JP2011122512A - Spark ignition type internal combustion engine - Google Patents

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大輔 秋久
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark ignition type internal combustion engine in which an intake air amount supplied to a combustion chamber is mainly controlled by changing a closing timing of an intake valve, and which is capable of preventing thermal efficiency from lowering and fuel efficiency from deteriorating which are generated in association with excessive delay of closing timing of the intake valve. <P>SOLUTION: The spark ignition type internal combustion engine includes: a variable compression ratio mechanism A capable of changing a mechanical compression ratio; a variable valve timing mechanism B capable of controlling the closing timing of an intake valve 7; and an intake gas temperature detection means detecting or estimating a temperature of an intake gas supplied to the combustion chamber when the intake valve is closed. During a low load operation of the engine, if a temperature T detected or estimated by the intake gas temperature detection means is higher than a reference temperature Tr, the closing timing of the intake valve is advanced such that the closing timing approaches a compression bottom dead center and the mechanical compression ratio is reduced, compared to a condition in which the temperature T is not higher than the reference temperature Tr. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、火花点火式内燃機関に関する。   The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、燃焼室内に供給される吸入空気量が主に吸気弁の閉弁時期を変えることによって制御され、機関低負荷運転時には機関高負荷運転時に比べて機械圧縮比が高くされる火花点火式内燃機関が知られている(例えば、特許文献1)。   It has a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and a variable valve timing mechanism that can control the closing timing of the intake valve, and the amount of intake air supplied into the combustion chamber is mainly the closing timing of the intake valve There is known a spark ignition type internal combustion engine which is controlled by changing the engine pressure and has a higher mechanical compression ratio at the time of engine low load operation than at the time of engine high load operation (for example, Patent Document 1).

特に、実圧縮比よりも機械圧縮比(すなわち膨張比)の方が理論熱効率に与える影響が大きいことから、特許文献1に記載された火花点火式内燃機関では、機関低負荷運転時において実圧縮比を低く維持しつつ、機械圧縮比を例えば20以上の高い値としている。これにより、特許文献1に記載された火花点火式内燃機関では、理論熱効率を極めて高いものとすることができ、これに伴って燃費が大きく改善されている。   In particular, since the mechanical compression ratio (that is, the expansion ratio) has a larger influence on the theoretical thermal efficiency than the actual compression ratio, the spark ignition type internal combustion engine described in Patent Document 1 is actually compressed during engine low load operation. While maintaining the ratio low, the mechanical compression ratio is set to a high value of, for example, 20 or more. Thereby, in the spark ignition internal combustion engine described in Patent Document 1, the theoretical thermal efficiency can be made extremely high, and the fuel efficiency is greatly improved accordingly.

特開2007−303423号公報JP 2007-303423 A

ところで、上記特許文献1に開示された火花点火式内燃機関では、燃焼室内に供給される吸入空気量が主に吸気弁の閉弁時期を変えることによって制御されている。具体的には、燃焼室内に供給される吸入吸気量を増大させるべきときには吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点に近づくように進角させ、燃焼室内に供給される吸入空気量を減少させるべきときには吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点から離れるように遅角させている。   By the way, in the spark ignition internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, the intake air amount supplied into the combustion chamber is controlled mainly by changing the valve closing timing of the intake valve. Specifically, when the intake air amount supplied into the combustion chamber should be increased, the valve closing timing of the intake valve is advanced so as to approach the compression bottom dead center to reduce the intake air amount supplied into the combustion chamber. When it should be, the closing timing of the intake valve is retarded so as to be away from the compression bottom dead center.

ここで、吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点から離れるように遅角させた場合、ピストンの下降中に吸気弁が開弁されると共に、その後ピストンが上昇している間も或る程度の期間に亘って吸気弁が開弁されたままとされる。このようにピストンが上昇している間に吸気弁が開弁されたままになると、ピストンの下降中に一旦燃焼室内に流入した吸気ガスの一部がピストンの上昇に伴って吸気ポート内に戻されることになる。吸気ポート内に戻される吸気ガスの量は、吸気弁の閉弁時期が遅角するほど多くなる。   Here, when the closing timing of the intake valve is retarded so as to be away from the compression bottom dead center, the intake valve is opened while the piston is descending, and then the piston is also raised to some extent. During this period, the intake valve remains open. If the intake valve remains open while the piston is moving up, a part of the intake gas once flowing into the combustion chamber during the lowering of the piston is returned to the intake port as the piston moves up. Will be. The amount of intake gas returned into the intake port increases as the intake valve closing timing is retarded.

一方、一旦燃焼室内に流入した吸気ガスは、燃焼室内においてシリンダ壁面から熱を受けて昇温せしめられる。したがって、一旦燃焼室内に流入してから吸気ポート内に戻される吸気ガスの温度は燃焼室内に流入する前に比べて高くなっている。このため、吸気ポート内の吸気ガスの温度が上昇し、その結果、次のサイクルにおいて燃焼室内に流入する吸気ガスの温度が上昇することになる。   On the other hand, the intake gas once flowing into the combustion chamber is heated by receiving heat from the cylinder wall surface in the combustion chamber. Therefore, the temperature of the intake gas that once flows into the combustion chamber and then returns to the intake port is higher than that before flowing into the combustion chamber. For this reason, the temperature of the intake gas in the intake port increases, and as a result, the temperature of the intake gas flowing into the combustion chamber in the next cycle increases.

このように燃焼室内に流入する吸気ガスの温度が上昇すると、圧縮上死点における燃焼室内の吸気ガスの温度が上昇することになり、ノッキングが生じ易くなる。このため、燃焼室内に流入する吸気ガスの温度が上昇した場合には、ノッキングの発生を抑制すべく、点火時期を遅角させることが必要になり、結果として熱効率の低下、燃費の悪化を招いてしまう。   When the temperature of the intake gas flowing into the combustion chamber increases in this way, the temperature of the intake gas in the combustion chamber at the compression top dead center increases, and knocking is likely to occur. For this reason, when the temperature of the intake gas flowing into the combustion chamber rises, it is necessary to retard the ignition timing in order to suppress the occurrence of knocking, resulting in a decrease in thermal efficiency and a deterioration in fuel consumption. I will.

そこで、本発明の目的は、主に吸気弁の閉弁時期を変えることによって燃焼室内に供給される吸入空気量を制御している火花点火式内燃機関において、吸気弁の閉弁時期の過度の遅角に伴う熱効率の低下及び燃費の悪化を抑制することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an excessive amount of intake valve closing timing in a spark ignition type internal combustion engine that mainly controls the amount of intake air supplied into the combustion chamber by changing the closing timing of the intake valve. The purpose is to suppress a decrease in thermal efficiency and a deterioration in fuel consumption due to retardation.

上記課題を解決するために、第1の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、吸気弁の閉弁時に燃焼室内に供給されている吸気ガスの温度を検出又は推定する吸気ガス温度検出手段とを具備し、機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには、基準温度以下のときに比べて吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点に近づくように進角すると共に、機械圧縮比を小さくするようにした火花点火式内燃機関が提供される。   In order to solve the above problems, in the first invention, a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio, a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve, and combustion when the intake valve is closed An intake gas temperature detecting means for detecting or estimating the temperature of the intake gas supplied into the room, and the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means is higher than the reference temperature during engine low load operation Sometimes, there is provided a spark ignition internal combustion engine in which the closing timing of the intake valve is advanced so as to approach the compression bottom dead center and the mechanical compression ratio is made smaller than when the temperature is lower than the reference temperature.

第2の発明では、第1の発明において、機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには、基準温度よりも低いときに比べてスロットル弁の開度を小さくするようにした。   According to a second invention, in the first invention, in the engine low load operation, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means is higher than the reference temperature, the throttle valve is lower than when the temperature is lower than the reference temperature. The opening of was made small.

第3の発明では、第1又は第2の発明において、機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度に関わらず実圧縮比をほぼ同一とするようにした。   In the third invention, in the first or second invention, the actual compression ratio is made substantially the same regardless of the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means at the time of engine low load operation.

第4の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには該検出又は推定された温度が高くなるにつれて、吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点に近づくように進角し、機械圧縮比を小さくし、且つスロットル弁の開度を小さくするようにした。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means is higher than the reference temperature during engine low load operation, the detection or estimation is performed. As the temperature increases, the closing timing of the intake valve is advanced so as to approach the compression bottom dead center, the mechanical compression ratio is decreased, and the opening of the throttle valve is decreased.

第5の発明では、第1〜第4のいずれか一つの発明において、機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度以下のときには、該検出又は推定された温度に関わらず吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比をほぼ一定に維持するようにした。   In the fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means is equal to or lower than the reference temperature during the engine low load operation, the detected or estimated is detected. Regardless of the temperature, the valve closing timing and mechanical compression ratio of the intake valve are maintained almost constant.

第6の発明では、第1〜第5のいずれか一つの発明において、内燃機関の冷間始動時には、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定される温度が基準温度よりも低いものとして吸気弁の閉弁時期及び機械圧縮比を制御するようにした。   According to a sixth aspect of the invention, in any one of the first to fifth aspects of the invention, when the internal combustion engine is cold started, the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means is assumed to be lower than the reference temperature. The valve closing timing and mechanical compression ratio were controlled.

本発明によれば、主に吸気弁の閉弁時期を変えることによって燃焼室内に供給される吸入空気量を制御している火花点火式内燃機関において、吸気弁の閉弁時期の過度の遅角に伴う熱効率の低下及び燃費の悪化を抑制することができる。   According to the present invention, in a spark ignition type internal combustion engine that controls the amount of intake air supplied into the combustion chamber mainly by changing the closing timing of the intake valve, an excessive delay of the closing timing of the intake valve is performed. It is possible to suppress a decrease in thermal efficiency and a deterioration in fuel consumption associated with.

