JP4415464B2 - Turbocharged internal combustion engine with variable compression ratio device - Google Patents

Turbocharged internal combustion engine with variable compression ratio device Download PDF

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JP4415464B2 JP2000266726A JP2000266726A JP4415464B2 JP 4415464 B2 JP4415464 B2 JP 4415464B2 JP 2000266726 A JP2000266726 A JP 2000266726A JP 2000266726 A JP2000266726 A JP 2000266726A JP 4415464 B2 JP4415464 B2 JP 4415464B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/048Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気によって駆動されるターボ過給機を備えるとともに、可変圧縮比装置を備えてなる内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば特公平7−3201号公報には、可変圧縮比装置を備えた過給内燃機関が開示されている。これは、機械式過給機を使用したものであって、高負荷時には過給機を作動させることにより出力を向上させるとともに圧縮比を低圧縮比にしてノッキングの発生を防止し、また、過給を必要としない中低負荷時には過給機をオフとして無過給とするとともに圧縮比を高くし、燃費を向上させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、過給機としてターボ過給機を使用した場合には、機械式過給機と異なり過渡時に過給圧変化に応答遅れが発生し、負荷や回転数に応じて単純に圧縮比を変更したのでは、最適なものとはならない。
【0004】
本発明は、可変圧縮比装置による圧縮比の可変制御を利用して、ターボ過給機の応答遅れを相殺し、運転性を改善することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、請求項1のように、排気によって駆動されるターボ過給機を備えるとともに、可変圧縮比装置を備えてなる内燃機関において、過渡時に、ターボ過給機の応答遅れによる要求過給圧と実際の過給圧との差に基づくトルク変化の遅れを補うように、上記可変圧縮比装置により圧縮比を制御することを特徴としている。
【0006】
すなわち、排気によって駆動されるターボ過給機にあっては、定常状態からスロットル開度を急に増加もしくは減少させたとしても、主にロータの慣性によって過給圧の変化に応答遅れが伴う。つまり、要求過給圧の変化に実際の過給圧が追従し得ず、トルク変化に遅れが生じる。これに対し、本発明では、可変圧縮比装置によって、過給圧の応答遅れを補うように、圧縮比が制御され、トルク変化の遅れが相殺ないしは低減される。ここで、過給圧の応答遅れは、必ずしも実際の過給圧をセンサにより検出して求めるものに限られず、例えば、スロットル開度変化からの経過時間や機関回転数の変化度合い、加減速の程度、などのパラメータを利用して過給圧の応答遅れを推定し、これを補うように圧縮比制御を行うことも可能である。
【0007】
この請求項1の発明をより具体化した請求項2の発明では、低負荷域からの加速時に、上記可変圧縮比装置によって圧縮比を上昇させ、その後、徐々に圧縮比を低下させるようになっている。
【0008】
すなわち、圧縮比の上昇によって、速やかにトルクが立ち上がり、過給圧の応答遅れによるトルク上昇の遅れが補われる。その後、過給圧が遅れて上昇してくるので、徐々に圧縮比を低下させることにより、ノッキングを抑制しつつ円滑なトルク変化が得られる。特に、低負荷域において、ポンピングロス低減ならびに排気温度上昇のために、低圧縮比としている場合にも、圧縮比の上昇によってトルクが速やかに増加する。
【0009】
さらに、請求項3の発明は、実過給圧を検出する吸気圧センサを備えるとともに、過渡時の圧縮比の補正量が、要求過給圧と上記実過給圧との差に応じて求められることを特徴としている。
【0010】
このものでは、ターボ過給機による実際の過給圧が、吸気圧センサによって実過給圧として検出される。要求過給圧は、機関運転条件、例えばスロットル開度と回転数とに基づいて定まるので、過渡時には、両者の差が大きく、これに対応して、圧縮比が大きく補正される。そして、その後、実過給圧が要求過給圧に近付けば、圧縮比の補正量が小さくなる。
【0011】
また、請求項4に係る発明は、高負荷域からの減速時に、コンプレッサから吐出された過給空気をバイパスさせることなく内燃機関に供給するとともに、上記可変圧縮比装置により圧縮比を低下させることを特徴としている。
【0012】
高負荷域からスロットル開度が急に減少すると、ターボ過給機の応答遅れによって過給圧の低下が遅れることから、吸気騒音が発生する。一般には、ターボ過給機のコンプレッサ下流からコンプレッサ上流へとリサーキュレーションバルブを介して過給空気を循環させる構成により、過給圧を低下させて吸気騒音を回避するようになっているが、請求項4の発明では、このように過給空気をバイパスさせることなく内燃機関に供給する。そして、実質的に吸入空気量が過大となるのに対し、圧縮比が速やかに低下することから、余分なトルクの発生が回避される。
【0013】
【発明の効果】
この発明によれば、ターボ過給機の応答遅れに起因する過渡時のトルク変化の遅れを圧縮比変化によって相殺ないしは低減することができ、ターボ過給内燃機関の運転性を改善できる。
【0014】
特に、請求項2の発明によれば、加速時にトルクが速やかに上昇するので、ターボ過給内燃機関に特有なトルクの遅れによる加速時のもたつき感を解消できる。しかも、過給圧の上昇に伴って圧縮比を徐々に低下させることにより、ノッキングを抑制しつつ円滑なトルク変化が得られる。
【0015】
