(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構が不調になった場合に機械圧縮比を低下させる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、クランクケース、シリンダブロックと、駆動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可変圧縮比機構と、クラッチの異常を検出する異常検出装置とを備える。クラッチは、機械圧縮比が低下する一方の回転方向と機械圧縮比が増加する他方の回転方向に対応する入力側からの回転力を伝達し、一方の回転方向に対応する出力側からの回転力を遮断するように形成されている。偏心軸を一方の回転方向に回転させる場合にクラッチが異常であることが検出された時に、可変圧縮比機構は、通常運転における偏心軸の移動範囲を超えて他方の回転方向に偏心軸を回転させて、予め設定された機械圧縮比まで低下させる。【選択図】図１５
2014114781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ているシリンダブロックと、
偏心軸を回転させる駆動機および駆動機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み、支持構造物に対してシリンダブロックが相対移動するように形成されている可変圧縮比機構と、
クラッチの異常を検出する異常検出装置とを備え、
可変圧縮比機構は、通常運転における偏心軸の移動範囲が予め定められており、偏心軸を一方の回転方向に回転することにより、支持構造物に対してシリンダブロックを離す向きに相対移動させ、偏心軸を他方の回転方向に回転することにより、支持構造物に対してシリンダブロックを近づける向きに相対移動させるように形成されており、
クラッチは、一方の回転方向および他方の回転方向に対応する入力側からの回転力を伝達し、一方の回転方向に対応する出力側からの回転力を遮断するように形成されており、
駆動機が偏心軸を一方の回転方向に回転させる場合に、異常検出装置によりクラッチが異常であることが検出された時に、可変圧縮比機構は、偏心軸の移動範囲を超えて他方の回転方向に偏心軸を回転させることにより、支持構造物に対してシリンダブロックを離れる向きに相対移動させ、予め設定された機械圧縮比まで低下させることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
可変圧縮比機構は、予め設定された機械圧縮比まで低下させた後に、更に偏心軸を他方の回転方向に回転させることにより機械圧縮比を上昇し、機械圧縮比を上昇させた状態から偏心軸を一方の回転方向に回転させて異常検出装置によりクラッチの異常の有無を判別する、請求項１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２００４−１６９６６０号公報には、エンジンの運転状況に応じて圧縮比を変更する圧縮比変更機構を備え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では、高圧縮比とされている状況下で何らかの不具合が起きると、圧縮比変更機構とサーボモータとの動力伝達がクラッチで遮断される。そして、ピストンが燃焼室の燃料の燃焼圧を受け、ピストンの上死点の位置が燃焼室の天井壁から離れて、エンジンが低圧縮比の状態になることが開示されている。
【０００４】
特開２００７−２６３２８５号公報には、電動モータとボールねじ機構のナットとの間の回転伝達経路に、トルクダイオードクラッチを備え付けたアクチュエータが開示されている。このトルクダイオードクラッチは、電動モータからボールねじ機構に向けて入力を伝達し、かつ逆入力を遮断することが開示されている。
【０００５】
特開２０１０−２５５４６０号公報には、クランクケースとシリンダブロックとの間に配置された偏心軸と、偏心軸の回転位置を変更することによりシリンダブロックとクランクケースとの相対位置を変更する可変圧縮比システムが開示されている。この可変圧縮比システムは、偏心軸においてシリンダブロック側の部材に接触しつつ動作する第１部位とクランクケース側の部材に接触しつつ動作する第２部位との連結または切離しを切り替えるクラッチ機構を備えている。偏心軸やアクチュエータを含む駆動系にフェイルが発生した場合に第１部位と第２部位とを切り離すことにより、内燃機関の機械圧縮比を低下させることが開示されている。
【０００６】
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】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６９６６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３２８５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５５４６０号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
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大きさ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。
【０００９】
