(57)【要約】【課題】エンジンの圧縮比が不用意に高圧縮比に固定されてしまうような事態を回避する。【解決手段】可変圧縮比エンジン２０は、エンジンの運転状況に応じて圧縮比を種々変更しつつ、変更後の圧縮比（実圧縮比εｉ）の適否を判定する。そして、低負荷運転に即した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３０とサーボモータ５７との動力伝達がクラッチ７０で遮断され、圧縮比変更機構３０では、ピストン２８が燃焼室燃料の燃焼圧を受け、コンロッド２７は、第１コンロッド３１と第２コンロッド３２の屈曲程度が大きくなるよう自ずから屈曲する。この結果、ピストン上死点位置が燃焼室天井壁から離れて、エンジンの圧縮比は低圧縮比の状態となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの圧縮比を変更するために燃焼室内の燃焼圧に抗して駆動される駆動機器を有する圧縮比変更機構と、圧縮比変更のための駆動力を発生する駆動源と、該駆動源の駆動力を受けて回転するウォームと、該ウォームに噛み合い前記駆動力を前記圧縮比変更機構の前記駆動機器に伝達するウォームホイールとを備えるエンジンの圧縮比を変更する方法であって、
前記ウォームとウォームギヤとを介した前記駆動源と前記圧縮比変更機構との間の駆動力伝達状況を、前記駆動源からの駆動力伝達が抑制される側に調整制御する、エンジンの圧縮比変更方法。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの圧縮比変更方法であって、
前記圧縮比変更機構による圧縮比の変更状況に異常がある場合に、前記駆動力伝達状況を前記駆動力伝達の抑制側に調整制御する、エンジンの圧縮比変更方法。
【請求項３】
エンジンの圧縮比を変更可能なエンジンであって、
エンジンの圧縮比を変更するために燃焼室内の燃焼圧に抗して駆動される駆動機器を有する圧縮比変更機構と、
圧縮比変更のための駆動力を発生する駆動源と、
該駆動源の駆動力を受けて回転するウォームと、
該ウォームに噛み合い前記駆動力を前記圧縮比変更機構の側に伝達するウォームホイールと、
前記駆動源の駆動力を前記ウォームとウォームギヤとを介して前記圧縮比変更機構に伝達し、前記圧縮比変更機構の前記駆動機器を駆動制御して圧縮比を変更する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記ウォームギヤから前記圧縮比変更機構への前記駆動力伝達経路において、前記ウォームとウォームギヤとを介した前記駆動源と前記圧縮比変更機構との間の駆動力伝達状況を、前記駆動源からの駆動力伝達が抑制される側に調整制御する調整手段を有する、可変圧縮比エンジン。
【請求項４】
請求項３記載の圧縮比可変エンジンであって、
前記調整手段は、前記駆動源と前記圧縮比変更機構との間の駆動力伝達を遮断するクラッチを有する、圧縮比可変エンジン。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の圧縮比可変エンジンであって、
前記制御手段は、
前記圧縮比の変更状況の適否を判定する判定手段を備え、
圧縮比の変更状況に異常があると判定された場合は、前記調整手段により、前記ウォームとウォームギヤとを介した前記駆動源から前記圧縮比変更機構への駆動力伝達を抑制制御する、可変圧縮比エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変圧縮比エンジンでは、運転状況に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点が得られる。例えば、ノッキングの発生しやすい高負荷時には圧縮比を低くすることで、燃料の自己着火を抑制し、これによりノッキングの発生も抑制できる。低負荷時では圧縮比を高めると、混合気温度の上昇を招いて燃料の燃焼性が高まる。このため、負荷変動を起こしやすい加速走行時等にあっては、負荷変動（低負荷から高負荷に変動）に応じて圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更制御することが行われている。こうした負荷変動に応じた圧縮比制御を行うことで、燃費の向上やドライバビリティの向上を実現している。
【０００３】
こうした従来の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比変更のための駆動源の駆動力を、ウォームとこれに噛み合うウォームホイールで、圧縮比変更機構に伝達して圧縮比を変更している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２６９８１号公報
【０００５】
一般に、こうした動力伝達にウォームとウォームホイールを用いるに当たっては、ウォームをモータ等の駆動源に連結し、ウォームホイールを駆動対象機器（圧縮比変更機構）に連結し、両者のギヤ比は大きくされている。このようにすれば、モータの高回転をウォームとウォームホイールで減速して圧縮比変更機器に伝達でき、実際の圧縮比を目標とする圧縮比に円滑に変更推移できる。しかも、ウォームとウォームホイールは、そのギヤ構成の特性から、ウォームホイールの側からウォーム側への回転伝達は起きにくくする逆転止め作用を果たすことが知られており、この逆転止め作用は、ギヤ比が大きいこととから効果的に働く。可変圧縮比エンジンについて述べれば、目標圧縮比に変更推移後には、モータ側から回転伝達を行わない限り、この逆転止め作用により、圧縮比が目標圧縮比に維持されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変圧縮比エンジンでは、上記したように動力伝達にウォームとウォームホイールを用いる都合上、次のような問題点が指摘されるに到った。
