JP4952705B2 - Compression ratio controller - Google Patents
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Description
本発明は、機械的圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構の動作を制御する、圧縮比制御装置に関する。 The present invention relates to a compression ratio control device that controls the operation of a variable compression ratio mechanism that can change a mechanical compression ratio.
この種の可変圧縮比機構として、例えば、特開２００１−２６３１１３号公報や特開２００３−２０６７７１号公報等に開示されたものが知られている。 As this type of variable compression ratio mechanism, for example, those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-263113 and 2003-206871 are known.
特開２００１−２６３１１３号公報等に開示された可変圧縮比機構は、いわゆる複リンク式のピストン−クランク連結機構を備えている。この連結機構は、アッパーリンクと、ロワーリンクと、制御リンクと、制御軸と、から構成されている。 The variable compression ratio mechanism disclosed in JP 2001-263113 A includes a so-called multi-link type piston-crank coupling mechanism. This coupling mechanism is composed of an upper link, a lower link, a control link, and a control shaft.
前記アッパーリンクは、ピストンピンを介してピストンに連結されている。前記ロワーリンクは、前記アッパーリンクに連結されているとともに、クランクシャフトにおけるクランクピンに連結されている。前記制御リンクは、機関本体に揺動可能に支持されているとともに、前記ロワーリンクに連結されている。前記制御軸は、前記機関本体に回転可能に支持されている。この制御軸の軸心からずれた位置には、前記制御リンクの下端部が揺動可能に支持されている。 The upper link is connected to the piston via a piston pin. The lower link is connected to the upper link and is connected to a crank pin in the crankshaft. The control link is swingably supported by the engine body and is connected to the lower link. The control shaft is rotatably supported by the engine body. A lower end portion of the control link is swingably supported at a position shifted from the axis of the control shaft.
かかる構成を有する可変圧縮比機構においては、前記制御軸がモータ等のアクチュエータによって回動されることで、前記制御リンクが揺動される。これにより、前記ピストンの行程が変化する。すなわち、機械的圧縮比が変更される。 In the variable compression ratio mechanism having such a configuration, the control link is swung by the control shaft being rotated by an actuator such as a motor. As a result, the stroke of the piston changes. That is, the mechanical compression ratio is changed.
特開２００３−２０６７７１号公報等に開示された可変圧縮比機構は、クランクケース（ロワーケースと称されることがある）とシリンダブロックとを相対移動させるための、スライド機構を備えている。具体的には、このスライド機構は、一対のカム軸を備えている。これら一対のカム軸は、前記シリンダブロックと前記クランクケースとの連結部に設けられている。 The variable compression ratio mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-206871 and the like includes a slide mechanism for relatively moving a crankcase (sometimes referred to as a lower case) and a cylinder block. Specifically, this slide mechanism includes a pair of cam shafts. The pair of camshafts are provided at a connecting portion between the cylinder block and the crankcase.
かかる構成を有する可変圧縮比機構においては、モータ等の駆動源によって、上述の一対のカム軸が回転する。かかる一対のカム軸の回転により、前記シリンダブロックが前記クランクケースに対して前記シリンダの中心軸に沿って相対的にスライドする。これにより、機械的圧縮比が変更される。
ところで、この種の可変圧縮比機構において、機械的圧縮比の制御を良好に行う等の目的で、可動範囲が制限されることがある。そして、このために、ストッパー等のメカニカルな可動範囲制限構造が設けられたものがある（例えば、特開２００６−２２６１３３号公報、特開２００７−５６８３５号公報、特開２００７−５６８３６号公報、等参照。）。 By the way, in this type of variable compression ratio mechanism, the movable range may be limited for the purpose of favorably controlling the mechanical compression ratio. For this purpose, there are those provided with a mechanical movable range limiting structure such as a stopper (for example, JP 2006-226133 A, JP 2007-56835 A, JP 2007-56836 A, etc.). reference.).
ここで、機械的圧縮比の変更は、燃焼圧に抗して行われることがある。このため、当該可変圧縮比機構を駆動するためのモータ等の駆動源として、高出力のものが通常用いられる。よって、上述のように、可動範囲をストッパー等のメカニカルな可動範囲制限構造によって制限しようとすると、かかる構造として、前記駆動源の高出力に耐え得るような、大型で強度の高いものが必要となる。また、当該構造による可動範囲の制限動作によって、前記駆動源にかかる負荷も大きくなる。 Here, the mechanical compression ratio may be changed against the combustion pressure. For this reason, as a drive source such as a motor for driving the variable compression ratio mechanism, a high output one is usually used. Therefore, as described above, if the movable range is to be limited by a mechanical movable range limiting structure such as a stopper, such a structure needs to be large and strong enough to withstand the high output of the drive source. Become. Further, the load applied to the drive source also increases due to the operation of limiting the movable range by the structure.
本発明は、かかる課題を解決するためのなされたものである。すなわち、本発明の目的は、可変圧縮比機構の可動範囲を簡略な装置構成で良好に制限することにある。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to satisfactorily limit the movable range of the variable compression ratio mechanism with a simple device configuration.
＜構成＞
本発明の圧縮比制御装置は、可変圧縮比機構の動作を制御するようになっている。この可変圧縮比機構は、エンジンブロックに設けられた回転シャフトの回転により操作対象物を動かすことで、機械的圧縮比を変更可能に構成されている。
<Configuration>
The compression ratio control device of the present invention controls the operation of the variable compression ratio mechanism. The variable compression ratio mechanism is configured such that the mechanical compression ratio can be changed by moving an operation target by rotation of a rotary shaft provided in the engine block.
本発明の圧縮比制御装置の特徴は、下記の通りの、回転角度取得手段と、位置取得手段と、可動範囲判定手段と、を備えたことにある。 The compression ratio control device of the present invention is characterized in that it includes rotation angle acquisition means, position acquisition means, and movable range determination means as described below.
