CN104520557B - 可变压缩比内燃机的控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种可变压缩比内燃机的控制装置及控制方法，其具备可根据控制轴(24)的旋转位置变更内燃机压缩比的可变压缩比机构(20)、将促动器的旋转动力减速并向控制轴(24)传递的减速器(44)、收纳该减速器(44)的减速器收纳箱(43)。将与促动器侧连接的减速器(44)的输入轴以其轴中心线沿着水平方向的方式配置，并且以至少一部分浸入贮存在减速器收纳箱(43)内的润滑油中的方式进行设定。在将内燃机压缩比设为一定的压缩比保持的运转状态时，以消除减速器(44)的输入轴的润滑不足的方式使该输入轴以规定的摆动角度摆动。

Description

可变压缩比内燃机的控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及具备可变压缩比机构的可变压缩比内燃机的控制。

背景技术

在可根据控制轴的旋转位置来变更内燃机压缩比的可变压缩比机构中，对驱动控制轴的促动器重复作用燃烧负荷或惯性负荷等较大的负荷。因此，专利文献1中记载有如下技术，即，在促动器与控制轴之间安装减速器，减轻促动器对控制轴的保持转矩，降低将内燃机压缩比保持一定的压缩比保持时的促动器的消耗能量。

专利文献1：日本专利第4533856号公报

在市区行驶等的一般行驶模式中，与使内燃机压缩比变化的情况相比，将内燃机压缩比保持一定的压缩比保持下的运转状态有增多的趋势。这样，在压缩比保持下的运转状态变多时，减速器的输入轴不旋转而停止的状态延长，其结果，不能进行充分的润滑，可能会导致局部的磨损。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而设立的，其目的在于，即使在压缩比保持状态下减速器的输入轴不旋转而停止的状态变长的情况下，也能够降低并消除由其引起的润滑不足。

本发明的可变压缩比内燃机具备可根据控制轴的旋转位置来变更内燃机的内燃机压缩比的可变压缩比机构、驱动所述控制轴的促动器、安装在所述促动器与控制轴之间且将所述促动器的旋转动力减速并向控制轴传递的减速器、收纳所述减速器的减速器收纳箱。

与所述促动器侧连接的减速器的输入轴以其轴中心线沿着水平方向的方式配置，并且以至少一部分浸入贮存于减速器收纳箱内的润滑油中的方式设定。而且，在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，使所述减速器的输入轴以规定的摆动角度摆动。

所述摆动角度优选以减速器的输入轴遍及整周浸入箱内的润滑油中的角度以上设定，且控制轴的摆动角度以内燃机压缩比实质上不变更的程度设定。

根据本发明，在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，通过使减速器的输入轴以规定的摆动角度摆动，减速器的输入轴以其一部分浸入润滑油中的状态摆动，伴随该输入轴的摆动动作，成为向未浸入箱内的润滑油中的输入轴的外周面也供给润滑油的形式，能够提高减速器的输入轴的润滑性能。由于无需使减速器的输入轴全部浸入润滑油中，故而能够抑制贮存在箱内的润滑油的油量，例如能够实现向箱内供给润滑油的油泵容量的降低化。

另外，如果将减速器的减速比设定得足够大，则即使使减速器的输入轴以规定的摆动角度摆动，与控制轴侧连接的减速器的输出轴的旋转角度也足够小，内燃机压缩比不会不经意地变动。

附图说明

图1是简略地表示本发明一实施例的可变压缩比内燃机的控制装置的构成图；

图2是表示上述实施例的减速器的轴承部分附近的剖面图；

图3(a)是表示上述实施例的减速器的分解立体图，图3(b)是表示上述实施例的减速器的剖面对应图；

图4是表示上述实施例的减速器的输入轴的一部分浸入箱内的润滑油中的状态的说明图；

图5是表示上述实施例的控制的流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细本发明的优选实施例。参照图1，在内燃机的缸体11的上方固定气缸盖12，在缸体11的下方固定构成油盘的上部的上油盘13，在上油盘13的下方固定构成油盘的下部的下油盘(图示省略)。在缸体11上，在各气缸11A内可滑动地嵌合有活塞14，该活塞14和曲轴15的曲轴销16通过利用了多连杆式活塞－曲轴机构的可变压缩比机构20而连结。此外，在图1中，为了明确化，仅示意性描绘构成可变压缩比机构20的各连杆部件的连杆中心线。

