JPH06137176A

JPH06137176A - 内燃機関における排気量及び圧縮比の可変構造

Info

Publication number: JPH06137176A
Application number: JP28467892A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sano; ▲真▼一佐野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】必要に応じて排気量を可変とし、排気量の増大
に伴って圧縮比を低くし、排気量の減少に伴って圧縮比
を高くする。【構成】シリンダブロック１をシリンダ部２とスカート
部３とに分割する。シリンダボア５内にピストン７を往
復動可能に配置し、クランクケース８内にクランクシャ
フト１０を回転可能に支持する。ピストン７をコンロッ
ド１３を介してクランクシャフト１０に連結する。又、
シリンダ部２の揺動支軸１７をスカート部３の揺動軸受
１６に組み付けてシリンダ部２を揺動可能に支持する。
シリンダ部２を油圧アクチュエータ２２により揺動させ
る。従って、油圧アクチュエータ２２によってシリンダ
部２が揺動されることにより、ピストン７のストローク
が変えられてエンジン排気量が変えられる。又、揺動支
軸１７及び揺動軸受１６の位置設定によって、排気量の
増大に合わせて圧縮比が低められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レシプロタイプの内
燃機関に係り、詳しくはその内燃機関における排気量及
び圧縮比を可変とするための可変構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レシプロタイプの内燃機関におい
ては、その排気量を機関の負荷に応じて変化させること
により、特に低負荷時の燃費を向上させることが可能で
ある。そこで、排気量を変化させる具体的な技術とし
て、特開平２−１９６２１号公報において、圧縮比を無
段階に可変にすると共に、内燃機関の吸気抵抗となるス
ロットルバルブを廃して機関出力の増大を図る技術が提
案されている。この従来技術では、ピストンに連結され
たコンロッドとクランクシャフトとの間に、揺動アーム
と連結棒とからなるリンク機構が設けられている。そし
て、アクチュエータ等により揺動アームの傾きが連続的
に変えられることにより、ピストンの上死点位置及び下
死点位置が変えられ、ピストンストロークが変えられて
排気量と圧縮比とが連続的に変えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術では、排気量の変化と圧縮比の変化との対応関係の点
で問題があった。即ち、従来技術では、排気量が小さく
なったときに圧縮比が低くなり、排気量が大きくなった
ときに圧縮比が高くなる。そのため、排気量が上げられ
たときには、圧縮比が高くなってノッキングが厳しくな
り、機関の熱効率が悪くなるおそれがあった。例えば、
機関の加速時（高負荷時）には、その出力を増大させる
ために排気量を大きくすることが考えられる。しかし、
従来技術では、加速時に排気量を増大させることにより
圧縮比も高くなってしまい、ノッキングが発生して機関
のトルクダウンを招くおそれがあった。

【０００４】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、必要に応じて排気量を可変
とすることが可能で、排気量の増大に伴って圧縮比を低
くし、排気量の減少に伴って圧縮比を高くすることの可
能な内燃機関における排気量及び圧縮比の可変構造を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、シリンダボアを有するシリ
ンダ部とクランクケースを有するスカート部とに分割さ
れてなるシリンダブロックと、シリンダボア内に往復動
可能に配置されたピストンと、クランクケース内に配置
されてスカート部に回転可能に支持されたクランクシャ
フトと、ピストンをクランクシャフトに連結するコンロ
ッドと、シリンダ部をスカート部に対して揺動可能に支
持しクランクシャフトと平行に形成された揺動支軸及び
揺動軸受と、シリンダ部を揺動させるためのアクチュエ
ータとを備えたことを趣旨としている。

【０００６】

【作用】上記の構成によれば、レシプロタイプの内燃機
関が構成され、シリンダボアでピストンが往復動される
ことにより、その運動がコンロッドを介してクランクシ
ャフトの回転運動に変化され、内燃機関の動力が得られ
る。シリンダブロックは、シリンダボアを有するシリン
ダ部とクランクシャフトを支持するスカート部とに分割
されていることから、アクチュエータが駆動されること
により、シリンダ部が揺動支軸及び揺動軸受を中心にス
カート部に対して揺動される。そして、シリンダ部が揺
動されることにより、ピストン、コンロッド及びクラン
クシャフトの連結関係から、ピストンのストロークが変
えられ、ピストンの往復動によって得られる内燃機関の
排気量が変えられる。又、その排気量はシリンダ部の揺
動量に応じて連続的に変えられる。

【０００７】ここで、排気量と圧縮比との関係を考えた
場合に、その関係が揺動支軸及び揺動軸受の位置によっ
て異なることが確かめられている。そして、揺動支軸及
び揺動軸受を、シリンダボアの中心線と平行な線上の任
意の位置に設定することにより、シリンダ部の揺動に伴
った排気量の変化に合わせて任意な圧縮比の変化が得ら
れる。

