JP2011169226A - Spark-ignited internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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を備えた火花点火式内燃機関が知られている。斯かる火花点火式内燃機関では、内燃機関の始動時に、機械圧縮比を内燃機関の通常運転時とは異なる態様で制御することが提案されている。 A spark ignition type internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio is known. In such a spark ignition type internal combustion engine, it has been proposed to control the mechanical compression ratio in a manner different from that during normal operation of the internal combustion engine when the internal combustion engine is started.
例えば、特許文献1に記載の内燃機関では、内燃機関の始動時に機械圧縮比を高くするほどスタータモータによってクランクシャフトを回転駆動するために必要なフリクショントルクが大きくなるため、内燃機関の始動時には機械圧縮比を低くしている。特に、特許文献1では、クランキング時に機関回転数が一定回転数以上であれば実圧縮比が高くなるほど混合気の着火性が向上する点を考慮して、内燃機関の始動時の機械圧縮比を設定している。 For example, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, the higher the mechanical compression ratio at the start of the internal combustion engine, the greater the friction torque required to rotate the crankshaft by the starter motor. The compression ratio is lowered. In particular, in Patent Document 1, considering that the ignition performance of the air-fuel mixture is improved as the actual compression ratio is higher if the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed during cranking, the mechanical compression ratio at the start of the internal combustion engine is considered. Is set.
また、特許文献2に記載の内燃機関では、燃焼室内において混合気の燃焼が行われている際に可変圧縮比機構により機械圧縮比を変更すると可変圧縮比機構を駆動するためのアクチュエータには大きな駆動力が要求されるため、燃焼室内において混合気の燃焼が行われていない時、すなわち機関始動時であって燃料噴射及び燃料への点火が行われていないクランキング時に機械圧縮比を変更し、その後内燃機関の運転中には機械圧縮比を一定に維持している。
Further, in the internal combustion engine described in
ところで、内燃機関の始動時において、機械圧縮比が高すぎるとスタータモータによるクランキング時に機関回転数が十分に上昇しなくなり、その結果、内燃機関を適切に始動させることができない。逆に、機械圧縮比が低すぎるとピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室内の混合気の温度及び圧力が低下し、その結果、内燃機関を適切に始動させることができない。したがって、内燃機関を適切に始動させるためには、機械圧縮比をこれらの中間の最適な機械圧縮比に設定する必要がある。 By the way, when the internal combustion engine is started, if the mechanical compression ratio is too high, the engine speed does not sufficiently increase during cranking by the starter motor, and as a result, the internal combustion engine cannot be started properly. Conversely, if the mechanical compression ratio is too low, the temperature and pressure of the air-fuel mixture in the combustion chamber when the piston is at the compression top dead center will decrease, and as a result, the internal combustion engine cannot be started properly. Therefore, in order to start the internal combustion engine appropriately, it is necessary to set the mechanical compression ratio to an optimum mechanical compression ratio between these.
このような内燃機関の始動に最適な機械圧縮比は、機関冷却水の温度、吸入空気の温度、大気圧、バッテリの状態等によって変化する。例えば、機関冷却水の温度や吸入空気の温度が高くなるほど、最適な機械圧縮比は低下する。したがって、内燃機関の始動の際に機械圧縮比を常に同一の圧縮比にすると、機関冷却水の温度等によっては、内燃機関を適切に始動させることができなくなってしまう。 The optimum mechanical compression ratio for starting such an internal combustion engine varies depending on the engine coolant temperature, intake air temperature, atmospheric pressure, battery condition, and the like. For example, the optimum mechanical compression ratio decreases as the temperature of the engine cooling water or the temperature of the intake air increases. Therefore, if the mechanical compression ratio is always set to the same compression ratio when starting the internal combustion engine, the internal combustion engine cannot be started properly depending on the temperature of the engine cooling water or the like.
一方、機関始動時にこれら機関冷却水の温度等を検出し、これら検出された機関冷却水の温度等に基づいて機関始動時の機械圧縮比を最適な圧縮比に設定することも考えられる。しかしながらこの場合、機関冷却水の温度等を検出するセンサに故障が生じた場合には、機関始動時の機械圧縮比を最適な圧縮比に設定することができなくなってしまう。 On the other hand, it is also conceivable to detect the temperature of the engine cooling water at the time of starting the engine and set the mechanical compression ratio at the time of starting the engine to an optimum compression ratio based on the detected temperature of the engine cooling water. However, in this case, if a failure occurs in a sensor that detects the temperature of engine cooling water or the like, the mechanical compression ratio at the time of starting the engine cannot be set to an optimal compression ratio.
そこで、上記問題に鑑みて、本発明の目的は、可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関冷却水の温度等を適切に検出できない場合であっても内燃機関を始動させることができるようにすることにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to allow an internal combustion engine to be started even in a case where the temperature of engine cooling water or the like cannot be detected properly in an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism. There is to do.
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を具備し、機械圧縮比が機関運転状態に応じて設定された目標機械圧縮比となるように可変圧縮比機構が制御される火花点火式内燃機関において、内燃機関を始動する場合にはクランキング及び燃料供給の開始から内燃機関の始動開始までの間に目標機械圧縮比が変更せしめられる。
第1の発明によれば、クランキング中に目標機械圧縮比が変更され、これに伴って実際の機械圧縮比も変更される。このように実際の機械圧縮比が変更されることにより、その変更中に機械圧縮比が内燃機関の始動に適切な機械圧縮比となり、この時に内燃機関の始動が開始されることになる。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio is provided, and the mechanical compression ratio becomes a target mechanical compression ratio set according to the engine operating state. In the spark ignition internal combustion engine in which the variable compression ratio mechanism is controlled, when starting the internal combustion engine, the target mechanical compression ratio is changed between the start of cranking and fuel supply and the start of the internal combustion engine.
According to the first aspect, the target mechanical compression ratio is changed during cranking, and the actual mechanical compression ratio is also changed accordingly. By changing the actual mechanical compression ratio in this way, the mechanical compression ratio becomes an appropriate mechanical compression ratio for starting the internal combustion engine during the change, and at this time, the start of the internal combustion engine is started.
第2の発明では、第1の発明において、上記クランキング開始時から内燃機関の始動開始時までの間の目標機械圧縮比の変更はクランキング及び燃料供給の開始からの時間経過に伴って連続的に行われる。 In the second invention, in the first invention, the change of the target mechanical compression ratio from the start of the cranking to the start of the start of the internal combustion engine is continued as time elapses from the start of cranking and fuel supply. Done.
