JP2013100754A - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は可変圧縮比内燃機関に係り、特に、シリンダブロックとクランクケースが互いに相対移動可能な可変圧縮比内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine, and more particularly to a variable compression ratio internal combustion engine in which a cylinder block and a crankcase can move relative to each other.
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的として、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースを相対的に上下方向ないしはシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結するとともに連結部にカム軸を回動自在に設け、カム軸を回動させることによりシリンダブロックとクランクケースを相対移動させて圧縮比を変更することが提案されている。 2. Description of the Related Art In recent years, techniques for changing the compression ratio of an internal combustion engine have been proposed for the purpose of improving the fuel efficiency performance and output performance of the internal combustion engine. As this type of technology, the cylinder block and the crankcase are connected so as to be relatively close to and away from each other in the vertical direction or the cylinder axis direction, and the cam shaft is rotatably provided at the connecting portion, and the cam shaft is rotated. It has been proposed to change the compression ratio by relatively moving the cylinder block and the crankcase.
また、燃焼圧やシリンダブロックの自重等に起因した荷重が、カム軸とこれを支持する軸受に作用する。このため、当該軸受部ないしは両者の界面の間に潤滑油の油膜を保持することが重要である。とりわけ、カム軸は、クランクシャフトや動弁系カムシャフトのように高速で常時回転しているわけではないので、軸受部に潤滑油が供給され難く、油膜を形成することが比較的困難である。 Further, a load resulting from the combustion pressure, the weight of the cylinder block, or the like acts on the cam shaft and the bearing that supports the cam shaft. For this reason, it is important to hold the oil film of the lubricating oil between the bearing portion or the interface between the two. In particular, the camshaft is not always rotating at a high speed like a crankshaft or a valve-operated camshaft, so it is difficult to supply lubricating oil to the bearing portion and it is relatively difficult to form an oil film. .
このため、例えば特許文献1に記載の技術においては、カム軸が連続して所定時間以上停止していた場合、カム軸を往復回動させてカム軸と軸受の間に油膜を形成するようにしている。
For this reason, for example, in the technique described in
しかし、このようなカム軸の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。そこでカム軸の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要であるが、特許文献1に記載の技術では不十分である。
However, when such reciprocating rotation of the camshaft is performed, the compression ratio also changes at the same time, which may deteriorate fuel consumption and drivability. Thus, when the reciprocating rotation of the cam shaft is performed, consideration must be given so as not to cause deterioration in fuel consumption and drivability, but the technique described in
例えば、特許文献1には、カム軸を往復回動させる角度は、往復回動によって油膜切れを解消できるような予め実験的に求められた回動角度と記載されており、例えば180度と記載されている。しかし、このような角度は通常大きな圧縮比変化をもたらすものであり、必ずしも最適とはいえない。
For example, in
そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制し得る可変圧縮比内燃機関を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and one object of the present invention is to optimize the rotation range of the cam shaft when the cam shaft is rotated for retaining the oil film, thereby improving fuel consumption and drivability. An object of the present invention is to provide a variable compression ratio internal combustion engine capable of suppressing deterioration.
本発明の一態様によれば、
シリンダブロックとクランクケースを相対移動可能に連結するとともに該連結部にカム軸を回動自在に設け、該カム軸を回動させることにより前記シリンダブロックと前記クランクケースを相対移動させて圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関であって、
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提供される。
According to one aspect of the invention,
A cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, and a camshaft is rotatably provided at the connecting portion. By rotating the camshaft, the cylinder block and the crankcase are moved relative to each other to increase a compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine to be changed,
In order to maintain an oil film between the cam shaft and a bearing that supports the cam shaft, a rotation unit that periodically and forcibly rotates the cam shaft while the cam shaft is stopped is provided.
The rotating means rotates the cam shaft within a predetermined first angle range near the lowest compression ratio, and rotates the cam shaft within a second angle range near the highest compression ratio. There is provided a variable compression ratio internal combustion engine characterized by performing at least one of the above.
好ましくは、前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度に対して反高圧縮比側に位置する第3角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第4角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度に対して反低圧縮比側に位置する第5角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第6角度までの角度範囲である。
Preferably, the first angle range is located on the high compression ratio side with respect to the first angle from the third angle located on the anti-high compression ratio side with respect to the first angle corresponding to the lowest compression ratio. An angle range up to an angle,
The second angle range is from a fifth angle located on the anti-low compression ratio side relative to the second angle corresponding to the highest compression ratio to a sixth angle located on the low compression ratio side relative to the second angle. Angle range.
好ましくは、前記第1角度範囲が、最低圧縮比に対応する第1角度から、第1角度に対して高圧縮比側に位置する第7角度までの角度範囲であり、
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第8角度までの角度範囲である。
Preferably, the first angle range is an angle range from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a seventh angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle,
The second angle range is an angle range from a second angle corresponding to the highest compression ratio to an eighth angle located on the low compression ratio side with respect to the second angle.
