JPS63159631A - 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）。

（５１！明が解決しようとする問題点）ところで、エン
ジンの圧縮比を変えた場合には、点火時期や空燃比など
他の運転条件に関する要求も変わってくるが、圧縮比可
変機構に対する圧縮比切替信号の出力に基いて他の運転
条件を制御しても、実際の圧縮比と変更制御された他の
運転条件との間で一時的なずれを生ずることがある。

すなわち、圧縮比の切替えのためにはシリンダにおける
ピストンのストローク位置などを機械的に切替える必要
があるため、切替信号の出力から実際に切替えが完了す
るまでに一定の時間を要する。従って１例えば点火時期
は高圧縮比側で遅角（着火遅れが短く、燃焼速度が速い
ため）し、低圧縮比側では逆に進角せしめることを要求
されるが、高圧縮比から低圧縮比への切替信号の出力と
同時に点火時期を切替えると、低圧縮比への切替えが完
了する前に点火時期が進角側となり、ノッキングを生ず
るという問題がある。

これに対し、圧縮比切替信号の出力から設定時間後に点
火時期等を切替えることも考えられるが、多気筒エンジ
ンの場合、各気筒は状態（行程）が異なるため、気筒毎
で圧縮比の切替え完了時期にバラツキがあり、また、エ
ンジン回転数等の影響もあって、圧縮比切替信号出力か
ら点火時期等の切替信号出力までの遅延時間を一律に定
めることは難しい。そして、この遅延時間を長く設定す
ると、例えば既に金気筒の低圧縮比への切替えが完了し
た後でも点火時期が遅角したままとなって、エンジンの
燃焼性の低下を招くことになる。

（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、油圧によ
り作動してエンジンの圧縮比を運転状態に応じて変える
圧縮比可変機構を備えた多気筒エンジンにおいて、上記
圧縮比可変機構の作動油通路に油圧センサが設けられ、
この油圧センサからの信号に基いて作動油圧の高さによ
り各気筒の圧縮比の切替わりを判定する判定手段を設け
たことを特徴とする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おいては、各気筒の圧縮比可
変機構は作動油圧の高低で圧縮比を変えるから、各気筒
の圧縮比がこの作動油圧に反映されており、この作動油
圧の高さで各気筒の圧縮比の切替わりが判定できること
になる。例えば、作動油圧を高めたときに低圧縮比とな
る圧縮比可変機構の場合、作動油圧が設定値を越えた時
点で低圧縮比に切替わったと判定することができる。

（発明の効果） 従って、本発明によれば、多気筒エンジンの各気筒の圧
縮比が実際に切替わる時点を検出することができるため
、点火時期の制御等を実際の圧縮比の切替時期に合わせ
てタイミング良く行なう二とができるようになる。

（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はシリンダ２にピストン３を嵌挿したエンジン
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の下流で分岐した第１通路７
と低負荷で閉じるシャッター弁８を介装した第２通路９
とが吸気ボート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ート１０に対し
燃料噴射弁１１が臨んでいる。排気ボート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、この排気浄化装ｒ！ｉ１５の上流側か
ら吸気系に対し排気還流通路１６が延設され、この排気
還流通路１６にＥＧＲ（排気還流）制御弁１７が介装さ
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、圧縮比変更用の作動油通路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およびＥＧＲ制御
弁】７、並びに上記油圧ソレノイド弁２５に対しコント
ローラ２７から作動信号が与えられるようになっている
。また、コントローラ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Ｑ
Ａ、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２Ｇからの作動油圧信号Ｐ、エンジン本体１の水温
センサ２８からの冷却水温信号Ｔｗ、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可変機構は第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。そして、このディスク３１に係合孔３
２が形成されている。一方、コンロッド２３の小端部に
は、１８０度の角度間隔をおいて一対のシリンダ室３３
゜３４が形成され、このシリンダ室３３．３４に上記係
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へ向は進退可能に嵌挿されている。第１
ビン３５はスプリング３７で係合孔３２から離脱する方
向へ、第２ビン３６はスプリング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３
７゜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４ｏ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に連通する冷却油通路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、エ
ンジンの運転状態から圧縮比領域を判定する領域判定手
段４５、圧縮比選択手段４６、圧縮比の切替信号出力部
４７、圧縮比の切替わりを判定する圧縮比判定手段４８
、点火時期決定手段４９、点火時期制御手段５０、空燃
比決定手段５１、噴射量決定手段５２、噴射信号出力部
５３を備える。

