CN107709732B - 可变压缩比内燃机及其学习方法 - Google Patents

Abstract

一种可变压缩比内燃机及其学习方法，具有：可变压缩比机构(10)，其能够根据控制轴(14)的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更；以及壳体(22)，其对驱动电机(20)进行收容，该驱动电机(20)对控制轴(14)的旋转位置进行变更·保持。在通过使和控制轴(14)联动地进行动作的第1可动部(51)与第1止动件(52)触接而机械地限制控制轴(14)在第1旋转方向(R1)上的最大旋转位置的状态下，学习控制轴(14)的基准位置。将该第1止动件(52)设置于内燃机主体的外侧。然后，在利用第2止动件机械地限制控制轴在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习控制轴的最大变换角度范围。

Description

可变压缩比内燃机及其学习方法

技术领域

本发明涉及具有可变压缩比机构的内燃机，特别是涉及控制轴的基准位置的学习。

背景技术

专利文献1中公开了在具有能够根据控制轴的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更的可变压缩比机构的可变压缩比内燃机中学习控制轴的基准位置的技术。具体而言，在使得和控制轴一起进行动作的可动部与在将曲轴支撑为能够旋转的曲轴轴承部设置的止动件触接的状态下，基于压缩比传感器的输出信号而学习基准位置。

另外，专利文献2中公开了如下内容，即，在具有能够根据第1控制轴的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更的可变压缩比机构的可变压缩比内燃机中，使第2控制轴的一部分与设置于壳体的止动件触接，对控制轴角度的基准位置进行检测。

专利文献1：日本特开2006-226133号公报

专利文献2：日本特开2011-169152号公报

发明内容

然而，在专利文献1中，在曲轴轴承部的周围存在和曲轴一起旋转的曲柄销、配重件等旋转部件，因此对于布局的制约较为严格，难以充分确保设置于曲轴轴承部的止动件的强度·刚性。因此，存在如下问题，即，在和控制轴联动地进行动作的可动部与止动件触接时，产生通过减小速度等而对扭矩进行限制的需要，基准位置的学习所需的时间增多。

另外，在专利文献2中，供止动件设置的壳体处于气缸体外侧，较多的连杆部件介于止动件与活塞之间，因此基准位置的精度存在问题。

并且，对于控制轴的基准位置的学习，不仅需要在控制轴的朝向一个方向的旋转方向上的最大旋转位置处实施，还需要在相反的旋转方向上的最大旋转位置处实施。

本发明就是鉴于上述情形而提出的，其目的在于不降低基准位置的学习精度而缩短学习所需的时间。

具有：可变压缩比机构，其能够根据控制轴的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更；驱动电机，其对上述控制轴的旋转位置进行变更·保持；第1止动件，其设置于内燃机主体的外侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第1可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置；以及第2止动件，其设置于上述内燃机主体的内侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第2可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在作为与上述第1旋转方向相反的方向的第2旋转方向上的最大旋转位置，在利用上述第1止动件机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习上述控制轴的基准位置，然后，在利用上述第2止动件机械地限制上述控制轴在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习上述控制轴的最大变换角度范围。

通过在内燃机主体的外侧设置第1止动件，与将该第1止动件设置于内燃机主体的内侧的情况相比，对布局的制约较少，因此容易确保强度·刚性。因此，能够牢固地设置第1止动件，无需为了限制控制轴的第1可动部与该第1止动件时的扭矩而减小速度等。其结果，不会使基准位置的学习精度降低，能够缩短学习所需的时间。另外，通过形成为如下结构，即，在利用处于作为与第1旋转方向相反的方向的第2旋转方向侧的第2止动件而机械地限制控制轴在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习控制轴的最大变换角度范围，能够更可靠地排除控制轴传感器的偏差而提高内燃机压缩比的检测精度。而且，通过在内燃机主体的内侧设置第2止动件，与将该第2止动件设置于内燃机主体的外侧的情况相比，可以减少介于第2止动件与活塞之间的连杆部件，能够提高基准位置的学习精度。

发明的效果

根据本发明，不会使基准位置的学习精度降低，能够缩短学习所需的时间。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例所涉及的可变压缩比机构的结构图。

