JPH0426671Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、内燃機関の圧縮比可変機構の制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関においては、圧縮比を上げるとそれだ
け燃焼効率が向上し燃費が改善されるとともに軸
トルクが向上するので、圧縮比を上げることが望
まれる。しかし、圧縮比を上げると燃焼室内で断
熱圧縮されて温度が上がつたとき着火し易くなつ
てノツキングも生じやすくなり、圧縮比の増大が
制限される。ノツキングは、燃焼室内に多量の空
気が吸引される中、高負荷時に生じやすく、吸引
空気量が小で燃焼室における実質的圧縮度合の小
な軽負荷時には生じにくいので、圧縮比を負荷に
応じて可変とし、中、高負荷に適切となるように
設定しておいた圧縮比を軽負荷時に増大させるよ
うにすることが望まれる。この意味で従来から内
燃機関の可変圧縮比機構は多々提案されている。

たとえば、特開昭59−10755号公報は、負荷、
回転数に応じて圧縮比を変化させるのみならず、
機関温度に応じて圧縮比を無段階にかつ機械的手
段（バイメタル）によつて変化させる可変圧縮比
機構を提案している。

また、実開昭58−20350号公報は、負荷、回転
数のみならず、大気圧力、大気温度に応じて、無
段階に、かつ機械的に（ベローズ、温度−電圧変
換器とラツクピニオン等）圧縮比を変化させる可
変圧縮比機構を提案している。

さらに、特開昭59−188056号公報は、制御にお
いて補正手段としてマツプを用いることを教示し
ている（ただし、圧縮比の補正ではなく点火時期
の補正に利用している）。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、従来提案には次の問題があつた。

(イ) 圧縮比値自体を無段階にかつ機械的に変化さ
せるものであるから、バイメタル、ベローズ等
の機械的手段を必要とし、その分、コストアツ
プ、取付けスペース上の問題を生じる。

(ロ) 従来は負荷と回転数から現在の運転領域が高
圧縮比とすべき領域か低圧縮比とすべき領域か
をコンピユータで判断していただけで、該コン
ピユータを用いて、負荷、回転数以外の運転条
件に対して、高圧縮比域か低圧縮比域かを総合
的によりきめ細かに判定しようという思想はな
く、コンピユータの有効的な利用がなされてい
なかつた。したがつて、圧縮比域制御が粗い制
御となつていた。

本考案の目的は、折角車両に搭載してあるコン
ピユータを有効利用し、負荷、回転数以外の運転
条件も考慮にいれたきめ細かな圧縮比域制御を行
うことを目的とする。この場合、コンピユータ制
御であるから、バイメタル、ベローズ等の機械的
手段を必要とせず、本質的にコストアツプを伴な
うことなく、上記圧縮比域制御を行なうことを前
提とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するための、本考案に係る圧縮
比可変機構の制御装置は、次の装置から成る。す
なわち、 エンジン回転数およびエンジン負荷に対して低
圧縮比領域および高圧縮比領域を定めた圧縮比マ
ツプと、 エンジン冷却水温、吸気温度、吸気湿度の３つ
のエンジン運転条件の個々の条件に対して前記圧
縮比マツプにおける低圧縮比領域と高圧縮比領域
の境界を補正する補正値をエンジン負荷の形でか
つ吸気温度に比べエンジン冷却水温に重みを付け
て与える各運転条件の圧縮比補正マツプと、 エンジン冷却水温、吸気温度、吸気湿度の各運
転条件と各圧縮比補正マツプとから圧縮比補正値
を演算するステツプ、該圧縮比補正値により圧縮
比マツプにおける圧縮比領域の境界を補正するス
テツプ、エンジン回転数とエンジン負荷と前記圧
縮比領域境界が補正された圧縮比マツプによつて
圧縮比域を決定するステツプ、現在の圧縮比を前
記決定した圧縮比域の圧縮比に制御するステツ
プ、現在ノツキングが生じているか否かを判定し
ノツキングが生じていれば圧縮比領域境界を低圧
縮比側に追加補正し今回および前回サイクルとも
にノツキングが生じていなければ圧縮比領域境界
を高圧縮比側に追加補正するノツキング補正ステ
ツプ、を有する圧縮比制御ルーチンと、 を備えたことを特徴とする圧縮比可変機構の制御
装置。

