JP2592075B2 - 可変圧縮比型内燃機関の制御装置 - Google Patents

可変圧縮比型内燃機関の制御装置

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JP2592075B2 JP26316987A JP26316987A JP2592075B2 JP 2592075 B2 JP2592075 B2 JP 2592075B2 JP 26316987 A JP26316987 A JP 26316987A JP 26316987 A JP26316987 A JP 26316987A JP 2592075 B2 JP2592075 B2 JP 2592075B2
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安雄 高島
誠之助 原
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、圧縮比を可変とした可変圧縮比型内燃機
関において、圧縮比切り換え時の各気筒のトルク不均一
に起因する回転変動を防止するようにした可変圧縮比型
内燃機関の制御装置に関する。
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。
ところで、多気筒内燃機関に上記のような圧縮比可変
機構を適用した場合には、各気筒の圧縮比可変機構の特
性のばらつきなどによって、圧縮比切り換え時に各気筒
の圧縮比が不均一となる虞れがある。特に、上記実開昭
58−25637号公報記載のように、油圧によりスプール弁
を駆動して圧縮比切り換えを行うものでは、各気筒の圧
縮比可変機構に同一の油圧を供給したとしても、その切
換点に多少のばらつきが生じ易く、この結果、圧縮比が
各気筒で一時的に異なり易い。すなわち、上記公報に記
載の装置では、第2図に示すように供給油圧が高い場合
に高圧縮比状態となり、供給油圧が低い場合に低圧縮比
状態となるのであるが、ある油圧を境としてスプール弁
がオン,オフ的に作動するので、圧縮比はかなり急激に
切り換わることになる。そのため、各気筒間で圧縮比が
大きく異なる状況が過渡的に発生する。
そして、このように多気筒内燃機関の各気筒で圧縮比
が異なると、当然のことながら各気筒での発生トルクが
不均一となるので、クランク軸の回転変動が引き起こさ
れる。この回転変動は、第3図に示すように、気筒間の
圧縮比の較差に応じて大きなものとなる。
一方、このようなクランク軸の回転変動は、圧縮比可
変機構を具備しない多気筒内燃機関においても僅かなが
ら存在する。そのため、従来、特開昭59−49372号公報
において、各気筒の発生トルクの較差を小さくするよう
にした内燃機関の制御装置(但し、これは圧縮比固定型
のものである)が提案されている。これは、各気筒に筒
内圧センサを設けて気筒毎の最大燃焼圧を求め、ある気
筒の最大燃焼圧が全気筒の平均値よりも高い場合には、
当該気筒の点火時期を遅角させ、またある気筒の最大燃
焼圧が全気筒の平均値よりも低い場合には、当該気筒の
点火時期を進角させて、発生トルクを均一化させるよう
にしたものである。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来のように、各気筒の最大燃焼
圧を検出するものでは、サイクル毎の燃焼状態の違いに
よって最大燃焼圧が各サイクルで大きく変動するため、
圧縮比切り換え時のような過渡的な回転変動を応答性良
く補正することは到底不可能である。すなわち、第4図
のインジケータ線図において実線は所定の低圧縮比状態
の下での燃焼圧力変化を示し、また破線は所定の高圧縮
比状態の下での燃焼圧力変化を示しているが、例えば実
線の低圧縮比状態に圧縮比を固定しておいても、図中に
一点鎖線で示すように、各サイクル毎に最大燃焼圧PMAX
が大きく変動する。従って、この最大燃焼圧PMAXが平均
値からずれていたとしても、それがサイクル毎の変動に
よるものか、圧縮比のばらつきによるものか判定するこ
とはできず、的確な補正を行うことはできない。
