(57)【要約】【課題】  エネルギーロスを最小限に抑制しつつコンロッドの大端部とクランクピンの間のベアリングに生じる荷重を低減させることができる技術を提供する。【解決手段】  ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、機関回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には前記質量体を前記小端部側に位置させる。また、機関回転速度が所定回転速度以上である場合には前記質量体を前記大端部側に位置させる。【選択図】  図６
2006250045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、
機関回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には前記質量体を前記小端部側に位置させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の負荷率が所定負荷率よりも小さい場合には、機関回転速度が前記所定回転速度よりも小さくても前記質量体を前記大端部側に位置させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、
機関回転速度が所定回転速度以上である場合には前記質量体を前記大端部側に位置させることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記質量体は、前記コネクティングロッド内に設けられたオイル通路に備えられており、オイルの圧力の作用により移動するものであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記大端部とクランクピンとの間にベアリングを備え、
当該ベアリングにかかる荷重を推定し、当該推定した荷重が所定荷重よりも大きい場合には、前記質量体を前記小端部側に移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、
前記大端部とクランクピンとの間にベアリングを備え、
当該ベアリングにかかる荷重を推定し、当該推定した荷重に応じて前記質量体の位置を制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記推定したベアリングにかかる荷重が所定荷重よりも大きい場合には、前記質量体を前記小端部側に移動させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記内燃機関は、複数の気筒に前記コネクティングロッドを備える多気筒の内燃機関であって、
前記複数の気筒間の前記質量体の位置の差を検出し、当該検出した位置の差が所定差より大きい場合、前記複数の気筒における質量体を前記小端部側に移動させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
複数の気筒に、ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える多気筒の内燃機関であって、
前記複数の気筒間の前記質量体の位置の差を検出し、当該検出した位置の差が所定差より大きい場合、前記複数の気筒における質量体を前記小端部側に移動させることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクティングロッドの重心位置を変更可能な内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
爆発力を大きくして内燃機関の高出力化を図ると、爆発荷重をクランクに伝える際に、コネクティングロッド（以下、「コンロッド」という場合もある。）の大端部とクランクシャフトのクランクピン間に大荷重がかかってしまう。そして、コンロッドの大端部とクランクピンの間のベアリングに生じる荷重が大きくなる。
【０００３】
これにより、大端部とベアリングとの接触面積、あるいはベアリングとクランクピンとの接触面積が従来と同じであるとすると、接触面積に発生する圧力（面圧）が高くなり、ベアリングの破損に至るおそれがある。
【０００４】
これに対して、接触面積を大きくして面圧を低減することも考えられるが、かかる場合にはフリクションが大きくなり、エネルギーロスが増大してしまう。また、コンロッドの重心位置を変更して爆発荷重に対向する方向の慣性荷重を大きくして面圧を低減することも考えられるが、かかる場合には、高回転時にレスポンスが低下したりエネルギーロスが増大したりしてしまう。
【０００５】
これに関連して、非特許文献１には、コンロッドの長手方向に、ガイド溝と、そのガイド溝に沿って移動可能な可動質量体とを設け、爆発荷重に対向する大きな慣性力を発生させ、ベアリングに作用する荷重を抑制し、ベアリングの面圧を低くする技術が提案されている。
【特許文献１】特開平４−１１９２３９号公報
【特許文献２】特開平５−２３１４１８号公報
