(57)【要約】【課題】本発明は、可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構を有する内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際のトルクの低下を低減することを目的とする。【解決手段】本発明では、可変圧縮比機構が機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを増量させる制御を実行し、且つ、該機械圧縮比の高圧縮比から低圧縮比への変更が完了したときには燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを減量させる制御を実行する。【選択図】図５
2018013047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御システムであって、
前記可変圧縮比機構が、コンロッドの有効長を調整することで内燃機関の機械圧縮比を変更する機構であり、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用により前記コンロッドの有効長を長くし、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用と、気筒内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用とにより、前記コンロッドの有効長を短くする機構であって、
前記可変圧縮比機構が機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを増量させる制御を実行し、且つ、該機械圧縮比の高圧縮比から低圧縮比への変更が完了したときには燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを減量させる制御を実行する燃焼エネルギ制御部を備えた内燃機関の制御システム。
【請求項２】
可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御システムであって、
前記可変圧縮比機構が、コンロッドの有効長を調整することで内燃機関の機械圧縮比を変更する機構であり、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用により前記コンロッドの有効長を長くし、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用と、気筒内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用とにより、前記コンロッドの有効長を短くする機構であって、
内燃機関をアシストする電動モータと、
前記可変圧縮比機構が機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には前記電動モータから内燃機関に付与されるトルクを増加させ、且つ、該機械圧縮比の高圧縮比から低圧縮比への変更が完了したときには前記電動モータから内燃機関に付与されるトルクを減少させるモータアシスト制御部と、を備えた内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の機械圧縮比を変更する機構である可変圧縮比機構が開発されている（特許文献１参照）。また、可変圧縮比機構を有する内燃機関において、加速運転時に、ノッキングの発生を抑制することを目的として機械圧縮比を低下させる技術が知られている（特許文献２参照）。ただし、機械圧縮比を低下させた際には、機械膨張比の低下に起因して内燃機関のトルクが低下する虞がある（特許文献３参照）。そのため、可変圧縮比機構を有する内燃機関において、機械圧縮比を低下させる際には、機械膨張比の低下に伴う内燃機関のトルク低下を抑制するための制御を実行する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１８１８１号公報
【特許文献２】特開２００３−０９０２３６号公報
【特許文献３】特開２０１６−０１７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可変圧縮比機構として可変長コンロッドを用いた機構が知られている。このような可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構では、コンロッドの有効長を長くする、または、短くすることで機械圧縮比を変更することができる。つまり、コンロッドの有効長を相対的に長くした場合、上死点での気筒内におけるピストンの位置が相対的に高くなり（即ち、シリンダヘッドに近くなる）、その結果、燃焼室の容積が相対的に小さくなる。そのため、機械圧縮比が高圧縮比となる。一方、コンロッドの有効長を相対的に短くした場合、上死点での気筒内におけるピストンの位置が相対的に低くなり（即ち、シリンダヘッドから遠くなる）、その結果、燃焼室の容積が相対的に大きくなる。そのため、機械圧縮比が低圧縮比となる。
【０００５】
また、可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構においては、機械圧縮比を変更する際に、気筒内においてピストンが往復動することで生じる慣性力の作用、および、気筒内において燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用を利用することで、コンロッドの有効長が変更される。つまり、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、ピストンが往復動することで生じる上向きの慣性力の作用によりコンロッドの有効長が長くされる。一方、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、ピストンが往復動することで生じる下向きの慣性力の作用のみならず、燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用により、コンロッドの有効長が短くされる。