好ましくは、前記回動手段は、前記カム軸が前記第1角度範囲内にて所定の第1時間停止していたときに前記第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、前記カム軸が前記第2角度範囲内にて所定の第2時間停止していたときに前記第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの両方を行い、且つ、前記第2時間が前記第1時間より長い。 Preferably, the rotating means rotates the cam shaft within the first angle range when the cam shaft has been stopped for a predetermined first time within the first angle range; and The camshaft is both rotated within the second angle range when the camshaft has been stopped within the second angle range for a predetermined second time, and the second The time is longer than the first time.
好ましくは、前記カム軸は、最低圧縮比に対応する第1角度から最高圧縮比に対応する第2角度までの間に180°回動する。 Preferably, the cam shaft rotates 180 ° from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a second angle corresponding to the highest compression ratio.
好ましくは、前記回動手段によるカム軸の回動制御時を除く基本制御時において、前記カム軸は、前記内燃機関の負荷が高負荷であるほど圧縮比を低くするように制御される。 Preferably, during basic control other than cam shaft rotation control by the rotation means, the cam shaft is controlled such that the compression ratio decreases as the load of the internal combustion engine increases.
本発明によれば、油膜保持のためのカム軸回動を実施する際のカム軸の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を抑制することができるという、優れた作用効果が発揮される。 According to the present invention, it is possible to optimize the cam shaft rotation range when performing cam shaft rotation for retaining an oil film, and to exhibit an excellent effect of being able to suppress deterioration of fuel consumption and drivability. Is done.
以下、図面を参照して本発明の好適実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係る可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す。内燃機関(エンジン)1は、シリンダ2が形成されたシリンダブロック3を、クランクシャフト20が組み付けられるクランクケース4に対して、シリンダ軸方向に相対移動させることによって圧縮比を変更するものである。クランクケース4およびシリンダブロック3は、後に詳述する圧縮比可変機構21により、上下方向ないしシリンダ軸方向に近接離反移動可能に連結される。なお本実施形態の内燃機関1は、車両に搭載された多気筒(4気筒)のガソリンエンジン(火花点火式内燃機関)であるが、内燃機関の形式、用途等は限定されず、例えばディーゼルエンジン(圧縮着火式内燃機関)であってもよい。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a variable compression ratio internal combustion engine according to the present embodiment. The internal combustion engine (engine) 1 changes the compression ratio by moving the
本実施形態においては、クランクケース4がエンジンマウントを介して車両に固定されている。よって固定されたクランクケース4に対しシリンダブロック3が昇降することとなる。但しマウント方法を逆にし、シリンダブロック3を車両に固定してもよい。
In the present embodiment, the crankcase 4 is fixed to the vehicle via the engine mount. Therefore, the
内燃機関1は、シリンダ2内に昇降可能に配置されたピストン24と、シリンダブロック3の上部に取り付けられたシリンダヘッド25と、シリンダヘッド25の上部に取り付けられてこれを上方から覆うヘッドカバー26と、クランクケース4の底部に取り付けられてこれを下方から覆うオイルパン27とを備える。ピストン24はコンロッド19を介してクランクシャフト20に連結される。
The
ヘッドカバー26およびシリンダヘッド25の内部には動弁室28が画成される。動弁室28には、吸気ポートPi及び排気ポートPeをそれぞれ開閉する吸気弁Vi及び排気弁Veと、吸気弁Vi及び排気弁Veをそれぞれ閉弁方向に付勢するバルブスプリングSi,Seと、吸気弁Vi及び排気弁Veをそれぞれ開弁方向に駆動する吸気カムシャフトCi及び排気カムシャフトCeとが設けられる。動弁室28には図示しないオイル供給口から動弁系潤滑のためのオイルが供給されている。シリンダヘッド25には吸気ポートPi内に燃料を噴射するためのインジェクタ29と、混合気を点火するための点火プラグ30とが取り付けられている。