【非特許文献１】吉田功，「発行番号１３８５１  可変慣性質量コネクティングロッド」，トヨタ技術公開集，トヨタ自動車株式会社，２００２年９月３０日，ＮＯ．１４２  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００２，ｐ．１３３−１３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載した技術においても内燃機関の回転速度に連動して可動質量体が運動するので、機関回転速度が小さいときには、慣性力が十分に発生しない。ゆえに、ベアリングに生じる荷重を低減させることができずに、接触面積を大きくしないと面圧を低くすることができない。
【０００７】
本発明は、上記した事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギーロスを最小限に抑制しつつコンロッドの大端部とクランクピンの間のベアリングに生じる荷重を低減させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、機関回転速度に応じて前記質量体の位置を制御することを特徴とする。
【０００９】
内燃機関においては、運転中の爆発行程の上死点近傍では、爆発力と、機関回転速度によるその爆発力に対向する方向のコンロッド、ピストンなどの慣性力と、が作用する。そのため、コンロッドの大端部とクランクピンとの間にベアリングを備えている場合には、大端部とベアリング間、およびベアリングとクランクピン間に生じる荷重（以下、「ベアリング荷重」という場合もある。）は、爆発力による爆発荷重からコンロッドなどの慣性力による慣性荷重を減算した分の荷重がかかる。ゆえに、爆発荷重が同じであってコンロッドの重心位置が同じである場合には、機関回転速度が小さいほどコンロッドの慣性力が小さいので、機関回転速度が小さいほどベアリング荷重が大きくなる。また、爆発荷重が同じであって機関回転速度が同じである場合には、コンロッドの重心位置が大端部側に位置しているほどコンロッドの慣性力が小さくなり、ベアリング荷重が大きくなる。
【００１０】
そこで、機関回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には前記質量体を前記小端部側に位置させることが好適である。これによりコンロッドの慣性力による慣性荷重を大きくすることができ、ベアリング荷重を小さくすることができる。なお、所定回転速度は、内燃機関毎に、爆発力、コンロッドの慣性力、大端部の幅、クランクピン幅などを考慮して予め定めるものである。
【００１１】
ただし、内燃機関の負荷率が所定負荷率よりも小さい場合には、機関回転速度が前記所定回転速度よりも小さくても前記質量体を前記大端部側に位置させることが好適である。内燃機関の負荷率が小さい場合には、爆発荷重も小さくなりベアリング荷重も小さい。ゆえに、内燃機関の負荷率が所定負荷率よりも小さい場合に、機関回転速度が所定回転速度よりも小さくても質量体を大端部側に位置させることで、小端部側に位置することに起因して生じるエネルギーロスの増大を最小限に抑制することができる。
【００１２】
また、機関回転速度が所定回転速度以上である場合には前記質量体を前記大端部側に位置させることが好適である。爆発荷重が同じであって、機関回転速度が所定回転速度以上である場合には、質量体が大端部側に位置しているとしても、コンロッドの慣性力は大きくなり、ベアリング荷重は小さくなる。それゆえ、かかる場合には、質量体を大端部側に位置させることで、小端部側に位置することに起因して生じるレスポンスの低下あるいはエネルギーロスの増大を抑制することが好ましい。
【００１３】
ここで、前記質量体は、前記コネクティングロッド内に設けられたオイル通路に備えられており、オイルの圧力の作用により移動するものであることが好適である。オイル通路がコンロッドの大端部とベアリング間、およびベアリングとクランクピン間に連通している場合には、当該オイル通路にオイルを供給して質量体の位置を制御するのと同時に、コンロッドの大端部とベアリング間、およびベアリングとクランクピン間を潤滑させることができるからである。
【００１４】
また、前記大端部とクランクピンとの間にベアリングを備え、当該ベアリングにかかる荷重を推定し、当該推定した荷重が所定荷重よりも大きい場合には、前記質量体を前記小端部側に移動させることが好適である。
【００１５】
質量体を移動させるための手段、あるいは位置を維持するための手段が故障しているなどの理由により適切な位置に質量体の位置を制御することができない場合がある。そして、かかる場合には、ベアリング荷重が、ベアリングに生じる応力を許容応力よりも高くさせる荷重である限界荷重を超え、ベアリングを破損させてしまうおそれがある。そこで、ベアリング荷重が所定荷重より大きい場合には、強制的に質量体を小端部側へ移動させることで、かかる不具合を防止することができる。なお、前記所定荷重は、余裕をみて前記限界荷重よりやや小さめに設定した値であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る内燃機関は、ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える内燃機関であって、前記大端部とクランクピンとの間にベアリングを備え、当該ベアリングにかかる荷重を推定し、当該推定した荷重に応じて前記質量体の位置を制御することを特徴とする。
