JP2003328797A - エンジンの圧縮比可変機構およびエンジンの圧縮比可変方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮比変化に対する応答性の向上を図り、低速
時のトルクを確保するとともに、各燃焼行程毎に必要な
圧縮比の可変を精度良く容易に行えるエンジンの圧縮比
可変機構を提供する。 【解決手段】シリンダ１とピストン４との間に形成され
た燃焼室１０内で圧縮される燃焼ガスの圧縮比を可変す
るエンジンの圧縮比可変機構において、シリンダ１とピ
ストン４との間にシリンダライナ５が設けられ、このシ
リンダライナ５は、ピストン４の変位方向に変位する。
シリンダライナ５には、燃焼室１０内の容積を変化させ
るバルブシート（可動部材）８が設けられ、このバルブ
シート８は、シリンダライナ５と一体的に変位する。シ
リンダライナ５には、油圧機構からの油圧力がピストン
４の圧縮方向とは反対の方向に付与される。

Description

【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
可変機構およびエンジンの圧縮比可変方法に関する。

【従来の技術】エンジンは、シリンダ内の燃焼室に吸入
した燃料と空気との混合ガスをピストンの往復動により
圧縮し、この圧縮ガスをスパークプラグによる着火によ
り爆発させることにより、クランクシャフトの回転動力
を得ている。また、エンジンの低燃費および高出力化
は、一般に、混合ガスの圧縮比を高め、熱効率の向上を
図ることにより行われている。ところが、低速時や高負
荷時などの運転条件によっては、ノッキングが発生し易
く、出力低下の原因となっている。しかも、１燃焼行程
毎に、吸入空気の吸気量および圧縮時の温度上昇による
吸入空気の体積膨張率が変化し、圧縮比にバラツキが生
じ易い。このため、低温時の低速低回転領域における出
力トルクが低下し、低速走行性が劣る。

【０００２】従来より、例えば、特開平５−２７２４０
４号公報（以下、先行例１と略記する）や特開平１１−
５０８６６号公報（以下、先行例２と略記する）などに
開示されているように、エンジンの圧縮比可変機構が知
られている。このような圧縮比可変機構は、運転条件に
より圧縮比を可変することにより、低速時や高負荷時な
どにおけるノッキングの発生や出力の低下を防止する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たエンジンの圧縮比可変機構では、圧縮比変化に対する
応答性が劣るという不都合がある。先行例１では、燃焼
室内に臨むピストンのピストン面中央に可変ピストンが
突没可能に設けられている。この可変ピストンは、低速
時に燃焼室内に向け突出し、圧縮行程における燃焼室の
容積を可変ピストンの突出量に応じて小さくすることに
より、高圧縮比化を図っている。ところが、可変ピスト
ンが、シリンダ内を往復摺動自在なピストンに組み付け
られているとともに、ピストンと追従移動するため、ピ
ストンの稼働時に、可変ピストンを作動させる油圧機構
の油圧制御回路が複雑化する。しかも、可変ピストンの
油圧制御が複雑な回路構成と相俟って容易でないため
に、最適な圧縮比を運転条件に応じて精度良く迅速に調
整することが困難である。この結果、１サイクル毎の圧
縮比変化に対する可変ピストンの応答性が劣るという問
題がある。

【０００４】一方、先行例２では、燃焼室内に連通する
吸気口または排気口を一連の燃焼行程に連動して開閉す
るバルブのバルブシートが上下動可能に設けられてい
る。このバルブシートは、皿バネによって常に燃焼室側
に付勢されている。この皿バネは、燃焼室の燃焼圧力が
高負荷運転に対応した所定の燃焼圧力に達したときに弾
性変形し、バルブシートの上動を許容することにより、
その上動分に応じた燃焼室内の容積を増大させる。これ
により、高負荷運転における圧縮比が低下し、ノッキン
グの発生を低減している。ところが、バルブシートを付
勢する皿バネは、弾性係数が予め所定の値に設定されて
いるため、燃焼室の燃焼圧力が、皿バネの弾性係数を超
えない限り、常に、一定の圧縮比を維持している。この
結果、各燃焼行程毎に必要な圧縮比を設定することがで
きない。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、圧縮比変化に対する応答性の向
上を図り、低速時のトルクを確保するとともに、各燃焼
行程毎に必要な圧縮比を精度良く容易に設定することが
できる新規なエンジンの可変圧縮比機構およびエンジン
の可変圧縮比方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、第１の発明は、エンジンの可変圧縮比機構を提
供する。この機構においては、シリンダとピストンとの
間に形成された燃焼室内で圧縮される圧縮ガスの圧縮比
を可変する。シリンダとピストンとの間には、シリンダ
ライナが設けられ、このシリンダライナは、ピストンの
変位方向に変位する。シリンダライナには、燃焼室内の
容積を変化させる可動部材が設けられ、この可動部材
は、シリンダライナと一体的に変位する。そして、シリ
ンダライナには、油圧機構からの油圧力がピストンの圧
縮方向とは反対の方向に付与されて付勢されている。

