(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、
前記駆動源から出力する駆動力により動作する少なくとも１つの可動部材を有し、前記駆動力による前記可動部材の動作により内燃機関の燃焼室容積及び／又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可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構によって前記内燃機関の圧縮比を所定の目標圧縮比に変化させる際に、前記可動部材の動作速度を、所定の禁止速度域に含まれない速度に制御する制御手段と、
を備え、
前記禁止速度域は、その動作速度で前記可動部材を動作させると前記圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に前記駆動源にかかる荷重が所定の基準値を超える、という条件を満たす動作速度の範囲であり、
前記制御手段は、前記目標圧縮比に応じて前記可動部材の動作速度の目標速度を決定し、該目標速度が前記禁止速度域に含まれる速度である場合には、前記禁止速度域に含まれないように該目標速度を補正した補正目標速度を算出し、該補正目標速度を前記可動部材の動作速度の最終的な制御目標値とし、
前記禁止速度域の上限値は、その動作速度で前記可動部材を動作させた場合に、前記圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、前記駆動源にかかる荷重によって該可動部材の動作が停止することがある、という条件を満たす動作速度の上限値に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記禁止速度域の下限値は、その動作速度で前記可動部材を動作させた場合に、前記圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、前記駆動源にかかる荷重によって該可動部材の動作が停止することがあり、且つ、該停止した状態の前記可動部材を再びその動作速度で動作させる際に前記駆動源にかかる荷重が所定の基準値より大きい、という条件を満たす動作速度の下限値に基づいて定められることを特徴とする内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記基準値は、前記駆動源の出力可能な駆動力の最大値に基づいて定められることを特徴
とする内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記駆動源の駆動力が前記可動部材に伝達される経路の途中に、
前記可動部材の動作速度が減速する条件が成立する時に、慣性モーメントが増加し、
前記可動部材の動作速度が加速する条件が成立する時に、慣性モーメントが減少する、可変慣性フライホイールを備えることを特徴とする内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の圧縮比を機械的に変更可能な圧縮比変更機構が種々提案されている。例えば、特許文献１には、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダの軸線方向に相対移動可能に構成し、モータのトルクをカム軸を介してシリンダブロックに伝達し、伝達された駆動力によってシリンダブロックをクランクケースに対してスライド移動させ、燃焼室容積を変化させることにより、内燃機関の圧縮比を機械的に変更可能とした圧縮比変更機構が記載されている。この圧縮比変更機構では、シリンダブロックとクランクケースとを近接又は離間させることによって、圧縮比を高圧縮比側又は低圧縮比側に変更することができる。
【０００３】
圧縮比変更機構に関する技術として、特許文献２には、高圧縮比側への圧縮比変更において目標圧縮比に制限を課すことによって、搭載モータの小型化を図った技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３３９９８４号公報
【特許文献３】特開２００７−５６８３７号公報
【特許文献４】特開２００５−３６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成を有する圧縮比変更機構では、内燃機関の筒内圧は、シリンダブロックとクランクケースとを離間させる向きの力として圧縮比変更機構に作用する。従って、シリンダブロックとクランクケースとを近接させる高圧縮比側への圧縮比変更においては、モータにかかる荷重が筒内圧に応じて大きくなる。特に、高負荷運転時や圧縮比が高い状態等の筒内圧が非常に大きくなる運転条件下では、筒内圧による荷重がモータの駆動力に対して過大となり、圧縮比変更機構の動作が一時的に停止する場合がある。
【０００５】
一時的に停止した圧縮比変更機構を再び動作させて所定の目標動作速度まで加速させる際には、非常に大きな荷重がモータにかかることになる。これは、静止摩擦力が動摩擦力より大きいため停止状態の圧縮比変更機構が再び動作し始めるまでに大きな駆動力を要すること、更に、動作し始めてからしばらくは圧縮比変更機構の動作速度が遅いため、カム軸等の可動部において油膜が形成されにくく、動摩擦力も大きくなることが主要因である。
【０００６】
停止状態の圧縮比変更機構を再び動作状態にする際にモータの駆動力に対して過大な荷重がかかった場合、圧縮比変更機構を適切な動作状態で動作させることができない可能性がある。これに対して、大型のモータを搭載することが解決方法として考えられるが、この場合、エネルギー消費量の増大やコストの増大等の問題が生じる。また、減速比の大きなギヤを用いることによりモータを大型化することなく大トルクを得られるようにすることも考えられるが、この場合、圧縮比変更機構の動作速度が制限されるという問題が生じる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の圧縮比変更機構を動作させる駆動力を出力する駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制可能な圧縮比変更
機構の制御装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の圧縮比変更機構の制御装置は、
駆動源と、
前記駆動源から出力する駆動力により動作する少なくとも１つの可動部材を有し、前記駆動力による前記可動部材の動作により内燃機関の燃焼室容積及び／又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可能な圧縮比変更機構と、
前記圧縮比変更機構によって前記内燃機関の圧縮比を所定の目標圧縮比に変化させる際に、前記可動部材の動作速度を、所定の禁止速度域に含まれない速度に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
圧縮比変更機構によって内燃機関の圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際には、圧縮比変更機構の動作条件（例えば、目標圧縮比、該目標圧縮比と現在の圧縮比との偏差、及び／又は内燃機関の運転条件等）に応じて可動部材の動作速度を決定し、決定された動作速度で可動部材が動作するように駆動源の駆動力の出力制御が行われる。ここで、可動部材を動作させる速度によっては、圧縮比を変更する過程で駆動源にかかる荷重が過大になる場合があることが見出された。
【００１０】
