JP2008038744A - 内燃機関の圧縮比可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の圧縮比可変装置において，ピストンアウタの上向き慣性力が，燃焼室からの下向き荷重より過大になったときは，ピストンアウタの低圧縮比位置から高圧縮比位置への移動を禁止するようにして，カム機構の耐久性を確保する。
【解決手段】ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈへの変位を許容すると共に，その高圧縮比位置Ｈを保持し得るカム機構１５₁ と；ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌへの変位を許容すると共に，その低圧縮比位置Ｌを保持するロック機構１５₂ と；これらカム機構１５₁ 及びロック機構１５₂ の作動を圧縮比切換領域判定手段Ｍ１に従って制御する制御装置５０と；を備える，内燃機関の圧縮比可変装置において，制御装置５０を，これが圧縮比切換領域判定手段Ｍ１から高圧縮比領域Ｈａと判定しても，機関Ｅの所定の高回転且つ低負荷運転領域Ｐでは，前記カム機構１５₁ の作動を禁止するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと；ヘッド部を機関の燃焼室に臨ませながらピストンインナの外周に軸方向摺動可能に嵌合し，慣性力により前記燃料室寄りの高圧縮比位置と，それと反対側の低圧縮比位置との間をピストンインナに対して変位するピストンアウタと；ピストンインナ及びピストンアウタ間に構成されて，ピストンアウタの高圧縮比位置への変位を許容すると共に，ピストンアウタが高圧縮比位置に変位したときその高圧縮比位置を保持し得るカム機構と；同じくピストンインナ及びピストンアウタ間に構成されて，ピストンアウタの低圧縮比位置への変位を許容すると共に，ピストンアウタが低圧縮比位置へ変位したときその低圧縮比位置を保持するロック機構と；これらカム機構及びロック機構の作動を圧縮比切換領域判定手段に従って制御する制御装置と；を備える，内燃機関の圧縮比可変装置の改良に関する。

かゝる内燃機関の圧縮比可変装置は，特許文献１に開示されるように，既に知られている。
特開２００５−５４６１９号公報

かゝる内燃機関の圧縮比可変装置では，ピストンアウタを低圧縮比位置から高圧縮比位置へ切換制御する際には，アクチュエータによりカム機構を，ピストンアウタの高圧縮比位置側に付勢しながら，ピストンアウタがそれ自体の慣性力により高圧縮比位置に移動するのを待ち，ピストンアウタが高圧縮比位置に移動すれば，カム機構の作動によりピストンアウタは高圧縮比位置に保持される。この場合，ピストンアウタの高圧縮比位置への移動は，ピストンアウタの燃焼室側への慣性力（以下，上向き慣性力という。）が，燃焼室圧力によるピストンアウタへの荷重（以下，下向荷重という）よりも勝ったときに生じる。

しかしながら，カム機構がピストンアウタの低圧縮比位置から高圧縮比位置への移動を許容した場合，ピストンアウタの上向き慣性力が，燃焼室からの下向き荷重より過大になると，機関の圧縮行程終わりの上死点でもピストンアウタが高圧縮比位置へ移動することがあり，そうなると，カム機構がピストンアウタを高圧縮比位置に保持する作動を完了しないうちに，膨張行程に移ってしまい，燃焼室からの大なる下向き荷重がピストンアウタを介して，不完全作動状態のカム機構に加わることになり，その耐久性を損じることがある。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，ピストンアウタの上向き慣性力が，燃焼室からの下向き荷重より過大になったときは，ピストンアウタの低圧縮比位置から高圧縮比位置への移動を禁止するようにして，カム機構の耐久性を確保し得る，前記内燃機関の圧縮比可変装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，コンロッドにピストンピンを介して連結されるピストンインナと；ヘッド部を機関の燃焼室に臨ませながらピストンインナの外周に軸方向摺動可能に嵌合し，慣性力により前記燃料室寄りの高圧縮比位置と，それと反対側の低圧縮比位置との間をピストンインナに対して変位するピストンアウタと；ピストンインナ及びピストンアウタ間に構成されて，ピストンアウタの高圧縮比位置への変位を許容すると共に，ピストンアウタが高圧縮比位置に変位したときその高圧縮比位置を保持し得るカム機構と；同じくピストンインナ及びピストンアウタ間に構成されて，ピストンアウタの低圧縮比位置への変位を許容すると共に，ピストンアウタが低圧縮比位置へ変位したときその低圧縮比位置を保持するロック機構と；これらカム機構及びロック機構の作動を圧縮比切換領域判定手段に従って制御する制御装置と；を備える，内燃機関の圧縮比可変装置において，前記制御装置を，これが圧縮比切換領域判定手段から高圧縮比領域と判定しても，機関の所定の高回転且つ低負荷運転領域では，前記カム機構の作動を禁止するように構成したことを第１の特徴とする。

