JP5278286B2 - Variable compression ratio system for internal combustion engines - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further improve the vibration reduction effect of an internal combustion engine, in a variable compression ratio system which changes the compression ratio of the internal combustion engine by relatively displacing a cylinder block and a crankcase in a cylinder axis direction. <P>SOLUTION: The variable compression ratio system of the internal combustion engine changes the compression ratio by changing the position of the cylinder block with respect to the crankcase in the cylinder axis direction. When the position of the cylinder block with respect to the crankcase is changed, the change of the center-of-mass position of the internal combustion engine is controlled by displacing the balance weight to the reverse direction of the cylinder block in the cylinder axis direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより圧縮比を変更する技術に関する。   The present invention relates to a technique for changing a compression ratio by relatively displacing a cylinder block and a crankcase in a cylinder axial direction.

内燃機関の機械圧縮比を変更するシステムとして、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより、燃焼室容積を変更するシステムが知られている。   As a system for changing a mechanical compression ratio of an internal combustion engine, a system for changing a combustion chamber volume by relatively displacing a cylinder block and a crankcase in a cylinder axial direction is known.

上記したような可変圧縮比システムを備えた内燃機関においては、シリンダブロックとクランクケースとが一体的に固定されないため特有の振動を発生する場合があった。これに対し、可変圧縮比システムを備えた内燃機関において、回転式のバランスウェイトを設ける技術が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。   In the internal combustion engine provided with the variable compression ratio system as described above, the cylinder block and the crankcase are not fixed integrally, and thus there is a case where specific vibration is generated. On the other hand, in an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio system, a technique for providing a rotary balance weight has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−207505号公報JP 2006-207505 A 特開2006−144614号公報JP 2006-144614 A 特開2008−144720号公報JP 2008-144720 A

本発明の目的は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムにおいて、内燃機関の振動低減効果を高めることにある。   An object of the present invention is to increase the vibration reduction effect of an internal combustion engine in a variable compression ratio system that changes the compression ratio of the internal combustion engine by relatively displacing the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction.

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に変位させることにより圧縮比を変更する内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
クランクケースに対するシリンダブロックの位置をシリンダ軸方向に変化させる可変圧縮比機構と、
前記可変圧縮比機構がシリンダブロックの位置を変位させるときに、シリンダ軸方向において前記シリンダブロックと逆方向に変位するバランスウェイトと、
を備えるようにした。
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the present invention provides a variable compression ratio system for an internal combustion engine that changes the compression ratio by displacing the cylinder block and the crankcase in the cylinder axial direction.
A variable compression ratio mechanism that changes the position of the cylinder block relative to the crankcase in the cylinder axial direction;
When the variable compression ratio mechanism displaces the position of the cylinder block, a balance weight that is displaced in the direction opposite to the cylinder block in the cylinder axis direction;
I was prepared to.

シリンダブロックとクランクケースとがシリンダ軸方向に相対変位すると、内燃機関の質量中心位置も変化する。内燃機関の質量中心位置が変化すると、内燃機関を支持する機構(エンジンマウント)の共振周波数が変化する。その結果、シリンダブロックとクランクケースとの相対位置によっては、エンジンマウントが内燃機関の振動を減衰しきれない可能性があった。   When the cylinder block and the crankcase are relatively displaced in the cylinder axis direction, the position of the center of mass of the internal combustion engine also changes. When the center of mass position of the internal combustion engine changes, the resonance frequency of the mechanism (engine mount) that supports the internal combustion engine changes. As a result, depending on the relative position between the cylinder block and the crankcase, the engine mount may not be able to completely attenuate the vibration of the internal combustion engine.

これに対し、回転式のバランスウェイトを内燃機関に取り付ける方法が考えられる。この方法によると、内燃機関が発生する振動を小さくすることはできるが、エンジンマウントの共振周波数の変化を抑制することができない可能性がある。   On the other hand, a method of attaching a rotary balance weight to the internal combustion engine is conceivable. According to this method, the vibration generated by the internal combustion engine can be reduced, but there is a possibility that a change in the resonance frequency of the engine mount cannot be suppressed.

そこで、本発明に係わる内燃機関の可変圧縮比システムは、内燃機関の圧縮比が変更さ
れるときに、シリンダ軸方向においてシリンダブロックと逆方向に変位するバランスウェイトを備えるようにした。
Accordingly, the variable compression ratio system for an internal combustion engine according to the present invention is provided with a balance weight that is displaced in the direction opposite to the cylinder block in the cylinder axial direction when the compression ratio of the internal combustion engine is changed.

