JP2010185399A - 内燃機関の圧縮比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータによる駆動状態から保持機構による保持状態への切換を迅速かつ安定して行う。
【解決手段】駆動された偏心カム部（制御部材）の変位に応じて内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構１と、偏心カム部を駆動するアクチュエータ６３と、偏心カム部を保持する保持機構６４と、アクチュエータ６３と保持機構６４の作動を制御するエンジンコントロールユニット（制御部）４と、を有する。アクチュエータ６３により偏心カム部を駆動する駆動状態から保持機構により偏心カム部を保持する保持状態へ切り換える切換過渡期には、アクチュエータ６３の作動停止前に保持機構６４の作動を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変圧縮比機構を備えた内燃機関の圧縮比制御装置に関する。

レシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、複リンク式ピストン−クランク機構を用い、そのリンク構成の一部を動かすことによりピストン上死点位置を変化させるようにした機構を本出願人は種々提案している（例えば特許文献１）。この種の可変圧縮比機構は、制御部材としての制御軸の回転位置に応じて内燃機関の機械的な圧縮比つまり公称圧縮比を変化させるものであり、一般に、部分負荷時には、熱効率向上のために高圧縮比に制御され、高負荷時には、ノッキング回避のために低圧縮比に制御される。
特開２００１−２２７３６７号公報

上記の制御軸（制御部材）は、例えば応答性に優れた電動モータなどのアクチュエータにより回転位置が変更・保持され、アクチュエータは、例えばセンサ類により検出される実圧縮比と目標圧縮比との偏差に応じてフィードバック制御される。但し、機関運転中には燃焼圧力や、複リンク式ピストン−クランク機構の慣性力やカウンターウェイトを含めたクランクシャフトの慣性力などの大きな負荷トルク・反力が制御軸に繰り返し作用するために、例えば目標圧縮比があまり変化しない定常運転時に制御軸を目標圧縮比に対応した所定の回転位置に保持する場合にも、上記の大きな負荷トルク・反力に抗してアクチュエータにより制御軸を保持するために大きな駆動力が必要となり、アクチュエータの消費エネルギー（例えばモータの消費電力）の増加やアクチュエータの大型化などを招くという問題がある。

そこで本出願人は、アクチュエータとは別に、アクチュエータよりも少ないエネルギーで制御軸を安定して所定の回転位置に保持し得る保持機構、例えばコギングブレーキとも呼ばれる非接触励磁式ブレーキの採用を検討している。保持機構として、作動時（通電時）にはロータとステータの歯が一致した磁気安定点にて制御軸を保持する非接触励磁式ブレーキであるコギングブレーキを用いた場合、少ない電力で安定した保持が可能であるとともに、磁気力を利用した保持のために摺動部位がなく潤滑が不要であり、信頼性や耐久性に優れ、部品点数も少ないなどの利点がある。但し、この場合、アクチュエータにより制御軸を駆動してその回転位置を変更・保持している駆動状態から保持機構により制御軸を保持する保持状態へ切り換える切換過渡期に、例えばアクチュエータの作動停止と同時に保持機構の作動を開始すると、アクチュエータの駆動トルクの低下に比して保持機構の保持トルクの立ち上がり遅れが生じ、これに起因して、過渡的に制御軸を良好に保持できなくなり、実圧縮比と目標圧縮比との偏差が増大したり、保持状態への移行に時間がかかり、消費エネルギーの増加や運転性の低下などの不具合を招くおそれがある。

例えば、アクチュエータの駆動を停止する際に、このアクチュエータの作動速度（具体的にはモータ回転速度）が保持機構で保持可能な回転速度を超えていると、制御軸を保持機構のみで良好に保持できず、再びアクチュエータを駆動して実圧縮比を目標圧縮比に近づける必要が生じるため、保持機構による保持状態へ完全に移行するのに長い時間がかかり、結果的にモータ消費電力が増大してしまうという問題が起こる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の内燃機関の圧縮比制御装置は、制御部材の変位に応じて内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、上記制御部材を駆動するアクチュエータと、上記制御部材を保持する保持機構と、上記アクチュエータと保持機構の作動を制御する制御部と、を有し、この制御部は、上記アクチュエータにより制御部材を駆動する駆動状態から保持機構により制御部材を保持する保持状態へ切り換える切換過渡期に、上記アクチュエータの作動停止前に保持機構の作動を開始することを特徴としている。