尚，前記カム機構及びロック機構は，後述する本発明の実施例中の第１カム機構１５₁ 及び第２カム機構１５₂ にそれぞれ対応し，また圧縮比切換領域判定手段は圧縮比切換領域判定マップＭ１に対応し，前記制御装置は電子制御ユニット５０に対応する。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記所定の高回転且つ低負荷運転領域が，機関の圧縮行程で，ピストンアウタの燃焼室側への慣性力が，燃焼室圧力によるピストンアウタへの荷重以上に増大する運転領域であることを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，機関が低圧縮比状態から高圧縮比状態へ切り換わるべき運転状態にあっても，所定の高回転且つ低負荷状態であれば，カム機構の作動を禁止することで，ロック機構による低圧縮比状態が保持され，過大な上向き慣性力による高圧縮比位置への変位を拘束することができ，これにより特に圧縮行程終わりの上死点でピストンアウタが過大な上向き慣性力により高圧縮比位置へ変位することを拘束することができ，その結果，次に膨張行程に移っても，燃焼室圧力により荷重が特に不完全作動状態の第１カム機構に加わることを未然に回避して，第１カム機構の耐久性を確保することができる。

本発明の第２の特徴によれば，圧縮行程終わりの上死点でピストンアウタが過大な上向き慣性力により高圧縮比位置へ変位することを確実に拘束することができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の圧縮比可変装置を備える内燃機関の要部縦断正面図，図２は図１の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。図３は高圧縮比状態を示す，図２との対応図，図４は図２の４−４断面図，図５は図３の５−５線拡大断面図，図６は図２の６−６線断面図，図７は図３の７−７線断面図，図８は高圧縮比状態から低圧縮比状態への切り換え作用説明図，図９は低圧縮比状態から高圧縮比状態への切り換え作用図，図１０は圧縮比切換領域マップを示す線図，図１１は高圧縮比への切換禁止領域マップを示す線図，図１２は電子制御ユニットの制御プログラミングの実行手順を示すフローチャートである。

先ず，図１〜図９により内燃機関Ｅの圧縮比可変装置の基本構成について説明する。

図１〜図３において，内燃機関Ｅにおいて，クランクケース３にベアリング８，８′を介して支承されるクランク軸９には，シリンダブロック２のシリンダボア２ａ内を昇降するピストン５にコンロッド７を介してピストン５が連接される。このピストン５は，ピストンピン６を介してコンロッド７の小端部７ａに連結されるピストンインナ５ａと，このピストンインナ５ａの外周面に摺動可能に嵌合していて，ピストンインナ５ａ上で所定の低圧縮比位置Ｌ（図２参照）と高圧縮比位置Ｈ（図３参照）との間を移動し得るピストンアウタ５ｂとからなっており，そのピストンアウタ５ｂが，その外周に装着された複数のピストンリング１０ａ〜１０ｃを介してシリンダボア２ａの内周面に摺動自在に嵌合すると共に，ヘッド部５ｂｈをシリンダヘッド４の燃焼室４ａに臨ませている。

ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂの摺動嵌合面には，ピストン５の軸方向に延びて互いに係合する複数のスプライン歯１１ａ及びスプライン溝１１ｂがそれぞれ形成され，ピストンインナ及びアウタ５ａ，５ｂは，それらの軸線周りに相対回転できないようになっている。またピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの軸方向相対移動を規制する止環１８が，ピストンインナ５ａを挟んでヘッド部５ｂｈと反対でピストンアウタ５ｂの内周面に係止される。