例えば、車両が低負荷運転時にある際に圧縮比変更に関与する機器、具体的には圧縮比変更機構やその制御装置等に何らかのトラブルが起きると、上記した逆転止め作用により圧縮比は低負荷運転に即した高圧縮比に維持されたままとなる。この状態のままアクセル操作がなされて車両の運転状態が高負荷運転に転ずると、ノッキングの発生頻度が高まりドライバビリティを損なう事態となる。或いは、高負荷状態での車両運転ができないようにアクセル操作を無視したエンジン制御を行う必要となり、こうなると、アクセル操作をする運転者に違和感を与えてしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、エンジンの圧縮比が不用意に高圧縮比に固定されてしまうような事態を回避することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジンでは、圧縮比を変更する状況になると、圧縮比変更のための駆動源の駆動力を、駆動源側のウォームとこれに噛み合うウォームホイールとを介して圧縮比変更機構に伝達する。これにより圧縮比変更機構では、その有する駆動機器が燃焼室燃焼圧に抗して駆動して、圧縮比を高圧縮比と低圧縮比との間に亘って変更する。
【０００９】
このようにした圧縮比変更を図るに当たり、本発明の圧縮比変更方法は、ウォームとウォームギヤとを介した駆動源と圧縮比変更機構との間の駆動力伝達状況を、駆動源からの駆動力伝達が抑制される側に調整制御する。この抑制調整に際しては、駆動力伝達の遮断制御を含めることもできる。また、本発明の圧縮比可変エンジンは、ウォームギヤから圧縮比変更機構への駆動力伝達経路において、ウォームとウォームギヤとを介した駆動源と圧縮比変更機構との間の駆動力伝達状況を、調整手段により、駆動力伝達を抑制する側に調整制御する調整手段を有する。
【００１０】
このため、ウォームとウォームギヤとを介した駆動力伝達状況が駆動力伝達の抑制を図られた分だけ、圧縮比変更機構側は、ウォーム側の制約を受けることなく駆動できるようになる。特に、駆動力伝達が遮断されれば、圧縮比変更機構は、フリーで駆動可能となる。このため、圧縮比が低負荷運転に即した高圧縮比に固定された状況下において上記した駆動力伝達の抑制を起こすと、圧縮比変更機構では、駆動源の駆動力が駆動機器に燃焼圧に抗して及ばなくなるので、燃焼圧をピストン押し下げ方向に受けて、ピストン上死点位置と燃焼室天井壁とが離間するよう自ずから駆動して低圧縮比状態となる。よって、本発明によれば、エンジンの圧縮比を不用意に高圧縮比のまま維持しておくような事態を回避することができる。この結果、エンジンは低圧縮比で運転継続が可能となり、その後の高負荷運転状況におけるノッキング回避やドライバビリティの維持、延いては、運転者への違和感緩和を図ることができる。
【００１１】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンでは、次のようにすることができる。即ち、前記駆動源と前記圧縮比変更機構との間の駆動力伝達を遮断するクラッチを有する調整手段とすることができる。こうすれば、ウォームとウォームギヤとを介した駆動源と圧縮比変更機構との間の駆動力伝達状況を、容易、且つ速やかに伝達遮断の状況とできる。よって、エンジンの圧縮比を高圧縮比での固定状況下から速やかに低圧縮比状態とできるので、ノッキング回避に有益である。
【００１２】
また、判定手段により圧縮比の変更状況の適否を判定し、圧縮比の変更状況に異常があると判定された場合に、ウォームとウォームギヤとを介した駆動源から圧縮比変更機構への駆動力伝達を抑制側に制御するようにすることもできる。こうすれば、圧縮変更に異常のない状況下では、車両の負荷状況に併せて圧縮比を高低変更して燃費の向上やドライバビリティの向上を図る一方、圧縮比変更異常時には、圧縮比を低圧縮比とすることで、ノッキング回避はもとより、ドライバビリティの維持や違和感緩和を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【００１４】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２０は、シリンダブロック２２とシリンダヘッド２４を備え、そのシリンダ２６にピストン２８を組み込んで備える。ピストン２８は、屈曲可能に構成されたコンロッド２７を介してクランクシャフト２９と連結され、シリンダ内でのピストン２８の上下往復動は、コンロッド２７を経てクランクシャフト２９の回転運動に変換される。コンロッド２７は、後述する圧縮比変更機構３０を構成し、その屈曲程度の変更を経てピストン２８の上死点位置および下死点位置を同時に変化させる。これにより、可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比を変更することができる。この詳細は後述する。
【００１５】
可変圧縮比エンジン２０は、シリンダヘッド２４の図示しない吸気ポートに吸気管５０を接続して備える。吸気管５０は、インジェクタ５２が吸気管流路に噴射した燃料を、空気との混合気状態で吸気ポートを経て燃焼室に導く。この場合、空気の吸気量はスロットルバルブ５４にて調整され、燃料混合比が調整される。
【００１６】
