JP2518878B2

JP2518878B2 - 可変圧縮比型内燃機関の点火時期制御装置

Info

Publication number: JP2518878B2
Application number: JP62320313A
Authority: JP
Inventors: 正明内田; 国章沢本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH01163468A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、機関運転条件に応じて高圧縮比と低圧縮
比との切り換えが行われる可変圧縮比型内燃機関におけ
る点火時期制御装置に関する。

従来の技術低負荷時における熱効率の向上と高負荷時におけるノ
ッキングの抑制との両立などを図るために、従来から種
々の可変圧縮比型内燃機関が提案されている。例えば、
実開昭58−25637号公報には、各気筒のピストンを、イ
ンナピストンとアウタピストンとの二重構造とし、イン
ナピストンに対しアウタピストンを上下動させることで
圧縮比を変化させるようにした圧縮比可変機構が、また
特開昭60−230548号公報には、シリンダヘッドに副シリ
ンダを形成し、該副シリンダ内の副ピストンを上下動さ
せることで圧縮比を変化させるようにした圧縮比可変機
構がそれぞれ記載されている。

この可変圧縮比型内燃機関においては、上記圧縮比可
変機構は機関運転条件、主に負荷に応じて切り換え制御
され、一般に、低負荷領域では高圧縮比（以下、高εと
略記する）状態に、高負荷領域では低圧縮比（以下、低
εと略記する）状態に制御される。

一方、内燃機関の点火時期は例えば機関回転数と負荷
とをパラメータとしたデータマップに基づいて制御され
るが、可変圧縮比型内燃機関にあっては、上記データマ
ップにおけるデータつまり最適点火時期は、当然のこと
ながら、その時の圧縮比を前提として要求点火時期に添
うように予め決定されている。つまり、低ε状態では、
高ε状態の場合よりも、ある程度点火時期を進角させる
ことが可能であるので、機関運転条件の低ε領域（低ε
に制御される領域、つまり概ね高負荷状態）では点火時
期が全体として進み側の特性に、また高ε領域（高εに
制御される領域、つまり概ね低負荷状態）では、全体と
して遅れ側の特性に設定される。そして、圧縮比の切り
換え点付近では、点火時期が不連続な特性となる。

発明が解決しようとする問題点従って、例えば機関の負荷（例えば基本燃料噴射量Tp
等）が第６図に示すように、徐々に増加したとすると、
ある点で圧縮比可変機構が高εから低εへ切り換えられ
ると同時に、基本点火時期が実線（イ）に示すように高
ε用の特性から低ε用の特性に移るべく急激に進角する
ことになる。

しかしながら、油圧等によって作動する圧縮比可変機
構が、高ε状態から低ε状態に完全に移行するまでに
は、一般にある程度の遅れ時間が存在する。従って、そ
の間、実際の圧縮比に対し、点火時期が進みすぎた状態
となり、この結果ノッキングを生じる虞れがある。

また逆に、低ε状態から高ε状態に切り換わる際に
は、圧縮比可変機構の応答遅れに伴って一時的に点火時
期を遅れすぎた状態となり、出力の低下等を招いてしま
う。

問題点を解決するための手段この発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、第１図に示すように、機関運転条件に応じ
て高圧縮比（高ε）と低圧縮比（低ε）との切り換えが
行われる圧縮比可変機構を備えてなる可変圧縮比型内燃
機関において、各機関運転条件に対し、そのときの圧縮
比状態を考慮した１種類の基本点火時期が予め設定され
てなる基本点火時期記憶手段６と、上記圧縮比可変機構
が高圧縮比状態にあるか低圧縮比状態にあるかを判定す
る圧縮比判定手段１と、高圧縮比から低圧縮比への切り
換え時に起動する第１タイマ手段２と、低圧縮比から高
圧縮比への切り換え時に起動する第２タイマ手段３と、
上記第１タイマ手段２の経過時間に応じて徐々に０とな
るような特性で遅角側への補正量を設定する第１補正量
設定手段４と、上記第２タイマ手段３の経過時間に応じ
て徐々に０となるような特性で進角側への補正量を設定
する第２補正量設定手段５と、実際の機関運転条件に対
応した基本点火時期に上記補正量を加えて点火時期を決
定する点火時期補正手段７と、を備えたことを特徴とし
ている。