かかる発明によれば、内燃機関の質量中心位置の変化量が小さくなるため、エンジンマウントの共振周波数の変化量も小さくなる。その結果、内燃機関の振動特性は、エンジンマウントが減衰し得る範囲内に収まるようになる。よって、エンジンマウントによる内燃機関の振動低減効果を高めることができる。   According to this invention, since the amount of change in the center of mass position of the internal combustion engine is reduced, the amount of change in the resonance frequency of the engine mount is also reduced. As a result, the vibration characteristics of the internal combustion engine fall within a range where the engine mount can be attenuated. Therefore, the vibration reduction effect of the internal combustion engine by the engine mount can be enhanced.

なお、バランスウェイトの変位量は、内燃機関の質量中心位置が一定位置に保たれるように定められるようにしてもよい。その際、内燃機関の質量中心位置が一定位置に保たれる条件下においてシリンダブロックの位置(又は変位量)とバランスウェイトの位置(又は変位量)との関係を予め実験的に求めておけばよい。このようにしてバランスウェイトの位置が決定されると、エンジンマウントの共振周波数を一定周波数に保つことが可能となる。よって、圧縮比が変化した場合であっても、内燃機関の振動をエンジンマウントによって減衰することが可能になる。   Note that the amount of displacement of the balance weight may be determined so that the center of mass position of the internal combustion engine is maintained at a constant position. In this case, if the relationship between the position of the cylinder block (or displacement) and the position of the balance weight (or displacement) is obtained experimentally in advance under the condition that the center of mass position of the internal combustion engine is kept constant. Good. When the position of the balance weight is determined in this way, the resonance frequency of the engine mount can be maintained at a constant frequency. Therefore, even when the compression ratio changes, the vibration of the internal combustion engine can be attenuated by the engine mount.

本発明によれば、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対変位させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比システムにおいて、内燃機関の振動低減効果を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration reduction effect of an internal combustion engine can be heightened in the variable compression ratio system which changes the compression ratio of an internal combustion engine by relatively displacing a cylinder block and a crankcase in a cylinder axial direction.

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 可変圧縮比機構の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a variable compression ratio mechanism. バランスウェイトを変位させる機構を示す図である。It is a figure which shows the mechanism which displaces a balance weight. 圧縮比の変更に伴う質量中心位置の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the mass center position accompanying the change of a compression ratio. 圧縮比の変更に伴うバランスウェイトの変位を示す図である。It is a figure which shows the displacement of the balance weight accompanying the change of a compression ratio. 圧縮比εとバランスウェイトの変位量Δiとの関係を規定したマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which prescribed | regulated the relationship between compression ratio (epsilon) and displacement amount (DELTA) i of a balance weight. 圧縮比を変更する際にECUが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine which ECU performs when changing a compression ratio.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

図1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、シリンダブロック2とクランクケース3とがシリンダ軸方向へ相対変位することにより機械圧縮比(燃焼室容積)が変更される火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。なお、内燃機関1は、圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)であってもよい。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) in which a mechanical compression ratio (combustion chamber volume) is changed by relative displacement of a cylinder block 2 and a crankcase 3 in a cylinder axial direction. is there. The internal combustion engine 1 may be a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine).

内燃機関1は、シリンダ軸方向へ相対変位自在に連結されたシリンダブロック2とクランクケース3とを備えている。シリンダブロック2には、シリンダヘッド4が固定されている。クランクケース3は、エンジンマウント50を介して車体200に支持されている。   The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2 and a crankcase 3 that are connected so as to be relatively displaceable in the cylinder axial direction. A cylinder head 4 is fixed to the cylinder block 2. The crankcase 3 is supported by the vehicle body 200 via the engine mount 50.

シリンダブロック2には、気筒(シリンダ)5が形成されている。気筒5内には、ピストン6がシリンダ軸方向に摺動自在に装填されている。クランクケース3には、クランク
シャフト7が回転自在に支持されている。ピストン6とクランクシャフト7は、コネクティングロッド8を介して連結されている。
A cylinder (cylinder) 5 is formed in the cylinder block 2. A piston 6 is loaded in the cylinder 5 so as to be slidable in the cylinder axial direction. A crankshaft 7 is rotatably supported on the crankcase 3. The piston 6 and the crankshaft 7 are connected via a connecting rod 8.

