(57)【要約】【課題】油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化する。【解決手段】本発明は、シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに連結部にカム軸を回動自在に設け、カム軸を回動させることによりシリンダブロックとクランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関に関する。カム軸と軸受との間の油膜を保持すべく、カム軸の停止中にカム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設ける。回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第１角度範囲ΔθＬ２内にてカム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第２角度範囲ΔθＨ２内にてカム軸を回動させることの少なくとも一方を行う。【選択図】図７
2013100754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに該連結部にカム軸を回動自在に設け、該カム軸を回動させることにより前記シリンダブロックと前記クランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第１角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第２角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記第１角度範囲が、最低圧縮比に対応する第１角度に対して反高圧縮比側に位置する第３角度から、第１角度に対して高圧縮比側に位置する第４角度までの角度範囲であり、
前記第２角度範囲が、最高圧縮比に対応する第２角度に対して反低圧縮比側に位置する第５角度から、第２角度に対して低圧縮比側に位置する第６角度までの角度範囲である
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】
前記第１角度範囲が、最低圧縮比に対応する第１角度から、第１角度に対して高圧縮比側に位置する第７角度までの角度範囲であり、
前記第２角度範囲が、最高圧縮比に対応する第２角度から、第２角度に対して低圧縮比側に位置する第８角度までの角度範囲である
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】
前記回動手段は、前記カム軸が前記第１角度範囲内にて所定の第１時間停止していたときに前記第１角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、前記カム軸が前記第２角度範囲内にて所定の第２時間停止していたときに前記第２角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの両方を行い、且つ、前記第２時間が前記第１時間より長い
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項５】
前記カム軸は、最低圧縮比に対応する第１角度から最高圧縮比に対応する第２角度までの間に１８０°回動する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項６】
前記回動手段によるカム軸の回動制御時を除く基本制御時において、前記カム軸は、前記内燃機関の負荷が高負荷であるほど圧縮比を低くするように制御される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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】
本発明は可変圧縮比内燃機関に係り、特に、シリンダブロックとクランクケースが互いに相対移動可能な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て、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を相対的に上下方向ないしはシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結するとともに連結部にカム軸を回動自在に設け、カム軸を回動させることによりシリンダブロックとクランクケースを相対移動させて圧縮比を変更することが提案されている。
【０００３】
また、燃焼圧やシリンダブロックの自重等に起因した荷重が、カム軸とこれを支持する軸受に作用する。このため、当該軸受部ないしは両者の界面の間に潤滑油の油膜を保持することが重要である。とりわけ、カム軸は、クランクシャフトや動弁系カムシャフトのように高速で常時回転しているわけではないので、軸受部に潤滑油が供給され難く、油膜を形成することが比較的困難である。
【０００４】
このため、例えば特許文献１に記載の技術においては、カム軸が連続して所定時間以上停止していた場合、カム軸を往復回動させてカム軸と軸受の間に油膜を形成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このようなカム軸の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。そこでカム軸の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要であるが、特許文献１に記載の技術では不十分である。
