JP5585528B2 - In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism - Google Patents

In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism Download PDF

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本発明は、内燃機関の筒内(気筒内)に直接的に燃料噴射を行う燃料噴射弁と筒内の混合気への点火を行う点火栓とを備える筒内噴射式火花点火内燃機関であって、可変圧縮比機構を備える筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。   The present invention is a direct injection spark ignition internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder (inside the cylinder) of the internal combustion engine and an ignition plug that ignites an air-fuel mixture in the cylinder. The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism.

内燃機関の燃費性能や出力性能を向上させることを目的として、内燃機関の機械圧縮比を変更可能にする可変圧縮比機構を備える内燃機関の提案がなされており、例えば、カム機構などを利用して、内燃機関の燃焼室を構成する機関要素であるシリンダブロックをクランクケースに対して相対的に移動させることで、燃焼室の容積を変更して内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備える内燃機関が知られている。   In order to improve the fuel consumption performance and output performance of the internal combustion engine, an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that can change the mechanical compression ratio of the internal combustion engine has been proposed. For example, a cam mechanism is used. A variable compression ratio for changing the mechanical compression ratio of the internal combustion engine by changing the volume of the combustion chamber by moving the cylinder block that is an engine element constituting the combustion chamber of the internal combustion engine relative to the crankcase An internal combustion engine having a mechanism is known.

ところで、内燃機関において、点火栓あるいは気筒内デポジットが有する残熱がホットスポットとなり、圧縮行程の途中で混合ガスが自然発火してしまう現象をプレイグニッションというが、該プレイグニッションは内燃機関出力の激減や回転の不調等をもたらす場合がある。特に、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、機関停止中に燃料が燃料噴射弁から漏れて気筒内に溜まり機関温度が高い条件下で再始動した場合には、プレイグニッションがもたらされる場合がありうる。そして、このようなプレイグニッションは、”カッキン”というノック音の発生などをもたらす場合があり、大きく商品性を損ねる要因となりうる。   By the way, in an internal combustion engine, a phenomenon in which residual heat of an ignition plug or in-cylinder deposit becomes a hot spot and a mixed gas spontaneously ignites during the compression stroke is called preignition. Or rotation failure. In particular, in an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, pre-ignition may be caused if fuel leaks from the fuel injection valve while the engine is stopped and accumulates in the cylinder and restarts under a high engine temperature. It is possible. Such pre-ignition may lead to the occurrence of a knocking sound such as “cuckling”, which can greatly impair the merchantability.

このようなプレイグニッションを抑制するための一手段として、筒内噴射式火花点火内燃機関において、機関停止中の燃料噴射弁から燃焼室内への燃料漏れに起因したプレイグニッションによる自己着火が発生する可能性がある特定気筒に対して、クランキングするに当たって、その特定気筒の燃料噴射弁から燃料噴射を通じて燃料を供給することで、クランキングの際に特定気筒の燃焼室内の燃料濃度を高めて自己着火条件を不成立とし、自己着火の発生を抑制することの提案がなされている(特許文献1参照)。また、プレイグニッションを抑制するための別の一手段として、運転者による車両の発進要求を予測したときには機械圧縮比を低下させることで、車両停止中のアイドリングから発進するときであっても、ノッキングやプレイグニッションなどの発生を抑制することの提案もなされている(特許文献2参照)。   As a means for suppressing such pre-ignition, self-ignition due to pre-ignition can occur in a direct injection spark ignition internal combustion engine due to fuel leakage from the fuel injection valve when the engine is stopped into the combustion chamber. When cranking a specific cylinder, the fuel is supplied from the fuel injection valve of the specific cylinder through fuel injection, thereby increasing the fuel concentration in the combustion chamber of the specific cylinder and performing self-ignition during cranking. Proposals have been made to suppress the occurrence of self-ignition by making the condition not satisfied (see Patent Document 1). In addition, as another means for suppressing pre-ignition, knocking even when starting from idling while the vehicle is stopped by reducing the mechanical compression ratio when the driver's request for starting the vehicle is predicted. And suppression of occurrence of pre-ignition have been proposed (see Patent Document 2).

特開2005−42677号公報JP-A-2005-42677 特開2010−185416号公報JP 2010-185416 A

しかしながら、特許文献1においては、可変圧縮比機構を有効に利用したプレイグニッションの発生の抑制策についての提案はなされていない。また、特許文献2に開示されている圧縮比制御方法においては、プレイグニッションの発生を抑制すべく機械圧縮比を大きく低下させることの必要に迫られる場合が生じることが考えられ、このような場合、燃焼安定性を損ない失火しやすい状態に陥るなどの事態を引き起こす可能性がある。さらに、機械圧縮比を大きく低下させたにもかかわらずプレイグニッションの発生が抑制されない場合には、圧縮行程開始前に大量の燃料を燃焼室内に噴射して燃料室内を過リッチ状態とすることで自己着火を抑制させるというような、燃費という観点からは不合理な対応の必要性に迫られる場合が生じることが考えられる。   However, in Patent Document 1, no proposal has been made for a measure for suppressing the occurrence of pre-ignition that effectively uses the variable compression ratio mechanism. Further, in the compression ratio control method disclosed in Patent Document 2, it may be necessary to greatly reduce the mechanical compression ratio in order to suppress the occurrence of pre-ignition. This may cause a situation such as a loss of combustion stability and a tendency to misfire. Furthermore, if the occurrence of pre-ignition is not suppressed even though the mechanical compression ratio is greatly reduced, a large amount of fuel is injected into the combustion chamber before the compression stroke is started so that the fuel chamber is over-rich. From the viewpoint of fuel economy, such as suppressing self-ignition, it may be necessary to take an unreasonable need.

本発明は上記のような課題に鑑み、可変圧縮比機構を有する筒内噴射式火花点火内燃機関であって、可変圧縮比機構を有効に利用し、機関始動時において、燃焼安定性や燃費などを損ねることなくプレイグニッションの発生を抑制することを可能としうる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention is an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, which effectively uses the variable compression ratio mechanism, and at the time of engine start, combustion stability, fuel consumption, etc. It is an object of the present invention to provide an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine capable of suppressing the occurrence of pre-ignition without impairing the engine.

請求項1に記載の発明によれば、内燃機関の筒内に直接的に燃料噴射を行う燃料噴射弁と、筒内の混合気への点火を行う点火栓と、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構とを備える筒内噴射式火花点火内燃機関であって、前記点火栓が点火する時期以前に筒内の混合気が着火するプレイグニッションを抑制する場合には、機関始動時における筒内を過リッチにする燃料噴射制御を実行する筒内噴射式火花点火内燃機関において、プレイグニッションの機関始動時における発生前提条件の成立の有無を判定するプレイグニッション発生判定手段を具備し、前記プレイグニッション発生判定手段は、機関停止要求があった際には、該機関停止要求があった際の機械圧縮比に対しての燃圧、機関温度及び大気温のそれぞれの閾値を特定し、機関停止要求があった際の燃圧、機関温度及び大気温度の全てが、それぞれの閾値を越えている場合に、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生があるものとしてプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無を判定し、該判定において、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め前記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化される、筒内噴射式火花点火内燃機関が提供される。 According to the invention described in claim 1, capable of changing a fuel injection valve that performs direct fuel injection into a cylinder of an internal combustion engine, a spark plug to ignite an air-fuel mixture in the cylinder, the mechanical compression ratio A cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism , wherein the cylinder at the time of starting the engine is controlled in order to suppress preignition in which the air-fuel mixture in the cylinder ignites before the ignition timing of the spark plug. in direct injection spark ignition internal combustion engine that performs fuel injection control of the internal over-rich, comprises a preignition determining means for determining whether the establishment of the occurrence assumptions at the time of engine starting the flop les ignition, the When an engine stop request is made, the pre-ignition occurrence determination means specifies the respective threshold values of the fuel pressure, engine temperature, and atmospheric temperature with respect to the mechanical compression ratio when the engine stop request is made. If all of the fuel pressure, engine temperature, and atmospheric temperature at the time of the request exceed the respective threshold values, the pre-ignition occurrence precondition is established as the occurrence of pre-ignition at the next engine start. In the determination, when it is determined that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, when the engine stop request is made, the mechanical compression ratio is previously set by the variable compression ratio mechanism. An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine is provided in which the compression ratio is increased .

