JP4979653B2 - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、コンロッドにピストンピンを介して連結されたピストンインナと、前記ピストンインナにシリンダ軸線方向に移動可能に支持されて燃焼室に臨むピストンアウタとを備え、内燃機関の運転中に前記ピストンアウタに作用する筒内圧力および慣性力の合力により、該ピストンアウタの位置を前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置と前記燃焼室寄りの高圧縮比位置との間で変更可能な可変圧縮比内燃機関に関する。 The present invention includes a piston inner connected to a connecting rod via a piston pin, and a piston outer supported by the piston inner so as to be movable in a cylinder axis direction and facing a combustion chamber, and the piston is operated during operation of the internal combustion engine. A variable compression ratio internal combustion engine that can change the position of the piston outer between a low compression ratio position near the piston inner and a high compression ratio position near the combustion chamber by the resultant force of the in-cylinder pressure and inertial force acting on the outer Related to institutions.
かかるピストンインナおよびピストンアウタよりなる二重ピストンを備えた可変圧縮比内燃機関は、下記特許文献1により公知である。 A variable compression ratio internal combustion engine provided with a double piston composed of such a piston inner and a piston outer is known from Patent Document 1 below.
またクランクシャフトおよびピストンに対してシリンダブロックおよびシリンダヘッドをカム機構で上下動させ、燃焼室の容積を増減することで圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関において、前記カム機構の駆動力を低減すべく吸気弁および排気弁のバルブタイミングを変更するものが、下記特許文献2により公知である。
ところで、上記特許文献1に記載されたものは、低圧縮比→高圧縮比の切換時にピストンインナに対してピストンアウタが上昇し、高圧縮比→低圧縮比の切換時にピストンインナに対してピストンアウタが下降するため、その移動の終端で衝撃が発生して振動や騒音の原因となり、しかも内燃機関の高回転時ほど前記衝撃が著しくなる問題がある。 By the way, what is described in the above-mentioned patent document 1 is that the piston outer rises with respect to the piston inner when the low compression ratio → high compression ratio is switched, and the piston outer with respect to the piston inner when the high compression ratio → low compression ratio is switched. Since the outer descends, there is a problem that an impact is generated at the end of the movement, causing vibration and noise, and the impact becomes more significant as the internal combustion engine rotates at a higher speed.
また上記特許文献2に記載されたものは、吸気弁および排気弁のバルブタイミングを変更することで、圧縮比を変更するカム機構の駆動力を低減しているが、バルブタイミングの変更が圧縮比を急激に変化させる方向に作用するため、圧縮比の変更完了時に強い衝撃が発生する可能性がある。
Further, in
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、ピストンインナおよびピストンアウタを備えた可変圧縮比内燃機関の圧縮比の変更時に発生する衝撃を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to reduce an impact generated when a compression ratio of a variable compression ratio internal combustion engine provided with a piston inner and a piston outer is changed.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、コンロッドにピストンピンを介して連結されたピストンインナと、前記ピストンインナにシリンダ軸線方向に移動可能に支持されて燃焼室に臨むピストンアウタとを備え、内燃機関の運転中に前記ピストンアウタに作用する筒内圧力および慣性力の合力により、該ピストンアウタの位置を前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置と前記燃焼室寄りの高圧縮比位置との間で変更可能な可変圧縮比内燃機関において、圧縮比の変更時に前記筒内圧力を制御する筒内圧力制御手段を備え、前記筒内圧力制御手段は、排気上死点付近で前記ピストンアウタを前記低圧縮比位置から前記高圧縮比位置へと移動させるとき、圧縮比の非切換時に比べて排気弁の閉弁タイミングを進角することを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提案される。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a piston inner coupled to a connecting rod via a piston pin, and a combustion chamber supported by the piston inner so as to be movable in the cylinder axial direction. The piston outer is positioned near the low pressure ratio position near the piston inner and the combustion chamber by the resultant force of the in-cylinder pressure and the inertial force acting on the piston outer during operation of the internal combustion engine. In the variable compression ratio internal combustion engine that can be changed between the high compression ratio position, the cylinder pressure control means for controlling the cylinder pressure when the compression ratio is changed is provided , and the cylinder pressure control means when in the vicinity of the point is moved to the high compression ratio position said piston outer from the low compression ratio position, this to advance the closing timing of the exhaust valve as compared with the non-switching of the compression ratio Variable compression ratio internal combustion engine is proposed, wherein.
また請求項2に記載された発明によれば、コンロッドにピストンピンを介して連結されたピストンインナと、前記ピストンインナにシリンダ軸線方向に移動可能に支持されて燃焼室に臨むピストンアウタとを備え、内燃機関の運転中に前記ピストンアウタに作用する筒内圧力および慣性力の合力により、該ピストンアウタの位置を前記ピストンインナ寄りの低圧縮比位置と前記燃焼室寄りの高圧縮比位置との間で変更可能な可変圧縮比内燃機関において、圧縮比の変更時に前記筒内圧力を制御する筒内圧力制御手段を備え、前記筒内圧力制御手段は、吸気下死点付近で前記ピストンアウタを前記高圧縮比位置から前記低圧縮比位置へと移動させるとき、圧縮比の非切換時に比べて吸気弁の開弁タイミングを遅角することを特徴とする可変圧縮比内燃機関が提案される。 According to a second aspect of the invention, there is provided a piston inner coupled to the connecting rod via a piston pin, and a piston outer that is supported by the piston inner so as to be movable in the cylinder axial direction and faces the combustion chamber. The position of the piston outer is set between the low compression ratio position near the piston inner and the high compression ratio position near the combustion chamber by the resultant force of the in-cylinder pressure and the inertial force acting on the piston outer during operation of the internal combustion engine. In a variable compression ratio internal combustion engine that can be changed between, a cylinder pressure control means for controlling the cylinder pressure when the compression ratio is changed is provided, and the cylinder pressure control means controls the piston outer in the vicinity of the intake bottom dead center. The variable compression is characterized in that, when moving from the high compression ratio position to the low compression ratio position, the valve opening timing of the intake valve is retarded compared to when the compression ratio is not switched. Internal combustion engine is proposed.
尚、実施の形態の可変バルブタイミング機構63は本発明の筒内圧力制御手段に対応する。
The variable
本発明によれば、内燃機関の運転中にピストンアウタに作用する筒内圧力および慣性力の合力により、ピストンアウタの位置をピストンインナ寄りの低圧縮比位置と燃焼室寄りの高圧縮比位置との間で変更する際に、筒内圧力制御手段により筒内圧力を変化させることで筒内圧力および慣性力の合力を制御し、ピストンアウタがピストンインナに対して急激に相対移動しないようにして衝撃を低減し、振動や騒音を低減するとともにピストンの耐久性を高めることができる。 According to the present invention , the position of the piston outer is set to a low compression ratio position near the piston inner and a high compression ratio position near the combustion chamber by the resultant force of the in-cylinder pressure and the inertial force acting on the piston outer during operation of the internal combustion engine. When changing between the two, the in-cylinder pressure control means changes the in-cylinder pressure to control the resultant force of the in-cylinder pressure and the inertial force so that the piston outer does not move suddenly relative to the piston inner. Impact can be reduced, vibration and noise can be reduced, and the durability of the piston can be increased.