〔作用〕

本考案の圧縮比可変機構の制御装置では、圧縮
比域は高圧縮比域か低圧縮比域かの２段に切替え
られるだけであるが、水温、吸気温度、吸気湿度
の３つの運転条件により圧縮比領域境界の補正値
をノツクに影響をもつ水温補正に重みをつけて求
め、この補正値で圧縮比領域境界の位置を補正
し、この補正した負荷、回転数、圧縮比マツプに
よつて、現在の負荷、回転数が高圧縮比とすべき
領域か低圧縮比とすべき領域かを判断して圧縮比
域を決定するものであるから、水温、吸気温、吸
気湿度も同時に考慮に入れた圧縮比域決定となつ
ており、従来の負荷、回転数のみを考慮した圧縮
比域決定に比べて総合的なかつきめ細かな制御が
得られる。

また、燃料噴射制御等の制御のために車両に既
に搭載されているマイクロコンピユータを利用し
ての制御であり、バイメタルやベローズ等の機械
的手段を追加して制御しようというものではない
から、本質的にコストアツプを伴なわない。

また、ノツキング補正ステツプを設けたため、
−補正を追加保持して高圧縮比領域を縮小してノ
ツキングを起きにくくし、＋補正を追加保持して
非ノツクの誤検出によるノツクレベルの増大を防
止することができる。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る圧縮比可変機構の望まし
い実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第５図は本考案の実施例における
制御機構の部分を示しており、第６図ないし第９
図はこの制御機構の出力によつてどのようにして
内燃機関の圧縮比が変化するかを示している。

本考案においては、コンピユータのROMの中
に、エンジン回転数およびエンジン負荷に対して
低圧縮比領域および高圧縮比領域を定めた圧縮比
マツプおよび第１図の演算ルーチンが記憶されて
おり、これらはCPUに呼出されて制御演算が実
行される。圧縮比マツプは、たとえば第２図に示
すようなマツプから成つている。第２図の圧縮比
マツプは、横軸にエンジン回転数を、縦軸にエン
ジン負荷をとつており、グラフ中に高圧縮比領域
１と低圧縮比領域２とを区画する境界線３を有し
ている。そして、エンジンに設けられたエンジン
回転数センサおよびエンジン負荷センサからの信
号が入力されると、それに応じたマツプの交点が
高圧縮比領域にあるか、低圧縮比領域にあるかに
より、高圧縮比をとるべきか低圧縮比をとるべき
かを判定できるようになつている。

ROMには、また、エンジン回転数およびエン
ジン負荷以外のエンジン運転条件の個々の条件に
対して前記圧縮比マツプにおける高圧縮比領域１
と低圧縮比領域２の境界３を補正する補正値をエ
ンジン負荷の形で与える各運転条件の圧縮比補正
マツプが予じめ記憶されている。

第３図ないし第５図は、上記圧縮比補正マツプ
の数例を示している。第３図は運転条件として水
温をとつた場合を示しており、第４図は運転条件
として吸気温度をとつた場合を示しており、第５
図は運転条件として吸気湿度をとつた場合を示し
ている。第３図と第４図の縦軸のスケール違いか
ら分かるように、エンジン冷却水温１℃当りのエ
ンジン負荷の形における補正量を吸気温度１℃当
りのエンジン負荷の形における補正量より大きく
して、吸気温度に比べてノツクに影響の大きい水
温に重みをつけてある。エンジン回転数およびエ
ンジン負荷以外のエンジン運転条件は、水温、吸
気温度、吸気湿度以外のものであつてもよい。こ
れらの圧縮比補正マツプにおいては、たとえば、
運転条件が横軸にとられ、縦軸に圧縮比の補正値
がエンジン負荷の形でとられている。各運転条件
を圧縮比補正マツプに入力し、そこから上方へ即
ち縦軸と平行に架想線を延ばし、補正値曲線４，
５，６，……との交点を求め、該交点から横軸に
平行な平行線を延ばして縦軸との交点を求めて圧
縮比の補正値を求める。圧縮比補正値が０のとき
は、第２図の境界線３を上下方向に動かす必要が
ないことを意味し、圧縮比補正値がプラスのとき
はそのプラスの値だけ第２図において境界線３を
下方に移動させればよく、圧縮比補正値がマイナ
スのときはそのマイナスの値だけ第２図において
境界線を上方に移動させればよいことを意味す
る。

