(57)【要約】【課題】ノッキングの発生を抑制しつつ熱効率を向上させ、かつアクチュエータ構造を簡素化する。【解決手段】ピストン１とクランクシャフト７とを複数のリンクで連結する複リンク機構において、コントロールシャフト７と同軸状かつ独立に回転可能に支持されコントロールリンク５の一端が回転軸から偏心した連結ピン１２に連結された回転部材１４と、コントロールシャフト７を回転制御し得るアクチュエータ８と、コントロールシャフト７と回転部材１４との間で互いの回転を伝達する弾性部材１６と、を備え、アクチュエータ８はコントロールシャフト７を回転させることで機関圧縮比を可変に制御可能であり、回転部材１４は、同一エンジン回転数の場合には高負荷ほど上死点位置が低く、同一エンジン負荷の場合には高回転数ほど上死点位置が高くなるように、連結ピン１２がアクチュエータ８による回転制御とは独立して自動的に変化するように回転する。【選択図】図１
2009041423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、
前記アッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、
エンジン本体に回転可能に支持されたコントロールシャフトと、
エンジン本体に前記コントロールシャフトと同軸状かつ前記コントロールシャフトとは独立に回転可能に支持された回転部材と、
一端が前記ロアリンクに連結されるとともに他端が前記回転部材の回転軸から偏心した揺動支点位置に連結されたコントロールリンクと、
前記コントロールシャフトを回転制御し得るアクチュエータと、
前記コントロールシャフト又は前記回転部材の何れか一方の回転を他方に伝達する弾性部材と、
を備え、
前記アクチュエータは前記コントロールシャフトを回転させることにより、前記弾性部材を介して前記回転部材が回転させて前記揺動支点位置を変化させ、前記揺動支点位置と上記複数のリンクを介して連結される前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を可変に制御し、
前記回転部材は、同一機関回転数の場合には機関負荷が高くなるほど前記上死点位置が低く、同一機関負荷の場合には機関回転数が高くなるほど前記上死点位置が高くなるように、前記揺動支点位置が前記アクチュエータによる回転制御とは独立して機関回転数及び機関負荷に応動して自動的に変化するように回転することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記アクチュエータは、機関運転状態に応じて前記コントロールシャフトの回転角の保持と解放とを切換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記機関運転状態は、圧縮比であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記アクチュエータ解放時の前記コントロールシャフトの回転角が規制されることを特徴とする請求項２から３のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記機関運転状態は機関負荷であり、前記アクチュエータは機関高負荷時に前記コントロールシャフトの回転角を解放し、機関低負荷時には前記コントロールシャフトの回転角を保持することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記機関運転状態は機関回転数であり、前記アクチュエータは機関高回転時に前記コントロールシャフトの回転角を解放し、機関低回転時には前記コントロールシャフトの回転角を保持することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記機関運転状態は機関回転数及び機関回転数であり、前記アクチュエータは機関低負荷かつ低回転時に前記コントロールシャフトの回転角を保持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項８】
機関始動時には、前記アクチュエータは圧縮比が相対的に低くなるよう前記コントロールシャフトの回転角を制御し、かつ当該回転角を保持することを特徴とする請求項２から７のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記機関始動時が、機関暖機終了後の再始動であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
機関が暖機終了状態であるか否かを、冷却水温又は油温の少なくとも一方に基づいて判断することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記アクチュエータが前記コントロールシャフトの回転角を解放している場合には、
前記コントロールシャフトの運動エネルギーを他の形態のエネルギーに変換又は回生する手段を備えることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記コントロールシャフトの運動エネルギーを電気エネルギとして回生する手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクを介して連結する複リンク式内燃機関に関し、特に、機関圧縮比を可変に制御可能な可変圧縮比機構付の複リンク式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクを介して連結する複リンク式内燃機関であって可変圧縮比機構を有するものが、出願人らが先に出願済みの特許文献１等に開示されている。
