(57)【要約】【課題】ピストンとシリンダとの間のフリクションが内燃機関の運転条件に応じて最適な状態となるようにクランクオフセットを設定する技術を提供する。【解決手段】内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、気筒内の燃料の着火時期を取得する着火時期取得手段と、を備え、（イ）着火時期が上死点以降の時期である場合には、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが上死点から下死点へ下降する途中に存在するクランクオフセットである正のクランクオフセットに設定し、（ロ）着火時期が上死点より進角側である場合には、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが下死点から上死点へ上昇する途中に存在するクランクオフセットである負のクランクオフセット又は０に設定する。【選択図】図７
2009115033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットであるクランクオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、
気筒内の燃料の着火時期を取得する着火時期取得手段と、
前記着火時期に応じて前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを可変制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記着火時期取得手段によって取得された着火時期が、
（イ）上死点以降の時期である場合には、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが上死点から下死点へ下降する途中に存在するクランクオフセットである正のクランクオフセットに設定し、
（ロ）上死点より進角側である場合には、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが下死点から上死点へ上昇する途中に存在するクランクオフセットである負のクランクオフセット又は０に設定する
ことを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
筒内圧を測定する筒内圧測定手段を更に備え、
前記着火時期取得手段は、前記筒内圧測定手段によって測定された筒内圧に基づいて着火時期を取得する
ことを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【請求項３】
内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットであるクランクオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、
内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記運転状態に応じて前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを可変制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記運転状態取得手段によって取得された運転状態が、
（イ）所定の中高負荷運転状態である場合、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが上死点から下死点へ下降する途中に存在するクランクオフセットである正のクランクオフセットに設定し、
（ロ）所定の低負荷運転状態である場合、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが下死点から上死点へ上昇する途中に存在するクランクオフセットである負のクランクオフセット又は０に設定する
ことを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【請求項４】
内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットであるクランクオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、
内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記運転状態に応じて前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを可変制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記運転状態取得手段によって取得された運転状態が、内燃機関の始動直後の所定の低負荷運転状態である場合、クランクオフセットを、コンロッドとシリンダの中心線とが平行になる時期がピストンが下死点から上死点へ上昇する途中に存在するクランクオフセットである負のクランクオフセットに設定し、そのオフセット量の絶対値を、前記内燃機関の始動直後の所定の低負荷運転状態以外の運転状態であってクランクオフセットが負のクランクオフセットに設定される運転状態におけるオフセット量の絶対値
より大きくすることを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【請求項５】