【０００７】ここで、第１の発明においては、シリンダ
ライナを油圧力が付与される方向と同一方向に付勢する
ことが好ましい。

【０００８】また、第１の発明においては、可動部材が
燃焼室の一部を形成するバルブシートであり、このバル
ブシートは、バルブステーを有する吸排気バルブにより
開閉自在な吸排気口を有している。バルブステーは、復
帰用スプリングにより閉弁方向に付勢され、バルブステ
ーをバルブ開閉駆動機構によりスプリングの付勢力に抗
して変位させることが好ましい。

【０００９】また、第１の発明においては、バルブ開閉
駆動機構は、カム駆動機構からなる。このカム駆動機構
は、復帰用スプリングの付勢力に抗してバルブステーを
開弁方向に変位させるカム部材を有する。そして、復帰
用スプリングは、シリンダライナを油圧機構の油圧力と
協働する方向に付勢するスプリングの付勢力よりも大き
くすることが好ましい。

【００１０】さらに、第１の発明においては、バルブ開
閉駆動機構は、カム駆動機構に代えて、電磁駆動機構に
より構成し、復帰用スプリングの付勢力に抗してバルブ
ステーを開弁方向に変位させることが好ましい。

【００１１】第２の発明は、エンジンの圧縮比制御方法
を提供する。この方法においては、シリンダとピストン
との間に形成された燃焼室内で圧縮される圧縮ガスの圧
縮比を可変する。第１のステップでは、シリンダとピス
トンとの間に設けられたシリンダライナを、燃焼室内の
容積を変化させる可動部材と一体的に変位させるととも
に、ピストンの変位方向に変位させる。第２のステップ
では、シリンダライナに油圧機構からの油圧力を付与す
ることにより、ピストンの圧縮方向とは反対の方向に付
勢する。第３のステップでは、油圧機構の油圧力を調整
し、ピストンの圧縮行程におけるシリンダライナの変位
量を規制する。

【００１２】ここで、第２の発明においては、シリンダ
ライナを爆発行程中においてロック状態に保持すること
が好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、第１
の実施形態に係るエンジンの可変圧縮比機構を概略的に
示す縦断側面図である。エンジン本体を形成するシリン
ダ１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とで構
成されている。シリンダブロック２内には、ピストン４
が設けられている。シリンダブロック２とピストン４と
の間には、シリンダライナ５が介装され、このシリンダ
ライナ５を介してピストン４が上下方向に変位自在に設
けられている。シリンダライナ５は、後記する燃焼室１
０の一部を形成するとともに、ピストン４の変位方向に
変位する。ピストン４は、コンロッド６を介してクラン
クシャフト７に連結されている。シリンダヘッド２に
は、ピストン４の上方に対向位置するバルブシート（可
動部材）８が設けられている。このバルブシート８は、
後記する燃焼室１０の一部を形成するとともに、シリン
ダライナ５にガスケットを介してボルト等により一体に
組み付けられ、シリンダライナ５の変位に共動してピス
トン４の変位方向に可動する。

【００１４】燃焼室１０は、ピストン４の頂面とバルブ
シート８との間に形成されている。バルブシート８に
は、燃焼室１０に連通する吸気口８ａと排気口８ｂとが
開口されている。これらの吸排気口８ａ，８ｂには、シ
リンダヘッド３に形成した吸気通路９ａと排気通路９ｂ
とがそれぞれ臨んでいる。後述する一連の燃焼行程にお
ける吸気行程において、吸気通路９ａから吸引される空
気は、吸気口８ａから燃焼室１０内に導入される。一
方、爆発行程後の排気行程において、燃焼室１０内の燃
焼ガスは、排気口８ｂから排気通路９ｂを通って外部に
排出される。

【００１５】バルブシート８の吸気口８ａには、後述す
るバルブ開閉機構３０により開閉制御される吸気バルブ
１１が設けられている。この吸気バルブ１１は、ピスト
ン４の頂面に対して鉛直方向に延びるバルブステー１１
ａを有し、このバルブステー１１ａの先端部は、シリン
ダヘッド３を貫通して外部に突出している。バルブステ
ー１１ａの先端部には、スプリングリテーナ１１ｂが設
けられ、このスプリングリテーナ１１ｂを介してバルブ
スプリング（復帰用スプリング）１２が介装されてい
る。このバルブスプリング１２は、吸気バルブ１１を常
に吸気口８ａに着座させる方向に付勢する。

