JPH01200029A - 圧縮比可変型エンジン - 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］ 本発明は、燃焼室の圧縮比を運転条件に応じて可変設定
することのできる圧縮比可変型エンジンに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］従来か
ら、圧縮比を高めれば、エンジンの出力が向上すること
が知られている。しかし、この圧縮比を必要以上に高め
ると、急加速などの過渡時、高速高負荷運転時、あるい
は、過給機が併設されているものでは過給ゾーンなどで
ノッキングが発生しやすくなる。

よって、圧縮比一定のエンジンでは、この圧縮比をノッ
キングの発生しない限られた領域で設定する必要がある
。その結果、定常運転時の出力向上が相対的に制約を受
けることになるばかりでなく、燃料消費率の低減を実現
する際の障害になる。

一方、例えば特開昭５６−７９６３９＠公報、あるいは
、実開昭５９−１５９７４６号公報では、燃焼室に副室
を連通形成し、この副室に嵌装された副ピストンを運転
条件に応じて進退動作させ、各運転領域で最適圧縮比を
可変設定できる技術が開示されている。

また、特開昭６０−６５２３１号公報、特開昭６１−２
５８９３５号公報に開示されているように、コネクティ
ングロッドに連設する主ピストン自体の上死点の位置を
可変することにより、圧縮比を適宜設定できるようにし
たものもある。

しかし、これらいずれの先行技術でも、各運転領域の最
適圧縮比を、エンジンのノッキングを検知することによ
りフィードバック制御しているため、燃焼圧が異常に上
昇してもノッキングとしか判断されず、ノッキングが回
避されれば再び圧縮比を上げる方向へ制御動作する。

その結果、実際にはノッキング以外の原因による燃焼圧
の異常上昇であるにも拘らず、−時的なノッキング回避
としての制御しか行われず、圧縮比制御により燃焼圧異
常を反覆し、エンジン損傷を招くおそれがある。

［発明の目的１ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ノッキン
グはもちろんその他の原因による燃焼圧異常を的確に把
握することができてエンジン異常に伴う損傷などを未然
に防止することのできる圧縮比可変型エンジンを提供す
ることを目的とじている。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明による
圧縮比可変型エンジンは、燃焼室に圧縮比を可変設定す
るピストンが臨まされ、またこのピストンを進退動させ
て圧縮比を設定するアクチュエータが運転状態に応じて
動作信号を出力する制御手段に接続されているものにお
いて、前記制御手段に、筒内圧の最大値を検出する最大
値検出部と、この筒内圧の最大値が予め設定された許容
最大値以内かどうかを判定し、許容最大値を越えた場合
前記アクチュエータを圧縮比低減方向へ動作させる信号
を出力する圧縮比許容値判定部とが設けられているもの
である。

すなわち、エンジンが稼働すると制御手段がその運転状
態に応じて、アクチュエータに動作信号を出力し、この
アクチュエータが燃焼室に臨まされているピストンを進
退動作させ燃焼室の圧縮比を最適値に可変設定する。

一方、その間、上記制御手段の最大値検出部が筒内圧の
最大値を検出し、次いで、圧縮比許容値判定部が、この
筒内圧の最大値が予め設定された許容最大値以内かどう
かを判定し、許容最大値を越えていた場合、上記アクチ
ュエータに対し、上記ピストンを圧縮比低減方向へ移動
させる信号を出力するものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図〜第５図は本発明の第一実施例を示し、第１図は
圧縮比可変型エンジンの要部概略図、第２図は制御手段
のブロック図、第３図は縦軸に筒内圧（Ｐ）、横軸にク
ランク角（θ）を示す筒内圧曲線図、第４図（ａ）〜（
Ｃ）は縦軸に吸入空気量（Ｑ）、横軸にエンジン回転数
（Ｎ）を示す各エンジン温度領域での筒内圧マツプ、第
５図は制御手段のフローチャートである。

図中の符号１はエンジン本体であり、このエンジン本体
１のシリンダヘッド１ａ側に、主ピストン２にて区画形
成された燃焼室１ｂが形成され、この燃焼室１ｂに筒内
圧センサ１３が臨まされている。

また、上記シリンダヘッド１ａに、上記燃焼室１ｂに連
通ずる吸入管３が連設されており、この吸入管３の上流
側に、スロットルバルブ４が介装されている。また、上
記吸入管３のスロットルバルブ４の直下流側にエアチャ
ンバ２ａが形成され、このエアチャンバ２ａに圧力セン
サ５が配設されている。

