JP2013151911A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine for suppressing combustion from becoming unstable when a working angle of an intake valve is switched.SOLUTION: An internal combustion engine includes: a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio; and a variable working angle mechanism capable of incrementally switching a working angle of an intake valve. A reference mechanical compression ratio associated with the operating state of the internal combustion engine is predetermined. A set mechanical compression ratio is set based on the reference mechanical compression ratio when the working angle of the intake valve should be switched, and the working angle of the intake valve is switched after changing the mechanical compression ratio directed to the set mechanical compression ratio is started.

Description

本発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

内燃機関の燃焼室では、空気および燃料の混合気が圧縮された状態で点火される。混合気を圧縮するときの圧縮比は、内燃機関の出力および燃料消費量に影響を与えることが知られている。圧縮比を高くすることにより出力されるトルクを大きくすることができて、熱効率の向上を図ることができる。ところが、圧縮比を高くしすぎると、ノッキング等の異常燃焼が生じることが知られている。また、燃焼室において混合気が燃焼するとピストンが押し下げられ、この時の膨張比を大きくすることによっても熱効率の向上を図ることができる。   In the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited in a compressed state. It is known that the compression ratio when the air-fuel mixture is compressed affects the output and fuel consumption of the internal combustion engine. By increasing the compression ratio, the output torque can be increased and the thermal efficiency can be improved. However, it is known that abnormal combustion such as knocking occurs when the compression ratio is too high. Further, when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber, the piston is pushed down, and the thermal efficiency can also be improved by increasing the expansion ratio at this time.

従来の技術においては、特に内燃機関が低負荷運転時に実際の圧縮比が高くなりすぎることを抑制しつつ膨張比を大きくした内燃機関が知られている。特開2007−303423号公報においては、ピストンの行程容積と燃焼室の容積とにより定められる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変更可能な可変バルブタイミング機構とを備える火花点火式内燃機関が開示されている。この公報においては、低負荷運転時に最大の膨張比が得られるように機械圧縮比を最大にすると共に低負荷運転時における実圧縮比を機関中高負荷運転時とほぼ同じ実圧縮比に制御することが開示されている。   In the prior art, there is known an internal combustion engine in which the expansion ratio is increased while suppressing the actual compression ratio from becoming too high particularly when the internal combustion engine is operated at a low load. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-303423, a variable compression ratio mechanism capable of changing a mechanical compression ratio determined by a stroke volume of a piston and a volume of a combustion chamber, and a variable valve timing mechanism capable of changing a valve closing timing of an intake valve. A spark ignition type internal combustion engine is disclosed. In this publication, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio can be obtained during low-load operation, and the actual compression ratio during low-load operation is controlled to be substantially the same as during medium-high load operation. Is disclosed.

また、特開2008−106609号公報においては、吸気弁のバルブリフト及び作動角(開期間)を制御する第1可変機構と、吸気弁のリフト中心角(位相)を制御する位相可変機構と、筒内の公称圧縮比を制御する第2可変機構とから構成されている内燃機関の始動装置が開示されている。この公報においては、内燃機関の始動時に機械圧縮比に応じて、吸気弁の作動角と閉じ時期とを制御することが開示されている。   In JP 2008-106609 A, a first variable mechanism that controls the valve lift and operating angle (open period) of the intake valve, a phase variable mechanism that controls the lift center angle (phase) of the intake valve, A starting device for an internal combustion engine is disclosed that includes a second variable mechanism that controls a nominal compression ratio in a cylinder. This publication discloses that the operating angle and closing timing of the intake valve are controlled in accordance with the mechanical compression ratio when starting the internal combustion engine.

また、特開2009−085069号公報には、吸気弁のバルブ作用角を少なくとも2段階に切替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角を切替える場合に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御することが開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2009-085069 discloses a control device for an internal combustion engine having an intake valve valve operating angle variable mechanism capable of switching the valve operating angle of an intake valve in at least two stages. In the case of switching, it is disclosed that the valve timing of the intake valve is controlled to a valve timing at which the closing timing of the intake valve is substantially the same before and after switching of the valve operating angle of the intake valve.

特開2007−303423号公報JP 2007-303423 A 特開2008−106609号公報JP 2008-106609 A 特開2009−085069号公報JP 2009-085069 A

上記の特開2007−303423号公報に開示されている様に可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を変更する可変バルブタイミング機構を有する内燃機関では、超高膨張比運転を行なうことができる。さらに、吸気弁の作用角を変更可能な可変作用角機構を配置することができる。可変作用角機構としては、吸気弁の作用角を連続的に変更することが好ましい。作用角を連続的に変更する可変作用角機構と、可変バルブタイミング機構とを備えることにより、吸気弁の開弁時期、閉弁時期および作用角を任意に変更することが可能になり、内燃機関の運転状態に細かく対応することができる。   As disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-303423, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism and a variable valve timing mechanism for changing the closing timing of the intake valve can be operated at an extremely high expansion ratio. it can. Furthermore, a variable working angle mechanism that can change the working angle of the intake valve can be arranged. As the variable working angle mechanism, it is preferable to continuously change the working angle of the intake valve. By providing a variable working angle mechanism that continuously changes the working angle and a variable valve timing mechanism, it is possible to arbitrarily change the valve opening timing, the valve closing timing, and the working angle of the intake valve. It is possible to cope with the operating conditions of

ところが、連続的に作用角を変更可能な可変作用角機構は、構造が複雑であるという問題がある。または、装置が高価になってしまうという問題がある。そこで、可変作用角機構として、吸気弁の作用角を段階的に変更可能な可変作用角機構を採用することができる。しかしながら、このような作用角を段階的に切替えた時に、内部EGR(排気再循環)量が急激に変化し、燃焼室における燃焼が不安定になるという問題があった。   However, the variable working angle mechanism capable of continuously changing the working angle has a problem that its structure is complicated. Or there exists a problem that an apparatus will become expensive. Therefore, a variable working angle mechanism that can change the working angle of the intake valve stepwise can be employed as the variable working angle mechanism. However, when such a working angle is switched stepwise, there is a problem that the amount of internal EGR (exhaust gas recirculation) changes abruptly and combustion in the combustion chamber becomes unstable.

例えば、作用角を切替えたときに吸気弁および排気弁が開いているオーバーラップの期間が長く変化する場合には、内部EGR量が急激に増加し、瞬間的に燃焼しにくい状態に変化して燃焼性が悪化するという問題がある。特に、内部EGR量が急増した場合には失火する虞が生じる。一方で、オーバーラップの期間が短く変化する場合には、内部EGR量が急激に減少し、この結果ノッキング等の異常燃焼が発生する虞が生じる。この様に、燃料の燃焼の安定性が悪化することにより、内燃機関の運転状態が不安定になるという問題がある。   For example, when the overlap period during which the intake valve and the exhaust valve are open changes for a long time when the operating angle is switched, the internal EGR amount increases rapidly and changes to a state where it is difficult to burn instantaneously. There is a problem that the combustibility deteriorates. In particular, when the amount of internal EGR increases rapidly, there is a risk of misfire. On the other hand, when the overlap period changes short, the internal EGR amount decreases rapidly, and as a result, abnormal combustion such as knocking may occur. Thus, there is a problem that the operating state of the internal combustion engine becomes unstable due to the deterioration of the stability of the combustion of the fuel.

本発明は、吸気弁の作用角を段階的に切替える可変作用角機構を備え、吸気弁の作用角を切替えるときに燃焼が不安定になることを抑制する内燃機関を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that includes a variable working angle mechanism that switches the working angle of an intake valve in stages, and suppresses unstable combustion when the working angle of the intake valve is switched. .

本発明の内燃機関は、ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の作用角を段階的に切替え可能な可変作用角機構とを備える。内燃機関の運転状態に応じた基準機械圧縮比が予め定められている。内燃機関の運転状態が変化して吸気弁の作用角を切替えるべき時には、基準機械圧縮比に基づいた設定機械圧縮比を設定し、設定機械圧縮比に向かって機械圧縮比の変更を開始した後に吸気弁の作用角の切替えを実行し、吸気弁の作用角を切替えた後に機械圧縮比を設定機械圧縮比から基準機械圧縮比に変更する。   The internal combustion engine of the present invention can switch the working angle of the intake valve and the variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio by changing the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center. Variable working angle mechanism. A reference mechanical compression ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine is determined in advance. When the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve should be switched, after setting the set mechanical compression ratio based on the reference mechanical compression ratio and starting changing the mechanical compression ratio toward the set mechanical compression ratio After switching the operating angle of the intake valve and switching the operating angle of the intake valve, the mechanical compression ratio is changed from the set mechanical compression ratio to the reference mechanical compression ratio.

上記発明においては、内燃機関の運転状態が変化して、可変作用角機構により吸気弁の作用角を大きく変更する場合には、設定機械圧縮比を基準機械圧縮比よりも高く設定することができる。   In the above invention, when the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve is greatly changed by the variable operating angle mechanism, the set mechanical compression ratio can be set higher than the reference mechanical compression ratio. .

上記発明においては、内燃機関の運転状態が変化して、可変作用角機構により吸気弁の作用角を小さく変更する場合には、設定機械圧縮比を基準機械圧縮比よりも低く設定することができる。   In the above invention, when the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve is changed to be small by the variable operating angle mechanism, the set mechanical compression ratio can be set lower than the reference mechanical compression ratio. .

上記発明においては、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、機械圧縮比を予め定められた時間長さで設定機械圧縮比に維持することが好ましい。   In the said invention, after a mechanical compression ratio reaches | attains a setting mechanical compression ratio, it is preferable to maintain a mechanical compression ratio at a setting mechanical compression ratio by predetermined time length.

上記発明においては、吸気弁の作用角を切替える場合に、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、作用角の切替えを開始することが好ましい。   In the above invention, when the operating angle of the intake valve is switched, it is preferable to start the switching of the operating angle after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio.

