JP2015222033A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize the execution of ignition retardation and accurately avoid knocking.SOLUTION: An engine 1 including a compression-ratio variable mechanism integrally executes the execution of ignition retardation and the execution of making an air-fuel ratio rich in accordance with a situation of a compression ratio set by rotation of an eccentric sleeve 31 (by the compression-ratio variable mechanism).

Description

本発明は、圧縮比を可変に設定する圧縮比可変機構を備えた内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine provided with a variable compression ratio mechanism that variably sets a compression ratio.

火花点火式の内燃機関では、運転中にノッキングが発生した場合、運転状態に応じて、点火時期を遅角したり、空燃比をリッチ化したりすることで、ノッキングを回避する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１）。点火時期を遅角することで、速やかにノッキングを回避することができる。また、空燃比をリッチ化することで、出力を確保すると共に、気化潜熱により筒内を冷却してノッキングを回避することができる。   In a spark ignition type internal combustion engine, when knocking occurs during operation, a technique for avoiding knocking by delaying the ignition timing or enriching the air-fuel ratio according to the operating state has been conventionally known. (For example, Patent Document 1). By retarding the ignition timing, knocking can be avoided quickly. Further, by enriching the air-fuel ratio, it is possible to ensure the output and cool the inside of the cylinder by the vaporization latent heat to avoid knocking.

一方、内燃機関では、高効率、低燃費を図るため、高圧縮比運転をすることができる圧縮比可変機構が知られている。圧縮比可変機構は、例えば、ピストンの上死点位置が切替えられて燃焼室の容積が変更されることで、高圧縮比の状態と低圧縮比の状態とが切替えられる。例えば、低負荷から中負荷の運転状態の際に、ピストンの上死点位置が高い位置に切替えられて高圧縮比の状態にされ、高負荷の運転状態の際に、ピストンの上死点位置が低い位置に切替えられて低圧縮比の状態にされる。   On the other hand, in an internal combustion engine, in order to achieve high efficiency and low fuel consumption, a variable compression ratio mechanism capable of operating at a high compression ratio is known. For example, the variable compression ratio mechanism is switched between a high compression ratio state and a low compression ratio state by changing the top dead center position of the piston and changing the volume of the combustion chamber. For example, when operating from a low load to a medium load, the top dead center position of the piston is switched to a high position to achieve a high compression ratio. When operating at a high load, the piston top dead center position Is switched to a low position to achieve a low compression ratio.

圧縮比可変機構を備えた内燃機関では、熱効率向上、燃費向上のため、高圧縮比での運転が有利となる一方、高負荷運転時に高圧縮比で運転を行うとノッキングの発生が生じる虞があるため、主に、高負荷領域の運転時に低圧縮比で運転してノッキングの発生を抑制している。   In an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, it is advantageous to operate at a high compression ratio in order to improve thermal efficiency and fuel consumption. On the other hand, if operation is performed at a high compression ratio during high load operation, knocking may occur. Therefore, the occurrence of knocking is mainly suppressed by operating at a low compression ratio during operation in a high load region.

圧縮比可変機構を備えた内燃機関は、点火時期の遅角の実行、空燃比のリッチ化の実行、低圧縮比への切替えにより、ノッキングを回避することが可能になっている。点火時期の遅角の実行、空燃比のリッチ化の実行、低圧縮比への切替えは、それぞれノッキングを回避する技術として有利な手段であるが、統合的には制御されていないのが現状であり、圧縮比可変機構を備えた内燃機関でノッキングを的確に回避する技術が望まれているのが実情である。   An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism can avoid knocking by executing retarding of the ignition timing, executing enrichment of the air-fuel ratio, and switching to a low compression ratio. Execution of retarding the ignition timing, enrichment of the air-fuel ratio, and switching to a low compression ratio are advantageous means for avoiding knocking, but currently they are not controlled in an integrated manner. In fact, there is a demand for a technique for accurately avoiding knocking in an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism.

特開昭６２−４０５３８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-40538

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、圧縮比可変機構の動作と、点火時期の遅角の実行、空燃比のリッチ化の実行を統合して制御し、ノッキングを的確に回避することができる内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and in an internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, the operation of the variable compression ratio mechanism, execution of ignition timing retardation, and execution of air-fuel ratio enrichment are integrated. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine that can be controlled and knocking can be avoided accurately.

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関は、機関の圧縮比を高圧縮比側または低圧縮比側に可変に設定する圧縮比可変機構と、機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、混合気の空燃比を変更する空燃比変更手段と、点火時期を変更させる点火時期変更手段と、前記圧縮比可変機構による圧縮比の設定情報、及び、前記ノッキング検出手段によるノッキングの情報が入力され、入力された情報に基づいて、前記空燃比変更手段、前記点火時期遅角手段に実行指令を出力する制御手段とを備え、制御手段は、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された際に、前記圧縮比可変機構により高圧縮比側に圧縮比が設定されている場合、前記空燃比変更手段により空燃比をリッチ側に変更するリッチ化を実行する一方、前記圧縮比可変機構により低圧縮比側に圧縮比が設定されている場合、前記点火時期変更手段により点火時期を遅角させる点火リタードを実行することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine of the present invention according to claim 1 detects a knocking of the engine and a variable compression ratio mechanism that variably sets the compression ratio of the engine to the high compression ratio side or the low compression ratio side. Knocking detection means, air-fuel ratio changing means for changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, ignition timing changing means for changing the ignition timing, compression ratio setting information by the compression ratio variable mechanism, and knocking by the knocking detection means And control means for outputting an execution command to the air-fuel ratio changing means and the ignition timing retarding means based on the inputted information. The control means detects knocking by the knocking detection means. When the compression ratio is set to the high compression ratio side by the compression ratio variable mechanism, the air-fuel ratio changing means performs the enrichment to change the air-fuel ratio to the rich side. That while, if the compression ratio by the compression ratio varying mechanism to a low compression ratio side is set, and executes the ignition retard of the ignition timing is retarded by the ignition timing changing means.