そこで、上記本発明では、可動部材を動作させる際に駆動源にかかる荷重が過大になるような動作速度の範囲を「禁止速度域」として定め、圧縮比変更機構によって圧縮比を変化させる際に、この禁止速度域に含まれる動作速度を可動部材の動作速度としては用いないようにした。こうすることにより、駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制できる。従って、駆動源の性能を超える荷重がかかることによる可動部材の動作異常や、そのような動作異常を防止するための駆動源の大型化や駆動源のエネルギー消費量の増大等といった問題を回避することが可能となる。
【００１１】
上記「禁止速度域」は、圧縮比変更機構によって内燃機関の圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に駆動源にかかる荷重が所定の基準値を超えるような可動部材の動作速度の範囲として定めても良い。ここで、「所定の基準値」とは、例えば駆動源の性能（出力可能な駆動力の上限値等）や、駆動源のエネルギー消費効率等の観点から駆動源にかかる荷重として許容できる上限値に基づいて定めることができる。こうすることにより、駆動源の性能を超える荷重がかかって可動部材の動作異常が生じたり、また駆動源の性能を超えないものの駆動源の消費するエネルギー（電力など）が増大してエネルギー効率を低下したりすることを抑制できる。
【００１２】
本発明において、可動部材の動作速度として禁止速度域に含まれる速度を用いないようにする具体的な制御方法としては、制御手段は、目標圧縮比に応じて可動部材の動作速度の目標速度を決定し、その目標速度が禁止速度域に含まれる速度であった場合には、禁止速度域に含まれないように当該決定された目標速度を補正し、当該補正後の目標速度（「補正目標速度」という）を、可動部材の動作速度の最終的な制御目標値とすることができる。
【００１３】
一方、目標圧縮比に応じて決定された当初の目標速度が禁止速度域に含まれない速度であった場合には、当該決定された目標速度をそのまま可動部材の動作速度の最終的な制御目標値としても良い。
【００１４】
こうすることで、禁止速度域内の動作速度で可動部材を動作させることが目標圧縮比に応じて要請された場合でも、実際の動作速度は禁止速度域外の速度になるように制御され
るので、駆動源にかかる荷重が過大になることを好適に抑制できる。
【００１５】
上記のように、停止状態の可動部材を再び動作させる時には、駆動源に大きな荷重がかかる。これは、静止摩擦力が大きいという理由と、停止状態から動作し始めた直後の低速の動作状態では動摩擦力も大きいという理由と、に由っている。つまり、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、可動部材の動作が一時的に停止状態にならないような動作速度で可動部材を動作させることによって、駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制できる。
【００１６】
そこで、本発明において、禁止速度域の上限値は、その動作速度で可動部材を動作させた場合に、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、駆動源にかかる荷重によって可動部材の動作が停止することがある、という条件を満たす動作速度の上限値に基づいて定めることができる。
【００１７】
このように定められた禁止速度域に含まれる速度より高速の動作速度で可動部材を動作させることにより、圧縮比の変更過程で可動部材が一時的に停止状態になることがなくなり、可動部材が常に動作する状態となるので、駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制できる。
【００１８】
内燃機関の高負荷運転状態や圧縮比が高い状態のように筒内圧が非常に高くなり得る運転条件下においてもその筒内圧に抗して可動部材を動作させ続けるためには、駆動源には非常に大きな駆動力を出力することが要求される。このような大出力の駆動源を搭載することは装置の規模やコストの点などから現実的ではない場合が多い。従って、筒内圧が大きくなり得る運転条件下での圧縮比の変更の際には、一時的に可動部材が停止状態となることを許容し、断続的に可動部材を動作させて圧縮比を目標圧縮比まで変化させる、という圧縮比変更方法を採用する場合がある。その場合、上記のように、可動部材を停止状態から再び動作状態にさせる際に、駆動源にかかる荷重が増大することが避けられない。
【００１９】
ところで、停止状態の可動部材を再び動作状態にする際に駆動源にかかる荷重の大きさは、可動部材の加速度に応じて変わる。すなわち、停止状態の可動部材をより高速の動作状態まで加速する場合には、より大きな加速度で可動部材を加速させる必要があり、その加速度が大きくなるほど駆動源にかかる荷重も大きくなる傾向がある。従って、停止状態の可動部材を再び動作させる際に、可動部材の動作速度の目標速度を低速に抑えることで、駆動源にかかる荷重の増大を抑えることができる。
【００２０】
そこで、本発明において、禁止速度域の下限値は、その動作速度で可動部材を動作させた場合に、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、駆動源にかかる荷重によって可動部材の動作が停止することがあり、且つ、当該停止状態の可動部材を再びその動作速度で動作させる際に駆動源にかかる荷重が所定の基準値より大きい、という条件を満たす動作速度の下限値に基づいて定めることができる。
【００２１】
このように定められた禁止速度域に含まれる速度より低速の動作速度で可動部材を動作させることにより、圧縮比の変更過程で可動部材が一時的に停止状態になることがあっても、その停止状態から再び動作状態になるまで可動部材を加速する際に駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制できる。
【００２２】
この「基準値」としては、駆動源の出力可能な駆動力の最大値に基づいて定めることができる。この場合、停止状態の可動部材を禁止速度域内の動作速度まで加速することは、駆動源の性能的に困難であることを意味する。また、「基準値」としては、駆動源のエネルギー消費量が許容範囲になるような荷重の最大値に基づいて定めても良い。この場合、
停止状態の可動部材を禁止速度域内の動作速度まで加速することは、駆動源の性能的には不可能ではないものの、その際に駆動源で消費されるエネルギーが許容限度を超えて大きなものとなることを意味する。この場合の「基準値」は、圧縮比変更機構に関連する装置の省エネルギー性能に対する要請に基づいて決定されることになる。
【００２３】
本発明において、駆動源の駆動力が可動部材に伝達される経路の途中に、可動部材の動作速度が減速する条件が成立する場合には、慣性モーメントが増加し、可動部材の動作速度が加速する条件が成立する場合には、慣性モーメントが減少する、可変慣性フライホイールを備えるようにしても良い。
【００２４】
このような構成により、駆動源にかかる荷重等により可動部材の動作速度が減速させられる場合に、可動部材の動作速度が減速させられにくくなる。そのため、駆動源を大型化することなく、可動部材の一時的な動作停止が起こりにくくすることができる。このことは、禁止速度域の上限値を、より低速側の速度に設定できることを意味する。従って、禁止速度域を高速側から狭くすることができる。
【００２５】
また、駆動源の駆動力等により可動部材の動作速度を加速させる場合に、可動部材の動作速度を加速させ易くなる。そのため、例えば停止状態の可動部材を再び動作させるべく加速する際に、より高速側の動作速度まで、より小さい駆動力によって加速することができる。このことは、禁止速度域の下限値を、より高速側の速度に設定できることを意味する。従って、禁止速度域を低速側から狭くすることができる。
【００２６】
このように、本発明において、上記構成を更に備えることにより、駆動源を大型化することなく禁止速度域の範囲を縮小することができ、可動部材の動作速度の制御自由度を拡げることができる。