上記の特開２００４−１６９６６０号公報に開示されている内燃機関では、圧縮比を変更するモータからの動力をクラッチにて完全に切り離すことにより、燃焼室の容積が大きくなる方向に力が働いて内燃機関を低圧縮比の状態にすることができる。ところが、モータから燃焼室の容積を変更するための機構までの動力を伝達する経路の途中に、動力の伝達を完全に切断するクラッチを配置する必要がある。すなわち、クランクケースに対してシリンダブロックが自由に動く様なクラッチを配置する必要がある。このようなクラッチを配置していない内燃機関では、可変圧縮比機構が不調になった場合に、機械圧縮比を低くできないという問題がある。たとえば、可変圧縮比機構が不調になって高圧縮比の状態で維持されると、ノッキングなどの異常燃焼が発生するおそれが生じる。
【００１０】
または、可変圧縮比機構が不調になって高圧縮比の状態で維持された場合に、燃焼室に吸入する空気量や燃料量を少なくすることにより、ノッキングなどの異常燃焼を抑制することができるが内燃機関の出力が制限されてしまう。このために、使用者の意図に反して出力が小さくなり、内燃機関が車両に配置されている場合には運転性（ドライバビリティ）の悪化を招くという問題がある。
【００１１】
本発明は、可変圧縮比機構が不調になった場合に機械圧縮比を低下させる内燃機関を提供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、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ているシリンダブロックと、偏心軸を回転させる駆動機および駆動機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み、支持構造物に対してシリンダブロックが相対移動するように形成されている可変圧縮比機構と、クラッチの異常を検出する異常検出装置とを備える。可変圧縮比機構は、通常運転における偏心軸の移動範囲が予め定められており、偏心軸を一方の回転方向に回転することにより、支持構造物に対してシリンダブロックを離す向きに相対移動させ、偏心軸を他方の回転方向に回転することにより、支持構造物に対してシリンダブロックを近づける向きに相対移動させるように形成されている。クラッチは、一方の回転方向および他方の回転方向に対応する入力側からの回転力を伝達し、一方の回転方向に対応する出力側からの回転力を遮断するように形成されている。駆動機が偏心軸を一方の回転方向に回転させる場合に、異常検出装置によりクラッチが異常であることが検出された時に、可変圧縮比機構は、偏心軸の移動範囲を超えて他方の回転方向に偏心軸を回転させることにより、支持構造物に対してシリンダブロックを離れる向きに相対移動させ、予め設定された機械圧縮比まで低下させる。
【００１３】
上記発明においては、可変圧縮比機構は、予め設定された機械圧縮比まで低下させた後に、更に偏心軸を他方の回転方向に回転させることにより機械圧縮比を上昇し、機械圧縮比を上昇させた状態から偏心軸を一方の回転方向に回転させて異常検出装置によりクラッチの異常の有無を判別することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、可変圧縮比機構が不調になった場合に機械圧縮比を低下させる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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通常運転時における偏心軸の移動範囲を説明する拡大概略断面図である。
【図７】実施の形態におけるクラッチの第１の概略断面図である。
【図８】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１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低下するときのクラッチの第２の概略断面図である。
【図１１】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第１の概略断面図である。
【図１２】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第２の概略断面図である。
【図１３】実施の形態の第１の運転制御を行っている時のクラッチの第１の概略断面図である。
【図１４】実施の形態の第１の運転制御を行っている時の可変圧縮比機構の概略断面図である。
【図１５】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１６】実施の形態の第１の運転制御を行っている時のクラッチの第２の概略断面図である。
【図１７】実施の形態における第２の制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図１７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。
【００１７】
図１は、実施の形態における内燃機関の概略全体図である。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。ピストン４の頂面とシリンダヘッド３に囲まれる燃焼室５の頂面の中央部には、点火栓６が配置されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、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。また、カムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生する回転角度センサ２５が取付けられている。回転角度センサ２５の出力は、電子制御ユニット３０に入力される。