【００１６】一方、バルブシート８の排気口８ｂには、
吸気口８ａと同様に、後述するバルブ開閉機構４０によ
り開閉制御される排気バルブ１３が設けられている。こ
の排気バルブ１３は、ピストン４の頂面に対して鉛直方
向に延びるバルブステー１３ａを有し、このバルブステ
ー１３ａの先端部は、シリンダヘッド３を貫通して外部
に突出している。バルブステー１３ａの先端部には、ス
プリングリテーナ１３ｂが設けられ、このスプリングリ
テーナ１３ｂを介してバルブスプリング１４が介装され
ている。このバルブスプリング１４は、排気バルブ１３
を常に排気口８ｂに着座させる方向に付勢し、バルブ開
閉機構３０により開弁方向に変位するバルブステー１３
ａを元の位置に復帰させる。この場合、バルブスプリン
グ１２，１４は、バルブシート８への吸排気バルブ１
１，１３の着座によって、その反力がバルブシート８を
押し上げる方向、つまり、ピストン４の圧縮方向への引
張力として作用する。また、このバルブスプリング１
２，１４の付勢力は、後述するコイルスプリング１８の
反力として作用し、コイルスプリング１８の付勢力より
も大きい。

【００１７】シリンダ１のシリンダブロック２とシリン
ダライナ５との間には、油圧機構を構成する油圧室（ヘ
ッドチャンバ）１５がシリンダライナ５の上部外周全域
に亘って設けられている。この油圧室１５には、シリン
ダライナ５を間に存して油圧供給通路１６と油圧排出通
路１７とが連通させて設けられている。これら両通路１
６，１７には、後述する油圧制御回路２０が接続され、
油圧室１５内に油圧を供給することにより、シリンダラ
イナ５に油圧力を付与し、シリンダライナ５をピストン
４の圧縮方向とは反対の方向に付勢する。油圧室１５内
には、予めバネ常数が設定されたコイルスプリング１８
が介装されている。このコイルスプリング１８は、一端
をシリンダヘッド３側に係止し、その他端をシリンダラ
イナ５側の段付部５ａに係止することにより、シリンダ
ライナ５を油圧機構による油圧力が付与される方向と同
一方向に付勢する。

【００１８】なお、シリンダ１の燃焼室１０内には、シ
リンダヘッド３内に装着されたスパークプラグ１９がバ
ルブシート８に貫通させて臨んでいる。このスパークプ
ラグ１９は、圧縮行程により圧縮された圧縮ガスを爆発
行程において点火することにより爆発させる。この爆発
行程における圧縮ガスの爆発膨張圧によるピストン４の
下降動作に伴い、クランクシャフト７への回転動力が伝
達される。

【００１９】図２は、本実施形態における油圧制御回路
を示すブロック構成図である。油圧制御回路２０は、制
御部２１と、油圧室（ヘッドチャンバ）１５の油圧供給
通路１６を開閉制御する第１の電磁バルブ２２と、油圧
室１５の油圧排出通路１７を開閉制御する第２の電磁バ
ルブ２３と、油圧供給部２４とで構成されている。制御
部２１は、第１の電磁バルブ２２と第２の電磁バルブ２
３とを制御する。油圧供給部２４は、オイル溜り２５
と、このオイル溜り２５内のオイルを吸引するオイルポ
ンプ２６と、このオイルポンプ２６で吸引されたオイル
の流量を調整して所望の油圧に調圧するレギュレータ２
７とで構成されている。これにより、油圧室１５には、
レギュレータ２７により所望の油圧に流量調整されたオ
イルが逆止弁２８を介して油圧供給通路１６から常に供
給される。このオイルの一部は、シリンダブロック２と
シリンダライナ５との間からクランクシャフト７側に流
し、その一部を外部に排出することにより、シリンダブ
ロック２の冷却、シリンダライナ５の潤滑などに用いら
れる。

【００２０】すなわち、油圧制御回路２０は、第１およ
び第２の電磁バルブ２２，２３がオフのとき（油圧排出
回路の閉成状態）、油圧供給部２４から油圧室１５にオ
イルが供給されると、油圧室１５の圧力が高圧になる。
油圧室１５が高圧になるにしたがい、その油圧力はコイ
ルスプリング１８の付勢力と協働して、シリンダライナ
５を下方へ押す力、つまり、ピストン４の圧縮方向の変
位に相反する方向への押圧力を増大させる。一方、両電
磁バルブ２２，２３がオンのとき（油圧排出回路の開成
状態）、油圧供給部２４から常に供給される油圧室１５
のオイルをそれぞれのオイル溜り２２ａ，２３ａに排出
すると、油圧室１５内が低圧になる。したがって、両電
磁バルブ２２，２３がオンの状態では、シリンダライナ
５への油圧力がほぼ０になり、基本的にコイルスプリン
グ１８の付勢力のみでシリンダライナ５が付勢されるこ
とになる。

【００２１】ところで、上述した油圧制御回路２０にお
いて、第１および第２の電磁バルブ２２，２３は、ピス
トン４の動きによって制御される。換言すれば、両電磁
バルブ２２，２３は、油圧室１５の油圧をピストン４の
上下動、燃焼行程の各過程と連動させて制御される。そ
のためには、燃焼行程がいかなる状況にあるかのか、つ
まり、吸入行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程中のい
ずれの行程なのかを知る必要がある。また、圧縮比の制
御に際して、低速時や高負荷時などの運転条件によって
は、ノッキングが発生する恐れがあり、さらに、運転状
態が「急加速モード」にあるのか、「定常モード」にあ
るのかも知る必要がある。