目標圧縮比があまり変動しない定常運転時などには、アクチュエータにより制御部材を駆動する駆動状態から保持機構により制御部材を保持する保持状態へ切り換えることで、消費エネルギーの軽減を図りつつ、制御部材を所定の保持位置に安定して保持することができる。そして、上記の駆動状態から保持状態への切換過渡期に、アクチュエータの作動停止前に保持機構の作動を開始することで、保持機構の作動開始直後の保持トルクの立ち上がり遅れに起因する制御部材の不用意な変動等を招くことなく、保持状態へ安定して速やかに移行することができる。

以下、この発明の好ましい一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る内燃機関の圧縮比制御装置の一実施例を示している。この内燃機関は、火花点火式ガソリン機関であって、公称圧縮比εを可変制御する可変圧縮比機構１と、ノッキングを検出するノックセンサ３の検出信号に基づいて、微弱なノッキング状態となるように、点火時期を制御する点火進角制御装置２と、上記可変圧縮比機構１および点火進角制御装置２を制御する制御部としてのエンジンコントロールユニット４と、を備えている。上記エンジンコントロールユニット４は、機関運転条件に対応して目標圧縮比を予め割り付けた圧縮比制御マップ５を備えており、また、図示せぬセンサ類によって検出された機関回転数信号、負荷信号、冷却水温度信号、潤滑油温度信号、吸入空気温度信号、触媒温度信号、などが入力されている。なお、上記圧縮比制御マップ５としては、例えば、油水温や吸入空気温度等が異常に高くない通常時（ノッキングが生じにくい条件下）を前提として、機関の負荷および回転速度をパラメータとして基本の圧縮比値を割り当てたものとなっており、高油水温時等には、この基本の圧縮比値を補正することで目標圧縮比を得るようにしているが、これに限定されるものではなく、温度条件等の条件毎に異なる特性の圧縮比制御マップを備えることなども可能である。

図２は、可変圧縮比機構１の構成を示す図である。クランクシャフト５１は、複数のジャーナル部５２とクランクピン５３とを備えており、シリンダブロック５０の主軸受に、ジャーナル部５２が回転自在に支持されている。上記クランクピン５３は、ジャーナル部５２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク５４が回転自在に連結されている。上記ロアリンク５４は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔に上記クランクピン５３が嵌合している。第１リンクとなるアッパリンク５５は、下端側が連結ピン５６によりロアリンク５４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン５７によりピストン５８に回動可能に連結されている。上記ピストン５８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック５０のシリンダ５９内を往復動する。なお、上記シリンダブロック５０の一部に、図１に示したように、ノッキングに起因した振動を検出するノックセンサ３が配置されている。

第３リンクとなるコントロールリンク６０は、上端側が連結ピン６１によりロアリンク５４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸６２を介して機関本体の一部となるシリンダブロック５０の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸６２は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心して制御部材を成す偏心カム部６２ａを有し、この偏心カム部６２ａに上記コントロールリンク６０下端部が回転可能に嵌合している。上記制御軸６２は、エンジンコントロールユニット４からの制御信号に基づき作動する、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ６３により回転駆動される。制御部材を成す偏心カム部６２ａは、制御軸６２の回転位置の変更を介して、圧縮比制御アクチュエータ６３により駆動され、変位させられる。

