(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の機関要素が、回転駆動する制御軸によって駆動されて圧縮比が変更される内燃機関において、制御軸と軸受部との間の摩擦力を低減し、より円滑な制御軸の回転駆動を確保する。【解決手段】軸受部で支持され且つ内燃機関の機関要素と連結された制御軸を駆動させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、制御軸または軸受部に音波振動を加える加振手段と、内燃機関の圧縮比の変更を行うときの、制御軸を回転駆動させるための駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、駆動トルク検出手段によって検出される駆動トルクが所定のトルクを超えるとき、加振手段により制御軸または軸受部に音波振動を加える加振制御手段と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受部で支持され且つ内燃機関の機関要素と連結された制御軸を回転駆動させることにより、該内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比制御手段と、
前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振手段と、
前記圧縮比制御手段によって前記内燃機関の圧縮比の変更を行うときの、前記制御軸を回転駆動させるための駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、
前記駆動トルク検出手段によって検出される駆動トルクが所定のトルクを超えるとき、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振制御手段と、を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
軸受部で支持され且つ内燃機関の機関要素と連結された制御軸を回転駆動させることにより、該内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比制御手段と、
前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振手段と、
前記圧縮比制御手段によって前記制御軸が回転駆動されていない停止時間を検出する制御軸停止時間検出手段と、
前記制御軸停止時間検出手段によって検出される停止時間が所定の時間を超えるとき、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振制御手段と、を備えることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記加振手段によって前記制御軸または前記軸受部に加えられた音波振動の進行方向を制御する進行方向制御手段を、更に備え、
前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加えるときに、前記進行方向制御手段によって該音波振動の進行方向を前記制御軸の回転方向に対応させることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記加振手段によって前記制御軸または前記軸受部に加えられた音波振動の進行方向を制御する進行方向制御手段を、更に備え、
前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加えるときに、前記進行方向制御手段によって該音波振動の進行方向を前記制御軸の軸線方向とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記加振手段は、音波波動を発生させる振動子を有し、
前記振動子が、前記制御軸が前記軸受部において接触する部位の近傍に設けられ、または前記制御軸が、前記振動子に接触した状態で前記軸受部において支持されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記圧縮比制御手段は、軸受部で支持され且つシリンダブロックおよびクランクケースと連結された制御軸を回転駆動させることにより、該シリンダブロックと該クランクケースとを相対移動させて前記内燃機関の圧縮比を変更することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室容積を変更することにより圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能を向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を変更可能にする技術が提案されている。これらの技術においては、内燃機関の燃焼室を構成する機関要素、もしくは該機関要素に連結される要素（以下、単に「内燃機関の機関要素」という）を駆動し、該内燃機関の圧縮比を変更する（例えば、特許文献１および特許文献２を参照。）。
【０００３】
