JP6226128B2 - 内燃機関のピストン作動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のピストンの作動制御装置に係り、特に、内燃機関のピストン速度の可変制御技術に関する。

従来から、内燃機関（エンジン）の燃費を向上させるために、エンジンの冷却損失や機械損失を低減させる技術が開発されている。
例えば、特許文献１には、膨張行程において、ピストン速度を上昇させることで、燃焼ガスがシリンダ壁面と接触する時間を低減させ、冷却損失を低減させる技術が開示されている。

更に、特許文献１では、膨張行程において、クランクシャフトの回転速度（エンジン回転速度）に応じて、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更することで、ピストン速度の過度な上昇を抑え、燃焼時間損失を低減させる技術が開示されている。

特開２００６―３０００１１号公報

ところで、エンジン回転速度が上昇したときにピストン速度が過度に上昇すると、シリンダライナとピストンリング間で潤滑油の被膜が確保できなくなり、エンジンの磨耗ひいては破損を招く虞がある。
このような問題を解決するために、例えば特許文献１のように、膨張行程において、クランクシャフトの回転速度に応じて、クランクシャフトの回転角度に対するピストン作動距離を変更することで、ピストン速度の過度な上昇を抑制することが可能であるが、ピストンの摩擦力はクランクシャフトの回転速度、即ちエンジン回転速度のみで決定されるものではなく、その他エンジンの運転状態により変化する。したがって、運転状態によっては冷却損失低減効果よりも摩擦力が増大し、反って燃費が悪化する恐れがある。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ピストンの潤滑性を確保するとともに摩擦力の増大と冷却損失の低減とのバランスで燃費向上可能な内燃機関のピストン作動制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関のピストン作動制御装置では、内燃機関のクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を変更可能なピストン速度変更部と、前記内燃機関の負荷に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して膨張行程でのピストン速度を変更する制御部と、を備え、前記内燃機関のピストンに回動可能に連結する第１リンク部材と、前記第１リンク部材と回動可能に連結し前記内燃機関のクランクシャフトのクランクピンと回動可能かつ摺動可能に連結するとともに前記内燃機関の本体に回動可能に支持される第２リンク部材とにより構成されるウィットウォース機構によって、前記ピストンと前記クランクシャフトとが連結され、前記ピストン速度変更部は、前記内燃機関の本体に対する前記第２リンク部材の支持位置を移動して、前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を変更させ、前記制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の中・高負荷時には、前記負荷が所定値未満の低負荷時よりも前記膨張行程での前記ピストン速度を低下させることを特徴とする。
また、請求項２の内燃機関のピストン作動制御装置では、内燃機関のクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を変更可能なピストン速度変更部と、前記内燃機関の負荷に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して膨張行程でのピストン速度を変更する制御部と、を備え、前記内燃機関のピストンに回動可能に連結する第３リンク部材と、前記クランクシャフトのクランクピンと前記第３リンク部材とを回動可能に連結する第４リンク部材と、一端部が前記第３リンク部材と前記第４リンク部材との連結部に回動可能に連結されるとともに他端部が前記内燃機関の本体に回動可能に連結される第５リンク部材とにより構成されるリンク機構によって、前記ピストンと前記クランクシャフトとが連結され、前記ピストン速度変更部は、前記第５リンク部材と前記内燃機関の本体との連結位置を移動して、前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を変更させ、前記制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の中・高負荷時には、前記負荷が所定値未満の低負荷時よりも前記膨張行程での前記ピストン速度を低下させることを特徴とする。