請求項１−４のいずれか１項において、
シリンダの振動を測定する振動測定手段と、
前記振動測定手段によって測定される振動の大きさが所定の許容上限値より大きい場合に、
（イ）クランクオフセットが正ならば、前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを負の側に補正し、
（ロ）クランクオフセットが負ならば、前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを正の側に補正する
補正手段と、
を更に備えることを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記振動測定手段によって測定される振動の大きさの最大値が、前記クランクオフセット可変機構によるクランクオフセットの設定値によらず所定の基準値より大きくならない場合、ピストンリング又はシリンダライナが過剰に摩耗していると判定する判定手段を更に備えることを特徴とするクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸の回転中心をシリンダの中心線からオフセットさせた内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、予混合圧縮自着火エンジンにおいて、圧縮上死点から膨張下死点までのクランク角度が１８０度より小さくなるようにクランクオフセットを設定することによって燃焼騒音を抑制することを図る技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３４４６６８号公報
【特許文献２】特開平７−１５０９６９号公報
【特許文献３】特開２００１−２６３１１４号公報
【特許文献４】特開２００１−５０３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ピストンとシリンダとの間のフリクションの大きさや、クランク角度（ピストンの位置）に対するフリクションの変化の仕方は、クランクオフセットに応じて変化する。ピストンとシリンダの間のフリクションは、気筒内の燃料の燃焼状態との関連において、シリンダライナ等の機関部品の耐久性や燃焼の安定性等に影響する。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、クランクオフセットを可変とする機構を備えた内燃機関において、ピストンとシリンダとの間のフリクションが内燃機関の運転条件に応じて最適な状態となるようにクランクオフセットを設定する技術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】
【０００５】
シリンダの中をピストンが上下運動する時に、シリンダとピストンの間にはフリクションが発生する。ピストンが上昇する時（下死点から上死点まで）には、ピストンの上昇を妨げる向きにフリクションが発生し、ピストンが下降する時（上死点から下死点まで）には、ピストンの下降を妨げる向きにフリクションが発生する。このフリクションの大きさは、シリンダの中心線とピストンのクランク軸とを接続するコンロッドとが平行になる時に最も小さくなる。
【０００６】
クランクオフセットが０の場合、上死点及び下死点においてコンロッドとシリンダ中心線とが平行になる。従って、ピストンとシリンダとの間のフリクションの大きさは、ピストンが上死点から下死点へ下降する時と、下死点から上死点へ上昇する時とで、同程度になる。
【０００７】
クランクオフセットが、上死点から下死点へピストンが下降する途中においてコンロッドとシリンダ中心線とが平行になるように設定された場合（このようなクランクオフセットを本明細書では「正のクランクオフセット」と定義する）、ピストンが上死点から下死点へ下降する時のピストンとシリンダとの間のフリクションはクランクオフセットが０の場合と比較して小さくなるが、逆に、ピストンが下死点から上死点へ上昇する時のピストンとシリンダとの間のフリクションはクランクオフセットが０の場合と比較して大きくなる。
【０００８】
クランクオフセットが、下死点から上死点へピストンが上昇する途中においてコンロッ
ドとシリンダ中心線とが平行になるように設定された場合（このようなクランクオフセットを本明細書では「負のクランクオフセット」と定義する）、ピストンが下死点から上死点へ上昇する時のピストンとシリンダとの間のフリクションはクランクオフセットが０の場合と比較して小さくなるが、逆に、ピストンが上死点から下死点へ下降する時のピストンとシリンダとの間のフリクションはクランクオフセットが０の場合と比較して大きくなる。
【０００９】
このように、クランクオフセットに応じて、ピストンとシリンダとの間のフリクションが大きくなる時期が異なる。
【００１０】
燃料の燃焼時には、ピストンに燃焼に伴う大きな圧力がかかるため、ピストンとシリンダとの間のフリクションも急激に増大する。そのため、燃焼に伴ってピストンにかかる圧力が大きくなる時期と、上述したクランクオフセットに応じて定まるピストンとシリンダとの間のフリクションが大きくなる時期と、が重なると、ピストンとシリンダとの間に過大なフリクションがかかり、シリンダライナの摩耗や内燃機関の耐久性低下を招く可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明では、着火時期以降の時期を、燃焼に伴ってピストンにかかる圧力が大きくなる時期と考え、着火時期以降の時期と、クランクオフセットに応じて定まる上記フリクションが大きくなる時期とが重ならないように、クランクオフセットを可変制御するようにした。具体的には、