上記発明においては、可変作用角機構は、吸気弁の開閉を行うための小作用角カムと、小作用角カムよりも吸気弁の作用角が大きくなる大作用角カムとを含み、小作用角カムと大作用角カムとを切替えることにより吸気弁の作用角を切替えることができる。   In the above invention, the variable working angle mechanism includes a small working angle cam for opening and closing the intake valve, and a large working angle cam in which the working angle of the intake valve is larger than the small working angle cam. The operating angle of the intake valve can be switched by switching between the cam and the large operating angle cam.

本発明によれば、吸気弁の作用角を切替えるときに燃焼が不安定になることを抑制する内燃機関を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the internal combustion engine which suppresses that combustion becomes unstable when switching the working angle of an intake valve can be provided.

実施の形態における内燃機関の概略全体図である。1 is a schematic overall view of an internal combustion engine in an embodiment. 実施の形態における可変圧縮比機構の概略分解斜視図である。It is a general | schematic exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism in embodiment. (A)から(C)は、実施の形態における機械圧縮比の変化を説明する可変圧縮比機構の概略断面図である。(A) to (C) is a schematic cross-sectional view of a variable compression ratio mechanism for explaining a change in mechanical compression ratio in the embodiment. 実施の形態における吸気弁の駆動装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a drive device for an intake valve in an embodiment. 実施の形態における可変動弁機構の機能を説明するグラフである。It is a graph explaining the function of the variable valve mechanism in embodiment. (A)は機械圧縮比の説明図、(B)は実圧縮比の説明図、および(C)は膨張比の説明図である。(A) is explanatory drawing of a mechanical compression ratio, (B) is explanatory drawing of an actual compression ratio, (C) is explanatory drawing of an expansion ratio. 実施の形態における内燃機関の膨張比と理論熱効率との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the expansion ratio of an internal combustion engine and theoretical thermal efficiency in embodiment. (A)は通常の運転サイクルの説明図であり、(B)は超高膨張比サイクルの説明図である。(A) is explanatory drawing of a normal driving cycle, (B) is explanatory drawing of a super-high expansion ratio cycle. 実施の形態における内燃機関の運転制御のグラフである。It is a graph of operation control of an internal-combustion engine in an embodiment. 実施の形態における内燃機関のカム切替え装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a cam switching device for an internal combustion engine in an embodiment. (A)は高負荷運転時の吸気弁および排気弁の開閉状態を説明するグラフであり、(B)は低負荷運転時における吸気弁および排気弁の開閉状態を説明するグラフである。(A) is a graph explaining the open / close state of the intake valve and the exhaust valve during high load operation, and (B) is a graph explaining the open / close state of the intake valve and exhaust valve during low load operation. (A)および(B)は、吸気カムを切替えるときの状態を説明するグラフである。(A) And (B) is a graph explaining the state when switching an intake cam. 実施の形態の内燃機関において、吸気カムを小作用角カムから大作用角カムに切替えるときのタイムチャートである。4 is a time chart when the intake cam is switched from a small operating angle cam to a large operating angle cam in the internal combustion engine of the embodiment. 実施の形態の内燃機関において、吸気カムを大作用角カムから小作用角カムに切替えるときのタイムチャートである。4 is a time chart when the intake cam is switched from a large operating angle cam to a small operating angle cam in the internal combustion engine of the embodiment. 実施の形態の運転制御のフローチャートである。It is a flowchart of operation control of an embodiment. 負荷および機関回転数と実圧縮比との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between a load, an engine speed, and an actual compression ratio. (A)は吸気弁の基準閉弁時期ICのマップであり、(B)は基準機械圧縮比CRのマップである。(A) is a map of the reference valve closing timing IC of the intake valve, and (B) is a map of the reference mechanical compression ratio CR.

図1から図17を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、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変更可能な可変動弁機構とを備え、低負荷の領域において膨張比を大きくする超高膨張比制御を行う。   The internal combustion engine in the embodiment will be described with reference to FIGS. The internal combustion engine in the present embodiment includes a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio and a variable valve mechanism that can change the closing timing of the intake valve, and increases the expansion ratio in a low load region. Super high expansion ratio control.

図1は、本実施の形態における内燃機関の概略全体図である。本実施の形態における内燃機関は、クランクケース1、シリンダブロック2、およびシリンダヘッド3を備える。シリンダブロック2の内部に形成された穴部には、ピストン4が配置されている。ピストン4の頂面とシリンダヘッド3に囲まれる燃焼室5の頂面中央部には、点火栓6が配置されている。シリンダヘッド3には、吸気ポート8および排気ポート10が形成されている。吸気ポート8の端部には吸気弁7が配置されている。排気ポート10の端部には、排気弁9が配置されている。吸気ポート8は、吸気枝管11を介してサージタンク12に連結されている。各吸気枝管11には夫々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内に直接的に燃料を噴射するように配置されていても構わない。   FIG. 1 is a schematic overall view of an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment includes a crankcase 1, a cylinder block 2, and a cylinder head 3. A piston 4 is disposed in a hole formed in the cylinder block 2. A spark plug 6 is disposed at the center of the top surface of the combustion chamber 5 surrounded by the top surface of the piston 4 and the cylinder head 3. An intake port 8 and an exhaust port 10 are formed in the cylinder head 3. An intake valve 7 is disposed at the end of the intake port 8. An exhaust valve 9 is disposed at the end of the exhaust port 10. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11. Each intake branch pipe 11 is provided with a fuel injection valve 13 for injecting fuel into the corresponding intake port 8. Instead of being attached to each intake branch pipe 11, the fuel injection valve 13 may be arranged so as to inject fuel directly into each combustion chamber 5.

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に連結されている。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が配置されている。また、吸気ダクト14内には、例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18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装置20に連結されている。排気マニホルド19には空燃比センサ21が配置されている。   The surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14. A throttle valve 17 driven by an actuator 16 is disposed in the intake duct 14. Further, an intake air amount detector 18 using, for example, heat rays is disposed in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected through an exhaust manifold 19 to a catalyst device 20 containing, for example, a three-way catalyst. An air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19.

図1に示される実施例では、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が設けられている。更に、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が設けられている。本実施の形態における実圧縮作用開始時期変更機構は、吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変動弁機構として、可変バルブタイミング機構Bを含む。   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. A variable compression ratio mechanism A that can change the volume of the combustion chamber 5 at the time is provided. Furthermore, an actual compression action start timing changing mechanism capable of changing the actual compression action start timing is provided. The actual compression operation start timing changing mechanism in the present embodiment includes a variable valve timing mechanism B as a variable valve mechanism that can control the closing timing of the intake valve 7.

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との間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられている。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が取付けられている。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。   A relative position sensor 22 for detecting the relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. The relative position sensor 22 outputs an output signal indicating a change in the distance between the crankcase 1 and the cylinder block 2. The variable valve timing mechanism B is attached with a valve timing sensor 23 that generates an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7. A throttle opening sensor 24 for generating an output signal indicating the throttle valve opening is attached to the actuator 16 for driving the throttle valve.

本実施の形態における内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット30を含む。本実施の形態における電子制御ユニット30は、デジタルコンピュータを含む。デジタルコンピュータは、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を含む。吸入空気量検出器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およびスロットル開度センサ24の出力信号は夫々対応する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。負荷センサ41の出力により要求負荷を検出することができる。更に、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が接続されている。クランク角センサ42の出力により、クランク角度および機関回転数を検出することができる。   The control device for the internal combustion engine in the present embodiment includes an electronic control unit 30. Electronic control unit 30 in the present embodiment includes a digital computer. The digital computer includes 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 connected to each other by a bidirectional bus 31. Output signals of the intake air amount detector 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L 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. Is done. The required load can be detected from the output of the load sensor 41. 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, 30 °. From the output of the crank angle sensor 42, the crank angle and the engine speed can be detected.

一方、出力ポート36は、対応する駆動回路38を介して点火栓6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用のアクチュエータ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。これらの装置は、電子制御ユニット30により制御されている。   On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve 13, the actuator 16 for driving the throttle valve, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through a corresponding drive circuit 38. These devices are controlled by the electronic control unit 30.

図2に、図1に示す可変圧縮比機構の分解斜視図を示す。図3に、可変圧縮比機構の作用を説明する内燃機関の概略断面図を示す。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が形成されている。各突出部50内には夫々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夫々対応する突出部50の間に嵌合される複数個の突出部52が形成されている。これらの各突出部52内にも夫々断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism shown in FIG. FIG. 3 shows a schematic sectional view of the internal combustion engine for explaining the operation of the variable compression ratio mechanism. Referring to FIG. 2, a plurality of protrusions 50 are formed below the both side walls of the cylinder block 2 so as to be spaced apart from each other. A cam insertion hole 51 having a circular cross section is formed in each protrusion 50. 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 at intervals. Each of these protrusions 52 is also formed with a cam insertion hole 53 having a circular cross section.

本実施の形態における可変圧縮比機構は、一対のカムシャフト54,55を含む。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が延びている。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、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。カム回転角度センサ25の出力は、電子制御ユニット30に入力される。   The variable compression ratio mechanism in the present embodiment includes a pair of camshafts 54 and 55. On each of the camshafts 54 and 55, a circular cam 58 that is rotatably inserted into each of the cam insertion holes 53 is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, on both sides of each circular cam 58, as shown in FIG. 3, eccentric shafts 57 that are eccentrically arranged with respect to the rotation axes of the cam shafts 54 and 55 extend. Another circular cam 56 is eccentrically mounted on the eccentric shaft 57 so as to be rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. A cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal representing the rotation angle of the cam shaft 55 is attached to the cam shaft 55. The output of the cam rotation angle sensor 25 is input to the electronic control unit 30.

