JP2016217296A - 可変圧縮比内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を切替えるときの応答性を改善する。
【解決手段】可変圧縮比内燃機関１はシリンダ１５とピストン５とコンロッド６とを具備し、コンロッドは、大径端部３１ａ及び小径端部３１ｂを有するコンロッド本体３１と、偏心部材３２とを具備し、偏心部材は、ピストンピン受容開口３２ｄの軸線が偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することでピストンをコンロッド本体に対して下降させるように構成され、可変圧縮比内燃機関は、偏心部材の回動を制御する回動制御手段を更に具備し、回動制御手段は、偏心部材を回動させるときには機関回転数を基準回転数以上にし、基準回転数は、偏心部材を回動させないときのアイドル回転数よりも高い。
【選択図】図１２

Description

本発明は、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。

従来から、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備えた内燃機関が知られている。このような可変圧縮比機構としては様々なものが提案されているが、そのうちの一つとして内燃機関で用いられるコンロッドの有効長さを変化させるものが挙げられる（例えば、特許文献１）。ここで、コンロッドの有効長さとは、クランクピンを受容するクランク受容開口の中心とピストンピンを受容するピストンピン受容開口の中心との間の距離を意味する。したがって、コンロッドの有効長さが長くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が小さくなり、よって機械圧縮比が増大する。一方、コンロッドの有効長さが短くなるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室容積が大きくなり、よって機械圧縮比が低下する。

有効長さを変更可能な可変長コンロッドとしては、コンロッド本体の小径端部に、コンロッド本体に対して回動可能な偏心部材（偏心アームや偏心スリーブ）を設けたものが知られている（例えば、特許文献１）。偏心部材はピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有し、このピストンピン受容開口は偏心部材の回動軸線に対して偏心して設けられる。このため、ピストンの往復動による慣性力がピストンピンに作用すると、偏心部材は回動する。

このような可変長コンロッドでは、偏心部材の回動位置を変更すると、これに伴ってコンロッドの有効長さを変化させることができる。具体的には、偏心部材は、一方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを長くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して上昇し、機械圧縮比は低圧縮比から高圧縮比に切替えられる。一方、偏心部材は、他方の方向へ回動することでコンロッドの有効長さを短くする。この結果、ピストンはコンロッド本体に対して下降し、機械圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。したがって、斯かる可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関では、機械圧縮比を低圧縮比と高圧縮比との間で切替えることができる。

特開２０１１−１９６５４９号公報 特開平５−２０９５８５号公報 特開２０１２−２２９６４３号公報

しかしながら、ピストンの往復動による慣性力は、内燃機関の機関回転数の二乗に比例する。このため、内燃機関の低回転域では、十分な慣性力が得られず、機械圧縮比を切替えるときの応答性が悪化する。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を切替えるときの応答性を改善することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介して前記ピストンに連結されたコンロッドとを具備し、前記コンロッドは、クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、該大径端部の反対側の前記ピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、前記ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に前記小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材とを具備し、前記偏心部材は、前記ピストンピン受容開口の軸線が当該偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して下降させるように構成され、当該可変圧縮比内燃機関は、前記偏心部材の回動を制御する回動制御手段を更に具備し、該回動制御手段は、前記偏心部材を回動させるときには機関回転数を基準回転数以上にし、該基準回転数は、前記偏心部材を回動させないときのアイドル回転数よりも高い、可変圧縮比内燃機関が提供される。

第２の発明では、第１の発明において、前記偏心部材は当該可変圧縮比内燃機関の始動前には前記他方の方向に回動された状態となっており、前記回動制御手段は、当該可変圧縮比内燃機関の始動直後に前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させるときには、アイドル状態における機関回転数を前記基準回転数以上に上昇させる。

第３の発明では、第２の発明において、前記回動制御手段は、当該可変圧縮比内燃機関の始動前の状態に基づいて、前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させることによって機械圧縮比を高めるとノッキングが発生すると予測された場合には、当該可変圧縮比内燃機関の始動直後に前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させない。

第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記コンロッドは、前記コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、該油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンとを更に具備し、該油圧ピストンは、前記偏心部材が前記一方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で上昇し、前記偏心部材が前記他方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で下降するように構成され、前記基準回転数は、前記作動油の油温が相対的に低い場合に該油温が相対的に高い場合に比べて高くされる。

第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、当該可変圧縮比内燃機関は、無段変速機を具備する車両に搭載され、前記回動制御手段は、前記車両の走行中に前記偏心部材を回動させるときには、機関回転数が前記基準回転数未満の場合、前記偏心部材を回動させるために、機関回転数を前記基準回転数以上に上昇させ、前記無段変速機は前記車両の速度を維持するように機関回転数の上昇に応じて変速せしめられる。

本発明によれば、可変長コンロッドを具備する可変圧縮比内燃機関において、機械圧縮比を切替えるときの応答性を改善することができる。

図１は、可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図である。 図２は、本発明に係る可変長コンロッドを概略的に示す斜視図である。 図３は、本発明に係る可変長コンロッド及びピストンを概略的に示す断面側面図である。 図４は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図５は、コンロッド本体の小径端部近傍の概略的な分解斜視図である。 図６は、本発明に係る可変長コンロッド及びピストンを概略的に示す断面側面図である。 図７は、流れ方向切換機構が設けられた領域を拡大したコンロッドの断面側面図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ及びＩＸ−ＩＸに沿ったコンロッドの断面図である。 図９は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されているときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図１０は、油圧供給源から切換ピンに油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構の動作を説明する概略図である。 図１１は、内燃機関の始動直後に機械圧縮比の切替が要求された場合の要求機械圧縮比、機械圧縮比及び機関回転数のタイムチャートである。 図１２は、始動時圧縮比切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１３は、車両走行中に機械圧縮比の切替が要求された場合の要求機械圧縮比、機械圧縮比及び機関回転数のタイムチャートである。 図１４は、走行時圧縮比切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図１２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

＜可変圧縮比内燃機関＞
図１は、本発明に係る可変圧縮比内燃機関の概略的な側面断面図を示す。
図１を参照すると、１は内燃機関を示している。内燃機関１は、クランクケース２、シリンダブロック３、シリンダヘッド４、ピストン５、可変長コンロッド６、燃焼室７、燃焼室７の頂面中央部に配置された点火プラグ８、吸気弁９、吸気カムシャフト１０、吸気ポート１１、排気弁１２、排気カムシャフト１３、排気ポート１４を具備する。シリンダブロック３はシリンダ１５を画成する。ピストン５はシリンダ１５内で往復動する。また、内燃機関１は、さらに、吸気弁９の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ａと、排気弁１２の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂとを具備する。

可変長コンロッド６は、その小径端部においてピストンピン２１を介してピストン５に連結されると共に、その大径端部においてクランクシャフトのクランクピン２２に連結される。可変長コンロッド６は、後述するように、ピストンピン２１の軸線からクランクピン２２の軸線までの距離、すなわち有効長さを変更することができる。