内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットであるクランクオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、
気筒内の燃料の着火時期を取得する着火時期取得手段と、
前記着火時期に応じて前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを可変制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記着火時期取得手段によって取得された着火時期が、上死点以降の時期である場合には、クランクオフセットを正のクランクオフセットに設定する。これにより、上死点以降におけるフリクションが上死点以前におけるフリクションより比較的小さくなり、フリクションが比較的小さい時期において燃料が燃焼するようになるので、燃焼時にピストンとシリンダとの間にかかるフリクションが過大になることを抑制できる。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記着火時期取得手段によって取得された着火時期が、上死点より進角側である場合には、クランクオフセットを負のクランクオフセット又は０に設定する。これにより、上死点以前におけるフリクションが上死点以降におけるフリクションより比較的小さくなり、フリクションが比較的小さい時期において燃料が燃焼するようになるので、燃焼時にピストンとシリンダとの間にかかるフリクションが過大になることを抑制できる。
【００１３】
このように、本発明は、燃焼に伴う大きな圧力がピストンにかかる時期と、フリクションが比較的大きくなる時期とが重ならないようにクランクオフセットを制御することによって、燃焼時のピストンとシリンダとの間のフリクションが過大になることを抑制することを特徴とする。そして、燃焼に伴う大きな圧力がピストンにかかる時期を、着火時期取得手段によって取得される着火時期に基づいて推定している。従って、着火時期取得手段による着火時期の取得制度を向上させることで、より確実に燃焼時のフリクションを抑制することができる。
【００１４】
例えば、着火時期取得手段は、内燃機関の運転状態に基づいて着火時期を算出する手段であっても良いし、或いは、筒内圧を測定する筒内圧測定手段を更に備えた構成とし、筒
内圧測定手段によって測定された筒内圧に基づいて着火時期を取得し、次回以降のサイクルにおいて当該取得した着火時期に基づくクランクオフセットの可変制御を行っても良い。
【００１５】
また、燃費性能、排気性能、機関性能等の種々の観点に基づいて、内燃機関の運転状態ごとに着火時期の目標値を予めマップとして持っておくこともできる。この場合、着火時期を取得して取得した着火時期に基づいて上記のクランクオフセット可変制御を行う代わりに、内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段を備えた構成とするとともに、着火時期と関連付けられた内燃機関の運転状態に基づいて上記のクランクオフセット可変制御を行うようにしても良い。
【００１６】
例えば、中高負荷運転状態においてはＮＯｘやスモークの排出を抑制するために上死点近傍又は上死点以降の時期に目標着火時期を設定し、低負荷運転状態においてはＨＣの排出を抑制するために上死点より進角側の時期に目標着火時期を設定する燃焼制御を行うシステムに本発明を適用する場合、本発明は、
内燃機関のシリンダの中心線に対するクランク軸の回転中心のオフセットであるクランクオフセットを変更可能なクランクオフセット可変機構と、
内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記運転状態に応じて前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを可変制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記運転状態取得手段によって取得された運転状態が、
（イ）所定の中高負荷運転状態である場合、クランクオフセットを正のクランクオフセットに設定し、
（ロ）所定の低負荷運転状態である場合、クランクオフセットを負のクランクオフセット又は０に設定する
構成とすることができる。
【００１７】
特に、内燃機関始動直後の低負荷運転状態においては、負のクランクオフセットに設定し、そのオフセット量の絶対値を、内燃機関の始動直後の低負荷運転状態以外の運転状態であってクランクオフセットが負のクランクオフセットに設定されるべく規定された運転状態におけるオフセット量の絶対値より大きくするようにしても良い。
【００１８】