【０００３】
具体的には、一端がピストンと連結されるアッパーリンクと、アッパーリンクの他端とクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアーリンクと、上端がロアーリンクに連結され、エンジン本体に回転可能に支持されるコントロールシャフトに下端が連結されるコントロールリンクとからなり、コントロールシャフトの下端とコントロールシャフトとの連結部はコントロールシャフトの回転軸と偏心している。
【０００４】
このコントロールシャフトの回転角（コントロールシャフト角度）をアクチュエータを用いて制御することにより、ピストンの上死点位置を変化させて、機関運転条件に応じて圧縮比を可変制御する構成となっている。
【０００５】
アクチュエータの駆動方式としては電力や油圧によるものが公知であり、アクチュエータへの制御入力信号はエンジンコントロールモジュールから送られている。
【特許文献１】特開２００２−１１５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガソリンを燃料とするレシプロ式内燃機関の熱効率は、圧縮比が高いほど高くなることが知られている。したがって、理想的には圧縮比をできるだけ大きく取ることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、現在実用に供されている自動車用のガソリンエンジンの場合、圧縮比は１０程度のものが多い。これはいわゆるノッキングの発生を回避するためである。ノッキングは高負荷運転時、特に加速開始時のように低中回転・高負荷状態のときに発生し易いため、定格運転されることがほとんど無い自動車用のエンジンでは、ノッキングの発生を回避するために圧縮比を下げざるを得ない。
【０００８】
この点、特許文献１の可変圧縮比機構では、エンジンが低回転・低負荷の状態では圧縮比を高くし、そこからエンジン回転数または負荷のいずれか一方もしくは両方の増大にともなって圧縮比を漸減している。
【０００９】
これにより、アイドル運転時のようにノッキングが発生しにくい低回転・低負荷運転時の熱効率を改善しつつ、高負荷時のノッキングの発生を抑制し、結果として熱効率を改善している。
【００１０】
しかしながら、上記の制御では高回転・高負荷時には圧縮比を低下させてしまうため、当該可変圧縮比機構による熱効率向上効果を十分に発揮できているとはいい難い。
【００１１】
一方、可変圧縮比機構の構成についてみると、電気や油圧等といった外部のエネルギを用いてアクチュエータを駆動し、コントロールシャフトを所望の角度に制御している。機関運転中には、筒内での燃焼圧による荷重や主運動部品の慣性力によって、コントロールシャフトにトルク（以下、コントロールシャフトトルクという）が作用するので、このトルクに抗してコントロールシャフトを所望の角度に回転・保持するためには、アクチュエータはコントロールシャフトトルクより大きいトルクでコントロールシャフトを回転・保持する必要がある。
【００１２】
このため、高負荷時のように燃焼圧による荷重が増大したり、高回転時のように主運動部品の慣性力が増大したりすることによりコントロールシャフトトルクが増大する場合にもコントロールシャフトを所望の角度に回転・保持するために、アクチュエータにはより高いトルクとより高い剛性が要求されることとなり、アクチュエータの消費動力が増大したり、構造が複雑・大型化するという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明では、ノッキングの発生を抑制しつつ熱効率を向上させ、かつアクチュエータ構造を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の内燃機関は、ピストンのピストンピンに一端が連結されたアッパーリンクと、前記アッパーリンクとクランクシャフトのクランクピンとを連結するロアリンクと、エンジン本体に回転可能に支持されたコントロールシャフトと、エンジン本体に前記コントロールシャフトと同軸状かつ前記コントロールシャフトとは独立に回転可能に支持された回転部材と、一端が前記ロアリンクに連結されるとともに他端が前記回転部材の回転軸から偏心した揺動支点位置に連結されたコントロールリンクと、前記コントロールシャフトを回転制御し得るアクチュエータと、前記コントロールシャフト又は前記回転部材の何れか一方の回転を他方に伝達する弾性部材と、を備え、前記アクチュエータは前記コントロールシャフトを回転させることにより、前記弾性部材を介して前記回転部材が回転させて前記揺動支点位置を変化させ、前記揺動支点位置と上記複数のリンクを介して連結される前記ピストンの上死点位置を変化させて圧縮比を可変に制御し、前記回転部材は、同一機関回転数の場合には機関負荷が高くなるほど前記上死点位置が低く、同一機関負荷の場合には機関回転数が高くなるほど前記上死点位置が高くなるように、前記揺動支点位置が前記アクチュエータによる回転制御とは独立して機関回転数及び機関負荷に応動して自動的に変化するように回転する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アクチュエータによる圧縮比の制御とは独立して、回転部材の回転により揺動支点位置が変化するので、例えば、アクチュエータにより高圧縮比状態になるようにコントロールシャフトの回転角を設定することで熱効率を向上させ、その状態から回転部材が回転することにより揺動支点位置を変化させて低圧縮比状態にしてノッキングの発生を抑制することができるので、従来の可変圧縮比機構と比較して熱効率をより向上させることができる。
