JP2015124682A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】部品強度を高めることなくプレイグニッションによりピストンやコンロッド等が破損するのを阻止すると共に、プレイグニッションの継続的な発生を防止する。
【解決手段】可変圧縮比内燃機関は可動部材と静止部材との間の相対位置をアクチュエータにより変更することにより機械圧縮比を変更可能であり、筒内圧による可動部材からアクチュエータへの逆入力を遮断する逆入力遮断クラッチを備える。逆入力遮断クラッチの許容筒内圧をプレイグニッションが発生したときの筒内圧よりも低く設定してプレイグニッションが発生したときに逆入力遮断クラッチが破損するようにする。逆入力遮断クラッチが破損すると可動部材が筒内圧により移動されて機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下するようになっている。逆入力遮断クラッチが破損して機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下したときには、その後の機械圧縮比の変更を禁止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。

自動車等に搭載される内燃機関としては、クランクケースに対してシリンダブロックを上下に移動可能に設けることにより圧縮比を可変とした可変圧縮比装置が知られている（特許文献１参照）。

この可変圧縮比装置は、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係するリンク列と、駆動部により回転位置が変更・保持される制御軸と、この制御軸とリンク列を連係する制御リンクとを備え、制御軸の回転位置に応じてピストン行程が変化するように構成されている。また、駆動部から制御軸への動力伝達経路に制御部から駆動部への逆入力を遮断する逆入力遮断クラッチが介装され、この逆入力遮断クラッチから制御軸への動力伝達経路に最終減速機構が介装されている。

特開２００7−２３９５２０号公報

前記特許文献１に加え過給器を備えた可変圧縮比内燃機関では、一般的にはピストンやコンロッド、クランクシャフト等の強度、すなわち部品強度を高めることで、プレイグニッション（早期着火、プレイグともいう。）によりピストンやコンロッド等が破損しないようにしている。

しかしながら、このような対策では、可変圧縮比内燃機関の重量の増加を伴うため、燃費の悪化やコストの増大を招くという課題があった。

そこで、本発明は、部品強度を高めることなくプレイグニッションによりピストンやコンロッド等が破損するのを阻止すると共に、プレイグニッションの継続的な発生を防止することができる可変圧縮比内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、可動部材と静止部材との間の相対位置をアクチュエータにより変更することにより機械圧縮比を変更可能であり、筒内圧による可動部材からアクチュエータへの逆入力を遮断する逆入力遮断クラッチを備えた可変圧縮比内燃機関において、逆入力遮断クラッチの許容筒内圧をプレイグニッションが発生したときの筒内圧よりも低く設定してプレイグニッションが発生したときに逆入力遮断クラッチが破損するようにし、逆入力遮断クラッチが破損すると可動部材が筒内圧により移動されて機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下するようになっており、逆入力遮断クラッチが破損して機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下したときには、その後の機械圧縮比の変更を禁止するようにしたものである。

本発明によれば、部品強度を高めることなくプレイグニッションによりピストンやコンロッド等が破損するのを阻止すると共に、プレイグニッションの継続的な発生を防止することができる可変圧縮比内燃機関を提供することができる。

実施の形態における可変圧縮比内燃機関の概略全体図である。 実施の形態における可変圧縮比機構の概略分解斜視図である。 実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第１の概略断面図である。 実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第２の概略断面図である。 実施の形態における機械圧縮比の変更を説明する可変圧縮比機構の第３の概略断面図である。 実施の形態におけるクラッチの第１の概略断面図である。 実施の形態におけるクラッチの第２の概略断面図である。 実施の形態における機械圧縮比を低下するときのクラッチの第１の概略断面図である。 実施の形態における機械圧縮比を低下するときのクラッチの第２の概略断面図である。 実施の形態における機械圧縮比を上昇するときのクラッチの第１の概略断面図である。 実施の形態と従来の許容筒内圧の比較を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の運転制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の運転制御のフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の運転制御のフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る可変圧縮比内燃機関におけるエンジン回転数とエンジン負荷の関係を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の運転制御のフローチャートである。

図1から図１６を参照して、本発明の実施の形態における可変圧縮比内燃機関について説明する。この可変圧縮比内燃機関は、機関本体９０を備える。機関本体９０は、クランクケース１を含む支持構造物を含む。支持構造物は、クランクシャフトを支持するように形成されている。機関本体９０は、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３を含む。

