JP2016008546A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械圧縮比を確実に変更する。
【解決手段】可変圧縮比機構の逆入力遮断クラッチは、電気モータに連結された入力軸と、操作子に連結された出力軸と、楔部材と、楔部材を逆入力トルクの作用方向に移動させる移動部材と、を備える。出力軸が逆入力トルクの作用方向に回転するのが楔部材により阻止されているロック状態と、出力軸が逆入力トルクの作用方向に回転するのが許容されているアンロック状態との間で変更可能である。逆入力遮断クラッチがロック状態にあるときに出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させるべきときには、出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させるために電気モータの作動が開始されてから入力トルクが最大値に達するまでに、入力トルクが逆入力トルク以上になることが可能な電気モータの作動開始時期を算出し、作動開始時期において電気モータの作動を開始する。
【選択図】図１２

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた火花点火式内燃機関が公知である。この可変圧縮比機構は、操作子と、操作子を移動させるための入力トルクを発生する電気モータと、電気モータから操作子に入力トルクを伝達すると共に操作子から電気モータへの逆入力トルクを遮断するために操作子と電気モータとの間に配置された逆入力遮断クラッチと、を備え、操作子が移動されることにより機械圧縮比が変更される。

一方、電気モータに連結された入力軸と、操作子に連結された出力軸と、入力軸及び出力軸を収容する固定ケーシングと、固定ケーシングの内周面と出力軸の外周面との間に形成される環状のクリアランス内に周方向に移動可能に配置された楔部材と、入力軸に連結されると共に、楔部材を逆入力トルクの作用方向に移動させる移動部材と、を備えた、逆入力遮断クラッチが公知である（例えば特許文献１参照）。この逆入力遮断クラッチでは、楔部材はクリアランス内において逆入力トルクの作用方向に関し移動部材よりも下流側に位置している。この逆入力遮断クラッチは、出力軸が逆入力トルクの作用方向に回転するのが楔部材により阻止されているロック状態と、出力軸が逆入力トルクの作用方向に回転するのが許容されているアンロック状態との間で変更可能である。逆入力遮断クラッチがロック状態にあるときに、出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させるために電気モータにより入力軸及び移動部材が逆入力トルクの作用方向に回転されると、まず移動部材が楔部材に当接して逆入力トルクの作用方向の入力トルクが楔部材に作用し始め、次いで楔部材に作用する逆入力トルクの作用方向の入力トルクが楔部材に作用する逆入力トルク以上になると、逆入力遮断クラッチがアンロック状態に変更されると共に保持され、次いで出力軸が入力軸に連結されて逆入力トルクの作用方向に回転されるようになっている。

特開２０１０−０１４１５５号公報

楔部材に作用される入力トルクは、当然のことながら、電気モータの最大トルクに制限される。一方、上述したように、出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させるためには逆入力遮断クラッチをロック状態からアンロック状態に切り換える必要があり、そのためには電気モータによる入力トルクが逆入力トルク以上になる必要がある。ところで、逆入力トルクは一定ではなく、機関筒内圧ないし燃焼圧に応じて変動する。すなわち、内燃機関では燃焼が間欠的に行なわれるので、筒内圧は振動し、したがって逆入力トルクも振動する。そうすると、逆入力遮断クラッチをロック状態からアンロック状態に切り換えるためには、電気モータの最大トルクを、振動する逆入力トルクの極小値以上に設定する必要がある。一方、電気モータの最大トルクを過度に大きく設定する必要はなく、逆入力トルクの極大値未満に設定すれば足りる。したがって、電気モータの最大トルクの最大値を逆入力トルクの極小値以上かつ極大値未満に設定することができる。

ところが、上述したように、逆入力トルクは振動する。このため、電気モータの作動開始時期によっては、出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させるために電気モータの作動が開始されてから入力トルクが最大値に達するまでに、入力トルクが逆入力トルク以上になる場合もあれば、入力トルクが逆入力トルク以上にならない場合もある。入力トルクが逆入力トルク以上にならなければ、逆入力遮断クラッチをロック状態からアンロック状態に切り換えることができず、出力軸を逆入力トルクの作用方向に回転させることができず、したがって機械圧縮比を変更することができない。