【００２７】
上記構成において、可変慣性フライホイールは、可動部材の動作速度が減速する時に慣性モーメントが増加し、可動部材の動作速度が加速する時に慣性モーメントが減少するような機械的な構成を有するものであっても良い。また、慣性モーメントを外部からの制御によって変更可能な構成を有し、可動部材の動作速度が減速する時に慣性モーメントを増加させる制御を行い、可動部材の動作速度が加速する時に慣性モーメントを減少させる制御を行うものであっても良い。後者の場合のように、外部からの制御によって可変慣性フライホイールの慣性モーメントを制御可能な場合は、可動部材の動作速度に対する減速要求に対応して可動部材の動作速度を減速させる場合ではなく、駆動源に係る荷重等の外的要因によって可動部材の動作速度が減速させられる時に、慣性モーメントを増加させるようにしても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、内燃機関の圧縮比変更機構を動作させる駆動力を出力する駆動源にかかる荷重が過大になることを抑制可能な圧縮比変更機構の制御装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３０】
まず、図１〜図３を参照して、本実施例のエンジン及び圧縮比変更機構の概略構成について説明する。図１はエンジンの概略構成を示す斜視図である。図２は本実施例に係るエ
ンジン及び圧縮比変更機構の概略分解斜視図である。図３はエンジン及び圧縮比変更機構の断面図である。
【００３１】
図１に示すエンジン１００は、シリンダブロック１０３に４つのシリンダ１０２を有する４気筒エンジンである。各シリンダ１０２の内部にはピストン１７０（図３）が摺動可能に挿入され、ピストン１７０はコンロッド１７１（図３）を介してクランクシャフト１１５に接続されている。クランクシャフト１１５はクランクケース１０４の内部に配置されている。
【００３２】
シリンダブロック１０３とクランクケース１０４とは、サーボモータ１１２の駆動力によって、シリンダ１０２の軸線方向（ピストン１７０のストローク方向）に相対的にスライド移動可能に構成されている。サーボモータ１１２から出力される駆動力（トルク）は、ウォーム１１１ａ及び１１１ｂ、ウォームホイール１１０を含む動力伝達機構（後述）を介して、シリンダブロック１０３及びクランクケース１０４に伝達され、当該伝達された駆動力によって、シリンダブロック１０３とクランクケース１０４とが相対的にスライド移動する。サーボモータ１１２の駆動力の伝達機構及びシリンダブロック１０３及びクランクケース１０４のスライド移動機構について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２に示すように、シリンダブロック１０３は側面下部に複数の隆起部１３０を備え、この各隆起部１３０にカム収納孔１０５を有する。カム収納孔１０５は、断面円形であり、シリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２の配列方向に平行になるように、同一軸線上に配列形成されている。このような構成を有する隆起部１３０及びカム収納孔１０５の配列は、シリンダブロック１０３の両側面下部に形成されている。両側面における隆起部１３０及びカム収納孔１０５が配列形成されている一対の軸線は平行である。
【００３４】
クランクケース１０４には、上述したカム収納孔１０５が形成された複数の隆起部１３０の間に位置するように、立壁部１３２が形成されている。各立壁部１３２のクランクケース１０４外側に向けられた表面には、断面半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部１３２には、ボルト１０６によって取り付けられるキャップ１０７が用意されており、キャップ１０７にあっても惰面半円形の凹部を有している。各立壁部１３２にキャップ１０７を取り付けると、両部材で断面円形の軸受収納孔１０８が形成される。軸受収納孔１０８の形状は、上述したカム収納孔１０５と同一である。
【００３５】
複数の軸受収納孔１０８は、カム収納孔１０５と同様に、シリンダブロック１０３をクランクケース１０４に取り付けたときにシリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２の配列方向に平行になる。これらの複数の軸受収納孔１０８も、シリンダブロック１０３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１０８は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０３の両側の軸受収納孔１０８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔１０５の間の距離と、両側の軸受収納孔１０８との問の距離は同一である。
【００３６】
交互に配置される二列のカム収納孔１０５と軸受収納孔１０８には、それぞれカム軸１０９が挿通される。カム軸１０９は、図２に示すように、軸部１０９ａに、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを有する。カム部１０９ｂは、軸部１０９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部１０９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有する。可動軸受部１０９ｃは、このカム部１０９ｂと同一外形を有し、軸部１０９ａに対して回転可能に取り付けられる。本実施例では、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸１０９は、シリンダ１０２を挟んで鏡像の関係を有している。また、カム軸１０９の端部には、後述するウォームホイール１１０の取付部１０９ｄが形
成されている。軸部１０９ａの中心軸と取付部１０９ｄの中心とは偏心しており、全カム部１０９ｂの中心と取付部１０９ｄの中心とは一致している。
【００３７】
可動軸受部１０９ｃも、軸部１０９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部１０９ｂと同一である。実際にカム軸１０９を構築するには、最も端部の一つのカム部１０９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸１０９が製造され、これに可動軸受部１０９ｃと他のカム部１０９ｂとが交互に挿入される。そして、カム部１０９ｂのみが図示するようにビスなどで軸部１０９ａに固定される。この場合、カム部固定は他の方法、例えば、圧入や溶接でも良い。軸部１０９ａ上のカム部１０９ｂの数は、シリンダブロック１０３片側のカム収納孔１０５の数と一致する。また、カム部１０９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔１０５の長さと一致する。同様に、軸部１０９ａ上の可動軸受部１０９ｃの数は、クランクケース１０４片側に形成される軸受収納孔１０８の数と一致する。また、可動軸受部１０９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔１０８の長さと一致する。
【００３８】
