(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、
駆動力を発生させるアクチュエータを含む駆動装置と、
前記可変圧縮比機構によって機械圧縮比を変更するときに、前記アクチュエータによって駆動される被駆動部と、
前記機関本体のクランクケース内と、前記機関本体の吸気通路と、に連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、当該連通路を介して前記クランクケース内のブローバイガスを強制的に前記吸気通路に導入するためのファンと、
少なくとも前記駆動装置を制御可能に構成された制御装置と、
を備える内燃機関であって、
前記駆動装置は、
前記アクチュエータの駆動力を前記被駆動部の他に前記ファンにも伝達可能に構成されると共に、前記アクチュエータの駆動力を前記被駆動部に伝達する駆動力伝達経路にクラッチを有しており、
前記制御装置は、
機械圧縮比を変更する必要がないときは、前記クラッチを解放状態にして、前記連通路を介して強制的に前記吸気通路に導入されるブローバイガスの流量が、機関運転状態に応じた目標流量となるように前記アクチュエータを駆動する、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関として、燃焼室からクランクケース内に漏れ出たブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス通路内に、機関本体の動力によって回転駆動される羽根車を設け、当該羽根車を回転させることによってブローバイガスを強制的に吸気通路に戻すことができるように構成されたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の内燃機関は、機関本体の動力を利用して羽根車を回転駆動していたため、羽根車の回転速度を任意の速度に制御することができず、ブローバイガス通路を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量を任意の流量に制御することができなかった。
【０００５】
そのため、ブローバイガス通路を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量よりも、燃焼室からクランクケース内に漏れ出るブローバイガスの流量の方が多くなってクランクケース内にブローバイガスが溜まるおそれがあった。また、逆にブローバイガス通路を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量の方が、燃焼室からクランクケース内に漏れ出るブローバイガスの流量よりも多くなる場合もあり、この場合は羽根車を回転駆動するために機関本体の動力が必要以上に使用されることになるので、機関本体の負荷が必要以上に増加することになる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、ブローバイガス通路を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量を任意の流量に制御することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、機関本体と、機関本体の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構と、駆動力を発生させるアクチュエータを含む駆動装置と、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を変更するときに、アクチュエータによって駆動される被駆動部と、機関本体のクランクケース内と、機関本体の吸気通路と、に連通する連通路と、連通路に設けられ、当該連通路を介してクランクケース内のブローバイガスを強制的に吸気通路に導入するためのファンと、少なくとも前記駆動装置を制御可能に構成された制御装置と、を備える。そして、駆動装置が、アクチュエータの駆動力を被駆動部の他にファンにも伝達可能に構成されると共に、アクチュエータの駆動力を被駆動部に伝達する駆動力伝達経路にクラッチを有しており、制御装置が、機械圧縮比を変更する必要がないときは、クラッチを解放状態にして、連通路を介して強制的に吸気通路に導入されるブローバイガスの流量が機関運転状態に応じた目標流量となるようにアクチュエータを駆動するように構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のこの態様による内燃機関によれば、機械圧縮比を変更する必要がないときは、クラッチを解放した状態でアクチュエータを駆動することで、連通路を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量を任意の流量に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３】図３は、可変圧縮比機構の動作について説明する図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による可変バルブタイミング機構の概略構成図である。
【図５】図５は、可変バルブタイミング機構の動作について説明する図である。
【図６】図６は、機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比について説明する図である。
【図７】図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【図８】図８は、目標吸入空気量を算出するためのマップである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態によるブローバイガス還元装置の概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態による駆動装置の制御について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態によるブローバイガス還元装置の概略構成図である。
【図１２】図１２は、逆入力遮断クラッチの一例を示す概略構成図である。
【図１３】図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿う逆入力遮断クラッチの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００の概略構成図である。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、電子制御ユニット２００と、を備える。
【００１３】
機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に取り付けられたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に取り付けられたクランクケース４と、クランクケース４の下部に取り付けられたオイルパン５と、を備える。
【００１４】
シリンダブロック２には、複数のシリンダ６が形成される。シリンダ６の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ６の内部を往復運動するピストン７が収められる。ピストン７は、コンロッド８を介してクランクケース４内に回転可能に支持されたクランクシャフト９と連結されており、クランクシャフト９によってピストン７の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ６の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室１０となる。
【００１５】
シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室１０に開口する吸気ポート１１と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室１０に開口する排気ポート１２と、が形成される。
【００１６】
またシリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１１との開口を開閉するための吸気弁１３と、燃焼室１０と排気ポート１２との開口を開閉するための排気弁１４と、吸気弁１３を開閉駆動する吸気カムシャフト１５と、排気弁１４を開閉駆動する排気カムシャフト１６と、が取り付けられる。吸気カムシャフト１５の一端部には、吸気弁１３の閉弁時期を任意の時期に変更することができる可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。可変バルブタイミング機構Ｂの詳細については、図４及び図５を参照して後述する。