可変長コンロッド６の有効長さが長くなると、クランクピン２２からピストンピン２１までの長さが長くなるため、図中に実線で示したようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド６の有効長さが変化しても、ピストン５がシリンダ内を往復動するストローク長さは変化しない。したがって、このとき、内燃機関１における機械圧縮比が大きくなる。

一方、可変長コンロッド６の有効長さが短くなると、クランクピン２２からピストンピン２１までの長さが短くなるため、図中に破線で示したようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室７内の容積が大きくなる。しかしながら、上述したように、ピストン５のストローク長さは一定である。したがって、このとき、内燃機関１における機械圧縮比が小さくなる。

＜可変長コンロッドの構成＞
図２は、本発明に係る可変長コンロッド６を概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明に係る可変長コンロッド６を概略的に示す断面側面図である。図２及び図３に示したように、可変長コンロッド６は、コンロッド本体３１と、コンロッド本体３１に回動可能に取り付けられた偏心部材３２と、コンロッド本体３１に設けられた第１ピストン機構３３及び第２ピストン機構３４と、これら両ピストン機構３３、３４への作動油の流れの切換を行う流れ方向切換機構３５とを具備する。

まず、コンロッド本体３１について説明する。コンロッド本体３１は、その一方の端部にクランクシャフトのクランクピン２２を受容するクランク受容開口４１を有し、他方の端部に後述する偏心部材３２のスリーブを受容するスリーブ受容開口４２を有する。クランク受容開口４１はスリーブ受容開口４２よりも大きいことから、クランク受容開口４１が設けられている側（クランクシャフト側）に位置するコンロッド本体３１の端部を大径端部３１ａと称し、スリーブ受容開口４２が設けられている側（ピストン側）に位置するコンロッド本体３１の端部を小径端部３１ｂと称する。

なお、本明細書では、クランク受容開口４１の中心軸線（すなわち、クランク受容開口４１に受容されるクランクピン２２の軸線）と、スリーブ受容開口４２の中心軸線（すなわち、スリーブ受容開口４２に受容されるスリーブの軸線）との間で延びる線Ｘ（図３）、すなわちコンロッド本体３１の中央を通る線をコンロッド６の軸線と称す。また、コンロッド６の軸線Ｘに対して垂直であってクランク受容開口４１の中心軸線に垂直な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの幅と称する。加えて、クランク受容開口４１の中心軸線に平行な方向におけるコンロッドの長さをコンロッドの厚さと称する。

図２及び図３からわかるように、コンロッド本体３１の幅は、大径端部３１ａと小径端部３１ｂとの間の中間部分で最も細い。また、大径端部３１ａの幅は小径端部３１ｂの幅よりも広い。一方、コンロッド本体３１の厚さは、ピストン機構３３、３４が設けられている領域を除いてほぼ一定の厚さとされる。

次に、偏心部材３２について説明する。図４及び図５は、コンロッド本体３１の小径端部３１ｂ近傍の概略斜視図である。図４及び図５では、偏心部材３２は、分解された状態で示されている。図２〜図５を参照すると、偏心部材３２は、コンロッド本体３１に形成されたスリーブ受容開口４２内に受容される円筒状のスリーブ３２ａと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において一方の方向に延びる一対の第１アーム３２ｂと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において他方の方向（上記一方の方向とは概して反対方向）に延びる一対の第２アーム３２ｃとを具備する。スリーブ３２ａはスリーブ受容開口４２内で回動可能であるため、偏心部材３２はコンロッド本体３１の小径端部３１ｂにおいてコンロッド本体３１に対して小径端部３１ｂの周方向に回動可能に取り付けられることになる。偏心部材３２の回動軸線はスリーブ受容開口４２の中心軸線と一致する。

また、偏心部材３２のスリーブ３２ａは、ピストンピン２１を受容するためのピストンピン受容開口３２ｄを有する。このピストンピン受容開口３２ｄは円筒状に形成されている。円筒状のピストンピン受容開口３２ｄは、その軸線がスリーブ３２ａの円筒状外形の中心軸線と平行ではあるが、同軸にはならないように形成される。したがって、ピストンピン受容開口３２ｄの軸線は、スリーブ３２ａの円筒状外形の中心軸線、すなわち偏心部材３２の回動軸線から偏心している。

このように、本実施形態では、スリーブ３２ａのピストンピン受容開口３２ｄの中心軸線が偏心部材３２の回動軸線から偏心している。このため、偏心部材３２が回転すると、スリーブ受容開口４２内でのピストンピン受容開口３２ｄの位置が変化する。スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大径端部３１ａ側にあるときには、コンロッドの有効長さが短くなる。逆に、スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大径端部３１ａ側とは反対側、すなわち小径端部３１ｂ側にあるときには、コンロッドの有効長さが長くなる。したがって本実施形態によれば、偏心部材を回動させることによって、コンロッド６の有効長さが変化する。

次に、図３を参照して、第１ピストン機構３３について説明する。第１ピストン機構３３は、コンロッド本体３１に形成された第１シリンダ３３ａと、第１シリンダ３３ａ内で摺動する第１ピストン３３ｂと、第１シリンダ３３ａ内に供給される作動油をシールする第１オイルシール３３ｃとを有する。第１シリンダ３３ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッド６の軸線Ｘに対して第１アーム３２ｂ側に配置される。また、第１シリンダ３３ａは、小径端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第１シリンダ３３ａは、第１ピストン連通油路５１を介して流れ方向切換機構３５と連通する。

第１ピストン３３ｂは、第１連結部材４５により偏心部材３２の第１アーム３２ｂに連結される。第１ピストン３３ｂは、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。図５に示されるように、第１アーム３２ｂは、スリーブ３２ａに結合されている側とは反対側の端部において、第１ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。

第１オイルシール３３ｃは、リング形状を有し、第１ピストン３３ｂの下端部の周囲に取り付けられる。第１オイルシール３３ｃは第１シリンダ３３ａの内面と接触し、第１オイルシール３３ｃと第１シリンダ３３ａとの間には摩擦力が発生する。

次に、第２ピストン機構３４について説明する。第２ピストン機構３４は、コンロッド本体３１に形成された第２シリンダ３４ａと、第２シリンダ３４ａ内で摺動する第２ピストン３４ｂと、第２シリンダ３４ａ内に供給される作動油をシールする第２オイルシール３４ｃとを有する。第２シリンダ３４ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッド６の軸線Ｘに対して第２アーム３２ｃ側に配置される。また、第２シリンダ３４ａは、小径端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第２シリンダ３４ａは、第２ピストン連通油路５２を介して流れ方向切換機構３５と連通する。

第２ピストン３４ｂは、第２連結部材４６により偏心部材３２の第２アーム３２ｃに連結される。第２ピストン３４ｂは、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。図５に示されるように、第２アーム３２ｃは、スリーブ３２ａに連結されている側とは反対側の端部において、第２ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。

第２オイルシール３４ｃは、リング形状を有し、第２ピストン３４ｂの下端部の周囲に取り付けられる。第２オイルシール３４ｃは第２シリンダ３４ａの内面と接触し、第２オイルシール３４ｃと第２シリンダ３４ａとの間には摩擦力が発生する。