火花点火式内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a spark ignition internal combustion engine. 可変圧縮比機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a variable compression ratio mechanism. 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。1 is a schematic side sectional view of an internal combustion engine. 可変バルブタイミング機構を示す図である。It is a figure which shows a variable valve timing mechanism. 吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an intake valve and an exhaust valve. 機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mechanical compression ratio, an actual compression ratio, and an expansion ratio. 理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between theoretical thermal efficiency and an expansion ratio. 通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a normal cycle and a super-high expansion ratio cycle. 機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。It is a figure which shows changes, such as a mechanical compression ratio according to an engine load. 吸気弁の閉弁時期が遅角されている場合の吸気ガスの流れを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of the intake gas when the valve closing timing of an intake valve is retarded. 吸気温度と吸気弁の閉弁時期等との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between intake temperature and the valve closing timing of an intake valve, etc. 吸気弁の閉弁時期等の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a control routine for control of intake valve closing timing and the like. 吸気弁の閉弁時期補正量等の算出に用いられるマップを示す図である。It is a figure which shows the map used for calculation of the valve closing timing correction amount etc. of an intake valve. 吸気温度と吸気弁の閉弁時期等との関係を示す、図11と同様な図である。FIG. 12 is a view similar to FIG. 11 showing the relationship between the intake air temperature and the closing timing of the intake valve. 機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す、図9と同様な図である。FIG. 10 is a view similar to FIG. 9 showing changes in the mechanical compression ratio and the like according to the engine load.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図1に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図1を参照すると、1はクランクケース、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート8は吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、各吸気枝管11にはそれぞれ対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに各燃焼室5内に配置してもよい。
FIG. 1 shows a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5, and 7 is an intake air 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11, and a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8 is arranged in each intake branch pipe 11. The fuel injection valve 13 may be arranged in each combustion chamber 5 instead of being attached to each intake branch pipe 11.

サージタンク12は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ20に連結され、排気マニホルド19内には空燃比センサ21が配置される。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 and an intake air amount detector 18 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalytic converter 20 containing, for example, a three-way catalyst via an exhaust manifold 19, and an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19.

一方、図1に示される実施形態ではクランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられており、さらに吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Bが設けられている。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is positioned at the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axial direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. There is provided a variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 when performing the operation, and a variable valve timing mechanism B capable of controlling the closing timing of the intake valve 7.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。吸入空気量検出器18の出力信号、空燃比センサ21の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。さらに入力ポート35にはクランクシャフトが例えば10°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火プラグ6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用アクチュエータ16、可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bに接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. The output signal of the intake air amount detector 18 and the output signal of the air-fuel ratio sensor 21 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37, respectively. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 10 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the throttle valve driving actuator 16, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through corresponding drive circuits 38.

図2は図1に示す可変圧縮比機構Aの分解斜視図を示しており、図3は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部50が形成されており、各突出部50内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔51が形成されている。一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部50の間に嵌合せしめられる複数個の突出部52が形成されており、これら各突出部52内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown. Referring to FIG. 2, a plurality of projecting portions 50 spaced from each other are formed below both side walls of the cylinder block 2, and cam insertion holes 51 each having a circular cross section are formed in each projecting portion 50. Has been. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 spaced apart from each other. A cam insertion hole 53 having a circular cross section is formed.

図2に示されるように一対のカムシャフト54、55が設けられており、各カムシャフト54、55上には一つおきに各カム挿入孔51内に回転可能に挿入される円形カム56が固定されている。これら円形カム56は各カムシャフト54、55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム56間には図3においてハッチングで示すように各カムシャフト54、55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びており、この偏心軸57上に別の円形カム58が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるようにこれら円形カム58は各円形カム56間に配置されており、これら円形カム58は対応する各カム挿入孔53内に回転可能に挿入されている。   As shown in FIG. 2, a pair of camshafts 54 and 55 are provided, and on each camshaft 54 and 55, a circular cam 56 that is rotatably inserted into each cam insertion hole 51. It is fixed. These circular cams 56 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, an eccentric shaft 57 arranged eccentrically with respect to the rotation axis of each camshaft 54, 55 extends between the circular cams 56 as shown by hatching in FIG. A cam 58 is eccentrically mounted for rotation. As shown in FIG. 2, the circular cams 58 are disposed between the circular cams 56, and the circular cams 58 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 53.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54、55上に固定された円形カム56を図3(A)において実線の矢印で示されるように互いに反対方向に回転させると偏心軸57が下方中央に向けて移動するために円形カム58がカム挿入孔53内において図3(A)の破線の矢印に示すように円形カム56とは反対方向に回転し、図3(B)に示されるように偏心軸57が下方中央まで移動すると円形カム58の中心が偏心軸57の下方へ移動する。   When the circular cams 56 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as shown by solid arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. 3 moves toward the lower center, so that the circular cam 58 rotates in the opposite direction to the circular cam 56 in the cam insertion hole 53 as shown by the broken arrow in FIG. As shown, when the eccentric shaft 57 moves to the lower center, the center of the circular cam 58 moves below the eccentric shaft 57.

図3(A)と図3(B)とを比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置は円形カム56の中心と円形カム58の中心との距離によって定まり、円形カム56の中心と円形カム58の中心との距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離れる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大し、したがって各カムシャフト54、55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更することができる。   3A and 3B, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center of the circular cam 56 and the center of the circular cam 58. The cylinder block 2 moves away from the crankcase 1 as the distance between the center and the center of the circular cam 58 increases. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is located at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示されるように各カムシャフト54、55をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア61、62が取付けられており、これらウォームギア61、62と噛合する歯車63、64がそれぞれ各カムシャフト54、55の端部に固定されている。本実施形態では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図1から図3に示される可変圧縮比機構Aは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。   As shown in FIG. 2, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worm gears 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Gears 63 and 64 that mesh with the worm gears 61 and 62 are fixed to end portions of the camshafts 54 and 55, respectively. In the present embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range. The variable compression ratio mechanism A shown in FIGS. 1 to 3 shows an example, and any type of variable compression ratio mechanism can be used.

一方、図4は図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70に対して設けられている可変バルブタイミング機構Bを示している。図4に示したように可変バルブタイミング機構Bはカムシャフト70の一端に取付けられてカムシャフト70のカムの位相を変更するためのカム位相変更部B1と、カムシャフト70と吸気弁7のバルブリフタ26との間に配置されてカムシャフト70のカムの作用角を異なる作用角に変更して吸気弁7に伝達するカム作用角変更部B2から構成されている。なお、カム作用角変更部B2については図4に側面断面図と平面図とが示されている。   4 shows a variable valve timing mechanism B provided for the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. As shown in FIG. 4, the variable valve timing mechanism B is attached to one end of the camshaft 70 to change the cam phase of the camshaft 70, the cam phase changer B <b> 1, and the valve lifter of the camshaft 70 and the intake valve 7. The cam operating angle changing portion B2 is arranged between the cam operating angle change portion 26 and the cam operating angle changing portion B2 for changing the operating angle of the cam of the camshaft 70 to a different operating angle. As for the cam working angle changing portion B2, a side sectional view and a plan view are shown in FIG.

まず初めに可変バルブタイミング機構Bのカム位相変更部B1について説明すると、このカム位相変更部B1は機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、カムシャフト70と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを具備しており、各ベーン75の両側にはそれぞれ進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   First, the cam phase changing portion B1 of the variable valve timing mechanism B will be described. The cam phase changing portion B1 is rotated by a crankshaft of the engine via a timing belt in a direction indicated by an arrow, a timing pulley 71, A cylindrical housing 72 that rotates together, a rotary shaft 73 that rotates together with the camshaft 70 and that can rotate relative to the cylindrical housing 72, and an outer peripheral surface of the rotary shaft 73 from an inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 And a plurality of partition walls 74 extending between the partition walls 74 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72. An advance hydraulic chamber 76 and a retard hydraulic chamber 77 are formed.

各油圧室76、77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76、77にそれぞれ連結された油圧ポート79、80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83、84と、各ポート79、80、82、83、84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 that performs communication cutoff control between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは図4においてスプール弁85が下方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印X方向に相対回転せしめられる。   When the cam phase of the camshaft 70 is to be advanced, the spool valve 85 is moved downward in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 enters the advance angle hydraulic chamber 76 via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retarding hydraulic chamber 77 is supplied and discharged from the drain port 84. At this time, the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the arrow X direction.

これに対し、カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは図4においてスプール弁85が上方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印Xと反対方向に相対回転せしめられる。   On the other hand, when the cam phase of the camshaft 70 is to be retarded, the spool valve 85 is moved upward in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is used for retarding via the hydraulic port 80. The hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83 while being supplied to the hydraulic chamber 77. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow X.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転せしめられているときにスプール弁85が図4に示した中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。したがってカム位相変更部B1によって図5(A)に示したようにカムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。すなわち、カム位相変更部B1によって吸気弁7の開弁時期を任意に進角又は遅角させることができることになる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72, the relative rotation operation of the rotation shaft 73 is stopped, and the rotation shaft 73 The relative rotation position at that time is held. Therefore, the cam phase changer B1 can advance or retard the cam phase of the camshaft 70 by a desired amount as shown in FIG. That is, the valve opening timing of the intake valve 7 can be arbitrarily advanced or retarded by the cam phase changing unit B1.

次に可変バルブタイミング機構Bのカム作用角変更部B2について説明すると、このカム作用角変更部B2はカムシャフト70と平行に並列配置され且つアクチュエータ91によって軸線方向に移動せしめられる制御ロッド90と、カムシャフト70のカム92と係合し且つ制御ロッド90上に形成された軸線方向に延びるスプライン93に摺動可能に嵌合せしめられている中間カム94と、吸気弁7を駆動するためにバルブリフタ26と係合し且つ制御ロッド90上に形成された螺旋状に延びるスプライン95に摺動可能に嵌合する揺動カム96とを具備しており、揺動カム96上にはカム97が形成されている。   Next, the cam working angle changing portion B2 of the variable valve timing mechanism B will be described. The cam working angle changing portion B2 is arranged in parallel with the camshaft 70 and is moved in the axial direction by the actuator 91; An intermediate cam 94 engaged with the cam 92 of the camshaft 70 and slidably fitted in an axially extending spline 93 formed on the control rod 90 and a valve lifter for driving the intake valve 7 26 and a swing cam 96 slidably fitted to a spirally extending spline 95 formed on the control rod 90, and a cam 97 is formed on the swing cam 96. Has been.

