JPS63285237A - 可変圧縮比内燃機関の圧縮比検出装置 - 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、可変圧縮比内燃機関の圧縮比検出装置に関
する。

従来の技術 この種従来における可変圧縮比内燃機関としては、例え
ば第６図に示すようなものが知られている（実開昭５８
−２５６３７号公報参照）。

概略を説明すれば、コンロッドｌに連結されたピストン
ピン２に、インチピストン３が固定されていると共に、
該インチピストン３の外側には軸方向へ摺動可能なアウ
タピストン４が配置されている。また、アウタピストン
４とインチピストン３の上部との間には上部液室５が、
アウタピストン４の下部内周に螺着された円環部７とイ
ンチピストン３との間には、下部液室８が夫々形成され
ており、各液室５．８には、油圧回路９の途中に配置さ
れた油圧切替弁ｌＯや各スプリングｌｌａ。

１２ａによって閉方向に付勢された逆止弁１１゜１２を
介して圧油が供給され、互いの容積変化に伴ってアウタ
ピストン４を上下に移動させるようになっている。また
、上記油圧切替弁１ｏは、加圧機構たるオイルポンプ！
４の作動によりオイルパン１６から吸い上げられて油圧
回路９を介して供給された圧油によって移動制御されて
おり、上記オイルポンプ１４は、各センサ１３，１３か
らの信号に基づいて現在の機関運転状態を検出する制御
回路１５により加圧力が制御されている。

そして、機関始動時あるいは低負荷時などにおいて圧縮
比を高める場合は、各センサ１３，１３からの出力信号
に基づいて制御回路１５がオイルポンプ１４の加圧力を
強め、オイルパン１６内の圧油が油通路９ａ→９ｂ→９
ｃに達し、ここでスプリングｌｌａ圧に抗して逆上弁■
！を押し上げて上部液室５内に流入する一方、圧油が油
通路９ｂを介して切替弁ＩＯをスプリング１０ａに抗し
て、右方向へ押圧して第６図の位置にする。したがって
、油通路９ｄが閉塞され、下部液室８内の圧油は油通路
９ｅ、９ｆを通って外部へ流出するため、上部液室５内
の圧油量の増加に伴ってアウタピストン４が上方に持ち
上げられ圧縮比が高められる。

一方、機関高負荷時あるいは高回転時などで圧縮比を下
げる場合は、オイルポンプ１４の加圧力を弱め油通路９
ｂ、９ｃ内の油圧を低下させ、スプリング１１λの付勢
力によって逆止弁１１が油通路９ｃを閉じ、切替弁１０
が左方向に移動して油通路９ｆを閉じ、油通路９ｄ、９
ｅが接続される。したがって上部液室５内の圧油の略全
部が、逆止弁１２に太って逆流することなく下部液室８
に流入し、アウタピストン４が下がり低圧縮比状態を維
持するようになっている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の可変圧縮比内燃機関にあって
は、ピストンの相対位置変化に基づく圧縮比の変化を検
出する手段を何んら有していないため、圧縮比可変制御
の精度の悪化などによって例えば低負荷域から高負荷域
に変化したにも拘わらず依然高圧縮比状態を維持してい
企場合、点火時期の過進角によって排気ガス中のＮ　Ｏ
ｘが増加し、排気エミッション性能が悪化するばかりか
、ガソリン機関では連続的にノッキングが発生し易くな
る。また、高負荷域から低負荷域に変化したにも拘わら
ず依然低圧縮比状態を保持している場合は、点火時期の
過遅角などにより運転性や燃費の悪化を招く。

問題点を解決するための手段及び作用 この発明は、第１図に示すように、可変圧縮比内燃機関
の高低圧縮比状態時における運転中に、例えば点火時期
の一時的な強制進角を行ってノッキングを発生させるノ
ッキング発生手段Ａと、このノッキングの有無を検知す
るノッキング検知手段Ｂと、該ノッキング検知手段Ｂか
らの信号によって現在の圧縮比を判定する圧縮比判定手
段Ｃとを備えている。