上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた可変圧縮比機構１においては、上記制御軸６２が圧縮比制御アクチュエータ６３によって回動されると、偏心カム部６２ａの中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク６０の下端の揺動支持位置が変化する。そして、上記コントロールリンク６０の揺動支持位置が変化すると、ピストン５８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン５８の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となり、特に、最大圧縮比と最小圧縮比との間で、圧縮比を連続的に変化させることができる。なお、本発明においては、この実施例の可変圧縮比機構に限定されず、制御部材を有し、制御部材の変位で圧縮比を変えるものであれば、種々の形式の可変圧縮比機構を適用することが可能である。

機関運転中には燃焼圧力や、複リンク式ピストン−クランク機構の慣性力などの負荷トルク・反力が制御軸に繰り返し作用するため、例えば目標圧縮比があまり変化しない定常運転時であっても、負荷トルク・反力に抗して制御軸を目標圧縮比に対応した所定の回転位置に保持する必要がある。本実施例では、制御軸６２の回転位置を所定の回転位置に保持することにより、偏心カム部６２ａ（制御部材）の位置を一定に保持する保持機構として、上記のアクチュエータ６３とは別に、非接触励磁式ブレーキであるコギングブレーキ６４が設けられている。アクチュエータ６３とコギングブレーキ６４は、それぞれ独立して制御軸の駆動・保持が可能なように構成されており、本実施例においては例えば歯車を介して互いに並列な関係となるように配置されている。従ってコギングブレーキ６４を作動させることによって、圧縮比制御アクチュエータ６３を作動させなくても制御軸を保持することができる。このコギングブレーキ６４は、ここでは詳細な説明は省略するが、通電することにより作動し、ロータとステータの歯が一致した磁気安定点でロータを保持するものであり、少ない電力で安定した保持が可能であるとともに、磁気力を利用した保持のために摺動部位がなく潤滑が不要であり、信頼性や耐久性に優れ、部品点数も少ないなどの利点がある。コギングブレーキ６４は、その出力軸がアクチュエータ６３の出力軸と同様、適宜な減速ギヤ（図示せず）を介して制御軸６２と連結され、少ないエネルギーで安定して制御軸６２を保持できるように、制御軸６２に対する減速比がアクチュエータ６３よりも更に大きく設定されている。例えばコギングブレーキ６４の減速比が３００、アクチュエータ６３の減速比が１００程度に設定される。

次に、実施例の制御内容について図面を参照して説明する。これらの制御内容は、上記のエンジンコントロールユニット４により記憶及び実行される。

（１）図３は経過時間を横軸にして、アクチュエータにより制御部材を駆動する駆動状態から保持機構により制御部材を保持する保持状態へ切り換える切換過渡期における、目標圧縮比と実圧縮比の間の偏差、アクチュエータの作動速度（モータの回転速度）、アクチュエータの作動状態（作動か非作動か）、保持機構の作動状態（作動か非作動か）、の様子を示している。図３にも示すように、切換過渡期は、アクチュエータ６３と保持機構６４の双方を作動させる併用状態α２と、併用状態α２の直前で保持機構６４を停止してアクチュエータ６３により制御軸６２を駆動する駆動状態α１と、併用状態α２の直後でアクチュエータ６３を停止して保持機構６４により制御軸６２を保持する保持状態α３と、のようにアクチュエータ作動状態と保持機構作動状態の組合せによって３つの状態（期間）に分けて考えることができる。α１からα２に切り換る際には、実圧縮比が目標圧縮比に近づくように、アクチュエータ６３の作動により制御軸が駆動され、制御部材の変位が続いている、制御部材の停止前に保持機構６４の作動を開始する。これによって、保持機構６４による保持トルクの立ち上がり遅れに起因する圧縮比の偏差の増加を防止し、速やかに安定して保持状態α３へ移行することが可能となる。このようにアクチュエータ６３と保持機構６４の併用状態α２を経由してから保持機構６４のみによる保持へ移行することで、保持機構６４の保持トルクが十分立ち上がるまではアクチュエータ６３によるフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）を継続することで、実圧縮比を目標圧縮比に良好に近づけることができ、短時間で安定して確実に保持機構６４単独での保持状態α３に切り替えることができる。

