内燃機関
【課題】筒状部と筒状部の内部を移動する移動部材とを含む容積可変装置を備え、容積可変装置の内部に配置される潤滑油の量を推定できる内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関は、燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備える。筒状部材の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。
【解決手段】内燃機関は、燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備える。筒状部材の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、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トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。
【０００３】
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。また、この公報においては、燃焼室に通じる副室が形成され、副室に上下に移動可能な副ピストンが挿入されている内燃機関が開示されている。副ピストンは、機械ばねで押圧されている。燃料が燃焼した時に、燃焼室の圧力により機械ばねが縮んで副ピストンが上昇し、燃焼室に通じる副室の容積が大きくなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する装置は、燃焼室の圧力が上昇したときに縮む部材として、上記の特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている機械ばねの他に、気体が封入された気体ばねを採用することができる。気体ばねは、内部の気圧を高くすることにより、燃焼室の高い圧力に容易に対応することができる。すなわち、気体ばねを採用することにより、容易に弾性を強くすることができる。
【０００６】
気体ばねは、気体が密閉されたガス室を含み、ガス室の気体の圧力によりピストンを押圧することができる。この場合に、ピストンは、筒状の部材の内部で移動可能に配置される。ピストンは、筒状部材と接触しながら移動する。ピストンと筒状の部材とが摺動する部分には潤滑油を配置することができる。
【０００７】
ところが、内燃機関の運転を継続すると、この潤滑油が徐々に不足するという問題がある。潤滑油が不足すると、ピストンと筒状の部材との摺動部分の摩擦が大きくなって焼き付いてしまう虞がある。また、潤滑油が不足するとガス室から燃焼室に向かう気体の漏れ量が多くなるという問題がある。更に、ガス室から燃焼室に気体が漏れるときに、気体と共に潤滑油も燃焼室に流入し、潤滑油の消費量が多くなるという問題がある。上記の特開２０００−２３０４３９号公報には、潤滑油の状態を判定する装置が開示されておらず、ピストンと筒状の部材との間に潤滑油を配置する場合に、潤滑油の状態が把握できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、筒状部と筒状部の内部を移動する移動部材とを含む容積可変装置を備え、容積可変装置の内部に配置される潤滑油の量を推定できる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関は、燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備える。移動部材は、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側に密閉可能なガス室を形成している。容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として移動部材が移動し、副室の容積が大きくなるように形成されている。内燃機関は、筒状部の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。
【００１０】
上記発明においては、潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を供給するように形成されており、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満の場合に、ガス室の内部に潤滑油を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関によれば、筒状部と筒状部の内部を移動する移動部材とを含む容積可変装置を備え、容積可変装置の内部に配置される潤滑油の量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の容積可変装置、気体供給装置および潤滑油供給装置の概略図である。
【図３】本実施の形態における容積可変装置を備える内燃機関の運転状態を説明するグラフである。
【図４】実施の形態における気体ばねの副室用ピストンと筒状部材との摺動部分の拡大概略断面図である。
【図５】実施の形態における運転制御のフローチャートである。
【図６】実施の形態における空気供給制御のフローチャートである。
【図７】実施の形態における運転制御において、制御禁止期間を説明するタイムチャートである。
【図８】実施の形態における空気供給制御のタイムチャートである。
【図９】実施の形態における潤滑油供給制御のフローチャートである。
【図１０】実施の形態における潤滑油供給制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１から図１０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、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間、および任意の位置にあるピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
【００１５】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気ガスを燃焼室５から排出するための通路である。
【００１６】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００１７】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、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。
【００１８】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
【００１９】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が接続されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。
【００２０】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００２１】
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２２】
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。たとえば、第１気筒の圧縮上死点を０°としたときのクランク角度を検出することができる。すなわち、クランクシャフトの回転角度を検出することができる。
【００２３】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００２４】
図２に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、複数の気筒を有する。図２は、複数の気筒が並ぶ方向に機関本体を切断したときの断面図である。
【００２５】
本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、気体ばね５０を含む。気体ばね５０は、それぞれの気筒において燃焼室５に接続されている。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に連通する空間としての副室６０を有する。本実施の形態における容積可変装置は、副室６０の容積が変化する。
【００２６】
本実施の形態における容積可変装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室５の圧力変化を駆動源として副室６０の容積が変化する。すなわち、容積可変装置は、燃焼室５の圧力が変化することにより作動する。本発明における制御圧力は、容積可変装置が作動し始めるときの燃焼室の圧力である。すなわち、副室用ピストン５５が移動し始める時の燃焼室の圧力である。容積可変装置は、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生圧力以上になることを抑制する。本実施の形態においては、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
【００２７】
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
【００２８】
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
【００２９】
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
【００３０】
気体ばね５０は、内部に気体を密閉することにより弾性を有するように形成されている。気体ばね５０は、内部に気体を封入する封入機構を有する。気体ばね５０は、燃焼室５に連通している筒状部を構成する筒状部材５１を含む。本実施の形態における筒状部材５１は、円筒状に形成されている。筒状部材５１の内部には、移動部材としての副室用ピストン５５が配置されている。
【００３１】
筒状部材５１の内部の空間は、副室用ピストン５５により区画されている。筒状部材５１の内部には、燃焼室５に向かう側に副室６０が形成され、燃焼室５に向かう側と反対側にガス室６１が形成されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１に固定されておらず、矢印２０１に示すように、筒状部材５１の軸方向に移動するように形成されている。