カムシャフト70が回転するとカム92によって中間カム94が常に一定の角度だけ揺動せしめられ、このとき揺動カム96も一定の角度だけ揺動せしめられる。一方、中間カム94及び揺動カム96は制御ロッド90の軸線方向には移動不能に支持されており、したがって制御ロッド90がアクチュエータ91によって軸線方向に移動せしめられたときに揺動カム96は中間カム94に対して相対回転せしめられることになる。   When the camshaft 70 is rotated, the intermediate cam 94 is always swung by a certain angle by the cam 92. At this time, the rocking cam 96 is also swung by a certain angle. On the other hand, the intermediate cam 94 and the swing cam 96 are supported so as not to move in the axial direction of the control rod 90. Therefore, when the control rod 90 is moved in the axial direction by the actuator 91, the swing cam 96 is intermediate. It is rotated relative to the cam 94.

中間カム94と揺動カム96との相対回転位置関係によりカムシャフト70のカム92が中間カム94と係合し始めたときに揺動カム96のカム97がバルブリフタ26と係合し始める場合には図5(B)においてaで示したように吸気弁7の開弁期間及びリフトは最も大きくなる。これに対し、アクチュエータ91によって揺動カム96が中間カム94に対して図4の矢印Y方向に相対回転せしめられると、カムシャフト70のカム92が中間カム94に係合した後、暫らくしてから揺動カム96のカム97がバルブリフタ26と係合する。この場合には図5(B)においてbで示したように吸気弁7の開弁期間及びリフト量はaに比べて小さくなる。   When the cam 97 of the swing cam 96 starts to engage with the valve lifter 26 when the cam 92 of the camshaft 70 starts to engage with the intermediate cam 94 due to the relative rotational positional relationship between the intermediate cam 94 and the swing cam 96. As shown by a in FIG. 5B, the valve opening period and lift of the intake valve 7 become the largest. On the other hand, when the swing cam 96 is rotated relative to the intermediate cam 94 in the direction of the arrow Y by the actuator 91, the cam 92 of the camshaft 70 is engaged with the intermediate cam 94 for a while. Thereafter, the cam 97 of the swing cam 96 is engaged with the valve lifter 26. In this case, as indicated by b in FIG. 5B, the valve opening period and the lift amount of the intake valve 7 are smaller than a.

揺動カム96が中間カム94に対して図4の矢印Y方向にさらに相対回転せしめられると図5(B)においてcで示したように吸気弁7の開弁期間及びリフト量はさらに小さくなる。すなわち、アクチュエータ91により中間カム94と揺動カム96の相対回転位置を変更することによって吸気弁7の開弁期間(作用角)を任意に変えることができる。ただし、この場合、吸気弁7のリフト量は吸気弁7の開弁期間が短くなるほど小さくなる。   When the swing cam 96 is further rotated relative to the intermediate cam 94 in the direction of the arrow Y in FIG. 4, the valve opening period and the lift amount of the intake valve 7 are further reduced as indicated by c in FIG. . That is, the valve opening period (working angle) of the intake valve 7 can be arbitrarily changed by changing the relative rotational position of the intermediate cam 94 and the swing cam 96 by the actuator 91. However, in this case, the lift amount of the intake valve 7 becomes smaller as the opening period of the intake valve 7 becomes shorter.

このようにカム位相変更部B1によって吸気弁7の開弁時期を任意に変更することができ、カム作用角変更部B2によって吸気弁7の開弁期間を任意に変更することができるのでカム位相変更部B1とカム作用角変更部B2との双方によって、すなわち可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁7の開弁時期と開弁期間とを、すなわち吸気弁7の開弁時期と閉弁時期とを任意に変更することができることになる。   Thus, the cam phase changing unit B1 can arbitrarily change the valve opening timing of the intake valve 7, and the cam operating angle changing unit B2 can arbitrarily change the valve opening period of the intake valve 7, so that the cam phase By both the change part B1 and the cam working angle change part B2, that is, by the variable valve timing mechanism B, the valve opening timing and valve opening period of the intake valve 7, that is, the valve opening timing and valve closing timing of the intake valve 7 are set. It can be changed arbitrarily.

なお、図1および図4に示した可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、図1および図4に示した例以外の種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。特に、本発明の実施形態では、吸気弁7の閉弁時期を変更可能な可変閉弁時期機構であれば、如何なる形式の機構を用いてもよい。また、排気弁9に対しても吸気弁7の可変バルブタイミング機構Bと同様な可変バルブタイミング機構を設けてもよい。   The variable valve timing mechanism B shown in FIGS. 1 and 4 shows an example, and various types of variable valve timing mechanisms other than the examples shown in FIGS. 1 and 4 can be used. In particular, in the embodiment of the present invention, any type of mechanism may be used as long as the valve closing timing mechanism can change the valve closing timing of the intake valve 7. A variable valve timing mechanism similar to the variable valve timing mechanism B of the intake valve 7 may be provided for the exhaust valve 9 as well.

次に図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、図6において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. For the sake of explanation, FIG. 6 shows an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml. In FIG. 6, the combustion chamber volume is the value when the piston is located at the compression top dead center. It represents the volume of the combustion chamber.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示される例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。すなわち、図6(B)に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。したがって実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記のように表される。図6(B)に示される例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression action is not performed while the intake valve is open, and the actual compression starts from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示される例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7及び図8を参照しつつ本発明において最も基本となっている制御について説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the most basic control in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ圧縮下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。すなわち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the compression bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, as in the example shown in FIG. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, the actual compression ratio should be increased. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分して理論熱効率を高めることについて検討すると、理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えない。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, when the theoretical thermal efficiency is increased by strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio, the expansion ratio dominates the theoretical thermal efficiency, and the actual compression ratio has little influence on the theoretical thermal efficiency. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対して押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。したがって膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示したように実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. The theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while maintaining the actual compression ratio at a low value as described above, and the theory when the actual compression ratio is increased with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the increase in thermal efficiency.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、したがって実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大幅に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can greatly increase. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示される場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。このため、図8(B)に示したサイクルを超高膨張比サイクルと称する。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11, as described above. Compared with this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. For this reason, the cycle shown in FIG. 8B is referred to as an ultra-high expansion ratio cycle.

前述したように一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、したがって車両走行時における熱効率を向上させるためには、すなわち燃費を向上させるには機関低負荷運転時における熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、したがってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。したがって本発明では機関低負荷運転時には図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   As described above, in general, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency when the vehicle is running, that is, to improve the fuel efficiency, the thermal efficiency during the engine low load operation is required. It is necessary to improve. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, the engine is operated at a very high expansion ratio cycle as shown in FIG. 8B during low engine load operation, and at the normal cycle shown in FIG. 8A during engine high load operation.

次に図9を参照しつつ運転制御全般について説明する。
図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比、スロットル弁17の開度及び吸入空気量の各変化が示されている。特に、図9中の破線は、本発明における基本的な制御(以下、「基本制御」という)を行った場合の各パラメータの変化を示している。
Next, the overall operation control will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows changes in the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, the opening degree of the throttle valve 17 and the intake air amount in accordance with the engine load at a certain engine speed. ing. In particular, broken lines in FIG. 9 indicate changes in parameters when basic control according to the present invention (hereinafter referred to as “basic control”) is performed.

なお、図示した例では触媒コンバータ23内の三元触媒によって排気ガス中の未燃炭化水素(未燃HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOX)を同時に低減しうるように通常燃焼室5内における平均空燃比は空燃比センサ27の出力信号に基づいて理論空燃比にフィードバック制御されている。 In the illustrated example, unburned hydrocarbons (unburned HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ) in the exhaust gas can be simultaneously reduced by the three-way catalyst in the catalytic converter 23. The average air-fuel ratio in the normal combustion chamber 5 is feedback-controlled to the theoretical air-fuel ratio based on the output signal from the air-fuel ratio sensor 27.

以下では、図9中に破線で示した火花点火式内燃機関の基本制御について説明する。本実施形態における火花点火式内燃機関では、上述したように機関高負荷運転時には図8(A)に示される通常のサイクルが実行される。したがって図9に破線で示したように機関高負荷運転時には機械圧縮比が低くされ、よって膨張比は低く、且つ吸気弁7の閉弁時期は早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁17の開度は全開又はほぼ全開に保持されている。なお、このようにスロットル弁17の開度が全開又はほぼ全開に保持されているため、ポンピング損失はほぼゼロとされる。   Below, the basic control of the spark ignition type internal combustion engine shown by the broken line in FIG. 9 will be described. In the spark ignition type internal combustion engine in the present embodiment, the normal cycle shown in FIG. 8A is executed during engine high load operation as described above. Therefore, as shown by the broken line in FIG. 9, the mechanical compression ratio is lowered during the engine high load operation, the expansion ratio is low, and the closing timing of the intake valve 7 is advanced. At this time, the intake air amount is large, and at this time, the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open or almost fully open. Since the opening degree of the throttle valve 17 is kept fully open or almost fully open in this way, the pumping loss is almost zero.

一方、図9に破線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁7の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図9に破線で示した如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁17は全開又はほぼ全開状態に保持されており、したがって燃焼室5内に供給される吸入空気量はスロットル弁17によらずに吸気弁7の閉弁時期を変えることによって制御されている。このときもスロットル弁17が全開又はほぼ全開状態に保持されていることから、ポンピング損失はほぼゼロとされる。   On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 9, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed in order to reduce the intake air amount. Further, at this time, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered as shown by the broken line in FIG. 9 so that the actual compression ratio is kept substantially constant, and therefore the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time as well, the throttle valve 17 is kept fully open or substantially fully open, so the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 changes the closing timing of the intake valve 7 regardless of the throttle valve 17. Is controlled by that. At this time as well, the throttle valve 17 is kept fully open or substantially fully open, so that the pumping loss is substantially zero.

このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積が減少せしめられる。したがってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき燃焼室5内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5の容積は燃料量に比例して変化していることになる。   As described above, when the engine load is reduced from the engine high load operation state, the mechanical compression ratio is increased as the intake air amount is decreased while the actual compression ratio is substantially constant. That is, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is reduced in proportion to the reduction in the intake air amount. Therefore, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the intake air amount. At this time, since the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center changes in proportion to the fuel amount. Become.