実施例 第２図はこの発明に係る圧縮比検出装置の一実施例を示
し、この実施例は上記第６図に示すような可変圧縮比内
燃機関に適用されるのであるが、とりわけ電子制御燃料
噴射装置を備えた可変圧縮比ガソリン機関に適用したも
のを示している。

具体的に説明すれば、第２図の２１は機関回転数Ｎ及び
クランク角（ピストン位置）を検出するクランク角セン
サ、２２は吸入空気環Ｑを検出するエアフローセンナ、
２３は該エアフローセンサ２２の信号をデジタル量に変
換するＡ／Ｄ変換器、２４は機関のノッキングの発生の
有無を検出するノックセンサであって、この信号は波形
成形回路２５でフィルタをかけて波形成形した後Ａ／Ｄ
変換器２６でデジタル量に変換され、この信号と上記ク
ランク角センサ２１及びエアフローセンサ２２の各信号
が入出力信号処理用のＬＳＩ　　ｌ１０２７に人力され
るようになっている。このｌ１０２７は、プログラムに
沿って演算処理を行う中央処理回路（ＣＰＵ）２８にパ
スライン２９を介して連結されており、このＣＰＵ２８
はこの演算処理に必要な一時記憶用素子であるＲＡＭ３
０及びプログラムを記憶しているＲＯＭ３１と連結して
いる。モしてＣＰＵ２８は、上記クランク角センサ２１
からの機関回転数Ｎ信号及びエアフローセンサ２２から
の吸気量Ｑ信号から基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｑ／Ｎ）を
演算し、更にその地図外の機関水温センサなどからの信
号に基づき各種増量補正分等を考慮しつつ機関運転状態
に応じて燃料噴射量を演算して図外の燃料噴射弁にパル
ス信号を出力している。更に、上記クランク角センサ２
１の夏°信号に基づき図外の点火プラグの点火時期を進
角あるいは遅角制御している。

更に、このＣＰＵ２８は、機関に一時的にノッキングを
発生させるノッキング発生手段と、上記ノックセンサ２
４からの信号によって現在の圧縮比状態を判定する圧縮
比判定手段とを備え、この各手段で演算された制御値を
　ｌ１０２７に出力し、ここから点火コイル３２やオイ
ルポンプ３３及びアラーム３４に出力するようになって
いる。

第３図〜第５図は、上記ＣＰＵ２８においてタイマーあ
るいは機関回転数に同期した割り込み制御ルーチン（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）のフローチャート図である。まず、
第３図のルーチン（Ａ）では、上記の通常ルーチンで検
出される現在の機関回転数Ｎと、該Ｎとエアフローセン
サにより現在の吸入空気量Ｑに基づいて算出される基本
燃料噴射パルス幅Ｔ　ｐ　＝　Ｑ　／　Ｈの各値をステ
ップ（１）で読み込む。次にステップ（２）では予め定
義されている高低圧縮比切換マツプに基づき現在どの運
転状態で運転されているかを判別する（実線と破線はヒ
ステリシスを意味する）。ステップ（３）ではステップ
（２）の結果に基づき目標圧縮比フラグＦＡＥをセット
する。ここでＦＡＥ＝１は高圧縮比、ＦＡＥ＝０は低圧
縮比状態とする。次にステップ（４）において油圧を上
部液室等に圧送するオイルポンプを０Ｎ−ＯＦＦして加
圧力を制御し、高圧縮比を得る場合は加圧力を高め、低
圧縮比を得る場合は低下させるようになっている。

第４図に示すルーチンＣＢ）は、まずステップ（１０）
において上記目標圧縮比ＦＡＥの値に応じて高圧縮比ｒ
ｌＪの場合はステップ（１１）へ、低圧縮比「０」の場
合はステップ（１２）に進む。

