JP4998235B2 - Variable compression ratio internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、可変圧縮比内燃機関に関する。 The present invention relates to a variable compression ratio internal combustion engine.
近年、内燃機関の燃費向上や出力性能の向上等を目的として、内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている。このような技術としては、例えば、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結すると共にその連結部分にカムシャフトを設け、このカムシャフトを回転させてシリンダブロックとクランクケースとを気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、もって内燃機関の圧縮比を変更する技術が挙げられる(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, techniques for changing the compression ratio of an internal combustion engine have been proposed for the purpose of improving the fuel efficiency and output performance of the internal combustion engine. As such a technique, for example, a cylinder block and a crankcase are connected so as to be relatively movable, a camshaft is provided at the connecting portion, and the camshaft is rotated to connect the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction. There is a technique in which the volume of the combustion chamber is changed by relatively moving the internal combustion engine to change the compression ratio of the internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1).
ここで、特許文献1に開示されているような可変圧縮比内燃機関では、駆動モータの回転角度と圧縮比との関係はリニアではなく、低圧縮比領域においては駆動モータの回転角度の変化に対する圧縮比の変化の割合(以下、「圧縮比変化率」という)が低い。そこで、特許文献1に開示された可変圧縮比内燃機関では、基本的に低圧縮比領域においては駆動モータの回転速度を速くすると共に、高圧縮比領域では駆動モータの回転速度を遅くするようにしている。
Here, in the variable compression ratio internal combustion engine as disclosed in
さらに、特許文献1に開示された可変圧縮比内燃機関では、駆動モータの過回転によるオーバーシュートを抑制すべく、内燃機関の圧縮比を目標圧縮比へと変化させる際に、実際の圧縮比が目標圧縮比近傍に到達したときに駆動モータの回転速度を低下させるようにしている。
Furthermore, in the variable compression ratio internal combustion engine disclosed in
ところで、特許文献1に開示された可変圧縮比内燃機関のように、低圧縮比領域においては駆動モータの回転速度を速くすると共に高圧縮比領域では駆動モータの回転速度を遅くするように駆動モータの回転速度を制御すると圧縮比が目標圧縮比に到達するのが遅くなる。
By the way, like the variable compression ratio internal combustion engine disclosed in
一方、圧縮比変化率が高い領域では駆動モータの回転速度が速いと圧縮比の目標圧縮比への収束性が低下する。逆に、圧縮比変化率が低い領域では駆動モータの回転速度が速くても圧縮比の目標圧縮比への収束性は高い。従って、圧縮比を圧縮比変化率の低い領域内の目標圧縮比へ向かって変更する際には、駆動モータの回転速度が速くても圧縮比の目標圧縮比への収束性は高く維持される。 On the other hand, in a region where the compression ratio change rate is high, the convergence of the compression ratio to the target compression ratio decreases when the rotational speed of the drive motor is fast. Conversely, in a region where the compression ratio change rate is low, the convergence of the compression ratio to the target compression ratio is high even if the rotational speed of the drive motor is high. Therefore, when changing the compression ratio toward the target compression ratio in the region where the compression ratio change rate is low, the convergence of the compression ratio to the target compression ratio is kept high even if the rotational speed of the drive motor is high. .
そこで、本発明の目的は、圧縮比の制御性を高く維持しつつ目標圧縮比が圧縮比変化率の低い領域内にある場合における圧縮比の応答性を高くした可変圧縮比内燃機関を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable compression ratio internal combustion engine in which the responsiveness of the compression ratio is increased when the target compression ratio is in a region where the compression ratio change rate is low while maintaining the controllability of the compression ratio high. There is.
上記課題を解決するために、第1の発明では、アクチュエータを回転させることによって内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を具備し、上記アクチュエータの回転角度が機関運転状態に応じて設定される目標圧縮比に対応する目標回転角度となるように該アクチュエータが制御され、該アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときには圧縮比変化速度がほぼ一定になるようにアクチュエータの回転速度が制御される、可変圧縮比内燃機関において、上記アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときであっても、目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にある場合には圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータが回転せしめられ、上記圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータを回転させるときには、圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度よりも速い回転速度でアクチュエータが回転せしめられる。
第1の発明によれば、基本的に圧縮比変化速度がほぼ一定になるようにアクチュエータの回転速度が制御されるため、圧縮比の制御性は高く維持される。一方、目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にある場合には圧縮比変化速度を一定に維持する必要がないため、圧縮比の応答性を高めることができる。
In order to solve the above-described problem, the first invention includes a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the internal combustion engine by rotating the actuator, and the rotation angle of the actuator is set according to the engine operating state. The actuator is controlled to achieve a target rotation angle corresponding to the target compression ratio, and when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle, the rotation speed of the actuator is set so that the compression ratio change speed is substantially constant. In the controlled variable compression ratio internal combustion engine, even when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle, if the target rotation angle is within the low compression ratio change rate region, the compression ratio change speed is actuator to vary is found rotated, when rotating the actuator so that the compression ratio variation speed varies The actuator is rotated at a higher rotational speed than the rotational speed as the compression ratio changing speed is substantially constant.
According to the first aspect of the invention, the rotational speed of the actuator is basically controlled so that the compression ratio change speed is substantially constant, so that the controllability of the compression ratio is maintained high. On the other hand, when the target rotation angle is within the low compression ratio change rate region, it is not necessary to keep the compression ratio change speed constant, so that the response of the compression ratio can be improved.
