(57)【要約】【課題】逆入力遮断クラッチを含む可変圧縮比機構を備える内燃機関において、逆入力遮断クラッチのロックを抑制する。【解決手段】内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える。可変圧縮比機構は、偏心軸と、偏心軸を回転させるための駆動装置とを含む。駆動装置は、モータの回転力を偏心軸に伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチを含む。クラッチは、機械圧縮比を低下させる回転方向の出力軸からの回転力を遮断するように形成されている。駆動装置は、高トルクの第１の出力特性と高回転数の第２の出力特性とを切替え可能に形成されている。機械圧縮比を低下させる場合に、第１の出力特性で駆動装置を始動して機械圧縮比の低下を開始し、クラッチの出力軸の回転速度がクラッチの入力軸の回転速度よりも大きくなった時には第２の出力特性に切替える。【選択図】図２０
2014125958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、
可変圧縮比機構は、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更するための偏心軸と、偏心軸を回転させるための駆動装置とを含み、
駆動装置は、モータと、モータの回転力を偏心軸に伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチと、クラッチの入力軸の回転速度を検出する入力軸回転速度検出器と、クラッチの出力軸の回転速度を検出する出力軸回転速度検出器とを含み、
クラッチは、機械圧縮比を低下させる回転方向の出力軸からの回転力を遮断するように形成されており、
駆動装置は、第１の出力特性と第２の出力特性とを切替え可能に形成されており、
第１の出力特性は、予め定められた回転数よりも低い回転数の領域において第２の出力特性よりもトルクが大きくなる特性を有し、第２の出力特性は、予め定められた回転数よりも高い回転数の領域において第１の出力特性よりも回転数が大きくなる特性を有し、
機械圧縮比を低下させる場合に、第１の出力特性で駆動装置を始動して機械圧縮比の低下を開始し、クラッチの出力軸の回転速度がクラッチの入力軸の回転速度よりも大きくなった時には第２の出力特性に切替えることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
クランクケースを含む支持構造物と、
支持構造物に偏心軸を介して支持され、支持構造物に対して相対移動するシリンダブロックと、
運転期間中にシリンダブロックに加わる付勢力を推定し、駆動装置による駆動力の伝達が停止した状態で前記付勢力により支持構造物からシリンダブロックが離れる移動速度を推定する移動速度推定装置とを備え、
機械圧縮比を低下している期間中に第１の出力特性から第２の出力特性に切替えた後に、前記付勢力によりシリンダブロックが支持構造物から離れる移動速度を推定し、移動速度に対応するクラッチの出力軸の回転速度を推定し、クラッチの入力軸の回転速度が推定した出力軸の回転速度に一致するように駆動装置を制御する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
駆動装置のモータは、複数のコイルを含み、複数のコイルの通電状態を切替えることにより第１の出力特性と第２の出力特性とが切替わるように形成されている、請求項１または２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室では、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、内燃機関の出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくすることができて、熱効率の向上を図ることができる。ところが、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。
【０００３】
特開２００５−２１４０８８号公報には、往復操作子を進退動作させることによりピストンが上死点に到達したときの位置を変更することができる可変圧縮比エンジンが開示されている。この可変圧縮比エンジンは、アクチュエータ機構により圧縮比が変更される。アクチュエータ機構は、ボールねじと、モータの回転をボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、回転伝達系に介在させたクラッチとを備える。この公報には、モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから入力部材への回転の伝達は遮断する逆入力制限型のクラッチを採用することが開示されている。
【０００４】
特開２００４−１８３５９４号公報においては、ロアケースに対してシリンダブロックを移動させる圧縮比変更機構を備え、変速比切替ボックスを介してサーボモータの回転駆動力を伝達する可変圧縮比エンジンが開示されている。駆動力伝達に際しては、正逆のワンウェイクラッチと大小径のギヤを併用し、サーボモータを正逆回転する。この圧縮比変更機構では、高圧縮比から低圧縮比への変更では、高速でモータ回転駆動力を伝達し、低圧縮比から高圧縮比への変更では、大きなトルクでモータ回転駆動力を伝達することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４０８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧縮比を変更する可変圧縮比機構としては、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更する機構を採用することにより圧縮比を変更することができる。このような可変圧縮比機構を備える内燃機関では、燃料が燃焼すると、この時の圧力により燃焼室を構成する部材に対して燃焼室の容積が大きくなる方向に力が働く。
【０００７】
上記の特開２００５−２１４０８８号公報に開示されているアクチュエータ機構の逆入力制限型のクラッチでは、アクチュエータが接続されている入力側からの回転力を出力側に伝達する一方で、出力側からの回転力は遮断するロック機能を有する。このような可変圧縮比機構では、気筒内の圧力による逆入力遮断クラッチの出力軸からの回転力は遮断されるという特性を有する。
【０００８】
ところで、内燃機関の運転期間中には、燃焼室を構成する部材に対して燃焼室の容積が大きくなる方向に力が加わるために、内燃機関の運転状態によっては、逆入力遮断クラッチの入力軸よりも出力軸の方が速く回転する場合があった。逆入力遮断クラッチの出力軸が入力軸よりも速く回転すると、逆入力遮断クラッチのロック機構が働いて、一時的に出力軸がロックされる場合がある。逆入力遮断クラッチがロックすると、騒音や振動が生じる虞があった。
【０００９】
たとえば、逆入力遮断クラッチのロック機能を解除するためにトルクの大きなモータを採用した場合には回転数が小さくなる。このために、燃焼室が大きくなる方向に可変圧縮比機構を駆動した場合、すなわち、機械圧縮比を低下させる場合に、気筒内の圧力等の影響により移動する部材の速度が速くて、逆入力遮断クラッチがロックしてしまう場合があった。
【００１０】
このような問題を解決するために、たとえば、モータの容量を大型にすることができる。ところが、モータの容量を大型にすると消費電力が大きくなったり、モータを配置する場所が制限されたりするという問題がある。
【００１１】