【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６９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。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６９で示される方向に回転させると、図５に示されるように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【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。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。
【００２９】
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、駆動機としての駆動モータ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を回転させる駆動モータ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。
【００３０】
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。
【００３１】
図３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。これに対して、図５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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。機械圧縮比を下降させる場合には、偏心軸５７を矢印６８に示す向きに回転させる。
【００３４】
図６に、通常運転における偏心軸５７の移動範囲を説明する拡大概略断面図を示す。位置５７ａは、機械圧縮比が最大になったときの偏心軸５７の位置である。位置５７ｂは、機械圧縮比が最小になったときの偏心軸５７の位置である。偏心軸５７の移動範囲は、偏心軸５７の中心ｂを用いて表すと矢印１０６に示す範囲になる。本実施の形態の偏心軸５７は、円形カム５８の中心ａを回転中心としたときの中心ｂの回転角度が１８０°の範囲内にて移動する。偏心軸５７の移動範囲は、この形態に限られず、中心ｂの回転角度が１８０°よりも小さい範囲であっても構わない。
【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】
本実施の形態における内燃機関は、相対位置センサ２２によりクランクケース１に対するシリンダブロック２の相対的な位置を検出することができる。相対位置センサ２２の出力により、ピストン４が上死点に位置しているときのシリンダブロック２に対するピストン４の相対位置を推定することができる。シリンダブロック２に対するピストン４の相対位置に基づいて機械圧縮比を算出することができる。
【００３７】
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、駆動モータ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、入力側が駆動モータ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。
【００３８】
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。逆入力遮断クラッチは、クランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる向きと近づく向きとの両方向の入力側からの回転力を伝達し、クランクケース１に対してシリンダブロックが離れる向きの出力側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、駆動モータ５９から伝達される回転力はウォーム６１，６２に伝達し、ウォーム６１，６２から伝達される偏心軸の一方の回転方向に対応する回転力は遮断して、駆動モータ５９に伝達しない構造を有する。
【００３９】
図７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８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８は、図７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。
【００４０】
図７および図８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、ねじ８５によりハウジング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７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。
【００４１】
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、駆動モータ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。
