JP7196408B2 - 圧縮比制御装置およびエンジン - Google Patents

Description

本開示は、圧縮比制御装置およびエンジンに関する。

特許文献１のクロスヘッド型エンジンは、ピストンロッドとクロスヘッドピンとの間に油圧機構を設けている。そして、特許文献１は、油圧機構を作動させることによりピストンロッドを上下に移動させ、クロスヘッド型エンジンの圧縮比を変更している。

特開２０１４－２０３７５号公報

特許文献１では、例えば、ディーゼル油からガスに供給燃料が変更された場合に圧縮比を変更することで、燃費の向上が図られている。しかし、エンジンの燃費をより向上させる技術の開発が希求されている。

本開示は、エンジンの燃費を向上することが可能な圧縮比制御装置およびエンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る圧縮比制御装置は、エンジン負荷および燃焼室の最大燃焼圧力の少なくとも一方に相関を有する信号を検出する検出部と、少なくともエンジン負荷が所定負荷以下である場合、検出部の検出信号に基づいて、最大燃焼圧力が、予め設定された燃焼圧力上限値に近づくように、燃焼室の圧縮比を制御する制御部と、を備え、検出部は、エンジン回転数を検出する回転数検出センサ、燃焼室に供給される燃料の噴射量を検出する噴射量検出センサ、燃焼室内の圧力を検出する圧力検出センサ、および、燃焼室に供給される活性ガスの圧力である掃気圧を検出する掃気圧検出センサのうち少なくとも一つのセンサを有し、制御部は、掃気圧検出センサが検出する掃気圧と、圧縮比と、比熱比とに基づいて、最大燃焼圧力を推定し、推定した最大燃焼圧力と、燃焼圧力上限値とを比較して、最大燃焼圧力が燃焼圧力上限値に近づくように、圧縮比を制御する。
また、上記課題を解決するために、本開示の他の態様に係る圧縮比制御装置は、エンジン負荷および燃焼室の最大燃焼圧力の少なくとも一方に相関を有する信号を検出する検出部と、少なくともエンジン負荷が所定負荷以下である場合、検出部の検出信号に基づいて、最大燃焼圧力が、予め設定された燃焼圧力上限値に近づくように、燃焼室の圧縮比を制御する制御部と、を備え、検出部は、エンジン回転数を検出する回転数検出センサ、燃焼室に供給される燃料の噴射量を検出する噴射量検出センサ、燃焼室内の圧力を検出する圧力検出センサ、および、燃焼室に供給される活性ガスの圧力である掃気圧を検出する掃気圧検出センサのうち少なくとも一つのセンサを有し、検出部は、可変ピッチプロペラの羽根の角度を検出する角度検出センサを有し、制御部は、羽根の角度とエンジン回転数に基づいて、最大燃焼圧力を導出し、導出した最大燃焼圧力と、燃焼圧力上限値とを比較して、最大燃焼圧力が燃焼圧力上限値に近づくように、圧縮比を制御する。

シリンダ内におけるピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構を有してもよい。

制御部は、圧力検出センサが検出する最大燃焼圧力と、燃焼圧力上限値とを比較して、最大燃焼圧力が燃焼圧力上限値に近づくように、圧縮比を制御してもよい。

また、本開示のエンジンは、上記圧縮比制御装置を備えてもよい。

本開示の圧縮比制御装置およびエンジンによれば、燃費を向上することができる。

エンジンの全体構成を示す説明図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、圧縮比可変機構および圧縮比制御装置の概略構成図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、変形例における圧縮比可変機構および圧縮比制御装置の概略構成図である。 圧力検出センサによって測定されるシリンダ内の圧力の一例を示す図である。 図５（ａ）、図５（ｂ）は、エンジン負荷と最大燃焼圧力との関係を表す図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）は、本実施形態におけるエンジンの性能を示す図である。 圧縮比制御部による圧縮比の制御処理に係るフローチャートを示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１００の全体構成を示す説明図である。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダ１１０と、ピストン１１２と、ピストンロッド１１４と、クロスヘッド１１６と、連接棒１１８と、クランクシャフト１２０と、フライホイール１２２と、シリンダカバー１２４と、排気弁箱１２６と、燃焼室１２８と、排気弁１３０と、排気弁駆動装置１３２と、排気管１３４と、掃気溜１３６と、冷却器１３８と、シリンダジャケット１４０とを含んで構成される。

シリンダ１１０内にピストン１１２が設けられる。ピストン１１２は、シリンダ１１０内を往復移動する。ピストン１１２には、ピストンロッド１１４の一端が取り付けられている。ピストンロッド１１４の他端には、クロスヘッド１１６のクロスヘッドピン１５０が連結される。クロスヘッド１１６は、ピストン１１２とともに往復移動する。ガイドシュー１１６ａによって、クロスヘッド１１６の図１中、左右方向（ピストン１１２のストローク方向に垂直な方向）の移動が規制される。

クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端に設けられたクロスヘッド軸受１１８ａに軸支される。クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端を支持している。ピストンロッド１１４の他端と連接棒１１８の一端は、クロスヘッド１１６を介して接続される。

連接棒１１８の他端は、クランクシャフト１２０に連結される。連接棒１１８に対してクランクシャフト１２０が回転可能である。ピストン１１２の往復移動に伴いクロスヘッド１１６が往復移動すると、クランクシャフト１２０が回転する。エンジン１００には、回転数検出センサ１８４が設けられている。回転数検出センサ１８４は、クランクシャフト１２０の近傍に設けられており、クランクシャフト１２０の角度を検出することで、エンジン回転数を検出する。

クランクシャフト１２０には、フライホイール１２２が取り付けられる。フライホイール１２２の慣性によってクランクシャフト１２０などの回転が安定化する。シリンダカバー１２４は、シリンダ１１０の上端に設けられる。シリンダカバー１２４には、排気弁箱１２６が挿通される。

排気弁箱１２６の一端は、ピストン１１２に臨んでいる。排気弁箱１２６の一端には、排気ポート１２６ａが開口する。排気ポート１２６ａは、燃焼室１２８に開口する。燃焼室１２８は、シリンダカバー１２４とシリンダ１１０とピストン１１２に囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成される。

