JPS63159630A - 可変圧縮比エンジン - 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） 本発明は可変圧縮比エンジンに関する。

（従来の技術） エンジンの圧縮比を変えることによりエンジン性能を高
めるという考え方は一般に知られている。

すなわち、エンジンの低負荷ないしは低回転領域では高
圧縮比とすることにより混合気温度を高めて燃焼性を向
上させ、高負荷ないしは高回転領域では低圧縮比とする
ことによりノッキングを抑制するという考え方である。

また、かかる可変圧縮比エンジンにおいて、燃焼室に吸
入されるＥＧＲガスを含めた作動流体の充填率に応じ、
高充填率のときに低圧縮比とするという技術も知られて
いる（例えば、特公昭５８−７８１６号公報参照）。

（５Ｉ！明が解決しようとする問題点）しかしながら、
エンジンの圧縮比を負荷やエンジン回転数等に基づいて
最適な時期に変更しようとしても、実際には圧縮比変更
手段側の応答遅れがある。従って、エンジンの加速運転
時には高圧縮比から低圧縮比へ変更されるのが遅れ、エ
ンジン負荷が高くなっているのにもかかわらず、高圧縮
比状態のままになっていて、ノッキングを招くという問
題がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決する手段として、エンジン
の圧縮比を変える圧縮比変更手段を備え　　　゛たエン
ジンにおいて、エンジンの負荷に基づいて高負荷域を上
記圧縮比変更手段の作動により低圧縮比とすべき領域と
判定する領域判定手段と、エンジンの加速運転を検出す
る加速検出手段と、加速運転の検出時に上記領域判定手
段で判定される低圧縮比領域を低負荷側に拡大補正する
領域補正手段を備えた可変圧縮比エンジンを提供するも
のである。

（作用） 上記可変圧縮比エンジンににおいては、領域判定手段と
圧縮比変更手段の作動により、エンジン負荷に応じて高
負荷時には高圧縮比から低圧縮比に切替わる。そして、
エンジン負荷が急上昇する加速運転時には、加速検出手
段と領域補正手段とにより、予め設定された低圧縮比領
域が低負荷側に拡大されることにより、上記エンジン負
荷に基づく判定ではエンジンがまだ低圧縮比領域になっ
ていなくとも圧縮比変更手段は低圧縮比への変更を開始
する。

（発明の効果） 従って、本発明によれば、エンジンの加速運転時には圧
縮比変更手段による低圧縮比への変更が早めに開始され
るため、この圧縮比変更手段側で応答遅れがあっても、
エンジンの負荷に応じた最適な時期にエンジンを低圧縮
比にすることが可能となり、ノッキングの発生を未然に
防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示す実施例（４気筒エンジン）の全体構成にお
いて、１はシリング２にピストン３を（ｆχ挿したエン
ジン本体である。吸気系においては。

上流側からエアクリーナ４、エアフローメータ５、スロ
ットル弁６が順に設けられ、このスロットル弁６の下流
で分岐したスワール生成用の第１通路７と低負荷でアク
チュエータ１６の作動により閉じるシャッター弁８を介
装した第２通路１〕とが吸気ポート１０で合流している
。

上記シャッター弁８の下流側から吸気ボ・−ト１０に対
し燃料噴射弁１１が臨んでいる。υｌ゛ｌ水気ト１２に
連なる排気通路１３には空燃比センサ１４および排気浄
化装置１５が設けられている。また、シリンダヘッドに
点火プラグ１８が設けられ、この点火プラグ１８に点火
コイル１９からディストリビュータ２０を介し点火信号
が送られるようになっている。

しかして、本実施例においては、オイルパン２１のオイ
ルをエンジン各部に供給するオイルポンプ２２の油圧を
利用してコンロッド２３に対するピストン３の相対位置
を変え、エンジンの圧縮比を変更するようになっている
。この場合、圧縮比変更用の油ライン２４には油圧ソレ
ノイド弁２５および油圧センサ２６が設けられている。

