JP4333129B2 - エンジンの圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変圧縮比エンジンでは、運転状況に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点が得られる。例えば、ノッキングの発生しやすい高負荷時には圧縮比を低くすることで、燃料の自己着火を抑制し、これによりノッキングの発生も抑制できる。低負荷時では圧縮比を高めると、混合気温度の上昇を招いて燃料の燃焼性が高まる。このため、負荷変動を起こしやすい加速走行時等にあっては、負荷変動（低負荷から高負荷に変動）に応じて圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更制御することが行われている。こうした負荷変動に応じた圧縮比制御を行うことで、燃費の向上やドライバビリティの向上を実現している。
【０００３】
こうした従来の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比変更のための駆動源の駆動力を、ウォームとこれに噛み合うウォームホイールで、圧縮比変更機構に伝達して圧縮比を変更している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２６９８１号公報
【０００５】
一般に、こうした動力伝達にウォームとウォームホイールを用いるに当たっては、ウォームをモータ等の駆動源に連結し、ウォームホイールを駆動対象機器（圧縮比変更機構）に連結し、両者のギヤ比は大きくされている。このようにすれば、モータの高回転をウォームとウォームホイールで減速して圧縮比変更機器に伝達できる。可変圧縮比エンジンについても同様であり、モータと圧縮比変更機構との間に、ギヤ比の大きなウォームとウォームホイールが組み込まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の可変圧縮比エンジンでは、燃焼室の燃焼圧がピストンとシリンダの相対位置が広がるように作用することから、この燃焼圧は、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際に、圧縮比変更機構に必要とされる駆動力に対して補助的に働くようになる。その一方、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比側に変更する場合は、この燃焼圧に抗して圧縮比変更機構を駆動させる必要があるので、圧縮比変更機構へは大きな駆動力を伝達することが不可欠となる。つまり、低圧縮比側への圧縮比変更と高圧縮比側への圧縮比変更とでは、圧縮比変更機構に伝達すべき駆動力に大小の相違がある。
【０００７】
また、圧縮比の低圧縮比側への変更を要する状況は、エンジン負荷が高負荷であることから、低圧縮比への変更が緩慢では、ノッキングを招きやすい。よって、ノッキング回避の観点から、低圧縮比側への圧縮比変更には迅速性が求められる。その一方、圧縮比の高圧縮比側への変更を要する場合は、低負荷であることからノッキングは起き難いので、高圧縮比側への圧縮比変更に特段の迅速性は要しない。
【０００８】
圧縮比の高低変更を行うに当たっては、その変更方向で、必要とされる駆動力と迅速性が共に相違する。こうした要求を満たしつつ変速比の大きなウォームとウォームホイールで圧縮比変更機構に駆動力を伝達して圧縮比を変更するには、駆動源に高い動力特性と応答性の他、広範囲の回転数での回転特性が必要となる。このため、駆動源の大型化、延いては圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの大型化を招いたり、駆動源の回転制御の複雑化を招いていた。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、エンジンの圧縮比の高低変更に際しての制御の簡略化や、機器の小型化を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジンでは、圧縮比を変更する状況になると、圧縮比変更のための駆動源の回転駆動力を伝達手段を介して伝達駆動力として圧縮比変更機構に伝達する。圧縮比変更機構は、この伝達駆動力を受けて圧縮比変更のために燃焼室容積を可変するよう燃焼室の軸方向に駆動して、圧縮比を高圧縮比と低圧縮比との間に亘って変更する。この際、圧縮比変更機構は、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際の伝達駆動力を、燃焼室の軸方向に作用する燃焼室内の燃焼圧と同じ向きに伝達手段から受けて駆動し、圧縮比を低圧縮比に変更する。低圧縮比から高圧縮比側への圧縮比変更の際には、伝達駆動力を燃焼圧が作用する軸方向の向きと逆の向きに伝達手段から受けて駆動して、圧縮比を高圧縮比に変更する。
【００１１】
このようにした圧縮比変更を図るに当たり、本発明の圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジンは、伝達手段を、回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを変えて回転駆動力伝達可能とした上で、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する高圧縮比化状況では、駆動源の回転駆動力を、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する低圧縮比化状況よりも高いトルクで圧縮比変更機構に伝達駆動力として伝達する。よって、こうした圧縮比変更に際し、伝達トルク制御を要するに過ぎず、駆動源についてはその回転駆動力の発生に当たり特段の制御が不要となる。しかも、低圧縮比化状況では、燃焼圧を伝達駆動力と同じ向きに受けるので、圧縮比変更機構は、燃焼圧を受ける分だけ迅速に圧縮比を低圧縮比側に変更する。その一方、高圧縮比化状況では、駆動源の回転駆動力を伝達手段により駆動源の回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを低圧縮比化状況よりも高めるので、圧縮比変更機構には伝達トルクが高まった分だけ大きな駆動力を伝達して、圧縮比を高圧縮比側に変更する。
【００１２】
つまり、本発明によれば、駆動源制御を簡略化した上で、低圧縮比化状況での迅速な低圧縮比側への変更と、高圧縮比化状況での駆動力増大を図ることができる。この結果、駆動源を、高い動力特性や応答性および広範囲の回転数での回転特性を有するものとすることが不要となるので、駆動源、延いては圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの小型化を図ることができる。
【００１３】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンでは、次のようにすることができる。即ち、伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力を変速比を変えて伝達する可変速伝達機器を備え、該可変速伝達機器を、変速比が前記高圧縮比化状況では前記低圧縮比化状況よりも大きくなるよう、制御する。こうすれば、圧縮比変更機器への伝達駆動力を、高圧縮比化状況と低圧縮比化状況に応じて変速比により容易に大小変更でき、機器構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
また、正逆方向の回転駆動力を発生可能な駆動源とした上で、前記可変速伝達機器は、前記回転駆動力を正回転方向と逆回転方向に選択してそれぞれ伝達する第１、第２のワンウェイクラッチと、各ワンウェイクラッチに対応して設けられ、異なる変速比で前記回転駆動力を伝達する第１、第２のギヤとを備え、前記伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力方向を、前記高圧縮比化状況では前記変速比が大きい側の回転方向とし、前記低圧縮比化状況では前記変速比が小さい側の回転方向となるように、前記駆動源を駆動制御するようにすることもできる。こうすれば、駆動源の正逆回転制御という簡便な駆動制御で、圧縮比変更機器への伝達駆動力を、高圧縮比化状況と低圧縮比化状況に応じて変速比により容易に大小変更でき、機器構成のより一層の簡略化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は第１実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図、図２はこの可変圧縮比エンジン１００の概略構成を一部分解斜視図を含めて示す概略斜視図である。
【００１６】
この第１実施例の可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３をロアケース（クランクケース）１０４に対してシリンダ１０２の軸方向に移動させることで圧縮比を変更する。このため、本実施例の可変圧縮比エンジン１００は、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を移動させる圧縮比変更機構を備える。この圧縮比変更機構については後述する。
【００１７】
ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３がシリンダ１０２の軸方向に移動するため、シリンダ１０２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行う図示しないカムシャフトにあっても、ロアケース１０４に対して移動することとなる。カムシャフトの駆動力は、ロアケース１０４内に配置されたクランクシャフト１１５からチェーンやベルトを介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施例のエンジンではなされている。この点についても、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明については省略する。
【００１８】
なお、シリンダブロック１０３がロアケース１０４に対して移動可能とされていること、および、その移動機構（圧縮比変更機構）を備えていること、カムシャフトへの変動力の伝達、以外の部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはない。よって、これらについても説明は省略する。
【００１９】
図１に示すように、可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３の両側下部に複数の隆起部を備え、この各隆起部にカム収納孔１０５を有する。カム収納孔１０５は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔１０５は、円形を有しており、シリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２（本実施例の可変圧縮比エンジン１００は四気筒エンジン）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。カム収納孔１０５は、シリンダブロック１０３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔１０５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０３の両側のカム収納孔１０５の一対の軸線は平行である。
【００２０】
ロアケース１０４には、上述したカム収納孔１０５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース１０４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト１０６によって取り付けられるキャップ１０７が用意されており、キャップ１０７にあっても半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ１０７を取り付けると、両部材で円形の軸受収納孔１０８が形成される。軸受収納孔１０８の形状は、上述したカム収納孔１０５と同一である。
【００２１】
複数の軸受収納孔１０８は、カム収納孔１０５と同様に、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に取り付けたときにシリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２の配列方向に平行になる。これらの複数の軸受収納孔１０８も、シリンダブロック１０３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔１０８は全て同一軸線上に位置している。軸受収納孔１０８は、片側に四つずつ形成される。そして、シリンダブロック１０３の両側の軸受収納孔１０８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔１０５の間の距離と、両側の軸受収納孔１０８との問の距離は同一である。
【００２２】
交互に配置される二列のカム収納孔１０５と軸受収納孔１０８には、それぞれカム軸１０９が挿通される。カム軸１０９は、図１に示すように、軸部１０９ａに、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを有する。カム部１０９ｂは、軸部１０９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部１０９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有する。可動軸受部１０９ｃは、このカム部１０９ｂと同一外形を有し、軸部１０９ａに対して回転可能に取り付けられる。本実施例では、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸１０９は、シリンダ１０２を挟んで鏡像の関係を有している。また、カム軸１０９の端部には、後述するウォームホイール１１０の取付部１０９ｄが形成されている。軸部１０９ａの中心軸と取付部１０９ｄの中心とは偏心しており、全カム部１０９ｂの中心と取付部１０９ｄの中心とは一致している。