上記ステップ（１１）は、高圧縮比時の点火時期マツプ
であり、機関回転数Ｎと燃料噴射量Ｔｐで決定される高
圧縮比点火時期Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈを求める。

ステップ（Ｉ３）は後述の強制進角を行わない通常時に
おけるノッキングの有無によりセットされる通常ノッキ
ングフラグＦＫＫであって、このＦＫＫの値がｒｌＪで
ある場合つまりノッキングが発生している場合はステッ
プ（１９）へ進み、「０」の場合つまりノッキングが発
生していない場合はステップ（１４）に進む。このステ
ップ（Ｉ４）では、タイマがオーバフローしたか否かを
判別し、オーバフローした場合つまりＹＥＳの場合はス
テップ（１５）に進み、ＮＯの場合つまリオーバフロー
していない場合はステップ（２０）に進む。上記ステッ
プ（１５）は、強制的にノッキングを発生させるための
補正進角マツプであり、補正進角量ΔＡＤＶＨは機関回
転数Ｎと基本燃料噴射ｍＴｐにより決定される。次にス
テップ（１６）では、強制進角フラグＦＡＤＶをｒｌＪ
にセット（強制進角）すると共に、タイマをリセットし
、ステップ（１７）に進む。このステップ（１７）は、
点火進角量ＡＤＶをＡＤＶＨにΔＡＤＶＨを加算した値
として与え、この値に基づきステップ（１８）で点火コ
イル３２を駆動してリターンする。

また、上記ステップ（Ｉ３）でｒｌＪであると判断しス
テップ（Ｉ９）へ進むと、ここではノッキングを回避す
るためにΔＡＤＶＨ−−αＮつまり通常運転時の遅角制
御を行い、そのままステップ（１７）に進む。ここで、
αは十の定数、Ｎはノッキングに応じて変化する正整数
値であり、このＮ値はこのルーチンを通過する毎に０に
向かって減じていくようにしている。更に、上記ステッ
プ（Ｉ４）でオーバフローしていない場合は通常の運転
状態であると判断してステップ（２０）に進み、ココテ
はΔＡＤＶＨ＝０１Ｆ’ＡＤＶ＝０に夫々セットし、ス
テップ（１７）に進む。

一方、ステップ（１２）は、ＦＡＥ（目標圧縮比）が低
圧縮比時の点火時期マツプであり、ステップ（１１）と
同様な方法で低圧縮比点火時期ＡＤＶＬを求め、ステッ
プ（２１）に進む。このステップ（２１）では通常ノッ
キングフラグＰＫＫの値にしたがってｒｌＪの場合つま
り通常運転時においてノッキングが発生した場合はステ
ップ（２６）で遅角制御が行われ、他方ノッキングの発
生がない「０」、の場合はステップ（２２）へ進み、こ
こでタイマオーバフローか否かを判別する。

ステップ（２３）〜（２７）は上記のステップ（１４）
、（１５）、（１６）、（１７）、（１９）、（２０）
と同じ処理を行うので説明を省略する。但し、ステップ
（２３）の補正進角の値ΔＡＤＶＬは、ステップ（１５
）のΔＡ　Ｄ　Ｖ　！−（よりも大きく設定しである。

次に第５図に示すルーチン（Ｃ）は、圧縮比及び燃焼状
態を判定するルーチンであって、まずステップ（３０）
において上述の目標圧縮比フラグＦＡＥが「１」つまり
高圧縮比の場合はステップ（３■）に、「０」つまり低
圧縮比の場合はステップ（３２）に進む。ステップ（３
１）では、（Ｂ）ルーチンで設定した強制進角フラグＦ
ＡＤＶが強制進角されているｒｌＪか否「０」かを判別
し、「ｌ」になっている場合はステップ（３３）に進み
、「０」になっている場合はステップ（３４）に進む。

