JP2008115830A - Control device and control method of reciprocation type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用してシリンダ内を往復動するピストンのピストンモーションを変更可能なレシプロ式内燃機関の制御に関する。 The present invention relates to control of a reciprocating internal combustion engine that can change the piston motion of a piston that reciprocates in a cylinder using a multi-link piston-crank mechanism.
特許文献1には、ピストンモーションの変化を伴って機関圧縮比を変更可能なレシプロ式内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構の一例が開示されている。この機構では、シリンダ内を往復動するピストンとクランクシャフトのクランクピンとが複数のリンクにより連係され、これら複数のリンクの一つに連結された制御リンクのリンク支持部の位置をアクチュエータにより変更・保持することにより、クランク角に対するピストンの動作すなわちピストンモーションの変化を伴って、機関圧縮比を変更することが可能である。機関圧縮比の設定は一般的には上記特許文献1,2にも記載されているように機関負荷や機関回転数に応じて行われる。
このような複リンク式ピストン−クランク機構を利用してピストンモーションを変更可能な4サイクルのレシプロ式内燃機関では、圧縮上死点の位置に大きく依存する機関圧縮比と、吸気量に大きな影響を及ぼす吸気行程の長さ、つまり吸気ストローク量と、を互いに独立して変更することが可能である。しかしながら、このような機関圧縮比と吸気ストローク量との具体的な設定、特に、機関始動性や燃焼安定性が必要とされる機関始動時やアイドル時における設定については、今まで十分な考慮がなされておらず、改善の余地が残されている。 In a four-cycle reciprocating internal combustion engine that can change the piston motion using such a multi-link piston-crank mechanism, the engine compression ratio that greatly depends on the position of the compression top dead center and the intake air amount are greatly affected. The length of the intake stroke to be exerted, that is, the intake stroke amount can be changed independently of each other. However, specific settings of the engine compression ratio and the intake stroke amount, particularly the settings at the time of engine start and idling that require engine startability and combustion stability, have been sufficiently considered so far. It has not been done and there is room for improvement.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、4サイクルのレシプロ式内燃機関の制御に関し、ピストンとクランクシャフトのクランクピンとを連係する複数のリンクの一つに制御リンクが連結された複リンク式ピストン−クランク機構を有し、上記制御リンクのリンク支持部の位置を変更・保持するアクチュエータの動作を制御することによって、ピストンモーションを変更可能である。そして、機関運転状態に応じて、圧縮上死点の位置に依存する目標圧縮比と、吸気行程の長さに相当する目標吸気ストローク量と、を演算する目標値演算手段と、上記目標圧縮比と目標吸気ストローク量とに基づいて、上記リンク支持部の目標位置を設定する目標位置設定手段と、を有することを特徴としている。 The present invention has been made in view of such problems, and relates to control of a four-cycle reciprocating internal combustion engine, in which a control link is connected to one of a plurality of links that link a piston and a crankpin of a crankshaft. Further, the piston motion can be changed by controlling the operation of an actuator that changes and holds the position of the link support portion of the control link. Then, according to the engine operating state, target value calculation means for calculating a target compression ratio depending on the position of the compression top dead center and a target intake stroke amount corresponding to the length of the intake stroke, and the target compression ratio And a target position setting means for setting a target position of the link support portion based on the target intake stroke amount.
本発明によれば、複リンク式ピストン−クランク機構を利用して、機関運転状態に応じて機関圧縮比と吸気ストローク量とを適切な設定とすることができ、例えば機関始動時における機関始動性の向上や、アイドル時における暖機促進や燃焼安定性の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately set the engine compression ratio and the intake stroke amount according to the engine operating state by using a multi-link type piston-crank mechanism. Improvement of warm-up during idling, and improvement of combustion stability can be achieved.