本発明は、逆入力遮断クラッチを含む可変圧縮比機構を備える内燃機関において、逆入力遮断クラッチのロックを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える。可変圧縮比機構は、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更するための偏心軸と、偏心軸を回転させるための駆動装置とを含む。駆動装置は、モータと、モータの回転力を偏心軸に伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチと、クラッチの入力軸の回転速度を検出する入力軸回転速度検出器と、クラッチの出力軸の回転速度を検出する出力軸回転速度検出器とを含む。クラッチは、機械圧縮比を低下させる回転方向の出力軸からの回転力を遮断するように形成されている。駆動装置は、第１の出力特性と第２の出力特性とを切替え可能に形成されている。第１の出力特性は、予め定められた回転数よりも低い回転数の領域において第２の出力特性よりもトルクが大きくなる特性を有し、第２の出力特性は、予め定められた回転数よりも高い回転数の領域において第１の出力特性よりも回転数が大きくなる特性を有する。機械圧縮比を低下させる場合に、第１の出力特性で駆動装置を始動して機械圧縮比の低下を開始し、クラッチの出力軸の回転速度がクラッチの入力軸の回転速度よりも大きくなった時には第２の出力特性に切替える。
【００１３】
上記発明においては、クランクケースを含む支持構造物と、支持構造物に偏心軸を介して支持され、支持構造物に対して相対移動するシリンダブロックと、運転期間中にシリンダブロックに加わる付勢力を推定し、駆動装置による駆動力の伝達が停止した状態で上記付勢力により支持構造物からシリンダブロックが離れる移動速度を推定する移動速度推定装置とを備え、機械圧縮比を低下している期間中に第１の出力特性から第２の出力特性に切替えた後に、上記付勢力によりシリンダブロックが支持構造物から離れる移動速度を推定し、移動速度に対応するクラッチの出力軸の回転速度を推定し、クラッチの入力軸の回転速度が推定した出力軸の回転速度に一致するように駆動装置を制御することができる。
【００１４】
上記発明においては、駆動装置のモータは、複数のコイルを含み、複数のコイルの通電状態を切替えることにより第１の出力特性と第２の出力特性とが切替わるように形成されることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、逆入力遮断クラッチを含む可変圧縮比機構を備える内燃機関において、逆入力遮断クラッチのロックを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略全体図である。
【図２】実施の形態における可変圧縮比機構の概略分解斜視図である。
【図３】実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第１の概略断面図である。
【図４】実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第２の概略断面図である。
【図５】実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第３の概略断面図である。
【図６】実施の形態におけるクラッチの第１の概略断面図である。
【図７】実施の形態におけるクラッチの第２の概略断面図である。
【図８】実施の形態における機械圧縮比を低下するときのクラッチの第１の概略断面図である。
【図９】実施の形態における機械圧縮比を低下するときのクラッチの第２の概略断面図である。
【図１０】実施の形態における機械圧縮比を上昇するときのクラッチの概略断面図である。
【図１１】実施の形態におけるモータの内部構造の概略図である。
【図１２】実施の形態におけるモータの電気回路の概略図である。
【図１３】実施の形態におけるモータの出力特性を説明するグラフである。
【図１４】比較例の可変圧縮比機構のクラッチの入力軸の回転数と出力軸の回転数との関係を説明するグラフである。
【図１５】ウォームの歯部とウォームホイールの歯部との係合関係を説明する第１の概略断面図である。
【図１６】ウォームの歯部とウォームホイールの歯部との係合関係を説明する第２の概略断面図である。
【図１７】ウォームの歯部とウォームホイールの歯部との係合関係を説明する第３の概略断面図である。
【図１８】実施の形態の第１の運転制御におけるクラッチの入力軸の回転数と出力軸の回転数との関係を説明するグラフである。
【図１９】実施の形態の第１の運転制御にて機械圧縮比を低下するときの機械圧縮比の変化を説明するグラフである。
【図２０】実施の形態における第１の運転制御のフローチャートである。
【図２１】実施の形態における第２の運転制御のフローチャートである。
【図２２】実施の形態の第２の運転制御におけるクラッチの入力軸の回転数と出力軸の回転数との関係を説明するグラフである。
【図２３】実施の形態における他の駆動装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１から図２３を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に取り付けられている火花点火式の内燃機関を例示して説明する。本実施の形態における内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える。
【００１８】
図１は、実施の形態における内燃機関の概略図である。内燃機関は、クランクケース１を含む支持構造物を備える。支持構造物は、クランクシャフトを支持するように形成されている。内燃機関は、シリンダブロック２、およびシリンダヘッド３を備える。シリンダブロック２の内部に形成された穴部には、ピストン４が配置されている。燃焼室５の頂面の中央部には、点火栓６が配置されている。本発明においては、任意のピストン４の位置において、ピストン４の冠面、シリンダブロック２の穴部、およびシリンダヘッド３に囲まれる空間を燃焼室と称する。また、燃焼室５の圧力、すなわち筒内圧を検出する筒内圧力検出器としての筒内圧センサ２３が配置されている。
【００１９】
シリンダヘッド３には、吸気ポート８および排気ポート１０が形成されている。吸気ポート８の端部には吸気弁７が配置されている。吸気弁７は、吸気カム４９が回転することにより開閉する。排気ポート１０の端部には、排気弁９が配置されている。吸気ポート８は、吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結されている。吸気枝管１１には夫々対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は吸気枝管１１に取付ける代りに、各燃焼室５に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
【００２０】
サージタンク１２は、吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結されている。吸気ダクト１４の内部にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７が配置されている。また、吸気ダクト１４の内部には、例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１８が配置される。一方、排気ポート１０は、排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置２０に連結されている。排気マニホルド１９には空燃比センサ２１が配置されている。
【００２１】