（２）機関圧縮比の実際の値に相当する実圧縮比（以下、実εとも略す）を検出する制御軸センサ６５が設けられている。あるいは、より簡易的に制御軸センサ６５を省略し、機関運転状態等から実εを求めるようにしても良い。ＥＣＵ４は、アクチュエータ６３により制御軸６２の回転位置を駆動している駆動状態α１および併用状態α２では、機関運転状態に応じて設定される目標圧縮比（以下、目標εとも略す）に基づいてアクチュエータ６３を制御する。例えば、目標εと実εとの偏差｜目標ε−実ε｜に応じたフィードバック制御を行う。そして、切換過渡期には、実圧縮比と目標圧縮比との偏差に応じて、アクチュエータ６３及び保持機構６４の作動・停止を切り換えることで、精度よく圧縮比の偏差の増加を防止しつつ速やかに保持状態α３へ移行することが可能となる。

（３）より具体的には、図３や図１１に示すように、切換過渡期に、上記偏差が、上記保持機構６４による保持可能な偏差に対応する第１設定値Ｓ１よりも大きい第２設定値Ｓ２以下のときに、保持機構６４の作動を開始する。尚、第１設定値Ｓ１は、目標圧縮比に対する実圧縮比の制御精度上許容可能な偏差の最大値（目標圧縮比に対する実圧縮比の偏差の許容範囲に対応する設定値）であり、偏差が第１設定値Ｓ１以下になれば実圧縮比は目標圧縮比である（目標値に到達した）とみなされる。ここで仮に、完全に立ち上がった状態でのコギングブレーキの作動中に、モータを駆動して圧縮比を制御しようとすると、コギングブレーキによるコギングトルクの抵抗に逆らって磁気安定点を超えるようにモータを回転駆動することとなるために、過大なモータトルクが必要となる。また、コギングトルクの抵抗を乗り越えた後、つまり磁気安定点を乗り越えると、コギングトルクがアシストトルクとして作用するためにモータが過大に回転してしまい、目標圧縮比の前後で実圧縮比がハンチングするおそれがある。さらに、コギングブレーキで保持可能な所定回転数を超えてモータ回転速度がオーバシュートしてしまうと、コギングブレーキによる保持が困難になり、あるいはコギングブレーキのみによる保持状態への移行が長期化し、消費エネルギーの増加や圧縮比が目標圧縮比から外れて運転性へ悪影響を与えるおそれがある。そこで、偏差が第１設定値Ｓ１より大きい第２設定値Ｓ２以下となると保持機構６４の作動を開始することで、保持トルクの立ち上がりに遅れが生じる場合にも、偏差が第１設定値Ｓ１以下に到達する時には十分に保持トルクを上昇させておくことができるため、保持トルクの立ち上がり遅れに起因する偏差の増加（偏差が大きく留まること）などを招くことない。そして、完全に立ち上がった状態でコギングブレーキが作動している間に、モータを駆動して圧縮比を制御する時間を短くすることができるので、過大なモータトルクが必要になったり、目標圧縮比の前後で実圧縮比がハンチングしたりすることなく、偏差が第１設定値Ｓ１以下に到達したときに保持機構６４のみによる保持状態α３へ短時間で良好に移行することができる。また、このようにアクチュエータ６３のみによる駆動状態α１から保持機構６４のみによる保持状態α３への移行を短時間で行うことで、アクチュエータ６３の駆動時間を短縮することができるため、アクチュエータ６３の消費エネルギー（具体的にはモータ消費電力）による燃費悪化を改善できる。ただし、機関回転・負荷が小さいかまたは機関側からアクチュエータ６３への負荷トルクが減少する条件となる圧縮比において圧縮比保持する場合には、保持機構６４を敢えて用いなくとも少ない消費エネルギーでの保持が可能な条件もあるため、そのような条件では保持機構６４の保持を行わないようにすることも消費電力低減に有効である。