＜可変長コンロッドの動作＞
次に、図６を参照して、このように構成された偏心部材３２、第１ピストン機構３３及び第２ピストン機構３４の動作について説明する。図６（Ａ）は、第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され且つ第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給されていない状態を示している。一方、図６（Ｂ）は、第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａ内には作動油が供給されておらず且つ第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給されている状態を示している。

ここで、後述するように、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態と、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換可能である。

流れ方向切換機構３５が第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態にあると、図６（Ａ）に示したように、第１シリンダ３３ａ内には作動油が供給され、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されることになる。このため、第１ピストン３３ｂは上昇し、第１ピストン３３ｂに連結された偏心部材３２の第１アーム３２ｂも上昇する。一方、第２ピストン３４ｂは下降し、第２ピストン３４ｂに連結された第２アーム３２ｃも下降する。この結果、図６（Ａ）に示した例では、偏心部材３２が図中の矢印の方向に回動され、その結果、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が上昇する。したがって、クランク受容開口４１の中心とピストンピン受容開口３２ｄの中心との間の長さ、すなわちコンロッド６の有効長さが長くなり、図中のＬ１となる。すなわち、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されると、コンロッド６の有効長さが長くなる。

一方、流れ方向切換機構３５が第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態にあると、図６（Ｂ）に示したように、第２シリンダ３４ａ内には作動油が供給され、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されることになる。このため、第２ピストン３４ｂは上昇し、第２ピストン３４ｂに連結された偏心部材３２の第２アーム３２ｃも上昇する。一方、第１ピストン３３ｂは下降し、第１ピストン３３ｂに連結された第１アーム３２ｂも下降する。この結果、図６（Ｂ）に示した例では、偏心部材３２が図中の矢印の方向（図６（Ａ）の矢印とは反対方向）に回動され、その結果、ピストンピン受容開口３２ｄの位置が下降する。したがって、クランク受容開口４１の中心とピストンピン受容開口３２ｄの中心との間の長さ、すなわちコンロッド６の有効長さは図中のＬ１よりも短いＬ２となる。すなわち、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されると、コンロッド６の有効長さが短くなる。

本実施形態に係るコンロッド６では、上述したように、流れ方向切換機構３５を第一状態と第二状態との間で切り替えることによって、コンロッド６の有効長さをＬ１とＬ２との間で切り替えることができる。この結果、コンロッド６を用いた内燃機関１では、機械圧縮比を変更することができる。

ここで、流れ方向切換機構３５が第一状態にあるときには、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ａ）に示した位置まで移動し、偏心部材３２が図６（Ａ）に示した位置まで回動する。内燃機関１のシリンダ１５内でのピストン５の往復動による上向きの慣性力がピストンピン２１に作用すると、第１ピストン３３ｂが上昇すると共に、第２ピストン３４ｂが下降する。このとき、第２シリンダ３４ａから作動油が排出されると共に、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ａ）に示した位置まで移動する。また、上向きの慣性力がピストンピン２１に作用すると、偏心部材３２が一方の方向（図６（Ａ）中の矢印の方向）（以下、「高圧縮比方向」と称する）に図６（Ａ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６の有効長さが長くなり、ピストン５がコンロッド本体３１に対して上昇する。一方、内燃機関１のシリンダ１５内でピストン５が往復動してピストンピン２１に下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室７内で混合気の燃焼が起きてピストンピン２１に下向きの力が作用したときには、第１ピストン３３ｂが下降しようとすると共に、偏心部材３２が他方の方向（図６（Ｂ）中の矢印の方向）（以下、「低圧縮比方向」と称する）に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５により第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れが禁止されているため、第１シリンダ３３ａ内の作動油は流出せず、よって第１ピストン３３ｂ及び偏心部材３２は移動しない。

一方、流れ方向切換機構３５が第二状態にあるときにも、基本的には外部から作動油を供給することなく、以下に説明するように、偏心部材３２が図６（Ｂ）に示した位置まで回動し、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ｂ）に示した位置まで移動する。内燃機関１のシリンダ１５内でのピストン５の往復動による下向きの慣性力と、燃焼室７内での混合気の燃焼による下向きの爆発力とがピストンピン２１に作用すると、第１ピストン３３ｂが下降すると共に、第２ピストン３４ｂが上昇する。このとき、第１シリンダ３３ａから作動油が排出されると共に、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが図６（Ｂ）に示した位置まで移動する。また、下向きの慣性力及び爆発力がピストンピン２１に作用すると、偏心部材３２が低圧縮比方向に図６（Ｂ）に示した位置まで回動する。この結果、コンロッド６の有効長さが短くなり、ピストン５はコンロッド本体３１に対して下降する。一方、内燃機関１のシリンダ１５内でピストン５が往復動してピストンピン２１に上向きの慣性力が作用したときには、第２ピストン３４ｂが下降しようとすると共に、偏心部材３２が高圧縮比方向に回動しようとする。しかしながら、流れ方向切換機構３５により第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが禁止されているため、第２シリンダ３４ａ内の作動油は流出せず、よって第２ピストン３４ｂ及び偏心部材３２は移動しない。

したがって、内燃機関１では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。

＜流れ方向切換機構の構成＞
次に、図７、図８を参照して、流れ方向切換機構３５の構成について説明する。図７は、流れ方向切換機構３５が設けられた領域を拡大したコンロッドの断面側面図である。図８（Ａ）は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿ったコンロッドの断面図であり、図８（Ｂ）は、図７のＩＸ−ＩＸに沿ったコンロッドの断面図である。上述したように、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態と、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態との間で切換を行う機構である。

流れ方向切換機構３５は、図７に示したように、二つの切換ピン６１、６２と一つの逆止弁６３とを具備する。これら二つの切換ピン６１、６２及び逆止弁６３は、コンロッド本体３１の軸線Ｘ方向において、第１シリンダ３３ａ及び第２シリンダ３４ａとクランク受容開口４１との間に配置される。また、逆止弁６３は、コンロッド本体３１の軸線Ｘ方向において、二つの切換ピン６１、６２よりもクランク受容開口４１側に配置される。

さらに、二つの切換ピン６１、６２は、コンロッド本体３１の軸線Ｘに対して両側に設けられると共に逆止弁６３は、軸線Ｘ上に設けられる。これにより、コンロッド本体３１内に切換ピン６１、６２や逆止弁６３を設けることによってコンロッド本体３１の左右の重量バランスが低下することを抑制することができる。

二つの切換ピン６１、６２は、それぞれ円筒状のピン収容空間６４、６５内に収容される。本実施形態では、ピン収容空間６４、６５は、その軸線がクランク受容開口４１の中心軸線と平行に延びるように形成される。切換ピン６１、６２は、ピン収容空間６４、６５内でピン収容空間６４が延びる方向に摺動可能である。すなわち、切換ピン６１、６２は、その作動方向がクランク受容開口４１の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体３１内に配置されている。