クランクオフセットを大幅に負側の値とすることにより、ピストンが下死点から上死点へ上昇する時のフリクションを大幅に低減することが可能となる。従って、始動直後の低負荷運転状態における燃料の燃焼を安定化させることができる。また、クランクオフセットを大幅に負側の値とした場合、ピストンが上死点から下死点へ下降する時のフリクションは大幅に増大することになる。この膨張行程におけるフリクションの増大は、燃焼の安定性には影響しにくいが、負荷を増大させる。そのため、クランクオフセットを大幅に負側の値としない場合と比較して、始動直後の低負荷運転状態における要求トルクに対してより多くの燃料噴射が可能となる。従って、水温、油温の早期上昇が可能となり、始動後の内燃機関の暖機を早期に完了することができる。
【００１９】
上記のように、クランクオフセットを正に設定した場合、ピストンの下降行程におけるフリクションを低減することはできるが、ピストンの上昇行程におけるフリクションは逆に大きくなる。同様に、クランクオフセットを負に設定した場合、ピストンの上昇行程におけるフリクションを低減することはできるが、ピストンの下降行程におけるフリクションは逆に大きくなる。すなわち、クランクオフセットの絶対値を大きくし過ぎると、ピストンの上下運動においてピストンがシリンダライナに衝突する強さが大きくなり、騒音や機関部品の耐久性の低下等の問題が発生する可能性がある。
【００２０】
そこで、本発明においては、シリンダの振動を測定する振動測定手段を備え、ピストンがシリンダライナに衝突する際の衝突の強さを測定するようにしても良い。そして、振動測定手段によって測定された振動の大きさが所定の許容上限値より大きい場合、クランクオフセットが過剰に正の側に設定されているか、又は、過剰に負の側に設定されているか、いずれかの可能性が考えられるので、このような場合には、クランクオフセットの絶対値を小さくするようにクランクオフセット可変機構を制御しても良い。
【００２１】
具体的には、
（イ）クランクオフセットが正ならば、前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを負の側に補正し、
（ロ）クランクオフセットが負ならば、前記クランクオフセット可変機構によりクランクオフセットを正の側に補正する
補正手段を備えた構成としても良い。
【００２２】
このような補正をすることによって、クランクオフセットを適正値に近付け、騒音や機関部品の摩耗を抑制することができる。
【００２３】
一方、前記振動測定手段によって測定される振動の大きさの最大値が、前記オフセット可変機構によるクランクオフセットの設定値によらず所定の基準値より大きくならない場合、ピストンリング又はシリンダライナが過剰に摩耗していると判定し、運転者にそれを通知して修理交換を促すようにしても良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、クランクオフセットを可変とする機構を備えた内燃機関において、ピストンとシリンダとの間のフリクションが内燃機関の運転条件に応じて最適な状態となるようにクランクオフセットを設定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】
【００２５】
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】
【００２６】
図１は、本実施例に係るクランクオフセット可変機構付き内燃機関の制御システムを適用する内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。内燃機関１は複数のシリンダを有するディーゼルエンジンである。図１は、内燃機関１の、あるシリンダ３の中心線１０を含み、全シリンダの中心線を含む平面に垂直な平面による断面を示している。内燃機関１は、シリンダヘッド２、シリンダ３、クランクケース６を有している。シリンダ３の中にはピストン４が上下に摺動可能に挿入されている。クランクケース６の中にはクランク軸９が備えられている。クランク軸９は紙面に垂直であり、図１では模式的に点で示している。ピストン４のピストンピン７にはコンロッド５の小端部５１が揺動可能に取り付けられ、クランク軸９のクランクピン８にはコンロッド５の大端部５２が揺動可能に取り付けられている。これにより、ピストン４の上下運動は、クランク軸９の周りの破線円１４で示す回転運動に変換される。本実施例では、クランク軸９は図１において時計回りに回転するように構成されている。また、内燃機関１には、内燃機関１を制御する電子制御コンピュータであるＥＣＵ１５が併設されている。ＥＣＵ１５には図示しないエンジン回転数センサや冷却水温センサ等のセンサ出力が入力され、それら各種センサからの情報及び予め設定された各種データに基づいて、ＥＣＵ１５は、後述するクランクオフセット可変機構１３や図示しない燃料噴射システムを駆動制御する。
【００２７】
本実施例において、シリンダ３はクランクケース６に対して可動に構成されている。すなわち、シリンダ３にはラックアンドピニオンギア１１が取り付けられている。そして、クランクケース６に固定されたモータ１２によってラックアンドピニオンギア１１が駆動されることによって、シリンダ３のクランクケース６に対する相対位置が変化する。図１では、シリンダ３の中心線１０上にクランク軸９の回転中心が存在しているが、シリンダ３のクランクケース６に対する相対位置が変化すると、図２又は図３に示すように、シリンダ３の中心線１０に対してクランク軸９の回転中心がオフセットする。すなわち、本実施例において、ラックアンドピニオンギア１１及びモータ１２は、本発明におけるクランクオフセット可変機構を構成する。以下、ラックアンドピニオンギア１１及びモータ１２をクランクオフセット可変機構１３として参照する。