【０００８】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明の内燃機関における排気
量及び圧縮比の可変構造を具体化した第１実施例を図１
〜図１１に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図１は内燃機関（エンジン）を構成するシ
リンダブロック１を幅方向に破断して示す断面図及び電
気的構成等を示す図であり、図２はシリンダブロック１
を長手方向に破断して示す断面図であり、図３はシリン
ダブロック１を示す背面図である。シリンダブロック１
はシリンダ部２とスカート部３とに分割されて形成され
ている。シリンダ部２の上側には、動弁機構を有するシ
リンダヘッド４が配設されている。又、シリンダ部２に
は複数のシリンダボア５が形成され、各シリンダボア５
にはシリンダライナ６が嵌め込まれている。各シリンダ
ライナ６の内部には、ピストン７が往復動可能に配置さ
れている。一方、スカート部３の内部はクランクケース
８となっており、クランクケース８の下側には複数のク
ランク軸受９が形成されている。クランクケース８の内
部に配置されたクランクシャフト１０は、複数のクラン
クジャーナル１１と複数のクランクピン１２とを備えて
いる。そして、各クランクジャーナル１１が各クランク
軸受９にて回転可能に支持されている。各ピストン７に
はコンロッド１３の先端がピストンピン１４を介して連
結されている。又、コンロンド１３の基端はクランクピ
ン１２に連結されている。上記の構成により、レシプロ
タイプのエンジンが構成されている。

【００１０】従って、各シリンダライナ６の中でピスト
ン７が往復動されることにより、その運動がコンロッド
１３を介してクランクシャフト１０の回転運動に変化さ
れ、エンジンの動力が得られる。

【００１１】シリンダブロック１では、シリンダ部２が
スカート部３に対して揺動可能となっている。即ち、ス
カート部３の前後両側には、上方へ延びるブラケット１
５が一体に形成され、そのブラケット１５の上端には揺
動軸受１６が形成されている。又、シリンダ部２の前後
両側には、各揺動軸受１６に対応して、前後方向へ突出
する揺動支軸１７が一体に形成されている。そして、各
揺動支軸１７が各揺動軸受１６に嵌め合わされ、ベアリ
ングキャップ１８によって位置決めされている。そし
て、シリンダ部２が揺動支軸１７を中心にスカート部３
に対して左右方向へ揺動可能に支持されている。ここ
で、揺動軸受１６及び揺動支軸１７の位置は、各シリン
ダボア５の中心線（ボア中心線）ＢＬと平行な線上の任
意な位置に設定されている。又、図１，２に示すよう
に、シリンダ部２とスカート部３との間の接触部分には
それぞれ円弧状の滑り面１９，２０に形成されている。
そして、揺動支軸１７を中心にしたシリンダ部２の揺動
が両滑り面１９，２０で摺接しながら案内される。

【００１２】シリンダ部２を揺動させるために、スカー
ト部３にはブラケット２１を介して油圧アクチュエータ
２２が固定されている。そして、油圧アクチュエータ２
２の作動ロッド２２ａがボールジョイント２３を介して
シリンダ部２のブラケット２４に連結されている。油圧
アクチュエータ２２には、タンク２５に貯留された作動
油が、油圧ポンプ２６により供給通路２７を通じて供給
される。又、油圧アクチュエータ２２から作動油を導出
するドレン通路２８の途中には、電磁式の油圧制御弁２
９が設けられている。そして、この油圧制御弁２９が開
閉されることにより、油圧アクチュエータ２２に対する
作動油の供給が制御され、これによって油圧アクチュエ
ータ２２の駆動が制御される。つまり、油圧アクチュエ
ータ２２の作動ロッド２２ａが伸縮される。

【００１３】従って、油圧アクチュエータ２２が駆動さ
れることにより、シリンダ部２が揺動支軸１７を中心に
スカート部３に対して揺動されると共に、両滑り面１
９，２０で摺接しながら揺動方向へ案内される。そし
て、シリンダ部２が揺動されることにより、各ピストン
７、各コンロッド１３及びクランクシャフト１０の連結
関係から、各ピストン７のストロークが変えられ、各ピ
ストン７の往復動によって得られるエンジンの排気量Ｄ
ＰＭが変えられる。又、その排気量ＤＰＭはシリンダ部
２の揺動量、即ち油圧アクチュエータ２２の駆動量に応
じて連続的に変えられる。