【００１７】
さらにシリンダヘッド３には、後述する吸気マニホールド２７の各吸気枝管２７ｂに取り付けられた燃料噴射弁１７から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室１０内で点火するための点火プラグ１８が取り付けられる。なお、燃料噴射弁１７は、燃焼室１０内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド３に取り付けてもよい。
【００１８】
シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には可変圧縮比機構Ａが設けられる。本実施形態による可変圧縮比機構Ａは、シリンダブロック２とクランクケース４とのシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更するものである。シリンダブロック２とクランクケース４との連結部には、シリンダブロック２とクランクケース４との相対位置関係を検出するための相対位置センサ２１１が取付けられており、この相対位置センサ２１１からはシリンダブロック２とクランクケース４との間隔の変化を示す出力信号が出力される。可変圧縮比機構Ａの詳細については、図２及び図３を参照して後述する。
【００１９】
吸気装置２０は、吸気ポート１１を介してシリンダ６内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、スーパチャージャ２３と、インタークーラ２４と、エアバイパス管２５と、エアバイパス弁２６と、吸気マニホールド２７と、電子制御式のスロットル弁２８と、スロットルセンサ２１２と、エアフローメータ２１３と、過給圧センサ２１４と、を備える。
【００２０】
エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００２１】
吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２７のサージタンク２７ａに連結される。
【００２２】
スーパチャージャ２３は、吸気管２２に設けられる。スーパチャージャ２３は、クランクシャフト９の回転力によって機械的に駆動される過給機であって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気を圧縮し、圧縮した空気を強制的にシリンダ６内に供給するための装置である。クランクシャフト９の回転力をスーパチャージャ２３に伝達する伝達経路上には、電子制御ユニット２００によって制御される過給機駆動用の電磁クラッチ２９が設けられており、過給機駆動用の電磁クラッチ２９を締結すると、スーパチャージャ２３がベルト等を介してクランクシャフト９によって駆動され、過給が行われる。一方で過給機駆動用の電磁クラッチ２９を解放すると、スーパチャージャ２３がクランクシャフト９と機械的に切り離され、過給が停止される。
【００２３】
インタークーラ２４は、スーパチャージャ２３よりも下流の吸気管２２に設けられ、スーパチャージャ２３から吐出された空気を冷却する。
【００２４】
エアバイパス管２５は、スーパチャージャ２３による過給を停止したときなど、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気を、必要に応じてスーパチャージャ２３及びインタークーラ２４をバイパスさせてシリンダ６内に供給するために設けられた通路である。エアバイパス管２５は、一端がスーパチャージャ２３よりも上流の吸気管２２に接続され、他端がインタークーラ２４とスロットル弁２８との間の吸気管２２に接続されている。
【００２５】
エアバイパス弁２６は、エアバイパス管２５内に設けられる。エアバイパス弁２６は、エアバイパス管２５の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。エアバイパス弁２６の開度は、スーパチャージャ２３による過給が行われているときのサージタンク２７ａ内の圧力（以下「過給圧」という。）が目標過給圧となるように、電子制御ユニット２００によって制御される。
【００２６】
吸気マニホールド２７は、サージタンク２７ａと、サージタンク２７ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート１１の開口に連結される複数の吸気枝管２７ｂと、を備える。サージタンク２７ａに導かれた空気は、吸気枝管２７ｂを介して各シリンダ６内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２７及び吸気ポート１１が、各シリンダ６内に空気を導くための吸気通路を形成する。
【００２７】
スロットル弁２８は、インタークーラ２４とサージタンク２７ａとの間の吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２８は、スロットルアクチュエータ（図示せず）によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータによってスロットル弁２８の開度（以下「スロットル開度」という。）を調整することで、各シリンダ６内に吸入される吸気量（吸入空気量）を調整することができる。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。
【００２８】
エアフローメータ２１３は、スーパチャージャ２３よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１３は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸入吸気量」という。）を検出する。
【００２９】
過給圧センサ２１４は、サージタンク２７ａ内に設けられる。過給圧センサ２１４は、サージタンク２７ａ内の圧力を検出する。
【００３０】
排気装置３０は、燃焼室１０内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気後処理装置３２と、排気管３３と、空燃比センサ２１５と、を備える。
【００３１】
排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート１２の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。
【００３２】
排気後処理装置３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管に連結され、他端が排気管３３に連結されている。排気後処理装置３２は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。
【００３３】
排気管３３は、一端が排気後処理装置３２に連結され、他端が開口端となっており、各シリンダ６から排気ポート１２を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３３を流れて外気に排出される。
【００３４】
空燃比センサ２１５は、排気マニホールド３１の集合管に設けられ、排気後処理装置３２に流入する排気の空燃比を検出する。
【００３５】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３６】
入力ポート２０５には、前述した相対位置センサ２１１やスロットルセンサ２１２、エアフローメータ２１３、過給圧センサ２１４、空燃比センサ２１５などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフト９が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３７】
出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１７や点火プラグ１８、過給機駆動用の電磁クラッチ２９、可変圧縮比機構Ａ、可変バルブタイミング機構Ｂなどの各制御部品が電気的に接続される。
【００３８】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。
【００３９】
