JP2009185629A - 可変圧縮比エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比を保持する手段の作動条件にかかわらず圧縮比を保持することができる可変圧縮比エンジンを提供する。
【解決手段】ピストンとクランクシャフトを複数のリンクで連結し、コントロールシャフトの偏心軸の位置を変えてリンクの姿勢を制御して圧縮比を可変にする可変圧縮比エンジンにおいて、コントロールシャフトの回転角を制御する駆動モータと、コントロールシャフトの回転を禁止する回転禁止機構と、駆動モータが作動可能な条件であるか否かを判定するモータ作動条件判定手段Ｓ１０２と、回転禁止機構が作動可能な条件であるか否かを判定する回転禁止機構作動条件判定手段Ｓ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１５２と、駆動モータと回転禁止機構の作動条件に基づいて、駆動モータと回転禁止機構のうち一方によってコントロールシャフトの回転を禁止して圧縮比を保持する圧縮比保持手段Ｓ１３２〜Ｓ１３６、Ｓ１４２〜Ｓ１４５、Ｓ１５３〜Ｓ１５４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転状態に応じて圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンに関する。

エンジンの可変圧縮比機構としては、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ものが知られている。

例えば、特許文献１には、ピストンとクランクシャフトとがアッパリンク及びロアリンクを介して連結され、ロアリンクの姿勢を制御することで圧縮比を可変に制御している。具体的には、一端がロアリンクに連結され、他端がクランクシャフトと略平行に延びるコントロールシャフトに設けた偏心軸に連結されたコントロールリンクを備え、コントロールシャフトの回転角を変化させることによってコントロールリンクを介してロアリンクの姿勢を制御する。このコントロールシャフトの回転角は、駆動モータを備えたシャフト制御機構によって制御される。
特開２００７−２３９５０８号公報

ところで、特許文献１に記載の可変圧縮比エンジンでは、燃焼圧や各リンクの慣性力等が、コントロールリンクを介してコントロールシャフトの回転軸から偏心した位置に作用するので、コントロールシャフトには回転トルク（以下「コントロールシャフトトルク」という。）が作用する。そのため、このような可変圧縮比エンジンでは、コントロールシャフトトルクに抗してシャフト制御機構の駆動モータを駆動することで、コントロールシャフトを所定の回転角に保持して、コントロールシャフトトルクによって圧縮比が変化するのを抑制する。

しかしながら、シャフト制御機構の駆動モータのみよって圧縮比を保持する場合、駆動モータが故障したり、運転状態に起因して駆動モータの温度が上昇して駆動モータの保持能力が低下したりすると、所定の圧縮比に保持することができないという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、圧縮比を保持する手段の作動条件にかかわらず圧縮比を保持することができる可変圧縮比エンジンを提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ピストン（３１）とクランクシャフト（３２）とを複数のリンクで連結し、コントロールシャフト（４１）を回転させてコントロールシャフト（４１）に形成された偏心軸（４２）の位置を変えてリンクの姿勢を制御することで、ピストン上死点位置を変更して圧縮比を可変にする可変圧縮比エンジン（１００）において、コントロールシャフト（４１）の回転角を制御する駆動モータ（５２）と、コントロールシャフト（４１）の回転を禁止する回転禁止機構（６０）と、駆動モータ（５２）が作動可能な条件であるか否かを判定するモータ作動条件判定手段（Ｓ１０２）と、回転禁止機構（６０）が作動可能な条件であるか否かを判定する回転禁止機構作動条件判定手段（Ｓ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１５２）と、駆動モータ（５２）と回転禁止機構（６０）の作動条件に基づいて、駆動モータ（５２）と回転禁止機構（６０）のうち、一方によってコントロールシャフト（４１）の回転を禁止して圧縮比を保持する圧縮比保持手段（Ｓ１３２〜Ｓ１３６、Ｓ１４２〜Ｓ１４５、Ｓ１５３〜Ｓ１５４）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、駆動モータや回転禁止機構の作動条件に応じて駆動モータによって圧縮比を保持するか回転禁止機構によって圧縮比を保持するかを決定する。そのため、駆動モータや回転禁止機構の一方が故障したり、保持性能が低下したりしても、圧縮比を保持することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、可変圧縮比エンジンを示す概略構成図である。

可変圧縮比エンジン１００は、シリンダヘッド１に吸気ポート２と排気ポート３とを形成する。この吸気ポート２と排気ポート３はそれぞれ燃焼室４と連通する。

吸気ポート２には、吸気マニホールド１１が接続する。この吸気マニホールド１１には吸気通路１２が接続する。

吸気通路１２は、外部から取り入れた吸入空気（吸気）を、吸気マニホールド１１を介して吸気ポート２に流す。吸気通路１２には、スロットルバルブ１３が配置される。スロットルバルブ１３は、吸気通路１２の吸気流通面積を変化させることで、燃焼室４に導入される吸気量を調整する。スロットルバルブ１３を通過した吸気は、吸気マニホールド１１を介して可変圧縮比エンジン１００の各気筒に分配される。

