JPS60230525A

JPS60230525A - 圧縮比可変式エンジン

Info

Publication number: JPS60230525A
Application number: JP8536884A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tawara; 田原　良隆; Toshimasu Tanaka; 田中　稔益; Hiroyuki Oda; 博之小田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0692749B2

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、燃焼室の容積を変化させることにより、エン
ジンの圧縮比を変え得るようになった圧縮比可変式エン
ジンに関し、特にエンジンの運転状態に応じて圧縮比が
変化するようになった圧縮比可変式エンジンに関する。

（従来の技術）内燃機関において、出力の向上を図り、燃費を低減する
ためには、圧縮比を高めると熱効率が向上するので有効
であるが、圧縮比を高めることによって高負荷、低回転
領域などでノッキングが発生するという問題が生じる。

この問題を解決するために、機関の回転数及び負荷に応
じて、燃焼室容積を変化させることにより、圧縮比を変
化させるようにしたエンジンは公知である。さらに、こ
のような圧縮比可変式エンジンにおいて、燃焼室容積可
変用のピストンの背面側に、油圧室を形成して、油圧シ
リンダの機能を併有させることにより油圧機構を簡素化
し、装置の小型化を達成した改良型が、特開昭５８−１
９７４３９号公報に記載されている。圧縮比可変型エン
ジンは、従来、上述のように圧縮比を増大して、熱効率
を向上させる目的で使用されるのが一般的であるが、運
転状態によっては、むしろ、熱効率が低い方が望ましい
場合がある。例えば、冷間運転時において、高圧縮比状
態で運転すると暖機効率が悪いという問題がある。

（本発明の目的）従って本発明の目的は、エンジン冷間運転時において、
熱効率を低下させることにより、暖機性を向上させすみ
やかにエンジンを所望の温度まで−Ｌ昇させることがで
きる圧縮比可変式エンジンを提供することである。

（本発明の構成）本発明は、上記目的を達成するため以下のように構成さ
れる。すなわち、本発明の圧縮比可変式エンジンは、エ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エン
ジンの燃焼室容積を変化させる圧縮比可変手段と、前記
運転状態検出手段の出力に応じてエンジンの圧縮比が目
標圧縮比となるように前記圧縮比可変手段を制御する圧
縮比制御手段と、エンジンの冷間運転時には前記圧縮比
制御手段に圧縮比を低下さセる制御信号を出力する圧縮
比補正手段を備えたことを特徴とする。本　、発明にお
いては、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷、エン
ジン冷却水温度、空燃比、変速機ギヤポジション、加減
速状態、吸気温度等がエンジン運転状態検出手段によっ
て検出される。また、圧縮比検出手段によって、そのと
きの運転状態における実際の圧縮比が検出される。

（本発明の効果）本発明によれば、エンジンの冷間運転時には、圧縮比を
低下させ、熱効率を低下させることにより、暖機効果を
向上させるようにしている。これによって、速やかに暖
機状態を脱し、通常運転を行うことができる。

（実施例の説明）第１図及び第２図を参照すれば、本発明が適用されるエ
ンジンＥは、内部をピストン１が往復動するシリンダボ
ア２を備えており、該シリンダボア２は、シリンダブロ
ック３及びシリンダヘッド４から形成される。シリンダ
ボア２の上部には燃焼室５が形成されており、該燃焼室
５には吸気ボート６が開口している。この吸気ボート６
には、吸気弁７が組合わせられるとともに、燃焼室５の
吸気ボート６の対向側には点火プラグ１４が臨ませられ
ている。吸気ボート６には吸気通路８が接続されており
、この吸気通路８には、エアクリーナ９、エアフローメ
ータ１０、スロットル弁１１が設けられ吸気系を構成し
ている。また、吸気通路８の吸気ボート６付近には、燃
料インジェクタ１２が配置されている。さらに、燃焼室
５には通常の方法で排気ポート（図示せず）が開口して
おり、該排気ポートには排気通路１３が接続されて排気
系を構成している。また、吸気弁７には、液弁７を作動
させるためのカム１５を備えた動弁系が係合するように
なっている。なお、吸気通路８には、スロットル弁１１
をバイパスするバイパス通路１６が接続されるとともに
、バイパス通路１６を開閉制御するエアバイパスコント
ロール弁１７が設けられる。さらに、燃焼室５には、そ
の上部に、上方に向って突出した副シリンダ１８が連続
して形成されており、該副シリンダ１８には、その内部
を摺動する、副ピストン１９が配設されている。ピスト
ン１９のステム１９ａは、副シリンダ１８の外方に突出
し、その先端はカム２０の周面に当接している。ステム
１９ａの先端部付近には、円板２１が取付けられており
、この円板２１には、バネ２２が当接しており、これに
よって、ピストン１９は図において、上方に付勢されて
いる。カム２０のカム軸２３は、駆動モータ２４によっ
て回動させられるようになっており、これによってピス
トン１９が上下動させられ、燃焼室５の容積すなわち、
圧縮比が変化するようになっておりこれによって、圧縮
比可変手段が構成されている。また、点火プラグ１４の
リード線１４ａはディストリビュータ２５の１つの端子
に接続されており、イグニッションコイル２６からの電
圧信号が所定のタイミングで点火プラグ１４に与えられ
るようになっている。本例の装置は、燃焼性を支配する
要因を制御するためにマイクロコンピュータ（以下マイ
コンという）２７を備えテイル。マイフン２７には運転
状態を表わす種々の情報が入力される。吸気温センサ２
８は、エアクリーナ９に取付けられており、吸気温を検
出してマイコン２７に信号を送る。マイコン２７には、
エアフローメータ１０からの信号も入力される。