【００３２】
気体ばね５０のガス室６１には、燃焼室５の圧力が所望の制御圧力に到達したときに、副室用ピストン５５が移動し始めるように、加圧された気体が封入されている。本実施の形態においては、ガス室６１に空気が封入されている。密閉されたガス室６１の圧力により副室用ピストン５５が押圧されている。
【００３３】
筒状部材５１は、燃焼室５に向かう側の端部に形成された係止部５２を有する。係止部５２は、副室用ピストン５５を筒状部材５１の端部で係止する。副室用ピストン５５が係止部５２に接触している状態が、副室用ピストン５５が筒状部材５１の内部で着底している状態である。
【００３４】
本実施の形態における内燃機関は、容積可変装置の気体ばねに気体を供給する気体供給装置を備える。本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１に空気を供給する。
【００３５】
本実施の形態における気体供給装置は、モータ７１と、モータ７１により駆動される圧縮機７２と含む。圧縮機７２の出口には、逆止弁８２が配置されている。逆止弁８２は、ガス室６１の気体が逆流して流出することを防止する。圧縮機７２には、逆止弁８１およびフィルタ７３が接続されている。フィルタ７３は、圧縮機７２に吸入される空気から異物を除去する。逆止弁８１は、圧縮機７２から空気が逆流することを防止する。
【００３６】
気体ばね５０には、気体を供給する流路が接続されている。本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１の圧力を変更する機能を有する。気体供給装置は、空気排出弁８４を含む。空気排出弁８４は、ガス室６１の気体を排出することができるように配置されている。気体供給装置は、圧力調整弁８５を含む。圧力調整弁８５は、開閉することによりガス室６１に供給する空気の圧力を調整する。本実施の形態においては、副室用ピストン５５が移動する期間中は、圧力調整弁８５が閉止される。圧力調整弁８５を閉止することにより、ガス室６１に接続される流路を遮断して、ガス室６１を密閉することができる。
【００３７】
本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１の圧力を検出するガス室圧力検出器としての圧力センサ７４を含む。本実施の形態における圧力センサ７４は、圧縮機７２と筒状部材５１とを接続する流路に配置されているが、この形態に限られず、ガス室圧力検出器は、ガス室６１の圧力を検出することができる任意の位置に配置することができる。
【００３８】
気体供給装置は、電子制御ユニット３１により制御されている。本実施の形態においては、モータ７１が電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態における空気排出弁８４および圧力調整弁８５は電磁弁であり、電子制御ユニット３１により制御されている。圧力センサ７４の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。
【００３９】
本実施の形態における内燃機関は、運転期間中または停止期間中にガス室６１から空気が漏れても、ガス室６１に空気を充填することができる。たとえば、モータ７１にて圧縮機７２を駆動し、更に圧力調整弁８５を開くことにより、気体ばね５０のガス室６１に空気を供給することができる。
【００４０】
また、本実施の形態における気体供給装置は、ガス室６１の圧力を上昇させることができる。更に、本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１から気体を排出することができる。圧力調整弁８５および空気排出弁８４を開くことにより、ガス室６１の圧力を下降させることができる。このように、ガス室６１の圧力を変更することにより、制御圧力を変更することができる。気体供給装置としては、この形態に限られず、気体ばねのガス室に気体を供給できる任意の装置を採用することができる。
【００４１】
本実施の形態における内燃機関は、気体ばねに潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備える。本実施の形態における潤滑油供給装置は、機関本体に使用されている潤滑油を気体ばね５０に供給するように形成されている。潤滑油供給装置は、潤滑油噴射弁９２に潤滑油を移送するための潤滑油ポンプ９１と、潤滑油を噴射する潤滑油噴射弁９２とを含む。本実施の形態における潤滑油ポンプ９１は、高圧のガス室６１の内部に潤滑油を噴射できるように高圧ポンプが採用されている。
【００４２】
潤滑油供給装置は、電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態においては、潤滑油ポンプ９１および潤滑油噴射弁９２が電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態における潤滑油供給装置は、ガス室６１の内部に潤滑油を供給するように形成されている。潤滑油ポンプ９１が作動することにより、矢印２０２に示されるように、潤滑油噴射弁９２に高圧の潤滑油が供給される。潤滑油噴射弁９２が開くことにより、潤滑油が筒状部材５１の内部に向かって噴射される。
【００４３】
本実施の形態における潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を噴射するように形成されているが、この形態に限られず、潤滑油供給装置は、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されていれば構わない。
【００４４】
図３に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および副室用ピストンの変位である。図３には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１の底部に着底しているときの変位が零である。本実施の形態における容積可変装置は、燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に、燃焼室の圧力が制御圧力に到達した場合に、副室用ピストン５５が移動する。この結果、気体ばね５０の副室６０の容積が大きくなる。
【００４５】
図２および図３を参照して、圧縮行程の開始時には副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している。圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５の圧力が上昇する。ここで、ガス室６１には制御圧力に対応する圧力の気体が封入されているために、燃焼室５の圧力が制御圧力になるまでは、副室用ピストン５５は着底した状態が維持される。
【００４６】
図３に示す実施例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５の圧力が急激に上昇する。燃焼室５の圧力が制御圧力に達したときに、副室用ピストン５５が移動し始める。混合気の燃焼が進むと、ガス室６１が縮んで副室用ピストン５５の変位が大きくなる。副室６０の容積が大きくなる。このために、燃焼室５および副室６０の圧力が上昇することが抑制される。図３に示す例では、燃焼室の圧力がほぼ一定に保たれる。なお、厳密には副室用ピストン５５が移動することによりガス室６１内の圧力が上昇するために、燃焼室５の圧力も僅かに上昇する。
【００４７】
燃焼室において、更に燃料の燃焼が進むと、副室用ピストン５５の変位は最大になった後に小さくなる。ガス室６１の圧力が減少して、副室用ピストン５５の変位が零に戻る。すなわち、副室用ピストン５５は着底する位置まで戻る。燃焼室５の圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５の圧力が減少する。
【００４８】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御することができる。
【００４９】
図３には、比較例１および比較例２の燃焼室の圧力のグラフが示されている。比較例１および比較例２は、本実施の形態における容積可変装置を有していない内燃機関である。内燃機関は、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期θｍａｘを有する。比較例１は、点火時期θｍａｘで点火したときのグラフである。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。ところが、比較例１のように点火時期が早いと、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力よりも高くなる。比較例１のグラフは、異常燃焼が発生しないと仮定している。一方で、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも小さくなるように点火時期を遅角させている。
【００５０】
比較例２の内燃機関では、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期よりも遅らせて点火している。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
【００５１】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力未満で燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。さらに、燃焼室の圧力が高い時間を長くすることができる。このため、比較例２の点火時期を遅らせた内燃機関よりも熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
【００５２】
図４に、本実施の形態における気体ばねの副室用ピストンの部分の拡大概略断面図を示す。図４に示す状態は、副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している状態である。副室用ピストン５５は、ピストン本体５５ａと、封止部材としてのピストンリング５５ｂとを含む。副室用ピストン５５は、ピストンリング５５ｂが筒状部材５１に接触している。副室６０には燃焼ガスが流入するために、ピストンリング５５ｂは、耐熱性を有する材料で形成されている。ピストンリング５５ｂは、たとえば金属により形成されている。