また特に請求項1の発明によれば、排気上死点付近でピストンアウタを低圧縮比位置から高圧縮比位置へと燃焼室側に移動させるとき、排気弁の閉弁タイミングを進角することで筒内圧力を高めに保持し、ピストンアウタの燃焼室側への移動速度を低く抑えて圧縮比切換時の衝撃を低減することができる。 In particular , according to the invention of claim 1 , when the piston outer is moved from the low compression ratio position to the high compression ratio position to the combustion chamber side in the vicinity of the exhaust top dead center, the valve closing timing of the exhaust valve is advanced. Thus, the in-cylinder pressure can be kept high, and the moving speed of the piston outer to the combustion chamber side can be kept low to reduce the impact at the time of switching the compression ratio.
また特に請求項2の発明によれば、吸気下死点付近でピストンアウタを高圧縮比位置から低圧縮比位置へとピストンインナ側に移動させるとき、吸気弁の開弁タイミングを遅角することで筒内圧力を低めに保持し、ピストンアウタのピストンインナ側への移動速度を低く抑えて圧縮比切換時の衝撃を低減することができる。
In particular , according to the invention of
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1〜図23は本発明の実施の形態を示すもので、図1は圧縮比可変装置を備えた内燃機関の要部縦断正面図、図2は上記圧縮比可変装置の上方からの分解斜視図、図3は同圧縮比可変装置の下方からの分解斜視図、図4は図1の要部拡大図(低圧縮比状態)、図5は図4の5−5線断面図、図6は図5の6−6線断面図、図7は図5の7−7線断面図、図8は図5の8−8線断面図、図9は高圧縮比状態を示す、図4との対応図、図10は図9の10−10線断面図、図11は図10の11−11線断面図、図12は図10の12−12線断面図、図13は図5の13−13線断面図(低圧縮比状態)、図14は高圧縮比状態を示す、図13との対応図、図15はピストンに作用する荷重の変化を示す図(バルブタイミング制御なしの場合)、図16はピストンに作用する荷重の変化を示す図(バルブタイミング制御ありの場合)、図17は低圧縮比→高圧縮比の切換時を示す、図16の要部の詳細図、図18は高圧縮比→低圧縮比の切換時を示す、図17との対応図、図19は内燃機関の回転数に応じたバルブタイミングの切換の説明図、図20は圧縮比切換時の衝撃を低減するためのバルブタイミング変更制御のフローチャート、図21は目標圧縮比を検索するマップ、図22は低圧縮比→高圧縮比の切換時の振動低減効果の説明図、図23は高圧縮比→低圧縮比の切換時の振動低減効果の説明図である。 1 to 23 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional front view of an essential part of an internal combustion engine provided with a compression ratio variable device, and FIG. 2 is an exploded perspective view from above of the compression ratio variable device. 3 is an exploded perspective view of the variable compression ratio device from below, FIG. 4 is an enlarged view of the main part of FIG. 1 (low compression ratio state), FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 5 is a sectional view taken along line 6-6 in FIG. 5, FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG. 5, FIG. 8 is a sectional view taken along line 8-8 in FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 of FIG. 9, FIG. 11 is a sectional view taken along line 11-11 of FIG. 10, FIG. 12 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG. Fig. 14 is a cross-sectional view taken along line -13 (low compression ratio state), Fig. 14 is a diagram corresponding to Fig. 13 showing the high compression ratio state, and Fig. 15 is a diagram showing changes in the load acting on the piston (without valve timing control). 16 is a view showing a change in load acting on the piston (with valve timing control), FIG. 17 is a detailed view of the main part of FIG. 16, showing the switching from the low compression ratio to the high compression ratio, FIG. FIG. 19 is a diagram corresponding to FIG. 17 showing the switching of the high compression ratio to the low compression ratio, FIG. 19 is an explanatory diagram of the switching of the valve timing according to the rotational speed of the internal combustion engine, and FIG. FIG. 21 is a map for searching for the target compression ratio, FIG. 22 is an explanatory diagram of the vibration reduction effect when switching from the low compression ratio to the high compression ratio, and FIG. 23 is the high compression ratio → It is explanatory drawing of the vibration reduction effect at the time of switching of a low compression ratio.
先ず、図1および図5において、内燃機関Eの機関本体1は、シリンダボア2aを有するシリンダブロック2と、このシリンダブロック2の下端に結合されるクランクケース3と、シリンダボア2aの上端に連なるペントルーフ型燃焼室4aを有してシリンダブロック2の上端に結合されるシリンダヘッド4とからなっており、そのシリンダヘッド4には、燃焼室4aの天井面に開口する吸気ポート30iおよび排気ポート30eをそれぞれ開閉する吸気弁31iおよび排気弁31eと、燃焼室4aの中心部に電極を臨ませる点火プラグ32とが設けられる。
1 and 5, an engine body 1 of an internal combustion engine E includes a
シリンダボア2aに摺動可能に嵌装されるピストン5にはコンロッド7の小端部7aがピストンピン6を介して連結され、コンロッド7の大端部7bは、左右一対のベアリング8,8を介してクランクケース3に回転自在に支承されるクランク軸9のクランクピン9aに連結される。
A
図2〜図5に示すように、前記ピストン5は、ピストンピン6を介してコンロッド7の小端部7aに連結されるピストンインナ5aと、このピストンインナ5aの外周面に摺動自在に嵌合し、頂面を燃焼室4aに臨ませるピストンアウタ5bとからなっており、ピストンアウタ5bの外周に、シリンダボア2aの内周面に摺動自在に密接する複数のピストンリング10a〜10cが装着される。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
ピストンインナ5aには、前記ピストンピン6の両端部を支持する一対のピンボス部11,11と、これらピンボス部11,11の外端に対応する部分を除いてシリンダボア2aの内周面に摺動自在に嵌合する円弧状の一対のスカート部12,12とが一体に形成される。前記ピストンピン6は中空に形成されている。
The piston inner 5a slides on the inner peripheral surface of the
一方、ピストンアウタ5bは、ピストンリング10a〜10cが装着される周壁を上記スカート部12,12の上端面12aとの対向位置で終わらせている。このピストンアウタ5bには、両ピンボス部11,11の外端に対向する一対の耳部13,13が一体に形成される。これらには、ピストン5の軸方向を長径とする長孔14,14が設けられており、これら長孔14,14には、前記ピストンピン6の中空部を貫通する延長軸15の両端部がピストン5の軸方向に沿って摺動可能に嵌合され、この延長軸15は、ピストンピン6に圧入等により固着される。しかして、上記長孔14,14および延長軸15の嵌合により、ピストンインナ5aおよびピストンアウタ5bは、相対回転を阻止されながら軸方向の相対摺動が許容され、延長軸15が長孔14,14の下側面に当接することにより、ピストンアウタ5bに対するピストンインナ5aの下方摺動限界が規制される。
On the other hand, the piston outer 5b ends the peripheral wall on which the piston rings 10a to 10c are mounted at a position facing the
またピストンインナ5aの外周面の、ピストンピン6の両端面が臨む両側部に、ピストンピン5の軸方向に延びる一対の内側摺動平坦面23,23が形成され、これら内側摺動平坦面23,23が摺動自在に当接する外側摺動平坦面24,24がピストンアウタ5bの耳部13,13内側面に形成され、これら摺動平坦面23,24も、ピストンインナ5aおよびピストンアウタ5bの相対回転を阻止しながら軸方向の相対摺動を許容する。したがって、ピストンインナ5aおよびピストンアウタ5bの相対回転は、長孔14,14および延長軸15相互の嵌合と、内側および外側摺動平坦面23,24相互の当接とにより、これを強力に阻止することができる。