機関負荷がさらに低くなると機械圧縮比はさらに増大せしめられ、機関負荷がL1まで低下すると、機械圧縮比は燃焼室5の構造上限界となる限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持される。したがって機関負荷L1よりも負荷の低い領域では、機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関負荷L1よりも負荷の低い領域では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。 When the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio is further increased. When the engine load is reduced to L 1 , the mechanical compression ratio reaches a limit mechanical compression ratio that is a structural limit of the combustion chamber 5. When the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is held at the limit mechanical compression ratio in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. Therefore, in the region where the load is lower than the engine load L 1 , the mechanical compression ratio is maximum and the expansion ratio is also maximum. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained in a region where the load is lower than the engine load L 1 .

機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1から機関負荷がさらに低くなると、機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持されつつ、吸気弁7の閉弁時期が遅らされる。このため、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1から機関負荷が低くなるにつれて、実圧縮比は低下せしめられる。 When the engine load is further reduced from the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the closing timing of the intake valve 7 is delayed while the mechanical compression ratio is maintained at the limit mechanical compression ratio. . Therefore, as the engine load from the engine load L 1 becomes lower when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, actual compression ratio is caused to decrease.

また、図9に破線で示した例では、機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期が遅らされ、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも低いL2まで機関負荷が低下すると、吸気弁7の閉弁時期が燃焼室5内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域では吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。 Further, in the example shown by the broken line in FIG. 9, the closing timing of the intake valve 7 is delayed as the engine load becomes lower from the engine high load operation state, and the engine when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. When the engine load is reduced to L 2 lower than the load L 1, the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing at which the intake air amount supplied into the combustion chamber 5 can be controlled. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the intake valve 7 is closed in a region where the load is lower than the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limiting closing timing. The timing is held at the limit closing timing.

このように吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域では、機械圧縮比が限界機械圧縮比に保持されると共に、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。したがって、斯かる領域では、実圧縮比はほぼ一定に保持される。すなわち、図9に破線で示した例では、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の高い領域と、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域では、各領域内で実圧縮比はほぼ一定に保持されると共に、機関負荷L1と機関負荷L2との間の領域では機関負荷が低くなるにつれて実圧縮比が低下せしめられる。 Thus, in the region where the load is lower than the engine load L 2 when the valve closing timing of the intake valve 7 reaches the limit valve closing timing, the mechanical compression ratio is maintained at the limit mechanical compression ratio, and the intake valve 7 The valve closing timing is held at the limit valve closing timing. Therefore, in this region, the actual compression ratio is kept almost constant. That is, in the example shown by the broken line in FIG. 9, the region where the load is higher than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, and the closing timing of the intake valve 7 are the limit closing timing. In the regions where the load is lower than the engine load L 2 when the engine load is reached, the actual compression ratio is kept substantially constant in each region, and the engine load is in the region between the engine load L 1 and the engine load L 2. The actual compression ratio is lowered as the value decreases.

一方、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁7の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図9に破線で示した例ではこのとき、すなわち吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域では、スロットル弁17によって燃焼室5内に供給される吸入空気量が制御される。ただし、スロットル弁17による吸入空気量の制御が行われるとポンピング損失が増大する。 On the other hand, if the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing, the amount of intake air can no longer be controlled by the change in the closing timing of the intake valve 7. In the example shown by the broken line in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the throttle valve 17 causes the inside of the combustion chamber 5 to The amount of intake air supplied to is controlled. However, if the intake air amount is controlled by the throttle valve 17, the pumping loss increases.

なお、スロットル弁17による吸入空気量の制御が行われるとポンピング損失が増大することから、このようなポンピング損失が発生しないように吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁17を全開又はほぼ全開に保持した状態で機関負荷が低くなるほど空燃比を大きくすることもできる。このときには燃料噴射弁13を燃焼室5内に配置して成層燃焼させることが好ましい。 If the intake air amount is controlled by the throttle valve 17, the pumping loss increases. Therefore, when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing so that such a pumping loss does not occur. In a region where the load is lower than the engine load L 1, the air-fuel ratio can be increased as the engine load decreases while the throttle valve 17 is kept fully open or substantially fully open. At this time, it is preferable to arrange the fuel injection valve 13 in the combustion chamber 5 and perform stratified combustion.

また、上述した例では、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達するときの機関負荷L1は吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2よりも高いものとされているが、可変圧縮比機構Aや可変バルブタイミング機構Bの構成によっては、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達するときの機関負荷L1が、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2よりも低くなる場合も有りうる。この場合、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2と機械圧縮比が限界機械圧縮比に達するときの機関負荷L1と間、吸気弁7の閉弁時期を限界閉弁時期に保持した状態で機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比のみが増大せしめられる。このため、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2と機械圧縮比が限界機械圧縮比に達するときの機関負荷L1と間、実圧縮比は機関負荷が低くなるにつれて増大せしめられる。或いは、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域において、吸気弁7の閉弁時期を限界閉弁時期に保持すると共に機械圧縮比もほぼ一定に保持するようにしてもよい。この場合には、吸気弁7の閉弁時期が限界閉弁時期に達するときの機関負荷L2よりも負荷の低い領域では、実圧縮比はほぼ一定に維持される。 In the example described above, the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio is higher than the engine load L 2 when the intake valve 7 closes to the limit closing timing. However, depending on the configuration of the variable compression ratio mechanism A and the variable valve timing mechanism B, the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio is different from the closing timing of the intake valve 7. In some cases, the engine load L 2 may be lower. In this case, the closing timing of the intake valve 7 is between the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing and the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limiting mechanical compression ratio. As the engine load decreases in a state where is kept at the limit valve closing timing, only the mechanical compression ratio is increased. For this reason, the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing and the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the actual compression ratio is the engine load. It increases as it gets lower. Alternatively, in the region where the load is lower than the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 is held at the limit closing timing and the mechanical compression ratio is also increased. You may make it hold | maintain substantially constant. In this case, the actual compression ratio is maintained substantially constant in a region where the load is lower than the engine load L 2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing.

また、機関回転数が高くなると燃焼室5内の混合気に乱れが発生するためにノッキングが発生しにくくなり、したがって本発明による実施形態では機関回転数が高くなるほど実圧縮比が高くされる。   Further, when the engine speed increases, the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is disturbed, so that knocking is less likely to occur. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the actual compression ratio increases as the engine speed increases.

さらに、上述したように図8(B)に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が26とされる。この膨張比は高いほど好ましいが、図7からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε=5に対しても20以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。したがって本発明では膨張比が20以上となるように可変圧縮比機構Aが形成されている。
また、図9に破線で示した例では機械圧縮比は機関負荷に応じて連続的に変化せしめられている。しかしながら機械圧縮比は機関負荷に応じて段階的に変化させることもできる。
Further, as described above, the expansion ratio is 26 in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. The higher the expansion ratio, the better. However, as can be seen from FIG. 7, a considerably high theoretical thermal efficiency can be obtained as long as it is 20 or more with respect to the practically usable lower limit actual compression ratio ε = 5. Therefore, in the present invention, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.
In the example shown by the broken line in FIG. 9, the mechanical compression ratio is continuously changed according to the engine load. However, the mechanical compression ratio can be changed stepwise according to the engine load.

ところで、上述したように、火花点火式内燃機関の基本制御においては、燃焼室5内に供給される吸入空気量は吸気弁7の閉弁時期によって制御される。したがって、機関低負荷運転領域においては、燃焼室5内に供給される吸入空気量を減少させるべく、吸気弁7の閉弁時期は圧縮上死点に近づくように遅角せしめられる。このように吸気弁7の閉弁時期が遅角せしめられると、燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度が高くなる。以下、図10を参照してその理由について説明する。   By the way, as described above, in the basic control of the spark ignition type internal combustion engine, the intake air amount supplied into the combustion chamber 5 is controlled by the closing timing of the intake valve 7. Accordingly, in the engine low load operation region, the closing timing of the intake valve 7 is retarded so as to approach the compression top dead center in order to reduce the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5. Thus, when the valve closing timing of the intake valve 7 is retarded, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 increases. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIG.

図10は、吸気弁7の閉弁時期が遅角されている場合の吸気ガスの流れを模式的に示した図である。吸気弁7の閉弁時期が遅角されている場合であっても、吸気弁7は吸気行程中に、すなわちピストン4が下降しているときに開弁せしめられる。ピストン4の下降中に吸気弁7が開弁せしめられると、図10(A)に白い矢印で示したように、ピストン4の下降に伴って吸気ポート8から燃焼室5内に吸気ガスが流入せしめられる。   FIG. 10 is a diagram schematically showing the flow of intake gas when the closing timing of the intake valve 7 is retarded. Even when the closing timing of the intake valve 7 is retarded, the intake valve 7 is opened during the intake stroke, that is, when the piston 4 is lowered. When the intake valve 7 is opened while the piston 4 is descending, the intake gas flows into the combustion chamber 5 from the intake port 8 as the piston 4 descends, as indicated by the white arrow in FIG. I'm damned.

一方、吸気弁7の閉弁時期が遅角されている場合、吸気弁7は圧縮行程中も、すなわちピストン4が上昇しているときも或る程度の期間に亘って開弁せしめられる。ピストン4の上昇中に吸気弁7が開弁されていると、図10(B)に白い矢印で示したように、一旦燃焼室5内に流入していた吸気ガスの一部が燃焼室5内から吸気ポート8内へ吹き戻される。このように燃焼室5内から吸気ポート8へ吹き戻される吸気ガスの量は、ピストン4の上昇中に吸気弁7が開弁されている期間が長くなるほど、すなわち吸気弁7の閉弁時期が遅くなるほど多くなる。   On the other hand, when the closing timing of the intake valve 7 is retarded, the intake valve 7 is opened for a certain period even during the compression stroke, that is, when the piston 4 is raised. If the intake valve 7 is opened while the piston 4 is raised, a part of the intake gas that has once flowed into the combustion chamber 5 is part of the combustion chamber 5 as shown by the white arrow in FIG. The air is blown back into the intake port 8 from the inside. Thus, the amount of the intake gas blown back from the combustion chamber 5 to the intake port 8 is such that the longer the period during which the intake valve 7 is opened while the piston 4 is raised, that is, the closing timing of the intake valve 7 is longer. The slower you go, the more.