可変圧縮比エンジン２０は、圧縮比変更やスロットルバルブ５４の駆動等を統括制御するＥＣＵ６０を備える。このＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構成され、スロットルバルブ駆動用のアクチュエータ６３やスロットルセンサ５５、アクセルセンサ６１の他、エンジン回転数とクランク角を検出する回転数・クランク角センサ５６、圧縮比変更のためのアクチュエータ（サーボモータ）５７、圧縮比を検出する圧縮比センサ５８、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６２、吸気の量を検出するエアフロメータ６４等と接続されている。
【００１７】
次に、圧縮比変更のための構成について詳述する。図２はコンロッド２７を含む圧縮比変更機構３０を示す概略斜視図、図３はこの圧縮比変更機構３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００１８】
図２に示すように、圧縮比変更機構３０は、コンロッド２７を、ピストン２８の側の第１コンロッド３１と第２コンロッド３２とを連結して構成する。第１コンロッド３１は、その上部の小端部３３で、ピストン２８とピストンピン３４により回動可能に連結されている。第２コンロッド３２は、その下部の大端部３５で、クランクシャフト２９の図示しないクランクピンと回転可能に連結されている。また、この第１、第２の両コンロッドは、第１コンロッド下端側と第２コンロッド上端側でコンロッドピン３６を介して互いに回動可能に連結されており、この連結箇所でリンク機構を構成している。
【００１９】
第１コンロッド３１は、下端側に突出部３１ａを備え、この突出部３１ａで、コントロールロッド３７の一端側とピン３８により回動可能に連結されている。コントロールロッド３７は他端側に貫通孔３７ａを備え、この貫通孔３７ａには、コントロールシャフト３９が回動可能に嵌合組み付けされている。そして、第１、第２の両コンロッドの連結箇所に構成されるリンク機構には、突出部３１ａやピン３８も含まれ、コントロールロッド３７は、このリンク機構に連結されていることになる。
【００２０】
この他、圧縮比変更機構３０はコントロールシャフトガイド４０を有し、当該シャフトガイドをシリンダブロック２２（図１参照）に回動可能に支持する。このコントロールシャフトガイド４０は、その両端部と途中複数箇所に断面円形の軸受部４１を備え、隣り合う軸受部４１の間を、断面三日月形に切欠形成した連結部４２とする。連結部４２は、エンジンの気筒数と同じ数だけ用意され、各連結部の切欠領域４３にコントロールシャフト３９が位置するよう、このコントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０に嵌合・固定されている。つまり、コントロールシャフト３９はコントロールシャフトガイド４０の回動中心軸（中心軸）Ｘから偏心した位置に嵌合・固定される。よって、コントロールシャフトガイド４０が回動することで、コントロールシャフト３９は中心軸Ｘに対して揺動してその位置を変え、これによりコントロールロッド３７はピン３８を介して第１コンロッド３１を第２コンロッド３２に対して屈曲変位させる。こうしてコンロッド２７が屈曲すると、その屈曲程度に応じてピストン２８の上死点位置と下死点位置長は同時に変わり、可変圧縮比エンジン２０は圧縮比を変更する。この場合、圧縮比変更、即ちコントロールシャフトガイド４０の回動状況は、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ６０により制御される。
【００２１】
なお、コントロールシャフト３９が揺動する際に、コントロールロッド３７が連結部４２と干渉しないよう、連結部４２は、その断面形状および寸法が設定されている。
【００２２】
可変圧縮比エンジン２０は、上記の圧縮比変更機構３０においてコントロールシャフト３９の揺動（即ち、圧縮比可変）を起こすため、図３に示すように、そのアクチュエータとしてのサーボモータ５７とウォームギア４７を有する。また、可変圧縮比エンジン２０は、このサーボモータ５７の回転駆動力を圧縮比変更機構３０の側に伝達するためのクラッチ７０を、コントロールシャフトガイド４０に備える。
【００２３】
クラッチ７０は、電磁クラッチとして構成されており、ＥＣＵ６０からの制御信号によりオン−オフし、コントロールシャフトガイド４０へのモータ駆動力の伝達・遮断を切り換える。つまり、クラッチ７０は、ウォームギア４７のウォームホイール４９側のクラッチ板７１と、これを電磁吸着するためのコントロールシャフトガイド４０側のクラッチ部７２とを有する。
【００２４】
ウォームギア４７は、サーボモータ５７のシャフトに連結されたウォーム４８と、コントロールシャフトガイド４０に連結された直結されたウォームホイール４９とで構成される。従って、コントロールシャフトガイド４０は、クラッチ７０がその上下のシャフト（コントロールシャフトガイド４０）を連結している状態では、サーボモータ５７の回転に伴って回転し、その回転方向と回転角はモータ制御により定まる。
【００２５】
つまり、サーボモータ５７によりウォーム４８が回転すると、コントロールシャフトガイド４０はこの回転程度に応じた角度だけ回転し、既述したように、コントロールシャフト３９とコントロールロッド３７を変位させる。このコントロールロッド３７の変位によりコンロッド２７の屈曲状態が定まり、エンジンの圧縮比蛩が変化する。本実施例では、コントロールシャフト３９は、コントロールシャフトガイド４０の中心軸Ｘ周りに略３時の方向から略６時の方向の９０ーの範囲で変位可能であり、６時の方向ほど圧縮比蛩が高くなるように設定されている。なお、本実施例であっても、ウォーム４８とウォームホイール４９を有するウォームギア４７を用いることから、このウォームギア４７による逆転止め作用が発揮される。