各カム軸１０９において、複数のカム部１０９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部１０９ｃの外形は、カム部１０９ｂと同一正円であるので、可動軸受部１０９ｃを回転させることで、複数のカム部１０９ｂの外表面と複数の可動軸受部１０９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック１０３とクランクケース１０４とを組み合わせて複数のカム収納孔１０５と複数の軸受収納孔１０８とで形成される長孔にカム軸１０９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸１０９をシリンダブロック１０３およびクランクケース１０４に対して配置させた後にキャップ１０７を取り付けても良い。
【００３９】
カム収納孔１０５、軸受収納孔１０８、カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック１０３は、クランクケース１０４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する。なお、ピストンリング以外の他の手法によって、例えば、Ｏリングのようなゴム製ガスケット等によって、シールを行っても良い。
【００４０】
各カム軸１０９は、その軸部１０９ａ端部の取付部１０９ｄにウォームホイール１１０を有する。このウォームホイール１１０は、キーにて位置決めされた上で、取付部１０９ｄにボルト固定されている。
【００４１】
一対のカム軸１０９に対応するそれぞれのウォームホイール１１０には、ウォーム１１１ａ，１１１ｂが噛み合っている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、正逆回転可能な単一のサーボモータ１１２の出力軸と連結されている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、互いに逆方向に回転する蝶旋溝を有している。このため、サーボモータ１１２から回転駆動力が出力されると、一対のカム軸１０９は、ウォームホイール１１０の回転を受け、互いに逆方向に回転する。サーボモータ１１２は、シリンダブロック１０３などに固定されており、シリンダブロック１０３と一体的に移動する。
【００４２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、シリンダブロック１０３と、クランクケース１０４と、これら両者の間に構築されたカム軸１０９などからなる圧縮比変更機構とを断面示する図である。各図においては、カム軸１０９における軸部１０９ａの中心軸を符号Ａで、カム部１０９ｂの中心をＢで、可動軸受部１０９ｃの中心をＣで表す。
【００４３】
図３（ａ）は、軸部１０９ａの延長線上から見て全てのカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの外周が一致した状態を示している。このとき、ここでは左右一対の軸部１０９ａは、カム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の外側に位置している。各軸部がこう
した位置関係にある時を、カム軸角度がゼロ度（０゜）とする。
【００４４】
図３（ａ）の状態では、シリンダブロック１０３と、クランクケース１０４延いてはピストン上死点位置と、の相対距離が短いので、燃焼室容積が小さく、圧縮比は高い状態である。一方、図３（ｃ）の状態では、シリンダブロック１０３とピストン上死点位置との距離が長くなり、燃焼室容積が大きく、圧縮比は低い状態となる。つまり、図３（ａ）の位置から図３（ｃ）の位置にシリンダブロック１０３が移動することで、シリンダブロック１０３とクランクケース１０４との相対的な位置関係が変化し、エンジン１００の圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に変化する。
【００４５】
図３（ａ）の状態から、軸部１０９ａ（および軸部１０９ａに固定されたカム部１０９ｂ）が図中の矢印Ｘ＋の方向に回転すると、図３（ｂ）の状態となる。このとき、軸部１０９ａに対して、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃの偏心方向にズレが生じるので、クランクケース１０４に対してシリンダブロック１０３が上死点側にスライドする。すなわちクランクケース１０４とシリンダブロック１０３とが離間するように相対移動する。そして、そのスライド量は、図３（ｃ）の状態となるまでカム軸１０９を矢印Ｘ＋の回転方向に回転させたときが最大となり、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃの偏心量の二倍となる。カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で回転し、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で軸部１０９ａの位置が移動するのを許容している。
【００４６】
このように、低圧縮比側へ圧縮比を変化させる場合のカム軸１０９の回転方向（図３の矢印Ｘ＋方向）にカム軸１０９を回転させる際のサーボモータ１１２の回転方向を、サーボモータ１１２の正回転とする。また、図３（ｃ）に示す各軸部の位置関係をカム軸角度＋９０゜とする。サーボモータ１１２から出力されるトルクは、カム軸１０９を介して、シリンダブロック１０３をクランクケース１０４から離間させる向きにスライド移動させる駆動力として伝達される。
【００４７】
図３（ｃ）の状態から図３（ａ）の状態に変化させてエンジン１００の圧縮比を高圧縮比側へ変化させるには、サーボモータ１１２を逆回転させる。こうすれば、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、図中の矢印Ｘ−の方向に逆回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は図３（ａ）の状態に戻り、圧縮比は低圧縮比から高圧縮比に変化する。
【００４８】
図３（ｃ）の低圧縮比の状態から、図３（ａ）の高圧縮比の状態へ圧縮比を変化させる場合、サーボモータ１１２から出力されるトルクは、カム軸１０９を介して、シリンダブロック１０３をクランクケース１０４に近接させる向きにスライド移動させる駆動力として伝達される。
【００４９】
なお、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが完全に一致した状態（図３（ａ））では、一本のカム軸１０９に取り付けられた複数の可動軸受部１０９ｃが、シリンダを上下にスライドさせずに空転してしまう可能性もある。このため、本実施例のエンジンの圧縮比変更機構では、図３（ａ）のように、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図３（ａ）の状態のカム軸１０９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸１０９で正方向は逆回転方向）、図３（ｃ）の状態の回転位置は矢印Ｘ＋に沿った正方向の９０°となるが、図３（ａ）に示す０゜の近辺（例えば、５゜程度）を使用しないようにして５°〜９０°の範囲でカム軸回転を実現することで、上述したような問題を解消し得る。実際のシリンダブロック１０３のスライド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、５°〜９０°の範囲で規定の圧縮比範囲が得られるよう、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃの偏心量を定めれば良く、実際の設計に
当たってこのことは何ら問題ない。
【００５０】