また、図10(A)に黒い矢印で示したように、燃焼室5内に流入した吸気ガスは、燃焼室5を画成するシリンダ壁面から熱を受ける。このため、燃焼室5内に流入した吸気ガスの温度は上昇せしめられる。その後、燃焼室5内で昇温せしめられた吸気ガスの一部は、上述したように圧縮行程中において燃焼室5内から吸気ポート8内へと吹き戻される。このため、燃焼室5内に流入した吸気ガスの温度よりも、一旦燃焼室5内に流入した後に吸気ポート8へと吹き戻された吸気ガスの温度の方が高いものとなる。特に、吸気弁7の閉弁時期が遅くなるほど燃焼室5内から吸気ポート8へ吹き戻される吸気ガスの量が多くなることから、吸気ポート8内の吸気ガスの温度が上昇する程度も高くなる。   Further, as indicated by a black arrow in FIG. 10A, the intake gas that has flowed into the combustion chamber 5 receives heat from the cylinder wall surface that defines the combustion chamber 5. For this reason, the temperature of the intake gas flowing into the combustion chamber 5 is raised. Thereafter, a portion of the intake gas whose temperature has been raised in the combustion chamber 5 is blown back from the combustion chamber 5 into the intake port 8 during the compression stroke as described above. For this reason, the temperature of the intake gas once flowing into the combustion chamber 5 and blown back into the intake port 8 is higher than the temperature of the intake gas flowing into the combustion chamber 5. In particular, as the closing timing of the intake valve 7 is delayed, the amount of intake gas blown back from the combustion chamber 5 to the intake port 8 increases, so that the temperature of the intake gas in the intake port 8 increases. .

このように吸気ポート8内の吸気ガスの温度が高くなると、次のサイクルにおいて燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度の上昇を招く。したがって、以上を総合すると、吸気弁7の閉弁時期を遅くすればするほど、燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度が高くなるといえる。   Thus, when the temperature of the intake gas in the intake port 8 becomes high, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 in the next cycle is increased. Therefore, in summary, it can be said that the later the closing timing of the intake valve 7, the higher the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5.

一方、燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度が高くなると、それに伴ってピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5内の吸気ガスの温度(以下、「圧縮端温度」という)が上昇することになる。このような圧縮端温度の上昇はノッキングの発生を招いてしまう。このため、圧縮端温度が上昇したときには、ノッキングの発生を抑制することが必要になる。ノッキングの発生を抑制する手法としては、例えば点火時期を遅角させることが考えられるが、点火時期を遅角させると結果的に熱効率の低下や燃費の悪化を招いてしまう。   On the other hand, when the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 increases, the temperature of the intake gas in the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center (hereinafter, “compression end temperature”). Will rise). Such a rise in the compression end temperature causes knocking. For this reason, when the compression end temperature rises, it is necessary to suppress the occurrence of knocking. As a technique for suppressing the occurrence of knocking, for example, it is conceivable to retard the ignition timing. However, retarding the ignition timing results in a decrease in thermal efficiency and a deterioration in fuel consumption.

そこで、本発明の実施形態では、燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度を検出又は推定し、検出又は推定した吸気ガスの温度が高いときには、吸気弁7の閉弁時期を進角すると共に、機械圧縮比を小さくするようにしている。   Therefore, in the embodiment of the present invention, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 is detected or estimated, and when the detected or estimated intake gas temperature is high, the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced. At the same time, the mechanical compression ratio is reduced.

図11は、或る機関負荷における燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度(吸気温度)と、吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比、実圧縮比、スロットル開度及び吸入空気量との関係を示す図である。図11に示したように、吸気弁7の閉弁時期は、吸気温度が予め定められた基準温度Tr以下のときには遅角側の一定の時期に保持される。一方、吸気温度が基準温度Trよりも高くなると、吸気弁7の閉弁時期は吸気温度が基準温度Tr以下のときに比べて進角せしめられる。特に、本実施形態では、吸気温度が基準温度Trよりも高い領域では、吸気温度が高くなるほど吸気弁7の閉弁時期が進角せしめられる。   FIG. 11 shows the temperature (intake air temperature) of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 at a certain engine load, the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, the throttle opening, and the intake air amount. It is a figure which shows the relationship. As shown in FIG. 11, the closing timing of the intake valve 7 is held at a constant timing on the retard side when the intake air temperature is equal to or lower than a predetermined reference temperature Tr. On the other hand, when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the closing timing of the intake valve 7 is advanced compared to when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr. In particular, in the present embodiment, in a region where the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the closing timing of the intake valve 7 is advanced as the intake air temperature increases.

また、図11に示したように、機械圧縮比は、吸気温度が基準温度Tr以下のときには高い状態で一定に保持される。一方、吸気温度が基準温度Trよりも高くなると、機械圧縮比は吸気温度が基準温度Tr以下のときに比べて低くせしめられる。特に、本実施形態では、吸気温度が基準温度Trよりも高い領域では、吸気温度が高くなるほど機械圧縮比が低くされる。また、本実施形態では、吸気温度が変化しても実圧縮比はほぼ一定に保持される。逆に言うと、機械圧縮比は、実圧縮比がほぼ一定に保持されるように、吸気弁7の閉弁時期が進角されるにつれて低くされる。   Further, as shown in FIG. 11, the mechanical compression ratio is kept constant in a high state when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr. On the other hand, when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the mechanical compression ratio is made lower than when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr. In particular, in the present embodiment, in a region where the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the mechanical compression ratio is lowered as the intake air temperature increases. In the present embodiment, the actual compression ratio is kept substantially constant even when the intake air temperature changes. Conversely, the mechanical compression ratio is lowered as the closing timing of the intake valve 7 is advanced so that the actual compression ratio is maintained substantially constant.

さらに、図11に示したように、スロットル弁17の開度は、吸気温度が基準温度Tr以下のときには大きい状態で保持される。一方、吸気温度が基準温度Trよりも高くなると、スロットル弁17の開度は吸気温度が基準温度Tr以下のときに比べて小さくせしめられる。特に、本実施形態では、吸気温度が基準温度Trよりも高い領域では、吸気温度が高くなるほどスロットル弁17の開度が小さくせしめられる。また、本実施形態では、吸気温度が変化しても燃焼室5に供給される吸入空気量はほぼ一定に保持される。逆に言うと、スロットル弁17の開度は、燃焼室5に供給される吸入空気量がほぼ一定に保持されるように、吸気弁7の閉弁時期が進角されるにつれて小さくせしめられる。   Furthermore, as shown in FIG. 11, the opening degree of the throttle valve 17 is maintained in a large state when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr. On the other hand, when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller than when the intake air temperature is lower than the reference temperature Tr. In particular, in the present embodiment, in the region where the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the intake air temperature becomes higher. In the present embodiment, the amount of intake air supplied to the combustion chamber 5 is kept substantially constant even if the intake air temperature changes. In other words, the opening of the throttle valve 17 is made smaller as the closing timing of the intake valve 7 is advanced so that the amount of intake air supplied to the combustion chamber 5 is kept substantially constant.

以下、吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比及びスロットル弁17の開度が上述したように吸気温度に応じて制御されることによる作用及び効果について説明する。上述したように、吸気温度が高くなるとノッキングが発生し易くなり、その結果熱効率の低下や燃費の悪化を招いてしまう。ここで、本実施形態では、吸気温度が高くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期が進角せしめられる。吸気弁7の閉弁時期が進角せしめられると、一旦燃焼室5内に流入した後に吸気ポート8内に吹き戻される吸気ガスの量が減少せしめられ、それに伴って吸気温度が低下せしめられる。したがって、本実施形態によれば、吸気弁7の閉弁時期を過度に遅角させることによって吸気温度が上昇してしまうことを抑制することができる。   Hereinafter, the operation and effect of controlling the valve closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, and the opening of the throttle valve 17 according to the intake air temperature as described above will be described. As described above, when the intake air temperature becomes high, knocking is likely to occur, resulting in a decrease in thermal efficiency and a deterioration in fuel consumption. Here, in this embodiment, the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced as the intake air temperature increases. When the closing timing of the intake valve 7 is advanced, the amount of intake gas once flowing into the combustion chamber 5 and then blown back into the intake port 8 is reduced, and the intake temperature is lowered accordingly. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress an increase in the intake air temperature by excessively retarding the closing timing of the intake valve 7.

また、吸気弁7の閉弁時期が進角されたときに機械圧縮比を一定に保持してしまうと、実圧縮比が増大せしめられることになる。ところが、実圧縮比が増大すると、結果的にピストン4が圧縮上死点に達したときの燃焼室5内の温度(圧縮端温度)及び圧力(圧縮端圧力)が高くなることから、ノッキングの発生を招いてしまう。ここで、本実施形態によれば、吸気弁7の閉弁時期が進角されたときに機械圧縮比を低くしているため、吸気弁7の閉弁時期が進角されても実圧縮比が大きく増大することを防止することができ、よってノッキングの発生を抑制することができる。   Further, if the mechanical compression ratio is kept constant when the closing timing of the intake valve 7 is advanced, the actual compression ratio is increased. However, when the actual compression ratio increases, the temperature (compression end temperature) and pressure (compression end pressure) in the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center will increase as a result. It will be generated. Here, according to the present embodiment, since the mechanical compression ratio is lowered when the closing timing of the intake valve 7 is advanced, the actual compression ratio is increased even when the closing timing of the intake valve 7 is advanced. Can be prevented from greatly increasing, so that the occurrence of knocking can be suppressed.

