JPH01104929A - 内燃機関の圧縮比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は圧縮比を運転条件に応じて無段階、或いは多
段階に亘って可変とした内燃機関における圧縮比制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

オツトーサイクル内燃機関においては圧縮比を上げると
燃焼効率が向上し燃料消費率を改善できると共に、出力
を高くすることができる。しがし、圧縮比を高くすると
ノッキングが発生し易くなる。

そこで、ノンキングが発生しない範囲で圧縮比を可能な
限り高くすることが行われ、圧縮比が変わると点火時期
や空燃比の要求値も変わるため、圧縮比に応じて点火時
期や空燃比の制御も併せて実行される。即ち、具体的に
は機関回転数、及び吸入空気量、吸気管圧力、スロット
ル開度等に代表される機関負荷などの運転条件に応じて
、ノッキングの発生しない圧縮比を決定し、現行の圧縮
比を上記圧縮比に切り換える制御装置が開示されており
、又、更にこの圧縮比切り換えの際のトルク急変による
ショックを和らげるために圧縮比制御と併せて制御され
ている点火時期や空燃比、或いはスロットル弁を一時的
に、トルクショックが減少される方向に制御する方法が
既に知られている。

（特開昭５９−４３９３７号等）′ （発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、トルク急変を上述したような各種特性に
より補正する方法では、過渡時の制御遅れや、適合上の
誤差は避けることができず、その結果、多少のトルクシ
ョックは残ってしまい、ドライバビリティを完全に改善
したとは言えない。

本発明はかかる現状に鑑みなされるものであって根本的
にトルクショックを抑える圧縮比制御装置であり、さら
にこの圧縮比制御に伴ってノッキングが発生することの
ないような制御装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において内燃機関１は機関圧縮比を無段階、或い
は多段階に亘って切り換えることが可能な圧縮比可変機
構２を備える。そして本発明の圧縮比制御装置は、機関
１の運転状態を検出する運転条件検出手段３と、 運転条件検出手段３によって検出された運転条件により
機関１の目標とする圧縮比を決定する目標圧縮比設定手
段４と、 上記目標圧縮比と現実の圧縮比との差を求める圧縮比変
化演算手段５と、 上記差の絶対値が予め定められた所定値より大なる時、
現実の圧縮比より上記目標圧縮比への圧縮比増減方向に
おいて、圧縮比減少方向の圧縮比補正幅が、圧縮比増加
方向の圧縮比補正幅より大きく設定されたこれら補正幅
を以って上記目標圧縮比を補正し、上記圧縮比変化演算
手段で求められた差の絶対値を減ずる目標圧縮比補正手
段６と、目標圧縮比補正手段６により補正された目標圧
縮比に上記機構を制御する機構制御手段７とを有する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第２図は、例えば機関の回転数、及び吸気管内圧力等に
代表される機関負荷に応じて燃焼室容積を無段階、或い
は多段階に変えることにより圧縮比を変化させるように
した内燃機関の部分的概略図であって、燃焼室１０の上
部には上方に向って突出した副シリンダ１２が形成され
、副シリンダ１２内にはその内部を摺動する副ピストン
１４が配設されて、制御回路１６からの指令を受けた圧
縮比可変機構としてのピストン駆動装置１８が副ピスト
ン１４を上下動させることにより、燃焼室１０の容積、
即ち圧縮比を無段階、又は多段階に変化させている。

本実施例によれば制御回路１６には、運転条件検出手段
として機関の回転数ＮＥを検出するためのクランク角セ
ンサ２０と、吸気管内圧力ＰＭを検出するための吸気管
内圧力センサ（バキュームセンサ）２２とが接続されて
おり、クランク角センサ２０はディストリビュータ２４
に装着される。

尚、制御回路１６には通常、上述したセンサの他、例え
ばスロットル開度を検出するためスロッＩ・ル弁２６に
接続されたスロットルポジションセンサ２８、機関の温
度状態を検出するための冷却水温センサ３０、及び吸排
気温センサ（図示せず）等が接続され、これらセンサに
よって検出された運転条件や外界条件により制御回路１
６は、燃料噴射弁３２や点火栓３４に信号を送り、後述
する圧縮比制御に対応する空燃比、点火時期を以って噴
射弁３２及び点火栓３４を駆動することになる。