ピストンインナ５ａとヘッド部５ｂｈとの間には，それらの間の第１軸方向間隔Ｓ₁ を制御する第１カム機構１５₁ が介裝され，またピストンインナ５ａ及び止環１８間には，それらの間の第２軸方向間隔Ｓ₂ を制御する第２カム機構１５₂ が介裝される。これら第１及び第２カム機構１５₁ ，１５₂ により前記第１及び第２軸方向間隔Ｓ₁ ，Ｓ₂ を互いに反対に増減させることによって，ピストンアウタ５ｂは，ピストンインナ５ａに対してピストンピン寄りの低圧縮比位置Ｌと，燃焼室４ａ寄りの高圧縮比位置Ｈとに交互に保持される。

図２，図３及び図６に示すように，第１カム機構１５₁ は，ピストンアウタ５ｂのヘッド部５ｂｈ内壁に形成される上部の第１固定カム１６₁ と，ピストンインナ５ａの上面に一体に突設された枢軸部１２に回動可能に嵌合しつゝピストンインナ５ａの上面に支承される下部の第１回転カム板１７₁ とからなっている。

第１回転カム板１７₁ は，その軸線周りに設定される第１及び第２回転位置Ａ，Ｂ間を回転し得るもので，その往復回転により第１固定カム１６₁ と協働して，前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を増減させ得る。具体的には，第１固定カム１６₁ は，周方向に並ぶ複数のカム山１６₁ ，１６₁ …で構成され，第１回転カム板１７₁ には，同じく周方向に並ぶ複数のカム山１７₁ ，１７₁ …が一体に形成される。

而して，第１回転カム板１７₁ が第１回転位置Ａにあるときは，この第１回転カム板１７₁ の隣接するカム山１７₁ ，１７₁ 間の谷に上部の第１固定カム１６₁ のカム山１６₁ が出入り可能であり（図６の（ａ），（ｂ）参照），その結果，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移行が許容される。そして上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが噛み合えば，第１カム機構１５₁ は軸方向収縮状態となって前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を減少させることになる。

また第１回転カム板１７₁ が第２回転位置Ｂにあるときは，第１回転カム板１７₁ 及び第１固定カム１６₁ のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａ同士が平坦な頂面を衝合させる（図６の（ａ）参照）ことで，第１カム機構１５₁ は軸方向拡張状態となって，前記第１軸方向間隔Ｓ₁ を増加させ，ピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持することになる。

ピストンインナ５ａ及び第１回転カム板１７₁ 間には，第１回転カム板１７₁ を第１回転位置Ａ及び第２回転位置Ｂへ交互に回転させる第１アクチュエータ２０₁ が設けられる。

第１アクチュエータ２０₁ は図２及び図４に示すような構成を有する。即ち，ピストンインナ５ａには，ピストンピン６を挟んでそれと平行に延びる一対の有底のシリンダ孔２１₁ ，２１₁ と，各シリンダ孔２１₁ の中間部の上壁を貫通する長孔２９₁ ，２９₁ とが設けられ，第１回転カム板１７₁ の下面に一体的に突設されて，その直径線上に並ぶ一対の受圧ピン２８₁ ，２８₁ が上記長孔２９₁ ，２９₁ を通してシリンダ孔２１₁ ，２１₁ に臨ませてある。長孔２９₁ ，２９₁ は，受圧ピン２８₁ ，２８₁ が第１回転カム板１７₁ と共に第１回転位置Ａ及び第２回転位置Ｂ間を移動することを妨げないようになっている。

各シリンダ孔２１₁ には，対応する受圧ピン２８₁ を挟んで作動プランジャ２３₁ 及び有底円筒状の戻しプランジャ２４₁ が摺動可能に嵌装される。その際，作動プランジャ２３₁ ，２３₁ 同士及び戻しプランジャ２４₁ ，２４₁ 同士は，それぞれピストン５の軸線に関して点対称に配置される。

各シリンダ孔２１₁ 内には，作動プランジャ２３₁ の内端が臨む第１油圧室２５₁ が画成され，該室２５₁ に油圧を供給すると，その油圧を受けて作動プランジャ２３₁ が受圧ピン２８₁ を介して第１回転カム板１７₁ を第２回転位置Ｂへ回転するようになっている。

また各シリンダ孔２１₁ の開放側端部には，円筒状のばね保持筒３５₁ が止環３６₁ を介して係止され，このばね保持筒３５₁ と前記戻しプランジャ２４₁ との間に，その戻しプランジャ２４₁ を受圧ピン２８₁ 側に付勢する戻しばね２７₁ が縮設される。