（４）上記切換過渡期に、上記偏差が第１設定値Ｓ１以下のときに、アクチュエータ６３の作動を停止する。このように、保持機構６４のみによる保持が可能な第１設定値Ｓ１以下になると速やかにアクチュエータ６３の作動を停止することで、アクチュエータ６３の消費エネルギーの軽減を図ることができる。言い換えると、第１設定値Ｓ１以下になるまで保持機構６４のみによる保持を禁止することで、アクチュエータ６３の作動停止後に偏差が増大する（大きく留まる）ような事態をより確実に防止することができる。

（５）図１２は別の実施例を示しており、保持機構の作動開始の判断に、目標圧縮比と実圧縮比の間の偏差に加えて、アクチュエータの作動速度も考慮する。図１２に示すように、上記切換過渡期に、上記偏差が第２設定値Ｓ２以下で、かつ、上記アクチュエータ６３の作動速度（具体的には、モータ回転速度）が、保持機構６４による保持可能な作動速度（例えばコギングトルクの抵抗（磁気安定点）を乗り越え始める作動速度より僅かに小さい作動速度）に対応する第４設定値Ｓ４（図８参照）よりも大きい第３設定値Ｓ３以下のときに、保持機構６４の作動を開始する。つまり、アクチュエータ６３の作動速度が保持機構６４による保持可能な第４設定値Ｓ４よりも大きい第３設定値Ｓ３以下となると保持機構６４の駆動を開始しておくことで、アクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４まで低下したときには保持機構６４単独での保持状態α３へより安定して確実に切り換えることができる。仮に偏差が第２設定値Ｓ２以下であっても、アクチュエータ６３の作動速度が第３設定値Ｓ３より大きいときは、保持機構６４を作動させない。これにより、保持できる見込みの無いときは保持機構６４を作動させないようにして、無駄なエネルギ消費を抑えることができる。

（６）図１０に示す実施例ではさらに、上記切換過渡期に、上記偏差が第１設定値Ｓ１以下で、かつ、上記アクチュエータ６３の作動速度が、例えばコギングトルクの抵抗（磁気安定点）を乗り越え始める直前の（乗り越え始める作動速度より僅かに小さい）作動速度として設定された第４設定値Ｓ４以下のときに、上記アクチュエータ６３の作動を停止する（図１０はすでに偏差が第１設定値Ｓ１以下になっている状態を示している）。このように、アクチュエータ６３の作動速度が保持機構６４により保持可能な第４設定値Ｓ４以下となると速やかにアクチュエータ６３の作動を停止することで、アクチュエータ６３の消費エネルギーを軽減することができる。仮に偏差が第１設定値Ｓ１以下であっても、アクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４より大きいときは、アクチュエータ６３の作動を継続させる。これにより、保持機構６４により制御軸を保持できる見込みの無いときは、アクチュエータ６３の作動を継続して、目標値に速やかに収束させることができる。

（７）図８は、偏差が第２設定値Ｓ２以下で、かつ、アクチュエータ６３の作動速度が第３設定値Ｓ３以下のときに保持機構６４を作動させ、偏差が第１設定値Ｓ１以下で、かつ、アクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４以下のときにアクチュエータ６３の作動を停止させた場合の、圧縮比とアクチュエータの作動速度（モータ回転数）のタイミングチャートである。Ａのタイミングで偏差｜目標ε−実ε｜が第２設定値Ｓ２以下になるが、アクチュエータ６３の作動速度（モータ回転数）が第３設定値Ｓ３以下ではないので保持機構６４を作動させない。Ｃのタイミングでアクチュエータ６３の作動速度が第３設定値Ｓ３以下になったところで、保持機構６４を作動させる。このように、偏差が収束する（偏差の許容範囲である第１設定値Ｓ１以下になる）までに時間がかかる状態では、保持機構６４を作動させないことで、無駄なエネルギ消費を抑制し、偏差が収束する時期に合わせて保持機構の保持トルクを立ち上げることができる。Ｂのタイミングでは、偏差が第１設定値Ｓ１以下になるが、アクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４以下ではないので、アクチュエータの作動は停止することなく継続する。また、Ｅのタイミングでアクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４以下になるが、Ｄのタイミングで偏差が第１設定値Ｓ１より大きくなっているので、アクチュエータの作動は継続する。その後、Ｆのタイミングで偏差が第１設定値Ｓ１以下となり、かつ、アクチュエータ６３の作動速度が第４設定値Ｓ４以下となったところで、アクチュエータの作動を停止する。このように、偏差が許容範囲内となり、かつ、アクチュエータ６３の作動速度が保持機構６４により保持可能な第４設定値Ｓ４以下となったところでアクチュエータ６３の作動を停止することで、アクチュエータ６３の消費エネルギーを軽減しつつ、速やかに保持状態へと移行させ、保持機構６４により制御軸を保持できる見込みの無いときは、アクチュエータ６３の作動を継続して目標値に速やかに収束させる。

