JP2006105095A - Internal combustion engine equipped with variable compression ratio mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that changes a compression ratio by changing a relative distance between a cylinder head and a piston at a top dead center.
上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更し、内燃機関の熱効率等を向上することができる。そして、クランクケースに対してシリンダブロックをシリンダ軸方向に移動させることにより、圧縮比を変更する内燃機関において、圧縮比変更伴うバルブタイミングのずれをバルブタイミング変更装置により補正する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
内燃機関の圧縮比を変更すべく、内燃機関の機関要素の一部の配置、大きさ等を変更する場合、該内燃機関のクランクシャフトの回転と燃焼サイクルにおけるピストンの位置との相対関係がずれる場合がある。ここで、吸排気弁がクランクシャフトの動力によって駆動される場合やクランクアングルに基づいて吸排気弁の開閉時期であるバルブタイミングが制御される場合には、ピストンが圧縮行程上死点等の所定位置にある時期に対して吸排気弁のバルブタイミングが本来あるべきタイミングからずれる虞がある。 In order to change the compression ratio of the internal combustion engine, when changing the arrangement, size, etc. of some of the engine elements of the internal combustion engine, the relative relationship between the rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and the position of the piston in the combustion cycle is shifted. There is a case. Here, when the intake / exhaust valve is driven by the power of the crankshaft or when the valve timing, which is the opening / closing timing of the intake / exhaust valve, is controlled based on the crank angle, the piston has a predetermined deadline such as the top dead center of the compression stroke. There is a possibility that the valve timing of the intake / exhaust valve deviates from the timing which should be originally with respect to the time at which it is located.
前記特許文献1によれば、バルブタイミングのずれを補正することができるが、圧縮比が変わる毎にバルブタイミングのずれを補正する必要が生じ、補正が完了するまでに時間を要する。そして、補正をしている間は最適なバルブタイミングを得ることが困難となり、エミッションの悪化や機関出力の低下等が生じ得る。
According to
本発明は上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させて圧縮比を変更する内燃機関において、より速やかに適正なバルブタイミングを得る点にある。 The present invention has been made in view of the various problems as described above, and the purpose thereof is more quickly in an internal combustion engine that changes the compression ratio by changing the relative distance between the cylinder head and the piston at the top dead center. The point is to obtain an appropriate valve timing.
上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のことを特徴とする。すなわち、
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関が所定の運転状態のときにバルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更したときに前記内燃機関のピストンが所定位置にある所定時期に対して吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの
駆動弁のバルブタイミングが相対的にずれるときのずれ量を推定するずれ量推定手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更するときに、前記ずれ量推定手段により推定されるずれ量分、前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を変更する学習値変更手段と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism according to the present invention is characterized by the following. That is,
In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio by changing the relative distance between the cylinder head and the piston at the top dead center,
A valve timing changing device for changing the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve; and
Valve timing correction means for correcting the valve timing by the valve timing changing device so that the valve timing becomes a specified value when the internal combustion engine is in a predetermined operating state;
Valve timing learning means for storing the valve timing corrected by the valve timing correction means when the internal combustion engine has a predetermined compression ratio as a learning value;
When the compression ratio of the internal combustion engine is changed by the variable compression ratio mechanism, the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve is relative to a predetermined timing when the piston of the internal combustion engine is in a predetermined position. A deviation amount estimating means for estimating a deviation amount at the time of deviation,
Learning value changing means for changing the learning value stored by the valve timing learning means by the amount of deviation estimated by the deviation amount estimating means when the compression ratio of the internal combustion engine is changed by the variable compression ratio mechanism; ,
It is provided with.
本発明の最大の特徴は、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングがずれる場合に、バルブタイミングの学習値を前記ずれ分だけ変更することにより、速やかに最適なバルブタイミングを得ることにある。 The most important feature of the present invention is that, when the valve timing is shifted due to the change in the compression ratio, the optimum valve timing can be obtained quickly by changing the learning value of the valve timing by the deviation.
上記の内燃機関においては、可変圧縮比機構によってピストン行程や燃焼室容積等、内燃機関の圧縮比に関与する要素を変化せしめることで、圧縮比を変更する。但し、圧縮比と内燃機関の運転状態とは密接な関係があり、圧縮比が内燃機関の運転状態に適した圧縮比から外れると、燃費やエミッション等が悪化する虞がある。そこで、上記の内燃機関においては、圧縮比の変更は、可変圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態に基づいて行われる。これにより、内燃機関の運転状態に応じて圧縮比を変更することで、燃費性能や出力性能の向上を図る。 In the internal combustion engine described above, the compression ratio is changed by changing the elements involved in the compression ratio of the internal combustion engine, such as the piston stroke and the combustion chamber volume, by the variable compression ratio mechanism. However, there is a close relationship between the compression ratio and the operating state of the internal combustion engine, and if the compression ratio deviates from the compression ratio suitable for the operating state of the internal combustion engine, the fuel consumption and emission may be deteriorated. Therefore, in the internal combustion engine, the compression ratio is changed based on the operating state of the internal combustion engine by the variable compression ratio control means. Thereby, the fuel consumption performance and the output performance are improved by changing the compression ratio according to the operating state of the internal combustion engine.
また、バルブタイミング変更装置は、バルブタイミングを変更するときに所定の角度を基準値とし、この基準値から内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミングを進角させることによりバルブタイミングの制御を行う。 Further, the valve timing changing device uses a predetermined angle as a reference value when changing the valve timing, and controls the valve timing by advancing the valve timing from this reference value according to the operating state of the internal combustion engine.
