JPS63105244A - 可変圧縮比内燃機関における圧縮比検出装置 - 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〕 この発明は圧縮比を運転条件に応じて可変とした内燃機
関における圧縮比検出装置に関する。

〔従来の技術〕

オツトーサイクル内燃機関においては圧縮比を上げると
燃焼効率が向上し燃料消費率を改善できると共に、出力
を高くすることができる。しかし、圧縮比を高くすると
ノッキングが発生し易くなる。

そこで、ノッキングが発生しない範囲で圧縮比を可能な
限り高くすることが行われる。圧縮比が変わると点火時
期の要求値も変わるため、圧縮比に応じて点火時期の制
御が実行される。ここに、圧縮比を可変とする方式とし
ては、色々あるがピストンのストローク自体を機械的に
変えるものがある（例えば特開昭５８−９１３４０号、
特願昭６０−２８２７４４号参照）。

点火時期の制御は圧縮比を実際に検出することによって
行われる。圧縮比の検出のための従来技術としては、ピ
ストンの上死点位置を見るためシリンダヘッドに近接型
の変位センサを設けたものがある。即ち、圧縮比が高い
ときは上死点が高くなり、一方圧縮化が低いときは上死
点が低くなり、シリンダヘッドに設置されるセンサから
の信号レベルが変化する。従って、その信号レベルの大
小によって圧縮比の高低を知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術（特願昭６０−２８２７４４号）では、シリン
ダヘッドに設けた近接型センサによって上死点の高低を
検出している。しかしながら、シリンダヘッドに設置し
た場合、センサに燃焼室の高温が作用し、その耐久性か
ら見て好ましくない。

この発明では耐久性について全熱問題を生じない圧縮比
検出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、運転条件に応じて圧縮比を可変とす
る圧縮比制御機構を有した内燃機関において、ピストン
の下方のエンジン本体内に設置されて、ピストンの下死
点位置に応じた信号を発生する変位センサを有し、該変
位センサからの信号によって圧縮比の高低を検出する圧
縮比検出装置が提供される。

〔実施例〕

第３図において、１０は４気筒の内燃機関の本体、１２
は燃焼室、１４は点火栓、１６は吸気管、１８はエアフ
ローメータを示す。１９はディストリビュータである。

第１．２図は一つの気筒のエンジン縦、横方向断面を詳
細に示しており、２０はシリンダブロック、２１はシリ
ンダヘッド、２２はピストン、２３はコネクティングロ
ッド、２４はピストンピン、２５はクランク軸を示して
いる。

この内燃機関は以下説明する圧縮比の可変機構を有して
いる。即ち、コネクティングロッド２３の上端に形成さ
れる開口２３ａに偏心ベアリング２７が回転可能に嵌合
され、この偏心ベアリング２７にピストンピン２４が挿
通される。偏心ベアリング２７は円周方向に肉厚が変化
している。偏心ベアリング２７の肉厚が一番厚い部分に
は半径方向のロックピン係合孔２８が形成される。一方
、偏心ベアリング２７を収納するコネクティングロッド
２３の上端の開口２３ａには半径方向にロックピン収納
孔２９が開口される。偏心ベアリング２７のロックピン
係合孔２８と、コネクティングロッド２３の上端のロッ
クピン収納孔２９とは、偏心ベアリングがその肉厚が最
も厚い部分がコネクティングロッド軸線の下方を向いた
図示の位置では、相互に芯台している。ロックピン３０
はロックピン収納孔２９に嵌合され、ロックピン保合孔
２８に対して出没自在となっている。

ロックピン３０をロックピン係合孔２８に出没させるた
め２系統の油圧通路が設置される。即ち、コネクティン
グロッド２３の下端のクランク軸２５が挿通される開口
２３ｄの内面に弓状の油溝３１゜３２が円周方向に間隔
をおいて二つ形成される。一方の油溝３１はコネクティ
ングロッド２３内の油孔２３ｅを介してロックピン収納
孔２９の下部に連通される。他方の油溝３２は、前記油
孔２３ｅとは独立にコネクティングロッド２３に形成さ
れた油孔２３ｆを介してコネクティングロッド上端の開
口２３ａの内周面の弓状油溝３４に開口し、この弓状油
溝３４は偏心ベアリング２７に形成される半径方向孔２
７ｂを介してロックピン３０の上方のロックピン係合孔
２８に連通される。

