JP6024582B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
内燃機関の燃焼室では、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、内燃機関の出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくすることができて、熱効率の向上を図ることができる。ところが、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。従来の技術においては、運転期間中に圧縮比を変更する内燃機関が知られている。運転期間中に圧縮比を変更する可変圧縮比機構としては、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更する機構を採用することが知られている。 In the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited in a compressed state. It is known that the compression ratio when the air-fuel mixture is compressed affects the output and fuel consumption of the internal combustion engine. By increasing the compression ratio, the output torque can be increased and the thermal efficiency can be improved. However, it is known that abnormal combustion such as knocking occurs when the compression ratio is too high. In the prior art, an internal combustion engine that changes the compression ratio during an operation period is known. As a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio during the operation period, it is known to employ a mechanism that changes the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center.
特開2005−214088号公報には、往復操作子を進退動作させることによりピストンが上死点に到達したときの位置を変更することができる可変圧縮比エンジンが開示されている。この可変圧縮比エンジンは、アクチュエータ機構により圧縮比が変更される。アクチュエータ機構は、ボールねじと、モータの回転をボールねじのナットに伝達する回転伝達系と、回転伝達系に介在させたクラッチとを備える。この公報には、モータの駆動が入力される入力部材からナットへの回転を伝達するが、ナットから入力部材への回転の伝達を遮断する逆入力制限型のクラッチを採用することが開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-214088 discloses a variable compression ratio engine that can change the position when the piston reaches top dead center by moving the reciprocating operation element back and forth. In this variable compression ratio engine, the compression ratio is changed by an actuator mechanism. The actuator mechanism includes a ball screw, a rotation transmission system that transmits the rotation of the motor to a nut of the ball screw, and a clutch interposed in the rotation transmission system. This publication discloses the use of a reverse input limiting clutch that transmits rotation from an input member to which a motor drive is input to the nut, but blocks transmission of rotation from the nut to the input member. Yes.
また、特開2007−239520号公報においては、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係するリンク列と、駆動部により回転位置が変更される制御軸と、この制御軸とリンク列とを連係する制御リンクとを有し、制御軸の回転位置に応じてピストン行程が変化する内燃機関の可変圧縮比装置が開示されている。この可変圧縮比装置には、駆動部から制御軸への動力伝達経路に、制御軸から駆動部への逆入力を遮断するクラッチを介装することが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-239520 discloses a link train that links a piston that reciprocates in a cylinder and a crankpin of a crankshaft, a control shaft that changes a rotational position by a drive unit, and a link between the control shaft and the control shaft. There is disclosed a variable compression ratio device for an internal combustion engine having a control link linked to a row and having a piston stroke that changes in accordance with a rotational position of a control shaft. In this variable compression ratio device, it is disclosed that a clutch for interrupting reverse input from the control shaft to the drive unit is interposed in a power transmission path from the drive unit to the control shaft.
ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更する可変圧縮比機構を備える内燃機関では、燃料が燃焼すると、燃焼室の圧力、すなわち筒内圧が上昇する。筒内圧が上昇すると、燃焼室を構成する部材に対して燃焼室の容積が大きくなる方向に力が作用し、可変圧縮比機構に作用する力も増大する。この力は、燃焼室の容積を変更する機構を駆動するモータに伝達される虞がある。このために、可変圧縮比機構には、筒内圧による回転力がモータに伝達されないように、筒内圧による回転力を遮断する逆入力遮断クラッチを配置することが知られている。逆入力遮断クラッチは、筒内圧により生じる回転力を遮断するロック機能を有する。機械圧縮比を変更する場合には、このロック機能を解除した上で燃焼室の容積を変更している。 In an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that changes the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center, when the fuel burns, the pressure in the combustion chamber, that is, the in-cylinder pressure increases. When the in-cylinder pressure rises, a force acts on the members constituting the combustion chamber in the direction in which the volume of the combustion chamber increases, and the force acting on the variable compression ratio mechanism also increases. This force may be transmitted to a motor that drives a mechanism that changes the volume of the combustion chamber. For this reason, it is known that the variable compression ratio mechanism is provided with a reverse input blocking clutch that blocks the rotational force due to the in-cylinder pressure so that the rotational force due to the in-cylinder pressure is not transmitted to the motor. The reverse input cut-off clutch has a lock function that cuts off the rotational force generated by the in-cylinder pressure. When changing the mechanical compression ratio, the volume of the combustion chamber is changed after releasing the lock function.
機械圧縮比は、機関本体を駆動している期間中に変更する場合に限られず、機関本体を停止している期間中に変更する場合がある。たとえば、機関本体を停止している期間中に可変圧縮比機構の異常を検出するために機械圧縮比を変更する場合がある。または、内燃機関に加えて電動機を動力源とするハイブリッド駆動装置においては、機関本体を一時的に停止する期間がある。この期間中に偏心軸周り等に油膜を形成するために機械圧縮比を変更する場合がある。 The mechanical compression ratio is not limited to changing during the period when the engine body is being driven, but may be changed during the period when the engine body is stopped. For example, the mechanical compression ratio may be changed in order to detect an abnormality in the variable compression ratio mechanism while the engine body is stopped. Alternatively, in a hybrid drive apparatus that uses an electric motor as a power source in addition to the internal combustion engine, there is a period in which the engine body is temporarily stopped. During this period, the mechanical compression ratio may be changed to form an oil film around the eccentric shaft or the like.
ところで、可変圧縮比機構は、クランクケースに対してシリンダブロックを相対移動させることにより、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更することができる。この可変圧縮比機構では、運転期間中のシリンダブロックの振動を抑制するためにクランクケースに対してシリンダブロックが常に付勢されている。このために、機関本体の停止期間中に逆入力遮断クラッチのロック状態を解除する場合に、ロック状態を解除するために必要な回転力が、運転期間中にロック状態を解除するために必要な回転力よりも大きくなる場合があった。機関本体の停止期間中に逆入力遮断クラッチのロック状態を解除できるようにするためには、可変圧縮比機構の回転機を大型にする必要があった。この結果、可変圧縮比機構の消費電力が大きくなったり、回転機を配置する領域が大きくなったりする問題があった。 By the way, the variable compression ratio mechanism can change the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center by moving the cylinder block relative to the crankcase. In this variable compression ratio mechanism, the cylinder block is always urged against the crankcase in order to suppress vibration of the cylinder block during the operation period. For this reason, when the locked state of the reverse input cutoff clutch is released during the stop period of the engine body, the rotational force necessary to release the locked state is necessary to release the locked state during the operation period. In some cases, it was greater than the rotational force. In order to be able to release the locked state of the reverse input cutoff clutch during the stop period of the engine body, it is necessary to increase the size of the rotating machine of the variable compression ratio mechanism. As a result, there has been a problem that the power consumption of the variable compression ratio mechanism is increased and the area where the rotating machine is disposed is increased.
本発明は、小型の回転機にて機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える内燃機関を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide an internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism which can change a mechanical compression ratio with a small rotary machine.