上記課題を解決するために、第2の発明では、アクチュエータを回転させることによって内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を具備し、上記アクチュエータの回転角度が機関運転状態に応じて設定される目標圧縮比に対応する目標回転角度となるように該アクチュエータが制御され、該アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときには圧縮比変化速度がほぼ一定になるようにアクチュエータの回転速度が制御される、可変圧縮比内燃機関において、上記アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときであっても、目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にあってアクチュエータの回転角度を低圧縮比変化率領域内から高圧縮比変化率領域内を経由して低圧縮比変化率領域内へ変化させる必要がある場合には、圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータが回転せしめられ、上記圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータを回転させるときには、圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度よりも速い回転速度でアクチュエータが回転せしめられる。 In order to solve the above problems, in the second invention, a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the internal combustion engine by rotating the actuator is provided, and the rotation angle of the actuator is set according to the engine operating state. The actuator is controlled to achieve a target rotation angle corresponding to the target compression ratio, and when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle, the rotation speed of the actuator is set so that the compression ratio change speed is substantially constant. In a controlled variable compression ratio internal combustion engine, even when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle, the target rotation angle is within the low compression ratio change rate region, and the rotation angle of the actuator is reduced. When it is necessary to change from the ratio change rate region to the low compression ratio change rate region via the high compression ratio change rate region, Contraction ratio change speed actuator to vary is found rotated, when rotating the actuator to change the compression ratio changing speed is faster rotational speed than the rotational speed as the compression ratio change speed is approximately constant With this, the actuator is rotated .
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度よりも速い回転速度でアクチュエータを回転させるときには、一定の回転速度でアクチュエータが回転せしめられる。 In the third invention, in the first or second invention, when the actuator is rotated at a rotational speed faster than the rotational speed at which the compression ratio change speed is substantially constant, the actuator is rotated at a constant rotational speed. It is done.
第4の発明では、第3の発明において、上記アクチュエータの回転角度毎に上記圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度が定められており、上記一定の回転速度は目標回転角度に対応して定められた回転速度に等しい。 According to a fourth invention, in the third invention, a rotation speed is determined such that the compression ratio change speed is substantially constant for each rotation angle of the actuator, and the constant rotation speed corresponds to a target rotation angle. It is equal to the rotation speed determined as follows.
第5の発明では、第3の発明において、上記一定の回転速度は上記アクチュエータの最大回転速度である。 In a fifth aspect based on the third aspect , the constant rotational speed is a maximum rotational speed of the actuator.
第6の発明では、第1〜第5の発明において、圧縮比変化速度がほぼ一定になるように上記アクチュエータの回転速度を制御するときには、圧縮比が低圧縮比領域及び高圧縮比領域内を通過するときのアクチュエータの回転速度を圧縮比が中圧縮比領域内を通過するときのアクチュエータの回転速度よりも速くするようにした。 In the sixth invention, in the first to fifth inventions, when the rotational speed of the actuator is controlled so that the compression ratio change speed is substantially constant, the compression ratio is within the low compression ratio region and the high compression ratio region. The rotation speed of the actuator when passing is made faster than the rotation speed of the actuator when the compression ratio passes through the middle compression ratio region.
本発明によれば、圧縮比の制御性を高く維持しつつ目標圧縮比が圧縮比変化率の低い領域内にある場合における圧縮比の応答性が高くされる。 According to the present invention, the responsiveness of the compression ratio is increased when the target compression ratio is in a region where the compression ratio change rate is low while maintaining the controllability of the compression ratio high.
以下、図面を参照して本発明の第一実施形態の可変圧縮比内燃機関について詳細に説明する。図1に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。 Hereinafter, a variable compression ratio internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side sectional view of a spark ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、1はクランクケース、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は燃焼室5の頂面中央部に配置された点火プラグ、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート8は吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、各吸気枝管11にはそれぞれ対応する吸気ポート8内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁13が配置される。なお、燃料噴射弁13は各吸気枝管11に取付ける代りに各燃焼室5内に配置してもよい。
Referring to FIG. 1, 1 is a crankcase, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a spark plug disposed at the center of the top surface of the
サージタンク12は吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に連結され、吸気ダクト14内にはアクチュエータ16によって駆動されるスロットル弁17と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器18とが配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ20に連結され、排気マニホルド19内には空燃比センサ21が配置される。
The
一方、図1に示した実施形態ではクランクケース1とシリンダブロック2との連結部にクランクケース1とシリンダブロック2のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変更可能な可変圧縮比機構Aが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更するために吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Bが設けられている。
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。吸入空気量検出器18の出力信号及び空燃比センサ21の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。さらに、シリンダブロック2にはシリンダブロック2とクランクケース1との相対位置を検出するための相対位置センサ43が設けられており、相対位置センサ43の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火プラグ6、燃料噴射弁13、スロットル弁駆動用アクチュエータ16、可変圧縮比機構A及び可変バルブタイミング機構Bに接続される。
The
次に、本実施形態の可変圧縮比機構Aの構成について図2及び図3を参照して説明する。図2は図1に示す可変圧縮比機構Aの分解斜視図を示しており、図3は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。 Next, the configuration of the variable compression ratio mechanism A of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 is an exploded perspective view of the variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a side sectional view of the internal combustion engine schematically shown.