シリンダブロック２の内部に形成された穴部には、ピストン４が配置されている。燃焼室５の頂面の中央部には、点火栓６が配置されている。本実施の形態においては、任意のピストン４の位置において、ピストン４の冠面、シリンダブロック２の穴部およびシリンダヘッド３に囲まれた空間を燃焼室と称する。

シリンダヘッド３には、吸気ポート８および排気ポート１０が形成されている。吸気ポート８の端部には吸気弁７が配置されている。吸気弁７は、吸気カム４９が回転することにより開閉する。排気ポート１０の端部には、排気弁９が配置されている。吸気ポート８は、吸気枝管１１を介してサージングタンク１２に連結されている。

吸気枝管１１には夫々対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置されている。なお、燃料噴射弁１３は吸気枝管１１に取付けられる代りに、各燃焼室５に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。

サージングタンク１２は、吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結されている。吸気ダクト１４の内部には、例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１８が配置されている。一方、排気ポート１０は、排気マニホールド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置２０に連結されている。排気マニホールド１９には空燃比センサ２１が配置されている。

本実施の形態における可変圧縮比内燃機関は、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａを備えている。可変圧縮比機構Ａは、クランクケース１のような静止部材に対するシリンダブロック２のような可動部材のシリンダ軸線方向における相対位置を変化させるように形成されている。クランクケース１とシリンダブロック２との間には、付勢部材としてのリフトスプリング６５が配置されている。

リフトスプリング６５は、クランクケース1から離れる向きにシリンダブロック２を付勢するように形成されている。なお、付勢部材としては、この形態に限られず、クランクケース１から離れる向きにシリンダブロック２を付勢する任意の部材を採用することができる。

クランクケース１とシリンダブロック２には、クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置を検出するための相対位置センサ２２が取付けられている。相対位置センサ２２からはクランクケース１とシリンダブロック２との間隔の変化を示す出力信号が出力される。スロットル弁駆動用のアクチュエータ１６にはスロットル弁１７の開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ２４が取付けられている。

本実施の形態における可変圧縮比内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット３０を含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。デジタルコンピュータは、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。

吸入空気量検出器１８、空燃比センサ２１、相対位置センサ２２およびスロットル開度センサ２４の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。

負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。更に、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、クランク角度および機関回転数を検出することができる。

一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して点火栓６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１６、および可変圧縮比機構Ａに接続される。これらの装置は、電子制御ユニット３０により制御されている。

図２に本実施の形態における可変圧縮比内燃機関の分解斜視図を示す。図３に本実施の形態における可変圧縮比内燃機関の第１の概略断面図を示す。図２および図３を参照して、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されている。

各突出部５０には断面形状が円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁には互いに間隔を隔てて、突出部５０同士の間に嵌合される複数個の突出部５２が形成されている。これらの突出部５２にも断面形状が円形のカム挿入孔５３が形成されている。

本実施の形態における可変圧縮比内燃機関は、一対のカムシャフト５４，５５を含む。カムシャフト５４，５５は、クランクケース１とシリンダブロック２との間に介在する。各カムシャフト５４，５５上には、一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が配置されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。

一方、各円形カム５８の両側には、図３に示すように各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸５７が延びている。この偏心軸５７には、別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるように、円形カム５６は、各円形カム５８の両側に配置されている。

これらの円形カム５６は、対応する各カム挿入孔５１に回転可能に挿入されている。シリンダブロック２は、偏心軸５７を含むカムシャフト５４，５５を介して、クランクケース１に支持されている。

図４に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第２の概略断面図を示す。図５に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第３の概略断面図を示す。図３から図５は、通常運転において機械圧縮比を変更するときの可変圧縮比機構の機能を説明する断面図である。

図３に示す状態から各カムシャフト５４，５５上に配置された円形カム５８を矢印６８に示すように、互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに近づく方向に移動する。

偏心軸５７は、それぞれのカムシャフト５４，５５の回転軸線の周りに回転する。シリンダブロック２は、矢印９９に示すようにクランクケース１から離れる向きに移動する。このときに円形カム５６は、カム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図４に示されるように偏心軸５７が低い位置から中間高さ位置となる。

