JPH01100327A

JPH01100327A - 過給機付圧縮比可変型エンジン

Info

Publication number: JPH01100327A
Application number: JP25591287A
Authority: JP
Inventors: Koji Morikawa; 弘二森川
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-18

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、点火時期、圧縮比、および、過給圧を運転条
件に応じて可変設定する過給機付き圧縮比可変型エンジ
ンに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］従来か
ら、圧縮比を高めれば、エンジンの出力が向上すること
が知られており、最近では、高負荷運転時の容積効率を
高めるため過給機を併設だエンジンも多い。

しかし、この圧縮比（あるいは圧縮圧）を必要以上に高
めると、急加速などの過渡時、高速高負荷運転時、ある
いは、過給機の過給ゾーンなどでノッキングが発生しや
すくなる。

よって、圧縮比一定のエンジンでは、この肥縮比をノッ
キングの発生しない限られた領域で設定する必要がある
。その結果、定常運転時の出力が相対的に制約を受ける
ことになるばかりでなく、爆料消費率の低減を実現覆る
際の障害にもなる。

例えば、特開昭５９−４１６３７公報には、燃焼室に副
室を連通形成し、この副室に１■装された副ピストンを
運転条件に応じて進退動作させ、ノックセンサの出力信
号により、ノックの発生しない最大トルクをえられる範
囲に圧縮比を可変設定する、いわゆる、可変圧縮比型エ
ンジンの技術が開示されている。

ところで、ノックキングはエンドガスの急激な燃焼にと
もなう圧力振動によって生じるものと考えられている。

したがって、上記先行技術のごとく、各運転領域の最適
圧縮比をエンジンのノッキングを検知することによりフ
ィードバック制御するものでは、燃焼室の圧力が急激に
上昇した場合でもノッキングが発生するまでは圧縮圧の
異常を検出できず、ノックキングの発生しない最大トル
クが得られる領域に圧縮比を的確に制御するには限界が
ある。

一方、ノックの防止対策として点火時期を制御する手段
が一般に多く採用されているが、上述と同様にノックセ
ンサによってノックの有無を検出すものであり、ノック
限界まで点火進角を近付けるには限界がある。

とくに、過給義を装備する圧縮比可変型エンジンでは、
点火進角、圧縮比に加え、過給圧を適性に制御する必要
があるが、従来のこの種のエンジンでは、それらを有機
的に制御づることが困難で、エンジンのポテンシャルを
充分に引きだすことができない。

Ｌ発明の目的Ｊ本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、点火時期
と圧縮比と過給圧とを有機的に且つ高い精度に制御する
ことができ、最大トルクをノッキングなしに得ることが
でき、最良の条件下でエンジンのポテンシャルを充分に
引きだすことができ、且つ、排気エミッションの低減、
燃費およびドライバビリティの向上を図ることのできる
過給機付き圧縮比可変型エンジンを提供することを目的
としている。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は、燃
焼室に一連通する副室に嵌装された副ピストンを進退動
作させて圧縮比を可変設定するるアクチュエータと、過
給機の過給圧を可変設定するアクチュエータとが運転状
態に応じて動作信号を出力す、るＰａ制御手段に接続さ
れている過給機付き圧縮比可変型エンジンにおいて、前
記制御手段に、運転条件検出手段からの検出値に基づき
基本圧縮比を設定する基本圧縮比設定手段と、筒内圧セ
ンサの出力信号から図示平均有効圧を検出する図示平均
有効圧検出手段と、上記筒内圧センサの出力信号からノ
ッキングを検出するノッキング検出手段と、点火時期を
上記ノッキング検出手段のフィードバック出力に基づき
ノック限界まで進角させる点火時ｍ調整手段と、点火進
角前後の上記図示平均有効圧検出手段で検出された図示
平均有効圧を比較し、その比較値に応じ上記図示平均有
効圧が最大となる方向へ圧縮比および過給圧を設定する
圧縮比、過給圧調整手段とが設けられているものである
。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は過給機付き圧
縮比可変型エンジンの要部概略図、第２図は制御手段の
ブロック図、第３図は筒内圧制御のフローチャート、第
４図は調整モードのフローチャートである。