作用圧縮比可変機構が高εから低εへ切り換えられる時
に、基本点火時期は前述したように急激に進角する。し
かし、上記第１タイマ手段２の経過時間に応じて点火時
期が一時的に遅角側へ補正されるので、圧縮比可変機構
の応答遅れに伴う要求点火時期とのずれが回避される。

また逆に、低εから高εへ切り換わる際には、基本点
火時期は急激に遅角するが、第２タイマ手段３の経過時
間に応じて一時的に点火時期が進角側へ補正されるの
で、やはり圧縮比可変機構の応答遅れに伴う要求点火時
期とのずれを回避できる。

そして、上記の遅角側もしくは進角側への補正量は、
切り換え後の時間経過に伴って徐々に０となり、急激な
点火時期の変化は生じない。

実施例第２図は、この発明に係る可変圧縮比型内燃機関の点
火時期制御装置の一実施例を示す構成説明図である。

同図において、11は燃料噴射弁12および点火プラグ13
を備えてなる内燃機関であり、この内燃機関11は、例え
ばピストン14部分に後述する圧縮比可変機構を備えてい
る。

15は上記内燃機関11の吸入空気量を検出するエアフロ
メータ、16はクランク角センサ17を内蔵したディストリ
ビュータ、18は点火コイル、19はこの点火コイル18の一
次電流を遮断するトランジスタイグナイタをそれぞれ示
している。

20は、上記点火プラグ13の点火時期および燃料噴射弁
12の燃料噴射量等を制御するマイクロコンピュータから
なるコントロールユニットであり、このコントロールユ
ニット20には、エアフロメータ15およびクランク角セン
サ17等から吸入空気量信号および回転数信号等が入力さ
れている。そして、このコントロールユニット20は所定
のプログラムに従って演算処理を行い、上記燃料噴射弁
12やトランジスタイグナイタ19は所定の制御信号を出力
している。

第３図は、上記ピストン14部分に内蔵された圧縮比可
変機構の一構成例を示している。第３図において、21は
コネクティングロッド、22は上記コネクティングロッド
21の小端部にピストンピン23を介して連結されたインナ
ピストン、24はこのインナピストン22の外側い摺動可能
に嵌合配置されたカップ状のアウタピストンをそれぞれ
示している。上記アウタピストン24の冠部裏面ならびに
インナピストン22上面は互いに略密接し得るような平滑
面に形成されており、両者間に上部液室25が形成されて
いる。また、アウタピストン24の下端部内周に、ストッ
パとなる円環部材26が螺着しており、この円環部材26の
上面と、これに対向したインナピストン22の外周部下面
との間に、下部液室27が形成されている。なお、第３図
では高ε状態つまりアウタピストン24が上限位置に移動
した状態を示しているので、下部液室27は押し潰された
状態にある。

上記ピストンピン23は、上記インナピストン22に一対
のスナップリング28を介して保持されているもので、こ
れは略円筒状をなし、かつその内周に、シリンダ部29が
貫通形成されている。上記シリンダ部29は、一端部が大
径部29aに、他端部が小径部29bに形成されており、その
内部にスプール弁30が摺動可能に収納されている。この
スプール弁30は、上記大径部29a内周に嵌合した第１弁
体部31を一端に有し、かつ他端に、シリンダ部29の小径
部29b内周に嵌合した第２弁体部32を有している。そし
て、上記シリンダ部29内に、上記第１弁体部31および第
２弁体部32によって作動液室33が隔成されている。ま
た、上記スプール弁30は、第１弁体部31側に配設された
コイルスプリング34によって第２弁体部32側へ向けて常
時付勢されている。なお、35は中心部に開口部35aを有
するストッパ、36はスプリングシートである。

上記作動液室33はコネクティングロッド21内に形成さ
れた主通路37に逆止弁38を介して連通しており、上記逆
止弁38により作動液室33内への油の流入のみが許容され
ている。なお、上記主通路37は機関潤滑系のオイルポン
プに連通しており、格別な油圧制御を行うことなく、機
関潤滑油の一部が圧送されてくるようになっている。