【００４２】
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８０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８０を押圧するように形成されている。
【００４３】
出力軸７４と外輪７７との間の空間には、ローラ８０が配置されている。本実施の形態におけるローラ８０は円柱状に形成されている。ローラ８０は、スプリング８１を介して保持部７３に接続されている。スプリング８１は、接続されている保持部７３に対してローラ８０を離す向きに付勢する。
【００４４】
出力軸７４と外輪７７とにより、ローラ８０を係止させるための係止部８６が形成される。係止部８６は、ローラ８０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８６は、ローラ８０が通過しないように狭く形成されている。
【００４５】
次に、本実施の形態おけるクラッチ７０が正常な場合における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、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ように駆動モータ５９の回転力が入力されると、回転力を伝達する。すなわち、偏心軸５７を一方の回転方向に回転させる向きにて駆動モータ５９を駆動する場合には、駆動モータ５９の回転力をウォーム６１，６２に伝達する。一方で、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。
【００４６】
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、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。
【００４７】
図７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。前述の通り、シリンダブロック２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る。このために、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８０は、スプリング８１に押圧されて係止部８６に接触している。このために、ローラ８０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。
【００４８】
すなわち、駆動モータ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８０は、係止部８６にロックされ、クラッチ７０は、この出力側からの回転力を遮断する。
【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。駆動モータ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８０に接触する。
【００５０】
図１０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８０を押圧する。ローラ８０は、係止部８６から離れる。すなわち、ローラ８０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１００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。または、出力軸７４には矢印１００に示す方向に常に力が作用しているために、出力軸７４が回転する。偏心軸５７は、一方の回転方向に回転し、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ことができる。
【００５１】
図１１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の第１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。駆動モータ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。
【００５２】
図１２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の第２の概略断面図である。挿入部７２を矢印１０２に示す向きに回転させることにより、ローラ８０が係止部８６から離れる向きに力が作用する。このために、ローラ８０のくさび効果が解除される。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。ローラ８０は、出力軸７４と外輪７７との間で摺動する。保持部７３は、互いに対向するローラ８０から離れた位置に配置される。この結果、偏心軸５７が他方の回転方向に回転し、シリンダブロック２をクランクケース１に近づける向きに移動させることができる。
【００５３】