このように構成される内燃機関において、バルブタイミングが最適なものとなるように、バルブタイミング補正手段は、例えばフィードバック制御によりバルブタイミングの補正を行なう。しかし、内燃機関を構成する部材の経年変化等によりバルブタイミングの補正が必要な場合には、内燃機関の始動毎にバルブタイミングの補正を一から始めていたのでは時間がかかるため、バルブタイミング学習手段は、内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶する。この学習値を予め適用して以降のバルブタイミングが制御される。 In the internal combustion engine configured as described above, the valve timing correction means corrects the valve timing by, for example, feedback control so that the valve timing becomes optimum. However, when it is necessary to correct the valve timing due to aging of members constituting the internal combustion engine or the like, it takes time to start correcting the valve timing every time the internal combustion engine is started. Stores the valve timing corrected by the valve timing correction means when the internal combustion engine has a predetermined compression ratio as a learned value. Subsequent valve timing is controlled by applying this learning value in advance.
一方、圧縮比の変更を行うことで、内燃機関の圧縮比に関与する要素に変化が加えられるため、一の伝達ルートを経てクランクシャフトから伝えられる駆動力によって駆動されるピストンと該一の伝達ルートとは異なる他の伝達ルートを得てクランクシャフトからの駆動力によって駆動される駆動弁のバルブタイミングがずれ、もしくは該ピストンとクランクシャフトの回転角に応じてバルブタイミングが制御される駆動弁の該バルブタイミングがずれる虞がある。換言すると、圧縮比の変更に伴い、ピストンが所定の位置にある時期、例えば圧縮上死点にある時期に対する駆動弁のバルブタイミングがずれることで、効率的な吸気の確保や排気の排出が困難となり、内燃機関の出力低下、燃費悪化、エミッション悪化等が生じ、圧縮比変更による効果を十分に享受することが困難となる虞がある。 On the other hand, by changing the compression ratio, changes are made to the elements involved in the compression ratio of the internal combustion engine, so the piston driven by the driving force transmitted from the crankshaft via one transmission route and the one transmission The valve timing of the drive valve that is driven by the driving force from the crankshaft by obtaining another transmission route different from the route is shifted, or the valve timing of the drive valve that is controlled according to the rotation angle of the piston and the crankshaft The valve timing may be shifted. In other words, as the compression ratio is changed, the valve timing of the drive valve with respect to the timing when the piston is in a predetermined position, for example, the timing at which compression top dead center is shifted, makes it difficult to ensure efficient intake and exhaust. As a result, the output of the internal combustion engine, fuel consumption deterioration, emission deterioration, etc. may occur, and it may be difficult to fully enjoy the effect of changing the compression ratio.
そこで、上記可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいては、ずれ量推定手段によって、可変圧縮比制御手段による圧縮比の変更が行われるとき、ピストンが所定位置にある所定時期に対する駆動弁のバルブタイミングのずれ(以下、単に「バルブタイミングのずれ」という)を予め推定する。ここで、所定位置とは、内燃機関の出力性能や燃費、エミッション状態に比較的大きく関与するピストン位置であり、例えば圧縮行程上死点や排気行程上死点等が例示できる。このピストンが所定位置にある所定時期に対して駆動弁のバルブタイミングが本来あるべきタイミングからずれると、燃焼室への吸気の確保や燃焼室からの排気の排出が好適に行われない虞がある。 Therefore, in the valve timing control system for the variable compression ratio internal combustion engine, when the displacement ratio estimating means changes the compression ratio by the variable compression ratio control means, the valve of the drive valve for the predetermined timing when the piston is at the predetermined position. Timing deviation (hereinafter simply referred to as “valve timing deviation”) is estimated in advance. Here, the predetermined position is a piston position that is relatively involved in the output performance, fuel consumption, and emission state of the internal combustion engine, and examples thereof include a compression stroke top dead center and an exhaust stroke top dead center. If the valve timing of the drive valve deviates from a timing that should be originally with respect to a predetermined timing when the piston is in a predetermined position, there is a risk that securing of intake air to the combustion chamber and exhaust of exhaust from the combustion chamber may not be performed suitably. .
このずれ量推定手段は、圧縮比の変化量もしくは目標となる変化後の圧縮比に基づいて
、バルブタイミングのずれを推定する。そして、ずれ量推定手段によって該バルブタイミングのずれ量が推定されるときは、学習値変更手段によって前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を該ずれ量分変更する。これにより、圧縮比の変更に伴う学習値の収束を早くすることができる。
This deviation amount estimation means estimates the deviation of the valve timing based on the amount of change in the compression ratio or the target compression ratio after the change. Then, when the deviation amount of the valve timing is estimated by the deviation amount estimation means, the learning value stored by the valve timing learning means is changed by the deviation amount by the learning value changing means. Thereby, the convergence of the learning value accompanying the change of the compression ratio can be accelerated.
このようにして変更された学習値を適用して可変バルブタイミング機構を制御することで、バルブタイミングのずれの発生を可及的に早期に抑制して、圧縮比の変更に伴う内燃機関の出力低下等を回避することができる。 By controlling the variable valve timing mechanism by applying the learned value thus changed, the occurrence of a valve timing shift is suppressed as early as possible, and the output of the internal combustion engine accompanying the change in the compression ratio A decrease or the like can be avoided.