【００５３】
ガス室６１の内部に供給された潤滑油９３は、ガス室６１の高い圧力により、矢印２０４に示すように押圧される。潤滑油９３は、副室用ピストン５５と筒状部材５１との摺動部分に配置される。十分な量の潤滑油９３が副室用ピストン５５と筒状部材５１との摺動部分に配置されている場合には、潤滑油の粘性により気密性が高くなる。このため、ガス室６１から気体が漏れることを効果的に抑制することができる。
【００５４】
ところが、潤滑油９３の量が少なくなると、副室用ピストン５５と筒状部材５１との間に生じる隙間を通って、ガス室６１に密封されている気体が燃焼室５に漏れる。または、ピストン本体５５ａとピストンリング５５ｂとの間を通って気体が漏れる。また、潤滑油９３の量が少なくなると、副室用ピストン５５が焼き付く虞がある。このために、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分には、所定の量の潤滑油９３が保持されていることが好ましい。本実施の形態における内燃機関は、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する潤滑油保持量推定装置を備える。
【００５５】
図５に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態の運転制御においては、ステップ１０１において、ガス室の圧力が低い場合にはガス室に空気を供給する空気供給制御を行う。また、ステップ１０２において、筒状部材と副室用ピストンとの摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定し、潤滑油の量が少ないと推定される場合には、上記の摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給制御を行う。
【００５６】
図６に、本実施の形態における空気供給制御のフローチャートを示す。図６に示す制御は、例えば、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。図２を参照して、本実施の形態の空気供給制御においては、ガス室６１に密封されている空気の圧力が予め定められた圧力範囲内であるか否かを判別する。ガス室６１の圧力は、制御圧力に対応する。本実施の形態においては、制御圧力の範囲に対応したガス室６１の圧力範囲が予め定められている。ガス室６１から空気が燃焼室５に向かって漏れた場合には、ガス室６１の圧力が予め定められた圧力範囲よりも低くなる。この場合には、ガス室６１に、空気を供給する制御を行う。本実施の形態の空気供給制御においては、気体ばね５０のガス室６１の圧力が、予め定められた圧力範囲内になるように制御を行う。
【００５７】
始めに、ステップ１１１においては、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内か否かを判別する。図７に、本実施の形態における内燃機関を運転したときのタイムチャートを示す。内燃機関の圧縮行程から膨張行程において燃焼室の圧力が上昇して制御圧力まで到達する。クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間である。クランク角度θ２からクランク角度θ３までは、副室用ピストンが移動している。
【００５８】
本実施の形態における空気供給制御においては、ガス室の圧力を検出するために、ガス室の圧力が変化しないことが好ましい。また、ガス室に空気を供給する場合があるために、ガス室の容積は変化しないことが好ましい。また、本実施の形態における潤滑油供給制御においても、ガス室の圧力を検出するために、ガス室の圧力が変化しないことが好ましい。
【００５９】
このために、本実施の形態における空気供給制御および潤滑油供給制御は、容積可変装置が作動している期間、すなわち副室用ピストンが移動している期間内を避けて制御を行う。図７に示す運転例では、クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間が副室用ピストンの移動する期間である。本実施の形態においては、副室用ピストンの移動する期間を含むクランク角度θ１からクランク角度θ４までを制御禁止期間としている。本実施の形態においては、副室用ピストンの移動する期間に余裕を含めた期間を制御禁止期間としている。制御禁止期間は、この形態に限られず、容積可変装置が作動している期間を含む任意の期間を選定することができる。
【００６０】
本実施の形態においては、制御禁止期間を避けた期間内において空気供給制御および潤滑油供給制御を行うことにより、副室用ピストンが停止している状態で、それぞれの制御を行うことができる。このため、副室用ピストンの移動中にガス室の圧力が変化して、内燃機関の運転に悪影響を与えることを抑制できる。または、空気供給制御または潤滑油供給制御を精度良く行うことができる。
【００６１】
図６を参照して、空気供給制御のステップ１１１において、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内である場合には、この制御を終了する。
【００６２】
ステップ１１１において、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間でない場合には、ステップ１１２に移行する。ステップ１１２においては、ガス室の圧力ＰＧを検出する。図２を参照して、ガス室６１の圧力は、圧力センサ７４により検出することができる。
【００６３】
次に、ステップ１１３およびステップ１１５においては、ガス室６１の圧力ＰＧが予め定められた圧力範囲から外れているか否かが判別される。ステップ１１３においては、検出したガス室６１の圧力ＰＧが、予め定められた圧力範囲の低圧側の判定値よりも低いか否かを判別する。さらに、ステップ１１５においては、ガス室の圧力ＰＧが、予め定められた圧力範囲の高圧側の判定値よりも大きいか否かを判別する。
【００６４】
ステップ１１３において、ガス室６１の圧力ＰＧが低圧側の判定値よりも低い場合には、ステップ１１４に移行する。ステップ１１４においては、空気供給フラグを１にする。ステップ１１４が終了したら、ステップ１１５に移行する。また、ステップ１１３において、ガス室６１の圧力ＰＧが、低圧側の判定値以上であれば、ステップ１１５に移行する。
【００６５】
ステップ１１５において、ガス室６１の圧力ＰＧが高圧側の判定値よりも高い場合には、ステップ１１６に移行する。ステップ１１６においては、空気供給フラグを零にする。ステップ１１６が終了したら、ステップ１１７に移行する。また、ステップ１１５において、ガス室６１の圧力ＰＧが、高圧側の判定値以下であれば、ステップ１１７に移行する。なお、ステップ１１３，１１４とステップ１１５，１１６は、順序を入れ替えても構わない。
【００６６】
ステップ１１７においては、空気供給フラグが１か否かを判別する。ステップ１１７において空気供給フラグが１である場合には、ステップ１１８に移行する。ステップ１１８においては、圧力調整弁８５を開く制御を行う。図２を参照して、圧力調整弁８５を開くことにより、ガス室６１に空気を供給することができる。すなわち、気体ばねに空気を補充することができる。圧力調整弁８５が既に開いている場合には、開いている状態を継続する制御を行う。
【００６７】
ステップ１１７において、空気供給フラグが１でない場合、すなわち空気供給フラグが零である場合には、ステップ１１９に移行する。ステップ１１９においては、圧力調整弁を閉じる制御を行う。圧力調整弁８５が既に閉じている場合には、閉じている状態を継続する制御を行う。
【００６８】
図８に、本実施の形態における空気供給制御のタイムチャートを示す。図８の運転例においては、クランク角度θ３からクランク角度θ４が制御禁止期間である。内燃機関の運転とともにガス室の圧力が徐々に減少している。
【００６９】
クランク角度θ１において、ガス室の圧力が低圧側の判定値未満になっている。クランク角度θ１において、圧力調整弁８５を開く制御が行われている。圧力調整弁８５を開くことにより、ガス室の圧力が上昇する。クランク角度θ２において、ガス室の圧力が、高圧側の判定値を超えている。クランク角度θ２において、圧力調整弁が閉じる制御が行われている。
【００７０】
このように、本実施の形態の空気供給制御においては、ガス室の圧力が所望の圧力範囲内に維持されるように制御を行なうことができる。
【００７１】
図９に、本実施の形態における潤滑油供給制御のフローチャートを示す。図９に示す制御は、例えば、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。本実施の形態の潤滑油供給制御においては、図２を参照して、副室用ピストン５５が着底し、停止している期間におけるガス室６１の圧力変化を検出する。本実施の形態においては、繰り返して制御を行っている期間中に、前回のガス室６１の圧力と今回のガス室６１の圧力との差を検出する。ガス室６１の圧力変化に基づいて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。推定した潤滑油の量が、予め定められた判定値未満である場合には、潤滑油供給装置によりガス室の内部に向かって潤滑油を供給する。
【００７２】
始めに、ステップ１３１においては、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内か否かを判別する。本実施の形態における潤滑油供給制御は、制御禁止期間を避けた期間にて行う。ステップ１３１において、クランク角度が制御禁止期間内であれば、この制御を終了する。ステップ１３１において、クランク角度が制御禁止期間内でなければ、ステップ１３２に移行する。なお、本実施の形態においては、空気供給制御の制御禁止期間と、潤滑油供給制御の制御禁止期間とが同一であるが、この形態に限られず、それぞれの制御禁止期間が互いに異なっていても構わない。
【００７３】