ところで、図９を参照して、例えば、クラッチ７０の長期間の使用により、保持部７３が摩耗すると、機械圧縮比を下げようとした場合に、保持部７３がローラ８０を十分に押圧できない場合がある。このためにローラ８０のくさび効果を解除できない場合がある。または、ローラ８０と外輪７７との間に異物が混入した場合などには、保持部７３がローラ８０を押圧しても、ローラ８０のくさび効果が解除できない場合がある。このような場合には、偏心軸５７が一方の回転方向に回転する向きに、駆動モータ５９の回転力を入力しても出力軸７４に回転力を伝達できなくなる。すなわち、クラッチ７０おいて、矢印１０１に示す入力軸７１の回転力を出力軸７４に伝達することができなくなる。この結果、機械圧縮比を低下させることができなくなる場合がある。
【００５４】
本実施の形態の内燃機関は、このようなクラッチ７０の異常を検出する異常検出装置を備える。異常検出装置は、偏心軸５７を一方の回転方向に回転させる場合に、クラッチ７０の回転力の伝達が異常であることを検出する。本実施の形態においては、異常検出装置がクラッチ７０の異常を検出した場合に、第１の運転制御を行う。第１の運転制御では、図６の矢印１０６に示す偏心軸５７の移動範囲を超えて他方の回転方向に偏心軸５７を回転させることにより、機械圧縮比を低下させて低圧縮比にする。すなわち、通常運転時の機械圧縮比を上昇させる回転方向に駆動モータ５９を駆動する。
【００５５】
図１３は、本実施の形態における第１の運転制御を行なっているときのクラッチ７０の第１の概略断面図である。第１の運転制御では矢印１０２に示す向きに入力軸７１を回転させる。このときに、出力軸７４の回転方向は、ローラ８０のくさび効果が解消される方向であるので、出力軸７４も矢印１０２に示す向きに回転させることができる。保持部７３が摩耗した場合や、ローラ８０と外輪７７との間に異物が噛み込んだ場合などにおいても、矢印１０２に示す向きに回転させることができる。
【００５６】
内燃機関が中程度の機械圧縮比の場合には、第１の運転制御を開始した直後には機械圧縮比が上昇する。駆動モータ５９を駆動して偏心軸５７を矢印６９に示す他方の回転方向に回転させると、図５に示すように、偏心軸５７が最下部に到達する。この時に燃焼室５の容積は最小になり、機械圧縮比が最大になる。第１の運転制御では、さらに、矢印６９に示す向きに回転を継続する。
【００５７】
図１４に、第１の運転制御において偏心軸５７を他方の回転方向に回転させているときの可変圧縮比機構の概略断面図を示す。機械圧縮比が最大になった後も、矢印６９に示すように偏心軸５７を他方の回転方向に回転させると、可変圧縮比機構のリンク機構が反転する。円形カム５８の中心ａ、偏心軸５７の中心ｂ、および円形カム５６の中心ｃのリンク状態が反転する。すなわち、図４および図１４を参照すると、偏心軸５７の中心ｂの位置がシリンダブロック２の内部に向かう位置からシリンダブロック２の外部に向かう位置に変更されている。
【００５８】
この状態で、矢印６９に示す他方の回転方向に偏心軸５７の回転を継続すると、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。機械圧縮比は低下する。図１１および図１３を参照して、通常運転時ではクラッチ７０の出力軸７４に対して矢印１００に示す向きに力が作用していたが、第１の運転制御ではリンク機構が反転することにより、出力軸７４に対して矢印１０４に示す向きに力が加わる。すなわち出力軸７４に作用する力の向きが反転する。駆動モータ５９の回転力の方向と、クランクケース１から受ける回転力の方向とが一致する。このために、機械圧縮比を速やかに低下させることができる。
【００５９】
本実施の形態の第１の運転制御においては、機械圧縮比が最小の状態になるまで駆動モータ５９による入力軸７１の回転を継続する。すなわち図３に示すように偏心軸５７が最も上昇するまで偏心軸５７を移動させる。この後に、第１の運転制御では、機械圧縮比が最小の状態、すなわち燃焼室５が最大になる状態で可変圧縮比機構を維持する。
【００６０】
機械圧縮比が低くなる状態に移行することにより、ノッキングなどの異常燃焼を抑制することができる。また、機械圧縮比の低い状態が維持されても、吸入空気量や燃料噴射量を大きくすることにより、内燃機関の出力も増大させることができる。このために、使用者に違和感を生じさせることなく内燃機関の運転を継続することができる。すなわち、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００６１】
図１５に、本実施の形態における第１の運転制御のフローチャートを示す。図１５に示す制御は、例えば、通常運転を行なう通常運転モードで制御を行っている期間中に行なうことができる。ここで、通常運転モードとは内燃機関の運転状態に応じて、機械圧縮比を変化させる状態を示す。例えば、通常運転モードでは、要求負荷および機関回転数に基づいて機械圧縮比が選定され、選定された機械圧縮比に応じて可変圧縮比機構が駆動される。
【００６２】
ステップ１１１においては、機械圧縮比を低下させる指令を検出する。機械圧縮比の低下指令の検出については、例えば、電子制御ユニット３０から駆動モータ５９への指令値を検出することができる。または、駆動モータ５９に入力される電流値などを検出することができる。
【００６３】
次に、ステップ１１２においては、機械圧縮比を低下させる側に駆動モータ５９に対して電流を供給する。すなわち、偏心軸５７が一方の回転方向に回転するように駆動モータ５９の駆動を開始する。
【００６４】