本発明によれば、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、前記可変圧縮比機構は、操作子と、前記操作子を移動させるための入力トルクを発生する電気モータと、前記電気モータから前記操作子に前記入力トルクを伝達すると共に前記操作子から前記電気モータへの逆入力トルクを遮断するために前記操作子と前記電気モータとの間に配置された逆入力遮断クラッチと、を備え、前記操作子が移動されることにより前記機械圧縮比が変更され、前記逆入力遮断クラッチは、前記電気モータに連結された入力軸と、前記操作子に連結された出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸を収容する固定ケーシングと、前記固定ケーシングの内周面と前記出力軸の外周面との間に形成される環状のクリアランス内に周方向に移動可能に配置された楔部材と、前記入力軸に連結されると共に、前記楔部材を前記逆入力トルクの作用方向に移動させる移動部材と、を備え、前記楔部材は前記クリアランス内において前記逆入力トルクの作用方向に関し前記移動部材よりも下流側に位置しており、前記逆入力遮断クラッチは、前記出力軸が前記逆入力トルクの作用方向に回転するのが前記楔部材により阻止されているロック状態と、前記出力軸が前記逆入力トルクの作用方向に回転するのが許容されているアンロック状態との間で変更可能であり、前記逆入力遮断クラッチが前記ロック状態にあるときに、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータにより前記入力軸及び前記移動部材が前記逆入力トルクの作用方向に回転されると、まず前記移動部材が前記楔部材に当接して前記逆入力トルクの作用方向の入力トルクが前記楔部材に作用し始め、次いで前記楔部材に作用する前記逆入力トルクの作用方向の入力トルクが前記楔部材に作用する逆入力トルク以上になると、前記逆入力遮断クラッチが前記アンロック状態に変更されると共に保持され、前記アンロック状態において前記出力軸が前記入力軸に連結されて前記逆入力トルクの作用方向に回転されるようになっており、前記逆入力トルクが機関筒内圧に応じて、極小値と極大値との間を振動するようになっており、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータが作動されると、前記入力トルクが徐々に増大するようになっており、前記入力トルクの前記最大値は前記逆入力トルクの前記極小値以上かつ前記極大値未満に設定されており、前記逆入力遮断クラッチが前記ロック状態にあるときに前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるべきときには、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータの作動が開始されてから前記入力トルクが前記最大値に達するまでに、前記入力トルクが前記逆入力トルク以上になることが可能な前記電気モータの作動開始時期を算出し、前記作動開始時期において前記電気モータの作動を開始する、内燃機関の制御装置が提供される。

好ましくは、前記逆入力遮断クラッチが前記ロック状態にあるときに前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるべきときには、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータの作動が開始されてから前記入力トルクが前記最大値に達するまでに、前記入力トルクが減少途中の前記逆入力トルク以上になることが可能な前記電気モータの作動開始時期を算出し、前記作動開始時期において前記電気モータの作動を開始する。

好ましくは、前記逆入力トルクを前記内燃機関の点火時期に基づいて推定し、推定した前記逆入力トルクに基づいて前記作動開始時期を算出する。

機械圧縮比を確実に変更することができる。

火花点火式内燃機関の全体図である。 可変圧縮比機構の分解斜視図である。 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。 可変圧縮比機構の部分拡大図である。 逆入力遮断クラッチの部分断面図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩに沿ってみた逆入力遮断クラッチの部分断面図である。 逆入力遮断クラッチの動作を説明する概略断面図である。 逆入力遮断クラッチの動作を説明する概略断面図である。 逆入力トルクの変化を示すタイムチャートである。 入力トルクの変化を示すタイムチャートである。 作動開始時期を説明するためのタイムチャートである。 作動開始時期を説明するためのタイムチャートである。 作動開始時期を説明するためのタイムチャートである。 機械圧縮比制御を行うためのフローチャートである。 本発明による別の実施例の作動開始時期を説明するためのタイムチャートである。

図１は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。図示しない別の実施例では、本発明は圧縮着火式内燃機関に適用される。

図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ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が配置される。図示しない別の実施例では、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取り付けられる。

サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１９内には空燃比センサ２１が配置される。

一方、図１に示される実施例ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることにより内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられている。なお、ピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を燃焼室容積と称すると、機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であって、（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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及び出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１８の出力信号及び空燃比センサ２１の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ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、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。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が接続される。更にクランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置を検出する位置センサ４３が設けられ、位置センサ４３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。クランクケース１に対するシリンダブロック２の相対位置は機械圧縮比を表している。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アクチュエータ１６、及び可変圧縮比機構Ａに接続される。