次に、ステップ１３２においては、空気供給制御における空気供給フラグが１であるか否かを判別する。図６を参照して、空気供給制御において、空気供給フラグが１である場合には、ガス室の圧力が低圧側の判定値よりも低い状態であり、ガス室に空気が供給される。または、空気供給フラグが１である場合には、ガス室の圧力が予め定められた圧力範囲内であり、ガス室に空気が供給されている。このために、空気供給フラグが１である場合には、潤滑油供給制御を終了している。本実施の形態の潤滑油供給制御においては、ガス室に空気が供給される期間を避けて潤滑油を供給するか否かの判別を行う。ステップ１３２において、空気供給フラグが１でない場合、すなわち空気供給フラグが零である場合には、ステップ１３３に移行する。
【００７４】
ステップ１３３においては、今回のガス室の圧力ＰＧを検出する。
【００７５】
次に、ステップ１３４においては、予め定められた時間における圧力差を算出する。本実施の形態においては、ガス室の圧力ＰＧ０からガス室の圧力ＰＧを減算した圧力差ＰＧＤＥＬＴを算出する。ガス室の圧力ＰＧ０は、予め定められた前の時間におけるガス室の圧力である。本実施の形態のガス室の圧力ＰＧ０は、前回の制御において検出されたガス室の圧力が採用されている。すなわち、本実施の形態における圧力差ＰＧＤＥＬＴは、前回のガス室の圧力から今回のガス室の圧力を減算した値である。
【００７６】
次に、ステップ１３５においては、算出された圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値よりも大きいか否かが判別される。ステップ１３５において、圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値以下の場合には、ステップ１３７に移行する。一方で、圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値よりも大きい場合には、潤滑油の量が少ないと推定することができる。または、潤滑油が不足していると推定することができる。この場合には、ステップ１３６に移行する 。
【００７７】
ステップ１３６においは、潤滑油供給装置により潤滑油を気体ばねに供給する制御を行う。本実施の形態においては、潤滑油噴射弁を開く制御を行う。例えば、予め定められた時間の間、潤滑油噴射弁を開く制御を行なうことができる。図２を参照して、潤滑油噴射弁９２を開くことにより、ガス室６１の内部に潤滑油を供給することができる。筒状部材５１の内面等に潤滑油を供給することができて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に潤滑油を供給できる。
【００７８】
次に、ステップ１３７においては、ガス室の圧力ＰＧ０に、今回のガス室の圧力ＰＧを入力する。このように、図９に示す潤滑油供給制御を繰り返すことができる。
【００７９】
前述のとおり、筒状部材と副室用ピストンとの間に保持されている潤滑油の量が少なくなると、ガス室６１から漏れる空気の量が多くなる。そこで、本実施の形態においては、予め定められた時間におけるガス室の圧力差を検出し、ガス室の圧力差が予め定められた圧力差判定値よりも大きい場合には、筒状部材と副室用ピストンとの間に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満であると判別している。
【００８０】
本実施の形態においては、ガス室の圧力変化として、前回のガス室の圧力と今回のガス室の圧力との差分を検出しているが、この形態に限られず、ガス室の圧力変化の検出方法としては、ガス室の圧力低下の速度を検出する任意の制御を採用することができる。たとえば、前回のガス室の圧力としては、予め定められた複数回前に検出したガス室の圧力を採用しても構わない。または、単位時間あたりのガス室の圧力低下量を算出しても構わない。
【００８１】
図１０に、本実施の形態における潤滑油供給制御のタイムチャートを示す。図１０に示す運転例においては、クランク角度θ３からクランク角度θ４までの期間が、制御禁止期間である。制御禁止期間以外の期間中には、副室用ピストン５５が停止している。潤滑油の量が少なくなると、ガス室の圧力の低下速度が徐々に速くなる。図１０に示す制御においては、クランク角度θ１において、ガス室の圧力差ＰＧＤＥＬＴが圧力差判定値を超えている。そこで、クランク角度θ１からクランク角度θ２まで、潤滑油噴射弁を開く制御が行われている。潤滑油噴射弁を予め定められた時間の間、開いている。潤滑油噴射弁からガス室の内部に潤滑油を供給することにより、ガス室の気体の漏れ速度を小さくすることができる。クランク角度θ２以降では、クランク角度θ１以前よりも、ガス室の圧力の低下速度が遅くなっている。すなわち、クランク角度θ２以降では、筒状部材と副室用ピストンとの摺動部分に潤滑油が十分に保持されており、ガス室からの空気の漏れが抑制されている。
【００８２】
このように、本実施の形態においては、筒状部材の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部材と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定している。この制御を行なうことにより、容積可変装置において潤滑油が不足することを検出することができる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、筒状部材と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が、予め定められた判定値未満である場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御を行なっている。すなわち、容積可変装置において、潤滑油が不足していると判別される場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御を行なっている。この制御により、潤滑油の量を、ほぼ適量に維持することができる。潤滑油が不足して、副室用ピストンが焼きついたり、ガス室からの気体が漏れたりすることを抑制できる。
【００８４】
容積可変装置における潤滑油の量が不足していると判別される場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御に限られずに、任意の制御を行うことができる。例えば、容積可変装置における潤滑油の量が不足していると判別される場合には、容積可変装置のガス室の圧力を非常に高くして、副室用ピストンが移動しないように制御しても構わない。または、燃焼室における点火時期を遅角して、燃焼室の最高圧力を低下させる制御を行なっても構わない。
【００８５】
上記の実施の形態においては、ガス室の圧力変化のうち、ガス室の圧力低下が速くなる場合を例示したが、この形態に限られず、ガス室の圧力低下が遅くなる場合にも本発明を適用することができる。たとえば、潤滑油が不足しているためにガス室の内部に徐々に潤滑油を供給している期間に、ガス室の圧力が低下する速度に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定することができる。推定された潤滑油の量が予め定められた判定値を超えたときに、ガス室の内部への潤滑油の供給を停止することができる。この制御により、ガス室に供給される潤滑油の量が多くなりすぎることを抑制できる。たとえば、ガス室の内部に多くの潤滑油を保持すると、潤滑油の消費量が多くなり、潤滑油が無駄に消費されてしまう。ガス室に供給される潤滑油の量が多くなりすぎることを抑制することにより、潤滑油の消費を抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態の潤滑油供給制御は、内燃機関の運転期間中に行っているが、この形態に限られず、内燃機関の停止期間中にも行うことができる。また、本実施の形態における潤滑油供給制御は、空気供給制御と共に行われているが、この形態に限られず、潤滑油供給制御を単独で行っても構わない。また、上記のそれぞれの制御においては、適宜順序を変更することができる。
【００８７】
上述のそれぞれの図において、同一または相当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。
【符号の説明】
【００８８】
１ 機関本体
５ 燃焼室
３１ 電子制御ユニット
５０ 気体ばね
５１ 筒状部材
５５ 副室用ピストン
５５ａ ピストン本体
５５ｂ ピストンリング
６０ 副室
６１ ガス室
７２ 圧縮機
８４ 空気排出弁
８５ 圧力調整弁
９１ 潤滑油ポンプ
９２ 潤滑油噴射弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室において燃料を燃焼させるときには、空気と燃料との混合気を圧縮した状態になる。内燃機関の圧縮比は、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トルクを大きくしたり、燃料消費量を少なくしたりすることができる。
【０００３】
特開２０００−２３０４３９号公報には、燃焼室に圧力調整弁を介して通じる副室を設け、圧力調整弁は、弁体と弁体に接続されて燃焼室側に付勢された弁棒とを有する自着火式の内燃機関が開示されている。この自着火式の内燃機関は、過早着火等により燃焼圧が所定の許容圧値を超えた場合に、弾性体の圧力に抗して圧力調整弁を押し上げて副室に圧力を逃すことが開示されている。この公報には、過早着火等が生じる圧力よりも大きな圧力で圧力調整弁が動くことが開示されている。また、この公報においては、燃焼室に通じる副室が形成され、副室に上下に移動可能な副ピストンが挿入されている内燃機関が開示されている。副ピストンは、機械ばねで押圧されている。燃料が燃焼した時に、燃焼室の圧力により機械ばねが縮んで副ピストンが上昇し、燃焼室に通じる副室の容積が大きくなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３０４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する装置は、燃焼室の圧力が上昇したときに縮む部材として、上記の特開２０００−２３０４３９号公報に開示されている機械ばねの他に、気体が封入された気体ばねを採用することができる。気体ばねは、内部の気圧を高くすることにより、燃焼室の高い圧力に容易に対応することができる。すなわち、気体ばねを採用することにより、容易に弾性を強くすることができる。
【０００６】
