JP2001263099A

JP2001263099A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2001263099A
Application number: JP2000071381A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Takayuki Arai; 孝之荒井; Katsuya Mogi; 克也茂木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP4402798B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気有効ストロークの減少制御に伴う有効圧
縮比の低下を補いつつ、ピストンと吸気弁との干渉を回
避する。【解決手段】ピストン−クランク機構として、複リン
ク式ピストン−クランク機構を用い、その制御リンクの
支持位置の変更で圧縮比を可変制御する。吸気弁は、可
変動弁機構を備え、その閉時期を下死点より早めること
で、吸気有効ストロークを制御できる。低負荷時には、
ポンプ損失低減のために、吸気有効ストロークが小さく
制御され、このときの有効圧縮比の低下を補うように、
可変圧縮比機構は、高圧縮比状態となる。高圧縮比状態
では、ピストン上死点位置が高くなるが、上死点位置で
の吸気弁リフト量が小さく制御されるので、両者の干渉
は回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、吸気弁側に可変
動弁機構を備えた内燃機関、特に、吸気弁閉時期を変化
させて吸気行程の有効ストロークを可変制御するように
した内燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばガソリン機関において、吸気弁の
閉時期（ＩＶＣ）を変化させて吸気行程の有効ストロー
クを制御し、部分負荷運転時のポンプ損失を低減する技
術の研究が従来から進められている（例えば、社団法人
自動車技術会１９９４年発行の学術講演会前刷集９４２
１９９４ NO.9433515）。

【０００３】この技術は、吸気行程後半に吸気弁を閉じ
てしまうことで吸気の有効ストロークを減少させたり、
あるいは圧縮行程前半まで吸気弁を開弁させておくこと
で吸気の有効ストロークを減少させたりするもので、部
分負荷運転時にこのような吸気有効ストロークの低減を
行うことにより、スロットルバルブによる吸気通路の絞
り度合いを小さくすることが可能となり、ポンプ損失を
低減することが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の先行技術文献に
も記載があるように、低負荷時に吸気有効ストロークを
小さくして吸気量を減少させる場合、同時に、有効圧縮
比も低下して、圧縮行程中の筒内ガス温度が低下し、燃
焼悪化の要因となる。そこで、このような問題を解決す
る方法として、可変圧縮比機構を組み合わせて用いるこ
とが考えられている。

【０００５】すなわち、吸気有効ストロークの減少制御
に伴って有効圧縮比が低下するときに、その低下分を補
うように高圧縮比状態とすべく可変圧縮比機構を制御す
ればよい。

【０００６】しかし、このような圧縮比可変制御を行う
ための可変圧縮比機構として、ピストンの上死点位置を
変更する機構を用いた場合には、高圧縮比状態（上死点
におけるピストンの位置が一層高くなる状態）におい
て、ピストンと吸気弁との干渉が問題となり、十分な圧
縮比制御が行えない可能性がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る内燃機関
の制御装置は、ピストンの上死点位置を変更することに
より機関の圧縮比を変更可能とした可変圧縮比機構と、
機関の回転に同期して吸気通路を開閉する吸気弁のリフ
ト特性を変更する可変動弁機構と、機関運転条件に応じ
た圧縮比となるように上記可変圧縮比機構を制御すると
ともに、圧縮比が高圧縮比状態に制御されるときに上記
吸気弁の開時期が遅角するかまたはリフト量が減少する
ように上記可変動弁機構を制御する制御手段と、を備え
たことを特徴としている。

【０００８】高圧縮比状態においては、上死点における
ピストンの位置は、低圧縮比状態よりも高くなり、吸気
弁との干渉が問題となる。しかし、同時に、可変動弁機
構により、吸気弁の開時期が遅角し、あるいはリフト量
が減少制御されて、上死点での吸気弁リフト量が小さく
なると、ピストン冠面と吸気弁との間の間隔が相対的に
大きくなる。つまり、それだけ両者の干渉の問題を抑制
できる。

【０００９】この請求項１の発明をより具体化した請求
項２の発明では、上記制御手段は、上記吸気弁の閉時期
を変更することにより機関運転条件に応じた吸気有効ス
トロークが得られるように上記可変動弁機構を制御する
とともに、吸気有効ストロークの減少制御が行われる機
関運転条件のときに圧縮比を高圧縮比状態に制御するこ
とを特徴とする。