本実施の形態における内燃機関は、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａを備える。可変圧縮比機構Ａは、クランクケース１に対するシリンダブロック２のシリンダ軸線方向における相対位置を変化させるように形成されている。クランクケース１とシリンダブロック２との間には、付勢部材としてのスプリング６５が配置されている。スプリング６５は、クランクケース１から離れる向きにシリンダブロック２を付勢するように形成されている。
【００２２】
クランクケース１とシリンダブロック２には、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置を検出するための相対位置センサ２２が取付けられている。相対位置センサ２２からはクランクケース１とシリンダブロック２との間隔の変化を示す出力信号が出力される。スロットル弁駆動用のアクチュエータ１６にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ２４が取付けられている。
本実施の形態における内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。デジタルコンピュータは、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
【００２３】
吸入空気量検出器１８、空燃比センサ２１、相対位置センサ２２、筒内圧センサ２３、およびスロットル開度センサ２４の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。更に、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、クランク角度および機関回転数を検出することができる。
【００２４】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して点火栓６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１６、および可変圧縮比機構Ａに接続される。これらの装置は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００２５】
図２に、本実施の形態における可変圧縮比機構の分解斜視図を示す。図３に本実施の形態における可変圧縮比機構の第１の概略断面図を示す。図２および図３を参照して、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されている。各突出部５０には断面形状が円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁には互いに間隔を隔てて、突出部５０同士の間に嵌合される複数個の突出部５２が形成されている。これらの突出部５２にも断面形状が円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００２６】
本実施の形態における可変圧縮比機構は、一対のカムシャフト５４，５５を含む。各カムシャフト５４，５５上には、一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が配置されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には、図３に示すように各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸５７が延びている。この偏心軸５７には、別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるように、円形カム５６は、各円形カム５８の両側に配置されている。これらの円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１に回転可能に挿入されている。シリンダブロック２は、クランクケース１に偏心軸５７を介して支持されている。
【００２７】
図４に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第２の概略断面図を示す。図５に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第３の概略断面図を示す。図３から図５は、通常運転において機械圧縮比を変更するときの可変圧縮比機構の機能を説明する。図３に示す状態から各カムシャフト５４，５５上に配置された円形カム５８を矢印６８に示すように、互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに近づく方向に移動する。偏心軸５７は、それぞれのカムシャフト５４，５５の回転軸線の周りに回転する。シリンダブロック２は、矢印９９に示すようにクランクケース１から離れる向きに移動する。このときに円形カム５６は、カム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図４に示されるように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印６８で示される方向に回転させると、シリンダブロック２は、矢印９９に示すように更にクランクケース１から離れる向きに移動する。この結果、図５に示されるように偏心軸５７は最も高い位置となる。
【００２８】
図３から図５には、それぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。図３から図５を比較するとわかるように、クランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まる。円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほど、シリンダブロック２はクランクケース１から離れる。即ち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたリンク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２との間の相対位置が変化する。
【００２９】
シリンダブロック２がクランクケース１から離れると、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大する。シリンダブロック２がクランクケース１に近づくと、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は減少する。従って各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。
【００３０】
図２に示されるように、カムシャフト５４，５５を夫々反対方向に回転させるように、回転軸６０には螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１，６２が取付けられている。ウォーム６１，６２と噛合するウォームホイール６３，６４が夫々各カムシャフト５４，５５の端部に固定されている。この実施例ででは、モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。可変圧縮比機構は、電子制御ユニット３０に制御されており、カムシャフト５４，５５を回転させるモータ５９は、対応する駆動回路３９を介して出力ポート３６に接続されている。
【００３１】
このように、本実施の形態における可変圧縮比機構は、クランクケース１に対してシリンダブロック２が相対的に移動することにより、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室５の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積とピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と称する。機械圧縮比は、吸気弁の閉弁時期等に依存せずに、（機械圧縮比）＝（ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（燃焼室の容積）にて示すことができる。
