JPS63109282A - 可変圧縮比内燃機関の点火時期制御装置 - 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く１） た内燃機関における点火時期制御装置に関する。

〔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、ノン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号参
照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ピストンのストロークを機械的に変えることにより圧縮
比を可変とするものでは、油圧機構等によって駆動され
るのが普通である。これに対して、点火時期は純粋に電
気的制御であるため、圧縮比を変える機構と比較して応
答が速い。そのため、圧縮比を変える場合に点火時期は
直ぐ切り替わるが圧縮比の切替えは遅れ、点火時期が圧
縮比と適合しないことが過渡状態では発生する。そのた
め、ノンキングが発生したり、運転性が不良となったり
する問題点がある。

この発明は圧縮比を可変とする内燃機関において圧縮比
の切替え時に点火時期の切替えとの適合を図ることにあ
る。尚、この発明の関連技（ネテとして特開昭６０−２
３０５２２号がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によれば、第１図に示すように、内燃機関１は
機関運転条件に応じて圧縮比を可変とする圧縮比制御機
構２を備える。この発明の内燃機関の点火時期制御装置
は機関の最大燃焼圧力を検知する圧力検知手段３と、可
変圧縮比制御機構２により制御される夫々の圧縮比にお
いて最適な点火時期で点火されているか否かの指標とな
る燃焼圧力のピークを呈するクランク角度の基準値を算
出する手段４と、燃焼圧力の実際のピークにおけるクラ
ンク角度の値を検出する手段５と、ピーク時のクランク
角度の基準値と実測値との比較により制御すべき点火時
期を算出する手段６と、算出された点火時期で点火を行
わせる点火時期制御手段７とから構成される。

〔作　用〕

ピーク値検出手段５は、燃焼圧力がピークを呈するとき
のクランク角度の実測値を検出する。−方、基準値算出
手段４は、制御されている圧縮比に適した点火時期で制
御されているか否かの指標となる燃焼圧のピーク時のク
ランク角度の基準値を演算する。点火時期算出手段６は
、現在のピーク位置と設定されたピーク位置との比較に
より圧縮比がそのままか切り替わったか否か判別する。

、点火時期制御手段７による点火時期は圧縮比に応して
制御される。

〔実施例〕

第２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３図は一つの気筒のエンジン縦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、２
４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に偏心ヘアリング２７が嵌合され、この
偏心ベアリング２７にピストンピン２４が挿通される。

偏心ヘアリング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、ロックピン係合孔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
２７ｂを介してロックピン係合孔２８の上部に連通され
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下端の開口
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のジャーナル部材２０′の開口２０ａのと
ころまで延設される。この間口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１３７　、３８
が形成され、クランク軸２５の回転中に油孔２５ａは油
溝３７　、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溝
３７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３
２との連通とを交互に行なう。

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は高圧縮比用オイル通
路４０又は低圧縮比用オイル通路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ｉｌｌ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４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２３０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、２３ｒ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、回礼２Ｂに嵌合されるに至り、ロ
ックピン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「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。低圧縮比用油圧通路４Ｉ
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
２７ｂ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を介してオイルタン
ク４７に油圧が抜ける。

このようにして、ロックピン３０の上端に油圧が働き下
端は減圧されるため、ロックピン３０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ヘアリング２７を設
け、ロックピン３ｏ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。

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、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５゜が設置される（第２図）。

この制御回路５ｏ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
ンメモリ（ＲＯＭ）５２と、ランダムアクセスメモリ（
ＲＡＭ）５３と、入出力ポート５４と、Ａ／Ｄ変換器５
５と、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クランク角センす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５８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。

