(57)【要約】【課題】圧縮比の変更に電動モータを使用することによる燃費の低下を緩和し、また、圧縮比の変更に伴うノッキングの発生を防止する。【解決手段】コントロールシャフト制御回路３１は、圧縮比を低下させるときには電動モータ３２に最高電圧を印加して高速に圧縮比の変更を完了させ、一方、圧縮比を増大させるときには最高効率電圧を印加して高効率に圧縮比の変更を行う。圧縮比の低下時には、予め点火時期調整を行ってノッキングの発生を防止してもよい。【選択図】  図１
2004156542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
を備え、
前記可変圧縮比機構は、圧縮比を変更する際に使用される電動モータと、前記電動モータを制御する制御回路とを有しており、
前記制御回路は、圧縮比の変更方向に応じて前記電動モータに供給する駆動電力を変更する、内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには、圧縮比を増大させるときよりも高速に圧縮比の変更を完了するように前記電動モータを制御する、内燃機関。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関であって、
前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには、圧縮比変更中全体に渡って、または少なくとも変更中の一部の期間において、圧縮比を増大させるときよりも高い電圧を前記電動モータに印加する、内燃機関。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには最高電圧を前記電動モータに印加し、圧縮比を増大させるときには最高効率電圧を前記電動モータに印加する、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変圧縮比機構を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有する内燃機関が知られている（例えば特許文献１〜５）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５４８７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１５５７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−２８９０７９号公報
【特許文献４】
特開２００１−２１４７７０号公報
【特許文献５】
特開平７−２６９８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
可変圧縮比機構は、圧縮比を変更する際の駆動部として電動モータを用いるものが多い。電動モータを用いる可変圧縮比機構では、電動モータのイナーシャが大きい場合が多く、高速に圧縮比を変更するためには、かなりの大電力が必要になる。このため、圧縮比を頻繁に変更すると、燃費が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
また、可変圧縮比機構を用いた内燃機関では、一般に、圧縮比の変更を高速に行わないとノッキングが発生し易くなる場合があるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、圧縮比の変更に電動モータを使用することによる燃費の低下を緩和する技術を提供することを第１の目的とする。また、圧縮比の変更に伴うノッキングの発生を防止する技術を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の内燃機関は、
燃焼室を構成するシリンダおよびピストンと、
前記燃焼室の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
を備え、
前記可変圧縮比機構は、圧縮比を変更する際に使用される電動モータと、前記電動モータを制御する制御回路とを有しており、
前記制御回路は、圧縮比の変更方向に応じて前記電動モータに供給する駆動電力を変更する。
【０００８】
この内燃機関では、圧縮比の変更方向に応じて電動モータに供給する駆動電力を変更するので、圧縮比の変更方向（増減方向）に適した駆動電力を電動モータに供給することができる。この結果、電動モータを使用することによる燃費の低下を緩和することが可能である。
【０００９】
なお、前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには、圧縮比変更中全体に渡って、または少なくとも変更中の一部の期間において、圧縮比を増大させるときよりも高速に圧縮比の変更を完了するように前記電動モータを制御するようにしてもよい。