また、請求項3の発明によれば、要求過給圧と実過給圧との差に応じて過渡時の圧縮比補正量が与えられるので、過渡時における実際のトルク変化の遅れを確実に相殺するように圧縮比を制御することができ、より効果的にターボ過給内燃機関に特有なトルク変化の違和感を解消することができる。
【0016】
さらに請求項4の発明によれば、過給空気をコンプレッサ下流等にバイパスさせることなく、減速時の吸気騒音を低減することができ、リサーキュレーションバルブやリサーキュレーション通路の省略が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
先ず初めに、図2に基づいて、内燃機関1の可変圧縮比装置の構成を説明する。
【0019】
この可変圧縮比装置は、複リンク式のピストン−クランク機構を利用したものであって、クランク軸31は、複数のジャーナル部32とクランクピン部33とカウンタウエィト部31aとを備えており、機関本体となる図示せぬシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部32が回転自在に支持されている。上記クランクピン部33は、ジャーナル部32から所定量偏心しており、ここにロアリンク34が回転自在に連結されている。
【0020】
上記ロアリンク34は、略T字形をなすもので、その本体34aとキャップ34bとから分割可能に構成された略中央の連結孔に、上記クランクピン部33が嵌合している。
【0021】
アッパリンク35は、下端側が連結ピン36によりロアリンク34の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン37によりピストン38に回動可能に連結されている。上記ピストン38は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ39内を往復動する。
【0022】
上記シリンダ39の上部には、クランク軸31の回転に同期して吸気ポート44を開閉する吸気弁43と、同じくクランク軸31の回転に同期して排気ポート46を開閉する排気弁45と、が配置されている。
【0023】
制御リンク40は、上端側が連結ピン41によりロアリンク34の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸42を介して機関本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸42は、小径部42bを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部42bに対し偏心している大径部42aに、上記制御リンク40下端部が回転可能に嵌合している。
【0024】
上記制御軸42は、後述する圧縮比制御アクチュエータによって回動位置が制御される。この圧縮比制御アクチュエータは、制御リンク40から加わる反力に抗して、任意の回動位置で制御軸42を保持することができるようになっている。
【0025】
上記のような構成においては、上記制御軸42が圧縮比制御アクチュエータによって回動されると、小径部42bに対して偏心している大径部42aの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク40の下端の揺動支持位置が変化する。そして、上記制御リンク40の揺動支持位置が変化すると、ピストン38の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン38の位置が相対的に高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比が変化する。
【0026】
また、この内燃機関1は、過給機としてターボ過給機51を備えている。このターボ過給機51は、排気通路54に位置するタービン52と吸気通路55に位置するコンプレッサ53とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン52の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁56を備えている。
【0027】
図1は、上記内燃機関1の制御システムを示す構成説明図であって、吸気通路55のコンプレッサ53上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ2が配置され、コンプレッサ53の下流、特にインタクーラ3の下流側に、実過給圧を検出する吸気圧センサ4が配置されている。また、機関のクランク角を検出するクランク角センサ5と、排気組成に応答する酸素センサ6と、冷却水温を検出する水温センサ7と、ノッキングを検出するノッキングセンサ8と、スロットル弁9の開度を検出するスロットル開度センサ10と、を備えており、これらのセンサ類の検出信号は、エンジンコントロールモジュール(ECM)11に入力されている。
【0028】
また主要なアクチュエータ類として、上記排気バイパス弁56のダイヤフラム部56Aへの負圧供給を制御する電磁式の過給圧コントロールバルブ12と、前述した制御軸42を動かして圧縮比を制御する圧縮比制御アクチュエータ13と、吸気バイパス通路14を介して導入される補助空気量を制御するAACバルブ15と、を備えており、後述するように、これらはエンジンコントロールモジュール11の出力信号によって制御される。上記圧縮比制御アクチュエータ13は、例えばステップモータからなる。上記AACバルブ15は、主にアイドル回転数のフィードバック制御や補機駆動トルクの相殺のために用いられる。そのほか、燃料噴射弁16の噴射量や噴射時期、さらには点火プラグ17による点火時期、等もエンジンコントロールモジュール11によって制御される。なお、図1において、18はエアクリーナ、19は触媒コンバータ、20は排気消音器、をそれぞれ示している。
【0029】
上記の構成においては、後述するように、機関運転条件に応じて過給圧の目標値tPが設定されるとともに、吸気圧センサ4によって実過給圧rPが検出され、この実過給圧rPが目標過給圧tPとなるように、エンジンコントロールモジュール11からの過給圧制御信号(デューティ信号)によって過給圧コントロールバルブ12が制御される。この過給圧は、高速高負荷域ほど高過給圧に制御される。
【0030】