A
ピストン24の上方には燃焼室31が画成され、ピストン24の下方にはクランク室32が画成される。クランク室32にはクランクシャフト20が設けられると共に、その底部にはオイル(図示せず)が貯留される。
A
吸気ポートPiには気筒毎の吸気マニホールド33を介して共通のサージタンク34が接続され、サージタンク34から各気筒の吸気ポートPiに吸気マニホールド33を介して吸気を分配するようになっている。サージタンク34の上流側には吸気管35が接続され、吸気管35には電子制御式スロットルバルブ36とエアフィルタ37が設けられている。これら吸気ポートPi、吸気マニホールド33、サージタンク34および吸気管35により吸気通路が画成される。
A
各気筒の排気ポートPeには排気マニホールド38を介して排気管(図示せず)が接続され、これら排気ポートPe、排気マニホールド38および排気管により排気通路が画成される。
An exhaust pipe (not shown) is connected to the exhaust port Pe of each cylinder via an
図示されるように、シリンダブロック3の下部側は、クランクケース4の上部側の内側にシリンダ軸方向に移動可能且つ摺動可能に嵌め入れられている。シリンダブロック3の内部にはシリンダ2を取り囲むようウォータジャケットWが画成されている。
As shown in the drawing, the lower side of the
内燃機関1の全周にわたってシリンダブロック3とクランクケース4との隙間を覆うべく、シリンダブロック3とクランクケース4との間に架設された環状のシール部材(あるいはシールブーツ)40が設けられている。シール部材40は、図示するように概ね内燃機関1の高さ方向に延び、シリンダブロック3とクランクケース4の嵌合部における隙間を外側から覆ってシールする。
An annular seal member (or seal boot) 40 is provided between the
シール部材40は、その断面が図示の如き蛇腹状に形成され、変形可能な弾性体からなる。シール部材40の一方の端縁部である下端縁部はクランクケース4に固定され、シール部材40の他方の端縁部である上端縁部はシリンダブロック3とシリンダヘッド25との間に挟まれて固定される。
The
シリンダブロック3が下降してクランクケース4に近づくとき、シール部材40は収縮方向に変形する。シリンダブロック3が上昇してクランクケース4から遠ざかるとき、シール部材40は伸長方向に変形する。こうして、シリンダブロック3とクランクケース4との相対位置が変化しても、シール部材40の伸縮動作により嵌合部の気密性を保つことができる。
When the
内燃機関1には、インジェクタ29、点火プラグ30、スロットルバルブ36、圧縮比可変機構21のモータなどの各種機器を電気的に制御するため、制御手段としての電子制御ユニット(ECU)100が併設されている。ECU100は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどから構成されるユニットである。
The
ECU100には、クランクポジションセンサ51、アクセルポジションセンサ52、エアフローメータ53などの各種センサの電気信号が入力される。クランクポジションセンサ51はクランクシャフト20の回転位置に相関したパルス信号を出力する。アクセルポジションセンサ52は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関した信号を出力する。エアフローメータ53は、単位時間当たりの吸入空気量に相関した信号を出力する。
The
ECU100は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関1の運転状態(機関運転状態)を検出し、その検出結果に従って上記した各種機器を制御する。
The
次に、図2を参照して、圧縮比可変機構21の構成を説明する。シリンダブロック3の両側下部に、軸受の一部をなす複数の隆起部5Aが形成され、この各隆起部5Aに軸受孔5が形成されている。軸受孔5は、円形であり、シリンダ2の軸方向に対して直角に、かつ複数(4つ)のシリンダ2の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。シリンダブロック3の片側の軸受孔5はすべて同軸上に位置している。またシリンダブロック3の両側の軸受孔5の一対の中心軸は互いに平行である。
Next, the configuration of the compression
クランクケース4には、上述した軸受孔5が形成された複数の隆起部5Aの間に位置するように、複数の立壁部8Aが形成されている。各立壁部8Aのクランクケース4外側に向けられた側面には、半円形の凹部が形成されている。また各立壁部8Aには、ボルト6によってキャップ7が組み付けられる。キャップ7も半円形の凹部を有している。各立壁部8Aにキャップ7が組み付けられると、円形のカム収納孔8が形成される。カム収納孔8の形状は、上述した軸受孔5と同一である。立壁部8Aとキャップ7が軸受の一部をなす。
The crankcase 4 is formed with a plurality of standing
複数のカム収納孔8は、軸受孔5と同様、シリンダブロック3をクランクケース4に取り付けたときにシリンダ2の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ2の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これら複数のカム収納孔8も、シリンダブロック3の両側に配置されることとなり、片側の複数のカム収納孔8はすべて同軸上に位置している。シリンダブロック3の両側に配置されたカム収納孔8の一対の中心軸は互いに平行である。また、両側における各軸受孔5の間の距離と、両側における各カム収納孔8との間の距離は同一である。
Similar to the