本発明の内燃機関は、クランクケースを含む支持構造物および燃焼室を有するシリンダブロックを含む機関本体と、支持構造物に対するシリンダブロックの相対位置を変更することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構とを備える。可変圧縮比機構は、支持構造物とシリンダブロックとの間に介在し、偏心軸を含むシャフトと、シャフトを回転させる駆動装置と、支持構造物から離れる向きにシリンダブロックを付勢する付勢部材とを含む。駆動装置は、回転機と、回転機の回転力をシャフトに伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチとを含む。クラッチは、支持構造物に対してシリンダブロックが離れる向きに対応する回転方向の回転力がクラッチの出力軸に加わると、クラッチの入力軸への回転力の伝達を遮断するように形成されている。内燃機関は、機関本体の停止期間中に機械圧縮比を低下する要求が生じた場合には、機械圧縮比を低下する前の状態において、クラッチの回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸の第1のトルクが回転機により入力軸に供給可能な第2のトルクよりも小さいか否かを判別し、第1のトルクが第2のトルクよりも小さい場合には機械圧縮比を低下させ、第1のトルクが第2のトルクよりも大きい場合には機械圧縮比の低下を禁止する。 An internal combustion engine according to the present invention includes an engine body including a support structure including a crankcase and a cylinder block having a combustion chamber, and variable compression capable of changing a mechanical compression ratio by changing a relative position of the cylinder block with respect to the support structure. And a ratio mechanism. The variable compression ratio mechanism is interposed between the support structure and the cylinder block, and includes a shaft including an eccentric shaft, a drive device that rotates the shaft, and an urging member that urges the cylinder block in a direction away from the support structure. Including. The drive device includes a rotating machine and a clutch disposed in a driving force transmission path that transmits the rotational force of the rotating machine to the shaft. The clutch is formed so as to cut off the transmission of the rotational force to the input shaft of the clutch when a rotational force in the rotational direction corresponding to the direction in which the cylinder block moves away from the support structure is applied to the output shaft of the clutch . . The internal combustion engine is required to release the transmission of the rotational force of the clutch in the state before the mechanical compression ratio is lowered when a request to lower the mechanical compression ratio occurs during the stop period of the engine body. It is determined whether or not the first torque of the input shaft is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine, and the mechanical compression ratio is determined when the first torque is smaller than the second torque. When the first torque is greater than the second torque, the mechanical compression ratio is prohibited to decrease.
上記発明においては、機関本体の停止期間中に機械圧縮比を低下する要求が生じた場合には、1回目の機械圧縮比の低下を実施した後の状態において、更に2回目の機械圧縮比の低下を実施する場合に、クラッチの回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸の第3のトルクが回転機により入力軸に供給可能な第2のトルクよりも小さいか否かを判別し、第3のトルクが第2のトルクよりも小さい場合には1回目の機械圧縮比の低下を実施し、第3のトルクが第2のトルクよりも大きい場合には1回目の機械圧縮比の低下を禁止することができる。 In the above invention, when a request to lower the mechanical compression ratio occurs during the stop period of the engine body, the second mechanical compression ratio is further reduced in the state after the first mechanical compression ratio is lowered. Whether or not the third torque of the input shaft necessary for releasing the interruption of the transmission of the torque of the clutch when performing the reduction is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine. When the third torque is smaller than the second torque, the first mechanical compression ratio is reduced, and when the third torque is larger than the second torque, the first mechanical compression is performed. A reduction in the ratio can be prohibited.
上記発明においては、機械圧縮比を変更するときの偏心軸の位置を推定し、偏心軸の位置が予め定められた範囲内である場合に、クラッチの回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸の第1のトルクが回転機により入力軸に供給可能な第2のトルクよりも小さいと判別することができる。
上記発明においては、機械圧縮比を変更するときの偏心軸の位置を推定し、偏心軸の位置が予め定められた範囲内である場合に、クラッチの回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸の第3のトルクが回転機により入力軸に供給可能な第2のトルクよりも小さいと判別することができる。
In the above invention, to estimate the position of the eccentric shaft when changing the mechanical compression ratio, when the position of the eccentric shaft is within a predetermined range, in order to release the blocking of the transmission of the rotational force of the clutch It can be determined that the required first torque of the input shaft is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine.
In the above invention, to estimate the position of the eccentric shaft when changing the mechanical compression ratio, and to release the interruption of transmission of the torque of the clutch when the position of the eccentric shaft is within a predetermined range It can be determined that the required third torque of the input shaft is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine.
上記発明においては、機械圧縮比の低下を禁止した場合には、機関本体の始動後に機械圧縮比を低下させることができる。 In the above invention, when the reduction of the mechanical compression ratio is prohibited, the mechanical compression ratio can be reduced after the engine body is started.
本発明によれば、小型の回転機にて機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える内燃機関を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism which can change a mechanical compression ratio with a small rotary machine can be provided.
図1から図15を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に取り付けられている火花点火式の内燃機関を例示して説明する。本実施の形態における内燃機関は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える。 An internal combustion engine according to an embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a spark ignition type internal combustion engine attached to a vehicle will be described as an example. The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio.
図1は、実施の形態における内燃機関の概略図である。内燃機関は、機関本体90を備える。機関本体90は、クランクケース1を含む支持構造物を含む。支持構造物は、クランクシャフトを支持するように形成されている。機関本体90は、シリンダブロック2およびシリンダヘッド3を含む。シリンダブロック2の内部に形成された穴部には、ピストン4が配置されている。燃焼室5の頂面の中央部には、点火栓6が配置されている。本発明においては、任意のピストン4の位置において、ピストン4の冠面、シリンダブロック2の穴部およびシリンダヘッド3に囲まれる空間を燃焼室と称する。
FIG. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to an embodiment. The internal combustion engine includes an
シリンダヘッド3には、吸気ポート8および排気ポート10が形成されている。吸気ポート8の端部には吸気弁7が配置されている。吸気弁7は、吸気カム49が回転することにより開閉する。排気ポート10の端部には、排気弁9が配置されている。吸気ポート8は、吸気枝管11を介してサージタンク12に連結されている。吸気枝管11には夫々対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置されている。なお、燃料噴射弁13は吸気枝管11に取付ける代りに、各燃焼室5に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。
An intake port 8 and an
サージタンク12は、吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結されている。吸気ダクト14の内部にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17が配置されている。また、吸気ダクト14の内部には、例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18が配置されている。一方、排気ポート10は、排気マニホールド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒装置20に連結されている。排気マニホールド19には空燃比センサ21が配置されている。
The
本実施の形態における内燃機関は、ピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aを備える。可変圧縮比機構Aは、クランクケース1に対するシリンダブロック2のシリンダ軸線方向における相対位置を変化させるように形成されている。クランクケース1とシリンダブロック2との間には、付勢部材としてのリフトスプリング65が配置されている。リフトスプリング65は、クランクケース1から離れる向きにシリンダブロック2を付勢するように形成されている。なお、付勢部材としては、この形態に限られず、クランクケース1から離れる向きにシリンダブロック2を付勢する任意の部材を採用することができる。
The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism A that can change the volume of the
クランクケース1とシリンダブロック2には、クランクケース1に対するシリンダブロック2の相対位置を検出するための相対位置センサ22が取付けられている。相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。
A
本実施の形態における内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット30を含む。本実施の形態における電子制御ユニット30は、デジタルコンピュータを含む。デジタルコンピュータは、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を含む。