また、請求項３の内燃機関のピストン作動制御装置では、請求項１または２において、前記制御部は、前記内燃機関の前記低負荷時に、前記膨張行程でのピストン速度が一定になるように前記ピストン速度変更部を制御することを特徴とする。
また、請求項４の内燃機関のピストン作動制御装置では、請求項１から３のいずれか１項において、前記制御部は、前記中・高負荷時には前記クランクシャフトの回転速度に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して前記膨張行程でのピストン速度を変更し、前記クランクシャフトの高回転時に低回転時よりも前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を低下させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、内燃機関の中・高負荷時に低負荷時よりも膨張行程でのピストン速度を低下させることで、筒内圧が上昇してピストンが受ける力が上昇していても、摩擦力の増大を回避できるとともにピストンの潤滑性を確保することができる。また、低負荷時ではピストンが受ける力が小さく、中・高負荷時よりも膨張行程でのピストン速度が高くしても摩擦力の増大が抑制されるため、膨張行程の時間を短縮して冷却損失を低減させた方が燃費の向上を図ることができる。これにより、ピストンの潤滑性を確保するとともに摩擦力の増大と冷却損失の低減とのバランスで、燃費の向上を図ることができる。
また、内燃機関のピストンとクランクシャフトとの間をウィットウォース機構によって動力が伝達され、内燃機関の本体に対する第２リンク部材の支持位置を移動させることで、クランクシャフトの回転速度に対する膨張行程でのピストン速度を変更させることができ、当該ウィットウォース機構を用いてピストン速度変更部を構成することが可能となる。
請求項２の発明によれば、内燃機関の中・高負荷時に低負荷時よりも膨張行程でのピストン速度を低下させることで、筒内圧が上昇してピストンが受ける力が上昇していても、摩擦力の増大を回避できるとともにピストンの潤滑性を確保することができる。また、低負荷時ではピストンが受ける力が小さく、中・高負荷時よりも膨張行程でのピストン速度が高くしても摩擦力の増大が抑制されるため、膨張行程の時間を短縮して冷却損失を低減させた方が燃費の向上を図ることができる。これにより、ピストンの潤滑性を確保するとともに摩擦力の増大と冷却損失の低減とのバランスで、燃費の向上を図ることができる。
また、第３リンク部材、第４リンク部材及び第５リンク部材から構成されるリンク機構によってピストンとクランクシャフトとの間を動力が伝達され、第５リンク部材の内燃機関の本体への支持位置を移動させることで、膨張行程でのクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を変更させることができ、当該リンク機構を用いてピストン速度変更部を構成することが可能となる。

請求項３の発明によれば、低負荷時では、膨張行程でのピストン速度が一定になるので、クランクシャフトの回転速度が変動してもピストンの潤滑性を一定して確保することができる。
請求項４の発明によれば、低回転時ではクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を増加させて、膨張行程の時間を短縮し冷却損失を低減させるとともに、高回転時ではクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を低下させて、膨張行程でのピストン速度を低下させ、ピストンの潤滑性を確保することができる。したがって、内燃機関の負荷及び回転速度の変化に拘わらず、ピストンの潤滑性を確保した上で膨張行程の時間を短縮して冷却損失を大幅に低減させることができる。

本発明の第１実施形態のピストン作動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、ピストンが上死点にある状態を示す図である。 本発明の第１実施形態のピストン作動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、ピストンが下死点にある状態を示す図である。 第１実施形態に係るエンジンの低負荷低回転時における、ピストンの中間位置での各リンクの移動状態を示す図である。 第１実施形態に係るエンジンの高負荷高回転時における、ピストンの中間位置での各リンクの移動状態を示す図である。 第１実施形態におけるクランク角に対するピストン位置の比較図である。 第１実施形態におけるエンジン回転速度と平均ピストン速度との関係を示すグラフである。 第１実施形態におけるエンジン回転速度及び負荷に対するピストン速度を示すグラフである。 本発明の第２実施形態のピストン作動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 第２実施形態に係るエンジンにおける第３連結部材の位置の移動状態を示す図である。 低負荷低回転時における第２実施形態のエンジンの各リンクの移動を示す図である。 第２実施形態におけるクランク角に対するピストン位置の比較図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
始めに、図１〜図８を用いて本発明の第１実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態のピストン作動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。図１は、ピストンが上死点にある状態を示している。図２は、ピストンが下死点にある状態を示している。

図３及び図４は、第１実施形態に係るエンジンの上死点から若干下方へピストンが移動した中間位置での各リンクの移動状態を示す図であり、図３は低負荷低回転時、図４は高負荷高回転時を示す。
図１、２に示すように、本発明のピストン作動制御装置を適用した第１実施形態のエンジン１(内燃機関)は、ピストン３とクランクシャフト７との間を公知のウィットウォース機構による動力伝達機構によって連結し、動力を伝達する構造となっている。

