(57)【要約】【課題】内燃機関の可変圧縮比機構において、油圧供給源の小型化と低消費電力化を実現するとともに、制御軸を迅速に駆動する。【解決手段】油圧回路８が、油圧ポンプ１５と油圧制御弁２１の間にアキュムレータ１８を備え、かつ、油圧センサ２０と位置センサ３４からの信号に基づいて油圧制御弁２１と電動モータ２２を制御するコントローラ２３を備えている。コントローラ２３は、アキュムレータ１８の圧力が所定以上になった後に電動モータ２２の作動を停止し、油圧アクチュエータ１１をアキュムレータ１８の圧力で駆動する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに連係された制御軸を油圧回路によって回転駆動して内燃機関の圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比機構において、前記油圧回路が、前記制御軸に連係された油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに接続された油圧制御弁と、該油圧制御弁に接続された油圧供給源と、前記油圧制御弁と前記油圧供給源の間に接続されたアキュムレータと、前記制御軸の回転位置を検出する位置センサと、前記油圧制御弁への圧力を検出する油圧センサと、前記位置センサと前記油圧センサからの信号に基づいて前記油圧制御弁と前記油圧供給源を制御するコントローラとを備えた内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項２】
アキュムレータの蓄圧条件が油圧アクチュエータの動作方向と負荷に応じて変更可能であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項３】
アキュムレータの圧力が蓄圧条件以上となったとき、油圧供給源の作動を停止させ、油圧アクチュエータをアキュムレータのエネルギによって作動させることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項４】
油圧供給源の最大仕事量は、少なくとも油圧アクチュエータの最大負荷時の仕事量より大きくすることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項５】
作動油の圧力が油圧アクチュエータを作動させることができない圧力まで低下した場合に、油圧アクチュエータの動作を低圧縮比に固定して作動油の圧力が回復するまで待機させることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項６】
アキュムレータの最大吐出量は、油圧アクチュエータの全行程の内、応答性が必要とされる所定の範囲作動させるための油量より多く、且つ油圧アクチュエータの全行程作動させるための油量より小さいことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項７】
油圧アクチュエータがロータリーベーン形であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【請求項８】
油圧アクチュエータがピストン形であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の内燃機関の可変圧縮比機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車のエンジンなどの内燃機関の可変圧縮比機構に関し、より詳細には、内燃機関の運転状態に応じて圧縮比を最適なものとする内燃機関の可変圧縮比機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車のエンジンに加わる負荷が低い場合には、シリンダ内に吸入される燃料の量が少ないので、ピストンが上死点近傍に位置するときのシリンダ内の温度や圧力は低く、燃焼の安定性が悪い。このため、圧縮比を高めて燃焼の安定性を向上させるとともに、膨張比を高めて熱効率を向上させ、燃料消費量の低減を図っている。しかし、エンジンに加わる負荷が高くなると、シリンダ内に吸入される燃料の量が多くなり、シリンダ内の温度も上昇し、ノッキングが発生する。このノッキングを防止するため、近年ではエンジンの負荷が小さいときに圧縮比を高くし、エンジンの負荷が大きいときに圧縮比を低くする機構、いわゆる可変圧縮比機構が開発されている。
【０００３】
従来のこの種の可変圧縮比機構は、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられたロアリンクと、一端がピストンピンに連係され他端がロアリンクの一部に連係されたアッパリンクと、偏心カムを有してクランクシャフトと平行に配置された制御軸と、一端がロアリンクの他部に連係され他端が制御軸の偏心カムに連係された制御リンクと、制御軸を所定の回転範囲で回転駆動するアクチュエータとから構成されている。そして、このアクチュエータは、一端が偏心カムに連係された往復子と、この往復子の他端に螺合された円筒部と、この円筒部を回転駆動する駆動源とから構成され、この駆動源は電動モータまたは油圧ポンプとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
次に動作について説明する。