The control device for the internal combustion engine in the present embodiment includes an
吸入空気量検出器18、空燃比センサ21、相対位置センサ22およびスロットル開度センサ24の出力信号は夫々対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続されている。負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。負荷センサ41の出力により要求負荷を検出することができる。更に、入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続されている。クランク角センサ42の出力により、クランク角度および機関回転数を検出することができる。
Output signals of the intake
一方、出力ポート36は、対応する駆動回路38を介して点火栓6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16、および可変圧縮比機構Aに接続される。これらの装置は、電子制御ユニット30により制御されている。
On the other hand, the
図2に、本実施の形態における可変圧縮比機構の分解斜視図を示す。図3に本実施の形態における可変圧縮比機構の第1の概略断面図を示す。図2および図3を参照して、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されている。各突出部50には断面形状が円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁には互いに間隔を隔てて、突出部50同士の間に嵌合される複数個の突出部52が形成されている。これらの突出部52にも断面形状が円形のカム挿入孔53が形成されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism in the present embodiment. FIG. 3 shows a first schematic cross-sectional view of the variable compression ratio mechanism in the present embodiment. Referring to FIGS. 2 and 3, a plurality of
本実施の形態における可変圧縮比機構は、一対のカムシャフト54,55を含む。カムシャフト54,55は、クランクケース1とシリンダブロック2との間に介在する。各カムシャフト54,55上には、一つおきに各カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が配置されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54,55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には、図3に示すように各カムシャフト54,55の回転軸線に対して偏心して配置された偏心軸57が延びている。この偏心軸57には、別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるように、円形カム56は、各円形カム58の両側に配置されている。これらの円形カム56は対応する各カム挿入孔51に回転可能に挿入されている。シリンダブロック2は、偏心軸57を含むカムシャフト54,55を介して、クランクケース1に支持されている。
The variable compression ratio mechanism in the present embodiment includes a pair of
図4に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第2の概略断面図を示す。図5に、本実施の形態における可変圧縮比機構の第3の概略断面図を示す。図3から図5は、通常運転において機械圧縮比を変更するときの可変圧縮比機構の機能を説明する断面図である。図3に示す状態から各カムシャフト54,55上に配置された円形カム58を矢印68に示すように、互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに近づく方向に移動する。偏心軸57は、それぞれのカムシャフト54,55の回転軸線の周りに回転する。シリンダブロック2は、矢印99に示すようにクランクケース1から離れる向きに移動する。このときに円形カム56は、カム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図4に示されるように偏心軸57が低い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印68で示される方向に回転させると、シリンダブロック2は、矢印99に示すように更にクランクケース1から離れる向きに移動する。この結果、図5に示されるように偏心軸57は最も高い位置となる。
FIG. 4 shows a second schematic cross-sectional view of the variable compression ratio mechanism in the present embodiment. FIG. 5 shows a third schematic cross-sectional view of the variable compression ratio mechanism in the present embodiment. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating the function of the variable compression ratio mechanism when changing the mechanical compression ratio in normal operation. When the
図3から図5には、それぞれの状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。図3から図5を比較するとわかるように、クランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まる。円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離が大きくなるほど、シリンダブロック2はクランクケース1から離れる。即ち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたリンク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2との間の相対位置が変化する。
3 to 5 show the positional relationship between the center a of the
シリンダブロック2がクランクケース1から離れると、ピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大する。シリンダブロック2がクランクケース1に近づくと、ピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は減少する。従って各カムシャフト54,55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。
When the
本実施の形態における可変圧縮比機構は、燃焼室5の容積を変更するための偏心軸57を回転させる駆動装置を含む。図2に示されるように、駆動装置は、回転機としてのモータ59、クラッチ70、ウォーム61,62およびウォームホイール63,64等を含む。回転軸60には、カムシャフト54,55を夫々反対方向に回転させるように、螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61,62が取付けられている。ウォーム61,62と噛合するウォームホイール63,64が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。なお、駆動装置の回転機としては、モータ59に限られず、クラッチ70の入力軸を回転させることができる任意の装置を採用することができる。
The variable compression ratio mechanism in the present embodiment includes a drive device that rotates an
本実施の形態では、モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。可変圧縮比機構は、電子制御ユニット30に制御されており、カムシャフト54,55を回転させるモータ59は、対応する駆動回路38を介して出力ポート36に接続されている。
In the present embodiment, by driving the
このように、本実施の形態における可変圧縮比機構は、クランクケース1に対してシリンダブロック2が相対的に移動することにより、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室5の容積が可変に形成されている。本実施の形態においては、下死点から上死点までのピストンの行程容積とピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積のみから定まる圧縮比を機械圧縮比と称する。機械圧縮比は、吸気弁の閉弁時期等に依存せずに、(機械圧縮比)=(ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積+ピストンの行程容積)/(ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積)にて示すことができる。
As described above, the variable compression ratio mechanism according to the present embodiment has a variable volume of the
図3に示す状態では、燃焼室5の容積が小さくなっており、機械圧縮比が高い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が高くなる。これに対して、図5に示す状態では、燃焼室5の容積が大きくなっており、機械圧縮比が低い状態である。吸入空気量が常時一定の場合には実際の圧縮比が低くなる。
In the state shown in FIG. 3, the volume of the
本実施の形態における内燃機関は、運転期間中に機械圧縮比を変更することにより、実際の圧縮比を変更することができる。内燃機関の運転状態に応じて、可変圧縮比機構により機械圧縮比を変更することができる。たとえば、要求負荷が大きくなるほど、吸入空気量が多くなりノッキング等の異常燃焼が生じやすくなる。このために、予め定められた運転領域において、要求負荷が大きくなるほど機械圧縮比を低下させる制御を行うことができる。 The internal combustion engine in the present embodiment can change the actual compression ratio by changing the mechanical compression ratio during the operation period. The mechanical compression ratio can be changed by the variable compression ratio mechanism in accordance with the operating state of the internal combustion engine. For example, as the required load increases, the amount of intake air increases and abnormal combustion such as knocking tends to occur. For this reason, in a predetermined operation region, it is possible to perform control to reduce the mechanical compression ratio as the required load increases.
図3から図5を参照して、偏心軸57は、カムシャフト54,55の回転軸、すなわち円形カム58の回転軸を中心に回転する。機械圧縮比を低下させる場合には、偏心軸57を矢印68に示す向きに回転させる。機械圧縮比を上昇させる場合には、偏心軸57を矢印69に示す向きに回転させる。
Referring to FIGS. 3 to 5,
本実施の形態においては、クランクケース1に対してシリンダブロック2を離す向きに相対移動させるときの偏心軸57の回転方向を、一方の回転方向と称する。また、クランクケース1に対してシリンダブロック2を近づける向きに相対移動させるときの偏心軸57の回転方向を他方の回転方向と称する。本実施の形態においては、矢印68が一方の回転方向であり、矢印69が他方の回転方向である。
In the present embodiment, the rotation direction of the
図2を参照して、本実施の形態における可変圧縮比機構は、モータ59の回転力(トルク)をカムシャフト54,55に伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチ70を含む。本実施の形態におけるクラッチ70は、入力側がモータ59の回転力を伝達する回転軸66に接続され、出力側がウォーム61,62を支持する回転軸60に接続されている。
Referring to FIG. 2, the variable compression ratio mechanism in the present embodiment includes a clutch 70 arranged in a driving force transmission path for transmitting the rotational force (torque) of
本実施の形態におけるクラッチ70は、いわゆる逆入力遮断クラッチである。本実施の形態における逆入力遮断クラッチは、入力軸からの回転力を出力軸に伝達し、出力軸からの回転力を遮断するように形成されている。すなわち、クラッチ70は、モータ59から伝達される回転軸66の回転力はウォーム61,62に伝達し、ウォーム61,62から伝達される回転軸60の回転力は遮断して、モータ59に伝達しない構造を有する。
The clutch 70 in the present embodiment is a so-called reverse input cutoff clutch. The reverse input cutoff clutch in the present embodiment is configured to transmit the rotational force from the input shaft to the output shaft and to block the rotational force from the output shaft. That is, the clutch 70 transmits the rotational force of the
図6に、本実施の形態におけるクラッチ70の第1の概略断面図を示す。図7に、本実施の形態におけるクラッチ70の第2の概略断面図を示す。図7は、図6におけるX線に沿って切断したときの概略断面図である。 In FIG. 6, the 1st schematic sectional drawing of the clutch 70 in this Embodiment is shown. In FIG. 7, the 2nd schematic sectional drawing of the clutch 70 in this Embodiment is shown. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line X in FIG.