前記回転角度取得手段は、前記回転シャフトの回転角度を取得するようになっている。具体的には、例えば、前記回転角度取得手段は、前記回転シャフトの回転角度に対応する出力を発生する回転角度センサの当該出力に基づいて、前記回転シャフトの回転角度を取得するようになっていてもよい。 The rotation angle acquisition means acquires the rotation angle of the rotation shaft. Specifically, for example, the rotation angle acquisition means acquires the rotation angle of the rotation shaft based on the output of the rotation angle sensor that generates an output corresponding to the rotation angle of the rotation shaft. May be.
前記位置取得手段は、前記操作対象物の位置を取得するようになっている。 The position acquisition means acquires the position of the operation target.
前記可動範囲判定手段は、前記回転角度取得手段及び前記位置取得手段による取得結果に基づいて、前記回転シャフトの回転角度が所定の可動範囲内にあるか否かを判定するようになっている。具体的には、例えば、前記可動範囲判定手段は、前記回転シャフトの回転角度の所定方向への変化に対する前記操作対象物の位置の変化の方向が反転した場合に、前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定するようになっている。 The movable range determining means determines whether or not the rotational angle of the rotating shaft is within a predetermined movable range based on the acquisition results obtained by the rotational angle acquiring means and the position acquiring means. Specifically, for example, when the direction of change in the position of the operation target is reversed with respect to a change in the rotation angle of the rotation shaft in a predetermined direction, the movable range determination unit determines the rotation angle of the rotation shaft. It is determined that it is out of the movable range.
なお、前記圧縮比制御装置は、復帰手段をさらに備え得る。この復帰手段は、前記可動範囲判定手段によって前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定された場合に、当該回転角度を前記可動範囲内に復帰させるようになっている。 The compression ratio control device may further include a return means. The return means is configured to return the rotation angle within the movable range when the rotation angle of the rotary shaft is determined to be outside the movable range by the movable range determination means.
また、前記圧縮比制御装置は、デューティ制御手段をさらに備え得る。このデューティ制御手段は、前記回転シャフトを駆動するモータをパルス幅変調制御するためのデューティ値を出力するようになっている。この場合、前記復帰手段は、前記可動範囲判定手段によって前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定された場合に、前記デューティ値を、機械的圧縮比を低く設定するための固定デューティ値とするようになっていてもよい。 The compression ratio control device may further include duty control means. The duty control means outputs a duty value for pulse width modulation control of the motor that drives the rotating shaft. In this case, when the movable range determining unit determines that the rotation angle of the rotary shaft is outside the movable range, the return unit is configured to set the duty value to a low mechanical compression ratio. The duty value may be set.
＜作用・効果＞
上述のような構成を備えた本発明の圧縮比制御装置においては、前記回転角度取得手段により、前記回転シャフトの回転角度が取得される。また、前記位置取得手段により、前記操作対象物の位置が取得される。そして、これらの取得結果に基づいて、前記可動範囲判定手段により、前記回転シャフトの回転角度が所定の可動範囲内にあるか否かが判定される。
<Action and effect>
In the compression ratio control apparatus of the present invention having the above-described configuration, the rotation angle of the rotation shaft is acquired by the rotation angle acquisition means. Further, the position of the operation target is acquired by the position acquisition means. And based on these acquisition results, it is determined by the said movable range determination means whether the rotation angle of the said rotating shaft exists in a predetermined movable range.
前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定された場合、前記復帰手段により、当該回転角度が前記可動範囲内に復帰させられ得る。具体的には、例えば、この場合、前記復帰手段は、前記デューティ値を、機械的圧縮比を低く設定するための固定デューティ値とする。これにより、当該復帰動作に伴って機械的圧縮比が不用意に高圧縮比側に設定されてしまうことが効果的に回避され得る。 When it is determined that the rotation angle of the rotation shaft is outside the movable range, the rotation angle can be returned to the movable range by the return means. Specifically, for example, in this case, the return means sets the duty value to a fixed duty value for setting the mechanical compression ratio low. Thereby, it can be effectively avoided that the mechanical compression ratio is inadvertently set to the high compression ratio side in accordance with the returning operation.
上述の通り、本発明によれば、ストッパー等のメカニカルな可動範囲制限構造が設けられていなくても、前記可変圧縮比機構の可動範囲が制限され得る。したがって、本発明によれば、前記可変圧縮比機構の可動範囲を簡略な装置構成で良好に制限することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the movable range of the variable compression ratio mechanism can be limited even if a mechanical movable range limiting structure such as a stopper is not provided. Therefore, according to the present invention, it is possible to satisfactorily limit the movable range of the variable compression ratio mechanism with a simple device configuration.
以下、本発明の実施形態（本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態）について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (embodiments that the applicant considers best at the time of filing of the present application) will be described with reference to the drawings.
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。 In addition, the description about the following embodiment is specific to the extent possible, merely an example of the embodiment of the present invention in order to satisfy the description requirement (description requirement / practicability requirement) of the specification required by law. It is only what is described in. Therefore, as will be described later, it is quite natural that the present invention is not limited to the specific configurations of the embodiments described below. The various modifications that can be made to this embodiment are described together at the end because they would interfere with the understanding of a consistent embodiment description if inserted during the description of the embodiment. Yes.