可变压缩比机构20具有：可旋转地安装于曲轴15的曲轴销16的下连杆21；连结该下连杆21和活塞14的上连杆22；可旋转地支承于缸体11或上油盘13等内燃机主体侧的控制轴24；偏心设于该控制轴24的控制偏心轴部25；连结该控制偏心轴部25和下连杆21的控制连杆23。活塞14和上连杆22的上端经由活塞销26可相对旋转地连结，上连杆22的下端和下连杆21经由第一连结销27可相对旋转地连结，控制连杆23的上端和下连杆21经由第二连结销28可相对旋转地连结，控制连杆23的下端可旋转地安装于上述的控制偏心轴部25。

在控制轴24上，经由后述的减速器44连结有作为促动器的可变压缩比电动机30(参照图2)，通过利用该可变压缩比电动机30变更控制轴24的旋转位置，伴随下连杆21的姿势的变化，包含活塞上止点位置或活塞下止点位置的活塞行程特性变化，内燃机压缩比变化。此外，作为促动器，不限于电动式的电动机30，也可以是油压驱动式的促动器。

另外，在该内燃机的气缸盖12上设有对进气口31进行开闭的进气阀32、对排气口33进行开闭的排气阀34、朝向进气口31喷射燃料的燃料喷射阀35、将燃烧室36内的混合气火花点火的点火火花塞37。另外，在进气通路38设有调节吸入空气量的节流阀39。

控制部40是具有存储并执行各种内燃机控制的功能的数字计算机系统，基于来自油温传感器41等各种传感器类的信号控制燃料喷射阀35、点火火花塞37、节流阀39等，且通过控制燃料喷射时期、燃料喷射量、点火正时及吸入空气量(节气门开度)等，同时驱动控制可变压缩比电动机30，根据内燃机运转状态控制内燃机压缩比。

可变压缩比机构20的控制轴24被可旋转地收纳于由缸体11或上油盘13等构成的内燃机主体的内部。另一方面，减速器44及可变压缩比电动机30经由收纳减速器44的减速器收纳箱43安装在构成内燃机主体的一部分的上油盘13的外壁、详细而言为进气侧的侧壁13A。此外，在该实施例中，将减速器收纳箱43固定于上油盘13，但也可以固定于缸体11等其它内燃机主体的侧壁。

控制轴24和配置于减速器收纳箱43内的减速器44的输出轴44B通过杆45连结。具体而言，杆45的一端和从控制轴24的轴向中央部向径向外方延伸的第一臂46的前端可相对旋转地连结，杆45的另一端和从输出轴44B的前端向径向外方延伸的第二臂47可相对旋转地连结。在固定减速器收纳箱43的上油盘13的进气侧的侧壁13A贯通形成有上述的杆45插通的杆用缝隙48。

参照图2及图3对减速器44的构造进行说明。该减速器44利用波动齿轮装置，其构造如特开2009－41519号公报中所记载地，是公知的，因此，简单地进行说明，具备圆环状的内齿轮51、同心状地配置于该内齿轮51的内侧的杯状的挠性外齿轮52、外轮部件54为椭圆形轮廓的波动发生器53。挠性外齿轮52具备圆筒状的主体部55、封闭其一端的隔膜56、一体形成于隔膜56的中心部分的凸台57、形成于主体部55的开口部58侧的外周面且与上述的内齿轮51的内齿啮合的外齿59。

挠性外齿轮52的主体部55在插入波动发生器53之前的状态下为圆筒形状，如果插入波动发生器53，则开口部58侧的部分挠曲成椭圆形。如图3(b)所示，在椭圆形的长轴方向上向外侧挠曲，在短轴方向上向内侧挠曲。而且，仅在夹着波动发生器53的中心相互相对的长轴方向的两处，挠性外齿轮52和内齿轮51啮合。此外，波动发生器53的外周被环状的外轮部件54覆盖，外轮部件54和挠性外齿轮52在旋转方向上不滑动，而是沿着波动发生器53的椭圆轮廓使挠性外齿轮52在半径方向上弹性变形。