図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、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が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。

可変圧縮比機構Ａは操作子を備える。図２に示される例では操作子は一対のカムシャフト５４，５５から構成され、各カムシャフト５４，５５上には一つおきに各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入される円形カム５６が固定されている。これらの円形カム５６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５６間には図３においてハッチングで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配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５８が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示されるようにこれら円形カム５８は各円形カム５６間に配置されており、これら円形カム５８は対応する各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されている。

図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５６を図３（Ａ）において実線の矢印で示される如く互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が下方中央に向けて移動するために円形カム５８がカム挿入孔５３内において図３（Ａ）の破線の矢印に示すように円形カム５６とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示されるように偏心軸５７が下方中央まで移動すると円形カム５８の中心が偏心軸５７の下方へ移動する。

図３（Ａ）と図３（Ｂ）と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５６の中心と円形カム５８の中心との距離によって定まり、円形カム５６の中心と円形カム５８の中心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。シリンダブロック２がクランクケース１から離れると燃焼室容積は増大し、したがって各カムシャフト５４，５５を回転させることによって燃焼室容積ないし機械圧縮比を変更することができる。

図４に示されるようにカムシャフト５４，５５の端部には歯車５９，６０がそれぞれ固定されている。可変圧縮比機構Ａは更に、カムシャフト５４，５５を回転させるための入力トルクを発生する電気モータ６１を備える。電気モータ６１の出力軸６１ｏは逆入力遮断クラッチ６２及び歯車列６３を介して歯車５９に結合され、歯車５９は歯車列６４を介して歯車６０に結合される。したがって、電気モータ６１が回転されると、カムシャフト５４，５５がそれぞれ反対方向に回転される。この実施例では電気モータ６１を駆動することによって燃焼室容積ないし機械圧縮比を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図１から図４に示される可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。また、操作子が直線往復運動を行う可変圧縮比機構では、直線運動を回転運動に変換する機構を介して操作子が逆入力遮断クラッチ６２に連結される。

逆入力遮断クラッチ６２は電気モータ６１からカムシャフト５４，５５に入力トルクを伝達すると共にカムシャフト５４，５５から電気モータ６１への逆入力トルクを遮断するためのものである。この逆入力トルクは機関筒内圧ないし燃焼圧によるものであり、図１から図４に示される実施例ではシリンダブロック２がクランクケース１から離れる方向、すなわち機械圧縮比が低くなる方向に作用する。

図５及び図６は図４に示される実施例の逆入力遮断クラッチ６２を詳しく示している。なお、図５において、Ｒは逆入力トルクの作用方向を、ＲＲは逆入力トルクの作用方向とは逆方向を、それぞれ示している。図５及び図６を参照すると、逆入力遮断クラッチ６２は、電気モータ６１の出力軸に連結された入力軸７１と、カムシャフト５４，５５に連結された出力軸７２と、例えば内燃機関に固定され、入力軸７１及び出力軸７２を収容する固定ケーシング７３とを備える。これら入力軸７１及び出力軸７２は回転軸線Ｌ上に同軸配置され、回転軸線Ｌ回りに回転可能に支持されている。固定ケーシング７３の内周面７３ｉと出力軸７２の外周面７２ｏとの間には環状のクリアランス７４が形成されており、このクリアランス７４内に周方向に移動可能に配置された、例えば円筒状の楔部材７５と、入力軸７１に連結されると共に、楔部材７５を周方向に移動させる移動部材７６とが配置される。この場合、楔部材７５はクリアランス７４内において逆入力トルクの作用方向Ｒに関し移動部材７６よりも下流側に位置している。また、移動部材７６は入力軸７１と共に回転軸線Ｌ回りに回転可能になっている。