【００２２】そこで、本実施形態においては、制御部２
１に各種センサ群２９が接続されている。これらのセン
サ群２９は、クランク角センサ２９ａ、スロットル開度
センサ２９ｂおよびノッキングセンサ２９ｃを有する。
クランク角センサ２９ａは、クランクシャフト７におけ
るクランク角の回転角をロータリエンコーダで何度傾い
ているかを検出することにより、燃焼行程の各過程を管
理する。スロットル開度センサ２９ｂは、アクセルの踏
込み量に応じたスロットル開度を検出することにより、
運転状態が「急加速モード」にあるのか、「定常モー
ド」にあるのかを管理する。ノッキングセンサ２９ｃ
は、爆発行程でのノッキング現象を検出することにより
管理する。

【００２３】図３は、運転モードの切換え手順を示すフ
ローチャートである。まず、ステップ１では、スロット
ル開度（Ｓ）をスロットル開度センサ２９ｂにより検出
し、ステップ２に進む。ステップ２では、スロットル開
度（Ｓ）が０よりも大きいか否か（０＜Ｓ）、つまり、
「加速」状態か否かが判定される。ステップ２におい
て、スロットル開度（Ｓ）が「０」であると判定された
場合、つまり、定常運転状態の場合には、ステップ３に
進み、「定常モード」が維持される。ステップ２におい
て、スロットル開度（Ｓ）が「０」よりも大きいと判定
された場合、つまり、加速運転状態の場合には、ステッ
プ４に進む。ステップ４では、ステップ２において判定
された加速運転状態が「急加速」状態か否かが判定され
る。ステップ４において、「急加速」状態でないと判定
された場合、つまり、通常の加速運転状態の場合には、
ステップ３に進み、「定常モード」が維持される。ステ
ップ４において、「急加速」状態と判定された場合に
は、「定常モード」からステップ５の「急加速モード」
に切換えられる。

【００２４】また、本実施形態において、吸排気バルブ
１１，１３は、クランクシャフト７の回転に同期する一
対のバルブ開閉駆動機構３０，４０により開閉駆動す
る。これらのバルブ開閉駆動機構３０，４０は、クラン
クシャフト７の回転にタイミングベルト（図示せず）を
介して機械的に同期するカム駆動機構により構成されて
いる。吸気バルブ１１を開閉する第１のカム駆動機構３
０は、第１のカムシャフト３１と、第１のカム部材３２
とで構成されている。排気バルブ１３を開閉する第２の
カム駆動機構４０は、第２のカムシャフト４１と、第２
のカム部材４２とで構成されている。これら第１および
第２のカム部材３２，４２は、爆発−排気−吸気−圧縮
の４行程による一連の燃焼行程に応じてクランクシャフ
ト７の２回転により１回転する。吸排気バルブ１１，１
３による吸排気口８ａ，８ｂの開弁は、吸気行程および
排気行程中に行われる。

【００２５】すなわち、吸気行程では、第１のカム部材
３２の回転に伴って吸気バルブ１１側のスプリングリテ
ーナ１１ｂがバルブスプリング１２の付勢力に抗して押
される。これにより、吸気口８ａが開弁され、吸気通路
９ａからの燃焼室１０内への燃焼空気の導入を可能にす
る。このとき、ピストン４は下降する。排気行程では、
第２のカム部材４２の回転に伴って排気バルブ１３側の
スプリングリテーナ１３ｂがバルブスプリング１４の付
勢力に抗して押される。これにより、排気口８ｂが開弁
され、燃焼室１０内の燃焼後の排気ガスが排気通路９ｂ
を通って外部に排出される。このとき、ピストン４は上
昇する。

【００２６】つぎに、本実施形態におけるエンジンの圧
縮比可変状態を、図１および図４から図６に示す燃焼行
程を参照しながら説明する。図１は、爆発行程時の概略
的断面図である。図４は、排気行程時の概略的断面図で
ある。図５は、吸気行程時の概略的断面図である。図６
は、圧縮行程時の概略的断面図である。

【００２７】本実施形態では、シリンダライナ５の変位
が、油圧室１５に付与される油圧力と、コイルの付勢力
と、ピストン４による圧縮圧と、圧縮ガスの爆発膨張圧
と、バルブスプリング１２，１４の付勢力とにより制御
される。圧縮比を可変する場合には、圧縮行程におい
て、油圧室１５の油圧力とコイルスプリング１８の付勢
力とが目標とする圧縮比に応じて所望の比率に配分され
る。シリンダライナ５は、油圧室１５の油圧力とコイル
スプリング１８の付勢力との合算圧力と、ピストン４に
よる圧縮圧およびバルブスプリング１２，１４の付勢力
とがバランスする位置まで変位する。そして、シリンダ
ライナ５の変位に共動するバルブシート８の変位に応じ
て燃焼室１０の容積が設定され、圧縮比を可変制御する
際の初期の設定圧が決定される。