さらに、上述したように本実施形態では燃焼室5内に供給される吸入空気量を吸気弁7の閉弁時期によって制御しているため、吸気弁7の閉弁時期を進角させると燃焼室5内に供給される吸入空気量が増大する。ところが、燃焼室5内に供給される吸入空気量が増大してしまうと、機関負荷に対応したトルク以上のトルクが発生してしまったり、空燃比が大きく変化してしまったりする。ここで、本実施形態によれば、吸気弁7の閉弁時期が進角されたときにスロットル弁17の開度を小さくしているため、吸気弁7の閉弁時期が進角されても燃焼室5内に供給される吸入空気量が大きく増大することを防止することができ、よってトルク変動や空燃比の悪化を抑制することができる。   Further, as described above, in the present embodiment, the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by the closing timing of the intake valve 7, so that if the closing timing of the intake valve 7 is advanced, the combustion chamber The amount of intake air supplied into 5 increases. However, if the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 increases, torque exceeding the torque corresponding to the engine load is generated, or the air-fuel ratio changes greatly. Here, according to the present embodiment, since the opening degree of the throttle valve 17 is reduced when the closing timing of the intake valve 7 is advanced, even if the closing timing of the intake valve 7 is advanced. A large increase in the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 can be prevented, and hence torque fluctuations and deterioration of the air-fuel ratio can be suppressed.

なお、本実施形態では、吸気温度が基準温度Trよりも高くなった場合にのみ吸気温度の変化に応じた吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比及びスロットル弁17の開度の制御を行っている。これは、吸気温度が基準温度Tr以下の場合には、吸気温度の上昇に伴う熱効率の低下が小さいためである。   In this embodiment, only when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 are controlled according to the change in the intake air temperature. ing. This is because when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr, the decrease in thermal efficiency accompanying the increase in the intake air temperature is small.

すなわち、上述したように、吸気温度が上昇すると、圧縮端温度上昇に伴うノッキング回避のため、点火時期の遅角等が行われる。このように点火時期の遅角を行うと理論熱効率の低下を招く。一方、図7からわかるように機械圧縮比(すなわち、膨張比)を低下させることによっても理論熱効率は低下してしまう。ここで、吸気温度が基準温度Tr以下の場合には、吸気温度の上昇に伴う理論熱効率の低下量よりも膨張比の低下による理論熱効率の低下量の方が大きい。このため、斯かる温度領域では、吸気温度が上昇しても、膨張比を低下させずに高いまま保持する方が理論熱効率を高くすることができ、よって燃費を良くすることができる。一方、吸気温度が基準温度Trよりも高い場合には、吸気温度の上昇に伴う理論熱効率の低下量の方が膨張比の低下による理論熱効率の低下量よりも大きい。このため、斯かる温度領域では、吸気温度が上昇した場合には、膨張比を低下させてでも吸気温度を下げた方が理論熱効率を高くすることができ、よって燃費を良くすることができる。   That is, as described above, when the intake air temperature rises, the ignition timing is retarded to avoid knocking associated with the rise in the compression end temperature. If the ignition timing is retarded in this way, the theoretical thermal efficiency is reduced. On the other hand, as can be seen from FIG. 7, the theoretical thermal efficiency is also lowered by reducing the mechanical compression ratio (ie, the expansion ratio). Here, when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr, the amount of decrease in the theoretical thermal efficiency due to the decrease in the expansion ratio is larger than the amount of decrease in the theoretical thermal efficiency due to the increase in the intake air temperature. For this reason, in such a temperature range, even if the intake air temperature rises, the theoretical thermal efficiency can be increased by keeping the expansion ratio high without lowering the expansion ratio, and thus fuel efficiency can be improved. On the other hand, when the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the amount of decrease in the theoretical thermal efficiency due to the increase in the intake air temperature is larger than the amount of decrease in the theoretical heat efficiency due to the decrease in the expansion ratio. Therefore, in such a temperature range, when the intake air temperature rises, even if the expansion ratio is lowered, lowering the intake air temperature can increase the theoretical thermal efficiency, thereby improving the fuel efficiency.

図9中の実線は、吸気弁7の閉弁時期以外で吸気温度に影響を及ぼすパラメータ(大気温度や機関冷却水の温度、EGR機構が設けられている場合のEGR率等)が一定である条件下で、上述したような吸気温度に応じた吸気弁7の閉弁時期等の制御をした場合の、吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比、スロットル弁17の開度及び吸入空気量の機関負荷に応じた各変化が示されている。   The solid line in FIG. 9 has constant parameters (air temperature, engine cooling water temperature, EGR rate when an EGR mechanism is provided, etc.) that affect the intake air temperature except when the intake valve 7 is closed. When the closing timing of the intake valve 7 is controlled according to the intake temperature as described above under the conditions, the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, the throttle valve 17 Each change according to the engine load of the opening degree and the intake air amount is shown.

図9に実線で示したように、吸気温度に応じた制御をしている場合、機関負荷が低い領域では、吸気弁7の閉弁時期は基本制御を行っている場合(図中の破線)に比べて大きく進角せしめられる。このように吸気弁7の閉弁時期が大きく進角せしめられるのは、機関低負荷運転領域においては、基本制御を行っている場合に吸気温度が高くなる程度が大きいことから、吸気温度に応じた制御を行う場合には吸気温度の上昇を抑制すべく吸気弁7の閉弁時期の進角量も大きくされるためである。一方、機関負荷がL2以上の領域では、吸気温度に応じた制御を行っている場合の、基本制御を行っている場合に対する吸気弁7の閉弁時期の進角量は、機関負荷が高くなるにつれて小さくなる。これは、基本制御を行っている場合であっても機関負荷が大きくなるにつれて吸気弁7の閉弁時期が進角され、これに伴って吸気温度が低くなるためである。 As shown by the solid line in FIG. 9, when the control is performed according to the intake air temperature, when the engine load is low, the valve closing timing of the intake valve 7 is performing the basic control (broken line in the figure). It can be advanced a lot compared to. The reason why the valve closing timing of the intake valve 7 is greatly advanced in this manner is that, in the engine low load operation region, the degree of increase in the intake air temperature is large when the basic control is performed. This is because when the control is performed, the advance amount of the closing timing of the intake valve 7 is also increased in order to suppress an increase in the intake air temperature. On the other hand, in the region where the engine load is L 2 or more, the advance amount of the closing timing of the intake valve 7 when the control is performed according to the intake air temperature when the basic control is performed is high when the engine load is high. The smaller it becomes. This is because even when the basic control is being performed, the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced as the engine load increases, and the intake air temperature decreases accordingly.

また、図9に実線で示したように、吸気温度に応じた制御を行っている場合、機関負荷が低い領域では、機械圧縮比(及び膨張比)は基本制御を行っている場合(図中の破線)に比べて低くされる。これは、吸気温度に応じた制御を行っている場合には基本制御を行っている場合に対して吸気弁7の閉弁時期が進角されるが、この閉弁時期の進角によって実圧縮比が高くなってしまうことのないように(特に、本実施形態では実圧縮比が変化することのないように)するためである。一方、機関負荷がL2以上の領域では、吸気温度に応じた制御を行っている場合の、基本制御を行っている場合に対する機械圧縮比の低下量は、機関負荷が高くなるにつれて小さくなる。これは、吸気温度に応じた制御を行っている場合の、基本制御を行っている場合に対する吸気弁7の閉弁時期の進角量が、機関負荷が高くなるにつれて小さくなるためである。 Further, as shown by the solid line in FIG. 9, when the control according to the intake air temperature is performed, the mechanical compression ratio (and the expansion ratio) is performed in the basic control in the region where the engine load is low (in the figure). Lower than the broken line). This is because when the control according to the intake air temperature is being performed, the closing timing of the intake valve 7 is advanced compared to when the basic control is being performed. This is because the ratio does not increase (particularly, in the present embodiment, the actual compression ratio does not change). On the other hand, in the region where the engine load is L 2 or more, the amount of decrease in the mechanical compression ratio when performing control according to the intake air temperature when performing basic control becomes smaller as the engine load increases. This is because the advance amount of the valve closing timing of the intake valve 7 when the control according to the intake air temperature is being performed becomes smaller as the engine load becomes higher.

さらに、図9に実線で示したように、吸気温度に応じた制御を行っている場合、機関負荷が低い領域では、スロットル弁17の開度が基本制御を行っている場合(図中の破線)に比べて小さくされる。これは、吸気温度に応じた制御を行っている場合には基本制御を行っている場合に対して吸気弁7の閉弁時期が進角されるが、この閉弁時期の進角によって吸入空気量が増大してしまうことのないようにするためである。一方、機関負荷がL2以上の領域では、吸気温度に応じた制御を行っている場合の、基本制御を行っている場合に対するスロットル弁17の開度の減少量は、機関負荷が高くなるにつれて小さくなる。これは、吸気温度に応じた制御を行っている場合の、基本制御を行っている場合に対する吸気弁7の閉弁時期の進角量が、機関負荷が高くなるにつれて小さくなるためである。 Furthermore, as shown by the solid line in FIG. 9, when the control according to the intake air temperature is performed, the opening degree of the throttle valve 17 is performing the basic control in the region where the engine load is low (the broken line in the figure). ) Is made smaller. This is because when the control according to the intake air temperature is being performed, the closing timing of the intake valve 7 is advanced relative to when the basic control is being performed. This is to prevent the amount from increasing. On the other hand, in the region where the engine load is L 2 or more, the amount of decrease in the opening of the throttle valve 17 with respect to the basic control when the control is performed according to the intake air temperature is increased as the engine load increases. Get smaller. This is because the advance amount of the valve closing timing of the intake valve 7 when the control according to the intake air temperature is being performed becomes smaller as the engine load becomes higher.

なお、本実施形態では、吸気温度は、吸気ポート8内に設けられた温度センサ(図示せず)によって行われる。このように温度センサを吸気ポート8内に設けることにより、一旦燃焼室5内に流入した吸気ガスの一部が燃焼室5内から吸気ポート8内へ吹き戻された場合であっても、吸気ポート8内の吸気ガスの温度を、すなわち燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度を正確に検出することができる。   In the present embodiment, the intake air temperature is measured by a temperature sensor (not shown) provided in the intake port 8. By providing the temperature sensor in the intake port 8 in this way, even if a portion of the intake gas once flowing into the combustion chamber 5 is blown back from the combustion chamber 5 into the intake port 8, The temperature of the intake gas in the port 8, that is, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 can be accurately detected.