気体ばねは、気体が密閉されたガス室を含み、ガス室の気体の圧力によりピストンを押圧することができる。この場合に、ピストンは、筒状の部材の内部で移動可能に配置される。ピストンは、筒状部材と接触しながら移動する。ピストンと筒状の部材とが摺動する部分には潤滑油を配置することができる。
【０００７】
ところが、内燃機関の運転を継続すると、この潤滑油が徐々に不足するという問題がある。潤滑油が不足すると、ピストンと筒状の部材との摺動部分の摩擦が大きくなって焼き付いてしまう虞がある。また、潤滑油が不足するとガス室から燃焼室に向かう気体の漏れ量が多くなるという問題がある。更に、ガス室から燃焼室に気体が漏れるときに、気体と共に潤滑油も燃焼室に流入し、潤滑油の消費量が多くなるという問題がある。上記の特開２０００−２３０４３９号公報には、潤滑油の状態を判定する装置が開示されておらず、ピストンと筒状の部材との間に潤滑油を配置する場合に、潤滑油の状態が把握できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、筒状部と筒状部の内部を移動する移動部材とを含む容積可変装置を備え、容積可変装置の内部に配置される潤滑油の量を推定できる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関は、燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備える。移動部材は、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側に密閉可能なガス室を形成している。容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として移動部材が移動し、副室の容積が大きくなるように形成されている。内燃機関は、筒状部の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。
【００１０】
上記発明においては、潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を供給するように形成されており、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満の場合に、ガス室の内部に潤滑油を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関によれば、筒状部と筒状部の内部を移動する移動部材とを含む容積可変装置を備え、容積可変装置の内部に配置される潤滑油の量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の容積可変装置、気体供給装置および潤滑油供給装置の概略図である。
【図３】本実施の形態における容積可変装置を備える内燃機関の運転状態を説明するグラフである。
【図４】実施の形態における気体ばねの副室用ピストンと筒状部材との摺動部分の拡大概略断面図である。
【図５】実施の形態における運転制御のフローチャートである。
【図６】実施の形態における空気供給制御のフローチャートである。
【図７】実施の形態における運転制御において、制御禁止期間を説明するタイムチャートである。
【図８】実施の形態における空気供給制御のタイムチャートである。
【図９】実施の形態における潤滑油供給制御のフローチャートである。
【図１０】実施の形態における潤滑油供給制御のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１から図１０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、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。本発明においては、ピストンが圧縮上死点に達したときにピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間、および任意の位置にあるピストンの冠面とシリンダヘッドとに囲まれる気筒内の空間を燃焼室と称する。
【００１５】
燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。機関排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気ガスを燃焼室５から排出するための通路である。
【００１６】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。
【００１７】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための燃料噴射弁１１を備える。本実施の形態における燃料噴射弁１１は、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射弁１１は、この形態に限られず、燃焼室５に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。たとえば、燃料噴射弁は、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。
【００１８】
燃料噴射弁１１は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９を介して燃料タンク２８に接続されている。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２９によって燃料噴射弁１１に供給される。
【００１９】
各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が接続されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。
【００２０】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３１を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。
【００２１】
エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２２】
クランク角センサ４２は、クランクシャフトが、例えば所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、クランク角度を検出することができる。たとえば、第１気筒の圧縮上死点を０°としたときのクランク角度を検出することができる。すなわち、クランクシャフトの回転角度を検出することができる。
【００２３】
電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７および燃料ポンプ２９に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。
【００２４】
図２に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、複数の気筒を有する。図２は、複数の気筒が並ぶ方向に機関本体を切断したときの断面図である。
【００２５】
本実施の形態における内燃機関は、燃料が燃焼したときの燃焼室の圧力を制御する燃焼圧力制御装置を備える。本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室に連通する空間の容積が変化する容積可変装置を備える。容積可変装置は、気体ばね５０を含む。気体ばね５０は、それぞれの気筒において燃焼室５に接続されている。本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に連通する空間としての副室６０を有する。本実施の形態における容積可変装置は、副室６０の容積が変化する。
【００２６】
本実施の形態における容積可変装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室５の圧力変化を駆動源として副室６０の容積が変化する。すなわち、容積可変装置は、燃焼室５の圧力が変化することにより作動する。本発明における制御圧力は、容積可変装置が作動し始めるときの燃焼室の圧力である。すなわち、副室用ピストン５５が移動し始める時の燃焼室の圧力である。容積可変装置は、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生圧力以上になることを抑制する。本実施の形態においては、燃焼室５の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御圧力を定めている。
【００２７】
本発明における異常燃焼は、たとえば、点火装置により混合気が点火し、点火した点から順次燃焼が伝搬する状態以外の燃焼を含む。異常燃焼は、たとえば、ノッキング現象、デトネーション現象およびプレイグニッション現象を含む。ノッキング現象は、スパークノック現象を含む。スパークノック現象は、点火装置において点火し、点火装置を中心に火炎が広がっているときに、点火装置から遠い位置にある未燃燃料を含む混合気が自着火する現象である。点火装置から遠い位置にある混合気は、点火装置の近傍の燃焼ガスにより圧縮されて高温高圧になって自着火する。混合気が自着火するときに衝撃波が発生する。
【００２８】
デトネーション現象は、高温高圧の混合気の中を衝撃波が通過することにより、混合気が着火する現象である。この衝撃波は、たとえば、スパークノック現象によって発生する。
【００２９】
プレイグニッション現象は、早期着火現象とも言われる。プレイグニッション現象は、点火プラグの先端の金属または燃焼室内に堆積するカーボンスラッジ等が加熱されて、所定の温度以上を維持した状態になり、この部分を火種として点火時期の前に燃料が着火して燃焼する現象である。
【００３０】
気体ばね５０は、内部に気体を密閉することにより弾性を有するように形成されている。気体ばね５０は、内部に気体を封入する封入機構を有する。気体ばね５０は、燃焼室５に連通している筒状部を構成する筒状部材５１を含む。本実施の形態における筒状部材５１は、円筒状に形成されている。筒状部材５１の内部には、移動部材としての副室用ピストン５５が配置されている。
【００３１】
筒状部材５１の内部の空間は、副室用ピストン５５により区画されている。筒状部材５１の内部には、燃焼室５に向かう側に副室６０が形成され、燃焼室５に向かう側と反対側にガス室６１が形成されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１に固定されておらず、矢印２０１に示すように、筒状部材５１の軸方向に移動するように形成されている。
