JP2013100754A - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents

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Kazuto Sakai
和人 酒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize the rotation range of a camshaft when the camshaft is rotated for holding an oil film.SOLUTION: A variable compression ratio internal combustion engine includes a cylinder block and a crankcase coupled with each other for relative movement, and a camshaft rotatably provided at a coupling part, and rotates the camshaft to allow the cylinder block and the crankcase to move relative to each other to thereby change a compression ratio. The internal combustion engine is provided with a rotating means for regularly and forcibly rotating the camshaft not in operation, allowing an oil film to be retained between the camshaft and a bearing. The rotating means at least either rotates the camshaft within a first predetermined angle range ΔθL2 close to the minimum compression ratio, or rotates the camshaft within a second predetermined angle range ΔθH2 close to the maximum compression ratio.

Description

本発明は可変圧縮比内燃機関に係り、特に、シリンダブロックとクランクケースが互いに相対移動可能な可変圧縮比内燃機関に関する。   The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine, and more particularly to a variable compression ratio internal combustion engine in which a cylinder block and a crankcase can move relative to each other.

近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースを相対的に上下方向ないしはシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結するとともに連結部にカム軸を回動自在に設け、カム軸を回動させることによりシリンダブロックとクランクケースを相対移動させて圧縮比を変更することが提案されている。   2. Description of the Related Art In recent years, techniques for changing the compression ratio of an internal combustion engine have been proposed for the purpose of improving the fuel efficiency performance and output performance of the internal combustion engine. As this type of technology, the cylinder block and the crankcase are connected so as to be relatively close to and away from each other in the vertical direction or the cylinder axis direction, and the cam shaft is rotatably provided at the connecting portion, and the cam shaft is rotated. It has been proposed to change the compression ratio by relatively moving the cylinder block and the crankcase.

また、燃焼圧やシリンダブロックの自重等に起因した荷重が、カム軸とこれを支持する軸受に作用する。このため、当該軸受部ないしは両者の界面の間に潤滑油の油膜を保持することが重要である。とりわけ、カム軸は、クランクシャフトや動弁系カムシャフトのように高速で常時回転しているわけではないので、軸受部に潤滑油が供給され難く、油膜を形成することが比較的困難である。   Further, a load resulting from the combustion pressure, the weight of the cylinder block, or the like acts on the cam shaft and the bearing that supports the cam shaft. For this reason, it is important to hold the oil film of the lubricating oil between the bearing portion or the interface between the two. In particular, the camshaft is not always rotating at a high speed like a crankshaft or a valve-operated camshaft, so it is difficult to supply lubricating oil to the bearing portion and it is relatively difficult to form an oil film. .

このため、例えば特許文献1に記載の技術においては、カム軸が連続して所定時間以上停止していた場合、カム軸を往復回動させてカム軸と軸受の間に油膜を形成するようにしている。   For this reason, for example, in the technique described in Patent Document 1, when the camshaft is continuously stopped for a predetermined time or longer, the camshaft is reciprocated to form an oil film between the camshaft and the bearing. ing.

特開2008−45561号公報JP 2008-45561 A

しかし、このようなカム軸の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。そこでカム軸の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要であるが、特許文献1に記載の技術では不十分である。   However, when such reciprocating rotation of the camshaft is performed, the compression ratio also changes at the same time, which may deteriorate fuel consumption and drivability. Thus, when the reciprocating rotation of the cam shaft is performed, consideration must be given so as not to cause deterioration in fuel consumption and drivability, but the technique described in Patent Document 1 is insufficient.

例えば、特許文献1には、カム軸を往復回動させる角度は、往復回動によって油膜切れを解消できるような予め実験的に求められた回動角度と記載されており、例えば180度と記載されている。しかし、このような角度は通常大きな圧縮比変化をもたらすものであり、必ずしも最適とはいえない。   For example, in Patent Document 1, the angle at which the cam shaft is reciprocally rotated is described as a rotation angle obtained experimentally in advance so that oil film breakage can be resolved by reciprocating rotation, for example, 180 degrees. Has been. However, such an angle usually results in a large compression ratio change and is not necessarily optimal.

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制し得る可変圧縮比内燃機関を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and one object of the present invention is to optimize the rotation range of the cam shaft when the cam shaft is rotated for retaining the oil film, thereby improving fuel consumption and drivability. An object of the present invention is to provide a variable compression ratio internal combustion engine capable of suppressing deterioration.

本発明の一態様によれば、
シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに該連結部にカム軸を回動自在に設け、該カム軸を回動させることにより前記シリンダブロックと前記クランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提供される。
According to one aspect of the invention,
A cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, and a camshaft is rotatably provided at the connecting portion. By rotating the camshaft, the cylinder block and the crankcase are moved relative to each other to increase a compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine to be changed,
In order to maintain an oil film between the cam shaft and a bearing that supports the cam shaft, a rotation unit that periodically and forcibly rotates the cam shaft while the cam shaft is stopped is provided.
The rotating means rotates the cam shaft within a predetermined first angle range near the lowest compression ratio, and rotates the cam shaft within a second angle range near the highest compression ratio. There is provided a variable compression ratio internal combustion engine characterized by performing at least one of the above.

好ましくは、前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度に対して反高圧縮比側に位置する第3角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第4角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度に対して反低圧縮比側に位置する第5角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第6角度までの角度範囲である。
Preferably, the first angle range is located on the high compression ratio side with respect to the first angle from the third angle located on the anti-high compression ratio side with respect to the first angle corresponding to the lowest compression ratio. An angle range up to an angle,
The second angle range is from a fifth angle located on the anti-low compression ratio side relative to the second angle corresponding to the highest compression ratio to a sixth angle located on the low compression ratio side relative to the second angle. Angle range.

好ましくは、前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第7角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第8角度までの角度範囲である。
Preferably, the first angle range is an angle range from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a seventh angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle,
The second angle range is an angle range from a second angle corresponding to the highest compression ratio to an eighth angle located on the low compression ratio side with respect to the second angle.

好ましくは、前記回動手段は、前記カム軸が前記第1角度範囲内にて所定の第1時間停止していたときに前記第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、前記カム軸が前記第2角度範囲内にて所定の第2時間停止していたときに前記第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの両方を行い、且つ、前記第2時間が前記第1時間より長い。   Preferably, the rotating means rotates the cam shaft within the first angle range when the cam shaft has been stopped for a predetermined first time within the first angle range; and The camshaft is both rotated within the second angle range when the camshaft has been stopped within the second angle range for a predetermined second time, and the second The time is longer than the first time.

好ましくは、前記カム軸は、最低圧縮比に対応する第1角度から最高圧縮比に対応する第2角度までの間に180°回動する。   Preferably, the cam shaft rotates 180 ° from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a second angle corresponding to the highest compression ratio.

好ましくは、前記回動手段によるカム軸の回動制御時を除く基本制御時において、前記カム軸は、前記内燃機関の負荷が高負荷であるほど圧縮比を低くするように制御される。   Preferably, during basic control other than cam shaft rotation control by the rotation means, the cam shaft is controlled such that the compression ratio decreases as the load of the internal combustion engine increases.

本発明によれば、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制することができるという、優れた作用効果が発揮される。   According to the present invention, it is possible to optimize the cam shaft rotation range when performing cam shaft rotation for retaining an oil film, and to exhibit an excellent effect of being able to suppress deterioration of fuel consumption and drivability. Is done.