（８）上記切換過渡期に、上記偏差が第２設定値Ｓ２以下であり、かつ、上記アクチュエータ６３の駆動方向が高圧縮比側に向かう方向であるときに、上記保持機構６４の作動を開始することもできる。図８において、偏差が第２設定値Ｓ２以下であり、かつ、上記アクチュエータ６３の駆動方向が高圧縮比側に向かう向きへと変化するＧのタイミングで、保持機構６４の作動を開始する。このように、アクチュエータ６３の駆動方向が高圧縮比側に向かう向きであるとき、燃焼荷重とアクチュエータ６３のトルクが相殺方向に作用するために、アクチュエータ６３の作動速度（モータ回転速度）の急速な変動が抑制されることから、保持機構６４の作動を開始することで、保持可能なモータ回転速度以下にモータ回転速度を保持した状態を維持して保持状態α３へ移行することが容易になる。

（９）上記切換過渡期に、上記保持機構６４の作動開始から所定時間経過すると、上記第１設定値Ｓ１を増加する。これにより、切換過渡期に保持状態への移行が長期化した場合にも、第１設定値Ｓ１を増加して保持機構６４の作動条件を緩和することで、保持状態への移行をより確実に行うことができる。

（１０）図４に示す実施例のように、上記切換過渡期に、上記偏差が第２設定値Ｓ２以下となった時点での上記保持機構６４の作動開始から、所定の遅れ期間ΔＴ経過後に、上記アクチュエータ６３の作動を停止することもできる。つまり、遅れ期間ΔＴが経過するまで、アクチュエータ６３の作動停止を禁止する。このように、偏差が第２設定値Ｓ２以下となった時点で予め保持機構６４の作動を開始させ、所定の遅れ期間ΔＴを持たせることで、保持機構６４の駆動開始から保持トルクが十分に立ち上がるまでに時間遅れが有る場合にも、アクチュエータ６３の駆動を所定の遅れ期間ΔＴ行うことで、圧縮比の偏差の増加を招くことなく、保持機構６４のみによる保持状態へ良好に移行することが可能となる。また、図４に示すように、簡易的に保持機構６４の作動開始から遅れ期間ΔＴ経過後にアクチュエータ６３を停止する構成とすれば、制御が簡素化され、演算負荷やメモリ使用量を大幅に軽減できる。

（１１）遅れ期間ΔＴ経過後にアクチュエータ６３を停止する構成をしたときに、機関回転速度や負荷などの機関運転状態に応じて保持トルクの大きさが異なり、また保持トルクの大きさによって保持トルクが十分立ち上がるまでに要する時間が異なるため、上記遅れ期間ΔＴを機関運転状態に応じて設定し、具体的には図５に示すように、機関負荷や機関回転数が高くなるほど遅れ期間ΔＴを増加することで、機関運転状態に応じて遅れ期間ΔＴを適切に短縮し、アクチュエータ６３の消費エネルギーの軽減化などを図ることができる。

（１２）上記遅れ期間ΔＴを、保持状態での目標圧縮比，保持直前の圧縮比変化量，及び保持直前の圧縮比変化方向の少なくとも１つに応じて設定することで、次に述べるように、より適切に遅れ期間ΔＴを短縮することができる。

