(57)【要約】【課題】内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記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、前記圧縮比が変更不能な状態となった場合にも、内燃機関の安定した運転を維持できる技術を提供する。【解決手段】可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったとき（Ｓ１０２）には、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比において安定して運転可能な範囲に制限する（Ｓ１０４）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときには、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する所定の固定圧縮比運転領域に制限することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記固定圧縮比運転領域は、変更不能になった際の圧縮比の他、冷却水温、吸入空気量、スロットル開度、スロットル速度のうち少なくとも一つに基いて決定され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３】
前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が、該可変圧縮比内燃機関において変更可能な最高圧縮比から変更することが不能な状態となったときに、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する所定の固定圧縮比運転領域に制限することを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
駆動源の運動を出力機素に伝え、該出力機素の作動により内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更し、前記出力機素の角度または位置によって前記圧縮比が決定される請求項１から３のいずれかに記載の可変圧縮比内燃機関であって、
前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記内燃機関の燃焼圧の作用を利用して前記出力機素の角度または位置の固着を解除することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記出力機素の角度または位置を固定することによって、前記圧縮比を固定する圧縮比固定装置をさらに備え、前記圧縮比を変更しないときには、該圧縮比固定装置によって前記出力機素の角度または位置を固定する請求項４に記載の可変圧縮比内燃機関であって、
前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記圧縮比固定装置による前記出力機素の角度または位置の固定を解除し、前記出力機素の角度または位置が前記内燃機関の燃焼圧の作用によって変更可能な状態とすることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記駆動源によって前記圧縮比が低圧縮比側に変化する方向の駆動力を発生させることを特徴とする請求項４または５に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項７】
前記駆動力は、前記内燃機関の燃焼圧と同期させて発生させることを特徴とする請求項６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、内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更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などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
ここで、上記の技術においては、機構系または電気系の故障のため圧縮比が変更不能な状態に陥る場合があった。例えばモータなどの駆動源の運動によって前記カム軸を回転させ、前記カム軸の回転と連動させて内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関について考えると、前記カム軸が過回転することにより、内燃機関の圧縮比が目標圧縮比を超えてオーバーシュートしてしまう事態が有り得る。
【０００５】
そうすると、前記カム軸あるいは、駆動源の運動をカム軸に伝えるギアの回転が機械的に制限されている場合には、前記カム軸またはギアが過回転することによりギアの噛み込みが生じ、以降の圧縮比の変更が困難となる場合がある。また、前記カム軸あるいは、駆動源の運動をカム軸に伝えるギアに異物が噛み込むことによって圧縮比の変更が困難となる場合も考えられる。
【０００６】
そして、このような理由により、内燃機関の圧縮比が高圧縮比側において変更不能な状態になった場合には、高負荷時にノッキングが発生するおそれがあり、低圧縮比側において変更不能な状態となった場合には、期待した燃費向上効果が得られないおそれがあった。その結果、内燃機関の運転状態によっては内燃機関の安定な運転の継続が困難になる場合があった。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】実開平１−９７０５４号公報
【特許文献４】特開昭６３−２５１１４５号公報
【特許文献５】特開２００４−３３９９８４号公報
【特許文献６】特開２００４−１６９６６０号公報
【特許文献７】特開２００１−３７２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更すること