シリンダヘッド4には、気筒5内に連通する吸気ポート9と排気ポート10とが設けられている。シリンダヘッド4には、吸気ポート9の開口端を開閉するための吸気バルブ11と、排気ポート10の開口端を開閉するための排気バルブ12が設けられている。吸気バルブ11は、シリンダヘッド4に回転自在に支持された吸気カムシャフト13により開閉駆動される。排気バルブ12は、シリンダヘッド4に回転自在に支持された排気カムシャフト14により開閉駆動される。また、シリンダヘッド4には、吸気ポート9内へ燃料を噴射する燃料噴射弁15と、気筒5内に火花を発生させる点火プラグ16とが取り付けられている。   The cylinder head 4 is provided with an intake port 9 and an exhaust port 10 that communicate with the cylinder 5. The cylinder head 4 is provided with an intake valve 11 for opening and closing the opening end of the intake port 9 and an exhaust valve 12 for opening and closing the opening end of the exhaust port 10. The intake valve 11 is driven to open and close by an intake camshaft 13 that is rotatably supported by the cylinder head 4. The exhaust valve 12 is driven to open and close by an exhaust camshaft 14 that is rotatably supported by the cylinder head 4. In addition, a fuel injection valve 15 that injects fuel into the intake port 9 and a spark plug 16 that generates a spark in the cylinder 5 are attached to the cylinder head 4.

次に、シリンダブロック2とクランクケース3との連結部には、クランクケース3に対してシリンダブロック2をシリンダ軸方向へ変位させるための可変圧縮比機構100が設けられている。可変圧縮比機構100としては、図2に示すように、軸部101と、軸部101の中心軸に対して偏心された状態で軸部101に固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部102と、カム部102と同一外形を有し軸部101に対して回転可能且つカム部102と同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部103と、軸部101と同心状に設けられたウォームホイール104と、ウォームホイール104と噛み合うウォーム105と、ウォーム105を回転駆動させるモータ106と、を備えた機構を用いることができる。なお、カム部102はシリンダブロック2に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部103はクランクケース3に設けられた収納孔内に設置されるものとする。また、モータ106は、シリンダブロック2に固定され、シリンダブロック2と一体的に変位する。   Next, a variable compression ratio mechanism 100 for displacing the cylinder block 2 in the cylinder axial direction with respect to the crankcase 3 is provided at a connecting portion between the cylinder block 2 and the crankcase 3. As shown in FIG. 2, the variable compression ratio mechanism 100 includes a shaft portion 101 and a cam portion having a regular circular cam profile fixed to the shaft portion 101 in a state of being eccentric with respect to the central axis of the shaft portion 101. 102, a movable bearing portion 103 having the same outer shape as the cam portion 102 and capable of rotating with respect to the shaft portion 101 and mounted in an eccentric state in the same manner as the cam portion 102, and provided concentrically with the shaft portion 101. A mechanism including a worm wheel 104, a worm 105 that meshes with the worm wheel 104, and a motor 106 that rotationally drives the worm 105 can be used. The cam portion 102 is installed in a storage hole provided in the cylinder block 2, and the movable bearing portion 103 is installed in a storage hole provided in the crankcase 3. The motor 106 is fixed to the cylinder block 2 and is displaced integrally with the cylinder block 2.

このように構成された可変圧縮比機構100によれば、モータ106の動力がウォーム105とウォームホイール104とを介して軸部101に伝えられ、偏心状態にあるカム部102と可動軸受部103とが駆動される。その結果、カム部102と可動軸受部103とがシリンダ軸方向に相対変位し、それに伴ってシリンダブロック2とクランクケース3ともシリンダ軸方向に相対変位する。   According to the variable compression ratio mechanism 100 configured as described above, the power of the motor 106 is transmitted to the shaft portion 101 via the worm 105 and the worm wheel 104, and the cam portion 102 and the movable bearing portion 103 in the eccentric state are transmitted. Is driven. As a result, the cam portion 102 and the movable bearing portion 103 are relatively displaced in the cylinder axial direction, and accordingly, the cylinder block 2 and the crankcase 3 are also relatively displaced in the cylinder axial direction.

ここで、シリンダ軸方向においてシリンダブロック2がクランクケース3から遠ざかると、燃焼室容積が大きくなるため、機械圧縮比(行程容積と燃焼室容積との総和を燃焼室容積で除算した値)が低くなる。一方、シリンダ軸方向においてシリンダブロック2がクランクケース3に近づくと、燃焼室容積が小さくなるため、機械圧縮比が高くなる。   Here, when the cylinder block 2 moves away from the crankcase 3 in the cylinder axial direction, the combustion chamber volume increases, and therefore the mechanical compression ratio (the value obtained by dividing the sum of the stroke volume and the combustion chamber volume by the combustion chamber volume) is low. Become. On the other hand, when the cylinder block 2 approaches the crankcase 3 in the cylinder axial direction, the volume of the combustion chamber is reduced and the mechanical compression ratio is increased.