なお、可変バルブタイミング機構は、上述のように所定時期に対するバルブタイミングの相対的な時期的関係を変更可能とする機能を有する。これは、換言すると、内燃機関において、クランクシャフトの回転角、ピストン位置、駆動弁の開閉動作における時期的な相対関係を変更可能とするものであって、その相対関係の変更量をずれ量推定手段によって推定されたずれ量と関連づけることで、内燃機関の圧縮比の変更が行われても、駆動弁のバルブタイミングをより適正なタイミングに維持することが可能となり、以て内燃機関のエミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制し得る。 Note that the variable valve timing mechanism has a function that allows the relative timing relationship of the valve timing to a predetermined timing to be changed as described above. In other words, in the internal combustion engine, it is possible to change the rotational angle of the crankshaft, the piston position, and the timing relative relationship in the opening / closing operation of the drive valve, and the amount of change in the relative relationship is estimated as the deviation amount. By associating with the amount of deviation estimated by the means, it becomes possible to maintain the valve timing of the drive valve at a more appropriate timing even if the compression ratio of the internal combustion engine is changed. Deterioration of fuel consumption, reduction of engine output, etc. can be suppressed.
また、上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のことを特徴としてもよい。すなわち、
上死点におけるシリンダヘッドとピストンとの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
バルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関の異なる圧縮比において前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを夫々学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
を備えたことを特徴としてもよい。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism according to the present invention may be characterized as follows. That is,
In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio by changing the relative distance between the cylinder head and the piston at the top dead center,
A valve timing changing device for changing the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve; and
Valve timing correction means for correcting the valve timing by the valve timing changing device so that the valve timing becomes a specified value;
Valve timing learning means for storing, as learning values, valve timings corrected by the valve timing correction means at different compression ratios of the internal combustion engine;
It is good also as having characterized.
すなわち、異なる圧縮比において夫々学習値を記憶しておけば、次回圧縮比を変更するときに以前記憶された学習値を適用することができ、速やかにバルブタイミングのずれを修正することができる。ここで、最低圧縮比から最高圧縮比までを複数のグループに分け、各グループで学習値を記憶してもよい。 That is, if the learning values are stored at different compression ratios, the previously stored learning values can be applied when the compression ratio is changed next time, and the valve timing deviation can be quickly corrected. Here, the lowest compression ratio to the highest compression ratio may be divided into a plurality of groups, and the learning value may be stored in each group.
このようにして複数記憶された学習値を適用して可変バルブタイミング機構を制御することで、バルブタイミングを速やかに最適なものとすることができ、圧縮比の変更に伴う内燃機関の出力低下等を回避することができる。 By controlling the variable valve timing mechanism by applying a plurality of stored learning values in this way, the valve timing can be quickly optimized, and the output of the internal combustion engine accompanying a change in the compression ratio, etc. Can be avoided.
また、本発明においては、前記異なる圧縮比は最高圧縮比および最低圧縮比であって、最高圧縮比および最低圧縮比における夫々の学習値に基づいて最高圧縮比と最低圧縮比との間の圧縮比の学習値を決定することができる。 Further, in the present invention, the different compression ratios are a maximum compression ratio and a minimum compression ratio, and compression between the maximum compression ratio and the minimum compression ratio based on respective learning values at the maximum compression ratio and the minimum compression ratio. A ratio learning value can be determined.
ここで、実際に最高圧縮比および最低圧縮比において夫々得られる学習値を用いて、中間の圧縮比における学習値を得ることにより、学習値をより簡単に得ることができる。例えば、前記中間の圧縮比と、最高圧縮比および最低圧縮比において夫々得られる学習値と、の関係を予め定めておいた計算式に代入することにより該中間の圧縮比における学習値を得るようにしてもよい。 Here, the learning value can be obtained more easily by obtaining the learning value at the intermediate compression ratio using the learning values actually obtained at the highest compression ratio and the lowest compression ratio, respectively. For example, the learning value at the intermediate compression ratio is obtained by substituting the relationship between the intermediate compression ratio and the learning value obtained at each of the highest compression ratio and the lowest compression ratio into a predetermined calculation formula. It may be.
本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関によれば、より速やかに適正なバルブタ
イミングを得ることができる。
According to the internal combustion engine provided with the variable compression ratio mechanism according to the present invention, an appropriate valve timing can be obtained more quickly.