そして、先に述べた燃料噴射弁１１、油圧ソレノイド弁
２５、点火コイル１９およびシャッター弁アクチユエー
タ１６に対しコントローラ２７から作動４３号が！ｊえ
られるようになっている。また、コン）・ローラ２７に
対しては、制御のパラメータとして、エアフローメータ
５からの吸入空気量信号ＱＡ。

空燃比センサ１４からの空燃比信号Ａ　／　Ｆ、ディス
トリビュータ２０からのエンジン回転数信号Ｎ、油圧セ
ンサ２６からのライン油圧信号Ｐ、エンジン本体１の水
温センサ２８からの冷却水温信号′［Ｗ、並びに点火コ
イル１９からの点火信号Ｉｇが与えられるようになって
いる。

上記エンジンの圧縮比変更のための具体的構造は第２図
に示されている。

すなわち、同図において、３０はピストンピンであって
、ピストン３のビン穴に挿入した部分とコンロッド２３
の小端部に挿入した部分とが偏心したクランクビン状に
なっており、コンロッド２３の小端部に対向するディス
ク３１を備える４、そして、このディスク３１に係合孔
３２が形成さ、ｔｌている。一方、コンロッド２３の小
端部には、〕８０Ｊｆ！、の角度間隔をおいて一対のシ
リン・）′ｆ室３３゜３４が形成され、このシリンダ室
３３．３４にに配係合孔３２に係合可能な第１および第
２のビン３５．３６がディスク３１へ向は進退可能に心
；挿されている。第１ピン３５はスプリング３７で係合
孔３２からｔ’ｌｔｌ悦する方向へ、第Ｓ′ビン；３Ｃ
３はスブリング３８で係合孔３２に係合する方向へそれ
ぞれ付勢されていて、コンロッド２３の油通路３９から
の油圧を受けてそれぞれスプリング３７゜３８の付勢に
抗し逆方向へ移動するようになっている。

本例の場合、シリンダ室３３．３４に油圧が作用して第
１ビン３５がディスク３１に係合すると、図示の如くピ
ストン３はコンロッド２３に対し上方へ相対位置を変え
た状態に固定され、ピストン上死点におけるシリンダの
すきま容積が小さくなった高圧縮比（圧縮始めの容積／
すきま容積）状態となり、油圧が抜けると逆に第２ビン
３６の係合によりピストン３はコンロッド２３に対し下
方へ相対位置を変えた状態に固定され、低圧縮比状態と
なる。なお、高圧縮比状態と低圧縮比状態との間での移
行は、ピストン３の上下動の慣性力や燃焼室のガス圧に
よるピストン荷重でピストンピン３０が回転することに
より行なわれる。

また、第３図に示す如く、ピストン３のピストンピンボ
ス部にはビン穴からピストン３の頂部背面へ向けて開通
した冷却油噴出口４０が形成されている。そして、ピス
トンピン３０にはコンロッド２３の油通路３９に連通し
、第４図に示す如く低圧縮比状態のときに冷却油噴出口
４０に連通ずる冷却油通路４１が形成されており、上記
冷却油噴出口４０からの油の噴出によりピストン３の頂
部を背面から冷却できるようになっている。

次に、上記コントローラ２７は、第５図に示す如く吸入
空気量信号ＱＡとエンジン回転数信号Ｎに基づきエンジ
ンを低圧縮比とすべき領域および高圧縮比とすべき領域
を判定する領域判定手段４５、エンジンの加速運転を検
出する加速検出手段４６、圧縮比領域の補正手段４７、
圧縮比選択手段４８、油圧ソレノイド弁（圧縮比変更手
段）２５に対する切替信す出力部４９、点火時期選択手
段５０、点火時期制御手段５１、並びにシャッター弁ア
クチユエータ１６に対する開閉信号出力部５２を備える
。