ここで図1に戻り、クランクケース3には、内燃機関1の潤滑油(オイル)を貯蔵するためのオイルパン30が取り付けられている。オイルパン30の内部には、シリンダ軸方向に変位自在にバランスウェイト300が配置されている。さらに、オイルパン30には、前記バランスウェイト300をシリンダ軸方向に変位させるためのアクチュエータ301が取り付けられている。   Returning to FIG. 1, the crankcase 3 is provided with an oil pan 30 for storing lubricating oil (oil) of the internal combustion engine 1. A balance weight 300 is disposed inside the oil pan 30 so as to be freely displaceable in the cylinder axial direction. Further, an actuator 301 for displacing the balance weight 300 in the cylinder axial direction is attached to the oil pan 30.

前記したバランスウェイト300をシリンダ軸方向へ変位させる機構としては、図3に示すように、バランスウェイト300に対してシリンダ軸方向に立設されたラック302と、ラック302に噛み合うピニオンギア303と、ピニオンギア303を回転させるモータ(アクチュエータ)301と、を備えた機構を用いることができる。   As a mechanism for displacing the balance weight 300 in the cylinder axis direction, as shown in FIG. 3, a rack 302 standing in the cylinder axis direction with respect to the balance weight 300, a pinion gear 303 meshing with the rack 302, A mechanism including a motor (actuator) 301 that rotates the pinion gear 303 can be used.

ここで図1に戻り、上記したように構成された内燃機関1には、燃料噴射弁15、点火プラグ16、可変圧縮比機構100、アクチュエータ301などの各種機器を電気的に制御するための電子制御ユニット(ECU)17が併設されている。   Returning to FIG. 1, the internal combustion engine 1 configured as described above includes an electronic device for electrically controlling various devices such as the fuel injection valve 15, the spark plug 16, the variable compression ratio mechanism 100, and the actuator 301. A control unit (ECU) 17 is also provided.

ECU17は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどから構成されるユニットであり、クランクポジションセンサ18、アクセルポジションセンサ19、リフトセンサ20などの各種センサの電気信号が入力されるようになっている。クランクポジションセンサ18は、クランクシャフト7近傍に配置され、クランクシャフト7の回転位置に相関するパルス信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ19は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関する信号を出力するセンサである。リフトセンサ20は、クランクケース3においてシリンダブロック2との連結部位の近傍に配置され、クランクケース3に対するシリンダブロック2のリフト量(シリンダ軸方向の上死点側への変位量)に相関する電気信号を出力するセンサである。   The ECU 17 is a unit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like, and electric signals from various sensors such as a crank position sensor 18, an accelerator position sensor 19, and a lift sensor 20 are input thereto. The crank position sensor 18 is a sensor that is disposed in the vicinity of the crankshaft 7 and outputs a pulse signal correlated with the rotational position of the crankshaft 7. The accelerator position sensor 19 is a sensor that outputs a signal correlated with the amount of operation of the accelerator pedal (accelerator opening). The lift sensor 20 is disposed in the crankcase 3 in the vicinity of the connecting portion with the cylinder block 2 and is correlated with the lift amount of the cylinder block 2 relative to the crankcase 3 (the displacement amount toward the top dead center side in the cylinder axis direction). It is a sensor that outputs a signal.

ECU17は、上記した各種センサの電気信号に従って内燃機関1の運転状態(機関運転状態)を判別し、その判別結果に従って上記した各種機器を制御する。たとえば、ECU17は、クランクポジションセンサ18やアクセルポジションセンサ19の出力信号から判別される機関回転数および機関負荷に基づいて、可変圧縮比機構100を制御する。   ECU17 discriminate | determines the driving | running state (engine driving | running state) of the internal combustion engine 1 according to the electric signal of above-mentioned various sensors, and controls the above-mentioned various apparatuses according to the discrimination | determination result. For example, the ECU 17 controls the variable compression ratio mechanism 100 based on the engine speed and the engine load determined from the output signals of the crank position sensor 18 and the accelerator position sensor 19.

その際、機関回転数および機関負荷が予め定められた低負荷・低回転運転領域にあるときは、ECU17は、内燃機関1の圧縮比が高くなるように可変圧縮比機構100を制御する。詳細には、ECU17は、シリンダブロック2がクランクケース3に近づく(シリンダ軸方向の下死点側へ変位する)ように可変圧縮比機構100を制御する。   At this time, when the engine speed and the engine load are in a predetermined low load / low rotation operation region, the ECU 17 controls the variable compression ratio mechanism 100 so that the compression ratio of the internal combustion engine 1 becomes high. Specifically, the ECU 17 controls the variable compression ratio mechanism 100 so that the cylinder block 2 approaches the crankcase 3 (displaces toward the bottom dead center side in the cylinder axis direction).