によって前記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、前記圧縮比が変更不能な状態となった場合にも、内燃機関の安定した運転を維持できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときには、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比において安定して運転可能な範囲に制限することを最大の特徴とする。
【０００９】
より詳しくは、内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときには、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する所定の固定圧縮比運転領域に制限することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、可変圧縮比内燃機関において圧縮比が変更不能な状態となったときには、前記内燃機関の運転状態によっては、前述のようにノッキングが発生したり、内燃機関が要求された出力を発生できなかったりして、安定した運転の維持が困難となる場合がある。一方、可変圧縮比内燃機関における圧縮比が決まれば、その圧縮比において内燃機関が安定して運転を維持できる運転状態の範囲を決めることができる。
【００１１】
従って、本発明においては、予め可変圧縮比内燃機関における各圧縮比について、内燃機関が安定した運転を維持できる運転状態の範囲を実験的または理論的に求め、これを固定圧縮比運転領域とした。そして、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときには、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する固定圧縮比運転領域に制限するようにした。
【００１２】
そうすれば、可変圧縮比内燃機関において圧縮比が変更不能な状態に陥った場合でも、ノッキングや出力不足の発生を抑制でき、内燃機関の安定した運転を維持することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記固定圧縮比運転領域は、変更不能になった際の圧縮比の他、冷却水温、吸入空気量、スロットル開度、スロットル速度のうち少なくとも一つに基いて決定されるようにしてもよい。
【００１４】
すなわち、変更不能となった圧縮比において取りうる前記固定圧縮比運転領域は、冷却水温、吸入空気量、スロットル開度またはスロットル速度によっても変化する。従って、その際の冷却水温、吸入空気量、スロットル開度またはスロットル速度によって前記固着時運転状態領域を変更するようにすれば、より確実に、前記可変圧縮比内燃機関の安定した運転を維持することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が、該可変圧縮比内燃機関において変更可能な最高圧縮比から変更することが不能な状態となったときに、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する所定の固定圧縮比運転領域に制限するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、圧縮比が変更不能となった時点における圧縮比によって、前記固定圧縮比運転領域の範囲は異なる。具体的には変更不能となった時点における圧縮比が高い程、前記固定圧縮比運転領域の範囲は狭くなり、変更不能となった時点における圧縮比が、該可変圧
縮比内燃機関において変更可能な最高圧縮比である場合に、前記固定圧縮比運転領域の範囲は最も狭く、また、前記固定圧縮比運転領域から外れた運転状態においては、ノッキングが発生したり、内燃機関自体に悪影響を与えたりする可能性も高くなる。
【００１７】
一方、圧縮比が変更不能となった時点における圧縮比が比較的低圧縮比である場合には、前記固定圧縮比運転領域から外れた運転状態においてもノッキングが発生したり、内燃機関自体に悪影響を与えたりする可能性は低い。従って、圧縮比が変更不能となった時点における圧縮比が、該可変圧縮比内燃機関において変更可能な最高圧縮比である場合に限って、前記内燃機関の運転状態を、その際の圧縮比に対応する所定の固定圧縮比運転領域に制限するようにしてもよい。
【００１８】
そうすれば、簡単な制御で効果的に、可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、ノッキングが発生したり内燃機関への悪影響を及ぼしたりする不具合が生じることを抑制でき、内燃機関の安定した稼動を維持することができる。
【００１９】
また、本発明においては、駆動源の運動を出力機素に伝え、該出力機素の作動により内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更し、前記出力機素の角度または位置によって前記圧縮比が決定され、
前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記内燃機関の燃焼圧の作用を利用して前記出力機素の角度または位置の固着を解除するようにしてもよい。
【００２０】
ここで、本発明における可変圧縮比内燃機関が、駆動源の運動を出力機素に伝え、該出力機素の作動により内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する場合について考える。このような可変圧縮比内燃機関において圧縮比が変更不能な状態となるときとしては、駆動源の運動を出力機素に伝える機構、例えばギア同士に噛み込みが生じたり、異物が混入したりすることが考えられる。
【００２１】
一方、内燃機関には常に燃焼圧が作用している。この燃焼圧は常に燃焼室の容積を拡大する方向に働いている。また、圧縮比を変更する機構によって方向は異なるが、ピストンのストロークを変更する力として働く場合がある。従って、前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記内燃機関の燃焼圧の作用を利用して前記出力機素の角度または位置の固着を解除することが可能な場合がある。