図２は、本実施形態による可変圧縮比機構Ａの分解斜視図である。
【００４０】
図２に示すように、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０には断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース４の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合する複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００４１】
また可変圧縮比機構Ａは、一対のカムシャフト５４，５５を備えており、各カムシャフト５４，５５上には、所定の間隔を空けて各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７（図３参照）が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。
【００４２】
各カムシャフト５４，５５の一端部には、制御軸６０に設けられた一対のウォーム６１，６２とそれぞれ噛み合うウォームホイール６３，６４が取り付けられている。一対のウォーム６１，６２は、各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることができるように、螺旋方向が逆向きとなっている。制御軸６０は、図９を参照して後述する駆動装置４０によって回転させられ、制御軸６０を回転させて各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させることで、図３に示すように、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が変更させられる。カムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２１６が取付けられており、カム回転角度センサ２１６の出力信号は対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００に入力されている。以下、図３を参照して可変圧縮比機構Ａの動作について説明する。
【００４３】
図３は、可変圧縮比機構Ａの動作について説明する図である。
【００４４】
図３（Ａ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大にされている状態の図である。図３（Ｂ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最大と最少との間にされている状態の図である。図３（Ｃ）は、可変圧縮比機構Ａによって、ピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積が最少にされている状態の図である。
【００４５】
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５８を、図３（Ａ）において矢印で示されるように互いに反対方向に回転させると、偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示されるように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示される方向に回転させると図３（Ｃ）に示されるように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００４６】
なお図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）には、それぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００４７】
図３（Ａ）から図３（Ｃ）を比較するとわかるように、クランクケース４とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース４から離間側に移動する。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース４とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース４から離れるとピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積は増大する。このように、各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を変更することができる。
【００４８】
図４は、吸気カムシャフト１５の一端部に設けられている本実施形態による可変バルブタイミング機構Ｂの概略構成図である。
【００４９】
図４に示すように、可変バルブタイミング機構Ｂは、クランクシャフト９によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転させられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気カムシャフト１５と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを備えており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。
【００５０】
各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。
【００５１】
吸気カムシャフト１５のカムの位相を進角すべきときは、図４においてスプール弁８５が右方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転させられる。
【００５２】
これに対し、吸気カムシャフト１５のカムの位相を遅角すべきときは、図４においてスプール弁８５が左方に移動させられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転させられる。
【００５３】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転させられているときにスプール弁８５が図４に示される中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止させられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。このようにして、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト１５のカムの位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。
【００５４】
図５は、可変バルブタイミング機構Ｂの動作について説明する図である。
【００５５】
図５の実線は、可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も進角されているときを示しており、図５の破線は、吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁１３の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、吸気弁１３の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
【００５６】
すなわち可変バルブタイミグ機構Ｂによって、吸気弁１３の閉弁時期を、吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も進角されているときの閉弁時期（以下「進角側限界閉弁時期」という。）から吸気カムシャフト１５のカムの位相が最も遅角されているとき閉弁時期（以下「遅角側限界閉弁時期」という。）までの任意の時期に変更することができる。
【００５７】
なお、図１及び図４に示す可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁１３の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁１３の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００５８】