また、圧縮比変更機構の構成としては、クランクケース１０４に対してシリンダブロック１０３を下死点側にスライドさせる構成を採用することもできる。この場合のカム軸１０９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）のカム軸角度とすればよい。また、クランクケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライドさせて使用する場合に、カム軸１０９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００５１】
以上説明した構成により、サーボモータ１１２の出力する駆動力によりシリンダブロック１０３とクランクケース１０４とをシリンダ１０２の軸線方向に相対的にスライド移動させ、燃焼室容積を変化させることによって、エンジン１００の圧縮比を機械的に変更可能な、圧縮比変更機構が実現される。
【００５２】
本実施例では、この圧縮比変更機構を駆動制御することにより、エンジン１００の圧縮比を所定の目標圧縮比に変更する圧縮比可変制御を行う。
【００５３】
図４は、本実施例の圧縮比可変制御を行うための制御ブロック図を示す図である。
【００５４】
図４のＥＣＵ１６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等の既知の構成を有するコンピュータである。ＥＣＵ１６０には、スロットルセンサ１６１、アクセル開度センサ１６２、クランク角度センサ１６３、サーボモータ１１２の回転角度を取得するモータ回転角センサ１６４、エンジン１００の冷却水温を取得する水温センサ１６５、エンジン１００の燃焼室内の筒内圧を取得する筒内圧センサ１６６等の各種センサが接続され、これら各種センサからの出力信号がＥＣＵ１６０に入力される。また、ＥＣＵ１６０には、サーボモータ１１２等の各種機器が接続され、これら各種機器の動作がＥＣＵ１６０から出力される制御信号により制御される。
【００５５】
ＥＣＵ１６０のＲＯＭには、図５に示すような、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて目標圧縮比を定めた目標圧縮比マップが格納されている。目標圧縮比マップは、回転数及び負荷の他に、冷却水温、吸気温度、吸気圧等の運転条件に応じて更に細かく最適な目標圧縮比を定めた複数のマップから構成されるようにしても良い。目標圧縮比は、回転数、負荷、その他の運転条件毎に、燃費性能、耐ノック性能、エミッション、ドライバビリティ等の機関性能を最適化することが可能な圧縮比として予め適合等により定められ、マップ化されている。
【００５６】
ＥＣＵ１６０は、各種センサから入力される検出信号に基づいて、エンジン１００の運転条件及び現在の実際の圧縮比を取得する。現在の実際の圧縮比は、モータ回転角センサ１６４からのセンサ出力からサーボモータ１１２の回転角度位置を算出し、算出された回転角度位置に基づいてエンジン１００の実際の圧縮比を算出することによって取得することができる。
【００５７】
ＥＣＵ１６０は、上記取得したエンジン１００の運転条件に応じた目標圧縮比を、上述したマップを参照して決定する。更に、現在の圧縮比と目標圧縮比との偏差に応じて、圧縮比変更機構によって圧縮比を変化させる際の目標変化速度を求め、その目標変化速度とシリンダブロック１０３のスライド移動速度や、カム軸１０９の回転速度、サーボモータ１１２の回転速度との関係やウォームホイール１１０やウォーム１１１における減速比に基づいて、サーボモータ１１２の回転速度の目標値を算出する。そして、算出された目標回転速度でサーボモータ１１２を動作させるべくＥＣＵ１６０はサーボモータ１１２に制御信号を出力する
【００５８】
次に、本実施例におけるサーボモータ１１２の回転速度制御について説明する。なお、サーボモータ１１２の回転速度は、カム軸１０９の回転速度や、シリンダブロック１０３のスライド移動速度と対応関係がある。従って、以下の議論は、サーボモータ１１２の回転速度の代わりに、カム軸１０９の回転速度やシリンダブロック１０３のスライド移動速度で考えても同様である。これらの回転速度やスライド移動速度は、「圧縮比変更機構の動作速度」として概念的・総括的に捉えることができ、これは本発明における「可動部材の動作速度」に対応する。
【００５９】
本実施例の圧縮比変更機構の構成では、エンジン１００の筒内圧は、シリンダブロック１０３とクランクケース１０４とを離間させる向きの力として圧縮比変更機構に作用する。従って、シリンダブロック１０３とクランクケース１０４とを近接させる高圧縮比側への圧縮比変更においては、サーボモータ１１２にかかる荷重が筒内圧に応じて大きくなる。特に、高負荷運転時や圧縮比が高い状態等の筒内圧が非常に大きくなり得る運転条件下では、筒内圧による荷重がサーボモータ１１２の駆動力に対して過大となり、サーボモータ１１２の動作が減速し、場合によっては一時的に停止することがある。サーボモータ１１２の動作が停止すると、カム軸１０９の回転運動やシリンダブロック１０３のスライド移動も停止することになる。
【００６０】
停止状態となったサーボモータ１１２を再び目標の回転速度まで加速させる際には、非常に大きな荷重がサーボモータ１１２にかかる。これは、カム軸１０９やシリンダブロック１０３等の可動部が静止状態から動作状態に遷移する際の静止摩擦力が大きいこと、また、これら可動部が停止状態から動作し始めた直後の動作速度の遅いときは、可動部における潤滑のための油膜が形成されにくくなるため、可動部における動摩擦力も大きくなることに因っている。
【００６１】
従って、本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御では、サーボモータ１１２の回転速度を、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、サーボモータ１１２が停止状態にならないような回転速度に制御する。つまり、圧縮比を目標圧縮比まで変化させる過程で、筒内圧による荷重でサーボモータ１１２の回転速度が減速した場合であっても、サーボモータ１１２が停止状態には至らないような高速の回転速度で、サーボモータ１１２を動作させる。
【００６２】
このような高速の回転速度の下限値、すなわち、その回転速度でサーボモータ１１２を動作させた場合に、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、サーボモータ１１２にかかる荷重によってサーボモータ１１２の動作が停止状態になることがない、という条件を満たす回転速度の下限値を、以下「高速側下限速度β」と称することにする。本実施例では、サーボモータ１１２の回転速度が高速側下限速度より遅い速度にならないように、サーボモータ１１２の回転速度制御を行う。
【００６３】
ところで、エンジン１００の高負荷運転状態や圧縮比が高い状態のように筒内圧が非常に高くなり得る運転条件下においても、その筒内圧による大きな荷重に抗してサーボモータ１１２を回転させ続けるためには、サーボモータ１１２には非常に大きな駆動力を出力することが要求される。このような大出力のサーボモータを搭載することは装置の規模やコストの点などから現実的ではない場合が多い。従って、筒内圧が大きくなり得る運転条件下での圧縮比の変更の際には、一時的にサーボモータ１１２の回転が停止状態となることを許容し、断続的にサーボモータ１１２を動作させて、断続的に圧縮比を変化させて目標圧縮比まで到達させる。このとき、上述のように、停止状態のサーボモータ１１２を再び動作状態にさせる際に、サーボモータ１１２にかかる荷重が増大することが避けられない。
【００６４】