【００２６】
圧縮比センサ５８は、コントロールシャフトガイド４０の回転角度（方向を含む）を検出し、これをＥＣＵ６０に出力する。ＥＣＵ６０は、このセンサ出力に基づいて、実際の圧縮比蛩を算出するよう構成されている。なお、圧縮比算出に当たっては、コントロールシャフトガイド４０の回転角度を検出する圧縮比センサ５８に替え、次のように構成することもできる。つまり、シリンダ２６の燃焼室に電磁式の隙間センサを組み込み、実際の圧縮比蛩を燃焼室におけるピストン位置のセンサ出力から算出するようにすることもできる。
【００２７】
ここで、本実施例の可変圧縮比エンジン２０における圧縮比変更の様子について説明する。図４は圧縮比変更制御を示すフローチャート、図５は圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【００２８】
図４に示す圧縮比変更制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、回転数・クランク角センサ５６からのエンジン回転数読み込み、アクセル踏込状況を出力するアクセルセンサ６１やスロットルセンサ５５或いは図示しない吸気管負圧センサからのセンサ出力に応じたトルクの読み込みを行う（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ回転数・トルクと、この両者を圧縮比に関連付けた図５に示すマップとに基づいて、目標とする圧縮比εｔを演算する（ステップＳ１１０）。この目標圧縮比算出のためのマップは、エンジン冷却水温度、吸入空気温度、或いはエミッション等の状況に応じて複数用意され、その時のエンジン運転状況に併せて適宜切り換えられる。
【００２９】
次に、圧縮比センサ５８からの現状圧縮比の読み込みを行い（ステップＳ１２０）、その読み込んだ圧縮比εｉと目標圧縮比εｔとの一致状況に基づいて、圧縮比の変更を要するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、上記の両圧縮比が一致していなければ、圧縮比変更を要すると判定し、ＥＣＵ６０は、圧縮比を目標圧縮比εｔとするための変更指令をサーボモータ５７に出力する（ステップＳ１４０）。詳しくは、現状の圧縮比εｉを目標圧縮比εｔとするに必要な駆動信号をサーボモータ５７に出力し、上記の各処理を繰り返す。こうした制御により、可変圧縮比エンジン２０は、サーボモータ５７を駆動源とする圧縮比変更機構３０によりコンロッド２７の屈曲程度を変更し、エンジンの圧縮比を変更する。
【００３０】
こうした圧縮比変更制御を行いつつ、本実施例では、クラッチ７０による駆動力伝達制御も行う。図６はクラッチ７０を用いた駆動力伝達制御を示すフローチャートである。
【００３１】
この駆動力伝達制御にあっても所定時間ごとに繰り返し実行され、まず、エンジンの運転状態の読み込み（ステップＳ２００）と、圧縮比センサ５８からの現状圧縮比εｉの読み込み（ステップＳ２２０）を順次行う。運転状態の読み込みは、既述したステップＳ１００と同様、各センサ出力によって行われる。
【００３２】
次いで、読み込んだ現状圧縮比εｉが現状のエンジンの運転状態に適ったものであるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。つまり、現状のエンジンの運転状態と図５に示したマップとの整合状況に基づいて、圧縮比の適否を判定する。なお、図４に示した圧縮比変更制御によって圧縮比が変更されている過程では、このステップＳ２２０により圧縮比不適とされる。よって、ステップＳ２２０では、こうした事態を回避するよう、圧縮比判定を行う。この一手法としては、例えば、図４のステップＳ１４０で出された圧縮比変更指令出力時からの圧縮比εｉの推移状況を把握し、その結果を加味して適否判定を行う。つまり、圧縮比変更指令が出力されてから圧縮比が変更するまでに要する時間を経過してもなお現状圧縮比εｉが目標圧縮比に一致しない状況や、現状圧縮比εｉの変更推移が見られないような状況を加味して、適否判定を行う。
【００３３】
このステップＳ２２０で圧縮比適合と判定すれば、圧縮比変更機構３０の各構成部材が正常に駆動しているとして、何の処理も行わず、一旦本ルーチンを終了する。その一方、圧縮比不適と判定すれば、クラッチ７０に遮断信号を出力してクラッチ７０によりウォームホイール４９とコントロールシャフトガイド４０の連結を遮断する（ステップＳ２３０）。その後、図示しない警報機器、例えば警告灯や警報装置等を駆動して圧縮比不適の旨の警告を報知し（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。この警告報知は、エンジン整備が成されてリセットされるまで継続するようにされている。
【００３４】
以上説明したように本実施例の可変圧縮比エンジン２０では、図４、図５で説明したようにエンジンの運転状況に応じて圧縮比を種々変更しつつ、図６に示したように変更後の圧縮比（実圧縮比εｉ）の適否を判定する。そして、その実圧縮比εｉが、実際の運転状況に適っていないとした場合は、クラッチ７０を遮断する。従って、低負荷運転に即した高圧縮比とされている状況下で、何らかの不具合（例えば、サーボモータ５７の焼き付き等の不具合）が起きた場合であっても、以下に説明するように、その後の車両運転に特段の支障を来さない。
【００３５】