本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関(以下、単に「内燃機関」という)1の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関1を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。シリンダ2内の燃焼室には、シリンダヘッド10に設けられた吸気ポート18を介して吸気管19が接続されている。シリンダ2への吸気の流入は吸気弁5によって制御される。吸気弁5の開閉は、吸気側カム7の回転駆動によって制御される。また、シリンダヘッド10に設けられた排気ポート20を介して、排気管21が接続されている。シリンダ2外への排気の排出は排気弁6によって制御される。排気弁6の開閉は排気側カム8の回転駆動によって制御される。更に、吸気ポート18には燃料噴射弁17が、シリンダ2の頂部には、点火プラグ16が設けられている。そして、内燃機関1のクランクシャフト13にコンロッド14を介して連結されたピストン15が、シリンダ2内で往復運動を行う。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a variable compression ratio internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “internal combustion engine”) 1 in which the compression ratio is variable. In the present embodiment, in order to display the
ここで、内燃機関1においては、可変圧縮比機構9によって、シリンダブロック3をクランクケース4に対してシリンダ2の軸線方向に相対移動させることで、内燃機関1の圧縮比が変更される。即ち、可変圧縮比機構9が、シリンダブロック3と共にシリンダヘッド10を、シリンダ2の軸線方向にクランクケース4に対して相対移動させることによって、シリンダブロック3、シリンダヘッド10およびピストン15によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関1の圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック3がクランクケース4から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて圧縮比が低下する。
In the
可変圧縮比機構9は、軸部9aと、軸部9aの中心軸に対して偏心された状態で軸部9aに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部9bと、カム部9bと同一外形を有し軸部9aに対して回転可能且つカム部9bと同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部9cと、軸部9aと同心状に設けられたウォームホイール9dと、ウォームホイール9dと噛み合うウォーム9eと、ウォーム9eを回転駆動させるモータ9fによって構成される。そして、カム部9bはシリンダブロック3に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部9cはクランクケース4に設けられた収納孔内に設置される。ここで、モータ9fからの駆動力は、ウォーム9eとウォームホイール9dとを介して軸部9aに伝えられる。そして、偏心状態にあるカム部9b、可動軸受部9cが駆動されることで、シリンダブロック3がクランクケース4に対してシリンダ2の軸線方向に相対移動させられる。
The variable
また、内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(以下、「ECU」という)90が併設されている。このECU90は、CPUの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するROM、RAM等を備えており、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態等を制御するユニットである。
The
ここで、アクセル開度センサ92がECU90と電気的に接続されており、ECU90はアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関1に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ91がECU90と電気的に接続されており、ECU90は内燃機関1の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関1の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関1が搭載されている車両の車両速度等を算出する。
Here, the
更に、可変圧縮比機構9を構成するモータ9fがECU90と電気的に接続されている。そして、ECU90からの指令によりモータ9fが駆動されて、可変圧縮比機構9による内燃機関1の圧縮比の変更が行われる。この内燃機関1の圧縮比の変更は、内燃機関1の運転状態に基づいて行われる。例えば、内燃機関1の運転状態を機関負荷と機関回転速度で表す場合、低機関負荷から高機関負荷になるに従い又は低機関回転速度から高機関回転速度になるに従い、シリンダブロック3をクランクケース4から遠ざける方向にモータ9fを駆動して、内燃機関1の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へと移行させる。
Further, a
次に、内燃機関1における吸気弁5および排気弁6の開閉動作および該開閉動作を行う開閉機構について、図2および図3に基づいて説明する。図2、3は、主に内燃機関1のバルブタイミング制御システムの機構を示す図であり、図2(a)はシリンダブロック3がクランクケース4に近づき、内燃機関1の圧縮比が比較的高い圧縮比(以下、単に「高圧縮比」という)となっている状態を示し、図2(b)はシリンダブロック3がクランクケース4から遠ざかり、内燃機関1の圧縮比が比較的低い圧縮比(以下、単に「低圧縮比」という)となっている状態を示す。図2に示すように、シリンダブロック3がシリンダ2の軸線方向にΔh相対移動することで、内燃機関1の圧縮比が変更される。また、図3は、吸気弁5、排気弁6を中心としたシリンダヘッド10の頂部近傍を概略的に表す図である。
Next, the opening / closing operation of the
内燃機関1においては、吸気弁5の開閉動作は吸気側カム7によって行われる。この吸気側カム7は吸気側カムシャフト22に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト22の端部には吸気側プーリ24が設けられている。更に、吸気側カムシャフト22と吸気側プーリ24との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構(以下、「吸気側VVT」という)23が設けられている。この吸気側VVT23は、ECU90からの指令に従って吸気側カムシャフト22と吸気側プーリ24との相対的な回転位相を制御する。更に、吸気側カムシャフト22の回転角を検出する吸気側カム角センサ93が設けられ、吸気側カム角センサ93とECU90が電気的に接続されている。
In the
また、排気弁6の開閉動作は排気側カム8によって行われる。この排気側カム8は排気側カムシャフト25に取り付けられ、更に排気側カムシャフト25の端部には排気側プーリ27が設けられている。更に、排気側カムシャフト25と排気側プーリ27との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構(以下、「排気側VVT」という)26が設けられている。この排気側VVT26は、ECU90からの指令に従って排気側カムシャフト25と排気側プーリ27との相対的な回転位相を制御する。更に、排気側カムシャフト25の回転角を検出する排気側カム角センサ94が設けられ、排気側カム角センサ94とECU90が電気的に接続されている。
The opening / closing operation of the exhaust valve 6 is performed by the
そして、吸気側カムシャフト22と排気側カムシャフト25の回転駆動は、クランクシャフト13の駆動力によって行われる。具体的には、クランクシャフト13に設けられたクランク側プーリ32、吸気側プーリ24、排気側プーリ27にはタイミングベルト33が掛けられており、更にタイミングベルト33は、クランクケース4側に設けられた第一クランクケース側プーリ30、第二クランクケース側プーリ31およびシリンダブロック3側に設けられた第一シリンダブロック側プーリ28、第二シリンダブロック側プーリ29にも掛かっている。
The rotation of the
なお、タイミングベルト33が掛かる順序は、クランク側プーリ32を初めとして、第一クランクケース側プーリ30、第一シリンダブロック側プーリ28、吸気側プーリ24、排気側プーリ27、第二シリンダブロック側プーリ29、第二クランクケース側プーリ31の順である。
The
そして、第一クランクケース側プーリ30、および第二クランクケース側プーリ31はタイミングベルト33の外周面と接しており、それ以外のクランク側プーリ32、第一シリンダブロック側プーリ28、吸気側プーリ24、排気側プーリ27、第二シリンダブロック側プーリ29、はタイミングベルト33の内周面と接している。