交互に配置される両側二列の軸受孔5とカム収納孔8には、それぞれカム軸9が回動自在に挿通される。これによりシリンダブロック3とクランクケース4の連結部にカム軸9が回動自在に設けられ、カム軸9を回動させることによりシリンダブロック3とクランクケース4が相対移動されて圧縮比が変更される。隆起部5Aと、互いに組み付けられた立壁部8Aおよびキャップ7とが、カム軸9を回動自在に支持する軸受をなす。軸受孔5とカム収納孔8の内面がそれぞれ軸受面をなす。
カム軸9は、軸部9aと、軸部9aの中心軸に対して偏心された状態で軸部9aに固定され、正円形のカムプロフィールを有する固定カム9cと、固定カム9cと同一外形を有し軸部9aに対して回転可能に取り付けられた可動カム9bとを有する。固定カム9cと可動カム9bは交互に配置される。両側の一対のカム軸9は鏡像の関係を有している。また、カム軸9の端部には、ギア10を取り付けるための取り付け部9dが形成されている。軸部9aの中心と取り付け部9dの中心は偏心している。
The
固定カム9cの中心と取り付け部9dの中心は互いに一致している。他方、可動カム9bは、軸部9aに対して偏心されており、その偏心量は固定カム9cと同一である。また、各カム軸9において、複数の固定カム9cの偏心方向は同一である。また、可動カム9bの外形は、固定カム9cと同一直径の正円である。可動カム9bを軸部9aに対し回転させることで、固定カム9cの外周面と可動カム9bの外周面とを互いに一致させることができる。
The center of the fixed
各カム軸9の取り付け部9dにはギア10が取り付けられる。一対のカム軸9の端部に固定された一対のギア10には、それぞれウォームギア11a、11bが噛合される。ウォームギア11a、11bは単一のモータ12の一本の出力軸に取り付けられている。ウォームギア11a、11bは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ12を一方向に回転させると、一対のカム軸9、9は、ウォームギア11a、11bおよびギア10、10を介して互いに逆方向に回転する。モータ12はシリンダブロック3に固定されている。
A
次に、図3を参照して、圧縮比可変機構21の作動を説明する。図3(a)〜(c)に、シリンダブロック3と、クランクケース4と、これらの間に配設されたカム軸9との関係を示した断面図を示す。軸部9aの中心をa、可動カム9bの中心をb、固定カム9cの中心をcとして示す。図3(a)は、軸部9aの延長線上から見て全ての固定カム9c及び可動カム9bの外周面が一致した状態を示す。このとき、一対の軸部9aは、軸受孔5及びカム収納孔8の中で下側に位置している。
Next, the operation of the compression
図3(a)の状態から、モータ12を駆動して軸部9aを矢印方向に回動させると、図3(b)の状態になる。このとき、軸部9aに対して、固定カム9cと可動カム9bの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース4に対してシリンダブロック3を相対的に上方ないし上死点側にスライドさせ、離反方向に移動させることができる。そしてそのスライド量は、図3(c)のような状態となるまで軸部9aを回動させたときが最大となり、固定カム9cおよび可動カム9bの偏心量の2倍となる。固定カム9c及び可動カム9bは、それぞれ軸受孔5およびカム収納孔8の内部で回転し、それぞれ軸受孔5およびカム収納孔8の内部で軸部9aの位置が移動するのを許容している。
When the
図示しないが、図3(c)の状態からモータ12を駆動して軸部9aを矢印方向と逆の方向に回動させると、図3(b)または図3(a)の状態へと、クランクケース4に対してシリンダブロック3を相対的に下方ないし下死点側にスライドさせ、近接方向に移動させることができる。
Although not shown, when the
このように、ECU100によりモータ12を駆動してカム軸9ないし軸部9aを回動させ、クランクケース4に対しシリンダブロック3を相対移動させて圧縮比を変更することができる。図3(a)は、クランクケース4に対しシリンダブロック3が最も近づいている最高圧縮比εHの状態を示し、このときの軸部9aの角度位置(第2角度)θHは180°である。他方、図3(c)は、クランクケース4に対しシリンダブロック3が最も離れている最低圧縮比εLの状態を示し、このときの軸部9aの角度位置(第1角度)θLは0°である。つまり、カム軸9は、最低圧縮比εLに対応する角度θL(=0°)から最高圧縮比εHに対応する角度θH(=180°)までの間に180°回動する。
As described above, the compression ratio can be changed by driving the
後述するカム軸9の回動制御時を除く通常の基本制御時において、ECU100は、図4に示されるような所定のマップに従い、例えばアクセルポジションセンサ52により検出される内燃機関の負荷(機関負荷)KLに基づき、モータ12ひいてはカム軸9の回動角θを制御し、圧縮比εを制御する。
In normal basic control except during
このとき図示されるように、ECU100は、機関負荷KLが高負荷であるほど圧縮比εを低くするようにカム軸9を制御する。より詳細には、ECU100は、機関負荷KLが最小負荷KLminから所定の中間負荷KL1までの間にあるときには圧縮比εを最高圧縮比εHに保ち、機関負荷KLが中間負荷KL1から最大負荷KLmaxまでの間にあるときには、機関負荷KLが高まるにつれ圧縮比εを最低圧縮比εLまで漸減させるよう、カム軸9を制御する。
At this time, as shown in the figure, the
かかる基本制御により、低負荷領域における燃焼効率向上と、高負荷領域におけるノッキング抑制とを両立することができる。 Such basic control can achieve both improvement in combustion efficiency in the low load region and knocking suppression in the high load region.