また、スロットル弁１１の開度はスロットル開度センサ
２９によって検出され、同様にマイコン２７に入力され
る。さらに、エアバイパスコントロール弁１７には液弁
１７の開度を検出するエアバイパスコントロール弁開度
センサ３０が、エンジンＥのウォータジャケット３ａに
は、冷却水温センサ３１が、さらに、カム２０近傍には
、ピストン１９の位置を検出する圧縮比検出手段として
の圧縮比ポジションセンサ３２が、クランク軸にはクラ
ンク角度を検出するクランク角センサ３３が、変速機３
４には該変速機の変速段すなわち、ギヤ位置を検出する
ギヤポジションセンサ３５が、さらに、大気圧を検出す
る大気圧センサ３８がそれぞれ設けられており、これら
のセンサからの信号はすべてマイコン２７に入力される
。また、マイコン２７には、イグニッションスイッチ３
６からの信号も入力される。マイコン２７は、これらの運転状態を表わす入力された情報に所
定の演算を施し、ＥＧＲ弁３７、インジェクタ１２、イ
グニッションコイル２６、エアバイパスコントロールソ
レノイド１７ａ１圧縮比制御用の駆動モータ２４及び変
速機制御用モータ３４ａに対して所定の命令信号を出力
するようになっている。変速機としては、例えば■ベル
ト式無段変速機を用いることができ、この制御用モータ
３４ａとしては、特開昭５’ｌ−１６１３４６号公報に
記載されるような通常の形式のものを用いることができ
る。

また、第２図に示されるように、クランク角センサ３３
からの信号は波形整形回路３９に通され、波形整形され
て中央演算処理装置（以下ＣＰＵという）４０に送られ
る。その他の各種センサからの信号はＡ／Ｄ変換器４１
によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ４０に入力され
る。

マイコン２７には、イグニッションスイッチ３６からの
信号Ｓｉも入力されるようになっておりスイッチ３６が
ＯＮのとき、信号Ｓｔはｌとなり、ＯＦＦのとき０とな
る。マイコン２７は、所定の定数が書き込まれたＲＯＭ
４１と、各センサからの運転状態を表わす情報、演算結
果等の書き込み、読み出し等を行うＲＡＭ４２を備えて
いる。

また、マイコン２７は、時刻を常時カウントするカウン
タ１（４３）を備えており、必要に応じて、時刻を情報
として使用することができる。ＣＰＵ４０は、各種人力
情報に基づき、ＥＧＲ制御を行なうべきか否かを判別し
てＥＧＲ信号Ｓｅを出力する。ＥＧＲ信号Ｓｅはソレノ
イド駆動回Ｖ＆４４を介して、ＥＧＲ弁３７のソレノイ
ドに送られ、液弁を開閉制御するようになっており、信
号Ｓｅが１のとき、ＥＧＲ制御が行なわれ、信号Ｓｅが
０のときＥＧＲ制御は停止される。マイコン２７は、燃
料噴射タイミング及び噴射時間を制御するためのカウン
タ２（４５）を備えており、噴射信号Ｔ目よ、該カウン
タ２　（４５）を介してインジェクタ駆動回路４６に入
力されインジェクタ１２を作動させる。さらに、マイコ
ン２７は、点火時期を制御するためのカウンタ３（４７
）を備えており、点火時期信号Ｔｓは、カウンタ３（４
７）に送られこれによって、点火回路４８、イグニッシ
ョンコイル２６及びディストリビュータ２５を介して所
定のタイミングで点火プラグ１４に点火信号が発生する
ようになっている。ＣＰＵは、また、スロットル弁１１
をバイパスするエアを供給するかどうかの判断を行うよ
うになっており、その制御信号ｐｂは、ソレノイド駆動
回路４９に入力されるようになっている。ソレノイド駆
動回路４９は、制御信号ｐｂに応じてエアバイパスコン
トロール弁１７のソレノイド１７ａに対し弁の開閉命令
信号を出力する。この場合、信号ｐｂが１のとき、バイ
パスエアは増大し、Ｏのとき減少する。また、マイコン
２７は、圧縮比制御用の駆動モータ２４の作動を制御す
るためにモータ駆動回路５０を備えており、このモータ
駆動回路５０は二つの制御信号Ｍ１、Ｍ２によって、制
御されるようになっている。信号、ＭＬ　Ｍ２の値と、
その制御内容は第１表の通りである。