燃焼室１２８には、排気弁１３０の弁体が位置する。排気弁１３０のロッド部には、排気弁駆動装置１３２が取り付けられる。排気弁駆動装置１３２は、排気弁箱１２６に配される。排気弁駆動装置１３２は、排気弁１３０をピストン１１２のストローク方向に移動させる。

排気弁１３０がピストン１１２側に移動して開弁すると、シリンダ１１０内で生じた燃焼後の排気ガスが、排気ポート１２６ａから排気される。排気後、排気弁１３０が排気弁箱１２６側に移動して、排気ポート１２６ａが閉弁される。

排気管１３４は、排気弁箱１２６および過給機Ｃに取り付けられる。排気管１３４の内部は、排気ポート１２６ａおよび過給機Ｃのタービンに連通する。排気ポート１２６ａから排気された排気ガスは、排気管１３４を通って過給機Ｃのタービンに供給された後、外部に排気される。

また、過給機Ｃのコンプレッサによって、活性ガスが加圧される。ここで、活性ガスは、例えば、空気である。加圧された活性ガスは、掃気溜１３６において、冷却器１３８によって冷却される。シリンダ１１０の下端は、シリンダジャケット１４０で囲繞される。シリンダジャケット１４０の内部には、掃気室１４０ａが形成される。冷却後の活性ガスは、掃気室１４０ａに圧入される。

シリンダ１１０の下端側には、掃気ポート１１０ａが設けられる。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する孔である。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の周方向に離隔して複数設けられている。

ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点位置側に移動すると、掃気室１４０ａとシリンダ１１０内の差圧によって、掃気ポート１１０ａからシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。掃気室１４０ａには、掃気圧検出センサ１８６が設けられている。掃気圧検出センサ１８６は、シリンダ１１０（燃焼室１２８）内に供給される活性ガスの圧力である掃気圧を検出する。

掃気ポート１１０ａ近傍、または、シリンダ１１０のうち、掃気ポート１１０ａからシリンダカバー１２４までの部位には、不図示の気体燃料噴射弁が設けられる。燃料ガスは、気体燃料噴射弁から噴射された後、シリンダ１１０内に流入する。

また、シリンダカバー１２４には不図示のパイロット噴射弁が設けられる。パイロット噴射弁から適量の燃料油が燃焼室１２８内に噴射される。燃料油は、燃焼室１２８の熱で気化、着火、燃焼し、燃焼室１２８が昇温される。ピストン１１２で圧縮された燃料ガスおよび活性ガスの混合気は、燃焼室１２８の熱で着火されて燃焼する。ピストン１１２は、燃料ガス（混合気）の燃焼による膨張圧によって往復移動する。シリンダカバー１２４には、噴射量検出センサ１８８が設けられている。噴射量検出センサ１８８は、不図示の気体燃料噴射弁から燃焼室１２８に供給される燃料の噴射量を検出する。また、シリンダカバー１２４には、圧力検出センサ１９０が設けられている。圧力検出センサ１９０は、シリンダ１１０（燃焼室１２８）内の圧力を検出する。

なお、回転数検出センサ１８４、掃気圧検出センサ１８６、噴射量検出センサ１８８、および、圧力検出センサ１９０は、後述する圧縮比制御部１８２に接続され、検出値（検出信号）を圧縮比制御部１８２に出力する。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

ここで、燃料ガスは、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化して生成されるものとする。また、燃料ガスは、ＬＮＧに限らず、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化したものを適用することもできる。

エンジン１００には、圧縮比可変機構Ｖが設けられている。また、エンジン１００には、燃焼室１２８の圧縮比を制御する圧縮比制御装置１８０が設けられている。圧縮比制御装置１８０は、回転数検出センサ１８４、掃気圧検出センサ１８６、噴射量検出センサ１８８、圧力検出センサ１９０などの検出部と、圧縮比制御部１８２を含んで構成される。圧縮比制御部１８２は、回転数検出センサ１８４、掃気圧検出センサ１８６、噴射量検出センサ１８８、圧力検出センサ１９０などの検出部から得られる信号に基づいて、圧縮比可変機構Ｖを制御する。以下、圧縮比可変機構Ｖおよび圧縮比制御装置１８０について詳述する。

図２（ａ）、（ｂ）は、圧縮比可変機構Ｖおよび圧縮比制御装置１８０の概略構成図である。図２（ａ）は、ピストンロッド１１４とクロスヘッドピン１５０との連結部分を抽出した抽出図である。図２（ｂ）は、圧縮比制御装置１８０の機能ブロック図である。図２（ａ）に示すように、クロスヘッドピン１５０のうち、ピストン１１２側の外周面には、平面部１５２が形成される。平面部１５２は、ピストン１１２のストローク方向に対して、大凡垂直な方向に延在する。

クロスヘッドピン１５０には、ピン穴１５４が形成される。ピン穴１５４は、平面部１５２に開口する。ピン穴１５４は、平面部１５２からストローク方向に沿ってクランクシャフト１２０側（図２中、下側）に延在する。

クロスヘッドピン１５０の平面部１５２には、カバー部材１６０が設けられる。カバー部材１６０は、締結部材１６２によってクロスヘッドピン１５０の平面部１５２に取り付けられる。カバー部材１６０は、ピン穴１５４を覆う。カバー部材１６０には、ストローク方向に貫通するカバー孔１６０ａが設けられる。

ピストンロッド１１４は、大径部１１４ａおよび小径部１１４ｂを有する。大径部１１４ａの外径は、小径部１１４ｂの外径よりも大きい。大径部１１４ａは、ピストンロッド１１４の他端に形成される。大径部１１４ａは、クロスヘッドピン１５０のピン穴１５４に挿通される。小径部１１４ｂは、大径部１１４ａよりピストンロッド１１４の一端側に形成される。小径部１１４ｂは、カバー部材１６０のカバー孔１６０ａに挿通される。

油圧室１５４ａは、ピン穴１５４の内部に形成される。ピン穴１５４は、大径部１１４ａによってストローク方向に仕切られる。油圧室１５４ａは、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４の底面１５４ｂ側の空間である。