ここで、内燃機関の圧縮比を変更するときに該内燃機関の機関要素を駆動する場合、これらの機関要素と連結されている制御軸を回転駆動させる場合がある。しかし、制御軸は回転軸であるため、その軸受部において摺動部位が存在し、該摺動部位の摩擦力によっては内燃機関の圧縮比を円滑に変更することが困難となる虞がある。更には摩擦力が大きくなることで、内燃機関の圧縮比の変更を行うために制御軸を回転駆動する駆動装置、例えばサーボモータ等の容量を大きくする必要がでてくる。
【０００４】
そこで、上記の制御軸のような回転軸と、その軸受部との間の摩擦を軽減するために、軸受部に音波振動を加える振動子を設け、該振動子によって音波振動を軸受部または回転軸に加えることで、摺動部位の表面に弾性波を生じさせて、回転軸と軸受部との間の摩擦力を低減する技術が公開されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】実開平７−２６９８１号公報
【特許文献３】実開平８−７４８６９号公報
【特許文献４】特開平１−２６９７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、内燃機関の機関要素が回転駆動する制御軸によって駆動されて内燃機関の圧縮比が変更される場合、該制御軸との接触部、特に該制御軸の軸受部においては、摺動部位が存在する。従って、その摺動部位に、制御軸または軸受部の摩耗を抑制するために潤滑油を供給し、摩擦力の低減を図る必要がある。
【０００６】
しかし、内燃機関の圧縮比が一定である場合には、該制御軸は回転せずに停止している状態である。そのような状態においては、制御軸が回転動作中には動圧軸受状態となっていたため制御軸と軸受部との間に存在していた潤滑油が、時間の経過とともに減少し、最終的には制御軸と軸受部が機械的に接触し、もしくは両者間の潤滑油量が大きく減少し、制御軸にかかる摩擦力が大きくなる虞がある。また、内燃機関の圧縮比が変更されている間でも、即ち制御軸が回転駆動中にあっても、何らかの理由によって制御軸と軸受部とが機械的に接触したり、両者間の潤滑油量が減少したりすることで、制御軸にかかる摩擦力が大きくなる虞がある。ここで、制御軸と軸受の間の摩擦力が大きくなると、内燃機関の圧縮比を円滑に変更することが困難となる。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、内燃機関の機関要素が、回転駆動する制御軸によって駆動されて圧縮比が変更される内燃機関において、制御軸と軸受部との間の摩擦力を低減し、より円滑な制御軸の回転駆動を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、摩擦力がかかる制御軸または該制御軸を支持する軸受部に対して音波振動を加える点に着目した。ここで、音波振動は、制御軸または軸受部に弾性波を発生させる振動である。これにより、制御軸と軸受部との間の摺動部位において、制御軸または軸受部の表面に弾性波が伝達され、摺動部位における制御軸と軸受部との接触を点接触または線接触の状態とする。その結果、制御軸と軸受部との間の摩擦力を低下させることが可能となる。更に、潤滑油の制御軸と軸受部との間への進入が容易となり、両者間に潤滑油膜を形成することで、制御軸にかかる摩擦力をより低下させることが可能となる。従って、摩擦力の低下または潤滑油膜の形成を考慮すると、音波振動の周波数が比較的高い高周波振動や超音波振動であることが好ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、圧縮比が可変とされる可変圧縮比内燃機関において、軸受部で支持され且つ内燃機関の機関要素と連結された制御軸を回転駆動させることにより、該内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比制御手段と、前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振手段と、前記圧縮比制御手段によって前記内燃機関の圧縮比の変更を行うときの、前記制御軸を回転駆動させるための駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、前記駆動トルク検出手段によって検出される駆動トルクが所定のトルクを超えるとき、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振制御手段と、を備える。
【００１０】
上記可変圧縮比内燃機関においては、内燃機関の燃焼室を構成する機関要素もしくは該機関要素に連結される要素である内燃機関の機関要素を、制御軸を駆動して移動することで、燃焼室の容積またはピストンによる行程容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比が変更される。
【００１１】
例えば、軸受部で支持され且つシリンダブロックおよびクランクケースと連結された制御軸を回転駆動させることにより、該シリンダブロックと該クランクケースとを相対移動させて燃焼室の容積を変更し、以て前記内燃機関の圧縮比を変更する。また、クランクピンやピストンピンに連結され、制御軸を駆動させることにより、ピストンによる行程容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更するようにしてもよい。