請求項１に係る本発明では、所定の負荷に満たない低中負荷領域の運転状態で、高圧縮比側に圧縮比が設定され、所定の負荷以上の高負荷領域の運転状態で、低圧縮比側に圧縮比が設定される。   In the first aspect of the present invention, the compression ratio is set on the high compression ratio side in an operating state in a low / medium load region that does not satisfy a predetermined load, and the low compression is performed in an operating state in a high load region that is equal to or higher than a predetermined load A compression ratio is set on the ratio side.

そして、請求項１に係る本発明では、圧縮比が高圧縮比側に設定されている場合（低中負荷運転）にノッキングが検出された際には、出力が確保されるリッチ化を実行し、出力低下を抑制してノッキングを回避する。圧縮比が低圧縮比側に設定されている場合（高負荷運転）にノッキングが検出された際には、応答性が高い点火リタードを実行し、短時間でノッキングを回避する。   In the present invention according to claim 1, when knocking is detected when the compression ratio is set to the high compression ratio side (low / medium load operation), enrichment is performed to ensure output. , Avoiding knocking by suppressing output drop. When knocking is detected when the compression ratio is set to the low compression ratio side (high load operation), ignition retard with high response is executed, and knocking is avoided in a short time.

このため、出力を低下させてノッキングを回避する点火リタードの実行を最小限に留めてノッキングを回避することができ、圧縮比可変機構の動作と、点火時期の遅角、空燃比のリッチ化を統合して制御することで、燃費を向上しつつノッキングを的確に回避することが可能になる。   For this reason, knocking can be avoided by minimizing the execution of the ignition retard that reduces the output and avoids knocking, and the operation of the compression ratio variable mechanism, the retard of the ignition timing, and the richness of the air-fuel ratio are reduced. By integrating and controlling, knocking can be accurately avoided while improving fuel efficiency.

圧縮比可変機構としては、コネクティングロッドの大端部に偏心スリーブを介してクランクシャフト側（クランクピン）を支持し、例えば、油圧により偏心スリーブを回動させてクランクピンの中心と大端部の中心を偏心させ、ピストンの移動状態を高圧縮比の状態、もしくは、低圧縮比の状態に切替える機構を適用することができる。   As the variable compression ratio mechanism, the crankshaft side (crankpin) is supported via an eccentric sleeve at the large end of the connecting rod. For example, the eccentric sleeve is rotated by hydraulic pressure so that the center of the crankpin and the large end are A mechanism that decenters the center and switches the movement state of the piston to a high compression ratio state or a low compression ratio state can be applied.

そして、請求項２に係る本発明の内燃機関は、請求項１に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記空燃比変更手段により空燃比のリッチ化を実行した後に、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合、前記点火時期変更手段により点火リタードを実行することを特徴とする。   An internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the internal combustion engine according to the first aspect, wherein the control means performs the air-fuel ratio enrichment by the air-fuel ratio changing means and then the knocking detection means. When knocking is detected, ignition retard is executed by the ignition timing changing means.

請求項２に係る本発明では、出力が確保されるリッチ化を実行してもノッキングが検出されている場合、応答性が高い点火リタードを実行してノッキングを回避する。   According to the second aspect of the present invention, when knocking is detected even when the enrichment for ensuring the output is performed, the ignition retard with high responsiveness is performed to avoid knocking.

また、請求項３に係る本発明の内燃機関は、請求項２に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記圧縮比可変機構により高圧縮比側に圧縮比が設定されていると共に、前記点火時期変更手段により点火リタードを実行している場合、前記圧縮比可変機構により低圧縮比側に圧縮比を変更することを特徴とする。   The internal combustion engine of the present invention according to claim 3 is the internal combustion engine according to claim 2, wherein the control means has a compression ratio set on the high compression ratio side by the variable compression ratio mechanism, and When ignition retard is executed by the ignition timing changing means, the compression ratio is changed to the low compression ratio side by the variable compression ratio mechanism.

請求項３に係る本発明では、高圧縮比側に圧縮比が設定されて点火リタードを実行している最中に、圧縮比可変機構により低圧縮比側に圧縮比を変更するので、ノッキングが回避されやすい低圧縮比側に圧縮比を変更する際に、変更の切替え中のノッキングを抑制することができる。そして、変更の切替え時の圧縮比に基づいて、即ち、変更の切替えの状況に応じて（変更中、変更後）、点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行を減らして終了する等の制御が実行される。   In the present invention according to claim 3, while the compression ratio is set on the high compression ratio side and the ignition retard is being executed, the compression ratio is changed to the low compression ratio side by the compression ratio variable mechanism, so that knocking is prevented. When changing the compression ratio to the low compression ratio side, which is easily avoided, knocking during change switching can be suppressed. Then, based on the compression ratio at the time of change switching, that is, depending on the change switching status (during change, after change), control such as termination of execution of ignition retard and enrichment is terminated. Is executed.