また、圧縮比可変機構Ｖは、油圧調整機構Ｏを備えている。油圧調整機構Ｏは、油圧配管１７０と、油圧ポンプ１７２と、逆止弁１７４と、分岐配管１７６と、切換弁１７８と、を含んで構成される。

底面１５４ｂには、油路１５６の一端が開口する。油路１５６の他端は、クロスヘッドピン１５０の外部に開口する。油路１５６の他端には、油圧配管１７０が接続される。油圧配管１７０には、油圧ポンプ１７２が連通する。油圧ポンプ１７２は、圧縮比制御部１８２からの指示に基づいて、不図示のオイルタンクから供給される作動油を油圧配管１７０に供給する。油圧ポンプ１７２と油路１５６との間に逆止弁１７４が設けられる。逆止弁１７４によって油路１５６側から油圧ポンプ１７２側への作動油の流れが抑制される。油圧ポンプ１７２から油路１５６を介して油圧室１５４ａに作動油が圧入される。

また、油圧配管１７０のうち、油路１５６と逆止弁１７４の間には分岐配管１７６が接続される。分岐配管１７６には、切換弁１７８が設けられる。切換弁１７８は、例えば、電磁弁である。切換弁１７８は、圧縮比制御部１８２からの指示に基づいて、開状態あるいは閉状態に制御される。油圧ポンプ１７２の作動中、切換弁１７８は閉弁される。油圧ポンプ１７２の停止中、切換弁１７８が開弁すると、油圧室１５４ａから分岐配管１７６側に作動油が排出される。切換弁１７８のうち、油路１５６と反対側は、不図示のオイルタンクに連通する。排出された作動油は、オイルタンクに貯留される。オイルタンクは、油圧ポンプ１７２に作動油を供給する。

油圧室１５４ａの作動油の油量に応じて、大径部１１４ａがストローク方向にピン穴１５４の内周面を摺動する。その結果、ピストンロッド１１４がストローク方向に移動する。ピストン１１２は、ピストンロッド１１４と一体に移動する。こうして、ピストン１１２の上死点位置が可変となる。

このように、圧縮比可変機構Ｖは、上記の油圧室１５４ａ、および、ピストンロッド１１４の大径部１１４ａを含んで構成される。圧縮比可変機構Ｖは、上死点位置を移動させることで、圧縮比を可変とする。すなわち、圧縮比可変機構Ｖは、油圧室１５４ａに供給する作動油の油量を調整することにより、エンジン１００のシリンダ１１０内におけるピストン１１２の上死点位置および下死点位置を変更することができる。

ここでは、一つの油圧室１５４ａが設けられる場合について説明した。しかし、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４のうち、カバー部材１６０側の空間１５４ｃも油圧室としてもよい。この油圧室は、油圧室１５４ａと併用しても、単独で用いられてもよい。

図２（ｂ）では、主に圧縮比可変機構Ｖの制御に関する構成を示す。図２（ｂ）に示すように、圧縮比制御装置１８０は、圧縮比制御部１８２を備える。圧縮比制御装置１８０は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）で構成される。圧縮比制御装置１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等で構成され、エンジン１００全体を制御する。

圧縮比制御部１８２は、油圧ポンプ１７２および切換弁１７８を制御して、ピストン１１２の上死点位置を移動させる。こうして、圧縮比制御部１８２は、エンジン１００の幾何的な圧縮比を制御する。

図３（ａ）、（ｂ）は、変形例における圧縮比可変機構Ｖａおよび圧縮比制御装置１８０ａの概略構成図である。図３（ａ）は、変形例におけるピストンロッド１１４とクロスヘッドピン１５０との連結部分を抽出した抽出図である。図３（ｂ）は、変形例における圧縮比制御装置１８０ａの機能ブロック図である。

圧縮比可変機構Ｖａは、上記の油圧室１５４ａ、および、ピストンロッド１１４の大径部１１４ａを含んで構成される。また、圧縮比可変機構Ｖａは、油圧調整機構Ｏａを備えている。油圧調整機構Ｏａは、油圧ポンプ１７２と、揺動管３０２と、プランジャポンプ３０４と、リリーフ弁３０６と、プランジャ駆動部３０８と、リリーフ弁駆動部３１０と、を含んで構成される。

油圧ポンプ１７２は、圧縮比制御部１８２からの指示に基づいて、不図示のオイルタンクから供給される作動油を揺動管３０２に供給する。揺動管３０２は、油圧ポンプ１７２とプランジャポンプ３０４とを接続する配管である。揺動管３０２は、クロスヘッドピン１５０に伴って移動するプランジャポンプ３０４と、固定された油圧ポンプ１７２との間において、揺動可能とされている。

プランジャポンプ３０４は、クロスヘッドピン１５０に取り付けられる。プランジャポンプ３０４は、棒状のプランジャ３０４ａと、プランジャ３０４ａを摺動可能に収容する筒状のシリンダ３０４ｂとを有する。

プランジャポンプ３０４は、クロスヘッドピン１５０の移動に伴って移動することで、プランジャ３０４ａがプランジャ駆動部３０８と接触する。プランジャポンプ３０４は、プランジャ３０４ａがプランジャ駆動部３０８と接触することで、シリンダ３０４ｂ内を摺動し、作動油を昇圧して油圧室１５４ａへと供給する。シリンダ３０４ｂには、端部に設けられた作動油の吐出側の開口に第１逆止弁３０４ｃが設けられる。また、シリンダ３０４ｂには、側周面に設けられた吸入側の開口に第２逆止弁３０４ｄが設けられている。

プランジャ駆動部３０８は、圧縮比制御部１８２からの指示に基づいて、プランジャ３０４ａと接触する接触位置と、プランジャ３０４ａと接触しない非接触位置とに駆動される。プランジャ駆動部３０８は、プランジャ３０４ａと接触することで、プランジャ３０４ａをシリンダ３０４ｂ側に押圧する。

第１逆止弁３０４ｃは、シリンダ３０４ｂの内側に向けて弁体が付勢されることで閉弁する。第１逆止弁３０４ｃは、閉弁することで、油圧室１５４ａに供給された作動油がシリンダ３０４ｂ内へ逆流することを防止している。また、第１逆止弁３０４ｃは、シリンダ３０４ｂ内の作動油の圧力が第１逆止弁３０４ｃの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。