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。次いで更に円形カム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 circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as shown by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. The circular cam 56 rotates in a direction opposite to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51 so as to move away from each other, and as shown in FIG. Position. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)には夫々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 circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)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。即ち、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、従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 cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. The cylinder block 2 moves away from the crankcase 1 as the distance between the center a of the cylinder and the center c of the circular cam 56 increases. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. 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. 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を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸には夫々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が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ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 camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 that mesh with the worms 61 and 62 are fixed to the ends of the camshafts 54 and 55, respectively. In this 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.

なお、本実施の形態における可変圧縮比機構は、クランクケースを含む下部構造物に対して、シリンダブロックを相対的に移動させているが、この形態に限られず、可変圧縮比機構は、機械圧縮比を変更可能な任意の機構を採用することができる。   The variable compression ratio mechanism in the present embodiment moves the cylinder block relative to the lower structure including the crankcase. However, the variable compression ratio mechanism is not limited to this form. Any mechanism that can change the ratio can be employed.

図4は、本実施の形態における吸気弁の駆動装置の概略斜視図である。本実施の形態における内燃機関は、吸気弁の駆動装置を備える。吸気弁の駆動装置は、吸気弁の閉弁時期を変更する可変バルブタイミング機構を有する。可変バルブタイミング機構は、吸気弁を開いている期間を進角したり遅角したりすることができる。   FIG. 4 is a schematic perspective view of the intake valve driving apparatus according to the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment includes an intake valve drive device. The intake valve drive device has a variable valve timing mechanism for changing the closing timing of the intake valve. The variable valve timing mechanism can advance or retard the period during which the intake valve is open.

本実施の形態における可変バルブタイミング機構は、弁制御装置71を含む。弁制御装置71は、吸気カムシャフト70に接続されている。弁制御装置71には、スプロケットが接続され、このスプロケットにはタイミングチェーン72が係合している。本実施の形態における弁制御装置71は、スプロケットの位相と吸気カムシャフト70の位相とを互いに変更可能に形成されている。すなわち、タイミングチェーン72によるスプロケットの回転時の位相に対して、吸気カムシャフト70の位相を早くしたり遅くしたりできるように形成されている。吸気カムシャフト70の位相が変化することにより、吸気弁の開閉時期を変更することができる。   The variable valve timing mechanism in the present embodiment includes a valve control device 71. The valve control device 71 is connected to the intake camshaft 70. A sprocket is connected to the valve control device 71, and a timing chain 72 is engaged with the sprocket. The valve control device 71 in the present embodiment is formed such that the phase of the sprocket and the phase of the intake camshaft 70 can be changed from each other. That is, it is formed so that the phase of the intake camshaft 70 can be advanced or delayed with respect to the phase when the sprocket is rotated by the timing chain 72. The opening / closing timing of the intake valve can be changed by changing the phase of the intake camshaft 70.

本実施の形態の吸気弁の駆動装置は、吸気弁の作用角を段階的に切替え可能な可変作用角機構を備える。本実施の形態における可変作用角機構は、吸気弁を駆動するための複数の吸気カムを有する。本実施の形態においては、小作用角カム73aと、小作用角カム73aよりも吸気弁の作用角が大きくなる大作用角カム73bを有する。小作用角カム73aと大作用角カム73bとを切替えることにより、吸気弁7の作用角を変更可能に形成されている。小作用角カム73aおよび大作用角カム73bは、吸気カムシャフト70に固定されている。小作用角カム73aおよび大作用角カム73bは、吸気カムシャフト70と共に回転する。カム切替え装置75は、小作用角カム73aおよび大作用角カム73bのうち、一方の吸気カムの駆動力を吸気弁7に伝達する。可変作用角機構については後述する。   The intake valve drive device of the present embodiment includes a variable working angle mechanism that can switch the working angle of the intake valve in stages. The variable working angle mechanism in the present embodiment has a plurality of intake cams for driving the intake valves. In the present embodiment, there are a small working angle cam 73a and a large working angle cam 73b in which the working angle of the intake valve is larger than that of the small working angle cam 73a. The operating angle of the intake valve 7 can be changed by switching the small operating angle cam 73a and the large operating angle cam 73b. The small working angle cam 73 a and the large working angle cam 73 b are fixed to the intake camshaft 70. The small working angle cam 73 a and the large working angle cam 73 b rotate together with the intake camshaft 70. The cam switching device 75 transmits the driving force of one of the small working angle cam 73 a and the large working angle cam 73 b to the intake valve 7. The variable working angle mechanism will be described later.

図5は、可変バルブタイミング機構Bの機能を説明するグラフである。図5は、一つの吸気カムを用いて吸気弁の開いている期間を変更したときの状態を示している。実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気カムシャフト70の位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気カムシャフト70の位相が最も遅角されているときを示している。吸気弁7が開いている期間は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る。従って吸気弁7の閉弁時期も矢印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。なお、可変バルブタイミング機構Bとしては、吸気弁の開いている期間を変更可能な任意の機構を採用することができる。   FIG. 5 is a graph illustrating the function of the variable valve timing mechanism B. FIG. 5 shows a state when the period during which the intake valve is open is changed using one intake cam. The solid line shows the time when the phase of the intake camshaft 70 is advanced most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the time when the phase of the intake camshaft 70 is most retarded. The period during which the intake valve 7 is open can be arbitrarily set between a range indicated by a solid line and a range indicated by a broken line. Therefore, the closing timing of the intake valve 7 can also be set to an arbitrary crank angle within the range indicated by the arrow C. As the variable valve timing mechanism B, any mechanism that can change the period during which the intake valve is open can be employed.

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. 6 (A), (B), and (C) 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。即ち、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。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。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 operation is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is performed from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as described 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および図8を参照しつつ本発明において用いられている超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 super 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。即ち、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 as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, similarly to the example 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、即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、即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。従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 the 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, it is only necessary to increase the actual compression ratio. 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。即ち、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, 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. Has 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。従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の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大す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 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 theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio increases with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

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、従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巾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 be greatly increased. 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まで減少する。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、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即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、従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。従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 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, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the high engine load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

次に、図9を参照して、本実施の形態における内燃機関の運転制御例について説明する。図9は、超高膨張比制御の一般的な運転制御全般について概略的に説明するグラフである。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、吸気弁の閉弁時期、膨張比(機械圧縮比)、実圧縮比およびスロットル弁の開度の各変化が示されている。なお、図9は、触媒装置20内の三元触媒によって排気ガス中の未燃HC,COおよびNO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, an example of operation control of the internal combustion engine in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a graph schematically illustrating general operation control of the super-high expansion ratio control. FIG. 9 shows changes in the intake air amount, the intake valve closing timing, the expansion ratio (mechanical compression ratio), the actual compression ratio, and the throttle valve opening according to the engine load at a certain engine speed. Yes. Incidentally, FIG. 9, unburned HC, the average air-fuel ratio output signal of the air-fuel ratio sensor 21 in the combustion chamber 5 so as to be able to reduce at the same time CO and NO X in the exhaust gas by the three-way catalyst in the catalytic device 20 This shows a case where feedback control is performed to the theoretical air-fuel ratio based on the above.

さて、前述したように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。従って図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、吸気弁7の閉弁時期は図5において実線で示されるように早められている。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おりポンピング損失が抑制される。   As described above, the normal cycle shown in FIG. 8A is executed during high load operation. Therefore, as shown in FIG. 9, at this time, the mechanical compression ratio is lowered, so the expansion ratio is low, and the closing timing of the intake valve 7 is advanced as shown by the solid line in FIG. 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, and the pumping loss is suppressed.

一方で、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機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大される。従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、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, when the engine load becomes low, the closing timing of the intake valve 7 is delayed so as to reduce the intake air amount. At this time, the mechanical compression ratio is increased as the engine load is reduced so that the actual compression ratio is maintained substantially constant. Therefore, the expansion ratio increases as the engine load decreases. At this time, the throttle valve 17 is kept fully open, and the amount of intake air supplied into the combustion chamber 5 is controlled by changing the closing timing of the intake valve 7 without depending on the throttle valve 17. ing.

このように高負荷の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される。即ち、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の容積が減少する。従ってピストン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 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 of 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, in the example shown in FIG. 9, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is the stoichiometric air-fuel ratio, so the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 reaches the compression top dead center is proportional to the fuel amount. Will change.

本発明による実施例では吸気弁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まで吸気下死点BDCから離れる方向に移動されることになる。   In the embodiment according to the present invention, the closing timing of the intake valve 7 moves away from the intake bottom dead center BDC until the limit closing timing at which the amount of intake air supplied into the combustion chamber can be controlled as the engine load decreases. Will be.

図9に示される実施例では機関負荷が負荷L2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。   In the embodiment shown in FIG. 9, when the engine load decreases to the load L <b> 2, the closing timing of the intake valve 7 becomes the limit closing timing that can control the intake air amount supplied into the combustion chamber 5. When the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the closing timing of the intake valve 7 is in a region where the load is lower than the engine load L2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the closing timing. It is held at the limit closing timing.

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に示される実施例では、このときに、即ち吸気弁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、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 L2 when the closing timing of the intake valve 7 reaches the limit closing timing, the throttle valve 17 causes the combustion chamber 5 to enter the combustion chamber 5. The amount of intake air to be supplied is controlled, and the opening degree of the throttle valve 17 is made smaller as the engine load becomes lower.

機関負荷が更に低くなると機械圧縮比は更に増大する。図9に示す内燃機関においては、機関負荷が負荷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限界機械圧縮比(上限機械圧縮比)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。従って低負荷運転時に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低負荷運転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。   As the engine load is further reduced, the mechanical compression ratio further increases. In the internal combustion engine shown in FIG. 9, when the engine load is reduced to the load L1, the mechanical compression ratio reaches a limit mechanical compression ratio (upper limit mechanical compression ratio) that becomes 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 L1 when the mechanical compression ratio reaches the limit mechanical compression ratio. Therefore, the mechanical compression ratio is maximized and the expansion ratio is maximized during low load operation. In other words, the mechanical compression ratio is maximized so that the maximum expansion ratio is obtained in low load operation.