【００２２】
これを利用すれば、駆動源を噛み込みが生じた方向と逆側に作用させるなどの処理を行うことなしに、前記出力機素の角度または位置の固着を解除することができ、制御及び構成を簡略化することができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記可変圧縮比内燃機関が、前記出力機素の角度または位置を固定することによって、前記圧縮比を固定する圧縮比固定装置をさらに備え、前記圧縮比を変更しないときには、該圧縮比固定装置によって前記出力機素の角度または位置を固定する方法を採用している場合には、
前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記圧縮比固定装置による前記出力機素の角度または位置の固定を解除し、前記出力機素の角度または位置が前記内燃機関の燃焼圧の作用によって変更可能な状態とするようにしてもよい。
【００２４】
ここで、駆動源の運動を出力機素に伝え、該出力機素の作動により内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更し、前記出力機素の角度または位置によって前記圧縮比が決定される場合、前記出力機素の角度または位置を目的の圧縮比に対応する角度または位置に制御した後、圧縮比固定装置によってその角度または位置を固定し、圧縮比を固定するときがある。
【００２５】
このような場合は、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記圧縮比固定装置による前記出力機素の角度または位置の固定を解除すればよい。そうすれば、正常運転時は、目的の圧縮比を安定して維持させることができるとともに、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときには、内燃機関の燃焼圧を利用して前記出力機素の角度または位置の固着を解除し易い状態とすることができる。
【００２６】
また、本発明においては、前記出力機素の角度または位置が機械的に固着されることによって、前記可変圧縮比内燃機関の圧縮比が変更不能な状態となったときに、前記内燃機関の燃焼圧の作用を利用するとともに、前記駆動源によって前記圧縮比が低圧縮比側に変化する方向の駆動力を発生させるようにしてもよい。こうすれば、前記内燃機関の燃焼圧に加えて、前記駆動源の駆動力を利用することができ、より確実に前記出力機素の角度または位置の固着を解除することができる。
【００２７】
この場合、前記駆動力は、前記内燃機関の燃焼圧と同期させて発生させるようにしてもよい。そうすれば、前記出力機素の角度または位置の固着を解除する力を燃焼圧の周期で波状に印加することができ、トータルとしてより少ないエネルギーによって、より効果的に前記出力機素の角度または位置の固着を解除することができる。
【００２８】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にあっては、内燃機関の気筒内における燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記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、前記圧縮比が変更不能な状態となった場合にも、内燃機関の安定した運転を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３１】
以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。
【００３２】
先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の構成について説明する。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が形成されており、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔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。軸受収納孔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の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００３３】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５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、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００３４】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔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。これらの複数のカム収納孔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、片側の複数のカム収納孔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の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３５】
交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸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。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述する扇状ギア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。