波动发生器53的轴中心部分经由轮毂60及螺栓61以与电动机30的输出轴30A一体旋转的方式固定，该波动发生器53构成减速器44的输入轴。另一方面，减速器的输出轴44B如上所述地经由杆45与控制轴24连结，同时以与挠性外齿轮52一体地旋转方式固定于挠性外齿轮52的凸台57，且可旋转地支承于减速器收纳箱43的轴承部62。

而且，挠性外齿轮52的齿数和内齿轮51的齿数(例如仅两个)不同。因此，伴随作为减速器输入轴的波动发生器53的旋转，挠性外齿轮52旋转与不同的齿数相对应的量，能够得到例如数100程度的较大的减速比。此外，减速器44在由电动机30旋转驱动控制轴24的情况下，作为减速机构而动作，相反，在利用来自控制轴24的转矩使电动机30旋转的情况下，作为增速机构而动作。

此外，作为减速器44，不限于利用本实施例的波动齿轮装置，也可以使用其它形式的旋转减速器。

如图4中示意性所示，在减速器收纳箱43的内部，为了对减速器44的齿轮啮合的部分或轴承部分进行润滑，经由上述的缝隙48或未图示的油路从内燃机主体内部供给润滑油63，在内燃机运转中，以在减速器收纳箱43的内部贮存规定量的润滑油63的方式进行设定。

在内燃机运转中贮存于减速器收纳箱43内的润滑油63的油面高度ΔH可根据规格适当设定，油面高度ΔH越高，润滑性能越高，但进行油泵要求的大型化，并且油搅拌阻力增加，可能导致燃耗率降低。因此，在本实施例中，在内燃机运转中贮存于减速器收纳箱43内的润滑油63的油面高度ΔH被设定为作为减速器输入轴的波动发生器53的一部分、即比下半部分少的区域浸入的程度。

减速器44的输入轴(波动发生器53)及输出轴44B以其轴中心线沿着水平方向的方式配置，且以至少一部分浸入贮存于减速器收纳箱43内的润滑油的方式设置。因此，在变更内燃机压缩比时，通过减速器44的输入轴(波动发生器53)及输出轴44B的旋转，成为遍及其整周而浸入贮存于减速器收纳箱43内的润滑油63的形式，如上所述，即使为低的油面高度ΔH，也能够确保所希望的润滑性。

但是，在将内燃机压缩比设为一定的压缩比保持的运转状态下，如果润滑油未进入比油面高度ΔH更高的部分，而该压缩比保持的运转状态延长，则可能会导致润滑不良。因此，在本实施例中，在将内燃机压缩比设为一定的压缩比保持的运转状态时，为了提高润滑性能，使减速器44的输入轴(波动发生器53)以规定的摆动角度α摆动。

图5是表示这样的本实施例的控制流程的流程图。在步骤S11中，判定是否为内燃机压缩比为一定的规定的压缩比保持的运转状态。例如，该实施例中，判定目标压缩比是否在规定时间、规定范围内(大致一定)。目标压缩比根据内燃机负荷及内燃机旋转数设定，为了在低旋转低负荷侧提高燃耗率而设定在高压缩比侧，在高旋转高负荷侧为了避免爆燃而设定在低压缩比侧。

在步骤S11中如果判定为不是压缩比保持的运转状态，则结束本程序，如果判定为压缩比保持的运转状态，则进入步骤S12之后。在步骤S12中，基于内燃机运转状态决定减速器44的输入轴的摆动角度及摆动速度。后文中对具体的摆动角度或摆动速度的设定进行说明。

在步骤S13中，按照减速器44的输入轴以步骤S12中设定的摆动角度及摆动速度摆动的方式驱动控制电动机30。

在步骤S14中，为了抑制伴随减速器44的输入轴的摆动动作的内燃机的转矩变动，实施点火正时、燃料喷射量及吸入空气量的至少一个的修正控制。此外，在伴随减速器44的输入轴的摆动动作的内燃机的转矩变动不成为问题的情况下，也可以不进行上述的修正控制。