【００１４】尚、この実施例では、シリンダヘッド４の
動弁機構を構成する図示しないカムシャフトが、クラン
クシャフト１０に対してタイミングベルトにより駆動連
結されている。そして、シリンダ部２が揺動されること
により、カムシャフトがクランクシャフト１０に対して
移動されることから、そのときのタイミングベルトの弛
みを吸収するために、シリンダブロック１には周知のオ
ートテンショナが設けられている。又、シリンダ部２が
揺動されることにより、カムシャフトとクランクシャフ
ト１０との間に相対的な回動が生じることから、動弁機
構でのバルブタイミングは多少変化する。そこで、この
実施例では、シリンダ部２の揺動に伴うバルブタイミン
グの変化を補償するために、動弁機構には図示しない可
変バルブタイミング機構が設けられており、同機構がシ
リンダ部２の揺動に合わせて駆動されるようになってい
る。可変バルブタイミング機構の詳しい説明は省略す
る。

【００１５】ここで、上記のエンジンにおける排気量Ｄ
ＰＭの変化を図４のモデル図に従って説明する。このモ
デル図において、「Ｌ」は図１に対応するコンロンド長
さであり、「Ｒ」は同じく図１に対応するクランク半径
である。又、「Ａ」はシリンダ部２の非揺動時における
ピストン７のストロークであり、「Ｂ」はシリンダ部２
の揺動時におけるピストン７のストロークである。
「Ｃ」はクランク中心点であり、「Ｄ」はシリンダ部２
の非揺動時及び揺動時におけるピストン７の上死点での
ピストンピン中心点である。「Ｅ」はシリンダ部２の非
揺動時におけるピストン７の下死点でのピストンピン中
心点であり、「Ｆ」はシリンダ部２の揺動時におけるピ
ストン７の下死点でのピストンピン中心点である。
「Ｇ」はシリンダ部２の非揺動時及び揺動時におけるピ
ストン７の上死点でのクランクピン中心点である。更
に、「Ｈ」はシリンダ部２の非揺動時におけるピストン
７の下死点でのクランクピン中心点であり、「Ｉ」はシ
リンダ部２の揺動時におけるピストン７の下死点でのク
ランクピン中心点である。

【００１６】このモデル図からも分かるように、「Ｌ＋
Ｒ」を半径とする円ＣＴ１と「Ｌ−Ｒ」を半径とする円
ＣＴ２との間の斜線域が、ピストン７の動き得るピスト
ン可動範囲である。シリンダ部２の非揺動時には、クラ
ンク中心点Ｃの位置がボア中心線ＢＬに合致することか
ら、そのときのピストン７のストロークは「Ａ」とな
る。これに対し、シリンダ部２の揺動によってボア中心
線ＢＬが所定量だけオフセットされると、そのときのピ
ストン７のストロークは「Ｂ」となる。このときのピス
トン７のストロークは以下の計算式によって求められ
る。

【００１７】（ストローク）＝ｃｏｓα（Ｌ＋Ｒ）−ｃｏｓβ（Ｌ−Ｒ）但し、 α＝ｓｉｎ^-1｛（Ｌ＋Ｒ）／（オフセット値）｝ β＝ｓｉｎ^-1｛（Ｌ−Ｒ）／（オフセット値）｝である。

【００１８】そして、ボア中心線ＢＬがオフセットを有
する場合のストロークは、「Ｂ＞Ａ」となり、オフセッ
ト値の事実上の限界は、「（オフセット値）≦（Ｌ−
Ｒ）」となる。

【００１９】このように、シリンダ部２の揺動によって
ボア中心線ＢＬがオフセットされた場合には、ピストン
７のストロークが非揺動時よりも大きくなり、それに伴
ってエンジンの排気量ＤＰＭが大きくなることが分か
る。

【００２０】一方、排気量ＤＰＭと圧縮比ＣＲとの関係
を考えた場合に、その関係が揺動軸受１６及び揺動支軸
１７の位置によって異なることが確かめられている。図
５はシリンダ部２の非揺動時にピストン７が上死点に達
している状態を示している。ここで、ボア中心線ＢＬと
平行な線上に付された点ｄは、図１，４におけるピスト
ンピン中心点Ｄのレベルに合致するものであり、点ｃ
は、同じく図１，４におけるクランク中心点Ｃに合致す
るものである。又、点ｄより少し下の点ｂは、揺動軸受
１６及び揺動支軸１７の中心をそこに設定した場合に、
シリンダ部２の揺動にかかわらず圧縮比ＣＲが常に等し
くなる等圧縮比点を示している。そして、図５におい
て、揺動軸受１６及び揺動支軸１７の中心をボア中心線
ＢＬと平行な線に沿って点ｂよりも下げることにより、
圧縮比ＣＲが低下する。又、ピストン７の上死点位置ま
での間で揺動軸受１６及び揺動支軸１７の中心をボア中
心線ＢＬと平行な線に沿って点ｂよりも上げることによ
り、圧縮比ＣＲが増大する。更に、ピストン７の上死点
から揺動軸受１６及び揺動支軸１７の中心を上げること
により、圧縮比ＣＲが低下する。このように、揺動軸受
１６及び揺動支軸１７の中心の位置と圧縮比ＣＲとの間
の関係が確認されている。