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。従って本実施例では膨張比が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 this embodiment, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio is 20 or more.

次に、本実施の形態における吸気弁の駆動装置の可変作用角機構について説明する。吸気弁の開弁時期から閉弁時期までの期間に対応する作用角は、吸気カムの断面形状に基づいて定められる。本実施の形態においては、吸気カムを切替える制御を行う。   Next, a variable working angle mechanism of the intake valve driving device in the present embodiment will be described. The operating angle corresponding to the period from the valve opening timing to the valve closing timing of the intake valve is determined based on the cross-sectional shape of the intake cam. In the present embodiment, control for switching the intake cam is performed.

図10に、本実施の形態におけるカム切替え装置の拡大概略斜視図を示す。本実施の形態における可変作用角機構は、カム切替え装置75を含む。図4および図10を参照して、カム切替え装置75は、ロッカーアーム本体75aを有する。ロッカーアーム本体75aは、回動軸76を中心に回動可能に形成されている。   FIG. 10 shows an enlarged schematic perspective view of the cam switching device in the present embodiment. The variable working angle mechanism in the present embodiment includes a cam switching device 75. 4 and 10, cam switching device 75 has a rocker arm body 75a. The rocker arm body 75a is formed to be rotatable about a rotation shaft 76.

本実施の形態の可変作用角機構は、互いに異なる吸気弁の作用角になる小作用角カム73aと大作用角カム73bとを有する。小作用角カム73aと大作用角カム73bとは断面形状が互いに異なっている。吸気カムシャフト70が一定の回転数にて回転しているときに、小作用角カム73aにより吸気弁7を開いている時間長さよりも、大作用角カム73bにより吸気弁7を開いている時間長さの方が長くなるように形成されている。本実施の形態においては、いずれか一方の吸気カムによって吸気弁7を駆動する。   The variable working angle mechanism of the present embodiment has a small working angle cam 73a and a large working angle cam 73b that are different working angles of the intake valves. The small working angle cam 73a and the large working angle cam 73b have different cross-sectional shapes. When the intake camshaft 70 is rotating at a constant rotational speed, the time during which the intake valve 7 is opened by the large operating angle cam 73b is longer than the time during which the intake valve 7 is opened by the small operating angle cam 73a. It is formed so that the length becomes longer. In the present embodiment, the intake valve 7 is driven by one of the intake cams.

本実施の形態における小作用角カムとしては、吸気弁の作用角が従来の技術における圧縮比可変機構を有しない内燃機関の作用角と同等になる吸気カムを例示することができる。たとえば、吸気弁の作用角が240°以上270°以下になるような吸気カムを採用することができる。これに対して、大作用角カムとしては、例えば、吸気弁の作用角が320°程度の大きな作用角にて吸気弁を駆動する吸気カムを用いることができる。   As a small working angle cam in the present embodiment, an intake cam in which the working angle of the intake valve is equivalent to the working angle of an internal combustion engine that does not have a compression ratio variable mechanism in the prior art can be exemplified. For example, an intake cam in which the operating angle of the intake valve is 240 ° or more and 270 ° or less can be employed. On the other hand, as the large working angle cam, for example, an intake cam that drives the intake valve with a large working angle of about 320 ° can be used.

カム切替え装置75は、小作用角カム73aに接触するローラ75cを有する。ローラ75cは、回転自在にロッカーアーム本体75aに支持されている。カム切替え装置75は、大作用角カム73bに当接するスリッパ75bを有する。スリッパ75bは支持棒75fにより支持されている。スリッパ75bは、矢印112に示すように、揺動可能に形成されている。スリッパ75bは、スプリング75gにより大作用角カム73bに向かって付勢されている。   The cam switching device 75 has a roller 75c that contacts the small working angle cam 73a. The roller 75c is rotatably supported by the rocker arm main body 75a. The cam switching device 75 has a slipper 75b that contacts the large working angle cam 73b. The slipper 75b is supported by a support bar 75f. As shown by an arrow 112, the slipper 75b is formed to be swingable. The slipper 75b is biased toward the large working angle cam 73b by a spring 75g.

本実施の形態における可変作用角機構は、カム切替え装置75に制御油を供給する制御油供給装置74を有する。制御油供給装置74は、カム切替え装置75に供給する制御油の圧力を高くしたり低くしたりすることができるように形成されている。   The variable working angle mechanism in the present embodiment has a control oil supply device 74 that supplies control oil to the cam switching device 75. The control oil supply device 74 is formed so that the pressure of the control oil supplied to the cam switching device 75 can be increased or decreased.

ロッカーアーム本体75aの内部には、ロックピン75dが配置されている。ロックピン75dは、スプリング75eにより支持棒75fから離れる向きに付勢されている。ロックピン75dには、制御油の油路が接続されている。制御油の圧力が高くなることにより、矢印113に示すように、支持棒75fに向かってロックピン75dが移動する。ロックピン75dが矢印113に示す向きに移動することにより、支持棒75fの移動が防止され、スリッパ75bが揺動しなくなる。   A lock pin 75d is disposed inside the rocker arm main body 75a. The lock pin 75d is urged away from the support rod 75f by a spring 75e. An oil passage for control oil is connected to the lock pin 75d. As the pressure of the control oil increases, the lock pin 75d moves toward the support rod 75f as indicated by an arrow 113. When the lock pin 75d moves in the direction indicated by the arrow 113, the support rod 75f is prevented from moving, and the slipper 75b does not swing.

吸気弁7を小作用角カム73aにて駆動する場合には、ロッカーアーム本体75aに供給される制御油が低圧の状態にされる。ロックピン75dは、スプリング75dの付勢力により支持棒75fから離れる向きに移動し、支持棒75fが移動可能な状態になる。スリッパ75bは、矢印112に示す方向に揺動可能な状態になる。   When the intake valve 7 is driven by the small operating angle cam 73a, the control oil supplied to the rocker arm main body 75a is brought into a low pressure state. The lock pin 75d is moved away from the support bar 75f by the urging force of the spring 75d, and the support bar 75f is movable. The slipper 75b can swing in the direction indicated by the arrow 112.

図4を参照して、吸気カムシャフト70が回転することにより、大作用角カム73bが回転する。大作用角カム73bのカムノーズ部によりスリッパ75bが押圧される。ところが、スリッパ75bは揺動可能な状態であるために、大作用角カム73bによるロッカーアーム本体75aの駆動は回避される。すなわち、大作用角カム73bが空転する状態になる。このときには、小作用角カム73aによりローラ75cが押圧されてロッカーアーム本体75aが揺動する。小作用角カム73aにより吸気弁7が開閉する。吸気弁7は、小作用角カム73aの断面形状(プロファイル)に従って開閉する。すなわち、吸気弁7は、小作用角にて開閉することができる。   Referring to FIG. 4, when the intake camshaft 70 rotates, the large working angle cam 73b rotates. The slipper 75b is pressed by the cam nose portion of the large working angle cam 73b. However, since the slipper 75b is in a swingable state, the driving of the rocker arm body 75a by the large working angle cam 73b is avoided. That is, the large working angle cam 73b is idling. At this time, the roller 75c is pressed by the small working angle cam 73a, and the rocker arm main body 75a swings. The intake valve 7 is opened and closed by the small working angle cam 73a. The intake valve 7 opens and closes according to the cross-sectional shape (profile) of the small working angle cam 73a. That is, the intake valve 7 can be opened and closed with a small operating angle.

これに対して、吸気弁の作用角を大きくする時は、ロッカーアーム本体75aの内部の油路に供給する制御油が高圧にされる。制御油の油圧が高くなることにより、ロックピン75dが、矢印113に示す方向に移動して支持棒75fが固定される。スリッパ75bは、揺動ができなくなる状態になる。吸気カムシャフト70が回転すると、大作用角カム73bにより、スリッパ75bが押圧されてローカーアーム本体75aが揺動する。このときには、小作用角カム73aよりも大作用角カム73bの方が吸気弁7の移動量(リフト量)および作用角が大きい。このために、小作用角カム73aは空転する。吸気弁7は、吸気カム73bの断面形状(プロファイル)に従って開閉する。すなわち、吸気弁7を大作用角にて開閉することができる。   On the other hand, when increasing the operating angle of the intake valve, the control oil supplied to the oil passage inside the rocker arm body 75a is made high. As the hydraulic pressure of the control oil increases, the lock pin 75d moves in the direction indicated by the arrow 113 and the support rod 75f is fixed. The slipper 75b is in a state where it cannot swing. When the intake camshaft 70 rotates, the slipper 75b is pressed by the large working angle cam 73b, and the rocker arm main body 75a swings. At this time, the large operating angle cam 73b has a larger moving amount (lift amount) and operating angle of the intake valve 7 than the small operating angle cam 73a. For this reason, the small operating angle cam 73a idles. The intake valve 7 opens and closes according to the cross-sectional shape (profile) of the intake cam 73b. That is, the intake valve 7 can be opened and closed at a large operating angle.

このように、本実施の形態においては、制御油供給装置が供給する油圧を変更することにより、吸気カムを切替えることができる。吸気弁の作用角を大きくしたり小さくしたりすることができる。   Thus, in the present embodiment, the intake cam can be switched by changing the hydraulic pressure supplied by the control oil supply device. The operating angle of the intake valve can be increased or decreased.