一方、圧縮比は、やはり機関運転条件に応じて最適となるように、圧縮比制御アクチュエータ13を介して制御される。この圧縮比制御は、基本的には、高過給圧となる条件ほど低圧縮比に、低過給圧となる条件ほど高圧縮比に、制御される。すなわち、高過給運転時はノッキング回避のため圧縮比を低くし、低過給運転時は熱効率向上(燃費向上)のために圧縮比を高く保つようにしている。
【0031】
図3は、上記エンジンコントロールモジュール11において実行される過給圧および圧縮比の制御の流れを示すフローチャートであり、以下、これを説明する。
【0032】
このフローチャートに示すルーチンは、エンジンコントロールモジュール11内で所定時間毎に繰り返し実行されるものであって、先ず、ステップ1では、各センサの出力から、機関回転数Ne、スロットル開度TVOおよび実過給圧rPをそれぞれ読み込む。そして、ステップ2において、そのときの機関回転数Neおよびスロットル開度TVOに基づいて、目標過給圧tPを算出する。具体的には、機関回転数Neとスロットル開度TVOとに対応させて目標過給圧tPを記憶させてある所定の過給圧制御マップから、対応する値をルックアップする。上記過給圧制御マップの記憶値は、前述したように、高回転高負荷条件ほど値が大きく(高過給圧)、低回転低負荷条件ほど値が小さく(低過給圧)なっている。
【0033】
なお、このステップ2で算出した目標過給圧tPとなるように、図示せぬ他のルーチンによって、過給圧制御信号が生成され、過給圧コントロールバルブ12が制御される。
【0034】
次に、ステップ3では、機関回転数Neとスロットル開度TVOとに基づいて、基準圧縮比bEが求められる。具体的には、機関回転数Neとスロットル開度TVOとに対応させて基準圧縮比bEを記憶させてある所定の圧縮比制御マップから、対応する値をルックアップする。上記圧縮比制御マップの記憶値は、前述したように、高過給圧となる条件ほど値が小さく(低圧縮比)、低過給圧となる条件ほど値が大きく(高圧縮比)なっている。
【0035】
次に、ステップ4へ進み、ここで、上記目標過給圧tPから実過給圧rPを減じて過給圧差dPを算出する。この過給圧差dPは、過渡時に、主にターボ過給機51の慣性によって発生するものであって、加速時つまり過給圧増加時には、過給圧差dPは正の値となって現れ、逆に減速時つまり過給圧低下時には負の値となって現れる。なお、定常状態では、過給圧差dPはほぼ0となる。
【0036】
ステップ5では、上記のようにして求めた過給圧差dPの絶対値の大きさが所定値dPthより大きいか否かを判断する。ここで所定値dPth以下であれば、定常に近い状態であるとして、ステップ12へ進み、目標圧縮比tEを上記の基準圧縮比dEのままに設定し、かつステップ13において、AACバルブ15を閉状態とする。
【0037】
過給圧差dPの大きさ(絶対値)が所定値dPthより大きい場合は、過渡状態であるので、ステップ5からステップ6へ進み、このステップ6において、過給圧差dPの正負を判断する。前述したように、この正負によって、加速であるか減速であるかが判別される。過給圧差dPが正であれば、加速であり、ステップ7へ進む。過給圧差dPが負であれば、減速であり、ステップ10へ進む。
【0038】
ステップ7においては、過給圧差dPに基づいて、圧縮比補正値hEを算出する。上記過給圧差dPが大きいほど圧縮比補正値hEは大きな値として与えられる。
【0039】
そして、次のステップ8では、運転条件に対応した基準圧縮比bEに上記圧縮比補正値hEを加算して、目標圧縮比tEを算出する。さらに、ステップ9で、AACバルブ15を閉状態に制御する。
【0040】
一方、減速であれば、ステップ10において、目標圧縮比tEを最低圧縮比Eminに設定する。この最低圧縮比Eminは、可変圧縮比装置が実現し得る最低の圧縮比である。そして、ステップ11に進み、AACバルブ15を開状態に制御する。
【0041】
最終的に、ステップ8,ステップ10,ステップ12の何れかで求めた目標圧縮比tEとなるように、図示せぬ他のルーチンによって、圧縮比制御信号が生成され、圧縮比制御アクチュエータ13が制御される。
【0042】
図4は、上記のような制御による各部の実際の挙動を示すタイムチャートであり、以下、これを説明する。
【0043】
この図は、定常状態で運転されていた内燃機関1を、t1のタイミングにおいて加速し、その後、高速高負荷の定常状態から、t3のタイミングにおいて減速したときの様子を示している。
【0044】
図示するように、タイミングt1でスロットル開度がステップ的に増大したとすると、それに応じて目標過給圧tPもステップ的に増大するが、実過給圧rPは破線に示すように一定の遅れ(ターボ過給機51の慣性による遅れ)を持って目標過給圧tPに追随する。従って、加速開始時には大きな過給圧差dPが生じる。
【0045】
一方、基準圧縮比bEはスロットル開度の増大に応じてステップ的に低下するが、このときの過給圧差dPは、前述した所定値(+dPth)より大となっているため、過給圧差dPに応じた圧縮比補正値hEの加算が行われ、目標圧縮比tEは、加速開始前よりも一旦大きくなる。この圧縮比補正によって内燃機関1の発生トルクが高められ、良好な加速性を得ることができる。
【0046】
一旦高められた圧縮比は、過給圧差dPが小さくなるのに従って徐々に低下し、実過給圧rPが目標過給圧tPの近傍に収束した後(t2以降)は基準圧縮比bEに戻される。これにより、過剰なトルク発生とノッキングの発生とを回避することができる。
【0047】
次に、タイミングt3においてスロットル開度がステップ的に減少したとすると、それに応じて目標過給圧tPもステップ的に低下するが、実過給圧rPはやはり破線に示すように一定の遅れを持って目標過給圧tPに追随する。従って、減速開始時には、負の値として大きな過給圧差dPが生じる。
【0048】
このような急減速時には吸気騒音が問題となるため、一般的なターボ過給機付き内燃機関では、前述したように過給空気のリサーキュレーションを行っている。つまり、スロットル弁が急閉されたときにターボ過給機のコンプレッサ下流の空気をコンプレッサ上流側に循環させ、過給圧を速やかに低下させるのである。
【0049】