【００３２】
図３に示す状態では、燃焼室５の容積が小さくなっており、機械圧縮比が高い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が高くなる。これに対して、図５に示す状態では、燃焼室５の容積が大きくなっており、機械圧縮比が低い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が低くなる。
【００３３】
本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に機械圧縮比を変更することにより、実際の圧縮比を変更することができる。たとえば、内燃機関の運転状態に応じて、可変圧縮比機構により機械圧縮比を変更することができる。
【００３４】
図３から図５を参照して、偏心軸５７は、カムシャフト５４，５５の回転軸、すなわち円形カム５８の回転軸を中心に回転する。機械圧縮比を低下させる場合には、偏心軸５７を矢印６８に示す向きに回転させる。機械圧縮比を上昇させる場合には、偏心軸５７を矢印６９に示す向きに回転させる。
【００３５】
本実施の形態においては、クランクケース１に対してシリンダブロック２を離す向きに相対移動させるときの偏心軸５７の回転方向を、一方の回転方向と称する。また、クランクケース１に対してシリンダブロック２を近づける向きに相対移動させるときの偏心軸５７の回転方向を他方の回転方向と称する。本実施の形態においては、矢印６８が一方の回転方向であり、矢印６９が他方の回転方向である。
【００３６】
図２を参照して、本実施の形態における可変圧縮比機構は、モータ５９の回転力を偏心軸５７に伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチ７０を含む。本実施の形態におけるクラッチ７０は、入力側がモータ５９の回転力を伝達する回転軸６６に接続され、出力側がウォーム６１，６２を支持する回転軸６０に接続されている。また、クラッチ７０の入力軸７１と接続されている回転軸６６の回転速度を検出する入力軸回転速度検出器としての回転速度センサ９０が配置されている。クラッチ７０の出力軸７４と接続されている回転軸６０の回転速度を検出する出力軸回転速度検出器としての回転速度センサ９１が配置されている。本実施の形態における回転速度センサ９０，９１は、それぞれの回転軸の回転数を検出している。回転速度センサ９０，９１の出力信号は、電子制御ユニット３０に入力される。
【００３７】
本実施の形態におけるクラッチ７０は、いわゆる逆入力遮断クラッチである。本実施の形態における逆入力遮断クラッチは、入力軸からの回転力を出力軸に伝達し、出力軸からの回転力を遮断するように形成されている。すなわち、クラッチ７０は、モータ５９から伝達される回転軸６６の回転力はウォーム６１，６２に伝達し、ウォーム６１，６２から伝達される回転軸６０の回転力は遮断して、モータ５９に伝達しない構造を有する。
【００３８】
図６に、本実施の形態におけるクラッチ７０の第１の概略断面図を示す。図７に、本実施の形態におけるクラッチ７０の第２の概略断面図を示す。図７は、図６におけるＸ線に沿って切断したときの概略断面図である。
【００３９】
図６および図７を参照して、本実施の形態のクラッチ７０は、外輪７７を含む。外輪７７は、ハウジング７８に固定されている。外輪７７は、クラッチ７０が駆動している期間中にも移動せずに固定されている。クラッチ７０は、出力軸７４を有する。出力軸７４は、ウォーム６１，６２が固定されている回転軸６０に接続されている。出力軸７４は、回転軸８８を回転中心にして回転する。出力軸７４は、穴部７５を有する。穴部７５は、出力軸７４が回転する周方向に沿って複数個が形成されている。本実施の形態における出力軸７４は、断面形状が多角形に形成されている。図６に示す例では、出力軸７４は、断面形状が正八角形に形成されている。
【００４０】
クラッチ７０は、入力軸７１を含む。入力軸７１は、回転軸８８を回転中心にして回転する。入力軸７１は、モータ５９の回転力を伝達する回転軸６６に接続されている。入力軸７１は、挿入部７２と保持部７３とを有する。挿入部７２および保持部７３は、一体的に回転する。
【００４１】
複数の挿入部７２は、出力軸７４の複数の穴部７５に対応する位置に形成されている。挿入部７２は、出力軸７４の穴部７５に挿入されている。穴部７５の内径は挿入部７２の外径よりも大きくなるように形成されている。挿入部７２と穴部７５との間には隙間が形成されている。複数の保持部７３は、外輪７７と出力軸７４との間に配置されている。また、保持部７３はローラ８０ａ，８０ｂに対向し、偏心軸５７が一方の回転方向に回転する向きに入力軸７１が回転したときにローラ８０ａを押圧し、偏心軸５７が他方の回転方向に回転する向きに入力軸７１が回転したときにローラ８０ｂを押圧するように形成されている。
【００４２】
出力軸７４と外輪７７との間の空間には、ローラ８０ａ，８０ｂが配置されている。本実施の形態におけるローラ８０ａ，８０ｂは円柱状に形成されている。ローラ８０ａとローラ８０ｂとの間には、スプリング８１が配置されている。スプリング８１は、ローラ８０ａ，８０ｂを互いに離す向きに付勢する。
【００４３】
出力軸７４と外輪７７とにより、ローラ８０ａ，８０ｂを係止させるための係止部８６ａ，８６ｂが形成される。係止部８６ａ，８６ｂは、ローラ８０ａ，８０ｂが付勢されている向きに沿って、出力軸７４の端面と外輪７７の内面との間隔が徐々に狭くなっている部分である。また、係止部８６ａ，８６ｂは、ローラ８０ａ，８０ｂが通過しないように狭く形成されている。
【００４４】
次に、本実施の形態おけるクラッチ７０の動作について説明する。本実施の形態におけるクラッチ７０は、モータ５９の回転力が入力軸７１に入力されると、この回転力を出力軸７４に伝達する。一方で、クラッチ７０は、偏心軸５７の側からの回転力が出力軸７４に伝達されると、ロックされてこの回転力を遮断する。特に、クラッチ７０は、偏心軸５７が一方の回転方向に回転する向きにてウォーム６１，６２から回転力が伝達されると、この回転力を遮断する。
【００４５】
図１を参照して、本実施の形態においては、スプリング６５によって、シリンダブロック２がクランクケース１から離れる向きに付勢されている。内燃機関の運転期間中には、重力の影響や燃焼サイクルの吸気行程において燃焼室５が負圧になる影響により、クランクケース１に対してシリンダブロック２が近づく向きに力が作用する。しかしながら、スプリング６５が配置されることにより、クランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる向きに常に付勢され、シリンダブロック２に振動等が生じることを抑制できる。更に、燃焼室５において燃料の燃焼が行なわれごとに、筒内圧によりクランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる方向に力が作用する。
【００４６】