低圧縮比側に圧縮比を変更する際に、変更の切替え時の圧縮比に基づいて実施する点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行の制御は、変更中に点火リタードを終了し、変更後にリッチ化を終了する、変更中に点火リタード、及び、リッチ化を終了する等の実行が可能である。そして、点火リタード、及び、リッチ化の度合いを漸次減らす、段階的に減らす等の制御が可能である。   When changing the compression ratio to the low compression ratio side, the ignition retard executed based on the compression ratio at the time of change switching and the control of the enrichment execution are terminated by changing the ignition retard during the change. It is possible to execute enrichment later, ignition retard during change, enrichment finish, and the like. Then, it is possible to control the ignition retard and the degree of enrichment gradually or gradually.

また、請求項４に係る本発明の内燃機関は、請求項３に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記圧縮比可変機構により高圧縮比側から低圧縮比側に圧縮比が変更された際に、前記点火時期変更手段による点火リタードの実行、及び、前記空燃比変更手段による空燃比のリッチ化の実行を制限させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the internal combustion engine according to the third aspect, wherein the control means changes the compression ratio from the high compression ratio side to the low compression ratio side by the compression ratio variable mechanism. In this case, execution of ignition retard by the ignition timing changing means and execution of air-fuel ratio enrichment by the air-fuel ratio changing means are restricted.

請求項４に係る本発明では、圧縮比が変更された際に、即ち、圧縮比の変更の切替えが終了した際に、点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行を制限（例えば、終了）させるので、圧縮比の変更の切替えが終了した際に、点火リタード、及び、リッチ化の実施が抑制される（実施されることがない）。   In the present invention according to claim 4, when the compression ratio is changed, that is, when the change of the compression ratio is finished, the execution of ignition retard and the execution of enrichment are limited (for example, finished). Therefore, when the change of the compression ratio change is completed, the ignition retard and the enrichment are suppressed (not performed).

また、請求項５に係る本発明の内燃機関は、請求項４に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記点火時期変更手段による点火リタードの実行、及び、前記空燃比変更手段による空燃比のリッチ化の実行を制限した状態で、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合、前記空燃比変更手段によって空燃比のリッチ化を実行することを特徴とする。   The internal combustion engine of the present invention according to claim 5 is the internal combustion engine according to claim 4, wherein the control means executes execution of ignition retard by the ignition timing changing means and air-fuel ratio by the air-fuel ratio changing means. When knocking is detected by the knocking detection means in a state where execution of enrichment is restricted, air-fuel ratio enrichment is executed by the air-fuel ratio changing means.

請求項５に係る本発明では、低圧縮比側に圧縮比が設定されている際にノッキングが生じ、ノッキングを回避する通常の低圧縮比の状態におけるノッキングの回避（点火リタード）とは異なり、高圧縮比側から低圧縮比側に圧縮比が切替えられた後に、ノッキングが生じた場合には、出力が確保されるリッチ化を実行し、出力低下を抑制してノッキングを回避する。   In the present invention according to claim 5, knocking occurs when the compression ratio is set on the low compression ratio side, unlike knocking avoidance (ignition retard) in a normal low compression ratio state in which knocking is avoided, When knocking occurs after the compression ratio is switched from the high compression ratio side to the low compression ratio side, enrichment that ensures output is performed to suppress output reduction and avoid knocking.

本発明の内燃機関は、圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、圧縮比可変機構と、点火時期の遅角の実行、空燃比のリッチ化の実行を統合して制御することで、燃費を向上しつつノッキングを的確に回避することが可能になる。   The internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism, and controls the variable compression ratio mechanism, the execution of retarding the ignition timing, and the execution of enriching the air-fuel ratio, thereby controlling fuel consumption. While improving, it becomes possible to avoid knocking exactly.

本発明の一実施例に係る内燃機関の要部の外観図である。It is an external view of the principal part of the internal combustion engine which concerns on one Example of this invention. 圧縮比可変機構を説明するコネクティングロッドの断面図である。It is sectional drawing of the connecting rod explaining a compression ratio variable mechanism. ノッキングの回避制御のフローチャートである。It is a flowchart of the avoidance control of knocking.

図１、図２に基づいて圧縮比可変機構を備えた内燃機関を説明する。   An internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism will be described with reference to FIGS.

図１には圧縮比可変機構を備えた内燃機関の一実施例を説明するための内燃機関の要部の外観状況、図２には圧縮比可変機構を説明するコネクティングロッドの断面を示してあり、図２（ａ）は高圧縮比の状態、図２（ｂ）は低圧縮比の状態である。   FIG. 1 shows the appearance of the main part of an internal combustion engine for explaining an embodiment of the internal combustion engine equipped with a variable compression ratio mechanism, and FIG. 2 shows a cross section of a connecting rod for explaining the variable compression ratio mechanism. FIG. 2A shows a high compression ratio state, and FIG. 2B shows a low compression ratio state.

図１に示すように、内燃機関（エンジン）１の各気筒内にはピストン１０が往復移動自在に支持され、ピストン１０により燃焼室４が形成されている。   As shown in FIG. 1, a piston 10 is supported in each cylinder of an internal combustion engine (engine) 1 so as to be reciprocally movable, and a combustion chamber 4 is formed by the piston 10.

エンジン１のシリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート３が形成され、各吸気ポート３の燃焼室４側には吸気バルブ５がそれぞれ設けられている。吸気バルブ５はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各吸気ポート３と燃焼室４との連通・遮断を行う。各吸気ポート３には吸気マニホールド６の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート３に吸気マニホールド６が連通している。   An intake port 3 is formed for each cylinder in the cylinder head 2 of the engine 1, and an intake valve 5 is provided on the combustion chamber 4 side of each intake port 3. The intake valve 5 is opened and closed following the cam of the camshaft that rotates in accordance with the engine rotation, and communicates and blocks the intake ports 3 and the combustion chambers 4. One end of an intake manifold 6 is connected to each intake port 3, and the intake manifold 6 communicates with each intake port 3.