そのため、可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構では、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際に、機械膨張比の低下に加え、燃料の燃焼エネルギの一部がコンロッドの有効長を短くするために消費されることにも起因して、内燃機関のトルクが低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構を有する内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際のトルクの低下を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明に係る内燃機関の制御システムは、可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御システムであって、前記可変圧縮比機構が、コンロッドの有効長を調整することで内燃機関の機械圧縮比を変更する機構であり、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用により前記コンロッドの有効長を長くし、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用と、気筒内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用とにより、前記コンロッドの有効長を短くする機構であって、前記可変圧縮比機構が機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを増量させる制御を実行し、且つ、該機械圧縮比の高圧縮比から低圧縮比への変更が完了したときには燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを減量させる制御を実行する燃焼エネルギ制御部を備えている。
【０００８】
第二の発明に係る内燃機関の制御システムは、可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御システムであって、前記可変圧縮比機構が、コンロッドの有効長を調整することで内燃機関の機械圧縮比を変更する機構であり、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用により前記コンロッドの有効長を長くし、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、気筒内でピストンが往復動することで生じる慣性力の作用と、気筒内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用とにより、前記コンロッドの有効長を短くする機構であって、内燃機関をアシストする電動モータと、前記可変圧縮比機構が機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際には前記電動モータから内燃機関に付与されるトルクを増加させ、且つ、該機械圧縮比の高圧縮比から低圧縮比への変更が完了したときには前記電動モータから内燃機関に付与されるトルクを減少させるモータアシスト制御部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可変長コンロッドを用いた可変圧縮比機構を有する内燃機関において、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する際のトルクの低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る可変長コンロッドの概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る、第一状態にあるときの切換機構の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る、第二状態にあるときの切換機構の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る、内燃機関の機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に切り換える際の、トルク、機械圧縮比、吸入空気量、および、燃料噴射量の推移を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係る機械圧縮比変更時の燃焼エネルギ制御のフローを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図８】実施例に係る機械圧縮比変更時のモータアシスト制御のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒３００を有する４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関である。なお、図１においては、便宜的に、複数の気筒３００のうち、１つの気筒のみが示されている。
【００１３】
内燃機関１は、クランクケース２と、シリンダブロック３と、シリンダヘッド４と、を備えている。クランクケース２には、クランクシャフト２００が回転自在に収容されている。シリンダブロック３には、円柱状の気筒３００が形成されている。該気筒３００内には、ピストン５が摺動自在に収容されている。ピストン５とクランクシャフト２００とは可変長コンロッド６により連結されている。なお、可変長コンロッド６の構成については後述する。シリンダヘッド４には、吸気ポート１１と排気ポート１４とが形成されている。さらに、シリンダヘッド４には、燃焼室７における吸気ポート１１の開口端を開閉するための吸気バルブ９と、該吸気バルブ９を開閉駆動するための吸気カムシャフト１０とが備えられている。また、シリンダヘッドに４は、燃焼室７における排気ポート１４の開口端を開閉するための排気バルブ１２と、該排気バルブ１２を開閉駆動するための排気カムシャフト１３とが備えられている。さらに、シリンダヘッド４には、燃焼室７内の混合気を着火させるための点火プラグ８と、吸気ポート１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０３とが備えられている。また、内燃機関１において、各気筒の吸気ポート１１と連通している吸気通路（図示略）にはスロットル弁１０２が設けられている。スロットル弁１０２は、吸気通路内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１４】