吸気マニホールド１１には、気筒毎に燃料噴射弁１４が設置される。燃料噴射弁１４は、エンジン運転状態に応じた燃料を吸気マニホールド内に噴射して混合気を形成する。

また、排気ポート３には、排気マニホールド２１が接続する。排気マニホールド２１には排気通路２２が接続する。この排気通路２２には、図示しない三元触媒が配置される。

そして、可変圧縮比エンジン１００は、吸気ポート２を開閉する吸気バルブ５と、排気ポート３を開閉する排気バルブ６とをシリンダヘッド１に備える。吸気バルブ５は、吸気カムシャフト５ａによって駆動される。また、排気バルブ６は、排気カムシャフト６ａによって駆動される。

吸気バルブ５が吸気ポート２を開くと、吸気ポート内に形成された混合気が燃焼室４に導入され、導入された混合気は燃焼室上部に設置された点火プラグ７によって点火されて燃焼する。そして、排気バルブ６が排気カムシャフト６ａによって駆動され、排気バルブ６が排気ポート３を開くことで、燃焼により生じた排気が排気ポート３に排出される。この排気は排気通路２２を流れ、三元触媒によって浄化されて外部に放出される。

一方、可変圧縮比エンジン１００は、ピストン上死点位置を変化させて圧縮比を変更する圧縮比可変機構３０を備える。圧縮比可変機構３０は、ピストン３１とクランクシャフト３２とをアッパリンク３３、ロアリンク３４で連結し、コントロールリンク３５によってロアリンク３４の姿勢を制御することで圧縮比を変更する。

アッパリンク３３は、上端でピストンピン３６を介してピストン３１に連結する。アッパリンク３３は、下端で連結ピン３７を介してロアリンク３４の一端に連結する。ロアリンク３４の他端は、連結ピン３８を介してコントロールリンク３５に連結する。ロアリンク３４は、図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔３４ａを有する。ロアリンク３４は、連結孔３４ａにクランクシャフト３２のクランクピン３２ａを挿入し、クランクピン３２ａを中心軸として揺動する。

クランクシャフト３２は、クランクピン３２ａ、ジャーナル３２ｂ及びカウンターウェイト３２ｃを備える。クランクピン３２ａの中心はジャーナル３２ｂの中心から所定量偏心している。カウンターウェイト３２ｃは、クランクアームに一体形成されて、ピストン運動の回転１次振動成分を低減する。

コントロールリンク３５は、上端で連結ピン３８を介してロアリンク３４に対して回動自在に連結する。また、コントロールリンク３５の下端は、クランクシャフト３２と平行に配置されるコントロールシャフト４１の偏心軸４２に連結する。偏心軸４２はコントロールシャフト４１の回転中心から所定量偏心している。そして、コントロールリンク３５が、その偏心軸４２を軸心として揺動する。

コントロールシャフト４１の回転角は、シャフト制御機構５０によって制御される。
シャフト制御機構５０は、ギア５１と、駆動モータ５２と、保持機構６０とを備える。

駆動モータ５２は電動モータであって、回転軸５３にギア５１を有する。このギア５１は、コントロールシャフト４１の外周に設けられたギア４１ａに噛合する。なお、駆動モータ５２の回転軸５３は、保持機構６０によって回転の許可／禁止を切換えられるように構成される。

また、駆動モータ５２には駆動モータ温度を検出する温度センサ５２ａが設けられ、保持機構６０には保持機構温度を検出する温度センサ６０ａが設けられる。

上記のように構成される可変圧縮比エンジン１００では、ピストン３１の往復運動はアッパリンク３３に伝達され、ロアリンク３４を介してクランクシャフト３２の回転運動に変化される。ロアリンク３４は、クランクピン３２ａを中心軸として揺動しながら、クランクシャフト３２の中心に対して図中反時計回りに回転する。ロアリンク３４に連結するコントロールリンク３５は、下端に連結するコントロールシャフト４１の偏心軸４２を支点として揺動する。シャフト制御機構５０の駆動モータ５２によってギア５１が回転してコントロールシャフト４１が回転すると、偏心軸４２が移動する。この偏心軸４２の移動によってコントロールリンク３５の揺動中心が変化するため、アッパリンク３３及びロアリンク３４の姿勢を変えることができる。これにより、可変圧縮比エンジン１００では、ピストン３１の上死点位置を所定の範囲内で任意に調整でき、圧縮比を変更することができる。

この可変圧縮比エンジン１００は、エンジン運転状態に応じて圧縮比を変更したり、所定の圧縮比に保持したりするためにコントローラ７０を備える。コントローラ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを有する。コントローラ７０には、クランク角度センサ７１やアクセルペダルセンサ７２などの運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。コントローラ７０は、これら出力に基づいてシャフト制御機構５０を制御して圧縮比を調整する。

