JPS62142842A - 可変圧縮比内燃機関の空燃比制御装置 - 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〕 この発明は圧縮比を運転条件に応じて可変とした内燃機
関における空燃比制御装置に関する。

〔従来の技術） オツトーサイクル内燃機関においては圧縮比を上げると
燃焼効率が向上し燃料消費率を改善できると共に、出力
を高くすることができる。しかし、圧縮比を高くすると
ノンキングが発生し易くなる。

そこで、圧縮比を可変とする機構を設け、ノッキングの
有無に応じて圧縮比を制御することにより、ノンキング
が発生しない範囲で圧縮比を可能な限り高くすることが
行われる。ここに、圧縮比を可変とする方式としては、
色々あるがピストンのストローク自体を機械的に変える
ものがある（例えば特開昭５８−９１３４０号参照）。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 圧縮比可変機構による圧縮比の制御は連続的に行なうの
は困難であるため、段階的に行われる。

そのため、切替え時にエンジンのトルクが不連続的に増
加又は減少することになる。そのため、切替えショック
が発生し、運転性を悪化させることになる。

この発明は、圧縮比可変機構を備えたものにおいて、圧
縮比の切替え時におけるトルクの急変を防止することが
できるようにすることを目的とする。尚、本発明の関連
技術として特開昭６０−２３０５２４号がある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図において、内燃機関１は運転条件に応じて圧縮比
を可変とする圧縮比制御機構２を有している。この発明
によれば、内燃機関の運転条件に応じた空燃比の設定値
を演算する手段３と、圧縮比制御機構２による圧縮比切
替えにおける少なくともその切替え時を検知する圧縮比
条件検知手段４と、該圧縮比条件検知手段４からの検知
信号によって空燃比の設定を修正する空燃比設定修正手
段６と、設定された空燃比が得られるように内燃機関７
への燃料供給を制御する燃料供給手段８とより成る可変
圧縮比内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

〔作用〕

圧縮比条件検知手段４は圧縮比制御機構２による圧縮比
制御における少なくとも圧縮比の切替え時を検知する。

この検知を受けて修正手段６は少なくとも圧縮比の切替
え時に空燃比設定を修正する。燃料供給手段７は設定さ
れた空燃比が得られるように燃料の供給を制御する。

〔実施例〕

第２図において、１０は４気筒の内燃機関の本体、１２
は燃焼室、１４は点火栓、１５は燃料噴射弁、１６は吸
気管、１８はエアフローメータを示す。１９はディスト
リビュータである。

第３図は一つの気筒のエンジン縦方向断面を詳細に示し
ており、２０はシリンダブロック、２１はシリンダヘッ
ド、２２はピストン、２３はコネクティングロッド、２
４はピストンピン、２５はクランク軸を示している。

この内燃機関は以下説明する圧縮比の可変ｍ構を有して
いる。即ち、コネクティングロッド２３の上端に形成さ
れる開口２３ａに偏心ベアリング２７が回転可能に嵌合
され、この偏心ベアリング２７にピストンピン２４が挿
通される。偏心ベアリング２７は円周方向に肉厚が変化
している。偏心ベアリング２７の肉厚が一番厚い部分に
は半径方向のロックピン係合孔２８が形成される。一方
、偏心ベアリング２７を収納するコネクティングロッド
２３の上端の開口２３ａには半径方向にロックピン収納
孔２９が開口される。偏心ベアリング２７のロックピン
係合孔２８と、コネクティングロッド２３の上端のロッ
クビン収納孔２９とは、偏心ベアリングがその肉厚が最
も厚い部分がコネクティングロッド軸線の下方を向いた
図示の位置では、相互に芯台している。ロックピン３ｏ
は口・ツクピン収納孔２９に嵌合され、ロックピン係合
孔２８に対して出没自在となっている。