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記機械圧縮比は、クランキング及び燃料供給の開始前に機関低負荷運転時における機械圧縮比よりも低い所定の機械圧縮比とされ、クランキング及び燃料供給の開始直後には最初に高圧縮比側に変更せしめられる。 In the third invention, in the first or second invention, the mechanical compression ratio is a predetermined mechanical compression ratio lower than the mechanical compression ratio at the time of engine low load operation before the start of cranking and fuel supply, Immediately after the start of cranking and fuel supply, it is first changed to the high compression ratio side.
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、上記クランキング及び燃料供給の開始時からの目標機械圧縮比の変更は、クランキング及び燃料供給の開始からの時間経過に伴って目標機械圧縮比を繰り返し増大及び減少させることによって行われる。 In the fourth invention, in any one of the first to third inventions, the change of the target mechanical compression ratio from the start of the cranking and fuel supply is performed with the passage of time from the start of cranking and fuel supply. This is done by repeatedly increasing and decreasing the target mechanical compression ratio.
第5の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、クランキング及び燃料供給の開始から内燃機関の始動開始までの間に機械圧縮比の上昇に伴って瞬間機関回転数が基準回転数以下となった場合には、目標機械圧縮比を瞬間機関回転数が基準回転数以下となった時の機械圧縮比以下に制御する。 According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions, the instantaneous engine speed is a reference with an increase in the mechanical compression ratio between the start of cranking and fuel supply and the start of start of the internal combustion engine. When the engine speed is equal to or lower than the engine speed, the target mechanical compression ratio is controlled to be equal to or lower than the mechanical compression ratio when the instantaneous engine speed is equal to or lower than the reference engine speed.
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、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をさらに具備し、内燃機関を始動する場合にはクランキング及び燃料供給の開始から内燃機関の始動開始までの間に吸気弁の目標閉弁時期はほぼ一定に維持される。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve is further provided, and when starting the internal combustion engine, cranking and fuel The target valve closing timing of the intake valve is maintained substantially constant between the start of supply and the start of start of the internal combustion engine.
第7の発明では、第6の発明において、クランキング及び燃料供給の開始からの経過時間を計測する経過時間計測手段をさらに具備し、該経過時間計測手段によって計測された時間が所定時間を超えても内燃機関が始動されない場合には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点側に移動させると共に目標機械圧縮比を減少させる。 According to a seventh aspect, in the sixth aspect, the apparatus further comprises elapsed time measuring means for measuring an elapsed time from the start of cranking and fuel supply, and the time measured by the elapsed time measuring means exceeds a predetermined time. However, if the internal combustion engine is not started, the closing timing of the intake valve is moved to the intake bottom dead center side and the target mechanical compression ratio is decreased.
本発明によれば、可変圧縮比機構を備える内燃機関において、機関冷却水の温度等を適切に検出できない場合であっても内燃機関を始動させることができる。 According to the present invention, in an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, the internal combustion engine can be started even when the temperature of the engine cooling water or the like cannot be properly detected.
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
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エアフロメータ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
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、さらに実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。なお、図1に示される実施形態ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Bは吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the
図1に示されるようにクランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられており、この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。なお、本実施形態では、現在の機械圧縮比を検出するための機械圧縮比検出装置として相対位置センサ22が用いられるが、機械圧縮比検出装置としては相対位置センサ22以外の検出装置を使用することも可能である。
As shown in FIG. 1, a
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及び出力ポート36を具備する。エアフロメータ18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23及びスロットル開度センサ24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L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30°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及び可変バルブタイミング機構Bに接続される。さらに、機関本体のクランクシャフト(図示せず)にはクランクシャフトを回転駆動するためのスタータモータ44が取り付けられ、出力ポート36は対応する駆動回路38を介してこのスタータモータ44に接続される。
The
On the other hand, the
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、これらの各突出部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
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53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58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58の両側には図3に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56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56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、図2に示されるようにカムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。
As shown in FIG. 2, a pair of
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58を図3(A)において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が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58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の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いでさらに円形カム58を矢印で示される方向に回転させると図3(C)に示されるように偏心軸57は最も低い位置となる。
When the
なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)にはそれぞれの状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。
3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the
図3(A)から図3(C)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58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56の中心c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。すなわち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。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 to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the
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61、62が取付けられており、これらウォーム61、62と噛合するウォームホイール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。この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。
As shown in FIG. 2, in order to rotate the
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の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。図4を参照すると、この可変バルブタイミング機構B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、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転しか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個の仕切壁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。
On the other hand, FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the
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
吸気弁駆動用カムシャフト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が右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に対して矢印方向に相対回転せしめられる。
When the cam phase of the intake
これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト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が左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 intake
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に示される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。したがって可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。
If the
図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。したがって吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、したがって吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake
図1及び図4に示される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、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、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。 The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.
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の(A)、(B)、(C)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、これら図6の(A)、(B)、(C)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. 6A, 6B, and 6C show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.
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用いられている超高膨張比サイクルについて説明する。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 ultra-high expansion ratio cycle used 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、ほぼ吸気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の(A)、(B)、(C)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 intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A, the combustion chamber volume is 50 ml and the piston stroke volume is 500 ml as in the examples shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. 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、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果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ことが見出されたのである。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, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency Was found to have little effect. 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ε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な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. In this way, the amount of increase in the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while maintaining the actual compression ratio ε at a low value, and the actual compression ratio as shown by the solid line in FIG. 7 are also increased with the expansion ratio. It can be seen that there is no significant difference from the increase in theoretical 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及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。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。 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. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.
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、したがって機関運転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負荷が低いときの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負荷が比較的低いときには図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。
Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. 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
次に図9を参照しつつ運転制御全般について概略的に説明する。
図9には或る機関回転数における機関負荷に応じた吸入空気量、吸気弁閉弁時期、機械圧縮比、膨張比、実圧縮比及びスロットル弁17の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒コンバータ20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC、CO及びNOxを同時に低減しうるように燃焼室5内における平均空燃比が空燃比センサ21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場合を示している。
Next, the overall operation control will be schematically described with reference to FIG.