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 圧縮比可変機構の構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of a compression ratio variable mechanism. 圧縮比可変機構の作動を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the action | operation of a compression ratio variable mechanism. 基本制御における負荷と圧縮比の関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the load and compression ratio in basic control. 第1例に係るカム軸の回動角と圧縮比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation angle of the cam shaft which concerns on a 1st example, and a compression ratio. 第1例に係るカム軸の回動角を示すグラフである。It is a graph which shows the rotation angle of the cam shaft which concerns on a 1st example. 第2例に係るカム軸の回動角と圧縮比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation angle of the cam shaft which concerns on a 2nd example, and a compression ratio. 第2例に係るカム軸の回動角を示すグラフである。It is a graph which shows the rotation angle of the cam shaft which concerns on a 2nd example. 回動制御のフローチャートである。It is a flowchart of rotation control.

以下、図面を参照して本発明の好適実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す。内燃機関(エンジン)1は、シリンダ2が形成されたシリンダブロック3を、クランクシャフト20が組み付けられるクランクケース4に対して、シリンダ軸方向に相対移動させることによって圧縮比を変更するものである。クランクケース4およびシリンダブロック3は、後に詳述する圧縮比可変機構21により、上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結される。なお本実施形態の内燃機関1は、車両に搭載された多気筒(4気筒)のガソリンエンジン(火花点火式内燃機関)であるが、内燃機関の形式、用途等は限定されず、例えばディーゼルエンジン(圧縮着火式内燃機関)であってもよい。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a variable compression ratio internal combustion engine according to the present embodiment. The internal combustion engine (engine) 1 changes the compression ratio by moving the cylinder block 3 formed with the cylinder 2 relative to the crankcase 4 to which the crankshaft 20 is assembled in the cylinder axial direction. The crankcase 4 and the cylinder block 3 are connected by a compression ratio variable mechanism 21 described in detail later so that the crankcase 4 and the cylinder block 3 can move close to and away from each other in the vertical direction or the cylinder axis direction. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder (4-cylinder) gasoline engine (spark ignition type internal combustion engine) mounted on a vehicle, but the type, use, etc. of the internal combustion engine are not limited. For example, a diesel engine (Compression ignition type internal combustion engine) may be sufficient.

本実施形態においては、クランクケース4がエンジンマウントを介して車両に固定されている。よって固定されたクランクケース4に対しシリンダブロック3が昇降することとなる。但しマウント方法を逆にし、シリンダブロック3を車両に固定してもよい。   In the present embodiment, the crankcase 4 is fixed to the vehicle via the engine mount. Therefore, the cylinder block 3 moves up and down with respect to the fixed crankcase 4. However, the mounting method may be reversed to fix the cylinder block 3 to the vehicle.

内燃機関1は、シリンダ2内に昇降可能に配置されたピストン24と、シリンダブロック3の上部に取り付けられたシリンダヘッド25と、シリンダヘッド25の上部に取り付けられてこれを上方から覆うヘッドカバー26と、クランクケース4の底部に取り付けられてこれを下方から覆うオイルパン27とを備える。ピストン24はコンロッド19を介してクランクシャフト20に連結される。   The internal combustion engine 1 includes a piston 24 that can be moved up and down in the cylinder 2, a cylinder head 25 that is attached to the top of the cylinder block 3, and a head cover 26 that is attached to the top of the cylinder head 25 and covers it from above. The oil pan 27 is attached to the bottom of the crankcase 4 and covers it from below. The piston 24 is connected to the crankshaft 20 via a connecting rod 19.

ヘッドカバー26およびシリンダヘッド25の内部には動弁室28が画成される。動弁室28には、吸気ポートPi及び排気ポートPeをそれぞれ開閉する吸気弁Vi及び排気弁Veと、吸気弁Vi及び排気弁Veをそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリングSi,Seと、吸気弁Vi及び排気弁Veをそれぞれ開弁方向に駆動する吸気カムシャフトCi及び排気カムシャフトCeとが設けられる。動弁室28には図示しないオイル供給口から動弁系潤滑のためのオイルが供給されている。シリンダヘッド25には吸気ポートPi内に燃料を噴射するためのインジェクタ29と、混合気を点火するための点火プラグ30とが取り付けられている。   A valve operating chamber 28 is defined inside the head cover 26 and the cylinder head 25. The valve chamber 28 includes an intake valve Vi and an exhaust valve Ve that open and close the intake port Pi and the exhaust port Pe, respectively, and valve springs Si and Se that urge the intake valve Vi and the exhaust valve Ve in the valve closing direction, respectively. An intake camshaft Ci and an exhaust camshaft Ce are provided for driving the intake valve Vi and the exhaust valve Ve in the valve opening direction, respectively. The valve operating chamber 28 is supplied with oil for valve operating lubrication from an oil supply port (not shown). The cylinder head 25 is provided with an injector 29 for injecting fuel into the intake port Pi, and an ignition plug 30 for igniting the air-fuel mixture.

ピストン24の上方には燃焼室31が画成され、ピストン24の下方にはクランク室32が画成される。クランク室32にはクランクシャフト20が設けられると共に、その底部にはオイル(図示せず)が貯留される。   A combustion chamber 31 is defined above the piston 24, and a crank chamber 32 is defined below the piston 24. A crankshaft 20 is provided in the crank chamber 32, and oil (not shown) is stored at the bottom thereof.

吸気ポートPiには気筒毎の吸気マニホールド33を介して共通のサージタンク34が接続され、サージタンク34から各気筒の吸気ポートPiに吸気マニホールド33を介して吸気を分配するようになっている。サージタンク34の上流側には吸気管35が接続され、吸気管35には電子制御式スロットルバルブ36とエアフィルタ37が設けられている。これら吸気ポートPi、吸気マニホールド33、サージタンク34および吸気管35により吸気通路が画成される。   A common surge tank 34 is connected to the intake port Pi via an intake manifold 33 for each cylinder, and intake air is distributed from the surge tank 34 to the intake port Pi of each cylinder via the intake manifold 33. An intake pipe 35 is connected to the upstream side of the surge tank 34, and an electronically controlled throttle valve 36 and an air filter 37 are provided in the intake pipe 35. An intake passage is defined by the intake port Pi, the intake manifold 33, the surge tank 34, and the intake pipe 35.

各気筒の排気ポートPeには排気マニホールド38を介して排気管(図示せず)が接続され、これら排気ポートPe、排気マニホールド38および排気管により排気通路が画成される。   An exhaust pipe (not shown) is connected to the exhaust port Pe of each cylinder via an exhaust manifold 38, and an exhaust passage is defined by the exhaust port Pe, the exhaust manifold 38 and the exhaust pipe.

図示されるように、シリンダブロック3の下部側は、クランクケース4の上部側の内側にシリンダ軸方向に移動可能且つ摺動可能に嵌め入れられている。シリンダブロック3の内部にはシリンダ2を取り囲むようウォータジャケットWが画成されている。   As shown in the drawing, the lower side of the cylinder block 3 is fitted inside the upper side of the crankcase 4 so as to be movable and slidable in the cylinder axial direction. A water jacket W is defined in the cylinder block 3 so as to surround the cylinder 2.