【００１７】
このように、質量体の位置を、推定したベアリング荷重に応じて制御することで、きめ細かい制御を行うことができ、精度よく、コンロッドの重心位置が大端部側に位置していることに起因して生じるベアリング荷重の増大を防止できるとともに、小端部側に位置していることに起因して生じるレスポンスの低下あるいはエネルギーロスの増大を最小限に抑制することができる。
【００１８】
また、かかる構成においても、前記推定したベアリングにかかる荷重が所定荷重よりも大きい場合には、前記質量体を前記小端部側に移動させることが好適であり、上述した理由により、ベアリングの破損を防止することができる。
【００１９】
また、前記内燃機関は、複数の気筒に前記コネクティングロッドを備える多気筒の内燃機関であって、前記複数の気筒間の前記質量体の位置の差を検出し、当該検出した位置の差が所定差より大きい場合、前記複数の気筒における質量体を前記小端部側に移動させることが好適である。
【００２０】
内燃機関が複数の気筒を有するものである場合、気筒毎に、上述したようにして、質量体の位置を制御することが好適である。ただし、気筒間で質量体の位置がばらつき、コンロッドの重心位置がばらつくことも考えられる。そして、かかる場合には、気筒間のベアリング荷重にばらつきが生じ、振動や音に悪影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
そこで、複数の気筒間の質量体の位置の差を検出し、当該検出した位置の差が所定差より大きい場合、複数の気筒における質量体を全て小端部側に移動させることにより、ベアリング荷重が増大することを防止しつつ、気筒間での質量体の位置のばらつきを抑制し、振動や音に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関は、複数の気筒に、ピストンに連結する小端部と、クランクシャフトに連結する大端部と、前記小端部と前記大端部との間を移動可能な質量体と、を有するコネクティングロッドを備える多気筒の内燃機関であって、前記複数の気筒間の前記質量体の位置の差を検出し、当該検出した位置の差が所定差より大きい場合、前記複数の気筒における質量体を前記小端部側に移動させることを特徴とする。
【００２３】
これにより、各気筒においては、エネルギーロスを最小限に抑制しつつコンロッドのベアリング荷重を低減させることができ、内燃機関全体としては、気筒間での質量体の位置のばらつきを抑制し、振動や音に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギーロスを最小限に抑制しつつコンロッドの大端部とクランクピンの間のベアリングに生じる荷重を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係るコンロッド１の概略構成図である。コンロッド１は、ピストンピン（図示省略）を介してピストン（図示省略）に連接する小端部１１を一端に有し、コンロッドベアリング２を介してクランクシャフト３に連接する大端部１２を他端に有する。なお、クランクシャフト３は、クランクベアリング４を介してクランクケース５に回転可能に支持されている。
【００２７】
小端部１１と大端部１２との間のコラム１３の内部には質量体室１４が形成されており、当該質量体室１４には、ばね１５によって弾性付勢され、軸方向に往復動可能な質量体１６が挿入されている。質量体１６は、流体の圧力を受けることにより、小端部１１および大端部１２に対し相対移動することが可能になっている。
【００２８】
質量体１６を相対移動させるための流体の圧力として、当該コンロッド１が適用される内燃機関（エンジン）のオイル（潤滑油）の油圧が利用される。詳しくは、質量体室１４は、質量体１６によって２つの空間に区画されている。これらのうち、小端部１１側の空間は小端側油圧室１７を構成し、大端部１２側の空間は大端側油圧室１８を構成している。
【００２９】
そして、両油圧室１７，１８内の油圧によって質量体１６が小端部１１および大端部１２に対して相対移動する。すなわち、小端側油圧室１７内の油圧を大端側油圧室１８内の油圧に対して高くすると、質量体１６は大端部１２側に相対移動する（図２の状態）。これとは逆に、大端側油圧室１８内の油圧を小端側油圧室１７の油圧に対して高くすると、質量体１６は小端部１１側に相対移動する（図３の状態）。
【００３０】
上記両油圧室１７，１８内に対するオイルの供給及び排出を行うために、コラム１３、大端部１２、コンロッドベアリング２、クランクシャフト３、クランクベアリング４、クランクケース５等には、小端側油圧室１７に繋がる小端側通路１９と、大端側油圧室１８に繋がる大端側通路２０とが形成されている。また、クランクシャフト３のクランクピンおよびクランクジャーナルの、小端側通路１９および大端側通路２０に対応する部位には、オイル溝が全周にわたって形成されている。
【００３１】