また、上記エンジン本体１に形成されたウォータジャケ
ット１ｄに水温センサ６が配設されている。さらに、上
記主ピストン２に連設するクランクシャフト７に固設さ
れたクランクロータ８に回転数センサ９が対設されてい
る。

一方、上記シリンダヘッド１ａには、上記燃焼室１ｂに
連通ずる副雫１Ｃが穿設されている。この副室１Ｃに副
ピストン１０が嵌装され、この副ピストン１０にアクチ
ュエータ１１のプランジャ１１ａが連設されている。

また、符号１２は制御手段であり、この制御手段１２の
入力側に上記各センサ５．６．９．１３が接続されてい
る。

この制御手段１２に対し、上記圧力センサ５からは吸入
空気ｍ信号Ｑが入力され、上記水温センサ６からは冷却
水温信号Ｔ−が入力され、また、上記回転数センサ９か
らは、回転数倍＠Ｎとクランク角信号θとが入力され、
さらに、上記筒内圧センサ１３からは、筒内圧信号Ｐが
入力される。

また、上記制御手段１２の出力側に上記アクチュエータ
１１のコイル（図示せず）が接続されている。

上記制御手段１２の基本圧縮比演算部１５では、上記回
転数信号Ｎ、上記吸入空気量信号Ｑ１上記冷却水温信号
ＴＩ４に基づき、予め求められている圧縮比マツプ１４
から基本圧縮比を求める。

この圧縮比マツプ１４は、第４図に示すように、冷却水
温Ｔｗに応じて、図においては三段階の圧縮比マツプＥ
１、Ｅ２、Ｅ３が設定されている。

冷却水温ＴＷが１１　　（例えば４０℃）以下の場合（
Ｔｗ≦Ｕ１）は、圧縮比マツプＥ１を選択する。また、
冷却水温Ｔｗがｔ２　（例えば６０℃）以下の場合（ｔ
ｌ　＜Ｔｗ≦ｔ２）は、圧縮比マツプＥ２を選択する。

さらに、冷却水ｍＴＷがｔ２以上の場合（ｔ２＜Ｔｗ）
は、圧縮比マツプＥ３を選択する。

また、上記各圧縮比マツプＥ１　、Ｅ２　、Ｅ３には、
吸入空気量信号Ｑと、回転数信号Ｎに対応して基本圧縮
比εｐが、図においては吸入空気量の低い方から高い方
のエリア（０−Ｑ＋以上）へε１〜ε５の三段階に設定
されている。

なお、この圧縮比マツプＥ１、Ｅ２、Ｅ３の区分、およ
び、この各圧縮比マツプＥ１〜Ｅ３に書き込まれた各基
本圧縮比ε１〜ε５は、−子め実験などにより求めたも
のであり、そのエリア内で、ノッキングが発生せず、最
大出力が得られる最適値に設定されている。

上記基本圧縮比演算部１５では上記冷部水温信号Ｔｗに
基づいて、上記上記各圧縮比マツプＥ１、Ｅ２　、Ｅ３
の中から゛該当マツプを選択する。次いで、上記吸入空
気ｍ信号Ｑと、上記エンジン回転数信号Ｎをパラメータ
とし、該当圧縮比マツプから該当基本圧縮比εｐを検索
する。

また、上記制御手段１２のアクチュエータ駆動部１６で
は、上記基本圧縮比演算部１５にて求められた基本圧縮
比εｐに基づき、アクチュエータ１１のコイル（図示せ
ず）に動作信号を出力する。

一方、上記制御手段１２の最大値（ＰｌａＸ値）検出部
１７には、１サイクル毎の各気筒の筒内圧が筒内圧信号
Ｐとして常時入力される。そして、その間、上記ＰＩＩ
ｌａｘ値検出部１７に設けられた周知のピークホールド
回路などにより筒内圧の最大値ｐ　ｎ＋ａｘを検出する
（第３図参照）。

また、上記制御手段１２の圧縮比許容判定部１８では、
上記ｐｍａｘ値検出部１７で検出された筒内圧（燃焼圧
）の最大値Ｐｍａｘが、予め設定されている許容最大値
ＰｌａＸ”を越えているかどうかを判定する。