尚、本図において３６は吸気弁、３８はピストン、４０
はシリンダブロック、４２はシリンダヘッドを示す。

第３図は以上説明したような各制御を実行する２制御回
路１６内部を示すブロック図である。ごの制御回路１６
は、マイクロコンピュータシステムとして構成され、中
央処理装置（ＣＰＵ）　４４と、リードオンリメモリ（
ＲＯＭ）　４６と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
　４８と、入力ポート５０と、出力ポート５２と、Ａ／
Ｄ変換器５４と、これら各要素を接続するバス５６とか
ら成る。従って前述した各種センサからの信号は入力ポ
ート５０に送られ、ＣＰＵ　４４で圧縮比、点火時期、
燃料噴射量の補正演算や運転条件や外界条件の判定を行
ない、その結果を以って出力ポート５２より燃料噴射弁
３２、点火栓３４及びピストン駆動袋Ｗ１８に信号を送
り制御する。

第４図は、本発明において目標とする圧縮比ＣＲ＠Ａｓ
ｉを決定する際に使用される圧縮比マツプ（無段階用）
である。図からも明らかなように本実施例では目標圧縮
比ＣＲ１１Ａ３Ｅは機関回転数ＮＥと吸気管内圧力ＰＭ
との組み合わせによりマツプサーチして決定されるもの
とする（２次元マツプ）。

当然、このマツプに関してはこの２特性に限定されず、
これにスロ・ントル開度ＴＡや吸入空気ＷｋＱ／回転数
ＮＥ等を加味した３次元マツプとしても良い。又、この
圧縮比マツプは制御回路１６内のＲＯＭ　４６の所定領
域に格納されており、検出された運転条件によりＣＰＵ
　４４で演算、決定されるものである。

第５図及び第６図は本発明の圧縮比制御を概念的に示す
図であって、第５図は車両が急加速した時の吸気管内圧
力ＰＭ、及び圧縮比の変化を示し、第６図は急減速時に
おける同特性の変化を示している。

即ち、第５．６図に関し、例えば車両が定常走行から急
加速、或いは急減速した場合、吸気管内圧力ＰＭは実線
Ａ、Ａ’に示すように急激に変化する。従ってこの運転
条件の変化に対応した目標圧縮比Ｃ１１ｓＡｓｔは、第
４図の圧縮比マツプにより図中点線の如く曲線状になる
。しかしながら一般の制御法では、制御プログラム自体
が所定時間毎（Δｔ）、或いは所定のクランク角度毎に
実行されるため、算出された目標圧縮比ＣＲ□、は図中
−点鎖線のように直線的に変化し、時に点ａ、ａ’より
点す、ｂ’においては目標圧縮比ｃｌ？５ａｉｔが急激
に変化することになる。即ち、この決定された目標圧縮
比ＣＲ１１Ａ１［に従ってこのまま実行処理する従来の
制御法ではこの変化によりトルクショックとなりドライ
バビリティ悪化の原因になるのである。これに対し単に
トルクショックを抑えるためには、単位時間Δｔあたり
の圧縮比ＣＲの変化幅を所定量　（例えば図でα）以内
に抑えるようにし、図中実線Ｂ、Ｂ’に示すように目標
圧縮比ＣＲＩＩＡＳＥを補正し、所謂、急激な圧縮比変
化が無いようにすれば良い。

しかしながら、この圧縮比を除々に変化させ、最終的に
定常状態での目標圧縮比ＣＲ＋ａｇｔに到達する制御に
おいて、圧縮比の変化幅を急加減速時に共通して唯一般
け、かつその値を小さく設定した場合、双方においてト
ルクショックは一層、軽減されることになるが、第５図
の急加速時において、吸気管内圧力ＰＭが既に上昇して
高負荷状態になっているにもかかわらず、未だ圧縮比は
高い状態にあることによりノッキングが発生し易すくな
る。

従ってノッキング防止とトルクショック軽減、双方を達
成するためには、急加速時及び急減速時、夫々の場合に
おいて異なる圧縮比補正幅を設けることが好ましい。即
ち、本実施例によれば、急加速時においては上述したノ
ッキング防止に重点を置き、例えば先の所定量αより大
きな値（例えば図では１．５α）を以って目標圧縮比Ｃ
ＲＩＡＩＥを補正することとし、一方急減速時において
はノッキングは発生しないためトルクショック軽減を目
的として、例えば先の所定量αよりさらに小さい値（例
えば３／４α＝０．７５α）を以って目標圧縮比ＣＲｍ
ａｓｘを補正することとする。これによ怜補正された目
標圧縮比ＣＲ１，Ａｓｔは図中実ｖＡｃ　、　ｃ　’の
ように変化するようになる。