第１図の演算ルーチンは、第２図の圧縮比マツ
プによる制御ステツプと、第３図ないし第５図に
示すような圧縮比補正マツプによる制御ステツプ
を含んでいる。第１図のルーチンは、たとえば一
定時間間隔毎に割り込みが行なわれ、検知され読
込まれた、エンジン回転数およびエンジン負荷以
外の運転条件は、圧縮比補正マツプに送られ、ス
テツプ７，８……において、各補正値が決定され
る。たとえばステツプ７においては水温の圧縮比
補正マツプより第１補正値が決定され、ステツプ
８においては吸気温度の圧縮比補正マツプおよび
吸気湿度の圧縮比補正マツプより第２補正値が決
定される。ステツプ７，８の順序は互に逆にされ
てもよい。圧縮比補正マツプで求められた補正値
は、ステツプ９で、第２図に示した圧縮比マツプ
に送られる。圧縮比マツプには、検知され読込ま
れたエンジン回転数及びエンジン負荷の信号が送
られ、それとともに、前記圧縮比補正マツプから
の補正値が送られる。圧縮比補正マツプからの補
正値によつて、圧縮比マツプの境界線３は上下に
移動されて、圧縮比マツプの補正が行なわれる。
しかる後、前記の、圧縮比マツプに送られたエン
ジン回転数およびエンジン負荷の信号を、それぞ
れ圧縮比マツプの横軸および縦軸に入れ、入力さ
れた回転数から縦軸に平行な平行線を延ばし、入
力されたエンジン負荷から横軸に平行な平行線を
延ばし、それらの交点が境界線３より高圧縮比領
域１にあるか低圧縮比領域２にあるかによつて、
運転域を高圧縮比域、低圧縮比域の何れかにすべ
きかを決定する。次いで、この決定された圧縮比
域に現在の圧縮比域を制御し、かつそれに付随し
て点火時期、燃料噴射量を制御する。

つぎに、ルーチンは、第１図のステツプ10−13
に示すノツキングによる補正回路に進む。まずス
テツプ10で、ノツキングセンサから送られてくる
信号により、現在、ノツクしているかどうかが判
断される。ノツクしている場合は、第２図の圧縮
比マツプにおいて圧縮比を低くする側の補正が行
なわれなければならないことを意味するから、ス
テツプ11で、マイナスの補正値が加えられ、境界
線は第２図において上方に移動される。したがつ
て、低圧縮比領域へと移行する補正が加えられ
る。この補正は各エンジン運転サイクル毎に行わ
れ、数回のサイクルでノツキングは消失する。

逆にノツクしていない場合は、ステツプ12に行
き、そこで１回前のエンジン運転サイクルおいて
ノツクしていないかどうかを判断し、ノツクして
いたらプラスの補正を加えずにそのままステツプ
14に行つて復帰し、１回前のサイクルにおいてノ
ツクしていないなら、ステツプ13に進んで、第２
図においてプラスの補正を加えて境界線３を下方
に下げ、高圧縮比側へとずらしていく。このよう
なノツキングによる微調整の補正を加えることに
よつて、サイクルを重ねる毎に、ノツキングを生
じない範囲で限りなく高圧縮比化が達成されるよ
うになつている。

CPUの出力は、第６図ないし第８図の機構に
送られて、圧縮比制御が行なわれる。

第６図ないし第８図において、内燃機関のシリ
ンダ１５にはピストン１６が摺動自在に嵌挿さ
れ、ピストン１６はコネクテイングロツド１７に
ピストンピン１８を介して連結されている。ピス
トンピン１８はピストン１６のピストンピン穴
に、固定的（セミフロート）または回転可能に
（フルフロート）支持される。