The first
このようにして、クランクシャフト13の駆動力によって吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25が回転駆動されて、以て吸気側カム7および排気側カム8によって、吸気弁5および排気弁6の開閉動作が行われる。
In this manner, the
ここで、可変圧縮比機構9によって内燃機関1の圧縮比が変更されるとき、例えば図2(a)に示す高圧縮比の状態から図2(b)に示す低圧縮比の状態へと変更されるとき、上述したようにシリンダブロック3がクランクケース4から遠ざかる方向に相対移動する。従って、圧縮比の変更に合わせて、シリンダブロック3に設けられた第一シリンダブロック側プーリ28、第二シリンダブロック側プーリ29も移動する。その結果、第一クランクケース側プーリ30と第一シリンダブロック側プーリ28との間に掛かるタイミングベルト33の長さL1、および第二クランクケース側プーリ31と第二シリンダブロック側プーリ29との間に掛かるタイミングベルト33の長さL2は、圧縮比の変更に伴って変化する。このような構成により、シリンダブロック3が移動しても、タイミングベルト33の全長は変化しない。
Here, when the compression ratio of the
なお、内燃機関1においては、クランクポジションセンサ91と吸気側カム角センサ93、排気側カム角センサ94とからの信号に基づいて、クランク角と吸排気弁5、6のカム角との関係が適正な関係となるべく、吸気側VVT23および排気側VVT26によって、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の回転位相がフィードバック制御される。このときに回転位相が補正される量を以下、回転位相補正値という。
In the
また、本実施例においては、ピストン15の上死点時において、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の位相を最も遅角させた際の回転位相補正値を学習値としてECU90に記憶する。
In the present embodiment, the rotational phase correction value when the phases of the
そして、本実施例においては、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25を最遅角位置から何度回転させるかにより吸気側VVT23および排気側VVT26を制御する。すなわち、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25が最も遅角されたときの位置(以下、最遅角位置という。)を基準位置とし、この基準位置から内燃機関1の運転状態に応じて吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の角度が進角される。この基準位置からの進角量は、内燃機関1の運転状態(例えば、機関回転数、機関負荷)と進角量との関係を予めマップ化したものをECU90に記憶させておき、該マップに内燃機関1の運転状態を代入して得ることができる。そして、前記学習値は、この基準位置を適切な値とするために設定されている。
In this embodiment, the
しかし、本実例に係る内燃機関1では、図2(a)に示す高圧縮比の状態から図2(b)に示す低圧縮比の状態へと変更されると、タイミングベルト長L1は短くなり、タイミングベルト長L2は長くなる。その結果、クランクシャフト13が特定の回転角にあるときの、換言するとピストン15の位置が特定の位置である圧縮行程上死点等にあるときの、吸気側プーリ24および排気側プーリ27の位相が、図2(a)に示す高圧縮比状態と図2(b)に示す低圧縮比状態とでは異なる。すなわち、図2(a)に示す高圧縮比状態を基準とすると、図2(b)に示す低圧縮比状態では、吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相がΔTvずれる。
However, in the
そして、回転位相がΔTvずれた状態で前記学習値を得ると、この学習値は回転位相がΔTvずれた値となり、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の最遅角位置がずれる。そして、吸気側VVT23および排気側VVT26の目標値、すなわち吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の進角量にもずれを生じてしまう。
When the learning value is obtained in a state where the rotational phase is shifted by ΔTv, the learned value becomes a value where the rotational phase is shifted by ΔTv, and the most retarded positions of the
そのため、ピストン位置が圧縮行程上死点にある時期に対する吸気弁5および排気弁6のバルブタイミングが、図2(a)に示す高圧縮比状態と図2(b)に示す低圧縮比状態とでは異なってしまい、圧縮比の変更に伴って、バルブタイミングが適正なタイミングからずれる虞がある。即ち、圧縮比の変更の結果、シリンダ2内で行われる燃焼に適したバルブタイミングが得られない虞がある。
Therefore, the valve timings of the
ここで、吸気側VVT23および排気側VVT26によって、吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相がフィードバック制御されることにより、吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相のずれが補正されるが、フィードバック制御のみに頼っていると適正なバルブタイミングに収束するまでに時間を要する。
Here, the rotational phases of the
その点、本実施例による内燃機関1のバルブタイミング制御システムでは、圧縮比の変更が行なわれるときの吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相のずれを圧縮比と関連付けて予め求めておき、吸気側VVT23および排気側VVT26を制御するときには、前記学習値に予め求めておいたずれ量を加える。これにより、学習値のずれが修正される。この場合、前記ずれ量は負の値にもなり得る。
In this regard, in the valve timing control system for the
すなわち、吸気側VVT23および排気側VVT26の作動量の目標値は、規定値および学習値から決定され、該学習値は、今までの学習により得られた学習値と、吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相のずれと、から決定される。規定値は、内燃機関1の運転状態から決定される最遅角位置からの吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の進角量であり、内燃機関1の運転状態との関係から予め実験等により求められマップ化されてECU90に記憶されている。また、学習値は、例えば最高圧縮比のときのバルブタイミングの最遅角位置を基準とすると、今までの学習により得られた学習値からバルブタイミングずれ量ΔTvを減じて求められる。
That is, the target value of the operation amount of the
そして、吸気側プーリ24と排気側プーリ27はタイミングベルト33を介してクランクシャフト13と連動しているため、吸気側VVT23と排気側VVT26とによる回転位相の変更によって、クランクシャフト13の回転角に対する吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の回転角の相対関係が変更されて、ピストン15のピストン位置に対する吸気弁5、排気弁6のバルブタイミングが適正なタイミングとなる。
Since the
ここで、図4は、本実施例による圧縮比を変更するときのバルブタイミングの最遅角位置、バルブタイミング位置、バルブタイミング学習値の推移を示したタイムチャートである。図4では、最低圧縮比から最高圧縮比に変更され、その後、さらに最低圧縮比に変更された場合を示している。 Here, FIG. 4 is a time chart showing the transition of the most retarded position of the valve timing, the valve timing position, and the valve timing learning value when changing the compression ratio according to the present embodiment. FIG. 4 shows a case where the lowest compression ratio is changed to the highest compression ratio and then further changed to the lowest compression ratio.