【００１６】
また、上記構成により、ピストンに燃焼荷重等が作用した場合にロアリンク及び回転部材が回転可能であるため、アクチュエータへの入力トルクを低減することができ、これによりアクチュエータ構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は第１実施形態を適用する複リンク式内燃機関の概略構成図である。
【００１９】
１はピストン、２はピストンピン、３はアッパーリンク、４はロアリンク、５はコントロールリンク、６はクランクシャフト、７はコントロールシャフト、８はアクチュエータ、９、１０、１２は連結ピン（連結ピン１２は揺動支点位置）、１１はクランクピン、１３はコントロールシャフト主軸用軸受部、１４はコントロールシャフト偏心軸用軸受部、１６はバネ(弾性部材)である。
【００２０】
アッパーリンク３はピストン１のピストンピン２に一端が連結され、他端は連結ピン９を介してロアリンク４と連結されている。ロアリンク４は、中央をクランクシャフト６のクランクピン１１に回転可能に締結され、クランクシャフト６とともに回転する。また、ロアリンク４のクランクピン１１に対してアッパーリンク３と反対側には、コントロールリンク５が連結ピン１０を介して回転可能に締結され、コントロールリンク５はコントロールシャフト７に連結ピン１２を介して固定される。連結ピン１２はコントロールシャフト７の中心軸７ａと偏心している。コントロールシャフト７は、電力又は油圧等により駆動されるアクチュエータ８により回転させられる。
【００２１】
コントロールシャフト主軸用軸受部１３はコントロールシャフト７と一体に成形され、コントロールシャフト７側と反対の端部付近の接続部１８にアクチュエータ８のシャフト８ａが接続される。
【００２２】
コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４はコントロールシャフト７に回転自由に支持されており、また、連結ピン１２を介してコントロールリンク５が接続されている。
【００２３】
バネ１６の一端はコントロールシャフト主軸用軸受部１３の支持部１７に、他端はコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４の支持部１５に支持されている。
【００２４】
上記のような構成において、シャフト８ａが伸縮すると、コントロールシャフト主軸用軸受部１３と一体に成形されたコントロールシャフト７は回転し、バネ１６を介してコントロールシャフト主軸用軸受部１３と連結されたコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４も回転する。
【００２５】
コントロールシャフト７が回転して、連結ピン１２がコントロールシャフト７の中心軸７ａに対して相対的に低くなる方向に移動すると、連結ピン１０の位置が下がり、ロアリンク４はクランクピン１１を中心として連結ピン９の位置が相対的に上昇する方向に傾き、ピストン１の上死点位置が上昇して圧縮比が高まる。
【００２６】
逆に、連結ピン１２がコントロールシャフト７の中心軸７ａに対して相対的に高くなる方向に移動すると、連結ピン１０の位置が上がり、ロアリンク４はクランクピン１１を中心として連結ピン９の位置が相対的に低くなる方向に傾き、ピストン１の上死点位置が下降して機関圧縮比が低くなる。
【００２７】
このように、上記の複リンク機構とアクチュエータ８は可変圧縮比機構として機能する。
【００２８】
なお、上記のようなコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４やロアリンク４の回転等により、同一クランク角におけるピストン位置が変化し、ピストンモーションが変化する。
【００２９】
また、機関圧縮比の制御は、図示しないエンジンコントロールユニット等により、運転状態に応じて行う。
【００３０】
一方、上記のような構成において、ピストン１に燃焼荷重や主運動部品の慣性力等といった上下方向の力が作用すると、ピストン１とアッパーリンク３を介して連結されたロアリンク４にはクランクピン１１を中心として回転させる力として作用し、ロアリンク４とコントロールリンク５を介して連結されたコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４にも中心軸７ａを中心として回転させる力として作用する。
【００３１】