第２逆止弁３０４ｄは、シリンダ３０４ｂの外側に向けて弁体が付勢されることで閉弁する。第２逆止弁３０４ｄは、閉弁することで、シリンダ３０４ｂに供給された作動油が油圧ポンプ１７２へ逆流することを防止している。また、第２逆止弁３０４ｄは、油圧ポンプ１７２から供給される作動油の圧力が第２逆止弁３０４ｄの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。なお、第１逆止弁３０４ｃは、開弁圧力が第２逆止弁３０４ｄの開弁圧力よりも高く設定されている。

リリーフ弁３０６は、クロスヘッドピン１５０に取り付けられる。リリーフ弁３０６は、油圧室１５４ａおよび不図示のオイルタンクに接続される。リリーフ弁３０６は、棒状のロッド３０６ａと、ロッド３０６ａを摺動可能に収容する筒状の本体３０６ｂと、弁体３０６ｃとを有する。本体３０６ｂの内部には、油圧室１５４ａから排出された作動油が流通する内部流路が形成されている。弁体３０６ｃは、本体３０６ｂ内の内部流路に配される。

リリーフ弁３０６は、クロスヘッドピン１５０の移動に伴って移動することで、ロッド３０６ａがリリーフ弁駆動部３１０と接触する。リリーフ弁駆動部３１０は、圧縮比制御部１８２からの指示に基づいて、ロッド３０６ａと接触する接触位置と、ロッド３０６ａと接触しない非接触位置とに駆動される。リリーフ弁駆動部３１０は、ロッド３０６ａと接触することで、ロッド３０６ａを本体３０６ｂ側に押圧する。ロッド３０６ａは、本体３０６ｂ側に押圧されることで、弁体３０６ｃを開弁させる。弁体３０６ｃが開弁されることで、油圧室１５４ａに貯留された作動油がオイルタンクに戻される。

プランジャ駆動部３０８およびリリーフ弁駆動部３１０は、例えば、プランジャポンプ３０４およびリリーフ弁３０６との相対位置を変化させることで作動制御するカム板からなる機構を含んで構成される。また、プランジャ駆動部３０８およびリリーフ弁駆動部３１０は、カム板の相対位置をアクチュエータで駆動させる機構を含んで構成される。

図３（ｂ）では、主に圧縮比可変機構Ｖａの制御に関する構成を示す。図３（ｂ）に示すように、圧縮比制御装置１８０ａは、圧縮比制御部１８２を備える。圧縮比制御装置１８０ａは、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）で構成される。圧縮比制御装置１８０ａは、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等で構成され、エンジン１００全体を制御する。

圧縮比制御部１８２は、油圧ポンプ１７２と、プランジャ駆動部３０８と、リリーフ弁駆動部３１０を制御して、ピストン１１２の上死点位置を移動させる。こうして、圧縮比制御部１８２は、エンジン１００の幾何的な圧縮比を制御する。

ところで、エンジン１００は、シリンダ１１０の耐久性からシリンダ１１０内の圧力に関して上限値（以下、シリンダ内圧上限値という）が定められている。図４は、圧力検出センサ１９０によって測定されるシリンダ１１０内の圧力の一例を示す図である。図４において、縦軸はシリンダ１１０内の圧力（シリンダ内圧）を表し、横軸はクランク角を表す。

図４に示すようにクランク角が下死点から上死点に近づくにつれて、シリンダ１１０内の混合気（空気および燃料）は、ピストン１１２によって圧縮され、シリンダ１１０内の温度および圧力が上昇する（圧縮行程）。クランク角が下死点から上死点に到達する前のＡ点に到達したとき、シリンダ１１０内の混合気が燃焼し、その際に発生した熱によって燃焼ガスが膨張する（燃焼行程および膨張行程）。燃焼ガスの膨張による圧力上昇によりピストン１１２を押し下げる力が発生する。

本実施形態では、圧力検出センサ１９０によって測定されるシリンダ１１０内の圧力のうち、クランク角がＡ点より前の圧縮行程における圧力を圧縮圧力Ｐｃｏｍｐという。また、圧力検出センサ１９０によって測定されるシリンダ１１０内の圧力のうち、クランク角がＡ点より後の燃焼行程および膨張行程における圧力を燃焼圧力Ｐという。また、燃焼圧力Ｐのうち最大の圧力を最大燃焼圧力Ｐｍａｘという。最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、１回の燃焼周期のうち圧力検出センサ１９０によって測定されるシリンダ１１０内の最大圧力である。なお、図４中の破線は、圧縮行程において測定された圧力から推定されるＡ点より後の圧縮圧力を示し、図４中のＢ点は、推定した圧縮圧力のピーク位置（ピーク値）を示している。また、図４中のＣ点は、燃焼圧力Ｐのピーク位置（ピーク値）、すなわち、最大燃焼圧力Ｐｍａｘの位置を示している。

上述したとおり、エンジン１００には、シリンダ内圧上限値（燃焼圧力上限値）が定められている。そのため、エンジン１００は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値以下に抑制する必要がある。ここで、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、燃焼室１２８に供給される活性ガスの圧力である掃気圧Ｐｓに応じて変化する。具体的に、掃気圧Ｐｓが大きくなるほど最大燃焼圧力Ｐｍａｘは大きくなり、掃気圧Ｐｓが小さくなるほど最大燃焼圧力Ｐｍａｘは小さくなる。

また、掃気圧Ｐｓは、エンジン負荷に応じて変化する。具体的に、エンジン負荷（例えば、エンジン回転数）が大きくなるほど掃気圧Ｐｓは大きくなり、エンジン負荷が小さくなるほど掃気圧Ｐｓは小さくなる。したがって、掃気圧Ｐｓが最も大きくなる、すなわち、エンジン負荷が最も大きくなるエンジン全負荷（１００％負荷）時に、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは最も大きくなる。そのため、エンジン１００は、通常、燃焼室１２８の圧縮比を固定とした場合、エンジン全負荷時において最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値となるように圧縮比を設定する。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、エンジン負荷と最大燃焼圧力Ｐｍａｘとの関係を表す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）において、縦軸は最大燃焼圧力Ｐｍａｘを表し、横軸はエンジン負荷を表す。図５（ａ）では、燃焼室１２８の圧縮比を固定とした場合のエンジン負荷と最大燃焼圧力Ｐｍａｘとの関係を表す。図５（ｂ）では、燃焼室１２８の圧縮比を固定とした場合と可変とした場合におけるエンジン負荷と最大燃焼圧力Ｐｍａｘとの関係を表す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、一点鎖線は、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔを示す。

