JP4821434B2 - 複リンク式可変圧縮比エンジン - Google Patents

Description

本発明は、複リンク式可変圧縮比エンジンに関する。

エンジンの燃費を向上するため、シリンダヘッドに設けた可変容積用ピストンによって燃焼室容積を変化させて、エンジンの機械圧縮比を可変にする技術が開示されている(特許文献１参照)。

特許文献１に記載されたエンジンでは、空燃比が薄い(リーン)状態では機械圧縮比を高くすることでリーン燃焼限界域を拡大し、空燃比が濃い（リッチ）状態では機械圧縮比を低くすることでノッキングの発生を抑制する。
特公平６−３１４９号公報

特許文献１に記載の可変圧縮比エンジンでは、低負荷運転領域において、機械圧縮比を高くしてリーン燃焼を行うため、ＮＯｘ排出量を減少して燃費を向上させることはできる。しかしながら、リーン燃焼時に単に機械圧縮比を高くするだけでは、燃焼室Ｓ/Ｖ比（表面積／体積比）が増大して冷却損失が悪化してしまう。この冷却損失の悪化に起因するノッキングの発生を抑制するため、機械圧縮比が低い時よりもＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）を遅角させると、ピストン上死点近傍における燃焼性が不安定となり、熱効率向上を十分に図ることができないという問題がある。

そこで、本発明は、燃焼性が不安定になる運転領域において、機械圧縮比を高くするとともにスキッシュ流を強くすることができる複リンク式可変圧縮比エンジンを提供することを目的とする。

本発明は、シリンダヘッドの内壁と、シリンダ内を往復動するピストンの冠面とで燃焼室を形成するエンジンにおいて、シリンダの内径周縁にシリンダヘッドの内壁と対向する対向面を有するピストンと、ピストンの上死点位置を変化させることで、シリンダヘッドの下面とピストンの対向面との間の間隙を調整して、燃焼室に生じるスキッシュ流の強さを調整する間隙調整手段と、エンジンの負荷に基づいて低負荷運転制御又は高負荷運転制御を行う運転制御手段を備え、低負荷運転制御時は高負荷運転制御時よりも間隙を小さくすることで、燃焼性が安定するように機械圧縮比を高くするとともにスキッシュ流を強くする。

本発明は、シリンダヘッドの内壁と、シリンダ内を往復動するピストンの冠面とで燃焼室を形成するエンジンにおいて、シリンダの内径周縁にシリンダヘッドの内壁と対向する対向面を有するピストンと、ピストンの上死点位置を変化させることで、シリンダヘッドの下面とピストンの対向面との間の間隙を調整して、燃焼室に生じるスキッシュ流の強さを調整する間隙調整手段と、エンジンの負荷に基づいて低負荷運転制御又は高負荷運転制御を行う運転制御手段と、を備え、間隙調整手段は、ピストンに回動自由に連結する第１のリンクと、第１のリンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２のリンクと、クランクシャフトと平行にシリンダブロックに回転自由に支持され、その回転軸心に対して偏心する偏心軸部を有するコントロールシャフトと、第２のリンクに回転自由に連結されるとともに、コントロールシャフトの偏心軸部を揺動軸心として揺動可能な第３のリンクと、を有し、コントロールシャフトが回転し偏心軸部の位置が移動することでピストン上死点位置が変化して機械圧縮比が可変となるように構成されるとともに機械圧縮比が高くなるほどピストンの上死点付近滞在期間が長くなるように構成され、低負荷運転制御時には高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして間隙を小さくすることで燃焼性が安定するようにスキッシュ流を強くすることを特徴とする。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、複リンク式可変圧縮比エンジンの第１実施形態を示す概略図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン１は、ピストン１１とクランクシャフト２１とをアッパリンク２２、ロアリンク２３で連結して、コントロールリンク２４でロアリンク２３の姿勢を制御することで機械圧縮比を変更できるようになっている（間隙調整手段）。

このような複リンク式可変圧縮比エンジン１において、ピストン１１はシリンダブロック２０のシリンダ１２内に収装され、このピストン１１の冠面１１ａと、シリンダ１２のシリンダ壁と、シリンダヘッド１０とによって燃焼室２が形成される。この燃焼室２において燃料が燃焼すると、ピストン１１は燃焼による燃焼圧力を受けて、シリンダ１２内を往復動する。

アッパリンク２２は、その上端でピストンピン３１を介してピストン１１に連結する。また、アッパリンク２２の下端は、連結ピン３２を介してロアリンク２２の一端に連結する。

ロアリンク２３は、その一端が連結ピン３２を介してアッパリンク２２に連結する。また、ロアリンク２３の他端は、連結ピン３３を介してコントロールリンク２４に連結する。ロアリンク２３は、図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔を有する。ロアリンク２３は、この連結孔にクランクシャフト２１のクランクピン２１ａを挿入し、クランクピン２１ａを中心軸として揺動する。

クランクシャフト２１は、複数のクランクピン２１ａとジャーナル２１ｂとを備える。ジャーナル２１ｂは、シリンダブロック２０及びラダーフレーム３４によって回転自在に支持される。クランクピン２１ａは、ジャーナル２１ｂから所定量偏心しており、ここにロアリンク２３が揺動自在に連結する。

コントロールリンク２４は、その一端が連結ピン３３を介してロアリンク２３に連結する。コントロールリンク２４の他端は、連結ピン３５を介してコントロールシャフト４１に連結する。このコントロールリンク２４は、連結ピン３５を中心として揺動する。

コントロールシャフト４１は、その外周にギアが形成する。そのギアがアクチュエータ４２の回転軸４３に設けられたピニオン４４に噛合する。コントロールシャフト４１はアクチュエータ４２によって制御され、連結ピン３５を移動させる。この連結ピン３５が移動させることによって、アッパリンク２２及びロアリンク２３の姿勢を変更でき、複リンク式可変圧縮比エンジン１の機械圧縮比を変更することができる。

図２は、複リンク式可変圧縮比エンジン１による機械圧縮比の変更方法を説明する概略図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン１は、コントロールシャフト４１を回転して連結ピン３５の位置を変更することによって、ピストン１１の上死点位置が変化して機械圧縮比を変更できる。例えば、図２(Ａ)及び図２(Ｃ)に示すように、連結ピン３５を位置Ａにすれば、上死点位置が高くなり高圧縮比になる。また、図２(Ｂ)及び図２(Ｃ)に示すように、連結ピン３５を位置Ｂにすると、コントロールリンク２４が上方へ押し上げられ、連結ピン３３の位置が上がる。これによりロアリンク２３はクランクピン２１ａを中心として反時計方向に回転して連結ピン３２が下がり、これによりピストン１１の上死点位置も下がって低圧縮比になる。

また、複リンク式可変圧縮比エンジン１は、機械圧縮比が一定である通常のエンジン(以下「通常エンジン」と称する）に比べて、ピストン１１が上死点付近に滞在する期間が長いという特性がある。