図中の符号１はエンジン本体であり、このエンジン本体
１のシリンダヘッド１ａ側に、ピストン２にて区画形成
された燃焼室１ｂが形成され、この燃焼室１ｂに筒内圧
センサ１３および点火栓１４が臨まされている。さらに
、このシリンダヘッド１ａに、上記燃焼室１ｂ１．：８
通する副室１ｃが穿設されており、この副室１Ｃに副ピ
ストン１０が嵌装され、この副ピストン１０にアクチュ
エータ１１のプランジャ１１ａが連設されている。

また、上記シリンダヘッド１ａに、上記燃焼室１ｂに連
通する吸入管３と排気管４が各々連通されており、その
中途に過給機１５の過給室１５ａとタービン室１５ｂが
各々形成されている。ざらに、この各室１５ａ、１５ｂ
に、ロータ１５ｃのインペラ１５ｄと排気タービン１５
ｅが介装されている。

また、上記排気管４には、上記タービン室１５ｂを迂回
する排気バイパス通路１６が接続されており、この排気
バイパス通路１６の上流側に、ウェストゲートバルブ１
７が介装されている。さらに、このウェストゲートバル
ブ１７のステム１７ａが、吸気管負圧でコントロール動
作するアクチュエータ１８に連設されている。このアク
チュエータ１８の動作！１８ａに、上記吸入管３のスロ
ットルバルブ（図示せず）の直下流に一端を連通する負
圧通路１９の他端が連通されている。さらに、この負圧
通路１９の中途に、過給圧コントロールソレノイド２０
に連設するコントロールバルブ２０ａが介装されている
。

また、上記吸入管３の上記過給室１５ａの下流側に形成
されたエアチ１７ンバ３ａに、圧力センサ５が配設され
ている。

また、上記エンジン本体１に形成されたウォータジャケ
ット１ｄに水温センサ６が配設されている。ざらに、上
記ピストン２にｉｉ設するクランク軸７に固設されたシ
グナルディスクプレート８にクランク角センサ９が対設
されている。

また、符号１２は制御手段であり、この制御手段１２の
入力側に上記各センサ５．６．９．１３などで構成され
た運転条件検出手段２１が接続されている。なお、符号
１３ａはチャージアンプである。

また、この制御手段１２の出力側に、上記アクチュエー
タ１１のコイル（図示せず）、上記点火栓１４に点火電
圧を出力する点火回路１４ａ、および、上記過給圧コン
トロールソレノイド２０が各々接続されている。

上記制御手段１２には、基本圧縮比設定手段２２、圧縮
比調整手段２３、過給圧調整手段２４、点火時期調整手
段２５、Ｐｉ（図示平均有効圧）検出手段２６、ノッキ
ング検出手段２７が設けられている。

上記基本圧縮比設定手段２２では、上記水温センサ６で
測定され冷ｒＪ］水温Ｔｗから現運転時のエンジン温度
を割出し、このエンジン温度に応じた特定圧縮比マツプ
を、予め実験などから設定してＲＯＭに記憶されている
複数の圧縮比マツプＭＰεの中から選択する。そして、
上記圧力センサ５で測定された吸入空気ｆＪＱと、上記
クランク角センサ９で測定されたエンジン回転数Ｎから
、上記特定圧縮比マツプの中の該当エリアに記憶されて
いる圧縮比係数を取出し、この圧縮比係数から基本圧縮
比を演算する。

上記ノッキング検出手段２７では、上記筒内圧センサ１
３で測定された筒内圧Ｐから指圧波形を読み、ノックの
有無を検出する。

上記Ｐｉ検出手段２６では、上記クランク角センサ９で
測定されたクランク角θから基準となる上死点等を判別
し、さらに、上記筒内圧センサ１３で測定された筒内圧
Ｐを取入れ、１サイクルごとの図示平均有効圧Ｐｉを演
算する。

４サイクルエンジンの場合、この図示平均有効圧Ｐｉは
、Ｖｈ：行程容量 θ：上死点前のクランク軸回転角Ｐ：各回転角での筒内圧 ■θ：各回転各での容積変化分で求められる。