【００２１】そこで、この実施例では、上記のような関
係を考慮して、揺動軸受１６及び揺動支軸１７の中心
を、点ｂよりも若干下方に設定することにより、シリン
ダ部２の揺動に伴った排気量ＤＰＭの増大に合わせて圧
縮比ＣＲが低下するように設定されている。即ち、排気
量ＤＰＭと圧縮比ＣＲとの関係が、図６に示すグラフと
なるように設定されている。つまり、排気量ＤＰＭが最
小値Ｍｉｎとなるときに圧縮比ＣＲが最も高くなり、排
気量ＤＰＭが最大値Ｍａｘとなるときに圧縮比ＣＲが最
も低くなり、最小値Ｍｉｎと最大値Ｍａｘとの間では圧
縮比ＣＲが連続的に変化するように設定されている。

【００２２】ここで、この実施例のエンジンにおける等
燃費率曲線を図７，８に示す。図７，８は横軸をエンジ
ン回転数ＮＥ、縦軸を吸入空気量Ｑ（負荷）とした等燃
費率曲線を示している。図７には、排気量ＤＰＭが最小
値Ｍｉｎのときの等燃費率曲線が破線で示され、排気量
ＤＰＭが最大値Ｍａｘのときの等燃費率曲線が実線で示
されている。そして、この実施例では、排気量ＤＰＭが
最小値Ｍｉｎと最大値Ｍａｘとの間で連続的に変えられ
ることから、等燃費率曲線は、図８に示すように、最小
値Ｍｉｎの等燃費率曲線と最大値Ｍａｘのそれとが合成
されたものとなる。

【００２３】そして、この実施例では、上記のような関
係を有する排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲがエンジンの運
転状態に応じて制御されるようになっている。即ち、図
１に示すように、油圧制御弁２９が電子制御装置（以下
単に「ＥＣＵ」という）４１の出力側に接続され、ＥＣ
Ｕ４１によって油圧制御弁２９の開閉が制御されるよう
になっている。ＥＣＵ４１は中央処理装置（ＣＰＵ）、
所定の制御プログラム等を予め記憶したメモリ等の各種
メモリ及び外部入出力回路等によって構成されている。
ＥＣＵ４１の入力側には、エンジン回転数ＮＥを検出す
る回転数センサ４２が接続されている。又、ＥＣＵ４１
の入力側には、図示しない吸気通路に設けられてエンジ
ンへの吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ４３が
接続されている。又、ＥＣＵ４１の入力側には、同じく
吸気通路に設けられた図示しないスロットルバルブの開
度（スロットル開度）ＴＡを検出するスロットルセンサ
４４が接続されている。そして、ＥＣＵ４１は各センサ
４２〜４４から入力されるエンジン回転数ＮＥ、エンジ
ンの負荷に相当する吸入空気量Ｑ、及びスロットル開度
ＴＡに基づき、油圧制御弁２９を好適に開閉制御する。
つまり、この実施例では、エンジン回転数ＮＥ、エンジ
ン負荷及びスロットル開度ＴＡに基づき油圧アクチュエ
ータ２２を駆動制御してシリンダ部２の揺動量を制御す
ることにより、エンジンの排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲ
が連続的に制御される。

【００２４】次に、ＥＣＵ４１により実行される各処理
内容のうち、排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲの制御のため
の処理内容について、図９に示すフローチャートに従っ
て説明する。このフローチャートのルーチンはエンジン
の運転時に周期的に実行される。

【００２５】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１０１において、回転数センサ４２、エアフロー
メータ４３及びスロットルセンサ４３の各検出値に基づ
き、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑ及びスロットル
開度ＴＡをそれぞれ読み込む。

【００２６】続いて、ステップ１０２において、負荷に
相当する吸入空気量Ｑが所定値α以上であるか否かを判
断する。ここで、吸入空気量Ｑが所定値α以上でない場
合には、ステップ１０３へ移行し、スロットル開度ＴＡ
に基づき、スロットル全閉であるか否かを判断する。そ
して、ステップ１０３において、スロットル全閉である
場合には、そのままその後の処理を一旦終了する。又、
ステップ１０３において、スロットル全閉でない場合に
は、エンジンが低負荷状態であるものとして、ステップ
１０４へ移行し、油圧制御弁２９を開閉制御することに
より排気量ＤＰＭを最小値Ｍｉｎに制御した後、処理を
一旦終了する。ここで、排気量ＤＰＭが最小値Ｍｉｎに
制御されることにより、圧縮比ＣＲは最も高められる。