図６に示すように、保持状態での目標圧縮比である保持圧縮比の大きさによって、同じ燃焼圧作用時でも機関側から制御軸６２やアクチュエータ６３へ作用する負荷トルク（図ではＣＴＲＬ／Ｓトルクと記す）が変化するため、負荷トルクが増大する保持圧縮比のときには、遅れ期間ΔＴを増加することで、確実に保持機構６４による保持に移行できる。

また、図７に示すように、保持直前の圧縮比変化量が大きい場合、アクチュエータ６３の作動速度（モータ回転速度）が大きいために、圧縮比の偏差が第２設定値Ｓ２以内に低下しても、アクチュエータ６３の作動速度が保持機構６４による保持が可能な第３設定値Ｓ３以下となるまでの時間が長期化する。従って、保持直前の圧縮比変化量が大きくなるほど遅れ期間ΔＴもそれに応じて増大することで、保持機構６４のみによる保持状態α３へ良好に移行させることができる。

更に、図８を参照して、保持直前の圧縮比変化方向が低圧縮比方向（モータ駆動方向−）の場合、燃焼圧がアシスト方向に作用することによって、実圧縮比が速やかに目標圧縮比に近づく。従って、保持直前の圧縮比変化方向が低圧縮比方向の場合には遅れ期間ΔＴを短縮することで、消費エネルギーを軽減することができる。一方、保持直前の圧縮比変化方向が高圧縮比方向（モータ駆動方向＋）の場合、逆に実圧縮比が目標圧縮比に近づくまでの時間が増大するため、遅れ期間ΔＴを増大することで、確実に保持状態へ移行させることができる。

（１３）切換過渡期において、保持状態α３に相当する状態（偏差がＳ１以下、かつ、クチュエータの作動速度がＳ４以下）になった後、例えばコギングブレーキによる保持が安定するまでの所定期間、図９に示すように、内燃機関からアクチュエータ６３（モータ）へ作用する負荷トルクつまり反力を相殺するように、上記アクチュエータ６３の駆動方向を周期的に変化させることもできる。つまり、負荷トルクを相殺する方向にアクチュエータ６３（モータ）に高圧縮比方向のトルクを周期的に発生することで、モータ回転変動を低減することができる。一般的に、高負荷時にはノッキング回避のために低圧縮比化するために、制御軸６２に大きな荷重が作用することから、このような低圧縮比・高負荷時にはアクチュエータ６３に作用する負荷トルクが減少するような設定とすることが望ましい。すなわち、同一荷重がコントロールリンク６０から制御軸６２に作用する場合でも高圧縮比時では低圧縮比時に対して相対的にアクチュエータ６３への負荷トルクが増大するため、機関高回転域では圧縮比を低下して使用する。また低回転・低負荷域では燃費向上のため高圧縮比に設定する。このように、アクチュエータ６３への負荷が増大する高圧縮比の設定を低回転とし、アクチュエータ６３への負荷を相殺する方向にアクチュエータトルクを周期的に発生することで、制御遅れを生じることなくアクチュエータ６３の回転変動を低減可能となり、保持機構６４による安定した保持への移行を容易に行うことができる。

（１４）特に、保持機構６４として、非接触励磁式ブレーキであるコギングブレーキ６４は、少ない電力で保持が可能な反面、電流が安定するまでの保持トルクの立ち上がりが遅く、保持が不安定となり易いことから、このようなコギングブレーキ６４を用いた場合に上記の制御が極めて有効である。

