JPH0364647A

JPH0364647A - ターボ過給機付エンジンの可変圧縮比制御装置

Info

Publication number: JPH0364647A
Application number: JP1200725A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kashiyama; 謙二樫山; Kazuaki Umezono; 和明梅園
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1991-03-20

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、ターボ過給機付エンジンの可変圧縮比制御装
置に関するものである。

「従来の技術、発明が解決しようとする課題」従来、タ
ーボ過給機付エンジンにおいて、エンジンの燃焼室の圧
縮比を可変制御する装置が特開昭６２−２８２１３７号
公報に示されている。この公報の装置においては、エン
ジンの出力を重視する場合には、圧縮比を下げてノッキ
ングを防ぎつつ、過給圧を上げて充填効率を向上させ、
高出力化を図り、一方、エンジンの燃費を重視する場合
には、過給圧を下げてノッキングを防ぎつつ、圧縮比を
上げて燃焼効率を高め、低燃費化を図っている。このよ
うに、上記公報の装置においては、エンジンの燃焼室の
圧縮比を過給圧と関連させて制御している。

また、ターボ過給機付エンジンにおいて、エンジンの燃
焼室の圧縮比を可変制御する構成として、次のようなも
のが考えられる。

まず、エンジンの′低負荷領域では、燃焼室の圧縮比を
高めて、低燃費化を図る。なお、低負荷領域では、ノッ
キングが生じないので、燃焼室の圧縮比を高めることが
できるのである。一方、エンジンの高負荷領域では、燃
焼室の圧縮比を低下させて、トルクを増大させる。なお
、高負荷領域では、ノッキングを防止するために、燃焼
室の圧縮比を低下させるのである。

上記のように燃焼室の圧縮比を制御する装置において、
低燃費化を図るために、高圧縮比領域をできるだけ大き
く設定し、すなわち、高圧縮比領域から低圧縮比領域へ
の切換ラインをできるだけ高負荷側に移行させることが
望ましい。

本発明の目的は、ノッキングの発生を防止しつつ、燃費
の改善を図ることができるターボ過給機付エンジンの可
変圧縮比制御装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」本発明は、ターボ過給機と、該ターボ過給機で過給された吸気が導入されるエンジン
の燃焼室と、該燃焼室に導入された吸気の圧縮比を変更する圧縮比変
更手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、及び、該負荷検出手段からの検出信号に基づいて圧縮比変更手
段を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、負
荷検出手段からの検出信号に基づき、エンジンの低負荷
領域では、高負荷領域に比較して、燃焼室の圧縮比を高
めるように構成されているターボ過給機付エンジンの可
変圧縮比制御装置であって、前記ターボ過給機には、ウェストゲートバルブが設けら
れ、該ウェストゲートバルブの作動開始圧力を複数個設
定することにより、ターボ過給機の設定過給圧は、複数
個設定されており、前記制御手段は、低過給圧設定時に
は、高過給圧設定時に比較して、少なくともエンジンの
高回転領域では、より高負荷になったときに、燃焼室の
圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り換えるように構成
されていることを特徴とする。

「作　用」ウェストゲートバルブの作動開始圧力が複数個設定され
ている場合に、低過給圧設定時には、高過給圧設定時と
比較して、排気ガスの圧力が低く、残留ガス量が少ない
ので、ノッキングの限界が高い。

そこで、本発明においては、この点に注目し、低過給圧
設定時には、高過給圧設定時に比較して、少なくともエ
ンジンの高回転領域では、より高負荷になったときに、
燃焼室の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り換えるよ
うにし、すなわち、高圧縮比から低圧縮比への切換ライ
ンを高負荷側に移行させている。このように、排気ガス
の圧力が低く残留ガス量が少ない低過給圧設定時には、
高圧縮比領域を拡げることにより、ノッキングの発生を
防止しつつ、燃費の改善を図っている。

なお、本発明においては、低過給圧設定時には、高過給
圧設定時に比較して、少なくともエンジンの高回転領域
では、より高負荷になったときに、燃焼室の圧縮比を高
圧縮比から低圧縮比に切り換えるように構成されており
、従って、エンジンの低回転領域から高回転領域にわた
って、全体的に、高圧縮比から低圧縮比への切換ライン
を高負荷側に移行させてもよく、また、エンジンの高回
転領域だけにおいて、高圧縮比から低圧縮比への切換ラ
インを高負荷側に移行させてもよい。

「実施例」以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明の実施例によるターボ過給機付エン
ジンの可変圧縮比制御装置が示されている。

第１図において、符号１０は、エンジンを示し、該エン
ジン１０は、４気筒である。すなわち、エンジン１０は
、４個の燃焼室１２．１２．１２．１２を有している。

各燃焼室１２には、吸気ボート１４、排気ポート１６が
設けられ、該吸気ボート１４、排気ポート１６は、それ
ぞれ、吸気弁１４ａ１排気弁１６ａにより、開閉される
。

符号１８は、ターボ過給機を示し、該ターボ過給機１８
は、排気ガスにより回転させられるタービン２０と、及
び、該タービン２０にシャフト２２を介して同軸結合さ
れ排気タービン２０により回転させられるコンプレッサ
２４と、を含む。