ここで、停止状態のサーボモータ１１２を再び動作状態にする際にサーボモータ１１２にかかる荷重の大きさは、サーボモータ１１２が停止状態から目標の回転速度まで加速する際の加速度に応じて変わる。すなわち、停止状態のサーボモータ１１２をより高速の回転速度まで加速する場合には、より大きな加速度でサーボモータ１１２の回転を加速させる必要があり、その加速度が大きくなるほどサーボモータ１１２にかかる荷重も大きくなる傾向がある。従って、停止状態のサーボモータ１１２を再び動作させる際のサーボモータ１１２の目標回転速度が過剰に高速でなければ、サーボモータ１１２にかかる荷重が過剰に増大することを抑制できる。
【００６５】
そこで、本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御では、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる過程でサーボモータ１１２が停止することがあるような回転速度で、サーボモータ１１２を動作させる場合には、停止状態となったサーボモータ１１２を動作させて再びその回転速度まで加速する際にサーボモータ１１２にかかる荷重が、所定の基準値以下であるような低速の回転速度で、サーボモータ１１２を動作させる。
【００６６】
ここで、「基準値」は、サーボモータ１１２の出力可能な駆動力の最大値に基づいて定める。なお、サーボモータ１１２の消費電力が許容上限以下になるような荷重の最大値に基づいて定めるようにしても良い。
【００６７】
このような低速の回転速度の上限値、すなわち、その回転速度でサーボモータ１１２を動作させた場合に、圧縮比変更機構によって圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際に、サーボモータ１１２にかかる荷重によってサーボモータ１１２の動作が一時的に停止状態になることがあるものの、当該停止状態のサーボモータ１１２を再びその回転速度まで加速させる際にサーボモータ１１２にかかる荷重が所定の基準値以下である、という条件を満たす回転速度の上限値を、以下「低速側上限速度α」と称することにする。本実施例では、サーボモータ１１２の回転速度が低速側上限速度より速い速度にならないように、サーボモータ１１２の回転速度制御を行う。
【００６８】
以上説明したように、本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御では、サーボモータ１１２の回転速度Ｎが低速側上限速度αより速く高速側下限速度βより遅い速度にならないように制御する。この低速側上限速度αより速く高速側下限速度βより遅い回転速度の範囲を「禁止速度域」と称することにする。
【００６９】
図６は、サーボモータ１１２の回転速度Ｎと、当該回転速度でサーボモータ１１２を動作させて圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際にサーボモータ１１２にかかる荷重（要求トルク）の最大値Ｔと、の関係を概念的に示した図である。
【００７０】
サーボモータ１１２の回転速度Ｎが高速側下限速度βより遅い速度領域では、筒内圧による荷重が大きくなった時にサーボモータ１１２の動作が一時的に停止することがある。その場合、圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際にサーボモータ１１２にかかる荷重の最大値Ｔは、停止状態のサーボモータ１１２を再度動作速度Ｎまで加速する際にサーボモータ１１２にかかる荷重である。
【００７１】
この停止状態からの再加速の際にかかる荷重は、上述したように、加速度が大きいほど、従って動作速度Ｎが高速であるほど、大きくなる傾向がある。従って、高速側下限速度βより遅い速度領域では、回転速度Ｎと荷重の最大値Ｔとの関係は、図６の曲線Ｔ１に示すように傾きが正になる。
【００７２】
この曲線Ｔ１において、荷重の最大値Ｔがサーボモータ１１２の出力可能な駆動力の最大値Ｔｍａｘと一致する点に対応する回転速度を、低速側上限速度αと定める。この場合、低速側上限速度αより速い回転速度まで停止状態のサーボモータ１１２を加速させることは、サーボモータ１１２の性能では困難であることを意味する。
【００７３】
サーボモータ１１２が停止状態とならない高速側下限速度β以上の速度領域では、ある程度減速されても、摩擦の増加が少ない。そのため、禁止速度域内の回転速度よりサーボモータ１１２の回転速度は高速であるにもかかわらず、曲線Ｔ２に示すように、サーボモータ１１２にかかる荷重の最大値は比較的小さい。
【００７４】
本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御では、上述したように目標圧縮比と現在の圧縮比との偏差に応じてサーボモータ１１２の回転速度の目標速度を算出し、算出された目標速度が禁止速度域に含まれる速度であった場合には、該目標速度を禁止速度域に含まれない速度に増速補正又は減速補正し、該補正後の速度をサーボモータ１１２の回転速度制御の最終的な制御目標値とすることとした。
【００７５】
この本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御の実行手順について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンはエンジン１００の稼働中ＥＣＵ１６０によって所定間隔で繰り返し実行される。
【００７６】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６０は、エンジン１００の運転状態を取得する。具体的には、上述した各種センサから入力される検出信号を読み込み、スロットル開度、アクセル開度、クランク角度θ、サーボモータの回転角度、冷却水温、吸気温度、吸気圧、トランスミッションの状態、エンジン回転数、エンジン要求負荷、現在のエンジン１００の圧縮比ε等の情報を算出・取得する。
【００７７】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６０は、目標圧縮比εＴＲＧを算出する。すなわち、ステップＳ１０１で取得したエンジン運転状態に応じて、上述した目標圧縮比マップから目標圧縮比εＴＲＧを読み込む。
【００７８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６０は、エンジン１００の圧縮比を変更すべきか否か判定する。すなわち、ステップＳ１０２において算出した目標圧縮比εＴＲＧとステップＳ１０１で取得した現在のエンジン１００の圧縮比εとが一致しているか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定（圧縮比を変更すべきと判定）された場合には、ＥＣＵ１６０はステップＳ１０４に進む。一方、本ステップにおいて否定判定（圧縮比を変更する必要なしと判定）された場合には、ＥＣＵ１６０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００７９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６０は、目標圧縮比εＴＲＧと現在の圧縮比εとの偏差Δεを算出し、続くステップＳ１０５において、この偏差Δεに基づいて、サーボモータ１１２の回転速度の目標速度ＮＴＲＧを算出する。
【００８０】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０５で算出した目標速度ＮＴＲＧが禁止速度域内に含まれる速度であるか否かを判定する。本ステップにおいて、目標速度ＮＴＲＧが禁止速度域に含まれていない（ＮＴＲＧ≦α、又は、β≦ＮＴＲＧ）と判定された場合、ＥＣＵ１６０はステップＳ１０７に進み、サーボモータ１１２の回転速度制御の最終的な制御目標値ＮＦＩＮとして当該目標速度ＮＴＲＧを設定する。
【００８１】
一方、本ステップにおいて、目標速度ＮＴＲＧが禁止速度域内の速度である（α＜ＮＴＲＧ＜β）と判定された場合、ＥＣＵ１６０はステップＳ１０８に進み、サーボモータ１