FIG. 9 shows changes in the intake air amount, the intake valve closing timing, the mechanical compression ratio, the expansion ratio, the actual compression ratio, and the opening degree of the
さて、前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に示されるようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図9において実線で示されるように吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示される如く早められている。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の開度は全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。
As described above, the normal cycle shown in FIG. 8 (A) is executed during engine high load operation. Therefore, as shown in FIG. 9, the expansion ratio is low because the mechanical compression ratio is lowered at this time, and the valve closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. ing. At this time, the amount of intake air is large, and at this time, the opening degree of the
一方、図9において実線で示される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に示される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。
On the other hand, as shown by the solid 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, as shown in FIG. 9, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is lowered so that the actual compression ratio is kept substantially constant. Therefore, the expansion ratio is also increased as the engine load is lowered. At this time, the
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、このとき図9に示される例では燃焼室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
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、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷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最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大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最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時及び機関低負荷運転時にはすなわち、機関低負荷運転側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低負荷運転側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, and when the engine load is lowered to the medium load L 1 slightly close to the low load, the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio that is the structural limit of the
一方、図9に示される実施形態では機関負荷がL1まで低下すると吸気弁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L1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。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to L 1 , the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing at which the amount of intake air supplied into the
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に示される実施形態ではこのとき、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L1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、機関負荷が低くなるほどスロットル弁17の開度は小さくされる。
When 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 changing the closing timing of the intake valve 7. In the embodiment shown in FIG. 9, at this time, that is, in a region where the load is lower than the engine load L 1 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the
一方、図9において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁7の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁17によらずに吸入空気量を制御することができる。したがって、図9において実線で示される場合と破線で示される場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施形態では吸気弁7の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期L1まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができるが、以下本発明について吸気弁7の閉弁時期を図9において実線で示すように変化させた場合を例にとって説明する。
On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 9, the intake air amount can be controlled without depending on the
なお、前述したように図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。 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 if 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.
ところで、機関始動時には、実圧縮比を高くし過ぎるとピストンによる圧縮作用に必要なエネルギが増大し、クランキング時にスタータモータ44によって機関回転数を十分に上昇させることができなくなる。また、実圧縮比を高くし過ぎると機関始動直後にノッキングやプレイグニッションが発生する可能性もある。このため、機関始動時に実圧縮比を高くし過ぎると、内燃機関を適切に始動させることができなくなる。
By the way, when the engine is started, if the actual compression ratio is too high, the energy required for the compression action by the piston increases, and the engine speed cannot be sufficiently increased by the
一方、機関始動時に実圧縮比を低くし過ぎると、クランキング時においてピストン4が圧縮上死点にあるときの燃焼室5内の混合気の温度(圧縮端温度)及び圧力(圧縮端圧力)が低下し、燃焼室5内において混合気を適切に燃焼させることができなくなる。このため、機関始動時に実圧縮比を低くし過ぎても、内燃機関を適切に始動させることができなくなる。したがって、内燃機関を適切に始動させるためには、実圧縮比をこれらの中間の最適な実圧縮比に設定する必要がある。
On the other hand, if the actual compression ratio is too low when the engine is started, the temperature (compression end temperature) and pressure (compression end pressure) of the air-fuel mixture in the
なお、機関始動の際のクランキング時における吸入空気量は、機関冷却水の温度等によって多少の変動はあるにせよ、常にほぼ一定とされる。すなわち、機関始動直後の機関回転数の吹き上がりを或る一定の範囲内に収めるためには機関始動時における燃料供給量を或る一定の範囲内に設定する必要がある。これに伴って、機関始動時には吸入空気量も或る一定の範囲内にする必要がある。 It should be noted that the amount of intake air during cranking at the time of engine start is always substantially constant even though there is some variation depending on the temperature of the engine cooling water or the like. That is, in order to keep the increase in the engine speed immediately after starting the engine within a certain range, it is necessary to set the fuel supply amount at the time of starting the engine within a certain range. Accordingly, the intake air amount must be within a certain range when the engine is started.
このように機関始動の際には吸入空気量は常にほぼ一定とされることから、機関始動の際には吸気弁7の閉弁時期及びスロットル弁17の開度もほぼ一定とされる。したがって、内燃機関を適切に始動させるためには、機械圧縮比を最適な機械圧縮比に設定する必要があるということもできる。
As described above, since the intake air amount is always substantially constant when the engine is started, the closing timing of the intake valve 7 and the opening degree of the
このような内燃機関の始動に最適な機械圧縮比(実圧縮比)は、機関冷却水の温度、吸入空気の温度、大気圧、バッテリの状態等によって変化する。例えば、機関冷却水の温度や吸入空気の温度が高くなるほど圧縮端温度が高くなりノッキングが発生し易くなることから、機関冷却水の温度及び吸入空気の温度が高くなった場合には内燃機関の始動に最適な機械圧縮比は低くなる。このため、内燃機関を始動する場合に機械圧縮比を常に同一の圧縮比にすると、機関冷却水の温度等によっては内燃機関を適切に始動させることができなくなってしまう。 The optimal mechanical compression ratio (actual compression ratio) for starting such an internal combustion engine varies depending on the engine cooling water temperature, intake air temperature, atmospheric pressure, battery condition, and the like. For example, the higher the engine cooling water temperature and the intake air temperature, the higher the compression end temperature and the more likely knocking occurs. Therefore, when the engine cooling water temperature and the intake air temperature increase, The optimum mechanical compression ratio for starting is low. For this reason, when the internal combustion engine is started, if the mechanical compression ratio is always set to the same compression ratio, the internal combustion engine cannot be started properly depending on the temperature of the engine cooling water or the like.
一方、内燃機関の始動直前に、水温センサや大気温度センサ等を用いて機関冷却水の温度や吸入空気の温度等を検出し、これら検出された機関冷却水の温度や吸入空気の温度等に基づいて、機関始動時の機械圧縮比を最適な機械圧縮比に設定することも考えられる。しかしながらこの場合、水温センサや大気温度センサ等に故障が生じると、機関始動時の機械圧縮比を最適な機械圧縮比に設定することができなくなる。また、相対位置センサ22が故障して現在の機械圧縮比を正確に検出することができなくなると、機関始動時に最適な目標機械圧縮比を設定しても、実際の機械圧縮比をその目標機械圧縮比に制御することができない。この結果、水温センサ、大気温度センサや相対位置センサ22等が故障すると内燃機関を最適に始動させることができなくなる。
On the other hand, immediately before starting the internal combustion engine, the temperature of the engine cooling water, the temperature of the intake air, etc. are detected using a water temperature sensor, an atmospheric temperature sensor, etc., and the detected temperature of the engine cooling water, the temperature of the intake air, etc. Based on this, it is conceivable to set the mechanical compression ratio at the time of starting the engine to an optimum mechanical compression ratio. However, in this case, if a failure occurs in the water temperature sensor, the atmospheric temperature sensor, or the like, the mechanical compression ratio at the time of starting the engine cannot be set to an optimum mechanical compression ratio. In addition, if the
そこで、本発明の実施形態では、内燃機関を始動する場合に、クランキング及び燃料供給の開始時から内燃機関の始動開始までの間に目標機械圧縮比を変更させることとしている。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when starting the internal combustion engine, the target mechanical compression ratio is changed between the start of cranking and fuel supply and the start of the internal combustion engine.