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用されたエンジン１の概略構成を示す図である。図２は、図１に示されているエンジン１の分解斜視図である（なお、図１は、図２におけるエンジン１のＩ−Ｉ断面に相当する図である。）。
<Configuration of Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
図１を参照すると、エンジン１は、エンジンブロックを構成するシリンダブロック２、シリンダヘッド３、及びクランクケース４と、可変圧縮比機構５と、本発明の圧縮比制御装置の一実施形態としての制御装置６と、を備えている。
Referring to FIG. 1, an
本実施形態においては、エンジン１は、可変圧縮比機構５によって、操作対象物としてのシリンダブロック２及びシリンダヘッド３を、クランクケース４に対して相対的に移動（スライド）させることで、機械的圧縮比を変更可能に構成されている。また、制御装置６は、エンジン１の各部（可変圧縮比機構５を含む）の動作を制御するように構成されている。以下、エンジン１の各部の具体的構成について説明する。
In the present embodiment, the
＜＜エンジンブロック＞＞
図１及び図２を参照すると、シリンダブロック２は、略直方体状の部材であって、アルミニウム合金によって一体に形成されている。シリンダブロック２の内部には、略円柱形状のシリンダ２１が形成されている。本実施形態においては、複数のシリンダ２１（図２においては４つ）が、気筒配列方向ＡＤに沿って一列に設けられている。シリンダ２１の内部には、ピストン２２が、シリンダ中心軸ＣＣＡに沿って往復移動可能に収容されている。
<< Engine block >>
1 and 2, the
図１を参照すると、シリンダブロック２の上端面には、シリンダヘッド３が、シリンダ２１における上死点側の一端（図中上端）を覆うように接合されている。シリンダヘッド３は、アルミニウム合金によって一体に形成されていて、シリンダブロック２に対して相対移動しないように（シリンダブロック２とともに一体的に上下動するように）、シリンダブロック２の上端部にボルト（図示せず）等によって固定されている。
Referring to FIG. 1, the cylinder head 3 is joined to the upper end surface of the
シリンダヘッド３における、シリンダブロック２と対向する面には、凹部３１が形成されている。本実施形態においては、複数の凹部３１が、各シリンダ２１に対応する位置に設けられている。すなわち、シリンダヘッド３がシリンダブロック２に固定された場合における、凹部３１と、ピストン２２の頂面よりも上側のシリンダ２１の内部の空間と、によって、燃焼室ＣＣが形成されている。
A
シリンダヘッド３には、燃焼室ＣＣに連通するように、吸気ポート３２及び排気ポート３３が形成されている。また、シリンダヘッド３には、吸気ポート３２及び排気ポート３３を開閉するための、吸気バルブ３４及び排気バルブ３５が装着されている。
An
クランクケース４は、アルミニウム合金によって一体に形成されている。図１及び図２を参照すると、クランクケース４は、フレーム４１を備えている。フレーム４１は、平面視にて略矩形状の外形形状を有する筒状部材であって、シリンダブロック２を囲むように設けられている。すなわち、フレーム４１の内部には、平面視にて略矩形状の空間であるシリンダブロック収容部４１ａ（図２参照）が形成されている。
The
フレーム４１の内壁面と、シリンダブロック２の外壁面と、の間には、所定のクリアランスが設けられている。このクリアランスは、シリンダブロック２とクランクケース４とがガタつきなくスムーズに摺動し得る程度（触れるか触れないか程度：例えば０．数ミリ程度）に設定されている。また、フレーム４１は、シリンダブロック２の下端部から上部までを覆うことで、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とのシリンダ中心軸ＣＣＡに沿った相対移動をスムーズにガイドし得るように構成されている。
A predetermined clearance is provided between the inner wall surface of the
クランクケース４の下部であって、フレーム４１の下方には、クランクシャフト４２が、回転可能に支持されている。クランクシャフト４２は、気筒配列方向ＡＤと平行に配置されている。クランクシャフト４２の回転中心軸から偏心した位置には、クランクピン４２ａが設けられている。このクランクピン４２ａは、コンロッド４３の下端部と連結されている。コンロッド４３の上端部は、ピストン２２と連結されている。すなわち、クランクシャフト４２は、ピストン２２のシリンダ中心軸ＣＣＡに沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド４３を介して、ピストン２２と機械的に結合されている。
A
＜＜可変圧縮比機構＞＞
図１及び図２を参照すると、可変圧縮比機構５は、フレーム４１の気筒配列方向ＡＤに沿った両側壁及びその近傍に設けられている。可変圧縮比機構５は、すべてのシリンダ２１におけるシリンダ中心軸ＣＣＡが通る平面に関して、ほぼ対称に構成されている。
<< Variable compression ratio mechanism >>
Referring to FIGS. 1 and 2, the variable
＜＜＜回転シャフト＞＞＞
可変圧縮比機構５は、回転シャフト５１１の回転によって、シリンダブロック２とクランクケース４とをシリンダ中心軸ＣＣＡに沿って相対的に移動（スライド）させることで、機械的圧縮比を変更可能に構成されている。回転シャフト５１１は、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）からなり、ジャーナル部５１１ａと、円形カム部５１１ｂと、偏心シャフト５１１ｃと、ウォームホイール５１１ｄと、から構成されている。
<<<< Rotating shaft >>>>
The variable
図３は、図１及び図２に示されている回転シャフト５１１の一部分解斜視図である。以下、図１ないし図３を参照すると、ジャーナル部５１１ａは、円柱状の部材であって、回転シャフト５１１の回転中心軸（これは気筒配列方向ＡＤと平行、すなわちシリンダ中心軸ＣＣＡと直交する軸線であって、図３にて一点鎖線で示されている。）と同軸に設けられている。
FIG. 3 is a partially exploded perspective view of the