各気筒の燃焼室１２に燃焼圧力センサ６１が設置され（
第３図参照）、同センサ６１は各気筒の燃焼圧力に応し
たアナログ信号Ｐを発生ずる。

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
及び各気筒の燃焼圧カセンサ６１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
号を人出力ポート５４より出力する。点火制御装置６６
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ポート５４に接続さ
れ、点火信号を受は取るよになっている。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。入出力ポート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ＮＢは第１
クランク角センサ５６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、吸入空気量−
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、ＲＯＭ　５２の所定領域には回転数ＮＢ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７１よりステツプ７３に進み、人出力
ボート５４より油圧切替弁４５のソレノイド４５ａに加
わる信号レベルはＯＦＦとなる。そのため、油圧切替弁
４５は第２図における右側位置をとり、高圧縮比用油圧
通路４０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ビン３０は上昇付勢され、
ロックビン３０はロックピン係合孔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、出力ポート
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、ロックビン３０は下降付勢
され、ロックビン係合孔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
あ菖最火偏心部が上側に位置する。かくして、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図は燃焼圧力がピークを呈するクランク角度を検出
するためのルーチンである。このクランク角度は例えば
１度毎のクランク角度毎に実行され、図示しないが１度
ＣＡ毎にパルス信号を発生するセンサを備える。ステッ
プ１００では、これから燃焼行程に入る気筒の判別を行
う。即ち、第８図（イ）〜（ニ）に示すように気筒判別
フラグｎ１〜ｎ４が夫々の気筒で燃焼ピークを呈する圧
縮上死点後のクランク角度を挟んだ１８０度ＣＡのクラ
ンク角度領域において立てられ、燃焼行程中の気筒を知
ることができる。ステップ１０２では、＃１気筒（ｎ、
＝１）か否か判別される。＃１気筒のときはステップ１
０４に進み、それ以外のときは夫々の気筒毎に設けられ
た図示しない同様なルーチンに進む。ステップ１０４で
はカウンタＣがインクリメントされる。このカウンタＣ
は、第８図（、旬のようにフラグｎ、が立っている間１
度ＣＡ毎に１づつ増加され、これから燃焼を行う気筒の
現在のクランク角度位置を代表する値となる。ステップ
１０６では圧力センサ６１からの信号のＡＤ変換値がＰ
燃焼圧力としてＰに入れられる。ステップ１０ＢではＰ
がこの燃焼行程でのいままでの燃焼圧測定値の最大か否
か判別される。最大値のときはステップ１１０に進み、
現在のＣの値が燃焼圧ピークを呈するときのクランク角
度データを格納する領域であるＡ２に入れられ、新規な
値に更新される（第８図（す））。このようにして、こ
の燃焼での燃焼ピークＸ１　（第８図（ワ））を呈する
クランク角度を各気筒について知ることができる。他の
気筒についてもステップ１０４〜１１０と同様な処理が
行われ、最大燃焼圧を生ずるクランク角度値Ａ。

が順次更新され（（ヌ）〜（オ））、ピーク時Ｘ２〜Ｘ
４での値がメモリに格納される。

第７図は点火時期制御ルーチンを示しており、このルー
チンはこれから点火すべき気筒の点火時期より手前のＴ
ＤＣよりの角度ＸＡ（第９図（イ）参照）のクランク角
度をクランク角度センサ５６　、５７によって検知する
ことにより実行開始されるクランク角拗１り込みルーチ
ンである。ステップ１２０では、第６図のステップ１１
０で知ったその気筒の前回の燃焼における燃焼圧力のピ
ークを呈したクランク角度Ａ、を入力する。ステップ１
２２ではフラグＦ＝１か否か判別される。このフラグＦ
は高圧縮比用の点火時期が設定されているときはセット
（１）、低圧縮比用の点火時期が設定されているときは
りセント（０）される。低圧縮比用の点火時期が設定さ
れているときはステップ１２３に進み、低圧縮比を選択
したときの最適点火時期で点火されているか否かの基準
となる燃焼圧ピーククランク角度の基準値ＡＬの算出を
行う。Ａ＋、の値は、エンジン回転数や負荷等の運転条
件で変化するのでマツプが組まれてあり、その運転条件
に適した値が算出される。次にステップ１２４に進み、
燃焼圧力ピーククランク角度Ａ、＜設定値ＡＬか否か判
別される。第１０図−（ａ）は低圧縮比用の点火時期の
設定において実線は高圧縮比のときの燃焼圧力特性、破
線は低圧縮比のときの燃焼圧力特性である。

そして基準値ＡＬは両者のピークＡ、が設定値Ａ　＋−
より速ければ（第１０図−（ａｌの実線）、圧縮比は現
在高圧縮比となっていることを意味し、実際のピークＡ
、が設定値　ＡＬよりは遅ければ（第１０図−ｆａ）の
破線）、圧縮比は現在低圧縮比であることを意味する。