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。図1及び図2を参照して、この内燃機関(エンジン)は、膨張・排気・吸気・圧縮の4行程を1サイクルとする4サイクル・火花点火式の4気筒レシプロ式内燃機関である。シリンダブロック10には、機関出力軸としてのクランクシャフト11が回転可能に支持されているとともに、ピストン12が往復動可能に嵌合する複数、この例では4つの#1〜#4シリンダ(気筒)13が形成されている。このシリンダブロック10の上部に固定されるシリンダヘッド14には、ピストン12の冠面との間にペントルーフ型の燃焼室15が形成されるとともに、吸気通路(吸気ポート)16を開閉する吸気バルブ17と、排気通路(排気ポート)18を開閉する排気バルブ19とが設けられ、かつ、燃焼室15内の混合気を火花点火する点火プラグ20が設けられる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIGS. 1 and 2, this internal combustion engine (engine) is a four-cycle spark-ignition type four-cylinder reciprocating internal combustion engine in which four strokes of expansion, exhaust, intake, and compression are defined as one cycle. A
また、吸気通路16には、制御部40からの制御信号に応じて開度を調整・制御可能な電制のスロットル弁41が設けられるとともに、このスロットル弁41よりも上流側に吸気量(吸入空気量)を検出するエアフロメータ42が設けられ、かつ、吸気ポートへ燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)43が設けられている。機関運転状態を検出するセンサ類として、運転者によるアクセル操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ44,クランクシャフト11の回転角つまりクランク角(CA)を検出するクランク角センサ45,カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ47,機関温度としての冷却水温度を検出する水温センサ46,車速を検出する車速センサ50及び上記のエアフロメータ42等が設けられ、上記のクランク角センサ45とカム角センサ47の検出信号との組合せで気筒判別やエンジン回転数の検出が行われる。
The
制御部40は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記センサ類からの検出信号の他、スタータスイッチ(SW)48からの機関始動信号等に基づいて、スロットル弁41,インジェクタ43,点火プラグ20,機関始動時にクランクシャフト11を回転駆動すなわちクランキングするスタータ49の他、後述するように各気筒毎に設けられる複リンク式ピストン−クランク機構21の複数(この実施例では4つ)のアクチュエータ27等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。バッテリ52は、オルタネータやモータジェネレータ(図示省略)による発電電力を蓄電する。上記のスタータ49や図示せぬエアコン・コンプレッサ等の補機類は、バッテリ52からの供給電力(電圧・電流)により駆動される。このバッテリ52の蓄電状態、つまりは供給可能な電圧は、バッテリコントローラ(バッテリ状態検出手段)53により検出・モニタされる。
The control unit 40 is a digital computer system having a function of storing and executing various control processes. In addition to the detection signals from the sensors, the control unit 40 is a throttle valve based on an engine start signal from a starter switch (SW) 48 and the like. 41, an
図2に示すように、複リンク式ピストン−クランク機構21は、各ピストン12とクランクシャフト11のクランクピン22とを複数のリンク23,24により連係し、これら複数のリンク23,24の一つに連結された制御リンク25のリンク支持部26の位置をアクチュエータ27により変更することによって、ピストン12のピストンモーション(PM)を変更可能なものである。より具体的には、複リンク式ピストン−クランク機構21は、クランクピン22に回転可能に取り付けられるロアリンク23と、このロアリンク23とピストン12とを連結するアッパリンク24と、一端がロアリンク23に回転可能に連結される制御リンク25と、を有し、この制御リンク25の他端に上記のリンク支持部26が設けられる。ピストン12とアッパリンク24の上端とはピストンピン28により連結されており、アッパリンク24の下端とロアリンク23とは第1連結ピン29により連結されており、ロアリンク23と制御リンク25の一端とは第2連結ピン30により連結されている。ロアリンク23は、機構的には、第1連結ピン29と第2連結ピン30を結ぶ第1アーム31と、第1連結ピン29とクランクピン22とを結ぶ第2アーム32と、第2連結ピン30とクランクピン22とを結ぶ第3アーム33と、を有している。上記アクチュエータ27は、この例では各気筒13毎にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 2, the multi-link type piston-
アクチュエータ27には電気制御されるリニアモータ(線形誘導電動機)を利用したリニアアクチュエータを用いるのが良い。このリニアアクチュエータ27は、例えばシリンダブロック10の内面に固定される直線状の固定子としてのガイドレール34と、このガイドレール34に往復直線移動可能に支持されて、このガイドレール34上をシリンダ軸方向に平行な直線方向L1に沿って走行する可動子としてのリンク支持部26と、にそれぞれ電機子と界磁とが設けられ、リンク支持部26には誘導電流等を供給するためのケーブル35が接続されている。このようなリニアアクチュエータ27により運転条件や回転数に応じてピストンモーションを素早く正確に変更することが可能となり、エンジンの高速回転時においてもリンク支持部26を正確に動作させることができ、容易に高速化及び高精度化が実現できる上、リンク支持部26の摩擦を低減することができる。なお、各気筒毎にリンク支持部26をクランク角に応じて周知のフィードバック制御等により正確に制御するために、好ましくはリンク支持部26の位置を検出する位置センサ51が設けられている。
The
但し、このようなリニアアクチュエータ27に代えて、油圧を制御する電磁弁と、油圧で作動する油圧ピストンと、で構成される油圧アクチュエータを適用しても良い。このような電磁弁により油圧を制御して油圧ピストンによりリンク支持部を直動させる油圧アクチュエータを用いることで、低コスト化を図ることができるとともに、大きなトルクでの動作を安定して行うことが可能となる。
However, instead of such a
また、アクチェエータとして磁気粘性流体を利用する構造としても良い。つまり、リンク支持部26の動作方向の速度を抑えるように磁気粘性流体を連結し、リンク支持部26に加わる力でリンク支持部26のモーションを変化させる。運転条件により電磁石に流す電流値を変化させて、その粘性を変化させることで、ピストンモーションを切り替えることが可能である。この場合、機構が単純であり低コスト化を図ることができる。
Moreover, it is good also as a structure using a magnetorheological fluid as an actuator. That is, the magnetorheological fluid is connected so as to suppress the speed of the