図３（Ａ）は、複リンク式可変圧縮比エンジン１のピストン１１の挙動を示す図である。図３(Ｂ)は、図３（Ａ）の点線部の拡大図である。図３（Ａ）において、破線は通常エンジンのピストン挙動を示す。また、細実線は通常エンジンと同じ機械圧縮比（低圧縮比）にした複リンク式可変圧縮比エンジンのピストン挙動を示し、太実線は細実線よりも高圧縮比の複リンク式可変圧縮比エンジンのピストン挙動を示す。

ピストン１１が上死点から所定の距離内にあるときを、ピストン上死点付近滞在期間と定義すると、図３（Ａ）に示すように複リンク式可変圧縮比エンジン１では、同じ機械圧縮比である通常エンジンに比べて、ピストン上死点付近滞在期間が長くなる。つまり、図３（Ｂ）に示す通り、高圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ₁が、低圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ₂よりも長くなる。

複リンク式可変圧縮比エンジン１は、通常エンジンと機械圧縮比が同じ場合であってもピストン上死点付近滞在期間が長い。また、通常エンジンよりも機械圧縮比が高い場合には、ピストン上死点付近滞在期間がさらに長くなる。このように、ピストン１１が上死点付近に長く滞在するということは、燃焼中に高圧縮状態が長く維持されるため、低負荷運転領域でのリーン燃焼時や希釈燃焼時であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができる。

一方、図１に示す複リンク式可変圧縮比エンジン１では、シリンダヘッド１０に形成される吸気ポート５に、燃焼室２と連通するように吸気通路５０が接続する。また、排気ポート６には、燃焼室２と連通するように排気通路６０が接続する。

吸気通路５０は、エアフローセンサ５１及びその下流にスロットルバルブ５２を備える。エアフローセンサ５１は、外部から取り込まれる新気の新気量を検出する。吸気通路５０と接続する吸気ポート５には、燃料噴射弁５３が設置される。この燃料噴射弁５３は、目標空燃比となるように空気量に応じた燃料を吸気ポート５内に噴射し、混合気を形成する。また、吸気ポート５には、吸気バルブ５４が設置される。この吸気バルブ５４はカムシャフト７によって駆動され、吸気ポート５を開閉して燃焼室２に混合気を導入する。導入された混合気は、燃焼室２の上側に設置された点火プラグ３によって点火されて爆発燃焼する。

排気ポート６には排気バルブ６４が設置される。排気バルブ６４は、カムシャフト８によって駆動され、排気ポート６を開閉する。排気ポート６に接続する排気通路６０には、燃焼室２で燃焼した燃焼ガスが排出される。この排気通路６０にはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置６１が設けられ、排気通路６０を流れる燃焼ガスの一部を、ＥＧＲ通路６１ｂを介して吸気通路５０に再循環させる。

ＥＧＲ装置６１は、ＥＧＲ通路６１ｂに設けたＥＧＲバルブ６１ａを有する。ＥＧＲバルブ６１ａは開度に応じて、吸気通路５０に再循環させるＥＧＲガス量を調整する。ここで、ＥＧＲ装置６１により排気通路６０から吸気通路５０に再循環して、再度燃焼室２に吸入されるＥＧＲガスを外部ＥＧＲガスという。この外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ装置６１を経由して流れる間に冷却されるため、低温ＥＧＲガスともいう。

次に、複リンク式可変圧縮比エンジン１の燃焼室２の近傍の構成について説明する。図４（Ａ）は、複リンク式可変圧縮比エンジン１の燃焼室２の近傍を拡大した概略図である。図４（Ｂ）は、ピストン１１が上死点位置にある時のスキッシュ流を示す。

図４（Ａ）に示す通り、シリンダヘッド１０の下面には、圧縮面１０ａが形成される。この圧縮面１０ａは、シリンダ１２よりも径方向内側に突出し、ピストン１１の冠面１１ａと平行状態で対向する。つまり、ピストン１１は、シリンダ１２の内径周縁にシリンダヘッドの圧縮面１０ａと平行に対向する対向面を有する。したがって、ピストン１１が上死点位置にある場合に、シリンダヘッド１０の圧縮面１０ａとピストン１１との間は、所定の間隙（以下「スキッシュクリアランス」と称する）を有する。したがって、ピストン１１が下死点から上死点に移動した場合には、図４（Ｂ）に示すように、スキッシュクリアランスで圧縮された混合気が燃焼室２の中央に向けて押し出されて、燃焼室２にスキッシュ流が生じる。

スキッシュ流の強さはスキッシュクリアランスを調整することで制御でき、スキッシュクリアランスはピストン１１の上死点位置を変えることによって調整できる。つまり、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、機械圧縮比を低くしてピストン１１の上死点位置を低くする場合にはスキッシュクリアランスは大きくなり、スキッシュ流を弱めることができる。これに対して、機械圧縮比を高くしてピストン１１の上死点位置を高くする場合にはスキッシュクリアランスは小さくなり、スキッシュ流を強めることができる。したがって、本発明に係る複リンク式圧縮比エンジン１では、スキッシュ流と高圧縮比化によって低負荷運転領域でのリーン燃焼時やＥＧＲガスによる希釈燃焼時の燃焼性の安定化を図ることができる。

複リンク式可変圧縮比エンジン１は上述したような特性を有することから、図５に示すように、リーン燃焼時にＮＯｘ排出量を低減できる特性を有する。図５(Ａ)は、空燃比と燃焼安定度との関係を示す。破線は機械圧縮比が８〜１２程度である通常エンジンの特性を示し、太線は高圧縮比時の複リンク式可変圧縮比エンジン１の特性を示す。

通常エンジンでは、燃焼性の安定を確保できる空燃比は２２程度である。一方、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、高圧縮比においてピストン１１の上死点付近滞在時間が通常エンジンよりも長くなり、スキッシュ流も機械圧縮比に応じて強くすることで、燃焼性の安定する領域を拡大できる。そのため、高圧縮比(例えば、圧縮比１８程度)にすることによって、空燃比が３０程度であっても安定した燃焼性を得ることができる。

また、ＮＯｘ排出量については、図５(Ｂ)に示す通り、空燃比が２２程度では通常エンジンの方が複リンク式可変圧縮比エンジン１よりもＮＯｘ排出量は少ない。しかしながら、複リンク式可変圧縮比エンジン１では、空燃比を略３０(空気過剰率λを略２）以上までリーン燃焼限界域を拡大することができるため、ＮＯｘがほとんど排出されないという特性を有する。

コントローラ７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを備える。
このコントローラ７０には、エアフローセンサ５１や図示しないクランク角センサ等の車両運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。コントローラ７０は、これら出力に基づいてアクチュエータ４２を制御してコントロールシャフト４１を回転させて機械圧縮比を変更し、また吸気通路５０に設けられたスロットルバルブ５２、燃料噴射弁５３及び点火プラグ３を制御する。