クランク軸２５に油孔２５ａが形成され、この油孔２５
ａの一端２５ａ−１はコネクティングロッド上端の開口
２３ｄのところまで延設されている。そのため、クラン
ク軸２５の回転時油孔２５ａは油溝３１゜３２に交互に
連通される。油孔２５ａの他端２５ａ−２はシリンダブ
ロック２０のジャーナル部２０’の開口２０ａのところ
まで延設される。この開口２０ａの部分にも前記と同様
な二つの独立した角度方向の弓状油溝３７　、３Ｂが形
成され、クランク軸２５の回転中に油孔２５ａは油溝３
７　、３８に交互に連通されることになる。そして、油
孔２５の位置は次のように設定される、即ち、クランク
軸２５の回転中に油孔２５ａはジャーナル部の油′ａ３
７とコネクティングロッドの油溝３１との連通と、ジャ
ーナル部の油溝３８とコネクティングロッドの油溝３２
との連通とを交互に行う。

油溝３７　、３８はシリンダブロック２０内に形成され
る油孔２０ｂ、２０ｃを介して高圧縮比用オイル通路４
０と、低圧縮比用オイル通路４１とに連通される。

第２図において、高圧縮比用オイル通路４０の入口４０
ａ及び低圧縮比用オイル通路４１の入口４１ａは油圧配
管４３　、４４を介してソレノイド駆動の油圧切替弁４
５に接続される。油圧切替弁４５は高圧縮比オイル通路
４０又は低圧縮比オイル通路４１に選択的にオイルポン
プ４６からの油圧を供給するものである。４７はオイル
タンクである。

油圧切替弁４５は後述する制御回路によって次のように
駆動される。ソレノイド４５ａが消磁されているときは
、オイルポンプ４６からの油圧は配管４３を介して高圧
縮比用オイル通路４０に導入され、一方低圧縮比用オイ
ル通路４１は配管４４を介してオイルタンク４７に連通
される。そのため、油圧は油孔２０ｂ（第２図）より、
ジャーナル部２０′の油溝３７がクランク軸２５内の油
孔２５ａによってコネクティングロッド２３の油溝３１
に連通したときに、コネクティングロッド２３内の油孔
２３ｅよりロックピン３０の下端に作用する。

一方、ロックピン３０の上端の油圧は次の経路でオイル
タンク４７に抜ける。即ち、ロックピン係合孔２８は、
油孔２７ｂ、２３ｆを介して、コネクティングロッド２
３の油溝３２がクランク軸２５の油孔２５ａによってジ
ャーナル部の油溝３８に連通したとき、油孔２０ｃに連
通され、ここより通路４１を介し、配管４４及び切替切
換弁４５を経てタンク４７に連通される。このように、
ロックピン３０の下端に油圧が作用し、上端は圧力が抜
かれるため、ロックピン３０はロックピン保合孔２８に
向かって上方に付勢され、開孔２８に嵌合されるに至り
、ロックビン３０によってこの状態に保持される。この
状態では、偏心ベアリング２７の最大偏心部は下側の位
置をとるため、ピストンピン２４の位置は相対的に高く
なり、これはコネクティングロッド２３の有効長が大き
くなることから高圧縮比が設定される。