【００２３】
可動軸受部１０９ｃも、軸部１０９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部１０９ｂと同一である。実際にカム軸１０９を構築するには、最も端部の一つのカム部１０９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸１０９が製造され、これに可動軸受部１０９ｃと他のカム部１０９ｂとが交互に挿入される。そして、カム部１０９ｂのみが図示するようにビスなどで軸部１０９ａに固定される。この場合、カム部固定は他の方法、例えば、圧入や溶接でも良い。軸部１０９ａ上のカム部１０９ｂの数は、シリンダブロック１０３片側のカム収納孔１０５の数と一致する。また、カム部１０９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔１０５の長さと一致する。同様に、軸部１０９ａ上の可動軸受部１０９ｃの数は、ロアケース１０４片側に形成される軸受収納孔１０８の数と一致する。また、可動軸受部１０９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔１０８の長さと一致する。
【００２４】
各カム軸１０９において、複数のカム部１０９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部１０９ｃの外形は、カム部１０９ｂと同一正円であるので、可動軸受部１０９ｃを回転させることで、複数のカム部１０９ｂの外表面と複数の可動軸受部１０９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック１０３とロアケース１０４とを組み合わせて複数のカム収納孔１０５と複数の軸受収納孔１０８とで形成される長孔にカム軸１０９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸１０９をシリンダブロック１０３およびロアケース１０４に対して配置させた後にキャップ１０７を取り付けても良い。
【００２５】
カム収納孔１０５、軸受収納孔１０８、カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック１０３は、ロアケース１０４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する。なお、ピストンリング以外の他の手法によって、例えば、Ｏリングのようなゴム製ガスケット等によって、シールを行っても良い。
【００２６】
各カム軸１０９は、その軸部１０９ａ端部の取付部１０９ｄにウォームホイール１１０を有する。このウォームホイール１１０は、キーにて位置決めされた上で、取付部１０９ｄにボルト固定されている。
【００２７】
一対のカム軸１０９に対応するそれぞれのウォームホイール１１０には、ウォーム１１１ａ，１１１ｂが噛み合っている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、後述の変速比切替ボックス１２０を介在させて、正逆回転可能な単一のサーボモータ１１２の出力軸と連結されている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、互いに逆方向に回転する蝶旋溝を有している。このため、サーボモータ１１２を回転させると、一対のカム軸１０９は、ウォームホイール１１０の回転を受け、互いに逆方向に回転する。サーボモータ１１２と変速比切替ボックス１２０は、シリンダブロック１０３などに固定されており、シリンダブロック１０３と一体的に移動する。
【００２８】
変速比切替ボックス１２０は、図２に示すように、ウォーム１１１ａ，１１１ｂのギヤ軸１１１ｃの側のギヤ群と、サーボモータ１１２の出力軸側のギヤ群を有する。ギヤ軸１１１ｃの側のギヤ群は、大径ギヤ１２１に嵌合固定された第１ワンウェイクラッチ１２２と、小径ギヤ１２３に嵌合固定された第２ワンウェイクラッチ１２４とを有する。これらギヤ・ワンウェイクラッチは、嵌合状態でギヤ軸１１１ｃに装着固定される。この場合、第１ワンウェイクラッチ１２２は、ある方向の回転方向（説明の便宜上、この回転方向を正転方向という）の側にのみ回転を許容し、この正転方向でギヤ軸１１１ｃと一体で回転する。第２ワンウェイクラッチ１２４は、この逆に、逆転方向の側にのみ回転を許容し、この逆転方向でギヤ軸１１１ｃと一体で回転する。従って、ギヤ軸１１１ｃは、第１、第２のワンウェイクラッチの回転許容方向に依存して正逆方向に回転し、ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、回転駆動力をカム軸１０９ごとのウォームホイール１１０に伝達する。なお、各ワンウェイクラッチを介した駆動力伝達の様子については、圧縮比変更の様子と併せて後述する。
【００２９】
サーボモータ１１２の出力軸側のギヤ群は、ギヤ軸１１１ｃの側の大径ギヤ１２１と噛み合い当該ギヤにモータ回転を伝達する小径の第１駆動ギヤ１２５と、小径ギヤ１２３と噛み合い当該ギヤにモータ回転を伝達する大径の第２駆動ギヤ１２６とを有する。よって、既述した大径ギヤ１２１と小径ギヤ１２３に嵌合固定されたワンウェイクラッチにより、サーボモータ１１２の正逆方向の回転駆動力は、上記第１、第２の駆動ギヤに噛み合う大径ギヤ１２１或いは小径ギヤ１２３を経てウォーム１１１ａ，１１１ｂからウォームホイール１１０に伝達される。これにより、一対のカム軸１０９は正逆のいずれかの方向にそれぞれ回転する。
【００３０】
上記した構成の変速比切替ボックス１２０は、第１駆動ギヤ１２５と大径ギヤ１２１の変速比と、第２駆動ギヤ１２６と小径ギヤ１２３の変速比を異なるものとし、前者の変速比が大きく後者が小さくなるようにした。よって、第１ワンウェイクラッチ１２２により正転方向の回転駆動力の伝達を行う場合、その回転駆動力は、サーボモータ１１２の回転を減速してウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９に伝達される。このため、カム軸１０９は低速度で回転する。しかも、上記ギヤの変速比の関係から、ウォーム１１１ａ，１１１ｂには大きなトルクでサーボモータ１１２の駆動力が伝達される。一方、第２ワンウェイクラッチ１２４により逆転方向の回転駆動力を伝達する場合は、増速して回転駆動力が伝達され、カム軸１０９は正転方向回転の場合より大きな速度で回転する。
【００３１】
次に、本実施例の可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子について説明する。図３は可変圧縮比エンジン１００にて圧縮比を変更する際の機器駆動の様子を説明する説明図である。なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）に、シリンダブロック１０３と、ロアケース１０４と、これら両者の間に構築されたカム軸１０９などからなる圧縮比変更機構とを断面示する。そして、これら図においては、カム軸１０９における軸部１０９ａの中心軸を符号ａで、カム部１０９ｂの中心をｂで、可動軸受部１０９ｃの中心をｃで表す。
【００３２】
図３（ａ）は、軸部１０９ａの延長線上から見て全てのカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの外周が一致した状態を示している。このとき、ここでは左右一対の軸部１０９ａは、カム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の外側に位置している。
【００３３】
図３（ａ）の状態から、軸部１０９ａ（および軸部１０９ａに固定されたカム部１０９ｂ）が図中の矢印Ｘ＋の方向に回転すると、図３（ｂ）の状態となる。このとき、軸部１０９ａに対して、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライド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カム軸１０９を矢印Ｘ＋の回転方向に回転させたときが最大となり、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃの偏心量の二倍となる。カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で回転し、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で軸部１０９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３４】
図３の各図から明らかなように、図３（ａ）では、シリンダブロック１０３とロアケース１０４、延いてはピストン上死点位置との相対距離が短くなるので、燃焼室容積が減少して圧縮比は高い状態である。その一方、図３（ｃ）のようにシリンダブロック１０３がピストン上死点位置から離れるほど、燃焼室容積が増えて圧縮比は低い状態となる。つまり、図３（ａ）から図３（ｃ）にシリンダブロック１０３が駆動することで、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に推移する。
【００３５】
こうした低圧縮比側への圧縮比推移を起こす場合のカム軸１０９の回転方向は図３の矢印Ｘ＋方向であり、こうしたカム軸駆動をもたらす状態では、変速比切替ボックス１２０では小径ギヤ１２３が第２ワンウェイクラッチ１２４により回転する側の回転を起こすよう、サーボモータ１１２は回転する。
【００３６】
シリンダブロック１０３は、このカム軸を経てサーボモータ１１２の回転駆動力を上向きに受けて、ロアケース１０４から離れるよう上昇する。この際、燃焼室の燃焼圧は、シリンダブロック１０３をロアケース１０４から上昇させようとする方向に働くことから、低圧縮比側への圧縮比推移の場合には、燃焼圧は、シリンダブロック１０３が受ける駆動力と同じ向きに働くことになる。
【００３７】
なお、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが完全に一致した状態（図３（ａ））では、一本のカム軸１０９に取り付けられた複数の可動軸受部１０９ｃが、シリンダを上下にスライドさせずに空転してしまう可能性もある。このため、本実施例のエンジンの圧縮比変更機構では、図３（ａ）のように、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図３（ａ）の状態のカム軸１０９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸１０９で正方向は逆回転方向）、図３（ｃ）の状態の回転位置は矢印Ｘ＋にそった正方向の９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上としておけば、上述したような問題を解消し得る。また、上述したように、実際のシリンダブロック１０３のスライド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題はない。
【００３８】
また、図３（ｃ）の状態からスライド量を０に戻すには、サーボモータ１１２を、上記の場合の逆のモータ逆転方向に逆回転させる。こうすれば、変速比切替ボックス１２０では、モータ逆転方向のサーボモータ１１２の回転駆動力が、大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、図中の矢印Ｘ−の方向に逆回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は図３（ａ）の状態に戻り、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に推移する。こうした正逆のカム軸１０９の制御範囲は５°〜９０°である。
【００３９】
図３（ａ）の状態への高圧縮比から低圧縮比への圧縮比推移を起こす場合、シリンダブロック１０３は、上記のカム軸を経てサーボモータ１１２の回転駆動力を下向きに受けて、ロアケース１０４に近づくよう降下する。この際にあっても、燃焼室の燃焼圧は、シリンダブロック１０３をロアケース１０４から上昇させようとする方向に働くことから、高圧縮比側への圧縮比推移の場合には、シリンダブロック１０３は、燃焼圧に抗してロアケース１０４の側に駆動することになる。
【００４０】
なお、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を下死点側にスライドさせて使用しても良い。この場合のカム軸１０９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。また、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライドさせて使用する場合に、カム軸１０９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００４１】