ここで、コントローラ７０で行われる制御内容について、図６に従って説明する。

図６は、複リンク式可変圧縮比エンジン１の制御を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、コントローラ７０は、エアフローセンサ５１の検出信号に基づいて新気量を検出する。

次に、ステップＳ１０２において、コントローラ７０は、ステップＳ１０１で検出した新気量に基づいて、複リンク式可変圧縮比エンジン１が高負荷運転領域であるか否かを判定する。

高負荷運転領域であるときは、ステップＳ１０３へ処理を移行し、高負荷運転制御を行う。高負荷運転領域は、全負荷を含む運転領域である。また、高負荷運転領域でない場合には、ステップＳ１０７へ処理を移行し、低負荷運転制御を行う。低負荷運転制御の詳細については、後述する。

高負荷運転領域にある場合には、ステップＳ１０４において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御して、コントロールシャフト４１を回転させ、負荷に応じて機械圧縮比を小さい値に設定する。なお、機械圧縮比は、例えばＲＯＭに予め実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定する。

ステップＳ１０５において、コントローラ７０は、空燃比がストイキ、つまり空気過剰率λが１となるように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御する。

ステップＳ１０６において、コントローラ７０は、負荷に応じてＥＧＲバルブ６１ａの開度を調整する。これにより、外部ＥＧＲガスを吸気通路５０に還流し希釈燃焼を行う。なお、目標ＥＧＲ率を維持するためのＥＧＲバルブ開度は、例えばＲＯＭに、予め実験を通じて設定したマップを格納しておき、この特性に基づいて決定する。

複リンク式可変圧縮比エンジン１が低負荷運転領域にある場合には、ステップＳ１０８において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御して、負荷に応じて機械圧縮比を大きい値に設定し、ステップＳ１０９に移行する。

ステップＳ１０９において、負荷に応じて空気過剰率λが２以上となるように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御して、リーン燃焼を行う。低負荷運転領域では、この燃料噴射量でエンジン負荷を調整し、外部ＥＧＲガスの吸気通路５０への還流を遮断する。

図７は、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第１実施形態における動作を示すタイムチャートである。図７（Ａ）に示すように、エンジン負荷が時刻ｔ０の全負荷から時間経過とともに負荷が小さくなる場合を例示して説明する。

時刻ｔ０〜ｔ１までは高負荷運転領域にあり、コントローラ７０はステップＳ１０１〜Ｓ１０６の制御を繰り返す。高負荷運転領域では、複リンク式可変圧縮比エンジン１の機械圧縮比は、エンジン負荷の低下に応じて最小圧縮比から徐々に高くなるように制御する（図７（Ｂ））。なお、この運転領域では、機械圧縮比が相対的に小さくても、スキッシュ流が生じないようにスキッシュクリアランスが設定されている（図７（Ｃ））。また、燃料噴射弁５３は、空気過剰率λが１を維持するように制御されており（図７（Ｄ））、ＥＧＲ装置６１によって目標ＥＧＲ率になるように外部ＥＧＲガスを吸気通路５０に導入して、希釈燃焼を行う。ＥＧＲ装置６１のＥＧＲバルブ６１ａは、負荷の低下に伴い開度が大きくなるように調整され、外部ＥＧＲガスの導入量を増大させる（図７（Ｅ））。このように高負荷運転領域では、ＥＧＲ装置６１によってＮＯｘ排出量を低減するとともに、機械圧縮比を低くしてノッキングを防止して燃焼性の安定化を図る。

エンジン負荷が低下して、時刻ｔ１において低負荷運転領域になると、コントローラ７０はステップＳ１０７〜Ｓ１０９の制御を繰り返す。

低負荷運転領域では、機械圧縮比は高負荷運転領域よりも高い値から最大圧縮比の範囲において制御される（図７（Ｂ））。この低負荷運転領域では、燃焼室２内でスキッシュ流が発生するようにスキッシュクリアランスが設定され、機械圧縮比が高くなるにつれてスキッシュ流が強くなる（図７（Ｃ））。また、リーン燃焼を行うため、負荷の低下に伴い空気過剰率λが２から大きくなるように燃料噴射量を制御する（図７（Ｄ））。なお、リーン燃焼によりＮＯｘ排出量を低減できるので、ＥＧＲ装置６１による外部ＥＧＲガスの導入は行わない（図７（Ｅ））。

図８は、第１実施形態における低負荷運転時のスキッシュ流による熱発生率の改善効果を示す図である。実線は、複リンク式可変圧縮比エンジン１において、高圧縮比でスキッシュ流がある場合の熱発生率を示し、破線は高圧縮比でスキッシュ流がない場合の熱発生率を示す。

低負荷運転領域において、機械圧縮比を単に高圧縮比（例えば圧縮比１８）にするだけでは、高圧縮比なるに伴い燃焼室Ｓ／Ｖ比が増大して、冷却損失が増加してしまう。冷却損失が悪化するとノッキングの発生が問題となるため、ＭＢＴを低圧縮比時よりも遅角させる必要がある。すると、図８の破線に示すように、燃焼後半の燃焼速度は燃焼前半よりも遅くなり、ピストン１１が上死点にある時の熱発生率も小さくなる。このように、ピストン１１の上死点における燃焼性が悪化すると、機械圧縮比を高くしても熱効率向上の効果を十分に得ることができない。

しかしながら、第１実施形態では、高圧縮比にしてスキッシュ流を強くするため、実線に示すように燃焼後半の燃焼速度が速くなり、単に高圧縮比にした場合と比較して燃焼性が向上し、高圧縮比化による熱効率向上の効果を十分に得ることができる。

このように低負荷運転領域では、負荷の低下に伴って空気過剰率λを２より大きくしてリーン燃焼しても、機械圧縮比を高くして、かつスキッシュ流を強くするため、燃焼の安定性を図ることが可能となる。

以上により、第１実施形態は下記の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、高負荷運転領域ではスキッシュ流を発生させず、負荷の低下に伴って機械圧縮比と外部ＥＧＲガスの導入量を制御することで、ノッキングを防止しつつＮＯｘ排出量の低減を図ることが可能となる。

低負荷運転領域では、負荷の低下に伴って、機械圧縮比を高く、かつスキッシュ流を強くすることで、例えば空気過剰率λが２（空燃比で略３０）程度までリーン燃焼限界域を拡大することができ、ＮＯｘ排出量を低減するとともに燃費向上を図ることが可能となる。

また、低負荷運転領域では、リーン燃焼限界域を拡大することによって燃料噴射量によって負荷調整ができる範囲も広くなる。これにより、エンジン負荷をより低負荷までスロットルバルブによらず調整することができるため、ポンプ損失を低減することができ、より燃費向上を図ることができる。

（第２実施形態）
図９から図１２に従って、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第２実施形態を説明する。

第２実施形態の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、排気バルブの制御において一部相違する。つまり、排気バルブ６４の閉弁時期（以下「ＥＶＣ」と称する）を可変にするようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図９は、複リンク式可変圧縮比エンジン１のＥＶＣを変化させる可変動弁装置１００を示す概略図である。