また、エンジン１のシリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート７がそれぞれ設けられ、各排気ポート７の燃焼室４側には排気バルブ８がそれぞれ設けられている。排気バルブ８はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各排気ポート７と燃焼室４との連通・遮断を行う。各排気ポート７には排気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート７に排気マニホールド９が連通している。   Further, the cylinder head 2 of the engine 1 is provided with an exhaust port 7 for each cylinder, and an exhaust valve 8 is provided on the combustion chamber 4 side of each exhaust port 7. The exhaust valve 8 is opened and closed following a cam of a camshaft that rotates in accordance with the engine rotation, and communicates and blocks the exhaust ports 7 and the combustion chamber 4. One end of an exhaust manifold 9 is connected to each exhaust port 7, and the exhaust manifold 9 communicates with each exhaust port 7.

シリンダヘッド２の各吸気ポート３には、燃焼室４に臨む燃料噴射弁１１が取り付けられ、図示しない燃料ポンプの駆動により燃料噴射弁１１に燃料が送られる。燃料噴射弁１１からは、所定の時期に所定の燃料圧力で所定量の燃料が燃焼室４に噴射される。また、シリンダヘッド２の各気筒の燃焼室４の頂部には点火プラグ１２が備えられている。   A fuel injection valve 11 facing the combustion chamber 4 is attached to each intake port 3 of the cylinder head 2, and fuel is sent to the fuel injection valve 11 by driving a fuel pump (not shown). A predetermined amount of fuel is injected from the fuel injection valve 11 into the combustion chamber 4 at a predetermined fuel pressure and at a predetermined fuel pressure. A spark plug 12 is provided at the top of the combustion chamber 4 of each cylinder of the cylinder head 2.

吸気マニホールド６には図示しない吸気管が接続され、スロットルバルブの開閉により吸気管からの吸入空気量が調整されて吸気マニホールド６に空気が送られる。排気マニホールド９には図示しない排気管（排気通路）が接続され、排気通路には排気浄化装置が備えられている。また、排気通路で排気空燃比が検出され、排気空燃比の検出情報がフィードバックされて、混合気の空燃比が制御されるようになっている。   An intake pipe (not shown) is connected to the intake manifold 6, and the intake air amount from the intake pipe is adjusted by opening and closing the throttle valve, and air is sent to the intake manifold 6. An exhaust pipe (exhaust passage) (not shown) is connected to the exhaust manifold 9, and an exhaust purification device is provided in the exhaust passage. Further, the exhaust air / fuel ratio is detected in the exhaust passage, and the detection information of the exhaust air / fuel ratio is fed back to control the air / fuel ratio of the air / fuel mixture.

エンジン１には、冷却水温を検出する水温センサ、クランク角（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサ、アクセル開度センサ、エアフローセンサ等が備えられている。   The engine 1 includes a water temperature sensor that detects a coolant temperature, a crank angle sensor that detects a crank angle (engine rotational speed), an accelerator opening sensor, an air flow sensor, and the like.

車両には、エンジン１を制御する制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５が備えられている。ＥＣＵ１５には、上述したセンサの検出情報が入力され、センサの情報に基づいてエンジン１の統合制御が行われる。即ち、各種センサからの検出情報に基づいて、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射量等が調整されて空燃比が制御され（空燃比変更手段）、点火プラグ１２の点火時期が制御される（点火時期遅角手段）。   The vehicle is provided with an electronic control unit (ECU) 15 as control means for controlling the engine 1. The ECU 15 receives the sensor detection information described above, and performs integrated control of the engine 1 based on the sensor information. That is, based on detection information from various sensors, the fuel injection timing, fuel injection pressure, fuel injection amount, etc. of the fuel injection valve 11 are adjusted to control the air-fuel ratio (air-fuel ratio changing means), and the ignition of the spark plug 12 The timing is controlled (ignition timing retarding means).

一方、図１、図２に示すように、クランクシャフト２１のクランクピン２２には、コネクティングロッド２３の大端部２４が回転自在に支持され、コネクティングロッド２３の上端にピストン１０が枢支されている。ピストン１０が気筒内を往復移動することにより、コネクティングロッド２３によりクランクシャフト２１が回転し、ピストン１０の往復動がクランクシャフト２１の回転力として伝えられる。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the crank pin 22 of the crankshaft 21 rotatably supports the large end portion 24 of the connecting rod 23, and the piston 10 is pivotally supported on the upper end of the connecting rod 23. Yes. As the piston 10 reciprocates in the cylinder, the crankshaft 21 is rotated by the connecting rod 23, and the reciprocating motion of the piston 10 is transmitted as the rotational force of the crankshaft 21.

上述したエンジン１には、圧縮比可変機構が備えられている。即ち、ピストン１０の上死点の位置を変更して（切替えて）、燃焼室４の容積を変更し、高圧縮比の状態と低圧縮比の状態とを切替える、圧縮比可変機構が備えられている。   The engine 1 described above is provided with a variable compression ratio mechanism. That is, a variable compression ratio mechanism is provided that changes (switches) the top dead center position of the piston 10 to change the volume of the combustion chamber 4 and switches between a high compression ratio state and a low compression ratio state. ing.