【００２８】図１に示すように、圧縮行程直後の爆発行
程時に、燃焼室１０内の圧縮ガスがスパークプラグ１９
によって点火されると、圧縮行程で所望の圧縮比により
圧縮された圧縮ガスが爆発膨張し、その爆発膨張圧によ
ってピストン４は下降する。このピストン４の下降動作
により、クランクシャフト７には回転動力が伝達され
る。爆発行程においては、油圧制御回路２０における第
１および第２の電磁バルブ２２，２３が閉弁され、油圧
室１５の油圧排出回路が閉成されている。これにより、
シリンダライナ５がオイルロック状態に保持され、シリ
ンダライナ５とバルブシート８とは、爆発行程中に変位
することがない。

【００２９】排気行程では、図４に示すように、クラン
クシャフト７の回転に伴ってピストン４が上昇する。一
方、排気バルブ１３は、バルブステー１３ａの先端部に
設けたバルブリテーナ１３ｂを介してクランクシャフト
７の回転に同期する第２のカム駆動機構４０のカム部材
４２により下降する。これにより、バルブシート８の排
気口８ｂが開弁され、燃焼室１０内における燃焼後の排
気ガスが、ピストン４の上昇動作とともに排気通路９ｂ
を通って外部に排出される。

【００３０】このとき、例えば、コイルスプリング１８
の付勢力が、バルブスプリング１２，１４の付勢力より
も大きいと、排気バルブ１３の開弁時には、油圧排出回
路の開成により、シリンダライナ５がコイルスプリング
１８の付勢力によりシリンダ１内の最下位置まで下降す
る。これにより、バルブシート８も最下位置となり、排
気バルブ１３のバルブリテーナ１３ｂの位置もバルブス
プリング１４の付勢力に抗して下降する。このため、バ
ルブリテーナ１３ｂとカム部材４２との弁間隙が、通常
よりも大きくなってしまう。この状態で、排気バルブ１
３をカム部材４２の回転動作により開弁すると、カム部
材４２がバルブリテーナ１３ｂに激突し、タペット音
（打撃音）が発生するという問題が生じる。

【００３１】そこで、本実施形態では、上述したよう
に、コイルスプリング１８のバネ常数をバルブシート８
に引張力として働くバルブスプリング１２，１４の付勢
力よりも小さく設定する。そして、爆発行程終了の直前
に、第１および第２の電磁バルブ２２，２３の双方が開
弁されるように制御する。これにより、爆発行程終了の
直前において、油圧排出回路が開成され、油圧室１５内
のオイルが、オイル溜り２２ａ，２３ａに排出されると
ともに、油圧室１５の油圧が急激に減圧される。この油
圧室１５の急激な油圧の減圧により、シリンダライナ５
への油圧力が開放される。このため、爆発行程終了直前
のシリンダライナ５は、コイルスプリング１８の付勢力
に抗して、バルブスプリング１２，１４の付勢力によ
り、シリンダ１内の最上位置まで上昇する。この結果、
排気バルブ１３のバルブリテーナ１３ｂとカム部材４２
との間に形成される弁間隙がなくなり、バルブリテーナ
１３ｂとカム部材４２とを常に接触させることができる
ため、タペット音（打撃音）の発生が防止される。

【００３２】排気行程終了時、排気バルブ１３は、ピス
トン４の最上昇位置で閉弁する。また、第１の電磁バル
ブ２２は、排気行程途上で閉弁し、第２の電磁バルブ２
３のみが開弁状態となる。これにより、上述したような
最下位置から最上位置へのシリンダライナ５の変位が滑
らかになる。

【００３３】排気行程終了後の吸気行程では、図５に示
すように、バルブシート８の吸気口８ａを開閉する吸気
バルブ１１がクランクシャフト７の回転に同期する第１
のカム駆動機構３０のカム部材３２により開弁される。
これにより、燃焼室１０内には、燃焼空気がクランクシ
ャフト７の回転に伴うピストン４の下降動作とともに吸
気通路９ａから導入される。このとき、第１の電磁バル
ブ２２は、閉弁状態を維持し、第２の電磁バルブ２３
は、開弁状態を維持している。この場合、第１のカム駆
動機構３０による吸気バルブ１１の開弁制御直前には、
上述したように、排気行程終了時点において、第１およ
び第２の電磁バルブ２２，２３が開弁状態となってい
る。このため、バルブシート８がコイルスプリング１８
の付勢力により最上位置に保持されている。したがっ
て、吸気バルブ１１のバルブリテーナ１１ｂとカム部材
３２との間の大きな弁間隙は生じず、タペット音（打撃
音）が発生することはない。また、燃焼空気の吸入量
は、吸気バルブ１１の開弁時間、あるいは、吸気通路９
ａ内に設置される吸入スロットル（図示せず）の開度を
調整することにより任意に制御される。