【００１０】より具体的には、請求項３のように、上記
制御手段は、機関負荷が低いときに吸気有効ストローク
の減少制御を行う。

【００１１】すなわち、低負荷時には、可変動弁機構に
より、吸気弁の閉時期を、下死点より前に進角させ、あ
るいは下死点より後まで大きく遅角させることによっ
て、吸気有効ストロークの減少制御がなされる。このと
き、有効圧縮比も低下して、圧縮行程中の筒内ガス温度
が低下しがちとなるが、可変圧縮比機構により圧縮比を
高圧縮比状態とすることで、この有効圧縮比の低下分を
補うことができる。

【００１２】請求項４の発明では、上記制御手段は、吸
気有効ストロークを減少させる際に、上記吸気弁の閉時
期がピストンの吸気下死点よりも進角するように上記可
変動弁機構を制御する。

【００１３】また、請求項６の発明では、上記制御手段
は、吸気有効ストロークを減少させる際に、上記吸気弁
の閉時期がピストンの吸気下死点よりも遅角するように
上記可変動弁機構を制御する。

【００１４】上記可変動弁機構は、例えば請求項５のよ
うに、チェーンまたはタイミングベルトを介してクラン
クシャフトにより回転駆動されるドライブシャフトと、
このドライブシャフトに固定された偏心リング状の駆動
カムと、この駆動カムに回転可能に支持されたリンクア
ームと、このリンクアームに連結ピンを介して連結され
るとともに機関本体に揺動可能に支持されたロッカアー
ムと、このロッカアームに連結ピンを介して連結された
リンク部材と、このリンク部材に連結ピンを介して連結
されるとともに上記ドライブシャフトに揺動可能に支持
された揺動カムと、この揺動カムの揺動を上記吸気弁へ
伝達するバルブリフターと、上記ロッカアームの揺動支
持位置を変化させる機構と、を含んで構成される。

【００１５】この可変動弁機構では、吸気弁の可変制御
の態様として、バルブリフトのピーク位置がほぼ一定の
まま作動角が広狭変化するものとなる。

【００１６】また上記可変動弁機構は、請求項７のよう
に、チェーンまたはタイミングベルトを介してクランク
シャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、こ
のカムスプロケットにより回転駆動されるカムシャフト
と、上記カムスプロケットと上記カムシャフトとの位相
を変化させる機構と、を含んで構成される。

【００１７】この可変動弁機構では、吸気弁の可変制御
の態様として、作動角が一定のまま、位相が変化し、開
時期と閉時期との双方が等しく変化する。

【００１８】上記可変圧縮比機構は、例えば請求項８の
ように、上記ピストンにピストンピンを介して連結され
た第１リンクと、この第１リンクに連結ピンを介して連
結されるとともにクランクシャフトのクランクピン部に
回転可能に連結された第２リンクと、上記第１リンクま
たは第２リンクに連結ピンを介して連結されるとともに
機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、この第
３リンクの揺動支持位置を変更する揺動支持位置変更機
構と、を含む複リンク式ピストン−クランク機構から構
成される。

【００１９】そして、請求項９の発明では、上記複リン
ク式ピストン−クランク機構は、クランクシャフトの回
転に対するピストンのストローク特性が単振動特性に近
付くように、各リンクの長さ、連結位置および揺動支持
位置が設定されている。

【００２０】上記のように、第３リンクの揺動支持位置
を機関運転条件に応じて変化させると、ピストン上死点
でのピストン位置が変化する。つまり、圧縮比が可変と
なる。

【００２１】またピストン−クランク機構のピストンス
トローク特性を単振動に近づけるほど、内燃機関の回転
２次振動が小さくなる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、可変動弁機構と可変圧
縮比機構とを組み合わせることにより、高圧縮比状態に
しつつピストン冠面と吸気弁との間隔を大きく確保する
ことができる。従って、ポンプ損失低減のために吸気有
効ストロークを小さくしたときの有効圧縮比の低下を高
圧縮比状態とすることで補うことができるとともに、高
圧縮比状態でのピストン冠面と吸気弁との干渉を確実に
回避することができる。

【００２３】また、請求項９のようにピストンの往復運
動を単振動運動に近づければ、回転２次振動を低減する
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２５】図１は、この発明に用いられる可変圧縮比
機構として好適な複リンク式ピストン−クランク機構の
全体図である。

【００２６】クランク軸３１は、複数のジャーナル部３
２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａと
を備えており、機関本体となる図示せぬシリンダブロッ
クの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持され
ている。上記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２
から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロア
ーリンク３４が回転自在に連結されている。