而して，第１回転カム板１７₁ の第１回転位置Ａは，各シリンダ孔２１₁ の底面に当接する作動プランジャ２３₁ の先端に受圧ピン２８₁ が当接することにより規定され，第１回転カム板１７₁ の第２回転位置Ｂは，受圧ピン２８₁ に押された戻しプランジャ２４₁ がばね保持筒３５₁ の先端に当接することにより規定される。

また図２，図３及び図６に示すように，第２カム機構１５₂ は，ピストンインナ５ａの下端壁に形成される上部の第２固定カム１６₂ と，前記止環１８上でピストンアウタ５ｂの内周面に回転可能に嵌合する下部の第２回転カム板１７₂ とからなっている，ピストンアウタ５ｂの内周には，第２回転カム板１７₂ の上面に当接する環状の肩部１９が形成されており，この肩部１９と前記止環１８とで第２回転カム板１７₂ は回転可能に挟持され，ピストンアウタ５ｂに対して軸方向の移動が阻止される。

第２回転カム板１７₂ は，その軸線周りに設定される第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄ間を回転し得るもので，その往復回転により第２固定カム１６₂ と協働して，前記第２軸方向間隔Ｓ₂ を増減させるようになっている。具体的には，第２固定カム１６₂ は，周方向に並ぶ複数のカム山１６₂ ａ，１６₂ ａ…で構成され，第２回転カム板１７₂ には，同じく周方向に並ぶ複数のカム山１７₂ ａ，１７₂ ａ…が一体に形成される。

第２回転カム板１７₂ の第３及び第４回転位置Ｃ，Ｄ間の回転角度は，前記第１回転カム板１７₁ の第１及び第２回転位置Ａ，Ｂ間の回転角度と同一に設定される。また第２固定カム１６₂ 及び第２回転カム板１７₂ のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａの少なくとも有効高さは，前記第１固定カム１６₁ 及び第１回転カム板１７₁ のカム山１６₁ ａ，１７₂ ａのそれと同一に設定される。

而して，第２回転カム板１７₂ が第３回転位置Ｃにあるときは，第２回転カム板１７₂ 及び第２固定カム１６₂ のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａ同士が平坦な頂面を衝合させる（図６の（ｄ）参照）ことで，第２カム機構１５₂ は軸方向拡張状態となって，前記第２軸方向間隔Ｓ₂ を増加させ，ピストンアウタ５ｂを低圧縮比位置Ｌに保持する。

また第２回転カム板１７₂ が第４回転位置Ｄにあるときは，この第２回転カム板１７₂ の隣接するカム山１７₂ ａ，１７₂ ａ間の谷に第２固定カム１６₂ のカム山１６₂ ａが出入り可能であり（図６の（ａ），（ｃ）参照），その結果，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌ又は高圧縮比位置Ｈへの移行が許容される。そして上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａが噛み合えば，第２カム機構１５₂ は軸方向収縮状態となって前記第２軸方向間隔Ｓ₂ の減少をすることになる。

ピストンインナ５ａ及び第２回転カム板１７₂ 間には，第２回転カム板１７₂ を第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄへ交互に回転させる第２アクチュエータ２０₂ が設けられる。

第２アクチュエータ２０₂ は図２及び図６に示すような構成を有する。即ち，ピストンインナ５ａには，ピストンピン６を挟んでそれと平行に延びる一対の有底のシリンダ孔２１₂ ，２１₂ と，各シリンダ孔２１₂ の中間部の上壁を貫通する長孔２９₂ ，２９₂ とが設けられ，第２回転カム板１７₂ の下面に一体的に突設されて，その直径線上に並ぶ一対の受圧ピン２８₂ ，２８₂ が上記長孔２９₂ ，２９₂ を通してシリンダ孔２１₂ ，２１₂ に臨ませてある。各長孔２９₂ は，受圧ピン２８₂ が第２回転カム板１７₂ と共に第３回転位置Ｃ及び第４回転位置Ｄ間を移動することを妨げないようになっている。

各シリンダ孔２１₂ には，対応する受圧ピン２８₂ を挟んで作動プランジャ２３₂ 及び有底円筒状の戻しプランジャ２４₂ が摺動可能に嵌装される。その際，作動プランジャ２３₂ ，２３₂ 同士及び戻しプランジャ２４₂ ，２４₂ 同士は，それぞれピストン５の軸線に関して点対称に配置される。