ところで、上記した可変圧縮比エンジン１００では、燃焼圧や各リンクの慣性力等がコントロールリンク３５を介してコントロールシャフト４１の偏心軸４２の位置に作用するので、コントロールシャフト４１を回転中心に対して回転させようとするコントロールシャフトトルクＴｃｓが生じる。このコントロールシャフトトルクＴｃｓによってコントロールシャフト４１が回転すると、圧縮比が変化してしまうので、エンジン運転中の圧縮比を一定に維持することが必要となる。

そこで、可変圧縮比エンジン１００では、コントロールシャフトトルクＴｃｓに抗してシャフト制御機構５０の駆動モータ５２を駆動したり、保持機構６０によって駆動モータ５２の回転軸５３の回転を規制したりして、コントロールシャフト４１がコントロールシャフトトルクによって回転するのを防止し、圧縮比が変化するのを抑制する。

つまり、シャフト制御機構５０の駆動モータ５２によって圧縮比を保持する場合には、コントロールシャフトトルクとは逆方向の回転トルクがコントロールシャフト４１に生じるように駆動モータ５２に電流を流すことで、コントロールシャフトルクによってコントロールシャフト４１が回転するのを抑制する。このように駆動モータ５２は、圧縮比を変化させるときにコントロールシャフト４１を回転駆動させるだけでなく、圧縮比を保持する保持機能をも備えている。

次に、保持機構６０によって圧縮比を保持する場合について、図１（Ｂ）を参照して説明する。

保持機構６０は、ディスク６１と、アーマチュア６２と、バネ６３と、コイル６４を備える。ディスク６１は、駆動モータ５２の回転軸５３に設けられる。このディスク６１は、回転軸５３に一体形成するようにしてもよい。アーマチュア６２は、ディスク６１に対向するように配置され、バネ６３によってディスク６１から離れる方向（図中左側）に付勢される。そして、駆動モータ５２の回転軸５３の周囲には、電圧印加時に、アーマチュア６２をディスク側（図中右側）に引き寄せるコイル６４が設けられる。

コイル６４に電圧を印加していない状態では、バネ６３の反力によってアーマチュア６２はディスク６１から離れるので、駆動モータ５２の回転軸５３は回転自由になる。これに対して、コイル６４に電圧が印加されると、バネ６３の反力に抗してアーマチュア６２がディスク側に引き寄せられてディスク６１に当接するので、駆動モータ５２の回転軸５３の回転が禁止される。すなわち、回転軸５３の回転を禁止できるのは、アーマチュア６２とディスク６１との間の摩擦力（保持トルク）が、コントロールシャフトトルクＴｃｓより大きい場合である。このように保持機構６０は、駆動モータ５２の回転軸５３の回転の許可／禁止を切換え、コントロールシャフト４１を所定の回転角に保持するのである。

上記の通り、可変圧縮比エンジン１００は、圧縮比を保持する手段として駆動モータ５２と保持機構６０とを備えている。そこで、本実施形態では、駆動モータ５２や保持機構６０の温度によって変化する保持性能、駆動モータ５２や保持機構６０でのエネルギ効率など、圧縮比を保持する手段の作動条件を考慮し、作動条件に応じて圧縮比を保持する手段を選択する。そのため、駆動モータ５２や保持機構６０が故障したり、保持能力が低下したりしても、コントロールシャフトトルクによって圧縮比が変化してしまうことを防止できる。この可変圧縮比エンジン１００の制御の詳細については、図３〜図６を参照して後述する。

なお、可変圧縮比エンジン１００は、駆動モータ５２や保持機構６０によって圧縮比を保持することができない場合であっても、圧縮比が高くなりすぎたり、低くなりすぎたりしないように、コントロールシャフト４１の回転角度を所定範囲に制限するストッパ４３をコントロールシャフト上に形成する。

図２は、ストッパ４３を示す図である。

図２に示すように、ストッパ４３は略扇形状であって、コントロールシャフト上に一体形成される。このストッパ４３は、コントロールシャフト４１のジャーナル部４４を回転自在に支持する軸受部４５の段付４５ａに当接する当接面４３ａを有している。そのため、コントロールシャフトトルクによるコントロールシャフト４１の回転を抑制できずにコントロールシャフト４１が回転しても、ストッパ４３の当接面４３ａが軸受部４５の段付４５ａに当接するので、コントロールシャフト４１はそれ以上回転しなくなる。このようにストッパ４３によってコントロールシャフト４１の回転が制限されるので、圧縮比が高くなりすぎたり、低くなりすぎたりすることがない。このストッパ４３は、駆動モータ５２や保持機構６０によって圧縮比を保持することができない場合にフェールセーフとして機能するものである。したがって、基本的に、可変圧縮比エンジン１００の圧縮比は、駆動モータ５２や保持機構６０によって所定の圧縮比に保持される。

次に、可変圧縮比エンジン１００において、コントローラ７０が実行する制御について、図３を参照して説明する。

図３は、圧縮比保持制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定周期、例えば１０ミリ秒周期でエンジン運転終了まで実施される。