【００２７】上記ロアーリンク３４は、略Ｔ字形をなす
もので、その本体３４ａとキャップ３４ｂとから分割可
能に構成された略中央の連結孔に上記クランクピン部３
３が嵌合している。

【００２８】第１リンクとなるアッパーリンク３５は、
下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に
回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７により
ピストン３８に回動可能に連結されている。上記ピスト
ン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリン
ダ３９内を往復動する。

【００２９】上記シリンダ３９の上部には、クランク軸
３１の回転に同期して吸気ポート４４を開閉する吸気弁
１２と、同じくクランク軸３１の回転に同期して排気ポ
ート４６を開閉する排気弁４５と、が配置されている。

【００３０】第３リンクとなる制御リンク４０は、上端
側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動
可能に連結され、下端側が制御軸４２を介して機関本体
例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結さ
れている。詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中
心として回転するように機関本体に支持されており、こ
の小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、上
記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。

【００３１】上記制御軸４２は、後述する圧縮比制御ア
クチュエータによって回動位置が制御される。この圧縮
比制御アクチュエータは、制御リンク４０から加わる反
力に抗して、任意の回動位置で制御軸４２を保持するこ
とができるようになっている。

【００３２】上記のようなピストン−クランク機構にお
いては、上記制御軸４２が圧縮比制御アクチュエータに
よって回動されると、小径部４２ｂに対して偏心してい
る大径部４２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する
相対位置が変化する。これにより、制御リンク４０の下
端の揺動支持位置が変化する。そして、上記制御リンク
４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程
が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン
３８の位置が高く（つまり図１のｙ座標が大きく）なっ
たり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変え
ることが可能となる。

【００３３】低負荷時に吸気有効ストロークを小さくし
て吸気量を減少させる場合、同時に有効圧縮比も低下し
て圧縮行程中の筒内ガス温度が低下することが知られて
いる。本実施例では、このような有効圧縮比の低下を補
うべく、低負荷時はＴＤＣにおけるピストン位置が高く
なるように制御リンク４０の揺動支持位置（制御軸１２
の回動位置）を制御する。

【００３４】ところで、図１のような複リンク式ピスト
ン−クランク機構は、機関の圧縮比を変化させ得る機構
として有用であるが、その特徴の他、各リンクや支点の
アライメントを適切に設定することにより、ピストンピ
ンとクランクピンとを単一のリンク（コンロッド）で連
結した単リンク式ピストン−クランク機構と比較して、
ピストン下死点（ＢＤＣ）前後のピストンストローク速
度を大きく、かつＴＤＣ前後のピストンストローク速度
を小さくすることが出来る特徴を有している。

【００３５】図２は、図１の複リンク式ピストン−クラ
ンク機構のピストンストローク特性を示している。図示
するように、本実施例では、ＢＤＣ前後のピストンスト
ローク速度が単リンク式ピストン−クランク機構の場合
よりも大きくなっており、同時に、ＴＤＣ前後のピスト
ンストローク速度が単リンク式ピストン−クランク機構
の場合よりも小さくなっている。そして、この結果、ピ
ストンストローク特性が単振動に近似した特性となって
いる。このようにピストンストローク特性が単振動に近
づくほど機関の回転２次振動が小さくなる。

【００３６】次に、本発明に用いられる可変動弁機構に
ついて説明する。なお、この可変動弁機構は、本出願人
が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０
７７２５号公報等によって公知となっているので、その
概要のみを説明する。

【００３７】図３は、可変動弁装置全体の構成を示すも
ので、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介し
て摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２と、シリンダ
ヘッド１１上部のカム軸受１４に回転自在に支持された
中空状のドライブシャフト１３と、該ドライブシャフト
１３に、圧入等により固設された２つの駆動カム１５
と、該ドライブシャフト１３の上方位置に同じカム軸受
１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１
６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対の
ロッカアーム１８と、各吸気弁１２の上端部に伝達部材
であるバルブリフター１９を介して配置された一対のそ
れぞれ独立した揺動カム２０とを備えている。また、上
記駆動カム１５とロッカアーム１８とはリンクアーム２
５によって連係されている一方、ロッカアーム１８と揺
動カム２０とは、リンク部材２６によって連係されてい
る。

【００３８】上記ドライブシャフト１３は、機関前後方
向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた
図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装さ
れたタイミングチェーンないしはタイミングベルトを介
して機関のクランク軸から回転力が伝達されている。