図3は、クランク角に対するリンク支持部26の一設定例を示し、図4は、クランク角に対するピストン12の位置・動作すなわちピストンモーションを示している。図中、H1は中〜高負荷域で用いられる第1の設定を示し、H2は低〜中負荷域で用いられる第2の設定を示し、H3は第3の設定を示している。これら第1〜3の設定では、排気上死点の位置や膨張下死点の位置を変更することなく、吸気行程の長さである吸気ストローク量IS1,IS2と、圧縮上死点の位置とをそれぞれ変化させている。このような設定H1〜H3はクランク角に応じてリンク支持部26の位置を素早く変更することによって実現可能である。
FIG. 3 shows a setting example of the
中〜高負荷域で用いられる第1の設定H1では、リンク支持部26を所定位置に保持することによって、ピストンモーションを音振性能に優れた単振動つまり正弦波に近い特性としている。なお、リンク支持部26をシリンダ軸方向の下方へ下げるほどピストンモーションの位置が全体的に高くなり、上限位置へ向けて上げるほどピストンモーションの位置が全体的に低くなるように設定されている(図15参照)。
In the first setting H1 used in the medium to high load range, the piston motion is made to have a characteristic close to a single vibration having excellent sound vibration performance, that is, a sine wave, by holding the
低〜中負荷域で用いられる第2の設定H2では、リンク支持部26を各サイクル中の吸気行程から膨張行程にかけての所定の作動期間だけ、リンク支持部26をシリンダ下方側へ往復移動させることによって、特に、ピストンの吸気行程のストローク量すなわち吸気ストロークIS2を、第1の設定H1での吸気ストロークIS1に比して十分に小さくしている。また、第1の設定に比して、圧縮上死点の位置を高くして、機関圧縮比を高くしている。これによって、圧縮行程を短くしつつ膨張行程を長くし、熱効率を高めることができる。
In the second setting H2 used in the low to medium load range, the
第3の設定H3では、第2の設定H2に対し、排気上死点及び吸気下死点の位置を同一として吸気ストローク量を同一としつつ、圧縮上死点の位置を第2の設定H2よりも更に高くして、機関圧縮比を高くしている。すなわち、第1の設定H1が大吸気ストローク量・低圧縮比の設定であり、第2の設定H2が小吸気ストローク量・中圧縮比の設定であり、第3の設定H3が小吸気ストローク量・高圧縮比の設定である。 In the third setting H3, the exhaust top dead center and the intake bottom dead center are set to be the same as the second setting H2, and the intake stroke amount is made the same, while the compression top dead center is changed from the second setting H2. Is further increased to increase the engine compression ratio. That is, the first setting H1 is a setting of a large intake stroke amount / low compression ratio, the second setting H2 is a setting of a small intake stroke amount / medium compression ratio, and the third setting H3 is a small intake stroke amount.・ High compression ratio setting.
図5は、上記制御部40により記憶・実行されるリンク支持部26の目標位置の設定処理を模式的に示すブロック図である。始動・アイドル用目標値演算部(目標値設定手段)B1では、始動時とアイドル時とにおける目標スロットル開度(tTVO)、目標吸気ストローク量(tSt)及び目標圧縮比(tε)を、それぞれ始動状態と暖機状態とに基づいて、例えば予め設定される制御マップを参照して演算・設定する。ここで、「始動状態」とは、スタータ49による機関始動の容易度に相当し、例えばバッテリ電圧やクランキング時のエンジン回転数等を用いて求められる。図6に示すように、吸気ストローク量が大きいほど、吸入負圧が大きくなって燃料霧化が促進される一方、フリクション損失が大きくなるとともに、同等の吸入空気量を得るためにスロットル開度を小さくすると吸入負圧が増加するためにポンピング損失が大きくなる。また、機関圧縮比が高くなるほど、熱効率が高くなる一方、スタータ49によるクランキング時に必要なモータリングトルクが大きくなり、かつ、図中に一点鎖線で示す暖機性能が低下する。
FIG. 5 is a block diagram schematically showing target position setting processing of the
そこで、機関始動時には、バッテリ52の状態に応じて目標圧縮比と目標吸気ストローク量とを演算・設定している。基本的には、始動状態が相対的に悪いほど、つまり機関始動の容易度が低く困難度が高いほど、目標圧縮比を低く、目標吸気ストローク量を小さく設定する(図7参照)ことにより、クランキングに必要なトルクを低減させ、クランキング速度を上昇させることができるので、機関始動が困難な状況でも始動時間が長くなることを有効に低減・回避することができる。また、所望の吸入空気量を確保するために、目標吸気ストロークが大きくなるほど目標スロットル開度が小さくなるように、目標吸気ストローク量に応じて目標スロットル開度を演算・設定する。
Therefore, when the engine is started, the target compression ratio and the target intake stroke amount are calculated and set according to the state of the
より具体的には、機関水温が低く暖機運転が必要な冷間始動時の場合、図7の破線の特性及び図8に示すように、バッテリ電圧(始動容易度)に応じて主として目標吸気ストローク量(図では単に「吸気S量」と略す)を増減する。すなわち、バッテリ電圧(始動容易度)が低い状況では、始動性を重視して、小吸気ストローク量・中圧縮比の第2の設定H2とし、バッテリ電圧が高い状況では、燃焼安定性と暖機性能を重視して、大吸気ストローク量・低圧縮比の第1の設定H1とする。また、機関水温が高く暖機運転を行う必要のない暖機後の機関始動時の場合、図7の実線の特性及び図8に示すように、バッテリ電圧(始動容易度)に応じて主として目標圧縮比を増減する。すなわち、バッテリ電圧(始動容易度)が低い状況では、始動性を重視して、小吸気ストローク量・中圧縮比の第2の設定H2とし、バッテリ電圧が高い状況では、熱効率を重視して、小吸気ストローク量・高圧縮比の第3の設定H3とする。 