次に図６を参照して、本明細書で使用する機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比という各用語の意味について説明する。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）には、各用語の説明のために燃焼室容積が５０ｍｌでピストン７の行程容積が５００ｍｌである機関本体１が示されており、これら図６（Ａ）から図６（Ｃ）において燃焼室容積とはピストン７が圧縮上死点に位置するときの燃焼室１０の容積を表している。
【００５９】
図６（Ａ）は機械圧縮比について説明する図である。
【００６０】
機械圧縮比は、圧縮行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示される例では、機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００６１】
図６（Ｂ）は実圧縮比について説明する図である。
【００６２】
実圧縮比は、実際に圧縮作用が開始されたときからピストン７が上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち、図６（Ｂ）に示されるように圧縮行程においてピストン７が上昇を開始しても吸気弁１３が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁１３が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の通り表される。図６（Ｂ）に示される例では、実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。
【００６３】
図６（Ｃ）は膨張比について説明する図である。
【００６４】
膨張比は、膨張行程時のピストン７の行程容積と燃焼室容積から定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示される例では、膨張比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。
【００６５】
図７は、理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【００６６】
図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比はある程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。
【００６７】
一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果、理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことがわかった。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギが必要となり、結果として実圧縮比を高めても理論熱効率がほとんど高くならないことがわかった。
【００６８】
これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストン７に対し押下げ力が作用する期間が長くなり、ピストン７がクランクシャフト９に回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比を大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７に実線で示す実圧縮比が膨張比と共に増大していく場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。
【００６９】
このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。そして一般的に、内燃機関は機関負荷が低いときほど熱効率が悪くなる傾向にあるので、機関運転時における熱効率を向上させて燃費を向上させるためには、機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが有効である。
【００７０】
以下、図８を参照しながら、本実施形態による可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂの基本的な制御について説明する。
【００７１】
図８は、機関本体１の運転領域を示すマップである。図８に示すように、本実施形態では、機関本体１の運転領域が第１負荷ラインと第２負荷ラインとによって３つの領域に区分されている。以下の説明では、便宜上、第１負荷ライン以下の領域を低負荷無過給領域という。第２負荷ライン以下の領域であって低負荷無過給領域を除く領域を中負荷無過給領域という。第２負荷ラインよりも機関負荷の高い領域を高負荷過給領域という。
【００７２】
電子制御ユニット２００は、機関回転速度とアクセル踏込量（機関負荷）とに基づいて定まる機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、スーパチャージャ２３による過給を実施することなく吸気弁１３の閉弁時期を吸気下死点から最も遅角させた遅角側限界閉弁時期に固定し、スロットル弁２８によって吸入空気量を制御すると共に、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定する。なお上限機械圧縮比とは、燃焼室容積が最少にされているとき（図３（Ｃ）の状態）の機械圧縮比である。
【００７３】
このように電子制御ユニット２００は、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで膨張比を最大膨張比に維持し、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期に固定することで実圧縮比をノッキングやプレイグニッションが発生しない程度の所定値（本実施形態では１１）に維持する。図６に示した機関本体１に適用した場合、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期に固定することで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから２００ｍｌになっており、機械圧縮比を上限機械圧縮比に固定することで、例えば燃焼室容積が５０ｍｌから２０ｍｌになっている。したがって、図６に示した機関本体１では、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、実圧縮比が（２０ｍｌ＋２００ｍｌ）／２０ｍｌ＝１１となっており、膨張比が（２０ｍｌ＋５００ｍｌ）／２０ｍｌ＝２６となっている。
【００７４】
これにより低負荷無過給領域内においては、実圧縮比をノッキングが発生しない程度の値に維持しつつ、膨張比を最大膨張比に維持することができるので、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。
【００７５】
そして電子制御ユニット２００は、機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、吸入空気量が機関負荷に応じた目標吸入空気量となるようにスロットル弁２８を制御している。具体的には、機関回転速度が一定であるとすると、図８に示すように機関負荷が第１負荷ライン上のＡ点に存在するときにスロットル弁２８が全開となるように、機関負荷が高くなるほどスロットル開度を大きくしている。そのため、機関負荷が第１負荷ラインよりも高くなると、もはやスロットル弁２８で吸入空気量を制御できなくなる。そこで機関負荷が第１負荷ラインよりも高くなったときは、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで、吸入空気量を増大させる。
【００７６】
すなわち電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときは、スーパチャージャ２３による過給を実施することなくスロットル弁２８を全開に固定し、可変バルブタイミング機構Ｂよって吸入空気量を制御すると共に、実圧縮比が所定値に維持されるように機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。
【００７７】