ステップ１２４でＮｏのときは圧縮比は低圧縮比に制御
されていると判断し、以下のルーチンは迂回される。ス
テップ１２４でＹｅｓのときは、圧縮比が低から高に切
り替えられていると判断され、ステップ１２６−に進む
。ステップ１２６では、高圧縮比用の点火時期マツプよ
り基本点火時期θ！ＩＡＳＨ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値が組まれており、実測されるＮ
Ｅ及び　　Ｑ／ＮＥに対するθＢＡＳ！の演算が実行さ
れる。ステップ１２７でフラグＦがセットされる。

高圧縮比用の点火時期が設定されているときはステップ
１２２よりステップ１３０に進み、高圧縮比を選択した
ときの最適点火時期で点火されているか否かの基準とな
る燃焼圧ピーククランク角度基準値Ａ、が演算される。

基準値Ａ、は、エンジン回転数や負荷等の運転条件で変
化するのでマツプが組まれてあり、その運転条件に適し
た値が算出される。次にステップ１３２に進み、燃焼圧
力凸−ククランク角度ＡＰ＜設定値Ａ、か否か判別され
る。第１０図−ｆｂｌは、高圧縮比用の点火時期の設定
において破線は高圧縮比のときの燃焼圧力特性、実線は
低圧縮比のときの燃焼圧力特性である。そして基準値Ａ
Ｍは両者のピークの中間に置かれている。即ち、実際の
ピークＡ、が設定値ＡＩ＋より速ければ（第１０図−（
ｂｌの破線）、圧縮比は現在高圧縮比であることを意味
し、実際のピークＡＰが設定値ＡＨよりは遅ければ（第
１０図−（ｂ）の実線）、圧縮比は現在低圧縮比である
ことを意味する。ステップ１３２でＮｏのときは圧縮比
が高から低に切り替えられたと判断され、ステップ１３
４に進む。ステップ１３４では、低圧縮比用の点火時期
マツプより基本点火時期θＢＡＳＥ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ＮＢ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θ□８．の演算が実行さ
れる。ステップ１３６ではフラグＦ＝０とリセットされ
る。

ステップ１４０では点火信号形成処理が実行される。そ
のため、第９図＋ｏｆ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信号θ
となっているのは周知の通りである。

〔効　果〕

この発明によれば、燃焼圧力のピークを生ずるクランク
角度によって圧縮比の高低を知り、点火時期を高圧縮比
用、低圧縮比用に夫々制御することにより、圧縮比の切
替用の油圧機構の応答遅れに合わせて、圧縮比に適合し
た最適な点火時期の設定が可能となり、ノッキングの防
止及び燃料消費率の狗上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成図。 第２図は圧縮比を最大燃焼圧力で検知する場合の実施例
の構成図。 第３図は一つの気筒の燃焼室部分の詳細縦断面図。 第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図。 第５図、第６図及び第７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８図は制御回路の作動を示すタイミングチャート。 第９図は点火信号のタイミングを示す線図。 第１０図は、高低の圧縮比用の点火時期に対し高低の圧
縮比で運転したときの燃焼室圧力の変化を示すグラフ。 １０・・・エンジン本体、 １２・・・燃焼室、 １４・・・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・・・ロックピン係合孔、 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、 ５０・・・制御回路、 ５６．５７・・・クランク角センサ、 ６１・・・燃焼圧カセンザ、 ６６・・・点火回路、 １００・・・変位センサ。 第１図 第５図 第６図 （ａ） 第１０ （ｂ） 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関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の点火時期制御装置において、機関
   の最大燃焼圧力を検知する圧力検知手段と、圧縮比制御
   機構により制御される夫々の圧縮比において最適な点火
   時期で点火されているか否かの指標となる燃焼圧力のピ
   ークを呈するクランク角度の基準値を算出する手段と、
   燃焼圧力の実際のピークにおけるクランク角度の値を検
   出する手段と、ピーク時のクランク角度の基準値と実測
   値との比較により制御すべき点火時期を算出する手段と
   、算出された点火時期で点火を行わせる点火時期制御手
   段とから構成される内燃機関の点火時期制御装置。