上述したような圧縮比変更機構を用いることによって、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に対して、シリンダ１０２の軸線方向にスライドさせることができる。この結果、圧縮比を可変制御することが可能となる。ある寸法のエンジンで数ｍｍのスライド量を実現して圧縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の可変範囲を確保できることが算出された。また、このような圧縮比変更機構によれば、シリンダを傾けるようなことをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが加わるような箇所も存在せず、カム軸１０９などを用いた簡便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる。
【００４２】
次に、可変圧縮比エンジン１００の圧縮比を変更制御するための電気的な構成について説明する。図４は可変圧縮比エンジン１００の圧縮比変更制御に関与する機器構成を概略的に説明するブロック図である。
図示するように、可変圧縮比エンジン１００は、圧縮比変更や図示しないスロットルバルブの駆動等を統括制御するＥＣＵ１６０を備える。このＥＣＵ１６０は、マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構成され、スロットルバルブ駆動用の図示しないアクチュエータやスロットルセンサ１６１、アクセルセンサ１６２の他、エンジン回転数とクランク角を検出する回転数・クランク角センサ１６３、圧縮比変更のためのサーボモータ１１２とその回転角度を検出するモータ回転角センサ１６４と等と接続されている。ＥＣＵ１６０は、モータ回転角センサ１６４からのセンサ出力に基づきサーボモータ１１２の実際の回転角度位置を算出し、当該算出位置からエンジンの実際の圧縮比εを演算する。なお、圧縮比算出に当たっては、モータ回転角センサ１６４に替え、次のように構成することもできる。つまり、シリンダの燃焼室に電磁式の隙間センサを組み込み、実際の圧縮比蛩を燃焼室におけるピストン位置のセンサ出力から算出するようにすることもできる。
【００４３】
ここで、本実施例の可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子について説明する。図５は圧縮比変更制御を示すフローチャート、図６は圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【００４４】
図５に示す圧縮比変更制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、回転数・クランク角センサ１６３からのエンジン回転数読み込み、アクセル踏込状況を出力するアクセルセンサ１６２やスロットルセンサ１６１或いは図示しない吸気管負圧センサからのセンサ出力に応じたトルクの読み込みを行う（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ回転数・トルクと、この両者を圧縮比に関連付けた図６に示すマップとに基づいて、目標とする圧縮比εｔを演算する（ステップＳ１１０）。この目標圧縮比算出のためのマップは、エンジン冷却水温度、吸入空気温度、或いはエミッション等の状況に応じて複数用意され、その時のエンジン運転状況に併せて適宜切り換えられる。
【００４５】
次に、モータ回転角センサ１６４からのサーボモータ１１２の現状回転角度位置を読み込み、これに基づいて現状圧縮比を演算する（ステップＳ１２０）。次いで、演算した圧縮比εｉと目標圧縮比εｔとの一致状況に基づいて、圧縮比の変更を要するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、上記の両圧縮比が一致していなければ、圧縮比変更を要すると判定し、ＥＣＵ１６０は、圧縮比を目標圧縮比εｔとするための変更指令をサーボモータ１１２に出力し（ステップＳ１４０）、上記の各処理を繰り返す。
【００４６】
このステップ１４０では、現状の圧縮比εｉを目標圧縮比εｔとするに必要なパルス数の駆動信号を、その回転方向をも含めてサーボモータ１１２に出力する。つまり、現状の圧縮比より低圧縮比側に変更する場、ＥＣＵ１６０は、サーボモータ１１２の回転駆動力が小径ギヤ１２３と第２ワンウェイクラッチ１２４によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃが図３における矢印Ｘ＋の方向に回転駆動するよう、サーボモータ１１２の回転方向を決定し、圧縮比変更に要するパルス数の駆動信号を出力する。ＥＣＵ１６０は、こうしたサーボモータ１１２の回転制御を行うに当たり、出力したパルス数とモータ回転角センサ１６４からのパルス数を参酌し、サーボモータ１１２をフィードバック制御する。
【００４７】
一方、高圧縮比側に変更する場は、ＥＣＵ１６０は、サーボモータ１１２の回転駆動力が大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃが図３における矢印Ｘ−の方向に逆回転駆動するよう、サーボモータ１１２の回転方向を決定し、圧縮比変更に要するパルス数の駆動信号を出力する。この場合、ＥＣＵ１６０は、低圧縮比側への圧縮比推移の場合と逆向きにサーボモータ１１２を回転制御（フィードバック制御）する。こうした制御により、可変圧縮比エンジン１００は、サーボモータ１１２を駆動源とする圧縮比変更機構により既述したようにシリンダブロック１０３を上下動させ、エンジンの圧縮比を高低変更する。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の可変圧縮比エンジン１００では、低圧縮比から高圧縮比の側への圧縮比変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力が大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達されるよう、サーボモータ１１２をある方向（正転方向）に回転制御することで、このサーボモータ１１２の回転駆動力の回転数を、大径ギヤ１２１と第１駆動ギヤ１２５で定まる大きな変速比で落とし、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９を低速度で回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は比較的ゆっくりと上昇して、圧縮比は高圧縮比に変更される。高圧縮比の側への圧縮比変更状況では、エンジンは低負荷運転であることから、圧縮比がゆっくりと高圧縮比に推移しても、ノッキングの発生は起きにくく支障はない。
【００４９】
その一方、高圧縮比から低圧縮比の側への圧縮比変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力が小径ギヤ１２３と第２ワンウェイクラッチ１２４によりギヤ軸１１１ｃに伝達されるよう、サーボモータ１１２を逆転方向に回転制御することで、このサーボモータ１１２の回転駆動力の回転数を、小径ギヤ１２３と第２駆動ギヤ１２６で定まる小さな変速比で高め、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９を高速度で回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は迅速に降下して、圧縮比は低圧縮比に変更される。しかも、この低圧縮比側への変更状況では、シリンダブロック１０３に対して、燃焼圧と変速比切替ボックス１２０を経たサーボモータ１１２の伝達駆動力とが同じ側に作用するので、燃焼圧を受ける分だけより一層迅速に圧縮比を低圧縮比側に変更できる。この結果、圧縮比の低圧縮比化が求められる高負荷運転状況に運転状態が推移した際には、迅速な低圧縮比化によりノッキングを有効に回避できる。
【００５０】
また、こうした低圧縮比側への変更と高圧縮比側への変更とで、サーボモータ１１２は、その回転方向の正逆制御と圧縮比変更に必要な回転制御を受けるに過ぎず、圧縮比変更方向に応じた特段の制御は不要である。しかも、高圧縮比側への変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力を、大径ギヤ１２１と第１駆動ギヤ１２５で定まる変速比の高いトルクで、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９に伝達するので、大きな駆動力でシリンダブロック１０３を燃焼圧に抗して確実に上昇させて、圧縮比を高圧縮比に変更できる。
【００５１】
こうしたことから、本実施例の可変圧縮比エンジン１００によれば、サーボモータ１１２をほぼ定常の回転数で駆動制御しつつその正逆転制御を行うだけで、低圧縮比側への圧縮比変更の迅速化と、大きな駆動力による高圧縮比側への確実な圧縮比変更を両立することができる。この結果、サーボモータ１１２には、高いモータ動力特性や応答性および広範囲の回転数での回転特性が必要とされないので、サーボモータ１１２、延いてはウォームホイール１１０等を有する圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの小型化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施例の可変圧縮比エンジン１００は、圧縮比の高低変更に際して、ギヤとワンウェイクラッチを有する変速比切替ボックス１２０を用いればよいので、機器構成の簡略化を図ることができる。しかも、正逆方向のワンウェイクラッチ採用とモータの正逆回転制御で、カム軸１０９への駆動力の伝達状況を、圧縮比の変更状況に応じて変速比により容易に変更できるので、機器構成をより一層簡略化できる。
【００５３】
次に、第２実施例について説明する。この実施例は、圧縮比変更をコンロッドの屈曲を経て行う点に特徴がある。図７は第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の構成を概略的に示す説明図である。
【００５４】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２００は、シリンダブロック２２２とシリンダヘッド２２４を備え、そのシリンダ２２６にピストン２２８を組み込んで備える。ピストン２２８は、屈曲可能に構成されたコンロッド２２７を介してクランクシャフト２２９と連結され、シリンダ内でのピストン２２８の上下往復動は、コンロッド２２７を経てクランクシャフト２２９の回転運動に変換される。コンロッド２２７は、後述する圧縮比変更機構２３０を構成し、その屈曲程度の変更を経てピストン２２８の上死点位置および下死点位置を同時に変化させる。これにより、可変圧縮比エンジン２００は、燃焼室容積を増減させ圧縮比を変更することができる。この詳細は後述する。
【００５５】
次に、圧縮比変更のための構成について詳述する。図８はコンロッド２２７を含む圧縮比変更機構２３０を示す概略斜視図、図９はこの圧縮比変更機構２３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００５６】
図８に示すように、圧縮比変更機構２３０は、コンロッド２２７を、ピストン２２８の側の第１コンロッド２３１と第２コンロッド２３２とを連結して構成する。第１コンロッド２３１は、その上部の小端部２３３で、ピストン２２８とピストンピン２３４により回動可能に連結されている。第２コンロッド２３２は、その下部の大端部２３５で、クランクシャフト２２９の図示しないクランクピンと回転可能に連結されている。また、この第１、第２の両コンロッドは、第１コンロッド下端側と第２コンロッド上端側でコンロッドピン２３６を介して互いに回動可能に連結されており、この連結箇所でリンク機構を構成している。
【００５７】
第１コンロッド２３１は、下端側に突出部２３１ａを備え、この突出部２３１ａで、コントロールロッド２３７の一端側とピン２３８により回動可能に連結されている。コントロールロッド２３７は他端側に貫通孔２３７ａを備え、この貫通孔２３７ａには、コントロールシャフト２３９が回動可能に嵌合組み付けされている。そして、第１、第２の両コンロッドの連結箇所に構成されるリンク機構には、突出部２３１ａやピン２３８も含まれ、コントロールロッド２３７は、このリンク機構に連結されていることになる。
【００５８】
この他、圧縮比変更機構２３０はコントロールシャフトガイド２４０を有し、当該シャフトガイドをシリンダブロック２２２（図７参照）に回動可能に支持する。このコントロールシャフトガイド２４０は、その両端部と途中複数箇所に断面円形の軸受部２４１を備え、隣り合う軸受部２４１の間を、断面三日月形に切欠形成した連結部２４２とする。連結部２４２は、エンジンの気筒数と同じ数だけ用意され、各連結部の切欠領域２４３にコントロールシャフト２３９が位置するよう、このコントロールシャフト２３９はコントロールシャフトガイド２４０に嵌合・固定されている。つまり、コントロールシャフト２３９はコントロールシャフトガイド２４０の回動中心軸（中心軸）Ｘから偏心した位置に嵌合・固定される。よって、コントロールシャフトガイド２４０が回動することで、コントロールシャフト２３９は中心軸Ｙに対して揺動してその位置を変え、これによりコントロールロッド２３７はピン２３８を介して第１コンロッド２３１を第２コンロッド２３２に対して屈曲変位させる。こうしてコンロッド２２７が屈曲すると、その屈曲程度に応じてピストン２２８の上死点位置と下死点位置長は同時に変わり、可変圧縮比エンジン２００は圧縮比を変更する。この場合、圧縮比変更、即ちコントロールシャフトガイド２４０の回動状況は、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ（図示略）により制御される。
【００５９】
なお、コントロールシャフト２３９が揺動する際に、コントロールロッド２３７が連結部２４２と干渉しないよう、連結部２４２は、その断面形状および寸法が設定されている。