また、二つのピン収容空間６４、６５のうち第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体３１の他方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。加えて、二つのピン収容空間６４、６５のうち第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の上記他方の側面に対して開いていると共に上記一方の側面に対して閉じているピン収容穴として形成される。

第１切換ピン６１は、その周方向に延びる二つの円周溝６１ａ、６１ｂを有する。これら円周溝６１ａ、６１ｂは、第１切換ピン６１内に形成された連通路６１ｃによって互いに連通せしめられる。また、第１ピン収容空間６４内には第１付勢バネ６７が収容されており、この第１付勢バネ６７によって第１切換ピン６１はクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図８（Ａ）に示した例では、第１切換ピン６１は、第１ピン収容空間６４の閉じた端部に向かって付勢されている。

同様に、第２切換ピン６２も、その周方向に延びる二つの円周溝６２ａ、６２ｂを有する。これら円周溝６２ａ、６２ｂは、第２切換ピン６２内に形成された連通路６２ｃによって互いに連通せしめられる。また、第２ピン収容空間６５内には第２付勢バネ６８が収容されており、この第２付勢バネ６８によって第２切換ピン６２はクランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向に付勢されている。特に、図８（Ａ）に示した例では、第２切換ピン６２は、第２ピン収容空間６５の閉じた端部に向かって付勢されている。この結果、第２切換ピン６２は、第１切換ピン６１とは逆向きに付勢されている。

加えて、第１切換ピン６１と第２切換ピン６２とは、クランク受容開口４１の中心軸線と平行な方向において互いに逆向きに配置されている。加えて、第２切換ピン６２は、第１切換ピン６１とは逆向きに付勢されている。このため、本実施形態では、これら第１切換ピン及び第２切換ピン６２に油圧が供給されたときのこれら第１切換ピン６１と第２切換ピン６２との作動方向は互いに逆向きとなる。

逆止弁６３は、円筒状の逆止弁収容空間６６内に収容される。本実施形態では、逆止弁収容空間６６も、クランク受容開口４１の中心軸線と平行に延びるように形成される。逆止弁６３は、逆止弁収容空間６６内で逆止弁収容空間６６が延びる方向に運動可能である。したがって、逆止弁６３は、その作動方向がクランク受容開口４１の中心軸線に平行になるようにコンロッド本体３１内に配置されている。また、逆止弁収容空間６６は、コンロッド本体３１の一方の側面に対して開いていると共にコンロッド本体３１の他方の側面に対して閉じている逆止弁収容穴として形成される。

逆止弁６３は一次側（図８（Ｂ）において上側）から二次側（図８（Ｂ）において下側）への流れを許可すると共に、二次側から一次側への流れを禁止するように構成される。

第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａに連通せしめられる。図８（Ａ）に示したように、第１ピストン連通油路５１は、コンロッド本体３１の厚さ方向中央付近において、第１ピン収容空間６４に連通せしめられる。また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は第２ピストン連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａと連通せしめられる。図８（Ａ）に示したように、第２ピストン連通油路５２も、コンロッド本体３１の厚さ方向中央付近において、第２ピン収容空間６５に連通せしめられる。

なお、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２は、クランク受容開口４１からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２のクランク受容開口４１側には、これらピストン連通油路５１、５２と同軸の第１延長油路５１ａ及び第２延長油路５２ａが形成される。換言すると、第１ピストン連通油路５１及び第２ピストン連通油路５２は、その延長線上にクランク受容開口４１が位置するように形成される。これら第１延長油路５１ａ及び第２延長油路５２ａは、例えば、クランク受容開口４１内に設けられるベアリングメタル７１によって閉じられる。

第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、二つの空間連通油路５３、５４を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第１空間連通油路５３は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも一方の側面側（図８（Ｂ）において下側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の二次側に連通せしめられる。他方の第２空間連通油路５４は、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも他方の側面側（図８（Ｂ）において上側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の一次側に連通せしめられる。また、第１空間連通油路５３及び第２空間連通油路５４は、第１空間連通油路５３と第１ピストン連通油路５１との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第２空間連通油路５４と第１ピストン連通油路５１との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝６１ａ、６１ｂ間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。

また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、二つの空間連通油路５５、５６を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第３空間連通油路５５は、図８（Ａ）に示したように、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも一方の側面側（図８（Ｂ）において下側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の二次側に連通せしめられる。他方の第４空間連通油路５６は、コンロッド本体３１の厚さ方向において中央よりも他方の側面側（図８（Ｂ）において上側）において、第１ピン収容空間６４及び逆止弁収容空間６６の一次側に連通せしめられる。また、第３空間連通油路５５及び第４空間連通油路５６は、第３空間連通油路５５と第２ピストン連通油路５２との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔及び第４空間連通油路５６と第２ピストン連通油路５２との間のコンロッド本体厚さ方向の間隔が、円周溝６２ａ、６２ｂ間のコンロッド本体厚さ方向の間隔と等しくなるように配置される。

これら空間連通油路５３〜５６は、クランク受容開口４１からドリル等によって切削加工を行うことによって形成される。したがって、これら空間連通油路５３〜５６のクランク受容開口４１側には、これら空間連通油路５３〜５６と同軸の延長油路５３ａ〜５６ａが形成される。換言すると、空間連通油路５３〜５６は、それぞれ、その延長線上にクランク受容開口４１が位置するように形成される。これら延長油路５３ａ〜５６ａは、例えば、ベアリングメタル７１によって閉じられる。

上述したように、延長油路５１ａ〜５６ａは、いずれもベアリングメタル７１によって閉じられる。このため、ベアリングメタル７１を用いてコンロッド６をクランクピン２２に組み付けるだけで、これら延長油路５１ａ〜５６ａを閉じるための加工を別途することなくこれら延長油路５１ａ〜５６ａを閉じることができる。

また、コンロッド本体３１内には、第１切換ピン６１に油圧を供給するための第１制御用油路５７と、第２切換ピン６２に油圧を供給するための第２制御用油路５８とが形成される。第１制御用油路５７は、第１付勢バネ６７が設けられた端部とは反対側の端部において第１ピン収容空間６４に連通せしめられる。第２制御用油路５８は、第２付勢バネ６８が設けられた端部とは反対側の端部において第２ピン収容空間６５に連通せしめられる。これら制御用油路５７、５８は、クランク受容開口４１に連通するように形成されると共に、クランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の油圧供給源に連通される。

したがって、外部の油圧供給源から油圧が供給されていないときには、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２はそれぞれ第１付勢バネ６７及び第２付勢バネ６８に付勢されて、図８（Ａ）に示したように、ピン収容空間６４、６５内の閉じられた端部側に位置することになる。一方、外部の油圧供給源から油圧が供給されているときには、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２はそれぞれ第１付勢バネ６７及び第２付勢バネ６８による付勢に抗して移動せしめられ、それぞれピン収容空間６４、６５内の開かれた端部側に位置することになる。