そして、小端側通路１９および大端側通路２０には、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）６を介して供給通路４１及び２つの排出通路４２，４３が接続されている。なお、ＯＣＶ６は電磁駆動式の流量制御弁であり、当該コンロッド１が適用される内燃機関に併設され、当該内燃機関を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）７によって制御される。このＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。
【００３２】
供給通路４１はオイルポンプ８を介してオイルパン（図示省略）に繋がり、両排出通路４２，４３は直接オイルパン（図示省略）に繋がっている。
【００３３】
ＯＣＶ６は、複数のポートが形成されたケーシング６１を備えている。ポートには、小端側通路１９、大端側通路２０、供給通路４１及び両排出通路４２，４３が接続されている。ケーシング６１の内部には、複数の弁部６２を備え、かつばね６３によって弾性付勢されたスプール６４が往復動可能に収容されている。ＯＣＶ６では、後述するＥＣＵ７により電磁ソレノイド６５への通電時間がデューティ制御される。この制御に応じてスプール６４の軸方向における位置が変更され、弁部６２によって各ポートが開閉される。
【００３４】
例えば、デューティ比が０％の場合には、図２に示すように、ばね６３が伸張してスプ
ール６４が右端側に配置される。これにより、小端側通路１９と供給通路４１とが接続され、オイルパン内のオイルが供給通路４１、小端側通路１９等を通って小端側油圧室１７に供給される。また、大端側通路２０と一方の排出通路４２とが接続され、大端側油圧室１８内のオイルが大端側通路２０、排出通路４２等を通ってオイルパン１０に戻される。その結果、質量体１６が大端部１２側へ相対移動する。この相対移動は、図２に示すように、質量体１６が質量体室１４の大端部側端部に接触する位置（最大端部側位置）で止まる。
【００３５】
また、デューティ比が１００％の場合には、図３に示すように、スプール６４がばね６３を圧縮させて左側に配置される。これにより、大端側通路２０と供給通路４１とが接続され、オイルパン内のオイルが供給通路４１、大端側通路２０等を通って大端側油圧室１８に供給される。また、小端側通路１９と他方の排出通路４３とが接続され、小端側油圧室１７内のオイルが小端側通路１９、排出通路４３等を通ってオイルパンに戻される。その結果、質量体１６が小端部１１側へ相対移動する。この相対移動は、図３に示すように、質量体１６が質量体室１４の小端部側端部に接触する位置（最小端部側位置）で止まる。
【００３６】
そして、デューティ比を０〜１００％の間で任意に変更することにより、小端側油圧室１７及び大端側油圧室１８へのオイルの供給・排出を行い、各油圧室１７，１８内の油圧を調整することができる。この調整により、質量体１６の位置を最大端部側位置から最小端部側位置までの範囲で任意に変更することができる。そして、質量体１６が、目標位置に変位した後は、デューティ比を約５０％にして、オイルの供給・排出を遮断することにより、その状態を維持させることができる。
【００３７】
以下に、図４に基づいてロック機構９について説明する。図４において、左側は、最小端部側位置におけるロック状態を示す断面図であり、右側は、最大端部側位置におけるロック状態を示す断面図である。
【００３８】
コンロッド１のコラム１３には、軸に垂直な方向にピン挿入孔９１が形成されており、ロックピン９２がこの挿入孔９１内に往復動可能に収容されている。ロックピン９２はばね９３によってコラム１３側へ弾性付勢されている。
【００３９】
一方、質量体１６には係止孔９４が形成されており、質量体１６の往復動に伴い挿入孔９１が係止孔９４に合致したとき、ばね９３によって弾性付勢されたロックピン９２の先端が係止孔９４に挿入される。この挿入により、小端部１１および大端部１２に対する質量体１６の往復動が規制され、相対位置関係を維持した状態で質量体１６とコラム１３などが一体に動く。なお、挿入孔９１に対応する箇所とは、質量体１６の位置が最小端部側位置および最大端部側位置となったときに挿入孔９１に合致する箇所である。
【００４０】
ロックピン９２を係止孔９４から抜き出してロックを解除するために、質量体１６に、解除用通路９５が軸に垂直な方向の両側に形成されており、左側の解除用通路９５は、質量体１６が最小端部側位置にロックされているときに、小端側通路１９と連通し、右側の解除用通路９５は、質量体１６が最大端部側位置にロックされているときに、大端側通路２０と連通する。そして、小端側通路１９あるいは大端側通路２０を流通してきたオイルが当該解除用通路９５に流入し、その油圧がばね９３の不勢力に打ち勝つと、ロックピン９２が係止孔９４から外れ、ロックピン９２の係止が解除される。この解除に伴い、質量体１６の小端部１１および大端部１２に対する相対移動が許容され、小端側油圧室１７及び大端側油圧室１８に供給される油圧に基づいて、質量体１６の位置の調整が可能となる。
【００４１】
なお、コンロッド１は、コラム１３を、図５のように、分割して成形し、質量体１６、ロックピン９２、ばね９３などを挿入した後に溶接あるいはボルト締めすることにより成形することができる。
【００４２】