第　１　表また変速機３４の変速比制御用モータ３′４ａは、モー
タ駆動回路５１によって作動させられるようになってお
り、このモータ駆動回路５１は、制御信号Ｍ３、Ｍ４に
よって、制御されるようになっている゛。信号Ｍ３、Ｍ
４の値とギヤ比との関係は第２表に示すとおりである。

第　２　表また、制御信号Ｓｐがコントローラすなわち、このマイ
コン２７の電源回路５２に入力されるようになっており
、これによって、コントローラは、イグニッションスイ
ッチ３６からの信号Ｓｉが１のときＯＮとなるが、信号
Ｓｐを０にしない限りＯＦＦにはならない。

以上の構成の圧縮比制御装置において、圧縮比制御の１
例について説明する。

第３Ａ図から第３Ｅ図のフローチャートで示されるプロ
グラムは、イグニッションスイッチ３６がＯＮでかつエ
ンジンが完爆状態にあるとき、すなわち、通常のエンジ
ン作動状態では、通常反復して実行される基本プログラ
ムであり、このプログラムによって、圧縮比の変更制御
を行うとともに、点火時期、燃料噴射タイミング及び噴
射量の補正量、変速機ギヤ比偏差、バイパスエア弁開度
偏差を演算し、さらに、変速機ギヤ比、バイパス弁開度
及びＥＧＲ弁開度変更のための命令信号を発生する。第
５図のフローチャートに示されるプログラムは、クラン
ク角がＴＤＣに到達する毎に上記基本プログラムに割込
んで実行されるインクラブドルーチンでありエンジンの
ＴＤＣ周期を演算するとともに燃料噴射及び点火の命令
信号を発生する。

なお、図中、下部の符号を定数又は変数を表示するため
に用い・る。

基本プログラムにおいては、インクラブドルーチンにお
いて演算されたＴＤＣ周期Ｔｆｆ（ＳＳ２）からエンジ
ンの回転数Ｎｅが計算される（ｓ４）。

そして、運転状態を表わす各種のデータが読み込まれる
（３５〜Ｓ９）。次に、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気
量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅとの比Ｑ　ａ　／　Ｎ　
ｅとの関係で作成されたマツプから、当該運転状態に対
応する圧縮比及びその他の燃焼性支配因子の基本量がそ
れぞれ読み出される（ＳＩＯ〜５１２）。このマツプは
、例えば、基本圧縮比を与えるピストン１９のポジショ
ン値ＰＣＩ＋については、第５図に示されるようになっ
ている。このマツプによれば、出力特性曲線ａの下側の
領域は、複数の小さな領域に分けられ、それぞれの領域
に応じた上記基本圧縮比ポジション値ｐｅａの値が設定
されている。この値Ｐ。Ｂは、基本的には、回転数が高
くなる程大きく、負荷が大きくなる程小さくなるように
設定される。従って、加速時のように低回転高負荷時（
４例えば第５図のｐ１領域）では、値Ｐｃ１Ｉは小さく
なっている。図中βで示す領域は値Ｐｅ１ｔが比較的小
さく、ｈで示される領域は比較的大きくｍで示される領
域は中間的な値に設定されている。同様なマツプが基本
燃料噴射量Ｔ、Ｂ及び基本点火時期Ｔ９８について用意
されており、それらに基づいて、これらの基本量が設定
される。次に、上記のマツプにより設定された基本圧縮
比ポジション値Ｐｅ１ｔに対する補正操作が行なわれた
後（８１３〜５２３）、目標の圧縮比を与えるピストン
１９のポジション値Ｐｃ。