図６を参照して、矢印１００は、クランクケース１に対してシリンダブロック２が上昇する方向に対応する方向である。すなわち、機械圧縮比が小さくなり、ピストン４が上死点に到達したときの燃焼室５が大きくなる回転方向を示している。シリンダブロック２にはクランクケース１に対して離れる方向に常に力が加わり、出力軸７４には矢印１００に示す向きに力が加わっている。ローラ８０ａは、スプリング８１に押圧されて係止部８６ａに接触している。このために、ローラ８０ａに楔の効果が生じて、外輪７７に対する出力軸７４の回転が阻止され、出力軸７４がロックされる。このように、クラッチ７０は、クランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる方向に対応する出力側からの回転力を遮断することができる。また、同様に、矢印１００と反対向きの回転力が出力軸７４に加わった場合には、ローラ８０ｂが係止部８６ｂに接触して出力軸７４がロックされる。
【００４７】
モータ５９を駆動しない場合に、シリンダブロック２がクランクケース１に対して離れる向きの回転力は、カムシャフト５４，５５、ウォームホイール６３，６４およびウォーム６１，６２を介してクラッチ７０に伝達される。ローラ８０ａ，８０ｂは、係止部８６ａ，８６ｂに係止して出力軸７４をロックする。このように、クラッチ７０は、出力側からの回転力を遮断する。
【００４８】
図８は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明するクラッチ７０の第１の概略断面図である。機械圧縮比を低下させる場合には、クランクケース１に対してシリンダブロック２を離す向きに移動させる。モータ５９を駆動することにより、入力軸７１の挿入部７２は、矢印１０１に示す向きに回転する。挿入部７２が穴部７５の内面に接触する前に、保持部７３がローラ８０ａに接触する。
【００４９】
図９は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明するクラッチ７０の第２の概略断面図である。入力軸７１を更に回転させることにより、保持部７３がローラ８０ａを押圧する。ローラ８０ａは、係止部８６ａから離れる。すなわち、ローラ８０ａのくさび効果が消失する。このため、出力軸７４は、ロックが解除され、外輪７７に対して矢印１０１に示す方向に回転可能になる。入力軸７１の挿入部７２が、矢印１０１に示す向きに回転することにより、挿入部７２が出力軸７４の穴部７５を押圧し、出力軸７４を回転させることができる。このときに、出力軸７４は、ローラ８０ｂが係止部８６ｂから離れる向きに回転するためにローラ８０ｂによるロックも解除される。
【００５０】
図１０は、機械圧縮比を上昇させるときの動作を説明するクラッチ７０の概略断面図である。機械圧縮比を上昇させる場合には、クランクケース１に対してシリンダブロック２を近づける向きに移動させる。出力軸７４には、矢印１００に示す向きに力が加わっている。モータ５９を駆動することにより、入力軸７１の挿入部７２および保持部７３を、矢印１０２に示す向きに回転させる。入力軸７１の挿入部７２は、出力軸７４の穴部７５に接触する。
【００５１】
入力軸７１の挿入部７２および保持部７３を矢印１０２に示す向きに回転させることにより、保持部７３がローラ８０ｂを押圧する。ローラ８０ｂが係止部８６ｂから脱離してローラ８０ｂのくさび効果が消失する。次に、入力軸７１の挿入部７２が出力軸７４の穴部７５を押圧することにより、入力軸７１の回転力を出力軸７４に伝達することができる。出力軸７４は、矢印１０２に示す向きに回転する。このときに、出力軸７４は、ローラ８０ａが係止部８６ａから離れる向きに回転するために、ローラ８０ａによるロックも解除される。このように、入力軸７１の回転力を出力軸７４に伝達することができる。
【００５２】
次に、本実施の形態における可変圧縮比機構の駆動装置について説明する。本実施の形態における駆動装置は、モータ５９を備える。
【００５３】
図１１に、本実施の形態におけるモータ５９の内部の構造を説明する概略図を示す。図１１は、モータのロータの部分を示している。本実施の形態におけるモータ５９は、出力されるトルクが高く回転数が低い第１の出力特性と、出力されるトルクが低く回転数が高い第２の出力特性とを切替え可能に形成されている。
【００５４】
モータは、磁力を発生するコイルの巻き線の巻数を多くすることにより、出力されるトルクが大きくなり、回転数が小さくなる。一方で、コイルの巻き線の巻数を少なくすることにより、出力されるトルクが小さくなり回転数が大きくなる。本実施の形態のモータ５９は、この特性を利用して、電気的にコイルの巻き線の巻数を変更可能なように形成されている。モータ５９は、複数のコイルを含み、通電するコイルの数を変更することにより出力特性を変更可能に形成されている。
【００５５】
本実施の形態におけるモータ５９は、いわゆるブラシタイプの直流モータである。モータ５９は、高速用整流子１１２と、高速用整流子１１２に接触する高速用ブラシ１１１とを含む。また、モータ５９は、高トルク用整流子１１４と、高トルク用整流子１１４に接触する高トルク用ブラシ１１３と、高トルク用整流子１１４に接触する共通ブラシ１１５と含む。また、モータ５９は、高速用コイル１１８と、高トルク用コイル１１９と含む。高速用コイル１１８と高トルク用コイル１１９とは、ロータコアの共通のティース１１７に巻回されている。
【００５６】
図１２に、モータ５９における電気回路の概略図を示す。高速用コイル１１８と高トルク用コイル１１９とは直列に接続されている。高トルク用整流子１１４の一つの端子は、高トルク用コイル１１９に接続されている。また、高トルク用整流子１１４の他の端子は、高速用コイル１１８に接続されている。また、高速用整流子１１２は、高速用コイル１１８と高トルク用コイル１１９との間に接続されている。
【００５７】
このようなモータ５９において、高速用ブラシ１１１に電圧を印加することにより、矢印１０７に示す方向に電流が流れ、高速用コイル１１８に通電する。このときに高トルク用コイル１１９には通電が回避される。このために、ティース１１７に巻回される巻き線の巻数は小さな状態になり、モータを低トルクおよび高回転数で駆動することができる。
【００５８】
これに対して、高トルク用ブラシ１１３に電圧を印加することにより、矢印１０８に示すように、高速用コイル１１８および高トルク用コイル１１９の両方のコイルに通電することができる。このときに、ティース１１７に巻かれている巻き線の巻数は多くなる。このために、モータ５９は、高トルクおよび低回転数で駆動する。
【００５９】
図１３に、本実施の形態におけるモータ５９の出力特性を説明するグラフを示す。横軸が回転数であり、縦軸がトルクである。第１の出力特性は、予め定められた回転数Ｒｘよりも低い回転数の領域ＲＡでは第２の出力特性よりもトルクが大きくなる特性であり、第２の出力特性は、予め定められた回転数Ｒｘよりも高い回転数の領域ＲＢでは、第１の出力特性よりも回転数が大きくなる特性である。
【００６０】
第１の出力特性は、出力されるトルクが大きく回転数が小さな特性である。これに対して第２の出力特性は、出力されるトルクが小さく回転数が大きな特性である。図１２および図１３を参照して、第１の出力特性では、高トルク用ブラシ１１３に電気を供給することにより、出力されるトルクを大きくする。これに対して、第２の出力特性では、高速用ブラシ１１１に電気を供給することにより、回転数を大きくすることができる。
【００６１】
このように、本実施の形態におけるモータは、第１の出力特性と第２の出力特性を変更可能に形成されている。本実施の形態におけるモータは、直流のブラシ付きのモータであるが、この形態に限られず、第１の出力特性と第２の出力特性とを切替えることができる任意のモータを採用することができる。例えば、３相交流のモータやブラシレスモータ等を採用しても構わない。
【００６２】
さて、本実施の形態の可変圧縮比機構においては、機械圧縮比が一定の場合には、図６に示すように、ローラ８０ａ，８０ｂが係止部８６ａ，８６ｂに係止している。機械圧縮比を変更する場合には、ローラ８０ａ，８０ｂを係止部８６ａ，８６ｂから離脱させる必要がある。このために、機械圧縮比の変更を開始するときには、出力されるトルクの大きな第１の出力特性によりモータ５９の駆動を開始する。この制御により、保持部７３にてローラ８０ａ，８０ｂを大きな力にて押圧することができて、確実にローラ８０ａ，８０ｂを係止部８６ａ，８６ｂから離脱させることができる。
