JPS60230527A

JPS60230527A - 圧縮比可変式エンジン

Info

Publication number: JPS60230527A
Application number: JP8537084A
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

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
領域などでノン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。しかし、これら従
来の装置においては、例えば、圧縮比小の状態で運転中
、アクセルをはなし、クラッチを切った場合などにおい
て、圧縮比を大に変更すると、圧縮比制御系の作動遅れ
によって、吸入空気量が少いこととあいまって、エンジ
ンの出力不足や、エンストなどが発生する（本発明の目
的）従って本発明の目的は、減速時に圧縮比が高められるよ
うな場合においても、エンジンの出力不足エンストなど
の問題の発生を有効に防止す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に以下のように構成
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からの信号を入力として圧縮比が目
標圧縮比となるように前記圧縮比可変手段に制御信号を
出力する圧縮比制御手段と、減速時に圧縮比が高められ
る場合には該圧縮比の変更に応じて所定時間吸入空気量
を増大方向に補正する空気量補正手段とを備えたことを
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。

（本発明の効果）本発明によれば、減速時に圧縮比が変更されるような場
合には、吸入空気量が増大方向に補正されるので、この
ような場合において、圧縮比制御系に作動遅れが生じて
も、吸気量不足を生じることはなく、従って、エンスト
の発生を防止することができるとともに、出力不足の問
題も解決することができる。

（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及びシリンダへソド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には吸気ポート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６の
吸気ポート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の吸気ポート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ボート（図示せず）が開口して
おり、該排気ボートには排気通路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を備えている。マイコン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２８
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
ギヤポジシジンセンサ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Ｖ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５７−１６１３４６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：ｌ
ｌＩ４１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Ｓｔも入力されるようになっておリスイッチ３６が
ＯＮのとき、信号Ｓｔは１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、各種入
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
ノイド駆動回路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Ｓｓ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Ｔ１は、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。ＣＰｔＪ４０は、また、スロットル
弁１１をバイパスするエアを供綺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、０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〜り駆動回路５０を備えており、この
モーク駆動回路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３４ａ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、Ｍ４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Ｓｌが１のときＯＮとなるが、信号
Ｓｐを０にしない限りＯＦＦにはならないようになって
いる。

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、下記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　（３３２）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
（３５〜３９）。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（８１０〜５１２）、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ＰＣ１ｔ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ｐｃｅの値が設
定されている。この値ＰＣ１ｌは、基本的には、回転数
が高くなる程大きく、負荷が大きくなる稈小さくなるよ
うに設定される。図中！で示すｗ４域は値Ｐｃ、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・ノブ
が基本燃料噴射量ＴＩｆ１及び基本点火時期ＴＳＢ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ＰＣＢ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Ｐｃｏが計算される（３２４
）。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Ｃｐｃｗは、エンジン
冷却水温Ｔｗとの関係で第６図に示されるような特性で
変化する。同様に、高度補正係数Ｃｐｃｐは、大気圧ｐ
ｔ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
標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、針算値の大
きさに応じて３つの異なる値、ＰＣｌ、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Ｑ　
ａ　／’Ｎ　ｅ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
Ｐａｌが計算される（３３１）。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Ｔ
’　ｇ＠が計算される（３３２）。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（３３３）、この偏差へＰｃの値に
応じて、圧縮比の変更制御信号Ｍｌ　Ｍ２が所定値にさ
れて、出力される（Ｓ３５．５４１）。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り〜
えられ（Ｓ３６）、バイパスエアは増大するように補正
値が与えられる（Ｓ３７）。

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Ｐｃｏが
貢の場合には、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、変速機ギヤのポジションが低速側にセントされる燃
料噴射量が増大する補正値が与えられる（３４５）。

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（Ｓ９８）、バイ
パスエア弁目標ポジション値Ｐａｏが計算される（３９
９）。さらに、点火時期Ｔｓ、噴射量Ｔｉの計算がそれ
ぞれ行なわれる（３１００．３１０１）、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ｆｉ３４のギヤ比の目標値との偏差が計算さ
れる（Ｓ１０２）、この結果に基づいて、ギヤ比の修正
が行なわれる（Ｓ　Ｉ　０３〜５１０６）。

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（Ｓ１０７）、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（８５６〜３５８）。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（３５９〜
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（Ｓ４６〜５５６）。

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（８６３〜５８４）、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（３１００〜３１０２）。

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Ｔｉ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Ｌ＋、縮化ポ
ジシコンにセットしく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（５１１２〜３１．１
４）、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（Ｓ１１５）、コントローラ電
源がＯＦＦにされる（３１１６）。

本例によれば、既述のように、減速時に圧縮比の変更が
生じた場合には、バイパスエアを増大するような補正が
施され、これによってバイパス通路１Ｇを通じて燃焼室
５に十分な吸気が送入されるのでこのような状態におい
て、すなわち圧縮比制御系に作動遅れが生じた場合にお
いてもエンストや出力不足の問題を解消することができ
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
温と圧縮比ボジシ嗜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・・・シリンダブロック、４・・
シリンダヘッド、５・・・燃焼室、８・・吸気通路、Ｉ
Ｏ・・・エアフローメータ、１８・・・、副シリンダ、
１９・・・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ｔｉ器。第４図第６図しｐｃｗ　次２岬牢ｊ轟」Ｗ第７Ｆ！！Ｊ第８図ａ及入’ｎＭＬＴａ

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からの信号を入力として圧縮比が目
標圧縮比となるように前記圧縮比可変手段に制御信号を
出力する圧縮比制御手段と、減速時に圧縮比が高められ
る場合には該圧縮比の変更に応じて所定時間吸入空気量
を増大方向に補正する空気量補正手段とを備えたことを
特徴とする圧縮比可変式エンジン。