ところで、カム軸9と軸受の間(すなわち固定カム9cと軸受孔5の間、および可動カム9bとカム収納孔8の間)には潤滑油が供給されると共に、油膜が形成され、カム軸9の円滑な回動動作を確保するようにしている。
By the way, lubricating oil is supplied between the
しかし、カム軸9と軸受との間隙には、シリンダブロック3の自重やシリンダ2内で生起される燃焼圧力等による荷重が常時かかっている。またカム軸9は、クランクシャフト20や動弁系カムシャフトCi,Ceのように高速で常時回転しているわけではなく、停止状態と低速での回転とを繰り返す。このため、カム軸9と軸受との隙間へ供給された潤滑油が該隙間全体へ均等に供給され難い上、一部の隙間に荷重が集中する期間が長引き易い。荷重が集中している一部の隙間へ十分な量の潤滑油が供給されなくなると、その部分の油膜厚が薄くなり、場合によっては油膜切れが発生する。カム軸9と軸受との隙間の油膜厚が薄くなり、或いは油膜切れが発生した場合には、フレッティング摩耗の原因になると共に、カム軸9の回動抵抗が増大して回動不良が発生する。カム軸9の回動不良が発生した場合には、モータ12の消費電力が過剰に増加してしまう。更に、油膜切れの状態が継続すると、カム軸9が回動不能に陥る所謂ロック現象が発生し、圧縮比を変更することができなくなる可能性がある。
However, a load due to the weight of the
そこで本実施形態においては、カム軸9と軸受との間の油膜を保持あるいは回復すべく、基本制御時におけるカム軸9の停止中に、カム軸9(具体的には軸部9a)を定期的且つ強制的に回動させる回動制御を実行する。この回動制御によりカム軸9と軸受との間の油膜厚を均等化することができ、油膜切れ等を未然に防止すると共に上記問題を解決することができる。
Therefore, in the present embodiment, the camshaft 9 (specifically, the
この回動制御に際し、ECU100は、カム軸9を所定角度範囲内にて複数回、往復回動ないし揺動させる。なお往復回動の回数は1回としてもよいが、複数回とした方が油膜保持および油膜厚均等化に有利であり好ましい。代替的に、回動は往復させず片道1回でもよい。
In the rotation control, the
ところで、このようなカム軸9の往復回動を実施すると圧縮比も同時に変化し、これによって燃費やドライバビリティが悪化する虞がある。よってカム軸9の往復回動を実施する際には燃費やドライバビリティの悪化が生じぬよう配慮が必要である。
By the way, when the reciprocating rotation of the
このため、本実施形態においては、カム軸9の往復回動時に圧縮比ができるだけ変化しないような角度範囲のみを使って、カム軸9を往復回動させることとしている。以下、これについて説明する。
For this reason, in this embodiment, the
図5には、カム軸9の回動角θと内燃機関1の圧縮比εとの関係を示す。また図6にはカム軸9の回動角θのみを示す。図示されるように、また前述したように、圧縮比εが最低圧縮比εLのときカム軸9の回動角θはθL=0°であり、圧縮比εが最高圧縮比εHのときカム軸9の回動角θはθH=180°である。
FIG. 5 shows the relationship between the rotation angle θ of the
図5に示すように、回動角θがθLからθHまで増大するにつれ、圧縮比εは最低圧縮比εLから最高圧縮比εHまで増大する。特にこの回動角θの増大につれ、圧縮比εはサインカーブ状に増大する。最低圧縮比εLのときの回動角θLは、サインカーブの極小ピーク時の角度に相当し、最高圧縮比εHのときの回動角θHは、サインカーブの極大ピーク時の角度に相当する。回動角θの変化に対する圧縮比εの変化率ないし感度(Δε/Δθ、図5の線図の傾き)が、サインカーブの両端部すなわち最低圧縮比εL付近および最高圧縮比εH付近において、最も小さくなっており、特に中間部(例えばθ=90°)付近よりも小さくなっている。 As shown in FIG. 5, as the rotation angle θ increases from θL to θH, the compression ratio ε increases from the lowest compression ratio εL to the highest compression ratio εH. In particular, as the rotation angle θ increases, the compression ratio ε increases like a sine curve. The rotation angle θL at the minimum compression ratio εL corresponds to the angle at the minimum peak of the sine curve, and the rotation angle θH at the maximum compression ratio εH corresponds to the angle at the maximum peak of the sine curve. The rate of change or sensitivity (Δε / Δθ, slope of the diagram in FIG. 5) of the compression ratio ε with respect to the change in the rotation angle θ is highest at both ends of the sine curve, that is, near the minimum compression ratio εL and the maximum compression ratio εH. In particular, it is smaller than the vicinity of the intermediate portion (for example, θ = 90 °).
そこでこの特性に着目し、本実施形態では回動制御に際し、最低圧縮比εL付近の所定の角度範囲内にてカム軸9を往復回動させること、および、最高圧縮比εH付近の所定の角度範囲内にてカム軸9を回動させることの少なくとも一方を行う。
Therefore, paying attention to this characteristic, in the present embodiment, in the rotation control, the
図5および図6にはかかる角度範囲の第1例を示す。この第1例において、最低圧縮比εL付近の角度範囲はΔθL1であり、これは最低圧縮比εLに対応する角度θLから、これより前記角度範囲ΔθL1だけ高圧縮比側の角度θL1までの角度範囲である。 5 and 6 show a first example of such an angle range. In this first example, the angle range near the minimum compression ratio εL is ΔθL1, which is an angle range from the angle θL corresponding to the minimum compression ratio εL to the angle θL1 on the high compression ratio side by the angle range ΔθL1. It is.