次いで更に円形カム５８を矢印６８で示される方向に回転させると、シリンダブロック２は、矢印９９に示すように更にクランクケース１から離れる向きに移動する。この結果、図５に示されるように偏心軸５７は最も高い位置となる。

図３から図５には、それぞれの状態における円形カム５８の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。図３から図５を比較するとわかるように、クランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まる。

円形カム５８の中心ａと円形カム５6の中心ｃとの距離が大きくなるほど、シリンダブロック２はクランクケース１から離れる。即ち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたリンク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２との間の相対位置が変化する。

シリンダブロック２がクランクケース１から離れると、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大する。シリンダブロック２がクランクケース１に近づくと、ピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は減少する。従って、各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。

本実施の形態における可変圧縮比機構は、燃焼室５の容積を変更するための偏心軸５７を回転させる駆動装置を含む。図２に示されるように、駆動装置は、アクチュエータ、例えば回転機としてのモータ５９、逆入力遮断クラッチ（以下、クラッチともいう）７０、ウォーム６１，６２およびウォームホイール６３，６４等を含む。

回転軸６０には、カムシャフト５４，５５を夫々反対方向に回転させるように、螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１，６２が取付けられている。ウォーム６１，６２と噛合するウォームホイール６３，６４が夫々各カムシャフト５４，５５の端部に固定されている。なお、駆動装置の回転機としては、モータ５９に限られず、クラッチ７０の入力軸を回転させることができる任意の装置を採用することができる。

本実施の形態では、モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。可変圧縮比機構は、電子制御ユニット３０に制御されており、カムシャフト５４，５５を回転させるモータ５９は、対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続されている。

このように、本実施の形態における可変圧縮比機構は、クランクケース１に対してシリンダブロック２が相対的に移動することにより、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室５の容積が可変に形成されている。

本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積とピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比εと称する。この機械圧縮比εは、吸気弁の閉弁時期等に依存せずに、（機械圧縮比ε）＝（ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積＋ピストンの行程容積）／（ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積）にて示すことができる。

図３に示す状態では、燃焼室５の容積が小さくなっており、機械圧縮比が高い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が高くなる。これに対して、図５に示す状態では、燃焼室５の容積が大きくなっており、機械圧縮比が低い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が低くなる。

本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に機械圧縮比を変更することにより、実際の圧縮比を変更することができる。従って、内燃機関の運転状態に応じて、可変圧縮比機構により機械圧縮比を変更すればよい。例えば、要求負荷が大きくなるほど、吸入空気量が多くなり、ノッキング等の異常燃焼が生じやすくなる。この場合、予め定められた運転領域において、要求負荷が大きくなるほど機械圧縮比を低下させる制御を行えばよい。

図３から図５を参照して、偏心軸５７は、カムシャフト５４，５５の回転軸、すなわち円形カム５８の回転軸を中心に回転する。機械圧縮比を低下させる場合には、偏心軸５７を矢印６８に示す向きに回転させる。機械圧縮比を上昇させる場合には、偏心軸５７を矢印６９に示す向きに回転させる。

本実施の形態においては、クランクケース１に対してシリンダブロック２を離す向きに相対移動させるときの偏心軸の回転方向を、一方の回転方向と称する。また、クランクケース１に対してシリンダブロック２を近づける向きに相対移動させるときの偏心軸５７の回転方向を他方の回転方向と称する。本実施の形態においては、矢印６８が一方の回転方向であり、矢印６９が他方の回転方向である。

図２を参照して、本実施の形態における可変圧縮比機構は、モータ５９の回転力（トルク）をカムシャフト５４，５５に伝達する駆動力伝達経路に配置されている逆入力遮断クラッチ７０を含む。本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０は、入力側がモータ５９の回転力を伝達する回転軸６６に接続され、出力軸がウォーム６１，６２を支持する回転軸６０に接続されている。

本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０は、入力軸からの回転力を出力軸に伝達し、出力軸からの回転力を遮断するように形成されている。すなわち、逆入力遮断クラッチ７０は、モータ５９から伝達される回転軸６６の回転力をウォーム６１，６２に伝達し、ウォーム６１，６２から伝達される回転軸６０の回転力は遮断してモータ５９に伝達しない構造を有する。