バルブタイミングの最遅角位置とは、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の位相を最も遅角させたときの位置であって、パルブタイミング制御における基準位置を示している。また、バルブタイミング位置とは、吸気側VVT23および排気側VVT26が目標値からどれだけずれているのかを示している。バルブタイミング学習値とは、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の位相を最も遅角させたときの学習値を示している。
The most retarded position of the valve timing is a position when the phases of the
「基準位置(ゼロ点)補正」で示される線は本実施例による学習値の変更を行なって吸
気側VVT23および排気側VVT26を制御した場合を示し、「フィードバック」で示される破線は、フィードバック制御のみにより吸気側VVT23および排気側VVT26を制御した場合を示している。
A line indicated by “reference position (zero point) correction” indicates a case where the learning value is changed according to this embodiment to control the
「バルブタイミングの最遅角位置」は、低圧縮比と高圧縮比とで前記ΔTvの差があり、圧縮比の変更に伴って変化する。
また、「バルブタイミング位置」において、「基準位置(ゼロ点)補正」の場合には、圧縮比変更後に基準位置が速やかに変更されるため、バルブタイミング位置が目標値に速やかに収束する。しかし、「フィードバック」の場合には、圧縮比変更後に基準位置が徐々に変化するため、その分をフィードバック補正するのに時間を要し、バルブタイミング位置が目標値に収束するまでに時間を要する。
The “most retarded position of the valve timing” has a difference of ΔTv between the low compression ratio and the high compression ratio, and changes as the compression ratio is changed.
In the “valve timing position”, in the case of “reference position (zero point) correction”, since the reference position is quickly changed after the compression ratio is changed, the valve timing position quickly converges to the target value. However, in the case of “feedback”, the reference position gradually changes after the compression ratio is changed. Therefore, it takes time to perform feedback correction, and it takes time for the valve timing position to converge to the target value. .
さらに、「バルブタイミング学習値」において、「基準位置(ゼロ点)補正」の場合には、学習値に吸気側プーリ24および排気側プーリ27の回転位相のずれの補正が反映されているので、圧縮比の変更後速やかに値が変化するが、「フィードバック」がなされている場合には、基準位置の補正が順次反映されていくので、圧縮比の変化後に徐々に値が変化する。
Further, in the “valve timing learning value”, in the case of “reference position (zero point) correction”, the correction of the rotational phase deviation of the
図4に示されるように、フィードバック制御による場合ではバルブタイミング学習値が収束するまでに時間を要し、この間に適正なバルブタイミングが得られなくなる虞がある。一方、本実施例による学習値補正を行なった場合には、バルブタイミング学習値が速やかに収束するので、バルブタイミングの変化量が少なく、変化している時間も短いので、速やかに適正なバルブタイミングを得ることができる。 As shown in FIG. 4, in the case of feedback control, it takes time for the valve timing learning value to converge, and there is a possibility that an appropriate valve timing cannot be obtained during this time. On the other hand, when the learned value correction according to the present embodiment is performed, the valve timing learned value converges quickly, so the amount of change in the valve timing is small and the changing time is short. Can be obtained.
次に、可変圧縮比機構9によって内燃機関1の圧縮比を変更する際に吸気弁5、排気弁6のバルブタイミングを調整するための制御(以下、「圧縮比変更制御」という)について、図5に基づいて説明する。なお、本実施例における圧縮比変更制御は、一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
Next, a control for adjusting the valve timings of the
先ず、S101では、ECU90は、内燃機関1の運転状態を検出する。この運転状態は、シリンダ2内での燃焼と関連する運転状態であって、内燃機関1の圧縮比が該燃焼と適しているか否かを判定するために基礎となる項目である。本実施例においては、クランクポジションセンサ91からの信号に基づいて得られる機関回転速度と、アクセル開度センサ92からの信号に基づいて得られる機関負荷とによって、内燃機関1の運転状態を検出する。この他に、内燃機関1における吸入空気量や冷却水温度等によって運転状態を検出してもよい。S101の処理が終了すると、S102へ進む。
First, in S101, the
S102では、ECU90は、S101で検出した内燃機関1の運転状態に基づいて、内燃機関1で行われる燃焼に最も適した圧縮比(以下、「最適圧縮比」という)を算出する。具体的には、機関回転速度と機関負荷で決定される内燃機関1の運転状態と、各運転状態における最適圧縮比との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でECU90内に格納する。そして、S102では、該制御マップに内燃機関1の運転状態をパラメータとしてアクセスすることで、最適圧縮比の算出が行われる。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
In S102, the
S103では、ECU90は、S102で算出した最適圧縮比に基づいて、可変圧縮比機構により内燃機関1の圧縮比が最適圧縮比になるべく、シリンダブロック3とクランクケース4との相対移動を行なう。S103の処理が終了すると、S104へ進む。
In S103, the
S104では、ECU90は、所定の運転状態において、バルブタイミングずれ量ΔT
vを読み込む。
このバルブタイミングずれ量ΔTvは、上述したように内燃機関1の圧縮比の変更に伴って、タイミングベルト長L1とタイミングベルト長L2の長さが変動することによって生じる。本実施例においては可変圧縮比機構9を構成するモータ9fが回転駆動することで、シリンダブロック3がクランクケース4に対して相対移動し、内燃機関1の圧縮比が変更されるとともに、タイミングベルト33と吸気側プーリ24、排気側プーリ27との接触状態が変更されて、バルブタイミングずれ量ΔTvが発生する。
In S104, the
v is read.