具体的には、電子制御ユニット２００は、機関回転速度が一定であるとすると、図８に示すように機関負荷が第２負荷ライン上のＢ点に存在するときに吸気弁１３の閉弁時期が進角側限界閉弁時期となるように、機関負荷が高くなるほど吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで吸入空気量を増大させる。そして電子制御ユニット２００は、実圧縮比が所定値に維持されるように、機関負荷が高くなるほど機械圧縮比を上限機械圧縮比から低下させる。図６に示した機関本体において、吸気弁１３の閉弁時期を遅角側限界閉弁時期から吸気下死点側に進角させることで、例えば実際のピストン行程容積が５００ｍｌから４００ｍｌになったとすると、実圧縮比を一定の１１に維持するために、電子制御ユニット２００は燃焼室容積が４０ｍｌとなるように機械圧縮比を低下させる。
【００７８】
このように、中負荷無過給領域内においては、吸気弁１３の閉弁時期が遅角側限界閉弁時期と進角側限界閉弁時期との間の閉弁時期に制御され、実圧縮比を所定値に維持するために、制御された閉弁時期に応じて機械圧縮比が上限機械圧縮比よりも小さくされる。そのため、中負荷無過給領域内においては、膨張比が最大膨張比よりも小さくなるものの、引き続き膨張比を実圧縮比よりも高い値に維持した状態で機関本体を運転させることができる。よって、中負荷無過給領域内においても、ノッキングの発生を抑制しつつ理論熱効率を高めることができる。また、中負荷無過給領域ではスロットル弁２８が全開に固定されているので、ポンピング損失をほぼゼロにすることができる。
【００７９】
そして機関負荷が第２負荷ラインよりも高くなると、もはやスロットル弁２８でも可変バルブタイミング機構Ｂでも吸入空気量を制御できなくなる。そこで機関負荷が第２負荷ラインよりも高くなったときは、スーパチャージャ２３による過給を行って吸入空気量を増大させる。
【００８０】
すなわち電子制御ユニット２００は、機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、スロットル開度を全開に固定しつつ吸気弁１３の閉弁時期も進角側限界閉弁時期に固定し、吸入空気量が目標吸入空気量となるようにスーパチャージャ２３による過給圧（エアバイパス弁２６の開度）を制御すると共に、機械圧縮比を下限機械圧縮比に固定する。なお下限機械圧縮比とは、燃焼室容積が最大にされているとき（図３（Ａ）の状態）の機械圧縮比である。
【００８１】
このように本実施形態では、可変圧縮比機構Ａと可変バルブタイミング機構Ｂとを協調的に制御することで、低負荷無過給領域及び中負荷無過給領域において、実圧縮比をノッキングが発生しない程度の値に維持しつつ、実圧縮比よりも膨張比を高めた状態で機関本体１を運転させている。
【００８２】
そのため、機関運転領域の中で、スロットル弁２８を全開とした状態で可変バルブタイミング機構Ｂによって吸入空気量を制御する領域、すなわち中負荷無過給領域が占める割合が高くなる。その結果、図８において破線で囲われた比較的使用頻度の高い運転領域（低中回転・低中負荷領域）内に中負荷無過給領域が広い範囲で存在することになり、機関運転中にスロットル弁２８が全開とされる状態が長く続く場合がある。このような場合、スロットル弁２８よりも下流側の吸気通路内の圧力が負圧にならないため以下のような問題が生じる。
【００８３】
すなわち機関運転中は、燃焼室１０内からクランクケース４内に混合気や燃焼ガス（以下、これらをまとめて「ブローバイガス」という。）が漏れ出ることがある。このブローバイガスがクランクケース４内に溜まってクランクケース４内の圧力が上昇すると、ピストン７が上死点から下死点へ移動する際の大きな抵抗となって機関出力が低下する。また、ブローバイガスがクランクケース４内に溜まると、オイルパン５内のオイルを劣化させる要因となる。そのため内燃機関は、通常、クランクケース４内のブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス還元装置を備えている。ブローバイガス還元装置は、スロットル弁２８よりも下流側の吸気通路内に生じる負圧を利用して、クランクケース４内のブローバイガスを吸気通路に導入するように構成されている。
【００８４】
そのため、機関運転中にスロットル弁２８が全開とされた状態が長く続くと、ブローバイガスがクランクケース４内に溜まってしまい、機関出力が低下したり、オイルパン５内のオイルが劣化したりするおそれがある。
【００８５】
そこで本実施形態では、スロットル弁２８が全開とされた状態のときに、任意の流量のブローバイガスを強制的にクランクケース４内から吸気通路に導入することができるようにブローバイガス還元装置を構成している。以下、この本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の構成について、図９を参照して説明する。
【００８６】
図９は、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の概略構成図である。なお、前述した図１ではブローバイガス還元装置９０の図示を省略している。
【００８７】
図９に示すように、ブローバイガス還元装置９０は、第１ブローバイガス通路９１と、空気供給通路９２と、ＰＣＶ弁９３と、ブローバイガス用バイパス通路９４と、エゼクタ９５と、第２ブローバイガス通路９６と、第３ブローバイガス通路９７と、逆止弁９８と、ファン９９と、を備える。
【００８８】
第１ブローバイガス通路９１は、クランクケース４内と、スロットル弁２８よりも下流側の吸気通路と、に連通する通路であって、本実施形態では一端がオイルセパレータ９１ａを介してクランクケース４に接続され、他端がサージタンク２７ａに接続されている。
【００８９】
空気供給通路９２は、スーパチャージャ２３よりも上流側の吸気通路と、クランクケース４内と、に連通する通路であって、本実施形態では一端がスーパチャージャ２３よりも上流側の吸気管２２に接続され、他端がシリンダヘッド３に接続されている。なお、空気供給通路９２の他端は、シリンダヘッド３の内部空間を介してクランクケース４内と連通している。
【００９０】
ＰＣＶ弁９３は、第１ブローバイガス通路９１に設けられる。ＰＣＶ弁９３は、クランクケース４内の圧力と、サージタンク２７ａ内の圧力と、の圧力差によってその開度が変化する圧力作動弁である。具体的には、ＰＣＶ弁９３は、サージタンク２７ａ内の負圧が大きいとき（スロットル開度が小さいとき）は小さいときと比べて、ＰＣＶ弁９３を通過できるブローバイガス流量が少なくなるように構成されている。そして、クランクケース４内の圧力がサージタンク２７ａ内の圧力以下のときは全閉となるように構成されている。
【００９１】
したがって、機関運転点が低負荷無過給領域にあるとき、すなわちスロットル弁２８が全開にされていないときは、サージタンク２７ａ内の圧力が負圧になるため、クランクケース４内の圧力がサージタンク２７ａ内の圧力よりも高くなってＰＣＶ弁９３が開く。その結果、クランクケース４内のブローバイガスが第１ブローバイガス通路９１を介してサージタンク２７ａに吸引される。
【００９２】
そして、クランクケース４内から第１ブローバイガス通路９１を介してサージタンク２７ａに吸引されるブローバイガスの流量が、燃焼室１０からクランクケース４内に漏れ出るブローバイガスの流量よりも多くなると、空気供給通路９２を介してクランクケース４内に空気（新気）が供給される。クランクケース４内に供給された空気は、クランクケース４内を換気しながらブローバイガスと共に第１ブローバイガス通路９１を介してサージタンク２７ａに吸引される。機関運転点が低負荷無過給領域にあるときは、このようにしてクランクケース４内のブローバイガスが吸気通路に導入される。
【００９３】
ブローバイガス用バイパス通路９４は、スーパチャージャ２３よりも下流側の吸気通路と上流側の吸気通路とに連通する通路であって、本実施形態では、一端がインタークーラ２４とスロットル弁２８との間の吸気管２２に接続され、他端がスーパチャージャ２３よりも上流側の吸気管２２に接続されている。
【００９４】
エゼクタ９５は、ブローバイガス用バイパス通路９４に設けられる。エゼクタ９５は、ブローバイガス用バイパス通路９４に空気が流れたときに、吸込口９５ａからガスを吸い込むことができるように構成されている。
【００９５】
第２ブローバイガス通路９６は、クランクケース４内と、エゼクタ９５を介してブローバイガス用バイパス通路９４とに連通する通路であって、本実施形態では一端がオイルセパレータ９６ａを介してクランクケース４に接続され、他端がエゼクタ９５の吸込口９５ａに接続されている。
【００９６】