内燃機関1の全周にわたってシリンダブロック3とクランクケース4との隙間を覆うべく、シリンダブロック3とクランクケース4との間に架設された環状のシール部材(あるいはシールブーツ)40が設けられている。シール部材40は、図示するように概ね内燃機関1の高さ方向に延び、シリンダブロック3とクランクケース4の嵌合部における隙間を外側から覆ってシールする。   An annular seal member (or seal boot) 40 is provided between the cylinder block 3 and the crankcase 4 so as to cover the gap between the cylinder block 3 and the crankcase 4 over the entire circumference of the internal combustion engine 1. . The seal member 40 extends generally in the height direction of the internal combustion engine 1 as shown in the figure, and seals the gap in the fitting portion between the cylinder block 3 and the crankcase 4 from the outside.

シール部材40は、その断面が図示の如き蛇腹状に形成され、変形可能な弾性体からなる。シール部材40の一方の端縁部である下端縁部はクランクケース4に固定され、シール部材40の他方の端縁部である上端縁部はシリンダブロック3とシリンダヘッド25との間に挟まれて固定される。   The seal member 40 is formed of a deformable elastic body having a cross section formed in a bellows shape as illustrated. One end edge of the seal member 40 is fixed to the crankcase 4, and the other end edge of the seal member 40 is sandwiched between the cylinder block 3 and the cylinder head 25. Fixed.

シリンダブロック3が下降してクランクケース4に近づくとき、シール部材40は収縮方向に変形する。シリンダブロック3が上昇してクランクケース4から遠ざかるとき、シール部材40は伸長方向に変形する。こうして、シリンダブロック3とクランクケース4との相対位置が変化しても、シール部材40の伸縮動作により嵌合部の気密性を保つことができる。   When the cylinder block 3 descends and approaches the crankcase 4, the seal member 40 is deformed in the contraction direction. When the cylinder block 3 rises and moves away from the crankcase 4, the seal member 40 is deformed in the extending direction. Thus, even if the relative position between the cylinder block 3 and the crankcase 4 changes, the airtightness of the fitting portion can be maintained by the expansion / contraction operation of the seal member 40.

内燃機関1には、インジェクタ29、点火プラグ30、スロットルバルブ36、圧縮比可変機構21のモータなどの各種機器を電気的に制御するため、制御手段としての電子制御ユニット(ECU)100が併設されている。ECU100は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどから構成されるユニットである。   The internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 100 as a control means for electrically controlling various devices such as an injector 29, a spark plug 30, a throttle valve 36, and a motor of the compression ratio variable mechanism 21. ing. The ECU 100 is a unit that includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.

ECU100には、クランクポジションセンサ51、アクセルポジションセンサ52、エアフローメータ53などの各種センサの電気信号が入力される。クランクポジションセンサ51はクランクシャフト20の回転位置に相関したパルス信号を出力する。アクセルポジションセンサ52は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関した信号を出力する。エアフローメータ53は、単位時間当たりの吸入空気量に相関した信号を出力する。   The ECU 100 receives electrical signals from various sensors such as a crank position sensor 51, an accelerator position sensor 52, and an air flow meter 53. The crank position sensor 51 outputs a pulse signal correlated with the rotational position of the crankshaft 20. The accelerator position sensor 52 outputs a signal correlated with the operation amount (accelerator opening) of the accelerator pedal. The air flow meter 53 outputs a signal correlated with the intake air amount per unit time.

ECU100は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関1の運転状態(機関運転状態)を検出し、その検出結果に従って上記した各種機器を制御する。   The ECU 100 detects the operating state (engine operating state) of the internal combustion engine 1 according to the electrical signals of the various sensors described above, and controls the various devices described above according to the detection results.

次に、図2を参照して、圧縮比可変機構21の構成を説明する。シリンダブロック3の両側下部に、軸受の一部をなす複数の隆起部5Aが形成され、この各隆起部5Aに軸受孔5が形成されている。軸受孔5は、円形であり、シリンダ2の軸方向に対して直角に、かつ複数(4つ)のシリンダ2の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。シリンダブロック3の片側の軸受孔5はすべて同軸上に位置している。またシリンダブロック3の両側の軸受孔5の一対の中心軸は互いに平行である。   Next, the configuration of the compression ratio variable mechanism 21 will be described with reference to FIG. A plurality of raised portions 5A forming a part of the bearing are formed at both lower portions of the cylinder block 3, and a bearing hole 5 is formed in each raised portion 5A. The bearing holes 5 are circular and are formed so as to be perpendicular to the axial direction of the cylinders 2 and parallel to the arrangement direction of the plurality (four) of cylinders 2. The bearing holes 5 on one side of the cylinder block 3 are all located on the same axis. A pair of central axes of the bearing holes 5 on both sides of the cylinder block 3 are parallel to each other.

クランクケース4には、上述した軸受孔5が形成された複数の隆起部5Aの間に位置するように、複数の立壁部8Aが形成されている。各立壁部8Aのクランクケース4外側に向けられた側面には、半円形の凹部が形成されている。また各立壁部8Aには、ボルト6によってキャップ7が組み付けられる。キャップ7も半円形の凹部を有している。各立壁部8Aにキャップ7が組み付けられると、円形のカム収納孔8が形成される。カム収納孔8の形状は、上述した軸受孔5と同一である。立壁部8Aとキャップ7が軸受の一部をなす。   The crankcase 4 is formed with a plurality of standing wall portions 8A so as to be positioned between the plurality of raised portions 5A in which the above-described bearing holes 5 are formed. A semicircular recess is formed on the side surface of each standing wall 8A facing the outside of the crankcase 4. Moreover, the cap 7 is assembled | attached to each standing wall part 8A with the volt | bolt 6. FIG. The cap 7 also has a semicircular recess. When the cap 7 is assembled to each standing wall portion 8A, a circular cam housing hole 8 is formed. The shape of the cam housing hole 8 is the same as that of the bearing hole 5 described above. The standing wall 8A and the cap 7 form a part of the bearing.

複数のカム収納孔8は、軸受孔5と同様、シリンダブロック3をクランクケース4に取り付けたときにシリンダ2の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ2の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これら複数のカム収納孔8も、シリンダブロック3の両側に配置されることとなり、片側の複数のカム収納孔8はすべて同軸上に位置している。シリンダブロック3の両側に配置されたカム収納孔8の一対の中心軸は互いに平行である。また、両側における各軸受孔5の間の距離と、両側における各カム収納孔8との間の距離は同一である。   Similar to the bearing hole 5, the plurality of cam housing holes 8 are perpendicular to the axial direction of the cylinder 2 and parallel to the arrangement direction of the plurality of cylinders 2 when the cylinder block 3 is attached to the crankcase 4. Are formed respectively. The plurality of cam storage holes 8 are also arranged on both sides of the cylinder block 3, and the plurality of cam storage holes 8 on one side are all located coaxially. A pair of central axes of the cam housing holes 8 arranged on both sides of the cylinder block 3 are parallel to each other. The distance between the bearing holes 5 on both sides and the distance between the cam storage holes 8 on both sides are the same.

交互に配置される両側二列の軸受孔5とカム収納孔8には、それぞれカム軸9が回動自在に挿通される。これによりシリンダブロック3とクランクケース4の連結部にカム軸9が回動自在に設けられ、カム軸9を回動させることによりシリンダブロック3とクランクケース4が相対移動されて圧縮比が変更される。隆起部5Aと、互いに組み付けられた立壁部8Aおよびキャップ7とが、カム軸9を回動自在に支持する軸受をなす。軸受孔5とカム収納孔8の内面がそれぞれ軸受面をなす。   Cam shafts 9 are rotatably inserted into the bearing holes 5 and the cam accommodation holes 8 in two rows on both sides that are alternately arranged. As a result, the cam shaft 9 is rotatably provided at the connecting portion between the cylinder block 3 and the crankcase 4, and by rotating the cam shaft 9, the cylinder block 3 and the crankcase 4 are relatively moved to change the compression ratio. The The raised portion 5A, the standing wall portion 8A and the cap 7 assembled to each other form a bearing that rotatably supports the cam shaft 9. The inner surfaces of the bearing hole 5 and the cam housing hole 8 form bearing surfaces.