上記したように圧縮比が不適となると（ステップＳ２２０）、クラッチ７０によって圧縮比変更機構３０とサーボモータ５７との動力伝達が遮断され（ステップＳ２３０）、圧縮比変更機構３０の側では、圧縮比変更に関与する構成部材（コンロッド２７、コントロールシャフトガイド４０等）がフリーの状態となる。よって、圧縮比変更機構３０では、ピストン２８が燃焼室燃料の燃焼圧を受け、コンロッド２７は、第１コンロッド３１と第２コンロッド３２の屈曲程度が大きくなるよう自ずから屈曲する。この際、コントロールシャフトガイド４０にあってもこのコンロッドの屈曲に追従して駆動する。この結果、圧縮比変更機構３０は、ピストン上死点位置が燃焼室天井壁から離れるので、エンジンの圧縮比を低圧縮比の状態とする。よって、エンジンの圧縮比を不用意に高圧縮比のまま維持しておくような事態を招かないので、可変圧縮比エンジン２０は低圧縮比での運転を継続が可能となる。このように低圧縮比で有れば、高負荷運転の状況に推移しても、ノッキング回避やドライバビリティの維持、延いては、運転者への違和感緩和を図ることができる。
【００３６】
ところで、圧縮比が低圧縮比の状況下で上記したような圧縮比不適の事態が起き得る。しかし、この場合は、既に低圧縮比の状態であるので、その後の運転に支障を来さない。なお、低圧縮比であってもその値が低圧縮比下限値より大きな値で有れば、圧縮比はこの低圧縮比下限値のものとされる。
【００３７】
また、本実施例では、上記したような圧縮比不適の事態が起きると、警告灯や警報装置等の警報機器を駆動して、圧縮比が不適切であることを運転者に報知する。よって、こうした事態を招いた不具合の復旧を運転者や修理施工者に促すことができるので、圧縮比変更不具合を早期の内に解消できる。このため、低負荷運転の状況であっても低圧縮比のまま運転されてしまう期間を短くできるので、低負荷・低圧縮比状況下の運転による燃費低下を抑制できる。
【００３８】
また、圧縮比変更機構３０への駆動力伝達遮断に電磁式のクラッチ７０を用いたので、圧縮比変更機構３０を容易、且つ、速やかフリーの状態とできる。よって、速やかな低圧縮比への変更ができるので、ノッキングをより有効に回避できる。
【００３９】
次に、第２実施例について説明する。この実施例は、圧縮比変更をシリンダの上下動を経て行う点に特徴がある。図７は第２実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図、図８はこの可変圧縮比エンジン１００の概略斜視図である。
【００４０】
この第２実施例の可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３をロアケース（クランクケース）１０４に対してシリンダ１０２の軸方向に移動させることで圧縮比を変更する。このため、本実施例の可変圧縮比エンジン１００は、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を移動させる圧縮比変更機構を備える。この圧縮比変更機構については後述する。
【００４１】
ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３がシリンダ１０２の軸方向に移動するため、シリンダ１０２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行う図示しないカムシャフトにあっても、ロアケース１０４に対して移動することとなる。カムシャフトの駆動力は、ロアケース１０４内に配置されたクランクシャフト１１５からチェーンやベルトを介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施例のエンジンではなされている。この点についても、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明については省略する。
【００４２】
なお、シリンダブロック１０３がロアケース１０４に対して移動可能とされていること、および、その移動機構（圧縮比変更機構）を備えていること、カムシャフトへの変動力の伝達、以外の部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはない。よって、これらについても説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３の両側下部に複数の隆起部を備え、この各隆起部にカム収納孔１０５を有する。カム収納孔１０５は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔１０５は、円形を有しており、シリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２（本実施例の可変圧縮比エンジン１００は四気筒エンジン）の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。カム収納孔１０５は、シリンダブロック１０３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔１０５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０３の両側のカム収納孔１０５の一対の軸線は平行である。
【００４４】
ロアケース１０４には、上述したカム収納孔１０５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース１０４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト１０６によって取り付けられるキャップ１０７が用意されており、キャップ１０７にあっても半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ１０７を取り付けると、両部材で円形の軸受収納孔１０８が形成される。軸受収納孔１０８の形状は、上述したカム収納孔１０５と同一である。