【００１２】
そこで、内燃機関の圧縮比の変更、例えばシリンダブロックとクランクケースの相対移動による圧縮比の変更は、制御軸が回転駆動されることで行われるが、制御軸と軸受部との間に摺動部位が存在することとなる。そこで、加振手段により、制御軸または軸受部に音波振動を加えることで、該摺動部位における摩擦力の低減を図る。
【００１３】
しかし、制御軸と軸受部との間の摩擦力を低減する必要があるのは、制御軸を回転駆動するとき、即ち内燃機関の圧縮比を変更するときのみであり、常時、加振手段により制御軸または軸受部に音波振動を加えると、音波振動の発生に要するエネルギーをいたずらに消耗し、また音波振動を発生させる要素の耐久性が低下する虞がある。そこで、加振手段制御手段によって、加振手段から制御軸または軸受部への音波振動の付加が行われるか否かが、制御軸の回転駆動に要するトルクと基準となる所定のトルクとの比較において、制御される。
【００１４】
ここで、所定のトルクとは、制御軸と軸受部との間に潤滑油による油膜が適正に形成されているときに、制御軸を回転駆動するために要する駆動トルクであり、制御軸と軸受部
との間の摩擦力が適正な値か否かを判断するための基準値である。そこで、制御軸の回転駆動に要する駆動トルクが所定のトルクを超えるとき、換言すると制御軸と軸受部との間の摩擦力が適正な値より増大しているときに、制御軸または軸受部に音波振動が加えられて、制御軸にかかる摩擦力の低減が図られる。これにより、制御軸のより円滑な駆動が確保されるとともに、音波振動の発生に要するエネルギーの抑制や音波振動を発生させる要素の耐久性が維持され得る。
【００１５】
また、加振手段によって制御軸または軸受部に音波振動を加える条件として、制御軸の回転動作が行われていない停止時間、すなわち内燃機関の圧縮比が一定である時間に着目してもよい。制御軸の停止時間が長くなるほど、制御軸と軸受部との間に存在する潤滑油量が減少し、制御軸にかかる摩擦力が増大するからである。そこで、圧縮比が可変とされる可変圧縮比内燃機関において、軸受部で支持され且つ内燃機関の機関要素と連結された制御軸を回転駆動させることにより、該内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比制御手段と、前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振手段と、前記圧縮比制御手段によって前記制御軸が回転駆動されていない停止時間を検出する制御軸停止時間検出手段と、前記制御軸停止時間検出手段によって検出される停止時間が所定の時間を超えるとき、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加える加振制御手段と、を備える。
【００１６】
所定の時間とは、制御軸の停止とともに制御軸と軸受部との間の潤滑油が減少することで、制御軸と軸受部との間の摩擦力が増大し、円滑な制御軸の回転駆動が阻害されると判断するための基準値である。制御軸の停止時において、制御軸または軸受部に音波振動が加えられることで、制御軸と軸受部との間に潤滑油が進入し、当該部位において潤滑油膜が形成される。その結果、制御軸の回転駆動が再開されても、制御軸と軸受部との間の摩擦力が低く保たれているため、制御軸のより円滑な駆動が確保される。そして、加振制御手段によって音波振動の付加が制御軸の停止時間に基づいて制御されることで、音波振動の発生に要するエネルギーの抑制や音波振動を発生させる要素の耐久性が維持され得る。
【００１７】
ここで、制御軸が回転駆動されているときに、加振手段によって制御軸または軸受部に音波振動を加えるとき、その音波振動の進行方向に着目する。そこで、上述の可変圧縮比内燃機関において、前記加振手段によって前記制御軸または前記軸受部に加えられた音波振動の進行方向を制御する進行方向制御手段を、更に備え、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加えるときに、前記進行方向制御手段によって該音波振動の進行方向を前記制御軸の回転方向に対応させる。
【００１８】
このように進行方向制御手段によって、音波振動の進行方向を制御軸の回転方向に対応させることで、音波振動による制御軸と軸受部との間の摩擦力の低減に加えて、音波振動によって制御軸の表面に発生する弾性波が、制御軸の回転動作の補助力として作用する。従って、より円滑に制御軸の回転駆動が行われ得る。
【００１９】
尚、加振手段によって制御軸または軸受部に加えられる音波振動の進行方向を回転方向に対応させる場合、上述したように該音波振動が制御軸の回転動作に寄与する。そこで、加振制御手段によって制御軸の駆動トルクが比較的大きくなったときだけではなく、該駆動トルクが通常の値であっても、即ち前記所定のトルクを超えない場合であっても、加振手段によって制御軸または軸受部に加えられる音波振動の進行方向を回転方向に対応させることは有用である。これにより、制御軸を直接回転駆動するエネルギーを低減することが可能となり、例えば制御軸を電動機で回転駆動させる場合には、該電動機に供給するエネルギーが低減される。更には、該電動機によらずに、制御軸を回転駆動することが可能となる。
