JP5167339B2 - 可変圧縮比エンジンの有効容量比をピストンで直接的に測定する装置 - Google Patents

Description

本発明の主題は、可変圧縮比エンジンのピストンに固定された少なくとも一つのターゲットの動程を検出する、エンジンのシリンダブロックに装着された少なくとも一つのセンサを包含して、このセンサが、エンジンのクランクシャフトの少なくとも一つの角度位置センサと、コンピュータとの相互作用を行う、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比をピストンで直接的に測定することを可能にする装置である。

出願人に属する国際特許ＷＯ９８／５１９１１、ＷＯ００／３１３７７、ＷＯ０３／００８７８３により、可変排気量エンジンのための様々な機械的装置が知られている。

出願人の名による国際特許ＷＯ９８／５１９１１には、有効排気量および／または容量比の協働的適応により可変負荷および速度で使用されるピストンを備える内燃エンジンの総合効率を向上させるのに使用される装置が記載されていることに注意されたい。このタイプのエンジンは「可変圧縮比エンジン」という名称で当業者には公知であるので、この名称を以下の文章で使用する。

出願人の名による国際特許ＷＯ００／３１３７７によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、一方で転動案内装置と、他方で連結ロッドに固定された歯車と相互作用を行うことでピストンと連結ロッドとの間で運動の伝達を可能にする伝達部材に底部で固定されたピストンを包含することに注意されたい。

出願人の名による国際特許ＷＯ０３／００８７８３によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、一方では小型ラックを介して転動案内装置と、他方では別の大型ラックによって、連結ロッドに固定された歯車と相互作用を行う伝達部材に底部で固定されたピストンが中で運動する少なくとも一つのシリンダを包含することに注意されたい。

可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、また、歯車と相互作用を行う少なくとも一つの制御ラックと、ピストンを伝達部材に装着してクランプ予荷重を付与するための手段と、ラックの鋸歯を強化できる連結手段と、歯車の構造を補強および軽量化するための手段も包含する。

国際特許ＷＯ９８／５１９１１およびＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１４９によれば、可動部品の慣性と、制御油圧ジャッキが固定される制御ラックに供給されるエンジンガスの圧力とから生じる力によって運動が得られる制御油圧ジャッキにより、可変圧縮比エンジンの圧縮比が調整されることが分かる。

特許ＷＯ９８／５１９１１、ＷＯ２００５／０９８２１９、ＦＲ０６／００７０８によれば、制御ラックの位置をエンジンの管理コンピュータに通知するため、可変圧縮比エンジンの制御ラックの位置を測定するためにセンサが設けられていてもよいことに注意されたい。

出願人の名による上述の特許出願および特許のすべてにおいて、可変圧縮比エンジンの動力伝達システムは、従来の固定圧縮比エンジンよりも多数の可動部品を包含することに注意されたい。この特徴によって、シリンダヘッドに対するピストンの位置を左右する一連の寸法が延びる。

しかし、出願人の名による仏国特許出願０６／００７０８には、特に組立中に可変圧縮比エンジンに適用されて、同一のエンジンのシリンダの間の圧縮比のばらつきを最小にすることのできる、シリンダごとに圧縮比を初期調整するための装置が記載されていることに注意されたい。

可変圧縮比エンジンの可動部品が多数であること、これら部品の間の機能的クリアランスの総和、変化する作動温度を受けるこれら部品の間の膨張が異なること、そしてエンジンの寿命中にこれら部品の接触面が受ける可能性のある磨耗および変色の作用を考慮すると、エンジンの制御ラックの位置を測定するセンサにより報告されるエンジンの容量比の値がエンジンの有効容量比に正確に対応することを保証するのは可能でない。

本発明による装置が、可変圧縮比エンジンのシリンダ内でピストンが往復並進運動を行いながら、少なくとも一つのシリンダの有効容量比をピストンで直接的に測定することを可能にすることでこの問題を解決する。

したがって、本発明による装置は、二つの信号の捕捉とコンピュータにより行われる計算とに基づいて、可変圧縮比エンジンのシリンダヘッドに対する上死点（ＴＤＣ）でのピストンの有効高さをエンジンの管理システムに通知することを可能にする。