可変動弁装置１００は、揺動カム１１０と、その揺動カム１１０を揺動させる揺動カム駆動機構１２０と、排気バルブ６４のリフト量を変化させ得るリフト可変機構１３０とを備える。

揺動カム１１０は、図９に示すように駆動軸１２１の外周に回転自在に嵌合している。シリンダ列方向に延びる駆動軸１２１は揺動カム１１０に挿通される。一つの気筒に対して２つのバルブが備えられるので、一つの気筒には一対の揺動カム１１０とバルブリフタ１１１とが設けられ、これらが互いに同期して同一的に作動するように、揺動カム１１０は互いに駆動軸１２１に回動自在に挿通した連結筒１２２により同一位相状態で結合されている。このため、揺動カム駆動機構１２０は一方の揺動カム１１０に対してのみ備えられる。そして、揺動カム１１０が、後述する揺動カム駆動機構１２０によってクランクシャフトと連動して駆動軸１２１を支点に揺動し、バルブリフタ１１１を介して排気バルブ６４を駆動する。

揺動カム機構１２０の駆動軸１２１には、偏心カム１２２が圧入等によって固定されている。円形外周面を有する偏心カム１２２は、その外周面の中心が駆動軸１２１の軸心から所定量だけオフセットする。駆動軸１２１は、クランクシャフトの回転に連動して回転するため、偏心カム１２２は駆動軸１２１の軸心回りに偏心回転する。

偏心カム１２２の外周面には、第１リンク１２３の基端側の環状部１２３ａが回転可能に嵌合している。第１リンク１２３の先端は、連結ピン１２４を介してロッカアーム１２５の一端と連結する。また、ロッカアーム１２５の他端は、連結ピン１２６を介して第２リンク１２７の上端と連結する。第２リンク１２７の下端は、連結ピン１２８を介して揺動カム１１０と連結する。なお、ロッカアーム１２５の略中央部は、リフト可変機構１３０の制御軸１３１の偏心カム部１３２に揺動自在に支持される。

駆動軸１２１がエンジン回転に同期して回転すると、偏心カム１２２が偏心回転し、これにより第１リンク１２３が上下方向に揺動する。第１リンク１２３の揺動により連結アーム１２５が偏心カム部１３２の軸周りに揺動し、第２リンク１２７が上下に揺動して、揺動カム１１０を駆動軸１２１の軸回りに所定の回転角度範囲で揺動運動させる。

この可変動弁装置１００では、駆動軸１２１の一端が図示しないカムスプロケットに挿入されている。駆動軸１２１がカムスプロケットに対して相対回転することで、カムスプロケットに対する位相を変更でき、クランク軸に対する駆動軸１２１の回転位相を変更できる。また、リフト可変機構１３０は揺動カム１１０の回転角度位相を制御する。リフト可変機構１３０の制御軸１３１の一端には、ギア等を介して図示しないアクチュエータが設けられており、アクチュエータによって制御軸１３１の回転位置を変化させることで、ロッカアーム１２５の揺動中心となる偏心カム部１３２の軸心が制御軸１２１の回転中心周りを旋回し、これに伴いロッカアーム１２５の支点が変位する。これにより、第一リンク１２３及び第二リンク１２７の姿勢が変化して、揺動カム１１０の揺動中心と連結アーム１２５の回転中心との距離が変化し、揺動カム１１０の揺動特性が変化する。

図１０は、可変動弁機構１００による排気バルブ６４のリフト量及び開閉時期を示す図である。実線は制御軸１３１を回転したときの排気バルブ６４のリフト量及び開閉時期を示し、破線は駆動軸１２１のカムスプロケットに対する位相を変更したときの排気バルブ６４の開閉時期を示す。上述した可変動弁機構１００の構造によって、制御軸１３１の角度及び駆動軸１２１のカムスプロケットに対する位相を変更することで、図１０に示すように排気バルブ６４のリフト量及び作動角を連続的に自在に変更することができる。

第２実施形態では、上記した可変動弁装置１００によって、低負荷運転領域においてＥＶＣを進角（早める）させると、燃焼した燃焼ガスの全てが排気されないため、燃焼ガスの一部が燃焼室２内に閉じこめられ、燃焼室２内の酸素濃度を低くすることができ希釈燃焼を行うことができる（内部ＥＧＲ供給手段）。このように、エンジンの外部ＥＧＲ装置を経由しないＥＧＲガスを内部ＥＧＲガスという。この内部ＥＧＲガスは、外部ＥＧＲガスと比較して温度が高いため、高温ＥＧＲガスともいう。

図１１は、第２実施形態における制御を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、コントローラ７０は、エアフローセンサ５１の検出信号に基づいて新気量を検出する。

ステップＳ２０２において、コントローラ７０は、ステップＳ２０１で検出した新気量に基づいて、複リンク式可変圧縮比エンジン１が高負荷運転領域であるか否かを判定する。ここで、高負荷運転領域にあるときは、ステップＳ２０３へ処理を移行し、高負荷運転制御を行う。高負荷運転制御の場合には、ステップＳ２０３からステップＳ２０６は第１実施形態のステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様であるため、説明の便宜上省略する。

高負荷運転領域でない場合には、ステップＳ２０７へ処理を移行し、低負荷運転制御を行う。低負荷運転制御の場合には、ステップＳ２０８において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御し、エンジン負荷に応じて機械圧縮比を設定する。

ステップＳ２０９では、空気過剰率λが１になるように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御して、ステップＳ２１０に移る。

ステップＳ２１０では、負荷が小さくなるほどＥＶＣを進角させて内部ＥＧＲガスの導入量を調整する。この内部ＥＧＲガスの導入量を調整することで、目標ＥＧＲ率での希釈燃焼を行うとともにエンジン負荷を確保する。

図１２は、第２実施形態の動作を示すタイムチャートである。図１２（Ａ）に示すように、エンジン負荷が時刻ｔ０の全負荷から時間経過とともに負荷が小さくなる場合を例示して説明する。なお、高負荷運転領域は、第１実施形態と同様の制御を行うため、説明の便宜上省略する。

エンジン負荷が低下して時刻ｔ１で低負荷運転領域になると、コントローラ７０はステップＳ２０７〜Ｓ２１０の制御を行う。低負荷運転領域では、負荷の低下に伴って、機械圧縮比が高負荷運転領域よりも高い機械圧縮比から最大圧縮比まで制御される（図１２（Ｂ））。低負荷運転領域では、スキッシュ流が発生するようにスキッシュクリアランスが設定されており、機械圧縮比が高くなるにつれて燃焼室２内に生じるスキッシュ流が強くなる（１２７（Ｃ））。

燃料噴射弁５３は空気過剰率λが１を維持するように調整される（図１２（Ｄ））。また、ＥＶＣを負荷の低下に伴って進角するように制御して（図１２（Ｅ））、希釈燃焼を行う。