図6および図7を参照して、本実施の形態のクラッチ70は、外輪77を含む。外輪77は、ねじ85によりハウジング78に固定されている。外輪77は、クラッチ70が駆動している期間中にも移動せずに固定されている。クラッチ70は、出力軸74を有する。出力軸74は、ウォーム61,62が固定されている回転軸60に接続されている。出力軸74は、回転中心軸88を回転中心にして回転する。出力軸74は、穴部75を有する。穴部75は、出力軸74が回転する周方向に沿って複数個が形成されている。本実施の形態における出力軸74は、断面形状が多角形に形成されている。図6に示す例では、出力軸74は、断面形状が正八角形に形成されている。
Referring to FIGS. 6 and 7, clutch 70 of the present embodiment includes an
クラッチ70は、入力軸71を含む。入力軸71は、回転中心軸88を回転中心にして回転する。入力軸71は、モータ59の回転力を伝達する回転軸66に接続されている。入力軸71は、挿入部72と保持部73とを有する。挿入部72および保持部73は、一体的に回転する。
The clutch 70 includes an
複数の挿入部72は、出力軸74の複数の穴部75に対応する位置に形成されている。挿入部72は、出力軸74の穴部75に挿入されている。穴部75の内径は挿入部72の外径よりも大きくなるように形成されている。挿入部72と穴部75との間には隙間が形成されている。複数の保持部73は、外輪77と出力軸74との間に配置されている。また、保持部73はローラ80a,80bに対向し、偏心軸57が一方の回転方向に回転する向きに入力軸71が回転したときにローラ80aを押圧し、偏心軸57が他方の回転方向に回転する向きに入力軸71が回転したときにローラ80bを押圧するように形成されている。
The plurality of
出力軸74と外輪77との間の空間には、ローラ80a,80bが配置されている。本実施の形態におけるローラ80a,80bは円柱状に形成されている。ローラ80aとローラ80bとの間には、スプリング81が配置されている。スプリング81は、ローラ80a,80bを互いに離す向きに付勢する。
出力軸74と外輪77とにより、ローラ80a,80bを係止させるための係止部86a,86bが形成される。係止部86a,86bは、ローラ80a,80bが付勢されている向きに沿って、出力軸74の端面と外輪77の内面との間隔が徐々に狭くなっている部分である。また、係止部86a,86bは、ローラ80a,80bが通過しないように狭く形成されている。
The
図2を参照して、本実施の形態におけるクラッチ70は、モータ59とウォーム62との間に配置されているが、この形態に限られず、モータ59の回転力をカムシャフト54,55に伝達する駆動力伝達経路に配置することができる。例えば、クラッチ70は、ウォームホイール63,64と、カムシャフト54,55との間に配置されていても構わない。この場合には、それぞれのカムシャフト54,55に対してクラッチを配置することができる。
Referring to FIG. 2, clutch 70 in the present embodiment is disposed between
次に、本実施の形態おけるクラッチ70の動作について説明する。本実施の形態におけるクラッチ70は、モータ59の回転力が入力軸71に入力されると、この回転力を出力軸74に伝達する。一方で、クラッチ70は、カムシャフト54,55の側からの回転力が出力軸74に伝達されると、ロックされてこの回転力を遮断する。特に、クラッチ70は、偏心軸57が一方の回転方向に回転する向きにてウォーム61,62から回転力が伝達されると、この回転力を遮断する。
Next, the operation of the clutch 70 in the present embodiment will be described.
図1を参照して、本実施の形態においては、リフトスプリング65によって、シリンダブロック2がクランクケース1から離れる向きに付勢されている。内燃機関の運転期間中には、重力の影響や燃焼サイクルの吸気行程において燃焼室5が負圧になる影響により、クランクケース1に対してシリンダブロック2が近づく向きに力が作用する。しかしながら、リフトスプリング65が配置されることにより、クランクケース1に対してシリンダブロック2が離れる向きに常に付勢され、シリンダブロック2に振動等が生じることを抑制できる。更に、燃焼室5において燃料の燃焼が行なわれごとに、筒内圧によりクランクケース1に対してシリンダブロック2が離れる方向に力が作用する。
Referring to FIG. 1, in the present embodiment,
シリンダブロック2がクランクケース1から離れる向きの回転力は、カムシャフト54,55、ウォームホイール63,64およびウォーム61,62を介してクラッチ70に伝達される。図6を参照して、矢印100は、クランクケース1に対してシリンダブロック2が上昇する方向に対応する方向である。すなわち、機械圧縮比が小さくなり、ピストン4が上死点に到達したときの燃焼室5が大きくなる回転方向を示している。シリンダブロック2にはクランクケース1に対して離れる方向に常に力が加わり、出力軸74には矢印100に示す向きに力が加わっている。
The rotational force in the direction in which the
ローラ80aは、スプリング81に押圧されて係止部86aに接触している。このために、ローラ80aに楔の効果が生じて、外輪77に対する出力軸74の回転が阻止され、出力軸74がロックされる。このように、クラッチ70は、クランクケース1に対してシリンダブロック2が離れる方向に対応する出力側からの回転力を遮断することができる。また、同様に、矢印100と反対向きの回転力が出力軸74に加わった場合には、ローラ80bが係止部86bに接触して出力軸74がロックされる。この様に、クラッチ70は、モータ59を駆動しない場合に、ローラ80a,80bが係止部86a,86bに係止して出力軸74をロックする。
The
図8は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明するクラッチ70の第1の概略断面図である。機械圧縮比を低下させる場合には、クランクケース1に対してシリンダブロック2を離す向きに移動させる。モータ59を駆動することにより、入力軸71の挿入部72は、矢印101に示す向きに回転する。挿入部72が穴部75の内面に接触する前に、保持部73がローラ80aに接触する。
FIG. 8 is a first schematic cross-sectional view of the clutch 70 for explaining the operation when the mechanical compression ratio is lowered. When lowering the mechanical compression ratio, the
図9は、機械圧縮比を低下させるときの動作を説明するクラッチ70の第2の概略断面図である。入力軸71を更に回転させることにより、保持部73がローラ80aを押圧する。ローラ80aは、係止部86aから離れる。すなわち、ローラ80aのくさび効果が消失する。このため、出力軸74は、ロック状態が解除され、外輪77に対して矢印101に示す方向に回転可能になる。入力軸71の挿入部72が、矢印101に示す向きに回転することにより、挿入部72が出力軸74の穴部75を押圧し、出力軸74を回転させることができる。このときに、出力軸74は、ローラ80bが係止部86bから離れる向きに回転するためにローラ80bによるロック状態も解除される。
FIG. 9 is a second schematic cross-sectional view of the clutch 70 for explaining the operation when the mechanical compression ratio is lowered. By further rotating the
図10は、機械圧縮比を上昇させるときの動作を説明するクラッチ70の概略断面図である。機械圧縮比を上昇させる場合には、クランクケース1に対してシリンダブロック2を近づける向きに移動させる。モータ59を駆動することにより、入力軸71の挿入部72および保持部73を、矢印102に示す向きに回転させる。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the clutch 70 for explaining the operation when raising the mechanical compression ratio. In order to increase the mechanical compression ratio, the
入力軸71の挿入部72および保持部73を矢印102に示す向きに回転させることにより、保持部73がローラ80bを押圧する。ローラ80bが係止部86bから脱離してローラ80bのくさび効果が消失する。次に、入力軸71の挿入部72が出力軸74の穴部75を押圧することにより、入力軸71の回転力を出力軸74に伝達することができる。出力軸74は、矢印102に示す向きに回転する。このときに、出力軸74は、ローラ80aが係止部86aから離れる向きに回転するために、ローラ80aによるロック状態も解除される。このように、入力軸71の回転力を出力軸74に伝達することができる。
By rotating the
ところで、機関本体90の運転期間中には、燃焼室5にて燃焼が生じることによる筒内圧がシリンダヘッド3に作用する。このために、機関本体90の運転期間中には、リフトスプリング65の付勢力に加えて筒内圧がシリンダブロックに加わる。