上記ステップ（３３）では、図示しないがノッキングの
発生時にセットされる強制ノッキングフラグＦＫＮＯＣ
Ｋに従ってノッキングの有無を判別しており、ステップ
（３１）で強制進角されている場合はノッキングの発生
が正常である。したがって、ステップ（３３）でノッキ
ング有りとするｒｌＪと判別した場合はステップ（３５
）へ進む一方ノッキング無しとする「０」と判別した場
合はステップ（３６）に進む。と記ステップ（３４）で
は、ノッキングフラグＰＫＮＯＧＫによって通常のノッ
キングの有無を判別しており、ノッキングが発生してい
る場合「１」を判別した場合はステップ（３７）へ、ノ
ッキング無し「０」と判別した場合はステップ（３８）
へ夫々進む。ステップ（３７）では（Ｂ）ルーチンで使
用しているタイマのカウント作動をリセットしステップ
（３９）に進む。このステップ（３９）においては、通
常運転時においてノッキングが発生しているのでノッキ
ングフラグＦＫＫを「■」にセットしてリターンし、（
Ｂ）ルーチンの上記ステップ（Ｉ３）からステップ（１
９）に進んでΔＡ　Ｄ　Ｖ　Ｈ＝−αＮによって通常の
点火時期遅角制御を行う。一方上記ステップ（３８）で
は、高圧縮比状態における通常点火時期制御ＡＤＶ時に
ノッキングが発生しない状態として通常ノッキングフラ
グＰＫＫに「０」をセットしてリターンする。このよう
にステップ（３８）でＦＫＫにｒＯＪがセットされ、か
つステップ（３３）でノッキング有り「１」と判別した
場合にのみ正常に圧縮比切換えが行われていることが検
出できる。

また、上記ステップ（３５）では、通常ノッキングフラ
グＦＫＫによって通常運転時にノッキングが発生してい
るｒｌＪか否「０」かを判別し、ノッキングが発生して
いない「０」の場合はステップ（４０）へ進み、ノッキ
ングが発生しているｒｌＪの場合はリターンする。すな
わち、「０」の場合は、上記ステップ（３３）のｒｌＪ
判別との関連で強制進角状態ではノッキングが発生し、
通常運転状態ではノッキングが発生していないのである
から現在は目標圧縮比つまり高圧縮比状態でかつ正常な
燃焼状態であると判断できる。したがってステップ（４
０）では、実際の圧縮判別フラグＦＮＥに高圧縮比状態
を意味するｒｌＪをセットしく「０」は低圧縮比状態を
意味する。）、更にアラームフラグＦＡＬＭ＝０　（ア
ラーム０ＦＦ）を夫々セットしてリターンする。

そして、上記ステップ（３３）からステップ（３６）に
進む場合は、高圧縮比時に点火時期の強制進角を行った
にも拘わらずノッキングの発生が無い場合であるから、
圧縮比異常（目標とする圧縮比になっていない）あるい
は燃焼異常状態と判断され、したがってステップ（３６
）ではアラームフラグＦＡＬＭをｒｌＪにセットし、ス
テップ（４■）でアラーム３４にＯＮ信号を出力して運
転者にその旨を知らしめる。

一方、このルーチン（Ｃ）のステップ（３０）において
目標圧縮比フラグＰＡＥが低圧縮比「０」と判断した場
合も上記と略同様な処理を行い、ステップ（３２）でＦ
ＡＤＶがｒｌＪと判別した場合はステップ（４２）へ、
「０」と判別した場合はステップ（４３）へ進む。ステ
ップ（４２）では強制進角によるノッキングの有「ｌ」
、無ｒＯＪを判別し、「ｌ」の場合はステップ（４４）
へ、「０」の場合は上述のステップ（３６）へ進む。

