JPS60230548A

JPS60230548A - 圧縮比可変式エンジン

Info

Publication number: JPS60230548A
Application number: JP8741884A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tawara; 田原　良隆; Toshimasu Tanaka; 田中　稔益; Yoshihiko Imamura; 今村　善彦
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-04-28
Filing date: 1984-04-28
Publication date: 1985-11-16

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、燃焼室の容積を変化させることにより、エン
ジンの圧縮比を変え得るようになった圧縮比可変式エン
ジンに関し、特にエンジンの運転状態に応じて圧縮比が
変化するようになった圧縮比可変式エンジンに関する。

（従来の技術）内燃機関において、出力の向上を図り、燃費を低減す、
るためには、圧縮比を高めると熱効率が向」二するので
有効であるが、圧縮比を高めることによって高負荷、低
回転領域などでノンキングが発生するという問題が生じ
る。この問題を解決するために、機関の回転数及び負荷
に応じて、燃焼室容積を変化さ廿るこ−とにより、圧縮
比を変化させるようにしたエンジンは公知である。さら
に、このような圧縮比可変式エンジンにおいて、燃焼室
容積可変用のピストンの背面側に、油圧室を形成して、
油圧シリンダの機能を併有させることにより油圧機構を
簡素化し、装置の小型化を達成した改良型が、特開昭５
８−１９７４３９号公報に記載されている。しかし、段
階的に圧縮比を切替える形式の圧縮比可変式エンジンに
おいては、圧縮比切替時にショックが出て乗員に不快感
を与えるという問題がある。

（本発明の目的）従って本発明の目的は、段階的に圧縮比を切替える形式
の圧縮比可変式エンジンにおいて、圧縮比の切替時にお
ける出力ショックの発生を有効に防止することができる
圧縮比可変式エンジンを提供することである。

（本発明の構成）本発明は、上記目的を達成するため以下のように構成さ
れる。すなわち、本発明の圧縮比可変式エンジンは、エ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とエンジ
ンの燃焼室容積を段階的に変化させることにより圧縮比
を段階的に変化させる圧縮比可変手段と前記運転状態検
出手段の出力。

に応じてエンジンの圧縮比が目標圧縮比となるように前
記圧縮比可変手段を制御する圧縮比制御手段と、圧縮比
が切替えられる際に吸入空気量および空燃比のうち少な
くとも一方をこの切替に応じて補正する補正手段とを備
えたことを特徴とする。

本発明においては、例えば、エンジン回転数、エンジン
負荷、エンジン冷却水温度、空燃比、変速機ギヤポジシ
ョン、加減速状態、吸気温度等がエンジン運転状態検出
手段によって検出される。また、圧縮比検出手段によっ
て、そのときの運転状態における実際の圧縮比が検出さ
れる。そして、本発明によれば圧縮比の切替時には、例
えば低圧縮比状態から高圧縮比状態に切替えられる場合
には、所定時間出力の向上を抑えるような制御が、吸気
空気量または、空燃比に対して行なわれる。

また高圧縮比状態から低圧縮比状態への切替時には逆の
制御が行なわれる。

（本発明の効果）本発明によれば、圧縮比の出力増大方向への圧縮比の切
替時には、出力を抑制制御が、出力低下方向への圧縮比
の切替時には出方向上制御が、吸入空気量または、空燃
比に対して与えられるようになっている。従って、圧縮
比切替時の出力ショックの変動を有効に抑制することが
できる。

（実施例の説明）第１図及び第２図を参照すれば、本発明が適用されるエ
ンジンＥは、内部をピストン１が往復動するシリンダボ
ア２を備えており、該シリンダボア２は、シリンダブロ
ック３及びシリンダヘッド４から形成される。シリンダ
ボア２の上部には燃焼室５が形成されており、該燃焼室
５には吸気ボート６が開口している。この吸気ボート６
には、吸気弁７が組合わせられるとともに、燃焼室５の
吸気ボート６の対向側には点火プラグ１４が臨ませられ
ている。吸気ボート６には吸気通路８が接続されており
、この吸気通路８には、エアクリーナ９、エアフローメ
ータ１０、スロットル弁１１が設けられ吸気系を構成し
ている。また、吸気通路８の吸気ポート６付近には、燃
料インジェクタ１２が配置されている。さらに、燃焼室
５には通常の方法で排気ポート（図示せず）が開口して
おり、該排気ポートには排気通路１３が接続されて排気
系を構成している。また、吸気弁７には、液弁７を作動
させるためのカム１５を備えた動弁系が係合するように
なっている。なお、吸気道ＦＩｐｔ８には、スロットル
弁１１をバイパスするバイパス通路１６が接続されると
ともに、バイパス通路１６を開閉制御するエアバイパス
コントロール弁１７が設けられる。さらに、燃焼室５に
は、その上部に、上方に向って突出した副シリンダ１８
が連続して形成されており、該副シリンダ１８には、そ
の内部を摺動する、副ピストン１９が配設されている。