領域判定手段４５は、吸入空気量信号ＱＡとエンジン回
転数Ｎに基づき、第６図に示すマツプから高負荷領域（
Ｑ　Ａ＞Ｑ　Ａ　１）と高回転域（Ｎ＞γ１）を低圧縮
比領域、低負荷低回転域（ＱＡ＜ＱＡＯかつＮくγ。）
を高圧縮比領域、この両者の中間（ＱＡＯ≦ＱＡ≦ＱＡ
ＩＩ　　γ。≦Ｎ≦γ、）を中間域とそれぞれ判定する
。

加速検出手段４６は、領域判定手段４５で中間域が判定
されるとき、吸入空気量ＱＡの単位時間当りの変化量（
増量）ΔＱが大きい（設定値Ｑｓを越える）か否かによ
り、エンジンが加速運転の状態か否かを検出する。

領域補正手段４７は、上記加速が検出された場合、上記
中間域を低圧縮比領域とすべく先の領域判定手段４５で
判定された低圧縮比領域を低負荷側および低回転側に拡
大補正し、加速が検出されないときは、中間域を高圧縮
比領域とすべく先の領域判定手段４５で判定された高圧
縮比領域を高負荷側および高回転側に拡大補正して、こ
の中間域における圧縮比領域の判定を行なう。

圧縮比選択手段４８は、領域判定手段４５または領域補
正手段４７により高圧縮比領域の判定を受けて高圧縮比
を選択し、逆に低圧縮比領域の判定を受けて低圧縮比を
選択する。切替信号出力部４９は、高圧縮比の選択を受
けて油圧ソレノイド弁２５にＯＦＦ信号（ピストンピン
３０へ高油圧を与える）を出力し、低圧縮比の選択を受
けてＯＮ信号（高油圧の一部を逃がして低油圧をピスト
ンピン３０に与える）を出力する。

点火時期選択手段５０は、領域判定手段４５または領域
補正手段４７により高圧縮比領域の判定を受けて高圧縮
比用の点火時期制御マツプ（以下、高εＩＧマツプとい
う）を選択し、低圧縮比領域の判定を受けて低圧縮比用
の点火時期制御マツプ（以下、低εＩＧマツプという）
を選択する。この場合、いずれのＩＧマツプも吸入空気
量およびエンジン回転数を変数とする点火時期が書き込
まれており、低εＩＧマツプは高εＩＧマツプに比べ進
角（アドバンス）した特性をもつ。すなわち、高圧縮比
時は着火遅れが短く、燃焼速度大であるため要求点火時
期は遅角（リタード）側となり、低圧縮比時の要求点火
時期は逆に進角側となる。

点火時期制御手段５１は、点火時期選択手段５０で選択
されたＩＧマツプに基づき吸入空気量とエンジン回転数
に応じた点火時期を演算し、その点火時期になるように
点火コイルを制御する。

また、シャッター弁開閉出力部５２は、切替信号出力部
４９から圧縮比変更に伴う切替信号を受け、高圧縮比へ
の変更時にはシャッター弁閉指令、低圧縮比への変更時
にはシャッター弁開指令をシャッター弁アクチユエータ
１６に与えるが、低圧縮比への変更の場合は圧縮比変更
手段側における低圧縮比への変更が完了した後にシャッ
ター弁８が開となるようにシャッター弁開指令の出力を
遅らせる。

また１本実施例のコントローラ２７は、領域判定手段４
５または領域補正手段４７による高圧縮比領域の判定を
受けてリーン（希薄混合気）、低圧縮比領域の判定を受
けてリッチ（濃混合気）をそれぞれ目標とする空燃比（
Ａ／Ｆ）を決定し、吸入空気量およびエンジン回転数で
定まる基本燃料噴射量Ｔｉに対し目標空燃比Ａ／Ｆに対
応する補正値ＫＲ（リッチ）〜Ｋｌ（理論空燃比λ＝１
）〜ＫＬ（リーン）を与えて噴射ｆｉＴｉ’を求める空
燃比制御手段、冷却水温１゛臀が設定温度ゴＢを越える
か否かでエンジンの暖機を判定し、暖機が完了していな
いときリーン目標の空燃比を決定せしめる暖機判定手段
、ライン油圧Ｐが設定油圧Ｐ□を越えるか否かでエンジ
ンの全気筒が実際に高圧縮比への変更を完了しているか
否かを判定し。