図６に本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０の第１の概略断面図を示す。図７に本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０の第２の概略断面図を示す。図７は、図６におけるＸ線に沿って切断したときの概略断面図である。

図６および図７を参照して、本実施の形態の逆入力遮断クラッチ７０は、外輪７７を含む。外輪７７は、ねじ８５によりハウジング７８に固定されている。外輪７７は、逆入力遮断クラッチ７０が駆動している期間中にも移動せずに固定されている。逆入力遮断クラッチ７０は、出力軸７４を有する。

出力軸７４は、ウォーム６１，６２が固定されている回転軸６０に接続されている。出力軸７４は、回転中心軸８８を回転中心として回転する。出力軸７４は、穴部７５を有する。穴部７５は、出力軸７４が回転する周方向に沿って複数個が形成されている。本実施の形態における出力軸７４は、断面形状が多角形に形成されている。図６に示す例では、出力軸７４は、断面形状が正八角形に形成されている。

逆入力遮断クラッチ７０は、図７に示すように入力軸７１を含む。入力軸７１は、回転中心軸８８を回転中心にして回転する。入力軸７１は、モータ５９の回転力を伝達する回転軸６６に接続されている。入力軸７１は、挿入部７２と保持部７３とを有する。挿入部７２および保持部７３は、一体的に回転する。

複数の挿入部７２は、出力軸７４の複数の穴部７５に対応する位置に形成されている。挿入部７２は、出力軸７４の穴部７５に挿入されている。穴部７５の内径は挿入部７２の外形よりも大きくなるように形成されている。挿入部７２と穴部７５との間には隙間が形成されている。複数の保持部７３は、外輪７７と出力軸７４との間に配置されている。

また、保持部７３はローラ８０ａ，８０ｂに対向し、偏心軸５７が一方の回転方向に回転する向きに入力軸７１が回転したときにローラ８０ａを押圧し、偏心軸５７が他方の回転方向に回転する向きに入力軸７１が回転したときにローラ８０ｂを押圧するように形成されている。

出力軸７４と外輪７７との間の空間には、ローラ８０ａ，８０ｂが配置されている。本実施の形態におけるローラ８０ａ，８０ｂは円柱状に形成されている。ローラ８０ａとローラ８０ｂとの間には、スプリング８１が配置されている。スプリング８１は、ローラ８０ａ，８０ｂを互いに離す向きに付勢する。

出力軸７４と外輪７７とにより、ローラ８０ａ，８０ｂを係止させるための係止部８６ａ，８６ｂが形成される。係止部８６ａ，８６ｂは、ローラ８０ａ，８０ｂが付勢されている向きに沿って、出力軸７４の端面と外輪７７の内面との間隔が徐々に狭くなっている部分がある。

また、係止部８６ａ，８６ｂは、ローラ８０ａ，８０ｂが付勢されている向きに沿って、出力軸７４の端面と外輪７７の内面との間隔が徐々に狭くなっている部分である。また、係止部８６ａ，８６ｂは、ローラ８０ａ，８０ｂが通過しないように狭く形成されている。外輪７７は円筒状に形成され、出力軸７４は角柱状（図示例では八角の角柱状）に形成されている。

図２を参照して、本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０は、モータ５９とウォーム６２との間に配置されているが、この形態に限られず、モータ５９の回転力をカムシャフト５４，５５に伝達する駆動力伝達経路に配置することができる。例えば、逆入力遮断クラッチ７０は、ウォームホイール６３，６４と、カムシャフト５４，５５との間に配置されていても構わない。この場合には、それぞれのカムシャフト５４，５５に対してクラッチを配置することができる。

次に、本実施形態における逆入力遮断クラッチ７０の動作について説明する。本実施の形態における逆入力遮断クラッチ７０は、モータ５９の回転力が入力軸７１（図７参照）に入力されると、この回転力を出力軸７４に伝達する。

一方で、逆入力遮断クラッチ７０は、カムシャフト５４，５５の側からの回転力が出力軸７４に伝達されると、ロックされてこの回転力を遮断する。特に、逆入力遮断クラッチ７０は、偏心軸５７が一方の回転方向に回転する向きにてウォーム６１，６２から回転力が伝達されると、この回転力を遮断する。