第１実施形態のエンジン１は、シリンダブロック２と、ピストン３と、第１リンク部材４と、第２リンク部材５と、クランクシャフト７とを備えている。
シリンダブロック２にはシリンダ２ａが形成され、ピストン３は当該シリンダ２ａ内に往復摺動可能に配設されている。
第１リンク部材４は、一端部をピストン３にピストンピン３ａを介して回動可能に連結されている。第１リンク部材４の他端部には、第２リンク部材５の一端部が第１連結部材８を介して回動可能に連結されている。

第２リンク部材５は、その中間部でシリンダブロック２に設けられた支持部２ｂ(本体)に回転可能に支持されている。また、第２リンク部材５の他端部はクランクシャフト７の端部のクランクピン７ａに回動可能に連結されるとともに、クランクピン７ａが第２リンク部材５の他端部で第２リンク部材５の延長方向に沿ってスライド可能な構造となっている。

更に、シリンダ２ａの軸線Ｌc、即ちピストンピン３ａの移動線とクランクシャフト７の回転中心７ｃとがオフセットしている。第２リンク部材５の中間部を支持するシリンダブロック２の支持部２ｂは、シリンダ２ａの軸線Ｌc上に配置されている。
また、図３、４に示すように、エンジン１では、シリンダ２ａの軸線Ｌcとクランクシャフトの回転中心７ｃとのオフセット距離Ａが可変可能に構成されている。本実施形態では、図３に示すように支持部２ｂが回転中心７ｃから離れた位置と、図４に示すように回転中心７ｃに近づいた位置との間で移動可能に構成されている。オフセット距離Ａは、例えば図３に示すようにアクチュエータ１０の作動により変更可能であって、当該アクチュエータ１０は、コントロールユニット１１（制御部）により作動制御される。

なお、本実施形態のウィットウォース機構による動力伝達機構とアクチュエータ１０が、本発明のピストン速度変更部に該当する。
コントロールユニット１１は、エンジン１の負荷Ｐ及びクランクシャフト７の回転速度 (エンジン回転速度Ｎ)を入力し、当該負荷Ｐ及びエンジン回転速度Ｎに基づいてオフセット距離Ａを変更する。

詳しくは、エンジン１の低回転域ではオフセット距離Ａを大きく、高回転域ではオフセット距離Ａを小さくし、更に低負荷域ではオフセット距離Ａを大きく、高負荷域ではオフセット距離Ａを小さくする。
例えばエンジン低回転低負荷域では図３に示すようにオフセット距離Ａを０より大きい値Ａ１とし、エンジン高回転高負荷域では図４に示すようにオフセット距離Ａを０以上かつＡ1より小さい値Ａ2とする。

図５は、第１実施形態におけるクランク角に対するピストン位置の比較図である。図５中のａ〜ｃは、本実施形態でのピストン位置の変化を示し、ｄはオフセット距離Ａ=０の場合であって従来エンジンと同様にピストン位置が変化する。なお、ここでの従来エンジンとは、コンロッドをピストンにピストンピンを介して連結し、当該コンロッドとクランクシャフトのクランクピンとを連結させたエンジンである。図５では、オフセット距離Ａの違いによるピストン位置の変化をａ〜ｄの４パターン示している。

本実施形態のようなウィットウォース機構を採用したエンジン１では、図１、２に示すように、シリンダ２ａの軸線Ｌc上にクランクピン７ａが位置したときに、ピストン３が上死点または下死点になる。詳しくは、図１に示すようにクランクピン７ａがピストン３から遠い側の軸線Ｌc上との交点に位置したときに上死点になり、図２に示すようにクランクピン７ａがピストン３から近い側の軸線Ｌc上との交点に位置したときに下死点になる。したがって、図１、２に示すようにシリンダ２ａの軸線Ｌcとクランクシャフト７の回転中心７ｃとがオフセットしているエンジン１では、下死点から上死点までのクランク角(クランクシャフト７の回転角)よりも上死点から下死点までのクランク角が小さくなり、よって圧縮工程の期間よりも膨張行程の期間が短くなる。