他方、最高圧縮比εH付近の角度範囲はΔθH1であり、これは最高圧縮比εHに対応する角度θHから、これより前記角度範囲ΔθH1だけ低圧縮比側の角度θH1までの角度範囲である。 On the other hand, the angle range in the vicinity of the maximum compression ratio εH is ΔθH1, which is an angle range from the angle θH corresponding to the maximum compression ratio εH to the angle θH1 on the low compression ratio side by the angle range ΔθH1.
例えば、ΔθL1=ΔθH1=10°、θL1=10°、θH1=170°とすることができる。 For example, ΔθL1 = ΔθH1 = 10 °, θL1 = 10 °, and θH1 = 170 ° can be set.
これら角度範囲ΔθL1、ΔθH1内でのみカム軸9を往復回動させるので、往復回動による圧縮比変化を最小限に抑制することができる。そしてカム軸9の回動範囲を最適化し、燃費やドライバビリティの悪化を大幅に抑制することが可能である。
Since the
図7および図8にはかかる角度範囲のより好ましい第2例を示す。この第2例において、最低圧縮比εL付近の角度範囲はΔθL2であり、これは、最低圧縮比εLに対応する角度θLに対して反高圧縮比側(−側)に位置する角度θL2−から、角度θLに対して高圧縮比側(+側)に位置する角度θL2+までの角度範囲である。 7 and 8 show a more preferred second example of such an angle range. In this second example, the angle range near the minimum compression ratio εL is ΔθL2, which is from the angle θL2 located on the anti-high compression ratio side (− side) with respect to the angle θL corresponding to the minimum compression ratio εL. The angle range up to the angle θL2 + located on the high compression ratio side (+ side) with respect to the angle θL.
他方、最高圧縮比εH付近の角度範囲はΔθH2であり、これは、最高圧縮比εHに対応する角度θHに対して反低圧縮比側(+側)に位置する角度θH2+から、角度θHに対して低圧縮比側(−側)に位置する角度θH2−までの角度範囲である。 On the other hand, the angle range in the vicinity of the maximum compression ratio εH is ΔθH2, which corresponds to the angle θH from the angle θH2 + located on the anti-low compression ratio side (+ side) with respect to the angle θH corresponding to the maximum compression ratio εH. And an angle range up to an angle θH2− located on the low compression ratio side (− side).
例えば、ΔθL2=ΔθH2=10°、θL2−=−5°、θL2+=5°、θH2−=175°、θH2+=185°とすることができる。 For example, ΔθL2 = ΔθH2 = 10 °, θL2-= − 5 °, θL2 + = 5 °, θH2- = 175 °, and θH2 + = 185 °.
このように、この第2例においては、往復回動を実行する角度範囲ΔθL2、ΔθH2の一部を、通常制御時に使用する角度範囲(θL〜θH)を超えて(あるいははみ出して)設定している。こうすると、第1例と同じ大きさの角度範囲を第1例より圧縮比変化率が少ない角度範囲で実現し、同一の油膜保持性能をより少ない圧縮比変化によって達成することができる。これにより燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することが可能である。 As described above, in the second example, a part of the angle ranges ΔθL2 and ΔθH2 for performing the reciprocating rotation is set beyond (or protrudes) the angle range (θL to θH) used during normal control. Yes. In this way, an angle range having the same size as that of the first example can be realized in an angle range where the compression ratio change rate is smaller than that of the first example, and the same oil film retention performance can be achieved with a smaller change in compression ratio. Thereby, it is possible to further suppress deterioration of fuel consumption and drivability.
なお、ここでは角度範囲ΔθL2について、θL2−およびθL2+をθLに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθLを中心として角度範囲ΔθL2を設定したが、θLを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθL2は、θLを含むような形で設定するのが好ましい。 In this example, θL2− and θL2 + are set symmetrically with respect to θL for the angle range ΔθL2, but they may be set asymmetrically. That is, here, the angle range ΔθL2 is set around θL, but it is not necessary to center around θL. However, it is preferable to set the angle range ΔθL2 so as to include θL.
同様に、ここでは角度範囲ΔθH2について、θH2−およびθH2+をθHに対し対称に設定したが、それらを非対称に設定してもよい。すなわちここではθHを中心として角度範囲ΔθH2を設定したが、θHを中心としなくてもよい。もっとも角度範囲ΔθH2は、θHを含むような形で設定するのが好ましい。 Similarly, for the angle range ΔθH2, θH2− and θH2 + are set symmetrically with respect to θH, but they may be set asymmetrically. That is, here, the angle range ΔθH2 is set with θH as the center, but it is not necessary to have θH as the center. However, it is preferable to set the angle range ΔθH2 so as to include θH.