ピストン１９のステム１９ａは、副シリンダ５１８の外
方に突出し、その先端はカム２０の周面に当接している
。ステム１９ａの先端部付近には、円板２１が取付けら
れており、この円板２１には、バネ２２が当接しており
、これによって、ピストン１９は図において、上方に付
勢され“ている。カム２０のカム軸２３は、駆動モータ
２４によって回動させられるようになっており、これに
よってピストン１９が上下動させられ、燃焼室５の容積
すなわち、圧縮比が変化するようになっておりこれによ
って圧縮比可変手段が構成されている。また、点火プラ
グ１４のリード線１４ａはディストリビュータ２５の１
つの端子に接続されており、イグニッションコイル２６
からの電圧信号が所定のタイミングで点火プラグ１４に
与えられるようになっている。本例の装置は、燃焼性を
支配する要因を制御するためにマイクロコンピュータ（
以下マイコンという）２７を備えている。マイコン２７
には運転状態を表わす種々の情報が入力される。吸気温
センサ２Ｂは、エアクリーナ９に取付けられており、吸
気温を検出してマイコン２７に信号を送る。マイコン２
７には、エアフローメータ１０からの信号も入力される
。また、スロットル弁１１の開度はスロットル開度セン
サ２９によって検出され、同様にマイコン２７に入力さ
れる。さらに、エアバイパスコントロール弁１７には液
弁１７の開度を検出するエアバイパスコントロール弁開
度センサ３０が、エンジンＥのウォータジャケット３ａ
には、冷却水温センサ３１が、さらに、カム２０近傍に
は、ピストン１９の位置を検出する圧縮比検出手段とし
ての圧縮比ポジシランセンサ３２が、クランク軸にはク
ランク角度を検出するクランク角センサ３３が、変速機
３４には該変速機の変速段すなわち、ギヤ位置を検出す
るギヤポジションセンサ３５が、さらに、大気圧を検出
する大気圧センサ３Ｂがそれぞれ設けられており、これ
らのセンサからの信号はすべてマイコン２７に入力され
る。また、マイコン２７には、イグニ・７シヨンスイツ
チ３６からの信号も入力される。マイコン２７は、これ
らの運転状態を表わす入力された情報に所定の演算を施
し、ＥＧＲ弁３７、インジェクタ１２、イグニッション
コイル２６、エアバイパスコントロールソレノイド１７
ａ、圧縮比制御用の駆動モータ２４及び変速機制御用モ
ータ３４ａに対して所定の命令信号を出力するようにな
っている。変速機としては、例えば■ベルト式無段変速
機を用いることができ、この制御用モータ３４ａとして
は、特開昭５７−１６１３４６号公報に記載されるよう
な通常の形式のものを用いることができる。

また、第３図に示されるように、クランク角センサ３３
からの信号は波形整形回路３９に通され、波形整形され
て中央演算処理装置（以下ｃｐｕという）４０に送られ
る。その他の各種センサからの信号はＡ／Ｄ変換器４１
によりデジタル信号に変換されてＣＰＵ４０に入力され
る。

マイコン２７には、イグニッションスイッチ３６からの
信号Ｓｔも入力されるようになっておりスイッチ３６が
ＯＮのとき、信号Ｓ１はｌとなり、ＯＦＦのときＯとな
る。マイコン２７は、所定の定数が書き込まれたＲＯＭ
４１と、各センサからの運転状態を表わす情報、演算結
果等の書き込み、読み出し等を行うＲＡＭ４２を備えて
いる。