ピストンに燃焼荷重が作用すると、その荷重がピストン、アッパリンクおよびロアリンクを介して偏心カムに作用し、制御軸にトルクが作用する。また、圧縮比を変更する際に駆動源が作動すると、円筒部が回転して往復子を駆動し、制御軸を回転駆動する。そして、制御軸が回転すると、この制御軸と一体の偏心カムが回転し、ロアリンクと制御リンクの連係部の位置が変化する。これにより、制御リンクによるロアリンクの運動拘束条件が変化し、ピストンの上死点の位置が変化し、圧縮比が変化する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１５５７１公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の可変圧縮比機構は以上のように構成され、制御軸にはピストンに作用する燃焼荷重、アッパリンクやロアリンクの運動に基づく慣性荷重などの極めて大きな荷重が作用するので、駆動源の小型化や低消費電力化が困難であるという課題があった。また、駆動源の回転は円筒部と往復子を介して制御軸に伝わるので、制御軸を迅速に駆動することが容易でないという課題があった。
【０００７】
特に、制御軸を迅速に駆動することができない場合、すなわち制御軸の応答性が低い場合には、圧縮比が高い状態から低い状態に移行する際に、シリンダに吸入される空気の量が増加し、シリンダ内の温度や圧力が上昇し、ノッキングが発生する。また、圧縮比が低い状態から高い状態に移行する際に、圧縮比が低い状態のままで出力が低下し、膨張比も低くて燃料消費量が多くなる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、油圧回路にアキュムレータを備えることによって、油圧供給源の小型化と低消費電力化を実現できるとともに、制御軸を迅速に駆動できる内燃機関の可変圧縮比機構を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の可変圧縮比機構は、油圧回路が、制御軸に連係された油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータに接続された油圧制御弁と、この油圧制御弁に接続された油圧供給源と、油圧制御弁と油圧供給源の間に接続されたアキュムレータと、前記制御軸の回転位置を検出する位置センサと、油圧制御弁への圧力を検出する油圧センサと、位置センサと油圧センサからの信号に基づいて油圧制御弁と油圧供給源を制御するコントローラとを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は内燃機関の可変圧縮比機構を示す部分断面図である。図１において、１は例えば自動車の車体に固定されるシリンダブロック、１ａはシリンダブロック１の下部を構成するホルダ部、１ｂはシリンダブロック１の上部を構成する複数のシリンダ部、２はシリンダブロック１のホルダ部１ａに回転可能に支持されたクランクシャフト、２ａはクランクシャフト２に偏心して設けられたクランクピン、３はシリンダブロック１のシリンダ部１ｂ内に摺動可能に嵌合されたピストン、３ａはピストン３に支持されたピストンピンである。
【００１１】
可変圧縮比機構として、４はクランクピン２ａに回転可能に取り付けられたロアリンク、４ａはロアリンク４の一部に支持された第１連結ピン、４ｂはロアリンク４の他部に支持された第２連結ピン、５はピストンピン３ａと第１連結ピン４ａを連係するアッパリンク、６はクランクシャフト２と平行にシリンダブロック１のホルダ部１ａに回転可能に支持された制御軸、６ａは制御軸６に偏心して設けられた偏心カム、７は第２連結ピン４ｂと偏心カム６ａを連係する制御リンク、８は圧縮比を変更する際に制御軸６を所定の回転範囲で回転駆動する油圧回路である。
【００１２】
図２は油圧回路８の構成図である。図２において、１１は制御軸６に連係されたロータリーベーン式の油圧アクチュエータ、１２は内燃機関のオイルパンまたは外部タンクから成る作動油収容手段、１３と１４はそれぞれ油圧アクチュエータ１１と作動油収容手段１２を接続する第１配管と第２配管、１５は作動油収容手段１２からの作動油を加圧する油圧ポンプ、１６は衝撃や異常状態によって発生した過剰な油圧を第２配管１４に逃がすリリーフバルブ、１７は作動油が油圧ポンプ１５に逆流することを防止して油圧ポンプ１５の焼き付きを防止するチェックバルブ、１８は油圧ポンプ１５からの作動油を蓄積するアキュムレータ、１９は作動油を濾過してコンタミネーションを防止する油圧フィルタ、２０はアキュムレータ１８の油圧を検出する油圧センサ、２１は油圧アクチュエータ１１を制御する油圧制御弁、２２は油圧ポンプ１５を駆動する電動モータ、２３は図示しないＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）から信号が入力され、油圧制御弁２１と電動モータ２２を制御するコントローラ、２４は必要な機器に電力を供給する電源である。
【００１３】
油圧アクチュエータ１１において、３１は制御軸６と一体に回転するロータ、３２はシリンダブロック１に固定され、ロータ３１を所定の回転範囲に回転可能に収容するハウジング、３４はロータ３１すなわち制御軸６の回転位置を検出する位置センサである。また、ロータ３１は別体で形成して制御軸６に固定するか、予め制御軸６と一体に成形することができる。