上述の往復回動の角度範囲ΔθL1、ΔθH1、ΔθL2、ΔθH2は、例えば10°であり、特許文献1に記載された角度範囲(例えば180°)よりも著しく小さい。従ってこの点においても圧縮比変化を最小限に止め、燃費やドライバビリティが悪化するのを未然に防止することができる。また、特許文献1は、最低圧縮比εL付近および/または最高圧縮比εH付近の小さい角度範囲内でのみカム軸9を回動させるという技術思想を開示も示唆もしていない。よって本実施形態は特許文献1に記載の技術から顕著に区別し得るものである。
The above-described reciprocating angular ranges ΔθL1, ΔθH1, ΔθL2, and ΔθH2 are, for example, 10 ° and are significantly smaller than the angular range described in Patent Document 1 (for example, 180 °). Therefore, in this respect as well, it is possible to minimize the change in the compression ratio and prevent deterioration in fuel consumption and drivability. Further,
カム軸9の往復回動は、最低圧縮比εL付近の角度範囲および最高圧縮比εH付近の角度範囲のいずれか一方のみで行うことも可能であるが、本実施形態では両方で行い、油膜切れ等を確実に防止するようにしている。以下、カム軸9の回動制御の好適な一例を説明する。
The reciprocating rotation of the
図9に、ECU100によって実行されるカム軸9の回動制御のフローチャートを示す。ここではカム軸9の回動範囲として、第2例で説明した角度範囲ΔθL2、ΔθH2を用いる。
FIG. 9 shows a flowchart of the rotation control of the
ステップS101では、基本制御に従ってカム軸9が停止中であるか否かが判断される。停止中である場合にはステップS102に進み、停止中でない(作動中である)場合にはルーチンが終了される。
In step S101, it is determined whether the
ステップS102では、停止中のカム軸9の回動角θがθL2+より小さいか否かが判断される。
イエスの場合、ステップS103において、カム軸9の停止開始時点からの経過時間Tが所定の停止時間T1より長いか否かが判断される。かかる経過時間TはECU100に設けられたタイマによって計測され、停止時間T1はECU100に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。
In step S102, it is determined whether or not the rotation angle θ of the
In the case of yes, it is determined in step S103 whether or not the elapsed time T from the stop start time of the
イエスの場合、ステップS104に進んで、角度範囲ΔθL2内におけるカム軸9の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸9がθL〜θL2+の範囲内で停止時間T1より長時間停止していた場合、カム軸9が強制的にθL2−からθL2+までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸9が戻される。
In the case of yes, it progresses to step S104 and the reciprocating rotation of the
他方、ステップS102がノーの場合、ステップS105において、停止中のカム軸9の回動角θがθH2−より大きいか否かが判断される。ノーの場合、ルーチンが終了される。
On the other hand, if step S102 is NO, it is determined in step S105 whether or not the rotation angle θ of the
イエスの場合、ステップS106において、カム軸9の停止開始時点からの経過時間Tが所定の停止時間T2より長いか否かが判断される。停止時間T2もECU100に予め記憶されている。ノーの場合、ルーチンが終了される。
In the case of yes, it is determined in step S106 whether or not the elapsed time T from the stop start time of the
イエスの場合、ステップS107に進んで、角度範囲ΔθH2内におけるカム軸9の往復回動が実行される。すなわちこの回動制御によれば、基本制御によりカム軸9がθH2−〜θHの範囲内で停止時間T2より長時間停止していた場合、カム軸9が強制的にθH2−からθH2+までの間を複数回往復回動され、軸受部の油膜が適正状態に復帰させられる。なお、この往復回動終了後は、基本制御に従い、機関負荷に応じた角度位置にカム軸9が戻される。
In the case of yes, it progresses to step S107 and the reciprocating rotation of the
基本制御によりカム軸9がθL2+〜θH2−の範囲内で停止していた場合には、カム軸9の往復回動は実行されない。この範囲内にあるカム軸9に対し往復回動を実行すると、圧縮比が比較的大きく変化し、燃費やドライバビリティが悪化する虞があるからである。
When the
ここで、図4から明らかなように、基本制御によりカム軸9がθH2−〜θHの範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷KL1より小さい低負荷、特に最小負荷KLmin付近となっており、圧縮比εが最高圧縮比εHとなっている場合である。この場合、機関負荷が常用域にあり使用頻度は高いが、燃焼圧力が低く、軸受部への荷重すなわちカム軸9と軸受に付加される面圧が低い。よって油膜保持の観点からは、カム軸9の往復回動を実行するインターバルを長くすることができる。
As is apparent from FIG. 4, when the
逆に、基本制御によりカム軸9がθL〜θL2+の範囲内にある場合とは、機関負荷が中間負荷KL1より大きい高負荷、特に最大負荷KLmax付近となっており、圧縮比εが最低圧縮比εL付近となっている場合である。この場合、使用頻度は低いものの、燃焼圧力が高く、軸受部への荷重すなわちカム軸9と軸受に付加される面圧が高い。よって油膜保持の観点からは、カム軸9の往復回動を実行するインターバルを短くする必要がある。
Conversely, when the
こうした事情を踏まえ、本実施形態では、前者のインターバルを規定する停止時間T2を、後者のインターバルを規定する停止時間T1よりも長く設定している。これにより、カム軸9が低負荷側あるいは常用域で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを長くし、無駄な往復回動を防止すると共に、燃費やドライバビリティの悪化をさらに抑制することができる。他方、カム軸9が高負荷側ないし最大負荷付近で停止していた場合には往復回動を実行するインターバルを短くし、油膜切れ等を確実に防止することができる。
In view of such circumstances, in the present embodiment, the stop time T2 that defines the former interval is set longer than the stop time T1 that defines the latter interval. As a result, when the
なお、上記回動制御においては、第1例で説明した角度範囲ΔθL1、ΔθH1を用いることもできる。この場合、ステップS102において、停止中のカム軸9の回動角θがθL1より小さいか否かが判断される。またステップS104において、角度範囲ΔθL1内におけるカム軸9の往復回動が実行される。他方、ステップS105において、停止中のカム軸9の回動角θがθH1より大きいか否かが判断される。ステップS107においては、角度範囲ΔθH1内におけるカム軸9の往復回動が実行される。
In the rotation control, the angle ranges ΔθL1 and ΔθH1 described in the first example can be used. In this case, in step S102, it is determined whether or not the rotation angle θ of the