【００２７】一方、ステップ１０２において、吸入空気
量Ｑが所定値α以上である場合には、ステップ１０５へ
移行して、負荷に相当する吸入空気量Ｑが所定値β（α
＜β）以下であるか否かを判断する。ここで、吸入空気
量Ｑが所定値β以下でない場合には、ステップ１０６へ
移行し、スロットル開度ＴＡに基づき、スロットル全開
であるか否かを判断する。そして、ステップ１０６にお
いて、スロットル全開でない場合には、エンジンが高負
荷であるものとして、ステップ１０７において、油圧制
御弁２９を開閉制御することにより排気量ＤＰＭを最大
値Ｍａｘに制御した後、処理を一旦終了する。ここで、
排気量ＤＰＭが最大値Ｍａｘに制御されることにより、
圧縮比ＣＲは最も低められる。

【００２８】一方、ステップ１０５において、吸入空気
量Ｑが所定値β以下である場合には、ステップ１０８に
おいて、図１０に示すようなマップを参照して油圧制御
弁２９を開閉制御することにより排気量ＤＰＭを制御
し、その後の処理を一旦終了する。即ち、所定値αから
所定値βまでの吸入空気量Ｑの間で、排気量ＤＰＭを最
小値Ｍｉｎから最大値Ｍａｘまでの間で連続的に可変と
する。そして、排気量ＤＰＭが最小値Ｍｉｎから最大値
Ｍａｘの間で連続的に変えられることにより、圧縮比Ｃ
Ｒも高い値から低い値の間で連続的に変えられる。つま
り、エンジンの部分負荷（パーシャル）時には、図８に
示すように、所定値αと所定値βとの間で等燃費率曲線
を連続的に変化させることができて良燃費を確保するこ
とができる。

【００２９】又、ステップ１０６において、スロットル
全開である場合には、ステップ１０９において、油圧制
御弁２９を開閉制御することにより排気量ＤＰＭを最小
値Ｍｉｎに制御する。このとき、排気量ＤＰＭが最小値
Ｍｉｎに制御されることにより、圧縮比ＣＲは最も高め
られる。続いて、ステップ１１０へ移行し、ステップ１
０９において、排気量ＤＰＭを最小値Ｍｉｎに制御して
からの経過時間Ｔ１をカウントする。又、ステップ１１
１において、経過時間Ｔ１に基づき、スロットル全開と
なってからのエンジン回転数ＮＥの標準回転加速度ＶＡ
Ａを算出する。この標準回転加速度ＶＡＡは、図１１に
示すように、経過時間Ｔ１に対する標準回転加速度ＶＡ
Ａの関係を予め定めたマップを参照して求められる。次
に、ステップ１１２において、エンジン回転数ＮＥに基
づき、その時のエンジン回転数ＮＥの実際の回転加速度
（実回転加速度）ＮＥＡを算出する。

【００３０】そして、ステップ１１３において、実回転
加速度ＮＥＡが標準回転加速度ＶＡＡよりも小さいか否
かを判断する。ここで、実回転加速度ＮＥＡが標準回転
加速度ＶＡＡよりも小さい場合には、ステップ１１４に
おいて、油圧制御弁２９を開閉制御することにより排気
量ＤＰＭを最小値Ｍｉｎから増大させるように制御す
る。これにより、圧縮比ＣＲも高い値から低減されるよ
うに制御される。そして、ステップ１１４からステップ
１１０へジャンプし、ステップ１１０〜ステップ１１４
の処理を繰り返す。又、ステップ１１３において、実回
転加速度ＮＥＡが標準回転加速度ＶＡＡよりも小さくな
い場合には、その後の処理を一旦終了する。つまり、吸
入空気量Ｑが所定値βを越えてスロットル全開となった
場合には、排気量ＤＰＭを最小値Ｍｉｎに一旦した後、
実回転加速度ＮＥＡが高まるに連れて徐々に排気量ＤＰ
Ｍを増大させると共に、圧縮比ＣＲを徐々に低めていく
のである。