このようなコンロッド１、ＯＣＶ６、ＥＣＵ７などを備えた内燃機関において、ＥＣＵ７は、以下に説明するようにして、ＯＣＶ６のデューティ比を制御して、コンロッド１内部の質量体１６の位置を制御するようにする。
【００４３】
内燃機関においては、運転中の爆発行程の上死点近傍では、爆発力と、機関回転速度によるその爆発力に対向する方向のピストン、ピストンピン、ピストンリング、コンロッド１などの慣性力が作用する。そのため、コンロッド１の大端部１２とコンロッドベアリング２間、およびコンロッドベアリング２とクランクピン間に生じる荷重（以下、「ベアリング荷重」という。）は、爆発力による爆発荷重からコンロッド１などの慣性力による慣性荷重を減算した分の荷重がかかる。ゆえに、爆発荷重が同じであってコンロッド１などの重心位置が同じである場合には、機関回転速度が小さいほどコンロッド１などの慣性力が小さいので、機関回転速度が小さいほどベアリング荷重が大きくなる。
【００４４】
そこで、本実施例においては、ＥＣＵ７は、機関回転速度が所定回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）より小さい場合には、コンロッド１の慣性力を大きくして、ベアリング荷重を小さくするべく、コンロッド１の質量体１６が最小端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。一方、機関回転速度が所定回転速度以上である場合には、質量体１６が最大端側位置に位置しているとしても、コンロッド１の慣性力は大きくなる。それゆえ、かかる場合には、質量体１６が最小端側位置に位置することに起因してレスポンスの低下あるいはエネルギーロスの増大が生じることを防止すべく、質量体１６が最大端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。なお、所定回転速度は、内燃機関毎に、爆発力、コンロッドの慣性力、大端部の幅、クランクピン幅などを考慮して予め定めるものである。
【００４５】
以下、具体的に、図６に示すフローチャートを用いて本実施例に係る質量体位置制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。
【００４６】
先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という場合もある。）１０１において、クランクポジションセンサにて検出された機関回転速度が前記所定回転速度より小さいか否かを判別する。そして、本ステップで肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ進み、コンロッド１の質量体１６が最小端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。つまり、ＯＣＶ６のデューティ比を１００％にする。もし、質量体１６の位置を検出可能であり、現時点での質量体１６が最小端側位置ではない場合には、質量体１６が最小端側位置にロックするまでＯＣＶ６のデューティ比を１００％にし、ロックした後には、その状態に維持させるべくデューティ比を約５０％にする。
【００４７】
一方、否定判定された場合には、Ｓ１０３へ進み、コンロッド１の質量体１６が最大端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。つまり、ＯＣＶ６のデューティ比を０％にする。もし、質量体１６の位置を検出可能であり、現時点での質量体１６が最大端側位置ではない場合には、質量体１６が最大端側位置にロックするまでＯＣＶ６のデューティ比を０％にし、ロックした後には、その状態に維持させるべくデューティ比を約５０％にする。
【００４８】
このようにすることにより、機関回転速度が小さい場合には、質量体１６が最小端側位置に位置することになるので、コンロッド１の重心位置を小端部１１側寄りにすることができ、コンロッド１の慣性力を大きくすることができる。そして、これによりベアリング
荷重を小さくすることができる。
【００４９】
本実施例に係るコンロッドを備えた内燃機関のスロットル全開における機関回転速度と各種荷重の相関関係を示したのが図７である。上述した質量体位置制御を実行することにより、質量体１６の位置が、前記所定回転速度にて、機関回転速度が小さい時の位置である最小端側位置から最大端側位置へ移動することから、慣性荷重が図７に示すように変化する。その結果、爆発荷重から慣性荷重を減算した荷重であるベアリング荷重が図７の曲線Ａに示すように変化する。曲線Ｂは、質量体１６が、常に最大端側位置に固定されている場合のベアリング荷重を示したものである。曲線ＡとＢを比較すると、本実施例に係るコンロッドを用いることによりベアリング荷重の最大値が低下することがわかる。同様に、重心位置が移動しないコンロッドであって、質量体１６が最小端側位置である時のコンロッド１の重心位置よりも大端側に重心位置があるコンロッドを用いた場合と比較しても、ベアリング荷重の最大値が低下する。
【００５０】
また、機関回転速度が前記所定回転速度より大きい場合には、質量体１６が最大端側位置に位置することになるので、高回転時のレスポンスの低下あるいはエネルギーロスの増大を回避することができる。