また、マイコン２７は、時刻を常時カウントするカウン
タ１　（４３）を備えており、必要に応じて、時刻を情
報として使用することができる。ＣＰＵ４０は、各種入
力情報に基づき、ＥＧＲ制御を行゛　なうべきか否かを
判別してＥＧＲ信号Ｓ’ｅを出力する。ＥＧＲ信号Ｓｅ
はソレノイド駆動回ＦＩｌｒ４４を介して、ＥＧＲ弁３
７のソレノイドに送られ、液弁を開閉制御するようにな
っており、信号Ｓｅが１のとき、ＥＧＲ制御が行なわれ
、信号３ｅが０のときＥＧＲ制御は停止される。マイコ
ン２７は、燃料噴射タイミング及び噴射時間を制御する
ためのカウンタ２　（４５）を備えており、噴射信号Ｔ
ｉは、該カウンタ２（４５）を介してインジェクタ駆動
回路４６に入力されインジェクタ１２を作動させる。さ
らに、マイコン２７は、点火時期を制御するためのカウ
ンタ３　（４７）を備えており、点火時期信号Ｔｓ“は
、カウンタ３　（４７）に送られこれによって、点火回
路４８、イグニッションコイル２６及びディストリビュ
ータ２５を介して所定のタイミングで点火プラグ１４に
点火信号が発生するようになっている。ＣＰＵは、また
、スロットル弁１１をバイパスするエアを供給するかど
うかの判断を行うようになっており、そ゛の制御信号ｐ
ｂは、ソレノイド駆動回路４９に入力されるようになっ
ている。ソレノイド駆動回路４９は、制御信号ｐｂに応
じてエアバイパスコントロール弁１７のソレノイド１７
ａに対し弁の開閉命令信号を出力する。この場合、信号
Ｐｂが１のとき、バイパスエアは増大し、０のとき減少
する。また、マイコン２７は、圧縮比制御用の駆動モー
タ２４の作動を制御するためにモータ駆動回路５０を備
えており、このモータ駆動回路５０は二つの制御信号Ｍ
１、Ｍ２によって、制御されるようになっている。信号
、Ｍｌ、Ｍ２の値と、その制御内容は第１表の通りであ
る。

第　１　表また変速機３４の変速比制御用モータ３４ａは、モータ
駆動回路５１によって作動させられるようになっており
、このモータ駆動回路５１は、制御信号Ｍ３、Ｍ４によ
って、制御されるようになっている。信号Ｍ３、Ｍ４の
値とギヤ比との関係は第２表に示すとおりである。

第２表また、制御信号Ｓｐがコントローラすなわち、このマイ
コン２７の電源回路５２に入力されるようになっており
、これによって、コントローラは、イグニッションスイ
ッチ３６からの信号Ｓｉが１のときＯＮとなるが、信号
Ｓｐを０にしない限りＯＦＦにはならない。

以上の構成の圧縮比制御装置において、圧縮比制御の１
例について説明する。

第３Ａ図から第３Ｅ図のフローチャートで示されるプロ
グラムは、イグニッションスイッチ３６がＯＮでかつエ
ンジンが完爆状態にあるとき、すなわち、通常のエンジ
ン作動状態では、通常反復して実行される基本プログラ
ムであり、このプログラムによって、圧縮比の変更制御
を行うとともに、点火時期、燃料噴射タイミング及び噴
射量の補正量、変速機ギヤ比偏差、バイパスエア弁開度
偏差を演算し、さらに、変速機ギヤ比、バイパス弁開度
及びＥＧＲ弁開度変更のための命令信号を発生する。第
５図のフローチャートに示されるプログラムは、クラン
ク角がＴＤＣに到達する毎に上記基本プログラムに割込
んで実行されるインクラブドルーチンでありエンジンの
ＴＤＣ周期を演算するとともに燃料噴射及び点火の命令
信号を発生する。

なお、図中、下記の符号を定数又捨変数を表示するため
に用いる。

基本プログラムにおいては、インクラブトルー“チンに
おいて演算されたＴＤＣ周期Ｔｆｆ（ＳＳ２）からエン
ジンの回転数Ｎｅが計算される（Ｓ４）。

そして、運転状態を表わす各種のデータが読み込まれる
（３５〜Ｓ９）。次に、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気
量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅとの比Ｑａ／Ｎｅとの関
係で作成されたマツプから、当該運転状態に対応する圧
縮比及びその他の燃焼性支配因子の基本量がそれぞれ読
み出される（８１０〜５１２）。このマツプは、例えば
、基本圧縮比を与えるピストン１９のポジション値Ｐｃ
１ｌｌについては、第５図に示されるようになっている
。このマツプによれば、出力特性曲線ａの下側の領域は
、複数の小さな領域に分けられ、それぞれの領域に応じ
た上記基本圧縮比ポジション値ＰＣＢの値が設定されて
いる。この値ｐｃｅは、基本的には、回転数が高くなる
程大きく、負荷が大きくなる程小さくなるように設定さ
れる。従って、・加速時のように低回転高負荷時（例え
ば第５図の１１領域）では、値Ｐ。８は小さくなってい
る。図中βで示す領域は値Ｐ。Ｂが比較的小さく、ｈで
示される領域は比較的大きくｍで示される領域は中間的
な値に設定されている。同様なマツプが基本燃料噴射量
Ｔｌｌ１及び基本点火時期ＴｓＢについて用意されてお
り、それらに基づいて、これらの基本量が設定される。