【００１４】
ロータ３１において、４１は制御軸６と同心で制御軸６と一体のボス部、４２は制御軸６と同心の半径を有するボス部４１の外周面、４３はボス部４１の外周面４２から直径方向に対称に延在する１対のベーン部、４４は制御軸６と同心の半径を有するベーン部４３の外周面である。
【００１５】
ハウジング３２において、５１はシリンダブロック１に固定された断面環状の本体部、５２はロータ３１のベーン部４３の外周面４４と同様な曲率の本体部５１の内周面、５３は本体部５１の内周面５２から内方に突出する１対のシュー部、５４はロータ３１のボス部４１の外周面４２と同様な曲率のシュー部５３の内周面、５５はロータ３１によって仕切られた一方の油室、５６はロータ３１によって仕切られた他方の油室、５７と５８はそれぞれ第１配管１３が接続された一方の油室５５の第１ポートと第２ポート、５９と６０はそれぞれ第２配管１４が接続された他方の油室５６の第３ポートと第４ポートである。
【００１６】
１対のシュー部５３は直径方向に対向するように形成され、第１ポート５７と第２ポート５８、そして第３ポート５９と第４ポート６０は、それぞれ直径方向に対向するように形成されている。第１ポート５７と第３ポート５９の間の距離、そして第２ポート５８と第４ポート６０の間の距離は、それぞれ制御軸６の所定の回転範囲に基づいて決定されている。
【００１７】
ここで、アキュムレータ１８は例えばブラダ形とされ、可撓性のブラダ１８ａの内部には窒素ガスなどの気体１８ｂが充填されている。油圧制御弁２１は、例えば４ポートで３位置作動の電磁弁とされ、油圧アクチュエータ１１のロータ３１を任意の位置に保持できるものとされている。油圧ポンプ１５と電動モータ２２の能力は、油圧アクチュエータ１１が大きな負荷を受けた際に油圧アクチュエータ１１に規定最低限の応答性、すなわち燃料消費量の悪化の程度に基づく応答性を発揮させるように決定されている。すなわち、油圧ポンプ１５と電動モータ２２の能力（最大仕事量）を油圧アクチュエータ１１が大きな負荷を受けた時（最大負荷時）より大きくすることにより、少なくとも最大負荷時には油圧アクチュエータに所望の動作をさせることができるようにする。そして、コントローラ２３は、油圧センサ２０と位置センサ３４からの信号に基づいて油圧制御弁２１と電動モータ２２を制御し、アキュムレータ１８の蓄圧条件を変更できる複数の機能を有している。
【００１８】
すなわち、コントローラ２３は、アキュムレータ１８の蓄積可能な最大圧力に対する実際の圧力の割合を油圧アクチュエータ１１のロータ３１の回転方向と油圧アクチュエータ１１に加わる負荷とに応じて変更する機能、アキュムレータ１８の蓄圧条件が所定値以上となったとき、電動モータ２２の作動を停止させ、油圧アクチュエータ１１をアキュムレータ１８のエネルギによって作動させる機能、作動油の圧力が油圧アクチュエータ１１を作動させることができない圧力まで低下した場合に、油圧アクチュエータ１１の動作を固定して作動油の圧力が回復するまで待機させる機能、アキュムレータ１８の吐出可能な作動油の量が油圧アクチュエータ１１を所定の範囲に作動させる量よりも多くなるようにする機能などを有している。また、アキュムレータ１８の最大吐出量は、油圧アクチュエータ１１の動作可能な全行程作動させるために必要な量より小さくすればよい。
【００１９】
なお、油圧ポンプ１５と電動モータ２２は、油圧アクチュエータ１１に対する「低負荷、高流量」、「高負荷、低流量」などの異なる作動条件を満足させる必要があるので、通常では「高負荷、高流量」にも対応し得る過大な能力を必要とし、油圧ポンプ１５と電動モータ２２は大型となる。しかし、アキュムレータ１８の最低圧力が制御軸６を十分に駆動するようにアキュムレータ容量を設定してある場合には、油圧アクチュエータ１１に対する「高負荷、低流量」における最低応答性を満足させる条件において「低負荷、高流量」にも対応できるので、油圧ポンプ１５と電動モータ２２の小型化が可能となる。
【００２０】
次に動作について説明する。
コントローラ２３には、油圧センサ２０からアキュムレータ１８の実際の圧力が入力するとともに、位置センサ３４から制御軸６の回転位置、つまり実際の圧縮比が入力する。このような状態で、ＥＣＵから圧縮比の変更の指令がコントローラ２３に入力すると、コントローラ２３は油圧制御弁２１を制御して油圧アクチュエータ１１を作動させる。この際に、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比（または低圧縮比から高圧縮比）に変更する場合には、ロータ３１が時計回り方向（または反時計回り方向）に所定の範囲で迅速に回転する。これにより、制御軸６がロータ３１と同様な方向に回転し、制御軸６の偏心カム６ａが制御リンク７を上方（または下方）に駆動し、ロアリンク４をクランクシャフト２に対して反時計回り方向（または時計回り方向）に回転させ、ピストン３の上死点を下方（または上方）へ移動させ、圧縮比を低下（または上昇）させる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、油圧アクチュエータ１１を制御軸６に直接連結し、油圧ポンプ１５と油圧制御弁２１の間にアキュムレータ１８を配置した構成であるので、アキュムレータ１８に油圧ポンプ１５の吐出流量よりも大きな瞬時流量を蓄積でき、制御軸６を迅速に駆動できるという効果が得られる。また、アキュムレータ１８に油圧ポンプ１５の吐出流量よりも大きな瞬時流量を蓄積できるので、油圧ポンプ１５と電動モータ２２を従来のものよりも小型化することが可能となるうえに、アキュムレータ１８に所定の圧力を蓄積した後に電動モータ２２の作動を停止できるので、低消費電力化が可能となるなどの効果が得られる。