【００２８】
図２は、クランクオフセット可変機構１３によってシリンダ３が紙面右側に移動し、それによってシリンダ３の中心線１０に対してクランク軸９の回転中心が紙面左側にオフセットした場合を示す図である。この場合、図２に示すように、ピストン４が上死点から下死点へ下降する途中に、コンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になる時期が存在する。なお、図２では簡単のためコンロッド５を直線で示している。図２に示すような、ピストン４の下降行程の途中にコンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になる時期が存在するようなクランクオフセットを、本実施例では正のクランクオフセットと定義する。すなわち、シリンダ３の中心線１０に対してクランク軸９の回転中心が紙面左側にオフセットする場合を、クランクオフセットの正の方向と定める。
【００２９】
図３は、クランクオフセット可変機構１３によってシリンダ３が紙面左側に移動し、それによってシリンダ３の中心線１０に対してクランク軸９の回転中心が紙面右側にオフセットした場合を示す図である。この場合、図３に示すように、ピストン４が下死点から上死点へ上昇する途中に、コンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になる時期が存在する。図３に示すような、ピストン４の上昇行程の途中にコンロッド５とシリンダ３の中心線とが平行になる時期が存在するようなクランクオフセットを、本実施例では負のクランクオフセットと定義する。すなわち、シリンダ３の中心線１０に対してクランク軸９の回転中心が紙面右側にオフセットする場合を、クランクオフセットの負の方向と定める。
【００３０】
また、シリンダ３の中心線１０上にクランク軸９の回転中心が存在する場合を、０のクランクオフセットとする。
【００３１】
シリンダ３の中をピストン４が上下運動する時に、シリンダ３とピストン４との間にはフリクションが発生する。ピストン４の上昇行程においては、ピストンの上昇を妨げる向きにフリクションが発生し、ピストン４の下降行程においては、ピストンの下降を妨げる向きにフリクションが発生する。このフリクションの大きさは、シリンダ３の中心線１０とコンロッド５とが平行になる時に最も小さくなる。
【００３２】
図４は、クランクオフセットが正の場合と負の場合とのそれぞれにおいて、ピストン４とシリンダ３との間でフリクションの発生する態様を模式的に示す図である。図４（Ａ）はクランクオフセットが正（ここでは＋１０ｍｍとする）の場合を示し、図４（Ｂ）はクランクオフセットが負（ここでは−１０ｍｍとする）の場合を示している。また、図４（Ａ）及び（Ｂ）のそれぞれにおいて、左側の図は上死点以前（ここではＡＴＤＣ−１５ｄｅｇとする）のピストン４の上昇行程におけるピストン４とシリンダ３との位置関係を示し、右側の図は上死点以降（ここではＡＴＤＣ＋１５ｄｅｇとする）のピストン４の下降行程におけるピストン４とシリンダ３との位置関係を示す図である。なお、図４は状況をわかりやすく示すためにピストン４とシリンダ３との位置関係を誇張して描いている。
【００３３】
図５は、クランク角度に対する、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションの変化の仕方を示すグラフである。図５の横軸は上死点以降の角度で計ったクランク角度（ＣＡ
ＡＴＤＣ）を表す。図５の縦軸は、ピストン４の上昇を妨げる向きを正とした場合のピストン４とシリンダ３との間のフリクションを表す。
【００３４】
クランクオフセットが０ｍｍの場合、ピストン４の上死点及び下死点においてコンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になる。従って、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションは、図５の実線（Ｃ）で示すように、ピストン４の上昇行程と下降行程とで同程度の大きさになる。
【００３５】
クランクオフセットが正の場合、図４（Ａ）に示すように、上死点以降のピストン４の下降行程においてコンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になるので、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションが低減されるが、逆に、上死点以前のピストン４の上昇行程においては、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションが増大する。従って、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションは、図５の破線（Ａ）で示すように、上死点以前ではクランクオフセットが０の場合より大きくなるが、上死点以降ではクランクオフセットが０の場合と比較して小さくなる。
【００３６】