カム軸9は、軸部9aと、軸部9aの中心軸に対して偏心された状態で軸部9aに固定され、正円形のカムプロフィールを有する固定カム9cと、固定カム9cと同一外形を有し軸部9aに対して回転可能に取り付けられた可動カム9bとを有する。固定カム9cと可動カム9bは交互に配置される。両側の一対のカム軸9は鏡像の関係を有している。また、カム軸9の端部には、ギア10を取り付けるための取り付け部9dが形成されている。軸部9aの中心と取り付け部9dの中心は偏心している。   The cam shaft 9 is fixed to the shaft portion 9a in a state of being eccentric with respect to the shaft portion 9a and the central axis of the shaft portion 9a, and has the same outer shape as the fixed cam 9c having a regular circular cam profile. And a movable cam 9b rotatably attached to the shaft portion 9a. The fixed cam 9c and the movable cam 9b are alternately arranged. The pair of cam shafts 9 on both sides have a mirror image relationship. Further, an attachment portion 9 d for attaching the gear 10 is formed at the end portion of the cam shaft 9. The center of the shaft portion 9a and the center of the attachment portion 9d are eccentric.

固定カム9cの中心と取り付け部9dの中心は互いに一致している。他方、可動カム9bは、軸部9aに対して偏心されており、その偏心量は固定カム9cと同一である。また、各カム軸9において、複数の固定カム9cの偏心方向は同一である。また、可動カム9bの外形は、固定カム9cと同一直径の正円である。可動カム9bを軸部9aに対し回転させることで、固定カム9cの外周面と可動カム9bの外周面とを互いに一致させることができる。   The center of the fixed cam 9c and the center of the attachment portion 9d coincide with each other. On the other hand, the movable cam 9b is eccentric with respect to the shaft portion 9a, and the amount of eccentricity is the same as that of the fixed cam 9c. In each camshaft 9, the eccentric directions of the plurality of fixed cams 9c are the same. The outer shape of the movable cam 9b is a perfect circle having the same diameter as that of the fixed cam 9c. By rotating the movable cam 9b with respect to the shaft portion 9a, the outer peripheral surface of the fixed cam 9c and the outer peripheral surface of the movable cam 9b can be made to coincide with each other.

各カム軸9の取り付け部9dにはギア10が取り付けられる。一対のカム軸9の端部に固定された一対のギア10には、それぞれウォームギア11a、11bが噛合される。ウォームギア11a、11bは単一のモータ12の一本の出力軸に取り付けられている。ウォームギア11a、11bは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ12を一方向に回転させると、一対のカム軸9、9は、ウォームギア11a、11bおよびギア10、10を介して互いに逆方向に回転する。モータ12はシリンダブロック3に固定されている。   A gear 10 is attached to the attachment portion 9d of each camshaft 9. Worm gears 11a and 11b are meshed with the pair of gears 10 fixed to the ends of the pair of cam shafts 9, respectively. The worm gears 11 a and 11 b are attached to one output shaft of the single motor 12. The worm gears 11a and 11b have spiral grooves that rotate in opposite directions. For this reason, when the motor 12 is rotated in one direction, the pair of cam shafts 9 and 9 rotate in the opposite directions via the worm gears 11 a and 11 b and the gears 10 and 10. The motor 12 is fixed to the cylinder block 3.

次に、図3を参照して、圧縮比可変機構21の作動を説明する。図3(a)〜(c)に、シリンダブロック3と、クランクケース4と、これらの間に配設されたカム軸9との関係を示した断面図を示す。軸部9aの中心をa、可動カム9bの中心をb、固定カム9cの中心をcとして示す。図3(a)は、軸部9aの延長線上から見て全ての固定カム9c及び可動カム9bの外周面が一致した状態を示す。このとき、一対の軸部9aは、軸受孔5及びカム収納孔8の中で下側に位置している。   Next, the operation of the compression ratio variable mechanism 21 will be described with reference to FIG. 3A to 3C are cross-sectional views showing the relationship between the cylinder block 3, the crankcase 4, and the camshaft 9 disposed therebetween. The center of the shaft portion 9a is indicated by a, the center of the movable cam 9b is indicated by b, and the center of the fixed cam 9c is indicated by c. FIG. 3A shows a state in which the outer peripheral surfaces of all the fixed cams 9c and the movable cams 9b coincide with each other when viewed from the extension line of the shaft portion 9a. At this time, the pair of shaft portions 9 a are located on the lower side in the bearing hole 5 and the cam housing hole 8.

図3(a)の状態から、モータ12を駆動して軸部9aを矢印方向に回動させると、図3(b)の状態になる。このとき、軸部9aに対して、固定カム9cと可動カム9bの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース4に対してシリンダブロック3を相対的に上方ないし上死点側にスライドさせ、離反方向に移動させることができる。そしてそのスライド量は、図3(c)のような状態となるまで軸部9aを回動させたときが最大となり、固定カム9cおよび可動カム9bの偏心量の2倍となる。固定カム9c及び可動カム9bは、それぞれ軸受孔5およびカム収納孔8の内部で回転し、それぞれ軸受孔5およびカム収納孔8の内部で軸部9aの位置が移動するのを許容している。   When the motor 12 is driven from the state of FIG. 3A to rotate the shaft portion 9a in the direction of the arrow, the state of FIG. At this time, since the eccentricity of the fixed cam 9c and the movable cam 9b occurs with respect to the shaft portion 9a, the cylinder block 3 is slid relative to the crankcase 4 to the upper side or the top dead center side. Can be moved in the direction. The sliding amount is maximized when the shaft portion 9a is rotated until the state shown in FIG. 3C is reached, and is twice the eccentric amount of the fixed cam 9c and the movable cam 9b. The fixed cam 9c and the movable cam 9b rotate inside the bearing hole 5 and the cam storage hole 8, respectively, and allow the position of the shaft portion 9a to move inside the bearing hole 5 and the cam storage hole 8, respectively. .

図示しないが、図3(c)の状態からモータ12を駆動して軸部9aを矢印方向と逆の方向に回動させると、図3(b)または図3(a)の状態へと、クランクケース4に対してシリンダブロック3を相対的に下方ないし下死点側にスライドさせ、近接方向に移動させることができる。   Although not shown, when the motor 12 is driven from the state shown in FIG. 3C and the shaft portion 9a is rotated in the direction opposite to the arrow direction, the state shown in FIG. 3B or FIG. The cylinder block 3 can be slid relative to the crankcase 4 downward or at the bottom dead center and moved in the proximity direction.