【００３２】
気体ばね５０のガス室６１には、燃焼室５の圧力が所望の制御圧力に到達したときに、副室用ピストン５５が移動し始めるように、加圧された気体が封入されている。本実施の形態においては、ガス室６１に空気が封入されている。密閉されたガス室６１の圧力により副室用ピストン５５が押圧されている。
【００３３】
筒状部材５１は、燃焼室５に向かう側の端部に形成された係止部５２を有する。係止部５２は、副室用ピストン５５を筒状部材５１の端部で係止する。副室用ピストン５５が係止部５２に接触している状態が、副室用ピストン５５が筒状部材５１の内部で着底している状態である。
【００３４】
本実施の形態における内燃機関は、容積可変装置の気体ばねに気体を供給する気体供給装置を備える。本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１に空気を供給する。
【００３５】
本実施の形態における気体供給装置は、モータ７１と、モータ７１により駆動される圧縮機７２と含む。圧縮機７２の出口には、逆止弁８２が配置されている。逆止弁８２は、ガス室６１の気体が逆流して流出することを防止する。圧縮機７２には、逆止弁８１およびフィルタ７３が接続されている。フィルタ７３は、圧縮機７２に吸入される空気から異物を除去する。逆止弁８１は、圧縮機７２から空気が逆流することを防止する。
【００３６】
気体ばね５０には、気体を供給する流路が接続されている。本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１の圧力を変更する機能を有する。気体供給装置は、空気排出弁８４を含む。空気排出弁８４は、ガス室６１の気体を排出することができるように配置されている。気体供給装置は、圧力調整弁８５を含む。圧力調整弁８５は、開閉することによりガス室６１に供給する空気の圧力を調整する。本実施の形態においては、副室用ピストン５５が移動する期間中は、圧力調整弁８５が閉止される。圧力調整弁８５を閉止することにより、ガス室６１に接続される流路を遮断して、ガス室６１を密閉することができる。
【００３７】
本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１の圧力を検出するガス室圧力検出器としての圧力センサ７４を含む。本実施の形態における圧力センサ７４は、圧縮機７２と筒状部材５１とを接続する流路に配置されているが、この形態に限られず、ガス室圧力検出器は、ガス室６１の圧力を検出することができる任意の位置に配置することができる。
【００３８】
気体供給装置は、電子制御ユニット３１により制御されている。本実施の形態においては、モータ７１が電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態における空気排出弁８４および圧力調整弁８５は電磁弁であり、電子制御ユニット３１により制御されている。圧力センサ７４の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。
【００３９】
本実施の形態における内燃機関は、運転期間中または停止期間中にガス室６１から空気が漏れても、ガス室６１に空気を充填することができる。たとえば、モータ７１にて圧縮機７２を駆動し、更に圧力調整弁８５を開くことにより、気体ばね５０のガス室６１に空気を供給することができる。
【００４０】
また、本実施の形態における気体供給装置は、ガス室６１の圧力を上昇させることができる。更に、本実施の形態における気体供給装置は、気体ばね５０のガス室６１から気体を排出することができる。圧力調整弁８５および空気排出弁８４を開くことにより、ガス室６１の圧力を下降させることができる。このように、ガス室６１の圧力を変更することにより、制御圧力を変更することができる。気体供給装置としては、この形態に限られず、気体ばねのガス室に気体を供給できる任意の装置を採用することができる。
【００４１】
本実施の形態における内燃機関は、気体ばねに潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備える。本実施の形態における潤滑油供給装置は、機関本体に使用されている潤滑油を気体ばね５０に供給するように形成されている。潤滑油供給装置は、潤滑油噴射弁９２に潤滑油を移送するための潤滑油ポンプ９１と、潤滑油を噴射する潤滑油噴射弁９２とを含む。本実施の形態における潤滑油ポンプ９１は、高圧のガス室６１の内部に潤滑油を噴射できるように高圧ポンプが採用されている。
【００４２】
潤滑油供給装置は、電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態においては、潤滑油ポンプ９１および潤滑油噴射弁９２が電子制御ユニット３１に制御されている。本実施の形態における潤滑油供給装置は、ガス室６１の内部に潤滑油を供給するように形成されている。潤滑油ポンプ９１が作動することにより、矢印２０２に示されるように、潤滑油噴射弁９２に高圧の潤滑油が供給される。潤滑油噴射弁９２が開くことにより、潤滑油が筒状部材５１の内部に向かって噴射される。
【００４３】
本実施の形態における潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を噴射するように形成されているが、この形態に限られず、潤滑油供給装置は、筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給するように形成されていれば構わない。
【００４４】
図３に、本実施の形態の内燃機関における燃焼室の圧力のグラフを示す。横軸がクランク角度であり、縦軸が燃焼室の圧力および副室用ピストンの変位である。図３には、燃焼サイクルのうち圧縮行程および膨張行程のグラフが示されている。副室用ピストン５５は、筒状部材５１の底部に着底しているときの変位が零である。本実施の形態における容積可変装置は、燃焼サイクルの圧縮行程から膨張行程の期間中に、燃焼室の圧力が制御圧力に到達した場合に、副室用ピストン５５が移動する。この結果、気体ばね５０の副室６０の容積が大きくなる。
【００４５】
図２および図３を参照して、圧縮行程の開始時には副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している。圧縮行程ではピストン３が上昇して、燃焼室５の圧力が上昇する。ここで、ガス室６１には制御圧力に対応する圧力の気体が封入されているために、燃焼室５の圧力が制御圧力になるまでは、副室用ピストン５５は着底した状態が維持される。
【００４６】
図３に示す実施例では、クランク角度が０°（ＴＤＣ）より僅か後に点火される。点火されることにより燃焼室５の圧力が急激に上昇する。燃焼室５の圧力が制御圧力に達したときに、副室用ピストン５５が移動し始める。混合気の燃焼が進むと、ガス室６１が縮んで副室用ピストン５５の変位が大きくなる。副室６０の容積が大きくなる。このために、燃焼室５および副室６０の圧力が上昇することが抑制される。図３に示す例では、燃焼室の圧力がほぼ一定に保たれる。なお、厳密には副室用ピストン５５が移動することによりガス室６１内の圧力が上昇するために、燃焼室５の圧力も僅かに上昇する。
【００４７】
燃焼室において、更に燃料の燃焼が進むと、副室用ピストン５５の変位は最大になった後に小さくなる。ガス室６１の圧力が減少して、副室用ピストン５５の変位が零に戻る。すなわち、副室用ピストン５５は着底する位置まで戻る。燃焼室５の圧力が制御圧力未満になった場合には、クランク角度の進行とともに燃焼室５の圧力が減少する。
【００４８】
このように、本実施の形態における燃焼圧力制御装置は、燃焼室５の圧力が制御圧力に到達したときに燃焼室の圧力上昇を抑制し、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力以上にならないように制御することができる。
【００４９】
図３には、比較例１および比較例２の燃焼室の圧力のグラフが示されている。比較例１および比較例２は、本実施の形態における容積可変装置を有していない内燃機関である。内燃機関は、点火時期に依存して、燃焼室の圧力が変動する。内燃機関は、出力トルクが最大になる点火時期θｍａｘを有する。比較例１は、点火時期θｍａｘで点火したときのグラフである。出力トルクが最大になる点火時期で点火することにより、燃焼室の圧力が高くなり熱効率が最良になる。ところが、比較例１のように点火時期が早いと、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力よりも高くなる。比較例１のグラフは、異常燃焼が発生しないと仮定している。一方で、実際の内燃機関では、燃焼室の最大圧力（Ｐｍａｘ）が異常燃焼の発生する圧力よりも小さくなるように点火時期を遅角させている。
【００５０】
比較例２の内燃機関では、異常燃焼を回避するために、出力トルクが最大になる点火時期よりも遅らせて点火している。点火時期を遅角させた場合には、出力トルクが最大になる点火時期で点火した場合よりも燃焼室の最大圧力が小さくなる。
【００５１】
本実施の形態における内燃機関は、燃焼室の圧力が異常燃焼の発生する圧力未満で燃焼を行なうことができる。点火時期を早くしても異常燃焼の発生を抑制することができる。特に、圧縮比が高いエンジンにおいても異常燃焼を抑制することができる。さらに、燃焼室の圧力が高い時間を長くすることができる。このため、比較例２の点火時期を遅らせた内燃機関よりも熱効率が改善され、出力トルクを大きくすることができる。または、燃料消費量を少なくすることができる。
【００５２】
図４に、本実施の形態における気体ばねの副室用ピストンの部分の拡大概略断面図を示す。図４に示す状態は、副室用ピストン５５が筒状部材５１の底部に着底している状態である。副室用ピストン５５は、ピストン本体５５ａと、封止部材としてのピストンリング５５ｂとを含む。副室用ピストン５５は、ピストンリング５５ｂが筒状部材５１に接触している。副室６０には燃焼ガスが流入するために、ピストンリング５５ｂは、耐熱性を有する材料で形成されている。ピストンリング５５ｂは、たとえば金属により形成されている。
【００５３】
