JPH01106958A - 可変圧縮比型内燃機関の制御装置 - 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、圧縮比を可変とした可変圧縮比型内燃機関
において、圧縮比切り換え時の各気筒のトルク不均一に
起因する回転変動を防止するようにした可変圧縮比型内
燃機関の制御装置に関する。

従来の技術 低負荷時における熱効率の向上と高負荷時におけるノッ
キングの抑制との両立などを図るために、従来から種々
の可変圧縮比型内燃機関が提案されている。例えば、実
開昭５８−２５６３７号公報には、各気筒のピストンを
、インチピストンとアウタピストンとの二重構造とし、
インチピストンに対しアウタピストンを上下動させるこ
とで圧縮比を変化させるようにした圧縮比可変機構が、
また特開昭６（１−２３０５４８号公報には、シリンダ
ヘッドに副シリンダを形成し、該副シリンダ内の副ピス
トンを上下動させることで圧縮比を変化させるようにし
た圧縮比可変機構がそれぞれ記載されている。

ところで、多気筒内燃機関に上記のような圧縮比可変機
構を適用した場合には、各気筒の圧縮比可変機構の特性
のばらつきなどによって、圧縮比切り換え時に各気筒の
圧縮比が不均一となる虞れがある。特に、上記実開昭５
１１２５６３７号公報記載のように、油圧によりスプー
ル弁を駆動して圧縮比切り換えを行うものでは、各気筒
の圧縮比可変機構に同一の油圧を供給したとして°も、
その切換点に多少のばらつきが生じ易く、この結果、圧
縮比が各気筒で一時的に異なり易い。すなわち、上記公
報に記載の装置では、第２図に示すように供給油圧が高
い場合に高圧縮比状態となり、供給油圧が低い場合に低
圧縮比状態となるのであるが、ある油圧を境としてスプ
ール弁がオン、オフ的に作動するので、圧縮比はかなり
急激に切り換わることになる。そのため、各気筒間で圧
縮比が大きく異なる状況が過渡的に発生する。

そして、このように多気筒内燃機関の各気筒で圧縮比が
異なると、当然のことながら各気筒での発生トルクが不
均一となるので、クランク軸の回転変動が引き起こされ
る。この回転変動は、第３図に示すように、気筒間の圧
縮比の較差に応じて大きなものとなる。

一方、このようなりランク軸の回転変動は、圧縮比可変
機構を具備しない多気筒内燃機関においても僅かながら
存在する。そのため、従来、時開昭５９−４９３７２号
公報において、各気筒の発生トルクの較差を小さくする
ようにした内燃機関の制御装置（但し、これは圧縮比固
定型のものである）が提案されている。これは、各気筒
に筒内圧センサを設けて気筒毎の最大燃焼圧を求め、あ
る気筒の最大燃焼圧が全気筒の平均値よりも高い場合に
は、当該気筒の点火時期を遅角させ、またある気筒の最
大燃焼圧が全気筒の平均値よりも低い場合には、当該気
筒の点火時期を進角させて、発生トルクを均一化させる
ようにしたものである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来のように、各気筒の最大燃焼圧
を検出するものでは、サイクル毎の燃焼状態の違いによ
って最大燃焼圧が各サイクルで大きく変動するため、圧
縮比切り換え時のような過渡的な回転変動を応答性良く
補正することは側底不可能である。すなわち、第４図の
インジケータ線図において実線は所定の低圧縮比状態の
下での燃焼圧力変化を示し、また破線は所定の高圧縮比
状態の下での燃焼圧力変化を示しているが、例えば実線
の低圧縮比状態に圧縮比を固定しておいても、図中に一
点鎖線で示すように、各サイクル毎に最大燃焼圧Ｐ　Ｍ
ＡＸが大きく変動する。従って、この最大燃焼圧Ｐ　Ｍ
ＡＸが平均値からずれていたとしても、それがサイクル
毎の変動によるものか、圧縮比のばらつきによるものか
判定することはできず、的確な補正を行うことはできな
い。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもの
で、圧縮比のみに起因して変動する非燃焼中の筒内圧力
に基づき、過渡的な圧縮比の不均一を打ち消すように点
火時期もしくは燃料供給量を制御するようにしたもので
ある。すなわち、この発明に係る可変圧縮比型内燃機関
の制御装置は、第１図に示すように、各気筒毎に圧縮比
可変機構を備えてなる多気筒内燃機関ｌにおいて、各気
筒毎に配設されて各筒内圧力をそれぞれ検出する筒内圧
センサ２と、点火直前もしくは燃焼終了後に設定される
所定クランク角における筒内圧力の全気筒の平均値を演
算する手段３と、各気筒の上記所定クランク角における
筒内圧力を上記平均値と比較して偏差を求める手段４と
、この偏差に応じて当該気筒の点火時期もしくは当該気
筒の燃料供給量を補正する手段５とを備えて構成されて
いる。