【００３６】
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、各カム軸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と同一直径の正円であるので、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。
【００３７】
各カム軸９の一端には扇型の円弧部分にギア歯を有する扇状ギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対の扇状ギア１０には、ウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ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、一対のカム軸９は、扇状ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。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。
【００３８】
次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。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カム軸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、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００３９】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａ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カ
ム軸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８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００４０】
上述したような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、圧縮比を可変制御することができる。
【００４１】
なお、上記の内燃機関１における運転に関わる制御の他、圧縮比を変更する制御は図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの指令によって実行される。また、本実
施例における内燃機関１には、圧縮比を一定に維持する期間中には、モータ１２の出力軸をロックすることにより圧縮比の不要な変動を抑えるモータロック機構(不図示)が備えられている。さらに、何らかの原因で圧縮比を変更する制御が不能になった場合に点灯する警告灯（不図示）が設けられている。ここにおけるモータロック機構は、モータ１２内に設けられた電磁式または機械式のモータ出力軸ロック装置またはブレーキであってもよい。また、モータの出力軸とウォームギア１１ａ、１１ｂとの間に設けられたブレーキまたは動力遮断用のクラッチであってもよい。さらに本実施例において圧縮比固定装置を兼ねてもよい。
【００４２】
ここで、内燃機関１の圧縮比可変範囲の限界値近傍にある状態において内燃機関１の圧縮比を変更する場合に、カム軸９及び扇状ギア１０が機械的に許容されている範囲を超えて過回転することが考えられる。このようなことが起きると、扇状ギア１０とウォームギア１１ａ、１１ｂとの間に噛み込みが生じ、その後の圧縮比の変更が不能になるという不具合が生じるおそれがある。
【００４３】
図３を用いて、カム軸９及び扇状ギア１０が過回転した場合の不具合について説明する。図３は本実施例におけるウォームギア１１ａ、１１ｂと扇状ギア１０との係合部分の概略図である。図３（ａ）は内燃機関１の圧縮比可変範囲内における最高圧縮比となった場合の図、図３（ｂ）は内燃機関１の圧縮比可変範囲内における最低圧縮比となった場合の図である。
【００４４】
図３に示すように、本実施例においては、シリンダブロック３の一部を利用して、高圧縮比側ストッパ１３及び低圧縮比側ストッパ１４の２つのストッパが形成されている。この高圧縮比側ストッパ１３は、図３（ａ）における最高圧縮比よりさらに高圧縮比側に扇状ギア１０が過回転した場合に、扇状ギア１０と当接することにより、扇状ギア１０を停止させる位置に形成されている。
【００４５】
また、低圧縮比側ストッパ１４は、図３（ｂ）における最低圧縮比よりさらに低圧縮比側に扇状ギア１０が過回転した場合に、扇状ギア１０と当接することにより、扇状ギア１０を停止させる位置に形成されている。
【００４６】
そして、圧縮比変更の目標圧縮比が最高圧縮比あるいは最低圧縮比であった場合に、扇状ギア１０が過回転すると、扇状ギア１０が高圧縮比側ストッパ１３または低圧縮比側ストッパ１４に衝突し、ウォームギア１１ａ、１１ｂとの間で噛み込みが生じるおそれがあった。そうすると、それ以降にウォームギア１１ａ、１１ｂ及び扇状ギア１０を作動させることが困難になり、圧縮比を変更することが不能となる場合があった。
【００４７】
特に、内燃機関１の圧縮比が圧縮比可変範囲内における最高圧縮比となった状態で噛み込みが生じた場合には、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転数になった場合には、ノッ
キングの発生や、内燃機関１自体に悪影響が及ぶなど、深刻な不具合が生じるおそれがある。そこで、本実施例においては、このような場合には、内燃機関１の運転状態を制限し、前述のような不具合が生じない範囲で内燃機関１の運転を継続することにした。
【００４８】
図４には、本実施例における圧縮比固着対応ルーチンを示す。本ルーチンは、内燃機関１の圧縮比が圧縮比可変範囲内における最高圧縮比となった状態で、ＥＣＵにより圧縮比変更指令が出された場合に実行されるルーチンである。
