JPS63159642A - 可変圧縮比エンジンの空燃比制御装置 - 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） 本発明は可変圧縮比エンジンの空燃比制御装置に関する
。

（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）。

一方、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変え、低負
荷側では希薄混合気とすることにより燃比を高め、高負
荷側ではと１混合気とすることによりエンジン出ノＪの
向上を図るという考え方も一般に知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記圧縮比の変更は、エンジンの熱効率を高
めつつノッキングが生じないように、また、空燃比の変
更も燃費を良くしつつ出力の要求を満足できるように、
それぞれ最適な運転状態の時を選んで行なわれるのが実
情であるが、高圧縮比から低圧縮比に変更した際には燃
焼性が一時的に低下し、また、空燃比を希薄混合気側か
ら濃混合気側へ変更した際には出力トルクの急上昇によ
るショックを招くという問題をそれぞれ有している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記間層点を解決する手段として、上記圧縮
比変更手段と空燃比変更手段とを作動させエンジンの低
負荷領域で高圧縮比とし空燃比を希薄混合気側にする一
方、高圧縮比から低圧縮比への変更を空燃比の濃混合気
側への補正と同時に行なう制御手段を設けたことを特徴
とする可変圧縮比エンジンの空燃比制御装置を提供する
ものである。

（作用） 上記空燃比制御装置において、エンジンの低負荷領域で
は高圧縮比で空燃比が希薄混合気側になるから、混合気
温度を高くして燃焼性を高めながら混合気の希薄化によ
り燃費を良くすることができる。そして、空燃比をｃ４
混合気側に補正するとエンジンの出力トルクが高くなる
が、この補正と同時にエンジンは低圧縮比となるから、
出ノＪトルクの急」二昇が緩和されるとともに、低圧縮
比になったときの燃焼性の低下が空燃比の濃混合気側へ
の補正により防止される。

（発明の効果） 従って、本発明によれば、高圧縮比から低圧縮比への変
更と希薄混合気側から濃混合気側への空燃比の変更とを
同時に行なうから、この空燃比を変更するときの出力ト
ルクの急上昇が緩和されて加速時のトルクショックが防
１１）されるとともに、低圧縮比への変更時における燃
焼安定性の維持が図れるという効果が得られる。

（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、この排気浄化装置１５の」−流側から
吸気系に対し排気還流通路］６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およびＥＧＲ制御弁
１７、推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ｌ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。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図に示す如くエン
ジンの運転域を判定する運転域判定部４５、エンジンの
暖機判定部４６、圧縮比選択部４７、油圧ソレノイド弁
（圧縮比変更手段）２５に対する切替信号出力部４８、
高圧縮比変更判定部４９、目標空燃比決定部５０、燃料
の噴射量決定部５１．並びに燃料噴射弁（空燃比変更手
段）１１に対する噴射信号出力部５２を備える。

上記運転域判定部４５は、吸入空気量（負荷）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
らエンジンの運転域（運転状態）を判定し、圧縮比選択
部４７および目標空燃比決定部５０に判定信号を与える
。すなわち、上記マツプは低負荷低回転域（ＱＡ＜Ｑａ
ｏ、Ｎ＜γ。、）、高負荷または高回転の運転域（ＱＡ
＞ＱＡＩまたはＮ〉γｌ）およびこの雨域の中間域（Ｑ
Ａ。

≦ＱＡ≦Ｑ＾１．γ、５Ｎ≦γ□）を判定できるように
構成され、また、運転域判定部４５は中間域と判定する
ときは吸入空気量ＱＡの変化量ΔＱ（ｄＱＡ／ｄｔ）か
らエンジンは加速状態か否かを判定する。

暖機判定部４６は、運転域判定部４５で低負荷低回転域
あるいは加速状態でない中間域にあるとの判定を受けて
、冷却水温信号Ｔｗに基づきエンンが暖機を完了してい
るか否かの判定を行なう。

圧縮比選択部４７は、低負荷低回転域あるいは加速状態
でない中間域にあるとの判定および暖機完了の判定を受
けて高圧縮比を選択し、逆に高負荷、高回転域あるいは
加速状態の中間域にあるとの判定を受けて低圧縮比を選
択する。切替信号出力部４８は、高圧縮比の選択を受け
て油圧ソレノイドブト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、高圧縮比変更判定部４９は、ライン油圧信号Ｐに
基づいて高圧縮比への変更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３ｏ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、第７図に示す如く４気筒の各気筒が高圧縮比へ順
へ変更されていくことにより、先に述べた冷却油噴出０
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Ｐ１よリも
高圧となる。そして、高圧縮比変更判定部４９はライン
油圧ＰがＰ工になった時点で高圧縮比への変更が完了し
たと判定する。