図10は、内燃機関を始動する場合における、クランキングの有無、燃料供給の有無、目標機械圧縮比、機関回転数、吸気弁7の目標閉弁時期及びスロットル弁17の目標開度のタイムチャートである。図中のモータリングはONのときにスタータモータ44よるクランクシャフトの駆動、すなわちクランキングが行われていることを示しており、また図中の燃料供給はONのときに燃料噴射弁13からの燃料供給が行われていることを示している。
FIG. 10 is a time chart of the presence or absence of cranking, the presence or absence of fuel supply, the target mechanical compression ratio, the engine speed, the target closing timing of the intake valve 7 and the target opening of the
図10に示した例では、時刻t0においてイグニッションがオンとなり、これと同時にスタータモータ44によるクランキングと燃料供給弁13からの燃料供給とを開始している。なお、クランキングの開始と燃料供給の開始とは必ずしも同時に開始されなくてもよい。
In the example shown in FIG. 10, the ignition is turned on at time t 0 , and simultaneously, cranking by the
時刻t0になる前、すなわちクランキング及び燃料供給の開始前には、機械圧縮比は比較的低い予め定められた始動時目標圧縮比とされている。具体的には、例えば、前回の内燃機関の運転終了直後に機械圧縮比が始動時目標圧縮比とされる。始動時目標圧縮比は、例えば、機関運転時に機関負荷が低負荷運転領域又は中負荷運転領域内にあるときに設定される機械圧縮比よりも低い値、或いは可変圧縮比機構Aの構造上限界となる最小限界機械圧縮比又はその付近の値とされる。図10に示した例では、始動時目標圧縮比は最小限界機械圧縮比εmminとされる。 Before the time t 0 , that is, before the start of cranking and fuel supply, the mechanical compression ratio is set to a predetermined target compression ratio at starting that is relatively low. Specifically, for example, the mechanical compression ratio is set to the starting target compression ratio immediately after the end of the previous operation of the internal combustion engine. The target compression ratio at start-up is, for example, a value lower than the mechanical compression ratio set when the engine load is in the low load operation region or the medium load operation region during engine operation, or the structural limit of the variable compression ratio mechanism A It is set as the value near the minimum limit mechanical compression ratio which becomes. In the example shown in FIG. 10, the starting target compression ratio is the minimum critical mechanical compression ratio εmmin.
同様に、時刻0になる前には、吸気弁7の閉弁時期及びスロットル弁17の開度もそれぞれ予め定められた始動時目標閉弁時期及び始動時目標開度とされる。これら吸気弁7の閉弁時期及びスロットル弁17の開度に関しても、機械圧縮比と同様に、前回の内燃機関の運転終了直後にそれぞれ始動時目標閉弁時期及び始動時目標開度とされる。吸気弁7の始動時目標閉弁時期及びスロットル弁17の始動時目標開度は、例えば、機関始動直後に機関回転数が適切に吹き上がるような閉弁時期及び開度とされる。
Similarly, before the time 0 is reached, the closing timing of the intake valve 7 and the opening of the
その後、時刻t0において、クランキングが開始され且つ燃料供給が開始されると、機関回転数が上昇せしめられる。その後、スタータモータ44の駆動により機関回転数が一定の回転数に到達すると(時刻t1)、目標機械圧縮比の変更が開始される。図10に示した実施形態では、時刻t1から目標機械圧縮比が徐々に増大せしめられる。 Thereafter, when cranking is started and fuel supply is started at time t 0 , the engine speed is increased. Thereafter, when the engine speed reaches a constant speed by driving the starter motor 44 (time t 1 ), the change of the target mechanical compression ratio is started. In the embodiment shown in FIG. 10, the target mechanical compression ratio is gradually increased from time t 1 .
その後、目標機械圧縮比が時刻t2において最大限界機械圧縮比εmmaxに到達すると、目標機械圧縮比は最大限界機械圧縮比εmmaxに一定期間維持された後、時刻t3から徐々に減少せしめられる。そして、目標機械圧縮比が最小限界機械圧縮比εmminまで減少せしめられると、目標機械圧縮比は最小限界機械圧縮比εmminに一定期間維持され、その後再び徐々に増大せしめられる。 Thereafter, the target mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio εmmax at time t 2, the target mechanical compression ratio after being kept constant the maximum limit mechanical compression ratio εmmax period, caused to gradually decrease from time t 3. When the target mechanical compression ratio is decreased to the minimum limit mechanical compression ratio εmmin, the target mechanical compression ratio is maintained at the minimum limit mechanical compression ratio εmmin for a certain period, and then gradually increased again.
図10に示した例では、このように目標機械圧縮比を増減させた結果、時刻t4において、燃焼室5内での混合気の燃焼により機関回転数が機関始動判定回転数(例えば、400rpm)を超え、内燃機関の始動が開始される。このような内燃機関の始動開始により、スタータモータ44によるクランクシャフトの駆動が停止せしめられる。
In the example shown in FIG. 10, as a result of increasing / decreasing the target mechanical compression ratio in this way, at time t 4 , the engine speed is changed to the engine start determination speed (for example, 400 rpm) by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5. ) And the internal combustion engine is started. With the start of the internal combustion engine, the drive of the crankshaft by the
図10に示した例では、クランキング及び燃料供給が開始されてから内燃機関の始動が開始されるまでの間、吸気弁7の閉弁時期及びスロットル弁17の開度の開度はほぼ一定に維持される。これにより、内燃機関の始動が開始された時に、機関回転数を適切に吹き上がらせることができる。なお、内燃機関の始動の際の機関回転数の吹き上がり方は、機関始動時における機関冷却水の温度や大気温度等によって変化するため、クランキング及び燃料供給の開始から内燃機関の始動が開始されるまでの間の吸気弁7の閉弁時期及びスロットル弁17の開度をこれら機関冷却水の温度、大気温度等に基づいて変化させるようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 10, the valve closing timing of the intake valve 7 and the opening of the
また、上記例では、目標機械圧縮比を一回増大及び減少させた後に再び増大させたときに内燃機関の始動が開始された場合を示している。仮に、このときに内燃機関の始動が開始されない場合には、図10中に破線で示したように、その後も目標機械圧縮比の増大及び減少が繰り返される。 The above example shows a case where the internal combustion engine is started when the target mechanical compression ratio is increased and decreased once and then increased again. If the start of the internal combustion engine is not started at this time, the target mechanical compression ratio is repeatedly increased and decreased thereafter as shown by the broken line in FIG.
このように、本発明の実施形態では、内燃機関を始動させる場合に、クランキング及び燃料供給が開始されてから内燃機関の始動が開始されるまで目標機械圧縮比が連続的に変更せしめられ、特に上記実施形態では、繰り返し増大及び減少せしめられる。 Thus, in the embodiment of the present invention, when starting the internal combustion engine, the target mechanical compression ratio is continuously changed from the start of cranking and fuel supply until the start of the internal combustion engine is started, In particular, in the above embodiment, it is repeatedly increased and decreased.