【００３４】ところで、上述のような吸気行程における
燃焼空気の任意の吸入量に対して、圧縮行程による燃焼
空気の圧縮量は、１燃焼行程毎に変化する。ところが、
ピストン４による燃焼空気に対する圧縮圧から考える
と、必要な圧力は、吸入空気量によって変化することの
ない一定の圧縮圧になる。

【００３５】そこで、吸気行程終了後の圧縮行程では、
油圧制御回路２０の第１の電磁バルブ２２が閉弁状態に
維持され、第２の電磁バルブ２３が開弁状態に維持され
ている。一方、油圧室１５内には、油圧制御回路２０の
油圧供給部２４からレギュレータ２８を介して調圧され
た油圧が付与される。この油圧力は、センサ群２９から
の運転情報により決定される圧縮比に基づいて設定され
るとともに、コイルスプリング１８の付勢力と共にシリ
ンダライナ５をピストン４の圧縮方向とは反対の方向に
付勢する。このとき、シリンダライナ５は、ピストン４
の変位方向に自由に変位するとともに、その変位量は、
油圧力とコイルスプリング１８の付勢力との合算圧力
と、ピストンの５の圧縮圧およびバルブスプリング１
２，１４の付勢力とで規制される。

【００３６】すなわち、圧縮行程におけるシリンダライ
ナ５は、図６に示すように、油圧室１５内の油圧力とコ
イルスプリング１８の付勢力との合算圧力（設定値）
と、ピストン４の上昇変位に伴う燃焼室１０内の圧縮圧
およびバルブスプリング１２，１４の付勢力とが釣り合
った位置で停止する。換言すると、爆発行程で必要な燃
焼空気の圧縮圧は、油圧力とコイルスプリング１８の付
勢力との合算圧力によって設定する。圧縮行程において
は、常に、その最適設定圧になるまで、シリンダライナ
５、つまり、バルブシート８が変位する。これにより、
バルブシート８の変位位置が決定され、燃焼室１０内の
容積が圧縮比に基づいて調整される。そして、このよう
な圧縮行程における圧縮比の調整が１燃焼行程毎に行わ
れる。この結果、最適な圧縮比を運転条件に応じて精度
良く迅速に調整することが容易に行える。

【００３７】ところで、急加速走行時には、エンジンの
燃焼室１０内にノッキング現象が発生し、出力トルクを
低下させることがある。このような急加速走行における
出力トルクの低下を防止する手段として、本実施態様で
は、図２に示すように、アクセルペダルの動きをスロッ
トル開度センサ２９ｃにより検出し、運転状態が「急加
速モード」と判定されると、クランク角センサ２９ａに
より燃焼行程がいかなる過程にあるかのタイミングを検
出する。そして、燃焼行程が爆発行程において、制御部
２１は、油圧制御回路２０の油圧排出側の第２の電磁バ
ルブ２３を開弁制御し、第１の電磁バルブ２２を閉弁状
態のまま、油圧室１５のオイルをオイル溜り２３ａに排
出制御する。このため、急加速走行時の爆発行程では、
油圧室１５が低圧になり、バルブスプリング１２，１３
の引張力により、シリンダライナ５、つまり、バルブシ
ート８がコイルスプリング１８の付勢力に抗して上方に
変位する。これにより、燃焼室１０の容積が増大し、圧
縮比は低下する。この結果、高負荷時などにおけるノッ
キングの発生や出力の低下が防止される。

【００３８】このように、本実施形態では、シリンダ１
のシリンダブロック２とピストン４との間にシリンダラ
イナ５が介装されている。このシリンダライナ５は、ピ
ストン４の変位方向に変位するとともに、常時、コイル
スプリング１８の付勢力によりピストン４の圧縮方向と
は反対の方向に付勢されている。シリンダブロック２と
シリンダライナ５との間には、油圧室１５が設けられ、
この油圧室１５の油圧は、コイルスプリング１８の付勢
力と共に同一方向にシリンダライナ５を付勢する。油圧
室１５の油圧は、油圧制御回路２０により可変制御さ
れ、この油圧力の制御により、圧縮行程時における燃焼
室１０内の容積を変化させ、圧縮比を可変している。そ
の結果、シリンダライナ５に対する油圧力とコイルスプ
リング１８の付勢力との合算圧力を所望の設定値に可変
制御すれば、爆発時には、燃焼行程毎の常時必要な圧縮
比を確保することが可能になる。しかも、爆発行程で
は、シリンダライナ５がオイルロックされているため、
圧縮比の精度の向上が図れるとともに、シリンダライナ
５の振動が防止される。シリンダライナ５が制御対象部
材として用られていることから、シリンダライナ５は、
小型でかつ軽量であるため、圧縮比可変時の応答性が向
上する。