各シリンダ孔２１₂ 内には，作動プランジャ２３₂ の内端が臨む第２油圧室２５₂ が画成され，該室２５₂ に油圧を供給すると，その油圧を受けて作動プランジャ２３₂ が受圧ピン２８₂ を介して第２回転カム板１７₂ を第４回転位置Ｄへ回動するようになっている。

また各シリンダ孔２１₂ の開放側端部には，円筒状のばね保持筒３５₂ が止環３６₂ を介して係止され，このばね保持筒３５₂ と前記戻しプランジャ２４₂ との間に，その戻しプランジャ２４₂ を受圧ピン２８₂ 側に付勢する戻しばね２７₂ が縮設される。こうして第２アクチュエータ２０₂ は，前記第１アクチュエータ２０₁ と対称的に構成される。

而して，第２回転カム板１７₂ の第３回転位置Ｃは，各シリンダ孔２１₂ ，２１₂ の底面に当接する作動プランジャ２３₂ ，２３₂ の先端に受圧ピン２８₂ ，２８₂ が当接することにより規定され，第２回転カム板１７₂ の第４回転位置Ｄは，受圧ピン２８₂ に押された戻しプランジャ２４₂ がばね保持筒３５₂ の先端に当接することにより規定される。

以上において，第１回転カム板１７₁ 及び第１アクチュエータ２０₁ ，並びに第２回転カム板１７₂ 及び第１アクチュエータ２０₂ は，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂの慣性力の差や，ピストンアウタ５ｂがシリンダボア２ａの内面から受ける摩擦抵抗，ピストンアウタ５ｂが燃焼室４ａ側から受ける負圧，正圧等，ピストンインナ５ａ及びアウタ５ｂを互いに軸方向に離間させたり近接させようと作用する外力により，ピストンアウタ５ｂが低圧縮比位置Ｌ及び高圧縮比位置Ｈ間を移動することを許容する。

再び図１及び図２において，前記ピストンピン６と，その中空部に圧入されたスリーブ４０との間に筒状の油室４１が画成され，この油室４１を第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の両油圧室２５₁ ，２５₂ に接続する第１及び第２分配油路４２₁ ，４２₂ がピストンピン６及びピストンインナ５ａに渡り設けられる。また油室４１は，ピストンピン６，コンロッド７及びクランク軸９に渡り設けられる油路４４に接続され，この油路４４は，電磁切換弁４５を介して油圧源たるオイルポンプ４６と，油溜め４７とに切換可能に接続される。オイルポンプ４６は電動モータ４８により駆動される。
［高圧縮比位置から低圧縮比位置への切り換え］
いま，図８の（ａ）に示すように，ピストンアウタ５ｂが高圧縮比位置Ｈに保持されているとする。したがって，第１カム機構１５₁ では，上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが互いに頂面を対向させた軸方向拡張状態にあると共に，第２カム機構１５₂ では上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａを互いに噛み合わせた軸方向収縮状態にある。

この状態において，電磁切換弁４５を図１に示すように非通電状態，即ちオフ状態にして，油路４４を油溜め４７に開放すれば，第１及び第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ の油圧室２５₁ ，２５₂ は，何れも油室４１及び油路４４を通して油溜め４７に開放されるので，第１アクチュエータ２０₁ では，戻しプランジャ２４₁ が戻しばね２７₁ の付勢力で受圧ピン２８₁ を押圧して，第１回転カム板１７₁ を第１回転位置Ａへ回転しようとし，第２アクチュエータ２０₁ では，戻しプランジャ２４₂ が戻しばね２７₂ の付勢力で受圧ピン２８₂ を押圧して，第２回転カム板１７₂ を第３回転位置Ｃへ回転しようとする。

そこで，ピストン５が吸気行程に移ると，ピストンインナ５ａには，ピストンアウタ５ｂに先行して下向きの慣性力が作用するため，第１カム機構１５₁ は，ピストンインナ５ａ及びピストンアウタ５ｂ間のスラスト荷重から解放される。したがって，先ず第１回転カム板１７₁ が第１アクチュエータ２０₁ の戻しばね２７₁ の付勢力により受圧ピン２８₁ を介して第１回転位置Ａへ素早く回転する。その結果，図８の（ｂ）に示すように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａは互いに半ピッチずらした噛み合い可能の配置となる。