しかして、目標空燃比決定部５０は、低負荷低回転域あ
るいは加速状態でない中間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「ＩＢとする空燃比
を決定し、そうでない運転域（高負荷、ｎ回転域あるい
は加速状態の中間域）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、この目
標空燃比決定部５０は、暖機判定部４６から暖機中であ
るとの判定を受け、あるいは高圧縮比変更判定部４９か
ら高圧縮比への変更中であるとの判定を受けた場合は理
論空燃比を決定する。

噴射量決定部５１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ＴＬ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
量決定部５１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５２は、上記噴射量Ｔ’ｉの決
定を受は且つ切替信号出力部４８から低圧縮比変更の出
ノＪをした旨の指令あるいは高圧縮比への変更完了の判
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。すなわち、空燃比のリーンからリッチ側（
理論空燃比を含む）への変更は、低圧縮比への変更（油
圧ソレノイド弁２５ＯＮ）出力があったときになされる
が、この油圧ソレノイド弁２５のＯＮにより全気筒のピ
ストンピン３０に対する油圧が略同時に低くなって低圧
縮比へ変更されるから、空燃比のリーンからリッチへの
変更と高圧縮比から低圧縮比への変更は略同時に行なわ
れることになる。一方。

空燃比のリッチからり−ンの変更は全気筒の高圧縮比へ
の変更完了と同時に行なわれることになる。

また、Ｅ　Ｇ　Ｒ＋Ｉｉ制御弁１７は高圧縮比変更判定
部４９で変更完了と判定されたとき排気ガスの還流指令
を受け、切替信号出力部４８から低圧縮比への変更信号
（油圧ソレノイド弁２５ＯＮ）が出力されるとき還流停
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
を越えたか盃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
量の変化率ΔＱを求める（ステップＳ４．　Ｓｓ）。

次に、運転域の判定が行なわれ、低負荷低回転域であれ
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（テテップ８６〜
Ｓ８）、高負荷、高回転域であれば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（ステップＳ６
．Ｓ、）。中間域であれば吸入空気量の変化量ΔＱが所
定変化量量Ｑｓより大か否かにより、加速状態にあると
ｆＪＪ定されるとリッチ目標のステップＳ９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　ｌｏ）。

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（［”！、、Ｇ）をたてて理論空燃
比（λ＝１）としくステップＳ　１１＝　Ｓ工。

−５９）、ステップＳ１３のフラグの有無判断により、
ステップ５１４へ進んで高圧縮比（高ε）の選択、油圧
ソレノイドプ１２５のｏ　ｌ−：　Ｆ、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、金気筒の高圧縮比
への変更が完了すれば、先のステップＳ８もしくはＳ９
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、がっ、目標空燃比へのフィー　ドパツク（Ｆ／
１３）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ＳＬ５〜５１９）・ 一方、ステップＳ６あるいはＳ＋ｏからリッチ目標のス
テップＳ９へ進んだ場合、ステップ５１３の判断はＹＥ
Ｓで、ステップＳ２０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
の変更が行なわれてステップＳ、？以降へ進む。

従って、上記可変圧縮比エンジンの空燃比制御装置にお
いては、空燃比のリーンからリッチへの変更と高圧縮比
から低圧縮比へ変更とが同時に行なわれるため、リーン
からリッチへの変更によるトルクの急上昇が低圧縮比へ
の変更によるトルクの低下分で緩和され、トルクショッ
クが防止される。また、低圧縮比への変更された際の燃
焼性の低下が空燃比のリッチ化により防止され、燃焼安
定性が維持される。また、逆に全気筒の高圧縮比への変
更が完了してがら空燃比のリーン化が行なわれるため、
二のリーン化に伴う燃焼安定性の維持も図れる。

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
。さらに、排気ガスの還流についても、高圧縮比側で還
流し低圧縮比側で還流を停止するから、低圧縮比への変
更に伴う燃焼性低下が防止される。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
ジンの空燃比制御装置の全体構成図、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
運転域特性図、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
図は制御の流れ図である。 １・・・・・・エンジン本体、２・・・・・・シリンダ
、３・・・・・・ピストン、１１・・・・・・燃料噴射
弁（空燃比変更手段）、１４・・・・・・空燃比センサ
、２５・・・・・・油圧ソレノイド弁（圧縮比変更手段
）、２７・・・・・・コントローラ。 特３γ出願人　マツダ株式会社 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの圧縮比を運転状態に応じて変える圧縮
   比変更手段を備えた可変圧縮比エンジンにおいて、エン
   ジンの空燃比を変える空燃比変更手段と、上記圧縮比変
   更手段と空燃比変更手段とを作動させエンジンの低負荷
   領域で高圧縮比とし空燃比を希薄混合気側にする一方、
   高圧縮比から低圧縮比への変更を空燃比の濃混合気側へ
   の補正と同時に行なう制御手段を設けたことを特徴とす
   る可変圧縮比エンジンの空燃比制御装置。