図2を参照すると、シリンダブロック2の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個のブロック側突出部50が形成されており、各ブロック側突出部50内にはそれぞれ断面円形のブロック側カム挿入孔51が形成されている。これらブロック側カム挿入孔51はシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。
Referring to FIG. 2, a plurality of block-
一方、クランクケース1の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応するブロック側突出部50の間に嵌合せしめられる複数個のケース側突出部52が形成されており、これら各ケース側突出部52内にもそれぞれ断面円形のケース側カム挿入孔53が形成されている。これらケース側カム挿入孔53も、ブロック側カム挿入孔51と同様にシリンダの配列方向に平行になるように同一軸線上に形成される。
On the other hand, a plurality of case-
図2に示したように一対のカムシャフト54、55が設けられており、各カムシャフト54、55上には一つおきに各ケース側カム挿入孔53内に回転可能に挿入されるケース側円形カム56が固定されている。これらケース側円形カム56は各カムシャフト54、55の回転軸線と共軸をなす。一方、各ケース側円形カム56間には図3に示したように各カムシャフト54、55の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸57が延びており、この偏心軸57上にブロック側円形カム58が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示したようにこれらブロック側円形カム58は各ケース側円形カム56間に配置されており、これらブロック側円形カム58は対応する各ブロック側カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。
As shown in FIG. 2, a pair of
図2に示したように各カムシャフト54、55をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸60にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア61、62が取付けられており、これらウォームギア61、62と噛合する歯車63、64がそれぞれ各カムシャフト54、55の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ59を駆動することによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を広い範囲に亘って変更することができる。
As shown in FIG. 2, a pair of worm gears 61, 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft 60 of the
次に、上述した構成の可変圧縮比機構Aにより圧縮比を変更する方法について図3及び図4を参照して詳述する。図4は、ケース側円形カム56、偏心軸57及びブロック側円形カム58の中心の運動をモデル化した図である。図3及び図4において、aはケース側円形カム56の中心、bは偏心軸57の中心、cはブロック側円形カム58の中心をそれぞれ示している。なお、本実施形態では、図3に示したようにブロック側円形カム58の直径はケース側円形カム56の直径よりも大きく、よって図4に示したようにブロック側円形カム58の中心cと偏心軸57の中心bとの間の距離mがケース側円形カム56の中心aと偏心軸57の中心bとの間の距離nよりも長い。
Next, a method for changing the compression ratio by the variable compression ratio mechanism A having the above-described configuration will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram modeling the movement of the center of the case-side
図3(A)及び図4(A)に示したような状態から駆動モータ59を駆動して、ケース側円形カム56が図3(A)において矢印で示したように互いに反対方向に回転させるべく各カムシャフト54、55を回転させると、偏心軸57がケース側円形カム56の中心a回りで下方へ向かって移動する。この偏心軸57の移動に伴ってブロック側円形カム58は図3(A)において矢印で示した方向とは反対方向に回転せしめられる。図3(A)及び図4(A)に示したような状態からケース側円形カム56が90°回転すると図3(B)及び図4(B)に示したような状態となる。
The
さらに駆動モータ59を駆動して、ケース側円形カム56を図3(B)において矢印で示したように互いに反対方向に回転させるべく各カムシャフト54、55を回転させると、偏心軸57がケース側円形カム56の中心a回りで更に下方へ向かって移動する。この偏心軸57の移動に伴ってブロック側円形カム58も図3(B)において矢印で示した方向に回転せしめられる。図3(B)及び図4(B)に示したような状態からケース側円形カム56が90°回転すると図3(C)及び図4(C)に示したような状態となる。
Further, when the
ここで、ブロック側円形カム58及びケース側円形カム56はそれぞれブロック側カム挿入口51及びケース側カム挿入口53内に収容されており、シリンダの軸線と垂直な方向へは移動することができない。従って、ブロック側円形カム58又はケース側円形カム56はシリンダの軸線と平行な方向にのみ相対移動が可能であり、従ってこれらカム56、58は常にシリンダの軸線と平行な同一直線l上に位置する。従って、図3(A)に示したような状態から各カムシャフト54、55上に固定されたケース側円形カム56を図3(A)において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると、ブロック側円形カム58の中心cは下方に、ケース側円形カム56の中心aに近づくように移動せしめられる。
Here, the block-side
図3(A)〜図3(C)を比較するとわかるようにクランクケース1とシリンダブロック2の相対位置はケース側円形カム56の中心aとブロック側円形カム58の中心cとの距離によって定まり、ケース側円形カム56の中心aとブロック側円形カム58の中心cとの距離が大きくなるほどシリンダブロック2はクランクケース1から離れる。シリンダブロック2がクランクケース1から離れるとピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積は増大する。従って、各カムシャフト54、55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積(以下、「燃焼室容積」という)を変更することができる。
3A to 3C, the relative position between the
このようにカムシャフト54、55を回転させることによってピストン4が圧縮上死点に位置するときの燃焼室5の容積を変化させたとしても、圧縮行程時のピストン4の行程容積(ピストン4が吸気下死点から圧縮上死点まで移動するときに変化する燃焼室5の容積)は変化しない。したがって、(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される圧縮比は、燃焼室容積の変化に応じて変化する。すなわち、本実施形態の可変圧縮比機構Aによれば、駆動モータ59によってカムシャフト54、55を回転させることによって、内燃機関の圧縮比を変更することができる。
Even if the volume of the
なお、図1〜図4に示した可変圧縮比機構Aは一例を示すものであって、駆動モータ等のアクチュエータを駆動させることによって圧縮比を変更することができればいかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。 The variable compression ratio mechanism A shown in FIGS. 1 to 4 is an example, and any type of variable compression ratio mechanism can be used as long as the compression ratio can be changed by driving an actuator such as a drive motor. Can be used.