作用 第４図に示したように、低圧縮比状態（実線）と高圧縮
比状態（破線）とでは、その圧縮比差により高圧縮比状
態の方が筒内圧力は高くなる。ここで、燃焼開始から燃
焼終了までの間の燃焼圧力は、前述したように、種々の
要因により各サイクル毎で大きく変化するため、低圧縮
比状態での最大燃焼圧Ｐ　ＩＪＡＸが高圧縮比状態での
最大燃焼圧Ｐ　ＭＡＸを上回る可能性もある。しかし、
第４図にＡ点もしくはＢ点として示すように、点火直前
もしくは燃焼終了後のクランク角においては、燃焼状態
に左右されずに、常に一定量だけ圧縮比差に基づく筒内
圧力差が生じる。従って、Ａ点における筒内圧力ＰＡも
しくはＢ点における筒内圧力ＰＢを検出し、これが全気
筒て略均−となるように制御してやれば、圧縮比切り換
え時の過渡的な圧縮比のばらつきを相殺することができ
る。

すなわち、例えばある気筒の所定クランク角における筒
内圧力ＰＡもしくはＰＢが全気筒の平均値よりも高い場
合には、当該気筒の点火時期を遅角させ、あるいは当該
気筒の燃料供給量を減少させる。また、ある気筒の所定
クランク角における筒内圧力ＰＡ、ＰＢが全気筒の平均
値よりも低ければ、当該気筒の点火時期を進角させ、あ
るいは当該気筒の燃料供給量を増大させる。これにより
、各気筒の発生トルクが略均−となる。

実施例 第５図は、この発明に係る可変圧縮比型内燃機関の制御
装置の一実施例を示す構成説明図である。

同図において、１１は内燃機関であり、この内燃機関１
１は例えばピストン内に組み込んだ圧縮比可変機構を各
気筒毎に備えており、機関の負荷などに応じて低圧縮比
、高圧縮比の切り換えが行われるようになっている。図
示例では、上記内燃機関１１は、４気筒機関であり、各
気筒の点火プラグ１２取付部に、各気筒の筒内圧力をそ
れぞれ検出する例えば圧電素子等を用いた座金状の筒内
圧センサ１３が配設されている。なお、１４は上記点火
プラグ１２にそれぞれ対応して設けられた点火コイルで
ある。また、上記内燃機関１１のクランク軸に対し、ク
ランク角センサ１５が配設されている。このクランク角
センサ１５は、一定クランク角毎、例えば１度毎にパル
ス信号を送出するとともに、各気筒の圧縮上列点前所定
位置、例えば上死点前１８０度に基準パルス信号を送出
するようになっている。そして、１６は上記内燃機関１
１の点火時期制御や燃料噴射量制御等を司るマイクロコ
ンピュータシステムを用いたコントロールユニットを示
している。

上記コントロールユニット１６は、第６図に示すように
、各筒内圧センサ１３の検出信号が増幅器１７およびＡ
／Ｄ変換器１８を介して入力されるとともに、クランク
角センサ１５のパルス信号が入力される入力ボート１９
と、点火コイル１４駆動用のパワートランジスタ２０に
点火信号を出力する出力ボート２１と、種々の演算処理
を行うＣＰＵ２２と、所定のプログラムやデータが格納
されたＲＯＭ２３やＲＡＭ２４などから構成されている
。