また、上記作動液室33と上部液室25との間には、上部
供給通路39が形成されている。この上部供給通路39は、
上部液室25側への油の流入のみを許容する逆止弁40を有
している。また、上記上部供給通路39は、シリンダ部29
の小径部29bに開口し、スプール弁30が図の左方向へ摺
動したときにのみ閉塞される位置にある。更に、41は上
部液室25と作動液室33との間に設けられた信号圧力通路
であり、この信号圧力通路41はスプール弁30の位置に拘
わらず常に両者を連通し、燃焼圧力に起因する上部液室
25の圧力変動を作動液室33に伝達している。

また、上記作動液室33と下部液室27との間には、下部
供給通路42が設けられている。この下部供給通路42は、
スプール弁30の位置に拘わらず作動液室33と連通してお
り、かつその通路中に、下部液室27側への通流のみを許
容する逆止弁43が設けられている。

また、上記シリンダ部29の小径部29bには、上記上部
供給通路39の他に、上部排出通路44が形成されている。
この上部排出通路44は、一端が上部液室25に連通し、か
つ他端が小径部29b内周面、詳しくはスプール弁30がス
トッパ35に当接している状態では閉塞され、かつスプー
ル弁30が図の左方向へ摺動したときに開放され得る位置
に開口形成されている。

上記構成の圧縮比可変機構は、燃焼室内の燃焼圧力つ
まり機関負荷に応じて自動的に圧縮比の切り換えが行わ
れるものであり、燃焼圧力が低い低負荷時には、高圧縮
比状態となる。すなわち、主通路37を通して作動液室33
内に圧送された潤滑油は、上部供給通路39を通して上部
液室25内に流入する。このとき、上部排出通路44はスプ
ール弁30によって閉塞されているため、上部液室25内に
発生する油圧によってアウタピストン24がインナピスト
ン22に対し上方に押し上げられ、高ε状態となる。な
お、このとき下部液室27も下部供給通路42を通して作動
液室33と連通しているが、この下部液室27におけるアウ
タピストン24の受圧面積は、上部液室25におけるアウタ
ピストン24の受圧面積よりも遥かに小さいため、アウタ
ピストン24は前述したように上方に移動し、下部液室27
は押し潰された状態となる。

一方、内燃機関が高負荷状態となると必然的に燃焼圧
力が上昇し、膨張工程の初期においてアウタピストン24
上面にその大きな燃焼圧力が作用する。これにより、上
部液室25内の油圧は非常に高圧となり、その圧力が信号
圧力通路41を通して作動液室33内に伝達される。つま
り、作動液室33内の油圧が燃焼圧力に伴って上昇するこ
とになり、この結果、スプール弁30は、第1,第２弁体部
31,32の受圧面積差によりコイルスプリング34の付勢力
に抗して図中左方向へ速やかに摺動する。従って、上部
排出通路44が開放され、上部液室25内の潤滑油が外部へ
排出される。そのため、アウタピストン24は燃焼圧力を
受けて下動し、低ε状態となる。なお、このとき下部液
室27へは作動液室33から潤滑油が供給されて、アウタピ
ストン24をインナピストン22に対し下方に付勢する。そ
のため、慣性力等におるアウタピストン24の相対移動が
防止される。

このように、上記圧縮比可変機構は、燃焼圧力によっ
て低ε状態，高ε状態に切り換えられる。この結果、負
荷（例えば基本燃料噴射量Tp）と機関回転数をパラメー
タとした場合に、第５図に示すような特性で、低ε領域
と高ε領域とが分けられることになる。

次に、上記実施例における点火時期制御について説明
する。

定常運転時の点火時期は、基本的にはコントロールユ
ニット20内に与えられたデータマップから逐次ルックア
ップされる基本点火時期に基づいて決定される。上記基
本点火時期のデータマップは、機関回転数と負荷（基本
燃料噴射量Tp）とをパラメータとして設定されており、
特に、圧縮比可変制御を考慮した要求点火時期に添すよ
うに設定されている。つまり、低ε領域内の基本点火時
期は、低ε状態であることを前提として比較的進み側に
設定されており、また高ε領域内の基本点火時期は、高
ε状態であることを前提として比較的遅れ側に設定され
ている。

従って、定常運転状態であれば、低ε，高εに拘わら
ず最適点火時期が確保できる。

一方、圧縮比可変機構が切り換え作動する際には、前
述したように、実際の圧縮比切り換えの応答遅れに伴
い、要求点火時期と定常時の基本点火時期との間でずれ
が生じる。そこで、これを防止するために第４図に示し
たフローチャートに従って点火時期の補正が行われる。