図１を参照して、本実施の形態においては、リフトスプリング６５によって、シリンダブロック２がクランクケース１から離れる向きに付勢されている。内燃機関の運転期間中には、重力の影響や燃焼サイクルの吸気行程において燃焼室５が負圧になる影響により、クランクケース１に対してシリンダブロック２が近づく向きに力が作用する。

しかしながら、リフトスプリング６５が配置されることにより、クランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる向きに常に付勢され、シリンダブロック２に振動等が生じることを抑制できる。更に、燃焼室５において燃料の燃焼が行われるごとに筒内圧によりクランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる方向に力が作用する。

シリンダブロック２がクランクケース１から離れる向きの回転力は、カムシャフト５４，５５、ウォームホイール６３，６４およびウォーム６１，６２を介して逆入力遮断クラッチ７０に伝達される。図６を参照して、矢印１００は、クランクケース１に対してシリンダブロック2が上昇する方向に対応する方向である。

すなわち、機械圧縮比が小さくなり、ピストン４が上死点に到達したときの燃焼室５が大きくなる回転方向を示している。シリンダブロック２にはクランクケース１に対して離れる方向に常に力が加わり、出力軸７４には矢印１００に示す向きに力が加わっている。

ローラ８０ａは、スプリング８１に押圧されて係止部８６ａに接触している。このために、ローラ８０ａに楔の効果が生じて、外輪７７に対する出力軸７４の回転が阻止され、出力軸７４がロックされる。このように、逆入力遮断クラッチ７０は、クランクケース１に対してシリンダブロック２が離れる方向に対応する出力軸からの回転力を遮断することができる。

また、同様に、矢印１００と反対向きの回転力が出力軸７４に加わった場合には、ローラ８０ｂが係止部８６ｂに接触して出力軸７４がロックされる。この様に、逆入力遮断クラッチ７０は、モータ５９を駆動しない場合に、ローラ８０ａ，８０ｂが係止部８６ａ，８６ｂに係止して出力軸７４をロックする。

図８は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明する逆入力遮断クラッチ７０の第１の概略断面図である。機械圧縮比を低下させる場合には、クランクケース１に対してシリンダブロック２を離す向きに移動させる。モータ５９を駆動することにより、入力軸７１の挿入部７２は、矢印１０１に示す向きに回転する。挿入部７２が穴部７５の内面に接触する前に、保持部７３がローラ８０ａに接触する。

図９は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明する逆入力遮断クラッチ７０の第２の概略断面図である。入力軸７１を更に回転させることにより、保持部７３がローラ８０ａを押圧する。ローラ８０ａは、係止部８６ａから離れる。すなわち、ローラ８０ａのくさび効果が消失する。

このため、出力軸７４は、ロック状態が解除され、外輪７７に対して矢印１０１に示す方向に回転可能になる。入力軸７１の挿入部７２が、矢印１０１に示す向きに回転することにより、挿入部７２が出力軸７４の穴部７５を押圧し、出力軸７４を回転させることができる。このとき、出力軸７４は、ローラ８０ｂが係止部８６ｂから離れる向きに回転するためにローラ８０ｂによるロック状態も解除される。

図１０は、機械圧縮比を上昇させるときの動作を説明するクラッチ７０の概略断面図である。機械圧縮比を上昇させる場合には、クランクケース１に対してシリンダブロック２を近づける向きに移動させる。モータ５９を駆動することにより、入力軸７１の挿入部７２および保持部７３を、矢印１０２に示す向きに回転させる。

入力軸７１の挿入部７２および保持部７３を矢印１０２に示す方向に回転させることにより、保持部７３がローラ８０ｂを押圧する。ローラ８０ｂが係止部８６ｂから離脱してローラ８０ｂのくさび効果が消失する。次に、入力軸７１の挿入部７２が出力軸７４の穴部７５を押圧することにより、入力軸７１の回転力を出力軸７４に伝達することができる。

出力軸７４は、矢印１０２に示す向きに回転する。このときに、出力軸７４は、ローラ８０ａが係止部８６ａから離れる向きに回転するために、ローラ８０ａによるロック状態も解除される。このように、入力軸７１の回転力を出力軸７４に伝達することができる。