A pair of inner sliding
また図2、図3および図5において、ピストンインナ5aおよびピストンアウタ5bは、前記延長軸15および長孔14,14の摺動自在の嵌合と、ピストンインナ5a外周の一対の円弧面33,33およびピストンアウタ5bの雌スプライン42の内周面42aの摺動自在の嵌合とにより充分な軸方向相対摺動支持長さを得て、安定した軸方向相対摺動を確保することができる。上記円弧面33,33は、一対のスカート部12,12の上端面12aと第1支持面17との間を結ぶように垂直に形成されるものである。
2, 3 and 5, the piston inner 5 a and the piston outer 5 b are configured such that the
図3〜図5に明示するように、ピストンインナ5aの上部には、その外周側から順に、上向きの環状の第1支持面17、この第1支持面17の内周縁から起立する第1枢軸18、この第1枢軸18の上端に形成される環状の第2支持面19、この第2支持面19の内周縁から起立する第2枢軸20、並びにこの第2枢軸20の上端面に形成される環状の第3支持面21がピストンインナ5aと同軸状に形成される。上記第2枢軸20は、その軽量化のために、周方向に沿って複数のブロックに分割されると共に、その中心部には、前記コンロッド7の小端部7aが臨む開口部22が設けられ、クランクケース3内、即ちクランク室3aで発生する飛散潤滑油がこの開口部22を通過するようになっている。
As clearly shown in FIG. 3 to FIG. 5, the upper part of the piston inner 5 a has an upward first
そして、第1枢軸18には、第1支持面17に載置される環状のロック板25が回転可能に嵌合され、このロック板25の上面に対向するようにして第2枢軸20に嵌合する環状の第1押さえ板26が第2支持面19に複数のビス27,27…により固着される。さらに第2枢軸20には、第1押さえ板26上に載置される環状のリフト部材28が回転可能に嵌合され、このリフト部材28の内周縁部の上面に対向する第2押さえ板29が複数のビス34,34…により第3支持面21に固着される。
An
リフト部材28は、第2枢軸20周りに設定されるリフト位置Bおよびリフト解除位置A間を往復回動し得るもので、その往復回動に伴いピストンアウタ5bをピストンインナ5a寄りの低圧縮比位置L(図4、5参照)と、燃焼室4a寄りの高圧縮比位置H(図9、10参照)とに交互に保持するカム機構37の要部をなしている。
The
即ち、カム機構37は、図4、図5および図8に示すように、上記リフト部材28と、このリフト部材28の上面に一体に突設される環状配列の複数の第1カム山38,38…と、ピストンアウタ5bのヘッド部下面に突設される環状配列の第2カム山39,39…とよりなっており、各カム山38,39は、その頂面が平坦面とされると共に、各カム山38,39の配列方向に並ぶ両側面が、その頂面に対する垂直面とされる矩形断面形状に形成される。
That is, as shown in FIGS. 4, 5, and 8, the
しかして、リフト部材28がリフト解除位置Aにあるときは、該リフト部材28の第1カム山38,38…間の谷に上部の第2カム山39,39…が出入り可能であり(図13参照)、ピストンアウタ5bの低圧縮比位置Lまたは高圧縮比位置Hへの移行が許容される。そして第1および第2カム山38,39が噛み合って、少なくとも一方のカム山の頂面が他方のカム山間の谷底に当接すれば、カム機構37は軸方向収縮状態となり、ピストンアウタ5bに低圧縮比位置Lを与える。
Thus, when the
またリフト部材28がリフト位置Bにあるときは、第1および第2カム山38,39同士が平坦な頂面を衝合させる(図14参照)ことで、カム機構37は軸方向拡張状態となって、ピストンアウタ5bに高圧縮比位置Hを与える。このとき、前述のようにピストンピン6に固着した延長軸15が、ピストンアウタ5bにおける耳部13,13の長孔14,14の下側面に当接することで、ピストンアウタ5bが所定の高圧縮比位置Hを超えて燃焼室4a側に移動することが阻止される。
When the
図4、図5および図7に示すように、前記ロック板25は、第1枢軸18周りに設定されるロック解除位置C(図12参照)およびロック位置D(図7参照)間を往復回動し得るもので、そのロック位置Dでカム機構37の軸方向収縮状態を保持するロック機構40の要部をなしている。
As shown in FIGS. 4, 5, and 7, the
即ち、ロック機構40は、ロック板25と、このロック板25の外周に形成される雄スプライン41と、この雄スプライン41が摺動可能に嵌合するようにピストンアウタ5bの内周に形成される雌スプライン42と、この雌スプライン42の溝部の上端部を相互に連通させて、雄スプライン41の歯部の回転、進入を許す環状のロック溝43とで構成され、ピストンアウタ5bの低圧縮比位置Lおよび高圧縮比位置H間での位置切換の際には、ロック板25をロック解除位置Cに設定して、雄スプライン41を雌スプライン42との摺動関係に置き、またピストンアウタ5bが低圧縮比位置Lに来たときは、ロック板25をロック位置Dに回動して雄スプライン41の歯部をロック溝43に進入させ、その雄スプライン41の歯部と雌スプライン42の歯部との端面同士を突き当てることにより、ピストンアウタ5bの低圧縮比位置Lがロックされる。
That is, the
図2および図10に示すように、前記第1押さえ板26によるロック板25の押さえを強化するために、雄スプライン41の複数の溝部に配置されて第1押さえ板26の外周部下面を支持する複数のボス35,35…がピストンインナ5aに一体に形成され、これらボス35,35…に第1押さえ板26の外周部が複数のビス27′,27′…により固着される。勿論、上記ボス35,35…は、雄スプライン41のロック解除位置Cおよびロック位置Dへの回動を妨げないように形成される。
As shown in FIGS. 2 and 10, in order to strengthen the pressing of the
ピストンインナ5aには、上記リフト部材28およびロック板25をそれぞれ駆動する第1および第2アクチュエータ451 ,452 が設けられ、これらについて図5、図6、図13および図14を参照しながら説明する。
The piston inner 5a is provided with first and second actuators 45 1 and 45 2 for driving the
先ず、第1アクチュエータ451 より説明する。ピストンインナ5aには、ピストンピン6の一側方にそれと平行に延びる有底のシリンダ孔461 と、このシリンダ孔461 の中間部の上壁および第1押さえ板26を貫通する一連の長孔471 とが設けられ、リフト部材28の下面に突設された受圧ピン481 が長孔471 を通してシリンダ孔461 に臨ませてある。
First, a description from the first actuator 45 1. The piston inner 5 a has a bottomed cylinder hole 46 1 extending in parallel to one side of the
受圧ピン481 には、シリンダ孔461 に緩く嵌合してシリンダ孔461 内でその半径方向に遊び得る円板状の摺動子491 が相対的に首振り自在に取り付けられる。シリンダ孔461 には、この摺動子491 を挟んで作動プランジャ501 および有底円筒状の戻しプランジャ511 が摺動可能に嵌装される。したがって、摺動子491 は受圧ピン481 と作動プランジャ501 および戻しプランジャ511 との間に介装されることになるが、受圧ピン481 の、リフト部材28の回動中心周りの円弧運動は、摺動子491 が作動プランジャ501 および戻しプランジャ511 間で摺動しながらシリンダ孔461 内を移動することで許容される。しかも受圧ピン481 から作動プランジャ501 および戻しプランジャ511 に至る各部の接触は、常に面接触となるので、その接触部の耐摩耗性が確保される。
The pressure receiving pin 48 1, disc-shaped slider 49 1 to obtain play in the radial direction in the cylinder bore 46 within 1 loosely fitted in the cylinder bore 46 1 is mounted for relative swinging. An operating plunger 50 1 and a bottomed cylindrical return plunger 51 1 are slidably fitted into the cylinder hole 46 1 with the slider 49 1 interposed therebetween. Accordingly, the slider 49 1 is interposed between the pressure receiving pin 48 1 and the operating plunger 50 1 and the return plunger 51 1 , but the pressure receiving pin 48 1 around the rotation center of the
シリンダ孔461 内には、作動プランジャ501 の内端が臨む油圧室521 が画成され、この油圧室521 に油圧を供給すると、その油圧を受けて作動プランジャ501 が摺動子491 および受圧ピン481 を介してリフト部材28をリフト位置Bへ回動するようになっており、前記長孔471 は、そのときの受圧ピン481 の動きを妨げない大きさになっている。
A hydraulic chamber 52 1 facing the inner end of the operating plunger 50 1 is defined in the cylinder hole 46 1 , and when hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 52 1 , the operating plunger 50 1 receives the hydraulic pressure and the slider 50 1 receives the hydraulic pressure. The
またシリンダ孔461 の開放側端部には、円筒状のばね保持筒531 が止環541 を介して係止され、このばね保持筒531 と前記戻しプランジャ511 との間に、その戻しプランジャ511 を受圧ピン481 側に付勢する戻しばね551 が縮設される。 Also the open end of the cylinder bore 46 1, the cylindrical spring holding tube 53 1 is engaged through the retaining ring 54 1, between the plunger 51 1 returning said this spring holding cylinder 53 1, its return spring 55 1 return for biasing the plunger 51 1 on the pressure receiving pin 48 1 side is provided in a compressed state.