可変作用角機構としては、上記の形態に限られず、吸気弁の作用角を段階的に変更可能な任意の機構を採用することができる。すなわち、不連続的に吸気弁の作用角を切替えることができる可変作用角機構を採用することができる。また、本実施の形態の可変作用角機構は、2段階にて作用角を切替えるように形成されているが、この形態に限られず、3段階以上で切替えが可能な可変作用角機構を採用しても構わない。   The variable working angle mechanism is not limited to the above-described form, and any mechanism that can change the working angle of the intake valve in stages can be employed. That is, a variable working angle mechanism that can switch the working angle of the intake valve discontinuously can be employed. In addition, the variable working angle mechanism of the present embodiment is formed so as to switch the working angle in two stages, but is not limited to this form and employs a variable working angle mechanism that can be switched in three or more stages. It doesn't matter.

図11に、本実施の形態における内燃機関の高負荷運転時の状態と、低負荷運転時の状態との関係を説明するグラフを示す。図11(A)が高負荷運転時の状態を示しており、図11(B)は低負荷運転時の状態を示している。横軸はクランク角度を示しており、縦軸は吸気弁または排気弁の弁リフト量を示している。図11に示す運転例では、排気弁の開弁時期と閉弁時期とは一定になっている。   FIG. 11 is a graph illustrating the relationship between the state during high load operation and the state during low load operation of the internal combustion engine in the present embodiment. FIG. 11A shows a state during high load operation, and FIG. 11B shows a state during low load operation. The horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the valve lift amount of the intake valve or the exhaust valve. In the operation example shown in FIG. 11, the opening timing and closing timing of the exhaust valve are constant.

燃焼室に流入する吸入空気量は、吸気弁の閉弁時期から、ピストンが圧縮上死点に到達するまでのクランク角度(ピストンの移動長さ)に依存する。本実施の形態の内燃機関は、高負荷運転時には吸気弁の閉弁時期が早く制御される。高負荷運転時においては小作用角カムにて吸気弁の開閉を行なう。高負荷運転時における吸気弁の閉弁時期θICHは、例えば、ピストンの下死点(BDC)の近傍に設定されている。この制御により、燃焼室に流入する吸入空気量を多くすることができる。   The amount of intake air flowing into the combustion chamber depends on the crank angle (movement length of the piston) from when the intake valve is closed until the piston reaches the compression top dead center. In the internal combustion engine of the present embodiment, the closing timing of the intake valve is controlled early during high load operation. During high load operation, the intake valve is opened and closed with a small working angle cam. The valve closing timing θICH of the intake valve during high load operation is set, for example, near the bottom dead center (BDC) of the piston. With this control, the amount of intake air flowing into the combustion chamber can be increased.

機関負荷が低負荷になると、吸入空気量が少なく制御されるために、吸気弁の閉弁時期θICLは、閉弁時期θICHよりも遅く制御される。吸入空気量が少なくなるほど、吸気弁の閉弁時期が圧縮行程の上死点(TDC)に近づくように制御される。   When the engine load becomes low, the intake air amount is controlled to be small, so that the intake valve closing timing θICL is controlled later than the valve closing timing θICH. As the intake air amount decreases, the closing timing of the intake valve is controlled to approach the top dead center (TDC) of the compression stroke.

図11(A)の高負荷運転時においては、吸気弁が開く時期は、吸気上死点よりも前であり、ピストンが下降を始める時には吸気弁が開いている。このため、ポンピング損失を抑制することができる。ところで、図11(B)の低負荷運転時において、点線に示すように、吸気弁を小作用角カムにより駆動した場合には、ピストンが吸気上死点に到達してから吸気弁が開くまでに所定の時間を有する。この間には、燃焼室の圧力が負圧になり、ポンピング損失が発生してしまう。   In the high load operation of FIG. 11A, the intake valve opens before the intake top dead center, and when the piston starts to descend, the intake valve is open. For this reason, pumping loss can be suppressed. By the way, when the intake valve is driven by a small working angle cam as shown by the dotted line during the low load operation of FIG. 11B, from when the piston reaches the intake top dead center until the intake valve opens. Has a predetermined time. During this time, the pressure in the combustion chamber becomes negative and pumping loss occurs.

そこで、本実施の形態の内燃機関においては、吸気カムを大作用角カムに切替えることにより、吸気弁の開弁時期を吸気上死点まで早めることができる。または、吸気弁の開弁時期を吸気上死点の近傍まで早めることができる。この制御により、吸気行程におけるポンピング損失を抑制することができて、熱効率の向上を図ることができる。   Therefore, in the internal combustion engine of the present embodiment, the opening timing of the intake valve can be advanced to the intake top dead center by switching the intake cam to the large working angle cam. Alternatively, the opening timing of the intake valve can be advanced to the vicinity of the intake top dead center. This control can suppress the pumping loss in the intake stroke and can improve the thermal efficiency.

高負荷運転時では、従来の技術における内燃機関と同等の空気量を吸気することができる。低負荷運転時では、ポンピング損失の生じるスロットリングをなるべく回避して、スロットル弁が全開の運転範囲を大きくすることができる。また、最終的に燃焼室に封入される吸気量を小さくすることができる。すなわち、低負荷に応じた吸気量にすることができる。このように、本実施の形態の内燃機関では、低負荷運転の状態では大作用角カムを用いて、高負荷運転の状態では小作用角カムを用いることが好ましい。   During high-load operation, an amount of air equivalent to that of the internal combustion engine in the prior art can be sucked. During low-load operation, throttling that causes pumping loss can be avoided as much as possible, and the operating range where the throttle valve is fully open can be increased. In addition, the amount of intake air finally sealed in the combustion chamber can be reduced. That is, it is possible to make the intake amount according to the low load. Thus, in the internal combustion engine of the present embodiment, it is preferable to use the large working angle cam in the low load operation state and the small working angle cam in the high load operation state.

なお、高負荷運転時において、機関回転数が高い運転状態においては、機関回転数が低い運転状態に比べて慣性過給の効果を期待することができるために、吸気弁の作用角を上記の大作用角よりも小さくしても構わない。例えば、吸気弁の作用角が270°程度になるような中作用角カムを配置することができる。作用角が互いに異なる吸気カムを3つ配置することができる。たとえば、高負荷かつ高回転の運転状態においては、中作用角カムを用いて、高負荷かつ低回転の運転状態においては、大作用角カムを用いることができる。一方で、低負荷運転時には、機関回転数に関わらず小作用角カムを用いることができる。   It should be noted that the operating angle of the intake valve is set to the above in order to expect the effect of inertia supercharging in an operating state where the engine speed is high during high load operation compared to an operating state where the engine speed is low. It may be smaller than the large working angle. For example, a medium working angle cam can be arranged so that the working angle of the intake valve is about 270 °. Three intake cams having different operating angles can be arranged. For example, a medium operating angle cam can be used in a high load and high rotation operation state, and a large operation angle cam can be used in a high load and low rotation operation state. On the other hand, at the time of low load operation, a small working angle cam can be used regardless of the engine speed.

このように、本実施の形態の内燃機関においては、機関負荷に応じて高作用角カムと低作用角カムとを切替えることができる。図9を参照して、例えば、切替え負荷Lxにて吸気カムを切替えることができる。機関負荷が、切替え負荷Lxを跨いで低負荷側に変化した場合には、小作用角カムから大作用角カムに切替えて作用角を大きく変更することができる。また、機関負荷が、切替え負荷Lxを跨いで高負荷側に変化した場合には、大作用角カムから小作用角カムに切替えて作用角を小さく変更することができる。   Thus, in the internal combustion engine of the present embodiment, it is possible to switch between the high working angle cam and the low working angle cam according to the engine load. Referring to FIG. 9, for example, the intake cam can be switched by a switching load Lx. When the engine load changes to the low load side across the switching load Lx, the operating angle can be greatly changed by switching from the small operating angle cam to the large operating angle cam. Further, when the engine load changes to the high load side across the switching load Lx, the operating angle can be changed small by switching from the large operating angle cam to the small operating angle cam.

図12に、本実施の形態における吸気カムを切替えるときの状態を説明するグラフを示す。図12(A)は、大作用角カムを選択している状態を示し、図12(B)は、小作用角カムを選択している状態を示している。本実施の形態の内燃機関においては、吸気カムを切替えるときには、吸気弁の閉弁時期がほぼ同じになるように吸気カムの切替えを行なう。大作用角カムによる吸気弁の閉弁時期θICLと、小作用角カムによる吸気弁の閉弁時期θICHとがほぼ同じ時期になるように設定して吸気カムを切替える。たとえば、吸気カムを切替えると共に、可変動弁機構により吸気弁の閉弁時期がほぼ同一になるように吸気カムの位相(吸気カムシャフトの位相)を変更することができる。または、吸気カムを切替える位相において、吸気弁の閉弁時期がほぼ同一になるように大作用角カムおよび小作用角カムを吸気カムシャフトに固定することができる。   FIG. 12 shows a graph for explaining a state when the intake cam is switched in the present embodiment. FIG. 12A shows a state in which the large working angle cam is selected, and FIG. 12B shows a state in which the small working angle cam is selected. In the internal combustion engine of the present embodiment, when switching the intake cam, the intake cam is switched so that the closing timing of the intake valve is substantially the same. The intake cam is switched by setting the intake valve closing timing θICL by the large working angle cam and the closing timing θICH of the intake valve by the small working angle cam to be substantially the same timing. For example, the intake cam phase can be changed and the intake valve phase (intake camshaft phase) can be changed by the variable valve mechanism so that the closing timing of the intake valve is substantially the same. Alternatively, the large operating angle cam and the small operating angle cam can be fixed to the intake camshaft so that the closing timing of the intake valve is substantially the same in the phase of switching the intake cam.

吸気カムを切替える時に吸気弁の閉弁時期をほぼ同一にすることにより、吸入空気量をほぼ同じにすることができて、吸入空気量の変動に起因するトルクショックを抑制することができる。例えば、吸気弁の作用角が小作用角から大作用角に瞬間的に切替えられた場合に生じる吸入空気量の減少によるトルクショックを抑制することができる。   By making the intake valve closing timing substantially the same when switching the intake cam, the intake air amount can be made substantially the same, and torque shock caused by fluctuations in the intake air amount can be suppressed. For example, it is possible to suppress a torque shock caused by a reduction in the intake air amount that occurs when the operating angle of the intake valve is instantaneously switched from a small operating angle to a large operating angle.