さらに、コンロッド本体３１内には、逆止弁６３が収容された逆止弁収容空間６６のうち逆止弁６３の一次側に作動油を補充するための補充用油路５９が形成される。補充用油路５９の一方の端部は、逆止弁６３の一次側において逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。補充用油路５９の他方の端部は、クランク受容開口４１に連通せしめられる。また、ベアリングメタル７１には、補充用油路５９に合わせて貫通穴７１ａが形成されている。補充用油路５９は、この貫通穴７１ａ及びクランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の作動油供給源に連通される。したがって、補充用油路５９により、逆止弁６３の一次側は、常時又はクランクシャフトの回転に合わせて定期的に作動油供給源に連通している。なお、本実施形態では、作動油供給源は、コンロッド６等に潤滑油を供給する潤滑油供給源とされる。

＜流れ方向切換機構の動作＞
次に、図９及び図１０を参照して、流れ方向切換機構３５の動作について説明する。図９は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されているときの流れ方向切換機構３５の動作を説明する概略図である。また、図１０は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されていないときの流れ方向切換機構３５の動作を説明する概略図である。なお、図９及び図１０では、第１切換ピン６１及び第２切換ピン６２に油圧を供給する油圧供給源７５は別々に描かれているが、本実施形態では同一の油圧供給源から油圧が供給される。

図９に示したように、油圧供給源７５から油圧が供給されているときには、切換ピン６１、６２は、それぞれ、付勢バネ６７、６８による付勢に抗して移動した第一位置に位置する。この結果、第１切換ピン６１の連通路６１ｃにより第１ピストン連通油路５１と第１空間連通油路５３とが連通せしめられ、第２切換ピン６２の連通路６２ｃにより第２ピストン連通油路５２と第４空間連通油路５６とが連通せしめられる。したがって、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の二次側に接続され、第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の一次側に接続される。

ここで、逆止弁６３は、第２空間連通油路５４及び第４空間連通油路５６が連通する一次側から第１空間連通油路５３及び第３空間連通油路５５が連通する二次側への作動油の流れは許可するが、その逆の流れは禁止するように構成される。したがって、図９に示した状態では、第４空間連通油路５６から第１空間連通油路５３へは作動油が流れるが、その逆には作動油が流れない。

この結果、図９に示した状態では、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第２ピストン連通油路５２、第４空間連通油路５６、第１空間連通油路５３、第１ピストン連通油路５１の順に油路を通って第１シリンダ３３ａに供給されることができる。しかしながら、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第２シリンダ３４ａに供給されることができない。したがって、油圧供給源７５から油圧が供給されているときには、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを禁止し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許可する第一状態にあるといえる。この結果、上述したように、第１ピストン３３ｂが上昇し、第２ピストン３４ｂが下降するため、コンロッド６の有効長さが図６（Ａ）にＬ１で示したように長くなる。

一方、図１０に示したように、油圧供給源７５から油圧が供給されていないときには、切換ピン６１、６２は、それぞれ、付勢バネ６７、６８によって付勢された第二位置に位置する。この結果、第１切換ピン６１の連通路６１ｃにより、第１ピストン機構３３に連通する第１ピストン連通油路５１と第２空間連通油路５４とが連通せしめられる。加えて、第２切換ピン６２の連通路６２ｃにより、第２ピストン機構３４に連通する第２ピストン連通油路５２と第３空間連通油路５５とが連通せしめられる。したがって、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の一次側に接続され、第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の二次側に接続される。

上述した逆止弁６３の作用により、図１０に示した状態では、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第１ピストン連通油路５１、第２空間連通油路５４、第３空間連通油路５５、第２ピストン連通油路５２の順に油路を通って第２シリンダ３４ａに供給されることができる。しかしながら、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第１シリンダ３３ａに供給されることができない。したがって、油圧供給源７５から油圧が供給されていないときには、流れ方向切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許可し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを禁止する第二状態にあるといえる。この結果、上述したように、第２ピストン３４ｂが上昇し、第１ピストン３３ｂが下降するため、コンロッド６の有効長さが図６（Ａ）にＬ２で示したように短くなる。

また、本実施形態では、上述したように、作動油は第１ピストン機構３３の第１シリンダ３３ａと第２ピストン機構３４の第２シリンダ３４ａとの間を行き来する。このため、基本的には、第１ピストン機構３３、第２ピストン機構３４及び流れ方向切換機構３５の外部から作動油を供給する必要はない。しかしながら、作動油は、これら機構３３、３４、３５に設けられたオイルシール３３ｃ、３４ｃ等から外部に漏れる可能性があり、このように作動油の漏れが生じた場合には外部から補充することが必要になる。

本実施形態では、逆止弁６３の一次側に補充用油路５９が連通しており、これにより逆止弁６３の一次側は常時又は定期的に作動油供給源７６に連通する。したがって、作動油が機構３３、３４、３５等から漏れた場合であっても、作動油を補充することができる。

さらに、本実施形態では、流れ方向切換機構３５は、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されているときに第一状態となってコンロッド６の有効長さが長くなり、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧が供給されていないときに第二状態となってコンロッド６の有効長さが短くなるように構成される。これにより、例えば、油圧供給源７５における故障等によって油圧の供給を行うことができなくなったときに、コンロッド６の有効長さを短くしたままにすることができ、よって機械圧縮比を低く維持することができるようになる。

ところで、機械圧縮比が高くされた場合、機械圧縮比が低くされた場合と比べて、ピストン５が上死点にあるときのピストン５の頂面と吸気弁９及び排気弁１２との距離が短くなる。このため、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比が高く維持されると、ピストン５と吸気弁９又は排気弁１２とが衝突するおそれがある。例えば、可変バルブタイミング機構Ａを制御することによって吸気弁９の開弁時期が進角された場合、又は可変バルブタイミング機構Ａを制御することによって吸気弁９の閉弁時期が遅角された場合にピストン５と吸気弁９とが衝突するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、油圧の供給を行うことができなくなったときに機械圧縮比を低く維持することで、ピストン５と吸気弁９又は排気弁１２との衝突を防止することができる。

また、機械圧縮比が高くされた状態で内燃機関１が停止されて、高温状態で内燃機関１が再始動される場合、機械圧縮比が高く維持されたままではノッキングが発生するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、内燃機関１の停止時には、油圧が供給されないため、内燃機関１は、機械圧縮比が低くされた状態で再始動される。このため、本実施形態では、高温再始動時におけるノッキングの発生を抑制することができる。

＜機械圧縮比切替時の応答性の問題点＞
しかしながら、要求トルクが小さい低負荷域では、燃費を改善すべく、機械圧縮比を高くすることが望ましい。したがって、内燃機関１の再始動時において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合がある。また、アイドリング状態のような低回転域において機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に迅速に切替えることが要求される場合もある。

しかしながら、上述したように、内燃機関１では、機械圧縮比は、慣性力によって低圧縮比から高圧縮比に切替えられ、慣性力及び爆発力によって高圧縮比から低圧縮比に切替えられる。慣性力は爆発力よりもはるかに小さい。このため、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を得ることが困難である。また、慣性力は、内燃機関１の機関回転数の二乗に比例するため、内燃機関１の低回転域では、十分な慣性力が得られず、応答性がさらに悪化する。