１２の回転速度制御の最終的な制御目標値ＮＦＩＮとして、低速側上限速度α又は高速側下限速度βを設定する。低速側上限速度α又は高速側下限速度βの選択は、例えば、現在のサーボモータ１１２の回転速度により近い方を選択する、目標速度ＮＴＲＧにより近い方を選択する、偏差Δεがある基準値より大きければ高速側下限速度βを設定し、小さければ低速側上限速度αを設定する、等の方法で決定することができる。この他の選択方法であっても良い。また、高速側下限速度βより速い速度又は低速側上限速度αより遅い速度に設定することもできる。
【００８２】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０７又はステップＳ１０８で設定された最終制御目標値ＮＦＩＮに対応する制御信号をサーボモータ１１２に出力して、本ルーチンを一旦抜ける。
【００８３】
以上説明した本実施例のサーボモータ１１２の回転速度制御を実行することにより、サーボモータ１１２にかかる駆動力が過大になることを抑制することができるので、サーボモータ１１２として大型のモータを搭載する必要がなくなり、装置の小型化やコストの削減が可能になる。また、モータへの要求トルクが過剰に大きくなることを抑制できるので、電力消費を低減できる。
【００８４】
なお、禁止速度域は、エンジン１００の運転条件や圧縮比変更条件（圧縮比変更方向、目標圧縮比、現在の圧縮比等の条件）によって異なる速度範囲としても良い。例えば、エンジン負荷が高負荷側になるほど、高速側下限速度βをより高速側の速度とし、低速側上限速度αをより低速側の速度としても良い。また、制御をより簡単化するために、エンジン１００の運転条件等によらずに、ある一定の中速回転の速度範囲を禁止速度域として設定しても良い。
【００８５】
また、どのような回転速度でサーボモータ１１２を動作させても、荷重によるサーボモータ１１２の停止が起こらないような運転条件・圧縮比変更条件においては、禁止速度域は存在しない。例えば、低圧縮比側への圧縮比変更の場合には、筒内圧に起因する力は圧縮比変更機構による圧縮比変更を補助するように作用するので、筒内圧による荷重による圧縮比変更機構の動作の停止は起こらないと考えられる。このような場合には、サーボモータ１１２に可能な全ての回転速度が高速側下限速度β以上の速度ということになるので、禁止速度域は存在しない。
【００８６】
また、高圧縮比側への圧縮比変更の場合であっても、低負荷運転状態等の筒内圧がそれほど大きくならない場合には、筒内圧による荷重がかかっても圧縮比変更機構の動作が停止しない場合が考えられる。このような場合にも、サーボモータ１１２に可能な全ての回転速度が高速側下限速度β以上の速度ということになるので、禁止速度域は存在しない。
【００８７】
また、高圧縮比側への圧縮比変更の場合であって、且つ、筒内圧による荷重によって圧縮比変更機構の動作が停止することがある場合であっても、低負荷運転状態等の筒内圧がそれほど大きくならない場合には、停止状態の圧縮比変更機構を再び動作させる際にサーボモータ１１２にかかる荷重が常に上記基準値以下となる場合が存在することが考えられる。このような場合には、低速側上限速度αは高速側下限速度βと一致することになるので、禁止速度域は存在しない。
【００８８】
このように、エンジン１００の運転条件や圧縮比変更機構による圧縮比変更条件（圧縮比変更方向、目標圧縮比、現在の圧縮比等の条件）によっては、禁止速度域が存在しない場合もある。禁止速度域が存在しない場合には、目標圧縮比εＴＲＧと現在の圧縮比εとの偏差Δεに基づいて算出されたサーボモータ１１２の目標回転速度ＮＴＲＧをそのままサーボモータ１１２の回転速度制御の最終制御目標値ＮＦＩＮとする。
【実施例２】
【００８９】
次に、圧縮比変更機構に対して機構的な工夫を加えることによってサーボモータ１１２にかかる荷重が過大になることを抑制することを図った実施例について説明する。
【００９０】
図８は本実施例の圧縮比変更機構の構成を示す分解斜視図である。実施例１と実質的に同一の構成要素には同一の符号及び名称を用いることにして、詳細な説明を省略する。図８に示すように、本実施例の圧縮比変更機構は、サーボモータ１１２とウォーム１１１との間に、慣性モーメントを変更可能な可変慣性フライホイール１８０Ａを備えた構成、ウォームホイール１１０とカム軸１０９との間に、慣性モーメントを変更可能な可変慣性フライホイール１８０Ｂを備えた構成、又は、可変慣性フライホイール１８０Ａ、１８０Ｂの両方を備えた構成、のいずれかの構成を有する。
【００９１】
この可変慣性フライホイール１８０Ａ、１８０Ｂ（以下、両者に共通の内容を説明する場合には、単に「可変慣性フライホイール１８０」としてこれらを総括的に参照する）は、サーボモータ１１２にかかる荷重によってサーボモータ１１２の回転速度が減速させられる条件が成立する場合には、その慣性モーメントが増加し、サーボモータ１１２の駆動力によってサーボモータ１１２の回転速度を加速させる条件が成立する場合には、その慣性モーメントが減少するように、慣性モーメントが変化する。
【００９２】
サーボモータ１１２にかかる荷重によってサーボモータ１１２の回転速度が減速させられる条件としては、筒内圧が高くなる高負荷運転状態や圧縮比が高い状態において圧縮比を高圧縮比側へ変更する条件や、サーボモータ１１２の回転速度が低速である条件等を例示できる。このような減速条件が成立する場合に可変慣性フライホイール１８０の慣性モーメントが増加すると、サーボモータ１１２の回転速度が減速させられにくくなる。すなわち、サーボモータ１１２の動作が停止状態になりにくくなる。
【００９３】
このことは、サーボモータ１１２にかかる荷重によってサーボモータ１１２が停止状態とならない回転速度の下限値に基づいて定められるところの高速側下限速度βを、より低速側の速度に設定できることを意味する。つまり、禁止速度域を高速側から狭くすることができる。
【００９４】
また、サーボモータ１１２の回転速度をサーボモータ１１２の駆動力によって加速させる条件としては、停止状態のサーボモータ１１２を再び動作させる場合や、動作開始直後のサーボモータ１１２を目標の回転速度まで加速させる場合等である。このような加速条件が成立する場合に可変慣性フライホイール１８０の慣性モーメントが減少すると、サーボモータ１１２の回転速度を加速させ易くなる。すなわち、より高速側の回転速度まで、より小さい駆動力によって加速することが可能になる。
【００９５】
このことは、停止状態のサーボモータ１１２をその回転速度まで加速させる際にサーボモータ１１２にかかる荷重が基準値を超えないような回転速度の上限値として定められるところの低速側上限速度αを、より高速側の速度に設定できることを意味する。つまり、禁止速度域を低速側から狭くすることができる。
【００９６】
このように、本実施例にかかる可変慣性フライホイール１８０を圧縮比変更機構に備えることによって、サーボモータ１１２にかかる荷重が過大になることをより一層好適に抑制することが可能となるとともに、サーボモータ１１２を大型化することなく禁止速度域の範囲を縮小することができ、サーボモータ１１２の回転速度制御の自由度を拡げることが可能となる。
【００９７】
本実施例において、サーボモータ１１２とウォーム１１１との間に可変慣性フライホイール１８０Ａを備えた場合には、サーボモータ１１２が出力するトルクを小さくすることができるので、サーボモータ１１２を小型化することができ、可変慣性フライホイールの慣性モーメントの可変幅を小さくすることができる。一方、ウォームホイール１１０とカム軸１０９との間に可変慣性フライホイール１８０Ｂを備えた場合には、カム軸１０９の剛性に起因するねじれの影響を小さくすることができるので、カム軸１０９の回転速度の制御精度を向上させることができる。