【実施例２】
【００５１】
内燃機関の負荷率が小さい場合には爆発力も小さいので、機関回転速度が小さくてもベアリング荷重は小さくなる。かかる事項に鑑み、本実施例に係る質量体位置制御においては、機関回転速度が前記所定回転速度より小さくても内燃機関の負荷率が所定負荷率（例えば５０％）より小さい場合には、質量体１６が最大端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。なお、所定負荷率は、内燃機関毎に、爆発力、コンロッドの慣性力、大端部の幅、クランクピン幅などを考慮して予め定めるものである。
【００５２】
以下、具体的に、図８に示すフローチャートを用いて本実施例に係る質量体位置制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。
【００５３】
先ず、Ｓ２０１において、機関回転速度が前記所定回転速度より小さいか否かを判別する。そして、肯定判定された場合には、Ｓ２０２へ進み、内燃機関の負荷率が前記所定負荷率以上であるか否かを判別する。なお、負荷率は、例えばエンジン２の吸入空気量に関係するパラメータ（例えばスロットル開度、アクセル開度、吸気圧等）に基づき算出することができる。
【００５４】
そして、Ｓ２０２にて、肯定判定された場合には、Ｓ２０３へ進み、コンロッド１の質量体１６が最小端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。一方、Ｓ２０１あるいはＳ２０２において否定判定された場合には、Ｓ２０４へ進み、コンロッド１の質量体１６が最大端側位置になるようにＯＣＶ６を制御する。
【００５５】
このように制御することで、低回転高負荷時にはベアリング荷重を低下させることができるとともに、低回転低負荷時にはコンロッド１の慣性力を小さくするので、フリクションを減少させることができ、エネルギーロスの増大を防止することができる。
【実施例３】
【００５６】
本実施例においては、コンロッド１に、質量体１６の位置を検出する質量体位置検出手段たるギャップセンサ７１を、図９に示すように、質量体室１４の大端部１２側端面に備え、当該ギャップセンサ７１の検出値と内燃機関の運転状態に基づいて、質量体１６の位
置を細かく制御するようにする。なお、下記において、質量体１６の位置について述べるときは、質量体１６の大端部側端面とギャップセンサ７１との相対位置である。
【００５７】
以下、具体的に、図１０に示すフローチャートを用いて本実施例に係る質量体位置制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。
【００５８】
先ず、Ｓ３０１において、質量体１６の目標位置（ｃｗｔ）を算出する。これは、予め実験等の経験則に基づいて作成してＲＯＭに記憶した、機関回転速度および負荷率をパラメータとする図１１に示すようなマップに、現時点の機関回転速度および負荷率を代入することにより算出するものである。当該内燃機関の燃焼圧を検出可能な燃焼圧センサを備えている場合には、当該燃焼圧センサにて検出した燃焼圧（ｃｐ）および機関回転速度を、予め実験等の経験則に基づいて作成してＲＯＭに記憶した、機関回転速度および燃焼圧（ｃｐ）をパラメータとする図１１に示すようなマップに代入することにより算出してもよい。
【００５９】
その後Ｓ３０２に進み、ギャップセンサ７１の出力値により質量体１６の実位置（ｃｗａ）を検出する。その後、Ｓ３０３へ進み、Ｓ３０２で検出した質量体１６の実位置（ｃｗａ）からＳ３０１で算出した目標位置（ｃｗｔ）を減算した値（ｃｗａ−ｃｗｔ）が許容最大差（例えば、１ｍｍ）よりも大きいか否かを判別する。
【００６０】
そして、Ｓ３０３で肯定判定された場合には、質量体１６の実位置（ｃｗａ）が目標位置（ｃｗｔ）よりも小端部１１側に寄っていることから、Ｓ３０４へ進み、質量体１６が大端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する。一方、Ｓ３０３で否定判定された場合には、Ｓ３０５へ進み、実位置から目標位置を減算した値（ｃｗａ−ｃｗｔ）が許容最小差（例えば、−１ｍｍ）よりも小さいか否かを判別する。
【００６１】
そして、Ｓ３０５で肯定判定された場合には、質量体１６の実位置が目標位置よりも大端部１２側に寄っていることから、Ｓ３０６へ進み、質量体１６が小端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する。一方、Ｓ３０７で否定判定された場合には、質量体１６の実位置と目標位置との差が許容差以内と考えられることから、その位置を保持するようにＯＣＶ６を制御する。
【００６２】
このようにして、質量体１６の位置を制御することで、ベアリング荷重が大きくなる運転状態のときには、より適切にベアリング荷重を低下させることができるとともに、ベアリング荷重が大きくならない運転状態のときには、フリクションを減少させてエネルギーロスの増大を防止することができる。
【実施例４】
【００６３】