This valve timing deviation amount ΔTv is caused by the change in the lengths of the timing belt length L1 and the timing belt length L2 as the compression ratio of the
ここで、図6に、内燃機関1の圧縮比と発生するバルブタイミングずれ量ΔTvの関係を示す。図6の横軸は内燃機関1の圧縮比を表し、縦軸はバルブタイミングずれ量ΔTvを表す。また、圧縮比εminは内燃機関1において達成し得る最も低い圧縮比であり、圧縮比εmaxは内燃機関1において達成し得る最も高い圧縮比である。そして、図6に示すバルブタイミングずれ量ΔTvは、圧縮比がεminであるときを基準としたときのバルブタイミングずれ量である。
FIG. 6 shows the relationship between the compression ratio of the
図6に示すように、内燃機関1においては、圧縮比の変更量が大きくなるに従い、バルブタイミングずれ量ΔTvが大きくなり、より詳細には圧縮比がεmin近傍において変更する場合のバルブタイミングずれ量ΔTvは、圧縮比がεmax近傍において変更する場合のバルブタイミングずれ量ΔTvより大きくなる。そこで、予め実験等で、内燃機関1の圧縮比と発生するバルブタイミングずれ量ΔTvとの関係を求めておき、該関係を制御マップの形でECU90内に格納しておく。そして、S104では、該制御マップに内燃機関1の圧縮比をパラメータとしてアクセスすることで、バルブタイミングずれ量ΔTvの推定が行われる。S104の処理が終了すると、S105へ進む。
As shown in FIG. 6, in the
S105では、ECU90は、バルブタイミングずれ量ΔTvをバルブタイミング学習値に加えて新たなバルブタイミング学習値を得る。すなわち、バルブタイミング学習値を変更する。これにより、圧縮比を変更するときにバルブタイミング学習値を速やかに変更することができる。S105の処理が終了すると、S106へ進む。
In S105, the
S106では、ECU90は、デューティ制御にてバルブタイミングの制御を行う。ここでは、規定値からS105で得られたバルブタイミング学習値を減じた値を吸気側VVT23および排気側VVT26の作動量として、吸気側VVT23および排気側VVT26を制御する。
In S106, the
ここで、規定値は、内燃機関1の運転状態から決定される基準位置からの吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト25の進角量であり、内燃機関1の運転状態との関係から予め実験等により求められマップ化されてECU90に記憶されている。
Here, the specified value is the advance amount of the
そして、内燃機関1においては、クランクポジションセンサ91と吸気側カム角センサ93、排気側カム角センサ94とからの信号に基づいて、クランク角と吸排気弁5、6のカム角との関係が適正な関係となるべく、吸気側VVT23、排気側VVT26によって、吸気側カムシャフト22と排気側カムシャフト25との回転位相がフィードバック(若しくは、フィードフォワード)制御される。
In the
S106の処理が終了すると、本制御を終了する。
本制御によると、内燃機関1の圧縮比を変更する際に生じ得る吸排気弁5、6のバルブタイミングのずれを可及的に解消又は抑制することで、エミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制することが可能となる。
When the process of S106 ends, this control ends.
According to this control, the displacement of the valve timing of the intake and
なお、本制御においては、主にS104におけるバルブタイミングずれ量ΔTvを得る
処理が本発明のずれ量推定手段に該当し、主にS105における新たなバルブタイミング学習値を得る処理が本発明の学習値変更手段に該当する。
In this control, the process of obtaining the valve timing deviation amount ΔTv mainly in S104 corresponds to the deviation amount estimation means of the present invention, and the process of obtaining a new valve timing learning value in S105 is mainly the learning value of the present invention. Corresponds to change means.
また、本実施例においては、シリンダブロック3がクランクケース4に対して相対移動するタイプの可変圧縮比内燃機関について説明したが、これに限らず、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングが適正なタイミングからずれる可変圧縮比内燃機関であれば適用することができる。
In the present embodiment, the variable compression ratio internal combustion engine in which the
さらに、本実施例においては、吸気側VVT23および排気側VVT26を備えているが、何れか一方のみを備えた内燃機関においても適用することができる。また、電磁駆動弁等によりバルブタイミングを任意に変更可能な機構を備えた内燃機関においても適用することができる。さらに、クランクシャフト13とクランク側プーリ32との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構を設けた内燃機関においても適用することができる。
Further, in this embodiment, the
実施例1においては、図6に基づいて学習値の補正値を得ていたが、本実施例においては、圧縮比が最も高いとき(以下、最高圧縮比という。)と最も低いとき(以下、最低圧縮比という。)とで夫々学習値を持ち、最高圧縮比と最低圧縮比との間の圧縮比のときの学習値は、最高圧縮比および最低圧縮比で夫々得られた学習値に基づいて定める。 In the first embodiment, the correction value of the learning value is obtained based on FIG. 6, but in this embodiment, the compression ratio is the highest (hereinafter referred to as the highest compression ratio) and the lowest (hereinafter referred to as the maximum compression ratio). The learning value at the compression ratio between the highest compression ratio and the lowest compression ratio is based on the learning values obtained at the highest compression ratio and the lowest compression ratio, respectively. Determine.