クランクオフセットが負の場合、図４（Ｂ）に示すように、上死点以前のピストン４の上昇行程においてコンロッド５とシリンダ３の中心線１０とが平行になるので、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションが低減されるが、逆に、上死点以降のピストン４の下降行程においては、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションが増大する。従って、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションは、図５の一点鎖線（Ｂ）で示すように、上死点以前ではクランクオフセットが０の場合より小さくなるが、上死点以降ではクランクオフセットが０の場合と比較して大きくなる。
【００３７】
このように、クランクオフセットに応じて、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションが大きくなる時期が異なる。
【００３８】
燃料の燃焼時には、燃焼に伴う大きな圧力がピストン４にかかるため、ピストン４とシリンダ３との間のフリクションも急激に増大する。そのため、燃焼に伴ってピストン４にかかる圧力が大きくなる時期と、上述したクランクオフセットに応じて定まるピストン４とシリンダ３との間のフリクションが大きくなる時期とが重なると、ピストン４とシリンダ３との間に過大なフリクションがかかり、シリンダライナの摩耗や内燃機関の耐久性低下を招く可能性がある。
【００３９】
そこで、本実施例の制御システムでは、着火時期以降の時期を、燃焼に伴ってピストン４にかかる圧力が大きくなる時期と考え、着火時期以降の時期と、クランクオフセットに応じて定まる上記フリクションが大きくなる時期とが重ならないように、クランクオフセットを可変制御するようにした。ここで、本実施例では、運転状態に応じて排気エミッションを最適化するように、内燃機関に応じた目標着火時期を予めマップとして持ち、着火時期がこの目標着火時期になるように燃料噴射等の機関制御を行うシステムを採用している。
【００４０】
図６は、内燃機関１の運転状態と目標着火時期との対応関係を示す図である。図６の横軸はエンジン回転数を表し、縦軸はエンジン負荷を表す。図６に示すように、低負荷領域では、ＨＣ等の未燃燃料成分の排出を抑制するために、目標着火時期を上死点以前の時期に設定している。また、中負荷領域では、ＮＯｘやスモークの排気エミッションを抑制するために、目標着火時期を上死点以後の時期に設定している。また、高負荷領域では出力
特性を優先して、目標着火時期を上死点近傍の時期に設定している。
【００４１】
このように、本実施例のシステムの場合、着火時期と内燃機関１の運転状態とが対応付けられているので、内燃機関１の運転状態に応じて、その運転状態に対応する着火時期以降の時期と、クランクオフセットに応じて定まる上記フリクションが大きくなる時期とが重ならないように、クランクオフセットを可変制御するようにした。具体的には、図７のフローチャートで表されるルーチンに従ってクランクオフセットの可変制御を行う。図７のルーチンは内燃機関１の稼働中、ＥＣＵ１５によって所定間隔毎に繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態を取得する。具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷を取得する。
【００４３】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０１で取得した運転状態が図６のマップにおけるどの運転領域に属しているか判定する。ステップＳ１０２において、内燃機関１の運転状態が図６の低負荷領域に属すると判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２において、内燃機関１の運転状態が図６の中負荷領域又は高負荷領域に属すると判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ１０６に進む。
【００４４】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１５は、内燃機関１が始動直後か否かを判定する。ステップＳ１０３で肯定判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ１０５に進み、否定判定された場合は、ＥＣＵ１５はステップＳ１０４に進む。
【００４５】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１５は、クランクオフセット可変機構１３を駆動してクランクオフセットを−１０ｍｍに設定する。これにより、図５に示すように、クランクオフセットに応じて定まるフリクションは上死点以前の時期において比較的小さくなる。また、内燃機関１の運転状態が低負荷領域に属する場合、図６に示すように着火時期は上死点以前である。従って、本ステップを実行することにより、着火時期以降の燃焼圧力が最も大きくなる時期と、クランクオフセットに応じて定まるフリクションが大きくなる時期とが重なりにくくなるので、燃焼時にシリンダ３やピストン４にかかるフリクションが過大になることを抑制でき、シリンダライナの摩耗やエンジンの耐久性の低下を抑制することが可能になる。