実施例１から実施例３に係る質量体位置制御を実行して質量体１６の位置を制御しようとしても、オイルポンプ８の出力変動などの外乱により適切な位置に質量体１６の位置を制御することができない場合がある。そして、かかる場合には、ベアリング荷重が、ベアリングに生じる応力を許容応力よりも高くさせる荷重である限界荷重を超え、ベアリングを破損させてしまうおそれがある。
【００６４】
そこで、本実施例に係る質量体位置制御においては、ベアリング荷重を逐一計算し、当該ベアリング荷重が所定荷重より大きい場合には、強制的に質量体１６を小端側へ寄せるようにする。なお、当該所定荷重は、余裕をみて前記限界荷重よりやや小さめに設定した値である。
【００６５】
以下、具体的に、図１２に示すフローチャートを用いて本実施例に係る質量体位置制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。
【００６６】
先ず、Ｓ４０１において、ギャップセンサ７１を用いて質量体１６の実位置（ｃｗａ）を検出する。その後、Ｓ４０２において、コンロッドの重心位置（ｃｗｃ）を以下の計算式（１）に基づいて算出する。
【００６７】
ｃｗｃ＝（ｍｃ×ｃｃ＋ｍｃｗ×ｃｗ）／（ｍｃ＋ｍｃｗ）・・・（１）
ここで、ｍｃは質量体１６分を除いたコンロッド１の重量であり、ｍｃｗは質量体１６の重量である。また、コンロッドの重心位置（ｃｗｃ）を大端部１２の径の中心からの距離とした場合に、ｃｃは、大端部１２の径の中心から質量体１６分を除いたコンロッド１の重心位置までの距離であり、ｃｗは、大端部１２の径の中心から質量体１６の重心位置までの距離である。なお、ｃｗはＳ４０１にて検出した実位置（ｃｗａ）を基に算出することができる。
【００６８】
その後Ｓ４０３に進み、ベアリングに生じる慣性荷重（Ｆｉ）を算出する。これは、予め実験等の経験則に基づいて作成してＲＯＭに記憶した、機関回転速度、コンロッドの重心位置（ｃｗｃ）および慣性荷重（Ｆｉ）の相関関係を示す図１３に示すようなマップに、現時点の機関回転速度およびＳ４０２で算出したコンロッドの重心位置（ｃｗｃ）を代入することにより算出するものである。
【００６９】
その後Ｓ４０４に進み、ベアリングに生じる爆発荷重（Ｆｃ）を算出する。これは、予め実験等の経験則に基づいて作成してＲＯＭに記憶した、負荷率および爆発荷重（Ｆｃ）の相関関係を示す図１４に示すようなマップに、現時点の負荷率を代入することにより算出するものである。
【００７０】
その後Ｓ４０５に進み、Ｓ４０４で算出したベアリングに生じる爆発荷重（Ｆｃ）から、Ｓ４０３で算出したベアリングに生じる慣性荷重（Ｆｉ）を減算して得るベアリング荷重が前記所定荷重よりも高いか否かを判別する。
【００７１】
そして、Ｓ４０５で肯定判定された場合には、ベアリング荷重が前記限界荷重を超えるおそれがあるので、Ｓ４０６へ進み、質量体１６が小端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する。一方、Ｓ４０５で否定判定された場合には、Ｓ４０７へ進み、現位置を保持するようにＯＣＶ６を制御する。なお、Ｓ４０６で質量体１６が小端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する場合には、デューティ比を１００％とすることが好ましい。これにより、迅速にベアリング荷重を小さくできるからである。
【００７２】
このようにして、質量体１６の位置を制御することで、ベアリングに生じる応力が許容応力を超えることを防止することができるので、ベアリングが破損することを防止することができる。
【実施例５】
【００７３】
コンロッド１を適用する内燃機関が複数の気筒を有するものである場合、上述した質量体位置制御は、気筒毎に行い、全気筒の質量体１６の位置を制御することが好適である。ただし、気筒間で質量体１６の位置がばらつき、コンロッド１の重心位置がばらつくことも考えられる。そして、かかる場合には、気筒間のベアリング荷重にばらつきが生じ、振動や音に悪影響を及ぼしてしまう。
【００７４】
そこで、各気筒の質量体１６の位置のばらつきが所定差より大きくなった場合には、気筒間のベアリング荷重にばらつきが生じないように、全気筒の質量体１６を、小端側に変位させるようにする。なお、気筒間のベアリング荷重のばらつきを防止するには、全気筒の質量体１６を大端側に変位させることも考えられるが、上述したように、大端側に寄るほどベアリング荷重が前記限界荷重を超えるおそれがあるので、かかる場合には、小端側に変位させるのが好適である。また、前記所定差は、内燃機関の使用者が違和感を感じるほどに振動や音に影響を与えてしまう限界差よりもやや小さめに設定した値である。
【００７５】
以下、具体的に、図１５に示すフローチャートを用いて本実施例に係る質量体位置制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ７が実行するルーチンである。
【００７６】
先ず、Ｓ５０１において、各気筒に備えられたギャップセンサ７１を用いて各気筒の質量体１６の実位置（ｃｗａ１，ｃｗａ２，…，ｃｗａＮ（Ｎ番目の気筒の実位置をｃｗａＮとする））を検出する。
【００７７】