例えば、低負荷から中負荷の運転状態の際に、ピストン１０の上死点位置が高い位置に切替えられて高圧縮比の状態にされ、高負荷の運転状態の際に、ピストン１０の上死点位置が低い位置に切替えられて低圧縮比の状態にされる。即ち、所定の負荷に満たない低中負荷領域の運転状態で、高圧縮比側に圧縮比が設定され、所定の負荷以上の高負荷領域の運転状態で、低圧縮比側に圧縮比が設定される。   For example, the top dead center position of the piston 10 is switched to a high position during a low load to medium load operation state, and the piston 10 is over dead during a high load operation state. The point position is switched to a low position to achieve a low compression ratio. In other words, the compression ratio is set on the high compression ratio side in the low and medium load region operation state that does not satisfy the predetermined load, and the compression ratio is set on the low compression ratio side in the high load region operation state that is equal to or higher than the predetermined load. Is done.

圧縮比可変機構の構造を説明する。   The structure of the compression ratio variable mechanism will be described.

主に、図２に示すように、コネクティングロッド２３の大端部２４の支持穴には、偏心スリーブ３１の外周面が回転自在に支持され、偏心スリーブ３１の内周面は、クランクシャフト２１のクランクピン２２の外周面に回転自在に支持されている。偏心スリーブ３１は、厚肉部３１ａと薄肉部３１ｂが周方向に対向して設けられ、肉厚が徐々に変化している。   As shown mainly in FIG. 2, the outer peripheral surface of the eccentric sleeve 31 is rotatably supported in the support hole of the large end portion 24 of the connecting rod 23, and the inner peripheral surface of the eccentric sleeve 31 is supported by the crankshaft 21. The crankpin 22 is rotatably supported on the outer peripheral surface. The eccentric sleeve 31 is provided with a thick portion 31a and a thin portion 31b facing each other in the circumferential direction, and the thickness gradually changes.

コネクティングロッド２３の大端部２４には、偏心スリーブ３１を回転駆動させるアクチュエータ３２が内蔵されている。アクチュエータ３２に対し、図示しない油圧供給手段を介して油圧を給排することにより、偏心スリーブ３１を回転させる。偏心スリーブ３１の回転により、クランクシャフト２１のクランクピン２２の中心と、コネクティングロッド２３の大端部２４の中心が偏心し、ピストン１０の移動状態が高圧縮比の状態、もしくは、低圧縮比の状態に切替えられる。切替えの情報はＥＣＵ１５に入力される。   The large end 24 of the connecting rod 23 incorporates an actuator 32 that drives the eccentric sleeve 31 to rotate. The eccentric sleeve 31 is rotated by supplying and discharging hydraulic pressure to and from the actuator 32 via a hydraulic pressure supply means (not shown). Due to the rotation of the eccentric sleeve 31, the center of the crank pin 22 of the crankshaft 21 and the center of the large end 24 of the connecting rod 23 are eccentric, and the moving state of the piston 10 is a high compression ratio or a low compression ratio. Switch to state. The switching information is input to the ECU 15.

即ち、熱効率向上、燃費向上のため、高圧縮比での運転が有利となる一方、高負荷運転時に高圧縮比で運転を行うと、燃焼室４内の混合気が点火プラグ１２で着火されて燃焼する以外に、未燃焼混合気が一瞬に自己着火して燃焼し、いわゆる、ノッキングが発生する虞があるため、主に、低中負荷運転時に、高圧縮比で運転できるようになっている。   That is, in order to improve thermal efficiency and fuel efficiency, operation at a high compression ratio is advantageous. On the other hand, when operation is performed at a high compression ratio during high load operation, the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 is ignited by the spark plug 12. In addition to combustion, the unburned gas mixture self-ignites instantly and burns, and so-called knocking may occur, so it can be operated at high compression ratios mainly during low and medium load operations. .

図２（ａ）に示すように、アクチュエータ３２を駆動して偏心スリーブ３１を反時計回り方向（矢印方向）に回転させることで、偏心スリーブ３１の厚肉部３１ａが上方にある状態にされる。図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ３２を駆動して偏心スリーブ３１を時計回り方向（矢印方向）に回転させることで、偏心スリーブ３１の薄肉部３１ｂが上方にある状態にされる。   As shown in FIG. 2A, the actuator 32 is driven to rotate the eccentric sleeve 31 in the counterclockwise direction (arrow direction), so that the thick portion 31a of the eccentric sleeve 31 is in an upper state. . As shown in FIG. 2 (b), the actuator 32 is driven to rotate the eccentric sleeve 31 in the clockwise direction (arrow direction), so that the thin portion 31b of the eccentric sleeve 31 is in an upper state.

このため、偏心スリーブ３１を回転させることで、高圧縮比の状態（ａ）は、低圧縮比の状態（ｂ）に比べ、ピストン１０の上死点の位置が高さｈだけ高い位置になるように設定され、運転状態（負荷状態）に応じて、高圧縮比の状態（ａ）、もしくは、低圧縮比の状態（ｂ）に切替えられる。   For this reason, by rotating the eccentric sleeve 31, the position of the top dead center of the piston 10 is higher by the height h in the high compression ratio state (a) than in the low compression ratio state (b). Thus, depending on the operation state (load state), the state is switched to the high compression ratio state (a) or the low compression ratio state (b).

一方、エンジン１のシリンダヘッド２にはノックセンサ２５が設けられ、ノックセンサ２５によりノッキングの発生が検出される。ノックセンサ２５の検出情報はＥＣＵ１５に入力され、ノッキングが発生した場合、空燃比のリッチ化、点火時期の遅角（点火リタード）が実行されてノッキングが回避される。   On the other hand, the cylinder head 2 of the engine 1 is provided with a knock sensor 25, and the knock sensor 25 detects the occurrence of knocking. The detection information of the knock sensor 25 is input to the ECU 15, and when knocking occurs, the air-fuel ratio is enriched and the ignition timing is retarded (ignition retard), so that knocking is avoided.