通常、機関停止時には燃料噴射・点火制御終了後も多少の機関回転があり、また、気筒内は完全密閉されているわけでもないので、機関停止中において気筒内の既燃ガス濃度は時間経過とともに低下し、そのため、機関始動時における気筒内新気量は、行程容積および燃焼室容積で決定されると考えられる。つまり、機械圧縮比に応じて、機関始動時における気筒内新気量が変化し、例えば、機械圧縮比が高いほど燃焼室容積が狭くなるために機関始動時における気筒内新気量は少なくなる。そのため、機関始動時における機械圧縮比が高いほど、より少ない燃料噴射量で機関始動時における気筒内を過リッチ状態にすることができ、自己着火条件を不成立とし、機関始動時におけるプレイグニッションの発生を、より確実に回避することを可能としうる。   Normally, when the engine is stopped, there is some engine rotation after the end of fuel injection / ignition control, and the cylinder is not completely sealed, so the burned gas concentration in the cylinder will increase with time while the engine is stopped. Therefore, it is considered that the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine is determined by the stroke volume and the combustion chamber volume. That is, the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine changes according to the mechanical compression ratio. For example, the higher the mechanical compression ratio, the smaller the combustion chamber volume, so the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine decreases. . Therefore, the higher the mechanical compression ratio at the time of engine start, the more the inside of the cylinder at the time of engine start can be over-rich with a smaller fuel injection amount, the self-ignition condition is not satisfied, and the occurrence of pre-ignition at the time of engine start Can be avoided more reliably.

このことに基づいて、請求項1の記載の発明では、機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化されるように構成される。このような構成を有する本発明によれば、機関始動時における気筒内新気量を少なくすることができ、気筒内を過リッチ状態にしてプレイグニッションの発生を抑制するのに必要となる噴射燃料量を少なくすることができ、燃費の向上とともに、燃料噴射にかかる時間の短縮化を可能とする。また、機関始動時における気筒内新気量が少ない場合には、万が一、プレイグニッションが発生した場合においても爆発力による機関逆回転に至る可能性は小さく、また、発生する異音も小さいものとなる。このように、本発明によれば、可変圧縮比機構を有する筒内噴射式火花点火内燃機関であって、該可変圧縮比機構を有効に利用し、機関始動時において、燃焼安定性や燃費などを損ねることなくプレイグニッションの発生を抑制することを可能としうる筒内噴射式火花点火内燃機関の提供を可能とする。   Based on this, in the invention described in claim 1, when it is determined that the pre-ignition generation precondition at the time of starting the engine is satisfied, the mechanical compression ratio is increased by the variable compression ratio mechanism. Configured to be According to the present invention having such a configuration, the amount of fresh air in the cylinder at the time of starting the engine can be reduced, and the injected fuel necessary for suppressing the occurrence of pre-ignition by making the inside of the cylinder excessively rich. The amount can be reduced, and fuel consumption can be improved and the time required for fuel injection can be shortened. Also, if the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine is small, the possibility of reverse engine rotation due to explosive force is small even if pre-ignition occurs, and the generated abnormal noise is also small. Become. Thus, according to the present invention, an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that effectively uses the variable compression ratio mechanism, such as combustion stability and fuel consumption at the time of engine start-up. It is possible to provide an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine that can suppress the occurrence of pre-ignition without impairing the engine.

請求項2に記載の発明によれば、前記プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め前記可変圧縮比機構により機械圧縮比が、前記可変圧縮比機構により可変することができる最大の機械圧縮比に高圧縮比化される、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関が提供される。 According to the second aspect of the present invention, when it is determined by the pre-ignition occurrence determination means that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, when an engine stop request is made. 2. The direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 , wherein a mechanical compression ratio is increased in advance by the variable compression ratio mechanism to a maximum mechanical compression ratio that can be varied by the variable compression ratio mechanism. Is provided.

請求項3に記載の発明によれば、前記プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合であって、該次の機関始動時における機関温度が所定値よりも低い場合には、前記可変圧縮比機構により機械圧縮比を低圧縮比化してから機関始動する、請求項1または請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the pre-ignition occurrence determination means determines that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, and The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2 , wherein when the engine temperature is lower than a predetermined value, the engine is started after the mechanical compression ratio is lowered by the variable compression ratio mechanism. Is provided.

各請求項に記載の発明によれば、可変圧縮比機構を有する筒内噴射式火花点火内燃機関において、可変圧縮比機構を有効に利用し、機関始動時において、燃焼安定性や燃費などを損ねることなくプレイグニッションの発生を抑制することを可能とする、という共通の効果を奏する。   According to the invention described in each claim, in a direct injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, the variable compression ratio mechanism is effectively used, and combustion stability, fuel consumption, etc. are impaired at the time of engine start. It is possible to suppress the occurrence of pre-ignition without causing a common effect.

可変圧縮比機構を備える筒内噴射式火花点火内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a direct injection spark ignition internal combustion engine that includes a variable compression ratio mechanism. 可変圧縮比機構の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a variable compression ratio mechanism. 図解的に表した内燃機関の側面断面図である。1 is a schematic side sectional view of an internal combustion engine. 可変バルブタイミング機構を示す図である。It is a figure which shows a variable valve timing mechanism. 吸気弁および排気弁のリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an intake valve and an exhaust valve. 機械圧縮比、実圧縮比および膨張比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mechanical compression ratio, an actual compression ratio, and an expansion ratio. 理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between theoretical thermal efficiency and an expansion ratio. 通常のサイクルおよび超高膨張比サイクルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a normal cycle and a super-high expansion ratio cycle. 機関停止時における機械圧縮比の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the control routine of the mechanical compression ratio at the time of an engine stop. 機関始動時における制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the control routine at the time of engine starting. 図10におかる始動パターン3の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the control routine of the starting pattern 3 in FIG.

図1は、本発明による可変圧縮比機構を備える筒内噴射式火花点火内燃機関の側面断面図を示す。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栓、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に連結される。また、シリンダヘッド3の内壁面周辺部には筒内(気筒内)に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁(筒内燃料噴射装置)13が配置される。   FIG. 1 shows a side sectional view of a direct injection spark ignition internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism according to the present invention. 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 combustion chamber 5, and 7 is intake air. 8 is an intake port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to the surge tank 12 via the intake branch pipe 11. A fuel injection valve (in-cylinder fuel injection device) 13 that directly injects fuel into the cylinder (inside the cylinder) is disposed around the inner wall surface of the cylinder head 3.

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装置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 surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 17 driven by an actuator 16 and an intake air amount detector 18 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalyst device 20 containing, for example, a three-way catalyst via an exhaust manifold 19, and an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 19.

一方、図1に示される実施例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可能な実圧縮作用開始時期変更機構Bが設けられている。なお、図1に示される実施例ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Bは吸気弁7の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。   On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the piston 4 is positioned at the compression top dead center by changing the relative position of the crankcase 1 and the cylinder block 2 in the cylinder axial direction at the connecting portion between the crankcase 1 and the cylinder block 2. There is provided a variable compression ratio mechanism A capable of changing the volume of the combustion chamber 5 at the time, and further an actual compression action start timing changing mechanism B capable of changing the actual start time of the compression action. In the embodiment shown in FIG. 1, the actual compression action start timing changing mechanism B is composed of a variable valve timing mechanism capable of controlling the closing timing of the intake valve 7.

図1に示されるようにクランクケース1とシリンダブロック2にはクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出するための相対位置センサ22が取付けられており、この相対位置センサ22からはクランクケース1とシリンダブロック2との間隔の変化を示す出力信号が出力される。また、可変バルブタイミング機構Bには吸気弁7の閉弁時期を示す出力信号を発生するバルブタイミングセンサ23が取付けられており、スロットル弁駆動用のアクチュエータ16にはスロットル弁開度を示す出力信号を発生するスロットル開度センサ24が取付けられている。   As shown in FIG. 1, a relative position sensor 22 for detecting a relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is attached to the crankcase 1 and the cylinder block 2. An output signal indicating a change in the interval between the crankcase 1 and the cylinder block 2 is output. The variable valve timing mechanism B is provided with a valve timing sensor 23 for generating an output signal indicating the closing timing of the intake valve 7, and an output signal indicating the throttle valve opening is provided to the actuator 16 for driving the throttle valve. A throttle opening sensor 24 is attached.