しかして、リフト部材28のリフト解除位置Aは、受圧ピン481 が長孔471 の、作動プランジャ511 側内端壁に当接することにより規定され(図13参照)、リフト部材28のリフト位置Bは、受圧ピン481 が摺動子491 および戻しプランジャ511 を介してばね保持筒531 に当接することにより規定される(図14参照)。
Thus, the lift release position A of the
第2アクチュエータ452 は、ピストンピン6を挟んで第1アクチュエータ451 と軸対称的もしくは点対称的に配置され、受圧ピン482 はロック板25の下面に突設される。その他の構成は、第1アクチュエータ451 と同様であるので、図中、第1アクチュエータ451 と対応する部分には、添え字のみを「2 」とした対応符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Second actuator 45 2, first actuator 45 1 and is axially symmetrical or point-symmetrically disposed across the
しかして、ロック板25のロック解除位置Cは、受圧ピン482 が長孔472 の、作動プランジャ502 側内端壁に当接することにより規定され、ロック板25のロック位置Dは、受圧ピン482 が摺動子492 および戻しプランジャ512 を介してばね保持筒532 に当接することにより規定される。
Thus, unlocking position C of the
ところで、受圧ピン481 ,482 の作動ストロークを、長孔471 ,472 の内端壁で規定するすれば、受圧ピン481 ,482 の作動ストロークを高精度に規定することができ、また作動プランジャ501 ,502 および戻しプランジャ511 ,512 を、シリンダ孔461 ,462 の内端壁に当接させることで受圧ピン481 ,482 の作動ストロークを規制すれば、受圧ピン481 ,482 の作動限界において受圧ピン481 ,482 から負荷を取り除くことができる。 By the way, if the operation strokes of the pressure receiving pins 48 1 and 48 2 are defined by the inner end walls of the long holes 47 1 and 47 2 , the operation strokes of the pressure receiving pins 48 1 and 48 2 can be defined with high accuracy. If the operation strokes of the pressure receiving pins 48 1 and 48 2 are restricted by bringing the operation plungers 50 1 and 50 2 and the return plungers 51 1 and 51 2 into contact with the inner end walls of the cylinder holes 46 1 and 46 2 , respectively. The load can be removed from the pressure receiving pins 48 1 and 48 2 at the operation limit of the pressure receiving pins 48 1 and 48 2 .
こうして第1および第2アクチュエータ451 ,452 は、実質的に同一構造に構成されると共に、第1押さえ板26を挟んで上下に重ね配置されるリフト部材28およびロック板25の下方で、ピストンインナ5aの軸線を挟むようにして配置される。また第1および第2アクチュエータ451 ,452 の互いに対応する部品には互換性が付与される。これにより、第1および第2アクチュエータ451 ,452 の構成部品の共通化を図り、コストの低減を大いに図ることができる。
Thus, the first and second actuators 45 1 and 45 2 are configured to have substantially the same structure, and below the
図1および図6に示すように、前記ピストンピン6と、その中空部に嵌合された延長軸15との間に筒状の油室57が画成され、この油室57を第1および第2アクチュエータ451 ,452 の油圧室521 ,522 に接続する第1および第2分配油路581 ,582 がピストンピン6およびピストンインナ5aに渡り設けられる。また油室57は、ピストンピン6、コンロッド7およびクランク軸9に渡り設けられる油路59に接続され、この油路59は、電磁式の切換弁60を介して油圧源たるオイルポンプ61と、油溜め62とに切換可能に接続される。油溜め62は、クランクケース3底部に取り付けられるオイルパンであり、したがって第1および第2アクチュエータ451 ,452 の作動油として、内燃機関Eの潤滑油が使用される。
As shown in FIGS. 1 and 6, a
図4において、前記延長軸15は、両端の開放面を端板15a,15aで閉塞される中空部15bを有しており、その中空部15bは、延長軸15中央部の通孔16aを通してピストンピン6内の筒状の油室57に連通され、またその中空部15bは、延長軸15の両端部の噴孔16b,16bを介して前記耳部13,13の長孔14,14内に連通される。その際、延長軸15の各端部の噴孔16bは、対応する長孔14の下端面に向かって開口するように配置することが望ましく、図示例では、噴孔16bを延長軸15の端部に周方向に複数配列して、ピストンピン6が回転しても、少なくとも一つの噴孔16bが長孔14の下端面を指向するようにしてある。
In FIG. 4, the
図5および図10に示すように、吸気弁31iおよび排気弁31eには、そのバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構63が接続される。可変バルブタイミング機構63には、例えば、特開平7−332051号公報に記載されているように、異なる形状を有する複数の動弁カムにより駆動される複数のロッカーアームを油圧作動のピンで連結あるいは連結解除することで、吸気弁31iおよび排気弁31eのバルブタイミングを変更するものや、特開2000−227033号公報に記載されているように、カムシャフトの軸端に設けられてタイミングチェーンで駆動されるスプロケットと前記カムシャフトとの間に設けられ、スプロケットの位相に対するカムシャフトの位相を油圧で変化させることで、吸気弁31iおよび排気弁31eのバルブタイミングを変更するものがある。
As shown in FIGS. 5 and 10, a variable
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
先ず、図15に基づいてピストンアウタ5bに作用する荷重の変化を説明する。ピストンアウタ5bに作用する荷重には、燃焼室4aの圧力に基づく筒内圧力荷重と、ピストン5の昇降に基づく慣性力荷重とがあり、その二つの合力がピストンアウタ5bに作用する荷重(以下、ピストン荷重という)となる。
First, changes in the load acting on the piston outer 5b will be described with reference to FIG. The load acting on the piston outer 5b includes an in-cylinder pressure load based on the pressure of the
筒内圧力は圧縮行程で急激に増加して圧縮上死点でピーク値になった後、膨張行程で急激に減少して膨張下死点で略大気圧のボトム値になり、続く排気行程および吸入行程で概ね前記ボトム値付近の値に維持される。よって、上向きのピストン荷重を正とし、下向きのピストン荷重を負としたとき、筒内圧力荷重は圧縮行程で略ゼロの値から急激に減少して圧縮上死点でボトム値になった後、膨張行程で急激に増加して膨張下死点で略ゼロの値に復帰し、続く排気行程および吸入行程で略ゼロの値に維持される。一方、慣性力荷重はサインカーブ状に変化し、圧縮行程で負値から正値に増加し、膨張行程で正値から負値に減少し、排気行程で負値から正値に増加し、吸入行程で正値から負値に減少する。 The in-cylinder pressure suddenly increases during the compression stroke, reaches a peak value at the compression top dead center, then decreases rapidly during the expansion stroke, and reaches a bottom value of approximately atmospheric pressure at the bottom expansion dead point. It is maintained at a value near the bottom value in the intake stroke. Therefore, when the upward piston load is positive and the downward piston load is negative, the in-cylinder pressure load decreases rapidly from a substantially zero value in the compression stroke and reaches the bottom value at the compression top dead center. It rapidly increases in the expansion stroke, returns to a substantially zero value at the expansion bottom dead center, and is maintained at a substantially zero value in the subsequent exhaust stroke and intake stroke. On the other hand, the inertial load changes to a sine curve, increases from a negative value to a positive value in the compression stroke, decreases from a positive value to a negative value in the expansion stroke, increases from a negative value to a positive value in the exhaust stroke, and is inhaled. Decrease from positive value to negative value in the process.