このように第２実施形態では、低負荷運転領域において、内部ＥＧＲガスを増加して希釈燃焼を行い、ＮＯｘ排出量を低減するとともに、機械圧縮比を高くかつスキッシュ流を強くして燃焼性の安定を図る。これにより、機械圧縮比が高くなって燃焼室Ｓ／Ｖ比が悪化しても、第１実施形態と同様に燃焼後半の燃焼速度を速くすることができ、高圧縮比化による熱効率向上の効果を十分に得ることができる。

以上により、第２実施形態は下記の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、高負荷運転領域ではスキッシュ流を発生させず、負荷の低下に伴って機械圧縮比と外部ＥＧＲガスの導入量を制御することで、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

低負荷運転領域では、負荷の低下に応じて内部ＥＧＲガスの導入量を増加させて希釈燃焼を行うとともに、機械圧縮比を高くしてスキッシュ流を強めて燃焼性の安定を図る。これにより、希釈燃焼限界域を拡大することができ、ＮＯｘ排出量を低減するとともに希釈燃焼による燃費向上を図ることが可能となる。

また、低負荷運転領域では、希釈燃焼限界域を拡大することで高温ＥＧＲガスの導入量によって負荷調整ができる範囲も広くなる。これにより、エンジン負荷をより低負荷までスロットルバルブによらず調整することができるため、ポンプ損失を低減することができ、より燃費向上を図ることができる。

（第３実施形態）
図１３は、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第３実施形態を示す図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン１の第３実施形態の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、ピストン１１の構造において一部相違する。つまり、ピストン１１の冠面１１ａに突起１１ｂを設けるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図１３（Ａ）に示す通り、ピストン１１は、その冠面１１ａに突起１１ｂを備える。
シリンダヘッド１０は、この突起１１ｂとの間で所定のスキッシュクリアランスを有する圧縮面１０ｂを有する。この圧縮面１０ｂは、吸気バルブ５４及び排気バルブ６４の傾きと同じになるように形成される。したがって、図１３（Ｂ）に示すように、ピストン１１が下死点から上死点に移動した場合には、スキッシュクリアランスで圧縮された混合気が押し出されて、燃焼室２にスキッシュ流が生じる。このスキッシュ流の強さは、第１実施形態と同様に、スキッシュクリアランスを調整することで制御でき、スキッシュクリアランスはピストン１１の上死点位置を変えることによって調整できる。

図１４は、スキッシュクリアランスとスキッシュ流の強さとの関係を示す図である。実線は本実施形態におけるスキッシュ流の強さを示し、破線は第１実施形態におけるスキッシュ流の強さを示す。

ピストン１１の突起１１ｂとシリンダヘッド１０の圧縮面１０ｂとをピストン１１の往復動方向に対して斜めに形成した場合には、図１４に示す通り、破線と比較して、スキッシュクリアランスの増大に対するスキッシュ流の強さの低減量が小さくなる。このように、第３実施形態では、スキッシュ流の強さが、第１実施形態よりも緩やかに変化するため、第１実施形態よりも低い機械圧縮比においてもスキッシュ流の効果を得ることができる。

また、この第３実施形態では、図９に示した可変動弁装置１００によって吸気バルブ５４のリフト量及び作動角を連続的に自在に変更する。吸気バルブ５４の閉弁時期（以下「ＩＶＣ」と称する）を高負荷運転時よりも進角させる（以下「早閉じ」と称する）ことで、吸気行程の途中で混合気の吸入を停止するミラーサイクル運転を行う。このように混合気の充填効率が低くなるミラーサイクル運転では、圧縮行程での圧縮比が膨張行程での膨張比よりも小さくなり、ポンプ損失の低減を図ることができる。また、ミラーサイクル運転では、可変動弁装置１００によってバルブリフト量が調整されて小さくなるため、吸排気バルブ５４、６４とピストン１１の冠面１１ａとの干渉を防止できる。

図１５は、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第３実施形態における制御を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１において、コントローラ７０は、エアフローセンサ５１の検出信号に基づいて新気量を検出する。

ステップＳ３０２において、コントローラ７０は、ステップＳ３０１で検出した新気量に基づいて、複リンク式可変圧縮比エンジン１が高負荷運転領域であるか否かを判定する。ここで、高負荷運転領域にあるときは、ステップＳ３０３へ処理を移行し、高負荷運転制御を行う。高負荷運転制御の場合には、ステップＳ３０３からステップＳ３０６は第１実施形態のステップＳ１０３からステップＳ１０６と同様であるため、説明の便宜上省略する。

高負荷運転領域でない場合には、ステップＳ３０７へ処理を移行し、低負荷運転制御を行う。低負荷運転制御の場合には、ステップＳ３０８において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御し、エンジン負荷に応じて機械圧縮比を設定する。

ステップＳ３０９において、コントローラ７０は、空気過剰率λ＝２を維持するように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御して、リーン燃焼を行う。

ステップＳ３１０において、コントローラ７０は可変動弁装置１００を制御して、負荷に応じてＩＶＣを早閉じして、ミラーサイクル運転を行う。なお、吸気バルブ５４の開弁時期（以下「ＩＶＯ」と称する）は高負荷運転領域にある場合と同時期に設定されている。

図１６は、第３実施形態の動作を示すタイムチャートである。図１６（Ａ）に示すように、エンジン負荷が時刻ｔ０の全負荷から時間経過とともに負荷が小さくなる場合を例示して説明する。

高負荷運転領域では、第１実施形態と基本的に同様の制御を行うため、説明の便宜上省略する。なお、第３実施形態では突起１１ｂと圧縮面１０ｂの形状が第１実施形態とは異なるため、比較的低い機械圧縮比でも、図１４に示したようにスキッシュ流を発生させることでき、外部ＥＧＲガスによる希釈燃焼時における燃焼性の安定を図ることができる。

エンジン負荷が低下して時刻ｔ１で低負荷運転領域になると、コントローラ７０はステップＳ３０７〜Ｓ３１０の低負荷運転制御を行う。低負荷運転領域では、機械圧縮比は高負荷運転領域よりも高い機械圧縮比から負荷の低下に伴い最大圧縮比まで制御される（図１６（Ｂ））。この低負荷運転領域では、燃焼室２内でスキッシュ流が発生するようにスキッシュクリアランスが設定されており、機械圧縮比が高くなるにつれてスキッシュ流が強くなる（図１６（Ｃ））。

燃料噴射弁５３は空気過剰率λが２になるように調整され（図１６（Ｄ））、リーン燃焼が行われる。低負荷運転領域では、ＥＧＲバルブ６１ａは閉弁されるため希釈燃焼は行わず（図１６（Ｅ））、ＩＶＣを早閉じすることによってミラーサイクル運転を行う（図１６（Ｆ））。このミラーサイクル運転において、負荷の低下に伴ってＩＶＣを早閉じすることでエンジン負荷の確保を図る。なお、ＩＶＯは高負荷運転領域と同じく通常時期に設定する（図１６（Ｇ））。