このように、ECU100によりモータ12を駆動してカム軸9ないし軸部9aを回動させ、クランクケース4に対しシリンダブロック3を相対移動させて圧縮比を変更することができる。図3(a)は、クランクケース4に対しシリンダブロック3が最も近づいている最高圧縮比εHの状態を示し、このときの軸部9aの角度位置(第2角度)θHは180°である。他方、図3(c)は、クランクケース4に対しシリンダブロック3が最も離れている最低圧縮比εLの状態を示し、このときの軸部9aの角度位置(第1角度)θLは0°である。つまり、カム軸9は、最低圧縮比εLに対応する角度θL(=0°)から最高圧縮比εHに対応する角度θH(=180°)までの間に180°回動する。   As described above, the compression ratio can be changed by driving the motor 12 by the ECU 100 to rotate the cam shaft 9 or the shaft portion 9 a and moving the cylinder block 3 relative to the crankcase 4. FIG. 3A shows a state of the highest compression ratio εH in which the cylinder block 3 is closest to the crankcase 4, and the angular position (second angle) θH of the shaft portion 9a at this time is 180 °. On the other hand, FIG. 3C shows a state of the lowest compression ratio εL where the cylinder block 3 is farthest from the crankcase 4, and the angular position (first angle) θL of the shaft portion 9a at this time is 0 °. is there. That is, the cam shaft 9 rotates 180 ° from an angle θL (= 0 °) corresponding to the lowest compression ratio εL to an angle θH (= 180 °) corresponding to the highest compression ratio εH.

後述するカム軸9の回動制御時を除く通常の基本制御時において、ECU100は、図4に示されるような所定のマップに従い、例えばアクセルポジションセンサ52により検出される内燃機関の負荷(機関負荷)KLに基づき、モータ12ひいてはカム軸9の回動角θを制御し、圧縮比εを制御する。   In normal basic control except during cam shaft 9 rotation control, which will be described later, the ECU 100 follows a predetermined map as shown in FIG. 4, for example, an internal combustion engine load (engine load) detected by the accelerator position sensor 52. ) Based on KL, the rotation angle θ of the motor 12 and thus the cam shaft 9 is controlled to control the compression ratio ε.

このとき図示されるように、ECU100は、機関負荷KLが高負荷であるほど圧縮比εを低くするようにカム軸9を制御する。より詳細には、ECU100は、機関負荷KLが最小負荷KLminから所定の中間負荷KL1までの間にあるときには圧縮比εを最高圧縮比εHに保ち、機関負荷KLが中間負荷KL1から最大負荷KLmaxまでの間にあるときには、機関負荷KLが高まるにつれ圧縮比εを最低圧縮比εLまで漸減させるよう、カム軸9を制御する。   At this time, as shown in the figure, the ECU 100 controls the camshaft 9 so that the compression ratio ε decreases as the engine load KL increases. More specifically, the ECU 100 maintains the compression ratio ε at the maximum compression ratio εH when the engine load KL is between the minimum load KLmin and a predetermined intermediate load KL1, and the engine load KL is from the intermediate load KL1 to the maximum load KLmax. When the engine load KL increases, the camshaft 9 is controlled so that the compression ratio ε gradually decreases to the minimum compression ratio εL as the engine load KL increases.

かかる基本制御により、低負荷領域における燃焼効率向上と、高負荷領域におけるノッキング抑制とを両立することができる。   Such basic control can achieve both improvement in combustion efficiency in the low load region and knocking suppression in the high load region.

ところで、カム軸9と軸受の間(すなわち固定カム9cと軸受孔5の間、および可動カム9bとカム収納孔8の間)には潤滑油が供給されると共に、油膜が形成され、カム軸9の円滑な回動動作を確保するようにしている。   By the way, lubricating oil is supplied between the cam shaft 9 and the bearing (that is, between the fixed cam 9c and the bearing hole 5 and between the movable cam 9b and the cam storage hole 8), and an oil film is formed. 9 smooth rotation operations are ensured.

しかし、カム軸9と軸受との間隙には、シリンダブロック3の自重やシリンダ2内で生起される燃焼圧力等による荷重が常時かかっている。またカム軸9は、クランクシャフト20や動弁系カムシャフトCi,Ceのように高速で常時回転しているわけではなく、停止状態と低速での回転とを繰り返す。このため、カム軸9と軸受との隙間へ供給された潤滑油が該隙間全体へ均等に供給され難い上、一部の隙間に荷重が集中する期間が長引き易い。荷重が集中している一部の隙間へ十分な量の潤滑油が供給されなくなると、その部分の油膜厚が薄くなり、場合によっては油膜切れが発生する。カム軸9と軸受との隙間の油膜厚が薄くなり、或いは油膜切れが発生した場合には、フレッティング摩耗の原因になると共に、カム軸9の回動抵抗が増大して回動不良が発生する。カム軸9の回動不良が発生した場合には、モータ12の消費電力が過剰に増加してしまう。更に、油膜切れの状態が継続すると、カム軸9が回動不能に陥る所謂ロック現象が発生し、圧縮比を変更することができなくなる可能性がある。   However, a load due to the weight of the cylinder block 3 or the combustion pressure generated in the cylinder 2 is always applied to the gap between the camshaft 9 and the bearing. The camshaft 9 does not always rotate at a high speed like the crankshaft 20 or the valve drive camshafts Ci and Ce, but repeats a stopped state and a rotation at a low speed. For this reason, it is difficult for the lubricating oil supplied to the gap between the camshaft 9 and the bearing to be evenly supplied to the entire gap, and it is easy to prolong the period during which the load concentrates in a part of the gap. When a sufficient amount of lubricating oil is not supplied to a part of the gap where the load is concentrated, the oil film thickness of the part becomes thin, and in some cases, the oil film is cut. If the oil film thickness in the gap between the camshaft 9 and the bearing becomes thin or the oil film breaks, it causes fretting wear, and the rotation resistance of the camshaft 9 increases and rotation failure occurs. To do. When the rotation failure of the cam shaft 9 occurs, the power consumption of the motor 12 increases excessively. Furthermore, if the state of running out of the oil film continues, a so-called locking phenomenon that causes the cam shaft 9 to become unrotatable may occur, and the compression ratio may not be changed.

そこで本実施形態においては、カム軸9と軸受との間の油膜を保持あるいは回復すべく、基本制御時におけるカム軸9の停止中に、カム軸9(具体的には軸部9a)を定期的且つ強制的に回動させる回動制御を実行する。この回動制御によりカム軸9と軸受との間の油膜厚を均等化することができ、油膜切れ等を未然に防止すると共に上記問題を解決することができる。   Therefore, in the present embodiment, the camshaft 9 (specifically, the shaft portion 9a) is periodically fixed while the camshaft 9 is stopped during basic control in order to maintain or restore the oil film between the camshaft 9 and the bearing. Rotation control is performed to rotate automatically and forcibly. By this rotation control, the oil film thickness between the cam shaft 9 and the bearing can be equalized, and the above problem can be solved while preventing the oil film from being cut.

この回動制御に際し、ECU100は、カム軸9を所定角度範囲内にて複数回、往復回動ないし揺動させる。なお往復回動の回数は1回としてもよいが、複数回とした方が油膜保持および油膜厚均等化に有利であり好ましい。代替的に、回動は往復させず片道1回でもよい。   In the rotation control, the ECU 100 reciprocates or swings the cam shaft 9 a plurality of times within a predetermined angle range. Note that the number of reciprocating rotations may be one, but a plurality of times is preferable because it is advantageous for oil film retention and oil film thickness equalization. Alternatively, the rotation may be one-way instead of reciprocating.

ところで、このようなカム軸9の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。よってカム軸9の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要である。   By the way, when the reciprocating rotation of the cam shaft 9 is performed, the compression ratio also changes at the same time, which may cause deterioration in fuel consumption and drivability. Therefore, when the reciprocating rotation of the camshaft 9 is performed, it is necessary to consider so as not to deteriorate fuel consumption and drivability.