By the way, during the operation period of the engine
図8および図9を参照して、機械圧縮比を低下させる場合には、入力軸71が矢印101に示す向きに回転する。矢印100に示す出力軸74に加わる回転力は、筒内圧に依存する。筒内圧が高くなると、出力軸74に加わる回転力も大きくなり、逆入力トルクをロックしている係止部86aにおけるくさび効果も強くなる。ところが、筒内圧は振動するために、筒内圧が減少する期間中に保持部73にてローラ80aを押圧すると、比較的に小さな力にてローラ80aを係止部86aから離脱させることができる。
Referring to FIGS. 8 and 9, when reducing the mechanical compression ratio,
図10を参照して、機械圧縮比を上昇させる場合には、入力軸71が矢印102に示す向きに回転する。係止部86aにおいては、ローラ80aが係止部86aから離脱する方向に入力軸71が回転する。保持部73は、逆入力トルクを遮断していない側の係止部86bのローラ80bを押圧するために、容易にローラ80bを係止部86bから離脱させることができる。
Referring to FIG. 10, when increasing the mechanical compression ratio,
ところで、本実施の形態の内燃機関は、機関本体90を停止している期間中に可変圧縮比機構を駆動する制御を行う。ここで、機関本体90の停止とは、燃焼室5における燃料の燃焼が停止しているのみではなく、機関本体90から出力されるトルクが零の状態を示す。すなわち、機関回転数が零である状態を示している。このような機関本体90が停止している状態においても、例えば、可変圧縮比機構の異常の有無を確認するために機械圧縮比を変更する場合がある。
By the way, the internal combustion engine of the present embodiment performs control to drive the variable compression ratio mechanism while the engine
図1を参照して、機関本体90を停止している期間中では、燃焼室5における燃料の燃焼を停止している。このため、筒内圧によりシリンダブロック2に加えられる荷重は零になる。ところが、クランクケース1とシリンダブロック2との間に配置されているリフトスプリング65により、シリンダブロック2にはクランクケース1から離れる向きに荷重が加わっている。
Referring to FIG. 1, the combustion of fuel in
図2を参照して、シリンダブロック2に作用する荷重は、カムシャフト54,55、ウォームホイール63,64、ウォーム61,62および回転軸60を介して、クラッチ70の出力軸74に入力される。このときの出力軸74に入力されるトルクの回転方向は、クランクケース1に対してシリンダブロック2が離れる方向に対応する。
Referring to FIG. 2, the load acting on
図6を参照して、機関本体90の停止期間中においても、クラッチ70には、出力軸74に対して矢印100に示す回転方向のトルクが加えられている。ローラ80aは、係止部86aに係止して、出力軸74の回転力が入力軸71に伝達されることが遮断されている状態である。すなわち、出力軸74は、ロック状態である。
Referring to FIG. 6, the torque in the rotational direction indicated by
機関本体90の停止期間中に、機械圧縮比が上昇させる場合には、機関本体90の運転期間中と同様の制御によりロック状態を解除することができる。すなわち、図10に示すように、モータ59により入力軸71を矢印102に示す向きに回転させることにより、ローラ80aによるロック状態を解除して、機械圧縮比を上昇させることができる。
When the mechanical compression ratio is increased during the stop period of the
一方で、機械圧縮比を低下させる場合には、図8および図9に示すように、モータ59により入力軸71を矢印101に示す向きに回転させることにより、保持部73にてローラ80aを押圧し、係止部86aからローラ80aを離脱させる。
On the other hand, when the mechanical compression ratio is lowered, the
ところが、機関本体90の停止期間中には、燃焼室5における燃焼がないために、出力軸74に加わる矢印100に示す回転力は、ほぼ一定の状態になる。また、クラッチ70のロック状態を解除するために筒内圧の脈動を利用することができない。このために、機械圧縮比を低下させる場合には、ロック状態を解除するために必要な入力軸71に加えるトルクは、運転期間中よりも停止期間中の方が大きくなる。すなわち、運転期間中よりも停止期間中の方が、ローラ80aを係止部86aから離脱させるために保持部73を回転させるトルクが大きくなる。
However, during the stop period of the engine
本実施の形態の内燃機関においては、機関本体90の停止期間中に、機械圧縮比を低下させる要求が生じた場合には、可変圧縮比機構の駆動装置により、クラッチ70のロック状態を解除できるか否かを判別する。機械圧縮比を低下する前の状態において、クラッチ70の回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸71の第1のトルクが、モータ59により供給可能な第2のトルクよりも小さいか否かを判別する。すなわち、モータ59の最大トルクによってローラ80aを押圧して、係止部86aから離脱させることが可能か否かを判別する。
In the internal combustion engine of the present embodiment, when a request for lowering the mechanical compression ratio occurs during the stop period of the
そして、クラッチ70のロック状態の解除のための第1のトルクが、モータ59により供給可能な第2のトルクよりも小さい場合または第1のトルクと第2のトルクとが同じ場合には、機械圧縮比を低下させる。一方で、クラッチ70のロック状態の解除のための第1のトルクが、モータ59により供給可能な第2のトルクよりも大きい場合には、機械圧縮比の低下を禁止する。機械圧縮比の低下を禁止した場合には、機関本体90の始動後に、機械圧縮比を低下させる制御を行う。
When the first torque for releasing the lock state of the clutch 70 is smaller than the second torque that can be supplied by the
次に、機関本体90の停止期間中にクラッチ70の出力軸74に加わるトルクと、クラッチ70のロック状態を解除するために必要な入力軸71のトルクとの推定方法について説明する。
Next, a method of estimating the torque applied to the
図11は、可変圧縮比機構のリンク機構における偏心軸角度に対するシリンダブロック2に加わる荷重のグラフである。縦軸は、リフトスプリング65によりシリンダブロック2に印加される荷重を示している。図3から図5を参照して、本実施の形態においては、円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bとを結ぶ線と、シリンダブロック2の移動方向とのなす角度を偏心軸角度θと称する。機械圧縮比が最も高い図3に示す状態では、偏心軸角度が0°である。本実施の形態においては、機械圧縮比が低下するほど、偏心軸角度θが増大する。そして、図5に示すように、機械圧縮比が最小の状態では、偏心軸角度θがほぼ180°である。
FIG. 11 is a graph of the load applied to the
図11を参照して、本実施の形態においては、機械圧縮比が低くなるほど、クランクケース1に対してシリンダブロック2が遠ざかるためにリフトスプリング65は長くなる。すなわち、機械圧縮比が低くなるほど、リフトスプリング65の縮み量は減少し、シリンダブロック2に加えられる荷重は減少する。このために、偏心軸角度θが大きくなるほど、シリンダブロック2に加えられる荷重は小さくなっている。偏心軸角度が180°になった場合においてもリフトスプリング65は縮んでいる状態であり、最小荷重がシリンダブロック2に加わっている。
Referring to FIG. 11, in the present embodiment, the lower the mechanical compression ratio, the longer the
このように、リフトスプリング65からシリンダブロック2に印加される荷重は、クランクケース1に対するシリンダブロック2の相対位置により定まる。本実施の形態においては、相対位置センサ22により相対位置を検出することにより、リフトスプリング65による荷重を算出することができる。また、相対位置から偏心軸角度θを算出することができる。または、任意の装置により偏心軸角度を検出し、リフトスプリングによる荷重を算出しても構わない。
Thus, the load applied from the