図１７は、第３実施形態における燃焼室２内の混合気の平均乱れ強さを示す概略図である。実線はミラーサイクル運転する場合のＩＶＣを示し、破線はミラーサイクル運転をしない場合のＩＶＣを示す。

図１７（Ａ）の実線に示す通り、ミラーサイクル運転時は、ピストン１１が上死点から下死点に到達するまでにＩＶＣを早閉じする。そのため、吸気バルブ５４が閉弁してから点火するまでの期間が長くなり、ミラー運転時に燃焼室２内に導入された混合気は、図１７（Ｂ）に示す通り、ミラーサイクル運転をしない破線と比較して燃焼室２内に滞留する時間が長くなる。したがって、混合気がピストン１１の上死点近傍で燃焼する期間（以下「燃焼関与期間」と称する）までに、燃焼室２内に生じるガス流動による乱れは一点鎖線で示すように大幅に減衰してしまい、燃焼性の安定を図ることが困難となる。しかしながら、第３実施形態では、実線に示すように燃焼関与期間においてスキッシュ流が発生するため、低負荷運転領域においてミラーサイクル運転を行っても燃焼性を安定させることができる。

以上により、第３実施形態は下記の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、高負荷運転領域では、機械圧縮比を制御するとともに外部ＥＧＲガスを導入することによって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

低負荷運転領域では、空気過剰率λを２に維持してリーン燃焼を行い、負荷に応じてＩＶＣを早閉じする。このように、リーン燃焼時にＩＶＣを早閉じすると、ＩＶＣからピストン１１の上死点までの機械圧縮比が低くなって燃焼温度が低下して燃焼性が不安定となるが、負荷の低下に伴って機械圧縮比を高くかつスキッシュ流を強めるため、燃焼性を安定させることができ、燃費向上を図ることが可能となる。

また、低負荷運転領域では、ミラーサイクル運転時の吸気バルブ５４によって負荷調整ができる。これにより、エンジン負荷をより低負荷までスロットルバルブによらず調整することができ、ポンプ損失が低減してより燃費向上を図ることができる。

（第４実施形態）
図１８及び図１９に従って、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第４実施形態について説明する。

第４実施形態の構成は、第３実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、低負荷運転領域での制御において一部相違する。つまり、ミラーサイクル運転時に内部ＥＧＲガスを導入するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図１８は、第４実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジン１の制御を示すフローチャートである。ステップＳ４０１からステップＳ４０６は第３実施形態と同様であるため、説明の便宜上省略する。

第４実施形態では、高負荷運転領域でない場合にステップＳ４０７で低負荷運転制御を開始する。低負荷運転制御の場合には、ステップＳ４０８において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御し、負荷に応じて機械圧縮比を設定する。

ステップＳ４０９において、コントローラ７０は、空気過剰率λが１を維持するように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御する。

ステップＳ４１０において、可変動弁装置１００によってＩＶＣを負荷に応じて早閉じして、ミラーサイクル運転を行う。

ステップＳ４１１において、可変動弁装置１００によってＩＶＯ（吸気バルブ５４の開弁時期）を制御し、吸気バルブ５４を高負荷運転時より進角させる（以下「早開け」と称する）。このようにＩＶＯを早開けして、吸気バルブ５４及び排気バルブ６４のバルブオーバラップ期間を増大させる。すると、吸気バルブ５４が開弁したときに、燃焼室２内で燃焼した燃焼ガスの一部が吸気ポート５に戻る（内部ＥＧＲ供給手段）。第４実施形態では、この燃焼ガスを再び燃焼室２内に導入することで内部ＥＧＲガスとして作用させる。第２実施形態と同様に、この内部ＥＧＲガスも高温ＥＧＲガスという。

図１９は、第４実施形態の動作を示すタイムチャートである。図１９（Ａ）に示すように、エンジン負荷が時刻ｔ０の全負荷から時間経過とともに負荷が小さくなる場合を例示して説明する。高負荷運転領域では、第３実施形態と同様の制御を行うため、説明の便宜上省略する。

時刻ｔ１で低負荷運転領域になると、コントローラ７０はステップＳ４０７〜Ｓ４１１の制御を行う。低負荷運転領域では、機械圧縮比は高負荷運転領域の機械圧縮比よりも高い機械圧縮比から最大圧縮比まで制御される（図１９（Ｂ））。この低負荷運転領域では、燃焼室２内でスキッシュ流が発生するようにスキッシュクリアランスが設定されており、機械圧縮比が高くなるにつれてスキッシュ流が強くなる（図１９（Ｃ））。

燃料噴射弁５３は、空気過剰率λが１を維持するように調整される（図１９（Ｄ））。また、負荷の低下に伴いＩＶＣを早閉じしてミラーサイクル運転を行い（図１９（Ｅ））、圧縮行程での圧縮比が膨張行程での膨張比よりも小さくして、ポンプ損失の低減を図る。そして、ＩＶＯを早開けして（図１９（Ｆ））、ＥＧＲ率が一定となるように内部ＥＧＲガスを燃焼室２内に導入する（図１９（Ｇ））。第４実施形態では、内部ＥＧＲガスを導入して希釈燃焼するとともに、負荷の低下に伴ってＩＶＣを早閉じすることでエンジン負荷を調整する。

以上により、第４実施形態は下記の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、高負荷運転領域では、機械圧縮比を制御するとともに外部ＥＧＲガスを導入することによって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

低負荷運転領域では、内部ＥＧＲガスを導入して希釈燃焼を行い、負荷に応じてミラーサイクル運転時のＩＶＣを早閉じする。このような希釈燃焼において、ＩＶＣを早閉じすると、ＩＶＣからピストン１１の上死点までの機械圧縮比が低くなるため燃焼温度が低下して燃焼性が不安定となるが、負荷の低下に伴って機械圧縮比を高くかつスキッシュ流を強めるため、燃焼性を安定させることができ、燃費向上を図ることが可能となる。

また、ミラーサイクル運転時において、ＩＶＣを早閉じすることによって負荷調整できるため、第３実施形態と同様に、ポンプ損失が低減して、より燃費向上を図ることができる。

（第５実施形態）
図２０及び図２１に従って、複リンク式可変圧縮比エンジン１の第５実施形態について説明する。

第５実施形態の構成は、第４実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、低負荷運転領域での制御において一部相違する。つまり、ミラーサイクル運転時に内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスの両方を導入するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図２０は、第５実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジン１の制御を示すフローチャートである。ステップＳ５０１からステップＳ５０６は第１実施形態と同様であるため、説明の便宜上省略する。

第５実施形態では、高負荷運転領域でない場合にステップＳ５０７で低負荷運転制御を開始する。低負荷運転制御の場合には、ステップＳ５０８において、コントローラ７０はアクチュエータ４２を制御して最大圧縮比に設定する。