すなわち、上記クランク角センサで測定されたクランク
角θから気筒の容積変化を演算し、容積変化分Ｖθの変
化があったとき、上記筒内圧センサ１３の信号から筒内
圧Ｐを測定し、この筒内圧Ｐと上記気筒容積゛変化分Ｖ
θとの積を順次計算し、次いで、１サイクルごとの総和
を行程容積■ｈで割ることにより上記図示平均有効圧Ｐ
ｉを演算する。

また、点火時期調整手段２５では、上記吸入空気ｆｆ１
Ｑと上記筒内圧Ｐとから現運転時の負荷に応じた基本点
火進角を求め、この基本点火進角を、上記Ｐｉ検出手段
２６で演算された図示平均有効圧Ｐｉ１および、上記ノ
ッキング検出手段２７からのノック検知信号に基づいて
補正し、実際の点火進角を演算する。そして、この実際
の点火進角でノックが検出された場合、リタードしノッ
ク発生前の点火進角に設定する。

また、上記圧縮比調整手段２３では、上記基本圧縮比設
定手段２２で演算した基本点火進角を、上記Ｐｉ検出手
段２６にて演算された図示平均有効圧Ｐｉと、上記ノッ
キング検出手段２７からの出力信号に基づきフィードバ
ック補正して、実際の圧縮比を演算し、上記アクチュエ
ータ１１のコイルへ動作信号を出力する。

さらに、上記過給圧調整手段２４では、点火進角後、上
記ノッキング検出手段２７にてノックが検出されていな
い場合、図示平均有効圧Ｐｉを検出し、その値に応じた
過給圧を演算し、上記過給圧コントロールソレノイド２
０へ動作信号を出力する。

次に、上記制御手段１２の制御手順を第３図、第４図の
フローチャートに従って説明する。

通常の制御動作は第３図のメインルーチンに従って行わ
れる。

まず、ステップ１０１で、運転条件検出手段２１から冷
却水温ＴＶ１エンジン回転数Ｎ、吸入空気量Ｑ、筒内圧
Ｐなどを、求め、現在の運転条件を検出する。

そして、ステップ１０２で上記冷却水温ＴＶに基づき複
数に区分された圧縮比マツプＭＰεの中から、特定圧縮
比マツプを選択し、次いで、上記吸入空気ＩＱとエンジ
ン回転数Ｎから上記特定圧縮比マツプ中の該当エリアに
記憶されてい圧縮比係数を取出し、それに基づいて基本
圧縮比を設定する。

その後、ステップ１０３では、上記吸入空気ｆｉＱから
エンジンの負荷状態を判定し、高負荷の場合は、ステッ
プ１０４へ進み、それ以外の場合は上記ステップ１０１
へ戻る。

そして、ステップ１０４では、点火時期制御、圧縮比制
御、過給圧制御などの調整モードを実行する。

その間、ステップ１０５では、運転条件を上記ステップ
１０１と同様の手段で検出し、ステップ１０Ｇで、この
運転条件と、上記ステップ１０１で検出した運転条件と
を比較し、運転条件が変ったかどうかが判定される。変
化がない場合はステップ１０５を繰返す。

運転条件が変化した場合は、上記ステップ１０４で実行
されている調整モードを停止しくステップ１０７　）　
、ステップ１０２へ戻り、上記ステップ１０５で検出さ
れた運転条件に基づき基本圧縮比を演算する。

一方、上記ステップ１０４の調整モードは、第４図のサ
ブルーチンに従って実行される。

ステップ２０１では、前記ステップ１０１で検出された
運転条件から、ノック限界の点火進角を演算し、点火回
路１４ａに点火信号を出力し、この点火回路１４ａから
点火栓１４に点火電圧を供給する。そして、ステップ２
０２で、上記ノッキング検出手段２７からの出力信号に
基づき、ノックの有無を判定する。