【００９８】
本実施例における可変慣性フライホイール１８０としては、種々の公知の構成を有するものを用いることができる。好ましくはサーボモータ１１２、カム軸１０９の正逆両回転方向で上記のような慣性モーメントの可変特性を有する構成が好ましいが、上述のように、本実施例の可変慣性フライホイール１８０は、主に高圧縮比側への圧縮比変更においてサーボモータ１１２を減速させられにくく且つ加速させ易くすることができれば、サーボモータ１１２にかかる荷重を抑制するという効果を奏することができる。よって、少なくとも圧縮比を高圧縮比側へ変化させる場合のサーボモータ１１２やカム軸１０９の回転方向について、減速時に慣性モーメントが増加し、加速時に慣性モーメントが減少するという特性を有する構成であれば本実施例の可変慣性フライホイール１８０として好適に用いることができる。
【００９９】
例えば、図９のように、慣性モーメントが一定であるフライホイール本体４１と、慣性モーメントが可変となる可変慣性モーメント部４０と、から構成される可変慣性フライホイール１８０を例示できる。フライホイール本体４１は、円盤状の形状を有し、回転中心４６を中心として、高圧縮比側への圧縮比変更時に図中の矢印方向に回転し、回転中心４６周りの慣性モーメントは一定である。
【０１００】
可変慣性モーメント部４０は、第１の移動体４３、第２の移動体４４、ばね４５から主に構成される。また、フライホイール本体４１には溝４２が設けられており、溝４２内において、フライホイールの回転方向側の位置ほど、回転中心４６との距離が長くなるように配置されている。そして、溝４２内を、第１の移動体４３及び第２の移動体４４が移動可能に構成され、フライホイールの回転方向に沿って、第２の移動体４４、第１の移動体４３の順に溝４２内に収容されている。第２の移動体４４と溝４２内の回転方向と反対側の一端との間には、ばね４５が設けられている。
【０１０１】
ここで、図９（ａ）は、フライホイールが一定速度で回転している状態において、ばね４５に第１の移動体４３及び第２の移動体４４の自重と遠心力の分力がかかり釣り合っている状態を示している。ここで、フライホイールが加速を行うと、第１の移動体４３及び第２の移動体４４に、フライホイールの回転方向とは逆方向の慣性力が作用する。この慣性力によって、第１の移動体４３及び第２の移動体４４は、ばね４５の付勢力に抗して溝４２内をばね４５が設けられた方向に移動する。その状態を図９（ｂ）に示す。
【０１０２】
図９（ｂ）に示すように、フライホイールの加速によって第１の移動体４３及び第２の移動体４４がばね４５が設けられた方向に溝４２内を移動すると、各移動体４３、４４と回転中心４６との距離が、それぞれＬ３からＬ３’、Ｌ４からＬ４’に変化して、短くなる。そのため、回転中心４６周りの各移動体４３、４４の慣性モーメントが減少し、結果としてフライホイールの慣性モーメントが減少する。
【０１０３】
逆に、図９（ａ）の状態でフライホイールが減速されると、第１の移動体４３及び第２の移動体４４に、フライホイールの回転方向と同方向の慣性力が作用する。この慣性力によって、第１の移動体４３及び第２の移動体４４は、ばね４５の付勢力に抗して溝４２内をばね４５が設けられた方向とは逆方向に移動する。その状態を図９（ｃ）に示す。
【０１０４】
図９（ｃ）に示すように、フライホイールの減速によって第１の移動体４３及び第２の移動体４４がばね４５が設けられた方向とは逆方向に溝４２内を移動すると、各移動体４３、４４と回転中心４６との距離が、それぞれＬ３からＬ３’’、Ｌ４からＬ４’’に変化して、長くなる。そのため、回転中心４６周りの各移動体４３、４４の慣性モーメントが増加し、結果としてフライホイールの慣性モーメントが増加する。
【０１０５】
フライホイールの加速又は減速状態が終了して一定速度での回転状態に戻ると、再び図９（ａ）のようなばね４５の付勢力とつりあった状態になる。
【０１０６】
本実施例の可変慣性フライホイール１８０としては、上記図９に示した構成に限られない。このような機械的な構成によって慣性モーメントの変化を起こさせるものではなく、外部からの制御信号によってその慣性モーメントを変化させるような構成を有しているものであっても良い。その場合、サーボモータ１１２の回転速度が荷重により減速させられる条件の成立を検知した場合に、慣性モーメントを増加させるような制御を行い、サーボモータ１１２の回転速度を加速させる条件の成立を検知した場合に、慣性モーメントを減少させるような制御を行うことで、本発明を実施することができる。
【０１０７】
このような構成を有する可変慣性フライホイールとしては、フライホイールを本体及び本体と連結又は分離可能な分離部の２つの部分により構成し、通常時には本体に備えた永久磁石により分離部を本体に連結し、慣性モーメントを減少させるべき時には、分離部の周囲に配置された電磁石を励磁して永久磁石より大きな磁力を発生せしめ、分離部を電磁石に吸着させて本体から分離する構成とすることもできる。このような構成を有する可変慣性フライホイールでは、電磁石への通電の切り替えによって、外部から可変慣性フライホイールの慣性モーメントを制御できる。このような可変慣性フライホイールを本実施例に適用した場合は、例えば、サーボモータ１１２の回転速度が減速させられる条件の成立時に、電磁石の通電を切り、サーボモータ１１２の回転速度を加速させるべき条件の成立時に、電磁石を通電させる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例に係るエンジンの概略構成を示す斜視図である。
【図２】実施例１に係るエンジン及び圧縮比変更機構の概略分解斜視図である。
【図３】実施例に係るエンジン及び圧縮比変更機構の断面図である。
【図４】実施例に係る圧縮比可変制御を行うための制御ブロック図である。
【図５】実施例に係る目標圧縮比マップを示す概念図である。
【図６】サーボモータの回転速度と圧縮比を目標圧縮比まで変化させる際にサーボモータにかかる荷重（要求トルク）の最大値との関係を例示した図である。
【図７】実施例に係るサーボモータの回転数制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図８】実施例２に係るエンジン及び圧縮比変更機構の概略分解斜視図である。
【図９】実施例２に係る可変慣性フライホイールの概略構成を示す図である。図９（ａ）はフライホイールが定速運動している状態、図９（ｂ）はフライホイールが加速している状態、図９（ｃ）はフライホイールが減速している状態を示す。
【符号の説明】
【０１０９】
１００ エンジン
１０２ シリンダ
１０３ シリンダブロック
１０４ クランクケース
１０５ カム収納孔
１０６ ボルト
１０７ キャップ
１０８ 軸受収納孔
１０９ カム軸
１０９ａ      軸部
１０９ｂ      カム部
１０９ｃ      可動軸受部
１０９ｄ      取付部
１１０ ウォームホイール
１１１ａ、１１１ｂ   ウォーム
１１２ サーボモータ
１１５ クランクシャフト
１３０ 隆起部
１３２ 立壁部
１６０ ＥＣＵ
１６１ スロットルセンサ
１６２ アクセル開度センサ
１６３ クランク角度センサ
１６４ モータ回転各センサ
１６５ 水温センサ
１６６ 筒内圧センサ
１７０ ピストン
１７１ コンロッド
１８０Ａ，１８０Ｂ   可変慣性フライホイール
１８１ 軸
４０   可変慣性モーメント部
４１   フライホイール本体
４２   溝
４３   第１の移動体
４４   第２の移動体
４５   ばね
４６   回転中心
【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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