ここで、可変長コンロッド６は、その小端部においてピストンピン２１によりピストン５と連結されるとともに、その大端部においてクランクシャフト２００のクランクピン２２と連結される。この可変長コンロッド６は、ピストンピン２１の軸心からクランクピン２２の軸心までの距離、すなわち有効長を変更することができる。可変長コンロッド６の有効長が長くなると、クランクピン２２の軸心からピストンピン２１の軸心までの長さが長くなるため、図１中の実線で示すようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド６の有効長が短くなると、クランクピン２２の軸心からピストンピン２１の軸心までの長さが短くなるため、図１中の破線で示すようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７の容積が大きくなる。なお、上記したように可変長コンロッド６の有効長が変化しても、ピストン５のストロークが変化しないため、ピストン５が上死点に位置するときの筒内容積（燃焼室の容積）とピストン５が下死点に位置するときの筒内容積との比（すなわち、機械圧縮比）が変化することになる。
【００１５】
（可変長コンロッドの構成）
ここで、本実施例に係る可変長コンロッド６の構成について図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る可変長コンロッド６の概略構成を示す図である。可変長コンロッド６は、コンロッド本体３１と、コンロッド本体３１に回動可能に取り付けられた偏心部材３２と、コンロッド本体３１に設けられた第１ピストン機構３３と、コンロッド本体３１に設けられた第２ピストン機構３４と、これら両ピストン機構３３、３４への作動油の流れの切換を行う切換機構３５と、を具備する。
【００１６】
コンロッド本体３１は、その一方の端部にクランクシャフト２００のクランクピン２２を受容するクランク受容開口４１を有し、他方の端部に後述する偏心部材３２のスリーブ３２ａを受容するスリーブ受容開口４２を有する。クランク受容開口４１はスリーブ受容開口４２よりも大きいことから、クランク受容開口４１が設けられている側のコンロッド本体３１の端部を大端部３１ａと称し、スリーブ受容開口４２が設けられている側のコンロッド本体３１の端部を小端部３１ｂと称する。
【００１７】
なお、本明細書では、クランク受容開口４１の軸心（すなわち、クランク受容開口４１に受容されるクランクピン２２の軸心）と、スリーブ受容開口４２の軸心（すなわち、スリーブ受容開口４２に受容されるスリーブ３２ａの軸心）とを通る仮想直線Ｘを、可変長コンロッド６の軸心と称する。また、可変長コンロッド６の軸心Ｘに対して垂直であってクランク受容開口４１の軸心に垂直な方向における可変長コンロッド６の長さを、該可変長コンロッド６の幅と称する。加えて、クランク受容開口４１の軸心に平行な方向における可変長コンロッド６の長さを、該可変長コンロッド６の厚さと称する。
【００１８】
偏心部材３２は、コンロッド本体３１に形成されたスリーブ受容開口４２内に受容される円筒状のスリーブ３２ａと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において一方の方向に延びる第１アーム３２ｂと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において他方の方向に延びる第２アーム３２ｃとを具備する。スリーブ３２ａはスリーブ受容開口４２内で回動可能であるため、偏心部材３２はコンロッド本体３１の小端部３１ｂにおいてコンロッド本体３１に対して小端部３１ｂの周方向に回動可能に取り付けられることになる。
【００１９】
また、偏心部材３２のスリーブ３２ａは、ピストンピン２１を受容するためのピストンピン受容開口３２ｄを有する。このピストンピン受容開口３２ｄは円筒状に形成される。円筒状のピストンピン受容開口３２ｄは、その軸心がスリーブ３２ａの軸心に対して偏心するように形成される。
【００２０】
上記したように、スリーブ３２ａのピストンピン受容開口３２ｄの軸心がスリーブ３２ａの軸心から偏心しているため、偏心部材３２が回転すると、スリーブ受容開口４２内におけるピストンピン受容開口３２ｄの位置が変化する。スリーブ受容開口４２内におけるピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側にあるときには、可変長コンロッド６の有効長が短くなる。逆に、スリーブ受容開口４２内におけるピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側とは反対側にあるときには、可変長コンロッド６の有効長が長くなる。したがって本実施例に係る構成よれば、偏心部材３２を回動させることによって、可変長コンロッド６の有効長を変更することができる。
【００２１】
第１ピストン機構３３は、コンロッド本体３１に形成された第１シリンダ３３ａと、第１シリンダ３３ａ内で摺動する第１ピストン３３ｂとを有する。第１シリンダ３３ａは、そのほとんど又はその全てが可変長コンロッド６の軸心Ｘに対して第１アーム３２ｂ側に配置される。また、第１シリンダ３３ａは、小端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸心Ｘに対してある程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第１シリンダ３３ａは、第１ピストン連通油路５１を介して切換機構３５と連通している。
【００２２】
第１ピストン３３ｂは、第１連結部材４５により偏心部材３２の第１アーム３２ｂに連結されている。第１ピストン３３ｂは、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結されている。第１アーム３２ｂは、スリーブ３２ａに結合されている側とは反対側の端部において、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結されている。
【００２３】
一方、第２ピストン機構３４は、コンロッド本体３１に形成された第２シリンダ３４ａと、第２シリンダ３４ａ内で摺動する第２ピストン３４ｂとを有する。第２シリンダ３４ａは、そのほとんど又はその全てが可変長コンロッド６の軸心Ｘに対して第２アーム３２ｃ側に配置される。また、第２シリンダ３４ａは、小端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸心Ｘに対してある程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第２シリンダ３４ａは、第２ピストン連通油路５２を介して切換機構３５と連通する。
【００２４】
第２ピストン３４ｂは、第２連結部材４６により偏心部材３２の第２アーム３２ｃに連結される。第２ピストン３４ｂは、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。第２アーム３２ｃは、スリーブ３２ａに連結されている側とは反対側の端部において、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。