また、機関回転数および機関負荷が上記した低負荷・低回転運転領域から逸脱したときは、ECU17は、シリンダブロック2がクランクシャフト7から遠ざかる(シリンダ軸方向の上死点側へ変位する)ように可変圧縮比機構100を制御することにより、内燃機関1の圧縮比を低下させる。   Further, when the engine speed and the engine load deviate from the low load / low rotation operation region described above, the ECU 17 causes the cylinder block 2 to move away from the crankshaft 7 (displaces toward the top dead center side in the cylinder axis direction). In addition, the compression ratio of the internal combustion engine 1 is reduced by controlling the variable compression ratio mechanism 100.

上記したように内燃機関1の圧縮比を変更する場合に、ECU17は、リフトセンサ20の出力信号値が目標値と一致するように可変圧縮比機構100を制御する。目標値は、目標圧縮比をシリンダブロック2のリフト量に換算した値であり、予め実験的に求められている。なお、内燃機関1の圧縮比は、上記したように2段階に切り換えられてもよく、或いは機関回転数及び機関負荷に応じて無段階に切り換えられてもよい。   When changing the compression ratio of the internal combustion engine 1 as described above, the ECU 17 controls the variable compression ratio mechanism 100 so that the output signal value of the lift sensor 20 matches the target value. The target value is a value obtained by converting the target compression ratio into the lift amount of the cylinder block 2 and is experimentally obtained in advance. It should be noted that the compression ratio of the internal combustion engine 1 may be switched in two steps as described above, or may be switched in a stepless manner according to the engine speed and the engine load.

このように内燃機関1の圧縮比が変更されると、低負荷・低回転運転領域における燃焼効率の向上と、高負荷・高回転運転領域におけるノッキングの抑制と、を両立することができる。   Thus, when the compression ratio of the internal combustion engine 1 is changed, it is possible to achieve both improvement in combustion efficiency in the low load / low rotation operation region and suppression of knocking in the high load / high rotation operation region.

ところで、クランクケース3に対してシリンダブロック2が相対変位すると、内燃機関1の質量中心位置も変位することになる。たとえば、図4に示すように、圧縮比が高い状態(図4中の(a)に示す状態)から圧縮比が低い状態(図4中の(b)に示す状態)へ移行する場合は、シリンダブロック2がシリンダ軸方向の上死点側(図4中の上方)へ変位するため、内燃機関1の質量中心位置Aもシリンダ軸方向の上死点側へ変位する。逆に、圧縮比が低い状態(図4中の(b)に示す状態)から圧縮比が高い状態(図4中の(a)に示す状態)へ移行する場合は、シリンダブロック2がシリンダ軸方向の下死点側(図4中の下方)へ変位するため、内燃機関1の質量中心位置Aもシリンダ軸方向の下死点側へ変位する。   By the way, when the cylinder block 2 is relatively displaced with respect to the crankcase 3, the center of mass position of the internal combustion engine 1 is also displaced. For example, as shown in FIG. 4, when shifting from a state where the compression ratio is high (state shown in (a) in FIG. 4) to a state where the compression ratio is low (state shown in (b) in FIG. 4), Since the cylinder block 2 is displaced to the top dead center side in the cylinder axial direction (upward in FIG. 4), the center of mass position A of the internal combustion engine 1 is also displaced to the top dead center side in the cylinder axial direction. Conversely, when the compression ratio is low (the state shown in FIG. 4B) and the compression ratio is high (the state shown in FIG. 4A), the cylinder block 2 is connected to the cylinder shaft. The center of gravity A of the internal combustion engine 1 is also displaced toward the bottom dead center side in the cylinder axial direction because it is displaced toward the bottom dead center side in the direction (downward in FIG. 4).

図4に示したように、圧縮比の変更に伴って質量中心位置Aが変位すると、エンジンマウント50の共振周波数も圧縮比の変更に伴って変化することになる。その結果、圧縮比(シリンダブロック2のリフト量)によっては、エンジンマウント50が内燃機関1の振動を減衰しきれなくなる可能性がある。   As shown in FIG. 4, when the mass center position A is displaced with the change in the compression ratio, the resonance frequency of the engine mount 50 also changes with the change in the compression ratio. As a result, depending on the compression ratio (lift amount of the cylinder block 2), the engine mount 50 may not be able to completely attenuate the vibration of the internal combustion engine 1.