【００１０】
圧縮比の低下が遅れると、低圧縮比にしたい状態において高圧縮比に保たれることになるので、ノッキングが発生する可能性が高まる。したがって、圧縮比を低下させるときにはより高速に圧縮比の変更を完了するようにすれば、ノッキングの発生を防止することが可能である。
【００１１】
前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには、圧縮比を増大させるときよりも高い電圧を前記電動モータに印加するようにしてもよい。
【００１２】
高電圧を電動モータに印加すれば、電動モータの回転数が上昇するので、より高速に圧縮比の変更が可能である。
【００１３】
また、前記制御回路は、圧縮比を低下させるときには最高電圧を前記電動モータに印加し、圧縮比を増大させるときには最高効率電圧を前記電動モータに印加するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、圧縮比の低下を高速に完了でき、また、圧縮比の増大は高効率に行うことができる。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関や、内燃機関の制御方法および制御装置、その制御方法や制御装置を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例としての内燃機関１０の構成を示す概念図である。この内燃機関１０は、シリンダ２０とピストン２１とで構成される燃焼室を有している。シリンダヘッド２２には、吸気弁４１と、排気弁４２と、点火プラグ５１とが設けられている。
【００１７】
ピストン２１は、コンロッド２３に連結されている。このコンロッド２３は、第１と第２のコンロッド部材２３１，２３３が接続ピン２３２で連結された構成を有しており、その連結部において屈曲自在である。第１のコンロッド部材２３１の上端はピストンピン２４によってピストン２１に連結されており、第２のコンロッド部材２３３の下端はクランク１１に連結されている。第１のコンロッド部材２３１の下端は、さらに、接続ピン２５によってコントロールロッド２６に接続されている。コントロールロッド２６の他端は、回動可能なウォームホイール２８の周縁部に設けられたコントロールシャフト２７に連結されている。このコントロールシャフト２７は、ウォームホイール２８の中心軸２９から偏心した位置において、中心軸２９と平行に設置されている。ウォームホイール２８は、ウォーム３３と噛み合っており、電動モータ３２によってウォーム３３が回転すると、これに応じてウォームホイール２８も中心軸２９回りに回転する。ウォームホイール２８を回転させると、コントロールシャフト２７は中心軸２９回りを公転する。なお、ウォームホイール２８には、ウォームホイール２８の回転位置を検出するための回転位置センサ３４が設けられている。
【００１８】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０内に設けられたコントロールシャフト制御回路３１（「可変圧縮比制御回路３１」とも呼ぶ）は、電動モータ３２を制御して、コントロールシャフト２７の位置を略３時の位置から略６時の位置の区間で位置決めすることによって、コンロッド２３の屈曲度を調整可能である。コンロッド２３の屈曲度が変化すると、シリンダ２０内におけるピストン２１の上死点と下死点の位置も変化する。従って、コンロッド２３の屈曲度の調整によって、燃焼室の圧縮比を変更することが可能である。この説明から理解できるように、コンロッド２３と、コントロールロッド２６と、ウォームホイール２８と、コントロールシャフト制御回路３１と、電動モータ３２と、ウォーム３３は、全体として可変圧縮比機構を構成している。
【００１９】
この可変圧縮比機構は、本出願人によって開示された特開２０００−５４８７３号公報に開示されたものとほぼ同じものである。但し、可変圧縮比機構としては、これ以外の任意の機構を採用することが可能である。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、さらに、点火プラグ５１の点火状態を制御するための点火制御回路３５を含んでいる。ＥＣＵ３０には、エンジン回転数や、スロットル開度（アクセルペダルの踏込量）、吸入空気量、シリンダの冷却水温、などの各種のパラメータを示す信号が、各種のセンサから供給されている。ＥＣＵ３０は、これらの各種のパラメータに応じて、圧縮比と点火状態とを制御している。
【００２１】