【００２０】
また、上述の可変圧縮比内燃機関において、前記加振手段によって前記制御軸または前記軸受部に加えられた音波振動の進行方向を制御する進行方向制御手段を、更に備える場合、前記加振手段により前記制御軸または前記軸受部に音波振動を加えるときに、前記進行方向制御手段によって該音波振動の進行方向を前記制御軸の軸線方向とする。
【００２１】
このように進行方向制御手段によって、音波振動の進行方向を制御軸の軸線方向とすると、先述したような音波振動によって制御軸の回転動作の補助力が制御軸に付加されることはないが、音波振動の伝播とともに制御軸の軸線方向に沿って潤滑油を制御軸と軸受部との間の摺動部位に、送り込むことがより容易となる。その結果、より円滑に制御軸の回転駆動が行われ得る。
【００２２】
ここで、上述までの加振手段は、制御軸または軸受部に音波振動を加える要素である振動子を有しており、該振動子が、前記制御軸が前記軸受部において接触する部位の近傍に設けられ、または前記制御軸が、前記振動子に接触した状態で前記軸受部において支持されるようにしてもよい。
【００２３】
制御軸が軸受部と接触する部位およびその近傍においては、制御軸から軸受部に対して係る荷重が比較的高くなり、その結果、制御軸と軸受部との間の摩擦力も比較的大きくなる。そこで、そのような部位に音波振動を発生させる振動子を設置することで、音波振動による制御軸と軸受部との間の摩擦力を、より効率的に低減することが可能となる。特に軸受部に溝やくぼみがあるときは、その溝やくぼみの端部に集中して荷重がかかり、該部位と制御軸との間の摩擦力が大きくなるので、該溝や該くぼみの近傍に、または該溝や該くぼみの中に振動子を設けることが有用である。
【発明の効果】
【００２４】
内燃機関の機関要素が、回転駆動する制御軸によって駆動されて圧縮比が変更される内燃機関において、制御軸と軸受部との間の摩擦力を低減し、より円滑な制御軸の回転駆動を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ここで、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、圧縮比が変更可能である可変圧縮比内燃機関１において、圧縮比を変更可能とする機構（以下、「可変圧縮比機構」という）の構成を示す図であり、図２は、可変圧縮比内燃機関１において圧縮比が変更される推移を概略的に示す図である。可変圧縮比内燃機関１は、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、図３に図示するピストン１３が連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更する内燃機関である。
【００２７】
図1に示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部５ａが形成されており、この各隆起部５ａにカム収納孔５が形成されている。カム収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２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。片側の複数のカム収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００２８】
クランクケース4には、上述したカム収納孔５が形成された複数の隆起部５ａの間に位置するように、立壁部８ａが形成されている。各立壁部８ａのクランクケース４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８ａには、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部８ａにキャップ７を取り付けると、円形の軸受収納孔８が形成される。軸受収納孔８の形状は、上述したカム収納孔５と同一である。
【００２９】
複数の軸受収納孔８は、カム収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２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。これらの複数の軸受収納孔８も、シリンダブロック３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８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔５の間の距離と、両側の軸受収納孔８との間の距離は同一である。
【００３０】
交互に配置される二列のカム収納孔５と軸受収納孔８には、それぞれ制御軸９が挿通される。ここで、制御軸９は、図1に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。この可動軸受部９ｃには、軸収納孔９ｅが設けられており、その中を制御軸９の軸部９ａが挿通される構成をとることにより、可動軸受部９ｃは軸部９ａに対して回動可能となっている。そして、制御軸９においては、カム収納孔５にはカム部９ｂが、軸受収納孔８には可動軸受部９ｃが、それぞれ対応しており、カム収納孔５を備える隆起部５ａと軸受収納孔８を備える立壁部８ａとは、制御軸９に対する軸受を構成している。