ステップＳ１０１では、コントローラ７０は、コントロールシャフト４１から駆動モータ５２の回転軸５３に入力する回転トルク（以下「アクチュエータトルク」という。）Ｔａｃを、圧縮比と、エンジン回転速度と、負荷とに基づいて算出する。

アクチュエータトルクＴａｃは、コントロールシャフトトルクＴｃｓと、コントロールシャフト４１と駆動モータ５２との間の減速比とによって定まる。コントロールシャフトトルクＴｃｓは圧縮比と、エンジン回転速度と、負荷と算出でき、コントロールシャフト４１と駆動モータ５２との間の減速比は圧縮比に応じて決定されるので、アクチュエータトルクＴａｃは圧縮比と、エンジン回転速度と、負荷とに基づいて算出できるのである。

ここで、可変圧縮比エンジン１００の圧縮比は、コントロールシャフト４１の回転角から求めることができる。また、エンジン回転速度はクランク角度センセ７１からの検出値に基づいて、負荷はアクセルペダルセンサ７２からの検出値に基づいて求めることができる。

なお、吸気行程〜排気行程の１サイクルにおけるアクチュエータトルクの振幅の平均値をアクチュエータトルクＴａｃとして算出してもよいし、１サイクル中においてアクチュエータトルクが最大となるときのトルクをアクチュエータトルクＴａｃとして算出してもよい。

ステップＳ１０２では、コントローラ７０は、駆動モータ温度Ｔｍに基づいて駆動モータ５２が作動可能な条件にあるか否かを判定する。このように判定するのは、駆動モータ５２は駆動モータ温度Ｔｍが高くなると、保持性能が低下してアクチュエータトルクＴａｃに抗するだけの回転トルクを発生させることができなくなったり、駆動モータ５２が故障したりするからである。

なお、駆動モータ温度Ｔｍは、駆動モータ５２に設けられた温度センサ５２ａの検出値から得ることができるが、エンジン運転状態を検出する各種センサなどの出力値に基づいて算出するようにしてもよい。

駆動モータ温度Ｔｍが許容温度Ｔｍ１より小さい場合には、問題なく駆動モータ５２を作動させることができると判定して、ステップＳ１０３に移る。駆動モータ温度Ｔｍが許容温度Ｔｍ１より大きく、限界温度Ｔｍ２よりも小さい場合には、駆動モータ５２の温度が高く、駆動モータ５２の保持性能が低下したりする可能性があり、駆動モータ５２の作動を制限する必要があると判定して、ステップＳ１０４に移る。そして、駆動モータ温度Ｔｍが限界温度Ｔｍ２より大きい場合には、このままでは駆動モータ５２が故障する可能性があり、駆動モータ５２の作動を禁止する必要があると判定して、ステップＳ１０５に移る。

ステップＳ１０３では、コントローラ７０は通常駆動時制御を実行し、処理を終了する。この通常駆動時制御は、図４を参照して後述する。

ステップＳ１０４では、コントローラ７０は駆動制限時制御を実行し、処理を終了する。この駆動制限時制御は、図５を参照して後述する。

ステップＳ１０５では、コントローラ７０は駆動不可時制御を実行し、処理を終了する。この駆動不可時制御は、図６を参照して後述する。

図４は、駆動モータ５２が問題なく作動するときの通常駆動時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。この通常駆動時制御では、駆動モータ温度Ｔｍが許容温度Ｔｍ１よりも小さいので、問題なく駆動モータ５２を駆動することができる。

ステップＳ１３１では、コントローラ７０は、保持機構温度Ｔｈに基づいて保持機構６０が作動可能な条件にあるか否かを判定する。このように判定するのは、上述した駆動モータ５２の場合と同様の理由によるものである。

保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１よりも小さい場合には、問題なく保持機構６０を作動させることができると判定して、ステップＳ１３２に移る。これに対して、保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１より大きい場合には、このまま保持機構６０を作動させ続けると保持機構６０が故障する可能性があるので、保持機構６０の作動を禁止する必要があると判定して、ステップＳ１３５に移る。

ステップＳ１３２では、ステップＳ１０１で算出したアクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ１より大きいか否かを判定する。

所定値Ｔａｃ１は、駆動モータ５２によって圧縮比を保持する場合の電力消費量と保持機構６０によって圧縮比を保持する場合の電力消費量とを考慮し、可変圧縮比エンジン１００のエネルギ効率が向上するように決定される。つまり、アクチュエータトルクＴａｃが小さい場合などには、実際の圧縮比が目標圧縮比からずれたときに、駆動モータ５２によって圧縮比を目標圧縮比に調整するようにして圧縮比を保持することで、保持機構６０によって常に圧縮比を保持する場合よりもエネルギ効率を向上させることができる。