ジャーナル部５１１ａの表面５１１ａ１は、円柱面状に形成されている。表面５１１ａ１には、摩擦及び摩耗を低減するための、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のコーティングが施されている。ジャーナル部５１１ａは、隣り合う円形カム部５１１ｂの間、及び前記回転中心軸の方向における回転シャフト５１１の両端部に設けられている。
A surface 511a1 of the
円形カム部５１１ｂは、回転シャフト５１１の前記回転中心軸から偏心して設けられている。この円形カム部５１１ｂは、ジャーナル部５１１ａよりも径が太い円柱状の部材であって、気筒数に応じて設けられている。すなわち、１つの回転シャフト５１１に対して、気筒数と同数（本実施形態では４つ）の円形カム部５１１ｂが設けられている。各円形カム部５１１ｂは、シリンダ中心軸ＣＣＡに対応する位置に配置されている。円形カム部５１１ｂの表面５１１ｂ１は、円柱面状に形成されている。この表面５１１ｂ１にも、ジャーナル部５１１ａの表面５１１ａ１と同様のコーティングが施されている。
The
偏心シャフト５１１ｃは、気筒配列方向ＡＤに沿った長手方向を有する丸棒状の部材であって、ジャーナル部５１１ａ及び円形カム部５１１ｂの中心軸から偏心した位置にて、これらを挿通するように設けられている。すなわち、図１及び図３に示されているように、ジャーナル部５１１ａの一端（図中下端）と円形カム部５１１ｂの一端（図中下端）とが一致した状態で、当該一端寄りの位置（下部）にてジャーナル部５１１ａ及び円形カム部５１１ｂを挿通するように、偏心シャフト５１１ｃが設けられている。
The
ジャーナル部５１１ａは、偏心シャフト５１１ｃの回りを回転しないように、偏心シャフト５１１ｃに固定されている。一方、円形カム部５１１ｂは、偏心シャフト５１１ｃの回りを自由に回転し得るように（すなわち、ジャーナル部５１１ａに対して相対的に回転し得るように）なっている。
The
偏心シャフト５１１ｃの前記長手方向における略中央には、ウォームホイール５１１ｄが設けられている。ウォームホイール５１１ｄは、偏心シャフト５１１ｃと一体に形成されていて、その中心軸が前記回転中心軸と同軸となるように設けられている。
A
この回転シャフト５１１は、ウォームホイール５１１ｄの回転に伴って、ジャーナル部５１１ａが前記回転中心軸を中心としてウォームホイール５１１ｄと一体的に回転駆動されるように構成されている。また、この回転シャフト５１１は、ウォームホイール５１１ｄの回転に伴って、円形カム部５１１ｂが偏心シャフト５１１ｃの回りを自由に回転することで、当該円形カム部５１１ｂがジャーナル部５１１ａに対して相対的に回転するように構成されている。
The
＜＜＜回転シャフト支持部＞＞＞
図１ないし図３を参照すると、円形カム部５１１ｂは、シリンダブロック側支持部５１２によって回転可能に支持されている。シリンダブロック側支持部５１２は、ブロック状の部材であって、軸受鋼によって一体（シームレス）に形成されている。シリンダブロック側支持部５１２には、軸受孔５１２ａが形成されている。この軸受孔５１２ａは、円形カム部５１１ｂの外径に対応する（円形カム部５１１ｂの表面５１１ｂ１と摺動し得るような）内径を有する貫通孔である。
<<<< Rotating shaft support part >>>>
1 to 3, the
シリンダブロック２とは別部材のシリンダブロック側支持部５１２は、ボルト等を用いて、シリンダブロック２の外壁面に装着されている。複数のシリンダブロック側支持部５１２は、それぞれ、複数のシリンダ２１におけるシリンダ中心軸ＣＣＡに対応する位置に設けられている。
The cylinder
フレーム４１には、シリンダブロック側支持部５１２と同数の複数の開口部５１３が設けられている。開口部５１３は、貫通孔であって、シリンダブロック側支持部５１２が貫通し得るように設けられている。この開口部５１３は、シリンダブロック側支持部５１２がシリンダ中心軸ＣＣＡに沿って往復移動し得るように、シリンダブロック側支持部５１２の高さ寸法（シリンダ中心軸ＣＣＡに沿った方向の寸法）よりも大きい高さ寸法に形成されている。
The
図２に示されているように、フレーム４１には、複数のクランクケース側支持部５１４が形成されている。各クランクケース側支持部５１４は、開口部５１３に隣接するように設けられている。すなわち、複数のクランクケース側支持部５１４が、各開口部５１３の両側に設けられ、且つ気筒配列方向ＡＤに沿って配列されている。
As shown in FIG. 2, the
クランクケース側支持部５１４は、フレーム４１の外壁面に設けられている。このクランクケース側支持部５１４には、ジャーナル支持凹部５１４ａが設けられている。ジャーナル支持凹部５１４ａは、半円柱形状の凹部であって、ジャーナル部５１１ａの外径に対応する内径を有するように形成されている。
The crankcase
図４Ａ及び図４Ｂは、図３に示されているクランクケース側支持部５１４の周辺を拡大した側断面図である。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ジャーナル支持凹部５１４ａの、ジャーナル部５１１ａと対向する部分には、ライナー５１４ｂが設けられている。ライナー５１４ｂは、クランクケース側支持部５１４の他の部分（アルミニウム合金）よりも耐摩耗性に優れた軸受鋼からなり、半円筒形状に形成されている。
4A and 4B are enlarged side sectional views of the periphery of the crankcase
図２、図４Ａ、及び図４Ｂを参照すると、フレーム４１には、カバー部５１５が装着されている。カバー部５１５は、アルミニウム合金からなり、回転シャフト５１１（ジャーナル部５１１ａ）を挟んでクランクケース側支持部５１４と対向するように設けられている。このカバー部５１５は、クランクケース側支持部５１４に装着されることで、このクランクケース側支持部５１４とともに回転シャフト５１１（ジャーナル部５１１ａ）を回転可能に支持するように構成されている（図１においては図示の簡略化のためにカバー部５１５の図示が省略されている。）。
Referring to FIGS. 2, 4 </ b> A, and 4 </ b> B, a
カバー部５１５は、複数のクランクケース側支持部５１４に対応するように、一体に形成されている。このカバー部５１５には、ジャーナル支持凹部５１５ａと、軸受収容部５１５ｂと、ギヤ収容部５１５ｃと、が形成されている。
The