コネクテイングロツド１７の小端部のピストン
ピン挿通孔１９とピストンピン１８の外周との間
には円周方向に肉厚が変化し、内周円と外周円と
が互に偏心している偏心ベアリング２０が回転可
能に介装される。

コネクテイングロツド１７の、前記偏心ベアリ
ング２０に対応する位置に偏心ベアリング２０の
半径方向に延びるロツクピン収納２１が形成さ
れ、該穴２１には、ロツクピン２２が摺動自在に
かつ穴２１から偏心ベアリング２０に対して出没
自在に収納されている。一方、偏心ベアリング２
０には、その半径方向の厚みが厚い部分に、ロツ
クピン２２が出没できる径をもつロツクピン係合
孔２３が形成されている。該ロツクピン係合孔２
３にロツクピン２２が係合するとピストン１６を
高い位置に保ち高圧縮比とし、ロツクピン２２に
よる係合が解除されているときには、偏心ベアリ
ング２０が自在に回転し、圧縮上死点でピストン
は低位置となり、低圧縮比状態を現出できるよう
になつている。

つぎに、ロツクピン２２の駆動構造について述
べると、ロツクピン収納穴２１には、ロツクピン
２２を挟んでロツクピンロツク用油圧通路２４と
ロツクピンアンロツク用油圧通路２５とが接続さ
れ、ロツクピンロツク用油圧通路２４はロツクピ
ン２２を偏心ベアリング２０方向に付勢する位置
に開口されている。また、偏心ベアリング２０の
外周にはロツクピン２２に対応する位置に、円周
方向に全周にわたつて延びるロツクピンガイド溝
２６が形成され、この溝２６には、前記ロツクピ
ン係合孔２３が設けられている。

コネクテイングロツド１７内に設けられた前記
油圧通路２４，２５は、コネクテイングロツド大
端部の軸受円周上に互に独立して設けられた油溝
２８，２９にそれぞれ連通されている。油溝２
８，２９は、クランクシヤクト３０内の油通路３
１を介して、クランクシヤクトのジヤーナル軸受
の円周上に互に独立して設けられた油溝３２，３
３に、クランクシヤクト３０の回転時に間欠的に
連通可能に接続されている。油溝３２は油溝２８
を介してロツクピンロツク用油圧通路２４に連通
可能であり、油溝３３は油溝２９を介してロツク
ピンアンロツク用油圧通路２５に連通可能であ
る。

シリンダロツク内には、高圧縮比用メインオイ
ル通路３４と低圧縮比用メインオイル通路３５と
が設けられており、高圧縮比用メインオイル通路
３４は油溝３２に連通され、低圧縮比用メインオ
イル通路３５は油溝３３に連通されている。オイ
ルパン３６の潤滑油３７は、オイルストレーナ３
８、リターンパイプ３９を経てオイルポンプ４０
によつて汲み上げられ、切換弁４１を介して高圧
縮比用メインオイル通路３４か低圧縮比用メイン
オイル通路３５の何れかに送られる。バツテリ４
２、イングニツシヨンスイツチ４３、スタート信
号を感知するリレー４４、ガソリン機関ではイン
テークマニホルド４５に取付けられた吸気負圧ス
イツチ４６、またはデイーゼル機関では燃料噴射
ポンプのポンプ室４７に取付けられた圧力スイツ
チ４８が図示のような回路に組み込まれており、
切換弁４１を負荷に応じて作動させ、中、高負荷
の場合には低圧縮比用メインオイル通路３５に圧
油が送られ、軽負荷の場合には高圧縮比用メイン
オイル通路３４に圧油が送られるように制御され
る。

つぎに、上記のように構成された実施例におけ
る作用について説明する。

まず、エンジン回転数、エンジン負荷、および
エンジン冷却水温、吸気温度、吸気湿度のエンジ
ン運転条件が、それぞれのセンサーによつて検知
され、その信号が、コンピユータに送られる。