そして、オフセット距離Ａが変化すると、上死点及び下死点でのクランク角が異なるので、クランク角に対するピストン３の位置が異なり、圧縮工程と膨張行程との割合、詳しくは圧縮工程と膨張行程との合計期間(即ちクランクシャフト７が１回転する期間)のうちの膨張行程の期間の割合が変化する。
エンジン低回転低負荷時では、オフセット距離Ａを大きくしてＡ1にするので、図５のａに示すように、膨張行程の期間の割合が少なくなり、膨張行程の期間が短くなる。したがって、燃焼ガスの熱量がシリンダ２ａの壁を介して冷却水に奪われる時間が短くなり、冷却損失を減少させ、燃費を向上させることができる。

また、エンジン高回転高負荷時では、オフセット距離Ａを小さくしてＡ2にするので、図５のｃに示すように、膨張行程の期間の割合が長くなり、圧縮工程の期間の割合に近づく。これにより、膨張行程におけるピストン速度を低下させることができる。したがって、エンジン回転速度が上昇するに伴ってピストン速度が上昇したとしても、膨張行程ではピストン速度を低下させることができ、ピストンの油膜切れを回避することができる。膨張行程では、筒内圧が上昇しているため、ピストン３に大きく力が作用するので、他の行程よりもピストン３の摩擦力が上昇する。したがって、膨張行程でのピストン速度を抑えることで、十分にピストン３の摺動部における摩擦力を抑えることができ、燃費の向上を図ることができる。

図６は、第１実施形態におけるエンジン回転速度と平均ピストン速度との関係を示すグラフである。図６では、オフセット距離Ａの違いによる膨張行程時での平均ピストン速度を(1)〜(6)の６パターン示している。クランク径をＲとすると、(1)はＬ＝０．８８Ｒ、(2)はＬ＝０．６６Ｒ、(3)はＬ＝０．４４Ｒ、(4)はＬ＝０．２２Ｒ、(5)はＬ＝０．１１Ｒ、(6)はＬ＝０の場合である。図６中の破線は、ピストン３の油膜切れが発生する可能性のある平均ピストン速度閾値Ｖaを示している。

図６に示すように、エンジン回転速度の増加に比例して平均ピストン速度は増加するが、オフセット距離Ａが異なることで平均ピストン速度の増加度合が異なる。
コントロールユニット１１は、上記のようにエンジン回転速度Ｎと負荷Ｐに基づいてオフセット距離Ａを制御する際に、負荷Ｐに応じて平均ピストン速度閾値Ｖaを設定し、当該平均ピストン速度閾値Ｖaを超えないように、オフセット距離Ａを制御する。詳しくは、高負荷時には平均ピストン速度閾値Ｖaを低く、低負荷時には平均ピストン速度閾値Ｖaを高く設定する。このとき、負荷Ｐに応じて平均ピストン速度閾値Ｖaを段階的、あるいは連続的に変更してもよい。また、エンジン回転速度Ｎに応じてオフセット距離Ａを変更
する際も、段階的に、あるいは連続的に変化させてもよい。

また、平均ピストン速度が平均ピストン速度閾値Ｖaを超えない範囲で、エンジン回転速度Ｎの変化に拘わらず平均ピストン速度閾値Ｖaに近くなるように、オフセット距離Ａを設定するとよい。これにより、エンジン回転速度Ｎや負荷Ｐが変動しても冷却損失を極力低下させることができ、燃費の大幅な向上を図ることができる。
特に、本実施形態では、平均ピストン速度閾値Ｖaを負荷Ｐに基づいて変化させるので、摩擦力の発生度合を考慮した平均ピストン速度閾値Ｖaとすることができる。これは、負荷Ｐが大きくなるに伴って筒内圧の増加によって、ピストン３が受ける力が増加し、ピストン移動時での摩擦力が増加するからである。