図５（ａ）中の実線は、燃焼室１２８の圧縮比を固定とした場合のエンジン負荷に応じて変化する最大燃焼圧力Ｐｍａｘを示している。図５（ａ）に示すように、燃焼室１２８の圧縮比を固定にした場合、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、エンジン全負荷状態においてシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとなる。最大燃焼圧力Ｐｍａｘが大きくなるほど、燃料消費率を低減させる（すなわち、燃費を改善する）ことができるため、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとなるエンジン全負荷状態において燃費が改善される。

しかし、図５（ａ）に示すように、燃焼室１２８の圧縮比を固定とした場合、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、エンジン負荷がエンジン全負荷状態より小さい負荷状態においてシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに到達しない。したがって、図５（ａ）に示す例では、エンジン負荷がエンジン全負荷状態より小さい負荷状態においては、燃費改善の余地がある。

そこで、本実施形態では、圧縮比制御部１８２は、少なくともエンジン負荷が所定負荷以下である場合、最大燃焼圧力Ｐｍａｘが、予め設定されたシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、燃焼室１２８の圧縮比（圧縮比可変機構Ｖ）を制御する。本実施形態では、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０から出力される検出値（最大燃焼圧力Ｐｍａｘを含むシリンダ内圧）を取得することができる。したがって、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０によって検出される最大燃焼圧力Ｐｍａｘと、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとを比較して、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、圧縮比を制御する。

圧縮比制御部１８２は、圧縮比可変機構Ｖを制御することで、燃焼室１２８の圧縮比を圧縮比ε０から圧縮比εｎまでの間で変更することができる。圧縮比ε０は、燃焼室１２８の圧縮比が最小となる圧縮比である。また、圧縮比εｎは、燃焼室１２８の圧縮比が最大となる圧縮比である。

図５（ｂ）中の実線は、本実施形態における燃焼室１２８の圧縮比を可変とした場合のエンジン負荷に応じて変化する最大燃焼圧力Ｐｍａｘを示している。本実施形態では、圧縮比制御部１８２は、エンジン全負荷状態において燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０となるように圧縮比可変機構Ｖを制御する。図５に示すように、エンジン全負荷状態において燃焼室１２８の圧縮比を最小の圧縮比ε０とすると、最大燃焼圧力Ｐｍａｘはシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとなる。ここで、図５（ｂ）における破線は、燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０で固定されている状態のエンジン負荷に応じて変化する最大燃焼圧力Ｐｍａｘを示している。

圧縮比制御部１８２は、エンジン全負荷状態より小さい負荷状態において燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０より大きい圧縮比となるように、圧縮比可変機構Ｖを制御する。上述したように、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、掃気圧Ｐｓに応じて変化するが、燃焼室１２８の圧縮比に応じても変化する。具体的に、圧縮比が大きくなるほど最大燃焼圧力Ｐｍａｘは大きくなり、圧縮比が小さくなるほど最大燃焼圧力Ｐｍａｘは小さくなる。

したがって、燃焼室１２８の圧縮比を最小の圧縮比ε０より大きい圧縮比に変更することで、掃気圧Ｐｓが減少し最大燃焼圧力Ｐｍａｘが小さくなるような場合においても、最大燃焼圧力Ｐｍａｘを大きくすることができる。その結果、エンジン全負荷状態より小さい負荷状態においても、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づけることができる。

このように、圧縮比制御部１８２は、燃焼室１２８の圧縮比を変更することで、エンジン負荷が小さくなる場合においても、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに維持させることができる。図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１は、燃焼室１２８の圧縮比を最小の圧縮比ε０から最大の圧縮比εｎの範囲内で変更することで、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに維持可能な範囲である。

エンジン負荷領域Ｒ１において、圧縮比制御部１８２は、燃焼室１２８の圧縮比を可変とした場合（図５（ｂ）中の実線）、燃焼室１２８の圧縮比を固定（図５（ｂ）中の破線）とした場合よりも大きな圧縮比を得ることができる。上述したように、圧縮比が大きくなるほど、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは大きくなる。

したがって、エンジン負荷領域Ｒ１において、燃焼室１２８の圧縮比を最小の圧縮比ε０より大きい圧縮比とした場合の最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、圧縮比を最小の圧縮比ε０とした場合の最大燃焼圧力Ｐｍａｘより大きくすることができる。このように、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷領域Ｒ１において、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔを超えない範囲で、燃焼室１２８の圧縮比を可能な限り大きくすることで、燃費を改善することができる。

また、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ２は、燃焼室１２８の圧縮比を最大の圧縮比εｎに設定しても、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ未満となる範囲である。ここで、エンジン負荷領域Ｒ１は、エンジン全負荷を含むエンジン負荷領域である。また、エンジン負荷領域Ｒ２は、エンジン負荷領域Ｒ１より小さい負荷領域である。

エンジン負荷領域Ｒ２において、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、燃焼室１２８の圧縮比を固定（破線）とした場合も可変（実線）とした場合も、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ未満となる。しかし、エンジン負荷領域Ｒ２において、燃焼室１２８の圧縮比を可変（実線）とした場合、圧縮比制御部１８２は、燃焼室１２８の圧縮比を固定（破線）とした場合よりも大きな圧縮比εｎを得ることができる。

したがって、エンジン負荷領域Ｒ２において、燃焼室１２８の圧縮比を可変（実線）としたときの最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、圧縮比を固定（破線）とした場合の最大燃焼圧力Ｐｍａｘより大きくすることができる。このように、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷領域Ｒ２においても、燃焼室１２８の圧縮比を可能な限り大きくすることで、燃費を改善することができる。