图2是表示具有上述可变压缩比机构的可变压缩比内燃机的一部分的斜视图。

图3是示意性地表示第1可动部、以及设置于壳体的第1止动件的说明图。

图4是示意性地表示第2可动部、以及设置于曲轴轴承部的第2止动件的说明图。

图5是表示本实施例所涉及的学习控制的流程的流程图。

图6是表示本实施例所涉及的学习控制时的动作的时序图。

图7是表示内燃机压缩比和连结机构的减速比的关系的说明图。

图8是用于对本实施例和对比例的学习时间的差异进行说明的时序图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。首先，参照图1及图2，对使用了本发明的一个实施例所涉及的多连杆式活塞-曲柄机构的可变压缩比机构进行说明。此外，该机构是如上述的日本特开2006-226133号公报等中也记载的那样的公知的机构，因此仅进行简单的说明。

在构成内燃机的内燃机主体的一部分的气缸体1，以能够在气缸2内滑动的方式嵌合有各气缸的活塞3，并且可旋转地支撑有曲轴4。可变压缩比机构10具有：下连杆11，其可旋转地安装于曲轴4的曲柄销5；上连杆12，其将上述下连杆11和活塞3连结；控制轴14，其可旋转地支撑于气缸体1等内燃机主体侧；控制偏心轴部15，其偏心地设置于上述控制轴14；以及控制连杆13，其将上述控制偏心轴部15和下连杆11连结。活塞3和上连杆12的上端经由活塞销16而可相对旋转地连结，上连杆12的下端和下连杆11经由第1连结销17而可相对旋转地连结，控制连杆13的上端和下连杆11经由第2连结销18而可相对旋转地连结，控制连杆13的下端可旋转地安装于上述控制偏心轴部15。

驱动电机20(参照图2等)经由连结机构21而与控制轴14连结，利用该驱动电机20对控制轴14的旋转位置进行变更·保持，从而包含活塞上止点位置、活塞下止点位置在内的活塞行程特性随着下连杆11的姿态的变化而变化，内燃机压缩比发生变化。因此，利用控制部40对驱动电机20进行驱动控制，由此能够根据内燃机运转状态而控制内燃机压缩比。

除了对与内燃机压缩比相对应的控制轴14的旋转位置进行检测的控制轴传感器41以外，控制部40还与对内燃机的油温进行检测的油温传感器42、对进气温度进行检测的进气温度传感器43等各种传感器连接，基于上述传感器的输出信号而执行燃料喷射控制、点火时机控制等各种内燃机控制。例如，基于控制轴传感器41的输出信号对驱动电机20进行反馈控制以将内燃机压缩比维持在目标压缩比的附近。

在固定于气缸体1的下方、且构成内燃机主体的一部分的上油盘6A的进气侧的侧壁7的外侧，对连结机构21的一部分进行收容的壳体22、以及安装于该壳体22的驱动电机20配置为沿着内燃机前后方向。即，驱动电机20经由壳体22而安装于作为内燃机主体的气缸体1。

如图1、图2所示，配置于内燃机主体内部的控制轴14、和配置于壳体22内的连结机构21的辅助轴30由杆31连结。此外，在该实施例中，将辅助轴30与减速器(省略图示)的输出轴构成为一体，但也可以设为使辅助轴30与减速器的输出轴分体的结构，还可以形成为使得二者一体地旋转的构造。

杆31的一端、和比控制轴14的轴向中央部更向径向外侧延伸的臂32的前端经由第3连结销33而可相对旋转地连结，杆31的另一端和辅助轴30经由第4连结销35而可相对旋转地连结。此外，在图2中，省略了第4连结销35，描绘出供该第4连结销35嵌合的辅助轴30的销连结孔35A。在上油盘6A的进气侧的侧壁7贯通形成有供上述的杆31插入的狭缝状的连通孔。

在连结机构21设置有对驱动电机20的输出进行减速并向控制轴14侧传递的减速器。作为减速器，使用能实现较大的减速比的波动齿轮装置、摆线减速器等。并且，构成为，使得基于包含杆31、臂32等在内的连杆构造的减速比根据控制轴14的旋转位置而变化。即，如果控制轴14旋转，则内燃机压缩比发生变化，并且臂32以及杆31的姿态发生变化，因此从驱动电机20向控制轴14的旋转动力传递路径的减速比也发生变化。具体而言，如图7所示，基本上构成为，如果控制轴14向低压缩比方向旋转，则从驱动电机20向控制轴14的旋转动力传递路径的减速比增大，并且构成为，在最大压缩比的附近如果控制轴14向高压缩比方向旋转则减速比增大。

如图3所示，在和控制轴14联动地进行动作的辅助轴30上，一体地设置有在轴向上以扇状伸出的第1可动部51。而且，在对连结机构21的一部分进行收容的壳体22设置有第1止动件52，该第1止动件52因与第1可动部51抵接而机械地限制控制轴14在作为低压缩比方向的第1旋转方向R1(参照图4)上的最大旋转位置。