そして、上記のように平均ピストン速度閾値Ｖaを負荷Ｐに基づいて変化させることで、負荷Ｐが大きくなるに伴って平均ピストン速度が低下するようにオフセット距離Ａを設定することとなり、エンジン１の負荷Ｐが増加してもピストン３の潤滑性を確保することができる。また、平均ピストン速度が平均ピストン速度閾値Ｖaに極力近くなるようにオフセット距離Ａを設定することで、エンジン１の運転状態に拘わらず、ピストン３の摩擦を許容近くまで制限しつつ、膨張時間をより短くして、冷却損失を大幅に低減させることができる。

また、図７に示すように、所定負荷Ｐ１（所定値）未満では、平均ピストン速度が一定になるようにエンジン回転速度Ｎに応じてオフセット距離Ａを制御するとよい。なお、当該所定負荷Ｐ1は、ピストン３の潤滑性が十分に確保可能な負荷に設定すればよい。所定負荷Ｐ１以上の中・高負荷時では、負荷Ｐが大きくなるに伴ってオフセット距離Ａを小さくして平均ピストン速度を低下させ、負荷Ｐが小さくなるに伴ってオフセット距離Ａを大きくして平均ピストン速度を増加させるようにする。

このように、所定負荷Ｐ１未満では平均ピストン速度が一定になるようにオフセット距離Ａを制御することで、ピストン３の潤滑性を一定に確保することができ、所定負荷Ｐ１未満でのオフセット距離Ａの制御を簡単にすることができる。
次に、本発明の第２実施形態を図８〜１１を用いて説明する。
本発明の第２実施形態のピストン作動制御装置が適用されたエンジン２０は、第１実施形態に係るエンジン１と、ピストン３とクランクシャフト７とを連結する動力伝達機構が異なっている。

図８は、本発明の第２実施形態に係るエンジン２０の概略構成図である。図８中の実線は、ピストン３が上死点にある状態を、二点鎖線はピストン３が下死点にある状態をそれぞれ示す。また、Ｄ１は、上死点における従来のエンジンのクランクシャフトとクランクピンの位置（Ｔ）と本実施形態のクランクシャフト７のクランクピン７ａとの位相差、即ち角度を示す。そして、Ｄ２は、下死点における従来のエンジンのクランクシャフトとクランクピンの位置（Ｂ）と本実施例のクランクシャフト７のクランクピン７ａとの位相差、即ち角度を示す。

図９は、第２実施形態に係るエンジン２０における第３連結部材２５の位置の移動状態を示す図である。
図８に示すように、第２実施形態のエンジン２０のピストン３とクランクシャフト７を連結する動力伝達機構は、第３リンク部材２１と、第４リンク部材２２と、第５リンク部材２３を備えたリンク機構である。

第３リンク部材２１は、一端部をピストン３にピストンピン３ａを介して回動可能に連結されている。そして、第３リンク部材２１の他端部には、第４リンク部材２２の一端部と第５リンク部材２３の一端部とが第２連結部材２４を介して回動可能に連結されている。
第４リンク部材２２の他端部は、クランクシャフト７のクランクピン７ａに回動可能に連結されている。なお、第４リンク部材２２は、シリンダブロック２に支持されておらず、またクランクピン７ａとスライド可能には連結されていない。

第５リンク部材２３は、第３リンク部材２１の連結位置とは反対側の他端部が、シリンダブロック２に設けられた支持部２ｃ（本体）に第３連結部材２５を介して回動可能に連結されている。
本実施形態のエンジン２０は、従来のエンジンのようにシリンダ２ａの軸線Ｌc上にクランクシャフト７の回転中心７ｃが位置している。

そして、図８中の実線で示すようにピストン３が上死点にあるときにクランクピン７ａの位置がシリンダ２ａの軸線Ｌcとのピストン側の交点Ｔよりクランクシャフト７の回転方向に角度Ｄ１移動した位置に位置するように、また、図８の二点鎖線で示すようにピストン３が下死点にあるときにクランクピン７ａの位置がシリンダ２ａの軸線Ｌcとのピストン３から遠い側の交点Ｂよりクランクシャフト７の回転方向とは反対側に角度Ｄ２移動した位置に位置するように、各リンク部材の長さや支持位置が設定されている。