入力軸７１の先端には凸部７１ａが形成されており、凸部７１ａは互いに対向する第１の面７１ａａ及び第２の面７１ａｂを有する。一方、出力軸７２の先端には凹部７２ａが形成されており、凹部７２ａは互いに対向する第１の面７２ａａ及び第２の面７２ａｂを有する。入力軸７１の凸部７１ａは出力軸７２の凹部７２ａ内に収容される。図５に示される状態では、凸部７１ａの第１の面７１ａａは凹部７２ａの第１の面７２ａａから離間しており、凸部７１ａの第２の面７１ａｂは凹部７２ａの第２の面７２ａｂに当接している。この状態から入力軸７１が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転されても、凸部７１ａの第１の面７１ａａが凹部７２ａの第１の面７２ａａに当接するまでは、入力軸７１は出力軸７２に実質的に連結されておらず、したがって出力軸７２は回転されない。次いで、凸部７１ａの第１の面７１ａａが凹部７２ａの第１の面７２ａａに当接すると、入力軸７１が出力軸７２に実質的に連結され、したがって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転される。なお、このとき凸部７１ａの第２の面７１ａｂは凹部７２ａの第２の面７２ａｂから離間している。一方、凸部７１ａの第１の面７１ａａが凹部７２ａの第１の面７２ａａに当接し凸部７１ａの第２の面７１ａｂが凹部７２ａの第２の面７２ａｂから離間した状態から入力軸７１が逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに回転されても、凸部７１ａの第２の面７１ａｂが凹部７２ａの第２の面７２ａｂに当接するまでは、入力軸７１は出力軸７２に実質的に連結されておらず、したがって出力軸７２は回転されない。次いで、凸部７１ａの第２の面７１ａｂが凹部７２ａの第２の面７２ａｂに当接すると、入力軸７１が出力軸７２に実質的に連結され、したがって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに回転される。このように、入力軸７１と出力軸７２とは周方向に遊びをもって互いに連結されている。

図示しない別の実施例では、入力軸７１と出力軸７２とは周方向に遊びなく互いに連結されている。すなわち、移動部材７５が楔部材７５に当接するのとほぼ同時に入力軸７１と出力軸７２とが周方向に互いに連結される。

更に、クリアランス７４には、複数のロック領域ＬＡ及び複数のアンロック領域ＵＬＡが周方向に交互に形成される。ここで、アンロック領域ＵＬＡは逆入力トルクの作用方向Ｒに関しロック領域ＬＡよりも下流側に位置している。ロック領域ＬＡでは、クリアランス７４の半径方向幅が楔部材７５の半径方向幅よりも小さくなっている。その結果、楔部材７５が固定ケーシング７３の内周面７３ｉと出力軸７２の外周面７２ｏとの両方に当接し、したがって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転するのが阻止される。これに対し、アンロック領域ＵＬＡでは、クリアランス７４の半径方向幅が楔部材７５の半径方向幅よりも大きくなっている。その結果、楔部材７５が固定ケーシング７３の内周面７３ｉ及び出力軸の外周面との少なくとも一方から離脱し、したがって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転するのが許容される。図５及び図６に示される実施例では、固定ケーシング７３の内周面７３ｉを円筒面から構成し、出力軸７２の外周面７２ｏを凹凸面から構成することにより、ロック領域ＬＡ及びアンロック領域ＵＬＡが形成される。図示しない別の実施例では、固定ケーシング７３の内周面７３ｉを凹凸面から構成し、出力軸７２の外周面７２ｏを円筒面から構成することにより、ロック領域ＬＡ及びアンロック領域ＵＬＡが形成される。

更に、楔部材７５と例えば固定ケーシング７３との間には、楔部材７５をアンロック領域ＵＬＡからロック領域ＬＡに向けて、すなわち逆入力トルクの作用方向とは逆方向ＲＲに付勢する付勢部材７７が設けられる。付勢部材７７は例えば圧縮バネから構成される。図５及び図６に示される実施例では、楔部材７５、移動部材７６、付勢部材７７、ロック領域ＬＡ及びアンロック領域ＵＬＡが４組設けられる。図示しない別の実施例では、楔部材７５と、逆入力トルクの作用方向Ｒに関し当該楔部材７５よりも下流側に位置する移動部材７６との間に付勢部材７７が設けられる。

図５に示される状態では、楔部材７５はロック領域にある。この状態から、電気モータ６１が作動されて入力軸７１が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転されると、移動部材７６が逆入力トルクの作用方向Ｒに移動される。このとき、入力軸７１と出力軸７２とは実質的に互いに連結されておらず、したがって出力軸７２は回転しない。次いで、移動部材７６が楔部材７５に当接する。次いで、図７に示されるように、移動部材７６により楔部材７５が逆入力トルクの作用方向Ｒに、アンロック領域ＵＬＡまで移動され、アンロック領域ＵＬＡに保持される。その結果、出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転するのが許容される。次いで、図８に示されるように、凸部７１ａの第１の面７１ａａが凹部７２ａの第１の面７２ａａに当接すると、入力軸７１が出力軸７２に実質的に連結され、したがって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転される。出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転されると、機械圧縮比が低下される。