第７図は以上説明したような制御を実現するための制御
回路１６の作動を示すフローチャートである。尚、この
作動を実現するためのプログラムはＲＯＭ　４６の所定
領域に格納されており、このルーチンは従来同様、所定
時間毎、或いは所定のクランク角度毎に実行される割り
込みルーチンとする。

先ず、ステップＳＩＯではクランク角センサ２０により
機関回転数ＮＥを読み込み、続くステップＳ２０ではバ
キュームセンサ２２より吸気管内圧力ＰＭを読み込み、
ステップ３３０でこれらＮＥとＰＭより前述した第４図
圧縮比マツプのマツプサーチにより、目標圧縮比ｃｌ？
５Ａｓｘを算出する。

次に、ステップ３４０では前回、本ルーチンを実行した
時の圧縮比、即ち現在の圧縮比ＣＲＯＬＤを読み込んで
、ステップＳ５０に進み圧縮比の変化（差）ΔＣＲ＝　
ＣＲ＠Ａｓｔ　　ＣＲＯＬＤを算出する。

次にステップ５６０では現運転条件が急減速時であるか
否かを判定するための所定値α。（α。＝０．７５α）
を読み込んで、続くステップ３７０ではステップＳ５０
で決定された圧縮比の変化ΔＣＲが正の値をとるか否か
を見る。即ち、第４図圧縮比マツプに示すように、運転
条件が軽負荷側に変化する時には、目標圧縮比ＣＲＩＡ
ＳＥは現実の圧縮比より増加することになるため（圧縮
比増加方向）、減速時にはΔＣＲは正の値をとることに
なる。従ってステップＳ７０でＹｅｓの場合、ステップ
Ｓ８０に進み、差ΔＣＲがステップＳ６０で読み込まれ
た急減速の際の所定値α。（α。：正の値）より大きい
か否かが判定される。そして本ステップＳ８０でＹｅｓ
　、即ち急減速である場合、ステップＳ９０に進み、前
回の圧縮比ＣＲＯＬＤを所定量α。だけ高くするように
補正し、補正された目標圧縮比ｃ）ＩＩＩＡｓｉを以っ
て今回の目標圧縮比とする。（ＣＲｓａｓｔ’　ＣＲｏ
ｔｏ＋α。）尚、ステップＳ８０でＮｏと判定された場
合には、本発明の圧縮比補正処理を行なわない通常の減
速となり、ステップＳ３０で算出された目標圧縮比ＣＲ
□、を使用するためステップＳ９０をバイパスして以降
のステップに進むことになる。

一方、先のステップＳ７０でＮｏと判定された場合、前
述したように加速時に相当するため、ステップ５１００
に進み急加速であるか否かが判定される。ステップ５１
００において急加速であるか否かの判定値（所定値）は
、後のステップにおける圧縮比補正幅の関係より、運転
条件に対応する本来の目標圧縮比ＣＲｓＡｓｔ　（点線
）を超えた補正（オー“バーシュート現象）を避けるた
め、後の補正幅と同じ値にすることが好ましく、本実施
例においては前述したように急減速時の補正幅より大き
な補正幅を持つ値（例えば−２α。＝　−１，５α）と
設定する。従って、本ステップＳ　１００ではステップ
Ｓ５０で求められた圧縮比変化ΔＣＲ（負）が−２α０
（α。：正の数）より小さいか否か、即ち換言すれば差
ΔＣＲの絶対値が所定値２α。より大きいか否かによっ
て急加速であるか否かが判定され、Ｙｅｓの場合には急
加速であ−るため、ステップＳ　１１０に進み、前回の
圧縮比ＣＲＯＬＤを所定値２α０たけ低くするように補
正し、補正された目標圧縮比ＣＲｓａｓ、を以って今回
の目標圧縮比とする。（ＣＲｇＡｓＥ”−ＣＲｏｔ、ｏ
　　２α。）当然、ステップＳ　１００でＮＯと判定さ
れた場合には本ステップ５１１０をバイパスして以降の
ステップに進む。