＜応答性改善手段＞
そこで、本実施形態では、内燃機関１は、機械圧縮比を切替えるときの応答性を改善すべく、偏心部材３２の回動を制御する回動制御手段を更に具備する。回動制御手段は、流れ方向切換機構３５を制御することによって、偏心部材３２を回動させるタイミング及び偏心部材３２の回動方向、すなわち機械圧縮比を切替えるタイミング及び機械圧縮比の切替方向を制御することができる。また、回動制御手段は、内燃機関１の機関回転数を制御することによって、偏心部材３２の回動速度、すなわち機械圧縮比の切替速度を制御することができる。具体的には、回動制御手段は、偏心部材３２を回動させるときには機関回転数を基準回転数以上にする。なお、機関回転数は、例えば、内燃機関１の吸気通路に配置されたスロットル弁の開度等を制御することによって変更可能である。

基準回転数は、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えることができる回転数、又は機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を確保できる回転数とされる。基準回転数は、例えば１５５０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ程度とされ、偏心部材３２を回動させないときのアイドル回転数（以下、「通常のアイドル回転数」と称する。）、例えば１２００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍよりも高くされる。

＜内燃機関の始動直後における機械圧縮比の切替のタイムチャート＞
以下、図１１及び図１２を参照して、斯かる制御について具体的に説明する。図１１は、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲの切替が要求された場合の要求機械圧縮比ＤＭＣＲ、機械圧縮比ＭＣＲ（実際の機械圧縮比）及び機関回転数ＮＥのタイムチャートである。

図１１の例では、時刻ｔ０において、内燃機関１が搭載された車両のイグニッションがオンにされる。その後、時刻ｔ１において、内燃機関１のクランキングが開始され、内燃機関１が始動される。時刻ｔ１以前の内燃機関１の始動前には、機械圧縮比ＭＣＲは低圧縮比ＭＣＲｌｏｗになっている。したがって、内燃機関１の始動前には、偏心部材３２は、低圧縮比方向に回動された状態となっている。内燃機関１のクランキングが開始された後、機関回転数ＮＥは所定の回転数まで上昇する。

時刻ｔ１においてクランキングが開始されると同時に、要求機械圧縮比ＤＭＣＲが低圧縮比ＭＣｌｏｗから高圧縮比ＭＣｈｉｇｈへ切り替えられ、よって偏心部材３２の高圧縮比方向への回動が要求される。これに伴って、時刻ｔ１では、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧を供給することによって、流れ方向切換機構３５が第２状態から第１状態にされる。このことによって第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが許可される。このため、ピストンピン２１に作用する上向きの慣性力が機関回転数ＮＥの上昇によって所定の値よりも大きくなると、偏心部材３２が高圧縮比方向に回動する。ただし、時刻ｔ１〜ｔ３では、機関回転数ＮＥが低いため、偏心部材３２は高圧縮比方向には回動しない。

その後、時刻ｔ２において、燃焼室７における混合気の燃焼が開始され、これに伴って機関回転数ＮＥが上昇する。このとき、目標機関回転数を通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに設定すると、通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌが基準回転数ＮＥｂａｓｅよりも低いことから、偏心部材３２が回動しない。このため、アイドル状態における目標機関回転数が、通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌよりも高い切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。この結果、機関回転数ＮＥは時刻ｔ２の後に上昇して時刻ｔ４において切替回転数ＮＥｓｗｉｔに到達する。

時刻ｔ２において機関回転数ＮＥの上昇が開始された後、時刻ｔ３において、機関回転数ＮＥが基準回転数ＮＥｂａｓｅに到達すると、偏心部材３２の回動、すなわち機械圧縮比ＭＣＲの切替が開始される。その後、時刻ｔ５において、低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへの機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了する。なお、流れ方向切換機構３５は時刻ｔ４に以前の時刻ｔ１以外のタイミングにおいて第２状態から第１状態にされてもよい。

時刻ｔ５において、機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了すると、目標機関回転数が通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに設定される。この結果、機関回転数ＮＥは切替回転数ＮＥｓｗｉｔから通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに低下する。

本実施形態では、アイドル状態における目標機関回転数が通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌよりも高く設定されるため、内燃機関１の始動直後にピストンピン２１に作用する上向きの慣性力が大きくなる。この結果、偏心部材３２の回動速度が増大し、機械圧縮比ＭＣＲの切替時間が短縮される。したがって、本実施形態では、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えるときの応答性が改善される。

＜始動時圧縮比切替処理の制御ルーチン＞
以下、図１２のフローチャートを参照して、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲの切替が要求された場合の機械圧縮比ＭＣＲの切替制御について詳細に説明する。図１２は、始動時圧縮比切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、内燃機関１が始動されるときに実行される。内燃機関１の始動前には、機械圧縮比ＭＣＲは低圧縮比ＭＣＲｌｏｗになっている。したがって、内燃機関１の始動前には、偏心部材３２は、低圧縮比方向に回動された状態となっている。

最初に、ステップＳ１０１において、機械圧縮比ＭＣＲの切替の要求、すなわち偏心部材３２の回動の要求があるか否かが判定される。機械圧縮比ＭＣＲの切替の要求がないと判定された場合、ステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５では、アイドル状態における目標機関回転数ＮＥｔが、通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに設定される。通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌは例えば１２００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍ程度とされる。ステップＳ１０５の後、機械圧縮比ＭＣＲを切り替えることなく、本制御ルーチンは終了する。

内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲの切替の要求がない場合とは、例えば、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとノッキングが発生すると予測される場合である。ノッキングの発生の有無は、内燃機関１の始動前の状態、例えば外気温、内燃機関１の水温等に基づいて予測される。具体的には、内燃機関１の始動前において外気温又は内燃機関１の水温が予め定められたノッキング発生温度以上である場合には、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとノッキングが発生すると予測される。したがって、本実施形態の回動制御手段は、内燃機関１の始動前の状態に基づいて、偏心部材３２を高圧縮比方向へ回動させることによって機械圧縮比を高めるとノッキングが発生すると予測された場合には、内燃機関１の始動直後に偏心部材３２を高圧縮比方向へ回動させない。

また、内燃機関１の始動直後に機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとピストン５と吸気弁９又は排気弁１２とが衝突すると予測される場合にも、機械圧縮比ＭＣＲの切替は要求されない。衝突の有無は、内燃機関１の始動前の状態、例えば吸気弁９及び排気弁１２の作用角、位相角（作用角の中心の角度）、バルブリフト量等に基づいて予測される。具体的には、内燃機関１の始動前において吸気弁９の作用角又はバルブリフト量が予め定められた基準値以上である場合には、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとピストン５と吸気弁９とが衝突すると予測される。同様に、内燃機関１の始動前において排気弁１２の作用角又はバルブリフト量が予め定められた基準値以上である場合には、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとピストン５と排気弁１２とが衝突すると予測される。