次いで、位置センサ４３により検出される機械圧縮比が例えば機関運転状態に応じて定まる目標機械圧縮比に達すると、電気モータ６１の作動が停止され、それにより、移動部材７６を介して楔部材７５に作用する逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクがゼロになる。その結果、楔部材７５が付勢部材７７により逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに移動され、ロック領域ＬＡに戻される。したがって、機械圧縮比が目標機械圧縮比に保持される。

一方、楔部材７５がロック領域ＬＡにあるときに入力軸７１が逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに回転されると、入力軸７１により出力軸７２が逆方向ＲＲに回転される。この場合、逆方向ＲＲへの出力軸７２の回転は楔部材７５により阻止されない。出力軸７２が逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに回転されると、機械圧縮比が上昇される。機械圧縮比が目標機械圧縮比まで上昇されると、電気モータ６１の作動が停止され、入力軸７１の逆方向ＲＲへの回転が停止される。

ところで、内燃機関が運転されているときには、逆入力トルクが出力軸７２を介して楔部材７５に作用する。また、楔部材７５には逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに付勢部材７７による力が常時作用する。一方、上述したように、楔部材７５がロック領域ＬＡにあるときに、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１が作動されると、楔部材７５には、電気モータ６１により逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが移動部材７６を介して作用する。この場合、おおまかに言うと、電気モータ６１による入力トルクが逆入力トルクよりも小さいときには、楔部材７５は図５に示されるロック領域ＬＡに維持され、又は、図７及び図８に示されるアンロック領域ＵＬＡまで移動されない。これに対し、電気モータ６１による入力トルクが逆入力トルクよりも大きいときには、楔部材７５はロック領域ＬＡからアンロック領域ＵＬＡまで移動される。

この場合、出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転するのが楔部材７５により阻止されている逆入力遮断クラッチ６２の状態をロック状態と称し、出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転するのが許容されている逆入力遮断クラッチ６２の状態をアンロック状態と称すると、逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが逆入力トルクよりも大きくしたがって楔部材７５がアンロック領域ＵＬＡにあるときには、逆入力遮断クラッチ６２はロック状態にある。これに対し、逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが逆入力トルクよりも低いときには、逆入力遮断クラッチ６２はアンロック状態にある。

一方、入力軸７１と出力軸７２とが周方向に遊びなく互いに連結されている上述の実施例では、電気モータ６１による入力トルクが逆入力トルクに等しいときに、楔部材７５がロック領域ＬＡに保持されたまま、すなわち楔部材７５が固定ケーシング７３の内周面７３ｉと出力軸７２の外周面７２ｏとの両方に当接したまま、固定ケーシング７３の内周面７３ｉ上を滑り、それによって出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転される。この実施例では、楔部材７５がロック領域ＬＡにあっても、逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが逆入力トルクに等しいときには、逆入力遮断クラッチ６２はアンロック状態にある。無論、逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが逆入力トルクよりも大きいときにも、逆入力遮断クラッチ６２はロック状態にある。これに対し、逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが逆入力トルクよりも低いときには、逆入力遮断クラッチ６２はアンロック状態にある。

そうすると、逆入力遮断クラッチ６２のいずれの実施例においても、逆入力遮断クラッチ６２はロック状態とアンロック状態との間で変更可能であるということになる。その上で、逆入力遮断クラッチ６２がロック状態にあるときに、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１により入力軸７１及び移動部材７６が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転されると、まず移動部材７６が楔部材７５に当接して逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが楔部材７５に作用し始め、次いで楔部材７５に作用する逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクが楔部材７５に作用する逆入力トルク以上になると、逆入力遮断クラッチ６２がアンロック状態に変更されると共に保持され、アンロック状態において出力軸７２が入力軸７１に連結されて逆入力トルクの作用方向に回転されるようになっているということになる。