図12に、偏心軸角度に対する角度係数のグラフを示す。縦軸の角度係数は、リンク機構によりシリンダブロック2に加わる荷重がウォームホイール63,64に伝達されるときの力の伝達率を示している。図3から図5に示すように、本実施の形態の可変圧縮比機構は、円形カム56,58の中心a,cと偏心軸57の中心bとが相対移動するリンク機構を有する。シリンダブロック2に加わる荷重は、このリンク機構を介してウォームホイール63,64に伝達される。このときに、リンク機構の状態、すなわち、偏心軸角度に依存して、ウォームホイール63,64に伝達される回転力が変化する。シリンダブロックに加わる荷重が同一であっても、角度係数が大きくなるほどウォームホイール63,64に伝達されるトルクは大きくなる。図11に示すシリンダブロック2に加わる荷重に対して図12に示す角度係数を乗じることにより、ウォームホイール63,64に加えられるトルクを算出することができる。
FIG. 12 shows a graph of the angle coefficient with respect to the eccentric shaft angle. The angle coefficient on the vertical axis indicates the force transmission rate when the load applied to the
次に、ウォームホイール63,64とウォーム61,62とのギヤ比に基づいて、クラッチ70の出力軸74に加わるトルクを算出することができる。なお、この出力軸74に入力されるトルクにより、クラッチ70のロック状態が達成されている。
Next, the torque applied to the
図13は、クラッチ70の出力軸74に加わるトルクに対するロック解除トルクを示すグラフである。図13は、機械圧縮比を低下させるときのグラフを示しており、縦軸は、機械圧縮比を低下させる時にクラッチ70のロック状態を解除するために必要なトルクである。すなわち、クラッチ70の入力軸71に印加されるべきトルクを示している。出力軸74に加わるトルクが大きくなるほど、ロック状態を解除するためのトルクも大きくなっている。機関本体90の運転期間中では、筒内圧の脈動を利用することができるために、クラッチ70のロック状態を解除するためのトルクは、出力軸74に加わるトルクとほぼ等しくなる。ところが、機関本体90の停止期間中には、ロック状態を解除するためのトルクは、出力軸74に加わるトルクよりも大きくなっている。
FIG. 13 is a graph showing the unlocking torque with respect to the torque applied to the
図11および図12の関係により算出されるクラッチ70の出力軸74に加わるトルクに、図13に示す関係に基づいてクラッチ70のロック状態を解除するために入力軸71に必要なトルクを算出することができる。
The torque required for the
図14は、機械圧縮比を低下する時に、偏心軸角度に対するロック状態を解除するために必要なトルクを示すグラフである。本実施の形態の駆動装置のモータ59は、クラッチ70の入力軸71に加えることが可能なトルクがロック状態を解除するためのトルクの最大値よりも小さくなるように形成されている。図14には、駆動装置のモータ59により入力軸71に加えることが可能なトルクの上限が示されている。
FIG. 14 is a graph showing the torque required to release the lock state with respect to the eccentric shaft angle when the mechanical compression ratio is lowered. The
偏心軸角度θL以下の範囲および偏心軸角度θH以上の範囲においては、ロック状態を解除するためのトルクよりも大きなトルクをモータ59により供給することができて、ロック状態を解除することができる。ところが、偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さな範囲においては、クラッチ70のロック状態を解除するために必要なトルクは、モータ59により入力軸71に供給可能なトルクよりも大きくなっている。すなわち、偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さな範囲では、機械圧縮比を低下させるためにロック状態を解除することは不可能になっている。
In the range below the eccentric shaft angle θL and the range above the eccentric shaft angle θH, a torque larger than the torque for releasing the locked state can be supplied by the
そこで、本実施の形態の内燃機関においては、現在の偏心軸角度θを検出し、現在の偏心軸角度θが偏心軸角度θL以下の場合または偏心軸角度θH以上の場合には、クラッチ70のロック状態を解除するために必要な入力軸71のトルクが、モータ59により入力軸71に供給可能なトルクよりも小さいと判別する。モータ59によりクラッチ70に供給できるトルクが大きく、クラッチ70のロック状態を解除できると判別する。このために、機械圧縮比を低下させる制御を行う。
Therefore, in the internal combustion engine of the present embodiment, the current eccentric shaft angle θ is detected, and when the current eccentric shaft angle θ is equal to or smaller than the eccentric shaft angle θL or equal to or larger than the eccentric shaft angle θH, It is determined that the torque of the
一方で、現在の偏心軸角度θが偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい場合には、クラッチ70のロック状態を解除するために必要な入力軸71のトルクが、モータ59により入力軸71に供給可能なトルクよりも大きいと判別する。偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい領域は、ロック状態の解除が不可能な領域であり、機械圧縮比の低下を禁止する制御を行う。
On the other hand, when the current eccentric shaft angle θ is larger than the eccentric shaft angle θL and smaller than the eccentric shaft angle θH, the torque of the
このように、モータ59により入力軸71に供給可能なトルクに応じて、機械圧縮比を低下させる範囲を定めることにより、全ての偏心軸角度において機械圧縮比を低下可能に形成する必要がなく、モータ59の最大トルクを小さくすることができる。すなわち、モータ59の容量を小さくすることができる。たとえば、図14に示すクラッチのロック状態を解除するために必要なトルクの最大値よりも、モータにより入力軸に供給されるトルクの最大値を大きくすると、全ての偏心軸角度θにおいて機械圧縮比を低下することができる。しかしながら、この場合には、機械圧縮比を低下させる為のモータが過大になる。本実施の形態における運転制御は、機械圧縮比の低下が可能か否かを判別するために、機械圧縮比の低下が不可能な場合にモータを駆動することを回避できる。このために駆動装置のモータが出力するトルクの上限を低くすることができる。図14を参照して、クラッチのロック状態を解除するために必要なトルクの最大値よりも、モータにより入力軸に供給するトルクの最大値を小さくすることができる。この様に、モータの容量を小さくすることができて小型化を図ることができる。
Thus, by determining the range in which the mechanical compression ratio is reduced according to the torque that can be supplied to the
本実施の形態では、機械圧縮比を低下させる前の偏心軸の位置を推定し、偏心軸の位置が予め定められた範囲内である場合に、機械圧縮比の低下が可能であると判別する。偏心軸の位置を用いて判別することにより、クラッチのロック状態を解除するために必要なトルクがモータにより入力軸に供給されるトルクよりも小さいか否かを容易に判別することができる。 In the present embodiment, the position of the eccentric shaft before reducing the mechanical compression ratio is estimated, and when the position of the eccentric shaft is within a predetermined range, it is determined that the mechanical compression ratio can be reduced. . By determining using the position of the eccentric shaft, it is possible to easily determine whether or not the torque required to release the clutch locked state is smaller than the torque supplied to the input shaft by the motor.