次に、上記のマツプにより設定された基本圧縮比ポジシ
ョン値Ｐｃｌ１に対する補正操作が行なわれた後（Ｓ１
３〜３２３）、Ｆｌｌ［の圧縮比を与えるピストン１９
のポジション値Ｐｃ。

が計算される（Ｓ　２４）。補正は、エンジン冷却水温
Ｔｗ、ＥＧＲ信号Ｓｅにより表わされるＥＧＲ制御の有
無、大気圧ｐｔ、吸気空気温Ｔａに応じて、異なる補正
係数を与えることによって行なわれる。この場合、エン
ジン温度補正係数Ｃｐｅｗは、エンジン冷却水温Ｔｗと
の関係で第６図に示されるような特性で変化する。同様
に、高度補正係数Ｃｐｃｐは、大気圧ｐｔとの関係で第
７図に示すように、また、吸気温度補正係数Ｃｐｃａは
吸入空気温度Ｔａとの関係において第８図に示すような
特性でそれぞれ与えられる。従って、吸気温度Ｔａすな
わち、外気温が高いときには、及び冷却水温度Ｔｗが高
いときには、値Ｐｃｏは小さくなり、大気圧ｐｔが下が
る程、すなわち、高地になる程値Ｐｃｏは大きくなる。

また、ＥＧＲが行なわれるときには、目標圧縮比ポジシ
ョン値Ｐｃ。

の値は小さくなる。本例においては目標圧縮比ポジショ
ン値Ｐｃｏは、計算値の大きさに応じて３つの異なる値
、ｐｅｔ、ＰＣ９、Ｐ（：ｌのいずれかに設定される。

さらに、エンジン回転数Ｎｅと、吸入吸気量Ｑａ及びエ
ンジン回転数Ｎｅとの比Ｑ　ａ　／　Ｎ　ｅとに基づく
予め用意されたマツプから当該運転状態におけるバイパ
スエアコントロール弁１７０基本的な開度すなわち基本
バイパスエア弁ポジション値Ｐａｅが計算される（３３
１）。さらに、同様のマツプを用いて変速機３４のギヤ
ポジションを設定するための基本的な値、すなわち、基
本Ｔ／Ｍギヤポジション値Ｐ＆’Ｒが計算される（３３
２）。次に、実際の圧縮比を与えるピストン１９の位置
、すなわち、実圧縮比ポジション値Ｐｃと目標圧縮比ポ
ジション値Ｐｃｏとの偏差△Ｐｃが計算される（３３３
）。この偏差△Ｐｃの値に応じて、圧縮比の変更制御信
号Ｍ１、Ｍ２が所定値にされて、出力される（Ｓ３５．
５４１）目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏが正の場合、す
なわち、圧縮比を増大させる場合には、制御信号はＭ１
＝１、Ｍ２＝１にされるとともに、点火時期は進み側に
なるように補正値が与えられ（３３６）、バイパスエア
は増大するように補正値が与えられる（３３７）。さら
に、燃料噴射量が増大するように補正値が与えられる（
３３８）。一方、目標圧縮比ポジション値Ｐｃｏが負の
場合には、制御信号はＭｌ−１、Ｍ２＝０とされ、圧縮
比を増大させる場合と異なり、点火時期は遅れ側になる
ように補正値が与えられるとともに、バイパスエアは減
少するように補正値が与えられる（Ｓ４５）。

そして、燃料噴射量が増大する補正値が与えられる変速
機ギヤのポジションが低速側にセットされる（Ｓ４５）
。次に、このような補正命令信号を考慮して、変速機３
４の目標ポジション値Ｐｇｏが計算され（３９Ｂ）、バ
イパスエア弁目標ポジシジン値Ｐａｏが計算される（Ｓ
９９）。さらに、点゛火時期Ｔｓ、噴射量Ｔｉの計算が
それぞれ行なわれる（Ｓ　１００．５ＩＯＩ）。なお、
この場合は、圧縮比変更の制御信号Ｍ１、Ｍ２が駆モー
タ駆動回路５０に対して出力されてはいるが圧縮比は未
だ目標圧縮比に到達していない過渡的な状態である。