ノックが発生した場合は、ステップ２０３へ進み、点火
時期をリタードし、ノック発生前の点火進角に設定して
、ステップ２０２へ戻る。また、ノックが発生してしな
い場合は、ステップ２０４へ進み、そのときの図示平均
有効圧Ｐｉを演算し、また、ステップ２０５で過給圧コ
ントロールソレノイド２０へ過給圧を上げる動作信号を
出力する。

上記過給圧コントロールソレノイド２ｏは、上記制御手
段１２の出力信号に応じて、コントロールバルブ２０ａ
を閉弁する。すると、アクチュエータ１８の動作室１８
ａに負圧通路１９を介して導入される負圧が減衰し、こ
のアクチュエータ１８に連設するウェストゲートバルブ
１７が、排気バイパス通路１６を閉弁する。

その結果、過給機１５のタービン室１５ｂに介装されて
いる排気タービン１５ｅにかかる排気圧が高くなり、吸
入管３の排気タービン１５ｅに介装されているインペラ
１５ｄの回転速度が高めらけれ、その分、過給圧が上昇
する。

そして、ステップ２０６では、上記ノッキング検出手段
２７の測定値から、過給後のノックの有無を検知し、ノ
ックが発生している場合は、ステップ２０７へ進み、点
火時期をリタードして上記ステップ２０６を繰り返す。

一方、ノックが発生した場合は、ステップ２０８へ進み
、ノック発生時の図示平均有効圧Ｐｉを検出し、ステッ
プ２０９で上記ステップ２０４で検出した過給圧上昇前
の図示平均有効圧Ｐｉと比較する。

そして、この図示平均有効圧Ｐｉが上昇している場合は
、ステップ２１０へ進み、また、下がっている場合は、
ステップ２１１へ進む。

プログラムがステップ２１０へ進むと、上記図示平均有
効圧Ｐｉが下がった分だけ、圧縮比を上げるべくアクチ
ュエータ１１へ動作信号を出力する。

すると、このアクチュエータ１１に、プランジャ１１ａ
を介して連設する副ピストン１０が副室１Ｇを突出方向
へスライドし、燃焼室１ｂの容積を少なくし、圧縮比を
相対的に高める。

次いで、ステップ２１２でノックの有無が判定され、ノ
ックが発生している場合はノック限界を越えているので
、点火時期をリタードして（ステップ２１３　）　、上
記ステップ２１２を繰り返す。

また、ノックが発生していない場合は、ステップ２１５
へ進み、図示平均有効圧Ｐ１を再び検出する。そして、
上記ステップ２０８で検出した図示平均有効圧Ｐｉと比
較し、上昇している場合は、最大トルクまで未だ余裕が
あると判断し、上記ステップ２０５へ戻り過給圧を上げ
る。また、図示平均有効圧Ｐｉが下がった場合はステッ
プ２６１へ進む。

一方、上記ステップ２０９で図示平均有効圧Ｐｉが下が
ったと判断された場合、得られる最大トルクを越えた値
に圧縮比が設定されているので、ステップ２１１で圧縮
比を下げる補正をする。

次いで、ステップ２１７で、この圧縮比に応じた点火進
角を設定し、ステップ２１８で、この点火進角時に、ノ
ックが発生したかどうかが判定され、発生した場合は、
ノック限界を越えているので、リタードしくステップ２
１９　）　、上記ステップ２１８を繰返す。

一方、ノックが発生していない場合は、ステップ２２０
へ進み、そのときの図示平均有効圧Ｐｉを検出し、前記
ステップ２０８で検出した図示平均有効圧Ｐｉと比較す
る（ステップ２２１）。

そして、図示平均有効圧Ｐｉが下がった場合は、得られ
る最大トルクに対し未だ余裕があると判断し、上記ステ
ップ２０５へ戻り、過給圧を上げる補正をする。一方、
図示平均有効圧Ｐｉが上昇している場合は、ノック限界
に余裕があると判断し、ステップ２１６へ進み、過給圧
を下げた後、再び、ノック限界まで点火進角させる（ス
テップ２２２）。