下面列举这样的图示实施例的特征的构成及作用效果。

[1]作为减速器44的输入轴的波动发生器53以其轴中心线沿着水平方向的方式与水平方向大致平行地配置，并且，以在内燃机运转中至少一部分浸入贮存于减速器收纳箱43内的润滑油中的方式设定。而且，在将内燃机压缩比设为一定的规定的压缩比保持的运转状态时，使减速器44的输入轴以规定的摆动角度摆动。

因此，在压缩比保持时，伴随减速器44的输入轴的摆动动作，减速器44的输入轴中比油面高度ΔH高的部分、即本来未浸入润滑油63中的部分也依次浸入润滑油63的内部，虽然是较少的油量，但能够提高减速器输入轴的润滑性能。另外，由于无需将减速器44的输入轴全部浸入润滑油中，故而能够抑制贮存于箱43内的润滑油的油量(油面高度ΔH)，能够实现例如向箱内供给润滑油的油泵容量的降低化，并且能够抑制润滑油的搅拌阻力并抑制消耗能量。而且，由于减速器44的减速比设定得足够大，故而即使使减速器44的输入轴以规定的摆动角度摆动，与控制轴侧连接的减速器44的输出轴44B的旋转角度也极小，能够抑制并避免内燃机压缩比的不经意的变动。

[2]上述的摆动角度被设定为减速器44的输入轴的整周浸入贮存于减速器收纳箱43内的润滑油中的角度以上。因此，在进行摆动动作时，减速器44的输入轴遍及整周而浸入润滑油中，能够消除未供给润滑油的部分，通过遍及整周均等地供给润滑油，能够提高润滑性能。

[3]另外，如下述的[4]～[9]所记载地，通过根据内燃机运转状态来控制摆动角度，能够以与内燃机运转状态相对应的方式抑制过度的摆动动作，并且能够适当提高相对于减速器输入轴的润滑性能。

[4]例如，通过油量传感器41A(油量取得装置)检测减速器收纳箱43内的润滑油的油量，或者基于内燃机运转状态推定油量，并根据该油量调整摆动角度。具体而言，在油量减少时，油面高度ΔH也变低，故而通过增大摆动角度能够确保润滑性能，相反，通过在油量增大时减少摆动角度，能够抑制过剩的摆动动作，减轻消耗能量。

[5]另外，检测或推定减速器44的负荷(减速器负荷取得装置)，根据该减速器44的负荷来调整摆动角度。具体而言，减速器44的负荷越高，润滑状态越严酷，因此，通过增大摆动角度，更积极地供给润滑油，能够确保所希望的润滑性能。

[6]在电动机30的温度超过规定温度的情况下，电动机效率降低、或电动机30消磁的可能性高，故而以抑制电动机30的消耗电力的方式减少摆动角度。

[7]在通过油温传感器41检测的润滑油的油温超过规定温度的情况下，粘度降低，油膜保持性降低，因此，为了确保润滑性能而增大摆动角度。

[8]在内燃机压缩比低的情况下，与内燃机压缩比高的情况相比，给压缩比相对于控制轴24的旋转角度的变化造成的影响小。另外，在使用低压缩比的设定的高负荷侧的运转区域，对润滑的要求严格。因此，内燃机压缩比越低，越增大摆动角度，由此，通过增大润滑油的供给量，能够提高润滑性能。

[9]伴随油压的降低，油泵的喷出量降低，油面高度ΔH降低，因此，可能会润滑不足。因此，在油压为规定压以下的情况下，为了确保润滑性能而增大摆动角度。由此，能够消除伴随油压降低的润滑不足，能够确保所希望的润滑性能。

[10]在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，如果减速器的摆动运转连续地持续，则可能促进轴承部分等的磨损，使耐久性或寿命降低。因此，优选在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，以规定周期重复进行减速器的摆动和停止，即以规定周期定期实施摆动动作。

[11]此时，优选以内燃机负荷越高越抑制偏磨损发生的方式缩短摆动周期。

[12]在将内燃机压缩比设为一定的压缩比保持下的运转时使减速器输入轴进行摆动动作的情况下，使减速器44以规定速度以下摆动。由此，能够抑制减速器输入轴向轴承部分的负荷输入次数，能够提高耐久性。