ステップＳ５０９において、コントローラ７０は、空気過剰率λが１を維持するように燃料噴射弁５３の燃料噴射を制御する。

ステップＳ５１０において、可変動弁装置１００によって、負荷に応じてＩＶＣを早閉じしてミラーサイクル運転を行う。

ステップＳ５１１において、負荷に応じてＩＶＯを早開けして高温ＥＧＲガスを導入するとともに、ＥＧＲバルブ６１ａの開度を調整して外部ＥＧＲガスの導入量を制御する。

図２１は、第５実施形態の動作を示すタイムチャートである。図２１（Ａ）に示すように、エンジン負荷が時刻ｔ０の全負荷から時間経過とともに負荷が小さくなる場合を例示して説明する。高負荷運転領域では、第３実施形態と同様の制御を行うため、説明の便宜上省略する。

時刻ｔ１で低負荷運転領域になると、コントローラ７０はステップＳ５０７〜Ｓ５１１の制御を行う。低負荷運転領域では、機械圧縮比を最大圧縮比に調整して（図２１（Ｂ））、燃焼室２内で生じるスキッシュ流を最も強くする（図２１（Ｃ））。燃料噴射弁５３は、空気過剰率λが１を維持するように調整される（図２１（Ｄ））。また、負荷の低下に伴って、ＩＶＣを早閉じしてミラーサイクル運転を行い（図２１（Ｅ））、ＩＶＯを早開けして内部ＥＧＲ率が増加するように内部ＥＧＲガスの導入量を制御する（図２１（Ｆ））。外部ＥＧＲは、ＥＧＲバルブ６１ａの開度を調整して、負荷の低下に伴って外部ＥＧＲ率が低下するように低温ＥＧＲガスの導入量を制御する（図２１（Ｇ））。このように第５実施形態では、内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスによって全体のＥＧＲ率が一定になるように希釈燃焼を行い、ミラーサイクル運転時のＩＶＣを負荷に応じて制御することでエンジン負荷を確保する。

以上により、第５実施形態は下記の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、高負荷運転領域では、機械圧縮比を制御するとともに低温ＥＧＲガスを導入することによって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

低負荷運転領域では、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを導入して希釈燃焼を行い、負荷に応じてミラーサイクル運転時のＩＶＣを早閉じする。このような希釈燃焼において、ＩＶＣを早閉じすると、ＩＶＣからピストン１１の上死点までの機械圧縮比が低くなるため燃焼温度が低下して燃焼性が不安定となるが、スキッシュ流を最大としてガス温度の高い内部ＥＧＲの導入割合を増大させることによって、燃焼性の安定化を図ることができ、燃費向上を図ることが可能となる。

また、ミラーサイクル運転時において、ＩＶＣを早閉じすることによって負荷調整できるため、第３実施形態と同様に、ポンプ損失が低減して、より燃費向上を図ることができる。

（複リンク式可変圧縮比エンジンの他の形態１）
複リンク式可変圧縮比エンジン１では、図２２に示したピストン１１を使用してもよい。

図２２は、ピストン１１の他の形態を示す概略図である。図２２（Ａ）は吸気ポート５及び排気ポート６を含む面内におけるピストン１１の断面を示し、図２２(Ｂ)はシリンダ配列方向におけるピストン１１の断面を示す。

このピストン１１では、図２２（Ａ）に示すように突起１１ｂを形成するだけでなく、図２２（Ｂ）に示すようにシリンダ配列方向にも突起１１ｂを形成する。これにより、燃焼室２内の周方向に均等なスキッシュ流を発生させることができ、スキッシュ流の強さもより強くすることができる。

また、ピストン１１は、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）に示すように、突起１１ｂのシリンダヘッド１０の圧縮面１０ｂと対向する面に断熱性能及び蓄熱性能の高い非金属材料を設置するようにしてもよい。これにより、複リンク式可変圧縮比エンジン１の機械圧縮比が高くなって燃焼室Ｓ／Ｖ比が増大しても冷却損失の増加が抑制されるため、比較的高温のスキッシュ流を発生させることができ燃焼性の安定が図れ、熱効率を向上させることが可能となる。

（複リンク式可変圧縮比エンジンの他の形態２）
複リンク式可変圧縮比エンジン１では、図２３に示したピストン１１を使用してもよい。なお、図２３(Ａ)は斜視図であり、図２３(Ｂ)は図２３(Ａ)のＢ−Ｂ断面図であり、図２３(Ｃ)は図２３(Ａ)のＣ−Ｃ断面図である。また、図２４はピストン１１のピストン挙動を示す図である。

ピストン１１は、図２３(Ｃ)に示されようにピストンスカートが大幅に短縮されている。このようなピストン１１を使用すれば、図２４（Ａ）に示すようにカウンターウェイト２１ｃがピストンピン３１の側方を通過できる。このため、アッパリンク２２を最小限の長さとして、ピストン１１の下死点位置をクランクシャフト２１に最接近させることで、その分のピストンストロークを拡大でき、ストローク量がピストン径よりも大きくなりロングストローク化することができる。

なお、このような構成にするためにはピストンスカートの強度が課題となるが、図２４(Ｂ)に示すように、複リンク式可変圧縮比エンジン１の複リンク機構の特性を利用し、ピストン１１の上死点位置においてアッパリンク２２が略直立にすることができる。これにより、ピストン１１にかかるスラスト荷重を低減でき、ピストンスカートの強度が確保される。

本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

例えば、第２実施形態において、低負荷運転領域で内部ＥＧＲガスの代わりに外部ＥＧＲを使用するようにしてもよく、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの両方を使用するようにしてもよい。

また、第３実施形態のピストン１１は、第１実施形態及び第２実施形態に用いてもよい。これにより、第１実施形態及び第２実施形態においても、高負荷運転領域の比較的低い機械圧縮比において、図１４に示したようにスキッシュ流を発生させることできる。

さらに、第２実施形態、第４実施形態及び第５実施形態の内部ＥＧＲは、排気バルブ６４の閉弁時期を調整する内部ＥＧＲでも吸気バルブ５４の開弁時期を調整して行う内部ＥＧＲでもよい。

第１実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの圧縮比変更方法を説明する概略図である。 同じくピストンの挙動を示す図である。 同じく燃焼室の近傍を拡大した概略図である。 空燃比（空気過剰率λ）と燃焼安定度との関係を示す図である。 第１実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すフローチャートである。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの動作を示すタイムチャートである。 低負荷運転時のスキッシュ流による熱発生率の改善効果を示す図である。 第２実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンのＥＶＣを変化させる可変動弁装置を示す概略図である。 可変動弁機構による排気バルブのリフト量及び開閉時期を示す図である。 第２実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すフローチャートである。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの動作を示すタイムチャートである。 第３実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。 スキッシュクリアランスとスキッシュ流の強さとの関係を示す図である。 第３実施形態の複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すフローチャートである。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの動作を示すタイムチャートである。 燃焼室内の混合気の平均乱れ強さを示す概略図である。 第４実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すフローチャートである。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの動作を示すタイムチャートである。 第５実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すフローチャートである。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの動作を示すタイムチャートである。 複リンク式可変圧縮比エンジンの他の形態１を示す概略図である。 複リンク式可変圧縮比エンジンの他の形態２を示す概略図である。 ピストン挙動を示す図である。