More specifically, at the time of cold start where the engine water temperature is low and warm-up operation is required, the target intake air is mainly set according to the battery voltage (startability) as shown in FIG. The stroke amount (simply abbreviated as “intake S amount” in the figure) is increased or decreased. That is, in the situation where the battery voltage (startability) is low, the startability is considered as the second setting H2 of the small intake stroke amount / medium compression ratio, and in the situation where the battery voltage is high, the combustion stability and the warm-up are set. Focusing on performance, the first setting H1 of the large intake stroke amount / low compression ratio is set. Further, in the case of engine start after warm-up when the engine water temperature is high and it is not necessary to perform warm-up operation, the target is mainly set according to the battery voltage (startability) as shown in the characteristics of the solid line in FIG. 7 and FIG. Increase or decrease the compression ratio. That is, in the situation where the battery voltage (startability) is low, the startability is emphasized, and the second setting H2 of the small intake stroke amount / medium compression ratio is set. In the situation where the battery voltage is high, the thermal efficiency is emphasized, The third setting H3 of the small intake stroke amount / high compression ratio is set.
図9及び図10に示すように、アイドル状態、特に機関始動直後のアイドル状態では、暖機状態に関連する機関水温(機関温度)に応じて目標吸気ストロークや目標圧縮比を演算している。具体的には、機関水温が低い暖機アイドル(ハイアイドル)時の場合、燃焼安定性や暖機性能を重視して、目標吸気ストロークを大きくするとともに目標圧縮比を低くし、かつ、所望の吸入空気量を確保するために、吸気ストロークの増大に応じてスロットル開度を小さくし、かつ、吸入空気量の調整はスロットル開度をフィードバック制御することにより行う。一方、機関水温が高い暖機後の通常のアイドル時の場合、熱効率を重視して目標吸気ストローク量を小さくするとともに機関圧縮比を高くし、かつ、所望の吸入空気量を確保するために、吸気ストロークの低下に応じてスロットル開度を大きくし、かつ、吸入空気量の調整はピストンモーション(吸気ストローク)をフィードバック制御することにより行う。つまり、暖機運転中のハイアイドル時には大吸気ストローク量・低圧縮比の第1の設定H1とし、暖機後の通常のアイドル時には小吸気ストローク量・高圧縮比の第3の設定H3としている。 As shown in FIGS. 9 and 10, in the idle state, particularly in the idle state immediately after the engine is started, the target intake stroke and the target compression ratio are calculated according to the engine water temperature (engine temperature) related to the warm-up state. Specifically, in the case of warm-up idling (high idling) when the engine water temperature is low, emphasizing combustion stability and warm-up performance, increasing the target intake stroke, lowering the target compression ratio, In order to secure the intake air amount, the throttle opening is reduced as the intake stroke increases, and the intake air amount is adjusted by feedback control of the throttle opening. On the other hand, in the case of normal idling after warm-up when the engine water temperature is high, in order to reduce the target intake stroke amount while focusing on thermal efficiency, to increase the engine compression ratio, and to secure a desired intake air amount, The throttle opening is increased as the intake stroke decreases, and the intake air amount is adjusted by feedback control of the piston motion (intake stroke). That is, the first setting H1 of the large intake stroke amount and the low compression ratio is set at the high idle during the warm-up operation, and the third setting H3 of the small intake stroke amount and the high compression ratio is set at the normal idling after the warm-up. .
このように、アイドル時には、暖機されていない場合には圧縮比を低く、暖機が進むにつれて圧縮比を高くするので、暖機されていない状態ほど排気損失が増加することとなり、暖機を促進し、排気系に設けられる触媒の早期活性化を図ることができる。また、暖機されていない状態では吸気ストロークを大きくしてスロットル弁開度を小さくすることにより、吸入負圧を増加させて燃料の霧化を促進し、排気性能の向上を図ることができる。 In this way, at the time of idling, the compression ratio is lowered when the engine is not warmed up, and the compression ratio is increased as the warming up proceeds. Therefore, the exhaust loss increases as the engine is not warmed up. It is possible to promote early activation of the catalyst provided in the exhaust system. Further, when the engine is not warmed up, the intake stroke is increased to decrease the throttle valve opening, thereby increasing the intake negative pressure to promote fuel atomization and improving the exhaust performance.