これにより、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ未満となる範囲で、圧縮比を最も高圧縮比に制御する。具体的に、圧縮比制御部１８２は、圧縮比を最大の圧縮比εｎとしたときの最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ未満となる場合、圧縮比を最大の圧縮比εｎに維持するように制御する。

図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）は、本実施形態におけるエンジン１００の性能を示す図である。図６（ａ）は、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１における燃料消費率（燃費）とエンジン負荷との関係を示す図である。図６（ａ）において、縦軸は燃料消費率を表し、横軸はエンジン負荷を表す。図６（ａ）中のエンジン負荷は、Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅの順で小さくなる。すなわち、エンジン負荷Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅの関係は、Ｅａ>Ｅｂ>Ｅｃ>Ｅｄ>Ｅｅとなる関係である。エンジン負荷Ｅａは、エンジン全負荷（１００％負荷）を表す。以降の図６（ｂ）～図６（ｅ）中のエンジン負荷Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅも、図６（ａ）と同じ定義である。また、図６（ａ）において、破線は、燃料消費率が最小となる最小燃料消費率を表している。

図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１における最大燃焼圧力Ｐｍａｘとエンジン負荷との関係を示す図である。図６（ｂ）において、縦軸は最大燃焼圧力Ｐｍａｘを表し、横軸はエンジン負荷を表す。また、図６（ｂ）において、一点鎖線は、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔを表している。なお、シリンダ内圧上限値は、エンジン負荷に関わらず一定の値である。

図６（ｃ）は、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１における圧縮圧力Ｐｃｏｍｐとエンジン負荷との関係を示す図である。図６（ｃ）において、縦軸は圧縮圧力Ｐｃｏｍｐを表し、横軸はエンジン負荷を表す。ここで、圧縮圧力Ｐｃｏｍｐは、例えば図４中のＢ点のように、推定した圧縮圧力のピーク値である。また、図６（ｃ）において、一点鎖線は、推定した圧縮圧力のピーク値の目標値（以下、目標圧縮圧力という）である。圧縮圧力Ｐｃｏｍｐのピーク値を目標圧縮圧力に近づけることで、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づけることができる。なお、圧縮圧力Ｐｃｏｍｐのピーク値が目標圧縮圧力となるとき、最大燃焼圧力Ｐｍａｘはシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとなる。

図６（ｃ）に示すように、目標圧縮圧力は、エンジン負荷に応じて変動し、一定の値ではない。具体的に、目標圧縮圧力は、エンジン負荷が小さくなるにつれて小さくなり、エンジン負荷が大きくなるにつれて大きくなる値である。これは、図４中のＢ点で示される圧縮圧力Ｐｃｏｍｐのピーク値と、図４中のＣ点で示される燃焼圧力Ｐのピーク値（最大燃焼圧力Ｐｍａｘ）との差Δが、エンジン負荷が大きくなるにつれて、大きくなるからである。エンジン負荷が大きくなるにつれて目標圧縮圧力を大きくすることで、エンジン負荷が大きくなるにつれて差Δが大きくなっても、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをエンジン負荷に関わらず一様な値にすることができる。

図６（ｄ）は、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１における掃気圧Ｐｓとエンジン負荷との関係を示す図である。図６（ｄ）において、縦軸は掃気圧Ｐｓを表し、横軸はエンジン負荷を表す。図６（ｄ）に示すように、掃気圧Ｐｓは、エンジン負荷が大きくなるにつれて大きくなり、エンジン負荷が小さくなるにつれて小さくなる。

図６（ｅ）は、図５（ｂ）に示すエンジン負荷領域Ｒ１における有効圧縮比εｅｆとエンジン負荷との関係を示す図である。図６（ｅ）において、縦軸は有効圧縮比εｅｆを表し、横軸はエンジン負荷を表す。図６（ｅ）に示すように、有効圧縮比εｅｆは、エンジン負荷が大きくなるにつれて小さくなり、エンジン負荷が小さくなるにつれて大きくなる。有効圧縮比εｅｆとは、燃焼室１２８の実際の圧縮比であり、掃気ポート１１０ａが閉じられた瞬間のシリンダ１１０内の容積と、ピストン１１２が上死点に達したときの燃焼室１２８の容積との比で表される。

圧縮比制御部１８２は、図６（ｂ）に示されるように、エンジン全負荷状態からエンジン負荷が、エンジン負荷Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄ、Ｅｅの順で小さくなるにつれて、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比ε０、ε１、ε２、εｎ－１、εｎの順で変化させる。ここで、圧縮比は、ε０、ε１、ε２、εｎ－１、εｎの順で大きくなる値である。すなわち、圧縮比ε０、ε１、ε２、εｎ－１、εｎの関係は、ε０<ε１<ε２<εｎ－１<εｎとなる関係である。

具体的に、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷Ｅａ（エンジン全負荷）において、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比ε０に設定する。エンジン負荷Ｅａにおいて圧縮比ε０に設定することにより、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとすることができる。また、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷Ｅｂにおいて、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比ε１に設定する。エンジン負荷Ｅｂにおいて圧縮比ε１に設定することにより、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとすることができる。

また、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷Ｅｃにおいて、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比ε２に設定する。エンジン負荷Ｅｃにおいて圧縮比ε２に設定することにより、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとすることができる。また、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷Ｅｄにおいて、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比εｎ－１に設定する。エンジン負荷Ｅｄにおいて圧縮比εｎ－１に設定することにより、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとすることができる。また、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷Ｅｅにおいて、燃焼室１２８の圧縮比を、圧縮比εｎに設定する。エンジン負荷Ｅｅにおいて圧縮比εｎに設定することにより、最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとすることができる。

本実施形態によれば、圧縮比制御部１８２は、少なくともエンジン負荷が所定負荷（エンジン全負荷）以下である場合、最大燃焼圧力Ｐｍａｘが、予め設定されたシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、燃焼室１２８の圧縮比を制御する。圧縮比制御部１８２は、エンジン全負荷状態からエンジン負荷が小さくなるにつれて圧縮比を大きくする。これにより、図６（ｄ）に示すように掃気圧Ｐｓが小さく変化する場合でも、図６（ｂ）に示すように最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づけることができる。これにより、図６（ａ）に示すように、各エンジン負荷Ｅａ～Ｅｅにおいて燃料消費率を最小にする（すなわち、燃費を改善する）ことができる。