【００３９】上記カム軸受１４は、シリンダヘッド１１
の上端部に設けられてドライブシャフト１３の上部を支
持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット
１４ａの上端部に設けられて制御軸１６を回転自在に支
持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１
４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上
方から共締め固定されている。

【００４０】上記駆動カム１５は、偏心リング状をな
し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端
面に一体に設けられたフランジ部（図示せず）とからな
り、軸方向にドライブシャフト挿通孔が貫通形成されて
いると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがドライブシャフ
ト１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットして
いる。また、この駆動カム１５は、ドライブシャフト１
３に対し上記バルブリフター１９と干渉しない外側位置
において圧入固定されている。

【００４１】上記ロッカアーム１８は、平面から見ると
クランク状に折曲形成されており、中央に有する基部１
８ａが制御カム１７に嵌合して回転自在に支持されてい
る。また、基部１８ａから延びた一端部１８ｂには、ピ
ン２１が圧入されている一方、他端部１８ｃには、リン
ク部材２６の一端部２６ａと連結するピン２８が圧入さ
れている。

【００４２】上記制御カム１７は、夫々円筒状をなし、
制御軸１６外周に固定されていると共に、図示するよう
に軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からα分だけ偏
心している。

【００４３】上記揺動カム２０は、横に向けたＵ字形状
をなし、ほぼ円環状の基端部２２にドライブシャフト１
３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫
通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１
８ｃ側に位置するカムノーズ側の端部２３にピン２９が
配置されている。また、揺動カム２０の下面には、基端
部２２側の基円面２４ａと、該基円面２４ａからカムノ
ーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成
されており、これらの基円面２４ａとカム面２４ｂと
が、揺動カム２０の揺動位置に応じてバルブリフター１
９の上面所定位置に当接するようになっている。すなわ
ち、バルブリフト特性からみると、図示するように基円
面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間にな
り、カム面２４ｂの上記ベースサークル区間θ１から所
定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにカ
ム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリ
フト区間になるように設定されている。

【００４４】また、上記リンクアーム２５は、比較的大
径な円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定
位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの
中央位置には、上記駆動カム１５のカム本体１５ａの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２５ｃが形成されてい
る一方、突出端２５ｂには、上記ピン２１が回転自在に
挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。

【００４５】さらに、上記リンク部材２６は、所定長さ
の直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂに
は、ピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されていて、
それぞれピン２８，２９を介して、上記ロッカアーム１
８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３とに連結さ
れている。

【００４６】上記制御軸１６は、一端部に設けられた図
外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で
回転するように制御されており、上記電磁アクチュエー
タは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラか
らの制御信号によって駆動されるようになっている。コ
ントローラは、クランク角センサやエアーフローメー
タ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づ
いて現在の機関運転状態を演算等により検出して、上記
電磁アクチュエータに制御信号を出力する。

【００４７】この可変動弁機構の作用を説明すると、ま
ず、機関低負荷時には、コントローラからの制御信号に
よって電磁アクチュエータが一方に回転駆動され、制御
カム１７は、軸心Ｐ１が制御軸１６の軸心Ｐ２から図の
左上方の回動位置に保持される。このため、ロッカアー
ム１８は、全体がドライブシャフト１３に対して上方向
へ移動し、これに伴い、揺動カム２０は、リンク部材２
６を介して端部２３が強制的に若干引き上げられて全体
が反時計回り方向へ回動する。

【００４８】したがって、駆動カム１５が回転してリン
クアーム２５を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂ
を押し上げると、そのリフト量がリンク部材２６を介し
て揺動カム２０及びバルブリフター１９に伝達される
が、そのリフト量は図５の（ａ）に示すように比較的小
さくなる。

【００４９】つまり、この低負荷域では、バルブリフト
量が小さくなると共に、吸気弁１２の開時期が遅く、か
つ閉時期が速くなる。

【００５０】一方、機関高負荷域となると、コントロー
ラからの制御信号によって電磁アクチュエータが反対方
向に回転駆動され、制御カム１７がほぼ図３に示す位置
となり、軸心Ｐ１を下方向へ移動させる。このため、ロ
ッカアーム１８は、全体がドライブシャフト１３寄り方
向（下方向）に移動して他端部１８ｃが揺動カム２０の
端部２３をリンク部材２６を介して下方へ押圧し、該揺
動カム２０全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。