これに対し、本実施例では、圧縮比が変更されるときに、シリンダ軸方向においてシリンダブロック2と逆方向にバランスウェイト300が変位されるようにした。具体的には、ECU17は、図5に示すように、圧縮比が高い状態(図5中の(a)に示す状態)から圧縮比が低い状態(図5中の(b)に示す状態)へ移行させる場合は、シリンダブロック2をシリンダ軸方向の上死点側(図5中の上方)へ変位させるとともに、バランスウェイト300をシリンダ軸方向の下死点側(図5中の下方)へ変位させる。逆に、圧縮比が低い状態(図5中の(b)に示す状態)から圧縮比が高い状態(図5中の(a)に示す状態)へ移行させる場合は、ECU17は、シリンダブロック2をシリンダ軸方向の下死点側(図5中の下方)へ変位させるとともに、バランスウェイト300をシリンダ軸方向の上死点側(図5中の上方)へ変位させる。   In contrast, in this embodiment, when the compression ratio is changed, the balance weight 300 is displaced in the direction opposite to the cylinder block 2 in the cylinder axis direction. Specifically, as shown in FIG. 5, the ECU 17 changes from a state where the compression ratio is high (state shown in FIG. 5A) to a state where the compression ratio is low (state shown in FIG. 5B). When shifting to, the cylinder block 2 is displaced to the top dead center side in the cylinder axial direction (upward in FIG. 5), and the balance weight 300 is moved to the bottom dead center side in the cylinder axial direction (downward in FIG. 5). Displace. Conversely, when shifting from a state where the compression ratio is low (the state shown in (b) in FIG. 5) to a state where the compression ratio is high (the state shown in (a) in FIG. 5), the ECU 17 Is displaced to the bottom dead center side (downward in FIG. 5) in the cylinder axis direction, and the balance weight 300 is displaced to the top dead center side (upward in FIG. 5) in the cylinder axis direction.

その際、シリンダブロック2の変位量Δhに対するバランスウェイト300の変位量Δiは、質量中心位置Aが変化しないように定められるものとする。シリンダブロック2の変位量Δhとバランスウェイト300の変位量Δiとの関係は、予め実験的に求めておくとともに、それらの関係をマップ化しておくことが望ましい。なお、シリンダブロック2の変位量Δhは内燃機関1の圧縮比と相関するため、バランスウェイト300の変位量Δiと圧縮比との関係をマップ化しておくようにしてもよい。   At this time, the displacement amount Δi of the balance weight 300 relative to the displacement amount Δh of the cylinder block 2 is determined so that the mass center position A does not change. It is desirable that the relationship between the displacement amount Δh of the cylinder block 2 and the displacement amount Δi of the balance weight 300 is experimentally obtained in advance and the relationship is mapped. Since the displacement amount Δh of the cylinder block 2 correlates with the compression ratio of the internal combustion engine 1, the relationship between the displacement amount Δi of the balance weight 300 and the compression ratio may be mapped.

ここで、バランスウェイト300の変位量Δiと圧縮比εとの関係を規定したマップの一例を図6に示す。なお、変位量Δiと圧縮比εとの関係は、内燃機関1の諸元やエンジンマウント50の減衰特性などによって変わるため、図6に示すマップはあくまで一例である。   Here, an example of a map defining the relationship between the displacement amount Δi of the balance weight 300 and the compression ratio ε is shown in FIG. Since the relationship between the displacement amount Δi and the compression ratio ε varies depending on the specifications of the internal combustion engine 1 and the damping characteristics of the engine mount 50, the map shown in FIG. 6 is merely an example.

図6中の変位量Δiは、最下部(シリンダ軸方向における下死点側の変位端)からの変位量を示すものとする。図6に示すマップによれば、圧縮比εが高いときは低いときに比べ、バランスウェイト300の変位量Δiが多くなる。言い換えれば、圧縮比εが高いときは低いときに比べ、バランスウェイト300の位置が上方(シリンダ軸方向における上死点側)に位置することになる。その結果、前述した図5に示したように、内燃機関1の質量中心位置Aを一定位置に保つことが可能となる。   The displacement amount Δi in FIG. 6 indicates the displacement amount from the lowest part (the displacement end on the bottom dead center side in the cylinder axis direction). According to the map shown in FIG. 6, the amount of displacement Δi of the balance weight 300 increases when the compression ratio ε is high compared to when it is low. In other words, when the compression ratio ε is high, the balance weight 300 is positioned upward (at the top dead center side in the cylinder axis direction) as compared with the low compression ratio ε. As a result, as shown in FIG. 5 described above, the mass center position A of the internal combustion engine 1 can be maintained at a constant position.