[13]优选减速器的负荷越高，上述控制部40(摆动速度控制装置)越增大上述摆动速度。由此，能够抑制并防止对特定部位作用负荷的情况下的偏磨损的发生。

[14]在减速器的变速比小的情况等，在减速器输入轴的摆动动作时，内燃机压缩比不经意地变动，可能导致发动机转矩的变动的情况下，优选基于伴随摆动动作的内燃机压缩比的变更以抑制发动机转矩的变动的方式修正点火正时、燃料喷射量及吸入空气量的至少之一。由此，能够更可靠地抑制发动机转矩的变动，能够提高运转性。

[15]另外，在搭载无级变速器的车辆的情况下，基于伴随摆动动作的内燃机压缩比的变更，以抑制车辆输出转矩的变动的方式修正无级变速器的变速比。由此，能够抑制车辆输出转矩的变动，能够提高运转性。

[16]进而，也可以仅在可无视转矩变动的怠速运转时进行减速器输入轴的摆动动作。

Claims (13)

1.一种可变压缩比内燃机的控制装置，其具备：

可变压缩比机构，其能够根据控制轴的旋转位置来变更内燃机的内燃机压缩比；

促动器，其驱动所述控制轴；

减速器，其安装在所述促动器与所述控制轴之间，将所述促动器的旋转动力减速并向所述控制轴传递；

减速器收纳箱，其收纳所述减速器，

与所述促动器侧连接的减速器的输入轴以其轴中心线沿着水平方向的方式配置，并且以至少一部分浸入贮存于减速器收纳箱内的润滑油中的方式设定，

且具有输入轴摆动装置，在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，使所述减速器的输入轴以规定的摆动角度摆动。

2.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述摆动角度设定为所述减速器的输入轴的整周浸入贮存于所述减速器收纳箱内的润滑油中的角度以上。

3.如权利要求1或2所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

具有根据内燃机运转状态来控制所述输入轴摆动装置实现的所述摆动角度的摆动角度控制装置。

4.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

具有检测或推定所述减速器收纳箱内的润滑油的油量的油量取得装置，

所述摆动角度控制装置在所述油量减少时增大所述摆动角度。

5.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

具有检测或推定所述减速器的负荷的减速器负荷取得装置，

所述减速器的负荷越高，所述摆动角度控制装置越增大所述摆动角度。

6.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述促动器为电动机，

所述摆动角度控制装置在所述电动机的温度超过规定温度的情况下减小所述摆动角度。

7.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

具备检测润滑油的油温的油温检测装置，

所述摆动角度控制装置在所述油温超过规定温度的情况下增大所述摆动角度。

8.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述内燃机压缩比越低，所述摆动角度控制装置越增大所述摆动角度。

9.如权利要求3所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述摆动角度控制装置在油压为规定压以下的情况下增大所述摆动角度。

10.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述输入轴摆动装置在将所述内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，以规定周期重复进行所述减速器的摆动和停止。

11.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

所述输入轴摆动装置在将所述内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，使所述减速器以规定速度以下摆动。

12.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

在所述输入轴摆动装置进行的摆动动作时，基于所述可变压缩比机构进行的内燃机压缩比的设定，修正点火正时、燃料喷射量及吸入空气量的至少之一，由此抑制发动机转矩的变动。

13.一种可变压缩比内燃机的控制方法，该可变压缩比内燃机具备：

可变压缩比机构，其能够根据控制轴的旋转位置变更内燃机的内燃机压缩比；

促动器，其驱动所述控制轴；

减速器，其安装在所述促动器和所述控制轴之间，将所述促动器的旋转动力减速并向所述控制轴传递；

减速器收纳箱，其收纳所述减速器，其中，

与所述促动器侧连接的减速器的输入轴以其轴中心线沿着水平方向的方式配置，并且以至少一部分浸入贮存于减速器收纳箱内的润滑油中的方式设定，

且，在将内燃机压缩比设为一定的规定的运转状态时，使所述减速器的输入轴以规定的摆动角度摆动。