図９は逆入力トルクＴＱＲの変化の一例を示している。上述したように、逆入力トルクＴＱＲは機関筒内圧ないし燃焼圧に応じて、極小値ＴＱＲｍと極大値ＴＱＲＭとの間で振動する。この場合、逆入力トルクＴＱＲの波形、すなわち極小値ＴＱＲｍ、極大値ＴＱＲＭ、振幅、及び周期は、機関点火時期、機関回転数、機関負荷などの機関運転状態に応じて変動しうる。

図１０は電気モータ６１による逆入力トルクの作用方向Ｒの入力トルクＴＱＭの変化の一例を示している。時間ｔａ１において電気モータ６１の作動が開始されると、すなわち電気モータ６１への通電が開始される。図１０に示される例では、電気モータ６１への通電量ＥＭがゼロから、入力トルクＴＱＭがその最大値、すなわち電気モータ６１の最大トルクＴＱＭＭになるのに必要な通電量ＥＭＭにステップ状に増大される。この場合、入力トルクＴＱＭは直ちに増大せず、徐々に増大する。次いで時間ｔａ２になると、すなわち、電気モータ６１の作動が開始されてから最大値到達時間ｄｔＭが経過すると、入力トルクＴＱＭは最大値ＴＱＭＭに達する。電気モータ６１への通電量ＥＭが最大量ＥＭＭに保持されると、入力トルクＴＱＭは最大値ＴＱＭＭに保持される。

入力トルクの最大値ＴＱＭＭ、すなわち電気モータ６１の最大トルクは逆入力トルクＴＱＲの極小値ＴＱＲｍ以上に設定される。上述したように、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために逆入力遮断クラッチ６２をアンロック状態にするためには、入力トルクが逆入力トルク以上となる必要があるからである。一方、電気モータ６１の最大トルクＴＱＭＭは逆入力トルクＴＱＲの極大値ＴＱＲＭ未満に設定される。電気モータ６１の最大トルクＴＱＭＭを低く設定すると、電気モータ６１のために必要な空間及びコストを低減することができる。

ところが、このように電気モータ６１の最大トルクＴＱＭＭを設定すると、逆入力遮断クラッチ６２をロック状態からアンロック状態に切り換えることができずしたがって機械圧縮比を変更できないおそれがある。このことを、図１１を参照しながら説明する。

図１１を参照すると、時間ｔｂ１において出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１の作動が開始されると、実線Ｘで示されるように入力トルクＴＱＭが徐々に増大する。次いで、時間ｔｂ２において、入力トルクＴＱＭは最大トルクＴＱＭＭに達する。ところが、入力トルクＴＱＭが最大トルクＴＱＭＭに達するまでに、実線Ｘで示される入力トルクＴＱＭは破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲ以上にならない。その結果、逆入力遮断クラッチ６２をアンロック状態にすることができず、したがって機械圧縮比を変更することができない。

これに対し、時間ｔｂ１とは異なる時間ｔｂ３において電気モータ６１の作動が開始されると、実線Ｙで示されるように入力トルクＴＱＭが徐々に増大し、次いで時間ｔｂ４において入力トルクＴＱＭは、破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲに一致する。その結果、逆入力遮断クラッチ６２がアンロック状態に切り換えられる。

このように、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるべきときに、電気モータ６１の作動を開始する時期によっては、逆入力遮断クラッチ６２をアンロック状態に切り換えることができる場合もあれば、切り換えることができない場合もあるのである。

すなわち、図１２に示されるように、時間ｔｃ２から時間ｔｃ４までの間では、破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲが入力トルクの最大値ＴＱＭＭ以下になっている。したがって、時間ｔｃ２から上述の最大値到達時間ｄｔＭだけ遡った時間ｔｃ１から、時間ｔｃ４から最大値到達時間ｄｔＭだけ遡った時間ｔｃ３までの期間に電気モータ６１の作動を開始すれば、入力トルクＴＱＭが逆入力トルクＴＱＲ以上になることができ、したがって逆入力遮断クラッチ６２を確実にアンロック状態に切り換えることができる。なお、図１２において、実線Ｙ１は時間ｔｃ１において電気モータ６１の作動が開始されたときの入力トルクＴＱＭを、実線Ｙ２は時間ｔｃ３において電気モータ６１の作動が開始されたときの入力トルクＴＱＭを、それぞれ示している。