その後、Ｓ５０２において、Ｓ５０１にて検出した質量体１６の実位置の最大値（ｍａｘ（ｃｗａ１，ｃｗａ２，…，ｃｗａＮ））と最小値（ｍｉｎ（ｃｗａ１，ｃｗａ２，…，ｃｗａＮ））の差が、予め実験等の経験則に基づいて定められた所定差よりも大きいか否かを判別する。
【００７８】
そして、Ｓ５０２で肯定判定された場合には、全気筒の質量体１６を、Ｓ５０３へ進み、全気筒の質量体１６が小端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する。一方、Ｓ５０２で否定判定された場合には、Ｓ５０４へ進み、現位置を保持するようにＯＣＶ６を制御する。なお、Ｓ５０３で質量体１６が小端側に変位するようにＯＣＶ６を制御する場合には、質量体１６の実位置が最小である気筒のＯＣＶ６のデューティ比を１００％とするなど、早期にばらつきが小さくなるようにすることが好ましい。
【００７９】
このようにして、質量体１６の位置を制御することで、気筒間のベアリング荷重のばらつきに起因して振動や音に悪影響が及ぶことを防止することができる。
【００８０】
なお、軸方向に往復動可能な質量体１６を有するコンロッドとしては、図１６に示すようなものでもよい。つまり、ピニオンギア３１が取り付けられたモータ３２の駆動をＥＣＵ７で制御することにより、ピニオンギア３１と噛み合うラック３３に取り付けられた質量体１６の位置を制御し、コンロッドの重心位置を制御してもよい。
【００８１】
そして、かかる構成のコンロッドを備える内燃機関においても、実施例１から実施例５に係る質量体位置制御に基づいて、質量体１６の位置を制御することで、エネルギーロスを最小限に抑制しつつベアリング荷重を低減させることができる。
【００８２】
なお、図１６に示したコンロッドにおいては、コラム１３の外側に質量体１６、モータ３２、ラック３３などを備えているが、特にこれに限定されるものではなく、質量体１６、モータ３２、ラック３３をコラム１３の内部に備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１に係るコンロッド、クランクシャフト、ベアリング、ＯＣＶなどの概略構成を示す図である。
【図２】質量体の位置を大端側に変位させる際のオイルの流れを示す図である。
【図３】質量体の位置を小端側に変位させる際のオイルの流れを示す図である。
【図４】実施例１に係るコンロッドのロック機構の概略構成を示す図である。
【図５】実施例１に係るコンロッドを成形する態様を示す図である。
【図６】実施例１に係る質量体位置制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】実施例１に係るコンロッドを備えた内燃機関のスロットル全開における機関回転速度と各種荷重との相関関係を示す図である。
【図８】実施例２に係る質量体位置制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】実施例３に係るコンロッドの概略構成を示す図である。
【図１０】実施例３に係る質量体位置制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】機関回転速度と負荷率あるいは燃焼圧との相関関係を示す図である。
【図１２】実施例４に係る質量体位置制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】機関回転速度、慣性荷重およびコンロッド重心位置の相関関係を示す図である。
【図１４】負荷率と爆発荷重の相関関係を示す図である。
【図１５】実施例５に係る質量体位置制御の制御ルーチンのフローチャートである。
【図１６】他の構成のコンロッドの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  コンロッド
２  コンロッドベアリング
３  クランクシャフト
４  クランクベアリング
５  クランクケース
６  オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
７  ＥＣＵ
８  オイルポンプ
９  ロック機構
７１  ギャップセンサ
【図１】
2006250045.tif 000003
【図２】
2006250045.tif 000004
【図３】
2006250045.tif 000005
【図４】
2006250045.tif 000006
【図５】
2006250045.tif 000007
【図６】
2006250045.tif 000008
【図７】
2006250045.tif 000009
【図８】
2006250045.tif 000010
【図９】
2006250045.tif 000011
【図１０】
2006250045.tif 000012
【図１１】
2006250045.tif 000013
【図１２】
2006250045.tif 000014
【図１３】
2006250045.tif 000015
【図１４】
2006250045.tif 000016
【図１５】
2006250045.tif 000017
【図１６】
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