ジャーナル支持凹部５１５ａは、クランクケース側支持部５１４におけるジャーナル支持凹部５１４ａと対称な形状の、半円柱形状の凹部である。すなわち、カバー部５１５は、側断面視にて、シリンダ中心軸ＣＣＡに沿った略アーチ状に構成されている。このジャーナル支持凹部５１５ａは、ジャーナル支持凹部５１４ａと対向するように設けられている。
The
軸受収容部５１５ｂは、シリンダブロック側支持部５１２と対向する位置に設けられた凹部である。この軸受収容部５１５ｂは、開口部５１３からフレーム４１の外側に突出したシリンダブロック側支持部５１２の一部を、シリンダ中心軸ＣＣＡに沿って往復移動可能に収容するように形成されている。ギヤ収容部５１５ｃは、ウォームホイール５１１ｄと対向する位置に設けられた凹部である。このギヤ収容部５１５ｃは、フレーム４１の外側に突出したウォームホイール５１１ｄの一部を収容し得るように形成されている。
The bearing
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ジャーナル支持凹部５１５ａの、ジャーナル部５１１ａと対向する部分には、ライナー５１５ｄが設けられている。ライナー５１５ｄは、カバー部５１５の他の部分（アルミニウム合金）よりも耐摩耗性に優れた軸受鋼からなり、半円筒形状に形成されている。カバー部５１５がボルト５１６によってクランクケース側支持部５１４に固定されて、ライナー５１５ｄがライナー５１４ｂと接合されることで、これらの接合体の内側に、ジャーナル部５１１ａを回転可能に支持する軸受孔が形成されるようになっている。
Referring to FIGS. 4A and 4B, a
＜＜＜制御シャフト＞＞＞
再び図１を参照すると、可変圧縮比機構５は、制御シャフト５１７を備えている。制御シャフト５１７は、エンジン幅方向（シリンダ中心軸ＣＣＡ（これはエンジン長手方向と平行である）及び気筒配列方向ＡＤと直交する方向：図１における左右方向）に沿って配置されている。また、制御シャフト５１７は、ウォームホイール５１１ｄの下方に配置されている。この制御シャフト５１７は、クランクケース４におけるフレーム４１の下端部にて、回転可能に支持されている。
<<< Control shaft >>>
Referring again to FIG. 1, the variable
制御シャフト５１７の両端部には、ウォーム５１７ａ及び５１７ｂが設けられている。ウォーム５１７ａは、一方の（図中右側の）ウォームホイール５１１ｄに対向して設けられている。ウォーム５１７ｂは、他方の（図中左側の）ウォームホイール５１１ｄに対向して設けられている。ウォーム５１７ａ及び５１７ｂは、円柱形状のギヤであって、ウォームホイール５１１ｄと噛み合い得るように形成されている。
本実施形態においては、ウォーム５１７ａの歯形とウォーム５１７ｂの歯形とは、逆向きに形成されている。すなわち、制御シャフト５１７の或る一方向の回転駆動によって、前記一方のウォームホイール５１１ｄと前記他方のウォームホイール５１１ｄとが互いに逆方向に回転するように、ウォーム５１７ａ及び５１７ｂが形成されている。
In the present embodiment, the tooth profile of the
モータ５１８は、クランクケース４に固定されている。制御シャフト５１７の一端（図中左端）は、このモータ５１８の回転駆動軸と連結されている。すなわち、モータ５１８は、制御シャフト５１７を駆動して操作対象物であるシリンダブロック２及びシリンダヘッド３を図中上下方向に変位させることで、機械的圧縮比を変更するように、構成及び配置されている。
The
＜＜制御装置＞＞
図５は、図１に示されている制御装置６の回路構成の概略図である。
<< Control device >>
FIG. 5 is a schematic diagram of a circuit configuration of the
以下、図１及び図５を参照すると、制御装置６は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０１と、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）６０２と、を備えている。ＥＣＵ６０１は、本発明の回転角度取得手段、位置取得手段、可動範囲判定手段、復帰手段、及びデューティ制御手段としてのＣＰＵ６０１ａと、インターフェース６０１ｂと、を備えたマイクロコンピュータであって、インターフェース６０１ｂを介してＥＤＵ６０２等と電気的に接続されている。
Hereinafter, referring to FIGS. 1 and 5, the
ＥＤＵ６０２は、駆動制御回路６０２ａと、ドライバ回路６０２ｂと、を備えている。駆動制御回路６０２ａは、ＥＤＵ６０２内に構築されたロジックＩＣであって、Ｈブリッジ回路であるドライバ回路６０２ｂを介してモータ５１８を所望の方向及び回転量（角度）で駆動するようになっている。
The
ＥＣＵ６０１は、クランクポジションセンサ６１１、アクセル開度センサ６１２、変位センサ６１３、及び回転角度センサ６１４等のセンサ類と、インターフェース６０１ｂを介して電気的に接続されている。
The
クランクポジションセンサ６１１は、クランクシャフト４２に対向するように設けられている。このクランクポジションセンサ６１１は、クランクシャフト４２が１０°回転する毎の幅狭のパルスを有するとともに、当該クランクシャフト４２が３６０°回転する毎の幅広のパルスを有する信号を出力するように構成されている。
The crank
アクセル開度センサ６１２は、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応する出力（アクセル開度Ａccpに対応する出力）を発生するように構成されている。
The
変位センサ６１３は、いわゆるリニアセンサであって、シリンダブロック２とクランクケース４（フレーム４１）との位置関係（相対移動量）に応じた出力を発生するように構成されている。すなわち、本発明の位置取得手段としてのＥＣＵ６０１は、変位センサ６１３の出力に基づいて、シリンダブロック２のクランクケース４に対する相対的な位置を取得するようになっている。
The
回転角度センサ６１４は、モータ５１８の動作量（回転量）に応じた出力を生じるように構成されている。すなわち、回転角度センサ６１４は、回転シャフト５１１の回転角度に対応する出力を発生するようになっている。そして、本発明の回転角度取得手段としてのＥＣＵ６０１は、回転角度センサ６１４の出力に基づいて、回転シャフト５１１の回転角度を取得するようになっている。
The