圧縮比補正マツプを用いて、第１図のステツプ
７，８において、圧縮比の補正値がエンジン負荷
の形で求められる。たとえば、第３図の水温補正
マツプでは、水温の点からの圧縮比補正値が、第
４図の吸気温補正マツプでは、吸気温の点からの
圧縮比補正値が、第５図の吸気湿度補正マツプで
は、吸気湿度の点からの圧縮比補正値が求めら
れ、かつ水温に重みをつけて求められ、これらは
圧縮比マツプに送られ、ステツプ９において、補
正値を含んで最適な圧縮比域が決定される。すな
わち、圧縮比マツプでは、圧縮比補正マツプから
の出力によつて境界線３が上下され、補正後のマ
ツプを用いて検知されたエンジン回転数およびエ
ンジン負荷を横軸、縦軸に入れ、その点を通る両
軸との平行線の交点が高圧縮比領域１にあるか低
圧縮比領域２にあるかによつて高圧縮比をとる領
域か低圧縮比をとる領域かが決定される。続い
て、この決定した圧縮比域に圧縮比が制御され、
かつ点火時期、燃料噴射量値も制御される。

圧縮比の出力は、さらにステツプ10ないしステ
ツプ13に送られて、ノツキング限界ぎりぎり迄高
圧縮比がとれるように補正され、このCPUから
の出力によつて切換弁４１の切換が制御される。

低圧縮比の出力が出ているときは、切換弁４１
によつて、低圧縮比用メインオイル通路３５に圧
油が送られ、該圧油は油溝３３、クランクシヤク
ト３０内の油通路３１、油溝２９を介して、ロツ
クピンアンロツク用油圧通路２５に送られ、ロツ
クピン２２をロツクピン収納穴２１に収納させ
て、ロツクピン係合孔２３から外し、偏心ベアリ
ング２０のロツクを解除する。この状態では偏心
ベアリング２０は回転可能であるから、ピストン
１６からの慣性力、爆発力を、ピストンピン１８
を介して受けて回転するので、ピストン１６は、
第９図のフリーの状態の規跡Ａでもつて動く。し
たがつて、圧縮上死点位置ではピストン１６は下
に押された状態となり、低圧縮比の状態を現出で
きる。このため、中、高負荷時にかかわらず、ノ
ツキングが生じにくく、圧縮比を高く維持でき、
燃費の改善、軸トルクの向上をはかることができ
る。

一方、高圧縮比の出力が出ているときには、偏
心ベアリング２０は次のようにして高圧縮比状態
を現出できる位置にロツクされる。すなわち、切
換弁４１によつて高圧縮比用メインオイル通路３
４に圧油が送られ、該圧油は油溝３２、クランク
シヤクト３０内の油通路３１、油溝２８を介し
て、ロツクピンロツク用油圧通路２４に送られ、
ロツクピン２２をロツクピン収納穴２１から出る
方向に駆動して、回転する偏心ベアリング２０の
ロツクピン係合孔２３に係合させ、偏心ベアリン
グ２０をロツクする。ロツク状態ではピストン１
６が高い位置にロツクされるので、高圧縮比を現
出することが可能である。このとき、ピストン１
６は第９図の高圧縮比の軌跡Ｂに沿つて動く。な
お軌跡Ｃは低圧縮比の状態でピストンをロツクし
たら得られるであろう軌跡である。このようにし
て、中、高負荷状態で高圧縮比が得られるように
設定されたエンジン、したがつて軽負荷状態では
実質的に低圧縮比になつてしまうエンジンにおい
ても、本考案の適用によつて低負荷時に高圧縮比
が得られ、燃費の改善、軸トルクの増大がはから
れる。

〔考案の効果〕

本考案の圧縮比可変機構の制御装置では、圧縮
比域は高圧縮比域か低圧縮比域かの２段に切替え
られるだけであるが、エンジン冷却水温、吸気温
度、吸気湿度の３つの運転条件により圧縮比域境
界の補正値をノツクに強い影響をもつ水温に重み
をつけて求め、この補正値で圧縮比域境界の位置
を補正し、この補正した負荷、回転数、圧縮比域
マツプによつて、現在の負荷、回転数が高圧縮比
とすべき領域か低圧縮比とすべき領域かを判断し
て圧縮比域を決定するものであるから、エンジン
冷却水温、吸気温度、吸気湿度の運転条件も考慮
に入れた圧縮比域決定となつており、従来の負
荷、回転数のみを考慮した圧縮比域決定に比べて
総合的にかつきめ細かな制御が得られる。