次にピストン５が圧縮行程の後半に来ると，ピストンインナ５ａには，ピストンアウタ５ｂに先行して上向きの慣性力が作用するため，ピストンアウタ５ｂは，図８の（ｃ）のように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａを互いに噛み合せながら，即ち第１カム機構１５₁ を軸方向に収縮させながら，ピストンインナ５ａに対して相対的に下降し，低圧縮比位置Ｌを占めることになる。

このようにピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して相対的に下降すると，第２カム機構１５₂ では，第２固定カム１６₂ に対して第２回転カム板１７₂ が下降することになり，それに伴ない上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａが噛み合い状態から解放されるので，第２回転カム板１７₂ は第２アクチュエータ２０₂ の戻しばね２７₂ の付勢力により受圧ピン２８₂ を介して第３回転位置Ｃへ素早く回転する。その結果，図８の（ｄ）に示すように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａは互いに平坦な頂面を当接対向させる。このような第２カム機構１５₂ の軸方向拡張作用により，第２軸方向間隔Ｓ₂ は増加して，ピストンアウタ５ｂの低圧縮比位置Ｌを保持することになり，内燃機関Ｅは低圧縮比状態となる。
［低圧縮比位置から高圧縮比位置への切り換え］
次に，内燃機関Ｅの高速運転時，電磁切換弁４５を通電状態，即ちオン状態にして，油路４４をオイルポンプ４６に接続すると，オイルポンプ４６の吐出油圧が油路４４及び油室４１を通して全油圧室２５₁ ，２５₂ に供給されるので，第１アクチュエータ２０₁ では，作動プランジャ２３₁ が第１油圧室２５₁ の油圧を受けて受圧ピン２８₁ を介して第１回転カム板１７₁ を第２回転Ｂに向かって回転しようとし，第２アクチュエータ２０₂ では，作動プランジャ２３₂ が第２油圧室２５₂ の油圧を受けて受圧ピン２８₂ を介して第２回転カム板１７₂ を第４回転位置Ｄに向かって回転しようとする。

そこで，ピストン５が排気行程に移ると，ピストンインナ５ａがピストンアウタ５ｂに先行して上向きの慣性力を受けるため，ピストンインナ５ａ及び止環１８間に介装された第２カム機構１５₂ がスラスト荷重から解放される。したがって，先ず第２回転カム板１７₂ が第２アクチュエータ２０₂ の作動プランジャ２３₂ の油圧による押圧力により受圧ピン２８₂ を介して第４回転位置Ｄへ素早く回転する。その結果，図９の（ｂ）に示すように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａは互いに半ピッチずらした噛み合い可能の配置となる。

次にピストン５が吸気行程の後半に来ると，ピストンインナ５ａには，ピストンアウタ５ｂに先行して下向きの慣性力が作用するため，ピストンアウタ５ｂは，図９の（ｃ）のように，第２カム機構１５₂ の上下のカム山１６₂ ａ，１７₂ ａを互いに噛み合せながら，即ち第２カム機構１５₁ を軸方向に収縮させながら，ピストンインナ５ａに対して相対的に上昇し，高圧縮比位置Ｈを占めることになる。

このようにピストンアウタ５ｂがピストンインナ５ａに対して相対的に上昇すると，第１カム機構１５₁ では，第１回転カム板１７₁ に対して第２固定カム１６₁ が上昇することになり，それに伴ない上下のカム山１６₁ ａ，１７₁ ａが噛み合い状態から解放されるので，第１回転カム板１７₁ は第１アクチュエータ２０₁ の作動プランジャ２３₁ の油圧による押圧力により受圧ピン２８₂ を介して第２回転位置Ｂへ素早く回転する（図５参照）。その結果，図９の（ｄ）に示すように，第１カム機構１５₁ の上下のカム山１６₁ ａ，１７₂ ａは互いに平坦な頂面を当接対向させる。このような第１カム機構１５₁ の軸方向拡張作用により，第１軸方向間隔Ｓ₁ は増加して，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比位置Ｈを保持することになる。かくして，内燃機関Ｅは高圧縮比状態となる。上記圧縮比可変装置の構成は，特許文献１に開示されたものを踏襲している。