【００３９】また、１燃焼行程毎に、吸入空気の吸気量
および圧縮時の温度上昇による吸入空気の体積膨張率が
変化しても、最適な圧縮圧や圧縮比を得ることができ
る。このため、低温時の低速低回転領域における出力ト
ルクが向上し、燃費の向上が図れるとともに、低速走行
性にも優れる。

【００４０】さらに、低温暖機運転時においても、最適
な圧縮圧が得られることから、燃焼の最適化が図れるた
め、例えば、ＣＯ，ＮＯｘ，ＨＣなどの排気ガス中の有
害ガス成分が低減し、触媒が小型化とともに安価なる。
また、低温起動時においても最適な圧縮比を得ることが
できるため、燃焼の最適化によるエンジンの始動性の向
上が図れる。

【００４１】（第２の実施形態）図７は、第２の実施形
態に係るエンジンの可変圧縮比機構を概略的に示す縦断
側面図である。この第２の実施形態では、上述した第１
の実施形態において吸排気バルブ１１，１３を開閉制御
するカム駆動機構に代えて、バルブ開閉駆動機構にクラ
ンクシャフト７の回転に電気的に同期する第１および第
２の電磁駆動機構３０，４０が用いられている。これら
の電磁駆動機構３０，４０には、復帰用スプリング３
３，４３がそれぞれ介装されている。これらの復帰用ス
プリング３３，４３は、吸排気バルブ１１，１３を常に
吸排気口８ａ，８ｂに着座させる方向に付勢する。復帰
用スプリング３３，４３の付勢力は、上述した第１の実
施形態と同様に、コイルスプリング１８の付勢力よりも
大きい。すなわち、各々の電磁駆動機構３０，４０は、
吸排気バルブ１１，１３のバルブステー１１ａ，１３ａ
を復帰用スプリンググ３３，４３の付勢力に抗して開弁
方向に変位させる。これにより、吸排気バルブ１１，１
３の開閉制御が容易に行えるとともに、バルブ開閉駆動
機構の簡略化が図れる。

【００４２】なお、上述した各実施形態においては、急
加速時におけるノッキングの発生に伴う出力トルクの低
下を防止する場合に、アクセルペダルの動きをスロット
ル開度センサ２９ｃで検出し、燃焼室１０の容積を増大
させることにより行っている。しかしながら、本発明
は、これに限定されるものではなく、図２に示すよう
に、センサ群２９に従来法で用いられているノッキング
センサ２９ｃを付加してもよい。そして、このノッキン
グセンサ２９ｃが急加速時の燃焼室１０内におけるノッ
キングを検知したときに、スパークプラグ１９による点
火時期を制御することにより、ノッキングの発生を防止
するような従来法を併用することも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、吸入
空気量が少ないときでも、最適な圧縮比まで高めるとと
もに、急加速時などにおける急激なアクセルワークによ
りノッキングが発生し易いときには、圧縮比を低下させ
ることができる。このため、シリンダライナに対する油
圧力とスプリングの付勢力との合算圧力を所望の設定値
に可変制御すれば、爆発時には、燃焼行程毎の常時必要
な圧縮比を確保することができる。しかも、爆発行程で
は、シリンダライナがオイルロックされているため、圧
縮比の精度の向上が図れるとともに、シリンダライナの
振動を防止することができる。シリンダライナが制御対
象部材として用られている。これにより、シリンダライ
ナは、小型でかつ軽量であるため、圧縮比可変時の応答
性が向上する。

【００４４】また、１燃焼行程毎に、吸入空気の吸気量
および圧縮時の温度上昇による吸入空気の体積膨張率が
変化しても、最適な圧縮比を得ることができる。このた
め、低温時の低速低回転領域における出力トルクが向上
し、燃費の向上が図れるとともに、低速走行性にも優れ
る。

【００４５】さらに、低温暖機運転時においても、最適
な圧縮圧が得られることから、燃焼の最適化が図れるた
め、例えば、ＣＯ，ＮＯｘ，ＨＣなどの排気ガス中の有
害ガス成分が低減し、触媒が小型化とともに安価なる。
しかも、低温起動時においても最適な圧縮比を得ること
ができるため、燃焼の最適化によるエンジンの始動性の
向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるエンジンの可変圧縮比
機構を有する圧縮行程直後における爆発行程時の概略的
縦断側面図