そのため、本発明による装置は、以下の点で、エンジンの有効容量比の測定の信頼性をかなり向上させることを可能にする。
‐ 可変圧縮比エンジンの作動中におけるこのピストンの高さをエンジンのピストンで直接的に測定することで、エンジンの様々な部品の膨張の均一性の欠如によって誘発される誤差の減少を可能にする。この膨張の均一性の欠如は、ラックに直接設置されたセンサにより測定される制御ラックの位置に基づいて計算されるエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの位置と、エンジンの有効容量比を左右するエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの有効位置との間の相違をもたらす。
‐ 可変圧縮比エンジンの作動中におけるこのピストンの高さをエンジンのピストンで直接的に測定することで、エンジンの様々な部品の間の作動クリアランスの変化により誘発される誤差の減少を可能にする。このクリアランスの変化は、ラックに直接設置されたセンサにより測定される制御ラックの位置に基づいて計算されるエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの位置と、エンジンの有効容量比を左右するエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの有効位置との間の相違をもたらす。
‐ 可変圧縮比エンジンの作動中におけるこのピストンの高さをエンジンのピストンで直接的に測定することで、エンジンの様々な部品の磨耗、変色作用、または変形により誘発される誤差の減少を可能にする。この磨耗、変色作用、または変形は、ラックに直接設置されたセンサにより測定される制御ラックの位置に基づいて計算されるエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの位置と、エンジンの有効容量比を左右するエンジンの上死点（ＴＤＣ）でのピストンの有効位置との間の相違をもたらし得る。

そのため、作動中のエンジンの有効容量比をエンジンのピストンで直接的に測定することを本発明による装置が提案することで可変圧縮比エンジンの容量比の測定の信頼性および精度が増し、以下が可能となる。
・ 膨張の均一性の欠如に関連するものであれ、機能的クリアランスおよびエンジンの可動部品の寸法の変形に関連するものであれ、可変圧縮比エンジンの有効容量比の測定に関連する不確実性を大幅に低下させること。
・ 異常燃焼のピンキング特徴の危険を低下させること。エンジンの容量比の測定値がエンジンの有効容量比を表していないため、高すぎる容量比が可変圧縮比エンジンに適用された場合に、ピンキングが発生し得る。このピンキングはエンジンに損傷を与える可能性がある。
・ 信頼性がより高く、ピンキングリミットに到達することなくこれに接近することを可能にする有効容量比の測定により、可変圧縮比エンジンの効率を最適化すること。

本発明による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置は、エンジンのピストンに固定された伝達部材に配置された少なくとも一つのターゲットの動程を検出する、シリンダブロックに装着されて転動案内装置の同期化ローラの転動面の下に位置する少なくとも一つのターゲット動程センサを包含し、このターゲット動程センサは、エンジンのクランクシャフトの少なくとも一つの角度位置センサと、コンピュータとの相互作用を行う。

本発明による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置は、小型ラックを包含する伝達部材の面に設けられたターゲットを包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置は、伝達部材に配置された孔または同様の要素で構成されるターゲットを包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置は、伝達部材に固定されたピンまたは同様の要素で構成されるターゲットを包含する。

非限定的な例として挙げた添付図面に関する以下の説明により、本発明、本発明が提案する特徴、そして本発明が提供すると思われる長所について、より深い理解が可能となるだろう。

本発明の一変形による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置の主要部品と、可変圧縮比エンジンにおける部品の配置とを示す概略断面図である。

図１は、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ１１０の有効容量比をピストン２で直接的に測定することを可能にする装置９０を示す。

出願人に属する特許出願および特許によれば、可変圧縮比エンジンは、ピストンに固定されて、一方では転動案内装置４と、他方では歯車５と相互作用を行う伝達部材３をピストン２の底部に包含する機械的伝達装置１を包含する。