ところで、このように構成された可変圧縮比機構Aを有する内燃機関では、カムシャフト54、55又は駆動モータ59の回転角度と圧縮比は比例していない。以下では、この理由について簡単に説明する。なお、本明細書では、カムシャフト54、55の回転角度と圧縮比との関係を例にとって説明するが、駆動モータ59の回転角度と圧縮比との関係にも同じことが言える。
By the way, in the internal combustion engine having the variable compression ratio mechanism A configured as described above, the rotation angle of the
図4に示したモデルを参照して説明すると、図3(A)及び図4(A)に示した状態(すなわち中心a、b、cが直線l上にある状態)からのカムシャフト54、55の回転角度をθとすると、クランクケース1に対するシリンダブロック3の相対距離Lは下記式(1)のように表される。
また、図6(A)に示したようなモデルにおいて、圧縮比εは、相対距離Lに応じて定まる燃焼室5の高さhとピストン4のストロークsとを用いて下記式(2)のように表される。
ε=((π・(D/2)2・(h+s)/(π・(D/2)2・h)
=(h+s)/h …(2)
In the model as shown in FIG. 6A, the compression ratio ε is expressed by the following equation (2) using the height h of the
ε = ((π · (D / 2) 2 · (h + s) / (π · (D / 2) 2 · h)
= (H + s) / h (2)
図6(B)に示すように、高圧縮比になって燃焼室5の高さhが小さくなるほど高さhの変化に対する圧縮比εの変化率が大きくなる。すなわち、圧縮比εは燃焼室5の高さに比例して変化しない。
As shown in FIG. 6B, the rate of change of the compression ratio ε with respect to the change in the height h increases as the compression ratio becomes higher and the height h of the
このような二つの原理の相乗効果により、カムシャフト54、55の回転角度と圧縮比は比例しない。具体的には、カムシャフト54、55の回転角度θと圧縮比εとの関係は例えば図7(A)に示したようになり、カムシャフト54、55の単位回転角度当たりの圧縮比εの変化量(以下、「圧縮比変化率」という)は図7(B)に示したようになる。すなわち、カムシャフト54、55の回転角度θが小さいとき、すなわち圧縮比が低いとき及びカムシャフト54、55の回転角度θが大きいとき、すなわち圧縮比が高いときには、圧縮比変化率が小さい。逆に、カムシャフト54、55の回転角度θが90°付近であるとき、すなわち圧縮比が中程度であるときには、圧縮比変化率が大きい。なお、図7は、m:nを2:1とした場合における回転角度と圧縮比及び圧縮比変化率との関係を示しているが、m:nを他の比率にした場合にも基本的に同様な傾向となる。
Due to the synergistic effect of these two principles, the rotation angle of the
このようにカムシャフト54、55の回転角度θに応じて、すなわち圧縮比に応じて圧縮比変化率が変動すると、圧縮比の変更時に内燃機関を適切に制御するのが困難となる。例えば、圧縮比を変更する場合、それに伴って燃焼室5内に供給される吸入空気量も変更されるが、圧縮比及び吸入空気量の変更中に機関運転状態を安定させるためには圧縮比の変化に合わせて吸入空気量を変化させる必要がある。ところが、カムシャフト54、55の回転角度に応じて圧縮比変化率が変動する場合に、例えばカムシャフト54、55の回転速度を一定にすると、圧縮比変化速度は一定ではなくなる。このため、圧縮比の変化に合わせて燃焼室5内に供給される吸入空気量を変化させるのが困難となる。
As described above, when the compression ratio change rate varies according to the rotation angle θ of the
そこで、本発明の実施形態では、カムシャフト54、55の回転角度θに応じて圧縮比変化率が変動したとしても、圧縮比変化速度が一定になるように(反比例するように)カムシャフト54、55の回転速度を制御することとしている。
Therefore, in the embodiment of the present invention, even if the compression ratio change rate fluctuates according to the rotation angle θ of the
図8は、カムシャフト54、55の回転角度θと圧縮比変化率及び回転角度との関係及びカムシャフト54、55の回転角度θと時間に対する圧縮比変化速度を示している。図中の実線はカムシャフト54、55の回転角度θを、破線は圧縮比変化率をそれぞれ示している。
FIG. 8 shows the relationship between the rotation angle θ of the
図7(B)及び図8に実線で示したように、カムシャフト54、55の回転角度の変化に対する圧縮比変化率は、カムシャフト54、55の回転角度が小さいとき又は大きいとき、すなわち圧縮比εが低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にあるときには小さく、一方、カムシャフト54、55の回転角度が中程度のとき、すなわち圧縮比εが中圧縮比領域内にあるときには大きい。本発明の実施形態では、カムシャフト54、55の回転速度は圧縮比変化率と反比例するように制御され、よって圧縮比変化率の小さいときにはカムシャフト54、55の回転速度が速くされ、逆に圧縮比変化率の高いときにはカムシャフト54、55の回転速度が遅くされる。換言すると、本発明の実施形態では、圧縮比変化速度が一定になるように、カムシャフト54、55の回転角度が小さいとき又は大きいとき、すなわち圧縮比εが低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にあるときにはカムシャフト54、55の回転速度が速くされ、逆にカムシャフト54、55の回転角度が中程度のとき、すなわち圧縮比εが中圧縮比領域内にあるときにはカムシャフト54、55の回転速度が遅くされる。
As shown by the solid lines in FIGS. 7B and 8, the compression ratio change rate with respect to the change in the rotation angle of the
特に、本発明の実施形態では、可変圧縮比機構Aが図2〜図4に示したように構成されているため、カムシャフト54、55の回転角度が大きくなるにつれて、圧縮比変化率が最初に徐々に大きくなると共に、その後徐々に小さくなる。このため、回転速度も、カムシャフト54、55の回転角度が大きくなるにつれて、最初に徐々に徐々に小さくなると共にその後徐々に大きくなる。
In particular, in the embodiment of the present invention, since the variable compression ratio mechanism A is configured as shown in FIGS. 2 to 4, as the rotation angle of the