【００６０】
可変圧縮比エンジン２００は、上記の圧縮比変更機構２３０においてコントロールシャフト２３９の揺動（即ち、圧縮比可変）を起こすため、図７および図９に示すように、そのアクチュエータとしてのサーボモータ１１２とウォームギア２４７を有する。また、可変圧縮比エンジン２００は、既述した可変圧縮比エンジン１００と同様、サーボモータ１１２とウォームギア２４７との間に変速比切替ボックス１２０を有する。
【００６１】
ウォームギア２４７は、変速比切替ボックス１２０からのギヤ軸１１１ｃに連結されたウォーム２４８と、コントロールシャフトガイド２４０に連結された直結されたウォームホイール２４９とで構成される。従って、コントロールシャフトガイド２４０は、サーボモータ１１２の回転に伴って回転し、その回転方向と回転角はモータ制御により定まる。この際、サーボモータ１１２の回転駆動力は変速比切替ボックス１２０により第１実施例の可変圧縮比エンジン１００と同様に伝達される。
【００６２】
サーボモータ１１２の回転駆動力が変速比切替ボックス１２０を経てウォーム２４８に伝達され、当該ウォームが回転すると、コントロールシャフトガイド２４０はこの回転程度に応じた角度だけ回転し、既述したように、コントロールシャフト２３９とコントロールロッド２３７を変位させる。このコントロールロッド２３７の変位によりコンロッド２２７の屈曲状態が定まり、エンジンの圧縮比εが変化する。本実施例では、コントロールシャフト２３９は、コントロールシャフトガイド２４０の中心軸Ｙ周りに略３時の方向から略６時の方向の９０°の範囲で変位可能であり、６時の方向ほど圧縮比εが高くなるように設定されている。この回転方向は、可変圧縮比エンジン１００と同様、サーボモータ１１２の回転方向で定まり、変速比切替ボックス１２０の有する既述したギヤ構成から、モータの回転駆動力の伝達トルクについても高圧縮比側への変更状況で大きくなる。
【００６３】
次に、上記したコンロッド屈曲タイプの可変圧縮比エンジン２００における燃焼室燃焼圧とサーボモータ１１２から伝達される駆動力の関係について説明する。図１０は第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【００６４】
図１０に示すように、可変圧縮比エンジン２００の圧縮比が高圧縮比にある場合では、コントロールシャフト２３９は、ウォームホイール２４９、延いてはコントロールシャフトガイド２４０の中心軸Ｙ周りに略８時の方向に位置する。そして、図示するようにピストン２２８が上死点にある状況下では、コンロッド２２７は、ピストン２２８におけるピストンピン２３４の中心を通る鉛直線から角度θだけ第１コンロッド２３１を反時計方向に位置させる。よって、第１、第２のコンロッドを連結するコンロッドピン２３６は上記の鉛直線の右側に位置し、第２コンロッド２３２は、このコンロッドピン２３６からクランクシャフト２２９のクランクピン２２９ａに向けて屈曲して延びている。
【００６５】
一方、可変圧縮比エンジン２００の圧縮比が低圧縮比にある場合では、コントロールシャフト２３９は図示する略５時の方向に位置してコンロッドピン２３６を図中右方向に位置変位させる。よって、第１コンロッド２３１は、高圧縮比の場合より大きな角度θをなして反時計方向に位置し、これに伴い、第２コンロッド２３２は、図示するピストン２２８の上死点の状況下において、より屈曲して図示するような位置関係を採る。
【００６６】
コントロールシャフト２３９並びに第１コンロッド２３１、コンロッドピン２３６等が上記位置関係にあると、燃料の燃焼圧は、ピストン２２８を押し下げよる力（ピストン押下力ＰＦ）として作用する。このピストン押下力ＰＦは、ピストンピン２３４の中心を通る鉛直線方向に沿った力であり、第１コンロッド２３１の軸に沿った分力Ｆとピストン周壁に向かうピストンサイドフォース（図示略）に分解される。この分力Ｆは、コンロッドピン２３６において第１コンロッド２３１のほぼ延長線にそった方向の力となり、第２コンロッド２３２の軸に沿った分力Ｔと、コントロールロッド２３７の軸に沿った分力Ｓに分解される。この分力Ｓは、図示するように、コンロッドピン２３６がピストンピン２３４の中心を通る鉛直線の右方にある限りにおいては、コントロールロッド２３７を引っ張る側に、このコントロールロッド２３７に対して作用する。
【００６７】
燃焼圧によるピストン押し下げによりクランクシャフト２２９は回転し、コンロッドピン２３６がピストンピン２３４の中心を通る鉛直線の左方に位置することになる。よって、ピストン押下力ＰＦが作用したままであるならば、分力Ｓはコントロールロッド２３７を押し戻す側の力となる。しかしながら、上記のピストン押下力ＰＦは、膨張行程の直前から徐々に上昇して燃料爆発時にピークとなり、膨張行程の後半ではほぼ消失する。このため、コンロッドピン２３６が上記鉛直線の左方に位置変位しても、コントロールロッド２３７が分力Ｓにより押し戻されようとする事態は、実質的に起きない。
【００６８】
圧縮比を高圧縮比の側から低圧縮比の側に変更する状況では、可変圧縮比エンジン２００は、図１０の高圧縮比状態にあり、圧縮比変更機構２３０は、サーボモータ１１２（図９参照）の回転駆動力の伝達をウォームギア２４７を経て受け、コントロールシャフトガイド２４０を図中矢印ＨＹの方向に回転させる。この回転駆動力を受けるコントロールロッド２３７は、コンロッドピン２３６を図１０の低圧縮比状態に示すように位置変位させる。
【００６９】
こうしたコンロッドピン２３６の位置変位の際には、ピストン２２８に作用する燃焼圧によるピストン押下力ＰＦの分力Ｓも、既述したようにコントロールロッド２３７にこれを引っ張る側に作用する。この分力Ｓが作用する方向は、コントロールシャフトガイド２４０（ウォームホイール２４９）を矢印ＨＹの方向に回転させようとする向きに合致する。よって、サーボモータ１１２によるウォームホイール２４９の駆動力と分力Ｓによるコントロールロッド２３７の引っ張り力とが、ウォームホイール２４９に対して略同じ回転方向の力として作用する。このため、この第２実施例にあっても、高圧縮比の側から低圧縮比に圧縮比変更を行う際には、燃焼圧を圧縮比変更のための駆動力として補助的に用いることができる。
【００７０】
以上説明した第２実施例の可変圧縮比エンジン２００であっても、既述した可変圧縮比エンジン１００と同様、圧縮比制御を実行する上記したＥＣＵ１６０の他、種々のセンサを備え、図４、図５で説明したようにエンジンの運転状況に応じて圧縮比を種々変更する。よって、この第２実施例によっても、変速比切替ボックス１２０を用いてサーボモータ１１２から圧縮比変更機構２３０に駆動力を伝達すると共に、サーボモータ１１２の正逆回転制御を通した圧縮比の高低変更を行うので、第１実施例と同様の既述した効果（例えば、構成の簡略化等）を奏することができる。
【００７１】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００７２】
例えば、上述した第１実施例においては、カム部１０９ｂ−シリンダブロック１０３、可動軸受部１０９ｃ−ロアケース１０４の組み合わせで圧縮比変更機構を構築したが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリンダブロックの組み合わせで圧縮比変更機構を構築しても良い。また、カム部１０９ｂの形状は正円であることが好ましいが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実施例において、長径がカム部１０９ｂと同じ長さを有する楕円や卵形をしていても機能し得る。
【００７３】
さらに、第１実施例のタイプの可変圧縮比エンジンにあっては、Ｖ型エンジンにも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述した一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて圧縮比を変えてもよい。
【００７４】
また、モータ駆動力を圧縮比変更機構に伝達するに当たり、正逆のワンウェイクラッチを併用した変速比切替ボックス１２０を採用し、モータを正逆回転制御する例について説明したが、次のようにすることもできる。
変速比切替ボックス１２０に代わり、リバースギヤ機構と正転・逆転時で変速比を切り換えるギヤ機構を有するギヤボックスを採用し、サーボモータを一方方向に定常運転するようにすることもできる。或いは、正逆方向の回転を同じ電力で起こす際に、正逆方向で発生トルクが相違するリラクタンスモータを用いれば、高圧縮比側への変更時には大きなトルクを発生し、低圧縮比側への変更時には小さなトルクで高速回転するようにできる。この場合には、変速比切替ボックス等は不要であり、モータの正逆回転制御だけで済む。
【００７５】
更に、コンロッド屈曲タイプの第２実施例の可変圧縮比エンジン２００にあっては、コンロッドの屈曲の様子を、次のように変形することもできる。図１１は変形例の可変圧縮比エンジン２００Ａの要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【００７６】
図示するように、この変形例では、可変圧縮比エンジン２００Ａの圧縮比が高圧縮比にある場合では、コンロッド２２７は、ピストン２２８におけるピストンピン２３４の中心を通る鉛直線から角度θだけ第１コンロッド２３１を時計方向に位置させ、コンロッドピン２３６をこの鉛直線の左側に位置させている。よって、既述した分力Ｓは、コントロールロッド２３７をコントロールシャフトガイド２４０の側に押し戻す方向に作用する。しかしながら、この変形例では、コントロールシャフト２３９は、高圧縮比で略５時方向に位置し、低圧縮比で略７時方向に位置し、高圧縮比から低圧縮比への変更時には、図中矢印ＨＹのように回転駆動する。従って、この変形例にあっても、燃焼圧によるピストン２２８に作用するピストン押下力ＰＦの分力Ｓがコントロールロッド２３７に作用する方向は、低圧縮比側へのコントロールシャフトガイド２４０（ウォームホイール４９）の回転向きに合致する。このため、コンロッドピン２３６等が図１１に示すような位置関係を採っても、高圧縮比の側から低圧縮比に圧縮比変更を行う際には、燃焼圧を圧縮比変更のための駆動力として補助的に用いることができるので、既述した実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図である。
【図２】 この可変圧縮比エンジン１００の概略構成を一部分解斜視図を含めて示す概略斜視図である。
【図３】 可変圧縮比エンジン１００にて圧縮比を変更する際の機器駆動の様子を説明する説明図である。
【図４】 可変圧縮比エンジン１００の圧縮比変更制御に関与する機器構成を概略的に説明するブロック図である。
【図５】 圧縮比変更制御を示すフローチャートである。
【図６】 圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【図７】 第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の構成を概略的に示す説明図である。
【図８】 コンロッド２２７を含む圧縮比変更機構２３０を示す概略斜視図である。
【図９】 この圧縮比変更機構２３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【図１０】 第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【図１１】 変形例の可変圧縮比エンジン２００Ａの要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【符号の説明】
１００…可変圧縮比エンジン
１０２…シリンダ
１０３…シリンダブロック
１０４…ロアケース
１０５…カム収納孔
１０６…ボルト
１０７…キャップ
１０８…軸受収納孔
１０９…カム軸
１０９ａ…軸部
１０９ｂ…カム部
１０９ｃ…可動軸受部
１０９ｄ…取付部
１１０…ウォームホイール
１１１ａ，１１１ｂ…ウォーム
１１１ｃ…ギヤ軸
１１２…サーボモータ
１１５…クランクシャフト
１２０…変速比切替ボックス
１２１…大径ギヤ
１２２…第１ワンウェイクラッチ
１２３…小径ギヤ
１２４…第２ワンウェイクラッチ
１２５…第１駆動ギヤ
１２６…第２駆動ギヤ
１６１…スロットルセンサ
１６２…アクセルセンサ
１６３…回転数・クランク角センサ
１６４…モータ回転角センサ
２００，２００Ａ…可変圧縮比エンジン
２２２…シリンダブロック
２２４…シリンダヘッド
２２６…シリンダ
２２８…ピストン
２２７…コンロッド
２２９…クランクシャフト
２２９ａ…クランクピン
２３０…圧縮比変更機構
２３１…第１コンロッド
２３２…第２コンロッド
２３３…小端部
２３４…ピストンピン
２３５…大端部
２３６…コンロッドピン
２３１ａ…突出部
２３７…コントロールロッド
２３８…ピン
２３７ａ…貫通孔
２３９…コントロールシャフト
２４０…コントロールシャフトガイド
２４１…軸受部
２４２…連結部
２４３…切欠領域
２４７…ウォームギア
２４８…ウォーム
２４９…ウォームホイール
ＰＦ…ピストン押下力
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの圧縮比を変更する可変圧縮比エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変圧縮比エンジンでは、運転状況に応じた圧縮比変更を行うことで、種々の利点が得られる。例えば、ノッキングの発生しやすい高負荷時には圧縮比を低くすることで、燃料の自己着火を抑制し、これによりノッキングの発生も抑制できる。低負荷時では圧縮比を高めると、混合気温度の上昇を招いて燃料の燃焼性が高まる。このため、負荷変動を起こしやすい加速走行時等にあっては、負荷変動（低負荷から高負荷に変動）に応じて圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更制御することが行われている。こうした負荷変動に応じた圧縮比制御を行うことで、燃費の向上やドライバビリティの向上を実現している。