ここで、相対位置センサ22が故障等していない場合には、目標機械圧縮比の変更に追従して実際の機械圧縮比も変更せしめられるため、実際の機械圧縮比も図10に示した目標圧縮比と同様に変化せしめられる。このように実際の機械圧縮比が変更せしめられると、その変更の途中で必ず機械圧縮比が内燃機関の始動に適切な機械圧縮比になる時が存在し、このときに内燃機関の始動が開始されることになる。したがって、本発明の実施形態によれば、水温センサや大気温度センサ等の出力値を用いることなく内燃機関の始動を開始することができ、よってたとえ水温センサや大気温度センサが故障したとしても確実に内燃機関を始動させることができる。
Here, when the
一方、相対位置センサ22の出力値にずれが生じていたり故障していたりした場合、実際の機械圧縮比は目標機械圧縮比には正確に追従しない。しかしながら、例えば、相対値センサ22の出力値にずれが生じていた場合であっても目標機械圧縮比の変動に伴って実際の機械圧縮比も変動することになる。また、相対値センサ22が故障していて相対位置センサ22の出力値が一定値になっていた場合であっても、目標機械圧縮比が上昇してこの一定値よりも高い場合には実際の機械圧縮比が上昇せしめられ、一方、目標機械圧縮比が低下してこの一定値よりも低くなっている場合には実際の機械圧縮比が低下せしめられる。このため、相対値センサ22が故障している場合であっても実際の機械圧縮比は変動せしめられる。このように実際の機械圧縮比が変動する限り、上述したように機械圧縮比が内燃機関の始動に最適な機械圧縮比になる時が存在する。このため、相対位置センサ22の出力値にずれが生じていたり故障していたりしても確実に内燃機関を始動させることができる。
On the other hand, when the output value of the
また、内燃機関を高温で再始動するような場合、機械圧縮比、すなわち実圧縮比が高いと、圧縮端温度が上昇してノッキングやプレイグニッションの発生を招く場合がある。上記実施形態では、スタータモータ44によるクランクシャフトの駆動及び燃料噴射弁13からの燃料供給の開始時には、機械圧縮比は比較的低い圧縮比とされため、内燃機関を高温で再始動するような場合であってもノッキングやプレイグニッションの発生を抑制することができる。
Further, when the internal combustion engine is restarted at a high temperature, if the mechanical compression ratio, that is, the actual compression ratio is high, the compression end temperature rises, which may cause knocking or pre-ignition. In the above embodiment, when starting the crankshaft by the
なお、上記実施形態では、機械圧縮比を上下に変動させている間、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比及び最小機械圧縮比に到達した場合には、それぞれ最大限界機械圧縮比及び最小限界機械圧縮比に一定期間維持した後に機械圧縮比を減少及び増大させている。しかしながら、必ずしも一定期間維持する必要はなく、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比及び最小機械圧縮比に到達したら直ぐに機械圧縮比を減少及び増大させてもよい。 In the above embodiment, when the mechanical compression ratio reaches the maximum limit mechanical compression ratio and the minimum mechanical compression ratio while the mechanical compression ratio is varied up and down, the maximum limit mechanical compression ratio and the minimum limit machine are respectively set. After maintaining the compression ratio for a certain period, the mechanical compression ratio is decreased and increased. However, it is not always necessary to maintain for a certain period of time, and the mechanical compression ratio may be decreased and increased as soon as the mechanical compression ratio reaches the maximum critical mechanical compression ratio and the minimum mechanical compression ratio.
また、上記実施形態では、クランキング及び燃料供給の開始時の機械圧縮比を常に予め定められた一定の始動時目標圧縮比としている。しかしながら、クランキング及び燃料供給の開始時の目標機械圧縮比を、クランキング及び燃料供給の開始直前における機関冷却水の温度、大気温度、大気圧、バッテリ状態等に応じて変更するようにしてもよい。この場合、イグニッションがオンにされてから微少時間経過後にクランキング及び燃料供給が開始され、イグニッションがオンにされてからクランキング及び燃料供給が開始されるまでの間に目標機械圧縮比の変更が行われる。 Further, in the above-described embodiment, the mechanical compression ratio at the start of cranking and fuel supply is always set to a predetermined starting target compression ratio. However, the target mechanical compression ratio at the start of cranking and fuel supply may be changed according to the engine cooling water temperature, atmospheric temperature, atmospheric pressure, battery condition, etc. immediately before the start of cranking and fuel supply. Good. In this case, cranking and fuel supply are started after a lapse of a short time after the ignition is turned on, and the target mechanical compression ratio is changed after the ignition is turned on until cranking and fuel supply are started. Done.
このようにクランキング及び燃料供給の開始時の目標機械圧縮比を機関冷却水の温度等に基づいて変更することにより、機関冷却水の温度等を検出するセンサに故障がなければ、クランキング及び燃料供給の開始時に機械圧縮比を内燃機関の始動に最適な機械圧縮比とすることができ、内燃機関を適切に始動させることができる。一方で、機関冷却水の温度等を検出するセンサに故障が生じている場合にも、上述したように機械圧縮比を変動させることにより内燃機関を適切に始動させることができる。 Thus, by changing the target mechanical compression ratio at the start of cranking and fuel supply based on the engine cooling water temperature or the like, if there is no failure in the sensor for detecting the engine cooling water temperature or the like, cranking and At the start of fuel supply, the mechanical compression ratio can be set to an optimum mechanical compression ratio for starting the internal combustion engine, and the internal combustion engine can be started appropriately. On the other hand, even when a sensor that detects the temperature or the like of the engine coolant has failed, the internal combustion engine can be appropriately started by changing the mechanical compression ratio as described above.