このため、本実施形態においては、カム軸9の往復回動時に圧縮比ができるだけ変化しないような角度範囲のみを使って、カム軸9を往復回動させることとしている。以下、これについて説明する。   For this reason, in this embodiment, the cam shaft 9 is reciprocally rotated using only an angle range in which the compression ratio does not change as much as possible when the cam shaft 9 reciprocates. This will be described below.

図5には、カム軸9の回動角θと内燃機関1の圧縮比εとの関係を示す。また図6にはカム軸9の回動角θのみを示す。図示されるように、また前述したように、圧縮比εが最低圧縮比εLのときカム軸9の回動角θはθL=0°であり、圧縮比εが最高圧縮比εHのときカム軸9の回動角θはθH=180°である。   FIG. 5 shows the relationship between the rotation angle θ of the camshaft 9 and the compression ratio ε of the internal combustion engine 1. FIG. 6 shows only the rotation angle θ of the cam shaft 9. As shown in the figure and as described above, when the compression ratio ε is the minimum compression ratio εL, the rotation angle θ of the cam shaft 9 is θL = 0 °, and when the compression ratio ε is the maximum compression ratio εH, The rotation angle θ of 9 is θH = 180 °.

図5に示すように、回動角θがθLからθHまで増大するにつれ、圧縮比εは最低圧縮比εLから最高圧縮比εHまで増大する。特にこの回動角θの増大につれ、圧縮比εはサインカーブ状に増大する。最低圧縮比εLのときの回動角θLは、サインカーブの極小ピーク時の角度に相当し、最高圧縮比εHのときの回動角θHは、サインカーブの極大ピーク時の角度に相当する。回動角θの変化に対する圧縮比εの変化率ないし感度(Δε/Δθ、図5の線図の傾き)が、サインカーブの両端部すなわち最低圧縮比εL付近および最高圧縮比εH付近において、最も小さくなっており、特に中間部(例えばθ=90°)付近よりも小さくなっている。   As shown in FIG. 5, as the rotation angle θ increases from θL to θH, the compression ratio ε increases from the lowest compression ratio εL to the highest compression ratio εH. In particular, as the rotation angle θ increases, the compression ratio ε increases like a sine curve. The rotation angle θL at the minimum compression ratio εL corresponds to the angle at the minimum peak of the sine curve, and the rotation angle θH at the maximum compression ratio εH corresponds to the angle at the maximum peak of the sine curve. The rate of change or sensitivity (Δε / Δθ, slope of the diagram in FIG. 5) of the compression ratio ε with respect to the change in the rotation angle θ is highest at both ends of the sine curve, that is, near the minimum compression ratio εL and the maximum compression ratio εH. In particular, it is smaller than the vicinity of the intermediate portion (for example, θ = 90 °).

そこでこの特性に着目し、本実施形態では回動制御に際し、最低圧縮比εL付近の所定の角度範囲内にてカム軸9を往復回動させること、および、最高圧縮比εH付近の所定の角度範囲内にてカム軸9を回動させることの少なくとも一方を行う。   Therefore, paying attention to this characteristic, in the present embodiment, in the rotation control, the camshaft 9 is reciprocally rotated within a predetermined angle range near the minimum compression ratio εL, and a predetermined angle near the maximum compression ratio εH. At least one of rotating the camshaft 9 within the range is performed.

図5および図6にはかかる角度範囲の第1例を示す。この第1例において、最低圧縮比εL付近の角度範囲はΔθL1であり、これは最低圧縮比εLに対応する角度θLから、これより前記角度範囲ΔθL1だけ高圧縮比側の角度θL1までの角度範囲である。   5 and 6 show a first example of such an angle range. In this first example, the angle range near the minimum compression ratio εL is ΔθL1, which is an angle range from the angle θL corresponding to the minimum compression ratio εL to the angle θL1 on the high compression ratio side by the angle range ΔθL1. It is.

他方、最高圧縮比εH付近の角度範囲はΔθH1であり、これは最高圧縮比εHに対応する角度θHから、これより前記角度範囲ΔθH1だけ低圧縮比側の角度θH1までの角度範囲である。   On the other hand, the angle range in the vicinity of the maximum compression ratio εH is ΔθH1, which is an angle range from the angle θH corresponding to the maximum compression ratio εH to the angle θH1 on the low compression ratio side by the angle range ΔθH1.

例えば、ΔθL1=ΔθH1=10°、θL1=10°、θH1=170°とすることができる。   For example, ΔθL1 = ΔθH1 = 10 °, θL1 = 10 °, and θH1 = 170 ° can be set.

これら角度範囲ΔθL1、ΔθH1内でのみカム軸9を往復回動させるので、往復回動による圧縮比変化を最小限に抑制することができる。そしてカム軸9の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を大幅に抑制することが可能である。   Since the camshaft 9 is reciprocally rotated only within the angle ranges ΔθL1 and ΔθH1, changes in the compression ratio due to reciprocal rotation can be suppressed to a minimum. And the rotation range of the cam shaft 9 can be optimized, and deterioration of fuel consumption and drivability can be significantly suppressed.

図7および図8にはかかる角度範囲のより好ましい第2例を示す。この第2例において、最低圧縮比εL付近の角度範囲はΔθL2であり、これは、最低圧縮比εLに対応する角度θLに対して反高圧縮比側(−側)に位置する角度θL2−から、角度θLに対して高圧縮比側(+側)に位置する角度θL2+までの角度範囲である。   7 and 8 show a more preferred second example of such an angle range. In this second example, the angle range near the minimum compression ratio εL is ΔθL2, which is from the angle θL2 located on the anti-high compression ratio side (− side) with respect to the angle θL corresponding to the minimum compression ratio εL. The angle range up to the angle θL2 + located on the high compression ratio side (+ side) with respect to the angle θL.

他方、最高圧縮比εH付近の角度範囲はΔθH2であり、これは、最高圧縮比εHに対応する角度θHに対して反低圧縮比側(+側)に位置する角度θH2+から、角度θHに対して低圧縮比側(−側)に位置する角度θH2−までの角度範囲である。   On the other hand, the angle range in the vicinity of the maximum compression ratio εH is ΔθH2, which corresponds to the angle θH from the angle θH2 + located on the anti-low compression ratio side (+ side) with respect to the angle θH corresponding to the maximum compression ratio εH. And an angle range up to an angle θH2− located on the low compression ratio side (− side).

例えば、ΔθL2=ΔθH2=10°、θL2−=−5°、θL2+=5°、θH2−=175°、θH2+=185°とすることができる。   For example, ΔθL2 = ΔθH2 = 10 °, θL2-= − 5 °, θL2 + = 5 °, θH2- = 175 °, and θH2 + = 185 °.

このように、この第2例においては、往復回動を実行する角度範囲ΔθL2、ΔθH2の一部を、通常制御時に使用する角度範囲(θL〜θH)を超えて(あるいははみ出して)設定している。こうすると、第1例と同じ大きさの角度範囲を第1例より圧縮比変化率が少ない角度範囲で実現し、同一の油膜保持性能をより少ない圧縮比変化によって達成することができる。これにより燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することが可能である。   As described above, in the second example, a part of the angle ranges ΔθL2 and ΔθH2 for performing the reciprocating rotation is set beyond (or protrudes) the angle range (θL to θH) used during normal control. Yes. In this way, an angle range having the same size as that of the first example can be realized in an angle range where the compression ratio change rate is smaller than that of the first example, and the same oil film retention performance can be achieved with a smaller change in compression ratio. Thereby, it is possible to further suppress deterioration of fuel consumption and drivability.