【００５１】したがって、揺動カム２０のバルブリフタ
ー１９上面に対する初期の当接位置がカム面２４ｂ寄り
に移動する。このため、駆動カム１５が回転してロッカ
アーム１８の一端部１８ｂをリンクアーム２５を介して
押し上げると、バルブリフター１９に対するそのリフト
量は図５の（ｃ）に示すように大きくなる。

【００５２】つまり、この高負荷域では、カムリフト特
性が低負荷域に比較して大きくなり、バルブリフト量も
大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早く、かつ
閉時期が遅くなる。

【００５３】また中負荷域では、両者の中間の状態に制
御され、図５（ｂ）に示すような中間のリフト特性とな
る。

【００５４】このようにして、吸気弁１２のバルブリフ
ト特性は、図４に示すように、連続的に変化する。特
に、このものでは、バルブ作動角が大小変化し、吸気弁
１２の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。

【００５５】図５は、このような可変動弁機構を用いた
吸気有効ストローク制御を示す説明図であって、低負荷
時には、吸気弁閉時期を下死点（ＢＤＣ）より進角させ
て有効ストロークを小さくし、高負荷時には、吸気弁閉
時期をＢＤＣ付近として有効ストロークを大きく確保し
ている。

【００５６】ここで、可変圧縮比機構が制御軸４２を介
して高圧縮比状態に制御されると、上死点（ＴＤＣ）に
おけるピストン位置が高くなるので、吸気弁とピストン
冠面との距離は減少することになるが、本発明では、高
圧縮比状態に制御されるのは、吸気有効ストロークを小
さくする低負荷域である。この低負荷域では、（ａ）に
示すように、吸気弁１２の開時期はＴＤＣよりも遅角側
にあり、かつリフト量も小さくなるので、実際には吸気
弁はピストン冠面に対し十分な間隔を保った状態でリフ
トすることになり、両者の干渉の問題は発生しない。

【００５７】次に、図６に基づいて、可変圧縮比機構と
可変動弁機構の制御機構について説明する。この図６の
例では、圧縮比制御アクチュエータとして圧縮比制御用
モータ１００を備え、ギヤ機構１０１を介して前述した
図１の制御軸４２の回転角が制御される。この制御軸４
２の回転角は、回転角センサ１０２によって検出され
る。また、リフト特性制御電磁アクチュエータとしてリ
フト特性制御用モータ１１０を備え、ギヤ機構１１１を
介して前述した図３の制御軸１６の回転角が制御され
る。この制御用軸１６の回転角は、回転角センサ１１２
によって検出される。１２３は、それぞれのモータ１０
０，１１０を機関運転条件に応じて制御するエンジンコ
ントロールモジュールであって、このエンジンコントロ
ールモジュール１２３には、アクセル開度センサ１２０
のアクセル開度信号と回転数センサ１２１の回転数信号
とが入力されており、これらの検出信号に基づいて各制
御軸４２，１６の目標回転角が算出され、各モータ１０
０，１１０へ制御信号が送られる。

【００５８】図７は、上記エンジンコントロールモジュ
ール１２３において実行される各目標回転角の算出ルー
チンを示すフローチャートである。このルーチンは、所
定時間毎に繰り返し実行されるものであって、まずステ
ップ１０１では、アクセル開度センサ１２０からの出力
に基づき、アクセル開度（エンジン負荷相当値）ＡＰＳ
を読み込むとともに、回転数センサ１２１の出力に基づ
き回転数ＮＥを読み込み、かつ回転角センサ１０２の出
力に基づき、可変圧縮比機構の制御軸４２の実回転角Ｃ
Ａを読み込む。

【００５９】ステップ１０２では、アクセル開度ＡＰＳ
と回転数ＮＥとに基づき、可変動弁機構の制御軸１６の
目標回転角の仮置き値ｔＶＡ０と、可変圧縮比機構の制
御軸４２の目標回転角ｔＣＡを算出する。具体的には、
ＡＰＳおよびＮＥに対応させてｔＶＡ０ならびにｔＣＡ
を記憶させてある制御マップから値をルックアップす
る。

【００６０】本実施例では、機関運転条件に応じた吸気
有効ストローク制御（図５参照）を行うので、アクセル
開度ＡＰＳが小さくなる（負荷が小さくなる）ほど吸気
弁１２の閉時期が下死点より進角側となるような特性に
ｔＶＡ０の制御マップが設定されている。また、吸気有
効ストロークを小さくするときに圧縮比を高める制御を
行うので、アクセル開度ＡＰＳが小さくなるほどピスト
ンの上死点位置が高くなるような特性にｔＣＡの制御マ
ップが設定されている。有効圧縮比をほぼ一定とする吸
気有効ストローク制御と圧縮比制御との対応例を図８に
示す。