【００３１】上記のようにして、エンジンの運転状態に
応じた排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲの制御が行われる。
以上説明したように、この実施例におけるレシプロタイ
プのエンジンでは、シリンダブロック１がシリンダ部２
とスカート部３とに分割されている。又、そのシリンダ
部２が、油圧アクチュエータ２２により、揺動軸受１６
及び揺動支軸１７を中心にスカート部３に対して揺動さ
れることにより、その揺動量に応じてエンジンの排気量
ＤＰＭが可変となっている。又、シリンダ部２の揺動に
伴い排気量ＤＰＭが増大されるのに伴い圧縮比ＣＲが低
められる。つまり、この実施例のエンジンでは、シリン
ダ部２を必要に応じて揺動させることにより、排気量Ｄ
ＰＭを連続的に可変とすることができ、排気量ＤＰＭの
増大に伴って圧縮比ＣＲを低くし、排気量ＤＰＭの減少
に伴って圧縮比ＣＲを高くすることができるのである。

【００３２】しかも、この実施例では、吸入空気量Ｑが
所定値αより小さいエンジンの低負荷状態では、排気量
ＤＰＭが最小値Ｍｉｎに制御されると共に、圧縮比ＣＲ
が高い値に制御される。又、吸入空気量Ｑが所定値βよ
り大きいエンジンの高負荷状態では、排気量ＤＰＭが最
大値Ｍａｘに制御されると共に、圧縮比ＣＲが低い値に
制御される。従って、エンジンの加速時には、エンジン
が高負荷状態となり、エンジン出力を増大させるために
排気量ＤＰＭが最大値Ｍａｘまで制御されるのである
が、そのときの圧縮比ＣＲは低められる。その結果、エ
ンジンの加速時には排気量ＤＰＭの増大によって大きな
出力を確保することができると共に、圧縮比ＣＲの低下
によってノッキングの発生を防止することができ、トル
クダウンを伴うことなくノッキングの発生を防止するこ
とができる。

【００３３】又、この実施例では、図１に示すようなシ
リンダ部２の非揺動時に、排気量ＤＰＭが最小値Ｍｉｎ
となるように設定されている。従って、エンジンの元の
体格を小さくしておいて、排気量ＤＰＭをシリンダ部２
の揺動によって増大させることができる。そのため、低
負荷時には、小さい体格のエンジン構成であることか
ら、最大値Ｍａｘ級の大排気量を有するエンジン構成と
比べて、エンジンのフリクションを小さくすることがで
き、その分だけ燃費を向上させることができる。しか
も、エンジンのムービング系（クランクシャフト、ピス
トン、コンロッド）については、最小値Ｍｉｎ級の小排
気量のエンジンのそれに設定することができる。そのた
め、ムービング系を小排気量並みに軽量化することがで
き、スロットル全開時のエンジンの加速性能を向上させ
ることができる。又、ムービング系で発生する振動騒音
を小排気量並みに抑えることができる。

【００３４】加えて、この実施例では、エンジンがスロ
ットル全開となったときに、排気量ＤＰＭが最小値Ｍｉ
ｎまで一旦下げられた後、エンジンの実回転加速度ＮＥ
Ａの増大に伴って排気量ＤＰＭが徐々に増大するように
制御される。従って、スロットル全開となったときに
は、排気流量を最小限に抑えながら、エンジン回転数Ｎ
Ｅを徐々に上げることができる。

【００３５】併せて、この実施例では、図４に示すよう
に、シリンダ部２の非揺動時におけるピストン７の下死
点でのクランクピン中心点Ｈと、シリンダ部２の揺動時
におけるピストン７の下死点でのクランクピン中心点Ｉ
とが異なっている。つまり、ピストン７のストロークに
対するクランクピン１２の回転角が異なっており、これ
によってピストン７が早戻り（早送り）の状態となる。
このため、ピストン７の早送り状態では圧縮行程時間が
短縮され、クランクシャフト１０の回転が上昇したと同
じことになり、対ノッキング性の向上を期待することが
できる。その逆に、膨張行程時間が延長され、各シリン
ダライナ６内で燃料の完全燃焼を期待することができ、
延いてはエンジンからの炭化水素（ＨＣ）排出量の低減
を期待することができる。

【００３６】（第２実施例）次に、この発明の内燃機関
における排気量及び圧縮比の可変構造を具体化した第２
実施例を図１２〜図１４に従って説明する。尚、この実
施例において、前記第１実施例の構成と同じ部材につい
ては、同一の符号を付して説明を省略し、特に異なった
点を中心に説明する。

【００３７】図１２はエンジンを構成するシリンダブロ
ック１を幅方向に破断して示す断面図及び電気的構成を
示す図である。この実施例において、シリンダブロック
１を中心とするエンジンのハード構成については、前記
第１実施例のそれと同じである。ここでは、エンジンの
排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲをエンジンの運転状態に応
じて制御するための電気的構成とその制御内容の点で異
なっている。