【０００７】
例えば、特許文献１には、カム軸を往復回動させる角度は、往復回動によって油膜切れを解消できるような予め実験的に求められた回動角度と記載されており、例えば１８０度と記載されている。しかし、このような角度は通常大きな圧縮比変化をもたらすものであり、必ずしも最適とはいえない。
【０００８】
そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制し得る可変圧縮比内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに該連結部にカム軸を回動自在に設け、該カム軸を回動させることにより前記シリンダブロックと前記クランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第１角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第２角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記第１角度範囲が、最低圧縮比に対応する第１角度に対して反高圧縮比側に位置する第３角度から、第１角度に対して高圧縮比側に位置する第４角度までの角度範囲であり、
前記第２角度範囲が、最高圧縮比に対応する第２角度に対して反低圧縮比側に位置する第５角度から、第２角度に対して低圧縮比側に位置する第６角度までの角度範囲である。
【００１１】
好ましくは、前記第１角度範囲が、最低圧縮比に対応する第１角度から、第１角度に対して高圧縮比側に位置する第７角度までの角度範囲であり、
前記第２角度範囲が、最高圧縮比に対応する第２角度から、第２角度に対して低圧縮比側に位置する第８角度までの角度範囲である。
【００１２】
好ましくは、前記回動手段は、前記カム軸が前記第１角度範囲内にて所定の第１時間停止していたときに前記第１角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、前記カム軸が前記第２角度範囲内にて所定の第２時間停止していたときに前記第２角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの両方を行い、且つ、前記第２時間が前記第１時間より長い。
【００１３】
好ましくは、前記カム軸は、最低圧縮比に対応する第１角度から最高圧縮比に対応する第２角度までの間に１８０°回動する。
【００１４】
好ましくは、前記回動手段によるカム軸の回動制御時を除く基本制御時において、前記カム軸は、前記内燃機関の負荷が高負荷であるほど圧縮比を低くするように制御される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制することができるという、優れた作用効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】圧縮比可変機構の構造を示す分解斜視図である。
【図３】圧縮比可変機構の作動を示す断面図である。
【図４】基本制御における負荷と圧縮比の関係を示すマップである。
【図５】第１例に係るカム軸の回動角と圧縮比との関係を示すグラフである。
【図６】第１例に係るカム軸の回動角を示すグラフである。
【図７】第２例に係るカム軸の回動角と圧縮比との関係を示すグラフである。
【図８】第２例に係るカム軸の回動角を示すグラフである。
【図９】回動制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適実施形態を説明する。
【００１８】
図１には、本実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す。内燃機関（エンジン）１は、シリンダ２が形成されたシリンダブロック３を、クランクシャフト２０が組み付けられるクランクケース４に対して、シリンダ軸方向に相対移動させることによって圧縮比を変更するものである。クランクケース４およびシリンダブロック３は、後に詳述する圧縮比可変機構２１により、上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結される。なお本実施形態の内燃機関１は、車両に搭載された多気筒（４気筒）のガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）であるが、内燃機関の形式、用途等は限定されず、例えばディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）であってもよい。
【００１９】
本実施形態においては、クランクケース４がエンジンマウントを介して車両に固定されている。よって固定されたクランクケース４に対しシリンダブロック３が昇降することとなる。但しマウント方法を逆にし、シリンダブロック３を車両に固定してもよい。
【００２０】
内燃機関１は、シリンダ２内に昇降可能に配置されたピストン２４と、シリンダブロック３の上部に取り付けられたシリンダヘッド２５と、シリンダヘッド２５の上部に取り付けられてこれを上方から覆うヘッドカバー２６と、クランクケース４の底部に取り付けられてこれを下方から覆うオイルパン２７とを備える。ピストン２４はコンロッド１９を介してクランクシャフト２０に連結される。