したがって、アクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ１よりも大きい場合には、保持機構６０によって圧縮比を保持した方がエネルギ効率がよいと判定して、ステップＳ１３３に移る。これに対して、アクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ１よりも小さい場合には、駆動モータ５２によって圧縮比を保持した方がエネルギ効率がよいと判定して、ステップＳ１３４に移る。

ステップＳ１３３では、コントローラ７０は保持機構６０に電圧を印加し、駆動モータ５２の回転軸５３の回転を禁止する。これにより、コントロールシャフト４１の回転を防止して圧縮比を保持する。

ステップＳ１３４では、コントローラ７０は駆動モータ５２に電圧を印加し、アクチュエータトルクＴａｃと逆方向の回転トルクを発生させる。これにより、コントロールシャフト４１の回転を防止して圧縮比を保持する。

ステップＳ１３５では、コントローラ７０は、エンジン回転速度と負荷とから定まる目標圧縮比マップを、通常運転時よりも低圧縮比となる低圧縮比マップに補正してステップＳ１３６に移る。

ステップＳ１３６では、コントローラ７０は駆動モータ５２に電圧を印加して、駆動モータ５２によって圧縮比を保持する。

このように駆動モータ５２が問題なく作動し、保持機構６０の作動が禁止されている場合には、アクチュエータトルクＴａｃの大きさにかかわらず駆動モータ５２によって圧縮比を保持する必要がある。本実施形態では、低圧縮比マップに基づいて圧縮比を制御させるので、通常運転時よりも圧縮比の変化量や変化頻度を低下させるとともに、アクチュエータトルクを低減させることができ、駆動モータ５２の負担を抑制することができる。そのため、アクチュエータトルクＴａｃの大きさにかかわらず駆動モータ５２によって圧縮比を保持することができるのである。

次に、図５を参照して、駆動制限時制御について説明する。

図５は、駆動制限時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１４１では、コントローラ７０は、保持機構温度Ｔｈに基づいて保持機構６０が作動可能な条件にあるか否かを判定する。

保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１よりも小さい場合には、問題なく保持機構６０を作動させることができると判定して、ステップＳ１４２に移る。これに対して、保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１より大きい場合には、このまま保持機構６０を作動させ続けると保持機構６０が故障する可能性があるので、保持機構６０の作動を禁止する必要があると判定して、ステップＳ１４４に移る。

ステップＳ１４２では、コントローラ７０は、駆動モータ５２によって所定圧縮比まで圧縮比を低下させ、ステップＳ１４３に移る。

ステップＳ１４３では、コントローラ７０は保持機構に電圧を印加し、保持機構６０によって低圧縮比を保持する。駆動制限時制御では駆動モータ温度Ｔｍが許容温度Ｔｍ１を超えているので、駆動モータ５２によってエンジン運転状態に応じて圧縮比を変更し続けると、駆動モータ温度がさらに上昇して駆動モータ５２が故障したり、圧縮比変化速度が低下してノッキングが発生したりするおそれがある。そのため、エンジン運転状態によらず圧縮比を低下させてから保持機構６０によって保持することで、駆動モータ温度の低減することができ、かつ運転性能の悪化を抑制することができる。

ステップＳ１４４では、コントローラ７０は、駆動モータ５２によって圧縮比を最低圧縮比まで低下させ、ステップＳ１４５に移る。そして、ステップＳ１４５において、コントローラ７０は駆動モータ５２によって最低圧縮比を保持する。保持機構６０の作動が禁止されている場合には、アクチュエータトルクＴａｃの大きさにかかわらず駆動モータ５２によって圧縮比を保持する必要があるが、圧縮比を最低圧縮比に設定してアクチュエータトルクＴａｃをできる限り低減するので、駆動モータ温度Ｔｍが許容温度Ｔｍ１を越えている駆動モータ５２であっても圧縮比を保持することができる。

図６は、駆動不可時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。

駆動不可時制御では、駆動モータ温度Ｔｍが限界温度Ｔｍ２よりも大きくなっているので、駆動モータ５２の作動が禁止される。

ステップＳ１５１では、コントローラ７０は、コントロールシャフトトルクによってコントロールシャフト４１を回転させて圧縮比を最低圧縮比に設定するとともに、点火時期をリタードする。駆動不可時制御では駆動モータ５２の作動が禁止されるので、駆動モータ５２によってエンジン運転状態に応じて圧縮比を変更することができない。そのため、圧縮比が高圧縮である場合などにはノッキングなどが発生して運転性能が悪化するので、駆動モータ５２を使用せずにコントロールシャフトトルクを利用してコントロールシャフト４１を回転させ、圧縮比を最低圧縮比まで変更する。コントロールシャフトトルクによって圧縮比を変化させる場合の圧縮比の変化速度は、駆動モータ５２で圧縮比を変化させる場合よりも緩やかとなる。そのため、高圧縮比から最低圧縮比まで変化する途中に高負荷運転状態となるとノッキングが発生することもあるが、本実施形態では点火時期を必要に応じてリタードするのでノッキングの発生を回避でき、運転性能の悪化を抑制することができる。ノッキングが発生しないと見込まれる場合は、点火時期のリタードは必ずしも必要ない。