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および出力ポート36を具備する。吸入空気量検出器18、空燃比センサ21、相対位置センサ22、バルブタイミングセンサ23およびスロットル開度センサ24の出力信号は夫々対応する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L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。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓6、燃料噴射弁(筒内燃料噴射装置)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および可変バルブタイミング機構Bに接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. Output signals of the intake air amount detector 18, the air-fuel ratio sensor 21, the relative position sensor 22, the valve timing sensor 23, and the throttle opening sensor 24 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 6, the fuel injection valve (cylinder fuel injection device) 13, the throttle valve drive actuator 16, the variable compression ratio mechanism A, and the variable valve timing mechanism B through a corresponding drive circuit 38. Is done.

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。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突出部50が形成されており、各突出部50内には夫々断面円形のカム挿入孔51が形成されている。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夫々対応する突出部50の間に嵌合せしめられる複数個の突出部52が形成されており、これらの各突出部52内にも夫々断面円形のカム挿入孔53が形成されている。   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. Referring to FIG. 2, a plurality of protrusions 50 spaced from each other are formed below both side walls of the cylinder block 2, and cam insertion holes 51 each having a circular cross section are formed in each protrusion 50. Has been. On the other hand, a plurality of protrusions 52 are formed on the upper wall surface of the crankcase 1 so as to be fitted between the corresponding protrusions 50 spaced apart from each other. Cam insertion holes 53 each having a circular cross section are formed.

図2に示される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カム挿入孔53内に回転可能に挿入される円形カム58が固定されている。これらの円形カム58は各カムシャフト54,55の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム58の両側には図3に示す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上に別の円形カム56が偏心して回転可能に取付けられている。図2に示されるようにこれら円形カム56は各円形カム58の両側に配置されており、これら円形カム56は対応する各カム挿入孔51内に回転可能に挿入されている。また、図2に示されるようにカムシャフト55にはカムシャフト55の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ25が取付けられている。   As shown in FIG. 2, a pair of camshafts 54 and 55 are provided, and on each camshaft 54 and 55, a circular cam 58 is rotatably inserted into each cam insertion hole 53. It is fixed. These circular cams 58 are coaxial with the rotational axes of the camshafts 54 and 55. On the other hand, on both sides of each circular cam 58, as shown in FIG. 3, an eccentric shaft 57 eccentrically arranged with respect to the rotation axis of each camshaft 54, 55 extends. 56 is mounted eccentrically and rotatable. As shown in FIG. 2, these circular cams 56 are arranged on both sides of each circular cam 58, and these circular cams 56 are rotatably inserted into the corresponding cam insertion holes 51. As shown in FIG. 2, a cam rotation angle sensor 25 that generates an output signal representing the rotation angle of the camshaft 55 is attached to the camshaft 55.

図3(A)に示すような状態から各カムシャフト54,55上に固定された円形カム58を図3(A)において矢印で示される如く互いに反対方向に回転させると偏心軸57が互いに離れる方向に移動するために円形カム56がカム挿入孔51内において円形カム58とは反対方向に回転し、図3(B)に示されるように偏心軸57の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム58を矢印で示される方向に回転させると図3(C)に示されるように偏心軸57は最も低い位置となる。   When the circular cams 58 fixed on the camshafts 54 and 55 are rotated in opposite directions as indicated by arrows in FIG. 3A from the state shown in FIG. 3A, the eccentric shafts 57 are separated from each other. In order to move in the direction, the circular cam 56 rotates in the opposite direction to the circular cam 58 in the cam insertion hole 51, and as shown in FIG. 3B, the position of the eccentric shaft 57 is changed from the high position to the intermediate height position. It becomes. Next, when the circular cam 58 is further rotated in the direction indicated by the arrow, the eccentric shaft 57 is at the lowest position as shown in FIG.

なお、図3(A)、図3(B)、図3(C)には夫々の状態における円形カム58の中心aと偏心軸57の中心bと円形カム56の中心cとの位置関係が示されている。   3A, 3B, and 3C show the positional relationship among the center a of the circular cam 58, the center b of the eccentric shaft 57, and the center c of the circular cam 56 in each state. It is shown.

図3(A)から図3(C)と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の相対位置は円形カム58の中心aと円形カム56の中心cとの距離によって定まり、円形カム58の中心aと円形カム56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。即ち、可変圧縮比機構Aは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置を変化させていることになる。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の容積は増大し、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の容積を変更することができる。   3A to 3C, the relative positions of the crankcase 1 and the cylinder block 2 are determined by the distance between the center a of the circular cam 58 and the center c of the circular cam 56. As the distance between the center a of 58 and the center c of the circular cam 56 increases, the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1. That is, the variable compression ratio mechanism A changes the relative position between the crankcase 1 and the cylinder block 2 by a crank mechanism using a rotating cam. When the cylinder block 2 moves away from the crankcase 1, the volume of the combustion chamber 5 increases when the piston 4 is positioned at the compression top dead center. Therefore, by rotating the camshafts 54 and 55, the piston 4 is compressed at the top dead center. The volume of the combustion chamber 5 when it is located at can be changed.

図2に示されるように各カムシャフト54,55を夫々反対方向に回転させるために駆動モータ59の回転軸には夫々螺旋方向が逆向きの一対のウォーム61,62が取付けられており、これらウォーム61,62と噛合するウォームホイール63,64が夫々各カムシャフト54,55の端部に固定されている。この実施例では駆動モータ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5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, in order to rotate the camshafts 54 and 55 in opposite directions, a pair of worms 61 and 62 having opposite spiral directions are attached to the rotation shaft of the drive motor 59, respectively. Worm wheels 63 and 64 that mesh with the worms 61 and 62 are fixed to the ends of the camshafts 54 and 55, respectively. In this embodiment, by driving the drive motor 59, the volume of the combustion chamber 5 when the piston 4 is located at the compression top dead center can be changed over a wide range.

一方、図4は図1において吸気弁7を駆動するためのカムシャフト70の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Bを示している。図4を参照すると、この可変バルブタイミング機構Bは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ71と、タイミングプーリ71と一緒に回転する円筒状ハウジング72と、吸気弁駆動用カムシャフト70と一緒に回転しかつ円筒状ハウジング72に対して相対回転可能な回転軸73と、円筒状ハウジング72の内周面から回転軸73の外周面まで延びる複数個の仕切壁74と、各仕切壁74の間で回転軸73の外周面から円筒状ハウジング72の内周面まで延びるベーン75とを具備しており、各ベーン75の両側には夫々進角用油圧室76と遅角用油圧室77とが形成されている。   On the other hand, FIG. 4 shows the variable valve timing mechanism B attached to the end of the camshaft 70 for driving the intake valve 7 in FIG. Referring to FIG. 4, the variable valve timing mechanism B includes a timing pulley 71 that is rotated in the direction of an arrow by a crankshaft of an engine via a timing belt, a cylindrical housing 72 that rotates together with the timing pulley 71, an intake valve A rotating shaft 73 that rotates together with the driving camshaft 70 and is rotatable relative to the cylindrical housing 72, and a plurality of partition walls 74 that extend from the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 to the outer peripheral surface of the rotating shaft 73. And a vane 75 extending from the outer peripheral surface of the rotating shaft 73 to the inner peripheral surface of the cylindrical housing 72 between the partition walls 74, and an advance hydraulic chamber 76 on each side of each vane 75. A retarding hydraulic chamber 77 is formed.