これに対し、本実施例では、過給圧差dPが所定値(−dPth)より小となっている間、AACバルブ15を開くことでコンプレッサ53とスロットル弁9との間での一時的な圧力上昇に伴う吸気騒音の発生を回避し、かつ過給圧を速やかに低下させるようにしている。これにより、リサーキュレーションに必要な通路やバルブを省略することが可能となる。
【0050】
また、減速時に単にAACバルブ15を開いたのでは、吸入空気量の増加により、余分なトルクが発生して運転者に違和感を与えることになるが、本実施例では、減速時に、AACバルブ15の開制御と同時に目標圧縮比tEが最低圧縮比Eminに固定され、トルクが抑制されるので、このような違和感を与えることがない。
【0051】
減速後、t4において実過給圧rPが目標過給圧tPの近傍に収束したら、AACバルブ15は閉状態に戻り、かつ圧縮比が基準圧縮比bEに戻される。
【0052】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、これに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、過給圧が運転条件に応じた値にフィードバック制御されるが、このような過給圧制御を行わない構成のターボ過給内燃機関においても本発明は同様に適用できる。また上記実施例では、吸気圧センサ4によって実圧縮比を検出しているが、この実圧縮比の変化を運転条件等から推定することも可能である。
【0053】
また、一般的なターボ過給機付き内燃機関では、ターボ過給機の慣性による過給圧上昇の遅れを最小限に抑えるために、上記実施例のようにターボ過給機51の排気タービン52の下流側に排気浄化用の触媒コンバータ19が配置されているが、本発明によれば過給圧上昇の遅れを圧縮比の補正によって補うことができるので、排気タービン52の上流側に排気浄化用の触媒コンバータ19を配置することも可能となる。このような配置とした場合には、内燃機関の始動から触媒活性までの時間を短縮することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る内燃機関の制御システム全体を示す構成説明図。
【図2】可変圧縮比装置の構成を示す構成説明図。
【図3】この実施例における制御の流れを示すフローチャート。
【図4】加速時および減速時の各部の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
1…内燃機関
4…吸気圧センサ
11…エンジンコントロールモジュール
13…圧縮比制御アクチュエータ
15…AACバルブ
51…ターボ過給機
56…排気バイパス弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine including a turbocharger driven by exhaust gas and a variable compression ratio device.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Publication No. 7-3201 discloses a supercharged internal combustion engine equipped with a variable compression ratio device. This is a mechanical supercharger, and when the load is high, the turbocharger is operated to improve the output and reduce the compression ratio to prevent knocking. At medium and low loads that do not require supply, the turbocharger is turned off and no supercharging is performed, and the compression ratio is increased to improve fuel efficiency.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a turbocharger is used as a turbocharger, a response delay occurs in the change of the supercharging pressure during a transition, unlike a mechanical supercharger, and the compression ratio is simply changed according to the load and rotation speed. So it ’s not optimal.
[0004]
An object of the present invention is to use a variable compression ratio control by a variable compression ratio device to offset a response delay of a turbocharger and improve drivability.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in an internal combustion engine having a turbocharger driven by exhaust gas and having a variable compression ratio device, the required supercharging due to a response delay of the turbocharger at the time of transition. The variable compression ratio device controls the compression ratio so as to compensate for the delay in torque change based on the difference between the pressure and the actual supercharging pressure.