ステップＳ１５２では、コントローラ７０は、保持機構温度Ｔｈに基づいて保持機構６０が作動可能な条件にあるか否かを判定する。保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１よりも小さい場合には、問題なく保持機構６０を作動することができると判定して、ステップＳ１５３に移る。これに対して、保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１より大きい場合には、このままでは保持機構６０が故障したりする可能性があるので保持機構６０の作動を禁止する必要があると判定して、ステップＳ１５４に移る。

ステップＳ１５３では、コントローラ７０は、コントローラ７０は保持機構６０によって最低圧縮比を保持し、処理を抜ける。

ステップＳ１５４では、コントローラ７０は、吸気量が低減するようにスロットルバルブ１３を制御して、エンジン出力が所定値以下となるように制限する。このようにエンジン出力を制限することによってアクチュエータトルクも低減でき、駆動モータ５２や保持機構６０によって圧縮比を保持できない場合であっても、シャフト制御機構５０の構成部品のフリクションなどによって圧縮比を保持できる。

以上により、第１実施形態では下記の効果を得ることができる。

可変圧縮比エンジン１００では、駆動モータ５２や保持機構６０の作動条件に応じて駆動モータ５２によって圧縮比を保持するか保持機構６０によって圧縮比を保持するかを決定する。そのため、駆動モータ５２や保持機構６０の一方が故障したり、保持性能が低下したりしても、圧縮比を保持することが可能となる。

駆動モータ５２と保持機構６０とが問題なく作動する場合には、アクチュエータトルクの大きさに基づいて駆動モータ５２と保持機構６０とのうちエネルギ効率のよい方を使用するので、可変圧縮比エンジン１００のエネルギ効率を向上でき、燃費性能を改善できる。

駆動モータ５２が問題なく作動し、保持機構６０の作動が禁止される場合には、低圧縮比マップに基づいて圧縮比を制御し、圧縮比保持時の駆動モータ５２の負担を抑制するので、アクチュエータトルクの大きさにかかわらず駆動モータ５２によって圧縮比を保持することができるとともに、保持機構温度を低減させることができる。

駆動モータ５２の作動が制限され、保持機構６０が問題なく作動する場合には、駆動モータ５２によって所定圧縮比まで圧縮比を低下させ、保持機構６０によって低圧縮比に保持する。このように駆動モータ５２の使用が制限するので、駆動モータ温度を低減できる。

駆動モータ５２の作動が制限され、保持機構６０の作動が禁止される場合には、駆動モータ５２によって圧縮比を最低圧縮比に制御し、駆動モータ５２で最低圧縮比に保持する。圧縮比を最低圧縮比に制御してアクチュエータトルクを低減するので、作動が制限される駆動モータ５２であってもアクチュエータトルクによらず圧縮比を保持することができる。

駆動モータ５２の作動が禁止され、保持機構６０が問題なく作動する場合には、コントロールシャフトトルクによってコントロールシャフト４１を回転させて最低圧縮比に設定し、保持機構６０によって最低圧縮比に保持する。駆動モータ５２の作動が禁止され、圧縮比をエンジン運転状態に応じて変化させることができない場合であっても、最低圧縮比に保持することができるので、ノッキングの発生などを回避でき、運転性能の悪化を抑制できる。また、コントロールシャフトトルクを利用して圧縮比を変化させるので、駆動モータ温度を低減することができる。

駆動モータ５２と保持機構６０の両方の作動が禁止される場合には、コントロールシャフトトルクによってコントロールシャフト４１を回転させて最低圧縮比に設定し、エンジン出力を所定値以下に制限して、アクチュエータトルクを可能な限り低減する。そのため、駆動モータ５２や保持機構６０によって圧縮比を保持できない場合であっても、シャフト制御機構５０の構成部品のフリクションなどによって圧縮比を保持することができる。

上記実施例では、駆動モータ５２には駆動モータ温度を検出する温度センサ５２ａが設けられ、保持機構６０には保持機構温度を検出する温度センサ６０ａが設けられて、駆動モータ５２が作動可能な条件であるか否かを判定するモータ作動条件判定手段と、保持機構（回転禁止機構）６０が作動可能な条件であるか否かを判定する回転禁止機構作動条件判定手段とは、それぞれの温度センサ出力に基づき判定を行うもので説明した。しかしながら、例えば駆動モータ５２及び保持機構６０には自ら故障診断を行う自己診断機能が備えられており、その診断結果に基づき判定を行うように構成しても構わない。すなわち、必ずしも温度上昇を原因として、駆動モータ５２と回転禁止機構６０のうち一方を選択するように構成する必要はなく、温度上昇以外の他の原因で故障が生じた場合においても本発明を適用することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の可変圧縮比エンジン１００は、第１実施形態とほぼ同様であるが、駆動制限時制御において一部相違する。つまり、保持機構６０の作動が問題ない場合にアクチュエータトルクＴａｃ基づいて圧縮比の保持方法を変更するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図７は、第２実施形態における駆動制限時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。ここで、ステップＳ１４１、Ｓ１４４、Ｓ１４５ｍの制御は、第１実施形態の制御と同様であるので詳細な説明は省略する。