また、内燃機関１の始動前において吸気弁９の位相角と圧縮上死点又は排気上死点との間のクランク角度が予め定められた基準角度以下である場合には、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとピストン５と吸気弁９とが衝突すると予測される。同様に、内燃機関１の始動前において排気弁１２の位相角と圧縮上死点又は排気上死点との間のクランク角度が予め定められた基準角度以下である場合には、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切替えるとピストン５と排気弁１２とが衝突すると予測される。したがって、本実施形態の回動制御手段は、内燃機関１の始動前の状態に基づいて、偏心部材３２を高圧縮比方向へ回動させることによって機械圧縮比を高めるとピストン５と吸気弁９又は排気弁１２とが衝突すると予測された場合には、内燃機関１の始動直後に偏心部材３２を高圧縮比方向へ回動させない。

一方、ステップＳ１０１において機械圧縮比ＭＣＲの切替の要求があると判定された場合、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２では、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧を供給することによって、流れ方向切換機構３５が第２状態から第１状態にされる。このことによって第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが許可される。

次いで、ステップＳ１０３では、アイドル状態における目標機関回転数ＮＥｔが、通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌよりも高い切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。

次いで、ステップＳ１０４では、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられたか否かが判定される。この判定は、例えば、ギャップセンサ（図示せず）によって測定されたピストン５の頂面の高さに基づいて行われる。また、この判定は、燃焼圧センサ（図示せず）によって測定された燃焼室７内の燃焼圧に基づいて実行されてもよい。

ステップＳ１０４において、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられていないと判定された場合、ステップＳ１０３へと戻る。したがって、目標機関回転数ＮＥｔは、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられるまで切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。このことによって、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えるときの応答性を改善することができる。

ステップＳ１０４において、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられたと判定された場合、ステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５では、機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了したため、アイドル状態の目標機関回転数ＮＥｔが通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに設定される。この結果、機関回転数ＮＥは切替回転数ＮＥｓｗｉｔから通常のアイドル回転数ＮＥｎｍｌに低下する。このことによって、アイドル状態における機関回転数ＮＥを上昇させたことによる燃費の悪化を抑制することができる。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、内燃機関１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）を具備し、本制御ルーチンの全ての制御はＥＣＵによって行われる。

ところで、内燃機関１の油温が低い場合、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に供給される油の粘性と、第１シリンダ３３ａ及び第２シリンダ３４ａのいずれか一方に保持された作動油の粘性とが高くなる。この結果、ピストンピン２１に作用する慣性力の大きさが同じ場合、内燃機関１の油温が低いほど、機械圧縮を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性が悪化する。そこで、本実施形態では、基準回転数ＮＥｂａｓｅは内燃機関１の油温、すなわち上記作動油の油温に基づいて設定される。具体的には、基準回転数ＮＥｂａｓｅは、内燃機関１の油温が相対的に低い場合に油温が相対的に高い場合に比べて高くされる。言い換えれば、基準回転数ＮＥｂａｓｅは、内燃機関１の油温が低くなるにつれてステップ状に又はリニアに高くされる。このことによって、基準回転数ＮＥｂａｓｅを油温に応じた適切な回転数に設定することができ、油温に関わらず、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図１３及び図１４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第１実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本発明の第２実施形態において、内燃機関１は、無段変速機を具備する車両に搭載され、回動制御手段は、車両の走行中に偏心部材３２を回動させるときには、機関回転数が基準回転数未満の場合、機関回転数を基準回転数以上に上昇させる。このとき、無段変速機は車両の速度を維持するように機関回転数の上昇に応じて変速せしめられる。

基準回転数は、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えることができる回転数、又は機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替えるときに十分な応答性を確保できる回転数とされる。基準回転数は、例えば１５５０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ程度とされ、通常のアイドル回転数、例えば１２００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍよりも高くされる。

＜車両走行時における機械圧縮比の切替のタイムチャート＞
以下、図１３及び図１４を参照して、斯かる制御について具体的に説明する。図１３は、車両走行中に機械圧縮比ＭＣＲの切替が要求された場合の要求機械圧縮比ＤＭＣＲ、機械圧縮比ＭＣＲ（実際の機械圧縮比）及び機関回転数ＮＥのタイムチャートである。

図１３の例では、時刻ｔ１以前の車両走行時には、機械圧縮比ＭＣＲは低圧縮比ＭＣＲｌｏｗになっている。したがって、時刻ｔ１以前の車両走行時には、偏心部材３２は、低圧縮比方向に回動された状態となっている。

図１３の例では、時刻ｔ１において、機械圧縮比ＭＣＲの切替、すなわち偏心部材３２の回動が要求され、流れ方向切換機構３５が第２状態から第１状態にされる。このことによって第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが許可される。

図１３の例では、時刻ｔ１において、機関回転数ＮＥは予め定められた基準回転数ＮＥｂａｓｅよりも低い。偏心部材３２の回動が要求されたときの機関回転数ＮＥが基準回転数ＮＥｂａｓｅ未満であるため、目標機関回転数が、基準回転数ＮＥｂａｓｅ以上の切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。この結果、機関回転数ＮＥは時刻ｔ１の後に上昇して時刻ｔ２において切替回転数ＮＥｓｗｉｔに到達する。機関回転数を上昇させる間、車両の速度を維持すべく、機関回転数の上昇に応じて無段変速機の変速比を上昇させる。このことによって、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへ切り替えるときに機関回転数を上昇させたとしても、走行中の車両の速度を維持することができる。

図１３の例では、時刻ｔ１の後、偏心部材３２の回動、すなわち機械圧縮比ＭＣＲの切替が開始され、時刻ｔ３において、低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへの機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了する。なお、流れ方向切換機構３５は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時刻ｔ１以外のタイミングにおいて第２状態から第１状態にされてもよい。

時刻ｔ３において、機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了すると、目標機関回転数が切替前の機関回転数に設定される。この結果、機関回転数ＮＥは切替回転数ＮＥｓｗｉｔから切替前の機関回転数に低下する。機関回転数を低下させる間、車両の速度を維持すべく、機関回転数の低下に応じて無段変速機の変速比を低下させる。時刻ｔ３の後、機関回転数ＮＥは車両の運転状態に応じて制御される。

本実施形態では、偏心部材３２を回動させるために、車両走行中の目標機関回転数が基準回転数ＮＥｂａｓｅ以上の切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定されるため、偏心部材３２を回動させるときにピストンピン２１に作用する上向きの慣性力が大きくなる。この結果、偏心部材３２の回動速度が増大し、機械圧縮比ＭＣＲの切替時間が短縮される。したがって、本実施形態では、車両走行中に機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えるときの応答性が改善される。

＜走行時圧縮比切替処理の制御ルーチン＞
以下、図１４のフローチャートを参照して、車両走行中に機械圧縮比ＭＣＲの切替が要求された場合の機械圧縮比ＭＣＲの切替制御について詳細に説明する。図１４は、走行時圧縮比切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、車両走行中に低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈへの機械圧縮比ＭＣＲの切替が要求されたときに実行される。したがって、本制御ルーチンの開始前には、機械圧縮比ＭＣＲは低圧縮比ＭＣＲｌｏｗになっており、偏心部材３２は、低圧縮比方向に回動された状態となっている。