が計算される（Ｓ　２４）。補正は、エンジン冷却水温
Ｔｗ、ＥＧＲ信号Ｓｅにより表わされるＥＧＲ制御の有
無、大気圧ｐｔ、吸気空気温Ｔａに応じて、異なる補正
係数を与えることによって行なわれる。この場合、エン
ジン温度補正係数Ｃｐｃｎは、エンジン冷却水温Ｔ、ｗ
との関係で第６図に示されるような特性で変化する。従
って、エンジン温度が低い冷間運転時においては係数Ｃ
ｐｃｗは小さく、圧縮比の値も小さくなるように与えら
れる。同様に、高度補正係数Ｃｐｃｐは、大気圧ｐｔと
の関係で第７図に示すように、また、吸気温度補正係数
Ｃｐｃａは吸入空気温度Ｔａとの関係において第８図に
示すような特性でそれぞれ与えられる。従って、吸気温
度Ｔａすなわち、外気温が高いときには、及び冷却水温
度Ｔｗが高いときには、値Ｐｃｏは小さくなり、大気圧
ｐｔが下がる程、すなわち、高地になる程値Ｐｃｏは大
きくなる。

また、ＥＧＲが行なわれるときには、目−圧縮比ポジシ
ョン値Ｐｃｏの値は小さくなる。本例においては目標圧
縮比ポジション値Ｐｃｏは、計算値の大きさに応じて３
つの異なる値、ＰＣ□、ＰＯ２、ＰＯ２のいずれかに設
定される。さらに、エンジン回転数Ｎｅと、吸入吸気量
Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅとの比Ｑａ／Ｎｅとに基づ
く予め用意されたマツプから当該運転状態におけるエア
バイパスコントロール弁１７の基本的な開度すなわち基
本エアバイパス弁ポジション値Ｐａ１１が計−算される
（Ｓ３１）。さらに、同様のマツプを用いて変速機３４
のギヤポジションを設定するための基本的な値、すなわ
ち、基本Ｔ／Ｍギヤポジション値ＰｅＲが計算される（
Ｓ３２）。次に、実際の圧縮比を与えるピストン１９の
位置、すなわち、実圧縮比ポジション値Ｐｃと目標圧縮
比ポジション値Ｐｃｏとの偏差△Ｐｃが計算される（３
３３）。この偏差△Ｐｃの値に応じて、圧縮比の変更制
御信号Ｍ１、Ｍ２が所定値にされて、出力される（Ｓ３
５．３４１）。目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏが正の場
合、すなわち、圧縮比を増大させる場合には、制御信号
はＭｌ−１、Ｍ２＝１にされるとともに、点火時期は進
み側になるように補正値が与えられ（３３６）、バイパ
スエアは増大するように補正値が与えられる（Ｓ３’ｌ
）。さらに、燃料噴射量が増大するように補正値が与え
られる（３３８）。一方、目標圧縮比ポジション値Ｐｃ
。

が負の場合には、制御信号はＭ１＝１、Ｍ２＝０とされ
、圧縮比を増大させる場合と異なり、点火時期は遅れ側
になるように補正値が与えられるとともに、バイパスエ
アは減少するように補正値が与えられる（３４３）。そ
して、燃料噴射量が増大する補正値が与えられる変速機
ギヤのポジションが低速側にセットされる（Ｓ４５）。

次に、このような補正命令信号を考慮して、変速機３４
の目標ポジション値Ｐｇｏが計算され（３９８）、バイ
パスエア弁目標ポジション値Ｐａｏが計算される（Ｓ９
９）。さらに、点火時期Ｔｓ、噴射量Ｔｔの計算がそれ
ぞれ行なわれる（Ｓ　１００、５１０１＞。なお、この
場合は、圧縮比変更の制御信号Ｍ１、Ｍ２が駆モータ駆
動回路５０に対して出力されてはいるが圧縮比は未だ目
標圧縮比に到達していない過渡的な状態である。

次に、変速機３４のギヤ比の目標値との偏差が計算され
る（Ｓ　１０２）。この結果に基づいて、ギヤ比の修正
が行なわれる（３１０３〜３１０６）。

そして、スロットル弁１１をバイパスさせるエア量を決
定するエアバイパスコントロール弁１７の開度について
、目標開度Ｐａｏと、実際開度Ｐａととの偏差が計算さ
れ（ＳＬＯＴ）、その結果に基づき、開度の修正が行な
われる（３１０８〜３１１０）。