上記筒内圧の最大値Ｐｍａｘが許容最大値Ｐｍａｘ”を
越えている場合（図においては、ＰｍａＸ−＞ＰｌａＸ
”　）、エンジン異常と判定し、上記アクチュエータ駆
動部１６に対し、上記基本圧縮比演算部１５からの出力
信号に拘らず圧縮比が最低となる動作信号（εｓｉｎ　
）を出力する。同時に、警告表示駆動部１９に動作信号
を出力し、この警告表示駆動部１９が、図示しないイン
ストルメントパネルなどに配設されたブザー、ワーニン
グランプなどのυ借手段２０をＯＮ動作させ、ドライバ
にエンジン異常を警告する。

上記制御手段１２の制御動作を第５図のフローチャート
に従って説明する。

通常の圧縮比制御は、第５図（ａ）のメインルーチンに
従って行われる。

すなわち、まずステップ１０１で上記水温センサ６から
出力された冷却水温信号Ｔｗを取り込む。

また、ステップ１０２で、上記回転数センサ９がら出力
された回転数信号Ｎを取り込む。さらに、ステップ１０
３で、上記圧力センサ５がらの吸入空気量信号Ｑを取り
込む。

そして、ステップ１０４で上記冷部水温信号Ｔｗに基づ
き三段階に区分された圧縮比マツプＥ１、Ｅ２　、Ｅ３
の内ひとつを選択する。

次いで、ステップ１０５において、上記選択された圧縮
比マツプから、上記吸入空気組信号Ｑと回転数信号Ｎと
をパラメータとして該当基本圧縮比εｐを検索し、アク
チュエータ駆動部１６へ上記基本圧縮比εｐに基づく動
作信号を出力する。

その結果、ステップ１０６では、上記アクチュエータ駆
動部１６から上記アクチュエータ１１のコイルに動作電
圧が印加され、このアクチュエータ１１のプランジャ１
１ａが上記コイルの励磁力に応じて進退動作し、このプ
ランジャ１１ａに連設する副ピストン１０が燃焼室１ｂ
に連通ずる副室１Ｃ内をスライドして燃焼室１ｂの容積
を変化させ、圧縮比を適宜制御する。

また、その間、第５図（ｂ）°に示すサブルーチンでは
、ステップ１０７でクランク角信号θを取入れ、また、
ステップ１０８で筒内圧信号Ｐを取入れる。

次いで、ステップ１０９で、１サイクル中の各気筒の筒
内圧の最大値ｐｍａｘを検出する。

そして、ステップ１１０で、上記筒内圧の最大値Ｐ＋ｎ
ａｘと、予め設定されている許容最大値Ｐｍａｘ”とを
比較する。

第３図に実線で示すように、筒内圧最大値Ｐｍａｘが許
容最大値Ｐｎ＋ａｘ”以下（Ｐｎ＋ａｘ≦Ｐｍａｘ”　
）であれば燃焼圧が正常と判断されルーチンから外れる
。

また、第３図に一点鎖線で示すように、設定許容最大値
Ｐｔ　ａ　ｘ　”より高い筒内圧（燃焼圧）Ｐｍａｘ−
が検出された場合、そのままの状態ではエンジンが損傷
を受けるおそれがあるため、エンジン異常と判断してス
テップ１１１へ進む。

上記ステップ１１１では、上記アクチュエータ駆動部１
６に対し、圧縮比が最低となる動作信号εｍｉｎを、上
記基本圧縮比演算部１５からの動作信号εｐに拘らず入
力する。その結果、このアクチュエータ駆動部１６から
上記アクチュエータ１１のコイル（図示せず）に動作信
号が出力され、このアクチュエータ１１のプランジャ１
１ａに連設するピストン１０が後退動作し圧縮比が強制
的に下げられ、その後の燃焼室１ｂ内の燃焼圧の異常な
上昇を事前に回避する。

また、ステップ１１２において、図示しないインストル
メントパネルなどに配設されたブサー、ワーニングラン
プなどの警告手段２０をＯＮ動作させて、ドライバにエ
ンジン異常を知らせ、プログラムを終了する。

また、第６図は本発明の第二実施例による筒内圧曲線図
である。

実施例の構成は前記第一実施例とほとんど同じであるが
、この実施例では、前記第２図の最大値（ｐｍａｘ値）
検出部１７において、フランク角信号θから気筒を判別
するとともに、筒内圧センサ１３の筒内圧信号Ｐから各
気筒の点火時期（第６図のａ）前の筒内圧最大値Ｐｍａ
ｘを検出し、圧縮比許容値判定部１８で、この筒内圧最
大値ＰｍａＸと、予め設定されている許容最大値Ｐｍａ
ｘ”とを比較し、筒内圧最大値Ｐｍａｘが許容最大値ｐ
ｍａｘ”以下（ＰｌａＸ≦Ｐｍａｘ”）であれば圧縮比
が正常と判断されて通常の圧縮比制御が実行される。