このように、本発明の実施形態では、上述したようにカムシャフト54、55の回転速度を制御することにより、カムシャフト54、55の回転角度に関わらず、すなわち圧縮比に関わらず、圧縮比変化速度をほぼ一定にすることができる。これにより、圧縮比の変更時においても内燃機関を適切に制御することができるようになる。
Thus, in the embodiment of the present invention, by controlling the rotational speed of the
ところで、圧縮比変化速度が一定になるように制御すると目標圧縮比に対する実際の圧縮比の応答性が低下することがある。このような傾向は圧縮比を低圧縮比領域又は高圧縮比領域内から中圧縮比領域内へと変更するときよりも、中圧縮比領域内から低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内へと変更する場合の方が顕著である。以下、その理由について説明する。 By the way, if the compression ratio change speed is controlled to be constant, the response of the actual compression ratio to the target compression ratio may be reduced. Such a tendency is from the middle compression ratio region to the lower compression ratio region or the higher compression ratio region than when the compression ratio is changed from the low compression ratio region or the high compression ratio region to the middle compression ratio region. The case of changing is more prominent. The reason will be described below.
まず、圧縮比変化率が高い領域(例えば、圧縮比変化率領域が特定の変化率よりも高い領域。以下、「高圧縮比変化率領域」という)内に目標圧縮比がある場合、この目標圧縮比へ向かうときにカムシャフト54、55の回転速度が速いと圧縮比は目標圧縮比に収束しにくくなる。これは、高圧縮比変化率領域内では、実際の回転角度と目標回転角度との間に僅かなずれがあると、実際の圧縮比と目標圧縮比との間に大きなずれが生じてしまうためである。したがって、目標圧縮比が高圧縮比変化率領域内にある場合、すなわち中圧縮比領域内にある場合には、カムシャフト54、55の回転角度をこの目標圧縮比に対応する目標回転角度に変更する際に、カムシャフト54、55の回転速度を最初は速くして目標回転角度付近に近づくにつれて徐々に遅くするのが好ましい。
First, if there is a target compression ratio in a region where the compression ratio change rate is high (for example, a region where the compression ratio change rate region is higher than a specific change rate, hereinafter referred to as a “high compression ratio change rate region”), this target If the rotational speed of the
逆に、圧縮比変化率が低い領域(例えば、圧縮比変化率が上記特定の変化率よりも低い領域。以下、「低圧縮比変化率領域」という)内に目標圧縮比がある場合、この目標圧縮比へ向かうときにカムシャフト54、55の回転速度が速くても圧縮比は目標圧縮比に収束し易い。これは、低圧縮比変化率領域内では、実際の回転角度と目標回転角度との間に僅かなずれがあっても、実際の圧縮比と目標圧縮比との間にはほとんどずれが生じないためである。したがって、目標圧縮比が低圧縮比変化率領域内にある場合、すなわち低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合には、カムシャフト54、55の回転角度をこの目標圧縮比に対応する目標回転角度に変更する際に、カムシャフト54、55の回転速度を目標回転角度付近に到達するまで比較的速いまま維持するのが好ましい。
Conversely, if the target compression ratio is within a region where the compression ratio change rate is low (for example, a region where the compression ratio change rate is lower than the specific change rate, hereinafter referred to as a “low compression ratio change rate region”), Even when the rotational speed of the
ここで、目標圧縮比が中圧縮比領域内にある場合には、上述したように圧縮比変化速度が一定になるように制御すると、カムシャフト54、55の回転角度をこの目標圧縮比に対応する目標回転角度に変更する際に、カムシャフト54、55の回転速度を最初は速くして目標回転角度付近に近づくにつれて徐々に遅くすることができる。一方、目標圧縮比が低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合には、上述したように圧縮比変化速度が一定になるように制御すると、カムシャフト54、55の回転角度をこの目標圧縮比に対応する目標回転角度に変更する際に、カムシャフト54、55の回転速度を最初は遅くして目標回転角度付近に近づくにつれて徐々に速くすることになってしまう。
Here, when the target compression ratio is in the middle compression ratio region, the rotation angle of the
そこで、本発明の実施形態では、目標圧縮比が低圧縮比変化率領域内にある場合、すなわち低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合には、圧縮比変化速度が一定にならずに変動することを許容することとしている。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when the target compression ratio is in the low compression ratio change rate region, that is, in the low compression ratio region or the high compression ratio region, the compression ratio change rate is constant. It is supposed to be allowed to fluctuate.