そこで本発明による実施例では、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１の作動が開始されてから入力トルクＴＱＭが最大値ＴＱＭＭに達するまでに、入力トルクＴＱＭが逆入力トルクＴＱＲ以上になることが可能な電気モータ６１の作動開始時期を算出し、作動開始時期において電気モータの作動を開始するようにしている。その結果、逆入力遮断クラッチ６２を確実にアンロック状態に切り換えることができ、機械圧縮比を確実に変更することができる。なお、図１２に示される例では、作動開始時期は時間ｔｃ１から時間ｔｃ３までの期間の形になっている。

作動開始時期は例えば逆入力トルクＴＱＲと入力トルクＴＱＭとに基づいて算出される。逆入力トルクＴＱＲは機関運転状態、例えば機関点火時期に基づいて推定される。入力トルクＴＱＭは例えばあらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

図１３は、図１２に示される例と比べて、点火時期のインターバルが短く、破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲが高い場合の作動開始時期を示している。この例では、時間ｔｄ１から時間ｔｄ３までが作動開始時期である。この例の作動開始時期は図１２に示される例に比べて短くなっている。なお、図１３において、時間ｔｄ２，ｔｄ４において実線Ｙ１，Ｙ２で示される入力トルクＴＱＭがそれぞれ逆入力トルクＴＱＲに一致する。

図１４は上述した機械圧縮比制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１４を参照すると、ステップ１００では目標機械圧縮比が算出される。続くステップ１０１では、目標機械圧縮比が現在の機械圧縮比よりも低いか否か、すなわち機械圧縮比を低下すべきか否かが判別される。機械圧縮比を低下すべきでないときには次いでステップ１０２に進み、目標機械圧縮比が現在の機械圧縮比よりも高いか否か、すなわち機械圧縮比を上昇すべきか否かが判別される。機械圧縮比を上昇すべきでないときには処理サイクルを終了する。機械圧縮比を上昇すべきときにはステップ１０２からステップ１０３に進み、電気モータ６１が作動されて入力軸７１が逆入力トルクの作用方向と逆方向ＲＲに回転され、それにより出力軸７２が逆方向ＲＲに回転される。次いで、機械圧縮比が目標機械圧縮比に一致されると、電気モータ６１の作動が停止される。

これに対し、機械圧縮比を低下すべきときにはステップ１０１からステップ１０４に進み、逆入力トルクＴＱＲが推定される。続くステップ１０５では作動開始時期が算出される。続くステップ１０６では、現時点が作動開始時期であるか否かが判別される。現時点が作動開始時期でないときにはステップ１０６に戻る。現時点が作動開始時期であるときにはステップ１０６からステップ１０７に進み、電気モータ６１が作動されて入力軸７１が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転され、それにより出力軸７２が逆入力トルクの作用方向Ｒに回転される。次いで、機械圧縮比が目標機械圧縮比に一致されると、電気モータ６１の作動が停止される。

なお、電気モータ６１の最大トルクＴＱＭＭが逆入力トルクＴＱＲの極大値ＴＱＲＭ以上に設定された場合には、電気モータ６１の作動が開始されてから入力トルクＴＱＭが最大トルクＴＱＭＭに達するまでに、入力トルクＴＱＭは必ず逆入力トルクＴＱＲの極大値ＴＱＲＭ以上になり、したがって上述の問題は生じない。

図１５は本発明による別の実施例を示している。
図１５を参照すると、時間ｔｅ５において出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１の作動が開始されると、実線Ｙ３で示される入力トルクＴＱＭが増大し始め、次いで時間ｔｅ６において入力トルクＴＱＭが破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲに一致する。このとき、逆入力トルクＴＱＲは増大途中にある。その結果、入力トルクＴＱＭがひとたび逆入力トルクＴＱＲ以上になった後に、逆入力トルクＴＱＲが入力トルクＴＱＭよりも大きくなるおそれがある。このことは、逆入力遮断クラッチ６２がロック状態からアンロック状態に切り換えられた後、ロック状態に戻されるおそれがあることを意味しており、好ましくない。