完了していない場合にはλ＝１の「１標の空燃比を決定
せしめる高圧縮比変更判定手段を備える。

すなわち１本実施例の場合、ピストンピン３゜に高油圧
を与えることにより高圧縮比への変更を行なっており、
４気筒の各気筒が高圧縮比へ順次変更されていくことに
より、先に述べた冷却油噴出口４０が塞がれていって、
ライン油圧が上昇し金気筒の高圧縮比への変更が完了し
た時点で一定の油圧Ｐ□よりも高圧となる。

上記コントローラ２７による制御の具体的な流れは第７
図に示されており、まず、スタータの作動の有無をみて
エンジン始動時には低圧縮比（低ε）として、吸入空気
量ＱＡ、エンジン回転数Ｎ、冷却水温Ｔｗおよびライン
油圧Ｐを入力する（ステップＳ、〜Ｓ３）。そして、エ
ンジン回転数Ｎが完爆検出のためのエンジン回転数ＮＢ
を越えたか否かにより完爆を判定した後、上記ＱＡ、Ｈ
に基づいて基本噴射量Ｔｉを決定するとともに、吸入空
気量の変化量ΔＱを求める（ステップＳ４＋Ｓｓ）。

次に、圧縮比領域の判定が行なわれ、高圧縮比領域であ
れば高εＩＧマツプが選択され、さらにリーン目標の空
燃比Ａ／Ｆが決定されるとともに、それに対応する噴射
ｆｔＴ’ｉが決定され（ステップ８６〜Ｓ９）、低圧縮
比領域であれば低εＩＧマツプが選択され、さらにリッ
チ目標の空燃比Ａ／Ｆおよび噴射ｆｆ１Ｔ’ｉが決定さ
れる（ステップ８６〜Ｓ、１）。中間域であれば吸入空
気量の変化量ΔＱが所定変化量Ｑｓより大か否かにより
、加速状態にあると判定されると低圧縮比目標のステッ
プ５１０へ、そうでないと判定されると高圧縮比目標の
ステップＳ８へ進むことになる（ステップ５１２）・ そうして、高圧縮比目標のステップＳ８へ進んだ場合、
暖機中であればフラグ（ＦＬＧ）をたてて低εＩＧマツ
プを選択し理論空燃比（λ＝１）としくステップＳ　＞
３−　Ｓ　ｓ４”　Ｓ　１ｏ”　Ｓ　１１）　、ステッ
プＳ□５のフラグの有無判断により、ステップＳＩ６へ
進んで高圧縮比（高ε）の選択、油圧ソレノイド弁２５
のＯＦＦ、つまり高圧縮比への変更が行なわれる。そし
て、ライン油圧Ｐの判断により全気筒の高圧縮比への変
更が完了するまでは、理論空燃比による噴射量Ｔ′λを
決定し、全気筒の高圧縮比への変更が完了すれば、先の
ステップＳ９もしくはＳｌ＋で決定した目標空燃比の噴
射量Ｔ′ｉで燃料の噴射が行なわれ、かつ、目標空燃比
へのフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を行ない、フラグ処
理をしてリターンとなる（ステップＳ］、７〜５２１）
・ 一方、ステップＳ６あるいは５１２から低圧縮比目標の
ステップＳｒｏへ進んだ場合、ステップＳ＋ｓの判断は
ＹＥＳで、ステップＳ２２・＼進み、低圧縮比（低ε）
が選択されて油圧ソレノイド弁２５のオン、つまり低圧
縮比への変更が行なわれてステップＳｔＯ以降へ進む。