【００６１】さらに、本実施例では、圧縮比を高くする
ときに吸気弁１２の開時期を遅角し、かつリフト量を小
さくする制御を行うのであるが、この制御は、上記の吸
気有効ストローク制御（ｔＶＡ０の設定）によって同時
に実現される。

【００６２】ステップ１０３では、可変圧縮比機構の制
御軸４２の実回転角ＣＡに基づき、可変動弁機構の制御
軸１６の回転角の上限値ＶＡｌｉｍを算出する。この上
限値ＶＡｌｉｍは、現在の実回転角ＣＡで決まるピスト
ン行程に対し、ピストン３８と吸気弁１２との間に十分
な間隔が確保される最大の回転角である。

【００６３】ステップ１０４では、可変動弁機構の制御
軸１６の目標回転角の仮置き値ｔＶＡ０が上限値ＶＡｌ
ｉｍ以下か否かを判断する。仮置き値ｔＶＡ０が上限値
ＶＡｌｉｍ以下であれば、ステップ１０５へ進んで、ｔ
ＶＡ０をそのまま最終的な目標回転角ｔＶＡとする。仮
置き値ｔＶＡ０が上限値ＶＡｌｉｍより大きければ、ス
テップ１０６へ進んで、最終的な目標回転角ｔＶＡを上
限値ＶＡｌｉｍに制限する。そして、ステップ１０７に
おいて、算出した各制御軸１６，４２の目標回転角ｔＶ
Ａ，ｔＣＡを、エンジンコントロールモジュール１２３
内のメモリにストアする。

【００６４】すなわち、ステップ１０２の説明のよう
に、ｔＣＡが大（高圧縮比）のときはｔＶＡ０が小（吸
気弁開時期遅角＋小リフト量）となるので、ｔＣＡとｔ
ＶＡ０との同時並行の制御によりピストン３８と吸気弁
１２との干渉は確実に回避されるはずであるが、それぞ
れの目標回転角と実際の回転角との間には、制御応答速
度に応じたずれが生じるため、２つの可変機構の制御応
答速度が異なる場合、過渡状態においてピストン３８と
吸気弁１２とが接近する虞がある。例えば、ｔＣＡが大
から小へ変化し、これと同時に、ｔＶＡ０が小から大へ
変化したときに、ｔＣＡに対する実回転角ＣＡの遅れが
大きく、ｔＶＡ０に対する実回転角の遅れが小さい場
合、実際のピストン上死点位置は高いにも拘わらず吸気
弁の開時期の進角化と大リフト化が先行してしまう。こ
のような状態での干渉を確実に回避するために、可変圧
縮比機構の制御軸４２の実回転角ＣＡ（これが実際のピ
ストン上死点位置を表す）に応じて可変動弁機構の制御
軸１６の回転角の上限値ＶＡｌｉｍを設定し、可変動弁
機構の制御軸１６の目標回転角ｔＶＡをこの上限値ＶＡ
ｌｉｍ以下に制限するようにしているのである。

【００６５】なお、上記の図７のルーチンは、目標回転
角の算出のみを行うルーチンであり、実際の回転角制御
は、図示しない吸気有効ストローク制御ルーチンならび
に圧縮比制御ルーチンで行われる。具体的には、メモリ
にストアされている最新の目標回転角と実回転角との差
に応じたフィードバック制御信号を作成し、各モータ１
００，１１０へ制御信号を出力する。

【００６６】ところで、図９は、吸気弁１２の開閉時期
を異ならせた場合のＰ−Ｖ線図を示しており、部分負荷
時に吸気弁閉時期を早めて吸気有効ストロークを減少さ
せる場合、図示するように、吸入行程初期の筒内圧力が
大気圧に近付く。この吸入負圧の低下によって、燃料の
霧化が大幅に減少し、燃焼安定度の低下が生じる。吸気
ポートに噴射された燃料は、吸入行程の初期に大部分が
吸気流に乗って筒内に入り、その後のガス流動によって
均質化するが、ピストンストロークを単振動に近づけた
ものでは、吸入行程の前半のピストン速度が遅いため、
特に、この点が問題となる。しかし、図３に示した可変
動弁機構の場合、このような部分負荷時には、作動角の
短縮とともに弁リフトが大幅に減少し（図４参照）、例
えば通常の２０％前後のレベルとなるため、吸気の流速
が大幅に向上し、燃料の霧化促進による混合気の均質化
と燃焼速度の増大作用が得られ、燃焼安定性が向上す
る。