図9はカムシャフト54、55の回転角度と回転速度との関係、及びカムシャフト54、55の回転角度と圧縮比変化速度との関係を示している。図9では、圧縮比が低圧縮比領域内の圧縮比から中圧縮比領域内の圧縮比へと変更される場合における回転速度及び圧縮比変化速度の推移(図中のX)と、圧縮比が中圧縮比領域内の圧縮比から低圧縮比領域内の圧縮比へと変更された場合における回転速度及び圧縮比変化速度の推移(図中のY)とを示している。また、図9(A)中の破線は、圧縮比変化速度を所定の一定速度で推移させるためのカムシャフト54、55の回転速度を表す曲線(以下、「一定変化速度維持曲線」という)を示しており、図9(B)中の破線はカムシャフト54、55の回転速度を一定変化速度維持曲線上で推移させた場合における圧縮比変化速度の推移を示している。
FIG. 9 shows the relationship between the rotation angle of the
図9にXで示した場合、すなわち現在の圧縮比が低圧縮比領域内にあって且つ目標圧縮比が中圧縮比領域内にある場合、カムシャフト54、55の回転角度は低圧縮比領域内の所定の圧縮比に対応する回転角度αから、中圧縮比領域内の目標圧縮比に対応する目標回転角度βへと変更される。すなわち、カムシャフト54、55の回転角度は、圧縮比変化率の低い領域(低圧縮比変化率領域)内の回転角度αから、圧縮比変化率の高い領域(高圧縮比変化率領域)内の回転角度βに変更される。
In the case shown by X in FIG. 9, that is, when the current compression ratio is in the low compression ratio region and the target compression ratio is in the medium compression ratio region, the rotation angle of the
この場合、カムシャフト54、55は、図9(A)に示したように、回転角度αから回転角度βに変更されるにあたって、一定変化速度維持曲線上の回転速度で回転せしめられる。これにより、図9(B)に示したように、カムシャフト54、55が回転角度αから回転角度βに変更されるまで、圧縮比変化速度は一定に維持される。
In this case, as shown in FIG. 9A, the
一方、図9にYで示した場合、すなわち現在の圧縮比が中圧縮比領域内にあって且つ目標圧縮比が低圧縮比領域内にある場合、カムシャフト54、55の回転角度は中圧縮比領域内の所定の圧縮比に対応する回転角度βから、低圧縮比領域内の目標圧縮比に対応する目標回転角度αへと変更される。すなわち、カムシャフト54、55の回転角度は、高圧縮比変化率領域内の回転角度βから、低圧縮比変化率領域内の回転角度αに変更される。
On the other hand, in the case indicated by Y in FIG. 9, that is, when the current compression ratio is in the medium compression ratio region and the target compression ratio is in the low compression ratio region, the rotation angle of the
この場合、カムシャフト54、55は、図9(A)に示したように、回転角度βから回転角度αに変更されるにあたって、一定変化速度維持曲線上の回転速度では回転せしめられず、一定変化速度維持曲線上の回転速度よりも速い回転速度で回転せしめられる。これにより、図9(B)に示したように、カムシャフト54、55が回転角度βから回転角度αに変更されるときには、圧縮比変化速度は一定に維持されず、圧縮比変化速度を一定に維持した場合よりも速いものとされる。
In this case, as shown in FIG. 9A, the
特に、図示した実施形態では、カムシャフト54、55は回転角度αから回転角度βに変更されるにあたって、一定変化速度維持曲線において目標回転角度αに対応する回転速度V1で一定に回転せしめられる。
In particular, in the illustrated embodiment, when the
このように、本発明の実施形態では、目標圧縮比が中圧縮比領域内にある場合、すなわち目標回転角度が高圧縮比変化率領域内にある場合には、圧縮比変化速度が一定になるようにカムシャフト54、55の回転が制御され、これにより圧縮比の制御性が向上し、これに伴って内燃機関を適切に制御することができるようになる。一方、目標圧縮比が低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合、すなわち目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にある場合には、カムシャフト54、55の回転速度が速くされ、これにより圧縮比の応答性が向上する。すなわち、本発明の実施形態によれば、圧縮比の応答性と制御性を適切に両立させることができる。
Thus, in the embodiment of the present invention, when the target compression ratio is in the medium compression ratio region, that is, when the target rotation angle is in the high compression ratio change rate region, the compression ratio change speed is constant. Thus, the rotation of the
図10はカムシャフト54、55の回転角度と回転速度との関係、及びカムシャフト54、55の回転角度と圧縮比変化速度との関係を示す、図9と同様な図である。図10では、圧縮比が低圧縮比領域内から高圧縮比領域内へと変更された場合における回転速度及び圧縮比変化速度の推移(図中のX)と、圧縮比が高圧縮比領域内から低圧縮比領域内へと変更された場合における回転角度及び圧縮比変化速度の推移(図中のY)とを示している。また、図10(A)中の破線は、図9(A)中の破線と同様に一定変化速度維持曲線を示しており、一方、図10(B)中の破線は図9(B)中の破線と同様に、カムシャフト54、55の回転速度を一定変化速度維持曲線上で維持させた場合における圧縮比変化速度の推移を示している。
FIG. 10 is a view similar to FIG. 9 showing the relationship between the rotation angle and the rotation speed of the
図10にXで示した場合、すなわち現在の圧縮比が低圧縮比領域内にあって且つ目標圧縮比が高圧縮比領域内にある場合、カムシャフト54、55の回転角度は現在の低圧縮比領域内の所定の圧縮比に対応する回転角度αから、高圧縮比領域内の目標圧縮比に対応する目標回転角度γへと変更される。すなわち、カムシャフト54、55の回転角度は、高圧縮比変化率領域内の回転角度αから、低圧縮比変化率領域を挟んで高圧縮比変化率領域内の回転角度γに変更される。
In the case indicated by X in FIG. 10, that is, when the current compression ratio is in the low compression ratio region and the target compression ratio is in the high compression ratio region, the rotation angle of the
この場合、カムシャフト54、55は、図10(A)に示したように、回転角度αから回転角度γに変更されるにあたって、一定変化速度維持曲線上の回転速度では回転せしめられず、一定変化速度維持曲線上の回転速度よりも速い回転速度で回転せしめられる。これにより、図10(B)に示したように、カムシャフト54、55が回転角度αから回転角度γに変更されるときには、圧縮比変化速度は一定に維持されず、図10(B)に破線で示した一定の圧縮比変化速度よりも速い圧縮比変化速度とされる。
In this case, as shown in FIG. 10A, the
図10にYで示した場合、すなわち現在の圧縮比が高圧縮比領域内にあって且つ目標圧縮比が低圧縮比領域内にある場合、カムシャフト54、55の回転角度は現在の高圧縮比領域内の所定の圧縮比に対応する回転角度γから、低圧縮比領域内の目標圧縮比に対応する目標回転角度αへと変更される。すなわち、カムシャフト54、55の回転角度は、高圧縮比変化率領域内の回転角度γから、低圧縮比変化率領域を挟んで高圧縮比変化率領域内の回転角度αに変更される。