図７は、圧縮比制御部１８２による圧縮比の制御処理に係るフローチャートを示す図である。

まず、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０から出力される信号に基づいて、現在のシリンダ内圧を導出する（ステップＳ１０２）。つぎに、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔより小さいか否か判定する（ステップＳ１０４）。圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔより小さい場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。一方、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ以上である場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０４においてＹＥＳである場合、圧縮比制御部１８２は、圧縮比可変機構Ｖを制御し、燃焼室１２８の圧縮比を増大させる（ステップＳ１０６）。圧縮比制御部１８２は、燃焼室１２８の圧縮比を増大させた後、燃焼室１２８の圧縮比が最大の圧縮比εｎであるか否か判定する（ステップＳ１０８）。燃焼室１２８の圧縮比が最大の圧縮比εｎである場合（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ステップＳ１１６に進む。燃焼室１２８の圧縮比が最大の圧縮比εｎでない場合（ステップＳ１０８においてＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理を再び行う。

ステップＳ１０４においてＮＯである場合、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔより大きいか否か判定する（ステップＳ１１０）。圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔより大きい場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ステップＳ１１２に進む。一方、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔ以下である、すなわち、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとなった場合（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１０においてＹＥＳである場合、圧縮比制御部１８２は、圧縮比可変機構Ｖを制御し、燃焼室１２８の圧縮比を減少させる（ステップＳ１１２）。圧縮比制御部１８２は、燃焼室１２８の圧縮比を減少させた後、燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０であるか否か判定する（ステップＳ１１４）。燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０である場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、ステップＳ１１６に進む。燃焼室１２８の圧縮比が最小の圧縮比ε０でない場合（ステップＳ１１４においてＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１１０の処理を再び行う。

ステップＳ１０８またはステップＳ１１４においてＹＥＳ、および、ステップＳ１１０においてＮＯである場合、圧縮比制御部１８２は、圧縮比可変機構Ｖを制御し、燃焼室１２８の圧縮比を維持させ（ステップＳ１１６）、当該圧縮比の制御処理を終了する。

上記実施形態では、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０によって測定される最大燃焼圧力Ｐｍａｘに応じて圧縮比を変更する例を説明した。しかし、最大燃焼圧力Ｐｍａｘは、圧力検出センサ１９０によって測定されなくともよい。例えば、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０の代わりに、掃気圧検出センサ１８６によって測定される掃気圧Ｐｓに基づいて、最大燃焼圧力Ｐｍａｘを推定してもよい。

具体的に、圧縮比制御部１８２は、掃気圧Ｐｓと、圧縮比と、比熱比に基づいて、最大燃焼圧力Ｐｍａｘを推定してもよい。圧縮比制御部１８２は、推定した最大燃焼圧力Ｐｍａｘと、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとを比較して、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、圧縮比を制御してもよい。

また、上記実施形態では、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘに応じて圧縮比を変更する例を説明した。しかし、これに限定されず、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷に応じて圧縮比を変更するようにしてもよい。例えば、圧縮比制御部１８２は、回転数検出センサ１８４によって検出されるエンジン回転数と、噴射量検出センサ１８８によって検出される燃料噴射量に基づいて、エンジン負荷を導出する。この場合、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷に対する圧縮比を示すマップが予め記憶されたＲＯＭを有する。したがって、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、導出したエンジン負荷に応じた圧縮比に変更することができる。

また、圧縮比制御部１８２は、エンジン回転数に対する圧縮比を示すマップが予め記憶されたＲＯＭを有してもよい。この場合、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、回転数検出センサ１８４によって検出されるエンジン回転数に応じた圧縮比に変更することができる。このように、エンジン負荷またはエンジン回転数に応じた圧縮比に変更することで、圧縮比制御部１８２は、各エンジン負荷またはエンジン回転数において最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づけることができる。

また、上記実施形態では、圧縮比制御部１８２は、最大燃焼圧力Ｐｍａｘに応じて圧縮比を変更する例を説明した。しかし、これに限定されず、圧縮比制御部１８２は、圧縮圧力Ｐｃｏｍｐに応じて圧縮比を変更するようにしてもよい。例えば、圧縮比制御部１８２は、圧力検出センサ１９０によって測定されるシリンダ内圧から、圧縮圧力Ｐｃｏｍｐのピーク値を推定する。この場合、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷またはエンジン回転数に対する目標圧縮圧力を示すマップが予め記憶されたＲＯＭを有する。したがって、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、推定した圧縮圧力のピーク値が目標圧縮圧力となる圧縮比に変更することができる。このように、圧縮圧力Ｐｃｏｍｐのピーク値が目標圧縮圧力となる圧縮比に変更することで、圧縮比制御部１８２は、各エンジン負荷において最大燃焼圧力Ｐｍａｘをシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づけることができる。

また、圧縮比制御部１８２は、推定した圧縮圧力のピーク値と、上述した図４中のＢ点とＣ点の差Δから、最大燃焼圧力Ｐｍａｘを推定してもよい。この場合、圧縮比制御部１８２は、エンジン負荷またはエンジン回転数に対する差Δを示すマップが予め記憶されたＲＯＭを有する。したがって、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、推定した圧縮圧力のピーク値と差Δから最大燃焼圧力Ｐｍａｘを推定することができる。圧縮比制御部１８２は、推定した最大燃焼圧力Ｐｍａｘと、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとを比較して、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、圧縮比を制御してもよい。

このように、エンジン１００は、エンジン負荷および燃焼室１２８の最大燃焼圧力の少なくとも一方に相関を有する信号を検出する検出部（例えば、回転数検出センサ１８４、圧力検出センサ１９０など）を備えている。圧縮比制御部１８２は、このような検出部から取得される信号に基づいて、最大燃焼圧力Ｐｍａｘが予め設定されたシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、圧縮比を制御することができる。