なお、ここでは角度範囲ΔθL2について、θL2−およびθL2+をθLに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθLを中心として角度範囲ΔθL2を設定したが、θLを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθL2は、θLを含むような形で設定するのが好ましい。   In this example, θL2− and θL2 + are set symmetrically with respect to θL for the angle range ΔθL2, but they may be set asymmetrically. That is, here, the angle range ΔθL2 is set around θL, but it is not necessary to center around θL. However, it is preferable to set the angle range ΔθL2 so as to include θL.

同様に、ここでは角度範囲ΔθH2について、θH2−およびθH2+をθHに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθHを中心として角度範囲ΔθH2を設定したが、θHを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθH2は、θHを含むような形で設定するのが好ましい。   Similarly, for the angle range ΔθH2, θH2− and θH2 + are set symmetrically with respect to θH, but they may be set asymmetrically. That is, here, the angle range ΔθH2 is set with θH as the center, but it is not necessary to have θH as the center. However, it is preferable to set the angle range ΔθH2 so as to include θH.

上述の往復回動の角度範囲ΔθL1、ΔθH1、ΔθL2、ΔθH2は、例えば10°であり、特許文献1に記載された角度範囲(例えば180°)よりも著しく小さい。従ってこの点においても圧縮比変化を最小限に止め、燃費やドライバビリティが悪化するのを未然に防止することができる。また、特許文献1は、最低圧縮比εL付近および/または最高圧縮比εH付近の小さい角度範囲内でのみカム軸9を回動させるという技術思想を開示も示唆もしていない。よって本実施形態は特許文献1に記載の技術から顕著に区別し得るものである。   The above-described reciprocating angular ranges ΔθL1, ΔθH1, ΔθL2, and ΔθH2 are, for example, 10 ° and are significantly smaller than the angular range described in Patent Document 1 (for example, 180 °). Therefore, in this respect as well, it is possible to minimize the change in the compression ratio and prevent deterioration in fuel consumption and drivability. Further, Patent Document 1 does not disclose or suggest a technical idea that the camshaft 9 is rotated only within a small angle range near the minimum compression ratio εL and / or near the maximum compression ratio εH. Therefore, this embodiment can be distinguished significantly from the technique described in Patent Document 1.

カム軸9の往復回動は、最低圧縮比εL付近の角度範囲および最高圧縮比εH付近の角度範囲のいずれか一方のみで行うことも可能であるが、本実施形態では両方で行い、油膜切れ等を確実に防止するようにしている。以下、カム軸9の回動制御の好適な一例を説明する。   The reciprocating rotation of the cam shaft 9 can be performed only in one of the angle range near the minimum compression ratio εL and the angle range near the maximum compression ratio εH. This is surely prevented. Hereinafter, a suitable example of the rotation control of the cam shaft 9 will be described.

図9に、ECU100によって実行されるカム軸9の回動制御のフローチャートを示す。ここではカム軸9の回動範囲として、第2例で説明した角度範囲ΔθL2、ΔθH2を用いる。   FIG. 9 shows a flowchart of the rotation control of the camshaft 9 that is executed by the ECU 100. Here, as the rotation range of the camshaft 9, the angle ranges ΔθL2 and ΔθH2 described in the second example are used.

ステップS101では、基本制御に従ってカム軸9が停止中であるか否かが判断される。停止中である場合にはステップS102に進み、停止中でない(作動中である)場合にはルーチンが終了される。   In step S101, it is determined whether the camshaft 9 is stopped according to the basic control. If it is stopped, the process proceeds to step S102. If it is not stopped (is operating), the routine is terminated.

ステップS102では、停止中のカム軸9の回動角θがθL2+より小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップS103において、カム軸9の停止開始時点からの経過時間Tが所定の停止時間T1より長いか否かが判断される。かかる経過時間TはECU100に設けられたタイマによって計測され、停止時間T1はECU100に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。
In step S102, it is determined whether or not the rotation angle θ of the cam shaft 9 being stopped is smaller than θL2 +.
In the case of yes, it is determined in step S103 whether or not the elapsed time T from the stop start time of the camshaft 9 is longer than the predetermined stop time T1. The elapsed time T is measured by a timer provided in the ECU 100, and the stop time T1 is stored in the ECU 100 in advance. If no, the routine is terminated.

イエスの場合、ステップS104に進んで、角度範囲ΔθL2内におけるカム軸9の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸9がθL〜θL2+の範囲内で停止時間T1より長時間停止していた場合、カム軸9が強制的にθL2−からθL2+までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸9が戻される。   In the case of yes, it progresses to step S104 and the reciprocating rotation of the cam shaft 9 within the angle range ΔθL2 is executed. That is, according to this rotation control, when the camshaft 9 is stopped for a longer time than the stop time T1 within the range of θL to θL2 + by the basic control, the camshaft 9 is forcibly set between θL2 and θL2 +. By reciprocating a plurality of times, the oil film of the bearing portion is returned to an appropriate state. After the reciprocating rotation, the camshaft 9 is returned to the angular position corresponding to the engine load according to the basic control.

他方、ステップS102がノーの場合、ステップS105において、停止中のカム軸9の回動角θがθH2−より大きいか否かが判断される。ノーの場合、ルーチンが終了される。   On the other hand, if step S102 is NO, it is determined in step S105 whether or not the rotation angle θ of the cam shaft 9 being stopped is larger than θH2−. If no, the routine is terminated.

イエスの場合、ステップS106において、カム軸9の停止開始時点からの経過時間Tが所定の停止時間T2より長いか否かが判断される。停止時間T2もECU100に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。   In the case of yes, it is determined in step S106 whether or not the elapsed time T from the stop start time of the camshaft 9 is longer than the predetermined stop time T2. The stop time T2 is also stored in the ECU 100 in advance. If no, the routine is terminated.

イエスの場合、ステップS107に進んで、角度範囲ΔθH2内におけるカム軸9の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸9がθH2−〜θHの範囲内で停止時間T2より長時間停止していた場合、カム軸9が強制的にθH2−からθH2+までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸9が戻される。   In the case of yes, it progresses to step S107 and the reciprocating rotation of the cam shaft 9 within the angle range ΔθH2 is executed. That is, according to this rotation control, when the camshaft 9 has been stopped for a longer time than the stop time T2 within the range of θH2- to θH by the basic control, the camshaft 9 is forcibly between θH2- and θH2 +. Is reciprocated a plurality of times, and the oil film of the bearing portion is returned to an appropriate state. After the reciprocating rotation, the camshaft 9 is returned to the angular position corresponding to the engine load according to the basic control.

基本制御によりカム軸9がθL2+〜θH2−の範囲内で停止していた場合には、カム軸9の往復回動は実行されない。この範囲内にあるカム軸9に対し往復回動を実行すると、圧縮比が比較的大きく変化し、燃費やドライバビリティが悪化する虞があるからである。   When the cam shaft 9 is stopped within the range of θL2 + to θH2- by the basic control, the reciprocating rotation of the cam shaft 9 is not executed. This is because when the reciprocating rotation is performed with respect to the cam shaft 9 within this range, the compression ratio changes relatively greatly, and the fuel consumption and drivability may be deteriorated.