ロックピン３０をロックピン係合孔２８に出没させるた
め２系統の油圧通路が設置される。即ち、コネクティン
グロッド２３の下端のクランク軸２５が挿通される開口
２３ｄの内面に弓状の油溝３１．３２が円周方向に間隔
をおいて二つ形成される。一方の油？ｆｉ３１はコネク
ティングロッド２３内の油孔２３ｅを介してロックビン
収納孔２９の下部に連通される。他方の油溝３２は、前
記油孔２３ｅとは独立にコネクティングロッド２３に形
成された油孔２３ｆを介してコネクティングロッド上端
の開口２３ａの内周面の弓状油溝３４に開口し、この弓
状油溝３４は偏心ベアリング２７に形成される半径方向
孔２７ｂを介してロックピン係合孔２８の上部に連通さ
れる。

クランク軸２５に油孔２５ａが形成され、この油孔２５
ａの一端２５ａ−１はコネクティングロッド下端の開口
２３ｄのところまで延設されている。そのため、クラン
ク軸２５の回転時油孔２５ａは油溝３１．３２に交互に
連通される。油孔２５　ａ（Ｄ他端２５　ａ　−２はシ
リンダブロック２゜のジャーナル部２０’の開口２０ａ
のところまで延設される。この間口２０ａの部分にも前
記と同様な二つの独立した角度方向の弓状油溝３７゜３
８が形成され、クランク軸２５の回転中に油孔２５ａは
油溝３７，３８に交互に連通されることになる。そして
、油孔２５の位置は次のように設定される、即ち、クラ
ンク軸２５の回転中に油孔２５ａはジャーナル部の油溝
３７とコネクティングロッドの油溝３１との連通と、ジ
ャーナル部の油溝３８とコネクティングロッドの油溝３
２との連通とを交互に行なう。

油溝３７，３８はシリンダブロック２０内に形成される
油孔２０ｂ、２０Ｃを介して高圧縮比用オイル通路４０
と、低圧縮比用オイル通路４１とに連通される。

第２図において、高圧縮比用オイル通路４０の入口４０
ａ及び低圧縮比用オイル通路４１の入口４１ａは油圧配
管４３．４４を介してソレノイド駆動の油圧切替弁４５
に接続される。油圧切替弁４５は高圧縮比オイル通路４
０又は低圧縮比オイル通路４１に選択的にオイルポンプ
４６からの油圧を供給するものである。４７はオイルタ
ンクである。油圧切替弁４５は後述する制御回路によっ
て次のように駆動される。ソレノイド４５ａが消磁され
ているときは、オイルポンプ４６からの油圧は配管４３
を介して高圧縮比用オイル通路４０に導入され、一方低
圧縮比用オイル通路４１は配管４４を介してオイルタン
ク４７に連通される。

そのため、油圧は油孔２０ｂ　（第４図）より、ジャー
ナル部２０″の油溝３７がクランク軸２５内の油孔２５
ａによってコネクティングロッド２３の油溝３１に連通
したときに、コネクティングロッド２３内の油孔２３ｅ
よりロックビン３０の下端に作用する。一方、ロックピ
ン３０の上端の油圧は次の経路でオイルタンク４７に抜
ける。即ち、ロックビン係合孔２８は、油孔２７ｂ、２
３ｆを介して、コネクティングロッド２３の油溝３２が
クランク軸２５の油孔２５ａによってジャーナル部の油
溝３８に連通したとき、油孔２０ｃに連通され、ここよ
り通路４１を介し、配管４４及び切替弁４５を経てタン
ク４７に連通される。このように・ロックピン３０の下
端に油圧が作用し、上端は圧力が抜かれるため、ロック
ピン３０はロックビン保合孔２８に向かって上方に付勢
され、回礼２８に嵌合されるに至り、ロックピン３０に
よってこの状態に保持される。この状態では、偏心ベア
リング２７の最大偏心部は下徊の位置をとるため、ピス
トンピン２４の位置は相対的に高くなり、これはコネク
ティングロ・ノド２３の有効長が大きくなることから高
圧縮比が設定される。