低圧縮比を選定すべきときには油圧切替弁４５のソレノ
イド４５ａが励磁される。すると、油圧ポンプ４６は今
度は配管４４を介して低圧縮比用油圧通路４１に連通さ
れ、一方高圧縮比用油圧通路４０は配管４３を介してオ
イルタンク４７に連通される。低圧縮比油圧通路４１に
導入された油圧は油孔２０ｃを介し、油溝３８がクラン
ク軸の油孔２５ａによって油溝３２に連通されたとき、
コネクティングロッドの油孔２３ｆに連通され、油孔２
７ｂを経てロックピン係合孔２８よりロックピン３０の
上面に作用する。一方、ロックピン収納孔２９の油圧は
、油孔２３ｅより、油溝３１が油孔２５ａによって油溝
３７に連通されたときに、油孔２０ｂに連通され、ここ
から配管４３及び油圧切替弁４５を介しオイルタンク４
７に油圧が抜ける。このようにして、ロックビン３０の
上端に油圧が働き下端は減圧されるため、ロックビン３
０は下降してロックピン係合孔２８から抜ける。かくし
て、偏心ベアリング２７は、最も力が加わる上死点の付
近では、その安定状態ある、最大の偏心部が上側に位置
する。かくして、ピストンピン２４の位置は相対的に下
降し、これは有効なコネクティングロッドの長さを小さ
くし、その結果圧縮比は小さい設定になる。

以上のように、この実施例では偏心ベアリング２７を設
け、ロックビン３０を係脱自在とすることで所望の高低
の圧縮比を得ることができる。尚、圧縮比の制御機構は
この実施例に限定されず、他の公知の機構とすることが
できる。

第１図において４９は変位センサであり、ピストン２２
の位置を検出するため設けられる。変位センサ４９はピ
ストン２２の下方においてシリンダブロック２０に固定
される。変位センサ４９は、例えば、渦電流型であって
、ピストン２２の下面からの距離りに応じた信号を発生
する。そして、同センサ２２はピストンの下死点位置、
即ち圧縮比を検出することができる。即ち、圧縮比が高
いときはピストン２２の下死点位置は高くなるため、セ
ンサ４９までの距離は遠くなり、出力レベルは下がり（
第４図−（ａ））、逆に圧縮比が低いときはピストン２
２の下死点位置は低くなるため、センサ４９までの距離
は低くなり、出力レベルは上がる（第４図−（ｂ））。

従って、下死点における変位センサ４９のレベルの大小
より、圧縮比の高低を知ることができる。この実施例で
は、圧縮比を知るため各気筒＃１気筒のピストン２２に
ついて変位センサ４９が設置される（第３図参照）がど
こに設けても良い。又は全気筒に設けて各気筒独立制御
することが可能である。

この発明によれば、エンジンの運転条件を検知すること
により最適な圧縮比となるように可変圧縮比機構を駆動
するとともに、変位センサ４９からの現実の圧縮比を検
知することにより点火時期を制御する制御回路５０が設
置される（第３図）。

この制御回路５０はマイクロコンピュータシステムとし
て構成され、中央処理装置（ＣＰＵ）５１と、リードオ
ンリメモリ（ＲＯＭ）５２と、ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）５３と、入出力ボート５４と、Ａ／Ｄ変換器
５５と１．これらの要素間を接続するバス５７とより成
る。

エンジン運転条件を検知するため次のようなセンサ群が
設けられる。ディストリビュータ１９に第１クランク角
センサ５６、第２クランク角センサ５７が設けられる。

第１クランク角センサ５６はディストリビュータ軸１９
ａ上の検知片５日と対面設置されて、クランク軸１５の
、例えば３０゜毎のパルス信号ＮＥを発生し、これはエ
ンジン回転数を知るのに利用される。第２のクランク角
センサ５７はディストリビュータ軸１９ａ上の検知片５
９に対面設置され、クランク角軸１５の、例えば７２０
°毎にパルス信号Ｇを発生し、これは基準信号となる。

前述したエアフローメータ１８はエンジンに導入される
吸入空気量に応じたアナログ信号Ｑを発生する。

変位センサ４９は＃ｌ気筒のピストン位置に応じたアナ
ログ信号■を発生する。

パルス信号を発生する第１クランク角センサ５６及び第
２クランク角センサ５７は入出力ポート５４に接続され
、ＮＥ倍信号びＧ信号が所定のタイミングで入力される
。一方、アナログ信号を発生するエアフローメータ１８
及び各気筒の変位センサ４９はＡ／Ｄ変換器５５に接続
され、各センサからの信号は順次Ａ／Ｄ変換処理によっ
て入力される。