【００４６】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１５は、クランクオフセット可変機構１３を駆動してクランクオフセットを−２０ｍｍに設定する。このように、大幅に負側のクランクオフセットとすることにより、上述のように、ピストン４の上昇行程におけるフリクションが大幅に低減されるとともに、ピストン４の下降行程におけるフリクションは大幅に増加する。ピストン４の上昇行程におけるフリクションが大幅に低減されることによって、上死点以前に着火した燃料の燃焼状態を安定化させることができるので、始動直後の燃焼安定性を向上させることができる。また、ピストン４の下降行程におけるフリクションが大幅に増加することによって負荷が増大するので、始動直後の同じ要求トルクに対してより多くの燃料噴射が行われるようになる。従って、本ステップを実行することにより、始動直後において水温や油温を早期に上昇させることができ、始動直後の暖機を早期に完了することが可能になる。
【００４７】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１５は、クランクオフセット可変機構１３を駆動してクランクオフセットを正に設定する。これにより、図５に示すように、クランクオフセットに応じて定まるフリクションは上死点以降の時期において比較的小さくなる。また、内燃機関１の運転状態が中負荷又は高負荷領域に属する場合、図６に示すように着火時期
は上死点近傍又は上死点以降である。従って、本ステップを実行することにより、着火時期以降の燃焼圧力が最も大きくなる時期と、クランクオフセットに応じて定まるフリクションが大きくなる時期とが重なりにくくなるので、燃焼時にシリンダ３やピストン４にかかかるフリクションが過大になることを抑制でき、シリンダライナの摩耗やエンジンの耐久性の低下を抑制することが可能になる。
【００４８】
なお、上記ルーチンにおいて正のクランクオフセットとして＋１０ｍｍ、負のクランクオフセットとして−１０ｍｍ、特に始動直後の運転状態において設定される負のクランクオフセットとして−２０ｍｍとする例を説明したが、これらはあくまで例示であって、クランクオフセットの具体的な数値はこれに限られない。各運転状態に応じて設定されるべきクランクオフセットの数値は、内燃機関の構成や、エンジン回転数及びエンジン負荷以外の運転状態パラメータに応じて適宜変更されても良い。
【００４９】
以上説明したように、クランクオフセットを正に設定した場合、ピストン４の下降行程におけるフリクションを低減することはできるが、ピストン４の上昇行程におけるフリクションは逆に大きくなる。同様に、クランクオフセットを負に設定した場合、ピストン４の上昇行程におけるフリクションを低減することはできるが、ピストン４の下降行程におけるフリクションは逆に大きくなる。すなわち、クランクオフセットの絶対値を大きくし過ぎると、ピストン４の上下運動においてピストン４がシリンダ３に衝突する強さが大きくなり、騒音や機関部品の耐久性の低下等の問題が発生する可能性がある。
【００５０】
ここで、シリンダ３に振動センサ（又は加速度センサ）を取り付けることによって、ピストン４がシリンダ３に衝突する際に発生する振動を測定することができる。図８は、シリンダ３に振動センサ１６を取り付けた場合のクランクオフセット可変機構付き内燃機関の概略構成を示す図である。振動センサ１６はＥＣＵ１５に接続され、その測定データがＥＣＵ１５に入力される。
【００５１】
本実施例においては、このように取り付けた振動センサ１６によってピストン４がシリンダ３に衝突する際の衝突の強さを測定し、測定された衝突の強さが所定の許容上限値より大きい場合、クランクオフセットが過剰に正の側に設定されているか、又は、過剰に負の側に設定されているか、いずれかの可能性が考えられるので、このような場合には、クランクオフセットの絶対値を小さくするようにクランクオフセット可変機構１３を制御するようにしても良い。
【００５２】
具体的には、図９のフローチャートで表されるルーチンに従ってクランクオフセットの可変制御を行う。図９のルーチンは内燃機関１の稼働中、ＥＣＵ１５によって所定間隔毎に繰り返し実行される。
【００５３】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ１５は、振動センサ１６によって振動を測定する。
【００５４】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ１５は、ステップＳ２０１において測定された振動の絶対値の最大値が許容上限値より大きいか否かを判定する。ステップＳ２０２で肯定判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ２０３に進み、否定判定された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００５５】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ１５は、現在のクランクオフセットの正負を判定する。例えばＥＣＵ１５によるクランクオフセット可変機構１３の制御状態を読み込むことによって判定できる。ステップＳ２０３でクランクオフセットが正であると判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０３でクランクオフセットが負であると判定された場合、ＥＣＵ１５はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０３でク