ＥＣＵ６０１は、クランクポジションセンサ６１１等の各センサからの信号に基づいて取得した運転状態に応じて、エンジン１の機械的圧縮比を決定するようになっている。そして、ＥＣＵ６０１は、決定した機械的圧縮比に対応してＣＰＵ６０１ａにより生成されたモータ５１８のＰＷＭ（パルス幅変調）制御用のデューティ値（−１００〜＋１００［％］：本実施形態では、−１００は最低圧縮比、＋１００は最高圧縮比に相当するものとする。）に基づいて、モータ５１８の回転方向に対応する回転方向信号と、ＰＷＭ制御信号と、を、ＥＤＵ６０２に向けて出力するようになっている。
The
＜機械的圧縮比変更動作の概要＞
図６及び図７は、図１に示されている可変圧縮比機構５の動作の様子を示す図である。以下、各図を参照しつつ、本実施形態の可変圧縮比機構５による機械的圧縮比変更動作の概要について説明する。
<Outline of mechanical compression ratio change operation>
6 and 7 are diagrams showing the operation of the variable
ＥＣＵ６０１は、エンジン回転数Ｎｅや負荷Ｔｅ等の運転状態に基づいて、設定されるべき機械的圧縮比を決定する。ここで、エンジン回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ６１１の出力に基づいて取得される。また、負荷Ｔｅは、吸入空気量Ｇａ、基本燃料噴射量Ｆｂ、アクセル開度Ａccp、スロットル開度ＴＡ、等のエンジンパラメータの少なくとも１つに基づいて取得される。
The
エンジン１の始動時においては、図６に示されているように、シリンダヘッド３がクランクケース４に対して最も離されている。すなわち、機械的圧縮比が上述の最低圧縮比（構造的に設定可能な最低値）となっている。この初期状態における、回転シャフト５１１の回転角度を０（ゼロ）度とする。この初期状態から、制御シャフト５１７がモータ５１８によって所定方向に回転駆動されることで、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３がクランクケース４に対して下降する（図７参照）。これにより、機械的圧縮比が高くなる。
When the
図７に示されている中間圧縮比状態から、制御シャフト５１７がモータ５１８によってさらに同一方向に回転駆動されると、図１に示されているように、シリンダヘッド３がクランクケース４に対して最も接近する。この状態における、回転シャフト５１１の回転角度は１８０度である。このとき、機械的圧縮比が上述の最高圧縮比（構造的に設定可能な最高値）となる。
When the
図１に示されている最高圧縮比の状態から、制御シャフト５１７がモータ５１８によってさらに同一方向に回転駆動されると、上述とは逆に、シリンダヘッド３がクランクケース４に対して上昇する。これにより、機械的圧縮比が低くなる。
When the
このように、本実施形態においては、可変圧縮比機構５は、モータ５１８及び制御シャフト５１７を所定方向に回転させて各回転シャフト５１１を一定方向に回転させた場合に、最高圧縮比及び最低圧縮比を境に、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３のクランクケース４に対する位置変化の方向すなわち機械的圧縮比の変化の方向が反転する。すなわち、本実施形態においては、可変圧縮比機構５は、制御シャフト５１７の回転角度をθとすると、θ＝０〜１８０度の範囲と、θ＝１８０〜３６０度（あるいは−１８０〜０度）の範囲とで、機械的圧縮比の変化の方向が反転する。
As described above, in the present embodiment, the variable
＜可動範囲判定動作＞
図８は、図１に示されている可変圧縮比機構５及び制御装置６による機械的圧縮比制御の概要を示すグラフである。なお、図８において、縦軸は、クランクケース４のシリンダブロック２に対する相対位置ｄを示しているものとする（ｄが大きいときに機械的圧縮比も高くなるように相対位置ｄを定義している）。また、横軸は、制御シャフト５１７の回転角度θを示しているものとする。図９は、図１に示されている制御装置６による可動範囲判定動作を示すフローチャートである。以下、各図を参照しつつ、本実施形態の制御装置６による可動範囲判定動作の一具体例について説明する。
<Moveable range judgment operation>
FIG. 8 is a graph showing an outline of the mechanical compression ratio control by the variable
図８に示されているように、θ＝０〜１８０度の範囲では、θの増加に伴ってｄが単調増加する。このとき、θの増加に伴って機械的圧縮比εもまた単調増加する。ここで、θ＝０〜１８０度の範囲を、「最大可動範囲」と定義する。θが最大可動範囲内からその外に出た時点で、θの変化に伴うｄの変化態様が変化する。すなわち、θの増加に伴ってｄが単調減少する。よって、θの変化量Δθとｄの変化量Δｄとが同一符号であればθは最大可動範囲内にあり、逆に、ΔθとΔｄとが異なる符号であればθは最大可動範囲外にあることが判明する。 As shown in FIG. 8, in the range of θ = 0 to 180 degrees, d increases monotonously as θ increases. At this time, the mechanical compression ratio ε also monotonously increases as θ increases. Here, the range of θ = 0 to 180 degrees is defined as “maximum movable range”. When θ goes out of the maximum movable range, the change mode of d changes with the change of θ. That is, d decreases monotonously as θ increases. Therefore, if the change amount Δθ of θ and the change amount Δd of d are the same sign, θ is within the maximum movable range, and conversely, if Δθ and Δd are different signs, θ is outside the maximum movable range. It turns out.