内燃機関1の質量中心位置Aが一定位置に保たれると、エンジンマウント50の共振周波数も一定周波数に保たれるため、エンジンマウント50が内燃機関1の振動を減衰することが可能になる。よって、内燃機関1の圧縮比にかかわらず、内燃機関1の振動が減衰されるようになる。   When the mass center position A of the internal combustion engine 1 is maintained at a constant position, the resonance frequency of the engine mount 50 is also maintained at a constant frequency, so that the engine mount 50 can attenuate the vibration of the internal combustion engine 1. Therefore, the vibration of the internal combustion engine 1 is attenuated regardless of the compression ratio of the internal combustion engine 1.

以下、本実施例におけるアクチュエータ301の制御手順について図7に沿って説明する。図7は、ECU17が圧縮比を変更するときに実施する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めECU17のROMに記憶されているルーチンであり、ECU17によって周期的に実行される。   Hereinafter, the control procedure of the actuator 301 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a control routine executed when the ECU 17 changes the compression ratio. This control routine is a routine stored in advance in the ROM of the ECU 17 and is periodically executed by the ECU 17.

図7の制御ルーチンにおいて、ECU17は、先ずS101で各種データの読み込みを行う。詳細には、圧縮比の目標値(目標圧縮比)εtを演算するためのパラメータとなるデータ(たとえば、機関回転数、機関負荷、スロットル開度、車速、トランスミッションの変速比、トルクコンバータのロックアップ状態、リフトセンサ20の出力信号値、など)を読み込む。   In the control routine of FIG. 7, the ECU 17 first reads various data in S101. More specifically, data serving as parameters for calculating a compression ratio target value (target compression ratio) εt (for example, engine speed, engine load, throttle opening, vehicle speed, transmission gear ratio, torque converter lockup) Status, output signal value of the lift sensor 20, etc.).

S102では、ECU17は、前記S101で読み込まれたパラメータに基づいて目標圧縮比εtを演算する。   In S102, the ECU 17 calculates a target compression ratio εt based on the parameters read in S101.

S103では、ECU17は、前記S103で算出された目標圧縮比εtを引数として図6のマップにアクセスし、バランスウェイト300の変位量Δiを演算する。   In S103, the ECU 17 accesses the map of FIG. 6 using the target compression ratio εt calculated in S103 as an argument, and calculates the displacement amount Δi of the balance weight 300.

S104では、ECU17は、前記S102で算出された目標圧縮比εtに従って可変圧縮比機構100を制御する。詳細には、ECU17は、リフトセンサ20の出力信号値から実際の圧縮比(実圧縮比)εを求め、実圧縮比εと目標圧縮比εtとの偏差が許容範囲内に収まるように可変圧縮比機構100を制御する。   In S104, the ECU 17 controls the variable compression ratio mechanism 100 according to the target compression ratio εt calculated in S102. Specifically, the ECU 17 obtains an actual compression ratio (actual compression ratio) ε from the output signal value of the lift sensor 20, and performs variable compression so that the deviation between the actual compression ratio ε and the target compression ratio εt is within an allowable range. The ratio mechanism 100 is controlled.

S105では、ECU17は、前記S103で算出された変位量Δiに従ってアクチュエータ301を制御する。   In S105, the ECU 17 controls the actuator 301 in accordance with the displacement amount Δi calculated in S103.

このように図7の制御ルーチンに従って圧縮比εの変更およびバランスウェイト300の変位が行われると、内燃機関1の質量中心位置Aは圧縮比にかかわらず一定位置に保たれるようになる。その結果、エンジンマウント50の共振周波数も、内燃機関1の圧縮比にかかわらず一定周波数に保たれるようになる。   As described above, when the compression ratio ε is changed and the balance weight 300 is displaced according to the control routine of FIG. 7, the center-of-mass position A of the internal combustion engine 1 is maintained at a constant position regardless of the compression ratio. As a result, the resonance frequency of the engine mount 50 is also maintained at a constant frequency regardless of the compression ratio of the internal combustion engine 1.

したがって、本実施例によれば、シリンダブロック2とクランクケース3とがシリンダ軸方向に相対変位することにより内燃機関1の圧縮比を変更するシステムにおいて、内燃機関1の振動低減効果を一層高めることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the vibration reduction effect of the internal combustion engine 1 is further enhanced in the system that changes the compression ratio of the internal combustion engine 1 by the relative displacement of the cylinder block 2 and the crankcase 3 in the cylinder axial direction. Can do.