問題点を解決するための手段 この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたも
ので、圧縮比のみに起因して変動する非燃焼中の筒内圧
力に基づき、過渡的な圧縮比の不均一を打ち消すように
点火時期もしくは燃焼供給量を制御するようにしたもの
である。すなわち、この発明に係る可変圧縮比型内燃機
関の制御装置は、第1図に示すように、各気筒毎に圧縮
比可変機構を備えてなる多気筒内燃機関1において、各
気筒毎に配設されて各筒内圧力をそれぞれ検出する筒内
圧センサ2と、点火直前もしくは燃焼終了後に設定され
る所定クランク角における筒内圧力の全気筒の平均値を
演算する手段3と、各気筒の上記所定クランク角におけ
る筒内圧力を上記平均値と比較して偏差を求める手段4
と、この偏差に応じて当該気筒の点火時期もしくは当該
気筒の内燃供給量を補正する手段5とを備えて構成され
ている。
作用 第4図に示すように、低圧縮比状態(実線)と高圧縮
比状態(破線)とでは、その圧縮比差により高圧縮比状
態の方が筒内圧力は高くなる。ここで、燃焼開始から燃
焼終了までの間の燃焼圧力は、前述したように、種々の
要因により各サイクル毎で大きく変化するため、低圧縮
比状態での最大燃焼圧PMAXが高圧縮比状態での最大燃焼
圧PMAXを上回る可能性もある。しかし、第4図にA点も
しくはB点として示すように、点火直前もしくは燃焼終
了後のクランク角においては、燃焼状態に左右されず
に、常に一定量だけ圧縮比差に基づく筒内圧力差が生じ
る。従って、A点における筒内圧力PAもしくはB点にお
ける筒内圧力PBを検出し、これが全気筒で略均一となる
ように制御してやれば、圧縮比切り換え時の過渡的な圧
縮比のばらつきを相殺することができる。
すなわち、例えばある気筒の所定クランク角における
筒内圧力PAもしくはPBが全気筒の平均値よりも高い場合
には、当該気筒の点火時期を遅角させ、あるいは当該気
筒の燃料供給量を減少させる。また、ある気筒の所定ク
ランク角における筒内圧力PA,PBが全気筒の平均値より
も低ければ、当該気筒の点火時期を進角させ、あるいは
当該気筒の燃料供給量を増大させる。これにより、各気
筒の発生トルクが略均一となる。
実施例 第5図は、この発明に係る可変圧縮比型内燃機関の制
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は内燃機関であり、この内燃機関11
は例えばピストン内に組み込んだ圧縮比可変機構を各気
筒毎に備えており、機関の負荷などに応じて低圧縮比,
高圧縮比の切り換えが行われるようになっている。図示
例では、上記内燃機関11は、4気筒機関であり、各気筒
の点火プラグ12取付部に、各気筒の筒内圧力をそれぞれ
検出する例えば圧電素子等を用いた座金状の筒内圧セン
サ13が配設されている。なお、14は上記点火プラグ12に
それぞれ対応して設けられた点火コイルである。また、
上記内燃機関11のクランク軸に対し、クランク角センサ
15が配設されている。このクランク角センサ15は、一定
クランク角毎、例えば1度毎にパルス信号を送出すると
ともに、各気筒の圧縮上死点前所定位置、例えば上死点
前180度に基準パルス信号を送出するようになってい
る。そして、16は上記内燃機関11の点火時期制御や燃料
噴射量制御等を司るマイクロコンピュータシステムを用
いたコントロールユニットを示している。
上記コントロールユニット16は、第6図に示すよう
に、各筒内圧センサ13の検出信号が増幅器17およびA/D
変換器18を介して入力されるとともに、クランク角セン
サ15のパルス信号が入力される入力ポート19と、点火コ
イル14駆動用のパワートランジスタ20に点火信号を出力
する出力ポート21と、種々の演算処理を行うCPU22と、
所定のプログラムやデータが格納されたROM23やRAM24な
どから構成されている。
上記構成においては、各気筒の点火時期はROM23内に
予め与えられたデータテーブルに基づき、機関運転条件
(回転数,負荷等)に応じた進角値がルックアップされ