【００２５】
切換機構３５は、第１シリンダ３３ａと第２シリンダ３４ａとの間における作動油の流れを切り換えるための機構である。ここで、切換機構３５が、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを遮断し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許容する状態を第１状態とする。一方、切換機構３５が、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許容し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを遮断する状態を第２状態とする。
【００２６】
切換機構３５が第１状態にあるときは、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、且つ第２シリンダ３４ａから作動油が排出されることになる。このため、第１ピストン３３ｂが上昇し、それに伴って第１ピストン３３ｂに連結された偏心部材３２の第１アーム３２ｂも上昇する。一方、第２ピストン３４ｂが下降し、それに伴って第２ピストン３４ｂに連結された第２アーム３２ｃも下降する。その結果、偏心部材３２が図２中の時計回りに回動するため、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側とは反対側（すなわち、図２の上方）に移動する。これにより、ピストンピン受容開口３２ｄの位置がクランクピン２２の位置から遠ざかる。すなわち、可変長コンロッド６の有効長が長くなる。そして、第２ピストン３４ｂが第２シリンダ３４ａの底面と当接すると、偏心部材３２の回動が規制されて、該偏心部材３２の回動位置がその位置（以下、「高圧縮比位置」と称する）に保持される。
【００２７】
なお、切換機構３５が第１状態にあるときには、基本的には外部から作動油を供給することなく、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが上記した位置（第２ピストン３４ｂが第２シリンダ３４ａの底面に当接する位置）まで移動する。これは、内燃機関１の気筒３００内でピストン５が往復動することによって該ピストン５に上向きの慣性力が作用したときに第２ピストン３４ｂが押し込まれ、これによって第２シリンダ３４ａ内の作動油が第１シリンダ３３ａに移動するためである。一方、内燃機関１の気筒３００内でピストン５が往復動してピストン５に下向きの慣性力が作用したとき、および、燃焼室７内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧によりピストン５に下向きの力が作用したときには、第１ピストン３３ｂを押し込もうとする力が働く。しかしながら、切換機構３５が第１状態にあるときには第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れが遮断されているため、第１シリンダ３３ａ内の作動油は流出しない。そのため、第１ピストン３３ｂは押し込まれない。
【００２８】
また、切換機構３５が第２状態にあるときは、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、且つ第１シリンダ３３ａから作動油が排出されることになる。このため、第２ピストン３４ｂが上昇し、それに伴って第２ピストン３４ｂに連結された偏心部材３２の第２アーム３２ｃも上昇する。一方、第１ピストン３３ｂが下降し、第１ピストン３３ｂに連結された第１アーム３２ｂも下降する。その結果、偏心部材３２が図２中の反時計回りに回動するため、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側（すなわち、図２の下方）に移動する。これにより、ピストンピン受容開口３２ｄの位置がクランクピン２２の位置に近づく。すなわち、可変長コンロッド６の有効長が短くなる。そして、第１ピストン３３ｂが第１シリンダ３３ａの底面に当接すると、偏心部材３２の回動が規制されて、該偏心部材３２の回動位置がその位置（以下、「低圧縮比位置」と称する）に保持される。よって、切換機構３５が第２状態にあるときは第１状態にあるときに比べ、内燃機関１の機械圧縮比が低くなる。以下では、切換機構３５が第１状態にあるとき（つまり、偏心
部材３２が高圧縮比位置にあるとき）の機械圧縮比を第１圧縮比と称し、切換機構３５が第２状態にあるとき（つまり、偏心部材３２が低圧縮比位置にあるとき）の機械圧縮比を第２圧縮比と称する。当然のことながら、第１圧縮比は第２圧縮比に比べて高い圧縮比である。
【００２９】
なお、切換機構３５が第２状態にあるときも、基本的には外部から作動油を供給することなく、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが上記した位置（第１ピストン３３ｂが第１シリンダ３３ａの底面に当接する位置）まで移動する。これは、内燃機関１の気筒３００内でピストン５が往復動してピストン５に下向きの慣性力が作用したとき、および、燃焼室７内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧によりピストン５に下向きの力が作用したときに、第１ピストン３３ｂが押し込まれ、これによって第１シリンダ３３ａ内の作動油が第２シリンダ３４ａに移動するためである。一方、内燃機関１の気筒３００内でピストン５が往復動してピストン５に上向きの慣性力が作用したときには、第２ピストン３４ｂを押し込もうとする力が働く。しかしながら、切換機構３５により第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが遮断されているため、第２シリンダ３４ａ内の作動油は流出しない。そのため、第２ピストン３４ｂは押し込まれない。
【００３０】
（切換機構の構成）
次に、切換機構３５の構成について図３及び図４に基づいて説明する。なお、図３は、第１状態にあるときの切換機構３５の様子を示している。また、図４は、第２状態にあるときの切換機構３５の様子を示している。なお、図３，４において、矢印はそれぞれの状態における作動油の流れを表している。切換機構３５は、二つの切換ピン６１、６２と一つの逆止弁６３とを具備する。二つの切換ピン６１、６２は、それぞれ円筒状のピン収容空間６４、６５内に摺動自在に収容される。
【００３１】