上記領域判定手段４５は、吸入空気量信号ＱＡとエンジ
ン回転数信号Ｎに基づき、第６図に示すマツプから低負
荷低回転（ＱＡ＜ＱＡＯかつＮくγ０）のときは高圧縮
比領域、高負荷または高回転（ＱＡ＞ＱＡよまたはＮ〉
γ１）のときは低圧縮比領域、３０両域の中間域（Ｑａ
ｏ　５Ｑａ≦ＱＡｉｒ　　γ０≦Ｎ≦γ、）のときは、
吸入空気ｆｆ１ＱＡの単位時間当たりの変化量（増量）
ΔＱが設定値Ｑｓを越える加速運転時のときに低圧縮比
領域、そうでないときに高圧縮比領域と判定する。

圧縮比選択手段４６は、上記の領域判定を受けて対応す
る圧縮比を選択する。切替信号出力部４７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。

一方、圧縮比判定手段４８は作動油圧信号Ｐに基いて圧
縮比の切替えが完了したか否かの判定を行なう、すなわ
ち、本実施例の場合、ピストンピン３０に高油圧を与え
ることにより高圧縮比への切替えを行なっており、第７
図に示す如く４気筒の各気筒が高圧縮比へ順次切替わっ
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、作動油圧が上昇し全気筒の高圧縮比への変
更が完了した時点で一定の油圧ＰＨよりも裔圧となり、
逆に、全気筒が順次低圧縮比へ切替わっていくと作動油
圧Ｐは１気筒目の切替油圧ｐＬよりも低圧となる。そし
て、この圧縮比判定手段４８はＰ≧ＰＨのとき高圧縮比
への切替えが完了したと判定し、Ｐ≦ＰＬのとき低圧縮
比への切替えが完了したと判定する。

点火時期決定手段４９は、領域判定手段４５がら高圧縮
比領域の判定を受けて高圧縮比（高ε）ないしはリーン
目標の点火時期（以下、高ε目標のＩＣという）を決定
し、低圧縮比領域の判定を受けて低圧縮比（低ε）ない
しはλ＝１からリッチ目標の点火時期（以下、低ε目標
のＩＧという）を決定する。また、この点火時期決定手
段４９は、圧縮比判定手段４８から低圧縮比への切替中
（低圧縮比への切替えが完了していない）との判定を受
けている場合は高ε目標のＩＧを決定し、同様に高圧縮
比への切替中（高圧縮比への切替えが完了していない）
との判定を受けている場合は低ε目標のＩＣを決定する
。この場合、高ε目標の工Ｇは低ε目標のＩＧに比べ遅
角（リタード）した特性をもつ。

点火時期制御手段５０は、上記点火時期決定手段４９の
決定を受けてエンジン回転数と吸入空気量に応じた点火
時期を演算し、その点火時期となるように点火コイル１
９を制御する。

空燃比決定手段５１は、領域判定手段４５から高圧縮比
領域にあるとの判定を受けて希薄混合気（以下、リーン
という）を目標とする空燃比を決定し、低圧縮比領域に
あるとの判定を受けて濃混合気（以下、リッチという）
を目標とする空燃比を吸入空気量及びエンジン回転数に
応じて決定する。また、この空燃比決定手段５１は、エ
ンジン暖機中は理論空燃比（λ＝１）を決定し、圧縮比
判定手段４８から高圧縮比への切替中との判定を受けて
λ＝１、リッチ目標の空燃比を決定するとともに、低圧
縮比への切替中との判定を受けてリーン目標の空燃比を
決定する。

噴射量決定手段５２は、吸入空気量ＱＡおよびエンジン
回転数Ｎに応じて基本噴射量Ｔｉを決定し、第８図に示
す如く目標空燃比Ａ／Ｆに対応する補正値（ＫＲ−ＫＬ
）を基本噴射量Ｔｉに与えて、目標空燃比の噴射量Ｔ′
ｉを演算する。また、この噴射量決定手段５２は空燃比
センサ１４の出力を受け、目標空燃比となるように噴射
量をフィードバック制御する。

そして、噴射信号出力部５３は、上記噴射量Ｔ′ｉの決
定を受けて、目標空燃比となる噴射信号を燃料噴射弁１
１に与える。

また、ＥＧＲ制御弁エフは、圧縮比判定手段４８で高圧
縮比への変更完了の判定があったとき排気ガス還流指令
を受け、低圧縮比への変更完了の判定があったとき排気
ガスの還流停止指令を受ける。

上記コントローラ２７による制御の具体的な流れは第９
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、Ｎ
に基いて基本噴射量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５４．５５）。

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量Ｔ′ｉが決定され、また高ε目標
のＩＯが決定される（ステップ５６〜Ｓ９）。低圧縮比
領域であればλ＝１ないしはリッチ目標の空燃比Ａ／Ｆ
および噴射量Ｔ′ｉが決定されるとともに、低ε目標の
ＩＯが決定される（ステップ８６〜Ｓ１□）、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リッチ目
ｔＥのステップＳ１０へ、そうでないと判定されるとリ
ーン目標のステップＳ８へ進むことになる（ステップＳ
１゜）。