再び図5を参照して、通常目標値演算部(目標値演算手段)B2では、上記の機関始動状態及びアイドル状態を除く通常の機関運転状態における目標スロットル開度(tTVO)、目標吸気ストローク量(tSt)及び目標圧縮比(tε)を、アクセル開度(APO)やエンジン回転数(Ne)に基づいて演算・設定する。一例としては、あらかじめ設定される制御マップを用いて求めることができる。 Referring again to FIG. 5, in the normal target value calculation unit (target value calculation means) B2, the target throttle opening (tTVO) and the target intake stroke amount in the normal engine operation state excluding the engine start state and the idle state described above. (TSt) and the target compression ratio (tε) are calculated and set based on the accelerator opening (APO) and the engine speed (Ne). As an example, it can be obtained by using a preset control map.
運転状態判定部B3では、アクセル開度(APO)、エンジン回転数(Ne)、スタータSW信号等に基づいて、始動状態、アイドル状態あるいは通常状態でるかを判定する。例えば図11のルーチンにより判定することができる。ステップS11では、始動条件が成立するかを判定する。例えば、スタータSW信号がONであり、かつエンジン回転数Neが所定値(例えば、約500rpm)を越えていれば、始動条件が成立すると判定して、ステップS11からステップS12へ進み、始動状態であると判定する。始動条件が成立していなければ、ステップS11からステップS13へ進み、アイドル条件が成立するかを判定する。例えば、アクセル開度APOが所定値(例えば、約0.5deg)未満であり、かつ、エンジン回転数Neが所定値(例えば、約1500rpm)未満であれば、アイドル条件が成立して、アイドル状態であると判定し(ステップS14)、アイドル条件が成立していなければ、機関始動とアイドルを除く通常の機関運転状態であると判定する(ステップS15)。 The operation state determination unit B3 determines whether the engine is in the start state, the idle state, or the normal state based on the accelerator opening (APO), the engine speed (Ne), the starter SW signal, and the like. For example, it can be determined by the routine of FIG. In step S11, it is determined whether a starting condition is satisfied. For example, if the starter SW signal is ON and the engine speed Ne exceeds a predetermined value (for example, about 500 rpm), it is determined that the start condition is satisfied, and the process proceeds from step S11 to step S12. Judge that there is. If the start condition is not satisfied, the process proceeds from step S11 to step S13 to determine whether the idle condition is satisfied. For example, if the accelerator opening APO is less than a predetermined value (for example, about 0.5 deg) and the engine speed Ne is less than a predetermined value (for example, about 1500 rpm), the idle condition is established and the idle state is established. (Step S14), and if the idle condition is not satisfied, it is determined that the engine is in a normal engine operation state excluding engine start and idle (step S15).
再び図5を参照して、最終目標値設定部(目標値演算手段)B4では、上記のB1〜B3で得られた結果を用いて、現在の運転状態に応じた目標吸気ストローク量(tSt)、目標圧縮比(tε)及び目標スロットル開度(tTVO)の組み合わせを出力する。目標位置演算部(目標位置演算手段)B5では、最終目標値設定部B4から出力される目標吸気ストローク量(tSt)と目標圧縮比(tε)の他、クランクアングルと気筒判別結果等に基づいて、各気筒のリンク支持部26の目標位置を求める。この目標位置に基づいて各気筒のリンク支持部26が駆動制御されることとなる。
Referring to FIG. 5 again, the final target value setting unit (target value calculation means) B4 uses the results obtained in the above B1 to B3, and uses the target intake stroke amount (tSt) according to the current operating state. The combination of the target compression ratio (tε) and the target throttle opening (tTVO) is output. In the target position calculation unit (target position calculation means) B5, the target intake stroke amount (tSt) and the target compression ratio (tε) output from the final target value setting unit B4, as well as the crank angle and the cylinder discrimination result, etc. Then, the target position of the
通常時のリンク支持部26の目標位置については、例えば図12に示すルーチンにより求めることができる。本ルーチンは制御部40に記憶され、極短い所定期間(例えば10ms又は所定クランク角)毎に繰り返し実行される。ステップS41では、クランク角,目標吸気ストローク量及び目標圧縮比等を読み込む。目標吸気ストローク量や目標圧縮比は、図13及び図14に示すような予め設定された制御マップを参照して、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて求めることができる。図13に示すように、アクセル開度が高くなるほど目標吸気ストローク量が高く設定される。また、図14に示すように、目標圧縮比は、アクセル開度が高くなるほど小さく、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。
The target position of the
ステップS42では、上記の目標吸気ストローク量と目標圧縮比に基づいて、目標吸気下死点位置(目標BDC位置)と目標圧縮上死点位置(目標TDC位置)とを求める。なお、膨張BDCと排気TDCについては、アクセル開度とエンジン回転数に応じて可変としても良いし、上述した第1〜3の設定H1〜H3のように不変としても良い。なお、より簡易的に、アクセル開度やエンジン回転数に基づいて直接的に目標BDC位置と目標TDC位置とを設定するようにしても良い。 In step S42, a target intake bottom dead center position (target BDC position) and a target compression top dead center position (target TDC position) are obtained based on the target intake stroke amount and the target compression ratio. Note that the expansion BDC and the exhaust TDC may be variable according to the accelerator opening and the engine speed, or may be unchanged as in the first to third settings H1 to H3 described above. Note that the target BDC position and the target TDC position may be set directly based on the accelerator opening and the engine speed more simply.