ＥＣＵ１５では、ノッキングの発生がノックセンサ２５により検出された場合、圧縮比の状態により、即ち、設定されている圧縮比の状態が、低圧縮比側に設定されているか、高圧縮比側に設定されているかにより、ノッキング回避を行う手段が選択される。   In the ECU 15, when the occurrence of knocking is detected by the knock sensor 25, the compression ratio state, that is, the set compression ratio state is set to the low compression ratio side or set to the high compression ratio side. The means for avoiding knocking is selected depending on whether it is done.

つまり、低圧縮比側に設定されている場合（高負荷運転）にノッキングが検出された際には、点火時期遅角手段により、応答性が高い点火リタードを実行し、短時間でノッキングが回避されるようになっている。そして、圧縮比が高圧縮比側に設定されている場合（低中負荷運転）にノッキングが検出された際には、空燃比変更手段により、出力が確保される空燃比のリッチ化を実行し、出力低下が抑制されてノッキングが回避されるようになっている。   In other words, when knocking is detected when set to the low compression ratio side (high load operation), ignition timing retarding means executes ignition retard with high responsiveness to avoid knocking in a short time. It has come to be. When knocking is detected when the compression ratio is set to the high compression ratio side (low / medium load operation), the air / fuel ratio changing means executes enrichment of the air / fuel ratio to ensure the output. The output drop is suppressed and knocking is avoided.

このため、圧縮比可変機構を備えたエンジン１において、出力を低下させてノッキングを回避する点火リタードの実行を最小限に留めてノッキングを回避することができ、圧縮比可変機構の動作と、点火リタードの実行、空燃比のリッチ化の実行を統合して制御することで、ノッキングを的確に回避することが可能になる。   Therefore, in the engine 1 having the variable compression ratio mechanism, it is possible to avoid the knocking by minimizing the execution of the ignition retard that reduces the output and avoids the knocking. By integrating and controlling the execution of retard and the execution of air-fuel ratio enrichment, knocking can be avoided accurately.

図３に基づいて上述したエンジン１におけるノッキング回避制御の状況を具体的に説明する。   The state of the knocking avoidance control in the engine 1 described above will be specifically described based on FIG.

ステップＳ１でエンジン１の運転状態が把握され、圧縮比の設定状況が把握される。ステップＳ２でノックセンサ２５の検出情報が読み込まれる。ステップＳ３でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されているか否かが判断され、ステップＳ３でノッキングが検出されていると判断された場合、ステップＳ４で圧縮比が高圧縮比に設定されているか否かが判断される。ステップＳ３でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されていないと判断された場合、処理が終了となる。   In step S1, the operating state of the engine 1 is grasped, and the setting state of the compression ratio is grasped. In step S2, detection information of knock sensor 25 is read. In step S3, it is determined whether or not the knocking state is detected by the knock sensor 25. If it is determined in step S3 that knocking is detected, is the compression ratio set to a high compression ratio in step S4? It is determined whether or not. When it is determined in step S3 that the knocking state is not detected by the knock sensor 25, the process ends.

ステップＳ４で圧縮比が高圧縮比に設定されていると判断された場合、ステップＳ５で空燃比のリッチ化が実行され、ノッキングを回避する処理が実行される。つまり、圧縮比が高圧縮比側に設定されている場合（低中負荷運転）にノッキングが検出された際には（ノッキングが検出された際に圧縮比が高圧縮比側に設定されている場合）、出力が確保されるリッチ化を実行し、出力低下が抑制されてノッキングが回避されるようになっている。   If it is determined in step S4 that the compression ratio is set to a high compression ratio, enrichment of the air-fuel ratio is executed in step S5, and processing for avoiding knocking is executed. In other words, when knocking is detected when the compression ratio is set to the high compression ratio side (low / medium load operation) (the compression ratio is set to the high compression ratio side when knocking is detected). In this case, the enrichment that secures the output is performed, the output decrease is suppressed, and knocking is avoided.

ステップＳ４で圧縮比が高圧縮比に設定されていない、即ち、低圧縮比に設定されていると判断された場合、ステップＳ６で点火リタードが実行され、ノッキングを回避する処理が実行されて処理が終了となる。つまり、圧縮比が低圧縮比側に設定されている場合（高負荷運転）にノッキングが検出された際には（ノッキングが検出された際に圧縮比が低圧縮比側に設定されている場合）、応答性が高い点火リタードを実行し、短時間でノッキングが回避されるようになっている。   If it is determined in step S4 that the compression ratio is not set to the high compression ratio, that is, the compression ratio is set to the low compression ratio, ignition retard is executed in step S6, and a process for avoiding knocking is executed. Ends. In other words, when knocking is detected when the compression ratio is set to the low compression ratio side (high load operation) (when the compression ratio is set to the low compression ratio side when knocking is detected) ), Ignition retard with high responsiveness is executed, and knocking is avoided in a short time.

ステップＳ５で空燃比のリッチ化が実行された後、ステップＳ７でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されているか否かが再度判断される。空燃比のリッチ化が実行されたにも拘わらずステップＳ７でノッキングが検出されていると判断された場合、ステップＳ８で点火リタードが実行されてノッキングを回避する処理が継続される。   After the air-fuel ratio enrichment is executed in step S5, it is determined again in step S7 whether or not the knocking state is detected by the knock sensor 25. If it is determined in step S7 that knocking has been detected in spite of the air-fuel ratio enrichment being executed, the ignition retard is executed in step S8 and the process of avoiding knocking is continued.