最初に、ステップＳ２０１において、油圧供給源７５から切換ピン６１、６２に油圧を供給することによって、流れ方向切換機構３５が第２状態から第１状態にされる。このことによって第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが許可される。

次いで、ステップＳ２０２では、偏心部材３２の回動が要求されたときの機関回転数ＮＥが基準回転数ＮＥｂａｓｅ未満であるか否かが判定される。偏心部材３２の回動が要求されたときの機関回転数ＮＥが基準回転数ＮＥｂａｓｅ以上であると判定された場合、機械圧縮比の切替の応答性が確保されるため、機関回転数が変更されることなく、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ２０２において、偏心部材３２の回動が要求されたときの機関回転数ＮＥが基準回転数ＮＥｂａｓｅ未満であると判定された場合、ステップＳ２０３へと進む。

ステップＳ２０３では、走行中の目標機関回転数ＮＥｔが、基準回転数ＮＥｂａｓｅ以上である切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。また、無段変速機が車両の速度を維持するように機関回転数の上昇に応じて変速せしめられる。

次いで、ステップＳ２０４では、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられたか否かが判定される。この判定は、例えば、ギャップセンサ（図示せず）によって測定されたピストン５の頂面の高さに基づいて行われる。また、この判定は、燃焼圧センサ（図示せず）によって測定された燃焼室７内の燃焼圧に基づいて実行されてもよい。

ステップＳ２０４において、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられていないと判定された場合、ステップＳ２０３へと戻る。したがって、目標機関回転数ＮＥｔは、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられるまで切替回転数ＮＥｓｗｉｔに設定される。このことによって、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えるときの応答性を改善することができる。

ステップＳ２０４において、機械圧縮比ＭＣＲが低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えられたと判定された場合、ステップＳ２０５へと進む。ステップＳ２０５では、機械圧縮比ＭＣＲの切替が完了したため、目標機関回転数ＮＥｔが本制御ルーチンの開始前の機関回転数に設定される。この結果、機関回転数ＮＥは切替回転数ＮＥｓｗｉｔから本制御ルーチンの開始前の機関回転数に低下する。このことによって、車両走行中の機関回転数ＮＥを上昇させたことによる燃費の悪化を抑制することができる。なお、機関回転数を低下させる間、車両の速度を維持すべく、機関回転数の低下に応じて無段変速機の変速比を低下させる。ステップＳ２０５の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、内燃機関１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）を具備し、本制御ルーチンの全ての制御はＥＣＵによって行われる。

また、第２実施形態においても、基準回転数ＮＥｂａｓｅは内燃機関１の油温に基づいて設定されてもよい。具体的には、基準回転数ＮＥｂａｓｅは、内燃機関１の油温が相対的に低い場合に油温が相対的に高い場合に比べて高くされる。言い換えれば、基準回転数ＮＥｂａｓｅは、内燃機関１の油温が低くなるにつれてステップ状に又はリニアに高くされる。このことによって、基準回転数ＮＥｂａｓｅを油温に応じた適切な回転数に設定することができ、油温に関わらず、機械圧縮比ＭＣＲを低圧縮比ＭＣＲｌｏｗから高圧縮比ＭＣＲｈｉｇｈに切替えるときの応答性を改善することができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、本発明の第１実施形態及び第２実施形態における機械圧縮比の切替制御は、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときにも適用可能である。このことによって、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときの応答性を改善することができる。

この場合、機械圧縮比の切替要求前には、機械圧縮比は高圧縮比になっており、偏心部材３２は、高圧縮比方向に回動された状態となっている。また、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替えるときには、ピストンピンに作用する下向きの慣性力に加えて、混合気の燃焼によってピストンピンに作用する下向きの爆発力も偏心部材３２の回動を補助する。このため、機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切替える制御における基準回転数は、機械圧縮比を低圧縮比から高圧縮比に切替える制御における基準回転数よりも低く設定されてもよい。

また、油圧ピストンが、偏心部材３２が一方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で上昇し、偏心部材３２が他方の方向へ回動するときに油圧シリンダ内で下降するように構成されていれば、ピストン機構の数は一つであってもよい。また、本発明の第１実施形態及び第２実施形態は組み合わせて実施可能である。

１ 内燃機関
５ ピストン
６ コンロッド
１５ シリンダ
２１ ピストンピン
２２ クランクピン
３１ コンロッド本体
３２ 偏心部材
３３ 第１ピストン機構
３４ 第２ピストン機構
３５ 流れ方向切換機構

Claims (5)

1. 機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関であって、
   シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンピンを介して前記ピストンに連結されたコンロッドとを具備し、
   前記コンロッドは、
   クランクピンを受容するクランク受容開口が設けられた大径端部と、該大径端部の反対側の前記ピストン側に位置する小径端部とを有するコンロッド本体と、
   前記ピストンピンを受容するピストンピン受容開口を有すると共に前記小径端部に回動可能に取り付けられた偏心部材とを具備し、
   前記偏心部材は、前記ピストンピン受容開口の軸線が当該偏心部材の回動軸線から偏心するように構成されると共に、一方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して上昇させ且つ他方の方向へ回動することで前記ピストンを前記コンロッド本体に対して下降させるように構成され、
   当該可変圧縮比内燃機関は、前記偏心部材の回動を制御する回動制御手段を更に具備し、該回動制御手段は、前記偏心部材を回動させるときには機関回転数を基準回転数以上にし、該基準回転数は、前記偏心部材を回動させないときのアイドル回転数よりも高い、可変圧縮比内燃機関。
2. 前記偏心部材は当該可変圧縮比内燃機関の始動前には前記他方の方向に回動された状態となっており、前記回動制御手段は、当該可変圧縮比内燃機関の始動直後に前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させるときには、アイドル状態における機関回転数を前記基準回転数以上に上昇させる、請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
3. 前記回動制御手段は、当該可変圧縮比内燃機関の始動前の状態に基づいて、前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させることによって機械圧縮比を高めるとノッキングが発生すると予測された場合には、当該可変圧縮比内燃機関の始動直後に前記偏心部材を前記一方の方向へ回動させない、請求項２に記載の可変圧縮比内燃機関。
4. 前記コンロッドは、前記コンロッド本体に設けられると共に作動油が供給される油圧シリンダと、該油圧シリンダ内で摺動する油圧ピストンとを更に具備し、該油圧ピストンは、前記偏心部材が前記一方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で上昇し、前記偏心部材が前記他方の方向へ回動するときに前記油圧シリンダ内で下降するように構成され、
   前記基準回転数は、前記作動油の油温が相対的に低い場合に該油温が相対的に高い場合に比べて高くされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変圧縮比内燃機関。
5. 当該可変圧縮比内燃機関は、無段変速機を具備する車両に搭載され、前記回動制御手段は、前記車両の走行中に前記偏心部材を回動させるときには、機関回転数が前記基準回転数未満の場合、機関回転数を前記基準回転数以上に上昇させ、前記無段変速機は前記車両の速度を維持するように機関回転数の上昇に応じて変速せしめられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変圧縮比内燃機関。

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