[0006]
That is, in a turbocharger driven by exhaust, even if the throttle opening is suddenly increased or decreased from a steady state, a response delay is accompanied by a change in the supercharging pressure mainly due to the inertia of the rotor. That is, the actual supercharging pressure cannot follow the change in the required supercharging pressure, and the torque change is delayed. In contrast, in the present invention, the compression ratio is controlled by the variable compression ratio device so as to compensate for the response delay of the supercharging pressure, and the delay in torque change is offset or reduced. Here, the response delay of the boost pressure is not necessarily limited to that obtained by detecting the actual boost pressure with a sensor. For example, the elapsed time from the change in the throttle opening, the degree of change in the engine speed, the acceleration / deceleration It is also possible to estimate the supercharging pressure response delay using parameters such as the degree, and to perform compression ratio control to compensate for this.
[0007]
In the invention of claim 2, which further embodies the invention of claim 1, the variable compression ratio device increases the compression ratio during acceleration from a low load range, and then gradually decreases the compression ratio. ing.
[0008]
That is, the torque quickly rises due to the increase in the compression ratio, and the delay in the torque increase due to the delay in response of the supercharging pressure is compensated. Thereafter, since the supercharging pressure rises with a delay, a smooth torque change can be obtained while suppressing knocking by gradually reducing the compression ratio. In particular, in a low load region, even when the compression ratio is low in order to reduce the pumping loss and increase the exhaust temperature, the torque increases rapidly due to the increase in the compression ratio.
[0009]
Furthermore, the invention of claim 3 is provided with an intake pressure sensor for detecting the actual supercharging pressure, and the correction amount of the compression ratio at the time of transition is obtained according to the difference between the required supercharging pressure and the actual supercharging pressure. It is characterized by being able to.
[0010]
In this case, the actual supercharging pressure by the turbocharger is detected as the actual supercharging pressure by the intake pressure sensor. Since the required supercharging pressure is determined based on engine operating conditions such as the throttle opening and the rotational speed, the difference between the two is large at the time of transition, and the compression ratio is greatly corrected accordingly. Thereafter, when the actual supercharging pressure approaches the required supercharging pressure, the correction amount of the compression ratio becomes small.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, when decelerating from a high load range, the supercharged air discharged from the compressor is supplied to the internal combustion engine without bypassing, and the compression ratio is reduced by the variable compression ratio device. It is characterized by.
[0012]
When the throttle opening is suddenly decreased from the high load range, intake noise is generated because the decrease in the supercharging pressure is delayed due to the response delay of the turbocharger. In general, the turbocharger is configured to circulate the supercharged air from the compressor downstream to the compressor upstream via a recirculation valve to reduce the supercharging pressure and avoid intake noise. In the invention of claim 4, the supercharged air is supplied to the internal combustion engine without being bypassed in this way. Then, while the intake air amount becomes substantially excessive, the compression ratio quickly decreases, so that generation of excessive torque is avoided.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to cancel or reduce the torque change delay during the transition caused by the response delay of the turbocharger by the change of the compression ratio, and to improve the drivability of the turbocharged internal combustion engine.
[0014]
In particular, according to the second aspect of the present invention, since the torque rapidly increases during acceleration, it is possible to eliminate the feeling of stagnation at the time of acceleration due to the torque delay characteristic of the turbocharged internal combustion engine. In addition, by gradually reducing the compression ratio as the boost pressure increases, a smooth torque change can be obtained while suppressing knocking.
[0015]
According to the invention of claim 3, since the compression ratio correction amount at the time of transition is given according to the difference between the required supercharging pressure and the actual supercharging pressure, the delay of the actual torque change at the time of the transition can be ensured. The compression ratio can be controlled so as to cancel out, and the uncomfortable feeling of torque change peculiar to the turbocharged internal combustion engine can be more effectively eliminated.
[0016]
Further, according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to reduce intake noise during deceleration without bypassing the supercharged air downstream of the compressor, and the recirculation valve and the recirculation passage can be omitted. .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
First, the configuration of the variable compression ratio device of the internal combustion engine 1 will be described with reference to FIG.
[0019]
This variable compression ratio device uses a multi-link type piston-crank mechanism, and the crankshaft 31 includes a plurality of journal portions 32, a crankpin portion 33, and a counterweight portion 31a. A journal portion 32 is rotatably supported by a main bearing of a cylinder block (not shown) serving as a main body. The crankpin portion 33 is eccentric from the journal portion 32 by a predetermined amount, and a lower link 34 is rotatably connected thereto.
[0020]
The lower link 34 has a substantially T-shape, and the crank pin portion 33 is fitted in a substantially central connecting hole configured to be split from a main body 34a and a cap 34b.
[0021]
The upper link 35 has a lower end side rotatably connected to one end of the lower link 34 by a connecting pin 36 and an upper end side rotatably connected to a piston 38 by a piston pin 37. The piston 38 receives combustion pressure and reciprocates in the cylinder 39 of the cylinder block.