つまり、ステップＳ５で、出力が確保される空燃比のリッチ化を実行しても、ステップＳ７でノッキングが検出されている場合、ステップＳ８で、応答性が高い点火リタードを実行してノッキングを回避する。ステップＳ７でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されていないと判断された場合、処理が終了となる。   In other words, if knocking is detected in step S7 even if air-fuel ratio enrichment that ensures output is performed in step S5, in step S8, ignition retard with high responsiveness is performed to avoid knocking. To do. If it is determined in step S7 that the knocking state has not been detected by the knock sensor 25, the process ends.

ステップＳ８で点火リタードが実行されると（点火リタードを実行している最中に）、ステップＳ９で圧縮比が低圧縮比側に切替えられる。このため、点火リタードを実行している最中に、圧縮比を低圧縮比側に変更することになり、ノッキングが回避されやすい低圧縮比側に圧縮比を変更する際に、変更の切替え中のノッキングを抑制することができる。   When the ignition retard is executed in step S8 (while the ignition retard is being executed), the compression ratio is switched to the low compression ratio side in step S9. For this reason, while executing the ignition retard, the compression ratio is changed to the low compression ratio side, and when changing the compression ratio to the low compression ratio side where knocking is easily avoided, the change is being switched. Knocking can be suppressed.

ステップＳ９で圧縮比が低圧縮比側に切替えられた後、ステップＳ１０で空燃比のリッチ化、点火リタードを終了させる。このため、圧縮比に基づいて点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行を制御（終了）しているので、圧縮比の変更の切替えが終了した際に、点火リタード、及び、リッチ化が実行されることがない。   After the compression ratio is switched to the low compression ratio side in step S9, enrichment of the air-fuel ratio and ignition retard are terminated in step S10. For this reason, since the execution of ignition retard and the execution of enrichment are controlled (terminated) based on the compression ratio, the ignition retard and enrichment are executed when the change of the compression ratio is completed. It will not be done.

尚、低圧縮比側に圧縮比を変更する際に実施する点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行の制御は、圧縮比が低圧縮比側に切替えられた後に限らず、変更中に点火リタードを終了し、変更後にリッチ化を終了する、変更中に点火リタード、及び、リッチ化を終了する等の実行が可能である。   It should be noted that the ignition retard execution and enrichment execution control performed when the compression ratio is changed to the low compression ratio side are not limited to after the compression ratio is switched to the low compression ratio side. It is possible to execute the termination of the retard, the termination of the enrichment after the change, the ignition retard during the change, the termination of the enrichment, and the like.

そして、点火リタード、及び、リッチ化の度合いを漸次減らす、段階的に減らす等の制御が可能である。即ち、変更の切替え時の圧縮比に基づいて、即ち、変更の切替えの状況に応じて（変更中、変更後）、点火リタードの実行、及び、リッチ化の実行を減らして終了する等の制御を実行することができる。   Then, it is possible to control the ignition retard and the degree of enrichment gradually or gradually. That is, based on the compression ratio at the time of change switching, that is, according to the change switching status (during change, after change), control such as termination of execution of ignition retard and enrichment is terminated. Can be executed.

ステップＳ１０で空燃比のリッチ化、点火リタードを終了させた後、ステップＳ１１でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されているか否かが判断される。圧縮比が低圧縮比側に切替えられたにも拘わらず、ステップＳ１１でノッキングが検出されていると判断された場合、ステップＳ１２で所定期間、空燃比のリッチ化が実行されて処理が終了となる。ステップＳ１１でノックセンサ２５によりノッキングの状態が検出されていないと判断された場合、そのまま処理が終了となる。   After the air-fuel ratio enrichment and ignition retard are terminated in step S10, it is determined in step S11 whether or not the knocking state is detected by the knock sensor 25. If it is determined that knocking has been detected in step S11 even though the compression ratio has been switched to the low compression ratio side, enrichment of the air-fuel ratio is executed for a predetermined period in step S12, and the process ends. Become. If it is determined in step S11 that the knocking state is not detected by the knock sensor 25, the processing is ended as it is.

つまり、通常の低圧縮比の状態におけるノッキングの回避の処理（点火リタードの実行）とは異なり、高圧縮比側から低圧縮比側に圧縮比が切替えられた後に、ノッキングが生じている場合には、出力が確保されるリッチ化を実行し、出力低下を抑制してノッキングを回避して処理を終了している。   In other words, when knocking occurs after the compression ratio is switched from the high compression ratio side to the low compression ratio side, unlike the process of avoiding knocking in the normal low compression ratio state (execution of ignition retard). Performs the enrichment to ensure the output, suppresses the output decrease, avoids knocking, and finishes the process.

尚、ステップＳ１２の後でノッキングの検出を判断し、ノッキングが検出されていないことを条件に処理を終了することも可能である。   It should be noted that after step S12, it is possible to determine whether knocking has been detected, and to end the process on the condition that knocking has not been detected.

上述したエンジン１では、圧縮比可変機構を備えたエンジン１において、圧縮比可変機構により設定された圧縮比の状況と、点火リタードの実行、空燃比のリッチ化の実行を統合して制御することで、運転状態に応じて、点火リタードの実行を最小限に留めてノッキングを的確に回避することが可能になる。   In the engine 1 described above, in the engine 1 provided with the variable compression ratio mechanism, the compression ratio status set by the variable compression ratio mechanism, the execution of ignition retard, and the execution of enrichment of the air-fuel ratio are integrated and controlled. Thus, depending on the operating state, it is possible to avoid knocking accurately by minimizing the execution of ignition retard.