その結果、ピストンアウタ5bに作用するピストン荷重は、排気行程の後半から排気上死点を経て吸入行程の前半までの期間で正値(上向き)となり、その前後の期間で負値(下向き)となる。 As a result, the piston load acting on the piston outer 5b becomes a positive value (upward) in the period from the latter half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke through the exhaust top dead center, and becomes negative (downward) in the period before and after that. Become.
図3〜図8および図13に示すように、カム機構37のリフト部材28がリフト解除位置Aにあり、またロック板25がロック溝43に係合していることで、いま、ピストンアウタ5bは、ピストンインナ5a側に寄った低圧縮比位置Lに保持されているとする。したがって、この状態で運転される内燃機関Eの圧縮比は比較的低く制御される。
As shown in FIGS. 3 to 8 and 13, the
このような状態から、例えば内燃機関Eの高速運転時、出力向上を図るべく高圧縮比状態を得るには、切換弁60を通電状態、即ちオン状態にして、油路59をオイルポンプ61に接続する。こうすると、オイルポンプ61が吐出する作動油は、クランクシャフト9の上流側油路59a、コンロッド7の下流側油路59b、第1および第2分配油路581 ,582 を経て第1および第2アクチュエータ451 ,452 の油圧室521 ,522 に供給される。
In order to obtain a high compression ratio state in order to improve the output, for example, at high speed operation of the internal combustion engine E from such a state, the switching
すると、先ず第2アクチュエータ452 の作動プランジャ502 が油圧室522 の油圧を受けて摺動子492 と共に受圧ピン482 を、戻しばね552 の付勢力に抗して押圧するので、受圧ピン482 がロック板25をロック位置D(図7参照)からロック解除位置C(図9参照)へと回動し、ロック板25の雄スプライン41とピストンアウタ5bの雌スプライン42との摺動嵌合が可能な状態となる。
Then, first, the pressure receiving pin 48 2 receive in conjunction with slider 49 2 hydraulic plunger 50 of the second actuator 45 2 hydraulic chamber 52 2 of the hydraulic, so to press against the biasing force of the return spring 55 2, receiving pin 48 2 rotates the
そこで、ピストンアウタ5bは、次のようなピストン荷重の作用で高圧縮比位置Hへ移動する。即ち、図15で説明したように、排気上死点の付近で、それまで下向きに作用していたピストン荷重が上向きに変化すると、ピストンアウタ5bはピストンインナ5aから燃焼室4a側へ離れる方向に変位し、これに伴ないピストンインナ5aに支持される延長軸15がピストンアウタ5bの耳部13,13の長孔14,14を相対的に下降して、それら長孔14,14の下端壁に当接することにより、ピストンアウタ5bは所定の高圧縮比位置Hでその変位は阻止される。
Therefore, the piston outer 5b moves to the high compression ratio position H by the action of the following piston load. That is, as described with reference to FIG. 15, when the piston load that has been acting downward until then changes near the exhaust top dead center, the piston outer 5b moves away from the piston inner 5a toward the
したがって、特別なストッパ部材を用いることなく、ピストンアウタ5bの高圧縮比位置側への移動限界を規制することができ、装置の構造の簡素化に寄与し得る。しかもピストンアウタ5bの高圧縮比位置側への移動限界規制時の衝撃は、ピストンアウタ5bから、互いに当接する長孔14,14下端壁および延長軸15を介してピストンピン6に直接的に伝達させ、ピストンインナ5aには伝達させないので、ピストンインナ5aに設けられるカム機構37、ロック機構40、第1および第2アクチュエータ451 ,452 等への衝撃の影響を防ぐことができ、それらの耐久性および作動安定性を確保することができる。
Therefore, the movement limit of the piston outer 5b toward the high compression ratio position can be restricted without using a special stopper member, which can contribute to simplification of the structure of the device. Moreover, the impact at the time of restricting the movement limit of the piston outer 5b to the high compression ratio position side is directly transmitted from the piston outer 5b to the
ピストンアウタ5bが高圧縮比位置Hに来ると、リフト部材28の第1カム山38,38…がピストンアウタ5bの第2カム山39,39…間の谷部から離脱するので、第1アクチュエータ451 において、既に油圧室521 の油圧を受けていた作動プランジャ501 が摺動子491 と共に受圧ピン481 を戻しばね551 の付勢力に抗して押動し、リフト部材28をリフト解除位置Aからリフト位置Bへと回動する。したがって、図14に示すように、第1カム山38,38…と第2カム山39,39…とは互いに平坦の頂面を当接させることになる。即ち、カム機構37は軸方向拡張状態となる。
When the piston outer 5b comes to the high compression ratio position H, the first cam peaks 38, 38... Of the
こうして、ピストンアウタ5bは、カム機構37の軸方向拡張状態と、延長軸15および長孔14,14下端壁の当接とにより高圧縮比位置Hに保持される。したがって、ピストンインナおよびアウタ5a,5bは、圧縮比を高めながら一体となってシリンダボア2a内を昇降し、内燃機関Eの出力性能の向上に寄与することができる。しかも、カム機構37において、互いに当接する環状配列の第1および第2カム山38,39の頂面の当接面は、ピストン5の全周に均等に分布する上、その総合面積が広いので、カム機構37は、内燃機関Eの膨張行程や圧縮行程での大なる筒内圧力に充分に耐えることができる。
In this way, the piston outer 5b is held at the high compression ratio position H by the axially expanded state of the
次に、内燃機関Eを、上記高圧縮比状態から、再び低圧縮比状態に切換えるには、切換弁60をオフ状態、即ち非通電状態にして、油路59を油溜め62に開放する。すると、下流側油路59bに連なる第1および第2アクチュエータ451 ,452 の油圧室521 ,522 は減圧し、第1および第2アクチュエータ451 ,452 の受圧ピン481 ,482 は、それぞれ戻しばね551 ,552 の付勢力を受ける戻しプランジャ511 ,512 の制御下に置かれる。
Next, in order to switch the internal combustion engine E from the high compression ratio state to the low compression ratio state again, the switching