更に、本実施形態では、図９に示すように、第５リンク部材２３とシリンダブロック２の支持部２ｃとの連結位置、即ち第３連結部材２５の位置が移動可能に構成されている。この連結位置の移動は、例えばシリンダブロック２の支持部２ｃと第３連結部材２５との間にシリンダ等のアクチュエータ１０を介装して、コントロールユニット１１（制御部）によってアクチュエータ１０を作動制御して第３連結部材２５を移動させるように構成すればよい。

なお、本実施形態のピストン３とクランクシャフト７を連結するリンク機構とアクチュエータ１０とが、本発明のピストン速度変更部に該当する。
そして、コントロールユニット１１は、エンジン２０の負荷Ｐ及び回転速度Ｎを入力し、当該エンジン２０の負荷Ｐ及び回転速度Ｎに基づいて、第３連結部材２５の位置を変更する。

詳しくは、エンジン低負荷低回転域では第３連結部材２５の位置をクランクシャフト７に近づける方向（図９中ａの位置）に移動し、エンジン高負荷高回転域では第３連結部材２５の位置をクランクシャフト７から遠ざける方向（図９中ｅの位置）に移動する。
図１０は、低負荷低回転時におけるエンジン２０の各リンクの移動を示す図である。図１０の（Ａ）はピストン３が上死点にある場合、（Ｂ）はピストン３が上死点から下死点に向かう中間位置にある場合、（Ｃ）はピストン３が下死点にある場合、（Ｄ）はピストン３が下死点から上死点に向かう中間位置にある場合をそれぞれ示す。

図１１は、第２実施形態におけるクランク角に対するピストン位置の比較図である。図１１中のａ〜ｅは、本実施形態でのピストン位置の変化を示し、ｆでは従来エンジンと同様にピストン位置が変化する。図１１では、第３連結部材２５の位置の違いによるピストン位置の変化をａ〜ｆの６パターン示している。
本実施形態では、低負荷低回転時では、図８、１０に示すように、ピストン３が上死点にある時にクランクピン７ａがシリンダ２ａの軸線Ｌcとのピストン側の交点Ｔよりもクランクシャフト７の回転方向に角度Ｄ１移動した位置にあり、ピストン３が下死点にある時にクランクピン７ａがシリンダ２ａの軸線Ｌcとのピストン３とは反対側の交点Ｂよりもクランクシャフト７の回転方向とは反対方向に角度Ｄ２移動した位置にあるので、第１実施形態と同様に下死点から上死点までのクランク角よりも上死点から下死点までのクランク角が小さくなり、圧縮工程の期間よりも膨張行程の期間が短くなる。

更に、本実施形態では、第３連結部材２５の位置を変更することで、上死点及び下死点でのクランク角が異なり、よって図１１に示すようにクランク角に対するピストン３の位置が異なって、圧縮工程と膨張行程との割合、詳しくは圧縮工程と膨張行程の合計期間（即ちクランクシャフト７が１回転する期間)における膨張行程の期間の割合が変化する。
エンジン低負荷低回転時では、第３連結部材２５の位置をクランクシャフト７に近づけることで、上記角度Ｄ１及びＤ２が大きくなる。したがって、圧縮工程と膨張行程との合計期間のうちの膨張行程の期間の割合が小さくなる。

エンジン高負荷高回転時では、第３連結部材２５の位置をクランクシャフト７から遠ざけることで、上記角度Ｄ１及びＤ２が小さくなる。したがって、圧縮工程と膨張行程との合計期間のうちの膨張行程の期間の割合が大きくなり、圧縮工程の期間と同じ量に近づく。
以上のように、本実施形態では、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｐに基づいて第３連結部材２５の位置を変更することで、第１実施形態と同様にクランク角に対するピストン３の位置が移動し、エンジン低負荷低回転時では、膨張行程の期間の割合を小さくして膨張行程の時間を短くし、冷却損失を減少させて燃費を向上させることが可能になるとともに、エンジン高負荷高回転時では、膨張行程の期間の割合を大きくしてピストン速度を低下させ、ピストン３の油膜切れによる摩擦力の増加を回避することができる。