このとき、アクチュエータ８が保持状態（コントロールシャフト７の回転を禁止する状態）であっても、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４はコントロールシャフト７に対して回転自由であり、また、コントロールシャフト主軸用軸受部１３に対しても、バネ１６の伸縮可能範囲内では移動自由であるので、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４は作用する力に応じて回転する。
【００３２】
アクチュエータ８が解放状態（コントロールシャフト７が自由に回転できる状態）であれば、コントロールシャフト主軸用軸受部１３が回転可能であるため、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４はバネ１６の伸縮可能範囲を越えて回転することができる。
【００３３】
すなわち、各リンク３、４、５はコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４及びバネ１６と組み合わせることで、可変圧縮比機構とは独立して作動する可変ピストンモーション機構として機能する。
【００３４】
ここで、可変ピストンモーション機構の動作について図２を参照して説明する。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）はアクチュエータ８を保持状態にした場合のピストンモーションの変化の一例を表す図であり、図２（ａ）は低負荷時における燃焼中の状態を表す図、図２（ｂ）は図２（ａ）と同じ状態で高負荷時の場合を表す図、図２（ｃ）は排気又は圧縮行程において図２（ａ）、図２（ｂ）と同クランク角までピストン１が上昇した時の状態を表す図である。なお、コントロールシャフト７が中心軸７ａ回りに回転するときのコントロールシャフト角度を正、同様に図中時計回り方向を負とする。
【００３６】
燃焼開始すると、ピストン１には燃焼荷重が図中下向きに作用する。この燃焼荷重は、アッパーリンク３を介してロアリンク４に伝達され、ロアリンク４をクランクピン１１を中心として図中時計回り方向に回転させる方向に作用する。また、連結ピン１０、コントロールリンク５及び連結ピン１２を介してロアリンク４と連結されているコントロールシャフト７にも、負の方向に回転させる力が作用する。
【００３７】
ここで、高負荷時には、燃焼荷重がコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４を回転させようとするトルクがバネ１６によるトルクよりも大きくなるようにバネ１６のバネ定数を設定することで、図２（ｂ）に示すようにロアリンク４は図中時計回り方向に回転してピストン１の下死点位置は下降、すなわち特開２００１−２２７３６７号（以下、従来の複リンク式内燃機関という）における「低圧縮比化」する方向（低圧縮比方向）に変化し、また、コントロールシャフト７が図中時計回り方向に回転することでバネ１６が伸び、コントロールシャフト７を正の方向に回転させる弾性力（引張力）が発生する。
【００３８】
また、高回転時には、上死点近傍でピストン１に上向きの慣性力によってコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４を回転させようとするトルクが、バネ１６によるトルクより大きくなるようにバネ１６のバネ定数を設定することで、図２（ｃ）に示すようロアリンク４は図中反時計回りに回転して、ピストン１の下死点位置は上昇、すなわち「高圧縮比化」する方向（高圧縮比方向）に変化し、コントロールシャフト７を負の方向に回転させる弾性力が発生する。
【００３９】
コントロールシャフト７に作用する燃焼荷重、主運動部品の慣性力、圧縮時の筒内圧はエンジンの回転数、負荷に応じて変化する。すなわち、コントロールシャフト角度はエンジン回転数、負荷に応じて回転角度範囲内で変化する。
【００４０】
ここで、エンジン回転数の違いに応じたピストンモーションについて図３を参照して説明する。図３はエンジン回転数毎のクランク角９０度〜２７０度のピストンモーションについて表した図であり、線ＰＭＬは低回転（１０００ｒｐｍ）、線ＰＭＭは中回転（３０００ｒｐｍ）、線ＰＭＨは高回転（６０００ｒｐｍ）について表している。なお、線ＣＲは従来の複リンク式内燃機関のピストンモーションを表している。
【００４１】
低回転時には上死点、下死点ともに従来よりも低圧縮比化している。
【００４２】
中回転時には上死点、下死点とも従来と略同等の圧縮比であるが、クランク角１００度付近から１２０度付近にかけて急激に低圧縮比化している。その後クンラク角１４０度付近から１６０度付近にかけては従来と略同等の圧縮比に戻るが、クランク角１６０度付近から２１０付近にかけて再び低圧縮比化している。
【００４３】
高回転時には、下死点では従来と略同等であるが、上死点から下死点前までは従来よりも高圧縮比化している。
【００４４】
すなわち、圧縮比は高回転時の方が低回転時よりも高くなるように変化するので、ノッキングの発生しやすい低回転域では低圧縮比化によりノッキングを回避し、ノッキングが発生しやすい高回転域では高圧縮比化によって熱効率を向上し、燃費、出力を向上することができる。
【００４５】
上記のようにコントロールシャフト７がエンジンの回転数、負荷に応じて定まる回転角度範囲内で振動的に回転を繰り返すことにより、上記のように１サイクル中のコントロールシャフト角度が変化する。
【００４６】