次にステップ５１２０では以上のようにして補正された
、又は補正されない目標圧縮比ＣＲ□３７を以って機関
を運転すべく実行処理され、そしてステップ５１３０に
て今回決定された圧縮比ＣＲｓａｓｔをＣＲＯＬＤにス
トアして復帰することとなる。そして、第５図及び第６
図に示す急加減速時の場合、次のフロー実行では以上の
ようにして補正された圧縮比をＣＲＯＬＤを対象として
さらに補正処理がなされるわけであって、この処理を繰
り返すことにより最終的に一２α。〈ΔＣＲ＜α。とな
るまで目標圧縮比補正処理が実行されることになる。

以上説明した制御ルーチンは、急加速時及び急減速時の
圧縮比補正として、急加減速の判定基準となる所定値を
α。、２α。を圧縮比補正幅としてそのまま使用するこ
とにより急激な圧縮比変化を抑えたものであって、夫々
の所定値α。、２α。は任意に設定され、その酸度わる
ことはｄい。これに対し、以下述べる実施例は上述した
補正法と異なるものであって、所定値α。、２α。を機
関の運転条件（例えば機関回転数ＮＥ）に応じて可変と
し、より厳密に目標圧縮比ＣＲ’ｌｌＡ＄！を補正しよ
うとするものである。尚、この実施例においても、先の
実施例と同時にその背景には、例えば低回転域では一般
にトルクレベルが低く、圧縮比急変に伴うトルクショッ
クが運転者にとって感じやすいため、比較的緩やかに圧
縮比を上昇させ、一方間回転域においては、ノッキング
による機関の破壊等の危険性大のため、運転条件に応じ
て速やかに圧縮比を下降させなければならないという要
求がある。従ってこれらの要求を満たすため、圧縮比の
補正幅の最大値、即ち判定値α。、２α。は、例えば第
８図に示すような機関回転数ＮＢを関数としたマツプに
より決定されるものとする。

第９図は、上記実施例を実行するため、判定値α。、２
α。を第８図のマツプサーチから求める制御フローチャ
ートであって、第７図制御フローチャートとはステップ
８６０′において判定値α。がその時の機関回転数ＮＥ
より第８図に示すマツプを以って算出されることが異な
るのみである。尚、本制御フローチャートの他のステッ
プは先の実施例と同様であるため説明を省略する。

第１Ｏ図及び第１１図は、第５図及び第６図に示した補
正法とは異なる本発明の別実施例を示す図であって、第
１Ｏ図の急加速時には今回の運転条件より求められた目
標圧縮比ＣＲ＋＋ｍｓえと、前回の圧縮比ＣＲＯＬＤと
の差ΔＣＲの絶対値の３７４を補正幅としてＣＲＯＬＤ
より減じ、第１１図に示す急減速時には差ΔＣＲの１／
４だけ補正し、以下この補正を順次繰り返していく方法
である。従って、この補正を実行する制御ルーチンは、
第１２図に示すように先に説明した第７図制御ルーチン
とは基本的に同様であるが、先のステップＳ９０及びス
テップ５ｉｌｏに換わり、ステップ５２７０で目標圧縮
比ＣＲＩＡ３ＥをＣＲｏｔｏ　＋　１　／　４　・ΔＣ
Ｒ１即ち（ＣＲｓＡｓｉ　＋３　ＣＲＯＬＤ　）　／　
４に補正しくＮ速時）、一方、ステップ３２８０テ目標
圧縮比ｃＬＡｓｉをＣＲＯＬＤ　−３／　４・１ΔＣＲ
ｌ　、即ち（３Ｃ１１ｓＡｓｔ　＋　ＣＲＱＬＤ＋　／
　４に補正する（加速時）。

尚、本実施例において急加減速時であるか否かの判定に
関しては、目標圧縮比補正処理回数を出来るだけ増やし
て、減速時のトルクショックを一層抑えるべく第７図ス
テップＳ８０及びＳ　１００に相当する判定処理を省略
している。これはあたかも先の所定値α。、２α。をＯ
に設定したのと同様な意味をもつことになる。従ってこ
の場合、急加減速時のみの補正に限定されず、通常の加
減速時を含む定常走行時においても補正処理が実行され
ることになる。これは急加減速時のトルクショック低減
、及びノッキング防止という本発明の目的を達成しつつ
、プログラムを簡略化するという意味で利点を持つ。