て、点火時期制御がなされる。そして、所定クランク角
における筒内圧力が不均一となった場合には、その筒内
圧力の偏差に基づき点火時期の補正がなされるのであ
る。
筒内圧力を各気筒で比較するためのクランク角として
は、点火進角値の変化に拘わらず常に点火直前となるク
ランク角、例えば上死点前50度に設定されている。つま
り、各気筒において、点火直前の上死点前50度における
筒内圧力が順次検出され、RAM24内に一時的に記憶され
る。
第7図は、こうして記憶した所定クランク角における
筒内圧力に基づいた点火時期補正のプログラムを示すフ
ローチャートである。なお、このプログラムは、各気筒
の点火の度に実行される。
これを説明すると、まず、ステップ1で所定クランク
角における筒内圧力の全気筒平均値POが演算される。こ
れは、例えば、これ以前に点火した4気筒分の筒内圧力
を単純平均することによって求められる。次に、ステッ
プ2で該当する気筒(N番気筒)の所定クランク角にお
ける筒内圧力PNと、上記ステップ1で求めた平均値PO
の偏差ΔPNを算出する。前述したように、この偏差ΔPN
は各気筒の圧縮比の偏差に概ね相当する。
次に、ステップ3では、この偏差ΔPNの絶対値が許容
される範囲内であるか否かを判定している。すなわち、
その偏差ΔPNの絶対値が所定値K以下であれば、格別な
補正は行わず、機関運転条件に応じた点火進角値θがそ
のまま出力される。一方、ΔPNが許容範囲よりも大きけ
れば、ステップ4へ進み、偏差ΔPNの正負の判定を行
う。この偏差ΔPNが正であれば、当該気筒の圧縮比が平
均圧縮比よりも高く、その発生トルクが他の気筒よりも
大きくなる訳であるから、ステップ5へ進み、点火進角
θを遅角側へ補正する。具体的には、θ=θ−α・ΔPN
/POとして偏差ΔPNの大きさに応じた補正を行う。な
お、αは常数、例えば10度である。また、ステップ4で
偏差ΔPNが負であれば、当該気筒の筒内圧力が平均値よ
りも低く、その発生トルクが他の気筒よりも小さい訳で
あるから、ステップ6へ進んで、当該気筒の点火進角θ
を進角側へ補正する。具体的には、θ=θ+β・ΔPN
POとして偏差ΔPNに応じた補正を行う。なお、βは常
数、例えば5度である。なお、α,βを運転条件に応じ
て異なる値に予め設定しておき、これをルックアップす
るようにしても良い。
従って、上記実施例によれば、圧縮比の切り換え時に
一部気筒の切り換え動作が遅れたような場合に、圧縮比
が平均値よりも高くなっている気筒について点火時期を
遅角することで発生トルクが抑制され、また圧縮比が平
均値よりも低くなっている気筒については点火時期を進
角させることで発生トルクの増大が図られる。この結
果、各気筒の発生トルクは圧縮比の不均一にも拘わらず
略均一なものとなり、クランク軸に生じる回転変動を極
めて小さな範囲に抑制することができる。
次に、第8図〜第10図は、圧縮比が不均一となった場
合に燃料噴射量を補正して発生トルクを均一化するよう
にした実施例を示している。
すなわち、この実施例は、例えば第8図に示すよう
に、各気筒毎に燃料噴射弁25が配設された形式の内燃機
関11に適用されるものである。第9図は、この場合の燃
料噴射量補正プログラムを示すフローチャートである。
この場合には、ステップ4である気筒の筒内圧力の偏差
ΔPNが正であった場合には、ステップ5へ進み、燃料噴
射量(噴射パルス幅)Tpを減少させ、つまりリーン側に
補正する。また、ステップ4で偏差ΔPNが負であれば、
ステップ4からステップ6へ進み、燃料噴射量Tpを増量
させ、つまりリッチ側に補正する。なお、ステップ5,6
におけるα,βはそれぞれ常数であり、例えばαが1m
s、βが0.8ms程度に設定される。
第10図は、空燃比と発生トルクとの関係を示したもの
で、通常は理論空燃比近傍で運転が行われているため、
これよりもリッチ側に補正すれば発生トルクが増大し、
リーン側へ補正すれば発生トルクが減少する。従って、
上記のように筒内圧力の偏差ΔPNに応じて燃料噴射量を
リッチ側もしくはリーン側へ補正することによって、当