【００２１】
ヘッドカバー２６およびシリンダヘッド２５の内部には動弁室２８が画成される。動弁室２８には、吸気ポートＰｉ及び排気ポートＰｅをそれぞれ開閉する吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅと、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリングＳｉ，Ｓｅと、吸気弁Ｖｉ及び排気弁Ｖｅをそれぞれ開弁方向に駆動する吸気カムシャフトＣｉ及び排気カムシャフトＣｅとが設けられる。動弁室２８には図示しないオイル供給口から動弁系潤滑のためのオイルが供給されている。シリンダヘッド２５には吸気ポートＰｉ内に燃料を噴射するためのインジェクタ２９と、混合気を点火するための点火プラグ３０とが取り付けられている。
【００２２】
ピストン２４の上方には燃焼室３１が画成され、ピストン２４の下方にはクランク室３２が画成される。クランク室３２にはクランクシャフト２０が設けられると共に、その底部にはオイル（図示せず）が貯留される。
【００２３】
吸気ポートＰｉには気筒毎の吸気マニホールド３３を介して共通のサージタンク３４が接続され、サージタンク３４から各気筒の吸気ポートＰｉに吸気マニホールド３３を介して吸気を分配するようになっている。サージタンク３４の上流側には吸気管３５が接続され、吸気管３５には電子制御式スロットルバルブ３６とエアフィルタ３７が設けられている。これら吸気ポートＰｉ、吸気マニホールド３３、サージタンク３４および吸気管３５により吸気通路が画成される。
【００２４】
各気筒の排気ポートＰｅには排気マニホールド３８を介して排気管（図示せず）が接続され、これら排気ポートＰｅ、排気マニホールド３８および排気管により排気通路が画成される。
【００２５】
図示されるように、シリンダブロック３の下部側は、クランクケース４の上部側の内側にシリンダ軸方向に移動可能且つ摺動可能に嵌め入れられている。シリンダブロック３の内部にはシリンダ２を取り囲むようウォータジャケットＷが画成されている。
【００２６】
内燃機関１の全周にわたってシリンダブロック３とクランクケース４との隙間を覆うべく、シリンダブロック３とクランクケース４との間に架設された環状のシール部材（あるいはシールブーツ）４０が設けられている。シール部材４０は、図示するように概ね内燃機関１の高さ方向に延び、シリンダブロック３とクランクケース４の嵌合部における隙間を外側から覆ってシールする。
【００２７】
シール部材４０は、その断面が図示の如き蛇腹状に形成され、変形可能な弾性体からなる。シール部材４０の一方の端縁部である下端縁部はクランクケース４に固定され、シール部材４０の他方の端縁部である上端縁部はシリンダブロック３とシリンダヘッド２５との間に挟まれて固定される。
【００２８】
シリンダブロック３が下降してクランクケース４に近づくとき、シール部材４０は収縮方向に変形する。シリンダブロック３が上昇してクランクケース４から遠ざかるとき、シール部材４０は伸長方向に変形する。こうして、シリンダブロック３とクランクケース４との相対位置が変化しても、シール部材４０の伸縮動作により嵌合部の気密性を保つことができる。
【００２９】
内燃機関１には、インジェクタ２９、点火プラグ３０、スロットルバルブ３６、圧縮比可変機構２１のモータなどの各種機器を電気的に制御するため、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成されるユニットである。
【００３０】
ＥＣＵ１００には、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ５２、エアフローメータ５３などの各種センサの電気信号が入力される。クランクポジションセンサ５１はクランクシャフト２０の回転位置に相関したパルス信号を出力する。アクセルポジションセンサ５２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した信号を出力する。エアフローメータ５３は、単位時間当たりの吸入空気量に相関した信号を出力する。
【００３１】
ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関１の運転状態（機関運転状態）を検出し、その検出結果に従って上記した各種機器を制御する。
【００３２】
次に、図２を参照して、圧縮比可変機構２１の構成を説明する。シリンダブロック３の両側下部に、軸受の一部をなす複数の隆起部５Ａが形成され、この各隆起部５Ａに軸受孔５が形成されている。軸受孔５は、円形であり、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数（４つ）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。シリンダブロック３の片側の軸受孔５はすべて同軸上に位置している。またシリンダブロック３の両側の軸受孔５の一対の中心軸は互いに平行である。
【００３３】