【０００３】
こうした従来の可変圧縮比エンジンでは、圧縮比変更のための駆動源の駆動力を、ウォームとこれに噛み合うウォームホイールで、圧縮比変更機構に伝達して圧縮比を変更している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２６９８１号公報
【０００５】
一般に、こうした動力伝達にウォームとウォームホイールを用いるに当たっては、ウォームをモータ等の駆動源に連結し、ウォームホイールを駆動対象機器（圧縮比変更機構）に連結し、両者のギヤ比は大きくされている。このようにすれば、モータの高回転をウォームとウォームホイールで減速して圧縮比変更機器に伝達できる。可変圧縮比エンジンについても同様であり、モータと圧縮比変更機構との間に、ギヤ比の大きなウォームとウォームホイールが組み込まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の可変圧縮比エンジンでは、燃焼室の燃焼圧がピストンとシリンダの相対位置が広がるように作用することから、この燃焼圧は、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際に、圧縮比変更機構に必要とされる駆動力に対して補助的に働くようになる。その一方、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比側に変更する場合は、この燃焼圧に抗して圧縮比変更機構を駆動させる必要があるので、圧縮比変更機構へは大きな駆動力を伝達することが不可欠となる。つまり、低圧縮比側への圧縮比変更と高圧縮比側への圧縮比変更とでは、圧縮比変更機構に伝達すべき駆動力に大小の相違がある。
【０００７】
また、圧縮比の低圧縮比側への変更を要する状況は、エンジン負荷が高負荷であることから、低圧縮比への変更が緩慢では、ノッキングを招きやすい。よって、ノッキング回避の観点から、低圧縮比側への圧縮比変更には迅速性が求められる。その一方、圧縮比の高圧縮比側への変更を要する場合は、低負荷であることからノッキングは起き難いので、高圧縮比側への圧縮比変更に特段の迅速性は要しない。
【０００８】
圧縮比の高低変更を行うに当たっては、その変更方向で、必要とされる駆動力と迅速性が共に相違する。こうした要求を満たしつつ変速比の大きなウォームとウォームホイールで圧縮比変更機構に駆動力を伝達して圧縮比を変更するには、駆動源に高い動力特性と応答性の他、広範囲の回転数での回転特性が必要となる。このため、駆動源の大型化、延いては圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの大型化を招いたり、駆動源の回転制御の複雑化を招いていた。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、エンジンの圧縮比の高低変更に際しての制御の簡略化や、機器の小型化を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジンでは、圧縮比を変更する状況になると、圧縮比変更のための駆動源の回転駆動力を伝達手段を介して伝達駆動力として圧縮比変更機構に伝達する。圧縮比変更機構は、この伝達駆動力を受けて圧縮比変更のために燃焼室容積を可変するよう燃焼室の軸方向に駆動して、圧縮比を高圧縮比と低圧縮比との間に亘って変更する。この際、圧縮比変更機構は、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際の伝達駆動力を、燃焼室の軸方向に作用する燃焼室内の燃焼圧と同じ向きに伝達手段から受けて駆動し、圧縮比を低圧縮比に変更する。低圧縮比から高圧縮比側への圧縮比変更の際には、伝達駆動力を燃焼圧が作用する軸方向の向きと逆の向きに伝達手段から受けて駆動して、圧縮比を高圧縮比に変更する。
【００１１】
このようにした圧縮比変更を図るに当たり、本発明の圧縮比変更方法と可変圧縮比エンジンは、伝達手段を、回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを変えて回転駆動力伝達可能とした上で、圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する高圧縮比化状況では、駆動源の回転駆動力を、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する低圧縮比化状況よりも高いトルクで圧縮比変更機構に伝達駆動力として伝達する。よって、こうした圧縮比変更に際し、伝達トルク制御を要するに過ぎず、駆動源についてはその回転駆動力の発生に当たり特段の制御が不要となる。しかも、低圧縮比化状況では、燃焼圧を伝達駆動力と同じ向きに受けるので、圧縮比変更機構は、燃焼圧を受ける分だけ迅速に圧縮比を低圧縮比側に変更する。その一方、高圧縮比化状況では、駆動源の回転駆動力を伝達手段により駆動源の回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを低圧縮比化状況よりも高めるので、圧縮比変更機構には伝達トルクが高まった分だけ大きな駆動力を伝達して、圧縮比を高圧縮比側に変更する。
【００１２】
つまり、本発明によれば、駆動源制御を簡略化した上で、低圧縮比化状況での迅速な低圧縮比側への変更と、高圧縮比化状況での駆動力増大を図ることができる。この結果、駆動源を、高い動力特性や応答性および広範囲の回転数での回転特性を有するものとすることが不要となるので、駆動源、延いては圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの小型化を図ることができる。
【００１３】
上記した本発明の可変圧縮比エンジンでは、次のようにすることができる。即ち、伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力を変速比を変えて伝達する可変速伝達機器を備え、該可変速伝達機器を、変速比が前記高圧縮比化状況では前記低圧縮比化状況よりも大きくなるよう、制御する。こうすれば、圧縮比変更機器への伝達駆動力を、高圧縮比化状況と低圧縮比化状況に応じて変速比により容易に大小変更でき、機器構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
また、正逆方向の回転駆動力を発生可能な駆動源とした上で、前記可変速伝達機器は、前記回転駆動力を正回転方向と逆回転方向に選択してそれぞれ伝達する第１、第２のワンウェイクラッチと、各ワンウェイクラッチに対応して設けられ、異なる変速比で前記回転駆動力を伝達する第１、第２のギヤとを備え、前記伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力方向を、前記高圧縮比化状況では前記変速比が大きい側の回転方向とし、前記低圧縮比化状況では前記変速比が小さい側の回転方向となるように、前記駆動源を駆動制御するようにすることもできる。こうすれば、駆動源の正逆回転制御という簡便な駆動制御で、圧縮比変更機器への伝達駆動力を、高圧縮比化状況と低圧縮比化状況に応じて変速比により容易に大小変更でき、機器構成のより一層の簡略化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の形態を実施例に基づき説明する。図１は第１実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図、図２はこの可変圧縮比エンジン１００の概略構成を一部分解斜視図を含めて示す概略斜視図である。
【００１６】
この第１実施例の可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３をロアケース（クランクケース）１０４に対してシリンダ１０２の軸方向に移動させることで圧縮比を変更する。このため、本実施例の可変圧縮比エンジン１００は、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を移動させる圧縮比変更機構を備える。この圧縮比変更機構については後述する。
【００１７】
ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３がシリンダ１０２の軸方向に移動するため、シリンダ１０２上部に配置された吸排気バルブの開閉を行う図示しないカムシャフトにあっても、ロアケース１０４に対して移動することとなる。カムシャフトの駆動力は、ロアケース１０４内に配置されたクランクシャフト１１５からチェーンやベルトを介して伝達されるため、これに対する考慮も本実施例のエンジンではなされている。この点についても、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明については省略する。
【００１８】
なお、シリンダブロック１０３がロアケース１０４に対して移動可能とされていること、および、その移動機構（圧縮比変更機構）を備えていること、カムシャフトへの変動力の伝達、以外の部分に関しては、通常のエンジンと変わるところはない。よって、これらについても説明は省略する。
【００１９】
図１に示すように、可変圧縮比エンジン１００は、シリンダブロック１０３の両側下部に複数の隆起部を備え、この各隆起部にカム収納孔１０５を有する。カム収納孔１０５は、片側に五つずつ形成されている。カム収納孔１０５は、円形を有しており、シリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２（本実施例の可変圧縮比エンジン１００は四気筒エンジン）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。カム収納孔１０５は、シリンダブロック１０３の両側に形成されており、片側の複数のカム収納孔１０５は全て同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０３の両側のカム収納孔１０５の一対の軸線は平行である。
【００２０】
ロアケース１０４には、上述したカム収納孔１０５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース１０４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト１０６によって取り付けられるキャップ１０７が用意されており、キャップ１０７にあっても半円形の凹部を有している。各立壁部にキャップ１０７を取り付けると、両部材で円形の軸受収納孔１０８が形成される。軸受収納孔１０８の形状は、上述したカム収納孔１０５と同一である。
【００２１】
複数の軸受収納孔１０８は、カム収納孔１０５と同様に、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に取り付けたときにシリンダ１０２の軸方向に対して直角に、かつ、複数のシリンダ１０２の配列方向に平行になる。これらの複数の軸受収納孔１０８も、シリンダブロック１０３の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔１０８は全て同一軸線上に位置している。軸受収納孔１０８は、片側に四つずつ形成される。そして、シリンダブロック１０３の両側の軸受収納孔１０８の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔１０５の間の距離と、両側の軸受収納孔１０８との問の距離は同一である。
【００２２】
交互に配置される二列のカム収納孔１０５と軸受収納孔１０８には、それぞれカム軸１０９が挿通される。カム軸１０９は、図１に示すように、軸部１０９ａに、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを有する。カム部１０９ｂは、軸部１０９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部１０９ａに固定され、正円形のカムプロフィールを有する。可動軸受部１０９ｃは、このカム部１０９ｂと同一外形を有し、軸部１０９ａに対して回転可能に取り付けられる。本実施例では、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸１０９は、シリンダ１０２を挟んで鏡像の関係を有している。また、カム軸１０９の端部には、後述するウォームホイール１１０の取付部１０９ｄが形成されている。軸部１０９ａの中心軸と取付部１０９ｄの中心とは偏心しており、全カム部１０９ｂの中心と取付部１０９ｄの中心とは一致している。
【００２３】
可動軸受部１０９ｃも、軸部１０９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部１０９ｂと同一である。実際にカム軸１０９を構築するには、最も端部の一つのカム部１０９ｂが予め一体的に結合された状態でカム軸１０９が製造され、これに可動軸受部１０９ｃと他のカム部１０９ｂとが交互に挿入される。そして、カム部１０９ｂのみが図示するようにビスなどで軸部１０９ａに固定される。この場合、カム部固定は他の方法、例えば、圧入や溶接でも良い。軸部１０９ａ上のカム部１０９ｂの数は、シリンダブロック１０３片側のカム収納孔１０５の数と一致する。また、カム部１０９ｂの厚さも、対応する各カム収納孔１０５の長さと一致する。同様に、軸部１０９ａ上の可動軸受部１０９ｃの数は、ロアケース１０４片側に形成される軸受収納孔１０８の数と一致する。また、可動軸受部１０９ｃの厚さも、対応する各軸受収納孔１０８の長さと一致する。