【００３８】即ち、ＥＣＵ４１の出力側には、油圧制御
弁２９の他に、点火プラグ３１に高電圧を出力するため
のイグナイタ３２が接続されている。又、ＥＣＵ４１の
入力側には、回転数センサ４２及びスロットルセンサ４
４の他に、ノックセンサ４５が接続されている。ノック
センサ４５はシリンダブロック１に取り付けられてお
り、エンジンの燃焼室でのノッキングの発生に起因する
振動を検出して振動信号ＶＩＳとして出力する。そし
て、ＥＣＵ４１は各センサ４２，４４から入力されるエ
ンジン回転数ＮＥ及びスロットル開度ＴＡに基づき、ク
ランクシャフト１０の回転角度に同期してイグナイタ３
２を制御することにより、点火プラグ３１への高電圧の
出力タイミングを好適に制御する。つまり、エンジンの
点火時期制御が行われる。特に、スロットル開度ＴＡが
急に大きくなるようなエンジンの加速時には、ＥＣＵ４
１によって点火時期がある程度遅角されるようになって
いる。又、ＥＣＵ４１はノックセンサ４５から入力され
る振動信号ＶＩＳに基づき、油圧制御弁２９を好適に開
閉制御する。つまり、この実施例では、振動信号ＶＩＳ
に基づき油圧アクチュエータ２２を駆動制御してシリン
ダ部２の揺動を制御することにより、エンジンの排気量
ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲを制御する。

【００３９】次に、ＥＣＵ４１により実行される各処理
内容のうち、排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲの制御のため
の処理内容について、図１３に示すフローチャートに従
って説明する。このフローチャートのルーチンはエンジ
ンの運転時に周期的に実行される。

【００４０】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ２０１において、ノックセンサ４５の検出値に基
づき振動信号ＶＩＳを読み込む。そして、ステップ２０
２において、振動信号ＶＩＳに基づきノッキングが発生
したか否かを判断する。ここで、ノッキングが発生した
場合には、ステップ２０３において、油圧制御弁２９を
開閉制御することにより排気量ＤＰＭを最大値Ｍａｘに
制御した後、処理を一旦終了する。そして、排気量ＤＰ
Ｍが最大値Ｍａｘに制御されることにより、圧縮比ＣＲ
は最も低められる。一方、ノッキングが発生していない
場合には、そのままその後の処理を一旦終了する。

【００４１】このようにして、エンジンのノッキングの
発生に応じた排気量ＤＰＭ及び圧縮比ＣＲの制御が行わ
れる。ここで、上記のような排気量ＤＰＭ及び圧縮比Ｃ
Ｒの制御と点火時期制御の作用について、図１４のタイ
ムチャートに従って説明する。

【００４２】今、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間で、エ
ンジンの加速要求に伴ってスロットル開度ＴＡが急増す
ると、その間だけ点火時期が徐々に遅角される。そし
て、その途中の時刻ｔ２において、ノッキングの発生が
判定されると、排気量ＤＰＭが最小値Ｍｉｎから最大値
Ｍａｘへと増大され、圧縮比ＣＲが最も低められる。同
図の破線は、排気量ＤＰＭを可変とする構造を備えてい
ないエンジンにおいて、ノッキング発生時に点火時期を
大幅に遅角させる場合の挙動が示されている。

【００４３】従って、この実施例においても、第１実施
例と同様にエンジンのハード構成により、エンジンの排
気量ＤＰＭが可変となっており、シリンダ部２を必要に
応じて揺動させることにより、排気量ＤＰＭを増大させ
ることができ、それに伴ってて圧縮比ＣＲを低くするこ
とができる。又、ノッキングが発生するような場合に
は、圧縮比ＣＲの低下によってノッキングの発生を防止
することができる。しかも、加速要求に合わせて排気量
ＤＰＭが増大されることから、エンジントルクを円滑に
増大させることができる。つまり、加速時には、ノッキ
ングの発生を抑えながら、エンジンの出力を増大させる
ことができるのである。

【００４４】その他、エンジンフリクションやムービン
グ系等に係る作用及び効果については、前記第１実施例
のそれと基本的に同じである。尚、この発明は前記各実
施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で構成の一部を適宜に変更して次のように実施す
ることもできる。

【００４５】（１）前記各実施例では、シリンダ部２を
揺動させるために油圧アクチュエータ２２を使用した
が、これに限られるものではない。例えば、図１５に示
すように、電気的に駆動されるステップモータ３３を使
用したり、図１６に示すように、吸気マニホルドにおけ
る発生負圧等の導入を制御することによって駆動される
ダイヤフラム式アクチュエータ３４を使用したりするこ
ともできる。

