が戻しばね５５2 の付勢力で受圧ピン４８2 を摺動子４９2 と共に、油圧室５２2 側に押動して、ロック板２５をロック位置Ｄへと回動し、ロック機構４０をロック状態にする。即ち、ロック板２５の雄スプライン４１を、ピストンアウタ５ｂの雌スプライン４２の上端面に対向させ、両スプライン４１，４２相互の摺動を阻止する。
【００６２】
次に、内燃機関Ｅの燃料噴射量および点火時期の制御を、図１７のフローチャートに基づいて説明する。
【００６３】
先ず、ステップＸ１で制御パラメータである内燃機関Ｅの回転数および負荷を図１８のマップに適用し、目標圧縮比（高圧縮比あるいは低圧縮比）を検索する。続くステップＸ２で圧縮比の切換があれば、ステップＸ３で圧縮比の切換指令を出力し、続くステップＸ４で圧縮比の切換が完了したことを判定し、続くステップＸ５で燃料噴射量および点火時期を、切換後の圧縮比に対応する値に変更する。
【００６４】
次に、前記ステップＸ４の内燃機関Ｅの圧縮比の切換完了の判定について説明する。
【００６５】
前述したように、低圧縮比状態から高圧縮比状態への切換は、切換指令が出力された後の排気上死点の近傍で完了し、その際に切換振動が発生する（図１９参照）。また高圧縮比状態から低圧縮比状態への切換は、切換指令が出力された後の吸気下死点の近傍で完了し、その際に切換振動が発生する（図２０参照）。一方、ノッキングによる振動は膨張行程の後半で発生しており、切換振動とは発生タイミングが異なっている。また切換振動の周波数は個々の内燃機関Ｅに特有の所定の周波数帯域にあり、ノッキング振動の周波数帯域とは異なっている。よって、上記二つの特性に基づいて圧縮比の切換完了を判定することができる。
【００６６】
図２１のフローチャートのステップＹ１で圧縮比の切換指令が出力されると、ステップＹ２でクランクアングル検出手段７１ｂで検出したクランクアングルＡ１ｄｅｇ〜Ａ２ｄｅｇの領域の振動データを振動検出回路７２から取り込む。図２２に示すように、クランクアングルＡ１ｄｅｇ〜Ａ２ｄｅｇの領域は、低圧縮比→高圧縮比の切換時には排気上死点の近傍の領域であり、高圧縮比→低圧縮比の切換時には吸気下死点の近傍の領域である。
【００６７】
続くステップＹ３で圧縮比切換完了判定回路７３により振動波形の周波数分析を行い、ステップＹ４で切換振動の固有周波数が含まれるＢ１ｋＨｚ〜Ｂ２ｋＨｚの周波数帯域での振幅の最大値を算出する（図２３参照）。
【００６８】
続くステップＹ５で前記振幅の最大値が内燃機関Ｅの回転数に応じて設定された閾値（図２４参照）を超えていれば、ステップＹ６で圧縮比の切換が完了したと判定し、前記閾値を超えていなければ、ステップＹ７で圧縮比の切換が完了していないと判定する。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、距離検出手段でピストン位置を検出したり筒内圧力検出手段で筒内圧力を検出する必要がなくなり、取付位置や取付方法の自由度が高く、内燃機関Ｅへの追加工が少なくて済む振動検出手段７１ａを用いて圧縮比の切換完了を判定することができる。また振動検出手段７１ａとして既存のノックセンサを利用すれば、特別の振動検出手段７１ａを設ける必要がなくなってコストダウンが可能になる。
【００７０】
しかも、圧縮比の切換振動の周波数帯域がノック振動の周波数帯域と異なり、圧縮比の切換振動の発生タイミングもノック振動の発生タイミングと異なることに着目し、圧縮比の切換振動をノック振動から識別するので、圧縮比の切換完了を精度良く判定することができる。
【００７１】
次に、図２５〜図２７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００７２】
第２の実施の形態は、図１７のステップＸ４（圧縮比切換完了判定）の別案である。
【００７３】
本実施の形態では、音声認識の分野で用いられている隠れマルコフモデルを応用し、切換時の振動を推定することにより圧縮比の切換完了を判定するものである。