低圧縮比を選定すべきときには油圧切替弁４５のソレノ
イド４５ａが励磁される。すると、油圧ポンプ４６は今
度は配管４４を介して低圧縮比用油圧通路４１に連通さ
れ、一方高圧縮比用油圧通路４０は配管４３を介してオ
イルタンク４７に連通される。低圧縮比油圧通路４１に
導入された油圧は油孔２０ｃを介し、油溝３８がクラン
ク軸の油孔２５ａによって油溝３２に連通されたとき、
コネクティングロッドの油孔２３ｆに連通され、油孔２
７ｂを経てロックビン係合孔２８よりロックピン３０の
上面に作用する。一方、ロックビン収納孔２９の油圧は
、油孔２３ｅより、油溝３１が油孔２５ａによって油溝
３７に連通されたときに、油孔２０ｂに連通され、ここ
から配管４３及び油圧切替弁４５を介しオイルタンク４
７に油圧が抜ける。このようにして、ロックピン３０の
上端に油圧が働き下端は減圧されるため、ロックピン３
０は下降してロックビン係合孔２８から抜ける。かくし
て、偏心ベアリング２７は、最も力が加わる上死点の付
近では、その安定状態ある、最大の偏心部が上側に位置
する。かくして、ピストンピン２４の位置は相対的に下
降し、これは有効なコネクティングロッドの長さを小さ
くし、その結果圧縮比は小さい設定になる。

以上のように、この実施例では偏心ヘアリング２７を設
け、ロックピン３０を係脱自在とすることで所望の高低
の圧縮比を得ることができる。尚、圧縮比の制御機構は
この実施例に限定されず、他の公知の機構とすることが
できる。

この発明によれば、エンジンの運転条件を検知すること
により最適な圧縮比となるように可変圧縮比機構を駆動
するとともに、圧縮比を検知することにより燃料噴射量
を制御する制御回路５０が設置される（第２図）。この
制御回路５０はマイクロコンピユータシステムとして構
成され、中央処理装置（ＣＰＵ）５１と、リードオンリ
メモリ（ＲＯＭ）５２と、ランダムアクセスメモリ　（
ＲＡＭ）５３と、入出力ボート５４．５４’　と、Ａ／
Ｄ変換器５５と、これらの要素間を接続するバス５７と
より成る。

エンジン運転条件を検知するため次のようなセンサ群が
設けられる。ディストリビュータ１９に第１クランク角
センサ５６、第２クランク角センサ５７が設けられる。

第１クランク角センサ５６はディストリビュータ軸１９
ａ上の検知片５８と対面設置されて、クランク軸１５の
、例えば３０゜毎のパルス信号ＮＥを発生し、これはエ
ンジン回転数を知るのに利用される。第、２のクランク
角センサ５７はディストリビュータ軸１９ａ上の検知片
５９に対面設置され、クランク角軸１５の、例えば７２
０°毎にパルス信号Ｇを発生し、これは基準信号となる
。

前述したエアフローメータ１８はエンジンに導入される
吸入空気量に応じたアナログ信号Ｑを発生する。

パルス信号を発生する第１クランク角センサ５６及び第
２クランク角センサ５７は入出力ポート５４に接続され
、ＮＥ倍信号びＧ信号が所定のタイミングで人力される
。一方、アナログ信号を発生するエアフローメータ１８
及びこの発明と直接関係しないため図示しない他のアナ
ログセンサはＡ／Ｄ変換器５５に接続され、各センサか
らの信号は順次Ａ／Ｄ変換処理によって入力される。

制御回路５０は各センサによって検知された運転条件に
基づいて必要な演算を実行し、圧縮比制御信号及び燃料
噴射信号を入出力ポート５４゜５４１より出力する。即
ち出力ポート５４“は各気筒の燃料噴射弁１５に接続さ
れ、燃料噴射弁１５は演算された量の燃料が噴射される
ように駆動される。更に、入出力ポート５４は油圧切替
弁４５のソレノイド４５ａに接続され、圧縮比制御信号
に応じて圧縮比の切替え制御が実行される。