各油圧室76,77への作動油の供給制御は作動油供給制御弁78によって行われる。この作動油供給制御弁78は各油圧室76,77に夫々連結された油圧ポート79,80と、油圧ポンプ81から吐出された作動油の供給ポート82と、一対のドレインポート83,84と、各ポート79,80,82,83,84間の連通遮断制御を行うスプール弁85とを具備している。   The hydraulic oil supply control to the hydraulic chambers 76 and 77 is performed by a hydraulic oil supply control valve 78. The hydraulic oil supply control valve 78 includes hydraulic ports 79 and 80 connected to the hydraulic chambers 76 and 77, a hydraulic oil supply port 82 discharged from the hydraulic pump 81, a pair of drain ports 83 and 84, And a spool valve 85 for controlling communication between the ports 79, 80, 82, 83, and 84.

吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を進角すべきときは図4においてスプール弁85が右方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート79を介して進角用油圧室76に供給されると共に遅角用油圧室77内の作動油がドレインポート84から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印方向に相対回転せしめられる。   When the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be advanced, the spool valve 85 is moved to the right in FIG. 4 and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 is advanced via the hydraulic port 79. The hydraulic oil in the retard hydraulic chamber 77 is discharged from the drain port 84 while being supplied to the hydraulic chamber 76. At this time, the rotary shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction of the arrow.

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を遅角すべきときは図4においてスプール弁85が左方に移動せしめられ、供給ポート82から供給された作動油が油圧ポート80を介して遅角用油圧室77に供給されると共に進角用油圧室76内の作動油がドレインポート83から排出される。このとき回転軸73は円筒状ハウジング72に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。   On the other hand, when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 should be retarded, the spool valve 85 is moved to the left in FIG. 4, and the hydraulic oil supplied from the supply port 82 causes the hydraulic port 80 to move. The hydraulic oil in the advance hydraulic chamber 76 is discharged from the drain port 83 while being supplied to the retard hydraulic chamber 77. At this time, the rotating shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72 in the direction opposite to the arrow.

回転軸73が円筒状ハウジング72に対して相対回転せしめられているときにスプール弁85が図4に示される中立位置に戻されると回転軸73の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸73はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。   If the spool valve 85 is returned to the neutral position shown in FIG. 4 while the rotation shaft 73 is rotated relative to the cylindrical housing 72, the relative rotation operation of the rotation shaft 73 is stopped, and the rotation shaft 73 is The relative rotation position at that time is held. Therefore, the variable valve timing mechanism B can advance and retard the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 by a desired amount.

図5において実線は可変バルブタイミング機構Bによって吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト70のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁7の開弁期間は図5において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、従って吸気弁7の閉弁時期も図5において矢印Cで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。   In FIG. 5, the solid line shows the time when the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 is advanced most by the variable valve timing mechanism B, and the broken line shows the cam phase of the intake valve driving camshaft 70 being the most advanced. It shows when it is retarded. Therefore, the valve opening period of the intake valve 7 can be arbitrarily set between the range indicated by the solid line and the range indicated by the broken line in FIG. 5, and therefore the closing timing of the intake valve 7 is also the range indicated by the arrow C in FIG. Any crank angle can be set.

図1および図4に示される可変バルブタイミング機構Bは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。   The variable valve timing mechanism B shown in FIG. 1 and FIG. 4 shows an example. For example, the variable valve timing that can change only the closing timing of the intake valve while keeping the opening timing of the intake valve constant. Various types of variable valve timing mechanisms, such as mechanisms, can be used.

次に図6を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図6の(A),(B),(C)には説明のために燃焼室容積が50mlでピストンの行程容積が500mlであるエンジンが示されており、これら図6の(A),(B),(C)において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。   Next, the meanings of terms used in the present application will be described with reference to FIG. 6 (A), (B), and (C) show an engine having a combustion chamber volume of 50 ml and a piston stroke volume of 500 ml for the sake of explanation. , (B), (C), the combustion chamber volume represents the volume of the combustion chamber when the piston is located at the compression top dead center.

図6(A)は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(A)に示される例ではこの機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6A explains the mechanical compression ratio. The mechanical compression ratio is a value mechanically determined only from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the compression stroke, and this mechanical compression ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6A, this mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

図6(B)は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は(燃焼室容積+実際の行程容積)/燃焼室容積で表される。即ち、図6(B)に示されるように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図6(B)に示される例では実圧縮比は(50ml+450ml)/50ml=10となる。   FIG. 6B describes the actual compression ratio. This actual compression ratio is a value determined from the actual piston stroke volume and the combustion chamber volume from when the compression action is actually started until the piston reaches top dead center, and this actual compression ratio is (combustion chamber volume + actual (Stroke volume) / combustion chamber volume. That is, as shown in FIG. 6B, even if the piston starts to rise in the compression stroke, the compression operation is not performed while the intake valve is open, and the actual compression is performed from the time when the intake valve is closed. The action begins. Therefore, the actual compression ratio is expressed as described above using the actual stroke volume. In the example shown in FIG. 6B, the actual compression ratio is (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.

図6(C)は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は(燃焼室容積+行程容積)/燃焼室容積で表される。図6(C)に示される例ではこの膨張比は(50ml+500ml)/50ml=11となる。   FIG. 6C illustrates the expansion ratio. The expansion ratio is a value determined from the stroke volume of the piston and the combustion chamber volume during the expansion stroke, and this expansion ratio is expressed by (combustion chamber volume + stroke volume) / combustion chamber volume. In the example shown in FIG. 6C, this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.

次に図7および図8を参照しつつ本構成において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図7は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図8は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。   Next, the super expansion ratio cycle used in this configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the theoretical thermal efficiency and the expansion ratio, and FIG. 8 shows a comparison between a normal cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle that are selectively used according to the load in the present invention.

図8(A)は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図8(A)に示す例でも図6の(A),(B),(C)に示す例と同様に燃焼室容積が50mlとされ、ピストンの行程容積が500mlとされている。図8(A)からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は(50ml+500ml)/50ml=11であり、実圧縮比もほぼ11であり、膨張比も(50ml+500ml)/50ml=11となる。即ち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。   FIG. 8A shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston is started from the vicinity of the intake bottom dead center. In the example shown in FIG. 8A as well, the combustion chamber volume is set to 50 ml, and the stroke volume of the piston is set to 500 ml, similarly to the example shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. As can be seen from FIG. 8A, in a normal cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is almost 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11. That is, in a normal internal combustion engine, the mechanical compression ratio, the actual compression ratio, and the expansion ratio are substantially equal.

図7における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、即ち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、即ち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。従って通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも12程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。   The solid line in FIG. 7 shows the change in the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it can be seen that the theoretical thermal efficiency increases as the expansion ratio increases, that is, as the actual compression ratio increases. Therefore, in order to increase the theoretical thermal efficiency in a normal cycle, it is only necessary to increase the actual compression ratio. However, the actual compression ratio can only be increased to a maximum of about 12 due to the restriction of the occurrence of knocking at the time of engine high load operation, and thus the theoretical thermal efficiency cannot be sufficiently increased in a normal cycle.

一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見い出されたのである。即ち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギーが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。   On the other hand, under such circumstances, it is considered to increase the theoretical thermal efficiency while strictly dividing the mechanical compression ratio and the actual compression ratio. As a result, the theoretical thermal efficiency is governed by the expansion ratio, and the actual compression ratio is compared to the theoretical thermal efficiency. Was found to have little effect. That is, if the actual compression ratio is increased, the explosive force is increased, but a large amount of energy is required for compression. Thus, even if the actual compression ratio is increased, the theoretical thermal efficiency is hardly increased.

これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。従って膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図7の破線ε=10は実圧縮比を10に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図7の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。   On the other hand, when the expansion ratio is increased, the period during which the pressing force acts on the piston during the expansion stroke becomes longer, and thus the period during which the piston applies the rotational force to the crankshaft becomes longer. Therefore, the larger the expansion ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. The broken line ε = 10 in FIG. 7 indicates the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased with the actual compression ratio fixed at 10. Thus, the theoretical thermal efficiency when the expansion ratio is increased while the actual compression ratio ε is maintained at a low value, and the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratio is increased with the expansion ratio as shown by the solid line in FIG. It can be seen that there is no significant difference from the amount of increase.

このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、従って実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図8(B)は可変圧縮比機構Aおよび可変バルブタイミング機構Bを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。   Thus, if the actual compression ratio is maintained at a low value, knocking does not occur. Therefore, if the expansion ratio is increased while the actual compression ratio is maintained at a low value, the theoretical thermal efficiency is reduced while preventing the occurrence of knocking. Can be greatly increased. FIG. 8B shows an example where the variable compression ratio mechanism A and variable valve timing mechanism B are used to increase the expansion ratio while maintaining the actual compression ratio at a low value.

図8(B)を参照すると、この例では可変圧縮比機構Aにより燃焼室容積が50mlから20mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Bによって実際のピストン行程容積が500mlから200mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は(20ml+200ml)/20ml=11となり、膨張比は(20ml+500ml)/20ml=26となる。図8(A)に示される通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ11で膨張比が11であり、この場合に比べると図8(B)に示される場合には膨張比のみが26まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。   Referring to FIG. 8B, in this example, the variable compression ratio mechanism A reduces the combustion chamber volume from 50 ml to 20 ml. On the other hand, the variable valve timing mechanism B delays the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke volume is reduced from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the normal cycle shown in FIG. 8A, the actual compression ratio is almost 11 and the expansion ratio is 11, as described above. Compared with this case, only the expansion ratio is shown in FIG. 8B. It can be seen that it has been increased to 26. This is why it is called an ultra-high expansion ratio cycle.

一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、従って機関運転時における熱効率を向上させるためには、即ち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図8(B)に示される超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室5内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、従ってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。従って本発明では機関負荷が比較的低いときには図8(B)に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図8(A)に示す通常のサイクルとするようにしている。   Generally speaking, in an internal combustion engine, the lower the engine load, the worse the thermal efficiency. Therefore, in order to improve the thermal efficiency during engine operation, that is, to improve fuel efficiency, it is necessary to improve the thermal efficiency when the engine load is low. Necessary. On the other hand, in the ultra-high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B, since the actual piston stroke volume during the compression stroke is reduced, the amount of intake air that can be sucked into the combustion chamber 5 is reduced. The expansion ratio cycle can only be adopted when the engine load is relatively low. Therefore, in the present invention, when the engine load is relatively low, the super high expansion ratio cycle shown in FIG. 8B is used, and during the high engine load operation, the normal cycle shown in FIG. 8A is used.

ところで、上述したように、内燃機関において、点火栓あるいは気筒内デポジットが有する残熱がホットスポットとなり、圧縮行程の途中で混合ガスが自然発火してしまう現象をプレイグニッションというが、該プレイグニッションは内燃機関出力の激減や回転の不調等をもたらす場合がある。特に、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、機関停止中に燃料が燃料噴射弁から漏れて気筒内にデポジットとして溜まり機関温度が高い条件下で再始動した場合には、プレイグニッションがもたらされる場合がある。そして、このようなプレイグニッションは、”カッキン”というノック音の発生などをもたらす場合があり、大きく商品性を損ねる要因となりうる。   By the way, as described above, in an internal combustion engine, a phenomenon in which residual heat of an ignition plug or in-cylinder deposit becomes a hot spot and a mixed gas spontaneously ignites during a compression stroke is called pre-ignition. There may be a case where the output of the internal combustion engine is drastically reduced or the rotation is unstable. In particular, in an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, pre-ignition is caused when the fuel leaks from the fuel injection valve while the engine is stopped and accumulates as a deposit in the cylinder and restarts under a high engine temperature condition. There is a case. Such pre-ignition may lead to the occurrence of a knocking sound such as “cuckling”, which can greatly impair the merchantability.

本発明は、上記のような可変圧縮比機構を有効に利用し、機関始動時において、燃焼安定性や燃費などを損ねることなくプレイグニッションの発生を抑制することを可能とするものであり、以下に、本発明の可変圧縮比機構を備える筒内噴射式火花点火内燃機関における機械圧縮比に対する制御の一実施形態について説明する。   The present invention makes effective use of the variable compression ratio mechanism as described above, and makes it possible to suppress the occurrence of pre-ignition at the time of starting the engine without impairing combustion stability or fuel consumption. Next, an embodiment of control over the mechanical compression ratio in a direct injection spark ignition internal combustion engine equipped with the variable compression ratio mechanism of the present invention will be described.

通常、機関停止時には燃料噴射・点火制御終了後も多少の機関回転があり、また、気筒内は完全密閉されているわけでもないので、機関停止中において気筒内の既燃ガス濃度は時間経過とともに低下し、そのため、機関始動時における気筒内新気量は、行程容積および燃焼室容積で決定されると考えられる。つまり、機械圧縮比に応じて、機関始動時における気筒内新気量が変化し、例えば、機械圧縮比が高いほど燃焼室容積が狭くなるために機関始動時における気筒内新気量は少なくなる。そのため、機関始動時における機械圧縮比が高いほど、より少ない燃料噴射量で機関始動時における気筒内を過リッチ状態にすることができ、自己着火条件を不成立とし、機関始動時におけるプレイグニッションの発生を、より確実に抑制することを可能としうる。   Normally, when the engine is stopped, there is some engine rotation after the end of fuel injection / ignition control, and the cylinder is not completely sealed, so the burned gas concentration in the cylinder will increase with time while the engine is stopped. Therefore, it is considered that the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine is determined by the stroke volume and the combustion chamber volume. That is, the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine changes according to the mechanical compression ratio. For example, the higher the mechanical compression ratio, the smaller the combustion chamber volume, so the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine decreases. . Therefore, the higher the mechanical compression ratio at the time of engine start, the more the inside of the cylinder at the time of engine start can be over-rich with a smaller fuel injection amount, the self-ignition condition is not satisfied, and the occurrence of pre-ignition at the time of engine start Can be suppressed more reliably.

このことに基づいて、本発明においては、点火栓が点火する時期以前に筒内の混合気が着火するプレイグニッションの機関始動時における発生前提条件の成立の有無を判定するプレイグニッション発生判定手段を有し、該プレイグニッション発生判定手段により機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化されるように構成される。   Based on this, in the present invention, pre-ignition occurrence determination means for determining whether or not a precondition for occurrence at the time of engine start of the pre-ignition in which the air-fuel mixture in the cylinder ignites before the ignition timing of the spark plug is satisfied. And when the pre-ignition occurrence determining means determines that the pre-ignition generation preconditions at the time of engine start are satisfied, the variable compression ratio mechanism is configured to increase the mechanical compression ratio. The

すなわち、本発明は、プレイグニッションの発生が予想される機関始動時においては、機械圧縮比を高圧縮比化することでプレイグニッションの発生抑制を実現するものである。機械圧縮比を高圧縮化する時期については、少なくとも機関始動時における圧縮行程が開始される前までになされていればよい。ちなみに、後述する図9に示す本発明の実施形態においては、機械圧縮比を高圧縮比化するために要する時間による始動性の悪化を考慮して、該始動性の悪化を回避すべく、機械圧縮比の高圧縮比化が、機関停止要求があった際に行われるものとする。   That is, the present invention realizes the suppression of the occurrence of pre-ignition by increasing the mechanical compression ratio at the time of engine start where the occurrence of pre-ignition is expected. The time to increase the mechanical compression ratio may be at least before the compression stroke at the start of the engine is started. Incidentally, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 9 to be described later, in order to avoid the deterioration of the startability in consideration of the deterioration of the startability due to the time required to increase the mechanical compression ratio, It is assumed that the compression ratio is increased when an engine stop request is made.

図9は、機械圧縮比を高圧縮比化するために要する時間による始動性の悪化を考慮して機械圧縮比に対する制御がなされる本発明の一実施形態を示すものであり、機関停止時の際の機械圧縮比の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。図9に示す実施形態においては、プレイグニッション発生判定手段が、機関停止要求があった際に、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無を判定し、該判定において、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化される。   FIG. 9 shows an embodiment of the present invention in which the mechanical compression ratio is controlled in consideration of the deterioration of the startability due to the time required to increase the mechanical compression ratio, and when the engine is stopped. 5 is a flowchart showing an embodiment of a control routine for a mechanical compression ratio at the time. In the embodiment shown in FIG. 9, the pre-ignition occurrence determination means determines whether or not the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied when the engine stop request is made. When it is determined that the pre-ignition occurrence precondition at the time of starting the engine is satisfied, the mechanical compression ratio is increased by the variable compression ratio mechanism in advance when the engine stop request is made.