この発明の一実施例に係る圧縮比制御装置のシステム全体を示す構成説明図。 可変圧縮比機構の一実施例を示す説明図。 本発明の一実施例に係るアクチュエータ（モータ）と保持機構（コギングブレーキ）の一つの制御例を示すタイミングチャート。 アクチュエータと保持機構の他の制御例を示すタイミングチャート。 機関回転速度と機関負荷に応じた遅れ期間の設定例を示す特性図。 保持圧縮比と負荷トルクに応じた遅れ期間の設定例を示す特性図。 保持直前の圧縮比変化量に応じた遅れ期間の設定例を示す特性図。 アクチュエータと保持機構の他の制御例を示すタイミングチャート。 モータ（アクチュエータ）への負荷トルクとモータトルクとの関係を示す特性図。 アクチュエータと保持機構の他の制御例を示すタイミングチャート。 アクチュエータと保持機構の他の制御例を示すタイミングチャート。 アクチュエータと保持機構の他の制御例を示すタイミングチャート。

１…可変圧縮比機構
４…エンジンコントロールユニット（制御部）
６２…制御軸（制御部材）
６３…アクチュエータ
６４…コギングブレーキ（保持部材）
６５…制御軸センサ（実圧縮比取得手段）

Claims (14)

1. 駆動された制御部材の変位に応じて内燃機関の機関圧縮比を変化させる可変圧縮比機構と、
   上記制御部材を駆動するアクチュエータと、
   上記制御部材を保持する保持機構と、
   上記アクチュエータと保持機構の作動を制御する制御部と、を有し、
   この制御部は、上記アクチュエータにより制御部材を駆動する駆動状態から保持機構により制御部材を保持する保持状態へ切り換える切換過渡期に、上記アクチュエータの作動停止前に保持機構の作動を開始することを特徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。
2. 上記機関圧縮比に相当する実圧縮比を検出又は推定する実圧縮比取得手段を有し、
   上記制御部は、上記駆動状態には、機関運転状態に応じて設定される目標圧縮比に基づいて上記アクチュエータを制御し、上記切換過渡期には、上記実圧縮比と目標圧縮比との偏差に応じて、上記アクチュエータ及び保持機構の作動・停止を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
3. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記偏差が、目標圧縮比に対する実圧縮比の偏差の許容範囲に対応する第１設定値よりも大きい第２設定値以下のときに、保持機構の作動を開始することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
4. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記偏差が第１設定値以下のときに、アクチュエータの作動を停止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
5. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記偏差が第２設定値以下で、かつ、上記アクチュエータの作動速度が、上記保持機構による保持が可能なアクチュエータの作動速度に対応する第４設定値よりも大きい第３設定値以下のときに、保持機構の作動を開始することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
6. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記アクチュエータの作動速度が、上記第４設定値以下のときに、上記アクチュエータの作動を停止することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
7. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記偏差が第２設定値以下であり、かつ、上記アクチュエータの駆動方向が高圧縮比側に向かう方向であるときに、上記保持機構の作動を開始することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
8. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記保持機構の作動開始から所定時間経過すると、上記第１設定値を増加することを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
9. 上記制御部は、上記切換過渡期に、上記保持機構の作動開始から所定の遅れ期間経過後に、上記アクチュエータの作動を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
10. 上記制御部は、上記遅れ期間を機関運転状態に応じて設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
11. 上記制御部は、保持状態での目標圧縮比，保持直前の圧縮比変化量，及び保持直前の圧縮比変化方向の少なくとも１つに応じて、上記遅れ期間を設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
12. 上記制御部は、上記切換過渡期における保持状態において、内燃機関からアクチュエータへ作用する負荷トルクを相殺するように、上記アクチュエータの駆動方向を周期的に変化させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
13. 上記保持機構が、非接触励磁式ブレーキであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
14. 上記可変圧縮比機構は、ピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結された第２リンクと、機関本体に回転可能に支持されるとともに回転中心に対して偏心して設けられた偏心カム部を備えた制御軸と、上記第２リンクに揺動可能に連結されるとともに上記偏心カム部を介して機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、を備えた複リンク式ピストン−クランク機構からなり、上記アクチュエータにより駆動された制御部材としての偏心カム部の変位に基づき、上記第３リンクの機関本体に対する支点位置を変化させることで圧縮比を変更することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。

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