クランクケース４には、上述した軸受孔５が形成された複数の隆起部５Ａの間に位置するように、複数の立壁部８Ａが形成されている。各立壁部８Ａのクランクケース４外側に向けられた側面には、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によってキャップ７が組み付けられる。キャップ７も半円形の凹部を有している。各立壁部８Ａにキャップ７が組み付けられると、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、上述した軸受孔５と同一である。立壁部８Ａとキャップ７が軸受の一部をなす。
【００３４】
複数のカム収納孔８は、軸受孔５と同様、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。これら複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に配置されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同軸上に位置している。シリンダブロック３の両側に配置されたカム収納孔８の一対の中心軸は互いに平行である。また、両側における各軸受孔５の間の距離と、両側における各カム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３５】
交互に配置される両側二列の軸受孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が回動自在に挿通される。これによりシリンダブロック３とクランクケース４の連結部にカム軸９が回動自在に設けられ、カム軸９を回動させることによりシリンダブロック３とクランクケース４が相対移動されて圧縮比が変更される。隆起部５Ａと、互いに組み付けられた立壁部８Ａおよびキャップ７とが、カム軸９を回動自在に支持する軸受をなす。軸受孔５とカム収納孔８の内面がそれぞれ軸受面をなす。
【００３６】
カム軸９は、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、正円形のカムプロフィールを有する固定カム９ｃと、固定カム９ｃ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カム９ｂとを有する。固定カム９ｃと可動カム９ｂは交互に配置される。両側の一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、ギア１０を取り付けるための取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心と取り付け部９ｄの中心は偏心している。
【００３７】
固定カム９ｃの中心と取り付け部９ｄの中心は互いに一致している。他方、可動カム９ｂは、軸部９ａに対して偏心されており、その偏心量は固定カム９ｃと同一である。また、各カム軸９において、複数の固定カム９ｃの偏心方向は同一である。また、可動カム９ｂの外形は、固定カム９ｃと同一直径の正円である。可動カム９ｂを軸部９ａに対し回転させることで、固定カム９ｃの外周面と可動カム９ｂの外周面とを互いに一致させることができる。
【００３８】
各カム軸９の取り付け部９ｄにはギア１０が取り付けられる。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂが噛合される。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸に取り付けられている。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を一方向に回転させると、一対のカム軸９、９は、ウォームギア１１ａ、１１ｂおよびギア１０、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に固定されている。
【００３９】
次に、図３を参照して、圧縮比可変機構２１の作動を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）に、シリンダブロック３と、クランクケース４と、これらの間に配設されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。軸部９ａの中心をａ、可動カム９ｂの中心をｂ、固定カム９ｃの中心をｃとして示す。図３（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全ての固定カム９ｃ及び可動カム９ｂの外周面が一致した状態を示す。このとき、一対の軸部９ａは、軸受孔５及びカム収納孔８の中で下側に位置している。
【００４０】
図３(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回動させると、図３(ｂ)の状態になる。このとき、軸部９ａに対して、固定カム９ｃと可動カム９ｂ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を相対的に上方ないし上死点側にスライドさせ、離反方向に移動させることができる。そしてそのスライド量は、図３(ｃ)のような状態となるまで軸部９ａを回動させたときが最大となり、固定カム９ｃおよび可動カム９ｂの偏心量の２倍となる。固定カム９ｃ及び可動カム９ｂは、それぞれ軸受孔５およびカム収納孔８の内部で回転し、それぞれ軸受孔５およびカム収納孔８の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００４１】