ところで、以上説明した第７．９．１２図制御ルーチン
は、圧縮比を無段階に亘って切り換えることができる機
構に対して本発明を適用した例であるが、本発明は、多
段階制御についても、同様に適用できる。即ち、多段階
制御の場合は、第１３図に示すような圧縮比マツプを使
用し、ある境界線間５１域内に含まれる運転領域では全
て同一の圧縮比（例えばＣＲ，、ＣＲ２・・・等）をと
ることになるため、仮りに急加減速時に運転条件からマ
ツプサーチにより求まる目標圧縮比が急加減速前の圧縮
比から複数の領域以上に亘って変化するような場合にお
いても実際の圧縮比は、例えば、急減速時においては１
領域毎、急加速時においては２Ｍ域毎に変化するという
ようにノンキング防止のため、急加速時の補正幅を急減
速のそれよりも常に大きく設定し、かつ夫々の場合にお
いて急激に変化することのないようにすればよい。従っ
てこの場合の制御フローチャートは、第７図のステップ
Ｓ３０の圧縮比マツプを第１３図に示す多段階用圧縮比
マツプに書き換え、例えば図示したようにマツプにおい
て領域の圧縮比がβづつ変化するように設定される場合
、ステップＳ６０〜１１０のα。をβに置換すれば良い
。

尚、これまで述べたいずれの実施例においても、本発明
による圧縮比制御に同期して、燃料噴射量や点火時期を
変化させることは当然である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、過渡時において現
実の圧縮比と、過渡の際の運転条件に対応して算出され
た目標圧縮比との差を減ずるように目標圧縮比を新らた
に補正するため、圧縮比急変によるトルクショックは防
止される。加えて、本発明によれば現実の圧縮比より目
標圧縮比への圧縮比増減方向において、圧縮比減少方向
、即ち加速時の圧縮比補正幅が、圧縮比増加方向、即ち
減速時の圧縮比補正幅より大きく設定されるため、加速
時補正に伴ってノッキングが発生することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図；第２図は本発明の実施例の機
関構成図；第３図は制御回路内部を示す本発明のブロッ
ク図；第４図は本実施例にて使用される圧縮比マツプ（
無段階用）；第５図は急加速時における本発明の圧縮比
制御を概念的に示す図；第６図は急減速時における圧縮
比制御を概念的に示す図；第７図は第５，６図に示す圧
縮比制御を可能にする制御回路の作動を示すフローチャ
ート図；第８図は判定値α。を運転条件により可変とす
る際に使用されるマツプ図；第９図は第８図マツプを使
用する本発明の別実施例としてのフローチャート図；第
１０図は急加速時において第５．６図と異なる圧縮比制
御を概念的に示す図；第１１図は急減速時において第１
０図と同様な圧縮比制御を概念的に示す図；第１２図は
第１０．１１図に示す圧縮比制御を可能にする制御回路
のフローチャート図；第１３図は圧縮比多段階制御にお
いて使用される圧縮比マツプ； １０・・・燃焼室、　　　　　１２・・・副シリンダ、
１４・・・副ピストン、　　　１６・・・制御回路、１
８・・・ピストン駆動装置、 ２０・・・クランク角センサ、 ２２・・・バキュームセンサ、 ２４・・・ディストリビュータ、 ２６・・・スロットル弁、 ２８・・・スロットルポジションセンサ、３０・・・冷
却水温センサ、３２・・・燃料噴射弁、３４・・・点火
栓。 圧縮比 機関回転数ＮＥ 第４図 −−−従来法による目標圧縮比 □本制御法による目標圧縮比 第１０図 第１１図 圧縮比 機関回転数 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮比を無段階、或いは多段階に亘って切り換える
   ことが可能な圧縮比可変機構を備えた内燃機関の圧縮比
   制御装置において、 機関の運転条件を検出する運転条件検出手段と、該運転
   条件検出手段によって検出された運転条件により機関の
   目標とする圧縮比を決定する目標圧縮比設定手段と、 上記目標圧縮比と現実の圧縮比との差を求める圧縮比変
   化演算手段と、 上記差の絶対値が予め定められた所定値より大なる時、
   現実の圧縮比より上記目標圧縮比への圧縮比増減方向に
   おいて、圧縮比減少方向の圧縮比補正幅が、圧縮比増加
   方向の圧縮比補正幅より大きく設定されたこれら補正幅
   を以って上記目標圧縮比を補正し、上記圧縮比変化演算
   手段で求められた差の絶対値を減ずる目標圧縮比補正手
   段と、該目標圧縮比補正手段より補正された目標圧縮比
   に上記機構を制御する機構制御手段とを有することを特
   徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。