上記した二つの切換ピン６１、６２のうち、一方の切換ピン６１（第１切換ピン６１）は、その周方向に延びる二つの円周溝６１ａ、６１ｂを有する。これら円周溝６１ａ、６１ｂは、第１切換ピン６１内に形成された連通路６１ｃによって互いに連通している。また、第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４内には、第１切換ピン６１を該第１ピン収容空間６４内の一方の端部から他方の端部（図３中の下側の端部から上側の端部）へ向けて付勢するための第１付勢バネ６７が収容されている。
【００３２】
上記した二つの切換ピン６１、６２のうち、他方の切換ピン６２（第２切換ピン６２）も、その周方向に延びる二つの円周溝６２ａ、６２ｂを有する。これら円周溝６２ａ、６２ｂは、第２切換ピン６２内に形成された連通路６２ｃによって互いに連通している。また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５内にも、第２切換ピン６２を該第２ピン収容空間６５内の一方の端部から他方の端部（図３中の上側の端部から下側の端部）へ向けて付勢するための第２付勢バネ６８が収容されている。
【００３３】
逆止弁６３は、円筒状の逆止弁収容空間６６内に収容される。逆止弁６３は、一次側（図３中の上側）から二次側（図３中の下側）への流れを許容するとともに、二次側から一次側への流れを遮断するように構成される。
【００３４】
第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａに連通されている。第１ピン収容空間６４は、二つの空間連通油路５３、５４を介して逆止弁収容空間６６に連通されている。このうち一方の第１空間連通油路５３は、第１ピン収容空間６４と逆止弁収容空間６６の二次側とを連通する。他方の第２空間連通油路５４は、第１ピン収容空間６４と逆止弁収容空間６６の一次側とを連通する。
【００３５】
第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、第２ピストン連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａに連通されている。第２ピン収容空間６５は、二つの空間連通油路５５、５６を介して逆止弁収容空間６６に連通されている。このうち一方の第３空間連通油路５５は、第２ピン収容空間６５と逆止弁収容空間６６の二次側とを連通する。他方の第４空間連通油路５６は、第２ピン収容空間６５と逆止弁収容空間６６の一次側とを連通する。
【００３６】
また、第１ピン収容空間６４は、コンロッド本体３１内に形成された第１制御用油路５７と連通している。図３に示すように、第１制御用油路５７は、第１付勢バネ６７が設けられた端部（図３中の下側の端部）とは反対側の端部（図３中の上側の端部）において第１ピン収容空間６４に連通されている。また、第２ピン収容空間６５は、コンロッド本体３１内に形成された第２制御用油路５８と連通している。図３に示すように、第２制御用油路５８は、第２付勢バネ６８が設けられた端部（図３中の上側の端部）とは反対側の端部（図３中の下側の端部）において第２ピン収容空間６５に連通せしめられるものとする。コンロッド本体３１内において、第１制御用油路５７及び第２制御用油路５８は、クランク受容開口４１に連通するように形成されるとともに、クランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の切換弁７５に連通される。この切換弁７５は、二つの制御用油路５７、５８と図示しないオイルポンプとの間の導通と遮断とを切り換える弁機構である。
【００３７】
逆止弁収容空間６６の一次側は、コンロッド本体３１内に形成された補充用油路５９を介して、オイルポンプ等の作動油供給源７６に連通されている。補充用油路５９は、切換機構３５の各部から外部へ漏れた作動油を補充するための油路である。
【００３８】
（切換機構の動作）
上記したように構成される切換機構３５において、切換弁７５が制御用油路５７、５８とオイルポンプとを導通させているときは、図３に示したように、切換ピン６１、６２に作用する油圧によって付勢バネ６７、６８が縮められる。そのため、切換ピン６１、６２が、第１切換ピン６１の連通路６１ｃを介して第１ピストン連通油路５１と第１空間連通油路５３とが連通され、且つ第２切換ピン６２の連通路６２ｃを介して第２ピストン連通油路５２と第４空間連通油路５６とが連通される位置に移動すると共にその位置が保持される。この場合、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の二次側と連通され、且つ第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の一次側に連通されることになる。その結果、図３において矢印で表すように、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第２ピストン連通油路５２、第４空間連通油路５６、第１空間連通油路５３、及び第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａへ移動可能になる。その一方で、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第２シリンダ３４ａへ移動することができなくなる。したがって、切換弁７５が制御用油路５７、５８とオイルポンプとを導通させているときは、切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを遮断し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許容する状態、すなわち第１状態になる。
【００３９】
また、切換弁７５が制御用油路５７、５８とオイルポンプとを遮断させているときは、付勢バネ６７、６８の付勢力のみが切換ピン６１、６２に作用する。そのため、図４に示したように、切換ピン６１、６２が、第１切換ピン６１の連通路６１ｃを介して第１ピストン連通油路５１と第２空間連通油路５４とが連通され、且つ第２切換ピン６２の連通路６２ｃを介して第２ピストン連通油路５２と第３空間連通油路５５とが連通される位置に移動すると共にその位置が保持される。この場合、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の一次側に接続され、且つ第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の二次側に接続されることになる。その結果、図４において矢印で表すように、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第１ピストン連通油路５１、第２空間連通油路５４、第３空間連通油路５５、及び第２ピストン