ガス室６１の内部に供給された潤滑油９３は、ガス室６１の高い圧力により、矢印２０４に示すように押圧される。潤滑油９３は、副室用ピストン５５と筒状部材５１との摺動部分に配置される。十分な量の潤滑油９３が副室用ピストン５５と筒状部材５１との摺動部分に配置されている場合には、潤滑油の粘性により気密性が高くなる。このため、ガス室６１から気体が漏れることを効果的に抑制することができる。
【００５４】
ところが、潤滑油９３の量が少なくなると、副室用ピストン５５と筒状部材５１との間に生じる隙間を通って、ガス室６１に密封されている気体が燃焼室５に漏れる。または、ピストン本体５５ａとピストンリング５５ｂとの間を通って気体が漏れる。また、潤滑油９３の量が少なくなると、副室用ピストン５５が焼き付く虞がある。このために、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分には、所定の量の潤滑油９３が保持されていることが好ましい。本実施の形態における内燃機関は、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する潤滑油保持量推定装置を備える。
【００５５】
図５に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態の運転制御においては、ステップ１０１において、ガス室の圧力が低い場合にはガス室に空気を供給する空気供給制御を行う。また、ステップ１０２において、筒状部材と副室用ピストンとの摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定し、潤滑油の量が少ないと推定される場合には、上記の摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給制御を行う。
【００５６】
図６に、本実施の形態における空気供給制御のフローチャートを示す。図６に示す制御は、例えば、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。図２を参照して、本実施の形態の空気供給制御においては、ガス室６１に密封されている空気の圧力が予め定められた圧力範囲内であるか否かを判別する。ガス室６１の圧力は、制御圧力に対応する。本実施の形態においては、制御圧力の範囲に対応したガス室６１の圧力範囲が予め定められている。ガス室６１から空気が燃焼室５に向かって漏れた場合には、ガス室６１の圧力が予め定められた圧力範囲よりも低くなる。この場合には、ガス室６１に、空気を供給する制御を行う。本実施の形態の空気供給制御においては、気体ばね５０のガス室６１の圧力が、予め定められた圧力範囲内になるように制御を行う。
【００５７】
始めに、ステップ１１１においては、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内か否かを判別する。図７に、本実施の形態における内燃機関を運転したときのタイムチャートを示す。内燃機関の圧縮行程から膨張行程において燃焼室の圧力が上昇して制御圧力まで到達する。クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達している期間である。クランク角度θ２からクランク角度θ３までは、副室用ピストンが移動している。
【００５８】
本実施の形態における空気供給制御においては、ガス室の圧力を検出するために、ガス室の圧力が変化しないことが好ましい。また、ガス室に空気を供給する場合があるために、ガス室の容積は変化しないことが好ましい。また、本実施の形態における潤滑油供給制御においても、ガス室の圧力を検出するために、ガス室の圧力が変化しないことが好ましい。
【００５９】
このために、本実施の形態における空気供給制御および潤滑油供給制御は、容積可変装置が作動している期間、すなわち副室用ピストンが移動している期間内を避けて制御を行う。図７に示す運転例では、クランク角度θ２からクランク角度θ３までの期間が副室用ピストンの移動する期間である。本実施の形態においては、副室用ピストンの移動する期間を含むクランク角度θ１からクランク角度θ４までを制御禁止期間としている。本実施の形態においては、副室用ピストンの移動する期間に余裕を含めた期間を制御禁止期間としている。制御禁止期間は、この形態に限られず、容積可変装置が作動している期間を含む任意の期間を選定することができる。
【００６０】
本実施の形態においては、制御禁止期間を避けた期間内において空気供給制御および潤滑油供給制御を行うことにより、副室用ピストンが停止している状態で、それぞれの制御を行うことができる。このため、副室用ピストンの移動中にガス室の圧力が変化して、内燃機関の運転に悪影響を与えることを抑制できる。または、空気供給制御または潤滑油供給制御を精度良く行うことができる。
【００６１】
図６を参照して、空気供給制御のステップ１１１において、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内である場合には、この制御を終了する。
【００６２】
ステップ１１１において、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間でない場合には、ステップ１１２に移行する。ステップ１１２においては、ガス室の圧力ＰＧを検出する。図２を参照して、ガス室６１の圧力は、圧力センサ７４により検出することができる。
【００６３】
次に、ステップ１１３およびステップ１１５においては、ガス室６１の圧力ＰＧが予め定められた圧力範囲から外れているか否かが判別される。ステップ１１３においては、検出したガス室６１の圧力ＰＧが、予め定められた圧力範囲の低圧側の判定値よりも低いか否かを判別する。さらに、ステップ１１５においては、ガス室の圧力ＰＧが、予め定められた圧力範囲の高圧側の判定値よりも大きいか否かを判別する。
【００６４】
ステップ１１３において、ガス室６１の圧力ＰＧが低圧側の判定値よりも低い場合には、ステップ１１４に移行する。ステップ１１４においては、空気供給フラグを１にする。ステップ１１４が終了したら、ステップ１１５に移行する。また、ステップ１１３において、ガス室６１の圧力ＰＧが、低圧側の判定値以上であれば、ステップ１１５に移行する。
【００６５】
ステップ１１５において、ガス室６１の圧力ＰＧが高圧側の判定値よりも高い場合には、ステップ１１６に移行する。ステップ１１６においては、空気供給フラグを零にする。ステップ１１６が終了したら、ステップ１１７に移行する。また、ステップ１１５において、ガス室６１の圧力ＰＧが、高圧側の判定値以下であれば、ステップ１１７に移行する。なお、ステップ１１３，１１４とステップ１１５，１１６は、順序を入れ替えても構わない。
【００６６】
ステップ１１７においては、空気供給フラグが１か否かを判別する。ステップ１１７において空気供給フラグが１である場合には、ステップ１１８に移行する。ステップ１１８においては、圧力調整弁８５を開く制御を行う。図２を参照して、圧力調整弁８５を開くことにより、ガス室６１に空気を供給することができる。すなわち、気体ばねに空気を補充することができる。圧力調整弁８５が既に開いている場合には、開いている状態を継続する制御を行う。
【００６７】
ステップ１１７において、空気供給フラグが１でない場合、すなわち空気供給フラグが零である場合には、ステップ１１９に移行する。ステップ１１９においては、圧力調整弁を閉じる制御を行う。圧力調整弁８５が既に閉じている場合には、閉じている状態を継続する制御を行う。
【００６８】
図８に、本実施の形態における空気供給制御のタイムチャートを示す。図８の運転例においては、クランク角度θ３からクランク角度θ４が制御禁止期間である。内燃機関の運転とともにガス室の圧力が徐々に減少している。
【００６９】
クランク角度θ１において、ガス室の圧力が低圧側の判定値未満になっている。クランク角度θ１において、圧力調整弁８５を開く制御が行われている。圧力調整弁８５を開くことにより、ガス室の圧力が上昇する。クランク角度θ２において、ガス室の圧力が、高圧側の判定値を超えている。クランク角度θ２において、圧力調整弁が閉じる制御が行われている。
【００７０】
このように、本実施の形態の空気供給制御においては、ガス室の圧力が所望の圧力範囲内に維持されるように制御を行なうことができる。
【００７１】
図９に、本実施の形態における潤滑油供給制御のフローチャートを示す。図９に示す制御は、例えば、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。本実施の形態の潤滑油供給制御においては、図２を参照して、副室用ピストン５５が着底し、停止している期間におけるガス室６１の圧力変化を検出する。本実施の形態においては、繰り返して制御を行っている期間中に、前回のガス室６１の圧力と今回のガス室６１の圧力との差を検出する。ガス室６１の圧力変化に基づいて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定する。推定した潤滑油の量が、予め定められた判定値未満である場合には、潤滑油供給装置によりガス室の内部に向かって潤滑油を供給する。
【００７２】
始めに、ステップ１３１においては、内燃機関のクランク角度が制御禁止期間内か否かを判別する。本実施の形態における潤滑油供給制御は、制御禁止期間を避けた期間にて行う。ステップ１３１において、クランク角度が制御禁止期間内であれば、この制御を終了する。ステップ１３１において、クランク角度が制御禁止期間内でなければ、ステップ１３２に移行する。なお、本実施の形態においては、空気供給制御の制御禁止期間と、潤滑油供給制御の制御禁止期間とが同一であるが、この形態に限られず、それぞれの制御禁止期間が互いに異なっていても構わない。
【００７３】
次に、ステップ１３２においては、空気供給制御における空気供給フラグが１であるか否かを判別する。図６を参照して、空気供給制御において、空気供給フラグが１である場合には、ガス室の圧力が低圧側の判定値よりも低い状態であり、ガス室に空気が供給される。または、空気供給フラグが１である場合には、ガス室の圧力が予め定められた圧力範囲内であり、ガス室に空気が供給されている。このために、空気供給フラグが１である場合には、潤滑油供給制御を終了している。本実施の形態の潤滑油供給制御においては、ガス室に空気が供給される期間を避けて潤滑油を供給するか否かの判別を行う。ステップ１３２において、空気供給フラグが１でない場合、すなわち空気供給フラグが零である場合には、ステップ１３３に移行する。
【００７４】