該気筒の発生トルクが増減変化することになり、この結
果、前述した実施例と同様に、各気筒での発生トルクを
略均一に維持することができる。
なお、各気筒の筒内圧力の比較を行うクランク角とし
ては、前述したように、例えば上死点前50度程度に固定
的に設定しておいても良いが、常に点火時期の一定クラ
ンク角前になるように、そのときの点火時期に応じて設
定するようにすることも可能である。また、上記実施例
では第4図のA点について筒内圧力の比較を行っている
が、第4図のB点について筒内圧力の比較を行うように
しても良い。勿論、A点,B点の双方について筒内圧力の
比較を行い、点火時期もしくは燃料供給量の補正を行う
ようにすることも可能である。
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
縮比型内燃機関の制御装置によれば、各気筒の圧縮比可
変機構の作動のばらつきなどにより各気筒の圧縮比が過
渡的に不均一となった際に、その影響を打ち消すように
点火時期もしくは燃料供給量の補正が行われるので、圧
縮比の不均一に拘わらず各気筒の発生トルクを略均一な
ものとすることができ、クランク軸の回転変動や内燃機
関の振動発生を防止するとができる。特に、この発明で
は、燃焼状態に左右されない点火直前もしくは燃焼終了
後のクランク角における筒内圧力から圧縮比の不均一を
検出するようにしているので、サイクル毎の燃焼圧力の
変動に左右されることがなく、過渡的な圧縮比の不均一
を応答性良く検出して適切な補正をすることができる。
【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
は圧縮比可変機構の圧縮比切り換え時の作動特性の一例
を示す特性図、第3図は気筒間の圧縮比較差と機関の振
動との関係を示す特性図、第4図は低圧縮比状態および
高圧縮比状態における筒内圧力を示すインジケータ線
図、第5図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第
6図はそのコントロールユニットの構成説明図、第7図
はこの実施例における点火時期補正プログラムを示すフ
ローチャート、第8図はこの発明の他の実施例を示す構
成説明図、第9図はこの実施例における空燃比補正プロ
グラムを示すフローチャート、第10図は空燃比と発生ト
ルクとの関係を示す特性図である。 1…内燃機関、2…筒内圧センサ、3…平均値演算手
段、4…偏差検出手段、5…補正手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02P 5/152 F02P 5/15 K 5/153 (72)発明者 高島 安雄 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内 (72)発明者 原 誠之助 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内 (72)発明者 松屋 辰之 神奈川県厚木市恩名1370番地 厚木自動 車部品株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各気筒毎に圧縮比可変機構を備えてなる多
    気筒内燃機関において、各気筒毎に配設されて各筒内圧
    力をそれぞれ検出する筒内圧センサと、点火直前もしく
    は燃焼終了後に設定される所定クランク角における筒内
    圧力の全気筒の平均値を演算する手段と、各気筒の上記
    所定クランク角における筒内圧力を上記平均値と比較し
    て偏差を求める手段と、この偏差に応じて当該気筒の点
    火時期もしくは当該気筒の燃料供給量を補正する手段と
    を備えてなる可変圧縮比型内燃機関の制御装置。
JP26316987A 1987-10-19 1987-10-19 可変圧縮比型内燃機関の制御装置 Expired - Lifetime JP2592075B2 (ja)

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