次に、ステップ１１３において、クラッチ７０が異常でないかを判別する。本実施の形態においては、相対位置センサ２２および電子制御ユニット３０が異常検出装置として機能する。異常検出装置は、クラッチ７０のロックが解除されたか否かを判別する。クラッチ７０のロックの解除の判別においては、例えば、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置を検出する。駆動モータ５９に対して所定の電流を供給したにも関わらず、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置が指令された位置に到達していない場合には、クラッチ７０のロックが解除されていないと判別することができる。
【００６５】
または、駆動モータ５９は、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置に応じて、フィードバック制御が行なわれている場合がある。駆動モータ５９に対する指令値に対して相対位置の移動が遅れている場合には、所定の時間内に供給する電流量を増加する。たとえば、駆動モータ５９に供給する電流のデューティ比を増大させる制御を行なうことができる。駆動モータ５９に供給する電流のデューティ比が大きい場合には指令値に対して遅れがあると判別することができる。このために、デューティ比が予め定められた判定値よりも大きい場合には、クラッチのロックが解除されていないと判別することができる。ステップ１１３において、クラッチのロックが解除された場合には、ステップ１１４に移行する。
【００６６】
ステップ１１４においては、実際の機械圧縮比が目標の機械圧縮比に到達しているか否かを判別する。実際の機械圧縮比は、相対位置センサ２２の出力により推定することができる。実際の機械圧縮比が目標の機械圧縮比に到達していない場合には、ステップ１１２に戻って、さらに機械圧縮比を低下する側に駆動モータ５９を駆動する。ステップ１１４において、実際の機械圧縮比が目標の機械圧縮比に到達した場合には、この制御を終了する。
【００６７】
ステップ１１３において、クラッチ７０のロックが解除されていないと判別した場合には、ステップ１１５に移行する。
【００６８】
ステップ１１５においては、機械圧縮比が上昇する側に駆動モータ５９を駆動する。すなわち、ステップ１１２において回転させようとした回転方向と反対の回転方向に駆動モータ５９を駆動させる。偏心軸５７は、他方の回転方向に回転する。この制御を行なうことにより、図１４に示したように、可変圧縮比機構のリンク機構を反転させ、リンク機構が反転した後に機械圧縮比を低下させることができる。
【００６９】
ステップ１１６において、実際の機械圧縮比が判定機械圧縮比に到達しているか否かを判別する。本実施の形態においては、機械圧縮比の最小値を判定機械圧縮比に設定している。機械圧縮比が最小になるまで可変圧縮比機構を駆動する。ステップ１１６において、実際の機械圧縮比が判定機械圧縮比に到達していない場合には、ステップ１１５に戻って駆動モータ５９の駆動を継続する。ステップ１１６において、実際の機械圧縮比が判定機械圧縮比に到達した場合には、ステップ１１７に移行する。
【００７０】
ステップ１１７においては、機械圧縮比の変更を停止する。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が最も離れた状態、すなわち燃焼室５の容積が最大になった状態で駆動モータ５９を停止する。
【００７１】
次に、ステップ１１８においては、内燃機関の運転モードを通常運転モードから小さな機械圧縮比が維持される低機械圧縮比の運転モードに移行させる。この運転モードでの内燃機関の制御は、予め設定して電子制御ユニット３０に記憶させておくことができる。例えば、低い機械圧縮比に維持されるために、低機関回転数および低負荷の場合には、通常運転モードよりも供給される吸入空気量および燃料噴射量を多くする制御を行うことができる。この制御により使用者が所望する出力を得ることができる。
【００７２】
さらに、低機械圧縮比の運転モードに移行する場合には、使用者に可変圧縮比機構の異常を通知することができる。例えば、運転操作パネルにおいて、可変圧縮比機構に異常が生じたことを通知する警告灯を配置することができる。この警告灯を点灯させることにより、使用者に可変圧縮比機構の異常を通知することができる。使用者は、可変圧縮比機構の異常を認知して修理を依頼することができる。
【００７３】
この様に、本実施の形態においては、クラッチ７０の異常を検出した場合に機械圧縮比が最小になるまで偏心軸５７を回転させている。機械圧縮比が最小になった状態では、クランクケース１に対してシリンダブロック２は、最も離れた位置に配置される。このために、燃焼室５の内部の燃焼圧力等により、クランクケース１に対してシリンダブロック２が更に離れようとしても、この上昇力は、カムシャフト５４，５５で遮断される。このために、クラッチ７０の出力側から回転力が伝達されることを回避できて、クラッチ７０の更なる故障等を抑制できる。なお、クラッチの異常を検出した場合に移行する機械圧縮比は最小値に限られず、予め定められた低機械圧縮比まで移行させることができる。
【００７４】
また、前述のように第１の運転制御を開始したときに、リンク機構が反転するまでは機械圧縮比が上昇する場合がある。機械圧縮比が高くなる期間中には、異常燃焼の発生を抑制する制御を行うことができる。たとえば、点火時期を遅角することができる。または、吸気弁の閉弁時期が変更可能な可変動弁機構が配置されている場合には、吸気弁の閉弁時期を変更して吸入空気量を少なくすることができる。
【００７５】