制御回路５０は各センサによって検知された運転条件に
基づいて必要な演算を実行し、圧縮比制御信号及び点火
信号を入出力ポート５４より出力する。点火制御装置６
６は点火制御回路（イグナイタ）とイグニッションコイ
ルとより成り、点火制御回路は入出力ボート５４に接続
され、点火信号を受は取るようになっている。一方、イ
グニッションコイルはディストリビュータ１９の中央電
極に接続され、分配軸１９ａの回転に従って各気筒の点
火栓１４に高電圧が分配される。入出力ボート５４はさ
らに油圧切替弁４５のソレノイド４５ａに接続され、圧
縮比制御信号に応じて圧縮比の切替え制御が実行される
。

以下制御回路５０の作動をフローチャートによって説明
する。この作動を実現するためのプログラムはＲＯＭ　
５２の所定領域に格納されている。第５図は圧縮比の制
御ルーチンを示している。このルーチンは所定時間間隔
毎に実行される時間割り込みルーチンとすることができ
る。ステップ７０ではエンジン回転数ＮＥ及びエンジン
負荷代表値である吸入空気量一回転数比Ｑ／ＮＥが入力
される。エンジン回転数ＮＥは第１クランク角センサ５
６からのクランク角３０’毎のパルス信号の間隔より周
知の方法で演算され、吸入空気ｉｔ−回転数比Ｑ／ＮＥ
も別ルーチンで計算されているものとする。

ステップ７１ではエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量一
回転数比Ｑ／ＮＥより設定すべき圧縮比が決定される。

即ち、Ｒｏ？　５２の所定領域には回転数ＮＥと吸入空
気量一回転数比Ｑ／ＮＥとの組合せに対する高低のどち
らの圧縮比を設定するかのマツプがある。ＣＰＵ　５１
は入力された実測ＮＥ及びＱ／ＮＥより所望の圧縮比を
選定することになる。

ステップ７２ではステップ７１で決定された圧縮比が高
圧縮比か否か判定される。選定すべき圧縮比が高圧縮比
のときはステップ７２よリステップ７３に進み、入出力
ポート５４より油圧切替弁４５のソレノイド４５に加わ
る信号レベルはＯＦＦとなる。そのため、油圧切替弁４
５は第２図における右側位置をとり、高圧縮比用油圧通
路４゜の入口４０ａに油圧を供給し、低圧縮比用油圧通
路４１の入口４１ａはタンク４７に連通される。そのた
め、前述したようにロックピン３０は上昇付勢され、ロ
ックピン３０はロックピン係合札２８に係合し、偏心ベ
アリング２７はその最大偏心部が下側を向いた位置に保
持され、コネクティングロッド２３の有効長が大きくな
り、圧縮比は大きく設定される。

マツプサーチの結果、選択すべき圧縮比が低圧縮比のと
きはステップ７２よりステップ７４に進み、出力ボート
５４より油圧切替弁４５のソレノイド４５ａにＯＮ信号
が印加される。そのため、切替弁４５は第２図の左側位
置を取り、低圧縮比用オイル通路４１の入口４１ａに油
圧が供給され、高圧縮比用オイル通路４０ａはタンク４
７に連通される。そのため、ロックピン３０は下降付勢
され、ロックピン係合札２８より離脱される。その結果
、偏心ベアリング２７は拘束状態から外れ、安定状態で
ある最大偏心部が上側に位置する。斯（して、コネクテ
ィングロッド２３の有効長が短縮され、圧縮比は小さく
設定される。

第６図は点火時期制御ルーチンを示しており、クランク
角センサ５６からの３０°ＣＡ信号の到来毎に実行され
る。ステップ７６では、変位センサ４９を設置した＃１
気筒のピストン２２が下死点位置相当するクランク角度
にあるか否か判別される。これは、基準位置を検出する
クランク角度センサ５７から信号はエンジンの１周期（
７２０’ＣＡ）毎に出るようになっていることから、基
準位置はエンジン１周期に対する一定の位置であり、従
って基準信号からの３０°ＣＡ信号の数により現在が＃
１気筒の下死点に相当するクランク角度にあるかを知る
ことができる。＃ｌ気筒の下死点でないときは以下のル
ーチンはバイパスされる。