或いは、温度センサの代わりに、燃焼室5内の圧力を検出する圧力センサ(図示せず)及び吸入空気量検出器18を用いて、燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度を算出するようにしてもよい。すなわち、吸入空気量検出器18により燃焼室5内に供給される吸気ガスの質量流量がわかり、よって吸気弁7の閉弁時に燃焼室5内に充填されている吸気ガスの質量がわかる。また、圧力センサによって吸気弁7の閉弁時の燃焼室5内の吸気ガスの圧力がわかる。さらに、吸気弁7の閉弁時のクランク角度から吸気弁7の閉弁時における燃焼室5の容積がわかる。このように、圧力センサ等を用いることにより、吸気弁7の閉弁時(或いは、吸気弁7の閉弁後の所定の時期)における燃焼室5内の吸気ガスの質量、圧力及び体積がわかることから、これらパラメータに基づいて状態方程式等により燃焼室5内に供給された吸気ガスの温度を算出することができる。   Alternatively, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 is calculated using a pressure sensor (not shown) for detecting the pressure in the combustion chamber 5 and the intake air amount detector 18 instead of the temperature sensor. You may do it. That is, the mass flow rate of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 is known by the intake air amount detector 18, and therefore the mass of the intake gas filled in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed is known. In addition, the pressure of the intake gas in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed can be known from the pressure sensor. Furthermore, the volume of the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed is known from the crank angle when the intake valve 7 is closed. Thus, by using a pressure sensor or the like, the mass, pressure, and volume of the intake gas in the combustion chamber 5 when the intake valve 7 is closed (or a predetermined timing after the intake valve 7 is closed) can be obtained. Therefore, based on these parameters, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 can be calculated by a state equation or the like.

図12は、本発明の吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比及びスロットル弁17の開度の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図12に示したように、まずステップS11では、負荷センサ41及びクランク角センサ42の出力に基づいて機関負荷L及び機関回転数Neが検出される。次いで、ステップS12では、ステップS11で検出された機関負荷L及び機関回転数Neに基づいて、例えば予めECU30のROM32に記憶されているマップ等を用いて、図9に破線で示したような基本制御を行う場合における吸気弁7の目標閉弁時期IVCter、目標機械圧縮比εmter及び目標スロットル開度θtterが算出される。   FIG. 12 is a flowchart showing a control routine for controlling the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio, and the opening degree of the throttle valve 17 according to the present invention. As shown in FIG. 12, first, in step S11, the engine load L and the engine speed Ne are detected based on the outputs of the load sensor 41 and the crank angle sensor. Next, in step S12, based on the engine load L and the engine speed Ne detected in step S11, for example, using a map or the like stored in advance in the ROM 32 of the ECU 30, the basic as shown by the broken line in FIG. The target valve closing timing IVCter, the target mechanical compression ratio εmter, and the target throttle opening degree θtter of the intake valve 7 when performing control are calculated.

次いで、ステップS13では、ステップS11で検出された機関負荷Lが、設定負荷L3以下であるか否かが判定される。この設定負荷L3は、機関負荷が高いことにより燃焼室5内に吸入されるべき吸入空気量が多く、よって燃焼室5内からの吸気ガスの吹き返し量が少なくなるような機関負荷であり、少なくともこの機関負荷よりも負荷の高い領域では超高膨張比サイクルは実行されないような機関負荷である。ステップS13において、機関負荷Lが設定負荷L3よりも高いと判定された場合には、吸気ガスの吹き返しによる吸気ガスの昇温を考慮する必要がないため、ステップS14〜S18がスキップされる。 Then, in step S13, the detected engine load L at step S11, it is determined whether it is set load L 3 or less. This set load L 3 is an engine load that causes a large amount of intake air to be sucked into the combustion chamber 5 due to a high engine load, and therefore a small amount of intake gas blown back from the combustion chamber 5. The engine load is such that the super high expansion ratio cycle is not executed at least in a region where the load is higher than the engine load. In step S13, if the engine load L is determined to be higher than the set load L 3 is not necessary to consider the temperature increase of the intake gas by blowback of the intake gas, step S14~S18 is skipped.

一方、ステップS13において、機関負荷Lが設定負荷L3以下であると判定された場合には、ステップS14へと進む。ステップS14では、燃焼室5内の吸気ガスの圧力Pを検出する圧力センサ(図示せず)により吸気弁7の閉弁後における燃焼室5内の吸気ガスの圧力Pが検出される。次いで、ステップS15では、ステップS14において検出された燃焼室5内の圧力P等に基づいて燃焼室5内に供給された吸気ガスの温度Tが算出される。 On the other hand, in step S13, if the engine load L is determined to set the load L 3 or less, the process proceeds to step S14. In step S14, the pressure P of the intake gas in the combustion chamber 5 after the intake valve 7 is closed is detected by a pressure sensor (not shown) that detects the pressure P of the intake gas in the combustion chamber 5. Next, in step S15, the temperature T of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 is calculated based on the pressure P in the combustion chamber 5 detected in step S14.

次いで、ステップS16では、ステップS15において算出された吸気ガスの温度Tが基準温度Trよりも高いか否かが判定される。ステップS16において、吸気ガスの温度Tが基準温度Tr以下であると判定された場合には、吸気ガスの温度が吸気ガスの吹き返しによって内燃機関の熱効率を悪化させるほど高くなってはいないため、ステップS17〜S18がスキップされる。一方、ステップS16において、吸気ガスの温度Tが基準温度Trよりも高いと判定された場合には、ステップS17へと進む。ステップS17では、ステップS15において算出された吸気ガスの温度Tと基準温度Trとの差ΔT(=T−Tr)に基づいて、図13に示したようなマップを用いて吸気弁7の閉弁時期補正量ΔIVC、圧縮比補正量Δεm、スロットル開度補正量Δθtが算出される。   Next, in step S16, it is determined whether or not the temperature T of the intake gas calculated in step S15 is higher than the reference temperature Tr. If it is determined in step S16 that the temperature T of the intake gas is equal to or lower than the reference temperature Tr, the temperature of the intake gas is not so high as to deteriorate the thermal efficiency of the internal combustion engine due to the blow-back of the intake gas. S17 to S18 are skipped. On the other hand, if it is determined in step S16 that the temperature T of the intake gas is higher than the reference temperature Tr, the process proceeds to step S17. In step S17, based on the difference ΔT (= T−Tr) between the intake gas temperature T calculated in step S15 and the reference temperature Tr, the intake valve 7 is closed using a map as shown in FIG. A timing correction amount ΔIVC, a compression ratio correction amount Δεm, and a throttle opening correction amount Δθt are calculated.

次いで、ステップS18では、ステップS12で算出された吸気弁7の目標閉弁時期IVCterから閉弁時期補正量ΔIVCだけ進角された時期が新たな目標閉弁時期IVCterとされる(IVCter=IVCter−ΔIVC)。また、ステップS12で算出された目標機械圧縮比εmterから圧縮比補正量Δεmを減算した値が新たな目標機械圧縮比εmterとされる(εmter=εmter−Δεm)。さらに、ステップS12で算出された目標スロットル開度θtterからスロットル開度補正量Δθtを減算した値が新たな目標スロットル開度θtterとされる(θtter=θtter−Δθt)。次いで、ステップS19では、吸気弁7の閉弁時期がステップS12又はS18で算出された目標閉弁時期IVCterとなるように可変バルブタイミング機構Bが制御される。また、機械圧縮比がステップS12又は18で算出された目標機械圧縮比εmterとなるように可変圧縮比機構Aが制御される。さらに、スロットル弁17の開度がステップS12又はS18で算出された目標スロットル開度θtとなるようにスロットル弁駆動用アクチュエータ16が制御される。   Next, in step S18, the timing advanced by the valve closing timing correction amount ΔIVC from the target valve closing timing IVCter of the intake valve 7 calculated in step S12 is set as a new target valve closing timing IVCter (IVCter = IVCter−). ΔIVC). Further, a value obtained by subtracting the compression ratio correction amount Δεm from the target mechanical compression ratio εmter calculated in Step S12 is set as a new target mechanical compression ratio εmter (εmter = εmter−Δεm). Further, a value obtained by subtracting the throttle opening correction amount Δθt from the target throttle opening θtter calculated in step S12 is set as a new target throttle opening θtter (θtter = θtter−Δθt). Next, in step S19, the variable valve timing mechanism B is controlled so that the closing timing of the intake valve 7 becomes the target closing timing IVCter calculated in step S12 or S18. Further, the variable compression ratio mechanism A is controlled so that the mechanical compression ratio becomes the target mechanical compression ratio εmter calculated in step S12 or 18. Further, the throttle valve driving actuator 16 is controlled so that the opening degree of the throttle valve 17 becomes the target throttle opening degree θt calculated in step S12 or S18.

なお、内燃機関の冷間始動時には、シリンダブロック2等の温度が低いことから、一旦燃焼室5内に流入した吸気ガスが吸気ポート8内に吹き戻されても吸気ガスの温度はあまり上昇しない。このため、内燃機関の冷間始動時には、吸気ガスの温度を検出又は推定せずに、吸気ガスの温度が基準温度Trよりも低いものとみなして吸気弁7の閉弁時期等を制御するようにしてもよい。   Since the temperature of the cylinder block 2 and the like is low when the internal combustion engine is cold started, the temperature of the intake gas does not rise so much even if the intake gas once flowing into the combustion chamber 5 is blown back into the intake port 8. . For this reason, when the internal combustion engine is cold started, the intake gas temperature is regarded as lower than the reference temperature Tr without detecting or estimating the intake gas temperature, and the valve closing timing of the intake valve 7 is controlled. It may be.

次に、図14及び図15を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。図9に示した上記実施形態では、全ての負荷領域において、吸気温度に応じた制御を行っている場合の実圧縮比は基本制御を行っている場合の実圧縮比と同一に保持されていた。しかしながら、本実施形態では、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では、吸気温度に応じた制御を行っている場合の実圧縮比は、基本制御を行っている場合の実圧縮比よりも高いものとされる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the above-described embodiment shown in FIG. 9, the actual compression ratio when the control according to the intake air temperature is performed is kept the same as the actual compression ratio when the basic control is performed in all load regions. . However, in this embodiment, in the region where the load is lower than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the actual compression ratio when the control according to the intake air temperature is performed is the basic It is assumed that the actual compression ratio is higher when the control is performed.

