JPH0635842B2 - 圧縮比可変機構付内燃機関の圧縮比制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧縮比可変機構を有する内燃機関の圧縮比の
切換え制御方法に関する。

〔従来の技術〕

オット−サイクル内燃機関においては、圧縮比を上げる
とそれだけ燃焼効率が向上でき燃費が改善されるととも
に軸トルクが向上するので、圧縮比を上げることが望ま
れる。しかし、圧縮比を上げると燃焼室内で断熱圧縮さ
れて温度が上がったとき着火し易くなってノッキングも
生じやすくなり、圧縮比の増大が制限される。ノッキン
グは、燃焼室内に多量の空気が吸収される中、高負荷時
に生じやすく、吸引空気量が小で燃焼室における実質的
圧縮度合の小さい軽負荷時には生じにくいので、圧縮比
を負荷に応じて可変とし、中、高負荷時に適切となるよ
うに設定しておいた圧縮比を軽負荷時に増大させるよう
にすることが望まれる。この意味で従来から内燃機関の
圧縮比可変機構は多々提案されている。

圧縮比可変機構付内燃機関では、高圧縮比、低圧縮比側
への切換えは、ノッキングを発生させずに最も効率のよ
い運転状態を追っかけていくよう制御することが望まし
い。

このような点に着目して、ノッキング発生の有無を検出
するノッキングセンサからの信号に応じ、圧縮比可変機
構を制御するようにした技術が知られている（特開昭５
９−１８８０５６号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の提案の構造では、ノッキングセン
サにより実際のノッキングの発生を検知してからの圧縮
比切換え制御となるため、ノッキングを全く発生させず
に最適な圧縮比の運転状態を常に保っていくことが難し
いという問題がある。

また、上記提案とは別に、従来、圧縮比可変機構付多気
筒内燃機関においては、機関全体でみた回転数、負荷、
ノッキング等に対し、全気筒画一的に圧縮比が制御され
ていた。

しかし、多気筒内燃機関においては、各気筒毎に、製作
精度からの燃焼室容積のばらつき、冷却状態の気筒差、
吸気分配による気筒差、各部摩耗等の経時変化による気
筒差、等種々の原因による気筒差が存在する。そのた
め、圧縮比の制御は最大公約数的なものしかできず、本
来個々の気筒が持つ能力を最大限に引き出すことが難し
いという問題があった。

本発明の目的は、ノッキングを全く発生させずに最適な
圧縮比の制御が可能であり、かつ多気筒内燃機関にあっ
ては各気筒毎に最適な運転状態にすることが可能な圧縮
比の制御方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明の圧縮比可変機構付
内燃機関の圧縮比制御方法は、圧縮比を高圧縮比と低圧
縮比とに切換え可能な圧縮比可変機構付内燃機関の圧縮
比の制御方法において、燃焼圧力センサの出力信号がノ
ッキングの危険が増大していることを示す第１の設定圧
力値を越えた場合には低圧縮比側へ圧縮比を切換え、燃
焼圧力センサの出力信号が圧縮比を高めてもノッキング
の発生のおそれのないことを示す第２の設定圧力値を下
まわった場合には高圧縮比側へ圧縮比を切換える方法か
らなる。

〔作 用〕

このような圧縮比制御方法においては、燃焼状態を最も
よく表わしている代表値として燃焼圧力が採用され、燃
焼圧力が第１の設定圧力値、すなわち負荷および回転数
等の変化によりノッキングの危険が増大していることを
代表する圧力値を越えた場合には低圧縮比側に切換えら
れ、実際にノッキングを発生させることなく効率よくノ
ッキングの発生が確実に防止される。また、燃焼圧力が
第２の設定圧力値、すなわち圧縮比を高めてもノッキン
グの発生のおそれのない領域を代表する圧力値を下まわ
った場合には高圧縮比側へと切換えられ、ノッキングを
発生させずに燃料効率の高い運転状態へと切換えられ
る。したがって、機関は燃焼状態に応じて、ノッキング
を発生させることのない最も燃焼効率の高い運転状態へ
と常に切換え制御される。

また、この制御を多気筒内燃機関の各気筒毎に採用すれ
ば、各気筒毎に気筒の状態に応じて常に最適な運転状態
に制御することが可能となり、機関全体としても最も効
率の良い最適な運転状態が得られる。

〔実施例〕

以下に本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係る圧縮比制御方法の制
御フロー、第２図ないし第４図は本方法を多気筒内燃機
関に適用した場合の装置の概略構成を示している。