ステップ１３３においては、今回のガス室の圧力ＰＧを検出する。
【００７５】
次に、ステップ１３４においては、予め定められた時間における圧力差を算出する。本実施の形態においては、ガス室の圧力ＰＧ０からガス室の圧力ＰＧを減算した圧力差ＰＧＤＥＬＴを算出する。ガス室の圧力ＰＧ０は、予め定められた前の時間におけるガス室の圧力である。本実施の形態のガス室の圧力ＰＧ０は、前回の制御において検出されたガス室の圧力が採用されている。すなわち、本実施の形態における圧力差ＰＧＤＥＬＴは、前回のガス室の圧力から今回のガス室の圧力を減算した値である。
【００７６】
次に、ステップ１３５においては、算出された圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値よりも大きいか否かが判別される。ステップ１３５において、圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値以下の場合には、ステップ１３７に移行する。一方で、圧力差ＰＧＤＥＬＴが、予め定められた圧力差判定値よりも大きい場合には、潤滑油の量が少ないと推定することができる。または、潤滑油が不足していると推定することができる。この場合には、ステップ１３６に移行する 。
【００７７】
ステップ１３６においは、潤滑油供給装置により潤滑油を気体ばねに供給する制御を行う。本実施の形態においては、潤滑油噴射弁を開く制御を行う。例えば、予め定められた時間の間、潤滑油噴射弁を開く制御を行なうことができる。図２を参照して、潤滑油噴射弁９２を開くことにより、ガス室６１の内部に潤滑油を供給することができる。筒状部材５１の内面等に潤滑油を供給することができて、筒状部材５１と副室用ピストン５５との摺動部分に潤滑油を供給できる。
【００７８】
次に、ステップ１３７においては、ガス室の圧力ＰＧ０に、今回のガス室の圧力ＰＧを入力する。このように、図９に示す潤滑油供給制御を繰り返すことができる。
【００７９】
前述のとおり、筒状部材と副室用ピストンとの間に保持されている潤滑油の量が少なくなると、ガス室６１から漏れる空気の量が多くなる。そこで、本実施の形態においては、予め定められた時間におけるガス室の圧力差を検出し、ガス室の圧力差が予め定められた圧力差判定値よりも大きい場合には、筒状部材と副室用ピストンとの間に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満であると判別している。
【００８０】
本実施の形態においては、ガス室の圧力変化として、前回のガス室の圧力と今回のガス室の圧力との差分を検出しているが、この形態に限られず、ガス室の圧力変化の検出方法としては、ガス室の圧力低下の速度を検出する任意の制御を採用することができる。たとえば、前回のガス室の圧力としては、予め定められた複数回前に検出したガス室の圧力を採用しても構わない。または、単位時間あたりのガス室の圧力低下量を算出しても構わない。
【００８１】
図１０に、本実施の形態における潤滑油供給制御のタイムチャートを示す。図１０に示す運転例においては、クランク角度θ３からクランク角度θ４までの期間が、制御禁止期間である。制御禁止期間以外の期間中には、副室用ピストン５５が停止している。潤滑油の量が少なくなると、ガス室の圧力の低下速度が徐々に速くなる。図１０に示す制御においては、クランク角度θ１において、ガス室の圧力差ＰＧＤＥＬＴが圧力差判定値を超えている。そこで、クランク角度θ１からクランク角度θ２まで、潤滑油噴射弁を開く制御が行われている。潤滑油噴射弁を予め定められた時間の間、開いている。潤滑油噴射弁からガス室の内部に潤滑油を供給することにより、ガス室の気体の漏れ速度を小さくすることができる。クランク角度θ２以降では、クランク角度θ１以前よりも、ガス室の圧力の低下速度が遅くなっている。すなわち、クランク角度θ２以降では、筒状部材と副室用ピストンとの摺動部分に潤滑油が十分に保持されており、ガス室からの空気の漏れが抑制されている。
【００８２】
このように、本実施の形態においては、筒状部材の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部材と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定している。この制御を行なうことにより、容積可変装置において潤滑油が不足することを検出することができる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、筒状部材と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が、予め定められた判定値未満である場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御を行なっている。すなわち、容積可変装置において、潤滑油が不足していると判別される場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御を行なっている。この制御により、潤滑油の量を、ほぼ適量に維持することができる。潤滑油が不足して、副室用ピストンが焼きついたり、ガス室からの気体が漏れたりすることを抑制できる。
【００８４】
容積可変装置における潤滑油の量が不足していると判別される場合には、ガス室の内部に潤滑油を供給する制御に限られずに、任意の制御を行うことができる。例えば、容積可変装置における潤滑油の量が不足していると判別される場合には、容積可変装置のガス室の圧力を非常に高くして、副室用ピストンが移動しないように制御しても構わない。または、燃焼室における点火時期を遅角して、燃焼室の最高圧力を低下させる制御を行なっても構わない。
【００８５】
上記の実施の形態においては、ガス室の圧力変化のうち、ガス室の圧力低下が速くなる場合を例示したが、この形態に限られず、ガス室の圧力低下が遅くなる場合にも本発明を適用することができる。たとえば、潤滑油が不足しているためにガス室の内部に徐々に潤滑油を供給している期間に、ガス室の圧力が低下する速度に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定することができる。推定された潤滑油の量が予め定められた判定値を超えたときに、ガス室の内部への潤滑油の供給を停止することができる。この制御により、ガス室に供給される潤滑油の量が多くなりすぎることを抑制できる。たとえば、ガス室の内部に多くの潤滑油を保持すると、潤滑油の消費量が多くなり、潤滑油が無駄に消費されてしまう。ガス室に供給される潤滑油の量が多くなりすぎることを抑制することにより、潤滑油の消費を抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態の潤滑油供給制御は、内燃機関の運転期間中に行っているが、この形態に限られず、内燃機関の停止期間中にも行うことができる。また、本実施の形態における潤滑油供給制御は、空気供給制御と共に行われているが、この形態に限られず、潤滑油供給制御を単独で行っても構わない。また、上記のそれぞれの制御においては、適宜順序を変更することができる。
【００８７】
上述のそれぞれの図において、同一または相当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。
【符号の説明】
【００８８】
１ 機関本体
５ 燃焼室
３１ 電子制御ユニット
５０ 気体ばね
５１ 筒状部材
５５ 副室用ピストン
５５ａ ピストン本体
５５ｂ ピストンリング
６０ 副室
６１ ガス室
７２ 圧縮機
８４ 空気排出弁
８５ 圧力調整弁
９１ 潤滑油ポンプ
９２ 潤滑油噴射弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、
筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備え、
移動部材は、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側に密閉可能なガス室を形成しており、
容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として移動部材が移動し、副室の容積が大きくなるように形成されており、
筒状部の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を供給するように形成されており、
筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満の場合に、ガス室の内部に潤滑油を供給することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１】
燃焼室に連通する筒状部、および筒状部の内部に移動可能に配置されている移動部材を含む容積可変装置と、
筒状部と移動部材との摺動部分に潤滑油を供給する潤滑油供給装置とを備え、
移動部材は、筒状部の内部の空間を区画して、燃焼室に向かう側に副室を形成し、燃焼室に向かう側と反対側に密閉可能なガス室を形成しており、
容積可変装置は、燃焼室の圧力が制御圧力に到達したときに、燃焼室の圧力変化を駆動源として移動部材が移動し、副室の容積が大きくなるように形成されており、
筒状部の内部で移動部材が停止している期間にガス室の圧力変化を検出し、ガス室の圧力変化に基づいて、筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量を推定することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
潤滑油供給装置は、ガス室の内部に潤滑油を供給するように形成されており、
筒状部と移動部材との摺動部分に保持されている潤滑油の量が予め定められた判定値未満の場合に、ガス室の内部に潤滑油を供給することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−５２４８４（Ｐ２０１２−５２４８４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６８２５（Ｐ２０１０−１９６８２５）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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