図14は、本実施形態における吸気温度に応じた制御を行った場合の、機関負荷L1よりも負荷の低い或る機関負荷における燃焼室5内に供給される吸気ガスの温度(吸気温度)と吸気弁7の閉弁時期等との関係を示す、図11と同様な図である。図14からわかるように、本実施形態でも、図11の場合と同様に、吸気弁7の閉弁時期は、吸気温度が基準温度Trよりも高くなると、吸気温度が高くなるほど吸気弁7の閉弁時期が進角せしめられる。同様に、機械圧縮比も、図11の場合と同様に、吸気温度が基準温度Trよりも高くなると、吸気温度が高くなるほど機械圧縮比が低くされる。ただし、吸気温度の上昇に伴って機械圧縮比が低くなる程度は、図11の場合よりも小さい。 FIG. 14 shows the temperature (intake air temperature) of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 at a certain engine load having a load lower than the engine load L 1 when the control according to the intake air temperature is performed in the present embodiment. 12 is a view similar to FIG. 11, showing the relationship between the intake valve 7 and the closing timing of the intake valve 7. As can be seen from FIG. 14, in the present embodiment as well, as in the case of FIG. 11, when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the intake valve 7 is closed as the intake air temperature increases. The valve timing is advanced. Similarly, as in the case of FIG. 11, when the intake air temperature becomes higher than the reference temperature Tr, the mechanical compression ratio is lowered as the intake air temperature increases. However, the extent to which the mechanical compression ratio decreases as the intake air temperature increases is smaller than in the case of FIG.

一方、図11の場合とは異なり、実圧縮比は、吸気温度が基準温度Tr以下のときは一定に維持されるが、基準温度Trよりも高くなると、吸気温度が基準温度Tr以下のときに比べて高くせしめられる。特に、本実施形態では、吸気温度が基準温度Trよりも高い領域では、吸気温度が高くなるほど実圧縮比が高くせしめられる。なお、機関負荷L1よりも負荷の高い領域では、吸気弁7の閉弁時期、機械圧縮比及び実圧縮比は、吸気温度に応じて図11に示した例と同様に制御される。 On the other hand, unlike the case of FIG. 11, the actual compression ratio is maintained constant when the intake air temperature is equal to or lower than the reference temperature Tr. However, when the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the actual compression ratio is Compared to high. In particular, in this embodiment, in a region where the intake air temperature is higher than the reference temperature Tr, the actual compression ratio is increased as the intake air temperature increases. In the region of a load higher than the engine load L 1, the closing timing of the intake valve 7, the mechanical compression ratio and actual compression ratio is controlled as in the example shown in FIG. 11 according to the intake air temperature.

図15は、本実施形態における吸気温度に応じた吸気弁7の閉弁時期等を制御した場合の、機関負荷に応じた吸気弁7の閉弁時期等の各変化を示す、図9と同様な図である。特に、図15中の破線は、基本制御を行った場合の各パラメータの変化を示しており、一方、図15中の実線は、吸気弁7の閉弁時期以外で吸気温度に影響を及ぼすパラメータが一定である条件下で、本実施形態における吸気温度に応じた吸気弁7の閉弁時期等の制御を実施した場合の各パラメータの変化を示している。   FIG. 15 shows each change of the closing timing of the intake valve 7 according to the engine load when the closing timing of the intake valve 7 according to the intake air temperature in the present embodiment is controlled. It is a simple figure. In particular, the broken lines in FIG. 15 indicate changes in each parameter when the basic control is performed, while the solid lines in FIG. 15 indicate parameters that affect the intake air temperature other than the closing timing of the intake valve 7. The change of each parameter at the time of controlling valve closing timing etc. of the intake valve 7 according to the intake air temperature in the present embodiment under the condition that is constant is shown.

すなわち、上述したように、基本制御を行っている場合、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の高い領域では、実圧縮比はノッキングが発生しない範囲で限界の圧縮比に保持される。しかしながら、機械圧縮比が限界機械圧縮比に達したときの機関負荷L1よりも負荷の低い領域では、それ以上機械圧縮比を高くすることができないにも関わらず吸気弁7の閉弁時期が遅らされることになるため、機関負荷L1よりも負荷の高い領域に比べて実圧縮比が低くされる。このため、機関負荷L1よりも負荷の低い領域では、ノッキングの限界に対して余裕ができる。 That is, as described above, when the basic control is performed, in the region where the load is higher than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the actual compression ratio is within a range where knocking does not occur. It is kept at the limit compression ratio. However, in the region where the load is lower than the engine load L 1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio, the closing timing of the intake valve 7 is not increased even though the mechanical compression ratio cannot be increased further. Since it is delayed, the actual compression ratio is made lower than in a region where the load is higher than the engine load L 1 . For this reason, in the region where the load is lower than the engine load L 1 , a margin can be provided for the limit of knocking.

一方、上述したように、吸気温度に応じた制御を行う場合には、基本制御を行っている場合に対して吸気弁7の閉弁時期が進角せしめられると共に、機械圧縮比が低くされる。このため、機関負荷がL1になっても機械圧縮比は限界機械圧縮比には到達せず、よってL1よりも負荷の低い領域であっても機械圧縮比を更に高めることができる。そこで、本実施形態では、機関負荷がL1よりも低い領域においても機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比を高めるようにしている。これにより、機関負荷がL1よりも負荷の低い領域において、吸気温度に応じた制御を行っている場合の実圧縮比は、基本制御を行っている場合の実圧縮比よりも高いものとされる。 On the other hand, as described above, when the control according to the intake air temperature is performed, the closing timing of the intake valve 7 is advanced and the mechanical compression ratio is lowered as compared with the case where the basic control is performed. For this reason, even if the engine load becomes L 1 , the mechanical compression ratio does not reach the limit mechanical compression ratio. Therefore, the mechanical compression ratio can be further increased even in a region where the load is lower than L 1 . Therefore, in this embodiment, so as to increase the mechanical compression ratio as the engine load is also the engine load becomes lower in the region lower than L 1. Thereby, in the region where the engine load is lower than L 1, the actual compression ratio when the control according to the intake air temperature is performed is higher than the actual compression ratio when the basic control is performed. The

なお、図示した実施形態では、吸気温度に応じた制御を行っている場合、機関負荷がL1よりも低い領域における実圧縮比が、機関負荷がL1よりも高い領域における実圧縮比と同一に、一定になるように制御されている。しかしながら、吸気温度に応じた制御を行っている場合の機関負荷L1よりも低い領域における実圧縮比が、機関負荷がL1よりも高い領域における実圧縮比よりも低くなるように且つ基本制御を行っている場合の実圧縮比よりも高くなるように制御されてもよい。 Incidentally, in the illustrated embodiment, if the control is performed in accordance with the intake air temperature, actual compression ratio engine load is in the region lower than L 1 are the same as the actual compression ratio engine load is in the region higher than L 1 In addition, it is controlled to be constant. However, the basic control is performed so that the actual compression ratio in the region lower than the engine load L 1 when performing control according to the intake air temperature is lower than the actual compression ratio in the region where the engine load is higher than L 1. It may be controlled so as to be higher than the actual compression ratio when performing the above.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
7 吸気弁
8 吸気ポート
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
1 Crankcase 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Piston 5 Combustion chamber 7 Intake valve 8 Intake port A Variable compression ratio mechanism B Variable valve timing mechanism

Claims (6)

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、吸気弁の閉弁時に燃焼室内に供給されている吸気ガスの温度を検出又は推定する吸気ガス温度検出手段とを具備し、
機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには、基準温度以下のときに比べて吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点に近づくように進角すると共に、機械圧縮比を小さくするようにした、火花点火式内燃機関。
A variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio, a variable valve timing mechanism that can control the closing timing of the intake valve, and the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber when the intake valve is closed is detected or estimated An intake gas temperature detecting means for
During engine low load operation, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means is higher than the reference temperature, the closing timing of the intake valve is closer to the compression bottom dead center than when the temperature is lower than the reference temperature. A spark ignition internal combustion engine that is advanced and has a reduced mechanical compression ratio.
機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには、基準温度よりも低いときに比べてスロットル弁の開度を小さくするようにした、請求項1に記載の火花点火式内燃機関。   The throttle valve opening is made smaller when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means is higher than the reference temperature during engine low load operation compared to when the temperature is lower than the reference temperature. 2. The spark ignition internal combustion engine according to 1. 機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度に関わらず実圧縮比をほぼ同一とするようにした、請求項1又は2に記載の火花点火式内燃機関。   The spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the actual compression ratio is made substantially the same regardless of the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means during engine low load operation. 機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度よりも高いときには該検出又は推定された温度が高くなるにつれて、吸気弁の閉弁時期を圧縮下死点に近づくように進角し、機械圧縮比を小さくし、且つスロットル弁の開度を小さくするようにした、請求項1〜3のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   During engine low load operation, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means is higher than the reference temperature, the closing timing of the intake valve is set to the compression bottom dead center as the detected or estimated temperature increases. The spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the spark ignition type internal combustion engine is advanced so as to approach, the mechanical compression ratio is reduced, and the opening of the throttle valve is reduced. 機関低負荷運転時において、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定された温度が基準温度以下のときには、該検出又は推定された温度に関わらず吸気弁の閉弁時期、機械圧縮比をほぼ一定に維持するようにした、請求項1〜4のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   During engine low load operation, when the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detection means is equal to or lower than the reference temperature, the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio are made substantially constant regardless of the detected or estimated temperature. The spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the spark ignition internal combustion engine is maintained. 内燃機関の冷間始動時には、吸気ガス温度検出手段によって検出又は推定される温度が基準温度よりも低いものとして吸気弁の閉弁時期及び機械圧縮比を制御するようにした、請求項1〜5のいずれか1項に記載の火花点火式内燃機関。   6. When the internal combustion engine is cold-started, the intake valve closing timing and the mechanical compression ratio are controlled on the assumption that the temperature detected or estimated by the intake gas temperature detecting means is lower than the reference temperature. The spark ignition internal combustion engine according to any one of the above.
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