なお、アクチュエータ８を解放状態にした場合には、シャフト８ａを外力が入力されたときに伸縮自由となるので、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４が上述したように回転するとバネ１６を介して連結されたコントロールシャフト主軸用軸受部１３も回転する。このため、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４の回転可能範囲は、保持状態ではバネ１６の伸縮可能範囲に規制されるのに対して、解放状態ではシャフト８ａが動く分だけ広くなる。
【００４７】
次に、コントロールシャフト７に対して回転させる方向に作用するトルク（コントロールシャフトトルク）の低減効果について図４を参照して説明する。図４は上述した本実施形態の可変ピストンモーション機構と、アクチュエータによりコントロールシャフト７の回転を制御する従来の可変ピストンモーション機構とについて、負荷を同一とした場合のコントロールシャフトトルクを比較した図である。横軸はクランク角、縦軸はコントロールシャフトトルクを表し、図中線Ａ、Ｂは、それぞれ本実施形態の可変ピストンモーション機構のエンジン回転数１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍにおけるコントロールシャフトトルク、線Ｃ、Ｄはそれぞれ従来の可変ピストンモーション機構において、アクチュエータによりコントロールシャフト７を回転しないように保持した場合の、エンジン回転数１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍにおけるコントロールシャフトトルクを表している。なお、ピストン１の上死点位置が上昇する方向にコントロールシャフト７を回転させる方向のトルクを正、その逆を負とする。
【００４８】
本実施形態の可変ピストンモーション機構では、コントロールシャフトトルクは線Ａ、Ｂで示したように膨張行程（クランク角略ゼロ〜１８０度）で正及び負の方向に大きく振動し、この振動中に最大値となり、その後振幅が小さくなる。
【００４９】
これに対して従来の可変ピストンモーション機構では、コントロールシャフトトルクは線Ｃ、Ｄで示したように、膨張行程（クランク角略ゼロ〜１８０度）開始とともに負方向に増大し、当該行程中盤付近で最大値となった後に減少に転じる。すなわち、線Ａ、Ｂのように正負の間で大きな振幅で往復することは無い。
【００５０】
ここで、１サイクル中のコントロールシャフトトルクの最大値を比較すると、１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍのいずれの場合も、本実施形態の可変ピストンモーション機構の方が従来の可変ピストンモーション機構よりも小さい。これは、本実施形態ではコントロールシャフト７が回転するとバネ１６が伸びて引張力が生じ、この引張力がコントロールシャフト７を回転させる方向とは逆方向に作用するためである。
【００５１】
なお、図４に示したコントロールシャフトトルクの変動は、あくまでも一例であり、バネ１６のバネ定数の設定によっては同一負荷・同一回転数であっても異なる変動となる。
【００５２】
アクチュエータ８の保持・解放の切換制御について図５を参照して説明する。
【００５３】
図５は図示しないエンジンコントロールモジュール等が実行するアクチュエータ８の保持・解放制御の制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは、一定周期、例えば１０ｍｓ周期で繰り返し行う。
【００５４】
ステップＳ１００では、例えば図示しないスロットル開度センサの検出値に基づいて、エンジン負荷を読み込む。
【００５５】
ステップＳ１０１では、エンジン負荷が所定値以上であるか否かの判定を行う。ここでの判定に用いる所定値は、エンジンの仕様毎に異なるが、例えば、エンジンの負荷領域を高負荷領域と低負荷領域とに分け、低負荷領域の上限値付近の値を判定用の所定値として設定する。
【００５６】
負荷が所定値以上の場合には、ステップＳ１０２に進み、アクチュエータ８を解放状態にする。これにより、図２（ｂ）に示したように燃焼荷重によってピストン１の位置は低下するので、ノッキングの発生を抑制することができる。また、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４が回転することにより、上述したようにコントロールシャフトトルクが低減される。
【００５７】
一方、負荷が所定値より低い場合にはステップＳ１０３に進み、アクチュエータ８を保持状態にする。これにより、バネ１６のバネ定数を低負荷時における燃焼荷重がコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４を回転させようとするトルクよりも小さくなるように設定しておけば、ピストンモーションが変化することを抑制することができる。すなわち、燃焼荷重が作用しても圧縮比が低下しないので、熱効率の低下を抑制することができる。
【００５８】
以上により本実施形態では、次の効果を得ることができる。
【００５９】