【００３１】
そして、これら一対の制御軸９は鏡像の関係を有している。また、制御軸９の端部には、後述するウォームホイール１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一致している。
【００３２】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各制御軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。
【００３３】
各制御軸９の軸部９ａの一端にはウォームホイール１０が取り付けられている。一対の制御軸９の端部に固定された一対のウォームホイール１０には、それぞれをウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂはモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対の制御軸９は、ウォームホイール１０を介して逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。
【００３４】
次に、上述した構成の可変圧縮比内燃機関１において圧縮比を制御する方法について説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築された制御軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、カム収納孔５及び軸受収納孔８の中で外側に位置している。
【００３５】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３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２(ｃ)のような状態となるまで制御軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で回転し、それぞれカム収納孔５及び軸受収納孔８の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３６】
上述したような可変圧縮比機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、その結果、シリンダブロック３と図示されないシリンダヘッドとの相対的な位置が変更され、以て圧縮比を可変制御することができる。
【００３７】
ここで、図３に、図１に示した可変圧縮比機構を含めた、可変圧縮比内燃機関１の概略構成を示す。可変圧縮比内燃機関１は、クランク軸に連結され、気筒２内を往復運動するピストン１３を備える。尚、図３においては、可変圧縮比内燃機関の吸排気系、および燃料噴射弁、点火プラグ等の記載は省略されている。また、図３において、記載を簡便とするため、ウォームホイール１０の記載は省略されている。
【００３８】
可変圧縮比内燃機関１において、クランクケース４の下部に設けられたオイルパンに貯留された潤滑油を、ポンプ１７によって制御軸９および制御軸９との摺動部位を有する隆起部５ａまたは立壁部８ａへ圧送する。ポンプ１７は、可変圧縮比内燃機関１のクランク軸と連結されており、可変圧縮比内燃機関１の機関出力を動力源として潤滑油の圧送を行うポンプである。ポンプ１７によって、潤滑油は、先ずフィルタ１８に送られ、潤滑油に含まれる不純物を除去した後に、潤滑油供給管１９を経て制御軸９等へ圧送される。この潤滑油により、制御軸９の回転駆動に伴う摩擦力が軽減される。
【００３９】
また、図３に示す制御軸９の状態は、図２（ａ）と同一の状態であって、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの外周が重なっている状態である。ここで、制御軸９に取り付けられているカム部９ｂと可動軸受部９ｃの外周の一部に接触し、且つカム部９ｂまたは可動軸受部９ｃの軸線方向に沿って、圧電素子（以下、「ＰＺＴ素子」という）１４が配置されている。ＰＺＴ素子１４の配置を、図４に示す。尚、図４においては、カム部９ｂの近傍に設けられたＰＺＴ素子についてのみ示しているが、可動軸受部９ｃの近傍に設けられたＰＺＴ素子についても同様である。
【００４０】
図４（ａ）は隆起部５ａの横断面図であり、また図４（ｂ）は隆起部５ａの縦断面図である。先述したように、カム部９ｂは、隆起部５ａに設けられたカム部収納孔５に挿通されており、隆起部５ａがカム部９ｂを含む制御軸９に対する軸受を構成している。そして、ＰＺＴ素子１４はカム部９ｂの外周を４分割する位置にそれぞれ４体設けられ、ＰＺＴ素子の長さは、カム部９ｂの軸長と同程度である。
【００４１】
このＰＺＴ素子１４に交流電圧が印加されることで、ＰＺＴ素子１４がその電歪作用によって音波振動を発生する。その結果、カム部９ｂと隆起部５ａとの間の摺動部位の表面に弾性波が生じ、それぞれの接触状態が点接触または線接触となり、摺動部位における摩擦力を低下することが可能となる。
【００４２】
また、可変圧縮比内燃機関１には、該可変圧縮比内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵ
の他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、可変圧縮比内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて可変圧縮比内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００４３】
ＥＣＵ２０には、クランクポジションセンサ２２、アクセル開度センサ２１等、可変圧縮比内燃機関１の運転状態を検出する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、本実施例にかかるモータ１２の駆動ドライバ１６が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０からの指令が駆動ドライバ１６に与えられることでモータ１２が駆動され、またモータ１２の制御状態、例えばモータ１２が発揮しているトルクやモータ１２の回転速度等が駆動ドライバ１２を経てＥＣＵ２０へ入力される。更に、ＥＣＵ２０には、ＰＺＴ素子１４に電圧印加するための電圧印加ドライバ１５が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０からの指令によってＰＺＴ素子１４への印加電圧が制御される。
【００４４】
このように構成される可変圧縮比内燃機関１の制御軸９に対して、潤滑油供給管１９より潤滑油が供給されることで、制御軸９とその軸受部における摺動部位に潤滑油が介在することになり、制御軸９にかかる摩擦力が低減され、制御軸９の回転駆動に要する駆動トルクが低減する。しかし、制御軸９の回転駆動中において、何らかの理由で該摺動部位に介在する潤滑油量が減少し、または除去されることで、制御軸９の回転駆動に要する駆動トルクが上昇し、内燃機関の圧縮比を円滑に変更するのが困難となる虞がある。そこで、可変圧縮比内燃機関１において、制御軸９の回転駆動に要する駆動トルクの過度な上昇を抑制し、より円滑な内燃機関の圧縮比の変更を行うための制御であるＰＺＴ素子制御について、図５に基づいて説明する。
【００４５】
先ず、Ｓ１０１では、可変圧縮比内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態か否かが判断される。具体的には、クランクポジションセンサ２２からの検出信号より算出される機関回転速度や、アクセル開度センサ２１からの検出信号より算出される機関負荷の変動から、可変圧縮比内燃機関１における燃料の燃焼条件をより適正なものとするために、圧縮比の変更が必要とされるか否かが判断される。Ｓ１０１において、可変圧縮比内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態であると判断されると、モータ１２による制御軸９の回転駆動を開始するとともに、Ｓ１０２へ進む。可変圧縮比内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態でないと判断されると、本制御を終了する。
【００４６】
Ｓ１０２では、制御軸９を回転駆動するためにモータ１２によって発揮されている駆動トルクＴＱを、駆動ドライバ１６からの信号に基づいて、検出する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００４７】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で検出された駆動トルクＴＱが所定のトルクＴＱ０より小さいか否かが判断される。ここで、所定のトルクＴＱ０とは、制御軸９にかかる摩擦力が適正であるときの、制御軸９を回転駆動するために必要とする駆動トルクであり、制御軸９にかかる摩擦力が適正な値か否かを判断するための基準値である。ここで、駆動トルクＴＱが所定のトルクＴＱ０より小さい場合は、制御軸９にかかる摩擦力は適正な値であって、制御軸９の回転駆動は円滑に行われ得ることを意味し、Ｓ１０５へ進む。一方で、駆動トルクＴＱが所定のトルクＴＱ０以上である場合は、制御軸にかかる摩擦力が適正な値を超えるものであり、そのため制御軸９の円滑な回転駆動が困難であることを意味し、Ｓ１０４へ進む。
【００４８】
Ｓ１０４では、電圧印加ドライバ１５からＰＺＴ素子１４に対して交流電圧を印加する。これにより、ＰＺＴ素子１４において電歪作用によって音波振動を発生し、制御軸９の
摺動部位の表面に弾性波が生じる。その結果、それぞれの接触状態が点接触または線接触となり、摺動部位における摩擦力が低減される。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０２以降の処理が再び行われる。
【００４９】
Ｓ１０５では、ＰＺＴ素子１４への交流電圧が印加されているか否かが判断され、交流電圧が印加されていると判断される場合はＳ１０６へ進み、ＰＺＴ素子１４への交流電圧の印加を終了させて、その後Ｓ１０７へ進む。一方で、交流電圧が印加されていないと判断される場合は、Ｓ１０７へ進む。
【００５０】