また、エンジン１００によって駆動される被駆動部材（例えば、船舶用プロペラ）の種類によっては、エンジン回転数が同じでもエンジン負荷が異なる場合がある。例えば、エンジン１００によって駆動される被駆動部材として、固定ピッチプロペラと可変ピッチプロペラがある。固定ピッチプロペラは、羽根（翼）の角度が固定であるが、可変ピッチプロペラは、羽根の角度を変更することができる。そのため、可変ピッチプロペラは、固定ピッチプロペラと同じ回転数であっても、羽根の角度に応じてエンジン負荷が異なる場合がある。

圧縮比制御部１８２は、エンジン１００が固定ピッチプロペラを回転駆動する場合、上述した方法で最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように圧縮比を制御することができる。しかし、圧縮比制御部１８２は、エンジン１００が可変ピッチプロペラを回転駆動する場合、上述した方法で最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように圧縮比を制御できない場合がある。

そこで、圧縮比制御部１８２は、可変ピッチプロペラを回転駆動する際、上述した方法で圧縮比を制御できない場合、可変ピッチプロペラの羽根の角度とエンジン回転数に基づいて、例えば、最大燃焼圧力Ｐｍａｘを導出してもよい。そして、導出した最大燃焼圧力Ｐｍａｘと、シリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔとを比較して、最大燃焼圧力Ｐｍａｘがシリンダ内圧上限値Ｐｍａｘ Ｌｉｍｉｔに近づくように、圧縮比を制御してもよい。

具体的に、圧縮比制御部１８２は、可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度を検出可能な角度検出センサ１９２（図２および図３参照）から、可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度に関する情報を取得することができる。この場合、圧縮比制御部１８２は、可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度およびエンジン回転数に対する最大燃焼圧力Ｐｍａｘを示すマップが予め記憶されたＲＯＭを有する。したがって、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、現在の可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度およびエンジン回転数から最大燃焼圧力Ｐｍａｘを導出することができる。

なお、ＲＯＭに記憶されたマップは、可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度およびエンジン回転数に対する圧縮比を示すマップであってもよい。この場合、圧縮比制御部１８２は、ＲＯＭに記憶されたマップを参照することで、現在の可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度およびエンジン回転数から圧縮比を導出することができる。また、圧縮比制御部１８２は、可変ピッチプロペラＶＰの羽根の角度と、エンジン回転数と、燃料噴射量に基づいて、エンジン負荷を導出することができる。したがって、ＲＯＭに記憶されたマップは、上述したマップ（例えば、エンジン負荷に対する圧縮比を示すマップ）であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、２サイクル型、ユニフロー掃気式、クロスヘッド型のエンジン１００を例に挙げて説明した。しかし、エンジンの種類は、２サイクル型、ユニフロー掃気式、クロスヘッド型に限られない。少なくともエンジンであればよい。また、上述した実施形態では、シリンダ１１０（燃焼室１２８）内に気体燃料（燃料ガス）を供給する例について説明した。しかし、これに限定されず、シリンダ１１０（燃焼室１２８）内に液体燃料を供給するようにしてもよい。また、エンジン１００は、例えば、気体燃料と液体燃料を使い分けるデュアルフューエル型であってもよい。また、エンジン１００は、舶用に限らず、例えば、自動車用であってもよい。

本開示は、圧縮比制御装置およびエンジンに利用することができる。

１００ エンジン
１１０ シリンダ
１１２ ピストン
１２８ 燃焼室
１８０ 圧縮比制御装置
１８２ 圧縮比制御部
１８４ 回転数検出センサ
１８６ 掃気圧検出センサ
１８８ 噴射量検出センサ
１９０ 圧力検出センサ
１９２ 角度検出センサ
Ｖ 圧縮比可変機構
ＶＰ 可変ピッチプロペラ

Claims (5)

1. エンジン負荷および燃焼室の最大燃焼圧力の少なくとも一方に相関を有する信号を検出する検出部と、
   少なくとも前記エンジン負荷が所定負荷以下である場合、前記検出部の検出信号に基づいて、前記最大燃焼圧力が、予め設定された燃焼圧力上限値に近づくように、前記燃焼室の圧縮比を制御する制御部と、
   を備え、
   前記検出部は、エンジン回転数を検出する回転数検出センサ、前記燃焼室に供給される燃料の噴射量を検出する噴射量検出センサ、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出センサ、および、前記燃焼室に供給される活性ガスの圧力である掃気圧を検出する掃気圧検出センサのうち少なくとも一つのセンサを有し、
   前記制御部は、前記掃気圧検出センサが検出する前記掃気圧と、前記圧縮比と、比熱比とに基づいて、前記最大燃焼圧力を推定し、推定した前記最大燃焼圧力と、前記燃焼圧力上限値とを比較して、前記最大燃焼圧力が前記燃焼圧力上限値に近づくように、前記圧縮比を制御する
   圧縮比制御装置。
2. エンジン負荷および燃焼室の最大燃焼圧力の少なくとも一方に相関を有する信号を検出する検出部と、
   少なくとも前記エンジン負荷が所定負荷以下である場合、前記検出部の検出信号に基づいて、前記最大燃焼圧力が、予め設定された燃焼圧力上限値に近づくように、前記燃焼室の圧縮比を制御する制御部と、
   を備え、
   前記検出部は、エンジン回転数を検出する回転数検出センサ、前記燃焼室に供給される燃料の噴射量を検出する噴射量検出センサ、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出センサ、および、前記燃焼室に供給される活性ガスの圧力である掃気圧を検出する掃気圧検出センサのうち少なくとも一つのセンサを有し、
   前記検出部は、可変ピッチプロペラの羽根の角度を検出する角度検出センサを有し、
   前記制御部は、前記羽根の角度とエンジン回転数に基づいて、前記最大燃焼圧力を導出し、導出した前記最大燃焼圧力と、前記燃焼圧力上限値とを比較して、前記最大燃焼圧力が前記燃焼圧力上限値に近づくように、前記圧縮比を制御する
   圧縮比制御装置。
3. シリンダ内におけるピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構を有する
   請求項１または２に記載の圧縮比制御装置。
4. 前記制御部は、前記圧力検出センサが検出する前記最大燃焼圧力と、前記燃焼圧力上限値とを比較して、前記最大燃焼圧力が前記燃焼圧力上限値に近づくように、前記圧縮比を制御する
   請求項３に記載の圧縮比制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮比制御装置を備えるエンジン。

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