ステップＳ１４１において保持機構温度Ｔｈが限界温度Ｔｈ１よりも小さい場合には、ステップＳ１４６に移る。

ステップＳ１４６では、コントローラ７０は、目標圧縮比マップを、通常運転時よりも低圧縮比となる低圧縮比マップに補正してステップＳ１４７に移る。このように低圧縮比マップに補正し、通常運転時よりも圧縮比の変化量や変化頻度を低下させることで、駆動モータ５２の負担を抑制する。

ステップＳ１４７では、コントローラ７０は、アクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ２より大きいか否かを判定する。この所定値Ｔａｃ２は、第１実施形態の所定値Ｔａｃ１と同様に、駆動モータ５２によって圧縮比を保持する場合の電力消費量と、保持機構６０によって保持する場合の電力消費量とを考慮し、エネルギ効率の観点から決定される。なお、駆動制限時制御では駆動モータ５２の作動が制限されることを考慮して、所定値Ｔａｃ２を所定値Ｔａｃよりも小さい値に設定してもよい。

そして、アクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ２よりも大きい場合には、保持機構６０によって圧縮比を保持した方がエネルギ効率がよいと判定して、ステップＳ１４８に移る。これに対して、アクチュエータトルクＴａｃが所定値Ｔａｃ２よりも小さい場合には、駆動モータ５２によって圧縮比を保持した方がエネルギ効率がよいと判定して、ステップＳ１４９に移る。

ステップＳ１４８では、コントローラ７０は保持機構６０に電圧を印加し、駆動モータ５２の回転軸５３の回転を禁止して圧縮比を保持する。

ステップＳ１４９では、コントローラ７０は駆動モータ５２に電圧を印加し、アクチュエータトルクＴａｃと逆方向の回転トルクを発生させて圧縮比を保持する。

以上により、第２実施形態では下記の効果を得ることができる。

駆動モータ５２の作動が制限され、保持機構６０が問題なく作動する場合には、低圧縮比マップに基づいて圧縮比を制御し、アクチュエータトルクの大きさに基づいて駆動モータ５２と保持機構６０とのうちエネルギ効率のよい方を使用して圧縮比を保持する。第２実施形態では、駆動制限時制御においても低圧縮比マップに基づいて圧縮比を制御するので、圧縮比変更時の駆動モータ５２の負担を抑制しつつ、燃費性能の改善を図ることができる。また、可変圧縮比エンジン１００のエネルギ効率を向上することができ、燃費性能を改善することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、第１実施形態の保持機構６０は、電圧印加時に回転軸５３の回転を禁止し、電圧を印加しない時に回転軸５３の回転を許可する構成としたが、電圧印加時に回転軸５３の回転を禁止し、電圧を印加しない時に回転軸５３の回転を禁止する構成としてもよい。

可変圧縮比エンジンを示す概略構成図である。 コントロールシャフトに形成されるストッパを示す図である。 圧縮比保持制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 通常駆動時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。 駆動制限時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。 駆動不可時制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。 第２実施形態における駆動制限時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 可変圧縮比エンジン
３０ 圧縮比可変機構
３１ ピストン
３２ クランクシャフト
３３ アッパリンク
３４ ロアリンク
３５ コントロールリンク
４１ コントロールシャフト
４２ 偏心軸
５２ 駆動モータ
５３ 回転軸
６０ 保持機構（回転禁止機構）
７０ コントローラ
Ｓ１０２ モータ作動条件判定手段
Ｓ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１５２ 回転禁止機構作動条件判定手段
Ｓ１３２〜Ｓ１３６、Ｓ１４２〜Ｓ１４５、Ｓ１５３〜Ｓ１５４ 圧縮比保持手段
Ｓ１０１ 入力トルク算出手段

Claims (17)

1. ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結し、コントロールシャフトを回転させてコントロールシャフトに形成された偏心軸の位置を変えて前記リンクの姿勢を制御することで、ピストン上死点位置を変更して圧縮比を可変にする可変圧縮比エンジンにおいて、
   前記コントロールシャフトの回転角を制御する駆動モータと、
   前記コントロールシャフトの回転を禁止する回転禁止機構と、
   前記駆動モータが作動可能な条件であるか否かを判定するモータ作動条件判定手段と、
   前記回転禁止機構が作動可能な条件であるか否かを判定する回転禁止機構作動条件判定手段と、
   前記駆動モータと前記回転禁止機構の作動条件に基づいて、前記駆動モータと前記回転禁止機構のうち、一方によって前記コントロールシャフトの回転を禁止して圧縮比を保持する圧縮比保持手段と、
   を備えることを特徴とする可変圧縮比エンジン。
2. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータで圧縮比を保持する場合のエネルギ効率と前記回転禁止機構で圧縮比を保持する場合のエネルギ効率とを比較して、エネルギ効率の高い方によって圧縮比を保持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比エンジン。
3. 前記複数のリンクから伝達されて前記コントロールシャフトを介して前記駆動モータに入力するトルクを算出する入力トルク算出手段を備え、
   前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータと前記回転禁止機構の両方が作動可能である場合に、前記入力トルクが所定値よりも大きいときに前記回転禁止手段によって圧縮比を保持し、前記入力トルクが所定値よりも小さいときに前記駆動モータによって圧縮比を保持する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変圧縮比エンジン。
4. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータが作動可能であって、前記回転禁止機構が作動不可である場合に、目標圧縮比マップを通常運転時よりも低圧縮比となる低圧縮比マップに補正し、前記駆動モータによって低圧縮比マップに基づいて設定された圧縮比に保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
5. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータの作動が制限され、前記回転禁止機構が作動可能である場合に、圧縮比を所定圧縮比まで低下させ、前記回転禁止機構によって所定圧縮比に保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
6. 前記複数のリンクから伝達されて前記コントロールシャフトを介して前記駆動モータに入力するトルクを算出する入力トルク算出手段を備え、
   前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータの作動が制限され、前記回転禁止機構が作動可能である場合に、目標圧縮比マップを通常運転時よりも低圧縮比となる低圧縮比マップに補正し、前記入力トルクが所定値よりも大きい場合に前記回転禁止機構によって低圧縮比マップに基づいて設定された圧縮比に保持し、前記入力トルクが所定値よりも小さい場合に前記駆動モータによって低圧縮比マップに基づいて設定された圧縮比に保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
7. 前記入力トルク算出手段は、圧縮比と、エンジン回転速度と、エンジン負荷とから前記入力トルクを算出する、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項６に記載の可変圧縮比エンジン。
8. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータの作動が制限され、前記回転禁止機構が作動不可である場合に、圧縮比を所定圧縮比まで低下させ、前記駆動モータによって所定圧縮比に保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
9. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータが作動不可であって、前記回転禁止機構が作動可能である場合に、圧縮比を所定圧縮比まで低下させ、前記回転禁止機構によって所定圧縮比に保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
10. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータと前記回転禁止機構の両方が作動不可である場合に、エンジン出力を所定値以下に制限する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
11. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータが作動不可である場合に、前記複数のリンクから伝達されて前記コントロールシャフトの偏心軸に入力するトルクによって、前記コントロールシャフトを回転させて圧縮比を所定圧縮比まで低下させる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
12. 前記圧縮比保持手段は、前記駆動モータが作動負荷である場合に、前記複数のリンクから伝達されて前記コントロールシャフトの偏心軸に入力するトルクによって、前記コントロールシャフトを回転させて圧縮比を所定圧縮比まで低下させる際に、点火時期をリタードする、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の可変圧縮比エンジン。
13. 前記モータ作動条件判定手段は、
    前記駆動モータの温度が許容温度よりも小さい場合に駆動モータは作動可能であると判定し、
    前記駆動モータの温度が許容温度よりも大きく限界温度よりも低い場合に駆動モータの作動が制限されると判定し、
    前記駆動モータの温度が限界温度よりも大きい場合に駆動モータは作動不可であると判定する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
14. 前記回転禁止機構作動条件判定手段は、
    前記回転禁止機構の温度が限界温度よりも小さい場合に前記回転禁止機構は作動可能であると判定し、
    前記回転禁止機構の温度が限界温度よりも大きい場合に前記回転禁止機構は作動不可であると判定する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
15. 前記駆動モータは、前記駆動モータに入力するトルクと反対方向の回転トルクを発生させることによって、前記コントロールシャフトの回転を禁止する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
16. 前記回転禁止機構は、前記駆動モータの回転軸の回転を禁止することによって、前記コントロールシャフトの回転を禁止する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一つに記載の可変圧縮比エンジン。
17. 追加
    ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結し、コントロールシャフトを回転させてコントロールシャフトに形成された偏心軸の位置を変えて前記リンクの姿勢を制御することで、ピストン上死点位置を変更して圧縮比を可変にする可変圧縮比エンジンの圧縮比保持方法において、
    前記コントロールシャフトの回転角を制御する駆動モータが作動可能な条件であるか否かを判定するモータ作動条件判定工程と、
    前記コントロールシャフトの回転を禁止する前記回転禁止機構が作動可能な条件であるか否かを判定する回転禁止機構作動条件判定工程と、
    前記駆動モータと前記回転禁止機構の作動条件に基づいて、前記駆動モータと前記回転禁止機構のうち、一方によって前記コントロールシャフトの回転を禁止して圧縮比を保持する圧縮比保持工程と、
    を備えることを特徴とする可変圧縮比エンジンの圧縮比保持方法。

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