図２は、電動モータ３２の印加電圧と回転数および効率との関係を示すグラフである。このグラフでは、印加電流および負荷が一定であると仮定している。通常の電動モータでは、印加電圧と回転数は比例関係にあるので、モータに係る負荷が一定の場合には、印加可能な最大電圧Ｖｍａｘ  を印加したときに最高回転数Ｎｆ  が得られる。但し、電動モータの最高効率ηｍａｘ  は、最大電圧Ｖｍａｘ  よりも小さい最高効率電圧Ｖｅｆを印加したときに達成される。従って、最高効率電圧Ｖｅｆでの回転数Ｎｓ  は、最高回転数Ｎｆ  よりも小さい。
【００２２】
ところで、一般に圧縮比が高い方が熱効率が良いので燃費が向上するが、高圧縮比ではノッキングが発生し易い傾向にある。そこで、内燃機関の負荷が小さい時にはノッキングの可能性が低いので、圧縮比を高く設定することによって燃費を向上させることができる。一方、負荷が大きいときには、圧縮率を低く設定することによってノッキングを防止することが好ましい。このことから理解できるように、高圧縮比から低圧縮比に変更するのは、内燃機関が低負荷から高負荷になるときである。従って、圧縮比の変更が遅れると、高負荷・高圧縮比の状態となってしまい、ノッキングが発生しやすくなる。このため、高圧縮比から低圧縮比に変更する際には、なるべく短時間で圧縮比の変更を完了することが好ましい。一方、低圧縮比から高圧縮比に変更する際には、圧縮比の変更に多少時間を要したとしても、ノッキングの発生の恐れが無いので問題はあまり無い。従って、この場合には、なるべく高効率で電動モータを運転して燃費を向上させることが好ましい。
【００２３】
図３は、本発明の第１実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。ＥＣＵ３０は、ステップＳ１において、前回設定した圧縮比εｐ（すなわち現在の圧縮比）をメモリ（図示せず）から読み込み、ステップＳ２でエンジン回転数や、スロットル開度、吸入空気量、シリンダの冷却水温などのエンジンの運転状態を検出する。ステップＳ３では、ＥＣＵ３０が、ステップＳ２で検出されたエンジンの運転状態に対して適切な圧縮比の目標値εｔを演算する。この演算は、例えば、運転状態を規定する複数のパラメータの値の組合せを入力とし、圧縮比の目標値を出力とするマップやルックアップテーブルを用いて実現することができる。
【００２４】
ステップＳ４では、圧縮比の目標値εｔと現在値εｐとを比較する。目標値εｔが現在値εｐよりも小さいとき（すなわち圧縮比を低下させるとき）には、コントロールシャフト制御回路３１は、電動モータ３２に最大電圧Ｖｍａｘ  を印加して、なるべく短時間で圧縮比の変更を完了する（ステップＳ６）。これによって、高負荷・高圧縮比の状態となることを防止できるので、ノッキングの発生も防止できる。圧縮比の目標値εｔが現在値εｐと等しい場合には、圧縮比をそのまま保つように電動モータ３２に保持電流・電圧を供給する（ステップＳ５，Ｓ７）。また、圧縮比の目標値εｔが現在値εｐよりも大きいとき（すなわち圧縮比を増大させるとき）には、電動モータ３２に高効率電圧Ｖｅｆを印加して、なるべく効率よく圧縮比の変更を行う（ステップＳ８）。これによって、電動モータ３２に不必要な電圧・電流を供給することによる燃費の低下を防止することができる。
【００２５】
以上のように、第１実施例では、圧縮比を低下させるときに圧縮比を増大させるときよりも高速に圧縮比の変更を完了するようにしたので、ノッキングの発生を防止するとともに、燃費の低下を防止することができる。
【００２６】
Ｂ．第２実施例：
図４は、本発明の第２実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャートである。第１実施例との差異は、ステップＳ７，Ｓ８の後にステップＳ１０を追加した点と、ステップＳ６の前にステップＳ１１を追加した点だけであり、他の手順およびエンジンの構成は第１実施例と同じである。
【００２７】
第２実施例では、圧縮比の目標値εｔが現在値εｐよりも小さいとき（すなわち圧縮比を低下させるとき）には、まず、点火制御回路３５が、圧縮比の目標値εｔに対する最適点火時期を決定するとともに、この最適点火時期に対して所定の角度αだけ点火時期を遅角させる（ステップＳ１１）。点火時期を遅角する理由は、ノッキングの発生を防止するためである。なお、この遅角量αは、０でない任意の正の値に設定可能である。そして、電動モータ３２に最大電圧Ｖｍａｘ  を印加して、なるべく短時間で圧縮比の変更を完了する（ステップＳ６）。このように、圧縮比を低下させるときに、電動モータ３２を最大速度で駆動するとともに、ノッキングが発生し難いように点火時期を調整するので、ノッキングの発生をより確実に防止することができる。なお、点火時期の補正を電動モータ３２の駆動よりも前に行う理由は、点火時期の補正の方が応答が早いので、ノッキングの発生防止の点で好ましいからである。但し、両者を同時に行ってもよい。なお、内燃機関の特性によっては、点火時期を早めることによってノッキングの発生を防止できる場合がある。