When Y is shown in FIG. 10, that is, when the current compression ratio is in the high compression ratio region and the target compression ratio is in the low compression ratio region, the rotation angle of the
この場合、カムシャフト54、55は、図10(A)に示したように、回転角度γから回転角度αに変更されるにあたって、図10にXで示した場合と同様に、一定変化速度維持曲線上の回転速度よりも速い回転速度で回転せしめられる。これにより、図10(B)に示したように、カムシャフト54、55が回転角度γから回転角度αに変更されるときにも、圧縮比変化速度は図10(B)に破線で示した一定の圧縮比変化速度よりも速い圧縮比変化速度とされる。
In this case, when the
このように、目標圧縮比が低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合、すなわち目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にある場合には、現在の回転角度と目標回転角度との間に高圧縮比変化率領域があったとしても、カムシャフト54、55の回転速度が速くされ、これにより圧縮比の応答性が向上する。
Thus, when the target compression ratio is in the low compression ratio region or the high compression ratio region, that is, when the target rotation angle is in the low compression ratio change rate region, the current rotation angle and the target rotation angle are Even if there is a high compression ratio change rate region between them, the rotational speed of the
図11は、本発明の実施形態における回転角度制御の制御ルーチンのフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 11 is a flowchart of a control routine of rotation angle control in the embodiment of the present invention. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.
図11を参照すると、まず、ステップS11では、機関運転状態等に基づいてECU30により目標圧縮比εtが算出される。特に、本実施形態では、機関負荷、機関回転数、吸気弁7の閉弁時期、スロットル弁17の開度等に基づいて目標圧縮比εtが算出される。次いで、ステップS12では、ステップS11で算出した目標圧縮比εtに基づいて図7(A)に示したようなマップにより目標回転角度θtが算出される。
Referring to FIG. 11, first, in step S11, the target compression ratio εt is calculated by the
次いで、ステップS13では、カムシャフト54、55の現在の回転角度θが目標回転角度θt近傍の値であるか否かが判定される。機関運転状態が大きく変化して目標圧縮比が変化し、それに伴って目標回転角度が急激に変化した直後等には、現在の回転角度θは目標回転角度θtとは大きく異なった値となっており、このような場合にはステップS14へと進む。
Next, in step S13, it is determined whether or not the current rotation angle θ of the
ステップS14では、目標回転角度θtが低圧縮比変化率領域内にあるか否かが判定される。目標回転角度θtが低圧縮比変化率領域内にあると判定された場合、すなわち目標圧縮比が低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にあると判定された場合には、ステップS15へと進む。ステップS15では、図8(A)に示したようなマップに基づいて、一定変化速度維持曲線において目標回転角度θtに対応する回転速度Vθtが算出される。次いで、ステップS16では、ステップS15で算出された回転速度Vθtでカムシャフト54、55が回転するように駆動モータ59が駆動される。
In step S14, it is determined whether or not the target rotation angle θt is within the low compression ratio change rate region. If it is determined that the target rotation angle θt is in the low compression ratio change rate region, that is, if it is determined that the target compression ratio is in the low compression ratio region or the high compression ratio region, the process proceeds to step S15. move on. In step S15, a rotation speed Vθt corresponding to the target rotation angle θt in the constant change speed maintenance curve is calculated based on the map as shown in FIG. Next, in step S16, the
一方、ステップS14において、目標回転角度θtが圧縮比変化率の高い領域(以下、「高圧縮比変化率領域」という)内にあると判定された場合、すなわち目標圧縮比が中圧縮比領域内にあると判定された場合には、ステップS17へと進む。ステップS17では、図8(A)に示したようなマップに基づいて、一定変化速度維持曲線において現在の回転角度θに対応する回転速度Vθが算出される。次いで、ステップS18では、ステップS17で算出された回転速度Vθでカムシャフト54、55が回転するように駆動モータ59が駆動される。
On the other hand, when it is determined in step S14 that the target rotation angle θt is in a region where the compression ratio change rate is high (hereinafter referred to as “high compression ratio change rate region”), that is, the target compression ratio is in the medium compression ratio region. If it is determined that there is, the process proceeds to step S17. In step S17, a rotational speed Vθ corresponding to the current rotational angle θ in the constant change speed maintenance curve is calculated based on the map as shown in FIG. Next, in step S18, the
その後、カムシャフト54、55の回転角度θが目標回転角度θtに近づくと、次の制御ルーチンでは、ステップS13においてカムシャフト54、55の現在の回転角度θが目標回転角度θt近傍の値であると判定され、ステップS19へと進む。ステップS19では、少なくとも一定変化速度維持曲線において目標回転角度θtに対応する回転速度Vθtよりも低い回転速度Vθlでカムシャフト54、55が回転するように駆動モータが駆動される。これにより、カムシャフト54、55の回転角度θが目標回転角度θt近傍に到達するとカムシャフト54、55の回転速度が遅くされ、よってカムシャフト54、55の回転角度θが目標回転角度θtに収束し易くなる。
Thereafter, when the rotation angle θ of the
なお、上記フローチャートに示した制御では、カムシャフト54、55の回転角度θが目標回転角度θt近傍に到達するとカムシャフト54、55の回転速度を遅くするようにしているが、必ずしもこのような制御を行う必要はない。