ピストン２とクランクシャフト９との間で運動を伝達するため、歯車５は、クランクシャフト９に連結された連結ロッド６と相互作用を行う。

歯車５は、伝達部材３の反対側で、シリンダブロック１００に配置されたジャッキシリンダ１１２内で案内されるジャッキピストン１３を持つ制御ジャッキ８を包含する制御装置１２によって、シリンダブロック１００に対する垂直位置が制御される制御ラック７と、相互作用を行う。制御ジャッキ８は、上部ジャッキロッド１０と底部ジャッキロッド１６とジャッキピストン１３と制御ロッド２０とで構成される。

ピストン２に固定された伝達部材３は、歯車５の鋸歯５１と相互作用を行う鋸歯３４を持つ第１大型ラック３５を、その面の一つに備える。

伝達部材３は、転動案内装置４のローラ４０の鋸歯と相互作用を行う小型の鋸歯３８を持つ第２ラック３７を、第１ラック３５と反対側に包含する。

シリンダブロック１００は、転動案内装置４のローラ４０の運動をピストン２の運動と同期化させるラック４６を包含する支持体４１に固定されている。

本発明による、可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ１１０の有効容量比の測定を可能にする装置９０は、シリンダブロック１００に装着された少なくとも一つのターゲット動程センサ９１を包含する。

可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ１１０の有効容量比の測定を可能にする装置９０は、ピストン２に固定された少なくとも一つのターゲット９２を包含する。ターゲット動程センサ９１は、ピストン２に固定されたターゲット９２の動程を検出するように設計されている。

可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ１１０の有効容量比の測定を可能にする装置９０は、クランクシャフトの少なくとも一つの角度位置センサ９３と、少なくとも一つのコンピュータ９４とを包含する。

ターゲット動程センサ９１は、クランクシャフトの角度位置センサ９３とコンピュータ９４との相互作用を行うように設計されている。

ターゲット動程センサ９１は、可変圧縮比エンジンの転動案内装置４の同期化ローラ４０の転動面の下に配置されている。

ピストン２に固定されたターゲット９２は、可変圧縮比エンジンの機械的伝達装置１の伝達部材３に配置されている。

ターゲット９２は、小型ラック３７を包含する伝達部材３の面において、第１大型ラック３５の鋸歯３４と反対側に設けられる。

ターゲット９２は、伝達部材３に配置された孔または同様の要素で構成される。

ターゲット９２は、また、伝達部材３に固定されたピンまたは同様の要素で構成される。

シリンダブロック１００に装着されるターゲット動程センサ９１は、「ホール（Ｈａｌｌ）」効果の原理に基づいている。

変形として、ターゲット動程センサ９１は、電流が周期的に流れてターゲット９２の動程の検出を可能にするコイルで構成され、ターゲット９２がコイルの前を通過する時にコイルに電流が流れる。ターゲット９２は、磁界を発生させる材料で構成される。

別の実施形態によれば、ターゲット動程センサ９１は、小型電気変流器を画定する二つの重複コイルで構成され、電流の変流比によりターゲット９２の動程の検出を可能にする。ターゲットは磁気材料で構成される。

別の実施形態によれば、ターゲット動程センサ９１は、光学的検出センサや、容量性のタイプまたは当業者に公知の他のタイプのものである。

動作：
可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ１１０の有効容量比をピストン２で直接的に測定することを可能する装置９０の動作は、以下の通りである。

可変圧縮比エンジンが運転中である時、ピストン２は上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間で前後運動を行う。

したがって、ピストン２に固定されたターゲット９２は、シリンダ１１０内でのピストン２の各上昇行程および各下降行程のたびにターゲット動程センサ９１の前を通過する。

ターゲット９２がターゲット動程センサ９１の前を通過する時に、コンピュータ９４によって対応の信号が受け取られ、コンピュータは、クランクシャフト角度位置センサ９３により伝達される信号を介して、ターゲット動程センサ９１の前におけるターゲット９２の動程に対応するクランクシャフト９の角度位置を登録する。