本実施形態におけるプレイグニッション発生判定手段は、燃料噴射弁において燃料に加えられる圧力となる燃圧を検出しうるセンサ43と、例えば機関冷却水温や機関油温などに代表される機関温度を検出しうるセンサ44と、大気温度を検出しうるセンサ45と、クランクケース1とシリンダブロック2間の相対位置関係を検出し現状の機械圧縮比を示しうる相対位置センサ22とを有して構成され、機関停止要求があった際にそれぞれのセンサから検出された燃圧、機関温度、大気温度、及び機械圧縮比に基づいてプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無を判定するように構成されるものとする。尚、プレイグニッション発生判定手段は、このような構成に限られるものではなく、例えば、温度条件に関しては機関冷却水温のみから判定するように構成されものとされてもよく、また、上記パラメータの以外のパラメータを使用して機関停止後の次の機関始動時おけるプレイグニッションの発生の有無を判定するような構成とされるものであってもよい。   The pre-ignition occurrence determination means in the present embodiment can detect a fuel pressure that is a pressure applied to the fuel in the fuel injection valve, and an engine temperature represented by, for example, an engine cooling water temperature or an engine oil temperature. A sensor 44, a sensor 45 capable of detecting the atmospheric temperature, and a relative position sensor 22 capable of detecting the relative positional relationship between the crankcase 1 and the cylinder block 2 and indicating the current mechanical compression ratio, It is configured to determine whether or not a pre-ignition occurrence precondition is satisfied based on the fuel pressure, engine temperature, atmospheric temperature, and mechanical compression ratio detected from each sensor when a stop request is made. . The pre-ignition occurrence determination means is not limited to such a configuration. For example, the temperature condition may be determined only from the engine cooling water temperature, and other than the above parameters. It may be configured to determine whether or not pre-ignition has occurred at the time of the next engine start after the engine stop using the above parameters.

図9におけるステップ101においては、まず、機関停止要求の有無が確認される。具体的には、イグニッションスイッチのオン/オフ動作の有無が確認され、オフ動作が確認されると機関停止要求があったものと判定される。   In step 101 in FIG. 9, first, the presence or absence of an engine stop request is confirmed. Specifically, the presence / absence of an on / off operation of the ignition switch is confirmed. When the off operation is confirmed, it is determined that an engine stop request has been made.

イグニッションスイッチのオフ動作が確認されると、続くステップ102に進み、次のイグニッションスイッチのオン動作すなわち次の機関始動時においてプレイグニッションが発生する可能性があるか否かの判定がプレイグニッション発生判定手段によりなされる。より具体的には、プレイグニッション発生判定手段によるプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無は、機関停止要求があった際の機械圧縮比と燃圧と機関温度と大気温度とに基づいて判定される。例えば、燃圧からは気筒内への燃料の漏れ量が推定される。また、機関冷却水温や機関油温に代表される機関温度および大気温度からは、十分に暖機されない状態で機関停止がなされたか否かなどの判定がなされる。というのも、内燃機関が十分に暖機されることなく停止された場合においては、気筒内への燃料の漏れ量に関わらず、プレイグニッションの発生がもたらされることはないものと判定しうるからである。   When it is confirmed that the ignition switch is turned off, the process proceeds to the next step 102, where the next ignition switch is turned on, that is, whether or not there is a possibility that pre-ignition will occur at the next engine start is determined as pre-ignition occurrence determination. By means. More specifically, whether or not the pre-ignition occurrence precondition is satisfied by the pre-ignition occurrence determination means is determined based on the mechanical compression ratio, the fuel pressure, the engine temperature, and the atmospheric temperature when the engine stop request is made. . For example, the amount of fuel leakage into the cylinder is estimated from the fuel pressure. Further, from the engine temperature represented by the engine cooling water temperature and the engine oil temperature and the atmospheric temperature, it is determined whether or not the engine has been stopped in a state where the engine has not been sufficiently warmed up. This is because when the internal combustion engine is stopped without being sufficiently warmed up, it can be determined that no pre-ignition occurs regardless of the amount of fuel leakage into the cylinder. It is.

本実施形態においては、機関停止要求があった際の機械圧縮比に対しての燃圧、機関冷却水温、機関油温及び大気温のぞれぞれの閾値が特定される。これらの特定される閾値は、次回の機関始動時におけるプレイグニッションの発生の有無を判定する上での閾値となるものであり、本実施形態においては、予めの評価試験や解析などに基づいて作成されたマップなどを使用して特定される。そして、機関停止要求があった際の燃圧、機関冷却水温、機関油温及び大気温が、それぞれの閾値に対して越えているか否かが判定され、全てが閾値を越えている場合に、次回の機関始動時におけるプレイグニッションの発生があるものと判定され、ステップ103に進む。尚、機関停止要求があった際の燃圧、機関冷却水温、機関油温及び大気温のいずか一つでも閾値を越えないものが確認された場合には、次回の機関始動時におけるプレイグニッションの発生はないものと判定され、ステップ104に進み、機械圧縮比に対して通常運転時の制御がなされる。   In the present embodiment, the threshold values of the fuel pressure, the engine cooling water temperature, the engine oil temperature, and the atmospheric temperature with respect to the mechanical compression ratio when the engine stop request is made are specified. These specified threshold values are used to determine whether or not pre-ignition has occurred at the next engine start. In the present embodiment, these threshold values are created based on a prior evaluation test or analysis. Identified using a map or the like. Then, it is determined whether the fuel pressure, the engine coolant temperature, the engine oil temperature, and the atmospheric temperature when the engine stop request is made exceed the respective threshold values. It is determined that pre-ignition has occurred when the engine is started, and the routine proceeds to step 103. If any one of the fuel pressure, engine cooling water temperature, engine oil temperature, and atmospheric temperature when the engine stop request is requested does not exceed the threshold, pre-ignition at the next engine start In step 104, the mechanical compression ratio is controlled during normal operation.

ステップ103における制御は、プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合における制御であり、機関停止要求があった際に予め前記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化される。より具体的には、プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め可変圧縮比機構により機械圧縮比が、可変圧縮比機構により可変することができる最大の機械圧縮比に高圧縮比化される。尚、機関停止要求の際に機械圧縮比が高圧化された場合とされない場合とにおいて次の機関始動時における制御内容が異なるものとなるので、いずれの場合においても設定された機械圧縮比はECUに記憶されるように構成される。   The control in step 103 is performed when the pre-ignition occurrence determination means determines that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, and the variable compression is performed in advance when an engine stop request is made. The mechanical compression ratio is increased by the ratio mechanism. More specifically, when it is determined by the pre-ignition occurrence determination means that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, the variable compression ratio mechanism is used in advance when an engine stop request is made. The mechanical compression ratio is increased to the maximum mechanical compression ratio that can be varied by the variable compression ratio mechanism. Since the control content at the next engine start differs depending on whether the mechanical compression ratio is increased or not when the engine stop request is made, the mechanical compression ratio set in either case is the ECU. It is comprised so that it may be memorize | stored.

このような図9に示された制御ルーチンによれば、機関停止要求があった際に、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無を判定するとともに、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化されるので、機械圧縮比を高圧縮比化するために要する時間による始動性の悪化を回避することを可能としうる。   According to such a control routine shown in FIG. 9, when an engine stop request is made, it is determined whether or not a pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, and at the next engine start. If it is determined that the pre-ignition occurrence preconditions are satisfied, the mechanical compression ratio is increased by the variable compression ratio mechanism in advance when an engine stop request is made. It may be possible to avoid deterioration in startability due to the time required for comparison.

図10は機関始動時における制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートであって、図9に示された機関停止時の際の機械圧縮比制御後の次の機関始動時における制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing an embodiment of a control routine at the time of engine start, and an embodiment of the control routine at the time of the next engine start after the mechanical compression ratio control at the time of engine stop shown in FIG. It is a flowchart which shows.