[0022]
Above the cylinder 39, there are an intake valve 43 that opens and closes the intake port 44 in synchronization with the rotation of the crankshaft 31, and an exhaust valve 45 that opens and closes the exhaust port 46 in synchronization with the rotation of the crankshaft 31. Has been placed.
[0023]
The upper end side of the control link 40 is rotatably connected to the other end of the lower link 34 by a connecting pin 41, and the lower end side is rotatably connected to an appropriate position of an engine body, for example, a cylinder block, via a control shaft 42. . Specifically, the control shaft 42 is supported by the engine body so as to rotate about the small diameter portion 42b, and the lower end portion of the control link 40 is rotatable on the large diameter portion 42a that is eccentric to the small diameter portion 42b. Is fitted.
[0024]
The rotation position of the control shaft 42 is controlled by a compression ratio control actuator described later. The compression ratio control actuator can hold the control shaft 42 at an arbitrary rotational position against a reaction force applied from the control link 40.
[0025]
In the configuration as described above, when the control shaft 42 is rotated by the compression ratio control actuator, the axial center position of the large-diameter portion 42a that is eccentric with respect to the small-diameter portion 42b, in particular, the relative position with respect to the engine body. Change. Thereby, the rocking | fluctuation support position of the lower end of the control link 40 changes. When the swing support position of the control link 40 changes, the stroke of the piston 38 changes, and the position of the piston 38 at the piston top dead center (TDC) becomes relatively high or low. As a result, the engine compression ratio changes.
[0026]
Further, the internal combustion engine 1 includes a turbocharger 51 as a supercharger. The turbocharger 51 has a configuration in which a turbine 52 located in an exhaust passage 54 and a compressor 53 located in an intake passage 55 are coaxially arranged. In order to control the supercharging pressure in accordance with operating conditions, An exhaust bypass valve 56 for bypassing a part of the exhaust from the upstream side of the turbine 52 is provided.
[0027]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the control system of the internal combustion engine 1. An air flow meter 2 for detecting the intake air amount is arranged upstream of the compressor 53 in the intake passage 55. An intake pressure sensor 4 that detects the actual supercharging pressure is disposed downstream of the engine 3. Further, the crank angle sensor 5 that detects the crank angle of the engine, the oxygen sensor 6 that responds to the exhaust composition, the water temperature sensor 7 that detects the cooling water temperature, the knocking sensor 8 that detects knocking, and the opening of the throttle valve 9 And a throttle opening sensor 10 for detecting the detection signal, and detection signals from these sensors are input to an engine control module (ECM) 11.
[0028]
As main actuators, an electromagnetic supercharging pressure control valve 12 for controlling the negative pressure supply to the diaphragm portion 56A of the exhaust bypass valve 56, and a compression ratio for controlling the compression ratio by moving the control shaft 42 described above. A control actuator 13 and an AAC valve 15 for controlling the amount of auxiliary air introduced through the intake bypass passage 14 are provided, and these are controlled by an output signal of the engine control module 11 as will be described later. The compression ratio control actuator 13 is composed of, for example, a step motor. The AAC valve 15 is mainly used for feedback control of idle speed and offset of auxiliary machine driving torque. In addition, the engine control module 11 controls the injection amount and injection timing of the fuel injection valve 16 and the ignition timing by the spark plug 17. In FIG. 1, 18 indicates an air cleaner, 19 indicates a catalytic converter, and 20 indicates an exhaust silencer.
[0029]
In the above configuration, as will be described later, the target value tP of the supercharging pressure is set according to the engine operating conditions, and the actual supercharging pressure rP is detected by the intake pressure sensor 4, and this actual supercharging pressure rP. The supercharging pressure control valve 12 is controlled by the supercharging pressure control signal (duty signal) from the engine control module 11 so that becomes the target supercharging pressure tP. This supercharging pressure is controlled to a higher supercharging pressure in the high speed and high load range.
[0030]
On the other hand, the compression ratio is controlled via the compression ratio control actuator 13 so as to be optimized according to the engine operating conditions. Basically, the compression ratio control is controlled so that the higher the supercharging pressure, the lower the compression ratio, and the lower the supercharging pressure, the higher the compression ratio. That is, the compression ratio is lowered to avoid knocking during high supercharging operation, and the compression ratio is kept high to improve thermal efficiency (improve fuel efficiency) during low supercharging operation.
[0031]
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the supercharging pressure and compression ratio executed in the engine control module 11, and this will be described below.
[0032]
The routine shown in this flowchart is repeatedly executed at predetermined time intervals in the engine control module 11. First, in step 1, from the output of each sensor, the engine speed Ne, the throttle opening TVO, the actual excess Each of the supply pressures rP is read. In step 2, the target boost pressure tP is calculated based on the engine speed Ne and the throttle opening TVO at that time. Specifically, a corresponding value is looked up from a predetermined boost pressure control map in which the target boost pressure tP is stored in correspondence with the engine speed Ne and the throttle opening TVO. As described above, the stored value of the supercharging pressure control map has a larger value under high rotation and high load conditions (high supercharging pressure), and a smaller value under low rotation and low load conditions (low supercharging pressure). .