従って、上記可変圧縮比エンジンにおいては、第６図に
示すマツプの中間域（ＱＡＯ≦Ｑａ≦ＱＡ□、γ０≦Ｎ
≦γ、）にあるとき、第８図に示す如く吸入空気量ＱＡ
が上昇する加速運転時にはΔＱＡの変化から加速が検出
されることにより、低圧縮比領域が低負荷側および低回
転側に拡大補正されるため、この加速の検出により油圧
ソレノイド弁２５がＯＮ（低圧縮比側）となる。これに
より、ライン油圧Ｐが降下し、吸入空気量ＱＡがＱＡｌ
に、さらにはエンジン回転数Ｎがγ、になるころまでに
はＰ＝Ｐ、に、つまり全気筒が低圧縮比への変更を完了
する。よって、圧縮比変更手段側で作動指令に対する応
答（作動）遅れがあっても、エンジンが高圧縮比状態の
ままで高負荷ないしは高回転になることが防止され、ノ
ッキングの発生を未然に防ぐことができる。

また、上記加速の検出により、エンジンがまだ高圧縮比
状態にあっても低εＩＧマツプが選択され、点火時期は
進角側で制御されるため、高圧縮比用の遅角した点火時
期のまま低圧縮比状態になることはなく、燃焼性の一時
的な悪化は防止される。さらに、高圧縮比から低圧縮比
への変更が完了してからシャッター弁８が開となる、つ
まり低圧縮比になった直後ではまだスワールの生成が少
しの間維持されるため、この圧縮比の変更に伴う燃焼性
の急な悪化が防止される。

一方、上記中間域は加速が検出されないとき高圧縮比領
域となるから、減速時においては、圧縮比変更手段側で
応答（作動）遅れがあっても適切な時期にエンジンを高
圧縮比状態にすることができ、また、高εＩＧマツプの
選択により点大時期は早めに遅角制御されるから、進角
状態のまま高圧縮比状態になることはなく、ノッキング
の未然防止が図れる。また、低圧縮比状態のときにピス
トンはその頂部背面から油で冷却されるため過熱が防止
される。

なお、上記実施例ではピストンピンに高油圧を与えて高
圧縮比状態にしたが、ビン３５．３６の付勢力向を逆に
して、高油圧のときに低圧縮比状態にすることもできる
。

また、圧縮比可変機構としては、上記実施例のものの他
、エンジンのシリンダヘッドに可変容積部を設け、この
可変容積部に燃焼室壁の一部を構成する可変用ピストン
を設け、この可変用ピストンの進退により圧縮比を変更
する方式を採用してもよい。

また、加速運転はスロットル弁の開度の変化等から検出
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は可変圧縮比エン
ジンの全体構成図、第２図は圧縮比変更機構を示す縦断
面図、第３図は高圧縮比状態でのピストンの冷却油通路
を示す縦断面図、第４図は低圧縮比状態でのピストンの
冷却油通路を示す一部省略した縦断面図、第５図は制御
系のブロック図、第６図はエンジンの圧縮比領域特性図
、第７図は制御の流れ図、第８図は作動のタイムチャー
トである。 ｌ・・・・・・エンジン本体、２・・・・・・シリンダ
、３・・・・・・ピストン、２５・・・・・・油圧ソレ
ノイド弁（圧縮比変更手段）、２７・・・・・・コント
ローラ。 第３図 羊４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの圧縮比を変える圧縮比変更手段を備え
   たエンジンにおいて、エンジンの負荷に基づいて高負荷
   域を上記圧縮比変更手段の作動により低圧縮比とすべき
   領域と判定する領域判定手段と、エンジンの加速運転を
   検出する加速検出手段と、加速運転の検出時に上記領域
   判定手段で判定される低圧縮比領域を低負荷側に拡大補
   正する領域補正手段とを備えていることを特徴とする可
   変圧縮比エンジン。