Ｓ１０７では、可変圧縮比内燃機関１の圧縮比を目的の圧縮比まで変更させるために、制御軸９が回転移動すべき所定位置までの、制御軸９の回転移動が完了したか否かが判断される。制御軸９の回転移動が完了したと判断されると本制御を終了し、制御軸９の回転移動が完了していないと判断されると、再びＳ１０２以降の処理が繰り返される。
【００５１】
本制御によると、何らかの理由で制御軸９にかかる摩擦力が増大した場合は、ＰＺＴ素子１４に交流電圧が印加されることで、制御軸９にかかる摩擦力を低減させて、より円滑な制御軸９の回転駆動を可能とする。その結果、可変圧縮比内燃機関１の圧縮比の変更もより円滑に行われ得る。更に、ＰＺＴ素子１４に交流電圧を印加するのは、モータ１２の駆動トルクが所定のトルクを超えたとき、即ち制御軸９にかかる摩擦力が増大したときに限られるため、ＰＺＴ素子１４によって音波振動を発生させるのに要するエネルギーを可及的に抑制するとともに、ＰＺＴ素子１４の耐久性を維持することが可能となる。
【００５２】
また、本制御は、制御軸９の回転駆動によりシリンダブロック３とクランクケース４とが相対移動を行うことで、圧縮比が変更される可変圧縮比内燃機関１での潤滑油供給に適用しているが、制御軸の駆動によりピストンと連結されるピストンピンやクランクピンを移動させてピストンによる行程容積を変更させ、以て圧縮比が変更される内燃機関においても適用させることは可能である。
【００５３】
ここで、可変圧縮比内燃機関１における制御軸９との摺動部位の表面に弾性波を発生させるためのＰＺＴ素子１４の取付けは、図４に示す態様に代えて、図６に示す何れかの態様であってもよい。先ず、図６（ａ）に示すように、制御軸９との摺動部位の表面全体に筒状のＰＺＴ素子１４を配置してもよい。これにより、制御軸９は、潤滑油を介在した状態でＰＺＴ素子１４と接触し、または潤滑油がない場合にはＰＺＴ素子１４と直接接触することになる。このようにすることで、ＰＺＴ素子１４によって発生された音波振動をより効率的に制御軸９に伝達させることが可能となる。
【００５４】
また、このようにＰＺＴ素子１４を配置したうえで、電圧印加ドライバ１５より印加される電圧を、ＰＺＴ素子１４において発生する音波振動の進行方向を制御軸９の回転方向に対応させることで、該音波振動によって制御軸９との摺動部位における摩擦力を低減することが可能となるとともに、音波振動によって発生する弾性波が、制御軸９の回転動作を補助する力として作用することになる。これにより、モータ１２によって制御軸９に加える駆動トルクを低減し、モータ１２の負荷を軽減することが可能となる。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に示すように、制御軸９の軸受となる隆起部５ａまたは立壁部８ａの外部に、ＰＺＴ素子１４を設けてもよい。この場合、ＰＺＴ素子１４の取付けは容易である。
【００５６】
また、図６（ｃ）に示すように、制御軸９の端部である取付け部９ｄにＰＺＴ素子１４を設けてもよい。この場合も、上述の図６（ｂ）の場合と同様に、ＰＺＴ素子１４の取付けは容易である。
【実施例２】
【００５７】
先述したように、可変圧縮比内燃機関１の制御軸９に対して、潤滑油供給管１９より潤滑油が供給されることで、制御軸９とその軸受部における摺動部位に潤滑油が介在することになり、制御軸９の回転駆動に要する駆動トルクが低減する。しかし、可変圧縮比内燃機関１の圧縮比が一定である状態が継続されると、制御軸９の自重により、制御軸９と摺動部位との間に介在していた潤滑油が徐々に減少していき、最終的にはカム部９ｂや可変軸受部９ｃが、隆起部５ａや立壁部８ａと直接接触し、もしくは介在する潤滑油量が不足した状態となり、再び制御軸９を回転駆動させようとすると、過大な駆動トルクが必要となる虞がある。そこで、可変圧縮比内燃機関１において、制御軸９の回転駆動に要する駆動トルクを抑制し、より円滑な内燃機関の圧縮比の変更を行うための制御であるＰＺＴ素子制御について、図７および図８に基づいて説明する。
【００５８】
図７（ａ）は隆起部５ａの横断面図であり、また図７（ｂ）は隆起部５ａの縦断面図である。本実施例においては、図７に示すように、ＰＺＴ素子１４は制御軸９との摺動部位であって最も下部に位置する部位に、隆起部５ａの有するカム収納孔５の軸線方向に沿って設けられる。尚、ＰＺＴ素子１４の長さはカム部９ｂの長さと同一程度である。制御軸９の回転駆動が比較的長い時間にわたって行われていない場合、上述したように制御軸９と摺動部位との間に介在していた潤滑油量が減少し、制御軸９との摺動部位であって最も下部に位置するＰＺＴ素子１４に制御軸９が接触している状態、即ち図７（ａ）に示す状態となる。このような状態にある制御軸９の摩擦力を低減するためのＰＺＴ素子制御の制御フローを図８に示す。
【００５９】
本制御においては、Ｓ２０１では、制御軸９の連続停止時間Ｔｓ、即ち可変圧縮比内燃機関１の圧縮比が連続して一定に維持されている時間を、駆動ドライバ１６からの信号に基づいて、算出する。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００６０】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１で検出された連続停止時間Ｔｓが、所定の時間Ｔｓ０より小さいか否かが判断される。ここで、所定の時間Ｔｓ０とは、制御軸９の停止とともに、制御軸９との摺動部位の潤滑油が減少することで図７（ａ）に示されるような状態となることで、制御軸９にかかる摩擦力が増大し、円滑な制御軸９の回転駆動が阻害されると判断するための基準となる時間である。ここで、連続停止時間Ｔｓが所定の時間Ｔｓ０より小さいと判断されると、制御軸９との摺動部位には適量の潤滑油が存在し制御軸９にかかる摩擦力は比較的小さいことを意味し、Ｓ２０４へ進む。連続停止時間Ｔｓが所定の時間Ｔｓ０以上と判断されると、制御軸９との摺動部位には適量の潤滑油が存在しないため制御軸９にかかる摩擦力が比較的大きいことを意味する。そこで、Ｓ２０３へ進む。