ところが、図12(A)および(B)を参照して、吸気カムの切替え時においては、吸気弁が開いている期間と排気弁が開いている期間とが互いに重なるオーバーラップOLの時間長さが変化する。この結果、内部EGR量が吸気カムの切替え前と切替え後とで変化してしまう。例えば、要求負荷が減少し、小作用角カムから大作用角カムに切替えるときには、オーバーラップOLの期間が長くなり、内部EGR量が急増する。このために、燃料の燃焼性が悪化する。これとは反対に、大作用角カムから小作用角カムに切替えるときには、オーバーラップOLの期間が短くなり、内部EGR量が急減する。このために、ノッキング等の異常燃焼が発生する虞がある。   However, referring to FIGS. 12A and 12B, when the intake cam is switched, the time length of the overlap OL in which the period during which the intake valve is open and the period during which the exhaust valve is open overlaps each other. Changes. As a result, the internal EGR amount changes between before and after switching of the intake cam. For example, when the required load decreases and the small working angle cam is switched to the large working angle cam, the overlap OL period becomes longer and the internal EGR amount suddenly increases. For this reason, the combustibility of fuel deteriorates. On the contrary, when switching from the large operating angle cam to the small operating angle cam, the overlap OL period is shortened and the internal EGR amount is rapidly decreased. For this reason, abnormal combustion such as knocking may occur.

このように、本実施の形態における可変作用角機構では、吸気弁の作用角を不連続的に切替えるために、燃焼室における燃焼が不安定になる場合がある。そこで、本実施の形態の内燃機関においては、内燃機関の運転状態が変化して、吸気弁の閉弁時期の変更とともに吸気カムを切替える場合には、一時的に機械圧縮比の修正する制御を行う。本実施の形態においては、内燃機関の運転状態に基づく基準機械圧縮比に修正を加えた設定機械圧縮比を設定する。吸気カムを切替えるべき時には、機械圧縮比を設定機械圧縮比に向かって変化させる。吸気カムの切替えを行った後も所定の時間は設定機械圧縮比に維持した後に、基準機械圧縮比に移行させる制御を行う。   Thus, in the variable working angle mechanism in the present embodiment, the working angle of the intake valve is switched discontinuously, so that combustion in the combustion chamber may become unstable. Therefore, in the internal combustion engine of the present embodiment, when the operating state of the internal combustion engine changes and the intake cam is switched together with the change of the closing timing of the intake valve, control for temporarily correcting the mechanical compression ratio is performed. Do. In the present embodiment, a set mechanical compression ratio obtained by correcting the reference mechanical compression ratio based on the operating state of the internal combustion engine is set. When the intake cam is to be switched, the mechanical compression ratio is changed toward the set mechanical compression ratio. After the intake cam is switched, control is performed to maintain the set mechanical compression ratio for a predetermined time and then shift to the reference mechanical compression ratio.

図13は、本実施の形態の内燃機関において、吸気弁の作用角を小作用角から大作用角に切替えるときのタイムチャートである。このような運転状態としては、図11を参照して、例えば要求負荷が低負荷側に移行し、吸気カムを小作用角カムから大作用角カムに切替える場合を例示することができる。時刻t2から時刻t3までの期間において、小作用角カムから大作用角カムに切替えることにより、吸気弁の作用角の切替えを行なっている。   FIG. 13 is a time chart when the operating angle of the intake valve is switched from a small operating angle to a large operating angle in the internal combustion engine of the present embodiment. As such an operation state, referring to FIG. 11, for example, a case where the required load is shifted to a low load side and the intake cam is switched from the small operating angle cam to the large operating angle cam can be exemplified. In the period from time t2 to time t3, the operating angle of the intake valve is switched by switching from the small operating angle cam to the large operating angle cam.

本実施の形態においては、作用角カムの切替え前の時刻t1において、機械圧縮比の変更を開始している。ここで、基準機械圧縮比は、内燃機関の運転状態に基づいて設定する機械圧縮比である。目標機械圧縮比は、吸気カムを切替えるときに燃焼が不安定になることを抑制することができる機械圧縮比である。設定機械圧縮比は、目標機械圧縮比に余裕分を考慮して、実際に設定して変更する機械圧縮比である。本実施の形態において、設定機械圧縮比は、基準機械圧縮比に予め定められた圧縮比が加算されたり減算されたりして設定されている。   In the present embodiment, the change of the mechanical compression ratio is started at time t1 before switching of the working angle cam. Here, the reference mechanical compression ratio is a mechanical compression ratio set based on the operating state of the internal combustion engine. The target mechanical compression ratio is a mechanical compression ratio that can suppress unstable combustion when the intake cam is switched. The set mechanical compression ratio is a mechanical compression ratio that is actually set and changed in consideration of a margin for the target mechanical compression ratio. In the present embodiment, the set mechanical compression ratio is set by adding or subtracting a predetermined compression ratio to the reference mechanical compression ratio.

内燃機関は、たとえば要求負荷の変更を検出し、基準機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期を設定する。このときに、吸気弁の作用角の変更が必要な場合には、更に設定機械圧縮比を設定する。可変作用角機構により吸気弁の作用角を大きく変更する場合には、設定機械圧縮比を移行後の基準機械圧縮比よりも高く設定する。時刻t1において、機械圧縮比を設定機械圧縮比に向けて上昇させている。本実施の形態においては、作用角の変更が終了する時刻t3の前に、機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達している。   The internal combustion engine detects a change in the required load, for example, and sets the reference mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve. At this time, if it is necessary to change the operating angle of the intake valve, the set mechanical compression ratio is further set. When the operating angle of the intake valve is greatly changed by the variable operating angle mechanism, the set mechanical compression ratio is set higher than the reference mechanical compression ratio after the transition. At time t1, the mechanical compression ratio is increased toward the set mechanical compression ratio. In the present embodiment, the mechanical compression ratio has reached the target mechanical compression ratio before time t3 when the change of the working angle ends.

このように、機械圧縮比を基準機械圧縮比よりも高くして燃焼室における実圧縮比を上昇させている。作用角を切替えて内部EGR量が急増しても、機械圧縮比が高めに設定されているために燃焼性の悪化を抑制することができる。   Thus, the actual compression ratio in the combustion chamber is increased by making the mechanical compression ratio higher than the reference mechanical compression ratio. Even if the operating angle is switched and the internal EGR amount suddenly increases, deterioration of combustibility can be suppressed because the mechanical compression ratio is set high.

本実施の形態においては、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、機械圧縮比を設定機械圧縮比に所定の時間の間維持している。時刻t4において機械圧縮比を設定圧縮比から基準機械圧縮比に向けて変更を開始している。時刻t5において機械圧縮比が基準機械圧縮比に到達している。   In the present embodiment, after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is maintained at the set mechanical compression ratio for a predetermined time. At time t4, the mechanical compression ratio is changed from the set compression ratio toward the reference mechanical compression ratio. At time t5, the mechanical compression ratio has reached the reference mechanical compression ratio.

図14に、本実施の形態の内燃機関において、吸気弁の作用角を大作用角から小作用角に切替えるときのタイムチャートを示す。このような運転状態としては、例えば要求負荷が高負荷側に移行し、吸気カムを大作用角カムから小作用角カムに切替える場合を例示することができる。   FIG. 14 shows a time chart when the operating angle of the intake valve is switched from a large operating angle to a small operating angle in the internal combustion engine of the present embodiment. As such an operation state, for example, a case where the required load shifts to a high load side and the intake cam is switched from the large operating angle cam to the small operating angle cam can be exemplified.

時刻t2から時刻t3において、吸気カムが大作用角カムから小作用角カムに切替えられて吸気弁の作用角を変更している。可変作用角機構により吸気弁の作用角を小さく変更する場合には、設定機械圧縮比を移行後の基準機械圧縮比よりも低く設定する。機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後には、予め定められた所定の時間の経過後の時刻t4まで機械圧縮比を設定機械圧縮比に維持している。時刻t4から時刻t5にかけて機械圧縮比を移行後の基準機械圧縮比に変更している。また、図14に示す例においては、ノッキング等の異常燃焼が発現して燃焼が不安定になることを回避する目標機械圧縮比が予め定められており、目標機械圧縮比に到達した後に作用角の変更を開始している。このように、燃焼の安定性の悪化を抑制することができる目標機械圧縮比に到達した後に、作用角を変更しても構わない。   From time t2 to time t3, the intake cam is switched from the large operating angle cam to the small operating angle cam to change the operating angle of the intake valve. When the working angle of the intake valve is changed to be small by the variable working angle mechanism, the set mechanical compression ratio is set lower than the reference mechanical compression ratio after the transition. After the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio, the mechanical compression ratio is maintained at the set mechanical compression ratio until time t4 after the elapse of a predetermined time. The mechanical compression ratio is changed to the reference mechanical compression ratio after the transition from time t4 to time t5. In addition, in the example shown in FIG. 14, a target mechanical compression ratio that avoids unstable combustion due to occurrence of abnormal combustion such as knocking is determined in advance, and the operating angle after reaching the target mechanical compression ratio. Has started to change. Thus, the operating angle may be changed after reaching the target mechanical compression ratio that can suppress the deterioration of the stability of combustion.