ステップ（４４）ではＦＫＫフラグに応じて「０」の場
合つまり通常運転時のノッキングがない場合はステップ
（４５）へ、「１」の場合はそのま↓リターンする。ス
テップ（４５）では、ＦＮＥに低圧縮比状態を意味する
「０」をセットし、更にアラームフラグＦＡＬＭ＝０に
夫々セットしてリターンする。また、上記ステップ（３
２）が「０」と判別しステップ（４３）へ進むと、ここ
ではＦＫＮＯＫフラグに応じて「１」であれば上述のス
テップ（３７）へ進みステップ（３９）でＦＫＫを「１
」にセットしてリターンする一方、「０」であればステ
ップ（４６）へ進み、ここでは低圧縮比状態における通
常点火時期制御へＤＶ時のノッキング発生しない状態と
してＦＫＫに「０」をセットしてリターンする。このＦ
ＡＥフラグが低圧縮比の場合も、強制進角を行ったにも
拘わらずノッキングの発生が無い場合には圧縮比異常あ
るいは燃焼異常状態と判断され、ステップ（３６）−ス
テップ（４Ｉ）でアラーム３４にＯＮ信号を出力して運
転者にその旨を知らせることができる。

尚、上記実施例ではノッキングの強制的な発生手段とし
て点火プラグの点火時期を用い、ルーチン（ｎ）のステ
ップ（ｌ　Ｉ）とステップ（Ｉ２）を高低圧縮比の点火
時期マツプとしているが、上記ノッキング発生手段とし
て空燃比を用いることも可能であり、この場合はステッ
プ（１１）。

（１２）を空燃比マツプとし、ステップ（１５）。

（２３）をリーン化の補正増と読み替えれば空燃比を一
時的にリーン化することによりノッキングを発生させ、
ノッキングの有無によって圧縮比状態を検出することが
できる。また、ＥＧＲｆｆｉを変化させること（こよっ
て圧縮比状態を検出することも可能である。

更に、この実施例では圧縮比可変手段として第６図に示
すようなインチピストンとアウタピストン間の相対位置
を変化させる構成の機関に適用した場合を示したが、こ
れに限定されることなく例えばコンロッド長さを変化さ
せる構成のものにも適用できる。更にまた、可変圧縮比
ディーゼル機関に適用できるばかりか、電子制御燃料噴
射装置を備えない機関にも適用できる。

発明の効果。

以上の説明で明らかなように、この発明に係る可変圧縮
比内燃機関の圧縮比検出装置によれば、運転中における
現在の高低圧縮比状態を高精度に検出できるため、圧縮
比状態に応じて、燃料にかかわる要因（点火時期、空燃
比等）を変えることが可能となる。この結果、点火時期
の過進遅角制御による運転性や排気エミッシタンの悪化
が防止され、また、ノッキングの発生が回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を示すブロック図、第２図
はこの発明の一実施例を示すブロック図、第３図はこの
実施例の中央処理回路によるオイルポンプ制御のフロー
チャート図、第４図は上記中央処理回路による点火コイ
ル制御のフローチャート図、第５図は上記中央処理回路
により現在の圧縮比や燃焼状態を判定するフローチャー
ト図、第６図は従来の可変圧縮比内燃機関を示す全体構
成図である。 Ａ・・・ノッキング発生手段、Ｂ・・・ノッキング検知
手段、Ｃ・・・圧縮比判定手段、２１・・・クランク角
センサ、２２・・・エアフローメータ、２４・・・ノッ
クセンサ、２８・・・中央処理回路、３２・・・点火コ
イル、３３・・・オイルポンプ、３４・・・アラーム。 外２名 ２１−一一つつンク角センサ ２２−−一エアフローメータ ２４−−−ノｔツク乞ンサ ２８−−一中央処理回路 ３２−−一寿、大コイル ３３−−−オイルボじア ３４−一−アラーム 第２図 第３図 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ内を摺動するピストンとクランク軸との
   相対位置変化によって圧縮比を変化させる可変圧縮比内
   燃機関において、上記機関に一時ノッキングを発生させ
   るノッキング発生手段と、該ノッキングの有無を検知す
   るノッキング検知手段と、該ノッキング検知手段からの
   信号によって現在の圧縮比を判定する圧縮比判定手段と
   を備えたことを特徴とする可変圧縮比内燃機関の圧縮比
   検出装置。