ランクオフセットが０ｍｍであると判定された場合、振動が許容上限値より大きい原因はクランクオフセットの設定値以外の所にあると判定して本ルーチンを終了する。
【００５６】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ１５は、クランクオフセットを現在値から−１ｍｍ補正する。これによりクランクオフセットが過剰に正側に設定されている状態が解消されるので、ピストン４がシリンダ３に衝突する強さを弱めることができる。
【００５７】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ１５は、クランクオフセットを現在値から＋１ｍｍ補正する。これによりクランクオフセットが過剰に負側に設定されている状態が解消されるので、ピストン４がシリンダ３に衝突する強さを弱めることができる。
【００５８】
以上説明したルーチンに従ってクランクオフセットの可変制御を行うことにより、シリンダライナの過度の摩耗や騒音を抑制することができる。なお、上記ルーチンで補正幅を±１ｍｍとしたが、補正幅はこれに限られるものではない。適切な補正幅は内燃機関の構成等に応じて適宜定めることが好ましい。
【００５９】
また、上記のように、クランクオフセットの設定値の正負によらず、上死点以降又は上死点以前のいずれかにおけるフリクションは大きくなる傾向があるため、振動センサ１６によって測定される振動の大きさの最大値が、クランクオフセット可変機構１３によるクランクオフセットの設定値によらず所定の基準値より大きくならない場合には、何らかの異常が発生していると考えられる。例えば、ピストンリング又はシリンダライナが過度に摩耗していると考えられる。従って、そのような場合には、例えば警告ランプを点灯させるなどの手段によって運転者にそれを通知し、ピストンやシリンダの修理交換を促すようにしても良い。
【００６０】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では、内燃機関の運転状態毎に定められた着火時期のマップに基づいて、内燃機関の運転状態に応じてクランクオフセットの可変制御を行う例を説明したが、着火時期を直接測定又は計算によって求めて、このようにして求められた着火時期に基づいてクランクオフセットの可変制御を行うようにしても良い。例えば、筒内圧を測定する筒内圧センサを設け、筒内圧センサの測定値に基づいて着火時期を測定し、次回以降のサイクルにおいて当該測定された着火時期に基づいて、当該測定された着火時期以降の時期と、クランクオフセットに応じて定まるフリクションが大きくなる時期とが重ならないように、クランクオフセットの可変制御を行うようにしても良い。また、内燃機関の運転状態を表すパラメータから着火時期を計算し、当該計算によって求められた着火時期に基づいて同様のクランクオフセットの可変制御を行うようにしても良い。
【００６１】
また、本実施例では、モータ及びラックアンドピニオンギアによってシリンダをクランクケースに対して相対移動可能としたクランクオフセット可変機構の構成例を示したが、クランクオフセットを任意の値に変更可能であればどのような構成によってクランクオフセット可変機構を実施しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例における内燃機関及びクランクオフセット可変機構の概略構成を示す図である。
【図２】実施例においてクランクオフセットが正の値に設定された場合のシリンダ中心線とクランク軸の回転中心との関係を示す図である。
【図３】実施例においてクランクオフセットが負の値に設定された場合のシリンダ中心線とクランク軸の回転中心との関係を示す図である。
【図４】実施例においてクランクオフセットが正又は負のそれぞれの場合の上死点以前及び上死点以後におけるピストンとシリンダとの位置関係を示す図である。
【図５】実施例においてクランクオフセットが正、負、又は０のそれぞれの場合のクランク角度に対するフリクションの変化の仕方を示す図である。
【図６】実施例における内燃機関の運転状態と目標着火時期との関係を示す図である。
【図７】実施例における内燃機関の運転状態に基づいたクランクオフセット可変制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】実施例における内燃機関及びクランクオフセット可変機構に振動センサを取り付けた場合の概略構成を示す図である。
【図９】実施例における振動センサの測定値に基づくクランクオフセットの補正制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１     内燃機関
２     シリンダヘッド
３     シリンダ
４     ピストン
５     コンロッド
６     クランクケース
７     ピストンピン
８     クランクピン
９     クランク軸
１０   シリンダ中心線
１１   ラックアンドピニオンギア
１２   モータ
１３   オフセット可変機構
１４   クランクピンの描く円軌道
１５   ＥＣＵ
１６   振動センサ
【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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