【００４９】
本ルーチンが実行されるとまずＳ１０１において低圧縮比への制御が実行される。具体的にはモータロック機構によるロックが解除されるとともにモータ１２に電力が供給され、カム軸９が低圧縮比側に回転する。回転が終了するとモータロック機構により再びモータ１２の出力軸がロックされる。次にＳ１０２においては、カム軸９が正常に回転したかどうかが判定される。具体的にはカム軸９の近傍に設けられている図示しない角度センサの出力によって判断する。
【００５０】
Ｓ１０２において、カム軸９が正常に回転したと判定された場合には、そのままＳ１０１の処理の前に戻り低圧縮比への制御を継続する。一方、カム軸９が正常に回転していないと判定された場合には、扇状ギア１０の噛み込みが発生していると判断され、Ｓ１０３に進む。
【００５１】
Ｓ１０３においては、警告灯を点灯して運転者に圧縮比変更の異常を報知する。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００５２】
Ｓ１０４においては、内燃機関１が取りうる運転状態の制限を実行する。すなわち、最高圧縮比の状態において、ノッキングや内燃機関１自体への悪影響が生じる可能性があると判断される運転領域が使用できないように、エンジン制御マップが切換えられる。この制限前と制限後のエンジン制御マップについて図５に例示する。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。
【００５３】
Ｓ１０５においては、前述のモータロック機構によるモータ１２の出力軸のロックを解除する。こうすることで、カム軸９がフリーの状態となり、外力によってクランクケース４とシリンダブロック３とが相対移動可能な状態となる。また、この状態においては、クランクケース４とシリンダブロック３との間には内燃機関１において発生する燃焼圧が作用する。これによりクランクケース４とシリンダブロック３との間に低圧縮比側に相対移動すべき力が断続的に作用し、扇状ギア１０の噛み込みが解除される。Ｓ１０５の処理が終了するとＳ１０６に進む。
【００５４】
Ｓ１０６においては、カム軸９が低圧縮比側に回動したかどうかが判定される。すなわち、扇状ギア１０の噛み込みが解除されたかどうかが判定される。具体的にはカム軸９に設けられた角度センサの出力によってカム軸９が燃焼圧によって往復回動運動をしているかどうかを検出する。Ｓ１０６においてカム軸９が低圧縮比側に回動していないと判定された場合には、まだ扇状ギア１０の噛み込みが解除されていないと判断され、Ｓ１０３の処理の前に戻り、Ｓ１０３〜Ｓ１０６の処理が繰り返される。Ｓ１０６においてカム軸９が低圧縮比側に回動したと判定された場合には、扇状ギア１０の噛み込みが解除されたと判断されるのでＳ１０７に進む。
【００５５】
Ｓ１０７においては、運転状態の制限を解除する。そして、Ｓ１０８に進み警告灯を消燈した後、本ルーチンを終了する。
【００５６】
以上、説明したように、本実施例における圧縮比固着対応ルーチンにおいては、扇状ギ
ア１０の噛み込みが確認された場合には、警告灯を点灯して運転者にその旨を報知する。同時に、内燃機関の運転状態が、最高圧縮比の状態においてノッキングや内燃機関自体への悪影響が生じる可能性があると判断される運転状態が使用できないように制限される。従って、扇状ギア１０が噛み込んだ状態でもノッキングや内燃機関１への悪影響が生じることを抑制できる。
【００５７】
さらに、本実施例における圧縮比固着対応ルーチンでは、扇状ギア１０の噛み込みが確認された場合には、モータロック機構によるモータ１２の出力軸のロックを解除して、カム軸９、シリンダブロック３及びクランクケース４をフリーの状態とし、内燃機関１の燃焼圧を利用して噛み込みを解除するので、簡単な機構及び制御によって内燃機関１を噛み込み状態から回復させることができる。
【００５８】
なお、図５に示した制限後の運転領域は本実施例において、圧縮比が内燃機関１において変更可能な最高圧縮比である場合の固定圧縮比運転領域に相当する。この運転領域は内燃機関１が圧縮比の変更不可能な状態となった時点の圧縮比に対応して定められ、その圧縮比において内燃機関１の安定した運転を維持できる運転領域である。内燃機関１の各圧縮比に対応する固定圧縮比運転領域は、予め実験的、理論的に求められている。
【００５９】
また、ここで、内燃機関１が圧縮比の変更不可能な状態となった時点における圧縮比に対し、安定した運転を維持できる運転領域は、その時点における冷却水温、吸入空気量、スロットル開度、スロットル速度などによって影響を受けることが分かっている。従って、本実施例においては、内燃機関１が圧縮比の変更不可能な状態となった時点における圧縮比の他、上記パラメータを検出し、各パラメータの値によって最適の運転領域を適用するようにしてもよい。そうすれば、より確実に内燃機関１の安定した運転を維持することができる
【実施例２】
【００６０】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、扇状ギア１０の噛み込みが発生した際に、モータロック機構によるモータ１２の出力軸のロックを解除するだけでなく、積極的にモータ１２に扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向への作動をさせる例について説明する。
【００６１】
図６には、本実施例における圧縮比固着対応ルーチンを示す。本ルーチンも、内燃機関１の圧縮比が圧縮比可変範囲内における最高圧縮比となった状態で、ＥＣＵにより圧縮比変更指令が出された場合に実行されるルーチンである。
【００６２】