以下、この点火時期補正の処置手順について説明す
る。なお、この第４図の補正量演算ルーチンは、時間同
期もしくは機関回転に同期した形で繰り返し実行される
ものである。

初めに、ステップ１で機関回転数Ｎと負荷つまり基本
燃料噴射量Tpを読み込む。そして、ステップ２で回転数
Ｎに基づき、そのときの低ε領域と高ε領域との境界と
なるしきい値TpOを求める。これは、第５図に示した圧
縮比可変機構の切り換え特性がデータマップとしてコン
トロールユニット20内に与えられており、回転数Ｎに対
応する境界値を逐次読み出すことによって行われる。

次に、ステップ３でそのときの負荷Tpをしきい値TpO
と比較し、低ε領域であるか高ε領域であるかを判定す
る。つまり、負荷TpがTpO以上であれば、機関運転条件
は低ε領域にあり、TpO以下であれば高ε領域にある。

すなわち、ステップ１〜３により、負荷と回転数に基
づいて圧縮比可変機構のとるべき状態（高ε状態又は低
ε状態）が判定され、圧縮比判定手段を構成する。

また、このルーチンでは、前回低ε領域にあったか高
ε領域にあったかをフラグHLによって判定している（ス
テップ4,13）。このフラグHLが「０」であれば、前回低
ε領域にあったことを意味し、「１」であれば、前回高
ε領域にあったことを意味する。

一例として、高ε領域から低ε領域を移行した場合の
流れを説明すると、ステップ３からステップ４へ進み、
かつ前回は高ε領域にあったので、ステップ5,6へと進
む。ステップ５では、タイマTM2をクリアし、かつステ
ップ６でタイマTM1を起動する。つまり、上記タイマTM1
は、低ε領域に移行してからの経過時間を示すことにな
る。ステップ７では、上記タイマTM1の値を所定値t₁と
比較する。そして、t₁以下であれば、ステップ８へ進
み、点火時期の補正量ADVHを所定値−Ｒに設定する。そ
して、ステップ12でフラグHLを「０」とし、一回のルー
チンが終了する。

次回は、ステップ４でフラグHLが「０」であるから、
ステップ４からステップ７へ進む。そして、タイマTM1
の値が所定値t₁に達するまで、補正量ADVHが−Ｒに保た
れる（ステップ８）。

また以上のルーチンが繰り返されて、タイマTM1の値
が所定値t₁に達したら（ステップ７）、以後はステップ
７からステップ９へ進み、補正量ADVHを徐々に「０」に
近づける。そして、補正量ADVHが「０」に達したら（ス
テップ10）、以後は補正量ADVHを「０」に固定する（ス
テップ11）。

実際の内燃機関11の点火時期は、データマップから求
めた基本点火時期に、上記のようにして求めた補正量AD
VHを加えたものとなる。つまり、高ε領域から低ε領域
へ移行した際には、点火時期が一時的に遅角側に補正さ
れることになる。

第６図は、内燃機関11の負荷を徐々に増大させた場合
の点火時期等の変化状況を示したもので、負荷Tpがしき
い値TpOに達した段階で、圧縮比可変機構が低ε側に切
り換えを開始し、かつ基本点火時期は実線（イ）に示す
ように全体として進角側に変化する。しかし、同時に補
正量ADVHが図示するように遅角側に与えられるので、実
際に得られる点火時期は、破線（ロ）のような特性とな
る。この結果、圧縮比可変機構の低εへの応答遅れに伴
うノッキングを確実に防止することができる。

次に、運転条件が低ε領域から高ε領域に移行した場
合の補正量の演算について説明する。すなわち、この場
合には、ステップ３からステップ13へ進み、ここでフラ
グHLの判定を行う。この場合には、前回は低ε領域にあ
り、フラグHLは「０」であるので、ステップ14,15へ進
み、タイマTM1をクリアするとともに、タイマTM2を起動
する。そして、ステップ16で、タイマTM2の値を所定値t
₂と比較する。