まず、第３図および第４図に一実施例として示した圧縮
比可変機構について説明する。

図において、１はシリンダブロック、２はピストン、３
はコネクティングロッド、４はピストンピンを示してい
る。コネクティングロッド３の小端部のピストンピン挿
通孔５とピストンピン４の外周との間には、円周方向に
肉厚が変化し、内周円と外周円とが互に偏心している筒
状体から成る偏心ベアリング６が回転可能に介装されて
いる。

コネクティングロッド３の、偏心ベアリング６に対応す
る位置には偏心ベアリング６の半径方向延長線に延びる
ロックピン収納穴７が形成され、該穴７には、ロックピ
ン８が摺動自在にかつ穴７から偏心ベアリング６に対し
て出没自在に収納されている。一方、偏心ベアリング６
には、その半径方向厚みが厚い部分に、ロックピン８が
出没できる径をもつロックピン係合孔９が形成されてお
り、該ロックピン係合孔９にロックピン８が係合すると
ピストン２をコネクティングロッド３に対して高位置に
保ち高圧縮比とし、ロックピン８による係合が解除され
ているときには、偏心ベアリング６が自在に回転し、圧
縮上死点でピストン２は低位置となり、低圧縮比状態を
現出できるようになっている。

ロックピン８の駆動は、オイル通路を介してシリンダブ
ロックから送られてくる潤滑油の圧油によって行なわれ
る。

ロックピン収納穴７には、ロックピン８を挟んでロック
ピンロック用油圧通路１０とロックピンアンロック用油
圧通路１１とが接続され、ロックピンロック用油圧通路
１０はロックピン８を偏心ベアリング６方向に付勢する
位置に開口されている。また、第４図に示すように、偏
心ベアリング６の外周にはロックピン８に対応する位置
に、円周方向に延びるロックピンガイド溝１２が形成さ
れ、この溝１２には、前記ロックピン係合孔９が設けら
れている。

コネクティングロッド３内に設けられた前記油圧通路１
０、１１は、コネクティングロッド大端部の軸受円周上
に互に独立して設けられた油溝１３、１４にそれぞれ連
通されている。油溝１３、１４は、クランクシャフト１
５内の油通路１６を介して、クランクシャフトのジャー
ナル軸受の円周上に互に独立して設けられた油溝１７、
１８に、クランクシャフト１５の回転時に間欠的に連通
可能に接続されている。油溝１７は油溝１３を介してロ
ックピンロック用油圧通路１０に連通可能であり、油溝
１８は油溝１４を介してロックピンアンロック用油圧通
路１１に連通可能である。

シリンダブロック１内には、高圧縮比用メインオイル通
路１９と低圧縮比用メインオイル通路２０とが設けられ
ており、高圧縮比用メインオイル通路１９は油溝１７に
連通され、低圧縮比用メインオイル通路２０は油溝１８
に連通されている。オイルポンプによって汲み上げられ
たオイルは、高圧縮比用メインオイル通路１９か低圧縮
比用メインオイル通路２０の何れかに送られ、圧縮比の
切換えが制御できるようになっている。

つぎに、第２図について説明する。

多気筒内燃機関（本実施例では４気筒）の各気筒には、
それぞれ燃焼室における燃焼圧力を検知する燃焼圧力セ
ンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが設けられてい
る。この燃焼圧力センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１
ｄは、独立の演算機能を有するＣＰＵ２２ａ、２２ｂ、
２２ｃ、２２ｄにそれぞれ接続されており、燃焼圧力セ
ンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれの出力
信号が入力される。各ＣＰＵ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、
２２ｄからは、前述の圧縮比可変機構に信号が送られ、
各気筒＃１、＃２、＃３、＃４の各々について圧縮比の
切換え制御が行われるようになっている。

このように構成された装置を用いて、本発明の方法は次
のように実施される。

第１図に、本発明の圧縮比制御方法を実施するための制
御フローを示す。このフローチャートは、各気筒の１サ
イクル毎に行われる割り込みルーチンを示している。

まず、現在の圧縮比の状態が、高圧縮比側か低圧縮比側
かが判別される。これは、たとえば圧縮比制御系の信号
で判別される。

つぎに、高圧縮比状態と判定された場合は、燃焼圧力セ
ンサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの出力信号によ
り、燃焼最高圧が第１の設定圧力値以上かどうか判別さ
れる。ここで第１の設定圧力値は、負荷及び回転数等の
変化により、ノッキングの危険が増大していることを代
表する値として与えられる。つまりこれ以上圧力が増大
するとノッキングのおそれがあるところである。これに
より、ＹＥＳと判定された場合には、低圧縮比側に切換
えられ、圧縮比が下げられる。