また、燃焼状態の安定化、及び燃費の向上のため、上述の最大可動範囲より若干狭い範囲で、運転状態に応じた機械的圧縮比制御が行われる（図８における「制御可動範囲」参照。）。この制御可動範囲における境界付近（図８における「判定範囲」参照。）で、制御シャフト５１７の回転角度θが制御可動範囲内であるか否かの判定が行われる。具体的には、Δｄ／Δθの値が所定値未満となった場合に、θが制御可動範囲を超えたことが判定される。
Further, in order to stabilize the combustion state and improve fuel efficiency, mechanical compression ratio control is performed in accordance with the driving state within a range slightly narrower than the above-described maximum movable range (see “Control movable range” in FIG. 8). ). Whether or not the rotation angle θ of the
ところで、電源電圧低下等により予期せぬＥＣＵ６０１（ＣＰＵ６０１ａ）のリセットが生じ、このリセット中に慣性等によりθが最大可動範囲外となるまで制御シャフト５１７が回転してしまうことがあり得る。例えば、制御可動範囲における最低値（図８における点ａ）に機械的圧縮比を設定しようとして可変圧縮比機構５が動作中の或る時点（図８における点ｂ）にてＥＣＵ６０１のリセットが生じ、リセットからの復帰後に、θが最大可動範囲外となるまで制御シャフト５１７が回転してしまった場合（図８における点ｃ）が想定され得る。
By the way, an unexpected reset of the ECU 601 (
この場合、点ｃは目的とする点ａよりも相対位置ｄが高いため、相対位置ｄを下げるように、制御シャフト５１７の回転角度θを小さくする方向にモータ５１８が制御されることがあり得る。しかしながら、点ｃよりもθを小さくする方向にモータ５１８が制御されると、かえって相対位置ｄが大きくなり、予期せぬ機械的圧縮比の上昇が生じてしまう。
In this case, since the relative position d of the point c is higher than the target point a, the
そこで、本実施形態においては、ΔθとΔｄとが異なる符号となった場合に、θが最大可動範囲を超えたことが判定される。このとき、ＥＣＵ６０１（ＣＰＵ６０１ａ）は、θを最大可動範囲内に復帰させるための処理（可動範囲復帰処理）を行う。具体的には、ＣＰＵ６０１ａ（図５参照）は、機械的圧縮比を低く設定するための固定デューティ値（マイナスの所定値：例えば−５０％）を出力する。
Therefore, in this embodiment, when Δθ and Δd have different signs, it is determined that θ has exceeded the maximum movable range. At this time, the ECU 601 (
以上の動作を図９のフローチャートを用いて説明する（なお、図９において、「ステップ」は“Ｓ”と略記されている。）。ＣＰＵ６０１ａは、図９に示されている最大可動範囲判定ルーチン９００を、所定タイミング毎に実行する。
The above operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 9 (in FIG. 9, “step” is abbreviated as “S”). The
まず、ステップ９１０にて、ΔｄとΔθとが取得される。これらは、前回のルーチン９００の実行時のｄ及びθと、今回のステップ９１０の処理時のｄ及びθと、の偏差を算出することによって取得される。次に、ステップ９２０にて、ΔｄとΔθとが同符号であるか否かが判定される。
First, in step 910, Δd and Δθ are acquired. These are acquired by calculating a deviation between d and θ at the time of execution of the
ΔｄとΔθとが異なる符号である場合（ステップ９２０＝Ｎｏ）、処理がステップ９３０に進行し、本ルーチンが一旦終了する。ステップ９３０においては、上述の可動範囲復帰処理が実行される。一方、ΔｄとΔθとが同符号である場合（ステップ９２０＝Ｙｅｓ）、ステップ９３０の処理はスキップされる。この場合、上述の可動範囲復帰処理は実行されない。その後、本ルーチンが一旦終了する。 When Δd and Δθ are different signs (step 920 = No), the process proceeds to step 930, and this routine is temporarily terminated. In step 930, the above-described movable range return process is executed. On the other hand, when Δd and Δθ have the same sign (step 920 = Yes), the process of step 930 is skipped. In this case, the movable range return process described above is not executed. Thereafter, this routine is temporarily terminated.
上述のように、本実施形態及び具体例によれば、ストッパー等のメカニカルな可動範囲制限構造が設けられていなくても、制御シャフト５１７の回転角度θが制御可動範囲及び最大可動範囲内に良好に制限され得る。また、制御シャフト５１７の回転角度θが最大可動範囲外となった場合に、復帰動作に際して、機械的圧縮比を低く設定するための固定デューティ値が用いられる。これにより、復帰動作に伴って機械的圧縮比が不用意に高圧縮比側に設定されてしまうことが効果的に回避され得る。
As described above, according to the present embodiment and the specific example, the rotation angle θ of the
このように、本実施形態及び具体例によれば、可変圧縮比機構５の可動範囲を簡略な装置構成で良好に制限することが可能になる。
Thus, according to this embodiment and a specific example, it becomes possible to restrict | limit the movable range of the variable
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具体例を単に例示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態に示された具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
<List of examples of modification>
Note that, as described above, the above-described embodiment is merely an example of the present invention considered to be the best at the time of filing of the present application by the applicant, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. It should not be limited at all by the embodiment. Therefore, it is a matter of course that various modifications can be made to the specific examples shown in the above-described embodiments without changing the essential part of the present invention.