こうして、油圧室521 ,522 が減圧すると、先ず、第1アクチュエータ451 では、戻しプランジャ511 が受圧ピン481 を摺動子491 と共に油圧室521 側に押動して、リフト部材28をリフト解除位置Aへと回動し、第1カム山38,38…および第2カム山39,39…は、互いに頂部をずらした配置となるから、図15で説明したように、吸入下死点の付近で、それまで上向きに作用していたピストン荷重が下向きに変化すると、ピストンアウタ5bは、図13に示すように、第1カム山38,38…および第2カム山39,39…を相互に噛み合せながら、ピストンインナ5aに近接するように変位し、一方のカム山39の頂部が、他方のカム山38間の谷底に突き当ったことでピストンアウタ5bの低圧縮比位置Lが決まる。
Thus, when the hydraulic pressure chamber 52 1, 52 2 is depressurized, first, the first actuator 45 1, returns the plunger 51 1 and pushed into the hydraulic chamber 52 1 side pressure receiving pin 48 1 with slider 49 1, lift The
ピストンアウタ5bが低圧縮比位置Lに到達すると、ロック板25の雄スプライン41は、ピストンアウタ5bのロック溝43に進入可能となるから、第2アクチュエータ452 の戻しプランジャ512 が戻しばね552 の付勢力で受圧ピン482 を摺動子492 と共に、油圧室522 側に押動して、ロック板25をロック位置Dへと回動し、ロック機構40をロック状態にする。即ち、ロック板25の雄スプライン41を、ピストンアウタ5bの雌スプライン42の上端面に対向させ、両スプライン41,42相互の摺動を阻止する。
When the piston outer 5b reaches the low compression ratio position L, the male splines 41 of the
次に、低圧縮比→高圧縮比の切換時に排気弁31eのバルブタイミングを進角することで切換振動を低減する原理を、図16および図17に基づいて説明する。図17において、各特性曲線のうち、細線はバルブタイミングの制御なしの場合に対応し、太線はバルブタイミングの制御ありの場合に対応する。
Next, the principle of reducing the switching vibration by advancing the valve timing of the
通常、排気弁31eは排気上死点の近傍で閉弁するが、排気弁31eの閉弁タイミングを進角して通常よりも早めに閉弁することで、排気行程の末期で燃焼室4aに排気を閉じ込めて筒内圧力を高めに維持することができる。その結果、筒内圧力荷重および慣性力荷重の合成荷重が正値(上向き)になるタイミングが、排気弁31eのバルブタイミングの制御を行わない場合(図15参照)に比べて遅れ、排気上死点の直前へと移動する。
Normally, the
低圧縮比→高圧縮比の切換は、筒内圧力荷重および慣性力荷重の合成荷重が正値(上向き)になることで行われるが、排気弁31eのバルブタイミングの制御を行わない場合(図15参照)では、合成荷重が早めに正値になるため、排気上死点の近傍で低圧縮比→高圧縮比の切換が行われるときに、上向きの合成荷重が過大になってピストンアウタ5bが高圧縮比位置に向かって急激に上昇し、大きな衝撃を発生する虞がある。
Switching from the low compression ratio to the high compression ratio is performed when the combined load of the in-cylinder pressure load and the inertial force load becomes a positive value (upward), but the valve timing of the
一方、本実施の形態によれば、排気上死点の近傍における上向きの合成荷重が小さく抑えられるので、排気上死点の近傍で低圧縮比→高圧縮比の切換が行われるときに、上向きの合成荷重が適切な大きさに維持され、ピストンアウタ5bが高圧縮比位置に向かって上昇する速度を抑制して大きな衝撃の発生を防止することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, since the upward combined load in the vicinity of the exhaust top dead center is kept small, when the low compression ratio → the high compression ratio is switched in the vicinity of the exhaust top dead center, the upward load Is maintained at an appropriate magnitude, and the speed at which the piston outer 5b rises toward the high compression ratio position can be suppressed to prevent the occurrence of a large impact.
尚、排気弁31eのバルブタイミングを過剰に進角すると、合成荷重が正値(上向き)になるタイミングが排気上死点よりも後になり、ピストン5が下降を始めてからピストンアウタ5bが上昇して圧縮比の切換が行われることになり、極めて大きい衝撃が発生する虞がある。よって、排気弁31eのバルブタイミングの進角量は、合成荷重が正値(上向き)になるタイミングが、排気上死点の直前になるように設定するのが望ましい。
If the valve timing of the
次に、高圧縮比→低圧縮比の切換時に吸気弁31iのバルブタイミングを遅角することで切換振動を低減する原理を、図18に基づいて説明する。図18において、各特性曲線のうち、細線はバルブタイミングの制御なしの場合に対応し、太線はバルブタイミングの制御ありの場合に対応する。
Next, the principle of reducing the switching vibration by retarding the valve timing of the
通常、吸気弁31iは排気上死点の近傍で開弁するが、吸気弁31iの開弁タイミングを遅角して通常よりも遅めに開弁することで、吸入行程の前半で燃焼室4aを密閉して筒内圧力を低めに維持することができる。その結果、筒内圧力荷重および慣性力荷重の合成荷重が負値(下向き)になるタイミングを通常よりも遅らせ、吸入下死点の近傍で高圧縮比→低圧縮比の切換が行われるときに、下向きの合成荷重が過大になるのを防止し、ピストンアウタ5bが低圧縮比位置に向かって下降する速度を抑制して大きな衝撃の発生を防止することができる。
Normally, the
図19に示すように、本実施の形態のバルブタイミング可変機構63は、排気弁31eのバルブタイミングを、通常バルブタイミングと、それを進角した第1バルブタイミングと、それを更に進角した第2バルブタイミングとの3段階の変更可能であり、吸気弁31iのバルブタイミングを、通常バルブタイミングと、それを遅角した第3バルブタイミングとの2段階の変更可能である。
As shown in FIG. 19, the variable
図19(A)の横軸は内燃機関Eの回転数Neであり、縦軸はピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAであり、回転数Neが増加するのに伴い、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAが進角する。設定角度は、低圧縮比→高圧縮比の切換時の衝撃が設計値を超えないための限界のクランクアングルCAであり、クランクアングルCAが設定角度を超えると切換時の衝撃が設計値を超えることになる。 In FIG. 19A, the horizontal axis represents the rotational speed Ne of the internal combustion engine E, and the vertical axis represents the crank angle CA in which the piston load increases, and the piston load increases upward as the rotational speed Ne increases. The crank angle CA is advanced. The set angle is the limit crank angle CA for preventing the impact at the time of switching from the low compression ratio to the high compression ratio from exceeding the design value. When the crank angle CA exceeds the set angle, the impact at the time of switching exceeds the design value. It will be.