図示しないが、図３(ｃ)の状態からモータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向と逆の方向に回動させると、図３(ｂ)または図３（ａ）の状態へと、クランクケース４に対してシリンダブロック３を相対的に下方ないし下死点側にスライドさせ、近接方向に移動させることができる。
【００４２】
このように、ＥＣＵ１００によりモータ１２を駆動してカム軸９ないし軸部９ａを回動させ、クランクケース４に対しシリンダブロック３を相対移動させて圧縮比を変更することができる。図３（ａ）は、クランクケース４に対しシリンダブロック３が最も近づいている最高圧縮比εＨの状態を示し、このときの軸部９ａの角度位置（第２角度）θＨは１８０°である。他方、図３（ｃ）は、クランクケース４に対しシリンダブロック３が最も離れている最低圧縮比εＬの状態を示し、このときの軸部９ａの角度位置（第１角度）θＬは０°である。つまり、カム軸９は、最低圧縮比εＬに対応する角度θＬ（＝０°）から最高圧縮比εＨに対応する角度θＨ（＝１８０°）までの間に１８０°回動する。
【００４３】
後述するカム軸９の回動制御時を除く通常の基本制御時において、ＥＣＵ１００は、図４に示されるような所定のマップに従い、例えばアクセルポジションセンサ５２により検出される内燃機関の負荷（機関負荷）ＫＬに基づき、モータ１２ひいてはカム軸９の回動角θを制御し、圧縮比εを制御する。
【００４４】
このとき図示されるように、ＥＣＵ１００は、機関負荷ＫＬが高負荷であるほど圧縮比εを低くするようにカム軸９を制御する。より詳細には、ＥＣＵ１００は、機関負荷ＫＬが最小負荷ＫＬｍｉｎから所定の中間負荷ＫＬ１までの間にあるときには圧縮比εを最高圧縮比εＨに保ち、機関負荷ＫＬが中間負荷ＫＬ１から最大負荷ＫＬｍａｘまでの間にあるときには、機関負荷ＫＬが高まるにつれ圧縮比εを最低圧縮比εＬまで漸減させるよう、カム軸９を制御する。
【００４５】
かかる基本制御により、低負荷領域における燃焼効率向上と、高負荷領域におけるノッキング抑制とを両立することができる。
【００４６】
ところで、カム軸９と軸受の間（すなわち固定カム９ｃと軸受孔５の間、および可動カム９ｂとカム収納孔８の間）には潤滑油が供給されると共に、油膜が形成され、カム軸９の円滑な回動動作を確保するようにしている。
【００４７】
しかし、カム軸９と軸受との間隙には、シリンダブロック３の自重やシリンダ２内で生起される燃焼圧力等による荷重が常時かかっている。またカム軸９は、クランクシャフト２０や動弁系カムシャフトＣｉ，Ｃｅのように高速で常時回転しているわけではなく、停止状態と低速での回転とを繰り返す。このため、カム軸９と軸受との隙間へ供給された潤滑油が該隙間全体へ均等に供給され難い上、一部の隙間に荷重が集中する期間が長引き易い。荷重が集中している一部の隙間へ十分な量の潤滑油が供給されなくなると、その部分の油膜厚が薄くなり、場合によっては油膜切れが発生する。カム軸９と軸受との隙間の油膜厚が薄くなり、或いは油膜切れが発生した場合には、フレッティング摩耗の原因になると共に、カム軸９の回動抵抗が増大して回動不良が発生する。カム軸９の回動不良が発生した場合には、モータ１２の消費電力が過剰に増加してしまう。更に、油膜切れの状態が継続すると、カム軸９が回動不能に陥る所謂ロック現象が発生し、圧縮比を変更することができなくなる可能性がある。
【００４８】
そこで本実施形態においては、カム軸９と軸受との間の油膜を保持あるいは回復すべく、基本制御時におけるカム軸９の停止中に、カム軸９（具体的には軸部９ａ）を定期的且つ強制的に回動させる回動制御を実行する。この回動制御によりカム軸９と軸受との間の油膜厚を均等化することができ、油膜切れ等を未然に防止すると共に上記問題を解決することができる。
【００４９】
この回動制御に際し、ＥＣＵ１００は、カム軸９を所定角度範囲内にて複数回、往復回動ないし揺動させる。なお往復回動の回数は１回としてもよいが、複数回とした方が油膜保持および油膜厚均等化に有利であり好ましい。代替的に、回動は往復させず片道１回でもよい。
【００５０】
ところで、このようなカム軸９の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。よってカム軸９の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要である。
【００５１】
このため、本実施形態においては、カム軸９の往復回動時に圧縮比ができるだけ変化しないような角度範囲のみを使って、カム軸９を往復回動させることとしている。以下、これについて説明する。
【００５２】
図５には、カム軸９の回動角θと内燃機関１の圧縮比εとの関係を示す。また図６にはカム軸９の回動角θのみを示す。図示されるように、また前述したように、圧縮比εが最低圧縮比εＬのときカム軸９の回動角θはθＬ＝０°であり、圧縮比εが最高圧縮比εＨのときカム軸９の回動角θはθＨ＝１８０°である。
【００５３】
図５に示すように、回動角θがθＬからθＨまで増大するにつれ、圧縮比εは最低圧縮比εＬから最高圧縮比εＨまで増大する。特にこの回動角θの増大につれ、圧縮比εはサインカーブ状に増大する。最低圧縮比εＬのときの回動角θＬは、サインカーブの極小ピーク時の角度に相当し、最高圧縮比εＨのときの回動角θＨは、サインカーブの極大ピーク時の角度に相当する。回動角θの変化に対する圧縮比εの変化率ないし感度（Δε／Δθ、図５の線図の傾き）が、サインカーブの両端部すなわち最低圧縮比εＬ付近および最高圧縮比εＨ付近において、最も小さくなっており、特に中間部（例えばθ＝９０°）付近よりも小さくなっている。
