(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの圧縮比を変更可能なエンジンであって、
前記圧縮比を高圧縮比と低圧縮比との間に亘って変更するために駆動される圧縮比変更機構と、
該圧縮比変更機構に圧縮比変更のための駆動力を伝達する伝達機構とを備え、
該伝達機構は、
高圧縮比から低圧縮比への前記圧縮比変更機構の駆動と、低圧縮比から高圧縮比への前記圧縮比変更機構の駆動とに関与する第１伝達機構と、
前記圧縮比変更機構が高圧縮比から低圧縮比へと駆動する際には、高圧縮比から低圧縮比への前記圧縮比変更機構の駆動速度が低圧縮比から高圧縮比への駆動速度より早くなるように、前記圧縮比変更機構に高圧縮比から低圧縮比へと駆動する駆動力を、前記第１伝達機構と協働して付勢する第２伝達手段とを有する、可変圧縮比エンジン。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮比可変エンジンであって、
前記第２伝達手段は、バネ機構を有し、該バネ機構の呈するバネ力を前記駆動力として、前記第１伝達機構と協働して付勢する、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】
【発明が解決しようとする課題】
このように低負荷から高付加に負荷変動を起こした場合、高圧縮比から低圧縮比への変更に遅れが出ると、高負荷・高圧縮比の状況が発生する。こういった状況では、高い圧縮比による燃料の自己着火が起き得ることから、ノッキングの発生頻度が高まる。こうした事態に対処するためには、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比移行を迅速に行うことが望ましい。
【０００４】
例えば、エンジンの運転状態が低圧縮比に移行することが予想されると、低圧縮比側への変更指令を出して高圧縮比から低圧縮比へと圧縮比を移行することが行われている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】
特開平４−２１９４２８号公報
【０００５】
しかしながら、このようにして高圧縮比から低圧縮比へと圧縮比を移行させたとしても、低圧縮比への移行タイミングを早めるものの、低圧縮比への移行に要する時間が変わるものではない。従って、高圧縮比から低圧縮比に圧縮比を移行させる際の迅速化に改善の余地がある。
【０００６】
なお、エンジンの圧縮比を高低変更する技術は、下記文献にも提案されている。
【特許文献２】
特開昭６４−３５０４７号公報
【特許文献３】
特開平１−１２５５２８号公報
【特許文献４】
実開昭６３−９６２５４号公報
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、エンジンの圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に移行する際の移行の迅速性を高め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、圧縮比変更機構に圧縮比変更のための駆動力を伝達する。これにより圧縮比変更機構は駆動して、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と可変圧縮比エンジンでは、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更と低圧縮比から高圧縮比への圧縮比変更とで、圧縮比変更機構の駆動速度に差を持たせ、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更機構の駆動速度を早くした。よって、本発明の可変圧縮比エンジンによれば、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更に要する時間そのものを短縮化することができるので、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比移行の迅速性を高めることができる。
【００１０】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンでは、伝達機構を次のようにすることができる。即ち、
伝達機構は、
高圧縮比から低圧縮比への前記圧縮比変更機構の駆動と、低圧縮比から高圧縮比への前記圧縮比変更機構の駆動とに関与する第１伝達機構と、
前記圧縮比変更機構が高圧縮比から低圧縮比へと駆動する際には、前記圧縮比変更機構に高圧縮比から低圧縮比へと駆動する駆動力を、前記第１伝達機構と協働して付勢する第２伝達手段とを有する。
この第２伝達手段は、例えば、バネ機構を有する構成とし、その呈するバネ力を駆動力として、第１伝達機構と協働して付勢するようにすることもできる。
【００１１】
こうすれば、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更局面では、第１、第２の伝達機構の駆動力が共に圧縮比変更機構に作用する。よって、既述したように、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更に要する時間の短縮化、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比移行の迅速化を図ることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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、後述する圧縮比可変機構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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図、図３はこの圧縮比可変機構３０による圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００１９】
図示するように、圧縮比可変機構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。
【００２０】
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。
【００２１】
この他、圧縮比可変機構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ままの軸受部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。
【００２２】
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。
【００２３】
圧縮比可変機構３０は、上記したコントロールシャフト３９の揺動を起こすため、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。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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、圧縮比可変機構３０は、ウォームホイール４９と図示しないシリンダブロック間にスプリング７０を介在させている。このスプリング７０は、自身のバネ力ＢＦを、ウォームホイール４９が高圧縮比の側から低圧縮比の側に駆動する場合と同じ方向に、このウォームホイール４９に付勢するよう構成されている。この場合、スプリング７０は、バネの力単独ででもウォームホイール４９を上記した向きに駆動できるよう、そのバネ力ＢＦの調整を受けている。より詳しく説明すると、ウォームホイール４９が高圧縮比側に回転駆動すると、スプリング７０は、その巻きが小さくなるように圧縮され、その状態で発揮するバネ力ＢＦでウォームホイール４９を低圧縮比側に回転駆動できるようにされている。つまり、ウォームホイール４９を高圧縮比の側から低圧縮比の側に回転駆動させようとする際のトルクは、スプリング７０のバネ力ＢＦによるトルクとサーボモータ５７によるトルクの和となり、サーボモータ５７だけによる既存の可変圧縮エンジンの場合より高いトルクとなる。
【００２６】
なお、圧縮比センサ５８は、コントロールシャフトガイド４０或いはウォームホイール４９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。
【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示しない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）。なお、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るようにすることもできる。
【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可変機構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】
ところで、本実施例では、ウォームホイール４９にスプリング７０のバネ力ＢＦを付勢している。よって、次のような利点がある。
上記した圧縮比変更制御ルーチンで、現状の圧縮比εｉをこれより低い目標圧縮比εｔに変更する局面では、サーボモータ５７によるウォームホイール４９の駆動力とスプリング７０によるウォームホイール４９の駆動力（バネ力ＢＦ）とが、ウォームホイール４９に対して同じ回転方向の力として作用する。よって、現状の圧縮比εｉ（高圧縮比の側の圧縮比）から低圧縮比（目標圧縮比εｔ）へのウォームホイール４９の駆動速度を早くできるので、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比変更に要する時間そのものを短縮化する。この結果、本実施例の可変圧縮比エンジン２０によれば、高圧縮比から低圧縮比への圧縮比移行の迅速性を高めることができる。
【００３１】
このため、加速走行時のように低負荷から高付加に負荷変動を起こす運転状況にあっては、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に迅速に移行できることから、高負荷・高圧縮比の状況が発生することを有効に回避でき、ノッキング回避の点でも有益である。
【００３２】
しかも、こうした圧縮比移行の迅速性向上に当たり、特別な油気圧機器・電気機器並びのその制御機器を必要としない。よって、部品点数増やそれに伴うコスト増を招かないようにできる。
【００４３】
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。
【００４４】
例えば、上記した各実施例では、コンロッド２７を屈曲させるためにサーボモータ５７を用いたが、コントロールシャフトガイド４０を油圧機構式のヘリカルスプラインにて回転させるように構成することもできる。
【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を含む圧縮比可変機構３０を示す概略斜視図である。
【図３】  この圧縮比可変機構３０による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。
【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…圧縮比可変機構
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…スプリング
Ｘ…中心軸
【図１】
0004136602.tif 000002
【図２】
0004136602.tif 000003
【図３】
0004136602.tif 000004
【図４】
0004136602.tif 000005