ところで、機関本体９０の運転期間中には、燃焼室５にて燃焼が生じることによる筒内圧がシリンダヘッド３に作用する。このために、機関本体９０の運転期間中には、リフトスプリング６５の付勢力に加えて筒内圧がシリンダブロック２に加わる。

図８および図９を参照して、機械圧縮比を低下させる場合には、入力軸７１の挿入部７２が矢印１０１に示す向きに回転する。矢印１００に示す出力軸７４に加わる回転力は、筒内圧に依存する。筒内圧が高くなると、出力軸７４に加わる回転力も大きくなり、逆入力トルクをロックしている係止部８６ａにおけるくさび効果も強くなる。ところが、筒内圧は振動するために、筒内圧が減少する期間中に保持部７３にてローラ８０ａを押圧すると、比較的に小さな力にてローラ８０ａを係止部８６ｂから離脱させることができる。

図１０を参照して、機械圧縮比を上昇させる場合には、入力軸７１が矢印１０２に示す向きに回転する。係止部８６ａにおいては、ローラ８０ａが係止部８６ａから離脱する方向に入力軸７１が回転する。係止部８６ａにおいては、ローラ８０ａが係止部８６ａから離脱する方向に入力軸７１が回転する。保持部７３は、逆入力トルクを遮断していない側の係止部８６ｂのローラ８０ｂを押圧するために、容易にローラ８０ｂを係止部８６ｂから離脱させることができる。

ところで、逆入力遮断クラッチ７０に作用する逆入力が逆入力遮断クラッチ７０の許容筒内圧を越えると、入力遮断クラッチ７０の例えばローラ８０ａ，８０ｂが変形し又は破壊され、したがって逆入力遮断クラッチ７０が破損する。

特に、本実施の形態の可変圧縮比エンジンにおいては、図１１に示すように逆入力遮断クラッチ７０の許容筒内圧が正常時の最大筒内圧よりも高くかつプレイグニッション発生時の筒内圧よりも低く設定される。したがって、正常時は逆入力遮断クラッチ７０は破損せず、プレイグニッションが発生すると逆入力遮断クラッチ７０が破損する。逆入力遮断クラッチ７０が破損すると、シリンダヘッド３に作用する筒内圧によりシリンダヘッド３はシリンダブロック１から離れる方向に移動する。その結果、機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下する。本実施の形態では、所定の低機械圧縮比は可変圧縮比機構が取りうる最低の機械圧縮比である。その後、機械圧縮比の変更が禁止される。その結果、プレイグニッションの継続的な発生を防止することができる。

ここで、ピストンやコンロッド、クランクシャフト等の他部品の許容筒内圧は、従来では、プレイグニッション発生時の筒内圧よりも高く設定されていた。これに対し、本実施の形態では、他部品の許容筒内圧を、プレイグニッション発生時の筒内圧よりも低い値まで下げることができる。

その上で、本発明の第１実施形態においては、図１２に示すように、実際の機械圧縮比（実ε）が目標機械圧縮比（目標ε）になるようにモータ５９に駆動指令を出す（Ｓ１）。実εが目標εに到達したか否かが判別される（Ｓ２）。実εが目標εに到達していないときにはＳ１に戻る。実εが目標εに到達したときには、モータ５９の停止指令を出す（Ｓ３）。次いで、実εが目標εに維持されているか否かを判定する（Ｓ４）。実εが目標εに維持されているときには処理サイクルを終了する。実εが目標εに維持されていないときには、逆入力遮断クラッチ７０が破損していると判定し（Ｓ５）、警告信号（例えば、警告灯ＯＮ）を出力する（Ｓ６）。このとき、筒内圧により機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下されている。そこで、低圧縮比運転モードに切り換えると共にその後の機械圧縮比の変更が禁止される（Ｓ７）。なお、低圧縮比運転モードでは、機械圧縮比が所定の低機械圧縮比であるときに適した吸入空気量、燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等のもとで機関運転制御が行われる。

これにより、従来のプレイグニション対応の往復回転部品の強度を上げる必要性がなくなるため、燃費及び性能の向上並びにコストの低減を図ることができる。また、クラッチが破損すると、筒内圧により自動的に低圧縮比側にシリンダブロック２が移動し、機械圧縮比が低く維持されるため、その後のプレイグニションを回避することもできる。