【００４５】
複数の軸受収納孔１０８は、カム収納孔１０５と同様に、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に取り付けたときにシリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２の配列方向に平行になる。これらの複数の軸受収納孔１０８も、シリンダブロック１０３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔１０８は全て同一軸線上に位置している。軸受収納孔１０８は、片側に四つずつ形成される。そして、シリンダブロック１０３の両側の軸受収納孔１０８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔１０５の間の距離と、両側の軸受収納孔１０８との問の距離は同一である。
【００４６】
交互に配置される二列のカム収納孔１０５と軸受収納孔１０８には、それぞれカム軸１０９が挿通される。カム軸１０９は、図７に示すように、軸部１０９ａに、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを有する。カム部１０９ｂは、軸部１０９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部１０９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有する。可動軸受部１０９ｃは、このカム部１０９ｂと同一外形を有し、軸部１０９ａに対して回転可能に取り付けられる。本実施例では、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸１０９は、シリンダ１０２を挟んで鏡像の関係を有している。また、カム軸１０９の端部には、後述するクラッチ１２０の取付部１０９ｄが形成されている。軸部１０９ａの中心軸と取付部１０９ｄの中心とは偏心しており、全カム部１０９ｂの中心と取付部１０９ｄの中心とは一致している。
【００４７】
可動軸受部１０９ｃも、軸部１０９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部１０９ｂと同一である。実際にカム軸１０９を構築するには、最も端部の一つのカム部１０９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸１０９が製造され、これに可動軸受部１０９ｃと他のカム部１０９ｂとが交互に挿入される。そして、カム部１０９ｂのみが図示するようにビスなどで軸部１０９ａに固定される。この場合、カム部固定は他の方法、例えば、圧入や溶接でも良い。軸部１０９ａ上のカム部１０９ｂの数は、シリンダブロック１０３片側のカム収納孔１０５の数と一致する。また、カム部１０９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔１０５の長さと一致する。同様に、軸部１０９ａ上の可動軸受部１０９ｃの数は、ロアケース１０４片側に形成される軸受収納孔１０８の数と一致する。また、可動軸受部１０９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔１０８の長さと一致する。
【００４８】
各カム軸１０９において、複数のカム部１０９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部１０９ｃの外形は、カム部１０９ｂと同一正円であるので、可動軸受部１０９ｃを回転させることで、複数のカム部１０９ｂの外表面と複数の可動軸受部１０９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック１０３とロアケース１０４とを組み合わせて複数のカム収納孔１０５と複数の軸受収納孔１０８とで形成される長孔にカム軸１０９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸１０９をシリンダブロック１０３およびロアケース１０４に対して配置させた後にキャップ１０７を取り付けても良い。
【００４９】
カム収納孔１０５、軸受収納孔１０８、カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック１０３は、ロアケース１０４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する。なお、ピストンリング以外の他の手法、例えば、Ｏリングのようなゴム製ガスケット等によって、シールを行っても良い。
【００５０】
各カム軸１０９は、その軸部１０９ａの一端にクラッチ１２０を有する。このクラッチ１２０にあっても、既述したクラッチ７０と同様、電磁式クラッチとして構成されており、それぞれのカム軸１０９へのモータ駆動力の伝達・遮断を切り換える。つまり、クラッチ１２０は、ウォームホイール１１０側のクラッチ板１２１と、これを電磁吸着するためのカム軸１０９側のクラッチ部１２２とを有する。なお、ウォームホイール１１０は、キーにて位置決めされた上で、クラッチ１２０のクラッチ板１２１とボルト固定されている。
【００５１】