図11は、可変圧縮比機構Aの駆動モータ59、可変バルブタイミング機構Bの作動油供給制御弁78及びスロットル弁17駆動用のアクチュエータ16等のアクチュエータの駆動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a drive control routine of actuators such as the
図11に示したように、まず、ステップS11ではスタータモータ44によるクランクシャフトの駆動が開始されたか否かが判定される。未だスタータモータ44による駆動が開始されていない場合には制御ルーチンが終了せしめられる。
As shown in FIG. 11, first, in step S11, it is determined whether or not driving of the crankshaft by the
一方、スタータモータ44による駆動が開始されている場合には、ステップS11からステップS12へと進む。ステップS12では、内燃機関が始動したか否かが判定される。内燃機関の始動の判定は、例えば、機関回転数が所定の回転数(例えば、400rpm)に到達したか否かによって行われる。機関回転数が所定の回転数に達しておらず、未だ内燃機関の始動が開始されていないと判定された場合にはステップS12からステップS13へと進む。ステップS13では、スタータモータ44による駆動が開始されてからの積算時間tを機械圧縮比の変動周期Tで割った余りが目標機械圧縮比算出用積算時間t’とされる。なお、機械圧縮比の変動周期Tは、機械圧縮比の増大及び減少を一回行う周期、すなわち図10中のTを意味する。
On the other hand, when the drive by the
次いで、ステップS14では、ステップS13で算出された目標機械圧縮比算出用積算時間t’に基づいて図12に示したようなマップを用いて目標機械圧縮比が算出される。次いで、ステップS15では吸気弁7の目標閉弁時期及びスロットル弁17の目標開度が算出される。上述した実施形態では、吸気弁7の目標閉弁時期及びスロットル弁17の目標開度はそれぞれ予め定められた一定の始動時目標閉弁時期および始動時目標開度とされる。次いで、ステップS16では、ステップS14、S15で算出された目標機械圧縮比、吸気弁7の目標閉弁時期及びスロットル弁17の目標開度になるように、可変圧縮比機構Aの駆動モータ59、可変バルブタイミング機構Bの作動油供給制御弁78及びスロットル弁17駆動用のアクチュエータ16が制御される。
Next, in step S14, the target mechanical compression ratio is calculated using the map as shown in FIG. 12 based on the target mechanical compression ratio calculation integration time t 'calculated in step S13. Next, in step S15, the target valve closing timing of the intake valve 7 and the target opening of the
その後、内燃機関が始動して機関回転数が所定の回転数以上になると、次のルーチンではステップS12において内燃機関が始動したと判定されてステップS17へと進む。ステップS17では図9に示したような通常制御が行われる。 Thereafter, when the internal combustion engine is started and the engine rotational speed becomes equal to or higher than the predetermined rotational speed, in the next routine, it is determined in step S12 that the internal combustion engine has been started, and the process proceeds to step S17. In step S17, normal control as shown in FIG. 9 is performed.
次に、図12を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態の火花点火式内燃機関の構成は基本的に第一実施形態の火花点火式内燃機関の構成と同様である。ただし、第二実施形態の火花点火式内燃機関では、内燃機関を始動させる場合に、機械圧縮比を必ずしも最大限界機械圧縮比まで変動させない点で第一実施形態の火花点火式内燃機関とは異なっている。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the spark ignition internal combustion engine of the second embodiment is basically the same as the configuration of the spark ignition internal combustion engine of the first embodiment. However, the spark ignition internal combustion engine of the second embodiment is different from the spark ignition internal combustion engine of the first embodiment in that the mechanical compression ratio is not necessarily changed to the maximum limit mechanical compression ratio when starting the internal combustion engine. ing.
ところで、上述したように、クランキング中に機械圧縮比を高くし過ぎると、ピストン4の圧縮作用に必要なエネルギが増大し、クランキング時にスタータモータ44によって機関回転数を十分に上昇させることができなくなる。一方、内燃機関を始動させるにはクランキングによって機関回転数を或る一定回転数以上にしておく必要がある。このためクランキング中に機械圧縮比を高くし過ぎて機関回転数が低下すると内燃機関を適切に始動させることが困難になる。
As described above, if the mechanical compression ratio is excessively increased during cranking, the energy required for the compression action of the
そこで、本発明の第二実施形態では、クランキング開始から内燃機関が始動するまでに機械圧縮比を変動させる際に、機関回転数が所定の限界機関回転数(基準回転数)NEminよりも低くなった場合には機械圧縮比をそのときの機械圧縮比以下に維持するようにしている。 Therefore, in the second embodiment of the present invention, when the mechanical compression ratio is changed from the start of cranking to the start of the internal combustion engine, the engine speed is lower than a predetermined limit engine speed (reference speed) NEmin. In such a case, the mechanical compression ratio is maintained below the mechanical compression ratio at that time.
図13は、第二実施形態において内燃機関を始動する場合の、クランキングの有無、燃料供給の有無、目標機械圧縮比及び機関回転数のタイムチャートである。図13に示した例では、時刻t5においてイグニッションがオンとなり、これと同時にスタータモータ44によるクランキングと燃料噴射弁13からの燃料供給が開始される。なお、時刻t5になる前には、上記第一実施形態と同様に、機械圧縮比は始動時目標機械圧縮比とされている。
FIG. 13 is a time chart of the presence / absence of cranking, the presence / absence of fuel supply, the target mechanical compression ratio, and the engine speed when the internal combustion engine is started in the second embodiment. In the example shown in FIG. 13, the ignition is turned on at time t 5 , and simultaneously, cranking by the
時刻t5において、スタータモータ44によるクランキング及び燃料供給弁13からの燃料供給が開始されると、機関回転数が上昇せしめられる。その後、クランキング等の開始から一定時間Taが経過すると(時刻t6)、目標機械圧縮比の変更が開始される。この一定時間Taは、例えば、クランキングの開始から機関回転数が一定の回転数(例えば、後述する限界機関回転数NEmin)に到達するのに通常かかる時間とされる。なお、目標機械圧縮比の変更は、スタータモータ44の駆動により機関回転数が一定の回転数に到達したときに開始するようにしてもよい。
At time t 5, when the fuel supply from the cranking and the
時刻t6から目標機械圧縮比が徐々に高くなると、実際の機械圧縮比も徐々に高くなり、それに伴って機関回転数が低下せしめられる。このような機関回転数の低下が続くと、ついには時刻t7において機関回転数が限界機関回転数NEminに到達する。この限界機関回転数は、例えば、これ以上機関回転数が低下すると機械圧縮比等が適切であっても内燃機関の始動が困難になるような回転数とされる。本発明の実施形態では、このように機関回転数が限界機関回転数NEminに達すると、それ以降は機械圧縮比を機関回転数が限界機関回転数NEminに達したときの機械圧縮比εmx以下の範囲内で制御される。図示した例では、機関回転数が限界機関回転数NEminに達した時刻t7以降には、徐々に機械圧縮比を低下させるようにしている。 When the target mechanical compression ratio is gradually increased from the time t 6, the actual mechanical compression ratio is gradually increased, the engine speed is made to decrease accordingly. When such reduction in the engine speed continues, eventually the engine speed at time t 7 reaches the limit engine speed NEmin. The limit engine speed is, for example, a speed that makes it difficult to start the internal combustion engine even if the mechanical compression ratio or the like is appropriate if the engine speed further decreases. In the embodiment of the present invention, when the engine speed reaches the limit engine speed NEmin in this way, the mechanical compression ratio thereafter becomes the mechanical compression ratio εmx or less when the engine speed reaches the limit engine speed NEmin. Controlled within range. In the illustrated example, the after time t 7 the engine speed reaches the limit engine speed NEmin, gradually so that to lower the mechanical compression ratio.