一方上記筒内圧最大値Ｐｍａｘが許容最大値Ｐｍａｘ”
を越えた場合（図においては、Ｐｍａｘ′＞Ｐｍａｘ”
　）、燃焼異常（過早着火）或いは圧縮比異常と判断す
るものである。

もちろん、筒内圧の許容最大値Ｐｍａｘ”以下でもノッ
キングが発生した場合には、筒内圧センサ１３からの出
力波形によりノッキングを検知し、アクチュエータ駆動
部段１６からアクチュエータ１１へ圧縮比を下げる信号
が出力され、ノッキングを回避するように制御動作する
ことは云うまでもない。

なお、本発明は上記各実施例に限るものではなく、例え
ば、アクチュエータは油圧制御されるものであってもよ
く、この場合、制御手段は油圧切換えバルブを切り換え
制御する。また、上記アクチュエータは負圧を利用する
ものであってもよく、この場合、上記制御手段はバキュ
ームスイッチン’Ｊパルｌ　（ＶＳＶ）　を０Ｎ１０Ｆ
Ｆ制御する。

また、圧縮比マツプおよび該圧縮比マツプに格納されて
いる基本圧縮比をさらに細分化させれば、より緻密な圧
縮比制御を行うことができる。

また、燃焼圧の異常な上昇に伴うエンジン異常が−時的
なもので、副ピストンを後退動作させることにより回避
できるものであれば警告手段は必ずしも必要ではない。

さらに、許容最大値を越える筒内圧異常を数回サンプリ
ングした後、エンジン異常と判断して警告手段をＯＮ動
作させるようにしてもよい。

さらに、ひとつの装置に７＃記第−実施例と第二実施例
が併設されていてもよい。

また、主ピストン２自体がアクチュエータによつ−で圧
縮比可変自在に進退動するものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、燃焼室に圧縮比を
可変設定するピストンが進退自在に嵌装され、またこの
ピストンを進退動させて圧縮比を設定するアクチュエー
タが運転状態に応じて動作信号を出力する制御手段に接
続されているものにおいて、舶記制御手段に、筒内圧の
最大値を検出する最大値検出部と、この筒内圧の最大値
が予め設定された許容最大値以内かどうかを判定し、許
容最大値を越えた場合前記アクチュエータを圧縮比低減
方向へ動作させる信号を出力する圧縮比許容値判定部と
が設けられているので、ノッキングはもちろんその他の
原因による燃焼圧異常を的確に把握することができ、エ
ンジン異常に伴う損傷などを未然に防止することができ
るなど優れた効果が秦される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第一実施例を示し、第１図は
圧縮比可変型エンジンの要部概略図、第２図は制御手段
のブロック図、第３図は縦軸に筒内圧（Ｐ）、横軸にク
ランク角（θ）を示す筒内圧曲線図、第４図（ａ）〜（
Ｃ）は縦軸に吸入空気ｍ＜ａ＞、横軸にエンジン回転数
（Ｎ）を示す各エンジン温度領域での筒内圧マツプ、第
５図は制御手段のフローチャート、第６図は本発明の第
二実施例による筒内圧曲線図である。 １ｂ・・・燃焼室、２．１０・・・ピストン、１１・・
・アクチュエータ、１２・・・制御手段、１７・・・最
大値検出部、１８−・・圧縮比許容値判定部、Ｐｍａｘ
、　Ｐｍａｘ−・・・最大値、Ｐｍａピ・・・許容最大
値。 溜 ユ苫′ 第１図 Ｎ（ｒｐｍ） 第５図 （ａ）　　　　　　　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室に圧縮比を可変設定するピストンが臨まされ、ま
   たこのピストンを進退動させて圧縮比を設定するアクチ
   ュエータが運転状態に応じて動作信号を出力する制御手
   段に接続されている圧縮比可変型エンジンにおいて、前
   記制御手段に、筒内圧の最大値を検出する最大値検出部
   と、この筒内圧の最大値が予め設定された許容最大値以
   内かどうかを判定し、許容最大値を越えた場合前記アク
   チュエータを圧縮比低減方向へ動作させる信号を出力す
   る圧縮比許容値判定部とが設けられていることを特徴と
   する圧縮比可変型エンジン。