【００６１】
Ｓ２０３では、電圧印加ドライバ１５より、ＰＺＴ素子１４に交流電圧を一定時間印加する。このとき、ＰＺＴ素子１４に発生する音波振動の進行方向が、制御軸９の軸線方向となるように、電圧印加ドライバ１５によってＰＺＴ素子１４に印加される電圧を制御する。これにより、ＰＺＴ素子１４からの音波振動によって制御軸９と摺動部位との接触が点接触または線接触となり潤滑油が制御軸９と摺動部位との間に進入するとともに、潤滑油が、ＰＺＴ素子１４に発生する音波振動の進行に伴って、潤滑油が制御軸９の軸線方向に沿って、摺動部位の内部へと進入する。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。
【００６２】
Ｓ２０４では、先述したＳ１０１と同様に、可変圧縮比内燃機関１の運転状態が、その圧縮比の変更が要求される状態であるか否かが判断され、圧縮比の変更が要求されると判断されると、Ｓ２０５へ進み、モータ１２を駆動して圧縮比の変更を行う。一方で、圧縮比の変更が要求されていないと判断されると、本制御を終了する。
【００６３】
本制御によると、制御軸９の連続停止時間が長くなることで制御軸９との摺動部位に存在する潤滑油が減少することに伴う制御軸９にかかる摩擦力の増加をより確実に回避することが可能となり、可変圧縮比内燃機関１において圧縮比を変更するとき、制御軸９との摺動部位には潤滑油をより確実に存在させることが可能となり、以てより円滑な内燃機関の圧縮比の変更が達成され得る。
【００６４】
尚、本実施例においては、図７に示すようにＰＺＴ素子１４が配置されている場合において本制御を適用しているが、図４もしくは図６（ａ）に示すようにＰＺＴ素子１４が配置されている場合においても本制御を適用することが可能である。尚、図６（ｂ）に示すようにＰＺＴ素子１４が配置されている場合であっても、ＰＺＴ素子１４の長手方向の長さが、カム部９ｂの軸長と同程度であれば、本制御を適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮比が変更可能である可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を変更可能とする機構の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において圧縮比が変更される推移を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、図４（ａ）は制御軸が挿通された隆起部近傍の横断面図であり、また図４（ｂ）は制御軸が挿通された隆起部の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を変更可能とする機構の制御軸との摺動部位の摩擦力を低減するＰＺＴ素子制御を示す制御フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、ＰＺＴ素子の設置位置を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、図７（ａ）は制御軸が挿通された隆起部近傍の横断面図であり、また図７（ｂ）は制御軸が挿通された隆起部の縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を変更可能とする機構の制御軸との摺動部位の摩擦力を低減するＰＺＴ素子制御を示す第二の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・・可変圧縮比内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・シリンダブロック
４・・・・クランクケース
５・・・・カム収納孔
５ａ・・・・隆起部
８・・・・軸受収納孔
８ａ・・・・立壁部
９・・・・制御軸
９ａ・・・・軸部
９ｂ・・・・カム部
９ｃ・・・・可動軸受部
１２・・・・モータ
１４・・・・ＰＺＴ素子
１５・・・・電圧印加ドライバ
１６・・・・駆動ドライバ
１７・・・・ポンプ
１９・・・・潤滑油供給管
２０・・・・ＥＣＵ
【図１】
2005098176.tif 000003
【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】
2005098176.tif 000008
【図７】
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【図８】
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