一対のカム軸１０９に対応するそれぞれのウォームホイール１１０には、ウォームギア１１１ａ，１１１ｂが噛み合っている。ウォームギア１１１ａ，１１１ｂは単一のモータ１１２の出力軸に取り付けられている。ウォームギア１１１ａ，１１１ｂは、互いに逆方向に回転する蝶旋溝を有している。このため、クラッチ１２０が駆動力伝達の状況下にあるときにモータ１１２を回転させると、一対のカム軸１０９は、ウォームホイール１１０の回転をクラッチ１２０を介して受け、互いに逆方向に回転する。モータ１１２は、シリンダブロック１０３などに固定されており、シリンダブロック１０３と一体的に移動する。
【００５２】
次に、本実施例の可変圧縮比エンジン１００が行う圧縮比制御について説明する。図９は可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子を説明する説明図である。なお、図９（ａ）〜図９（ｃ）に、シリンダブロック１０３と、ロアケース１０４と、これら両者の間に構築されたカム軸１０９などからなる圧縮比変更機構とを断面示する。そして、これら図においては、軸部１０９ａの中心軸を符号ａで、カム部１０９ｂの中心をｂで、可動軸受部１０９ｃの中心をｃで表す。
【００５３】
図９（ａ）は、軸部１０９ａの延長線上から見て全てのカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの外周が一致した状態を示している。このとき、ここでは左右一対の軸部１０９ａは、カム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の外側に位置している。
【００５４】
図９（ａ）の状態から、軸部１０９ａ（および軸部１０９ａに固定されたカム部１０９ｂ）をモータ１１２を駆動して矢印方向に回転させると、図９（ｂ）の状態となる。このとき、軸部１０９ａに対して、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は、図９（ｃ）のような状態となるまでカム軸１０９を回転させたときが最大となり、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃの偏心量の二倍となる。カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で回転し、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で軸部１０９ａの位置が移動するのを許容している。
【００５５】
なお、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが完全に一致した状態（図９（ａ））では、一本のカム軸１０９に取り付けられた複数の可動軸受部１０９ｃが、シリンダを上下にスライドさせずに空転してしまう可能性もある。このため、本実施例のエンジンの圧縮比変更機構では、図９（ａ）のように、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図９（ａ）の状態のカム軸１０９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸１０９で正方向は逆回転方向）、図９（ｃ）の状態の回転位置は９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上としておけば、上述したような問題を解消し得る。また、上述したように、実際のシリンダブロック１０３のスライノド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題はない。
【００５６】
さらに、本実施例では、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にのみスライドさせて使用する。また、図９（ｃ）の状態からスライド量を０に戻すには、モータ１１２を逆回転させて図９（ａ）の状態に戻す。即ち、本実施例では、カム軸１０９の制御範囲は５°〜９０°である。しかし、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を下死点側にのみスライドさせて使用しても良い。この場合のカム軸１０９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。また、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にのみスライドさせて使用する場合に、カム軸１０９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００５７】
上述したような圧縮比変更機構を用いることによって、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に対して、シリンダ１０２の軸線方向にスライドさせることができる。この結果、圧縮比を可変制御することが可能となる。ある寸法のエンジンで数ｍｍのスライド量を実現して圧縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の可変範囲を確保できることが算出された。また、このような圧縮比変更機構によれば、シリンダを傾けるようなことをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが加わるような箇所も存在せず、カム軸１０９などを用いた簡便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる。なお、この実施例であっても、ウォームホイール１１０とウォームギア１１１ａ，１１１ｂを有するウォームギア構成が組み込まれていることから、第１実施例と同様、逆転止め作用が発揮される。