次に、変速機３４のギヤ比の目標値との偏差が計算され
る（Ｓ　１０２）。この結果に基づいて、ギヤ比の修正
が行なわれる（Ｓ、１０３〜５１０６）。

そして、スロットル弁１１をバイパスさせるエア量を決
定するエアバイパスコントロール弁１７の開度について
、目標開度Ｐａｏと、実際開度Ｐａととの偏差が計算さ
れ（Ｓ１０７）、その結果に基づき、開度の修正が行な
われる（３１０８〜３１１０）。

そして、実際圧縮比が目標圧縮比に一致したとき、すな
わち、圧縮比の変更が完了すると、圧縮比が減少したか
、増大したかに応じて燃焼性支配要因、すなわち点火時
期、燃料噴射量、バイパスエア量に対して一定時間所定
の補正値が与えられる。すなわち、圧縮比力Ｓ増大した
場合には、点火時期が進む側にずらされ、バイパスエア
量が減少させられ、噴射量が減少させられるような補正
量が与えられる（８５６〜８５８）。また圧縮比が減少
した場合には、これを逆の補正量が与えられる（８５９
〜５６１）。

これらの、補正値は、時間の経過とともに減衰するよう
になっている（８４６〜８５６）。

さらに、加減速状態において、圧縮比の変更が生じた場
合には、一定の運転領域で、一定時間だけ燃焼性支配要
因に対して補正が行なわれれる（８６３〜Ｓ８’４）、
加速状態にあるときには、バイパスエアを減少し、燃料
噴射量を増大し、点火時期を遅れ側にずらすような補正
が与えられる。

さらに、変速機のギヤポジションを低速側に変更するよ
うな補正量が与えられる。これに対し、減速時には、バ
イパスエア及び燃料噴射量を増大し、点火時期を進み側
に変更するような補正量が与えられる。

最終的に、燃焼性支配要因は、マツプからの基本量、圧
縮比変更による補正量、加減速による補正量を総合的に
勘案して決定される（３１００〜ｓ　ｌ　０２）。

そして、このように決定された点火時期信号ＴＳ及び燃
料噴射信号Ｔｉは、インクラブドルーチンが実行される
とき、点火プラグ１４及びインジェクタ１２に対する命
令信号となる。

そして、イグニッションスイッチ３６がＯＦＦになった
ら、目標圧縮比ポジションを始動時の低い圧縮比ポジシ
ョンにセットしく５ｉｌｌ）、該目標値に達するまで圧
縮比を下げる操作が行なわれ（３１１２〜５１１４）、
圧縮比が始動時ポジションまで下がったら圧縮比制御用
モータが停止され（３１１５）、コントローラ電源がＯ
ＦＦにされる（３１１６）。

本例によれば、高圧縮比側へ変更されると、所定時間吸
入空気が減少するように、また燃料噴射量が減少するよ
うにすなわ〉、空燃比がリーンになるように制御される
。低圧縮比側へ変更されると、この逆の制御が行なわれ
る。従って、圧縮比切替時のトルク出力の変動を少くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を通用したエンジンの概略図、第２図
は本発明の１実施例の係るマイコンの説明図、第３Ａ図
、第３Ｂ図、第３Ｃ図、第３Ｄ図、第３Ｅ図及び第４図
は、本発明の１実施例に係る制御の内容を示すフローチ
ャート、第５図は、エンジン負荷とエンジン回転数に対
する目標圧縮比との関係を示すグラフ、第６図は冷却水
温と圧縮比ポジションエンジン温度補正係数との関係を
示すグラフ、第７図は、大気圧ｐｔと圧縮比ポジション
高度補正係数との関係を示すグラフ、第８図は、吸入空
気温と圧縮比ポジション吸気温補正係数との関係を示す
グラフである。１・・・ピストン、３・・・シリンダブロック、４・・
シリンダヘッド、５・・・燃焼室、８・・吸気通路、１
０・・・エアフローメータ、１８・・・副シリンダ、１
９・・・副ピストン、２７・・・マイコン、３３・・・
クランク角セン。す、４０・・・ＣＰＵ、４１・・・Ａ／Ｄ変換器。第４図第５図第６図第７図第８図四及入空気＞ｊＬ　Ｔａ

Claims

【特許請求の範囲】

エンジンの運転、状態を検出する運転状態検出手段とエ
ンジンの燃焼室容積を段階的に変化させることにより圧
縮比を段階的に変化させる圧縮比可変手段と前記運転状
態検出手段の出力に応じてエンジンの圧縮比が目標圧縮
比となるように前記圧縮比可変手段を制御する圧縮比制
御手段と、圧縮比が切替えられる際に吸入空気量および
空燃比のうち少なくとも一方をこの切替に応じて補正す
る補正手段とを備えたことを特徴とする圧縮比可変式エ
ンジン。