ステップS43では、上記の目標TDC位置と目標BDC位置とに基づいて、目標ピストン位置(目標ピストンモーション)を設定する。この目標ピストン位置は、上記の目標TDC位置と目標BDC位置とを通り、かつ、ピストンスピードの変化が極端に大きくならないように、例えば図15に示すような正弦波に近い特性に設定される。 In step S43, a target piston position (target piston motion) is set based on the target TDC position and the target BDC position. The target piston position is set to a characteristic close to a sine wave as shown in FIG. 15, for example, so as to pass through the target TDC position and the target BDC position and the piston speed does not change excessively.
ステップS44では、上記の目標ピストン位置に基づいて、リンク支持部26の目標位置を求める。一例として、図16に示すように、予め設定される各クランク角毎のピストン位置とリンク支持部26の位置との関係を示した制御マップを参照して、クランク角と目標ピストン位置とに基づいてリンク支持部26の目標位置を求めることができる。同図に示すように、この例では、目標ピストン位置が低くなるほどリンク支持部26の目標位置が上限位置へ向かう側へ設定される。
In step S44, the target position of the
図17は、基本目標スロットル開度の設定制御の一例を示すフローチャートであり、この基本目標スロットル開度が上記の目標値演算部B1,B2において目標吸気ストローク量に応じて補正されることとなる。ステップS51では、アクセル開度とエンジン回転数とが読み込まれる。そしてステップS52では、上記のアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、予め設定される制御マップ(図18参照)を参照して、基本目標スロットル開度を設定する。図18に示すように、基本目標スロットル開度は、アクセル開度に比例して大きくなり、所定のアクセル開度以上の領域では全開とされる。 FIG. 17 is a flowchart showing an example of setting control of the basic target throttle opening, and the basic target throttle opening is corrected in accordance with the target intake stroke amount in the target value calculation units B1 and B2. . In step S51, the accelerator opening and the engine speed are read. In step S52, the basic target throttle opening is set with reference to a preset control map (see FIG. 18) based on the accelerator opening and the engine speed. As shown in FIG. 18, the basic target throttle opening is increased in proportion to the accelerator opening, and is fully opened in a region equal to or greater than the predetermined accelerator opening.
図19〜図22は、本実施例に係る機関始動状態からアイドル状態へ移行する過渡状況での設定例を示している。図中、(A)はスタータSW信号、(B)はエンジン回転数Ne、(C)は(目標)吸気ストローク量、(D)は(目標)圧縮比、(E)は吸入負圧を示している。 FIGS. 19 to 22 show setting examples in a transient state in which the engine start state is shifted to the idle state according to the present embodiment. In the figure, (A) is the starter SW signal, (B) is the engine speed Ne, (C) is the (target) intake stroke amount, (D) is the (target) compression ratio, and (E) is the intake negative pressure. ing.
バッテリ52の状態が良好(電圧が通常)で、かつ機関温度が低く暖機運転を行う必要のある暖機前の状況では、図19に示すように、機関始動状態からアイドル状態にわたって、吸気ストローク量を大きくすることによって、相対的にスロットル開度を小さくし、特にアイドル状態での吸入負圧を確保して燃料霧化促進を図るとともに、圧縮比を低くして暖機促進を図っている。
In a state before warm-up in which the state of the
バッテリ52の状態が良好(電圧が通常)で、かつ機関温度が高く暖機運転の必要がない暖機後の状況では、図20に示すように、始動状態からアイドル状態にわたって、吸気ストローク量を小さくすることによって、フリクション損失を低減するとともに、相対的にスロットル開度を大きくしてポンプ損失を低減し、かつ、圧縮比を高くして熱効率の向上を図っている。
In a state after warm-up in which the state of the
バッテリ状態が不良(電圧低)で、かつ機関温度が低く暖機運転を行う必要のある暖機前の状況では、図21に示すように、機関始動状態では吸気ストローク量を小さくしてフリクションを低減するとともに、相対的にスロットル開度を大きくしてポンプ損失を低減し、機関始動性を確保するとともに、アイドル状態へ移行すると吸気ストローク量を大きくすることによって、相対的にスロットル開度を小さくし、吸入負圧を確保することによって、燃料霧化を促進している。また、機関圧縮比は、クランキングトルクの低減と暖機促進を図るために、機関始動状態からアイドル状態にわたって低い状態に維持している。 In a pre-warm-up situation where the battery condition is poor (voltage is low) and the engine temperature is low and it is necessary to perform warm-up operation, as shown in FIG. In addition to reducing the throttle opening, reducing the pump loss by reducing the pump loss, ensuring engine startability, and increasing the intake stroke when shifting to the idle state, the throttle opening is relatively reduced. In addition, fuel atomization is promoted by ensuring the suction negative pressure. Further, the engine compression ratio is kept low from the engine start state to the idle state in order to reduce cranking torque and promote warm-up.