In the control shown in the flowchart, the rotation speed of the
また、上記実施形態では、目標圧縮比が低圧縮比領域内及び高圧縮比領域内にある場合には、図9及び図10に示したような一定変化速度維持曲線において目標回転角度に対応する回転速度でカムシャフト54、55が回転するようにしている。しかしながら、必ずしもこの回転速度でカムシャフト54、55を回転させる必要はなく、例えば目標圧縮比が低圧縮比領域内又は高圧縮比領域内にある場合には目標回転角度に無関係に予め定められた一定の速い回転速度(例えば、駆動モータ59の最大回転速度等)でカムシャフト54、55を回転させるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, when the target compression ratio is in the low compression ratio region and the high compression ratio region, it corresponds to the target rotation angle in the constant change speed maintenance curve as shown in FIGS. 9 and 10. The
また、上記実施形態では、カムシャフト54、55の回転角度を制御しているが、駆動モータ59、すなわちアクチュエータの回転角度を制御するようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the rotation angle of the
1 クランクケース
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
7 吸気弁
54、55 カムシャフト
56 ケース側円形カム
57 偏心軸
58 ブロック側円形カム
59 駆動モータ
63、64 歯車
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときであっても、目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にある場合には圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータが回転せしめられ、
上記圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータを回転させるときには、圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度よりも速い回転速度でアクチュエータが回転せしめられる、可変圧縮比内燃機関。 A variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the internal combustion engine by rotating the actuator is provided so that the rotation angle of the actuator becomes a target rotation angle corresponding to a target compression ratio set according to the engine operating state. In the variable compression ratio internal combustion engine, in which the rotation speed of the actuator is controlled so that the compression ratio change speed is substantially constant when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle.
Even when changing the rotational angle of the actuator to the target rotation angle, target rotational angle in the case where a low compression ratio change rate region actuator so that the compression ratio variation speed varies is found rotated,
A variable compression ratio internal combustion engine in which when the actuator is rotated so that the compression ratio change speed fluctuates, the actuator is rotated at a rotational speed faster than a rotational speed at which the compression ratio change speed is substantially constant .
上記アクチュエータの回転角度を目標回転角度に変更するときであっても、目標回転角度が低圧縮比変化率領域内にあってアクチュエータの回転角度を低圧縮比変化率領域内から高圧縮比変化率領域内を経由して低圧縮比変化率領域内へ変化させる必要がある場合には、圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータが回転せしめられ、
上記圧縮比変化速度が変動するようにアクチュエータを回転させるときには、圧縮比変化速度がほぼ一定になるような回転速度よりも速い回転速度でアクチュエータが回転せしめられる、可変圧縮比内燃機関。 A variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the internal combustion engine by rotating the actuator is provided so that the rotation angle of the actuator becomes a target rotation angle corresponding to a target compression ratio set according to the engine operating state. In the variable compression ratio internal combustion engine, in which the rotation speed of the actuator is controlled so that the compression ratio change speed is substantially constant when the rotation angle of the actuator is changed to the target rotation angle.
Even when the actuator rotation angle is changed to the target rotation angle, the target rotation angle is in the low compression ratio change rate region, and the actuator rotation angle is changed from the low compression ratio change rate region to the high compression ratio change rate. If it is necessary to change to a low compression ratio change rate region via the region, the actuator so that the compression ratio variation speed varies is found rotated,
A variable compression ratio internal combustion engine in which when the actuator is rotated so that the compression ratio change speed fluctuates, the actuator is rotated at a rotational speed faster than a rotational speed at which the compression ratio change speed is substantially constant .
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