ここで、図4から明らかなように、基本制御によりカム軸9がθH2−〜θHの範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷KL1より小さい低負荷、特に最小負荷KLmin付近となっており、圧縮比εが最高圧縮比εHとなっている場合である。この場合、機関負荷が常用域にあり使用頻度は高いが、燃焼圧力が低く、軸受部への荷重すなわちカム軸9と軸受に付加される面圧が低い。よって油膜保持の観点からは、カム軸9の往復回動を実行するインターバルを長くすることができる。   As is apparent from FIG. 4, when the camshaft 9 is in the range of θH2 to θH by basic control, the engine load is lower than the intermediate load KL1, particularly near the minimum load KLmin. That is, the compression ratio ε is the maximum compression ratio εH. In this case, the engine load is in the normal range and the frequency of use is high, but the combustion pressure is low, and the load on the bearing portion, that is, the surface pressure applied to the camshaft 9 and the bearing is low. Therefore, from the viewpoint of retaining the oil film, the interval for performing the reciprocating rotation of the camshaft 9 can be lengthened.

逆に、基本制御によりカム軸9がθL〜θL2+の範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷KL1より大きい高負荷、特に最大負荷KLmax付近となっており、圧縮比εが最低圧縮比εL付近となっている場合である。この場合、使用頻度は低いものの、燃焼圧力が高く、軸受部への荷重すなわちカム軸9と軸受に付加される面圧が高い。よって油膜保持の観点からは、カム軸9の往復回動を実行するインターバルを短くする必要がある。   Conversely, when the camshaft 9 is in the range of θL to θL2 + by basic control, the engine load is higher than the intermediate load KL1, particularly near the maximum load KLmax, and the compression ratio ε is the lowest compression ratio. This is a case where it is in the vicinity of εL. In this case, although the frequency of use is low, the combustion pressure is high, and the load on the bearing portion, that is, the surface pressure applied to the camshaft 9 and the bearing is high. Therefore, from the viewpoint of holding the oil film, it is necessary to shorten the interval for performing the reciprocating rotation of the cam shaft 9.

こうした事情を踏まえ、本実施形態では、前者のインターバルを規定する停止時間T2を、後者のインターバルを規定する停止時間T1よりも長く設定している。これにより、カム軸9が低負荷側あるいは常用域で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを長くし、無駄な往復回動を防止すると共に、燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することができる。他方、カム軸9が高負荷側ないし最大負荷付近で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを短くし、油膜切れ等を確実に防止することができる。   In view of such circumstances, in the present embodiment, the stop time T2 that defines the former interval is set longer than the stop time T1 that defines the latter interval. As a result, when the camshaft 9 is stopped on the low load side or in the normal range, the interval for performing reciprocal rotation is lengthened, and unnecessary reciprocal rotation is prevented, and fuel consumption and drivability are further deteriorated. Can be suppressed. On the other hand, when the camshaft 9 is stopped on the high load side or near the maximum load, the interval for performing the reciprocating rotation can be shortened to reliably prevent the oil film from running out.

なお、上記回動制御においては、第1例で説明した角度範囲ΔθL1、ΔθH1を用いることもできる。この場合、ステップS102において、停止中のカム軸9の回動角θがθL1より小さいか否かが判断される。またステップS104において、角度範囲ΔθL1内におけるカム軸9の往復回動が実行される。他方、ステップS105において、停止中のカム軸9の回動角θがθH1より大きいか否かが判断される。ステップS107においては、角度範囲ΔθH1内におけるカム軸9の往復回動が実行される。   In the rotation control, the angle ranges ΔθL1 and ΔθH1 described in the first example can be used. In this case, in step S102, it is determined whether or not the rotation angle θ of the cam shaft 9 being stopped is smaller than θL1. In step S104, the reciprocating rotation of the cam shaft 9 is executed within the angle range ΔθL1. On the other hand, in step S105, it is determined whether or not the rotation angle θ of the cam shaft 9 being stopped is larger than θH1. In step S107, the reciprocating rotation of the cam shaft 9 is executed within the angle range ΔθH1.

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上記数値は一例であり、変更可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the above numerical values are examples and can be changed.

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。上述の各実施形態および各構成要素は可能な限りにおいて組み合わせ可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention. The above embodiments and components can be combined as much as possible.

1 可変圧縮比内燃機関
2 シリンダ
3 シリンダブロック
4 クランクケース
9 カム軸
20 クランクシャフト
21 圧縮比可変機構
100 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable compression ratio internal combustion engine 2 Cylinder 3 Cylinder block 4 Crankcase 9 Cam shaft 20 Crankshaft 21 Compression ratio variable mechanism 100 Electronic control unit (ECU)

Claims (6)

シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに該連結部にカム軸を回動自在に設け、該カム軸を回動させることにより前記シリンダブロックと前記クランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
A cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, and a camshaft is rotatably provided at the connecting portion. By rotating the camshaft, the cylinder block and the crankcase are moved relative to each other to increase a compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine to be changed,
In order to maintain an oil film between the cam shaft and a bearing that supports the cam shaft, a rotation unit that periodically and forcibly rotates the cam shaft while the cam shaft is stopped is provided.
The rotating means rotates the cam shaft within a predetermined first angle range near the lowest compression ratio, and rotates the cam shaft within a second angle range near the highest compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine characterized by performing at least one of the above.
前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度に対して反高圧縮比側に位置する第3角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第4角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度に対して反低圧縮比側に位置する第5角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第6角度までの角度範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比内燃機関。
The first angle range is from a third angle located on the anti-high compression ratio side with respect to the first angle corresponding to the lowest compression ratio to a fourth angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle. Angular range,
The second angle range is from a fifth angle located on the anti-low compression ratio side relative to the second angle corresponding to the highest compression ratio to a sixth angle located on the low compression ratio side relative to the second angle. The variable compression ratio internal combustion engine according to claim 1, which is in an angular range.
前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第7角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第8角度までの角度範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比内燃機関。
The first angle range is an angle range from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a seventh angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle,
The said 2nd angle range is an angle range from the 2nd angle corresponding to the highest compression ratio to the 8th angle located in the low compression ratio side with respect to a 2nd angle. Variable compression ratio internal combustion engine.
前記回動手段は、前記カム軸が前記第1角度範囲内にて所定の第1時間停止していたときに前記第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、前記カム軸が前記第2角度範囲内にて所定の第2時間停止していたときに前記第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの両方を行い、且つ、前記第2時間が前記第1時間より長い
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
The rotating means rotates the cam shaft within the first angle range when the cam shaft is stopped for a predetermined first time within the first angle range; and the cam When the shaft is stopped within the second angle range for a predetermined second time, the camshaft is both rotated within the second angle range, and the second time is The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine is longer than a first time.
前記カム軸は、最低圧縮比に対応する第1角度から最高圧縮比に対応する第2角度までの間に180°回動する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. The camshaft rotates 180 ° between a first angle corresponding to the lowest compression ratio and a second angle corresponding to the highest compression ratio. 6. Variable compression ratio internal combustion engine.
前記回動手段によるカム軸の回動制御時を除く基本制御時において、前記カム軸は、前記内燃機関の負荷が高負荷であるほど圧縮比を低くするように制御される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。
In basic control excluding the cam shaft rotation control by the rotating means, the cam shaft is controlled so that the compression ratio is lowered as the load of the internal combustion engine is higher. The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
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