ピストンピン２に一端が連結されたアッパーリンク３と、アッパーリンク３とクランクピン１１とを連結するロアリンクと、エンジン本体に回転可能に支持されたコントロールシャフト７と、コントロールシャフト７と同軸状かつコントロールシャフト７とは独立に回転可能に支持されたコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４と、一端がロアリンク４に連結されるとともに他端がコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４の回転軸から偏心した連結ピン１２に連結されたコントロールリンク５と、コントロールシャフト７を回転制御し得るアクチュエータ８と、コントロールシャフト７又はコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４の何れか一方の回転を他方に伝達するバネ１６と、を備え、アクチュエータ８はコントロールシャフト７を回転させることにより、バネ１６を介してコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４が回転させて連結ピン１２を変化させ、連結ピン１２と上記複数のリンク３〜５を介して連結されるピストン１の上死点位置を変化させて圧縮比を可変に制御し、コントロールシャフト偏心軸用軸受部１４は、同一機関回転数の場合には機関負荷が高くなるほど前記上死点位置が低く、同一機関負荷の場合には機関回転数が高くなるほど前記上死点位置が高くなるように、連結ピン１２がアクチュエータ８による回転制御とは独立して機関回転数及び機関負荷に応動して自動的に変化するように回転するので、アクチュエータによる圧縮比の制御とは独立して、回転部材の回転により揺動支点位置が変化するので、例えば、アクチュエータにより高圧縮比状態になるようにコントロールシャフトの回転角を設定することで熱効率を向上させ、その状態から回転部材が回転することにより揺動支点位置を変化させて低圧縮比状態にしてノッキングの発生を抑制することができるので、従来の可変圧縮比機構と比較して熱効率をより向上させることができる。また、上記構成により、ピストンに燃焼荷重等が作用した場合にロアリンク及び回転部材が回転可能であるため、アクチュエータへの入力トルクを低減することができ、これによりアクチュエータ構造を簡素化することができる。
【００６０】
アクチュエータ８は、機関運転状態に応じてコントロールシャフト７の回転角の保持と解放とを切換えるので、アクチュエータ８による圧縮比の可変制御による熱効率向上効果を得つつ、ノッキングを抑制することができる。
【００６１】
アクチュエータ８解放時のコントロールシャフト７の回転角が規制されるので、コントロールシャフト７は機関回転数・負荷に応じて定まる所定角度範囲内で一定の揺動運動を行うようになり、これによりコントロールシャフト７に作用する外力が低減するので、アクチュエータ８の消費動力を低減することができる。
【００６２】
アクチュエータ８は機関高負荷時にコントロールシャフト７の回転角を解放し、機関低負荷時にはコントロールシャフト７の回転角を保持するので、機関低負荷時の熱効率を向上させつつ、機関高負荷時のノッキングを効果的に抑制し、アクチュエータ８への入力トルクも低減することができる。
【００６３】
第２実施形態について図６を参照して説明する。
【００６４】
図６は本実施形態のアクチュエータ８の保持・解放制御の制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは、図５と同様に一定周期で繰り返し行う。
【００６５】
ステップＳ２００では、図示しないクランク角センサ等の検出値に基づいて、エンジン回転数を読み込む。
【００６６】
ステップＳ２０１では、エンジン回転数が所定値以上であるか否かの判定を行う。ここで判定に用いる所定値は、エンジンの仕様毎に異なるが、例えば許容されるエンジン回転数の範囲を高回転領域と低回転領域とに分け、低回転領域の上限値付近の値を所定値として設定する。
【００６７】
エンジン回転数が所定値以上の場合は、ステップＳ２０２に進みアクチュエータ８を解放状態にする。これにより、回転数が高くなることで主運動部品の慣性力が増大しても、コントロールシャフトトルクを低減することができる。
【００６８】
一方、エンジン回転数が所定値より低い場合には、ステップＳ２０３に進みアクチュエータ８を保持状態にする。これにより、バネ１６のバネ定数を低回転時における主運動部品の慣性力がコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４を回転させようとするトルクよりも小さくなるように設定しておけば、ピストンモーションが変化することを抑制することができる。すなわち、主運動部品の慣性力が作用しても圧縮比が低下しないので、熱効率の低下を抑制することができる。
【００６９】
第３実施形態について図７を参照して説明する。
図７は本実施形態のアクチュエータ８の保持・解放制御の制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは、図５と同様に一定周期で繰り返し行う。
【００７０】
ステップＳ３００では、図５のステップＳ１００、図６のステップＳ２００と同様の方法でエンジン負荷及びエンジン回転数を読み込む。
【００７１】
ステップＳ３０１では、エンジン負荷、エンジン回転数のいずれかが所定値以上であるか否かの判定を行う。所定値については、図５のステップＳ１０１、図６のステップＳ２０１と同様に設定する。