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、第１の運転制御と同様に、予め設定された低機械圧縮比まで低下させた後に、クラッチ７０が正常に戻っているか否かを判別する。低機械圧縮比に変更した後に偏心軸５７を僅かに他方の回転方向に回転させ、更に一方の回転方向に回転させることにより、逆入力遮断クラッチ７０の異常の有無を判別する。
【００７６】
図１６に、本実施の形態における第１の運転制御を行なっているときのクラッチ７０の第２の概略断面図を示す。第１の運転制御において、偏心軸５７が他方の回転方向に回転するように駆動モータ５９を駆動すると、外輪７７に対して入力軸７１および出力軸７４が回転する。このときに、クラッチ７０が正常に戻る場合がある。例えば、ローラ８０と外輪７７との間に噛み込まれていた異物が除去される場合がある。このような場合には、図１６に示すように、係止部８６におけるローラ８０のくさび効果が解除される。第２の運転制御では、このようなクラッチが正常に戻ったことを検出し、運転モードを低機械圧縮比の運転モードから通常運転モードに戻す制御を行う。
【００７７】
図１７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１１１からステップ１１８は、第１の運転制御と同様である。ステップ１１８においては、例えば図３に示すように機械圧縮比が最小の状態にて維持されている。
【００７８】
次に、ステップ１１９においては、機械圧縮比が上昇する側に駆動モータ５９を駆動する。図３を参照して、矢印６９に示す向きに偏心軸５７を僅かに回転させる。この時の偏心軸５７の移動量は、機械圧縮比に対する感度が低い範囲内になるように十分に小さいことが好ましい。
【００７９】
次に、ステップ１２０およびステップ１２１では、ステップ１１２およびステップ１１３と同様の制御を行う。ステップ１２０においては、機械圧縮比が低下する側に駆動モータ５９を駆動させる。ステップ１２１においては、異常検出装置によりクラッチ７０のロックが解除されているか否かを判別する。
【００８０】
ステップ１２１において、クラッチ７０のロックが解除されている場合には、ステップ１２２に移行する。ステップ１２２において内燃機関を通常運転モードに戻して、この制御を終了する。ステップ１２１において、クラッチ７０のロックが解除されない場合には、クラッチ７０の復旧が不可能であると判別することができる。この場合には、ステップ１２３に移行する。
【００８１】
ステップ１２３においては、可変圧縮比機構に異常が生じたことを使用者に通知する。本実施の形態においては、運転操作パネルの警告灯を点灯させている。次に、ステップ１２４においては、現在の低機械圧縮比を維持し、低機械圧縮比の運転モードを継続する。
【００８２】
本実施の形態においては、機械圧縮比が最小の状態から機械圧縮比を一回のみ上昇させているが、この形態に限られず、機械圧縮比の上昇および低下の制御を複数回行なっても構わない。この後に、クラッチが解除されているか否かを判別しても構わない。
【００８３】
第２の運転制御においては、可変圧縮比機構が正常に戻ったことを検出することができる。このために、通常運転モードにて運転できるにも関わらず、低機械圧縮比にて運転して燃料消費量が増大することを抑制できる。または、第１の運転制御の期間中に可変圧縮比機構が正常に戻ったものの使用者が修理を依頼することを回避することができる。
【００８４】
図２を参照して、本実施の形態におけるクラッチ７０は、駆動モータ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、駆動モータ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。
【００８５】
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。
【００８６】
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】
【００８７】
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
２２    相対位置センサ
３０    電子制御ユニット
５４，５５    カムシャフト
５６，５８    円形カム
５７    偏心軸
５９    駆動モータ
６０    回転軸
６５    スプリング
７０    クラッチ
７１    入力軸
７４    出力軸
７７    外輪
８０    ローラ
８１    スプリング
８６    係止部
【図１】
2014114781.tif 000003
【図２】
2014114781.tif 000004
【図３】
2014114781.tif 000005
【図４】
2014114781.tif 000006
【図５】
2014114781.tif 000007
【図６】
2014114781.tif 000008
【図７】
2014114781.tif 000009
【図８】
2014114781.tif 000010
【図９】
2014114781.tif 000011
【図１０】
2014114781.tif 000012
【図１１】
2014114781.tif 000013
【図１２】
2014114781.tif 000014
【図１３】
2014114781.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2014114781.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2014114781.tif 000019