そして、上記タイマTM2の値がt₂に達するまでの間
は、補正量ADVHを一定値Ｒとする（ステップ17）。ま
た、タイマTM2の値が所定値t₂に達したら、ステップ16
からステップ18へ進み、補正量ADVHを徐々に減少させ
る。最終的に、補正量ADVHが「０」となったら（ステッ
プ19）、この補正量ADVHを「０」に固定する（ステップ
20）。なお、前述したように、一旦高ε領域に移った場
合には、フラグHLが「１」となる（ステップ21）。

従って、この低ε領域から高ε領域への移行時には、
点火時期が一時的に進角側に補正される。

第７図は、内燃機関11の負荷Tpを徐々に減少させた場
合の点火時期等の変化状況を示している。この場合に
も、負荷Tpがしきい値TpOに達した時点で、圧縮比可変
機構の高ε側への機械的な切り換え作動が開始されると
同時に、基本点火時期が高ε用の特性に変化する。つま
り、全体として遅れ側の特性（実線（ハ））となる。し
かし、補正量ADVHが進角側に与えられるので、実際の点
火時期は、破線（ニ）として示すような特性となる。従
って、圧縮比可変機構の応答遅れに対し、実際の点火時
期が遅れすぎてしまうことがなく、出力の低下等を回避
できる。

なお、上記実施例では、低ε，高εの切り換えの開始
時点からしばらくの間一定量の補正を行い、かつその後
補正量を徐々に「０」とするようにしているが、この発
明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜な補
正を行うように変更することができる。

また、上記実施例では、圧縮比可変機構として、燃焼
圧力によって自動的に圧縮比切り換え制御が行われる形
式のものを説明したが、この発明は、例えば実開昭58−
25637号公報に示されているように、圧縮比切り換えを
外部から制御するものにおいても同様に適用できる。こ
の場合には、高ε状態に制御しているか低ε状態に制御
しているかを内部信号から直接に検出することができる
ので、前述したしきい値TpOを用いた領域判定は不要と
なる。

発明の効果以上の説明で明らかなように、この発明に係る可変圧
縮比型内燃機関の点火時期制御装置によれば、高圧縮比
から低圧縮比への切り換え時に一時的に点火時期が遅角
側へ補正され、また低圧縮比から高圧縮比への切り換え
時に点火時期が一時的に進角側へ補正されるので、圧縮
比可変機構の応答遅れによて実際の圧縮比が十分に切り
換わっていない段階においても、適切な点火時期を与え
ることができる。従って、点火時期の進みすぎによるノ
ッキングや遅れすぎによる出力低下等を確実に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すクレーム対応図、第２図
はこの発明に係る点火時期制御装置の一実施例を示す構
成説明図、第３図は圧縮比可変機構の一実施例を示す断
面図、第４図は上記実施例における点火時期補正量の演
算ルーチンを示すフローチャート、第５図はしきい値Tp
Oの特性図、第６図は高ε領域から低εへの移行時の作
用を説明するタイムチャート、第７図は低ε領域から高
ε領域への移行時の作用を説明するタイムチャートであ
る。１……圧縮比検出手段、２……第１タイマ手段、３……
第２タイマ手段、４……第１補正量設定手段、５……第
２補正量設定手段、６……基本点火時期記憶手段、７…
…点火時期補正手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関運転条件に応じて高圧縮比と低圧縮比
との切り換えが行われる圧縮比可変機構を備えてなる可
変圧縮比型内燃機関において、各機関運転条件に対し、
そのときの圧縮比状態を考慮した１種類の基本点火時期
が予め設定されてなる基本点火時期記憶手段と、上記圧
縮比可変機構が高圧縮比状態にあるか低圧縮比状態にあ
るかを判定する圧縮比判定手段と、高圧縮比から低圧縮
比への切り換え時に起動する第１タイマ手段と、低圧縮
比から高圧縮比への切り換え時に起動する第２タイマ手
段と、上記第１タイマ手段の経過時間に応じて徐々に０
となるような特性で遅角側への補正量を設定する第１補
正量設定手段と、上記第２タイマ手段の経過時間に応じ
て徐々に０となるような特性で進角側への補正量を設定
する第２補正量設定手段と、実際の機関運転条件に対応
した基本点火時期に上記補正量を加えて点火時期を決定
する点火時期補正手段と、を備えたことを特徴とする可
変圧縮比型内燃機関の点火時期制御装置。