【００２４】
各カム軸１０９において、複数のカム部１０９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部１０９ｃの外形は、カム部１０９ｂと同一正円であるので、可動軸受部１０９ｃを回転させることで、複数のカム部１０９ｂの外表面と複数の可動軸受部１０９ｃの外側面とを一致させることができる。この状態で、シリンダブロック１０３とロアケース１０４とを組み合わせて複数のカム収納孔１０５と複数の軸受収納孔１０８とで形成される長孔にカム軸１０９が挿入されて組み立てられる。なお、カム軸１０９をシリンダブロック１０３およびロアケース１０４に対して配置させた後にキャップ１０７を取り付けても良い。
【００２５】
カム収納孔１０５、軸受収納孔１０８、カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの形状は全て同一の正円形である。また、シリンダブロック１０３は、ロアケース１０４に対してスライド可能であるが、両者の摺動面には、シリンダ内面とピストンとの間の気密を確保するピストンリングのような部材を配置して気密性を確保する。なお、ピストンリング以外の他の手法によって、例えば、Ｏリングのようなゴム製ガスケット等によって、シールを行っても良い。
【００２６】
各カム軸１０９は、その軸部１０９ａ端部の取付部１０９ｄにウォームホイール１１０を有する。このウォームホイール１１０は、キーにて位置決めされた上で、取付部１０９ｄにボルト固定されている。
【００２７】
一対のカム軸１０９に対応するそれぞれのウォームホイール１１０には、ウォーム１１１ａ，１１１ｂが噛み合っている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、後述の変速比切替ボックス１２０を介在させて、正逆回転可能な単一のサーボモータ１１２の出力軸と連結されている。ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、互いに逆方向に回転する蝶旋溝を有している。このため、サーボモータ１１２を回転させると、一対のカム軸１０９は、ウォームホイール１１０の回転を受け、互いに逆方向に回転する。サーボモータ１１２と変速比切替ボックス１２０は、シリンダブロック１０３などに固定されており、シリンダブロック１０３と一体的に移動する。
【００２８】
変速比切替ボックス１２０は、図２に示すように、ウォーム１１１ａ，１１１ｂのギヤ軸１１１ｃの側のギヤ群と、サーボモータ１１２の出力軸側のギヤ群を有する。ギヤ軸１１１ｃの側のギヤ群は、大径ギヤ１２１に嵌合固定された第１ワンウェイクラッチ１２２と、小径ギヤ１２３に嵌合固定された第２ワンウェイクラッチ１２４とを有する。これらギヤ・ワンウェイクラッチは、嵌合状態でギヤ軸１１１ｃに装着固定される。この場合、第１ワンウェイクラッチ１２２は、ある方向の回転方向（説明の便宜上、この回転方向を正転方向という）の側にのみ回転を許容し、この正転方向でギヤ軸１１１ｃと一体で回転する。第２ワンウェイクラッチ１２４は、この逆に、逆転方向の側にのみ回転を許容し、この逆転方向でギヤ軸１１１ｃと一体で回転する。従って、ギヤ軸１１１ｃは、第１、第２のワンウェイクラッチの回転許容方向に依存して正逆方向に回転し、ウォーム１１１ａ，１１１ｂは、回転駆動力をカム軸１０９ごとのウォームホイール１１０に伝達する。なお、各ワンウェイクラッチを介した駆動力伝達の様子については、圧縮比変更の様子と併せて後述する。
【００２９】
サーボモータ１１２の出力軸側のギヤ群は、ギヤ軸１１１ｃの側の大径ギヤ１２１と噛み合い当該ギヤにモータ回転を伝達する小径の第１駆動ギヤ１２５と、小径ギヤ１２３と噛み合い当該ギヤにモータ回転を伝達する大径の第２駆動ギヤ１２６とを有する。よって、既述した大径ギヤ１２１と小径ギヤ１２３に嵌合固定されたワンウェイクラッチにより、サーボモータ１１２の正逆方向の回転駆動力は、上記第１、第２の駆動ギヤに噛み合う大径ギヤ１２１或いは小径ギヤ１２３を経てウォーム１１１ａ，１１１ｂからウォームホイール１１０に伝達される。これにより、一対のカム軸１０９は正逆のいずれかの方向にそれぞれ回転する。
【００３０】
上記した構成の変速比切替ボックス１２０は、第１駆動ギヤ１２５と大径ギヤ１２１の変速比と、第２駆動ギヤ１２６と小径ギヤ１２３の変速比を異なるものとし、前者の変速比が大きく後者が小さくなるようにした。よって、第１ワンウェイクラッチ１２２により正転方向の回転駆動力の伝達を行う場合、その回転駆動力は、サーボモータ１１２の回転を減速してウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９に伝達される。このため、カム軸１０９は低速度で回転する。しかも、上記ギヤの変速比の関係から、ウォーム１１１ａ，１１１ｂには大きなトルクでサーボモータ１１２の駆動力が伝達される。一方、第２ワンウェイクラッチ１２４により逆転方向の回転駆動力を伝達する場合は、増速して回転駆動力が伝達され、カム軸１０９は正転方向回転の場合より大きな速度で回転する。
【００３１】
次に、本実施例の可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子について説明する。図３は可変圧縮比エンジン１００にて圧縮比を変更する際の機器駆動の様子を説明する説明図である。なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）に、シリンダブロック１０３と、ロアケース１０４と、これら両者の間に構築されたカム軸１０９などからなる圧縮比変更機構とを断面示する。そして、これら図においては、カム軸１０９における軸部１０９ａの中心軸を符号ａで、カム部１０９ｂの中心をｂで、可動軸受部１０９ｃの中心をｃで表す。
【００３２】
図３（ａ）は、軸部１０９ａの延長線上から見て全てのカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃの外周が一致した状態を示している。このとき、ここでは左右一対の軸部１０９ａは、カム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の外側に位置している。
【００３３】
図３（ａ）の状態から、軸部１０９ａ（および軸部１０９ａに固定されたカム部１０９ｂ）が図中の矢印Ｘ＋の方向に回転すると、図３（ｂ）の状態となる。このとき、軸部１０９ａに対して、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃの偏心方向にズレが生じるので、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライド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カム軸１０９を矢印Ｘ＋の回転方向に回転させたときが最大となり、カム部１０９ｂや可動軸受部１０９ｃの偏心量の二倍となる。カム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で回転し、それぞれカム収納孔１０５および軸受収納孔１０８の内部で軸部１０９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３４】
図３の各図から明らかなように、図３（ａ）では、シリンダブロック１０３とロアケース１０４、延いてはピストン上死点位置との相対距離が短くなるので、燃焼室容積が減少して圧縮比は高い状態である。その一方、図３（ｃ）のようにシリンダブロック１０３がピストン上死点位置から離れるほど、燃焼室容積が増えて圧縮比は低い状態となる。つまり、図３（ａ）から図３（ｃ）にシリンダブロック１０３が駆動することで、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に推移する。
【００３５】
こうした低圧縮比側への圧縮比推移を起こす場合のカム軸１０９の回転方向は図３の矢印Ｘ＋方向であり、こうしたカム軸駆動をもたらす状態では、変速比切替ボックス１２０では小径ギヤ１２３が第２ワンウェイクラッチ１２４により回転する側の回転を起こすよう、サーボモータ１１２は回転する。
【００３６】
シリンダブロック１０３は、このカム軸を経てサーボモータ１１２の回転駆動力を上向きに受けて、ロアケース１０４から離れるよう上昇する。この際、燃焼室の燃焼圧は、シリンダブロック１０３をロアケース１０４から上昇させようとする方向に働くことから、低圧縮比側への圧縮比推移の場合には、燃焼圧は、シリンダブロック１０３が受ける駆動力と同じ向きに働くことになる。
【００３７】
なお、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとが完全に一致した状態（図３（ａ））では、一本のカム軸１０９に取り付けられた複数の可動軸受部１０９ｃが、シリンダを上下にスライドさせずに空転してしまう可能性もある。このため、本実施例のエンジンの圧縮比変更機構では、図３（ａ）のように、カム部１０９ｂと可動軸受部１０９ｃとを完全に一致させる状態を生じさせない。例えば、図３（ａ）の状態のカム軸１０９の回転位置を基準０°とした場合（一対のカム軸１０９で正方向は逆回転方向）、図３（ｃ）の状態の回転位置は矢印Ｘ＋にそった正方向の９０°となるが、実際の制御範囲を５°以上としておけば、上述したような問題を解消し得る。また、上述したように、実際のシリンダブロック１０３のスライド量は、数ｍｍとすることを検討しているので、０°±５°程度（同様に１８０°±５°程度）が使用できなくても問題はない。
【００３８】
また、図３（ｃ）の状態からスライド量を０に戻すには、サーボモータ１１２を、上記の場合の逆のモータ逆転方向に逆回転させる。こうすれば、変速比切替ボックス１２０では、モータ逆転方向のサーボモータ１１２の回転駆動力が、大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃは、図中の矢印Ｘ−の方向に逆回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は図３（ａ）の状態に戻り、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に推移する。こうした正逆のカム軸１０９の制御範囲は５°〜９０°である。
【００３９】
図３（ａ）の状態への高圧縮比から低圧縮比への圧縮比推移を起こす場合、シリンダブロック１０３は、上記のカム軸を経てサーボモータ１１２の回転駆動力を下向きに受けて、ロアケース１０４に近づくよう降下する。この際にあっても、燃焼室の燃焼圧は、シリンダブロック１０３をロアケース１０４から上昇させようとする方向に働くことから、高圧縮比側への圧縮比推移の場合には、シリンダブロック１０３は、燃焼圧に抗してロアケース１０４の側に駆動することになる。
【００４０】
なお、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を下死点側にスライドさせて使用しても良い。この場合のカム軸１０９の制御範囲は−５°〜−９０°（３５５°〜２７０°）とすればよい。また、ロアケース１０４に対してシリンダブロック１０３を上死点側にスライドさせて使用する場合に、カム軸１０９の制御範囲を９０°〜１７５°等として使用してもよい。
【００４１】
上述したような圧縮比変更機構を用いることによって、シリンダブロック１０３をロアケース１０４に対して、シリンダ１０２の軸線方向にスライドさせることができる。この結果、圧縮比を可変制御することが可能となる。ある寸法のエンジンで数ｍｍのスライド量を実現して圧縮比の可変範囲を試算したところ、９〜１４．５程度の可変範囲を確保できることが算出された。また、このような圧縮比変更機構によれば、シリンダを傾けるようなことをしないため、燃焼圧に起因する過大なモーメントが加わるような箇所も存在せず、カム軸１０９などを用いた簡便な機構で可変圧縮比エンジンを構築することができる。
【００４２】
次に、可変圧縮比エンジン１００の圧縮比を変更制御するための電気的な構成について説明する。図４は可変圧縮比エンジン１００の圧縮比変更制御に関与する機器構成を概略的に説明するブロック図である。
図示するように、可変圧縮比エンジン１００は、圧縮比変更や図示しないスロットルバルブの駆動等を統括制御するＥＣＵ１６０を備える。このＥＣＵ１６０は、マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として構成され、スロットルバルブ駆動用の図示しないアクチュエータやスロットルセンサ１６１、アクセルセンサ１６２の他、エンジン回転数とクランク角を検出する回転数・クランク角センサ１６３、圧縮比変更のためのサーボモータ１１２とその回転角度を検出するモータ回転角センサ１６４と等と接続されている。ＥＣＵ１６０は、モータ回転角センサ１６４からのセンサ出力に基づきサーボモータ１１２の実際の回転角度位置を算出し、当該算出位置からエンジンの実際の圧縮比εを演算する。なお、圧縮比算出に当たっては、モータ回転角センサ１６４に替え、次のように構成することもできる。つまり、シリンダの燃焼室に電磁式の隙間センサを組み込み、実際の圧縮比蛩を燃焼室におけるピストン位置のセンサ出力から算出するようにすることもできる。
【００４３】
ここで、本実施例の可変圧縮比エンジン１００における圧縮比変更の様子について説明する。図５は圧縮比変更制御を示すフローチャート、図６は圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【００４４】