そして、実際圧縮比が目標圧縮比に一致したとき、すな
わち、圧縮比の変更が完了すると、圧縮比が減少したか
、増大したかに応じて燃焼性支配要因、すなわち点火時
期、燃料噴射量、バイパスエア量に対して一定時間所定
の補正値が与えられる。すなわち、圧縮比が増大した場
合には、点火時期が進む側にずらされ、バイパスエア量
が減少させられ、噴射量が減少させられるような補正量
が与えられる（８５６〜５５８）。また圧縮比が減少し
た場合には、これを逆の補正量が与えられる（８５９〜
５６１）。

これらの、補正値は、時間の経過とともに減衰するよう
になっている（８４６〜５５６）。

さらに、加減速状態において、圧縮比の変更が生じた場
合には、一定の運転領域で、一定時間だけ燃焼性支配要
因に対して補正が行なわれれる（Ｓ６３〜３８４）、加
速状態にあるときには、バイパスエアを減少し、燃料噴
射量を増大し、点火時期を遅れ側にずらすような補正が
与えられる。

さらに、変速機のギヤポジションを低速側に変更するよ
うな補正量が与えられる。これに対し、減速時には、バ
イパスエア及び燃料噴射量を増大し、点火時期を進み側
に変更するような補正量が与えられる。

最終的に、燃焼性支配要因は、マツプからの基本量、圧
縮比変更による補正量、加減速による補正量を総合的に
勘案して決定される（Ｓ１００〜Ｓ　１　０２）　。

そして、このように決定された点火時期信号ＴＳ及び燃
料噴射信号Ｔｔは、インクラブドルーチンが実行される
とき、点火プラグ１４及びインジェクタ１２に対する命
令信号となる。

そして、イグニッションスイッチ３６がＯＦＦになった
ら、目標圧縮比ポジションを始動時の低い圧縮比ポジシ
ョンにセットしく５ｉｌｌ）、該目標値に達するまで圧
縮比を下げる操作が行なわれ（３１１２〜５１１４）、
圧縮比が始動時ポジションまで下がったら圧縮比制御用
モータが停止され（３１１５）、コントローラ電源がＯ
ＦＦにされる（８１１６）。

本例においては、既述のようにエンジン冷却水温を検出
し、その温度が低いときには、すなわち、冷間運転時に
おいては、圧縮比が大きくならないように補正係数によ
って制御している。これにより、冷間運転時には低圧縮
比状態に維持されるため、高い暖機効果を得ることがで
き、エンジン温度を速やかに所望温度まで上昇させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したエンジンの概略図、第２図
は本発明の１実施例の係るマイコンの説明図、第３Ａ図
、第３Ｂ図、第３ｃ図、第３Ｄ図、第３Ｅ図及び第４図
は、本発明の１実施例に係る制御の内容を示すフローチ
ャート、第５図は、エンジン負荷とエンジン回転数に対
する目標圧縮比との関係を示すグラフ、第６図は冷却水
温と圧縮比ポジションエンジン温度補正係数との関係を
示すグラフ、第７図は、大気圧と圧縮比ポジション高度
補正係数との関係を示すグラフ、第８図は、吸入空気温
と圧縮比ポジション吸気温補正係数との関係を示すグラ
フである。 ■・・・ピストン、３・・・シリングブロック、４・・
シリンダヘッド、５・・・燃焼室、８・・吸気通路、１
０・・・エアフローメータ、１８・・・副シリンダ、１
９・・・副ピストン、２７・・・マイコン、３３・・・
クランク角センサ、４０・・・ＣＰＵ、４１・・・Ａ／
Ｄ変換器。第３Ｅ図第４図第５図第７ＷＪ第８図ｒｉ及入’ｌｉ−気５１Ｌ　Ｔａ特許庁長官　殿１．事件の表示　昭和５９年特許願第８５３６８号２、
発明の名称　圧縮比可変式エンジン３、補正をする者事件との関係　出願人名　称　（３１３）マツダ株式会社（昭和５９年５月１５日名称変更済（一括））４、代理
人

Claims

【特許請求の範囲】

エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エ
ンジンの燃焼室容積を変化させる圧縮比可変手段と、前
記運転状態検出手段の出力に応じてエンジンの圧縮比が
目標圧縮比となるように前記圧縮比可変手段を制御する
圧縮比制御手段と、エンジンの冷間運転時には前記圧縮
比制御手段に圧縮比を低下させる制御信号を出力する圧
縮比補正手段を備えたことを特徴とする圧縮比可変式エ
ンジン。