機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、スロットル弁２８が全開にされているため、サージタンク２７ａ内が負圧とならず、第１ブローバイガス通路９１を介してクランクケース４内のブローバイガスをサージタンク２７ａに吸引することができない。
【００９７】
その一方で、機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、スーパチャージャ２３による過給が行われるため、スーパチャージャ２３よりも下流側の吸気管２２内の圧力が、スーパチャージャ２３よりも上流側の吸気管２２内の圧力よりも高くなり、この圧力差によってブローバイガス用バイパス通路９４に空気が流れる。その結果、クランクケース４内のブローバイガスが，エゼクタ９５の吸込口９５ａから第２ブローバイガス通路９６を介してブローバイガス用バイパス通路９４に吸引され、吸気通路に戻される。
【００９８】
そしてクランクケース４内から第２ブローバイガス通路９６を介してブローバイガス用バイパス通路９４に吸引されるブローバイガスの流量が、燃焼室１０からクランクケース４内に漏れ出るブローバイガスの流量よりも多くなると、空気供給通路９２を介してクランクケース４内に空気が供給される。クランクケース４内に供給された空気は、クランクケース４内を換気しながらブローバイガスと共に第２ブローバイガス通路９６を介してブローバイガス用バイパス通路９４に吸引される。機関運転点が高負荷過給領域にあるときは、このようにしてクランクケース４内のブローバイガスが吸気通路に導入される。
【００９９】
第３ブローバイガス通路９７は、クランクケース４内と吸気通路とに連通する通路であって、本実施形態では一端がＰＣＶ弁９３よりも上流側の第１ブローバイガス通路９１に接続され、他端がＰＣＶ弁９３よりも下流側の第１ブローバイガス通路９１に接続されている。
【０１００】
第３ブローバイガス通路９７には、サージタンク２７ａから第３ブローバイガス通路９７を介して空気がクランクケース４内に流入するのを防止するための逆止弁９８と、クランクケース４内のブローバイガスを強制的に吸気通路に戻すためのファン９９と、が設けられる。
【０１０１】
そして本実施形態では、このファン９９を、可変圧縮比機構Ａの制御軸６０を回転させて各カムシャフト５４，５５を回転させるための駆動装置４０によって駆動できるようにしている。そのために本実施形態では、駆動装置４０を、駆動力を発生させる例えばモータ等のアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１の駆動力をファン９９及び可変圧縮比機構Ａの制御軸６０の双方に伝達可能な駆動力伝達部４２と、を備えるように構成する。
【０１０２】
以下、駆動力伝達部４２の構成について説明する。駆動力伝達部４２は、第１歯車減速機４３と、第２歯車減速機４４と、ワンウェイクラッチ４５と、電磁クラッチ４６と、を備える。
【０１０３】
第１歯車減速機４３は、第１入力歯車４３ａと第１出力歯車４３ｂとを備える。第１入力歯車４３ａは、アクチュエータ４１の出力回転軸４１ａに連結され、アクチュエータ４１によって回転させられる。第１出力歯車４３ｂは、第１入力歯車４３ａと噛み合っており、その一面側がワンウェイクラッチ４５の入力軸４５ａに連結され、他面側が電磁クラッチ４６の入力軸４６ａに連結される。
【０１０４】
第２歯車減速機４４は、第２入力歯車４４ａと第２出力歯車４４ｂとを備える。第２入力歯車４４ａは、電磁クラッチ４６の出力軸４６ｂに連結される。第２出力歯車４４ｂは、第２入力歯車４４ａと噛み合っており、可変圧縮比機構Ａの制御軸６０に連結される。
【０１０５】
ワンウェイクラッチ４５は、その入力軸４５ａが第１出力歯車４３ｂの一面側に連結され、その出力軸４５ｂがファン９９に連結される。ワンウェイクラッチ４５は、入力軸４５ａに対して入力軸４５ａを正転方向に回転させるトルク（正転トルク）が入力されると自立的に締結状態となって出力軸４５ｂを回転させ、入力軸４５ａに対して入力軸４５ａを逆転方向に回転させるトルク（逆転トルク）が入力されると自立的に解放状態となって出力軸を回転させないように構成されたクラッチである。したがって、入力軸４５ａに対して正転トルクが入力されたときのみ、入力トルクが出力軸４５ｂに伝達されてファン９９が駆動されることになる。
【０１０６】
電磁クラッチ４６は、その入力軸４６ａが第１出力歯車４３ｂの他面側に連結され、その出力軸４６ｂが第２歯車減速機４４の第２入力歯車４４ａに連結される。電磁クラッチ４６は、電子制御ユニット２００によって解放状態又は締結状態のいずれかの状態に切り替えられるクラッチである。電磁クラッチ４６が解放状態になっているときは、電磁クラッチ４６の入力軸４６ａが回転しても出力軸４６ｂは回転しない。電磁クラッチ４６が締結状態になっているときは、電磁クラッチ４６の入力軸４６ａが回転すると出力軸４６ｂも回転する。
【０１０７】
駆動装置４０はこのように構成されており、ファン９９を駆動するとき、すなわちクランクケース４内のブローバイガスを強制的に吸気通路に導入するときには、ワンウェイクラッチ４５の入力軸４５ａに対して正転トルクが入力されるようにアクチュエータ４１の出力トルクが電子制御ユニット２００よって制御される。これにより、アクチュエータ４１の出力トルクが第１歯車減速機４３を介してワンウェイクラッチ４５の入力軸４５ａに伝達され、ワンウェイクラッチ４５が締結状態となってファン９９が駆動されることになる。
【０１０８】
したがって、アクチュエータ４１の出力トルクを任意のトルクに制御することで、ファン９９の回転速度を任意の回転速度に制御することができる。すなわち、機関運転点が中負荷無過給領域内にあるときに、任意の流量のブローバイガスを強制的にクランクケース４内から吸気通路に導入することができる。
【０１０９】
このとき、アクチュエータ４１の出力トルクは第１歯車減速機４３を介して電磁クラッチ４６の入力軸４６ａにも伝達されるが、電磁クラッチ４６が解放状態であれば、アクチュエータ４１の出力トルクは電磁クラッチ４６の出力軸４６ｂには伝達されず、制御軸６０も回転しない。一方で電磁クラッチ４６を締結状態にすれば、アクチュエータ４１の出力トルクが電磁クラッチ４６の出力軸４６ｂに伝達され、第２歯車減速機４４介して制御軸６０に伝達される。その結果、制御軸６０が正方向に回転させられ、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比が高圧縮比側から低圧縮比側に変更させられる。
【０１１０】
一方、ファン９９を駆動している状態で、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を低圧縮比側から高圧縮比側に変更する必要が生じた場合には、制御軸６０を逆方向に回転させる必要がある。この場合、電子制御ユニット２００は、ワンウェイクラッチ４５の入力軸４５ａに対して逆転トルクが入力されるようにアクチュエータ４１の出力トルクを制御する。これにより、ワンウェイクラッチ４５が解放状態となって、アクチュエータ４１の出力トルクはワンウェイクラッチ４５の出力軸に伝達されなくなり、ファン９９は惰性で回転する。
【０１１１】
そして、このときに電磁クラッチ４６を締結状態にすれば、アクチュエータ４１の出力トルクが電磁クラッチ４６の出力軸４６ｂに伝達され、第２歯車減速機４４介して制御軸６０に伝達される。その結果、制御軸６０が逆方向に回転させられ、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比が低圧縮比側から高圧縮比側に変更させられる。
【０１１２】
このように本実施形態では、１つのアクチュエータ４１によってファン９９及び可変圧縮比機構Ａの制御軸６０の双方を駆動できるようにしている。これは、ファン９９を駆動したい領域と、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を変更する領域と、がそれぞれ中負荷無過給領域で一致しているためである。
【０１１３】
以下、電子制御ユニット２００が実施する本実施形態による駆動装置４０の制御について説明する。
図１０は、本実施形態による駆動装置４０の制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、このフローに示されたルーチンを所定の演算周期ごとに繰り返し実行する。
【０１１４】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域内にあればステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転点が中負荷無過給領域内になければ、機械圧縮比を変更する必要も、ファン９９を駆動する必要もないためステップＳ１１の処理に進む。