【００５８】
以上説明した第２実施例の可変圧縮比エンジン１００であっても、既述した可変圧縮比エンジン２０と同様は、図４、図５で説明したようにエンジンの運転状況に応じて圧縮比を種々変更しつつ、図６に示したように変更後の圧縮比（実圧縮比εｉ）の適否を判定する。そして、その実圧縮比εｉが、実際の運転状況に適っていないとした場合は、各カム軸１０９について同時にクラッチ１２０を遮断する。従って、第１実施例と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
この第２実施例では、圧縮比不適な状況では、クラッチ１２０によってモータ１１２の動力伝達が遮断され、圧縮比変更に関与する構成部材（カム軸１０９のカム部１０９ｂ、可動軸受部１０９ｃ等）がフリーの状態となる。よって、ピストンが燃焼室燃料の燃焼圧を受け、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃは、図９（ｃ）に示すように、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に対して持ち上げるので、エンジンの圧縮比は低圧縮比の状態となる。
【００６０】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００６１】
例えば、上述した第２実施例においては、カム部１０９ｂ−シリンダブロック１０３、可動軸受部１０９ｃ−ロアケース１０４の組み合わせで圧縮比変更機構を構築したが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリンダブロックの組み合わせで圧縮比変更機構を構築しても良い。また、カム部１０９ｂの形状は正円であることが好ましいが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実施例において、長径がカム部１０９ｂと同じ長さを有する楕円や卵形をしていても機能し得る。
【００６２】
さらに、第２実施例のタイプの可変圧縮比エンジンにあっては、Ｖ型エンジンにも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述した一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて圧縮比を変えてもよい。
【００６３】
また、モータ駆動力の伝達を、伝達・遮断の状態に切り換えるクラッチを例に採り説明したが、伝達効率を可変なクラッチ構成とすることや、モータ駆動力を遮断を含めて伝達調整できる構成で有れば、上記の実施例のクラッチ７０やクラッチ１２０に代えて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る可変圧縮比エンジン２０の構成を概略的に説明する説明図である。
【図２】コンロッド２７を含む圧縮比変更機構３０を示す概略斜視図である。
【図３】この圧縮比変更機構３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【図４】圧縮比変更制御を示すフローチャートである。
【図５】圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【図６】クラッチ７０を用いた駆動力伝達制御を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図である。
【図８】この可変圧縮比エンジン１００の概略斜視図である。
【図９】可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０…可変圧縮比エンジン
２２…シリンダブロック
２４…シリンダヘッド
２６…シリンダ
２７…コンロッド
２８…ピストン
２９…クランクシャフト
３０…圧縮比変更機構
３１…第１コンロッド
３１ａ…突出部
３２…第２コンロッド
３３…小端部
３４…ピストンピン
３５…大端部
３６…コンロッドピン
３７…コントロールロッド
３７ａ…貫通孔
３８…ピン
３９…コントロールシャフト
４０…コントロールシャフトガイド
４１…軸受部
４２…連結部
４３…切欠領域
４７…ウォームギア
４８…ウォーム
４９…ウォームホイール
５０…吸気管
５２…インジェクタ
５４…スロットルバルブ
５５…スロットルセンサ
５６…回転数・クランク角センサ
５７…サーボモータ
５８…圧縮比センサ
６１…アクセルセンサ
６２…酸素センサ
６３…アクチュエータ
６４…エアフロメータ
７０…クラッチ
７１…クラッチ板
７２…クラッチ部
１００…可変圧縮比エンジン
１０２…シリンダ
１０３…シリンダブロック
１０４…ロアケース
１０５…カム収納孔
１０６…ボルト
１０７…キャップ
１０８…軸受収納孔
１０９…カム軸
１０９ａ…軸部
１０９ｂ…カム部
１０９ｃ…可動軸受部
１０９ｄ…取付部
１１０…ウォームホイール
１１１ａ，１１１ｂ…ウォームギア
１１２…モータ
１１５…クランクシャフト
１２０…クラッチ
１２１…クラッチ板
１２２…クラッチ部
Ｘ…回動中心軸
【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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【図９】
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