そうして、リーン目標のステップＳ８へ進んだ場合、暖
機中であればフラグ（ＦＬＧ）をたてて理論空燃比（λ
＝１）、低ε目標のＩＧとしくステップＳ工。→Ｓ□４
→Ｓ１０→Ｓ１□）、ステップＳ４５のフラグの有無判
断により、ステップＳ□６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
より金気筒の高圧縮比への変更が完了するまでは、λ＝
１ないしはリッチ目標の空燃比（噴射量）、低ε目標の
ＩＧを決定し、その決定した空燃比点火時期でもって、
全気筒の高圧縮比への変更が完了すれば、先のステップ
８８〜Ｓ□１で決定した空燃比１点火時期でもって燃料
の噴射および点火が行なわれ、かつ、目標空燃比へのフ
ィードバック（Ｆ／Ｂ）が行なわれるとともに目標ＩＧ
への点火時期制御が行なわれ、フラグ処理をしてリター
ンとなる（ステップＳ□）〜Ｓ２□）。

一方、ステップＳ６あるいはＳ１２からリッチ目標のス
テップ５１０へ進んだ場合、ステップ５１１５の判断は
ＹＥＳで、ステップＳ２゜へ進み、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る（ステップ５２２）。

そして、ライン油圧Ｐの判断により、金気筒の低圧縮比
への変更が完了するまでは、リーン目標の空燃比（噴射
量）、高ε目標のＩＯを決定し、その決定した空燃比、
点大時期でもって、また、金気筒の低圧縮比への変更が
完了すれば先のステップ５１０＋　　Ｓｌｌで決定した
空燃比、点火時期でもって燃料噴射および点火時期の制
御がなされる（ステップＳ２３＋　　Ｓ２４→５０９）
。

従って、上記可変圧縮比エンジンにおいては、第１０図
に示す如く、吸入空気量ＱＡの変化量ΔＱの変化から油
圧ソレノイド弁２５が作動して圧縮比が切替わるが、ラ
イン油圧Ｐにより圧縮比可変機構における圧縮比の実際
の切替わりを検出して、空燃比および点火時期の切替制
御が行なわれることになる。よって、低圧縮比から高圧
縮比への変更において、まだ低圧縮比状態であるのに空
燃比のリーン化や点火時期の遅角が行なわれて燃焼性が
悪化するということがなくなり、また、高圧縮比から低
圧縮比への変更において、まだ高圧縮比状態であるのに
空燃比のリッチ化や点火時期の進角が行なわれてノッキ
ングが生ずるということもなくなる。また、低圧縮比か
ら高圧縮比への切替えが完了した時点で排気ガスの還流
が開始されるから、低圧縮比側で排気ガスが還流される
ことはなく、圧縮比の切替えに伴う燃焼性の低下が防止
される。

また、エンジンの暖機中は理論空燃比で高圧縮比にされ
るため、燃焼安定性を確保しながら暖機の促進が図れる
。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、圧縮比の切替え完了を判定して
空燃比、点火時期およびＥＧＲ制御の切替制御を行なう
ようにしたが、点火時期については、圧縮比切替えの完
了前から早めに切替制御を行なってもよい。すなわち、
低圧縮比から高圧縮比への切替えにおいては、ステップ
ＳｔＳで高ε目標のＩＯ（リタード）を決定しその制御
を早めに行なうことにより、燃焼性の低下防止よりもノ
ッキング防止を重視し、逆に高圧縮比から低圧縮比への
切替えにおいては、ステップＳ２４で低ε目標のＩＯ（
アドバンス）を決定しその制御を早めに行なうことによ
り、燃焼性の低下防止を重視するようにしてもよい。

また、上記実施例ではピストンピンに高油圧を与えて高
圧縮比状層にしたが、ビン３５．３８の付勢方向を逆に
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、空燃比の変更は、上記実施例のような燃料供給量
の制御の他、エア量を制御して行なう方式を採用しても
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−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図は低圧縮比から高圧縮比への変更におけるライ
ン油圧の経時変化を示す特性図、第８図は空燃比と燃料
噴射量補正値との関係を示す特性図、第９図は制御の流
れ図、第１０図は作動のタイムチャートである。 ■・・・・・・エンジン本体５２・・・・・・シリンダ
、３・・・・・・ピストン、２４・・・・・作動油通路
、２６・・・・・・油圧センサ、２７・・・・・・コン
トローラ。 第３図 第４図 第６図　　　　第７図 椅聞 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧により作動してエンジンの圧縮比を運転状態
   に応じて変える圧縮比可変機構を備えた多気筒エンジン
   において、上記圧縮比可変機構の作動油通路に油圧セン
   サが設けられ、この油圧センサからの信号に基いて作動
   油圧の高さにより各気筒の圧縮比の切替わりを判定する
   判定手段を設けたことを特徴とする可変圧縮比エンジン
   。