[0033]
It should be noted that a boost pressure control signal is generated and the boost pressure control valve 12 is controlled by another routine (not shown) so that the target boost pressure tP calculated in Step 2 is obtained.
[0034]
Next, in step 3, the reference compression ratio bE is obtained based on the engine speed Ne and the throttle opening TVO. Specifically, a corresponding value is looked up from a predetermined compression ratio control map in which the reference compression ratio bE is stored in correspondence with the engine speed Ne and the throttle opening TVO. As described above, the value stored in the compression ratio control map has a smaller value (low compression ratio) as the condition becomes higher, and a larger value (high compression ratio) as the condition becomes lower. Yes.
[0035]
Next, the routine proceeds to step 4 where the actual boost pressure rP is subtracted from the target boost pressure tP to calculate the boost pressure difference dP. This supercharging pressure difference dP occurs mainly due to the inertia of the turbocharger 51 at the time of transition, and when accelerating, that is, when the supercharging pressure increases, the supercharging pressure difference dP appears as a positive value, When the vehicle is decelerating, that is, when the supercharging pressure is reduced, a negative value appears. In the steady state, the supercharging pressure difference dP is almost zero.
[0036]
In step 5, it is determined whether or not the absolute value of the supercharging pressure difference dP obtained as described above is larger than a predetermined value dPth. If the value is equal to or less than the predetermined value dPth, it is assumed that the state is close to a steady state, and the process proceeds to step 12 where the target compression ratio tE is set to the reference compression ratio dE and the AAC valve 15 is closed in step 13. State.
[0037]
When the magnitude (absolute value) of the supercharging pressure difference dP is larger than the predetermined value dPth, it is in a transient state, so that the process proceeds from step 5 to step 6. In this step 6, whether the supercharging pressure difference dP is positive or negative is determined. As described above, this positive / negative is used to determine whether the vehicle is accelerating or decelerating. If the supercharging pressure difference dP is positive, it is an acceleration and the routine proceeds to step 7. If the supercharging pressure difference dP is negative, the vehicle is decelerating and the routine proceeds to step 10.
[0038]
In step 7, a compression ratio correction value hE is calculated based on the supercharging pressure difference dP. The larger the supercharging pressure difference dP, the larger the compression ratio correction value hE is given.
[0039]
In the next step 8, the compression ratio correction value hE is added to the reference compression ratio bE corresponding to the operating condition to calculate the target compression ratio tE. Further, in step 9, the AAC valve 15 is controlled to be closed.
[0040]
On the other hand, if it is a deceleration, in step 10, the target compression ratio tE is set to the minimum compression ratio Emin. This minimum compression ratio Emin is the lowest compression ratio that can be realized by the variable compression ratio apparatus. Then, the process proceeds to step 11 and the AAC valve 15 is controlled to be opened.
[0041]
Finally, a compression ratio control signal is generated by another routine (not shown) so that the target compression ratio tE obtained in any one of step 8, step 10 and step 12 is obtained, and the compression ratio control actuator 13 is controlled. Is done.
[0042]
FIG. 4 is a time chart showing the actual behavior of each part under the control as described above, which will be described below.
[0043]
This figure shows a state in which the internal combustion engine 1 that has been operating in the steady state is accelerated at the timing t1 and then decelerated from the steady state at high speed and high load at the timing t3.
[0044]
As shown in the figure, if the throttle opening increases stepwise at timing t1, the target boost pressure tP also increases stepwise accordingly, but the actual boost pressure rP is a constant delay as shown by the broken line. It follows the target supercharging pressure tP with a delay due to the inertia of the turbocharger 51. Therefore, a large boost pressure difference dP is generated at the start of acceleration.
[0045]
On the other hand, the reference compression ratio bE decreases stepwise as the throttle opening increases. Since the supercharging pressure difference dP at this time is larger than the predetermined value (+ dPth), the supercharging pressure difference dP The compression ratio correction value hE is added according to the above, and the target compression ratio tE is once larger than before the acceleration is started. Due to this compression ratio correction, the torque generated by the internal combustion engine 1 is increased and good acceleration can be obtained.
[0046]
The compression ratio once increased gradually decreases as the supercharging pressure difference dP decreases, and after the actual supercharging pressure rP converges in the vicinity of the target supercharging pressure tP (after t2), it returns to the reference compression ratio bE. It is. Thereby, excessive torque generation and knocking can be avoided.
[0047]
Next, if the throttle opening decreases stepwise at timing t3, the target boost pressure tP also decreases stepwise accordingly, but the actual boost pressure rP also has a certain delay as shown by the broken line. And follow the target boost pressure tP. Accordingly, at the start of deceleration, a large supercharging pressure difference dP is generated as a negative value.