前記電磁切換弁４５には，図１に示すように，その作動を制御する電子制御ユニット５０が接続される。この電子制御ユニット５０には，機関回転数Ｎｅを検出する回転数センサ５１と，機関Ｅのスロットル弁の開度θを検出するスロットルセンサ５２の出力信号が少なくとも入力される。また電子制御ユニット５０には圧縮比切換領域マップＭ１（図１０）と，高圧縮比への切換禁止領域マップＭ２（図１１）とが設けられる。

圧縮比切換領域マップＭ１において，線Ａ１は機関Ｅの最大出力特性を，Ｌａは低圧縮比領域を，Ｈａは高圧縮比領域をそれぞれ示す。また高圧縮比への切換禁止領域マップＭ２において，線Ａ２は，圧縮行程で，ピストンアウタ５ｂの上向き慣性力Ｆ₁ と燃焼室４ａからピストンアウタ５ｂに加えられる下向き荷重Ｆ２との釣り合うときを示す。そして前記高圧縮比領域Ｈａの境界線（点線）と線Ａ２とで囲まれる領域Ｐ，即ち機関Ｅの所定の高回転且つ低負荷運転領域Ｐは，圧縮行程でピストンアウタ５ｂの上向き慣性力Ｆ₁ が強過ぎるため，第１，第２カム機構１５₁ ，１５₂ の，ピストンアウタ５ｂの高圧縮比側への切換作動を禁止する切換禁止領域Ｐである。

次に，電子制御ユニット５０の制御プログラミングの実行手順を図１２のフローチャートにより説明する。

先ず，ステップＳ１において，回転数センサ５１の出力信号から機関回転数Ｎｅを読み込み，機関回転数Ｎｅ及びスロットルセンサ５２の出力信号θから負荷Ｔｑを算出して読み込む。

ステップＳ２では，機関回転数Ｎｅ及び負荷Ｔｑに基づき圧縮比切換領域マップＭ１により圧縮比切換領域を判定し，ステップＳ３では，ステップＳ２での判定領域が低圧縮比領域であるか否かを判別し，ＹＥＳであれば（即ち，低圧縮比領域と判別すれば）ステップ４に進み，電磁切換弁４５をオフ状態にする。

ステップＳ３での判別がＮＯであれば（即ち，高圧縮比領域と判別すれば），ステップ５に進み，こゝでステップＳ２での判定領域が前回と変化しているか否かを判別し，ＮＯであれば，前回の高圧縮比状態を維持すべくステップ１に戻る。

ステップ５でＹＥＳと判別されゝば，ステップ６で機関回転数Ｎｅ及び負荷Ｔｑに基づきマップＭ２より高圧縮比への切換禁止領域Ｐを判定して，ステップ７に進む。

ステップ７では，高圧縮比への切換禁止領域Ｐにあるか否かを判別し，ＹＥＳであればステップ４に進み，電磁切換弁４５のオフ状態を維持して，ステップ１に戻る。

したがって，機関Ｅが低圧縮比状態から高圧縮比状態へ切り換わるべき運転状態にあっても，所定の高回転且つ低負荷状態であれば，電磁切換弁４５のオフ状態を維持することで，前回の低圧縮比状態が保持されることになり，圧縮行程終わりの上死点でピストンアウタ５ｂが過大な上向き慣性力Ｆ₁ により高圧縮比位置Ｈへ変位することを拘束することができる。その結果，次に膨張行程に移っても，燃焼室圧力により荷重が特に不完全作動状態の第１カム機構１５₁ に加わることを未然に回避して，第１カム機構１５₁ の耐久性を確保することができる。

ステップ７でＮＯと判別すれば，ステップ８に進み，電磁切換弁４５をオン状態するので，前述のようにしてピストンアウタ５ｂは高圧縮比位置Ｈに変位して，第１及び第２カム機構１５₁ ，１５₂ により保持され，機関Ｅが高圧縮比運転状態となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，第１，第２アクチュエータ２０₁ ，２０₂ がオイルポンプ４６から油圧を供給されたとき，ピストンインナ５ａを高圧縮比位置から低圧縮比位置へと駆動するように圧縮比可変装置を構成することもできる。またピストンアウタ５ｂを高圧縮比位置Ｈに保持するために，前記第２カム機構１５₂ に代えてラッチ機構（例えば特開２００３−６５０９０号公報参照）を設けることもできる。