【００６３】
特に、機械圧縮比を低下させる場合には、出力軸７４に対して矢印１００に示す向きに回転力が加わっているために、ローラ８０ａが係止部８６ａに食い込んでいる場合がある。このような場合であっても、モータ５９を第１の出力特性にて始動することにより、確実にローラ８０ａを係止部８６ａから離脱させることができる。
【００６４】
次に、機械圧縮比を低下させる場合について詳細に説明する。始めに比較例の内燃機関について説明する。比較例の可変圧縮比機構のモータは、複数の出力特性を有しておらず単一の出力特性を有する。また、比較例のモータは、ローラを係止部から脱離させるためにトルクが高く回転数の低い出力特性が採用されている。比較例の可変圧縮比機構のクラッチは、本実施の形態におけるクラッチと同様である。
【００６５】
図１４に、比較例の可変圧縮比機構のクラッチの入力軸の回転数および出力軸の回転数を説明するグラフを示す。時刻ｔ０において、機械圧縮比を低下させるためにモータを始動している。モータを始動した直後には保持部７３がローラ８０ａを押圧して、係止部８６ａからローラ８０ａを脱離させる。この後に、クラッチ７０の入力軸７１の回転力が出力軸７４に伝達される。
【００６６】
図１５に、ウォーム６２の歯部とウォームホイール６４の歯部との係合部分を説明する第１の拡大概略図を示す。矢印１０５は、機械圧縮比を低下させる向きに対応するウォーム６２の歯部の移動方向を示し、矢印１０６は、機械圧縮比を低下させる向きに対応するウォームホイール６４の歯部の移動方向を示す。なお、ウォーム６１とウォームホイール６３との係合部分についても、ウォーム６２とウォームホイール６４との係合部分と同様である。
【００６７】
機械圧縮比を低下させるためにモータ５９を始動した直後には、モータ５９の回転力が伝達されたウォーム６２の回転力がウォームホイール６４に伝達される。ウォーム６２の歯部がウォームホイール６４の歯部を押圧している。
【００６８】
図１４を参照して、モータ５９を駆動すると、クラッチ７０の入力軸７１の回転数および出力軸７４の回転数はともに上昇する。比較例では、時刻ｔ１において入力軸７１の回転速度が最高回転速度に到達している。すなわち、モータの回転数が最高回転数に到達している。
【００６９】
前述の通り、シリンダブロック２には燃焼室５の容積が大きくなる向きに燃焼時の力が作用する。また、スプリング６５により、シリンダブロック２にはクランクケース１から離れる向きの力が常時作用している。更に、シリンダブロック２は重量が大きくて慣性を有する。このために、時刻ｔ１以降においてもクランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる向きに移動する。時刻ｔ１以降では、出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きくなる。ウォームホイール６３，６４の回転速度がウォーム６１，６２の回転速度よりも速くなる。
【００７０】
図１６に、ウォーム６２の歯部とウォームホイール６４の歯部との係合部分を説明する第２の拡大概略図を示す。ウォームホイール６４の回転速度がウォーム６２の回転速度よりも速くなると、ウォーム６２の歯部は、ウォームホイール６４の歯部から離れた状態になる。図１４を参照して、時刻ｔ１以降では、出力軸７４の回転数と入力軸７１の回転数との差が徐々に大きくなる。
【００７１】
図１７に、ウォーム６２の歯部とウォームホイール６４の歯部との係合部分を説明する第３の拡大概略図を示す。時刻ｔ１以降においてモータの駆動を継続すると、ウォーム６２の歯部に対するウォームホイール６４の歯部の接触状態が変化する。ウォームホイール６４の歯部がウォーム６２の歯部を押圧する状態に移行する。クラッチ７０においては、出力軸７４の回転速度が入力軸７１の回転速度よりも速くなる。このために、クラッチ７０においては、図９に示すローラ８０ａが係止部８６ａから脱離している状態から、図６に示すローラ８０ａが係止部８６ａに係止する状態になり、出力軸７４がロックされる。
【００７２】
図１４を参照して、時刻ｔ２において、クラッチ７０のロック機能が働いて出力軸７４がロックされている。このために出力軸７４の回転数が急激に低下する。この後に、モータによる入力軸７１の回転により、再びローラ８０ａが係止部８６ａから脱離し、ロック状態が解消される。時刻ｔ３以降においては、入力軸７１の回転力が出力軸７４に伝達されて、出力軸７４の回転数が上昇し、機械圧縮比が低下する。このように、比較例の可変圧縮比機構においては、機械圧縮比を低下させる期間中にクラッチ７０がロックされて、この結果、騒音や振動が生じる場合がある。
【００７３】
これに対して、本実施の形態の可変圧縮比機構においては、クラッチ７０の入力軸７１の回転数と出力軸７４の回転数とを検出し、クラッチ７０の出力軸７４の回転数がクラッチ７０の入力軸７１の回転数よりも大きくなったときには、モータ５９の出力特性を第１の出力特性から第２の力特性に切替える制御を行う。すなわち、機械圧縮比を低下させる場合には、トルクが大きな第１の出力特性で始動してクラッチのロック状態を解除し、モータ５９の回転数が不足する状態になった場合には、回転数が大きな第２の出力特性に切替える制御を行う。
【００７４】
図１８に、本実施の形態の可変圧縮比機構の第１の運転制御におけるクラッチの入力軸の回転数および出力軸の回転数を説明するグラフを示す。機械圧縮比を低下するために、時刻ｔ０においてモータ５９を始動している。ここでは、第１の出力特性にてモータ５９を始動している。時刻ｔ１までは、比較例の可変圧縮比機構の場合と同様である。
【００７５】
時刻ｔ１において、モータ５９の回転数が最高回転数に到達している。時刻ｔ１より後には、出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きくなっている。制御装置は、クラッチ７０の出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きくなったことを検出する。そして、制御装置は、時刻ｔ５において、モータ５９の出力特性を、第１の出力特性から第２の出力特性に変更する。
【００７６】
出力特性の切替えにより、モータ５９の回転数は再び上昇し、入力軸７１の回転数も上昇する。時刻ｔ６において、クラッチ７０の入力軸７１の回転数が、出力軸７４の回転数に到達している。時刻ｔ６以降においては、入力軸７１の回転力が出力軸７４に伝達されている。時刻ｔ７において、予め設定された目標の機械圧縮比に到達して、機械圧縮比の変更を終了している。
【００７７】
本実施の形態における可変圧縮比機構では、時刻ｔ１から時刻ｔ６までの期間では、図１６に示されるように、ウォーム６２の歯部がウォームホイール６４の歯部から離れている状態である。ところが、モータ５９の出力特性を切替えることにより、再び図１５に示されるように、ウォーム６２の歯部がウォームホイール６４の歯部を押圧する状態に戻すことができる。このために、クラッチ７０のロックを回避することができる。
【００７８】
図１９に、本実施の形態における可変圧縮比機構にて機械圧縮比を低下させる場合の機械圧縮比の変化を概略的に説明するグラフを示す。時刻ｔ０から機械圧縮比の低下を開始し、時刻ｔ６においてモータ５９の出力特性を第１の出力特性から第２の出力特性に切替える。機械圧縮比の低下が速くなる。時刻ｔ７において機械圧縮比の低下を完了して、時刻ｔ７以降では、目標の機械圧縮比に維持されている。
【００７９】