另外，如图4所示，利用多个螺栓55、56以共同紧固的方式将作为曲轴轴承部的轴承盖53和辅助盖54固定于作为内燃机主体的气缸体1的隔板57，曲轴4的主轴颈部4A可旋转地支撑于轴承盖53与隔板57之间，控制轴14的轴颈部可旋转地支撑于轴承盖53与辅助盖54之间。在控制轴14设置有向径向外侧伸出的第2可动部58，该第2可动部58与控制轴14一体地进行动作。在轴承盖53的一侧面一体地设置有第2止动件59，该第2止动件59以能够与第2可动部58抵接的方式向控制轴14的轴向伸出。因第2可动部58与该第2止动件59抵接而机械地限制控制轴14在作为高压缩比方向的第2旋转方向R2上的最大旋转位置。

下面，参照图5及图6对本实施例的基准位置学习控制进行说明。此外，该基准位置学习控制例如在内燃机的组装工厂内在内燃机的组装之后执行一次，但也可以根据需要而在内燃机运转过程中执行。

首先，在步骤S11中，利用驱动电机20对控制轴14在作为低压缩比方向的第1旋转方向R1上进行旋转驱动。图6中的时刻t1～t2表示控制轴14向低压缩比方向进行旋转·变换的状态。此时，驱动电机20以不限制扭矩的方式对控制轴14进行旋转驱动，以使得控制轴14的旋转速度未受到限制，而是以最大速度进行旋转。

在步骤S12中，判断第1可动部51是否与第1止动件52触接而使得控制轴14处于保持在第1旋转方向R1上的最大旋转位置的状态。对于该判定，例如可以简单地根据控制轴14是否从在第1旋转方向R1上的驱动开始起经过了一定时间而进行判定，或者也可以基于上述的控制轴传感器41的检测信号而进行判定。

如果判定为第1可动部51与第1止动件52触接而使得控制轴14处于保持在第1旋转方向R1上的最大旋转位置的状态，则从步骤S12进入步骤S13，基于控制轴传感器41的检测信号而实施基准位置学习控制(图6中的时刻t2～t3)。这样，在该控制轴14的旋转位置由第1止动件52机械地限制的位置处对控制轴传感器41的检测信号进行学习·校正，由此能够排除控制轴传感器41的偏差而提高内燃机压缩比的检测精度。

如果基准位置学习控制结束，则在步骤S14中对控制轴14在作为与第1旋转方向R1相反的方向的高压缩比方向的第2旋转方向R2上进行旋转驱动。在向该高压缩比方向变换的期间的前半段(图6中的时刻t3～t4)，驱动电机20以不限制扭矩的方式对控制轴14进行旋转驱动，控制轴14的目标旋转速度未受到限制而以最大速度进行旋转。

在步骤S15中，判定是否到达处于高压缩比变换期间的后半段的速度切换点(图6中的时刻t4)。对于该判定，例如可以简单地根据是否从高压缩比变换期间开始起经过了一定时间而进行判定，或者也可以基于上述的控制轴传感器41的检测信号而进行判定。

如果到达速度切换点、即向高压缩比变换期间的后半段(图6中的时刻t4～t5)变换，则从步骤S15进入步骤S16，对驱动电机20的驱动扭矩(目标旋转速度)进行限制以限制控制轴14的旋转速度。由此，在控制轴14的旋转速度受到限制的状态下，控制轴14在高压缩比侧的第2旋转方向R2上旋转。

在步骤S17中，判定是否因第2可动部58与第2止动件59触接而使得控制轴14处于保持在第2旋转方向R2上的最大旋转位置的状态。如果因第2可动部58与第2止动件59触接而使得控制轴14处于保持在第2旋转方向R2上的最大旋转位置的状态，则从步骤S17进入步骤S18，在由第2止动件59机械地限制控制轴14在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，基于控制轴传感器41的检测信号而实施控制轴14的最大变换角度范围的学习控制(图6中的时刻t5～t6)。这样，在控制轴14的旋转位置由第2止动件59机械地限制的位置处对控制轴传感器41的检测信号进行学习·校正，能够更可靠地排除控制轴传感器41的偏差而提高内燃机压缩比的检测精度。