また、低圧縮比状態と判定された場合は燃焼圧力が第２
の設定圧力値以下かどうか判別される。ここで第２の設
定圧力値は、圧縮比を高めてもノッキングのおそれのな
い領域を代表とする値として与えられる。これによりＹ
ＥＳと判定された場合には、高圧縮側に切換えられ、圧
縮比は上げられる。

この圧縮比の切換え制御をより詳しく説明するために、
第５図、第６図に示す。第５図は、クランク角に対する
一般的な燃焼圧力の変化状態を示しており、通常上死点
（ＴＤＣ）を少し越えた点で最高燃焼圧力となる。この
最高燃焼圧力が燃焼圧力センサ２１ａ、２１ｂ、２１
ｃ、２１ｄにより、各気筒毎に検知される。

第６図は、機関の負荷と燃焼圧力との関係について、高
圧縮比状態Ａの場合と低圧縮比状態Ｂの場合とについ
て、それぞれの特性を示す。そして、前述の第１の設定
圧力値は、Ｐ_１点として設定され、高圧縮比状態でそれ
以上負荷が増えるとノッキングの発生のおそれがある点
として設定される。一方、第２の設定圧力値は、Ｐ_２点
として設定され、そのとき低圧縮比状態から高圧縮比側
に切換えてもノッキングのおそれのない点として設定さ
れる。このＰ_１点とＰ_２点における圧縮比の切換え制御
特性においては、本実施例では図に示すように若干のヒ
ステリシスが与えられている。

第６図に示すように、高圧縮比状態Ａにて燃焼圧力がＰ
_１点を越えると、低圧縮比Ｂ側へと切換えられるので、
ノッキングの発生のおそれのある領域Ｃに入ることは未
然に防止される。また、低圧縮比状態Ｂにて燃焼圧力が
Ｐ_２点を下まわると、高圧縮比Ａ側へと切換えられるの
で、ノッキングを発生させることなく燃焼効率が高めら
れる。

そして、この制御を、本実施例の如く各気筒＃１、＃
２、＃３、＃４毎に行えば、各気筒毎に圧縮比は、ノッ
キングを発生させることのないかつ最も燃焼効率の高い
最適な運転状態へと制御される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、圧縮比の切換えを、気筒の運転状態を
最もよく表わす値としての燃焼圧力に応じて行うように
し、常にノッキング発生限界内の最高効率運転状態をね
らうことができるようにしたので、ノッキングを全く起
こさせることなく、機関が最適な燃焼効率を発揮できる
よう圧縮比の切換え制御を行うことができるという効果
が得られる。

また、多気筒内燃機関に本発明を適用すれば、各気筒毎
にノッキングを制御した最高の燃焼効率をねらうことが
でき、機関全体として常に最適な運転状態に制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る方法を実施するための
制御のフローチャート、 第２図は多気筒内燃機関に本発明を適用した場合の機関
の概略構成図、 第３図は圧縮比可変機構の一例を示す機関の部分縦断面
図、 第４図は第３図の装置を直角方向からみた機関の部分縦
断面図、 第５図は燃焼圧力とクランク角との関係図、 第６図は圧縮比切換え制御を示す機関の負荷と燃焼圧力
との関係図、 である。 ２……ピストン ３……コネクティングロッド ４……ピストンピン ６……偏心ベアリング ８……ロックピン １０……ロックピンロック用油圧通路 １１……ロックピンアンロック用油圧通路 １９……高圧縮比用メインオイル通路 ２０……低圧縮比用メインオイル通路 ２１ａ、２１ｂ、 ２１ｃ、２１ｄ……燃焼圧力センサ ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ……ＣＰＵ Ａ……高圧縮比の場合の特性 Ｂ……低圧縮比の場合の特性 Ｃ……ノッキング発生のおそれのある領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮比を高圧縮比と低圧縮比とに切換え可
   能な圧縮比可変機構付内燃機関の圧縮比の制御方法にお
   いて、燃焼圧力センサの出力信号がノッキングの危険が
   増大していることを示す第１の設定圧力値を越えた場合
   には低圧縮比側へ圧縮比を切換え、燃焼圧力センサの出
   力信号が圧縮比を高めてもノッキングの発生のおそれの
   ないことを示す第２の設定圧力値を下まわった場合には
   高圧縮比側へ圧縮比を切換えることを特徴とする圧縮比
   可変機構付内燃機関の圧縮比制御方法。
2. 【請求項２】前記内燃機関が多気筒内燃機関であり、前
   記燃焼圧力センサが各気筒毎に設けられており、前記低
   圧縮比側および高圧縮比側への切換えを各気筒毎に制御
   する特許請求の範囲第１項記載の圧縮比可変機構付内燃
   機関の圧縮比制御方法。