【０１１５】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、機械圧縮比を変更する必要があるか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、本ルーチンとは別途に機関運転中に所定の演算周期ごとに算出している機械圧縮比の目標値（以下「目標機械圧縮比」という。）を読み込み、読み込んだ目標機械圧縮比と、相対位置センサ２１１の出力信号に基づいて算出される現在の機械圧縮比と、に相違があるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、目標機械圧縮比と現在の機械圧縮比とに相違があれば、機械圧縮比を変更する必要があると判定してステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、目標機械圧縮比と現在の機械圧縮比とが一致していれば、機械圧縮比を変更する必要はないと判定してステップＳ８の処理に進む。
【０１１６】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、目標機械圧縮比が現在の機械圧縮比よりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、目標機械圧縮比が現在の機械圧縮比よりも大きければステップＳ４の処理に進み、小さければステップＳ５の処理に進む。
【０１１７】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、アクチュエータ４１の目標出力トルクを、可変圧縮比機構Ａの制御軸６０を正方向に回転させるための予め設定された所定の第１出力トルクに設定する。
【０１１８】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、アクチュエータ４１の目標出力トルクを、可変圧縮比機構Ａの制御軸６０を逆方向に回転させるための予め設定された所定の第２出力トルクに設定する。第２出力トルクは、第１出力トルクを正のトルクとすると、負のトルクとなる。本実施形態では、第２出力トルクと第１出力トルクの絶対値を同じにしているが、異なる値にしても良い。
【０１１９】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、電磁クラッチ４６が解放状態であれば締結状態とし、締結状態であればそのまま締結状態に維持する。
【０１２０】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、アクチュエータ４１の出力トルクがステップＳ４又はステップＳ５で設定された目標出力トルクとなるようにアクチュエータ４１を制御する。これにより、機械圧縮比が目標機械圧縮比に向かって変更される。
【０１２１】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に基づいてアクチュエータ４１の目標出力トルクを算出する。本実施形態では、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に基づいて第３ブローバイガス通路９７を介して吸気通路に強制的に戻すブローバイガスの目標流量を算出し、当該目標流量に基づいてアクチュエータ４１の目標出力トルクを算出する。ブローバイガスの目標流量は、基本的に機関回転速度及び機関負荷が高くなるほど大きくなる傾向にある。アクチュエータ４１の目標出力トルクは、ブローバイガスの目標流量が大きくなるほど大きくなる傾向にある。なお、機関運転状態から直接アクチュエータ４１の目標出力トルクを算出するようにしても良い。
【０１２２】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、電磁クラッチ４６が締結状態であれば解放状態とし、解放状態であればそのまま解放状態に維持する。
【０１２３】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、アクチュエータ４１の出力トルクがステップＳ８で算出された目標出力トルクとなるようにアクチュエータ４１を制御する。これにより、電磁クラッチ４６が解放された状態で、第３ブローバイガス通路９７を介して強制的に吸気通路に戻されるブローバイガスの流量が機関運転状態に応じた目標流量となるようにファン９９が駆動される。
【０１２４】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、電磁クラッチ４６が締結状態であれば解放状態とし、解放状態であればそのまま解放状態に維持する。
【０１２５】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、第３ブローバイガス通路９７を介して吸気通路に強制的に戻すブローバイガスの目標流量をゼロとする。これにより、アクチュエータ４１の目標出力トルクがゼロに設定され、アクチュエータ４１が停止される。
【０１２６】
なお上記の通り、本実施形態では可変圧縮比機構Ａの制御軸６０を駆動するためのアクチュエータ４１によってファン９９を駆動することとしたが、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を変更するときに併せて駆動される駆動対象物（被駆動部）を駆動するための別途のアクチュエータがあれば、当該アクチュエータによってファン９９を駆動するようにしても良い。例えば可変バルブタイミング機構Ｂとして、吸気弁１３のバルブリフト量を任意のバルブリフト量に変更可能な可変バルブタイミング機構を用い、中負荷無過給領域において吸気弁１３のバルブリフト量を変更することで吸入空気量を制御するようにした場合には、当該可変バルブタイミング機構がこのような駆動対象物に相当する。この場合、可変バルブタイミング機構によって吸気弁１３のバルブリフト量を変更するときに回転駆動される回転軸を駆動するためのアクチュエータによってファン９９を駆動することができる。
【０１２７】
以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１の機械圧縮比を変更可能に構成された可変圧縮比機構Ａと、駆動力を発生させるアクチュエータ４１を含む駆動装置４０と、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比を変更するときに、アクチュエータ４１によって駆動される制御軸（被駆動部）６０と、機関本体１のクランクケース４内と吸気通路とに連通する第３ブローバイガス通路（連通路）９７と、第３ブローバイガス通路９７に設けられ、第３ブローバイガス通路９７を介してクランクケース４内のブローバイガスを強制的に吸気通路に導入するためのファン９９と、少なくとも駆動装置４０を制御可能に構成された電子制御ユニット（制御装置）２００と、を備える。
【０１２８】
そして駆動装置４０が、アクチュエータ４１の駆動力を制御軸６０の他にファン９９にも伝達可能に構成されると共に、アクチュエータ４１の駆動力を制御軸６０に伝達する駆動力伝達経路に電磁クラッチ（クラッチ）４６を有しており、電子制御ユニット２００が、機械圧縮比を変更する必要がないときは、電磁クラッチ４６を解放状態にすると共に、第３ブローバイガス通路９７を介して強制的に吸気通路に導入されるブローバイガスの流量が機関運転状態に応じた目標流量となるようにアクチュエータ４１を駆動するように構成されている。
【０１２９】
そのため、本実施形態による内燃機関１００によれば、機械圧縮比を変更する必要がないときは、クラッチを解放状態にして、第３ブローバイガス通路９７を介して強制的に吸気通路に導入されるブローバイガスの流量が機関運転状態に応じた目標流量、すなわち任意の流量となるようにアクチュエータ４１を駆動することができる。これにより、機械圧縮比を変更する必要がないときは、電磁クラッチ４６を解放状態にして、機関運転状態に応じて変化する燃焼室１０からクランクケース４内に漏れ出るブローバイガスの流量に応じて、第３ブローバイガス通路９７を介して強制的に吸気通路に戻すブローバイガスの流量を変更することができる。よって、スロットル弁２８が全開とされてスロットル弁２８よりも下流側の吸気通路内の圧力が負圧にならない場合であっても、所望の流量のブローバイガスを吸気通路に強制的に導入することができ、機関出力の低下及びオイルの劣化を抑制することができる。