以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。 Hereinafter, some modifications will be exemplified. In the following description of the modification, components having the same configurations and functions as the components in the above-described embodiment are given the same name and the same reference numerals in this modification. And about description of the said component, description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not inconsistent.
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。 However, it goes without saying that the modified examples are not limited to the following. The limited interpretation of the present invention based on the description of the above-described embodiment and the following modifications unfairly harms the interests of the applicant (especially rushing the application under the principle of prior application), but improperly imitates the imitator. It is beneficial and not allowed.
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。 It goes without saying that the configuration of the above-described embodiment and the configuration described in each of the following modifications can be combined in an appropriate manner within a technically consistent range.
（１）本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他の任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数や気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）も、特に限定はない。 (1) The present invention is applicable to gasoline engines, diesel engines, methanol engines, bioethanol engines, and any other types of internal combustion engines. The number of cylinders and the cylinder arrangement method (in-line, V-type, horizontally opposed) are not particularly limited.
（２）本発明は、上述の実施形態にて具体的に開示された装置構成に何ら限定されない。例えば、回転角度センサ６１４は、モータ５１８に代えて、制御シャフト５１７あるいは回転シャフト５１１に設けられ得る。あるいは、モータ５１８としてブラシレスモータが用いられた場合、逆起電力の検出によって回転角度検出が可能である。すなわち、この場合、回転角度センサ６１４は省略され得る。
(2) The present invention is not limited to the device configuration specifically disclosed in the above embodiment. For example, the
また、本発明は、上述の実施形態にて可変圧縮比機構５とは異なる構成の可変圧縮比機構（特開２００４−１５６５４１号公報等参照）に対しても好適に適用され得る。
The present invention can also be suitably applied to a variable compression ratio mechanism (see JP 2004-156541 A) having a configuration different from that of the variable
（３）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。 (3) Other modifications not specifically mentioned are naturally included in the technical scope of the present invention within the scope not changing the essential part of the present invention.
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。 In addition, in each element constituting the means for solving the problems of the present invention, elements expressed functionally and functionally include the specific structures disclosed in the above-described embodiments and modifications, It includes any structure that can realize this action / function. Furthermore, the contents (including the specification and drawings) of each publication cited in the present specification may be incorporated as part of the specification.
１…エンジン ２…シリンダブロック ３…シリンダヘッド
４…クランクケース ４２…クランクシャフト
５…可変圧縮比機構 ５１１…回転シャフト ５１８…モータ
６…制御装置 ６０１…ＥＣＵ ６０１ａ…ＣＰＵ
６１３…変位センサ ６１４…回転角度センサ ＣＣＡ…シリンダ中心軸
DESCRIPTION OF
613 ...
Claims (5)
前記回転シャフトの回転角度を取得する、回転角度取得手段と、
前記操作対象物の位置を取得する、位置取得手段と、
前記回転角度取得手段及び前記位置取得手段による取得結果に基づいて、前記回転シャフトの回転角度が所定の可動範囲内にあるか否かを判定する、可動範囲判定手段と、
を備えたことを特徴とする、圧縮比制御装置。 A compression ratio control device for controlling the operation of a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio by moving an operation object by rotation of a rotary shaft provided in an engine block,
Rotation angle acquisition means for acquiring a rotation angle of the rotation shaft;
Position acquisition means for acquiring the position of the operation object;
A movable range determining means for determining whether or not the rotational angle of the rotating shaft is within a predetermined movable range based on the acquisition results by the rotational angle acquiring means and the position acquiring means;
A compression ratio control device comprising:
前記可動範囲判定手段は、前記回転シャフトの回転角度の所定方向への変化に対する前記操作対象物の位置の変化の方向が反転した場合に、前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定することを特徴とする、圧縮比制御装置。 The compression ratio control device according to claim 1,
When the direction of change in the position of the operation target is reversed with respect to the change in the rotation angle of the rotation shaft in a predetermined direction, the movable range determination unit is configured such that the rotation angle of the rotation shaft is outside the movable range. A compression ratio control device characterized by determining.
前記回転角度取得手段は、前記回転シャフトの回転角度に対応する出力を発生する回転角度センサの当該出力に基づいて、前記回転シャフトの回転角度を取得することを特徴とする、圧縮比制御装置。 The compression ratio control device according to claim 1 or 2,
The said rotation angle acquisition means acquires the rotation angle of the said rotation shaft based on the said output of the rotation angle sensor which generate | occur | produces the output corresponding to the rotation angle of the said rotation shaft, The compression ratio control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記可動範囲判定手段によって前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定された場合に、当該回転角度を前記可動範囲内に復帰させる、復帰手段をさらに備えたことを特徴とする、圧縮比制御装置。 In the compression ratio control device according to any one of claims 1 to 3,
When the movable range determining means determines that the rotational angle of the rotary shaft is outside the movable range, the movable range further includes a return means for returning the rotational angle to the movable range. Compression ratio control device.
前記回転シャフトを駆動するモータをパルス幅変調制御するためのデューティ値を出力する、デューティ制御手段をさらに備え、
前記復帰手段は、前記可動範囲判定手段によって前記回転シャフトの回転角度が前記可動範囲外にあると判定された場合に、前記デューティ値を、機械的圧縮比を低く設定するための固定デューティ値とすることを特徴とする、圧縮比制御装置。 In the compression ratio control device according to claim 4,
A duty control means for outputting a duty value for pulse width modulation control of the motor driving the rotary shaft;
The return means is a fixed duty value for setting the mechanical compression ratio to a low value when the rotation angle of the rotary shaft is determined to be outside the movable range by the movable range determination means. A compression ratio control device characterized by:
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