【００５４】
そこでこの特性に着目し、本実施形態では回動制御に際し、最低圧縮比εＬ付近の所定の角度範囲内にてカム軸９を往復回動させること、および、最高圧縮比εＨ付近の所定の角度範囲内にてカム軸９を回動させることの少なくとも一方を行う。
【００５５】
図５および図６にはかかる角度範囲の第１例を示す。この第１例において、最低圧縮比εＬ付近の角度範囲はΔθＬ１であり、これは最低圧縮比εＬに対応する角度θＬから、これより前記角度範囲ΔθＬ１だけ高圧縮比側の角度θＬ１までの角度範囲である。
【００５６】
他方、最高圧縮比εＨ付近の角度範囲はΔθＨ１であり、これは最高圧縮比εＨに対応する角度θＨから、これより前記角度範囲ΔθＨ１だけ低圧縮比側の角度θＨ１までの角度範囲である。
【００５７】
例えば、ΔθＬ１＝ΔθＨ１＝１０°、θＬ１＝１０°、θＨ１＝１７０°とすることができる。
【００５８】
これら角度範囲ΔθＬ１、ΔθＨ１内でのみカム軸９を往復回動させるので、往復回動による圧縮比変化を最小限に抑制することができる。そしてカム軸９の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を大幅に抑制することが可能である。
【００５９】
図７および図８にはかかる角度範囲のより好ましい第２例を示す。この第２例において、最低圧縮比εＬ付近の角度範囲はΔθＬ２であり、これは、最低圧縮比εＬに対応する角度θＬに対して反高圧縮比側（−側）に位置する角度θＬ２−から、角度θＬに対して高圧縮比側（＋側）に位置する角度θＬ２＋までの角度範囲である。
【００６０】
他方、最高圧縮比εＨ付近の角度範囲はΔθＨ２であり、これは、最高圧縮比εＨに対応する角度θＨに対して反低圧縮比側（＋側）に位置する角度θＨ２＋から、角度θＨに対して低圧縮比側（−側）に位置する角度θＨ２−までの角度範囲である。
【００６１】
例えば、ΔθＬ２＝ΔθＨ２＝１０°、θＬ２−＝−５°、θＬ２＋＝５°、θＨ２−＝１７５°、θＨ２＋＝１８５°とすることができる。
【００６２】
このように、この第２例においては、往復回動を実行する角度範囲ΔθＬ２、ΔθＨ２の一部を、通常制御時に使用する角度範囲（θＬ〜θＨ）を超えて（あるいははみ出して）設定している。こうすると、第１例と同じ大きさの角度範囲を第１例より圧縮比変化率が少ない角度範囲で実現し、同一の油膜保持性能をより少ない圧縮比変化によって達成することができる。これにより燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することが可能である。
【００６３】
なお、ここでは角度範囲ΔθＬ２について、θＬ２−およびθＬ２＋をθＬに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθＬを中心として角度範囲ΔθＬ２を設定したが、θＬを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθＬ２は、θＬを含むような形で設定するのが好ましい。
【００６４】
同様に、ここでは角度範囲ΔθＨ２について、θＨ２−およびθＨ２＋をθＨに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθＨを中心として角度範囲ΔθＨ２を設定したが、θＨを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθＨ２は、θＨを含むような形で設定するのが好ましい。
【００６５】
上述の往復回動の角度範囲ΔθＬ１、ΔθＨ１、ΔθＬ２、ΔθＨ２は、例えば１０°であり、特許文献１に記載された角度範囲（例えば１８０°）よりも著しく小さい。従ってこの点においても圧縮比変化を最小限に止め、燃費やドライバビリティが悪化するのを未然に防止することができる。また、特許文献１は、最低圧縮比εＬ付近および／または最高圧縮比εＨ付近の小さい角度範囲内でのみカム軸９を回動させるという技術思想を開示も示唆もしていない。よって本実施形態は特許文献１に記載の技術から顕著に区別し得るものである。
【００６６】
カム軸９の往復回動は、最低圧縮比εＬ付近の角度範囲および最高圧縮比εＨ付近の角度範囲のいずれか一方のみで行うことも可能であるが、本実施形態では両方で行い、油膜切れ等を確実に防止するようにしている。以下、カム軸９の回動制御の好適な一例を説明する。
【００６７】
図９に、ＥＣＵ１００によって実行されるカム軸９の回動制御のフローチャートを示す。ここではカム軸９の回動範囲として、第２例で説明した角度範囲ΔθＬ２、ΔθＨ２を用いる。
【００６８】
ステップＳ１０１では、基本制御に従ってカム軸９が停止中であるか否かが判断される。停止中である場合にはステップＳ１０２に進み、停止中でない（作動中である）場合にはルーチンが終了される。
【００６９】
ステップＳ１０２では、停止中のカム軸９の回動角θがθＬ２＋より小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップＳ１０３において、カム軸９の停止開始時点からの経過時間Ｔが所定の停止時間Ｔ１より長いか否かが判断される。かかる経過時間ＴはＥＣＵ１００に設けられたタイマによって計測され、停止時間Ｔ１はＥＣＵ１００に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。