尚、上述した実施例では、コネクティングロッド２３に設けられたアクチュエータ３２により偏心スリーブを回転させて圧縮比を切替える圧縮比可変機構を例に挙げて説明したが、クランクシャフトの回転による慣性によって偏心スリーブを回転させる圧縮比可変機構や、コネクティングロッドの長手方向の状況を変更する圧縮比可変機構等、他の機構の圧縮比可変機構を適用することも可能である。   In the above-described embodiments, the variable compression ratio mechanism that switches the compression ratio by rotating the eccentric sleeve by the actuator 32 provided on the connecting rod 23 has been described as an example. However, the eccentric sleeve is caused by the inertia due to the rotation of the crankshaft. It is also possible to apply a compression ratio variable mechanism of another mechanism, such as a compression ratio variable mechanism that rotates the compression rod or a compression ratio variable mechanism that changes the longitudinal state of the connecting rod.

本発明は、圧縮比を可変に設定する圧縮比可変機構を備えた内燃機関の産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in the industrial field of an internal combustion engine having a variable compression ratio mechanism that variably sets the compression ratio.

１ 内燃機関（エンジン）
２ シリンダヘッド
３ 吸気ポート
４ 燃焼室
５ 吸気バルブ
６ 吸気マニホールド
７ 排気ポート
８ 排気バルブ
９ 排気マニホールド
１０ ピストン
１１ 燃料噴射弁
１２ 点火プラグ
１５ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１ クランクシャフト
２２ クランクピン
２３ コネクティングロッド
２４ 大端部
２５ ノックセンサ
３１ 偏心スリーブ
３２ アクチュエータ

1 Internal combustion engine
2 Cylinder Head 3 Intake Port 4 Combustion Chamber 5 Intake Valve 6 Intake Manifold 7 Exhaust Port 8 Exhaust Valve 9 Exhaust Manifold 10 Piston 11 Fuel Injection Valve 12 Spark Plug 15 Electronic Control Unit (ECU)
21 Crankshaft 22 Crankpin 23 Connecting rod 24 Large end 25 Knock sensor 31 Eccentric sleeve 32 Actuator

Claims (5)

機関の圧縮比を高圧縮比側または低圧縮比側に可変に設定する圧縮比可変機構と、
機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、
混合気の空燃比を変更する空燃比変更手段と、
点火時期を変更させる点火時期変更手段と、
前記圧縮比可変機構による圧縮比の設定情報、及び、前記ノッキング検出手段によるノッキングの情報が入力され、入力された情報に基づいて、前記空燃比変更手段、前記点火時期遅角手段に実行指令を出力する制御手段とを備え、
制御手段は、
前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された際に、
前記圧縮比可変機構により高圧縮比側に圧縮比が設定されている場合、前記空燃比変更手段により空燃比をリッチ側に変更するリッチ化を実行する一方、前記圧縮比可変機構により低圧縮比側に圧縮比が設定されている場合、前記点火時期変更手段により点火時期を遅角させる点火リタードを実行する
ことを特徴とする内燃機関。 A compression ratio variable mechanism that variably sets the compression ratio of the engine to the high compression ratio side or the low compression ratio side;
Knocking detection means for detecting engine knocking;
Air-fuel ratio changing means for changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture;
Ignition timing changing means for changing the ignition timing;
The compression ratio setting information by the compression ratio variable mechanism and the knocking information by the knocking detection means are input. Based on the input information, an execution command is issued to the air-fuel ratio changing means and the ignition timing retarding means. Control means for outputting,
The control means
When knocking is detected by the knocking detection means,
When the compression ratio is set on the high compression ratio side by the compression ratio variable mechanism, enrichment is performed by changing the air-fuel ratio to the rich side by the air-fuel ratio changing means, while the compression ratio variable mechanism performs a low compression ratio. An internal combustion engine characterized by executing an ignition retard that retards the ignition timing by the ignition timing changing means when a compression ratio is set on the side. 請求項１に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記空燃比変更手段により空燃比のリッチ化を実行した後に、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合、前記点火時期変更手段により点火リタードを実行する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1,
The control means includes
An internal combustion engine, wherein after the air-fuel ratio is enriched by the air-fuel ratio changing means, if the knocking detecting means detects knocking, the ignition timing changing means executes ignition retard. 請求項２に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記圧縮比可変機構により高圧縮比側に圧縮比が設定されていると共に、前記点火時期変更手段により点火リタードを実行している場合、前記圧縮比可変機構により低圧縮比側に圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2,
The control means includes
When the compression ratio is set to the high compression ratio side by the compression ratio variable mechanism and the ignition retard is executed by the ignition timing changing means, the compression ratio is changed to the low compression ratio side by the compression ratio variable mechanism. An internal combustion engine characterized by: 請求項３に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記圧縮比可変機構により高圧縮比側から低圧縮比側に圧縮比が変更された際に、前記点火時期変更手段による点火リタードの実行、及び、前記空燃比変更手段による空燃比のリッチ化の実行を制限させる
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 3,
The control means includes
When the compression ratio is changed from the high compression ratio side to the low compression ratio side by the compression ratio variable mechanism, execution of ignition retard by the ignition timing changing means and enrichment of the air / fuel ratio by the air / fuel ratio changing means are performed. An internal combustion engine characterized by restricting execution. 請求項４に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記点火時期変更手段による点火リタードの実行、及び、前記空燃比変更手段による空燃比のリッチ化の実行を制限した状態で、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合、前記空燃比変更手段によって空燃比のリッチ化を実行する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 4,
The control means includes
When knocking is detected by the knocking detection means in a state where execution of ignition retard by the ignition timing changing means and execution of enrichment of the air / fuel ratio by the air / fuel ratio changing means is restricted, the air / fuel ratio changing means An internal combustion engine characterized in that air-fuel ratio enrichment is executed.
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