なお、本実施例では、バランスウェイト300を変位させるために専用のアクチュエータ301を設ける例について述べたが、可変圧縮比機構100のモータ106がバランスウェイト300を変位させるためのアクチュエータを兼用するようにしてもよい。その場合、たとえば、モータ106の出力軸にピニオンギアが取り付けられてもよい。ただし、その際のシリンダブロック2の変位量とバランスウェイト300の変位量との関係が内燃機関1の質量中心位置を変位させない関係を満たさない場合は、モータ106の出力軸とピニオンギアとの間に減速機構又は増速機構を設けるようにしてもよい。   In this embodiment, an example in which the dedicated actuator 301 is provided to displace the balance weight 300 has been described. However, the motor 106 of the variable compression ratio mechanism 100 also serves as an actuator for displacing the balance weight 300. May be. In that case, for example, a pinion gear may be attached to the output shaft of the motor 106. However, if the relationship between the displacement amount of the cylinder block 2 and the displacement amount of the balance weight 300 at that time does not satisfy the relationship that the center of mass position of the internal combustion engine 1 is not displaced, the distance between the output shaft of the motor 106 and the pinion gear. A speed reduction mechanism or a speed increase mechanism may be provided.

また、本実施例では、バランスウェイト300がオイルパン30に配置される例について述べたが、オイルパン30以外の場所に設置されてもよい。たとえば、シリンダヘッド4に配置されてもよく、或いはシリンダブロック2に配置されてもよい。   In the present embodiment, the example in which the balance weight 300 is disposed in the oil pan 30 has been described. However, the balance weight 300 may be disposed in a place other than the oil pan 30. For example, it may be arranged in the cylinder head 4 or in the cylinder block 2.

このような構成によれば、バランスウェイト300を変位させるためのアクチュエータが不要になるとともに、バランスウェイト300の変位量を制御するためのロジックも不要になるという利点がある。ただし、バランスウェイト300を変位させるための専用のアクチュエータを設けた構成によれば、内燃機関1を構成する部品の公差等に因り質量中心位置が想定位置からずれるような場合に質量中心位置を容易に調整することができるという利点がある。   According to such a configuration, there is an advantage that an actuator for displacing the balance weight 300 is not necessary, and logic for controlling the amount of displacement of the balance weight 300 is also unnecessary. However, according to the configuration in which the dedicated actuator for displacing the balance weight 300 is provided, the mass center position can be easily set when the mass center position deviates from the assumed position due to tolerances of components constituting the internal combustion engine 1. There is an advantage that it can be adjusted.

1 内燃機関
2 シリンダブロック
3 クランクケース
4 シリンダヘッド
5 気筒
6 ピストン
7 クランクシャフト
8 コネクティングロッド
9 吸気ポート
10 排気ポート
11 吸気バルブ
12 排気バルブ
13 吸気カムシャフト
14 排気カムシャフト
15 燃料噴射弁
16 点火プラグ
18 クランクポジションセンサ
19 アクセルポジションセンサ
20 リフトセンサ
30 オイルパン
50 エンジンマウント
100 可変圧縮比機構
101 軸部
102 カム部
103 可動軸受部
104 ウォームホイール
105 ウォーム
106 モータ
200 車体
300 バランスウェイト
301 アクチュエータ
302 ラック
303 ピニオンギア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Cylinder block 3 Crankcase 4 Cylinder head 5 Cylinder 6 Piston 7 Crankshaft 8 Connecting rod 9 Intake port 10 Exhaust port 11 Intake valve 12 Exhaust valve 13 Intake camshaft 14 Exhaust camshaft 15 Fuel injection valve 16 Spark plug 18 Crank position sensor 19 Accelerator position sensor 20 Lift sensor 30 Oil pan 50 Engine mount 100 Variable compression ratio mechanism 101 Shaft portion 102 Cam portion 103 Movable bearing portion 104 Worm wheel 105 Worm 106 Motor 200 Car body 300 Balance weight 301 Actuator 302 Rack 303 Pinion gear

Claims (2)

クランクケースに対するシリンダブロックの位置をシリンダ軸方向に変化させることにより内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記可変圧縮比機構がシリンダブロックの位置を変位させるときに、シリンダ軸方向において前記シリンダブロックと逆方向に変位するバランスウェイトと、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
A variable compression ratio mechanism that changes the compression ratio of the internal combustion engine by changing the position of the cylinder block relative to the crankcase in the cylinder axial direction;
When the variable compression ratio mechanism displaces the position of the cylinder block, a balance weight that is displaced in the direction opposite to the cylinder block in the cylinder axis direction;
A variable compression ratio system for an internal combustion engine, comprising:
請求項1において、前記バランスウェイトの変位量は、内燃機関の質量中心位置が一定位置に保たれるように定められることを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。   2. The variable compression ratio system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the displacement amount of the balance weight is determined so that the center of mass position of the internal combustion engine is maintained at a constant position.
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