連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａへ移動可能になる。その一方で、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第１シリンダ３３ａへ移動することができなくなる。したがって、切換弁７５が制御用油路５７、５８とオイルポンプとを遮断させているときは、切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許容し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを遮断する状態、すなわち第２状態になる。
【００４０】
上述したように、切換弁７５によって第１ピン収容空間６４及び第２ピン収容空間６５に対する油圧の供給と遮断とが切り換えられると、切換機構３５を第１状態と第２状態とを切り換えることができ、それに伴って内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比と第２圧縮比との何れか一方から他方に切り換えることができる。なお、切換弁７５は、各気筒３００の切換機構３５毎に設けられてもよく、又は全ての気筒３００の切換機構３５に対して一つのみが設けられてもよい。
【００４１】
なお、本実施例においては、各気筒３００の可変長コンロッド６および切換弁７５が、本発明に係る「可変圧縮比機構」に相当する。ただし、本発明に係る「可変圧縮比機構」の構成は、上記のような切換機構を用いた構成に限られるものではない。
【００４２】
ここで、図１に戻って本実施例に係る内燃機関の概略構成についてさらに説明する。上述したように構成される内燃機関１には、ＥＣＵ１００が併設されている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成され、内燃機関１を制御するためのプロセッサを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、エアフローメータ１０１およびクランクポジションセンサ２０１等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力可能になっている。エアフローメータ１０１は、内燃機関１の吸気通路におけるスロットル弁１０２よりも上流側に設けられ、内燃機関１の吸入空気量に対応する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ２０１は、クランクシャフト２００の回転位置に対応する電気信号を出力するセンサである。そして、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１００は、エアフローメータ１０１の出力信号（吸入空気量）に基づいて内燃機関１の機関負荷率（全負荷時の吸入空気量に対する実際の吸入空気量の比率）を導出する。
【００４３】
また、ＥＣＵ１００は、点火プラグ８、スロットル弁１０２、燃料噴射弁１０３、および、切換弁７５等の各種機器と電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、これらの各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１００は、内燃機関１の機関負荷率に基づいて切換弁７５を制御する。詳細には、機関負荷率が所定の閾値未満であるときは、内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比とすべく、ＥＣＵ１００が、切換機構３５が第１状態となるように切換弁７５を制御する。一方、機関負荷率が所定の閾値以上であるときは、内燃機関１の機械圧縮比を第２圧縮比とすべく、ＥＣＵ１００が、切換機構３５が第２状態となるように切換弁７５を制御する。
【００４４】
（機械圧縮比変更時の燃焼エネルギ制御）
上述したように、内燃機関１の機関負荷率が所定の閾値未満から該所定の閾値以上に上昇した場合、つまり、内燃機関１の運転状態が高圧縮比運転領域から低圧縮比運転領域に移行した際には、内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に切り換える必要がある。図５は、内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に切り換える際の、トルク、機械圧縮比、吸入空気量、および、燃料噴射量の推移を示すタイムチャートである。
【００４５】
図５では、時間ｔ１において、内燃機関１の運転状態が高圧縮比運転領域から低圧縮比
運転領域に移行する。そのため、時間ｔ１において、切換機構３５による機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が開始される。ここで、切換機構３５が第１状態から第２状態に移行するまでにはある程度の時間がかかる。つまり、機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に変更されるまでにはある程度の時間がかかる。そして、図５では、時間ｔ２において、機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が完了する。つまり、図５における時間ｔ１から時間ｔ２までの期間においては機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に向って徐々に変化している。以下、この時間ｔ１から時間ｔ２までの期間を圧縮比変更期間と称する。
【００４６】
図５における線Ｌ３に示すように、圧縮比変更期間においては、内燃機関１の機械圧縮比が徐々に低下する。これに伴い、圧縮比変更期間においては、内燃機関１の機械膨張比も徐々に低下することになる。そのため、圧縮比変更期間においては、機械膨張比の低下に起因するトルクの低下を抑制するために、機械圧縮比の低下に従い、内燃機関１において燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを徐々に増量させる。具体的には、圧縮比変更期間において、機械圧縮比の低下に従い、内燃機関１の吸入空気量および燃料噴射弁１０３からの燃料噴射量を徐々に増量させる。これにより、圧縮比変更期間においてもトルクを略一定とすることができる。
【００４７】