その後、機関回転数が再び限界機関回転数NEminに達しない限り、機械圧縮比は最低限界機械圧縮比と上記εmxとの間で繰り返し増大及び減少せしめられる。一方、機関回転数が再び限界機関回転数NEminに達した場合には、その後、機械圧縮比は最低限界機械圧縮比と機関回転数が再び限界機械回転数NEminに達したときの機械圧縮比との間で繰り返し増大及び減少せしめられる。 Thereafter, as long as the engine speed does not reach the limit engine speed NEmin again, the mechanical compression ratio is repeatedly increased and decreased between the minimum limit mechanical compression ratio and the εmx. On the other hand, when the engine speed reaches the limit engine speed NEmin again, the mechanical compression ratio is the minimum limit mechanical compression ratio and the mechanical compression ratio when the engine speed reaches the limit machine speed NEmin again. It is repeatedly increased and decreased between.
このように、本発明の第二実施形態では、クランキング開始から内燃機関が始動するまでに機械圧縮比を変動させる際に、機関回転数が所定の限界機関回転数NEminよりも低くなった場合には機械圧縮比をそのときの機械圧縮比以下に維持することにより、クランキング中に機械圧縮比を高くし過ぎて機関回転数が過度に低下してしまうことを抑制することができる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, when changing the mechanical compression ratio from the start of cranking to the start of the internal combustion engine, the engine speed becomes lower than the predetermined limit engine speed NEmin. By maintaining the mechanical compression ratio below the mechanical compression ratio at that time, it is possible to prevent the engine rotational speed from excessively decreasing due to excessively high mechanical compression ratio during cranking.
なお、図13に示した例では、時刻t7において機関回転数が限界機関回転数NEminに到達した後に機械圧縮比を徐々に低下させるようにしているが、図13に破線で示したように機関回転数が限界機関回転数NEminに到達した後に機械圧縮比をそのときの機械圧縮比に維持するようにしてもよい。ここで、一般に、クランキング時の機関回転数を一定回転数以上に維持することができれば、機械圧縮比が高いほど内燃機関を始動し易い。このため、機関回転数が限界機関回転数NEminに到達した後に機械圧縮比をそのときの機械圧縮比に維持することで、内燃機関を迅速に始動させることができるようになる。 In the example shown in FIG. 13, the mechanical compression ratio is gradually decreased after the engine speed reaches the limit engine speed NEmin at time t 7 , but as shown by the broken line in FIG. After the engine speed reaches the limit engine speed NEmin, the mechanical compression ratio may be maintained at the mechanical compression ratio at that time. Here, generally, if the engine speed at the time of cranking can be maintained at a predetermined speed or higher, the higher the mechanical compression ratio, the easier it is to start the internal combustion engine. Therefore, the internal combustion engine can be started quickly by maintaining the mechanical compression ratio at the mechanical compression ratio after the engine speed reaches the limit engine speed NEmin.
図14は、本発明の第二実施形態における目標機械圧縮比算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図14は、図13に破線で示した制御を行う場合の制御ルーチンを示している。また、図14におけるステップS21、S22はそれぞれ図11におけるステップS11、S12と同様であるため説明を省略する。 FIG. 14 is a flowchart showing a control routine for target mechanical compression ratio calculation control in the second embodiment of the present invention. FIG. 14 shows a control routine in the case of performing the control indicated by the broken line in FIG. Also, steps S21 and S22 in FIG. 14 are the same as steps S11 and S12 in FIG.
ステップS23では、クランキング等が開始されてからの経過時間tが所定時間Taを経過したか否かが判定され、所定時間Taを経過していないと判定された場合にはステップS24へと進む。ステップS24では、目標機械圧縮比が始動時機械圧縮比εminiとされる。 In step S23, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of cranking or the like has exceeded a predetermined time Ta. If it is determined that the predetermined time Ta has not elapsed, the process proceeds to step S24. . In step S24, the target mechanical compression ratio is set to the starting mechanical compression ratio εmini.
その後、クランキング等が開始されてからの経過時間tが所定時間Taを経過すると、次のルーチンでは、ステップS23からステップS25へと進む。ステップS25では、現在の機関回転数NEが限界機関回転数NEmin以上であるか否かが判定され、現在の機関回転数NEが限界機関回転数NEmin以上であると判定された場合にはステップS26へと進む。ステップS26では、前回のルーチンにおける目標機械圧縮比εm(n−1)に予め定められた所定値Δεmを加えたものが今回の目標機械圧縮比εm(n)とされ(ε(n)=εm(n−1)+Δεm)、目標機械圧縮比が増大せしめられる。 Thereafter, when the elapsed time t from the start of cranking or the like has passed the predetermined time Ta, the process proceeds from step S23 to step S25 in the next routine. In step S25, it is determined whether or not the current engine speed NE is greater than or equal to the limit engine speed NEmin. If it is determined that the current engine speed NE is greater than or equal to the limit engine speed NEmin, step S26 is performed. Proceed to In step S26, the target mechanical compression ratio εm (n) obtained by adding a predetermined value Δεm to the target mechanical compression ratio εm (n-1) in the previous routine is set as the current target mechanical compression ratio εm (n) (ε (n) = εm (N−1) + Δεm), the target mechanical compression ratio is increased.
このような目標機械圧縮比の増大に伴って機関回転数が低下して限界機関回転数NEminに達すると、次のルーチンではステップS25からステップS27へと進む。ステップS27では、今回の目標機械圧縮比εm(n)が前回の目標機械圧縮比εm(n−1)とされ、目標機械圧縮比が一定に維持される。 When the engine speed decreases and reaches the limit engine speed NEmin as the target mechanical compression ratio increases, the process proceeds from step S25 to step S27 in the next routine. In step S27, the current target mechanical compression ratio εm (n) is set to the previous target mechanical compression ratio εm (n-1), and the target mechanical compression ratio is kept constant.
その後、内燃機関が始動して機関回転数が所定の回転数以上になると、次のルーチンではステップS22において内燃機関が始動したと判定されてステップS28へと進む。ステップS28では図9に示したような通常制御が行われるように目標機械圧縮比が設定される。 Thereafter, when the internal combustion engine is started and the engine speed becomes equal to or higher than the predetermined speed, in the next routine, it is determined in step S22 that the internal combustion engine has been started, and the process proceeds to step S28. In step S28, the target mechanical compression ratio is set so that normal control as shown in FIG. 9 is performed.
なお、上記実施形態では、所定時間Ta、所定値Δεm、限界機関回転数NEmin等のパラメータを常に一定の値としている。しかしながら、これらパラメータを、クランクシャフトの駆動及び燃料供給の開始直前における機関冷却水の温度、大気温度、大気圧、バッテリ状態等に応じて変更するようにしてもよい。 In the above embodiment, parameters such as the predetermined time Ta, the predetermined value Δεm, the limit engine speed NEmin, etc. are always set to constant values. However, these parameters may be changed according to the temperature of the engine cooling water, the atmospheric temperature, the atmospheric pressure, the battery state, etc. immediately before the crankshaft drive and fuel supply are started.