一方、図１５に示されるように、時間ｔｅ２から時間ｔｅ４までの間では、破線Ｚで示される逆入力トルクＴＱＲが入力トルクの最大値ＴＱＭＭ以下であり、かつ、逆入力トルクＴＱＲが減少途中にある。したがって、時間ｔｅ２から最大値到達時間ｄｔＭだけ遡った時間ｔｅ１から、時間ｔｅ４から最大値到達時間ｄｔＭだけ遡った時間ｔｅ３までの期間に電気モータ６１の作動を開始すれば、入力トルクＴＱＭが減少途中の逆入力トルクＴＱＲ以上になることができる。したがって、逆入力遮断クラッチ６２を確実にアンロック状態に切り換えると共に、アンロック状態に保持することができる。なお、図１５において、実線Ｙ１は時間ｔｅ１において電気モータ６１の作動が開始されたときの入力トルクＴＱＭを、実線Ｙ２は時間ｔｅ３において電気モータ６１の作動が開始されたときの入力トルクＴＱＭを、それぞれ示している。

そこで本発明による別の実施例では、逆入力遮断クラッチ６２がロック状態にあるときに出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるべきときには、出力軸７２を逆入力トルクの作用方向Ｒに回転させるために電気モータ６１の作動が開始されてから入力トルクＴＱＭが最大値ＴＱＭＭに達するまでに、入力トルクＴＱＭが減少途中の逆入力トルクＴＱＲ以上になることが可能な電気モータ６１の作動開始時期を算出し、作動開始時期において電気モータの作動を開始するようにしている。その結果、逆入力遮断クラッチ６２を確実にアンロック状態に切り換えて保持することができ、機械圧縮比を確実に変更することができる。なお、このような作動開始時期は図１４のステップ１０５において算出される。

１ クランクケース
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
Ａ 可変圧縮比機構
５４，５５ カムシャフト
６１ 電気モータ
６２ 逆入力遮断クラッチ
７１ 入力軸
７２ 出力軸
７３ 固定ケーシング
７４ クリアランス
７５ 楔部材
７６ 移動部材

Claims (1)

1. 機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記可変圧縮比機構は、操作子と、前記操作子を移動させるための入力トルクを発生する電気モータと、前記電気モータから前記操作子に前記入力トルクを伝達すると共に前記操作子から前記電気モータへの逆入力トルクを遮断するために前記操作子と前記電気モータとの間に配置された逆入力遮断クラッチと、を備え、前記操作子が移動されることにより前記機械圧縮比が変更され、
   前記逆入力遮断クラッチは、前記電気モータに連結された入力軸と、前記操作子に連結された出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸を収容する固定ケーシングと、前記固定ケーシングの内周面と前記出力軸の外周面との間に形成される環状のクリアランス内に周方向に移動可能に配置された楔部材と、前記入力軸に連結されると共に、前記楔部材を前記逆入力トルクの作用方向に移動させる移動部材と、を備え、前記楔部材は前記クリアランス内において前記逆入力トルクの作用方向に関し前記移動部材よりも下流側に位置しており、
   前記逆入力遮断クラッチは、前記出力軸が前記逆入力トルクの作用方向に回転するのが前記楔部材により阻止されているロック状態と、前記出力軸が前記逆入力トルクの作用方向に回転するのが許容されているアンロック状態との間で変更可能であり、
   前記逆入力遮断クラッチが前記ロック状態にあるときに、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータにより前記入力軸及び前記移動部材が前記逆入力トルクの作用方向に回転されると、まず前記移動部材が前記楔部材に当接して前記逆入力トルクの作用方向の入力トルクが前記楔部材に作用し始め、次いで前記楔部材に作用する前記逆入力トルクの作用方向の入力トルクが前記楔部材に作用する逆入力トルク以上になると、前記逆入力遮断クラッチが前記アンロック状態に変更されると共に保持され、前記アンロック状態において前記出力軸が前記入力軸に連結されて前記逆入力トルクの作用方向に回転されるようになっており、
   前記逆入力トルクが機関筒内圧に応じて、極小値と極大値との間を振動するようになっており、
   前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータが作動されると、前記入力トルクが徐々に増大するようになっており、前記入力トルクの前記最大値は前記逆入力トルクの前記極小値以上かつ前記極大値未満に設定されており、
   前記逆入力遮断クラッチが前記ロック状態にあるときに前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるべきときには、前記出力軸を前記逆入力トルクの作用方向に回転させるために前記電気モータの作動が開始されてから前記入力トルクが前記最大値に達するまでに、前記入力トルクが前記逆入力トルク以上になることが可能な前記電気モータの作動開始時期を算出し、前記作動開始時期において前記電気モータの作動を開始する、
   内燃機関の制御装置。

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