【００６７】また、吸気弁の閉時期を下死点前の早い時
期に設定すると、吸気弁が閉じた後に吸気が一旦膨張
し、下死点を過ぎた後は圧縮されることになる。膨張・
圧縮が断熱であれば、損失仕事はほとんど発生しない
が、膨張時の温度低下が大きいため、シリンダ壁との熱
交換により、吸気温度は上昇する（図９では、これに伴
う圧力上昇が示されている）。通常の圧縮比固定のミラ
ーサイクル方式の場合、圧縮温度の低下（燃焼悪化要
因）に対し吸気温度の上昇はこれを補う作用があるが、
可変圧縮比制御と組み合わせる場合には、圧縮比を最適
に制御できるため、吸気温度上昇は不要であり、むしろ
圧縮仕事増大は燃費悪化の要因ともなる。これに対し、
図２に示したように、本実施例の単振動ピストンストロ
ーク特性では、最も吸気温度が低下する下死点付近の滞
留時間が短いため、シリンダ壁との熱交換による吸気温
度上昇を抑制できる効果がある。

【００６８】次に、本発明に用いられる他の可変動弁機
構の例について説明する。この可変動弁機構は、やは
り、例えば特開平１０−１８４４０４号公報等によって
公知となっているので、その概要のみを説明する。

【００６９】図１０は、この可変動弁機構６１の要部を
拡大して示す断面図であって、この第２の可変動弁機構
６１は、内筒６２，外筒６３，ピストン６４等を主体と
して構成されている。

【００７０】すなわち、カムシャフト６５の前端に、内
筒６２が取付ボルト６６を介して固着され、この内筒６
２の外周側に、カップ状の外筒６３が一定角度相対回転
可能に嵌合されている。上記外筒６３には、タイミング
ベルトとかみ合うスプロケット部６３ａが設けられてい
る。

【００７１】また、内筒６２と外筒６３との間にはリン
グ状のピストン６４が設けられ、このピストン６４はヘ
リカル状の螺条を介して内筒６２の外周面と外筒６３の
外周面とにそれぞれ噛合している。

【００７２】さらに、ピストン６４は、リターンスプリ
ング６７により前方に向けて常時付勢されており、この
ばね力に対抗すべく、ピストン６４の前面と外筒６３の
蓋部裏面との間に油圧室６８が環状に画成されている。
そして、この油圧室６８は、取付ボルト６６内の油通路
６９とカムシャフト６５内部を通る油通路７０を介し
て、その制御用油圧回路に接続されている。

【００７３】すなわち油通路７０等を介して油圧室６８
内に油圧が供給されると、ピストン６４が軸方向に移動
し、この軸方向の運動が内筒６２と外筒６３との相対回
転運動に変換される。このため、図示せぬ吸気弁を開閉
駆動するカムシャフト６５とクランクシャフトとの位相
が所定量だけ変化する。従って、所定の角度範囲以内
で、吸気弁のバルブリフト特性の位相を連続的に変化さ
せることができる。

【００７４】図１１は、この図１０の可変動弁機構６１
を用いた吸気有効ストローク制御を示している。図示す
るように、低負荷域では、（ａ）のようにカムシャフト
の位相が最も遅れ側となり、吸気弁閉時期をＢＤＣより
大幅に遅角させることで有効ストロークを小さくしてい
る。また、高負荷時には、（ｃ）のように、カムシャフ
トの位相が最も進み側となり、吸気弁閉時期をＢＤＣ付
近として有効ストロークを大きくしている。なお、中負
荷域では、（ｂ）のように両者の中間の特性となる。

【００７５】このように図１０の可変動弁機構は、吸気
カムシャフトの位相を変えることによって吸気弁閉時期
を変化させる構成であるから、低負荷時に閉時期を遅角
させると、これに伴って開時期も遅角することになる。
これにより、上死点付近でのリフト量は小となり、高圧
縮比状態としても、ピストンと干渉することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変圧縮比機構の一例を示す断面図。