次に、図15を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態の火花点火式内燃機関の構成は、基本的に第一実施形態又は第二実施形態の火花点火式内燃機関の構成と同様である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the spark ignition internal combustion engine of the third embodiment is basically the same as the configuration of the spark ignition internal combustion engine of the first embodiment or the second embodiment.
ところで、内燃機関の始動が適切に行われない要因の一つとして、点火プラグ6のプラグギャップに液体燃料が付着して、点火プラグ6によって適切に点火を行うことができなくなること(すなわち、点火プラグ6の燃料被り)が挙げられる。このように点火プラグ6に燃料被りが生じている場合には、上記第一実施形態又は第二実施形態のように機械圧縮比を調整しても点火プラグ6の燃料被りを解消することができず、よって内燃機関を始動させることができない。
By the way, as one of the factors that prevent the internal combustion engine from starting properly, liquid fuel adheres to the plug gap of the
そこで、本発明の第三実施形態では、上記第一実施形態又は第二実施形態に示したような制御を行っても一定時間以上内燃機関が始動しない場合には、吸気弁7の閉弁時期を進角して吸気下死点に近づけると共に、機械圧縮比を低下させて最低限界機械圧縮比に近づけるようにしている。 Therefore, in the third embodiment of the present invention, when the internal combustion engine does not start for a predetermined time or more even when the control as shown in the first embodiment or the second embodiment is performed, the closing timing of the intake valve 7 is determined. Is advanced to approach the intake bottom dead center, and the mechanical compression ratio is lowered to approach the minimum critical mechanical compression ratio.
図15は、第三実施形態における制御を行った場合の、クランキングの有無、燃料供給の有無、吸気弁7の目標閉弁時期及び目標機械圧縮比のタイムチャートである。図15に示した例では、時刻t8においてイグニッションがオンとなり、これと同時にスタータモータ44によるクランキングと燃料噴射弁13からの燃料供給が開始される。
FIG. 15 is a time chart of the presence or absence of cranking, the presence or absence of fuel supply, the target closing timing of the intake valve 7 and the target mechanical compression ratio when the control in the third embodiment is performed. In the example shown in FIG. 15, the ignition is turned on at time t 8 , and simultaneously, cranking by the
図15からわかるように、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、クランキング等が開始された後には、目標機械圧縮比が変動せしめられ、吸気弁7の閉弁時期は始動時目標閉弁時期に維持される。このように目標機械圧縮比を変動させても内燃機関の始動が開始されない場合には、クランキング等の開始から一定時間Tbが経過した時刻t9において燃料噴射弁13からの燃料供給が停止せしめられると共に、吸気弁7の目標閉弁時期が吸気下死点近傍まで進角せしめられる。また、時刻t9において目標機械圧縮比が最小限界機械圧縮比よりも高い圧縮比となっている場合には、目標機械圧縮比が最小限界機械圧縮比近傍まで低下せしめられる。
As can be seen from FIG. 15, in this embodiment as well, in the same way as in the above embodiment, after cranking or the like is started, the target mechanical compression ratio is varied, and the closing timing of the intake valve 7 is the target at the start. The valve closing time is maintained. Thus when start of the engine even at varying target mechanical compression ratio is not started, the allowed fuel supply stop from the
このように、吸気弁7の目標閉弁時期を吸気下死点近傍まで進角させると、燃焼室5内には多量の空気が供給され、その結果、吸気ポート8及び燃焼室5内を通過する空気の流量が多くなる。したがって、燃焼室5内の壁面や吸気ポート8の壁面に付着していた液体燃料が燃焼室5から排気ポート10へ排出され易くなる。これに伴って点火プラグ6のプラグギャップに付着していた燃料も気化して排気ポート10へ排出されるようになり、よって点火プラグ6の燃料被りを解消することができる。
As described above, when the target valve closing timing of the intake valve 7 is advanced to the vicinity of the intake bottom dead center, a large amount of air is supplied into the
また、吸気弁7の閉弁時期を進角させると燃焼室5内に多量の空気が流入することになるため、ピストンによる圧縮作用に必要なエネルギが大きくなり、その結果、機関回転数の低下を招くことになる。このように機関回転数が低下すると、単位時間当たりに吸気ポート8や燃焼室5内を通過する空気の流量が減少してしまい、その結果、燃焼室5内の壁面や点火プラグ6のプラグギャップに付着していた燃料の気化を促進させることができなくなる。本実施形態によれば、吸気弁7の閉弁時期が進角されるときには機械圧縮比が最小限界機械圧縮比近傍まで低下せしめられるため、ピストンによる圧縮作用に必要なエネルギの増大を抑制することができ、その結果、機関回転数の低下を抑制することができる。
Further, when the closing timing of the intake valve 7 is advanced, a large amount of air flows into the
その後、時刻t9から予め定められた一定時間Tcが経過した時刻t10において、燃料噴射弁13からの燃料供給が再開されると共に、吸気弁7の目標閉弁時期が元の始動時目標閉弁時期に戻され、さらに機械圧縮比の変動が開始される。
Then, at time t 10 a certain time Tc has passed a predetermined from the time t 9, the fuel supply from the
なお、このような燃料被りを解消するための制御は、1回だけではなく複数回行われてもよい。この場合、例えば、前回の燃料被りを解消するための制御が終了してから上記一定時間Tb経過後に再度燃料被りを解消するための制御が行われることになる。 In addition, the control for eliminating such fuel covering may be performed not only once but a plurality of times. In this case, for example, the control for eliminating the fuel covering is performed again after the predetermined time Tb has elapsed since the control for eliminating the previous fuel covering was completed.
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
17 スロットル弁
44 スタータモータ
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
内燃機関を始動する場合にはクランキング及び燃料供給の開始から内燃機関の始動開始までの間に目標機械圧縮比が変更せしめられる、火花点火式内燃機関。 In a spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio, wherein the variable compression ratio mechanism is controlled so that the mechanical compression ratio becomes a target mechanical compression ratio set according to an engine operating state ,
A spark ignition type internal combustion engine in which the target mechanical compression ratio is changed between the start of cranking and fuel supply and the start of start of the internal combustion engine when starting the internal combustion engine.
該経過時間計測手段によって計測された時間が所定時間を超えても内燃機関が始動されない場合には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点側に移動させると共に目標機械圧縮比を減少させる、請求項6に記載の火花点火式内燃機関。 It further comprises an elapsed time measuring means for measuring an elapsed time from the start of cranking and fuel supply,
If the internal combustion engine is not started even if the time measured by the elapsed time measuring means exceeds a predetermined time, the closing timing of the intake valve is moved to the intake bottom dead center side and the target mechanical compression ratio is decreased. The spark ignition internal combustion engine according to claim 6.
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