【００７０】
イエスの場合、ステップＳ１０４に進んで、角度範囲ΔθＬ２内におけるカム軸９の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸９がθＬ〜θＬ２＋の範囲内で停止時間Ｔ１より長時間停止していた場合、カム軸９が強制的にθＬ２−からθＬ２＋までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸９が戻される。
【００７１】
他方、ステップＳ１０２がノーの場合、ステップＳ１０５において、停止中のカム軸９の回動角θがθＨ２−より大きいか否かが判断される。ノーの場合、ルーチンが終了される。
【００７２】
イエスの場合、ステップＳ１０６において、カム軸９の停止開始時点からの経過時間Ｔが所定の停止時間Ｔ２より長いか否かが判断される。停止時間Ｔ２もＥＣＵ１００に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。
【００７３】
イエスの場合、ステップＳ１０７に進んで、角度範囲ΔθＨ２内におけるカム軸９の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸９がθＨ２−〜θＨの範囲内で停止時間Ｔ２より長時間停止していた場合、カム軸９が強制的にθＨ２−からθＨ２＋までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸９が戻される。
【００７４】
基本制御によりカム軸９がθＬ２＋〜θＨ２−の範囲内で停止していた場合には、カム軸９の往復回動は実行されない。この範囲内にあるカム軸９に対し往復回動を実行すると、圧縮比が比較的大きく変化し、燃費やドライバビリティが悪化する虞があるからである。
【００７５】
ここで、図４から明らかなように、基本制御によりカム軸９がθＨ２−〜θＨの範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷ＫＬ１より小さい低負荷、特に最小負荷ＫＬｍｉｎ付近となっており、圧縮比εが最高圧縮比εＨとなっている場合である。この場合、機関負荷が常用域にあり使用頻度は高いが、燃焼圧力が低く、軸受部への荷重すなわちカム軸９と軸受に付加される面圧が低い。よって油膜保持の観点からは、カム軸９の往復回動を実行するインターバルを長くすることができる。
【００７６】
逆に、基本制御によりカム軸９がθＬ〜θＬ２＋の範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷ＫＬ１より大きい高負荷、特に最大負荷ＫＬｍａｘ付近となっており、圧縮比εが最低圧縮比εＬ付近となっている場合である。この場合、使用頻度は低いものの、燃焼圧力が高く、軸受部への荷重すなわちカム軸９と軸受に付加される面圧が高い。よって油膜保持の観点からは、カム軸９の往復回動を実行するインターバルを短くする必要がある。
【００７７】
こうした事情を踏まえ、本実施形態では、前者のインターバルを規定する停止時間Ｔ２を、後者のインターバルを規定する停止時間Ｔ１よりも長く設定している。これにより、カム軸９が低負荷側あるいは常用域で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを長くし、無駄な往復回動を防止すると共に、燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することができる。他方、カム軸９が高負荷側ないし最大負荷付近で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを短くし、油膜切れ等を確実に防止することができる。
【００７８】
なお、上記回動制御においては、第１例で説明した角度範囲ΔθＬ１、ΔθＨ１を用いることもできる。この場合、ステップＳ１０２において、停止中のカム軸９の回動角θがθＬ１より小さいか否かが判断される。またステップＳ１０４において、角度範囲ΔθＬ１内におけるカム軸９の往復回動が実行される。他方、ステップＳ１０５において、停止中のカム軸９の回動角θがθＨ１より大きいか否かが判断される。ステップＳ１０７においては、角度範囲ΔθＨ１内におけるカム軸９の往復回動が実行される。
【００７９】
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上記数値は一例であり、変更可能である。
【００８０】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。上述の各実施形態および各構成要素は可能な限りにおいて組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  可変圧縮比内燃機関
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
２０  クランクシャフト
２１  圧縮比可変機構
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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