本ルーチンと、図４で示した圧縮比固着対応ルーチンとの相違点は、Ｓ２０１の処理のみであるので、この処理についてのみ説明する。Ｓ２０１においては、モータ１２に対して、扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向のトルクが発生すべき電力が印加される。そうすれば、Ｓ１０５においてモータ１２の出力軸のロックを解除することにより、燃焼圧が扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向に作用することに加えて、扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向にモータ１２のトルクを作用させることができる。その結果、より確実に扇状ギア１２の噛み込みを解除することができる。
【００６３】
ここで、Ｓ２０１において、扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向に作用するトルクとは、時間にかかわらず一定のトルクであってもよいし、前記燃焼圧と同期して付加される周期的なトルクであってもよい。図７には、このＳ２０１において、モータ１２によって、扇状ギア１０の噛み込みが解除される方向に付加されるトルクの時間的変化を示す。
【００６４】
図７（Ａ）は、燃焼圧によるトルクに対して、モータ１２に一定のトルクを付加した場合の図である。図７（Ｂ）は、燃焼圧によるトルクに対して、モータ１２に燃焼圧と同期した周期的なトルクを付加した場合の図である。
【実施例３】
【００６５】
次に実施例３について説明する。本実施例においては、図４及び図６のＳ１０２においてカム軸９が正常に回転したかどうかの判定を、角度センサによって行うのではなく、モータ１２に要求されるトルクによって判定する実施例について説明する。
【００６６】
本実施例における圧縮比固着対応ルーチン自体は、図４または図６に示した者と同等である。しかしＳ１０２における具体的な判定方法が異なる。具体的な考え方は以下の考え方に基く。
【００６７】
ここで、シリンダブロック３をクランクケース４に対して相対移動させる際にモータ１２に要求されるトルクＴｍは以下のように表すことができる。
Ｔｍ＝（Ｔｆ＋Ｉ・ｄω／ｄｔ＋Ｐ・ｅ）／ｎ              （１）
ここで、
Ｔｆ：摩擦力に起因するトルク
Ｉ：カム軸、シリンダブロックを含めた等価慣性モーメント
ω：カム軸の角加速度
Ｐ：燃焼圧による力のうち、カム軸にかかる分力
ｅ：カム軸の偏心量
ｎ：ウォームギア１１ａ、１１ｂと扇状ギア１０との結合における減速比
【００６８】
従って、モータ１２のトルクが異常かどうかを判定する閾値トルクＴｔｈは、
Ｔｔｈ＝Ｔｍ＋α                                        （２）
として求められる。ここでαは予め設定されたマージンである。
【００６９】
そして、Ｓ１０２においては、モータ１２に要求されているトルクＴがＴｔｈ以上かどうかによって、カム軸９が正常に回転したかどうかを判断する。
【００７０】
トルクＴは、モータ１２に設けられたトルクセンサによって検出してもよいし、モータ１２に印加される電力の値から演算によって求めてもよい。
【００７１】
なお、上記の実施例においては、出力機素の一例であるカム軸を回転させることによって、クランクケースにシリンダブロックに対して相対移動させる構成を例にとって説明した。しかし本発明を適用する構成は上記に限られるものではない。例えば、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更する構成に対して適用してもよい。
【００７２】
さらに、出力機素としてカム軸以外の機素を利用した構成としてもよい。例えば、出力機素として楔状の部材を用い、楔上の部材の直進運動によってクランクケースにシリンダブロックに対して相対移動させるような構成としてもよい。この場合、内燃機関の圧縮比は出力機素の位置によって決定されることとなる。
【００７３】
また、上記の実施例においては、内燃機関１の圧縮比が最高圧縮比である状態において、扇状ギア１０とウォームギア１１ａ、１１ｂとの噛み込みが生じた場合について説明したが、本発明の考え方を、内燃機関１の圧縮比が最高圧縮比以外の圧縮比である状態において、異物の混入などに起因して扇状ギア１０とウォームギア１１ａ、１１ｂとの噛み込
みが生じた場合に適用してもよいことはもちろんである。
【００７４】
また、上記の実施例においては、扇状ギア１０とウォームギア１１ａ、１１ｂとの噛み込みが生じた場合に、内燃機関１のとりうる運転状態を制限するとともに、燃焼圧を利用して噛み込みを解除する例について説明したが、内燃機関１のとりうる運転状態を制限する制御のみを独立して実施してもよい。その場合は、扇状ギア１０とウォームギア１１ａ、１１ｂとの噛み込みが、内燃機関１の圧縮比が最低圧縮比である状態において生じた場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関におけるシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係るウォームギアと扇状ギアとの係合部分の概略図である。
【図４】本発明の実施例１に係る圧縮比固着対応ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係る圧縮比固着対応ルーチンにおいて切換えられるべき運転領域を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る圧縮比固着対応ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る圧縮比固着対応ルーチンにおいて、燃焼圧に起因するトルク及びモータにより付加されるトルクについて示したグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・扇状ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
１３・・・高圧縮比側ストッパ
１４・・・低圧縮比側ストッパ
【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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