タービン２０を有・するタービン室２６は、排気通路２
７を介して前記排気ポート１６．１６．１６．１６に連
通しており、また、他の排気通路２８に連通しており、
排気通路２７と排気通路２８との間には、ウェストゲー
トバルブ３０が配置されている。コンプレッサ２４を有
するコンプレッサ室３２は、吸気通路３４を介して前記
吸気ボート１４．１４．１４．１４に連通しており、ま
た、他の吸気通路３６に連通しており、前記吸気通路３
４の途中には、インタクーラ３８及びスロットルバルブ
４０が配置されている。

そして、燃焼室１２．１２．１２．１２の排気ポート１
６．１６．１６．１６からの排気ガスが、排気通路２７
、タービン室２６、排気通路２８を通って排出されると
きに、該排気ガスにより、タービン室２６内のタービン
２０が回転させられる。

これにより、該タービン２０に同時結合されたコンプレ
ッサ２４が回転させられるので、該コンプレッサ２４に
より過給された吸気が、吸気通路３４を通って、吸気ボ
ート１４．１４．１４．１４から燃焼室１２．１２．１
２．１２に導入されることとなる。

次に、第２図には、エンジンの断面が示されている。

符号４２は、シリンダを示し、該シリンダ４２内には、
ピストン４４が上下方向に摺動自在に配置されている。

なお、前述したように、符号１２は燃焼室、１４は吸気
ボート、１４ａは吸気弁である。一方、エンジンのクラ
ンクシャフト　（図示せず）に連動するカムシャフト４
６が設けられ、該カムシャフト４６のカム４８により、
前記吸気弁１４ａが開閉することとなる。

次に、前記エンジン１０は、燃焼室１２．１２．１２．
１２に導入された吸気の圧縮比を変更する圧縮比変更手
段を有する。以下、この圧縮比変更手段について、第１
．２．３Ａ、３Ｂ図を参照しながら、説明する。

前述したように、符号４２は、シリンダを示し、該シリ
ンダ４２内には、ピストン４４が上下方向に摺動自在に
配置されている。ピストン４４内には、ピストンピン５
６が配置され、該ピストンピン５６には、コネクティン
グロッド５８の上端５８ａが結合され、該コネクティン
グロッド５８の下端は、クランクシャフト（図示せず）
に軸支されている。ここで、ピストンピン５６は、完全
な円柱状ではなく、その中間部に圧縮比変更手段６０を
構成する凸部５６ａが形成されている（第３Ａ、３Ｂ図
参照）。

従って、ピストンピン５６の凸Ｂ５６　ａが上方に位置
しているとき（第３ＡＩｆｆｌ）と下方に位置している
とき（第３Ｂ）とでは、ピストン４４の位置は、距、！
ｔＬだけ異なり、すなわち、燃焼室１２の容積が異なる
ことになる。それゆえ、ピストンピン５６の凸部５６ａ
が上方に位置しているときには（第３Ａ図）、燃焼室１
２の容積が大きいので、燃焼室１２に導入された吸気の
圧縮比は、小さい。一方、ピストンピン５６の凸部５６
ａが下方に位置しているときには（第３Ｂ図）、燃焼室
１２の容積が小さいので、燃焼室１２に導入された吸気
の圧縮比は、大きい。

なお、凸部５６ａの位置変更は、ピストン４４の作動中
に、ピストンピン５６の回転によりなされる。ここで、
ピストンピン５６はピストン４４に対して回転自在であ
る。そして、コネクティングロッド５８の孔部５８ｂに
配置されたロックビン５９が、油圧通路５８ｃの油圧に
よりピストンピン５６の係合孔５６ｂあるいは５６ｃに
係合することにより、凸Ｒ５６ａの位置が保持される。

次に、符号６２は、前記圧縮比変更手段６０を制御する
制御手段を示す。また、符号６４．６６は、それぞれ、
エンジンの負荷を検出する負荷検出手段、エンジンの回
転数を検出する回転数検出手段を示し、前記制御手段６
２は、該負荷検出手段６４からの検出信号及び回転数検
出手段６６からの検出信号に基づいて、圧縮比変更手段
６０を制御する。

また、制御手段６２には、ターボ過給機１８の下流圧力
センサ６８からの検出信号が供給されており、該制御手
段６２は、前記ウェストゲートバルブ３０を制御して、
下流圧力センサ６８で検出される下流圧力が設定過給圧
になるようにする。