ただし、上述したように、本実施例に係る内燃機関１においては、機械圧縮比を低下させる際には、気筒３００内でピストン５が往復動することで生じる慣性力の作用のみならず、燃焼室７内で燃料が燃焼することで生じる燃焼圧の作用も利用して可変長コンロッド６の有効長が短くされる。つまり、機械圧縮比を低下させる際には、燃料の燃焼エネルギの一部が可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費されることになる。そのため、図５における線Ｌ６および線Ｌ９に示すように、圧縮比変更期間において、吸入空気量および燃料噴射量が単に機械圧縮比に対応した量となるように、それぞれの量を第２圧縮比に対応した量に向けて徐々に増加させるだけでは、トルク不足となる虞がある。つまり、図５における線Ｌ２に示すように、圧縮比変更期間においては、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費された燃焼エネルギ分、内燃機関１のトルクが要求トルクよりも低下してしまう虞がある。
【００４８】
そこで、本実施例では、機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に変更する際には燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを増量させる燃焼エネルギ増量制御を実行し、且つ、機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が完了したときには燃料が燃焼することで生じる燃焼エネルギを減量させる燃焼エネルギ減量制御を実行する。具体的には、図５における線Ｌ５および線Ｌ７に示すように、機械圧縮比の低下が開始される時間ｔ１から、吸入空気量および燃料噴射量を機械圧縮比に対応した量よりも増加させることで燃焼エネルギ増量制御の実行を開始する。そして、圧縮比変更期間では、この燃焼エネルギ増量制御の実行を継続し、機械圧縮比が第２圧縮比に達する時間ｔ２において、吸入空気量および燃料噴射量を機械圧縮比に対応した量まで減少させることで燃焼エネルギ減量制御を実行する。これらのような制御を実行することで、圧縮比変更期間において、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される分の燃焼エネルギを補うことができる。したがって、圧縮比変更期間におけるトルクの低下を低減することができる。その結果、図５における線Ｌ１に示すように、圧縮比変更期間においても、要求トルクを満たすことが可能となる。
【００４９】
次に、機械圧縮比変更時の燃焼エネルギ制御のフローについて図６に基づいて説明する。図６は、本実施例に係る機械圧縮比変更時の燃焼エネルギ制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１００に予め記憶されており、ＥＣＵ１００によって実行される。
【００５０】
本フローでは、先ずＳ１０１において、内燃機関１の機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が開始されたか否かが判別される。内燃機関１の運転状態が高圧縮比運転領域から低圧縮比運転領域に移行することで、ＥＣＵ１００によって、切換機構３５が第２状態となるように切換弁７５の制御か開始されると、Ｓ１０１において肯定判定されることになる。Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次にＳ１０２において、燃焼エネルギ増量制御が実行される。つまり、吸入空気量および燃料噴射量が機械圧縮比に対応した量であるそれぞれの基準量よりも増加される。
【００５１】
ここで、圧縮比変更期間中における内燃機関１の実際の機械圧縮比を検出することは困難である。そのため、本実施例では、想定される圧縮比変更期間中の機械圧縮比の推移を実験等に基づいて予め求め、さらに、求められた機械圧縮比の推移に応じた量となるように吸入空気量および燃料噴射量それぞれの基準量が設定されている。また、Ｓ１０２において燃焼エネルギ増量制御を実行する際の吸入空気量および燃料噴射量の基準量に対する増加量は、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される分の燃料の燃焼エネルギを補うことができる程度の量に設定されている。例えば、これらの増量分を、機械圧縮比の変更が開始された時点、すなわち、Ｓ１０１において肯定判定された時点の内燃機関１の機関負荷率に基づいて設定してもよい。また、これらの増量分を、圧縮比変更期間中における内燃機関１の機関負荷率に応じて随時変更してもよい。
【００５２】
Ｓ１０２の次には、Ｓ１０３において、機械圧縮比の第２圧縮比への変更が完了したか否かが判別される。上述したように、圧縮比変更期間中における内燃機関１の実際の機械圧縮比を検出することは困難である。そのため、機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に変化するまでに必要な内燃機関１のサイクル数である所定サイクル数を実験等に基づいて予め求めておいてもよい。そして、Ｓ１０１において肯定判定された時点からカウントされる内燃機関１のサイクル数が所定サイクル数に達したときに、Ｓ１０３において肯定判定してもよい。
【００５３】
Ｓ１０３において否定判定された場合は、未だ圧縮比変更期間中であると判断できる。この場合、Ｓ１０２の処理が再度実行される。つまり、燃焼エネルギ増量制御の実行が継続される。一方、Ｓ１０３において肯定判定された場合、Ｓ１０４において、燃焼エネルギ減量制御が実行される。つまり、吸入空気量および燃料噴射量がそれぞれの基準量まで減量される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
【００５４】
上記フローによれば、機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に向けて変更される圧縮比変更期間中においては、燃焼エネルギ増量制御が実行されることで、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される分の燃焼エネルギが補われることになる。なお、本実施では、ＥＣＵ１００が上記フローを実行することで、第１の発明に係る「燃料エネルギ制御部」が実現される。
【００５５】
また、燃焼エネルギ増量制御は、上述したような吸入空気量および燃料噴射量の増加制御に限られるものではない。例えば、内燃機関１が、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにして運転される、所謂リーンバーン・エンジンであれば、燃料噴射量のみをその基準量よりも増加させることで燃焼エネルギ増量制御を実行することができる。この場合、当然のことながら、燃焼エネルギ増量制御を実行している状態から、燃料噴射量を基準量まで減量することで、燃焼エネルギ減量制御を実行することができる。