【００４６】（２）前記各実施例では、エンジンの加速
時にシリンダ部２を揺動させて排気量ＤＰＭを増大させ
るような制御を行ったが、燃料カットを伴ったエンジン
の減速時に、シリンダ部を揺動させて排気量ＤＰＭを増
大させるように制御してもよい。この場合、エンジンの
減速時にシリンダ部が揺動されてピストンのストローク
が増大されることから、エンジンのフリクションが増大
して、大きなエンジンブレーキを得ることができる。

【００４７】（３）前記各実施例では、シリンダ部２と
スカート部３の両滑り面１９，２０の間に特別な制動手
段が設けられていないが、両滑り面１９，２０の一方に
油圧ブレーキ等の制動手段を設けて、必要に応じて作動
させることにより、シリンダ部２の揺動を一時的に固定
するようにしてもよい。

【００４８】（４）前記各実施例では、揺動軸受１６及
び揺動支軸１７の中心位置を等圧縮比となる点ｂよりも
やや下方に設定したが、この中心位置の設定を任意に変
更することもできる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、レシプロタイプの内燃機関において、シリンダブロ
ックをシリンダ部とスカート部とに分割し、シリンダ部
をスカート部に対して揺動支軸及び揺動軸受を中心に揺
動可能としてシリンダ部をアクチュエータにより揺動さ
せるようにしている。従って、シリンダ部が揺動される
ことにより、ピストンのストロークが変えられて内燃機
関の排気量が変えられ、揺動支軸及び揺動軸受の位置を
任意に設定することにより、排気量の変化に合わせて圧
縮比が任意に変えられる。その結果、必要に応じて排気
量を可変とすることができると共に、排気量の増大に伴
って圧縮比を低くしたり、排気量の減少に伴って圧縮比
を高くしたりすることができるという優れた効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した第１実施例においてシリ
ンダブロックを幅方向に破断して示す断面図及び電気的
構成等を示す図である。

【図２】第１実施例において、シリンダブロックを長手
方向に破断して示す断面図である。

【図３】第１実施例において、シリンダブロックを示す
背面図である。

【図４】第１実施例において、エンジンの排気量の変化
を説明するモデル図である。

【図５】第１実施例において、揺動軸受及び揺動支軸の
位置設定を説明するための断面図である。

【図６】第１実施例において、排気量と圧縮比との関係
を示すグラフである。

【図７】第１実施例において、エンジンの等燃費率曲線
を示す図である。

【図８】第１実施例において、同じくエンジンの等燃費
率曲線を示す図である。

【図９】第１実施例において、ＥＣＵにより実行される
排気量及び圧縮比の制御のための処理内容を示すフロー
チャートである。

【図１０】第１実施例において、吸入空気量の変化に対
する排気量の関係を予め定めたマップである。

【図１１】第１実施例において、経過時間の変化に対す
る標準回転加速度の関係を予め定めたマップである。

【図１２】この発明を具体化した第２実施例においてシ
リンダブロックを幅方向に破断して示す断面図及び電気
的構成等を示す図である。

【図１３】第２実施例において、ＥＣＵにより実行され
る排気量及び圧縮比の制御のための処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図１４】第２実施例において、排気量及び圧縮比の制
御等の作用を説明するタイムチャートである。

【図１５】この発明を具体化した別の実施例において、
シリンダ部を揺動するためのステップモータを示す図で
ある。

【図１６】この発明を具体化した別の実施例において、
シリンダ部を揺動するためのダイヤフラム式アクチュエ
ータを示す図である。

【符号の説明】

１…シリンダブロック、２…シリンダ部、３…スカート
部、７…ピストン、８…クランクケース、１０…クラン
クシャフト、１３…コンロッド、１６…揺動軸受、１７
…揺動支軸、２２…油圧アクチュエータ、３３…ステッ
プモータ、３４…ダイヤフラム式アクチュエータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダボアを有するシリンダ部とクラ
ンクケースを有するスカート部とに分割されてなるシリ
ンダブロックと、前記シリンダボア内に往復動可能に配置されたピストン
と、前記クランクケース内に配置されて前記スカート部に回
転可能に支持されたクランクシャフトと、前記ピストンを前記クランクシャフトに連結するコンロ
ッドと、前記シリンダ部を前記スカート部に対して揺動可能に支
持し前記クランクシャフトと平行に形成された揺動支軸
及び揺動軸受と、前記シリンダ部を揺動させるためのアクチュエータとを
備えたことを特徴とする内燃機関における排気量及び圧
縮比の可変構造。