本実施の形態においては、偏心軸の位置を特定するために、偏心軸角度を用いているが、この形態に限られず、偏心軸の位置に関する任意の変数を採用することができる。例えば、偏心軸の位置は、クランクケース1に対するシリンダブロック2の相対位置に依存する。このために、偏心軸角度の代わりに、クランクケース1に対するシリンダブロック2の相対位置を採用しても構わない。
In the present embodiment, the eccentric shaft angle is used to specify the position of the eccentric shaft, but the present invention is not limited to this configuration, and any variable relating to the position of the eccentric shaft can be employed. For example, the position of the eccentric shaft depends on the relative position of the
ところで、機関本体90の停止期間中に機械圧縮比を低下させて一旦停止した後に、更に、機械圧縮比を低下させる場合がある。すなわち、1回目の機械圧縮比の低下の後に、2回目の機械圧縮比の低下を行う場合がある。この制御では、1回目の機械圧縮比の低下を実施する場合に、モータ59による機械圧縮比の低下が可能であっても、2回目の機械圧縮比の低下が不可能な場合がある。すなわち、停止期間中に機関圧縮比の低下ができなくなる虞がある。たとえば、図14において、1回目の機械圧縮比の低下により、ロック状態の解除が可能である領域からロック状態の解除が不可能な領域に移行する場合がある。
By the way, after the mechanical compression ratio is lowered and temporarily stopped during the stop period of the
本実施の形態における運転制御では、1回目の機械圧縮比の低下を実施する前の状態に加えて、1回目の機械圧縮比の低下を実施した後の状態についても、2回目の機械圧縮比の低下が可能か否かを判別する。すなわち、1回目の機械圧縮比を低下した後の状態において、クラッチ70の回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸71の第3のトルクが、モータ59により入力軸71に供給可能な第2のトルクよりも小さいか否かを判別する。そして、第3のトルクが第2のトルクよりも小さい場合または等しい場合には機械圧縮比を低下させ、第3のトルクが第2のトルクよりも大きい場合には機械圧縮比の低下を禁止する制御を行う。この制御を行うことにより、機械圧縮比を低下させた後の状態から更に機械圧縮比を低下させる要求が生じた場合にも機械圧縮比を低下させることができる。
In the operation control in the present embodiment, in addition to the state before the first reduction in the mechanical compression ratio, the second mechanical compression ratio is also applied to the state after the first reduction in the mechanical compression ratio. It is determined whether or not it is possible to reduce the value. That is, the third torque of the
また、停止期間中に機械圧縮比を上昇させる場合についても同様に、機械圧縮比を上昇させることにより、機械圧縮比を低下させるためにロック状態を解除することが不可能な領域に移行する場合がある。本実施の形態においては、機械圧縮比を上昇させる場合にも、機械圧縮比を上昇した後の状態から機械圧縮比の低下が実施できるか否かを判別している。機械圧縮比を上昇した後の状態から機械圧縮比の低下が不可能な場合には、機械圧縮比の上昇を禁止する制御を行っている。そして、機関本体90の始動後に機械圧縮比を上昇させる制御を行っている。
Similarly, when the mechanical compression ratio is increased during the stop period, similarly, when the mechanical compression ratio is increased, the locked state can not be released in order to decrease the mechanical compression ratio. There is. In the present embodiment, even when the mechanical compression ratio is increased, it is determined whether or not the mechanical compression ratio can be reduced from the state after the mechanical compression ratio is increased. When the mechanical compression ratio cannot be lowered from the state after the mechanical compression ratio is increased, control for prohibiting the increase of the mechanical compression ratio is performed. Then, after the engine
図15に、本実施の形態における運転制御のフローチャートを示す。図15に示す運転制御は、たとえば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行うことができる。 FIG. 15 shows a flowchart of operation control in the present embodiment. The operation control shown in FIG. 15 can be repeatedly performed at predetermined time intervals, for example.
ステップ120においては、機関本体90が停止している状態か否かを判別する。例えば、機関回転数が零であるか否かを判別する。ステップ120において、機関本体90が運転期間中である場合には、この制御を終了する。ステップ120において、機関本体90が停止期間中である場合にはステップ121に移行する。
In
ステップ121においては、機械圧縮比の変更要求を検出したか否かを判別する。機械圧縮比の変更要求を検出していない場合には、この制御を終了する。機械圧縮比の変更要求を検出した場合には、ステップ122に移行する。
In
ステップ122においては、現在の機械圧縮比の状態における偏心軸角度θiと、機械圧縮比を変更した後の状態における偏心軸角度θjとを算出する。偏心軸角度θi,θjは、現在の機械圧縮比または目標の機械圧縮比に基づいて算出することができる。
In
次に、ステップ123においては、機械圧縮比を低下させるか否かを判別する。ステップ123において、機械圧縮比を低下させる場合には、ステップ124に移行する。なお、機械圧縮比を上昇させる場合については後述する。
Next, in
ステップ124においては、機械圧縮比を低下する前の偏心軸角度、すなわち、現在の偏心軸角度θiが、偏心軸角度の下限判定値よりも大きく上限判定値よりも小さい範囲内か否かを判別する。すなわち、モータ59によりロック状態の解除が不可能な領域であるか否かを判別する。これらの判定値は予め定めておくことができる。本実施の形態においては、現在の偏心軸角度θiが図14に示す偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい範囲内か否かを判別する。ステップ124において、現在の偏心軸角度θiが偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい範囲内である場合には、機械圧縮比の低下を禁止し、ステップ125に移行する。
In
ステップ125においては、機関本体90を始動したときに機械圧縮比を低下させるフラグを1に設定する。このフラグは、機関本体90を始動した直後に読み込まれ、フラグが1である場合には、機械圧縮比を低下させる制御を行う。
In
ステップ124において、偏心軸角度θiが偏心軸角度θL以下または偏心軸角度θH以上である場合には、ステップ126に移行する。すなわち、モータ59によりクラッチ70のロック状態を解除できる場合には、ステップ126に移行する。
If the eccentric shaft angle θi is equal to or smaller than the eccentric shaft angle θL or equal to or larger than the eccentric shaft angle θH at
ステップ126においては、機械圧縮比を低下させた後の状態において、偏心軸角度θjが偏心軸角度の下限判定値よりも大きく上限判定値よりも小さい範囲内か否かを判別する。本実施の形態においては、図14に示す偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい範囲内か否かを判別する。すなわち、1回目の機械圧縮比の低下を実施した後の偏心軸角度θjの状態において、更に2回目の機械圧縮比の低下を実施することが可能か否かを判別する。
In
ステップ126において、偏心軸角度θjが偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい範囲内である場合には、ステップ125に移行する。この場合には、機械圧縮比の低下を禁止する制御を行う。ステップ126において、偏心軸角度θjが偏心軸角度θL以下である場合または偏心軸角度θH以上の場合には、ステップ127に移行する。ステップ127においては、目標の機械圧縮比まで低下させる制御を行う。
In
一方で、ステップ123において、機械圧縮比を上昇させる場合には、ステップ126に移行する。この後の制御は機械圧縮比を低下させる場合と同様であり、ステップ126においては、機械圧縮比を上昇した後の状態において、機械圧縮比を低下させることが可能か否かを判別する。機械圧縮比を上昇させた後の偏心軸角度θjが、偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい範囲内か否かを判別する。
On the other hand, when the mechanical compression ratio is increased in
ステップ126において、機械圧縮比を上昇した後の偏心軸角度θjが偏心軸角度θLよりも大きく偏心軸角度θHよりも小さい場合には、ステップ125に移行する。この場合においても機械圧縮比の上昇を禁止する制御を行う。ステップ125においては、機関本体90を始動した直後に機械圧縮比を上昇させるフラグを1に設定する。ステップ126において、偏心軸角度θjが偏心軸角度θL以下である場合または偏心軸角度θH以上である場合には、ステップ127に移行する。ステップ127においては、機械圧縮比を上昇させる制御を行う。
In
このように、本実施の形態においては、小型のモータ59を用いて機関本体90が停止している期間中に機械圧縮比の変更制御を行うことができる。
Thus, in the present embodiment, the mechanical compression ratio change control can be performed while the engine