下面，对上述这样的本实施例的特征性的结构及作用效果进行记述。

[1]在利用第1止动件52机械地限制控制轴14在第1旋转方向R1上的最大旋转位置的状态下学习控制轴14的基准位置的结构中，第1止动件52设置于壳体22。这样，在处于内燃机主体的外侧的壳体22设置有第1止动件52，因此与在构成内燃机主体的气缸体1内的轴承盖53(曲轴轴承部)等处设置有第1止动件52的情况相比，对于布局的制约较少，因此容易确保强度·刚性。因此，能够牢固地设置第1止动件52，无需通过减小速度等而限制第1可动部51与该第1止动件52触接时的扭矩。其结果，不会使基准位置的学习精度降低，能够缩短学习所需的时间。

另外，形成为如下结构，即，具有第2止动件59，该第2止动件59与和控制轴14联动地进行动作的第2可动部58抵接，由此机械地限制控制轴14在作为与第1旋转方向R1相反的方向的第2旋转方向R2上的最大旋转位置，在利用该第2止动件59机械地限制控制轴14在第2旋转方向R2上的最大旋转位置的状态下，学习控制轴14的最大变换角度范围。通过以该方式对控制轴14的最大变换角度范围进行学习·校正，能够更可靠地排除控制轴传感器41的偏差而提高内燃机压缩比的检测精度。这里，通过将第2止动件59设置于处于内燃机主体的内侧的轴承盖53，与将该第2止动件59设置于内燃机主体的外侧的情况相比，可以减少介于第2止动件59与活塞3之间的连杆部件，能够提高基准位置的学习精度。图8是表示本实施例L1和对比例L0的学习时间的差异的时序图。此外，为了容易理解而省略了实际进行学习的时间。如该图8所示，在学习控制的开始时刻t7，控制轴14的旋转位置不明确。如图8中的特性L0所示的对比例那样，假设在形成为首先使控制轴14在第2旋转方向R2(高压缩比方向)上旋转、然后再使控制轴14在第1旋转方向R1(低压缩比方向)上旋转的结构的情况下，需要限制驱动电机20的驱动刚开始之后(t7)的驱动电机20的速度以限制第2可动部58与设置于轴承盖53的第2止动件59触接时扭矩。这是因为，在处于内燃机主体内侧的轴承盖53的周围存在和曲轴4一起旋转的曲柄销5、配重件等旋转部件，因此对于布局的制约严格，难以充分确保设置于轴承盖53的第2止动件59的强度·刚性，因此在使第2可动部58与第2止动件59触接时需要限制速度。因此，直至第2可动部58与第2止动件59触接为止非常耗费时间(t7～t11)，进而直至学习结束为止的时间(t7～t12)变得非常长。

与此相对，在特性L1所示的本实施例中，首先，在利用第1止动件52机械地限制控制轴14在第1旋转方向R1上的最大旋转位置的状态下学习控制轴14的基准位置，然后，在利用第2止动件59机械地限制控制轴14在第2旋转方向R2的最大旋转位置的状态下学习控制轴14的最大变换角度范围。即，首先对控制轴14在第1旋转方向R1进行旋转驱动，然后在第2旋转方向R2进行旋转驱动。这里，位于第1旋转方向R1侧的第1止动件52设置于牢固的壳体22，无需进行对驱动电机20的速度限制，因此在首先对控制轴14在第1旋转方向R1进行旋转驱动时无需限制驱动电机20的速度。因此，直至第1可动部51与第1止动件52触接为止的时间(t7～t8)缩短。而且，此后在对控制轴14在第2旋转方向R2上进行旋转驱动时也从第1可动部51与第1止动件52触接的状态开始对控制轴14进行第2旋转方向R2上的旋转驱动，因此在初始阶段(t8～t9)无需进行对驱动电机20的速度限制。其结果，能够大幅缩短直至学习结束为止的时间(t7～t10)。

[2]而且，将该第2止动件59设置于作为曲轴轴承部的轴承盖53。将这样进行最大变换角度范围的学习的止动件位置设为处于接近控制轴14的位置的轴承盖53，由此能够提高学习精度。

[3]但是，在设置于气缸体1内的轴承盖53的周围存在曲柄销5、配重件等旋转部件，对于布局的制约严格，无法足够牢固地设置第2止动件59。因此，为了学习最大变换角度范围，在第2可动部58与第2止动件59触接时，限制驱动电机20的动作速度以抑制触接时的扭矩。由此，能够将第2止动件59设置于轴承盖53、且确保所期望的学习精度。

[4]如图7所示，构成为，从驱动电机20向控制轴14的旋转动力传递路径的减速比随着控制轴14从低压缩比侧朝高压缩比侧旋转而按照大、小、大的顺序变化。而且，构成为在上述减速比从较小的减速比向较大的减速比变化的区间K2内第2可动部58与第2止动件59触接，并且构成为，为了学习最大变换角度范围，在第2可动部58与第2止动件59触接时，在上述减速比从较小的减速比向较大的减速比切换之后的区间K2内，对驱动电机20的动作速度进行限制。