図２０に、本実施の形態の第１の運転制御のフローチャートを示す。ステップ１２１において、制御装置は、機械圧縮比を低下する指令を検出する。たとえば、目標機械圧縮比が、現在の機械圧縮比よりも低く設定されたことを検出する。ステップ１２２においては、機械圧縮比の変更を開始する。モータ５９は、第１の出力特性にて駆動を開始する。
【００８０】
ステップ１２３においては、現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達しているか否かを判別する。現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達している場合には、ステップ１２９に移行する。ステップ１２９においては機械圧縮比の変更を停止する。例えば機械圧縮比の低下量が僅かであり、モータ５９の出力特性を切替える必要がない場合には、第１の出力特性にてモータの駆動を継続して機械圧縮比を変更することができる。
【００８１】
ステップ１２３において、現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達していない場合には、ステップ１２４に移行する。ステップ１２４においては、クラッチ７０の入力軸７１の回転数および出力軸７４の回転数を検出する。本実施の形態においては、それぞれの回転数は、回転速度センサ９０，９１により検出することができる。
【００８２】
次に、ステップ１２５においては、クラッチ７０の出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きいか否かを判別する。ステップ１２５において、出力軸７４の回転数が、入力軸７１の回転数以下である場合には、モータ５９の回転数がシリンダブロック２の移動速度と比較して同一の状態または速い状態であり、ステップ１２３に戻る。
【００８３】
ステップ１２５において、出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きい場合には、ステップ１２６に移行する。この場合には、モータ５９の回転数に対して、シリンダブロック２の移動速度が速く、クラッチ７０のロックが生じる虞があると判別することができる。
【００８４】
ステップ１２６においては、モータの出力特性を第１の出力特性から第２位の出力特性に切替える。本実施の形態においては、モータ５９の複数のコイルの通電状態を切替える。ステップ１２７においては、第２の出力特性にてモータ５９の駆動し、機械圧縮比の変更を継続する。
【００８５】
次に、ステップ１２８においては、現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達しているか否かを判別する。ステップ１２８において、現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達していない場合には、ステップ１２７に戻り機械圧縮比の変更を継続する。ステップ１２８において、現在の機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達している場合には、ステップ１２９に移行する。ステップ１２９においては、機械圧縮比の変更を停止する。
【００８６】
本実施の形態の運転制御においては、クラッチ７０のロックが生じる前に、モータ５９の出力特性を切替えてクラッチ７０の入力軸７１の回転速度を上昇させることができる。このために、クラッチ７０のロックが生じることを回避し、騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００８７】
機械圧縮比を変更する期間中に、クランクケース１に対してシリンダブロック２に作用する力は、内燃機関の運転状態に依存する。たとえば、燃料が燃焼したときの気筒内の圧力に依存する。しかしながら、本実施の形態の可変圧縮比機構の運転制御においては、クラッチの入力軸の回転速度と出力軸との回転速度とを比較することにより、様々な運転状態においても、クラッチがロックすることを回避することができる。
【００８８】
本実施の形態においては、出力軸の回転速度および入力軸の回転速度を回転速度センサにより直接的に検出して、出力軸の回転数が入力軸の回転数よりも大きいか否かを判別しているが、この形態に限られず、クラッチの出力軸の回転数が入力軸の回転数よりも大きいか否かを判別可能な任意の検出器を採用することができる。例えば、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置に基づいて、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対速度を検出し、この相対速度に基づいてクラッチの出力軸の回転数を検出しても構わない。
【００８９】
次に、本実施の形態における第２の運転制御について説明する。第２の運転制御においては、モータ５９を第１の出力特性から第２の出力特性に切替えた後に、筒内圧等の影響によりクランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる移動速度を推定し、シリンダブロック２の移動速度に対応するようにモータ５９の回転数を制御する。第２の運転制御は、たとえば、図２０に示す第１の運転制御におけるステップ１２７の機械圧縮比の変更の工程において実施することができる。
【００９０】
図２１に、本実施の形態における内燃機関の第２の運転制御のフローチャートを示す。前述したように、シリンダブロック２には、クランクケース１から離れる向きに付勢力が作用している。本実施の形態における内燃機関は、駆動装置による駆動力の伝達が停止した状態で、付勢力によりクランクケース１からシリンダブロック２が離れる移動速度を推定する移動速度推定装置を備える。移動速度推定装置は、たとえば駆動装置が排除され、シリンダブロック２に加わる付勢力によりクランクケース１に対してシリンダブロック２が自然に上昇する状態での移動速度を推定する。
【００９１】
次に、シリンダブロック２の移動速度に基づいて、偏心軸５７を含むカムシャフト５４，５５の回転速度を推定することができる。カムシャフト５４，５５の回転速度に基づいて、クラッチ７０の出力軸７４の回転速度を推定することができる。そして、クラッチ７０の入力軸７１の回転速度が出力軸７４の回転速度と一致するようにモータ５９の回転数を制御することができる。
【００９２】
図２１に、本実施の形態における第２の運転制御のフローチャートを示す。ステップ１３１においては、気筒内の圧力を検出する。図１を参照して、本実施の形態においては、筒内圧センサ２３により気筒内の圧力を検出する。気筒内の圧力は、内燃機関の運転状態によって変化する。例えば、機械圧縮比、吸入空気量、または吸気弁の閉弁時期等により変化する。本実施の形態においては、筒内圧センサ２３により実際の圧力を検出する。筒内圧の検出においては、この形態に限られず、例えば、内燃機関の運転状態に基づいて計算により推定しても構わない。
【００９３】
次に、ステップ１３２において、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置を検出する。図１を参照して、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置は、相対位置センサ２２により検出することができる。
【００９４】
次に、ステップ１３３において、クランクケース１に対してシリンダブロック２を付勢するスプリング６５の付勢力を推定する。クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置により、スプリング６５の縮み量を算出して、この縮み量に基づいてスプリング６５の付勢力を推定することができる。
【００９５】