本実施の形態においては、機械圧縮比を変更する前に機械圧縮比の低下が可能か否かを判別し、更に、機械圧縮比を変更した後の状態から機械圧縮比を低下できるか否かを判別しているが、この形態に限られず、機械圧縮比を変更した後の状態は判別しなくても構わない。たとえば、1回目の機械圧縮比の変更では機械圧縮比を低下し、2回目の機械圧縮比の変更では機械圧縮比を上昇させることが予め定められている場合には、1回目の機械圧縮比の変更後の状態から機械圧縮比を低下できるか否かを判別しなくても構わない。 In the present embodiment, it is determined whether or not the mechanical compression ratio can be lowered before changing the mechanical compression ratio, and whether or not the mechanical compression ratio can be lowered from the state after changing the mechanical compression ratio. However, the present invention is not limited to this mode, and the state after changing the mechanical compression ratio may not be determined. For example, when it is predetermined that the mechanical compression ratio is decreased when the first mechanical compression ratio is changed and the mechanical compression ratio is increased when the second mechanical compression ratio is changed, the first mechanical compression ratio is changed. It is not necessary to determine whether or not the mechanical compression ratio can be reduced from the changed state.
本実施の形態における逆入力遮断クラッチは、機械圧縮比が上昇する回転方向および機械圧縮比が低下する回転方向の両方向の入力軸からの回転力を出力軸に伝達し、出力軸からの両方向の回転力を遮断するように形成されているが、この形態に限られず、入力軸からの両方向の回転力を出力側に伝達し、機械圧縮比が低下する方向の出力軸からの回転力を遮断するように形成されていれば構わない。 The reverse input cutoff clutch in the present embodiment transmits the rotational force from the input shaft in both the rotational direction in which the mechanical compression ratio increases and the rotational direction in which the mechanical compression ratio decreases to the output shaft, and in both directions from the output shaft. Although it is configured to cut off the rotational force, it is not limited to this form, but the rotational force from both directions from the input shaft is transmitted to the output side, and the rotational force from the output shaft in the direction of decreasing the mechanical compression ratio is cut off. It does not matter as long as it is formed.
本実施の形態においては、車両に取り付けられている内燃機関を例示して説明を行なったが、この形態に限られず、任意の装置や設備等に配置されている内燃機関に本発明を適用することができる。 In the present embodiment, the internal combustion engine attached to the vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention is applied to an internal combustion engine disposed in an arbitrary device or facility. be able to.
上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。 In each of the above-described controls, the order of the steps can be appropriately changed within a range where the function and the action are not changed.
上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。 In the respective drawings described above, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.
1 クランクケース
2 シリンダブロック
4 ピストン
5 燃焼室
22 相対位置センサ
30 電子制御ユニット
54,55 カムシャフト
56,58 円形カム
57 偏心軸
59 モータ
61,62 ウォーム
63,64 ウォームホイール
65 リフトスプリング
70 クラッチ
71 入力軸
74 出力軸
80a,80b ローラ
86a,86b 係止部
90 機関本体
A 可変圧縮比機構
DESCRIPTION OF
Claims (5)
支持構造物に対するシリンダブロックの相対位置を変更することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構とを備え、
可変圧縮比機構は、支持構造物とシリンダブロックとの間に介在し、偏心軸を含むシャフトと、シャフトを回転させる駆動装置と、支持構造物から離れる向きにシリンダブロックを付勢する付勢部材とを含み、
駆動装置は、回転機と、回転機の回転力をシャフトに伝達する駆動力伝達経路に配置されているクラッチとを含み、
前記クラッチは、支持構造物に対してシリンダブロックが離れる向きに対応する回転方向の回転力が前記クラッチの出力軸に加わると、前記クラッチの入力軸への回転力の伝達を遮断するように形成されており、
機関本体の停止期間中に機械圧縮比を低下する要求が生じた場合には、機械圧縮比を低下する前の状態において、前記クラッチの回転力の伝達の遮断を解除するために必要な入力軸の第1のトルクが回転機により入力軸に供給可能な第2のトルクよりも小さいか否かを判別し、
前記第1のトルクが前記第2のトルクよりも小さい場合には機械圧縮比を低下させ、前記第1のトルクが前記第2のトルクよりも大きい場合には機械圧縮比の低下を禁止することを特徴とする、内燃機関。 An engine body including a support structure including a crankcase and a cylinder block having a combustion chamber;
A variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio by changing the relative position of the cylinder block with respect to the support structure;
The variable compression ratio mechanism is interposed between the support structure and the cylinder block, and includes a shaft including an eccentric shaft, a drive device that rotates the shaft, and an urging member that urges the cylinder block in a direction away from the support structure. Including
The driving device includes a rotating machine and a clutch disposed in a driving force transmission path that transmits the rotational force of the rotating machine to the shaft,
The clutch is configured to block transmission of the rotational force to the input shaft of the clutch when a rotational force in a rotational direction corresponding to the direction in which the cylinder block moves away from the support structure is applied to the output shaft of the clutch. Has been
If the request to reduce the mechanical compression ratio during the stop period of the engine body occurs, in a state before lowering the mechanical compression ratio, the input shaft required for releasing the cutoff of the transmission of the rotational force of the clutch Whether or not the first torque is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine,
Wherein when the first torque is less than the second torque reduces the mechanical compression ratio, prohibiting the reduction in the mechanical compression ratio when the first torque is greater than the second torque An internal combustion engine characterized by
前記第3のトルクが前記第2のトルクよりも小さい場合には1回目の機械圧縮比の低下を実施し、前記第3のトルクが前記第2のトルクよりも大きい場合には1回目の機械圧縮比の低下を禁止する、請求項1に記載の内燃機関。 When a request for lowering the mechanical compression ratio occurs during the stoppage period of the engine body, when the second mechanical compression ratio is further lowered in the state after the first mechanical compression ratio is lowered. to, to determine whether the third torque of the input shaft required for releasing the cutoff of the transmission of the rotational force of the clutch is smaller than the second torque that can be supplied to the input shaft by the rotating machine,
Wherein when the third torque is less than the second torque implement reduction in first mechanical compression ratio, the in the case the third torque is greater than the second torque first machine The internal combustion engine according to claim 1, wherein a reduction in the compression ratio is prohibited.
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