以下第１実施例における制御回路５０の作動をフローチ
ャートによって説明する。この作動を実現するためのプ
ログラムはＲＯＭ５２の所定領域に格納されている。第
５図は圧縮比の制御ルーチンを示している。このルーチ
ンは所定時間間隔毎に実行される時間割り込みルーチン
とすることができる。ステップ７０ではエンジン回転数
ＮＥ及びエンジン負荷代表値である吸入空気量一回転数
比Ｑ／ＮＥが入力される。エンジン回転数ＮＥは第１ク
ランク角センサ５６からのクランク角３０゜毎のパルス
信号の間隔より周知の方法で演算され、吸入空気量一回
転数比Ｑ／ＮＥも別ルーチンで計算されているものとす
る。

ステップ７１ではエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量一
回転数比Ｑ／ＮＥより設定すべき圧縮比が決定される。

即ち、ＲＯＭ５２の所定領域には回転数ＮＥと吸入空気
量一回転数比Ｑ／ＮＥとの組合せに対する高低のどちら
の圧縮比を設定するかのマツプがある。ＣＰＵ５１は入
力された実測ＮＥ及びＱ／ＮＥより所望の圧縮比を選定
することになる。

ステップ７２ではステップ７１で決定された圧縮比が高
圧縮比か否か判定される。選定すべき圧縮比が高圧縮比
のときはステップ７２よりステップ７３に進み、入出力
ポート５４より油圧切替弁４５のソレノイド４５に加わ
る信号レベルはＯＦＦとなる。そのため、油圧切替弁４
５は第２図における右側位置をとり、高圧縮比用油圧通
路４０の人口４Ｑａに油圧を供給し、低圧縮比用油圧通
路４１の入口４１ａはタンク４７に連通される。

そのため、前述したようにロックピン３０は上界付勢さ
れ、ロックピン３０はロックビン係合孔２８に係合し、
偏心ベアリング２７はその最大偏心部が下側を向いた位
置に保持され、コネクティングロッド２３の有効長が大
きくなり、圧縮比は大きく設定される。

マツプサーチの結果、選択すべき圧縮比が低圧縮比のと
きはステップ７２よりステップ７４に進み、出力ポート
５４より油圧切替弁４５のソレノイド４５ａにＯＮ信号
が印加される。そのため、切替弁４５は第２図の左側位
置を取り、低圧縮比用オイル通路４１の入口４１ａに油
圧が供給され、高圧縮比用オイル通路４０ａはタンク４
７に連通される。そのため、ロックビン３０は下降付勢
され、ロックピン係合孔２８より離脱される。その結果
、偏心ベアリング２７は拘束状態から外れ、安定状態で
ある最大偏心部が上側に位置する。斯くして、コネクテ
ィングロッド２３の有効長が短縮され、圧縮比は小さく
設定される。

ステップ７５．７６ではフラグＦがセット、リセットさ
れる。フラグＦのセット（Ｆ＝１）は高圧縮比への設定
を示し、フラグＦのリセット（Ｆ＝０）は低圧縮比への
設定を示す。

第６図は燃料噴射制御ルーチンを示し、このルーチンは
その気筒の燃料噴射時期の手前のクランク角度をクラン
ク角センサ５６，５７によって検知することにより実行
されるクランク角割り込みルーチンである。ステップ８
０ではエンジン回転ｖｊ、ＮＥ、吸入空気量一回転数比
Ｑ／ＮＥが入力される。ステップ８１ではＮＥ及びＱ／
ＮＥより基本燃料噴射量Ｔｐのマツプ演算が実行される
。第７図（イ）はこのマツプを示しており、ＮＥとＱ／
ＮＥとの組合せに対して所望の空燃比を得るため燃料噴
射量のデータが格納されである。このマツプは高圧縮比
用のマツプ部分ｍと低圧縮比用のマツプ部分（ｎ）とよ
り成り、これらのマツプ部分の境界はＬで示され、これ
は第５図のステップ７１で圧縮比を高低で切り替えるＮ
Ｅ−Ｑ／ＮＥの境界線りと同じに設定される。高圧縮比
マツプｍと低圧縮比マツプとは切替え点Ｉ、を境に空燃
比がリーンとリッチとで不連続になるように構成される
。即ち、第７図（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線に相当する回
転数での空燃比の設定をＱ／ＮＥに対して示すものであ
り、圧縮比の切替え点りを境に低圧縮比側ではリッチ、
高圧縮比側ではリーンとなる。尚、ここにリーン、リッ
チとは理論空燃比に対しての表現ではなく両者で空燃比
が違っていることを意味しており、低圧縮比マツプで設
定される空燃比は絶対値としては理論空燃比よりＩＪ−
ンとなり得る。