バッテリ状態が不良(電圧低)で、かつ機関温度が高く暖機運転の必要がない暖機後の状況では、図22に示すように、機関始動状態からアイドル状態にわたって吸気ストローク量を小さい状態に維持し、フリクションの低減を図るとともに、相対的にスロットル開度を大きくして吸入負圧を低減することによって、ポンプ損失を低減している。また、機関圧縮比については、機関始動状態では低くしてクランキングトルクの低減を図りつつ、アイドル状態では高くして熱効率の向上を図っている。 In a situation after the warm-up in which the battery state is poor (voltage is low) and the engine temperature is high and the warm-up operation is not required, the intake stroke amount is reduced from the engine start state to the idle state as shown in FIG. While maintaining and reducing friction, the pump loss is reduced by reducing the suction negative pressure by relatively increasing the throttle opening. Further, the engine compression ratio is lowered in the engine starting state to reduce the cranking torque, and is increased in the idle state to improve the thermal efficiency.
以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について、図示実施例を参照して説明する。 The characteristic technical idea of the present invention that can be understood from the above description will be described with reference to the illustrated embodiments.
(1)本発明に係る4サイクルのレシプロ式内燃機関は、ピストン12とクランクシャフト11のクランクピン22とを連係する複数のリンク23,24の一つに制御リンク25が連結された複リンク式ピストン−クランク機構21を有し、制御部40により制御リンク25のリンク支持部26の位置を変更・保持するアクチュエータ27の動作を制御することによって、ピストンモーションを機関運転状態に応じて変更可能である。そして、機関運転状態に応じて、圧縮上死点の位置に依存する目標圧縮比と、吸気行程の長さに相当する目標吸気ストローク量と、を演算する目標値演算手段(目標値演算部B1,B2及び最終目標値設定部B4)と、上記目標圧縮比と目標吸気ストローク量とに基づいて、上記リンク支持部26の目標位置を設定する目標位置設定手段(目標位置設定部B5)と、を有することを特徴としている。
(1) A four-cycle reciprocating internal combustion engine according to the present invention is a multi-link type in which a
(2)吸気通路16を開閉する電制のスロットル弁41を有し、上記目標吸気ストローク量が大きくなるほど目標スロットル開度が小さくなるように、上記目標吸気ストローク量に応じて目標スロットル開度を設定する。
(2) An electronically controlled
(3)機関始動時にクランクシャフト11を回転駆動するスタータ49と、上記スタータ49へ電力を供給するバッテリ52と、このバッテリ52の状態を検出するバッテリ状態検出手段(バッテリコントローラ53)と、を有し、少なくとも機関始動時には、上記バッテリ52の状態に基づいて目標圧縮比と目標吸気ストローク量とを設定する。
(3) A starter 49 that rotationally drives the
(4)機関温度が低い冷間始動時には、バッテリ52の供給電力が低くなるほど吸気ストローク量が小さくなるように、目標圧縮比と目標吸気ストローク量のうちで主として目標吸気ストローク量をバッテリ52の状態に応じて増減する。
(4) At the time of cold start when the engine temperature is low, the target intake stroke amount is mainly set to the state of the
(5)機関温度が高い暖機後始動時には、バッテリ52の供給電力が低くなるほど目標圧縮比が低くなるように、目標圧縮比と目標吸気ストローク量のうちで主として目標圧縮比をバッテリ52の状態に応じて増減する。
(5) At the time of start-up after warm-up when the engine temperature is high, the target compression ratio is mainly set to the state of the
(6)少なくともアイドル時には、機関温度に応じて目標圧縮比と目標吸気ストローク量とを設定する。 (6) At least during idling, a target compression ratio and a target intake stroke amount are set according to the engine temperature.
(7)アイドル時には、機関温度が低くなるほど目標吸気ストローク量を大きくするとともに目標圧縮比を低くする。 (7) During idling, the target intake stroke amount is increased and the target compression ratio is decreased as the engine temperature decreases.