また高圧縮比への切換禁止領域マップＭ２の作成に当たり，ピストンアウタ５ｂに働く下向き荷重Ｆ２の算出の際は，燃焼室圧力に荷重の他に，ピストンアウタ５ｂの上向き動作に抵抗する第１カム機構１５₁ の軸方向摺動摩擦力をも考慮する方が現実的である。

本発明の圧縮比可変装置を備える内燃機関の要部縦断正面図。 図１の２−２線拡大断面図で低圧縮比状態を示す。 高圧縮比状態を示す，図２との対応図。 図２の４−４断面図。 図３の５−５線拡大断面図。 図２の６−６線断面図。 図３の７−７線断面図。 高圧縮比状態から低圧縮比状態への切り換え作用説明図。 低圧縮比状態から高圧縮比状態への切り換え作用図。 圧縮比切換領域マップを示す線図。 高圧縮比への切換禁止領域マップを示す線図。 電子制御ユニットの制御プログラミングの実行手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ｅ・・・・内燃機関
Ｌ・・・・ピストンアウタ低圧縮比位置
Ｈ・・・・ピストンアウタ高圧縮比位置
Ｌａ・・・低圧縮比領域
Ｈａ・・・高圧縮比領域
Ｆ１・・・ピストンアウタの上向き慣性力
Ｆ２・・・燃焼室圧力による，ピストンアウタへの下向き荷重
Ｍ１・・・圧縮比切換領域判定手段（圧縮比切換領域判定マップ）
Ｍ２・・・高圧縮比への切換禁止領域マップ
Ｐ・・・・高圧縮比への切換禁止領域
４ａ・・・燃焼室
５・・・・ピストン
５ａ・・・ピストンインナ
５ｂ・・・ピストンアウタ
５ｂh ・・ピストンヘッド部
７・・・・コンロッド
７５₁ ・・カム機構（第１カム機構）
７５₂ ・・ロック機構（第２カム機構）
５０・・・制御装置（電磁制御ユニット）

Claims (2)

1. コンロッド（７）にピストンピン（６）を介して連結されるピストンインナ（５ａ）と；ヘッド部（５ｂｈ）を機関（Ｅ）の燃焼室（４ａ）に臨ませながらピストンインナ（５ａ）の外周に軸方向摺動可能に嵌合し，慣性力により前記燃料室（４ａ）寄りの高圧縮比位置（Ｈ）と，それと反対側の低圧縮比位置（Ｌ）との間をピストンインナ（５ａ）に対して変位するピストンアウタ（５ｂ）と；ピストンインナ（５ａ）及びピストンアウタ（５ｂ）間に構成されて，ピストンアウタ（５ｂ）の高圧縮比位置（Ｈ）への変位を許容すると共に，ピストンアウタ（５ｂ）が高圧縮比位置（Ｈ）に変位したときその高圧縮比位置（Ｈ）を保持し得るカム機構（１５₁ ）と；同じくピストンインナ（５ａ）及びピストンアウタ（５ｂ）間に構成されて，ピストンアウタ（５ｂ）の低圧縮比位置（Ｌ）への変位を許容すると共に，ピストンアウタ（５ｂ）が低圧縮比位置（Ｌ）へ変位したときその低圧縮比位置（Ｌ）を保持するロック機構（１５₂ ）と；これらカム機構（１５₁ ）及びロック機構（１５₂ ）の作動を圧縮比切換領域判定手段（Ｍ１）に従って制御する制御装置（５０）と；を備える，内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記制御装置（５０）を，これが圧縮比切換領域判定手段（Ｍ１）から高圧縮比領域（Ｈａ）と判定しても，機関（Ｅ）の所定の高回転且つ低負荷運転領域（Ｐ）では，前記カム機構（１５₁ ）の作動を禁止するように構成したことを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変装置において，
   前記所定の高回転且つ低負荷運転領域（Ｐ）が，機関（Ｅ）の圧縮行程で，ピストンアウタ（５ｂ）の燃焼室（４ａ）側への慣性力（Ｆ１）が，燃焼室圧力によるピストンアウタ（５ｂ）への荷重（Ｆ２）以上に増大する運転領域（Ｐ）であることを特徴とする，内燃機関の圧縮比可変装置。
   

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