このように、本実施の形態においては、吸気弁の作用角を切替える場合に、吸気カムの切替えにより一時的に燃焼が不安定になることを抑制することができる。このような燃焼が不安定な期間は長時間継続しないために、所定の時間の経過後に機械圧縮比を運転状態に基づいた基準機械圧縮比に移行することができる。   As described above, in the present embodiment, when the operating angle of the intake valve is switched, it is possible to prevent the combustion from becoming temporarily unstable due to the switching of the intake cam. Since such a period of unstable combustion does not continue for a long time, the mechanical compression ratio can be shifted to the reference mechanical compression ratio based on the operating state after a predetermined time has elapsed.

本実施の形態においては、作用角の変更が終了する時刻t3の前に、機械圧縮比が目標機械圧縮比以上に到達している。吸気カムの切替えが終了する前に目標機械圧縮比に到達しているように、作用角の変更開始を機械圧縮比の変更開始よりも遅らせることにより、作用角を変更した直後において燃焼が不安定になることを抑制できる。このように、吸気弁の作用角を変更する期間としては、作用角の変更が終了した時点で、機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達しているように設定することが好ましい。例えば、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に作用角の変更を開始しても構わない。この制御を行なうことにより、より確実に燃焼性の悪化を抑制することができる。   In the present embodiment, the mechanical compression ratio reaches or exceeds the target mechanical compression ratio before time t3 when the change of the working angle is completed. Combustion is unstable immediately after changing the operating angle by delaying the start of changing the operating angle from the start of changing the mechanical compression ratio so that the target mechanical compression ratio is reached before the switching of the intake cam is completed. Can be suppressed. Thus, it is preferable that the period for changing the operating angle of the intake valve is set so that the mechanical compression ratio reaches the target mechanical compression ratio when the change of the operating angle is completed. For example, the operating angle may be changed after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio. By performing this control, it is possible to more reliably suppress deterioration in combustibility.

また、本実施の形態においては、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、設定機械圧縮比を維持する期間を設けて、予め定められた時間の経過後の時刻t4において、機械圧縮比を基準機械圧縮比に向けて変化させている。この制御を行うことにより、より確実に燃焼が不安定になることを抑制できる。機械圧縮比をほぼ一定に維持する時間長さについては、燃焼が不安定になる時間長さに基づいて設定することができる。なお、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した直後に、機械圧縮比をほぼ一定にせずに基準機械圧縮比に移行する制御を行なっても構わない。   In the present embodiment, after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio, a period for maintaining the set mechanical compression ratio is provided, and at time t4 after elapse of a predetermined time, the mechanical compression ratio is set. Is changed toward the standard mechanical compression ratio. By performing this control, it is possible to more reliably suppress the combustion from becoming unstable. The length of time for maintaining the mechanical compression ratio substantially constant can be set based on the length of time during which combustion becomes unstable. Note that immediately after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio, control for shifting to the reference mechanical compression ratio may be performed without making the mechanical compression ratio substantially constant.

図15に、本実施の形態における内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。図15に示すフローチャートは、例えば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行なうことができる。   FIG. 15 shows a flowchart of the operation control of the internal combustion engine in the present embodiment. The flowchart shown in FIG. 15 can be repeatedly performed at predetermined time intervals, for example.

ステップ101においては、内燃機関の運転状態を検出する。内燃機関の運転状態としては、例えば、機関回転数、要求負荷を検出することができる。ステップ102においては、検出した運転状態に基づいて、移行後の基準機械圧縮比CRおよび吸気弁の基準閉弁時期ICを設定する。図9を参照して、たとえば負荷が大きいほど基準機械圧縮比を小さく設定することができる。また、負荷が大きいほど吸気弁の基準閉弁時期を進角することができる。   In step 101, the operating state of the internal combustion engine is detected. As the operating state of the internal combustion engine, for example, the engine speed and the required load can be detected. In step 102, the reference mechanical compression ratio CR and the reference valve closing timing IC of the intake valve are set based on the detected operating state. Referring to FIG. 9, for example, the reference mechanical compression ratio can be set smaller as the load increases. Further, the reference valve closing timing of the intake valve can be advanced as the load increases.

図16に、機関回転数および負荷に対する実圧縮比の関係を説明するグラフを示す。横軸が負荷Lであり、縦軸が実圧縮比である。図16には、機関回転数N,N,N,Nのグラフが示されている(ここで、N<N<N<Nである)。負荷Lがほぼ一定であるときには、機関回転数Nが高くなるほどノッキング等の異常燃焼が発生しにくい。このために、機関回転数Nが高くなるほど実圧縮比を高く設定することができる。たとえば、吸気弁の閉弁時期が一定である場合には、機関回転数が高くなるほど機械圧縮比を高く設定することができる。 FIG. 16 shows a graph for explaining the relationship between the engine speed and the actual compression ratio with respect to the load. The horizontal axis is the load L, and the vertical axis is the actual compression ratio. FIG. 16 shows a graph of engine speeds N 1 , N 2 , N 3 and N 4 (where N 1 <N 2 <N 3 <N 4 ). When the load L is substantially constant, abnormal combustion such as knocking is less likely to occur as the engine speed N increases. For this reason, the higher the engine speed N, the higher the actual compression ratio can be set. For example, when the closing timing of the intake valve is constant, the mechanical compression ratio can be set higher as the engine speed increases.

図17に、本実施の形態における基準閉弁時期と基準機械圧縮比とを設定するためのマップを示す。図17(A)は、基準閉弁時期ICのマップである。基準閉弁時期ICは、検出した機関回転数Nと負荷Lとに基づいて、このマップを用いることにより設定することができる。図17(B)は、基準機械圧縮比CRのマップである。基準機械圧縮比CRは、検出した機関回転数Nおよび負荷Lとに基づいて、このマップを用いることにより設定することができる。   FIG. 17 shows a map for setting the reference valve closing timing and the reference mechanical compression ratio in the present embodiment. FIG. 17A is a map of the reference valve closing timing IC. The reference valve closing timing IC can be set by using this map based on the detected engine speed N and load L. FIG. 17B is a map of the reference mechanical compression ratio CR. The reference mechanical compression ratio CR can be set by using this map based on the detected engine speed N and load L.

図15を参照して、次に、ステップ103においては、新たな吸気弁の基準閉弁時期に移行する時に、吸気カムの変更が必要か否かを判別する。すなわち、作用角の変更が必要か否かを判別する。ステップ103において、吸気カムの変更が不要である場合には、ステップ104に移行する。   Referring to FIG. 15, next, in step 103, it is determined whether or not the intake cam needs to be changed when shifting to a new reference valve closing timing of the intake valve. That is, it is determined whether or not the operating angle needs to be changed. In step 103, if it is not necessary to change the intake cam, the routine proceeds to step 104.

ステップ104においては、機械圧縮比を設定された基準機械圧縮比CRに変更する。また、吸気弁の閉弁時期を設定された基準閉弁時期ICに変更する。このときには、吸気カムの変更は行わずに、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期の変更を行う。   In step 104, the mechanical compression ratio is changed to the set reference mechanical compression ratio CR. Further, the closing timing of the intake valve is changed to a set reference closing timing IC. At this time, the mechanical compression ratio and the closing timing of the intake valve are changed without changing the intake cam.

ステップ103において、吸気カムの変更が必要である場合には、ステップ105に移行する。ステップ105においては、吸気カムの変更が小作用角カムから大作用角カムへの変更か否かを判別する。小作用角カムから大作用角カムへの変更である場合にはステップ106に移行する。内燃機関の運転状態は、例えば、機関負荷が低負荷に向けて低下している場合である。   If it is necessary to change the intake cam in step 103, the routine proceeds to step 105. In step 105, it is determined whether or not the change of the intake cam is a change from a small operating angle cam to a large operating angle cam. If the change is from the small working angle cam to the large working angle cam, the routine proceeds to step 106. The operating state of the internal combustion engine is, for example, a case where the engine load is decreasing toward a low load.

ステップ106においては、今回の新たな基準機械圧縮比CRよりも高い機械圧縮比の設定圧縮比CRdを設定する(図13参照)。本実施の形態においては、予め定められた機械圧縮比増分ΔCRを、基準機械圧縮比CRに加算することにより、設定機械圧縮比CRdを算出している。   In step 106, a set compression ratio CRd having a higher mechanical compression ratio than the current new reference mechanical compression ratio CR is set (see FIG. 13). In the present embodiment, the set mechanical compression ratio CRd is calculated by adding a predetermined mechanical compression ratio increment ΔCR to the reference mechanical compression ratio CR.

ステップ105において、小作用角カムから大作用角カムへの変更でない場合には、ステップ107に移行する。この場合には、吸気カムが大作用角カムから小作用角カムに変更される。内燃機関の運転状態は、例えば、機関負荷が高負荷に向かって上昇している場合である。   If it is not a change from the small working angle cam to the large working angle cam in step 105, the routine proceeds to step 107. In this case, the intake cam is changed from the large operating angle cam to the small operating angle cam. The operating state of the internal combustion engine is, for example, a case where the engine load increases toward a high load.

ステップ107においては、今回の新たな基準機械圧縮比CRよりも低い機械圧縮比の設定機械圧縮比CRdを設定する(図14参照)。本実施の形態においては、予め定められた機械圧縮比減分ΔCRを、基準機械圧縮比CRから減算することにより、設定機械圧縮比CRdを算出している。ステップ106またはステップ107において、設定機械圧縮比CRdが設定されたら、ステップ108に移行する。   In step 107, a mechanical compression ratio CRd that is lower than the new reference mechanical compression ratio CR is set (see FIG. 14). In the present embodiment, the set mechanical compression ratio CRd is calculated by subtracting a predetermined mechanical compression ratio decrement ΔCR from the reference mechanical compression ratio CR. When the set mechanical compression ratio CRd is set in step 106 or step 107, the routine proceeds to step 108.