假设如果在减速比从较大的减速比向较小的减速比变化的区间K1内限制驱动电机20的速度，则减速比随着控制轴14在第2旋转方向R2(高压缩比方向)上旋转而减小，从驱动电机20向控制轴14传递的扭矩也减小，因此第2可动部58有可能因各部分的摩擦等而在中途停止。

在本实施例中，在减速比从小向大切换之后的区间K2内限制驱动电机20的速度，因此减速比随着控制轴14在第2旋转方向R2(高压缩比方向)上旋转而增大，从驱动电机20向控制轴14传递的扭矩也增大，从而即使进行速度制限也能够抑制第2可动部58在与第2止动件59触接之前停止，能够提高学习控制的可靠性。

[5]构成为，越向第1旋转方向R1旋转则内燃机压缩比越低，越向第2旋转方向R2旋转则内燃机压缩比越高。这样，为了抑制爆震、预点火的产生，将要求较高精度的高压缩比方向上的第2止动件59设置于接近活塞3、控制轴14的轴承盖53，由此能够在高压缩比侧确保较高的学习精度，能够良好地抑制爆震、预点火的产生。

如上基于具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，包含各种变形·变更。例如，在本实施例中，将第1旋转方向R1设为低压缩比方向、且将第2旋转方向R2设为高压缩比方向，但也可以与此相反地将第1旋转方向R1设为高压缩比方向、且将第2旋转方向R2设为低压缩比方向。

标号的说明

1…气缸体

4…曲轴

10…可变压缩比机构

14…控制轴

20…驱动电机

21…连结机构

22…壳体

51…第1可动部

52…第1止动件

53…轴承盖(曲轴轴承部)

58…第2可动部

59…第2止动件

Claims (6)

1.一种可变压缩比内燃机，其中，

所述可变压缩比内燃机具有：

可变压缩比机构，其能够根据控制轴的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更；

驱动电机，其对上述控制轴的旋转位置进行变更·保持；

第1止动件，其设置于内燃机主体的外侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第1可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置；

第2止动件，其设置于上述内燃机主体的内侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第2可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在作为与上述第1旋转方向相反的方向的第2旋转方向上的最大旋转位置；

基准位置学习单元，在利用上述第1止动件机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置的状态下，该基准位置学习单元学习上述控制轴的基准位置；以及

变换角度范围学习单元，在学习上述控制轴的基准位置之后，在利用上述第2止动件机械地限制上述控制轴在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，该变换角度范围学习单元学习上述控制轴的最大变换角度范围。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比内燃机，其中，

具有曲轴轴承部，该曲轴轴承部将曲轴支撑为能够旋转，

将上述第2止动件设置于上述曲轴轴承部。

3.根据权利要求1或2所述的可变压缩比内燃机，其中，

为了学习上述最大变换角度范围，在上述第2可动部与上述第2止动件触接时，限制上述驱动电机的动作速度。

4.根据权利要求1或2所述的可变压缩比内燃机，其中，

构成为，从上述驱动电机向控制轴的旋转动力传递路径的减速比随着控制轴从低压缩比侧向高压缩比侧旋转而按照大、小、大的顺序变化，

为了学习上述最大变换角度范围，在上述第2可动部与上述第2止动件触接时，在上述减速比从小向大切换之后限制上述驱动电机的动作速度。

5.根据权利要求1或2所述的可变压缩比内燃机，其中，

构成为，越向上述第1旋转方向旋转则内燃机压缩比越低，越向上述第2旋转方向旋转则内燃机压缩比越高。

6.一种可变压缩比内燃机的学习方法，所述可变压缩比内燃机具有：

可变压缩比机构，其能够根据控制轴的旋转位置而对内燃机压缩比进行变更；

驱动电机，其对上述控制轴的旋转位置进行变更·保持；

第1止动件，其设置于内燃机主体的外侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第1可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置；以及

第2止动件，其设置于上述内燃机主体的内侧，通过与和上述控制轴联动地进行动作的第2可动部抵接，从而机械地限制上述控制轴在作为与上述第1旋转方向相反的方向的第2旋转方向上的最大旋转位置，

在所述可变压缩比内燃机的学习方法中，

在利用上述第1止动件机械地限制上述控制轴在第1旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习上述控制轴的基准位置，然后，

在利用上述第2止动件机械地限制上述控制轴在第2旋转方向上的最大旋转位置的状态下，学习上述控制轴的最大变换角度范围。