【００５６】
また、吸入空気量および燃料噴射量の増加制御に点火プラグ８よる点火時期の遅角・進角制御を組み合わせることで燃焼エネルギ増量制御を実行してもよい。具体的には、内燃機関１の運転状態が高圧縮比運転領域から低圧縮比運転領域に移行した時に、機械圧縮比
の変更を開始する前に、吸入空気量および燃料噴射量を第２圧縮比に対応するそれぞれの基準量よりも増加させるとともに、内燃機関１のトルクが要求トルクとなる程度まで点火時期をＭＢＴよりも遅角させる。そして、吸入空気量および燃料噴射量を第２圧縮比に対応するそれぞれの基準量よりも増加させた状態で、機械圧縮比の変更を開始するとともに、圧縮比変更期間中に、機械圧縮比の低下に応じて点火時期をＭＢＴに向けて徐々に進角する。点火時期の変化は吸入空気量の変化に比べて応答性が高い。したがって、このように点火時期の遅角・進角制御を併用することで、圧縮比変更期間中のトルクをより高い精度で要求トルクに調整することが可能となる。
【００５７】
＜実施例２＞
図７は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。本実施例においては、内燃機関１に電動モータ２１０が併設されている。電動モータ２１０は、内燃機関１をアシストするモータであり、クランクシャフト２００を回転駆動させることが可能に構成されている。また、電動モータ２１０はＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によって制御される。この点以外の内燃機関の構成は実施例１と同様である。
【００５８】
（機械圧縮比変更時のモータアシスト制御）
本実施例では、内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に変更する際には、実施例１に係る燃焼エネルギ増量制御に代えて、電動モータ２１０によるモータアシスト制御を実行する。そして、機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が完了したときには、実施例１に係る燃焼エネルギ減量制御に代えて、電動モータ２１０によるモータアシスト制御の実行を停止する。つまり、本実施例においては、内燃機関１の機械圧縮比を第１圧縮比から第２圧縮比に変更するときの圧縮比変更期間において、内燃機関１の吸入空気量および燃料噴射弁１０３からの燃料噴射量はいずれも基準量に制御される。そのため、この圧縮比変更期間において、吸入空気量は図５における線Ｌ６に示すように推移し、燃料噴射量は図５における線Ｌ９に示すように推移する。そして、この圧縮比変更期間においては、電動モータ２１０から内燃機関１に対しトルクを付与することで、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される燃焼エネルギ分のトルク低下を補う。このようなモータアシスト制御を実行することで、圧縮比変更期間におけるトルクの低下を低減することができる。その結果、圧縮比変更期間においても、要求トルクを満たすことが可能となる。
【００５９】
次に、機械圧縮比変更時のモータアシスト制御のフローについて図８に基づいて説明する。図８は、本実施例に係る機械圧縮比変更時のモータアシスト制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１００に予め記憶されており、ＥＣＵ１００によって実行される。なお、本フローにおけるＳ１０１およびＳ１０３は、図６に示すフローにおけるＳ１０１およびＳ１０３とそれぞれ同様の処理が実行されるステップであるため、その説明を省略する。
【００６０】
本フローでは、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次にＳ２０２の処理が実行される。Ｓ２０２おいては、電動モータ２１０がＯＮにされ、モータアシスト制御が実行される。ここで、モータアシスト制御において電動モータ２１０から内燃機関１に対して付与されるトルク（以下、「アシストトルク」と称する場合もある。）は、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される分の燃料の燃焼エネルギを補うことができる程度の量に設定されている。例えば、このアシストトルクを、機械圧縮比の変更が開始された時点、すなわち、Ｓ１０１において肯定判定された時点の内燃機関１の機関負荷率に基づいて設定してもよい。また、このアシストトルクを、圧縮比変更期間中における内燃機関１の機関負荷率に応じて随時変更してもよい。
【００６１】
また、本フローでは、Ｓ１０３において否定判定された場合、Ｓ２０２の処理が再度実
行される。つまり、モータアシスト制御の実行が継続される。一方、Ｓ１０３において肯定判定された場合、Ｓ２０４において、電動モータ２１０がＯＦＦにされ、モータアシスト制御の実行が停止される。その後、本フローの実行が一旦終了される。
【００６２】
上記フローによれば、機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に向けて変更される圧縮比変更期間中においては、モータアシスト制御が実行されることで、可変長コンロッド６の有効長を短くするために消費される分の燃焼エネルギが補われることになる。なお、本実施では、ＥＣＵ１００が上記フローを実行することで、第２の発明に係る「モータアシスト制御部」が実現される。
【００６３】
また、モータアシスト制御は、上述したような電動モータ２１０のＯＮ／ＯＦＦによる制御に限られるものではない。つまり、圧縮比変更期間以外のときにも電動モータ２１０がＯＮとなっており、機械圧縮比に応じた基準値のアシストトルクが内燃機関１に付与されている場合は、機械圧縮比が第１圧縮比から第２圧縮比に変更される際にはアシストトルクを増加させ、且つ、機械圧縮比の第１圧縮比から第２圧縮比への変更が完了したときにアシストトルクを基準値まで減少させるようなモータアシスト制御を実行してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１    内燃機関
６    可変長コンロッド
８    点火プラグ
３２  偏心部材
３５  切換機構
７５  切換弁
１００  ＥＣＵ
１０１  エアフローメータ
１０２  スロットル弁
１０３  燃料噴射弁
２１０  電動モータ
【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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