以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上記数値は一例であり、変更可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the above numerical values are examples and can be changed.
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。上述の各実施形態および各構成要素は可能な限りにおいて組み合わせ可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention. The above embodiments and components can be combined as much as possible.
1 可変圧縮比内燃機関
2 シリンダ
3 シリンダブロック
4 クランクケース
9 カム軸
20 クランクシャフト
21 圧縮比可変機構
100 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記カム軸とこれを支持する軸受との間の油膜を保持すべく、前記カム軸の停止中に前記カム軸を定期的且つ強制的に回動させる回動手段を設け、
前記回動手段は、最低圧縮比付近の所定の第1角度範囲内にて前記カム軸を回動させること、および、最高圧縮比付近の第2角度範囲内にて前記カム軸を回動させることの少なくとも一方を行う
ことを特徴とする可変圧縮比内燃機関。 A cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, and a camshaft is rotatably provided at the connecting portion. By rotating the camshaft, the cylinder block and the crankcase are moved relative to each other to increase a compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine to be changed,
In order to maintain an oil film between the cam shaft and a bearing that supports the cam shaft, a rotation unit that periodically and forcibly rotates the cam shaft while the cam shaft is stopped is provided.
The rotating means rotates the cam shaft within a predetermined first angle range near the lowest compression ratio, and rotates the cam shaft within a second angle range near the highest compression ratio. A variable compression ratio internal combustion engine characterized by performing at least one of the above.
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度に対して反低圧縮比側に位置する第5角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第6角度までの角度範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比内燃機関。 The first angle range is from a third angle located on the anti-high compression ratio side with respect to the first angle corresponding to the lowest compression ratio to a fourth angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle. Angular range,
The second angle range is from a fifth angle located on the anti-low compression ratio side relative to the second angle corresponding to the highest compression ratio to a sixth angle located on the low compression ratio side relative to the second angle. The variable compression ratio internal combustion engine according to claim 1, which is in an angular range.
前記第2角度範囲が、最高圧縮比に対応する第2角度から、第2角度に対して低圧縮比側に位置する第8角度までの角度範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の可変圧縮比内燃機関。 The first angle range is an angle range from a first angle corresponding to the lowest compression ratio to a seventh angle located on the high compression ratio side with respect to the first angle,
The said 2nd angle range is an angle range from the 2nd angle corresponding to the highest compression ratio to the 8th angle located in the low compression ratio side with respect to a 2nd angle. Variable compression ratio internal combustion engine.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。 The rotating means rotates the cam shaft within the first angle range when the cam shaft is stopped for a predetermined first time within the first angle range; and the cam When the shaft is stopped within the second angle range for a predetermined second time, the camshaft is both rotated within the second angle range, and the second time is The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine is longer than a first time.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。 5. The camshaft rotates 180 ° between a first angle corresponding to the lowest compression ratio and a second angle corresponding to the highest compression ratio. 6. Variable compression ratio internal combustion engine.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の可変圧縮比内燃機関。 In basic control excluding the cam shaft rotation control by the rotating means, the cam shaft is controlled so that the compression ratio is lowered as the load of the internal combustion engine is higher. The variable compression ratio internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
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