上記構成においては、各気筒の点火時期はＲＯＭ２３内
に予め与えられたデータテーブルに基づき、機関運転条
件（回転数、負荷等）に応じた進角値がルックアップさ
れて、点火時期制御がなされる。そして、所定クランク
角における筒内圧力が不均一となった場合には、その筒
内圧力の偏差に基づき点火時期の補正がなされるのであ
る。

筒内圧力を各気筒で比較するためのクランク角としては
、点火進角値の変化に拘わらず常に点火直前となるクラ
ンク角、例えば上死点前５０度に設定されている。つま
り、各気筒において、点火直前の上死点前５０度におけ
る筒内圧力が順次検出され、ＲＡＭ２４内に一時的に記
憶される。

第７図は、こうして記憶した所定クランク角における筒
内圧力に基づいた点火時期補正のプログラムを示すフロ
ーヂャートである。なお、このプログラムは、各気筒の
点火の度に実行される。

これを説明すると、まず、ステップ１で所定クランク角
における筒内圧力の全気筒平均値Ｐ。が演算される。こ
れは、例えば、これ以前に点火した４気筒分の筒内圧力
を単純平均することによって求められる。次に、ステッ
プ２で該当する気筒（８番気筒）の所定クランク角にお
ける筒内圧力ＰＮと、上記ステップ１で求めた平均値Ｐ
。との偏差ΔＰｕを算出する。前述したように、この偏
差ΔＰＮは各気筒の圧縮比の偏差に概ね相当する。

次に、ステップ３では、この偏差ΔＰＮの絶対値が許容
される範囲内であるか否かを判定している。すなわち、
その偏差ΔＰＨの絶対値が所定値に以下であれば、格別
な補正は行わず、機関運転条件に応じた点火進角値θが
そのまま出力される。

一方、ΔｐＮが許容範囲よりも大きければ、ステップ４
へ進み、偏差ΔＰＮの正負の判定を行う。

この偏差ΔＰＮが正であれば、当該気筒の圧縮比が平均
圧縮比よりも高く、その発生トルクが他の気筒よりも大
きくなる訳であるから、ステップ５へ進み、点火進角θ
を遅角側へ補正する。具体的には、θ＝θ−α・ΔＰ　
ｙｉ／　Ｐ　ｏとして偏差ΔＰＨの大きさに応じた補正
を行う。なお、αは常数、例えば１０度である。また、
ステップ４で偏差ΔＰＮが負であれば、当該気筒の筒内
圧力が平均値よりも低く、その発生トルクが他の気筒よ
りも小さい訳であるから、ステップ６へ進んで、当該気
筒の点火進角θを進角側へ補正する。具体的には、θ−
θ＋β・ΔＰ　Ｎ／　Ｐ　ｏとして偏差へＰＨに応じた
補正を行う。なお、βは常数、例えば５度である。なお
、α、βを運転条件に応じて異なる値に予め設定してお
き、これをルックアップするようにしても良い。

従って、上記実施例によれば、圧縮比の切り換え時に一
部気筒の切り換え動作が遅れたような場合に、圧縮比が
平均値よりも高くなっている気筒については点火時期を
遅角することで発生トルクが抑制され、また圧縮比が平
均値よりも低くなっている気筒については点火時期を進
角させることで発生トルクの増大が図られる。この結果
、各気筒の発生トルクは圧縮比の不均一にも拘わらず略
均−なものとなり、クランク軸に生じる回転変動を極め
て小さな範囲に抑制することができる。

次に、第８図〜第１０図は、圧縮比が不均一となった場
合に燃料噴射量を補正して発生トルクを均一化するよう
にした実施例を示している。

すなわち、この実施例は、例えば第８図に示すように、
各気筒毎に燃料噴射弁２５が配設された形式の内燃機関
１１に適用されるものである。第９図は、この場合の燃
料噴射量補正プログラムを示すフローチャートである。