【００２２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による内燃機関の可変圧縮比機構の油圧アクチュエータとその近傍を示す断面図である。この実施の形態２のその他の構成は実施の形態１と同様であるので、図１と同一の部分および同一の部材について同じ符号を付し、その説明を省略する。図３において、６１は制御軸６の偏心カム６ａに取り付けられた１対の制御レバー、６１ａは各制御レバー６１に形成されたスリット、６２は実施の形態１のロータリーベーン式の油圧アクチュエータ１１の代りに設けられたピストン式の油圧アクチュエータである。そして、制御軸６の回転位置を検出するための図示しない位置センサが設けられ、その出力がコントローラ２３に入力されている。
【００２３】
油圧アクチュエータ６２において、６３は一端が制御軸６の制御レバー６１に連係された摺動体、６４は摺動体６３の他端が摺動可能に収容されたハウジングである。摺動体６３において、６５は一端が１対の制御レバー６１の間に挟まれたロッド、６６はロッド６５の一端６５ａに回転可能に支持されたピン、６６ａは１対の制御レバー６１の間に位置付けられたピン６６の円柱部、６６ｂは制御レバー６１のスリット６１ａに摺動可能に嵌合されたピン６６の二面幅、６７はロッド６５の他端に設けられたピストンである。ハウジング６４において、６８はロッド６５が摺動可能に嵌合されたスリーブ、６９はピストン６７が摺動可能に収容されたハウジング本体、７０と７１はそれぞれハウジング本体６９の内部に設けられた第１油室と第２油室である。そして、第１油室７０と第２油室７１には第１配管１３と第２配管１４がそれぞれ接続されている。
【００２４】
次に動作について説明する。
コントローラ２３には、油圧センサ２０からアキュムレータ１８の実際の圧力が入力するとともに、図示しない位置センサから制御軸６の回転位置、つまり実際の圧縮比が入力する。このような状態で、ＥＣＵから圧縮比の変更の指令がコントローラ２３に入力すると、コントローラ２３は油圧制御弁２１を制御して油圧アクチュエータ６２を作動させる。この際に、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比（または低圧縮比から高圧縮比）に変更する場合には、摺動体６３が右方向（または左方向）に所定の範囲で迅速に移動する。これにより、制御軸６が時計回り方向（または反時計回り方向）に回転し、制御軸６の偏心カム６ａが制御リンク７を上方（または下方）に駆動し、ロアリンク４をクランクシャフト２に対して反時計回り方向（または時計回り方向）に回転させ、ピストン３の上死点を下方（または上方）へ移動させ、圧縮比を低下（または上昇）させる。
【００２５】
この実施の形態２によれば、実施の形態１のロータリーベーン形の油圧アクチュエータ１１の代りにピストン形の油圧アクチュエータ６２を設け、その他は実施の形態１と同様な構成であるので、油圧アクチュエータ６２と制御軸６の連係構造に係る制御軸６の応答性において、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、油圧制御弁と油圧供給源の間に接続されたアキュムレータと、位置センサと油圧センサからの信号に基づいて油圧制御弁と油圧供給源を制御するコントローラとを備えているように構成したので、コントローラの機能によってアキュムレータに油圧供給源の吐出流量よりも大きな流量を蓄積でき、制御軸を迅速に駆動できるという効果が得られる。また、アキュムレータに油圧供給源の吐出圧力に対する流量よりも大きな流量を蓄積できるので、油圧供給源を従来のものよりも小型化することが可能となるうえに、アキュムレータに所定の圧力を蓄積した後に油圧供給源の作動を停止できるので、低消費電力化が可能となるなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の可変圧縮比機構を示す部分断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による油圧回路の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による内燃機関の可変圧縮比機構の油圧アクチュエータとその近傍を示す部分断面図である。
【符号の説明】
３  ピストン、６  制御軸、８  油圧回路、１１，６２  油圧アクチュエータ、１５  油圧ポンプ（油圧供給源）、１８  アキュムレータ、２０  油圧センサ、２１  油圧制御弁、２２  電動モータ（油圧供給源）、２３  コントローラ、３４  位置センサ。
【図１】
2004316465.tif 000003
【図２】
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【図３】
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