第７図（ロ）の破線は高圧縮比マツプｍでの空燃比設定
の別の例を示すもので、リーン設定は圧縮比の切替え点
りの付近に限定され、切替え点から外れたＱ／ＮＥに行
くに従って空燃比がリッチとされ、低圧縮比マツプで設
定される値と同じになる。

再び第６図の説明に戻ると、ステップ８１でマツプに従
ってＮＥ及びＱ／ＮＥに対応する基本燃料噴射量Ｔｐの
演算がされた後、ステップ８２に進み最終燃料噴射量Ｔ
ＡＵが、 ＴＡＵ＝Ｔｐ　（１＋α）×β＋γ によって演算される。ここにα、β、γは種々の補正量
、補正係数を代表し、空燃比フィードバック制御や、加
速制御、暖機制御によって加えられる。

ステップ８３では燃料噴射信号が出力ボート５４°より
その気筒の燃料噴射弁１５に出力され、演算された量の
燃料が噴射され、所望の値の空燃比が得られる。

以上述べたように第１実施例では圧縮比を大小で切り替
える点で空燃比がリッチとリーンで不連続に変わるよう
に空燃比マツプを設定している。

そのため、圧縮比の切替えによるトルクの急激な変動に
対して、空燃比の不連続な変動がこれを吸収することに
なり、切替えショックを防止することができる。即ち、
圧縮比を低から高に切り替えることはトルク増大要因で
あるが、空燃比をリッチからリーンに切替えることはト
ルク減少要因であり両者が相殺される。

第８図は第２実施例における燃料噴射制御ルーチンを示
している。この実施例ではマツプを切り替える変わりに
、圧縮比切替え時の増量及び減量により同様な目的を達
成している。ステップ８６ではＮＥ、Ｑ／ＮＥが入力さ
れ、ステップ８７ではＮＥ、Ｑ／ＮＥより基本燃料噴射
量のマツプ演算が実行される。このマツプは第７図と違
って圧縮比の高低で空燃比の設定は変えていないｊｍ常
のマツプである。ステップ８８ではその運転条件が高圧
縮比条件か否かの判断がされる。この判定ステップは詳
細には第５図の７０．７１及び７２のステップとより構
成される。高圧縮比と判定されればステップ８９に進み
フラグＦ＝１か否か判別される。Ｆ＝１でないときは低
圧縮比条件から高圧縮比条件への切替え時点であり、ス
テップ９０に進み減量補正量δ１が初期値に設定される
。高圧縮比に既に切り替えられているときはＦ＝１であ
るからステップ８９ではＹｅｓと判定されステップ８９
が迂回され、この間第９図のタイマルーチンによってδ
１は徐々に小さくなるように制御される。

ステップ８８で低圧縮比条件のときはステップ９１に進
みＦ＝Ｏか否かが判別される。Ｆ＝０でないときは高圧
縮比条件から低圧縮比条件への切替え時点と判断され、
ステップ９２に進み、増量補正量δ０が初期値に設定さ
れる。切替え時点でないときはＦ＝Ｏであるためステッ
プ９１でＹｅＳと判定され、ステップ９２は迂回され、
この間第９図のタイマルーチンによってδＯは徐々に小
さくなるように制御される。

ステップ９３では最終燃料噴射量ＴＡＵがＴＡＵ＝Ｔｐ
　（１＋α）Ｘβ十Ｔ＋δ０−δ１によって演算される
。

ステップ９４では噴射信号が出力される。

第９図はｉ４量補正量δ１及び増量補正量δ０の制御ル
ーチンであり、このルーチンは所定時間間隔で実行開始
される時間割り込みルーチンである。

ステップ９６では増量補正量δ０がａだけデクリメント
される。ステップ９７ではδ０が０より小さいくなった
か否かが判別され、Ｙｅｓの場合はステップ９８でδ０
はＯに固定される。Ｎｏの場合はステップ９８は迂回さ
れる。