例えば、最高圧縮比のときの学習値をXとし、最低圧縮比のときの学習値をYとすると、X+(Y−X)・Zで表される式に基づいて学習値を得るようにしても良い。ここで、Zは、最高圧縮比のときに0となり、最低圧縮比のときに1となり、その間は0より大きく1より小さい値となる圧縮比に応じた値として予め実験等により求めておく。 For example, if the learning value at the highest compression ratio is X and the learning value at the lowest compression ratio is Y, the learning value is obtained based on an expression represented by X + (Y−X) · Z. Also good. Here, Z is 0 when the compression ratio is the highest, 1 when the compression ratio is the lowest, and in the meantime, it is obtained in advance by experiments or the like as a value corresponding to the compression ratio that is greater than 0 and less than 1.
また、最高圧縮比から最低圧縮比までの間の圧縮比を複数のグループに分けて、グループ毎に学習値を持っていても良い。
以上説明した構成により、内燃機関1の経年変化や、圧縮比の変更に伴うバルブタイミングのずれを速やかに修正することができ、エミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制することが可能となる。
Further, the compression ratio between the highest compression ratio and the lowest compression ratio may be divided into a plurality of groups and each group may have a learning value.
With the configuration described above, it is possible to quickly correct the secular change of the
なお、本実施例においては、シリンダブロック3がクランクケース4に対して相対移動するタイプの可変圧縮比内燃機関について説明したが、これに限らず、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングが適正なタイミングからずれる可変圧縮比内燃機関であれば適用することができる。
In the present embodiment, the variable compression ratio internal combustion engine in which the
さらに、本実施例においては、吸気側VVT23および排気側VVT26を備えているが、何れか一方のみを備えた内燃機関においても適用することができる。また、電磁駆動弁等によりバルブタイミングを任意に変更可能な機構を備えた内燃機関においても適用することができる。さらに、クランクシャフト13とクランク側プーリ32との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構を設けた内燃機関においても適用することができる。
Further, in this embodiment, the
1 内燃機関
2 シリンダ
3 シリンダブロック
4 クランクケース
5 吸気弁
6 排気弁
7 吸気側カム
8 排気側カム
9 可変圧縮比機構
9a 軸部
9b カム部
9c 可動軸受部
9d ウォームホイール
9e ウォーム
9f モータ
10 シリンダヘッド
13 クランクシャフト
14 コンロッド
15 ピストン
16 点火プラグ
17 燃料噴射弁
18 吸気ポート
19 吸気管
20 排気ポート
21 排気管
22 吸気側カムシャフト
24 吸気側プーリ
25 排気側カムシャフト
27 排気側プーリ
28 第一シリンダブロック側プーリ
29 第二シリンダブロック側プーリ
30 第一クランクケース側プーリ
31 第二クランクケース側プーリ
32 クランク側プーリ
33 タイミングベルト
90 ECU
91 クランクポジションセンサ
92 アクセル開度センサ
93 吸気側カム角センサ
94 排気側カム角センサ
DESCRIPTION OF
91
Claims (3)
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関が所定の運転状態のときにバルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関が所定の圧縮比であるときに前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更したときに前記内燃機関のピストンが所定位置にある所定時期に対して吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングが相対的にずれるときのずれ量を推定するずれ量推定手段と、
前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を変更するときに、前記ずれ量推定手段により推定されるずれ量分、前記バルブタイミング学習手段により記憶された学習値を変更する学習値変更手段と、
を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio by changing the relative distance between the cylinder head and the piston at the top dead center,
A valve timing changing device for changing the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve; and
Valve timing correction means for correcting the valve timing by the valve timing changing device so that the valve timing becomes a specified value when the internal combustion engine is in a predetermined operating state;
Valve timing learning means for storing the valve timing corrected by the valve timing correction means when the internal combustion engine has a predetermined compression ratio as a learning value;
When the compression ratio of the internal combustion engine is changed by the variable compression ratio mechanism, the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve is relative to a predetermined timing when the piston of the internal combustion engine is in a predetermined position. A deviation amount estimating means for estimating a deviation amount at the time of deviation,
Learning value changing means for changing the learning value stored by the valve timing learning means by the amount of deviation estimated by the deviation amount estimating means when the compression ratio of the internal combustion engine is changed by the variable compression ratio mechanism; ,
An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism.
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
バルブタイミングが規定の値となるように前記バルブタイミング変更装置によりバルブタイミングの補正を行なうバルブタイミング補正手段と、
前記内燃機関の異なる圧縮比において前記バルブタイミング補正手段により補正されたバルブタイミングを夫々学習値として記憶するバルブタイミング学習手段と、
を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。 In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio by changing the relative distance between the cylinder head and the piston at the top dead center,
A valve timing changing device for changing the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve; and
Valve timing correction means for correcting the valve timing by the valve timing changing device so that the valve timing becomes a specified value;
Valve timing learning means for storing, as learning values, valve timings corrected by the valve timing correction means at different compression ratios of the internal combustion engine;
An internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism.
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