なお、本実施形態において、エンジン１の負荷Ｐ及びエンジン回転速度Ｎに対する第３連結部材２５の位置の設定を、上記第１実施形態のオフセット距離Ａの設定と同様に、段階的あるいは連続的に設定してもよい。
特に、膨張行程時の平均ピストン速度が、負荷Ｐに基づいて設定された平均ピストン速度閾値Ｖaを超えない範囲で平均ピストン速度閾値Ｖaに近い値になるように、第３連結部材２５の位置を設定することで、第１実施形態と同様に、エンジンの運転状態に拘わらず冷却損失を大幅に低下させることができ、燃費の大幅な向上を図ることができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン１の負荷Ｐと回転速度Ｎに基づいて、オフセット距離Ａまたは第３連結部材２５の位置を変更して、膨張行程時でのピストン速度を変更するが、エンジンの負荷Ｐのみに基づいてオフセット距離Ａや第３連結部材２５の位置を変更して、ピストン速度を変更するように制御してもよい。このように制御しても、少なくともオフセット距離Ａまたは第３連結部材２５の位置が常に一定な構成のエンジンと比較して、低負荷時には膨張行程でのピストン速度を上昇させ冷却損失を低減させるとともに、高負荷時では膨張行程でのピストン速度を低下させ、摩擦力増大を回避しつつ，ピストンの潤滑性を確保することができる。

１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック(本体)
２ｂ 支持部（本体)
２ｃ 支持部（本体）
３ ピストン
４ 第１リンク部材
５ 第２リンク部材
７ クランクシャフト
７ａ クランクピン
１０ アクチュエータ（ピストン速度変更部）
１１ コントロールユニット(制御部)
２１ 第３リンク部材
２２ 第４リンク部材
２３ 第５リンク部材

Claims (4)

1. 内燃機関のクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を変更可能なピストン速度変更部と、
   前記内燃機関の負荷に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して膨張行程でのピストン速度を変更する制御部と、を備えた内燃機関のピストン作動制御装置であって、
   前記内燃機関のピストンに回動可能に連結する第１リンク部材と、前記第１リンク部材と回動可能に連結し前記内燃機関のクランクシャフトのクランクピンと回動可能かつ摺動可能に連結するとともに前記内燃機関の本体に回動可能に支持される第２リンク部材とにより構成されるウィットウォース機構によって、前記ピストンと前記クランクシャフトとが連結され、
   前記ピストン速度変更部は、前記内燃機関の本体に対する前記第２リンク部材の支持位置を移動して、前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を変更させ、
   前記制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の中・高負荷時には、前記負荷が所定値未満の低負荷時よりも前記膨張行程での前記ピストン速度を低下させることを特徴とする内燃機関のピストン作動制御装置。
2. 内燃機関のクランクシャフトの回転速度に対するピストン速度を変更可能なピストン速度変更部と、
   前記内燃機関の負荷に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して膨張行程でのピストン速度を変更する制御部と、を備えた内燃機関のピストン作動制御装置であって、
   前記内燃機関のピストンに回動可能に連結する第３リンク部材と、前記クランクシャフトのクランクピンと前記第３リンク部材とを回動可能に連結する第４リンク部材と、一端部が前記第３リンク部材と前記第４リンク部材との連結部に回動可能に連結されるとともに他端部が前記内燃機関の本体に回動可能に連結される第５リンク部材とにより構成されるリンク機構によって、前記ピストンと前記クランクシャフトとが連結され、
   前記ピストン速度変更部は、前記第５リンク部材と前記内燃機関の本体との連結位置を移動して、前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を変更させ、
   前記制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の中・高負荷時には、前記負荷が所定値未満の低負荷時よりも前記膨張行程での前記ピストン速度を低下させることを特徴とする内燃機関のピストン作動制御装置。
3. 前記制御部は、前記内燃機関の前記低負荷時に、前記膨張行程でのピストン速度が一定になるように前記ピストン速度変更部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のピストン作動制御装置。
4. 前記制御部は、前記中・高負荷時には前記クランクシャフトの回転速度に基づいて前記ピストン速度変更部を制御して前記膨張行程でのピストン速度を変更し、前記クランクシャフトの高回転時に低回転時よりも前記膨張行程での前記クランクシャフトの回転速度に対する前記ピストン速度を低下させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関のピストン作動制御装置。

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