【００２８】
圧縮比の目標値εｔが現在値εｐと等しいとき、あるいは、目標値εｔが現在値εｐよりも大きいときには、ステップＳ７，Ｓ８の後に、点火制御回路３５が、圧縮比の目標値εｔに対応する最適点火時期に設定する（ステップＳ１０）。
【００２９】
このように、第２実施例では、圧縮比の目標値εｔが現在値εｐよりも小さい（すなわちノッキングが発生し易い）間は点火時期が遅角補正され（ステップＳ１１）、一方、圧縮比の目標値εｔが現在値εｐ以上の場合には最適点火時期に設定される。この結果、圧縮比を低下させるときにはノッキングの発生を防止することができ、圧縮比を維持または増大させるときには高効率で内燃機関を運転することが可能である。
【００３０】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３１】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、圧縮比を低下させるときには常に電動モータ３２を最大速度で駆動するようにしていたが、特にノッキングが発生し易い場合にのみ、電動モータ３２を最大速度で駆動するようにしても良い。例えば、圧縮比の現在値εｐが所定の判定値よりも大きい場合に、電動モータ３２を最大速度で駆動するようにしても良い。あるいは、圧縮比の現在値εｐが第１の判定値よりも大きく、かつ、現在値εｐと目標値εｔとの差分（εｐ−εｔ）または比（εｐ／εｔ）が第２の判定値よりも大きい場合に、電動モータ３２を最大速度で駆動するようにしても良い。こうすれば、ノッキングの防止に必要な場合にのみ圧縮比を高速に変更するので、燃費の低下を防止することができる。
【００３２】
Ｃ２．変形例２：
前記実施例では、圧縮比に応じて電動モータ３２に供給する電圧値を変更していたが、電動モータ３２の種類によっては電圧値の代わりに、電流値や、駆動電力の周波数を変更することによって、電動モータ３２の動作速度を変更してもよい。すなわち、本発明の内燃機関は、電動モータに供給する駆動電力を圧縮比の変更状態に応じて変更する制御回路を備えていることが好ましい。また、この制御回路は、圧縮比を低下させるときに、圧縮比を増大させるときよりも高速に圧縮比の変更を完了するように電動モータを制御することが好ましい。なお、電動モータに比較的高い電圧を印加して圧縮比を高速に低下させる動作は、圧縮比変更中全体に渡って行っても良く、あるいは、圧縮比変更中の一部の期間において行ってもよい。後者の場合には、圧縮比変更中の他の期間は、圧縮比増大時とほぼ同じかまたは多少遅い速度で圧縮比を変更してもよい。
【００３３】
Ｃ３．変形例３：
本発明では、可変圧縮比機構として、電動モータ以外の駆動部を備えるものも採用可能である。この場合にも、可変圧縮比機構は、圧縮比を低下させるときには、圧縮比を増大させるときよりも高速に圧縮比の変更を完了することが好ましい。こうすれば、圧縮比の低下が遅れることによるノッキングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての内燃機関１０の構成を示す概念図。
【図２】電動モータ３２の印加電圧と回転数および効率との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第１実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２実施例におけるエンジンの制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１…クランク
２０…シリンダ
２１…ピストン
２２…シリンダヘッド
２３…コンロッド
２４…ピストンピン
２５…接続ピン
２６…コントロールロッド
２７…コントロールシャフト
２８…ウォームホイール
２９…中心軸
３０…ＥＣＵ
３１…コントロールシャフト制御回路（可変圧縮比制御回路）
３２…電動モータ
３３…ウォーム
３４…回転位置センサ
３５…点火制御回路
４１…吸気弁
４２…排気弁
５１…点火プラグ
２３１，２３３…コンロッド部材
２３２…接続ピン
【図１】
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【図２】
2004156542.tif 000004
【図３】
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【図４】
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