従って、本実施の形態によれば、ピストンやコンロッド等の部品強度を高めることなくプレイグニッションの継続的な発生を防止することができ、重量の増加を伴わないため、燃費の向上及びコストの低減を図ることができる可変圧縮比内燃機関を提供することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１３から図１５に示す実施の形態にも適用することができる。図１３に示す第２の実施の形態は、全気筒に筒内圧センサ（ＣＰＳ）が取付けられている一例である。図１３において、実εは機械圧縮比の実測値、目標εは機械圧縮比の目標値である。

この第２の実施の形態では筒内圧センサ（ＣＰＳ）により各気筒にプレイグニッションが発生していないか否か、すなわちＣＰＳ実測値が閾値よりも低いか否かが判別される（Ｓ１）。ＣＰＳ実測値≧閾値のとき、すなわちプレイグニッションが発生したときには、実ε＝目標εであるか否かが判別される（Ｓ２）。実ε＝目標εのときにはＳ１に戻る。実ε＝目標εでないときには逆入力遮断クラッチ７０が故障（破損）していると判定し（Ｓ５）、警告信号（例えば、警告灯ＯＮ）を出力し（Ｓ６）、低圧縮比運転モードに切り換えると共にその後の機械圧縮比の変更が禁止される（Ｓ７）。Ｓ１においてＣＰＳ実測値＜閾値のとき、すなわちプレイグニッションが発生していないときには、実ε＝目標εであるか否かが判別される（Ｓ２´）。実ε＝目標εのときにはＳ１に戻る。実ε＝目標εでないときには、カムシャフト５４，５５、ウォーム６１，６２、回転軸６０のような伝達系部品が故障（破損）していると判定し（Ｓ５´）、警告信号（例えば、警告灯ＯＮ）を出力する（Ｓ６）。このとき、筒内圧により機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下されている。そこで、低圧縮比運転モードに切り換えると共にその後の機械圧縮比の変更が禁止される（Ｓ７）。

図１４に示す第３の実施形態は、モータ５９の保持電流を検出する他の一例である。すなわち、第３の実施形態では、実εが目標εに保持されるようにモータ５９が駆動される。このときモータ５９に通電される電流を保持電流と称すると、通常、保持電流は０であるが、振動等によりシリンダブロック２とクランクケース１の相対位置が変化した場合、すなわち実εが目標εからずれた場合、実εを目標εに合わせるためにモータ５９を駆動するときに保持電流が発生する（目標ε指示は変更されない）。この場合、目標εに対する実εのずれが大きくなるにつれて保持電流の絶対値が大きくなる。したがって、保持電流の絶対値が閾値以上になったときには逆入力遮断クラッチ７０が破損していると判別できる。

図１４を参照すると、実際の機械圧縮比（実ε）が目標機械圧縮比（目標ε）になるようにモータ５９に駆動指令を出す（Ｓ１）。実εが目標εに到達したか否かが判別される（Ｓ２）。実εが目標εに到達していないときにはＳ１に戻る。実εが目標εに到達したときには、目標εの保持指令を出す（Ｓ３）。保持電流の絶対値が閾値よりも小さいか否かが判定される（Ｓ４）。保持電流の絶対値が閾値よりも小さいときには処理サイクルを終了する。保持電流の絶対値が閾値以上のときには、逆入力遮断クラッチ７０が破損していると判定し（Ｓ５）、警告信号（例えば、警告灯ＯＮ）を出力する（Ｓ６）。更に、実εが最低εになるようにモータ５９が駆動される（Ｓ６ａ）。このようにすると、実εが最低εまで速やかに変更される。なお、逆入力遮断クラッチ７０が破損していても、入力軸７１と出力軸７４との係合により機械圧縮比εが変更可能になっている。次いで、低圧縮比運転モードに切り換えると共にその後の機械圧縮比の変更が禁止される（Ｓ７）。