【００７２】
エンジン負荷、エンジン回転数のいずれか一方でも所定値以上である場合には、ステップＳ３０２に進み、アクチュエータ８を解放状態にする。
【００７３】
エンジン負荷、エンジン回転数の両方が所定値より小さい場合には、ステップＳ３０３に進み、アクチュエータ８を保持状態にする。すなわち、低回転・低負荷の場合にはアクチュエータ８を保持する。
【００７４】
上記のように、本実施形態の制御は図５、図６の制御を組み合わせたものである。これにより、低回転・低負荷の場合には熱効率の低下を抑制し、その他の運転条件ではノッキング発生の抑制及びコントロールシャフトトルクの低減といった効果が得られる。
【００７５】
第４実施形態について図８を参照して説明する。
【００７６】
図８は本実施形態のアクチュエータ８の保持・解放制御の制御ルーチンを表すフローチャートである。この制御ルーチンは、図５と同様に一定周期で繰り返し行う。
【００７７】
ステップＳ４００では、図示しないエンジンコントロールモジュールからアクチュエータ８へ入力されるシャフト８ａの伸縮量の制御指令値に基づいて現在の機関圧縮比（設定圧縮比）を読み込む。すなわち、設定圧縮比とは、シャフト８ａの伸縮量から定まる圧縮比であり、上述したピストンモーションの変化により低下・上昇する分を含まない。
【００７８】
ステップＳ４０１では、機関圧縮比が所定値以上であるか否かの判定を行う。ここで判定に用いる所定値は、エンジンの使用毎に異なるが、可変圧縮比機構による圧縮比の可変領域を高圧縮比領域と低圧縮比領域とに分け、低圧縮比領域の上限値付近を所定値として設定する。
【００７９】
機関圧縮比が所定値以上の場合は、ステップＳ４０２に進みアクチュエータ８を解放状態にする。これにより、燃焼荷重が作用したときにピストンモーションが変化するので、高圧縮比状態でのノッキング発生を抑制することができる。
【００８０】
一方、機関圧縮比が所定値より低い場合には、ステップＳ４０３に進み、アクチュエータ８を保持状態にする。これにより、バネ１６のバネ定数を低負荷時における燃焼荷重がコントロールシャフト偏心軸用軸受部１４を回転させようとするトルクよりも大きくなるように設定しておけば、ピストンモーションが変化することを抑制することができる。すなわち、燃焼加重が作用しても圧縮比が低下しないので、熱効率の低下を抑制することができる。
【００８１】
なお、図８の制御を行う前に、運転状態に対して適正な機関圧縮比であるか否かの判定を行うようにしてもよい。
【００８２】
この場合、制御ルーチンは図９に示すようになる。
【００８３】
ステップＳ５００では、エンジン回転数、エンジン負荷、機関圧縮比等の運転状態を読み込む。
【００８４】
ステップＳ５０２では、運転状態に対して適正な機関圧縮比であるか否かについての判定を行う。運転状態に対して適正な機関圧縮比は、例えば、従来の可変圧縮比機構において運転状態に応じて設定する機関圧縮比と同等の値とする。すなわち、低負荷の場合には相対的に高い圧縮比、高負荷の場合は相対的に低い圧縮比とする。なお、可変ピストンモーション機構によるノッキング抑制効果を考慮して、高負荷・高回転の場合には高負荷・低回転の場合よりも高い機関圧縮比を適正な機関圧縮比としてもよい。
【００８５】
ステップＳ５０１の判定の結果、適正な機関圧縮比でない場合には、ステップＳ５０２に進み、アクチュエータ８を駆動して適正な機関圧縮比に修正する。
【００８６】
ステップＳ５０１で適正な機関圧縮比であった場合及びステップＳ５０２で機関圧縮比の修正を行った後は、ステップＳ５０３に進み、再び機関圧縮比を読み込む。ステップＳ５０４以降は、図８のステップＳ４００〜Ｓ４０３と同様なので説明を省略する。
【００８７】
第５実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０はエンジン始動時の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【００８８】
エンジン始動時、特に暖機終了後の再始動（ホットリスタート）のように筒内温度が高い状態での始動時には、クランキング中のプレイグニッションの発生が問題となる。
【００８９】
ところが、図１に示した構成では、アクチュエータ８が解放状態で燃焼荷重や主運動部品の慣性力が作用しなければ（この状態を自然状態という）、ロアリンク４がクランクピン１１を中心として図中反時計回りに傾いて高圧縮比状態になる。このため、アクチュエータ８が解放状態のままエンジン停止した状態からのホットリスタート時には、プレイグニッション発生が発生しやすくなる。
【００９０】
そこで、プレイグニッションを防止するために、エンジン始動時には図１０のフローチャートに示す制御を行う。
【００９１】
ステップＳ６００でイグニッションオン信号が入力されると、ステップＳ６０１では現在の圧縮比を読み込む。現在の圧縮比は、アクチュエータ８が解放状態であれば高圧縮比、保持状態であれば低圧縮比とする。
【００９２】
ステップＳ６０２では、エンジン油温、水温等を読み込む。
【００９３】
ステップＳ６０３では、ホットリスタートであるか否かの判定を行う。例えば、エンジン油温及び水温が所定値以上の場合にはホットリスタートであると判定する。
【００９４】
ホットリスタートでない場合には、ステップＳ６０７に進み、エンジンを始動する。