図10に示す実施形態においては、まず、ステップ201にて、機関停止時における機械圧縮比が確認される。すなわち、図9に示すステップ103にて機械圧縮比が高圧縮比化されたか否かの確認がなされる。機関停止要求の際に、次の始動時においてプレイグニッションの発生がないものと判定され機械圧縮比の高圧縮比が行われなかった場合には、ステップ207に進み、通常運転時における始動制御(始動パターン0)がなされる。一方で、機関停止要求の際に、次の始動時においてプレイグニッションの発生があるものと判定され機械圧縮比の高圧縮比が行われた場合には、ステップ202に進む。   In the embodiment shown in FIG. 10, first, in step 201, the mechanical compression ratio when the engine is stopped is confirmed. That is, it is confirmed in step 103 shown in FIG. 9 whether or not the mechanical compression ratio has been increased. When the engine stop request is made, it is determined that pre-ignition is not generated at the next start, and if the high compression ratio of the mechanical compression ratio is not performed, the process proceeds to step 207, and the start control ( A start pattern 0) is made. On the other hand, when the engine stop request is made and it is determined that pre-ignition has occurred at the next start and a high compression ratio of the mechanical compression ratio is performed, the routine proceeds to step 202.

ステップ202においては、機関始動時におけるプレイグニッションの発生の可能性についての再確認が行われる。本実施形態においては、機関停止後において時間の経過やその他の何らかに要因にて機関温度が大幅に低下し、実際に機関が始動される際には機関温度が、プレイグニッションの発生がもたらされえないような温度までに低下している場合を考慮して、機関始動時における機関冷却水温に基づいて、プレイグニッションの発生を抑制するための制御、すなわち、気筒内を過リッチ状態にするような燃料噴射制御を行う必要があるか否かの判定がなされる。具体的には、機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(A)以上である場合に、プレイグニッションの発生を抑制するための始動制御を行う必要があるものと判定され、ステップ203に進み、始動パターン3の始動制御が実行される。   In step 202, reconfirmation of the possibility of occurrence of pre-ignition at the time of engine start is performed. In the present embodiment, after the engine is stopped, the engine temperature is greatly reduced due to the passage of time or some other factor, and when the engine is actually started, the engine temperature may cause pre-ignition. Considering the case where the temperature has dropped to a temperature that cannot be controlled, the control for suppressing the occurrence of pre-ignition based on the engine coolant temperature at the time of engine start, that is, the cylinder is over-rich. It is determined whether it is necessary to perform such fuel injection control. Specifically, it is determined that it is necessary to perform start control for suppressing the occurrence of pre-ignition when the engine coolant temperature at the time of engine start is equal to or higher than a predetermined threshold (A) set in advance. Proceeding to step 203, start control of start pattern 3 is executed.

図11は、図10のステップ203にて実行される始動パターン3における制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。図11に示される始動パターン3による始動制御においては、燃料が多めに噴射されるとともに、該燃料噴射が圧縮行程中にてなされる燃料噴射制御が実行される。これにより、気筒内を過リッチ状態にすることができるとともに、燃料の気化潜熱などにより気筒内温度を低下させることができ、よって、プレイグにションの発生を抑制することを可能とする。   FIG. 11 is a flowchart showing an embodiment of a control routine in the start pattern 3 executed in step 203 of FIG. In the start control according to the start pattern 3 shown in FIG. 11, a large amount of fuel is injected, and fuel injection control in which the fuel is injected during the compression stroke is executed. As a result, the inside of the cylinder can be over-rich, and the temperature in the cylinder can be lowered due to the latent heat of vaporization of the fuel, thereby making it possible to suppress the occurrence of pre-stage.

図11に示される始動パターン3による始動制御開始時には当然のことながら機関回転数はゼロからスタートする。本実施形態においては、機関回転数が所定の閾値(c)よりも大きくなったときには、機関温度がプレイグニッション抑制可能な温度に低下したものと判断し、通常運転時における燃料噴射量及び燃料噴射時期による燃料噴射制御に切り替えられる。すなわち、本実施形態においては、ステップ301にて、まず、機関回転数がゼロからスタートとして所定の閾値(c)を越えているか否かの判定がなされ、該所定の閾値を機関回転数が越えたと判定されるとステップ303に進み、通常運転時における燃料噴射量及び燃料噴射時期による燃料噴射制御が実行され、例えば、通常燃料噴射量に燃料噴射量が制御され、吸気行程にて燃料が噴射されるように燃料噴射時期が制御される。尚、ステップ301にて機関回転数が所定の閾値(c)を越えたと判定された際に、すぐに通常運転時における燃料噴射制御に切り替えられのではなく、より確実にプレイグニッションの発生を抑制すべく、後述するステップ302のプレイグニッションの発生を抑制するための始動制御を、さらに数回行ってから切り替えるようにしてもよい。   As a matter of course, the engine speed starts from zero at the start of the start control by the start pattern 3 shown in FIG. In this embodiment, when the engine speed becomes greater than a predetermined threshold value (c), it is determined that the engine temperature has decreased to a temperature at which pre-ignition can be suppressed, and the fuel injection amount and fuel injection during normal operation are determined. It is switched to fuel injection control by time. That is, in this embodiment, at step 301, it is first determined whether or not the engine speed exceeds a predetermined threshold value (c) starting from zero, and the engine speed exceeds the predetermined threshold value. If it is determined that the fuel injection amount is determined, the routine proceeds to step 303, where fuel injection control is performed based on the fuel injection amount and fuel injection timing during normal operation. For example, the fuel injection amount is controlled to the normal fuel injection amount, and fuel is injected during the intake stroke Thus, the fuel injection timing is controlled. When it is determined in step 301 that the engine speed has exceeded a predetermined threshold value (c), it is not immediately switched to the fuel injection control during normal operation, but the occurrence of pre-ignition is more reliably suppressed. Therefore, the start control for suppressing the occurrence of pre-ignition in step 302, which will be described later, may be switched after performing several more times.

一方で、ステップ301にて、機関回転数がゼロからスタートとして所定の閾値を越えているか否かの判断がなされ、該所定の閾値を機関回転数が越えていないと判定されるとステップ302に進み、プレイグニッションの発生を抑制すべく、燃料が多めに噴射されるとともに、該燃料噴射が圧縮行程中になされる燃料噴射制御による始動制御が実行される。ちなみに、このようなプレイグニッションを抑制する始動制御が実行されるのは、機関温度が、プレイグニッションの発生をもたらしうるような高い状態にある場合であるので、燃料を多めに噴射して過リッチ状態にあるといえども、比較的に着火しやすい状態にあり、点火栓による点火にて始動は可能である。   On the other hand, in step 301, it is determined whether or not the engine speed exceeds a predetermined threshold starting from zero, and if it is determined that the engine speed does not exceed the predetermined threshold, the process proceeds to step 302. In order to suppress the occurrence of pre-ignition, a large amount of fuel is injected, and start control by fuel injection control that is performed during the compression stroke is executed. By the way, the start control that suppresses such pre-ignition is executed when the engine temperature is high enough to cause pre-ignition. Even if it is in a state, it is relatively easy to ignite and can be started by ignition with a spark plug.

ここで図10を再び参照して、ステップ202にて機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(A)よりも低いことが確認された場合の、本実施形態における始動制御を以下に説明する。   Here, referring again to FIG. 10, the start control in the present embodiment when it is confirmed in step 202 that the engine coolant temperature at the time of engine start is lower than a predetermined threshold (A) set in advance. This will be described below.

図10のステップ202にて機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(A)よりも低いことが確認されると、ステップ204に進む。ステップ204においては、機関停止後において時間の経過やその他の何らかに要因にて機関温度が更に低下していて、機械圧縮比が高圧縮比のままでは機関始動に十分な速度でのクランキングが不可能であるというような場合を考慮して、機関始動前に機械圧縮比を低圧縮比化する必要があるか否かの判定がなされる。   When it is confirmed in step 202 of FIG. 10 that the engine cooling water temperature at the time of starting the engine is lower than a predetermined threshold value (A) set in advance, the routine proceeds to step 204. In step 204, after the engine is stopped, the engine temperature has further decreased due to the passage of time or some other factor, and cranking at a speed sufficient for starting the engine if the mechanical compression ratio remains high. In consideration of the case where the engine is not possible, it is determined whether or not it is necessary to reduce the mechanical compression ratio before starting the engine.