次に、ステップ１３４においては、クランクケース１からシリンダブロック２が離れる向きの移動加速度を算出する。移動加速度は、シリンダブロック２に印加されている付勢力に基づいて算出することができる。シリンダブロック２に印加されている付勢力の算出においては、筒内圧、スプリング６５の付勢力、および重力等のシリンダブロック２に加わる力を用いることができる。なお、クランクケース１に対するシリンダブロック２の移動加速度の推定においては、カムシャフト５４，５５における摩擦抵抗等も考慮して構わない。
【００９６】
次に、ステップ１３５においては、クランクケース１に対するシリンダブロック２の移動速度を算出する。シリンダブロック２の移動速度は、前回の制御におけて算出したシリンダブロック２の移動速度と、ステップ１３４において算出した移動加速度とに基づいて算出することができる。
【００９７】
次に、ステップ１３６においては、クラッチ７０の出力軸７４の回転速度を算出する。シリンダブロック２の移動速度と偏心軸の位置（リンク機構の状態）に基づいて、カムシャフト５４，５５の回転速度を算出することができる。更に、カムシャフト５４，５５の回転速度およびウォーム６１，６２とウォームホイール６３，６４とのギヤ比に基づいて、クラッチ７０の出力軸７４の回転速度を算出することができる。
【００９８】
次に、ステップ１３７においては、モータ５９の回転数を設定する。算出したクラッチ７０の出力軸７４の回転速度に基づいてモータ５９の回転数を設定することができる。本実施の形態では、算出したクラッチ７０の出力軸７４の回転速度と入力軸７１の回転速度とが一致するように、モータ５９の回転数を設定する。
【００９９】
次に、ステップ１３８においては、ステップ１３７において設定した回転数になるようにモータ５９を制御する。たとえば、モータ５９がデューティ制御により制御されている場合には、デューティ比を変化させることにより、モータ５９の回転数を調整することができる。すなわち、モータ５９に電力を供給している時間と電力を供給していない時間との比率を変更することにより、モータ５９の回転数を変更することができる。または、モータ５９に供給する電圧を変化させることにより回転数を調整することができる。
【０１００】
図２２に、本実施の形態の第２の運転制御を行ったときのクラッチ７０の入力軸７１の回転数と出力軸７４の回転数とを説明するグラフを示す。時刻ｔ０から時刻ｔ５までは、本実施の形態における第１の運転制御と同様である（図１８参照）。時刻ｔ５において、モータ５９の出力特性を第１の出力特性から第２の出力特性に切替えている。
【０１０１】
時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、クラッチ７０の入力軸７１の回転力が出力軸７４に伝達されていない状態である。時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、シリンダブロック２が駆動装置の影響を受けずに、筒内圧等によりクランクケース１に対してシリンダブロック２が上昇している。
【０１０２】
時刻ｔ５において、本実施の形態における第２の運転制御を開始している。モータ５９の回転数およびクラッチ７０の入力軸７１の回転数が急激に上昇する。時刻ｔ８においては、モータ５９の回転数がシリンダブロック２の移動速度に対応する回転数になっている。時刻ｔ８以降には、シリンダブロック２の移動速度に対応するようにモータ５９の回転数が調整されて、機械圧縮比は低下している。この状態では、ウォーム６２の回転数がウォームホイール６４の回転数に対応し、歯部同士の係合を回避することができる。このために、モータ５９の負荷を小さくすることができる。時刻ｔ７において、機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達して機械圧縮比の低下を終了している。
【０１０３】
第２の運転制御においては、モータ５９の負荷を小さくすることができるために、モータ５９の消費電力を低減させることができる。消費電力を低減することができるために、内燃機関の燃料消費量を低減することができる。
【０１０４】
上記の可変圧縮比機構の駆動装置においては、モータ５９の内部のコイルに対して通電する巻線を変更することにより出力特性を変更しているが、この形態に限られず、偏心軸を回転させる駆動装置は、出力特性を変更できるように形成されていれば構わない。
【０１０５】
図２３に、本実施の形態における可変圧縮比機構の他の駆動装置の概略斜視図を示す。他の駆動装置におけるモータ５９は、単一の出力特性を出力する。また、他の駆動装置は、モータ５９とクラッチ７０との間に配置されている減速装置としての変速機９３を含む。変速機９３は、内部に複数のギヤを有し、モータ５９の回転力をクラッチ７０に伝達するときのギヤ比を変更可能に形成されている。他の駆動装置においては、変速機９３のギヤ比を変更することにより、第１の出力特性および第２の出力特性を切替え可能に形成されている。
【０１０６】
このような駆動装置においても本発明を適用することができる。前述のモータの複数のコイルへの通電状態を変更する代わりに、変速機９３においてギヤ比を変更することができる。たとえば、クラッチ７０の出力軸７４の回転数が入力軸７１の回転数よりも大きくなった場合には、減速装置のギヤ比を切替えることにより駆動装置の出力特性を切替えることができる。
【０１０７】
本実施の形態におけるクラッチ７０は、モータ５９と、ウォーム６２との間に配置されているが、この形態に限られず、モータ５９の回転力を偏心軸５７に伝達する駆動力伝達経路に配置することができる。例えば、クラッチ７０は、ウォームホイール６３，６４と、カムシャフト５４，５５との間に配置されていても構わない。この場合には、それぞれのカムシャフト５４，５５に対してクラッチが配置される。
【０１０８】
本実施の形態における逆入力遮断クラッチは、機械圧縮比が上昇する回転方向および機械圧縮比が低下する回転方向の両方向の入力軸からの回転力を出力軸に伝達し、出力軸からの両方向の回転力を遮断するように形成されているが、この形態に限られず、入力軸からの両方向の回転力を出力側に伝達し、機械圧縮比が低下する方向の出力軸からの回転力を遮断するように形成されていれば構わない。
【０１０９】
本実施の形態においては、車両に取り付けられている内燃機関を例示して説明を行なったが、この形態に限られず、任意の装置や設備等に配置されている内燃機関に本発明を適用することができる。
【０１１０】
上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。また、上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【０１１１】
１    クランクケース
２    シリンダブロック
４    ピストン
５    燃焼室
２３    筒内圧センサ
３０    電子制御ユニット
５４，５５    カムシャフト
５７    偏心軸
５９    モータ
６０，６６    回転軸
６１，６２    ウォーム
６３，６４    ウォームホイール
６５    スプリング
７０    クラッチ
７１    入力軸
７４    出力軸
８０ａ，８０ｂ    ローラ
８６ａ，８６ｂ    係止部
９０，９１    回転速度センサ
９３    変速機
１１１    高速用ブラシ
１１３    高トルク用ブラシ
１１５    共通ブラシ
１１８    高速用コイル
１１９    高トルク用コイル
Ａ    可変圧縮比機構
【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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