ステップ９９では減量補正量δ１がｂだけデクリメント
され、ステップ１００ではδ１がＯより小さくなったか
否かが判別され、Ｙｅｓの場合はステップ１０１でδ１
は０に固定され、Ｎｏの場合はステップ１０１は迂回さ
れる。

第１０図は第２実施例における作動を示すタイミングチ
ャートである。（イ）において時刻ｔＡで圧縮比を低圧
縮比から高圧縮比に切り替えるとすると、燃料噴射量が
減量補正量δ＋＝Ｃ＋（第８図のステップ９０）だけ減
量され空燃比はリッチからリーンに急変される。以後、
δ１がｂ（第９図のステップ９９）づつ減少されるため
空燃比は徐々に小さくなり最終的には時刻ｔＢでマツプ
設定の空燃比になる。

（ロ）における時刻ｔＣで高圧縮比から低圧縮比へ切り
替えるとすると、燃料噴射量が増量補正量δＱ＝ＣＱ（
第８図のステップ９２）だけ増量され、空燃比はリーン
からリッチに急激に減少される。以後δ０はａ（第９図
のステップ９６）づつ減少され、空燃比は徐々に大きく
なり、最終的には時刻ｔＤでマツプ値となる。

以上述べたようにこの第２実施例では圧縮比の高低切替
え時に燃料を増量又は減量することにより、圧縮比の切
替えによるトルク急変を空燃比の急変によるトルク急変
で相殺し、ショックを防止することができる。この実施
例ではエンジンの過渡状態のみの制御であるため、定常
時はエンジンにとって効率の高い空燃比が得られ、エン
ジン性能や、燃料消費率に対する悪影響を抑えることが
できる。

実施例では、切替え直後徐々に補正量を変えているが中
間的の一つの値に補正量を固定することもできる。

実施例では燃料噴射量のみ圧縮比の切替え時に制御して
いるが、点火時期の制御を追加することによりさらに良
い効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、圧縮比の高低に変化させる機構を備
えた内燃機関において、圧縮比の切替えおける少なくと
も切替え時に空燃比を不連続的に変化させることにより
ショックを防止することができる。ショック対策として
点火時期のみを制御することも考えられるが、これと比
較してリーン制御時の燃料消費率を向上することができ
る。またリッチ制御時の制御幅が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成図。 第２図は圧縮比を最大燃焼圧力で検知する場合の実施例
の構成図。 第３図は一つの気筒の燃焼室部分の詳Ｉ’ｌｌ　Ｉｆ断
面図。 第４図は第３図のＩＶ−Ｉ’／線に沿う横断面図。 第５図及び第６図は第２図における制御回路の作動を示
すフローチャート図。 第７図は燃料噴射量マツプの構成を説明するグラフ。 第８図及び第９図は第２実施例の作動を説明す１０・・
・エンジン本体 １２・・・燃焼室 １４・・・点火栓 １５・・・燃料噴射弁 １８・・・エアフローメータ １９・・・ディストリビュータ ２２・・・ピストン ２３・・・コネクティングロフド ２４・・・ピストンピン ２５・・・クランク軸 ２７・・・偏心軸受 ２９・・・ロックビン係合札 ３０・・・ロックビン ４０・・・高圧縮比用油圧通路 ４１・・・低圧縮比用油圧通路 ４５・・・油圧切替弁 ５０・・・制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 運転条件に応じて圧縮比を可変とする圧縮比制御機構を
   有した内燃機関において、内燃機関の運転条件に応じた
   空燃比の設定値を演算する手段、圧縮比制御機構による
   圧縮比切替えにおける少なくともその切替え時を検知す
   る圧縮比条件検知手段、該圧縮比条件検知手段からの検
   知信号によって空燃比の設定を修正する空燃比設定修正
   手段、及び設定された空燃比が得られるように内燃機関
   への燃料供給を制御する燃料供給手段より成る可変圧縮
   比内燃機関の空燃比制御装置。