図５に示す圧縮比変更制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行されるものであり、まず、回転数・クランク角センサ１６３からのエンジン回転数読み込み、アクセル踏込状況を出力するアクセルセンサ１６２やスロットルセンサ１６１或いは図示しない吸気管負圧センサからのセンサ出力に応じたトルクの読み込みを行う（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ回転数・トルクと、この両者を圧縮比に関連付けた図６に示すマップとに基づいて、目標とする圧縮比εｔを演算する（ステップＳ１１０）。この目標圧縮比算出のためのマップは、エンジン冷却水温度、吸入空気温度、或いはエミッション等の状況に応じて複数用意され、その時のエンジン運転状況に併せて適宜切り換えられる。
【００４５】
次に、モータ回転角センサ１６４からのサーボモータ１１２の現状回転角度位置を読み込み、これに基づいて現状圧縮比を演算する（ステップＳ１２０）。次いで、演算した圧縮比εｉと目標圧縮比εｔとの一致状況に基づいて、圧縮比の変更を要するか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、上記の両圧縮比が一致していなければ、圧縮比変更を要すると判定し、ＥＣＵ１６０は、圧縮比を目標圧縮比εｔとするための変更指令をサーボモータ１１２に出力し（ステップＳ１４０）、上記の各処理を繰り返す。
【００４６】
このステップ１４０では、現状の圧縮比εｉを目標圧縮比εｔとするに必要なパルス数の駆動信号を、その回転方向をも含めてサーボモータ１１２に出力する。つまり、現状の圧縮比より低圧縮比側に変更する場、ＥＣＵ１６０は、サーボモータ１１２の回転駆動力が小径ギヤ１２３と第２ワンウェイクラッチ１２４によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃが図３における矢印Ｘ＋の方向に回転駆動するよう、サーボモータ１１２の回転方向を決定し、圧縮比変更に要するパルス数の駆動信号を出力する。ＥＣＵ１６０は、こうしたサーボモータ１１２の回転制御を行うに当たり、出力したパルス数とモータ回転角センサ１６４からのパルス数を参酌し、サーボモータ１１２をフィードバック制御する。
【００４７】
一方、高圧縮比側に変更する場は、ＥＣＵ１６０は、サーボモータ１１２の回転駆動力が大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達され、カム軸１０９の軸部１０９ａやカム部１０９ｂおよび可動軸受部１０９ｃが図３における矢印Ｘ−の方向に逆回転駆動するよう、サーボモータ１１２の回転方向を決定し、圧縮比変更に要するパルス数の駆動信号を出力する。この場合、ＥＣＵ１６０は、低圧縮比側への圧縮比推移の場合と逆向きにサーボモータ１１２を回転制御（フィードバック制御）する。こうした制御により、可変圧縮比エンジン１００は、サーボモータ１１２を駆動源とする圧縮比変更機構により既述したようにシリンダブロック１０３を上下動させ、エンジンの圧縮比を高低変更する。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の可変圧縮比エンジン１００では、低圧縮比から高圧縮比の側への圧縮比変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力が大径ギヤ１２１と第１ワンウェイクラッチ１２２によりギヤ軸１１１ｃに伝達されるよう、サーボモータ１１２をある方向（正転方向）に回転制御することで、このサーボモータ１１２の回転駆動力の回転数を、大径ギヤ１２１と第１駆動ギヤ１２５で定まる大きな変速比で落とし、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９を低速度で回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は比較的ゆっくりと上昇して、圧縮比は高圧縮比に変更される。高圧縮比の側への圧縮比変更状況では、エンジンは低負荷運転であることから、圧縮比がゆっくりと高圧縮比に推移しても、ノッキングの発生は起きにくく支障はない。
【００４９】
その一方、高圧縮比から低圧縮比の側への圧縮比変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力が小径ギヤ１２３と第２ワンウェイクラッチ１２４によりギヤ軸１１１ｃに伝達されるよう、サーボモータ１１２を逆転方向に回転制御することで、このサーボモータ１１２の回転駆動力の回転数を、小径ギヤ１２３と第２駆動ギヤ１２６で定まる小さな変速比で高め、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９を高速度で回転駆動する。これにより、シリンダブロック１０３は迅速に降下して、圧縮比は低圧縮比に変更される。しかも、この低圧縮比側への変更状況では、シリンダブロック１０３に対して、燃焼圧と変速比切替ボックス１２０を経たサーボモータ１１２の伝達駆動力とが同じ側に作用するので、燃焼圧を受ける分だけより一層迅速に圧縮比を低圧縮比側に変更できる。この結果、圧縮比の低圧縮比化が求められる高負荷運転状況に運転状態が推移した際には、迅速な低圧縮比化によりノッキングを有効に回避できる。
【００５０】
また、こうした低圧縮比側への変更と高圧縮比側への変更とで、サーボモータ１１２は、その回転方向の正逆制御と圧縮比変更に必要な回転制御を受けるに過ぎず、圧縮比変更方向に応じた特段の制御は不要である。しかも、高圧縮比側への変更状況では、サーボモータ１１２の回転駆動力を、大径ギヤ１２１と第１駆動ギヤ１２５で定まる変速比の高いトルクで、ウォーム１１１ａ，１１１ｂ、引いてはカム軸１０９に伝達するので、大きな駆動力でシリンダブロック１０３を燃焼圧に抗して確実に上昇させて、圧縮比を高圧縮比に変更できる。
【００５１】
こうしたことから、本実施例の可変圧縮比エンジン１００によれば、サーボモータ１１２をほぼ定常の回転数で駆動制御しつつその正逆転制御を行うだけで、低圧縮比側への圧縮比変更の迅速化と、大きな駆動力による高圧縮比側への確実な圧縮比変更を両立することができる。この結果、サーボモータ１１２には、高いモータ動力特性や応答性および広範囲の回転数での回転特性が必要とされないので、サーボモータ１１２、延いてはウォームホイール１１０等を有する圧縮比変更機構を含めたエンジン周りの小型化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施例の可変圧縮比エンジン１００は、圧縮比の高低変更に際して、ギヤとワンウェイクラッチを有する変速比切替ボックス１２０を用いればよいので、機器構成の簡略化を図ることができる。しかも、正逆方向のワンウェイクラッチ採用とモータの正逆回転制御で、カム軸１０９への駆動力の伝達状況を、圧縮比の変更状況に応じて変速比により容易に変更できるので、機器構成をより一層簡略化できる。
【００５３】
次に、第２実施例について説明する。この実施例は、圧縮比変更をコンロッドの屈曲を経て行う点に特徴がある。図７は第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の構成を概略的に示す説明図である。
【００５４】
図示するように、この可変圧縮比エンジン２００は、シリンダブロック２２２とシリンダヘッド２２４を備え、そのシリンダ２２６にピストン２２８を組み込んで備える。ピストン２２８は、屈曲可能に構成されたコンロッド２２７を介してクランクシャフト２２９と連結され、シリンダ内でのピストン２２８の上下往復動は、コンロッド２２７を経てクランクシャフト２２９の回転運動に変換される。コンロッド２２７は、後述する圧縮比変更機構２３０を構成し、その屈曲程度の変更を経てピストン２２８の上死点位置および下死点位置を同時に変化させる。これにより、可変圧縮比エンジン２００は、燃焼室容積を増減させ圧縮比を変更することができる。この詳細は後述する。
【００５５】
次に、圧縮比変更のための構成について詳述する。図８はコンロッド２２７を含む圧縮比変更機構２３０を示す概略斜視図、図９はこの圧縮比変更機構２３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【００５６】
図８に示すように、圧縮比変更機構２３０は、コンロッド２２７を、ピストン２２８の側の第１コンロッド２３１と第２コンロッド２３２とを連結して構成する。第１コンロッド２３１は、その上部の小端部２３３で、ピストン２２８とピストンピン２３４により回動可能に連結されている。第２コンロッド２３２は、その下部の大端部２３５で、クランクシャフト２２９の図示しないクランクピンと回転可能に連結されている。また、この第１、第２の両コンロッドは、第１コンロッド下端側と第２コンロッド上端側でコンロッドピン２３６を介して互いに回動可能に連結されており、この連結箇所でリンク機構を構成している。
【００５７】
第１コンロッド２３１は、下端側に突出部２３１ａを備え、この突出部２３１ａで、コントロールロッド２３７の一端側とピン２３８により回動可能に連結されている。コントロールロッド２３７は他端側に貫通孔２３７ａを備え、この貫通孔２３７ａには、コントロールシャフト２３９が回動可能に嵌合組み付けされている。そして、第１、第２の両コンロッドの連結箇所に構成されるリンク機構には、突出部２３１ａやピン２３８も含まれ、コントロールロッド２３７は、このリンク機構に連結されていることになる。
【００５８】
この他、圧縮比変更機構２３０はコントロールシャフトガイド２４０を有し、当該シャフトガイドをシリンダブロック２２２（図７参照）に回動可能に支持する。このコントロールシャフトガイド２４０は、その両端部と途中複数箇所に断面円形の軸受部２４１を備え、隣り合う軸受部２４１の間を、断面三日月形に切欠形成した連結部２４２とする。連結部２４２は、エンジンの気筒数と同じ数だけ用意され、各連結部の切欠領域２４３にコントロールシャフト２３９が位置するよう、このコントロールシャフト２３９はコントロールシャフトガイド２４０に嵌合・固定されている。つまり、コントロールシャフト２３９はコントロールシャフトガイド２４０の回動中心軸（中心軸）Ｘから偏心した位置に嵌合・固定される。よって、コントロールシャフトガイド２４０が回動することで、コントロールシャフト２３９は中心軸Ｙに対して揺動してその位置を変え、これによりコントロールロッド２３７はピン２３８を介して第１コンロッド２３１を第２コンロッド２３２に対して屈曲変位させる。こうしてコンロッド２２７が屈曲すると、その屈曲程度に応じてピストン２２８の上死点位置と下死点位置長は同時に変わり、可変圧縮比エンジン２００は圧縮比を変更する。この場合、圧縮比変更、即ちコントロールシャフトガイド２４０の回動状況は、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ（図示略）により制御される。
【００５９】
なお、コントロールシャフト２３９が揺動する際に、コントロールロッド２３７が連結部２４２と干渉しないよう、連結部２４２は、その断面形状および寸法が設定されている。
【００６０】
可変圧縮比エンジン２００は、上記の圧縮比変更機構２３０においてコントロールシャフト２３９の揺動（即ち、圧縮比可変）を起こすため、図７および図９に示すように、そのアクチュエータとしてのサーボモータ１１２とウォームギア２４７を有する。また、可変圧縮比エンジン２００は、既述した可変圧縮比エンジン１００と同様、サーボモータ１１２とウォームギア２４７との間に変速比切替ボックス１２０を有する。
【００６１】
ウォームギア２４７は、変速比切替ボックス１２０からのギヤ軸１１１ｃに連結されたウォーム２４８と、コントロールシャフトガイド２４０に連結された直結されたウォームホイール２４９とで構成される。従って、コントロールシャフトガイド２４０は、サーボモータ１１２の回転に伴って回転し、その回転方向と回転角はモータ制御により定まる。この際、サーボモータ１１２の回転駆動力は変速比切替ボックス１２０により第１実施例の可変圧縮比エンジン１００と同様に伝達される。
【００６２】
サーボモータ１１２の回転駆動力が変速比切替ボックス１２０を経てウォーム２４８に伝達され、当該ウォームが回転すると、コントロールシャフトガイド２４０はこの回転程度に応じた角度だけ回転し、既述したように、コントロールシャフト２３９とコントロールロッド２３７を変位させる。このコントロールロッド２３７の変位によりコンロッド２２７の屈曲状態が定まり、エンジンの圧縮比εが変化する。本実施例では、コントロールシャフト２３９は、コントロールシャフトガイド２４０の中心軸Ｙ周りに略３時の方向から略６時の方向の９０°の範囲で変位可能であり、６時の方向ほど圧縮比εが高くなるように設定されている。この回転方向は、可変圧縮比エンジン１００と同様、サーボモータ１１２の回転方向で定まり、変速比切替ボックス１２０の有する既述したギヤ構成から、モータの回転駆動力の伝達トルクについても高圧縮比側への変更状況で大きくなる。
【００６３】
次に、上記したコンロッド屈曲タイプの可変圧縮比エンジン２００における燃焼室燃焼圧とサーボモータ１１２から伝達される駆動力の関係について説明する。図１０は第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【００６４】
図１０に示すように、可変圧縮比エンジン２００の圧縮比が高圧縮比にある場合では、コントロールシャフト２３９は、ウォームホイール２４９、延いてはコントロールシャフトガイド２４０の中心軸Ｙ周りに略８時の方向に位置する。そして、図示するようにピストン２２８が上死点にある状況下では、コンロッド２２７は、ピストン２２８におけるピストンピン２３４の中心を通る鉛直線から角度θだけ第１コンロッド２３１を反時計方向に位置させる。よって、第１、第２のコンロッドを連結するコンロッドピン２３６は上記の鉛直線の右側に位置し、第２コンロッド２３２は、このコンロッドピン２３６からクランクシャフト２２９のクランクピン２２９ａに向けて屈曲して延びている。