ところで、上記ステップ２１６で、上記過給圧コントロ
ールソレノイド２０に過給圧を下げる信号か出力される
と、この過給圧コントロールソレノイド２０のコントロ
ールバルブ２０ａが次第に開弁され、吸入管３の負圧が
負圧通路１９を介してアクチュエータ１８の動作室１８
ａに導入される。

すると、このアクチュエータ１８に連設するつ工ストゲ
ートバルブ１７が排気バイパス通路１６を次第に開弁じ
、排気ガス圧を排気バイパス通路１６へ逃がす。その結
果、過給機１５の排気タービン１５ｅにかかる排気ガス
圧が低下し、その分、インペラ１５ｄの吸入空気に対す
る予圧が低下し、過給圧か相対的に低下する。

そして、ステップ２２３でノックの有無を検出する。ノ
ックが発生している場合は、リタードして上記ステップ
２２３を繰返す。また、ノックが発生していない場合は
、ステップ２２５へ進み、そのとぎの図示平均有効圧Ｐ
ｉを検出する。そして、ステップ２２６で、図示平均有
効圧Ｐｉが上記ステップ２２０、あるいは、ステップ２
１４で検出した図示平均有効圧Ｐｉと比較し、上昇して
いる場合は、ノック限界に未だ余裕があると判断し、圧
縮比を下げ（ステップ２１１）、且つ、点火進角させる
（ステップ２１７）。

一方、図示平均有効圧Ｐｉが下がった場合は、得られる
最大トルクに余裕があると判断し、ステップ２１０へ戻
りノック限界まで圧縮比を上げる。

このようなプロセスを、前記第３図のメインルーヂンで
調整モード停止（ステップ１０７）の指令があるまで繰
り返し実行し、図示平均有効圧Ｐｉ、すなわち、得られ
るトルクが最大になるように、点火時期、圧縮比、過給
圧を有機的に制御する。

し発明の効果］以上説明したように本発明によれば、点火時期と圧縮比
と過給圧とを有機的に且つ高精度で制御することができ
る。

最大トルクをノッキングなしに得ることができる。

最良の条件下でエンジンのポテンシャルを充分に引きだ
すことができる。

排気エミッションの低減、燃費およびドライバビリティ
の向上を図ることができるなど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は過給機付き圧
縮比可変型エンジンの要部概略図、第２図は制御手段の
ブロック図、第３図は筒内圧制御のフローチャート、第
４図は調整モードのフローチャー１〜である。１ｂ・・・燃焼室、１Ｃ・・・副室、１ｏ・・・ｎ１ピ
ストン、１１・・・（副ピストンの）アクチュエータ、
１３・・・筒内圧センサ、１５・・・過給機、１８・・
・（過給機の）アクチュエータ、２１・・・運転条件検
出手段、２２・・・基本圧縮比設定手段、２３・・・圧
縮比調整手段、２４・・・過給圧調整手段、２５・・・
点火時期調整手段、２６・・・図示平均有効圧検出手段
、２７・・・ノッキング検出手段、Ｐｉ・・・図示平均
有効圧。

Claims

【特許請求の範囲】燃焼室に連通する副室に嵌装された副ピストンを進退動
作させて圧縮比を可変設定するるアクチュエータと、過
給機の過給圧を可変設定するアクチュエータとが運転状
態に応じて動作信号を出力する制御手段に接続されてい
る過給機付き圧縮比可変型エンジンにおいて、前記制御
手段に、運転条件検出手段からの検出値に基づき基本圧
縮比を設定する基本圧縮比設定手段と、筒内圧センサの出力信号から図示平均有効圧を検出する
図示平均有効圧検出手段と、上記筒内圧センサの出力信号からノッキングを検出する
ノッキング検出手段と、点火時期を上記ノッキング検出手段のフィードバック出
力に基づきノック限界まで進角させる点火時期調整手段
と、点火進角前後の上記図示平均有効圧検出手段で検出され
た図示平均有効圧を比較し、その比較値に応じ上記図示
平均有効圧が最大となる方向へ圧縮比および過給圧を設
定する圧縮比、過給圧調整手段とが設けられていること
を特徴とする過給機付き圧縮比可変型エンジン。