＃１気筒の下死点のときはステップ７７に進み、変位セ
ンサ４９からの信号レベル■が入力される。

ステップ７８では、そのレベルを所定値Ａと比較する。

この所定値Ａは、第４図に示すように低圧縮比時に下死
点で得られる変位センサの出力レベルと高圧縮比時に下
死点で得られる変位センサの出力レベルとの中間に設定
される。

ステップ７８でＶ＜Ａと肯定的判断される場合は、圧縮
比可変機構によって設定される圧縮比が高圧縮比である
ことを示す。このときは、ステップ７８よりステップ８
０に進み、高圧縮比用の点火時期マツプより基本点火時
期θＢＡＳＨの演算が実行される。周知のように、基本
点火時期は回転数ＮＥと吸入空気量一回転数比Ｑ／ＮＥ
との組合せに対して高圧縮比に適した点火時期の値のマ
ツプが組まれており、実測されるＮＥ及びＱ／ＮＥに対
するθＢＡＳＨの演算が実行される。

ステップ７８で否定的判断のときは圧縮比が低圧縮比で
あることを意味する。このときは、ステップ８０よりス
テップ８２に進み、低圧縮比用の点火時期マツプより基
本点火時期θＢＡＳＨの演算が実行される。前記と同様
に、基本点火時期は回転数ＮＥと吸入空気量一回転数比
Ｑ／ＮＥとの組合せに対して低圧縮比に適した点火時期
の値のマツプが組まれており、実測されるＮＥ及びＱ／
ＮＥに対するθＢＡＳＥの演算が実行される。

ステップ８４では点火演算を行うクランク角度であるか
否か判別される。点火演算は、点火時期の十分手前の所
定クランク角度において行われる。

第７図（イ）参照。’／ｅｓのときはステップ８６に進
み、ステップ８４では時期演算が実行され、周知のよう
に点火信号が出力ボート５４より点火制御回路６６に出
力される。そのため、第７図（ロ）に示すように点火信
号が立ち上がり、その立ち下がり時にイグニッションコ
イルに高電圧が発生し、点火が行われ、これが演算され
た点火時期θとなっているのは周知の通りである。

〔発明の効果） この発明によれば、ピストンの下方のエンジン本体に変
位センサ４９を設け、ピストンの下死点を検出すること
により圧縮比を知ることができる。

そのため、変位センサ４９は燃焼室１２から遮断され、
その熱の影響を受けることがなく、耐久性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一つの気筒の燃焼室部分の詳細縦断面図。 第２図は第３図のｎ−ｎ線に沿う横断面図。 第３図は本発明の応用される内燃機関の圧縮比制御シス
テム全体図。 第４図は圧縮比の高、低に応じた変位センサの出力特性
図。 第５図及び第６図は第２図における制御回路の作動を示
すフローチャート図。 第７図は制御回路の作動を示すタイミングチャート。 １０・・・エンジン本体、　　　１２・・・燃焼室、１
４・・・点火栓、 １８・・・エアフローメータ、 １９・・・ディストリビュータ、 ２２・・・ピストン、 ２３・・・コネクティングロッド、 ２４・・・ピストンピン、　　　２５・・・クランク軸
、２７・・・偏心軸受、 ２９・・・ロックビン係合孔、３０・・・ロックピン、
４０・・・高圧縮比用油圧通路、 ４１・・・低圧縮比用油圧通路、 ４５・・・油圧切替弁、　　　　４９・・・変位センサ
、５０・・・制御回路、 ５６　、５７・・・クランク角センサ、６１・・・燃焼
圧力センサ、　６６・・・点火回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 運転条件に応じて圧縮比を可変とする圧縮比制御機構を
   有した内燃機関において、ピストンの下方のエンジン本
   体内に設置されて、ピストンの下死点位置に応じた信号
   を発生する変位センサを有し、該変位センサからの信号
   によって圧縮比の高低を検出する圧縮比検出装置。