第４の実施の形態では、これまで述べてきた各実施の形態において、プレイグニッションが発生しやすい負荷回転領域で偏心軸５７のリンク角度（図４，図５のθ）が９０°付近になるように設定されている。本実施形態によれば、リンク角度が他の角度の場合に比べて筒内圧による逆入力トルクが大きくなるので、ピストン４、コンロッド、クランクの強度を高めることなくプレイグニッションの継続的な発生を防止することができるため、例えば図１２に示される実施の形態に比べて、性能及び燃費の向上を更に図ることができると共に、コストの低減を更に図ることができる。なお、プレイグニッションが発生しやすい負荷回転領域は図１５においてＡで示されている。

図１６に示す第５の実施形態は、燃料タンク内の燃料の残量を検出する他の一例である。実際の機械圧縮比（実ε）が目標機械圧縮比（目標ε）になるようにモータ５９に駆動指令を出す（Ｓ１）。実εが目標εに到達したか否かが判別される（Ｓ２）。実εが目標εに到達していないときにはＳ１に戻る。実εが目標εに到達したときには、モータ５９の停止指令を出す（Ｓ３）。次いで、実εが目標εに維持されているか否かを判定する（Ｓ４）。実εが目標εに維持されているときには処理サイクルを終了する。実εが目標εに維持されていないときには、逆入力遮断クラッチ７０が破損していると判定する（Ｓ５）。次いで燃料残量がＯＫか否か、すなわち燃料残量が所定値よりも多いか否かが判別（Ｓ５ａ）。燃料残量が所定値よりも多いときには、警告信号（例えば、低機械圧縮比モードで機関運転が行われていることを表す低ε運転用の警告灯ＯＮ）を出力し（Ｓ６ａ）、低圧縮比運転モードに切り換えると共にその後の機械圧縮比の変更が禁止される（Ｓ７ａ）。すなわち、この場合には、筒内圧又はモータ５９により機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下される。これに対し、燃料残量が所定値よりも少ないときには、警告信号（例えば、低機械圧縮比モードで機関運転が行われていることを表す高ε運転用の警告灯ＯＮ）を出力し（Ｓ６ｂ）、高圧縮比運転モードに切り換える（Ｓ７ｂ）。すなわち、この場合には、モータ５９により機械圧縮比が所定の高圧縮比まで上昇される。本実施の形態では所定の高圧縮比は最高機械圧縮比である。なお、高圧縮比運転モードでは、機械圧縮比が所定の高機械圧縮比であるときに適した吸入空気量、燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等のもとで機関運転制御が行われる。

ここで、高圧縮比運転モードでは、プレイグニッションの発生を抑制するために、逆入力遮断クラッチ７０が破損していない通常運転時に比べて、機関出力が抑制される。その結果、燃料消費量が抑制され、したがって燃料タンク内の燃料の残料が少ないときでも長距離走行が可能となる。これに対し、低圧縮比運転モードでは、機械圧縮比が低いのでプレイグニッションは発生しにくく、したがって機関出力を抑制する必要はない。

なお、機械圧縮比が最高圧縮比のときに偏心軸５７のリンク角度（図４，図５のθ）はゼロになっている。このため、機械圧縮比が最高圧縮比に制御されると、シリンダヘッドに筒内圧が作用しても機械圧縮比が最高圧縮比に維持される。その結果、機械圧縮比を最高圧縮比に維持するためのモータ５９の保持電流を必要としない。

Ａ 可変圧縮機機構
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 燃焼室
５９ モータ
６０ 回転軸
７０ 逆入力遮断クラッチ
８０ａ，８０ｂ ローラ
９０ 機関本体

Claims (1)

1. 可動部材と静止部材との間の相対位置をアクチュエータにより変更することにより機械圧縮比を変更可能であり、筒内圧による可動部材からアクチュエータへの逆入力を遮断する逆入力遮断クラッチを備えた可変圧縮比内燃機関において、逆入力遮断クラッチの許容筒内圧をプレイグニッションが発生したときの筒内圧よりも低く設定してプレイグニッションが発生したときに逆入力遮断クラッチが破損するようにし、逆入力遮断クラッチが破損すると可動部材が筒内圧により移動されて機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下するようになっており、逆入力遮断クラッチが破損して機械圧縮比が所定の低機械圧縮比まで低下したときには、その後の機械圧縮比の変更を禁止するようにした、可変圧縮比内燃機関。

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