【図２】この可変圧縮比機構における複リンク式ピスト
ン−クランク機構のピストンストローク特性を示す特性
図。

【図３】可変動弁機構の一例を示す断面図。

【図４】この可変動弁機構によるバルブリフト特性を示
す特性図。

【図５】この可変動弁機構による吸気有効ストロークの
可変制御を示す特性図。

【図６】可変圧縮比機構と可変動弁機構の制御機構を示
す構成説明図。

【図７】各機構の制御軸の目標回転角の制御ルーチンを
示すフローチャート。

【図８】有効圧縮比を略一定に保つための吸気有効スト
ローク制御と圧縮比制御との関係を示す特性図。

【図９】吸気弁の開閉時期を異ならせた場合の影響を示
すＰ−Ｖ線図。

【図１０】可変動弁機構の他の例を示す断面図。

【図１１】この可変動弁機構による吸気有効ストローク
の可変制御を示す特性図。

【符号の説明】

１２…吸気弁３１…クランク軸３４…ロアーリンク３５…アッパーリンク３８…ピストン４０…制御リンク４２…制御軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 15/02 Ｆ０２Ｄ 15/02 Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｓ３０１Ｚ (72)発明者茂木克也神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G018 AB04 AB16 BA02 BA10 BA19 BA24 BA32 BA36 CA04 CA07 CA19 DA04 DA12 FA01 FA06 FA08 FA27 GA07 3G084 BA22 BA23 DA02 FA10 FA33 FA38 3G092 AA11 AA12 DA05 DA09 DD03 DD06 DD10 DG01 EA27 EC09 FA24 HE01Z HE03Z HF08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンの上死点位置を変更することに
より機関の圧縮比を変更可能とした可変圧縮比機構と、機関の回転に同期して吸気通路を開閉する吸気弁のリフ
ト特性を変更する可変動弁機構と、機関運転条件に応じた圧縮比となるように上記可変圧縮
比機構を制御するとともに、圧縮比が高圧縮比状態に制
御されるときに上記吸気弁の開時期が遅角するかまたは
リフト量が減少するように上記可変動弁機構を制御する
制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】上記制御手段は、上記吸気弁の閉時期を
変更することにより機関運転条件に応じた吸気有効スト
ロークが得られるように上記可変動弁機構を制御すると
ともに、吸気有効ストロークの減少制御が行われる機関
運転条件のときに圧縮比を高圧縮比状態に制御すること
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】上記制御手段は、機関負荷が低いときに
吸気有効ストロークの減少制御を行うことを特徴とする
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】上記制御手段は、吸気有効ストロークを
減少させる際に、上記吸気弁の閉時期がピストンの吸気
下死点よりも進角するように上記可変動弁機構を制御す
ることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項５】上記可変動弁機構が、チェーンまたはタ
イミングベルトを介してクランクシャフトにより回転駆
動されるドライブシャフトと、このドライブシャフトに
固定された偏心リング状の駆動カムと、この駆動カムに
回転可能に支持されたリンクアームと、このリンクアー
ムに連結ピンを介して連結されるとともに機関本体に揺
動可能に支持されたロッカアームと、このロッカアーム
に連結ピンを介して連結されたリンク部材と、このリン
ク部材に連結ピンを介して連結されるとともに上記ドラ
イブシャフトに揺動可能に支持された揺動カムと、この
揺動カムの揺動を上記吸気弁へ伝達するバルブリフター
と、上記ロッカアームの揺動支持位置を変化させる機構
と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】上記制御手段は、吸気有効ストロークを
減少させる際に、上記吸気弁の閉時期がピストンの吸気
下死点よりも遅角するように上記可変動弁機構を制御す
ることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項７】上記可変動弁機構が、チェーンまたはタ
イミングベルトを介してクランクシャフトにより回転駆
動されるカムスプロケットと、このカムスプロケットに
より回転駆動されるカムシャフトと、上記カムスプロケ
ットと上記カムシャフトとの位相を変化させる機構と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４、６
のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】上記可変圧縮比機構は、上記ピストンに
ピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第
１リンクに連結ピンを介して連結されるとともにクラン
クシャフトのクランクピン部に回転可能に連結された第
２リンクと、上記第１リンクまたは第２リンクに連結ピ
ンを介して連結されるとともに機関本体に揺動可能に支
持された第３リンクと、この第３リンクの揺動支持位置
を変更する揺動支持位置変更機構と、を含む複リンク式
ピストン−クランク機構から構成されることを特徴とす
る請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装
置。
【請求項９】上記複リンク式ピストン−クランク機構
は、クランクシャフトの回転に対するピストンのストロ
ーク特性が単振動特性に近付くように、各リンクの長
さ、連結位置および揺動支持位置が設定されていること
を特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。