内燃機関Eの回転数Neが閾値A以下のときは、通常バルブタイミングでもピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAが設定角度を超えることはなく、切換時の衝撃が設計値を超えることはない。回転数Neが閾値Aを超えると、通常バルブタイミングでは切換時の衝撃が設計値を超えるため、第1バルブタイミングに進角することで、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAを設定角度未満に抑えることができる。 When the rotational speed Ne of the internal combustion engine E is equal to or less than the threshold value A, the crank angle CA at which the piston load is upward does not exceed the set angle even at the normal valve timing, and the impact at the time of switching does not exceed the design value. When the rotational speed Ne exceeds the threshold value A, the impact at the time of switching exceeds the design value at the normal valve timing. Therefore, by advancing to the first valve timing, the crank angle CA that causes the piston load to rise upward is less than the set angle. Can be suppressed.
回転数Neが閾値Bを超えると、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAが設定角度を超え、第1バルブタイミングでは切換時の衝撃が設計値を超えるため、第2バルブタイミングに進角することで、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAを設定角度未満に抑えることができる。回転数Neが閾値Cを超えると、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAが設定角度を超え、第2バルブタイミングでは切換時の衝撃が設計値を超えるため、低圧縮比→高圧縮比の切換を禁止することで、ピストン荷重が上向きになるクランクアングルCAが設定角度未満に抑えられる。 If the rotational speed Ne exceeds the threshold value B, the crank angle CA at which the piston load increases upwards exceeds the set angle, and the impact at the time of switching exceeds the design value at the first valve timing, so the angle is advanced to the second valve timing. Thus, the crank angle CA at which the piston load is upward can be suppressed to less than the set angle. When the rotational speed Ne exceeds the threshold value C, the crank angle CA at which the piston load becomes upward exceeds the set angle, and the impact at the time of switching exceeds the design value at the second valve timing, so switching from the low compression ratio to the high compression ratio. By prohibiting the crank angle CA, the crank angle CA at which the piston load is upward is suppressed to less than the set angle.
図19(B)の横軸は内燃機関Eの回転数Neであり、縦軸はピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAであり、回転数Neが増加するのに伴い、ピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAは進角する。設定角度は、高圧縮比→低圧縮比の切換時の衝撃が設計値を超えないための限界のクランクアングルCAであり、クランクアングルCAが設定角度を超えると切換時の衝撃が設計値を超えることになる。 In FIG. 19B, the horizontal axis is the rotational speed Ne of the internal combustion engine E, and the vertical axis is the crank angle CA at which the piston load is downward. The piston load is downward as the rotational speed Ne increases. The crank angle CA is advanced. The set angle is the limit crank angle CA for preventing the impact at the time of switching from the high compression ratio to the low compression ratio from exceeding the design value. When the crank angle CA exceeds the set angle, the impact at the time of switching exceeds the design value. It will be.
内燃機関Eの回転数Neが閾値D以下のときは、通常バルブタイミングでもピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAが設定角度を超えることはなく、切換時の衝撃が設計値を超えることはない。回転数Neが閾値Dを超えると、ピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAが設定角度を超え、通常バルブタイミングでは切換時の衝撃が設計値を超えるため、第3バルブタイミングに遅角することで、ピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAを設定角度未満に抑えることができる。 When the rotational speed Ne of the internal combustion engine E is equal to or less than the threshold value D, the crank angle CA at which the piston load is downward does not exceed the set angle even at normal valve timing, and the impact at the time of switching does not exceed the design value. When the rotational speed Ne exceeds the threshold value D, the crank angle CA at which the piston load becomes downward exceeds the set angle. Since the impact at the time of switching exceeds the design value at the normal valve timing, the crank angle CA is retarded to the third valve timing. The crank angle CA at which the piston load is downward can be suppressed to less than the set angle.
回転数Neが閾値Eを超えると、ピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAが設定角度を超え、通常バルブタイミングでは切換時の衝撃が設計値を超えるため、高圧縮比→低圧縮比の切換を禁止することで、ピストン荷重が下向きになるクランクアングルCAが設定角度未満に抑えられる。 When the rotational speed Ne exceeds the threshold E, the crank angle CA at which the piston load becomes downward exceeds the set angle, and the impact at the time of switching exceeds the design value at normal valve timing, so switching from a high compression ratio to a low compression ratio. By prohibiting, the crank angle CA at which the piston load is downward is suppressed to less than the set angle.
尚、高負荷運転時にはノッキングが発生し易い傾向があるため、それを防止すべく、通常とは逆に高圧縮比→低圧縮比の変更を行う場合がある。つまり、高回転・高負荷状態では高圧縮比→低圧縮比の切換禁止要求と、高圧縮比→低圧縮比の切換要求とが拮抗する可能性がある。そこで、回転数Neが閾値E以上になることが予想されたとき、フィードフォワードとして前もって低圧縮比への切換を行うことで、上記相反する要求への対策を行うことができる。 In addition, since there is a tendency that knocking is likely to occur during high-load operation, there is a case where the high compression ratio is changed to the low compression ratio in order to prevent the knocking. In other words, there is a possibility that a high compression ratio → low compression ratio switching prohibition request and a high compression ratio → low compression ratio switching request may antagonize in a high rotation / high load state. Therefore, when the rotational speed Ne is predicted to be equal to or greater than the threshold value E, it is possible to take measures against the conflicting requirements by switching to the low compression ratio in advance as feedforward.
次に、図20のフローチャートに基づいて、上述した圧縮比切換時の衝撃を低減するためのバルブタイミング変更制御の内容を再度説明する。 Next, the contents of the valve timing change control for reducing the impact at the time of switching the compression ratio will be described again based on the flowchart of FIG.
先ず、ステップX1で内燃機関Eの回転数や負荷のような運転条件を検出し、ステップX2で前記回転数および負荷を図21のマップに適用して圧縮比切換条件を検索する。その結果、ステップX3で高圧縮比指令が出力されたとき、ステップX4で高圧縮比への切換が完了していれば、ステップX5で高圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。前記ステップX4で高圧縮比への切換が完了しておらず、ステップX6で回転数が閾値A以下であれば、前記ステップX5で高圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。 First, in step X1, operating conditions such as the rotational speed and load of the internal combustion engine E are detected, and in step X2, the rotational speed and load are applied to the map of FIG. As a result, when the high compression ratio command is output in step X3, if the switching to the high compression ratio is completed in step X4, the operation at the normal valve timing is performed in the high compression ratio state in step X5. If the switching to the high compression ratio is not completed in step X4 and the rotational speed is equal to or less than the threshold value A in step X6, the operation at the normal valve timing is performed in the high compression ratio state in step X5.