【図２】油圧制御回路を示すブロック構成図

【図３】運転モードの切換え手順を示すフローチャート

【図４】爆発行程直後における排気行程時の概略的縦断
側面図

【図５】排気行程直後における吸気行程時の概略的縦断
側面図

【図６】吸気行程直後における圧縮行程時の概略的縦断
側面図

【図７】第２の実施形態におけるエンジンの可変圧縮比
機構を有する圧縮行程直後における爆発行程時の概略的
縦断側面図

【符号の説明】

１ シリンダ ２ シリンダブロック ３ シリンダヘッド ４ ピストン ５ シリンダライナ ５ａ 段付部 ６ コンロッド ７ クランクシャフト ８ バルブシート ８ａ 吸気口 ８ｂ 排気口 ９ａ 吸気通路 ９ｂ 排気通路 １０ 燃焼室 １１ 吸気バルブ １１ａ バルブステー １１ｂ スプリングリテーナ １２ 復帰用スプリング（バルブスプリング） １３ 排気バルブ １３ａ バルブステー １３ｂ スプリングリテーナ １４ 復帰用スプリング（バルブスプリング） １５ 油圧室（ヘッドチャンバ） １６ 油圧供給通路 １７ 油圧排出通路 １８ コイルスプリング １９ スパークプラグ ２０ 油圧制御回路 ２１ 制御部 ２２ 第１の電磁バルブ ２２ａ オイル溜り ２３ 第２の電磁バルブ ２３ａ オイル溜り ２４ 油圧供給部 ２５ オイル溜り ２６ オイルポンプ ２７ レギュレータ ２８ 逆止弁 ２９ センサ群 ２９ａ クランク角センサ ２９ｂ スロットル開度センサ ２９ｃ ノッキングセンサ ３０ 第１のバルブ開閉駆動機構（カム駆動機構） ３１ 第１のカムシャフト ３２ 第１のカム ４０ 第２のバルブ開閉駆動機構（カム駆動機構） ４１ 第２のカムシャフト ４２ 第２のカム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 誠 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA26 DA10 FA00 3G092 AA12 DD08 DG02 DG05 EA08 FA17 FA18 FA24 GA08 GA12 HA06Z HC05Z HE03Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダとピストンとの間に燃焼室が形成
   され、前記燃焼室内で圧縮される圧縮ガスの圧縮比を可
   変するエンジンの圧縮比可変機構において、 前記シリンダと前記ピストンとの間に設けられ、前記ピ
   ストンの変位方向に変位するシリンダライナと、 前記シリンダライナと一体的に変位し、前記燃焼室内の
   容積を変化させる可動部材と、 前記シリンダライナに油圧力を付与し、前記シリンダラ
   イナを前記ピストンの圧縮方向とは反対の方向に付勢す
   る油圧機構とを有することを特徴とするエンジンの圧縮
   比可変機構。
2. 【請求項２】前記シリンダライナを、油圧力が付与され
   る方向と同一方向に付勢するスプリングをさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載されたエンジンの圧縮
   比可変機構。
3. 【請求項３】前記可動部材は、前記燃焼室の一部を形成
   するバルブシートであることを特徴とする請求項１また
   は２に記載されたエンジンの圧縮比可変機構。
4. 【請求項４】前記バルブシートは、バルブステーを吸排
   気バルブにより開閉自在な吸排気口を有し、前記バルブ
   ステーを復帰用スプリングにより閉弁方向に付勢すると
   ともに、前記バルブステーを前記スプリングの付勢力に
   抗して変位させるバルブ開閉駆動機構を有することを特
   徴とする請求項３に記載されたエンジンの圧縮比可変機
   構。
5. 【請求項５】前記バルブ開閉駆動機構は、カム駆動機構
   からなり、当該カム駆動機構は、前記復帰用スプリング
   の付勢力に抗して前記バルブステーを開弁方向に変位さ
   せるカム部材を有するとともに、 前記復帰用スプリングは、前記スプリングの付勢力より
   も大きくしたことを特徴とする請求項４に記載されたエ
   ンジンの圧縮比可変機構。
6. 【請求項６】前記バルブ開閉駆動機構は、前記復帰用ス
   プリングの付勢力に抗して前記バルブステーを開弁方向
   に変位させる電磁駆動機構からなるとともに、 前記復帰用スプリングは、前記スプリングの付勢力より
   も大きくしたことを特徴とする請求項４に記載されたエ
   ンジンの圧縮比可変機構。
7. 【請求項７】シリンダとピストンとの間に燃焼室が形成
   され、前記燃焼室内で圧縮される圧縮ガスの圧縮比を可
   変するエンジンの圧縮比可変方法において、 前記シリンダと前記ピストンとの間に設けられたシリン
   ダライナを、前記燃焼室内の容積を変化させる可動部材
   と一体的に変位させるとともに、前記ピストンの変位方
   向に変位させるステップと、 前記シリンダライナに油圧機構からの油圧力を付与する
   ことにより、前記ピストンの圧縮方向とは反対の方向に
   付勢するステップと、 前記油圧機構の油圧力を調整し、前記ピストンの圧縮行
   程における前記シリンダライナの変位量を規制するステ
   ップとを有することを特徴とするエンジンの圧縮比可変
   方法。
8. 【請求項８】前記シリンダライナを爆発行程中において
   ロック状態に保持するステップをさらに含むことを特徴
   とする請求項７に記載されたエンジンの圧縮比可変方
   法。