ステップ108においては、機械圧縮比を今回の設定機械圧縮比CRdに変更する。ステップ109においては、吸気弁の閉弁時期を今回の基準閉弁時期ICに変更する。このときに、所定の位相において吸気カムの切替えを行う。吸気カムの切替えにおいては、前述したように、機械圧縮比が目標機械圧縮比に到達した後に、吸気カムの切替えが完了するように、時間遅れを持って切替える制御を行うことが好ましい(図13または図14参照)。   In step 108, the mechanical compression ratio is changed to the currently set mechanical compression ratio CRd. In step 109, the closing timing of the intake valve is changed to the current reference closing timing IC. At this time, the intake cam is switched in a predetermined phase. In the switching of the intake cam, as described above, it is preferable to perform control to switch with a time delay so that the switching of the intake cam is completed after the mechanical compression ratio reaches the target mechanical compression ratio (FIG. 13). Or refer to FIG.

なお、設定機械圧縮比としては、上記の形態に限られず、作用角の切替え時の燃焼性の悪化を抑制可能な任意の機械圧縮比を採用することができる。たとえば、吸気弁の切替えを開始するときの機械圧縮比を推定し、推定した機械圧縮比に基づいて設定機械圧縮比を設定しても構わない。この場合において、吸気弁の切替えを開始するときの機械圧縮比は、運転状態に依存する基準機械圧縮比に基づいて推定することができる。すなわち、設定機械圧縮比は、基準機械圧縮比に基づいて設定することができる。   In addition, as a setting mechanical compression ratio, it is not restricted to said form, Arbitrary mechanical compression ratios which can suppress the deterioration of combustibility at the time of switching of an operating angle are employable. For example, the mechanical compression ratio when starting the switching of the intake valve may be estimated, and the set mechanical compression ratio may be set based on the estimated mechanical compression ratio. In this case, the mechanical compression ratio when starting the switching of the intake valve can be estimated based on a reference mechanical compression ratio that depends on the operating state. That is, the set mechanical compression ratio can be set based on the reference mechanical compression ratio.

次に、ステップ110においては、機械圧縮比が設定機械圧縮比CRdに到達した後に、所定の時間の間、機械圧縮比を設定機械圧縮比に保持する。本実施の形態においては、予め定められた時間長さにて機械圧縮比をほぼ一定に保持している。   Next, in step 110, after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio CRd, the mechanical compression ratio is held at the set mechanical compression ratio for a predetermined time. In the present embodiment, the mechanical compression ratio is kept substantially constant for a predetermined time length.

次に、ステップ111においては、所定の時間の経過後に機械圧縮比を、ステップ102において設定した基準機械圧縮比CRに移行する。   Next, in step 111, the mechanical compression ratio is shifted to the reference mechanical compression ratio CR set in step 102 after a predetermined time has elapsed.

このように、本実施の形態における内燃機関は、吸気弁の作用角を変更するときに一時的に機械圧縮比を高めに設定したり低めに設定したりすることにより、燃焼が不安定になることを抑制しながら、吸気弁の作用角の変更を行うことができる。   As described above, in the internal combustion engine in the present embodiment, the combustion becomes unstable by temporarily setting the mechanical compression ratio to be higher or lower when changing the operating angle of the intake valve. While suppressing this, the operating angle of the intake valve can be changed.

ところで、内燃機関には、排気弁の駆動装置に可変動弁機構が配置されている場合がある。排気弁に可変動弁機構が配置されている場合には、排気弁の閉弁時期を調整することができる。このため、吸気カムを切替えるときの内部EGR量の変化を抑制するために、排気弁の閉弁時期を変更することができる。   By the way, in an internal combustion engine, a variable valve mechanism may be arranged in an exhaust valve drive device. When the variable valve mechanism is arranged in the exhaust valve, the closing timing of the exhaust valve can be adjusted. For this reason, in order to suppress the change of the internal EGR amount when the intake cam is switched, the valve closing timing of the exhaust valve can be changed.

例えば、吸気カムを小作用角カムから大作用角カムに変更した場合には、排気弁の駆動装置の可変動弁機構の動作の時間遅れを考慮して、早めに内部EGR量が減少したりする方向に排気弁の閉弁時期を変更することができる。内部EGR量が急激に増加するために、排気弁の閉弁時期を早くする(進角する)制御を行うことができる。   For example, when the intake cam is changed from the small working angle cam to the large working angle cam, the internal EGR amount is reduced early in consideration of the time delay of the operation of the variable valve mechanism of the exhaust valve drive device. It is possible to change the valve closing timing of the exhaust valve in the direction in which the valve is closed. Since the internal EGR amount increases rapidly, it is possible to perform control for advancing (advancing) the closing timing of the exhaust valve.

ところが、排気弁の閉弁時期を変更すると、機関排気通路において圧力が振動する排気脈動が変化し、排気脈動の変化に起因して吸気量が変化する場合がある。この結果、トルク変動が生じる場合がある。このために、排気弁に可変動弁機構が配置されている場合においても、吸気カムを切替える時には排気弁の駆動装置に配置された可変動弁機構による内部EGR量の調整を禁止する制御を行うことができる。本実施の形態のように、内部EGR量の急激な変化を機械圧縮比の変更により抑制することにより、吸気カムを切替える時のトルク変動をより確実に抑制することができる。   However, if the closing timing of the exhaust valve is changed, the exhaust pulsation in which the pressure oscillates in the engine exhaust passage changes, and the intake air amount may change due to the change in the exhaust pulsation. As a result, torque fluctuation may occur. For this reason, even when a variable valve mechanism is disposed on the exhaust valve, when the intake cam is switched, control is performed to prohibit adjustment of the internal EGR amount by the variable valve mechanism disposed in the exhaust valve drive device. be able to. As in this embodiment, by suppressing the rapid change in the internal EGR amount by changing the mechanical compression ratio, it is possible to more reliably suppress the torque fluctuation when the intake cam is switched.

本実施の形態においては、車両に取り付けられている内燃機関を例示して説明を行なったが、この形態に限られず、任意の装置や設備等に配置されている内燃機関に本発明を適用することができる。   In the present embodiment, the internal combustion engine attached to the vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention is applied to an internal combustion engine disposed in an arbitrary device or facility. be able to.

上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。   In the respective drawings described above, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. In the embodiment, the change shown in a claim is included.

1 クランクケース
2 シリンダブロック
4 ピストン
5 燃焼室
6 点火栓
13 燃料噴射弁
17 スロットル弁
30 電子制御ユニット
54,55 カムシャフト
56,58 円形カム
57 偏心軸
59 駆動モータ
61 ウォーム
70 吸気カムシャフト
71 弁制御装置
73a 小作用角カム
73b 大作用角カム
75 カム切替え装置
75b スリッパ
75c ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 2 Cylinder block 4 Piston 5 Combustion chamber 6 Spark plug 13 Fuel injection valve 17 Throttle valve 30 Electronic control unit 54,55 Camshaft 56,58 Circular cam 57 Eccentric shaft 59 Drive motor 61 Warm 70 Intake camshaft 71 Valve control Device 73a Small working angle cam 73b Large working angle cam 75 Cam switching device 75b Slipper 75c Roller

Claims (6)

ピストンが上死点に到達したときの燃焼室の容積を変更することにより機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
吸気弁の作用角を段階的に切替え可能な可変作用角機構とを備え、
内燃機関の運転状態に応じた基準機械圧縮比が予め定められており、
内燃機関の運転状態が変化して吸気弁の作用角を切替えるべき時には、基準機械圧縮比に基づいた設定機械圧縮比を設定し、設定機械圧縮比に向かって機械圧縮比の変更を開始した後に吸気弁の作用角の切替えを実行し、吸気弁の作用角を切替えた後に機械圧縮比を設定機械圧縮比から基準機械圧縮比に変更することを特徴とする、内燃機関。
A variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio by changing the volume of the combustion chamber when the piston reaches top dead center;
With a variable working angle mechanism that can switch the working angle of the intake valve in stages,
A reference mechanical compression ratio according to the operating state of the internal combustion engine is predetermined,
When the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve should be switched, after setting the set mechanical compression ratio based on the reference mechanical compression ratio and starting changing the mechanical compression ratio toward the set mechanical compression ratio An internal combustion engine characterized by changing the working angle of the intake valve and changing the mechanical compression ratio from the set mechanical compression ratio to the reference mechanical compression ratio after switching the working angle of the intake valve.
内燃機関の運転状態が変化して、可変作用角機構により吸気弁の作用角を大きく変更する場合には、設定機械圧縮比を基準機械圧縮比よりも高く設定する、請求項1に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve is greatly changed by the variable operating angle mechanism, the set mechanical compression ratio is set higher than the reference mechanical compression ratio. organ. 内燃機関の運転状態が変化して、可変作用角機構により吸気弁の作用角を小さく変更する場合には、設定機械圧縮比を基準機械圧縮比よりも低く設定する、請求項1または2に記載の内燃機関。   The set mechanical compression ratio is set to be lower than the reference mechanical compression ratio when the operating state of the internal combustion engine changes and the operating angle of the intake valve is changed to be smaller by the variable operating angle mechanism. Internal combustion engine. 機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、機械圧縮比を予め定められた時間長さで設定機械圧縮比に維持する、請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the mechanical compression ratio is maintained at the set mechanical compression ratio for a predetermined length of time after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio. 吸気弁の作用角を切替える場合に、機械圧縮比が設定機械圧縮比に到達した後に、作用角の切替えを開始する、請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein when the operating angle of the intake valve is switched, the switching of the operating angle is started after the mechanical compression ratio reaches the set mechanical compression ratio. 可変作用角機構は、吸気弁の開閉を行うための小作用角カムと、小作用角カムよりも吸気弁の作用角が大きくなる大作用角カムとを含み、小作用角カムと大作用角カムとを切替えることにより吸気弁の作用角を切替える、請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関。   The variable working angle mechanism includes a small working angle cam for opening and closing the intake valve and a large working angle cam in which the working angle of the intake valve is larger than the small working angle cam. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a working angle of the intake valve is switched by switching a cam.
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