また、燃料噴射制御等の制御のために車両に既
に搭載されているマイクロコンピユータを利用し
ての制御であり、バイメタルやベローズ等の機械
的手段を追加して制御しようというものではない
から、本質的にコストアツプを伴なわない。

さらに、ノツキング補正ステツプを有するの
で、ノツキングを生じない範囲で限りなく高圧縮
比が達成される。また、ノツクを検出したときに
はただちに低圧縮比側に追加補正を行なつて高圧
縮比領域を縮小してノツキングを起きにくくし、
今回、前回ともにノツクしていないならば高圧縮
比側に追加補正を行なつて、非ノツクの誤検出に
よるノツクレベルの増大を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る圧縮比可変機
構の制御装置のブロツク図、第２図は圧縮比マツ
プ図、第３図は運転条件が水温の場合の圧縮比補
正マツプ図、第４図は運転条件が吸気温の場合の
圧縮比補正マツプ図、第５図は運転条件が吸気湿
度の場合の圧縮比補正マツプ図、第６図は本考案
を適用した圧縮比可変機構の断面図、第７図は第
６図とは直角方向の圧縮比可変機構の断面図、第
８図は第６図の機構の圧縮比を切換える油圧回路
の系統図、第９図は第６図において偏心ベアリン
グのロツクの有無の各状態におけるピストン軌跡
図、である。 １……高圧縮比領域、２……低圧縮比領域、３
……境界線、４，５，６……補正値曲線、７ない
し１４……工程、１５……シリンダ、１６……ピ
ストン、１７……コネクテイングロツド、１８…
…ピストンピン、１９……ピストンピン挿通孔、
２０……偏心ベアリング、２１……ロツクピン収
納穴、２２……ロツクピン、２３……ロツクピン
係合孔、２４……ロツクピンロツク用油圧通路、
２５……ロツクピンアンロツク用油圧通路、２６
……ロツクピンガイド溝、２７……ロツクピン係
合孔、２８，２９……油溝、３０……クランクシ
ヤクト、３１……油通路、３２，３３……油溝、
３４……高圧縮比用メインオイル通路、３５……
低圧縮比用メインオイル通路、３６……オイルパ
ン、３７……潤滑油、３８……オイルストレー
ナ、３９……リターンパイプ、４０……オイルポ
ンプ、４１……切換弁、４２……バツテリ、４３
……イグニツシヨンスイツチ、４４……リレー、
４５……インテークマニホルド、４６……吸気負
圧スイツチ、４７……ポンプ室、４８……圧力ス
イツチ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 エンジン回転数およびエンジン負荷に対して低
   圧縮比領域および高圧縮比領域を定めた圧縮比マ
   ツプと、 エンジン冷却水温、吸気温度、吸気湿度の３つ
   のエンジン運転条件の個々の条件に対して前記圧
   縮比マツプにおける低圧縮比領域と高圧縮比領域
   の境界を補正する補正値をエンジン負荷の形でか
   つ吸気温度に比べエンジン冷却水温に重みを付け
   て与える各運転条件の圧縮比補正マツプと、 エンジン冷却水温、吸気温度、吸気湿度の各運
   転条件と各圧縮比補正マツプとから圧縮比補正値
   を演算するステツプ、該圧縮比補正値により圧縮
   比マツプにおける圧縮比領域の境界を補正するス
   テツプ、エンジン回転数とエンジン負荷と前記圧
   縮比領域境界が補正された圧縮比マツプによつて
   圧縮比域を決定するステツプ、現在の圧縮比を前
   記決定した圧縮比域の圧縮比に制御するステツ
   プ、現在ノツキングが生じているか否かを判定し
   ノツキングが生じていれば圧縮比領域境界を低圧
   縮比側に追加補正し今回および前回サイクルとも
   にノツキングが生じていなければ圧縮比領域境界
   を高圧縮比側に追加補正するノツキング補正ステ
   ツプ、を有する圧縮比制御ルーチンと、 を備えたことを特徴とする圧縮比可変機構の制御
   装置。