前記ステップX7で回転数Neが閾値Aを超えて閾値B以下であれば、ステップX8で高圧縮比状態にて第1バルブタイミングによる運転が行われる。ステップX9で回転数が閾値Bを超えて閾値C以下であれば、ステップX10で高圧縮比状態にて第2バルブタイミングによる運転が行われる。前記ステップX9で回転数が閾値Cを超えていれば、ステップX11で低圧縮比→高圧縮比の切換を禁止し、ステップX12で低圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。 If the rotation speed Ne exceeds the threshold value A and is equal to or less than the threshold value B in step X7, the operation at the first valve timing is performed in the high compression ratio state in step X8. If the rotational speed exceeds the threshold value B and is equal to or less than the threshold value C in step X9, the operation at the second valve timing is performed in the high compression ratio state in step X10. If the rotational speed exceeds the threshold value C in step X9, switching from the low compression ratio to the high compression ratio is prohibited in step X11, and operation at the normal valve timing is performed in the low compression ratio state in step X12.
前記ステップX3で高圧縮比指令が出力されておらず(つまり低圧縮比指令が出力されており)、ステップX13で低圧縮比への切換が完了していれば、前記ステップX12で低圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。前記ステップX13で低圧縮比への切換が完了しておらず、ステップX14で回転数が閾値D以下であれば、前記ステップX12で低圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。 If the high compression ratio command is not output in step X3 (that is, the low compression ratio command is output) and the switching to the low compression ratio is completed in step X13, the low compression ratio is determined in step X12. The normal valve timing operation is performed in this state. If the switching to the low compression ratio is not completed in step X13 and the rotational speed is equal to or less than the threshold value D in step X14, the operation at the normal valve timing is performed in the low compression ratio state in step X12.
ステップX15で回転数が閾値Dを超えて閾値E以下であれば、ステップX16で低圧縮比状態にて第3バルブタイミングによる運転が行われる。前記ステップX15で回転数Neが閾値Eを超えていれば、ステップX17で高圧縮比→低圧縮比の切換を禁止し、ステップX18で高圧縮比状態にて通常バルブタイミングによる運転が行われる。 If the rotational speed exceeds the threshold value D and is equal to or less than the threshold value E in step X15, the operation at the third valve timing is performed in the low compression ratio state in step X16. If the rotational speed Ne exceeds the threshold value E in the step X15, switching from the high compression ratio to the low compression ratio is prohibited in the step X17, and the operation at the normal valve timing is performed in the high compression ratio state in the step X18.
図22は低圧縮比→高圧縮比の切換時の効果を示すものである。 FIG. 22 shows the effect at the time of switching from the low compression ratio to the high compression ratio.
排気弁31eが閉弁するバルブタイミングを進角する制御なしの場合には、内燃機関Eの回転数が増加するのに伴って切換振動が小→中→大と増加している。
When there is no control for advancing the valve timing at which the
バルブタイミングを一段だけ進角できる場合には、回転数が低いときには通常バルブタイミングでも切換振動は小さく、回転数が中程度のときには第1バルブタイミングに遅角することで切換振動を小さく抑えることができる。しかしながら、回転数が大きいときには、第1バルブタイミングに進角しても不充分で、切換振動が中程度まで増加してしまう。 When the valve timing can be advanced by one step, the switching vibration is small even at the normal valve timing when the rotation speed is low, and the switching vibration can be suppressed small by retarding to the first valve timing when the rotation speed is medium. it can. However, when the rotational speed is high, it is not sufficient to advance to the first valve timing, and the switching vibration increases to a medium level.
バルブタイミングを二段に進角できる場合には、回転数が低いときには通常バルブタイミングでも切換振動は小さく、回転数が中程度のときには第1バルブタイミングに進角することで切換振動を小さく抑えることができ、回転数が大きいときには第2バルブタイミングに進角することで切換振動を小さく抑えることができる。 When the valve timing can be advanced in two stages, the switching vibration is small even at the normal valve timing when the rotational speed is low, and the switching vibration is suppressed by advancing to the first valve timing when the rotational speed is medium. When the rotational speed is high, the switching vibration can be suppressed small by advancing to the second valve timing.
図23は高圧縮比→低圧縮比の切換時の効果を示すものである。 FIG. 23 shows the effect at the time of switching from the high compression ratio to the low compression ratio.
内燃機関Eの回転数が増加するのに伴って切換振動が大きくなったとき、吸気弁31iが閉弁するバルブタイミングを遅角することで切換振動を小さくすることができる。
When the switching vibration increases as the rotational speed of the internal combustion engine E increases, the switching vibration can be reduced by retarding the valve timing at which the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施の形態の圧縮比可変装置は圧縮比を高低の2段階に切り換えるようになっているが、圧縮比を3段階以上に切り換えるものであっても良い。 For example, the variable compression ratio device of the embodiment is configured to switch the compression ratio between two levels of high and low, but may be one that switches the compression ratio to three or more levels.
E 内燃機関
4a 燃焼室
5a ピストンインナ
5b ピストンアウタ
6 ピストンピン
7 コンロッド
31e 排気弁
31i 吸気弁
63 可変バルブタイミング機構(筒内圧力制御手段)
E
Claims (2)
圧縮比の変更時に前記筒内圧力を制御する筒内圧力制御手段(63)を備え、
前記筒内圧力制御手段(63)は、排気上死点付近で前記ピストンアウタ(5b)を前記低圧縮比位置から前記高圧縮比位置へと移動させるとき、圧縮比の非切換時に比べて排気弁(31e)の閉弁タイミングを進角することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。 A piston inner (5a) connected to the connecting rod (7) via a piston pin (6), and a piston outer (5a) supported by the piston inner (5a) so as to be movable in the cylinder axis direction and facing the combustion chamber (4a) 5b), and the position of the piston outer (5b) is moved closer to the piston inner (5a) by the resultant force of the cylinder pressure and the inertial force acting on the piston outer (5b) during operation of the internal combustion engine (E). In a variable compression ratio internal combustion engine that can be changed between a low compression ratio position of the engine and a high compression ratio position near the combustion chamber (4a),
In-cylinder pressure control means (63) for controlling the in-cylinder pressure when changing the compression ratio ,
When the piston outer (5b) is moved from the low compression ratio position to the high compression ratio position near the exhaust top dead center, the in-cylinder pressure control means (63) is more exhausted than when the compression ratio is not switched. variable compression ratio internal combustion institutions, characterized by advancing the closing timing of the valve (31e).
圧縮比の変更時に前記筒内圧力を制御する筒内圧力制御手段(63)を備え、
前記筒内圧力制御手段(63)は、吸気下死点付近で前記ピストンアウタ(5b)を前記高圧縮比位置から前記低圧縮比位置へと移動させるとき、圧縮比の非切換時に比べて吸気弁(31i)の開弁タイミングを遅角することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。 A piston inner (5a) connected to the connecting rod (7) via a piston pin (6), and a piston outer (5a) supported by the piston inner (5a) so as to be movable in the cylinder axis direction and facing the combustion chamber (4a) 5b), and the position of the piston outer (5b) is moved closer to the piston inner (5a) by the resultant force of the cylinder pressure and the inertial force acting on the piston outer (5b) during operation of the internal combustion engine (E). In a variable compression ratio internal combustion engine that can be changed between a low compression ratio position of the engine and a high compression ratio position near the combustion chamber (4a),
In-cylinder pressure control means (63) for controlling the in-cylinder pressure when changing the compression ratio,
The in-cylinder pressure control means (63) when said moving to the low compression ratio position the piston outer (5b) in the vicinity of the intake bottom dead center from the high compression ratio position, as compared to the non-switching of the compression ratio variable compression ratio internal combustion engine, characterized in that retarding the opening timing of the intake valve (31i).
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