【００６５】
一方、可変圧縮比エンジン２００の圧縮比が低圧縮比にある場合では、コントロールシャフト２３９は図示する略５時の方向に位置してコンロッドピン２３６を図中右方向に位置変位させる。よって、第１コンロッド２３１は、高圧縮比の場合より大きな角度θをなして反時計方向に位置し、これに伴い、第２コンロッド２３２は、図示するピストン２２８の上死点の状況下において、より屈曲して図示するような位置関係を採る。
【００６６】
コントロールシャフト２３９並びに第１コンロッド２３１、コンロッドピン２３６等が上記位置関係にあると、燃料の燃焼圧は、ピストン２２８を押し下げよる力（ピストン押下力ＰＦ）として作用する。このピストン押下力ＰＦは、ピストンピン２３４の中心を通る鉛直線方向に沿った力であり、第１コンロッド２３１の軸に沿った分力Ｆとピストン周壁に向かうピストンサイドフォース（図示略）に分解される。この分力Ｆは、コンロッドピン２３６において第１コンロッド２３１のほぼ延長線にそった方向の力となり、第２コンロッド２３２の軸に沿った分力Ｔと、コントロールロッド２３７の軸に沿った分力Ｓに分解される。この分力Ｓは、図示するように、コンロッドピン２３６がピストンピン２３４の中心を通る鉛直線の右方にある限りにおいては、コントロールロッド２３７を引っ張る側に、このコントロールロッド２３７に対して作用する。
【００６７】
燃焼圧によるピストン押し下げによりクランクシャフト２２９は回転し、コンロッドピン２３６がピストンピン２３４の中心を通る鉛直線の左方に位置することになる。よって、ピストン押下力ＰＦが作用したままであるならば、分力Ｓはコントロールロッド２３７を押し戻す側の力となる。しかしながら、上記のピストン押下力ＰＦは、膨張行程の直前から徐々に上昇して燃料爆発時にピークとなり、膨張行程の後半ではほぼ消失する。このため、コンロッドピン２３６が上記鉛直線の左方に位置変位しても、コントロールロッド２３７が分力Ｓにより押し戻されようとする事態は、実質的に起きない。
【００６８】
圧縮比を高圧縮比の側から低圧縮比の側に変更する状況では、可変圧縮比エンジン２００は、図１０の高圧縮比状態にあり、圧縮比変更機構２３０は、サーボモータ１１２（図９参照）の回転駆動力の伝達をウォームギア２４７を経て受け、コントロールシャフトガイド２４０を図中矢印ＨＹの方向に回転させる。この回転駆動力を受けるコントロールロッド２３７は、コンロッドピン２３６を図１０の低圧縮比状態に示すように位置変位させる。
【００６９】
こうしたコンロッドピン２３６の位置変位の際には、ピストン２２８に作用する燃焼圧によるピストン押下力ＰＦの分力Ｓも、既述したようにコントロールロッド２３７にこれを引っ張る側に作用する。この分力Ｓが作用する方向は、コントロールシャフトガイド２４０（ウォームホイール２４９）を矢印ＨＹの方向に回転させようとする向きに合致する。よって、サーボモータ１１２によるウォームホイール２４９の駆動力と分力Ｓによるコントロールロッド２３７の引っ張り力とが、ウォームホイール２４９に対して略同じ回転方向の力として作用する。このため、この第２実施例にあっても、高圧縮比の側から低圧縮比に圧縮比変更を行う際には、燃焼圧を圧縮比変更のための駆動力として補助的に用いることができる。
【００７０】
以上説明した第２実施例の可変圧縮比エンジン２００であっても、既述した可変圧縮比エンジン１００と同様、圧縮比制御を実行する上記したＥＣＵ１６０の他、種々のセンサを備え、図４、図５で説明したようにエンジンの運転状況に応じて圧縮比を種々変更する。よって、この第２実施例によっても、変速比切替ボックス１２０を用いてサーボモータ１１２から圧縮比変更機構２３０に駆動力を伝達すると共に、サーボモータ１１２の正逆回転制御を通した圧縮比の高低変更を行うので、第１実施例と同様の既述した効果（例えば、構成の簡略化等）を奏することができる。
【００７１】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００７２】
例えば、上述した第１実施例においては、カム部１０９ｂ−シリンダブロック１０３、可動軸受部１０９ｃ−ロアケース１０４の組み合わせで圧縮比変更機構を構築したが、カム部−ロアケース、可動軸受部−シリンダブロックの組み合わせで圧縮比変更機構を構築しても良い。また、カム部１０９ｂの形状は正円であることが好ましいが、正円でなくでも機能し得る。例えば、上述した実施例において、長径がカム部１０９ｂと同じ長さを有する楕円や卵形をしていても機能し得る。
【００７３】
さらに、第１実施例のタイプの可変圧縮比エンジンにあっては、Ｖ型エンジンにも容易に適用できる。この場合、各バンク毎に上述した一対のカム軸を配置しても良いし、両バンクの基部に一対のカム軸を配置して、両バンクによって形成される中心角の中央方向にＶ型のバンク全体をスライドさせて圧縮比を変えてもよい。
【００７４】
また、モータ駆動力を圧縮比変更機構に伝達するに当たり、正逆のワンウェイクラッチを併用した変速比切替ボックス１２０を採用し、モータを正逆回転制御する例について説明したが、次のようにすることもできる。
変速比切替ボックス１２０に代わり、リバースギヤ機構と正転・逆転時で変速比を切り換えるギヤ機構を有するギヤボックスを採用し、サーボモータを一方方向に定常運転するようにすることもできる。或いは、正逆方向の回転を同じ電力で起こす際に、正逆方向で発生トルクが相違するリラクタンスモータを用いれば、高圧縮比側への変更時には大きなトルクを発生し、低圧縮比側への変更時には小さなトルクで高速回転するようにできる。この場合には、変速比切替ボックス等は不要であり、モータの正逆回転制御だけで済む。
【００７５】
更に、コンロッド屈曲タイプの第２実施例の可変圧縮比エンジン２００にあっては、コンロッドの屈曲の様子を、次のように変形することもできる。図１１は変形例の可変圧縮比エンジン２００Ａの要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【００７６】
図示するように、この変形例では、可変圧縮比エンジン２００Ａの圧縮比が高圧縮比にある場合では、コンロッド２２７は、ピストン２２８におけるピストンピン２３４の中心を通る鉛直線から角度θだけ第１コンロッド２３１を時計方向に位置させ、コンロッドピン２３６をこの鉛直線の左側に位置させている。よって、既述した分力Ｓは、コントロールロッド２３７をコントロールシャフトガイド２４０の側に押し戻す方向に作用する。しかしながら、この変形例では、コントロールシャフト２３９は、高圧縮比で略５時方向に位置し、低圧縮比で略７時方向に位置し、高圧縮比から低圧縮比への変更時には、図中矢印ＨＹのように回転駆動する。従って、この変形例にあっても、燃焼圧によるピストン２２８に作用するピストン押下力ＰＦの分力Ｓがコントロールロッド２３７に作用する方向は、低圧縮比側へのコントロールシャフトガイド２４０（ウォームホイール４９）の回転向きに合致する。このため、コンロッドピン２３６等が図１１に示すような位置関係を採っても、高圧縮比の側から低圧縮比に圧縮比変更を行う際には、燃焼圧を圧縮比変更のための駆動力として補助的に用いることができるので、既述した実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例に係る可変圧縮比エンジン１００の概略分解斜視図である。
【図２】 この可変圧縮比エンジン１００の概略構成を一部分解斜視図を含めて示す概略斜視図である。
【図３】 可変圧縮比エンジン１００にて圧縮比を変更する際の機器駆動の様子を説明する説明図である。
【図４】 可変圧縮比エンジン１００の圧縮比変更制御に関与する機器構成を概略的に説明するブロック図である。
【図５】 圧縮比変更制御を示すフローチャートである。
【図６】 圧縮比制御の内容を説明するための説明図である。
【図７】 第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の構成を概略的に示す説明図である。
【図８】 コンロッド２２７を含む圧縮比変更機構２３０を示す概略斜視図である。
【図９】 この圧縮比変更機構２３０における駆動力の伝達の様子と圧縮比変更の様子を説明する説明図である。
【図１０】 第２実施例に係る可変圧縮比エンジン２００の要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【図１１】 変形例の可変圧縮比エンジン２００Ａの要部を模式的に示すと共に高圧縮比・低圧縮比の状況下での作動状況を説明する説明図である。
【符号の説明】
１００…可変圧縮比エンジン
１０２…シリンダ
１０３…シリンダブロック
１０４…ロアケース
１０５…カム収納孔
１０６…ボルト
１０７…キャップ
１０８…軸受収納孔
１０９…カム軸
１０９ａ…軸部
１０９ｂ…カム部
１０９ｃ…可動軸受部
１０９ｄ…取付部
１１０…ウォームホイール
１１１ａ，１１１ｂ…ウォーム
１１１ｃ…ギヤ軸
１１２…サーボモータ
１１５…クランクシャフト
１２０…変速比切替ボックス
１２１…大径ギヤ
１２２…第１ワンウェイクラッチ
１２３…小径ギヤ
１２４…第２ワンウェイクラッチ
１２５…第１駆動ギヤ
１２６…第２駆動ギヤ
１６１…スロットルセンサ
１６２…アクセルセンサ
１６３…回転数・クランク角センサ
１６４…モータ回転角センサ
２００，２００Ａ…可変圧縮比エンジン
２２２…シリンダブロック
２２４…シリンダヘッド
２２６…シリンダ
２２８…ピストン
２２７…コンロッド
２２９…クランクシャフト
２２９ａ…クランクピン
２３０…圧縮比変更機構
２３１…第１コンロッド
２３２…第２コンロッド
２３３…小端部
２３４…ピストンピン
２３５…大端部
２３６…コンロッドピン
２３１ａ…突出部
２３７…コントロールロッド
２３８…ピン
２３７ａ…貫通孔
２３９…コントロールシャフト
２４０…コントロールシャフトガイド
２４１…軸受部
２４２…連結部
２４３…切欠領域
２４７…ウォームギア
２４８…ウォーム
２４９…ウォームホイール
ＰＦ…ピストン押下力
Claims (4)
- 圧縮比変更のための回転駆動力を発生する駆動源と、該回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを変えて前記回転駆動力の伝達が可能な伝達手段と、該伝達手段からの伝達駆動力を受けて圧縮比変更のために燃焼室の容積を可変するよう前記燃焼室の軸方向に駆動可能とされ、前記圧縮比変更に際して、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際の前記伝達駆動力を、前記燃焼室の軸方向に作用する燃焼室内の燃焼圧と同じ向きに前記伝達手段から受けて駆動し、低圧縮比から高圧縮比側への圧縮比変更の際の前記伝達駆動力を、前記燃焼圧が作用する軸方向の向きと逆の向きに前記伝達手段から受けて駆動する圧縮比変更機構とを備えるエンジンの圧縮比を変更する方法であって、
前記圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する高圧縮比化状況では、前記駆動源の回転駆動力を、前記圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する低圧縮比化状況よりも高いトルクで前記圧縮比変更機構に前記伝達駆動力として伝達する、エンジンの圧縮比変更方法。 - エンジンの圧縮比を変更可能なエンジンであって、
圧縮比変更のための回転駆動力を発生する駆動源と、
該回転駆動力を伝達する際の伝達トルクを変えて前記回転駆動力の伝達が可能な伝達手段と、
該伝達手段からの伝達駆動力を受けて圧縮比変更のために燃焼室の容積を可変するよう前記燃焼室の軸方向に駆動可能とされ、前記圧縮比変更に際して、高圧縮比から低圧縮比側への圧縮比変更の際の前記伝達駆動力を、前記燃焼室の軸方向に作用する燃焼室内の燃焼圧と同じ向きに前記伝達手段から受けて駆動し、低圧縮比から高圧縮比側への圧縮比変更の際の前記伝達駆動力を、前記燃焼圧が作用する軸方向の向きと逆の向きに前記伝達手段から受けて駆動する圧縮比変更機構とを備え、
前記駆動源の回転駆動力を前記圧縮比変更機構に前記伝達駆動力として伝達するに当たり、前記圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に変更する高圧縮比化状況では、前記圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に変更する低圧縮比化状況よりも高いトルクで伝達するよう、前記伝達手段を制御する、可変圧縮比エンジン。 - 請求項２記載の可変圧縮比エンジンであって、
前記伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力を変速比を変えて伝達する可変速伝達機器を備え、該可変速伝達機器を、変速比が前記高圧縮比化状況では前記低圧縮比化状況よりも大きくなるよう、制御する、可変圧縮比エンジン。 - 請求項３記載の圧縮比可変エンジンであって、
前記駆動源は、正逆方向の回転駆動力を発生可能とされ、
前記可変速伝達機器は、前記回転駆動力を正回転方向と逆回転方向に選択してそれぞれ伝達する第１、第２のワンウェイクラッチと、各ワンウェイクラッチに対応して設けられ、異なる変速比で前記回転駆動力を伝達する第１、第２のギヤとを備え、
前記伝達手段は、前記駆動源の回転駆動力方向を、前記高圧縮比化状況では前記変速比が大きい側の回転方向とし、前記低圧縮比化状況では前記変速比が小さい側の回転方向となるように、前記駆動源を駆動制御する、可変圧縮比エンジン。
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