この場合には、ステップ４である気筒の筒内圧力の偏差
へＰＨが正であった場合には、ステップ５へ進み、燃料
噴射量（噴射パルス幅）Ｔｐを減少させ、つまりリーン
側に補正する。また、ステップ４で偏差へＰＮが負であ
れば、ステップ４からステップ６へ進み、燃料噴射量Ｔ
ｌ＋を増量させ、つまりリッチ側に補正する。なお、ス
テップ５，６におけるα、βはそれぞれ常数であり、例
えばαが１ｍｓ、βが０゜８ｍｓ程度に設定される。

第１０図は、空燃比と発生トルクとの関係を示したもの
で、通常は理論空燃比近傍で運転が行われているため、
これよりもリッチ側に補正すれば発生トルクが増大し、
リーン側へ補正すれば発生トルクが減少する。従って、
上記のように筒内圧力の偏差ΔＰＮに応じて燃料噴射量
をリッチ側もしくはリーン側へ補正することによって、
当該気筒の発生トルクが増減変化することになり、この
結果、前述した実施例と同様に、各気筒での発生トルク
を略均−に維持することができる。

なお、各気筒の筒内圧力の比較を行うクランク角として
は、前述したように、例えば上死点前５０度程度に固定
的に設定しておいても良いが、常に点火時期の一部クラ
ンク角前になるように、そのときの点火時期に応じて設
定するようにすることも可能である。また、上記実施例
では第４図のＡ点について筒内圧力の比較を行っている
が、第４図のＢ点について筒内圧力の比較を行うように
しても良い。勿論、Ａ点、Ｂ点の双方について筒内圧力
の比較を行い、点火時期もしくは燃料供給量の補正を行
うようにすることも可能である。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る可変圧縮
比型内燃機関の制御装置によれば、各気筒の圧縮比可変
機構の作動のばらつきなどにより各気筒の圧縮比が過渡
的に不均一となった際に、その影響を打ち消すように点
火時期もしくは燃料供給量の補正が行われるので、圧縮
比の不均一に拘わらず各気筒の発生トルクを略均−なも
のとすることができ、クランク軸の回転変動や内燃機関
の振動発生を防止することができる。特に、この発明で
は、燃焼状態に左右されない点火直前もしくは燃焼終了
後のクランク角における筒内圧力から圧縮比の不均一を
検出するようにしているので、サイクル毎の燃焼圧力の
変動に左右されることがなく、過渡的な圧縮比の不均一
を応答性良く検出して適切な補正をすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の構成を示すクレーム対応図、第２図
は圧縮比可変機構の圧縮比切り換え時の作動特性の一例
を示す特性図、第３図は気筒間の圧縮比較差と機関の振
動との関係を示す特性図、第４図は低圧縮比状態および
高圧縮比状態における筒内圧力を示すインジケータ線図
、第５図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第６
図はそのコントロールユニットの構成説明図、第７図は
この実施例における点火時期補正プログラムを示すフロ
ーチャート、第８図はこの発明の他の実施例を示す構成
説明図、第９図はこの実施例における空燃比補正プログ
ラムを示すフローチャート、第１０図は空燃比と発生ト
ルクとの関係を示す特性図である。 １・・・内燃機関、２・・・筒内圧センサ、３・・・平
均値演算手段、４・・・偏差検出手段、５・・・補正手
段。 奪Ｆ寞叡 司’ＩＡｄｃＬＩ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒毎に圧縮比可変機構を備えてなる多気筒内
   燃機関において、各気筒毎に配設されて各筒内圧力をそ
   れぞれ検出する筒内圧センサと、点火直前もしくは燃焼
   終了後に設定される所定クランク角における筒内圧力の
   全気筒の平均値を演算する手段と、各気筒の上記所定ク
   ランク角における筒内圧力を上記平均値と比較して偏差
   を求める手段と、この偏差に応じて当該気筒の点火時期
   もしくは当該気筒の燃料供給量を補正する手段とを備え
   てなる可変圧縮比型内燃機関の制御装置。