ここで、ターボ過給機１８は、低過給圧に設定されるこ
ともできるし、あるいは、高過給圧に設定されることも
できる。

以下、制御手段６２による圧縮比変更手段６０の制御に
ついて、第４Ａ、４Ｂ図の制御マツプを参照しながら説
明する。

まず、第４Ａ図は、エンジン回転数と過給圧との関係が
示されている。

第４Ａ図において、エンジン回転数が高くなるにつれて
、過給圧が高くなるが、過給圧が設定過給圧になると、
ウェストゲートバルブ３０が開き、エンジン回転数が更
に高くなったとしても、過給圧は、設定過給圧に維持さ
れる。ここで、設定過給圧には、低過給圧及び高過給圧
の２つがある。

次に、第４Ｂ図には、エンジン回転数と負荷との関係が
示されている。

第４Ｂ図において、エンジンの低負荷領域では、燃焼室
１２の圧縮比を高めて、低燃費化を図り、一方、エンジ
ンの高負荷領域では、燃焼室１２の圧縮比を低下させ、
ノッキングを防止させる。

次に、第４Ａ、４Ｂ図を参照しながら、制御マツプにつ
いて説明する。

ウェストゲートバルブ３０の作動開始圧力が低過給圧に
設定されている場合には、高過給圧設定時と比較して、
排気ガスの圧力が低く、残留ガス量が少ｔ５いので、ノ
ッキングの限界が高い。

そこで、この点に注目し、低過給圧設定時には、高過給
圧設定時に比較して、より高負荷になったときに、燃焼
室の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り換えるように
し、すなわち、高圧縮比から低圧縮比への切換ラインを
高負荷側に移行させている（ｉｄＢ図参照）。このよう
に、排気ガスの圧力が低く残留ガス量が少ない低過給圧
設定時には、高圧縮比領域を拡げることにより、ノッキ
ングの発生を防止しつつ、燃費の改善を図っている。

次に、第５図には、制御のフローチャートが示されてい
る。

第５図において、ステップ１００で開始し、ステップ１
０２で設定過給圧指定信号を入力し、ステップ１０４で
低過給圧が設定されたと判断した場合には、ステップ１
０６でターボ過給機の下流圧力をウェストゲートバルブ
により低過給圧に設定し、ステップ１０８で低過給圧設
定時の制御マツプを選択し、ステップ１１０で終了する
。

一方、前記ステップ１０４で低過給圧が設定されたと判
断しなかった場合には、高過給圧が設定されていること
になり、ステップ１１２でターボ過給機の下流圧力をウ
ェストゲートバルブにより高過給圧に設定し、ステップ
１１４で高過給圧設定時の制御マツプを選択し、ステッ
プ１１０で終了する。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、ノッキングの発
生を防止しつつ、燃費の改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例によるターボ過給機付エンジ
ンの可変圧縮比制御装置の構成説明図、第２図は、エン
ジンの断面図、第３Ａ、３Ｂ図は、圧縮比変更手段の構成説明図、第４Ａ、４Ｂ図は、本発明の実施例によるターボ過給機
付エンジンの制御マツプ図、及び第５図は、本発明の実
施例によるターボ過給機付エンジンの制御のフローチャ
ート図である。１０・・・・・・エンジン、１２．１２．１２．１２・・・・・・燃焼室、１４．１
４．１４．１４・・・・・・吸気ボート、１４ａ、１４
ａ、１４ａ、　　１４ａ−−−−・−吸気弁、１６．１
６．１６．１６・・・・・・排気ポート、１６ａＳ　１
６ａ、１６ａ、１６ａ−−−−−−排気弁、１８・・・
・・・ターボ過給機、２７・・・・・・排気通路、３０・・・・・・ウェストゲートバルブ４・・・・・・
吸気通路、２・・・・・・シリンダ、４・・・・・・ピストン、６・・・・・・カムシャフト、８・・・・・・カム、６・・・・・・ピストンピン、８・・・・・・コネクティングロツ０・・・・・・圧縮比変更生°段、２・・・・・・制御手段、４・・・・・・負荷検出手段、６・・・・・・回転数検出手段、８・・・−・・下流圧力センサ。第５図

Claims

【特許請求の範囲】ターボ過給機と、該ターボ過給機で過給された吸気が導入されるエンジン
の燃焼室と、該燃焼室に導入された吸気の圧縮比を変更する圧縮比変
更手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、及び、該負荷検出手段からの検出信号に基づいて圧縮比変更手
段を制御する制御手段と、を含み、前記制御手段は、負
荷検出手段からの検出信号に基づき、エンジンの低負荷
領域では、高負荷領域に比較して、燃焼室の圧縮比を高
めるように構成されているターボ過給機付エンジンの可
変圧縮比制御装置であって、前記ターボ過給機には、ウエストゲートバルブが設けら
れ、該ウエストゲートバルブの作動開始圧力を複数個設
定することにより、ターボ過給機の設定過給圧は、複数
個設定されており、前記制御手段は、低過給圧設定時には、高過給圧設定時
に比較して、少なくともエンジンの高回転領域では、よ
り高負荷になったときに、燃焼室の圧縮比を高圧縮比か
ら低圧縮比に切り換えるように構成されていることを特
徴とするターボ過給機付エンジンの可変圧縮比制御装置
。