本実施形態においては、ステップ204にて機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(B)よりも低いことが確認された場合には、機関始動前に機械圧縮比を低圧縮比化する必要があるものとして判定され、ステップ206に進み、後述する始動パターン1の始動制御が実行される。   In this embodiment, if it is confirmed in step 204 that the engine coolant temperature at the time of engine start is lower than a predetermined threshold (B) set in advance, the mechanical compression ratio is reduced to a low value before engine start. It is determined that there is a need for comparison, and the process proceeds to step 206 where start control of a start pattern 1 described later is executed.

一方で、ステップ204にて機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(B)よりも高いことが確認された場合には、すなわち、機関始動時における機関冷却水温が閾値(A)よりも低く閾値(B)よりも高いことが確認された場合には、プレイグニッションが発生する可能性もなく且つ機関始動前に機械圧縮比を低圧縮比化する必要もないものと判定され、ステップ205に進み、高圧縮比化されたままの機械圧縮比にて、始動パターン0と同様の通常運転時の始動制御を実行する始動パターン2の始動制御が実行される。   On the other hand, when it is confirmed in step 204 that the engine coolant temperature at the time of engine startup is higher than a predetermined threshold value (B) set in advance, that is, the engine coolant temperature at the time of engine start is set to the threshold value (A ) And lower than the threshold (B), it is determined that there is no possibility of pre-ignition and it is not necessary to lower the mechanical compression ratio before starting the engine. Then, the process proceeds to step 205 where the start control of the start pattern 2 for executing the start control during the normal operation similar to the start pattern 0 is executed at the mechanical compression ratio that remains high.

また、ステップ204にて機関始動時における機関冷却水温が予め設定された所定の閾値(B)よりも低い場合には、機関温度が極めて低い状態あり、機械圧縮比が高圧縮比のままでは、フリクションが高く且つ空気密度が高いために始動に必要なクランキング回転が得られず、始動に十分な速度でのクランキングが不可能であると判定され、ステップ206に進み、始動前に機械圧縮比を低圧縮化してから通常運転時の始動制御を実行する始動パターン1が実行される。   Further, when the engine coolant temperature at the time of starting the engine is lower than a predetermined threshold value (B) set in advance in step 204, the engine temperature is extremely low, and the mechanical compression ratio remains at a high compression ratio. It is determined that cranking rotation necessary for starting cannot be obtained due to high friction and high air density, and cranking at a speed sufficient for starting is impossible. Proceeding to step 206, mechanical compression is performed before starting. A start pattern 1 is executed in which the start control during normal operation is executed after the ratio is reduced.

以上、図9から図11に示される本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関における機関停止時及び機関始動時の制御によれば、機関始動時における気筒内新気量を少なくすることができ、気筒内を過リッチ状態にてプレイグニッションの発生を回避するのに必要となる噴射燃料量を少なくすることができ、燃費の向上とともに、燃料噴射にかかる時間の短縮化を可能とする。また、機関始動時における気筒内新気量が少ない場合には、万が一、プレイグニッションが発生した場合においても爆発力による機関逆回転に至る可能性は小さく、また、発生する異音も小さいものとなる。すなわち、本発明によれば、可変圧縮比機構を有する筒内噴射式火花点火内燃機関において、該可変圧縮比機構を有効に利用し、機関始動時において、燃焼安定性や燃費などを損ねることなくプレイグニッションの発生を抑制することを可能となる。   As described above, according to the control at the time of engine stop and engine start in the cylinder injection type spark ignition internal combustion engine of the present invention shown in FIGS. 9 to 11, the amount of fresh air in the cylinder at the time of engine start can be reduced. This makes it possible to reduce the amount of injected fuel required to avoid the occurrence of pre-ignition in an over-rich state in the cylinder, thereby improving fuel efficiency and shortening the time required for fuel injection. Also, if the amount of fresh air in the cylinder at the start of the engine is small, the possibility of reverse engine rotation due to explosive force is small even if pre-ignition occurs, and the generated abnormal noise is also small. Become. In other words, according to the present invention, in a direct injection spark ignition internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, the variable compression ratio mechanism is effectively used without losing combustion stability, fuel consumption, or the like when the engine is started. It becomes possible to suppress the occurrence of pre-ignition.

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
70 吸気弁駆動用カムシャフト
A 可変圧縮比機構
B 可変バルブタイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 2 Cylinder block 3 Cylinder head 4 Piston 5 Combustion chamber 7 Intake valve 70 Camshaft for intake valve drive A Variable compression ratio mechanism B Variable valve timing mechanism

Claims (3)

内燃機関の筒内に直接的に燃料噴射を行う燃料噴射弁と、筒内の混合気への点火を行う点火栓と、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構とを備える筒内噴射式火花点火内燃機関であって、前記点火栓が点火する時期以前に筒内の混合気が着火するプレイグニッションを抑制する場合には、機関始動時における筒内を過リッチにする燃料噴射制御を実行する筒内噴射式火花点火内燃機関において、
レイグニッションの機関始動時における発生前提条件の成立の有無を判定するプレイグニッション発生判定手段を具備し、
前記プレイグニッション発生判定手段は、機関停止要求があった際には、該機関停止要求があった際の機械圧縮比に対しての燃圧、機関温度及び大気温のそれぞれの閾値を特定し、機関停止要求があった際の燃圧、機関温度及び大気温度の全てが、それぞれの閾値を越えている場合に、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生があるものとしてプレイグニッションの発生前提条件の成立の有無を判定し、該判定において、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め前記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高圧縮比化される、筒内噴射式火花点火内燃機関。
Fuel injection valves to perform direct fuel injection into a cylinder of an internal combustion engine and a spark plug which performs the ignition of the mixture in a cylinder, a cylinder injection type comprising a variable compression ratio mechanism able to change a mechanical compression ratio In a spark ignition internal combustion engine, when suppressing preignition in which the air-fuel mixture in the cylinder ignites before the ignition timing of the spark plug, fuel injection control is performed to make the cylinder excessively rich when the engine is started. In- cylinder injection spark ignition internal combustion engine
Comprises a preignition determining means for determining whether the establishment of the occurrence prerequisites for flops les ignition engine during starting,
The pre-ignition occurrence determination means, when an engine stop request is made, identifies the respective threshold values of the fuel pressure, the engine temperature and the atmospheric temperature with respect to the mechanical compression ratio when the engine stop request is made, Preconditions for pre-ignition are established when there is a pre-ignition at the next engine start when all of the fuel pressure, engine temperature, and atmospheric temperature at the time of the stop request exceed the respective thresholds. In this determination, if it is determined that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, the mechanical compression is performed in advance by the variable compression ratio mechanism when an engine stop request is made. An in-cylinder spark-ignition internal combustion engine with a high compression ratio .
前記プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合には、機関停止要求があった際に予め前記可変圧縮比機構により機械圧縮比が、前記可変圧縮比機構により可変することができる最大の機械圧縮比に高圧縮比化される、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。When it is determined by the pre-ignition occurrence determination means that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, the mechanical compression ratio is previously set by the variable compression ratio mechanism when the engine stop request is made. The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the compression ratio is increased to a maximum mechanical compression ratio that can be varied by the variable compression ratio mechanism. 前記プレイグニッション発生判定手段により、次の機関始動時におけるプレイグニッションの発生前提条件が成立したと判定された場合であって、該次の機関始動時における機関温度が所定値よりも低い場合には、前記可変圧縮比機構により機械圧縮比を低圧縮比化してから機関始動する、請求項1または請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。When it is determined by the pre-ignition occurrence determination means that the pre-ignition occurrence precondition at the next engine start is satisfied, and the engine temperature at the next engine start is lower than a predetermined value The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the engine is started after the mechanical compression ratio is lowered by the variable compression ratio mechanism.
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