【０１３０】
また、１つのアクチュエータ４１によってファン９９及び可変圧縮比機構Ａの制御軸６０の双方を駆動することができるので、例えばファン９９を駆動するためのアクチュエータを別途に追加する場合と比べてコストの低減を図ることができる。
【０１３１】
（第２実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第２実施形態によるブローバイガス還元装置９０について説明する。本実施形態によるブローバイガス還元装置９０は、第３ブローバイガス通路９７を設けず、第１ブローバイガス通路９１内にファン９９を設けると共に、ワンウェイクラッチ４５を逆入力遮断クラッチ４７に変更した点で第１実施形態と相違する、以下、その相違点を中心に説明する。
【０１３２】
図１１は、本実施形態によるブローバイガス還元装置９０の概略構成図である。
【０１３３】
図１１に示すように、本実施形態では、ファン９９をＰＣＶ弁９３よりも下流側の第１ブローバイガス通路９１内に設ける。このようにしても、機関運転点が中負荷無過給領域にあるときにファン９９を駆動すれば、ファン９９の下流側が負圧となってＰＣＶ弁９３を開弁させることができるので、任意の流量のブローバイガスを強制的にクランクケース４内からサージタンク２７ａに導入することができる。
【０１３４】
一方で、ファン９９をＰＣＶ弁９３よりも下流側の第１ブローバイガス通路９１内に設けた場合、第１実施形態のようにファン９９と第１出力歯車４３ｂとをワンウェイクラッチ４５を介して連結すると、以下のような問題が生じる。
【０１３５】
すなわち、ファン９９をＰＣＶ弁９３よりも下流側の第１ブローバイガス通路９１内に設けると、機関運転点が低負荷無過給領域内にあるときに、第１ブローバイガス通路９１を流れるブローバイガスによってファン９９が回転させられる。そのため、ワンウェイクラッチ４５の出力軸４５ｂが正転方向に回転させられ、その回転がワンウェイクラッチ４５の入力軸４５ａに伝達され、第１歯車減速機４３を介してアクチュエータ４１の出力回転軸４１ａに伝達されることになる。つまり、ファン９９がアクチュエータ４１、ひいては駆動装置４０と連結された状態で回転させられることになるため、駆動装置４０が負荷となってファン９９の回転が阻害され、結果としてファン９９がブローバイガスの流れを阻害することになる。
【０１３６】
そこで本実施形態では、図１１に示すように、ファン９９と第１出力歯車４３ｂとを、入力軸４７ａからの回転トルクは出力軸４７ｂに伝達するが、出力軸４７ｂからの回転トルクは入力軸４７ａに伝達しない逆入力遮断クラッチ４７を介して連結する。これにより、第１ブローバイガス通路９１を流れるブローバイガスによってファン９９が回転させられたときに、ファン９９を駆動装置４０から切り離した状態で回転させることができるので、ファン９９がブローバイガスの流れを阻害するのを抑制することができる。
【０１３７】
本実施形態による逆入力遮断クラッチ４７は、ワンウェイクラッチ４５のときと同様に、入力軸４７ａに対して入力軸４７ａを正転方向に回転させる正転トルクが入力されると自立的に締結状態となって出力軸４７ｂを回転させ、入力軸４７ａに対して入力軸４７ａを逆転方向に回転させる逆転トルクが入力されると自立的に解放状態となって出力軸４７ｂを回転させないように構成されている。そして、出力軸４７ｂからの回転トルクは入力軸４７ａに伝達しないように構成されている。以下、このような逆入力遮断クラッチ４７の構成について図１２及び図１３を参照して説明する。
【０１３８】
図１２は、本実施形態による逆入力遮断クラッチ４７の一例を示す概略構成図である。図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿う逆入力遮断クラッチ４７の断面図である。
【０１３９】
図１２及び図１３に示すように、逆入力遮断クラッチ４７は、入力軸４７ａ（図１３参照）と、出力軸４７ｂと、ケーシング４７１と、入力軸４７ａに連結されて入力軸４７ａと共に回転する外輪４７２と、外輪４７２と出力軸４７ｂとの間に配置されたローラ４７３と、バネ４７４（図１３参照）によって外輪４７２の側面とケーシング４７１の内側面に押し付けられているボール４７５と、ローラ４７３とボール４７５とを保持する保持器４７６と、を備える。
【０１４０】
外輪４７２の内周面にはカム面４７２ａが形成されており、本実施形態では、このカム面４７２ａを、入力軸４７ａが正転方向に回転したときにのみローラ４７３が外輪４７２と出力軸４７ｂとの間に噛み込むようなプロフィールとしている。
【０１４１】
図１２に示す中立状態から、入力軸４７ａが正転方向に回転して外輪４７２が図１２に示す矢印Ａ方向に回転すると、外輪４７２の側面とケーシング４７１の内側面とに押し付けられているボール４７５が、外輪４７２の側面とケーシング４７１の内側面との間を周方向に転がる。これにより、ボール４７５を保持している保持器４７６が、外輪４７２と所定の回転速度差で、外輪４７２と同方向に回転する。そのため、外輪４７２と保持器４７６との回転速度差によって、保持器４７６に保持されたローラ４７３が外輪４７２に対して図１２に示す矢印Ｂ方向に相対的に移動し、ローラ４７３が外輪４７２のカム面４７２ａと出力軸４７ｂとの間に噛み込んでロック状態となり、出力軸４７ｂが外輪４７２と一体となって回転する。ロック状態は、入力軸４７ａを逆転方向に少し回転させることで解除することができる。
【０１４２】
一方で、入力軸４７ａが逆転方向に回転して外輪４７２が矢印Ａ方向とは反対方向に回転したときは、ローラ４７３は外輪４７２に対して矢印Ｂ方向とは反対方向に相対的に移動するので、ローラ４７３が外輪４７２と出力軸との間に噛み込まずに中立状態のままとなり、出力軸４７ｂは回転しない。
【０１４３】
また、図１２に示す中立状態から、出力軸４７ｂが正逆いずれの方向に回転させられたとしても、ボール４７５は外輪４７２の側面とケーシング４７１の内側面との間を周方向に転がらない。そのため、保持器４７６は図１２に示す状態から回転することなく、ローラ４７３が外輪４７２のカム面４７２ａと噛み込まない位置に保持されたままとなり、入力軸４７ａは回転しない。そのため、機関運転点が低負荷無過給領域内にあるときに、第１ブローバイガス通路９１を流れるブローバイガスによってファン９９が回転させられても、その回転は逆入力遮断クラッチ４７の入力軸４７ａには伝達されないので、ファン９９を駆動装置４０から切り離した状態で回転させることができる。よって、機関運転点が低負荷無過給領域内にあるときに、ファン９９によってブローバイガスの流れが阻害されるのを抑制することができる。
【０１４４】
以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１のクランクケース４内とサージタンク（吸気通路）２７ａとに連通する第１ブローバイガス通路（連通路）９１にファン９９を備える。そのため、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、第３ブローバイガス通路９７が不要になるので、第１実施形態と比べてブローバイガス還元装置９０を簡略な構成にすることができる。また、駆動装置４０が、アクチュエータ４１の駆動力をファン９９に伝達する駆動力伝達経路に逆入力遮断クラッチ４７を有するように構成される。そのため、機関運転点が低負荷無過給領域内にあるときに、第１ブローバイガス通路９１に設けられたファン９９によってブローバイガスの流れが阻害されるのを抑制することができる。
【０１４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記の各実施形態では過給機の一例としてスーパチャージャ２３を例示したが、ターボチャージャに置き換えることもできる。
【符号の説明】
【０１４６】
１    機関本体
４    クランクケース
４０    駆動装置
４１    アクチュエータ
４６    電磁クラッチ（クラッチ）
６０    制御軸（被駆動部）
９１    第１ブローバイガス通路（連通路）
９７    第３ブローバイガス通路（連通路）
９９    ファン
２００    電子制御ユニット（制御装置）
Ａ    可変圧縮比機構
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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