ピストン２の頂部に対するターゲット９２の位置と、不図示のシリンダヘッドに対するターゲット動程センサ９１の位置と、クランクシャフト９の角度位置と相関するピストン２の高さの変化の法則とが、コンピュータ９４のメモリに予め登録されているので、コンピュータは、ピストン２が上死点（ＴＤＣ）に到達した時のシリンダヘッドに対するピストン２の頂部の位置、ゆえにエンジンの有効容量比を判断することができる。

ピストン２の頂部とターゲット９２との間の距離と、ターゲット動程センサ９１とシリンダヘッドとの間の距離とを測定および登録する代わりとなる簡単な解決法は、組立中に、可変圧縮比エンジンの各シリンダ１１０を、適切な計測により、または他の手段により入手および記録される容量比にすることであると注意されたい。

エンジンの各シリンダ１１０が公知の容量比であると、エンジンが回転を行い、エンジンの各シリンダ１１０について、シリンダ１１０の容量比と、ターゲット動程センサ９１の前におけるシリンダ１１０のピストン２のターゲット９２の動程点と、エンジンのクランクシャフト９の角度位置との間に存在する関係をコンピュータ９４は明確にすることができる。

この関係が分かると、コンピュータ９４は、各シリンダ１１０の有効容量比をいつでも計算できる。

上記の説明は単なる例として挙げられたものであることと、説明された実行の詳細を他の同等物で置き換えることによりユーザが逸脱することのない発明の範囲を、いかなる点でも制限するものではないことを、さらに理解しなければならない。

１ 機械的伝達装置
２ ピストン
３ 伝達部材
４ 転動案内装置
５ 歯車
６ 連結ロッド
７ 制御ラック
８ 制御ジャッキ
９ クランクシャフト
１０ 上部ジャッキロッド
１２ 制御装置
１３ ジャッキピストン
１６ 底部ジャッキロッド
２０ 制御ロッド
３４ 鋸歯
３５ 第１ラック
３７ 第２ラック
３８ 鋸歯
４０ ローラ
４１ 支持体
４６ ラック
５１ 鋸歯
９０ 装置
９１ ターゲット動程センサ
９２ ターゲット
９３ クランクシャフトの角度位置センサ
９４ コンピュータ
１００ シリンダブロック
１１０ シリンダ
１１２ ジャッキシリンダ

Claims (4)

1. 可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダ（１１０）の有効容量比の測定を可能にする装置において、前記エンジンのピストン（２）に固定された伝達部材（３）に配置された少なくとも一つのターゲット（９２）の動程を検出する、シリンダブロック（１００）に装着されて転動案内装置（４）の同期化ローラ（４０）の転動面の下に位置する少なくとも一つのターゲット動程センサ（９１）を包含し、前記ターゲット動程センサ（９１）が、前記エンジンのクランクシャフトの少なくとも一つの角度位置センサ（９３）と、コンピュータ（９４）との相互作用を行い、ターゲット（９２）がターゲット動程センサ（９１）の前を通過する時に、コンピュータ（９４）によって対応の信号が受け取られ、コンピュータは、クランクシャフト角度位置センサ（９３）により伝達される信号を介して、ターゲット動程センサ（９１）の前におけるターゲット（９２）の動程に対応するクランクシャフト（９）の角度位置を登録し、ピストン（２）の頂部に対するターゲット（９２）の位置と、シリンダヘッドに対するターゲット動程センサ（９１）の位置と、クランクシャフト（９）の角度位置と相関するピストン（２）の高さの変化の法則とが、コンピュータ（９４）のメモリに予め登録されており、コンピュータは、ピストン（２）が上死点（ＴＤＣ）に到達した時のシリンダヘッドに対するピストン（２）の頂部の位置、ゆえにエンジンの有効容量比を判断することを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置において、小型ラック（３７）を包含する伝達部材（３）の面にターゲット（９２）が設けられることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置において、伝達部材（３）に配置された孔または同様の要素でターゲット（９２）が構成されることを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの少なくとも一つのシリンダの有効容量比の測定を可能にする装置において、伝達部材（３）に固定されたピンまたは同様の要素でターゲット（９２）が構成されることを特徴とする装置。