【００７４】
隠れマルコフモデルとは、マルコフ過程に従う確率モデルの自由度をより拡大したものである。状態が確率的に遷移して外部からは直接的に観測できず、出力シンボルのみが観測可能である場合に、モデルを適切に設計することで、学習による汎用性が高く、設計者による調整が不要であり、Ｓ／Ｎ比が悪い環境下でも高いロバスト性を発揮することができる。
【００７５】
隠れマルコフモデルに関しては、
安藤  彰男著、「リアルタイム音声認識」、社団法人  電子情報通信学会、平成１５年９月１日発行
甘利  俊一  他３名著、「パターン認識と学習の統計学」、株式会社  岩波書店、２００３年４月１１日発行
鹿野  清宏  他４名編著、「音声認識システム」、株式会社  オーム社、平成１３年５月１５日発行
に詳しく記載されている。
【００７６】
図２５および図２６に示すように、隠れマルコフモデルを圧縮比の切換完了の判定に適用するに当たり、先ず切換時の振動波形と、切換が無いときのノックやバルブ着座などのバックグラウンド振動波形とを計測し、時系列で基本周波数やスペクトル分析を行い、その特徴を学習することで隠れマルコフモデルのデータベースを構築する。次に、入力信号から生成される隠れマルコフモデルとデータベースのモデルとの尤度（確率）を計算することで、切換振動かどうかを推定するアルゴリズムを組み立てる。
【００７７】
即ち、図２７のフローチャートのステップＺ１で振動波形を計測し、ステップＺ２で各フェーズの特徴量を算出し、ステップＺ３で隠れマルコフモデルを生成し、ステップＺ４で生成されたモデルとデータベースのモデルとの尤度の計算を行う。続くステップＺ５で切換振動の尤度Ｐｂを閾値であるバックグラウンド振動の尤度Ｐａとを比較し、（切換振動の尤度Ｐｂ）≦（バックグラウンド振動の尤度Ｐａ）であれば、ステップＺ６で圧縮比の切換なしと判断し、（切換振動の尤度Ｐｂ）＞（バックグラウンド振動の尤度Ｐａ）であれば、ステップＺ７で圧縮比の切換ありと判断する。
【００７８】
前記ステップＺ７で切換振動の尤度Ｐｂから圧縮比の切換を判定した際に、判定された振動データを用いて隠れマルコフモデルは再学習して更新される。これにより、隠れマルコフモデルは常に最適の状態に保たれ、個体のばらつきや径年変化に対応することができきる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば隠れマルコフモデルを用いて圧縮比の切換振動とバックグラウンド振動とを識別することが可能となり、またクランクアングル別に解析を行うことで気筒別に圧縮比の切換完了を判定することができる。更に、切換タイミングが限定されていることを利用し、Ｓ／Ｎ比によらずに高い判定精度を確保することができる。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００８１】
例えば、実施の形態では内燃機関Ｅの振動を振動検出手段７１ａで検出して圧縮比切換完了判定を行っているが、図１５に示すように、振動検出手段７１ａに代えて内燃機関Ｅが発生する音波を検出するマイクロフォンのような音検出手段７１ｃを設け、音波の周波数、発生時期および振幅に基づいて、実施の形態と同様にして圧縮比切換完了判定を行うことができる。音検出手段７１ｃを採用した場合、それを内燃機関Ｅから離して設けることができるため、取付位置の自由度が更に増加する。
【符号の説明】
【００８２】
７１ａ      振動検出手段
７１ｂ      クランクアングル検出手段
７１ｃ      音検出手段
７３        圧縮比切換完了判定回路（判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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