[0048]
Since intake noise becomes a problem during such rapid deceleration, a general turbocharger-equipped internal combustion engine performs recirculation of supercharged air as described above. That is, when the throttle valve is suddenly closed, the air downstream of the compressor of the turbocharger is circulated to the upstream side of the compressor, and the supercharging pressure is quickly reduced.
[0049]
On the other hand, in this embodiment, the temporary pressure between the compressor 53 and the throttle valve 9 is opened by opening the AAC valve 15 while the supercharging pressure difference dP is smaller than a predetermined value (−dPth). The generation of intake noise accompanying the rise is avoided, and the supercharging pressure is quickly reduced. This makes it possible to omit passages and valves necessary for recirculation.
[0050]
If the AAC valve 15 is simply opened at the time of deceleration, an excessive torque is generated due to an increase in the amount of intake air, and the driver feels uncomfortable. However, in this embodiment, the AAC valve 15 is at the time of deceleration. Since the target compression ratio tE is fixed at the minimum compression ratio Emin and the torque is suppressed simultaneously with the opening control, no such uncomfortable feeling is given.
[0051]
After deceleration, when the actual boost pressure rP converges to the vicinity of the target boost pressure tP at t4, the AAC valve 15 returns to the closed state and the compression ratio is returned to the reference compression ratio bE.
[0052]
As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible. For example, in the above embodiment, the supercharging pressure is feedback-controlled to a value corresponding to the operating conditions, but the present invention can be similarly applied to a turbocharged internal combustion engine having such a configuration that does not perform such supercharging pressure control. . Further, in the above embodiment, the actual compression ratio is detected by the intake pressure sensor 4, but it is also possible to estimate the change in the actual compression ratio from the operating conditions and the like.
[0053]
Further, in a general internal combustion engine with a turbocharger, an exhaust turbine 52 of the turbocharger 51 as in the above embodiment is used in order to minimize the delay in boosting pressure due to the inertia of the turbocharger. The exhaust gas catalytic converter 19 is disposed downstream of the exhaust gas. However, according to the present invention, the delay in boost pressure increase can be compensated for by correcting the compression ratio. It is also possible to arrange a catalytic converter 19 for use. In such an arrangement, there is an advantage that the time from the start of the internal combustion engine to the catalyst activity can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an entire control system for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a configuration of a variable compression ratio device.
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow in this embodiment.
FIG. 4 is a time chart showing the state of each part during acceleration and deceleration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 4 ... Intake pressure sensor 11 ... Engine control module 13 ... Compression ratio control actuator 15 ... AAC valve 51 ... Turbocharger 56 ... Exhaust bypass valve

Claims (4)

排気によって駆動されるターボ過給機を備えるとともに、可変圧縮比装置を備えてなる内燃機関において、過渡時に、ターボ過給機の応答遅れによる要求過給圧と実際の過給圧との差に基づくトルク変化の遅れを補うように、上記可変圧縮比装置により圧縮比を制御することを特徴とする可変圧縮比装置付ターボ過給内燃機関。Provided with a turbocharger driven by exhaust, in the internal combustion engine comprising a variable compression ratio device, during a transient, the difference between the actual supercharging pressure and the required boost pressure due to the response delay of the turbocharger A turbocharged internal combustion engine with a variable compression ratio device, characterized in that the compression ratio is controlled by the variable compression ratio device so as to compensate for a delay in torque change based thereon. 低負荷域からの加速時に、上記可変圧縮比装置によって圧縮比を上昇させ、その後、徐々に圧縮比を低下させることを特徴とする請求項1記載の可変圧縮比装置付ターボ過給内燃機関。2. The turbocharged internal combustion engine with a variable compression ratio device according to claim 1, wherein when accelerating from a low load range, the compression ratio is increased by the variable compression ratio device, and thereafter the compression ratio is gradually decreased. 実過給圧を検出する吸気圧センサを備えるとともに、過渡時の圧縮比の補正量が、要求過給圧と上記実過給圧との差に応じて求められることを特徴とする請求項1または2に記載の可変圧縮比装置付ターボ過給内燃機関。An intake pressure sensor for detecting an actual supercharging pressure is provided, and a correction amount of a compression ratio at the time of transition is obtained according to a difference between a required supercharging pressure and the actual supercharging pressure. Or a turbocharged internal combustion engine with a variable compression ratio device according to 2; 高負荷域からの減速時に、コンプレッサから吐出された過給空気をバイパスさせることなく内燃機関に供給するとともに、上記可変圧縮比装置により圧縮比を低下させることを特徴とする請求項1記載の可変圧縮比装置付ターボ過給内燃機関。2. The variable according to claim 1, wherein the supercharged air discharged from the compressor is supplied to the internal combustion engine without being bypassed during deceleration from the high load range, and the compression ratio is lowered by the variable compression ratio device. Turbocharged internal combustion engine with compression ratio device.
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