符号の説明

１ 複リンク式可変圧縮比エンジン
２ 燃焼室
５ 吸気ポート
５０ 吸気通路
５２ 燃料噴射弁
５３ 吸気バルブ
６ 排気ポート
６０ 排気通路
６１ 外部ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ供給手段）
６３ 排気バルブ
１０ シリンダヘッド
１１ ピストン
１１ａ 冠面
１１ｂ 突起
１２ シリンダ
２０ シリンダブロック
２１ クランクシャフト
２２ アッパリンク（第１のリンク）
２３ ロアリンク（第２のリンク）
２４ コントロールリンク（第３のリンク）
７０ コントローラ
３１ ピストンピン３１
２１ クランクシャフト
２１ａ クランクピン
２１ｂ ジャーナル
２１ｃ カウンターウェイト
４１ コントロールシャフト
７０ コントローラ
１００ 可変動弁装置
１１０ 揺動カム
１２０ 揺動カム駆動機構
１２１ 駆動軸
１２２ 偏心カム
１２３ 第１リンク
１２３ａ 環状部
１２５ ロッカアーム
１２７ 第２リンク
１３０ リフト可変機構
１３１ 制御軸
１３２ 偏心カム部
Ｓ１０１〜Ｓ１０９、Ｓ２０１〜Ｓ２１０、Ｓ３０１〜Ｓ３１０、Ｓ４０１〜Ｓ４１１、Ｓ５０１〜Ｓ５１１ 運転制御手段

Claims (14)

1. シリンダヘッドの内壁と、シリンダ内を往復動するピストンの冠面とで燃焼室を形成するエンジンにおいて、
   前記シリンダの内径周縁に前記シリンダヘッドの内壁と対向する対向面を有するピストンと、
   前記ピストンの上死点位置を変化させることで、前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの対向面との間の間隙を調整して、前記燃焼室に生じるスキッシュ流の強さを調整する間隙調整手段と、
   前記エンジンの負荷に基づいて低負荷運転制御又は高負荷運転制御を行う運転制御手段と、を備え、
   前記間隙調整手段は、
   前記ピストンに回動自由に連結する第１のリンクと、
   前記第１のリンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２のリンクと、
   前記クランクシャフトと平行にシリンダブロックに回転自由に支持され、その回転軸心に対して偏心する偏心軸部を有するコントロールシャフトと、
   前記第２のリンクに回転自由に連結されるとともに、前記コントロールシャフトの前記偏心軸部を揺動軸心として揺動可能な第３のリンクと、を有し、
   前記コントロールシャフトが回転し前記偏心軸部の位置が移動することでピストン上死点位置が変化して機械圧縮比が可変となるように構成されるとともに前記機械圧縮比が高いほど前記ピストンの上死点付近滞在期間が長くなるように構成され、前記低負荷運転制御時には前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることで燃焼性が安定するようにスキッシュ流を強くすることを特徴とするエンジン。
2. 前記燃焼室内に低温ＥＧＲガスを供給する外部ＥＧＲ供給手段を備え、
   前記運転制御手段は、前記高負荷運転制御時には、空気過剰率を１に維持するように燃料噴射量を制御するとともに前記低温ＥＧＲガスを導入し、前記低負荷運転制御時よりも機械圧縮比を低くして前記間隙を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記運転制御手段は、前記低負荷運転制御時には、空気過剰率を２よりも大きくなるように燃料噴射量を制御し、前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
4. 前記エンジンの吸気バルブの閉弁時期を進角可能な可変動弁装置を備え、
   前記運転制御手段は、前記低負荷運転制御時には、空気過剰率を２に維持するように燃料噴射量を制御するとともに前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
5. 前記燃焼室内に高温ＥＧＲガスを供給する内部ＥＧＲ供給手段を備え、
   前記運転制御手段は、前記低負荷運転制御時には、空気過剰率を１に維持するように燃料噴射量を制御するとともに前記高温ＥＧＲガスを導入して、前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
6. 前記燃焼室内に高温ＥＧＲガスを供給する内部ＥＧＲ供給手段と、
   前記エンジンの吸気バルブの閉弁時期を進角可能な可変動弁装置と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記低負荷運転制御時には、空気過剰率を１に維持するように燃料噴射量を制御し、ＥＧＲ率が一定となるように前記高温ＥＧＲガスを導入するとともに前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
7. 前記燃焼室内に低温ＥＧＲガスを供給する外部ＥＧＲ供給手段と、
   前記燃焼室内に高温ＥＧＲガスを供給する内部ＥＧＲ供給手段と、
   前記エンジンの吸気バルブの閉弁時期を進角可能な可変動弁装置と、を備え、
   前記運転制御手段は、低負荷運転制御時には、空気過剰率を１に維持するように燃料噴射量を制御し、ＥＧＲ率が一定となるように前記高温ＥＧＲガスの導入量を増加するとともに前記低温ＥＧＲガスの導入量を低減し、前記吸気バルブの閉弁時期を進角させ、前記高負荷運転制御時よりも機械圧縮比を高くして前記間隙を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
8. 前記外部ＥＧＲ供給手段は、前記エンジンの排気通路を流れる燃焼ガスの一部を吸気通路に還流し、低温ＥＧＲガスとして前記燃焼室内に供給することを特徴とする請求項２又は７に記載のエンジン。
9. 前記内部ＥＧＲ供給手段は、前記エンジンの吸気バルブの開弁時期を進角可能な可変動弁装置を備え、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバラップ期間を増大して燃焼ガスを高温ＥＧＲガスとして前記燃焼室内に供給することを特徴とする請求項５から７のいずれか一つに記載のエンジン。
10. 前記内部ＥＧＲ供給手段は、前記エンジンの排気バルブの閉弁時期を進角可能な可変動弁装置を備え、排気バルブの閉弁時期を進角して前記燃焼室内に閉じ込めた燃焼ガスを高温ＥＧＲガスとすることを特徴とする請求項５から７のいずれか一つに記載のエンジン。
11. 前記ピストンのピストンストロークは、ピストン径よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載のエンジン。
12. 前記クランクシャフトは、カウンターウェイトを備え、
    前記カウンターウェイトは、前記ピストンと前記第１のリンクとを連結するピストンピンの側方を通過するように構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載のエンジン。
13. 前記ピストンの対向面は、前記シリンダヘッドの内壁の傾斜に対向するようにピストン冠面に突出形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載のエンジン。
14. 前記ピストンの対向面には、断熱性の高い非金属材料が設置されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一つに記載のエンジン。