【００９５】
ホットリスタートの場合には、ステップＳ６０４に進み、ステップＳ６０１で読み込んだ圧縮比が低圧縮比であるか否かの判定を行う。低圧縮比の場合にはステップＳ６０６に進み、現在の状態でアクチュエータ８を保持状態にする。低圧縮比でない場合には、ステップＳ６０５でアクチュエータ８を駆動して圧縮比を低圧縮比に修正してから、ステップＳ６０６でアクチュエータ８を保持状態にする。
【００９６】
ステップＳ６０６でアクチュエータ８を保持状態にしたら、ステップＳ６０７に進んでエンジンを始動する。
【００９７】
上記のような制御により、ホットリスタート時には確実に低圧縮比状態でエンジンを始動することになるので、プレイグニッションの発生を防止し、安定したエンジン始動性を得ることができる。
【００９８】
なお、ホットリスタート時に限らず、エンジン始動は常に低圧縮比状態で行うようにしてもよい。
【００９９】
以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。
【０１００】
機関始動時には、アクチュエータ８は圧縮比が相対的に低くなるようコントロールシャフト７の回転角を制御し、かつ当該回転角を保持するので、プレイグニッションの発生を回避して、安定した始動性をえることができる。
【０１０１】
なお、機関暖機終了後の再始動の場合には、特にプレイグニッション回避の効果が大きい。
【０１０２】
機関が暖機終了状態であるか否かを、冷却水温又は油温の少なくとも一方に基づいて判断するので、より確実にプレイグニッションの発生を回避することができる。
【０１０３】
第６実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は本実施形態の構成を表す図である。
【０１０４】
本実施形態では、アクチュエータ８は電動モータによりシャフト８ａを伸縮するものであり、また、アクチュエータ８を駆動するためのバッテリ１９を備える。
【０１０５】
ところで、アクチュエータ８が解放状態のときには、前述したようにコントロールシャフト角度は振動的に変化するので、シャフト８ａは伸縮を繰り返す。このシャフト８ａの伸縮により、アクチュエータ８の電動モータ内部には誘導起電力が発生する。そこで、この誘導起電力を電力として回生してバッテリ１９に蓄えることとする。
【０１０６】
すなわち、アクチュエータ８が解放状態のときにはバッテリ１９は充電状態となり、回生エネルギーを電力として充電し、アクチュエータ８が保持状態のときにはバッテリ１９は放電状態となり、アクチュエータ８に電力を供給する。
【０１０７】
これにより、アクチュエータ８の消費電力の一部を回生エネルギで賄うことができるので、図示しないオルタネータの発電負荷を低減することができ、結果として燃費の向上を図ることができる。
【０１０８】
なお、回生した電力は、アクチュエータ８の駆動に限らず、他の電装部品の作動に用いてもよい。
【０１０９】
また、コントロールシャフト７の回転を電力として回生する他に、例えば熱等の他の形態のエネルギーに変換して利用してもよい。
【０１１０】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】第１実施形態のシステムの概略構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は可変ピストンモーションを説明するための図である。
【図３】エンジン回転数ごとのピストンモーションを表す図である。
【図４】コントロールシャフトトルクとクランク角との関係を表すである。
【図５】第１実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図７】第３実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図８】第４実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図９】第１実施形態のその他の例の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】第５実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１１】第６実施形態のシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１    ピストン
２    ピストンピン
３    アッパーリンク
４    ロアリンク
５    コントロールリンク
６    クランクシャフト
７    コントロールシャフト
８    アクチュエータ
１３  コントロールシャフト主軸用軸受部
１４  コントロールシャフト偏心軸用軸受部
１６  バネ
１９  バッテリ
【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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【図１０】
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【図１１】
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