(8)上記目標位置設定手段による設定が、単振動に近いピストンストローク特性を実現する第1の設定H1と、この第1の設定H1よりも吸気行程が長く圧縮上死点位置の高い第2の設定H2と、吸気行程の長さが第2の設定H2と同等で、かつ圧縮上死点位置が第2の設定H2よりも更に高い第3の設定H3と、を含んでいる。 (8) The setting by the target position setting means is a first setting H1 that realizes piston stroke characteristics close to simple vibration, and a second setting that has a longer intake stroke and a higher compression top dead center position than the first setting H1. And a third setting H3 in which the length of the intake stroke is equivalent to the second setting H2 and the compression top dead center position is higher than the second setting H2.
(9)吸気行程に相当する吸気ストローク量と圧縮上死点の位置に依存する圧縮比とを制御可能な4サイクルのレシプロ式内燃機関の制御方法において、機関始動時には、機関運転状態に基づいて機関始動の容易度を検出し、この機関始動の容易度が高いほど吸気ストローク量が大きくなるように、上記機関始動の容易度に応じて吸気ストローク量を増減する。上記機関始動の容易度は、例えば水温センサ46により検出される機関水温(機関温度)やバッテリ52により検出・モニタされるバッテリ52の供給電圧等から求めることができ、機関水温が低いほど、またバッテリの供給電圧が低いほど、上記機関始動の容易度が低く、機関始動が困難となる関係にある。
(9) In the control method for a 4-cycle reciprocating internal combustion engine capable of controlling the intake stroke amount corresponding to the intake stroke and the compression ratio depending on the position of the compression top dead center, the engine is started based on the engine operating state. The degree of ease of starting the engine is detected, and the intake stroke amount is increased or decreased according to the degree of ease of starting the engine so that the higher the degree of ease of starting the engine, the larger the amount of intake stroke. The degree of ease of starting the engine can be obtained from, for example, the engine water temperature (engine temperature) detected by the
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、機関温度を検出するものとして上記実施例では冷却水温を検出する水温センサ46を用いているが、エンジンオイルの温度を検出する油温センサを単独又は水温センサ46と併用して機関温度を求めるようにしても良い。
As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. . For example, in the above-described embodiment, the
11…クランクシャフト
12…ピストン
13…シリンダ
21…複リンク式ピストン−クランク機構
22…クランクピン
23…ロアリンク
24…アッパリンク
25…制御リンク
26…リンク支持部
27…アクチュエータ
40…制御部
49…スタータ
52…バッテリ
53…バッテリコントローラ(バッテリ状態検出手段)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
機関運転状態に応じて、圧縮上死点の位置に依存する目標圧縮比と、吸気行程の長さに相当する目標吸気ストローク量と、を演算する目標値演算手段と、
上記目標圧縮比と目標吸気ストローク量とに基づいて、上記リンク支持部の目標位置を設定する目標位置設定手段と、
を有することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御装置。 An actuator having a multi-link type piston-crank mechanism in which a control link is connected to one of a plurality of links linking a piston and a crank pin of a crankshaft, and changing and holding the position of a link support portion of the control link. In a control apparatus for a four-cycle reciprocating internal combustion engine in which piston motion can be changed by controlling operation,
Target value calculating means for calculating a target compression ratio depending on the position of the compression top dead center and a target intake stroke amount corresponding to the length of the intake stroke according to the engine operating state,
Target position setting means for setting a target position of the link support portion based on the target compression ratio and the target intake stroke amount;
A control apparatus for a reciprocating internal combustion engine, comprising:
上記目標値演算手段は、上記目標吸気ストローク量が大きくなるほど目標スロットル開度が小さくなるように、上記目標吸気ストローク量に応じて目標スロットル開度を設定することを特徴とする請求項1に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。 It has an electric throttle valve that opens and closes the intake passage,
The target value calculating means sets the target throttle opening according to the target intake stroke amount so that the target throttle opening becomes smaller as the target intake stroke amount becomes larger. Control device for reciprocating internal combustion engine.
上記目標値演算手段は、少なくとも機関始動時には、上記バッテリの状態に基づいて目標圧縮比と目標吸気ストローク量とを設定することを特徴とする請求項1又は2に記載のレシプロ式内燃機関の制御装置。 A starter that rotationally drives the crankshaft when the engine is started, a battery that supplies electric power to the starter, and a battery state detection unit that detects the state of the battery,
The control of the reciprocating internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the target value calculation means sets a target compression ratio and a target intake stroke amount based on the state of the battery at least at the time of engine start. apparatus.
機関始動時には、機関運転状態に基づいて機関始動の容易度を検出し、
この機関始動の容易度が高いほど吸気ストローク量が大きくなるように、上記機関始動の容易度に応じて吸気ストローク量を増減することを特徴とするレシプロ式内燃機関の制御方法。 In a control method for a 4-cycle reciprocating internal combustion engine capable of controlling an intake stroke amount corresponding to an intake stroke and a compression ratio depending on the position of compression top dead center,
When starting the engine, it detects the ease of starting the engine based on the engine operating state,
A control method for a reciprocating internal combustion engine, wherein the intake stroke amount is increased / decreased according to the ease of engine start so that the intake stroke amount increases as the engine start ease increases.
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